JP2000250067A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射した光と出射した光とにそのガラス基板
の厚みによる視差発生を防止するとともに、反射及び透
過一体型液晶表示装置を得る。 【解決手段】 ＴＦＴ及びそのＴＦＴに接続され一部に
透明材料から成る透明電極をから成る窓６０を有する反
射表示電極５０及びカラーフィルタ３１を備えた絶縁性
のＴＦＴ基板１０と、ＴＦＴ基板１０側から入射された
光をＴＦＴ基板１０上に設けた反射表示電極５０に反射
させる反射体６１を窓６０に対応した位置に備えた液晶
表示装置であって、窓６０と反射体６１との間にはスペ
ーサ７０が形成されており、両基板１０，３０間に正の
誘電率異方性を有する液晶を充填する。また、両基板１
０，３０の外側には位相差板４３，２２及び偏光板４
４，２３を設けている。窓６０と反射体６１との間では
光の位相差を生じないため、反射型と透過型の両機能を
有する液晶表示装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射及び透過を一
体に備えた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、観察方向から入射した光を反
射させて表示を見る機能を有するいわゆる反射型液晶表
示装置と、観察者とは反対側から光を入射して光を透過
させて表示を見る機能を有するいわゆる透過型液晶表示
装置とが一体化された反射型及び透過型液晶表示装置が
提案されている。

【０００３】図４に、図１中のＡ−Ａ線に沿った従来の
反射及び透過型液晶表示装置の断面図を示し、図５に図
１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。

【０００４】図４及び図５に示すように、従来の反射及
び透過型液晶表示装置は、石英ガラス、無アルカリガラ
ス等からなる絶縁性基板１０上に、スイッチング素子で
ある薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）
が形成されている。

【０００５】まず、絶縁性基板（ＴＦＴ基板）１０上
に、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などの高融点
金属からなるゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、及び
多結晶シリコン膜からなる能動層１３を順に形成する。

【０００６】その能動層１３には、ゲート電極１１上方
のチャネル１３ｃと、このチャネル１３ｃの両側に、チ
ャネル１３ｃ上のストッパ絶縁膜１４をマスクにしてイ
オン注入されて形成されるソース１３ｓ及びドレイン１
３ｄが設けられている。

【０００７】そして、ゲート絶縁膜１２、能動層１３及
びストッパ絶縁膜１４上の全面に、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＮ
膜及びＳｉＯ₂膜の順に積層された層間絶縁膜１５を形
成し、ドレイン１３ｄに対応して設けたコンタクトホー
ルにアルミニウム（Ａｌ）等の金属を充填してドレイン
電極１６を形成する。更に全面に例えば有機樹脂から成
り表面を平坦にする平坦化絶縁膜１７を形成する。そし
て、その平坦化絶縁膜１７のソース１３ｓに対応した位
置にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール
を介してソース１３ｓとコンタクトしたＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）から成りソース電極を兼ねた透明電極で
ある透明表示電極１９を平坦化絶縁膜１７上に形成す
る。そしてその透明表示電極１９上にポリイミド等の有
機樹脂からなり液晶２１を配向させる配向膜２０を形成
する。また、透明表示電極１９を設けた側とは反対の側
には、ＴＦＴ基板１０側から順に位相差板２２、偏光板
２３、及び半透過ミラー２４が積層されている。この半
透過ミラー２４は、入射される光を反射及び透過する機
能を有している。

【０００８】また、ＴＦＴ基板１０に対向し絶縁性基板
からなる対向電極基板３０には、ＴＦＴ基板１０側に、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色及び遮光機能を有
するブラックマトリックス３２を備えたカラーフィルタ
３１、その上に形成された樹脂から成る保護膜３３、そ
の全面に形成されＩＴＯから成る対向電極３４及び配向
膜３５を備えており、またその反対側の面、即ち観察者
側１０１には偏光板４４が配置されている。そして、対
向電極基板３０とＴＦＴ基板１０の周辺をシール接着剤
（図示せず）により接着し、それにより形成された空隙
にツイスティッドネマティック（ＴＮ）液晶２１を充填
する。

