(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示の観察側に配置される第１の基板と、
前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
高分子材料中に液晶が分散された状態で保持されてなり、前記第１の基板と前記第２の基板の対向する各内面間に挟持された高分子分散型液晶層と、
前記第２の基板の前記内面上に形成され、前記観察側の面が光を反射する反射面に形成された補助容量電極と、
前記第２の基板の内面上に前記補助容量電極を覆って形成された第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁膜上の前記補助容量電極に対向する位置にマトリクス配置して形成された透明導電膜からなる複数の画素電極と、
隣り合う前記画素電極の列間に配設され、複数の前記画素電極に液晶を駆動する信号電圧を供給する複数の信号線と、
前記信号線と前記信号電圧を供給すべき複数の画素電極間にそれぞれ介設された複数のスイッチング素子と、
前記第１の基板の内面に被設され、コモン電圧が印加される透明導電膜からなる共通電極と、
前記第２の基板側の複数の前記信号線上にそれぞれ第２の絶縁層を介して配設され、前記コモン電圧が印加される複数のシールド電極とを、有し、
前記補助容量電極は前記信号線の延在方向と直交する方向に延伸して設けられ、
前記各画素電極の全体が前記補助容量電極に重なり、
前記補助容量電極の前記信号線の延在方向の幅が前記画素電極の前記信号線の延在方向の幅より大きいことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記シールド電極は、前記画素電極と同じ材料の透明導電膜からなり、前記画素電極が設けられている絶縁膜表面に配設されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記高分子分散型液晶は、ポリマネットワーク型液晶であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末などのモバイル機器の発達に伴い、低消費電力かつ高品位画質の表示素子への需要が高まっている。このような要望を満たすフラットパネルディスプレイとして、バックライトが不要で消費電力の小さい反射型液晶表示素子が挙げられる。しかしながら、現在一般的に用いられているツイストネマチック（ＴＮ；Twisted Nematic）モードあるいはスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ；Super-Twisted Nematic）モードの液晶表示素子は、いずれも偏光板を用いなければならないので、光利用効率が低く、反射型のディスプレイとして用いる場合には非常に暗いという問題がある。
【０００３】
偏光板を用いない液晶表示方法として、電界により入射光に対する作用を散乱状態（明表示）と透過状態（暗表示）とに切り替え制御する光散乱型表示モードが挙げられる。光散乱型表示モードのうちでも、特許文献１に示されるようなアクティブマトリクス駆動方式の高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）が、電子ペーパへの応用の面等で注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６５０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
反射型・アクティブマトリクス駆動方式の高分子分散型液晶表示素子においては、通常、表示を明るくするために信号線や走査線上に遮光膜を配置しないため、信号線や走査線上の液晶分子の配向を制御できないドメインに起因する尾引き等の画質ムラが発生して表示品位が低下するという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、尾引き等の画質ムラを発生させずに高品位で明るい表示が安定して得られる反射型アクティブマトリクス駆動方式の高分子分散型液晶表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載された液晶表示素子は、表示の観察