JP3085115B2

JP3085115B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3085115B2
Application number: JP33257894A
Authority: JP
Inventors: 明本間
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2000-09-04
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JPH08166601A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばアクティブマト
リクス型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、分子配列が固体のような一定の
秩序を保ちながら、その一方では液体のように流動性を
有し、電界に対して容易に配列を変えて光学的性質の変
化として現われる液晶を用いた装置として液晶表示装置
が知られている。この液晶表示装置は共通電極とこれに
対向して配置した個別に制御可能な画素電極との間に液
晶を封じ込め、画素電極に選択的にデータ信号を印加す
ることにより、対応する画素電極間の液晶の光学的特性
を変化させるようになっている。

【０００３】この種の液晶表示装置は、一般的には、透
過型表示装置と反射型表示装置とに大別され、透過型表
示装置は光学系の構成が比較的簡単になるのでコストダ
ウンを図り易いメリットがある反面、表示パネルを小型
化すると、画素電極を選択するスイッチトランジスタや
配線の占める面積割合が増えて開口率が下がり、画像の
明るさが低下して暗くなるという欠点がある。これに対
して、反射型表示装置は、反射画素電極の下にスイッチ
トランジスタや配線を配置するので、表示パネルを小型
化しても開口率が下がらず、明るい画像を得ることがで
きる。従って、拡大投影方式の液晶表示装置では、小型
高密度の反射型表示パネルが適している。

【０００４】この反射型表示装置の性能を十分に引き出
すためには、反射面の反射率を高めると共に入射光の漏
れ込みによる特性変動を押さえることが重要である。従
来の反射型表示装置の一例は、ＳｉＤ８３ＤＩＧＥ
ＳＴ（１９８３年）の１５０頁から１５１頁に示されて
おり、これを図３に基づいて説明する。この装置例で
は、アクティブマトリクスにＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘ
ｉｄｅＳｅｍｉｃｏｕｄｕｃｔｏｒ）基板を用いてい
る。まず、単結晶シリコン基板１内にドレイン２、ソー
ス３及び補助容量端子４が作られ、このドレイン２とソ
ース３との間にゲート酸化膜５を介して多結晶シリコン
ゲート７を設け、ＭＯＳトランジスタを構成する。補助
容量端子４の上には酸化膜６を介して多結晶シリコン電
極８を設けてここに補助容量を構成する。

【０００５】上記ドレイン２は信号線１０に接続され、
一方、ソース３と補助容量の多結晶シリコン電極８は金
属配線１１を介して金属でできた反射画素電極１２に接
続されている。この画素電極１２の表面に液晶の配向膜
１３を形成し、これと対向する透明な共通電極１４との
間に液晶１５を封じ込め、表示パネルを形成する。信号
線１０や金属配線１１と多結晶シリコンゲート７や多結
晶シリコン電極８との間は、絶縁膜９が介在されて絶縁
されており、また、画素電極１２と金属配線１１との接
続点以外は、これらは絶縁層１６で分離される。この絶
縁層１６としては例えばポリイミド樹脂が用いられる。
このポリイミドは例えばスピンコート法で塗布されるの
でその表面がかなり平らになる性質があり、従って、画
素電極１２の下層である上記絶縁膜１６の表面を平らに
することによりこの上層の反射画素電極１２の表面その
ものも平らにし、この反射率を高めるようにしている。

【０００６】しかしながら、下層の絶縁膜１６の表面が
精度良く平らでもこの上に形成される金属製の画素電極
１２の表面には微視的に見れば微小な凹凸が発生するこ
とは避けられず、十分な反射率がえられない場合があっ
た。更には、この構成では入射光の一部が隣接する画素
電極の間隙から基板に入り込み、以下の理由から画素電
極１２の電圧を変動させて好ましくない。この画素電極
の電圧変動のメカニズムは以下の通りである。すなわ
ち、画素電極１２につながるソース３は、ゲート７にゲ
ート選択電圧がかかるとソース３とドレイン２との間に
チャンネルが形成されることからドレイン２を介して信
号線１０の信号電位に充電される。ここでゲート７の電
圧が非選択時の電圧になると、次にゲート選択電圧がか
かるまでの間、ソース３はチャネルが断たれてフローテ
ィング状態となり、ソース３と画素電極１２の電圧は先
の信号電位に保持される。この状態で隣接画素電極の光
が漏れてソース３の近くに入射すると光キャリアが発生
する。発生したキャリアの内、正孔は基板１に流れるの
で特性には影響がないが、例えば基板がＰ型半導体でソ
ースがＮ型半導体の場合に、発生した電子はソース３に
流れ込み、ソース電圧が下がって画素電極１２の電圧が
下がってしまい、電圧が変動してしまう。

