JP2004138657A

JP2004138657A - 拡散反射板

Info

Publication number: JP2004138657A
Application number: JP2002300676A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 佐藤　行一; Yukio Fujii; 藤井　幸男
Original assignee: New STI Technology Inc
Current assignee: New STI Technology Inc
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP4311925B2

Abstract

【課題】観察者が反射型液晶表示器を正面から見たときには明るく鮮明な表示を与え、且つ観察者以外の者が斜め方向から該液晶表示器を見たときの視認性を低下させることが可能な拡散反射板を提供すること。
【解決手段】反射型液晶表示器に用いられる拡散反射板において、基板１表面上に基板１から遠い側に凹凸面を有する凹凸層２を形成し、凹凸層２の凹凸面上に金属膜を含む反射膜３を形成し、基板１表面の法線ｌ_１に対する入射角３０°で反射膜３側から光を入射させたときに、正反射方向から反射膜３側に１５°ずれた方向ｌ_４に反射される反射光の光強度値を、正反射方向から反射膜３側に２５°ずれた方向ｌ_５に反射される反射光の光強度値の６倍以上とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示器に用いられる拡散反射板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックライトなどの光源を必要としない表示器として、反射板と表示素子に入射する光および反射板で反射された光の光量を制御する光制御手段（電極、液晶層など）と、偏光板と組み合わせて表示を行う反射型液晶表示器が知られている（例えば特許文献１、２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３７９３５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８０６１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の反射型液晶表示器にあっては、一般的に、どの角度から見ても明るく且つ鮮明な表示が得られるものが好ましいとされている。しかし、消費電力が小さく、また、背景光が強いほど鮮明に見えるという利点を有する反射型液晶表示器は携帯用の機器に利用されることが多く、このような用途の場合は周囲の人に覗き見されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、観察者が反射型液晶表示器を正面から見たときには明るく鮮明な表示を与え、且つ観察者以外の者が斜め方向から該液晶表示器を見たときの視認性を低下させることが可能な拡散反射板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の拡散反射板は、反射型液晶表示器に用いられる拡散反射板において、基板と、基板表面上に形成され基板から遠い側に凹凸面を有する凹凸層と、凹凸層の凹凸面上に形成され金属膜を含む反射膜と、を備え、基板表面の法線に対する入射角３０°で反射膜側から光を入射させたときに、正反射方向から反射膜側に１５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値が、正反射方向から反射膜側に２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値の６倍以上であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の拡散反射板によれば、凹凸面を有するフォトレジスト及び反射膜を基板上に形成し、基板表面の法線に対する入射角３０°で反射膜側から光を入射させたときに、正反射方向から反射膜側に１５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値を、正反射方向から反射膜側に２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値の６倍以上とすることで、観察者が反射型液晶表示器を正面から見たときには明るく鮮明な表示を与え、且つ観察者以外の者が斜め方向から該液晶表示器を見たときの視認性を低下させることが可能となる。
【０００８】
本発明の拡散反射板は、凹凸層が、基板表面にポジ型フォトレジストを塗布した後、内側に拡散反射領域形成用パターン、外側に透明パターンがそれぞれ形成されたフォトマスクを介してフォトレジストにプロキシミティー露光を施した後、現像・熱処理を行うことにより形成されたものであることを特徴としてもよい。これにより、反射光の光強度値が上記の条件を満たすための凹凸層を容易に且つ確実に形成することができる。
【０００９】
また、本発明の拡散反射板は、凹凸層が、感光波長域に対して遮光性を有する遮光性材料を含有するポジ型フォトレジストからなることを特徴としてもよい。遮光性材料を含有するポジ型フォトレジストを用いることで、上記特定の凹凸層を容易に且つ確実に形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は本発明の拡散反射板の一例を示す模式断面図である。図１中、透明基板１の表面上には、基板１から遠い側に微細な凹凸曲面を有する凹凸層２が設けられている。凹凸層２の表面上には蒸着等の手法でアルミニウムなど高反射率の金属膜を含む反射膜３が形成される。
【００１２】
