JP2002006304A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタに微粒子を分散させる際に、
各色毎に同一の半径の分散を持つ微粒子を分散させてい
たため、色毎に散乱効率が異なっていた。このため、観
察する角度によって異なった色付きを示し、設計者が意
図した色での表示ができず、表示品質を損なっていた。 【解決手段】 カラーフィルタに分散される微粒子の平
均半径を色毎に調整することで、各色毎に主とし通過す
る光の波長毎での散乱効率を等しくすることができ、観
察者が異なる角度から観察した場合でも、同じ色を観察
することができる光学散乱層を作製する。また、光学散
乱層を兼ねたカラーフィルタの表面に平坦化のための透
明樹脂膜が形成されていても良く、さらに、透明樹脂膜
が光学散乱層であっても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板間に保持され
た液晶材料に電圧を印加して画像形成をする液晶装置、
ならびに、その液晶装置を使用した電子機器に関するも
のであり、より詳しくは、液晶装置の光学散乱層に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶装置は、入射された光の偏光方向を
制御することによって表示をするものである。このよう
な液晶装置は、装置の前面から入射された光を利用する
反射型液晶装置と、装置の背面または側面から入射され
た光を利用する透過型液晶装置と、反射型液晶装置と透
過型液晶装置との双方の機能を持った半透過反射型液晶
装置との３種に大別することができる。

【０００３】これらの液晶装置は、液晶装置が表示する
画像を観視可能な範囲すなわち視野角を広くするため
に、出射される光を散乱する層を有することが一般的で
ある。

【０００４】このような光学散乱層の形成する従来の方
法としては、樹脂と屈折率が異なる微粒子とを樹脂中に
混練して分散させたものを、スピンコーター法やロール
コート法等により基板表面全面に塗布して硬化させた
後、必要な部分をパターニングして形成する方法が挙げ
られる。

【０００５】また、カラー表示を行なうためにはカラー
フィルタを形成することが一般的であり、さらには、カ
ラーフィルタ中にカラーフィルタと異なる屈折率をもつ
微粒子を分散させることによって、カラーフィルタ自体
に散乱機能を持たせることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同じ半
径の分散を持った微粒子であっても、散乱する光の波長
によって散乱効率が異なる。このため、カラーフィルタ
の色毎に、散乱される光の効率が異なってしまい、観察
する角度によって設計者が意図した色での表示ができ
ず、表示品質が損なわれる、という問題があった。

【０００７】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、光学散乱層の散乱効
率を高くしても、観察する角度によって色相が変化せ
ず、明るく見やすい表示品質に優れた液晶装置および電
子機器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る液晶装置にあっては、一対の基板間に液
晶を保持し、各基板の対向する面の少なくとも一方には
電極が形成されており、且つ、少なくとも一方の基板
に、着色された樹脂中に該樹脂と屈折率が異なる微粒子
が分散された光学散乱層が形成されている液晶装置であ
って、前記微粒子の平均半径が、着色された樹脂毎に異
なることを特徴としている。

【０００９】ここで、本発明において、光学散乱層の表
面に、平坦化のための透明な樹脂膜が形成されているこ
とが好ましい。この構成によれば、平坦な光学散乱層を
なしているカラーフィルタを作製することができ、高い
表示品質を得ることができる。

【００１０】特に、このような構成においては、透明な
樹脂中に該樹脂と屈折率の異なる微粒子が含まれている
ことが望ましい。これにより、より高い散乱効率を得る
ことができる。

【００１１】また、本発明において、対向する一対の基
板のうち、少なくとも一方の基板の対向する面に、前記
光学散乱層が形成されている構成が好ましい。このよう
な構成によれば、表示がボケる事がなく鮮明な表示を得
ることができる。

【００１２】さらに、本発明において、対向する一対の
基板のうち、少なくとも一方の基板の外側となる面に、
前記光学散乱層が形成されている構成が望ましい。この
ような構成とすることで、安価に明るくて見やすい液晶
装置を安定して供給することができる。

【００１３】一方、本発明において、対向する一対の基
板のうち、観視側から見て下側となる基板のいずれか一
方の面に光学反射層が形成されており、該光学反射層と
液晶層との間に、前記光学散乱層が形成されている構成
が好ましい。このような構成とすることで、外光を有効
に使用した消費電力の少ない液晶装置を提供することで
きる。

【００１４】また、本発明において、対向する一対の基
板のうち、観視側から見て下側となる基板のいずれか一
方の面に光学反射層が形成されており、観視側から見て
上側となる基板の何れか一方の面に前記光学散乱層が形
成されている構成も好ましい。このような構成とするこ
とで、外光を有効に利用した消費電力の少ない液晶装置
を安価に安定して提供することができる。

