JP2002221717A

JP2002221717A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2002221717A
Application number: JP2001018613A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakamura; 了中村
Original assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Current assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置の画素を微細化しても駆動部への
入射光を抑制し、光リークを防止するとともに、寄生負
荷容量を増大させる。【解決手段】半導体基板上に形成された駆動部と、該駆
動部に電気的に接続された反射電極とからなる画素を２
次元的にアレイ状に配列し、前記反射電極と駆動部との
間に、該反射電極相互間の遮光層を設けた液晶表示装置
であって、前記反射電極と前記遮光層を略平行に配置
し、該反射電極と該遮光層との間隔をＬ、該反射電極と
該遮光層との重なり部分の長さの最小値をＹとして、該
間隔Ｌ及び最小値Ｙが次の関係Ｙ／Ｌ≧５を満たすこと
を特徴とする液晶表示装置を提供することにより前記課
題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の技
術分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な分野で液晶表示装置が用い
られるようになっている。この液晶表示装置の一種とし
て、半導体基板上に２次元アレイ状（マトリクス状）に
形成されたトランジスタと画素電極とにより構成される
液晶駆動部の上に液晶部を一体に形成したものがある。
これは、前記トランジスタに画素信号を入力し、その出
力で画素電極を駆動することにより、液晶の配向状態を
変化させ、外部から液晶に入射する光の反射状態を、液
晶の配向状態に応じて変化させることで、画像を形成す
るものである。

【０００３】図３に、従来の液晶表示装置の概念的な断
面図を示す。図３に示すように、液晶表示装置は、液晶
を駆動する駆動素子用基板１００と、透光性基板である
対向基板１０４との間に液晶１０２が封入されて構成さ
れる。駆動素子用基板１００には、シリコン基板１０６
上に設けられた、スイッチング素子であるトランジスタ
及び負荷容量を含む駆動部１０８と、その上に配置され
た５μｍ×５μｍ〜３０μｍ×３０μｍ程度の寸法の反
射電極（反射ミラー電極、画素電極）１１０とからなる
画素素子が、２次元的にアレイ状に、複数形成されてい
る。

【０００４】反射電極１１０は、液晶表示装置の画素を
形成するものであり、ビア１１２、１１４を介して駆動
部１０８のトランジスタのドレインに接続されている。
駆動部１０８のトランジスタは、その上部に配置された
対応する反射電極１１０に電位を印加することによっ
て、その上の液晶の配向状態を制御するものである。駆
動部（トランジスタ）１０８がオンになると、映像信号
に応じた画素信号がトランジスタ及び負荷容量に印加さ
れる。負荷容量はトランジスタがオフになっても、次の
信号が印加されるまでこの画素信号を保持し、液晶に画
像を安定して表示させるようにするものである。

【０００５】また、対向基板１０４は、液晶１０２に接
する透明電極１１６及び最外層（最上層）のガラス板等
からなる透明基板１１８とから構成されている。液晶表
示装置は、透明基板１１８に外から入射する光を反射電
極１１０で反射する際、前述したように、画素毎に２次
元アレイ状に形成された駆動部１０８に入力する画素信
号を変化させることにより、液晶１０２の配向状態を変
えることで、画像を形成する。

【０００６】このとき、図３に示すように、外部からの
入射光が反射電極１１０相互間の間隙に入射して、駆動
部１０８に到達し、光リークが発生するのを防止するた
め、従来反射電極１１０と駆動部１０８との間に遮光層
１２０を設けるのが一般的である。しかし、図３に示す
ように、反射電極１１０相互間の隙間から入射した光が
反射電極１１０の裏面と遮光層１２０の表面との間で反
射を繰り返し、駆動部１０８に到達し、光リークが発生
することがあった。そこで、このような入射光の反射を
抑え、光の吸収を高めるため、反射率の低いＴｉ、Ｔｉ
Ｎ、Ｗ等の薄膜で遮光層１２０を形成することが考えら
れた。

