JP4866703B2

JP4866703B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4866703B2
Application number: JP2006286007A
Authority: JP
Inventors: 健史佐藤; 善章豊田
Original assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-10-20
Also published as: JP2008102397A; US20080094554A1; US7643115B2

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に透過率および透過率を向上して、バックライトの消費電力の低減と高画質を実現した半透過型の液晶表示装置に関する。

図３０は、従来技術による半透過型の液晶表示装置の１画素付近の構成例を説明する断面図である。また、図３１は、図３０に示した１画素付近の構成例を説明する平面図である。この半透過型の液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成した一方の基板（第１の基板、以下、ＴＦＴ基板とも言う）１００とカラーフィルタを形成した基板（第２の基板、以下、対向基板とも言う）２００との間に液晶３００を封入して構成される。ＴＦＴ基板１００の背面にはバックライトが設置されるが、図示は省略した。

ＴＦＴ基板１００は、ガラス等の透明絶縁基板１０１の内面にＴＦＴ１０２で駆動される透明画素電極１０８と反射画素電極１０５を有する。反射画素電極１０５は透明画素電極１０８の上に形成されている。透明画素電極１０８はバックライトからの透過光Ｌ_Tを透過し、反射画素電極１０５は外光Ｌ_Rを反射する。反射画素電極１０５の下部には、ＴＦＴ１０２のゲート電極１２４と同じ層からなる容量金属膜１２４Ａと、ＴＦＴ１０２のチャネルと同じ層からなるｐ−Ｓｉ膜１１４の間にゲート絶縁膜１２５を介して保持容量１０９が形成されている。反射画素電極１０５には凹凸が形成されており、外光Ｌ_Rを散乱して対向基板２００方向に反射する。この構成では、バックライトからの光は、反射電極の下部に形成された保持容量によって遮光されるため、光透過率が低下する。

ゲート電極１２４と容量金属膜１２４Ａは層間絶縁膜１１８で覆われ、この層間絶縁膜１１８とゲート絶縁膜１２５を通してソース・ドレイン電極が形成され、その一方に配線１２２（＝信号配線）が、他方には有機パス膜１０６Ａを通して画素電極（透明画素電極１０８と反射画素電極１０５）が接続している。画素電極を構成する透明画素電極１０８と反射画素電極１０５を覆って、配向膜１１０が形成されている。

対向基板２００は、ガラス等の透明絶縁基板２０１の内面にカラーフィルタ２０２、保護膜２０３、配向膜２０４がこの準で形成されている。なお、隣接するカラーフィルタとの間に遮光膜（ブラックマトリクス）を形成するのが一般的であるが、ここでは図示していない。反射画素電極１０５の領域に対応する部分の保護膜２０３は、外光Ｌ_Rと透過光Ｌ_Tに対するΔｎ・ｄを同じにするために液晶３００の厚み（ｄ）を１／２とする如く液晶３００内に膨出している。

１画素は、隣接する２本のゲート線１２６と２本の信号配線１２７で囲まれた領域に形成される。この領域の一部にＴＦＴ１０２を有し、ＴＦＴ１０２で駆動される透明画素電極１０８と反射画素電極１０５で構成される画素電極が配置される。反射画素電極１０５の部分には保持容量１０９が形成されている。この保持容量１０９の一方の電極はストレージ線１２７に接続している。なお、図３１には有機パス膜１０６Ａの表面に有する凹凸１２８が示されている。

図３２は、図３０と図３１で説明した１画素の等価回路図である。図３０および図３１と同じ符号は同じ部分に対応し、繰り返しの説明はしない。

図３３は、図３０〜図３２で説明した従来技術による半透過液晶表示装置における反射レンズ構造を説明する模式図である。ＴＦＴ基板１００の内面における画素電極内に透明な絶縁材で形成した複数の突起ブロック１５１を有し、その上に第一の反射膜１４９が形成されている。第一の反射膜１４９は突起ブロック１５１の中央に開口を有しており、その下部に第二の反射膜１５０が形成されている。第一の反射膜１４９の下部で反射された光は、第二の反射膜１５０で反射され、第一の反射膜１４９の開口部を透過して対向基板２００方向に出射する。この構成では、液晶駆動の面から光利用効率を高めるための画素電極構成、保持容量の構成、液晶の表示モードについては考慮されていない。

