JP2005055829A

JP2005055829A - 半透過反射膜の製造方法

Info

Publication number: JP2005055829A
Application number: JP2003289163A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hayashi; 祐三林
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】反射効率に優れた半透過反射膜を効率的にローコストで製造することが可能な半透過反射膜の製造方法を提供する。
【解決手段】図７ｂに示すように、インクジェットプリンタ４７を用いて、半透過反射膜の開口を象ったマスク層４５を有機膜１１の表面にプリント形成する。こうしたマスク層４５の形成工程は、例えば、マスキング材４６を充填したインクタンクをインクジェットプリンタ４７に装填し、所定のパターン（開口の形成パターン）でマスキング材４６を有機膜１１の表面に噴射して、有機膜１１上にマスク層４５を形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、表面に微細な凹部が形成された半透過反射膜の製造方法に関するものである。

携帯電話や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、そのバッテリ駆動時間が使い勝手に大きく影響するために、消費電力を抑えることができる反射型液晶表示装置を表示部として備えている。反射型液晶表示装置には、例えば、その前面から入射する外光を全反射させる反射体や、その前面から入射する外光を反射するとともに後方からのバックライト光を透過させる反射体などが備えられている。このような反射体は、反射光率を最大限まで高めるために、多数の微細な凹部又は凸部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−１４９１２号公報

これら反射体のうち、特に外光を反射するとともに後方からのバックライト光を透過させる反射体は、半透過反射体などと称される。半透過反射体は、例えば、表面に微細な凹部（ディンプル）が多数形成された金属薄膜の一部に、液晶表示パネルのそれぞれの画素に対応した透過開口を設けて、半透過反射膜としたものが用いられる。

こうした半透過反射膜は、透過開口によってバックライトなど照明装置からの光を液晶表示パネルに向けて透過させるとともに、透過開口以外の反射領域で外光を液晶表示パネルに向けて反射させる。これによって、外光および照明装置のいずれの光源でも、液晶表示パネルを明るく照明できるものである。

上述したような半透過反射膜の製造にあたっては、従来、表面に予め微細な凹部を形成した樹脂板等の基板表面に金属等の反射膜を成膜する。そして、反射膜に透過開口を形成する領域以外をマスキングした後、酸などを用いてウエットエッチングを行い、反射膜に透過開口を形成して半透過反射膜を得る方法が知られている。

しかしながら、上述したような従来の半透過反射膜の製造方法では、反射膜に透過開口を形成するためにウエットエッチング工程が必須なため、例えば反射膜をアルミニウムで形成した場合などでは、エッチング時のパターンエッジからエッチャントが浸透し、これが工程内を通る間に領域が広がって目視判別可能なレベルまで反射領域が白化、黒化しやすい。反射領域が白化や黒化すると反射率が大幅に低下してしまう。また、ウエットエッチングを行った後は半透過反射膜の端部が基板表面から捲れ上がるといった不具合も生じ易かった。もとより、こうした透過開口の形成のためのウエットエッチング工程自体が半透過反射膜の製造における製造時間および製造コストの増大をもたらしていた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、反射効率に優れた半透過反射膜を効率的にローコストで製造することが可能な半透過反射膜の製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、インクジェットプリンタを用いて、一面に微細な凹部が多数形成された基板の表面に所定のパターンでマスキング材をプリントしてマスク層を形成する工程と、前記基板の表面に光反射性材料を成膜して反射部を形成する工程と、前記マスク層を除去して透過部を形成し、前記反射部と前記透過部とからなる半透過反射膜を得る工程とを備えたことを特徴とする半透過反射膜の製造方法が提供される。

このような半透過反射膜の製造方法によれば、反射部に透過部を形成する際にウエットエッチング工程が全く不用になるため、反射部が白化、黒化によって反射率が大幅に低下してしまうことがない。こうした製造方法によって形成された半透過反射膜は反射特性に優れ、液晶表示装置に適用すれば、視認性を大いに高めることが可能になる。透過部の形成にあたっては、インクジェットプリンタを用いてマスキング材をプリントするだけなので、透過部の形成が極めて容易であり、また、透過部の形状を自在に形成することが可能になる。

