專利名稱：液晶顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在透過 反射切換型液晶顯示元件中，無論在透過顯 示時還是反射顯示時，都能進行明亮、優(yōu)質(zhì)的顯示的液晶顯示元件及 其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于具有小型、薄型、輕量、消耗功率低等優(yōu)點，所以 使用液晶的顯示元件正在受到重視。成為當(dāng)前主流的液晶顯示元件是 在顯示元件的背面設(shè)置背光板，利用該背光板作為光源的透過型液晶 顯示元件。但是，最近通過利用外部光而能實現(xiàn)低消電化、小型化、 輕量化、低成本化的反射型液晶顯示元件逐漸被移動設(shè)備所采用。但是，這些反射型液晶顯示元件在明亮的場所的目視性優(yōu)良，但 由于在較暗的場所，不能確保充足的外部光，所以存在難以判別顯示 的缺點。因此，在反射型液晶顯示元件的顯示側(cè)設(shè)置燈，在較暗的場 所通過點燈來補充外部光的前光(front light)方式等的液晶顯示元件 被提出。但是，在前光方式中，存在由于界面反射而使得顯示不鮮明 的問題。另一方面，在反射板上設(shè)置微小的開口部和背光板，切換反射和 透過而顯示的液晶顯示元件也正在被開發(fā)。但是，為了使透過顯示變 得明亮，必須增大設(shè)在反射板上的開口部的面積比例，所以存在由于
反射板面積減小而使反射顯示變暗的問題。因此，在特開2000-039612 號公報中，公開了一種將高折射率的球狀物質(zhì)埋設(shè)在設(shè)于反射板上的 微小開口部中的方法。如果采用這些方法，可以使實際透過開口部的光量增加，所以能 提高透過顯示的明亮度。此外，通過將反射板的面積設(shè)計得較大，能 夠提高反射顯示的明亮度。此外，在特開2000-298267號公報中，公開了一種在具有背光部 的反射 透過切換型的液晶顯示元件中，在反射層上設(shè)置成為空孔的 開口部，在反射層和背光層之間設(shè)置微透鏡的方式。借助于該方式， 可以在透過 反射兩者中進行明亮的顯示。綜上所述，使明亮的透過顯示和反射顯示兼容的嘗試近年來盛行 起來。如上所述，可以認(rèn)為在提高透過顯示和反射顯示的亮度的基礎(chǔ)上， 在設(shè)于反射板上的開口部使來自背光板的光匯聚的方法是有效的。但是，在特開2000-039612號公報所公開的技術(shù)中，將設(shè)于開口 部的反射板設(shè)置在貼在液晶顯示元件基板外側(cè)的偏光板的更外側(cè)。在 該結(jié)構(gòu)中，特別是在進行反射顯示時，基板的厚度會影響視差，所以 會發(fā)生看到雙重顯示等問題，顯示品質(zhì)不好。此外，由于在設(shè)于反射 板上的微小開口部中設(shè)置了高折射率物質(zhì)，所以高折射率物質(zhì)層與反 射板的距離不可能最佳。與此相對，在一般的液晶顯示元件用的背光板中，為了確保一定 的視角，被設(shè)計為發(fā)出擴散較大的光。該擴散光僅靠設(shè)在反射板的開 口部中的高折射率物質(zhì)層不能充分匯聚。因此，難以實現(xiàn)足夠明亮的 透過顯示。