バックライトからの光を画素突起上に形成した反射層の裏面と、第二反射膜により集光して透過させ、実質的な光透過率を向上した反射レンズ構造を備えた半透過型の液晶表示装置を開示したものとしては、特許文献１を挙げることができる。また、反射電極下部に保持容量を設けた半透過型液晶表示装置に関しては特許文献２を、透明保持容量を用いた半透過型の横電界方式の液晶表示装置関しては特許文献３を挙げることができる。
特開２００２−３６８９８５号公報特開平１１−１０１９９２号公報特開２００４−１５４６９１号公報

前記した従来技術の反射レンズ構造では、（１）ＴＦＴ基板への実装方法について考慮されていない、（２）反射レンズの電極形状が液晶駆動と整合しない、（３）反射電極の下部に保持容量を設けても透過率が低下する、（４）反射部と透過部が隣接するため、透過と反射の液晶厚みを変えて特性を合わせることが困難である等、の課題がある。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、バックライトの消費電力低減と高画質の半透過型の液晶表示装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスタを形成した一方の基板（ＴＦＴ基板）と、カラーフィルタを形成した他方の基板（対向基板）と、前記一方の基板と前記他方の基板との貼り合わせ間隙に液晶を封入して構成される。

そして、上記目的を達成するため、本発明は、前記一方の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記対向基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記一方の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜とを備え、
前記一方の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記他方の基板側に透過させることを特徴とする。

本発明では、前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極を、前記第一の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状とすることができ、前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は前記第一の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であり、前記第二の反射膜は前記有機ＰＡＳ膜の下層に有することができる。

また、本発明は、当該第一の反射電極の上層に絶縁膜を介して前記液晶駆動用の他方の電極を設け、前記第一の反射電極と前記他方の電極、および当該第一の反射電極および当該他方の電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量を形成することができる。

また、本発明は、前記一方の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記対向基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記一方の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜と、
前記第一の反射電極の上層に絶縁膜を介して前記液晶駆動用の透明画素電極と、当該透明電極の上に、前記第一の反射電極の前記開口部を避けて形成された反射電極とを備え、
前記一方の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記透明画素電極を通して前記他方の基板側に透過させる構成とすることができる。

また、本発明は、前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は、前記第一の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状とすると共に、前記透明画素電極は、前記第一の反射電極の上層に当該第一の反射電極の表面の凹凸に倣った形状の表面形状を有する絶縁膜の上に同様の凹凸形状で形成することができる。

また、本発明は、前記第一の反射電極と前記透明画素電極、および当該第一の反射電極および当該透明画素電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量を形成することができる。

また、本発明は、前記一方の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記対向基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記一方の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜と、
前記第一の反射電極との上層に、有機ＰＡＳ膜を介して形成された位相差膜と、
前記位相差膜の上に形成された透明共通電極と、
前記透明共通電極の上層に、絶縁膜を介して形成された開口部をもつ透明画素電極とを有し、
前記一方の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記他方の基板側に透過させることを特徴とする。

また、本発明は、前記透明共通電極と前記透明画素電極、および当該透明共通電極および当該透明画素電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量を形成することができる。そして、また本発明は、前記他方の基板の内面にカラーフィルタと保護膜を設け、前記透明画素電極の開口部に対応する絶縁保護膜に凹部を形成することができる。

なお、本発明は、上記の構成および後述する実施の形態で説明される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

本発明によれば、（１）現行のＴＦＴプロセスで反射レンズ構成が得られ、光利用効率が向上する、（２）反射膜と別に透明電極を設けることにより、液晶駆動に必要な電極形状と反射レンズに必要な形状をそれぞれ最適化でき、光利用効率が向上する、（３）保持容量による光損失が抑制され、光透過率が向上する、（４）透過部と反射部が隣接していてもそれぞれ液晶の駆動を最適化できるため、画質の低下が抑制され、バックライトの消費電力が低減され、透過率を確保しつつ反射率を向上できることで、高画質の半透過型の液晶表示装置を提供できる。

以下、本発明の最良の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による半透過型液晶表示装置の実施例１を説明する断面図である。実施例１は、横電界型の半透過型液晶表示装置に本発明を適用したものである。図１において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶３００が封入されている。ＴＦＴ基板１００は、ガラス板を好適とする透明絶縁基板１０１の内面に図３０と同様に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０２が形成されている。対向基板２００も同じくガラス板を好適とする透明絶縁基板２０１の内面に、カラーフィルタ２０２、保護膜２０３、配向膜２０４が形成されている。ＴＦＴ基板１００の最上層（液晶３００との界面）にも配向膜１１０が形成されている。