側に配置される第１の基板と、前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、高分子材料中に液晶が分散された状態で保持されてなり、前記第１の基板と前記第２の基板の各内面間に挟持された高分子分散型液晶と、前記第２の基板の前記内面上に形成され、前記観察側の面が光を反射する反射面に形成された補助容量電極と、前記第２の基板の内面上に前記補助容量電極を覆って形成された第１の絶縁層と、前記第１の絶縁膜上の前記補助容量電極に対向する位置にマトリクス配置して形成された透明導電膜からなる複数の画素電極と、隣り合う前記画素電極の列間に配設され、複数の前記画素電極に信号電圧を供給する複数の信号線と、前記信号線と前記信号電圧を供給すべき複数の画素電極間にそれぞれ介設された複数のスイッチング素子と、前記第１の基板の内面に被設され、コモン電圧が印加される透明導電膜からなる共通電極と、前記第２の基板側の複数の前記信号線上にそれぞれ第２の絶縁層を介して配設され、前記コモン電圧が印加される複数のシールド電極とを、有し、前記補助容量電極は前記信号線の延在方向と直交する方向に延伸して設けられ、前記各画素電極の全体が前記補助容量電極に重なり、前記補助容量電極の前記信号線の延在方向の幅が前記画素電極の前記信号線の延在方向の幅より大きいことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１の液晶表示素子において、前記シールド電極が前記画素電極と同じ材料の透明導電膜からなり前記画素電極が設けられている絶縁膜表面に配設されていること、を特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２の液晶表示素子において、前記高分子分散型液晶がポリマネットワーク型液晶であること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、尾引き等の画質ムラを発生させずに高品位で明るい表示が安定して得られる反射型アクティブマトリクス駆動方式の高分子分散型液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態としてのＰＮＬＣＤを示す部分拡大平面図である。
【図２】（ａ）は透過状態を示す図１のII−II線断面図で、（ｂ）は散乱状態を示す図１の模式的II−II線断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態としてのＰＮＬＣＤによる表示を示す平面図、（ｂ）は比較例としてのＰＮＬＣＤによる表示を示した平面図である。
【図４】上記比較例としてのＰＮＬＣＤの動作を示す模式的断面図で、（ａ）はオン（透過）表示状態、（ｂ）はオン表示の無い画素列におけるオフ（散乱）表示状態、（ｃ）はオン表示と同じ画素列におけるオフ表示状態、をそれぞれ示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図２（ａ）において、対向配置される一対のガラス基板１、２のうち、表示の観察側に位置させる前ガラス基板１とは反対側の後ガラス基板２の内面（対向側表面）には、補助容量電極３が配設されている。この補助容量電極３は反射電極を兼ねるものであり、したがって、その表面は鏡面に形成されている。
【００１３】
また、この後ガラス基板２の内面には、マトリクス配置される画素毎に配設されるスイッチング素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）の配設位置に対応させてゲート電極４（図１参照）が配設され、これらゲート電極４を同時走査行毎に電気接続する複数のゲートライン５が互いに平行に延在設置されている。補助容量電極３、ゲート電極４、及びゲートライン５は、アルミニウム合金等の同一の金属材料を用いて厚さ１００〜３００ｎｍの薄膜に同一工程で一括形成される。
【００１４】
上述の補助容量電極３とゲート電極４及びゲートライン５を覆って、ゲート絶縁膜６が被着されている。このゲート絶縁膜６は、窒化珪素を材料として厚さが３００〜６００ｎｍの透明薄膜に形成されている。
【００１５】