此外，由于外部反射板必須在偏光板貼合之后進行貼合，所以難 以高精度地進行對準(zhǔn)，因此存在透過反射顯示特性低下的問題。因此，特開2000-039612號公報所公開的的技術(shù)實際上無法同時實現(xiàn)足夠明 亮且優(yōu)質(zhì)的透過顯示和反射顯示。為了實際獲得足夠好的特性，需要 反射板的內(nèi)置化、高折射率物質(zhì)層與反射板之間的距離的最佳化、反 射板與像素之間的對準(zhǔn)的高精度化等方法?；谏鲜鲈?，例如在特開2000-298267號公報中，公開了反射 板的內(nèi)置化、反射板與像素的對準(zhǔn)的高精度化的方法。由于反射板設(shè) 在透明電極上，不會產(chǎn)生外部反射板情況下發(fā)生的視差，所以能提高 顯示品質(zhì)。此外，由于開口部是通過對設(shè)在透明電極上的反射板進行蝕刻而 加工形成的，所以利用后面工序的貼合方法，可以高精度地進行對準(zhǔn)。 但是，由于在外部存在用作背光板的聚光裝置的微透鏡板，所以存在 難以進行貼合時的高精度對準(zhǔn)的缺點，此外，由于在微透鏡板和反射 板之間存在陣列基板，所以存在受到陣列基板的影響而不能使聚光充 分最佳化的缺點。本發(fā)明就是鑒于上述問題而通常的，其目的在于提供一種在進行 透過顯示或進行反射顯示時能進行明亮、優(yōu)質(zhì)顯示的新的液晶顯示元 件及其制造方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的液晶顯示元件，具有接近相向配置的一對基板、填充在 一對基板間隙內(nèi)的液晶層以及背光板，其特征在于，在配置于背光板 側(cè)的基板上，設(shè)置具有開口部的反射板和聚光裝置。采用本結(jié)構(gòu)，反射板和微透鏡設(shè)在基板的同一側(cè)，并且是設(shè)在液 晶側(cè)，由此可以實現(xiàn)反射板的內(nèi)置化、微透鏡與反射板間的距離的最 佳化、反射板的開口部與微透鏡的對準(zhǔn)的高精度化。艮P，在一個基板的液晶側(cè)形成微透鏡時，在利用例如濕蝕刻法作 為形成法的情況下，可以利用光刻法制造蝕刻用的掩模。然后，在形 成反射板時，可以利用光刻法形成開口部，所以能實現(xiàn)對準(zhǔn)的高精度 化。此外，在通過在形成反射板之前在微透鏡上形成外涂層或貼合防 護玻璃，可以實現(xiàn)微透鏡與反射板的距離的最佳化。該最佳化的效果 在使用發(fā)出擴散光的背光板的情況下是特別有利的。因此，在透過顯 示和反射顯示時都能進行明亮、優(yōu)質(zhì)的顯示。此外，由于將反射板和 微透鏡內(nèi)置，所以能實現(xiàn)薄型、輕量化。作為微透鏡的替代，形成縱型波導(dǎo)的方法也是有效的。采用本結(jié) 構(gòu)，垂直于基板平面入射的背光板的光借助于縱型波導(dǎo)，而高效地在 反射板的開口部匯聚，所以能獲得明亮的透過顯示。由此，由于能減 小反射板的開口部，所以能使反射顯示更明亮。與使用微透鏡的情況 相比，其特征在于對背光板的定向特性的依賴性較小。特別是在擴散 光的情況下，能比使用微透鏡時更高效地聚光，所以是有利的?？v型波導(dǎo)在一個基板的液晶側(cè)形成，可以使用與微透鏡同樣的形 成方法。縱型波導(dǎo)的形狀優(yōu)選設(shè)定錐角，使得光從背光板的入射側(cè)向 出射側(cè)匯聚。在波導(dǎo)的界面上設(shè)置金屬膜，可以實現(xiàn)更高的效率。此外，可以形成橫型波導(dǎo)來代替縱型波導(dǎo)。在該情況下，平行于 基板平面而入射的背光板的光借助于橫型波導(dǎo)在反射板的開口部更高 效地匯聚，所以能獲得明亮的透過顯示。由此，可以使反射板的開口 部變小，所以能使反射顯示明亮。此外，通過在波導(dǎo)界面設(shè)置金屬膜， 入射到反射板的開口部的外部光被波導(dǎo)金屬反射膜反射，所以能使反