ＴＦＴ基板１００の背面には、バックライト４００が設置されている。バックライト４００は、導光板４０１と光源（ＬＥＤ等）４０２、およびプリズムシート４０３等で構成される。プリズムシート４０３等には拡散シートなども含まれる。これは、図３０に示した液晶表示装置でも同様である。ＴＦＴ基板１００の外面には偏光板１１１と位相差板１１２が、対向基板２００の外面には偏光板２０５と位相差板２０６が、それぞれ設けられている。図３０には、これらの偏光板と位相差板は図示が省略されている。

ＴＦＴ基板１００に第一の反射膜となる反射共通電極１０５を形成し、その上部に有機ＰＡＳ膜からなる絶縁膜１０７を介して透明導電膜からなる透明画素電極１０８を形成する。反射共通電極１０５と透明画素電極１０８の間に、液晶３００に印加する電圧を保持する保持容量１０９が形成される。また、反射共通電極１０５は表裏が反射面となっており、表裏の反射面は有機ＰＡＳ膜の凹凸に倣った凹凸を有し、この形状で反射レンズを構成している。反射共通電極１０５には、その凸部の頂部に開口部１５３を有し、この開口部１５３の下部にＡｌを好適とする金属膜からなる信号配線１０３と同層の第二の反射膜となる配線層反射膜１０４を形成する。

第一の反射膜である反射共通電極１０５には、上記の凹凸が対向基板２００の外面から入射する外光を散乱して反射する。バックライト４００からＴＦＴ基板１００を通して入射する光は、反射共通電極１０５の裏面で反射され、さらに第二の反射膜である配線層反射膜１０４で反射され、反射共通電極１０５の開口部１５３に集光されて対向基板２００側に透過する。なお、ＴＦＴ１０２の上層には有機ＰＡＳ膜１０６が形成されている。

図２は、実施例１における反射レンズの構成例を説明図である。反射膜の凹凸は、例えば以下のように形成される。図２（ａ）において、有機ＰＡＳ膜１０６の配線層反射膜１０４の表面からの厚みを、頂点部分で４μｍ、凹部で３μｍとし、凸部の頂点付近に形成される開口部１５３の直径は４μｍ、その下部の配線層反射膜１０４の直径は５μｍとする。有機ＰＡＳの凸部の曲率半径及び開口部の間隔は１２μｍ程度とする。

この例では、反射膜共通電極１０５の裏面の焦点距離は６μｍであり、ＴＦＴ基板１００の下部から垂直に入射したバックライト光Ｌは、配線層反射膜１０４の表面と有機ＰＡＳ膜１０６の凸部表面の中間の位置に集光され、開口部１５３を透過する。有機ＰＡＳ１０６の厚みを有機ＰＡＳ膜１０６の凸部の曲率半径の１／４から１／３程度とし、該凸部の直径を曲率半径程度とし、開口部１５３とその下部の第二反射膜である配線層反射膜１０４の大きさを曲率半径の１／３程度とすると、透過率を高くすることができる。

図３は、図１で説明した液晶表示装置を構成するＴＦＴ基板の模式図である。また、図４は、図３の画素部分の等価回路図である。基板１０１上にＴＦＴで構成した画素１４６と、その駆動回路（ゲート線駆動回路１４４、信号線駆動回路１４５）を含む周辺回路が形成される。画素１４６には、ゲート線１２６の走査信号に応じて信号線１２７と画素電極１０８間のスイッチとなるＴＦＴが形成されている。ＴＦＴがオンの状態で画素電極１０８に印加された電圧は、ＴＦＴをオフとした後も透明画素電極１０８と反射共通電極１０５間に形成された保持容量１０９により一定に保持され、液晶３００に印加される。

実施例１では、保持容量１０９は透明電極１０８と反射共通電極１０５の組み合わせからなり、配線層反射膜１０４の上部に形成され、バックライト４００からの光及び外光を遮光することがないため、光の利用効率を高めることができる。これにより、バックライトの消費電力が低減され、透過率を確保しつつ反射率を向上できることで、高画質の半透過型の液晶表示装置を提供できる。