凹凸層２は、フォトレジスト（感光性樹脂）などの有機材料からなる。フォトレジストは、露光工程、現像工程後の加熱工程で硬化する性質を有する。フォトレジストは、加熱工程での硬化にともなって溶融軟化し、膜表面が平滑化する性質を有する。ここでいう加熱工程は、フォトレジストが軟化する温度まで加熱する軟化工程と、フォトレジストを硬化させるベーキング工程とを含むものである。
【００１３】
反射膜３は、純アルミニウム、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ合金など）や銀合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金）などの材料で構成される。
【００１４】
凹凸層２及び反射膜３の形状は、基板１表面の法線ｌ_１に対する入射角３０°で反射膜３側から光を入射させたときに、正反射方向から１５°ずれた位置における反射光の光強度値Ｉ_１５が正反射方向から２５°ずれた位置における反射光の光強度値Ｉ_２５の６倍以上（好ましくは１４倍以上、より好ましくは６０倍以上）となるように設定される。
【００１５】
ここで、図１を参照しつつ、光強度値Ｉ_１５及びＩ_２５の概念についてさらに説明する。図１中、ｌ_１は基板１表面の法線、ｌ_２は法線ｌ_１に対して３０°傾斜させた方向をそれぞれ示している。また、ｌ_３はｌ_２に沿って（すなわち法線ｌ_１に対する入射角３０°で）光を入射させたときの正反射方向を示しており、ｌ_４及びｌ_５はそれぞれｌ３から拡散反射板側に１５°及び２５°ずれた方向を示している。
【００１６】
本発明の拡散反射板においては、ｌ_２上に光源１０１、ｌ_４及びｌ_５上に光検出器１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ配置し、法線ｌ_１に対する入射角３０°で反射膜３側から光を入射させたときに、光検出器１０２ａで検出される反射光の光強度値（正反射方向から反射膜３側に１５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値）Ｉ_１５が、光検出器１０２ｂで検出される反射光の光強度値（正反射方向から反射膜３側に２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値）Ｉ_２５の６倍以上となるように設定される。Ｉ_１５／Ｉ_２５≧５とすることで、観察者が反射型液晶表示器を正面から見たときには明るく鮮明な表示を与え、且つ観察者以外の者が斜め方向から該液晶表示器を見たときの視認性を低下させることが可能となる。なお、光検出器１０２ａ、１０２ｂは、それぞれの受光面が反射膜３と法線ｌ_１との交点から等距離に配置される。
【００１７】
図２は本発明の実施形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタを示す模式断面図である。図２に示したカラーフィルタが備える拡散反射板は図１に示した拡散反射板と同様の構成を有するものであり、凹凸層２及び反射膜３は光散乱層としての機能を有する。
【００１８】
光散乱層をカラーフィルタ基板に形成して使用する場合には、光散乱層上に着色樹脂領域４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが設けられる。着色樹脂領域４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上には必要に応じて透明保護膜６が設けられ、液晶を駆動するための透明電極５が形成される。
【００１９】
なお、着色樹脂領域４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材質のものであっても良い。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散あるいは顔料分散された樹脂などがある。
【００２０】
この樹脂の種類には、特に制限は無いが、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドなどを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域４Ｒ，４Ｇ，４Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００２１】
図３は、上述の拡散反射板を備えたカラーフィルタの製造方法を説明するための説明図である。このカラーフィルタは以下の工程（ａ）〜（ｅ）を順次実行することによって製造される。
【００２２】
工程（ａ）
透明な基板１上にポジ型レジストを塗布しフォトレジスト層（凹凸層２の中間体）２を形成する（図３（ａ））。フォトレジストとしてはポジ型のものを用いる。
【００２３】
ここで、フォトレジストの感光波長域に対する単位厚さ当たりの透過率は１〜３０％／μｍであることが好ましい。当該透過率が１％／μｍ未満であると加工性が不十分となって多くの露光エネルギーが必要となる傾向にある。また、当該透過率が３０％／μｍを超えると、加工深さが露光条件や現像条件に対して急激に変化するため、所定形状の凹凸面を安定的に形成することが困難となる傾向にある。
【００２４】
工程（ｂ）
フォトマスク７を介して一括露光（プロキシミティー露光）を行う（図３（ｂ））。フォトマスク７には多角形、円形、リング状の透過部Ｔが規則的又は、ランダムに配置されている。本例では、リング（円環）状の透過部Ｔを用いることとする。透過部Ｔは等間隔で複数配列しており、したがって、露光によってフォトレジスト内に潜像濃度分布２ａが形成される。
【００２５】
