JP2792492B2

JP2792492B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2792492B2
Application number: JP7333226A
Authority: JP
Inventors: 健蔵福吉; 幸弘木村; 修古賀; 孝二今吉
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: JPH09179116A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型の液晶表示
装置に係わり、特に、反射電極の反射率が高く、かつ、
光源の位置によらず視野角を拡大すると共に、電極の低
抵抗化および、透明電極の高透過率化かつ低反射率化に
よって表示品位を向上させた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一般に、透明電極を備
える二枚の電極板の間に液晶を挟持させて構成されるも
ので、この透明電極間に電圧を印加して液晶を駆動させ
てこの液晶を透過する光の偏光面を制御し、偏光膜によ
ってその透過、不透過を制御して画面表示するものであ
る。

【０００３】そして、このような液晶表示装置の表示に
充分な明るさを得るため、液晶表示装置の面ないし側面
に光源（ランプ）を配置したバックライト型やライトガ
イド型のランプ内蔵式の透過型液晶表示装置が広く利用
されている。

【０００４】この透過型液晶表示装置は、ランプによる
電力の消費が大きく、液晶表示装置以外の他の表示装置
（ＣＲＴ、ＰＤＰ等）と大差ない消費電力となってお
り、低消費電力でしかも携帯可能であるという液晶表示
装置本来の特徴を損なっている。

【０００５】一方、反射型液晶表示装置は、液晶表示装
置の透過光として室内光や外来光を使用するもので、ラ
ンプを内蔵しておらず、低消費電力の理想的な表示装置
となっており、軽量で携帯用としても便利なものであ
る。

【０００６】このような反射型液晶表示装置において
は、この表示装置を観察する観察者の位置とは反対側の
電極板（走査側電極板）の基板上の全面に一様に上記室
内光や外来光の反射する金属薄膜を備えるか、あるい
は、反射膜を別の基板上の全面に一様に設けて上記基板
裏面に配置することが普通である。例えば、カラー表示
液晶ディスプレイにおいては、上記走査側電極板の基材
上に金属反射膜を設け、この金属反射膜上に、透過光を
着色するカラーフィルター層を介して透明電極を設けて
上記走査側電極板としていた。

【０００７】また、金属反射膜を、液晶駆動のための上
記電極と同一パターンに構成し、この液晶駆動用電極と
して利用する方法も提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置用透明電
極として用いられる最も一般的なものは、ＩＴＯと呼ば
れる酸化インジウムと酸化スズの混合酸化物による透明
電極である。しかし、ＩＴＯは抵抗値の低いものでも 5
〜10Ω／□のレベルである。

【０００９】画面サイズが10インチあるいは12インチ以
上と大型化、およびＳＶＧＡ、ＸＧＡと高精細化するに
伴い、ＩＴＯの抵抗値では、特に単純マトリクスのＬＣ
Ｄにおいて、シャドーイングやクロストークが目立ち、
表示品位の低下を伴うものであった。ＳＴＮやＢＴＮと
いった液晶による高速対応では、ＩＴＯの抵抗値による
電圧降下が、その表示品位向上を妨げる主因であった。

【００１０】反射型の液晶表示装置では、アルミニウム
のような金属薄膜による反射性電極（反射電極）を、背
面基板の内面（液晶と接する側）に設け表示電極に用い
ることで、電極抵抗の低抵抗化をはかることができる。
しかし、アルミニウムの薄膜は 0.1〜 0.5Ω／□付近と
ＩＴＯの 1／10以下の低抵抗であるものの、耐薬品性、
耐湿性等の信頼性に欠けるため、単純マトリクスタイプ
の液晶表示装置には事実上使えないものであった。

【００１１】また、金属薄膜による反射電極では、室内
光や外光が反射電極上で正反射するため、こうした入射
光の角度によっては反射光が観察できず、表示画面が暗
くなる問題があった。

