JP2004191417A

JP2004191417A - 反射体の製造方法及び反射体並びに液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004191417A
Application number: JP2002355746A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hayashi; 祐三林
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】反射特性に優れた液晶表示装置用の反射板を、簡単な方法で高能率に形成する方法と、優れた反射特性を有する反射板と反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】インクジェットノズルを使用して基板表面に低粘度の光硬化型樹脂若しくは熱硬化型樹脂からなる大きさの異なる液滴をランダム配置で形成した後、基板を傾斜させて液滴を非対称型に偏らせ、液滴を偏らせた状態を光硬化若しくは熱硬化させて固化し、さらに固化した樹脂液滴の表面に金属膜からなる反射層を形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型或いは半透過反射型の液晶表示装置等に用いられる反射体の製造方法及びその反射体を備えた液晶表示に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型情報端末機器分野の発展に伴って、小型，軽量且つ可搬性に優れる液晶表示装置が広く用いられている。中でも反射型液晶表示装置は、バックライトが不要なため消費電力が大幅に低減できるとともに、更なる薄型，軽量化が可能となるため、近年その重要性が高まってきている。このような反射型液晶表示装置では、広い視野角範囲で明るい表示を実現するために、表面にランダムな凹凸が形成された拡散反射体が液晶層の背面側に備えられ、表示面側から入射した外光を拡散反射させて表示を行なうようになっている。
【０００３】
このように表面に凹凸の形成された反射体を製造する方法としては、例えば感光性樹脂をパターニングして凹凸を形成する方法（特許文献１参照）や、フィルムの熱収縮によって形成された皺を凹凸として用いる方法等が提案されている。
【０００４】
上記感光性樹脂をパターニングする製造方法では、例えば図９に示すように、まず、ガラス等からなる基板１０１上に感光性の樹脂１０２を塗布し（図９（ａ）参照）、この樹脂１０２をフォトリソグラフィ技術により所定の形状にパターニングして矩形の凸部１０２ａを形成する（図９（ｂ）参照）。次に、この凸部１０２ａを加熱処理して凸部１０２ａの角部を流動によりだらした後、この凸部１０２ａの上に樹脂１０３を塗布する（図９（ｃ）参照）。これにより、隣接する凸部１０２ａの間が樹脂１０３により埋められ、基板表面に滑らかな曲面状の凹凸が形成される。そして、最後に、この樹脂１０３上に、蒸着等の方法によりアルミニウムや銀等の金属膜からなる反射層１０４を形成することで、反射体１０５が製造される（図９（ｄ）参照）。
この方法によれば、現像工程が不要になり、低コストで高い反射率と前面への効果的な光拡散特性を有する反射体を得ることができるとされている。
【０００５】
また、レジスト材料からなる突起を傾斜させて加熱し、非対称の凸部を形成して表面に金属膜からなる反射層を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
この方法は、図１０に示すガラス基板１１１上にレジスト材料１１２をスピンコートして成膜し（図１０（ａ）参照）、加熱してプリベークした後、半円の遮光部を有するフォトマスク１１３を使用して露光および現像を行い（図１０（ｂ）参照）、光の非照射部分に微細な半円柱部１１２ｂを形成し（図１０（ｃ）参照）、次に、ガラス基板１１１を半円柱部１１２ｂの半円の直径部分が下方となるよう傾斜させる（図１０（ｄ）参照）。この状態を保持し、１２０〜２５０℃で熱処理する。すると、図１０（ｅ）に示すように半円柱部１１２ｂは角がとれて、滑らかな、かつ、傾斜角分布に偏りを持った、非対称の凸部１１２ｃが形成される。その後、放冷などにより硬化させる。
以上の工程により非対称の凸部１１２ｃを形成した後、図１０（ｆ）に示すように、表面にＡｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ等の金属からなる反射層１１４を形成して反射体１５を得るものである。
この反射体１５は、ガラス基板１１１の上にレジストからなる凸部１１２ｃが形成され、その凸部１１２ｃおよびガラス基板１１１を覆って反射層１１４が形成されている。
【０００６】