【０００９】こうして完成した液晶表示装置のＴＦＴ基
板１０側には光源であるバックライト５１が備えてあ
る。

【００１０】ここで、反射型液晶表示装置として用いる
場合の光の進み方を説明する。

【００１１】外部から入射される自然光１００は、図５
中の破線矢印で示すように、観察者１０１側の偏光板４
４から入射し、対向電極基板３０、カラーフィルタ３
１、保護膜３３、対向電極３４、配向膜３５、ＴＮ液晶
２１、ＴＦＴ基板１０上の配向膜２０、透明表示電極１
９、平坦化絶縁膜１７、層間絶縁膜１５、ゲート絶縁膜
１２、ＴＦＴ基板１０及び偏光板２３を透過して半透過
ミラー２４にて反射され、その後、入射と逆の方向に各
層を透過して対向電極基板３０上の偏光板４４から出射
し観察者の目１０１に入る。

【００１２】また、透過型液晶表示装置として用いる場
合には、ＴＦＴ基板１０側からバックライト５１の光１
０２が入射される場合には、図５中の実線矢印で示すよ
うに、半透過ミラー２４を透過して更に偏光板２３、Ｔ
ＦＴ基板１０、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜１５、平
坦化絶縁膜１７、透明表示電極１９、配向膜２０、ＴＮ
液晶２１、配向膜３５、対向電極３４、保護膜３３、カ
ラーフィルタ３１、対向電極基板３０及び偏光板４４を
透過して観察者１０１の目に入る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図５に示し
たように、反射型として用いる場合、入射される自然光
が破線矢印１００で示されるように入射されて進んだ場
合には、半透過ミラー２４によって反射された光はガラ
スから成るＴＦＴ基板１０を再び透過することになる。
そのため、入射した光と出射した光とにそのガラス基板
の厚みによる視差が生じてしまうという欠点があった。

【００１４】また、例えば赤色の表示画素（Ｒ）に入射
された光が隣接する緑色の表示画素（Ｇ）に出射してし
まい、その結果、表示としてはＲとＧの色のにじみが生
じてしまうことになるという欠点があった。

【００１５】そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑み
て為されたものであり、視差が生じず色にじみの無い表
示を得ることが可能な反射透過一体型液晶表示装置を提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、複数のゲート信号線と複数のドレイン信号線が互い
に交差して囲まれマトリクス状に配列された表示画素領
域を備え、前記両信号線に接続された薄膜トランジス
タ、及び該薄膜トランジスタに接続された反射材料から
成る反射表示電極を前記表示画素領域に備え、前記各反
射表示電極の一部に光を透過する透明材料から成る窓を
有した第１の基板と、前記各反射表示電極に対向して設
けられた透明導電材料から成る対向電極、及び前記第１
の基板側から入射した光を該第１の基板側に反射する反
射体が前記各窓に対応した箇所に備えられた第２の基板
とを備え、正の誘電率異方性を有する液晶を充填して成
り、前記反射体と前記窓との間に、前記第１の基板側か
ら入射した光の位相差を生じない材料を配置しており、
前記第１及び第２の基板の前記液晶を充填していない側
にそれぞれ偏光板及び位相差板を備えており、該偏光板
及び位相差板は前記第２基板側から見て同一方向の円偏
光を生じるように配置されたものである。

【００１７】また、本発明は、前記位相差を生じない材
料はアクリル系樹脂である液晶表示装置である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の反射及び透過の両機能を
一体に備えた液晶表示装置について以下に説明する。

【００１９】図１に本発明の液晶表示装置の平面図を示
し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、図
３に図１中のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。

【００２０】図１に示すように、複数のゲート信号線Ｇ
及び複数のドレイン信号線Ｄによって囲まれた表示画素
領域には反射表示電極５０が設けられている。その反射
表示電極５０のほぼ中央には反射表示電極５０の材料を
除去して形成した窓６０が形成されている。この窓６０
を後述のバックライト５１からの光が透過する。また、
その窓６０はその上方に設けた反射体６１と重畳して設
けられている。入射した光をもれなく反射することがで
きるように、窓６０よりも反射体６１のほうが大きいこ
とが好ましい。また、この窓６０と反射体６１との間に
はＴＦＴ基板１０側から入射する光の位相差が生じない
物質、例えばアクリル系樹脂からなるスペーサ７０を形
成する。

