JPWO2010134236A1 - アクティブマトリクス基板及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

絶縁性基板と該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と該層間絶縁膜上の反射電極とを有するアクティブマトリクス基板であって該アクティブマトリクス基板の法線に対して—３０度の方向から光線を入射し、反射光の強度を測定した時に、法線からθ度の方向で測定される反射光の強度であるＩ（θ度）が、０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１ を満たすことを特徴とする。

Description

本発明は、アクティブマトリクス基板及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、周囲環境の光を利用する反射型の表示装置はバックライトが不要であるため、低消費電力、薄型、軽量等の特徴を有し、特に携帯電話、電子ブック等の表示装置として注目されている。

反射型表示装置の中でも反射型液晶表示装置が広く利用されている。反射型液晶表示装置には、偏光板と通過光の偏光状態を制御する液晶層を用いることにより良好な黒表示を実現する方式、偏光板を利用せずに通過光の散乱状態を制御する液晶層を用いることにより良好な白表示を実現する方式がある。

偏光板を利用しない方式には、液晶分子の対流による散乱を利用するＤｙｎａｍｉｃ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＤＳＭ）方式や高分子膜に液晶滴を分散させた構造により散乱状態を実現するＰｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ（ＰＤＬＣ）方式、液晶層中に高分子ネットワークを形成した構造により散乱状態を実現するＰｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ（ＰＮＬＣ）方式が知られている。

偏光板を利用しない方式の一般的な反射型液晶表示装置１０は図６に示すように、ＴＦＴ素子４、反射電極７を有するアクティブマトリクス基板１と透明電極８を有する前面側ガラス基板２により液晶層３を挟持する構造である。

液晶層３に電圧が印加されない状態では液晶層３が散乱状態となるため、外部から入射した光は前方散乱の後、反射電極７で反射されるため白表示となる。電圧が印加されている場合は液晶層３が透明状態で鏡面となるため外部から入射した光は液晶層３で散乱されずに反射し外部へ出射される。すなわち散乱状態で白表示、鏡面状態で黒表示を行っているため、黒表示の面積が多い場合には外部の景色や観察者が写り込んだ状態に文字等が表示されることなる。

特許文献１には、このような写り込みを十分に防止するとともに、表示面を白茶けない防眩処理が施された表面を持つ光学フィルムの技術が開示されている。

また、特許文献２にも、特許文献１に開示された光学フィルムと同種の防眩性能を有する防眩フィルム等について開示されている。

日本国公開特許公報「特開２００２−３６５４１０号」 日本国公開特許公報「特開２００９−１２２３７１号」

しかしながら、特許文献１に開示されている光学フィルムを使用すると、部材、工程の増加を招くことからコストの上昇が避けられない。

本発明の目的は、新規な部材、工程を追加せず、コストの上昇を招くことなく、写り込みを防止し、表示品位を向上させることのできるアクティブマトリクス基板及びそれを用いた液晶表示装置を提供することである。

本発明のアクティブマトリクス基板は、
絶縁性基板と、
該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と、
該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上の反射電極とを、
有するアクティブマトリクス基板であって、
該反射電極の表面凹凸による高低差が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にある。

本構成をとることにより、反射電極による外部光の散乱を適度に制御することが可能となる。

また本発明のアクティブマトリクス基板は、
絶縁性基板と、
該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と、
該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上の反射電極とを、
有するアクティブマトリクス基板であって、
該アクティブマトリクス基板の法線に対して−３０度の方向から光線を入射し、反射光の強度を測定した時に、法線からθ度の方向で測定される反射光の強度であるＩ（θ度）が、
０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１
を満たす。

さらに本発明のアクティブマトリクス基板は、
Ｉ（４０度）／Ｉ（３０度）＜０．０２
を満たすことが好ましい。

本構成をとることにより、反射電極による外部光の散乱を適度に制御することが可能となる。

本発明のアクティブマトリクス基板は、絶縁性基板と該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と該層間絶縁膜上の反射電極とを有するアクティブマトリクス基板であって、該反射電極の表面凹凸による高低差が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にある。

また、該アクティブマトリクス基板の法線に対して−３０度の方向から光線を入射し、反射光の強度を測定した時に、法線からθ度の方向で測定される反射光の強度であるＩ（θ度）が、
０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１
を満たす。

