(57)【要約】【課題】反射型液晶表示素子の画素間隔を１０μｍ以下としたときに開口率が９０％以上となるような高性能表示パネルを得ることが出来る反射型液晶表示素子を提供する。【解決手段】、基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタ１９と、複数のスイッチングトランジスタ１９上に形成された絶縁層１６と、絶縁層１６中に生成した通過孔を介して前記スイッチングトランジスタ１９と接続された複数の画素電極とから構成された素子基板１８が配列され、素子基板１８に対向配置された共通電極１４と、共通電極１４と素子基板１８との間に充填された液晶層１５と、からなる反射型液晶表示素子において、複数の画素電極１２間を所定幅以下にし、かつ複数の画素電極１２と絶縁層１６との間に反射膜１７が形成されるものである。【選択図】      図１
2006030836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタと、前記複数のスイッチングトランジスタ上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に生成した通過孔を介して前記スイッチングトランジスタと接続された複数の画素電極とから構成された素子基板が配列され、前記素子基板に対向配置された共通電極と、前記共通電極と前記素子基板との間に充填された液晶層と、からなる反射型液晶表示素子において、
前記複数の画素電極間を所定幅以下にし、かつ前記複数の画素電極と前記絶縁層との間に反射膜が形成されていることを特徴とする反射型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分子配列が固体のような一定の秩序を保ちながら、その一方では液体のように流動性を有し、電界に対して配列を変えて光学的性質の変化として現れる液晶を用いた装置として液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置に用いる液晶表示素子は共通電極とこれに対抗して配置した個別に制御可能な画素電極との間に液晶を封じ込め、画素電極に選択的にデータ信号で制御された電界を印加することにより、対応する画素電極間の液晶の光学的特性を変化させる。
【０００３】
この液晶表示素子は透過型液晶表示素子と、反射型液晶表示素子とに大別される。
透過型液晶表示素子を用いた液晶表示装置は光学系の構成が比較的簡単になるのでコストダウンを図り易いメリットがある反面、表示パネルを小型化すると、画素電極を選択するスイッチトランジスタや配線の占める面積割合が増えて開口率が下がり、画像の明るさが低下して暗くなると言う欠点がある。
【０００４】
非特許文献１の図１に透過型液晶表示素子と、反射型液晶表示素子のＴＦＴアレイが記載されており、この図１に示されているように反射型液晶表示素子は、反射画素電極の下にスイッチトランジスタや配線を配置するので、表示パネルを小型化しても開口率が下がらず、明るい画像を得ることが出来る。
従って、拡大投影方式の液晶表示装置には、小型高密度の表示パネルを使用した反射型液晶表示素子が適している。
【０００５】
非特許文献１に記載されている反射型表示装置に用いる反射型液晶表示素子の画素間隔は３０μｍ×３６μｍであり、開口率７０％としている。これは透過型液晶表示素子の開口率６０％に比較し高性能であることを示している。
【０００６】
これらの、液晶の画素電極は図８に示すフォトレジスト法においてフォトマスクをレジストに露光し、これを現像することにより形成していた。
【非特許文献１】「液晶投射型ハイビジョン用高密度反射型ＴＦＴアレイ」、田窪米冶他、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ５、ｐｐ．５４４〜５４９（１９９０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した反射型表示装置の反射型液晶表示素子の画素電極を形成するために、フォトレジスト法を画素間隔が１０μｍとより高密度にして、かつ開口率を９０％以上とする高性能表示パネルに用いようとすると、フォトレジスト法の限界である画素間ギャップ０．４μｍにおいて開口率が理論値で９２％となるのにもかかわらず画素間ギャップを通過した入射光が反射型液晶表示素子内で乱反射を生じて開口率を低下させ、実測値で略８２％の開口率しか得らないと言うことが問題点になっていた。
【０００８】
そこで本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、反射型液晶表示素子の画素間隔を１０μｍ以下としたときに開口率が９０％以上となるような高性能表示パネルを得ることが出来る反射型液晶表示素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための手段として、第１の発明による反射型液晶表示素子は、基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタと、前記複数のスイッチングトランジスタ上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に生成した通過孔を介して前記スイッチングトランジスタと接続された複数の画素電極とから構成された素子基板が配列され、前記素子基板に対向配置された共通電極と、前記共通電極と前記素子基板との間に充填された液晶層と、からなる反射型液晶表示素子において、前記複数の画素電極間を所定幅以下にし、かつ前記複数の画素電極と前記絶縁層との間に反射膜が形成されていることを特徴とする反射型液晶表示素子を提供することを目的とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画素間ギャップを通過した入射光が反射型液晶表示素子内で乱反射を生じない構造とし、さらに画素間ギャップを０．