JP2003241188A - 半透過型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バックライトからの光の利用効率を向上さ
せ、より一層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示
装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 バックライト１０からの光を通す透過部
３３と外光を反射する非透過部３６から成る複数の画素
を有する半透過型液晶パネル２０を備えた半透過型液晶
表示装置に、バックライト１０からの光を透過部３３に
向ける乱反射層３０を非透過部３６に設ける。バックラ
イト１０からの光が乱反射層３０で散乱されることによ
り、透過部３３を通過することになる光が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半透過型の液晶表示
装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくはバック
ライトからの光の利用効率を高めた半透過型液晶表示装
置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信機器等への液晶表示装置
の応用が急速に普及している。特に携帯型のものについ
ては反射型の液晶表示装置が多く用いられている。この
反射型の液晶表示装置は外光を光源として表示を行うた
め、室内などの暗い場所では見えにくくなってしまう。
そこで透過型と反射型の性質を併せ持った半透過型の液
晶表示装置が知られている。

【０００３】この半透過型液晶表示装置はバックライト
を備えており、画素に透過部と非透過部を設けている。
透過部ではバックライトの光を利用し、非透過部では外
光を利用して表示を行っている。しかし、バックライト
からの光がすべて透過部を通過し利用されるわけではな
いので、透過型として見た場合輝度が十分ではない。そ
こでバックライトからの光の利用効率を向上させる必要
があり、このような公知な技術として特開２００１−３
１８３７７等が知られている。

【０００４】これは非透過部の下に反射層を設けておく
ものである。この反射層はガラス基板や下層の上に直接
形成してある。そのため反射層のバックライト側が平坦
な状態となっている。そしてバックライトから発せられ
た光の内、非透過部に向かってくる光をこの反射層でそ
のままバックライト側へ反射させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エッジ式のバックライ
トは導光板の端面に蛍光管等の光源を置き、導光板の下
面に反射板を置いている。光源からの光は導光板に入射
し、導光板内部で全反射を繰り返すうちに直接または反
射板で反射されて導光板の上面から出射される。この出
射された光の多くは導光板の上面に対して小さい角度で
出射される。したがって通常バックライトには導光板の
上にプリズムシートが置かれている。このプリズムシー
トによって導光板から出射された光が液晶パネルに対し
て垂直に入射するように集光される。

【０００６】したがって特開２００１−３１８３７７の
ように非透過部の下に反射層を設けておき、反射層とバ
ックライトの反射板との間で反射を繰り返させておいて
も、反射層での反射光はほぼ同じ場所で反射を繰り返し
ているだけか、プリズムシートや導光板を通過する間に
これらに吸収されてしまうだけである。これでは反射層
で反射した光はほとんど透過部を通過しないため、光の
利用効率の向上としては十分とは言えない。表示品位を
向上させるため半透過型液晶表示装置においては、外光
の利用率を向上すると共に、バックライトからの光の利
用率をより一層向上する必要である。

【０００７】そこで本発明は上記問題に鑑みてなされた
ものであり、バックライトからの光の利用効率を向上さ
せ、より一層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示
装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、バックライト
と、前記バックライトの上に位置すると共に、前記バッ
クライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過
部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を
備えた半透過型液晶表示装置であって、前記非透過部に
は、前記画素に形成された画素電極よりも前記バックラ
イト側に、前記バックライトからの光を透過部に向ける
反射層が設けられていることを特徴とするものである。

【０００９】また本発明は、前記半透過型液晶パネル
は、透明な基板と、該基板上に形成された複数の走査線
と、前記走査線と絶縁膜を介して直交するように形成さ
れた複数の映像線と、前記走査線と前記映像線とが交差
するそれぞれの領域に形成されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と接続すると共に保護膜を介して
前記スイッチング素子の上に設けられた画素電極と、を
備えており、前記画素電極は、透明電極と反射電極を有
し、前記基板と前記反射電極との間に前記反射層が設け
られていることを特徴とする半透過型液晶表示装置であ
る。

【００１０】また本発明は、前記反射層は、アルミニウ
ムで形成されていることを特徴とする半透過型液晶表示
装置である。

【００１１】また本発明は、前記反射層は、前記非透過
部に向かってきた前記バックライトからの光を乱反射す
るための乱反射層であることを特徴とする半透過型液晶
表示装置である。

