(57)【要約】ＥＬ発光素子（３３）を第１の基板（１）上に設け、ＥＬ発光素子（３３）による発光表示と液晶表示素子による反射表示をともに可能とする。第１の基板（１）の液晶層（５１）側の面上には、ＥＬ制御用スイッチング素子（１７）と液晶層制御用スイッチング素子（１８）を設ける。ＥＬ制御用スイッチング素子（１７）は、ＥＬ発光素子（３３）を構成するアノード電極（２１）またはカソード電極（２４）に接続する。液晶層制御用スイッチング素子（１８）は、液晶表示素子を構成する表示電極（３１）または反射電極（２８）に接続することで、発光素子を内在する液晶表示装置において、液晶表示素子と発光素子とを一体化し、それらの電気的接続も考慮し、薄型化、軽量化を図り、また、反射表示と透過表示の両方を可能とする。
2004053819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板とを、所定の間隙を介して対向させて配置し、前記間隙内に液晶層を有する液晶表示素子を備えた液晶表示装置において、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に、エレクトロルミネッセント発光素子と、該エレクトロルミネッセント発光素子を制御するためのＥＬ制御用スイッチング素子と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２】
前記第１の基板の液晶層側に前記ＥＬ制御用スイッチング素子が形成され、該ＥＬ制御用スイッチング素子の液晶層側に絶縁膜を介して前記エレクトロルミネッセント発光素子が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の基板の液晶層側に前記エレクトロルミネッセント発光素子が形成され、該エレクトロルミネッセント発光素子の液晶層側に絶縁膜を介して前記ＥＬ制御用スイッチング素子が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記エレクトロルミネッセント発光素子は、前記第１の基板側に透過して該第１の基板側に光を出射することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記絶縁膜にはＥＬ接続開口部が形成されており、該ＥＬ接続開口部を介して前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記ＥＬ制御用スイッチング素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第２項〜第３項のいずれか一つに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記エレクトロルミネッセント発光素子は、それぞれ異なる色を発光する複数種類のエレクトロルミネッセント発光素子であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記エレクトロルミネッセント発光素子の上に、該エレクトロルミネッセント発光素子への水分の浸透を妨げる保護膜が設けられていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記エレクトロルミネッセント発光素子または前記ＥＬ制御用スイッチング素子の上に、段差を平坦化するための絶縁性の平坦化膜が形成され、該平坦化膜の上に液晶表示素子の表示電極が形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記平坦化膜は、光を拡散させる拡散部材を備えていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記表示電極は反射性電極であり、前記エレクトロルミネッセント発光素子と重なる領域に開口部を有することを特徴とする請求の範囲第８項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記反射性電極の表面は凹凸形状であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記平坦化膜の表面が凹凸形状であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
さらに、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記液晶層に表示用信号を供給するための液晶層制御用スイッチング素子が前記表示電極に接続されて設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記液晶層制御用スイッチング素子の液晶層側に絶縁膜を介して表示電極が形成され、該表示電極と前記液晶層制御用スイッチング素子とは、前記絶縁膜に形成されたＬＣ接続開口部を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記表示電極は、前記液晶層制御用スイッチング素子と前記ＥＬ制御用スイッチング素子とからなる２個で１組のスイッチング素子上をほぼ覆う領域に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記スイッチング素子は、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有する薄膜トランジスターからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
同一の表示画素領域内に含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子と前記液晶層制御用スイッチング素子とでは、ゲート電極は互いに接続されており、ソース電極は互いに独立していることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、前記ＥＬ制御用スイッチング素子のソース電極は、隣接する表示画素領域内に含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のソース電極に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のゲート電極は、前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極から独立し、かつ互いに接続されており、同一の表示画素領域内に含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子と前記液晶層制御用スイッチング素子とでは、ソース電極が互いに独立していることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記スイッチング素子は、ポリシリコン薄膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記ＥＬ制御スイッチング素子は、ポリシリコン薄膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであり、前記液晶層制御用スイッチング素子は、アモルファスシリコン膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記第１の基板と前記第２の基板との間にカラーフィルタを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記液晶層は、液晶と透明固形物との混合液晶層であり、前記液晶層に印加する電圧の強弱により、散乱と透過を制御する散乱型液晶層であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記第１の基板と表示電極との間に、水分を吸収する部材を混合する有機絶縁膜を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記第２の基板の液晶層と反対側には、少なくとも偏光板を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記第２の基板の液晶層と反対側には、該第２の基板側から順に少なくとも１枚の位相差板と、偏光板とを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記偏光板との間に光拡散層を有することを特徴とする請求の範囲第２５項または第２６項に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記第２の基板との間に光拡散層を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
前記液晶層の配向方向と、前記第２の基板の液晶層と反対側に設ける前記偏光板および前記位相差板との配置は、前記液晶層に電圧無印加時に該液晶層の透過率がほぼ最大となる配置であることを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の液晶表示装置。
【請求項３０】
前記エレクトロルミネッセント発光素子の発光中は、前記液晶層の透過率がほぼ最大となる電圧が前記液晶層制御用スイッチング素子を介して該液晶層に印加されることを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の液晶表示装置。
【請求項３１】
前記液晶表示素子の表示面は前記第２の基板側であり、前記エレクトロルミネッセント発光素子の発光面は前記第１の基板側であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光源または表示素子としてエレクトロルミネッセント発光素子（以下、ＥＬ発光素子とする）を内在した液晶表示装置に関し、特に、ＥＬ発光素子の非点灯時に反射型液晶表示装置として使用可能な液晶表示装置に関する。
【背景技術】  一般に、小型情報機器などには、液晶自体には発光機能がなく、装置内に設けられた光源からの透過光により表示をおこなう透過型の液晶表示装置が用いられている。透過型の液晶表示装置の他にも、外部から液晶表示パネル内に入射した光の反射光を利用して表示をおこなう反射型の液晶表示装置がある。また、透過型と反射型の両方の機能を併せ持つ半透過反射型の液晶表示装置がある。
このような一般的な液晶表示装置とは異なるものとして、液晶表示パネルの一部に発光性を具えた材料を使用し、液晶の電気光学変化を利用して表示をおこなう液晶表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１（特開昭６０−５０５７８号公報）、特許文献２（特開昭６０−１２９７８０号公報）参照。）。
また、液晶表示パネルを挾んで、液晶表示パネルの表示を視認する者（以下、視認者とする）の反対側（液晶表示パネルの裏側）に、紫外線を発する光源を配置し、その光源と液晶表示パネルとの間に、紫外線に対して偏光性を有する偏光分離器を配置した液晶表示装置が提案されている。この液晶表示装置では、ゲストである蛍光二色性色素の二色性比が改善され、視認性が改善される。しかし、蛍光二色性色素を含む液晶表示装置では、外部光源（補助光源）により二次的に発光するにとどまり、補助光源が必要である。
一方、有機ＥＬ発光素子の研究開発が急速に進歩しており、カーオーディオや携帯電話器への製品実用化の段階に達している。また、ＥＬ発光素子に関しては、半導体スイッチング素子を用いて高性能化を図る例や、燐光材料ＥＬ発光素子により高輝度化を図る例や、プラスチック基板化により軽量かつ薄型化を図る例などが報告されている。
第２８図は、従来のＥＬ発光素子を用いた表示装置の要部を示す部分拡大断面図である。第２８図を参照しながら従来のＥＬ発光素子の構成について説明するが、この説明において「上」とは第２８図では下になっている。第２８図に示すように、透明な第１の基板１上には、透明導電膜からなるアノード電極２１と、位置決め絶縁膜２０が設けられている。位置決め絶縁膜２０は、アノード電極２１の縁部を覆っているが、アノード電極２１の縁部を除いてアノード電極２１上で開口しており、発光領域を規定している。アノード電極２１上には、正孔（ホール）輸送層３５、発光層２３および電子輸送層２２がこの順で積層されている。そして、電子輸送層２２上にカソード電極２４が設けられている。位置決め絶縁膜２０は、アノード電極２１とカソード電極２４との交差部の電気的短絡を防止している。
ＥＬ発光素子３３は、上述したアノード電極２１、正孔輸送層３５、発光層２３、電子輸送層２２およびカソード電極２４により構成されている。ＥＬ発光素子３３の発光輝度は水分の影響により低下する。これを防ぐため、金属ケース３０が第１の基板１に接着（図示せず）されており、第１の基板１と金属ケース３０との間の空間には、水分を除去した空気層３８が充填されている。
ＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１は、アノード電極２１と第１の基板１を透過して視認者側に出射する。カソード電極２４は、発光層２３からの発光を第１の基板１側に効率よく出射させるために、仕事関数の小さい反射性を有する金属膜、たとえば酸化リチウム−アルミニウム（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ）膜でできている。また、アノード電極２１は、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜でできている。正孔輸送層３５は、たとえばトリフェニルアミン誘導体でできている。発光層２３は、たとえばイリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）でできている。電子輸送層２２は、たとえばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（３）錯体でできている。
反射性金属膜でできているカソード電極２４は、外部光源からの光を反射する。そのため、外部環境が明るく、カソード電極２４での反射光が強い状況では、その反射光とＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１との光強度差が小さくなってしまう。そこで、第１の基板１の視認者側には、位相差板５６および偏光板５５がこの順に積層されており、１／４波長偏光フィルタとして機能している。これによって、外部光源（図示せず）の光は、カソード電極２４で反射しても視認者側には出射しない。したがって、透過出射光６１と反射光とのコントラスト比は充分大きい。
ところで、明るくて充分なコントラスト比を得るため、ＥＬ発光素子をバックライト等の照明光源に用いた液晶表示装置が公知である（たとえば、特許文献３（特開２０００−２６７０９１号公報）、特許文献４（特開昭５８−２２１８２８号公報）、特許文献５（実開昭５９−５３３３５号公報）、特許文献６（特開２００１−１６６３００号公報）、特許文献７（特開平１１−２４９１３０号公報）参照。）。このような液晶表示装置では、外部環境が暗いときにＥＬ発光素子を所定の明るさで点灯し、その状態で液晶表示素子を駆動してＥＬ発光素子からの透過光によって表示をおこなう。
