WO2003009018A1 - Substrate with semi-transmitting mirror and semi-transmitting liquid crystal display unit - Google Patents

Description

明 細 書 半透過ミ ラー付き基板及び半透過型液晶表示装置 技術分野

本発明は、 半透過ミ ラ—付き基板及び半透過型液晶表示装置に関 し、 特に、 高い透過率及び反射率を併せ持つ半透過ミ ラー付き基板及び半透 過型液晶表示装置に関する。 背景技術

従来の半透過型液晶表示装置では、 反射モー ド及ぴ透過モー ドで表示 させるために必要な光学性能を有する半透過ミ ラ ーを形成した半透過ミ ラー付き基板が用いられている。 半透過ミ ラ一付き基板には、 反射モー ド及び透過モー ドの双方の表示品質 （主に、 輝度） を確保するために髙 い反射性能及び透過性能が求められる。

半透過ミ ラ一付き基板は、 ガラス基板と、 当該ガラス基板上に下地膜 と して形成された酸化珪素 （ S i 0 2 ) 膜と、 当該 S i 0 ₂膜の上に半 透過反射膜と して形成された A 1 膜又は A 1 — T i 、 A 1 — N d等から 成る A 1 合金膜と、 当該 A 1 膜又は当該 A 1 合金膜の上に保護膜と して 形成された S i 0 ₂膜と を有する。 下地膜、 半透過反射膜、 及び保護膜 が半透過ミ ラーを構成し、 この半透過ミ ラーが光を反射する機能を有す る。 半透過ミ ラーの反射性能及び透過性能は、 半透過反射膜である A 1 膜等の膜厚によ り制御されている。

半透過反射膜の透過率は、 一般に 1 5 〜 2 0 %になる よ う に設定され ている。 一方、 反射率は、 金属特有の光学的吸収が生じるので、 全光量 のう ち透過光量及び吸収光量を差し引いた光量によ り 決定される。 半诱 過ミ ラ—付き基板を用いた半透過型液晶表示装置の表示性能には、 通常、 半透過ミ ラーに透過率が 2 0 %以上、 反射率が 6 0 %以上の最低限の品 質が求められている。

半透過ミ ラ一を製造する手段と しては、 真空蒸着法やスパ ッ タ リ ング 法があるが、 耐久性の面から主にスパッ タ リ ング法が用いられる。

しかしながら、 従来の半透過ミ ラ一付き基板では、 半透過ミ ラ一の透 過率を高めた場合、 十分な反射率が得られないという 問題がある。 特に、 1 5 %以上の高い透過率を得る場合には反射率の低下が顕著と なる。 こ れは、 半透過ミ ラ一の光学吸収量が増えたために反射強度が低下したも のと考え られる。 すなわち、 透過率を高めるために A 1 等から成る半透 過反射膜の膜厚を薄 く したので、 A 1 金属の結晶格子の乱れによ り本来 の A 1 金属のバルク構造から異なつた構造に変わつて半透過反射膜の光 学吸収量が増えたものと考えられる。

本発明の目的は、 高い透過率を維持しつつ高い反射率を有し、 透過表 示性能及び反射表示性能を共に高める こ とができ る半透過ミ ラー付き基 板及び半透過型液晶表示装置を提供するこ と にある。 発明の開示

上記目的を達成するために、 本発明の第 1 の態様によれば、 基板と、 前記基板上に形成された下地膜と、 前記下地膜上に形成された半透過反 射膜と を有する半透過ミ ラー付き基板において、 前記下地膜の膜厚が 0 〜 8 n mである こ と を特徴とする半透過ミ ラー付き基板が提供される。 また、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ一付き基板において、 前記下地膜 は酸化珪素 （ S i O x ) から成る こ とが好ま しい。

また、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ—付き基板において、 前記酸化珪 素 （ S i 0 X ) における酸素 （ 0 ) の珪素 （ S i ) に対する化学的組成 比 xが 1 . 5〜2 . 0である こ とが好ま しい。

