JP2000247685A - 光散乱性ガラス基板、その製造方法および光散乱性ガラス基板を用いた反射型液晶表示素子用背面基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示素子に用いられる背面基板
は、ガラス板に有機樹脂を塗布し、型の凹凸模様を樹脂
に転写してガラス板表面に凹凸を付与したものが用いら
れている。しかし、有機樹脂の熱的な弱さから、ＩＴＯ
透明電極の被覆など、液晶表示素子を高温プロセスで製
作することに制限があり、大型で高精細の反射型液晶表
示素子を製作するのが困難であった。 【解決手段】 ガラス板表面に凹凸を付与する凹凸形成
物を、高さが０．２〜１０μｍの珪フッ化カリウムで形
成する。３〜８重量％のフッ化カリウムおよび０．１〜
０．５重量％のフッ酸を含有する水溶液にガラス板を浸
漬し、珪フッ化カリウムの光散乱性凹凸形成物をガラス
板上に析出形成させる。得られた凹凸形成物を形成した
面にアルミニウム等の反射膜を被覆し、反射型液晶表示
素子用背面基板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子の背面基板に好適に用いられる光散乱性ガラス基板、
その製造方法および光散乱性ガラス基板を用いた液晶表
示素子用の背面基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示素子の背面基板には、ガ
ラス板上に表面に凹凸模様を有する有機樹脂を設けたも
のが用いられている。すなわち、ガラス板上に有機樹脂
を塗布し、その上から凹凸を有する金型を押しあてて型
の凹凸模様を有機樹脂に転写し、その後熱硬化あるいは
光硬化によりガラス板表面に凹凸を形成したものが背面
基板として知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機樹
脂をガラス板の表面に塗布し、型の凹凸模様を樹脂に転
写して付与される凹凸模様は、その形状が精度よく、か
つ再現性よく形成される利点を有するものの、転写設備
や熱処理設備を必要とするなど、凹凸模様を形成するコ
スト面では必ずしも有利でなかった。

【０００４】また、有機樹脂自身が有する耐熱安定性の
不足から、このような基板にＩＴＯ透明導電膜を被覆す
るに際しては、基板を高温に加熱することができず、そ
のため低比抵抗の透明電極を基板上に形成することが困
難であるという課題があった。この課題は、大型で高精
細のＳＴＮタイプの反射型液晶表示素子において、とり
わけ重要な課題であり、それを解決することが期待され
ていた。さらに、従来技術の有機樹脂により凹凸をガラ
ス板表面に形成したものは、ＩＴＯ透明導電膜をスパッ
タリングや蒸着法等の真空成膜法により被覆するに際し
て、有機樹脂からのガス放出により成膜雰囲気の環境が
劣化し、成膜タクトタイムが長引くという透明電極の製
造上についての課題があった。本発明は、これらの課題
を解決するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１は、二酸化珪素
を主成分とするガラス板上に、珪フッ化カリウムの凹凸
形成物を析出形成させたことを特徴とする光散乱性ガラ
ス基板である。

【０００６】請求項２の光散乱性ガラス基板は、請求項
１において、凹凸形成物の平均高さが０．２〜１０μｍ
であることを特徴とする。

【０００７】請求項３の反射型液晶表示素子用背面基板
は、請求項１または２に記載の光散乱性ガラス基板の凹
凸形成物が形成されている面に、金属反射膜が被覆され
たことを特徴とする。

【０００８】請求項４は、フッ化カリウムおよびフッ酸
を含有する水溶液に二酸化珪素を主成分とするガラス板
を接触させて、前記ガラス板上に珪フッ化カリウムの凹
凸形成物を析出形成させることを特徴とする光散乱性ガ
ラス基板の製造方法である。

【０００９】請求項５の光散乱性ガラス基板の製造方法
は、請求項４において、水溶液は３〜８重量％のフッ化
カリウムおよび０．１〜０．５重量％のフッ酸を含有す
ることを特徴とする。

【００１０】請求項６の光散乱性ガラス基板の製造方法
は、請求項４または５において、水溶液にフッ化アンモ
ニウムを１０重量％を超えない範囲で含有させたことを
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。図１（ａ）は、本発明の光散乱性ガラス基
板の表面に析出形成させた珪フッ化カリウムの光散乱能
を有する凹凸形成物の走査型電子顕微鏡写真（図中のバ
ーの長さが１μｍ）を参照して得たスケッチ図である。

