JPH11133416A

JPH11133416A - 反射型液晶表示素子

Info

Publication number: JPH11133416A
Application number: JP9300158A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iwai; 義夫岩井; Tomoaki Sekime; 智明関目; Hisanori Yamaguchi; 久典山口; Tetsu Ogawa; 鉄小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】パネル反射率低下、及び反射光の黄色化を抑
制した反射型液晶表示素子を提供する。【解決手段】カラーフィルタ４、透明電極５、配向膜
６ａを積層した対向基板３と少なくとも反射電極８と配
向膜６ｂを積層した反射電極基板１０との間に液晶を充
填してなる液晶セルと、偏光フィルム１、高分子フィル
ム２ａ、２ｂから構成した反射型液晶表示素子であり、
配向膜６ｂ積層後の反射電極８の反射特性は、Ｙ≧８０
％、０．３０≦ｘ≦０．３３、０．３０≦ｙ≦０．３３
を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置である反
射型液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶ディスプレイ（以下反射型Ｌ
ＣＤと称す）は、パネル前面より入射した外光の反射光
によって表示を行う方式である。このため透過型液晶デ
ィスプレイ（以下透過型ＬＣＤと称す）に不可欠なバッ
クライトが不要であり、消費電力の低減が可能であり、
携帯情報端末や携帯機器に最適なディスプレイの１つで
ある。

【０００３】しかし、反射ＬＣＤでは、外光の反射によ
り表示を行うために、入射光の調節機能がない。このた
め外光の照度が弱い場合、例えば、屋内や夜間使用する
場合では、画面が非常に暗くなり、視認性が劣化すると
いう欠点を有している。このため、反射型ＬＣＤでは、
できるだけパネル反射率を高めることが望ましい。反射
率を高める手段として、第１に液晶セル、光学部材での
光の伝搬ロスを防ぐこと、第２に反射板で入射光を全反
射させることが挙げられる。１点目の光学部材による光
の伝搬ロスを減らす方式としては、偏光板での損失が最
も大きいことから、偏光板を用いないゲストホスト型表
示方式や偏光板を１枚にした１枚偏光板方式（特開平７
−１４６４６９号，特開平７−８４２５２号）などが多
数提案されている。

【０００４】ゲストホスト方式では、偏光板を用いない
ために反射率を大きくできる特長を有するが、原理的に
色素の２色比によって表示を行うためにコントラスト比
が低い。また液晶の配向方式によりヒステリシスが発生
しやすく、多階調表示が難しい。一方、１枚偏光板方式
では、光が偏光板を２回通過するために、反射率はゲス
トホスト方式に比べて低く、同一環境下では表示が暗く
なるが、高コントラストかつフルカラー表示できる特長
を有する。

【０００５】２点目の入射光をより有効に反射させる方
法として、反射率が高い鏡面性の銀，アルミニウムを反
射板兼電極（以下反射電極と呼ぶ）として用いる方式
（特開平８ー１０１３８４号）が提案されている。通常
アルミニウムの反射率は入射光に対して９０％程度であ
るので、液晶層及び基板での損失がないと仮定した場
合、一枚偏光板方式の反射型ＬＣＤの入射光に対する反
射率は（５０％×９０％）×９０％×９０％＝３６．５％程度になる。カラーフィルタを用いてカラー表示を行わ
せる場合、更にカラーフィルタ層を２回通過するため
に、更に低い値になる。カラーフィルタ層の透過率は通
常３０％〜４０％程度であるので、透過型のカラーフィ
ルタを反射型ＬＣＤに用いると反射率は３％〜６％程度
になる。

【０００６】反射型ＬＣＤでは、間接照明下での視認性
から、反射率は最低１０％以上は必要である。このた
め、各部材の透過率を可能な限り高めると共に、反射板
での反射率を高める必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０に従来の反射型
ＬＣＤの構成図の一例を示す。２１は偏光板、２２は高
分子フィルム、２３はガラス基板からなる対向基板、２
４はカラーフィルタ、２５は透明電極、２６ａ，２６ｂ
は配向膜、２７は液晶層、２８鏡面性の反射電極、２９
はガラス基板である。

