(57)【要約】【課題】反射表示電極とこの反射表示電極から延びる引回し電極との接続が安定し、配向特性を安定化することができる半透過型液晶表示装置を提供する。【解決手段】  基板１２上に表面が凹凸形状の凹凸層１９、金属反射層１８および透明電極８からなる反射表示電極２０、配向膜９を有する一方の基板１２と、少なくとも透明表示電極５、配向膜６を有する他方の基板との間に、前記反射表示電極２０と透明表示電極５が互いに交差するようにして液晶層１６を介在させ、一方の基板１２の外方にバックライト１５を具備し、前記反射表示電極２０の端部から引回し電極２３を形成した半透過型液晶表示装置である。そして、凹凸層１９は、表面の平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍ、その平均厚みを１．０μｍ以下に設定した。【選択図】図３
2005215329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が凹凸形状の凹凸層、該凹凸層上に金属反射層およびストライプ状の透明電極からなる反射表示電極および配向膜を有する一方の基板と、
少なくともストライプ状透明表示電極、配向膜を有する他方の基板とを、
前記反射表示電極と透明表示電極が互いに交差するようにして液晶層を介在させて貼り合わせ、且つ前記一方の基板の外方にバックライト手段を配置させるとともに、
前記反射表示電極と透明表示電極が交差しあう領域を画素領域、該画素領域が縦横に並ぶ領域を表示領域、表示領域の外側領域を電極引回し領域とし、
前記凹凸層を前記表示領域に、前記金属反射層を各画素領域の一部に形成するとともに、前記反射表示電極の端部を電極引回し領域に形成した引回し電極に接続してなる半透過型液晶表示装置において、
前記凹凸層は、その表面の平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍ、平均厚みを１．０μｍ以下に設定したことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項２】
前記一方の基板の外側主面に位相差層および偏向板を貼付したことを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は１つの画素領域に反射領域と透過領域とを有する半透過型液晶表示装置に関し、特に、液晶配向制御が安定し、且つ引回し電極が安定した半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は小型もしくは中型の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精細のモニターにまで使用されている。また、液晶表示装置の表示モードとして、液晶表示素子とバックライト手段とを具備し、バックライトの光を液晶素子に透過させて表示を行う透過型液晶表示装置、液晶表示素子と反射部材とを具備し、表示面側から入射された光を反射部材で反射させて表示を行う反射型液晶表示装置などがある。その他の表示モードとして、半透過型液晶表示装置がある。この半透過型液晶表示装置は、バックライト手段を具備し、このグックライトの光を、液晶表示素子に透過させるとともに、必要に応じて表示面側から入射された光を液晶表示素子内で反射させるものである。例えば、液晶表示素子の内部や表示面と反対側に位置する基板の外側主面にハーフミラー（バックライトの光を透過させるとともに、表示面側からの光を反射する膜）を設けたり、また、一対の透明電極が互いに交差する画素領域の一部に反射層を設けることにより、１画素領域内に、反射部と透過部とを具備させるものである。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置によれば、太陽光、蛍光灯などの外部の光を、ハーフミラーや各画素領域の反射部で反射し、バックライトの光をハーフミラーや各画素領域の透過部で透過明していた。尚、ハーフミラーを利用した液晶表示装置としては、例えば、特開平８−２９２４１３号、特開平７−３１８９２９号が例示できる。
【０００４】
尚、かかる半透過型液晶表示装置は、表示面と反対側に位置する基板の内面上にハーフミラーを設け、表示面側に位置する基板の外側に光散乱機能を有する散乱層を設けることで機能分離型となしたものも知られている。
