JP2007310407A - 反射板の製造方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散効率が高く所望の指向性を備えた拡散反射板の製造方法を提供する。
【解決手段】まず、基板２の上に感光性を有する樹脂膜１１を形成する。次に、フォトリソグラフィにより樹脂膜１１をパタニングして離散的に配された四角柱等の角柱形状の集合を設ける。続いて、加熱処理を施して、個々の四角柱をなだらかに変形する。更に、変形した四角柱の集合の上に樹脂１２を塗工し、離散的に配された各四角柱の間の平坦な隙間２ａを埋めて湾曲化する。最後に、なだらかに変形した四角柱の集合の上に金属膜１３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は表示装置に用いる反射板の製造方法に関する。又、反射板を利用した表示装置に関する。

液晶などを電気光学層に用いた表示装置はフラットパネル形状を有し軽量薄型で低消費電力に特徴がある。この為、携帯用機器のディスプレイなどとして盛んに開発されている。液晶などの電気光学物質は自発光型ではなく外光を選択的に透過遮断して画像を映し出す。この様な受動型の表示装置は照明方式によって透過型と反射型に分けられる。

透過型の表示装置では、透明な一対の基板間に電気光学層として例えば液晶を保持したパネルを作成し、その背面に照明用の光源（バックライト）を配置する一方、パネルの正面から画像を観察する。透過型の場合、バックライトは必須であり例えば冷陰極管などが光源として用いられる。この為、ディスプレイ全体として見た場合バックライトが大部分の電力を消費する為、携帯用機器のディスプレイには不向きである。これに対し、反射型では、パネルの背面に反射板を配置する一方、正面から自然光などの外光を入射し、その反射光を利用して同じく正面から画像を観察する。透過型と異なり背面照明用の光源を使わないので、反射型は比較的低消費電力で済み、携帯用機器のディスプレイに向いている。
特開平０４−２４３２２６号公報 特開平０６−０２７４８１号公報 特開平０６−１６７７０８号公報

反射型表示装置では周囲環境からの入射光を利用して表示を行なう為、入射光を有効に活用して輝度の向上を目指す必要がある。又、所謂ペーパーホワイトと呼ばれる白表示を実現する為、基本的にパネル内で入射光を拡散反射させる必要がある。この為、従来の反射型表示装置はパネル内に拡散反射層を内蔵している。この拡散反射層は完全拡散に近い特性を有しており、可能な限りペーパーホワイトの外観を呈する様にしている。しかし、表示装置には入射光の直線偏光を利用して画像を映し出すモードがある。この場合、完全拡散の特性を有する拡散反射板を用いると、入射光の偏光状態が乱されて、十分なコントラストを得ることができない場合がある。又、室内で電気スタンドなどの補助的な光源を用いて反射型表示装置を照明する場合、光源からの入射光を有効に観察者に反射させることができれば、輝度向上に有効である。しかしながら、従来の完全拡散性を備えた拡散反射層は所謂指向性がなく、補助光源などと組み合わせた場合に入射光の有効活用を図ることができない。本発明は、上述した従来の技術の課題を解決し、反射型表示装置の輝度向上を図ることを目的とする。

上述した従来の技術の課題を解決し、本発明の目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明によれば、反射板は以下の工程により製造される。まず、基板の上に感光性を有する樹脂膜を形成する工程を行なう。次に、フォトリソグラフィにより該樹脂膜をパタニングにして離散的に配された角柱形状の集合を設ける工程を行なう。続いて、加熱処理を施して、個々の角柱形状をなだらかに変形する工程を行なう。最後に、なだらかに変形した角柱形状の集合の上に金属膜を形成する工程を行なう。

上述した製法により作成された反射板は、表示装置に内蔵できる。この場合、表示装置は基本的な構成として、入射側に配置する透明な第１基板と、所定の間隙を介して該第１基板に接合して反射側に配置される第２基板と、該間隙内で第１基板側に位置する電気光学層と、該間隙内で第２基板側に位置する反射層と、該第１基板及び第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学層に電圧を印加する電極とを備えている。前記反射層は凹凸が形成された樹脂膜とその表面に成膜された金属膜とからなる。特徴事項として、予め隙間を残して離散的にパタニングされた角柱形状の樹脂膜をリフローして、なだらかな起伏を有する凹凸を形成する。