【０００７】また、上述したような反射型の液晶表示装
置においては、反射電極からの信号光以外に、あらゆる
箇所から画像を表示する信号光と無関係の反射光が観察
者の目に入ってしまい、コントラスト高い表示ができな
いという問題があり、これに対して、例えば、特開平９
−１３８３９７号公報では、ノイズとなる表示信号と無
関係の反射光成分を取り除き、高コントラストの表示を
するようにした液晶表示装置が開示されている。すなわ
ち、該公報には、複数の反射電極の間の下部もしくは前
記反射電極からなる表示部の周辺領域の一部に遮光層を
設け、この遮光層と反射電極が異なる反射特性を有する
ようにしたことが記載されている。すなわち、この反射
特性を違わせることにより、前記遮光層は、反射電極が
主に照明光を反射させる方向とは別の方向に照明光を反
射させることで、高コントラストを実現するとしてい
る。また、ここで反射電極は主にアルミＡｌからなり、
遮光層は主にＴｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏからなることが好
ましいとされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
プロジェクタ等は強い光源を用いており、このような光
源の高輝度化に伴い、前記従来の液晶表示装置では、反
射電極１１０相互間の隙間に入射される光が、反射電極
１１０の裏面や遮光層１２０等で散乱されても、充分に
減衰せず、駆動部１０８に到達し、光リークが発生し易
くなっている。また、素子の微細化に伴い、画素サイズ
が縮小され、図３に示す反射電極１１０と遮光層１２０
との重なり部分Ｙのサイズも小さくなり、入射光の反射
電極１１０裏面と遮光層１２０表面との間での散乱回数
（多重反射の回数）が減少するため、入射光を充分に減
衰させることができない。

【０００９】また、画素のサイズの縮小に伴い、（図示
は省略するが）画素面積の大部分を占める負荷容量の大
きさが充分に確保できず、容量が低下している。これら
のことから、光リークが発生し易くなっているととも
に、光リークが発生した際の光リーク耐性の低下が、よ
り促進されているという問題がある。さらに、光リーク
の発生により、コントラストが低下する等、表示画像の
画質が低下するのみならず、リーク電流が一定方向に長
く流れることによりイオンが片寄り、液晶画面の焼きつ
きの原因となるという問題もある。

【００１０】また、前記公報に記載されたものは、反射
電極と遮光層とで、照明光の反射特性を変えることによ
り、コントラスト低下を防ぐようにしているが、装置内
部に進入した入射光による光リークを解消するものでは
なく、光リークの発生や負荷容量の低下を防ぐことはで
きない。

【００１１】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、画素を微細化しても、駆動部への入射光
を抑制し、光リークを防止するとともに、寄生負荷容量
を増大させることのできる液晶表示装置を提供すること
を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、半導体基板上に形成された駆動部と、該
駆動部に電気的に接続された反射電極とからなる画素を
２次元的にアレイ状に配列し、前記反射電極と駆動部と
の間に、該反射電極相互間の遮光層を設けた液晶表示装
置であって、前記反射電極と前記遮光層を略平行に配置
し、該反射電極と該遮光層との間隔をＬ、該反射電極と
該遮光層との重なり部分の長さの最小値をＹとして、該
間隔Ｌ及び最小値Ｙが次の関係Ｙ／Ｌ≧５を満たすこと
を特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１３】また、前記反射電極の裏面と、前記遮光層
の表面との両方における、可視光域での反射率の最大値
が５０％以下であることが好ましい。

【００１４】さらに、前記反射電極の表面の可視光域で
の反射率の最小値が８０％以上であることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示装置
について、添付の図面に示される好適実施形態を基に、
詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表
示装置の概略を示す断面図である。図１に示すように、
液晶表示装置１は、液晶を駆動する駆動素子用基板１０
と、透光性基板である対向基板１４との間に液晶１２が
封入されて構成される。駆動素子用基板１０には、シリ
コン基板１６上に設けられた、スイッチング素子である
トランジスタ及び負荷容量を含む駆動部１８と、その上
に配置された反射電極２０とからなる画素素子が、２次
元的にアレイ状に配列されている。

【００１７】反射電極２０は、液晶表示装置１の画素を
形成するものであり、ビア２２、２４を介して駆動部１
８のトランジスタのドレインに接続されている。駆動部
１８のトランジスタは、その上に配置された対応する反
射電極２０に電位を印加することによって、その上の液
晶の配向状態を制御するものである。駆動部（トランジ
スタ）１８がオンになると、映像信号に応じた画素信号
がトランジスタ及び負荷容量に印加される。負荷容量は
トランジスタがオフになっても、次の信号が印加される
までこの画素信号を保持し、液晶に画像を安定して表示
させるようにするものである。