図５から図１１は、図１に示した半透過型液晶表示装置の実施例１の製造工程の説明図であり、図５と図６は断面図、図７〜図１１は図５と図６の要部平面図を示す。実施例１では、多結晶シリコン（Ｓｉ）、所謂ｐ−Ｓｉを用いたＴＦＴ基板を形成する例を説明する。先ず、ガラス基板１０１上にＳｉＮ、ＳｉＯの積層膜からなる下地絶縁膜（下地膜）１１３を介し、半導体層であるｐ−Ｓｉ膜１１４を形成する（図５（a））。

ＳｉＯからなるゲート絶縁膜１２５、ＭｏＷ合金からなるゲート１２４を順次形成する。この形成はＣＶＤまたはスパッタを用いて膜を堆積した後、ホトリソグラフィー工程（ホト工程）で加工する。

ゲート加工後、Pイオンインプラによりソース１１６、ドレイン１１５および低濃度のドーパントが注入されたＬＤＤ１２３を形成する。この形成はゲート及びゲート加工時のレジストマスクをマスクとして、ゲートに対し自己整合的に行う（図５（ｂ））。ＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜１１８を堆積後、コンタクトホール１１９を開口する（図５（ｃ））、（図７）。ＭｏＷ合金からなるバリア膜１２０、Ａｌ合金膜１２１を形成し、ホト工程により加工して信号配線１２２及び第二の反射膜となる配線層反射膜１０４を形成する（図５（d））、（図８）。

有機ＰＡＳ膜１０６を塗布し、ハーフトーンマスクにより部分的に露光し、現像、焼成をへて表面に凹凸１２８を形成する（図９）。有機ＰＡＳ膜１０６上に、Ａｌ合金膜からなる反射共通電極１０５を形成して第一の反射膜とする（図６（a））、（図１０）。反射共通電極上に、第二の有機ＰＡＳ膜１０７を形成し、その上にＩＴＯからなる透明画素電極１０８を形成してＴＦＴ基板１００を形成する。配線層反射膜１０４は、上層をＡｌ合金として反射率を向上するが、透明画素電極１０８となるＩＴＯとＡｌ合金を接触させた場合のコンタクト抵抗が高いという問題があるため、画素電極１０８は有機ＰＡＳ膜１０７のスルーホール１２９及びコンタクトホール１１９を介して直接ｐ−Ｓｉ膜からなるＴＦＴのソース電極１１６と接続する（図６（ｂ））、（図１１）。

実施例１では、透明画素電極１０８と反射共通電極間１０５に印加された電界により、液晶３００を基板と平行な面内で回転させ、光の偏光状態を変調して偏光板１１１、２０５の透過率を変化させて画像を表示する。そして、反射部と透過部の特性を合わせるために、透過部では液晶の回転角を反射部より大とする。共通反射電極の開口部となる透過部の電極幅をその他の領域である反射部より小として電界を急峻化し、液晶の回転角を大としている。

図１２は、本発明による半透過型液晶表示装置の実施例２を説明する断面図である。実施例２は、縦電界型の半透過型液晶表示装置に本発明を適用したものである。実施例２では、ＴＦＴ基板１００上に第一の反射膜となる反射共通電極１０５と、その上部にＳｉＮからなる容量絶縁膜１０７Ａを介して透明画素電極１０８と反射画素電極２０８を形成し、反射共通電極１０５との間に保持容量１０９を形成する。反射共通電極１０５及び反射画素電極２０８には開口部を形成し、その下部にＡｌ配線と同層の第二の反射膜となる配線層反射膜１０４を形成する。

反射画素電極２０８には凹凸が形成され、外光Ｌ_Rを散乱して反射する。バックライト光Ｌ_Tは反射共通電極１０５の裏面で反射され、配線層反射膜１０４で反射されて反射共通電極１０５と反射画素電極２０８の開口部に集光されて透過する。

実施例２では、保持容量１０９は透明画素電極１０８と反射共通電極１０５の組み合わせからなり、反射画素電極１０５の下部に形成され、バックライト光及び外光を遮光することがないため、光の利用効率を高めることができる。また、反射画素電極２０８と液晶３００の間に配向膜１１０以外の膜がないことからも、反射率を高めることができる。

