-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen streuenden Reflektor und ein Verfahren
zu dessen Herstellung sowie eine reflektive Anzeigevorrichtung unter
Verwendung des streuenden Reflektors.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Die
Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristall
als elektro-optische Schicht verwendet, wird in Flat-Panel Form
ausgebildet mit dünnem
und leichtem Aufbau zur Gewährleistung
eines geringen Leistungsverbrauchs. Deshalb wurden derartige Anzeigevorrichtungen
für einen
breiten Anwendungsbereich wie für
Anzeigen von Hand-Held Geräten
entwickelt. Eine elektro-optische Substanz wie ein Flüssigkristall
erzeugt nicht selbst Licht, sondern gibt ein Bild durch selektives
Hindurchlassen oder Abschirmen eines externen Lichtstrahls wieder.
Derartige passive Anzeigevorrichtungen können nach Art der Durchlässigkeit
und nach Art der Reflektion in Abhängigkeit vom Beleuchtungssystem
eingeteilt werden.
-
Bei
lichtdurchlässigen
Anzeigevorrichtungen wird ein Panel haltender Flüssigkristall, wie z. B. die elektro-optische
Schicht zwischen einem Paar von transparenten Substraten, produziert
und eine Lichtquelle zum Beleuchten (Hintergrundlicht) wird an der Rückseite
des Panels angeordnet, wobei ein Bild auf der Vorderseite des Panels
betrachtet werden kann. Im Falle dieses lichtdurchlässigen Typs
ist das Hintergrundlicht von Bedeutung und als Lichtquelle wird beispielsweise
eine Fluoreszenzlampe verwendet. Bei Betrachtung der Anzeigevorrichtung
als Ganzem ist diese nicht zur Darstellung in Hand-Held Geräten geeignet,
da das Rücklicht
den größeren Teil
an elektrischer Leistung verbraucht. Im Gegensatz hierzu wird im
Falle des reflektiven Typs eine Reflektor an der Rückseite
des Panels angeordnet, während
externes Licht wie beispielsweise natürliches Licht von der Vorderseite
einfällt
und ein Bild ebenso von der Vorderseite bei Verwendung des reflektierten
Lichts betrachtet werden kann. Da im Gegensatz zum lichtdurchläs sigen Typ
keine Lichtquelle zum Beleuchten der Rückseite verwendet wird, verbraucht
die reflektive Anzeigevorrichtung weniger elektrische Leistung im
Vergleich zum lichtdurchlässigen
Typ und ist deshalb zur Darstellung in Hand-Held Geräten geeignet.
-
Bei
der reflektiven Anzeigevorrichtung wird die Anzeige durch Verwendung
des einfallenden Umgebungslichtes erzeugt und es ist hierbei von
Bedeutung die Helligkeit durch effektive Verwertung des einfallenden
Lichts zu verbessern. Darüber
hinaus ist es grundsätzlich
erforderlich eine streuende Reflektion des einfallenden Lichts im
Panel umzusetzen um die weiße
Anzeige als sogenannte paper-white Anzeige zu verwirklichen. Deshalb
weist die reflektive Anzeigevorrichtung beim Stand der Technik in
vielen Fällen
eine streuende Reflektionsschicht innerhalb des Panels auf. Diese
streuende Reflektionsschicht weist eine feine Unebenheiten enthaltende
Oberfläche
und ebenso eine näherungsweise
ideale Streucharakteristik auf um das äußere paper-white Erscheinungsbild
so gut als möglich
zu verwirklichen. Jedoch ist es schwierig hieraus zu schließen, dass die
Reflektionseigenschaft für
praktische Anwendungen ausreichend ist und es wurde als Problem
von reflektiven Anzeigevorrichtungen gemäß dem Stand der Technik angesehen,
die Eigenschaften hinsichtlich Unebenheiten von den Stadien der
Gestaltung und Prozessierung im Hinblick auf die Verbesserung der
Reflektionseigenschaften zu verbessern.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung stellt Vorrichtungen zum Lösen der Probleme des Standes
der Technik und zum Erreichen der Aufgabe bereit und ist in den
Ansprüchen
definiert.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
-
1A bis 1E sind
Prozesslaufdiagramme zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens
des streuenden Reflektors gemäß der Erfindung;
-
2 zeigt
eine Aufsicht zur Darstellung eines Musters einer Ansammlung von
stäbchenförmigen Elementen
auf dem streuenden Reflektor;
-