ゲート絶縁膜６表面の前記ゲート電極４の上方位置に、ＳｉＮやＳｉＯ2等の誘電体材料からなる厚さが２５０〜５００ｎｍのアモルファスシリコンａ−Ｓｉ膜７（図１参照）が島状にパターニング形成され、このａ−Ｓｉ膜７に一部を重ねてソース電極８とドレイン電極９が向かい合わせて配設されている。これらソース電極８とドレイン電極９は、Ｍｏ合金等の金属材料を用いて膜厚が１００〜３００ｎｍにパターン形成されている。
【００１６】
また、ゲート絶縁膜６表面には、複数のソースライン１１が、画素がマトリクス配設される表示領域の前記ゲートライン５と直交する方向の画素列間に、互いに平行に延設されている。ソースライン１１は、各画素にスイッチング素子としてのＴＦＴを介して画像信号を供給するものであり、前記ソース電極と同一材料のＭｏ合金を用い同一工程で一括形成されている。
【００１７】
ソース電極８とドレイン電極９及びソースライン１１を覆って、層間絶縁膜１２が被設されている。この層間絶縁膜１２も前記ゲート絶縁膜６と同様に、窒化珪素を材料として厚さが１００〜２００ｎｍの透明薄膜に形成されている。
【００１８】
層間絶縁膜１２の表面には、複数の画素電極１３がマトリクス配置で形成されている。画素電極１３は、ＩＴＯ（indium tin oxide）等の透明導電材料を用いて膜厚が５０〜１００ｎｍの透明導電膜にパターン形成されており、この１個の画素電極１３の設置範囲が１個の画素となる。
【００１９】
そして、層間絶縁膜１２の表面で各ソースライン１１の上方には、傘電極１４がそれぞれ配設されている。傘電極１４は、画素電極１３と同じ材料のＩＴＯを用いて同一膜厚の透明導電膜に同一工程で一括形成されている。これにより、傘電極１４を設けることによる原材料費や工数のアップが回避される。
【００２０】
この傘電極１４は、下方のソースライン１１を覆ってソースライン１１に供給される画像信号電圧による電界を液晶の配向に影響を及ぼさないようにシールドするために設けられており、したがって、その幅ｗ1がソースライン１１の幅ｗ2よりも充分に大きい寸法に設定され、各ソースライン１１を確実に覆うことができる構成となっている。これら傘電極１４には、次に述べる共通電極に印加されるコモン電圧と同じ電圧が印加される。
【００２１】
前ガラス基板１の内面には、共通電極１５が同じ膜厚で一様に被着形成されている。共通電極１５は、画素電極１３と同様に透明導電材料のＩＴＯを用いて１枚の薄膜に被着形成されている。そして、この共通電極１５には、所定のコモン電圧が印加されている。
【００２２】
共通電極１５に印加されるコモン電圧は、後ガラス基板２側の画素電極１３との間に液晶駆動用の電界を形成するために印加されるものであり、通常は接地電位等の安定電圧に設定される。したがって、画素電極１３との対向領域つまり画素領域Ｄ1では、画素電極１３にソースライン１１を通じて所定電位のオン電圧が印加された際には、画素領域にオン電圧に見合った電界が形成される。ここで、ソースライン１１が延設されている隣り合う画素列の間（画素列間）と共通電極１５との対向領域つまり画素列間領域Ｄ2には、ソースライン１１を覆って傘電極１４が配設され、この傘電極１４には共通電極１５に印加されるコモン電圧と同電位の電圧が印加されているから、傘電極１４と共通電極１５との対向領域つまり画素列間領域Ｄ2には常時安定して電界が形成されない。なお、ソースライン１１には入力画像信号に応じた画像信号電圧が供給されているが、充分に幅ｗ1が広い傘電極１４により確実に覆われているから、ソースライン１１と傘電極１４間に電界を形成するだけで、共通電極１５との間に電界が形成されることはない。
【００２３】
一対のガラス基板１、２間には、高分子材料中に液晶が分散保持されてなる高分子分散型液晶１６が挟持されている。本実施形態では、高分子分散型液晶としてスポンジのようにネット状に形成された多数の空隙内に液晶が充填されたポリマネットワーク型液晶（以下、ＰＮＬＣという）が用いられている。このＰＮＬＣは、液晶材料と光重合性化合物（モノマー）との混合物を一対のガラス基板１、２間に挟み、一定の条件下で紫外線を照射することにより得られる。紫外線の照射により相分離が起こり、光重合性化合物が光重合によって高分子に変化するとともに、架橋結合により、微細なドメイン１６１（液晶が満たされた高分子の空隙）を無数に有するポリマーネットワーク（ＰＮ：P o l y m e r N e t w o r k）が液晶中に形成される。このようなＰＮＬＣを用いた表示素子（ＰＮＬＣＤ）は、一般的な液晶表示素子（ＬＣＤ）で必要となる配向膜や配向処理が不要であり、偏光板や位相差フィルムなども不要となるため、単純な構造とすることができ、また、偏光板による光損失が生じないため、明るさの点で、ＴＮ型液晶表示素子などよりも優れている。