実施例２の液晶表示装置は、所謂垂直配向型（ＶＡ）である。この液晶表示装置は、電圧印加のない状態では液晶の分子は基板面に対して垂直方向に配向している。画素電極と対向基板上に形成された透明な対向電極との間に電界を印加することで液晶の分子の配向方向が傾斜し、液晶を透過する光の偏光状態を変調して表示する。液晶に電圧が印加されない状態では、透過及び反射のいずれも偏光板により遮光されるノーマリオフ状態となるよう、上下の偏光板と位相差板、及び液晶の配向が調整される。特に、液晶に入射する光が円偏光となるように配置すると、液晶層の厚みに対して黒表示が安定するため、コントラストを高くとることができる。

透過部は透明電極を開口せず、反射電極のみを開口して対向電極との間の液晶に電界を印加する。透明画素電極及び反射画素電極が共に開口された部分では、液晶が傾斜しない点が形成され、また共通反射電極と画素電極間の電界により、その他の領域での液晶の傾斜を安定化させる。この点から透過部となる反射電極の開口部を画素電極の外周へ離すことで、透過部と反射部の特性のずれを調整する。他の構成は実施例１とほぼ同様である。

図１３から図２０は、図１２の半透過型液晶表示装置の実施例２の製造工程の説明図であり、図１３と図１４は断面図、図１５〜図２０は図１３と図１４の要部平面図を示す。実施例２でも図５の例と同様に、ＴＦＴ基板を形成する工程例である。先ず、ｐ−Ｓｉ膜１１４、ゲート絶縁膜１２５、ゲート１２４、ドレイン１１５、ソース１１６、ＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜１１８を堆積後、コンタクトホール１１９を開口する（図１３（ａ）、図１５）。

Ｍｏからなるバリア膜１２０、Ａｌ合金膜１２１、Ａｇ合金１３１を積層し、ホト工程により加工して配線１２２（信号配線１２７）及び第二の反射膜となる配線層反射膜１０４を形成する（図１３（ｂ）、図１６）。

有機ＰＡＳ膜１０６を塗布し、ハーフトーンマスクにより部分的に露光し、現像、焼成をへて表面に凹凸１２８を形成する（図１７）。有機ＰＡＳ上に、Ａｇ合金膜とＡｌ合金膜の積層膜からなる反射共通電極１０５を形成して第一の反射膜とする（図１３（ｃ）、図１８）。

反射共通電極１０５上に、ＣＶＤを用いてＳｉＮからなる容量絶縁膜１０７を形成し、ホト工程によりスルーホール１２９を開口する。その上にＩＴＯからなる透明画素電極１０８を形成する（図１４（ａ）、図１９）。その上に、反射画素電極２０８を形成し、ＴＦＴ基板を得る。透明画素電極は、コンタクトホール１１９図１３（ａ）、及びスルーホール１２９を介してＴＦＴのソース１１６に接続される（図１４（ｂ）、図２０）。

第一の反射膜（反射共通電極１０５）は下層を、配線層反射膜１０４、反射画素電極２０８は上層をＡｇ合金とし、反射率を向上させている。透明画素電極１０８となるＩＴＯとＡｌ合金を接触させた場合のコンタクト抵抗が高いという問題があるため、反射画素電極２０８の下部にはＭｏからなるコンタクト層を積層する。反射共通電極１０５、配線層反射膜１０４及び反射画素電極２０８とも、ウェットエッチングを用いた一括加工をすることにより、工程を簡略化する。

図２１は、本発明の実施例２における画素部分の等価回路図である。透明画素電極１０８に印加された電圧は、ＴＦＴ１０２をオフとした後も透明画素電極１０８と反射共通電極１０５の間に容量絶縁膜１０７Ａを介して形成された保持容量１０９により一定に保持され、液晶３００に印加される。実施例２では、容量絶縁膜１０７Ａに誘電率の大きいＳｉＮを用いることで、保持容量１０９を大きくとることができ、画質が向上する。

図２２は、本発明による半透過型液晶表示装置の実施例３を説明する断面図である。実施例３は実施例１と異なる他の横電界型の液晶表示装置に本発明を適用したものである。図２２において、第一の反射膜となる共通反射電極１０５と、第二の反射膜となる配線層反射膜１０４がＴＦＴ基板１００上に形成されている。共通反射電極１０５上に、位相差膜１３８を介して透明共通電極１３７が形成されており、透明共通電極１３７上にＳｉＮからなる容量絶縁膜１０７Ａを介して透明画素電極１０８が形成されている。