さ ら に、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ一付き基板において、 前記半透 過反射膜は A 1 及び A 1 合金の少な く と も一方から成る こ とが好ま しい。 上記目的を達成するために、 本発明の第 2 の態様によれば、 本発明の 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ一付き基板を有する こ と を特徴とする半透 過型液晶表示装置が提供される。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施の形態に係る半透過ミ ラー付き基板の模式構 造を示す断面図である。

図 2 は、 図 1 の半透過ミ ラ一付き基板を用いて製造された半透過型液 晶表示装置の一例の.模式構造を示す断面図である。

図 3 は、 表 1 における実施例 1 〜実施例 2 の光学特性を示す図である。 図 4 は、 表 1 における実施例 3 〜実施例 6 及び比較例 1 の光学特性を 示す図である。

図 5 は、 表 1 における実施例 7 〜実施例 1 0及び比較例 2 の光学特性 を示す図である。

図 6 は、 表 1 における実施例 1 1 〜実施例 1 4及び比較例 3 の光学特 性を示す図である。

図 7 は、 表 2 における実施例 1 5 〜実施例 2 2 の A r Z 0 ₂混合ガス 流量比と下地膜における X値との関係を示す図である。

図 8 は、 表 3 における実施例 2 3 〜実施例 2 7及び比較例 4 〜比較例 6 の下地膜における X値と光学特性との関係を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明者等は、 上記目的を達成すべく 鋭意研究を行った結果、 基板と、 基板上に形成された下地膜と、 下地膜上に形成された半透過反射膜と を 有する半透過ミ ラー付き基板において、 下地膜の膜厚が 0〜 8 n mであ る と、 高い透過率を維持しつつ反射率を高 く して、 透過表示性能及び反 射表示性能を共に高めるこ とができ る こ と を見い出 した。

また、 下地膜は酸化珪素 （ S i O x ) から成り 、 S i O xにおける酸 素 （0) の珪素 （ S i ) に対する化学的組成比 Xが 1 . 5〜 2 . 0であ る と、 高い透過率を維持しつつ反射率を高 く して、 透過表示性能及び反 射表示性能を さ らに高めるこ とができ るこ と を見い出 した。

以下、 本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。

図 1 は、 本発明の一実施の形態に係る半透過ミ ラ—付き基板の模式構 造を示す断面図である。

図 1 において、 半透過ミ ラー付き基板 1 は、 透明なガラス基板 2 と、 ガラス基板 2上に形成された酸化珪素 （ S i O x ) から成る下地膜 3 と、 下地膜 3上に形成されたアルミ ニウム （A 1 ) から成る半透過反射膜 4 と、 半透過反射膜 4上に形成された二酸化珪素 （ S i 0₂ ) から成る保 護膜 5 と を有する。 ガラス基板 2上には下地膜 3、 半透過反射膜 4、 及 び保護膜 5が順に積層されている。 これらの下地膜 3、 半透過反射膜 4、 及び保護膜 5 は半透過ミ ラ— 6 を構成 し、 この半透過ミ ラ一 6が光を反 射する機能を有する。

ガラス基板 2は、 5 5 0 n mの波長で 1 . 5 0〜 1. 5 5程度の屈折 率を有する ソ一ダライ ムシリ ケー ト ガラスや低アルカ リ ガラス、 無アル カ リ ガラスが好ま しいが、 これらに限られる ものではな く 、 透明なブラ スチッ ク等の樹脂でも よい。

半透過ミ ラー 6 における半透過反射膜 4は、 光が一部透過する程度ま で薄 く した A 1 製の金属薄膜から成るが、 これに限られず A 1 - T i 、 A 1 一 N d等の A 1 合金でも よい。 保護膜 5は、 半透過反射膜 4の機械 的な保護及び耐薬品性 * 耐水性の確保、 並びに後述する図 2の半透過型 液晶表示装置において保護膜 5上に形成される C F (カ ラ一フ ィ ル タ） との密着性の確保を目的と して半透過反射膜 4上に形成される。

