JP3653065B2 - 異方性反射板、液晶表示装置及び異方性反射板並びに液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
異方性反射板、液晶表示装置及び異方性反射板並びに液晶表示装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
この発明は、反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置及び反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法に関し、特に外部からの入射光を反射板に垂直な方向に効果的に反射する反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置及び反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、装置内部に反射板を有し、この反射板により外部からの入射光を反射して表示光源とすることにより、光源としてのバックライトを備える必要のない反射型の液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）が知られている。反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置よりも低消費電力化、薄型化、軽量化が達成できるため、主に携帯端末用として利用されている。その理由は、外部から入射した光を装置内部の反射板で反射させることにより表示光源として利用できるので、バックライトが不要になるからである。
【０００３】
一方で透過型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合において反射型液晶表示装置よりも明るく、見やすいという特性を持つ。
そこで、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置の利点を併せ持つ液晶表示装置として、図２１にその断面示す反射領域５と透過領域６を有する液晶表示装置が開示されている（特許第２９５５２７７号公報参照）。図２１において、反射領域５では入射光が液晶層を往復し、透過領域６では入射光が液晶層を通過するために、液晶層における光の経路差が生じるのを防ぐために、反射領域５の透明電極７下に絶縁層８設けて絶縁層８の下に反射板９を配置し、反射領域５での液晶層のギャップｄｒと透過領域６での液晶層のギャップｄｆに差を設けることにより、両領域でのリタデーションの相異によって出射光強度を最適化できないという問題も解決している。
上記のように、画素電極に透過領域と反射領域を設けることにより、周囲の光が明るい場合にはバックライトを消して反射型液晶表示装置として使用可能であり、低消費電力という反射型液晶表示装置の特性が発揮される。また、周囲の光が暗い場合にバックライトを点灯させて透過型液晶表示装置として使用すると、周囲が暗い場合での視認性向上という透過型液晶表示装置の特性が発揮される。以下、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても使用可能な、反射領域と透過領域を有する液晶表示装置を半透過型液晶表示装置と呼ぶことにする。なお、以後の議論は主に反射型液晶表示装置について行うが、反射型液晶表示装置の反射領域の構成は、半透過型液晶表示装置の反射領域にも適用できることは言うまでもない。
【０００４】
現在の反射型液晶表示装置の基本構造は、ＴＮ（ツイステッドネマテッィク）方式、一枚偏光板方式、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマテッィク）方式、ＧＨ（ゲストホスト）方式、ＰＤＬＣ（高分子分散）方式、コレステリック方式等を用いた液晶と、これを駆動するためのスイッチング素子と、液晶セル内部又は外部に設けた反射板とから構成されている。これらの一般的な反射型液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は金属／絶縁膜／金属構造ダイオード（ＭＩＭ）をスイッチング素子として用いて高精細及び高画質を実現できるアクティブマトリクス駆動方式が採用され、これに反射板が付随した構造となっている。
【０００５】
このような従来の反射型液晶表示装置として、例えば、フォトリソグラフィ工程により有機絶縁膜を残して反射板の表面に孤立の凸部を形成し、この凸部の上に層間膜を設けて、凸部からなる山の部分とそれ以外の谷の部分からなる滑らかな凹凸形状とし、反射板の表面に、凹凸パターンを形成したものがある（特許２８２５７１３号公報参照）。図１８は、従来の反射板に形成された凹凸パターンの例を示す平面図である。図１８に示すように、凹凸パターンは、反射板１の表面に、平面形状が円形状の凸部２をベースとなる凸パターンとして、複数個各々孤立状態に配置して形成されている。しかしながら、従来の反射板１の場合、入射光をある程度拡散させて反射させることを目的としていたため、光の散乱性が強く、入射光は、反射方向が円錐形状となるようにほぼ均等に反射していた。
【０００６】
反射型液晶表示装置の反射特性を決定する方法として、図１９に示すように液晶表示面の法線方向から−３０度の角度から光を入射させ、液晶表示面の法線方向と成す角を極角とし、液晶表示面の法線方向を中心とした角を方位角とした場合に、極角と反射光強度の関係を測定する方法を採用することが業界内で標準となりつつある。利用時の液晶表示装置の視認性向上という点から、上記条件下において極角が０度（法線方向）での反射光強度を高くするように反射板を設計することが要求されるようになってきた。しかし、図１８に示したような等方的な凸部を有する反射板においては、極角と反射光強度との関係は図２０に示すグラフのように正規分布に近い形状となり、極角０度における反射光強度をあげるには限界があった。なお、図１９は簡易的に記載したものであり、実際の液晶表示面での反射は後述する図３のようになる。
【０００７】
また、反射板１に形成された凹凸パターンの形状によっては、凹凸パターンのどの位置で反射されたかという光の経路差に起因する干渉により、観察者とパネルと入射光との角度に依存して色調の変化が顕著なものとなってしまい、カラー液晶表示装置の表示特性を悪化させる原因となってしまっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本願発明は、液晶表示面の法線方向と３０度の角度となる位置の光源から入射した光を、液晶表示面の法線方向に効率よく反射することができ、かつ、光の経路差に起因する干渉を抑制することが可能な凹凸パターンを有する異方性反射板および異方性反射型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本願発明の異方性反射板を有する液晶装置は、表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状の表面での法線方向が特定の方位角に偏って分布し、反射光強度が方位角に依存する異方性反射板を有する液晶表示装置であって、前記凹凸形状の凸部が形成する線状形状は略一定の幅を有し、且つ前記凹凸形状の凸部によって閉図形が形成され、然も前記閉図形によって前記凹凸形状の凹部が囲まれることを特徴とする。
【００１０】
反射板表面の凹凸形状を異方性を持って形成し、反射光強度を方位角に依存するようにように構成することにより、特定の方位角では極角０度である反射板の法線方向の反射光強度を大きくすることが可能になる。これにより観察者に対して反射する光量が増加し、この反射板を使用した装置の視認性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記特定の方位角での反射光強度の極角分布に正反射成分の他１以上の極大値が現れることを特徴とする。
このように反射板を構成することにより、法線方向近傍の極角における反射光強度を向上させることができる。
【００１２】
また、前記凹凸形状の凸部によって閉図形が形成され、前記閉図形によって前記凹凸形状の凹部が囲まれることを特徴とする。
反射板をこのように構成することにより反射光強度が方位角に依存する異方性反射板を実現することができる。
【００１３】
前記閉図形は多角形、特に略三角形又は略台形であることが好ましい。特に扁平率０．５以上、０．８以下の略三角形であることが好ましい。
【００１４】
閉図形の反射光強度が最大となる第１の方向の長さは、それと直交する第２の方向の長さより短いことを特徴とする。
このように閉図形を第２の方向に横長に形成することにより、第１の方向の反射光強度を第２の方向の反射光強度より相対的に大きくすることができる。