【００１８】また、対向基板１４は、液晶１２に接する
透明電極２６及び最外層のガラス板等からなる透明基板
２８とから構成されている。液晶表示装置１は、透明基
板２８に外から入射する光を反射電極２０で反射する
際、前述したように、画素毎に２次元的にアレイ状に配
列された駆動部１８に入力する画素信号を変化させるこ
とにより、液晶１２の配向状態を変えることで、画像を
形成する。また、このとき外部からの光が駆動部１８に
入射するのを防ぐために、反射電極２０と駆動部１８の
間に遮光層３０が、反射電極２０と略平行に設けられて
いる。

【００１９】この反射電極２０と遮光層３０は、従来は
０．７μｍ〜１μｍ程度の層間膜で分離されていたが、
本実施形態は、この層間膜を０．０５μｍ〜０．３μｍ
程度に薄膜化することにより、図１に示すように、反射
電極２０と遮光層３０との間での、入射光の多重反射の
回数を増やすとともに、反射電極２０と遮光層３０とで
形成される寄生負荷容量を増大させるようにしたもので
ある。

【００２０】図２に、本実施形態の液晶表示装置１の反
射電極２０及び遮光層３０の部分を拡大して示す。図２
に示すように、反射電極２０相互間の隙間から、入射光
がある角度で入射し、遮光層３０で反射されているとす
る。このとき、遮光層３０に対する入射光の入射角をθ
とする。すなわち、反射電極２０（遮光層３０と平行）
に垂直な直線と入射光とのなす角をθとする。また、入
射光の波長は、可視光域、具体的には例えば、０．４μ
ｍ〜０．８μｍとする。この入射光に対する反射電極２
０裏面の反射率をＲ１とし、また、前記入射光に対する
遮光層３０表面の反射率をＲ２とする。現実には、反射
率は上記の可視光域において一定であるとは限らない。
ここでは、可視光域における反射率の最大値を考える。
また、反射電極の端部３２から遮光層開口部（駆動部１
８と反射電極２０を接続するための開口部）の端部３４
までの距離を、図２に示すようにＹとする。この距離Ｙ
は、図２（あるいは図１）からもわかるように、反射電
極２０と遮光層３０との重なり部分の長さである。レイ
アウトによって重なり部分の長さは一定であるとは限ら
ない。ここでは、重なりの部分の長さの最小値を考え
る。

【００２１】さらに、図２に示すように、反射電極２０
と遮光層３０間の層間膜厚をＬとすると、反射電極２０
相互間の間隙から内部に入射した入射光が遮光層開口部
の端部３４に到達するまでに遮光層３０表面と反射電極
２０裏面とで反射される回数Ｎは、次の式（１）で与え
られる。Ｎ＝Ｙ／（Ｌ＊ｔａｎθ）・・・・・・（１）

【００２２】ここで、本発明と比較するために、まず従
来の構造の場合、前記反射回数Ｎがどうなるかを、例え
ば、層間膜厚Ｌ＝１μｍとした比較例について説明す
る。なお、入射光の前記入射角θのばらつきを最大±２
０°とする。また、このとき、反射電極の端部３２から
遮光層開口部の端部３４までの距離Ｙを、それぞれ画素
ピッチ毎に、画素ピッチが１０μｍのときには、Ｙ＝
３．５μｍとし、画素ピッチが８μｍのときには、Ｙ＝
２．５μｍとし、さらに画素ピッチが６μｍのときには
Ｙ＝１．５μｍとして反射回数Ｎを計算すると、次の表
１のようになる。

【００２３】また、上記従来の構造において、層間膜厚
Ｌ＝１μｍの場合に、可視光に対する反射電極２０裏面
の反射率Ｒ１と、遮光層３０表面の反射率Ｒ２を、とも
にそれぞれ、Ｒ１＝Ｒ２＝４０％、５０％、６０％とし
た場合、遮光層開口部を通って駆動部１８にまで到達す
るまでの入射光の強度の減衰率を求めると、次の表２の
ようになる。このように、反射電極２０と遮光層３０間の層間膜厚を
１μｍと厚くした、従来のような構造の場合には、画素
ピッチの縮小とともに、駆動部に進入する入射光の強度
は大きくなる。これは上の表１に示したように、画素ピ
ッチが小さくなる程、反射回数が減少するからである。

