JP2001209044A - 液晶表示素子、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半透明タイプのディスプレイに使用できる液
晶表示素子内面に凹凸のある反射層を持つ１枚偏光板方
式の反射型液晶表示素子の提供。 【解決手段】 本発明の液晶表示素子は、背面側透明基
板の反射層側表面をフッ化水素溶液により腐食し凹凸層
を形成した後、アルミ等の金属膜を凹凸層上に成膜す
る。これにより明るく、視認性に優れた液晶表示素子が
実現できる。また、金属膜の膜厚を１００〜４００オン
グストロームにすることにより半透過型の液晶表示素子
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューター端
末、画像表示装置、シャッターのようなシステムに使用
される、低コストの反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、低消費電力、低コス
ト、薄型、軽量のため、携帯型の情報端末のディスプレ
イとして用いられている。

【０００３】一般に、反射型の液晶表示装置において、
ネマチック液晶層が基板間に封入されてなる液晶セル
は、通常２枚の偏光板で挟まれ、一方の偏光板の下に反
射板を設置して用いられている。

【０００４】このような２枚の偏光板を使用する反射型
の液晶表示素子では、入射光は偏光板を４回透過するこ
ととなり、そのため暗くなってしまう。

【０００５】そこで反射型の液晶表示素子を明るくする
ために、偏光板を液晶表示素子の前面側の１枚のみにし
て、液晶セルを１枚の偏光板と反射板で挟む１枚偏光板
構成が提案されている。このような構成では、入射光は
偏光板を２回しか透過しないで観測者に届くこととな
り、透過率の向上が期待できる。さらに、反射板を液晶
層と背面側の基板の間に設けることにより、従来のよう
に光が背面側の透明基板を通らなくなるため、基板中を
光が透過することにより生じる光強度の減衰がなくな
り、透過率の向上が期待できる。

【０００６】この１枚偏光板方式では、背面側基板表面
に、従来アルミ等の鏡面高反射率金属膜層を形成し、観
測者側透明基板と偏光板の間に拡散板を挿入し反射層の
鏡面をなくし、白色表示を行う方法がとられてきた。

【０００７】従来の反射型液晶表示装置に用いられる液
晶表示素子の断面模式図を図２に示す。図２において観
測者側透明基板１と背面側基板２は平滑なガラス板であ
り、観測者側透明基板１上の透明電極３は酸化インジウ
ム錫膜（ＩＴＯ）で形成されている。背面側基板２の上
にはアルミからなる反射層５を設けており、反射層５の
上には絶縁性の透明樹脂からなるトップコート層６が形
成され、さらにトップコート層６の上には対向電極７が
設けられている。透明電極３と対向電極７は交差して画
素を形成している。さらに、これらの電極上にはそれぞ
れ配向膜層８、９が設けられている。配向膜層は、ポリ
イミド樹脂を印刷後、焼成して成膜される。成膜後、２
４０°から２６０°ねじれるように配向膜層をラビング
処理する。このように形成されたそれぞれの基板の周囲
にシール剤１０を塗布して貼り合わせ、誘電異方性が正
でカイラル材料を添加したネマチック液晶材料１１を観
測者側透明基板１と背面側基板２の間隙に注入する。そ
して偏光板１２、位相差板１３、前方散乱板１４を観測
者側透明基板１の前面に貼りつけてある。

【０００８】この拡散板方式では、反射層５からの反射
光は前方散乱板１４に入射すると前方散乱板１４で散乱
するため、反射層５の方向に散乱光が戻る現象が発生す
る。これは後方散乱と呼ばれ、表示される文字のにじみ
の原因となり、表示品質が低下してしまう。

