(57)【要約】【目的】透過型と反射型の両機能を十分に満足し、また映り込みを防止でき、広視野角の明るい画像表示を有し、さらに安価に作製することが可能な液晶表示装置を提供する。【構成】前面基板１と背面基板２との間に液晶層３を介在させてなる液晶パネルの背面にバックライト５を備えた液晶表示装置であって、前記背面基板２の内面に、シリカスプレーコーティングによる凹凸層８と、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層してなる半透過反射膜６とを有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面基板と背面基板との間に液晶層を介在させてなる液晶パネルの背面にバックライトを備えた液晶表示装置であって、前記背面基板の内面に、シリカスプレーコーティングによる凹凸層と、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層してなる半透過反射膜とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
背面基板の内面に、凹凸層、半透過反射膜が順次形成されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
背面基板の内面に、半透過反射膜、凹凸層が順次形成されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
背面基板の内面に、半透過反射膜、凹凸層、半透過反射膜が順次形成されてなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
凹凸層は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９８２に基づく測定方法で、中心線平均粗さＲａが０．０１〜１μｍ、最大粗さＲｔが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型及び反射型の両方として使用可能な半透過型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型及び反射型の両方として使用可能な半透過型液晶表示装置は、常にバックライトを用いる透過型液晶表示装置に比べて低消費電力であることから、携帯電話、ＰＨＳ、電子手帳、携帯情報端末、電子計算機、各種操作パネル等の各種用途に使用されている。現在、主に使用されている半透過型液晶表示装置は、図４に示すように、前面基板１と背面基板２との間に液晶層３を介在させ、シール材４で封止した液晶パネルの背面にバックライト５を備え、前記背面基板２の内面に半透過反射膜６が形成され、半透過反射膜６の内面にカラーフィルター７が形成された構造を有している。
【０００３】
このような半透過型液晶表示装置を明るい所で使用する場合、観察者側に位置する前面基板１から外光（太陽光や照明光）が入射し、液晶層３、カラーフィルター７を順に透過した後、半透過反射膜６で反射され、カラーフィルター７、液晶層３、前面基板１の順に透過することになり、これによって観察者は、液晶層３の表示を見ることができる。
【０００４】
一方、この半透過型液晶表示装置を暗い所で使用する場合、バックライト５が点灯し、背面基板２に光が入射し、半透過反射膜６、カラーフィルター７、液晶層３、前面基板１の順に透過することになり、これによって観察者は、液晶層３の表示を見ることができる。
【０００５】
ところで従来より、上記の半透過反射膜６としては、アルミニウム等からなる遮光性を有する金属膜が使用され、これに多数の光通過孔を形成することで、光透過性と光反射性の双方を具備させている。しかしながら、このような半透過反射膜６は、光透過性と光反射性の双方を十分に満足し得る程度の特性をもっていないため明るい画像表示が得られないという問題があった。また、この金属膜は、各画素のほぼ中央に光通過孔を形成するという繁雑な加工作業が必要となるため、生産コストが高くなるという問題もあった。
【０００６】
このような事情から、半透過反射膜として、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した誘電体多層膜を使用し、これによって光透過性と光反射性を高めることが提案されている。（例えば特許文献１、２参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２８４２７６号公報
【特許文献２】
特開２００３−２１８３２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１、２に開示の液晶表示装置は、半透過反射膜として、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した誘電体多層膜を使用するため、基板を通して入射した光の一部は高屈折率層にて反射され、その他の高屈折率層を透過した光は低屈折率層にて反射され、これらの反射光が干渉されることによって反射性能が著しく高められる。