【０００８】従来構成の反射型ＬＣＤでは、２つの性能
課題が発生することが分かった。１点目は配向膜塗布に
よる反射電極の反射率低下と着色である。２点目は反射
電極のヒロックによる反射率低下である。本発明は、上
記の課題を解決するもので、反射率の低下と色純度の低
下を抑制する反射型液晶表示パネルを提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は上記目
的を達成するに当たり膜厚、電極材料に着目し、これら
を適切に選ぶことによって、上記課題を解決できるので
はないかと考え、以下の如く実験を試みた。面性の反射
電極２８にポリイミドからなる配向膜２６ｂを５０ｎｍ
〜８０ｎｍの膜厚で形成したところ、拡散入射光に対す
る反射電極の反射率は配向膜形成前に比べると最大で３
０％低下し、このような反射率を有する反射電極を用い
て作製した反射型ＬＣＤでは、反射特性（明るさ）が大
幅に低下した。逆に配向膜の膜厚を２００ｎｍ以上にす
ると、反射率低下は低減されるが、反射光の色度が変化
し、黄色に着色することが分かった。

【００１０】次に反射電極のヒロックについて説明す
る。スパッタによりアルミニウムからなる反射電極を３
５０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で形成したところ、ヒロッ
クにより反射電極表面の散乱性が増大し、鏡面性が失わ
れると共に反射光の短波長成分側の散乱により黄色に着
色した。このような反射電極を用いて反射型ＬＣＤを作
製したところ、電極の散乱性により明るさの低下と着色
が発生した。

【００１１】このため、従来構成では反射電極のヒロッ
クと配向膜形成により、反射型ＬＣＤの反射率の低下、
または色純度の低下が発生する課題が明らかになった。
上記実験の結果、反射電極をジルコニュウムの含有率が
０．４モル％以上１．５モル％以下のアルミ合金として
膜厚を１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下にして、配向膜の
膜厚を１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下にする事で、反射
特性が向上することが確かめられた。

【００１２】本願発明の反射型液晶表示素子は、反射電
極をジルコニュウムの含有量が０．４モル％以上１．５
モル％以下のアルミ合金等を用いることによりヒロック
を防止して反射率を向上させ、反射電極の膜厚を３００
ｎｍ以下にすることによりヒロックを防止して反射率を
向上させ、ポリイミド等からなる配向膜の膜厚を１００
ｎｍ以上にすることにより反射率を向上させ、ポリイミ
ド等からなる配向膜の膜厚を１５０ｎｍ以下にすること
により色度を改善するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を示す
反射型液晶表示素子について図面を参照しながら説明す
る。（実施の形態１）図１は第１の実施の形態における反射
型液晶表示素子の断面図の一例である。１は偏光作用を
持つ偏光板、２ａ，２ｂは複屈折性を持つ高分子フィル
ム、３は対向基板、４はカラーフィルタ層、５は透明電
極、６ａ、６ｂは配向膜、７は液晶層、８は鏡面性の反
射電極、９は反射電極基板を表す。

【００１４】ガラスからなる対向基板３としてアルカリ
ソーダガラスを用い、この上に顔料分散レジストからな
る赤、緑、青のストライプ状のカラーフィルタ４を形成
した。その後、カラーフィルタ上にＩＴＯ膜を成膜し、
フォトリソグラフィによりストライプ状の透明電極５を
形成した。

【００１５】次に、反射電極基板９としてアルカリソー
ダガラスを用い、反射電極基板９上にアルミニウムとジ
ルコニュウムからなるアルミニウム合金をそれぞれ約２
５０nmの膜厚で成膜した。ジルコニュウムの濃度は０．
４モル％とした。その後、フォトリソグラフィを用いて
アルミニウム合金をエッチングして、鏡面性の反射電極
８を形成した。

【００１６】反射電極８上には固形分濃度６重量％のポ
リアミック酸溶液（例えば、ＳＥ−１５０：日産化学工
業（株）製）をスピンナーで塗布し、２２０℃で硬化し
て、ポリイミドからなる配向膜６ｂを形成した。この
時、スピンナーの塗布条件を変化させて、配向膜６ｂの
膜厚を６０ｎｍから２００ｎｍまで変化させた。また対
向電極上にも同様の材料からなる配向膜６ａを形成した
後、配向膜６ａ、６ｂにラビング処理を施した。

【００１７】次に対向基板３の周辺部に熱硬化型のシー
ル材（例えばストラクトボンド：三井東圧化学（株）
製）を液晶注入口を設けて印刷形成し、反射電極基板９
には直径６umのプラスチックからなる球状のスペーサを
１５０〜２００個／mm²分散して、対向基板３と反射電
極基板９を互いに貼り合わせ、１５０℃でシール材を硬
化した。

【００１８】次に屈折率異方性が０．１３であるエステ
ル系ネマチック液晶組成物にカイラル組成物（例えばＳ
−８１１：メルクジャパン（株））を添加した液晶７を
真空注入して、紫外線硬化樹脂により注入口を封口し
て、液晶セルを作製した。上記により形成した液晶セル
の対向基板に高分子フィルム２ａ、２ｂとして所定の大
きさの複屈折性を持つポリカーボネートフィルムを所定
の角度で貼り付け、更に偏光板１としてニュートラルグ
レーの偏光フィルムを吸収軸が所定の方向になるように
貼り付け、反射型ＬＣＤを作製した。