【００１５】
また、閉図形の凸部が形成する線状形状は略一定の幅、略一定の厚さを有することを特徴とする。
このように構成することにより、安定した反射光強度の方位角依存性を実現することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための本願発明の異方性反射板を有する液晶装置は、異方性反射板を用いることにより、外部からの入射光を表示光源とする反射領域を有することを特徴とする。
このように構成することにより、表示面の明るい、高コントラストの反射型又は半透過型液晶表示装置を実現することができる。
【００１７】
この反射型又は半透過型液晶表示装置の表示面に極角−３０度の方向から光を入射させたとき、極角が０〜１０度の範囲で反射光強度が極大値をとることを特徴とする。また、反射型又は半透過型液晶表示装置の表示面に極角−３０度の方向から光を入射させたとき、極角が１０〜２０度の範囲で前記反射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなることを特徴とする。
このような極角に依存した反射光強度の分布により使い勝手がよく、表示面の明るい、高コントラストの反射型又は半透過型液晶表示装置を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。図１は、本願発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示装置の部分断面図である。図１に示すように、反射型液晶表示装置１０は、装置内部に、下部側基板１１、下部側基板１１に対向して配置された対向側基板１２、及び下部側基板１１と対向側基板１２の間に挟み込まれた液晶層１３を有している。この反射型液晶表示装置１０は、例えば、薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）をスイッチング素子として各画素毎に設けた、アクティブマトリクス方式を採用している。
【００２５】
下部側基板１１は、絶縁性基板１４、絶縁保護膜１５、ＴＦＴ１６、第１絶縁層１７、凸パターン１８、第２絶縁層１９、及び反射電極２０を有している。絶縁性基板１４の上には、絶縁保護膜１５が積層され、絶縁保護膜１５の上には、ＴＦＴ１６が形成されている。ＴＦＴ１６は、絶縁性基板１４上のゲート電極１６ａ、ゲート電極１６ａを覆う絶縁保護膜１５上のドレイン電極１６ｂ、半導体層１６ｃ、及びソース電極１６ｄを有している。絶縁保護膜１５及びＴＦＴ１６の上には、第１絶縁層１７或いはＴＦＴ１６のソース電極１６ｄを介して、凸パターン１８が形成されている。この凸パターン１８、第１絶縁層１７及びソース電極１６ｄを覆って、第２絶縁層１９が積層され、第２絶縁層１９には、ソース電極１６ｄに達するコンタクトホール２１が開けられている。更に、コンタクトホール２１と共に第２絶縁層１９を覆って、反射電極２０が積層されている。反射電極２０は、ＴＦＴ１６のソース電極１６ｄに接続され、反射板及び画素電極としての機能を有する。
【００２６】
また、下部側基板１１の周縁部に設けられた端子領域には、絶縁性基板１４上のゲート端子部２２と共に、ゲート端子部２２を覆う絶縁保護膜１５上のドレイン端子部２３が形成されている。対向側基板１２は、液晶層１３側から順番に積層された、透明電極２４、カラーフィルタ２５及び絶縁性基板２６を有している。この絶縁性基板２６から対向側基板１２に入射した入射光Ｌｉは、対向側基板１２から液晶層１３を経て下部側基板１１に達し、反射電極２０に反射されて反射光Ｌｒとなり、再び液晶層１３を経て透明電極２４から対向側基板１２の外に出射される。
【００２７】
（有機膜２層プロセス：以下２ＰＲと略す）
図２は、図１に示す反射型液晶表示装置の製造工程における反射電極製造工程を示す説明図である。図２に示すように、先ず、スイッチング素子としてのＴＦＴ１６の基板を形成する（（ａ）参照）。絶縁性基板１４の上に、ゲート電極１６ａを形成して絶縁保護膜１５を積層し、絶縁保護膜１５の上に、ドレイン電極１６ｂ、半導体層１６ｃ及びソース電極１６ｄをそれぞれ形成する。更に、ＴＦＴ１６を覆って第１絶縁層１７を積層する。なお、スイッチング素子としてＴＦＴ１６に限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００２８】
次に、第１絶縁層１７の上に感光性の有機樹脂を塗布した後、露光・現像処理を行って、凸パターン形成のための線状形状マスクにより、反射電極２０の表面に凹凸パターンを形成するための複数の線状形状の凸パターン１８を形成する（（ｂ）参照）。その後、有機樹脂の熱焼成を行う（（ｃ）参照）。熱焼成により有機樹脂の角部分が丸みを帯びるものとなる。次に、凸パターン１８を覆うように、感光性の有機樹脂からなる層間膜を塗布して、滑らかな凹凸形状とした後、露光・現像処理を行ってコンタクトホール２１を開ける。その後、層間膜の熱焼成を行い第２絶縁層１９を形成する（（ｄ）参照）。
【００２９】
次に、反射電極２０の形成位置に対応させて、コンタクトホール２１と共に第２絶縁層１９を覆うアルミニウム（Ａｌ）薄膜を形成した後、露光・現像処理を行って、反射画素電極としての反射電極２０を形成する（図１参照）。なお、反射電極２０の材料は、Ａｌに限るものではなく、他の導電性材料により形成しても良い。基本図形としては三角形の他に、菱形や楕円等でもよい。
（有機膜１層プロセス：以下１ＰＲと略す）
この反射電極の凹凸面製造工程においては、Ａｌ膜とＴＦＴ基板間の有機層間膜（凹凸層）を２層で作る他、有機層間膜を１層で作ってもよい。以下に特開２０００−２５００２５号に記載されている１ＰＲプロセスに従って、その形成方法を図１４を参照して説明する。第１絶縁膜層１７の上に感光性の有機樹脂２７を塗布した後、コンタクトホール部と凹凸部を露光量を変えて露光・現像することにより、凹凸パタン及びコンタクトホールを同時に形成する。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、有機膜の露光は凹凸パタンとコンタクトホールパタンを異なるマスクにて、コンタクトホール部の露光量（ＵＶ光１）に対し、凹凸部の露光量（ＵＶ光２）を１０〜５０％の範囲で露光することが好ましい。
ポジ型の感光性の有機樹脂の溶解速度は、感光剤の分解率に大きく依存することを利用し、画素領域内の凹凸部とコンタクトホール２１の感光剤の分解率を変え、溶解速度に差を持たせ、コンタクトホール２１が充分に解像できる時間で現像を行い、深さＡのコンタクトホール２１と深さＢの凹凸をそれぞれ得た（同図（ｃ））。このように露光することにより、図のように有機樹脂２７がパターニングされる。
また、凹凸パタン部とコンタクトホール部のマスクの透過率の異なるハーフトーンマスクを用いて、同一マスクにて露光することも可能である。その後、パタン形成された有機膜の熱焼成を行い、凹凸層２９を形成する。最後に２ＰＲと同様に、反射電極２０及びコンタクトホール２１を形成して反射電極の凹凸面、すなわち反射板が完成する（同図（ｄ））。
【００３０】
反射板の形成においては凹凸面の傾斜角の形成が重要である。図３（a）は、下部側基板１１に入射する光Ｌｉおよび反射して観察者が視認する光Ｌｒについて模式的に示したものである。入射光Ｌｉおよび反射光Ｌｒが液晶表示面である対抗側基板１２の法線方向とのなす角をそれぞれ入射角Ｔｉ及び反射角Ｔｒとする。入射光Ｔｉは凹凸面のＡｌ層で反射されるので、入射角Ｔｉと反射角Ｔｒは異なる値となる。図３（ｂ）は、凹凸面のあるＡｌ層の１点Ａに入射した光の反射について模式的に示した図である。入射光Ｌｉが凹凸面のＡ点に入射した場合は、Ａ点でのＡｌ層の接平面での反射となるため、反射光ＬｒはＡ点での法線方向を対称軸とした反射となる。ここで、Ａ点でのＡｌ層の接平面と反射板１とのなす角をＡ点における傾斜角θと定義すると、反射光Ｌｉの反射方向の分布はＡｌ層の凹凸面の傾斜角θの分布に依存することとなる。このため、観察者Ｐが反射板１の輝度に関して主観評価を行い、明るい反射であると認識するように傾斜角θの分布を設計することが重要となる。
反射型液晶表示装置を使用する状況を検討すると、液晶表示面１に極角−３０度（方位角０度）の方向から入射光Ｌｉを入射させたとき、極角が０〜２０度（方位角１８０度）の角度、好ましくは極角が０〜１０度、若しくは１０〜２０度（方位角１８０度）の角度に反射される反射光Ｌｒを観測者Ｐが視認する状況が支配的と考えられる。極角を０〜１０度とするか１０〜２０度とするかは製品仕様によって決まる。
【００３１】