しかし、従来のＥＬ発光素子を用いた表示装置では、外部光源の光強度が非常に強い場合には、ＥＬ発光素子からの透過出射光の強度が、カソード電極での反射光の強度に負けてしまうため、透過出射光の光はほとんど認識されず、コントラスト比が低下してしまう。外部光源の光強度が非常に強い場合にこのような不都合が起こるのを回避するためには、ＥＬ発光素子の発光強度を増加する必要があるが、そうするとＥＬ発光素子の消費電力が増加してしまう。消費電力が増加すると、小型携帯情報機器、携帯電話器、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、小型ゲーム機または時計などでは、電池の消耗が激しく、充分な使用時間を確保することができない。また、電池の劣化も加速してしまう。
一方、反射型の液晶表示装置の場合、外部光源の光強度が強くても上述したＥＬ発光素子のような不都合は生じないが、その代わり、外部光源の光強度が弱い環境や外部光源の光がない環境では、表示を認識することができなくなってしまう。半透過反射型液晶表示装置や、液晶表示パネルの視認者側に配置した導光板よりなるフロント照明を有する反射型液晶表示装置では、液晶表示パネルの外に光源を設ける必要があるため、薄型化や軽量化には限界がある。また、光源の接続や、光源と液晶表示素子とをモジュール化した構成も複雑である。
また、従来のＥＬ発光素子を内蔵した液晶表示装置では、ＥＬ発光素子の発光強度を制御することによって所望の表示をおこなっているわけではなく、単に発光素子を液晶表示素子の照明光源として用いているに過ぎない。したがって、ＥＬ発光素子を点灯しているときでも液晶表示素子を駆動する必要があるため、消費電力の増大を招く。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、液晶表示素子と表示素子としての発光素子とを一体化し、さらにそれぞれの電気的接続も考慮し、薄型化、軽量化をおこなうことを目的とする。つまり、本発明の目的は、表示素子としての発光素子を内在する液晶表示装置を提供することにある。
さらに、液晶表示装置には、スイッチング素子を設け、このスイッチング素子により液晶表示画素電極と発光素子とを制御し、液晶表示パネルの表示品質向上と、低消費電力化、視認性の向上が可能となる。
【発明の開示】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる液晶表示装置は、表示電極を有する第１の基板と、対向電極を有する第２の基板とを、所定の間隙を介して対向させて配置し、前記間隙内に液晶層を有する液晶表示装置において、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、エレクトロルミネッセント発光素子と、該エレクトロルミネッセント発光素子を制御するためのＥＬ制御用スイッチング素子とが設けられていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第１の基板の液晶層側に前記ＥＬ制御用スイッチング素子が形成され、該ＥＬ制御用スイッチング素子の液晶層側に絶縁膜を介して前記エレクトロルミネッセント発光素子が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第１の基板の液晶層側に前記エレクトロルミネッセント発光素子が形成され、該エレクトロルミネッセント発光素子の液晶層側に絶縁膜を介して前記ＥＬ制御用スイッチング素子が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子は、前記第１の基板側に透過して該第１の基板側に光を出射することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記絶縁膜にはＥＬ接続開口部が形成されており、該ＥＬ接続開口部を介して前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記ＥＬ制御用スイッチング素子とが電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子が、それぞれ異なる色を発光する複数種類のエレクトロルミネッセント発光素子であることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子の上に、該エレクトロルミネッセント発光素子への水分の浸透を妨げる保護膜が設けられていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子または前記ＥＬ制御用スイッチング素子の上に、段差を平坦化するための絶縁性の平坦化膜が形成され、該平坦化膜の上に液晶表示素子の表示電極が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記平坦化膜が、光を拡散させる拡散部材を備えていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記表示電極は反射性電極であり、前記エレクトロルミネッセント発光素子と重なる領域に開口部を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記反射性電極の表面が凹凸形状であることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記平坦化膜の表面が凹凸形状であることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第１の基板と前記第２の基板との間に、前記液晶層に表示用信号を供給するための液晶層制御用スイッチング素子が前記表示電極に接続されて設けられていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記液晶層制御用スイッチング素子の液晶層側に絶縁膜を介して表示電極が形成され、該表示電極と前記液晶層制御用スイッチング素子とは、前記絶縁膜に形成されたＬＣ接続開口部を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記表示電極が、前記液晶層制御用スイッチング素子と前記ＥＬ制御用スイッチング素子とからなる２個で１組のスイッチング素子上をほぼ覆う領域に形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記スイッチング素子が、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有する薄膜トランジスターからなることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、同一の表示画素領域内に含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子と前記液晶層制御用スイッチング素子とでは、ゲート電極は互いに接続されており、ソース電極は互いに独立していることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、前記ＥＬ制御用スイッチング素子のソース電極が、隣接する表示画素領域内に含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のソース電極に接続されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置が、さらに、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極は互いに接続されており、隣接する２つの表示画素領域内にそれぞれ含まれる前記液晶層制御用スイッチング素子のゲート電極が、前記ＥＬ制御用スイッチング素子のゲート電極から独立し、かつ互いに接続されており、同一の表示画素領域内に含まれる前記ＥＬ制御用スイッチング素子と前記液晶層制御用スイッチング素子とでは、ソース電極が互いに独立していることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記スイッチング素子が、ポリシリコン薄膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記ＥＬ制御スイッチング素子が、ポリシリコン薄膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであり、前記液晶層制御用スイッチング素子が、アモルファスシリコン膜からなる半導体層を有する薄膜トランジスターであることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第１の基板と前記第２の基板との間にカラーフィルタを有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記液晶層が、液晶と透明固形物との混合液晶層であり、前記液晶層に印加する電圧の強弱により、散乱と透過を制御する散乱型液晶層であることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第１の基板と表示電極との間に、水分を吸収する部材を混合する有機絶縁膜を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第２の基板の液晶層と反対側に、少なくとも偏光板を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記第２の基板の液晶層と反対側に、該第２の基板側から順に少なくとも１枚の位相差板と、偏光板とを有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、、前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記偏光板との間に光拡散層を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子と前記第２の基板との間に光拡散層を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記液晶層の配向方向と、前記第２の基板の液晶層と反対側に設ける前記偏光板および前記位相差板との配置が、前記液晶層に電圧無印加時に該液晶層の透過率がほぼ最大となる配置であることを特徴とする。
また、本発明にかかる液晶表示装置は、さらに、前記エレクトロルミネッセント発光素子の発光中が、前記液晶層の透過率がほぼ最大となる電圧が前記液晶層制御用スイッチング素子を介して該液晶層に印加されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第２図は、本発明にかかる液晶表示装置を有する携帯情報機器の全体を示す立体模式図であり、第３図は、第２図の切断線Ａ−Ａにおける断面図であり、第４図は、本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第５図は、本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第６図は、本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第７図は、本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第８図は、本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第９図は、本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第１０図は、本発明の第８の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第１１図は、本発明の第９の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第１２図は、本発明の第１０の実施形態における液晶表示装置の表示画素領域の要部を示す平面模式図であり、第１３図は、本発明の第１０の実施形態における液晶表示装置の表示画素領域の要部を示す平面模式図であり、第１４図は、本発明の第１０の実施形態における液晶表示装置の表示画素領域の要部を示す平面模式図であり、第１５図は、本発明の第１１の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第１６図は、本発明の第１２の実施形態における液晶表示装置の要部を示す部分拡大断面図であり、第１７図は、本発明にかかる液晶表示装置におけるＥＬ発光素子の等価回路を示す回路図であり、第１８図は、本発明にかかる液晶表示装置のＥＬ発光素子を時分割駆動したときのゲート電極印加電圧および発光強度を模式的に示す波形図であり、第１９図は、本発明にかかる液晶表示装置の駆動パターンを説明するために液晶表示装置の表示部の一部を示す部分拡大図であり、第２０図は、本発明にかかる液晶表示装置の液晶表示素子のみを駆動する場合の駆動波形を示す波形図であり、第２１図は、本発明にかかる液晶表示装置のＥＬ発光素子のみを駆動する場合の駆動波形を示す波形図であり、第２２図は、本発明にかかる液晶表示装置の液晶表示素子とＥＬ発光素子の両方を駆動する場合の駆動波形を示す波形図であり、第２３図は、本発明にかかる液晶表示装置を適用した携帯電話器の蓋の開状態を示す立体模式図であり、第２４図は、本発明にかかる液晶表示装置を適用した携帯電話器の蓋の閉状態を示す立体模式図であり、第２５図は、パッシブマトリクス型ＥＬ発光素子の等価回路を示す回路図であり、第２６図は、パッシブマトリクス型ＥＬ発光素子を時分割駆動したときの走査電極印加電圧および発光強度を模式的に示す波形図であり、第２７図は、有機ＥＬ発光素子の輝度と印加電圧との関係を模式的に示す特性図であり、第２８図は、従来のＥＬ発光素子を用いた表示装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明を実施するための最良の形態である発光素子内在型液晶表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、他の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
〔第１の実施形態における液晶表示装置の構成：第１図、第２図、第３図〕
第１の実施形態の特徴は、第１の基板上にＥＬ発光素子の制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子を形成する点である。また、それらＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子を同一面に形成する点である。さらに、液晶層の反射板として、ＥＬ発光素子を構成する反射電極を利用する点である。第１図は、本発明の第１の実施形態における発光素子内在型液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。第２図は、本発明にかかる液晶表示装置を有する携帯情報機器の立体模式図である。第３図は、第２図に示すＡ−Ａ線における携帯情報機器の断面図である。以下に、第１図、第２図および第３図を交互に参照しながら第１の実施形態を説明する。
第２図に示すように、携帯情報機器８１のケースには、画像を表示するための表示部９６がある。この表示部９６の脇には、表示内容を変更するためのモード切り換えボタン８５、スクロールアップ（＋）ボタン８６、スクロールダウン（−）ボタン８７、通信部８８、および携帯情報機器８１のオン・オフをおこなうスイッチボタン８９がある。
