JP2011090262A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を実現する。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、複数の画素領域１０Ｐがマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板３１と対向基板３２との間に液晶層３３を有する液晶パネ４０ルと、透過表示を行うために液晶パネル４０に光を照射するバックライトとを有する。アクティブマトリクス基板３１は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層３４を備えている。反射電極層３４には、反射性を有する液体金属７２と、液体金属７２が移動可能な状態で収容されている液体金属層５６（液体金属収容空間）と、液体金属層５６内に磁界を発生させるコイル７３（磁界発生部）とが設けられており、コイル７３が発生させる磁界によって、液体金属７２が移動して反射表示と透過表示との切り替えが行われる。
【選択図】図３

Description

本発明は、反射表示モードと透過表示モードとの双方によって画像を表示する反射透過型液晶表示装置に関するものである。

現在、液晶表示装置は、モニター、プロジェクタ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの電子機器に幅広く利用されている。このような液晶表示装置には、反射型、透過型、反射透過型（半透過型ともいう）の３種類がある。

このうち反射透過型の液晶表示装置は、屋内などの比較的暗い照明下では、バックライト光を利用して透過表示を行う一方、屋外などの比較的明るい照明下では、照明光を利用して反射表示を行うものである。これにより、周囲の明るさに拘らず、コントラスト比の高い表示を実現できる。すなわち、反射透過型の液晶表示装置は、屋内外を問わず、あらゆる照明下（光環境下）での表示が可能であるため、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ等のモバイル機器に多く搭載されてきている。

このような反射透過型液晶表示装置では、液晶パネルの１画素内に、反射表示モードに使用される反射領域（反射サブピクセル）と、透過表示モードに使用される透過領域（透過サブピクセル）という２種類の表示領域が形成されている（特許文献１参照）。

特開２００６−１３９２８６号公報（２００６年６月１日公開） 特開平１−２８３８５２号公報（１９８９年１１月１５日公開）

図１２には、従来の反射透過型の液晶表示装置における１画素の構成を示す。図１２に示す液晶表示装置１００の１画素領域１００Ｐは、隣接する２本のソース配線１１１，１１１、および、隣接する２本の補助容量配線１１３，１１３で囲まれた領域である。なお、２本の補助容量配線１１３，１１３の間には、ゲート配線１１２が補助容量配線１１３と平行に延びている。

また、画素領域１００Ｐ内には、ゲート配線１１２から引き出されたゲート電極１１２ａ、ソース配線１１１から引き出されたソース電極１１１ａ、および、ドレイン電極１１３ａが設けられており、これらの各電極でＴＦＴ１２１（スイッチング素子）が構成されている。さらに、ドレイン電極１１３ａは、コンタクトホール１１４を介して画素電極（図示せず）に電気的に接続されている。また、ドレイン電極１１３ａは、ドレイン引き出し配線１１３ｃを介して、補助容量配線１１３と重なるように形成された補助容量電極１１５と接続されている。ドレイン電極１１３ａ、ドレイン引き出し配線１１３ｃ、および補助容量電極１１５は、ソース電極１１１ａと同層に形成されている。これにより、補助容量配線１１３および補助容量電極１１５間で補助容量が形成される。また、図示はしていないが、画素領域１００Ｐ内には、反射電極が部分的に形成されている。

上記のような構成により、従来の反射透過型の液晶表示装置１００では、１画素領域１００Ｐは、透過表示モードに使用される透過部と、反射表示モードに使用される反射部という、２つの部分に分割される。このように、従来の反射透過型の液晶表示装置においては、画素領域１００Ｐ内の開口部の全面積を反射部と透過部とに振り分ける必要が生じ、全画素領域を透過表示あるいは反射表示に使用できる透過型または反射型の液晶表示装置と比較して、各表示モードにおける表示面積が小さくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、複数の画素領域がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を有する液晶パネルと、透過表示を行うために上記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、上記アクティブマトリクス基板は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層を備えており、上記反射電極層には、反射性を有する液体金属と、上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、バックライトおよび反射電極層を備えており、バックライトを光源とした透過表示による画像表示と、外光を光源とした反射表示による画像表示という、両方の表示を行うことのできる反射透過型の液晶表示装置である。そして、本発明の液晶表示装置は、反射性を有する液体金属と、該液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、該液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とを有する反射電極層を備えている。