本願出願人は、従来の全ての方位角に対して均一な反射光強度となる等方的反射板に対し，特願2001-055229号において図１５に示す三角形を基本図形とした閉図形、すなわち凸部により囲まれた凹部から成る凹凸面を採用することで、反射光強度が方位角に依存するようになり、正面（方位角１８０度）への反射光を増加することができる凹凸面の設計を施した反射板を示している。
図１５に示したような、三角形を基本図形とした閉図形を形成した反射板に、極角−３０度方向から光を照射して極角と反射光強度、方位角と反射光強度の関係を調べると図７のようになる。反射率の極角依存性については図７（ａ）に示すように正反射成分の他に０〜１０度付近に反射率のピークが現れる。又、方位角依存性については同図（ｂ）に示すように周期的に反射光強度が変化することが分かる。特に極角０度出射の場合は方位角０、６０、１２０度の場所にピークが強く現れ、極角が０、２０度となるに従ってピークが弱まる傾向が見られる。このことから、極角０〜１０度付近の反射特性は三角形の辺の部分が主に寄与しており、２０度以上の正反射に近い成分は三角形の重心付近の平坦な部分が寄与していることが分かる。これより正面（方位角１８０度）において極角０〜２０度付近の反射率を高めるためには、測定方向から見て直交する三角形の辺の数を多くすることが有効であり、より具体的には図１５に示すように三角形を正三角形ではなく、縦方向につぶれた二等辺三角形に扁平させることが有効である。また、辺を主成分とする反射率のピークは、当然有機膜の材料・凸膜の膜厚、層間膜の膜厚に依存する。反射板のベースとなる凸パターンと、それをなめらかにする第２絶縁膜の形成を別工程で行う２ＰＲプロセスにおいて、材料にＰＣ４０３、ＰＣ４０５（ＪＳＲ製）を用いた場合、凸パターンの膜厚２．０μｍに対し、第２絶縁膜の膜厚を１．５、２．０、−３０μｍと厚くしていったときの結果を図１６に示す。所定の凸膜厚に対し、層間膜を厚くするに従って主成分とする反射率のピークは極角０度付近から２０度付近へと変化し、さらにピークがなくなっていくことが分かる。これは三角形の辺が層間膜によって埋まってしまうからである。第２絶縁膜の膜厚を１．５μｍにすると出射光強度は極角０〜１０度近辺で極大値を有する。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。一方、第２絶縁膜の膜厚を２．０μｍにすると、極角が１０〜２０度の範囲で出射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなる。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。
１ＰＲプロセスにおいても同様であり、この場合は凹凸部の露光量で制御される。また、以上のように三角形を扁平させるに従い、三角形の頂点に辺が密集するようになる。そのため、２ＰＲにおいては、凸パタン１８の基本図形を形成するフォトレジストの工程において、露光及びレジストの解像度の性質上、基本図形の頂点部分が設計時よりも大きな領域を占めて、図４（ａ）に示すように基本図形の頂点部分が大きくまるまってしまっていた。特に２ＰＲプロセスを採用した場合、この頂点部分の形状により、図４（ｂ）に示す凸パタン１８断面のように、基本図形の頂点部と辺の高さに大きな差が生じてしまうこととなる。
【００３２】
図４（ｂ）の様に頂点部と辺部に高さ差が生じた状態の凸パターン１８に第２絶縁層１９を積層する場合、頂点部付近を最適な傾斜角となるように設計すると辺部が第２絶縁層１９に埋まって平坦になってしまい（図４（ｃ））、辺部付近を最適な傾斜角となるように設計すると頂点部が第２絶縁層１９から突出してしまう（図４（ｄ））。平坦な第２絶縁層１９表面では効率の良い反射とならず、頂点部が第２絶縁層１９から突出していると第２絶縁層１９表面の不連続によって反射ムラが生じてしまう。そこで本願発明においては、凸パターン１８を形成するためのマスク図５（ａ）で、基本図形の辺部と頂点部を従来の図５（ｂ）のような一様な４μｍ幅の直線から、図５（ｃ）のような頂点部付近の辺幅を２μｍ程度に狭めるパターンや、図５（ｄ）のような頂点部を除去したパターンにマスクを補正して凸パターンの形成を行った。また、辺の幅を変化させて、頂点と辺の高さの差を調べた。
【００３３】
図６に、凸パターン１８として２．３５μｍの膜厚を塗布した後、焼成を行った場合の基本図形の辺幅と辺部厚さの関係を示したグラフである。凸パターン１８として図５（ｂ）の補正無しパタンと、図５（ｃ）の補正有りパタンを用いて基本図形の頂点部厚さを測定した結果は、補正無しパタンが１．９０μｍであり、補正有りパタンが１．６０μｍであった。したがって、凸パターン１８の基本図形の頂点部と辺部の高さ差を小さくするためには、補正有りパタンの凸パターン１８で焼成後の辺部幅が広い方が良いことがわかる。また、辺部の膜厚が１．３μｍ程度となるように、辺幅を５μｍ程度にすることが望ましいことが判明した。
以上の施策により、頂点を設計通りの大きさにて作ることが可能となり、頂点の高さと辺の高さが一致し、辺が埋没してしまう不具合がなくなった。
上述のように、図１８のような全ての方位角に対して均一な反射光強度を示す凸パターンを有する反射板を等方性反射板に対して、方位角によって反射光強度が変化する凸パターンを有する反射板を異方性反射板を形成し、さらにその反射特性が極角０−１０度付近（方位角１８０°）にてピークを持つようにするには基本図形として見る方向に直交する辺を持つ三角形パターンや台形パターン等、三角形パターンに近いパターンを用いる。さらに、
・基本図形を扁平させる。
・露光による頂点の変形を補正するマスクパタンを用いる。
・２ＰＲプロセスの場合は、所定の材料、凸パターンの膜厚、第２絶縁層の膜厚を制御する。
・１ＰＲプロセスの場合は、所定の材料、凹凸部の露光量を制御する。
ことが重要である。
以下、本発明者が行った２ＰＲプロセスの実際の設計・プロセス条件について詳述する。なお、反射型液晶表示装置の反射率の測定方法は、白色標準反射板をリファレンスとして用い、極角−３０度方向から白色光を入射し、極角０〜６０度（方位角１８０度）の出射光を大塚電子製のＬＣＤ７０００を使用して測定した。
【００３４】
図５の補正パターンを採用した反射板に、極角−３０度・方位角０度方向から光を照射し、光源に対して横方向である方位角９０度と、光源に正対する方位角１８０度において、極角と反射光強度の関係を大塚電子製の分光測定器ＩＭＵＣ（ＬＣＤ７０００）を使用して測定した。このとき、基本図形の三角形の一つの頂点から光を入射させ、三角形の一辺は分光測定器に対して水平となるように配置した（以下同様）。方位角１８０度方向での測定結果を図８に示す。方位角９０度方向での測定結果（図示せず）では、極角３０度を極大とする反射光強度の分布となり、方位角１８０度方向での測定結果では、極角３０度と極角５度付近を極大とする反射光強度の分布となっており、極角０度での反射光強度は、方位角１８０度のほうが方位角９０度よりも大きくなっていることがわかる。これは、方位角１８０度での測定では図７に示した異方的な反射特性によって、極角５度付近に反射光強度の極大値が現れることが原因と考えられる。
【００３５】
（三角形パタン設計）
方位角１８０度・極角０度での反射光強度を増加させるように、凸パターン１８のパラメータを設計するため、条件を変更して反射光強度の測定を行った。図９は基本図形の線幅を３μｍと４μｍとして、方位角１８０度で極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍである。線幅３μｍでは、極角１５度付近に反射光強度が極大となるピークが存在するが、線幅４μｍでは、極角０度付近にも反射光強度が極大となるピークが存在する。ピークの出現する極角の相違によって極角０度での反射光強度は線幅４μｍの場合が大きいという結果となった。
【００３６】
図１０は基本図形である三角形の一辺の線長を２４μｍと２０μｍと１６μｍとして、方位角１８０度で極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。線長が短くなると、反射光強度の極大値をとる極角度が大きくなっていき、それとともに極角０度における反射光強度が低下する結果となった。
【００３７】
（扁平率）
図１１は基本となる閉図形の三角形の扁平率を１．０と０．８として、極角と反射光強度の関係を測定した結果である。ここで、正三角形の底辺と高さの比率を扁平率１．０とし、正三角形の高さを０．８倍した二等辺三角形を扁平率０．８としている。また、凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。扁平率１．０の正三角形よりも、扁平率０．８の二等辺三角形のほうが、反射光強度の極大値をとる極角度が小さく、極角０度における反射光強度が大きいという結果となった。これは、分光測定器からみて水平方向に並んでいる凸パターン１８の本数が、一定面積中で扁平率１．０よりも扁平率０．８のほうが多くなるためであると考えられる。一方、扁平率を０．５未満にすると反射板の特性が悪化した。これは反射光が干渉を起こして反射板の特性が劣化するためと考えられる。そこで、これらの実験から扁平率は０．５以上、０．８以下が好ましいことが分かった。