【０００７】上記した欠点、例えば画素電極１２の表面
の凹凸の問題を解決するためには、例えばテレビジョン
学会誌の［液晶投写型ハイビジョン用高密度反射型ＴＦ
Ｔアレイ］（Ｖ_O１．４４、Ｎｏ５、ＰＰ．５４４〜５
４９（１９９０））に示されているように上述のように
形成した反射画素電極１２の表面を研磨して鏡面にし、
反射率を高めることも行なわれるが、この場合には、製
造工程が複雑になり、製品の歩留まりが低下するという
恐れがあった。

【０００８】また、隣接画素からの入射光に起因する光
キャリアの影響を抑制する手法は、例えば特公昭６１−
４３７１２号公報に開示されており、図４に示すように
図３に示した構造をベースとして遮光膜１７を挿入した
構造となっている。すなわち、画素電極１９の下に新た
な絶縁層１８を介して上記遮光層１７を形成している。
この遮光層１７は光を吸収する材料、例えばアルミニウ
ムやモリブデン等の金属薄膜が用いられるので、画素電
極１９と遮光膜１７との絶縁を図るために上記した新た
な絶縁層１８が不可欠となる。

【０００９】しかしながら、この金属製遮光膜１７を形
成した構造にあっては、入射光の一部は金属性の画素電
極１９と金属製遮光膜１７との間で多重反射して基板に
入り込むことになり、入射光の漏れ込みを完全には防ぐ
ことができない。この場合、画素電極１９と遮光膜１７
との間の絶縁膜１８をできるだけ薄くすれば多重反射は
少なくなるが、今度は画素電極と遮光膜との短絡不良が
発生し易くなるという新たな問題が生じ、上記絶縁膜１
８の薄さには限界がある。更には、この種の構造におい
ては、積層工程が増加することから製造工程が複雑にな
る。すなわち金属膜が、信号線１０と遮光膜１７と画素
電極１９の３層構造となり、それぞれの間の絶縁膜形成
工程も含めて工程数が大幅に増し、その分、製品の歩留
まりも低下する原因となっていた。

【００１０】上記図３及び図４に示す構造は、金属製の
画素電極１２自体により光を反射させる方式であるが、
これに対して、画素電極とは別に設けた反射膜で光を反
射させるようにした構造が例えば米国特許第５０５６８
９５号に開示されている。この構造を図５に基づいて説
明すると、シリコン基板内にＭＯＳトランジスタのマト
リクスを形成することろから金属の画素電極１９を設け
るまでの工程は、図３に示した装置例の場合と同じであ
る。ただし、この画素電極１９は、図３に示す場合と異
なり、反射膜としては使用されない。この図示例におい
ては、画素電極１９を形成した後に、この上に平坦化の
ために絶縁層２０を形成し、更に、絶縁性の材料で反射
膜２１を形成する。この絶縁性の反射膜２１は例えばＴ
ｉＯ₂とＳｉＯ₂の多層膜で形成することができる。

【００１１】そして、この絶縁性反射膜２１の上に液晶
の配向膜２２を形成する。この構成によれば、光を反射
するのはこの反射膜２１なので、画素電極１２の形状や
表面の微小な凹凸は反射特性に影響を与えず、しかも、
絶縁層２０の平坦性を良くすれば、絶縁性反射膜２１の
反射率は金属製の画素電極よりも高めることができる。
更には、先に説明したように画素電極で光を反射する方
式では、隣接する画素電極の間からの入射光がＭＯＳト
ランジスタの基板に漏れ込んで画素電極の電圧を変動さ
せるが、上記米国特許にて開示したように別途設けた絶
縁性反射膜２１で光を反射させる方式では、ＭＯＳ基板
の全面が絶縁性反射膜に覆われているので、入射光の漏
れ込みを抑えることができ、画素電極の変動を小さくで
きるという利点を有する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す構造においては、以下に示す２つの問題点がある。
１つ目の問題点は、画素電極１９に高い電圧を印加しな
ければならない点である。すなわち、画素電極１９と液
晶１５との間には、平坦化絶縁層２０、絶縁性反射膜２
１、液晶配向膜２２が介在するので、これらの層或いは
膜における電圧降下を見込んで、画素電極の電圧を予め
高くしなければ液晶１５に十分な電界を付与することが
できない。そのために、ＭＯＳトランジスタのマトリク
スの動作電圧を高くしなければならず、トランジスタを
高耐圧化させるに伴ってパターン形状が大きくなって工
程が複雑化し、このため製品歩留まりを低下させるのみ
ならず、コスト高を招来してしまう。更には、高電圧動
作により消費電力も増え、マトリクス基板の発熱のため
に液晶の画質が劣化する恐れもある。

