JP2007212969A - 反射板及び該反射板を備える液晶表示装置並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光を効率的に観察者側に反射して明るい反射特性を得ることができる反射板の構造及び該反射板を備える液晶表示装置並びに該反射板を安価に作製することができる製造方法の提供。
【解決手段】入射光を任意の方向へ拡散反射させる拡散反射板であって、各々の凸部をその頂部が同じ方向に偏った（すなわち入射光が入射する側で傾斜角が相対的に小さい又は斜面の長さが相対的に長い）形状となるように凹凸を形成することにより、拡散反射の成分の内、実際の使用形態における観察者の視認方向の成分を増やして明るい反射特性が得られるようにする。また、この拡散反射板を、解像限界以上のサイズのパターンの領域と解像限界未満のパターンの領域とパターンのない領域とを組み合わせたフォトマスク３２を用いて作製することにより、少ない工程で歩留まり良く安価に作製できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射板及び該反射板を備える液晶表示装置並びにその製造方法に関し、特に、液晶表示装置の基板上に形成する反射板の構造及び該反射板を備える反射型又は反透過型の液晶表示装置並びにその製造方法に関する。

液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、携帯機器等の広い分野で実用化が進められている。この液晶表示装置はＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＥＬ（electro-luminescence）表示装置と異なり、自ら発光する機能を有していないため、透過型の液晶表示装置にはバックライト光源が設けられており、液晶パネルでバックライト光の透過／遮断を切り替えることによって表示が制御される。この透過型液晶表示装置では、バックライト光により周囲環境によらず明るい画面を得ることができるが、バックライト光源の消費電力が大きいため、特にバッテリーで駆動する場合には動作時間が短くなるという問題がある。

上記バックライト光源の消費電力の問題を解決するために、周囲光を利用して表示する反射型液晶表示装置が提案されている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。この反射型液晶表示装置は、バックライト光源の代わりに反射板を設け、液晶パネルで反射板によって反射された周囲光の透過／遮断を切り替えることによって表示が制御されるため、消費電力の低減、小型化、軽量化を図ることができるが、一方、周囲が暗い場合には視認性が低下してしまうという問題がある。

そこで、バックライト光源による消費電力の増加、及び周囲の環境による視認性の低下を防止するために、各々の画素に透過領域と反射領域とを設けた液晶表示装置（以下、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の機能を兼ね備えたものを半透過反射型液晶表示装置と呼ぶ。）が提案されている（例えば、下記特許文献１、３参照）。この半透過反射型液晶表示装置では、通常、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）などのスイッチング素子が形成されるアクティブマトリクス基板の一部（反射領域）に反射板を形成し、この反射板によって周囲光を乱反射させている。

特許３３９４９２６号（第５−８頁、第１図） 特開２００２−２０２７２１４号公報（第３−７頁、第１図） 特開２００４−３７９４６号公報（第５−１４頁、第１図）

上記反射型液晶表示装置や半透過反射型液晶表示装置では、共に外光が強い条件下で明るい表示を得るために凹凸を有する樹脂層を設け、その樹脂層の上に反射膜を設けて反射板を形成している。この凹凸形状は、フォトリソグラフィー法により凸または凹になる部分を露光／現像し、さらに熱処理により形成しているが、従来の技法では、安価かつ十分に明るい反射特性を有する反射板を作製することが困難であった。

具体的に説明すると、上記反射板を供えた液晶表示装置は、図１３に示すように、光源から光が入射した場合、基板に対して正反射方向には、液晶表示装置を構成する様々な層（例えば、偏光板１９ｂや位相差板２０ｂ、透明絶縁基板１３、対向電極１５、液晶層１７など）の影響により映り込みが発生し表示がみづらいことや、鏡面反射板では正反射以外の方向では暗くなるために視認性が低下することから、入射光を散乱させる拡散反射板を使用することが多い。

この拡散反射板を製造する方法として、例えば特許第３３９４９２６号には、「感光性樹脂に円または多角形の領域の総面積がフォトマスクの総面積の２０％以上４０％以下であるフォトマスクを用いて露光」する方法が開示されている。この方法では、図１５に示すように、感光性樹脂は円または多角形のパターンを有するフォトマスクを用いて露光され、露光される領域と遮光される領域の２つの領域になり、例えばポジの感光性樹脂を用いた場合、現像後の状態は露光される領域は凹部に、遮光される領域は凸部になり、過熱処理を行うことで必要な傾斜を得ることになる。そのため、例えば円形のパターンを用いた場合には、その断面は対称的な形状しか得られず、図７（ａ）に示すように、反射板に入射した外光は正反射方向を中心にして等方的に散乱されることになる。しかしながら、実際の使用状況下において、例えば携帯電話のような用途では、図１４（ａ）に示すように、液晶パネルは水平方向から傾いた角度で使用されるため、入射光に対して正反射方向よりもパネル鉛直方向側でしか使用されず、また、ＰＤＡのようにスタイラスで操作するようなものでは、図１４（ｂ）に示すように、水平に近い状態で使うことが多くなるため、携帯電話よりは正反射成分に近い角度で使用されるが、正反射方向に対してパネル鉛直方向とは逆の方向の成分はほとんど利用されない。従って等方的に散乱する反射板では損失が生じ、明るい反射特性を有する反射板を作製することができない。

