JP4709375B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶層が一対の電極基板間に液晶組成物のセルとして挟持される液晶表示素子に関し、特に柱状スペーサにより液晶組成物のセルギャップをこれら電極基板間に確保する液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、液晶表示素子（ＬＣＤ）が薄型、軽量、低消費電力、低駆動電圧といった長所から広く用いられている。特に、アクティブマトリクス液晶表示素子は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素スイッチ素子として付加したことにより高精細で高品質の画像を表示できるため、めざましい発展を遂げている。液晶表示素子が携帯情報機器に用いられる場合には、消費電力を大幅に低減することが要望される。この要望に対処するため、反射型液晶表示素子の開発が現在進んでいる。
【０００３】
反射型液晶表示素子は一般に液晶層が液晶組成物のセルとして一対の電極基板間に挟持される構造を有し、例えばこの液晶表示素子の背面に取り付けられる反射板で反射される外光を液晶層で光学変調することにより画像を表示する。このため、バックライトのような内部光源を必要としない。しかしながら、この液晶表示素子が例えば薄膜トランジスタを用いた高精細のものであると、画像を斜め方向から観察したときに、基板の厚みによる視差が生じるという問題がある。この問題を改善するには、一方の電極基板に配置される複数の画素電極で反射板を構成することが好ましいことが知られている。また、外光の明るさは液晶表示素子の設置環境に依存し、バックライト光のように安定していない。従って、開口率を決定する画素電極の面積をできるだけ大きくして、外光を高効率で反射することが明るい画像を表示するために重要である。
【０００４】
ところで、最近では、複数の柱状スペーサが液晶組成物のセルギャップを一対の電極基板間に確保するために例えば一方の電極基板に形成される。これら柱状スペーサがこの電極基板においてマトリクス状に配置される複数の画素電極に重なると、液晶配向が各柱状スペーサの周辺で乱れ易い。このため、複数の画素電極はこれら柱状スペーサに重ならないように形成される。ここで、電極基板の画素アレイは高い精度を要求されることから、画素電極および薄膜トランジスタ等の形成のための露光処理は一般にステッパと呼ばれる露光機でマスクパターンを移動しながら行われる。従来においては、マスク合わせの容易さおよび開口率の均一性を重視する固定観念により全ての画素電極に図４に示すような共通な形状を持たせていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数の柱状スペーサを１画素電極毎に１個の割合で形成する場合を除き、図３に示す画素電極の共通な形状は開口率を無駄に低下させる結果になる。
【０００６】
本発明の目的は、上述のような課題に鑑み、全体としてより明るい画像を表示できる液晶表示素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１および第２電極基板と、前記第１および第２電極基板間に液晶組成物のセルとして挟持される液晶層と、前記第１電極基板に形成され前記液晶組成物の液晶配列を制御する複数の画素電極と、２個以上の画素電極毎に１個の割合で前記第１および第２電極基板の少なくとも一方に形成され前記液晶組成物のセルギャップを確保する複数の柱状スペーサとを備え、前記複数の画素電極はそれぞれ赤、緑、青のカラーフィルタの１つに割り当てられ、前記柱状スペーサの数に対応して制限される数の柱状スペーサ形成領域を規定する複数の切欠きを備え、前記切欠きは、前記赤、緑、青のカラーフィルタのうちで最も高い透過率の緑のカラーフィルタに対向する画素電極以外の画素電極に設けられ、隣接する前記画素電極において互いに向かい合うように配置されている液晶表示素子が提供される。
【０００８】
この液晶表示素子では、複数の画素電極が柱状スペーサ数に対応して制限される数の柱状スペーサ形成領域を規定する複数の切欠きを含む。すなわち、全ての画素電極が切欠きを持つ必要がないため、画素電極の切欠きによって生じる無駄な開口率の低下を防止できる。従って、光源光の利用効率が向上し、全体としてより明るい画像を表示することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る反射型液晶表示素子について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１はこの反射型液晶表示素子の画素付近の断面構造を示し、図２はこの反射型液晶表示素子の画素電極の平面的配置および形状を示す。この液晶表示素子はアレイ基板ＡＲ、対向基板ＣＴ、およびネマチック液晶のような液晶組成物のセルとしてこれら基板ＡＲおよびＣＴ間に挟持される液晶層ＬＱを備える。