【００３８】
（ランダム性）
図１２は基本図形の三角形を配置する際のランダム性を０．５と０．７５として、極角と反射光強度の関係を測定した結果である。ここでランダム性とは、全ての基本図形が平行に整列している状態をランダム性０．０とし、全ての基本図形が完全にランダムに配置されている状態をランダム性１．０としたパラメータのことである。また、凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さは平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。ランダム性が０．５の方が、ランダム性０．７５よりも反射光強度の極大値のピークが大きくなり、極角０度における反射光強度が大きくなっていることがわかる。これは、ランダム性が大きい場合には分光測定器からみて水平方向に並んでいる凸パターン１８が減少するためと考えられる。ただし、ランダム性を小さくし過ぎると反射光が干渉を起こして反射板の特性が劣化することが考えられる。
【００３９】
（頂点部マスク補正）
図１３は基本図形の三角形の頂点部に、図５（ｂ）のようにマスク補正パタンを形成しない場合と、図５（ｃ）のように補正パタンを形成した場合の極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。補正有りの場合の方が、補正無しの場合よりも反射光強度の極大値のピークが大きくなり、極角０度における反射光強度が大きくなっていることがわかる。これは、基本図形の頂点部に補正パタンを形成することで、頂点部と辺部の凸パターン１８高さに差が生じにくい為に、頂点部分の領域が丸くなって等方的な凸パターンとなることが抑制され、反射板の異方性が強まるからであると考えられる。
【００４０】
・２ＰＲプロセス
基本図形三角形、扁平率０．８、線幅０．４μｍ、線長２８μｍ、ランダム性０．７５の条件で、第２絶縁層１９の塗布厚さを１．２〜１．８μｍと変化させたところ、反射光強度の極大値が最適となって極角０度での反射光強度が最適であったのは、第２絶縁層を１．５μｍ塗布した場合であった。また、第２絶縁層の材質として、熱焼成時のメルト性が異なる三種類を用いたところ、メルト性が悪く凹凸形状の変化が少ない材質が最も極角０度での反射光強度が大きかった。
・１ＰＲプロセス
図１７に有機膜の塗布膜厚を一定とし、コンタクトホールの露光量に対して凹凸部の露光量を２５、２０、１５％としたときの結果を示す。露光量を少なくするに従って主成分とする反射率のピークは極角０度付近から２０度付近へと変化し、さらにピークがなくなっていくことが分かる。これは、図１６の２ＰＲの場合同様に、三角形の辺が層間膜によって埋まってしまうからである。露光量を２５％にすると出射光強度は極角０〜１５度近辺で極大値を有する。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。一方、露光量を２０％にすると、極角が１０〜２０度の範囲で出射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなる。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。
【００４１】
上述したように、異方的な凸パターンによって反射光強度が方位角に依存するため、等方的反射板とは異なって反射光強度の極角依存性が複数の極大値をとり、その極大値が極角０〜１０度付近に現れることによって極角０度の反射光強度が向上することが確かめられた。また、反射光強度が極角１０〜２０度の範囲で極角に従って一様増加するが、増加率が一旦減少し、途中から上昇に転じるような傾向を示す場合があることも確かめられた。
【００４２】
【発明の効果】
反射板表面の凹凸形状が異方性を持って形成されて反射光強度が方位角に依存していることにより、特定の方位角では極角０度である反射板の法線方向の反射光強度を大きくすることが可能である。これにより観察者に対して反射する光の量が増加し、この反射板を使用した装置の視認性を向上させることができる。また、極角が０〜１０度の範囲で反射光強度が極大値をとることにより、特定の方位角では反射板の法線方向における反射光強度を向上させることができる。
【００４３】
凹凸形状を凸パターンと絶縁膜層とで形成して、凸パターンの線幅・線長・膜厚や絶縁膜層の膜厚を変更することにより、反射板の異方性と法線方向への反射光強度を最大とするような凹凸形状の設計を行うことが可能となる。また、凸パターンの線状形状の交点部分及びその近傍で他の部分よりも線幅を細く形成することにより、凸パターンの基本図形の頂点部と辺部における高さ差を軽減することができ、絶縁膜層を積層した後に凸パターンが絶縁膜層から突出してしまうことによって生じる反射の乱れを無くすことが可能となる。また、凸パターン高さの差が軽減されることにより、絶縁膜層の積層厚さの自由度が高まるため、法線方向での反射光強度を大きくする設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示装置の部分断面図
【図２】 図１に示す反射型液晶表示装置の反射板の製造工程を示す説明図
【図３】 入射光と反射光の関係を示した模式図
【図４】 凸パターンの基本図形の頂点部と辺部の厚さ差を示す図
【図５】 凸パターン基本図形の頂点部における線幅の補正有無を示す図
【図６】 凸パターンの辺部幅と膜厚の関係および頂点部高さを示すグラフ
【図７】 異方的反射板での出射光強度の極角及び方位角依存性を示すグラフ
【図８】 異方的反射板での反射率の極角依存性を示すグラフ
【図９】 異方的反射板で線幅を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１０】 異方的反射板で線長を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１１】 異方的反射板で扁平率を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１２】 異方的反射板でランダム性を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１３】 異なるマスクパターンを使用した場合の極角と反射率との関係を示すグラフ
【図１４】 反射型液晶表示装置の反射板の他の製造方法の工程を示す説明図
【図１５】 異方的反射板上に形成された三角形を基本図形とした閉図形
【図１６】 図１に示す反射型液晶表示装置の反射板の特性を示すグラフ
【図１７】 図１４に製造方法を示す反射型液晶表示装置の反射板の特性を示すグラフ
【図１８】 従来の等方的凸パターンを有する反射板を示す平面図
【図１９】 反射板と光源と方位角および極角の関係を示す図
【図２０】 等方的反射板での出射光強度の方位角依存性を示すグラフ
【図２１】 従来の半透過型液晶表示装置の部分断面図
【符号の説明】
１…反射板
２…凸部
５…反射領域
６…透過領域
７…透明電極
８…絶縁層
９…反射板
１０…反射型液晶表示装置
１１…下部側基板
１２…対向側基板
１３…液晶層
１４…絶縁性基板
１５…絶縁保護膜
１６…ＴＦＴ
１６ａ…ゲート電極
１６ｂ…ドレイン電極
１６ｃ…半導体層
１６ｄ…ソース電極
１７…第１絶縁層
１８…凸パターン
１９…第２絶縁層
２０…反射電極
２１…コンタクトホール
２２…ゲート端子部
２３…ドレイン端子部
２４…透明基板
２５…カラーフィルタ
２６…絶縁性基板
２７…感光性有機樹脂
２９…凹凸層
Ｌｉ…入射光
Ｌｒ…反射光
Ｐ…観察者
Ｓ…光源
【発明の属する分野】
この発明は、反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置及び反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法に関し、特に外部からの入射光を反射板に垂直な方向に効果的に反射する反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置及び反射板、反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、装置内部に反射板を有し、この反射板により外部からの入射光を反射して表示光源とすることにより、光源としてのバックライトを備える必要のない反射型の液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）が知られている。反射型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置よりも低消費電力化、薄型化、軽量化が達成できるため、主に携帯端末用として利用されている。その理由は、外部から入射した光を装置内部の反射板で反射させることにより表示光源として利用できるので、バックライトが不要になるからである。