射顯示時的亮度最大。此外，在基板不是透明的情況下也適用。橫型波導(dǎo)在一個基板的液晶側(cè)形成，其形成方法與微透鏡或縱型 波導(dǎo)的情況相比比較容易，所以能低成本地制造。雖然只要在基板上 涂覆高折射率材料就能形成波導(dǎo)，但實際上不滿足全反射條件的入射 光會從波導(dǎo)中泄漏，使效率下降，所以優(yōu)選在波導(dǎo)的界面上形成金屬 膜。在形成金屬膜的情況下，由于與在基板平面上涂覆的材料的折射 率無關(guān)，所以在材料的選擇范圍寬是有利的。在反射板一側(cè)的端部界 面的金屬膜面上，與反射板的開口部相配合而設(shè)置開口部，從這里射 入入射光。在上述縱型或橫型波導(dǎo)的入射側(cè)或出射側(cè)也可以設(shè)置微透鏡。通 過在入射側(cè)設(shè)置微透鏡，可以使入射到波導(dǎo)的光的效率更高。通過在 出射側(cè)設(shè)置微透鏡，可以將從波導(dǎo)射出的光高效地導(dǎo)出到反射板的開 口部。此外，可以設(shè)置全息圖來聚光，以代替上述微透鏡。優(yōu)選全息圖 的聚光圖形設(shè)計得使背光板的光在反射板的開口部高效地被匯聚?？?以將記錄有如上述設(shè)計的全息圖形的薄板貼在一個基板的液晶側(cè)，但 先貼合記錄前的薄板，然后記錄全息圖形，可以實現(xiàn)高精度的對準(zhǔn)， 所以優(yōu)選。由于不使用蝕刻等方法，所以容易制造，從而能以低成本 實現(xiàn)。通過上述這樣的結(jié)構(gòu)，可以提供無論在透過顯示還是反射顯示時， 都能進行明亮、優(yōu)質(zhì)顯示的液晶顯示元件及其制造方法。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的剖視圖。 圖2是在圖1的第一實施方式中，背光板的定向特性為擴散光時 的示意圖。圖3是在圖1的第一實施方式中，背光板為點光源時的示意圖。 圖4是表示第二實施方式的剖視圖。圖5是在第二實施方式中，在入射側(cè)設(shè)置微透鏡時的示意圖。圖6是表示第三實施方式的剖視圖。圖7是表示在第三實施方式中，設(shè)置突起時的剖視圖。圖8是表示第四實施方式的剖視圖。
具體實施方式
本發(fā)明所涉及的液晶顯示元件的實施方式是具有接近相向配置的 一對基板、填充在一對基板間隙內(nèi)的液晶層以及背光板的液晶顯示元 件，其特征在于，在配置在背光板側(cè)的基板上設(shè)置具有開口部的反射 板和聚光裝置。以下，利用附圖，對本發(fā)明的液晶顯示元件的實施方式進行說明。 (第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的剖視圖。本發(fā)明的液晶顯示元件是具有接近相向配置的一對基板2、 3、填充在一對基板間隙內(nèi)的液 晶層4以及背光板8的液晶顯示元件，其特征在于，在配置在背光板8 側(cè)的基板3的液晶側(cè)，由微透鏡7和具有開口部6的反射板5構(gòu)成。在液晶顯示元件1的一對基板2、 3中，上側(cè)基板2位于外部光入 射的一側(cè)，在下側(cè)基板3的液晶層4 一側(cè)，形成有反射外部光的反射 板5，該反射板5上設(shè)有在進行透過顯示時用于使透過光通過的開口部 6。此外，還設(shè)有用于驅(qū)動液晶層4的透明電極13。并且，在下側(cè)基板 3的液晶層4一側(cè)的反射板5之下，形成有微透鏡7。在下側(cè)基板3的 外側(cè)，設(shè)有背光板8。 〃
