(57)【要約】【課題】反射型液晶表示素子において、最大反射強度方向を制御し、それを観察方向に近づけて観察方向における輝度を高くし、見栄えを良くする。【解決手段】背面側の基板３に、拡散層８と、前記拡散層８の上に形成された反射層１１とを有し、前記拡散層８は、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置した第１の拡散層９と、前記第１の拡散層９の上に不均一な形状の凹凸を不規則に配置した第２の拡散層１０とを備える。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面側の基板に、拡散層と、前記拡散層の上に形成された反射層とを有する液晶表示素子において、前記拡散層が、それぞれ斜面を備えた複数の溝が規則的に配置された形状を有し、前記斜面の少なくとも一部が粗面化されていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
請求項１において、前記拡散層は、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置した第１の拡散層と、前記第１の拡散層の上に不均一な形状の凹凸を不規則に配置した第２の拡散層とからなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記液晶表示素子は、携帯機器に使用されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】
背面側の基板に、拡散層と、前記拡散層の上に形成された反射層とを有する液晶表示素子の作製方法において、
背面側の基板に、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置した第１の拡散層を形成する工程と、
前記第１の拡散層の上に、不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を貼り付けて第２の拡散層を形成する工程と、
前記第１および第２の拡散層の上に、反射層を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示素子の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、前記第２の拡散層を形成する工程は、前記不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層とベース層とを備えたフィルムをローラーで前記第１の拡散層に熱圧着して、前記不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を前記第１の拡散層に貼り付けることを特徴とする液晶表示素子の作製方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記第１の拡散層を形成する工程は、グレースケールマスクを使用して感光性樹脂を露光、現像することで前記第１の拡散層の各斜面を形成することを特徴とする液晶表示素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前面からの光を反射して表示する液晶表示素子およびその作製方法に係り、特に、光を散乱させる拡散層を有する液晶表示素子およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前面からの光を反射して表示する液晶表示素子としては、反射型液晶表示素子および半透過反射型液晶表示素子が知られている。これらの液晶表示素子は、低消費電力で表示でき、薄型および軽量にできるので、様々な用途で活用されている。特に、携帯電話、携帯端末、ビデオカメラ、ノートパソコン、携帯用ゲーム機等の携帯機器において広く採用されている。
【０００３】
前面からの光を反射して表示する液晶表示素子は、前面からの光を反射するための反射層を有しているが、反射層が鏡面特性を持つ金属反射層を使用した場合、外部からの光は正反射するため、正反射方向以外では視認性が著しく低下した。このため、光を散乱させるための拡散層が必要であった。
【０００４】
拡散層としては、散乱機能を持たせたフィルムを液晶表示素子の前面側に貼付する方法、偏光板若しくは位相差板を貼り付けるための接着剤に散乱機能を持たせる方法、液晶表示素子の内部に散乱機能を持たせた層を形成する方法等が開発されている。最近は、反射特性の面から、液晶表示素子の背面基板に不均一な形状の凹凸を不規則に配置した拡散層を形成し、その上に凹凸形状に沿って反射層を設ける方式が主流となっている。