上記の構成によれば、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、液体金属は、液体金属収容空間内の画素領域内（すなわち、開口領域）と画素領域外（すなわち、非開口領域（遮光領域））との間を移動し、反射表示と透過表示との切り替えが行われる。これにより、１画素を反射表示領域と透過表示領域とに分割することなく、全画素領域において、反射表示および透過表示をそれぞれ実現することができる。

したがって、上記の構成によれば、反射表示モードと透過表示モードとを画素分割することなく、切り替えることができる。したがって、従来の反射透過型の液晶表示装置と比較して、両方の表示モードにおいて表示画素面積を広くすることができる。

本発明の液晶表示装置において、上記液体金属は、反磁性体であってもよい。

上記反磁性体とは、自発磁化を有さず、磁場をかけた場合にのみ、物質が磁場の逆向きに磁化され、磁場とその勾配の積に比例する力が、磁石に反する方向に生ずる磁性体のことである。

上記液体金属が反磁性体であるとき、画素領域外である遮光領域に磁界発生部を設けることが好ましい。これにより、磁界発生部が磁界を発生させたときに、エレクトロウエッティング作用により、上記磁界発生部から反発するように液体金属が変形し、画素領域内（開口領域）に液体金属を移動させることができる。これにより、反射表示を実現することができる。

本発明の液晶表示装置において、上記液体金属は、水銀であってもよい。

上記の構成によれば、移動可能な反射電極を実現することができる。なお、水銀は反磁性体であるため、上記磁界発生部が磁場をかけたときに、発生した磁場とは反対の向きの磁性を帯びる。

本発明の液晶表示装置において、上記磁界発生部は、コイル状構造を有していてもよい。

上記の構成によれば、上記コイル状構造に電流を流すことによって、電磁作用によって磁界を発生させることができる。また、流す電流の向きによって、発生させる磁界の向きを変更することもできる。

本発明の液晶表示装置において、上記液体金属収容空間の底面には、上記画素領域の中央部を頂点とした勾配を有する***部が形成されていてもよい。

上記の構成によれば、反射表示モードから透過表示モードへ移行させるときの液体金属の移動を、***部の物理的な傾斜による自重を利用して行うことができる。そのため、消費電力を低減させることができる。

本発明の液晶表示装置では、上記反射電極層の上部に、上記画素領域を構成する画素電極、上記液晶層、および、上記対向基板が設けられていてもよい。

上記の構成によれば、反射電極層の上部に液晶を駆動するための画素電極などが設けられていることによって、画素電極、液晶層、および対向基板（対向電極）による液晶表示駆動と、反射電極層での反射表示と透過表示との切り替えとを組み合わせた液晶パネルを実現することができる。

本発明の液晶表示装置において、上記磁界発生部は、１つの上記画素領域ごとに磁界の発生の制御を行うものであってもよい。

上記の構成によれば、液晶パネルの全表示領域単位ではなく、１画素単位で表示モードの切り替えを行うことができる。これにより、１つの液晶パネル内に、反射表示モードの画素領域と透過表示モードの画素領域とを共存させることができる。

本発明にかかる液晶表示装置において、上記反射電極層には、反射性を有する液体金属と、上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする。

本発明によれば、反射表示および透過表示という両方の表示モードにおいて、十分な画素表示面積が得られる反射透過型の液晶表示装置を実現することができる。

図２に示す液晶表示装置に備えられた液晶パネル内の一画素領域の構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す模式図である。 図１に示す液晶パネルのＸ−Ｙ部分の構成を示す断面図である。 本実施の形態の液晶パネルに備えられたＴＦＴ基板の製造工程を説明するための図である。（ａ）〜（ｅ）は、各製造工程を工程順に示したものである。 本実施の形態の液晶パネルに備えられたＴＦＴ基板の製造工程を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）は、図４の（ｅ）の後の各製造工程を工程順に示したものである。 本実施の形態の液晶パネルに備えられたＴＦＴ基板の製造工程を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）は、図５の（ｃ）の後の各製造工程を工程順に示したものである。 本実施の形態の液晶パネル内のＴＦＴ基板に含まれるコイルの構造を示す平面図である。 （ａ）は、本実施の形態におけるコイルの構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、図７に示すコイルのＣ１−Ｄ１部分の構成を示す断面図であり、（ｃ）は、図７に示すコイルのＣ２−Ｄ２部分の構成を示す断面図であり、（ｄ）は、図７に示すコイルのＣ３−Ｄ３部分の構成を示す断面図である。 本実施の形態の液晶パネルの画素領域において、透過表示モードから反射表示モードへの切り替わり動作を説明するための平面図である。 本実施の形態の液晶パネルの画素領域において、透過表示モードから反射表示モードへの切り替わり動作を説明するための断面図である。なお、図中（ａ）は、図９の（ａ）におけるＡ１−Ｂ１部分の断面構成を示すものであり、図中（ｂ）は、図９の（ｃ）におけるＡ２−Ｂ２部分の断面構成を示すものである。 本発明の原理（電磁作用）を説明するための図である。 従来の反射透過型の液晶表示装置における画素構成を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

