JPWO2008093467A1

JPWO2008093467A1 - 液晶表示装置

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Publication number: JPWO2008093467A1
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Inventors: 純也嶋田; 今井　元; 元今井; 菊池　哲郎; 哲郎菊池; 北川　英樹; 英樹北川; 光則今出; 義仁原
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Abstract

本発明は、モアレや色付きが低減された高画質の反射型及び半透過型の液晶表示装置を低コストで提供することを目的とする。本発明の液晶表示装置は、複数の画素のそれぞれの中に反射領域を備えた液晶表示装置であって、反射領域は金属層（５６）と半導体層（６２）と反射層（６３）とを備え、反射層（６３）の表面には複数の凹部（６８）及び凸部（６７）が形成されており、複数の凹部（６８）は金属層（５６）の開口部（６５）に応じて形成されており、複数の凸部（６７）は半導体層（６２）の形状を反映して形成されており、複数の凹部（６８）のある方向に沿って隣接する複数の対は、凹部（６８）の間隔が互いに異なる２つの対を含み、複数の凸部（６７）のある方向に沿って隣接する複数の対は、凸部（６７）の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

Description

本発明は、反射光を利用して表示を行うことができる反射型あるいは半透過型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）には、表示用の光源として画面背面のバックライトを利用する透過型液晶表示装置、外光の反射光を利用する反射型液晶表示装置、および外光の反射光とバックライトの両方を利用する半透過型液晶表示装置（反射／透過型液晶表示装置）がある。反射型液晶表示装置および半透過型液晶表示装置は、透過型液晶表示装置に比べて消費電力が小さく、明るい場所で画面が見やすいという特徴があり、半透過型液晶表示装置は反射型液晶表示装置に比べて、暗い場所でも画面が見やすいという特徴がある。

図１０は、従来の反射型液晶表示装置（例えば、特許文献１）におけるアクティブマトリックス基板１００を表した断面図である。

この図に示すように、このアクティブマトリックス基板１００は、絶縁性基板１０１と、絶縁性基板１０１の上に積層された、ゲート層１０２、ゲート絶縁層１０４、半導体層１０６、金属層１０８、および反射層１１０を備えている。ゲート層１０２、ゲート絶縁層１０４、半導体層１０６、および金属層１０８は、絶縁性基板１０１の上に積層された後、１つのマスクを用いてエッチングが施され、島状の積層構造を有するように形成される。その後、この積層構造の上に反射層１１０が形成されることにより、凹凸を有する反射面１１２が形成されている。なお、アクティブマトリックス基板１００の上部には、図示していないが、透明電極、液晶層、カラーフィルタ基板（ＣＦ基板）等が積層されている。

図１１は、従来の半透過型液晶表示装置（例えば、特許文献２）の断面図である。

この図に示すように、従来の半透過型液晶表示装置では、スイッチング素子（ＴＦＴ）２０３のドレイン電極２２２の上に層間絶縁膜２０４が形成されており、層間絶縁膜２０４の上には、電食防止膜２０５、反射電極膜２０６、及び非晶質透明電極膜２１８が積層されている。反射電極膜２０６が形成された領域は半透過型液晶表示装置の反射領域である。反射領域における層間絶縁膜２０４の上部には凹凸が形成されており、その凹凸を反映して、電食防止膜２０５、反射電極膜２０６、及び非晶質透明電極膜２１８にも凹凸が形成されている。

また、反射層に凹凸が均等な間隔で繰り返し配置された場合、光の干渉により反射光に回折縞（モアレ）や色付きが発生し得る。この回折縞等の発生を抑えるために、凹凸の一部を不規則に配置した液晶表示装置が特許文献３に記載されている。
特開平９−５４３１８号公報特開２００５−２７７４０２号公報特開２００２−１４２１１号公報

特許文献１に記載されたアクティブマトリックス基板１００では、反射層１１０の一部は、ゲート層１０２等が形成されていない部分（島の間の部分、以下、「間隙部」と呼ぶ）において、絶縁性基板１０１に到達するように形成されている。したがって、間隙部では、反射面１１２の表面は絶縁性基板１０１の方向に陥没し、深い窪み（あるいは凹部）を有する面となる。

反射型液晶表示装置あるいは半透過型液晶表示装置において、広い視野角にわたって明るい表示を行うためには、表示装置に入射する入射光を、一方向に鏡面反射させることなく、反射面１１２によって表示面全体により均等に効率的に反射させる必要がある。そのためには、反射面１１２は完全な平面ではなく、適度な凹凸を有しているほうが良い。

しかし、上述のアクティブマトリックス基板１００の反射面１１２は、深い窪みを有している。そのため、窪みの下部に位置する反射面に光が到達しにくく、また、光が到達したとしても、その反射光は液晶層側に反射されにくいため、反射光が表示に対して有効に用いられないという問題がある。さらに、反射面１１２の多くの部分が、液晶表示装置の表示面に対して大きな角度を有することになるため、その部分からの反射光が表示に有効に利用されないという問題がある。