【０００５】
上記のような半透過型液晶表示装置によれば、ハーフミラーとしては、アルミニウム、クロム、銀などからなる薄膜あるいはアルミニウム合金、クロム合金、銀合金からなる薄膜を用い、その厚みを通常５０〜５００Åに設定していた。
【０００６】
しかしながら、ハーフミラーを用いて、前述のような機能分離型の半透過型液晶表示装置では、表示面側の周囲からの光が液晶表示素子に入射する際に、入射光は光進行方向に散乱すると同時に、光散乱層によって入射光側に散乱される光が生じる、即ち、後方散乱してしまい、安定した液晶表示が困難であるという問題あった。このような後方散乱は各画素領域におけるＯＮ／ＯＦＦ状態に限らず常に発生し、このために非選択時（ＯＦＦ状態で）黒輝度が高くなり、コントラストが低下していた。また、ハーフミラー（光半透過膜）をある反射率、透過率の割合で形成し、それをもって反射時と透過時の明るさを制御していたが、光が半透過膜を通過する際に生じる光の吸収損失により光利用効率が低下したり、反射時と透過時の色度バランスの調整が困難であるという課題があった。
【０００７】
また、半透過型液晶表示装置である各画素領域に金属反射層を形成した反射部と、反射層が形成されていない透過部とを具備した構造では、光透過ホールを微細なホール状に形成することで、反射膜に対しフォトリソグラフィ工程などでホールを形成することで、かかる微細な形状および大きさを制御することは困難であった。
【０００８】
また、このような構造において、外部から入射された光を均一に散乱させるため、表示面側と反対の基板の内面に光散乱機能を具備させるため、金属反射層の表面を凹凸にすることが考えられる。即ち、金属反射層の直下に表面が凹凸形状の凹凸層を形成する。
【特許文献１】特開２００３―１８６０２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
表示側基板と反対に位置する基板の内面に、凹凸層を形成する場合、この凹凸層の存在により、基板表面と画素領域を形成する透明電極の電極表面との間に厚み方向で差異が発生してしまう。その結果、透明電極の端部から信号を供給する引回し電極を形成した際に、安定して引回し電極が形成されないという問題があった。さらに、凹凸層の表面形状がそのまま、配向膜の表面形状に影響することになり、この凹凸層の形状次第で、配向膜をラビング処理した後の配向特性が、画素領域の凹部分や凸部分で相違してしまい、その結果、安定した液晶表示が困難になるという問題を有していた。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みて案出したものであり、その目的は、他方の基板に形成する凹凸層を特定することにより、反射表示電極とこの反射表示電極から延びる引回し電極とが安定し、且つ、配向特性に差異が発生することがない半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半透過型液晶表示装置によれば、表面が凹凸形状の凹凸層、該凹凸層上に金属反射層およびストライプ状の透明電極からなる反射表示電極および配向膜を有する一方の基板と、少なくともストライプ状透明表示電極、配向膜を有する他方の基板との間に、前記反射表示電極と透明表示電極が互いに交差するようにして液晶層を介在させ、且つ前記一方の基板の外方にバックライト手段を具備させるとともに、
前記反射表示電極と透明表示電極が交差しあう領域を画素領域、該画素領域が縦横に並ぶ領域を表示領域、表示領域の外側領域を電極引回し領域とし、前記反射表示電極の端部を電極引回し領域の引回し電極に接続させるとともに、且つ前記凹凸層を前記表示領域に前記金属反射層を各画素領域の一部に形成してなる半透過型液晶表示装置において、
前記凹凸層は、その表面の平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍ、平均厚みを１．０μｍ以下に設定した。当然、平均厚みの加減は、平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍが形成できる厚みとなり、たとえば０．０１μｍである。
【００１２】
