反射型液晶表示装置用反射板およびその製造方法

トップ :: G 物理学 :: G02 光学

【発明の名称】	反射型液晶表示装置用反射板およびその製造方法
【発明者】	【氏名】高橋賢次【氏名】安部俊一
【要約】	【課題】明るく、明確な表示が得られ、視野角依存性がなく、反射光の着色などが発生しない液晶表示装置を構成できる反射型液晶表示装置用反射板とその製造方法を提供する。【解決手段】基板上１に、バインダー成分を含む造膜性塗料を、塗布、硬化して得られた不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜３が形成され、この上に、前記凹凸形状に対応した金属薄膜４が形成されてなることを特徴とする反射型液晶表示装置用反射板を構成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板上に、バインダー成分を含む造膜性塗料を塗布、硬化して得られた不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜が形成され、この上に、前記凹凸形状に対応した金属薄膜が形成されてなることを特徴とする反射型液晶表示装置用反射板。
【請求項２】前記凹凸形状がクレーター状であることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置用反射板。
【請求項３】前記バインダー成分が、金属アルコキシド系材料、あるいはその加水分解物を含むことを特徴とする請求項１または２記載の反射型液晶表示装置用反射板。
【請求項４】基板上に、バインダー成分を含む造膜性塗料をスプレーし、硬化して、不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜を形成し、該凹凸膜上に、前記凹凸形状が反映するように金属薄膜を形成することを特徴とする反射型液晶表示装置用反射板の製造方法。
【請求項５】前記バインダー成分が、金属アルコキシド系材料、あるいはその加水分解物を含むことを特徴とする請求項４記載の反射型液晶表示装置用反射板の製造方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置用反射板（以下反射板と略記する）およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１－１８８８２８号公報に記載の反射型の液晶表示装置は、対向する一対の基板間に液晶層をはさんで保持してなる液晶セルにおいて、一方の基板に反射層を設けて反射板を構成したものである。この結果、前記反射板からの反射光によって従来より明るい表示が得られる。前記反射層は、比較的簡便な操作で形成可能で、かつ厚さの制御などが容易であることから、通常金属薄膜から構成される。この金属薄膜は反射面としてだけでなく、場合によっては電極として併用される。
【０００３】しかしながら、この液晶表示装置は表示が不明確となる場合があった。すなわち、前記反射面が鏡面となって使用者の顔などの背景が映る映り込みが生じる場合があった。また、前記反射面からの正反射方向と、液晶表示装置からの表面反射方向とが一致するため、表示面が白く光って見えることがあった。このため、角度によっては表示が非常に見づらくなる視野角依存性があり、コントラストが著しく低下する場合があった。
【０００４】このような視野角依存性などの不都合は、金属薄膜からなる反射面が平滑であるために発生するものである。そこで、反射面に微細な複数の凹凸を形成すると、これらの凹凸によって、前記反射面において光が乱反射して拡散し、上述の問題を解決することができる。反射面に凹凸を形成した反射板としては、以下のような提案がなされている。
■基板上に金属薄膜製の反射層を形成した後に、加熱処理して反射面に凹凸を形成した反射板。
■基板上に金属薄膜製の反射層を形成した後に、ホーニング処理して反射面に凹凸を形成した反射板。
■基板上に金属製薄膜製の反射層を形成した後に、エッチング処理して凹凸を形成した反射板。