図１２は、反射面１１２の傾きと反射光の出射角との関係を表した図である。図１２（ａ）は、光が屈折率Ｎａを有する媒質ａから屈折率Ｎｂを有する媒質ｂに入射したときの入射角αと出射角βとの関係を表している。この場合、スネルの法則により、次の関係が成り立つ。
Ｎａ×ｓｉｎα ＝Ｎｂ×ｓｉｎβ

図１２（ｂ）は、液晶表示装置の表示面に垂直に入射した入射光が、表示面（あるいは基板）に対してθだけ傾いた反射面によって反射された場合の、入射光と反射光の関係を表した図である。図に示すように、表示面に垂直に入射した入射光は、表示面に対して角度θだけ傾いた反射面によって反射され、出射角φの方向に出射される。

スネルの法則に基づいて、反射面の角度θ毎に出射角φを計算した結果を表１に示す。

この表の値は、空気（ａｉｒ）の屈折率を１．０、ガラス基板および液晶層の屈折率を１．５として計算している。表１に示すように、反射面の角度θが２０度を超えると、出射角φが非常に大きくなり（９０−φが非常に小さくなり）、出射光のほとんどが利用者に届かなくなってしまう。したがって、反射層の反射面に凹凸をつけたとしても、反射光を有効に用いるためには、反射面のより多くの部分において角度θを２０度以下にする必要がある。

上述のアクティブマトリックス基板１００の反射面１１２は、２０度より大きい部分が多いため、反射光が表示にあまり有効に利用されてはいない。この問題を解決するために、反射層１１０の下に絶縁層を形成し、その絶縁層の上に反射層１１０を形成することが考えられる。しかし、この場合、絶縁層を形成する工程、および反射層１１０とＴＦＴのドレインとを接続するためのコンタクトホールを絶縁層に形成する工程が必要となり、材料および工程数が増えるという問題が発生する。

また、特許文献２の半透過型液晶表示装置では、ドレイン電極２２２の上に層間絶縁膜２０４を積層した後、その上部に凹凸を形成する工程が必要であり、さらにその上に、電食防止膜２０５、反射電極膜２０６、及び非晶質透明電極膜２１８を積層する工程が必要である。このように、従来の半透過型液晶表示装置にも、反射領域を形成するために材料や工程数が増加するという問題があった。

さらに、従来の半透過型液晶表示装置では、液晶層２１１に接する非晶質透明電極膜２１８の表面に凹凸が形成されるため、液晶層２１１に形成される電界が均一にならず、反射領域における液晶の配向を所望の向きに均一に制御することが困難であった。また、非晶質透明電極膜２１８の端部には層間絶縁膜２０４の端部形状を反映した斜面が形成されるが、この斜面によって反射領域の端部付近における液晶の配向が乱されるという問題もあった。

特許文献３の液晶表示装置では、スイッチング素子の上に形成した感光性樹脂層にフォトリソグラフィー法によって凹凸を形成し、その後凹凸の上に反射層が形成されている。したがって、この液晶表示装置においても、上述した特許文献２の半透過型液晶表示装置と同様の問題が発生する。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、反射光の干渉等に起因するモアレや色付きが低減された高画質の反射型及び半透過型の液晶表示装置を低コストで提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれの中に、入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置であって、前記反射領域は、金属層と、前記金属層の上に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成された反射層とを備え、前記反射層の表面には、複数の第１の凹部又は凸部と、複数の第２の凹部又は凸部が形成されており、前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記金属層の凹部（開口部を含む）又は凸部の形状を反映して形成されており、前記複数の第２の凹部又は凸部は前記半導体層の凹部（開口部を含む）又は凸部の形状を反映して形成されており、前記複数の第１の凹部又は凸部は、第１の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第１の対を有し、前記複数の第１の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含むか、または、前記複数の第２の凹部又は凸部は、第２の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第２の対を有し、前記複数の第２の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

ある実施形態において、前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記第１の方向と異なる第３の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第３の対を有し、前記複数の第３の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

ある実施形態において、前記複数の第２の凹部又は凸部は、前記第２の方向と異なる第４の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第４の対を有し、前記複数の第４の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

ある実施形態において、前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記第１の方向と異なる第３の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第３の対を有し、前記複数の第３の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含み、且つ、前記複数の第２の凹部又は凸部は、前記第２の方向と異なる第４の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第４の対を有し、前記複数の第４の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

ある実施形態では、前記反射層の表面において、前記複数の第１の凹部又は凸部及び前記複数の第２の凹部又は凸部の少なくとも一方がランダムに配置されている。

ある実施形態では、前記反射層の表面において、前記複数の第１の凹部又は凸部及び前記複数の第２の凹部又は凸部の両方がランダムに配置されている。

ある実施形態は、前記複数の画素のそれぞれに対応して設けられた半導体素子を備え、前記金属層、前記半導体層、および前記反射層は、それぞれ、前記半導体素子のゲート電極、半導体部分、およびソース・ドレイン電極と同じ材料で形成されている。