【００１２】また、アルミニウム箔の表面を粗化させて
アルミニウム反射板としたものを、背面基板の外側（裏
面）に配設した、外付方式の反射型の液晶表示装置もあ
る。しかし、この構成では、ガラス等の基板の厚みのた
め、液晶にて文字を出している部分がアルミニウム反射
板に映り込み、像が２つとなるため２重に見えるという
欠点がある。

【００１３】銀はアルミニウムより10％程度反射率が高
く、光の反射鏡として用いることができる。しかし、銀
は、ガラスやプラスチック基板との密着性に欠け、柔ら
かく傷つきやすく、さらに、表面に硫化物を形成し易く
黒化し易い欠点がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
の結果、酸化セリウムと酸化インジウムの混合酸化物が
高屈折率であり、この混合酸化物で銀系薄膜を挟持する
ことにより、高透過率の透明電極、あるいは高反射率の
反射電極の形成が可能であることを見いだした。

【００１５】すなわち、請求項１に係わる発明は、２枚
の対向する基板の少なくとも向かい合う面側に、銀系薄
膜を透明酸化物薄膜で挟持する３層構成の電極を有する
液晶表示装置において、透明基板上の電極の銀系薄膜の
膜厚が 7nm〜20nmの範囲にあり、かつ、背面基板上の電
極の銀系薄膜の膜厚が50nmより厚く形成されていること
を特徴とする液晶表示装置である。

【００１６】銀系薄膜を透明酸化物で挟持する３層構成
の電極は、銀系薄膜の膜厚が20nm以下では光透過主体の
透過膜となり、銀系薄膜の膜厚を増加させるに伴い光反
射が増えてくる。図２および図３に、銀系薄膜の膜厚の
変動による様子を明確にさせるため、ガラス基板（屈折
率ｎ＝ 1.5）上に、屈折率ｎ＝ 2.3、膜厚40nmの２
層の透明酸化物で銀薄膜を挟持する３層構成の導電膜を
配設し、その導電膜上に液晶（屈折率ｎ＝ 1.5）を想
定した媒質が接する簡単な構成での、導電膜の透過率お
よび反射率の例を示した。

【００１７】なお、図２、図３および図５のグラフ図
中、横軸は分光波長（nm) を、縦軸は各々導電膜の反射
率Ｒおよび導電膜の透過率Ｔを示している。また、図中
に示す数字は、透明酸化物で挟持された銀薄膜の膜厚
（nm）を表し、また、矢線に示すＲは反射率を、Ｔは透
過率を各々表している。

【００１８】図２に示すように、銀薄膜の膜厚が20nmま
では、80％前後の透過主体の分光特性となるが、膜厚が
50nmとなると逆に80％前後の反射主体の分光特性とな
る。なお、例えば膜厚15nmの銀系薄膜を挟持する３層構
成の導電膜（透明電極）の面積抵抗値は約 3Ω／□であ
る。

【００１９】なお、３層構成の電極の透過率（分光特
性）をシミュレーションないし測定する場合に、液晶
（屈折率ｎ＝ 1.5）を考慮したモデルが必要である。
図５を用い、その理由を記す。図５中のＡおよびＢに示
すように、屈折率（ｎ）が 1.5のガラス等の透明基板６
上に、膜厚37nm、屈折率ｎ＝ 2.2の透明酸化物薄膜1
1、膜厚14nmの銀薄膜、および膜厚39nm、屈折率ｎ＝
2.2の透明酸化物薄膜11’を順次積層して３層構成とし
た電極（導電膜）を配設している。ここで、Ａは、電極
（導電膜）と接する媒質の屈折率を、液晶を想定して
1.5としており、また、Ｂは、電極（導電膜）と接する
媒質の屈折率を 1.0（空気）としている。次いで、図５
中のグラフ図は、ＡおよびＢの場合の、電極の透過率Ｔ
および反射率Ｒの測定結果を示している。このように、
電極（導電膜）と接する媒質の屈折率が異なると、電極
の透過率Ｔや反射率Ｒの値に差がでてしまうものであ
る。

【００２０】本発明者らは、液晶を前提とした場合に、
透明酸化物薄膜の屈折率の高い方が、透過率向上により
効果のあることを見いだした。本発明者らが提案する、
酸化セリウムと酸化インジウムの混合酸化物は、この点
できわめてすぐれている。