【００１９】表１は配向膜６ｂ積層後の反射電極８の反
射特性を示したものである。

【００２０】

【表１】

【００２１】反射特性の測定には、色彩測色計（ｃｍ−
５０８ｄ：ミノルタ製）を用い、拡散入射光として、色
温度６７７４ｋからなるＣ光源を用いた。配向膜塗布前
の反射電極８の反射特性はＹ＝９０％、ｘ＝０．３１、
ｙ＝０．３１であった。配向膜積層後の反射電極８の反
射特性は、膜厚が１００ｎｍ以上１５０ｎｍでは、Ｙ≧
８０％，０．３０≦ｘ≦０．３３，０．３０≦ｙ≦０．
３３を満たし、配向膜積層前と比べて反射率の低下が比
較的少なく、かつ色度も無彩色であった。上記反射特性
を有する反射電極基板を用いた反射型ＬＣＤの正面のパ
ネル反射率特性を測定した。図２は反射率−電圧特性を
示すグラフである。反射率−電圧特性は、ＬＣＤ評価装
置（ＬＣＤ−７０００：大塚電子（株）製）を用い、入
射光を垂直方向に対して１０°の角度で入射させ、受光
器は０°（垂直方向）に設置した条件下で測定した。
測定の結果、正面反射率はＹ値換算でオフ電圧で２％、
オン電圧で１４．７％であり、コントラスト７．３であ
った。また中間調電圧では、黒からグレーを経て白に変
化し、着色のない無彩色な表示が得られた。

【００２２】一方配向膜の膜厚が、６０ｎｍ以上１００
ｎｍ以下では、ほとんど色度変化がなく無彩色である
が、反射率が低く、逆に１６０ｎｍ以上では、反射率が
高い反面、色度が大きく変化し、黄色化した。このた
め、これらの反射電極基板を用いた反射型ＬＣＤではパ
ネル反射率または着色の面で好ましくなかった。上記結
果より、配向膜の膜厚は１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下
に設定することにより、反射率低下を抑制すると共に無
彩色なパネル反射特性を達成することができた。

【００２３】なお、本実施の形態では配向膜形成材料と
してポリアミック酸溶液を用いたが、配向膜はポリマー
であればよく、たとえば可溶性ポリイミド溶液を用いて
も同様の効果があった。（実施の形態２）次に本発明の構成の第２の実施の形態
について説明する。本実施の形態の構成、は、実施の形
態１と同一であるので図１を用いる。

【００２４】反射電極基板上にスパッタによりアルミニ
ウムとジルコニュウムの合金からなる反射電極８を膜厚
２５０ｎｍで形成した。このときジルコニュウムの濃度
を０モル％から２．０モル％まで５段階に変化させた。
ジルコニュウム濃度が０．４モル％以上１．５モル％ま
では、配向膜積層前の反射特性はＹ＝８８％〜９０％，
ｘ＝０．３１，ｙ＝０．３１であった。

【００２５】さらに、配向膜を１２０ｎｍ積層後の測定
結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】配向膜を１２０ｎｍ積層後でも、Ｙ≧８０
％，０．３０≦ｘ≦０．３３，０．３０≦ｙ≦０．３３
を満たした。これらの反射電極基板を用いた反射型ＬＣ
Ｄでは、パネル反射率低下が少なく、かつ無彩色な特性
を得ることができた。一方ジルコニュウム濃度が０モル
％、即ちアルミニウムだけの場合には、配向膜積層後、
反射電極面にヒロックが発生し、反射率の低下が発生し
た。またジルコニュウム濃度が２．０モル％以上では、
配向膜積層前から反射率が低下し、好ましくなかった。

【００２８】上記結果より、ジルコニュウム濃度は０．
４モル％以上１．５モル％以下が好ましかった。（実施の形態３）次に本発明の構成の第３の実施の形態
について説明する。本実施の形態の構成は、実施の形態
１と同一であるので図１を用いる。

【００２９】反射電極基板上にスパッタによりアルミニ
ウムとジルコニュウム０．９モル％の合金からなる反射
電極８を形成した。このとき反射電極の膜厚を１００ｎ
ｍから５００ｎｍまで段階的に変化させた。反射電極の
膜厚が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲では反射
率、色度の変化はなかった。