０７５μｍから０．１５μｍと狭くすることで反射型液晶表示素子の画素間隔を１０μｍ以下としたときに開口率が９０％以上となるような高性能表示パネルを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態に係る液晶表示装置と反射型液晶表示素子について図１〜図５を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態における液晶表示装置に用いる反射型液晶表示素子の断面図を示す図であり、図２は図１の反射型液晶表示素子の無電極部分に入射光を入力した状態を示す図であり、図３は画素間ギャップによる開口状態を示す図であり、図４は画素間ギャップによる開口率の計算値と実測値を示す図であり、図５はナノプリント法による画素電極生成手順を示す図である。
【００１２】
まず、図１に示すように本発明の実施形態に係る反射型液晶表示素子は、基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタ１９と、複数のスイッチングトランジスタ１９上に形成された絶縁層１６と、絶縁層１６中に生成した通過孔を介して前記スイッチングトランジスタ１９と接続された複数の画素電極とから構成された素子基板１８が配列され、素子基板１８に対向配置された共通電極１４と、共通電極１４と素子基板１８との間に充填された液晶層１５と、からなる反射型液晶表示素子において、複数の画素電極１２間を所定幅以下にし、かつ複数の画素電極１２と絶縁層１６との間に反射膜１７が形成されるものである。
【００１３】
そして図１をさらに詳細に説明すると、単結晶シリコン基板１の表面にドレイン２、ソース３、補助容量素子４が作られ、ドレイン２とソース３の間にゲート酸化膜５を介して多結晶シリコンゲート７を設けてスイッチトランジスタとしてのＭＯＳトランジスタを構成している。
【００１４】
補助容量素子４の上には酸化膜６を介してシリコン電極８を設けてここに補助容量を構成する。ドレイン２は信号電極１０に接続される。ソース３と補助容量のシリコン電極８は金属電極１１を介して接続されている。そして、これらの間には絶縁膜９が形成されている。
【００１５】
次に信号電極１０と金属電極１１の上に、平坦化のために絶縁層１６を形成し、さらにこの上に絶縁性の反射膜17を形成する。
この絶縁性の反射膜17は入射光の反射を効率的に行わせるために、例えばＴｉＯ２とＳｉＯ２の多層膜で形成し、反射効率を考慮して厚みを１μｍ以内に設定する。
【００１６】
そして絶縁性の反射膜17の上に反射画素電極１２を形成し金属電極１１と接続する。接続する際に絶縁性の反射膜17と絶縁層１６は貫通する。この反射画素電極１２は１画素に対して１個設けられ全体としてマトリクス上に配置される。反射画素電極１２の材料としてはアルミニュウム、金等の反射率の高い金属を使用する。
【００１７】
絶縁性の反射膜17は金属電極１１と接続する反射画素電極１２の貫通部分を除いて基盤表面全体に設けられるから、これにより、反射画素電極１２間の入射光漏れ込みを阻止出来る。
【００１８】
次に反射画素電極１２と露出している絶縁性の反射膜17の上に液晶配光膜１３を全面に渡って形成しさらにその上に透明の共通電極１４を用意して液晶１５を封じ込める。
このようにして反射型液晶表示素子を形成する。
【００１９】
次に動作について説明する。
まず多結晶シリコンゲート７に選択電圧が印加されると、ドレイン２とソース３との間にチャネルが形成されてドレイン２とソース３間が導通し、次にソース３から金属電極１１を介して電気的に接続されている反射画素電極１２が信号電極１０の電位に充電される。
【００２０】
そして多結晶シリコンゲート７の電圧が非選択時の電圧になると、次にゲート選択電圧がかかるまでの間、チャンネルが絶たれてソース３及び反射画素電極１２はフローティング状態となり、ソース３及び反射画素電極１２の電位は信号電位に維持される。そして、反射画素電極１２と共通電極１４との間に所定の電位が印加されている間だけこの間の液晶１５が光学的な変位を受けることになる。
【００２１】
透明な共通電極１４から入ってくる入射光は、光学的変位を受けた液晶１５のパターンに従ってこれを透過し、この透過光は液晶の配向膜１３を透過した後金属製の薄い反射画素電極１２により反射されて、入射光路を戻っていく。
反射画素電極１２以外の部分を透過した光は、図２の無電極部分（１）に示すように、絶縁性の反射膜１７の表面で反射されて入射光路を戻っていく。
【００２２】