本発明に係る拡散反射板の製造方法では、離散的に配された四角柱等の角柱形状の樹脂膜をリフローして、拡散性を備えた凹凸を設けている。四角柱に代えて円柱のパタンを用いることも考えられる。しかし、四角柱は円柱に比べて高密度にパタニングできる為、本発明に従って製造された拡散反射板は光拡散能が優れている。離散的に配された個々の四角柱の隙間は、離散的に配された個々の円柱の隙間に比べて面積が少くなる為、その分拡散能を有する凹凸を高密度に配することができる。又、四角柱形状の樹脂膜を加熱処理によりリフローすると、四角柱の辺の部分がなだらかに変形し、所望の光拡散能を呈する。各四角柱の辺を一定方向に揃えることで、拡散反射板に所望の指向性を付与することが可能になる。これに対し、円柱形状の樹脂をリフローした場合、椀球状の突起となる為何ら指向性が表われない。
本発明によれば、基板の上に感光性を有する樹脂膜を形成する工程と、フォトリソグラフィにより該樹脂膜をパタニングして離散的に配された四角柱等の角柱形状の集合を設ける工程と、加熱処理を施して個々の四角柱をなだらかに変形する工程と、なだらかに変形した四角柱の集合の上に金属膜を形成する工程とを行なって拡散反射板を製造している。係る拡散反射板を反射型表示装置に組み込むことにより、反射輝度を向上することが可能になるとともに、視認性向上の為の最適設計が可能になる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る拡散反射板の製造方法を示す工程図である。まず工程（Ａ）に示す様に、ガラスなどからなる基板２を用意する。次に工程（Ｂ）に示す様に、基板２の上に感光性を有する樹脂膜１１を形成する。樹脂膜１１としては例えばフォトレジストを用いることができる。次に工程（Ｃ）に移り、フォトリソグラフィにより樹脂膜１１をパタニングして離散的に配された四角柱の集合を設ける。続いて工程（Ｄ）に移り、加熱処理を施して、個々の四角柱をなだらかに変形する。このリフローは、樹脂膜１１の軟化点もしくは融点以上に加熱し、四角柱形状の樹脂膜１１を一旦溶解し、これを表面張力の作用でなだらかに変形させる処理である。特に、四角柱の上端面の四辺部がなだらかになり、角が取れて所望の傾斜面が得られる。更に、なだらかに変形した四角柱の集合の上に別の樹脂１２を塗工し、離散的に配された各四角柱の間の平坦な隙間２ａを埋めて湾曲化する。基板２の表面に平坦な部分がなくなる為、鏡面反射が生じる恐れがなくなる。鏡面反射を抑制することで正面方向から見た拡散反射板の反射輝度を向上させることができる。最後に工程（Ｅ）で、なだらかに変形した四角柱の集合の上に金属膜１３を形成する。これにより、樹脂膜１１とその上に重ねられた金属膜１３とからなる拡散反射層１０が得られる。拡散反射板は、基板２の上に拡散反射層１０を形成した構造である。金属膜１３はアルミニウムや銀などの金属をスパッタあるいは真空蒸着により、基板２の上に堆積したものである。

図２は、図１に示した拡散反射層１０のパタン形状を模式的に表わしたものである。なお、このパタンは反射型表示装置に組み込んだ場合の一画素分を表わしている。図１を参照して説明した拡散反射層１０の製造方法から明らかな様に、光拡散性を呈する凹凸構造はリフローによりなだらかに変形した四角柱１１ｓの集合からなる。拡散反射層１０に形成される凹凸構造の形状は、パタニングされた感光性の樹脂膜の形状によってほぼ決まる。一般に、拡散反射層１０の凹凸形状の密度を大きくし、反射光を効率よく観察者の方向に反射させることが、表示装置の輝度向上につながる。そこで、本発明では図２に示す様に、フォトレジストなどの樹脂膜をフォトリソグラフィにより四角柱１１ｓの離散的パタンに加工する。従来、フォトレジストを離散的な円柱形状に加工していた。本発明の様に四角柱に加工すれば、隣接パタン間距離を縮めることができ、高密度な凹凸構造を形成することが可能になる。拡散反射に寄与する微細な凹凸を、円柱の場合より四角柱の方が高密度に形成することが可能である。