【００３０】さらに、配向膜１２０ｎｍ積層後の測定デ
ータを表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】配向膜１２０ｎｍ積層後においても、反射
電極の反射特性はＹ≧８０％，０．３０≦ｘ≦０．３
３，０．３０≦ｙ≦０．３３を満たし、上記反射電極を
用いた反射型ＬＣＤのパネル反射特性は良好であった。
一方、３００ｎｍを越える膜厚では、電極表面にヒロッ
クが発生し、反射率低下が見られた。また１００ｎｍ以
下では、基板面内での反射率ムラ及び抵抗値のバラツキ
が発生し、好ましくなかった。上記結果より、反射電
極の膜厚は１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましかっ
た。（実施の形態４）図３は本発明の第２の実施の形態にお
ける反射型液晶表示素子の断面図である。８ａは鏡面性
の反射電極、１１はゲート電極、１２はソース電極、１
３は薄膜トランジスター素子（以下ＴＦＴと呼ぶ）、１
４はドレイン電極、１５は平坦化膜、１６はコンタクト
ホールである。実施の形態１と異なるのは、反射電極基
板がスイッチング素子を持つアクティブマトリックス型
である点である。

【００３３】対向基板３として無アルカリガラス（例え
ば１７３７：コーニング社製）を用いて、この上に実施
の形態１と同様の方法を用いてカラーフィルタ４を形成
し、さらに全面にＩＴＯからなる透明電極を形成した。
次に反射電極基板９として、無アルカリガラスを用い、
この上に所定の方法により、アルミニウムとタンタルか
らなるゲート電極１１、チタンとアルミニウムからなる
ソース電極１２及びドレイン電極１４をマトリックス状
に配置し、ゲート電極１１とソース電極１２の各交差部
にアモルファスシリコンからなるＴＦＴ素子１３を形成
した。

【００３４】反射電極基板９全面にポジ型の感光性アク
リル樹脂（例えば、ＦＶＲ：富士薬品工業（株）製）を
塗布して平坦化膜１５を形成したた後、所定のフォトマ
スクを用いて、紫外線照射して、ドレイン電極１４上に
コンタクトホール１６を形成した。次に、平坦化膜１５
にチタンを約８０ｎｍ形成し、更にジルコニュウムを
０．９モル％含有したアルミニウム合金を約２５０nmの
膜厚で成膜し、チタン、及びアルミニウム合金をそれぞ
れエッチングして、鏡面性の反射電極８ａを形成した。

【００３５】透明電極５および反射電極８ａ上には固形
分濃度５重量％のポリアミック酸溶液（ＳＥ−７２１
１：日産化学工業（株））を印刷し、２２０℃で硬化し
た、ＴＮ配向になるようにレーヨン布を用いて回転ラビ
ングして配向処理を行い、ポリイミドからなる膜厚１２
０ｎｍの配向膜６ａ，６ｂを形成した。次にカラーフィ
ルタ４と透明電極５と配向膜６ａを形成した後の対向基
板３の周辺部に熱硬化型のシール材（例えばストラクト
ボンド：三井東圧化学（株）製）を液晶注入口を設けて
印刷形成し、反射電極８ａと配向膜６ｂ等を形成した反
射電極基板９上に直径４．５umのプラスチックからなる
球状のスペーサを１５０〜２００個／mm²分散して、対
向基板３と反射電極基板９を互いに貼り合わせ、１５０
℃でシール材を硬化した。

【００３６】次に屈折率異方性が０．０９７であるフッ
素系ネマチック液晶組成物にカイラル組成物を添加した
液晶７を真空注入して、紫外線硬化樹脂により注入口を
封口して、液晶セルを作製した。上記により形成した液
晶セルの対向基板に高分子フィルム２ａ、２ｂとして所
定の大きさの複屈折性を持つポリカーボネートフィルム
を所定の角度で貼り付け、更にニュートラルグレーの偏
光フィルム１を吸収軸が所定の方向になるように貼り付
け、アクティブマトリックスタイプの反射型ＬＣＤを作
製した。

【００３７】上記反射型ＬＣＤを駆動して、正面でのパ
ネル反射率を測定したところ、黒状態で反射率が１．５
％、白状態で反射率が１６．３％であり、無彩色な良好
なパネル反射特性が実現できた。なお、本実施の形態で
はアルミニウム合金としてジルコニュウムを用いたが、
結晶粒内の周期性を妨げ、転位の移動が発生しない作用
によって、アルミニウムのヒロックを防止するもので有
ればよくパラジウム、インジウム、金、銀、銅でも同様
の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によれば、配
向膜の膜厚、反射電極の組成、反射電極の膜厚をそれぞ
れ規定することにより、反射電極の反射率低下、及び色
度変化を抑制することことができ、反射率低下の少な
い、無彩色な反射型ＬＣＤを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の反射型液晶表示素
子の構成を示す断面図

