JP2003202552A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストアップや生産性の低下を招くことなく
ＩＴＯ骨見え現象を回避し、また、白黒の無彩色性の向
上とＩＴＯ骨見え現象の回避とを両立させる。 【解決手段】 所定の形状にパターニングされた透明電
極を有する一対の支持基板１０，２０を含み、少なくと
も一方の透明電極１１の液晶側に絶縁膜１２が形成され
ている液晶表示素子において、その絶縁膜１２として、
透明電極１１の屈折率に対して差が０．１５以内の屈折
率であり、かつ、半径５００μｍの面積内における膜厚
分布が±５００Å以上の分布を有している膜を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に関
し、さらに詳しく言えば、ＩＴＯよりなる透明電極が反
射状態で観察される現象を回避する技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子に利用される透明電極に
は、一般的にＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）が用いら
れており、その電極パターンはＩＴＯ導電膜をパターニ
ングすることにより作成される。ＩＴＯの屈折率は約
１．９程度であり、支持基板であるガラス基板の屈折率
１．５程度と比べると大きい。

【０００３】したがって、ＩＴＯが有るところと無いと
ころとでは、外光による反射強度が異なるため、ＩＴＯ
のパターンが見えてしまい、表示品位を著しく劣化させ
ることになる。この現象が、いわゆる「ＩＴＯ骨見え」
というものである。

【０００４】このＩＴＯ骨見えを回避する手段の一つと
して、ＩＴＯの屈折率や膜厚、ＩＴＯ上に形成される絶
縁膜や配向膜の屈折率や膜厚を最適に調整することが知
られており、その最適条件は理論計算によって導出する
ことができる。ＩＴＯ骨見え現象は理論上、屈折率の異
なる多層膜の反射として扱うことが可能であるため、一
般的な多層膜の反射の計算により特性を理解することが
でき、計算結果と実験結果は相対的にほぼ一致すること
が確認されている。

【０００５】ところで、多くの場合、液晶表示として液
晶分子を９０゜ツイストさせるＴＮ型液晶が使用されて
いる。このＴＮ型液晶おいて、白黒の無彩色性の向上の
ためにＭＴＮ（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｔｗｉｓｔｅｄ
ｎｅｍａｔｉｃ）と言う液晶表示タイプがある。これ
は、液晶層のギャップに分布を持たせる方法である。

【０００６】液晶層にギャップ分布を持たせる方法とし
ては、ガラス基板に凹凸フロスト処理を施す方法が知ら
れている。例えば、ＨＦ（フッ化水素）によるエッチン
グ処理で、山谷のピッチが約１００μｍ程度，山谷の深
さが約５．５μｍ程度の凹凸レベルを得ることができ
る。なお、山谷のピッチとは、凹凸形状の隣り合う山と
山との距離を言う。

【０００７】このガラス基板の凹凸上に成膜する方法
は、ドライプロセスであるスパッター法と、溶剤塗布タ
イプのフレキソ印刷法やスピンコート法とに大別され
る。前者のスパッター法によれば、成膜された膜にほと
んど膜厚分布が生じないが、装置が高価であること、成
膜に時間がかかること、また、成膜物が無機材に限られ
ることなどから、あまり実用的ではない。

【０００８】これに対して、後者のフレキソ印刷法やス
ピンコート法によると、装置が比較的安価で、短時間で
の成膜が可能であり、しかも有機材も成膜可能であるた
め、多くの生産工程で使用されているが、凹凸に沿って
膜厚分布ができることが知られている。