【００１３】２つ目の問題点は、上記した構造の装置に
使用することができる液晶の種類が限定されてしまう点
である。すなわち、液晶の抵抗率が平坦化絶縁層２０、
絶縁性反射膜２１、液晶配向膜２２の各抵抗率と同程度
か、それ以上でなければならない。その理由は、もし液
晶の抵抗率が各絶縁膜の抵抗率より１桁位小さいと、画
素電極１９と共通電極１４との間に印加される電圧は、
印加直後は各層の容量比で分割されて各層にかかるが、
時間の経過とともに大部分が絶縁膜の両端にかってしま
い、液晶１５の両端には電圧があまりかからなくなって
画像の表示ができなくなってしまう。絶縁性反射膜や平
坦化絶縁膜の抵抗は、いろいろな液晶の抵抗範囲に比べ
てかなり高く、従って、図５に示す構造の装置に適用す
ることができる抵抗率の液晶の種類は非常に少なく、電
圧特性や各種表示品質を満足する液晶を選ぶのが困難で
ある。

【００１４】また、液晶パネルの組み立て途中で液晶に
水分等の不純物が混入すると、抵抗率が下がり、画質の
劣化も容易に生じてしまうので、工程管理も厳しくしな
ければならない。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、そ
の目的は、低い電圧で動作し且つ入射光の漏れ込みによ
る画素電圧の変動の少ない液晶表示装置を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、基板上に一次元または二次元マトリク
ス状に配置されたスイッチトランジスタと、このトラン
ジスタのドレインまたはソースにつながる画素電極と、
この画素電極に液晶を介して対向配置された共通電極
と、前記トランジスタの導通または非導通を制御するゲ
ートと、前記画素電極に映像信号電圧を与える信号線と
からなる液晶表示装置において、前記画素電極の下に、
平坦な絶縁性の反射膜を設けるように構成したものであ
る。

【００１６】

【作用】以上のように構成することにより、画素電極の
下に絶縁性の反射膜が略全面的に形成されたので、これ
に基板の表面がほとんど覆われてしまい、従って、入射
光の基板への漏れ込みが少なくなり、画素電圧の変動を
大幅に抑制することができる。また、画素電極を絶縁性
反射膜の上に設けているので、画素電極と液晶との間に
は例えば配向膜だけが存在する構造となり、従って、両
電極間の電圧を効率的に液晶間に印加することができ、
画素電極に高電圧を印加する必要もない。

【００１７】また、画素電極をＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
ＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明電極で構成することによ
り、画素電極表面ではなく、電極の下の絶縁性反射膜で
光を反射させることができる。一般に、金属表面よりは
絶縁性反射膜の方が光の反射率を高くできるので、明る
い画像を得ることができる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明に係る液晶表示装置の一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係
る液晶表示装置を示す部分断面図である。尚、図３に示
す従来装置と同一部分については同一符号を付して説明
する。この液晶表示装置２３はアクティブマトリクス型
の液晶表示装置であり、アクティブマトリクスとしてＭ
ＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ）基板を用いている。すなわち、基板として単結
晶のシリコン基板１を用い、この基板１の表面に、ドレ
イン２、ソース３、補助容量素子４が作られ、ドレイン
２とソース３の間にゲート酸化膜５を介して多結晶シリ
コンゲート７を設けてスイッチトランジスタとして、Ｍ
ＯＳトランジスタ３０を構成している。