【０００５】
このような不均一な形状の微細な凹凸を有する拡散層は、反射光を乱反射させて視野角を広げる作用を有しているが、やはり正反射方向が一番反射強度が高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、携帯機器においては、その表示面を正面として見るため、液晶表示素子の画面上方から入射角３０°付近の光を利用することが多かった。このため、表示面の正面である観察方向と反射強度が高く明るい反射方向とが一致していなかった。また、拡散層の微細な凹凸は、フォトリソグラフィー技術を用いて形成されるものであり、散乱分布を制御することは可能であったが、反射強度が最大となる方向（以下、「最大反射強度方向」という）までは制御できなかった。
【０００７】
図を用いて説明すると、図７に示すように、一般的に観察方向は、液晶表示素子に対して垂直（正面）であるが、入射光はθの入射角で入射するため、正反射光はθの反射角で反射される。このため、携帯機器を使用する場合、液晶表示素子の画面上方から入射角３０°で入射した光は、画面下方の反射角３０°の方向において最も輝度が高くなってしまっていた。従って、従来の液晶表示素子は、最大輝度によって表示が行われている方向が観察方向とずれており、観察方向の表示は輝度が低く見栄えが悪いものであった。
【０００８】
本発明は、最大反射強度方向を制御し、それを観察方向に近づけて観察方向における輝度を高くし、見栄えの良い液晶表示素子を提供することを目的とする。そして、この液晶表示素子を簡単に作製する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明の液晶表示素子は、背面側の基板に、拡散層と、前記拡散層の上に形成された反射層とを有し、前記拡散層が、それぞれ斜面を備えた複数の溝が規則的に配置された形状を有し、前記斜面の少なくとも一部が粗面化されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成を採用したことにより、拡散層の斜面によって最大反射強度方向を制御することが可能であり、その粗面によって反射光を散乱させ、実用的な視野角を液晶表示素子に持たせることができる。
【００１１】
また、本発明の他の液晶表示素子は、前記拡散層が、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置した第１の拡散層と、前記第１の拡散層の上に不均一な形状の凹凸を不規則に配置した第２の拡散層とからなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液晶表示素子は、携帯機器に使用されることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、特定の角度で外光が入射することが多い携帯機器で、明るく見栄えの良い表示をすることができる。
【００１４】
更に、本発明の液晶表示素子の作製方法は、背面側の基板に、拡散層と、前記拡散層の上に形成された反射層とを有する液晶表示素子の作製方法において、背面側の基板に、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置した第１の拡散層を形成する工程と、前記第１の拡散層の上に、不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を貼り付けて第２の拡散層を形成する工程と、前記第１および第２の拡散層の上に、反射層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
このような構成を採用したことにより、第２の拡散層が不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を貼り付けるだけなので、複数の溝を有する第１の拡散層の上にも簡単に不均一な形状の凹凸を不規則に配置することができる。
【００１６】
また、上記液晶表示素子の作製方法において、前記第２の拡散層を形成する工程は、前記不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層とベース層とを備えたフィルムをローラーで前記第１の拡散層に熱圧着して、前記不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を前記第１の拡散層に貼り付けることを特徴とする。
【００１７】
