(57)【要約】【課題】セルギャップが均一化された液晶表示装置を提供する。【解決手段】第１の基板と、第１の基板に対向する第２の基板と、第１の基板及び第２の基板の間に挟持された液晶層と、第１の基板の一方の面上に設けられた薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを覆う有機膜からなる層間絶縁膜と、第２の基板上に設けられた、表面が平坦な反射層と、反射層に設けられたカラーフィルターと、カラーフィルターを覆うオーバーコート層と、第１及び第２の基板を均一な間隔で保持するスペーサとを有する液晶表示装置である。【選択図】図４
2011002855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の間に挟持された液晶層と、
前記第１の基板の一方の面上に設けられた薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを覆う有機膜からなる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられ、前記薄膜トランジスタと電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極上に設けられた第１の配向膜と、
前記第２の基板上に設けられた、表面が平坦な反射層と、
前記反射層に設けられたカラーフィルターと、
前記カラーフィルターを覆うオーバーコート層と、
前記オーバーコート層に設けられた共通電極と、
前記共通電極に設けられた第２の配向膜と、
前記第１及び第２の配向膜に接し、前記第１及び第２の基板を均一な間隔で保持するスペーサと、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記層間絶縁膜上に設けられたデータ配線を有し、
前記データ配線は、前記画素電極と電気的に接続しない位置に配置され、
前記データ配線は、チタン又はアルミニウムを有し、
前記画素電極は、ＩＴＯからなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記スペーサは球状をなし、プラスチックでなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、シール材で貼り合わせられ、
前記シール材はフィラーを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１及び第２の基板間のセルギャップと、前記スペーサの大きさは等しく、
前記フィラーの大きさは、前記セルギャップより大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記シール材は、前記薄膜トランジスタを有する画素部、走査信号制御回路及び画像信号制御回路の外側、且つ、外部入出力端子よりも内側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記外部入出力端子は、前記データ配線と同じ構成でなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記反射層は、銀又は銀合金でなり、
前記銀でなる反射層に接して、保護膜が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の基板の他方の面には、前方散乱板が設けられ、
前記前方散乱板に接して、λ／４板が設けられ、
前記λ／４板に接して、偏光板が設けられ、
前記λ／４板の遅相軸と、前記偏光板の透過軸とがなす角は４５度であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型および半透過型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を利用したアクティブマトリクス液晶表示装置は、モバイルコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話、ヘッドマウントディスプレイ等の直視形表示装置として、またフロントおよびリアプロジェクタの様なレンズ等の光学系により拡大表示を目的とする投射形の表示装置として開発が活発に行われている。
【０００３】
これらは外光を反射させて表示する反射型表示装置と、バックライトもしくはメタルハライド等の光源光を透過させて表示する透過型表示装置の他、両者の特徴を有する半透過型に分類される。
【０００４】
反射型表示装置は、バックライトが必要無いことから低消費電力化が図れ携帯する装置に有利である。さらに太陽光線の下で表示を見る場合はバックライトよりも見やすい。
【０００５】
反面、暗いところでは見えず使えない、外光を使用するため明るい表示が得難い、コントラストを高くし難いという欠点がある。
【０００６】
このため暗いところでもその使用が可能になるように考えられたものが半透過型の表示装置である。しかし、この場合もコントラストおよび明るさに反射型よりも劣り、表示的にはさらに厳しい状況である。
【０００７】
以下に従来の反射型アクティブマトリクス液晶表示装置について説明する。ここでは反射作用を有しこの特性を利用する画素電極を反射画素電極と称す。
【０００８】
図１（Ａ）に反射画素電極を鏡面とした場合における１枚偏光板方式直視形のアクティブマトリクス反射型液晶表示装置の従来例を示す。
【０００９】
カラーフィルタ層１０１、ブラックマトリクス（以下ＢＭ）１０２、共通電極１０３からなる対向基板と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の半導体素子１０４で形成されるアクティブマトリクス回路が形成された素子基板を有する。
【００１０】
この両基板間に液晶１０５を注入し、共通電極１０３と反射画素電極１０６の電界を制御することにより電気光学変調を行う。この場合、液晶１０５を配向させるため、両電極上１０３、１０６には配向膜１０７が成膜され、ラビング等による配向処理が行われる。
【００１１】
この後、液晶１０５との組み合わせで光の透過量を制御する偏光板１１０や視野角改善、映り込み対策を兼ねて位相差板１０９、散乱板１０８等を貼付する。
【００１２】
本明細書では偏光板、散乱板、位相差板、λ／４板というように語尾に板という表現を用いているが、通常これらはフィルムの形態をしていることが多いために、慣習的に呼ばれるものである。しかし本明細書では、これらは必ずしも板状のものでなければならない、ということはない。偏光板とは偏光機能を、散乱板とは前方散乱機能を、そして位相差板およびλ／４板は光の変調機能をそれぞれ有するものの総称としてここでは定義する。
【００１３】
鏡面反射画素電極１０６を採用した直視形液晶表示装置では、白色をより白くするため、任意の視野範囲内で隣接画素に影響を与えない範囲で光を散乱させる必要があり、これを散乱板１０８等で実現している。
【００１４】
外光を反射するための反射板は画素電極１０６を兼ねて素子基板上に形成される。データ線、ゲート線、ＴＦＴ部、容量形成部の上に構成されるため、画素領域において９０％前後の電極面積率が得られる。
【００１５】
さらに半導体素子１０４上部に反射板１０７があるため直接的、間接的に、この半導体層への光の照射量が減る。これによりオフ電流が増加する光リークが防止できるという効果がある。特に強力な光源からの光を照射するプロジェクターでは有効である。
【００１６】
上記のような構造において、反射型の液晶表示モードとして、液晶１０５への電圧印加時に黒表示、無印加に白表示となるノーマリホワイトモードを採用することが多い。これはノーマリブラックモードと比べて明るさを得やすいためである。
【００１７】
しかし、液晶表示装置にてノーマリホワイトモードを採用した場合、隣接する画素の境界部で光漏れが生じ、コントラストを劣化させる原因となっている。
【００１８】
これは各画素の電極間では対向基板との間に印加される電界よりも、基板面に対して平行な横方向電界の影響が顕著となり、この部分に存在する液晶分子がこの横方向電界の影響を受け、異なる液晶配向状態のドメインを生じるためである。このドメインの境界部がデータ線、ゲート線上もしくは、この近傍にディスクリネーションとして観察される。表示において、この部分に強い光漏れが見られるだけでなく、その周辺にも光漏れが観察される。
【００１９】
通常、液晶表示装置では液晶および配向膜材料中の不純物イオン等の影響による残留直流電界の発生を抑え、また表示におけるフリッカー（ちらつき）現象を防止するため、フレーム周期ごと、および同一フレーム内の隣接画素間において交流駆動を採用している。このため、極性の異なる電界が隣接画素の境界部で存在し、対向基板と（反射）画素電極間に印加される電界の２倍の電界となっていることも、光漏れが広範囲におよぶ要因になっている。
