JP4865142B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視認性を高める液晶表示素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は低消費電力、低コスト、薄型、軽量のため、携帯型の情報端末のディスプレィとして用いられている。反射型の液晶表示素子は通常２枚の偏光板で液晶セルを挟み、その下に反射板を設置して用いられている。しかし、２枚の偏光板を使用する反射型液晶表示素子では、入射光は偏光板を４回透過するため、暗くなってしまう。そこで、反射型液晶表示素子を明るくするために、使用する偏光板を２枚から、液晶表示素子の前面側の１枚のみにして、液晶セルを１枚の偏光板と反射板で挟む１枚偏光板構成が提案されている。入射光は偏光板を２回しか透過しないため、透過率の向上が期待できる。さらに背面側透明基板を光が通らなくなるため、基板中を光が透過することによる光強度の減衰がなくなり、透過率の向上が期待できる。
【０００３】
この１枚偏光板方式では、背面側透明基板表面に、従来アルミ等の鏡面高反射率金属材料膜層を形成し、観測者側透明基板と偏光板の間に拡散板を挿入し反射層の鏡面をなくし、白色表示を行う方法がとられてきた。さらに背面側透明基板の下に偏光板と光源を備え、暗い所では、光源を点燈させ視認性を上げる方法が、低消費電力と、明るさを兼ね備えた携帯型の情報端末のディスプレィとして用いられている。
【０００４】
従来の液晶表示素子の断面模式図を図２に示す。図２において観測者側透明基板１と背面側透明基板２は、平滑なガラスやプラスチックからなる平板である。観測者側透明基板１の上面に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる透明電極３を形成する。また、背面側透明基板２の上面には、アルミニウムからなる反射層４を形成する。反射層４の厚さは、１００から８００オングストロームである。反射層４の上面には透明樹脂からなるカラーフィルター層５が形成され、さらにカラーフィルター層５の上には酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる透明電極６になっている。透明電極３と透明電極６は交差して画素を形成している。さらに透明電極３と透明電極６の上には、配向膜層７、８がポリイミド樹脂を印刷後、焼成し、成膜した後、ラビング処理されている。以上の観測者側透明基板１、背面側透明基板２を周囲にシール剤９を塗布して貼り合わせ、誘電異方性をもったネマチック液晶材料１０を透明基板１、２の間隙に注入する。そして偏光板１１、１５、位相差板１２、１４、前方散乱板１３を貼りつける。バックライト１６はＥＬ、ＬＥＤ、ＦＬ等の液晶表示素子の下面に設置する。
【０００５】
観測者側透明基板１から入射した光は、偏光板１１及び位相差板１２を透過した後、前方散乱板１３を透過することにより散乱する。この光はネマチック液晶材料１０中を透過し、反射層４で反射し、再びネマチック液晶材料１０、前方散乱板１３、位相差板１２、偏光板１１を透過する。液晶材料１０に印加される電圧値により液晶分子の並ぶ角度が変わり、これにより透過する光の偏光状態が変わることにより、電圧値の大きさでコントラスト比を制御する。前方散乱板１３を設置することにより反射層４は鏡面ではなくなり、反射層４の表面はつや消しのある反射層になる。この前方散乱板１３がある場合には、白濁した表示色になるが、前方散乱板１３がない場合、反射層４に周りの風景や観測者が映るため、表示品質が悪化してしまう。
【０００６】
次に従来の液晶表示素子で透過タイプの液晶表示素子を実現する方法について述べる。バックライト１６の光は、偏光板１５、位相差板１４、反射層４を透過した後、液晶層へ入射する。光の偏光状態は偏光板１５、位相差板１４と、位相差板１１、偏光板１２でも制御される。カラーフィルター層５により透過する光のスペクトルを変化させ、カラー表示を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような方式の半透過型液晶表示素子を用いると、携帯電話をはじめとする携帯機器では、バックライトの色がカラフルになり、バックライトを点燈した時に表示される文字や図形の視認性がよくないという問題点もあった。また、外装ケースなどに装飾性・デザイン性が求められる結果、バックライトを点燈した時の装飾性も求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、観測者側に配置する観測者側透明基板と、前記観測者側透明基板の観測者側の方向に設けた第１の偏光板と、前記観測者側透明基板の観測者側とは反対方向に位置し、観測者側とは反対方向の表面の一部に凹凸層を有する背面側透明基板と、前記背面側透明基板の観測者側とは反対方向に設けた第２の偏光板と、前記観測者側透明基板と前記背面側透明基板の間に挟持された液晶層と、前記背面側透明基板と前記液晶層との間に設けられた半透過反射層と、前記背面側透明基板の観測者側とは反対方向に配置した光源と、を有する液晶表示素子である。