3 ist
ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines in 2 gezeigten
Muster-Herstellungsverfahrens;
-
4 ist
ein Graph zur Darstellung einer Verteilung von Neigungswinkeln der
unebenen Oberflächenschicht
des durch ein Verfahren der Erfindung hergestellten streuenden Reflektors;
-
5 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Messsystem zum Simulieren der
Reflektionscharakteristik des durch die Erfindung hergestellten streuenden
Reflektors zeigt;
-
6 zeigt
die zur Simulation des erfindungsgemäßen streuenden Reflektors verwendete Sinuswelle;
-
7 ist
ein Graph zur Darstellung des Simulationsergebnisses;
-
8 ist
ein Graph zur Darstellung des Simulationsergebnisses;
-
9 ist
ein Graph zur Darstellung des Simulationsergebnisses;
-
10 ist
ein Graph zur Darstellung des Simulationsergebnisses;
-
11 ist
ein Graph zur Darstellung des Simulationsergebnisses;
-
12 ist
eine schematische Teil-Querschnittsansicht zur Darstellung einer
bevorzugten Ausführungsform
der reflektiven Anzeige-vorrichtung mit dem gemäß der Erfindung hergestellten
streuenden Reflektor; und
-
13 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
von Arbeitsschritten der in 12 dargestellten
reflektiven Anzeigevorrichtung.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird detailliert mit Bezug zu den begleitenden Abbildungen
beschrieben. 1A bis 1E zeigen Prozesslaufdiagramme
zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines streuenden
Reflektors der Erfindung. Wie in 1A gezeigt,
wird ein Substrat 2, z. B. bestehend aus Glasmaterial oder
desgleichen vorbereitet. Danach wird, wie in 1B dargestellt, eine
Harzschicht 11 mit Fotosensitivität auf dem Substrat 2 ausgebildet.
Als Harzschicht 11 kann beispielsweise ein Fotolack verwendet
werden. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Schicht mit der Dicke von ungefähr 1.0 μm durch Bedecken mit Fotolack mit
dem Spin-Coating Verfahren ausgebildet. Danach wird im Prozess (1C)
eine Ansammlung von stäbchenförmigen Elementen,
welche voneinander isoliert sind, durch Strukturieren der Harzschicht 11 mit
Fotolithografie bereitgestellt. Bei dem Fotolithografieverfahren
wird der Belichtungsprozess durch Bestrahlung mit ultravioletter
Strahlung ausgeführt
und danach schließt
sich der Entwicklungsprozess an. Angemessene Strahlungsenergien
der ultravioletten Strahlung liegen im Bereich von 150 mJ bis 250
mJ. Ist die Bestrahlungsenergie kleiner als 150 mJ, so ist die Energie
zu gering und falls diese 250 mJ übersteigt ist die Energie zu
hoch und dadurch kann ein Ätzen
der Seitenwände
hervorgerufen werden. Nachfolgend werden im Prozess (1D)
einzelne stäbchenförmige Elemente
leicht durch die Wärmebehandlung
de formiert und dadurch kann die Schicht mit einer unebenen Oberfläche mit dem
maximalen Neigungswinkel unterhalb von 12° ausgebildet werden. Dieser
Prozess des Zurückfließens wird
beispielsweise bei ungefähr
220°C ausgeführt. Und
zwar werden die stäbchenförmigen Elemente
bis zu einer höher
als der Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt des Harzfilms 11 liegenden
Temperatur erwärmt
und dadurch wird der auf den stäbchenförmigen Elementen
strukturierte Harzfilm 11 einmalig geschmolzen und die
stäbchenförmigen Elemente
werden durch die Oberflächenspannung leicht
deformiert. Im Besonderen wird der obere Endbereich der stäbchenförmigen Elemente
leicht deformiert und kantige Flächen
lassen sich so vermieden um die gewünschte geneigte Oberfläche bereitzustellen.
Darüber
hinaus wird die beispielsweise aus Fotolack bestehende weitere Harzschicht 12 auf
die leicht deformierte unebene Oberflächenschicht aufgetragen und
die flache Öffnung 2a zwischen
zueinander isolierten stäbchenförmigen Elementen
wird zur Verringerung des maximalen Neigungswinkels vergraben. Da
ein flacher Bereich auf der unebenen Oberflächenschicht, welche auf der
Oberfläche
des Substrats 2 ausgebildet ist, beseitigt ist, besteht
keine Gefahr zur Erzeugung von spiegelnder Oberflächenreflektion.