【０００９】上記したように、ＩＴＯの骨見えを回避す
るため、各構成要素の最適膜厚を理論計算によって導出
することは可能である。しかしながら実際のところ、上
記ＭＴＮなる液晶表示タイプの凹凸基板上に、例えば絶
縁膜などを溶剤塗布方法にて成膜しようとすると、その
凹凸に沿って膜厚分布が生ずるため、理論計算どおりの
最適膜厚が得られず、ＩＴＯの骨見えを低減することが
困難であった。なお、スパッター法によれば、所望とす
る均一膜厚が得られるが、上記した理由によりスパッタ
ー法を採用することは好ましくない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、コストアップや生産性の低下を招くことなく、
ＩＴＯ骨見え現象を回避するとともに、上記のようなＭ
ＴＮなる液晶表示タイプの液晶表示素子にあっては、白
黒の無彩色性の向上とＩＴＯ骨見え現象の回避とを両立
させることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明の液晶表示素子は、所定の形状にパターニ
ングされた透明電極を有する一対の支持基板を含み、少
なくとも一方の上記透明電極の液晶側に絶縁膜が形成さ
れており、上記絶縁膜が、上記透明電極の屈折率に対し
て差が０．１５以内の屈折率であり、かつ、半径５００
μｍの面積内における膜厚分布が±５００Å以上の分布
を有している膜であることを特徴としている。

【００１２】この場合において、上記支持基板の透明電
極形成面側に凹凸を形成して、上記絶縁膜に上記膜厚分
布を与えるようにすることが好ましい。また、上記課題
をより効果的に解決するには、上記凹凸の山と谷の深さ
が３μｍ以上であることが好ましい。なお、絶縁膜を必
要としない機種の液晶表示素子においては、配向膜に上
記屈折率および上記膜厚分布を持たせればよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、ＩＴＯ骨見え現象がどのよ
うにして生ずるかについてより詳しく説明し、その次に
本発明の実施形態について説明する。図３に、一般的な
液晶表示素子の各構成要素を分離して示す。

【００１４】液晶表示素子１は一対の支持基板として、
表示観察面側の透明基板１０と、その裏面側の透明基板
２０とを備えている。透明基板１０，２０ともに例えば
ガラス基板（合成樹脂基板であってもよい）からなり、
その対向する内面側にＩＴＯよりなる透明電極１１，２
１が所定の電極パターンで形成されている。

【００１５】各透明電極１１，２１上に、絶縁膜１２，
２２を介して配向膜１３，２３が形成され、配向膜１
３，２３間にＴＮなどの液晶３０が封入されている。な
お、図示されていないが、透明基板１０，２０の透明電
極形成面には、アンダーコート層としてのシリカ膜（Ｓ
ｉＯ_２）が形成されている。

【００１６】ここに例示する液晶表示素子１は透過型で
あり、表示観察面側と裏面側の透明基板１０，２０の各
々に偏光膜１４，２４が設けられ、また、裏面側の透明
基板２０の背面側にバックライト４０が配置されてい
る。

【００１７】この構成において、表示観察面側から外光
が液晶セル内に入ってきた場合、その光は上側の偏光膜
１４から進入するが、層間で屈折率に差がある場合、光
はその界面で反射する。表示部全体が同じ状態であるな
らば、全体で反射するので部分的な違いが起こらないた
め問題は生じない。

【００１８】しかしながら、所望の表示をするために、
ＩＴＯはパターニングされており、透明電極は部分的に
しか存在しない。よって、ＩＴＯの有るところと無いと
ころで外光の反射が異なる。この差が大きいとＩＴＯ
（透明電極）のパターンが見えるという「ＩＴＯ骨見
え」が発生し、表示品位を著しく低下させることにな
る。

【００１９】例えば、液晶の屈折率が１．６２８，配向
膜の屈折率が１．７００で厚み３００Å，ＩＴＯの屈折
率が１．９００で厚み４５０Å，アンダーコート層（Ｓ
ｉＯ _２）の屈折率が１．４６０で厚み３００Å，ガラス
の屈折率が１．５２０，絶縁膜の屈折率が１．９００で
厚み７００Åとし、外光をＣ光源と考えた場合、ＩＴＯ
の有るところと無いところの反射光の色差は約７程度と
なる。この条件では多少ＩＴＯ骨見えが発生することに
なる。なお、上記の計算は光が垂直入射で垂直出射の場
合である。