一方、任意の方向の反射特性を向上させるには、例えば特開２００２−２０２７２１４号公報の請求項２に記載されているように、「表面が、凹凸形状を有し、該凹凸形状の凸部同士を結んだ線、凹部同士を結んだ線、又は凸部と凹部との中間部分同士を結んだ線が、前記観察者及び前記光源とを結ぶ方向に対しほぼ直交する成分を多く有する」ように反射板を構成することが出来る。しかしながら、この方法においても、特許第３３９４９２６号と同様なフォトマスクを用いているために、図７（ａ）に示すように前記観察者及び前記光源とを結ぶ方向に対しほぼ直交する成分の断面形状は等方的になり、特許第３３９４９２６号と同様に損失が生じ、明るい反射特性を有する反射板を作製することができない。

さらに、それを解決するために特開２００４−０３７９４６号公報に提示されているように、「基板上に配置された第１の傾斜樹脂層と、前記第１の傾斜樹脂層の上に配置された第２の樹脂層」で反射板を構成することもできる。この製造方法では、第１の傾斜樹脂層を形成する際に、例えば第１の実施形態に記載されたシフタ方式によるハーフトーンマスクを用いる方式を用いる方法や、第２の実施形態に記載されたサイズの異なる２種類の異なるサイズの長方形を有するマスクを用い光の干渉を利用して膜減りを制御する方法、第３の実施形態に記載されたフォトマスクを平行移動させて露光する方法でそれぞれ傾斜樹脂層を作製している。しかしながら、第１の実施形態で採用されているハーフトーンマスクはシフタ方式のため設計や作製が複雑なこと、第２の実施形態では光の干渉を用いるためマスクパターンの出来が大きな影響を与えることで均一な凹凸パターンを得ることが困難なこと、第３の実施形態ではフォトマスクを移動させて２回露光を行う必要があり、１回目の露光位置と２回目の露光位置の重ね合わせが難しく、凹凸形状にばらつきが生じやすい。さらに第１の傾斜樹脂層と第２の樹脂層と２回フォトリソグラフィー工程を繰り返す必要があり、マスクとの重ね合せによる形状のバラつきの発生やプロセスが増加するため歩留まりの低下の要因となり、これらにより、明るい反射特性を有する反射板を安価に作製することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、入射光を効率的に観察者側に反射して明るい反射特性を得ることができる反射板の構造及び該反射板を備える液晶表示装置並びに該反射板を安価に作製することができる製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の反射板は、外部からの入射光を反射する反射板において、前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、前記複数の凹凸を構成する各々の凸部は、前記基板の法線方向から見てその頂部の凸部全体に占める位置が同じ方向に偏った形状で形成されているものである。

また、本発明の反射板は、外部からの入射光を反射する反射板において、前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、前記複数の凹凸を構成する各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部は、特定の側の前記基板面に対する傾斜角が、他の側に比べて相対的に小さいものである。

また、本発明の反射板は、外部からの入射光を反射する反射板において、前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、前記複数の凹凸を構成する各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部は、特定の側の斜面の長さが、他の側に比べて相対的に長いものである。

本発明においては、前記凹凸は、多角形、円形又は楕円形の辺の少なくとも一部を凸部又は凹部とするパターンが配置された構成、又は、波形又は屈曲線を凸部又は凹部とするパターンが配置された構成とすることができる。

また、本発明においては、前記絶縁膜は樹脂膜とすることができる。

また、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間に液晶が挟持され、一方の基板の各々の画素の少なくとも一部に、上記記載の前記反射板が形成されているものである。

本発明においては、前記特定の側とは、前記液晶表示装置の使用時において前記入射光が入射する側であることが好ましい。

また、本発明の方法は、外部からの入射光を反射する反射板の製造方法であって、基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、解像限界以上のサイズのパターンを備える遮光領域と、解像限界未満のサイズのパターンを備える第１の透過領域と、パターンのない第２の透過領域と、を含むフォトマスクを用いて、前記感光性樹脂を露光する工程と、露光後の前記感光性樹脂を現像して、膜厚が異なる３種類の領域を同時に形成する工程と、現像後の前記感光性樹脂を加熱処理する工程と、加熱処理後の前記感光性樹脂上に反射膜を形成する工程と、を含むものである。

本発明においては、前記フォトマスクは、多角形、円形又は楕円形を平面方向に配列したパターンを備え、前記多角形、円形又は楕円形の辺が前記遮光領域であり、前記遮光領域に隣接して前記第１の透過領域が配置されている構成とすることができる。

また、本発明においては、前記フォトマスクは、波形又は屈曲線を平面方向に配列したパターンを備え、前記波形又は屈曲線が前記遮光領域であり、前記遮光領域に隣接して前記第１の透過領域が配置されている構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記フォトマスクは、多角形、円形又は楕円形を平面方向に配列したパターンを備え、前記多角形、円形又は楕円形の辺が前記第２の透過領域であり、前記多角形、円形又は楕円形の辺に囲まれた領域に前記第１の透過領域と前記遮光領域とが隣接して配置されている構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記フォトマスクは、波形又は屈曲線を平面方向に配列したパターンを備え、前記波形又は屈曲線が前記第２の透過領域であり、前記波形又は屈曲線以外の部分に前記第１の透過領域と前記遮光領域とが隣接して配置される構成とすることもできる。

また、本発明においては、前記第１の透過領域では、前記解像限界未満のサイズのパターンが段階的に変化している構成とすることもできる。

また、本発明の方法は、一対の基板間に液晶が挟持される液晶表示装置の製造方法であって、上記記載の前記反射板の製造方法を用いて、一方の基板の各々の画素の少なくとも一部に、前記反射板を形成するものである。