Die Reflektionshelligkeit des streuenden Reflektors von der Vorderseite
aus gesehen lässt sich
durch Unterdrücken
der spiegelnden Oberflächenreflektion
verbessern. Der Harz 12 wird mit einer Dicke von beispielsweise
ungefähr
500 nm aufgetragen. Dieser Harz 12 weist bevorzugt Fotosensitivität auf. Weist
der Harz 12 die Fotosensitivität auf, so kann der Harz 12 im
nachfolgenden Prozessschritt strukturiert werden und verschiedenartige
Prozesse können
ausgeführt
werden falls der streuende Reflektor im Panel enthalten ist. Zuletzt
kann in dem Prozess (1E) die Metallschicht 13 auf
der leicht deformierten unebenen Oberfläche mit dem verringerten maximalen
Neigungswinkel ausgebildet werden. Hierzu kann eine Diffusionsschicht 10 bestehend
aus der Harzschicht 11 und der auf der Harzschicht gelegenen
Metallschicht 13 ausgebildet werden. Der streuende Reflektor 10 weist
eine Struktur auf, so dass eine streuende Reflektionsschicht 10 auf dem
Substrat 2 ausgebildet ist. Die Metallschicht 13 wird
durch Abscheiden eines metallischen Materials, beispielsweise Aluminium,
Silber oder desgleichen auf dem Substrat 2 durch Sputtern
oder Vakuumverdampfung ausgebildet.
-
2 ist
eine schematische Aufsicht zur Darstellung von stäbchenförmigen Elementen,
welche voneinander durch Strukturieren der Harzschicht mit Fotolithografie
isoliert sind. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Ansammlung von polygonalen stäbchenförmigen Elementen bereitgestellt,
welche voneinander durch die teilende Strukturierung des Harzes
mit der Fotolithographie isoliert sind. Die teilende Strukturierung
der Harzschicht wird derart ausgeführt, dass eine Größe einer
Lücke zwischen
den polygonalen stäbchenförmigen Elementen,
welche voneinander isoliert sind, nahezu der minimalen Auflösung der
Fotolithografie entspricht. Zur Verbesserung der Reflektionscharakteristik
des streuenden Reflektors ist die Struktur mit unebener Schicht
als auch der maximale Neigungswinkel der unebenen Oberflächenschicht
von Bedeutung. Und zwar wird ein stäbchenförmiges Element mit der unebenen Oberflächenschicht
als Einheitsform des streuenden Reflektors in seiner Form durch
die Maskenstruktur der Fotolithografie bestimmt. Eine hohe Dichte
unebener Schichten ist zur Verbesserung der Helligkeit des streuenden
Reflektors wichtig. In Anbetracht dieses Punktes wird die Einheitsform
der unebenen Oberflächenschicht,
welche aus der Maskenstruktur erstellt werden soll, erfindungsgemäß als polygonale Form
bestimmt und dadurch wird die unebene Schicht des streuenden Reflektors
mit höherer
Dichte ausgebildet.
-
3 ist
ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines
Gestaltungsverfahrens einer Maskenstruktur. Wie in der Abbildung
dargestellt werden Kreise mit einem Durchmesser von beispielsweise
11 μm ausgebildet
oder gezogen um miteinander in Kontakt zu sein. Danach werden Grenzen
der miteinander in Kontakt stehenden Kreise kontinuierlich miteinander
durch gerade Linien verbunden und die Kreise sind sodann voneinander isoliert.
Die Breite zur Isolation an der Grenze, nämlich die Größe einer
Lücke zwischen
benachbarten polygonalen stäbchenförmigen Elementen,
wird auf ungefähr
1 μm eingestellt,
was nahezu der minimalen Auflösung
der Fotolithografie entspricht. Der Durchmesser des Grundkreises
beträgt
im Mittel 11 μm
und die Lücke
zwischen den polygonal stäbchenförmigen Elementen
beträgt
1 μm. Selbst
wenn die Dichte der Maskenstruktur verändert wird, führt eine
Anhebung der Dichte der Polygone andererseits zu einer Erhöhung des
maximalen Neigungswinkels, da der minimale Abstand zwischen benachbarten
polygonalen Strukturen durch die Auflösung bestimmt ist. Um die gute
Reflexionscharakteristik zu erhalten ist es von Bedeutung den maximalen
Neigungswinkel auf einen Wert unterhalb von 12° zu halten. Im Besonderen beträgt der bevorzugte
Winkel ungefähr
10°. Es
wurde experimentell nachgewiesen, dass sich der maximale Neigungswinkel
durch Einstellen des Durchmessers des Einheitskreises auf ungefähr 11 μm und die Größe der Lücke zwischen
den benachbarten Polygonen auf 1 μm
ergibt, was nahezu gleich der minimalen Auflösung der Fotolithografie ist.
-
Eine
Optimierung des Neigungswinkels der unebenen Oberflächenschicht
lässt sich
nicht nur durch die Gestaltung der Maskenstruktur steu ern, sondern
ebenso durch den Prozess. Wie oben erläutert ist der Fotolack durch
das Schleuderverfahren mit der Dicke von z. B. 1.0 μm aufgetragen
und sodann belichtet und danach durch die Strahlungsenergie von
150 mJ oder größer unter
Verwendung der in 2 gezeigten Maske entwickelt.