また、前記一方の基板の外側主面に位相差層および偏向板を貼付した。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、一方の基板に形成した凹凸層は表示領域のみに形成され、電極引回し領域に形成されていない。このため、引回し電極の形成が安定化するとともに、引回し電極に外部回路部品を接続する際においても、目視や画像認識で引回し電極の一部を読み取るようにしても、非常に安定して認識することができ、外部回路部品と確実な接続が可能となる。
【００１４】
また、凹凸層の平均厚みが、１．０μｍ以下に設定しているため、凹凸層の上部に存在する反射表示電極とこの反射表示電極の端部から延びる引回し電極とが、表示領域と電極引回し領域との境界で電極切れが一切発生しない。その結果、各反射表示電極に安定した信号（駆動電圧）を供給できる。
【００１５】
また、凹凸層の表面の平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍとなっているため、液晶と接触する配向膜の表面も平均凹凸高低差が極小化してしまい、その結果、液晶に及ぼす配向特性が均一化して配向ムラが発生することがなく、安定した表示が維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の半透過型液晶表示装置を図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の半透過型液晶表示装置の概略構造を示す断面図であり、図２は、一方の基板（表示面と反対側の基板）の構造を示す部分断面図であり、図３は、一方基板側の透明電極と引回し電極との境界部分を示す部分断面図である。尚、図では、カラー表示可能な半透過型液晶表示装置を示している。
【００１８】
本発明の半透過型液晶表示装置は、液晶表示素子とバックライト手段とから構成されている。
【００１９】
液晶表示素子２２は、少なくともストライプ状透明表示電極５、配向膜６を有する表示側基板（他方の基板）４と、表面が凹凸形状の凹凸層１９、該凹凸層１９上に反射表示電極２０、配向膜９を有する裏面側基板（一方の基板）１２と、液晶層１６とから構成されている。尚、反射表示電極２０は、透明電極８と金属反射層１８とが一部積層されて構成されている。
【００２０】
尚、基板４に形成された透明表示電極５と、一方の基板１２の反射表示電極２０は互いに直交する方向に延びており、平面視したとき、両表示電極５、２０が互いに直交する。この表示電極５、２０が交差する領域が画素領域となる。また、この透明表示電極５、反射表示電極２０が夫々複数形成されており、平面視したとき、透明表示電極５、反射表示電極２０の交差によって形成される画素領域が縦横に配列され、その結果、表示領域が形成される。
【００２１】
また、基板４、１２の内面で、表示領域の外側には、表示領域を構成する各透明電極に駆動電圧を供給する引回し電極２３が形成されている。この引回し電極２３が形成される領域を電極引回し領域という。
【００２２】
また、バックライト手段１５は、面発光される導光板と、冷陰極管、蛍光管、発光ダイオードなどからなる光源とから構成されている。
【００２３】
バックライト手段１５は、液晶表示素子２２の裏面側基板１２の外側に配置されている。
【００２４】
液晶表示素子２２を構成する他方の基板４の内面側主面には、カラーフィルタ１０、平滑層７、透明表示電極５、配向膜６が順次形成されている。このカラーフィルタは、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つ色素または顔料を有する樹脂膜からなり、夫々の１色のカラーフィルタ１０が、画素領域に対応して形成される。尚、カラーフィルタ１０は、例えば、画素領域間に埋設するように黒色のカラーフィルタを配置される場合がある。
【００２５】
また、平滑層７はアクリル樹脂などの透明樹脂からなり、主にカラーフィルタ１０の厚み方向のバラツキを緩和し、透明表示電極５、配向膜６を安定的に被着させるために形成されている。
【００２６】
また、透明表示電極５は図面の左右方向に延びるものであり、例えば、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）などから構成されている。この透明表示電極５の端部は、表示領域から延出され、引回し電極となり、電極引回し領域に形成される。
