CN1209619A - 反射型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种反射型液晶显示装置,包含含有由透明电极形成的电极图案的上侧基片的液晶单元、和上侧基片相对,并有由金属反射电极形成的电极图案的下侧基片、形成在两个电极图案的每个电极图案上的取向薄膜、在上侧基片和下侧基片之间包含的液晶、连接到液晶单元,并用于驱动液晶单元的电子部件,其中,每个金属反射电极都是双层薄膜,它们由Ti和Al合金构成,并形成在下侧基片上。

Description

反射型液晶显示装置
本发明涉及一种备有反射电极的反射型液晶显示装置。
一种已有技术的反射型液晶显示装置用于TN或STN模式。这种显示装置由在两个基片之间保存液晶的液晶单元，其中所述每一个基片上形成有透明电极、液晶单元放置在其之间的一对偏振片、设置在侧基片的偏振片外侧的反射片构成。但是，在这种结构中，光4次通过这对偏振片，故显示是暗淡的。每块偏振片的透光度最大是大约45％。此时，平行于偏振片的吸收轴线的偏振光的透光度几乎为0％，而垂直的偏振光的透光度几乎为90％。因此，在这种结构中，反射率如下：(0.9)4×50％=32.8％。即使对单色片，最大的反射率也只是大约33％。尤其地，在彩色液晶显示片的情况下(在单色片结构中，在一个基片上形成滤色片)，由于光被滤色片吸收，故显示将比单色片更暗淡。这就是为何难以得到反射显示的满意亮度的原因。
为了在这样的结构中使显示更亮，迄今已提出了一些方案。例如，只使用液晶单元上侧的上偏振片，并将液晶单元放置在该偏振片和反射片之间(如第07-146469和07-84252号已公开未审查的日本专利申请中所揭示的)。在这种情况下，光只通过偏振片两次，故每块单色片的反射率变为(0.9)2×50％=40.5％。当和双偏振片结构比较时，可望改善反射率大约23.5％。
另一个方案是使用PCGH模式反射型液晶显示片使显示更亮(参见H.Seki:1996SID,P.614SID96DIGEST)。在这种情况下，不使用偏振片。在这种结构中每块单色片的反射率是大约66％，并且显示将比上述任何结构的显示都更亮。
当如上所述，只使用一块偏振片或不使用偏振片时，在下侧基片上形成金属反射电极，从而它们都既被用作反射片也被用作电极，并且在液晶单元中设置反射片。这是为了解决由设置在反射片和液晶之间的基片的厚度引起的视差问题。布线电阻较低而反射率较高的Al或Ag金属材料用于金属反射电极。Ag材料昂贵，而Al材料被用作普通半导体器件的集成电路的材料(例如用于在硅片上形成元件)。因此Al材料作为这种金属反射电极的材料将是实用的。
有一点是肯定的，即，纯净的Al的电阻低，作为金属反射电极的材料是极好的。但是，这样的Al材料用于金属反射电极时，不能避免应力迁移(stressmigration)和电迁移的问题(应力迁移问题这里指主要由加热过程中的应力导致的薄膜的起泡(HIROKKU))和断线。电迁移指薄膜状的导线主要因通电产生的电迁移引起的断裂(尤其是在高湿度和高温下的通电工作)。
为了解决上述问题，已经研制了各种可用作上述Al材料的Al合金。但是，任何一种这样的Al合金均未得到足以解决上述问题的耐应力迁移和耐电迁移的性能，这是由于它们的电阻增加，而反射率减小。
在这种情况下，本发明的一个目的是提供一种使用金属反射电极的反射型液晶显示装置，它由于金属反射电极材料的布线电阻低，显示电极反射率高，并且耐应力迁移、耐电迁移动和耐腐蚀性都非常好，故可得到高可靠性。
本发明的反射型液晶显示装置包含：液晶单元，它有具有由透明电极形成电极图案的上侧基片；下侧基片，和所述上侧基片相对，并有由金属反射电极形成的电极图案；取向薄膜，形成在两个所述两电极图案的每一个上，并在所述上侧基片和下侧基片之间包含液晶；及电子部件，它连接到所述液晶单元，并用于驱动所述液晶单元，其中，每一个所述的金属反射电极都是双层薄膜，它们由Ti和Al构成并形成在所述下侧基片上。