Hierbei wird eine Wärmebehandlung
für eine
Stunde bei einer Temperatur von 220° C zum Zerfließen ausgeführt. Danach wird
der beispielsweise aus Fotolack bestehende Harz mit der Dicke von
ungefähr
500 nm geschleudert aufgetragen. Nach dem Härten wird beispielsweise metallisches
Aluminium oder Silber mit der Dicke von 400 oder 500 nm gesputtert.
-
Die
Winkelverteilung des unter den oben erläuterten Bedingungen erhaltenen
streuenden Reflektors ist in 4 dargestellt.
Der Graph in 4 zeigt die Verteilung von Neigungswinkeln
der unebenen Oberflächenschichten
einer Mehrzahl von durch schwarze Kreise und schwarze Rechtecke
gekennzeichneten Proben. Bei jeder Probe sind die Neigungswinkel
unterhalb von 12° verteilt
und es versteht sich, dass sich der maximale Neigungswinkel der
unebenen Oberflächenschicht
auf einen Wert unterhalb von 12° halten
lässt.
-
Wie
oben erläutert
wird der maximale Neigungswinkel der unebenen Oberflächenschicht
auf einen Winkel unterhalb von 12° gehalten
um die Reflektionscharakteristik des streuenden Reflektors durch
Verbessern des Herstellungsprozesses und der Maskenstruktur zu verbessern.
Wie im Folgenden erläutert
wird, kann der streuende Reflektor, welcher unmittelbar für die reflektive
Anzeigevorrichtung geeignet ist, durch Einstellen des maximalen
Neigungswinkels auf 12° oder
vorzugsweise auf ungefähr
10° erreicht
werden. Dies zeigt sich aus Simulationen. 5 zeigt
die Richtung eines in der Simulation festgelegten Beobachters. Unter
Berücksichtigung
der tatsächlichen
Applikationsumgebung wird angenommen, dass der externe Lichtstrahl
von der oberen Richtung des Panels mit dem Einfallswinkel von 30° zur Normalen
einfällt
und ein Beobachter auf das Panel 0 entlang der Normalen
blickt. Das Panel 0 weist eine flache Struktur auf, das
die beispielsweise als elektro-optische Schicht zwischen einem Paar von
Substraten 1, 2 ausgebildete Flüssigkristallschicht
einschließt.
-
Wie
in 6 dargestellt wird die Querschnitt-Form der unebenen
Oberfläche
des streuenden Reflektors als Voreinstellung für die Simulation näherungsweise
durch die trigonometrische Funktion beschrieben und hierbei wird
lediglich eine Periode betrachtet. Wird die Wellenlänge der
trigonometrischen Funktion konstant gehalten und die Amplitude geändert, so
wird der differentielle Koeffizient, welcher den Neigungswinkel
wiedergibt, naturgemäß variiert
und dessen maximaler Absolutwerte lässt sich für θ=0.2π bei spielsweise im Falle einer
Sinuswelle ableiten. Hierbei wird angenommen, dass das Innere des
Panels mit Flüssigkristall
gefüllt
ist, eine derartiger Neigungswinkel keine Mehrfachstreuung verursacht
und darüber
hinaus der Einfallswinkel auf 27° oder
33° entsprechend
zur tatsächlichen
Lichtquelle des Messsystems eingestellt ist. Hierbei wird der Reflektionswinkel θd, welcher
von der Normalen betrachtet wird, in einem derartigen Falle berücksichtigt,
dass das Licht auf die unebene Struktur einfällt, dessen Teilansicht durch
die in 6 gezeigte Sinuswelle gekennzeichnet ist. Ein
Profil der Teilansicht der unebenen Oberfläche wird beispielsweise als f(x)=R·sin2πx definiert.
Bei Berücksichtigung
von Streuung durch die Flüssigkristallschicht
ist es ausreichend den Einfallswinkel θin des Beleuchtungsstrahls
im Bereich von ±42° zur Normalen
zu prozessieren und die Amplitudenbedingung für diesen Bereich lässt sich
als R=0.177 oder kleiner durch detaillierte Berechnung bestimmen.
Der Reflektionswinkel θd
in diesem System beträgt θd=π/2–θin+arctan (2πR·cos2πx). Hierbei ändert sich
x im Bereich von 0 bis 1. X ist in Schritten von 0,01 dargestellt
und der Einfallswinkelbereich des einfallenden Lichtstrahls wird
im Bereich von 68.7° bis
72.4° unter
Berücksichtigung
der Streuung des Flüssigkristalls
angenommen. Die Verteilung des Winkels θd (in Grad) ist im Falle, dass
R als Parameter unter diesen Bedingungen geändert wird, in den Graphen
von 7 bis 11 dargestellt.
In diesen Graphen ist der maximale Neigungswinkel als Parameter
anstatt des Wertes von R dem einfacheren Verständnis dienend gekennzeichnet.