【００１２】図１（ｂ）は、図１（ａ）から得られた本
発明のガラス基板の側面図であり、ガラス板１の表面に
凹凸形成物２が離散的に析出形成されている状態を示
す。スケッチ図では、右上方から光が照射されたとき、
その形状により左半分が明るく照らされ、右半分が影
（斜線で示される）になっている状態が示されている。
凹凸形成物２は、ガラス板上に離散的に形成されていて
もよく、層状にガラス板上に形成されていてもよい。珪
フッ化カリウムがガラス板上に離散的に析出され、これ
により平滑なガラス板表面に凹凸が付与されている。こ
の凹凸形成物は、ガラス板と固着して、手で擦っても容
易に剥離しない。

【００１３】本発明の光散乱性ガラス基板に用いるガラ
ス板としては、ＳｉＯ_２成分を主成分とするガラスが好
ましく石英、ソーダライムシリカガラス、無アルカリガ
ラス、アルミノシリケートガラス、アルミノ硼酸ガラス
などが例示できる。

【００１４】ガラス板表面に析出形成された凹凸形成物
により形成される凹凸形状のピークバレー値（ＰＶ値）
で表した高さ（粗さ）の平均値は、０．２μｍ以上であ
るのが好ましい。この高さの値が０．２μｍ未満である
と、光散乱性凹凸形成物が形成された面にアルミニウム
や銀などの金属反射膜を被覆したとき、金属反射膜の表
面に入射した光の拡散反射が十分でないからである。す
なわち、効果的な光の拡散反射が行われず、このような
ガラス基板を背面基板として用いた反射型液晶表示素子
の表示は、ぎらついた状態になり良好な表示品位でな
い。上記のＰＶ値は、０．４μｍ以上であるのがより好
ましい。

【００１５】また、ＰＶ値の平均値が１０μｍを超える
と、光の散乱角が大きくなり、液晶表示に有効な角度で
の光の散乱が起こりにくくなり、輝度の低い反射型液晶
表示素子となるので好ましくない。また、液晶と接する
面は液晶の配向制御を確実に行う上から平坦なことが好
ましく、かかる観点から１０μｍを越える高さを有する
凹凸形状は好都合でない。

【００１６】本発明のガラス板上に形成された主成分が
珪フッ化カリウムの凹凸形成物は、熱分解温度が７００
〜８００℃である。この温度は、二酸化珪素を主成分と
する多成分系ガラスのガラス転移点より通常高く、たと
えばＳＴＮ液晶表示素子製造工程で受ける最高温度であ
る３５０〜４００℃よりも格段に高い。本発明の凹凸形
成物は、液晶表示素子の製造工程において劣化や変形を
生じない。

【００１７】本発明の光散乱性ガラス基板の凹凸形成物
が形成された面に、金属反射膜が被覆されて、反射型液
晶表示素子用の背面ガラス基板として好適に用いること
ができる。図２に、本発明の反射型液晶表示素子用背面
基板の一実施例の断面図を示す。ガラス板２の上に離散
的に凹凸形成物３が形成されており、凹凸形成物３が形
成されている面に、金属反射膜４が被覆されている。金
属反射膜４としてアルミニウム、銀、クロム等の金属薄
膜が蒸着、スパッタリング、湿式メッキ法などで被覆さ
れる。なかでも銀の薄膜が可視域の反射率が高いので好
ましい。反射率を大きくし、表示コントラストを大きく
するために、銀の反射膜の上に低屈折率の金属酸化物も
しくはフッ化マグネシウム層と高屈折率の金属酸化物層
とを交互に被覆した増反射多層膜を被覆するのがとくに
好ましい。これにより、前面ガラス基板から液晶層を通
過して入射した光は、散乱光として効果的に反射され
る。また、金属反射膜は凹凸形成物の珪フッ化カリウム
の微結晶に強く付着する。

【００１８】本発明における拡散反射とは、図４に示す
ように、入射角がθである入射光のガラス板表面におけ
る正反射の方向と異なる方向に反射することをいう。本
発明の光散乱性ガラス板は、正反射成分を減じ、拡散反
射光の成分が液晶素子の表示に影響を及ぼすように大き
くされている。