S i O xから成る下地膜 3の膜厚は 0〜 8 n mとする。 これは、 下地 膜 3の膜厚が 8 n mを超えた場合、 半透過ミ ラ一 6の反射率が低下する と共に、 A 1 金属自体の光学吸収量が増加するためである。 なお、 よ り 好ま しい下地膜 3の膜厚の範囲は 3〜 6 n mである。 下地膜 3は、 本来、 ガラス基板 2内部から溶出するアルカ リ拡散を防止し （アルカ リノ ッ シ ベ一シ ヨ ン） 、 ガラス基板 2 と反射膜 4 との密着性を向上させる機能を 有するが、 下地膜 3の膜厚が 0〜 8 n mである こ と によ り、 下地膜 3上 に形成された半透過反射膜 4における A 1 金属の結晶構造を良好に し、 A 1 金属自体の光学吸収量を増加させずに、 光の透過性能及び反射性能 を共に高める こ とができ る。

さ ら に、 下地膜 3 と して用いる S i O x における酸素 （ 0 ) の珪素 ( S i ) に対する化学的組成比 X は、 半透過ミ ラー 6の透過性能及び反 射性能を向上させるために 1. 5〜 2 . 0 とする。 S i O xにおける 0 の S i に対する化学的組成比 Xが 1. 5〜 2. 0である こ と によ り 、 S i 0 X上に形成された半透過反射膜 4 における A I金属の結晶構造を良 好に し、 A 1 金属自体の光学吸収量を増加させずに、 光の透過性能及び 反射性能を共に高めるこ とができ る。

半透過反射膜 4上には、 保護膜 5に代えて低屈折率材料から成る層及 ぴ髙屈折率材料から成る層が交互に複数積層された増反射積層体が形成 されていても よ い。 積層数は、 特に限定される も のではないが反射性能 及びコス ト を考慮し、 通常 2〜 5層が好ま しい。 低屈折率材料と しては、 酸化珪素、 フ ッ化マグネシウムが主に用いられ、 高屈折率材料と しては、 酸化チタ ン、 酸化タ ン タ ル、 酸化ニォブが主に用いられる。 増反射積層 体は、 光学的吸収を生ずる こ とがないため、 半透過膜と して好適に用い られる。

下地膜 3及び保護膜 5 の形成方法と しては、 主に、 公知の真空成膜法、 イ オ ンブレーティ ング法、 及びスノ、'ッ タ リ ング法が用いられるが、 下地 膜 3 の膜厚を正確に制御する こ とが可能であれば他の方法を用いて も よ い。 特に、 下地膜 3 は、 導電性 S i ( B ド一プ） をターゲッ ト材料と し て A r / 0 ₂混合ガス を用いた直流スパッ タ リ ング法によ り 形成される こ とが好適である。 また、 半透過反射膜 4 は、 高純度の A 1 を タ一ゲッ ト材料と して A r ガス を用いた直流スパッ 夕 リ ン グ法によ り形成される こ とが好適である。

図 1 の半透過ミ ラ—付き基板 1 によれば、 S i O xから成る下地膜 3 の膜厚を 0 〜 8 n mに設定し、 又は S i O x における 0の S i に対する 化学的組成比 X を 1 . 5 〜 2 . 0 に設定する こ と によ り 、 高い透過率を 維持しつつ高い反射率を有し、 透過性能及び反射性能を共に高める こ と ができ る。

図 2 は、 図 1 の半透過ミ ラ一付き基板 1 を用いて製造される半透過型 液晶表示装置の一例の模式構造を示す断面図である。

図 2 において、 半透過ミ ラー 6 上にはモザイ ク状に配置されたカ ラー フ ィ ルタ 7が積層され、 その上にカ ラ 一フィ ルタ 7 を保護するためのォ —バー コ 一 ト 8 、 及び I T 0 ( Indium Thin Oxide) から成る透明導電膜 9 が順に積層されている。 また、 ガラ ス基板 2 よ り外側には、 位相差板 1 0及び偏光板 1 1 が順に積層されている。

透明導電膜 9 と前面ガラス板 1 4 よ り 内側に積層された透明導電膜 1 3 との間には液晶層 1 2 が挟持されている。 前面ガラス板 1 4 の外側に は、 拡散板 1 5 、 位相差板 1 6、 及び偏光板 1 7が順に積層されている。 上記構成によ り 、 反射モ— ド及ぴ透過モ一 ドの両モ一 ドで表示させる こ とができ る。