プロキシミティー露光時のフォトマスク７とフォトレジスト２との距離をＬ（μｍ）、プロキシミティー露光時のフォトマスク７の透過部Ｔの外形寸法をＤ（μｍ）とする。ここで、外形寸法とは透過部が円形又は円環形である場合には、外径の寸法（直径）を意味し、楕円形や多角形である場合には、重心位置から外周までの平均距離の２倍を意味するものとする。
【００２６】
フォトマスク７上の透過部Ｔは外径Ｄが２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下、そして３μｍ以上が好適である。
【００２７】
工程（ｃ）
フォトレジスト２の現像を行うことでパターニングをする（図３（ｃ））。現像はフォトレジストに適した条件を選定すればよく、ナトリウムやカリウムの水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩といった無機アルカリ、有機アンモニウムなどの有機アルカリの溶液中を現像液として使用し、現像液を２０℃から４０℃での浸漬又はシャワーすることで行われる。現像後の基板は純水で充分に洗浄したのち、熱処理を行う。
【００２８】
熱処理工程では、フォトレジストのパターンは硬化に先だって、溶融軟化し、滑らかな凹凸面がフォトレジストの表面に形成される。熱処理温度としては好ましくは１２０〜２５０℃、より好ましくは１５０〜２３０℃の範囲が好ましい。また、熱処理時間としては１０〜６０分が好ましい。
【００２９】
上記工程（ａ）〜（ｃ）により形成される凹凸層の形状は、基板１表面の法線に対する入射角３０°で反射膜３側から光を入射させたときに、正反射方向から反射膜３側に１５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値が正反射方向から反射膜側に２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値の６倍以上となるように設定される。
【００３０】
工程（ｄ）
金属膜反射膜３を形成する（図２（ｄ））。この形成には蒸着法やスパッタ法を用いることができる。反射膜３の厚みは、０．１〜０．３μｍの範囲が好適であり、より好ましくは０．１５〜０．２５μｍの範囲が良い。反射膜３に誘電体多層膜を用いることもできる。また、反射膜３が金属膜を含む場合には高反射率を達成することができる。この金属膜は金属アルミニウム、アルミニウム合金又は銀合金を含むが好ましいが、もちろん、特性に悪影響を与えない他の元素を含んでいてもよい。
【００３１】
金属反射膜３は、必要に応じてエッチング等により不要部分を除去し、光透過部やマーク類を形成する。
【００３２】
工程（ｅ）
必要に応じて、赤、緑、青の着色層を形成し、続いて、保護層６及び透明電極５を形成物の上に堆積し、拡散反射板付カラーフィルタ基板が完成する（図２（ｅ））。
【００３３】
図３は、上述の拡散反射板が設けられたカラーフィルタを用いた反射型液晶表示器の断面図である。
【００３４】
この液晶表示器は、１枚偏光板方式の反射型カラー液晶表示器である。ガラスからなる基板１及び対向基板１０との間には所定の間隙が設けられ、この間隙に液晶が充填された液晶層９と、画素電極１１を有する。また、対向基板１０の外側には偏光板１２が設けられている。
また、同様の方法で形成した光散乱層上に配線や駆動素子を形成し、素子基板として用いることも可能である。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３６】
［実施例１］
先ず、ポジ型フォトレジスト（東京応化工業社性ＰＲ−１３）にカーボンブラックを添加して吸光性フォトレジストを調製し、この吸光性フォトレジストをガラス基板上に塗布し、１００℃で９０秒間プリベークしてフォトレジスト層を形成した。フォトレジスト層の膜厚は１．２５μｍ、主感度波長（４０５ｎｍ）に対する透過率は７％／μｍであった。
【００３７】
次に、このフォトレジスト層について、外径１１μｍ、内径５μｍの透過部がランダムに配置されたフォトマスクを介してプロミキシティー露光を行った。露光量は４００ｍＪ／ｃｍ^２、露光ギャップは１５０μｍとした。
【００３８】
露光後のフォトレジスト層を０．５％ＫＯＨ溶液中で７０秒間現像した後、２００℃に保持したクリーンオーブン中で２０分間熱処理して凹凸層を形成した。
【００３９】
さらに、凹凸層上にアルミニウム膜を蒸着して目的の拡散反射板を得た。
【００４０】
このようにして得られた拡散反射板について、基板表面の法線に対する入射角３０°で反射膜側から光を入射させ、正反射方向から反射膜側に１５°及び２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値Ｉ_１５、Ｉ_２５を測定した。その結果Ｉ_１５は２５４、Ｉ_２５は４、Ｉ_１５／Ｉ_２５は６３であった
【００４１】
［実施例２〜４、比較例１〜４］
実施例２〜４及び比較例１〜４においては、それぞれフォトレジスト層の膜厚及び透過率、露光量、並びに露光ギャップを表１に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして拡散反射板を作製した。得られた拡散反射板のＩ_１５、Ｉ_２５及びＩ_１５／Ｉ_２５を表１に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
［視認性評価試験］
実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた各拡散反射板にグリセリンを介してガラス基板を貼り合わせて視認性評価試料（液晶模擬セル）を作製した。
【００４４】
これらの液晶模擬セルについて、被験者が正面及び斜め４５°から観察し、各方向における視認性を評価した。評価は１（不良）、２（やや不良）、３（普通）、４（やや良好）、５（良好）の５段階とした。得られた結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】

