JP2001183645A

JP2001183645A - 反射型液晶表示素子およびそれを用いた画像表示装置

Info

Publication number: JP2001183645A
Application number: JP36464299A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hatanaka; 孝之畑中; Shingo Fujita; 晋吾藤田; Katsuki Nishinaka; 勝喜西中; Hiroshi Mizuno; 水野　　宏; Tetsu Ogawa; 鉄小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】外部回路との接続を良好にする反射型液晶表
示素子を提供。【解決手段】一対の基板１、１０間に液晶が封入され
た液晶セル１１と、偏光フィルム１２と、１枚もしくは
複数枚の複屈折フィルム１３ａ、１３ｂと、反射層３と
を備えた反射型液晶表示素子において、下側基板１上に
基板から凹凸層２、反射層３、平坦化層６、透明電極７
の積層順で形成し、平坦化層表面の最高部と最低部の高
低差が０．１μｍ以下であり、液晶層のツイスト角が２
２０゜から２７０゜とし、液晶セル１１と外部回路との
接続端子部において凹凸層が無い構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に用
いられる反射型液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話や、ＰＨＳや、ＰＤＡ（携帯情
報端末）等の情報通信用の画像表示装置の急速な普及に
伴い、時や場所を選ばず、誰でも気軽にアクセスや発信
できるインフラが整いつつある。これらはモバイル用途
が前提であるため、軽量、薄型、低消費電力の表示素子
が求められており、現在、液晶表示素子がその中心とな
っている。液晶表示素子は、数ボルトの実効電圧で液晶
分子を駆動させることにより光の透過強度を変化させて
表示を行うが、液晶は非発光物質であるので他に何らか
の光源が必要となる。光源には、液晶駆動用電力に比べ
非常に大きな電力を供給する必要があるが、液晶表示素
子の下側に反射板を備えて周囲光を利用して表示させる
反射型液晶表示素子とすることにより、極めて消費電力
が低く液晶本来の特徴を活かした表示素子が実現でき
る。反射型液晶表示素子は携帯情報端末のディスプレイ
の一つとして不可欠なものとなりつつある。

【０００３】また、情報量の増加に伴い携帯情報端末の
ディスプレイとしてカラー表示の重要度が増しており、
反射型液晶表示素子においてもカラーフィルタや複屈折
効果によりカラー表示を行う構成がいくつか提案されて
いる。

【０００４】しかしながら、反射型液晶ディスプレイは
周囲光を利用して表示をおこなうことから、照明環境に
よって表示が暗くなる可能性があるという課題を有す
る。その対策として反射面の形状を凹凸にすることによ
り反射型液晶表示素子の正面方向に反射光を集光させる
構成がいくつか提案されている。