また、上記液晶表示素子の作製方法において、前記第１の拡散層を形成する工程は、グレースケールマスクを使用して感光性樹脂を露光、現像することで前記第１の拡散層の各斜面を形成することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、液晶表示素子１の断面構造の概略図であり、図２は、図１の点線で囲った部分Ａの拡大図である。
【００２０】
液晶表示素子１は前面側の基板２および背面側の基板３から構成される。前面側の基板は、内側表面に電極４および配向膜５を有し、外側表面に位相差板６及び偏光板７を有している。背面側の基板３は、内側表面に拡散層８、反射層１１（図２参照）、平滑層１２、電極１３および配向膜１４を有している。
【００２１】
基板２と基板３は、互いの電極４、１３が向き合うように対向し、その間にセルギャップを一定の距離に保つためのスペーサ１５を散布した状態で両基板２、３の周囲をシール材１６により囲繞している。更に、両基板２、３およびシール材１６によって形成された空間に液晶物質１７を封入している。
【００２２】
液晶表示素子１をカラー表示とする場合は、更にカラーフィルター１８を設ける。図１では反射層１１の上に直接カラーフィルター１８を形成しているが、この位置に限定されるものではない。カラーフィルターは、平滑層１２の上に設けてもよいし、前面側の基板２に設けてもよい。
【００２３】
基板２、３は、通常、ガラス、合成樹脂等の透光性の材料が使用されるが、反射型液晶表示素子を作製する場合、背面側の基板３については透光性でなくてもよい。
【００２４】
背面側の基板３に形成された拡散層８は、第１の拡散層９および第２の拡散層１０とから構成されている。図３Ａ乃至Ｄは、拡散層８の断面形状を示すものであり、図中の矢印は入射光の入射方向を示している。
【００２５】
第１の拡散層９には、それぞれ斜面を備えた複数の溝が規則的に配置されており、この第１の拡散層９は、斜面の傾きによって最大反射強度方向を制御するようになっている。溝の形状は、入射光（少なくともその一部）が斜面で反射できるように構成されていればよい。すなわち、図１に示すように垂直面と斜面の２面構成でも、図３Ａに示すように斜面と斜面の２面構成でも、図３Ｂに示すように垂直面、水平面および斜面の３面構成でも、図３Ｃに示すように斜面、水平面および斜面の３面構成でもよい。また、最大反射強度方向を制御できるのであれば、溝の斜面は多少湾曲させてもよい。溝の配置は、図１に示すように同じ形状の溝を連続して配置してもよいし、図３Ｄに示すように間を規則的に設けて配置してもよい。
【００２６】
溝の形状は斜面が光源の入射方向に向くように配置され、斜面の傾きは水平面から２〜１５°の範囲が好ましく、溝の幅は３０〜６０μｍの範囲、特に４０〜５０μｍの範囲が好ましい。
【００２７】
第１の拡散層９の上に形成された第２の拡散層１０には、不均一な形状の凹凸が不規則に配置されており、この第２の拡散層１０は、第１の拡散層の斜面を粗面化し、反射光を乱反射させ視野角を広くするためのものである。第２の拡散層１０について、図１では凹凸のみ示しているが、図２に示すように表面に凹凸が配置された層が、第１の拡散層９の溝に沿って形成されるようにしてもよい。第２の拡散層１０の凹凸は、全面に配置してもよいが、図１並びに図３Ａ乃至Ｄに示すように斜面の底付近には凹凸を配置しないで、斜面の頂上付近および第２の拡散層１０の上平面（図３Ｄ参照）に配置する構成でもよい。
【００２８】
第２の拡散層１０は、斜面の底で凹凸表面が近づくように屈曲されるため、全面に凹凸を配置した場合、凹凸表面が衝突してうまく屈曲できず、第１の拡散層と第２の拡散層の間に隙間ができる虞があった。隙間は、製造工程中の水やガスがたまり、不良の原因となるし、液晶表示素子の信頼性の低下にもつながるものである。また、斜面の底付近は、斜め方向から光が入射した時に、隣の拡散層の陰になるため入射光が入射しにくいので、凹凸を配置しなくとも表示に与える影響は少なかった。このため、第２の拡散層１０の凹凸は、溝の幅が３０〜６０μｍの場合、斜面頂上側から１５〜３０μｍの幅の範囲に配置することが好ましい。第２の拡散層１０の凹凸の平均的な形状は、幅が２〜５μｍ、高さが０．５〜１．５μｍの範囲が好ましい。
【００２９】
拡散層８の他の実施の形態として、背面側の基板の表面自体を、それぞれ斜面を備えた複数の溝が規則的に配置された形状に成形し、その斜面の少なくとも一部が粗面化した構成でもよい。この場合、基板表面が拡散層８を兼ねることとなる。更に、基板として反射率の高い金属を使用した場合は、基板表面が拡散層８および反射層１１を兼ねることとなる。勿論、背面側の基板の表面自体を第１の拡散層９の形状に成形し、その上に第２の拡散層１０を設ける構成としてもよい。
【００３０】