下側(cè)基板3可以使用透明的玻璃基板或塑料基板。在下側(cè)基板3 利用濕蝕刻法而形成微透鏡7的情況下，在下側(cè)基板上形成鉻等的金 屬膜，并利用光刻法而在金屬膜上設(shè)置開口部。利用基板的蝕刻液， 從微小的開口部進行各向同性的蝕刻，從而形成透鏡狀的凹陷。將高折射率材料埋入該凹陷，成為微透鏡。該微透鏡7的焦點距 離由凹陷的形狀以及下側(cè)基板與高折射率材料的折射率差決定。在埋入高折射率之后形成反射板，然后利用光刻法等技術(shù)形成開口部6。開 口部6優(yōu)選設(shè)在由微透鏡7匯聚的光較多的場所，通常優(yōu)選使其與微 透鏡7的光軸一致。此外，反射板5的位置優(yōu)選設(shè)在與微透鏡7的焦點距離大致相當(dāng) 的部分上。在僅用高折射率材料難以形成與焦點距離相當(dāng)?shù)暮穸鹊那?況下，在微透鏡7上另外涂覆外涂層材料的方法以及貼合防護玻璃的 方法是有效的。在下側(cè)基板3和上側(cè)基板2上形成像素電極(未圖示)， 進行面板組裝，從而形成液晶顯示元件。最后，在下側(cè)基板3的外側(cè) 配置背光板8，背光板8的定向特性是左右微透鏡7的聚光效率的重要 元件。在背光板的定向特性接近于平行光，并且能使透鏡的焦點距離 變小的情況下，優(yōu)選使微透鏡與發(fā)生部間的距離較小。此外，背光板的定向特性為擴散光，透鏡的焦點距離較大的情況 下，優(yōu)選使微透鏡與發(fā)生部間的距離比平行光時的大。圖2示出了背 光板的定向特性為擴散光時的示意圖。此外，通過使背光板的定向特 性接近點光源，可以更高效率地進行聚光。作為點光源背光板，可以 使用EL或LED。圖3示出了在背光板上使用點光源的情況的示意圖。在形成上述微透鏡7時，可以使用利用干蝕刻法的各向異性蝕刻 法、通過模壓樹脂而形成透鏡形狀的模壓法、通過加熱而使已構(gòu)圖的 感光樹脂整形為透鏡形狀的加熱法、利用灰階掩模(grey mask)的多 灰度等級曝光而制作透鏡形狀的灰階掩模法、利用離子擴散而改變折
射率的離子擴散法以及利用激光照射而使基板的折射率具有平面內(nèi)分 布的激光照射法等，來代替濕蝕刻法。各向異性蝕刻法、加熱法、灰階掩模法與各向同性蝕刻法同樣， 在可以利用光刻法來確定透鏡位置方面是有利的。模壓法在通過一次 成型而能容易地進行復(fù)制方面是有利的，但模型和對準(zhǔn)的高精度化是 非常重要的。離子擴散法、激光照射法的特征是能容易地獲得平面狀 的透鏡。這些方法可以單獨使用，也可以組合使用。此外，在濕蝕刻 法中，形成凹陷，然后填充高折射材料，但也可以相反地采用形成凸 形狀，然后涂覆低折射率材料的方法。作為上述高折射率或低折射率的材料，可以使用有機系列的樹脂 或無機系列的材料。此外，上述微透鏡可以利用菲涅耳透鏡(Fresnd lens)來實現(xiàn)。菲涅耳透鏡在能夠減小凹凸量方面是有利的。在本實施方式的結(jié)構(gòu)中，在進行透過顯示時，從背光板發(fā)出的光 通過下側(cè)基板3后，入射到微透鏡7上。入射到微透鏡7上的光被設(shè) 在反射板5上的開口部6匯聚，接受液晶層4的調(diào)制，然后從液晶顯 示元件射出。此時，由于可以高精度地設(shè)定微透鏡7和反射板的開口部6的位 置，所以可以使通過開口部6的光最大。因此，由于可以使微透鏡7 與開口部6的位置偏移的裕度最小，所以可以使開口部更小，其結(jié)果 是，可以使反射板5的面積更大，由此可以使反射顯示更明亮。此外，在背光板發(fā)出擴散光的情況下，可以使微透鏡和反射板的 位置最佳化，所以能使開口部更小，從而可以使透過顯示、反射顯示 更明亮。此外，在本結(jié)構(gòu)中，由于反射板5設(shè)在下側(cè)基板3的液晶側(cè)一側(cè)，