【０００５】図５は従来構成の反射型液晶表示素子の構
造を示し、偏光板５０と、複屈折フィルム５１と、液晶
セル５２と、ガラス基板５３と、透明電極５４と、液晶
層５５と、平滑化膜５６と、反射金属膜５７と、突起５
８と、下側ガラス基板５９とからなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら反射面の
形状を凹凸にすることにより反射率を高くして明るさを
確保した反射型液晶表示素子において、液晶との界面で
ある反射電極表面において凹凸となっているために、液
晶層の厚さが場所により異なる。外部回路との接続端子
部における凹凸が良好な接続に影響を及ぼすという課題
を有する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述する課題を解決する
ため、本発明の反射型液晶表示素子は、基板の一方の面
に、１枚または複数枚の複屈折フィルムと偏光フィルム
を有しさらに基板の他方の面に上側透明電極を有した上
側基板と、基板の一方の面に、凹凸層と光を反射させる
反射層とカラーフィルタと凸凹面を平坦にさせる平坦化
手段と下側透明電極と遮光層とを有した下側基板と、液
晶層とを有した反射型液晶表示素子は、上側基板の上側
透明電極を備えた面と下側基板の下側透明電極を備えた
面との間に液晶層を有し、凹凸層は下側基板の一方の面
に備えられ、反射層は凹凸層を有した面の液晶層側に備
えられ、カラーフィルタは反射層を有した面の液晶層側
に備えられ、平坦化手段はカラーフィルタを有した面の
液晶層側に備えられ、下側透明電極は平坦化手段を有し
た面の液晶層側に備えられ、反射型液晶表示素子の表示
部の外側の周辺部で反射層の導電性部分と下側透明電極
とが電気的に接触することを抑制するように、反射型液
晶表示素子の表示部の外側の周辺部で前記反射層の導電
性部分が被覆されるように遮光層を有し、さらに遮光層
の液晶層側に平坦化手段を備えた。このようにして液晶
セルと外部回路とを良好に接続することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【０００９】（実施の形態１）まず、本発明の実施の形
態１について、図面を参照して説明する。図１は、本発
明の実施の形態１における反射型液晶表示素子を示す断
面図である。図１において、１は下側基板、２は凹凸
層、３は反射層、６は平坦化層（平坦化手段）、７は透
明電極、８はシール剤、９は液晶層、１０は上側透明基
板（上側基板）、１１は液晶セル、１２は偏光フィルム
（偏光子）、１３ａは複屈折フィルム（１）、１３ｂは
複屈折フィルム（２）、１４はTAB、１５は異方導電性
接着剤を示す。図1に示すように、本実施の形態におけ
る反射型液晶表示素子は、一対の基板（上側透明基板１
０および下側基板１）間に液晶が封入された液晶セル１
１と、液晶セル１１の第１の基板（上側透明基板１０）
側に配置された偏光フィルム１２と、偏光フィルム１２
と液晶セル１１の液晶層９との間に配置された複屈折フ
ィルム層１３と、液晶セル１１の第２の基板（下側基板
１）側に配置された光反射手段とを備え、液晶セル１１
の第２の基板（下側基板１）側と外部回路との接続端子
部において凹凸層２を有しない構成である。

【００１０】また、図２は実施の形態１の反射型液晶表
示素子の光学構成図である。２０は基準線、２１は上側
基板上の液晶分子の配向方向、２２は下側基板上の液晶
分子の配向方向、２３は液晶セルに近い側の複屈折フィ
ルム（１）の遅相軸方向、２４は偏光フィルム側の複屈
折フィルム（２）の遅相軸方向、２５は偏光フィルムの
吸収軸方向を示す。また、φＬＣ０は下側基板１上の液
晶分子の配向方向２２と、φＬＣは上側透明基板１０上
の液晶分子の配向方向２１と、φＦ１は複屈折フィルム
（１）１３ａの遅相軸方向２３と、φＦ２は複屈折フィ
ルム（２）１３ｂの遅相軸方向２４と、φｐは偏光フィ
ルム１２の吸収軸方向２５と基準線２０とのなす角度を
示し、液晶のツイスト方向を正とする。また、ΩＬＣは
液晶のツイスト角度を示す。

【００１１】以下に、本実施の形態における反射型液晶
表示素子の詳細構成を、その製造手順に従って説明す
る。

【００１２】まず、上側透明基板１０および下側基板１
としてガラス基板を用い、上側透明基板１０上に、透明
電極７としてインジウム・錫・オキサイド（ＩＴＯ）で
画素電極を形成する。また下側基板１上の全面に、光照
射および熱により伸縮する材料からなり、それらにより
凹凸層の形状を制御することが可能である光および熱伸
縮性樹脂をスピンコートにより塗布し、外部回路との接
続端子部を含む表示エリア以外の領域が遮光されたフォ
トマスクを用いて紫外線を８０から１００ｍJ／ｃｍ²照
射した。次に有機アルカリを用いて一定時間現像を行
い、その後クリーンオーブンにて１５０℃の熱処理を行
うことにより伸縮を起こした。このとき表示エリアのみ
に凸部間平均距離１５μｍ、凹凸の最高部と最低部の平
均高低差が０．４μｍの凹凸層２を形成される。その上
に蒸着によりアルミニウムを成膜し、次にフォトレジス
トと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射し、その
後燐酸系のエッチング液を用いてエッチング処理により
反射層３を形成した。更にその上に平坦化層６としてア
クリル系樹脂膜を膜厚が３μｍとなるように塗布し、平
坦化層６表面の凹凸の最大高低差が０．０８μｍとし
た。そして、平坦化層６上に、透明電極７としてインジ
ウム・錫・オキサイド（ＩＴＯ）で画素電極を形成す
る。以上の処理により外部回路との接続端子部領域を含
む非表示エリア領域では凹凸層２および反射層３を無く
すことができる。つまり、接続端子部において下側基板
１上に平坦化膜６および透明電極７が直接形成される構
造となる。