反射層１１は、拡散層８の上に形成されており、第１の拡散層９および第２の拡散層１０によって構成された形状に沿って形成されている。反射層１１は、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属をスパッタ法や真空蒸着法等で成膜して形成される。金属からなる反射層１１は、導電性なので、背面側基板の電極１３を兼用させることも可能である。この場合、反射層１１はパターニングされて、各々のパターンに駆動電圧が印加される。また、半透過反射型液晶表示素子の場合は、反射層１１として、入射光を反射させるだけではなく、バックライトからの光の一部を透過する半透過反射層を使用する。
【００３１】
平滑層１２は、その上に形成される電極１３を平滑表面上に形成するためのものであり、樹脂等を塗布して形成される。
【００３２】
電極４、１３には、通常、ＩＴＯ等の透光性の導電膜が使用される。背面側の電極１３については、反射層１１を兼用させることで金属等の遮光性の材料を使用することも可能である。
【００３３】
次に、拡散層８の製造方法について述べる。
【００３４】
第１の拡散層９は、背面側の基板３に塗布された感光性樹脂をグレースケールマスクを用いて露光し現像することで形成することができる。グレースケールマスクとは、複数の段階的な濃淡を有する銀等の遮光帯が形成されたガラス等の基体によって構成されており、この段階的な濃淡を有する遮光帯は、所望のピッチによって照射密度を段階的に変化させた電子線を基体に照射することにより形成される。遮光帯の濃淡により感光される樹脂の量が変化するため、このようなグレースケールマスクを用いて感光性樹脂を露光すると、段階的な濃淡の変化に対応した斜面を形成することができるのである。
【００３５】
第２の拡散層１０は、不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層４１を第１の拡散層９に貼り付けることで形成できる。図４に示すように、不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層４１は、その凹凸表面にベース層４２を積層してフィルム４４の状態になっていて、ローラー４３で熱圧着されて第１の拡散層９に貼り付けられる。その後、ベース層４２を剥離して、第２の拡散層１０を形成する。
【００３６】
なお、不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層４１として感光性樹脂を使用し、ベース層４２の表面に不均一な形状の凹凸を不規則に配置してフィルム４４を構成した場合は、熱圧着後、層４１を露光して、層４１の表面に配置された凹凸を所定部分除去するようにしてもよい。
【００３７】
また、第１の拡散層９の作製方法として、第２の拡散層１０と同じように、予め所望の溝を配置した層を有するフィルムを基板３に貼り付けて形成することも可能である。
【００３８】
【実施例】
本実施例では、図１に示す構造の反射型液晶表示素子１を作製した。まず、背面側の基板３として０．７ｍｍ厚のガラス基板を使用し、ガラス基板上に第１の拡散層９となる感光性樹脂（ＪＳＲ株式会社製ＰＣ４１１Ｂ）をスピンコート法により４μｍの膜厚にて均一に塗布した。感光性樹脂に６０℃で仮乾燥処理を行った後、グレースケールマスクを用いて感光性樹脂を露光、現像した。その後、本焼成を行って第１の拡散層９を形成した。本実施例の第１の拡散層９は、図１に示すように、垂直面と斜面の２面構成の溝が連続して配置された断面が鋸歯状のものであり、溝の幅は４５μｍで、斜面の傾斜は水平面から約５°の角度であった。
【００３９】
次に、第１の拡散層９の上に第２の拡散層１０を形成した。第２の拡散層１０は、図４に示すように、予め不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層４１を第１の拡散層９に貼り付けることで形成した。本実施例では、フィルム４４として、日立化成工業株式会社製ＲＦ−４０５３（δ０）を使用した。フィルム４４は、ベース層４２の表面に不均一な形状の凹凸を不規則に配置して、その上に感光性樹脂であるレジストを積層することで、レジスト表面に不均一な形状の凹凸を不規則に配置して層４１としたものである。
【００４０】
第１の拡散層９の上にフィルム４４を重ね、層４１の凹凸が第１の拡散層９の溝の斜面の頂上付近に配置されるように位置あわせをし、ローラー４３によってフィルム４４を１００℃の温度で第１の拡散層９に押しつけ、層４１を第１の拡散層９に貼り付けた。その後、紫外線を照射してレジストである層４１を硬化して凹凸を固定した。最後に、ベース層４２を剥離して第２の拡散層１０を形成した。本実施例における第２の拡散層１０の凹凸は、平均して幅３μｍ、高さ１μｍの形状で、４５μｍの幅の溝のうち斜面頂上側から２０μｍの範囲に配置した。