【００１２】また本発明は、前記乱反射層は、前記バッ
クライト側に凹凸部を形成していることを特徴とする半
透過型液晶表示装置である。

【００１３】また本発明は、前記乱反射層は、前記映像
線と同一層に形成されていることを特徴とする半透過型
液晶表示装置である。

【００１４】また本発明は、前記バックライトは、導光
板と、前記導光板の横に位置する光源と、前記導光板の
下に位置する反射板と、前記導光板の上に位置する拡散
シートとプリズムシートとを備えるエッジ式のバックラ
イトであることを特徴とする半透過型液晶表示装置であ
る。

【００１５】また本発明は、バックライトと、前記バッ
クライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過
部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を
備えた半透過型液晶表示装置の製造方法であって、前記
半透過型液晶パネルの製造工程に、基板の上に複数の走
査線を形成する工程と、前記走査線の上に絶縁膜を形成
する工程と、前記絶縁層の上に前記走査線と直交する複
数の映像線を形成すると共に、前記バックライトからの
光を前記透過部に向ける反射層を形成する工程と、前記
映像線と前記反射層の上に保護膜を介して画素電極を形
成する工程と、が含まれていることを特徴とする。

【００１６】また本発明は、前記反射層を形成する工程
の前に、前記非透過部の前記絶縁膜部分に複数の凹凸部
を形成する工程が含まれていることを特徴とする半透過
型液晶表示装置の製造方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は本発明の半透過型液晶表示装置
を構成するバックライト１０と半透過型液晶パネル２０
との断面図を示す。後述する半透過型液晶パネル２０は
アレイ基板３７とカラーフィルタ基板３８を備えてい
る。また半透過型液晶パネル２０の下にはバックライト
１０が位置している。エッジ式のバックライト１０は、
蛍光管１１、導光板１２、ランプリフレクタ１３、反射
板１４、拡散シート１５、プリズムシート１６を備えて
いる。本発明のような半透過型液晶表示装置は一般に携
帯用として用いられるため、小型化、薄型化する上で、
直下式のバックライトよりもエッジ式のバックライトの
方がよい。導光板１２の下には導光板１２の下面を覆う
ようにして反射板１４が配置されている。導光板１２の
側面の横には光源となる蛍光管１１が位置している。蛍
光管１１の周りには対向する導光板１２の側面部分を除
き、蛍光管１１を囲むようにしてランプリフレクタ１３
が配置されている。導光板１２の上には導光板１２の上
面を覆うようにして拡散シート１５が配置されており、
拡散シート１５の上にはさらにプリズムシート１６が配
置されている。

【００１８】蛍光管１１から出た光は直接またはランプ
リフレクタ１３で反射されて、導光板１２の対向する側
面部分から導光板１２の内部へと入射していく。入射し
た光は導光板１２と空気との屈折率の差によって全反射
し、導光板１２内部を進んで行く。そして全反射を繰り
返すうちに導光板１２に印刷された所定パターンにより
散乱して、直接または反射板１４によって反射されて拡
散シート１５側に出射する。この出射した光は導光板１
２の出射面に対してきわめて小さい角度となっている。
そして拡散シート１５に入射した光は適度に拡散されて
拡散シート１５から出射する。しかしこの出射した光は
まだ出射面に対してかなり小さい角度のままでプリズム
シート１６に入射する。

【００１９】プリズムシート１６はポリカーボネート、
ポリエステルなどの透明な樹脂で作られており、その表
面には所定のピッチで傾斜が形成されている。プリズム
シート１６は１枚または、傾斜の方向を直交させるよう
にして２枚用いている。このプリズムシート１６に入射
した光は半透過型液晶パネル２０に対して略垂直に入射
するような方向（図１の半透過型液晶パネル２０とバッ
クライト１０との間の矢印で示すような方向）に集光し
て出射する。このように出射光に指向性を持たせること
で使用者の見る方向に効率よくバックライト１０からの
光を出射でき、半透過型液晶表示装置全体の輝度を向上
させることができる。

【００２０】図２は半透過型液晶パネル２０のアレイ基
板の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図を示す。
２１はガラスなどの透明な絶縁性を有している基板であ
る。基板２１上にはアルミニウムやクロムなどの金属か
らなる複数の走査線２２が略等間隔で平行に形成されて
いる。走査線２２からはゲート電極２３が分かれて伸び
ている。また走査線２２やゲート電極２３を覆うように
して窒化シリコンや酸化シリコンなどから成るゲート絶
縁膜２４が積層されている。ゲート電極２３の上にはゲ
ート絶縁膜２４を介して非晶質シリコンや多結晶シリコ
ンなどからなる半導体層２５が形成されている。またゲ
ート絶縁膜２４上にはアルミニウムなどの反射率の高い
金属からなる複数の映像線２６が走査線２２と直交する
ようにして形成されている。走査線２２と映像線２６で
囲まれた領域が１画素に相当する。映像線２６からはソ
ース電極２７が分かれて伸びており半導体層２５と接続
している。また映像線２６、ソース電極２７と同一の材
料で且つ同時形成されたドレイン電極２８が設けられて
おり半導体層２５と接続している。このゲート電極２
３、ゲート絶縁膜２４、半導体層２５、ソース電極２
７、ドレイン電極２８によってスイッチング素子となる
ＴＦＴ２９が構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴ２
９が配置される。