【００２４】
次に、上述のように構成された本実施形態のＰＮＬＣＤによる表示動作について説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）示されるように、ゲート電極に走査信号電圧が供給されてＴＦＴがオン状態となり、ソースライン１１を通じて画素電極１３にオン信号電圧が供給されたオン表示状態においては、画素領域Ｄ1にはオン信号電圧に基づく電界が形成され、画素領域Ｄ1におけるドメイン１６１中の液晶分子が電界方向に配向し、ドメイン１６１中の液晶層とポリマーネット層１６２の屈折率がほぼ一致して画素領域Ｄ1が透明状態になる。したがって、前ガラス基板１側から画素領域Ｄ1に入射した光は、そのまま透過して反射電極を兼ねる補助容量電極３により反射され再び画素領域Ｄ1を透過して前ガラス基板１から外部に出射される。この出射光は、補助容量電極３の鏡面化された反射面によるミラー反射光である。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示されるように、画素電極１３に共通電極１５に印加されているコモン電圧と略同じ電圧レベルのオフ電圧が印加されたオフ表示状態では、画素領域Ｄ1に電界が形成されないから、ドメイン１６１中の液晶分子は各ドメイン１６１毎に任意の方向に配向し、ドメイン１６１中の液晶層とポリマーネット層１６２の屈折率が一致せず画素領域Ｄ1が光散乱状態になる。したがって、前ガラス基板１側から画素領域Ｄ1に入射した光は、その大部分が散乱されて前ガラス基板１から出射する。その結果、画素領域Ｄ1は白表示となる。
【００２７】
ここで、画素列間領域Ｄ2は、上述したオン表示状態時及びオフ表示状態時の何れの場合においても、ソースライン１１に供給される画像信号電圧に拘わらず、その電界が傘電極１４によりシールドされているから常に無電界状態であり、したがって、画素電極列間領域Ｄ2におけるドメイン１６１中の液晶分子は各ドメイン１６１毎に任意の方向に配向し、オフ表示状態の画素領域Ｄ1と同様に入射光を散乱させて白表示となっている。
【００２８】
図３（ａ）は、本実施形態のＰＮＬＣＤにおける表示画面を示す平面図であり、ミラー表示エリアＡ1と白表示エリアＡ2からなる２色調表示となる。白表示エリアＡ2は、ミラー表示エリアＡ1と同列エリアＡ21であっても、異なる列のエリアＡ22であっても、共に同じ図２（ｂ）に示す白表示状態となり、従って背景表示の白表示エリアにスジ等の画像ムラは発生していない。
【００２９】
ここで、比較例として、本実施形態のＰＮＬＣＤから傘電極１４を省いたＰＮＬＣＤによる表示動作を説明する。この場合、傘電極が設けられていないから、画素列間領域Ｄ2には、ソースライン１１に供給される画像信号電圧に応じて電界が形成される。
【００３０】
まず、オン表示状態について説明すると、図４（ａ）に示すように、オン表示画素エリアの画素領域Ｄ１には画素電極１３に印加されるオン信号電圧に基づくオン電界が形成され、画素領域Ｄ1はドメイン１６１の液晶分子がオン電界の方向に配向したオン表示状態つまり補助容量電極３の反射光によるミラー表示となる。
【００３１】
このオン表示画素エリアにおける画素列間領域Ｄ2には、ソースライン１１に供給される信号電圧とコモン電圧による電界が形成されている。ソースライン１１には、接続された画素列のオン表示画素に供給するオン信号電圧とオフ表示画素に供給するオフ信号電圧が表示画像情報に応じて適宜供給されており、したがって、液晶分子を配向させる実効電圧は、表示画像によって異なるものの、オン電圧とオフ電圧との間の電圧となる。その結果、この画素列間領域Ｄ2のドメイン１６１における液晶分子は、形成された電界に沿って或る程度配向した中間配向状態となり、表示もオフ表示の白とは異なり、ソースライン１１による反射光や補助容量電極３によるミラー反射光が混じった中間階調表示（グレー表示）となる。
【００３２】