【００４１】
そして、拡散層８の上に、銀パラジウム合金の反射層１１を拡散層８の形状に沿って形成した。その後、反射層１１の上にカラーフィルター１８、平滑層１２、透明電極１３および配向膜１４を順次積層して背面側の基板３を作製した。前面側の基板２は、基板２の上に透明電極４および配向膜５を積層して作製される。基板２と基板３は、互いの電極４、１３が向き合うように対向させ、その間にセルギャップを一定の距離に保つためのスペーサ１５を散布した状態で両基板２、３の周囲をシール材１６により囲繞した。更に、両基板２、３およびシール材１６によってできた空間に液晶物質１７を封入して液晶表示素子１を完成させた。
【００４２】
比較例として従来の反射型液晶表示素子を作製した。この反射型液晶表示素子については、図６に示すように、一対のガラス基板２１ａ、２１ｂのうち背面側のガラス基板２１ｂの表面に感光性樹脂を塗布し、マスクを用いて露光した後、現像、焼成することにより断面形状が椀状の溝を有する拡散層２２を形成した。さらに、拡散層２２の上に反射層２３を形成し、反射層２３の上に、表面が平坦となるように平滑層２４を形成した。その後、本発明の実施例と同様に透明電極２５および図示しない配向膜を形成して、同様の工程によって反射型液晶表示素子２６を完成させた。
【００４３】
本発明の実施例の反射型液晶表示素子１および従来の反射型液晶表示素子２６について、液晶表示素子の画面上方から３０°の入射角で光を照射した時の反射特性を測定した。測定結果を図５に示す。図５において、縦軸は反射強度を示し、横軸は、液晶表示素子に対して垂直な方向を０°として、画面上方を負の角度で、画面下方を正の角度で示している。従って、図５の−３０°の方向から、入射光は入射したことになる。
【００４４】
図５において、従来の反射型液晶表示素子２６が、正反射角度である３０°付近で最大の反射強度を得たのに対し、本発明の実施例の反射型液晶表示素子１は、正反射角度から−２０°の角度である１０°付近で最大の反射強度が得られている。さらに、図５から、本発明の実施例の液晶表示素子１における視野角が、従来と同程度に広がっていることがわかる。以上の通り、本発明の実施例は、最大反射強度方向を制御して観察方向に近づけることができ、同時に従来と同程度の視野角を実現している。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の液晶表示素子は、前記拡散層の表面形状が、それぞれ斜面を備えた複数の溝を規則的に配置し、前記斜面の少なくとも一部に不均一な形状の凹凸を不規則に配置した形状であるため、拡散層の斜面によって最大反射強度方向を制御することが可能であり、斜面に配置された不均一な形状の凹凸によって反射光を散乱させ、実用的な視野角を液晶表示素子に持たせることができる。
【００４６】
また、本発明の液晶表示素子を携帯機器に使用すれば、特定の角度で外光が入射することが多い携帯機器で、明るく見栄えの良い表示をすることができる。
【００４７】
更に、本発明の液晶表示素子は、第２の拡散層が不均一な形状の凹凸を不規則に配置した層を貼り付けるだけで作製できるので、複数の溝を有する第１の拡散層の上にも簡単にが不均一な形状の凹凸を不規則に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子の断面構造の概略図
【図２】液晶表示素子の拡散層部分の拡大図
【図３】拡散層の断面構造の例を示す図
【図４】第２の拡散層の作製方法を示す図
【図５】液晶表示素子の反射特性を示す図
【図６】比較例の液晶表示素子の断面構造の概略図
【図７】入射光と反射光の関係を示す図
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　液晶表示素子
２、３　　　　　　　　基板
４、１３　　　　　　電極
５、１４　　　　　　配向膜
６　　　　　　　　　　　　位相差板
７　　　　　　　　　　　　偏光板
８　　　　　　　　　　　　拡散層
９　　　　　　　　　　　　第１の拡散層
１０　　　　　　　　　　第２の拡散層
１１　　　　　　　　　　反射層
１２　　　　　平滑層
１５　　　　　　　　　　スペーサ
１６　　　　　　　　　　シール材
１７　　　　　　　　　　液晶物質
１８　　　　　　　　　　カラーフィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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