(57)【要約】【課題】反射領域のカラーフィルタの一部にピンホールを設けることによる色純度の低下を抑制することが可能な半透過型の液晶表示装置を提供する。【解決手段】反射領域のピンホールの平面位置を、画素電極のコンタクトの位置と重ねることにより、反射領域のカラーフィルタの一部にピンホールを設けることによる色純度の低下を抑制することが可能な半透過型の液晶表示装置を提供することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板および第２基板の間に液晶を封入し、マトリクス状に配置した画素毎に液晶に印加する電圧を制御して表示を行う液晶表示装置であって、
各画素は、
データラインからのデータ電圧の取り入れを制御するトランジスタと、
このトランジスタを覆う絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜に形成されたコンタクトを介して前記トランジスタと接続されて、取り入れたデータ電圧が印加される画素電極と、
を有し、
かつ、各画素には、反射膜が設けられた反射領域と、反射膜が設けられていない透過領域が設けられるとともに、各画素は反射領域および透過領域から観察側に射出する光を特定色に変換するカラーフィルタを含み、
このカラーフィルタは、その反射領域にカラーフィルタの一部を除去したピンホールを含み、
前記ピンホールの平面位置は、前記画素電極のコンタクトの位置と重なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタは、ＲＧＢの３種類を含み、
ピンホールの形成による全体輝度への影響が最も少ない青色のカラーフィルタにおいて、前記ピンホールの平面位置と前記画素電極のコンタクトの位置とが重なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
前記画素電極は、前記絶縁膜上に設けられた平坦化膜の上に形成され、前記絶縁膜及び前記平坦化膜に形成されたコンタクトを介して前記トランジスタと接続されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記ピンホールの面積は前記コンタクトの面積と同じであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記ピンホールの面積は前記コンタクトの面積より大きい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、液晶表示装置に関し、特に各画素に反射領域と透過領域の両方が設けられた半透過型の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（以下ＬＣＤと呼ぶこともある）は、薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在コンピュータのモニタや、テレビ、携帯電話等の携帯情報機器のモニタとして広く用いられている。このようなＬＣＤは、一対の基板間に液晶が封入され、それぞれの基板に形成された電極によって、間に位置する液晶の配向を制御することで表示を行うものであり、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイや、エレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬ）ディスプレイ等と異なり、原理上自ら発光しないため、観察者に対して画像を表示するには光源を必要とする。
【０００３】
このＬＣＤには、透過型ＬＣＤと反射型ＬＣＤとがある。透過型ＬＣＤでは、各基板に形成する電極として透明電極を採用し、液晶表示パネルの後方や側方に光源を配置し、この光源光の透過量を液晶パネルで制御することで周囲が暗くても明るい表示ができる。しかし、常に光源を点灯させて表示を行うため、光源による電力消費が避けられないこと、また昼間の屋外のように外光が非常に強い環境下では、十分なコントラストが確保できないという特性がある。
【０００４】
一方、反射型ＬＣＤでは、太陽や室内灯等の外光を光源として採用し、液晶パネルに入射するこれらの周囲光を、非観察面側の基板に形成した反射電極によって反射する。そして、液晶層に入射し反射電極で反射された光の液晶パネルからの射出光量を画素ごとに制御することで表示を行う。このように反射型ＬＣＤは、光源として外光を採用するため、外光がないと表示が見えないが、透過型ＬＣＤと異なり光源による電力消費がなく非常に低消費電力であり、また屋外など周囲が明るいと十分なコントラストが得られる。
【０００５】
近年、透過機能と反射機能の両方を併せ持ち、周囲が明るい環境でも暗い環境でも見やすいＬＣＤとして半透過型ＬＣＤが開発されている。この半透過型ＬＣＤでは、透過機能を実現するため透過型ＬＣＤと同様のＩＴＯなどの透明電極を用い、反射機能を実現するためにＡｌなど反射特性の良い反射電極を用いる。