【００１３】また、上側透明基板１０および下側基板１
上に形成した透明電極７上には配向膜を形成した後、ラ
ビングによって配向処理を行った。そして、上側透明基
板１０上の周囲部分にはガラスファイバを１．０ｗｔ％
混入した熱硬化性シール樹脂（シール剤８）を印刷し、
下側基板１上には所定の径の樹脂ビーズを２００個／ｍ
ｍ²の割合で散布し、上側透明基板１０と下側基板１を
互いに貼り合わせ、１５０℃でシール樹脂を硬化した。
その後、Δｎ＝０．１４のエステル系ネマティック液晶
に所定の量のカイラル剤を混ぜた混合液晶を真空注入
し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線照射により
硬化した。

【００１４】このようにして形成した液晶セル１１の上
側透明基板１０の上に複屈折フィルム（１）１３ａ、複
屈折フィルム（２）１３ｂとして、リタデーション値が
それぞれ所定のものを、遅相軸がそれぞれ所定の角度と
なるように貼り合わせた。さらにその上に偏光フィルム
１２として、ニュートラルグレーの偏光フィルム（住友
化学工業（株）製ＳＱ−１８５２ＡＰ）にアンチグレア
（ＡＧ）処理を施したものを、吸収軸の方向が所定の角
度をなすように貼り合わせた。

【００１５】ここで具体的に、ΔｎＬＣ・ｄＬＣ＝８５
０ｎｍ、Ｒfilm（１）＝５００ｎｍ、Ｒfilm（２）＝７
００ｎｍ、φＬＣ０＝−３５°、φＬＣ＝３５°、ΩＬ
Ｃ＝２５０°、φＦ１＝１５５°、φＦ２＝９５°、φ
ｐ＝３５°とした場合の光学特性を測定した結果を示
す。

【００１６】１／２４０デューティー比での正面特性と
して測定した。結果としては、コントラスト１３．８、
Ｙ値換算での白表示の反射率が５８．５％という良好な
特性が得られた。また、黒表示から白表示まで無彩色に
変化することも確認した。また、画素内の反射率のばら
つきも±０．２％以内であることを確認している。これ
により、反射率の低い無彩色の黒表示と反射率の高い無
彩色の白表示が得られ、コントラストの高い反射型液晶
表示素子を実現できる。

【００１７】なお、ここで用いた液晶層のリタデーショ
ン値ΔｎＬＣ・ｄＬＣおよび複屈折フィルムのリタデー
ション値Ｒfilm（ｉ）はλ＝５５０ｎｍの光に対するリ
タデーション値である。

【００１８】液晶のツイスト角度については、単純マト
リクス駆動する場合、選択可能な電極の本数であるデュ
ーティー比に影響があり、ツイスト角度が大きいほどデ
ューティー比を小さくでき、選択本数を増やすことがで
き、画素数を増やすことができる。本実施の形態におい
て、液晶のツイスト角度を２２０°から２７０°の範囲
内とすることにより、デューティー比１／２００以下で
駆動しても良好な表示を得られることも確認している。