【００１５】さらに、上記目的を達成するために本発明
に係る電子機器にあっては、上記液晶装置を具備したこ
とを特徴としている。本発明によれば、光学散乱層の形
成にあたって、カラーフィルタ中に分散される微粒子の
半径を色毎に最適化することで、観察する角度によって
色相が変化することがなく、明るくコントラストの高い
表示画面を得ることが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）まず、本発明の
第１実施形態に係るパッシブマトリクス駆動方式の反射
型液晶装置について説明する。ここで、図１は、この反
射型液晶装置の構成を示す断面図である。尚、図１にお
ける各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさと
するため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてあ
る。

【００１７】まず、これらの図において、液晶セル５１
の前面には、２色性色素を含む偏光子６０と、位相差板
６６、６５とが配置されている。尚、反射型液晶装置を
構成する各要素間には隙間があるように描かれている
が、これは図示の便宜上のものであり、実際には各要素
が互いにほぼ密着される状態となっている。

【００１８】偏光子６０を透過して直線偏光となった外
光は、位相差板６６、６５を透過することによって楕円
偏光となり、液晶セル５１に入射する。液晶セル５１に
入射した楕円偏光は、セグメント電極１１とコモン電極
２１との印加電圧によって偏光軸を選択され、光学反射
層１５によって反射される。反射された光は、セグメン
ト電極１１とコモン電極２１との印加電圧によって偏光
軸を選択され位相差板６５、６６に入射し、偏光子６０
を透過する。この時、選択された偏光軸によって明表示
と暗表示とを選択することができる。この際、光学散乱
層４３を２回透過することによって、入射された外光は
広く散乱されて明るい表示を得ることができる。

【００１９】次に、液晶セル５１のより詳細な構造と製
造方法について説明を行なう。

【００２０】はじめに、観視側から見て上側の基板（即
ち、図１で上側）となるコモン電極基板について説明を
行なう。まず、第２基板２０の上に、ＩＴＯ等透明導電
体を蒸着法やスッパッタリング法により１４０ｎｍ（１
４００オングストローム）の厚さで形成し、フォトリソ
グラフィ法によってパターニングを行なって、コモン電
極２１を形成する。

【００２１】続いて、観視側から見て下側の基板（即
ち、図１で下側）となるセグメント電極基板について図
２を用いて説明を行なう。まず、第１基板１０にスッパ
ッタリング法により１４０ｎｍ（１４００オングストロ
ーム）の厚さのアルミニウムからなる光学反射層１５を
形成する。

【００２２】さらに、光学反射層１５が形成されたセグ
メント電極基板に、カーボンブラックを含有する感光性
有機膜を２μｍの厚みで、スピンコーティング法にて塗
布した後、フォトリソグラフィ法にて幅２０μｍのパタ
ーンを作製して、遮光層４２０を形成する。

【００２３】さらに、赤色、青色、緑色の着色料をそれ
ぞれ含有する感光性アクリル系樹脂（屈折率１．４７）
に、各色毎に異なる半径を有するシリコン系樹脂（屈折
率１．３８）からなる微粒子を重量比で１５％の割合で
混練した後に、スピンコーティング法にて塗布し、フォ
トリソグラフィ法にて光学散乱層を兼ねたカラーフィル
タ４１１、４１２、４１３をそれぞれ形成する。

【００２４】さらに、ＩＴＯ等の透明導電体を蒸着法や
スッパッタリング法により１４０ｎｍ（１４００オング
ストローム）の厚さで形成し、フォトリソグラフィ法に
よってパターニングを行なって、セグメント電極１１を
形成する。

【００２５】この際、カラーフィルタ中に混練される微
粒子は、各色毎に通過する光の波長において散乱効率が
等しくなるように、各色毎に異なる半径の分散を有する
微粒子を選んだ。

【００２６】ここで、（樹脂の屈折率）＝１．４７、
（微粒子の屈折率）＝１．３８とした場合に、４５０ｎ
ｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの波長において、粒子半径
に対する散乱効率がどのように変化するのかを、図３の
関係曲線２０７、２０８、２０９で示す。

【００２７】図３において、４５０ｎｍの光が最大散乱
効率を得られる粒子半径は１．６μｍであり、５５０ｎ
ｍ、６５０ｎｍの波長の光が最大散乱効率を得られる粒
子半径はそれぞれ２．０μｍ、２．４μｍである。この
ため、本実施形態では、半径が１．６μｍの微粒子を青
色のカラーフィルタに混練し、同様に、半径２．０μｍ
の微粒子を緑色のカラーフィルタに混練し、半径２．４
μｍの微粒子を赤色のカラーフィルタに混練した。