【００２０】ここで、絶縁膜の屈折率が１．９００の場
合、膜厚を変化させたときの色差を図４に示す。膜厚が
５００Å近傍での色差は小さいが、それ以外の膜厚では
大きいことが分かる。

【００２１】次に、絶縁膜の屈折率が１．９００のまま
で、絶縁膜に膜厚分布がある場合、ＩＴＯ骨見えレベル
がどのようになるかを図５に示す。この図５は、膜厚分
布が中心に対して±０Å，±３００Å，±４００Å，±
５００Å，±６００Åとなる場合の色差を示している。
ここで、膜厚分布が例えば±３００Åであるとは、半径
５００μｍの面積内で、最大膜厚と最小膜厚との差が６
００Åであることを意味している。

【００２２】これによると、膜厚分布が大きくなるにし
たがい、ＩＴＯ骨見えレベルが小さくなることが理解で
きる。色差が９以下になるためには、膜厚分布が±４５
０Å以上あればよいことが理解できる。また、色差が６
以下になるためには、膜厚分布が±６００Å以上あれば
よいことが理解できる。

【００２３】図６に絶縁膜の屈折率が１．８００の場
合、図７に絶縁膜の屈折率が１．７００の場合につい
て、絶縁膜に膜厚分布がある場合のＩＴＯ骨見えレベル
がどのようになるかを示す。図４〜図７をまとめると、
色差を小さくするための良好なポイントはそれぞれ存在
するが、絶縁膜の中心膜厚が変わったり、膜厚分布が変
化すると、色差が大きくなる。すなわち、ＩＴＯ骨見え
レベルが悪化する。

【００２４】したがって、中心膜厚などの変化があった
としても、良好なレベルに保つためには、膜厚分布を大
きくすることが必要であることが分かる。また、図８に
絶縁膜の屈折率を１．９〜１．７にまで変化させ、か
つ、膜厚分布を１００〜１０００Åまでの範囲で変化さ
せたときの色差の最大値をまとめて示す。

【００２５】これによると、色差９以下の条件は、絶縁
膜の膜厚分布が±５００Å以上、かつ、絶縁膜の屈折率
と透明電極の屈折率との差が０．１５以内であればよい
ことが理解できる。人間の目で識別できない色差は３以
下と言われているが、実際には６程度でも気にならな
い。したがって、ＩＴＯ骨見えが許容できる範囲として
は、色差６以下とすることが好ましい。色差６以下を達
成するには、絶縁膜の屈折率が透明電極の屈折率にほぼ
等しく、かつ、膜厚分布が±６００Å〜±７００Åの範
囲である。

【００２６】このことにより、絶縁膜の膜厚分布が±５
００Å以上で、かつ、絶縁膜の屈折率と透明電極の屈折
率との差が０．１５以内であれば、どの膜厚に中心があ
ってもＩＴＯ骨見えレベルが小さい。なお、絶縁膜を備
えない機種の場合には、配向膜の屈折率がＩＴＯの屈折
率に対して０．１５以内の差であり、かつ、その膜厚分
布を±５００Åとすればよい。

【００２７】次に、絶縁膜に膜厚分布を持たせる方法で
あるが、一例として図１に示すように、ガラス基板１０
に凹凸を付けて、フレキソ印刷にて絶縁膜１２を塗布し
焼成することにより、山の部分は薄く、谷の部分は厚く
することができる。凹凸面上に絶縁膜の液を塗布する
と、凹凸の山と谷とで平坦化するように流動し、これを
そのまま焼成すれば、膜厚分布がついた絶縁膜１２が成
膜される。

【００２８】ガラス基板に凹凸を作る方法には、ＨＦエ
ッチング，サンドブラストなどが適用可能である。ま
た、ガラス基板に樹脂層を形成し、その表面に凹凸を付
けてもよい。いずれにしても、その凹凸が人間の目で識
別できないようにするためには、山谷のピッチを小さく
する必要がある。