【０００９】
本発明は、前記凹凸層の表面粗度が１μｍ以上１０μｍ以下で、ピッチが１０μｍ以上から５０μｍ以下である液晶表示素子である。
【００１０】
本発明は、前記凹凸層が、光を散乱する散乱フィルムを前記背面透明基板に貼り付けることにより形成した液晶表示素子である。
【００１１】
本発明は、前記凹凸層が、フッ化水素溶液により腐しょくされた層と、色彩を有する層からなる液晶表示素子である。
【００１２】
本発明は、透明基板の１つの面に、酸化シリコン膜を蒸着あるいはスパッタにより成膜する工程と、前記成膜する工程を行った後、フッ化水素溶液で腐しょくする工程と、前記腐しょくする工程により凹凸層を形成する工程と、を有する液晶表示素子の製造方法である。
【００１３】
本発明は、さらに前記凹凸層に光の散乱を抑える溝を付ける工程を有する液晶表示素子の製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による液晶表示素子は、背面側の基板の外側表面は、表面粗度は１から１０μｍ、ピッチは１０から５０μｍの一部凹凸層が形成されていることにより、バックライト光源が点燈されると、光源からの光は凹凸層で散乱されキャラクターやアイコンの形が反射層上に現れる。
【００１５】
さらに、酸化シリコン膜をキャラクターやアイコンの形に蒸着あるいはスパッタ成膜した後、フッ化水素溶液により腐しょくすることにより加工されることにより容易に凹凸層を形成することができる。
【００１６】
また、フッ化水素溶液による腐しょく工程と、湾曲溝や直線溝を付ける工程により複雑な模様を形成することができる。
【００１７】
さらに、凹凸層はキャラクターやアイコンの形の部分が散乱しているフィルムを貼り付けることにより、さらに安価に形成することもできる。
また、凹凸層の一部を着色することにより色の付いたキャラクターやアイコンを表示することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態における液晶表示素子について、図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の液晶表示素子の断面模式図を示す。観測者側透明基板１と背面側透明基板２は、平滑なガラス板を用いる。以下の説明において、観測者側の面を上面、観測者と反対側の面を下面と仮定する。背面側透明基板２の下側表面には、その表面の一部を凹凸にした凹凸層１７を設ける。この凹凸層１７は、キャラクターやアイコンの形に形成する。凹凸層１７の表面粗度（山と谷の高低差）は１から１０μｍ、ピッチ（山の頂上の間隔）は１０から５０μｍにすると、バックライト１６からの光がもっとも散乱され、バックライトが点燈した場合のキャラクターがもっとも見やすい。
【００１９】
一方、表面粗度が１μｍ未満あるいは１０μｍより大きい場合には、バックライト光源が点燈するとキャラクターやアイコンのコントラストが悪くなり、視認性が低下する。これは、凹凸層１７の散乱効果が低下するためである。凹凸層１７のピッチについても、上記と同様のことが言える。したがって、背面側透明基板２の外側表面の凹凸層１７は、凹凸の表面粗度及びピッチを変化させることにより、キャラクターやアイコンのコントラストを制御することができる。なお、凹凸層１７に形成するものはキャラクターやアイコンだけでなく、文字であっても構わない。
【００２０】
透明電極３は観測者側透明基板１下面に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜を使用して、ホトリソグラフィーでパターン形成する。電極層は文字や絵を表示するために、グラフィックパターンかあるいはストライプ状のパターンにする。背面側透明基板２の上面はアルミニウム、クロム又は銀等の金属膜を、蒸着あるいはスパッタ処理により成膜された反射層４を設ける。反射層４の上面には、透明樹脂からなるカラーフィルター層５が形成されている。さらにカラーフィルター層５の上には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜からなる透明電極６を設ける。この透明電極６は、文字や絵を表示するために、グラフィックパターンか、あるいはストライプ状のパターンとする。透明電極３と透明電極６は交差して画素を形成している。さらに透明電極３と透明電極６の上には、配向膜層７、８がポリイミド樹脂を印刷後、焼成し、成膜した後、２４０°から２６０°ねじれるようにラビング処理されている。配向膜層７、８はポリイミドの他に、テフロン系物質からなる層でもよい。また配向膜は、液晶材料に接するほぼ全面に形成する。
【００２１】
そして、観測者側透明基板１と背面側透明基板２の周囲にシール剤９を塗布して貼り合わせる。誘電異方性が正でカイラル材料を添加したネマチック液晶材料１０を、観測者側透明基板１と背面側透明基板２の間隙に注入する。そして偏光板１１、１５、位相差板１２、１４を観測者側透明基板１と背面側透明基板2の上にそれぞれ貼りつける。バックライト１６をＥＬ、ＬＥＤ、ＦＬ等の液晶表示素子の下方に設置する。