【０００６】
半透過型ＬＣＤにおいて、透過領域と反射領域に用いるカラーフィルタを同一にした場合、表示される色は透過表示と反射表示とで大きく異なる。透過表示の場合には、光源からの光がカラーフィルタを一度だけ通って表示されるのに対し、反射表示の場合には、外光がカラーフィルタを二度通って表示されるためである。また、透過表示の光源がバックライト光源であり、反射表示の光源が自然光等である、すなわち光源が異なるためである。
【０００７】
透過領域と反射領域の表示色の差を小さくする方法としては、カラーフィルタにおいて、（１）反射領域の一部に微小な透明領域、すなわちピンホールを設ける方法や、（２）透過領域と反射領域の色設計を変える方法、などが挙げられる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、透過領域及び反射領域に透過領域用のカラーフィルタを形成し、反射領域の一部にピンホールを設けて、透過領域と反射領域の表示色の差を小さくすることが記載されている。ピンホールを設ける方法では、ピンホールの形状やサイズを最適化することにより、透過表示と反射表示の差を小さくすることができる。また、ピンホールは着色層のパターニングの際に一括して形成できるので、塗布形成の工程が増えることもなく安価なカラーフィルタを得ることができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−９８５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
反射領域のカラーフィルタの一部にピンホールを設ける方法では、ピンホールの形状やサイズを最適化することにより反射表示において輝度は向上する。しかし、ピンホールの形成により色領域が小さくなるため色純度が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、反射領域のカラーフィルタの一部にピンホールを設けることによる色純度の低下を抑制することが可能な半透過型の液晶表示装置である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、第１基板および第２基板の間に液晶を封入し、マトリクス状に配置した画素毎に液晶に印加する電圧を制御して表示を行う液晶表示装置であって、各画素は、データラインからのデータ電圧の取り入れを制御するトランジスタと、このトランジスタを覆う絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜に形成されたコンタクトを介して前記トランジスタと接続されて、取り入れたデータ電圧が印加される画素電極と、を有し、かつ、各画素には、反射膜が設けられた反射領域と、反射膜が設けられていない透過領域が設けられるとともに、各画素は反射領域および透過領域から観察側に射出する光を特定色に変換するカラーフィルタを含み、このカラーフィルタは、その反射領域にカラーフィルタの一部を除去したピンホールを含み、前記ピンホールの平面位置は、前記画素電極のコンタクトの位置と重なる。
【００１３】
また、前記液晶表示装置において、前記カラーフィルタは、ＲＧＢの３種類を含み、ピンホールの形成による全体輝度への影響が最も少ない青色のカラーフィルタにおいて、前記ピンホールの平面位置と前記画素電極のコンタクトの位置とが重なることが好ましい。
【００１４】
また、前記液晶表示装置において、前記画素電極は、前記絶縁膜上に設けられた平坦化膜の上に形成され、前記絶縁膜及び前記平坦化膜に形成されたコンタクトを介して前記トランジスタと接続されることが好ましい。
【００１５】
また、前記液晶表示装置において、前記ピンホールの面積は前記コンタクトの面積と同じであることが好ましい。
【００１６】
また、前記液晶表示装置において、前記ピンホールの面積は前記コンタクトの面積より大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、反射領域のピンホールの平面位置を、画素電極のコンタクトの位置と重ねることにより、反射領域のカラーフィルタの一部にピンホールを設けることによる色純度の低下を抑制することが可能な半透過型の液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る半透過型の液晶表示装置として半透過型アクティブマトリクスＬＣＤを用いた場合の第１基板側の平面構成の一部、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った位置における１画素のＴＦＴ付近の概略断面構成を示している。本方式の半透過型ＬＣＤは、反射領域の一部のカラーフィルタにピンホールを設ける方式である。
【００２０】