【００２１】また、図２に示すように、石英ガラス、無
アルカリガラス等からなる絶縁性基板１０上に、スイッ
チング素子であるＴＦＴを形成する。

【００２２】その一方の絶縁性基板（ＴＦＴ基板）１０
上のＣｒ、Ｍｏ等の高融点金属からなるゲート電極１１
の形成から平坦化絶縁膜１７の形成までは従来の構造と
同じであるので説明を省略する。

【００２３】平坦化絶縁膜１７上には、多結晶シリコン
膜からなる能動層１３のソース１３ｓに接続されたＡ
ｌ、銀（Ａｇ）等の導電性反射材料から成る反射表示電
極５０を形成する。図１及び図３に示すように、この反
射表示電極５０には、その導電性反射材料が反射表示電
極５０の概ね中央部の一部で除去されて形成された窓６
０が設けられている。その窓６０に透明材料、例えばＩ
ＴＯから成る透明電極を形成する。即ち、窓６０には透
明材料が充填される。そして反射表示電極５０の上にの
み、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色を呈するカラーフィルタ３１が設
けられている。なお、窓６０の上にはカラーフィルタ３
１は設けられていない。そしてカラーフィルタ３１を保
護するアクリル樹脂等から成る保護膜３３をカラーフィ
ルタ３１上に設ける。

【００２４】窓６０に対応した位置にアクリル系樹脂か
ら成るスペーサ７０を設ける。このスペーサ７０は以下
のようにして形成する。

【００２５】カラーフィルタ３１の保護膜３３を形成し
た後にＴＦＴ基板１０の全面にアクリル系樹脂である光
硬化型のレジストをスピンナー等で塗布した後、窓６０
に対応した位置にそのレジストが残るマスクを用いて光
を照射して硬化させて窓６０に対応した位置にスペーサ
７０を形成する。このスペーサ７０の厚みは、保護膜３
３から対向電極基板３０上に設ける反射体６１間での間
隔に応じて設定する。

【００２６】こうしてスペーサ７０を形成した後、ポリ
イミド等からなり液晶２１を配向させる配向膜２０を形
成する。

【００２７】他方の対向電極基板３０は、液晶２１を設
ける側には、光を反射するＡｌ等の金属から成り各反射
表示電極５０に設けた窓６０に応じた形状の反射体６１
を設ける。この反射体６１の表面、即ちＴＦＴ基板１０
側は入射した光を拡散させるために凹凸形状であっても
良い。また、反射体６１の断面形状は図３に示す以外に
も半球状でも三角形状でも、光を反射表示電極５０に反
射する形状であれば良い。反射体６１以外の領域には各
反射表示電極５０に対向した対向電極３４が設けられて
いる。更にその全面にはポリイミドから成る配向膜３５
が形成されている。なお、各反射表示電極５０間、即ち
反射表示電極５０の周囲には光を遮蔽してコントラスト
を向上させるために黒色の樹脂等から成るブラックマト
リクス３２がドレイン信号線Ｄに対応した位置に設けら
れている。

【００２８】また、対向電極基板３０の液晶２１を配置
しない側、即ち観察者１０１側には、位相差（λ／４）
板４３及び偏光板４４が対向電極基板３０側から順に設
けられている。

【００２９】こうして形成された対向電極基板３０とＴ
ＦＴ基板１０の周辺をシール接着剤（図示せず）により
接着し、それにより形成された空隙に液晶２１を充填し
て反射及び透過一体型液晶表示装置を完成させる。な
お、この液晶２１は、正の誘電率異方性を有するツイス
トネマチック（ＴＮ）液晶を用いる。またＴＦＴ基板１
０側には蛍光管バックライト等の光源５１が備えてあ
る。

【００３０】ここで、上述の液晶表示装置において反射
型液晶表示装置として用いる場合についての光の進み方
を説明する。

【００３１】観察者１０１側から入射される自然光１０
０は、図３中に点線矢印で示すように、観察者１０１側
の偏光板４４から入射し、位相差板４３を透過して、更
に対向電極基板３０、対向電極３４、配向膜３５、液晶
２１、及びＴＦＴ基板１０上の配向膜２０を透過して、
カラーフィルタ３１、保護膜３３、反射材料から成る反
射表示電極５０に到達する。その到達した光は反射表示
電極５０によって反射されて再び入射した逆の光路をた
どって外部に出射し観察者１０１によって観察される。

