JP4239258B2

JP4239258B2 - 反射電極の製造方法

Info

Publication number: JP4239258B2
Application number: JP32034798A
Authority: JP
Inventors: 進高橋
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000147536A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックライトやエッジライトなどの特殊な光源を必要とせず、周辺光を入射光として利用し、それを反射することによって表示を行なう反射型液晶表示装置およびそれに搭載する反射電極とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶は様々な分野に応用され、その応用範囲は爆発的に増大してきている。その中でも、時計，携帯端末など電池で駆動するものが増え、これらの表示の高画質化が課題となっている。
【０００３】
現状では、高画質な液晶は、バックライトなど光源を内蔵したものでの実現が多いが、消費電力が大きくなり、電池の能力からその駆動時間の短さが問題となっていた。
【０００４】
一方、特殊な光源を必要としない反射型の液晶表示装置では、周辺光を利用するため、消費電力は節約でき駆動時間を長く取ることができるが、光量の不足から高輝度の表示は期待できない。
【０００５】
上記の反射型液晶表示装置として、液晶パネル（液晶層の両側の電極も含む）の背面（観察者と反対側）に反射層を配置する構成が一般的である。前記反射層として、表面を粗面化した金属板や、近年ではホログラムを採用する提案が公知である。
【０００６】
他方、液晶層の両側の電極のうち下部電極（観察者と反対側）を反射層として併用する反射型液晶表示装置に係る提案もなされ始めている。
以下、上記の電極を「反射電極」と称することとする。
上記提案として、特開平８−２０１８０２号公報や特開平９−１５２５９７号公報が例示される。
【０００７】
特開平８−２０１８０２号公報に係る提案は、
液晶を駆動するための電極を兼ねた鏡面反射板の上に液晶層、透明電極、カラーフィルタ、透明な基板をこの順で重ね、その上に偏光子及び後方散乱特性がほとんどなく前方散乱特性が強い散乱板（表示光が、装置から観察者側に出射する際に散乱する）をこの順で重ねた構成の表示装置である。
【０００８】
上記構成とすることにより、コントラストが高く、視覚依存性や二重像の問題のない装置が提供される。
上記提案では、反射電極として鏡面反射板を採用する利点は、偏光子を液晶層の片側のみに配置すれば十分であること（二重像の問題がなくなる）にある。
表示光の出射範囲・方向は、前方散乱特性が強い散乱板により制御される。
【０００９】
反射電極を採用する表示装置では、周辺光が電極で反射した後、いかに効率よく観察者に表示光を出射させるかが重大なポイントとなる。
【００１０】
特開平９−１５２５９７号公報に係る提案では、反射電極を用いる際、電極の開口率を上げることにより、反射光量を増加させて、高画質（高輝度）の表示を実現する試みがなされている。
【００１１】
上記公報の表示装置の製造に係る説明では、電極の開口を形成するにあたり、径が異なる（例えば、５μｍと３μｍ）孔が、それぞれの孔同士の間隔を２μｍ以上離してランダムに配置して形成された開口パターンを有するフォトマスクを用い、反射電極上の有機絶縁層のエッチングを行い、反射電極の表面に凹凸を形成し、反射光の散乱性を制御している。
【００１２】
上記方法によれば、異なる大きさの円形の孔を接しないように配置しているため、作製される反射電極では、孔の間に相当する部分では鏡面となる隙間が生じてしまい、散乱反射光の成分が少なくなる。すなわち、散乱成分に対する正反射成分の割合が高いことを示し、観察に利用される光の効率が高くないことを意味する。
【００１３】
上記反射板では、異方性がなく入射した光は、水平方向と垂直方向にほぼ同一の散乱性を有する反射光として出射する。
しかしながら、その表示装置の利用環境に応じて、適切な観察領域は異なり、周辺光を効率よく観察者の目に表示光として入射させるためには、表示装置の利用環境に合わせて、反射電極の反射光を異方的に制御（反射光の出射する方向・範囲を制御）し、反射光の方向を最適化することが望ましい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、表面に凹凸を形成してなる反射電極にあって、反射光の方向・範囲を制御することが可能であり、さらに、正反射成分がなく（もしくは、殆ど少なく）散乱反射成分が多い反射光を出射するような反射電極を提供することを主な目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、望ましい異方性を持つ反射特性を有する反射電極を形成するために、反射電極上に形成する凹凸パターンとして、可干渉性を持つ光の散乱光による干渉パターンを採用することにより、反射光の散乱方向・範囲を制御する異方性と散乱効率の向上を実現する。