ある実施形態は、液晶層と、前記液晶層と前記反射層との間に配置された層間絶縁層及び画素電極とを備え、前記画素電極の前記液晶層側の表面が、前記反射層の前記第１の凹部又は凸部及び前記第２の凹部又は凸部の形状を反映することなく平坦に形成されている。

本発明によれば、反射光の干渉等に起因するモアレや色付きが低減された高画質の反射型及び半透過型の液晶表示装置を低コストで提供することができる。

実施形態１の液晶表示装置の断面形状を模式的に表した図である。実施形態１の液晶表示装置を表した平面図であり、（ａ）は画素領域の構成を表しており、（ｂ）は反射部の構成を表している。実施形態１のＴＦＴ部および反射部の構成を表す断面図であり、（ａ）は反射部の構成を表しており、（ｂ）はＴＦＴ部の構成を表している。実施形態１と従来の液晶表示装置の反射部の構成を比較するための模式図であり、（ａ）は実施形態１の反射部の断面を、（ｂ）は従来の液晶表示装置の反射部の断面を、また、（ｃ）は反射部の角部における表面の角度を、それぞれ表した図である。実施形態１の反射部の製造方法を表した平面図である。実施形態１の反射部の製造方法を表した断面図である。実施形態２による液晶表示装置の反射部を表した平面図である。実施形態３による液晶表示装置の反射部を表した平面図である。実施形態４の液晶表示装置を表した断面図である。従来の反射型液晶表示装置におけるアクティブマトリックス基板を表した断面図である。従来の半透過型液晶表示装置の断面図である。液晶表示装置における反射面の傾きと反射光との関係を表した図であり、（ａ）は、光が屈折率Ｎａを有する媒質ａから屈折率Ｎｂを有する媒質ｂに入射したときの入射角αと出射角βとの関係を表しており、（ｂ）は、液晶表示装置の表示面の角度と入射光および反射光の関係を表した図である。

符号の説明

１０液晶表示装置
１２ＴＦＴ基板
１４対向基板
１６液晶
１８液晶層
２２透明基板
２６層間絶縁層
２８画素電極
３０反射部
３１層
３２ＴＦＴ部
３４対向電極
３６ＣＦ層
３８透明基板
４０表示面
４２反射領域
４４ＴＦＴ領域
４６透過領域
５０画素
５２ソースライン
５４ゲートライン
５６Ｃｓメタル層
５８コンタクトホール
６１ゲート絶縁層
６２半導体層
６３反射層
６５開口部
６７凸部
６８、６９凹部
１００アクティブマトリックス基板
１０１絶縁性基板
１０２ゲート層
１０４ゲート絶縁層
１０６半導体層
１０８金属層
１１０反射層
１１２反射面
２０３スイッチング素子
２０４層間絶縁膜
２０５電食防止膜
２０６反射電極膜
２１１液晶層
２１８非晶質透明電極膜
２２２ドレイン電極

（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の第１の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態の液晶表示装置１０の断面形状を模式的に表した図である。液晶表示装置１０は、アクティブマトリックス方式による反射透過型の液晶表示装置（ＬＣＤ）である。液晶表示装置１０は、図１に示すように、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板１２、例えばカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）等の対向基板１４、およびＴＦＴ基板１２と対向基板１４との間に封入された液晶１６を含む液晶層１８を備えている。

ＴＦＴ基板１２は、透明基板２２、層間絶縁層２６、画素電極２８を備えており、反射部３０とＴＦＴ部３２とを含んでいる。なお、ＴＦＴ基板１２には、後述する、ゲートライン（走査線）、ソースライン（信号線）、およびＣｓライン（補助容量電極線）も形成されている。

対向基板１４は、対向電極３４、カラーフィルタ層（ＣＦ層）３６、および透明基板３８を備えている。透明基板３８の上部の面は、液晶表示装置の表示面４０となる。なお、ＴＦＴ基板１２および対向基板１４は、それぞれ、配向膜および偏光板を備えているが、ここでは、図示を省略している。

液晶表示装置１０において、反射部３０が形成されている領域を反射領域４２と呼び、ＴＦＴ部３２が形成されている領域をＴＦＴ領域４４と呼ぶ。反射領域では、表示面４０から入射した光が、反射部３０によって反射され、液晶層１８および対向基板１４を通って表示面４０から出射される。さらに、液晶表示装置１０は、反射領域４２およびＴＦＴ領域４４以外の領域に形成された透過領域４６を有している。透過領域４６では、液晶表示装置１０の光源から発せられた光が、ＴＦＴ基板１２、液晶層１８、および対向基板１４を通って表示面４０から出射される。

なお、図１に示すように、反射部３０の上部の対向基板１４の側に透過性樹脂等によって形成された層３１を設けることにより、反射領域４２における液晶層１８の厚さを、透過領域４６における液晶層１８の厚さの半分にすることも可能である。これにより、反射領域４２と透過領域４６における光路長を同じにすることができる。なお、図１には、層３１は対向電極３４とＣＦ層３６との間に形成されるように示しているが、層３１は対向電極３４の液晶層１８側の面上に形成してもよい。