【０００９】そこで図３に示すような構造の液晶表示素
子が考案されている。図３において観測者側透明基板１
と背面側基板２は平滑なガラス板で、観測者側透明基板
１上の透明電極３は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜であ
る。背面側基板２の上には樹脂基材からなる凹凸層１５
が形成され、さらに凹凸層１５上にアルミからなる反射
層５を設けており、反射層５の上には絶縁性の透明樹脂
からなるトップコート層６が形成され、さらにトップコ
ート層６の上には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜からな
る対向電極７が形成されている。透明電極３と対向電極
７は交差して画素を形成している。さらに、これらの電
極の上には、配向膜層８、９が設けられている。配向膜
層はポリイミド樹脂を印刷後、焼成して成膜されてお
り、成膜後、２４０°から２６０°ねじれるようにラビ
ング処理されている。このように形成されたそれぞれの
基板の周囲にシール剤１０を塗布して貼り合わせ、誘電
異方性が正でカイラル材料を添加したネマチック液晶材
料１１を基板間の間隙に注入する。そして偏光板１２、
位相差板１３を透明基板１の前面側に貼りつける。

【００１０】この凹凸層１５の代表的な形成方法を示
す。まず金属からなる母型に多数の溝や凸凹を形成す
る。あるいは溝と凸凹の組み合わせにする。そして母型
から転写型を形成し、凹凸層１５を形成する基板面に樹
脂基材層を形成した後、この樹脂基材層表面に転写型の
凸凹を押し付けて凸凹の状態を転写することにより凹凸
層１５を形成する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような方式の液晶
表示素子は、凸凹を転写する樹脂基材層の透過率特性の
影響を受けやすいという問題があった。また、近年の携
帯機器に多く搭載される液晶表示素子である、素子背面
にバックライトが設置された半透過タイプのディスプレ
イには、樹脂基材層が透明でないため使用できないとい
う問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め本発明の液晶表示素子は、観測者側透明基板と背面側
基板の間に液晶が挟持され、その厚さ方向に２４０゜か
ら２６０゜ねじれたネマチック層と、前記観測者側透明
基板の外側に偏光板と位相差板をそなえ、前記背面側基
板と前記ネマチック層の間に反射層をそなえた液晶表示
素子において、前記背面側基板の前記反射層側の表面は
フッ化水素溶液により腐食され凹凸層を形成した後、凹
凸層上に反射層として金属膜が成膜されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による液晶表示装置は、背
面側の基板をフッ化水素で侵食することにより凹凸層を
形成し、その上に反射層を形成した。これにより、明る
い反射型表示素子が実現できる。

【００１４】また、凹凸層の表面粗度を０．２から１μ
ｍ、ピッチを５から２０μｍの範囲にすることにより、
反射層による反射光が均一に散乱され、白色光が得られ
る。

【００１５】さらに、反射層上に透明なトップコート層
を設け、このトップコート層の表面粗さを１μｍ以下と
する。これにより、トップコート層の表面に設ける電
極、配向膜の表面粗さも小さくなり、表示ムラは発生し
ない。

【００１６】ここで凹凸層の表面粗度が５μｍ以下であ
れば、ディップ法を用いてにより表面粗さが１μｍ以下
のトップコート層を設けることができる。

【００１７】また、反射層を膜厚１００から４００オン
グストロームにすることにより反射層は透過特性も有す
る半透過層となり、半透過型の表示装置が容易に実現で
きる。

【００１８】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の液晶表示素子の
実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

【００１９】本発明の液晶表示素子の断面模式図を図１
に示す。背面側基板２上に凹凸層４が形成され、この凹
凸層上には、反射層５、及び、透明なトップコート層６
が設けられ、さらにこの上に透明電極７がパターン形成
されている。