【０００３】
一方で透過型液晶表示装置は、周囲の光が暗い場合において反射型液晶表示装置よりも明るく、見やすいという特性を持つ。
そこで、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置の利点を併せ持つ液晶表示装置として、図２１にその断面示す反射領域５と透過領域６を有する液晶表示装置が開示されている（特許第２９５５２７７号公報参照）。図２１において、反射領域５では入射光が液晶層を往復し、透過領域６では入射光が液晶層を通過するために、液晶層における光の経路差が生じるのを防ぐために、反射領域５の透明電極７下に絶縁層８設けて絶縁層８の下に反射板９を配置し、反射領域５での液晶層のギャップｄｒと透過領域６での液晶層のギャップｄｆに差を設けることにより、両領域でのリタデーションの相異によって出射光強度を最適化できないという問題も解決している。
上記のように、画素電極に透過領域と反射領域を設けることにより、周囲の光が明るい場合にはバックライトを消して反射型液晶表示装置として使用可能であり、低消費電力という反射型液晶表示装置の特性が発揮される。また、周囲の光が暗い場合にバックライトを点灯させて透過型液晶表示装置として使用すると、周囲が暗い場合での視認性向上という透過型液晶表示装置の特性が発揮される。以下、反射型液晶表示装置としても透過型液晶表示装置としても使用可能な、反射領域と透過領域を有する液晶表示装置を半透過型液晶表示装置と呼ぶことにする。なお、以後の議論は主に反射型液晶表示装置について行うが、反射型液晶表示装置の反射領域の構成は、半透過型液晶表示装置の反射領域にも適用できることは言うまでもない。
【０００４】
現在の反射型液晶表示装置の基本構造は、ＴＮ（ツイステッドネマテッィク）方式、一枚偏光板方式、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマテッィク）方式、ＧＨ（ゲストホスト）方式、ＰＤＬＣ（高分子分散）方式、コレステリック方式等を用いた液晶と、これを駆動するためのスイッチング素子と、液晶セル内部又は外部に設けた反射板とから構成されている。これらの一般的な反射型液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）又は金属／絶縁膜／金属構造ダイオード（ＭＩＭ）をスイッチング素子として用いて高精細及び高画質を実現できるアクティブマトリクス駆動方式が採用され、これに反射板が付随した構造となっている。
【０００５】
このような従来の反射型液晶表示装置として、例えば、フォトリソグラフィ工程により有機絶縁膜を残して反射板の表面に孤立の凸部を形成し、この凸部の上に層間膜を設けて、凸部からなる山の部分とそれ以外の谷の部分からなる滑らかな凹凸形状とし、反射板の表面に、凹凸パターンを形成したものがある（特許２８２５７１３号公報参照）。図１８は、従来の反射板に形成された凹凸パターンの例を示す平面図である。図１８に示すように、凹凸パターンは、反射板１の表面に、平面形状が円形状の凸部２をベースとなる凸パターンとして、複数個各々孤立状態に配置して形成されている。しかしながら、従来の反射板１の場合、入射光をある程度拡散させて反射させることを目的としていたため、光の散乱性が強く、入射光は、反射方向が円錐形状となるようにほぼ均等に反射していた。
【０００６】
反射型液晶表示装置の反射特性を決定する方法として、図１９に示すように液晶表示面の法線方向から−３０度の角度から光を入射させ、液晶表示面の法線方向と成す角を極角とし、液晶表示面の法線方向を中心とした角を方位角とした場合に、極角と反射光強度の関係を測定する方法を採用することが業界内で標準となりつつある。利用時の液晶表示装置の視認性向上という点から、上記条件下において極角が０度（法線方向）での反射光強度を高くするように反射板を設計することが要求されるようになってきた。しかし、図１８に示したような等方的な凸部を有する反射板においては、極角と反射光強度との関係は図２０に示すグラフのように正規分布に近い形状となり、極角０度における反射光強度をあげるには限界があった。なお、図１９は簡易的に記載したものであり、実際の液晶表示面での反射は後述する図３のようになる。
【０００７】
また、反射板１に形成された凹凸パターンの形状によっては、凹凸パターンのどの位置で反射されたかという光の経路差に起因する干渉により、観察者とパネルと入射光との角度に依存して色調の変化が顕著なものとなってしまい、カラー液晶表示装置の表示特性を悪化させる原因となってしまっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本願発明は、液晶表示面の法線方向と３０度の角度となる位置の光源から入射した光を、液晶表示面の法線方向に効率よく反射することができ、かつ、光の経路差に起因する干渉を抑制することが可能な凹凸パターンを有する異方性反射板および異方性反射型液晶表示装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本願発明の異方性反射板を有する液晶装置は、表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状の表面での法線方向が特定の方位角に偏って分布し、反射光強度が方位角に依存する異方性反射板を有する液晶表示装置であって、前記凹凸形状の凸部が形成する線状形状は略一定の幅を有し、且つ前記凹凸形状の凸部によって閉図形が形成され、然も前記閉図形によって前記凹凸形状の凹部が囲まれることを特徴とする。
【００１０】
反射板表面の凹凸形状を異方性を持って形成し、反射光強度を方位角に依存するようにように構成することにより、特定の方位角では極角０度である反射板の法線方向の反射光強度を大きくすることが可能になる。これにより観察者に対して反射する光量が増加し、この反射板を使用した装置の視認性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記特定の方位角での反射光強度の極角分布に正反射成分の他１以上の極大値が現れることを特徴とする。
このように反射板を構成することにより、法線方向近傍の極角における反射光強度を向上させることができる。
【００１２】
また、前記凹凸形状の凸部によって閉図形が形成され、前記閉図形によって前記凹凸形状の凹部が囲まれることを特徴とする。
反射板をこのように構成することにより反射光強度が方位角に依存する異方性反射板を実現することができる。
【００１３】
前記閉図形は多角形、特に略三角形又は略台形であることが好ましい。特に扁平率０．５以上、０．８以下の略三角形であることが好ましい。
【００１４】
閉図形の反射光強度が最大となる第１の方向の長さは、それと直交する第２の方向の長さより短いことを特徴とする。
このように閉図形を第２の方向に横長に形成することにより、第１の方向の反射光強度を第２の方向の反射光強度より相対的に大きくすることができる。
【００１５】
また、閉図形の凸部が形成する線状形状は略一定の幅、略一定の厚さを有することを特徴とする。
このように構成することにより、安定した反射光強度の方位角依存性を実現することができる。
【００１６】
前記課題を解決するための本願発明の異方性反射板を有する液晶装置は、異方性反射板を用いることにより、外部からの入射光を表示光源とする反射領域を有することを特徴とする。
このように構成することにより、表示面の明るい、高コントラストの反射型又は半透過型液晶表示装置を実現することができる。
【００１７】
この反射型又は半透過型液晶表示装置の表示面に極角−３０度の方向から光を入射させたとき、極角が０〜１０度の範囲で反射光強度が極大値をとることを特徴とする。また、反射型又は半透過型液晶表示装置の表示面に極角−３０度の方向から光を入射させたとき、極角が１０〜２０度の範囲で前記反射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなることを特徴とする。
