JP2002140022A

JP2002140022A - 表示装置および表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002140022A
Application number: JP2000334208A
Authority: JP
Inventors: Nobuitsu Takehashi; 信逸竹橋; Yutaka Minamino; 裕南野; Koji Senda; 耕司千田; Sadakichi Hotta; 定吉堀田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】反射型液晶表示装置は外部からの入射光を反
射させて表示を行うため、周囲の照度が少ない場合、表
示が見えない。またバックライトを設けて液晶表示装置
に光を透過させて表示を行う必要があり、消費電力の増
大、バックライト付加に伴う大型化が生じる。【解決手段】反射型液晶素子とエレクトロ・ルミネセ
ンス表示素子および、スイッチング素子を作り込み、周
囲の明暗で反射型液晶素子とエレクトロ・ルミネセンス
表示素子を選択して切り替えて表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置、特に反
射型液晶方式とエレクトロ・ルミネセンス方式による表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、モバイルＰＣ、携帯電話等の携帯
端末機器において、液晶表示装置が盛んに用いられてい
る。特に液晶表示装置の中でも外部からの入射光を反射
して表示を行う反射型液晶表示装置は光源であるパック
ライト装置が不要であるため、消費電力が少なく、表示
装置も薄型となり、携帯機器等の小型、軽量化が可能な
ため注目されている。

【０００３】従来の反射型液晶表示装置の構造図で反射
型液晶表示装置にはＴＮ（ツイステッドネマティック）
方式、並びにＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティッ
ク）方式が一般的に用いられている。

【０００４】図５に従来の反射型液晶表示装置を示す。
対向基板３０に設けられた偏光板３１から外部より入射
した入射光３２を液晶３３の屈折特性に応じて屈折率を
変化させて薄膜トランジスタ３４に設けられた反射電極
３５によって反射させ、その反射光３６を見ることによ
り表示を行うものであるが、液晶３３の屈折率を変化さ
せるにはアレイ基板３７に画素単位で形成されて薄膜ト
ランジスタ３４を駆動回路（図示せず）からの駆動信号
によって駆動させ、液晶３３に加わる電圧変化で屈折率
を変化させて表示させるものである。

【０００５】図６に従来のエレクトロ・ルミネセンス方
式による表示装置の構成を示す。エレクトロ・ルミネセ
ンス方式による表示装置はガラス基板４０上に形成され
た蛍光性有機化合物を含有する有機ＥＬ層４１を電子注
入電極である陰極４２とホール注入電極である陽極４３
とで挟んだ構成を有し、蛍光発光層４１に電子および正
孔（ホール）を注入して再結合させることにより励起子
（エキシトン）を生成させ、こエキシトンのが失活する
際の光４４の放出（蛍光・燐光）を利用して発光させる
ものである。このエレクトロ・ルミネセンス方式による
表示装置の特徴は１０Ｖ以下の低電圧で１００〜１００
０００ｃｄ／ｍ²程度の高輝度の面発光が可能であり、
また蛍光物質の種類を選択することにより青色から赤色
までの発光が可能なことである。

【０００６】本発明はこれら、反射型液晶表示とエレク
トロ・ルミネセンス方式による表示を組み合わせること
により、新しい表示装置を実現するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反射型
液晶表示装置は外部からの入射光を反射させて表示を行
うため、周囲の照度が少ない場合、表示装置の表示を識
別することが困難であるため、暗い場所では反射型液晶
表示装置を搭載した携帯端末機器の表示が見えないとい
った課題があった。

【０００８】さらに、暗い場所で表示を見えるようにす
るためには液晶表示装置の背面より冷陰極管等の光源を
用いたバックライト装置を設けて液晶表示装置に光を透
過させて表示を行う必要があり、これにより液晶表示装
置の消費電力の増大とバックライト装置の付加によって
液晶表示装置の厚さが厚くなり、携帯端末機器の小型、
薄型、低消費電力化が困難になるといった課題かあっ
た。