【００２０】
この対策としては、物理的にこの光漏れを隠す方法がある。対向基板に光を遮光もしくは吸収するＢＭ１０２を形成して、光漏れ部を隠す手段がとられる。
【００２１】
この方法は簡単だが、対向基板にＢＭ１０２を形成する工程が必要なこと、および対向基板と素子基板の貼り合わせマージンを考慮してＢＭの領域を確保しなければならないという欠点がある。このため、反射画素電極１０６の有効な反射面積はかなり削減される。
【００２２】
透過型液晶表示装置の場合は素子基板上にＢＭを形成し、貼り合わせ精度をマスクの位置合わせ精度に改善できる。しかし、対向基板側より観察する反射型液晶表示装置においては、対向基板上にＢＭを形成せざるをえないのが実状である。
【００２３】
ディスクリネーションによる光漏れ幅を２μｍに抑えた場合でも、データ線あるいはゲート線の線幅を４μｍとすると、対向基板と素子基板の貼り合わせ精度はその他マージンを含めて±２μｍ程度見積もる必要があり、ＢＭ幅としては６μｍ程度必要となる。
【００２４】
このため２μｍ画素領域を遮光することとなり、結局、反射画素電極１０６の有効反射面積を活かせない。
【００２５】
他の対策としては、液晶表示装置のセルギャップ（概略対向電極と画素電極の間隔）を従来の半分程度に狭くし、画素電極１０６と対向基板間の垂直電界を、画素に周辺においても強くする手段が考えられる。
【００２６】
セルギャップは、光を有効利用するための液晶表示装置における光学パラメータの要因であるため、これにあった液晶の動作モードに制限される。
【００２７】
また、もう一つの光学パラメータである液晶材料自体の屈折率異方性定数は従来の２倍前後のものが必要となるが、材料の信頼性等を含めて考慮すると、この対応はかなり限定されたものになる。
【００２８】
今後、高精細化が進みデータ線やゲート線の線幅が狭くなると、対向基板と素子基板の貼り合わせマージンの占める割合が大きくなりＢＭ１０２の占有領域が増加する。このため反射画素電極１０６の有効領域が減少する問題が予想される。
【００２９】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の鏡面反射画素電極と散乱板の組み合わせではなく、反射画素電極自体に散乱効果を有する構成とした例を示す。
【００３０】
この構成においては、散乱効果を表示部直近で実現するため、透明基板の厚みを介して散乱させる場合に比較して、映像の輪郭部でのボケが生じ難という特徴がある。また散乱板等による光の吸収等もなく、反射散乱光の指向性を制御することも可能であり、表示輝度、コントラストにも有利となる。
【００３１】
しかし、上記構造では素子基板上の反射画素電極もしくは、その下地膜に任意の凹凸１１１を形成する必要があり、このための加工工程が追加されるため、この基板の歩留まりへの影響もあり製造コストを上げる要因でもある。
【００３２】
さらに、反射画素電極部に凹凸１１１があるため、液晶の配向が均一化し難く、この電極の形状や、上部の膜構成によっては、焼き付きの原因となる電荷の蓄積が生じる可能性がある。
【００３３】
反射型液晶表示装置において、明るさを改善することが、見易さやコントラスト、美しさ等の表示品位を改善する上でも必須となる。このため反射率の高い材料の採用が望まれている。
【００３４】
現在はアルミニウム、アルミニウム合金からなる材料が一般的である。これは実使用時の可視光において反射率が８３〜８８％で、エッチングの加工と材料の安定性から選択されている。
現状のアルミニウムを主体とする材料より、１０％からそれ以上のより高い反射率を得るためには、銀や銀合金、誘電体多層膜等の採用が考えられる。
【００３５】
しかし、これらの材料は酸化による腐食や加工性の悪さが知られている。銀は酸化しやすく腐食しやすい。さらに、加工時の膜の剥がれや、残渣物の液晶への影響等の問題がある。
【００３６】
このため銀にこれを防止する不純物を添加すること、表面をコートする等の工夫がされ一部実用化されていが信頼性、生産性における問題が多い。
【００３７】
誘電体多層膜は屈折率の異なる膜を多層積層することにより１００％により近い反射率を得ることが可能である。しかし、これに用いられる無機の誘電体膜は、その加工性が著しく劣る。
【００３８】
また、画素電極上にこの膜を積層すると、その誘電率の影響により液晶に任意の電界をかけられなくなってしまう。
【００３９】
鏡面反射画素電極および凹凸等のテクスチャを形成した反射画素電極においては、画素単位の加工が必要である。このため上記の材料は採用し難かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
ここでは、前記の問題点を解決することを課題とし、対向ＢＭが必要なく工程の簡略化と、対向基板との位置合わせ精度からくる反射面積の低減を考慮する必要が無く、反射電極材料の選択範囲を広げ、液晶の配向に影響を与え難い構造をもち、かつ生産しやすい反射型液晶表示装置を実現することを目的とする。その結果、総合的に反射輝度、コントラスト等の表示品位の改善と信頼性の高い製品を低価格で提供できる手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明は、一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板の一方の基板にマトリクス状に配置された透明電導膜からなる画素電極と、前記画素電極に接続された半導体素子とが形成されてなる液晶表示装置において、前記一方の基板は透明性および絶縁性を有する基板でなり、他方の基板上には反射層と透明電導膜からなる共通電極を有することを特徴とする。
【００４２】
上記構成としては、反射もしくは半透過の液晶表示装置において、反射層と画素電極および共通電極を分離し、反射層を対向基板側に設けることを特徴とする。ここで反射層とは、使用される材料単体もしくは積層構造からなる媒体の空気中での反射率が３０％以上の特性を有する層とする。
【００４３】
対向基板側での反射層の加工は、画素電極のような設計ルールでの加工の必要がなく非常にシンプルになる。加工時の下地膜の制約も受け難い。このため材料の選択範囲を広げることができる。画素電極はこれまで条件の確立しているITOを使用しているため、従来のプロセスルールで加工すればよい。
【００４４】
これにより電極材料としては、従来アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする材料が一般的であったが、光学的に、より高い反射率もしくは散乱特性、指向性を得られる銀や銀の酸化を抑制する材料を添加した材料、誘電体多層膜、ダイクロイックミラー、ホログラム等の適用が容易になる。反射率の高い材料が使えることで、反射輝度が高められ、より明るい表示が得られる。
【００４５】
また、ダイクロイックミラー等で特定の可視光波長領域のみ反射させカラーフィルタを用いないで、カラー表示用の直視もしくは投射型の液晶表示装置を実現することも可能である。
【００４６】
さらに反射層と電極を分離することで、反射膜材料へのコートが可能となる。
これにより例えば銀のような反射膜材の酸化を防止する手段が容易となるだけでなく、液晶の保持率等に影響を与える加工時の残渣等の影響を防ぐことか可能となる。
【００４７】
散乱性および指向性をもたせたテクスチャ形状を有する反射膜を形成する場合でも、対向基板の反射膜材への直接の加工や、下地膜への加工をすればよく、素子基板の歩留まりを劣化させることがない。
【００４８】
また、画素電極や共通電極自体にテクスチャを形成しなくてもよいため、液晶でもっとも重要なセルギャップを均一化でき、色むら等おき難い構造であるだけでなく、配向も表示領域全般に均一化しやすく、構造的要因、例えば凹凸や段差に起因するディスクリネーションの元となる配向不良を防止できる。
【００４９】
画素の高精細化による、狭画素ピッチの構造にもコンタクトホール等の加工スペースを考慮することなく容易に適用できる。
【００５０】
また、明細書中で記述される半導体素子としては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
が代表的であるが、その他にもＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）、薄膜ダイオード、バリスタ、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ等により構成される素子を用いても良い。
【００５１】