前記マスキング材には、プロセス上容易に除去可能な材料であれば用いることができ、フォトレジスト、沸点２００℃以上の有機化合物等が採用可能であるが、特にパーフルオロアルキルエーテル系の化合物を用いるのが好ましい。こうしたパーフルオロアルキルエーテル系の化合物によって形成されたマスク層は優れたマスク機能を発揮するとともに、基板からマスク層を除去する際にも優れた剥離性を有するので好適である。

また、前記凹部は、その断面形状において左右非対称な形状に形成されていても良い。前記透過部は、略円形の開口であれば好ましい。透過部を略円形の開口にすれば、液晶表示装置に適用した際にモアレや虹模様の発生を防止して、液晶表示装置の鮮明な表示を可能にする。

本発明によれば、反射部に透過部を形成する際にウエットエッチング工程が全く不用になるため、反射部が白化、黒化によって反射率が大幅に低下してしまうことがない。こうした製造方法によって形成された半透過反射膜は反射特性に優れ、液晶表示装置に適用すれば、視認性を大いに高めることが可能になる。透過部の形成にあたっては、インクジェットプリンタを用いてマスキング材をプリントするだけなので、透過部の形成が極めて容易であり、また、透過部の形状をデータの変更だけで任意に変更できるので、高価なマスクが不要になり、自在に形成することが可能になる。

前記マスキング材には、パーフルオロアルキルエーテル系の化合物を用いるのが好ましい。こうしたパーフルオロアルキルエーテル系の化合物によって形成されたマスク層は優れたマスク機能を発揮するとともに、基板からマスク層を除去する際にも優れた剥離性を有するので好適である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の半透過反射膜を備えたフルカラー表示タイプの液晶表示装置の概略を示す拡大断面図である。液晶表示装置１は、液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板１０と、第２の基板２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した液晶表示パネル９と、照明装置であるバックライト５とから構成されている。

第１の基板１０の液晶層３０側には順に、反射膜１２に凹部（ディンプル）３１を形成するための有機膜（基板）１１と、液晶表示装置１に入射した光を反射させ、またバックライト５からの光を透過させる半透過反射膜１２と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、有機膜１２と半透過反射膜１３を被覆して保護するとともに有機膜１１やカラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜１４と、液晶層３０を駆動するための電極層１５と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、電極層２５、オーバーコート膜２４、配向膜２６が積層形成されている。

カラーフィルタ１３は、例えば光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂの３色が繰り返しパターンで形成されればよい。そして、各カラーフィルタ１３の間には、隣接するカラーフィルタ１３との間で光の混色を防ぐために、一般にブラックマトリクスと称される遮光壁３５が形成されている。こうした遮光壁３５で区画された１つ１つの領域が画素領域３６を構成する。

第１の基板１０の液晶層３０側と反対側（第１の基板１０の外面側）に、偏光板１８および位相差板（図示せず）が設けられており、第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、位相差板２７と、偏光板２８がこの順で積層されている。
また、第１の基板１０の偏光板１８の外側には、液晶表示装置１において透過表示を行うための照明装置としてのバックライト５が配設されている。

有機膜１１は、その上に形成されている半透過反射膜１２に凹部３１を与えることによって、半透過反射膜１２の表面で反射光を効率よく散乱させるために設けられているものである。このように半透過反射膜１２に凹部３１を形成することにより、液晶表示装置１に入射する外光を効率よく反射することができるため、外光反射による照明時における明るい表示を実現することができる。

半透過反射膜１２は、例えば、アルミニウムなど高反射率の金属薄膜などで形成されている。半透過反射膜１２には、液晶表示パネル９の各画素に対応して、後ほどその形態を詳述する開口（透過部）３２が形成されている。こうした開口３２は、バックライト（照明装置）５から照射された光が金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２を透過できるようにするためのものである。