■基板表面にフォトリソグラフィーなどによって凹凸膜を形成し、この凹凸膜上に、その凹凸形状が表れるように金属薄膜を形成した反射板。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記■に記載のものは、加熱処理が高温で、基板の耐熱性が要求されるため、基板の材質に制約があった。また、凹凸の形状が金属薄膜の結晶性によって変化するため、金属薄膜の特性によっては十分に微細な凹凸が形成できず、良好な光の拡散効果が得られないことがあった。前記■に記載のものは、反射層にピンホールなどが生じやすく、製品歩留まりが低下する場合があった。特に金属薄膜を電極として併用する際には、前記ピンホールが断線や抵抗値の変化の原因となり、液晶表示装置の画像に影響する場合があった。
【０００６】前記■、■に記載のものは、通常同じ形状の凹凸が規則的に形成される。すなわち、反射面に形成された複数の凹凸において、その高低差や凹凸の間隔（ピッチ）はほぼ等しく、規則性がある。このため、反射光において、前記凹凸の配列方向や深さ方向の規則性に応じた干渉光がそれぞれ発生し、反射光が着色する場合があった。この干渉光を抑制するためには、高低差やピッチが異なる不規則な凹凸形状を形成すると好ましい。しかしながら、エッチングやフォトリソグラフィーによって不規則な凹凸形状を形成しようとすると、これらの工程を繰り返す必要がある。このため製造工程がより複雑になり、コストも高くなるという問題があった。
【０００７】本発明は前記事情を艦みてなされたもので、明るく、明確な表示が得られ、視野角依存性がなく、反射光の着色などが発生しない液晶表示装置を構成できる反射型液晶表示装置用反射板とその製造方法を提供することを課題とする。さらに、基板の材質が限定されず、反射層（反射面）にピンホールなどの不良が生じにくい反射型液晶表示装置用反射板とその製造方法を提供することを目的とする。さらに、不規則かつ微細な凹凸形状を有する反射面を、複雑で多数の工程を踏むことなく、簡便に形成することができる反射型液晶表示装置用反射板とその製造方法を提供することを目的とする。また、その反射面が金属薄膜からなる反射板において、これらの課題を解決することができる反射型液晶表示装置用反射板とその製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、本発明においては、基板上に、バインダー成分を含む造膜性塗料を塗布、硬化して得られた不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜が形成され、この上に、前記凹凸形状に対応した金属薄膜が形成されてなることを特徴とする反射型液晶表示装置用反射板を提案する。この反射型液晶表示装置用反射板は、基板上に、バインダー成分を含む造膜性塗料を、好ましくはスプレーして塗布し、乾燥、焼き付け処理して硬化して、不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜を形成し、該凹凸膜上に、前記凹凸形状が反映するように金属薄膜を形成して得ることができる。また、本発明においては、前記凹凸膜の凹凸形状をクレーター状とすることができる。また、バインダー成分として金属アルコキシド系材料、あるいはその加水分解物を含むものを用いると、凹凸膜において、その形状を保持する十分な硬度が得られ、また耐久性が向上し、好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の反射板の一例について、その製造方法手順にしたがって説明する。すなわち、まずバインダー成分を溶剤に溶解して造膜性塗料（以下、塗料と略記する）を調整する。前記バインダー成分は、基板上に塗料を、好ましくはスプレーして塗布し、乾燥、焼き付け処理して硬化させて、凹凸膜を形成できる造膜能を有する材料であれば、無機系、有機系を問わずに使用することができる。中でも金属アルコキシド系材料を用いると、凹凸膜の形状を保持する十分な硬度が得られ、また凹凸膜の耐久性が向上し、好ましい。金属アルコキシド系材料は、その加水分解物も含むものとする。
