JP4127919B2

JP4127919B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4127919B2
Application number: JP05074399A
Authority: JP
Inventors: 和人則武
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000250041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射及び透過を一体に備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、観察方向から入射した光を反射させて表示を見る機能を有するいわゆる反射型液晶表示装置と、観察者とは反対側から光を入射して光を透過させて表示を見る機能を有するいわゆる透過型液晶表示装置とが一体化された反射型及び透過型液晶表示装置が提案されている。
【０００３】
図４に、図１中のＡ−Ａ線に沿った従来の反射及び透過型液晶表示装置の断面図を示し、図５に図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【０００４】
図４及び図５に示すように、従来の反射及び透過型液晶表示装置は、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、スイッチング素子である薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）が形成されている。
【０００５】
まず、絶縁性基板（ＴＦＴ基板）１０上に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属からなるゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、及び多結晶シリコン膜からなる能動層１３を順に形成する。
【０００６】
その能動層１３には、ゲート電極１１上方のチャネル１３ｃと、このチャネル１３ｃの両側に、チャネル１３ｃ上のストッパ絶縁膜１４をマスクにしてイオン注入されて形成されるソース１３ｓ及びドレイン１３ｄが設けられている。
【０００７】
そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及びストッパ絶縁膜１４上の全面に、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ₂膜の順に積層された層間絶縁膜１５を形成し、ドレイン１３ｄに対応して設けたコンタクトホールにアルミニウム（Ａｌ）等の金属を充填してドレイン電極１６を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７を形成する。そして、その平坦化絶縁膜１７のソース１３ｓに対応した位置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールを介してソース１３ｓとコンタクトしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から成りソース電極を兼ねた透明電極である透明表示電極１９を平坦化絶縁膜１７上に形成する。そしてその透明表示電極１９上にポリイミド等の有機樹脂からなり液晶２１を配向させる配向膜２０を形成する。また、透明表示電極１９を設けた側とは反対の側には、ＴＦＴ基板１０側から順に位相差板２２、偏光板２３、及び半透過ミラー２４が積層されている。この半透過ミラー２４は、入射される光を反射及び透過する機能を有している。
【０００８】
また、ＴＦＴ基板１０に対向し絶縁性基板からなる対向電極基板３０には、ＴＦＴ基板１０側に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色及び遮光機能を有するブラックマトリックス３２を備えたカラーフィルタ３１、その上に形成された樹脂から成る保護膜３３、その全面に形成されＩＴＯから成る対向電極３４及び配向膜３５を備えており、またその反対側の面、即ち観察者側１０１には偏光板４４が配置されている。そして、対向電極基板３０とＴＦＴ基板１０の周辺をシール接着剤（図示せず）により接着し、それにより形成された空隙にツイスティッドネマティック（ＴＮ）液晶２１を充填する。
【０００９】
こうして完成した液晶表示装置のＴＦＴ基板１０側には光源であるバックライト５１が備えてある。
【００１０】
ここで、反射型液晶表示装置として用いる場合の光の進み方を説明する。
【００１１】
外部から入射される自然光１００は、図５中の破線矢印で示すように、観察者１０１側の偏光板４４から入射し、対向電極基板３０、カラーフィルタ３１、保護膜３３、対向電極３４、配向膜３５、ＴＮ液晶２１、ＴＦＴ基板１０上の配向膜２０、透明表示電極１９、平坦化絶縁膜１７、層間絶縁膜１５、ゲート絶縁膜１２、ＴＦＴ基板１０及び偏光板２３を透過して半透過ミラー２４にて反射され、その後、入射と逆の方向に各層を透過して対向電極基板３０上の偏光板４４から出射し観察者の目１０１に入る。