【００２４】そこで、本実施形態では、上記条件におい
て、前記層間膜厚Ｌを、Ｌ＝０．２μｍに設定した。ま
た、入射光の前記入射角θのばらつきは最大±２０°で
あり、上と同様に反射電極の端部３２から遮光層開口部
の端部３４までの距離Ｙを、それぞれ画素ピッチ毎に、
画素ピッチが１０μｍのときには、Ｙ＝３．５μｍと
し、画素ピッチが８μｍのときには、Ｙ＝２．５μｍと
し、さらに画素ピッチが６μｍのときにはＹ＝１．５μ
ｍとして反射回数Ｎを計算する。この場合、上記反射回
数Ｎは、次の表３に示すように、従来より増加した。

【００２５】また、層間膜厚Ｌを、Ｌ＝０．２μｍとし
た状態で、可視光に対する反射電極２０裏面の反射率Ｒ
１と、遮光層３０表面の反射率Ｒ２を、ともにそれぞ
れ、Ｒ１＝Ｒ２＝４０％、５０％、６０％とした場合、
遮光層開口部を通って駆動部１８にまで到達するまでの
入射光の強度の減衰率を求めると、駆動部１８へ到達す
る入射光量は、次の表４に示すような値まで減衰し、画
素ピッチが６μｍと小さくなった場合でさえ、入射光の
影響が無視できるレベルになった。

【００２６】このように、本実施形態では、反射電極２
０と遮光層３０との間隔である層間膜厚Ｌを、例えば
０．２μｍと、小さくしているため、反射電極２０の裏
面と遮光層３０の表面との間における多重反射の回数を
従来より多くすることができ、装置内部に進入する入射
光の強度を充分減衰させることができた。例えば画素ピ
ッチが最も小さい６μｍの場合には、反射電極２０と遮
光層３０との重なり部分の距離であるＹの値は１．５μ
ｍであり、このとき比Ｙ／Ｌは、１．５÷０．２＝７．
５となる。画素ピッチがもっと大きい場合には、この比
Ｙ／Ｌはもっと大きくなり、前記表３に示すように多重
反射回数はさらに大きくなり、入射光を減衰させるに充
分な回数である。このように画素ピッチが小さくなって
も本発明は光リーク発生防止に充分効果を有している。
同一のＹ／Ｌ比においても、反射電極２０の裏面および
遮光層３０表面の反射率によって減衰率は異なる。しか
し、後から述べるような材料の膜を用いることにより、
５０％程度以下とすることは比較的容易である。また、
入射光をどの程度まで減衰する必要があるかは、使用す
る光源の強度や、駆動部１０８の負荷容量等によっても
変化するが、一般的には、０．０１％以下程度に減衰さ
せれば、入射光の影響を無視できる。例えば、表１に示
すように、画素ピッチ１０μｍ、Ｙ＝３．５μｍ、Ｌ＝
１μｍ、すなわちＹ／Ｌ比３．５において、Ｒ１＝Ｒ２
＝５０％の場合の減衰率は０．１２７％となっている。
これに対して、表４に示した実施例では、画素ピッチ６
μｍ、Ｙ＝１．５μｍにおいてもＹ／Ｌ比が７．５に増
大し、同一のＲ１、Ｒ２において０．０００１％とい
う、極めて低い減衰率が得られている。仮に、Ｙが１．
５μｍで一定のままでＬを０．３μｍまで増大させたと
すると、Ｙ／Ｌ比は５になる。この場合も、Ｒ１＝Ｒ２
＝５０％において減衰率を０．０１％未満にすることが
できる。このように、Ｙ／Ｌ比を５以上、好ましくは
７．５以上にすることによって、充分な減衰比を得るこ
とができる。

