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JP2698218B2 - 反射型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

反射型液晶表示装置及びその製造方法

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JP2698218B2
JP2698218B2 JP3004573A JP457391A JP2698218B2 JP 2698218 B2 JP2698218 B2 JP 2698218B2 JP 3004573 A JP3004573 A JP 3004573A JP 457391 A JP457391 A JP 457391A JP 2698218 B2 JP2698218 B2 JP 2698218B2
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reflection
liquid crystal
crystal display
substrate
display device
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直史 木村
裕 石井
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Sharp Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バックライトを使用し
ない反射型液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ワードプロセッサ、ラップトップ
パソコン、ポケットテレビ等への液晶表示装置の応用が
急速に進展している。特に、外部から入射した光を反射
させて表示を行う反射型表示装置は、バックライトが不
要であるため消費電力が少なく、薄型、軽量化が可能で
ある点で注目されている。
【０００３】従来から反射型液晶表示装置には、ツイス
テッドネマティック方式（以下、ＴＮ方式と略称す
る。）並びに、スーパーツイステッドネマティック方式
（以下、ＳＴＮ方式と略称する。）が採用されている
が、これら両方式では、直線偏光子により必然的に入射
する自然光の約１／２が表示に利用されないことにな
り、表示が暗くなってしまう。このような問題点に対し
て、自然光の全ての光線を有効に利用しようとする表示
モードが提案されている。このような表示モードの例と
して、相転移型ゲスト・ホスト方式（D.L.White and
G.N.Taylor:J.Appl.Phys.45 p.4718 1974）が挙げら
れる。この表示モードでは、電界によるコレステリック
・ネマティック相転移現象が利用されている。この方式
に、更にマイクロカラーフィルタを組み合わせた反射型
マルチカラーディスプレイ（Proceedingsof the SID
Vol.29 p.157 1988）も提案されている。
【０００４】このような偏光板を必要としない表示モー
ドで更に明るい表示を得るためには、あらゆる角度から
の入射光に対して、表示画面に垂直な方向へ散乱する光
の強度を増加させる必要がある。そのためには、反射板
上の反射膜を、最適な反射特性を有するように、その形
成を制御して製造することが必要になる。上記の文献に
は、ガラス製の基板の表面を研磨材で粗面化し、フッ化
水素酸でエッチングする時間を変えることにより表面の
凹凸を制御し、その凹凸上に銀Ａｇの薄膜を形成した反
射板が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献に記載されている反射板には、ガラス基板に研磨剤に
よって傷をつけることにより凹凸が形成されるので、均
一な形状の凹凸部を形成することが不可能である。ま
た、該凹凸部の形状の再現性が悪いという問題点があ
る。そのため、均一な形状の凹凸部を有し、良好な反射
特性を有する反射型液晶表示装置を再現性よく得ること
ができない。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、本発明の目的は、良好で再現性の良い反射特性
を有する反射板を備えた反射型液晶表示装置及びその製
造方法を提供することである。
【０００７】
【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、透明電極が形成された絶縁性基板と、別の基板