この方法によれば、反射体の散乱方向を制限することが可能となり、不必要な方向への散乱が減り、視角方向の明るさを飛躍的に向上させ、良好な反射特性を有する反射体を再現性良く作製することが出来るとされている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９０９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７７１０６号公報（第６頁（００７０）〜第７頁、）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反射体の凹凸部の表面形状を十分な精度で制御して形成した場合、内外からの不要な光の反射を抑制し、必要な方向の光の反射を効率よく行なうことができる。このため、凹凸の形状制御は表示品質を高める上で重要な課題である。しかしながら、上述の各方法では、凹凸面を所望の形状に制御して形成することは困難であり、感光性樹脂やレジストのパターニング工程を経るので工程が煩雑となる。
例えば、上記特許文献１に開示された反射体の製造方法では、感光性樹脂層をフォトマスクを用いて露光によりパターニングするので凸部の表面が平坦となり、必要な方向の光の反射率を高めるための高性能な反射体を得ることが困難であり、また、精密なフォトマスクを作製するために多大な労力を要するという問題点がある。
また、上記特許文献２に開示された反射体の製造方法では、ランダムに配置された開口部を有する精密なフォトマスクを作製するのに多大な労力を要し、露光・現像手段を経るので工程が煩雑になるという難点がある。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであって、反射特性が制御された凸面をスピーディーに効率よく、安価に製造する方法を提供しようとするものである。また、このように効率よく製造された性能の優れた反射体を具備した液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の反射体の製造方法は、基板上に光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を多数形成する工程と、前記基板を傾斜させて該樹脂の多数の液滴を個々に基板傾斜の下側を厚く基板傾斜の上側を薄い非対称形状の液滴にする工程と、前記多数の液滴を硬化させて非対称形状の多数の凸部を基板上に形成する工程と、上記多数の凸部の形成された基板上に反射層を形成する工程とを備えた方法を採用した。
そして前記液滴を形成する方法としては、インクジェット方式を採用することとした。
また、液滴を硬化させる手段としては、紫外線硬化法や熱硬化法を利用することができる。
本発明の反射体の製造方法によれば、インクジェット方式により直径の異なる液滴をランダム配置で迅速に形成することができるので、その液滴を硬化させて凸部としてからそれらの上に反射層を形成することで、高性能の反射特性を備えた反射体を高能率で形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の反射体の製造方法で使用する光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂は、粘度が５ｃｐ〜５０ｃｐのものを使用するのが良い。
また、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と基板との接触角が１５度〜４０度であるものを使用するのが好ましい。
基板上に液滴を形成して傾斜させた後、液滴の形状が任意に変化し易く、独立した凸部を形成し易いからである。このような特性の光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することにより、視野方向に強い反射率を有する所望の形状に制御された凸部を有する反射体を得ることが可能となる。
【００１１】
本発明の反射体においては、基板上に噴射された光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を基板を傾斜させて非対称形状としてから硬化させて形成した非対称形状の多数の凸部と、これらの凸部を備えた基板上面に形成された反射層とを具備してなることを特徴とする。
更に本発明の液晶表示装置においては、基板上に噴射された光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を基板を傾斜させて非対称形状としてから硬化させて形成した非対称形状の多数の凸部と、これらの凸部を備えた基板上面に形成された反射層とを具備してなる反射体を備えたことを特徴とする。
これらの反射体を備えることで、視野方向に強い反射率を有する所望の形状に制御された凸部を有する反射特性を得ることができ、目的の方向においてより明るい表示形態を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（反射体及びその製造方法）
図１は、本発明の反射体の表面を一部拡大して示す図であり、図２は、図１に示す本発明の反射体の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
図１に示すとおり、本発明の反射体５の表面には互いに粒径の異なる樹脂製の凸部２がランダムに配置されている。この凸部２は、図１に示す様に平面形状はやや扁平な円形をなしており、図２に示すように紙面右側がいずれも厚くなるような左右非対称形状に形成されている。
そして各凸部２の表面はアルミニウム（Ａｌ）あるいは銀（Ａｇ）等の光反射率の高い金属からなる反射層３で覆われている。
【００１３】
