JPH09258218A - 反射型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示装置において、反射光に基づ
く背景の映り込みや照明光の直接反射の表示画面への影
響を低減し、高品位のカラー表示も可能な、見やすい表
示を実現する。 【解決手段】 金属電極層３７の表面には微細な凹凸形
状３７ａが形成される。この凹凸形状３７ａは、下地層
に凹凸形状を形成することにより、その凹凸形状を反映
するかたちで金属電極層３７の表面に表れるように形成
できる。このため、入射光Ａは金属電極層３７の表面で
反射される際に、表面が鏡面であれば反射光Ｂとなるの
であるが、その凹凸形状３７ａによって乱反射され、散
乱光Ｃのように種々の方向に放射される。したがって、
背景の映り込みが低減され、表示が見やすくなる。

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装置
に係り、特に、装置内に形成された反射層の構成に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置としては、外部から
入射した光を反射層で反射させることにより液晶表示を
視認可能に構成した反射型液晶表示装置がある。反射型
液晶表示装置には、透過型液晶表示装置に較べてバック
ライトが不要であることから、薄型化及び小型化が容易
であり、消費電力を低減できるという利点がある。

【０００３】反射型液晶表示装置の中にも、使用する液
晶の種類や駆動方法により多くの種類がある。ねじれネ
マチック（ＴＮ）型液晶表示体や超ねじれネマチック
（ＳＴＮ）型液晶表示体においては、２枚の偏光軸が互
いに直交する偏光板を液晶層を挟持する２枚の透明基板
の外側に配置し、液晶層を透過する光の偏光状態の変化
によりオンオフ駆動するようになっている。

【０００４】一方、偏光板を用いる必要のないタイプの
液晶表示体も数多くあり、液晶層の状態変化により光透
過状態と光散乱状態とを実現することによって、白黒表
示の可能な光散乱モードを用いた液晶表示体も開発され
ている。

【０００５】例えば、図５に示すものは従来の反射型液
晶表示体の構造例を示す縦断面図である。この場合に
は、透明な表面側基板１１の内面に透明電極層１３が被
着され、その上に配向膜１４が形成され、ラビング処理
が施される。一方、裏面側基板１２の内面上には、Ｔａ
から成る配線層１５の接続部上を陽極酸化して酸化タン
タルの薄膜を絶縁層１６として形成し、この絶縁層１６
の上からＣｒから成る金属電極層１７の接続部が接する
ように構成する。

【０００６】配線層１５の接続部、絶縁層１６及び金属
電極層１７の接続部は、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）
素子を構成している。金属電極層１７は画素領域内のほ
ぼ全体を覆う形に形成され、画素電極であると同時に反
射層としても機能する。金属電極層１７の表面上には配
向膜１８が形成され、所定方向にラビング処理が施され
る。

【０００７】液晶層１９には、透明電極１３と金属電極
層１７とによって垂直方向の電界が印加される。液晶層
１９としては、液晶中に高分子前駆体（モノマー）を相
溶させた溶液を用い、その高分子前駆体を重合させるこ
とにより液晶と高分子とを相分離させることによって、
液晶中に高分子粒子が分散した高分子分散型の液晶層を
構成する場合がある。

【０００８】この場合、電界の有無により液晶分子の配
向方向を変えることによって液晶層の光学特性を変化さ
せる。ここで、光の進行方向に対する液晶分子の屈折率
と高分子粒子の屈折率とがほぼ同様である場合には光透
過状態となり、液晶分子の屈折率と高分子粒子の屈折率
とが相違する場合には光散乱状態になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記反射型
液晶表示装置においては、反射層にて入射光を反射させ
ることにより表示を視認するために必要な光を得ている
ため、反射層の反射率が高く、しかも液晶セル自体の透
過率が大きいと、表示面に背景の映り込みが生じたり、
照明光の直接反射が目に入ったりして、表示が見にくく
なるという問題点がある。これはいずれのタイプの反射
型液晶表示装置においても起こりうるものであるが、特
に、上記光散乱モードを用いた液晶表示体の場合には、
偏光板が存在しないため、背景の映り込みや照明光の直
接反射による表示への影響が特に大きい。