【００１９】また、外部回路との接続端子部領域におい
て下側基板１上に平坦化層６および透明電極７が直接形
成される構造となることから、透明電極７と異方導電性
接着剤１５との界面の平坦性向上を図ることができ、異
方導電性接着剤１５を介してＴＡＢ１４との接続する端
子部の狭ピッチ化をはかることができる。つまり、高精
細化を実現することができる。比較として、端子部が凹
凸層２、平坦化層６、透明電極７の構成をとる場合、端
子部ピッチが６５μｍである場合、オープンおよび隣の
端子間におけるショートが多く発生するのに対し、図１
に示すような下側基板１、平坦化層６、透明電極７の構
成の場合オープン、ショート共に発生はなく接続可能で
あることを確認している。

【００２０】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２を図面を参照して説明する。本実施の形態における
反射型液晶表示素子の主要構成および製造手順は、上述
した実施の形態１における反射型液晶表示素子の主要構
成および製造手順とカラーフィルタの有無を除いて同じ
である。したがって、本実施の形態において、特に説明
のないものについては、実施の形態１と同じとし、実施
の形態１と同一符号を付与している構成部材について
は、特に説明のない限り、実施の形態１と同様の機能を
持つものとする。また、図３の本発明の実施の形態２に
おける反射型液晶表示素子の断面図および図２の反射型
液晶表示素子の光学構成図を用いて説明する。図３にお
いて、４はカラーフィルタパターン、５は周辺ブラック
マトリクスを示す。カラーフィルタはカラーフィルタパ
ターン４および周辺ブラックマトリクス５から構成され
る。したがって、図３（ａ）は上側基板上にカラーフィ
ルタを形成している場合であり、図３（ｂ）は下側基板
上にカラーフィルタを形成している場合に相当する。

【００２１】以下に、本実施の形態における反射型液晶
表示素子の詳細構成を、その製造手順に従って説明す
る。まず図３（ａ）に示す構成の場合について説明す
る。上側透明基板１０上に周辺ブラックマトリクス５、
カラーフィルタパターン４の順に形成した後、透明電極
７としてインジウム・錫・オキサイド（ＩＴＯ）で画素
電極を形成する。次に、図３（ｂ）に示す構成の場合に
ついて説明する。まず下側基板１上に、光照射および熱
により伸縮する材料からなり、それらにより凹凸層の形
状を制御することが可能である光および熱伸縮性樹脂を
用いて凹凸層２を形成する。その上に蒸着によりアルミ
ニウムを成膜することにより反射層３を形成し、その上
に周辺ブラックマトリクス５およびカラーフィルタパタ
ーン４を形成する。更にその上に、膜厚が３μｍになる
ようにアクリル系樹脂を塗布することにより平坦化層６
を設けた後、透明電極７としてインジウム・錫・オキサ
イド（ＩＴＯ）で画素電極を形成する。ここでカラーフ
ィルタパターン４の形成方法として、印刷板に形成した
パターンをブランケットを介して基板表面に転写する印
刷法や、顔料を分散したカラーフィルタ層形成用レジス
トを基板上に塗布し、フォトリソグラフィーで形成する
顔料分散法を用いることにより、赤、緑、青のストライ
プ配列のものを形成した。また、ブラックマトリクス５
の形成方法としてもカラーフィルタパターンと同様に印
刷法やフォトリソ法により形成した。また、凹凸層２、
反射層３および平坦化層６について本発明の実施形態１
と同様の方法により形成した。

【００２２】以降、液晶セル１１、複屈折フィルム層１
３および偏光フィルム１２を第１の実施の形態において
説明した製造手順と同じ製造手順によって反射型液晶表
示素子を作製した。ここで液晶のツイスト角度が２２０
°から２７０°の範囲内とする。

【００２３】このような構成とすることにより、カラー
フィルタを用いることからカラー表示が可能となる。特
に、図３（ｂ）に示す構成の場合、平坦化層６およびカ
ラーフィルタ（カラーフィルタパターン４およびブラッ
クマトリクス５）により、平坦化層６のみの場合に比
べ、平坦化層表面の凹凸の高低差が小さくなり、液晶パ
ネルの液晶層厚の均一性が向上する効果を得る。したが
って、画素内均一な明るさの白表示および高いコントラ
ストが得られ、無彩色の白黒表示が可能である良好な光
学特性を有する反射型液晶表示素子が得られる。