【００２０】本実施例において、観測者側透明基板１と
背面側基板２には平滑なガラス板を用いた。観測者側透
明基板上には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる透
明電極３をホトリソグラフィーでパターン形成した。透
明電極は、文字や絵を表示するためにグラフィックパタ
ーン、あるいは、ストライプ状のパターンになってい
る。背面側基板２であるガラス基板の表面はフッ化水素
溶液により腐食され凹凸層４になっている。この凹凸層
４の上にはアルミからなる反射層５が設けられている。
反射層５に用いる金属膜としては、アルミ以外にクロ
ム、ニッケルあるいは銀を用いてもよい。金属膜は蒸着
法やスパッタ法により凹凸層上に形成される。凹凸層上
に反射層が設けられているために、入射光は散乱された
反射光になる。反射層として金属膜を用いる場合には、
反射層と透明電極とを絶縁するため、ならびに、反射層
の酸化を防止するために、トップコート層６が反射層上
に設けられる。さらに、トップコート層６の上には酸化
インジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる対向電極７が形成さ
れている。この対向電極７は、文字や絵を表示するため
に、グラフィックパターンやストライプ状のパターンで
形成されている。透明電極３と対向電極７は交差して画
素を形成している。さらに透明電極３と対向電極７の上
には、配向膜層８、９が設けられている。この配向膜層
はポリイミド樹脂を印刷後、焼成して成膜され、２４０
°から２６０°ねじれるようにラビング処理されてい
る。配向膜層はポリイミドの他にテフロン（登録商標）
系物質からなる層でもよい。また、配向膜は液晶材料に
接するほぼ全面に形成されている。以上のように構成さ
れた観測者側透明基板１と背面側基板２を周囲に塗布さ
れたシール剤１０により貼り合わせ、誘電異方性が正で
カイラル材料を添加したネマチック液晶材料１１を観測
者側透明基板１と背面側基板２の間隙に注入する。そし
て偏光板１２、位相差板１３を観測者側透明基板１の前
面に貼りつけた。

【００２１】次に、反射層５、凹凸層４、トップコート
層６について詳細に説明する。液晶表示素子を反射型と
して用いる場合には、反射層５の厚さを８００オングス
トローム以上で形成する。一方、反射層５の厚さが８０
０オングストロームより小さくなるにつれて透過特性を
徐々に備えるようになり、反射層５の厚さが１００〜４
００オングストロームのときに半透過型として好ましい
特性になる。すなわち、厚さ１００〜４００オングスト
ロームの金属反射層を用いると半透過型の液晶表示素子
が実現できる。 半透過型の液晶表示装置の場合、背面
側基板２に実施例のような透明基板（ガラス基板）を用
い、透明基板の背後にバックライトを設置することによ
り、１枚偏光板の半透過タイプのディスプレイが容易に
実現できる。また、この透明基板の下側に偏光板を設置
することによりコントラストを良くすることができる。

【００２２】本実施例による凹凸層４の模式的な断面図
を図４（ａ）、及び、図４（ｂ）に示す。本図では凸部
が周期的に配置しているが、実際には凸部は背面側基板
２の平面内でランダムに形成されることとなる。フッ化
水素溶液による腐食で形成された凹凸層４の表面粗度
（山と谷との高低差）が０．１μｍより小さくなると散
乱効果がなくなる。一方、１μｍより大きくなると（す
なわち、配向膜層の表面粗さが１μｍより大きくなる
と）液晶分子の配向が不均一になるため表示ムラが発生
してしまう。そのため、表面粗度は０．２μｍから１μ
ｍが好ましい。このように、凹凸層４の表面粗度を０．
２μｍ〜１μｍ、ピッチ（山の頂上の間隔）を５μｍ〜
２０μｍにすることにより、反射層５からの反射光は均
一に散乱されることとなり、白色の表示が実現された。

【００２３】このように凹凸層４の表面粗度が０．２μ
ｍ〜１μｍの範囲であれば、トップコート層は蒸着やデ
ィップ等のいずれの方法でも問題はない。すなわち、透
明な樹脂で形成されるトップコート層が、蒸着により形
成される場合はディッピングにより形成される場合に比
べて薄くなり、トップコート層の厚みは２００オングス
トローム程度になる。つまり、蒸着による薄いトップコ
ート層では、凹凸層の凹部を埋めるほどトップコート層
が形成されない。したがって、配向膜が形成される表面
の表面粗さを１μｍより小さくするためには、凹凸層の
表面粗度自体を１μｍ以下にする必要がある。