【０００９】
しかしながら半透過反射膜として誘電体多層膜を使用するだけでは、その表面が平坦な鏡面状となるため、表示画面に観察者の顔や照明等が映る、いわゆる映り込みと呼ばれる現象が発生し、また正反射方向以外に光が反射しないため、画像表示の視野角が小さく、見る角度（受光角）がずれると表示画面が急に暗くなってしまうという問題がある。
【００１０】
このため特許文献２には、半透過反射膜の表面を凹凸面とし、正反射方向以外の方向にも光を散乱させることによって、映り込みを防止すると共に、広視野角の表示を得ることが提案されている。しかしながら、この凹凸面は、反射層の下地に感光性のアクリル樹脂等を用いて形成したり、下地の基板（ガラス基板）自身をフッ酸によってエッチングすることによって形成するため、所望の凹凸面が得られなかったり、生産コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、透過型と反射型の両機能を十分に満足し、また映り込みを防止でき、広視野角の明るい画像表示を有し、さらに安価に作製することが可能な液晶表示装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、前面基板と背面基板との間に液晶層を介在させてなる液晶パネルの背面にバックライトを備えた液晶表示装置であって、前記背面基板の内面に、シリカスプレーコーティングによる凹凸層と、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層してなる半透過反射膜とを有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の液晶表示装置の凹凸層は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９８２に基づく測定方法で、中心線平均粗さＲａが０．０１〜１μｍ、最大粗さＲｔが５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の液晶表示装置は、背面基板の内面に、シリカスプレーコーティングによる凹凸層と、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層してなる半透過反射膜が形成されてなるため、光透過性と光反射性の双方を十分に満足でき、しかも半透過反射膜の光散乱特性を自由に設計することができる。
【００１５】
つまり半透過反射膜として、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した誘電体多層膜を使用すると、基板を通して入射した光の一部は高屈折率層にて反射され、その他の高屈折率層を透過した光は低屈折率層にて反射され、これらの反射光が干渉されることによって反射性能が著しく高められる。また誘電体多層膜は、金属膜のように、各画素のほぼ中央に光通過孔を形成するという繁雑な加工作業が不必要であるため、生産コストの低減を図ることができる。
【００１６】
またシリカスプレーコーティング法によって凹凸層を形成すると、スプレー溶液の種類やコーティング条件を適宜変更することによって所望の形状を有する凹凸層を形成することが可能であり、正反射方向以外の方向にも光が散乱し、映り込みを防止すると共に、広視野角の表示を得ることができる。しかもシリカコーティング法は、従来のフッ酸エッチングによって凹凸層を形成する方法に比べ、生産効率が高く、製造コストを低減することができるという利点もある。
【００１７】
本発明における凹凸層は、中心線平均粗さＲａが０．０１〜１μｍ、最大粗さＲｔが５μｍ以下であることが好ましく、このような凹凸層は、シリカスプレーコーティング法によって容易に形成することが可能である。凹凸層の形状を上記のように限定した理由は、次の通りである。中心線平均粗さＲａが０．０１μｍ未満では、正反射方向以外の方向の光の散乱が少なくなり、映り込み防止効果が不十分となったり、表示画像の視野角が小さくなりやすい。一方、中心線平均粗さＲａが１μｍ超では、光の散乱が大きくなりすぎ、表示画像の解像素が低下しやすくなる。また最大粗さＲｔが５μｍ超では、カラーフィルター顔料が平滑に形成できず、表示画像の色調が損なわれやすい。凹凸層の中心線平均粗さＲａのより好ましい範囲は、０．０４〜０．７μｍ、最大粗さＲｔのより好ましい範囲は、３μｍ以下である。
【００１８】
このような形状を有する凹凸層を得るためには、まず透明基板を４０〜８０℃程度に予備加熱した後、珪素の水酸化物、アルコール類および酢酸アルキルの混合溶液をスプレーガンを使用して１０〜８０ｃｍの距離から吹き付け、さらに８０〜２５０℃で１０〜６０分間加熱する方法を採れば良い。
【００１９】