【００３２】ここで、反射型として用いた場合の光の偏
光状態を説明する。なお、以下の偏光状態の説明は液晶
に電圧を印加しない場合について説明する。

【００３３】対向電極基板３０側から入射した光は偏光
板４４を通り直線偏光になり、位相差板４３によって例
えば右回りの円偏光となり、液晶層の液晶２１を通る際
に円偏光が楕円偏光になる。その偏光状態で反射表示電
極５０に到達して反射されて位相が反転する。再び液晶
２１を通ることにより左回りの円偏光となって再び位相
差板４３に到達する。そして、偏光板４４の透過軸と同
方向に振動する直線偏光の光になって光が透過して出射
する。

【００３４】次に、上述の液晶表示装置を透過型として
用いた場合の光の進み方を説明する。

【００３５】図３中に実線で示すように、バックライト
５１から発せられた光１０２は、偏光板２３、位相差板
２２、ＴＦＴ基板１０、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜
１５、平坦化絶縁膜１７、及び反射表示電極５０に設け
た窓６０を透過して、その後、スペーサ７０中を透過し
て、対向電極基板３０上に形成された反射体６１のＴＦ
Ｔ基板１０側の面にて反射されてカラーフィルタ３１に
入射されて反射表示電極５０に達し、そこで再び反射さ
れて対向電極基板３０上の配向膜３５、対向電極３４、
対向電極基板３０、位相差板４３及び偏光板４４を透過
して出射して観察者１０１に観察される。

【００３６】ここで、透過型として用いた場合の光の偏
光状態を説明する。

【００３７】図３中に実線で示すように、バックライト
５１から発せられた光１０２は、偏光板２３に入り直線
偏光の光になり、次に位相差板２２によって左回りの円
偏光となる。その後、窓６０の透明電極を透過してスペ
ーサ７０の中を通る。このとき、光の位相差は生じない
ため左回りの円偏光状態で反射体６１に達する。

【００３８】そして、その反射体６１によって位相が反
転して右回りの円偏光になる。

【００３９】そして、反射体６１によって位相が反転し
て右回りの円偏光になった光は、液晶層の液晶２１を通
る際に円偏光から楕円偏光になる。その偏光状態で反射
表示電極５０到達して反射されて位相が反転する。その
後再び液晶層の液晶２１を通ることにより左回りの円偏
光となり位相差板４３に到達し、偏光板４４の透過軸と
同一方向に振動する直線偏光の光になり透過して外部に
出射する。

【００４０】なお、上述の説明においては光の円偏光の
向きは光の進行方向に対する方向を示して説明した。ま
た、上述の反射型として用いる場合の説明においては位
相差板４３によって右回りの円偏光になる場合について
示したが、反射体６１で反射した後の円偏光の向きと反
射型の場合において位相差板４３を透過した後の円偏光
の向きとが同じになるように設定すれば左回りの円偏光
の場合でも良い。

【００４１】以上のように、反射型の液晶表示装置とし
て用いる場合の反射表示電極５０に到達する光の偏光状
態と、透過型として用いる場合の反射表示電極５０に到
達する光の偏光状態が同じであるため、１つの液晶表示
装置で反射型及び透過型の両方の機能を備えることが可
能となる。

【００４２】また、反射表示電極５０がＴＦＴ基板１０
の内側、即ち液晶層２１側に設けられているため、反射
型として用いた場合にも従来のようにガラス基板の厚み
による視差を生じることを抑制することができ、またあ
る色の表示画素を透過した光が隣接する表示画素を透過
して出射してしまうことによるカラー表示の場合の色に
じみを抑制することができるとともに、白黒表示の場合
の隣接する表示画素の白色と黒色のにじみによりコント
ラストが低下することを抑制することができる。