図 2 の半透過型液晶表示装置によれば、 透過表示性能及び反射表示性 能を高める こ とができ、 その結果、 光利用効率が高く なるために不図示 のバッ ク ライ ト の輝度を低く抑える こ とが可能と な り 、 半透過型液晶表 示装置の低消費電力化に効果がある。

次に、 本発明の実施例を具体的に説明する。

まず、 主表面が研磨された板厚 0. 5 mmのソーダラ イム シリ ケ一 ト ガラス製のガラス基板 2 を用意し、 スパッ タ リ ング法を用いて下地膜 3、 半透過反射膜 4、 及び保護膜 5 をガラス基板 2上に順に積層 して半透過 ミ ラー付き基板 1 を形成 した。

すなわち、 導電性 S i ( B ド一プ） を ターゲッ ト材料と し、 A rノ 0 ₂混合ガス を用いた直流スパッ タ リ ング法によ り S i 0 Xから成る下地 膜 3 を所定の膜厚 （ 0 , 3 , 5 , 8 , 1 2 n m) になる よ う にガラス基 板 2上に形成した後、 高純度 A 1 ( 5 N) を ターゲッ ト材料と し、 .A r ガスを用いた直流スパッ タ リ ング法によ り A 1 から成る半透過反射膜 4 を所定の膜厚 （ 7. 5 , 9 , 1 1 ， 1 3 n m) になる よ う に下地膜 3上 に形成し、 さ らに、 半透過反射膜 4上に下地膜 3 と同様の方法で S i 0 ₂から成る保護膜 5 を所定の膜厚 （ 2 5 n m) で形成 して表 1 に示す試 料 （実施例 1 〜実施例 1 4及び比較例 1 〜比較例 3 ) を作製した。

そして、 作製した各試料の透過性能及び反射性能を評価するために、 光波長 A = 5 5 0 n mの と きの光学特性、 すなわち透過率 (%) 、 反射 率 （％) 、 及び吸収率 （％) を分光光度計にて測定した。 その測定結果 を表 1 に示す。 表 1 において、 吸収率 （ 96 ) は、 1 0 0 — （透過率 (%) +反射率 （％) ) によ り算出 した。 また、 表 1 の測定結果をグラ フに したものを図 3〜図 6 に示す。

表 1 及ぴ図 3 〜図 6 に示すよ う に、 半透過ミ ラ一付き基板 1 の透過率 が同一の場合、 下地膜 3 の膜厚が 8 n mを越える と反射率が急激に低下 する こ とが確認された _n この反射率の低下は、 半透過ミ ラ一付き基板 1 の光学吸収量の増加によ る ものである。 下地膜 3 の膜厚が光学特性に与 える影響は、 半透過ミ ラ一付き基板 1 の透過率が高いほど、 すなわち半 透過反射膜 4 の膜厚が薄いほど顕著になる。 一方、 透過率が 1 2 % と低 い場合には、 下地膜 3 の膜厚によ らず半透過ミ ラー付き基板 1 の光学特 性は一定になる。

次に、 下地膜 3 ( S i 0 X ) における酸素 （0 ) の珪素 （ S i ) に対 する化学的組成比 X と光学特性との関係について調べた。

まず、 上述の実施例と同様に、 ガラス基板 2上に直流スパッ タ リ ング 法によ り S i O x から成る下地膜 3 を形成する際、 A r Z O z混合ガス 流量比を変えてガラス基板 2 と下地膜 3 と から成る、 表 2 に示す試料 (実施例 1 5 〜実施例 2 2 ) を作製した。

そして、 作製した各試料の下地膜 3 ( S i 0 X ) における酸素 （ 0 ) の珪素 （ S i ) に対する化学的組成比 X を電子分光法 （ E S C A : Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) によ り ill する と共に、 下 地膜 3 ( S i 0 X ) の膜厚を測定した。 その測定結果を表 2 に示す。 ま た、 表 2 の測定結果をグラ フに したものを図 7 に示す。

