JP2003228048A

JP2003228048A - 電気光学パネル、電気光学装置および電子機器

Info

Publication number: JP2003228048A
Application number: JP2002026135A
Authority: JP
Inventors: Masahide Takano; 正秀高野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】装置全体の軽量化、小型化、薄型化を行い、
明るい表示を得ることができるようにした反射型液晶表
示装置を提供する。【解決手段】ガラス基板などの透明基板（１３）と、
金属基板（１４）との間に液晶などの電気光学物質層
（１５）が挟持される。金属基板（１４）の電気光学物
質層側の面上には、凹凸形状の光拡散反射面（１４Ａ）
が形成されており、光拡散反射面上には絶縁層（２５）
が形成されている。絶縁層（２５）の端部は外部からの
照明光（Ｌ）を絶縁層内に導入するための光入射端面
（２１）を有する。周囲が明るい場合は、外光が光拡散
反射面により反射されて透明基板側へ戻ることにより表
示がなされる。一方、周囲が暗く、外光を利用した表示
ができない場合には、外部からの照明光を絶縁層内に導
入して光拡散反射面により乱反射させて観察者方向へ向
けることにより、暗い環境下でも表示を行うことができ
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、液晶層などの電気
光学物質を挟んで設けられる透明基板と金属基板を備え
た電気光学装置とそれを備えた電子機器に関し、特に、
裏面側の基板を光反射拡散面を有する金属基板とした構
造に関する。

【０００２】

【背景技術】ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型
ゲーム機や電子手帳などの種々の電子機器には表示部と
して消費電力の少ない液晶表示装置が多用されている。
特に近年は表示内容の多用化に伴って、カラー表示が可
能な液晶表示装置の需要が高まっている。また、携帯電
話や携帯型端末装置などにおいては、日中や照明下など
の明るい環境下においては外光の反射光を利用し、夜な
どの暗い環境下においてはバックライトからの照明光を
利用する、いわゆる半透過反射型のカラー液晶表示装置
が開発されている。

【０００３】このような半透過反射型のカラー液晶表示
装置は、一般的に、上側基板と下側基板からなる一対の
ガラス基板と、それらの間に挟持される液晶層とを備え
る。下側基板の液晶層側の表面には、反射板を兼ねるＡ
ｌ薄膜等からなる光散乱層が表面に光を乱反射する凹凸
部を設けた状態で形成されている。さらに、その光散乱
層上にＳｉＯ₂などの絶縁層と、ＩＴＯ（Indium-Tin Ox
ide）などの画素電極が形成されている。

【０００４】このような半透過反射型の液晶表示装置に
おいて、明るい環境下では、上側基板を通過して液晶層
に入射した外光が光散乱層により反射され、再度液晶層
を通過して上側基板の上方へ戻ることにより、表示画像
が観察者により認識される。一方、暗い環境下では、バ
ックライトからの照明光がカラーフィルタに形成された
開口を通過して上側基板の上方へ至ることにより、表示
画像が観察者により認識される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種の半透過反射型
のカラー液晶表示装置にあっては、液晶層を挟持するた
めの一対の基板がガラス基板から構成されることが一般
的である。ここで近年、この種の半透過反射型カラー液
晶表示装置が適用されている携帯型電話機器あるいは携
帯型情報端末機器にあっては、更なる小型化、軽量化、
薄型化が求められており、半透過反射型のカラー液晶表
示装置自体に対して更なる軽量化の要求がなされてい
る。

【０００６】そこで、この種の反射型カラー液晶表示装
置の重量を検討してみると、体積的に最も大きな割合を
占めるガラス基板の重量が装置全体の重量の大部分を占
めるので、カラー液晶表示装置を軽量化するためには、
ガラス基板を薄型化することが最も効果的である。とこ
ろが、現在のガラス基板は十分に薄型化されて、厚さが
０.３〜０．４ｍｍ程度とされており、ガラス自体の強
度面から鑑みるとこれ以上の薄型化は難しいのが現状で
ある。