このように、本発明では、凹凸を構成する各々の凸部が、その頂部が同じ方向に偏った（すなわち、入射光が入射する側で傾斜角が相対的に小さい又は斜面の長さが相対的に長い）形状となるように反射板を形成しているため、必要な方向の反射成分を増やすことができ、これにより、明るい反射特性を有する反射板及び該反射板を備える表示品位の高い液晶表示装置を得ることができる。

この効果を、図７を用いて説明すると、従来のフォトリソグラフィー法で作製された拡散反射板の場合、図７（ａ）に示すように、外部から入射した光は凹凸の断面では正反射方向を中心に等方的に反射されるために、正反射方向に対して観察者とは反対側の方向にも光が散乱されてしまうが、本発明の拡散反射板の場合、入射光の入射側の傾斜部の傾斜角が小さく又は斜面の長さが長く形成されているため、図７（ｂ）に示すように、基板の法線方向（観察者方向）に効率的に光を集光することができる。また、凹凸を多角形や円形などの基本図形を配置して形成することにより、様々な方向からの入射光を有効に利用することができる。

また、本発明では、フォトリソグラフィー工程に用いるフォトマスクを、解像限界以上のサイズのパターンを備える遮光領域と解像限界未満のサイズのパターンを備える第１の透過領域とパターンのない第２の透過領域とを組み合わせて構成することにより、露光量の異なる３つの領域を同時に形成することができる。これにより、フォトマスクを従来のプロセスで作製できると同時に、反射板を作製するプロセスも簡略化されるため製造タクトが短縮され、さらに歩留まりも向上し、これらの効果により、明るい反射特性を有する反射板及び該反射板を備える液晶表示装置を安価に作製することができる。

本発明の反射板及び該反射板を備える液晶表示装置並びにその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、十分に明るい反射特性を有する反射板及び該反射板を備える表示品位の高い液晶表示装置を得ることができるということである。その理由は、液晶表示装置の一方の基板に形成される反射板を、その頂部が同じ方向に偏った形状（すなわち、各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部が、入射光が入射する側で傾斜角が相対的に小さい又は斜面の長さが相対的に長い形状）で形成することにより、基板の法線方向（すなわち、実際の使用形態における観察者の視認方向）の反射成分を増やし、不要な方向の反射成分を減らすことができるからである。

また、本発明の第２の効果は、上記構造の反射板及び該反射板を備える液晶表示装置を安価に作製することができるということである。その理由は、反射板の凹凸を形成するためのフォトマスクを、解像限界以上のサイズのパターンを備える遮光領域と解像限界未満のサイズのパターンを備える第１の透過領域とパターンのない第２の透過領域とを組み合わせて構成することにより、露光量の異なる（すなわち現像後の膜厚が異なる）３つの領域を同時に形成することができ、これにより、フォトマスクを従来のプロセスで作製可能にすると共に、反射板を作製するプロセスを簡略化して製造タクトを短縮し、さらに歩留まりも向上させることができるからである。

本発明の反射板は、その好ましい一実施の形態において、入射光を任意の方向へ拡散反射させる拡散反射板であって、その頂部が同じ方向に偏った形状（すなわち、各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部を、入射光が入射する側で傾斜角が相対的に小さくなる形状、又は、入射光が入射する側で斜面の長さが相対的に長くなる形状）で凹凸を形成することにより、拡散反射の成分のうち、実際の使用形態における観察者の視認方向の成分を増やして明るい反射特性を得るようにし、また、この拡散反射板を解像限界以上のサイズのパターンを備える遮光領域と解像限界未満のストライプ状またはドット状のパターンを備える第１の透過領域とパターンのない第２の透過領域とを組み合わせて構成したフォトマスクを用いて作製する。

上記フォトマスクにより、従来使用していた解像限界以上のパターンを一部に用いるフォトリソグラフィー法ではなしえなかった凹凸の異方性形状を一度の露光で形成可能にし、必要な方向の反射成分を増加させ、不要な方向の反射成分を減少させると共に、多角形や円形等の基本図形を配置して凹凸を形成することにより様々な方向から入射する光を観察者側へ効率的に反射することが可能となり、十分に明るい反射特性を有する反射板及び該反射板を備える表示品位の高い液晶表示装置を、簡単な製造工程で歩留まり良く安価に作製することができる。

上記実施の形態について更に詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る反射板及びその製造方法について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本実施例の反射板の製造方法を示す工程断面図であり、図２は、反射板を製造するために用いるフォトマスクのパターンのバリエーションを示す平面図である。また、図３は、従来のフォトマスクと本実施例のフォトマスクのパターンを比較した図であり、図４は、従来及び本実施例のフォトマスクで作製した反射板の外観写真である。また、図５は、反射特性の測定方法を説明するための図であり、図６は、従来の方法で作製した反射板の反射特性と本実施例の方法で作製した反射板の反射特性の測定データ、図７は、各々の反射特性を模式的に示す図である。

以下、本実施例の反射板の製造方法について図１を参照して具体的に説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、所定の基板（例えば、後述する第２の実施例で液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を作製するためのガラス、プラスチックなどの透明絶縁基板８）上に、ポジ型の感光性樹脂１１ａ（例えば、製品名：ＰＣ４０３：ＪＳＲ製）を０．５〜５μｍ程度の膜厚（本実施例では約２．２μｍ厚）で塗布する。

