(57)【要約】【課題】半透過型液晶表示装置の光漏れを抑制する。【解決手段】半透過型液晶表示装置は、所定の間隙を介してお互いに接合した一対の基板１と、間隙に保持された液晶とからなる。片方の基板１には行状の走査線４と列状の信号線５とこれらを被覆する平坦化膜６とこれら走査線４及び信号線５によって駆動される行列状の画素７とが形成されている。各画素７は上下の走査線４と左右の信号線５とで区画されている。各画素７は反射電極が形成された反射領域８と透明電極が形成された透過領域９とに上下で分かれている。信号線５より幅の太い遮光膜１０が信号線５と基板１の表面との間に介在しており、透過領域９で信号線５の脇からの光漏れを防止する。【選択図】図２
2006126729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隙を介してお互いに接合した一対の基板と、該間隙に保持された液晶とからなり、
片方の基板には行状の走査線と列状の信号線とこれらを被覆する平坦化膜とこれら走査線及び信号線によって駆動される行列状の画素とが形成されており、
各画素は上下の走査線と左右の信号線とで区画されており、各画素は反射電極が形成された反射領域と透明電極が形成された透過領域とに上下で分かれている半透過型液晶表示装置において、
該信号線より幅の太い遮光膜が該信号線と基板表面との間に介在しており、該透過領域で該信号線の脇からの光漏れを防止することを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項２】
前記片方の基板には、該信号線と該走査線とを隔てる層間絶縁膜が形成されており、且つ該層間絶縁膜は該透過領域から選択的に除去されているとことを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項３】
前記信号線と遮光膜との間には該層間絶縁膜が残されていることを特徴とする請求項２記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項４】
前記信号線の根元部は該残された層間絶縁膜に埋め込まれていることを特徴とする請求項３記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項５】
他方の基板には該透過領域と反射領域とで液晶の厚みを調整する台状部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などで駆動される画素をマトリクス状に配列したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。より詳しくは、各画素を反射領域と透過領域に分割した半透過型液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、透過領域の光漏れを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号で変調し表示内容を書き換える事のできるフラットディスプレイとして様々なものが開発されている。近年研究開発が盛んな自発光型表示装置としては、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイなどが挙げられる。この様な自発光型ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較して輝度が明るいため、屋内では視認性に優れる。しかし、屋外においては自発光するディスプレイの輝度よりも、屋外の環境の方が明るくなる事が多い。この様な環境下では自発光表示装置の視認性は著しく悪くなる。
【０００３】
これに対して反射型の液晶ディスプレイは、自らは発光せず外光を利用して表示するために、屋外の充分に明るい環境下でも視認性が悪くなる事はなく、むしろ明るさが増し視認性はよくなる。しかし、反射型液晶ディスプレイは屋外で明るい環境下での視認性に優れるが、夜になり暗い環境になった時には、発光しない為に当然暗くなり視認性も悪くなる。反射型液晶ディスプレイは、周辺環境の明るさがそのままディスプレイの明るさに反映されるので当然である。
【０００４】
そこで、携帯端末のディスプレイとしては、屋外においても屋内においてもどのような環境下でも視認性に優れる表示装置が求められることになる。この様な目的を達成する為の表示装置の１つとして、透過反射併用型の液晶ディスプレイが挙げられる。本明細書では、この透過反射併用型液晶ディスプレイを、半透過型液晶表示装置と呼んでいる。この半透過型液晶表示装置は、反射領域と透過領域を画素内で分割する事で、反射透過併用モードを実現している。明るい外光下では反射モードで表示を見る一方、暗い環境下ではバックライトを点灯して透過モードで表示を見る。この様な半透過型液晶表示装置は、例えば特許文献１に記載されている。その他、関連する従来技術として以下の特許文献２ないし４が挙げられる。
【特許文献１】特開２００１−３５０１５８公報