【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、装置全体の軽量化、小型化、薄型化を行い、
明るい表示を得ることができるようにした反射型液晶表
示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電気光学パネル
は、透明基板と、金属基板と、前記透明基板及び前記金
属基板の間に挟持される電気光学物質層と、前記金属基
板の前記電気光学物質層側の面上に設けられた凹凸形状
の光拡散反射面と、前記光拡散反射面上に設けられた絶
縁層と、を備え、前記絶縁層の端部は、外部からの照明
光を前記絶縁層内に導入するための光入射端面を有す
る。

【０００９】上記の電気光学パネルにおいては、ガラス
基板などの透明基板と、金属基板との間に液晶などの電
気光学物質層が挟持される。金属基板の電気光学物質層
側の面上には、凹凸形状の光拡散反射面が形成されてお
り、光拡散反射面上には絶縁層が形成されている。これ
により、外部からの外光は光拡散反射面により反射され
て透明基板側へ戻り、電気光学物質による表示がなされ
る。

【００１０】また、絶縁層の端部は外部からの照明光を
絶縁層内に導入するための光入射端面を有するので、周
囲が暗く、外光を利用した表示ができない場合には、外
部からの照明光を絶縁層内に導入して光拡散反射面によ
り乱反射させて観察者方向へ向けることにより、暗い環
境下でも表示を行うことができる。

【００１１】本発明では、反射型液晶表示装置に用いら
れていた従来のガラス基板に代えて金属基板を用いるの
で、ガラス基板と同等の強度であってもガラス基板より
も薄い金属基板とすることが可能となり、ガラス基板を
用いた従来構造よりも薄型化、軽量化が可能となる。ま
た、金属基板の電気光学物質層側の面を直接反射面とす
るので、反射効率も良好であり、明るい高品位の表示が
得られる。

【００１２】前記光入射端面は、前記絶縁層の前記電気
光学物質層側の面に対して傾斜させることができる。こ
れにより、外部からの照明光を効率的に絶縁層内に導入
することができ、光源からの照明光を利用する場合でも
明るい表示を行うことができる。

【００１３】上記の電気光学パネルにおいて、前記金属
基板は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｉの
少なくとも１つまたはこれら各金属元素を主体とする合
金とすることができる。これらの金属において、特にＡ
ｌからなる基板であるならば、ガラスと同程度の比重、
例えば、２.７程度の比重を有し、強度がガラスよりも
高いので、ガラス基板と同等程度の強度であるならば、
ガラス基板の厚さの１／２〜１／３程度の金属基板を採
用することができ、基板部分を薄型化あるいは軽量化す
ることができる。また、他の金属においても同様であ
り、ガラス基板に代えてこれらの金属材料からなる基板
を用いることで薄型化、軽量化をなし得る。一方、前記
絶縁層は、酸化珪素、酸化アルミ、酸化タンタル、及び
有機樹脂のいずれか１つとすることができ、それぞれ代
表的なものとしてＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５が
ある。

【００１４】さらに、前記電気光学パネルと、前記絶縁
層の外周上に設けられ、前記照明光を出射する光源を備
える電気光学装置を構成することができる。この際、光
源はＬＥＤ又は光ファイバを利用した複数の光源ユニッ
トにより構成することができる。この光源ユニットは、
電気光学パネルの周囲を覆うように設けることもできる
し、電気光学パネルの周囲に間欠的に配置することもで
きる。

【００１５】また、上記の電気光学装置を表示部として
備える電子機器を構成することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。

【００１７】図１に、本発明の実施形態にかかる反射型
液晶表示装置の液晶パネルの構成を示す。図１は、本発
明を適用した反射型のＴＦＤ型（Thin Film Diode 型）
液晶パネルの主要部の断面図である。この実施形態の液
晶パネル１０に、液晶駆動用ＩＣ、支持体などの付帯要
素を装着することによって、最終製品としての液晶表示
装置が構成される。

