(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型液晶表示装置の一方の基板として用いられる光反射性基板の製造方法であって、
表面が平滑な透明基板の一方の面上に、感光性材料を所定厚さの膜状に塗布し、
その感光性材料膜を、液晶表示部の最小単位である１画素の長辺と短辺の長さの各１／２以下の長さを持つ面積を最大単位とする周期構造で形成された光透過パターンを有するフォトマスクを介して露光して現像し、
その後に所定温度で焼成することにより、前記感光性材料膜に曲面形状を有する凹凸を形成して前記透明基板の表面を粗面化し、
前記粗面上に光反射層を形成することを特徴とする光反射性基板の製造方法。
【請求項２】
前記フォトマスクの光透過パターンは、５０ミクロン以下の周期を最大とする周期構造を持つことを特徴とする請求項１記載の光反射性基板の製造方法。
【請求項３】
前記感光性材料は前記透明基板の一方の全面に塗布し、
前記フォトマスクにより前記感光性材料膜のほぼ全面を露光して現像し、その後に所定温度で焼成することにより、前記感光性材料膜に曲面形状を有する凹凸を形成して前記透明基板の表面をほぼ全面に渡って粗面化し、
前記粗面上の液晶表示部に相当する部分に、それぞれ前記光反射層を形成することを特徴とする請求項１または２記載の光反射性基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光反射性基板の前記光反射層上および前記粗面上に表面を平坦化するための平坦化層を介して透明電極が形成された電極基板を一方の基板として備えていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項５】
液晶表示部が、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１及び第２基板の間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの前記第１基板の外側には、２枚以上の位相差板、及び偏光板がこの順に配置され、前記液晶セル内の第２基板側に前記光反射層が形成されており、
前記液晶層において前記第１基板から前記第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θ１は１６０゜〜３００°であり、
前記液晶層の屈折率異方性Δｎ１と前記液晶層の厚さｄ１との積によって示される液晶層のリタデーション値Δｎ１・ｄ１は０．３０μｍ〜２．００μｍであることを特徴とする請求項４記載の反射型液晶表示装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の光反射層が半透過反射層であることを特徴とする半透過反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内面拡散反射方式の反射型液晶表示装置に関し、特にその光反射性基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置または半透過反射型液晶表示装置は、外光がある時はバックライトが無くても表示を見ることが出来るため、低消費電力化が可能であり携帯用に適している。
【０００３】
液晶表示装置を反射型として用いる場合、様々な方法があるが、表示を明るくする方法として、液晶セル内部に光反射層と凸凹層を設けるのが良い方法である。
【０００４】
液晶セル内部に光反射層と凸凹層を設ける方法としては、液晶表示パネルに用いられる一方のガラス基板上に、感光性材料であるポジ型感光性ポリイミド膜を形成し、所定の光透過パターンを有するフォトマスクを介して露光した後現像することにより無数の微細な凹凸を形成し、ガラス基板表面を粗面化する方法が提案されている。この場合、光反射層はこの粗面上に形成される。
【０００５】
ここで使用されるフォトマスクの光透過パターンには、液晶表示部の最小単位である１画素を最大単位とする周期構造を持たせている。また、その単位面積内においては、不規則に光透過口が配置されている。したがって、ガラス基板上に形成される凸凹層も、上記周期構造を有し、その単位面積内では凸凹が不規則に配置されている。
【０００６】
図１１には、上記フォトマスクの光透過パターンの周期構造の例が示される。本例では、液晶表示部の最小単位である１画素が３０５μｍ×９５μｍであり、線間は１０μｍである。よって、周期は横方向１０５μｍで、縦方向は３１５μｍとなっている。なお、フォトマスク４２には、各周期の単位面積内に上述の通り不規則に光透過口４４が配置されている。
【０００７】
また、図１２には、ガラス基板上に凸凹層を形成する位置の例が示される。図１２において、凸凹層は画素が存在する領域すなわち液晶表示部４６に相当する部分のみに、図１１に示された周期構造で形成される。
【０００８】