また他の発明は、一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板の一方の基板にマトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続された半導体素子とが形成されてなる液晶表示装置において、前記一方の基板は透明性および絶縁性を有する基板でなり、他方の基板上には反射層と透明電導膜からなる共通電極を有し、前記反射層と前記共通電極は電気的に接続されていることを特徴とする。
【００５２】
反射層と共通電極を接続し電気的に同電位とすることにより、静電気的な浮遊電荷や、反射層と共通電極間にある物質中の不純物イオン等による残留ＤＣ分の発生を防止する。
【００５３】
また他の発明は、一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板の一方の基板にマトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続された半導体素子とが形成されてなる液晶表示装置において、前記一方の基板は透明性および絶縁性を有する基板でなり、前記スイッチング素子が形成された基板面の裏面にλ／４板を有し、他方の基板上には反射層と透明電導膜からなる共通電極を有することを特徴とする。
【００５４】
上記構成としては、反射もしくは半透過の液晶表示装置において、表示観察面を素子基板の裏面とし、λ／４板をこの基板の観察面に配置したことを特徴とする。
【００５５】
図２（Ａ）、（Ｂ）にλ／４板に直線偏光を入射した場合の出力光の偏光状態を示す。
【００５６】
まず、透過の場合について図２（Ａ）の光学系を用いて説明する。ここでは入射光２０１が第一の偏光板２０２、第一のλ／４板２０３、第二のλ／４板２０４、第二の偏光板２０５、の順に透過するときのことを考える。本光学系において、第一の偏光板２０２の透過軸と第一のλ／４板２０３の遅相軸とのなす角は４５°であり、第一のλ／４板２０３と第二のλ／４板２０４のそれぞれの遅相軸方向は同じであり、第一の偏光板２０２と第二の偏光板２０５のそれぞれの透過軸方向は同じであるとする。
【００５７】
入射光２０１は第一の偏光板２０２を通過することにより、この偏光板２０２の透過軸に平行な直線偏光２０６となり出力される。λ／４板２０３は屈折率がＸ軸およびＹ軸にて異なる一軸性を有する光学媒体であり、直線偏光２０６がこの光学媒体に入射すると、常光成分と異常光成分に分離し、これらの間に位相差を有する光となる。この光学媒体中を光が進む距離（膜厚）でこの位相差をλ／４となるようにしたものがλ／４板である。この結果、この媒体からの出力光は楕円偏光となる。
この時特に、本光学系に示すような、第一のλ／４板２０３の軸と４５°の角度で直線偏光２０６を入射すると円偏光２０７となる。
【００５８】
さらに、この円偏光２０７が第二のλ／４板２０４を通過すると、この光学媒体中で常光成分と異常光成分の位相差がさらにλ／４付加される。この結果、円偏光２０７は直線偏光２０８となるが、この時の直線偏光２０８は偏光板２０２通過直後の直線偏光２０６に対して９０°方向が異なるものとなる。つまり第一のλ／４板２０３および第二のλ／４板２０４を通過した光はλ／２板を通過した光と等価となる。直線偏光２０８の偏光軸は第二の偏光板２０５の透過軸と互いに垂直であるため、直線偏光２０８は第二の偏光板に吸収される。これは観察者には黒色として認識されることを示している。
【００５９】
次に反射の場合について図２（Ｂ）の光学系を用いて説明する。ここでは入射光２０９が偏光板２１０、λ／４板２１１の順に透過し、反射媒体２１２によって反射された後、λ／４板２１１、偏光板２１０の順に透過するときのことを考える。本光学系において、偏光板２１０の透過軸とλ／４板２１１の遅相軸とのなす角は４５°であるとする。
【００６０】
入射光２０９が偏光板２１０を通過して、偏光板の透過軸と平行な直線偏光２１３が出力され、これがさらにλ／４板２１１を通過して、円偏光２１４が出力されるのは、透過の場合と同じである。
【００６１】
この円偏光２１４は反射媒体２１２によって反射し、反射光２１５となる。この反射光２１５の偏光状態２１６は円偏光２１４と同一である。この光２１６が、こんどはλ／４板２１１によって直線偏光２１７に変換されるが、直線偏光２１７の偏光軸は偏光板２１０の透過軸と互いに垂直であるため、直線偏光２１７は偏光板に吸収される。これは観察者には黒色として認識されることを示している。
【００６２】
ここでは、光は光学的に等方性を有する媒体中を透過、もしくは所定の角度で反射してもその性質を変えないことを利用している。ここで所定の角度とはアルミニウムを材質とする反射層の反射面の法線方向となす角度で１２°以下程度である。
【００６３】
これ以上の角度で反射する場合、入射光はＳ波成分およびＰ波成分の２成分の光に所定の割合で分離してしまいコントラスト低下の要因となる。
【００６４】
Ｐ波、Ｓ波の定義を図３（Ａ），（Ｂ）に示す。ここで図３（Ａ）のように入射光の変位ベクトルが入射面内にある偏光がＰ波、図３（Ｂ）のように入射面に垂直な偏光をＳ波である。
【００６５】
反射面と入射光の制限は特に強い入射光源を使用する投射形の液晶表示装置で厳しいものとなる。通常、光の入射角（反射面の法線となす角）は通常数度以下で好ましくは２°以下で使用するため上記の問題は無い。
【００６６】
しかし、反射型液晶表示装置では広範囲の光を入射光に利用する。このため上記の制限内で利用することは不可能である。このため、実験的に反射板の上にλ／４板を配置し、この軸と偏光軸を４５°に合わせた偏光板を設けた実験基板を用意した。入射光の角度を変えて観測した結果、通常の使用環境化において問題ない黒レベルが得られることを確認した。
【００６７】
つまり、反射面と入射光の制限は、外光や蛍光燈レベルの入射光で使用される反射型液晶表示装置への利用時には顕著な問題とはならない。
【００６８】
以上のことから素子基板裏面にλ／４板と偏光板を配置すると、半導体層、データ線、ゲート線、容量電極等に使用されている材料による反射光は、この偏光板に吸収され、素子基板裏面からの観察者には黒と認識される。
【００６９】
本発明は前述の特徴を活かし、これらをＢＭとして利用するものである。
【００７０】
液晶の配向状態の差異で出現するディスクリネーションをプレチルト角および画素形状、構造、セルギャップによりバスライン上にのみ存在するよう制御することは可能であり、これらと組み合わせればデータ線やゲート線等でディスクリネーションによる光漏れを隠すことができる。そして、ここではλ／４板と偏光板を用いることにより、これら遮蔽物自体の反射光を吸収できＢＭとしての機能を果たす。
【００７１】
ここでは偏光板としたが、ランダムな成分の入射光に対し、所定の軸方向成分の直線偏光を出力し、他の成分を吸収もしくは反射する機能を有するものであれば、有機材料、無機材料のいずれか、あるいはその両方で構成されるものであってもよい。
【００７２】
さらに、対向基板にＢＭを形成しなくても良いため、貼り合わせマージンを従来ほど考慮しなくて良い。反射電極の有効面積を高精細の液晶表示装置にも適用できる。画素ピッチが数十μｍ以下の高精細化した液晶表示装置では特に有効である。
【００７３】
また他の発明は、一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板の一方の基板にマトリクス状に配置された画素電極と、前記画素電極に接続された半導体素子とが形成されてなる液晶表示装置において、前記一方の基板は透明性および絶縁性を有する基板でなり、他方の基板上には反射層とカラーフィルタ層および透明電導膜からなる共通電極を有し、前記反射層と前記共通電極の間にカラーフィルタ層を配置したことを特徴とする。
【００７４】
上記構成としては、反射層の上にカラーフィルタ層、その上に共通電極を設け、カラー表示を実現するものである。
【００７５】
ここでカラーフィルタの材料はアクリルもしくはポリイミドを主成分とする有機樹脂に顔料を充填したものでもよいし、無機系材料を用いて特定帯域の可視光波長成分のみ透過するものでもよい。
【００７６】
また、カラーフィルタ層はカラーフィルタ材料からなる層の上部にアクリルもしくはポリイミドを主成分とする有機樹脂膜や、酸化珪素、窒化珪素等からなる無機材料で、平坦化もしくは、あるいは同時に保護、分離膜とすることを目的としたオーバーコート層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００７７】
本明細書で述べられた液晶表示装置には、次の３点の利点がある。
第一に、対向基板にＢＭを形成しなくても良いため、貼り合わせマージンを考慮しなくて良いため、高開口率化が望める。それに、その反射電極の有効面積を高精細の液晶表示装置にも適用できる。このことは、直視形の反射型液晶表示装置だけでなく、特に投射形液晶表示装置に使用される小型の反射型液晶表示装置に対しても有利であることを示している。