【００２１】本発明の液晶表示装置において、図２に示
すように、電極の低抵抗を優先する場合は、銀系薄膜の
膜厚を、例えば15nmと厚くすれば良いし、電極の透過率
( もしくは低反射率) を優先する場合は、例えば10nmと
薄くすれば良いといえる。

【００２２】次いで、図３に、銀薄膜の膜厚を50nm、75
nm、 100nm、 200nmとした場合での３層構成の導電膜の
分光特性を示した。銀薄膜の膜厚が75nmとなると反射率
が90％を超える。また、銀薄膜の膜厚が 100nm、 200nm
となると、導電膜の反射率が飽和し、同時に透過率がほ
ぼ 0％となってくる。こうした、反射電極前提の導電膜
は、銀薄膜ないし銀系薄膜上に10nm〜 150nmの透明酸化
物を積層する構成が好ましい。なお、銀薄膜ないし銀系
薄膜と基板との間の酸化物は、場合によっては省略して
も構わない。しかし、これら銀系薄膜と透明酸化物薄膜
の合計膜厚が 300nmより厚くなると、電極パターンエッ
ヂに起因する液晶の配向不良を生じることがあり、ま
た、不経済である。以上より銀系薄膜の膜厚は、75nm〜
200nmとすることが実用上より好ましい。

【００２３】すなわち、請求項２に係わる発明は、背面
側の基板に相当する背面基板上の銀系薄膜の膜厚が75nm
〜 200nmの範囲にあることを特徴とする。本発明で用い
る、例えば膜厚 120nmの銀系薄膜を挟持する反射電極の
反射率は、アルミニウム膜やアルミニウム反射板より 8
〜20％程度反射率が高い。

【００２４】反射型の液晶表示装置では、室内光や外光
を利用して表示するものであるが、室内光や外光が線状
光源や点光源の場合、光源が反射電極に映り込み表示品
位を大きく低下させてしまう。反射型表示の場合、紙に
似た光の散乱機能を、その部材の中に盛り込む必要があ
り、液晶表示装置では、液晶にできるだけ近い位置に光
の散乱膜があることが必要である。また、光の散乱膜
は、液晶の屈折率に近い樹脂（例えば、屈折率ｎ＝ 1.3
〜 1.7の範囲内）に、これと屈折率の異なる透明顔料を
分散させて形成することが簡便な方法である。

【００２５】すなわち、請求項３に係わる発明は、観察
者側の基板に相当する透明基板と該基板上の電極との間
に、樹脂および、樹脂と屈折率の異なる透明顔料により
なる光の散乱膜が挿入された構成であることを特徴とす
る。

【００２６】透明顔料として、顆粒状の有機樹脂、マイ
クロカプセル、透明無機物の粒子など種々のものが利用
できる。透明無機物として、酸化物、弗化物、硫化物、
窒化物なども利用できるが、粒子として入手しやすい酸
化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉛、酸化アルミニウ
ム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、硫酸ドリ
ウム、酸化セリウムなどが利用できる。また、低屈折率
で、等軸晶の弗化カルシウムや、これに結晶構造の近い
弗化マグネシウムの粒子も散乱材として向いている。こ
れらの透明顔料は、可視光の波長付近の平均粒径が良
い。

【００２７】反射型の液晶において、偏光フィルムを用
いるタイプでは、これらの透明顔料が非晶質や等軸晶な
ど光学的に等方性であることが望まれる。高屈折率で、
かつ、等軸晶の材料としてセリアと呼ばれる酸化セリウ
ムの粉末が散乱材として好ましい。

【００２８】すなわち、請求項４に係わる発明は、透明
顔料が、酸化セリウムであることを特徴とする。酸化セ
リウムの粒子の平均粒径は、前記したように可視光の波
長レベルが良い。これより大きくても良いが、液晶のセ
ル内に散乱膜として形成するためには、例えば、 2μｍ
以上の大きな粒子があることは望ましくない。酸化セリ
ウムには、異屈折率の透明顔料をさらに加えて散乱膜と
して形成しても良い。