【０００９】本発明の目的は、上記問題点を解決するた
め、暗い場所でバックライト装置が不要でも表示が見や
すく、消費電力が少ない薄型、軽量な表示装置を実現す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明ではマトリクス状に配置された個々の画素内
に外部の入射光を反射させて液晶層の光屈折率により表
示を行う反射型液晶素子と発光性物質に電界を印加する
ことで自己発光表示するエレクトロ・ルミネセンス表示
素子を作り込み、周囲が明るい場合は反射型液晶素子で
表示を行い、一方暗い場合は自己発光の表示が可能なエ
レクトロ・ルミネセンス表示素子で表示を行うといった
周囲の明暗によって表示方式を切り換えることにより表
示特性が優れ、薄型、軽量でかつ低消費電力の表示装置
を実現するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例である表示
装置の画素の断面構成図を図１に示す。

【００１２】ガラス基板１の上には反射型液晶表示素子
２および、エレクトロ・ルミネセンス表示素子３をスイ
ッチング動作させるための第１の薄膜トランジスタ４と
第２の薄膜トランジスタ５が設けれられ、ガラス基板１
は液晶層１１を挟んだ状態で対向電極１２が形成された
対向基板１３と張り合わされた構成となっている。

【００１３】第１の薄膜トランジスタ４のドレイン電極
６には反射型液晶表示素子２の反射電極７が、第２の薄
膜トランジスタ５のドレイン電極６にはエレクトロ・ル
ミネセンス表示素子３の陰極（電子注入電極）８が接続
されている。反射型液晶表示素子２および、エレクトロ
・ルミネセンス表示素子３の駆動用薄膜トランジスタ４
と５は多結晶シリコン膜を成膜してエキシマレーザーア
ニール法で単結晶化させて薄膜トランジスタを形成する
低温ポリシリコンプロセスで作製されるものである。エ
レクトロ・ルミネセンス表示素子３は電子を注入する陰
極８とホールを注入する陽極９との間に電界を印加する
ことで発光する蛍光発光層１０を挟んだ構成となってい
る。陰極８は蒸着法またはスパッタリング法により形成
され、主に仕事関数の小さい、ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、
Ａｇ、Ｚｎ、Ｉｎなどの金属材料が用いられる。一方の
陽極９には発光した光を透過させて取り出すため、ＩＴ
Ｏ、ＩＺＯ等の透明導電膜が用いられる。蛍光発光層１
０には発光機能を有する化合物である蛍光物質を含有さ
せた材料、例えばトリス（8−キノリノラト）アルミニ
ウム（Alq３）等の金属錯体色素、またはフェニルアン
トラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体や単体物
質ではキナクリドン、クマリン、ルブレン、スチリル系
色素等が用いられる。反射型液晶表示素子２には外部か
らの入射光の反射と液晶層１１に電界を加え、液晶層１
１の光屈折率を変化させるための反射電極７が液晶層１
１と接触するよう形成されている。この反射電極７には
Ａｌ等の比較的反射率が高く電気抵抗が低い金属材料が
用いられる。

【００１４】図２に第１の実施例における画素の等価回
路図を示す。

【００１５】画素内に構成された反射型液晶表示素子２
と接続された第１の薄膜トランジスタ５のゲート電極１
４は垂直走査回路１６からの第１の水平走査信号線１７
と接続され、エレクトロ・ルミネセンス表示素子３と接
続された第２の薄膜トランジスタ５のゲート電極１５は
垂直走査回路１６からの第２の水平走査信号線１８と接
続されている。