図２に示す様に、個々の四角柱１１ｓの辺が一定方向に揃った形状でパタニングされている。そして、個々の四角柱１１ｓをリフローすれば、各辺をなだらかにすることができる。このなだらかになった傾斜面が実質的に拡散反射に寄与する。従って、図２に示すパタン形状では、反射に寄与する面を意図的に望む方向に形成でき、所望の指向性を付与することが可能である。図に示した例では、画素の長手方向に平行な拡散反射面が多くなる為、画素長手方向から入射した光を効率的に画素の法線方向に反射させることができる。この特徴を利用すれば、電気スタンドなどを用いた入射光の方向がある程度決まった環境下で、明るい表示を実現する拡散反射板を設計することができる。例えば、図２に示す様に、個々の四角柱１１ｓの断面形状を意図的に長方形とする。その長辺方向を画素の短辺方向に揃えておけば、画素短辺方向から入射する光を効率的に正面方向に反射することが可能になる。即ち、四角柱１１ｓの辺を画素に対して所望の方向に揃えて形成することで、入射方向がある程度決まった平行光に対し望む方向への拡散反射光成分を意図的に増大させる効果が得られる。

図３は、本発明に従って製造された拡散反射板の利用例を示す模式図である。この例では、拡散反射板が反射型パネル０に組み込まれている。この反射型パネル０はノート型パーソナルコンピュータ１００のディスプレイとして用いられている。ノート型パーソナルコンピュータの使用時、ディスプレイとなる液晶パネル０は例えば垂直方向に対して３０°傾いた姿勢で、観察者１１０に対面配置される。観察者１１０の上方には、電気スタンドなどの補助光源１２０が配されている。観察者１１０はパネル０の法線方向に位置し、補助光源１２０は法線方向から３０°上に傾いた方向に位置している。この様な実使用環境を考慮して、プロセスの最適化により、四角柱のリフロー後の各辺の傾斜角度を設定することが可能である。

図４を参照して拡散反射層に含まれる凹凸１０ａの最適な傾斜角範囲を説明する。図３に示した使用状態では、図４の幾何図で明らかな様に、補助光源からの入射光はパネル０の法線に対して３０°の角度で入射する。この入射光は拡散反射層の個々の凹凸１０ａの傾斜面によって反射され、法線方向に位置する観察者１１０に指向する。パネル０の平均的な屈折率を１．４とすると、図４に示した幾何関係から明らかな様に、凹凸１０ａの傾斜角を１０°近辺に設定すれば、補助光源１２０からの入射光が反射によりほぼ観察者１１０が位置する正面方向に向かうことになる。一般には、入射光の入射角は３０°を超えることがある為、拡散反射層の凹凸１０ａの傾斜角は１０°ないし２０°に設定すれば、実際的な使用角度にて明るいディスプレイが実現できる。

図５は、本発明に係る反射型表示装置の実施形態を示す模式的な部分断面図である。本実施形態ではＴＮ−ＥＣＢ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードの液晶パネル０を用いている。図示する様に、本反射型表示装置はパネル０の表面に偏光板７０と四分の一波長板８０が配されている。パネル０は外光の入射側に位置する透明なガラス板などからなる第１基板１に、所定の間隙を介して反射側に位置する第２基板２を接合したものである。両基板１，２の間隙には電気光学層としてネマティック液晶層３が保持されている。その液晶分子４は上下の配向膜（図示略）によってツイスト配向されている。各基板１，２の内表面にはそれぞれ電極が形成されており、画素毎にネマティック液晶層３に電圧を印加する。本実施形態は所謂アクティブマトリクス型であり、第１基板１側に対向電極７が形成される一方、第２基板２側には画素電極（１３）が形成されている。画素電極は薄膜トランジスタ５０からなるスイッチング素子により駆動される。対向電極７と画素電極（１３）は互いに対面しており、両者の間に画素が規定される。又、反射側に位置する第２基板２の内表面には本発明に従って拡散反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は樹脂膜１１と金属膜１３の積層からなる。なお、本実施形態では金属膜１３が画素電極を兼ねている。係る構成を有する反射型の液晶表示装置はＴＮ−ＥＣＢ方式でノーマリホワイトモードである。即ち、電圧を印加しない時ネマティック液晶層３はツイスト配向を維持して四分の一波長板として機能し、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して、外光を通過させて白表示を行なう。電圧を印加した時、ネマティック液晶層３は垂直配向に移行して四分の一波長板としての機能を失い、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して外光を遮断し黒表示を行なう。