【００２９】銀は、蒸着やスパッタリング等の真空成膜
時にかかる熱やプラズマの影響で凝集しやすい。また、
銀はマイグレーションしやすく、電子デバイスに銀を用
いた場合、その信頼性を損なうことがある。これらの問
題を解消するため、少量の元素を銀に添加することが有
効である。しかし、銀への元素の添加量が多くなると、
電極としての抵抗値を上昇させ透過率を低下させる傾向
にあるため、最小限に抑える必要がある。

【００３０】すなわち、請求項５に係わる発明は、銀系
薄膜が、 3at％（原子パーセント）以下の異種元素を含
有せしめた銀合金であることを特徴とする。銀への添加
元素は、移動しやすい銀の動きを抑制する観点からは、
鉛や金など重い元素が好ましい。電極としての抵抗値の
観点からは、銀合金として導電性を低下させにくい銅、
金、ニッケル、亜鉛、カドミウム、マグネシウム、アル
ミニウム、インジウムなど少量添加することが良い。透
過率の観点からは、金、銅が好ましい。他、基板や酸化
物への密着力を向上させるため、遷移金属や半金属を少
量添加しても良い。また、これらの元素を複数銀へ添加
しても良い。

【００３１】本発明者らは、鋭意検討を重ねたところ、
酸化セリウムと酸化インジウムの混合酸化物が高屈折率
であり、この混合酸化物で銀系薄膜を挟持することによ
り、高透過率かつ耐湿性など信頼性の高い透明電極とな
ることを見い出した。この混合酸化物による銀系薄膜の
挟持構成は、反射電極においても有効である。

【００３２】すなわち、請求項６に係わる発明は、透明
酸化物薄膜の基材が、酸化セリウムと酸化インジウムの
混合酸化物であることを特徴とする。酸化インジウムに
対する酸化セリウムの添加量は、インジウムとセリウム
の金属元素換算（酸素元素をカウントしない）で、セリ
ウム元素が 5〜80at％（原子パーセント）の広い範囲か
ら選択できる。セリウムが80at％（原子パーセント）を
超えた、セリウムが多く含まれる混合酸化物の場合、そ
の真空成膜に用いるスパッタリングターゲットが割れや
すく、また、ターゲットの導電性が低くなるため、ＤＣ
やＲＦ−ＤＣスパッタなどの直流スパッタリングによる
成膜がむつかしくなる。成膜された３層構成の導電膜の
ウェットエッチングによる加工性や、スパッタリングタ
ーゲットの導電性（直流スパッタリング対応）を考える
と、およそ10〜40at％（原子パーセント）のセリウム元
素添加量が良い。ただし、混合酸化物としての透明酸化
物薄膜に、強い耐酸性が必要な場合、40at％（原子パー
セント）を超えるセリウム元素添加量の混合酸化物を用
いても良い。

【００３３】本発明の液晶表示装置は、２枚の対向する
基板の少なくとも向かい合う一方の基板にカラーフィル
ターを形成することでカラー表示を行うことができる。
しかし、反射電極が形成される背面側の基板上にカラー
フィルターを形成する場合、反射電極と背面側の基板と
の間にカラーフィルターを形成すると、カラーフィルタ
ーが観察面からみえなくなるため、反射電極上にカラー
フィルターを形成することになる。ここで、反射電極上
にカラーフィルターを形成した場合、反射電極の低抵抗
（0.1〜 0.5Ω／□）をいかすことができなくなる。ゆ
えに、カラーフィルターは、観察者側の基板に相当する
透明基板側に配設した方が有利である。