図２に示すように、液晶表示装置１において、第１基板であるＴＦＴ基板１０は、反射層（反射膜）１１と、画素電極１５とを備え、第２基板である対極基板２０は、カラーフィルタ２２と、ピンホール２３と、対極突起（突起部）２４と、共通電極２５とを備える。
【００２１】
液晶表示装置１において、所定ギャップを隔てて貼り合わされたＴＦＴ基板１０と対極基板２０との間に液晶層３０が封入されて構成されている。ＴＦＴ基板１０及び対極基板２０としてはガラス基板やプラスチック基板などの透明基板が採用される。
【００２２】
ＴＦＴ基板１０の液晶側の面には、各画素ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin film Transistor）４０が形成されている。ＴＦＴ基板１０上の反射領域には、反射機能を備えたＡｌ、Ａｇ等の反射層１１が形成されている。反射領域の反射層１１及び透過領域のＴＦＴ基板１０上には第１電極として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電材料が用いられた画素電極１５が形成されている。この画素電極１５上に液晶層３０の初期配向を制御するためのポリイミドなどからなる配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２３】
ＴＦＴ基板１０と対向配置される対極基板２０の液晶側にはカラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）２２が形成され、反射領域のカラーフィルタ２２の一部にピンホール２３が設けられている。反射領域のカラーフィルタ２２の上には対極突起２４が形成され、対極突起２４及び透過領域のカラーフィルタ２２の上に第２電極として、ＩＴＯ，ＩＺＯ等の透明導電材料が用いられた共通電極２５が形成されている。なお、アクティブマトリクス型において、この共通電極２５は複数画素（通常は全画素）に対する共通電極として形成されている。またこの共通電極２５の上には、ＴＦＴ基板側と同様の配向膜（図示せず）が形成されている。
【００２４】
ＴＦＴ基板１０に形成されるＴＦＴ４０は、データライン５２から各画素電極１５への電圧供給を制御する。なお、反射領域の画素電極１５をアルミなどの金属で形成することにより、反射層１１を省略してもよい。
【００２５】
カラーフィルタ２２は、画素毎に設けられ、ＲＧＢのいずれかの光のみを透過する。従って、これらのカラーフィルタによって、画素の表示色が限定される。カラーフィルタ２２は、各画素に対応して設けられており、画素同士の間隙には、ブラックマトリクス２６が配置されている。なお、カラーフィルタ２２を設けないＷ（ホワイト）の画素を設けてもよいし、ＲＧＢ以外の色、例えばＣ（シアン）のカラーフィルタの画素を設けてもよい。
【００２６】
そして、各画素電極１５の電位を個別に制御することで、各画素電極１５と共通電極２５間の液晶に画素毎に異なる電位を印加して、液晶の光学特性を変化させて表示を行うことができる。
【００２７】
対極突起２４は、反射領域の液晶層３０の厚さを調整して、反射領域と透過領域の光路差を揃えるために設けられるもので、透明のアクリル系の樹脂等により構成される。
【００２８】
本実施形態においては、カラーフィルタ２２として、通常の透過型液晶表示装置に用いられる透過用カラーフィルタを採用することができる。反射領域のカラーフィルタ２２の一部にピンホール２３を設けて、ピンホール２３の形状やサイズを最適化することにより、反射領域の明るさを確保し、透過領域と反射領域の表示色の差を小さくすることができる。また、ピンホール２３は着色層のパターニングの際に一括して形成できるので、塗布形成の工程が増えることもなく安価なカラーフィルタを得ることができる。
【００２９】
反射領域においては、画素電極１５の下方に反射層１１を設けるかまたは画素電極１５を反射膜として機能させることによって、対極基板２０側から入射してくる光を反射する。従って、カラーフィルタ２２を２度通過し、各画素の液晶によって変調された反射光が観察側に得られる。
【００３０】
透過領域においては、ＴＦＴ基板１０側から入射してくるバックライトからの光が液晶層３０を透過する。従って、カラーフィルタ２２を通過し、各画素の液晶によって変調された透過光が観察側に得られる。
【００３１】
次に、ＴＦＴ基板１０の構成を説明する。アクティブマトリクス型ＬＣＤでは、表示領域内にマトリクス状に複数の画素が設けられ、各画素に対してここでは、スイッチ素子としてＴＦＴ４０が設けられている。
【００３２】
