JP4614483B2

JP4614483B2 - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JP4614483B2
Application number: JP31984299A
Authority: JP
Inventors: 茂樹松尾; 久雄近藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JP2001142056A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。さらにバックライトを使用しない反射型液晶表示装置も市場に出るようになった。
【０００３】
この反射型液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力化に優れるが、バックライトを使用しないので、明るい表示を得るために、入射光を有効に利用する必要がある。
【０００４】
図６は従来の反射型液晶表示装置１の基本構成の断面図である（特開平５−８０３２７号参照）。
【０００５】
反射型液晶表示装置１において、セグメント側のガラス基板２とコモン側のガラス基板３とが対向配設され、ガラス基板２の上に下地との密着性を高めるためのＣｒ、Ｔｉなどの金属からなるストライプ状の密着層５ａと、主として光反射性に有効であるＡｌなどの金属からなるストライプ状の表面層５ｂとを順次積層し、これら密着層５ａと表面層５ｂとの積層構造を電極５としている。さらに電極５上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜６とを順次形成している。
【０００６】
また、ガラス基板３上にカラーフィルタ７を形成している。その上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層８と、多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状の透明電極９とを形成している。この透明電極９は上記電極５と直交し、その交差部分が各画素となる。さらに透明電極９上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１０を形成している。
【０００７】
そして、上記構成の各ガラス基板２、３をたとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介してシール剤１２により貼り合わせる。また、両ガラス基板２、３間には液晶層１１の厚みを一定にするためにスペーサを多数個配している。
【０００８】
さらにガラス基板３の外側にポリカーボネイトなどからなる位相差板１３ａとヨウ素系の偏光板１３ｂとを順次積み重ねている。
【０００９】
また、ガラス基板２上の液晶層１１の外側に駆動用ＩＣ１４を配設し、電極５はシール剤１２の外側に延在させ、電極５の端部と駆動用ＩＣ１４の電極とを金（Ａｕ）線１５によって接続する。
【００１０】
上記構成の液晶表示装置１においては、太陽光、蛍光灯などの外部照明による入射光は偏光板１３ｂと位相差板１３ａとガラス基板３とを通過し、カラーフィルタ７、透明電極９、配向膜１０、液晶層１１、配向膜６を通して電極５にて反射され、その反射光は液晶層１１を通して光出射されるが、同時に透明電極９と電極５に対し駆動用ＩＣ１４により電圧印加して、信号を入力することで、各画素に対しＯＮ／ＯＦＦにして明暗となし、さらに明部の画素においては、カラーフィルタ７に応じて着色される。
【００１１】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、上記構成の反射型液晶表示装置１では、電極５の上に直に配向膜６を塗布形成した構成であるために、下記の理由により出射光（輝度）が低下していた。
【００１２】
通常、表面層５ｂを構成するＡｌ材の上に屈折率の大きな材料の層を積層すると、これらの積層構造による反射率は低下する傾向にあるが、Ａｌ材の上に形成する層の屈折率が大きくなるほどに、その反射率が低下する傾向にある。
【００１３】
ちなみに、Ａｌ材の屈折率は５５０ｎｍの光において０．８３であり、配向膜６に使用するポリイミド樹脂の屈折率が１．６６であることから、双方の間に大きな屈折率差が生じている。