【００２７】また、表４からもわかるように、反射電極
２０の裏面及び遮光層３０の表面の反射率が低い場合
（具体的には４０％）の方がより入射光の減衰効果が大
きい。したがって、反射電極２０の裏面及び遮光層３０
の表面の反射率がそれぞれ５０％以下であることが好ま
しい。さらに、このとき反射電極の表面は、画像表示の
ため外光を反射するのに反射率が高い方が（例えば８０
％以上）好ましい。なお、このように、表面で高反射率
かつ裏面で低反射率を有する反射電極は、例えば、表面
はＡｌ合金（ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ等）とし、裏面はＴ
ｉ、ＴｉＮ等により構成することができる。

【００２８】また、反射電極２０と遮光層３０との間に
発生する寄生容量は負荷容量としての働きを兼ねてお
り、例えば、上述のように層間膜厚Ｌ＝０．２μｍであ
れば、０．１５ｆＦ／μｍ²の容量値が得られる。従っ
て、画素ピッチが６μｍの場合でも、４ｆＦ程度の容量
となる。負荷容量の必要容量は画素あたり２０〜３０ｆ
Ｆなので、必要容量の２割弱を寄生容量で確保すること
ができる。このように、従来構造では、画素ピッチは、
光リークや負荷容量の低下により１０μｍ以下にするこ
とは困難であったが、本実施形態によれば、画素ピッチ
を６μｍ程度もしくはそれ以下まで縮小することが可能
となった。また、光リークを防止し、負荷容量を増やす
ようにしたため、その結果として画面の焼きつきを防
ぎ、表示画像のコントラストを高めることもできた。

【００２９】以上詳細に説明したように、本実施形態に
よれば、層間膜を薄膜化するだけで、新たにプロセスを
追加することなく、反射電極と遮光層との間での入射光
の多重反射の回数を増やすとともに、寄生負荷容量を簡
易に増加させることができる。また、層間膜をＳｉＮと
ＳｉＯ₂の複合膜にした場合には、パッシベーション膜
として機能するほか、寄生容量をさらに増やすことがで
きる。また、層間膜にその他の高誘電率の材料を使用す
れば、さらに寄生容量を増やすことができる。また、遮
光層を他の領域で配線材として使う必要が無い場合に
は、例えば、ＴｉＮ等の反射率が低い材料の膜単体で形
成すれば、平坦化が容易になり、さらに遮光層の下に回
り込んだ入射光を遮光層下面でも多重反射させることが
可能となる。

【００３０】以上、本発明の液晶表示装置について詳細
に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変
更を行ってもよいのはもちろんである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、画
素を微細化しても、簡易に光リークの発生を防止すると
ともに、負荷容量を増やすことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概
略を示す断面図である。

【図２】本実施形態の液晶表示装置の反射電極及び遮
光層の部分を拡大して示す拡大断面図である。

【図３】従来の液晶表示装置を概念的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】１液晶表示装置１０駆動素子用基板１２液晶１４対向基板１６シリコン基板１８駆動部２０反射電極２２、２４ビア２６透明電極２８透明基板３０遮光層３２反射電極端部３４遮光層開口部端部

フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA14Y FA34Y FA41Z GA02 KA10 LA03 LA17 2H092 HA05 KA18 KB13 KB25 NA01 NA25 PA09 PA12 PA13 5C094 AA05 AA16 AA25 AA48 AA53 BA03 BA43 CA19 DA13 DB01 DB04 EA04 EA05 EA06 EB04 EB05 ED11 ED15 FA01 FA02 FB12 FB14 JA01 JA07 JA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された駆動部と、該駆
動部に電気的に接続された反射電極とからなる画素を２
次元的にアレイ状に配列し、前記反射電極と駆動部との
間に、該反射電極相互間の遮光層を設けた液晶表示装置
であって、前記反射電極と前記遮光層を略平行に配置し、該反射電極と該遮光層との間隔をＬ、該反射電極と該遮
光層との重なり部分の長さの最小値をＹとして、該間隔
Ｌ及び最小値Ｙが次の関係Ｙ／Ｌ≧５を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記反射電極の裏面と、前記遮光層の表面
との両方における、可視光域での反射率の最大値が５０
％以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表
示装置。
【請求項３】前記反射電極の表面の可視光域での反射率
の最小値が８０％以上であることを特徴とする請求項２
に記載の液晶表示装置。