【００２１】また、ゲート絶縁膜２４の上には後述する
乱反射層３０（図２では斜線を付した領域で示す）が形
成されている。そして映像線２６、ＴＦＴ２９、乱反射
層３０を覆うようにして有機絶縁物から成る膜厚２μｍ
程度の保護膜３１が積層されている。保護膜３１にはそ
れぞれのＴＦＴ２９のドレイン電極２８に対応する部分
にコンタクトホール３２が設けられている。さらに保護
膜３１には後述する透過部３３を形成するための溝が設
けられており、この溝はゲート絶縁膜２４も貫通して設
けられている。また保護膜３１の表面には複数の凹凸が
設けられている。

【００２２】保護膜３１の表面にはそれぞれの画素に画
素電極３９が形成されている。この画素電極３９は、Ｉ
ＴＯなどの透明電極３４を一画素の全体に積層して形成
すると共に、透明電極３４の上にアルミニウム、銀など
の反射率の高い金属からなる反射電極３５を、上述した
透過部３３を形成するための溝部分を除いて一画素の全
体に積層して形成している。また画素電極３９は隣接す
る画素電極３９と接しないで、且つ保護膜３１を介して
走査線２２と映像線２６と若干重なるようにして形成さ
れている。画素電極３９のうち透明電極３４が表面に露
出した範囲が透過部３３であり、この透過部３３におい
てバックライト１０からの光が通過する。本実施例にお
いては、１つの画素で透過部３３の占める割合は大体１
０〜２０％となっている。また反射電極３５が表面に露
出した範囲が非透過部３６であり、この非透過部３６に
おいて外光が反射される。保護膜３１表面に設けられた
凹凸によって非透過部３６の表面にも凹凸が形成される
ことになり、この凹凸により外光の反射特性が向上す
る。なお本実施例では透明電極３４を一画素全体に形成
しているが、透過部３３を形成する溝にだけ透明電極３
４を形成し、他の部分については反射電極３５だけを形
成してもよい。

【００２３】そして、総ての画素を覆うように配向膜
（図示せず）を形成して半透過型液晶パネル２０のアレ
イ基板３７となる。またカラーフィルタ、透明電極等を
形成したカラーフィルタ基板３８をこのアレイ基板３７
と対向させ、両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入
して半透過型液晶パネル２０が完成する。

【００２４】アレイ基板３７には非透過部３６の一部に
乱反射層３０が形成されている。この乱反射層３０は基
板２１と画素電極３９との間に形成されており、本実施
例ではゲート絶縁膜２４の上に設けられている。乱反射
層３０にはゲート絶縁膜２４側に凹凸部が形成されてい
る。乱反射層３０は各画素に形成されている。乱反射層
３０は透過部３３を囲むように形成されている。乱反射
層３０はＴＦＴ２９部分には形成されていない。乱反射
層３０は走査線２２と重ならないように、また映像線２
６と接しないように間をあけて形成されている。

【００２５】バックライト１０のプリズムシート１６か
ら出射し、半透過型液晶パネル２０に対して略垂直に入
射する光の内、非透過部３６に向かう光の一部は乱反射
層３０に向かってくる。この乱反射層３０に向かってく
る光は乱反射層３０によって反射されるが、その際には
進行してきた経路の方向とは異なる経路の方向へ反射さ
れる。

【００２６】乱反射層３０で反射した光の一部はそのま
ま透過部３３へ向かい、プリズムシート１６の透過部３
３部分に達する。この光はプリズムシート１６へ再度入
射しまたプリズムシート１６から出射してくるか、また
はプリズムシート１６の表面で半透過型液晶パネル２０
側に反射する。

【００２７】乱反射層３０で反射した光の一部はプリズ
ムシート１６から出射した位置とは異なる位置に再入射
し、またプリズムシート１６から出射してくる。乱反射
層３０で反射した光の一部はプリズムシート１６の表面
で半透過型液晶パネル２０側に反射する。