【００１６】このような構成における本発明の表示装置
において、使用環境の明るさで表示装置の表示方式を反
射型液晶表示方式とエレクトロ・ルミネセンス表示方式
に切り替える際は、例えば、反射型液晶表示方式で表示
を行う場合反射型液晶表示素子２と接続された第１の薄
膜トランジスタ４のゲート電極１４が接続された第１の
走査信号線１７のみに第１の表示信号１９を印加するこ
とにより反射型液晶表示方式の表示を行うことができ
る。また、一方のエレクトロ・ルミネセンス表示方式で
表示を行う場合エレクトロ・ルミネセンス表示素子３が
接続された第２の薄膜トランジスタ５のゲート電極１５
が接続された第２の走査信号線１８のみに第２の表示信
号２０を印加することによりエレクトロ・ルミネセンス
表示方式の表示を行うことができる。

【００１７】次に本発明の第２の実施例を図３を用いて
説明する。図３は本発明の第２の実施例による表示装置
の画素の断面構成図を示したものである。

【００１８】ガラス基板１上には反射型液晶表示素子２
および、エレクトロ・ルミネセンス表示素子３が形成さ
れ、それらをスイッチング動作させるための第１の薄膜
トランジスタ４と前記第１の薄膜トランジスタから出力
されるスイッチング信号いわゆる表示信号を反射型液晶
表示素子２またはエレクトロ・ルミネセンス表示素子３
のいずれか一方のみに切り替えて表示信号送るスイッチ
ング回路２２が形成されている。このスイッチング回路
２２は第１の薄膜トランジスタ４と同様のプロセスで第
２、第３の薄膜トランジスタ５、２４等のＣＭＯＳ素子
によって構成されるものである。そしてこれらが形成さ
れたガラス基板１は液晶層１１を挟んだ状態で対向電極
１２が形成された対向基板１３と張り合わされた構成と
なっている。

【００１９】第１の薄膜トランジスタ４のドレイン電極
６には第２、第３の薄膜トランジスタ５、２４で構成さ
れるスイッチング回路２２と接続され、スイッチング回
路は個別に反射型液晶表示素子２の反射電極７および、
エレクトロ・ルミネセンス表示素子３の陰極（電子注入
電極）８に接続されている。反射型液晶表示素子２およ
び、エレクトロ・ルミネセンス表示素子３を駆動する第
１の薄膜トランジスタ４およびスイッチング回路２２を
構成する第２、第３の薄膜トランジスタ５、２４は共に
多結晶シリコン膜を成膜してエキシマレーザーアニール
法で単結晶化させて薄膜トランジスタを形成する低温ポ
リシリコンプロセスで作製されるものである。エレクト
ロ・ルミネセンス表示素子３は電子を注入する陰極８と
ホールを注入する陽極９との間に電界を印加することで
発光する蛍光発光層１０を挟んだ構成となっている。陰
極８は蒸着法またはスパッタリング法により形成され、
主に仕事関数の小さい、ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、
Ｚｎ、Ｉｎなどの金属材料が用いられる。一方の陽極９
には発光した光を透過させて取り出すため、ＩＴＯ、Ｉ
ＺＯ等の透明導電膜が用いられる。蛍光発光層１０には
発光機能を有する化合物である蛍光物質を含有させた材
料、例えばトリス（8−キノリノラト）アルミニウム（A
lq3）等の金属錯体色素、またはフェニルアントラセン
誘導体、テトラアリールエテン誘導体や単体物質ではキ
ナクリドン、クマリン、ルブレン、スチリル系色素等が
用いられる。反射型液晶表示素子２には外部からの入射
光の反射と液晶層１１に電界を加え、液晶層１１の光屈
折率を変化させるための反射電極７が液晶層１１と接触
するよう形成されている。この反射電極７にはＡｌ等の
比較的反射率が高く電気抵抗が低い金属材料が用いられ
る。