図２は、液晶表示装置１０における画素領域及び反射部３０の構成を、より具体的に表した平面図である。

図２（ａ）は、液晶表示装置１０の一部を、表示面４０の上から見た場合の平面図である。図に示すように、液晶表示装置１０には、複数の画素５０がマトリックス状に配置されている。それぞれの画素５０には、上述した反射部３０とＴＦＴ部３２が形成されており、ＴＦＴ部３２にはＴＦＴが形成されている。

画素５０の境界部分には、列方向（図の上下方向）にソースライン５２が延びており、行方向（図の左右方向）にゲートライン（ゲートメタル層）５４が延びている。また、画素５０の中央部分には、行方向にＣｓライン（Ｃｓメタル層または金属層）５６が延びている。反射領域３０の層間絶縁層２６には、画素電極２８とＴＦＴのドレイン電極とを接続するためのコンタクトホール５８が形成されている。

図２（ｂ）は、Ｃｓメタル層５６の上部における反射部３０の構成を模式的に表した平面図である。なお、この図では、コンタクトホール５８は図示を省略している。反射部３０は、図３を用いて後述するように、Ｃｓメタル層５６の上に形成されたゲート絶縁層６１と、ゲート絶縁層６１の上に形成された半導体層６２と、半導体層６２の上に形成された反射層６３とを備えている。

反射層６３の表面には、図に示すように、複数の凸部６７及び凹部６８が形成されている。なお、ここでは、構成を分かりやすくする為に、１８個の凹部６８と１１個の凸部６７を図示しているが、実際には更に多くの凹部６８が形成され得る。複数の凹部６８はＣｓメタル層５６の開口部（又は凹部）６５の形状を反映して形成されており、凸部６７は、島状に形成された半導体層６２の形状を反映して形成されている。

Ｃｓメタル層５６を島状に形成し、その形状を反映させて開口部（又は凹部）６５の代わりに凸部を形成してもよく、反射部３０を覆って形成された半導体層６２に開口部（又は凹部）を形成し、その形状を反映させることによって凸部６７の代わりに凹部を形成してもよい。本明細書では、凹部６８又はそれに代わる凸部を第１の凹部又は凸部と呼び、凸部６７又はそれに代わる凹部を第２の凹部又は凸部とよぶ。

凹部６８（あるいは第１の凹部又は凸部）及び凸部６７（あるいは第２の凹部又は凸部）はどちらもランダムに配置されている。ただし、凸部６７と凹部６８は、必ずしも完全にランダムに配置されなくてもよく、反射層６３の表面の一部においてランダムに配置されてもよい。また、対称性を有しない配置あるいは異方性を有する配置を採用しても良い。

いずれにせよ、ある方向（第１の方向）に沿って隣接する凹部６８の複数の対（第１の対）は、凹部６８の間隔が互いに異なる２つの対を含む。また、ある方向（第２の方向）に沿って隣接する凸部６７の複数の対（第２の対）は、凸部６７の間隔が互いに異なる２つの対を含む。

また、第１の方向と異なる方向（第３の方向）に沿って隣接する凹部６８の複数の対（第３の対）が、凹部６８の間隔が互いに異なる２つの対を含んでもよく、第２の方向と異なる方向（第４の方向）に沿って隣接する凸部６７の複数の対（第４の対）が、凸部６７の間隔が互いに異なる２つの対を含んでもよい。これらの配置方法によって、反射光の干渉に起因するモアレや色付きの発生を低減することが可能となる。

次に、図３を参照して、反射部３０及びＴＦＴ部３２の構成をより詳細に説明する。

図３（ａ）は、反射部３０の断面（図２（ｂ）において矢印Ｂで示した部分の断面）を表している。反射部３０には、図に示すように、Ｃｓメタル層（金属層）５６、ゲート絶縁層（絶縁層）６１、半導体層６２、および反射層６３が積層されている。半導体層６２は、例えば、真性アモルファスシリコン層（Ｓｉ（ｉ）層）と、リンがドープされたｎ⁺アモルファスシリコン層（Ｓｉ（ｎ⁺）層）とにより構成される。

Ｃｓメタル層５６は開口部６５を有しており、島状に形成された半導体層６２の一部は開口部６５の内側に位置している。開口部６５の上部における反射層６３の表面には凹部６８が形成され、半導体層６２の上部における反射層６３の表面には凸部６７が形成されている。また、反射層６３の表面の、その下に半導体層６２が形成されていない部分は凹部６９となる。凹部６８の内側における半導体層６２の上の反射層６３には段差が形成されている。

凹部６８は、Ｃｓメタル層５６の開口部６５の上にゲート絶縁層６１と半導体層６２と反射層６３とが形成されたことによって、反射層６３が窪んでできたものである。また、凸部６７は、半導体層６２の上に反射層６３が形成されたことにより、反射層６３が突出してできたものである。なお、Ｃｓメタル層５６には、開口部６５の代わりに凹部（窪み）が形成されることもあり得る。その場合、凹部６８はＣｓメタル層のその凹部に応じて形成される。