つぎに、第３図に示すように、携帯情報機器８１は、液晶表示装置Ｐと、液晶表示装置Ｐの表示部を見通すことができる風防ガラス９０を備えている。ケースの裏蓋１０３側には回路基板１０５が設けられており、この回路基板１０５の上に液晶表示装置Ｐが実装されている。液晶表示装置Ｐは、風防ガラス９０側（視認者側）より、第２電極（第３図には図示せず）が設けられた第２の基板４１、液晶層５１、および第１電極（第３図には図示せず）とＥＬ発光素子３３が設けられた第１の基板１を基本構成としている。ＥＬ発光素子３３としては有機ＥＬ発光素子を用いることができる。第１の基板１と第２の基板４１は所定の距離だけ離れて対向しており、第１の基板１と第２の基板４１との間の空間に液晶層５１が封入されている。液晶層５１は、シール材と図示しない封孔部により密封されている。
また、第２の基板４１の図示しない電極は、導電部材（図示せず）によって回路基板１０５上の信号端子に接続されている。ケース上に配置されている通信部８８は、通信用回路基板９１上に実装されている。この通信用回路基板９１は、柔軟な印刷回路基板（フレキシブルプリント基板：ＦＰＣ）からなるＦＰＣ９２により回路基板１０５と接続している。通信部８８は、送受信用または受信用であり、位置情報用のＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）センサ、ブルートゥース送受信センサ、または赤外線送受信センサである。また、回路基板１０５には、エネルギー源として電池９４が電池押さえバネ９３により取り付けられている。第３図において、符号１１で示したものは保護用絶縁膜であり、符号５５で示したものは偏光板であり、符号５６で示したものは位相差板である。
第１図に示すように、第１の基板１上には、ポリシリコン膜からなる２種類の薄膜トランジスター（ＴＦＴ）９が設けられている。一方の薄膜トランジスター９は、ＥＬ発光素子３３を制御するＥＬ制御用スイッチング素子１７である。他方の薄膜トランジスター９は、低消費電力表示素子である液晶表示素子を制御する液晶層制御用スイッチング素子１８である。これらＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８は、ともに、第１の基板１上の同一層に形成されている。
ポリシリコン半導体層からなる薄膜トランジスター９は、次のようにして作製される。まず、第１の基板１上にポリシリコン膜よりなる半導体層４を形成する。この半導体層４上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜３を形成する。ゲート絶縁膜３の一部にソースコンタクトホールおよびドレインコンタクトホールを形成する。そして、ソース電極６およびドレイン電極７を、それぞれソースコンタクトホールおよびドレインコンタクトホールを介して、半導体層４に不純物をドーピングしてできた不純物ドープ半導体領域５に電気的に接続する。また、ゲート絶縁膜３上に、高融点金属であるタングステン（Ｗ）からなるゲート電極２を形成する。
以上のようにしてできた薄膜トランジスター９上にパッシベーション膜１０を形成する。これは、後の発光素子形成工程や液晶表示パネル化工程において、薄膜トランジスター９の特性が変化するのを防ぐためである。ドレイン電極７は、ドレイン接続電極８に電気的に接続されている。
薄膜トランジスター９およびパッシベーション膜１０上には、アクリル樹脂等の有機絶縁膜に、水分を吸収する部材を混ぜた平坦化保護膜１６を層間絶縁膜２５として形成する。これは、発光素子の特性を安定化すると同時に、薄膜トランジスター９の特性劣化を防ぐためである。水分吸収材としては、たとえば酸化バリウムの微粒子が用いられる。アクリル樹脂に酸化バリウムの微粒子を分散させることによって、平坦化保護膜１６に水分ゲッター機能が付与される。なお、第１図では、平坦化保護膜１６は単一層として示されているが、平坦化保護膜１６を、酸化バリウムを多く含む水分ゲッター優先のアクリル樹脂層と、絶縁性と平坦化性を向上させるためのアクリル樹脂層とを積層した多層構造としてもよい。このようにすれば、平坦化保護膜１６が単一層で構成される場合に比較して、ＥＬ発光素子３３の劣化防止効果が大きい。
平坦化保護膜１６には、ＥＬ制御用スイッチング素子１７のドレイン電極７とＥＬ発光素子３３のカソード電極２４とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＥＬ接続開口部１３と、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン電極７と液晶表示画素を構成する表示電極３１とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＬＣ接続開口部１４を形成する。
また、平坦化保護膜１６上には、第３電極の反射性金属電極であるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層（図示せず）、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１をこの順に積層する。カソード電極２４からアノード電極２１までの構成によりＥＬ発光素子３３が構成される。
ＥＬ発光素子３３上には、酸化シリコン膜等の絶縁膜からなる保護用絶縁膜１１を設ける。これは、ＥＬ発光素子３３への水分の浸透を防止するためである。保護用絶縁膜１１上には、液晶を駆動するための透明導電膜として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる表示電極３１を設ける。上述したように、表示電極３１は、ＬＣ接続開口部１４を介して、液晶層制御用スイッチング素子１８を構成する薄膜トランジスター９のドレイン接続電極８に電気的に接続している。
以上、説明したように、第１の基板１上に設ける薄膜トランジスター９は、２種類の表示素子を制御するための素子、すなわちＥＬ発光素子３３の発光制御用素子と液晶表示素子の液晶層５１への電圧制御用素子として機能している。
第２の基板４１は、第１の基板１に所定の間隙を設けて対向している。この第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、マトリクス状に配置された複数の表示電極３１を覆う対向電極４２を設ける。表示電極３１と対向電極４２との交差部が液晶表示画素となる。第１の基板１または第２の基板４１の、液晶層５１に臨む面には、液晶分子を所定の方向に揃える配向膜（図示せず）を設ける。
第１の基板１と第２の基板４１とは、所定の間隙を設けてシール材５２により接着する。第１の基板１上には、ゲート電極あるいはソース電極に所定の信号を印加するために、駆動回路部（図示せず）を実装する接続電極３６と駆動回路部に所定の信号を印加する外部回路との接続をおこなう入力電極３７を有する。
対向電極４２と表示電極３１との間隙には、６０度から７０度までのいずれかのツイスト角を有するツイストネマティック（ＴＮ）液晶層５１を封入する。外部環境が明るい場合には、外光からの反射入射光６５は、偏光板５５と位相差板５６により楕円偏光となり、液晶層５１に印加される電圧に依存して変調され、反射電極であるカソード電極２４に達する。そして、反射電極にて逆捩れの偏光となり、再度液晶層５１を透過し、位相差板５６および偏光板５５を透過して視認者側に反射出射光６６として出射する。液晶層５１の電気光学変化により、強い反射光と非常に弱い反射光を制御することにより、表示をおこなう。
位相差板５６は、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせ、液晶層５１の位相差がほぼゼロの時に、可視光領域の全波長領域で反射電極からの反射光が偏光板５５により平均的に最小となるようにしている。
一方、外部環境が暗い場合には、受光素子である液晶層５１は明表示でも暗いため、明暗を認識することが難しくなるので、ＥＬ発光素子３３を点灯する。このとき、液晶層５１には位相差を小さくする電圧、すなわち大きい電圧を印加する。これは、ＥＬ発光素子３３から発せられた光が、液晶層５１でほとんど吸収されず、また液晶層５１で位相差がほとんど生じないようにするためである。また、外部環境が暗い場合に、できるだけ低消費電力化を図る場合には、液晶表示素子を電圧無印加時に透明となるノーマリー白型とし、液晶層５１を駆動する液晶層制御用スイッチング素子１８に信号を印加しないようにすればよい。
また、偏光板５５と位相差板５６を設けることは、外部環境が明るい場合にカソード電極２４の反射を効率よく防止するためにもよい。
以上の説明で明らかなように、第１の実施形態では、第１の基板１上にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設け、両スイッチング素子１７，１８を、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４で覆う構成となっている。そのため、これらのスイッチング素子１７，１８がＥＬ発光素子３３を遮ることはない。したがって、明るいＥＬ発光素子３３が得られる。
また、液晶表示素子では、反射電極としてカソード電極２４の反射性を利用しているため、液晶表示素子の反射電極もＥＬ制御用スイッチング素子１７および液晶層制御用スイッチング素子１８により遮られることはない。したがって、液晶表示素子による明るい反射表示が可能となる。
さらに、偏光板５５および位相差板５６は、ＥＬ発光素子３３の発光により表示をおこなう場合には、反射性電極であるカソード電極２４での反射光の出射を防止し、その反射光とＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１とのコントラストを大きく取ることに寄与している。ＥＬ発光素子３３の発光により表示をおこなう場合には、ＥＬ発光素子３３からの発光が、液晶層５１の変調と位相差板５６と偏光板５５により光学変化を起こすのを防止するとともに、カソード電極２４からの反射を防止するために、液晶層５１の位相差を小さくするための電圧を液晶層５１に印加する。
第１の実施形態では、保護用絶縁膜１１として酸化シリコン膜を用いているが、酸化シリコン膜上に散乱性を有するアクリル樹脂からなる別の保護膜を光拡散層として設けた構成としてもよい。そうすれば、視認者が液晶表示素子の反射表示を観察する場合に、明表示を認識することができる視認者の方向を広げることが可能となる。つまり、反射光が保護用絶縁膜１１で散乱するため、色々な方向に光が拡散し、視野角が広がる。
＜第２の実施形態＞
〔第２の実施形態における液晶表示装置の構成：第４図〕
第２の実施形態の特徴は、発光素子と第２の基板との間にカラーフィルタを設ける点である。また、発光素子の発光が白色光であることも特徴点の一つである。第４図は、本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第４図を参照しながら第２の実施形態を説明する。
まず、各画素にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設ける。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と絶縁膜である層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。
層間絶縁膜２５上には、第３電極の反射性金属電極であるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層（図示せず）、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１をこの順に積層する。カソード電極２４からアノード電極２１までの構成によりＥＬ発光素子３３が構成される。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、透明導電膜からなる表示電極３１を設ける。表示電極３１上には、水分または不純物の侵入を防止するために、最終保護膜３２を設ける。
第２の基板４１は、第１の基板１に所定の間隙を設けて対向している。この第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、赤、青、緑の可視光波長領域の光を透過するカラーフィルタを設ける。第４図には、赤カラーフィルタ４５と緑カラーフィルタ４６が示されており、青カラーフィルタは現れていない。赤、青および緑のカラーフィルタ４５，４６上には、アクリル樹脂よりなるＣＦオーバーコート層４７を設ける。ＣＦオーバーコート層４７の液晶層５１側の面上には、マトリクス状に配置された表示電極３１を覆うように透明導電膜からなる対向電極４２を設ける。第１の基板１または第２の基板４１の、液晶層５１に臨む面には、液晶分子を所定の方向に揃える配向膜（図示せず）を設ける。
第１の基板１と第２の基板４１とは、所定の間隙を設けてシール材５２により接着する。第２の基板４１の液晶層５１と反対側の面上には、紫外線カットフィルム７４を接着する。紫外線カットフィルム７４は、液晶層５１への紫外線の進入を防止する。第１の基板１上には、ゲート電極あるいはソース電極に所定の信号を印加するために、駆動回路部（図示せず）を実装する接続電極３６と駆動回路部に所定の信号を印加する外部回路との接続をおこなう入力電極３７を有する。
第１の基板１と第２の基板４１との間隙に封入される液晶層５１は、液晶分子と有機高分子材料のアクリル樹脂からなる透明固形物とを混合した散乱型液晶である。アクリル樹脂は、模式的には多孔質体の透明固形物からなり、液晶層５１に電圧を印加することにより散乱と透過を変調する。液晶分子は常光に対応する屈折率（ｎｏ）と異常光に対応する屈折率（ｎｅ）とを有する。液晶の透明状態と散乱状態とは透明固形物の屈折率（ｎｐ）と、液晶分子の屈折率（ｎｏとｎｅ）との差分と液晶分子の配向性により発生する。第２の実施形態では、液晶層５１の原材料として大日本インキ製のＰＮＭ−１５７を使用し、液晶を封入後に３６０ナノメートル（ｎｍ）以上の波長の紫外線を３０ｍＷ／ｃｍ２の強度で、６０秒間照射して作成している。液晶の屈折率については、ｎｏは１．５であり、ｎｅは１．７であり、透明固形物の屈折率は１．５程度である。
外部環境が明るい場合には、散乱型液晶の散乱を発生しない、いわゆる透過率の大きい液晶表示画素では、外部光源光からの反射入射光６５は、ＥＬ発光素子３３を構成する反射性電極のカソード電極２４で正反射し、その反射出射光６６が視認者側に観察される。また、散乱の大きい液晶表示画素では、反射入射光６５のほとんどは微小拡散反射を繰り返し、拡散光としてカラーフィルタ４５，４６を透過することによって、視認者が色と明暗を認識する。正反射光は、所定の角度以外では出射しないため、暗表示として認識される。この正反射光と拡散反射光の光強度の差により明暗表示をおこなう。
反射表示の場合には、散乱の大きい液晶表示画素において、液晶層５１内での微小拡散反射はもちろんであるが、第１の基板１側に設ける反射性電極からの反射光も液晶層５１内で微小拡散反射を繰り返す。そのため、ＥＬ発光素子３３を構成する反射性電極により拡散反射光の視認者側への出射強度は液晶単体より強くなる。ＥＬ発光素子３３を点灯する透過表示の場合には、透過出射光６１は液晶層５１を１度しか通過しないため、散乱度が見かけ上低下し、充分なコントラストを達成できない。