【００１０】また、カラーフィルタを設けてカラー表示
を可能にした場合には、上述の背景の映り込みによって
表示色が変化するため、色の再現性が悪く、しかも反射
型であるために表示が暗くなるという問題点がある。

【００１１】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、反射型液晶表示装置において、反
射光に基づく背景の映り込みや照明光の直接反射の表示
画面への影響を低減し、高品位のカラー表示も可能な、
見やすい表示を実現することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、透光性を有する表面側基板
と、該表面側基板に対向する裏面側基板との間に液晶層
を配置し、該液晶層の前記裏面側基板側に反射層を形成
して、前記液晶層に電界を印加することにより画素領域
毎に前記液晶層の光学特性を変更し、前記表面側基板か
ら視認可能な所望の表示を行うように構成された反射型
液晶表示装置において、前記反射層の前記表面側基板側
の表面を凹凸形状に形成するものである。

【００１３】この手段によれば、反射層の表面に凹凸形
状が形成されているため、表面側基板から入射した光
は、鏡面反射ではなく、上記凹凸形状によって散乱され
るために、背景の映り込みや照明光の直接反射が低減さ
れ、表示が見やすくなる。

【００１４】ここで、前記反射層の表面に形成された凹
凸形状を、前記反射層の形成面に形成された凹凸形状を
反映することにより形成することが好ましい。この場合
には反射面に何らかの処理を施すことなく凹凸形状を形
成することができるので、反射層の表面の清浄性を保持
し易く製造も容易にできる。

【００１５】この場合には、前記液晶層を偏光板を用い
ることなく所望の表示を形成できるものとする場合に特
に効果的である。このような液晶層としては、液晶に相
溶した高分子前駆体を重合硬化させて相分離させ、液晶
中に高分子粒子を分散させた高分子分散型液晶層があ
る。

【００１６】また、反射型液晶表示装置の製造方法とし
ては、透光性を有する表面側基板と、該表面側基板に対
向する裏面側基板との間に液晶層を配置し、該液晶層の
前記裏面側基板側に反射層を形成して、前記液晶層に電
界を印加することにより画素領域毎に前記液晶層の光学
特性を変更し、前記表面側基板から視認可能な所望の表
示を行うように構成された反射型液晶表示装置の製造方
法において、前記反射層を被着する形成面を凹凸形状に
形成する工程と、前記形成面の上に前記反射層を堆積さ
せる工程とを設けるものである。

【００１７】この手段によれば、反射面に何らかの処理
を施すことなく凹凸形状を形成することができるので、
反射層の表面の清浄性を保持し易く製造も容易にでき
る。

【００１８】この場合に、前記形成面を、前記裏面側基
板と、その上に形成される金属層との密着性を改善する
ための下地層の表面とする場合がある。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る反射型液晶表示装置の実施形態について説明す
る。図１は本実施形態の液晶表示体の内部構造を示す縦
断面図である。透明なガラス基板から成る表面側基板３
１の内面上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から成る
透明電極３３を被着し、その表面上にポリイミド樹脂等
から成る配向膜３４を形成して、所定方向にラビング処
理を行う。

【００２０】一方、透明なガラス基板から成る裏面側基
板３２の内面上には後述する図示しない酸化タンタルか
ら成る下地層を形成し、その上にＴａから成る配線層３
５を所定のパターンにて形成する。配線層３５の接続部
の表面を酸化して絶縁層３６を形成し、この絶縁層３６
の上に重なるように画素電極となる金属電極層３７を形
成する。金属電極層３７の上には上記と同様の配向膜３
８が形成され、所定方向にラビング処理が施される。

【００２１】このように形成された表面側基板３１と裏
面側基板３２とを図示しないシール材を介して貼り合わ
せ、シール材によって囲まれた液晶封入領域内に液晶を
封入することによって液晶層３９が形成される。