このＴＦＴ４０は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５０を有し、このＰｏｌｙ−Ｓｉ膜５０にドレイン領域、チャネル領域、ソース領域を形成することでＴＦＴ４０が形成される。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５０を覆って、ゲート絶縁膜５８が形成され、このゲート絶縁膜５８上であって、チャネル領域の上方に当たる部位にゲート電極５６が形成されている。そして、ゲート絶縁膜５８、ゲート電極５６を覆って、層間絶縁膜６２が形成される。層間絶縁膜６２上にはドレイン電極５３及びソース電極５４が配置され、このドレイン電極５３及びソース電極５４が層間絶縁膜６２及びゲート絶縁膜５８を貫通するコンタクトを介してそれぞれＴＦＴ４０のドレイン領域及びソース領域に接続されている。また、ソース電極５４上のパッシベーション膜６４及び平坦化膜６６にはコンタクト６８が形成され、ここに画素電極１５の一部が伸び電気的に接続されている。
【００３３】
なお、上記構成において、ドレイン電極５３はデータラインに接続され、ゲート電極５６はゲートラインに接続される。ドレイン電極５３をデータラインの一部を用いて形成したり、ゲート電極５６をゲートラインを用いて形成することも好適である。さらに、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜５０はソース領域を越えて伸張されており、この伸張部分においてゲート絶縁膜５８を介し容量ライン６０が対向配置されて保持容量が形成されている。
【００３４】
半透過型液晶表示装置の場合、透過表示の開口率を上げるため、反射領域に画素電極１５とＴＦＴ４０とのコンタクト６８が形成されるが、コンタクト領域はそれ以外の反射領域と同等の高さと凸凹形状を形成することが難しく、この領域の色味は他の反射領域と異なる。そこで本実施形態において、従来の図３（ａ）に示す位置にあったカラーフィルタ２２のピンホール２３の平面位置を、図３（ｂ）のように画素電極のコンタクト６８の位置と重なるようにする。その結果、元々、色味が他の反射領域と異なる領域を輝度向上に使用することができ、また、色領域の割合も増加する。
【００３５】
また、本実施形態において、青色、緑色、赤色カラーフィルタのうち、少なくとも１つにおいてピンホール２３の平面位置と画素電極のコンタクト６８の位置とが重なるようにすればよいが、図４（ａ）に示す従来のカラーフィルタ２２Ｂ，２２Ｇ，２２Ｒに対して、図４（ｂ）に示すように、青色のカラーフィルタ２２Ｂにおいて、ピンホール２３Ｂの平面位置と画素電極のコンタクト６８Ｂの位置とが重なるようにすることが好ましい。一方、緑色のカラーフィルタ２２Ｇ及び赤色のカラーフィルタ２２Ｒにおいては、ピンホール２３Ｇ，２３Ｒの平面位置と画素電極のコンタクト６８Ｇ，６８Ｒの位置とは重ならないようにすることが好ましい。
【００３６】
青色は視感度が低いため、このようにすることにより、ピンホール２３の形成による全体輝度への影響を最も少なくすることができる。一方、緑色、赤色のカラーフィルタにおいて、ピンホール２３の平面位置と画素電極１５のコンタクト６８の位置とが重なるようにすると、緑色、赤色は視感度が高いため、ピンホール２３の形成による全体輝度への影響が大きくなる場合がある。
【００３７】
また、図４（ｂ）のように、青色カラーフィルタ２２Ｂのピンホール２３Ｂの大きさと赤色カラーフィルタ２２Ｒのピンホール２３Ｒの大きさとが同じ場合には、フォトレジスト法等によりピンホールを形成する時に使用するフォトマスクは同じものを使用して、青色カラーフィルタ２２Ｂへのピンホール２３Ｂを形成する時には、フォトマスクの設置位置を下側にずらす（オフセット）ことにより、青色と赤色とで同じマスクを使用することができる。これにより、フォトマスク等のコストを削減することができる。
【００３８】
ピンホール２３の面積はコンタクト６８の面積と同じであることが好ましい。また、輝度を重視する場合は、ピンホール２３の面積をコンタクト６８の面積より大きくしてもよい。
【００３９】
ピンホール２３の平面形状は長方形に限らず、三角形、四角形等の多角形や、平行四辺形や、台形等にしてもよい。
【００４０】
図４（ａ）のような従来の半透過型液晶表示装置、及び図４（ｂ）のように青色カラーフィルタ２２Ｂにおいてピンホール２３Ｂの平面位置と画素電極のコンタクト６８Ｂの位置とが重なるようにした半透過型液晶表示装置の、反射率、ＮＴＳＣ比、色度（ｘ，ｙ）、コントラストを表１に、ＸＹＺ表色系におけるｘ−ｙ色度図を図５に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１及び図５からわかるように、赤色、緑色の色度はほとんど変わらないが、青色の色領域が拡大している。これにより、反射率の低下を最小限に抑制しつつ、ＮＴＳＣ比が約３％向上し、さらにコントラストも向上した。
【００４３】
画素電極１５として用いる材料は、共通電極２５の材料と同一とすることにより、液晶層３０に対して、同一の仕事関数の電極が、間に配向膜を介して配置されることになるため、画素電極１５と共通電極２５とにより液晶層３０を非常に対称性よく交流駆動することが可能となる。但し、画素電極１５と共通電極２５とはその仕事関数が完全に同一でなくても、液晶層３０を対称性よく駆動可能な限り近似していればよい。例えば、両電極の仕事関数の差を０．５ｅＶ程度以下とすれば、液晶の駆動周波数をＣＦＦ（臨界ちらつき頻度）以下とした場合であっても、フリッカや液晶の焼き付きなく、高品質な表示が可能となる。