【００１９】図示例においては、トランジスタ３０は１
つしか記載していないが、実際には一次元または二次元
的にマトリクス状に多数整然と配置されている。補助容
量端子４の上には、酸化膜６を介して多結晶シリコン電
極８を設けてここに補助容量を構成する。上記ドレイン
２は信号線１０に接続され、一方、ソース３と補助容量
の多結晶シリコン電極８は金属配線１１を介して接続さ
れている。上記配線１０、１１と酸化膜６或いはシリコ
ンゲート７、シリコン電極８との間には絶縁膜９が形成
されている。また、上記配線１０、１１の上には、平坦
化のための絶縁層１６が全体にわたって形成され、この
上に本発明の特長とする絶縁性の反射膜２４が略全面に
亘って形成される。この絶縁性の反射膜２４は、入射光
の反射を効率的に行なわせるために、例えばＴｉＯ₂と
ＳｉＯ₂の多層膜で形成し、反射効率を考慮してこの反
射膜２４の厚みは、例えば１μｍ以上の厚さに設定す
る。

【００２０】そして、絶縁性の反射膜２４と平坦化絶縁
膜１６を貫通して金属配線１１につながる穴２５を形成
し、この金属配線１１と電気的に接続した画素電極２６
を反射膜２４上に形成する。この画素電極２６は、１つ
の画素に対して１つ設けられ、全体としてマトリクス状
に配置されるに対して、上記絶縁性の反射膜２４は、穴
２５に対応する部分を除いて基板表面全面に亘って設け
られる。これにより、入射光の漏れ込みを可及的に抑制
している。上記画素電極２６としては、アルミニウム、
金等の反射効率の高い金属で構成する。

【００２１】そして、この画素電極２６及び露出してい
る絶縁性の反射膜２４の上に液晶の配向膜１３を全面に
亘って形成し、これと対向する透明な、例えばＩＴＯ製
の共通電極１４との間に液晶１５を封じ込め、表示パネ
ルを形成して全体を完成する。

【００２２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、多結晶シリコンゲート７
に選択電圧が印加されると、ドレイン２とソース３との
間にチャネルが形成されてドレイン２とソース３間が導
通し、従って、ソース３及びこれに金属配線１１を介し
て電気的に接続されている画素電極２６が信号線１０の
電位に充電される。そして上記ゲート７の電圧が非選択
時の電圧になると、次にゲート選択電圧がかかるまでの
間、チャネルが断たれてソース３及び画素電極２６はフ
ローティング状態となり、ソース３と画素電極２６の電
位は信号電位に維持される。そして、画素電極２６と共
通電極１４との間に所定の電位が印加されている間だけ
この間の液晶１５が光学的な変位を受けることになる。

【００２３】透明な共通電極１４側から入ってくる入射
光は、光学的変位を受けた液晶１５のパターンに従って
これを透過し、透過光は液晶の配向膜１３を透過した
後、金属製の薄い画素電極２６により反射されて、入射
光路を戻って行く。この戻り光がオペレータに視認され
ることになる。画素電極２６以外の部分を透過した光
は、この画素電極２６の直下に設けた絶縁性反射膜２４
の表面に反射されて、入射光路を戻って行く。この場
合、図３及び図４に示すような従来装置にあっては、隣
接する画素電極間を通ってくる入射光が漏れ込んでキャ
リアを発生することからソース電位が変動していたが、
本実施例においては、金属配線１１と画素電極２６を接
続する穴２５に対応する部分を除いて基板表面のほとん
ど全部を絶縁性の反射膜２４により覆っているので、入
射光への基板側への漏れ込みを非常に少なくすることが
できる。

【００２４】従って、漏れ込み光によるキャリアの発生
を大幅に抑制することができるので、画素電圧の変動を
抑制することができる。また、図４に示す従来装置にお
いては、金属膜としては、金属配線１１と、アルミニウ
ム等の遮光膜１７と画素電極１２の３層構造としている
ことから、工程数が増え、且つ各層間の短絡に起因する
歩留まりの低下も生じ易かったが、本実施例では、金属
膜としては金属配線１１と画素電極２６だけの２層で済
み、工程数も減少させ、且つ層間の短絡も少ないので歩
留まりを向上させることができる。

【００２５】また、図５に示す従来装置においては、液
晶１４と画素電極１９との間に配向膜２２、反射膜２１
及び絶縁層２０等の複数の層を介在させていることから
途中の電位のロスが多く、画素電極１９の電位をかなり
高く設定しなければならなかったが、本実施例では液晶
１４と画素電極２６との間は配向膜１３しか介在させて
ないので、画素電極２６の電圧の大部分が液晶の両端に
印加されることになり、従って画素電極２６に高電圧を
かける必要がなく、高電圧作用に伴なう諸問題を解決す
ることができる。例えば、画素電圧の低下により発熱も
抑制して液晶の画質の劣化を防止でき、また、ＣＭＯＳ
プロセスでのマトリクス基板の作成も容易になる。マト
リクス基板全体の駆動電圧下げることができるので、安
価な低電圧駆動用の集積回路が使え、また、駆動回路を
マトリクス基板と一体化して作成する場合でも消費電力
を抑制することができる。