【００１８】この実施形態の液晶パネル１０は、図示し
ない環状のシール材を介して互いに対向するように貼り
付けられた透明基板１３及び金属基板１４と、これらの
間にシール材に囲まれて挟持された液晶層１５と、透明
基板１３の上面側（観察者側）に付設された偏光板１６
を主体として構成されている。

【００１９】透明基板１３は透明なガラスから構成さ
れ、観察者側に向いて設けられる表側の基板である。金
属基板１４はその反対側、換言すると裏側に設けられる
不透明な金属からなる薄型の基板である。なお、この実
施形態では偏光板１６を１枚のみ設けた構造としたが、
偏光板を別途必要枚数設けた構造としても良く、偏光板
に加えて位相差板等も適宜必要に応じて備えていても良
い。

【００２０】透明基板１３は、例えば厚さ０.３〜０．
４ｍｍ程度に形成されたガラス基板であり、従来から液
晶表示装置に広く使用されている種々のガラス基板と同
等のもので良い。なお、この透明基板１３の厚さは一例
であって、用途に応じて更に厚いか、更に薄いガラス基
板を適宜適用しても良いのは勿論である。この透明基板
１３の裏側（換言すると液晶層１５側）には駆動用の電
極１８が形成されている。なお、実際の液晶表示装置に
おいては電極１８を覆って液晶層１５側に配向膜が設け
られるが、図１では省略してある。また、反対側の金属
基板１４側の後述する電極３２上にも配向膜が設けられ
るが、図１では図示を省略し、またその説明を省略す
る。

【００２１】液晶駆動用の電極１８はＩＴＯ（Indium T
in Oxide：インジウム錫酸化物）などの透明導電材料か
ら、平面視ストライプ状に形成されたものである。

【００２２】一方、金属基板１４は、本実施形態ではＡ
ｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｉの少なくとも
１つまたはこれら各金属元素を主体とする合金、例えば
Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｔｉ合金、Ｂｅ合金などのいずれ
かからなる。また、金属基板１４は積層体であっても差
し支えないので、強度が高く、比重もできるだけ小さい
薄い金属板の上に先のＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｚｎ、
Ｆｅ、Ｓｉの少なくとも１つまたはこれら各金属元素を
主体とする合金の被覆層を形成した積層板を用いても良
い。

【００２３】そして、金属基板１４の上面（液晶層１５
側の面）には以下に説明する光拡散処理が施されて光拡
散反射面１４Ａとされている。

【００２４】光拡散処理とは、液晶層１５を通過させた
後に金属基板１４で反射させる光を散乱させるための処
理であり、金属基板１４の表面を金型等の塑性加工具
によって塑性変形させて表面に多数の凹凸を形成する処
理、金属基板１４の表面に機械切削等の機械加工手段
によって凹凸を形成する処理、金属基板１４の表面に
レジストを塗布してからエッチングして表面の必要部分
を除去し、レジストを剥離することで凹凸加工する処
理、サンドブラスト処理のように研削用の砥粒を吹き
付けて表面の凹凸加工を行う処理、金属基板の表面を
電界研磨により粗面化する処理のうち、１つ以上の方法
を実施することで行う。前記の各種方法において、金
属基板１４の表面に切削加工によりディンプル処理を施
すことで光散乱させることもでき、仕上研磨により光散
乱させることもでき、酸性エッチングによりリン酸と硫
酸の混合液にて処理温度１０５〜１２０℃にて必要時間
処理することで光散乱させることもできる。また、電界
研磨により光拡散反射面を形成することもでき、その場
合の基本的な方法として、過塩素酸酢酸法、硫酸リン酸
法、濃リン酸法、振動電界研磨法、フリュオボレート
法、アルカリリン酸塩法、硫酸浴法、アルカリ法等のい
ずれの方法を用いても良い。電解研磨法とはＡｌなどの
金属を陽極酸化的に酸化剤の電解液中で所定の条件で電
解する方法で、特に比較的高温かつ高電流密度で行う電
界光輝処理法（Electrobrighening Process）を採用す
ることができる。更に具体的な方法としては、特許第１
２８８９１号に記載のリン酸浴法（リン酸浴を用いて２
０〜６０Ａ／ｄｍ²の電流密度で５０〜７０℃の浴温度
で３〜２０分程度電解する方法）を適用することで凹凸
を生じた電解研磨面を容易に得ることができる。

