JP2006153902A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素電極の反射部と透過部との境界に段差のある半透過型ＬＣＤにおいて、段差部分における配向乱れに起因する光漏れを防止し、コントラストの低下を防止する。
【解決手段】 反射部７１に形成する反射電極膜５７の端部を、段差４９１の低側の縁端から透過部側に１．０μｍ以上延出させる。ここで、段差部分の光漏れを防止しながら、十分な透過輝度を確保するためには、反射電極膜５７の延出量Ｌを２．０μｍ以下とするのが好ましい。
【選択図】 図４

Description

本発明は液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と記すことがある）に関し、より詳細には半透過型ＬＣＤに関するものである。

ＬＣＤは、薄型でありかつ消費電力が低いという特徴を生かして、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、電子手帳等の携帯情報機器、およびモニタを備えたカメラ一体型ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）等に広く用いられている。ＬＣＤは、複数の画素が行列状に配置されて構成された液晶表示素子を少なくとも備えている。ＬＣＤは、陰極線管およびＥＬ表示装置に代表される自発光型の表示装置とは異なり、液晶表示素子外部からの光を利用して表示を行うものであって、透過型と反射型に大別される。透過型のＬＣＤは、蛍光管等を背面光源を液晶表示素子の背面に配置し、背面光源から発せられて液晶表示素子に入射する光を表示に利用するものである。一方、反射型のＬＣＤは、液晶表示素子の背面に反射板を配置し、液晶表示素子の前面から液晶表示素子に入射する外光を表示に利用するものである。

透過型ＬＣＤは背面光源を用いて表示を行うので、装置周囲の明るさに影響されることなく、明るくコントラストが高い表示を行うことができるが、背面光源の消費電力が透過型ＬＣＤの全消費電力の５０％以上を占めるので、透過型ＬＣＤ全体の消費電力が大きくなりやすい。また透過型ＬＣＤは、極端に明るい環境下で使用する場合、例えば晴天下で使用する場合、視認性が低下しやすい。

一方、反射型ＬＣＤは背面光源を使用しないので、装置全体の消費電力を大幅に少なくすることができるが、装置周囲の明るさなどの使用環境によって画面表示の明るさやコントラストが左右される。

そこで、このような問題を解決するため、透過型と反射型との両方の機能を合わせ持ったＬＣＤが近年種々提案されている。この両用型ＬＣＤでは、液晶表示素子の１画素分の領域内に、背面光源からの光を透過する透過領域と、外光を反射する反射領域とが形成されていて、装置周囲が暗い場合には、背面光源から発せられて透過領域を通過した光を利用して表示を行い、逆に装置周囲が明るい場合には、光反射率の高い反射領域で外光を反射して表示を行う。

このような両用型ＬＣＤにおいて、少なくとも液晶表示素子の前面側に偏光板を配置した構成の場合には、両用型ＬＣＤが透過型として動作する場合における表示に用いる光の実効の光路長と、反射型として動作する場合における表示に用いる光の実効の光路長との整合性を図る必要がある。このため図７に示すように、調整層４９を形成して反射部７１と透過部７２との間に段差４９１を設けて光路長を調整していた。通常、この段差４９１は、液晶層の透過部７２に面する部分の層厚の半分程度とされる。

また、反射部７１と透過部７２は、液晶層４３（図１に図示）の配向を制御するための配向膜４５（図１に図示）で覆われる。この配向膜４５は、ラビング布で所定方向にラビング処理されることにより液晶層の配向を制御する。しかし、透過領域と反射領域との間の段差のために、ラビング布は配向膜を均一にラビングできない。この配向膜の配向不良によって液晶層の配向が乱れて、光漏れが起こり、これがコントラストの低下を招いていた。そこで、例えば特許文献１では、ラビング進入方向と直交する段差面を減らすことによって配向膜の配向不良を抑える技術が提案されている。
特開２００１−４２３３２号公報（特許請求の範囲、図１〜図６）

配向膜の配向不良は、ラビング方向と直交する段差面に顕著に発生するものの、ラビング方向と平行な段差面においても少なからず発生する。前記提案技術では、ラビング方向と直交する段差面ににおける配向膜の配向不良は抑えられるものの、ラビング方向と平行な段差面における配向不良を抑えることができない。