そのため、反射電極による外部光の散乱を適度に制御することが可能となる。

また本発明の反射型液晶表示装置は本発明のアクティブマトリクス基板を使用している。

そのため、写り込みを適度にぼやかすことができ、表示品位を向上させることができる。

実施形態１に係る反射型液晶表示装置の概略断面図である。 本発明の実施例に係るアクティブマトリクス基板の平面図である。 本発明の実施例に係るアクティブマトリクス基板の平面図である。 散乱特性を測定する装置の概略図である。 散乱特性を測定した結果をあらわすグラフである。 従来の反射型液晶表示装置の概略断面図である。

本発明のアクティブマトリクス基板１および反射型液晶表示装置１０の各実施形態について、以下、図面を用いて詳細に説明する。

図１に本発明のアクティブマトリクス基板１を用いた反射型液晶表示装置１０の断面図を示す。反射型液晶表示装置１０は、アクティブマトリクス基板１と前面側ガラス基板２の間に液晶層３が挟持されている。

アクティブマトリクス基板１にはＴＦＴ素子４、配線５が形成され、ＴＦＴ素子４、配線５を覆うように層間絶縁膜６を形成し、各画素に反射電極７が形成される。反射電極７は層間絶縁膜６に形成されたスルーホールを通してＴＦＴ素子４のドレイン電極と接続される。

ＴＦＴ素子４は公知の方法で形成することが可能であり、例えばアモルファスシリコンやポリシコンにより形成が可能である。ソース電極、ドレイン電極、配線５も公知の材料を用いて形成可能であり、例えばチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等の材料を用いることができる。層間絶縁膜６は感光性を有する有機樹脂材料が好適に用いられ、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック系樹脂等が用いられる。反射電極７は反射率の高い銀、アルミニウムを用いることが可能である。

ここで、反射電極７による散乱を発生させるためには、反射電極７に凹凸が必要である。本発明では、ＴＦＴ素子４および配線５による凹凸を層間絶縁膜６により完全に平坦化せず、凹凸を残すことにより反射電極７に凹凸を設ける。これにより部材、工程を追加することなく反射電極７の凹凸が形成できるため、コストの上昇を防止することができる。また後述する写り込みの評価によると、反射電極７による散乱を適切に得るには、反射電極７の凹凸による高低差が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲であることが好ましい。また層間絶縁膜６の膜厚を厚くすると、ＴＦＴ素子や配線の凹凸が緩和され小さくなり、薄くすると凹凸が大きくなる。通常、ＴＦＴ素子、配線を形成した基板は最大で１．５μｍ程度の高低差があるため、層間絶縁膜の厚さは１．５μｍ以上の厚さが必要である。従って層間絶縁膜６の膜厚は１．５μｍ以上３．５μｍ以下が好ましく、より好ましくは２．５μｍ以上３．５μｍ以下である。

またＴＦＴ素子４および配線５の凹凸により反射電極７の凹凸を形成しているため、画素面積に占めるＴＦＴ素子４、配線５の面積が小さいと、外部光が散乱される部分が小さくなるため十分な散乱が得られない。従って、ＴＦＴ素子４、配線５の占める面積の割合は画素面積の１／３以上が必要である。また１／３未満の場合は、ＴＦＴ素子４、配線５が形成されていない部分の層間絶縁膜６を部分的にパターニングすることにより層間絶縁膜６に凹凸を形成し、散乱面積を増加させることができる。

このようにして作製したアクティブマトリクス基板１と透明電極８を全面に形成した前面側ガラス基板２とを電極が向かい合うように対向させ、間に液晶層３を挟持することにより反射型液晶表示装置１０が完成する。透明電極８としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の公知の透明電極材料が使用可能である。また液晶層３に使用する液晶材料としてはＤＩＣ社製ＰＮＭ−１７０（商品名）が使用可能である。
次にこのようにして作成した反射型液晶表示装置１０の動作原理について説明する。反射電極７と透明電極８との間に電圧が印加されない状態では液晶層３が散乱状態となるため、外部から入射した光は前方散乱の後、反射電極７で反射されるため白表示となる。電圧が印加されている場合は液晶層３が透明状態となるため外部から入射した光は反射電極７で反射し外部へ出射される。この時、反射電極７の表面に形成された凹凸により反射光はわずかに散乱されることになり、写り込んだ外部の景色や観察者の像がぼやけることになる。従って、表示された文字等が読み取り易くなり、表示品位の向上が図れる。

