(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状にパターニングされた透明電極を有する一対の支持基板を含み、上記一対の支持基板のうち少なくとも表示観察面側の支持基板の透明電極を含む面に絶縁膜が形成されており、反射状態で観察される上記透明電極のパターン見えを回避するために、
上記表示観察面側の支持基板の透明電極形成面側に上記絶縁膜に膜厚分布を与えるための山と谷の深さが３μｍ以上である凹凸が形成されており、上記表示観察面側の上記絶縁膜が、上記透明電極の屈折率に対して差が０．１５以内の屈折率であり、かつ、半径５００μｍの面積内における膜厚分布が±５００Å以上の分布を有している膜であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
上記絶縁膜に代わりとして配向膜が用いられる請求項１に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関し、さらに詳しく言えば、ＩＴＯよりなる透明電極が反射状態で観察される現象を回避する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子に利用される透明電極には、一般的にＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）が用いられており、その電極パターンはＩＴＯ導電膜をパターニングすることにより作成される。ＩＴＯの屈折率は約１．９程度であり、支持基板であるガラス基板の屈折率１．５程度と比べると大きい。
【０００３】
したがって、ＩＴＯが有るところと無いところとでは、外光による反射強度が異なるため、ＩＴＯのパターンが見えてしまい、表示品位を著しく劣化させることになる。この現象が、いわゆる「ＩＴＯ骨見え」というものである。
【０００４】
このＩＴＯ骨見えを回避する手段の一つとして、ＩＴＯの屈折率や膜厚、ＩＴＯ上に形成される絶縁膜や配向膜の屈折率や膜厚を最適に調整することが知られており、その最適条件は理論計算によって導出することができる。ＩＴＯ骨見え現象は理論上、屈折率の異なる多層膜の反射として扱うことが可能であるため、一般的な多層膜の反射の計算により特性を理解することができ、計算結果と実験結果は相対的にほぼ一致することが確認されている。
【０００５】
ところで、多くの場合、液晶表示として液晶分子を９０゜ツイストさせるＴＮ型液晶が使用されている。このＴＮ型液晶おいて、白黒の無彩色性の向上のためにＭＴＮ（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）と言う液晶表示タイプがある。これは、液晶層のギャップに分布を持たせる方法である。
【０００６】
液晶層にギャップ分布を持たせる方法としては、ガラス基板に凹凸フロスト処理を施す方法が知られている。例えば、ＨＦ（フッ化水素）によるエッチング処理で、山谷のピッチが約１００μｍ程度，山谷の深さが約５．５μｍ程度の凹凸レベルを得ることができる。なお、山谷のピッチとは、凹凸形状の隣り合う山と山との距離を言う。
【０００７】
このガラス基板の凹凸上に成膜する方法は、ドライプロセスであるスパッター法と、溶剤塗布タイプのフレキソ印刷法やスピンコート法とに大別される。前者のスパッター法によれば、成膜された膜にほとんど膜厚分布が生じないが、装置が高価であること、成膜に時間がかかること、また、成膜物が無機材に限られることなどから、あまり実用的ではない。
【０００８】
これに対して、後者のフレキソ印刷法やスピンコート法によると、装置が比較的安価で、短時間での成膜が可能であり、しかも有機材も成膜可能であるため、多くの生産工程で使用されているが、凹凸に沿って膜厚分布ができることが知られている。
【０００９】
上記したように、ＩＴＯの骨見えを回避するため、各構成要素の最適膜厚を理論計算によって導出することは可能である。しかしながら実際のところ、上記ＭＴＮなる液晶表示タイプの凹凸基板上に、例えば絶縁膜などを溶剤塗布方法にて成膜しようとすると、その凹凸に沿って膜厚分布が生ずるため、理論計算どおりの最適膜厚が得られず、ＩＴＯの骨見えを低減することが困難であった。