本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、反射領域と透過領域との境界に段差のある半透過型ＬＣＤにおいて、段差部分における配向乱れに起因する光漏れを防止し、コントラストの低下を防止することにある。

本発明によれば、離隔対向して配置された第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板との間に封入された液晶層と、第１基板上に形成された、反射部と透過部とを有する画素電極と、反射部と透過部とを覆う配向膜とを備え、反射部は透過部よりも第２基板側に位置し、反射部と透過部との境界領域には段差が形成され、反射部に形成された反射電極膜が、段差の低側の縁端から透過部側に１．０μｍ以上延出していることを特徴とする液晶表示装置が提供される。

ここで、段差部分の光漏れを防止しながら、透光型ＬＣＤとして使用したときに十分な透過輝度を確保する観点から、反射電極膜は、段差の低側の縁端から透過部側に１．０〜２．０μｍの範囲延出しているのが好ましい。

本発明の半透過型ＬＣＤでは、反射部に形成された反射電極膜を、段差の低側の縁端から透過部側に１．０μｍ以上延出するようにしたので、これまで段差および段差近傍から漏れていた光を反射電極膜で遮断できるようになり、コントラストの低下を防止できる。

以下、本発明のＬＣＤについて図に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明のＬＣＤの一実施形態を示す断面構成図を示す。この図のＬＣＤ３１は、スイッチング素子としてのＴＦＴ６５（図２に図示）と画素電極４７を備えたＴＦＴ基板３３Ａと、ＴＦＴ基板３３Ａに対して所定間隔を空けて対向配置された、カラーフィルター層６９を備えたカラーフィルター基板（「ＣＦ基板」と記すことがある）３３Ｂと、ＴＦＴ基板３３ＡとＣＦ基板３３Ｂとの間に封入された液晶層４３と、ＴＦＴ基板３３Ａの背面側に配置された光源３９とを備える。

ＴＦＴ基板３３Ａの構成は、絶縁性を有するガラス基板（第１基板）４１の液晶層側に、走査線６１（図２に図示）や信号線６２、ＴＦＴ６５（図２に図示）、層間絶縁膜６３、透過電極膜５８がそれぞれ形成され、その上に液晶層４３の層厚を調整する調整層４９が形成され、調整層４９上に反射電極膜５７がさらに形成されてなる。そして、反射電極膜５７及び透過電極膜５８を覆うように第１配向膜４５が形成されている。またガラス基板４１の外面（図の下側）には、１／４波長板３７、偏光板３５がこの順で積層されている。なお、ＴＦＴ基板３３Ａの具体的構成は後で詳述する。

ＣＦ基板３３Ｂの構成は、ガラス基板（第２基板）４２の液晶層側にカラーフィルター層６９及びブラックマトリックスとしての遮光層７０が形成され、これらを覆うように対向電極４８と第２配向膜４６とが積層形成されている。なお、カラーフィルター層６９は画素電極４７と対向するように、遮光層７０は画素領域間、例えば走査線６１や信号線６２の配置された領域と対向するように配置されている。また、ガラス基板４２の外面（図の上側）には、１／４波長板３８と偏光板３６とが積層形成されている。

液晶層４３は、誘電異方性が正である液晶材料から形成される。正の誘電異方性を有する液晶材料は、本実施の形態では、メルク社製のＺＬＩ−３９２６（商品名）またはメルク社製のＺＬＩ−４７９２（商品名）で実現される。本実施形態では、ＴＦＴ基板３３ＡとＣＦ基板３３Ｂとの間隔は、液晶層４３の透過部の層厚ｄｔが約５．０μｍになるように調整されている。調整層４９の層厚は、透過部７２の層厚ｄｔの約半分である約２．５μｍに設定されている。

このような構成のＬＣＤが反射型のＬＣＤとして動作する場合、外部から液晶層４３に入射し、画素電極４７の反射部７１で反射された光が表示に用いられる。他方、透過型のＬＣＤとして動作する場合、光源３９から放射し、画素電極４７の透過部７２を通過した光が表示に用いられる。正面側に出射する光量は、画素電極４７と対向電極４８との間に印加される電圧によって調整される。