次に、図３は本発明の反射体表面の非対称形状の凸部２の断面を拡大して示した図である。この凸部２は、例えば鎖線で示す直径Ｌの半円形をなすような形状の樹脂製の液滴２’が、図３の紙面右側に傾いて硬化したものである。なお、実際に用いる液滴２’の大きさは図３のものよりも若干小さく、その大きさの液滴が変形することで凸部２を構成するが、図３では液滴２’を見やすいように多少拡大して示している。
凸部２において、その頂点Ｐを通り基板１に垂直な線Ｈは、紙面右側に偏り、図３においてａ＜ｂとなっている。また、図３において凸部２のａ側の接線のなす角度（θ_１：後退接触角）は、ｂ側の接線のなす角度（θ_２：前進接触角）よりも大きくなっている。すなわち、図３においてθ_１＞θ_２の関係となっている。
本発明の反射体においては、この前進接触角（θ_２）が１５〜４０度、好ましくは２０〜３０度であるのが良い。これは多くの液晶表示装置の場合、表示面と視線のなす視角が３０度前後であるから、この方向に最も良く光を反射するようにするためである。
【００１４】
図４は、液晶表示装置における視線方向を模式的に示した図である。図３に示した凸部２を有する反射体５の垂直方向から入射した光Ｌｉは、液晶表示装置の液晶層を通過した後反射層３で反射して視界に入射してくる。この場合の反射層３に対する光の受光角は、図３における前進接触角（θ_２）に相当する。
【００１５】
本発明の反射体における受光角と反射率との関係を測定した結果を図５に示す。
図５に示すように本発明に係る反射体は、受光角が１５度〜３０度の範囲で高率の反射率を示し、特に２０度から３０度の間の反射率が高い。また、３０度から５０度の範囲においても反射率が急激に低下することなく一定の反射率を保つ特性を有する。このために本発明に係る反射体５であるならば、１５度〜５０度の範囲で一定以上に明るい上に、最も重要視される１５度〜３０度において更に明るいという、最も好ましい反射特性を得ることができる。
【００１６】
次に、本発明の反射体の製造方法について説明する。
図６は、本発明に係る反射体の製造方法の概要を模式的に説明する工程図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、ガラス等の平滑な基板１の表面に光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる液滴２を形成する。液滴２を形成する手段としては圧電素子を利用して液滴を噴射する形式のノズル若しくはノズル中の液内にバブルを発生させてその圧力で噴射するバブルジェット（登録商標、以下同じ））式のノズルを使用するインクジェット法を利用して、適当な粘度の樹脂溶液をノズル１０，１１から吐出させることにより形成することができる。
【００１７】
基板としてはガラス、各種樹脂板等表面が滑らかなものであれば特に制限はない。また、基板表面に必要に応じて液滴の接触角を制御するために撥水性の層を適宜形成しても良い。
光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂も特に制限はなく、フェノール系、アクリル系、エポキシ系、ポリスチレン系、アミド系、イミド系の樹脂で、紫外線を含む光照射や加熱により硬化する樹脂ならば種類を問わず利用できる。
ノズルから吐出させるためには、樹脂の粘度は形成温度において５ｃｐ（センチポアズ）〜５０ｃｐ程度の低粘度にするのが適当であり、各種溶剤を使用して適正に粘度と溶剤除去後の液滴の径が適当な大きさ／高さになるように調整をしたものを使用する。さらに使用する基板との接触角が１０度〜５０度程度となるものを選択して使用すれば良い。
【００１８】
基板としてガラスを使用する場合、上記のような特性を有する光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を例示すれば、フェノール系、アクリル系或いはエポキシ変性アクリル系、ウレタン系等の樹脂を挙げることができる。
【００１９】
前記樹脂の液滴を形成するノズルは、例えばインクジェットプリンターで使用する、圧電素子の体積変化を利用して液滴を吐出させるピエゾジェット式のノズルや、液体を加熱してその一部を気化させ、そのときの圧力を利用して液滴を吐出させるバブルジェット式のノズルを使用することができる。
【００２０】
本発明の方法においては、図６に示すように、吐出孔のサイズの異なる複数のノズル１０，１１を多数配置したマルチノズルとし、これらのノズルを基板表面上を走査させると同時にコンピューター制御してランダムに動作させることが好ましい。このように異なる大きさの液滴を個々にランダム配置で噴射形成すると、部分的に偏りのない均一な反射特性を有する反射体が得られ易いので都合が良い。
【００２１】
前記液滴の大きさは、直径１〜４０μｍが適当であり、互いに独立させて形成するのが好ましい。液滴の大きさは基板の表面エネルギーと液体の表面張力との釣り合いによって決まる。そのためにも使用する樹脂の粘度と、基板に対する表面張力の選択は重要である。粘度と基板に対する表面張力を最適に選択した樹脂溶液を使用すれば、インクジェットプリンター用の６００〜２４００ｄｐｉの解像度のインクジェット噴射装置を使用して、図６（ｂ）に示すような反射体として好適な樹脂製の液滴２を基板１上に高速で極めて容易に形成することができる。なお、図６（ｂ）では隣接する液滴が接触した状態に描かれているが、隣接した液滴が一体化して凝集すると不都合なので、各液滴を独立して分離した状態で形成することが好ましい。