【００１２】
また、透過型液晶表示装置として用いる場合には、ＴＦＴ基板１０側からバックライト５１の光１０２が入射される場合には、図５中の実線矢印で示すように、半透過ミラー２４を透過して更に偏光板２３、ＴＦＴ基板１０、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜１５、平坦化絶縁膜１７、透明表示電極１９、配向膜２０、ＴＮ液晶２１、配向膜３５、対向電極３４、保護膜３３、カラーフィルタ３１、対向電極基板３０及び偏光板４４を透過して観察者１０１の目に入る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示したように、反射型として用いる場合、入射される自然光が破線矢印１００で示されるように入射されて進んだ場合には、半透過ミラー２４によって反射された光はガラスから成るＴＦＴ基板１０を再び透過することになる。そのため、入射した光と出射した光とにそのガラス基板の厚みによる視差が生じてしまうという欠点があった。
【００１４】
また、例えば赤色の表示画素（Ｒ）に入射された光が隣接する緑色の表示画素（Ｇ）に出射してしまい、その結果、表示としてはＲとＧの色のにじみが生じてしまうことになるという欠点があった。
【００１５】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、視差が生じず色にじみの無い表示を得ることが可能な反射透過一体型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、複数のゲート信号線と複数のドレイン信号線が互いに交差して囲まれマトリクス状に配列された表示画素領域を備え、前記両信号線に接続された薄膜トランジスタ、及び該薄膜トランジスタに接続された反射材料から成る反射表示電極を前記表示画素領域に備え、前記各反射表示電極の一部に光を透過する窓を有した第１の基板と、前記各反射表示電極に対向して設けられた透明導電材料から成る対向電極、及び前記第１の基板側から入射した光を該第１の基板側に反射する反射体が前記各窓に対応した箇所に備えられた第２の基板とを備え、負の誘電率異方性を有し前記第１及び第２の基板に対して垂直に配向する液晶を充填して成り、前記第１及び第２の基板の前記液晶を充填していない側にそれぞれ偏光板及び位相差板を備えており、該偏光板及び位相差板は前記第２基板側から見て同一方向の円偏光を生じるように配置されたものである。
【００１７】
また、本発明は、前記反射体と前記窓との間に、前記第１の基板側から入射した光の位相差を生じない材料を配置した液晶表示装置である。
【００１８】
更に、本発明は、前記位相差を生じない材料はアクリル系樹脂である液晶表示装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の反射及び透過の両機能を一体に備えた液晶表示装置について以下に説明する。
【００２０】
図１に本発明の液晶表示装置の平面図を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図３に図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
【００２１】
図１に示すように、複数のゲート信号線Ｇ及び複数のドレイン信号線Ｄによって囲まれた表示画素領域には反射表示電極５０が設けられている。その反射表示電極５０のほぼ中央には反射表示電極５０の材料を除去して形成した窓６０が形成されている。この窓６０を後述のバックライト５１からの光が透過する。また、その窓６０はその上方に設けた反射体６１と重畳して設けられている。入射した光をもれなく反射することができるように、窓６０よりも反射体６１のほうが大きいことが好ましい。
【００２２】
また、図２に示すように、石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、スイッチング素子であるＴＦＴを形成する。
【００２３】
一方の絶縁性基板（ＴＦＴ基板）１０上のＣｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極１１の形成から平坦化絶縁膜１７の形成までは従来の構造と同じであるので説明を省略する。
【００２４】
平坦化絶縁膜１７上には、多結晶シリコン膜からなる能動層１３のソース１３ｓに接続されたＡｌ、銀（Ａｇ）等の導電性反射材料から成る反射表示電極５０を形成する。図１及び図３に示すように、この反射表示電極５０には、その導電性反射材料が反射表示電極５０の概ね中央部の一部が除去されて形成された窓６０が設けられている。その反射表示電極５０の上にはＲ、Ｇ、Ｂの各色を呈する備えたカラーフィルタ３１が設けられている。なお、窓６０の上にはカラーフィルタ３１は設けられていない。そしてカラーフィルタ３１を保護するアクリル樹脂等から成る保護膜３３をカラーフィルタ３１上及び窓６０に設け、更にその上にポリイミド等からなり液晶２１を配向させる配向膜２０が形成されている。