図２に、図１のＬＣＤで使用するＴＦＴ基板３３Ａの平面図を示す（ただし第１配向膜４５は不図示）。そして図３に、図２のＡ−Ａ線での断面斜視図を示す。ガラス基板４１（図３に図示）は透光性および絶縁性を有し、その一方面側に複数の走査線６１と信号線６２とが形成されている。走査線６１は、相互に平行にかつ相互に間隔を空けて配置されている。一方、信号線６２は、走査線６１と直交するするように、相互に平行にかつ相互に間隔を空けて配置されている。そして走査線６１と信号線６２との間には層間絶縁膜６３（図３に図示）が介在し、走査線６１と信号線６２との間の絶縁性が確保されている。

走査線６１と信号線６２とによって囲まれた長方形状領域が１つの画素領域となり、各画素領域の隅部に、スイッチング素子としてのＴＦＴ６５が形成されている。ＴＦＴ６５のゲート電極６６は走査線６１と接続され、ＴＦＴ６５のソース電極６７は信号線６２と接続される。ＴＦＴ６５のドレイン電極６８は、後述する調整層４９（図３に図示）上に形成された反射電極膜５７（図３に図示）と、調整層４９に設けられたコンタクトホール６０を介して接続される。もちろん、画素電極４７とＴＦＴ６５との接続のための構成は、上記の構成に限らず他の構成でもよい。例えばＴＦＴ６５のドレイン電極６８の一部分を延伸させて、ドレイン電極６８の延在部を透過電極膜（図３に図示）５８に接続させてもよい。

画素領域のほぼ全面にわたって画素電極４７が形成されている。画素電極４７は透過部７２と反射部７１とを有し、透過部７２は画素領域の中央部に位置し、反射部７１は透過部７２を囲むように位置している。そして、図３から理解されるように、反射部７１は、透過部の周囲を囲むように形成された調整層４９の上面部分と斜面部分（段差４９１）に形成された反射電極膜５７からなる。なお、図示していないが、液晶層４３（図１に図示）を通過してきた光を乱反射させるために、調整層４９の表面には連続する波状の凹凸が形成されている。調整層４９表面に凹凸を形成するために、調整層４９は感光性の樹脂膜によって形成されることが好ましい。

一方、調整層４９に囲まれた透過部７２は透過電極膜５８からなる。ここで重要なことは、本発明のＬＣＤでは、反射電極膜５７が、段差４９１の縁端から透過部側へ１．０μｍ以上延出していることである。図４に説明図を示す。

調整層４９の段差４９１の部分では、配向膜４５の配向不良が不可避的に生じ、これに起因して液晶層４３の配向が乱れる。図４（ｂ）に示す従来のＬＣＤでは、反射電極膜５７が、段差４９１の低側の縁端から透過部側にわずかしか延出していなかったため、液晶層４３の配向乱れによって背面光源３９（図１に図示）からの光が正面側に漏れることがあった。そこで本発明者等は、図４（ａ）に示すように、液晶層４３の配向乱れが生じている領域を反射電極膜５７で塞ぐことによって、光漏れを防止すればよいとの着想を得、種々検討を重ねた。検討結果の一部を表１に示す。

表１から理解されるように、反射電極膜５７の、段差４９１の低側縁端からの延出量Ｌを０．９μｍとした場合にはコントラストが９５であったのに対し、延出量Ｌを１．４μｍとした場合にはコントラストは１２２と高くなった。すなわち光漏れが防止された。一方、透過輝度は、反射電極膜５７の延出によって透過部の領域が狭くなるので、延出量Ｌが０．９μｍの場合には１１８cd/m²であったのに対し、延出量Ｌが１．４μｍの場合には１１５cd/m²と若干低くなったものの、実使用上問題のない範囲であった。

そこで次に、発明者等は反射電極膜５７の延出量Ｌとコントラストとの関係を検討した。検討結果を図５に示す。図５は、横軸を反射電極膜５７の延出量Ｌ、縦軸とコントラストとして、実験結果をプロットしたものである。この図から、延出量Ｌを長くするほどコントラストが高くなることがわかる。半透過型ＬＣＤの透過部コントラストの仕様値は一般に８０〜１００以上であるから、本発明において反射電極膜５７の延出量Ｌを１．０μｍ以上とした。一方、この図から理解できるように、延出量Ｌが２μｍを超えるとコントラストは飽和してくる。また、延出量Ｌを長くするほど透過輝度が低下する。このため、反射電極膜５７の延出量Ｌの上限値としては２．０μｍが好ましい。なお、上記実験は１．５４インチのＬＣＤを用いて行ったものである。