【００２４】逆にいえば、数μｍ程度の厚いトップコー
ト層を形成する場合には凹凸層の表面粗さがもっと大き
くても良い。すなわち、凹凸層の表面粗度が１μｍ〜５
μｍ程度あっても、ディッピング法によりトップコート
層を設けることにより、配向膜が形成される表面の表面
粗さを１μｍより小さくできる。そのため、表示ムラが
発生することはない。つまり、表面粗度が１μｍ〜５μ
ｍの凹凸層でもディッピング法によるトップコート層を
設ければ表示ムラは発生しない。

【００２５】このように、透明電極７や配向膜９が形成
される表面の粗さが０．２μｍから１μｍになるよう
に、凹凸層と反射層・トップコート層を選定することに
より、１枚の偏光板で白色表示が可能で表示ムラのない
表示装置が実現できる。

【００２６】液晶表示素子の背面側基板の腐食方法とし
てはフッ化水素そのものを用いてもよいし、またフッ化
カルシウム、フッ化アルミニウムソーダ、フッ化アンモ
ニウム等のフッ化物と硫酸や塩酸等を混合して発生する
フッ化水素を用いてもよい。

【００２７】また、本発明の液晶表示素子の透明基板上
にカラーフィルター層を設置することによりカラー表示
のできる液晶表示素子を実現することもできる。 （実施例２）実施例１で述べたように、フッ化水素溶液
で腐食加工したガラス基板表面に反射層を形成すると、
この反射層はランダムな凹凸反射面になる。このような
反射層は反射効率がそれほど良くないため全体に反射率
が低く、入射光の反射角度は広範囲にはならない。そこ
で、本実施例では、フッ酸溶液でガラス基板表面を溶解
する加工（腐食加工）を行った後、さらに、加工面であ
るガラス基板表面に金属製バイトを押し付け、表面に湾
曲溝や直線溝をつける加工を行った。これにより反射層
５の表面に湾曲溝や直線溝が形成されることとなり、表
面にランダムな凹凸が形成されていた時に比べて、溝の
方向に垂直な方向から入射する光の反射角度範囲を広げ
ることができる。

【００２８】本実施例２は反射層５の表面に湾曲溝や直
線溝をつける加工がある以外は、実施例１と同様の構
成、製造方法でよい。 （実施例３）さらに、実施例１において、反射層５を多
層構造とした。これにより、反射層５の曇りをなくすこ
とが可能になる。すなわち、実施例１のように反射層５
をアルミの単層で成膜した場合、アルミは酸化しやすい
ためアルミ表面が曇り、金属光沢が失われることが考え
られる。そこで本実施例では、アルミ成膜後、アルミ層
の上に銀を成膜して、二層構造とした。

【００２９】また、反射層５に銀を使用した場合には、
第二層をアルミで成膜することにより第一層である銀の
使用量を少なくすることができる。

【００３０】このように、反射層５はアルミを蒸着後に
銀を蒸着するか、あるいは銀を蒸着後にアルミを蒸着し
た二層構造にすることにより、アルミ単層の場合に比べ
て反射効率の劣化が防止できる。

【００３１】反射層５の構造を二層構造にした以外は、
実施例１と同様の構成、製造方法でよい。 （実施例４）実施例１の構成において、アルミ、クロ
ム、ニッケル、あるいは銀いずれかの金属を斜方蒸着し
て反射層５を成膜することとした。そのため、凹凸層の
一方向（斜方蒸着方向）の面側に金属反射層が厚く形成
されることとなる。したがって、この方向での反射率が
最も高くなり、この方向（斜め）から見た時に最も明る
くすることができる。このように、凹凸層の凹凸面の一
方向側（斜方蒸着方向側）に金属反射層を厚く設ける構
成により、この一方向側の面に対する法線方向から見た
場合に最も明るくなる。