そこで、各液晶表示画素に対応してＥＬ発光素子３３を設けることが有効となるわけである。ＥＬ発光素子３３の点灯画素では、液晶層５１は透過状態とする。ＥＬ発光素子３３の非点灯画素では、液晶層５１を散乱状態とする。このようにすることにより、ＥＬ発光素子３３を使用する状況でも、ＥＬ発光素子３３を構成する反射性電極からの鏡面反射を防止することができる。また、ＥＬ発光素子３３の点灯画素においても、多少の散乱状態とすることにより、外部光源からの光が反射性電極から正反射することを防止することができるため、良好な表示が得られる。
ＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１は、カラーフィルタ４５，４６にて着色光となり視認者側に出射する。つまり、カラーフィルタ４５，４６は、液晶を使用する反射表示のカラー化と、ＥＬ発光素子３３を使用する発光表示のカラー化の両方の機能を有している。
第２の基板４１の視認者側には、プラスチックフィルムからなる紫外線カットフィルム７４を設けている。紫外線カットフィルム７４は、液晶層５１とＥＬ発光素子３３の紫外線照射による劣化を防止することと、第２の基板４１の破損を防止することに役立っている。
以上の説明から明らかなように、第２の実施形態では、発光素子内在型液晶表示装置の第２の基板４１上に偏光板を設けていないため、明るい反射表示が可能となる。また、ＥＬ発光素子３３を利用する際に明るい発光表示が可能となる。さらに、有機ＥＬ発光素子３３の反射性電極を利用して、液晶の反射表示を可能としている。また、カラーフィルタ４５，４６により反射表示と発光表示のいずれにおいても、カラー化が可能となる。
また、第２の実施形態では、第１の基板１上にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設け、両スイッチング素子１７，１８は、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４により覆われている。そのため、スイッチング素子１７，１８がＥＬ発光素子３３を遮ることはない。したがって、明るいＥＬ発光素子３３が得られる。
また、第２の実施形態では、ＥＬ発光素子３３は、白色光を発光し、その白色光は、カラーフィルタ４５，４６により所定の可視光領域の光となって透過するため、カラー表示が可能となる。カラーフィルタ４５，４６を第２の基板４１側に設けることにより、カラーフィルタ４５，４６を設ける工程での、ＥＬ発光素子３３の特性変化を防止することが可能となる。
また、ＥＬ発光素子３３と表示電極３１との間にカラーフィルタを設けると、表示電極３１と液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８との距離が大きくなるため、表示電極３１とドレイン接続電極８の電気的接続が難しくなるが、第２の実施形態では、そのような問題は発生しない。
なお、第２の実施形態では、液晶層５１として電圧無印加状態で散乱性を有する散乱型液晶層を利用する例を挙げて説明したが、ＥＬ発光素子３３の発光時の消費電力を低減するためには、液晶層５１として電圧無印加状態で透過状態となる散乱型液晶（ノーマリー透過散乱型液晶）を利用するのが好ましい。そうすれば、ＥＬ発光素子３３の発光時に、液晶層５１に電圧を供給しなくても、液晶層５１の透過率を最大にすることができる。ノーマリー透過散乱型液晶は、配向性ポリマー（透明固形物）を利用し、液晶層５１が電圧無印加時に、配向性ポリマーにより規則正しく配列し、透明固形物と液晶の屈折率差が小さい状態とする。
＜第３の実施形態＞
〔第３の実施形態における液晶表示装置の構成：第５図〕
第３の実施形態の特徴は、絶縁膜を平坦化してなるＥＬ段差平坦化膜の上に表示電極を形成する点である。第５図は、第３の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第５図を参照しながら第３の実施形態を説明する。
まず、各画素にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設ける。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と絶縁膜である層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。また、第２の実施形態と同様にしてＥＬ発光素子３３を形成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、スイッチング素子１７，１８およびＥＬ発光素子３３により生じる段差を低減するために、アクリル樹脂からなるＥＬ段差平坦化膜２６を設ける。第３の実施形態では、アクリル樹脂形成後に研磨工程をおこない、ＥＬ段差平坦化膜２６の平坦化を徹底的におこなう。そして、平坦化したＥＬ段差平坦化膜２６の上に表示電極３１を形成する。
ＥＬ段差平坦化膜２６には、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン電極７と液晶表示画素を構成する表示電極３１とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＬＣ接続開口部１４を形成する。表示電極３１は、ＬＣ接続開口部１４を介して、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８に電気的に接続している。
以上の説明から明らかなように、ＥＬ段差平坦化膜２６を設けることにより、表示電極３１と対向電極４２との間隙を一定とすることが容易になる。つまり、液晶層５１の間隙を一定にすることができるので、液晶層５１の厚さが２〜３マイクロメートル（μｍ）と小さい場合でも、広い面積で均一の液晶層厚にすることが可能となる。
＜第４の実施形態＞
〔第４の実施形態における液晶表示装置の構成：第６図〕
第４の実施形態の特徴は、ＥＬ制御用スイッチング素子を、ポリシリコン膜を半導体層とするポリシリコン薄膜トランジスターで構成し、液晶層制御用スイッチング素子を、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を半導体層とするアモルファスシリコン薄膜トランジスターで構成する点である。また、液晶層制御用スイッチング素子のドレイン接続電極と表示電極との接続を良好とするために、絶縁膜であるＥＬ段差平坦化膜にＬＣ接続傾斜開口部を設ける点である。第６図は、第４の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第６図を参照しながら第４の実施形態を説明する。
まず、第１の基板１上には、ＥＬ制御用スイッチング素子１７として、ポリシリコン膜を半導体層４とする薄膜トランジスター９ａを設ける。また、液晶層制御用スイッチング素子１８として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を半導体層４とする薄膜トランジスター９ｂを設ける。ＥＬ発光素子３３は電流制御型であるため、半導体層４を、電流量を大きく流すことが可能なポリシリコン膜とする。
液晶は電圧制御型であり、低消費電力用の表示素子であるため、半導体層４を、オフ抵抗の大きいアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜とする。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。また、第２の実施形態と同様にしてＥＬ発光素子３３を形成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、スイッチング素子１７，１８およびＥＬ発光素子３３により生じる段差を低減するために、アクリル樹脂からなるＥＬ段差平坦化膜２６を設ける。第３の実施形態と同様に、アクリル樹脂形成後に研磨工程をおこない、ＥＬ段差平坦化膜２６の平坦化を徹底的におこなう。
また、ＥＬ段差平坦化膜２６は、スイッチング素子１７，１８およびＥＬ発光素子３３の段差を平坦にするために、１〜３μｍ程度の膜厚を必要とする。そのため、表示電極３１と液晶層制御用スイッチング素子１８に接続するドレイン接続電極８との接続をおこなう場合に、単純に第２の保護用絶縁膜となるＥＬ段差平坦膜２６にＥＬ段差平坦膜２６を貫通する開口部（コンタクトホール）を形成しただけでは、段差被覆性が厳しく、表示電極３１が断線してしまうおそれがある。表示電極３１の断線を回避するには、ＥＬ段差平坦化膜２６に、傾斜した断面形状のＬＣ接続傾斜開口部１５を設ければよい。また、層間絶縁膜２５には、ＬＣ接続開口部１４を設けている。ＬＣ接続開口部１４も傾斜した断面形状とすると開口部の面積が大きくなりすぎる場合には、ＬＣ接続傾斜開口部１５のみを傾斜を有する形状とすればよい。
以上の説明から明らかなように、ＥＬ発光素子３３をポリシリコン薄膜トランジスター９ａにより制御する。そして、液晶表示素子をアモルファスシリコン薄膜トランジスター９ｂにより制御することにより、ＥＬ発光素子３３の制御性の向上および発光強度の均一性を確保することができると同時に、液晶表示素子を駆動する場合に低消費電力化が可能である。
また、ＥＬ段差平坦化膜２６により表示電極３１の表面がほとんど平坦化されるために、液晶層５１の配向安定姓を図ることができるとともに、ドメインの発生を防止することができる。さらに、ＬＣ接続傾斜開口部１５を設けることにより、表示電極３１とドレイン接続電極８との接続も安定し、表示品質の改善を図ることができる。
＜第５の実施形態＞
〔第５の実施形態における液晶表示装置の構成：第７図〕
第５の実施形態の特徴は、表示電極表面に凹凸を設ける点である。また、表示電極上に反射電極を設け、その反射電極に、発光素子の発光を透過する開口部を設ける点である。第７図は、第５の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第７図を参照しながら第５の実施形態を説明する。
まず、各画素にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設ける。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。また、第２の実施形態と同様にしてＥＬ発光素子３３を形成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、ＥＬ発光素子３３への透水性を低減する目的と、表示電極表面を凹凸形状にするために、表面に凹凸を有する凹凸層間絶縁膜２７を光硬化性樹脂を用いて形成する。凹凸層間絶縁膜２７には、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン電極７と液晶表示画素を構成する表示電極３１とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＬＣ接続開口部１４を形成する。
凹凸層間絶縁膜２７上には、透明導電膜からなる表示電極３１を設ける。表示電極３１は、ＬＣ接続開口部１４を介して、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８に電気的に接続している。表示電極３１上には、一部にＥＬ発光素子３３からの発光を透過する透過開口部５３を有するアルミニウム膜からなる反射電極２８を設ける。カソード電極２４で反射させる場合、ＥＬ発光素子３３の発光層２３や図示しない電子輸送層等により着色してしまうことがある。そのような場合、第５の実施形態のように反射電極２８を液晶層５１に近接して設けることにより、可視光領域でほぼ同一の反射が可能となるため、白色表示が可能となる。
第１の基板１に対向する第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、透明導電膜からなる対向電極４２を設ける。第１の基板１と第２の基板４１は、シール材５２およびスペーサー（図示せず）により所定の間隙だけ離れている。第１の基板１と第２の基板４１との間の間隙には、液晶層５１を封入する。表示電極３１および反射電極２８と対向電極４２との交点が液晶表示画素となる。
第２の基板４１の液晶層５１と反対側の面には、第２の基板４１側より順に位相差板５６と偏光板５５を設ける。第１の基板１上には、ゲート電極あるいはソース電極に所定の信号を印加するために、駆動回路部（図示せず）を実装する接続電極３６と駆動回路部に所定の信号を印加する外部回路との接続をおこなう入力電極３７を有する。
ＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１は、反射電極２８に設ける透過開口部５３から第２の基板４１側に出射する。また、ＥＬ発光素子３３からの出射光のうち反射電極２８により遮蔽された光は、凹凸層間絶縁膜２７上に設ける反射電極２８の色々な方向への反射とＥＬ発光素子３３の反射性電極であるカソード電極２４の反射を繰り返すことにより、反射電極２８の透過開口部５３より出射する。
液晶表示装置の外部光源からのある反射入射光６５は、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４により反射し、液晶層５１により光学変調されて視認者側に反射出射光６６として出射する。また、外部光源からの別の反射入射光６８は、凹凸層間絶縁膜２７上に設ける反射電極２８により反射し、種々の方向への反射出射光６９，７０，７１として出射する。
以上の説明から明らかなように、第１の基板１上にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設け、ＥＬ発光素子３３と液晶表示素子を制御することはもちろんであるが、ＥＬ発光素子３３上に凹凸層間絶縁膜２７を設け、反射電極２８で種々の方向に反射する構造とし、さらに、反射電極２８に透過開口部５３を設けることにより、液晶表示素子による反射表示を明るく、また無彩色（白色）表示とすることが可能となる。
さらに、ＥＬ発光素子３３からの発光は、反射電極２８の透過開口部５３を介して、出射することができ、また、凹凸形状を有する反射電極２８による反射も利用するため、明るい表示が可能となる。
＜第６の実施形態＞
〔第６の実施形態における液晶表示装置の構成：第８図〕
第６の実施形態の特徴は、スイッチング素子上に設けるＥＬ段差平坦化膜内に拡散部材を添加し、ＥＬ段差平坦化膜に光散乱性を付加する点である。第８図は、第６の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第８図を参照しながら第６の実施形態を説明する。
まず、第１の基板１上には、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８をポリシリコン薄膜トランジスター９ａにて形成する。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。また、第２の実施形態と同様にしてＥＬ発光素子３３を形成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、スイッチング素子１７，１８およびＥＬ発光素子３３により生じる段差を低減するために、アクリル樹脂からなるＥＬ段差平坦化膜２６を設ける。ＥＬ段差平坦化膜２６には、アクリル樹脂と、アクリル樹脂と屈折率の異なるスチレン製の透明ボールからなる拡散部材２９を混入する。このＥＬ段差平坦化膜２６は、アクリル樹脂と拡散部材２９との界面で光が反射し、その反射が近距離で複数回繰り返されるため、光を拡散する機能を有する。