【００７８】
第二に、反射電極を対向基板側に作製するため、加工が容易となり、さらに反射層の材料や構成の選択範囲が広がる（銀電極、誘電体多層膜、ホログラム）ことが期待される。これにより従来のアルミニウムを主成分とする反射電極と比して高い反射率が得られる。そのうえ、対向基板上の反射層と対向電極を分離するため、反射層の材料にオーバーコート等が可能となり、酸化により反射率が劣化する材料（銀電極等）への適用が可能である。
【００７９】
第三に、反射電極自体に散乱効果をもつ構造とする場合、対向基板側に作製するため、この加工が素子基板に不要となり、この工程による素子基板の歩留まり低下が無い。このためコスト上昇が抑えられる。また、その反射層や、他の上層に幾層かの有機層を形成した場合は、対向基板側の共通電極および素子基板側の画素電極はいずれも平坦な構造となり、セルギャップを均一化できる。このため、液晶の配向も均一かつ容易である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来の技術において用いられる反射型液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】入射光が偏光板およびλ／４板を通過する様子を示す図および、その各々の点での偏光状態を示す図である。
【図３】Ｐ波およびＳ波について説明する図である。
【図４】実施例１または実施例２において用いられる素子基板の構造を示す断面図である。
【図５】実施例１において用いられる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図６】実施例１または実施例２において用いられる素子基板の、各配線および電極の配置を示した平面図である。
【図７】実施例１から実施例４までにおいて、液晶表示装置の駆動回路および接続配線の配置を示した平面図である。
【図８】実施例１から実施例３までにおいて、液晶表示装置の構成要素のひとつである対向基板として用いることのできる構造の例を示した断面図である。
【図９】実施例４において、液晶表示装置の構成要素のひとつである対向基板として用いることのできる構造の例を示した断面図である。
【図１０】実施例２において用いられる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１１】実施例２および実施例３において、入射光が液晶表示装置に導入されたときに、その光が受ける影響について示した模式図である。
【図１２】実施例２および実施例３において、入射光が液晶表示装置に導入されたときに、その光が受ける影響について示した模式図である。
【図１３】実施例３または実施例４において用いられる素子基板の構造を示す断面図である。
【図１４】実施例３において用いられる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１５】実施例３において用いられる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１６】実施例３において用いられる素子基板の、各配線および電極の配置を示した平面図である。
【図１７】実施例４において用いられる液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１８】実施例４において用いられる液晶表示装置の光学系の構造と、それに用いられる光の挙動について示した模式図である。
【図１９】投射型液晶表示装置の全体図を示した図である。
【図２０】本明細書における発明の概要をあらわす断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００８１】
本発明の実施例について説明する。本実施例では直視型の反射型または半透過型の液晶表示装置の一例で、素子基板作製プロセス中に用いられるマスク枚数を従来構造よりも減らして、工程時間短縮とコスト削減をねらった構成について述べる。なお、液晶表示装置の構成要素のひとつである、素子基板についての詳細は、特願平１１−１９１０９３号公報に記載された方法に従えばよい。まず素子基板の構造について、図４（ａ）〜（ｂ）、および図６を用いて、簡単に説明する。
【００８２】
基板４０１の上に、窒化酸化シリコン膜４０２を成膜して、基板４０１からの不純物拡散を防ぐ目的の下地膜とした。その上の所望の位置には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４０３が形成されている。ＴＦＴ４０３は画素領域およびその周辺にある駆動回路領域に存在し、結晶質シリコンからなる活性層４０４、導電性物質からなるゲート配線４０９、ゲート配線４０９と活性層４０４を絶縁するゲート絶縁膜４０８からなる。
【００８３】
また、ＴＦＴ４０３の活性層４０４には、イオンドーピング法を用いることによって、ｎ型またはＰ型の不純物元素を所望の活性層領域に、かつ所望の濃度で添加されている。その結果、ＬＤＤ領域４０５、ソース領域４０６、ドレイン領域４０７、４１５およびＰチャネル型ＴＦＴ（図示しない）が形成されている。
【００８４】
このうち、ソース領域４０６、ドレイン領域の一部４０７にはそれぞれデータ配線４１２、画素電極４１３がコンタクトホールと通して接続されている。さらに、ドレイン領域の他の領域４１５と容量配線４１４との間では、ゲート絶縁膜４０８を誘電体膜として、保持容量が形成されている。
【００８５】
ＴＦＴ４０３の上には無機材料からなる保護絶縁膜４１０、有機膜からなる層間絶縁膜４１１が形成されている。
【００８６】
層間絶縁膜４１１の上には、チタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）合金からなるデータ配線４１２と、酸化インジウム・酸化錫（ＩＴＯ）からなる画素電極４１３がある。なお、データ配線４１２と画素電極４１３とは互いに電気的に接続しない位置に配置されている。
【００８７】
この構成は、比較的少ないマスク枚数で素子基板を作製することができるように、ＴＦＴおよび配線類の構造を最適化している。事実、この構成による素子基板はマスク枚数が７枚で作製でき、成膜工程、パターニング工程、エッチング工程、レジスト剥離工程や、これに付随して発生する洗浄工程、乾燥工程などを減らしている。これにより、歩留まりの向上と工程時間の短縮及びコストの削減などの効果が期待できる。
【００８８】
次に、対向基板５０２を作製する工程について図５を用いて説明する。この基板は、前述の素子基板５０１と対になって液晶表示装置を形成するものである。
【００８９】
図５において、基板５０３には素子基板作製プロセスの項で述べた基板４０１で示したような無アルカリガラスを使用した。
【００９０】
基板５０３の上に反射層５０４を真空蒸着法で成膜する。反射層５０４は主たる反射材料となる銀を１０００Å、銀を保護するＳｉＯ2を２５００Å積層した。
【００９１】
ここで銀の蒸着時はシャドウマスクを用い、表示部に対応する領域に成膜して、位置合わせマーカー等隠れないようにした。銀の成膜後、ＳｉＯ2は基板全領域に成膜して、反射層５０４を形成した。
【００９２】
反射層形成後、カラーフィルタ５０５をスピンコート法により塗布する。その後、ホットプレートにて８０℃で５分間の予備硬化を行う。そして、フォトマスクを用いて、フォトリソグラフィー法に従い、露光を行う。この処理が終わった基板は、現像液に浸し、揺動させることによって現像を行う。現像液は水酸化テトラメチルアンモニウムの０．２％水溶液を用いる。１分ほど現像液に浸したら、流水中で洗浄する。
【００９３】
なお、カラーフィルタ５０５は顔料が混入されているため、流水だけではきれいに顔料がとれない場合がある。そのため、水を高圧の圧縮空気に乗せて噴射させることによって洗浄している。
【００９４】
カラーフィルタ５０５のパターンがきれいに形成されていることを確認できたら、クリーンオーブンにて２５０℃で１時間の本焼成を行う。以上の工程を赤、青、緑の３種のカラーフィルタについて行う。また、カラーフィルタ５０５の形成の順序は、どの色から始めて、どの色で終わっても問題はない。
【００９５】
３色のカラーフィルタが形成された後は、その上からオーバーコート材５０６を塗布する。本実施例では、アクリル系のオーバーコート材を用いた。スピンコートによって基板に塗布し、ホットプレートにて８０℃で３分間の仮硬化を行う。その後、クリーンオーブンにて２２０℃で１時間の本焼成を行う。
【００９６】
次に、この基板の上に透明導電膜による共通電極５０７を成膜する。共通電極５０７にはＩＴＯをスパッタ法により１０００Å成膜した。
成膜後、透過率の改善のためクリーンオーブンにて２５０℃ １時間ベークを行った。
【００９７】