【００１６】
すなわち、本発明の反射電極は、
液晶を駆動するための電極を兼ねた反射体（反射電極）において、
液晶層に面する側の表面に、可干渉性を持つ少なくとも１本の光からの散乱光による干渉パターンである凹凸パターンが形成されてなることを特徴とする。
【００１７】
上記凹凸としては、スペックルの記録されたパターンであることが好ましい。
【００１８】
反射電極の反射面に細かい凹凸が分布していると、入射光は、そこで微視的な反射や回折を生じることにより、散乱が生じて散乱反射光を発生する。
【００１９】
上記凹凸が細かい方が散乱光の拡がる幅が広く、凹凸が粗いと散乱光の拡がる範囲が狭いことが知られている。
【００２０】
ここで、凹凸表面での回折に注目して、散乱する角度を計算する。
凹凸パターンがある程度の周期性を持って形成されている場合、
凹凸の空間周波数のＸ，Ｙ両方向の成分をｆｘ，ｆｙとし、反射電極に入射する光の波長をλ、電極の反射面で散乱する光のＸ，Ｙ各方向での拡がり角を±θｘ，±θｙとする。
【００２１】
このとき、これらのパラメータには次のような関係がある。
sin （θｘ）＝λ・ｆｘ
sin （θｙ）＝λ・ｆｙ
【００２２】
このことより、Ｘ方向の散乱幅を−θｘから＋θｘとする場合には、反射面の凹凸のＸ方向の空間周波数成分を０からsin （θｘ）／λとすれば良い。
同様に、Ｘ方向の散乱幅を−θｙから＋θｙとする場合には、反射面の凹凸のＹ方向の空間周波数成分を０からsin （θｙ）／λとすれば良い。
【００２３】
また、散乱光の分布を制御するためには、その角度に応じた空間周波数成分の強度比を制御すれば、任意の強度分布の散乱光を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、この様に散乱反射光に異方性をもたらす反射面の凹凸パターンの製法に係る実施形態を説明する。
尚、以降の説明では、「散乱」と「拡散」は同義語として用いることとする。
【００２５】
図１は、反射面の凹凸パターンの作製のための光学系を示す構成図である。
図１(a) は光学系を上から見た図、図１(b) は光学系を横から見た図である。
【００２６】
すりガラスのような透過型の拡散板１１を、レーザー光のような可干渉性を持つ照明光１５で照明する。拡散板１１によって拡散した拡散光１６は、フォトレジスト乾板のような感光材料１４に到達する。
【００２７】
照明光１５は可干渉性を持つため、感光材料１４上には、拡散光１６による回折パターンであるスペックルパターンが生じる。感光材料１４を現像することによって、このスペックルパターンを記録することが出来る。
【００２８】
ところで、スペックルパターンの大きさは、感光材料１４から拡散板１１を見込む角度に反比例して、スペックルパターンの平均径が決定される。
このことは、「光測定ハンドブック朝倉書店田幸敏治ほか著 1994年11月25日発行」のp.267 〜p.268 に記述されている。
【００２９】
従って、図１に示すように、拡散板１１の大きさを、水平方向よりも垂直方向で大きくした場合、感光材料１４上に記録されるスペックルパターンは、水平方向よりも垂直方向が細かいものとなる。
【００３０】
このように拡散板１１の大きさを適切なサイズにすることによって、感光材料１４上のパターンの空間周波数分布を制御することが可能になる。
例えば、図１において、感光材料１４と拡散板１１との距離を２０ｃｍとし、垂直方向の拡散板の長さを１０ｃｍ、水平方向の拡散板の長さを３ｃｍとしたとき、感光材料上に記録されたスペックルパターンは、図５に示すようなパターンになる。
【００３１】
上記のスペックルパターンを、反射面の凹凸として形成した反射板を、図２に示すように配置する。図２(a) は反射の様子を上から見た図、図２(b) は横から見た図を示す。
【００３２】
反射板６１に対して、照明光６５を入射させると、反射板表面のスペックルパターンの凹凸によって光は散乱反射する。
図１のように、水平方向よりも垂直方向の方が長い拡散板を用いた場合、垂直方向に広く拡散する異方性を持つ散乱反射光が生じる。
【００３３】
図５のスペックルパターンを持つ反射板によって生じた散乱反射光の分布を図６に示す。