表 2

表 2 及び図 7 に示すよ う に、 直流スパ ッ タ リ ング法によ り形成された 下地膜 3 ( S i 0 X ) における酸素 （0 ) の珪素 （ S i ) に対する化学 的組成比 X は、 A r 0 ₂ガス流量比によ り変化する こ とが確認された。 つづいて、 上述の実施例で作製した試料 （実施例 1 5 〜実施例 2 2 ) に半透過反射膜 4 と保護膜 5 を形成して表 3 に示す半透過ミ ラ—付き基 板 1 の試料 （実施例 2 3〜実施例 2 7及び比較例 4〜比較例 6 ) を作製 し、 各試料の光学特性を分光光度計にて測定した。 その測定結果を表 3 に示す。 なお、 保護膜 5の形成時には、 A r Z O z混合ガス流量比を A r ： 02 = 1 ： 1 に固定してスパッ タ リ ングを行った。 ま た、 表 3 の測 定結果をグラ フに したものを図 8に示す。

表 3

表 3及び図 8に示すよ う に、 半透過ミ ラー付き基板 1 の透過率が同一 の場合、 下地膜 3 ( S i 0 X ) における酸素 （0 ) の珪素 （ S i ) に対 する化学的組成比 Xが 1 . 5未満のと き に反射率が急激に低下する こ と が確認された （比較例 4〜比較例 6 ) 。 この反射率の低下は、 半透過ミ ラ—付き基板 1 の光学吸収量の増加によ る ものである。 すなわち、 半透 過ミ ラ一付き基板 1 において高い反射率を得るためには、 下地膜 3 ( S i 0 X ) における酸素 （0) の珪素 （ S i ) に対する化学的組成比 Xが 1. 5〜 2. 0である こ とが効果的である こ とが判った。 産業上の利用可能性 以上詳細に説明 したよ う に、 本発明の第 1 の態様に係る半透過ミ ラー 付き基板によれば、 下地膜の膜厚が 0 〜 8 n mであるので、 高い透過率 を維持しつつ反射率を高 く して、 透過性能及び反射性能を共に高める こ とができ る。

また、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ一付き基板において、 下地膜を酸 化珪素から形成する と、 基板内部から溶出する不純物から半透過反射膜 を保護するこ とができる。

ま た、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ ー付き基板において、 酸化珪素 ( S i 0 X ) における酸素 （ 0 ) の珪素 （ S i ) に対する化学的組成比 X を 1 . 5 〜 2 . 0 にする と、 高い透過率を維持しつつ反射率を高 く し て、 透過性能及び反射性能を共に高める こ とができ る。

さ ら に、 第 1 の態様に係る半透過ミ ラー付き基板において、 半透過反 射膜を A 1 又は A 1 合金から形成する と、 高い透過率を維持しつつ反射 率を高 く する こ とができ る。

本発明の第 2 の態様に係る半透過型液晶表示装置によれば、 本発明の 第 1 の態様に係る半透過ミ ラ一付き基板を有するので、 高い透過率を維 持しつつ高い反射率を有し、 透過表示性能及び反射表示性能を共に高め た半透過型液晶表示装置を得るこ とができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 基板と、 前記基板上に形成された下地膜と、 前記下地膜上に形成 された半透過反射膜と を有する半透過ミ ラー付き基板において、 前記下 地膜の膜厚が 0〜 8 n mとするこ と を特徴とする半透過ミ ラー付き基板。

2. 前記下地膜は酸化珪素から成る こ と を特徴とする請求の範囲第 1 項記載の半透過ミ ラー付き基板。

3. 前記酸化珪素 （ S i 0 X ) における酸素 （0) の珪素 （ S i ) に 対する化学的組成比 Xが 1 . 5〜 2. 0であるこ と を特徴とする請求の 範囲第 2項記載の半透過ミ ラー付き基板。

4. 前記半透過反射膜は A 1 及び A 1合金の少な く と も一方から成る こ と を特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれか 1項に記載の 半透過ミ ラー付き基板。

5. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の半透過ミ ラ —付き基板を有する こ と を特徴とする半透過型液晶表示装置。