引き続き図５を参照して各構成部品を詳細に説明する。前述した様に、パネル０の第１基板１の表面には偏光板７０が配されている。偏光板７０と第１基板１との間に四分の一波長板８０が介在している。この四分の一波長板８０は例えば一軸延伸された高分子フィルムからなり、常光と異常光との間で四分の一波長分の位相差を与える。四分の一波長板８０の光学軸（一軸異方軸）は偏光板７０の偏光軸（透過軸）と４５°の角度を成す様に配されている。外光は偏光板７０を透過すると直線偏光になる。この直線偏光は四分の一波長板８０を透過すると円偏光になる。更にもう一度、四分の一波長板を通過すると直線偏光になる。この場合、偏光方向は元の偏光方向から９０°回転する。以上の様に、四分の一波長板は偏光板と組み合わせることで偏光方向を回転させることができ、これを表示に利用している。この観点から、本発明では偏光方向を比較的乱すことが少ない構造の拡散反射層１０を用いている。

パネル０は基本的に水平配向した誘電異方性が正のネマティック液晶分子４からなるネマティック液晶層３を電気光学層として用いている。このネマティック液晶層３はその厚みを適当に設定することで四分の一波長板として機能する。本実施形態ではネマティック液晶層３の屈折率異方性Δｎは０．７程度であり、ネマティック液晶層３の厚みは３μｍ程度である。従って、ネマティック液晶層３のリターデーションΔｎ・ｄは０．２ないし０．２５μｍとなる。図示する様に、ネマティック液晶分子４をツイスト配向することで、上述したリターデーションの値は実質的に０．１５μｍ（１５０ｎｍ）程度となる。この値は外光の中心波長（６００ｎｍ程度）のほぼ１／４となり、ネマティック液晶層３が光学的に四分の一波長板として機能することが可能になる。ネマティック液晶層３を上下の配向膜で挟持することにより、所望のツイスト配向が得られる。第１基板１側では配向膜のラビング方向に沿って液晶分子４が整列し、第２基板２側でも配向膜のラビング方向に沿って液晶分子４が整列する。上下の配向膜のラビング方向を６０°ないし７０°ずらすことにより、所望のツイスト配向が得られる。

透明な第１基板１側にはカラーフィルタ９が形成されている。一方反射側に位置する第２基板２側には拡散反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。従って、ペーパーホワイトの外観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、入射光を比較的広い角度範囲で反射する為、視野角が拡大し表示が見やすくなるとともに広い視角範囲で表示の明るさが増す。図示する様に、拡散反射層１０は凹凸が形成された樹脂膜１１とその表面に成膜された金属膜１３とからなる。前述した様に、金属膜１３は画素電極を兼ねている。拡散反射層１０は本発明に従って作成されており、予め隙間を残して離散的にパタニングされた四角柱形状の樹脂膜１１をリフローして、なだらかな起伏を有する凹凸を形成している。四角柱形状の樹脂膜１１をリフローした後残された隙間を他の樹脂膜１２で埋めなだらかな起伏を有する凹凸を得ている。凹凸はおよそ１０°ないし２０°の傾斜角を有している。又、個々の四角柱形状の辺が一定方向に揃った状態でパタニングされている。

最後に、第２基板２の表面には画素電極駆動用の薄膜トランジスタ５０が集積形成されている。薄膜トランジスタ５０はボトムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極５１、２層のゲート絶縁膜５２，５３、多結晶シリコンなどからなる半導体薄膜５４を重ねた積層構造である。薄膜トランジスタは２本のゲート電極５１を含むダブルゲート構造となっている。各ゲート電極５１の直上に位置する半導体薄膜５４の領域にチャネル領域が設けられている。各チャネル領域はストッパー５５により保護されている。この薄膜トランジスタ５０と同一の層構造で補助容量６０も形成されている。係る構成を有する薄膜トランジスタ５０及び補助容量６０は層間絶縁膜５９により被覆されている。層間絶縁膜５９には薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域に連通するコンタクトホールが開口している。層間絶縁膜５９の上には配線５７が形成されており、コンタクトホールを介して薄膜トランジスタ５０のソース領域及びドレイン領域に接続している。配線５７は他の層間絶縁膜５８により被覆されている。その上に、前述した画素電極１３がパタニング形成されている。画素電極１３は配線５７を介して薄膜トランジスタ５０のドレイン領域に電気接続している。

