JP2003255399A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半透過型ＬＣＤの高品質化の実現。 【解決手段】 第１基板１００には、画素毎に設けられ
たＴＦＴ１１０と、ＴＦＴ１１０を覆う絶縁膜上の１画
素領域の反射領域に、ＴＦＴ１１０と絶縁され、第２基
板側から透明第２電極を透過して入射される光を反射す
る反射層４４を形成する。第２電極と同様の仕事関数を
備える透明導電材料からなる第１電極５０が反射層４４
を直接覆い、透過領域を含む１画素領域内に形成され、
接続用金属層４２を介してＴＦＴ１１０と接続される。
第１、第２電極の特性を揃えられるので液晶を対称性よ
く交流駆動できる。反射領域と透過領域において液晶ツ
イスト角に応じて最適セルギャップｄｒ、ｄｔとするこ
とでいずれの領域でも最適な反射率、透過率を実現でき
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、各画素に反射領域
と透過領域の両方が設けられた半透過型の液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（以下ＬＣＤという）は薄
型で低消費電力であるという特徴を備え、現在、コンピ
ュータモニターや、携帯情報機器などのモニターとして
広く用いられている。このようなＬＣＤは、一対の基板
間に液晶が封入され、それぞれの基板に形成され電極に
よって間に位置する液晶の配向を制御することで表示を
行うものであり、ＣＲＴ（陰極線管）ディスプレイや、
エレクトロルミネッセンス(以下、ＥＬ）ディスプレイ
等と異なり、原理上自ら発光しないため、観察者に対し
て画像を表示するには光源を必要とする。

【０００３】そこで、透過型ＬＣＤでは、各基板に形成
する電極として透明電極を採用し、液晶表示パネルの後
方や側方に光源を配置し、この光源光の透過量を液晶パ
ネルで制御することで周囲が暗くても明るい表示ができ
る。しかし、常に光源を点灯させて表示を行うため、光
源による電力消費が避けられないこと、また昼間の屋外
のように外光が非常に強い環境下では、十分なコントラ
ストが確保できないという特性がある。

【０００４】一方、反射型ＬＣＤでは、太陽や室内灯等
の外光を光源として採用し、液晶パネルに入射するこれ
らの周囲光を、非観察面側の基板に形成した反射電極に
よって反射する。そして、液晶層に入射し反射電極で反
射された光の液晶パネルからの射出光量を画素ごとに制
御することで表示を行う。このように反射型ＬＣＤは、
光源として外光を採用するため、外光がないと表示が見
えないが、透過型ＬＣＤと異なり光源による電力消費が
なく非常に低消費電力であり、また屋外など周囲が明る
いと十分なコントラストが得られる。

【０００５】図９は、各画素ごとに薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ：Thin film Transistor）を備えた従来のアク
ティブマトリクス型の反射型ＬＣＤの１画素あたりの平
面構造（第１基板側）を示し、図１０は、この図９のＣ
−Ｃ線に沿った位置での反射型ＬＣＤの概略断面構造を
示している。

【０００６】反射型ＬＣＤは所定ギャップを隔てて貼り
合わされた第１基板１００と第２基板２００との間に液
晶層３００が封入されて構成されている。第１及び第２
基板１００及び２００としてはガラス基板やプラスチッ
ク基板などが用いられ、少なくともこの例では、観察面
側に配置される第２基板２００には透明基板が採用され
ている。

【０００７】第１電極１００の液晶側の面には、各画素
ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin film Transist
or）１１０が形成されている。このＴＦＴ１１０の能動
層１２０の例えばドレイン領域には、層間絶縁膜１３４
に形成されたコンタクトホールを介して各画素にデータ
信号を供給するためのデータライン１３６が接続され、
ソース領域は、層間絶縁膜１３４及び平坦化絶縁膜１３
８を貫通するように形成されたコンタクトホールを介し
て、画素ごとに個別パターンに形成された第１電極（画
素電極）１５０に接続されている。

【０００８】上記第１電極１５０としては、反射機能を
備えたＡｌ、Ａｇなどが用いられており、この反射電極
１５０上に液晶層３００の初期配向を制御するための配
向膜１６０が形成されている。

【０００９】第１基板１００と対向配置される第２基板
２００の液晶側には、カラー表示装置の場合カラーフィ
ルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）２１０が形成され、カラーフィルタ
２１０の上に第２電極として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de）等の透明導電材料が用いられた透明電極２５０が形
成されている。またこの透明電極２５０の上には、第１
基板側と同様の配向膜２６０が形成されている。

【００１０】反射型ＬＣＤは、上述のような構成を備え
ており、液晶パネルに入射され、反射電極１５０で反射
され、再び液晶パネルから射出される光の量を、画素ご
と制御して所望の表示を行う。