次に、図１（ｂ）に示すように、解像限界以上のサイズのパターンで構成される遮光膜３０ａを有する遮光領域３１ａと、遮光領域３１ａに隣接し、解像限界未満のサイズのパターンで構成される遮光膜３０ｂを有する第１の透過領域３１ｂと、パターンが形成されていない第２の透過領域３１ｃの３つの領域を備えるフォトマスク３２を感光性樹脂１１ａ上に配置して露光を行う。

上記遮光領域３１ａ、第１の透過領域３１ｂ、第２の透過領域３１ｃの幅や配置、形状は適宜設定することができるが、ここでは、図２（ｅ）及び図３（ｂ）に示すように、辺の太さが約２．５μｍ、平均辺長が約１８μｍの六角形を平面方向に不規則に配置し、六角形の所定方向の辺の内側に約１μｍのライン状のパターンを加えたマスクを用い、高圧水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）を光源として露光を行った。この場合、解像限界は約２μｍであり、六角形の辺に相当する遮光領域３１ａは約２．５μｍであることから解像限界以上となって十分に解像され、約１μｍのライン状のパターンを設置した第１の透過領域３１ｂは解像限界未満となって十分に解像されない。また、第１の透過領域３１ｂでは、ライン状のパターンにより光が一部遮光されるため、パターンのない第２の透過領域３１ｃに比べると露光される光の積分値が少なく、また、遮光領域３１ａに比べると露光される光の積分値は多くなる。ここでは、第２の透過領域３１ｃを露光する露光量の積分値は、現像後においても感光性樹脂が約５０％残る程度の露光量に設定した。

なお、ここでは凹凸のパターンを六角形が不規則に配置される形状としたが、パターンの形状は特に限定されず、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように３角形や５角形、６角形などの多角形を規則的に配置したり、図２（ｄ）に示すように多角形の内部を遮光パターンにしたり、図２（ｆ）に示すように円形や楕円形のパターンとしたり、図２（ｇ）に示すように波形にしたり、図２（ｈ）に示すように屈曲線にするなどの変形も可能である。また、ここでは、第１の透過領域３１ｂに約１μｍのライン状のパターンを形成したが、上記光源の場合は２μｍ以下のパターンであればよく、また、短波長の光源（例えば、高圧水銀灯のｉ線やエキシマーレーザーなど）を用い、縮小露光系を用いた場合にはさらに細いパターンにすることもできる。

次に、図１（ｃ）に示すように、現像液として、例えば、ＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）を用いて現像を行い、露光部分を除去する。本実施例の場合は、現像後の感光性樹脂１１ａの膜厚は、遮光領域３１ａが元の膜厚の約２．２μｍ、第１の透過領域３１ｂが約１．５μｍ、第２の透過領域３１ｃが約１．１μｍとなった。

次に、凹凸を形成した感光性樹脂１１ａを約２２０℃で約２時間焼成し、図１（ｄ）に示すように、凹凸形状をなめらかにして凹凸膜１１を形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、凹凸膜１１の上にＡｌ−Ｎｄ合金などの金属をスパッタリング法などで堆積して反射膜６を形成する。

なお、上記製造方法では、感光性樹脂としてポジの感光性樹脂を用いたが、ネガの感光性樹脂を用いても構わない。この場合、遮光領域３１ａを第２の透過領域３１ｃ、第２の透過領域３１ｃを遮光領域３１ａと読み替えればよい。また、第１の透過領域３１ｂの遮光パターンが、前記多角形の辺の内の一部の辺に沿って形成されている構成としたが、ドット状のパターンとしたり、ライン状とドット状のパターンを組み合わせてもよいし、ライン状またはドット状の密度を段階的に変化させて透過率を段階的に変えるようにしてもよい。また、第１の透過領域３１ｂの透過率は傾斜角に応じて適宜設定することができるが、第２の透過領域３１ｃの透過率を１００％とした場合に、約２０％以上８０％以下とすることが望ましい。

次に、上記方法で作製した反射板の効果について説明する。図３（ａ）は従来のフォトマスクのパターン、図３（ｂ）は、本実施例のフォトマスクのパターンを示す図であり、図４（ａ）は、図３（ａ）のフォトマスクを用いて作製した従来の反射板の外観写真、図４（ｂ）は、図３（ｂ）のフォトマスクを用いて作製した本実施例の反射板の外観写真である。

図４に示すように、従来のフォトマスク（図３（ａ）のフォトマスク）を用いて作製した反射板（図４（ａ））は、各々の凸部の頂部から周囲の凹部に向かう傾斜部分（図の黒い部分）の傾斜角が略等しく、斜面の長さが略一定であるのに対して、本実施例のフォトマスク（図３（ｂ）のフォトマスク）を用いて作製した反射板（図４（ｂ））は、解像限界未満のパターンの領域に対応する傾斜部分の傾斜角が小さくなり、その斜面の長さ（凸部の頂部から凹部に至る距離）が長くなっていることが分かる。

また、図５は、反射率の測定方法を説明するための図であり、−３０°方向から入射した光の反射を０°および１０°で受光した場合の反射率を示している。また、図６は、反射率の測定結果を示す図であり、反射率は−３０°方向から入射した光をＢａＳＯ_４などで作製された標準白色版（製品名ＷＳ−３：Ｔｏｐｃｏｎ製）で拡散反射させた場合に０°で受光した時の反射率を１００％としてその相対反射率を示している。