図２に本発明の実施例１にかかるアクティブマトリクス基板の平面図を示す。縦方向と横方向に平行に形成されたＶＬＡ（０Ｖの電位の外部端子と電気的接続した線（ライン））１１で囲まれた部分が１つのサブピクセルを構成する。各サブピクセルには１２個のＴＦＴ素子４により、２個のスタティックＲＡＭが形成されている。本実施例ではサブピクセルのほぼ全面にＴＦＴ素子４、配線が形成されている。Ｖｄｄ１３とＶｓｓ１４はスタティックＲＡＭ用の電源を供給するための配線である。ＧＬ１５、ＧＬＢ１６はグラウンド電位の配線である。ＳＬ１７は画像信号を供給するための配線であり、ＳＬ１７の信号に応じて、反射電極がＶＬＡ１１またはＶＬＢ（５Ｖの電位の外部端子と電気的接続した線（ライン））１２と接続される。ＶＬＡ１１と接続された場合は反射電極の電位は０Ｖとなり、ＶＬＢ１２と接続された場合には５Ｖとなる。なお各配線、ＴＦＴ素子４の電極は必要に応じて接続用スルーホール２０で接続される。

ＴＦＴ素子を形成した後、アクリル系層間絶縁膜を膜厚２．５μｍの厚さで形成し、反射電極としてＡｌを１００ｎｍの膜厚で形成した。さらに反射型液晶表示装置を作成するためＡｌ電極の上に平行配向膜を塗布し、この状態でアクティブマトリクス基板の反射特性の測定を行った。

反射特性の測定は図４に示す装置により行った。アクティブマトリクス基板１の法線方向に対して−３０度の方向から光源３２により平行光３０を照射し、受光器３３の位置を正反射を含む０度から５０度の間で変化させ、反射光３１による受光器３３の出力を測定した。この時、受光レンズは２．５度の開口角のものを用い、測定スポット径は２ｍｍΦとした。

前面側ガラス基板に透明電極としてＩＴＯ電極を形成し、さらに平行配向膜を形成した。アクティブマトリクス基板と前面側ガラス基板とを平行配向膜が対向するように貼り合わせ、液晶材料（ＤＩＣ社製ＰＮＭ−１７０（商品名））を真空注入して反射型液晶表示装置を作成した。この時、液晶層の厚みは３μｍとなるようにスペーサにより調節した。また滴下注入により液晶を注入しても構わない。その後、フュージョン（ｆｕｓｉｏｎ）社Ｄバルブの紫外線露光器により５０ｍＷ／ｃｍ^２の強度で２分間、中心波長３６５ｎｍの紫外線を照射することにより反射型液晶表示装置が完成した。紫外線照射は、ＰＮＬＣのための高分子ネットワーク形成と封止樹脂の硬化のために行った。

このようにして作成した反射型液晶表示装置に文字を表示させ、表示と写り込みの程度を視認により確認した。またミノルタ社製ＣＭ２００２（商品名））のＳＣＥモードで液晶層が透過状態での正反射光を除いた積分球反射率の測定を行った。

図３に実施例２にかかるアクティブマトリクス基板の平面図を示す。実施例１と異なる部分は、本実施例ではサブピクセルの約１／３の範囲にＴＦＴ素子、配線が形成されており、他の部分のＡｌ電極表面は平坦となっていることである。アクティブマトリクス基板および反射型液晶表示装置の作製、評価は実施例１と同様に行った。

実施例３では層間絶縁膜の膜厚を３．５μｍとした以外は実施例２と同様に作製し、測定を行った。
（比較例１）
比較例１では層間絶縁膜の膜厚を４．５μｍとした以外は実施例２と同様に作成し、測定を行った。
（参照例１）
参照例１として液晶テレビに使用されている防眩処理を施した光学フィルム（日東電工社製ＡＧ７５０（商品名）））にＡｌを２００ｎｍの厚さで蒸着したサンプルを用いて反射特性の測定を行った。
（評価結果）
実施例１から３および比較例１の反射型液晶表示装置の評価結果を表１に示す。

ここで表示品位の評価は、蛍光灯を点灯させた室内においてパネル表面での照度が５００Ｌｕｘ、観察者の顔が写り込む状態にして目視で評価した。○は写り込みが気にならない程度、△は写り込みがやや気になる程度、×は写り込みが多く、表示が見づらいことを表す。また反射電極の凹凸は触針式の段差計により測定した。

表から明らかなように表示品位が良好なのは、層間絶縁膜が２．５μｍから３．５μｍの範囲、反射電極の凹凸が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲である。

