(57)【要約】ノーマリーホワイトモード反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスは、画素電極間の狭い画素間ギャップと、デバイスのコントラスト比を向上させ、可視アーティファクトを減少させるような高いスペーサ密度で画素間ギャップに置かれたとても狭いスペーサとの組み合わせを含む。好ましくは、それぞれのスペーサが４つの画素電極のコーナーからおおよそ等距離に位置する。また、有益には、画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノーマリーホワイトモード反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスであって、シリコン基板と、前記基板上の絶縁層と、複数の画素間ギャップにより分けられ、前記絶縁層上方の複数の画素電極と、それぞれが４つの前記画素電極からおおよそ等距離に位置する、前記画素間ギャップにおける複数のスペーサと、を有し、前記複数のスペーサが前記複数の画素電極の数とおおよそ等しく、隣接する画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１であるデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のＬＣＤデバイスであって、それぞれのスペーサが前記４つの画素電極のそれぞれのコーナーからおおよそ等距離であるデバイス。
【請求項３】
請求項１記載のＬＣＤデバイスであって、前記スペーサが位置する画素間ギャップの幅に対するスペーサの幅の比がおおよそ１：１より小さいデバイス。
【請求項４】
請求項１記載のデバイスであって、前記画素電極の一つにそれぞれ対応する複数の液晶セルをさらに有し、前記画素電極の一つに電界が印加されたときに、対応する液晶セルの液晶分子が前記画素電極の上面に対して実質的に垂直に配向するデバイス。
【請求項５】
ノーマリーホワイトモード反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスであって、シリコン基板と、前記基板上の絶縁層と、複数の画素間ギャップにより分けられ、前記絶縁層上方の複数の画素電極と、前記画素間ギャップにおける複数のスペーサと、を有し、前記複数のスペーサは前記複数の画素電極の数におおよそ等しいデバイス。
【請求項６】
請求項５記載のＬＣＤデバイスであって、前記複数のスペーサのそれぞれが前記画素電極の少なくとも一つのコーナーに対応する画素間ギャップの位置にあるデバイス。
【請求項７】
請求項５記載のＬＣＤデバイスであって、隣接する画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１であるデバイス。
【請求項８】
請求項５記載のＬＣＤデバイスであって、前記スペーサが位置する画素間ギャップの幅に対するスペーサの幅の比がおおよそ１：１よりも小さいデバイス。
【請求項９】
請求項５記載のＬＣＤデバイスであって、複数の液晶分子を有し、前記画素電極上の液晶層と、前記液晶層及び前記スペーサ上の透明電極と、をさらに有するデバイス。
【請求項１０】
請求項９記載のＬＣＤデバイスであって、前記画素電極に電界が印加されたとき、前記液晶分子が前記画素電極の上面に対して実質的に垂直に配向するデバイス。
【請求項１１】
反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスであって、シリコン基板と、前記基板上の絶縁層と、複数の画素間ギャップにより分けられ、前記絶縁層上方の複数の画素電極と、前記画素電極上の液晶層と、前記画素間ギャップにおける複数の一体化スペーサと、を有し、前記複数のスペーサが前記複数の画素電極の数とおおよそ等しいデバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のＬＣＤデバイスであって、前記画素電極に電界が印加されないときに、前記液晶層が白色を表示するノーマリーホワイトモードで動作するように配置されるデバイス。
【請求項１３】
請求項１１記載のＬＣＤデバイスであって、前記複数の一体化スペーサのそれぞれが前記画素電極の少なくとも一つのコーナーに対応する前記画素間ギャップの位置にあるデバイス。
【請求項１４】
請求項１１記載のＬＣＤデバイスであって、隣接する画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１であるデバイス。
【請求項１５】