図６より、解像限界未満のパターンを加えた本実施例のフォトマスクを用いて作製した反射板の方が、従来の反射板に比べて反射率が向上していることが分かる。これは、従来の対称形の凹凸パターンでは、図７（ａ）に示すように、入射光が等方的に反射されるため不必要な方向の成分が多くなるのに対して、本実施例の凹凸パターンでは、傾斜角が小さい又は斜面の長さが長い傾斜部分を光の入射側に配置することによって、図７（ｂ）に示すように、観察者側に反射される成分が増加し不必要な方向の成分が減少することに起因している。なお、図１４（ａ）のような状況下で目視で官能評価した場合にも明らかに明るくなっており、光源の位置が移動しても視認性の低下は見られないことを確認している。

このように、本実施例では、解像限界以上のサイズのパターンを有する遮光領域３１ａと、解像限界未満のサイズのパターンを有する第１の透過領域３１ｂとが隣接し、その外側にパターンのない第２の透過領域３１ｃを備えるフォトマスク３２を用いて、傾斜角が小さい又は斜面の長さが長い傾斜部分を有する凹凸を形成することができ、この傾斜角が小さい又は斜面の長さが長い傾斜部分を光の入射側に配置することによって基板の法線方向（すなわち、実際の使用形態における観察者の視認方向）の反射成分を増加させることができ、不必要な方向の成分を減らして明るい反射特性を有する反射板を安価に作製することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図８乃至図１２を参照して説明する。図８は、本実施例の半透過反射型液晶表示装置の一画素の構造を示す平面図であり、図９は、そのＡ−Ａ線における断面図、図１０及び図１１は、その製造方法を示す工程断面図である。また、図１２は、半透過反射型液晶表示装置の他の構造を示す断面図である。なお、図９はツイスト角が略７２°で、反射ギャップと透過ギャップとが等しい場合、図１２は、ツイスト角が略０°の場合を示している。

図８及び図９に示すように、本実施例の半透過反射型液晶表示装置は、スイッチング素子として動作する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３が形成されたアクティブマトリクス基板１２と、対向基板１６と、両基板１２、１６間に介挿された液晶層１７と、アクティブマトリクス基板１２の裏面に配置されたバックライト光源１８と、アクティブマトリクス基板１２及び対向基板１６の各々の外側に設けられた位相差板（λ／４板）２０ａ、２０ｂ及び偏光板１９ａ、１９ｂとを備えている。

また、アクティブマトリクス基板１２は、透明絶縁基板８と、透明絶縁基板８上に形成されたゲート線（走査電極）１及びデータ線（信号電極）２と、ゲート線１に接続されたゲート電極１ａと、コモンストレージ線４及び補助容量電極４ａと、ゲート絶縁膜９と、半導体層３ａと、半導体層３ａの両端から引き出されてそれぞれデータ線２及び画素電極（透明電極膜５）に接続されたドレイン電極２ａ及びソース電極２ｂと、容量用蓄積電極２ｃと、パッシベーション膜１０などを備え、ゲート電極１ａ、ゲート絶縁膜９、半導体層３ａ、ドレイン電極２ａ及びソース電極２ｂにより、ＴＦＴ３が構成されている。ここで、画素電極は、信号電極２と走査電極１との交点と１対１に対応して設けられている。そして、画素領域ＰＸには、バックライト光源１８からの入射光を透過させる透過領域ＰＸａと、入射された外部周囲光を反射させる反射領域ＰＸｂとが設けられて、各領域は有機膜等の凹凸膜１１により覆われている。反射領域ＰＸｂにはアルミ（Ａｌ）又はアルミ（Ａｌ）合金を含む反射膜６（この例では反射領域ＰＸｂに形成する金属膜は電極として用いる必要がないため反射膜６と呼ぶ。）が形成され、反射膜６を覆う態様で各画素領域ＰＸ全面に、第２のパッシベーション膜２４を介して、ＩＴＯ等からなる透明電極膜５が形成され、コンタクトホール７を通じてソース電極２ｂに接続されている透明電極膜５は画素電極として働き、この透明電極膜５上にはポリイミド等から成る配向膜２９が形成されている。一方、対向基板１６は、透明絶縁基板１３と、カラーフィルタ１４と、ブラックマトリクス（図示せず）と、対向電極１５と、配向膜２９などを備えている。

なお、上述したようにＴＦＴ３を反射膜６で覆うことにより、外部周囲光がＴＦＴ３に入射した場合にこの入射光を反射膜６で遮蔽することができる。これにより、その入射光に起因して生ずる光電効果によりＴＦＴ３のオフ電流が増加して、誤動作を引き起こすという不具合を防止することができる。しかしながら、反射膜６とＴＦＴ３との距離が短いと、ＴＦＴ３に印加される電圧（特に、ゲート電圧）の影響で、電気的に浮いている反射膜６の電位が変化して、液晶の制御電界を乱してしまう恐れがある。そこで、この例では、凹凸膜１１をＴＦＴ３上にも形成して、凹凸膜１１を介在させてＴＦＴ３と反射膜６との距離を稼ぐことにより、上記ＴＦＴ３に印加される電圧による反射膜６に対する影響を緩和している。