根据本发明的如上所述构成的反射型液晶显示装置，可显著地改善耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性。
另外，由于电极形成在两个基片的每个基片上形成有SiO2薄膜的钠钙玻璃上，故可将低价格的玻璃基片用于本发明的显示装置中。
并且，最好应将Zr、Ti和Ta中的至少一种成分以0.1at％到5at％混合在Al合金中。如果作这样的配置，金属反射电极的Al合金材料本身的耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性将被显著改善，而且可能给反射型液晶显示装置提供极好的性能(低布线阻抗、高显示电极反射率)。
另外，在如上所述构成的液晶单元的电极的情况下，电极在电子部件所连接的电极和每个显示电极之间所暴露的部分由树脂覆盖。而且，覆盖所暴露的部分的树脂最好是丙烯酸树脂。结果，在每一个电极的表面上金属反射电极的暴露的部分和本发明的反射型液晶显示装置中的电极图案之间的耐电迁移性和耐腐蚀性将改善更多。
图1是本发明的第一实施例中的反射型液晶显示装置的截面图。
图2描述在本发明的第一实施例中金属反射电极怎样形成在下侧基片上。
图3描述了本发明的第一实施例的Al合金薄膜中Zr、Ti和Ta含有量与HIROKKU密度之间的关系。
图4描述了本发明的第一实施例的Al合金薄膜中Zr、Ti和Ta含有量与反射率之间的关系。
图5描述了本发明的第一实施例的Al合金薄膜中Zr、Ti和Ta含有量与电阻之间的关系。
图6是本发明的第二实施例的反射型液晶显示装置的截面图。
下面将参照图1到6描述本发明的较佳实施例。
(第一实施例)
图1是本发明的第一实施例的反射型液晶显示装置的截面图。标号10是偏振片，11是聚合物分子膜，12是散射薄膜，13是上侧基片。14和15是取向薄膜。16是透明电极，17是液晶，18是密封部件，19是下侧基片。20是Al合金电极而21是Ti电极。22是丙烯酸树脂而24是TAB带式传送器(tape carrier),25是LSI芯片，26是印刷电路板。
图2是一截面图，指出Al合金电极20和Ti电极21怎样形成在图1中所示的下侧基片19上。电极20是金属反射电极。28是钠钙玻璃基片而27是SiO2薄膜。该SiO2薄膜形成在钠钙玻璃基片28上的原因是为了防止碱洗提进入液晶。在该下侧基片19上按顺序层叠了500Ti薄膜21和2000Al合金薄膜。然后，由两层薄膜形成相同的电极图案，因此形成双层薄膜镜反射型金属反射电极。在此下侧基片19上不形成任何薄膜有源部件(诸如晶体管)。
另外，与下侧基片19同样，上侧基片13由其上形成有SiO2薄膜的钠钙玻璃基片构成。在上侧基片13上由铟锡的氧化物形成透明电极16。此上侧基片13上不形成薄膜有源元件(诸如晶体管)。
将5wt％r聚酰亚胺N-甲基-2-吡咯烷酮(polyimide N-methyl-2-pyrrolidinone)的溶液刷在每块上都形成有电极的上侧基片13和下侧基片19上。然后，基片13和19的表面在200℃固化，并在旋转摩擦方式控制下用人造纤维织物进行取向处理，从而形成取向薄膜14和15，以便实现扭转250°的STN模式液晶。
在此之后，在上侧基片13周围刷混合有1.0wt％直径为5.5μm的玻璃纤维的热固性密封树脂18。在下侧基片19上以200个/mm2的比率分散设置直径为5.0μm的树脂珠子。然后，上侧基片13和下侧基片19被放置在一起，并在150℃固化密封树脂。此后，将通过用预定数量的手征液晶(chiral liquid crystal)和ΔnLC=0.16的酯向列液晶(ester nematic liquid crystal)混合而得到的液晶在基片13和19之间注入真空，然后用紫外线固化树脂密封，并用紫外射线固化。