【００２６】更には、上記した理由により液晶１５とし
て抵抗率が低いもの、例えば配向膜１３の抵抗率と同程
度のものも使用することができるので、選択し得る液晶
の種類の範囲を拡大することができる。このように低い
抵抗率の液晶を使用することができるので、液晶パネル
の組立途中にて液晶中に水分等の不純物が混入してその
抵抗率が低下しても画質の劣化が生ぜず、この点よりも
製品の歩留まりを向上させることができる。上記実施例
においては、絶縁性の反射膜２４の直上に設けた画素電
極２６としてはアルミニウム、金などの光反射率の高い
金属材料を用いたが、これに替えて、導電性の良好な透
明な材料、例えば共通電極１４と同じ材料のＩＴＯを用
いて画素電極２６を構成すようにしてもよい。

【００２７】これによれば、金属画素電極２６ではその
表面で光射するのに対し、ＩＴＯ画素電極では、ＩＴＯ
の下の絶縁性反射膜で光を反射する。一般に金属よりは
絶縁性反射膜の方が反射率を高くできるので、反射膜２
４での反射光量が多くなり、一層、明るい画像を得るこ
とが可能となる。このように、本発明装置によれば、図
３及び図５に示す従来装置の両方の有する欠点を同時に
解消することが可能となる。尚、上記実施例においては
マトリクス基板として単結晶シリコンを使ったＭＯＳ基
板を用いたがこれに限定されず、例えば図２に示すよう
ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に
より形成してもよい。すなわち、ガラス基板２７上に例
えば多結晶シリコン層２８を形成し、この多結晶シリコ
ン層２８に図１に示したと同様にドレイン２、ソース
３、補助容量端子４を形成する。また、ドレイン２とソ
ース３との間はチャネル２９として構成されることにな
る。これ以降の製造工程及び構成は図１にて説明したと
同様である。この場合にも、図１に示す構造において説
明したと同様な作用効果を得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。画素電極の下に基板上面をほとんど被
う平坦な絶縁性の反射膜を設けるようにしたので、マト
リクス基板への入射光の漏れ込みを大幅に減らすことが
できるので、画素電圧の変動を抑制することができる。
また、画素電極と液晶との間に介在する層の数を減少さ
せることができるので、画素電圧を低く設定することが
でき、従って、高電圧動作に起因する問題を解決するこ
とができる。また、液晶の抵抗率が高くなくても良いの
で、この選択の幅を広げることができるのみならず、組
立時における水分等の不純物の混入に対しても強くな
り、製品歩留まりを向上させることができる。更には、
画素電極を透明材料により構成することにより、画素電
極の下の絶縁性反射膜で光を反射させることができ、そ
の分、明るい画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置を示す部分断面図で
ある。

【図２】本発明の表示装置の他の実施例を示す部分断面
図である。

【図３】従来の反射型表示装置の一例を示す部分断面図
である。

【図４】図３に示す表示装置の改良型を示す部分断面図
である。

【図５】従来の他の反射型表示装置の一例を示す部分断
面図でる。

【符号の説明】

１…単結晶シリコン基板（基板）、２…ドレイン、３…
ソース、５…ゲート酸化膜、７…多結晶シリコンゲー
ト、１０…信号線、１４…共通電極、１５…液晶、２３
…液晶表示装置、２４…絶縁性の反射膜、２６…画素電
極、２７…ガラス基板（基板）、３０…ＭＯＳトランジ
スタ（スイッチトランジスタ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343 G02F 1/1362 G02F 1/1333 G02F 1/1335 G09F 9/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に一次元または二次元マトリクス
状に配置されたスイッチトランジスタと、このトランジ
スタのソースにつながる画素電極と、この画素電極に液
晶を介して対向配置された共通電極と、前記トランジス
タの導通または非導通を制御するゲートと、前記画素電
極に映像信号電圧を与える信号線とからなる液晶表示装
置において、前記画素電極の下に、平坦な絶縁性の反射
膜を設けるように構成したことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項２】前記画素電極は、光を透過する透明材料
により構成した透明電極とすることを特徴とする請求項
１記載の液晶表示装置。