このような極角に依存した反射光強度の分布により使い勝手がよく、表示面の明るい、高コントラストの反射型又は半透過型液晶表示装置を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。図１は、本願発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示装置の部分断面図である。図１に示すように、反射型液晶表示装置１０は、装置内部に、下部側基板１１、下部側基板１１に対向して配置された対向側基板１２、及び下部側基板１１と対向側基板１２の間に挟み込まれた液晶層１３を有している。この反射型液晶表示装置１０は、例えば、薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）をスイッチング素子として各画素毎に設けた、アクティブマトリクス方式を採用している。
【００２５】
下部側基板１１は、絶縁性基板１４、絶縁保護膜１５、ＴＦＴ１６、第１絶縁層１７、凸パターン１８、第２絶縁層１９、及び反射電極２０を有している。絶縁性基板１４の上には、絶縁保護膜１５が積層され、絶縁保護膜１５の上には、ＴＦＴ１６が形成されている。ＴＦＴ１６は、絶縁性基板１４上のゲート電極１６ａ、ゲート電極１６ａを覆う絶縁保護膜１５上のドレイン電極１６ｂ、半導体層１６ｃ、及びソース電極１６ｄを有している。絶縁保護膜１５及びＴＦＴ１６の上には、第１絶縁層１７或いはＴＦＴ１６のソース電極１６ｄを介して、凸パターン１８が形成されている。この凸パターン１８、第１絶縁層１７及びソース電極１６ｄを覆って、第２絶縁層１９が積層され、第２絶縁層１９には、ソース電極１６ｄに達するコンタクトホール２１が開けられている。更に、コンタクトホール２１と共に第２絶縁層１９を覆って、反射電極２０が積層されている。反射電極２０は、ＴＦＴ１６のソース電極１６ｄに接続され、反射板及び画素電極としての機能を有する。
【００２６】
また、下部側基板１１の周縁部に設けられた端子領域には、絶縁性基板１４上のゲート端子部２２と共に、ゲート端子部２２を覆う絶縁保護膜１５上のドレイン端子部２３が形成されている。対向側基板１２は、液晶層１３側から順番に積層された、透明電極２４、カラーフィルタ２５及び絶縁性基板２６を有している。この絶縁性基板２６から対向側基板１２に入射した入射光Ｌｉは、対向側基板１２から液晶層１３を経て下部側基板１１に達し、反射電極２０に反射されて反射光Ｌｒとなり、再び液晶層１３を経て透明電極２４から対向側基板１２の外に出射される。
【００２７】
（有機膜２層プロセス：以下２ＰＲと略す）
図２は、図１に示す反射型液晶表示装置の製造工程における反射電極製造工程を示す説明図である。図２に示すように、先ず、スイッチング素子としてのＴＦＴ１６の基板を形成する（（ａ）参照）。絶縁性基板１４の上に、ゲート電極１６ａを形成して絶縁保護膜１５を積層し、絶縁保護膜１５の上に、ドレイン電極１６ｂ、半導体層１６ｃ及びソース電極１６ｄをそれぞれ形成する。更に、ＴＦＴ１６を覆って第１絶縁層１７を積層する。なお、スイッチング素子としてＴＦＴ１６に限るものではなく、例えば、ダイオード等、その他のスイッチング素子の基板を形成しても良い。
【００２８】
次に、第１絶縁層１７の上に感光性の有機樹脂を塗布した後、露光・現像処理を行って、凸パターン形成のための線状形状マスクにより、反射電極２０の表面に凹凸パターンを形成するための複数の線状形状の凸パターン１８を形成する（（ｂ）参照）。その後、有機樹脂の熱焼成を行う（（ｃ）参照）。熱焼成により有機樹脂の角部分が丸みを帯びるものとなる。次に、凸パターン１８を覆うように、感光性の有機樹脂からなる層間膜を塗布して、滑らかな凹凸形状とした後、露光・現像処理を行ってコンタクトホール２１を開ける。その後、層間膜の熱焼成を行い第２絶縁層１９を形成する（（ｄ）参照）。
【００２９】
次に、反射電極２０の形成位置に対応させて、コンタクトホール２１と共に第２絶縁層１９を覆うアルミニウム（Ａｌ）薄膜を形成した後、露光・現像処理を行って、反射画素電極としての反射電極２０を形成する（図１参照）。なお、反射電極２０の材料は、Ａｌに限るものではなく、他の導電性材料により形成しても良い。基本図形としては三角形の他に、菱形や楕円等でもよい。
（有機膜１層プロセス：以下１ＰＲと略す）
この反射電極の凹凸面製造工程においては、Ａｌ膜とＴＦＴ基板間の有機層間膜（凹凸層）を２層で作る他、有機層間膜を１層で作ってもよい。以下に特開２０００−２５００２５号に記載されている１ＰＲプロセスに従って、その形成方法を図１４を参照して説明する。第１絶縁膜層１７の上に感光性の有機樹脂２７を塗布した後、コンタクトホール部と凹凸部を露光量を変えて露光・現像することにより、凹凸パタン及びコンタクトホールを同時に形成する。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、有機膜の露光は凹凸パタンとコンタクトホールパタンを異なるマスクにて、コンタクトホール部の露光量（ＵＶ光１）に対し、凹凸部の露光量（ＵＶ光２）を１０〜５０％の範囲で露光することが好ましい。
ポジ型の感光性の有機樹脂の溶解速度は、感光剤の分解率に大きく依存することを利用し、画素領域内の凹凸部とコンタクトホール２１の感光剤の分解率を変え、溶解速度に差を持たせ、コンタクトホール２１が充分に解像できる時間で現像を行い、深さＡのコンタクトホール２１と深さＢの凹凸をそれぞれ得た（同図（ｃ））。このように露光することにより、図のように有機樹脂２７がパターニングされる。
また、凹凸パタン部とコンタクトホール部のマスクの透過率の異なるハーフトーンマスクを用いて、同一マスクにて露光することも可能である。その後、パタン形成された有機膜の熱焼成を行い、凹凸層２９を形成する。最後に２ＰＲと同様に、反射電極２０及びコンタクトホール２１を形成して反射電極の凹凸面、すなわち反射板が完成する（同図（ｄ））。
【００３０】
反射板の形成においては凹凸面の傾斜角の形成が重要である。図３（a）は、下部側基板１１に入射する光Ｌｉおよび反射して観察者が視認する光Ｌｒについて模式的に示したものである。入射光Ｌｉおよび反射光Ｌｒが液晶表示面である対抗側基板１２の法線方向とのなす角をそれぞれ入射角Ｔｉ及び反射角Ｔｒとする。入射光Ｔｉは凹凸面のＡｌ層で反射されるので、入射角Ｔｉと反射角Ｔｒは異なる値となる。図３（ｂ）は、凹凸面のあるＡｌ層の１点Ａに入射した光の反射について模式的に示した図である。入射光Ｌｉが凹凸面のＡ点に入射した場合は、Ａ点でのＡｌ層の接平面での反射となるため、反射光ＬｒはＡ点での法線方向を対称軸とした反射となる。ここで、Ａ点でのＡｌ層の接平面と反射板１とのなす角をＡ点における傾斜角θと定義すると、反射光Ｌｉの反射方向の分布はＡｌ層の凹凸面の傾斜角θの分布に依存することとなる。このため、観察者Ｐが反射板１の輝度に関して主観評価を行い、明るい反射であると認識するように傾斜角θの分布を設計することが重要となる。
反射型液晶表示装置を使用する状況を検討すると、液晶表示面１に極角−３０度（方位角０度）の方向から入射光Ｌｉを入射させたとき、極角が０〜２０度（方位角１８０度）の角度、好ましくは極角が０〜１０度、若しくは１０〜２０度（方位角１８０度）の角度に反射される反射光Ｌｒを観測者Ｐが視認する状況が支配的と考えられる。極角を０〜１０度とするか１０〜２０度とするかは製品仕様によって決まる。
【００３１】
本願出願人は、従来の全ての方位角に対して均一な反射光強度となる等方的反射板に対し，特願2001-055229号において図１５に示す三角形を基本図形とした閉図形、すなわち凸部により囲まれた凹部から成る凹凸面を採用することで、反射光強度が方位角に依存するようになり、正面（方位角１８０度）への反射光を増加することができる凹凸面の設計を施した反射板を示している。