以上のようなフォトマスク４２が使用されるのは、画素の周期とフォトマスク４２の周期が異なるとモアレの発生の原因となるためである。また、ガラス基板全面をカバーでき、不規則な光透過口４４の配置を有するマスクパターンを作るには膨大なデータが必要となり現実的ではないことからも、このような方法が採用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法により反射型液晶表示装置および半透過反射型液晶表示装置を製造する場合には、画素のサイズ等を変更したときに、その都度凹凸を形成するためのフォトマスク４２を変更しなければならない。これは、フォトマスク４２の光透過パターンが、上述の通り、液晶表示部４６の最小単位である１画素を最大単位とする周期構造となっているためである。このため、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、上述の凸凹層の影響をなくし、液晶の配向性を向上させるためには、凸凹層と液晶層との間、具体的には光反射層の上に平坦化層を形成する必要がある。この時、凸凹層を液晶表示部のみに形成していると、平坦化層と合わせた厚さが厚くなり、液晶表示部と凸凹層が形成されていない他の部分との間で透明導電膜に段差が生じる。このため、透明導電膜が切断されてしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、低コストでモアレの発生のない反射型液晶表示装置および半透過反射型液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、反射型液晶表示装置の一方の基板として用いられる光反射性基板の製造方法であって、表面が平滑な透明基板の一方の面上に、感光性材料を所定厚さの膜状に塗布し、その感光性材料膜を、液晶表示部の最小単位である１画素の長辺と短辺の長さの各１／２以下の長さを持つ面積を最大単位とする周期構造で形成された光透過パターンを有するフォトマスクを介して露光して現像し、その後に所定温度で焼成することにより、感光性材料膜に曲面形状を有する凹凸を形成して透明基板の表面を粗面化し、粗面上に光反射層を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、上記光反射性基板の製造方法において、フォトマスクの光透過パターンは、５０ミクロン以下の周期を最大とする周期構造を持つことを特徴とする。
【００１４】
また、上記光反射性基板の製造方法において、感光性材料は透明基板の一方の全面に塗布し、フォトマスクにより感光性材料膜のほぼ全面を露光して現像し、その後に所定温度で焼成することにより、感光性材料膜に曲面形状を有する凹凸を形成して透明基板の表面をほぼ全面に渡って粗面化し、粗面上の液晶表示部に相当する部分に、それぞれ光反射層を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、反射型液晶表示装置であって、上記光反射性基板の光反射層上および粗面上に表面を平坦化するための平坦化層を介して透明電極が形成された電極基板を一方の基板として備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記反射型液晶表示装置において、液晶表示部が、対向面側にそれぞれ電極が形成された第１及び第２基板の間隙に液晶層が挿入された液晶セルを有し、該セルの第１基板の外側には、２枚以上の位相差板、及び偏光板がこの順に配置され、液晶セル内の第２基板側に光反射層が形成されており、液晶層において第１基板から第２基板に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θ１は１６０゜〜３００°であり、液晶層の屈折率異方性Δｎ１と液晶層の厚さｄ１との積によって示される液晶層のリタデーション値Δｎ１・ｄ１は０．３０μｍ〜２．００μｍであることを特徴とする。
【００１７】
また、半透過反射型液晶表示装置であって、上記光反射層が半透過反射層であ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（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】
図１には、本発明にかかる反射型液晶表示装置の実施形態の断面図が示される。図１において、ガラス等で形成された第１の透明基板１０及び第２の透明基板１２の対向面側には、それぞれ電極１４、１６が形成されており、この透明基板１０、１２の間隙には、液晶層１８が挿入された液晶セルが構成されている。また、第１の透明基板１０の外側には、２枚の位相差板２０、２２及び偏光板２４がこの順に配置されている。なお、上記電極１４、１６は透明電極として構成されている。
【００２０】