なお、本発明におけるスペックルパターンとは、上記「光測定ハンドブック」のp.266 に記述してあるように、パターン上の濃度や位相が位置によってランダムな値を示しているものを指す。
また、このパターンを２値化しても周波数成分は残るため、その効果は失われない。
【００３４】
【実施例】
＜実施例１＞
以下、本発明の反射電極の作製方法に係る実施例を説明する。
液晶反射電極用の各素子が形成された基板３１の上に、図３(a) に示すように感光性樹脂をスピンコートによって塗布し、有機絶縁樹脂層１２を形成する。
【００３５】
有機絶縁層１２としては、フォトレジストのような感光性樹脂を用い、本実施例では、膜厚を２．５μｍとした。
次に、有機絶縁層１２を塗布した基板３１をプリベークする。本実施例では、９０℃で３０分プリベークした。
【００３６】
次いで、図３(b) に示すように、遮光板４２で囲まれた拡散板４１を有機絶縁層１２と相対させて配置する。
この時、拡散板からの拡散光同士の干渉を生じさせ、十分なスペックルを発生させるためには、拡散板４１と有機絶縁層１２とは密着させないほうが好ましく、少なくとも１ｍｍ以上離した方が良い。
その状態で、レーザー光のような可干渉光５１で、図示のように照射する。
本実施例では、このレーザーとしてアルゴンイオンレーザーを用いた。
【００３７】
次に、例えば東京応化のＴＭＤＨの濃度５％の現像液を利用して有機絶縁層の現像を行う。これによって、図３(c) に示すように、有機絶縁膜１２上にスペックルパターンに応じた凹凸パターンが形成される。
このとき、図３(b) の工程での露光量と現像時間を最適に制御し、有機絶縁層が現像によってなくなり、基板３１が露出しないようにするのが望ましい。
【００３８】
その後、図３(c) の状態の有機絶縁層１２に、コンタクトホールの形成など、通常の反射電極の作製工程を施し、表面に金属による反射層を形成する。
本実施例では、スパッタリングによってアルミニウム反射層を形成した。
【００３９】
＜実施例２＞
以下、本発明の反射電極の作製方法に係る第２の実施例を説明する。
液晶反射電極用の各素子が形成された基板３１の上に、図４(a) に示すように感光性樹脂をスピンコートによって塗布し、有機絶縁樹脂層１２を形成する。
【００４０】
有機絶縁層１２としては、フォトレジストのような感光性樹脂を用い、本実施例では、膜厚を２．５μｍとした。
次に、有機絶縁層１２を塗布した基板３１をプリベークする。本実施例では、９０℃で３０分プリベークした。
【００４１】
次いで、図４(b) に示すように、フォトマスク１３を有機絶縁層１２側に配置する。
【００４２】
フォトマスク１３は、図１に示すような工程で、スペックルパターンを感光性樹脂に記録した後、エッチング処理によってクロム膜を除去することに作製したものを用いた。
よって、フォトマスク１３には、クロム膜の有無による（濃淡の）形態でスペックルパターンが形成されている。
【００４３】
次いで、図示の状態で、フォトマスク１３側から光５５を照射する。
本実施例では、紫外線を利用した。
【００４４】
次に、例えば東京応化のＴＭＤＨの濃度５％の現像液を利用して有機絶縁層の現像を行う。これによって、図４(c) に示すように、有機絶縁膜１２上にスペックルパターンに応じた凹凸パターンが形成される。
このとき、図４(b) の工程での露光量と現像時間を最適に制御し、有機絶縁層が現像によってなくなり、基板３１が露出しないようにするのが望ましい。
【００４５】
その後、図４(c) の状態の有機絶縁層１２に、コンタクトホールの形成など、通常の反射電極の作製工程を施し、表面に金属による反射層を形成する。
本実施例では、スパッタリングによってアルミニウム反射層を形成した。
【００４６】
本実施例では、フォトマスクのスペックルパターンを、拡散性のある可干渉光によるスペックルパターンを撮影して記録したが、計算機によってスペックルパターンを計算し、半導体製造装置で用いられるＥＢ描画装置やレーザー描画装置のような装置を用いて、フォトマスクを作製しても良い。
【００４７】
尚、上記の何れの実施例においても、図３(b) または図４(b) の工程では、１本のみの光から発生する拡散光を、有機絶縁層上に露光記録する場合に係る説明であったが、本発明はこれに限るものではなく、上記拡散光とは別の光を用いてスペックルパターンを記録しても良い。
【００４８】
その場合、露光記録する感光材料に、光軸の等しい（オン・アクシス）拡散光と別の光を入射させて露光記録することにより、再生の際に色変化の少ない拡散光がスペックルパターンから出射されることになり好ましい。
【００４９】
【発明の効果】