以上のような構成により、液晶表示装置１は、例えば日中の屋外などでは、外光Ｎが液晶表示パネル９に入射すると、金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２の開口３２以外の反射部３３で反射され、液晶表示パネル９を明るく照らし出す。一方、夜間や暗い室内など外光が不足している環境下では、バックライト５を点灯させると、バックライト５から照射された照明光Ｂが半透過反射膜１２の開口３２を透過して液晶表示パネル９を明るく照らし出す。このように、液晶表示装置１は、光源として外光およびバックライト５のいずれを用いても、半透過反射膜１２の作用によって液晶表示パネル９を高輝度で明るく照らし出すことができる。

図２は有機膜１１と、その上に形成された半透過反射膜１２を含む部分を示す斜視図である。この図に示すように、有機膜１１の表面には、その内面が球面の一部をなす多数の凹部１１ａが左右に重なり合うようにして連続して形成されており、その面上に半透過反射膜１２が積層されている。こうした有機膜１１の表面に形成された凹部１１ａによって、半透過反射膜１２に凹部３１が形成される。また、半透過反射膜１２の一部には略円形の開口３２が形成されている。こうした半透過反射膜１２の製造方法は後ほど詳述する。

凹部３１は、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍの範囲でランダムに配置し、凹部３１内面の傾斜角を−３０度〜＋３０度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部３１の内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に設定する点、および隣接する凹部３１のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部３１のピッチに規則性があると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという不具合があるからである。

また、凹部３１の内面の傾斜角分布が−３０度〜３０度の範囲を超えると、反射光の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示が得られない（反射光の拡散角が空気中で３６度以上になり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全反射ロスが大きくなるからである。）からである。さらに、凹部３１の深さが３μｍを超えると、後工程で凹部３１を平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜（オーバーコート膜１４）で埋めきれず、所望の平坦性が得られなくなり、表示ムラの原因となる。平坦化膜（オーバーコート膜１４）の厚みは、液晶表示パネル９の信頼性の点からできるだけ薄いほうが好ましい。こうした平坦化膜（オーバーコート膜１４）の厚みは種々の試験から厚みが３μｍ程度が好適な厚みの上限であることが確認されている。

隣接する凹部３１のピッチが５μｍ未満の場合、有機膜１１を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、実用上、前記転写型の製作に使用しうる３０μｍ〜１００μｍ径のダイヤモンド圧子を用いる場合、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍとすることが望ましい。

このような構成によって、半透過反射膜１２はバックライト５からの照明光Ｂを開口３２で透過させるとともに、凹部３１が多数形成された反射部３３で外光Ｎを効率よく反射させることができる。

図３は、図２に示す半透過反射膜を上面から見た時の１画素領域分の詳細な様子を示した拡大平面図である。半透過反射膜１２に形成された、透過部を形成する開口３２は、透過時の輝度（明るさ）と反射時の輝度とを考慮して最適化が行われるものであり、１つの画素領域３６の表面積に対して開口率が例えば２５〜４５％に設定される。開口３２は、例えば直径が数十μｍの略円形に形成され、矩形の画素領域３６内で一個〜数十個設けられている。こうした開口３２は、１つの画素領域３６内でランダムに配置されれば好ましい。

半透過反射膜に光を透過させるための開口を矩形に形成したり、規則的に配置したりすると、光の干渉によってモアレや虹模様が発生して液晶表示装置の視認性を低下させる恐れがある。しかし、本発明の半透過反射膜１２のように開口（透過部）３２を円形や略円形に形成したり、画素領域３６内で複数の開口３２をランダムに配置することによって、こういったモアレや虹模様の発生を防止して鮮明な表示が可能な液晶表示装置１を得ることが可能になる。

図４に示すように、半透過反射膜１２に形成される凹部３１の特定縦断面Ｘにおける内面形状は左右非対称な形状に形成され、凹部３１の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して凹部３１の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなる曲線形状である。これらの曲線Ａ，Ｂは、凹部３１の最深点Ｄにおいて、ともに平坦面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いに接続されている。

第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角は、第２曲線Ｂの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは、凹部３１の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。本実施形態においても、複数形成された各々の凹部３１を構成する第１曲線Ａの傾斜角の絶対値の平均値は、１〜８９°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。また、各々の凹部３１の第２曲線Ｂの傾斜角の絶対値の平均値も、０．５〜３０°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。