また、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明にかかる液晶表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材寸法は、実際の構成部材の寸法を及び各部材の寸法比率を忠実に表したものではない。

本実施形態では、複数のソース配線と複数のゲート配線とが交差するように配置され、その交差部近傍にマトリクス状に配置された複数の画素部（画素領域）を有するアクティブマトリクス基板を備えた液晶表示装置について説明する。

本実施の形態にかかる液晶表示装置は、反射表示モードと透過表示モードとを切り替え可能な構成とした反射透過型の液晶表示装置である。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置では、屋内などの比較的に暗い照明下では、バックライト光を利用した透過表示モードにより画像を表示する一方、屋外などの比較的に明るい照明下では、バックライトを消して周囲光を利用した反射表示モードにより画像表示を行う。

図２には、本実施の形態にかかる液晶表示装置１０の概略構成を示す。この図に示すように、液晶表示装置１０には、液晶パネル４０の裏面側にバックライト５０が設けられている。液晶パネル４０は、表側偏光板４３ａと裏側偏光板４３ｂとの間に挟みこまれた構成を有している。ここで、表側とは、液晶パネル４０へ外部光が入射する側のことをいい、裏側とは、バックライトが設けられている側のことをいう。

さらに、液晶パネル４０と表側偏光板４３ａとの間には、反射表示を実現するための位相差板として表側λ／４板４１ａが設けられているとともに、液晶パネル４０と裏側偏光板４３ｂとの間には、もう一つの位相差板として裏側λ／４板４１ｂが設けられている。

λ／４板４１ａおよび４１ｂは、自身を透過する光の偏光状態を変化させるものである。偏光板４３ａおよび４３ｂは、特定の偏光成分の光だけを透過させるものである。

液晶パネル４０は、ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）３１、対向基板（カラーフィルタ基板）３２、および、これら各基板の間に設けられた液晶層３３で構成されている。

本実施の形態の液晶表示装置１０は、透過表示モードＡと反射表示モードＢという２つの表示モードにより画像を表示することができる。

すなわち、透過表示モードＡの場合には、液晶パネル４０の裏面側に設けられたバックライト５０の照射光により透過表示を行う。なお、裏側λ／４板４１ｂは、この透過表示において表側λ／４板４１ａによる位相差への影響をキャンセルするため（つまり、変化した偏光状態を元に戻すため）に設けられている。

また、反射表示モードＢの場合には、液晶パネル４０内に移動可能な状態で配置された反射性を有する液体金属（Ｈｇ）を画素領域内に移動させ、この液体金属が反射電極を形成することで、外部光を利用した反射表示を行うことができる。このとき、液晶表示装置１０に設けられた表側λ／４板４１ａにより、正しい白黒表示を行うことができる。

具体的には、表側λ／４板４１ａによって、例えば、液晶パネル４０が電圧印加状態にある場合には、表側偏光板４３ａから入射した外部光は、表側λ／４板４１ａおよび位相差０の液晶層を往復で追加することによって、偏光状態をλ／２だけ変化させ、表側偏光板４３ａの透過方位に対して９０度ずれた直線偏光となるため、表側偏光板４３ａを通過できずに黒表示となる。一方、液晶パネル４０が電圧無印加状態にある場合には、表側偏光板４３ａから入射した外部光は、表側λ／４板４１ａおよび位相差λ／４の液晶層を往復で追加することによって、偏光状態をλ／２だけ変化させ、表側偏光板４３ａの透過方位と平行な直線偏光となるため、表側偏光板４３ａを通過して白表示となる。

続いて、液晶パネル４０の具体的な構成について説明する。図１には、液晶パネル４０内の１画素領域１０Ｐの構成を模式的に示す。なお、図１に示す画素領域１０Ｐは、透過表示モードの状態を示している。