以上説明した構成のＴＦＴ基板３３Ａは例えば次のようにして製造すればよい。まず、ＴＦＴ基板を形成するために、透光性および絶縁性を有するガラス基板４１の一方面に、絶縁性を有するベースコート膜が成膜される。ベースコート膜は例えばＴａ₂Ｏ₅またはＳｉＯ₂から形成される。次いで、このベースコート膜の上に、遮光性および導電性を有する材料から成る薄膜がスパッタリング法を用いて成膜され、該薄膜が所定形状にパターニングされる。これによって走査線６１およびＴＦＴ６５のゲート電極６６とが形成される。走査線６１およびゲート電極６６の材料は、金属材料、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはタンタル（Ｔａ）で実現される。

次いで、ガラス基板４１上に、走査線６１およびゲート電極６６を覆うように、、層間絶縁膜６３が積層される。層間絶縁膜６３は、例えばＰ−ＣＶＤ法を用いて走査線製造後のガラス基板４１上に、ＳｉＮｘが層厚が３０００Åになるまで積層され、この結果形成されるＳｉＮｘの薄膜が層間絶縁膜６３として用いられる。絶縁性を高めるために層間絶縁膜６３は２層構造になっていてもよい。層間絶縁膜６３が２層構造である場合、走査線６１およびゲート電極６６の表面が最初に陽極酸化され、次いで陽極酸化処理後のガラス基板４１上に、ＣＶＤ法を用いてＳｉＮｘが積層される。この結果得られる陽極酸化膜とＳｉＮｘ薄膜とが層間絶縁膜６３を構成する。

層間絶縁膜６３形成後、ＴＦＴ６５のチャネル層の材料から形成される第１の薄膜が、ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜６３上に成膜される。第１薄膜の成膜から連続して、次いでＴＦＴ６５の電極コンタクト層の材料から形成される第２の薄膜が、ＣＶＤ法を用いて第１薄膜上に成膜される。第１薄膜は、たとえばアモルファスシリコン膜で実現される。第２薄膜は、例えばリン等の不純物がドーピングされたアモルファスシリコン膜、またはリン等の不純物がドーピングされた微結晶シリコン膜で実現される。第１薄膜の層厚は１５００Åであり、第２薄膜の層厚は５００Åである。次いで、ＨＣｌとＳＦ₆との混合ガスを利用するドライエッチング法を用いて、第１薄膜および第２薄膜が所定形状にパターニングされる。これによって、ＴＦＴ６５のチャネル層およびＴＦＴ６５の電極コンタクト層とが形成される。

次いで、ＴＦＴ６５のチャネル層および電極コンタクト層を覆うように、ガラス基板４１上に、透光性および導電性を有する材料から成る第３薄膜がスパッタリング法を用いて成膜される。第３薄膜の材料は、例えばＩＴＯで実現される。続いて、第３薄膜上に、遮光性および導電性を有する材料から成る第４薄膜が積層して成膜される。第４薄膜の材料は、例えアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはタンタル（Ｔａ）などの金属材料で実現される。次いで、第３薄膜と第４薄膜とが所定形状にパターニングされる。この結果、ＴＦＴ６５のソース電極６７、ＴＦＴ６５のドレイン電極６８、信号線６２、および透過電極膜５８が形成される。ソース電極６７、ドレイン電極６８、および信号線６２は、第３薄膜の一部分から成る層と第４薄膜の一部分から成る層ととの２層構造になっている。透過電極膜５８は、第３薄膜の一部分だけから形成されている。第３薄膜の材料は、透過率が比較的高い導電性材料から形成されればよく、例えばＩＴＯ（錫−インジウム−酸化物）で実現される。次いで、ＴＦＴ６５を覆うように、絶縁性の材料から成り層厚が３０００Åである第５薄膜が、ＣＶＤ法を用いて成膜され、所定形状にパターニングされ、さらに所定位置にコンタクトホールが形成される。これによってＴＦＴ６５の保護膜が成膜される。なお図１には、保護膜は図示されていない。