【００２８】このようなことを繰り返すことにより乱反
射層３０で反射した光は、プリズムシート１６の表面で
反射して透過部３３を通過し、またはプリズムシート１
６の透過部３３部分から出射して透過部３３を通過する
ことになる。また乱反射層３０で反射した光はバックラ
イト１０と乱反射層３０との間でそれほど反射を繰り返
さないうちに透過部３３を通過してしまうので、導光板
１２やプリズムシート１６に吸収されてしまう光は減少
する。

【００２９】半透過型液晶パネル２０のアレイ基板３７
を製造する工程を説明する。最初に基板２１上に２５０
０Åの厚さのアルミニウムを形成しパターニングにより
走査線２２、ゲート電極２３を形成する。次ぎに４００
０Åの厚さで窒化シリコンを塗布しゲート絶縁膜２４を
積層する。非透過部３６の一部には、ゲート絶縁膜２４
の上に複数の凹凸部が形成されている。

【００３０】この凹凸部はゲート絶縁膜２４の上にレジ
ストを塗布し、凹凸部を形成するためのマスクを用いて
露光し、エッチングした後レジストを取り除いて形成さ
れている。このマスクには凹凸部を形成するために所定
のパターンが描かれており、本実施例では不規則になら
んだ小さな円が描かれたものを用いている。凹凸部はゲ
ート絶縁膜２４の内ＴＦＴ２９を構成する部分には形成
されていない。また走査線２２、映像線２６の位置には
形成されていない。次ぎにゲート絶縁膜２４を介してゲ
ート電極２３の上に半導体層２５を形成する。

【００３１】次ぎに、基板２１の全面に２５００Åの厚
さのアルミニウムを形成しパターニングにより映像線２
６、ソース電極２７、ドレイン電極２８を形成すると共
に乱反射層３０を形成する。この乱反射層３０はゲート
絶縁膜２４上の凹凸部を覆うようにして形成されてい
る。この乱反射層３０は各画素に形成されている。乱反
射層３０はＴＦＴ２９と接しないで、透過部３３を囲む
ように形成されている。乱反射層３０は走査線２２と重
ならないように、また映像線２６と接しないように間を
あけて形成されている。乱反射層３０を映像線２６等と
同一材料で且つ同一工程中に形成しているので、わざわ
ざ乱反射層３０だけを設ける工程を必要としない。さら
には乱反射層３０を独立した層として設けた場合よりも
半透過型液晶パネル２０を薄くすることができる。また
乱反射層３０はアルミニウムでできているので反射率が
高い。また乱反射層３０のバックライト１０側はゲート
絶縁膜２４上に形成した凹凸部形状をしているので、乱
反射層３０に向かってくるバックライト１０からの光を
乱反射させることができる。

【００３２】次ぎに、ゲート絶縁膜２４やＴＦＴ２９、
乱反射層３０の上に有機絶縁物から成る保護膜３１を積
層し、所定個所にコンタクトホール３２、透過部３３を
形成するための溝をエッチングして形成する。そして非
透過部３６部分の保護膜３１上に凹凸部を形成する。次
ぎにＩＴＯを積層し透明電極３４を形成する。そしてア
ルミニウムを積層し反射電極３５を形成して画素電極３
９を完成させる。なお本実施例では、反射電極３５は透
過部３３を形成するための溝の側壁にも形成されてい
る。このようにすることにより側壁部分でも半透過型液
晶パネル２０内に入射してきた外光を反射できる。さら
には乱反射層３０で反射し透過部３３へ向かう光のう
ち、透過部３３を通過するまでに保護膜３１に入射して
しまう光を反射電極３５によって反射させることができ
る。

【００３３】なお、本発明の要旨は、半透過型液晶パネ
ル２０の非透過部３６にバックライト１０からの光を透
過部３３に向ける反射層を設けることにより、光の利用
効率の向上を図るものであり、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲であれば上記実施形態以外の形態も可能である。
反射層の一実施形態である乱反射層３０は映像線２６等
と同一材料を用いて同一工程中に作成したが、たとえば
反射率のよい別の材料を用いて、別工程により設けても
よい。またたとえば、最初に走査線２２の下に絶縁膜を
形成しておき、この絶縁膜に凹凸部を形成して、その上
に走査線２２を形成する際に走査線２２と同じ材料を用
いて乱反射層３０を形成してもよい。またたとえば、乱
反射層３０に向かってくる光が効率的に透過部３３へ向
かっていくように、乱反射層３０の凹凸部の形状を設計
してもよい。さらに乱反射層３０のバックライト１０側
に凹凸部を設けなくても、乱反射層３０の材料に光を散
乱させるような物質を混ぜたものを用いてもよい。