本実施例では、カラーフィルタ５０５とオーバーコート５０６からなる層がカラーフィルタ層となる。
【００９８】
次に、素子基板５０１と、対向基板５０２から、アクティブマトリクス型液晶パネルを作製する工程について図５を用いて説明する。
【００９９】
まず、素子基板５０１および対向基板５０２に対して配向膜５０８を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂またはポリアミック酸系樹脂を用いるが、本実施例では日産化学製の配向膜ＳＥ７７９２を用いた。配向膜形成には、オフセット印刷法を用いた。配向膜５０８を形成した後は、速やかに８０℃で９０秒の仮硬化を行い、さらにクリーンオーブンで２００℃で９０分の本焼成を行った。配向膜５０８の膜厚は，本焼成後に５００Å程度としている。
【０１００】
このような処理が終わった両基板５０１および５０２に対してラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そのラビング角度は、後述する液晶物質５１０がパネル内に導入されたときに５５度のツイストをなすように設定した。なお、ツイスト角は５５度に限ることはなく、５０〜６０度程度に設定して、コントラストの向上を狙ってもよい。
【０１０１】
ラビングによって発生したゴミやラビング布の抜け毛を洗浄によって除去したあと、対向基板５００に対してシール材（図示しない）を塗布する。シール材の仮硬化はクリーンオーブンにて９０℃で３０分の条件で行う。
【０１０２】
仮硬化後、さらに球状のスペーサ５０９を散布する。本実施例で用いたスペーサ５０９は、４μｍの直径をもつプラスチック球である。
【０１０３】
そして、画素部と駆動回路が形成された素子基板５０１と対向基板５０２とを精度よく貼り合わせる。シール材の中には４．２μｍの径をもつ円柱状のフィラー（図示しない）が混入されていて、このフィラーと、スペーサ５０９によって均一な間隔を持って両基板５０１で５０２が位置の精度よく貼り合わせられる。
【０１０４】
精度のよいギャップ制御を達成するために、０．３〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を、貼りあわせた基板の面に対して垂直な方向にかつ、基板全面に均一に加え、同時にクリーンオーブンにて１６０℃で１２０分の焼成を行った。
【０１０５】
そして基板が冷却するのを待ってから、所望のパネルサイズになるように貼りあわせた基板を分断し、パネルの形にしあげた。
【０１０６】
その後、パネルの内部に液晶材料５１０を注入した。液晶には屈折率異方性Δｎが０．１２４の材料中に、カイラル材Ｓ−８１１を混入し、ヘリカルピッチ長が６０〜８０μｍになるように調製したものを用いた。パネル内部全体が液晶５１０で満たされたことを確認したら、封止剤（図示しない）によって完全に封止する。
ここで作製した液晶表示装置の構成仕様を表１に示す。
【０１０７】
【表１】
2011002855.tif 000003
【０１０８】
図７は素子基板７００の上面図を示し、画素部７０１および駆動回路部７０２、７０３、７０４とシール材７１１の位置関係を示す上面図である。画素部７０１の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路７０２と画像信号駆動回路７０３が設けられている。
【０１０９】
さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路７０４も付加されていても良い。これら、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。そして、これらの駆動回路は接続配線群７０５によって外部入出力端子群７０６と接続されている。画素部７０１では走査信号駆動回路７０２から延在するゲート配線群７０７と画像信号駆動回路７０３から延在するデータ配線群７０８がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ７０９と保持容量７１０が設けられている。
【０１１０】
シール剤７１１は、基板７００上の画素部７０１および走査信号制御回路７０２、画像信号制御回路７０３、その他の信号処理回路７０４の外側であって、外部入出力端子７０６よりも内側に形成する。
【０１１１】
また、パネルの外側では、フレキシブルプリント配線板（Flexible Ｐprinted Circuit：ＦＰＣ）７１２が外部入力端子７０６に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。そして接続配線７０５でそれぞれの駆動回路に接続している。
【０１１２】
外部入出力端子７０６はデータ配線７０８またはドレイン配線７１３と同じ構成で導電性金属膜から形成される。ＦＰＣ７１２はポリイミドなどの有機樹脂フィルムに銅配線が形成されている構造であり、異方性導電性接着剤で外部入出力端子７０６と接続する。
【０１１３】
異方性導電性接着剤は接着剤と、その中に混入され金などがメッキされた数十〜数百μｍ径の導電性表面を有する粒子により構成され、この粒子が外部入出力端子７０６と銅配線とに接触することによりこの部分で電気的な接触が形成される。
【０１１４】
ＦＰＣ７１２は基板７００との接着強度を高めるために、外部入出力端子７０６の外側にはみだして接着されると共に、端部には樹脂層が設けられこの部分における機械的強度を高めている。
【０１１５】
次に、パネルの表示観察面、すなわちここでは素子基板の素子形成面の裏面に形成する偏光機能や視野角改善機能を備えた光学フィルム類の配置方法について図５を用いて説明する。
【０１１６】
まず、パネルの表示面側に前方散乱板５１１を貼付する。この前方散乱板５１１はヘイズ値が５０〜７５％のものを使用すれば良好な光学特性が得られた。
【０１１７】
偏光板５１２は白レベルでの反射率をかせぐために、高透過高偏光タイプのものを用いる。本実施例で用いたものは、単体透過率４４％、偏光度９９．９５％のものである。
【０１１８】
さらに液晶表示装置の表示状況に応じては、偏光板５１２における外光の映り込みを抑える役目を有する処理、たとえばアンチリフレクタ処理またはアンチグレア処理を偏光板５１２に対して行ってもよい。
【０１１９】
以上のようなプロセスにより、反射型の液晶表示装置を作製することができる。
【０１２０】
本実施例では、図８（Ａ）に示すように、対向基板の反射層の表面を平坦な状態にして、いわゆる鏡面性の反射層８０１を形成し、その上にカラーフィルタ８０２、オーバーコート８０３および共通電極８０４を形成した構造のものが述べられているが、この方式に限ることなく図８（Ｂ）に示すように、反射層の表面に散乱性および指向性をもたせたテクスチャ形状８０５を有する構造にしてもよい。この場合は、パネルの表示面側に配置される光学フィルムのうち、前方散乱板が不要になる。
【０１２１】
あるいは図８（Ｃ）に示すように、銀、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金、誘電体多層膜または、これらの組み合わせからなる導電性の金属膜８０６の上に、回折格子の構造を基本とするホログラム８０７を形成して、ホログラム構造により選択的に特定の波長の光を反射させるような構造にしてもよい
【０１２２】
または、基板８００の上に形成する反射層８０１の代わりに、反射特性と透過特性を併せ持つような層、たとえばハーフミラ−や半透過特性を有する誘電体多層膜８０８を形成すると、反射モードおよび透過モードのいずれにも使える、いわゆる半透過型の液晶表示装置にも応用できる。
【０１２３】
より高いコントラストが確保できる液晶仕様を有する実施例を次に述べる。
【実施例２】
【０１２４】
素子基板および対向基板の作製に関しては実施例１に準じる。
【０１２５】
図１０において、素子基板１００１と、対向基板１００２から、アクティブマトリクス型液晶パネルを作製する工程を説明する。
【０１２６】
まず、素子基板１００１および対向基板１００２に対して配向膜１００３を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂またはポリアミック酸系樹脂を用いるが、本実施例では日産化学製の配向膜ＳＥ７７９２を用いた。配向膜形成には、オフセット印刷法を用いた。配向膜１００３を形成した後は、速やかに８０℃で９０秒の仮硬化を行い、さらにクリーンオーブンで２００℃で９０分の本焼成を行った。配向膜１００３の膜厚は，本焼成後に５００Å程度としている。
【０１２７】