【特許文献２】特開平１０−０２０３３８号公報
【特許文献３】特開平１０−０９０７１６号公報
【特許文献４】特開２０００−１６４８７３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素は、上下の走査線と左右の信号線とで区画されている。半透過型では、各画素は反射電極が形成された反射領域と透明電極が形成された透過領域とに上下で分かれている。したがって、透過領域は左右に分かれた一対の信号線の間に配されている。この構造の場合、透過モードの黒表示では、一対の信号線で挟まれた透過領域が完全にバックライトを遮断して黒色になることが理想である。しかしながら、実際には信号線周りに段差があるため、回折もしくは屈折などで光漏れが生じていた。信号線近傍のこの光漏れにより、半透過型液晶表示装置のコントラストが低下するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は半透過型液晶表示装置の光漏れを抑制することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明は、所定の間隙を介してお互いに接合した一対の基板と、該間隙に保持された液晶とからなり、片方の基板には行状の走査線と列状の信号線とこれらを被覆する平坦化膜とこれら走査線及び信号線によって駆動される行列状の画素とが形成されており、各画素は上下の走査線と左右の信号線とで区画されており、各画素は反射電極が形成された反射領域と透明電極が形成された透過領域とに上下で分かれている半透過型液晶表示装置において、該信号線より幅の太い遮光膜が該信号線と基板表面との間に介在しており、該透過領域で該信号線の脇からの光漏れを防止することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記片方の基板には、該信号線と該走査線とを隔てる層間絶縁膜が形成されており、且つ該層間絶縁膜は該透過領域から選択的に除去されている。又前記信号線と遮光膜との間には該層間絶縁膜が残されている。又前記信号線の根元部は該残された層間絶縁膜に埋め込まれている。又他方の基板には該透過領域と反射領域とで液晶の厚みを調整する台状部が形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号線の下に、信号線とは別層になる遮光膜を設けている。この遮光膜の幅よりも信号線の幅を狭くする事で、従来問題となっていた透過領域における信号線脇の光抜けを防止している。これにより、半透過型液晶表示装置のコントラストを改善する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。説明の都合上、まず本発明の元となった半透過型液晶表示装置の参考例を、図１に基づき説明する。図１の（Ａ）は半透過型液晶表示装置の１画素分を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った模式的な断面図である。図示するように、この液晶表示装置は、所定の間隙を介して互いに接合した一対の基板と、この間隙に保持された液晶とからなる。（Ｂ）の断面図では、一方の基板１のみを示してあり、他方の基板と液晶は図示を省略している。この片方の基板１には、行状の走査線４と列状の信号線５とこれらを被覆する平坦化膜６とこれら走査線４及び信号線５によって駆動される行列状の画素７とが形成されている。（Ａ）に示すように、各画素７は、上下の走査線４と左右の信号線５とで区画されている。画素７は、反射電極が形成された反射領域８と透明電極が形成された透過領域９とに上下で分かれている。なお（Ｂ）の断面図では、透過領域に形成された透明電極が省略されている。
【００１０】
図１に示した参考例では、アルミニウム金属等からなる信号線５を、画素７の透過領域を囲む遮光部（ブラックマトリクス）として用いている。近年における携帯端末モニタなどの用途では、３００以上に及ぶ非常に高いコントラストが必要であり、また高精細化に伴い信号線５を低抵抗化する必要がある。この関係で、信号線５を構成するアルミニウム金属膜の厚みが大きくなる傾向にある。これにより、信号線５を被覆する平坦化膜６の表面に段差Ｔが生じる。この段差Ｔは信号線５の脇に沿って生じる。信号線５のみでブラックマトリクスを構成した場合、信号線５の脇に沿った平坦化膜６の段差Ｔが原因で、光り抜けが発生する。この光り抜けは、段差Ｔ近傍での光の屈折、回折及び反射などに起因する。この段差Ｔが原因で黒表示時に光漏れが生じ、コントラストの低下を招いている。
【００１１】