【００２２】
基板１上に液滴２を形成したならば、図６（ｃ）に示すように基板１を水平状態から１０〜５０度程度傾け、図３に示す液滴の前進接触角θ_２が１５〜４０度となるようにする。すると粘性をもった液体は重力により傾斜方向に偏り、非対称形の液滴になる。ついで基板を傾けた状態で樹脂製の液滴２を硬化させる。硬化手段としては、使用した樹脂が光硬化型樹脂の場合には、波長４００ｎｍ以下、例えば３６５ｎｍ等の紫外線を照射する。使用した樹脂が熱硬化型樹脂の場合には、赤外線を照射するか加熱装置に入れて硬化させる。すると図６（ｄ）に示すように同じ方向に傾いたサイズの異なる液滴２を有する基板が得られる。
【００２３】
以上の工程を行った後、図６（ｅ）に示すように、硬化した液滴２の表面に金属膜からなる反射層３を成膜法により形成する。反射層としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ等の光反射率の高い金属を使用することができる。反射層３の厚さは、０．０５〜０．３μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍ程度が適している。反射層３の形成方法は、真空蒸着やスパッタ法等公知の成膜手段が利用できる。
【００２４】
以上詳説したとおり、本発明の反射体の製造方法によれば、インクジェット式のノズルを使用して液滴を形成するので、インクジェットノズルのコンピューター制御により大きさの異なる液滴をランダム配置で簡単に基板上に形成できるので、反射特性に優れた反射体を極めてスピーディーに容易に形成することが可能となる。特に、インクジェットノズルをマルチ化したものにすれば、極めて生産性良く反射体を形成することができる。
【００２５】
（液晶表示装置）
次に、本発明の反射体を使用した液晶表示装置の一例について説明する。
図７は、本発明の液晶表示装置の構成を上面側から見た斜視図である。本発明の液晶表示装置は本体である液晶パネル１００と、この液晶パネル１００の前面（上面）に配されたフロントライト２００とを備えて構成されている。
フロントライト２００は、平板状の導光体２２０と、この導光体２２０の側端面に配されたアクリル系樹脂等の透明部材からなる四角柱状の中間導光体２１２と、この中間導光体２１２の長手方向の一端面に配されたＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等からなる発光素子２１１とを備えて構成されている。中間導光体２１２と導光体２２０とは、内面にＡｌやＡｇ等の高反射率の金属膜が形成されたケース状の筐体２１３によって一体に固定されていることが好ましい。
また、導光体２２０の上面（液晶パネル１００と反対側の面）には、プリズム状の溝２２１がストライプ状に形成されている。
【００２６】
図８（ａ）は、本発明の反射体をパネルの下側基板に外付けした液晶パネルの断面構造の一例を示す図である。
液晶パネル１００は、ガラスなどの透明な材料からなる下側基板１１０と、上側基板１２０を対向させて配置し、その間に液晶層１３０を基板周辺部に介在させたシール材により封止した構成となっている。
この例では下側基板１１０の液晶層１３０側の面に、透明電極１１５、配向膜１１６が順次積層形成されている。また、上側基板１２０の液晶層１３０側の面には、透明電極１２５、配向膜１２６が順次積層形成されている。上側基板１２０の外側には偏光板１２８が設けられている。
上記下側基板１１０の液晶層１３０側と反対側の面（すなわち基板１１０の外面側）には、偏光板１１８が設けられており、その外側には透明樹脂層４を介して本発明の反射体５が貼り付けられている。
【００２７】
図８（ａ）に示す反射体５は基板１上に紙面右側にやや傾斜した、扁平な樹脂製の凸部２がランダムに配置されており、凸部２の表面には高反射率のＡｌ層等からなる反射層３が形成されている。反射体５は、図１に示す線Ａ−Ａ’を視線の方向にして組み立てる。
前述の構造の反射体５を備えた本発明の液晶表示装置は、良好な反射特性を有し視角方向の明るさが飛躍的に向上する。これによって明るい反射型液晶表示装置を得ることができる。
即ち、図５を基に先に説明した場合と同様に、本発明に係る反射体５を備えた液晶パネル１００は、受光角が１５度〜３０度の範囲で高率の反射率を示し、特に２０度から３０度の間の反射率が高く、その範囲で視認した場合に明るい表示状態が得られる。また、３０度から５０度の範囲においても反射率が急激に低下することなく一定の反射率を保つ明るい反射特性の液晶表示装置を提供することができる。このために本発明に係る反射体５を備えた液晶表示装置であるならば、受光角１５度〜５０度の範囲で一定以上に明るい上に、最も重要視される１５度〜３０度において更に明るいという、最も好ましい反射特性を得ることができる。
【００２８】
本発明の反射体は、液晶パネルを構成する一対の基板の内側に形成することもできる。この場合には、図８（ｂ）に示すように、観察側と反対の下側基板１１０の表面に透明樹脂層４’を介して反射体を設ける。