【００２７】
また、透明表示電極５を覆うように少なくとも表示領域には、配向膜６が形成されている。配向膜６は、ポリイミド樹脂などからなり、ラビングローラーなどを用いて配向処理されている。
【００２８】
一方の基板１２の内面側主面には、表示領域となる領域に凹凸層１９が形成され、この凹凸層１９上で各画素領域の一部にクロム、アルミニウム、銀等の金属反射層１８が形成されている。また、金属反射層１８上にはストライプ状の透明電極８が形成されている。この金属反射層１８と透明電極８によって反射表示電極２０が構成され、反射表示電極１８の厚みは、０．０５〜１．０μｍ、好適には０．１〜０．４μｍとなっている。そして、この反射表示電極２０は、図面の奥行き方向に延びて形成されている。このような反射表示電極２０を覆うように、表示領域となる領域には、配向膜９が形成され、他方の基板４側と同様に、配向処理されている。
【００２９】
また、反射表示電極２０は、その端部が表示領域から電極引回し領域に延出されている。この電極引回し領域に形成された引回し電極２３は、透明電極８と同様のＩＴＯで形成されたり、アルミニウムで形成されたり、また、必要に応じてアルミニウムとＩＴＯとなどを積層した配線構造となっている。例えば、引回し電極２３が、ＩＴＯからなる場合には、ＩＴＯからなる透明電極８を形成する際に同時に形成すればよく、また、引回し電極２３がアルミニウムの場合には、金属反射層１８を形成する際に同時に形成すればよく、また、引回し電極がアルミニウム、ＩＴＯの積層構造である場合には、それぞれ金属反射層１８、透明電極８を形成する際に同時に順次形成すればよい。尚、透明電極８や金属反射層１８と引回し電極が相違する場合には、引回し電極２３のみを別途形成すればよい。
【００３０】
前記凹凸層１９は、他方の基板１２の表示領域に相当する領域のみに形成されており、その周囲に存在する電極引回し領域には基板１２の表面が平坦な面となっている。そして、この凹凸層１９は基板１２の表面を凹凸処理して、表面の一部を凹凸層とした構造や、基板１２の表面上表面が凹凸の部材を被着形成するという構造がある。尚、図では、基板１２の表示領域に凹凸層１９を形成している例を示している。表面を凹凸処理する方法としては、基板１２の表面にサンドブラスト処理を行ない、微少な固体粒子を基板に吹き付けることによって、その基板表面に凹凸をつけ、滑らかな凹凸とするために若干の表面エッチング処理をおこなうことにより形成する。また、基板１２の表面に感光性樹脂を塗布して、感光性樹脂の表面をフォトリソグラフィ技術により凹凸形状にエッチング処理して凹凸層１９を形成する。また、基板１２の表面に、表面が凹凸形状のフィルムを転写して形成する。
【００３１】
また、このような一対の基板４、１２の間には、たとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１６を介して挟持される。具体的には、どちらかの基板４または１２の表示領域の一回り大きい形状に、開口を有し且つ例えば導電性フィラーを含有したシール部材２１を形成し、その基板のシール部２１内にスペーサを均一に分散し、両基板４、１２を貼り合わせる。そして、そのシール部２１の開口から液晶層１６を注入して、開口を封止する。
【００３２】
また、他方の基板４の外側主面にポリカーボネイト等からなる第１位相差フィルム３と第２位相差フィルム２とヨウ素系の偏光板１とを順次配設する。これらの配設については、アクリル系の材料からなる粘着材を介することで貼り付ける。
【００３３】
また、一方の基板１２の外側主面にポリカーボネイト等からなる位相差フィルム１３とヨウ素系の偏光板１４とを順次配設し、その下方にバックライト１５を配設する。
【００３４】
そして、液晶表示素子２２に対して、この一方の基板１２の外方領域には、バックライト１５を配設されて、液晶表示装置が完成する。
【００３５】
以上のように、透明表示電極５と反射表示電極２０との交差領域である画素領域には、反射表示電極２０を構成する金属反射層１８は、その一部に透孔が形成されるように配置され、各画素領域には光を反射する反射部と、光を透過する透過部とが存在することになる。