【００１０】金属アルコキシド系材料としては、例えばシリコン系；チタニウム系；ジルコニウム系；アルミニウム系の化合物などがあげられる。これらを１種類で用いることできるし、あるいは２種類以上の混合物として用いることもできる。前記シリコン系としては、テトラアルコキシシラン系化合物、アルキルトリアルコキシシラン系化含物、ジアルキルジアルコキシシラン系化合物などを例示することができる。
【００１１】また、金属アルコキシド系材料に、他のバインダー成分を混合することもできるが、金属アルコキシド系材料がバインダー成分中に８０重量％以上含まれるようにすると好ましい。他のバインダー成分としては、例えばアクリル樹脂、ポリブチラール樹脂、ウレタン樹脂などを例示することができる。
【００１２】さらに前記バインダー成分に、平均粒径０．０１～０．２μｍ程度の各種微粒子を配合すると、凹凸膜の凹凸形状がさらに不規則になりやすくなる。また、凹凸形状が後述するクレーター状になりやすくなる。さらに、補強材として作用し、膜強度を向上させることができる。前記微粒子としては、例えばＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂などを例示することができる。また、微粒子の配合割合は、バインダー成分中０．５～３０重量％とされる。０．５重量％未満の場合は添加効果が十分に得られず、３０重量％をこえると膜形成ができない場合がある。
【００１３】溶剤は、配合するバインダー成分に対して溶解性が高いものが選択される。また、沸点が低く、揮発性が高く、乾燥速度の速いものが好ましい。例えば水、アルコール系化合物、グリコールエーテル系化合物、ケトン系化含物などを例示することができ、これらを１種あるいは２種以上混合して用いることができる。
【００１４】乾燥速度の速い溶剤を用いると、後述するように凹凸膜の凹凸形状がクレーター状になりやすい。しかし、乾燥が速すぎると、基板に塗料の液滴が到達する前に溶剤が蒸発して、凹凸形状の制御が困難になったり、十分な膜強度が得られない場合がある。溶剤の乾燥速度は、乾燥速度の速い溶剤と乾燥速度の遅い溶剤とを混合して調整することができる。前記乾燥速度の遅い溶剤としては、例えばジアセトンアルコール、ブチルセロソルブなどを例示することができる。また、バインダー成分を溶剤に溶解して、塗料を調整する操作は特に限定することはなく、例えば、前記バインダー成分に対して溶解性が高い溶剤に、先にバインダー成分を溶解し、この後、他の溶剤を混合して、所望の濃度や乾燥速度が得られるように調整することもできる。
【００１５】前記バインダー成分と溶剤の割合は、凹凸膜の凹凸形状などによって適宜調節される。例えば、通常、バインダー成分は０．５～５重量％、溶剤は９５～９９．５重量％の範囲である。この範囲を満足しない場合は、膜形成に適した固形成分が得られず、凹凸膜の形成が困難となる場合がある。
【００１６】ついで、基板を用意する。基板は、例えばガラス基板が好適である。あるいは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどの合成樹脂からなる合成樹脂基板を用いることができる。この基板上に、上述のように調整した塗料を塗布する。このときスプレーによって塗布すると、凹凸膜の凹凸形状が不規則かつ微細になりやすく好ましい。図１、図２は、基板上に塗料をスプレーしたときの状態を示す説明図である。すなわち、図１に示したように、基板１上にスプレーすると、塗料の液滴２が空気圧によって基板１に衝突する。この結果、図２に示したように、衝突時の衝撃で液滴２が変形してつぶれ、例えばその中心２ａがへこんだクレーター状（冠状）の凹凸２Ａとなる。実際は複数の液滴が同時に基板１上に衝突することによって、変形した液滴の集合体からなる、不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜前駆体が、基板１上に形成される。なお、不規則かつ微細な凹凸形状とは、凹凸形状の高低差やピッチ幅に規則性がなく、かつこれらが最適化され、反射光の拡散特性などを改善し得る状態を呼称する。ついで、この凹凸膜前駆体を加熱して乾燥することにより、溶剤を蒸発させ、さらに焼き付け処理して、図３に示したように、バインダー成分の硬化体からなる不規則かつ微細な凹凸形状を有する凹凸膜３を得る。この乾燥と焼き付け処理は同時に行うこともできる。