図１に示すように、画素領域１０Ｐは、隣接する２本のソース配線１１，１１、および、隣接する２本の補助容量配線１３，１３で囲まれた領域である。なお、２本の補助容量配線１３，１３の間には、ゲート配線１２が補助容量配線１３と平行に延びている。

また、画素領域１０Ｐ内には、ゲート配線１２から引き出されたゲート電極１２ａ、ソース配線１１から引き出されたソース電極１１ａ、および、ドレイン電極１３ａが設けられており、これらの各電極でＴＦＴ２１（スイッチング素子）が構成されている。さらに、ドレイン電極１３ａは、コンタクトホール１４を介して画素電極１６に電気的に接続されている。また、ドレイン電極１３ａは、ドレイン引き出し配線１３ｃを介して、補助容量配線１３と重なるように形成された補助容量電極１５と接続されている。ドレイン電極１３ａ、ドレイン引き出し配線１３ｃ、および補助容量電極１５は、ソース電極１１１ａと同層に形成されている。これにより、補助容量配線１３および補助容量電極１５間で補助容量が形成される。

図１に示す画素領域１０Ｐは透過表示モードの状態であるため、画素電極１６と重なる領域に反射電極は存在していない。なお、透過表示モードの状態では、反射表示モードのときに反射電極を形成するための液体金属（具体的には、水銀Ｈｇ）は、図１に示すように、画素電極１６の外周に存在する遮光領域（すなわち、ソース配線１１および補助容量配線１３と重なる領域）内に収容されている。そこで、この部分をＨｇ収容部１７と呼ぶ。

図３には、図１の液晶パネル４０におけるＸ−Ｙ部分の断面構成を示す。上記したように、液晶パネル４０は、ＴＦＴ基板３１と対向基板３２との間に液晶層３３が挟まれた構成を有している。

ＴＦＴ基板３１内には、反射電極層３４が設けられている。説明の便宜上、ＴＦＴ基板３１において、上記反射電極層３４よりも下側の構造を下部構造とし、上記反射電極層３４よりも上側の構造を上部構造とする。まず、上記下部構造および上記上部構造について説明する。

上記下部構造では、ベースコートが施されたガラス基板５１上に、半導体層５２（ポリシリコン層）が所定形状に形成されており、それを覆うように絶縁層５３が形成され、さらに、その上層に補助容量配線１３を構成するゲート電極層５４が形成されている。ゲート電極層５４は、所定形状にパターニングされて、ゲート配線１２、補助容量配線１３などを構成する。ゲート電極層５４のさらに上層には、層間絶縁膜５５が設けられている。

また、上記上部構造では、反射電極層３４の最上層を構成する絶縁膜５８上に、ソース電極層（図３では図示せず）が形成されている。ソース電極層は、所定形状にパターニングされ、ソース配線１１、補助容量電極１５などを構成する。ソース電極層上には、絶縁材料で平坦化膜６１が形成されており、その上層にＩＴＯなどからなる画素電極１６が形成されている。図３では示していないが、画素電極１６は、各画素領域に合わせてパターン化されており、各画素電極１６は、コンタクトホール１４を介して、ソース電極層で形成されたドレイン電極１３ａと接続されている。画素電極１６のさらに上層には、配向膜６２が形成されおり、該配向膜６２がＴＦＴ基板３１の最上層になっている。

なお、図３には示されていないが、ゲート配線１２と同層に形成されたゲート電極１２ａ、半導体層５２、ソース配線１１と同層に形成されたソース電極１１ａおよびドレイン電極１３ａが積層されて、ＴＦＴ２１が構成されている。

上記したＴＦＴ基板３１の下部構造および上部構造は、従来のアクティブマトリクス型の液晶パネルと同様の構成である。これに対して、以下に説明する反射電極層３４は、従来の液晶パネルにはない構成である。

図３に示すように、反射電極層３４は、液体金属７２（具体的には、Ｈｇ）が移動可能に収容された液体金属層５６（液体金属収容空間）と、その上部に積層された層間保護膜５７および絶縁膜５８とで構成されている。なお、図３に示す断面は、図１のＸ−Ｙ部分の断面であり、Ｈｇ収容部１７を含んでいる。このＨｇ収容部１７には、液体金属層５６内に磁界を発生させるためのコイル７３（磁界発生部）が設けられている。