【００３４】また、反射層としては乱反射層３０ではな
く、たとえば平面上の反射層を透過部３３へ向けて傾斜
させ、反射層に向かってくるバックライト１０からの光
を透過部３３側へ反射させてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、バックライトから出射
され指向性を持つ光の内、半透過型液晶パネルの透過部
を通過しないで非透過部に向かっていく光は反射層によ
って透過部へ向かうことになる。したがって、バックラ
イトからの光の利用効率を向上することができ、より一
層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示装置および
その製造方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半透過型液晶表示装置を構成するバッ
クライトと半透過型液晶パネルの断面図である。

【図２】半透過型液晶パネルのアレイ基板側の平面図で
ある。

【図３】アレイ基板側のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１０ バックライト ２０ 半透過型液晶パネル ２１ 基板 ２２ 走査線 ２４ ゲート絶縁膜 ２６ 映像線 ２９ ＴＦＴ ３０ 乱反射層 ３３ 透過部 ３４ 透明電極 ３５ 反射電極 ３６ 非透過部 ３９ 透明電極

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｆ 1/1343 Ｇ０２Ｆ 1/1343 // Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆターム(参考） 2H042 BA03 BA12 BA20 DA02 DA04 DA11 DA21 DA22 2H091 FA14Z FA16Y FA21Z FA23Z FA42Z FB08 FD04 FD22 FD23 GA03 GA13 LA16 2H092 GA13 GA17 GA19 HA04 HA05 JA24 JB05 JB08 JB56 KA12 KA18 KB13 NA01 PA12 PA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バックライトと、前記バックライトの上
   に位置すると共に、前記バックライトからの光を通す透
   過部と外光を反射する非透過部から成る画素を複数有す
   る半透過型液晶パネルと、を備えた半透過型液晶表示装
   置であって、 前記非透過部には、前記画素に形成された画素電極より
   も前記バックライト側に、前記バックライトからの光を
   透過部に向ける反射層が設けられていることを特徴とす
   る半透過型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記半透過型液晶パネルは、透明な基板
   と、該基板上に形成された複数の走査線と、前記走査線
   と絶縁膜を介して直交するように形成された複数の映像
   線と、前記走査線と前記映像線とが交差するそれぞれの
   領域に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチン
   グ素子と接続すると共に保護膜を介して前記スイッチン
   グ素子の上に設けられた画素電極と、を備えており、 前記画素電極は、透明電極と反射電極を有し、 前記基板と前記反射電極との間に前記反射層が設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記反射層は、アルミニウムで形成され
   ていることを特徴とする請求項１または２記載の半透過
   型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記反射層は、前記非透過部に向かって
   きた前記バックライトからの光を乱反射するための乱反
   射層であることを特徴とする請求項１から３の何れか一
   項記載の半透過型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記乱反射層は、前記バックライト側に
   凹凸部を形成していることを特徴とする請求項４記載の
   半透過型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記乱反射層は、前記映像線と同一層に
   形成されていることを特徴とする請求項４または５記載
   の半透過型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記バックライトは、導光板と、前記導
   光板の横に位置する光源と、前記導光板の下に位置する
   反射板と、前記導光板の上に位置する拡散シートとプリ
   ズムシートとを備えるエッジ式のバックライトであるこ
   とを特徴とする請求項１から６の何れか一項記載の半透
   過型液晶表示装置。
8. 【請求項８】 バックライトと、前記バックライトから
   の光を通す透過部と外光を反射する非透過部から成る画
   素を複数有する半透過型液晶パネルと、を備えた半透過
   型液晶表示装置の製造方法であって、 前記半透過型液晶パネルの製造工程に、基板の上に複数
   の走査線を形成する工程と、前記走査線の上に絶縁膜を
   形成する工程と、前記絶縁層の上に前記走査線と直交す
   る複数の映像線を形成すると共に、前記バックライトか
   らの光を前記透過部に向ける反射層を形成する工程と、
   前記映像線と前記反射層の上に保護膜を介して画素電極
   を形成する工程と、が含まれていることを特徴とする半
   透過型液晶表示装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記反射層を形成する工程の前に、前記
   非透過部の前記絶縁膜部分に複数の凹凸部を形成する工
   程が含まれていることを特徴とする請求項８記載の半透
   過型液晶表示装置の製造方法。