【００２４】上記の有効性については、以下に示すよう
な実施例で確認した。

【００２５】具体的に、ΔｎＬＣ・ｄＬＣ＝８５０ｎ
ｍ、Ｒfilm（１）＝５００ｎｍ、Ｒfilm（２）＝７００
ｎｍ、φＬＣ０＝−３５°、φＬＣ＝３５°、ΩＬＣ＝
２５０°、φＦ１＝１５５°、φＦ２＝９５°、φｐ＝
３５°とした場合の光学特性を測定した結果を示す。１
／２４０デューティー比での正面特性として測定した結
果、コントラスト１４．５、Ｙ値換算での白表示の反射
率が１９．１％という良好な特性が得られた。また、黒
表示から白表示まで無彩色に変化するので１６階調４０
９６色表示が可能であることも確認した。画素内の反射
率のばらつきも±０．１％以内であることを確認してい
る。これにより、反射率の低い無彩色の黒表示と反射率
の高い無彩色の白表示が得られ、コントラストの高い反
射型カラー液晶表示素子を実現できる。

【００２６】なお、ここで用いた液晶層のリタデーショ
ン値ΔｎＬＣ・ｄＬＣおよび複屈折フィルムのリタデー
ション値Ｒfilm（ｉ）はλ＝５５０ｎｍの光に対するリ
タデーション値である。

【００２７】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３を図面を参照して説明する。本実施の形態における
反射型液晶表示素子の主要構成および製造手順は、上述
した実施の形態２における第２の基板上にカラーフィル
タを形成した反射型液晶表示素子の主要構成および製造
手順と同じである。したがって、本実施の形態におい
て、特に説明のないものについては、上述の実施の形態
と同じとし、実施の形態１や２と同一符号を付与してい
る構成部材については特に説明のない限り、上述の実施
の形態と同様の機能を持つものとする。また、図４の本
発明の実施の形態３における反射型液晶表示素子の断面
図を用いて説明する。図４において、Ａは表示エリア、
Ｂは表示エリア（周辺ブラックマトリクスの内側エッ
ジ）と凹凸層外側エッジ間の領域、Ｃは凹凸層の外側エ
ッジとガラス基板エッジ間の領域、αは凹凸層厚、βは
反射層厚、γはブラックマトリクスの厚さを示す。

【００２８】まず、図４（ａ）の本発明の実施の形態３
における反射型液晶表示素子の第２の基板の断面図を用
いて説明する。以下に、本実施の形態における反射型液
晶表示素子の詳細構成を説明する。

【００２９】周辺ブラックマトリクス５の外側エッジ
が、表示エリアＡと凹凸層２の外側エッジの間（図４ａ
においてＢ領域）になるように形成する。図４（ａ）に
示す構成においては周辺ブラックマトリクス５の外側エ
ッジが、さらに反射層３の内側に形成した構造をとって
いる。このような構成をとることにより、表示エリアＡ
と外部回路との接続端子部（領域Ｃ）を結ぶ透明電極７
において、凹凸層２、反射層３、周辺ブラックマトリク
ス５の段差（＝α＋β＋γ）を表示エリアＡとｂ領域の
段差γ、ｂ領域とａ領域の段差β、ａ領域とＣ領域の段
差の３段差に分割することができ、各段差での透明電極
７のオープンを防止する効果を得る。

【００３０】特に、反射層２の外側エッジが周辺ブラッ
クマトリクス５の領域内（表示エリアＡと領域ａの間）
となるように構成することにより、透明電極７−反射層
３−透明電極７間のショートを防止する効果も同時に得
ることができる。図４（ｂ）に本実施例の反射型液晶表
示素子の下側基板の断面図を示す。

【００３１】なお、本実施の形態において、シール剤８
は凹凸層２、平坦化層６、透明電極７を形成した部分
（ａ領域）に配置したがこれに限ること無く、凹凸層
２、反射層３、平坦化層６、透明電極７を形成した部分
（ｂ領域）や、凹凸層２、反射層３、周辺ブラックマト
リクス５、平坦化層６、透明電極７を形成した部分（ｃ
領域）や、凹凸層２、周辺ブラックマトリクス５、平坦
化層６、透明電極７を形成した部分（ｄ領域）に配置し
ても同様の効果を得ることができる。