【００４３】更に、ＴＦＴ基板１０と対向電極基板３０
との間の間隔をスペーサ７０で保持することができるの
で、従来のように基板の全面に円柱状のスペーサを散布
する必要がなくなるとともに、確実に間隔を保持するこ
とができる。

【００４４】なお、本実施の形態においては、ＴＦＴの
能動層として多結晶シリコンを用いたが、本発明はそれ
に限定されるものではなく、非晶質シリコン等の半導体
材料を用いても、本発明の効果を奏するものである。

【００４５】更に、本発明においては、Ａｌ、銀以外の
導電性反射材料を反射表示電極材料として用いても良
い。

【００４６】また、本実施の形態においては、反射表示
電極５０に設けた窓６０は反射表示電極５０のほぼ中央
に設けたが、必ずしも中央でなくても良い。

【００４７】更にまた、本実施の形態においては、スペ
ーサ７０をＴＦＴ基板１０側に設けた場合について説明
したが、対向電極基板３０側に形成しても良い。即ち、
反射体６１を形成した後に、対向電極基板３０の全面に
アクリル系樹脂である光硬化型のレジストをスピンナー
等で塗布した後、反射体６１に対応した位置にそのレジ
ストが残るマスクを用いて光を照射して硬化させて、反
射体６１に対応した位置にスペーサ７０を形成しても良
い。このスペーサ７０の厚みは、反射体６１からＴＦＴ
基板１０上に設ける保護膜３３間での間隔に応じて設定
する。こうしてスペーサ７０を形成した後、ポリイミド
等からなり液晶２１を配向させる配向膜２０を形成す
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、視差が生じないのでカ
ラー表示の場合には色にじみがな液晶表示装置を得ると
ともに、反射と透過の両方の機能を有する液晶表示装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射及び透過一体型液晶表示装置の平
面図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った本発明の反射及び透
過一体型液晶表示装置の断面図である。

【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿った本発明の反射及び透
過一体型液晶表示装置の断面図である。

【図４】図１中のＡ−Ａ線に対応した従来の反射及び透
過一体型液晶表示装置の断面図である。

【図５】図１中のＢ−Ｂ線に対応した従来の反射及び透
過一体型液晶表示装置の断面図である。

【符号の説明】

１０ ＴＦＴ基板 １３ 能動層 １５ 層間絶縁膜 １６ ドレイン電極 １７ 平坦化絶縁膜 １９ 透明電極 ２１ 液晶 ３０ 対向電極基板 ３１ カラーフィルタ ２２、４３ 位相差板 ２３、４４ 偏光板 ５０ 反射表示電極 ６０ 窓 ６１ 反射体 ７０ スペーサ Ｇ ゲート信号線 Ｄ ドレイン信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H091 FA11X FA11Z FD06 FD09 FD15 FD21 GA13 KA02 LA03 LA30 2H092 HA05 JA26 JA29 JA38 JA42 JA44 JB13 JB23 JB32 JB33 JB42 JB54 JB56 JB63 JB69 KA04 KA07 KA16 KA18 KB14 KB23 KB25 NA01 NA25 PA08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のゲート信号線と複数のドレイン信
   号線が互いに交差して囲まれマトリクス状に配列された
   表示画素領域を備え、前記両信号線に接続された薄膜ト
   ランジスタ、及び該薄膜トランジスタに接続された反射
   材料から成る反射表示電極を前記表示画素領域に備え、
   前記各反射表示電極の一部に光を透過する透明導電材料
   から成る窓を有した第１の基板と、前記各反射表示電極
   に対向して設けられた透明導電材料から成る対向電極、
   及び前記第１の基板側から入射した光を該第１の基板側
   に反射する反射体が前記各窓に対応した箇所に備えられ
   た第２の基板とを備え、正の誘電率異方性を有する液晶
   を充填して成り、前記反射体と前記窓との間に、前記第
   １の基板側から入射した光の位相差を生じない材料から
   成るスペーサを配置しており、前記第１及び第２の基板
   の前記液晶を充填していない側にそれぞれ偏光板及び位
   相差板を備えており、該偏光板及び位相差板は前記第２
   基板側から見て同一方向の円偏光を生じるように配置さ
   れたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記位相差を生じない材料はアクリル系
   樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
   装置。