【００２０】図４に第２の実施例における画素の等価回
路図を示す。

【００２１】画素内に構成された第１の薄膜トランジス
タ４のゲート電極１４は垂直走査回路１６からの水平走
査信号線１７と接続されている。そして第１の薄膜トラ
ンジスタ４はスイッチング回路２２に接続され、スイッ
チング回路２２からは個別に反射型液晶表示素子２とエ
レクトロ・ルミネセンス表示素子３が接続されている。
このような構成において、表示素子のスイッチング素子
である第１の薄膜トランジスタ４からの表示信号は反射
型液晶表示素子２またはエレクトロ・ルミネセンス表示
素子３のいずれかスイッチング回路２２によって選択的
に送られる。

【００２２】すなわち、外部環境の明暗に応じて、明る
い場合は反射型液晶表示素子２に、暗い場合エレクトロ
・ルミネセンス表示素子３に表示信号を印加して表示さ
せるものである。

【００２３】次に本発明の表示装置の製造方法について
図５を用いて説明する。本製造方法は第１の実施例にお
ける表示装置の構成における表示装置の製造方法を示し
たものであり、単一画素内に反射型液晶表示素子とそれ
をスイッチングする第１の薄膜トランジスタとエレクト
ロ・ルミネセンス表示素子とそれをスイッチングする第
２の薄膜トランジスタを同一プロセスで一括に製造する
ものである。

【００２４】図５（Ａ）においてガラス基板１上に両表
示素子をスイッチングを行う薄膜トランジスタが必要で
薄膜トランジスタの形成はまず、多結晶シリコン膜をＰ
Ｅ-ＣＶＤ法で形成し、ＸｅＣｌガスによる波長308ｎｍ
のエキシマレーザーを照射し、多結晶シリコン膜を単結
晶シリコン膜３０に結晶成長させる。そして単結晶シリ
コン膜３０を所定の形状にパターニングを行なったの
ち、単結シリコン晶膜３０上にＣＶＤ法等によってＴＥ
ＯＳ膜等によるゲート絶縁膜３１を形成する。

【００２５】図５（Ｂ）においてゲート電極３２となる
Ａｌ等の金属膜をスパッタ法等によって形成し、所定の
形状にパターニングを行いゲート電極３２上に層間絶縁
膜３３を形成する。

【００２６】次に図５（Ｃ）において、単結晶シリコン
膜３０およびゲート電極３２と電気的な接続を行うた
め、所定の領域の層間絶縁膜３３およびゲート絶縁膜３
１をエッチングしてコンタクトホール３４を形成する。

【００２７】次に図５（Ｄ）において、配線電極３５と
なる金属膜を形成し、所定の形状にパターニングを行
い、コンタクトホール３４を介して単結晶シリコン膜３
０およびゲート電極３２とを電気的に接続を行う。配線
電極３５となる金属にはＡｌ等を用いることができ、ス
パッタ法によって形成するものである。これにより反射
型液晶表示素子をスイッチングする第１の薄膜トランジ
スタ４とエレクトロ・ルネセンス表示素子をスイッチン
グする第２の薄膜トランジスタ５が同時形成される。

【００２８】次に図６（Ａ）において、ガラス基板１の
表面の凹凸を平坦化するために平坦化膜３６を形成し、
第１の薄膜トランジスタ４のドレイン電極６に反射型液
晶表示素子２の電極となる反射電極７と第２の薄膜トラ
ンジスタ５のドレイン電極６にエレクトロ・ルネセンス
表示素子３電子注入電極となる陰極８を形成する。これ
ら反射電極と陰極８はＡｌ等の金属膜で主にスパッタ法
等で形成し、所定の形状にパターニングを行う。

【００２９】さらに、図６（Ｂ）において、エレクトロ
・ルネセンス表示素子３の陰極８の上に蛍光発光層１０
を形成する。さらに蛍光発光層１０の上にホールを注入
する陽極９を形成することで、エレクトロ・ルネセンス
表示素子３を得る。

【００３０】次に図６（Ｃ）において、このガラス基板
１に液晶層１１を挟んで対向電極１２を有した対向基板
１３と張り合わせて接着固定することにより、本発明に
おける表示装置を実現できるものである。