図５に反射特性の測定結果を示す。表示品位が良好であった実施例１から３のアクティブマトリクス基板の場合にはＩ（３５度）／Ｉ（３０度）の値が２％から１０％の範囲に入っていることがわかる。実施例１と参照例１の場合はほぼ同じ値であった。またＩ（４０度）／Ｉ（３０度）の値は２％以下である。ここでＩ（θ度）は法線からθ度の方向で測定される反射光の強度である。

以上のように本発明によるアクティブマトリクス基板を用いた反射型液晶表示装置は液晶テレビと同等の写り込みが気にならない良好な表示品位を示す。

なお、本発明のアクティブマトリクス基板は、能動素子及び配線の形成された領域が画素面積の１／３以上の面積を占めることが好ましい。

１／３未満である場合には外部光の散乱が不十分となる。

さらに本発明のアクティブマトリクス基板は、能動素子及び配線が形成されていない部分の層間絶縁膜がパターニングされていてもよい。

本構成により外部光の散乱を精度よく制御可能となる。

また本発明のアクティブマトリクス基板は層間絶縁膜の膜厚が１．５μｍ以上３．５μｍ以下であってもよい。

本発明の反射型液晶表示素子は本発明によるアクティブマトリクス基板と透明電極が形成された基板との間に液晶層を有する。また液晶層は、電気信号により、入射光に対して散乱状態と非散乱状態をとることができる液晶を用いても構わない。さらに液晶として、高分子膜に液晶滴を分散させた構造または液晶層中に高分子ネットワークを形成した構造の液晶を使用することもできる。

本構成により、写り込みを適度にぼかすことができ、表示品位を向上させることができる。

また、本発明のアクティブマトリクス基板は、主に、能動素子及び配線による凹凸で、上記反射電極の表面凹凸を形成することができる。

本発明は、アクティブマトリクス基板およびそれを用いた反射型液晶表示装置について有用である。

１ アクティブマトリクス基板
２ 前面側ガラス基板
３ 液晶層
４ ＴＦＴ素子
５ 配線
６ 層間絶縁膜
７ 反射電極
８ 透明電極
１０ 反射型液晶表示装置
１１ ＶＬＡ
１２ ＶＬＢ
１３ Ｖｄｄ
１４ Ｖｓｓ
１５ ＧＬ
１６ ＧＬＢ
１７ ＳＬ
２０ 接続用スルーホール
３０ 平行光
３１ 反射光
３２ 光源
３３ 受光器

Claims (10)

1. 絶縁性基板と、
   該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と、
   該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と、
   該層間絶縁膜上の反射電極とを
   有するアクティブマトリクス基板であって、
   該反射電極の表面凹凸による高低差が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にあることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
2. 絶縁性基板と、
   該絶縁性基板上の複数個の能動素子からなるメモリーを有する画素と、
   該絶縁性基板および該複数個の能動素子上に形成された層間絶縁膜と、
   該層間絶縁膜上の反射電極とを
   有するアクティブマトリクス基板であって、
   該アクティブマトリクス基板の法線に対して−３０度の方向から光線を入射し、反射光の強度を測定した時に、法線からθ度の方向で測定される反射光の強度であるＩ（θ度）が、
   ０．０２＜Ｉ（３５度）／Ｉ（３０度）＜０．１
   を満たすことを特徴とするアクティブマトリクス基板。
3. さらにＩ（４０度）／Ｉ（３０度）＜０．０２を満たすことを特徴とする請求項２に記載のアクティブマトリクス基板。
4. 前記能動素子及び配線の形成された領域が画素面積の１／３以上の面積を占めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス基板。
5. 前記能動素子及び配線が形成されていない部分の層間絶縁膜がパターニングされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス基板。
6. 層間絶縁膜の膜厚が１．５μｍ以上３．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス基板。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス基板と透明電極が形成された基板との間に液晶層を挟持したことを特徴とする反射型液晶表示素子。
8. 前記液晶層が、電気信号により、入射光に対して散乱状態と非散乱状態をとることができる液晶であることを特徴とする請求項７に記載の反射型液晶表示素子。
9. 前記電気信号により、入射光に対して散乱状態と非散乱状態をとることができる液晶が、高分子膜に液晶滴を分散させた構造または液晶層中に高分子ネットワークを形成した構造の液晶であることを特徴とする請求項８に記載の反射型液晶表示素子。
10. 主に、前記能動素子及び配線による凹凸で、上記反射電極の表面凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス基板。

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