の一方の面に塗布された光感光性樹脂を所定の形状にホ
トマスクを用いてパターン化することにより各々が離隔
している多数の微細な凸部が形成され、かつ該凸部の角
が丸められており、この凸部を有する基板上に、反射膜
が形成された反射板と、該絶縁性基板と該反射板との間
に封入された液晶層と、を備えており、そのことによっ
て上記目的が達成される。
【０００８】また、前記反射板の前記反射膜が形成され
た面が、前記液晶層側に面している構成とすることもで
きる。
【０００９】また、前記反射板の反射膜が、前記絶縁性
基板の前記透明電極に対向する対向電極としての機能を
兼ねている構成とすることもできる。
【００１０】更に、前記反射板に形成された前記凸部の
ピッチが、１００μｍ以下、該凸部の高さが１０μｍ以
下に設定されている構成とすることもできる。
【００１１】本発明の反射型液晶表示装置の製造方法
は、多数の微細な凸部が形成された基板上に反射膜を形
成した反射板を有する反射型液晶表示装置の製造方法で
あって、該反射板を構成する基板の一方の面に光感光性
樹脂を塗布し、該光感光性樹脂をホトマスクを用いてパ
ターン化することにより、各々が離隔した多数の微細な
凸部を形成する凸部形成工程と、該凸部を形成した基板
に熱処理を施して、該凸部の角を丸める熱処理工程と、
該凸部を有する基板上に反射膜を形成する反射膜形成工
程と、を包含しており、そのことによって上記目的が達
成される。
【００１２】
【作用】本発明の反射型液晶表示装置では、凸部の形状
やピッチ、凸部の高さ等を最適に設定することにより、
反射板の反射特性を自由に制御することができる。しか
も、反射特性の再現性も向上する。
【００１３】上記反射板の反射膜が形成された面を液晶
層に対面させれば、反射膜と液晶層との距離を短縮する
ことができ、視差を小さくすることができる。しかもこ
の場合には、上記反射板の反射膜を、絶縁性基板上の透
明電極に対向する対向電極として用いることができる。
【００１４】更に、凸部のピッチ間隔を１００ｍ以下、
凸部の高さを１０μｍ以下に設定することにより、反射
板の反射特性が良好に制御される。
【００１５】更に、本発明の反射型液晶表示装置の製造
方法では、熱処理工程により、凸部の角が丸められ、そ
のことにより、反射膜が均一に形成される。
【００１６】
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。図
１に本発明の反射型液晶表示装置の一実施例に用いられ
る反射板１７の断面図を示す。図２（ａ）〜（ｄ）は反
射板１７の製造工程を示す図である。本実施例を製造工
程に従って説明する。まず、図２（ａ）に示すように、
ガラス基板１１の一方の面に光感光性樹脂製のレジスト
膜１２を形成する。本実施例では、ガラス基板１１とし
て、厚さ１.１mmのもの（商品名７０５９、コーニング
社製）を用いた。レジスト膜１２は、光感光性樹脂（東
京応化社製、商品名ＯＦＰＲ−８００）を、好ましくは
５００r.p.m〜３０００r.p.mでスピンコートすることに
より形成される。本実施例では、１０００r.p.mで３０
秒間スピンコートし、厚さ４μｍのレジスト膜１２を成
膜した。次に、レジスト膜１２が成膜された基板１１を
９０℃の温度で３０分間プリベークした。次に、図２
（ｂ）に示すように、所定のパターンが形成されたフォ
トマスク１３を配置して露光を行った。次に、現像剤と
して例えば東京応化社製、ＮＭＤ−３（商品名）の２．
３８％溶液を使用して現像を行うことにより、基板１１
の表面に多数の微細な凸部１４が形成される（図２
（ｃ））。
【００１７】凸部１４の断面形状は、その角が略直角な
形状であるが、その上に後に形成される反射膜１６を均
一に成膜するためには、凸部１４の角を丸めることが好
ましい。本発明者らは、熱処理を行うことによって容易
に凸部１４の角を丸めることができることを見い出し
た。熱処理の温度は、１２０〜２５０℃の範囲内である
ことが好ましく、約２００℃の温度で熱処理することが
更に好ましい。本実施例では２００℃で３０分間熱処理
を行った。これにより、角が丸められた凸部１４が得ら
れる（図２（ｄ））。
【００１８】最後に、図１に示すように、凸部１４を有
する基板１１に均一な厚さで反射膜１６を形成した。反
射膜１６の材質としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ等の
金属を用いることができる。反射膜１６の厚さは、０.