このようにして入射光は薄い反射画素電極１２によりほとんどが反射され、残りは絶縁性の反射膜１７で反射して、入射光路を戻っていく。そして絶縁性の反射膜１７が反射画素電極１２間の直下に配置されることにより、トランジスタ構成部分には入らないため画素電圧の不要な変動を防ぐことが出来る。
【００２３】
図３に反射画素電極１２の画素間隔が１０μｍ×１０μｍの時の画素間ギャップ０．４μｍ，０．２μｍ，０．１μｍの反射パターンを示す。このように画素間ギャップが大きいと縦横に白い線が強く現れ画素間ギャップが小さいほど少なくなる。
【００２４】
これを開口率にして図４に示す。開口率の測定は入射光１００に対する反射光の割合を測定したものである。
図４の開口率計算値は反射画素電極１２の面積と画素間ギャップから算出したもので、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に示すように画素間ギャップに対し直線となる。
開口率実測値Ｂは反射膜１７が無い場合で図７の無電極部分(２)に示すように反射型液晶表示素子の内部で乱反射や漏れ込み光により入射光が散乱して開口率を低下させる。従って図４のＬ０，Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３に示すように開口率計算値に対して低い値となる。しかし、画素間ギャップが０．１５μｍ付近から急速に開口率計算値に近づくようになる。これは使用する光の波長が４５０ｎｍから７５０ｎｍであり画素間ギャップに近くなるため入射光の散乱が生じにくくなるためである。
そして画素間ギャップが使用する光の波長以下になると入射光と反射光で干渉を起しやすくなるので、画素間ギャップは使用する最大の光の波長７５０ｎｍすなわち０．０７５μｍ以上が必要である。従って画素間ギャップは０．０７５μｍから０．１５μｍに設定すれば効果的である。
【００２５】
開口率実測値Ａは反射膜１７を有する場合で、反射膜１７が無い場合に比べ反射型液晶表示素子の内部での乱反射や漏れ込み光がないので開口率が向上している。この場合開口率が９０％以上となるのは０．２μｍ付近からであるがやはり０．１５μｍ付近から急速に開口率計算値に近づくようになる。
【００２６】
従って図４に示す実測値から反射膜１７は開口率向上に効果があり、また画素間ギャップを０．０７５μｍから０．１５μｍとすれば更に良好な開口率が得られ画素間ギャップが見えにくい高画質の反射光による画像を得ることが出来る。
【００２７】
次に画素間ギャップの０．０７５μｍから０．１５μｍを実現するために１０ｎｍの精度を実現できるナノプリント法による反射画素電極１２の製法を図５に示す。  
まず反射画素電極１２のパターンをモールドし、そしてＳｉ基板にＡＬ電極を形成後その上にレジスト（ＰＭＭＡ）を塗布する（１）。
次にモールド及びＳｉ基板を加熱しレジストが軟化するまで昇温する（２）。
そしてモールドをレジストに押し付ける（３）。
モールドとレジストを加圧したまま冷却してレジストを硬化させる（４）。
次にモールドをレジストから剥離する（５）。
そしてエッチングする（６）。
最後にレジストを除去する（７）。
【００２８】
このようにして反射画素電極１２のパターンを形成すれば０．０７５μｍから０．１５μｍの画素間ギャップを容易に得ることが出来る。    
【００２９】
以上のように本発明の実施形態によれば、反射画素電極１２の画素間ギャップ直下に反射膜１７を画素間ギャップ以上の幅で設定すれば、開口率を大幅に向上出来る。また、画素間ギャップを０．０７５μｍから０．１５μｍとすれば、使用する光の波長が画素間ギャップに近くなるため入射光の散乱が生じにくくなり更に開口率を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態における液晶表示装置に用いる反射型液晶表示素子の断面図を示す図である。
【図２】図１の反射型液晶表示素子の無電極部分に入射光を入力した状態を示す図である。
【図３】画素間ギャップによる開口状態を示す図である。
【図４】画素間ギャップによる開口率の計算値と実測値を示す図である。
【図５】ナノプリント法による画素電極生成手順を示す図である。
【図６】従来の液晶表示装置に用いる反射型液晶表示素子の断面図を示す図である。
【図７】図６の反射型液晶表示素子の無電極部分に入射光を入力した状態を示す図である。
【図８】従来のフォトマスクによる画素電極生成手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・単結晶シリコン基板、２・・・ドレイン、３・・・ソース、４・・・補助容量素子、５・・・ゲート酸化膜、６・・・酸化膜、７・・・多結晶シリコンゲート、８・・・シリコン電極、９・・・絶縁膜、１０・・・信号電極、１１・・・金属電極、１２・・・反射画素電極、１３・・・液晶配向膜、１４・・・共通電極、１５・・・液晶、１６・・・絶縁層、１７・・・反射膜、１８…素子基板        
【図１】
2006030836.tif 000003
【図２】
2006030836.tif 000004
【図３】
2006030836.tif 000005
【図４】
2006030836.tif 000006
【図５】
2006030836.tif 000007
【図６】
2006030836.tif 000008
【図７】
2006030836.tif 000009
【図８】
2006030836.tif 000010