【００２８】感光性アクリル樹脂に含有される着色料と
しては、従来から使用されているモノアゾ系、ジスアゾ
系、金属錯塩系、アントラキノン系、フタロシアニン
系、トリアリルメタン系等の油性染料や、カーボンブラ
ック、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛等の無機顔料、な
らびに、モノアゾ系、ジスアゾ系、フタロシアニン系、
キナクリドン系等の有機顔料が挙げられる。例えば、液
晶装置で多用される青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）用の
着色料としては、それぞれ（Ｂ）フタロシアニンブル
ー、（Ｇ）フタロシアニングリーンおよび（Ｒ）ブルリ
リアントカーミンが挙げられる。

【００２９】そして、上述した方法によって作製された
セグメント電極基板およびコモン電極基板の対向する面
に配向膜を塗布し、ラビング処理を施した後、セグメン
ト電極１１とコモン電極２１とが互いに直交するように
２枚の基板１０、２０を、シール材３１を介して貼り合
わせ、２枚の基板間の空間に液晶材料５０を封入した
後、封止材で封止して液晶装置とする。

【００３０】このようにして作製した液晶装置は、観察
する角度によって色相が変化することがない。このた
め、液晶装置の色表現力を損なうことがない。

【００３１】なお、本実施形態では、光学散乱層４３
が、第１基板１０において、第２基板２０との対向面に
配置されているが、第２基板２０と位相差板６５との間
に配置されていても構わない。また、光学散乱層４３
が、コモン電極２１と第２基板２０との間に設けられて
いても構わない。

【００３２】さらに、光学反射層１５が、第１基板１０
の外側の面に配置されていても構わない。この時、光学
散乱層４３が、光学反射層と第１基板との間に設けられ
ていても構わない。

【００３３】尚、本例においてはパッシブマトリクス駆
動の型液晶装置を例にして説明を行なったが、ＴＦＴ
（Thin Film Transistor）素子やＴＦＤ（Thin Film Di
ode）素子などを用いたアクティブマトリクス駆動方式
の液晶装置に用いることもできる。また、透過型液晶装
置としても構わない。

【００３４】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態に係る液晶装置について説明する。本実施形態は、
ＴＦＤ素子を用いたカラー表示可能なアクティブマトリ
クス駆動の反射型液晶装置に応用したものである。

【００３５】まず、図４、図５を用いてＴＦＤ素子３０
１について説明する。

【００３６】ＴＦＤ素子３０１は、第１基板３１０上に
形成された絶縁膜３１２を下地として、その上に形成さ
れており、絶縁膜３１２の側から順に第１金属膜３０
２、絶縁層３０４および第２金属膜３０６から構成され
て、ＴＦＤ構造（Thin Film Diode構造）あるいはＭＩ
Ｍ構造（Metal Insulator Metal構造）を持つ。そし
て、ＴＦＤ素子３０１の第１金属膜３０２は、第１基板
上３１０上に形成されたデータ線もしくは走査線となる
配線３１１に接続されており、第２金属膜３０６は、ア
ルミニウムからなる光学反射層を兼ねた金属電極３３０
に接続されている。

【００３７】絶縁膜３１２は、例えば酸化タンタルから
なる。但し、絶縁膜３１２は、第２金属膜３０６の堆積
後等に行われる熱処理により第１金属膜３０２が下地か
ら剥離しないことおよび下地から第１金属膜３０２に不
純物が拡散しないことを主目的として形成されるもので
ある。従って、第１基板３１０を、例えば石英基板等の
ように耐熱性や純度に優れた基板から構成すること等に
より、これらの剥離や不純物の拡散が問題とならないの
であれば、絶縁膜３１２は省略することができる。第１
金属膜３０２は、導電性の金属薄膜からなり、例えば、
タンタル単体またはタンタル合金からなる。絶縁膜３０
４は、例えば化成液中で第１金属膜３０２の表面に陽極
酸化により形成された酸化膜からなる。第２金属膜３０
６は、導電性の金属薄膜からなり、例えば、クロム単体
またはクロム合金からなる。