【００４４】
このような条件を満たす画素電極１５及び共通電極２５としては、例えば、画素電極１５にＩＺＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．２ｅＶ）、共通電極２５にＩＴＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．０ｅＶ）、あるいはその逆などが可能であり、材料の選択にあたっては、透過率、パターニング精度などプロセス上の特性や、製造コストなどを考慮して各電極に用いる材料をそれぞれ選択してもよい。
【００４５】
反射層１１としては、Ａｌ、Ａｇ、これらの合金（本実施形態ではＡｌ−Ｎｄ合金）など、反射特性に優れた材料を少なくともその表面側（液晶層側）に用いる。また、反射層１１はＡｌ等の金属材料の単独層であってもよいが、平坦化膜６６と接する下地層としてＭｏ等の高融点金属層を設けてもよい。このような下地層を形成すれば、反射層１１と平坦化膜６６との密着性が向上するため、素子の信頼性向上を図ることができる。なお、図２の構成では、平坦化膜６６の各画素領域内に所望の角度の傾斜面が形成されており、この平坦化膜６６を覆って反射層１１を積層することで、反射層１１の表面に同様な傾斜を形成してもよい。このような傾斜面を最適な角度、位置で形成すれば、各画素毎に外光を集光して射出することができ、例えばディスプレイの正面位置での表示輝度の向上を図ることが可能である。もちろん、このような傾斜面は必ずしも存在しなくてもよい。
【００４６】
なお、図２のように反射層１１に凹凸を形成することで、反射光をある程度散乱させることが好適である。反射層１１の下方の平坦化膜６６の表面に適切な凹凸を形成しその上に反射層１１を形成することで、反射層１１に凹凸を容易に形成できる。
【００４７】
本実施形態に係る液晶表示装置について、アクティブマトリクス型の半透過型ＬＣＤを例に説明したが、パッシブマトリクス型の半透過型ＬＣＤであってもよい。
【００４８】
本実施形態に係る液晶表示装置において、使用される液晶は特に制限はないが、例えば、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）タイプ、ＳＴＮ（スーパー・ツイスト・ネマティック）タイプ、ＥＣＢ（電界制御複屈折：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）タイプ、垂直配向（ＶＡ：Ｖａｔｉｃａｌｌｙ  Ａｌｉｇｎｅｄ）タイプ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る半透過型液晶表示装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半透過型液晶表示装置及び従来の半透過型液晶表示装置の画素における、ピンホールとコンタクトとの位置関係の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半透過型液晶表示装置及び従来の半透過型液晶表示装置の画素における、ピンホールとコンタクトとの位置関係の概略を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半透過型液晶表示装置及び従来の半透過型液晶表示装置の反射領域のｘ−ｙ色度図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  液晶表示装置、１０  ＴＦＴ基板（第１基板）、１１  反射層、１５  画素電極、２０  対極基板（第２基板）、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ  カラーフィルタ、２３，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ  ピンホール、２４  対極突起、２５  共通電極、３０  液晶層、４０  ＴＦＴ、５０  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、５２  データライン、５３  ドレイン電極、５４  ソース電極、５６  ゲート電極、５８  ゲート絶縁膜、６０  容量ライン、６２  層間絶縁膜、６４  パッシベーション膜、６６  平坦化膜、６８，６８Ｒ，６８Ｇ，６８Ｂ  コンタクト。
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007093767.tif 000006
【図５】
2007093767.tif 000007
【図１】
2007093767.tif 000008