図２は、本発明にかかる半透過型液晶表示装置の実施形態を示す模式的な部分平面図（Ａ）及び部分断面図（Ｂ）である。理解を容易にするため、図１に示した参考例にかかる液晶表示装置と対応する部分には対応する参照符号を用いてある。図示するように、本液晶表示装置は、所定の間隙を介して互いに接合した一対の基板と、間隙に保持された液晶とからなる。図示を容易にするため（Ｂ）の断面図では、片方の基板１のみを示し、他方の基板と液晶は図示を省略してある。（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、片方の基板１には行状の走査線４と列状の信号線５とこれらを被覆する平坦化膜６とこれら走査線４及び信号線５によって駆動される行列状の画素７とが形成されている。各画素７は、上下の走査線４と左右の信号線５とで区画されている。換言すると、上下の走査線４と左右の信号線５とでブラックマトリクスが形成され、各画素７はこのブラックマトリクスによって個々に区画されている。各画素７は、反射電極が形成された反射領域８と透明電極が形成された透過領域９とに上下で分かれている。本実施形態では、反射領域８に形成された反射電極は微細な凹凸を有し光散乱反射面となっている。一方、透過領域９に形成された透明電極は通常平坦化膜６の上に配されているが、（Ｂ）の断面図では図示を省略してある。
【００１２】
本発明に特徴事項として、信号線５より幅の太い遮光膜１０が信号線５と基板１表面との間に介在しており、透過領域９で信号線５の脇からの光漏れを防止している。通常、片方の基板１には、信号線５と走査線４とを隔てる層間絶縁膜１１が形成されている。本実施形態では、この層間絶縁膜１１は透過領域９から選択的に除去されており、透過領域９の透過率を高めている。一方、信号線５と遮光膜１０との間には層間絶縁膜１１が残された構成となっている。この場合、信号線５の根元部は残された層間絶縁膜１１に埋め込むような構造としてもよい。場合によっては、信号線５と遮光膜１０の間からも層間絶縁膜１１を除去してもよい。なお、片方の基板１に対向する他方の基板には、透過領域９と反射領域８とで液晶の厚みを調整するため、台状部が形成されている。
【００１３】
本発明では、信号線５の脇に沿った光漏れを抑制するため、信号線５よりも下方に位置する金属層を用いて遮光膜１０を形成している。信号線５よりも下方に位置する金属層としては、例えば走査線４を構成する金属層などが考えられる。この遮光膜１０に対して信号線５の幅を細くする事により、信号線５の脇に発生する光漏れを低減する事ができる。信号線５と遮光膜１０を電気的に分離するため、層間絶縁膜１１が残されている。なお、透過領域９からは層間絶縁膜１１を除去して、透過率を上げることが一般的である。（Ｂ）から明らかなように、信号線５よりも下位のレイヤーで遮光膜１０を形成した場合、信号線５に沿った段差Ｔは下方の遮光膜１０内に収まる事となり、表示に寄与する透過領域には入り込まない。遮光膜１０の材料には特に限定はないが、金属などのスパッタ膜で形成する事が、後工程における熱安定性の観点から好ましい。あるは本実施形態のように、走査線４と同一の金属レイヤーで遮光膜１０を兼ねる事もできる。これよれば、成膜工程を１つ削減する事が可能である。
【００１４】
図３は、本発明にかかる半透過方液晶表示装置の他の実施形態を示す模式的な部分断面図である。理解を容易にするため、図２の（Ｂ）に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、層間絶縁膜が信号線５と遮光膜１０との間から除かれている事である。これにより、基板１の表面から信号線５の頂部までの高さが縮小されるため、平坦化膜６の表面に現れる段差Ｔが緩和される。この結果、光漏れがいっそう軽減可能である。この遮光膜１０は、金属層に限定されるものではなくプラスチック層でもよい。
【００１５】
図４は、本発明にかかる半透過型液晶表示装置の別の実施形態の模式的な部分断面図である。理解を容易にするため、図２の（Ｂ）に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。異なる点は、信号線５の根元部が層間絶縁膜１１に埋め込まれている事である。これにより、図３の実施形態と同様平坦化膜６の表面に現れる段差Ｔを緩和可能である。
【００１６】
図５は、本発明にかかる半透過型液晶表示装置の全体構成を示す模式的な断面図である。この断面図は、走査線と平行な線で切断した１画素分を表している。図示するように、本液晶表示装置は、上下一対の基板１，２と両者の間に保持された液晶３とで構成されている。１個の画素７は、反射領域と透過領域とに分かれている。反射領域には反射電極８ａとこれを駆動する薄膜トランジスタなどが形成されている。一方透過領域には透明電極９ａが形成されている。本明細書では、この反射電極と透明電極を合わせて画素電極と呼ぶ場合がある。他方の基板２の内表面にはカラーフィルタ１３と対向電極１４とが形成されている。対向電極１４と画素電極との間で保持された液晶３に電圧が印加され、所望の表示が行われる。
【００１７】
反射領域では、表側の基板２から入射した光が反射電極８ａで反射され、再び表側の基板２から出射していく。このため、光は液晶３を往復する事になる。一方、透過領域では裏側の基板１から入射した照明光が液晶３を通って表側の基板２に出射される。このため、透過領域では光が液晶３を一回通過するだけである。透過領域と反射領域とで液晶３の光学的な作用を等しくするため、反射領域に位置する液晶３の厚みを、透過領域に位置する液晶３の厚みの半分にする事が一般的である。この目的で、カラーフィルタ１３の反射領域側には、透明レジストで構成された台状部１５が予め構成されてる。さらに、台状部１５と反射電極８ａとの間で液晶３の厚みを一定にするため、支柱１６が配されている。