表面に凹凸を形成してなる反射電極にあって、周辺光を効率よく利用でき、反射光の方向・範囲を制御する（表示光に異方性を持たせる）ことが可能であり、正反射成分がなく（もしくは、殆ど少なく）散乱反射成分が多い反射光を出射するため、反射型液晶表示装置に搭載した際に、高画質（高輝度）の表示が実現される。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】反射面となる凹凸パターンの作製光学系を示す説明図であり、図１(a) は光学系を上から見た図、図１(b) は光学系を横から見た図である。
【図２】反射面の凹凸としてスペックルパターンを形成した反射板を、液晶表示装置に適用する際の配置を示す説明図であり、図２(a) は反射の様子を上から見た図、図２(b) は横から見た図である。
【図３】本発明の反射電極の作製方法の一例を、工程順に示す説明図。
【図４】本発明の反射電極の作製方法の他例を、工程順に示す説明図。
【図５】スペックルパターンの一例を示す説明図。
【図６】図５のスペックルパターンを表面に持つ反射板によって生じた散乱反射光の分布を示す説明図。
【符号の説明】
１１，４１…拡散板
１２…有機絶縁層
１３…フォトマスク
１４…感光材料
１５…可干渉性を持つ照明光
１６…拡散光
３１…液晶反射電極用の各素子が形成された基板
４２…遮光板
５１…可干渉光
６１…反射板
６５…照明光

Claims

可干渉光で垂直方向と水平方向でのサイズが異なる透過性拡散体を照明することにより出射される拡散透過光を感光性樹脂に照射することにより、前記樹脂に平均スペックル径が反射面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを微細な凹凸の形態で記録する工程と、
次いで、前記樹脂の凹凸表面に反射性金属層を形成する工程と
を順に含むことを特徴とする反射電極の製造方法。
可干渉光で垂直方向と水平方向でのサイズが異なる透過性拡散体を照明することにより出射される拡散透過光を感光性樹脂に照射することにより、前記樹脂にスペックルパターンを濃淡の形態で記録し、次いで、前記スペックルパターンから、フォトリソ工程により平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを備えるフォトマスクを作製する工程と、
次いで、作製されたフォトマスクを照明することにより出射される透過光を感光性樹脂に照射することにより、前記樹脂に平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを微細な凹凸の形態で記録する工程と、
次いで、前記樹脂の凹凸表面に反射性金属層を形成する工程と
を順に含むことを特徴とする反射電極の製造方法。
前記フォトマスクを作製する工程が、
ガラス表面に金属層／感光性樹脂を順次形成し、
前記樹脂に拡散性のある可干渉光を照射することにより、前記樹脂にスペックルパターンを記録し、
次いで、フォトリソ工程によって金属層を部分的に除去することにより、平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンの記録されたフォトマスクを作製する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の反射電極の製造方法。
拡散性のある可干渉光による、平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを計算し、得られたスペックルパターンを描画して平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを備えるフォトマスクを作製する工程と、
次いで、作製されたフォトマスクを照明することにより出射される透過光を感光性樹脂に照射することにより、前記樹脂に平均スペックル径が反射面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを微細な凹凸の形態で記録する工程と、
次いで、前記樹脂の凹凸表面に反射性金属層を形成する工程と
を順に含むことを特徴とする反射電極の製造方法。
前記フォトマスクを作製する工程が、
ガラス表面に金属層／感光性樹脂を順次形成し、
拡散性のある可干渉光による、平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンを計算し、得られたスペックルパターンを、ＥＢ描画装置またはレーザー描画装置を用いて、前記樹脂に描画する工程と、
次いで、フォトリソ工程によって金属層を部分的に除去することにより、平均スペックル径が面上の直交する２方向で異なるスペックルパターンの記録されたフォトマスクを作製する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の反射電極の製造方法。