【００１１】
アレイ基板ＡＲは絶縁基板１０、略マトリクス状に配置され液晶組成物の液晶配列を制御する複数の反射画素電極１１、これら反射画素電極１１の列に沿って配置される複数の信号線１２、これら反射画素電極１１の行に沿って配置される複数の走査線１３、各々対応走査線１３および対応信号線１２の交差位置近傍にスイッチング素子として配置される複数の画素用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１４、２個以上の画素電極１１毎に１個の割合で形成され液晶組成物のセルギャップを対向基板ＣＴに対して確保する複数の柱状スペーサＳＰ、および複数の反射画素電極１１を覆う配向膜１５を含む。対向基板ＣＴは光透過性の絶縁基板２０と、各々対応列の画素電極７７に対向して行方向に順番に並ぶ青、赤、および緑のストライプ状カラーフィルタとして絶縁基板２０上に形成される着色層２１と、この着色層２１を覆う透明対向電極２２と、この対向電極２２を覆う配向膜２３とを有する。また、偏光板ＰＬが着色層２１とは反対側において透明絶縁基板２０に貼り付けられる。ここで、複数の画素電極１１は対向基板ＣＴ側から液晶層ＬＱを介して入射する光を高い反射率で散乱させる反射板として機能すると共に、柱状スペーサＳＰ数に対応して制限される数の柱状スペーサ形成領域ＳＰＲを規定する複数の切欠き１１Ａを持つ。これら切欠き１１Ａは、少なくとも３個の画素電極１１毎に多くとも２個の割合で形成される。このとき、柱状スペーサ形成領域ＳＰＲの数は柱状スペーサＳＰの数に一致することが好ましい。図２では、各柱状スペーサ形成領域ＳＰＲが青、赤、および緑のカラーフィルタに対向する３個の画素電極１１（Ｂ），１１（Ｒ），１１（Ｇ）のうちの２個である画素電極１１（Ｂ）および１１（Ｒ）に設けられる１対の切欠き１１Ａにより規定される。
【００１２】
この反射型液晶表示素子では、液晶層ＬＱが複数の反射画素電極１１にそれぞれ対応する複数の画素領域ＰＸに区画され、各画素領域ＰＸが各々２本の隣接走査線１３と２本の隣接信号線１２との間に配置される。各薄膜トランジスタ１４は対応走査線１３から供給される走査パルスに応答して導通し、対応信号線１２の電位を対応反射画素電極１１に供給する。各反射画素電極１１は対応信号線１２の電位を画素電位として液晶層ＬＱの対応画素領域ＰＸに印加し、この画素電位と対向電極２２の電位との電位差に基づいて画素領域ＰＸの透過率を制御する。
【００１３】
アレイ基板ＡＲにおいて、各ＴＦＴ１４はアモルファスシリコンあるいはポリシリコンの半導体層１６と、この半導体層１６の上方に絶縁して形成され対応走査線１３に接続されるゲート電極１７と、ゲート電極１７の両側において半導体層１６にコンタクトホール１８Ｈ，１９Ｈを介してコンタクトし対応反射画素電極１１および対応信号線１２にそれぞれ接続されるソースおよびドレイン電極１８，１９とを有する。半導体層１６は絶縁基板１０上に形成され、絶縁基板１０と一緒にゲート絶縁膜３０により覆われる。ゲート電極１７はこのゲート絶縁膜３０により半導体層１６から絶縁され、このゲート絶縁膜３０上で対応走査線１３と一体的に形成される。ゲート電極１７および走査線１３はゲート絶縁膜３０と一緒に層間絶縁膜３１により覆われる。コンタクトホール１８Ｈ，１９Ｈはゲート電極１７の両側において半導体層１６内に形成されるソースおよびドレインを露出するように層間絶縁膜３１およびゲート絶縁膜３０に形成される。ソースおよびドレイン電極１８，１９はこれらコンタクトホール１８Ｈ，１９Ｈにおいて半導体層１６のソースおよびドレインにそれぞれコンタクトして層間絶縁膜３１上に形成される。ソース電極１９は層間絶縁膜３１上で画素電極１１側に延出するように形成され、ドレイン電極１９は層間絶縁膜３１上で対応信号線１２と一体的に形成される。ソース電極１８、ドレイン電極１９、および信号線１２は層間絶縁膜３１と一緒に保護絶縁膜３２により覆われる。この保護絶縁膜３２はソース電極１８を部分的に露出するコンタクトホール３２Ｈを有し、有機絶縁膜３３により覆われる。有機絶縁膜３３は保護絶縁膜３２のコンタクトホール３２Ｈに対応してソース電極１８を部分的に露出するコンタクトホール３３Ｈを有する。反射画素電極１１はコンタクトホール３２Ｈ，３３Ｈにおいてソース電極１８にコンタクトして有機絶縁膜３３上に形成される。また、柱状スペーサＳＰも対応信号線１２に重なるような位置で有機絶縁膜３３上に形成される。ここで、柱状スペーサＳＰは図２に示すように行方向において隣接し青、赤、および緑のカラーフィルタにそれぞれ対向する３個の画素電極１１（Ｂ，Ｒ，Ｇ）のうちの２個（Ｂ，Ｒ）に設けられた切欠き１１Ａで規定される柱状スペーサ形成領域ＳＰＲに配置される。これら画素電極１１および柱状スペーサ３４は配向膜１５により覆われる。尚、複数の反射画素電極１１は例えば銀、アルミニウム、あるいはこれらの合金のような材料を含み、有機絶縁膜３３の起伏を下地として所定の厚さで形成される。各画素電極１１は対応画素領域ＰＸの範囲においてランダムに配置される複数の半球状凸部、並びにこれら凸部を囲む凹部とから構成される。