【００３１】また、本発明における表示装置の製造方法
では図７（Ａ）に示すように、エレクトロ・ルネセンス
表示素子３の表示輝度を高める手段としてエレクトロ・
ルネセンス表示素子３上に液晶層１１を介在しないよう
に、反射型液晶表示素子２とエレクトロ・ルネセンス表
示素子３の領域を分離する柱３７を設けても良い。さら
には反射型液晶表示素子２の表示品質を高めるため、対
向基板１３においてエレクトロ・ルネセンス表示素子３
と対向する領域の対向電極１２を除去しても良い。

【００３２】なお、本発明における表示装置の製造方法
によれば、前記第２の実施例における表示装置の構成に
おいても同様な製造プロセスで実現できる。

【００３３】従って、これらの構成、方法により周囲が
明るい際は、反射型液晶方式で、周囲が暗い際はＥＬ表
示方式で表示装置の表示方式を選択することにより、使
用環境の照度が著しく変化しても表示が見やすく、暗い
場合でもバックライト装置を必要としないため薄型、軽
量でかつ消費電力が少ない表示装置が実現でき、携帯機
器の小型、軽量、低消費電力化に大きく貢献できるもの
である。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記の説明で明らかなとおり、
周囲が明るい際は、反射型液晶方式で、周囲が暗い際は
ＥＬ表示方式で表示装置の表示方式を選択することによ
り、暗い場所でもバックライト装置を必要としないた
め、薄型、軽量でかつ、消費電力が少ない薄型、軽量な
表示装置を実現することが可能となり、携帯機器の小
型、軽量、低消費電力化に大きく貢献できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示した断面構成図