【００１４】
しかも、表面層５ｂの上に直に形成するポリイミド樹脂からなる配向膜６の膜厚は、液晶に印加する実効電圧の低下を抑制するために、極力薄膜化しており、１０００Å以下の膜厚にしている。すなわち、５５０ｎｍの光においてポリイミド樹脂の屈折率が１．６６であることから、もっとも反射が低下する膜厚はｄ＝〔（１／４）×λ〕／ｎ＝８２．８ｎｍ（８２８Å）に近い膜厚に設定しており、そのためにポリイミド樹脂層の表面での反射光とＡｌ材の層の表面での反射光の位相が１／２λずれることによって、双方の層の反射光が打ち消しあって、反射率が低下していた。
【００１５】
このように液晶に印加する実効電圧の低下を抑制するために、配向膜６の膜厚を１０００Å以下に薄くするが、その反面、大幅に反射率が低下し、明るい表示ができなった。
【００１６】
ちなみに、透過型の液晶表示装置においては、反射型液晶表示装置にて使用したＡｌ材の電極５に代えて、配線電極としてＩＴＯなどからなる透明電極膜を使用していたことで、その屈折率が約１．８であり、配向膜の屈折率１．６６に近いために、屈折率差による透過率の低下が顕著な問題になっていなかった。
【００１７】
本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、光反射性を有するストライプ状の金属電極層と樹脂からなる配向層との間に電気的な無機絶縁層を介在させ、さらにこの無機絶縁層の膜厚を５００〜１５００Ａにすることで、かかる課題が解消されることを見出した。
【００１８】
したがって、本発明は上記知見により完成されたものであり、その目的は光反射性を有するストライプ状の金属電極層の反射性能を向上させて、出射光（輝度）を高めた高性能かつ高信頼性の反射型液晶表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型液晶表示装置は、第１基板上に、光反射性を有する金属電極層と、絶縁層と、第１配向層とを順次積層した一方の部材と、第２基板上に、透明電極と、第２配向層とを順次積層した他方の部材と、前記一方の部材と前記他方の部材との間に介在した液晶層と、を備え、前記絶縁層の厚みは、５００〜１５００Åであり、５５０ｎｍの光における屈折率において、前記絶縁層の屈折率は、前記金属電極層の屈折率よりも大きくかつ前記第１配向層の屈折率よりも小さい。
【００２０】
なお、従来の透過型液晶表示装置において、ＩＴＯ透明電極膜と配向膜との間に絶縁膜を介在した構成が公知であるが、その絶縁膜は異物による上下電極間のショートを防止するために形成することが目的であって、出射光（輝度）を高めるためのものではなく、そのために５００Å未満の膜厚程度にて絶縁性が十分に達成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図により詳述する。
図１は本発明の反射型液晶表示装置１６の要部断面図である。なお、従来の反射型液晶表示装置１と同一箇所には同一符号を付す。
【００２２】
反射型液晶表示装置１６において、２はセグメント側のガラス基板、３はコモン側のガラス基板であって、前記一方の部材については、ガラス基板２の一方主面上に前記金属電極層である多数平行に配列したクロムやアルミニウム、銀などの金属からなる光反射性を有するストライプ状の電極５を形成している。
【００２３】
電極５はＣｒ、Ｔｉなどの金属からなる密着層５ａと、Ａｌ単体、Ａｌ合金、Ａｇ単体、Ａｇ合金などの表面層５ｂとの積層構造であり、そして、密着層５ａによってガラス基板２との密着性を高め、表面層５ｂによって光反射性を高めている。
【００２４】
この電極５上にＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂、ＬｉＦなどからなる絶縁膜１７をスパッタリング法やディップ法、印刷法にて形成し、絶縁膜１７上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂などからなる樹脂製の配向膜６を形成している。
【００２５】
前記他方の部材については、ガラス基板３上に画素ごとに配したカラーフィルタ７を形成している。通常、各カラーフィルタ７間にはクロム金属もしくは感光性レジストのブラックマトリックスを形成するが、このブラックマトリックスは必須不可欠ではない。