バックライト４００からの光Ｌ_Tは、対向基板２００の共通反射電極１０５と配線層反射膜１０４で反射され、共通反射電極１０５の開口部に集光され透過する。外光Ｌ_Rは、偏光板２０５及び位相差板２０６、カラーフィルタ（ＣＦ）２０２、液晶３００、位相差膜１３８を通して共通反射電極１０５に入射し、散乱して対向基板２００側に反射される。他の構成は実施例１を説明する図とほぼ同様である。

実施例３では、保持容量１０９は第一の反射膜となる共通反射電極１０５上に、透明画素電極１０８と透明共通電極１３７の間に容量絶縁膜１０７Ａを介して形成されており、外光およびバックライト光を遮光することはないため、光利用効率が向上する。

図２３から図２８は、図２２に示した本発明の実施例３の半透過型液晶表示装置の製造工程を説明する図で、図２３と図２４は断面図、図２５〜図２８は図２３と図２４の要部平面図を示す。実施例３でも前記実施例と同様に、ＴＦＴ基板を形成する工程例である。先ず、ｐ−Ｓｉ膜１１４、ゲート絶縁膜１２５、ゲート１２４、ドレイン１１５、ソース１１６、ＳｉＯ膜からなる層間絶縁膜１１８を堆積後、コンタクトホールを開口する。Ｍｏからなるバリア膜１２０、Ａｌ合金膜１２１を積層し、ホト工程により加工して信号配線１０３及び第二の反射膜となる配線層反射膜１０４を形成する。

有機ＰＡＳ１０６を塗布し、ハーフトーンマスクにより部分的に露光し、現像、焼成をへて表面に凹凸を形成する。有機ＰＡＳ１０６上に、Ａｇ合金膜からなる反射共通電極１０５を形成して第一の反射膜とする。また、コンタクトホールで開口されたＡｌ合金膜上にもＡｇ合金膜を形成する（図２３（ａ）、図２５）。

反射共通電極１０５上に、平坦化膜１０７を塗布し、さらに位相差膜１３８を塗布した後、偏光紫外光を照射して位相差膜１３８及び有機ＰＡＳ１０７を感光し、現像して未露光部を開口する。位相差膜１３８には偏光紫外光により異方性を生じる液晶やカイラル剤が添加されたＵＶ硬化樹脂を含有し、平坦化膜１０７にはこれらを含まないＵＶ硬化樹脂を用いることができる。

平坦化膜１０７は、その上に形成される位相差膜１３８の膜厚を一定とし、位相差を均一化する。平坦化膜と位相差膜の一括露光により工程を簡略化できる。位相差膜１３８上に、透明共通電極１３７を形成する（図２３（ｂ）、図２６）。透明共通電極１３７は位相差膜１３８及び平坦化膜１０７の開口部を介して反射共通電極１０５と接続される。（図２４（ａ）、図２７）

透明共通電極１３７の上にＳｉＮからなる容量絶縁膜１０７Ａを形成し、ホト工程によりスルーホール１４２を開口する。その上にＩＴＯからなる透明画素電極１０８を形成し、ＴＦＴ基板１００を得る。透明画素電極１０８は、コンタクトホール及びスルーホールを介してＴＦＴのソース１１６に接続される（図２４（ｂ）、図２８）。第一の反射膜である反射共通電極１０５は、ＩＴＯとのコンタクト性及び反射率に優れるＡｇ合金とする。コンタクトホール内のＡｌ合金膜上にもＡｇ合金からなる第一の反射膜を積層し、ＩＴＯからなる画素電極１０８とのコンタクト性を改善する。

実施例３では、透明画素電極１０８と透明共通電極１３７の間に印加された電界により、液晶の分子を基板面内で回転させ、光の偏光状態を変調して偏光板の透過率を変化させ、画像を表示する。反射部と透過部の特性を合わせるために、透過部では液晶の回転角を反射部より大とする。共通反射電極１０５の開口部となる透過部において、透明電極１０８の開口部の幅を小として電界を急峻化し、液晶の回転角を大としている。同様に、反射部と透過部の特性を合わせるため、透過部に対応する対向基板２００の保護膜２０３には凹部２０３Ａが設けられており、液晶３００の層厚を反射部より大としている。保護膜２０３は平滑層としての機能も有する透明絶縁膜である。

図２９は、本発明の実施例３における画素部分の等価回路図である。画素電極に印加された電圧は、ＴＦＴをオフとした後も透明画素電極１０８と透明共通電極１３７間に容量絶縁膜１０７Ａを介して形成された保持容量１０９により一定に保持され、液晶３００に印加される。