【００２２】液晶層３９としては、好ましくは重合開始
剤を含有した高分子前駆物質を液晶と混合して透明基板
間に封入し、その後、高分子前駆物質を重合させること
により、液晶と高分子とを分散させ、かつ相分離させて
成るものである。特に、透明基板の内面に被着された配
向膜を介して若しくは介さないで所定方向にラビング処
理を行い、液晶と高分子とを所定方向に配向させること
により、電圧無印加時に透過率の高いパネルを形成し、
一方、電圧印加時には液晶のみを電界方向に配向させる
ことによって光散乱を生じさせるように構成することが
望ましい。

【００２３】また、上記液晶層３９には２色性色素を添
加することによって表示の着色化やコントラストの向上
を図ることもできる。例えば黒色を呈する２色性色素を
添加することによって、電圧無印加時には２色性色素が
発現することにより透過性の高い状態のパネルは黒色を
呈し、電圧印加時には２色性色素が液晶とともに電界方
向に配向することにより無色化するとともに光散乱によ
り白濁する。

【００２４】さらに、液晶高分子複合層に用いる液晶と
してカイラル成分を有するネマチック液晶当等を用いる
とともに、２枚の透明基板の内面側にラビング処理を施
し、セル厚との関係を最適化することによって、液晶層
内の液晶及び高分子に所定のツイスト角を生じさせるこ
とができる。このツイスト角は、液晶層の視野角依存
性、特に後述するように光散乱強度の高い一対の方位角
範囲の中心方位及び方位幅を調整することができ、さら
に偏光に対する光学特性、電界に対する光透過率の増減
の度合い、電界に対する応答速度についても最適化する
ことができ、コントラストの向上も図ることが可能であ
る。

【００２５】液晶としては、電界に対する特定方向の指
向性を有するとともに、屈折率の異方性を有する種々の
液晶を用いることができる。液晶分子の構造を高分子前
駆体の構造と類似のものとすることにより、透過状態で
の透過率或いは反射率を向上させることができる。

【００２６】高分子としては、その方向により液晶の屈
折率とほぼ同等の屈折率を有する必要がある。特に、高
分子主鎖にビフェニル骨格を有する側鎖をつけたもので
あれば、熱可塑性高分子、熱硬化性高分子、紫外線等の
光硬化性高分子のいずれでもよい。ここで、高分子前駆
体を液晶と相溶し、しかる後に、重合硬化させて、高分
子と液晶との相分離した複合層を形成する場合には、高
分子前駆体として、ビフェニルメタノール、ターフェニ
ルメタノールのメタクリル酸エステル又はアクリル酸エ
ステル或いはこれらの化合物の誘導体を用いることがで
き、また、ナフトールのメタクリル酸エステル又はアク
リル酸エステル或いはこれらの化合物の誘導体を用いる
こともできる。さらに、これら各種のエステルにビフェ
ノール、ターフェニルメタノールのメタクリル酸エステ
ル誘導体或いはアクリル酸エステル誘導体を混合したも
のを使用してもよい。

【００２７】また、高分子は、高分子前駆体として電界
無印加時に液晶に対して同一方向に配向させることの可
能な液晶相を呈するものが好ましく、さらに、液晶と相
分離した高分子は、その粒径が０．１〜１０μｍとなる
条件で相分離する速度を調整することが、高分子が最も
良く光散乱することから望ましい。

【００２８】液晶高分子複合層中の液晶の含有量は、全
体の５０〜９７ｗｔ％が最適である。液晶含有量がこれ
より少ないと電界に対して応答しにくくなり、これより
多いとコントラストが低下する。

【００２９】上記のような液晶層３９を備えた反射型液
晶表示装置においては、光透過状態における透過率を高
くすることができる反面、背景の映り込みが顕著に表れ
るため、本発明を適用した場合の後述する効果が著しい
ものとなる。

【００３０】金属電極層３７の表面には微細な凹凸形状
が形成される。この凹凸形状は、後述するように下地層
に凹凸形状を形成することにより、その凹凸形状を反映
するかたちで金属電極層３７の表面に表れるようにする
こともできるが、単に金属電極層上にマスクを形成し
て、エッチング処理を施すことによっても形成可能であ
り、また、サンドブラストその他の物理的、機械的方法
でも形成可能である。