-
7 zeigt
Daten von spiegelnder Oberflächenreflektion.
Die Verteilung von Reflektionswinkeln (in Grad) zeigt flache Maxima
zwischen 27° und
33°, welche
erheblich stärkere
Richtungsabhängigkeit kennzeichnen. 8 zeigt
Verteilungen von Reflektionswinkeln, falls der maximale Neigungswinkel
5° beträgt. Peaks
werden bei Reflektionswinkeln von ungefähr 15° und 45° erzeugt. 9 zeigt
die Daten, falls der maximale Neigungswinkel 7° beträgt. Der Reflektionswinkel streut
auf 60° von
10°. 10 zeigt
die Daten, falls der maximale Neigungswinkel 10° beträgt und der höhere Peak
bei dem Reflektionswinkel von 0° auftritt.
Und zwar wird das diagonal einfallende Licht, welches von der Normalen
abweicht, in Richtung der vorderen Oberfläche zum Erreichen eines Betrachters
reflektiert. Dadurch kann eine helle Anzeige erreicht werden. 11 zeigt
die Daten, falls der maximale Neigungswinkel 12° beträgt. Wie aus den obigen Graphen
ersichtlich ist, wird die Winkelverteilung des reflektierten Lichts
aufgeweitet, falls der maximale Neigungswinkel größer wird,
aber diese Graphen deuten darauf hin, dass der Lichtstrahl bei maximalem
Neigungswinkel von 10° am
effektivsten auf einen Betrachter reflektiert wird. Beträgt der maximale
Neigungswinkel 12° oder
mehr, so wird eine große
Menge des Lichts an der Grenzfläche
des Substrates 1 der entgegengesetzten Richtung und der
Flüssigkristallschicht 3 total
reflektiert. Basierend auf den obigen Simulationen wird der maximale
Neigungswinkel der unebenen Oberflächenschicht gemäß der Erfindung
unterhalb von 12° und vorzugsweise
auf einen Winkel von ungefähr
10° eingestellt.
-
12 zeigt
eine schematische Teil-/Querschnittsansicht zur Darstellung eines
praktischen Beispiels der reflektiven Anzeigevorrichtung der Erfindung.
Bei diesem Beispiel wird ein TN-ECB (Twist Nematic-Electrically
Controlled Birefrigence)-Modus-Flüssigkristall-Panel 0 verwendet.
Wie dargestellt wird eine Polarisationsplatte 70 beispielsweise als
Polymerfilm mit optischer Anisotropie ausgebildet und eine (1/4)-Wellenlängenplatte 80 an
der Oberfläche
des Panels 0 der reflektiven Anzeigevorrichtung der Erfindung
angeordnet. Das Panel 0 wird durch Zusammenbringen eines
ersten Substrats 1 aus beispielsweise einer transparenten
an der Einfallsseite des externen Lichtstrahls 1 lokalisierten
Glasplatte und eines zweiten Substrats 2 aus beispielsweise
einer an der gegenüberliegenden
Seite nach der bestimmten Lücke
ausgebildeten Glasplatte ausgebildet. An der Lücke zwischen beiden Substraten 1, 2 wird
die nematische Flüssigkristallschicht 3 beispielsweise
als elektro-optische Schicht gehalten. Die Flüssigkristallmoleküle 4 werden
mit verdrehter Ausrichtung durch die oberen und unteren beispielsweise
aus Polyimid bestehenden Ausrichtungsschichten (nicht dargestellt)
bereitgestellt. Beispielsweise aus ITO bestehende Elektroden werden
an den inneren Oberflächen
der Substrate 1, 2 zum Anlegen der Spannung an
die nematische Flüssigkristallschicht
in jedem Pixel ausgebildet. Diese Ausführungsform ist eine sogenannte
aktive Matrix, bei welcher eine gegenüberliegende Elektrode 7 in
der Seite des ersten Substrats 1 ausgebildet ist, während eine
Pixel-Elektrode (13) in der Seite des zweiten Substrats 2 ausgebildet
ist. Die Pixel-Elektrode wird durch ein Umschaltelement bestehend
aus einem Dünnfilmtransistor 50 aus
beispielsweise Polysilizium getrieben. Die gegenüberliegende Elektrode 7 und
Pixel-Elektrode sind einander gegenübergestellt angeordnet und
definieren Pixel zwischen diesen Elektroden. An den inneren Oberflächen des
zweiten Substrats 2 in der gegenüberliegenden Seite ist die
streuende Reflektorschicht 10 abhängig von der Erfindung ausgebildet. Die
streuende Reflektorschicht 10 besteht aus der gestapelten
Schicht aus Harzschichten 11, 12 und Metallschicht 13.
Bei dieser Ausführungsform
dient die Metallschicht 13 ebenso als Pixel-Elektrode.