図１５に示したような、三角形を基本図形とした閉図形を形成した反射板に、極角−３０度方向から光を照射して極角と反射光強度、方位角と反射光強度の関係を調べると図７のようになる。反射率の極角依存性については図７（ａ）に示すように正反射成分の他に０〜１０度付近に反射率のピークが現れる。又、方位角依存性については同図（ｂ）に示すように周期的に反射光強度が変化することが分かる。特に極角０度出射の場合は方位角０、６０、１２０度の場所にピークが強く現れ、極角が０、２０度となるに従ってピークが弱まる傾向が見られる。このことから、極角０〜１０度付近の反射特性は三角形の辺の部分が主に寄与しており、２０度以上の正反射に近い成分は三角形の重心付近の平坦な部分が寄与していることが分かる。これより正面（方位角１８０度）において極角０〜２０度付近の反射率を高めるためには、測定方向から見て直交する三角形の辺の数を多くすることが有効であり、より具体的には図１５に示すように三角形を正三角形ではなく、縦方向につぶれた二等辺三角形に扁平させることが有効である。また、辺を主成分とする反射率のピークは、当然有機膜の材料・凸膜の膜厚、層間膜の膜厚に依存する。反射板のベースとなる凸パターンと、それをなめらかにする第２絶縁膜の形成を別工程で行う２ＰＲプロセスにおいて、材料にＰＣ４０３、ＰＣ４０５（ＪＳＲ製）を用いた場合、凸パターンの膜厚２．０μｍに対し、第２絶縁膜の膜厚を１．５、２．０、−３０μｍと厚くしていったときの結果を図１６に示す。所定の凸膜厚に対し、層間膜を厚くするに従って主成分とする反射率のピークは極角０度付近から２０度付近へと変化し、さらにピークがなくなっていくことが分かる。これは三角形の辺が層間膜によって埋まってしまうからである。第２絶縁膜の膜厚を１．５μｍにすると出射光強度は極角０〜１０度近辺で極大値を有する。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。一方、第２絶縁膜の膜厚を２．０μｍにすると、極角が１０〜２０度の範囲で出射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなる。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。
１ＰＲプロセスにおいても同様であり、この場合は凹凸部の露光量で制御される。また、以上のように三角形を扁平させるに従い、三角形の頂点に辺が密集するようになる。そのため、２ＰＲにおいては、凸パタン１８の基本図形を形成するフォトレジストの工程において、露光及びレジストの解像度の性質上、基本図形の頂点部分が設計時よりも大きな領域を占めて、図４（ａ）に示すように基本図形の頂点部分が大きくまるまってしまっていた。特に２ＰＲプロセスを採用した場合、この頂点部分の形状により、図４（ｂ）に示す凸パタン１８断面のように、基本図形の頂点部と辺の高さに大きな差が生じてしまうこととなる。
【００３２】
図４（ｂ）の様に頂点部と辺部に高さ差が生じた状態の凸パターン１８に第２絶縁層１９を積層する場合、頂点部付近を最適な傾斜角となるように設計すると辺部が第２絶縁層１９に埋まって平坦になってしまい（図４（ｃ））、辺部付近を最適な傾斜角となるように設計すると頂点部が第２絶縁層１９から突出してしまう（図４（ｄ））。平坦な第２絶縁層１９表面では効率の良い反射とならず、頂点部が第２絶縁層１９から突出していると第２絶縁層１９表面の不連続によって反射ムラが生じてしまう。そこで本願発明においては、凸パターン１８を形成するためのマスク図５（ａ）で、基本図形の辺部と頂点部を従来の図５（ｂ）のような一様な４μｍ幅の直線から、図５（ｃ）のような頂点部付近の辺幅を２μｍ程度に狭めるパターンや、図５（ｄ）のような頂点部を除去したパターンにマスクを補正して凸パターンの形成を行った。また、辺の幅を変化させて、頂点と辺の高さの差を調べた。
【００３３】
図６に、凸パターン１８として２．３５μｍの膜厚を塗布した後、焼成を行った場合の基本図形の辺幅と辺部厚さの関係を示したグラフである。凸パターン１８として図５（ｂ）の補正無しパタンと、図５（ｃ）の補正有りパタンを用いて基本図形の頂点部厚さを測定した結果は、補正無しパタンが１．９０μｍであり、補正有りパタンが１．６０μｍであった。したがって、凸パターン１８の基本図形の頂点部と辺部の高さ差を小さくするためには、補正有りパタンの凸パターン１８で焼成後の辺部幅が広い方が良いことがわかる。また、辺部の膜厚が１．３μｍ程度となるように、辺幅を５μｍ程度にすることが望ましいことが判明した。
以上の施策により、頂点を設計通りの大きさにて作ることが可能となり、頂点の高さと辺の高さが一致し、辺が埋没してしまう不具合がなくなった。
上述のように、図１８のような全ての方位角に対して均一な反射光強度を示す凸パターンを有する反射板を等方性反射板に対して、方位角によって反射光強度が変化する凸パターンを有する反射板を異方性反射板を形成し、さらにその反射特性が極角０−１０度付近（方位角１８０°）にてピークを持つようにするには基本図形として見る方向に直交する辺を持つ三角形パターンや台形パターン等、三角形パターンに近いパターンを用いる。さらに、
・基本図形を扁平させる。
・露光による頂点の変形を補正するマスクパタンを用いる。
・２ＰＲプロセスの場合は、所定の材料、凸パターンの膜厚、第２絶縁層の膜厚を制御する。
・１ＰＲプロセスの場合は、所定の材料、凹凸部の露光量を制御する。
ことが重要である。
以下、本発明者が行った２ＰＲプロセスの実際の設計・プロセス条件について詳述する。なお、反射型液晶表示装置の反射率の測定方法は、白色標準反射板をリファレンスとして用い、極角−３０度方向から白色光を入射し、極角０〜６０度（方位角１８０度）の出射光を大塚電子製のＬＣＤ７０００を使用して測定した。
【００３４】
図５の補正パターンを採用した反射板に、極角−３０度・方位角０度方向から光を照射し、光源に対して横方向である方位角９０度と、光源に正対する方位角１８０度において、極角と反射光強度の関係を大塚電子製の分光測定器ＩＭＵＣ（ＬＣＤ７０００）を使用して測定した。このとき、基本図形の三角形の一つの頂点から光を入射させ、三角形の一辺は分光測定器に対して水平となるように配置した（以下同様）。方位角１８０度方向での測定結果を図８に示す。方位角９０度方向での測定結果（図示せず）では、極角３０度を極大とする反射光強度の分布となり、方位角１８０度方向での測定結果では、極角３０度と極角５度付近を極大とする反射光強度の分布となっており、極角０度での反射光強度は、方位角１８０度のほうが方位角９０度よりも大きくなっていることがわかる。これは、方位角１８０度での測定では図７に示した異方的な反射特性によって、極角５度付近に反射光強度の極大値が現れることが原因と考えられる。
【００３５】
（三角形パタン設計）
方位角１８０度・極角０度での反射光強度を増加させるように、凸パターン１８のパラメータを設計するため、条件を変更して反射光強度の測定を行った。図９は基本図形の線幅を３μｍと４μｍとして、方位角１８０度で極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍである。線幅３μｍでは、極角１５度付近に反射光強度が極大となるピークが存在するが、線幅４μｍでは、極角０度付近にも反射光強度が極大となるピークが存在する。ピークの出現する極角の相違によって極角０度での反射光強度は線幅４μｍの場合が大きいという結果となった。
【００３６】
図１０は基本図形である三角形の一辺の線長を２４μｍと２０μｍと１６μｍとして、方位角１８０度で極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。線長が短くなると、反射光強度の極大値をとる極角度が大きくなっていき、それとともに極角０度における反射光強度が低下する結果となった。
【００３７】
（扁平率）
図１１は基本となる閉図形の三角形の扁平率を１．０と０．８として、極角と反射光強度の関係を測定した結果である。ここで、正三角形の底辺と高さの比率を扁平率１．０とし、正三角形の高さを０．８倍した二等辺三角形を扁平率０．８としている。また、凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。扁平率１．０の正三角形よりも、扁平率０．８の二等辺三角形のほうが、反射光強度の極大値をとる極角度が小さく、極角０度における反射光強度が大きいという結果となった。これは、分光測定器からみて水平方向に並んでいる凸パターン１８の本数が、一定面積中で扁平率１．０よりも扁平率０．８のほうが多くなるためであると考えられる。一方、扁平率を０．５未満にすると反射板の特性が悪化した。これは反射光が干渉を起こして反射板の特性が劣化するためと考えられる。そこで、これらの実験から扁平率は０．５以上、０．８以下が好ましいことが分かった。
【００３８】
（ランダム性）
図１２は基本図形の三角形を配置する際のランダム性を０．５と０．７５として、極角と反射光強度の関係を測定した結果である。ここでランダム性とは、全ての基本図形が平行に整列している状態をランダム性０．０とし、全ての基本図形が完全にランダムに配置されている状態をランダム性１．０としたパラメータのことである。また、凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さは平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。ランダム性が０．５の方が、ランダム性０．７５よりも反射光強度の極大値のピークが大きくなり、極角０度における反射光強度が大きくなっていることがわかる。これは、ランダム性が大きい場合には分光測定器からみて水平方向に並んでいる凸パターン１８が減少するためと考えられる。ただし、ランダム性を小さくし過ぎると反射光が干渉を起こして反射板の特性が劣化することが考えられる。