このような処理が終わった両基板１００１および１００２に対してラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そのラビング角度は、後述する液晶物質１００５がパネル内に導入されたときに９０度のツイストをなすように設定した。なお、ツイスト角は９０度に限ることはなく、７５〜９０度程度に設定して、白レベルにおける反射率の向上を狙ってもよい。
【０１２８】
ラビングによって発生したゴミやラビング布の抜け毛を洗浄によって除去したあと、対向基板１００２に対してシール材（図示しない）を塗布する。シール材の仮硬化はクリーンオーブンにて９０℃で３０分の条件で行う。
【０１２９】
仮硬化後、さらに球状のスペーサ１００４を散布する。本実施例で用いたスペーサ１００４は、２．５μｍの直径をもつプラスチック球である。
【０１３０】
そして、画素部と駆動回路が形成された素子基板１００１と対向基板１００２とを精度よく貼り合わせる。シール材の中には２．７μｍの径をもつ円柱状のフィラー（図示しない）が混入されていて、このフィラーと、スペーサ１００４によって均一な間隔を持って両基板１００１および１００２が位置の精度よく貼り合わせられる。
【０１３１】
精度のよいギャップ制御を達成するために、０．３〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を、貼りあわせた基板の面に対して垂直な方向にかつ、基板全面に均一に加え、同時にクリーンオーブンにて１６０℃で１２０分の焼成を行った。
【０１３２】
そして基板が冷却するのを待ってから、所望のパネルサイズになるように貼りあわせた基板を分断し、パネルの形にしあげた。
【０１３３】
その後、パネルの内部に液晶材料１００５を注入した。液晶材料にはメルク社製のＺＬＩ４７９２に、同社のカイラル材Ｓ−８１１を混入し、ヘリカルピッチ長が６０〜８０μｍになるように調製したものを用いた。パネル内部全体が液晶１００５で満たされたことを確認したら、封止剤（図示しない）によって完全に封止する。
【０１３４】
ここで作製した液晶表示装置の構成仕様を表２に示す。
【０１３５】
【表２】
2011002855.tif 000004
【０１３６】
次に、パネルの表示観察面、すなわちここでは素子基板の素子形成面の裏面に形成する偏光機能や視野角改善機能を備えた光学フィルム類の配置方法について図１０を用いて説明する。
【０１３７】
まず、図１０に示すように、パネルの表示面側に前方散乱板１００６を貼付する。この前方散乱板１００６はヘイズ値が５０〜７５％のものを使用すれば良好な光学特性が得られた。
【０１３８】
この上に偏光板１００８とλ／４板１００７を貼付する。ここで、偏光板１００８とλ／４板１００７のそれぞれの光学軸については、λ／４板１００７の遅相軸と、偏光板１００８の偏光軸が互いに４５度の角度をなすように配置する。
ここでλ／４板１００７は可視光波長で使用可能な広帯域のフィルムを使用した。
【０１３９】
広帯域λ／４板１００７は、ポリカーボネイト系材質の標準λ／４板と標準λ／２板とを組み合わせて作製してもよいし、市販の広帯域λ／４板を用いてもよい。但し、良好な黒を実現する為には、３８０−８００ｎｍの波長領域において、各波長に対して、４／２０〜６／２０の複屈折位相差をもつように、広帯域性を持たせるのがよい。
【０１４０】
偏光板１００８は白レベルでの反射率をかせぐために、高透過高偏光タイプのものを用いる。本実施例で用いたものは、単体透過率４４％、偏光度９９．９５％のものである。
【０１４１】
また、図１０において、偏光板１００８およびλ／４板１００７の光学軸の方向も重要であり、それは、液晶１００５のツイスト角と密接な関係がある。たとえば、ツイスト角を９０度に設定した場合は、偏光板１００８の偏光軸を、素子基板１００２に対して施されたラビング方向に対して９０度の角度をなすように、貼付すればよい。
【０１４２】
さらに液晶表示装置の表示状況に応じては、偏光板１００８における外光の映り込みを抑える役目を有する処理、たとえばアンチリフレクタ処理またはアンチグレア処理を偏光板１００８に対して行ってもよい。
【０１４３】
以上のようなプロセスにより、反射型の液晶表示装置を作製することができる。
【０１４４】
上記のような光学フィルムの構成にすることは、次のメリットを有する。図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、液晶表示装置へと入射した外光は、偏光板１１０１およびλ／４板１１０２によって円偏光に変換されてパネルへと導入されるが、その円偏光のうち、素子基板１１０３の基板の裏面（表示面側）や、素子基板１１０３中にある反射性を有する膜などにおいて反射してきた光、すなわち液晶層を通過せずに戻ってきた光は、λ／４板１１０２によって、偏光板１１０１の偏光軸とは垂直な偏光に再変換される。このため、このような光は偏光板１１０１に吸収されて、観察者の目には入ってこない。
【０１４５】
一方、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すとおり、液晶層１２０３を通過して、偏光状態が変化した光は、その変化状態に応じて偏光板１２０１を通過するようになり、観察者の目に入ることになる。つまり、不必要な光は偏光板１１０１、１２０１によって吸収され、必要な光のみが透過するので、コントラストの向上につながることになる。
【０１４６】
素子基板１１０３中にある反射性を有する膜は、見方を変えれば、ＢＭとなる。なぜなら、前述したように、素子基板１１０３中にある反射性を有する膜などにおいて反射してきた光は、結局観察者の目には入らないからである。
【０１４７】
遮光性を示す膜がＢＭの役目を兼ねるからには、液晶表示装置を駆動したときに各画素の辺縁部などに発生する液晶の配向乱れに起因する光漏れ、いわゆるディスクリネーションを隠すように配置するべきである。また、開口率をできるだけ確保するためには、遮光性を示す膜の面積の占める割合ができるだけ小さいことが望ましい。
【０１４８】
実施例１（図４と図５）または、本実施例（図１０）において、素子基板５０１、１００１の画素領域において、遮光性を示す主な膜は、薄膜トランジスタを形成する活性層４０４、ゲート線（ゲート電極）４０９、データ線４１２および容量配線４１４である。
【０１４９】
このうち、まず容量配線４１４について述べる。本実施例における保持容量は、容量配線４１４とＴＦＴのドレイン領域４１５とを容量の両電極とし、ゲート絶縁膜４０８の一部を電極間の誘電体膜として構成されている。
【０１５０】
保持容量の誘電体膜は、ゲート絶縁膜４０８と同一の材質であり、ＳｉＯ２またはＳｉＯＮなどである。ＳｉＯ２またはＳｉＯＮなどを誘電体膜として保持容量を形成するときは、これらの比誘電率は３．８程度であるため、誘電体膜厚７５０Åとすると、単位面積あたりの電気容量は０．７５ｆＦ／μｍ2程度となる。一方、各画素において、それらの画素に必要とされる電気容量は（０．０６〜０．０７[ｆＦ／μｍ2]）×（画素面積[μｍ2]）[ｆＦ]以上である。
【０１５１】
つまり本実施例のように、ＳｉＯ２またはＳｉＯＮを誘電体とする場合、画素電極４１３による開口部の全面積の１０％前後を容量配線４１４で占められる必要があり、結果として画素電極４１３の開口率を落とす原因にもなりうる。
【０１５２】
より高い開口率を達成するための改善策については、実施例３にて述べる。
【実施例３】
【０１５３】
本実施例では直視型の反射型または半透過型の液晶表示装置のもう一つの例において、実施例１および実施例２の構成よりもさらに高開口率化を目指すことのできる構成について述べる。
【０１５４】
なお、液晶表示装置の構成要素のひとつである、素子基板についての詳細は、特願平１１−０５３４２４（半導体エネルギー研究所）に記載された方法に従えばよい。
【０１５５】
まず素子基板の構造について、図１３（ａ）、（ｂ）を用いて、簡単に説明する。
【０１５６】
基板１３０１の上に、窒化酸化シリコン膜１３０２を成膜して、基板１３０１からの不純物拡散を防ぐ目的の下地膜とした。その上の所望の位置には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１３０３が形成されている。
【０１５７】
ＴＦＴ１３０３は画素領域およびその周辺にある駆動回路領域に存在し、結晶質シリコンからなる活性層１３０４、導電性物質からなるゲート配線１３０９、ゲート配線１３０９と活性層１３０４を絶縁するゲート絶縁膜１３０８からなる。
【０１５８】
また、ＴＦＴ１３０３の活性層１３０４には、イオンドーピング法を用いることによって、ｎ型またはＰ型の不純物元素を所望の活性層領域に、かつ所望の濃度で添加されている。その結果、ＬＤＤ領域１３０５、ソース領域１３０６、ドレイン領域１３０７およびＰチャネル型ＴＦＴ（図示しない）が形成されている。このうち、ソース領域１３０６、ドレイン領域１３０７にはそれぞれデータ配線１３１２、ドレイン配線１３１３がコンタクトホールと通して接続されている。