表２に示したように、実施例１〜４の拡散反射板を使用した場合、正面から見たときの視認性は十分に高く、その反面、斜めから見たときの視認性は十分に低いことが確認された。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、観察者が反射型液晶表示器を正面から見たときには明るく鮮明な表示を与え、且つ観察者以外の者が斜め方向から該液晶表示器を見たときの視認性を低下させることが可能な拡散反射板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡散反射板の一例を示す模式断面図である。
【図２】拡散反射板付きカラーフィルタの一例を示す模式断面図である。
【図３】拡散反射板付きカラーフィルタの製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】拡散反射板が設けられたカラーフィルタを用いた反射型液晶表示器の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…凹凸層（フォトレジスト層）、２ａ…潜像濃度分布、３…反射膜、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…着色樹脂領域、５…透明電極、６…保護層、７…フォトマスク、９…液晶層、１０…対向基板、１１…画素電極、１２…偏光板、１０１…光源、１０２ａ、１０２ｂ…光検出器。

Claims

反射型液晶表示器に用いられる拡散反射板において、
基板と、前記基板表面上に形成され前記基板から遠い側に凹凸面を有する凹凸層と、前記凹凸層の凹凸面上に形成され金属膜を含む反射膜と、を備え、
前記基板表面の法線に対する入射角３０°で前記反射膜側から光を入射させたときに、正反射方向から前記反射膜側に１５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値が、正反射方向から前記反射膜側に２５°ずれた方向に反射される反射光の光強度値の６倍以上であることを特徴とする拡散反射板。
前記凹凸層が、前記基板表面にポジ型フォトレジストを塗布した後、内側に拡散反射領域形成用パターン、外側に透明パターンがそれぞれ形成されたフォトマスクを介して前記フォトレジストにプロキシミティー露光を施した後、現像・熱処理を行うことにより形成されたものであることを特徴とする、請求項１に記載の拡散反射板。
前記凹凸層が、感光波長域に対して遮光性を有する遮光性材料を含有するポジ型フォトレジストからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の拡散反射板。