ノーマリーホワイトモード液晶表示（ＬＣＤ）デバイスの製造方法であって、基板上に絶縁層を形成する工程と、複数の画素間ギャップにより分けられ、前記絶縁層上方に複数の画素電極を形成する工程と、それぞれが４つの前記画素電極からおおよそ等距離であるように前記画素間ギャップに複数のスペーサを形成する工程と、を有し、前記複数のスペーサが前記複数の画素電極の数におおよそ等しい方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、隣接する画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１である方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法であって、前記画素電極上に、複数の液晶分子を含む液晶層を形成する工程と、前記液晶層及び前記スペーサ上に透明電極を形成する工程と、をさらに有する方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、プレーナ配向されるように液晶層が形成され、前記画素電極の一つに電界が印加されないときに、前記対応する液晶セルの液晶分子が前記画素電極の上面に対して実質的に平行に配向する方法。
【請求項１９】
請求項１５記載の方法であって、前記スペーサが位置する画素間ギャップの幅に対するスペーサの幅の比がおおよそ１：１より小さい方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンデバイス上の液晶（ＬＣＯＳ）のような液晶表示（ＬＣＤ）デバイスの分野に関し、特にそのようなＬＣＤデバイス用の一体化（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）スペーサの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型ＬＣＤデバイスはよく知られている。そのようなデバイス、特にアクティブマトリクスデバイスの例は、ＵＳＰ６，０２３，３０９及びＵＳＰ６，０５２，１６５において示される。以下の記述に関して、そのようなデバイスの従来の形態は良く知られていると考えられるので、本発明に影響する形態のみを記述する。
【０００３】
図１は、典型的な従来技術の反射型ＬＣＤデバイス１００の一部を示し、図２は、その従来技術の反射型ＬＣＤデバイス１００の一部の平面図を示す。反射型ＬＣＤデバイス１００は、関係のある部分において、シリコン基板１１０、絶縁層１１２、液晶（ＬＣ）層１１４、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような透明電極１１６、及び透明（例えばガラス）層１１８を有する。反射ミラー（画素）金属層１２０が絶縁層１１２上の液晶層１１４の下方に与えられる。ミラー金属層１２０は、複数の個別の反射画素電極１２０ａを含む。セルギャップ又は画素間ギャップである領域１２２は、画素電極１２０ａ間に位置する。
【０００４】
また、絶縁層１１２中であって、ミラー金属層１２０と基板１１０との間には、遮光金属層１２４及びルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ）金属層１２８，１３０が与えられる。金属層１２８，１３０は、下にある基板１１０に作製された画素素子用のＭＯＳトランジスタ（図１に示さず）のゲート電極及びソース電極に接続され得る、互いに直交する行及び列を形成する。また、金属プラグ１３２は、遮光金属層１２４並びに第３及び第４の金属層１２８，１３０の種々の部分を相互に接続するために与えられる。
【０００５】
反射型ＬＣＤデバイス１００において、光マスクは使用されない。しかしながら、複数のスペーサ又は柱１３４が、透明電極１１６及び透明層１１８を支持するために、並びに液晶層１１４のためのギャップを付与するために、与えられる。
【０００６】
図２において分かるように、スペーサ１３４は、反射型ＬＣＤデバイス１００において、画素電極１２０ａ間に散在的に置かれる。従来のデバイス１００において、画素電極１２０ａの通常の幅「Ｐ」は１０μｍをとり得、セルギャップ１２２の通常の幅「Ｇ」は５μｍをとり得る。すなわち、セルギャップに対する画素のサイズ比は約２：１をとり得る。
【０００７】
しかしながら、従来の反射型ＬＣＤデバイス１００において、スペーサ１３４は、以下で説明するように、表示において望ましくない可視アーティファクトを引き起こす。
【０００８】
図３Ａ，３Ｂは、スペーサ１３４の近くに位置する液晶セルにおけるプレーナ配向したＬＣ分子の例を示す。一方、図３Ｃ，３Ｄは、スペーサ１３４の近くに位置する液晶セルにおける垂直配向したＬＣ分子の例を示す。
【０００９】
図３Ａ，３Ｂは、この後、特に従来の「ノーマリーブラック」モードＬＣＤデバイスにおいて、スペーサ１３４が望ましくない可視アーティファクトを引き起こすメカニズムを説明するために使用されるであろう。「ノーマリーブラック」モードＬＣＤデバイスにおいて、画素電極に電界が印加されないときは、液晶セルはスイッチＯＦＦとなり黒画素を表示し、画素電極に電界が印加されるときは、液晶セルはＯＮ状態となり白画素を表示する。
【００１０】