なお、スパッター法によれば、所望とする均一膜厚が得られるが、上記した理由によりスパッター法を採用することは好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、コストアップや生産性の低下を招くことなく、ＩＴＯ骨見え現象を回避するとともに、上記のようなＭＴＮなる液晶表示タイプの液晶表示素子にあっては、白黒の無彩色性の向上とＩＴＯ骨見え現象の回避とを両立させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、本発明の液晶表示素子は、所定の形状にパターニングされた透明電極を有する一対の支持基板を含み、上記一対の支持基板のうち少なくとも表示観察面側の支持基板の透明電極を含む面に絶縁膜が形成されており、反射状態で観察される上記透明電極のパターン見えを回避するために、上記表示観察面側の支持基板の透明電極形成面側に上記絶縁膜に膜厚分布を与えるための山と谷の深さが３μｍ以上である凹凸が形成されており、上記表示観察面側の上記絶縁膜が、上記透明電極の屈折率に対して差が０．１５以内の屈折率であり、かつ、半径５００μｍの面積内における膜厚分布が±５００Å以上の分布を有している膜であることを特徴としている。
【００１２】
なお、絶縁膜を必要としない機種の液晶表示素子においては、配向膜に上記屈折率および上記膜厚分布を持たせればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、ＩＴＯ骨見え現象がどのようにして生ずるかについてより詳しく説明し、その次に本発明の実施形態について説明する。図３に、一般的な液晶表示素子の各構成要素を分離して示す。
【００１４】
液晶表示素子１は一対の支持基板として、表示観察面側の透明基板１０と、その裏面側の透明基板２０とを備えている。透明基板１０，２０ともに例えばガラス基板（合成樹脂基板であってもよい）からなり、その対向する内面側にＩＴＯよりなる透明電極１１，２１が所定の電極パターンで形成されている。
【００１５】
各透明電極１１，２１上に、絶縁膜１２，２２を介して配向膜１３，２３が形成され、配向膜１３，２３間にＴＮなどの液晶３０が封入されている。なお、図示されていないが、透明基板１０，２０の透明電極形成面には、アンダーコート層としてのシリカ膜（ＳｉＯ２）が形成されている。
【００１６】
ここに例示する液晶表示素子１は透過型であり、表示観察面側と裏面側の透明基板１０，２０の各々に偏光膜１４，２４が設けられ、また、裏面側の透明基板２０の背面側にバックライト４０が配置されている。
【００１７】
この構成において、表示観察面側から外光が液晶セル内に入ってきた場合、その光は上側の偏光膜１４から進入するが、層間で屈折率に差がある場合、光はその界面で反射する。表示部全体が同じ状態であるならば、全体で反射するので部分的な違いが起こらないため問題は生じない。
【００１８】
しかしながら、所望の表示をするために、ＩＴＯはパターニングされており、透明電極は部分的にしか存在しない。よって、ＩＴＯの有るところと無いところで外光の反射が異なる。この差が大きいとＩＴＯ（透明電極）のパターンが見えるという「ＩＴＯ骨見え」が発生し、表示品位を著しく低下させることになる。
【００１９】
例えば、液晶の屈折率が１．６２８，配向膜の屈折率が１．７００で厚み３００Å，ＩＴＯの屈折率が１．９００で厚み４５０Å，アンダーコート層（ＳｉＯ２）の屈折率が１．４６０で厚み３００Å，ガラスの屈折率が１．５２０，絶縁膜の屈折率が１．９００で厚み７００Åとし、外光をＣ光源と考えた場合、ＩＴＯの有るところと無いところの反射光の色差は約７程度となる。この条件では多少ＩＴＯ骨見えが発生することになる。なお、上記の計算は光が垂直入射で垂直出射の場合である。
【００２０】
ここで、絶縁膜の屈折率が１．９００の場合、膜厚を変化させたときの色差を図４に示す。膜厚が５００Å近傍での色差は小さいが、それ以外の膜厚では大きいことが分かる。
【００２１】
次に、絶縁膜の屈折率が１．９００のままで、絶縁膜に膜厚分布がある場合、ＩＴＯ骨見えレベルがどのようになるかを図５に示す。この図５は、膜厚分布が中心に対して±０Å，±３００Å，±４００Å，±５００Å，±６００Åとなる場合の色差を示している。ここで、膜厚分布が例えば±３００Åであるとは、半径５００μｍの面積内で、最大膜厚と最小膜厚との差が６００Åであることを意味している。
【００２２】
これによると、膜厚分布が大きくなるにしたがい、ＩＴＯ骨見えレベルが小さくなることが理解できる。色差が９以下になるためには、膜厚分布が±４５０Å以上あればよいことが理解できる。また、色差が６以下になるためには、膜厚分布が±６００Å以上あればよいことが理解できる。