【００１１】反射型に限らず、ＬＣＤにおいては、焼き
付き防止のため液晶を交流電圧駆動している。透過型Ｌ
ＣＤでは、第１基板上の第１電極及び第２基板の第２電
極のいずれも透明であることが求められており、双方と
も電極材料としてＩＴＯが採用されている。従って、液
晶の交流駆動に際して、第１及び第２電極は、互いに
正、負電圧をほぼ同一の条件で液晶に印加することがで
きる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図１０の
ように、第１電極１５０として金属材料からなる反射電
極、第２電極２５０としてＩＴＯなどの透明金属酸化材
料からなる透明電極を用いた反射型ＬＣＤでは、駆動条
件によっては、表示のちらつき（フリッカ）が発生した
り、液晶の焼き付きの問題が起こることがあった。これ
は、例えば最近報告されている限界フリッカ周波数（Ｃ
ＦＦ）以下で液晶を駆動した場合に顕著である。ＣＦＦ
以下での駆動とは、ＬＣＤにおける一層の低消費電力化
を目的として、液晶の駆動周波数（≒第１及び第２電極
との対向領域にそれぞれ形成された画素それぞれにおけ
る液晶（液晶容量）へのデータ書き込み周波数）を、例
えばＮＴＳＣ規格などで基準とされている６０Ｈｚより
低くするなど、人の目にフリッカとして感知され得るＣ
ＦＦ以下、例えば４０Ｈｚ〜３０Ｈｚとする試みであ
る。ところが、従来の反射型液晶パネルの各画素をこの
ようなＣＦＦ以下の周波数で駆動したところ、上記フリ
ッカや液晶の焼き付きの問題は顕著となり、表示品質の
大幅な低下を招くことがわかったのである。

【００１３】図９、図１０に示すような反射型ＬＣＤの
フリッカや液晶焼き付き発生の原因について、出願人の
研究の結果、これらは上述のような液晶層３００に対す
る第１及び第２電極の電気的性質についての非対称性が
原因の一つであることが判明した。この非対称性は、第
２電極２５０に用いられるＩＴＯなどの透明金属酸化物
の仕事関数が４．７ｅＶ〜５．２ｅＶ程度であるのに対
し、第１電極１５０に用いられるＡｌなどの金属の仕事
関数が４．２ｅＶ〜４．３ｅＶ程度と差が大きいことに
起因すると考えられる。仕事関数の相違は、同一電圧を
各電極に印加した時に、実際に配向膜１６０，２６０を
介して液晶界面に誘起される電荷に差を生じさせる。そ
して、このような液晶の配向膜界面に誘起される電荷の
差により、液晶層内の不純物イオンなどが一方の電極側
に偏り、結果として残留ＤＣ電圧が液晶層３００に蓄積
される。液晶の駆動周波数が低くなればなるほど、この
残留ＤＣが液晶に及ぼす影響が大きくなってフリッカや
液晶の焼き付き発生が顕著となるため、特に、ＣＦＦ以
下での駆動は実質的には困難であった。

【００１４】なお、反射型ＬＣＤとしては、従来、第１
第２電極に透過型ＬＣＤのようにＩＴＯを用い、第１基
板の外側（液晶との非対向側）に別途反射板を設ける構
造も知られている。しかし、第１基板の外側に反射板を
設けた場合、透明な第１電極１５０及び透明第１基板の
厚さ分だけ光路長が伸び、視差による表示品質の低下が
発生しやすい。従って、高い表示品質の要求されるディ
スプレイ用途の反射型ＬＣＤでは、画素電極として反射
電極を用いており、上述のように駆動周波数を低くする
とフリッカ等を生ずるため、低消費電力化のために駆動
周波数を低下させることはできなかった。

【００１５】最近、屋外でも見やすく、また暗いところ
でも見やすいディスプレイとして、反射機能と光透過機
能の両方を備えた半透過型ＬＣＤが提案され、着目され
ている。この半透過型ＬＣＤでは、透過機能を実現する
ため透過型ＬＣＤと同様のＩＴＯなどの透明電極を用
い、反射機能を実現するためにＡｌなど反射特性の良い
反射電極を用いる。このような半透過型ＬＣＤにおいて
も、他のＬＣＤと同様に低消費電力化の要求が強いた
め、今後、上記反射型の場合と同様に、例えばＣＦＦ以
下での駆動でも良好な表示品質を得る必要がある。

【００１６】現在知られている半透過型ＬＣＤでは、透
過型ＬＣＤと同様にまず透明電極を積層し、次に、反射
電極をこの透明電極上の一部領域に積層する。このよう
な積層順とすれば、透過型ＬＣＤのプロセスにおいて、
透明電極形成後に反射電極を形成するプロセスを追加す
るだけでよく、アクティブマトリクス型の場合には、ス
イッチ素子と透明電極との接続は透過型ＬＣＤと同様の
プロセスで得られ、透明電極上に形成された反射電極は
そのまま透明電極と電気的に接続される。従って、透過
型ＬＣＤの場合とほぼ同様のプロセスにより、透明電極
とその一部を覆う反射電極とが電気的に一体となった反
射機能と透過機能を備えた画素電極を各画素に形成する
ことが可能となっている。