０１〜１.０μｍ程度が好適である。本実施例では、Ａ
ｇを真空蒸着することにより反射膜１６を形成した。以
上により反射板１７が完成する。
【００１９】反射板１７に形成され、熱処理された凸部
１４の平面形状は、図４（ａ）に示すように円形である
が、他に例えば図４（ｂ）〜（ｆ）に示すような、楕円
形、正方形、長方形、ストライプ状等の形状でもよい。
図４（ａ）に示す円形の凸部１４の直径Ｄ1は例えば３
３μｍに設定され、隣接する凸部１４間の横方向隙間Ｔ
1は２０μｍに、縦方向隙間Ｔ2は５μｍに設定されてい
る。そして、隣接する凸部１４間の中心間距離、即ちピ
ッチはＰ1＝５３μｍ、Ｐ2＝３８μｍに設定されてい
る。図４（ｂ）に示すストライプ状の凸部１４では、幅
Ｂ1＝２８μｍ、隙間Ｔ3＝１０μｍ、ピッチＰ3＝３８
μｍに設定されている。図４（ｃ）に示すストライプ状
の凸部１４では、幅Ｂ2＝３３μｍ、隙間Ｔ4＝５μｍ、
ピッチＰ4＝３８μｍに設定されている。図４（ｄ）に
示す楕円形の凸部１４では、幅Ｂ3＝４８μｍ、幅Ｂ4＝
３３μｍ、隙間Ｔ5＝Ｔ6＝５μｍ、ピッチＰ5＝５３μ
ｍ、ピッチＰ6＝３８μｍに設定されている。図４
（ｅ）に示す長方形の凸部１４では、幅Ｂ5＝４３μ
ｍ、幅Ｂ6＝２８μｍ、隙間Ｔ7＝１０μｍ、隙間Ｔ8＝
２０μｍ、ピッチＰ7＝５３μｍ、ピッチＰ8＝４８μｍ
に設定されている。図４（ｆ）に示す長方形の凸部１４
では、幅Ｂ7＝４８μｍ、幅Ｂ8＝３３μｍ、隙間Ｔ9＝
Ｔ10＝５μｍ、ピッチＰ9＝５３μｍ、ピッチＰ10＝３
８μｍに設定されている。
【００２０】上述のようにして作製した反射板の、反射
特性の測定方法を図３に示す。図３に於いては、反射板
１７を実際の液晶表示装置に使用している状態を想定し
て、反射板１７が液晶層に接触している状態を反射率測
定モデル１により再現している。該反射率測定モデル１
は、屈折率が１.５で実際の液晶層と屈折率が略等しい
ガラス製のダミー基板２を反射板１７に重ね合わせ、屈
折率が１.５の紫外線硬化接着剤３を使用して密着状態
に接着している。
【００２１】このような反射率測定モデル１を用いた反
射率特性は、上記ダミー基板２の上方に固定されたフォ
トマルチメータ４を用いて、該反射率測定モデル１へ入
射する入射光５の散乱光６を検出することによりなされ
る。該入射光５は、反射率測定モデル１の法線に対して
入射角θだけ傾斜し、且つ反射率測定モデル１上の回転
角ψだけ回転した状態で入射している。フォトマルチメ
ータ４は反射板１７の反射膜１６上に該入射光５が照射
する点を通過する反射板１７の法線方向に配置されてい
る。このような図３の状態で、入射光５の入射角θ及び
回転角ψを変えながら反射板１７からの散乱光６を測定
することにより、反射板１７の反射特性が測定される。
反射率計測モデル１は実際の液晶表示パネルと同様の反
射特性を備えていることが確認されている。
【００２２】図４（ａ）〜（ｆ）の各凸部１４の形状に
対応した反射特性を、それぞれ図５〜図１０に示す。図
５〜図１０の各図の（ａ）は、入射角θで入射した光の
反射強度を、原点Ｏから入射角θの方向への距離として
表している。白丸点はψ＝０゜の場合のデータであり、
黒丸点はψ＝９０゜の場合のデータである。図５〜図１
０の各図中の（ａ）の破線で示す特性曲線Ｐは、標準白
色板（酸化マグネシウム）について測定した場合の特性
を示している。一方、図５〜図１０の各図の（ｂ）に於
いては、入射角度θ＝３０゜で入射する光の反射強度Ｒ
を、反射板面内の座標軸に対する回転角ψの関数として
示している。
【００２３】図５〜図１０から解るように、各反射板１
７の反射強度Ｒは、反射板１７の表面に形成された各凸
部１４の辺が直線状である場合に大きく、しかも該直線
方向に直角に光が入射する場合に著しく大きい。一方、
各凸部１４の辺が曲線状の場合には、反射強度の回転角
ψへの依存性が極めて少なくなる。このような光の反射
特性を利用して、反射板１７の凸部１４の凹凸形状や各
凸部１４の縦横比率や各凸部１４間のピッチ間隔を変え
ることにより、反射板１７の反射強度Ｒを再現性よく、
任意に制御することが可能になる。このように反射強度
Ｒを制御可能な反射板１７を使用して反射型液晶表示装
置を構成した場合には、反射光を所望の角度で有効に取