【００２２】
液晶表示素子の観測者側透明基板１と背面側透明基板２を腐しょくする方法としては、フッ化水素そのものを用いてもよい。またフッ化カルシウム、フッ化アルミニウムソーダ、フッ化アンモニウムなどのフッ化物と、硫酸、塩酸とを混合し、発生するフッ化水素を用いてもよい。さらにフッ化水素溶液でガラス基板表面を腐しょくさせて凹凸層１７を形成した後、金属製バイトを凹凸層１７に押し付けて凹凸層１７の表面に湾曲溝や直線溝をつける加工を行う。このようにすることで、凹凸層１７の表面に湾曲溝や直線溝が形成されることで、ランダムな凹凸が形成された表面に比べて、溝の方向に垂直な方向から入射し凹凸層１７を透過する光の拡散範囲を狭くし、バックライト１６の光を集光し、明るいキャラクターやアイコンを表示することもできる。また、凹凸層１７は腐しょくにより形成した層と、印刷などにより色を付した層により構成していもよい。
【００２３】
なお、表面に湾曲溝や直線溝を形成した後、フッ化水素溶液でガラス基板表面を腐しょくさせ凹凸層１７を形成してもよい。この場合でも明るさは変わらず、得られる効果は上記と同じである。
【００２４】
また凹凸層１７を形成する際、散乱フィルムを貼り付けてもよい。こうすると、凹凸層を安価に製造することができ、上記と同様の効果が得られる。
【００２５】
さらに、本発明の液晶表示素子の透明基板上にカラーフィルター層を設置することにより、カラー表示のできる液晶表示素子を実現することもできる。なお本発明は、コンピュ−タ−端末、画像表示装置、シャッタ−のようなシステムに使用される、低コストの半透過型液晶表示パネルでは、特に有効である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶表示素子において、背面側透明基板の外側表面は凹凸層になっていることにより、バックライト光源が点燈されると、光源からの光は凹凸層で散乱されキャラクターやアイコンの形が反射層上に現れ、視認性を向上させることができるとともに、装飾性やデザイン性に富んだ表示をすることも可能となる。特に、民生品市場で液晶表示素子が多用されている携帯電話、パーソナルハンディホン、ポケットベル、ＰＤＡのように低消費電力が要求される市場においても視認性を向上させることができ、商品性も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる液晶表示素子の構成の一例を示す断面模式図である。
【図２】従来の液晶表示素子の構成の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１ 観測者側透明基板
２ 背面側透明基板
３、６ 透明電極
４ 反射層
５ カラーフィルター層
７、８ 配向膜層
９ シール剤
１０ 液晶材料
１１、１５ 偏光板
１２、１４ 位相差板
１６ バックライト
１７ 凹凸層

Claims (6)

1. 観測者側に配置する観測者側透明基板と、
   前記観測者側透明基板の観測者側の方向に設けた第１の偏光板と、
   前記観測者側透明基板の観測者側とは反対方向に配置された背面側透明基板と、
   前記背面側透明基板の観測者側とは反対方向に設けた第２の偏光板と、
   前記観測者側透明基板と前記背面側透明基板の間に挟持された液晶層と、
   前記背面側透明基板と前記液晶層との間に設けられた半透過反射層と、
   前記背面側透明基板の観測者側とは反対方向に配置された光源と、を備え、
   前記背面側透明基板の観測者側とは反対方向の表面の一部に凹凸層がキャラクターやアイコンの形状で形成されたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記凹凸層は表面粗度が１μｍ以上１０μｍ以下で、ピッチが１０μｍ以上から５０μｍ以下である請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記凹凸層が、前記背面透明基板に貼り付けられた光散乱フィルムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 前記凹凸層は、フッ化水素溶液により腐しょくされた酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
5. 観測者側透明基板と背面側透明基板の間に液晶層が挟持された液晶表示素子の製造方法であって、
   前記背面側透明基板の背面側に、酸化シリコン膜を部分的に成膜する工程と、
   前記酸化シリコン膜をフッ化水素溶液で腐しょくさせ、キャラクターやアイコンの形状に凹凸層を形成する工程と、を有する液晶表示素子の製造方法。
6. さらに前記凹凸層の表面に光の散乱を抑える溝を付ける工程を有する請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。

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