ＥＬ段差平坦化膜２６には、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン電極７と液晶表示画素を構成する表示電極３１とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＬＣ接続開口部１４を形成する。表示電極３１は、ＬＣ接続開口部１４を介して、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８に電気的に接続している。
第１の基板１と所定の間隙を設けてシール材５２により接着される第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、透明導電膜からなる対向電極４２を設ける。第１の基板１と第２の基板４１との間の間隙には、液晶層５１を封入する。第２の基板４１の液晶層５１と反対側の面には、第２の基板４１側より順に位相差板５６と偏光板５５を設ける。第１の基板１上には、ゲート電極あるいはソース電極に所定の信号を印加するために、駆動回路部（図示せず）を実装する接続電極３６と駆動回路部に所定の信号を印加する外部回路との接続をおこなう入力電極３７を有する。
ＥＬ発光素子３３からの出射光は、ＥＬ段差平坦化膜２６内の拡散部材２９により色々な方向に散乱し、様々な方向への透過出射光６１，６２，６３となる。また、液晶表示装置の外部光源からの反射入射光６８は、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４により反射し、液晶層５１により光学変調され、さらに、拡散部材２９により散乱されて様々な方向への反射出射光６９，７０，７１となる。
以上の説明から明らかなように、ＥＬ段差平坦化膜２６内に含有された拡散部材２９により、液晶表示素子に散乱性を付与することができる。また、ＥＬ発光素子３３からの光を散乱することができる。
第６の実施形態では、第２の基板４１と偏光板５５との間に位相差板５６のみを介在させたが、ＥＬ段差平坦化膜２６に含有された拡散部材２９だけでは散乱性が不足する場合には、第２の基板４１と位相差板５６との間、または位相差板５６と偏光板５５との間に拡散層を設けてもよい。
＜第７の実施形態＞
〔第７の実施形態における液晶表示装置の構成：第９図〕
第７の実施形態の特徴は、ＥＬ発光素子の発光層に光の吸収があり、透過光に着色があり、さらに、発光色も着色しており、ＥＬ発光素子はそれぞれ異なる色を発光する複数種類のＥＬ発光素子である点である。第９図は、第７の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第９図を参照しながら第７の実施形態を説明する。
まず、第１の基板１上には、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８をポリシリコン薄膜トランジスター９ａにて形成する。スイッチング素子１７，１８上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。
層間絶縁膜２５上には、反射性金属電極からなるカソード電極２４を銀とマグネシウム合金で形成する。赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒでは、カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層（図示せず）、ユーロピウム（Ｅｕ）錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなるアノード電極２１をこの順に積層する。赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒの透過出射光６１は赤色となる。
緑色発光のＥＬ発光素子３３ｇでは、カソード電極２４上には、赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒのユーロピウム（Ｅｕ）錯体からなる発光層２３に代えて、テルビウム（Ｔｂ）錯体からなる発光層３４を使用する。緑色発光のＥＬ発光素子３３ｇの透過出射光６２は緑色となる。第９図には、赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒおよび発光層２３と、緑色発光のＥＬ発光素子３３ｇおよび発光層３４が示されている。また、第９図には現れていないが、青色発光のＥＬ発光素子の場合には、トリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）からなる発光層を使用する。青色発光のＥＬ発光素子の透過出射光は青色となる。以上の赤色発光、緑色発光および青色発光の各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇを表示領域にマトリクス状に配置することによって、カラー表示が可能となる。
赤色発光、緑色発光および青色発光の各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇ上には、ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇへの水分の浸透を防止するために酸化シリコン膜からなる保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、透明導電膜からなる表示電極３１を設ける。保護用絶縁膜１１と層間絶縁膜２５には、ＬＣ接続開口部１４を設け、ＬＣ接続開口部１４を介して表示電極３１と液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８とを電気的に接続する。
ＬＣ接続開口部１４の部分で水分等の浸透を防止するためには、表示電極３１上に窒化シリコン膜、酸化タンタル膜または酸化シリコン膜からなる水分透過防止膜（図示せず）を形成するとさらによい。水分透過防止膜は、誘電率が大きい薄膜であるのが好ましい。水分透過防止膜を、ＬＣ接続開口部１４と表示電極３１との重なる部分とその周囲に設ける構造でも有効であるが、水分透過防止膜を設けていない部分の表示電極３１からの透水を防止するために、全面に水分透過防止膜を設ける構造が信頼性の面ではよい。
また、第９図では、ＬＣ接続開口部１４は、ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇからそれほど離れていないように示されているが、実際には、ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇから３０〜１００μｍ程度離れた位置に設けられている。これは、ＬＣ接続開口部１４からＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇへの水分の浸入を防止するためである。
第１の基板１に所定の間隙を設けて対向する第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、マトリクス状に配置する複数の表示電極３１を覆う対向電極４２を設ける。表示電極３１と対向電極４２との交差部が液晶表示画素である。第１の基板１または第２の基板４１の、液晶層５１に臨む面には、液晶分子を所定の方向に揃える配向膜（図示せず）を設ける。
対向電極４２と表示電極３１との間隙には、６０度から７０度までのいずれかのツイスト角を有するツイストネマティック（ＴＮ）液晶層５１を封入する。外部環境が明るい場合には、外光からのある反射入射光６５は、偏光板５５と位相差板５６により楕円偏光となり、液晶層５１に印加される電圧に依存して変調され、赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒの反射電極であるカソード電極２４に達する。そして、反射電極にて逆捩れの偏光となり、再度液晶層５１を透過し、位相差板５６および偏光板５５を透過して視認者側に反射出射光６６として出射する。この反射出射光６６は、赤色発光のＥＬ発光素子３３ｒを構成する発光層２３により赤色の出射光となる。
別の反射入射光６８は、偏光板５５と位相差板５６により楕円偏光となり、液晶層５１に印加される電圧に依存して変調され、緑色発光のＥＬ発光素子３３ｇの反射電極であるカソード電極２４に達する。そして、反射電極にて逆捩れの偏光となり、再度液晶層５１を透過し、位相差板５６および偏光板５５を透過して視認者側に反射出射光６９として出射する。この反射出射光６９は、緑色発光のＥＬ発光素子３３ｇを構成する発光層３４により緑色の出射光となる。
さらに別の反射入射光は、図には現れていない青色発光のＥＬ発光素子のカソード電極で反射し、視認者側に反射出射光として出射する。この反射出射光は、青色発光のＥＬ発光素子を構成する発光層により青色の出射光となる。このように、赤色発光、緑色発光および青色発光の各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇの発光層２３，３４を透過する際の特定の波長領域の吸収を利用することによって、カラー反射表示が可能となる。
一方、外部環境が暗い場合には、受光素子である液晶層５１は明表示でも暗いため、明暗を認識することが難しくなるので、赤色発光、緑色発光および青色発光の各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇを点灯する。このとき、赤色発光、緑色発光および青色発光の各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇから発せられた光が、液晶層５１でほとんど吸収されず、また液晶層５１で位相差がほとんど生じないようにするため、液晶層５１には位相差を小さくする電圧、すなわち大きい電圧を印加する。
また、外部環境が暗い場合に、できるだけ低消費電力化を図る場合には、液晶表示素子を電圧無印加時に透明となるノーマリー白型とし、液晶層５１を駆動する液晶層制御用スイッチング素子１８に信号を印加しないようにすればよい。また、偏光板５５と位相差板５６を設けることは、外部環境が明るい場合にカソード電極２４の反射を効率よく防止するためにもよい。
以上の説明から明らかなように、第７の実施形態では、第１の基板１上にＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８を設け、両スイッチング素子１７，１８を、各ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇのカソード電極２４で覆う構成となっている。そのため、これらのスイッチング素子１７，１８がＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇを遮ることはない。したがって、明るいＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇが得られる。
また、ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇを構成する発光層２３，３４の特定波長の吸収特性と、反射電極であるカソード電極２４とを利用して、液晶層５１を利用する液晶表示素子を機能させる際のカラー表示を達成する。ＥＬ発光素子３３ｒ，３３ｇの発光に対しては、特定の波長、たとえば赤色、緑色および青色の発光をおこなう発光層２３，３４を利用してカラー表示をおこなうため、カラーフィルタを利用する場合に比較して明るい表示が可能となる。
＜第８の実施形態＞
〔第８の実施形態における液晶表示装置の構成：第１０図〕
第８の実施形態の特徴は、第１の基板上にＥＬ発光素子を形成し、ＥＬ発光素子上にＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子を設ける点である。第１０図は、第８の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第１０図を参照しながら第８の実施形態を説明する。
まず、第１の基板１上には、第３電極の反射性金属電極からなるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層（図示せず）、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１をこの順に積層する。カソード電極２４からアノード電極２１までの構成によりＥＬ発光素子３３を構成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の浸透を防止するために酸化シリコン膜からなる保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、ＥＬ発光素子３３による段差を低減するためと、ＥＬ発光素子３３への水分の透過を防止するために、窒化シリコン膜よりなる層間絶縁膜２５を設ける。
層間絶縁膜２５上には、ＥＬ発光素子３３を制御するポリシリコン薄膜トランジスターからなるＥＬ制御用スイッチング素子１７と、液晶表示素子を制御する液晶層制御用スイッチング素子１８を設ける。ＥＬ制御用スイッチング素子１７に接続するドレイン接続電極８は、層間絶縁膜２５と保護用絶縁膜１１に設けるＥＬ接続開口部１３を介してＥＬ発光素子３３のアノード電極２１と電気的に接続する。
両スイッチング素子１７，１８上には、凹凸層間絶縁膜２７を形成する。凹凸層間絶縁膜２７上には、アルミニウム膜からなる反射電極２８を形成する。反射電極２８の、ＥＬ発光素子３３上の部分には、透過開口部５３を設け、ＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１をこの透過開口部５３から出射させる。反射電極２８は、凹凸層間絶縁膜２７に設けるＬＣ接続開口部１４を介して液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８と電気的に接続する。液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８は、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン電極７に電気的に接続する。
以上の説明から明らかなように、第１の基板１上にまずＥＬ発光素子３３を形成し、このＥＬ発光素子３３を水分とガスの浸透の少ない膜で強固に保護する。そのため、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化はない。また、ＥＬ発光素子３３をガラス基板上に形成することができるため、マスク蒸着のマスクが基板上に触れてもスイッチング素子１７，１８を破損する問題は発生しない。
また、層間絶縁膜２５上にスイッチング素子１７，１８を形成するため、ＥＬ発光素子形成工程でのスイッチング素子１７，１８の特性変化や劣化がない。さらに、ＥＬ発光素子３３とスイッチング素子１７，１８を形成した後、ＥＬ接続開口部１３を形成し、同一真空チャンバー内でドレイン接続電極８を形成するため、ＥＬ接続開口部１３からのＥＬ発光素子３３への汚染をほとんど無視できる程度にすることができる。
＜第９の実施形態＞
〔第９の実施形態における液晶表示装置の構成：第１１図〕