【００２５】
他方の対向電極基板３０は、液晶２１を設ける側には、光を反射するＡｌ等の金属から成り各反射表示電極５０に設けた窓６０に応じた形状の反射体６１を設ける。この反射体６１の表面、即ちＴＦＴ基板１０側は入射した光を拡散させるために凹凸形状であっても良い。また、反射体６１の断面形状は図３に示す以外にも半球状でも三角形状でも光を反射する形状であれば良い。反射体６１以外の領域には各反射表示電極５０に対向した対向電極３４が設けられている。更にその全面にはポリイミドから成る配向膜３５が形成されている。なお、各反射表示電極５０間、即ち反射表示電極５０の周囲には光を遮蔽してコントラストを向上させるために黒色の樹脂等から成るブラックマトリクス３２がドレイン信号線Ｄに対応した位置に設けられている。
【００２６】
また、対向電極基板３０の液晶２１を配置しない側、即ち観察者１０１側には、位相差（λ／４）板４３及び偏光板４４が対向電極基板３０側から順に設けられている。
【００２７】
こうして形成された対向電極基板３０とＴＦＴ基板１０の周辺をシール接着剤（図示せず）により接着し、それにより形成された空隙に液晶２１を充填して反射及び透過一体型液晶表示装置を完成させる。なお、この液晶２１は、負の誘電率異方性を有しており、ＴＦＴ基板１０及び対向電極基板３０の両基板に対して垂直に配向する液晶である。またＴＦＴ基板１０側にはバックライト等の光源５１が備えてある。
【００２８】
ここで、上述の液晶表示装置において反射型液晶表示装置として用いる場合についての光の進み方を説明する。
【００２９】
観察者１０１側から入射される自然光１００は、図３中に点線矢印で示すように、観察者１０１側の偏光板４４から入射し、位相差板４３を透過して、更に対向電極基板３０、対向電極３４、配向膜３５、液晶２１、及びＴＦＴ基板１０上の配向膜２０を透過して、カラーフィルタ３１、保護膜３３、反射材料から成る反射表示電極５０に到達する。その到達した光は反射表示電極５０によって反射されて再び入射した逆の光路をたどって外部に出射し観察者１０１によって観察される。
【００３０】
ここで、反射型として用いた場合の光の偏光状態を説明する。なお、以下の偏光状態の説明は液晶に電圧を印加した場合について説明する。
【００３１】
対向電極基板３０側から入射した光は偏光板４４を通り直線偏光になり、位相差板４３によって例えば右回りの円偏光となり、液晶層の液晶２１を通る際に円偏光が楕円偏光になる。その偏光状態で反射表示電極５０に到達して反射されて位相が反転する。再び液晶２１を通ることにより左回りの円偏光となって再び位相差板４３に到達する。そして、偏光板４４の透過軸と同方向に振動する直線偏光の光になって光が透過して出射する。
【００３２】
次に、上述の液晶表示装置を透過型として用いた場合の光の進み方を説明する。
【００３３】
図３中に実線で示すように、バックライト５１から発せられた光１０２は、偏光板２３、位相差板２２、ＴＦＴ基板１０、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜１５、平坦化絶縁膜１７、及び反射表示電極５０に設けた窓６０を透過して、その後、対向電極基板３０上に形成された反射体６１のＴＦＴ基板１０側の面にて反射されてカラーフィルタ３１に入射されて反射表示電極５０に達し、そこで再び反射されて対向電極基板３０上の配向膜３５、対向電極３４、対向電極基板３０、位相差板４３及び偏光板４４を透過して出射して観察者１０１に観察される。
【００３４】
ここで、透過型として用いた場合の光の偏光状態を説明する。
【００３５】
図３中に実線で示すように、バックライト５１から発せられた光１０２は、偏光板２３に入り直線偏光の光になり、次に位相差板２２によって左回りの円偏光となる。その後、窓６０を透過して液晶層の液晶２１を通り反射体６１に達する。このとき、窓６０の領域には電極がないので窓６０の領域では液晶２１に電圧が印加されない状態となる。液晶２１が負の誘電率異方性を有する液晶であるので電圧が印加されない状態では両基板１０、３０に対して垂直に配向するため、窓６０と反射体６１との間は位相差が生じない。従って、左回りの円偏光のままで反射体６１に到達し、その反射体６１によって位相が反転して右回りの円偏光になる。
【００３６】
そして、反射体６１によって位相が反転して右回りの円偏光になった光は、液晶層の液晶２１を通る際に円偏光から楕円偏光になる。その偏光状態で反射表示電極５０到達して反射されて位相が反転する。その後再び液晶層の液晶２１を通ることにより左回りの円偏光となり位相差板４３に到達し、偏光板４４の透過軸と同一方向に振動する直線偏光の光になり透過して外部に出射する。
【００３７】