Die reflektive Anzeigevorrichtung der oben erläuterten Struktur ist vom TN- ECB System im normalen
Weißmodus.
Wird nämlich
keine Spannung angelegt, so wirkt die nematische Flüssigkristallschicht 3 als (1/4)-Wellenlängenplatte
unter Aufrechterhaltung der verdrehten Ausrichtung und erzeugt eine
weiße
Anzeige durch Hindurchlassen des externen Lichtes in Zusammenarbeit
mit der Polarisationsplatte 70 und der (1/4)-Wellenlängeplatte 80.
Wird die Spannung angelegt, so richtet sich die nematische Flüssigkristallschicht 3 vertikal
aus und verliert ihre Funktion als (1/4)-Wellenlängenplatte und erzeugt somit
eine schwarze Anzeige durch Blockieren des externen Lichtstrahls
in Zusammenarbeit mit der Polarisationsplatte 70 und (1/4)-Wellenlängenplatte 80.
-
Im
Folgenden wird mit Bezug zu 12 jede strukturelle
Komponente weiter unten erläutert.
Wie schon oben erläutert,
wird eine Polarisationsplatte 70 an der Oberfläche des
ersten Substrats 1 des Panels 0 angeordnet. Darüber hinaus
wird die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 ebenso
zwischen die Polarisationsplatte 70 und das erste Substrat 1 angeordnet.
Diese (1/4)-Wellenlängenplatte 80 ist
beispielsweise aus einem Polymerfilm ausgebildet, dessen eine Achse ausgedehnt
ist um eine Phasendifferenz von (1/4)-Wellenlänge zwischen dem ordentlichen
und dem außerordentlichen
Lichtstrahl zu verursachen. Eine optische Achse der (1/4)-Wellenlängenplatte 80 wird
zur Ausbildung des Winkels von 45° für die Polarisationsachse
(Lichtdurchlässigkeitsachse)
der Polarisationsplatte 70 angeordnet. Der externe Lichtstrahl
passiert die Polarisationsplatte 70 um so zum linear polarisierten
Lichtstrahl zu werden. Der linear polarisierte Lichtstrahl passiert
die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 um
so zum zirkular polarisierten Lichtstrahl zu werden. Passiert darüber hinaus
dieser Lichtstrahl die (1/4)-Wellenlängenplatte nochmals, so wird
dieser zum linear polarisierten Lichtstrahl umgewandelt. In diesem
Fall wird die Polarisationsrichtung um 90° relativ zur ursprünglichen
Polarisationsrichtung gedreht. Wie oben erläutert, kann die (1/4)-Wellenlängenplatte
die Polarisationsrichtung in Kombination mit der Polarisationsplatte
drehen und verwendet dieses Verfahren für die Funktionalität des Displays.
-
Das
Panel 0 verwendet als elektro-optische Schicht grundlegend
die nematische Flüssigkristallschicht 3 bestehend
aus dem nematischen Flüssigkristallmolekül 4 mit
horizontal ausgerichteter positiver dielektrischer Anisotropie.
Diese nematische Flüssigkristallschicht 3 wirkt
als (1/4)-Wellenlängenplatte
durch Einstellen deren Dicke auf einen angemessenen Wert. Bei dieser
Ausführungsform
weist die nematische Flüssigkristallschicht 3 die
Brechungsindexanisotropie Δn
von ungefähr
0.7 auf und die Dicke der nematischen Flüssigkristallschicht 3 liegt
bei ungefähr
3 μm. So mit
wird die Verzögerung Δn·d der
nematischen Flüssigkristallschicht 3 zu
0.2 bis 0.25 μm.
Wie in der Abbildung erläutert
erreicht ein tatsächlicher
Wert der Verzögerung
ungefähr 0.15 μm (150 nm),
da das nematische Flüssigkristallmolekül 4 durch
die verdrehte Ausrichtung angeordnet ist. Dieser Wert ist fast gleich
groß wie
1/4 der mittleren Wellenlänge
(ungefähr
600 nm) des externen Lichtstrahls und deshalb ist die nematische
Flüssigkristallschicht 3 in
der Lage optisch als (1/4)-Wellenlängenplatte zu wirken. Die gewünschte verdrehte Ausrichtung
kann durch Halten der nematischen Flüssigkristallschicht 3 mit
den oberen und unteren Ausrichtungsschichten erzielt werden. In
der Seite des ersten Substrats 1 wird das Flüssigkristallmolekül 4 entlang
der Reibungsrichtung der ausgerichteten Schicht angeordnet und das
Flüssigkristallmolekül 4 wird
ebenso in der Seite des zweiten Substrats 2 entlang der
Reiberichtung der ausgerichteten Schicht angeordnet. Die gewünschte verdrehte
Ausrichtung lässt
sich damit durch Verschieben der Reiberichtung der oberen und unteren
ausgerichteten Schichten um bis zu 60° bis 70° erzielen.