【００１７】図４は、上述のようにして形成した凹凸膜の一例の三次元像の顕微鏡写真である。この写真は、原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ（株）製；ＳＰＩ３７００）を用い、１８８μｍ×１８８μｍの範囲を、約５００億の倍率で測定したものである。この写真から、クレーター状の凹凸を含む、不規則かつ微細な凹凸形状が形成されていることがわかる。
【００１８】すなわち、スプレーノズルから同時に噴射されるひとつひとつの液滴が、空気圧によって基板に衝突するまでの距離や速度などの条件は、後述するようにスプレー条件によってある程度調節できるものの、全ての液滴において一定になることはない。このため、一回のスプレー操作によって、簡単に不規則かつ微細な凹凸形状を得ることができる。凹凸膜の凹凸形状は、必ずしもクレーター状になるとは限らないが、特にクレーター状になるように条件を調節すると、前記凹凸形状が不規則になりやすく、好ましい。
【００１９】凹凸膜全体の凹凸形状や、その高低差や間隔（ピッチ）の範囲は、スプレー条件と、塗料の特性によって変化する。具体的には、後述する金属薄膜の好ましい凹凸形状を実現できるように、適宜条件が設定される。ただし、凹凸膜の最小の厚さは０．０１μｍ以上とすると好ましい。０．０１μｍ未満の場合、凹凸膜にピンホールが形成される場合がある。したがって実際には、所望の凹凸形状が得られるように、予備実験によって予めスプレー条件や塗料特性を最適化しておくと好ましい。
【００２０】前記スプレー条件とは、スプレーノズルシステム；スプレー圧力；塗料供給量；基板の面温；スブレーノズルと基板との距離などである。このためスプレー装置やそのノズルの形状などは、凹凸膜の形状によって選択され、特に限定するものではない。塗料の特性は、その粘度や沸点によって表され、これはバインダー成分や溶剤の種類、塗料の濃度などによって適宜調整される。
【００２１】また、凹凸膜前駆体の乾燥、焼き付け処理の温度や時間などの条件は、溶剤とバインダー成分の種類や、塗料の濃度、凹凸膜前駆体の厚さなどによって適宜調節される。例えば金属アルコキシド系材料（バインダー成分）と、水とエタノール（溶剤）を含む塗料を用いて、乾燥と焼き付け処理を同時に行う際の温度は、基板の耐熱温度以下で行う必要があるが、概ね１２０～２００℃程度である。
【００２２】ついで、図３に示したように、上述のようにして形成した基板１上の凹凸膜３の上に、この下地の凹凸膜３の凹凸形状に対応するように、金属薄膜４を形成して反射板を得る。このようにして金属薄膜４を形成することによって、前記金属薄膜４の表面、すなわち反射面は、前記凹凸膜３の凹凸形状がほぼ忠実に再現された、不規則かつ微細な凹凸形状になる。前記金属薄膜４を形成する金属は特に限定されるものではないが、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどが、反射率、安定性、反射光の色調などに優れているため好適である。また、金属薄膜４の厚さは均一であることが望ましく、好ましくは１μｍ以下、さらにに好ましくは０．１μｍ以下とされる。１μｍをこえると、凹凸膜の凹凸形状が十分に再現されず、反射光の拡散効果が低減する場合がある。前記金属薄膜４の形成方法は特に限定するものでなく、例えば蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、無電解めっき法などを例示することができる。