在用这种方式形成的液晶单元上侧基片上形成散射薄膜12。散射薄膜12是前向散射薄膜(产品名称：Lumisty)，是由Sumitomo Kagaku Kogyo(公司)制造的，而且当从薄膜法线测量时，散射薄膜的散射角是0°到50°。在散射薄膜上附有由聚碳酸酯构成的聚合物分子膜11。聚合物分子膜11由两个聚合物分子膜组成，每个都有互不相同的迟相轴。当迟滞量为0.3μm时，在液晶单元侧的聚合物分子膜的迟相轴相对于上侧基片的取向成90°，当迟滞量为0.5μm时，在液晶单元侧的聚合物分子膜的迟相轴相对于上侧基片的取向成45°。另外，抗强光(AG)中性灰色偏振片(SQ-1852AP(S umitomo Kagaku Kogyo Co.,Ltd.))附在薄膜上，作为偏振片10，从而吸收轴和下迟滞轴对准。
另外，另件组装印刷电路板26及其上安装了LSI芯片25的TAB带式传送器24用作驱动液晶单元的电子部件，而且它们相互连接。另外，延伸液晶单元的电极20和21，以构成延伸部分100。延伸部分100的端部100a用各向异性的导电结合材料23连接到TAB带式传送器的一端。
另外，延伸部分100的一部分100b由丙烯酸树脂22覆盖，从而电极20和21的延伸部分100不暴露。换句话说，延伸部分100的端部100a和密封部件18之间的部分100b由丙烯酸树脂22覆盖(TUFFY(TF1141)Hitachi Kasei KogyoCo.,Ltd.)。
这种配置以正常反向模式(normal backmode)得到反射型液晶显示装置，当这种显示装置在1/240占空率的单纯矩阵中驱动时，可以以低反射率显示无彩色的黑色，以高反射率显示无彩色的白色，以正常黑模式显示无彩色的从黑色到白色的变化。
对这样的反射型液晶显示装置如下进行测试，以检查当金属反射电极的Zr、Ti和Ta的各个含量(Al合金电极20的组分)从0at％变化到超过5at％时，金属反射电极的耐应力迁移性、耐电迁移性、耐腐蚀性、反射率和电阻率。
(例1)
这种测试的样品是以Al合金为靶(其中Zr、Ti和Ta各个成分的含量从0at％变化到超过5at％)以及以Ti为靶，由DC磁控管溅射法，在形成SiO2薄膜的钠钙玻璃基片上按顺序地层叠500的Ti薄膜和2000的Al合金薄膜而形成的。然后，在此双层薄膜中形成相同的电极图案，作为双层镜面反射的金属反射电极。
上述样品在空气中以200℃加热一个小时，然后测定条纹图案表面上产生的HIROKKU的数量，以得出HIROKKU密度。图3示出该结果。当Zr、Ti或Ta每种增加0.1at％或更多时，HIROKKU的密度显著减小，耐应力迁移性显著改善。
另外，对此样品进行PCT(Pressare Cooker Test)(高压锅测试：温度：105℃，压力：1.2atm，湿度：100％RH)，作为环境加速试验，由此评定样品薄膜的防腐蚀性。在PCT测试结束60小时后，当合金含量是0at％，即处于纯净的Al金属反射电极，样品的表面褪色。当合金的含量在0.1at％到超过5at％之内时，表面上没有发现异常。该测试结果证明，即，当Zr、Ti和Ta各增加0.1at％或以上时，耐腐蚀性改善。
另外，对由如图1所示用上述金属反射电极所构成的反射型液晶显示装置进行通电测试。通电测试在温度60℃及湿度90％RH条件下持续500小时，以评定电极的耐电迁移性。当合金中Zr、Ti和Ta的各个含量为0at％时，即，当每个电极都是纯净的Al金属反射电极时，发生断线。当上述各含量在0.1at％到超过5at％之间时，即使在样品的表面上也未发现包括断线在内的异常。该结果证实，当Zr、Ti和Ta的每种含量增加0.1at％或者以上时，耐电迁移性改善。
由此，测试结果证实，当如上所述而构成的金属电极的Al合金中的Zr、Ti和Ta的各个含量在0.1at％和超过5at％之间时，耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性分别改善。因此，本发明可以提供高度可靠的反射型液晶显示装置。即使当合金同时含有Zr、Ti和Ta成分中的两种或两种以上，而其总含量在0.1at％到超过5at％时，仍可得到上述效果。