なお、コイル７３は、Ｈｇ収容部１７の外周に隙間なく設けられていることが好ましい。これは、コイルとコイルとの間にある程度の幅の隙間が存在すると、各コイル間にコイル内とは逆向きの磁束空間が存在し（図１１の（ａ）参照）、液体金属７２を画素領域内に移動させようとする磁力とは反対の磁力が発生するため、液体金属７２を画素領域内に確実に移動させることができなくなるおそれがあるからである。

また、反射電極層３４内の液体金属層５６の底面には、画素領域１０Ｐの中心（図１に示す画素中央部Ｃ）を頂点として当該頂点からから端部に向かって傾斜する勾配を付けるための***部７１が形成されている。なお、上記画素中央部Ｃは、画素領域１０Ｐのほぼ中心に位置していればよく、厳密に画素領域の中心に位置している必要はない。上記の構成を言い換えれば、液体金属層５６内に磁界が発生していない状態のときに、液体金属（水銀）が自重によって画素領域１０Ｐの領域外に移動できる程度に、液体金属層５６の底面に***部７１が形成されていればよい。

また、対向基板３２は、ガラス基板６３上にカラーフィルタ層および対向電極がこの順に積層されており、最上層に配向膜６４が形成された構成を有している。対向基板３２の構成についても、従来の液晶パネルの構成を適用することができる。

ここで、コイル７３（コイル状構造）の具体的な構造について説明する。図７には、コイル７３をその上部電極７６側から見た場合の平面構成を示す。また、図８の（ａ）には、コイル７３の立体構造を示し、図８の（ｂ）には、図７に示すコイル７３のＣ１−Ｄ１部分の断面構成を示し、図８の（ｃ）には、図７に示すコイル７３のＣ２−Ｄ２部分の断面構成を示し、図８の（ｄ）には、図７に示すコイル７３のＣ３−Ｄ３部分の断面構成を示す。

図７に示すように、コイル７３は、下部電極７４と上部電極７６とで構成されており、下部電極７４は、複数の互いに平行な線状構造で構成されている。また、上部電極７６も、複数の互いに平行な線状構造で構成されており、各線状構造の両端部が、下部電極７４を構成する互いに隣接する２本の線状構造の一端と、それぞれ重なり合うようにパターン形成されている。そして、図８の（ｂ）および（ｄ）に示すように、各線状構造の端部では、上部電極７６が下部電極７４にまで延びており、上部電極７６と下部電極７４とが接続されている。つまり、図８の（ａ）に示すように、上部電極７６と下部電極７４との間に存在するコイル層間絶縁膜７５内に、部分的に上部電極７６’が埋め込まれている。

このように、コイル７３は、下部電極７４と上部電極７６との組合せによってらせん状のコイル構造を有している。

なお、本実施の形態において、コイル７３に電流を流すことによって、液体金属層５６内に磁界を発生させる。そのため、コイル７３は、トランジスタ等のスイッチング素子（図示せず）と接続されており、このスイッチング素子を介して電流のオン／オフ制御が行われる。

また、本実施の形態では、１つの画素領域１０Ｐごとにコイル７３およびそれに対して電流のオン／オフ制御を行うスイッチング素子が個別に設けられている。そのため、液晶パネル４０の全表示領域単位ではなく、１画素単位で表示モードの切り替えを行うことができる。これにより、１つの液晶パネル４０内に、反射表示モードの画素領域１０Ｐと透過表示モードの画素領域１０Ｐとを共存させることができる。但し、本発明はこのような構成に限定されることはなく、表示モードの切り替えを、液晶パネルの表示領域の全体（全ての画素領域）で一括して行うものであってもよい。

なお、コイル駆動用スイッチング素子（トランジスタ）は、画素電極駆動用トランジスタと同様な構成を有していればよい。したがって、コイル駆動用スイッチング素子の製造プロセスに特別なものは必要なく、画素電極駆動用トランジスタと同時形成することが可能である。

また、１画素単位で表示モードの切り替えを行う場合、１つの画素領域内に含まれる各コイルは、表示モードの切り替えに応じて全てが同じようにオン／オフ制御されるため、それぞれを個別に駆動させる必要性はない。そのため、１つの画素単位に含まれる全てのコイルをつなぎ合わせても問題はなく、コイル駆動用スイッチング素子は１つの画素領域内に最低１個存在すればよい。

また、コイル駆動用スイッチング素子は、画素電極駆動用のトランジスタのように各画素の近傍に配置しても、表示領域外のパネル外周の周辺回路部に配置しても問題なく、配置位置に関する制限はない。