【００２３】ところで、反射光の拡散具合は、前記金属薄膜４の反射面に表れた凹凸形状の高低差ＤとピッチＰ、そして凹凸形状の不規則性（分散具合）によって決定される。前記高低差ＤとピッチＰは、原子間力顕微鏡の三次元像（顕微鏡写真）から解析することができる。例えば、図４に示した原子間力顕微鏡の三次元像と同様の条件で測定した像において、１８８μｍ×１８８μｍの範囲の高低差ＤとピッチＰを測定して反射板の特性を評価する。本発明において、前記高低差Ｄとは、図３に示したように、金属薄膜４上に形成された凸部の頂点から、この凸部の隣に形成された凹部の底面までの距離とする。前記ピッチＰは、金属薄膜４上に形成された隣接する凸部間の距離とする。
【００２４】前記高低差Ｄは０．３～２．５μｍの範囲が適当である。また平均高低差が０．５～１．５μｍであると、さらに好ましい。高低差Ｄの範囲の下限値が０．３μｍ未満であったり、平均高低差が０．５μｍ未満の場合は、平坦に近くなり、反射光の拡散が小さくなる。このため視野角依存性の改善が不十分になる。高低差Ｄの範囲の上限値が２．５μｍをこえたり、平均高低差が１．５μｍをこえる場合は、反射光の拡散が大きすぎ、乱反射光量が大きくなる。この結果、反対に表示に使用される反射光量が小さくなり、視認性（明るさ）が低下する。
【００２５】前記ピッチＰは１～２０μｍの範囲が適当である。また、平均ピッチが５～１０μｍであることが、さらに好ましい。前記ピッチＰの範囲の下限値が１μｍ未満であったり、前記平均ピッチが５μｍ未満の場合、反射光の拡散量が小さく、すなわち反射光が小さくなり、視認性が悪くなる。一方、前記ピッチＰの範囲の上限値が２０μｍをこえたり、前記平均ピッチが１０μｍをこえると、凹凸の効果が得られないため、反射光が十分に拡散せず、反射光の視野角依存性を改善することができない。
【００２６】また、凹凸形状の不規則性（分散具合）は、複数の高低差の平均面粗さやピッチの測定値の標準偏差によって表すことができる。平均面粗さ（Ｒａ）は、高さの平均値（Ｚ0）から測定面（Ｘ0、Ｙ0）、（Ｘ1、Ｙ1）までの偏差の絶対値を測定面積で割った値であり、各測定点の高さをＦ（Ｘ、Ｙ）とした場合、以下の式で与えられる。
【００２７】
【数１】

【００２８】標準偏差は、複数の測定値に対して、これらの平均値とひとつの測定値との差の自乗をそれぞれ求めて合計し、この合計値を測定値の数（Ｎ）で割った値を１／２乗した試料標準偏差である。本発明において、平均面粗さは１００～１５０ｎｍ、好ましくは１１０～１３０ｎｍの範囲とされる。またピッチの標準偏差は好ましくは２～３の範囲とされる。
【００２９】本発明の反射板は、常法にしたがって、この反射板と他の基板との間に液晶層を設けて液晶セルとし、この液晶セルを反射型液晶表示装置に組み込んで用いられる。このように本発明の反射板においては、不規則かつ微細な凹凸形状を有する反射面の作用により、反射光の良好な拡散特性が得られる。その結果、液晶表示装置において、明るく、明確で、かつ視野角依存性がない表示が得られる。また、その反射光において干渉光が観察されることがなく、反射光が着色することはない。さらに、スプレーによって凹凸膜を形成するので、十分にその高低差とピッチが分散した不規則かつ微細な凹凸形状を、簡単に、低コストで得ることができる。また、金属薄膜形成後に加工を施すことがないので、金属薄膜にピンホールなどが形成される不都合が発生しにくい。また、金属薄膜を直接加熱処理して凹凸を形成する程の高温条件の加熱を必要としないので、基板の材質が制約されない。
【００３０】
【実施例】以下に、実施例を示してさらに具体的に説明する。
（実施例１）基板（ガラス基板）として、シリカのアルカリバリヤー膜付きの厚さ１．１ｍｍのソーダ石灰ガラス板を用意した。バインダー成分として、シリカ系加水分解液（ａ）を用意した。このシリカ系加水分解液（ａ）は、シリコンアルコキシドの加水分解液を、以下のようにして調製したものである。すなわち、テトラエトキシシラン（シリコンアルコキシド）４０ｇと、０．１Ｎ塩酸３５ｇと、エタノール１８１ｇを、室温で２４時間混合して均一な溶液とした。ついで、前記シリカ系加水分解液（ａ）１３３ｇに、純水４２ｇ、エタノール１２５ｇを加えて十分混合して、スプレー用の凹凸膜形成用塗科（ｂ）を調製した。