上記第１の透明基板１０の内側にはカラーフィルタ２６が配置され、このカラーフィルタ２６を覆って平坦化層２８が設けられている。他方、第２の透明基板１２の内側表面には、凸凹層３０が形成され、その上の液晶表示部に相当する部分に光反射層３２が形成されている。この光反射層３２の上にも平坦化層２８が設けられている。この平坦化層２８は、前述の通り、液晶の配向性を向上させるために設けられる。各平坦化層２８の対向面側には、それぞれ上述の電極１４、１６が形成されており、その内側にそれぞれ絶縁層３４、配向層３６が形成されている。２つの配向層３６の内側にはスペーサ３８が配置され、これによって形成されたスペースに上記液晶層１８が挿入されている。以上により、第１の透明基板１０及び第２の透明基板１２の間隙に上記液晶セルが形成される。なお、この液晶セルの側面側にはシール４０が設けられている。
【００２１】
本実施形態で使用した液晶層１８においては、第１の透明基板１０から第２の透明基板１２に向かって液晶分子の配向方向のねじれ角θ１は１６０゜〜３００°であり、液晶層１８の屈折率異方性Δｎ１と液晶層１８の厚さｄ１との積によって示される液晶層１８のリタデーション値Δｎ１・ｄ１は０．３０μｍ〜２．００μｍである。
【００２２】
上記凸凹層３０を第２の透明基板１２上に形成するには、表面が平滑な透明基板１２の一方の面上に感光性材料の膜を所定の厚さで塗布し、所定の光透過パターンを有するフォトマスク４２を介して露光した後現像し、その後所定温度で焼成することにより無数の微細な凹凸すなわち粗面を形成する方法による。この場合、感光性材料としては例えばポジ型感光性ポリイミドが使用される。この方法によれば、凹凸には所定の曲面形状が付与される。このようにして形成された透明基板１２上の粗面の上には光反射層３２が形成され、本発明にかかる光反射性基板が製造される。
【００２３】
なお、上記ポジ型感光性ポリイミドは、透明基板１２の一方の全面に塗布し、フォトマスク４２によりポジ型感光性ポリイミドの膜のほぼ全面を露光して現像し、その後上記同様に焼成して透明基板１２の表面をほぼ全面に渡って粗面化するのも好適である。これにより、第２の透明基板１２の表面の全面に渡って凸凹層３０を形成することができる。この場合、光反射層３２は液晶表示部に相当する部分のみに形成される。
【００２４】
このように、本実施形態にかかる反射型液晶表示装置では、光反射層３２上および光反射層３２が形成されていない粗面上に表面を平坦化するための平坦化層２８が形成され、この平坦化層２８を介して電極１６が形成された透明基板１２を一方の電極基板として備えている。
【００２５】
前述したように、従来のフォトマスク４２の光透過パターンは、液晶表示部４６の最小単位である１画素を最大単位とする周期構造を有している。これはモアレを回避するためである。しかしながら、最小単位である１画素を最大単位とする周期構造を持たせなくてもモアレを回避することができる。そこで、本実施形態では、最小単位である１画素の１／２以下の周期構造をフォトマスク４２の光透過パターンに持たせている。
【００２６】
その理由は以下の通りである。Ｘ方向の距離に依存した波を考える。aのピッチを持つ波を、cos2（（1/a）・Ｘ・π）とし、bのピッチを持つ波をcos2（（1/b）・Ｘ・π）とする。ここで、マイナスを考えない為に２乗している。これらの合成波は、
cos2（（1/a）・Ｘ・π）＋cos2（（1/a）・Ｘ・π）
＝cos（（a+b）/（ab）・Ｘ・π）cos（（a-b）/（ab）・Ｘ・π）+１
となる。これは、（ab）/（a+b）と（ab）/（a-b）のピッチの波が新たに出来た事を意味する。問題となるモアレは、（ab）/（a-b）のピッチである。aとbのピッチが近づくと（ab）/（a-b）は非常に大きなピッチとなる。aとbが人間に見えない小さいピッチであっても、（ab）/（a-b）のピッチが人間の目に見えて問題となる。
【００２７】
これを回避するためには、 a＞bのとき、b≦（１／２）・aの関係を満たせば良い。望ましくはb≦（１／３）・aの関係を満たせば良い。すなわち、液晶表示部の最小単位である１画素の長辺と短辺の長さの各１／２以下の長さを持つ面積を最大単位とする周期構造で形成された光透過パターンを有するフォトマスク４２を使用すればモアレの発生をなくすことができる。このことから、上記フォトマスク４２の周期構造の２倍以上の長辺と短辺の長さの画素を有する液晶表示部については、そのサイズによらず同じフォトマスク４２を使用できることがわかる。
【００２８】
一般に、フルドットカラー表示の場合の画素の最小単位は、１００×３００μｍ程度であるので、５０μｍ以下の単位の周期であればモアレが問題となるレベルとはならない。よって、５０μｍ以下の周期の光透過パターンのフォトマスク４２を作成すれば、どの機種にも対応するフォトマスク４２となる。これにより、従来のように機種毎にフォトマスク４２を準備する必要が無くなるので、低コストで凸凹層３０を作ることが可能となる。また、フォトマスク４２を作成するために必要なデータが小さなパターンの繰り返しである場合、必要とするデータ数が少なくなるため、この点でも低コストでフォトマスク４２を作成することが可能となる。但し、周期が小さすぎると反射光の干渉縞が問題となるので、周期は１０μｍ以上とする必要がある。