【００３１】図２は裏面側基板３２の内面上の構造を、
一つの画素領域に対応する部分だけ取り出して示す斜視
図である。図示しない表面側基板３１から入射した光は
液晶層３９を透過して金属電極層３７に照射され、反射
されて再び液晶層３９及び表面側基板３１を経て目に入
ることとなる。

【００３２】このとき、金属電極層３７の表面には上述
のように微細な凹凸形状３７ａが形成されているので、
図４に示すように、入射光Ａは金属電極層３７の表面で
反射される際に、表面が鏡面であれば反射光Ｂとなるの
であるが、その凹凸形状３７ａによって乱反射され、散
乱光Ｃのように種々の方向に放射される。したがって、
背景の映り込みが低減され、表示が見やすくなる。

【００３３】この場合、例えばカラーフィルタを金属電
極層３７の表面上に形成してカラー表示体を構成する
と、オン状態において凹凸形状３７ａによる光散乱によ
り表示が明るくなるので、カラーフィルタの色純度を上
げることができ、その結果、色再現性の優れた表示体を
構成できる。

【００３４】金属電極層３７の表面に形成される凹凸形
状の凹凸の高さに関しては０．０５〜１．０μｍである
ことが好ましく、さらに、０．１〜０．８μｍであるこ
とがより好ましい。０．０５μｍ未満では鏡面感を減少
させる効果が得られ難く、また、１．０μｍを越える
と、電極層の表面凹凸の影響によりコントラストが低下
し、駆動電圧が高くなってしまう。

【００３５】凹凸形状を規定する平面上の凹凸周期は
０．５〜５．０μｍであることが好ましく、さらに、
１．０〜３．０μｍであることがより好ましい。０．５
μｍ未満では電極表面の不規則性によりコントラストが
低下する。５．０μｍを越えると表面の起伏が小さくな
り、鏡面感を減少させる効果が得られ難い。

【００３６】図３は、上記裏面側基板の製造工程を簡略
化して示す工程説明図である。図３（ａ）に示すよう
に、まず、裏面側基板３２の表面上にＴａを５００〜２
０００Åの厚さにスパッタリング法により成膜し、大気
中で温度を２５０〜４５０℃とし、１０〜６０分加熱す
ることにより酸化Ｔａの下地層４１を形成する。この下
地層４１は裏面側基板３２と後述する配線層との密着性
を改善するためのものである。

【００３７】次に、この下地層４１の表面上にＴａを１
０００〜８０００Åの厚さにスパッタリング法により被
着して金属層４２を形成する。この金属層４２の表面上
にレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィ法によ
って露光、現像してマスク４３を形成する。このマスク
４３の上方からドライエッチング法等によりエッチング
処理を施し、マスク４３の下方部分以外の金属層４２を
除去することにより、配線層３５が形成される。

【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、マスク４
３を残したまま温度を５〜４５℃とした１０〜４０％の
フッ化水素酸水溶液に５〜１２０秒の間浸漬することに
よって下地層４１の表面に微細な凹凸形状４１ａを形成
する。この凹凸形状４１ａは上述の金属電極層３７の凹
凸形状３７ａと対応させて適宜に設定されるが、通常は
凹凸形状３７ａとほぼ同様の凹凸高さ及び凹凸周期とな
るように形成する。

【００３９】これらの凹凸高さ及び凹凸周期は、フッ化
水素酸による処理条件を上述の範囲内で変えることによ
って調整することができる。但し、下地層４１の結晶状
態により形成される凹凸形状が異なるため、下地層４１
の形成条件と勘案して調整する必要がある。

【００４０】当該処理条件においてより好ましい範囲
は、フッ化水素酸水溶液の濃度にもよるが、概ね温度が
１０〜４０℃、処理時間が２０〜８０秒である。フッ化
水素酸の作用が弱い場合には凹凸形状が充分に形成され
ずに効果が得られず、フッ化水素酸の作用が強い場合に
は凹凸形状が大きくなり過ぎて反射層３７の反射率が低
減し、コントラストが低下する。

【００４１】次に、図３（ｃ）に示すように、マスク４
３を除去した後に、配線層３５の表面に陽極酸化法によ
り絶縁層３６を形成する。陽極酸化法の条件としては、
例えば０．００５〜０．５重量％の濃度のクエン酸中
で、印加電圧１０〜４５Ｖの直流電界を印加する。最後
に、２５０〜５００℃で大気中で１０〜６０分加熱して
ＭＩＭ素子の特性の安定化を図る。