実施例３により、偏光板及び位相差膜、反射共通電極１０５上に形成された位相差膜は、液晶３００に電圧が印加されていない状態で透過部及び反射部がともに黒表示となるように調整される。特に、液晶３００に入射する光を直線偏光とし、また位相差膜を直線偏光が円偏光に変換される、いわゆる１/２波長板とすると、液晶３００の層の厚みの変化に対する表示コントラストの低下が抑制される。位相差膜を形成する代わりに、反射共通電極１０５上に偏光吸収膜を形成してもよい。この場合、透過部と反射部の特性がより均一化される。

上記した各実施例の何れにおいても、半導体膜としてｐ−Ｓｉの代わりにアモルファスSiからなる半導体膜や、ＺｎＯなどの酸化物半導体膜、ペンタセンなどの有機半導体膜を用いたＴＦＴを用いることもできる。また、透明電極にＩＴＯの代わりにＺｎＯ、ＳｎＯなど他の酸化物透明導電膜、透明有機導電膜、サブμｍ以下に細線化された金属配線を用いることもできる。

本発明の各実施例の液晶表示装置において、バックライトには、光源となるＬＥＤと、光源からの光を均一に照射する導光板、導光板からの光の方向をほぼ垂直方向に変換するプリズムシートが含まれる。バックライト光をほぼ垂直方向から入射することで、第一及び第二の反射膜で反射された光の第一の反射膜の開口部への集光率が向上し、実効的な透過率が向上する。

ＴＦＴ基板との間に液晶をはさむ対向基板には、特定の色の光を透過するカラーフィルタが形成される。ＴＦＴ基板及び対向基板の液晶と接する面には液晶の配向を制御するための配向膜が形成される。バックライトとＴＦＴ基板の間、及び対向基板の外部には、偏光状態を制御するための偏光板及び位相差板が設けられ、液晶を透過または反射した光の偏光状態により光を透過または吸収する機能を有する。本発明では、液晶に電圧が印加されていない状態では、透過及び反射のいずれも光が対向基板側の偏光板を透過しない、いわゆるノーマリオフ型となるよう配置されている。

本発明による半透過型液晶表示装置の実施例１を説明する断面図である。本発明の実施例１における反射レンズの構成例を説明図である。図１で説明した液晶表示装置を構成するＴＦＴ基板の模式図である。図３の画素部分の等価回路図である。図１に示した半透過型液晶表示装置の実施例１の製造工程の説明図である。図１に示した半透過型液晶表示装置の実施例１の図５に続く製造工程の説明図である。図５と図６で説明する製造工程における要部平面図である。図５と図６で説明する製造工程における要部平面図である。図５と図６で説明する製造工程における要部平面図である。図５と図６で説明する製造工程における要部平面図である。図５と図６で説明する製造工程における要部平面図である。本発明による半透過型液晶表示装置の実施例２を説明する断面図である。図１２の半透過型液晶表示装置の実施例２の製造工程の説明図である。図１２の半透過型液晶表示装置の実施例２の図１３に続く製造工程の説明図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。図１３と図１４で説明する製造工程における要部平面図である。本発明の実施例２における画素部分の等価回路図である。本発明による半透過型液晶表示装置の実施例３を説明する断面図である。図２２に示した本発明の実施例３の半透過型液晶表示装置の製造工程を説明する図である。図２２に示した本発明の実施例３の半透過型液晶表示装置の図２３に続く製造工程を説明する図である。図２３と図２４で説明する製造工程における要部平面図である。図２３と図２４で説明する製造工程における要部平面図である。図２３と図２４で説明する製造工程における要部平面図である。図２３と図２４で説明する製造工程における要部平面図である。本発明の実施例３における画素部分の等価回路図である。従来技術による半透過型の液晶表示装置の１画素付近の構成例を説明する断面図である。図３０に示した１画素付近の構成例を説明する平面図である。図３０と図３１で説明した１画素の等価回路図である。図３０〜図３２で説明した従来技術による半透過液晶表示装置における反射レンズ構造を説明する模式図である。

符号の説明

１００・・・薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）、１０１・・・ガラス基板、１０２・・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１０３・・・配線（信号配線）、１０４・・・配線層反射膜、１０５・・・反射共通電極、１０６, １０６Ａ, １０７, １０７Ａ・・・絶縁膜、１０８・・・透明画素電極、１０９・・・保持容量、１２８・・・凹凸。