【００１９】次に、本発明の光散乱性ガラス基板を用い
た液晶表示素子について説明する。図３は、本発明の液
晶表示素子の一実施例の概略断面図である。液晶表示素
子３０の背面基板２０は、ガラス板２の表面に凹凸形成
物３が形成されており、その面にアルミニウムの金属反
射膜４が被覆されている。背面基板２０の金属反射膜４
の上に有機樹脂層５が被覆され、背面基板２０の液晶層
と対向する側の表面が平坦化され、さらに有機樹脂層５
の表面上に、所定形状にパターン加工されたＩＴＯ透明
電極６ａが設けられ、最表面にポリイミドの配向膜７ａ
が設けられている。このようにして得られる基板を反射
型液晶表示用背面基板として用いる。

【００２０】一方、前面基板８はガラス板であり、この
表面には、所定形状にパターン加工された透明電極６ｂ
が施され、さらに最表面にはポリイミドの配向膜７ｂが
設けられている。前面基板８と上記の背面基板２０とが
配向膜が対向するように配置され、二つの基板間に液晶
層１０が基板の周縁に設けられたエポキシ樹脂９により
封入されている。

【００２１】前面基板８の側から入射した光は、液晶層
１０に印加される電圧（電圧印加手段は図示されない）
により配向制御された液晶層１０を通過し、金属反射膜
４の表面で拡散反射され、再び液晶層１０を通過して、
前面基板８の外へ、その外側に貼りつけられた偏光板
（図示されない）を通過して出てくる。ここで電圧が印
加されているか否かにより、出射光は透明電極の形状に
応じてその強度が異なり、これにより表示が行われる。
本発明では、出射光はガラス板２に形成された珪フッ化
カリウムからなる凹凸形成物３により、その正反射光が
減じられ拡散反射光となるので、反射表示がぎらつくこ
とがない。

【００２２】本発明の光散乱性ガラス基板は、フッ化カ
リウムおよびフッ酸を含有する水溶液に二酸化珪素を主
成分とするガラス板を接触させて、主成分が珪フッ化カ
リウムの光散乱性凹凸形成物をガラス板上に析出形成さ
せる。

【００２３】本発明によれば、平滑なガラス板表面上に
珪フッ化カリウムを離散的にまたは層状に析出させるこ
とができ、平滑なガラス板表面に凹凸形状を短時間で付
与することができる。この凹凸形状は、可視光がその面
で反射するとき、拡散反射成分が多い反射となる。

【００２４】可視光領域の入射光を拡散反射するために
は、凹凸形成物の高さが適切に制御されることが好まし
い。水溶液中のフッ化カリウム濃度が８重量％を越える
と、入射光の拡散反射を行うのに好ましい高さを有する
凹凸形成物を析出させるのが困難になる。このために、
本発明の水溶液中のフッ化カリウムの濃度は８重量％以
下とするのが好ましい。同じ理由で、水溶液中のフッ化
カリウム濃度は、６重量％以下、さらには５．４重量％
以下とするのがより好ましい。

【００２５】水溶液中のフッ化カリウム濃度が０．５重
量％未満であると、析出する珪フッ化カリウムの凹凸形
成物の高さが増し、可視光域の光の散乱能がかえって低
下するとともに、背面基板として用いたときに、液晶層
と接する面に生じる凹凸形状により液晶の配向乱れの原
因になるので好ましくない。かかる観点から、水溶液中
のフッ化カリウム濃度は、０．５重量％以上、さらには
２重量％以上とするのが好ましい。

【００２６】本発明の水溶液中のフッ酸は、ガラスの骨
格成分である珪酸成分を溶解する。溶解された珪酸成分
は、凹凸形成物を構成する珪フッ化カリウムの珪素の供
給源となる。

【００２７】本発明においては、水溶液中のフッ酸濃度
は、０．１重量％以上含有することのが好ましい。フッ
酸濃度が０．１重量％未満であると、水溶液中で珪フッ
化カリウムの凹凸形成物の供給量が小さくなるので、珪
フッ化カリウムの凹凸形成物の析出速度が小さくなると
ともに、その析出する凹凸形成物の高さが低く、光散乱
性を呈する作用が小さくなるからである。このような観
点から、水溶液中のフッ酸濃度は、０．２重量％以上と
するのがさらに好ましい。

【００２８】一方、水溶液中のフッ酸濃度が０．５重量
％を越えると、析出する凹凸形成物の高さが増し、光散
乱能がかえって低下するので、０．５重量％以下とする
のが好ましい。

【００２９】本発明の水溶液には、フッ化アンモニウム
を１０重量％までの範囲で含有させるのがよい。フッ化
アンモニウムの水溶液中での濃度が１０重量％を越える
と、珪フッ化カリウムの析出スピードが低下するので、
工業的技術として有利なものとするために１０重量％以
下で含有させるのがよい。