【００３２】なお、上述した実施の形態１から３におい
て、反射層３としてアルミニウムを用いるとして説明し
たが、これに限ることなく、例えば銀を構成要素として
含む金属反射層などを用いても同様の効果を得ることが
できる。

【００３３】また、上述した実施の形態１から２におい
て、複屈折フィルムとしてリタデーション値が５００ｎ
ｍと７００ｎｍの２枚を用いたが、リタデーション値、
光軸角度はこれに限定されることなく、１枚または複数
枚からなる複屈折フィルムの構成においても同様な効果
を得ることができる。また、偏光フィルムとしても光軸
角度はこれに限定されることなく、他の構成においても
同様な効果を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、このような構成をとる反射型液晶表示素子とするこ
とにより、凹凸層と反射層と周辺ブラックマトリクスの
各層の外側エッジを外側から凹凸層、周辺ブラックマト
リクス、反射層の順となる構成とすることにより、オー
プン・ショートの無い良好な接続を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の反射型液晶表示素子を示す断面
図

【図２】実施の形態１から３における反射型液晶表示素
子の光学構成図

【図３】（ａ）実施の形態２の反射型液晶表示素子の上
側基板上にカラーフィルタを形成した構成の断面図（ｂ）実施の形態２の反射型液晶表示素子の下側基板上
にカラーフィルタを形成した構成の断面図

【図４】実施の形態３の反射型液晶表示素子のうち、凹
凸層、反射層、周辺ブラックマトリクスのそれぞれの外
部エッジの配置を示す下側基板の断面図

【図５】従来の反射型液晶表示素子の構成例を示す断面
図

【符号の説明】

１下側基板２凹凸層３反射層４カラーフィルタパターン５周辺ブラックマトリクス６平坦化層７透明電極８シール剤９液晶層１０上側透明基板１１液晶セル１２偏光フィルム１３ａ複屈折フィルム（１）１３ｂ複屈折フィルム（２）１４ TAB １５異方導電性接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西中勝喜大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者水野宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川鉄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HA04 HB13X HC05 HC16 HD03 JA03 JD14 LA20 2H091 FA08X FA11X FA16Y FA34Y FB02 FB08 FD06 GA03 GA07 LA30 5C094 AA03 AA43 BA43 CA19 CA23 DA09 DA13 ED01 ED02 ED11 ED15 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一方の面に、１枚または複数枚の
複屈折フィルムと偏光フィルムを有しさらに基板の他方
の面に上側透明電極を有した上側基板と、基板の一方の
面に、凹凸層と光を反射させる反射層とカラーフィルタ
と凸凹面を平坦にさせる平坦化手段と下側透明電極と遮
光層とを有した下側基板と、液晶層とを有した反射型液
晶表示素子は、前記上側基板の上側透明電極を備えた面
と前記下側基板の下側透明電極を備えた面との間に液晶
層を有し、前記凹凸層は前記下側基板の一方の面に備え
られ、前記反射層は前記凹凸層を有した面の液晶層側に
備えられ、前記カラーフィルタは前記反射層を有した面
の液晶層側に備えられ、前記平坦化手段は前記カラーフ
ィルタを有した面の液晶層側に備えられ、前記下側透明
電極は前記平坦化手段を有した面の液晶層側に備えら
れ、反射型液晶表示素子の表示部の外側の周辺部で前記
反射層の導電性部分と前記下側透明電極とが電気的に接
触することを抑制するように、反射型液晶表示素子の表
示部の外側の周辺部で前記反射層の導電性部分が被覆さ
れるように前記遮光層を有し、さらに前記遮光層の液晶
層側に前記平坦化手段を備えたことを特徴とする反射型
液晶表示素子。
【請求項２】請求項１に記載の反射型液晶表示素子を
有したことを特徴とする画像表示装置。