り出すことができる。
【００２４】更に、レジスト膜１２を形成する光感光性
樹脂の材質や膜厚や熱処理温度を適当に選択すると、凸
部１４の側面の傾斜角度を自由に設定することができ、
この側面の傾斜角度によって反射強度Ｒの入射角θに対
する依存性をも制御し得ることが確認された。また、凸
部１４間の凹部の面積割合を変更することにより、反射
光の正反射成分の大きさをも制御し得る。
【００２５】次に、反射板１７を使用して製造された反
射型液晶表示パネルを図１１に示す。図１１に於いて
は、反射板１７にアクティブマトリクス基板２０を所定
の間隔を隔てて対向させ、反射板１７とアクティブマト
リクス基板２０との周縁部を封止層２６で密封し、その
内部に液晶層２５が封入されている。該アクティブマト
リクス基板２０は、絶縁性基板としての例えばガラス基
板２１に薄膜トランジスタ２２（以下、「ＴＦＴ」と称
する。）を形成し、該ＴＦＴ２２に絵素電極２３が接続
されている構成を有している。更に、ＴＦＴ２２及び絵
素電極２３を覆うように該ガラス基板２１の全面に配向
膜２４が形成されている。また、反射板１７の反射膜１
６を覆うように反射板１７の全面に配向膜２７が被覆さ
れている。反射膜１６（図示せず）は、対向するアクテ
ィブマトリクス基板２０側の絵素電極２３に液晶層２５
を挟んで対向する対向電極としても機能している。
【００２６】本実施例に於いては、封止層２６は、７μ
ｍの大きさのスペーサを混入した接着性シール剤を、反
射板１７及びアクティブマトリクス基板２０の周縁部に
スクリーン印刷することによって形成されている。この
封止層２６の内部には、真空脱気によって液晶層２５が
封入されている。本実施例では液晶層２５として、黒色
色素を混入したゲスト−ホスト液晶（商品名ＺＬＩ２３
２７、メルク社製）に、光学活性物質（商品名Ｓ８１１
メルク社製）を、４．５％混入したものを用いた。
【００２７】以上のような反射型液晶表示パネルの電圧
Ｖ−反射率Ｒfの特性を図１２に示す。反射率Ｒfは、上
記した図３の反射率測定モデル１の位置に図１２の反射
型液晶表示パネルを配置して測定した。図１２の横軸の
電圧Ｖは、絵素電極２３と反射膜１６との間の印加電圧
であり、縦軸の反射率Ｒfは、入射角θ＝３０゜で入射
する光の反射率Ｒfである。反射率Ｒfは標準白色板から
の法線方向への拡散光に対する、測定対象である反射型
液晶表示パネルの法線方向への拡散光の強度の比率を求
めることにより得られる。図１２（ａ）は図４（ｄ）の
凸部１４が形成された反射板１７を有する該液晶表示パ
ネルのデータであり、図１２（ｂ）は図４（ｆ）の凸部
１４が形成された反射板１７を有する液晶表示パネルの
データである。これらの図１２（ａ）及び（ｂ）に於い
て、実線で示す特性３０、３１は座標回転角ψ＝０゜の
場合であり、この特性３０、３１は破線で示す座標回転
角ψ＝９０゜の場合の特性３２、３３より反射率Ｒfが
高く、Ｒf＝５０％程度に達している。本実施例の表示
装置のコントラスト比は１５〜２０であった。このよう
に、本実施例の表示装置は、非常に明るい画面を有して
いる。
【００２８】尚、本実施例では、縦方向及び横方向のピ
ッチが３８〜５３μｍ、高さが４μｍの凸部１４が形成
された反射板１７について説明したが、上記ピッチが１
００μｍ以内、高さが１０μｍ以内の凸部１４を有する
反射板であれば、上記と同様に液晶表示パネルの反射特
性を制御できることが確認された。また上記した図１１
の液晶表示パネルのように、反射板１７の反射膜１６が
液晶層２５に面して配置されている場合には、反射板１
７の凸部１４の高さを、液晶表示パネルのセル厚より小
さく設定し、且つ凸部１４の傾斜部分の角度を液晶層２
５の配向を乱さないように緩やかに設定するのが好まし
い。
【００２９】上記反射板１７のレジスト膜１２の材料は
上記した商品名ＯＰＦＲ−８００に限定されない。即
ち、ネガ型、ポジ型に拘らず、少なくとも露光プロセス
用いてパターニングできる感光性樹脂であれば使用可能
である。使用可能な材料としては、東京応化社製の、商
品名ＯＭＲ−８３、ＯＭＲ−８５、ＯＮＮＲ−２０、Ｏ
ＦＰＲ−２、ＯＦＰＲ−８３０、ＯＦＰＲ−５０００、
Ｓｈｉｐｌｅｙ社製の、商品名ＴＦ−２０、１３００−