【００３１】ついで、前記基板に、前記凹凸膜形成用塗料（ｂ）をスプレーして凹凸膜前駆体を形成した。スプレー条件は、スプレー圧：４ｋｇ／ｃｍ²、基板の面温：５０℃、ノズル－基板間距離：２０ｃｍとした。この後、１７５℃、４５分の条件で加熱して、乾燥、焼き付け処理を同時に行って、前記凹凸膜前駆体を硬化させて凹凸膜を得た。この凹凸膜の凹凸の高低差とピッチは、それぞれ０．５～１．５μｍと５～１０μｍの範囲に分散し、それぞれの平均値は１．０μｍと８．０μｍであった。また、高低差の平均面粗さは１１０ｎｍ、ピッチの標準偏差は２．５であった。ついで、前記凹凸膜上に、真空蒸着装置を用いて厚さ０．１μｍのＡｌ膜（金属薄膜）を積層して反射板を得た。金属薄膜の凹凸の高低差とピッチは、前記凹凸膜と殆ど同様であった。
【００３２】（比較例１）実施例１と同様の基板上に、凹凸膜を形成せずに、真空蒸着装置を用いて、直接厚さ０．１μｍのＡｌ膜を蒸着して、平滑な反射面を有する反射板を製造した。
【００３３】実施例１と比較例１の反射板について、入射角３０゜の入射光に対する反射光の強度を、反射角ごとに、反射面の光沢度（グロス値）として求め、結果を表１に示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】表１より、比較例１においては、入射角と等しい３０゜の反射角に反射光が集中しているのに対して、実施例１においては、反射光が広い反射角に分布しており、良好な拡散特性が得られていることがわかった。
【００３６】（比較例２）凹凸膜の形成方法として以下の方法を採用した以外は、実施例１と同様にして反射板を製造した。凹凸膜は以下のようにして形成した。すなわち、基板上に、市販の耐熱性のネガ型レジスト塗料を塗布して乾燥した。この後、ライン幅とスペース幅が５μｍのフォトマスクを介して、高圧水銀灯を用いて光を照射した。ついで、アルカリ水溶液を用いて現像し、最後に１５０℃でポストベークを行って、規則的な凹凸形状を有する凹凸膜を得た。
【００３７】上述の実施例１と比較例２の反射板を、それぞれ実際の液晶表示装置に組み込んだ。実施例１においては、背景の映り込みや反射光の着色は認められず、表示が明確で、かつ視認性（明るさ）が良好であることが確認できた。これに対して比較例２においては、干渉色が観察され、反射光が着色した。したがって、実施例１の反射板においては、十分な拡散特性が得られ、液晶表示装置の特性の向上を図ることができることが明らかとなった。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の反射板においては、不規則かつ微細な凹凸形状を有する反射面の作用により、反射光の良好な拡散特性が得られる。その結果、液晶表示装置において、明るく、明確で、かつ視野角依存性がない表示が得られる。また、その反射光において干渉光が観察されることがなく、反射光が着色することはない。さらに、造膜塗料を好ましくはスプレーによって塗布して、凹凸膜を形成するので、十分にその高低差とピッチが分散した不規則かつ微細な凹凸形状を、簡単に、低コストで得ることができる。また、金属薄膜形成後に加工を施すことがないので、金属薄膜にピンホールなどが形成される不都合が発生しにくい。また、金属薄膜に直接加熱処理によって凹凸を形成する程の高温の加熱処理を必要としないので、基板の材質が制約されない。

【出願人】	【識別番号】０００１８３２６６【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社
【出願日】	平成１０年７月１３日（１９９８．７．１３）
【代理人】	【識別番号】１０００６４９０８【弁理士】【氏名又は名称】志賀正武（外９名）
【公開番号】	特開２０００－２９０２３（Ｐ２０００－２９０２３Ａ）
【公開日】	平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】	特願平１０－２１３５２５