(例2)
进行试验对波长为555nm的强可视光测量测试1中形成的样品的反射率。另外，还用4-探针法测试样品的电阻率。图4示出了反射率测试结果，而图5示出了电阻率测试结果。
当增加Zr、Ti和Ta的各个含量时，样品的反射率减小而电阻率增加。尤其，当Zr、Ti和Ta的各个含量超过5at％时，反射率急剧下降而电阻率急剧上升。从这个结果，可以知道Zr、Ti和Ta的各个含量应该在5at％之内，以获得具有低布线电阻和较小电阻散布，以及高反射率的显示电极的反射型液晶显示器。当合金同时包含Zr、Ti和Ta成分中的两种或者两种以上，而且含量的总数在5at％之内时，也能得到上述效果。
根据上述的测试1和2,Al合金应最好含有Zr、Ti和Ta成分中的至少一种，并且含量为0.1at％到5at％。当合金如此构成时，能够改善Al合金材料本身的耐应力迁移性、耐电迁移性及耐腐蚀性，从而可以得到具有低布线电阻和高反射率显示电极的反射型液晶显示装置。
在第一实施例中，使用其上不形成诸如晶体管之类的薄膜有源元件的基片。但是薄膜有源元件可以形成在基片上，只要使(1)下侧基片上的显示电极20和21，(2)用于连接驱动液晶单元的电子部件25的电极100a及(3)它们之间的电极100b为双层薄膜(Ti和Al合金)。
虽然在第一实施例中使用SiO2薄膜形成的钠钙玻璃基片，但也可用非碱性玻璃基片及液晶薄膜替代玻璃基片。
虽然在第一实施例中，在(1)用于连接驱动液晶单元的电子部件的电极100a和(2)显示电极20和21之间的电极100b暴露部分用丙烯酸树脂22覆盖，但是诸如硅树脂之类的其它树脂也可用于覆盖该部分。但是这种树脂应最好是可防止晶片水渗透的丙烯酸一类，以便改善耐电迁移性。
虽然第一实施例中使用了镜表面金属反射电极，并在上侧基片上设置了散射薄膜，但是可以使用散射型电极作为金属反射电极。
虽然第一实施例中使用了单色反射型液晶显示装置，但该装置可以用彩色反射型液晶显示装置替代。
虽然第一实施例中使用STN模式的液晶，但液晶可以用诸如TN模式、PCGH模式等等的其它液晶替代，由此构成的反射型液晶显示装置，其偏振片和聚合物分子膜调节成与液晶模式相应。
下文中，相同的标号将给予和第一实施例中相同的组成部件。
(第二实施例)
图6是第二实施例的反射型液晶显示装置的截面图。第二实施例中的反射型液晶显示装置除用COG方法替代第一实施例中的TAB方式来安装用于驱动液晶单元的电子部件25之外，几乎是用和第一实施例中的反射型液晶显示装置相同的方式构成的。
换句话说，使用了其上安装了电子部件(未图示)的印刷电路板26、柔性板29，及LSI芯片25，并将印刷电路板26连接到柔性板29，同时用各向异性的导电接合材料23将液晶单元的电极20和21连接到柔性板29。另外，用各向异性的导电接合材料23将液晶单元的电极20和21连接到LSI芯片25。电子部件(图中未示)和LSI芯片25用于驱动液晶单元。然后，形成在(1)柔性板29所连接的电极200a和(2)显示电极之间的电极200b和200c用丙烯酸树脂22覆盖，以使之不暴露。
在第二实施例的配置中，可以得到通常黑色模式的反射型液晶显示装置，当这种显示装置在1/240占空率的单矩阵中驱动时，可以得到以低反射率的无彩色黑显示，以高反射率的无彩色是显示，及从黑色到白色的无彩色变化显示。
另外，第二实施例中构成的反射型液晶显示装置的金属反射电极也可以得到如第一实施例的测试1及2所述的相同的效果。而且，Al合金应最好包含0.1at％到5at％的Zr、Ti和Ta成分中的至少一种成分。当如此构成合金时，可改善Al合金材料本身的耐应力迁移性、耐电迁移性及耐腐蚀性，从而可能得到具有低电阻布线和高反射率显示电极的反射型液晶显示装置。