２７、１４００−２７、東レ社製の、商品名フォトニー
ス、積水ファインケミカル社製の商品名ＲＷ１０１、日
本化薬社製の、商品名Ｒ１０１、Ｒ６３３等を挙げるこ
とができる。
【００３０】更に反射板１７の基板１１としては透明な
ガラス製の基板を採用したが、Ｓｉ基板のような不透明
基板でも同様な効果が発揮され、この場合には基板上に
回路を集積できるという利点がある。
【００３１】本実施例の液晶表示パネルでは、反射板１
７の反射膜１６が液晶層２５に面しているので、反射膜
１６と液晶層２５との距離が短縮され、この距離短縮に
よって視差が減少して、良好な表示画像が得られる。ま
た、反射板１７の反射膜１６がアクティブマトリクス基
板２０の絵素電極２３に対向する対向電極としての機能
をも兼ねているので、液晶表示パネルの構造が簡単にな
り、その製造も容易になる。
【００３２】更に図１３に示すように、アクティブマト
リクス基板２０の各絵素電極２３に対応してカラーフィ
ルタ３７を設け、カラーフィルタ３７間にブラックマス
ク３８を配置することにより、カラー表示が可能な反射
型カラー液晶表示パネルを形成することができる。この
実施例では配向膜２４を有するアクティブマトリクス基
板２０に対向して反射板１７を配置して良好なカラー画
像が得られているが、凸部上に形成した反射膜を絵素電
極として兼用してもよい。この場合には、反射膜はマト
リクス状に形成され、ＴＦＴ２２に電気的に接続され
る。
【００３３】上記した各実施例では表示モードとして相
転移型ゲスト・ホストモードを採用したが、これに限ら
ず、例えば２層式ゲスト・ホストモードのような光吸収
モード、高分子分散型ＬＣＤのような光散乱型表示モー
ド、強誘電性ＬＣＤで使用される複屈折表示モード等の
表示モードを採用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の反射型液晶表示装置では、反射
板の基板の一方の面に光感光性樹脂を塗布し、フォトレ
ジスト法により所定の凸部をパターン化することがで
き、該反射板に形成される凸部の形状を再現性よく制御
することができる。反射板の反射特性が良好に制御され
ると、反射板の反射特性が向上し、明るい画面を有する
表示装置が得られる。また、本発明による場合には、光
感光性樹脂からなる凸部の各々が離隔しているので、ホ
トマスクを用いてパターン化する際に、基板表面に達す
るように隣合う凸部間の光感光性樹脂を現像により除去
すればよく、また、基板表面に達するように隣合う凸部
間の光感光性樹脂を除去すればよいので、凸部の高さを
光感光性樹脂の当所塗布厚に応じた寸法にできる。ま
た、その凸部が角を丸めた状態となっているので、その
上に直接に反射膜を形成しても、その反射膜は全体的に
滑らかな曲面となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる反射型液晶表示装置
を構成する反射板を示す断面図である。
【図２】図１の反射板の製造工程を示す工程図である。
【図３】反射板の反射特性を測定する状態を示す斜視図
である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、反射板に形成される凸部の
実施例の形状を示す平面図である。
【図５】（ａ）は図４（ａ）に示す反射板の反射特性の
入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射特
性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図６】（ａ）は図４（ｂ）に示す反射板の反射特性の
入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射特
性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図７】（ａ）は図４（ｃ）に示す反射板の反射特性の
入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射特
性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図８】（ａ）は図４（ｄ）に示す反射板の反射特性の