-
Ein
Farbfilter 9 wird auf der Seite des lichtdurchlässigen ersten
Substrats 1 beispielsweise aus negativem Lack ausgebildet,
bei welchem Pigmente dispergiert sind. In der Zwischenzeit wird
eine streuende Reflektorschicht 10 auf der Seite des zweiten Substrats
in der reflektierenden Seite ausgebildet. Die streuende Reflektorschicht 10 wird
mit der unebenen Oberflächenschicht
mit der streuenden Lichtcharakteristik angeordnet. Deshalb zeigt
diese Schicht das äußere Paper-white-Erscheittungsbild und
ist dementsprechend nicht nur zur Anzeige von Hintergrund geeignet,
sondern der Sichtwinkel wird ebenso zur Gewährleistung einer einfachen
Anzeige mit erhöhter
Helligkeit in dem breiteren Sichtbereich aufgeweitet. Wie in der
Abbildung dargestellt, besteht die streuende Reflektorschicht 10 aus
Harzschichten 11, 12, die die leicht gewellten
Flächen
aufweisen, und der darauf ausgebildeten Metallschicht 13.
Wie vorhergehend beschrieben dient die streuende Reflektorschicht
ebenso als Pixel-Elektrode. Die streuende Reflektorschicht 10 wird
erfindungsgemäß ausgebildet
und mit der unebenen Oberflächenschicht mit
leicht gewellten Bereichen durch Zurückfließen der Harzschicht 11,
bestehend aus der Ansammlung von stäbchenförmigen Elementen, welche vorhergehend
und einzeln zum Zurücklassen
der Öffnung strukturiert
wurden, versehen. Darüber
hinaus wird die zurückgelassene Öffnung mit
der weiteren Harzschicht 12 nach dem Zurückfließen der
Harzschicht 11, welche aus der Ansammlung der stäbchenförmigen Elemente
besteht, vergraben. Der maximale Neigungswinkel der unebenen Oberflächenschicht
wird auf den Winkel unterhalb von 12° eingestellt.
-
Ein
Dünnfilmtransistor 50 zum
Treiben der Pixel-Elektrode ist integriert und auf der Oberfläche des
zweiten Substrats 2 ausgebildet. Der Dünnfilmtransistor 50 weist
eine untere Gatestruktur in der Stapelstruktur auf, bei welcher
die Gateelektrode 51, welche beispielsweise aus Mo, besteht,
Doppelschicht-Gateisolationsschichten 52, 53,
welche beispielsweise aus SiO2 und SiN bestehen,
und Halbleiterdünnschicht 54,
welche beispielsweise auf polykristallinem Silizium besteht, nacheinander
von der unteren Seite her gestapelt sind. Der Dünnfilmtransistor weist die
Doppelgatestruktur einschließlich
eines Paares von Gateelektroden 51 auf. Eine Kanalfläche wird
in dem Bereich der Halbleiterdünnschicht 54 auf
jeder Gateelektrode 51 bereitgestellt. Jede Kanalfläche wird
durch einen Stopper 55 geschützt. Eine Hilfskapazität 60 ist
ebenso in derselben Schichtstruktur wie dieser Dünnfilmtransistor 50 ausgebildet.
Der Dünnfilmtransistor 50 und
die Hilfskapazität 60 mit
der oben erläuterten
Struktur werden mit einer isolierenden Zwischenschicht 59 bedeckt, welche
beispielsweise aus PSG besteht. Auf der isolierenden Zwischenschicht 59 wird
ein die Sourcefläche
und die Drainfläche
des Dünnfilmtransistors
ansteuerbares Kontaktloch geöffnet.
Auf dieser isolierenden Zwischenschicht 59 wird eine Verdrahtung 57 beispielsweise
aus Al ausgebildet und mit der Sourcefläche und Drainfläche des
Dünnfilmtransistors 50 über ein
Kontaktloch verbunden. Die Verdrahtung 57 wird mit der
Harzschicht 12 wie oben erläutert bedeckt. Darüber hinaus
wird die Pixel-Elektrode (13) wie oben erläutert strukturiert.
Die Pixel-Elektrode ist elektrisch an die Drainfläche des
Dünnfilmtransistors 50 über das
geöffnete
Kontaktloch mit der Harzschicht 12 und der Verdrahtung 57 verbunden.