【００３２】すなわち、凹凸がランダムに形成された表
面に斜方蒸着で金属反射層５を成膜することにより、ス
パッタや垂直方向の蒸着により金属反射層を設けていた
時に比べて、反射する光の最も明るくなる方向が法線方
向から斜め方向へ移り、斜めから見た時に最も明るくす
ることができる。したがって、観測者にとって最適な姿
勢に合わせて最も明るくすることができる。また、併せ
てこの方向でのコントラスト比が大きくなるように液晶
層の特性や駆動等を設定することも可能である。

【００３３】反射層５を金属の斜方蒸着により成膜する
以外は、実施例１と同様の構成の液晶表示素子とした。

【００３４】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、背面側ガラス
基板の表面をフッ化水素溶液により腐食して凹凸層を形
成した後、アルミ等の金属膜を凹凸層上に成膜すること
により、明るく、視認性に優れた半透過型の液晶表示素
子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示素子の構成の一例を示
す断面模式図である。

【図２】従来の液晶表示素子の構成の一例を示す断面模
式図である。

【図３】従来の液晶表示素子の構成の一例を示す断面模
式図である。

【図４】本発明による凹凸層の断面形状を模式的に示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 観測者側透明基板 ２ 背面側基板 ３ 透明電極 ４ 凹凸層 ５ 反射層 ６ トップコート層 ７ 対向電極 ８、９ 配向膜層 １０ シール剤 １１ 液晶材料 １２ 偏光板 １３ 位相差板

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観測者側透明基板と背面側基板の間に挟
   持された液晶層と、前記観測者側透明基板の外側に設け
   られた偏光板と、前記液晶層と前記背面側基板との間に
   設けられた反射層と、を備え、前記背面側基板にはフッ
   化水素溶液により腐食された凹凸層が形成されるととも
   に、前記反射層が前記凹凸層上に設けられたことを特徴
   とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記凹凸層の表面粗度は０．２から１μ
   ｍ、ピッチは５から２０μｍの範囲であることを特徴と
   する請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記反射層上には、透明なトップコート
   層が設けられるとともに、前記トップコート層の表面粗
   さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記凹凸層の表面粗度は５μｍ以下であ
   り、前記反射層上には表面粗さが１μｍ以下の透明なト
   ップコート層が設けられたことを特徴とする請求項１に
   記載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記反射層が膜厚１００から４００オン
   グストロームの金属膜であるとともに、前記反射層は透
   過特性も有する半透過層であることを特徴とする請求項
   １から請求項４の何れか１項に記載の液晶表示素子。
6. 【請求項６】 ガラス基板の表面をフッ化水素溶液によ
   り腐食させ、凹凸層を形成する工程と、 前記凹凸層上に金属反射層を形成する工程と、 前記金属反射層上に透明な絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層上に電極を形成する工程と、を備えることを
   特徴とする液晶表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記凹凸層の表面粗度が５μｍ以下で
   あり、前記絶縁層がディップ法により形成され、その表
   面粗さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項６に
   記載の液晶表示素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記凹凸層の表面粗度が０．２から１
   μｍであり、前記絶縁層が蒸着法により形成され、その
   表面粗さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項６
   に記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記凹凸層に金属反射層を形成する前
   に、前記凹凸層の表面に湾曲溝や直線溝をつける加工を
   行う工程を備えること特徴とする請求項６から請求項８
   の何れか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記金属反射層はアルミ、クロム、ニ
    ッケル、あるいは銀のいずれかから選ばれる金属膜をス
    パッタまたは蒸着により成膜することを特徴とする請求
    項６から請求項９の何れか１項に記載の液晶表示素子の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 前記金属反射層はアルミを蒸着後に銀
    を蒸着するか、あるいは銀を蒸着後にアルミを蒸着する
    ことにより成膜されたことを特徴とする請求項６から請
    求項９の何れか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 アルミ、クロム、ニッケル、あるいは
    銀いずれかから選ばれる金属を斜方蒸着することにより
    前記金属反射層を成膜することを特徴とする請求項６か
    ら請求項９の何れか１項に記載の液晶表示素子の製造方
    法。