【００２５】これらの処理が施された金属基板１４は凹
凸を有し、表面光沢を有する。金属基板１４の表面の光
沢度を約５０以上とすることにより、外光を有効に反射
するようになり、反射型液晶表示装置の反射板として利
用することができる。

【００２６】また、これら各種の方法で光拡散処理がな
された金属基板１４の表面の表面粗さは、例えばＲmax
が０．０５〜１．３μｍ程度、Ｒａが０.０５〜０．１
μｍ程度とするのが望ましい。

【００２７】さらに本実施形態の構造では、金属基板１
４の上面側（液晶層１５側）に厚さ５００Å（オングス
トローム）〜０．５μｍ程度のＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、
Ｔａ _２Ｏ_５、または有機樹脂などの絶縁層２５が形成さ
れる。

【００２８】金属基板１４の厚さは例えば０．１ｍｍ程
度としても、従来のガラス基板とほぼ同等の強度を得る
ことができるので、その上に絶縁層２５を設けても、従
来のガラス基板の約１／２〜１／３程度の基板厚さとす
ることができる。

【００２９】絶縁層２５をＡｌの陽極酸化皮膜であっ
て、硫酸を電解質として用いた陽極酸化皮膜からなるも
のとすれば、金属基板１４に対して良好な密着性を有
し、無色透明なものが容易に得られるので、金属基板１
４の光反射散乱性能に悪影響は無い。この陽極酸化皮膜
として、Ａｌの陽極酸化皮膜を適用するならば、Ａｌを
硫酸１０〜３０％程度の溶液に浸漬して電圧１００Ｖ以
上で陽極酸化する処理で無色透明の陽極酸化皮膜（ベー
タ皮膜）を得ることができる。なお、各種Ａｌ合金にお
いて、ＡＡ規格の１０７０合金、１１００合金、３００
４合金、５０５２合金、５００５合金、７０７２合金等
において無色透明の陽極酸化皮膜を得ることができる。
これらの合金を用いて陽極酸化皮膜を形成する場合の電
流密度、浴温などの電解条件でも色は変化するが、浴温
１５〜２５℃程度、電流密度６０〜３００Ａ／ｍ^３程度
の条件で無色透明の陽極酸化皮膜を容易に得ることがで
きる。前記陽極酸化皮膜は電気絶縁性に優れ、５×１０
¹²Ω・ｃｍ程度の体積固有抵抗を有する。

【００３０】また、ＡｌにＭｇを０.５〜２.０％含有さ
せた合金に対して陽極酸化皮膜を形成すると、陽極酸化
皮膜の厚さに応じて光反射率が低下する。光反射率の低
下は陽極酸化皮膜の厚さが２μｍ（１０^-6ｍ）において
５％、厚さ１０μｍ（１０^-6ｍ）において１０％となる
ので、陽極酸化皮膜が厚すぎると光反射率の低下が著し
くなるが、光反射率の面からみても陽極酸化皮膜の厚さ
が先の範囲（１５００〜３０００オングストローム）で
あれば悪影響はない。

【００３１】なお、絶縁層２５として、浸漬処理あるい
はスパッタ処理で得られた厚さ１５００〜３０００オン
グストローム程度の酸化ケイ素（例えばＳｉＯ₂）の
膜、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の無色透明の有機皮
膜をスピンコート法や印刷法などで塗布形成した厚さ
１.０〜２.０μｍ（１０^-6ｍ）程度の有機樹脂絶縁膜を
用いても良い。絶縁層２５は、例えばイオンプレーティ
ング法などにより比較的高速に形成することができる。