入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射特
性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図９】（ａ）は図４（ｅ）に示す反射板の反射特性の
入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射特
性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図１０】（ａ）は図４（ｆ）に示す反射板の反射特性
の入射角依存性を示す特性図、（ｂ）は該反射板の反射
特性の座標回転角依存性を示す特性図である。
【図１１】図４の反射板を使用した本発明の反射型液晶
表示パネルの断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の反射型液晶表示
パネルの印加電圧−反射率特性を示す特性図である
【図１３】本発明をカラー液晶表示装置に適用した他の
実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 反射率計測モデル ２ ダミー基板 ３ 紫外線硬化接着剤 １１，２１ ガラス基板 １２ レジスト膜 １３ フォトマスク １４ 凸部 １６ 反射膜 １７ 反射板 ２０ アクティブマトリクス基板 ２２ 薄膜トランジスタ ２３ 絵素電極 ２４，２７ 配向膜 ２５ 液晶層 ３７ カラーフィルタ ３８ ブラックマスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−125084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−153902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−153935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249802（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212931（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明電極が形成された絶縁性基板と、別の基板の 一方の面に塗布された光感光性樹脂を所定の
    形状にホトマスクを用いてパターン化することにより各
    々が離隔している多数の微細な凸部が形成され、かつ該
    凸部の角が丸められており、この凸部を有する基板上
    に、反射膜が形成された反射板と、 該絶縁性基板と該反射板との間に封入された液晶層と、 を備えた反射型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】前記反射板の前記反射膜が形成された面
    が、前記液晶層側に面している、請求項１に記載の反射
    型液晶表示装置。
  3. 【請求項３】前記反射板の反射膜が、前記絶縁性基板の
    前記透明電極に対向する対向電極としての機能を兼ね備
    えている、請求項２に記載の反射型液晶表示装置。
  4. 【請求項４】前記反射板に形成された前記凸部のピッチ
    が、１００μｍ以下、該凸部の高さが１０μｍ以下に設
    定されている、請求項１〜３のいずれかに記載の反射型
    液晶表示装置。
  5. 【請求項５】多数の微細な凸部が形成された基板上に反
    射膜を形成した反射板を有する反射型液晶表示装置の製
    造方法であって、 該反射板を構成する基板の一方の面に光感光性樹脂を塗
    布し、該光感光性樹脂をホトマスクを用いてパターン化
    することにより、各々が離隔した多数の微細な凸部を形
    成する凸部形成工程と、 該凸部を形成した基板に熱処理を施して、該凸部の角を
    丸める熱処理工程と、 該凸部を有する基板上に反射膜を形成する反射膜形成工
    程と、 を包含する反射型液晶表示装置の製造方法。
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