次に、図１０及び図１１を参照して、上記構成の半透過反射型液晶表示装置の製造方法を工程順に説明する。なお、ここでは、上記画素構造の製造方法に加えて、導電シールによる引き出し配線のショートを防止するためのＧ（Gate）−Ｄ（Drain）変換部の具体的な構造の製造方法についても説明する。このＧ−Ｄ変換部は、ドレイン電極２ａを電気的に外部に引き出す必要がある場合に、構造上の制約によりショートが起き易く直接引き出すのが困難であることから、透明電極膜５を介してゲート線１により引き出すために設けられている。

まず、図１０（ａ）に示すように、ガラス、プラスチック等の透明絶縁基板８上にＣｒ等の金属を全面に堆積した後、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて不要の金属を除去してゲート線１、ゲート電極１ａ、コモンストレージ線４及び補助容量電極４ａを形成する。なお、図９に図示されていない構成部は、図８に図示している。次に、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ等のゲート絶縁膜９を全面に形成する。次に、ａ（amorphous）−Ｓｉ等を全面に堆積した後、島状にパターニングして半導体層３ａを形成する。次に、Ｃｒ等の金属を全面に堆積した後、パターニングして、データ線２、ドレイン電極２ａ、ソース電極２ｂ及び容量用蓄積電極２ｃを形成する。以上により、ＴＦＴ３を形成する。その後、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりＳｉＮｘ膜等から成るパッシベーション膜１０を全面に堆積して、ＴＦＴ３を保護する。また、透明絶縁基板８上の画素領域ＰＸの外側に、上記Ｇ−Ｄ変換部及び端子部を設定する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、スピン塗布法によりパッシベーション膜１０上に感光性のアクリル樹脂、例えばＪＳＲ製ＰＣ４０３、４１５Ｇ、４０５Ｇ等を塗布して、画素領域ＰＸに凹凸膜１１を形成する。この凹凸膜１１は、凸部に対応する部分には解像限界以上のサイズのパターンで作製した遮光領域３１ａと、解像限界未満のサイズのパターンで形成された第１の透過領域３１ｂと、第１の透過領域３１ｂよりも透過率が高くなるように設計された上記凹部に対応する第２の透過領域３１ｃと、コンタクトホール７、Ｇ−Ｄ変換部及び端子部に対応する部分にはパターンを設置しない第３の透過領域を作製したフォトマスクを用いて第１の実施例と同様の方法で形成すればよい。このようなフォトマスクを用いることにより、１回の露光で凹凸を形成し、Ｇ−Ｄ変換部及び端子部となる領域も同時に形成することができる。

なお、コンタクトホール７を形成する領域、Ｇ−Ｄ変換部及び端子部となる領域は別のフォトマスクを用いて比較的多い光量により露光することで完全に感光性樹脂を除去する構成とすることもできる。

その後、アルカリ現像液を用い、凹部、凸部、コンタクトホール７等のそれぞれのアルカリ溶液による溶解速度の差を利用して凹凸を形成する。なお、図では反射領域ＰＸｂ、透過領域ＰＸａを含む画素領域ＰＸの全体にわたって凹凸膜１１を形成しているが、透過領域ＰＸａに形成する凹凸膜１１の表面には凹凸を設けずに平坦にしてもよい。また、透過領域ＰＸａにも凹凸膜１１を形成する場合は、凹凸膜１１による透過光の減衰を抑制するために、全面に露光処理を施してアクリル膜の脱色を行う。その後、例えば、２２０℃で１時間程度キュアすることにより傾斜部分の傾斜角が小さい又は斜面の長さが長い部分を有する凹凸膜１１を形成する。

なお、前述したように、ＴＦＴ３とその上に形成する反射膜６との間隔が狭いと、ＴＦＴ３に印加されるゲート電圧等によって反射膜６の電位が変動し、液晶の制御電界が乱れて表示品位を劣化させる恐れがある。そこで、この例では、ＴＦＴ３上にも凹凸膜１１を形成する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、スパッタ法又は蒸着法等を用いて全面にアルミ（Ａｌ）やアルミ（Ａｌ）合金などの金属を堆積した後、画素領域ＰＸの内反射領域ＰＸｂのみをレジストパターンで覆い、露出した金属を部分的にドライエッチング又はウェットエッチングして反射膜６を形成する。その際、ＴＦＴ３に対して外部周囲光が入射しないように、ＴＦＴ３上にも反射膜６を形成する。この場合、ゲート線１やデータ線２の影響を抑え、さらにこの後に透明電極膜５で完全に覆うことできるように、反射膜６をゲート線１やデータ線２の内側の領域に形成する。なお、この反射膜６として通常アルミ（Ａｌ）又はアルミ（Ａｌ）合金が用いられるが、これらの材料に限らずに、反射率が高く、液晶プロセスに適合する任意の金属を用いることができる。

次に、図１１（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法等によりＳｉＯｘ等から成る絶縁膜を全面に堆積した後、この絶縁膜上にレジストパターンを形成して、第２のパッシベーション膜２４を形成する。次に、第２のパッシベーション膜２４、パッシベーション膜１０及びゲート絶縁膜９の露出した部分を選択的にエッチングして、コンタクトホール７を介してソース電極２ｂを露出させると共に、Ｇ−Ｄ変換部及び端子部にもコンタクトホールを形成する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、スパッタ法により全面にＩＴＯ等の透明性導電膜を堆積した後、レジストパターンを用いて各々の画素全面を覆う透明電極膜５、Ｇ−Ｄ変換電極２２及び端子電極２３を同時に形成する。その際、下層の反射膜６の電食反応を防止するために、反射膜６全面を覆うように、例えば、ゲート線１やデータ線２上まで透明電極膜５を形成する。このような反射膜６と透明電極膜５との積層構造及びレイアウト構造により、反射膜６が現像液に接触することを防止することができる。