-
Mit
Bezug zu 13 werden Arbeitsschritte der
reflektiven Anzeigevorrichtung erläutert, welche in 12 dargestellt
ist. Bei dieser Abbildung kennzeichnet (OFF) den Zustand, bei welchem
eine Spannung nicht anliegt und (ON) den Zustand, bei welchem eine
Spannung anliegt. Wie in dem Zustand (OFF) dargestellt, ist die
reflektive Anzeigevorrichtung der Erfindung durch aufeinander folgendes
Stapeln der Polarisationsplatte 70, (1/4)-Wellenlängenplatte 80,
nematischen Flüssigkristallschicht 3 und streuenden
Reflektors 10 von der Betrachterseite ausgebildet. Die
Polarisationsachse (Lichtdurchlässigkeitsachse)
der Polarisationsplatte 70 ist als 70P definiert.
Die optische Achse 80S der (1/4)-Wellenlängenplatte 80 bildet
den Winkel von 45° für die Lichtdurchlässigkeitsachse 70P aus.
Darüber
hinaus ist die Ausrichtung 3R des Flüssigkristallmoleküls 4 in der
Seite des ersten Substrats parallel zur Polarisationsachse (Lichtdurchlässigkeitsachse) 70P der
Polarisationsplatte 70.
-
Das
einfallende Licht 201 wird beim Passieren durch die Polarisationsplatte 70 in
linear polarisiertes Licht 202 umgewandelt. Die Polarisationsrichtung
liegt parallel zur Lichtdurchlässigkeitsachse 70P und
eine derartige Polarisation wird im weiteren Verlauf als parallele
lineare Polarisation bezeichnet. Das parallele lineare Polarisationslicht 202 wird
beim Passieren durch die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 in zirkular
polarisiertes Licht 203 umgewandelt. Das zirkular polarisierte
Licht 203 wird beim Passieren durch die nematische Flüssigkristallschicht 3,
welche als (1/4)-Wellenlängenplatte
wirkt, in das linear polarisierte Licht umgewandelt. Jedoch dreht
die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts um 90° um senkrecht
das parallel linear polarisierte Licht 202 zu kreuzen.
Im weiteren Verlauf wird diese Polarisation als orthogonale lineare
Polarisation bezeichnet. Das orthogonal linear polarisierte Licht 203 wird
von der streuenden Reflektorschicht 10 reflektiert und passiert
erneut die nematische Flüssigkristallschicht 3,
welche als (1/4)-Wellenlängenplatte
wirkt, um zum zirkular polarisierten Licht 204 zu werden.
Das zirkular polarisierte Licht 204 passiert zudem die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 und
wird dadurch in den ursprünglichen
parallel linear polarisierten Strahl 205 umgewandelt. Dieses
parallel linear polarisierte Licht 205 passiert die Polarisationsplatte 70 und
erreicht den Betrachter als Ausgangslicht 206, welches
zu der weißen
Anzeige führt.
-
Im
Zustand (ON), in welchem eine Spannung anliegt, wird das Flüssigkristallmolekül 1 von
der verdrehten Ausrichtung in die vertikale Ausrichtung gebracht,
wodurch dieses die Funktion als (1/4)-Wellenlängenplatte verliert. Das externe
Licht 201, welches die Polarisationsplatte 70 passiert
hat, wird in das parallel linear polarisierte Licht 202 umgewandelt.
Das parallel linear polarisierte Licht 202 wird in das
zirkular polarisierte Licht 203 beim Passieren durch die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 umgewandelt.
Das zirkular polarisierte Licht 203 passiert direkt die
nematische Flüssigkristallschicht 3 und
wird sodann von der streuenden Reflektorschicht 10 reflektiert
und erreicht dann die (1/4)-Wellenlängenplatte 80 als
das zirkular polarisierte Licht 204a. Hierbei wird das
zirkular polarisierte Licht 204a in das orthogonal linear
polarisierte Licht 205a umgewandelt. Das orthogonal linear
polarisierte Licht 205a kann nicht durch die Polarisationsplatte 70 hindurchtreten,
woraus eine schwarze Anzeige resultiert.
-
Gemäß der Erfindung
kann der streuende Reflektor durch die Prozessschritte Ausbilden
einer Harzschicht mit Fotosensitivität auf einem Substrat, Bereitstellen
einer Ansammlung von stäbchenförmigen Elementen,
die voneinander durch Strukturieren der Harzschicht mit Fotolithografie
isoliert sind, Ausbilden einer Schicht mit einer unebenen Oberfläche mit
dem maxi malen Neigungswinkel unterhalb von 12° durch leichtes Deformieren
einzelner stäbchenförmiger Elemente
durch Wärmebehandlung
und Ausbilden einer Metallschicht auf der leicht deformierten unebenen
Oberflächenschicht
hergestellt werden. Die Reflektionshelligkeit bei Betrachtung von
der Vorderseite lässt
sich verbessern und die optimale Gestaltung zur Verbesserung der
Anzeigequalität
kann durch Einbringen eines derartigen streuenden Reflektors in
die reflektive Anzeigevorrichtung erzielt werden.