【図２】本発明の第１の実施例における画素の等価回路
図

【図３】本発明の第２の実施例を示した断面構成図

【図４】本発明の第２の実施例における画素の等価回路
図

【図５】本発明の表示装置の製造方法を示した工程断面
図

【図６】本発明の表示装置の製造方法を示した工程断面
図

【図７】本発明の表示装置の断面構成図

【図８】本発明の従来例における反射型液晶表示装置の
断面構成図

【図９】本発明の従来例におけるエレクトロ・ルミネセ
ンス表示装置の断面構成図

【符号の説明】

１ガラス基板２反射型液晶表示素子３エレクトロ・ルミネセンス４第１の薄膜トランジスタ５第２の薄膜トランジスタ６ドレイン電極７反射電極８陰極９陽極１０蛍光発光層１１液晶層１２対向電極１３対向基板１４第１の薄膜トランジスタのゲート電極１５第２の薄膜トランジスタのゲート電極１６垂直走査回路１７第１の水平走査信号線１８第２の水平走査信号線１９第１の表示信号２０第２の表示信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６１１Ｇ０９Ｇ 3/20 ６８０Ｈ５Ｆ１１０６８０ 3/30 Ｚ 3/30 3/36 3/36 Ｇ０２Ｆ 1/136 ５００Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１２Ｚ 21/336 (72)発明者千田耕司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者堀田定吉大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA41 JB22 JB31 KA03 KA04 MA05 NA26 PA01 PA11 PA13 QA07 QA10 2H093 NA16 NA41 NC12 NC34 ND39 ND42 NE01 NF05 NF13 5C006 AF69 BB08 BB16 BB28 BF39 FA01 FA47 5C080 AA06 AA10 BB05 DD26 FF11 JJ02 JJ06 KK47 5C094 AA15 BA03 BA27 BA32 BA44 BA45 CA19 CA20 CA24 EA04 EA06 EA07 EB02 5F110 AA09 AA30 BB01 DD02 EE03 EE44 FF02 FF29 GG02 GG13 GG45 HL03 HL23 NN02 NN71 NN72 PP03 PP04 QQ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に複数の単一画素が配置さ
れ、前記複数の画素を駆動する駆動回路が設けられたア
レイ基板と、対向電極を備えた対向基板とを互いに接合
し、両基板の間に電気光学物質を保持してなるアクテイ
ブマトリクス表示装置において、マトリクス状に配置さ
れた前記単一画素内に反射型液晶表示素子および電極と
エレクトロ・ルミネセンス素子および電極が構成され、
前記反射型液晶表示素子電極に第１のスイッチング素子
が接続され、前記エレクトロ・ルミネセンス素子電極に
第２のスイッチング素子が接続されていることを特徴と
するアクテイブマトリクス表示装置。
【請求項２】マトリクス状に配置された単一画素内に反
射型液晶素子とエレクトロ・ルミネセンス素子にそれぞ
れスイッチング素子が設けられ、個々のスイッチング素
子はそれぞれ個々の信号線で垂直走査回路と接続され、
垂直走査回路内で選択された信号線に表示信号を印加
し、その信号線に接続された表示素子を駆動して表示を
行うことを特徴とする請求項１記載のアクテイブマトリ
クス表示装置。
【請求項３】マトリクス状に配置された単一画素内に反
射型液晶表示素子およびエレクトロ・ルミネセンス素子
とそれらを駆動するスイッチング素子が設けられ、前記
反射型液晶表示素子およびエレクトロ・ルミネセンス素
子と前記スイッチング素子との途中に垂直走査回路から
の表示信号を前記反射型液晶表示素子またはエレクトロ
・ルミネセンス素子いずれかに切り替えるスイッチング
回路が設けられ、スイッチング回路の切り替えにより表
示方式を選択することを特徴とする請求項１記載のアク
テイブマトリクス表示装置。
【請求項４】表示装置内への外部入射光がない場合、前
記エレクトロ・ルミネセンス素子と接続するスイッチン
グ素子に表示信号が印加されることを特徴とする請求項
１記載のアクテイブマトリクス表示装置。
【請求項５】スイッチング素子が薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のア
クテイブマトリクス表示装置。
【請求項６】スイッチング回路がＣＭＯＳ回路で構成さ
れていることを特徴とする請求項３記載のアクテイブマ
トリクス表示装置。
【請求項７】マトリクス状に複数の画素が配置され、複
数の画素を駆動する駆動回路が設けられたアレイ基板
と、対向電極を備えた対向基板とを互いに接合し、両基
板の間に電気光学物質を保持してなるアクテイブマトリ
クス表示装置において、第１および第２の薄膜トランジ
スタを形成する工程と前記第１と第２の薄膜トランジス
タのゲート電極を配線電極層を成膜、パターニングし、
垂直走査回路の水平走査信号配線と接続する工程と第１
の薄膜トランジスタのドレイン電極に第１の電極となる
金属薄膜を成膜、パターニングする工程と第２の薄膜ト
ランジスタのドレイン電極に第２の電極となる金属薄膜
を成膜、パターニングする工程と前記第２の薄膜トラン
ジスタの第２の電極上に蛍光発光層を成膜、パターニン
グする工程と前記蛍光発光層上に第３の電極となる透明
導電膜を成膜、パターニングする工程と対向電極が形成
された対向基板とを液晶を挟んで張り合わせする工程か
ら成るアクティブマトリクス表示装置の製造方法。
【請求項８】前記第１の薄膜トランジスタの反射電極材
料と前記第２の薄膜トランジスタの陽極材料が同一であ
ることを特徴とする請求項７記載のアクティブマトリク
ス表示装置の製造方法。
【請求項９】前記第１の電極と前記第２の電極とを分離
する柱を形成することを特徴とする請求項７記載のアク
ティブマトリクス表示装置の製造方法。
【請求項１０】第２の電極と相対する領域の対向電極を
除去することを特徴とする請求項７記載のアクティブマ
トリクス表示装置の製造方法。
【請求項１１】第３の電極上に液晶を形成しないことを
特徴とする請求項７記載のアクティブマトリクス表示装
置の製造方法。