【００１４】
本実施形態の液晶表示素子では、複数の画素電極１１が複数の柱状スペーサＳＰの近傍のみで切り欠かれた形状に設定される。すなわち、複数の切欠き１１Ａが３個の画素電極１１毎に２個の割合で設けられ、柱状スペーサＳＰの数に等しい数の柱状スペーサ形成領域ＳＰＲを規定する。ここで、各柱状スペーサ形成領域ＳＰＲは２個の隣接画素電極１１に設けられた一対の切欠き１１Ａで規定される。このため、画素電極１１の面積に依存する画素領域ＰＸの開口率が無駄に低下せず、画素電極１１で散乱される外光の利用効率を向上させることができる。従って、全体としてより明るい画像を表示することができる。もし、図４に示すように全ての画素電極１１が切欠き１１Ａを持つ場合には、画素電極１１の開口率が本実施形態の場合よりも大きく低下する。
【００１５】
また、本実施形態では、各切欠き１１Ａが青、赤、および緑のカラーフィルタのうちで最も透過率の高い緑のカラーフィルタに対向する画素電極１１（Ｇ）に設けられず、青および赤のカラーフィルタに対向する２個の画素電極１１（Ｂ）および１１（Ｒ）に設けられる。これにより、切欠き１１Ａを画素電極１１（Ｂ）および１１（Ｒ）の一方と画素電極１１（Ｇ）とに設けた場合よりも全体としての反射効率が向上し、表示画像の明るさをさらに改善できる。
【００１６】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００１７】
図３は図２に示す画素電極の平面的な配置および形状の変形例である。この変形例では、各切欠き１１Ａが青、赤、および緑のカラーフィルタのうちで最も透過率の低い青のカラーフィルタに対向する画素電極１１（Ｂ）にだけ設けられ、赤および緑のカラーフィルタに対向する２個の画素電極１１（Ｒ）および１１（Ｇ）に設けられない。この場合でも、全体としての反射効率が向上し、表示画像の明るさをさらに改善できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、無駄な開口率の低下を防止して光源光の利用効率を向上させることにより全体としてより明るい画像を表示できる液晶表示素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る反射型液晶表示素子の画素付近の断面構造を示す図である。
【図２】図１に示す反射型液晶表示素子の画素電極の平面的配置および形状を示す図である。
【図３】図２に示す画素電極の平面形状の変形例を示す図である。
【図４】従来の反射型液晶表示素子の画素電極の平面的配置および形状を示す図である。
【符号の説明】
ＡＲ…アレイ基板
ＣＴ…対向基板
ＬＱ…液晶層
ＳＰ…柱状スペーサ
ＳＰＲ…柱状スペーサ形成領域
ＰＸ…画素領域
１１…画素電極
１１Ａ…切欠き
２１…着色層（カラーフィルタ）

Claims (3)

1. 第１および第２電極基板と、
   前記第１および第２電極基板間に液晶組成物のセルとして挟持される液晶層と、
   前記第１電極基板に形成され前記液晶組成物の液晶配列を制御する複数の画素電極と、
   ２個以上の画素電極毎に１個の割合で前記第１および第２電極基板の少なくとも一方に形成され前記液晶組成物のセルギャップを確保する複数の柱状スペーサとを備え、
   前記複数の画素電極はそれぞれ赤、緑、青のカラーフィルタの１つに割り当てられ、前記柱状スペーサの数に対応して制限される数の柱状スペーサ形成領域を規定する複数の切欠きを備え、前記切欠きは、前記赤、緑、青のカラーフィルタのうちで最も高い透過率の緑のカラーフィルタに対向する画素電極以外の画素電極に設けられ、隣接する前記画素電極において互いに向かい合うように配置されている液晶表示素子。
2. 前記複数の切欠きは少なくとも３個の前記画素電極毎に多くとも２個の割合で設けられることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記複数の画素電極は前記第２電極基板および前記液晶層を介して入射する光を散乱する反射板を構成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。

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