【００２６】
上記カラーフィルタ７は顔料分散方式、すなわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジストを基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成している。カラーフィルタ７は顔料に応じて赤、緑、青、黒などに着色する。
【００２７】
カラーフィルタ７の上にアクリル系樹脂からなるオーバーコート層８と、多数平行に配列したＩＴＯからなるストライプ状の透明電極９とを形成している。この透明電極９は上記電極５と直交している。さらに透明電極９上に一定方向にラビングしたポリイミド樹脂からなる配向膜１０を形成している。
【００２８】
上記のように形成した各ガラス基板２、３をたとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介してシール剤１２により貼り合わせる。また、両ガラス基板２、３間には液晶層１１の厚みを一定にするために多数のスペーサを分散している。
【００２９】
さらにガラス基板３の外側にポリカーボネイトなどからなる位相差板１３ａとヨウ素系の偏光板１３ｂとを順次積み重ねている。これらの配設にあたっては、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで貼り付ける。
【００３０】
また、ガラス基板２の上に表示領域外に駆動用ＩＣ１４を配設し、電極５を表示領域外に延在させることで、電極５の端部と駆動用ＩＣ１４の電極との間をＡｕ線１５でもってワイヤーボンデイングする。
【００３１】
上記構成の反射型液晶表示装置１６を使用するには、太陽光、蛍光灯などの外部照明による入射光は偏光板１３ｂと位相差板１３ａとガラス基板３とを通過し、カラーフィルタ７、透明電極９、配向膜１０、液晶層１１、配向膜６、絶縁膜１７を通して電極５にて反射され、その反射光はふたたび絶縁膜１７や液晶層１１などを通して光出射されるが、同時に透明電極９と電極５に対し駆動用ＩＣ１４により電圧印加して、信号を入力することで、各画素に対しＯＮ／ＯＦＦにして明暗となし、これによって明部の画素においては、カラーフィルタ７に応じて着色される。
【００３２】
本発明によれば、電極５（表面層５ｂ）と配向層６との間に、無機材からなる電気的な絶縁層１７を介在したことが特徴とする。
【００３３】
さらに絶縁層１７を電極５の屈折率より大きく、かつ配向層６の屈折率より小さくなるような材料にて形成するとよい。しかも、絶縁層１７の屈折率は電極５の屈折率に近い値になるように低くするのがよい。
【００３４】
たとえば、表面層５ｂはＡｌ材からなり、配向層６が一般的に使用されるポリイミド樹脂材からなる場合を説明する。
【００３５】
Ａｌ材の屈折率は５５０ｎｍの光において０．８３であり、ポリイミド樹脂の屈折率は１．６６であるが、その差は著しく大きいので、絶縁層１７には０．８３を超え、１．６６未満の屈折率の材料を選択する。たとえば、５５０ｎｍの光において屈折率１．４６のＳｉＯ₂材、５５０ｎｍの光において屈折率１．３８のＭｇＦ₂がある。
【００３６】
本発明においては、屈折率を規定するために、５５０ｎｍの光波長を選択するとよい。図２は人の目が感じる感度の波長依存性を示し、横軸は光波長（ｎｍ）であり、縦軸は人の視感度の相対値である。
【００３７】
同図から明らかなとおり、人がもっとも明るく感じる波長、すなわち人の視感度は５５０ｎｍで最大となり、その値付近にて明るさが容易に感じられることがわかる。
【００３８】
さらに絶縁層１７の厚みは、それ自体の構成材ならびに表面層５ｂや配向層６の構成材にもよるが、５００〜１５００Å、好適には８００〜１１００Åにすると、もっとも出射光（輝度）が高くなる。
【００３９】
最適にはその膜厚範囲内において、下記式（１）の条件を満たすのがよい。
【００４０】
ｎ・ｄ＝（１／４）×λ．．．．（１）
ただし、ｎは絶縁層１７の屈折率、ｄは絶縁層１７の膜厚、λは入射光の波長である。
【００４１】
さらに波長５５０ｎｍの光にて最適な条件とするためには、下記式（２）の条件を満たすような膜厚ｄとするのがよい。
【００４２】
ｄ＝（１／４）×５５０／ｎ．．．．（２）