【００３２】絶縁層２５の端部は、図１に示すように傾
斜した光入射端面２１とし、この光入射端面２１を通じ
て光源３５からのサイドライト（照明光）Ｌを絶縁層２
５内に入射させることにより、外光が不十分な場合にも
明るい表示を行うことができる。光入射端面２１の傾斜
は、光源３５の位置との関係を考慮して決められるが、
基本的にはサイドライトＬの入射角に対して垂直に近い
角度で形成することにより、より効率的にサイドライト
Ｌを絶縁層２５内に導入することができる。

【００３３】これにより、明るい環境下では透明基板１
３の上方から入射する外光を金属基板１４の光拡散反射
面１４Ａにより反射させ、暗い環境下では光源３５から
のサイドライトＬを絶縁層２５内に導入して光拡散反射
面１４Ａにより拡散及び反射することにより、いずれの
環境においても明るい表示を行うことができる。

【００３４】サイドライトＬを出射する光源３５はＬＥ
Ｄを利用して構成した線状の光源とすることができる。
即ち、複数のＬＥＤを並べて設けた照明ユニットを液晶
パネル１０の周辺に設ければよい。また、絶縁層２５の
膜厚は非常に薄いので、光ファイバーなどを利用して線
状の光源を構成し、サイドライトＬを絶縁層２５内に導
入するように構成してもよい。

【００３５】絶縁膜２５の上には、カラーフィルタ１７
が形成される。カラーフィルタ１７は、絶縁層２５の上
面に、光遮断用のブラックマスク及びカラー表示用のＲ
ＧＢパターンを形成することにより構成されている。ま
た、カラーフィルタ１７上には、ＲＧＢパターンを保護
する透明樹脂などからなる保護平坦化膜２７が被覆され
ている。

【００３６】なお、ブラックマスクは例えばスパッタリ
ング法、真空蒸着法等により厚さ１０００〜２０００オ
ングストローム程度のクロム等の金属薄膜をパターニン
グしてマトリクス状に形成される。また、ＲＧＢパター
ンは、赤色パターン（Ｒ）、緑色パターン（Ｇ）、青色
パターン（Ｂ）が、所望のパターン形状で配列され、例
えば、所定の着色材を含有する感光性樹脂を使用した顔
料分散法、各種印刷法、電着法、転写法、染色法等の種
々の方法で形成されている。

【００３７】保護平坦化膜２７の上には画素電極が形成
されている。即ち、保護平坦化膜２７上に、ストライプ
状の電極１８と直交する方向にＩＴＯなどの透明導電材
料からなる画素電極３２が複数形成される。

【００３８】本発明の液晶パネル１０によれば、外光を
利用した表示の場合は、外部からの入射光Ｌ１は、液晶
層１５を通過し、金属基板１４の表面の光拡散反射面１
４Ａによって乱反射され、再び液晶層１５を通過し、偏
光板１６を介して液晶パネル１０から出射され、出射光
Ｌ２として観察者の肉眼Ｅに到達する。一方、外部が暗
い環境下では、光源３５からのサイドライトＬが光入射
端面２１を通じて絶縁層２５内に入射し、金属基板１４
の表面の光拡散反射面１４Ａによって乱反射されて液晶
層１５を通過し、偏光板１６を介して液晶パネル１０か
ら出射され、出射光Ｌ３として観察者の肉眼Ｅに到達す
る。