所以可以抑制由于基板的厚度而發(fā)生的重影的現(xiàn)象，從而能獲得優(yōu)質(zhì) 的顯示。此外，由于將反射板5和微透鏡7內(nèi)置，所以能實現(xiàn)薄型、輕量化。(第二實施方式)圖4是表示本發(fā)明第二實施方式的剖視圖。該第二實施方式的特 征在于形成了縱型波導(dǎo)9，以代替第一實施方式的微透鏡7。在該結(jié)構(gòu) 中，來自背光板8的光入射到縱型波導(dǎo)9中，在設(shè)在反射板5上的開 口部6處匯聚。與第一實施方式相同，不僅透過顯示、反射顯示都能獲得明亮， 優(yōu)質(zhì)的顯示，而且在背光板8的光為擴散光的情況下，可以比使用微 透鏡時更高效率地聚光，從而能使透過顯示更明亮。縱型波導(dǎo)9可以利用第一實施方式所記載的微透鏡7的制造方法 形成。由于其優(yōu)選為錐形，以使得從入射側(cè)到出射側(cè)逐漸聚光，所以 優(yōu)選使用模壓法、灰階掩模法，但也可以使用濕蝕刻法、加熱法、離 子擴散法、激光照射法等。此外，可以在縱型波導(dǎo)9的入射側(cè)或出射側(cè)設(shè)置微透鏡7。通過 在入射側(cè)設(shè)置微透鏡7，可以使射入縱型波導(dǎo)9的光效率更高。通過在 出射側(cè)設(shè)置微透鏡7，可以將從縱型波導(dǎo)9射出的光高效地導(dǎo)入反射板 5的開口部6。特別是在縱型波導(dǎo)9的入射側(cè)設(shè)置微透鏡7的情況下，由于不必 將縱型波導(dǎo)9設(shè)置為錐形，所以在形成時也可以利用干蝕刻法。圖5 示出了在縱型波導(dǎo)9的入射側(cè)設(shè)置微透鏡7的示意圖。 在第一、第二實施方式中，優(yōu)選背光板8的發(fā)光部在平面內(nèi)被構(gòu) 圖，其圖形與微透鏡7對應(yīng)配置，在該情況下，優(yōu)選背光板8的發(fā)光 面積比微透鏡7的聚光面積小。(第三實施方式)圖6是表示本發(fā)明第三實施方式的剖視圖。第三實施方式的特征 在于，形成了橫型波導(dǎo)10，以代替第二實施例的縱型波導(dǎo)9。在該結(jié) 構(gòu)中，平行地入射到基板平面的背光板8的光射入橫型波導(dǎo)10，然后 從設(shè)在反射板5上的開口部6射出。該實施例與第一實施例和第二實 施例同樣，可以使透過顯示、反射顯示更明亮，獲得優(yōu)質(zhì)的顯示。此 外，通過在橫型波導(dǎo)lO的界面上設(shè)置金屬膜ll、 11，可以使射入至反 射板5的開口部6的光反射，所以能使反射顯示時的亮度最大。此外， 不僅可以適用于下側(cè)基板3不透明的情況，而且由于可以在液晶顯示 元件的側(cè)面設(shè)置背光板8，所以能使液晶顯示元件更薄型。橫型波導(dǎo)10可以通過在下側(cè)基板3上涂覆比基板的折射率高的材 料，然后在其上設(shè)置反射板5，形成開口部6而實現(xiàn)，所以與第一或第 二實施例相比，制造容易，其結(jié)果是，能實現(xiàn)液晶顯示元件的低成本 化。但是，如上所述，在使反射顯示的亮度最大的情況下，在下側(cè)基 板3上設(shè)置金屬膜11，然后涂覆材料的方法更好。在設(shè)置金屬膜11的 情況下，由于入射光在金屬膜界面上全反射，而與材料的折射率無關(guān)， 所以在成本方面是有利的。此外，如圖7所示，通過在橫型波導(dǎo)10的反射板5的開口部6的 正下方設(shè)置突起12，可以使光高效地從反射板的開口部6射出。突起 可以形成使用透明材料在波導(dǎo)的下側(cè)金屬膜11之上，但設(shè)在下側(cè)金屬 膜11之下也同樣有效。在下側(cè)金屬膜11之上形成的情況下，可以使甩 感光性的透明材料，利用光刻法而容易地實現(xiàn)。此外，在設(shè)在下側(cè)金