たとえば、ＳｉＯ₂材の絶縁層１７を使用した場合にはｄ＝（１／４）×５５０／１．４６＝９４．２ｎｍ（９４２Å）が最適な膜厚になる。
【００４３】
また、ＭｇＦ₂材の絶縁層１７を使用した場合にはｄ＝（１／４）×５５０／１．３８＝９９．６ｎｍ（９９６Å）が最適な膜厚になる。
【００４４】
このように絶縁層１７の厚みは、５００〜１５００Å、好適には８００〜１１００Åの範囲内にて、式（１）や式（２）でもって最適な膜厚を設定するが、この式に関係して、さらに最適な膜厚として、ｄ＝（１／４）×λ／ｎの範囲を下記式（３）にするとよい。
【００４５】
式（３）
｛（１／４）×λ／ｎ｝×０．６≦ｄ≦（１／４）×λ／ｎ×１．２
好適には式（４）
｛（１／４）×λ／ｎ｝×０．８≦ｄ≦（１／４）×λ／ｎ×１．１
にするとよい。
【００４６】
かくして本発明の反射型液晶表示装置１６によれば、絶縁層１７の厚みは、５００〜１５００Åにすることで、反射率の低下が抑えられ、反射輝度が大きくなり、明るい視認性が得られた。
【００４７】
表面層５ｂについて
さらに表面層５ｂについて、その好適な条件を述べる。
表面層５ｂはＡｌを主成分とするＡｌ層、たとえばＡｌ₂Ｏ₃含有Ａｌ層、またはＡｌを主成分とするＡｌ合金であり、具体的にはＡｌ−Ｍｇ合金，Ａｌ−Ｍｎ合金，Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金，Ａｌ−Ｃｕ合金，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金，Ａｌ−Ｓｉ合金等のＡｌ合金が、反射率、耐食性及び導電性の点で好ましい。また、Ａｌ₂Ｏ₃含有Ａｌ層の場合、その組成比はＡｌ₂Ｏ₃が０．５〜１０重量％含まれるのが好ましく、その場合反射光の散乱性が最適であり、またワイヤーボンディング時のワイヤーとの接続強度が大きくなる。Ａｌ₂Ｏ₃が０．５重量％未満では、表面層５ｂが鏡面化し凹凸がなくなるためワイヤーボンディングが困難になり、Ａｌ₂Ｏ₃が１０重量％を超えると表面層５ｂが硬化し、ワイヤーボンディング時にワイヤーのＡｕ成分とＡｌとの共晶化が困難になり、強固な接続構造が得られなくなる。
【００４８】
また、表面層５ｂの表面には平均表面粗さ０．１μｍ以上の凹凸を設けるのが良く、０．１μｍ未満では、ワイヤーボンディング時に超音波振動によりワイヤーを表面層５ｂに接続する際に、ワイヤーの接続部が表面層５ｂで滑ってしまい摩擦熱で溶融化して接続することが困難になる。しかも、このように表面層５ｂの表面が凹凸形状になることで、散乱型反射層としての機能を有することにもなる。
【００４９】
さらに表面層５ｂの厚さは１μｍ以上が好ましく、１μｍ未満では、ワイヤーボンディング時に表面層５ｂが溶融し消失して接続強度が劣化する。より好ましくは２μｍ以下がよく、２μｍを超えると電極５の熱容量が大きくなり過ぎ、ワイヤーボンディング時の摩擦熱が低下し、ワイヤーのＡｕ成分と表面層５ｂのＡｌ成分の共晶化が不十分になり、接続強度が低下する。
【００５０】
【実施例】
つぎに本発明の実施例を図３〜図５により説明する。
図３と図４は（例１）に関するものであって、図３は測定用のサンプル１８の構成を示し、図４はその測定結果を示す。また、図５は（例２）に関し反射率の測定方法を示す。
【００５１】
（例１）
図３に示すように、サンプル１８はガラス基板１９の上にＡｌ膜２０を１０００Åの厚みにて、絶縁層１７としてのＳｉＯ₂膜２１を９４０Åの厚みにて、配向膜６としてのポリイミド樹脂膜２２を７００Åの厚みにて順次積層し、そして、このサンプル１８に対し基板面に対し垂直方向より波長を変えながら光入射し、その反射光を測定したところ、図４に示すような結果が得られた。同図にて、（イ）に示すようなシュミレーションとしての特性曲線が得られた。
【００５２】
これに対し上記サンプル１８の構成において、Ａｌ膜２０を１０００Åの厚みにて形成したが、ＳｉＯ₂膜２１とポリイミド樹脂膜２２とを形成しないものを比較例として、同図中（ロ）に示す。
【００５３】
さらにサンプル１８の構成において、Ａｌ膜２０を１０００Åの厚みにて、そして、ポリイミド樹脂膜２２を７００Åの厚みにて順次積層したが、ＳｉＯ₂膜２１を形成しないものを比較例として、同図中（ハ）に示す。
【００５４】