【００２３】
図６に絶縁膜の屈折率が１．８００の場合、図７に絶縁膜の屈折率が１．７００の場合について、絶縁膜に膜厚分布がある場合のＩＴＯ骨見えレベルがどのようになるかを示す。図４〜図７をまとめると、色差を小さくするための良好なポイントはそれぞれ存在するが、絶縁膜の中心膜厚が変わったり、膜厚分布が変化すると、色差が大きくなる。すなわち、ＩＴＯ骨見えレベルが悪化する。
【００２４】
したがって、中心膜厚などの変化があったとしても、良好なレベルに保つためには、膜厚分布を大きくすることが必要であることが分かる。また、図８に絶縁膜の屈折率を１．９〜１．７にまで変化させ、かつ、膜厚分布を１００〜１０００Åまでの範囲で変化させたときの色差の最大値をまとめて示す。
【００２５】
これによると、色差９以下の条件は、絶縁膜の膜厚分布が±５００Å以上、かつ、絶縁膜の屈折率と透明電極の屈折率との差が０．１５以内であればよいことが理解できる。人間の目で識別できない色差は３以下と言われているが、実際には６程度でも気にならない。したがって、ＩＴＯ骨見えが許容できる範囲としては、色差６以下とすることが好ましい。色差６以下を達成するには、絶縁膜の屈折率が透明電極の屈折率にほぼ等しく、かつ、膜厚分布が±６００Å〜±７００Åの範囲である。
【００２６】
このことにより、絶縁膜の膜厚分布が±５００Å以上で、かつ、絶縁膜の屈折率と透明電極の屈折率との差が０．１５以内であれば、どの膜厚に中心があってもＩＴＯ骨見えレベルが小さい。なお、絶縁膜を備えない機種の場合には、配向膜の屈折率がＩＴＯの屈折率に対して０．１５以内の差であり、かつ、その膜厚分布を±５００Åとすればよい。
【００２７】
次に、絶縁膜に膜厚分布を持たせる方法であるが、一例として図１に示すように、ガラス基板１０に凹凸を付けて、フレキソ印刷にて絶縁膜１２を塗布し焼成することにより、山の部分は薄く、谷の部分は厚くすることができる。凹凸面上に絶縁膜の液を塗布すると、凹凸の山と谷とで平坦化するように流動し、これをそのまま焼成すれば、膜厚分布がついた絶縁膜１２が成膜される。
【００２８】
ガラス基板に凹凸を作る方法には、ＨＦエッチング，サンドブラストなどが適用可能である。また、ガラス基板に樹脂層を形成し、その表面に凹凸を付けてもよい。いずれにしても、その凹凸が人間の目で識別できないようにするためには、山谷のピッチを小さくする必要がある。
【００２９】
そのためには、山谷のピッチは５００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは３００μｍ以下で、１００μｍ以下であればほとんど認識不能とすることができる。また、規則的な繰り返しパターンで凹凸を配置すると、干渉やモアレが発生することがあるため、ランダム配置とすることが好ましい。なお、山谷のピッチとは、図１にｐで示すように、隣り合う山と山との間の距離である。
【００３０】
【実施例】
次に、図２を参照しながら、本発明による液晶表示素子１Ａの具体的な実施例について説明する。なお、図２において、先に説明した図３の構成要素と同一もしくは同一と見なされる部分には、それと同じ参照符号を用いている。
【００３１】
表示観察面側の透明基板１０および裏面側の透明基板２０として、ともに１．１ｍｍ厚のガラス基板を用いた。表示観察面側のガラス基板１０の内面をＨＦエッチングによりフロスト処理して、山谷のピッチが約１００μｍ程度，山谷の深さが約５．５μｍ程度の凹凸を形成した。
【００３２】
この凹凸面上に、アンダーコート層としてＳｉＯ２を３００Å厚に成膜し、その上にＩＴＯ導電膜をスパッタ法により約３００Å厚に成膜した後、パターニングして所定形状の透明電極１１を形成した。
【００３３】
そして、透明電極１１を含む面に絶縁膜の液をフレキソ法により塗布し、仮乾燥後に３００℃で焼成して絶縁膜１２を形成した。絶縁膜１２の膜厚は、ガラス基板１０の凹凸を反映し、山部は約２００Å厚程度で、谷部は約３０００Å厚程度となり、きわめて大きな膜厚分布が得られた。なお、山と谷の間は中間の膜厚となった。
【００３４】
絶縁膜１２の上に配向膜１３をフレキソ法により印刷して成膜した。配向膜１３の膜厚は、ガラス基板１０の凹凸による影響は少なく、山部で約２００Å厚，谷部で約４００Å厚の膜厚分布となった。配向膜１３にはラビングして配向機能を持たせた。