続いて、ＴＦＴ基板３１の製造方法について、図４、図５、および図６を参照しながら説明する。

図４の（ａ）〜（ｅ）、図５の（ａ）〜（ｃ）、および、図６の（ａ）〜（ｃ）には、ＴＦＴ基板３１の製造工程を工程順に示す。

まず、図４の（ａ）に示すように、一般的な薄膜トランジスタの形成工程によって、ガラス基板５１上に、ベースコートを施し、半導体層５２、絶縁層５３、および、ゲート電極層５４を形成する。

次に、図４の（ｂ）に示すように、所定形状にパターニングされたゲート電極層５４を覆うように層間絶縁膜５５を成膜し、フォトリソグラフィ工程によって、図に示すような勾配をつけたレジストパターン８１を形成する。

次に、図４の（ｃ）に示すように、層間絶縁膜５５をＢＨＦ等によってウエットエッチングし、開口領域（画素電極１６が形成されている領域）の中心を頂点として、１０〜１５度の勾配を有する***部７１を形成する。

次に、図４の（ｄ）に示すように、コイル７３の材料となる下部電極層７４をＴｉなどの金属材料を用いて、例えば膜厚が１００ｎｍになるようにスパッタ法で成膜した後、フォトリソグラフィ工程によって所定形状のレジストパターン８２（図７に示すような形状の下部電極７４の構造）を形成する。

次に、図４の（ｅ）に示すように、下部電極層７４をエッチングした後、レジスト８２を除去し、コイル７３の下部電極７４が形成される。

続いて、下部電極７４の上に、コイル層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）７５を厚さ１００ｎｍで成膜した後、レジストパターンを形成してパターニングを行う。ここでのパターニングでは、コイル７３を構成する下部電極７４と上部電極７６とを接続するためのホールをコイル層間絶縁膜７５内に形成する。

その後、コイル層間絶縁膜７５上に、上部電極層７６をＴｉなどの金属材料を用いて、例えば膜厚が１００ｎｍになるようにスパッタ法で成膜し、コイル層間絶縁膜７５内に形成されたホール内にＴｉなどの金属材料を埋め込んだ後、フォトリソグラフィ工程によって所定形状のレジストパターン（図７に示すような形状の上部電極７６の構造）を形成してパターニングを行う。これにより、図７に示すようなコイル７３の構造が完成する。

次に、図５の（ａ）に示すように、コイル７３の上部電極７６が露出するようにレジスト８３を塗布する。なお、ここでは上部電極７６を覆うように厚くレジスト８３を塗布して表面を平坦化させた上で、エッチバックによって上部電極７６の表面が露出するようにレジストを後退させてもよい。

次に、レジスト８３上に層間保護膜（例えば、ＳｉＮｘ膜）５７を厚さ２００ｎｍに成膜した後、図５の（ｂ）に示すように、所定形状のレジストパターン８４を形成して、レジスト８３除去用かつ液体金属（Ｈｇ）７２注入用のホール５７ａを形成する。

その後、ＴＦＴ基板３１を剥離液に浸漬させることで、図５の（ｃ）に示すように、層間保護膜５７上のレジスト８４および中空空間形成用のレジスト８３を除去する。

上記の図５の（ａ）〜（ｃ）の工程により、液体金属層５６内に液体金属（Ｈｇ）７２を封入する中空空間（液体金属収容空間）が形成される。この中空空間の形成方法については、特許文献２に記載された方法を利用することができる。

続いて、図６の（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板３１を液体金属層に浸漬させ、ホール５７ａから中空空間に液体金属（Ｈｇ）７２を圧入する。

その後、図６の（ｂ）に示すように、ホール５７ａを塞ぐために、層間保護膜５７上に塗布型の絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）５８を、例えばＳｐｉｎ ｏｎ Ｇｒａｓｓ法等を用いて厚さ５０〜１００ｎｍで塗布する。その後、焼成工程を経て、絶縁膜５８を形成する。

次に、ソース金属層を成膜した後、所定形状にパターニングして、ソース配線１１、ドレイン電極１３ａ、補助容量電極１５などを形成する。その後、図６の（ｃ）に示すように、平坦化膜６１成膜し、平坦化膜６１上に画素電極１６を所定形状に形成する。なお、図６の（ｃ）では、ソース金属層は図示を省略している。また、図６の（ｃ）では、画素電極１６がパターン化されていないが、実際には、所定形状にパターニングされている。