図４に示す結果から明らかなとおり、本発明の層構成により反射率が向上した。これに対しＳｉＯ₂膜２１とポリイミド樹脂膜２２とを形成しない（ロ）においては、反射率が少し低下する傾向にあり、さらにＳｉＯ₂膜２１を形成しない（ハ）については、反射率が大きく低下している。
【００５５】
（例２）
本例においては、本発明の反射型液晶表示装置１６を作製して、その輝度（光反射性）を測定し、評価をおこなった。
【００５６】
反射型液晶表示装置１６を作製するに当たっては、表面層５ｂを膜厚１０００ÅのＡｌ膜にて、絶縁膜１７を膜厚９４０ÅのＳｉＯ₂膜にて、さらに配向膜６を膜厚７００Åのポリイミド樹脂膜にて形成した。
【００５７】
これに対し、比較例として図６に示す反射型液晶表示装置１を作製した。この反射型液晶表示装置１によれば、表面層５ｂを膜厚１０００ÅのＡｌ膜にて、配向膜６を膜厚７００Åのポリイミド樹脂膜にて形成した。その他の構成は反射型液晶表示装置１６と同じである。
【００５８】
そして、本発明の反射型液晶表示装置１６の輝度と比較例の反射型液晶表示装置１の輝度とを図５に示す測定方法にて測定した。
【００５９】
同図に示す測定方法によれば、被測定用の液晶パネル２３の上方に照明光源２４と受光器２５とを配置し、受光器２５の受光方向は液晶パネル２３の面に対し垂直方向にしている。そして、照明光源２４の光出射方向は、この受光方向と２５°に設定している。
【００６０】
このような測定方法により本発明の反射型液晶表示装置１６の輝度と比較例の反射型液晶表示装置１の輝度とを測定したところ、反射率が１０％程度向上していた。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改善などは何ら差し支えない。
【００６２】
たとえば、上記の実施形態においては、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置でもって説明しているが、その他にモノクロのＳＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、あるいはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、さらには強誘電性液晶型、反強誘電性液晶型、双安定液晶型等の液晶表示装置に対しても同様な作用効果が得られる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の反射型液晶表示装置によれば、第１基板上に、光反射性を有する金属電極層と、絶縁層と、第１配向層とを順次積層した一方の部材と、第２基板上に、透明電極と、第２配向層とを順次積層した他方の部材と、前記一方の部材と前記他方の部材との間に介在した液晶層と、を備え、前記絶縁層の厚みは、５００〜１５００Åであり、５５０ｎｍの光における屈折率において、前記絶縁層の屈折率は、前記金属電極層の屈折率よりも大きくかつ前記第１配向層の屈折率よりも小さいので、反射性能を向上させ、その結果、出射光（輝度）を高めた高性能かつ高信頼性の反射型液晶表示装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【図２】人の目が感じる感度の波長依存性を示す線図である。
【図３】反射率測定用サンプルの構成を示す断面概略図である。
【図４】測定用サンプルの反射率を示す線図である。
【図５】液晶パネルの反射率測定方法を示す斜視図である。
【図６】従来の液晶表示装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１６反射型液晶表示装置
２セグメント側のガラス基板
３コモン側のガラス基板
５ａ密着層
５ｂ表面層
５電極
６、１０配向膜
７カラーフィルタ
８オーバーコート層
９透明電極
１１液晶層
１３ａ位相差板
１３ｂ偏光板
１４駆動用ＩＣ
１７絶縁膜

Claims

第１基板上に、光反射性を有する金属電極層と、絶縁層と、第１配向層とを順次積層した一方の部材と、
第２基板上に、透明電極と、第２配向層とを順次積層した他方の部材と、
前記一方の部材と前記他方の部材との間に介在した液晶層と、を備え、
前記絶縁層の厚みは、５００〜１５００Åであり、
５５０ｎｍの光における屈折率において、前記絶縁層の屈折率は、前記金属電極層の屈折率よりも大きくかつ前記第１配向層の屈折率よりも小さいことを特徴とする反射型液晶表示装置。