【００１８】
図６は、図５に示した基板２の製造方法を示す工程図である。まず工程（Ａ）に示すように、基板２の表面にカラーフィルタ１３を形成する。反射領域では光が往復する一方、透過領域は光が１回通過するだけである。このため、カラーフィルタ１３は反射領域と透過領域とで濃度に差が設けられている。即ち、反射領域の色濃度に比べて透過領域の色濃度が濃くなっている。
【００１９】
続いて工程（Ｂ）で、カラーフィルタ１３の反射領域の上に、選択的に台状部１５を形成する。具体的には、カラーフィルタ１３の表面に透明レジストを成膜した後、フォトリソグラフィーで台状部１５のパターンに加工する。
【００２０】
続いて工程（Ｃ）で、反射領域上の台状部１５及び透過領域の表面を被覆するように、対向電極１４を形成する。具体的には、ＩＴＯ等の透明導電材料をスパッタリングなどで、基板２の表面に成膜する。
【００２１】
最後に工程（Ｄ）で、台状部１５の上に支柱１６を形成する。この支柱１６も、台状部１５と同様に透明レジストのフォトリソグラフィーなどで形成する事ができる。
【００２２】
図７は、図５に示した基板１に形成された反射領域の具体的な構成例を示す模式的な部分断面図である。図示するように、反射領域は基板１に形成された反射電極８ａとこれを駆動する薄膜トランジスタＴＦＴとで構成されている。図示を簡略化するため、反射電極８ａは平坦な平面を有しているが、実際は微細な凹凸を有し光拡散面となっている。また図示しないが、反射電極８ａには透過領域側の透明電極が接続されている。
【００２３】
薄膜トランジスタＴＦＴは、基板１に形成されたゲート電極４ｇとその上に配された半導体薄膜１８とで構成されている。なお、ゲート電極４ｇは図１（Ａ）に示した走査線４に接続されている。半導体薄膜１８は、例えばアモルファスシリコン薄膜あるいはポリシリコン薄膜で構成されている。ゲート電極４ｇと半導体薄膜１８との間に、２層のゲート絶縁膜１７ａ，１７ｂが配されている。これらのゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などで形成されている。
【００２４】
半導体薄膜１８はゲート電極４ｇ直上のチャネル領域と、その両側のソース１８ｓ及びドレイン１８ｄに分かれている。チャネル領域はストッパ１９で保護されている。かかる構成を有するボトムゲート型のＴＦＴは、２層の層間絶縁膜１１ａ，１１ｂで被覆されている。この層間絶縁膜１１ａ，１１ｂにはコンタクトホールが開口している。層間絶縁膜１１ｂの上にはアルミニウムなどの信号線５が形成されており、上述したコンタクトホールを介してＴＦＴのソース１８ｓに接続している。また、ドレイン１８ｄに接続する電極５ｄも形成されている。ＴＦＴ及び信号線５や電極５ｄはアクリル樹脂などからなる平坦化膜６で被覆されている。この平坦化膜６の上には前述した反射電極８ａが形成されている。反射電極８ａは電極５ｄを介してＴＦＴのドレイン１８ｄに電気接続している。
【００２５】
図８は、図７に示した基板１の製造方法を示すフローチャートである。まずステップＳ１で基板１の表面にゲート電極を作成する。例えば金属モリブデンをスパッタした後、所定の形状にパターニングしてゲート電極を作成する。このとき同時に走査線を作成する。さらに、本発明にしたがって遮光膜も形成する。続いてステップＳ２で、ゲート電極を被覆するように２層のゲート絶縁膜を作成する。さらにステップＳ３で、２層のゲート絶縁膜の上に半導体薄膜を成膜する。具体的には、ＣＶＤ法でアモルファスシリコン薄膜（ａ−Ｓｉ）を成膜した後、レーザーアニールを施してポリシリコン薄膜に転換する。ステップＳ４で、このポリシリコン薄膜にＰ型の不純物を導入して、Ｐ型の薄膜トランジスタを作成する。同様にステップＳ５でＮ型の不純物を注入してＮ型の薄膜トランジスタを作成する。Ｎ型の薄膜トランジスタの一部は画素ごとに画素電極を駆動するＴＦＴとなる。残りのＰ型及びＮ型トランジスタは、基板１の周辺に形成され、画素アレイを駆動する周辺駆動回路を構成する。
【００２６】
ステップＳ６でＮ型のトランジスタやＰ型のトランジスタを２層の層間絶縁膜により被覆する。その際、反射領域ではＴＦＴを被覆するため、２層の層間絶縁膜を残すが、透過領域では不要な層間絶縁膜は除去しておく。この後ステップＳ７で、層間絶縁膜の上に信号線を作成する。さらにステップＳ８で信号線を被覆するように平坦化膜を作成する。続いてステップＳ９で基板の透過領域となる部分に透明電極を作成する。さらにステップＳ１０で基板の反射領域となる部分に反射電極を作成する。以上により、図７に示したＴＦＴ基板が完成する。
【００２７】