上記両曲線Ａ，Ｂの傾斜角は、凹部３１の周辺部から最深点Ｄに至るまでなだらかに変化しているので、図４，５に示す第１曲線Ａの最大傾斜角δａは（絶対値）は、第２曲線Ｂの最大傾斜角δbよりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと、第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの平坦面Ｓに対する傾斜角はゼロとなっており、この最深点Ｄにおいて傾斜角の正負が異なる両曲線Ａ，Ｂがなだらかに連続している。

例えば、各々の凹部３１の最大傾斜角δａは、５〜９０°の範囲内で不規則にばらついている。しかし、多くの凹部３１は最大傾斜角δａが４〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。また、図４，５に示す凹部３１は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと平坦面Ｓとの距離が凹部３１の深さｄを形成し、この深さｄは、多数形成された凹部３１についてそれぞれ０．３〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。

複数の凹部３１の第１曲線Ａは、単一の方向に配向されていることが好ましい。このような構成とすることで、半透過反射膜１２で反射された反射光の方向を、正反射の方向から特定の方向へずらすこともできる。その結果、特定縦断面の総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加したものとなり、特定の方向に反射光を集中させた反射特性とすることもできる。図６に、上記凹部３１の第１曲線Ａを単一の方向に配向させた半透過反射膜に入射角３０°で外光を照射し、受光角を平坦面Ｓに対する正反射の方向である３０°を中心として半透過反射膜の垂線位置（０°）から６０°まで振った時の受光角（θ°）と明るさ（反射率）との関係を示す。

図６から明らかなように、上記第１曲線Ａが単一方向に配向された半透過反射膜では、反射特性が２０°〜５０°と広い範囲で高く、しかも平坦面Ｓに対する正反射の角度である３０°より小さい受光角における反射率の積分値が、正反射の角度より大きい受光角における反射率の積分値より大きくなっている。すなわち、受光角２０°付近においてより大きな反射強度を得ることができる。

以上のような構成の液晶表示装置における、本発明の半透過反射膜の製造方法について説明する。半透過反射膜１２の製造にあたっては、図７ａに示すように、一面に微細な凹部１１ａが多数形成された有機膜（基板）１１を準備する。なお、有機膜１１は、例えば周面に微細な凸型を形成した成型ローラを用いて、樹脂板に凹部１１ａを押し付け成型してたものを用いればよい。

次に、図７ｂに示すように、インクジェットプリンタ４７を用いて、半透過反射膜１２の開口３２（図２参照）を象ったマスク層４５を有機膜１１の表面にプリント形成する。こうしたマスク層４５の形成工程は、例えば、マスキング材４６を充填したインクタンクをインクジェットプリンタ４７に装填し、所定のパターン（開口３２の形成パターン）でマスキング材４６を有機膜１１の表面に噴射して、有機膜１１上にマスク層４５を形成する。

マスク層４５を形成するためのマスキング材４６は、例えば、パーフルオロアルキルエーテル系の化合物を用いればよい。こうしたパーフルオロアルキルエーテル系の化合物は、この後工程で金属薄膜を形成する際に優れたマスク機能を発揮するとともに、有機膜１１からマスク層４５を除去する際にも優れた剥離性を有するので好適である。

マスク層４５の形成に用いるインクジェットプリンタ４７としては、例えばピエゾ方式のインクジェットプリンタを用いるのが好ましい。熱印加によるインクジェットプリンタの場合、マスキング材４６の安定したプリントが難しい場合がある。また、マルチノズル化されたプリントヘッドを備えたインクジェットプリンタ４７や、多数のプリントヘッドを備えたインクジェットプリンタ４７を用いれば、多数の画素分のマスク層４５を１ストロークのプリント工程で有機膜１１上に効率よく形成することが可能になる。

マスク層４５を形成する際には、インクジェットプリンタ４７にマスク層４５の形成パターンデータを送ればよい。こうしたマスク層４５の形成パターンデータは、実際に有機膜１１上にマスク層４５を形成したサンプル品をスキャナ等で読み取り、この読み取りデータを形成パターンデータとしてインクジェットプリンタ４７に入力すればよい。