【００３４】すなわち、請求項７に係わる発明は、透明
基板と該基板上の３層構成の電極（銀系薄膜が 7〜20nm
である透明電極）との間にカラーフィルター層が配設さ
れていることを特徴とする。本発明に用いることの可能
な基板は、その材料を規定する必要がなく、ガラス、プ
ラスチックボード、フィルム等使用できる。フィルムは
偏光フィルムや位相差フィルム、レンズシートなどであ
っても基板として使用できる。なお、背面基板には、
白、黒、他の色に着色したものなど色調や材質を制限す
る必要がない。本発明の表示装置の最外層として、反射
防止膜やＡＧ膜、ＥＭＩ膜などを形成することは実際的
で望ましい。

【００３５】本発明に係わる３層電極は、きわめて低抵
抗であるため、例えば、小型ＴＦＴのトランジスタ駆動
のため、および、ＭＩＭなどの信号線と表示電極を兼用
する形で用いて液晶表示装置としてもよい。

【００３６】また、上記銀系薄膜と透明酸化物薄膜と
は、いずれもスパッタリング法によって形成できる他、
真空蒸着法やイオンプレーティング法等の真空成膜法に
よって成膜することが可能である。そして、成膜の際、
成膜装置内部の酸素量などの成膜条件を制御することに
より、透明酸化物薄膜の屈折率をある程度コントロール
することができる。成膜時の基板温度は、 180℃以下、
ないし室温が望ましい。また、 150℃以上の温度でアニ
ーリング処理を施すことにより、３層構成の導電性を向
上させることができる。

【００３７】本発明の液晶表示装置に用いる３層構成の
銀系薄膜の膜厚は、抵抗値をあまり問題とせず、透過率
を優先するＴＦＴの場合は、例えば、 6〜12nmの薄めの
膜厚にて、また、液晶駆動上抵抗値を優先する場合は、
例えば、12〜16nmの厚めの膜厚にて設定することが良
い。

【００３８】本発明の液晶表示装置に用いる液晶は、Ｔ
Ｎ、ＳＴＮ、ＢＴＮ、ＯＣＢ、ホメオトロピック、ゲス
トホスト、強誘電性、反強誘電性、高分子分散など規定
する必要はない。ただし、光透過時（ノーマリホワイト
のＴＮ、ＳＴＮでは電圧オフ時）のときの液晶の屈折率
は、基板の屈折率に近いか、もしくは、低屈折率である
方が好ましい。カラーフィルター、配向膜、偏光フィル
ム他の部材の屈折率も基板の屈折率に近いか、あるい
は、低屈折率である方が好ましい。

【００３９】請求項１〜７に記載の発明に係わる液晶表
示装置によれば、銀系薄膜を挟持する構成の低抵抗の電
極を、また、反射電極においては高反射率の電極を用い
るため、クロストークやシャドーイングなどによる表示
品位低下なしに、明るい反射型の表示を得ることができ
る。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下の実
施例に記す。

【００４１】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。＜実施例＞実施例に係わる液晶表示装置は、図１に示す
ように、光の散乱膜５と透明電極４とが積層された透明
基板６と、光の反射電極２が配設された背面基板１とに
よって液晶３が挟持された構成である。配向膜は、図示
を省略した。透明基板６の外側、すなわち観察者側に
は、偏光フィルム７とＡＲ兼用ＡＧ膜８とを配設してい
る。

【００４２】そして、透明電極４は、幅 100μｍ、ピッ
チ 110μｍのストライプパターン状に、また、反射電極
２は、幅 320μｍ、ピッチ 330μｍにて透明電極４と直
交する方向にパターン形成されている。透明電極４は、
各々膜厚40nmの透明酸化物薄膜11にて膜厚15nmの銀系薄
膜10を挟持する３層構成である。次いで、反射電極２
は、ガラス基板である背面基板１に接する側を膜厚10nm
の透明酸化物薄膜11とし、また、液晶３の側を膜厚40nm
の透明酸化物薄膜11としており、各透明酸化物薄膜11に
て膜厚 150nmの銀系薄膜10を挟持する３層構成とした。
透明酸化物薄膜11は、酸化セリウムを金属元素換算で30
at％（原子パーセント）含む酸化インジウムとの混合酸
化物であり、屈折率は2.24であった。銀系薄膜10の組成
は、銅を 0.8at％（原子パーセント）含む銀合金であ
る。