最後に、実施例として各種サンプルを作成し、透過領域でのコントラストを測定して、本発明の評価を行った。具体的には、図６に示したカラーフィルタ基板２と図７に示したＴＦＴ基板１を所定の間隙を介して接合し、両者の間に液晶を注入してパネルを作成した。なお、各基板の表面には予めポリミド膜を塗布し、ラビング処理を施した。この様にラビング処理を施した両基板１，２をシールスペーサーで張り合わせ、これに液晶を注入した。この液晶はチッソ株式会社製で、誘電異方性Δε＝１１、屈折率異方性Δｎ＝０．１００である。この液晶材料を減圧下でパネルに注入した後、注入口を封止してある。なおこのパネルには、図２ないし図４に示した遮光膜構造の各種サンプルが含まれている。また図１に示した参考例のサンプルも含まれている。
【００２８】
評価は、この様にして作成された液晶パネルの表裏両面に偏光板や位相差板をセットした後、実際に駆動してコントラストを測定した。図９は、偏光板や位相差板の配置を示す模式図である。液晶パネル０の表面側には、上から順に偏光板５１、λ／２板５２及びλ／４板５３が取り付けられている。表偏光板５１の透過軸は水平方向に対して１１０°の角度でセットされている。また表側λ／２板５２の遅相軸は水平方向に対して３５°の角度でセットされている。さらに表側λ／４板５３の遅相軸は水平方向と直交するようにセットされている。液晶パネル０の配向方向（遅相軸）は、水平軸と直行する方向にセットされている。この遅相軸は前述したラビング処理のラビング方向である。
【００２９】
液晶パネル０の裏面側には順にλ／４板５４、λ／２板５５、偏光板５６が重ねられている。λ／４板５４の遅相軸は水平方向と直交している。λ／２板５５の遅相軸は水平方向と−３０°の角度をなしてセットされている。最後に裏側の偏光板５６の透過軸は水平方向と−１０°の角度をなしてセットされている。
【００３０】
図９に示した構成の液晶表示装置を室温にて駆動し、透過領域のコントラストを計った。この液晶パネルは印加電圧０Ｖで白表示となり、印加電圧４Ｖで黒表示となる、ノーマリーホワイトモードである。白と黒のコントラスト比を測定したところ、図１に示した参考例はコントラスト比が１５０であった。信号線脇からの光漏れがあるため、コントラスト比は実用レベルで必要な３００に達していない。図２に示したサンプルは、コントラスト比が２５０であった。信号線の下方に遮光膜を設けたため、平坦化膜の表面に現れた段差Ｔからの光漏れが少なくなり、その分コントラストの改善が見られる。さらに図３のサンプルはコントラスト比が３００に上昇した。これは、信号線５と遮光膜１０の間から層間絶縁膜１１を除去したため、信号線５が低くなり、平坦化膜６の表面に現れた段差Ｔが緩和された為である。同様に図４のサンプルもコントラストが３００に改善された。これは、信号線５の根元を層間絶縁膜１１に埋め込んだため、やはり信号線５の高さが低くなり平坦化膜６表面の段差Ｔが緩和された事による。以上示したように、信号線の下のレイヤーで遮光を行い、さらに信号線を遮光膜より細い構造とすると事で、光り抜けが改善され非常に高いコントラストが得られる事が分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】半透過型液晶表示装置の参考例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図２】本発明にかかる半透過型液晶表示装置の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明にかかる半透過型液状表示装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】さらに別の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる半透過型液晶表示装置の全体構成を示す模式的な断面図である。
【図６】図５に示したカラーフィルタ基板の製造方法を占めす工程図である。
【図７】図５に示したＴＦＴ基板の具体的な構成例を示す断面図である。
【図８】図７に示したＴＦＴ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】液晶パネルに対する偏光板や位相差板のセッティングを示す模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・基板、２・・・基板、３・・・液晶、４・・・走査線、５・・・信号線、６・・・平坦化膜、７・・・・・・画素、８・・・反射領域、９・・・透過領域、１０・・・遮光膜、１１・・・層間絶縁膜
【図１】
2006126729.tif 000003
【図２】
2006126729.tif 000004
【図３】
2006126729.tif 000005
【図４】
2006126729.tif 000006
【図５】
2006126729.tif 000007
【図６】
2006126729.tif 000008
【図７】
2006126729.tif 000009
【図８】
2006126729.tif 000010
【図９】
2006126729.tif 000011