こうしたマスク層４５の形成パターンデータは、実際に有機膜１１上にマスキング材４６を噴射した際に、有機膜１１との濡れ性からマスキング材４６が滲んで広がる割合を考慮して形成パターンデータを補正するのが好ましい。これにより、マスキング材４６が滲んで有機膜１１上に広がったあとに、ちょうど想定したサイズのマスク層４５を有機膜１１上に形成することができる。

所定のパターンでマスク層４５が形成された有機膜１１には、続いて図７ｃに示すように、光反射性材料、例えばアルミニウムの金属薄膜４８を一面に成膜する。金属薄膜４８の形成工程は、例えば、特開平６−１３６５１３号公報等に示されるパターン蒸着法が好ましく挙げられる。こうしたパターン蒸着法によれば、減圧環境でアルミニウム蒸気を有機膜１１に蒸着させると、パーフルオロアルキルエーテル系の化合物で形成されたマスク層４５の上にはアルミニウムは降り積もらずに、マスク層４５で覆われていない有機膜１１の露出部分だけに金属薄膜４８が形成される。これにより、有機膜１１上には、有機膜１１の凹部１１ａに倣った凹部３１を備えた金属薄膜４８が形成される。この金属薄膜４８の表面が反射部３３を構成する。

そして、こうしたパターン蒸着法による金属薄膜４８の形成と平行して、図７ｄに示すように、マスク層４５を構成するパーフルオロアルキルエーテル系の化合物が減圧環境によって徐々に蒸発する。マスク層４５が完全に蒸発すると、金属薄膜４８には開口（透過部）３２が形成される。以上のような工程によって、有機膜１１上には、微細な凹部３１を備えた反射部３３と略円形の開口（透過部）３２とからなる半透過反射膜１２が形成される。

なお、上述した実施形態では、半透過反射膜に凹部を形成しているが、これ以外にも、半透過反射膜７１の表面に微細な凸部を多数形成したものにも、全く同様に適用可能である。また、フルカラー表示タイプの液晶表示装置を採り上げているが、モノクロタイプの液晶表示装置向けの半透過反射膜の製造にも全く同様に適用可能である。あるいは、これまでの説明では、駆動用電極を上下基板間にストライプ状にクロスさせた単純マトリクス型液晶表示素子を想定して説明を行ってきたが、本発明は、いわゆるアクティブマトリクス型液晶表示素子にも全く同様に適用可能である。この場合には、開口形成のフォトリソグラフィー工程を簡略化しうるので好ましく用いることができる。

図１は、本発明の半透過反射膜の製造方法によって製造された半透過反射膜を備えた液晶表示装置を示す断面図である。図２は、図１に示す半透過反射膜の拡大斜視図である。図３は、図１に示す半透過反射膜の１画素分の拡大平面図である。図４は、半透過反射膜に形成された凹部を模式的に示す斜視図である。図５は、図４に示す凹部の縦断面Ｘにおける内面形状を示す断面図である。図６は、半透過反射膜の反射特性例を示すグラフである。図７は、本発明の半透過反射膜の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１液晶表示装置
５バックライト（照明装置）
９液晶表示パネル
１１有機膜（基板）
１２半透過反射膜
３１凹部（ディンプル）
３２開口（透過部）
３３反射部
３６画素領域
４５マスク層
４６マスキング材
４７インクジェットプリンタ

Claims

インクジェットプリンタを用いて、一面に微細な凹部が多数形成された基板の表面に所定のパターンでマスキング材をプリントしてマスク層を形成する工程と、前記基板の表面に光反射性材料を成膜して反射部を形成する工程と、前記マスク層を除去して透過部を形成し、前記反射部と前記透過部とからなる半透過反射膜を得る工程とを備えたことを特徴とする半透過反射膜の製造方法。
前記マスキング材は、容易に除去可能な部材であることを特徴とする請求項１に記載の半透過反射膜の製造方法。
前記マスキング材には、パーフルオロアルキルエーテル系の化合物を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半透過反射膜の製造方法。
前記凹部は、非対称な反射特性を与える様にその断面形状において少なくとも一方向に非対称な形状をもつことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半透過反射膜の製造方法。
前記透過部は、略円形の開口であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半透過反射膜の製造方法。