【００３６】
上記構成の液晶表示装置の反射表示モードについて説明する。例えば太陽光、蛍光灯等の外部の光による入射光は、偏光板１、第２位相差フィルム２、第１位相差フィルム３を通過して、さらに基板４を通過し、カラーフィルタ１０、液晶層１６を通して、各画素領域の一部に形成された反射部の金属反射層１８に到達し、金属反射層１８にて光反射され、その反射光が基板４上から出射される。
【００３７】
ここで、反射表示モードにおいて、表示面側と反対側に配置された基板１２の主面に凹凸層１９が形成されているため、表面側の基板に形成していた光散乱層を設ける必要がないため、反射表示モードによるＯＦＦ時の輝度が低下し、コントラスト向上が実現できる。
【００３８】
透過表示モードを説明すると、バックライト１５の光は、基板１２の外側にポリカーボネイト等からなる位相差フィルム１３とヨウ素系の偏光板１４、基板１２を介して、凹凸層１９を介して画素領域の透過部を通過して、液晶層１６を透過することになる。
【００３９】
このように、光透過部を有する金属反射層１８を用いて、反射表示モードにおける光路と透過表示モードにおける光路を分離することで、従来の半透過膜で懸念された反射光と透過光における色度バランスのマッチングや半透過膜における光吸収損失等の課題が解消されることになる。
【００４０】
また、バックライト１５の光は、の光透過部を有する光反射膜を使用し、反射表示モードにおける光路と透過表示モードにおける光路を分離することで、従来の光半透過膜で懸念された反射光と透過光における色度バランスのマッチングや半透過膜における光吸収損失等の課題が解消された。
【００４１】
また、基板１２の凹凸層１９上に形成した反射表示電極２０の構成を、基板１２側に透明電極８を形成し、その透明電極８上に、画素領域の一部が透過部となる開口を形成することにより、金属反射層１８が表示面側に配置され、反射表示モードにおける金属反射層１８での反射損失が低減されることになる。
【００４２】
また、図  に示すように、基板１２の表示領域の外周には、電極引回し領域が形成され、反射表示電極２０の端部に接続する引回し電極２３が形成されている。このとき、凹凸層１９は、基板１２の表示領域に形成され、電極引回し領域には形成されていない。これにより、基板１２における電極引回し領域は平滑性が維持される。このため、この電極引回し領域に形成された引回し電極２３と基板１２との界面接合状態が安定し、引回し電極２３の剥離が発生することがない。また、引回し電極２３と同時に形成され、ＩＣチップや外部回路部品などが接続する際に利用される引回し電極２３の一部であるマーカーを目視や画像認識などによって認識する際には、引回し電極２３の形状が明瞭に読み取れるため、非常に安定した認識ができ、これにより、ＩＣチップや外部回路部品との実装が非常に安定化する。尚、外部回路部品とは、ＩＣを実装したフィルム基板などが例示できる。また、電極引回し領域の平滑性が良好であるため、ＩＣや外部回路部品の実装強度が向上し、また、実装工程におけるリペア性の向上を実現することができる。
【００４３】
また、表示領域に形成した反射表示電極２０と、電極引回し領域に形成した反射表示電極２０から延びる引回し電極２３とで、凹凸層１９の厚みによる段差が発生してしまう。しかし、この段差は、１．０μｍ以下となっている。このため、凹凸層１９の形成領域である表示領域から非形成領域である電極引回し領域にかけて、即ち、反射表示電極２０から引回し電極２３にかけて電極断線を防止できる。反射表示電極２０および引回し電極２３を同一構造として、その厚みを０．２μｍに設定し、凹凸層１９の平均厚みが０．３μｍ、０．５μｍ、０．９μｍ、１．０μｍ、１．２μｍ、１．４μｍに設定して、電極断線の発生率を調べた。その結果、凹凸層１９の平均厚みが０．３〜１．０μｍでは、電極断線の発生率が０％であり、１．２μｍでは、電極発生率が３〜８％となり、また、１．４μｍでは電極の発生率が２０％を越えてしまう。
【００４４】
尚、この厚みに関して、電極断線の防止は、薄いほど有効となるものの、凹凸層１９の厚みが薄いと、その表面に凹凸を安定して形成することができなくなる。この点を考慮して、平均厚みを０．０５〜１．０μｍに、好適には０．１〜０．４μｍにするとよい。
【００４５】