或いはまた、本発明では反射層３に所定の微小開口部を設け、半透過性の液晶パネルとすることも可能であり、この場合には開口面積が１画素の面積に対して１５〜３０％となるように設定し、かつ図８（ｂ）において下側基板１１０の下側の光源（図示省略）との間に、偏光板及び位相差板を配置する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の反射体の製造方法によれば、大きさの異なる非対称な凸部がランダムに配列された反射面を有する、反射特性に優れた反射板を極めて容易に高能率で形成することが可能となる。また、フォトマスクを用いた露光工程やエッチング工程を必要とすることなく、基板に対するインクの噴射と硬化、並びに反射層形成工程で実施できるので、製造工程自体を簡略化することができるともに、エッチング工程のように部分的に除去して大量の無駄を出す方法に比べて噴射して形成した凸部を全て利用することができ、無駄のない製造を実現できる。
また、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の粘度を５〜５０ｃｐの範囲とするならば、インクジェット装置のノズルから噴射する場合に好適な粘度範囲となる。
【００３０】
また、本発明の反射体あるいは液晶表示装置は、上記本発明による反射特性に優れた反射板を備えているので、視野が明るく、必要な方向でより鮮明な表示が得られ、そのような表示画像を有する液晶表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射体の表面を一部拡大して示す図である。
【図２】図１に示す反射体の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図３】本発明の反射体表面の凸部の断面を拡大して示した図である。
【図４】液晶表示装置の視線方向を模式的に示した図である。
【図５】本発明に係る反射体の受光角と反射率との関係を示す図である。
【図６】本発明の反射体の製造方法の概要を模式的に説明する工程図であり、図６（ａ）は基板上に液を噴射した状態を示す図、図６（ｂ）は基板上に形成された液滴を示す図、図６（ｃ）は基板を傾斜させた状態を示す略図、図６（ｄ）は硬化させた液滴を示す図、図６（ｅ）は基板上に硬化した液滴が整列された状態を示す図である。
【図７】本発明に係る液晶表示装置全体を上面側から見た斜視図である。
【図８】図７に示す液晶パネルの断面構造を示す図である。
【図９】従来の反射体の製造方法の概要を模式的に説明する工程図の一例であり、図９（ａ）は基板上にレジストを塗布した状態を示す図、図９（ｂ）はレジストの一部を除去した状態を示す図、図９（ｃ）はレジストの凸部上に樹脂層を形成した状態を示す図、図９（ｄ）は凸部上に反射層を形成した状態を示す図である。
【図１０】従来の反射体の製造方法の概要を模式的に説明する断面工程図の他の例である。
【符号の説明】
１…基板、２…凸部、３…反射層、５…反射体、１０，１１…ノズル、１００…液晶パネル、１１０…下側基板、１２０…上側基板、１３０…液晶層、２００…フロントライト、２１１…発光素子、２１２…中間導光体、２２０…導光体

Claims

基板上に光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を多数形成する工程と、前記基板を傾斜させて該樹脂の多数の液滴を個々に基板傾斜の下側を厚く基板傾斜の上側を薄い非対称形状の液滴にする工程と、前記多数の液滴を硬化させて非対称形状の多数の凸部を基板上に形成する工程と、上記多数の凸部の形成された基板上に反射層を形成する工程とを備えたことを特徴とする反射体の製造方法。
前記液滴を形成する方法が、インクジェット方式によることを特徴とする請求項１に記載の反射体の製造方法。
前記多数の液滴を固化させる方法が、紫外線硬化法又は熱硬化法であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反射体の製造方法。
前記光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の粘度が５ｃｐ〜５０ｃｐであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の反射体の製造方法。
前記光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂と基板との接触角が１５度〜４０度であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の反射体の製造方法。
基板上に噴射された光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を基板を傾斜させて非対称形状としてから硬化させて形成した非対称形状の多数の凸部と、これらの凸部を備えた基板上面に形成された反射層とを具備してなることを特徴とする反射体。
基板上に噴射された光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の液滴を基板を傾斜させて非対称形状としてから硬化させて形成した非対称形状の多数の凸部と、これらの凸部を備えた基板上面に形成された反射層とを具備してなる反射体を備えたことを特徴とする液晶表示装置。