また半透過反射膜を構成する高屈折率膜と低屈折率膜とは、互いの間に屈折率差があれば、どのような材料で構成しても良いが、例えば高屈折率膜の屈折率の範囲は、２．０〜２．８が適当であり、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２等の材料が使用できる。また低屈折率層の屈折率の範囲は、１．３〜１．６が適当であり、ＳｉＯ２、ＡｌＦ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ２等の材料が使用できる。高屈折率膜の厚みを５〜２００ｎｍ、低屈折率膜の厚みを５〜２００ｎｍに規制し、これらを２〜２０層積層し、半透過反射膜の厚みを、５０〜２０００ｎｍに規制すると、増反射が最も顕著となる。
【００２０】
この半透過反射膜は、入射光の７０％を透過する構成とした場合、半透過反射膜での光の吸収が殆どないため、残りの３０％のほぼ全てを反射光として使用することができる。そのため、反射表示、透過表示ともに明るく、視認性の高い画像が得られる。また積層数を変えることで、反射率や透過率を所要通りに設定でき、その設計も容易であるため、製造歩留まりが向上し、生産コストを低減することができる。また成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等が適用できるが、スパッタリング法を採用すると、安定して高品質の膜が形成できるため好ましい。
【００２１】
本発明においては、背面基板の内面に、凹凸層、半透過反射膜を順次形成すれば良いが、背面基板の内面に、半透過反射膜、凹凸層を順次形成すると、光の反射面と屈折面が多くなり、より広い角度で拡散反射することになるため好ましい。また背面基板の内面に、半透過反射膜、凹凸層、半透過反射膜を順次形成すると、さらに広い角度で拡散反射することになるためより好ましい。
【００２２】
本発明における前面基板と背面基板の材質としては、耐熱性に優れる透明ガラス基板が好ましい。この理由は、この種の液晶表示装置は、シール工程等において熱処理が施され、その熱処理で基板が変形しないことが要求されるためである。さらにガラス基板は、シリカとの接着性が良いため、背面基板上に凹凸層を形成した際、高い接着強度が得られるという利点もある。また、ガラス基板中にアルカリ成分が含まれると、熱処理工程で、アルカリイオンが液晶中に拡散し、特性の劣化を招くため、アルカリ金属酸化物であるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合量が０．２質量％未満の無アルカリガラスが好適である。より具体的には、基本組成として、質量％表示で、ＳｉＯ２  ５２〜７０％、Ａｌ２Ｏ３  ５〜２０％、Ｂ２Ｏ３  ５〜２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ＋ＳｒＯ  ４〜３０％、ＺｎＯ０〜５％、ＺｒＯ２  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜５％、Ｐ２Ｏ５  ０〜５％、清澄剤  ０〜２％を含有し、３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数が２５〜４０×１０−７／℃、歪点が６４０℃以上の無アルカリガラス基板が好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明の液晶表示装置の構造を示す概略縦断面図である。無アルカリガラス基板（日本電気硝子社製ＯＡ−１０）からなる前面基板１と背面基板２との間には、液晶層３が枠状のシール材４によって封止されて液晶パネルが形成されている。尚、液晶パネルには、図１に示す構成要素以外にも、必要に応じて配光膜、スペーサー、透明電極膜（例えばＩＴＯ膜）、絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）、駆動回路等を設けることができる。
【００２５】
また背面基板２の内面には、シリカスプレーコーティングによって凹凸層８が形成されている。この凹凸層８の中心線平均粗さＲａは、０．１２μｍ、最大粗さＲｔは、１．５μｍである。
【００２６】
さらに凹凸層８の表面には、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した半透過反射膜６が形成され、この半透過反射膜６の表面も凹凸面になっている。半透過反射膜６は、表１に示すように、ＴｉＯ２からなる高屈折率膜（屈折率ｎ＝２．３２）と、ＳｉＯ２からなる低屈折率膜（屈折率ｎ＝１．４５）とを交互に６層積層した構成を有している。各層はスパッタリング法によって成膜され、透過率が７０％、反射率が３０％となるように設計されている。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また半透過反射膜６の表面には、カラーフィルター７が形成され、このカラーフィルター７には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色層が所定パターンで配列されている。カラーフィルター７は、３８０〜７８０ｎｍの波長域の全ての光に対して２５％以上の透過率を有すると、明るい反射型カラー表示と透過型カラー表示を実現できるため好ましい。また背面基板２の外側には、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）からなるバックライト５が配置されている。尚、バックライト５の光源として、蛍光管やＬＥＤ（発光ダイオード）を使用する場合には、導光板と組み合わせて使用し、光源からの光を導光板の端面から入射させ、導光板の片側表面全体から液晶パネルに向かって出射するようにすれば良い。