この例では、反射膜６と透明電極膜５との間に第２のパッシベーション膜２４が形成されており、反射膜６は電気的に浮いた状態となっているため、ＴＦＴ３に印加されるゲート電圧等により反射膜６の電位が変動することが懸念されるが、上述したように、ＴＦＴ３上にも凹凸膜１１を形成し、この凹凸膜１１によってＴＦＴ３と反射膜６との距離を確保して、ＴＦＴ３の反射膜６に対する影響を十分に緩和することができる。

その後、透明電極膜５上にポリイミドから成る配向膜２９を形成してアクティブマトリクス基板１２を完成させる。次に、透明絶縁基板１３上に順次にカラーフィルタ１４、ブラックマトリクス（図示せず）、対向電極１５、配向膜２９等を形成して完成させた対向基板１６を用意する。そして、両基板１２、１６間に液晶層１７を介挿し、各々の基板１２、１６の両側に位相差板２０ａ、２０ｂと偏光板１９ａ、１９ｂとを配設し、アクティブマトリクス基板１２側の偏光板１９ａの裏面にバックライト光源１８を設置することにより、図９に示したような半透過反射型液晶表示装置を製造する。

このように、本実施例の半透過反射型液晶表示装置及びその製造方法によれば、第１の実施例で示したように、入射光の入射側の傾斜部分の傾斜角が小さい又は斜面の長さが長い凹凸膜１１上に形成した反射膜６により、観察者側に光を効率的に集光することができるため、視認性の高い反射特性が得られる。また、上記凹凸膜１１の形成に際して、解像限界以上のサイズのパターンで作製した遮光領域３１ａと、解像限界未満のサイズのパターンで形成された第１の透過領域３１ｂと、パターンのない第２の透過領域３１ｃとを備えるフォトマスクを用いることにより、一度の露光で露光量の異なる（すなわち、現像後の膜厚が異なる）３つの領域を形成することができ、少ない工程で歩留まりよく凹凸膜１１を作製することができる。

なお、本実施例では、スイッチング素子として、アモルファスシリコンを使用したＴＦＴを用いたが、ポリシリコンを用いたＴＦＴ素子やほかの素子（例えば薄膜ダイオード（ＴＦＤ））を用いてもよく、またパッシブ方式の反射板としても良好な特性を与える。

また、図９の半透過反射型液晶表示装置は、液晶のツイスト角が略７２°の液晶を用いた例であるため、反射ギャップｄｒと透過ギャップｄｆとを等しく、つまり、反射領域ＰＸｂと透過領域ＰＸａの両方に略等しい膜厚の凹凸膜１１を形成しているが、液晶のツイスト角を略０°〜略６０°に設定した場合には、反射ギャップｄｒと透過ギャップｄｆとを変えることにより最適な出射光強度を得ることができる。

図１２は、本実施例の半透過反射型液晶表示装置の第１の変形例を示す断面図である。この半透過反射型液晶表示装置は、図１２に示すように、液晶のツイスト角を略０°に設定して、凹凸膜１１を反射領域ＰＸｂにのみに形成して、その膜厚を略１．４μｍ（２．９μｍ−１．５μｍ）に設定することにより、反射ギャップを略１．５μｍに最適化したものである。この構造を実現するには、例えば、図１０（ｂ）の工程で凹凸膜１１を形成する際に、感光性のアクリル樹脂の塗布条件を調整して略１．４μｍの膜厚となるように設定し、ソース電極２ｂ上にコンタクトホール７を形成すると同様に、透過領域ＰＸａの凹凸膜１１を同時に除去すれば良い。その後、上述の工程と略同様の工程を行うことにより、最終的に図１２に示すようにツイスト角が略０°に対応した、反射ギャップｄｒが略１．５μｍ、透過ギャップｄｆが略２．９μｍの半透過反射型液晶表示装置を製造することができる。

また、本実施例では、半透過反射型液晶表示装置を製造する方法を示したが、透過領域ＰＸａをなくすことで反射型液晶表示装置として製造することも可能である。また、上記実施例では、第１の実施例で示した反射板を液晶表示装置に適用する場合について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、所定の方向の反射率を高める機能を備える任意の用途の反射板に適用することができる。

反射型液晶表示装置や半透過反射型液晶表示装置などの反射板を有する液晶表示装置に適用することができる。

本発明の第１の実施例に係る反射板の製造方法を模式的に示す工程断面図である。 本発明の第１の実施例に係る反射板の製造に用いるフォトマスクのパターンのバリエーションを示す平面図である。 従来のフォトマスク及び第１の実施例のフォトマスクのパターンを比較した平面図である。 従来のフォトマスクを用いて作製した反射板及び第１の実施例のフォトマスクを用いて作製した反射板の外観写真である。 反射率の測定方法を説明するための図である。 従来の反射板及び本実施例の反射板の反射特性を示す測定データである。 従来の反射板及び本実施例の反射板による反射特性を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過反射型液晶表示装置の構造を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過反射型液晶表示装置の構造（ツイスト角が略７２°）を示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過反射型液晶表示装置の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過反射型液晶表示装置の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第２の実施例に係る半透過反射型液晶表示装置の他の構造（ツイスト角が略０°）を示す断面図である 正反射を説明するための図である。 実際の使用状況を説明するための図である。 従来の反射板の製造方法を示す工程断面図である。