【００４２】次に、図３（ｄ）に示すように、Ｃｒをス
パッタリング法により厚さ５００〜２０００Åに成膜
し、絶縁層３６の上部と画素領域のほぼ全面に亘って残
されるようにパターニングして、金属電極層３７を形成
する。最後に、２５０〜５００℃で大気中で１０〜６０
分の加熱処理を施す。このようにして、金属電極層３７
の表面には、下地層４１の表面に形成された凹凸形状４
１ａを反映して凹凸形状３７ａが形成される。

【００４３】上記の製造工程によれば、下地層４１の表
面に形成された凹凸形状４１ａを反映して金属電極層３
７の表面に凹凸形状３７ａが形成される手法を採用した
ので、下地層４１のフッ化水素酸処理の工程のみで容易
に形成できる。また、同様の手法により、凹凸形状の形
成し易い形成面を選定することにより、容易に反射層の
表面上に凹凸を形成することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を奏する。

【００４５】請求項１によれば、反射層の表面に凹凸形
状が形成されているため、表面側基板から入射した光
は、鏡面反射ではなく、上記凹凸形状によって散乱され
るために、背景の映り込みや照明光の直接反射が低減さ
れ、表示が見やすくなる。

【００４６】請求項２又は請求項５によれば、反射面に
何らかの処理を施すことなく凹凸形状を形成することが
できるので、反射層の表面の清浄性を保持し易く製造も
容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射型液晶表示装置の実施形態に
おける１画素部分の概略断面構造を示す概略縦断面図で
ある。

【図２】同実施形態における１画素部分の裏面側基板の
概略構造を示す概略部分斜視図である。

【図３】同実施形態の製造工程を示す工程断面図（ａ）
〜（ｄ）である。

【図４】同実施形態の作用を示す説明図である。

【図５】従来の反射型液晶表示装置の概略構造を示す概
略縦断面図である。

【符号の説明】

３１ 表面側基板 ３２ 裏面側基板 ３５ 配線層 ３６ 絶縁層 ３７ 金属電極層 ３７ａ 凹凸形状 ３９ 液晶層 ４１ 下地層 ４１ａ 凹凸形状

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 周平 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 千野 英治 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 土屋 豊 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有する表面側基板と、該表面側
   基板に対向する裏面側基板との間に液晶層を配置し、該
   液晶層の前記裏面側基板側に反射層を形成して、前記液
   晶層に電界を印加することにより画素領域毎に前記液晶
   層の光学特性を変更し、前記表面側基板から視認可能な
   所望の表示を行うように構成された反射型液晶表示装置
   において、 前記反射層の前記表面側基板側の表面を凹凸形状に形成
   したことを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記反射層の表面に
   形成された凹凸形状は、前記反射層の形成面に形成され
   た凹凸形状を反映することにより形成されたものである
   ことを特徴とする反射型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記液晶層は偏光板
   を用いることなく所望の表示を形成できるものであるこ
   とを特徴とする反射型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記液晶層は、液晶
   に相溶した高分子前駆体を重合硬化させて相分離させ、
   液晶中に高分子粒子を分散させた高分子分散型液晶層で
   あることを特徴とする反射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 透光性を有する表面側基板と、該表面側
   基板に対向する裏面側基板との間に液晶層を配置し、該
   液晶層の前記裏面側基板側に反射層を形成して、前記液
   晶層に電界を印加することにより画素領域毎に前記液晶
   層の光学特性を変更し、前記表面側基板から視認可能な
   所望の表示を行うように構成された反射型液晶表示装置
   の製造方法において、 前記反射層を被着する形成面を凹凸形状に形成する工程
   と、前記形成面の上に前記反射層を堆積させる工程とを
   有することを特徴とする反射型液晶表示装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記形成面は、前記
   裏面側基板と、その上に形成される金属層との密着性を
   改善するための下地層の表面であることを特徴とする反
   射型液晶表示装置の製造方法。