【００２９】
実施形態１の液晶表示装置は、上記のような構成を有するため、反射型表示と透過型表示の両方が可能である。まず反射型として用いる場合には、太陽光や照明光は、前面基板１、液晶層３、カラーフィルタ７を順に透過した後、半透過反射膜６によって反射され、その反射光が増反射効果により高められ、再びカラーフィルタ７、液晶層３を通過し、前面基板１から出射される。また透過型として用いる場合には、バックライト５の光は、背面基板２、半透過反射膜６、カラーフィルター７の順に透過した後、液晶層３に導入され、前面基板１から出射される。こうして反射型もしくは透過型のいずれの場合でも、安定した鮮明な色表示が得られ、また映り込みを防止でき、広視野角の明るい画像表示が得られ、しかも安価に製造可能である。その結果、反射型および透過型の両機能を満足し得る程度まで特性を高めた高性能な半透過型液晶表示装置を実現できる。
【００３０】
（実施形態２）
図２は、本発明における第２の実施形態の液晶表示装置の構造を示す概略縦断面図である。ガラス基板（日本電気硝子社製ＯＡ−１０）からなる前面基板１と背面基板２との間には、液晶層３が枠状のシール材４によって封止されて液晶パネルが形成されている。背面基板２の内面には、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した半透過反射膜６が形成され、この半透過反射膜６の上に、シリカスプレーコーティングによって凹凸層８が形成されている。尚、図中、５はバックライト、７はカラーフィルターを示し、バックライト５、半透過反射膜６、カラーフィルター７及び凹凸層８は、いずれも実施形態１と同様の条件で形成した。
【００３１】
この実施形態２の液晶表示装置は、凹凸層８が半透過反射膜６の上に形成されてなるため、実施形態１の液晶表示装置に比べて、光の反射面と屈折面が多くなり、より広い角度で拡散反射することになる。
【００３２】
（実施形態３）
図３は、本発明における第３の実施形態の液晶表示装置の構造を示す概略縦断面図である。ガラス基板（日本電気硝子社製ＯＡ−１０）からなる前面基板１と背面基板２との間には、液晶層３が枠状のシール材４によって封止されて液晶パネルが形成されている。背面基板２の内面には、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した半透過反射膜６が形成され、この半透過反射膜６の上には、シリカスプレーコーティングによって凹凸層８が形成され、この凹凸層８の上には、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した半透過反射膜９が形成されている。尚、図中、５はバックライト、７はカラーフィルターを示し、バックライト５、半透過反射膜６、９、カラーフィルター７及び凹凸層８は、いずれも実施形態１と同様の条件で形成した。
【００３３】
この実施形態３の液晶表示装置は、凹凸層８の上下に、半透過反射膜６、９が積層されてなるため、実施形態２の液晶表示装置に比べても、光の反射面と屈折面が多くなり、より広い角度で拡散反射することになる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置は、半透過反射膜の光散乱特性を自由に設計することができ、映り込みを防止すると共に、広視野角の表示を得ることが可能であり、しかも安価に生産することが可能である。よって携帯電話、ＰＨＳ、電子手帳、携帯情報端末、電子計算機、各種操作パネル等に使用される半透過型液晶表示装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半透過型液晶表示装置を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係る他の半透過型液晶表示装置を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明に係る他の半透過型液晶表示装置を示す概略縦断面図である。
【図４】従来の半透過型液晶表示装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  前面基板
２  背面基板
３  液晶層
４  シール材
５  バックライト
６、９  半透過反射膜
７  カラーフィルター
８  凹凸層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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