屬膜11之下的情況下，可以使用利用蝕刻等對基板自身進行加工的方 法。(第四實施方式)圖8是表示本發(fā)明第四實施方式的剖視圖。第四實施方式形成全息圖(hologram),以代替第一實施方式的微透鏡7，在這一點上與第 一實施方式不同。在第四實施方式的結(jié)構(gòu)中，來自背光板8的光入射 至全息圖14，然后在設(shè)在反射板5上的開口部6匯聚。與第一實施方 式同樣，不僅能進行更明亮的透過顯示、反射顯示，獲得優(yōu)質(zhì)的顯示， 而且在背光板8的光為擴散光的情況下，通過使用適于擴散光匯聚的 全息圖，可以比使用微透鏡7時更高效地聚光，從而能使透過顯示更 明亮。全息圖14可以通過將記錄有用于使背光板8的光在設(shè)在反射板5 上的開口部6匯聚的全息圖形的薄板貼在下側(cè)基板3的液晶側(cè)而實現(xiàn)。 此外，也可以先貼合記錄前的薄板，然后記錄全息圖形，后者能夠?qū)?現(xiàn)高精度的對準(zhǔn)，所以優(yōu)選。此外，可以使用光致抗蝕劑等感光樹脂 來代替全息圖記錄用的薄板。由于不需要使用蝕刻等方法來聚光，所 以容易制造，從而能以低成本來實現(xiàn)。在本發(fā)明的第一至第四實施方式中，可以對l個像素設(shè)置多個開 口部和微透鏡或波導(dǎo)或全息圖。特別是在本發(fā)明的第一、第二和第四 實施方式中，在微透鏡、縱型波導(dǎo)和全息圖的設(shè)計中，提高了自由度， 所以優(yōu)選。此外，在通常的液晶顯示元件中，大多將紅、綠、藍3個 像素作為1組而構(gòu)成1個像素，此時由于1個像素形成縱長狀，所以 對l個像素設(shè)計多個開口部，并且與正方形的微透鏡組合是有效的。此外，在本發(fā)明的第二或第三實施方式中，在同時使用TFT等有 源元件的情況下，即使在TFT的入射側(cè)不設(shè)置遮光膜，也能充分遮擋 射入至TFT的漫射光。
本發(fā)明的液晶顯示元件由于具有上述結(jié)構(gòu)，所以無論在進行透過 顯示還是進行反射顯示時，都能進行明亮、優(yōu)質(zhì)的顯示。
權(quán)利要求
1. 一種液晶顯示元件，具有接近相向配置的一對基板、填充在一 對基板間隙內(nèi)的液晶層以及背光板，其特征在于，在配置于背光板側(cè)的基板的液晶層側(cè)設(shè)置具有開口部的反射板; 和聚光裝置，其位于上述反射板的下方，由全息圖構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示元件，具有接近相向配置的一對基板、填充在其間隙內(nèi)的液晶層以及背光板。在配置于背光板側(cè)的基板上，設(shè)置具有開口部的反射板和聚光裝置。該液晶顯示元件無論在進行透過顯示還是進行反射顯示時，都能進行明亮、優(yōu)質(zhì)的顯示。
文檔編號G02F1/13GK101122708SQ20071014717
公開日2008年2月13日 申請日期2002年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月7日
發(fā)明者上原伸一, 住吉研 申請人:日本電氣株式會社