【００３９】
（頂点部マスク補正）
図１３は基本図形の三角形の頂点部に、図５（ｂ）のようにマスク補正パタンを形成しない場合と、図５（ｃ）のように補正パタンを形成した場合の極角と反射光強度の関係を測定した結果である。凸パターン１８の辺膜厚は焼成後に１．３μｍ、第２絶縁層１９の膜厚は１．５μｍ、基本図形の辺の長さ平均は２４μｍ、基本図形の辺の幅は５μｍである。補正有りの場合の方が、補正無しの場合よりも反射光強度の極大値のピークが大きくなり、極角０度における反射光強度が大きくなっていることがわかる。これは、基本図形の頂点部に補正パタンを形成することで、頂点部と辺部の凸パターン１８高さに差が生じにくい為に、頂点部分の領域が丸くなって等方的な凸パターンとなることが抑制され、反射板の異方性が強まるからであると考えられる。
【００４０】
・２ＰＲプロセス
基本図形三角形、扁平率０．８、線幅０．４μｍ、線長２８μｍ、ランダム性０．７５の条件で、第２絶縁層１９の塗布厚さを１．２〜１．８μｍと変化させたところ、反射光強度の極大値が最適となって極角０度での反射光強度が最適であったのは、第２絶縁層を１．５μｍ塗布した場合であった。また、第２絶縁層の材質として、熱焼成時のメルト性が異なる三種類を用いたところ、メルト性が悪く凹凸形状の変化が少ない材質が最も極角０度での反射光強度が大きかった。
・１ＰＲプロセス
図１７に有機膜の塗布膜厚を一定とし、コンタクトホールの露光量に対して凹凸部の露光量を２５、２０、１５％としたときの結果を示す。露光量を少なくするに従って主成分とする反射率のピークは極角０度付近から２０度付近へと変化し、さらにピークがなくなっていくことが分かる。これは、図１６の２ＰＲの場合同様に、三角形の辺が層間膜によって埋まってしまうからである。露光量を２５％にすると出射光強度は極角０〜１５度近辺で極大値を有する。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。一方、露光量を２０％にすると、極角が１０〜２０度の範囲で出射光強度が極角に対し正の傾きを有し、かつ極角１０〜Ａ度の範囲（１０＜Ａ＜２０）では極角が大きくなるに従って前記傾きは小さくなり、極角Ａ〜２０度の範囲では極角が大きくなるに従って前記傾きは大きくなる。この角度範囲で使用する場合はこのような設計にすることで大きな反射率が得られる。
【００４１】
上述したように、異方的な凸パターンによって反射光強度が方位角に依存するため、等方的反射板とは異なって反射光強度の極角依存性が複数の極大値をとり、その極大値が極角０〜１０度付近に現れることによって極角０度の反射光強度が向上することが確かめられた。また、反射光強度が極角１０〜２０度の範囲で極角に従って一様増加するが、増加率が一旦減少し、途中から上昇に転じるような傾向を示す場合があることも確かめられた。
【００４２】
【発明の効果】
反射板表面の凹凸形状が異方性を持って形成されて反射光強度が方位角に依存していることにより、特定の方位角では極角０度である反射板の法線方向の反射光強度を大きくすることが可能である。これにより観察者に対して反射する光の量が増加し、この反射板を使用した装置の視認性を向上させることができる。また、極角が０〜１０度の範囲で反射光強度が極大値をとることにより、特定の方位角では反射板の法線方向における反射光強度を向上させることができる。
【００４３】
凹凸形状を凸パターンと絶縁膜層とで形成して、凸パターンの線幅・線長・膜厚や絶縁膜層の膜厚を変更することにより、反射板の異方性と法線方向への反射光強度を最大とするような凹凸形状の設計を行うことが可能となる。また、凸パターンの線状形状の交点部分及びその近傍で他の部分よりも線幅を細く形成することにより、凸パターンの基本図形の頂点部と辺部における高さ差を軽減することができ、絶縁膜層を積層した後に凸パターンが絶縁膜層から突出してしまうことによって生じる反射の乱れを無くすことが可能となる。また、凸パターン高さの差が軽減されることにより、絶縁膜層の積層厚さの自由度が高まるため、法線方向での反射光強度を大きくする設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係る反射型液晶表示装置の部分断面図
【図２】 図１に示す反射型液晶表示装置の反射板の製造工程を示す説明図
【図３】 入射光と反射光の関係を示した模式図
【図４】 凸パターンの基本図形の頂点部と辺部の厚さ差を示す図
【図５】 凸パターン基本図形の頂点部における線幅の補正有無を示す図
【図６】 凸パターンの辺部幅と膜厚の関係および頂点部高さを示すグラフ
【図７】 異方的反射板での出射光強度の極角及び方位角依存性を示すグラフ
【図８】 異方的反射板での反射率の極角依存性を示すグラフ
【図９】 異方的反射板で線幅を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１０】 異方的反射板で線長を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１１】 異方的反射板で扁平率を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１２】 異方的反射板でランダム性を変更した場合の反射率の比較を示すグラフ
【図１３】 異なるマスクパターンを使用した場合の極角と反射率との関係を示すグラフ
【図１４】 反射型液晶表示装置の反射板の他の製造方法の工程を示す説明図
【図１５】 異方的反射板上に形成された三角形を基本図形とした閉図形
【図１６】 図１に示す反射型液晶表示装置の反射板の特性を示すグラフ
【図１７】 図１４に製造方法を示す反射型液晶表示装置の反射板の特性を示すグラフ
【図１８】 従来の等方的凸パターンを有する反射板を示す平面図
【図１９】 反射板と光源と方位角および極角の関係を示す図
【図２０】 等方的反射板での出射光強度の方位角依存性を示すグラフ
【図２１】 従来の半透過型液晶表示装置の部分断面図
【符号の説明】
１…反射板
２…凸部
５…反射領域
６…透過領域
７…透明電極
８…絶縁層
９…反射板
１０…反射型液晶表示装置
１１…下部側基板
１２…対向側基板
１３…液晶層
１４…絶縁性基板
１５…絶縁保護膜
１６…ＴＦＴ
１６ａ…ゲート電極
１６ｂ…ドレイン電極
１６ｃ…半導体層
１６ｄ…ソース電極
１７…第１絶縁層
１８…凸パターン
１９…第２絶縁層
２０…反射電極
２１…コンタクトホール
２２…ゲート端子部
２３…ドレイン端子部
２４…透明基板
２５…カラーフィルタ
２６…絶縁性基板
２７…感光性有機樹脂
２９…凹凸層
Ｌｉ…入射光
Ｌｒ…反射光
Ｐ…観察者
Ｓ…光源
Claims (7)
- 表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状の表面での法線方向が特定の方位角に偏って分布し、反射光強度が方位角に依存する異方性反射板を有する液晶表示装置であって、前記凹凸形状の凸部が形成する線状形状は略一定の幅を有し、且つ前記凹凸形状の凸部によって閉図形が形成され、然も前記閉図形によって前記凹凸形状の凹部が囲まれることを特徴とするすることを特徴とする異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記凸部が形成する線状形状は略一定の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記閉図形は多角形であることを特徴とする請求項１に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記多角形は略三角形又は略台形であることを特徴とする請求項３に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記多角形は扁平率０．５以上、０．８以下の略三角形であることを特徴とする請求項３に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記閉図形の反射光強度が最大となる第１の方向の長さは、それと直交する第２の方向の長さより短いことを特徴とする請求項１又は３に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
- 前記特定の方位角での反射光強度の極角分布に正反射成分の他１以上の極大値が現れることを特徴とする請求項１に記載の異方性反射板を有する液晶表示装置。
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