【００２９】そのためには、山谷のピッチは５００μｍ
以下であることが好ましい。より好ましくは３００μｍ
以下で、１００μｍ以下であればほとんど認識不能とす
ることができる。また、規則的な繰り返しパターンで凹
凸を配置すると、干渉やモアレが発生することがあるた
め、ランダム配置とすることが好ましい。なお、山谷の
ピッチとは、図１にｐで示すように、隣り合う山と山と
の間の距離である。

【００３０】

【実施例】次に、図２を参照しながら、本発明による液
晶表示素子１Ａの具体的な実施例について説明する。な
お、図２において、先に説明した図３の構成要素と同一
もしくは同一と見なされる部分には、それと同じ参照符
号を用いている。

【００３１】表示観察面側の透明基板１０および裏面側
の透明基板２０として、ともに１．１ｍｍ厚のガラス基
板を用いた。表示観察面側のガラス基板１０の内面をＨ
Ｆエッチングによりフロスト処理して、山谷のピッチが
約１００μｍ程度，山谷の深さが約５．５μｍ程度の凹
凸を形成した。

【００３２】この凹凸面上に、アンダーコート層として
ＳｉＯ_２を３００Å厚に成膜し、その上にＩＴＯ導電膜
をスパッタ法により約３００Å厚に成膜した後、パター
ニングして所定形状の透明電極１１を形成した。

【００３３】そして、透明電極１１を含む面に絶縁膜の
液をフレキソ法により塗布し、仮乾燥後に３００℃で焼
成して絶縁膜１２を形成した。絶縁膜１２の膜厚は、ガ
ラス基板１０の凹凸を反映し、山部は約２００Å厚程度
で、谷部は約３０００Å厚程度となり、きわめて大きな
膜厚分布が得られた。なお、山と谷の間は中間の膜厚と
なった。

【００３４】絶縁膜１２の上に配向膜１３をフレキソ法
により印刷して成膜した。配向膜１３の膜厚は、ガラス
基板１０の凹凸による影響は少なく、山部で約２００Å
厚，谷部で約４００Å厚の膜厚分布となった。配向膜１
３にはラビングして配向機能を持たせた。

【００３５】裏面側のガラス基板２０には、フロスト処
理せずにアンダーコート層としてＳｉＯ_２を３００Å厚
に成膜し、その上にＩＴＯ導電膜をスパッタ法により約
３００Å厚に成膜した後、パターニングして対向電極２
１を形成した。そして、対向電極２１を含む面に絶縁膜
２２を約７００Å厚に成膜し、続いて配向膜２３を約３
００Å厚に成膜した。配向膜２３にもラビングして配向
機能を持たせた。

【００３６】各構成要素の屈折率は、５９０ｎｍの波長
に対して、ＩＴＯ約１．９４１，絶縁膜約１．９４５，
配向膜約１．７４６，ガラス基板約１．５２０，ＳｉＯ
_２約１．４６０である。液晶３０には、長軸の屈折率が
約１．６２８で，短軸の屈折率が約１．４９８のものを
用いた。

【００３７】これら２枚のガラス基板１０，２０を９．
５μｍの面内スペーサを挟んで、ラビング方向が直交す
る配置にて重ね合わせ、周辺シール材を介して圧着して
液晶セルを作製した。そして、注入孔より液晶を真空注
入法にて注入した後、注入孔を封止材で封止した。液晶
層は９０゜ツイストのＴＮで、Δｎｄは約１．６μｍと
した。

【００３８】ガラス基板１０，２０の外側に、それぞれ
偏光膜１４，２４を配置した。その際、相近接する液晶
の長軸方向（屈折率が高い方向）と偏光膜の吸収軸が同
じとなるように配置した。表示モードは、電圧が印加さ
れていない場合に黒となるネガモード（ノーマリーブラ
ックモード）とした。また、裏面側ガラス基板２０の背
面にバックライト４０を配置した。