図６を参照して、図５に示した反射型表示装置の動作を詳細に説明する。図中、（ＯＦＦ）は電圧無印加状態を示し、（ＯＮ）は電圧印加状態を示している。（ＯＦＦ）に示す様に、本反射型表示装置は観察者側から見て順に偏光板７０、四分の一波長板８０、ネマティック液晶層３、拡散反射層１０を重ねたものである。偏光板７０の偏光軸（透過軸）は７０Ｐで表わされている。四分の一波長板８０の光学軸８０Ｓは透過軸７０Ｐと４５°の角度を成す。又、第１基板側の液晶分子４の配向方向３Ｒは偏光板７０の偏光軸（透過軸）７０Ｐと平行である。

入射光２０１は偏光板７０を通過すると直線偏光２０２になる。その偏光方向は透過軸７０Ｐと平行であり、以下平行直線偏光と呼ぶことにする。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３に変換される。円偏光２０３は四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３を通過すると直線偏光になる。ただし、直線偏光の偏光方向は９０°回転し平行直線偏光２０２と直交する。以下、これを直交直線偏光と呼ぶことにする。直交直線偏光２０３は拡散反射層１０で反射した後、再び四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３を通過する為、円偏光２０４になる。円偏光２０４は更に四分の一波長板８０を通過する為元の平行直線偏光２０５になる。この平行直線偏光２０５は偏光板７０を通過して出射光２０６となり、観察者に至る為白表示が得られる。

（ＯＮ）に示す電圧印加状態では、液晶分子４はツイスト配向から垂直配向に移行し、四分の一波長板としての機能が失われる。偏光板７０を通過した外光２０１は平行直線偏光２０２となる。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３になる。円偏光２０３はネマティック液晶層３をそのまま通過した後、拡散反射層１０で反射され、円偏光２０４ａのまま、四分の一波長板８０に至る。ここで円偏光２０４ａは直交直線偏光２０５ａに変換される。直交直線偏光２０５ａは偏光板７０を通過できないので黒表示になる。

本発明に係る拡散反射板の製造方法を示す工程図である。 本発明に従って製造された拡散反射板の一画素分のパタンを示す模式的な平面図である。 本発明に従って製造された拡散反射板を組み込んだ反射型表示装置の使用例を示す模式図である。 本発明に従って製造された拡散反射板を組み込んだ反射型表示装置の使用例を示す幾何図である。 本発明に従って製造された拡散反射板を内蔵した反射型表示装置の実施例を示す模式的な部分断面図である。 図５に示した反射型表示装置の動作説明図である。

符号の説明

２・・・基板、１０・・・拡散反射層、１１・・・樹脂膜、１２・・・樹脂、１３・・・金属膜

Claims (2)

1. 基板の上に感光性を有する樹脂膜を形成する工程と、
   フォトリソグラフィにより該樹脂膜をパタニングして離散的に配された角柱形状の集合を設ける工程と、
   加熱処理を施して、個々の角柱形状をなだらかに変形する工程と、
   なだらかに変形した角柱形状の集合の上に金属膜を形成する工程とを行なう反射板の製造方法。
2. 入射側に配置する透明な第１基板と、
   所定の間隙を介して該第１基板に接合し反射側に配置される第２基板と、
   該間隙内で第１基板側に位置する電気光学層と、
   該間隙内で第２基板側に位置する反射層と、
   該第１基板及び第２基板の少くとも一方に形成され該電気光学層に電圧を印加する電極とを備えた表示装置であって、
   前記反射層は凹凸が形成された樹脂膜とその表面に成膜された金属膜とからなり、
   予め隙間を残して離散的にパタニングされた角柱形状の樹脂膜をリフローして、なだらかな起伏を有する凹凸を形成した
   ことを特徴とする表示装置。

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