第９の実施形態の特徴は、第１の基板上にＥＬ発光素子を形成し、ＥＬ発光素子上にＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子を設ける点である。また、液晶表示素子により反射表示をおこなう面と反対側の面にＥＬ発光素子による発光表示をおこなうことも特徴点の一つである。第１１図は、第９の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第１１図を参照しながら第９の実施形態を説明する。
まず、第１の基板１上には、透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１を形成する。アノード電極２１上には、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、およびキノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層（図示せず）をこの順に形成する。電子輸送層の上には、第３電極の反射性金属電極からなるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。アノード電極２１からカソード電極２４までの構成によりＥＬ発光素子３３を構成する。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の浸透を防止するために酸化シリコン膜からなる保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、ＥＬ発光素子３３の段差を低減するためと、ＥＬ発光素子３３への水分の透過を防止するために、窒化シリコン膜よりなる層間絶縁膜２５を設ける。
層間絶縁膜２５上には、ＥＬ発光素子３３を制御するＥＬ制御用スイッチング素子１７と、液晶表示素子を制御する液晶層制御用スイッチング素子１８を設ける。ＥＬ制御用スイッチング素子１７および液晶層制御用スイッチング素子１８は、モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を半導体層とするアモルファスシリコン薄膜トランジスターで構成する。アモルファスシリコン薄膜トランジスターは、低温製造工程により製造可能であるため、保護用絶縁膜１１および層間絶縁膜２５を介して有機ＥＬ発光素子３３上に形成するのに適している。ＥＬ制御用スイッチング素子１７に接続するドレイン接続電極８は、層間絶縁膜２５と保護用絶縁膜１１に設けるＥＬ接続開口部１３を介してＥＬ発光素子３３のカソード電極２４と電気的に接続する。
両スイッチング素子１７，１８上には、凹凸層間絶縁膜２７を形成する。凹凸層間絶縁膜２７上には、アルミニウム膜からなる反射電極２８を形成する。第２の基板４１の液晶層５１と反対側の面上には、第１の位相差板５６と第１の偏光板５５を積層する。第２の基板４１側から入射した反射入射光６５は液晶層５１を通って反射電極２８で反射し、再び液晶層５１を通って第２の基板４１側から出射（反射出射光６６）する。
ＥＬ発光素子３３の発光は、第１の基板１を透過して第１１図において下向きに出射（透過出射光６１）する。第１の基板１の液晶層５１と反対側の面上には、第２の位相差板５９と第２の偏光板５８を積層する。
以上説明した第９の実施形態の液晶表示装置をカラー表示装置とする場合には、つぎのような構成とすればよい。液晶表示素子による反射表示をカラー化する場合には、たとえば上述した第２の実施形態における液晶表示装置のようにカラーフィルタを有する構成とすればよい。また、ＥＬ発光素子３３による発光表示をカラー化する場合には、第１の基板１にカラーフィルタを設ける構成としてもよいし、上述した第７の実施形態における液晶表示装置のように着色した光を発するＥＬ発光素子を用いる構成としてもよい。
以上の説明から明らかなように、液晶表示素子による反射表示を第２の基板４１側から観察することができ、一方、ＥＬ発光素子３３による発光表示を第１の基板１側から観察することができる。つまり、第９の実施形態では、両面表示が可能となる。また、反射電極２８に、ＥＬ発光素子３３の透過出射光のための透過開口部を設ける必要がないため、反射電極２８を大きな面積に形成することができ、明るい表示が可能となる。さらに、ＥＬ発光素子３３からの透過出射光を遮るスイッチング素子や反射電極がないため、ＥＬ発光素子３３の発光による表示を効率よくおこなうことができる。
＜第１０の実施形態＞
〔第１０の実施形態における液晶表示装置の構成：第１２図、第１３図、第１４図〕
第１２図、第１３図および第１４図は、ＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子の平面配置の異なる３つの例を示す平面模式図である。以下に、第１２図、第１３図および第１４図を参照しながら第１０の実施形態を説明する。
平面配置の第１の例について説明する。第１２図に示すように、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８は、ソース電極を備えている。ソース電極としては、第１のソース電極７９と第２のソース電極８０の２種類が配線されている。第１２図に示す例では、第１のソース電極７９はＥＬ制御用スイッチング素子１７用であり、第２のソース電極８０は液晶層制御用スイッチング素子１８用である。また、表示画素領域７６は、１個の液晶表示素子用の表示電極３１と、１個のカソード電極２４あるいはアノード電極２１のいずれかにより構成されるＥＬ発光素子構成電極と有する領域からなる。
各スイッチング素子１７，１８は、ソース電極７９，８０、アモルファスシリコン膜もしくはポリシリコン膜からなる半導体層４、ドレイン電極７、不純物ドープ半導体領域５（図示せず）、ゲート絶縁膜３（図示せず）、ゲート電極２、およびドレイン電極７に接続するドレイン接続電極８（図示せず）からなる。第１２図には示されていないが、ＥＬ制御用スイッチング素子１７に接続するドレイン接続電極８は、ＥＬ発光素子３３のアノード電極２１またはカソード電極２４に接続する。また、液晶層制御用スイッチング素子１８のドレイン接続電極８は、表示電極３１または反射電極２８に接続する。
以上の説明から明らかなように、同じ表示画素領域のＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８とは異なるソース電極７９，８０に接続している。ＥＬ発光素子３３と液晶表示素子とでは異なる電流が必要であり、ソース電極７９，８０とドレイン電極７との間に印加する電圧が異なる。したがって、第１２図に示すように、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８とで異なるソース電極７９，８０に接続する構成のほうが、制御性がよく、好ましい。
また、第１２図に示す例では、ゲート電極２を共通にしているため、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８に個別にゲート電極を設ける場合に比較して、ゲート電極２の占める面積を縮小化することができる。
平面配置の第２の例について説明する。第１３図に示す平面配置の特徴は、近接する表示画素領域で、ゲート電極に接続するスイッチング素子が異なる点である。第１３図に示すように、図面左側に記載する左側表示画素領域７８では、ＥＬ制御用スイッチング素子１７を図面奥側に配置し、図面右側に記載する右側表示画素領域７７では、ＥＬ制御用スイッチング素子１７を図面手前側に配置している。
液晶層制御用スイッチング素子１８の配置は、ＥＬ制御用スイッチング素子１７の配置とは逆である。つまり、第１３図で図面左側に記載する左側表示画素領域７８では、液晶層制御用スイッチング素子１８を図面手前側に配置し、図面右側に記截する右側表示画素領域７７では、液晶層制御用スイッチング素子１８を図面奥側に配置している。
そして、右側表示画素領域７７のＥＬ制御用スイッチング素子１７は第１のソース電極７９に接続する。左側表示画素領域７８のＥＬ制御用スイッチング素子１７は第２のソース電極８０に接続する。左側表示画素領域７８の液晶層制御用スイッチング素子１８は第１のソース電極７９に接続する。右側表示画素領域７７の液晶層制御用スイッチング素子１８は、図には現れていないが、第２のソース電極８０に接続する。右側表示画素領域７７のＥＬ制御用スイッチング素子１７と左側表示画素領域７８のＥＬ制御用スイッチング素子１７とは同じゲート電極２に接続する。右側表示画素領域７７の液晶層制御用スイッチング素子１８と左側表示画素領域７８の液晶層制御用スイッチング素子１８とは同じゲート電極２に接続する。しかし、同じ表示画素領域のＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８とは異なるゲート電極２に接続する。このような配列の繰り返しとなる。
すなわち、図には現れていないが、右側表示画素領域７７の右隣の表示画素領域（左側表示画素領域７８に相当する）では、ＥＬ制御用スイッチング素子１７は第２のソース電極８０に接続し、液晶層制御用スイッチング素子１８は第１のソース電極７９に接続する。また、図には現れていないが、左側表示画素領域７８の左隣の表示画素領域（右側表示画素領域７７に相当する）では、ＥＬ制御用スイッチング素子１７は第１のソース電極７９に接続し、液晶層制御用スイッチング素子１８は第２のソース電極８０に接続する。
したがって、第１３図に示す例でも、同じ表示画素領域のＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８とは異なるソース電極７９，８０に接続している。ＥＬ発光素子３３と液晶表示素子とでは異なる電流が必要であり、ソース電極７９，８０とドレイン電極７との間に印加する電圧が異なる。したがって、第１３図に示すように、ＥＬ制御用スイッチング素子１７と液晶層制御用スイッチング素子１８とで異なるソース電極７９，８０に接続する構成のほうが、制御性がよく、好ましい。
また、各表示画素領域７７，７８ごとにＥＬ制御用スイッチング素子１７用のソース電極と液晶層制御用スイッチング素子１８用のソース電極を個別に配線する構成とすると、ソース電極の配線本数が２倍になるため、断線確率が増加したり、ＥＬ発光素子３３の面積を大きくしたときにＥＬ発光素子３３と配線との重なりが増えることによるＥＬ発光素子３３の特性劣化を招く。第１３図に示す例によれば、このような不都合が起こるのを回避することができる。
平面配置の第３の例について説明する。第１４図に示す例は、低消費電力化のために、ＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子に個別にソース電極とゲート電極を設けるごとを特徴とする。ＥＬ制御用スイッチング素子１７は、第１のソース電極７９と第１のゲート電極７２に接続する。液晶層制御用スイッチング素子１８は、第２のソース電極８０と第２のゲート電極７３に接続する。
第１のソース電極７９と第２のソース電極８０とを絶縁膜を介して積層構造とし、たとえば、第１のソース電極７９をソース電極材料で形成し、第２のソース電極８０をゲート電極材料で形成し、第１のソース電極７９と第２のソース電極８０との間に、層間絶縁膜を設ける構成も可能である。また、第１のゲート電極７２と第２のゲート電極７３とを積層構造とすることも可能である。特に、ソース電極７９，８０とゲート電極７２，７３との交差部において、その周囲の絶縁膜に開口部を形成し、上下のソース電極とデーター電極の配置転換をおこなうことにより、２層配線が可能となる。
＜第１１の実施形態＞
〔第１１の実施形態における液晶表示装置の構成：第１５図〕
第１１の実施形態の特徴は、パッシブマトリクス型の液晶表示パネルにＥＬ発光素子とＥＬ発光素子の制御用スイッチング素子を内在させる点である。したがって、第１１の実施形態の液晶表示装置には、液晶層制御用スイッチング素子は設けられていない。第１５図は、本発明の第１１の実施形態における発光素子内在型液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第１５図を参照しながら第１１の実施形態を説明する。
第１５図に示すように、第１の基板１上には、ポリシリコン膜からなる薄膜トランジスター９が設けられている。この薄膜トランジスター９は、ＥＬ発光素子３３を制御するＥＬ制御用スイッチング素子１７である。後の発光素子形成工程や液晶表示パネル化工程において薄膜トランジスター９の特性が変化するのを防ぐため、薄膜トランジスター９上にパッシベーション膜１０を形成する。ドレイン電極７は、ドレイン接続電極８に電気的に接続されている。
薄膜トランジスター９およびパッシベーション膜１０上には、絶縁膜である層間絶縁膜２５を設けて平坦化する。層間絶縁膜２５には、ＥＬ制御用スイッチング素子１７のドレイン電極７とＥＬ発光素子３３のカソード電極２４とを、ドレイン接続電極８を介して電気的に接続するためのＥＬ接続開口部１３を形成する。
また、層間絶縁膜２５上には、第３電極の反射性金属電極であるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層２２、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１をこの順に積層する。カソード電極２４からアノード電極２１までの構成によりＥＬ発光素子３３が構成される。
ＥＬ発光素子３３への水分の浸透を防止するため、ＥＬ発光素子３３上に酸化シリコン膜等の絶縁膜からなる保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、液晶を駆動するための透明導電膜として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなるストライプ状の表示電極３１を設ける。
第２の基板４１は、第１の基板１に所定の間隙を設けて対向している。この第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、表示電極３１にほぼ直交する方向のストライプ状の対向電極４２を設ける。表示電極３１と対向電極４２との交差部が液晶表示画素である。第１の基板１または第２の基板４１の、液晶層５１に臨む面には、液晶分子を所定の方向に揃える配向膜（図示せず）を設ける。対向電極４２と表示電極３１との間隙には、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）液晶からなる液晶層５１を封入する。
と位相差板５６により楕円偏光となり、液晶層５１に印加される電圧に依存して変調され、反射電極であるカソード電極２４に達する。そして、反射電極にて逆捩れの偏光となり、再度液晶層５１を透過し、位相差板５６および偏光板５５を透過して視認者側に反射出射光６６として出射する。液晶層５１の電気光学変化により、強い反射光と非常に弱い反射光を制御することにより、表示をおこなう。
位相差板５６は、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせ、液晶層５１の位相差がほぼゼロの時に、可視光領域の全波長領域で反射電極からの反射光が偏光板５５により平均的に最小となるようにしている。
一方、外部環境が暗い場合には、液晶表示素子による反射表示では明暗を認識することが難しくなるので、ＥＬ発光素子３３を点灯する。このとき、液晶層５１には位相差を小さくする電圧、すなわち大きい電圧を印加する。これは、ＥＬ発光素子３３から発せられた光が、液晶層５１でほとんど吸収されず、また液晶層５１で位相差がほとんど生じないようにするためである。また、偏光板５５と位相差板５６を設けることは、外部環境が明るい場合にカソード電極２４の反射を効率よく防止するためにもよい。