【００２９】
以上に述べた本実施形態にかかる反射型液晶表示装置では、図１に示されるように、第２の透明基板１２の表面の全面に渡って凸凹層３０が形成されている。図２には、この第２の透明基板１２上に凸凹層３０と液晶表示部４６が形成された様子が示される。これは、この一枚のガラス基板を用いて１２個の液晶セルを作る例を示している。図２に示されるように、液晶表示部４６以外の部分にも凸凹層３０を形成し、液晶表示部４６に相当する部分のみに光反射層３２を形成した後、第２の透明基板１２の全面に平坦化層２８を形成した場合、ギャップ制御が容易となる。何故なら、凸凹層３０を形成するときにエッチングを行うので、凸凹層３０が形成された部分は凸凹層３０が形成されていない部分に比べて相対的に膜厚が薄くなる。したがって、液晶表示部４６にのみ凸凹層３０が形成されていると、他の部分との膜厚に大きな差が生じギャップ制御が著しく難しくなるからである。
【００３０】
なお、光反射層３２も液晶表示部４６以外の部分に形成し、平坦化層２８を絶縁層とすることも可能であるが、切断面に光反射層３２が剥き出しとなると、光反射層３２に劣化が生じるおそれがある。また、液晶表示装置製造時の位置合わせ等は透過で行うため、透明基板１２の全面に光反射層３２を形成するのは望ましくない。
【００３１】
以上は、反射型液晶表示装置について述べたが、光反射層３２の代わりに半透過反射層を形成すれば、半透過反射型液晶表示装置とすることができる。図３には、本発明にかかる半透過反射型液晶表示装置の実施形態が示される。図３において図１と異なる点は、光反射層３２の代わりに半透過反射層４８が形成された点、及び第２の透明基板１２の外側表面にλ／４板５０、λ／２板５２、偏光板５４で構成された円偏光板５６と光源６０とがこの順序で形成されている点である。偏光板のかわりに、一方の直線偏光をほぼ透過し他方の直線偏光をほぼ反射する反射偏光板（例えば３Ｍ製ＤＢＥＦ）を用いても良い。また、円偏光板を選択反射を利用したものに置き換えても良い。
【００３２】
以下、上述の実施形態の具体例を実施例として説明する。
【００３３】
【実施例１】
表示部のサイズが約５ｃｍで、１２０×（１６０×ＲＧＢ）画素数の反射型液晶表示装置を以下の通り作成した。その構成は、図１に示されたものと同様である。
【００３４】
液晶層１８は、２４０度ツイストのＳＴＮで、液晶の屈折率異方性Δｎは０．１３、ギャップは５μｍでΔｎｄとしては０．６５μｍである。また、位相差板２０のΔｎｄは０．１３８μｍ、位相差板２２のΔｎｄは０．３８５μｍとした。光反射層３２と凸凹層３０とは、図１のように配置した。
【００３５】
本実施例では、液晶表示部の最小単位は、３０５μｍ×９５μｍであり、線間は１０μｍとした。よって周期は横方向１０５μｍで、縦方向は３１５μｍである。
【００３６】
凸凹層３０は、ポジ型感光性ポリイミド樹脂として日産化学社製ＲＮ−９０１を透明基板１２（ガラス基板）上にスピンナーにて厚さ２．０μｍに塗布し、８０℃で１０分間、バッチ炉にてプリベイクした。次に、その膜上に図４に示されるようにフォトマスクをセットし、プロキシミテイー型一括露光機にて露光した（波長３６５ｎｍ、露光量４０ｍｊ、プロキシミティーギャップ３００μｍ、露光機のコリメーションアングル３．４°）。フォトマスク４２には、図５に示されるようなサイズ（横１６μｍ、縦８μｍの楕円形状）の穴が、図６に示されるように、横方向に４０μｍ、縦方向に１００μｍの周期で配置されている。ただし、４０μｍと１００μｍの長方形の中においては穴はランダムに多数配置されている。
【００３７】
次に、東京応化社製のアルカリ溶剤ＮＭＤ−３（室温３０℃）にて２０分間現像し、１７０℃で６０分間加熱した後、３２０℃で３０分間ポストベイクを行った。これにより、図７に示されるような形状の凸凹層３０がガラス基板上に形成され、ガラス基板の表面が粗面化された。この場合、図２に示されるように、ガラス基板上には斜線に示す部分全てに上記凸凹層３０が形成されている。
【００３８】
この凹凸層３０上において、図２に示されるように、液晶表示部４６に相当する部分に光反射層３２としてアルミニウムを蒸着法により成膜した。この上部には、 SiO2もしくはSiO2／TiO2／ SiO2の様な積層構造を作ることにより、反射色の調整や、反射強度を制御した。以上により、本実施形態にかかる光反射性基板が作製された。
【００３９】
以上のようにして作製された光反射性基板を使用して本実施例にかかる反射型液晶表示装置を作製し、図８に示される評価系にて、−３０°入射光に対する反射光の角度依存性を測定した。その結果が図９に示される。
【００４０】