【００３９】外光を入射して表示を観察したところ、Ｉ
ＴＯ骨見えはほとんど視認できなかった。比較例とし
て、絶縁膜の屈折率を約１．７５４としたほかは、上記
実施例と同様にして液晶セルを作製したところ、ＩＴＯ
骨見えが観察された。また、絶縁膜の屈折率を約１．９
４５とした場合でも、その膜厚分布が±１００Å程度の
場合には、ＩＴＯ骨見えが観察された。

【００４０】なお、本発明は、前述した実施の形態に限
定されるものでなく、必要に応じて種々の変更が可能で
ある。例えば、前述の実施形態においては、凹凸形成基
板を表示観察面側としたが、裏面側に凹凸形成基板を配
設してもよい。また、液晶材料中に２色性色素を含有さ
せてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の形状にパターニングされた透明電極を有する一対
の支持基板を含み、少なくとも一方の上記透明電極の液
晶側に絶縁膜が形成されている液晶表示素子において、
上記絶縁膜として、上記透明電極の屈折率に対して差が
０．１５以内の屈折率であり、かつ、半径５００μｍの
面積内における膜厚分布が±５００Å以上の分布を有し
ている膜を用いたことにより、コストアップや生産性の
低下を招くことなく、ＩＴＯ骨見え現象を回避すること
ができ、また、白黒の無彩色性の向上とＩＴＯ骨見え現
象の回避とを両立させることができる。

【００４２】本発明の液晶表示素子は、特に車載用，ク
ロック，インジケータなどに用いた場合に、その良好な
視認性，表現力と合わせて高い機能性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子に用いられる一方の支持
基板を示す一部拡大断面図。

【図２】本発明の液晶表示素子の実施形態を示す模式的
断面図。

【図３】従来の一般的な液晶表示素子の構成を示す模式
的断面図。

【図４】絶縁膜の屈折率が１．９００の場合で膜厚を変
更したときの色差を示すグラフ。

【図５】絶縁膜の屈折率が１．９００の場合で膜厚分布
を変更したときの色差を示すグラフ。

【図６】絶縁膜の屈折率が１．８００の場合で膜厚分布
を変更したときの色差を示すグラフ。

【図７】絶縁膜の屈折率が１．７００の場合で膜厚分布
を変更したときの色差を示すグラフ。

【図８】絶縁膜の屈折率を１．９００〜１．７００に変
化させ、かつ、膜厚分布を変更したときの色差を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１０ 表示観察面側透明基板（一方の支持基板） ２０ 裏面側透明基板（他方の支持基板） １１，２１ 透明電極 １２，２２ 絶縁膜 １３，２３ 配向膜 １４，２４ 偏光膜 ３０ 液晶 ４０ バックライト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバーツェトル ハインツ ドイツ国，オーベルツハウゼン，オフェン バッファ，シュトラッセ47 Ｆターム(参考） 2H090 HA03 HD04 HD06 LA01 LA04 2H092 GA17 HA04 JB57 KA18 MA05 MA13 MA18 NA01 NA02 QA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の形状にパターニングされた透明電
   極を有する一対の支持基板を含み、少なくとも一方の上
   記透明電極の液晶側に絶縁膜が形成されており、上記絶
   縁膜が、上記透明電極の屈折率に対して差が０．１５以
   内の屈折率であり、かつ、半径５００μｍの面積内にお
   ける膜厚分布が±５００Å以上の分布を有している膜で
   あることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 上記絶縁膜を有する上記支持基板の透明
   電極形成面側に、上記絶縁膜に上記膜厚分布を与えるた
   めの凹凸が形成されている請求項１に記載の液晶表示素
   子。
3. 【請求項３】 上記凹凸の山と谷の深さが３μｍ以上で
   ある請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 上記絶縁膜に代わりとして配向膜が用い
   られる請求項１，２または３に記載の液晶表示素子。