最後に、ＴＦＴ基板３１の最上層に配向膜６２を形成して、ＴＦＴ基板３１が完成する。そして、このＴＦＴ基板３１と、対向基板３２とを貼り合わせ、その間に液晶を注入することで、図３に示すような液晶パネル４０が得られる。

本実施の形態の液晶パネル４０は、上記のような構成の反射電極層３４を有することで、画素領域１０Ｐにおいて透過表示と反射表示との切り替えを行うことができる。すなわち、液晶パネル４０に設けられた反射電極層３４内のコイル７３に電流を流すことによって磁界を発生させる。そして、ここで生じる磁界に対する磁性作用によって、液体金属（Ｈｇ）７２を画素領域外（すなわち、遮光領域）から画素領域内（すなわち、開口領域）へ移動させることによって、透過表示から反射表示への切り替えを行うことができる。

ここで、液晶表示装置１００における透過表示モードと反射表示モードとの切り替え動作について、図９〜図１１を参照しながら説明する。

まず、本発明において、液体金属を移動させる原理について図１１を参照しながら説明する。図１１の（ａ）に示すように、コイル２００に図中の矢印方向の電流を流すことによって、電磁作用によりコイル２００の内側にはコイルの軸に平行な磁界が発生する。

図１１の（ｂ）は、（ａ）に示すコイル２００の一部を拡大して示すものであり、コイル２００に流れる電流の向きと磁界との関係を表したものである。コイル２００に、図１１の（ｂ）に示すような向きの電流を流すと、右ねじの法則（図１１の（ｃ）参照）によりコイル２００の各導線の周囲には、図中の矢印で示すような磁界（磁力線）が発生する。そして、この磁界は、コイル２００の内部では全て同じ方向（図の例では右から左の方向）を向く。これにより、コイル２００は、磁力線の発生する端部がＮ極となり、磁力線の出る端部がＳ極となる磁石のような機能を有することとなる。

本発明では、上記のような電磁作用を利用し、コイル７３に所定の方向の電流を流し、当該コイル７３において磁界を発生させる。そして、液体金属の磁性と発生した磁界との関係によるエレクトロウエッティング作用〔参考文献：特表２００７−５１２１２１（２００７年５月１７日公開）、特開２００８−１９７２９６（２００８年８月２８日公開）〕によって液体金属（Ｈｇ）７２を移動させる。

本実施の形態では、液体金属７２として反磁性体である水銀Ｈｇを使用しているため、磁界の向きに対して反発するように移動する。例えば、図３に示すように、コイル７３に所定の向きの電流を流し、矢印Ａの向きに磁界を発生させた場合、反磁性体である水銀（Ｈｇ）は、磁界とは反対の向きに磁化されるため、反発する力（反磁力）Ｂが働く。これにより、液体金属（Ｈｇ）７２は、矢印Ｃの方向に移動する。

図９の（ａ）〜（ｃ）には、液晶パネル４０内の画素領域１０Ｐが透過表示モードから反射表示モードへ切り替わる様子を示す。また、図１０の（ａ）には、図９の（ａ）に示す透過表示モードのときのＡ１−Ｂ１部分の断面構成を示し、図１０の（ｂ）には、図９の（ｃ）に示す反射表示モードのときのＡ２−Ｂ２部分の断面構成を示す。なお、図１０の（ａ）および（ｂ）では、ソース電極層で形成されたソース配線１１については、図示を省略している。

図９の（ａ）および図１０の（ａ）に示す透過表示モードのときには、反射電極層３４内のコイル７３には電流が流れておらず、***部７１の勾配の作用により液体金属７２は画素領域１０Ｐの外側のＨｇ収容部１７内に収容されている。そのため、画素領域１０Ｐは透過部となり、バックライト５０からの光は液晶パネル４０から透過され、透過表示が実現される。

ここで、コイル７３に所定の向きの電流を流し磁界を発生させると、反磁性体である液体金属７２は、図９の（ｂ）の矢印で示すように、コイル７３から反発するように画素中央部Ｃに向かって移動する。

これにより、コイル７３に電流が流れている期間中は、反射表示モードとなる。つまり、図９の（ｃ）および図１０の（ｂ）に示すように、液体金属７２はＨｇ収容部１７から画素領域１０Ｐ内に移動し、液体金属７２の反射作用により、画素領域１０Ｐ内は反射部となる。これにより、外光を光源とする反射表示が実現される。ここで、コイル７３の電流を止めると磁界が消えるため、液体金属７２は***部７１の傾斜によって再び画素領域外のＨｇ収容部１７へ移動し、画素領域１０Ｐは透過部となる。