以上の説明で明らかなように、第１１の実施形態では、パッシブマトリクス型の表示パネルを用いた液晶表示装置でも、第１の実施形態と同様に、第１の基板１上に設けたＥＬ制御用スイッチング素子１７を、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４で覆う構成となっているため、ＥＬ制御用スイッチング素子１７がＥＬ発光素子３３を遮ることはない。したがって、明るいＥＬ発光素子３３が得られる。
また、液晶表示素子では、反射電極としてカソード電極２４の反射性を利用しているため、液晶表示素子の反射電極もＥＬ制御用スイッチング素子１７により遮られることはない。したがって、液晶表示素子による明るい反射表示が可能となる。さらに、ＥＬ発光素子３３の発光により表示をおこなう場合、偏光板５５および位相差板５６により、反射性電極であるカソード電極２４での反射光の出射を防止するため、その反射光とＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１とのコントラストを大きくすることができる。
＜第１２の実施形態＞
〔第１２の実施形態における液晶表示装置の構成：第１６図〕
第１２の実施形態の特徴は、パッシブマトリクス型の液晶表示パネルにＥＬ発光素子とＥＬ発光素子の制御用スイッチング素子を内在させた液晶表示装置において、発光素子と第２の基板との間にカラーフィルタを設ける点である。また、発光素子の発光が白色光であることも特徴点の一つである。第１２の実施形態の液晶表示装置には、液晶層制御用スイッチング素子は設けられていない。第１６図は、本発明の第１２の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する断面図である。以下に、第１６図を参照しながら第１２の実施形態を説明する。
まず、各画素にＥＬ制御用スイッチング素子１７を設ける。スイッチング素子１７上には、第１の実施形態と同様に、パッシベーション膜１０と絶縁膜である層間絶縁膜２５を設け、層間絶縁膜２５を平坦化する。層間絶縁膜２５上には、第３電極の反射性金属電極であるカソード電極２４をアルミニウムとマグネシウム合金で形成する。カソード電極２４上には、キノリノールアルミ錯体（Ａｌｑ）からなる電子輸送層２２、キナクリドンをドープしたキノリノールアルミ錯体からなる発光層２３、トリフェニルアミン誘導体からなる正孔輸送層３５、および透明導電膜として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる第４電極のアノード電極２１をこの順に積層する。カソード電極２４からアノード電極２１までの構成によりＥＬ発光素子３３が構成される。
ＥＬ発光素子３３上には、ＥＬ発光素子３３への水分の透水を防止するためと、ＥＬ発光素子３３の後工程での劣化を防止するために、保護用絶縁膜１１を設ける。保護用絶縁膜１１上には、透明導電膜からなるストライプ状の表示電極３１を設ける。
第２の基板４１は、第１の基板１に所定の間隙を設けて対向している。この第２の基板４１の液晶層５１側の面上には、赤色の可視光波長領域の光を透過する赤カラーフィルタ４５、青色の可視光波長領域の光を透過する青カラーフィルタ４４、および緑色の可視光波長領域の光を透過する緑カラーフィルタ４６を設ける。赤、青および緑のカラーフィルタ４５，４４，４６の液晶層５１側の面上には、表示電極３１にほぼ直交する方向のストライプ状の対向電極４２を設ける。表示電極３１と対向電極４２との交差部が液晶表示画素である。第１の基板１または第２の基板４１の、液晶層５１に臨む面には、液晶分子を所定の方向に揃える配向膜（図示せず）を設ける。対向電極４２と表示電極３１との間隙には、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）液晶からなる液晶層５１を封入する。
第２の基板４１の液晶層５１と反対側の面上には、第２の基板４１側より順に光拡散層３９と位相差板５６と偏光板５５を設ける。光拡散層３９は、アクリル樹脂に屈折率の異なる分散材（スペーサー）を混入したものである。光拡散層３９によって、液晶表示素子からの反射出射光６６およびＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１が散乱し、視認性が改善される。
外部環境が明るい場合には、外光からの反射入射光６５は、偏光板５５と位相差板５６により楕円偏光となり、液晶層５１に印加される電圧に依存して変調され、反射電極であるカソード電極２４に達する。そして、反射電極にて逆捩れの偏光となり、再度液晶層５１を透過し、いずれかのカラーフィルタ４４，４５，４６を透過し、位相差板５６および偏光板５５を透過して視認者側に着色した反射出射光６６として出射する。
一方、外部環境が暗い場合には、液晶表示素子による反射表示では明暗を認識することが難しくなるので、ＥＬ発光素子３３を点灯する。このとき、液晶層５１には位相差を小さくする電圧、すなわち大きい電圧を印加する。これは、ＥＬ発光素子３３から発せられた光が、液晶層５１でほとんど吸収されず、また液晶層５１で位相差がほとんど生じないようにするためである。ＥＬ発光素子３３からの透過出射光６１は、カラーフィルタ４４，４５，４６にて着色光となり視認者側に出射する。つまり、カラーフィルタ４４，４５，４６は、液晶を使用する反射表示のカラー化と、ＥＬ発光素子３３を使用する発光表示のカラー化の両方の機能を有している。
以上の説明から明らかなように、第１２の実施形態では、パッシブマトリクス型の表示パネルを用いた液晶表示装置でも、カラーフィルタ４４，４５，４６により反射表示と発光表示のいずれにおいても、カラー化が可能となる。また、第１の実施形態と同様に、第１の基板１上に設けたＥＬ制御用スイッチング素子１７を、ＥＬ発光素子３３のカソード電極２４で覆う構成となっているため、ＥＬ制御用スイッチング素子１７がＥＬ発光素子３３を遮ることはない。したがって、明るいＥＬ発光素子３３が得られる。
また、液晶表示素子では、反射電極としてカソード電極２４の反射性を利用しているため、液晶表示素子の反射電極もＥＬ制御用スイッチング素子１７により遮られることはない。したがって、液晶表示素子による明るい反射表示が可能となる。
＜アクティブマトリクス型発光素子の利点＞
第１７図は、上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置におけるＥＬ発光素子の等価回路を示す回路図である。第１８図は、上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置のＥＬ発光素子を時分割駆動したときのゲート電極印加電圧および発光強度を模式的に示す波形図である。第２５図は、パッシブマトリクス型ＥＬ発光素子の等価回路を示す回路図である。第２６図は、パッシブマトリクス型ＥＬ発光素子を時分割駆動したときの走査電極印加電圧および発光強度を模式的に示す波形図である。第２７図は、有機ＥＬ発光素子の輝度と印加電圧との関係を模式的に示す特性図である。以下に、第１７図、第１８図、第２５図、第２６図および第２７図を参照しながら、上述した第１〜第１２の実施形態のように、ＥＬ発光素子をアクティブマトリクス方式で駆動する利点について説明する。
第２５図に示すように、パッシブマトリクス型の場合、ストライプ状の走査電極４０１と、走査電極４０１にほぼ直交する方向のストライプ状のデーター電極４０２が設けられる。各表示画素領域７６に設けられる有機ＥＬ発光素子３３は、走査電極４０１とデーター電極４０２との各交点に配置され、走査電極４０１とデーター電極４０２との間に接続される。図示しない駆動回路により走査電極４０１に選択信号が印加され、かつデーター電極４０２にデーター信号が印加されると、選択信号により選択された走査電極４０１と、データー信号が印加されたデーター電極４０２とに接続されているＥＬ発光素子３３が点灯する。複数の走査電極４０１が順次選択されることにより、時分割駆動される。
パッシブマトリクス型ＥＬ発光素子の時分割駆動では、たとえば走査電極４０１が１０００本あれば、第２６図に示すように、たとえば３０Ｈｚの場合の１画面表示時間は１６．６ｍｓとなる。この１画面表示時間の間に１０００本の走査電極４０１を順次選択するため、１走査電極あたりの選択時間は１６μｓとなる。つまり、各走査電極４０１に選択信号の電圧が印加される時間は１６μｓである。
第２６図には、１本目（同図（ａ））、５００本目（同図（ｂ））、１０００本目（同図（ｃ））および次の画面の１本目（同図（ｄ））の各走査電極４０１に電圧が印加されている間だけ、それぞれの走査電極４０１に接続され、かつデーター信号が印加されたＥＬ発光素子が点灯している様子が示されている。１本目の走査電極４０１への電圧印加の終了と同時に、２本目の走査電極４０１に電圧が印加される。以後、順次、１０００本目の走査電極４０１まで電圧が印加され、１０００本目の走査電極４０１への電圧印加の終了と同時に、次の画面の表示が開始され、再び１本目の走査電極４０１に電圧が印加される。
有機ＥＬ発光素子は、応答速度が速いため、電圧が印加されると同時に点灯し、電圧印加の終わりと同時に消灯する。したがって、各有機ＥＬ発光素子の点灯時間は１６μｓである。つまり、各有機ＥＬ発光素子は、１画面表示時間である１６．６ｍｓのうち１６μｓだけ点灯し、次の画面で点灯するまでは消灯している。しかし、視認者には、残像効果により１画面表示時間中、ＥＬ発光素子が点灯しているように見える。なお、第２６図において、実線の波形は走査電極印加電圧を示し、破線の波形は発光強度を示す。
走査電極４０１の本数が増え、各走査電極４０１の電圧印加時間が短くなると、１画面表示時間を通して充分な発光輝度を維持することができなくなってしまう。そこで、各走査電極４０１の電圧印加時間が短くても１画面表示時間を通して充分な発光輝度を得るには、第２７図に示すように、各有機ＥＬ発光素子に印加する電圧を大きくし、短時間に大電流を流して発光輝度を著しく大きくする必要がある。しかし、有機ＥＬ発光素子に印加する電圧を大きくすると、有機ＥＬ発光素子の劣化が速くなる。
たとえば、一例として、走査電極数が１本、５０本、１００本および１０００本の場合に必要な有機ＥＬ発光素子の発光輝度は、それぞれ１００ｃｄ／ｍ２、５０００ｃｄ／ｍ２、１００００ｃｄ／ｍ２および１０００００ｃｄ／ｍ２であり、そのときの印加電圧は、それぞれ３．５Ｖ、５．０Ｖ、７．０Ｖおよび１１．０Ｖである。そして、走査電極数が１本、５０本、１００本および１０００本の場合の有機ＥＬ発光素子の劣化の程度を表す半減期は、それぞれ５００００時間、１５０００時間、３５００時間および５００時間となる。
このように、印加電圧の増大によって特性の劣化が著しく進行する。したがって、上述した各実施形態のように有機ＥＬ発光素子を液晶表示装置に内在させる場合、有機ＥＬ発光素子の駆動をパッシブマトリクス方式でおこなうと、液晶の寿命に対して有機ＥＬ発光素子の寿命が著しく短くなってしまう。また、各有機ＥＬ発光素子の特性劣化速度のばらつきによって、比較的早期にＥＬ発光素子による発光表示にムラができてしまう。有機ＥＬ発光素子を液晶表示装置に内在させる場合には、これらの不都合を解消するという課題がある。
このような課題を解決するため、上述した第１〜第１２の実施形態のように、液晶表示装置に内在させたＥＬ発光素子をアクティブマトリクス方式で駆動する。第１７図に示すように、ＥＬ制御用スイッチング素子１７のドレイン電極７に、コンデンサからなるメモリー素子４１１を接続する。そして、第１８図に示すように、たとえばゲート電極が１０００本あれば、たとえば３０Ｈｚの場合の１画面表示時間である１６．６ｍｓに対して、１０００本のゲート電極をすべて選択するのに要する時間（全画面走査時間）をたとえば０．１ｍｓ程度とする。この全画面走査時間の間に１０００本のゲート電極を順次選択するため、１ゲート電極あたりの選択時間は０．１μｓとなる。つまり、各ゲート電極に選択信号の電圧が印加される時間は０．１μｓである。
第１８図には、１本目（同図（ａ））、５００本目（同図（ｂ））、１０００本目（同図（ｃ））および次の画面の１本目（同図（ｄ））の各ゲート電極に電圧が印加され、１画面表示時間中、ＥＬ発光素子が点灯している様子が示されている。１本目のゲート電極への電圧印加の終了と同時に、２本目のゲート電極に電圧が印加される。以後、順次、１０００本目のゲート電極まで電圧が印加され、１０００本目のゲート電極への電圧印加が終了した後、１画面表示時間が終了すると同時に、次の画面の表示が開始され、再び１本目のゲート電極に電圧が印加される。第１８図において、実線の波形はゲート電極印加電圧を示し、破線の波形は発光強度を示す。
各ゲート電極に選択信号の電圧が印加されている０．１μｓの間、そのゲート電極への電圧印加によりＥＬ発光素子が点灯する同時に、メモリー素子４１１に電荷が蓄積される。各ゲート電極への電圧の印加が終了した後、ＥＬ発光素子にはメモリー素子４１１から電荷が供給される。それによって、ゲート電極への電圧の印加が終了した後、そのゲート電極が次の画面表示のときに選択されるまでの間の大半の時間、ＥＬ発光素子は実際に点灯した状態となる。そのため、パッシブマトリクス型有機ＥＬ発光素子を時分割駆動するときのようにＥＬ発光素子に短時間に大電流を流さなくても、充分に大きい発光輝度を達成することができる。したがって、ＥＬ発光素子の特性劣化速度を極めて遅くすることができるので、液晶の表示寿命と比較して遜色のない寿命が得られる。
＜液晶表示素子の駆動とＥＬ発光素子の駆動との関係＞
つぎに、上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置において、液晶表示素子のみを駆動する場合と、ＥＬ発光素子のみを駆動する場合と、液晶表示素子とＥＬ発光素子の両方を駆動する場合の動作について説明する。第１９図は、液晶表示装置の表示部の一部を拡大して示す図である。第２０図は、液晶表示素子のみを駆動する場合の駆動波形を示す図である。第２１図は、ＥＬ発光素子のみを駆動する場合の駆動波形を示す図である。第２２図は、液晶表示素子とＥＬ発光素子の両方を駆動する場合の駆動波形を示す図である。以下に、第１９図、第２０図、第２１図および第２２図を参照しながら、それぞれの駆動パターンについて説明する。
第１９図において、液晶表示装置の表示部を左上の隅の画素４２１をＭ＝１，Ｎ＝１の画素とし、Ｍ＝１，Ｎ＝１の画素４２１の右隣の画素４２２をＭ＝１，Ｎ＝２の画素とし、さらにＭ＝１，Ｎ＝２の画素４２２の右隣の画素４２３をＭ＝１，Ｎ＝３の画素とする。説明の便宜上、黒く塗りつぶしたＭ＝１，Ｎ＝１の画素４２１は黒表示とし、ハッチングを付したＭ＝１，Ｎ＝２の画素４２２はグレー表示とし、Ｍ＝１，Ｎ＝３の画素４２３は白表示とする。また、液晶表示素子は、電圧無印加時に透明となるノーマリー白型とする。
まず、液晶表示素子のみを駆動する場合について説明する。第２０図に示すように、黒表示であるＭ＝１，Ｎ＝１の画素４２１については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率が最小となるように、液晶層に最大電圧を印加する波形となる。なお、液晶の劣化を防ぐため、液晶表示素子は交流駆動される。グレー表示であるＭ＝１，Ｎ＝２の画素４２２については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率がグレー表示の階調に応じた透過率となるように、液晶層に最大電圧よりも小さい適当な電圧を印加する波形となる。白表示であるＭ＝１，Ｎ＝３の画素４２３については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率が最大となるように、液晶層に最小電圧を印加する波形となるか、または電圧を印加しない。いずれの画素についても、ＥＬ発光素子には電圧を印加しない。