【００３８】更に、金属電極３３０や、ＴＦＤ素子３０
１、走査線３１１等の液晶に面する側（即ち、図５で上
側表面）には透明絶縁膜３０３が設けられている。

【００３９】次に、図６を用いて光学散乱層を兼ねたカ
ラーフィルタ４１１、４１２、４１３が形成されたコモ
ン電極基板について説明する。

【００４０】まず、第２基板４１０上にカーボンブラッ
クを含有する感光性有機膜を２μｍの厚みでスピンコー
ティング法にて塗布した後、フォトリソグラフィ法にて
幅２０μｍのパターンを作製して、遮光層４２０を形成
する。

【００４１】さらに、赤色、青色、緑色の着色料をそれ
ぞれ含有する感光性アクリル系樹脂（屈折率１．４７）
に、エポキシ系樹脂（屈折率１．５９）からなる異なる
半径を持った微粒子を重量比で１５％の割合で混練した
後に、スピンコーティング法にて塗布し、フォトリソグ
ラフィ法にて光学散乱層を兼ねたカラーフィルタ４１
１、４１２、４１３を形成する。

【００４２】さらに、透明なアクリル系樹脂に該樹脂と
は屈折率が互いに異なる微粒子を分散させた平坦化膜４
１４を塗布し、光学散乱層４５を形成する。平坦化した
後にＩＴＯ等からなる透明な導電体薄膜を１４０ｎｍ
（１４００オングストローム）の厚さで形成し、フォト
リソグラフィ法によってパターニングを行って、走査電
極もしくはデータ信号電極となる電極４０１を形成す
る。

【００４３】この際、カラーフィルタ中に混練される微
粒子は各色毎に通過する光の波長において散乱効率が等
しくなるように、各色毎に異なる半径の分散を有する微
粒子を選んだ。

【００４４】ここで、（樹脂の屈折率）＝１．４７、
（微粒子の屈折率）＝１．５９とした場合に、４５０ｎ
ｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの波長において、粒子半径
に対する散乱効率がどのように変化するのかを、図７の
関係曲線２１０、２１１、２１２で示す。

【００４５】図７において、４５０ｎｍの光が最大散乱
効率を得られる粒子半径は１．２μｍであり、５５０ｎ
ｍ、６５０ｎｍの波長の光が最大散乱効率を得られる粒
子半径はそれぞれ１．５μｍ、１．８μｍである。この
ため、本実施形態では、半径が１．２μｍの微粒子を青
色のカラーフィルタに混練し、同様に、半径１．５μｍ
の微粒子を緑色のカラーフィルタに混練し、半径１．８
μｍの微粒子を赤色のカラーフィルタに混練した。

【００４６】また、感光性アクリル樹脂に含有される着
色料としては、従来から使用されているモノアゾ系、ジ
スアゾ系、金属錯塩系、アントラキノン系、フタロシア
ニン系、トリアリルメタン系、等の油性染料やカーボン
ブラック、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛等の無機顔
料、ならびにモノアゾ系、ジスアゾ系、フタロシアニン
系、キナクリドン系等の有機顔料が挙げられる。例え
ば、液晶装置で多用される青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤
（Ｒ）用の着色料としてはそれぞれ（Ｂ）フタロシアニ
ンブルー、（Ｇ）フタロシアニングリーンおよび（Ｒ）
ブルリリアントカーミンが挙げられる。

【００４７】最後に、第１基板３１０および第２基板４
１０の対向する面に配向膜を塗布しラビング処理を施し
た後、配線３１１と電極４０１とが互いに直交するよう
に、かつ、金属電極３０１と電極４０１とが対向するよ
うに、２枚の基板３１０、４１０を、シール材を介して
貼り合わせ、２枚の基板間の空間に液晶物質を封入した
後、封止材で封止して液晶装置とする。

【００４８】このようにして作製した液晶装置は、観察
する角度によって色相が変化することがない。このた
め、液晶装置の色表現力を損なうことがない。

【００４９】ここで、本実施形態では、光学散乱層４５
は、一対の基板の対向面に配置されているが、第２基板
４１０と位相差板６５との間に配置されていても構わな
い。

【００５０】さらに、光学反射層１５が第１基板の外側
の面に配置されていても構わない。この時、光学散乱層
４５が光学反射層と第１基板との間に設けられていても
構わない。

【００５１】尚、本例においてはＴＦＤ(Thin Film Dio
de)素子を用いたアクティブ駆動の反射型液晶装置を例
にして説明を行なったが、ＴＦＴ（Thin Film Transist
or）素子を用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶
装置やパッシブ駆動の液晶装置に用いることもできる。
また、透過型液晶装置としても構わない。