【００４３】＜比較例＞比較例として、図４に示すよう
に、 8Ω／□、膜厚 240nmのＩＴＯにより透明電極52お
よび透明電極54を形成し、かつ、背面基板51側裏面（外
側）にアルミニウムの反射板59を用いた液晶表示装置と
した。上記実施例および比較例の液晶表示装置の明るさ
を比較したところ、上記実施例の方がおよそ10％明る
く、表示品位の高いものであった。

【００４４】比較例では、シャドーイングという表示文
字に影がひいたような品位の劣る表示であったが、実施
例ではシャドーイングは全く観察されなかった。また、
比較例では、液晶表示文字が裏側のアルミニウムの反射
板59に映り込み、文字が２重に見える等、視認性の悪い
ものであった。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、高屈折率の透明酸化物
薄膜で銀系薄膜を挟持する３層構成の透明電極および反
射電極を用いるため、これら電極の低抵抗を生かしなが
ら高反射率の反射型の液晶表示装置が提供できることと
なる。

【００４６】また、反射電極が液晶セルの内側にあるた
め、表示文字の反射板への映り込みがなくなり、視認性
が高くなる。

【００４７】請求項３、４に係わる発明によれば、光の
散乱層を液晶セルの内側に配設するため、液晶による表
示文字との距離がほとんどなくなり、表示文字のボケが
なくなり、きわめて鮮明な表示効果を得ることができ
る。

【００４８】請求項５に係わる発明によれば、 3at％
（原子パーセント）以下の異種元素の添加により、低抵
抗でありながら諸耐性に優れた電極をもつ液晶表示装置
が提供できる。

【００４９】請求項７に係わる発明によれば、観察者側
の透明基板側にカラーフィルターを配設することによ
り、低抵抗の電極を生かしたまま、簡単にカラー表示が
可能となった。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例の要部を示す
説明図。

【図２】本発明の液晶表示装置に用いる電極の分光特性
の一例を示すグラフ図。

【図３】本発明の液晶表示装置に用いる電極の分光特性
の他の例を示すグラフ図。

【図４】従来の反射型の液晶表示装置の一例の要部を示
す説明図。

【図５】本発明の液晶表示装置に用いる電極の分光特性
を計算するうえで、媒質による屈折率の影響の一例を示
す説明図。

【符号の説明】

１、51 背面基板２反射電極３、53 液晶４透明電極５散乱膜６、56 透明基板７、55、57 偏光フィルム８、58 ＡＲ兼用ＡＧ膜 10 銀系薄膜 11 透明酸化物薄膜 52、54 透明電極 59 反射板

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−337208（ＪＰ，Ａ) 特開平４−340522（ＪＰ，Ａ) 特開平７−218923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/1343

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板と背面基板の少なくとも向かい合
う面側に、銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟持する３層構
成の電極を有する液晶表示装置において、前記透明基板
上の電極の銀系薄膜の膜厚が 7nm〜20nmの範囲にあり、
かつ、背面基板上の電極の銀系薄膜の膜厚が50nmより厚
く形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】上記背面基板上の銀系薄膜の膜厚が75nm〜
200nmの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の
液晶表示装置。
【請求項３】上記透明基板と該基板上の電極との間に、
樹脂および、樹脂と屈折率の異なる透明顔料によりなる
光の散乱膜が挿入された構成であることを特徴とする請
求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】上記透明顔料が酸化セリウムであることを
特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】上記銀系薄膜が、 3at％（原子パーセン
ト）以下の異種元素を含有せしめた銀合金であることを
特徴とする請求項１、２、３または４に記載の液晶表示
装置。
【請求項６】上記透明酸化物薄膜の基材が、酸化セリウ
ムと酸化インジウムとの混合酸化物であることを特徴と
する請求項１、２、３、４または５に記載の液晶表示装
置。
【請求項７】上記透明基板と該基板上の電極との間にカ
ラーフィルター層が配設されていることを特徴とする請
求項１、２、３、４、５または６に記載の液晶表示装
置。