符号の説明

１ ゲート線（走査電極）
１ａ ゲート電極
２ データ線（信号電極）
２ａ ドレイン電極
２ｂ ソース電極
２ｃ 容量用蓄積電極
３ ＴＦＴ
３ａ 半導体層
４ コモンストレージ線
４ａ 補助容量電極
５ 透明電極膜
６ 反射膜
７ コンタクトホール
８ 透明絶縁基板
９ ゲート絶縁膜
１０ パッシベーション膜
１１ 凹凸膜
１２ アクティブマトリクス基板
１３ 透明絶縁基板
１４ カラーフィルタ
１５ 対向電極
１６ 対向基板
１７ 液晶層
１８ バックライト光源
１９ａ、１９ｂ 偏光板
２０ａ、２０ｂ 位相差板
２２ Ｇ−Ｄ変換電極
２３ 端子電極
２４ 第２のパッシベーション膜
２９ 配向膜
３０ａ 解像限界以上の遮光膜
３０ｂ 解像限界未満の遮光膜
３１ａ 遮光領域
３１ｂ 第１の透過領域
３１ｃ 第２の透過領域
３２ フォトマスク

Claims (16)

1. 外部からの入射光を反射する反射板において、
   前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、
   前記複数の凹凸を構成する各々の凸部は、前記基板の法線方向から見てその頂部の凸部全体に占める位置が同じ方向に偏った形状で形成されていることを特徴とする反射板。
2. 外部からの入射光を反射する反射板において、
   前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、
   前記複数の凹凸を構成する各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部は、特定の側の前記基板面に対する傾斜角が、他の側に比べて相対的に小さいことを特徴とする反射板。
3. 外部からの入射光を反射する反射板において、
   前記反射板は、基板上に形成され、かつ複数の凹凸を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された金属膜とを有し、
   前記複数の凹凸を構成する各々の凸部の頂部と該凸部周囲の凹部との間の傾斜部は、特定の側の斜面の長さが、他の側に比べて相対的に長いことを特徴とする反射板。
4. 前記凹凸は、多角形、円形又は楕円形の辺の少なくとも一部を凸部又は凹部とするパターンが配置されて構成されること特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の反射板。
5. 前記凹凸は、波形又は屈曲線を凸部又は凹部とするパターンが配置されて構成されること特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の反射板。
6. 前記絶縁膜は樹脂膜であること特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の反射板。
7. 一対の基板間に液晶が挟持され、一方の基板の各々の画素の少なくとも一部に、請求項１乃至６のいずれか一に記載の前記反射板が形成されていること特徴とする反射型又は半透過反射型の液晶表示装置。
8. 前記特定の側とは、前記液晶表示装置の使用時において前記入射光が入射する側であること特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
9. 外部からの入射光を反射する反射板の製造方法であって、
   基板上に感光性樹脂を塗布する工程と、
   解像限界以上のサイズのパターンを備える遮光領域と、解像限界未満のサイズのパターンを備える第１の透過領域と、パターンのない第２の透過領域と、を含むフォトマスクを用いて、前記感光性樹脂を露光する工程と、
   露光後の前記感光性樹脂を現像して、膜厚が異なる３種類の領域を同時に形成する工程と、
   現像後の前記感光性樹脂を加熱処理する工程と、
   加熱処理後の前記感光性樹脂上に反射膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする反射板の製造方法。
10. 前記フォトマスクは、多角形、円形又は楕円形を平面方向に配列したパターンを備え、前記多角形、円形又は楕円形の辺が前記遮光領域であり、前記遮光領域に隣接して前記第１の透過領域が配置されていることを特徴とするとする請求項９記載の反射板の製造方法。
11. 前記フォトマスクは、波形又は屈曲線を平面方向に配列したパターンを備え、前記波形又は屈曲線が前記遮光領域であり、前記遮光領域に隣接して前記第１の透過領域が配置されていることを特徴とするとする請求項９記載の反射板の製造方法。
12. 前記フォトマスクは、多角形、円形又は楕円形を平面方向に配列したパターンを備え、前記多角形、円形又は楕円形の辺が前記第２の透過領域であり、前記多角形、円形又は楕円形の辺に囲まれた領域に前記第１の透過領域と前記遮光領域とが隣接して配置されていることを特徴とするとする請求項９記載の反射板の製造方法。
13. 前記フォトマスクは、波形又は屈曲線を平面方向に配列したパターンを備え、前記波形又は屈曲線が前記第２の透過領域であり、前記波形又は屈曲線以外の部分に前記第１の透過領域と前記遮光領域とが隣接して配置されていることを特徴とするとする請求項９記載の反射板の製造方法。
14. 前記第１の透過領域では、前記解像限界未満のサイズのパターンが段階的に変化していることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一に記載の反射板の製造方法。
15. 一対の基板間に液晶が挟持される液晶表示装置の製造方法であって、
    請求項９乃至１４のいずれか一に記載の前記反射板の製造方法を用いて、一方の基板の各々の画素の少なくとも一部に、前記反射板を形成すること特徴とする反射型又は半反射透過型の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記特定の側とは、前記液晶表示装置の使用時において前記入射光が入射する側であること特徴とする請求項１５記載の反射型又は半反射透過型の液晶表示装置の製造方法。

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