図３Ａは、液晶セルに電界が印加されないときに、液晶セルにおいてプレーナ配向したＬＣ分子の光軸の配列を示す。図３Ｂは、液晶セルに電界が印加されるときに、液晶セルにおいて垂直配向したＬＣ分子の光軸の配列を示す。プレーナ配向したＬＣ層に電界を印加しないと、ＬＣ分子は、露出した表面に平行に配向する傾向がある。したがって、図３Ａに示すように、セルに電界が印加されないと、ＬＣ分子は、液晶セルの上部及び底部に対して、すなわち下にある画素電極１２０ａの上面及び積層された透明電極１１６の底面に平行に、配向する傾向がある。一方、図３Ｂに示すように、液晶セルに電界を印加するとき、ＬＣ分子は、電界に平行に、すなわち下にある画素電極の上面及び積層された透明電極の底面に垂直に、配向する傾向がある。
【００１１】
図３Ａから明確に分かるように、すぐ近くのスペーサの歪み効果のために、液晶セルに電界を印加しないときに、ＬＣ分子配向は不均一となる。すなわち、液晶セルのエッジ近傍のＬＣ分子は、セルにおけるＬＣ分子配列に歪みを生じながら、すぐ近くのスペーサ１３４の側部に配向する傾向がある。ノーマリーブラックモードデバイスにおいては、ある量の光は、ＬＣ分子配列が歪んでいる領域の近傍の画素電極により反射され、表示の黒レベルが下がる。これは、表示における減少したコントラスト比と、反射型ＬＣＤデバイスにおけるスペーサ１３４の構成により起こるアーティファクトの可視パターンとを生じる。
【００１２】
したがって、減少した可視アーティファクト及び増加したコントラスト比を有するスペーサを持つ反射型液晶表示デバイスを提供することが望ましい。他の及びさらなる目的並びに効果は以下で明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の目的は、減少した可視アーティファクト及び増加したコントラスト比を有するスペーサを持つ反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスを提供することである。
【００１４】
本発明の一態様によれば、ノーマリーホワイトモード反射型ＬＣＤデバイスは、シリコン基板と、基板上の絶縁層と、複数の画素間ギャップにより分けられ、絶縁層上方の複数の画素電極と、画素間ギャップにおける複数のスペーサとを有し、複数のスペーサは複数の画素電極と数においてほぼ等しい。好ましくは、それぞれのスペーサが４つの画素電極のコーナーからおおよそ等距離に位置する。また、有益には、画素間ギャップの幅に対する画素電極の幅の比が少なくともおおよそ１０：１である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の一つ又はそれ以上の態様に係る反射型ＬＣＤデバイス２００の一部の簡略化された断面図を示し、図５は、本発明の反射型ＬＣＤデバイス２００の一部の平面図を示す。明確にするために、本発明に関するデバイスのその部分が図示される。
【００１６】
反射型ＬＣＤデバイス２００は、関係のある部分において、連続的に絶縁層２１２が与えられるシリコン基板２１０と、液晶層２１４と、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような透明電極２１６と、透明（例えばガラス）層２１８とを有する。第１金属層２２０は、液晶層２１４の下の絶縁層２１２上に与えられる。第１金属層２２０は、複数の個別の反射画素電極２２０ａを含む。セルギャップ、又は画素間ギャップである領域２２２は、画素電極２２０ａ間に位置する。また、遮光第２金属層２２４が第１金属層２２０と基板２１０との間に与えられる。第３及び第４金属層２２８，２３０が第２金属層２２４と基板２１０との間に与えられる。金属プラグ２３２は、第２、第３及び第４金属層の種々の部分と相互に接続するように与えられる。
【００１７】
複数の一体化スペーサ又は柱２３４は、ガラス層２１８を支持し、液晶層２１４のためのギャップを与えるように、与えられる。
【００１８】
ここで、好ましい実施の形態の種々の適切な形態の説明が記述される。
有益には、反射型ＬＣＤデバイス２００は、ノーマリーホワイトモードデバイスとして動作する。すなわち、反射型ＬＣＤデバイス２００の液晶セルに電界が印加されないときに、セルは最大強度の光を反射して白画素を表示する。一方、ノーマリーホワイトモード液晶セルに電界を印加するとき、セルは黒画素を表示する。ノーマリーホワイトモードデバイスにおいて、すぐ近くのスペーサ２３４による液晶セルや画素のエッジでのＬＣ分子の配列のいかなる歪みや不均一性は、黒状態のときの液晶セルにおける支配的な均一電界のために、黒レベルでの影響が最小になるであろう。一方、電界を印加しないときの、画素のエッジ近くのＬＣ分子の配列のいかなる歪みや不均一性は、液晶セルが白状態であり、光が画素電極２００ａから強く反射されるので、ほとんど目立たない効果を生じる。したがって、ノーマリーホワイトモード反射型ＬＣＤデバイスは、より大きいコントラスト比を示す。
【００１９】
好ましくは、ＬＣＤデバイス２００のＬＣ層のＬＣ分子は、図３Ａに示すように、セルに電界を印加しないときに、セルの上面及び底面の露出した表面（すなわち、下にある画素電極２２０ａの上面及び積層された透明電極２２６の底面）に平行に通常配向するようにプレーナ配向する。一方、セルに電界が印加されるとき、ＬＣ分子は、図３Ｂに示すように、電界に実質的に平行（すなわち、下にある画素電極の上面及び積層された透明電極の底面に実質的に垂直）に配向する。