Ｃｓメタル層５６の開口部６５の側面に段差を付けて、凹部６８の斜面に段差を加えてもよい。また、半導体層６２の側面に段差を付けて、凸部６７の斜面に段差を加えてもよい。

図３（ｂ）は、ＴＦＴ部３２におけるゲートメタル層（金属層）５４、ゲート絶縁層６１、半導体層６２、および反射層６３の構成を表した図であり、図２（ａ）の矢印Ａの部分の断面図である。ＴＦＴ部３２のゲートメタル層５４は、反射部３０のＣｓメタル層５６と同時に、同じ部材によって形成される。同様に、ＴＦＴ部３２のゲート絶縁層６１、半導体層６２、および反射層６３は、それぞれ、反射部３０のゲート絶縁層６１、半導体層６２、および反射層６３と同時に、同じ部材によって形成される。反射層６３はＴＦＴのドレイン電極に接続されている。

図４は、実施形態１の反射部３０と、図１０に示した従来の液晶表示装置の反射部の構造を比較した断面図である。図４（ａ）は、実施形態１の反射部３０の構造を、図４（ｂ）は、従来の液晶表示装置の反射部の構造を、それぞれ、模式的に表している。なお、これらの図では、簡略化のために、反射部３０の各層の斜面、および従来の液晶表示装置の各層の斜面は垂直な面として表し、また、各段差の角部（図中の点線円で示した部分）は直角に折れ曲がるものとして表している。

これらの図に示すように、実施形態１の反射部３０における反射層６３の表面には、１つの凹部６８及び１つの凸部６７によって計８つの角部が形成される。一方、従来の液晶表示装置においては、反射部の１つの凹部には４つの角部しか形成されない。

図４では、これらの角部は直角として表しているが、実際の角部には、図４（ｃ）に示すように、基板に平行な面（角度０度）から基板に対して２０度よりも大きい角度（この図では、例として３０度として表している）を有する面が連続的に形成される。したがって、反射部により多くの凹部を形成すれば、反射層の表面に、基板に対する角度が２０度以下である面（有効反射面）をより多く形成することができる。

また、角部に形成される有効反射面は互いに異なる様々な傾斜角を有しているので、反射光が一定の方向のみに向かうことがない。よって、より多くの凹部を形成することにより、より多くの広範囲に広がる反射光を得ることができる。また、凹部の数を増やし、かつ凹部の側面の傾斜角度を２０度以下にすれば、さらに多くの広範囲に広がる反射光を得ることができる。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、実施形態１の反射部３０には、従来の液晶表示装置に比べてより多くの凹部及び凸部が形成される。したがって、角部もより多く形成されるため、反射層６３の表面により多くの有効反射面を形成することが可能となり、表示面に向けてより多くの光を広範囲に反射させることができる。また、凹部６８及び凸部６７はＣｓメタル層５６及び半導体層６２の整形形状に応じて形成される。よって、これらの凹部や凸部の形状、深さ、および斜面傾斜角を、Ｃｓメタル層５６および半導体層６２の整形時に容易に調節することができる。

また、実施形態１において凹部６８の内側に位置する反射層６３は、ゲート絶縁層６１の上、あるいはゲート絶縁層６１及び半導体層６２の上に形成されている。一方、従来の液晶表示装置では、凹部の内側の反射層は、ゲート絶縁層も半導体層も介することなく、ガラス基板の上に直接形成されている。したがって、実施形態１における凹部６８の底面は、従来の液晶表示装置における凹部の底面よりも浅く形成されることになり、入射光を広範囲により有効に反射させることが可能となる。

従来の液晶表示装置では、凹部の底面が深い位置に形成されているため、凹部内面の傾斜角が大きくなり、凹部内に傾斜２０度以下の有効反射面を多く形成することが困難であった。また、この凹部は、ゲート層１０２、ゲート絶縁層１０４、半導体層１０６を形成した後で、これらの層を一括して除去することにより形成されるため、凹部内面の傾斜角をコントロールして有効反射面を増やすことも困難であった。

また、本実施形態の表示装置では、Ｃｓメタル層５６および半導体層６２の形状に応じて凹部６８及び凸部６７が形成されるため、これらの層の積層時に凹部６８及び凸部６７の位置、大きさ、及び形状を調整することができる。これにより、凹部６８及び凸部６７の斜面の傾斜をコントロールして、傾斜が２０度以下の有効反射面をより多く形成し、より多くの光を表示面側に反射させることが可能となる。

さらに、本実施形態の液晶表示装置では、図１に示したように、層間絶縁層２６及び画素電極２８の液晶層１８側の面は、反射層６３の凹部６８及び凸部６７の形状を反映することなく、対向電極３４の液晶層１８側の面と同様に平坦に形成されている。したがって、図１１に示した従来の半透過型液晶表示装置と比べて、液晶層１８に形成される電界がより均一となり、反射領域４２における液晶の配向を所望の向きに均一に制御することが可能となる。