なお、上述の説明においては光の円偏光の向きは光の進行方向に対する方向を示して説明した。また、上述の反射型として用いる場合の説明においては位相差板４３によって右回りの円偏光になる場合について示したが、反射体６１で反射した後の円偏光の向きと反射型の場合において位相差板４３を透過した後の円偏光の向きとが同じになるように設定すれば左回りの円偏光の場合でも良い。
【００３８】
以上のように、反射型の液晶表示装置として用いる場合の反射表示電極５０に到達する光の偏光状態と、透過型として用いる場合の反射表示電極５０に到達する光の偏光状態が同じであるため、１つの液晶表示装置で反射型及び透過型の両方の機能を備えることが可能となる。
【００３９】
また、反射表示電極５０がＴＦＴ基板１０の内側、即ち液晶層２１側に設けられているため、反射型として用いた場合にも従来のようにガラス基板の厚みによる視差を生じることを抑制することができ、またある色の表示画素を透過した光が隣接する表示画素を透過して出射してしまうことによる色にじみを抑制することができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態においては、窓６０とその窓６０に対応した反射体６１との間の光路に液晶２１を配置した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、そこに例えばアクリル系樹脂等の位相差が生じない物質を挿入しても本発明と同様の効果が得られるものである。具体的には、アクリル系樹脂をＴＦＴ基板３０上に形成した後に対向電極基板３０と両基板の周辺を貼り合わせる場合には、保護膜３３上にアクリル系樹脂を塗布した後ホトリソ技術を用いてドレイン信号線Ｄまでの間に断面形状が長方形又は正方形のアクリル系樹脂を形成する。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、ＴＦＴの能動層として多結晶シリコンを用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、非晶質シリコン等の半導体材料を用いても、本発明の効果を奏するものである。
【００４２】
更に、本発明においては、Ａｌ、銀以外の導電性反射材料を反射表示電極材料として用いても良い。
【００４３】
また、本実施の形態においては、反射表示電極５０に設けた窓６０は反射表示電極５０のほぼ中央に設けたが、必ずしも中央でなくても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、視差が生じず色にじみがなく、反射と透過の両方の機能を有する液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射及び透過一体型液晶表示装置の平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った本発明の反射及び透過一体型液晶表示装置の断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿った本発明の反射及び透過一体型液晶表示装置の断面図である。
【図４】図１中のＡ−Ａ線に対応した従来の反射及び透過一体型液晶表示装置の断面図である。
【図５】図１中のＢ−Ｂ線に対応した従来の反射及び透過一体型液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１０ＴＦＴ基板
１３能動層
１５層間絶縁膜
１６ドレイン電極
１７平坦化絶縁膜
１９透明電極
２１液晶
３０対向電極基板
３１カラーフィルタ
２２、４３位相差板
２３、４４偏光板
５０反射表示電極
６１反射体
Ｇゲート信号線
Ｄドレイン信号線

Claims

複数のゲート信号線と複数のドレイン信号線が互いに交差して囲まれマトリクス状に配列された表示画素領域を備え、前記両信号線に接続された薄膜トランジスタ、及び該薄膜トランジスタに接続された反射材料から成る反射表示電極を前記表示画素領域に備え、前記各反射表示電極の一部に光を透過する窓を有した第１の基板と、前記各反射表示電極に対向して設けられた透明導電材料から成る対向電極、及び前記第１の基板側から入射した光を該第１の基板側に反射する反射体が前記各窓に対応した箇所に備えられた第２の基板とを備え、負の誘電率異方性を有し前記第１及び第２の基板に対して垂直に配向する液晶を充填して成り、前記第１及び第２の基板の前記液晶を充填していない側にそれぞれ偏光板及び位相差板を備えており、該偏光板及び位相差板は前記第２基板側から見て同一方向の円偏光を生じるように配置され、前記第１及び第２の基板の間の前記表示画素領域に対応する位置にカラーフィルタを備え、前記反射体と前記窓との間に、前記第１の基板側から入射した光の位相差を生じない材料が配置されたことを特徴とする液晶表示装置。
前記位相差を生じない材料は、電圧が印加されない状態で垂直に配向している前記液晶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。