【００５２】（第３実施形態）図８に本発明による電子
機器の一例を示す。これは電子書籍であって、携帯情報
端末の一種である。符号６００は電子書籍本体を示し、
そのうち符号６０１は本発明の液晶装置を用いた液晶表
示部である。

【００５３】また、図９に本発明の他の一例として携帯
電話を示す。符号６０５は携帯電話本体を示し、そのう
ち符号６０６は本発明の液晶装置を用いた液晶表示部で
ある。これらの電子機器は、上記の本発明による液晶装
置を備えているので、視野角が広く、明るくてコントラ
ストの高い鮮明な表示画面を有することになる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、液晶装置を観察する角
度によって色相が変化することを低減できる。また、液
晶装置の表現できる色の範囲が広がるために、表現力豊
かな液晶装置とすることができる。さらに、有効に散乱
光を使用することができるので、明るくコントラストの
高い液晶装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る液晶装置の構成
を示す断面図である。

【図２】 同液晶装置におけるセグメント電極基板を部
分的に拡大した断面図である。

【図３】 微粒子の屈折率＝１．３８、透明樹脂の屈折
率＝１．４７となる時の、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６
５０ｎｍの波長における、粒子半径に対する散乱効率の
関係を示すグラフである。

【図４】 本発明の第２実施形態に係る液晶装置のＴＦ
Ｄを部分的に拡大した平面図である。

【図５】 同ＴＦＤを部分的に拡大した断面図である。

【図６】 同液晶装置の対向基板を部分的に拡大した断
面図である。

【図７】 微粒子の屈折率＝１．５９、透明樹脂の屈折
率＝１．４７となる時の、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６
５０ｎｍの波長における、粒子半径に対する散乱効率の
関係を示すグラフである。

【図８】 本発明の液晶装置を使用した電子機器の一例
を示す斜視図である。

【図９】 本発明の液晶装置を使用した電子機器の他の
例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０、２０…基板 １１…セグメント電極 ２１…コモン電極 ３１…シール材 ３２…封止材 ４３、４５…光学散乱層 ５０…液晶材料 ５１…液晶セル ６０…偏光子 ６５、６６…位相差板 ３０１…ＴＦＤ素子 ３０２、３０６…金属膜 ３１０、４１０…基板 ３３０…反射電極 ３１１…走査線 ３０４、３１２…絶縁膜 ４０１…対向電極 ４１１、４１２、４１３…カラーフィルタ ４２０…ブラックストライプ ６００…電子書籍本体 ６０１…液晶装置 ６０５…携帯電話本体 ６０６…液晶装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧澤 圭二 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 BA02 BA14 BA20 2H048 BA02 BA45 BA47 BB01 BB02 BB10 BB44 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA14Y FA14Z FA31X FA31Y FA34Y FB02 FB12 FC01 FD24 GA13 GA16 LA16 LA17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板間に液晶を保持し、各基板の
   対向する面の少なくとも一方には電極が形成されてお
   り、且つ、少なくとも一方の基板に、 複数の着色された樹脂中に、該樹脂と屈折率が異なる微
   粒子が分散された光学散乱層が配設されている液晶装置
   であって、 前記微粒子の平均半径が、前記着色された樹脂毎に異な
   ることを特徴とする液晶装置。
2. 【請求項２】 前記光学散乱層の表面に、平坦化のため
   の透明な樹脂膜が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の液晶装置。
3. 【請求項３】 前記透明な樹脂膜中に、該透明な樹脂膜
   と屈折率の異なる微粒子が含まれていることを特徴とす
   る請求項２に記載の液晶装置。
4. 【請求項４】 対向する一対の基板のうち、少なくとも
   一方の基板の対向する面に、前記光学散乱層が形成され
   ていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の
   液晶装置。
5. 【請求項５】 対向する一対の基板のうち、少なくとも
   一方の基板の外側となる面に、前記光学散乱層が形成さ
   れている事を特徴とする請求項１、２または３に記載の
   液晶装置。
6. 【請求項６】 対向する一対の基板のうち、観視側から
   見て下側となる基板のいずれか一方の面に光学反射層が
   形成されており、 該光学反射層と液晶層との間に、前記光学散乱層が形成
   されていることを特徴とする請求項１、２または３に記
   載の液晶装置。
7. 【請求項７】 対向する一対の基板のうち、観視側から
   見て下側となる基板のいずれか一方の面に光学反射層が
   形成されており、 観察側から見て上側となる基板の何れか一方の面に前記
   光学散乱層が形成されていることを特徴とする請求項
   １、２または３に記載の液晶装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶
   装置を具備したことを特徴とする電子機器。