【００２０】
さらに、図５で分かるように、反射型ＬＣＤデバイス２００において、スペーサ２３４は、有益には、セルギャップ領域２２２において均一に配置される。それぞれのスペーサ２３４は、４つの画素電極２２０ａのコーナー間でおおよそ等しく離される。有益には、反射型ＬＣＤデバイス２００は、画素毎におおよそ一つのスペーサの高いスペーサ密度を有する。通常、画素サイズは、表示を見る人（ｖｉｅｗｅｒ）の解像度限界で選ばれる。したがって、画素毎にほぼ一つのスペーサの高いスペーサ密度を使用することにより、スペーサにより生じるいかなるアーティファクトは、見る人により解像されるにはともに近すぎる距離で起こる。したがって、スペーサにより生じるいかなるアーティファクトも減少する。
【００２１】
ＬＣＤデバイス２００において４つの画素電極２００ａの４つのコーナーからおおよそ等距離でスペーサ２３４を置くことにより、スペーサは、４つの個別の液晶セルのそれぞれからできるだけ離して置かれ、それにより、スペーサ２３４により起こるセルのコーナーでのＬＣ分子の配列のいかなる歪みや不均一性が減少する。
【００２２】
有益には、ＬＣＤデバイス２００において、画素電極２２０ａの幅「Ｐ」は１０μｍであり、セルギャップ２２２の幅「Ｇ」は１μｍである。すなわち、セルギャップ幅に対する画素幅の比は、好ましくはおおよそ１０：１又はそれ以上である。減少したセルギャップ幅で、すぐ近くのスペーサ２３４によるＬＣ分子配列の歪みや不均一性により影響されるいかなる液晶セルのわずかな部分が減少する。
【００２３】
好ましくは、一体化スペーサ２３４は、絶縁層２１２上方に被膜（例えば、Ｓｉ３Ｎ４；ＳｉＯ２）を所望の高さで与え、被着した材料をエッチングして一体化スペーサ２３４を得ることにより形成され得る。スペーサ２３４の高さは、液晶層２１４用の所望のギャップを与えるように選択される。本実施の形態においては、スペーサ２３４は、１−２μｍの高さを有し得る。
【００２４】
一方、スペーサ２３４は、また、スペーサ２３４から４つの個別の液晶セルのそれぞれまでの距離を増加するため、及びスペーサ２３４によるセルのコーナーでのＬＣ分子の配列のいかなる歪みや不均一性を減少するための、幅に狭く製造される。本実施の形態においては、スペーサ２３４は、０．６μｍの幅を有し得る。すなわち、１μｍのセルギャップ又は画素間ギャップについて、スペーサが位置するセルギャップ又は画素間ギャップの幅に対するスペーサ幅の比は、好ましくはおおよそ０．６又はそれより小さい。しかしながら、好ましくは、スペーサが、図５に示すように、実質的に垂直方向に延在する画素間ギャップの交差部に位置すると、スペーサが位置する画素間ギャップの幅に対するスペーサ幅の比は、おおよそ１．０又はそれより小さくなり得る。
【００２５】
したがって、好ましい実施の形態においては、ノーマリーホワイトモード反射型ＬＣＤデバイスは、デバイスのコントラスト比を増加し、可視アーティファクトを減少するために、狭い画素間ギャップと、高いスペーサ密度（画素毎に一つのスペーサ）で画素間ギャップにおいて置かれたとても狭いスペーサとの組み合わせを有する。
【００２６】
本発明は、それらの好ましい実施の形態に関して特別に示され、記述されているが、請求項により規定された発明の範囲を逸脱しないで、詳細に種々の変更をなし得ることが当業者により理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の反射型液晶表示（ＬＣＤ）デバイスの一部の簡略化した断面図を示す。
【図２】図２は、図１に示す反射型ＬＣＤデバイスの一部の平面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、液晶セルにおけるＬＣ分子の光軸の配列を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、液晶セルにおけるＬＣ分子の光軸の配列を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、液晶セルにおけるＬＣ分子の光軸の配列を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、液晶セルにおけるＬＣ分子の光軸の配列を示す。
【図４】図４は、本発明の一つ又はそれ以上の態様に係る一体化スペーサを有する反射型ＬＣＤデバイスの一実施の形態の一部の簡略化した断面図を示す。
【図５】図５は、図４に示す反射型ＬＣＤの一部の平面図を示す。
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519742.tif 000024
【国際調査報告】
2004519742.tif 000025
2004519742.tif 000026