Claims

薄膜トランジスタを形成した第１の基板と、カラーフィルタを形成した第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との貼り合わせ間隙に液晶を封入して構成される液晶表示装置であって、
前記第１の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記第２の基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記第１の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜とを備え、
前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は、前記第１の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であり、
前記第１の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記第２の基板側に透過させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１において、
前記第二の反射膜は前記有機ＰＡＳ膜の下層に有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項２において、
前記第二の反射膜は、前記薄膜トランジスタの信号配線層と同層であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１において、
前記第一の反射電極の上層に絶縁膜を介して前記液晶駆動用の他方の電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項４において、
前記第一の反射電極は共通電極であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項５において、
前記透明画素電極は前記薄膜トランジスタのソースまたはドレインに接続していることを特徴とする液晶表示装置。
請求項４において、
前記第一の反射電極と前記透明画素電極、および当該第一の反射電極および当該他方の電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
薄膜トランジスタを形成した第1の基板と、カラーフィルタを形成した第２の基板と、前記第1の基板と前記第２の基板との貼り合わせ間隙に液晶を封入して構成される液晶表示装置であって、
前記第1の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記第２の基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記第1の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜と、
前記第一の反射電極の上層に絶縁膜を介して前記液晶駆動用の透明画素電極と、当該透明電極の上層に、前記第一の反射電極の前記開口部を避けて形成された反射電極とを備え、
前記第1の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記透明画素電極を通して前記第２の基板側に透過させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項８において、
前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は、前記第１の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であり、
前記透明画素電極は、前記第一の反射電極の上層に当該第一の反射電極の表面の凹凸に倣った形状の表面形状を有する絶縁膜の上に同様の凹凸形状で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項８において、
前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は前記第１の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であり、
前記透明画素電極は、前記第一の反射電極の上層に当該第一の反射電極の表面の凹凸に倣った形状の表面形状を有する絶縁膜の上に同様の凹凸形状で形成され、
前記第二の反射膜は前記有機ＰＡＳ膜の下層に有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１０において、
前記第二の反射膜は、前記薄膜トランジスタの信号配線層と同層であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項８において、
前記透明画素電極は前記液晶駆動用の電極であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１２において、
前記透明画素電極は前記薄膜トランジスタのソースまたはドレインに接続していることを特徴とする液晶表示装置。
請求項９において、
前記第一の反射電極と前記透明画素電極、および当該第一の反射電極および当該透明画素電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
薄膜トランジスタを形成した第１の基板と、カラーフィルタを形成した第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との貼り合わせ間隙に液晶を封入して構成される液晶表示装置であって、
前記第１の基板の内面に設置されて、表裏両面に反射面をもつと共に前記対向基板側に凸形となる反射レンズ構造を有して該凸形の頂部に開口部を有する第一の反射電極と、
前記第一の反射電極と前記第１の基板の間、かつ前記第一の反射電極の前記開口部の下部に、前記第一の反射電極側の表面に反射面をもつ第二の反射膜と、
前記第一の反射電極との上層に、有機ＰＡＳ膜を介して形成された位相差膜と、
前記位相差膜の上に形成された透明共通電極と、
前記透明共通電極の上層に、絶縁膜を介して形成された開口部をもつ透明画素電極とを有し、
前記第１の基板側から入射する光を前記第一の反射電極の裏面と第二の反射膜の表面で反射させ、前記第一の反射電極の前記開口部に集光して、前記第２の基板側に透過させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１５において、
前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は、前記第１の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１５において、
前記凸形となる反射レンズ構造を構成する前記第一の反射電極は前記第１の基板に形成した有機ＰＡＳ膜の上層に有し、かつ当該有機ＰＡＳ膜の表面の凹凸に倣った形状であり、前記第二の反射膜は前記有機ＰＡＳ膜の下層に有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１７において、
前記第二の反射膜は、前記薄膜トランジスタの信号配線層と同層であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１７において、
前記透明画素電極は前記薄膜トランジスタのソースまたはドレインに接続していることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１５において、
前記透明共通電極と前記透明画素電極、および当該透明共通電極および当該透明画素電極の間に有する絶縁膜とで、保持容量が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１５において、
前記第２の基板の内面にカラーフィルタと保護膜を有し、前記透明画素電極の開口部に対応する絶縁保護膜に凹部を有することを特徴とする液晶表示装置。