【００３９】本発明の液晶パネル１０においては、観察
者から見て裏側の基板が金属基板１４により構成されて
いて、従来のガラス基板より薄型化されているので、従
来のガラス基板を用いた構造の液晶パネルよりも軽量化
がなされるとともに薄型化されていることとなる。ま
た、通常のガラス基板であれば比重２.５〜２.７程度で
ありＡｌの金属基板であればＡｌの比重が２.７であ
り、Ａｌの強度がガラスの強度の数倍あることを考慮す
ると、同一強度の基板とするためにはＡｌ基板の方が薄
型化できることは明らかであり、Ａｌに加えて、更に比
重の小さなＭｇ（比重１.７）を基板構成材料として選
択するならば、基板を更に軽量化することができる。

【００４０】さらに、金属基板１４の表面は凹凸部が形
成された光拡散反射面１４Ａとされているとともに透明
の絶縁層２５で被覆されているので、金属基板１４が有
する効率の高い光反射性を損なうことなく反射光を乱反
射できるので、干渉光等の光ムラを生じる事なく均一化
された明るい高品位の表示を得ることができるととも
に、混色を防止し、視野角を大きくすることができる。
また、ガラス基板の場合と比べて、絶縁層２５に対する
ＩＴＯ電極やＳｉＯ_２との密着性が高いので、配向ムラ
が減少する。

【００４１】［電子機器］次に、本発明の液晶パネル１
０を備えた電子機器の具体例について説明する。図２
（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図２
（ａ）において、符号２００は携帯電話本体を示し、符
号２０１は上述の液晶パネル１０か用いた液晶表示部を
示している。

【００４２】図２（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの
携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図２
（ｂ）において、符号３００は情報処理装置、符号３０
１はキーボードなどの入力部、符号３０３は情報処理装
置本体、符号３０２は上述の液晶パネル１０を用いた液
晶表示部を示している。

【００４３】図２（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を
示した斜視図である。図２（ｃ）において、符号４００
は時計本体を示し、符号４０１は上述の液晶パネル１０
を用いた液晶表示部を示している。

【００４４】図２（ａ）〜（ｃ）に示すそれぞれの電子
機器は、上述の液晶パネル１０を用いた液晶表示部を備
えたものであり、薄型化、小型化、軽量化された明るい
表示品質の優れた効果を有する電子機器となる。

【００４５】なお、上記の実施形態では、本発明を液晶
パネルに適用した例を示したが、本発明の金属基板及び
絶縁膜の組み合わせをＥＬ素子を利用した表示装置など
に適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による液晶パネルの主要部の
構成を示す断面図である。

【図２】本発明の液晶パネルを適用した電子機器の例を
示す。

【符号の説明】

１０液晶パネル１３透明基板１４金属基板１５液晶層１７カラーフィルタ２１光入射端部２５絶縁層３５光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板と、金属基板と、前記透明基板及び前記金属基板の間に挟持される電気光
学物質層と、前記金属基板の前記電気光学物質層側の面上に設けられ
た凹凸形状の光拡散反射面と、前記光拡散反射面上に設けられた絶縁層と、を備え、前記絶縁層の端部は、外部からの照明光を前記絶縁層内
に導入するための光入射端面を有することを特徴とする
電気光学パネル。
【請求項２】前記光入射端面は、前記絶縁層の前記電
気光学物質層側の面に対して傾斜していることを特徴と
する請求項１に記載の電気光学パネル。
【請求項３】前記金属基板は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂ
ｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｉの少なくとも１つまたはこれら各
金属元素を主体とする合金からなることを特徴とする請
求項１又は２に記載の電気光学パネル。
【請求項４】前記絶縁層は、酸化珪素、酸化アルミ、
酸化タンタル、及び有機樹脂のいずれか１つからなるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
電気光学パネル。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
電気光学パネルと、前記絶縁層の外周上に設けられ、前
記照明光を出射する光源と、を備えることを特徴とする
電気光学装置。
【請求項６】前記光源は、ＬＥＤ又は光ファイバを利
用した複数の光源ユニットを有することを特徴とする請
求項５に記載の電気光学装置。
【請求項７】請求項５又は６に記載の電気光学装置を
表示部として備えることを特徴とする電子機器。