【図２】同実施の形態における反射率の印加電圧特性を
示したグラフ

【図３】本発明の第２の実施の形態における反射型液晶
表示素子の構成を示す断面図

【図４】従来の構成における反射型液晶表示素子の構成
を示す断面図

【符号の説明】

１・・・偏光板２ａ、２ｂ・・・高分子フィルム３・・・対向基板４・・・カラーフィルタ５・・・透明電極６ａ、６ｂ・・・配向膜７・・・液晶層８・・・鏡面性の反射電極９・・・反射電極基板１１・・・ゲート電極１２・・・ソース電極１３・・・ＴＦＴ素子１４・・・ドレイン電極１５・・・平坦化膜１６・・・コンタクトホール

フロントページの続き (72)発明者小川鉄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも配向膜と透明電極を設けた対
向基板と少なくとも配向膜と反射電極を設けた反射電極
基板の間に液晶を充填してなる反射型液晶表示素子にお
いて、配向膜積層後の反射電極は鏡面性を有し、色温度
が６７７４ｋであるＣ光源からなる拡散入射光に対する
反射電極の反射光の反射率をＹ、色度をｘ、ｙで表す
と、前記配向膜積層後の反射特性が、Ｙ≧８０％かつ
０．３０≦ｘ≦０．３３かつ０．３０≦ｙ≦０．３３を
満たす反射電極を具備することを特徴とする反射型液晶
表示素子。
【請求項２】少なくとも配向膜と透明電極を設けた対
向基板と少なくとも配向膜と反射電極を設けた反射電極
基板の間に液晶を充填してなる反射型液晶表示素子にお
いて、反射電極は少なくともジルコニュウムの含有量が
０．４重量％以上１．５重量％以下であるアルミニウム
合金から構成され、前記アルミニウム合金の膜厚は１０
０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、前記反射電極上に積
層された配向膜はポリイミドから構成され、前記ポリイ
ミドの膜厚は１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であること
を特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項３】少なくとも配向膜と透明電極を設けた対
向基板と少なくとも配向膜と反射電極を設けた反射電極
基板の間に液晶を充填してなる反射型液晶表示素子にお
いて、前記反射電極上に積層された配向膜はポリイミド
から構成され、前記ポリイミドの膜厚は１００ｎｍ以上
１５０ｎｍ以下であることを特徴とする反射型液晶表示
素子。
【請求項４】少なくとも配向膜と透明電極を設けた対
向基板と少なくとも配向膜と反射電極を設けた反射電極
基板の間に液晶を充填してなる反射型液晶表示素子にお
いて、反射電極は少なくともジルコニュウムの含有量が
０．４モル％以上１．５モル％以下であるアルミニウム
合金から構成されていることを特徴とする反射型液晶表
示素子。
【請求項５】ジルコニウムの含有率が０．４モル％以
上１．５モル％以下で膜厚１００ｎｍ以上３００ｎｍ以
下であるアルミニウム合金からなる反射電極。
【請求項６】アルミニウム合金からなる反射電極と前
期反射電極上に１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚の
ポリイミドの薄膜を有する反射型液晶表示素子。
【請求項７】対向基板と透明電極と第１の配向膜と液
晶層と第２の配向膜と膜厚１００ｎｍ以上３００ｎｍ以
下のアルミニウム合金からなる反射電極を有し、前記ア
ルミニウム合金はジルコニュウム、パラジュウム、イン
ジュウム、金、銀又は銅を含み、前記配向膜はポリマー
からなることを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項８】対向基板と透明電極と第１の配向膜と液
晶層と第２の配向膜と膜厚１００ｎｍ以上３００ｎｍ以
下のアルミニウム合金からなる反射電極を有し、前記ア
ルミニウム合金はアルミニュウムのヒロックを防止する
不純物金属を含み、前記配向膜はポリマーからなること
を特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項９】対向基板と透明電極と第１の配向膜と液
晶層と第２の配向膜と膜厚１００ｎｍ以上３００ｎｍ以
下のアルミニウム合金からなる反射電極を有し、前記ア
ルミニウム合金は結晶粒内の周期性を妨げ転位の移動を
防止する元素を含み、前記配向膜はポリマーからなるこ
とを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項１０】請求項１、２、３、４、６、７、８若
しくは９記載の反射型液晶表示素子または請求項５記載
の反射電極を備えたことを特徴とする反射型液晶表示装
置。