次に、オフ表示状態については、上述のオン表示画素エリアと同列（同じソースライン１１に接続された画素列）の画素エリア（以下、同列画素エリアという）と、オン表示画素エリアとは異なる列の画素（以下、異列エリア画素という）とでは、表示状態が異なる。
【００３３】
図４（ｂ）に示す異列画素エリア、（ｃ）に示す同列画素エリア、共に、画素電極１３に印加される電圧はオフ電圧であり、したがって、それぞれの画素領域Ｄ１は光散乱状態の白表示となっている。
【００３４】
しかし、図４（ｂ）に示す異列画素エリアの画素列間領域Ｄ2では、常にソースライン１１にオフ電圧が供給されているのに対し、図４（ｃ）に示す同列画素エリアの画素列間領域Ｄ2では、ソースライン１１にオン電圧とオフ電圧が表示画像情報に応じて適宜供給されている。
【００３５】
したがって、図４（ｃ）に示されるように、同列画素エリアの画素列間領域Ｄ2にはオン電圧とオフ電圧との間の実効電圧が印加され、中間配向状態による中間階調表示となるのに対し、図４（ｂ）に示されるように、異列画素エリアの画素列間領域Ｄ2では、常にオフ電圧が印加されているから、散乱配向状態による白表示となる。
【００３６】
即ち、図４（ｂ）に示すように、共に画素電極にオフ電圧が印加された白表示エリアＡ2であっても、オン表示のミラー表示エリアＡ1に対して異列の白表示エリアＡ22と同列の白表示エリアＡ21とでは、それぞれの画素列間領域Ｄ2における液晶分子の配向状態が異なるため、エリア全体としては異なる表示となる。
【００３７】
その結果、図示されるようにオン表示のミラー表示エリアＡ1と同列の白表示エリアＡ21は、画素領域Ｄ1の散乱配向による白表示に画素列間領域Ｄ2の中間配向による中間階調のグレー表示が加味され、全体として白表示に近いグレー表示となり、異列の混色の無い白表示エリアＡ22（背景表示エリア）に対して表示ムラとなる。この表示ムラは、ミラー表示画素列と同列の縦スジ状に発生する。
【００３８】
このような比較例としてのＰＮＬＣＤに対し、本発明の一実施形態としてのＰＮＬＣＤでは、各ソースライン１１の上方にソースライン１１の幅よりも充分に広い幅を備え共通電極１５に共通接続された傘電極１４を配設したから、画素電極１３に印加される電圧に係らず常に画素列間領域Ｄ2が無電界状態に維持される。したがって、オン表示画素エリア以外のオフ表示画素エリア（背景表示エリア）が縦スジの無い均一な白表示となる高度なミラー表示の画像品質を安定して得ることができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態では、画素電極１３を透明導電膜として光を透過させ、その背面に配設した補助容量電極３の鏡面化した表面で反射させてミラー表示を行う構成としたが、これに限らず、画素電極をアルミニウム等の金属材料で形成してその表面を鏡面化し、その鏡面で高分子分散液晶層を透過した光を反射させる構成としてもよい。これにより、反射面が表示面（前ガラス基板１の外面）に対してより近くなるため、視差が軽減される。
【００４０】
また、補助容量電極とは別に特定色の反射面を備えた反射板を別個に設けることにより、ミラー反射表示以外の反射表示を得ることができる。
【００４１】
加えて、ガラス基板間に挟持する高分子分散型液晶層としては、ＰＮＬＣに限らず、ポリマ層中に気泡状に分散形成された空隙（ドロップレット）内に液晶が充填され、ＰＮＬＣよりも液晶の混合割合が小さい所謂ドロップレットタイプの高分子分散型液晶層を用いてもよいことは、勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１      前ガラス基板
２      後ガラス基板
３      補助容量電極
４      ゲート電極
５      ゲートライン
６      ゲート絶縁膜
７      アモルファスシリコン膜
８      ソース電極
９      ドレイン電極
１１    ソースライン
１２    層間絶縁膜
１３    画素電極
１４    傘電極
１５    共通電極
１６    高分子分散型液晶層
１６１  ドメイン
１６２  ポリマーネット層
【図１】
0005446668.tif 000002
【図２】
0005446668.tif 000003
【図３】
0005446668.tif 000004
【図４】
0005446668.tif 000005