虽然其上没有形成诸如晶体管之类的薄膜有源元件的基片被用于第二实施例中，但如果由Ti和Al合金构成的双层薄膜用于(1)下侧基片上的显示电极20和21，(2)用于连接驱动液晶单元的电子部件29的电极200a，和(3)它们之间的电极200b和200c，则也可以在基片上形成薄膜有源元件。
虽然由形成SiO2薄膜的钠钙玻璃基片用于第二实施例中，但也可以用非碱性玻璃基片和液晶薄膜基片代替玻璃基片。
虽然在第二实施例中，电极200b和200c在(1)用于连接驱动液晶单元的电子部件的电极200a及(2)显示电极20和21之间的暴露部分由丙烯酸树脂22覆盖，但是也可以用诸如硅树脂之类的其它树脂覆盖该部分。但是这种树脂应最好是能够防止水分渗入晶片的丙烯酸类，以便改善耐电迁移性。
虽然在第二实施例中使用了镜表面金属反射电极，并在上侧基片上设置散射薄膜，但是也可以使用散射型电极，作为金属反射电极。
虽然在第二实施例中使用了单色反射型液晶显示装置，但是该装置可以由彩色反射型液晶显示装置代替。
虽然在第二实施例中使用了STN模式液晶，但是可以由诸如TN模式、PCGH模式之类的其它的液晶模式代替这种液晶，由此构成目标反射型液晶显示装置，其中的偏振片和聚合物分子膜调节得与液晶模式相应。
根据由上述而构成的本发明的反射型液晶显示装置，显著地改善了显示装置的耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性。
如果要在两个形成SiO2薄膜的钠钙玻璃基片上形成电极，可以使用廉价的玻璃基片，由此防止生产成本的增加。
如果在Al合金中至少包含Zr、Ti和Ta成分中的一种成分，而含量为0.1at％到5at％，则可以改善金属反射电极的Al合金材料本身的耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性。另外，反射型液晶显示装置可以减小布线电阻而增加显示电极的反射率。
另外，如果在(1)电子部件所连接的电极(2)每个显示电极之间形成的每个电极的暴露部分都由丙烯酸树脂覆盖，反射型液晶显示装置可以改善金属反射电极的暴露部分表面上及电极图案之间的耐应力迁移性、耐电迁移性和耐腐蚀性。

Claims (6)

1．一种反射型液晶显示装置，其特征在于包括：
液晶单元，包含具有由透明电极形成的电极图案的上侧基片；和所述上基片相对，并含有由金属反射电极形成的电极图案的下侧基片；形成在两个所述电极图案的每个上的取向薄膜；包含在所述上侧基片和下侧基片之间的液晶；及
连接到所述液晶单元、用于驱动所述液晶单元的电子部件，其中
每一个所述金属反射电极是Ti和Al合金构成的双层薄膜，并形成在所述下侧基片上。
2．如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于用于将所述液晶单元连接到所述电子部件的导体部分是由所述金属反射电极的延伸部分构成的，而且所述导体部分的全部或者一部分由预定的树脂覆盖，以便不暴露在外。
3．如权利要求1或2所述的反射型液晶显示装置，其特征在于所述上侧和/或下侧基片由钠钙玻璃构成，所述钠钙玻璃上形成有SiO2薄膜，并且所述电极图案形成在所述SiO2薄膜上。
4．如权利要求1到3中任一所述的反射型液晶显示装置，其特征在于所述Al合金包含Zr、Ti和Ta成分中至少一种成分。
5．如权利要求4所述的反射型液晶显示装置，其特征在于所述Al合金成分的含量在0.1at％到5at％之内。
6．如权利要求2到5任一所述的反射型液晶显示装置，其特征在于所述预定的树脂是丙烯酸树脂。
CN98116234A 1997-08-04 1998-08-04 反射型液晶显示装置 Pending CN1209619A (zh)

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