表示としては、電圧無印加時に低反射輝度を実現し、電圧印加に伴い高反射輝度を実現する様なモード(ネガモード)を採用した。更に、マルチプレックス駆動を用いデューティー比として１／１２０を用いた。また、使用したカラーフィルタ２６の特性は、反射型用に透過型用カラーフィルタより色純度を落とし、更にＲＧＢ各３色のバランスをＣ光源下で無彩色となるように調整した、視感度透過率Yは５３％であった。
【００４１】
本実施例にかかる反射型液晶表示装置では、特にモアレも感ずること無く、明るい表示を得ることができた。本実施例により、画素サイズに合わせた周期を用いること無く凸凹層を作成しても問題無いことが証明された。
【００４２】
【実施例２】
実施例１の構成のうち、フォトマスク４２として、図５に示された横１６μｍで縦８μｍの楕円形状の穴が、図１０に示されるように３５μｍと３５μｍの正方形の中においてランダムに多数配置され、この横方向に３５μｍ、縦方向に３５μｍの周期を持たせて縦方向と横方向に同様のパターンが配置されたものを使用した。
【００４３】
上記フォトマスク４２を使用して凸凹層３０を形成した透明基板１２を作製した場合にも、モアレを感ずること無く、明るい表示を得ることができた。
【００４４】
【実施例３】
実施例１の構成で、光反射層３２の代わりに半透過反射層４８を配置し、透明基板１２の外側表面に広帯域円偏光板５６を積層し、広帯域円偏光板５６の下方にバックライト（光源６０）を配置した以外は同じとした。この構成は図３に示される。
【００４５】
半透過反射層４８としては、偏光解消(偏光回転)が少ないものが好ましく、Alのハーフミラーを用いた。Alの上部に SiO2もしくはSiO2／TiO2／ SiO2の様な積層構造を作ることにより、反射色の調整や、反射強度を制御した。反射と透過の割合は７：１とした。
【００４６】
本実施例のように、半透過としてもモアレを感ずること無く明るい表示を得ることができた。また、外光が無い場合においても、半透過であるためバックライトの効果により表示を視認することが可能となり応用範囲が広がった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モアレの発生がなく、どの機種にも対応できるフォトマスクを得られるので、従来のように、機種毎にフォトマスクを準備する必要が無くなり、低コストで凸凹層を作製することが可能となる。
【００４８】
また、本方式を用いた凸凹層を用いた基板を用いれば、反射型液晶表示装置および半透過反射型液晶表示装置において、ギャップ制御も容易となり、均一性が高い、ムラの少ない表示を実現できる。
【００４９】
さらに、本発明の半透過反射型および反射型液晶表示装置、特にカラーフィルタを用いた半透過反射型液晶表示装置は、屋外での使用を前提とする携帯用の電子機器、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ブック、電子辞書、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ぺージャー、携帯位置検出装置（ＧＰＳ）、携帯魚群探知機、携帯ゲーム機などに用いた場合に、その良好な視認性、表現力と合わせて高い機能性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる反射型液晶表示装置の一実施形態を説明する模式的断面図である。
【図２】  一枚の透明基板から多数の液晶セルを作成する場合において、透明基板上に凸凹層を作成し光反射層を作成する場所の説明図である。
【図３】  本発明にかかる半透過反射型液晶表示装置の一実施形態を説明する模式的断面図である。
【図４】  光反射性基板の製造方法を説明するための模式図である。
【図５】  フォトマスク基板の一つの穴の寸法を示す図である。
【図６】  フォトマスク基板の凸凹の周期性の例を示す図である。
【図７】  透明基板上に作成された凸凹部の模式的斜視図である。
【図８】  凸凹反射層の反射光強度の角度依存性を測定する評価系の説明図である。
【図９】  実施例によって作成された反射型液晶表示装置の反射光強度の角度依存性を示す図である。
【図１０】  フォトマスク基板の凸凹の周期性の他の例を示す図である。
【図１１】  従来例として、フォトマスク基板の凸凹の周期性を示す図である。
【図１２】  従来例として、透明基板上に凸凹層を作成する場所を示す図である。
【符号の説明】
１０  第１の透明基板、１２  第２の透明基板、１４，１６  電極、１８  液晶層、２０，２２  位相差板、２４  偏光板、２６  カラーフィルタ、２８  平坦化層、３０  凸凹層、３２  光反射層、３４  絶縁層、３６  配向層、３８  スペーサ、４０  シール、４２  フォトマスク、４４  光透過口、４６  液晶表示部、４８  半透過反射層、５０  λ／４板、５２  λ／２板、５４  偏光板、５６  円偏光板、６０  光源。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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