【００３０】フッ化アンモニウムを水溶液に含有させる
ことにより、ガラス板上に珪フッ化カリウムの高さが比
較的揃った微結晶を析出させることができ、これにより
反射型液晶表示素子用背面基板に好適なガラス基板とす
ることができる。また、光散乱性凹凸形成物の高さを再
現性よく析出させることができる。

【００３１】一方、フッ化アンモニウムの上記効果を効
果的に発揮させるために、水溶液中に０．５重量％以
上、さらには１重量％以上含ませるのが好ましい。

【００３２】珪フッ化カリウムの凹凸形成物をガラス板
表面に析出形成させる方法としては、ガラス板を水溶液
中に浸漬する方法、水溶液をガラス板に散布あるいは塗
布する方法などを用いることができる。

【００３３】以下に本発明を実施例と比較例で説明す
る。 （ガラス基板としての評価） 実施例１ 市販のソーダライムシリカガラス板を洗浄し、２０℃に
保たれた０．２重量％のフッ酸（フッ化水素酸）および
３重量％のフッ化カリウムを含む水溶液中に２分間浸積
した。これを水溶液から引き出し水洗してサンプル１と
した。析出した凹凸形成物の高さを触針式粗さ計で測定
したところ、ＰＶ値の平均値は３μｍであった。また形
状が揃った微結晶がガラス板上に離散的に析出形成して
いることが走査型電子顕微鏡で観察された。

【００３４】微結晶の形状は、比較的小さいときはお椀
を伏せた形をしており、その高さが増すに従って、図１
に示すような山脈状のものになる傾向が認められた。山
脈状の微結晶は、その高さが１に対して、巾が２〜４で
あるものが多くを占めた。また、この凹凸形成物をＸ線
回折法で分析したところ、珪フッ化カリウムであること
が分かった。

【００３５】実施例２ 市販のアルミノシリケートガラスを洗浄し、２０℃に保
たれた０．５重量％のフッ化水素酸、２重量％のフッ化
カリウムおよび３重量％のフッ化アンモニウム混合水溶
液中に浸積させて、サンプル２を得た。その結果、凹凸
の高さが約２μｍの珪フッ化カリウムの形状の揃った微
結晶がガラス板上に離散的に堆積した。

【００３６】実施例３〜実施例５ ガラス板の種類および水溶液の組成を表１のようにし
て、それ以外は実施例１と同様の方法で、ガラス板上に
珪フッ化カリウムの微結晶を析出形成させ、サンプル
３、４、５を得た。その結果、表１に示す高さの珪フッ
化カリウムの微結晶がガラス板上に離散的に析出形成さ
せることができた。

【００３７】比較例１ ガラス板の種類および水溶液の組成を表１のようにし、
それ以外は実施例１と同様の方法で、ガラス板上に珪フ
ッ化カリウムの微結晶を析出形成させ、比較サンプル１
を得た。凹凸形状を測定した結果、ＰＶ値の平均値が１
１μｍと、著しい凹凸形状を有する表面が得られた。

【００３８】比較例２ ガラス板および水溶液の組成を表１のようにして、それ
以外は実施例１と同様の方法で、ガラス板上に珪フッ化
カリウム微結晶を析出形成させ、比較サンプル２を得
た。その結果を表１に示す。ＰＶ値の平均値が０．３μ
ｍと、小さい凹凸形状を有する表面が得られた。

【００３９】

【表１】 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 例 ガラス板 フッ酸 フッ化 フッ化アン 凹凸高さ カリウム ンモニウム （重量％） （重量％） （重量％） （μｍ） ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 実施例１ ＳＬ ０．２ ３ ０ ３ 実施例２ ＡＳ ０．５ ２ ３ ２ 実施例３ ＳＬ ０．２ ０．５ １ ６ 実施例４ ＡＳ ０．５ １ １ ８ 実施例５ ＡＳ ０．１ ６ ０．５ ０．５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較例１ ＳＬ ０．３ １ ０ １１ 比較例２ ＳＬ ０．１ ８ ２ ０．３ ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ ＳＬ：ソーダライムシリカガラス（ＳｉＯ_２７２重量％含有） ＡＳ：アルミノシリケートガラス（ＳｉＯ_２５９重量％含有）