ＥＬ発光素子のみを駆動する場合について説明する。第２１図に示すように、黒表示であるＭ＝１，Ｎ＝１の画素４２１については、ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子に最小電圧を印加する波形となるか、または電圧を印加しない。このとき、ＥＬ発光素子は点灯しない。グレー表示であるＭ＝１，Ｎ＝２の画素４２２については、ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子の輝度がグレー表示の階調に応じた輝度となるように、ＥＬ発光素子に最大電圧よりも小さい適当な電圧を印加する波形となる。白表示であるＭ＝１，Ｎ＝３の画素４２３については、ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子に最大電圧を印加する波形となる。このとき、ＥＬ発光素子は最大輝度で点灯する。いずれの画素についても、液晶層の透過率を最大にするため、液晶表示素子には電圧を印加しない。
液晶表示素子とＥＬ発光素子の両方を駆動する場合はつぎのようになる。第２２図に示すように、黒表示であるＭ＝１，Ｎ＝１の画素４２１については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率が最小となるように、液晶層に最大電圧を印加する波形となる。また、ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子が点灯しないように、ＥＬ発光素子に最小電圧を印加する波形となるか、または電圧を印加しない。したがって、非常に暗い黒表示が可能となる。グレー表示であるＭ＝１，Ｎ＝２の画素４２２については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率がグレー表示の階調に応じた透過率となるように、液晶層に最大電圧よりも小さい適当な電圧を印加する波形となる。同様に、ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子の輝度がグレー表示の階調に応じた輝度となるように、ＥＬ発光素子に最大電圧よりも小さい適当な電圧を印加する波形となる。白表示であるＭ＝１，Ｎ＝３の画素４２３については、液晶表示素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、液晶層の透過率が最大となるように、液晶層に最小電圧を印加する波形となるか、または電圧を印加しない。ＥＬ発光素子駆動波形（ソース電極印加波形）は、ＥＬ発光素子が最大輝度で点灯するように、ＥＬ発光素子に最大電圧を印加する波形となる。したがって、非常に明るい白表示が可能となる。
液晶表示パネルがパッシブマトリクス型のパネルの場合も、液晶表示素子のみを駆動し、ＥＬ発光素子を駆動しない場合と、ＥＬ発光素子のみを駆動し、液晶表示素子を駆動しない場合と、液晶表示素子とＥＬ発光素子の両方を駆動する場合の３つの動作パターンがある。それぞれの動作パターンの駆動波形については、特に図示しないが、第２０図〜第２２図と同様である。ただし、液晶表示素子駆動波形に、パッシブマトリクス型とアクティブマトリクス型の違いはある。
＜第１３の実施形態＞
〔第１３の実施形態における製品適用例の構成：第２３図、第２４図〕
第１３の実施形態は、上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置を携帯電話器に適用したものである。携帯電話器には、インターネット接続表示内容、メール表示内容の情報量の増加に伴い、表示画面を大きくするとともに、非使用時のボタンの誤操作を防止するために、折りたたみ式の携帯電話器がある。折りたたみ式携帯電話器では、折りたたんだ状態では、主液晶表示パネルの表示内容を認識することができないため、表蓋に副液晶表示パネルを設ける形態が取られている。副液晶表示パネルを設けることにより、折りたたんだ状態でも限定された情報を表示することが可能となる。第１３の実施形態では、これら主液晶表示パネルおよび副液晶表示パネルの一方または両方に、上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置を用いる。
折りたたみ式の携帯電話器の構造を第２３図と第２４図とを用いて説明する。第２３図は、携帯電話器の蓋部を携帯電話器本体から開き、主液晶表示パネル（第１の表示パネル）に文字や画像を表示している状態を示す立体模式図である。第２４図は、携帯電話器の蓋部を閉め、小型化し、副液晶表示パネル（第２の表示パネル）に文字や画像を表示し、主液晶表示パネルを非表示にしている状態を示す立体模式図である。
第２３図に示すように、携帯電話器３００は、ヒンジ３０５により開閉可能になっている。携帯電話器本体３０２には、数字または文字入力、モード選択、電源スイッチ、画面スクロール等をおこなう複数の入力ボタン３０４と、マイク３０７が設けられている。携帯電話器蓋部には、第１の表示パネル２０４と第２の表示パネル２０５が背中合わせに配置されており、第１の表示パネル実装側にスピーカー３０６が設けられている。
第１の表示パネル２０４には、第１の表示パネル表示内容として、通信内容、メール内容、インターネット情報、電話番号、電池残量、受信状況、使用者の必要な情報が表示される。
携帯電話器裏蓋３０１には、アンテナ３０３と撮像素子３０８が設けられている。携帯電話器裏蓋３０１を閉じた状態では、第２の表示パネル２０５が表示状態となる。第２の表示パネル２０５には、撮像素子３０８の撮影状況、メール受信情報、受信状況、電池残量、携帯電話器の情報が表示される。一般に、第１の表示パネル２０４に比較して、第２の表示パネル２０５の表示容量は少ない。
第１の表示パネル２０４に上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置を適用した携帯電話器３００を使用する際、外部環境が明るい場合には、その使用者は第１の表示パネル２０４の液晶表示素子による反射表示を視認することができる。外部環境が暗い場合には、使用者は図示しないＥＬ発光ボタンを押すことによって、第１の表示パネル２０４のＥＬ発光素子による発光表示を視認することができる。
第２の表示パネル２０５に上述した第１〜第１２の実施形態の各液晶表示装置を適用した携帯電話器３００を使用する際、外部環境が明るい場合には、その使用者は第２の表示パネル２０５の液晶表示素子による反射表示を視認することができる。外部環境が暗い場合には、使用者は図示しないＥＬ発光ボタンを押すことによって、第２の表示パネル２０５のＥＬ発光素子による発光表示を視認することができる。
以上の実施形態においては、発光素子として低分子系ＥＬ発光素子の構成に関して説明したが、本発明は、低分子系ＥＬ発光素子に限定するものではなく、高分子系ＥＬ発光素子を用いることができるのはいうまでもない。また、有機ＥＬ発光素子の構造は、上述した実施形態の構造に限らず、たとえば正孔注入層や電子注入層を備えていてもよい。
以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、液晶表示素子を構成する基板の液晶に面する側に発光素子を有するため、液晶表示パネルの外側に発光素子を配置する場合に比較して薄型化が可能である。また、液晶表示素子と外部回路、または発光素子と外部回路との接続を同一基板により達成することができるため、取り扱いが非常に簡単になる。
また、発光素子をＥＬ発光素子とすることにより、発光効率が高く、低消費電力化が可能となる。さらに、ＥＬ発光素子の発光層が薄膜であるため、薄型化が可能となる。さらに、ＥＬ発光素子のカソード電極を仕事関数の小さい金属電極で構成するため、カソード電極でもって液晶表示素子の反射板を兼用することが可能となる。
また、第１の基板上にＥＬ制御用スイッチング素子と液晶層制御用スイッチング素子の２種類のスイッチング素子を形成し、ＥＬ発光素子と液晶表示素子とを制御するために、個々の表示素子の表示性能を最大限に利用することが可能となる。特に、ＥＬ発光素子をスイッチング素子の上層に形成することによって、ＥＬ発光素子の発光をスイッチング素子が遮ることがないため、スイッチング素子を形成する面積を考慮する必要がない。さらに、液晶表示素子の反射板として、ＥＬ発光素子を構成する反射性電極を利用することによって、液晶表示素子をＥＬ発光素子上に重ねた構成とすることができるため、液晶表示素子の開口率を大きく確保することができるだけでなく、ＥＬ発光素子の発光を遮ることがない。すなわち、明るいＥＬ発光表示と液晶表示素子による明るい反射表示を達成することができる。
また、液晶表示素子は、液晶をシール材により封止するため、水分の混入を防止することができる。そのため、ＥＬ発光素子の水分による劣化を防止することができる。さらに、ＥＬ発光素子上に、たとえば窒化シリコン膜からなる保護膜を設けることによって、ＥＬ発光素子の水分による劣化をさらに低減することができる。
さらに、液晶表示素子を構成する第１電極を反射性電極とすることにより、液晶表示素子による明るい表示を達成することができるとともに、発光素子の発光を第１の基板側に出射させる構造とすることができる。したがって、液晶表示素子による反射表示を第２の基板を通して認識し、発光素子による発光表示を第１の基板を通して認識することができる。つまり、液晶表示装置の両面表示が可能となる。
また、第１電極を反射性電極として発光素子上に設ける場合、反射性電極に開口部を設けて発光素子の発光を通過させる構成とすることにより、液晶表示素子による反射表示と発光素子による発光表示の両方を第２の基板を通して認識することが可能となる。さらに、発光素子の第１の基板側に設けるカソード電極を反射性電極とすることにより、第１電極に設ける反射性電極開口部による反射強度の低下を反射性カソード電極の反射により補強することが可能となる。以上により、反射表示と発光表示を同一面で認識可能となり、さらに、反射表示も明るい表示が可能となる。
また、発光素子と第１電極の間に設ける保護膜に、入射光を散乱させるための凹凸面を設けることにより、反射表示では所定の角度で明るい表示が可能となるとともに、発光表示では前記所定の角度以外では、反射強度が低減するため、発光素子の表示を鮮明にすることが可能となる。また、第１の基板の視認者側に第１の基板側から位相差板と偏光板を設け、位相差板を１／４波長板とするが、あるいは位相差板と液晶で１／４波長とすることにより、反射板からの反射を防止することが可能となり、発光素子の発光時のコントラストを向上させることが可能となる。
また、液晶表示素子が内蔵するカラーフィルタを第２の基板の内側面（液晶層側の面）上に形成することにより、カラーフィルタを液晶に近接させることができるため、カラーフィルタ間の干渉が発生せず、画素のボケを防止することができる。
さらに、発光素子上に設ける平坦化保護膜またはＥＬ段差平坦化膜に光拡散性を付与し、平坦化保護膜またはＥＬ段差平坦化膜が光拡散機能を内在することにより、液晶表示素子による反射表示の視野角依存性を低減することができる。また、発光素子の発光も散乱させることができるため、発光素子による発光表示の視認性も向上する。また、上述したように光拡散機能を内在させる代わりに、位相差板と第２の基板との間、または偏光板と位相差板との間に補助の光拡散機能を設ける構成としてもよい。この場合、補助の光拡散機能による視認者側からの入射光に対する後方散乱を小さくすることができるとともに、平坦化保護膜またはＥＬ段差平坦化膜に光拡散機能を内在させた場合の散乱部材による透水性の増加を防止することが可能となり、発光素子の信頼性を向上させることができる。
また、ＥＬ発光素子を駆動するために表示画素ごとにスイッチング素子を設け、アクティブマトリクス方式で各ＥＬ発光素子を駆動するため、マトリクス状に配置する表示画素数が多くなり、各ＥＬ発光素子を点灯させるための選択時間が短時間化しても、ＥＬ発光素子に大きなストレスを掛けることなく、充分に明るい発光表示が得られる。したがって、ＥＬ発光素子の長寿命化を図ることができる。それに対して、各ＥＬ発光素子をパッシブマトリクス方式で駆動する場合には、各ＥＬ発光素子を点灯させるための選択時間が短時間化すると、所定の明るさを維持するためにその選択時間の短縮分だけ、高輝度にする必要がある。高輝度にすると、ＥＬ発光素子に大きなストレスが掛かるため、寿命が著しく短くなってしまう。また、液晶表示素子を駆動する第１の電極は、半導体スイッチング素子上の保護膜上に形成する。
また、液晶として、偏光板、または偏光板と位相差板を用いることなく、明暗表示が可能な液晶を用いることができる。本発明では、液晶分子と２色性色素を混合するゲストホスト型液晶を採用する。ゲストホスト型液晶では、反射表示の場合に、外部光源からの光が液晶層を２度通過するため、２色性色素により２回の吸収が発生し、充分な暗表示を達成することができる。しかし、バックライトを点灯し、透過型として利用する場合には、液晶層を１度透過するだけであるため、充分な暗表示を得ることができない。そこで、本発明では、発光素子が点灯している画素の液晶を透過状態とし、発光素子が点灯していない画素の液晶を吸収状態とすることにより、外部光源の光と発光素子の発光の両方を同時に使用することが可能となる。さらに、液晶表示素子と発光素子とを第１の基板と第２の基板との間で近接して設けているため、液晶表示素子と発光素子とを同じ画素として認識することができる。
また、液晶として、偏光板、または偏光板と位相差板を用いることなく、散乱と透過表示を可能とする液晶を用いることができる。本発明では、液晶分子と透明固形物との散乱型液晶を採用する。散乱型液晶では、反射表示の場合に、外部光源からの光が液晶層を２度通過するため、液晶層により２回の散乱が発生し、充分な散乱表示を達成することができる。しかし、バックライトを点灯し、透過型として利用する場合には、液晶層を１度透過するだけであるため、充分な散乱表示を得ることができない。そこで、本発明では、発光素子が点灯している画素の液晶を透過状態とし、発光素子が点灯していない画素の液晶を散乱状態とすることにより、外部光源の光と発光素子の発光の両方を同時に使用することが可能となる。さらに、発光素子が点灯している画素でも散乱性を制御することにより、発光素子からの発光が拡散して何処からでも表示を認識すること可能となる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明にかかる液晶表示装置は、時分割駆動により反射表示をおこなう液晶表示素子と、時分割駆動により発光表示をおこなう発光素子とを一体化したことにより発光素子を内在した液晶表示装置に有用であり、特に、外部環境が明るいときには液晶表示素子による反射表示をおこない、外部環境が暗いときには発光素子による発光表示をおこなう低消費電力で、優れた表示品質と視認性を具えた表示装置に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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