また、表面が凹凸の凹凸層１９を設けたことで、その上部の配向膜９の表面に凹凸表面となる。尚、配向膜９を平滑化するために、例えば、この基板１２側にも平滑層を形成すればよいものの、反射表示モードや透過表示モードの光が、平滑層を通過するため、表示輝度の低下を招いてしまう。このことをから、平滑層は基板４側のカラーフィルタ１０の凹凸を緩和するための平滑膜７にとどめている。
【００４６】
このように、基板１２側においては、平滑層が形成されていないため、反射表示モードや透過表示モードにおける光の損失を最小限にとどめている。即ち、配向膜９の表面凹凸については、凹凸層１９の平均凹凸高低差を制御している。平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍに、好適には０．０５〜０．３μｍすることにより、配向膜９の表面凹凸の高低差を緩和することができ、凸部および凹部ならびにその連続部分において液晶層１６の液晶分子の分子配向が乱れたり、所望のプレチルトやツイストが得られなくなってしまうという配向不良は一切発生しない。
【００４７】
この値は、ある一定の範囲（たとえば１画素領域）を直線スキャンした際の平均値であって、この平均高低差の測定方法によれば、基板上に形成した凹凸層１９表面上における凸部および凹部を触針膜厚計の触針を直線走査することにより得られる表面形状データから算出した凹凸段差の平均値である。
【００４８】
尚、上述の半透過型液晶表示装置を達成するための１画素領域あたりの光透過部の面積が１０〜８０％、光反射部の面積が９０〜２０％が望ましく、反射時・透過時とも実用上良好な視認性が得られる明るさが実現できる範囲として、更に好適には光透過部の面積が１５〜７０％、光反射部の面積が８５〜３０％にするとよい。
【００４９】
また、本発明の液晶表示装置において、凹凸層１９の平均厚み０．９μｍに設定し、表面の平均凹凸高低差を表６に示すごとく、幾とおりにも変えて、それぞれの反射率、反射コントラスト、透過率、透過コントラスト、反射時の散乱性および液晶配向性を測定し、その上で、さらに総合評価をおこなった。
【表１】
2005215329.tif 000003
【００５０】
反射時の散乱性については、次のように評価測定した。
【００５１】
反射表示モード特性の測定法によるＯＮ時の反射率に対し、配向異常等のない適正なパネル構成下（反射比率７５％、透過比率が２５％）において、二重丸印：反射率が３０〜３５％程度であり、適度な散乱性を有する、丸印：反射率が３０％前後であり、適度な散乱性を有する（二重丸印に比べると若干鏡面よりあるいは散乱性が強すぎる傾向にある）、バツ印：散乱性が弱すぎたり（鏡面的になってしまう）、強すぎたりする（反射率が低下し暗くなってしまう）ことにより散乱性が悪くなった場合である。
【００５２】
以上のとおり、凹凸層１９の平均凹凸高低差を０．０２〜０．５μｍに、好適には０．０５〜０．３μｍとすることにより、反射時の反射特性が丸印または二重丸印と良好となることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の半透過型液晶表示装置の概略構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す半透過型液晶表示装置の一方の基板（表示面と反対側の基板）の構造を示す部分断面図である。
【図３】図１に示す半透過型液晶表示装置の一方基板側の金属表示電極と引回し電極との境界部分を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、１４・・・偏向板
２・・・第二位相差フィルム
３・・・第一位相差フィルム
４・・・他方の基板
１２・・一方の基板
５・・・透明表示電極
２０・・反射表示電極
８・・・透明電極
１８・・金属反射層
６、９・・・配向膜
７・・・・平滑層
１０・・・カラーフィルタ
１３・・・位相差フィルム
１５・・・バックライト
１６・・・液晶層
１７・・・光散乱層
１８・・・反射金属電極
１９・・・凹凸層
２１・・・シール部材
２３・・・引回し電極
【図１】
2005215329.tif 000004
【図２】
2005215329.tif 000005
【図３】
2005215329.tif 000006