【０１５９】
ＴＦＴ１３０３の上には無機材料からなる保護絶縁膜１３１０、第一の層間絶縁膜１３１１が形成されている。
【０１６０】
データ配線１３１２、ドレイン配線１３１３、および第一の層間絶縁膜１３１１の上には、第二の層間絶縁膜１３１４が形成されている。この上において、画素マトリクス回路となる領域に、アルミニウムからなる容量配線１３１５が形成されている。この容量配線１３１５は陽極酸化されていて、そのために表面に酸化アルミニウムからなる酸化膜１３１６が形成されている。酸化膜１３１６の膜厚は５０ｎｍ程度である。
【０１６１】
この上には画素電極１３１７が形成されている。画素電極１３１７は酸化インジウム・酸化錫（ＩＴＯ）からなり、コンタクトホールを通じてドレイン配線１３１３と接続されていて、データ配線１３１２、ゲート配線１３０９、容量配線１３１５とは部分的にオーバーラップしている。特に容量配線１３１５とは、酸化膜１３１６を誘電体膜として、保持容量を形成している。
【０１６２】
対向基板１４０２の構造、工程、および素子基板１４０１と対向基板１４０２から液晶表示装置を作製する工程については、実施例１または実施例２に述べた事柄と同様な方法である。このようにして図１４に示すような液晶表示装置を作製することができる。
【０１６３】
また、図１５に示すように反射膜をテクスチャ構造１５０１にして、散乱性を実現してもよい。この場合前方散乱板が不用となる。
【０１６４】
図２０に本実施例で述べた液晶表示装置の意義を、断面図を用いて示している。
【０１６５】
光源２００１より液晶表示装置２０００に導入される外光２００２は、偏光板２００３、λ／４板２００４、および前方散乱板２００５を通して、素子基板２００６に至る。
【０１６６】
入射光２００２の一部（図示しない）は、素子基板２００６の表面（前方散乱板２００５と素子基板２００６の界面）で反射され、また一部２００２ａは素子基板にある反射性を有する膜の表面で反射される。このような光２００２ａは、その偏光状態になんら変調を受けていないので、帰路のλ／４板２００４と偏光板２００３の作用により、ここで吸収され、観察者の目２０１０には入ってこない。つまり、素子基板にある反射性を有する膜はすべて、換言するとＢＭである。
【０１６７】
その他の大部分の光２００２ｂは、素子基板通過後、液晶層２００７、カラーフィルタ層２００８を透過し、反射層２００９で反射される。そのあと光２００２ｂは、入射とは逆の経路をたどることになる。このような光２００２ｂのうち、液晶によってその偏光状態に何らかの変調を受けたものは、その受け方に応じて、液晶表示装置２０００を出る直前の偏光板２００１の透過軸と平行な偏光成分が残ることになり、その偏光成分が偏光板を通過してはじめて観察者の目２０１０に入ることになる。一方液晶を通過してもその偏光状態に何ら変調を受けなかった光は丁度、光２００２ａと同じ運命をたどり、観察者の目２０１０には入らない。
【０１６８】
このように、液晶表示装置２０００に導入された光２００２のうち、表示には関係しない不必要な光２００２ａを遮断し、一方、表示に関与する光２００２ｂに対しては、液晶の変調作用により選択的に液晶表示装置外へと出力することで、コントラストの高い表示を得ることができる。
【０１６９】
ところで、実施例１および実施例２において低開口率になる要因は、容量配線面積の、画素電極面積に占める割合が大きくせざるを得ないことにあることは前述した。
【０１７０】
そこで本実施例では、図１３〜１５に示すように、アルミニウムからなる容量電極１３１５を第二の層間絶縁膜１３１４の上に形成し、この表面を陽極酸化することによって、酸化アルミニウムからなる絶縁膜１３１６を得て、この上に直接画素電極１３１７を形成する。このような構造にすることで容量配線１３１５と画素電極１３１７をその容量の両電極とし、その間に形成される絶縁膜１３１６を誘電体膜とする保持容量が形成される。
【０１７１】
酸化アルミニウムの比誘電率は８と大きいうえに、その膜厚を５００Åにすることができるため、従来の保持容量の４〜５倍もの大きな容量を形成できる。
【０１７２】
つまり、必要とする保持容量が実施例１および実施例２のものと本実施例に採用している構造のものとで同じ場合、本願の実施例に採用している構造のものにおいては、その容量配線１３１５の面積を数分の１以下と小さくすることができ、高開口率化に有効である。
【０１７３】
さらには、ゲート線１３０９およびデータ線１３１２の構造および容量配線１３１５の配置は、パネルの画素サイズに従って次のように使い分ければよい。
【０１７４】
図１６（Ａ）に示すように、画素サイズが５０μｍ×１５０μｍ程度かそれよりも大きい場合は、ゲート線１６０１およびデータ線１６０２をそれぞれ各画素電極１６０３の辺縁部に対応する領域に配置し、かつゲート線１６０１またはデータ線１６０２のどちらか一方の幅を３〜６μｍ程度に太くすることで、液晶表示装置を駆動したときに現れる液晶の配向乱れに起因する光漏れ（ディスクリネーション）の大部分を隠すようにする、いわゆるブラックマトリクスの役割を兼ねるようにするとよい。
【０１７５】
容量配線１６０４は、ゲート線１６０１またはデータ線１６０２のどちらか一方にオーバーラップするように配置し、かつ、各画素領域内において、ゲート線１６０１またはデータ線１６０２を太くすることでは隠しきれない部分にディスクリネーションが存在するなら、その部分に優先的に配置すればよい。
【０１７６】
他方、図１６（Ｂ）に示すように、画素サイズが５０μｍ×１５０μｍ程度よりも小さい場合は、ゲート線１６０５およびデータ線１６０６をそれぞれ各画素電極１６０７の辺縁部に対応する領域に配置し、かつ両配線の幅を２μｍ以下と細くし、開口率をかせぐのがよい。容量配線１６０８は、ゲート線１６０５またはデータ線１６０６の両方にオーバーラップするように配置して、ここで必要な保持容量をかせぎ、さらには各画素電極１６０７の辺縁部にもかかるように配置する（すなわち、ほとんど容量配線１６０８のみでディスクリネーションを隠す）のがよい。
【実施例４】
【０１７７】
本実施例は投射形仕様の反射型液晶表示装置について、図１７を用いて述べる。
【０１７８】
なお、液晶表示装置の構成要素のひとつである、素子基板についての詳細のほとんどは、実施例１〜実施例３に記載された方法に準じる。
【０１７９】
ただし、実施例１〜実施例３に示された素子基板構造と異なる点は、図１７に示したように、ＴＦＴ素子にオーバーラップして、金属膜よりなるライトシールド１７０１が存在することである。
【０１８０】
このライトシールド１７０１は、投射装置の光源より液晶表示装置へと導入される光が直接もしくは間接的にＴＦＴ素子１７０２に照射されるのを防ぐために設けられるものである。これによりＴＦＴ１７０２の光によるオフ電流の増加を防止し、これを原因とする表示映像のクロストークや色むら対策としている。
【０１８１】
次に液晶表示装置のもうひとつの構成要素である対向基板１７０３について述べる。本実施例では主として、反射層１７０７としてアルミニウム合金と誘電体多層膜からなるものを使用している。基板としては無アルカリガラス基板や石英基板を用いる。ここでは、素子基板１７００と同種の材質をもつ無アルカリガラス基板を用いた。詳細は図９を用いて説明する。
【０１８２】
図９（Ａ）に示すように、基板９０１の上に反射層９０２としてアルミニウム合金９０３と誘電体多層膜９０４を成膜する。アルミニウム合金９０３はアルミニウム中にチタンを１％含む材料を使用した。誘電体多層膜９０４は真空蒸着法により屈折率１．４および２．１の材料を８層積層し（図は４層までを記載）、反射率を高めた。当然これらは可視光領域に広帯域の光を反射するよう膜厚を調整して成膜した。
【０１８３】
反射層形成後、この基板の上に透明導電膜による共通電極９０５を成膜する。
共通電極９０５にはＩＴＯをスパッタ法により１０００Å成膜した。成膜後、透過率の改善のためクリーンオーブンにて２５０℃ １時間ベークを行った。
【０１８４】
ここでは誘電体多層膜による高反射率化を目的としたが、図９（Ｂ）のように単層の膜９０６を用いて構成してもよいし、さらに図９（Ｃ）のように反射膜をダイクロイックミラー９０８とし、電気光学装置自体に色を付けてもよい。この構造をもちいれば周辺光学系を小型化可能となる。
【０１８５】
次に、素子基板１７００と、対向基板１７０３を使用した液晶表示装置の作製工程を、図１７を用いて説明する。
【０１８６】
通常液晶表示素子の配向膜１７０４にはポリイミド樹脂またはポリアミック酸系樹脂を用いるが、本実施例では日産化学製の配向膜ＳＥ７７９２を用いた。
【０１８７】
配向膜形成はオフセット印刷法を用いた。配向膜１７０４を形成した後は、速やかに８０℃で９０秒の仮硬化を行い、さらにクリーンオーブンで２００℃で９０分の本焼成を行った。本焼成後の配向膜１７０４の膜厚は５０２Å程度である。