また、反射部３０の端部付近における画素電極２８に段差が形成されないので、液晶の配向が乱されることもない。したがって、本実施形態によれば、透過率が高く視野角特性に優れた表示ムラの少ない液晶表示装置を提供することが可能となる。

次に、図５および図６を用いてＴＦＴ基板１２の製造方法について説明する。図５は、反射領域４２におけるＴＦＴ基板１２の製造過程を表した平面図、図６は、反射領域４２におけるＴＦＴ基板１２（図２（ｂ）の矢印Ｂで示した部分）の製造過程を表した断面図である。

図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、まず、洗浄した透明基板２２の上にＡｌ（アルミニウム）による金属薄膜をスパッタリング等の方法により成膜する。この金属薄膜は、Ａｌの他、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、あるいはこれらの合金等を用いて形成することもでき、これらの材料による層と窒化膜との積層物によって形成することもできる。

その後、金属薄膜の上にレジスト膜を形成し、露光・現像工程によりレジストパターンを作成した後、ドライまたはウェットエッチングを施して、開口部６５を有するＣｓメタル層（金属層）５６が形成される。Ｃｓメタル層５６の厚さは、例えば５０〜１０００ｎｍである。なお、Ｃｓメタル層５６には開口部６５が形成されるとしたが、遮光部と透過部が反転したレジストパターンを用いて、開口部の位置に凸状のＣｓメタル層５６（あるいは島状の層）を形成してもよい。この工程では、図２（ａ）で示したゲートライン（ゲートメタル層）５４、および図３（ａ）で示したＴＦＴ部３２のゲートメタル層５４も同一金属で同時に形成される。

次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂の混合ガスを使用して、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなるゲート絶縁層６１を基板全面に作成する。ゲート絶縁層６１は、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）、Ｔａ₂Ｏ₅（酸化タンタル）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）等によって形成されても良い。ゲート絶縁層６１の厚さは１００〜６００ｎｍである。なお、この工程では、図３（ｂ）で示したＴＦＴ部３２のゲート絶縁層６１も同時に形成される。

次に、ゲート絶縁層６１の上に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜、およびアモルファスシリコンにリン（Ｐ）をドーピングしたｎ⁺ａ−Ｓｉ膜を形成する。ａ−Ｓｉ膜の厚さは３０〜３００ｎｍである。また、ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜の厚さは２０〜１００ｎｍである。その後、これらの膜をフォトリソグラフィー法により整形することにより、半導体層６２が島状に形成される。遮光部と透過部が反転したレジストパターンを用いて半導体層６２に凹部（窪み）あるいは開口部を形成してもよい。この工程では、図３（ｂ）で示したＴＦＴ部３２の半導体層６２も同時に形成される。

次に、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、スパッタリング法等によりＡｌ等による金属薄膜を基板全面に形膜し、反射層６３を形成する。なお、金属薄膜には、Ｃｓメタル層５６の材料として上に列挙した材料が用いられ得る。反射層６３の厚さは、３０〜１０００ｎｍ以下である。

このとき、Ｃｓメタル層５６の開口部６５の上部における反射層６３の表面には凹部６８が形成され、半導体層６２の上部における反射層６３の表面には凸部６７が形成される。なお、この工程では、図３（ｂ）で示したＴＦＴ部３２の反射層６３も同時に形成されるが、ＴＦＴ部３２において、反射層６３はＴＦＴのソース電極およびドレイン電極を形成する。またこのとき、図２（ａ）におけるソースライン５２も反射層６３の一部として形成され得る。

次に、図５（ｄ）および図６（ｄ）に示すように、感光性アクリル樹脂をスピンコートにより塗布して、層間絶縁層（層間樹脂層）２６が形成される。層間絶縁層２６の厚さは、０．３〜５μｍ以下である。なお、反射層６３と層間絶縁層２６との間には、Ｐ−ＣＶＤ法によってＳｉＮ_x、ＳｉＯ₂等の薄膜が保護膜として形成され得るが、ここでは図示を省略している。保護膜の厚さは、５０〜１０００ｎｍ以下である。層間絶縁層２６および保護膜は、反射領域４２だけでなく、ＴＦＴ領域４４も含めた透明基板２２の上部全面に形成される。その後、露光装置を用いた現像処理により、反射部３０の中心付近にコンタクトホール５８が形成される。

次に、図５（ｅ）および図６（ｅ）に示すように、層間絶縁層２６の上に、ＩＴＯまたはＩＺＯ等からなる透明電極膜がスパッタリング法等により形成され、この透明電極膜を、フォトリソグラフィー法によりパターン整形することにより、画素電極２８が形成される。画素電極２８は、反射領域４２だけでなく、ＴＦＴ領域４４も含め、画素の上部全面に形成される。

反射領域４２では、画素電極２８は、層間絶縁層２６およびコンタクトホール５８の上に形成され、画素電極２８の金属部材はコンタクトホール５８を介して反射層６３に接する。したがって、ＴＦＴ部３２におけるＴＦＴのドレイン電極は、コンタクトホール５８を介して画素電極２８と電気的に接続される。上述の工程において、層間絶縁層２６の上面及び画素電極２８の面は、反射層６３の凹部６８及び凸部６７の形状を反映することなく平坦に形成される。