次いで、絶縁性を有する感光性樹脂が、ＴＦＴ６５、走査線６１、信号線６２および透過電極膜５８を覆うように、ガラス基板４１上に塗布される。感光性樹脂の薄膜の層厚は、約４μｍである。樹脂塗布後、感光性樹脂の薄膜に対して、露光処理、現像処理、および熱処理が加えられる。この結果、感光性樹脂の薄膜表面に、複数の滑らかな凹凸が形成される。凹凸完成後、感光性樹脂薄膜から、保護膜のコンタクトホールの上の部分と透過部７２上の部分とが除去される。これによって、調整層４９が完成する。本実施の形態では、調整層４９の材料として、東京応化社製のＯＦＰＲ−８００（商品名）が用いられている。調整層４９の材料は、感光性の樹脂材料であれば、ＯＦＰＲ−８００に限らず、他の材料、例えば東京応化社製のＯＭＲ−８３，ＯＭＲ−８５，ＯＮＮＲ−２０，ＯＦＰＲ−２，ＯＦＰＲ−８３０，またはＯＦＰＲ−５００（商品名）であってもよい。あるいは、調整層４９の材料は、Ｓｈｉｐｌｅｙ社製のＴＦ−２０，１３００−２７，１４００−２７（商品名）等であってもよく、あるいは東レ社製のフォトニース（商品名）、積水ファインケミカル社性のＲＷ−１（商品名）、日本化薬社製のＲ００１，Ｒ６３３（商品名）であってもよい。

調整層完成後、スパッタリング法を用いて、光反射性および導電性を有する材料から成る薄膜が、調整層４９を覆うように成膜され、該薄膜が所定形状にパターニングされる。この結果反射電極膜５７が完成する。反射電極膜５７の材料は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、またはモリブデン（Ｍｏ）などの金属材料で実現される。反射電極膜５７は２層構造になっていてもよく、この場合反射電極膜５７は、層厚が１０００Åのアルミニウムの膜片と層厚が５００Åのモリブデンの膜片とが積層されて形成される。表面に凹凸がある調整層４９の上に薄膜を成膜しパターニングして反射電極膜５７が形成される場合、反射電極膜５７表面にも凹凸が形成される。このように、表面に凹凸がある反射電極膜５７は、良好な反射率および散乱特性を有することができる。

反射電極膜５７の完成後、第１配向膜４５の材料から成る薄膜が、調整層４９と画素電極の反射部および透過部とを覆うように、ガラス基板４１上に成膜される。第１配向膜４５の材料は、たとえば、ＪＳＲ社製のオプトマーＡＬ４５５２ＬＬ（商品名）で実現される。次いで、ラビング処理として、ラビングローラが、成膜された薄膜の表面を、所定の圧力を加えつつ、所定のラビング方向５３にラビングする。この結果配向膜４５が完成する、以上の工程によってＴＦＴ基板が完成する。

以上説明してきた実施形態では、画素電極の中央部に１つの透過部が形成され、その周りを囲むように反射部が形成されていたが、本発明のＬＣＤはこのような形態に限定されるものではなく、図６に示すように、例えば複数個の透過部７２が形成され、その周りを囲むように反射部７１が形成された形態（同図（ａ））や、透過部７２と反射部７１とが並設された形態（同図（ｂ））であっても構わない。

本発明のＬＣＤの一例を示す断面図である。 本発明で使用するＴＦＴ基板の平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面斜視図である。 段差部分での光漏れが防止されるのを説明する図である。 反射電極膜の延出量Ｌとコントラストとの関係を示す図である。 本発明で使用する他のＴＦＴ基板の例を示す平面図である。 両用型ＬＣＤの構成を示す概説図である。

符号の説明

４１ ガラス基板（第１基板）
４２ ガラス基板（第２基板）
４３ 液晶層
４５ 第１配向膜
４７ 画素電極
４９ 調整層
７１ 反射部
７２ 透過部
４９ 調整層
５７ 反射電極膜
５８ 透過電極膜
４９１ 段差

Claims (2)

1. 離隔対向して配置された第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板との間に封入された液晶層と、第１基板上に形成された、反射部と透過部とを有する画素電極と、反射部と透過部とを覆う配向膜とを備え、
   反射部は透過部よりも第２基板側に位置し、反射部と透過部との境界領域には段差が形成され、
   反射部に形成された反射電極膜が、段差の低側の縁端から透過部側に１．０μｍ以上延出していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射電極膜が、段差の低側の縁端から透過部側に１．０〜２．０μｍ延出している請求項１記載の液晶表示装置。

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