【０１８８】
このような処理が終わった両基板１７００および１７０３に対してラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そのラビング角度は、後述する液晶物質１７０６がパネル内に導入されたときに４５度のツイストをなすように設定した。なお、ツイスト角は４５度に限ることはなく、所望の光学特性が得られるように設定すればよい。
【０１８９】
ラビングによって発生したゴミやラビング布の抜け毛を洗浄によって除去したあと、対向基板１７０３に対してシール材（図示しない）を塗布する。シール材の仮硬化はクリーンオーブンにて９０℃で３０分の条件で行う。
【０１９０】
仮硬化後、さらに球状のスペーサ１７０５を散布する。本実施例で用いたスペーサ１７０５は、５．０μｍの直径をもつプラスチック球である。
【０１９１】
画素部と駆動回路が形成された素子基板１７００と対向基板１７０３とを貼り合わせる。シール材の中には５．２μｍの径をもつ円柱状のフィラー（図示しない）が混入されていて、このフィラーと、スペーサ１７０５によって均一な間隔を持って両基板１７００および１７０３が位置の精度よく貼り合わせられる。
【０１９２】
さらに精度のよいギャップ制御を達成するために、０．３〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を、貼りあわせた基板の面に対して垂直な方向にかつ、基板全面に均一に加え、同時にクリーンオーブンにて１６０℃で１２０分の焼成を行った。そして基板が冷却するのを待ってから、所望のパネルサイズになるように貼りあわせた基板を分断し、パネルの形にしあげた。
【０１９３】
その後、パネルの内部に液晶材料１７０６を注入した。液晶材料にはメルク社製のＺＬＩ４７９２に、同社のカイラル材Ｓ−８１１を混入し、ヘリカルピッチ長が６０〜８０μｍになるように調製したものを用いた。
【０１９４】
パネル内部全体が液晶１７０６で満たされたことを確認したら、封止剤（図示しない）によって完全に封止する。
【０１９５】
表３に液晶表示装置の構成仕様を示す。
【０１９６】
【表３】
2011002855.tif 000005
【０１９７】
以下、液晶パネルの外部入出力端子にＦＰＣを取り付けて、外部から液晶パネルに必要な信号を送ることができるようにする事柄については、実施例１で述べた内容と同様である。
【０１９８】
反射型液晶パネルを投映する装置の一例について図１８を用いて述べる。投射装置の光源１８０１から出射された光１８０９は、光学系の中へと導入されるが、この光はまず、プリズム型の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８０２によってＳ波成分１８１０とＰ波成分１８１１とに分解される。
【０１９９】
このＰＢＳ１８０２は、プリズム内にある反射面において、光のＳ波成分１８１０のみを反射させ、Ｐ波成分１８１１は透過させる性質を有している。そのため、光のＳ波成分１８１０のみがダイクロイックプリズム１８０３へと進むことになる。
【０２００】
ダイクロイックプリズム１８０３はこの入射してきた光１８１０をその偏光状態を変えることなく、赤、緑、青の成分１８１２〜１８１４に分解し、それぞれ赤色担当のパネル１８０４、緑色担当のパネル１８０５、青色担当のパネル１８０６へと光を供給する。
【０２０１】
それぞれ３枚のパネル１８０４〜１８０６に入射した偏光１８１２〜１８１４は、それぞれのパネル内において、液晶のダイレクタ配列に応じて適宜変調を受ける。その結果それぞれの光１８１２〜１８１４は、それぞれのパネル１８０４〜１８０６においてＳ波成分とＰ波成分として、パネル外へと出射され、ダイクロイックプリズム１８０３へ戻される。
【０２０２】
ダイクロイックプリズム１８０３によって赤、緑、青の光１８１５〜１８１７が再合成され、ＰＢＳ１８０２へ至る。ＰＢＳ１８０２では、今度は光のＰ波成分１８１８のみがプリズムの反射面を透過し、この光が光学レンズ１８０７を通してスクリーン１８０８へと投射される。このようにして、カラーの投射表示が達成される。
【０２０３】
このような光学系は図１９（Ａ）に示すようなフロントプロジェクタ、および（Ｂ）に示すようなリアプロジェクタの本体に組み込むことが可能である。このようにして、投射型の反射型液晶表示装置が完成する。
【図１】
2011002855.tif 000006
【図２】
2011002855.tif 000007
【図３】
2011002855.tif 000008
【図４】
2011002855.tif 000009
【図５】
2011002855.tif 000010
【図６】
2011002855.tif 000011
【図７】
2011002855.tif 000012
【図８】
2011002855.tif 000013
【図９】
2011002855.tif 000014
【図１０】
2011002855.tif 000015
【図１１】
2011002855.tif 000016
【図１２】
2011002855.tif 000017
【図１３】
2011002855.tif 000018
【図１４】
2011002855.tif 000019
【図１５】
2011002855.tif 000020
【図１６】
2011002855.tif 000021
【図１７】
2011002855.tif 000022
【図１８】
2011002855.tif 000023
【図１９】
2011002855.tif 000024
【図２０】
2011002855.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板及び前記第２の基板の間に挟持された液晶層と、
前記第１の基板の前記液晶層側の一方の面上に設けられた薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを覆う有機材料からなる層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に設けられ、前記薄膜トランジスタと電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極に設けられた第１の配向膜と、
前記第２の基板に設けられた、表面が平坦な反射層と、
前記反射層に設けられたカラーフィルターと、
前記カラーフィルターを覆うオーバーコート層と、
前記オーバーコート層に設けられた共通電極と、
前記共通電極に設けられた第２の配向膜と、
前記第１の配向膜及び前記第２の配向膜に接し、前記第１の基板及び前記第２の基板を均一な間隔で保持するスペーサと、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記層間絶縁膜に設けられたデータ配線を有し、
前記データ配線は、前記画素電極と電気的に接続しない位置に配置され、
前記データ配線は、チタン又はアルミニウムを有し、
前記画素電極は、ＩＴＯからなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記スペーサは球状をなし、且つプラスチックでなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせるシール材を有し、
前記シール材はフィラーを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記スペーサの大きさは、前記第１の基板と第２の基板と間のセルギャップと等しく、
前記フィラーの大きさは、前記セルギャップより大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記シール材は、前記薄膜トランジスタを有する画素部、走査信号制御回路及び画像信号制御回路の外側、且つ、外部入出力端子の内側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記外部入出力端子は、前記データ配線が有する前記チタン又は前記アルミニウムを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記反射層は、銀又は銀合金でなり、
前記銀でなる反射層に接して設けられた保護膜を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の基板の他方の面に設けられた前方散乱板と、
前記前方散乱板に接して設けられたλ／４板と、
前記λ／４板に接して設けられた偏光板と、を有し、
前記λ／４板の遅相軸と、前記偏光板の透過軸とがなす角は４５度であることを特徴とする液晶表示装置。