なお、凹部６８及び凸部６７は、反射層６３により多く形成することが好ましい。そのため、Ｃｓメタル層５６の開口部及び島状の半導体層６２を、製造工程におけるマスクとフォト露光の限界内において、反射面上にできる限り多く形成することが好ましい。Ｃｓメタル層５６の開口部及び半導体層６２の好ましい最大幅は２〜１７μｍである。

本実施形態によれば、反射光が効率よく利用され、且つ反射光の干渉に起因するモアレ及び色付きが低減された、輝度の高い高品位の表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。

（実施形態２）
以下、本発明による液晶表示装置の第２の実施形態を説明する。実施形態１の構成要素と同じ構成要素には同一の参照番号を付け、その説明を省略している。

本実施形態の液晶表示装置は、上述した実施形態１の液晶表示装置１０と基本的には同じ構成を有しており、ただ反射部３０に形成される凹部６８及び凸部６７の配置が異なるのみである。よって、以下、凹部６８及び凸部６７の配置を中心に説明することとし、他の部分についての説明は省略する。

図７は、実施形態２による液晶表示装置の反射部３０を模式的に表した平面図であり、実施形態１の反射部３０を表した図２（ｂ）に対応するものである。反射部３０における反射層６３の表面には、図に示すように、複数の凸部６７及び凹部６８が形成されている。実施例１と同様、Ｃｓメタル層５６を島状に形成し、その形状を反映させて開口部（又は凹部）６５の代わりに凸部を形成してもよく、半導体層６２に開口部（又は凹部）を形成し、その形状を反映させて凸部６７の代わりに凹部を形成してもよい。

図に示すように、凹部６８（あるいは第１の凹部又は凸部）は縦方向及び横方向に等間隔に配置されており、凸部６７（あるいは第２の凹部又は凸部）は、実施形態１と同様、ランダムに配置されている。なお、凸部６７は必ずしも完全にランダムに配置されなくてもよく、反射層６３の表面の一部においてランダムに配置されてもよい。また、対称性を有しない配置あるいは異方性を有する配置を採用しても良い。

いずれにせよ、ある方向（第２の方向）に沿って隣接する凸部６７の複数の対（第２の対）は、凸部６７の間隔が互いに異なる２つの対を含む。また、第２の方向と異なる方向（第４の方向）に沿って隣接する凸部６７の複数の対（第４の対）が、凸部６７の間隔が互いに異なる２つの対を含んでもよい。これらの配置方法によって、反射光の干渉に起因するモアレや色付きの発生を低減することが可能となる。

（実施形態３）
以下、本発明による液晶表示装置の第３の実施形態を説明する。実施形態１の構成要素と同じ構成要素には同一の参照番号を付け、その説明を省略している。

図８は、実施形態３による液晶表示装置の反射部３０を模式的に表した平面図であり、実施形態１の反射部３０を表した図２（ｂ）に対応するものである。反射部３０における反射層６３の表面には、図に示すように、複数の凸部６７及び凹部６８が形成されている。実施例１と同様、Ｃｓメタル層５６を島状に形成し、その形状を反映させて開口部（又は凹部）６５の代わりに凸部を形成してもよく、半導体層６２に開口部（又は凹部）を形成し、その形状を反映させて凸部６７の代わりに凹部を形成してもよい。

図に示すように、凹部６８（あるいは第１の凹部又は凸部）は、実施形態１と同様、ランダムに配置されており、凸部６７（あるいは第２の凹部又は凸部）は、縦方向及び横方向に等間隔に配置されている。なお、凹部６８は必ずしも完全にランダムに配置されなくてもよく、反射層６３の表面の一部においてランダムに配置されてもよい。また、対称性を有しない配置あるいは異方性を有する配置を採用しても良い。

いずれにせよ、ある方向（第１の方向）に沿って隣接する凹部６８の複数の対（第１の対）は、凹部６８の間隔が互いに異なる２つの対を含む。また、第１の方向と異なる方向（第３の方向）に沿って隣接する凹部６８の複数の対（第３の対）が、凹部６８の間隔が互いに異なる２つの対を含んでもよい。これらの配置方法によって、反射光の干渉に起因するモアレや色付きの発生を低減することが可能となる。

（実施形態４）
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の第４の実施形態を説明する。実施形態１〜３の構成要素と同じ構成要素には同一の参照番号を付け、その説明を省略している。

図９は、本実施形態の液晶表示装置の断面形状を模式的に表した図である。この液晶表示装置は、実施形態１〜３の液晶表示装置から層間絶縁層２６を除いたものであり、以下に述べる点以外は実施形態１〜３の液晶表示装置と同じである。なお、図９には、対向基板１４の詳細な構造、およびＴＦＴ部３２については図示を省略している。