【００４０】（液晶表示素子としての評価） 実施例６ 実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２で得られ
たガラス基板のサンプルを用いて、図３に示す構造の反
射型液晶表示素子を公知の方法により作製した。得られ
た反射型液晶表示素子の表示品位を観察評価した結果を
表２に示す。サンプル１〜サンプル５をそれぞれ背面基
板として用いた液晶表示素子のいずれについても、斜め
からの視野に対して充分明るい表示であった。しかし、
比較サンプル１を背面基板に用いた液晶表示素子は、垂
直反射光が弱く輝度の低い反射型液晶表示素子となっ
た。また、比較サンプル２を背面基板に用いた液晶表示
素子は、強い垂直反射光に基因すると考えられるぎらつ
いた表示になった。

【００４１】

【表２】 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 用いた背面基板 液晶表示素子の表示品質 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ サンプル１ 斜めから見ても明るい反射表示である サンプル２ 斜めから見ても明るい反射表示である サンプル３ 斜めから見ても明るい反射表示である サンプル４ 斜めから見ても明るい反射表示である サンプル５ 斜めから見ても明るい反射表示である −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較サンプル１ コントラストが弱い暗い反射表示である 比較サンプル２ ぎらついた表示である ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

【００４２】以上から、本発明の光散乱性ガラス基板を
背面基板に用いることにより、液晶表示素子の表示品質
を改善することができることが分かった。

【００４３】

【発明の効果】本発明の光散乱性ガラス基板は、平滑な
ガラス板表面にガラスに強く固着した珪フッ化カリウム
の凹凸形成物が形成され、それにより凹凸が付与されて
いる。この凹凸形成物は、可視域の入射光を拡散反射す
るので、本発明の光散乱性ガラス基板を反射型液晶表示
素子の背面基板として用いると、視野角が広く明るい表
示の液晶表示素子とすることができる。

【００４４】また、本発明にかかる凹凸形成物は熱的に
安定であるので、液晶表示素子の製造工程で熱変形する
ことがない。これにより液晶表示素子の製造工程中の背
面基板へのＩＴＯ透明電極の高温被覆形成が可能となる
ので、大型で高精細の反射型液晶表示素子を製造するこ
とが可能となる。

【００４５】さらに、本発明の光散乱性ガラス基板の製
造方法によれば、平滑な表面のガラス板上に、簡易かつ
安価な方法で可視光に対して光散乱性の凹凸形成物を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光散乱性ガラス基板の凹凸形成物を説
明する図である。

【図２】本発明の反射型液晶表示素子用背面基板の模式
断面図である。

【図３】本発明の光散乱性ガラス基板を用いて製作した
反射型液晶表示素子の一実施例の概略断面図である。

【図４】拡散反射の説明図である。

【符号の説明】 １：光散乱性ガラス基板 ２：ガラス板 ３：凹凸形成物 ４：金属反射膜 ５：有機樹脂層 ６：ＩＴＯ透明電極 ７：ポリイミド配向膜 ８：前面基板 ９：エポキシ樹脂 １０：液晶層 ２０：背面基板 ３０：反射型液晶表示素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H090 JA03 JB02 JC03 JD01 JD06 LA20 2H091 FA16Y FA37Y FB06 FB08 FC11 FC26 FD06 GA01 LA18 LA19 4G059 AA01 AA08 AC01 BB04 BB14 5C094 AA05 AA10 AA12 AA14 AA33 AA43 AA44 BA43 BA45 DA13 EA06 EB02 EB10 ED11 ED13 FA01 FA02 FB02 FB03 FB15 GB10 JA01 JA08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二酸化珪素を主成分とするガラス板上
   に、珪フッ化カリウムの凹凸形成物を析出形成させた光
   散乱性ガラス板。
2. 【請求項２】 前記凹凸形成物の平均高さが０．２〜１
   ０μｍである請求項１に記載の光散乱性ガラス基板。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光散乱性ガラ
   ス基板の凹凸形成物が形成されている面に金属反射膜が
   被覆された反射型液晶表示素子用背面基板。
4. 【請求項４】 フッ化カリウムおよびフッ酸を含有する
   水溶液に二酸化珪素を主成分とするガラス板を接触させ
   て、前記ガラス板上に珪フッ化カリウムの凹凸形成物を
   析出形成させることを特徴とする光散乱性ガラス基板の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記水溶液は、３〜８重量％のフッ化カ
   リウムおよび０．１〜０．５重量％のフッ酸を含有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光散乱性ガラス基板
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記水溶液にフッ化アンモニウムを１０
   重量％を超えない範囲で含有させたことを特徴とする請
   求項４または５に記載の光散乱性ガラス基板の製造方
   法。