以上のように、本実施の形態の液晶表示装置１０は、反射性を有する液体金属（具体的には、Ｈｇ）７２と、液体金属７２が移動可能な状態で収容されている液体金属層５６と、液体金属層５６内に磁界を発生させるコイル７３とを有する反射電極層３４を備えているＴＦＴ基板３１を有している。

この構成によれば、反射電極層３４では、コイル７３が発生させる磁界によって、液体金属７２は、液体金属層５６内の画素領域１０Ｐ内（すなわち、開口領域）と画素領域外（すなわち、遮光領域またはＨｇ収容部１７）との間を移動し、反射表示と透過表示との切り替えが行われる。

具体的には、透過表示モードにおいては、画素領域外のＨｇ収容部１７に液体金属７２は収容されているため、画素領域１０Ｐにおいては、バックライト５０からの光が透過される。そして、各画素電極１６と対向基板３２側の対向電極との電位差によって液晶層３３が駆動され、透過表示が行われる。

そして、透過表示モードから反射表示モードへ移行する場合には、コイル７３に電流を流し、電磁作用によって液体金属７２を画素領域１０Ｐ内へ送り出す。これにより、画素領域１０Ｐ内には、反射性を有する液体金属７２によって画素電極１６の下部に反射電極が形成される。そして、この反射電極によって反射される外光が光源となり、各画素領域１０Ｐ内の反射電極と対向基板３２側の対向電極との電位差によって液晶層３３が駆動され、反射表示が行われる。

したがって、上記の構成によれば、１画素を反射表示領域と透過表示領域とに分割することなく、反射表示モードと透過表示モードとを切り替えることができる。そのため、従来の反射透過型の液晶表示装置と比較して、両方の表示モードにおいて表示画素面積を広くすることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の液晶表示装置を用いれば、１つの画素領域を分割することなく透過表示モードと反射表示モードとの切り替えを行うことができる。従って、本発明の液晶表示装置は、反射透過型の液晶表示装置に適用できる。なお、本発明は、ＴＮモード、ＶＡモードなどの液晶駆動の種類に関わらず、反射透過型の液晶パネルであれば、特に限定されることなく適用することができる。

１０ 液晶表示装置
１０Ｐ 画素領域
１１ ソース配線
１１ａ ソース電極
１２ ゲート配線
１２ａ ゲート電極
１３ 補助容量配線
１３ａ ドレイン電極
１３ｃ ドレイン引き出し配線
１４ コンタクトホール
１５ 補助容量電極
１６ 画素電極
１７ Ｈｇ収容部
２１ ＴＦＴ（トランジスタ、スイッチング素子）
３１ ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）
３２ 対向基板
３３ 液晶層
３４ 反射電極層
４０ 液晶パネル
５０ バックライト
５６ 液体金属層（液体金属収容空間）
７１ ***部
７２ 液体金属（Ｈｇ）
７３ コイル（磁界発生部、コイル状構造）

Claims (7)

1. 複数の画素領域がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス基板と対向基板との間に液晶層を有する液晶パネルと、透過表示を行うために上記液晶パネルに光を照射するバックライトとを有する液晶表示装置であって、
   上記アクティブマトリクス基板は、反射表示を行うために外光を反射させる反射電極層を備えており、
   上記反射電極層には、
   反射性を有する液体金属と、
   上記液体金属が移動可能な状態で収容されている液体金属収容空間と、
   上記液体金属収容空間内に磁界を発生させる磁界発生部とが設けられており、
   上記磁界発生部が発生させる磁界によって、上記液体金属が移動して上記反射表示と上記透過表示との切り替えが行われることを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記液体金属は、反磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記液体金属は、水銀であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 上記磁界発生部は、コイル状構造を有していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
5. 上記液体金属収容空間の底面には、上記画素領域の中央部を頂点とした勾配を有する***部が形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の液晶表示装置。
6. 上記反射電極層の上部に、上記画素領域を構成する画素電極、上記液晶層、および、上記対向基板が設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の液晶表示装置。
7. 上記磁界発生部は、１つの上記画素領域ごとに磁界の発生の制御を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の液晶表示装置。

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