図に示すように、実施形態４では、層間絶縁層２６が形成されないため、画素電極２８が図示しない絶縁膜を介して反射部３０およびＴＦＴ部３２の反射層６３の上に形成される。反射部３０及びＴＦＴ部３２の構造および製造方法は、層間絶縁層２６が除かれる点以外は、実施形態１にて説明したものと同じである。また、表示装置における画素配置や配線構造も、図２（ａ）に示したものと同様である。この構成によっても、実施形態１〜３と同様、反射層６３の有効反射面の面積が広がり、より多くの光を表示面に反射させることができる。

実施形態１〜４では、Ｃｓメタル層５６の開口部６５、半導体層６２、凸部６７、及び凹部６８が円形に形成されるものとしたが、これらを、楕円形、三角形、四角形等の多角形、凹部又は凸部の淵が鋸歯状であるもの、あるいは、それらを組み合わせたものなど、様々な形状に形成してもよい。

本発明による液晶表示装置は、上述の実施形態によって示したように、反射層の表面に多くの段差や角部を有しており、傾斜角度が２０度以下の斜面も多いので、有効反射面が広く、かつ散乱特性が優れた反射領域を得ることができる。また、反射層表面の形状に対称性が現われにくいので、反射光の干渉に起因するモアレや色付きの発生を低減又は防止することができる。よって、高い明度を有する明瞭な表示が可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。

また、反射面の段差および角部がＣｓメタル層および半導体層の整形時の形状に応じて形成されるので、製造工程を増やすことなく、優れた反射特性を有する反射領域を容易に得ることができる。さらに、本願発明による液晶表示装置は上述した製造方法で形成されるため、透過型の液晶表示装置と同じ材料および工程で製造することができる。よって、高品質の液晶表示装置を安価に提供することが可能となる。

さらに、本発明によれば、画素電極の液晶層側の面が対向電極の面と同様に平坦に形成され、反射部の端部付近における画素電極にも段差が形成されないので、液晶の配向を所望の向きに均一に制御することが可能となる。よって、透過率が高く視野角特性に優れた表示ムラの少ない液晶表示装置を提供することが可能となる。

本発明による液晶表示装置には、液晶パネルを利用したディスプレイ装置、テレビ、携帯電話等も含まれる。本実施形態は半透過型の液晶表示装置を例として用いたが、上述した反射部と同様の形態を有する反射型液晶表示装置等も本願発明の一形態に含まれる。

本発明によれば、高画質の半透過型液晶表示装置及び反射型液晶表示装置を安価に提供することが可能となる。本発明による液晶表示装置は、種々の液晶表示装置に好適に用いられ、例えば、携帯電話、カーナビ等の車載表示装置、ＡＴＭや販売機等の表示装置、携帯型表示装置、ノート型ＰＣなど、反射光を利用して表示を行う半透過型および反射型の液晶表示装置に好適に用いられる。

Claims

複数の画素を有し、前記複数の画素のそれぞれの中に、入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置であって、
前記反射領域は、金属層と、前記金属層の上に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成された反射層とを備え、
前記反射層の表面には、複数の第１の凹部又は凸部と、複数の第２の凹部又は凸部が形成されており、
前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記金属層の凹部又は凸部の形状を反映して形成されており、前記複数の第２の凹部又は凸部は前記半導体層の凹部又は凸部の形状を反映して形成されており、
前記複数の第１の凹部又は凸部は、第１の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第１の対を有し、前記複数の第１の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含むか、または、
前記複数の第２の凹部又は凸部は、第２の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第２の対を有し、前記複数の第２の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む、液晶表示装置。
前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記第１の方向と異なる第３の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第３の対を有し、前記複数の第３の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の第２の凹部又は凸部は、前記第２の方向と異なる第４の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第４の対を有し、前記複数の第４の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の第１の凹部又は凸部は、前記第１の方向と異なる第３の方向に沿って隣接する前記第１の凹部又は凸部の複数の第３の対を有し、前記複数の第３の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含み、且つ、
前記複数の第２の凹部又は凸部は、前記第２の方向と異なる第４の方向に沿って隣接する前記第２の凹部又は凸部の複数の第４の対を有し、前記複数の第４の対は、凹部又は凸部の間隔が互いに異なる２つの対を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射層の表面において、前記複数の第１の凹部又は凸部及び前記複数の第２の凹部又は凸部の少なくとも一方がランダムに配置されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
前記反射層の表面において、前記複数の第１の凹部又は凸部及び前記複数の第２の凹部又は凸部の両方がランダムに配置されている、請求項５に記載の液晶表示装置。
前記複数の画素のそれぞれに対応して設けられた半導体素子を備え、
前記金属層、前記半導体層、および前記反射層は、それぞれ、前記半導体素子のゲート電極、半導体部分、およびソース・ドレイン電極と同じ材料で形成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
液晶層と、前記液晶層と前記反射層との間に配置された層間絶縁層及び画素電極とを備え、前記画素電極の前記液晶層側の表面が、前記反射層の前記第１の凹部又は凸部及び前記第２の凹部又は凸部の形状を反映することなく平坦に形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。