【００３５】
裏面側のガラス基板２０には、フロスト処理せずにアンダーコート層としてＳｉＯ２を３００Å厚に成膜し、その上にＩＴＯ導電膜をスパッタ法により約３００Å厚に成膜した後、パターニングして対向電極２１を形成した。そして、対向電極２１を含む面に絶縁膜２２を約７００Å厚に成膜し、続いて配向膜２３を約３００Å厚に成膜した。配向膜２３にもラビングして配向機能を持たせた。
【００３６】
各構成要素の屈折率は、５９０ｎｍの波長に対して、ＩＴＯ約１．９４１，絶縁膜約１．９４５，配向膜約１．７４６，ガラス基板約１．５２０，ＳｉＯ２約１．４６０である。液晶３０には、長軸の屈折率が約１．６２８で，短軸の屈折率が約１．４９８のものを用いた。
【００３７】
これら２枚のガラス基板１０，２０を９．５μｍの面内スペーサを挟んで、ラビング方向が直交する配置にて重ね合わせ、周辺シール材を介して圧着して液晶セルを作製した。そして、注入孔より液晶を真空注入法にて注入した後、注入孔を封止材で封止した。液晶層は９０゜ツイストのＴＮで、Δｎｄは約１．６μｍとした。
【００３８】
ガラス基板１０，２０の外側に、それぞれ偏光膜１４，２４を配置した。その際、相近接する液晶の長軸方向（屈折率が高い方向）と偏光膜の吸収軸が同じとなるように配置した。表示モードは、電圧が印加されていない場合に黒となるネガモード（ノーマリーブラックモード）とした。また、裏面側ガラス基板２０の背面にバックライト４０を配置した。
【００３９】
外光を入射して表示を観察したところ、ＩＴＯ骨見えはほとんど視認できなかった。比較例として、絶縁膜の屈折率を約１．７５４としたほかは、上記実施例と同様にして液晶セルを作製したところ、ＩＴＯ骨見えが観察された。また、絶縁膜の屈折率を約１．９４５とした場合でも、その膜厚分布が±１００Å程度の場合には、ＩＴＯ骨見えが観察された。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものでなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、前述の実施形態においては、凹凸形成基板を表示観察面側としたが、裏面側に凹凸形成基板を配設してもよい。また、液晶材料中に２色性色素を含有させてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の形状にパターニングされた透明電極を有する一対の支持基板を含み、少なくとも一方の上記透明電極の液晶側に絶縁膜が形成されている液晶表示素子において、上記絶縁膜として、上記透明電極の屈折率に対して差が０．１５以内の屈折率であり、かつ、半径５００μｍの面積内における膜厚分布が±５００Å以上の分布を有している膜を用いたことにより、コストアップや生産性の低下を招くことなく、ＩＴＯ骨見え現象を回避することができ、また、白黒の無彩色性の向上とＩＴＯ骨見え現象の回避とを両立させることができる。
【００４２】
本発明の液晶表示素子は、特に車載用，クロック，インジケータ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】本発明の液晶表示素子に用いられる一方の支持基板を示す一部拡大断面図。
【図２】本発明の液晶表示素子の実施形態を示す模式的断面図。
【図３】従来の一般的な液晶表示素子の構成を示す模式的断面図。
【図４】絶縁膜の屈折率が１．９００の場合で膜厚を変更したときの色差を示すグラフ。
【図５】絶縁膜の屈折率が１．９００の場合で膜厚分布を変更したときの色差を示すグラフ。
【図６】絶縁膜の屈折率が１．８００の場合で膜厚分布を変更したときの色差を示すグラフ。
【図７】絶縁膜の屈折率が１．７００の場合で膜厚分布を変更したときの色差を示すグラフ。
【図８】絶縁膜の屈折率を１．９００〜１．７００に変化させ、かつ、膜厚分布を変更したときの色差を示すグラフ。
【符号の説明】
１０  表示観察面側透明基板（一方の支持基板）
２０  裏面側透明基板（他方の支持基板）
１１，２１  透明電極
１２，２２  絶縁膜
１３，２３  配向膜
１４，２４  偏光膜
３０  液晶
４０  バックライト
【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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