【００１７】しかし、電極をこのような積層順とする
と、第１基板側の反射領域では反射電極が液晶層側に配
置されることとなり、第２基板側の透明第２電極との間
の仕事関数の差により、上記反射型ＬＣＤと同じような
液晶の交流駆動の非対称によるフリッカなどの問題が発
生する。

【００１８】特に、半透過ＬＣＤでは、１画素内で、液
晶層側に上記反射電極が形成される領域と、形成されな
い領域が存在することとなり、反射領域と透過領域とで
発生するフリッカや液晶の焼き付きなどの発生の仕方が
異なるため、例えば液晶が部分的に焼き付くなど、不具
合の発生が一層目立ってしまう可能性がある。また、反
射モードと透過モードとを切り替えた場合に、表示品質
が急激に変わる可能性もありこのような急激な変化や、
場所による表示品質の違いは表示装置としての品質低下
につながり好ましくない。

【００１９】さらに、反射モードと透過モードを同一パ
ネルで実行することになるので、光学特性が反射領域と
透過領域で異なる場合には、その相違を考慮する必要も
あるが、まだ最適化には至っておらず、できるだけ効率
的にこのような調整を行う必要もある。

【００２０】上記課題を解決するために本発明は、半透
過型ＬＣＤにおいて液晶層に駆動電圧を印加する第１及
び第２電極の電気的特性をそろえ、フリッカや視差の影
響がなく、表示品質が高くて低消費電力な反射機能と、
透過機能と、を備えた液晶表示装置を実現することを目
的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はなされたものであり、以下のような特徴を備
える。

【００２２】第１電極を備える第１基板と、第２電極を
備える第２基板との間に液晶層が封入されて構成される
液晶表示装置であって、前記第１基板は、１画素領域内
の一部にのみ形成され前記液晶層に前記第２基板及び前
記第２電極を透過して入射される光を反射する反射層を
備え、前記第１電極として透明導電材料が用いられ、こ
の透明導電材料からなる第１電極は、１画素領域内の透
過領域を覆い、かつ反射領域では前記反射層上にこれを
直接覆って積層され、前記第１電極側における液晶配向
方角と、前記第２電極側での液晶配向方角との差である
ツイスト角は６０°以上に設定され、１画素領域内にお
いて、前記反射領域における前記第１電極と前記第２電
極との距離で規定されるギャップｄｒと、前記透過領域
における前記第１電極と前記第２電極との距離で規定さ
れるギャップｄｔとがほぼ等しい。

【００２３】以上のように１画素領域内に反射領域と透
過領域とが形成される半透過型の液晶表示装置におい
て、反射層の形成される反射領域及び透過領域のいずれ
においても、第１基板側において、液晶層側に透明導電
材料からなる第１電極を配置し、反射領域にのみこの第
１電極の下層に反射層を設ける。このように反射領域で
も透過領域でも液晶層側に透明導電材料からなる第１電
極を配置する構成とするので、この第１電極用の透明導
電材料として、例えば第２電極に用いられる透明導電材
料と仕事関数の類似した材料を採用することが容易とな
る。これにより、液晶層を第１電極と第２電極とによっ
て対称性よく駆動することができる。特に、各画素にお
ける液晶層の駆動周波数を例えば６０Ｈｚより低く設定
した場合でも、フリッカなど発生することなく高品質な
表示が可能である。

【００２４】さらに、以上のようにツイスト角６０°以
上の十分大きな角度であれば、液晶のツイスト角に対す
る最適な反射率または透過率を得るための反射領域及び
透過領域での各セルギャップがほぼ一致する。従って、
ツイスト角６０°以上の場合に、上記のようにギャップ
ｄｒとｄｔとをほぼ等しくすることで、反射領域でも、
透過領域でもそれぞれ最大の反射率、透過率を得ること
ができる。

【００２５】本発明の他の態様では、第１電極を備える
第１基板と、第２電極を備える第２基板との間に液晶層
が封入されて構成される液晶表示装置であって、前記第
１基板は、１画素領域内の一部にのみ形成され前記液晶
層に前記第２基板及び前記第２電極を透過して入射され
る光を反射する反射層を備え、前記第１電極として透明
導電材料が用いられ、この透明導電材料からなる第１電
極は、１画素領域内の透過領域を覆い、かつ反射領域で
は前記反射層上にこれを直接覆って積層され、前記第１
電極側における液晶配向方角と、前記第２電極側での液
晶配向方角との差であるツイスト角は８０°以下に設定
され、前記反射領域に形成された前記反射層の下にはギ
ャップ調整層が形成され、１画素領域内の前記反射領域
での前記第１電極と前記第２電極との距離で規定される
ギャップｄｒと、前記透過領域における前記第１電極と
前記第２電極との距離で規定されるギャップｄｔとの差
が、前記反射層の厚さより大きい。

【００２６】このように、ツイスト角８０°以下の液晶
層を採用する場合に、液晶のツイスト角に対する最適な
反射率または透過率を得るための反射領域及び透過領域
での各セルギャップが異なり、ギャップｄｒとｄｔとの
差を少なくとも反射層の厚さ以上の適切な値とすること
で、反射領域でも、透過領域でもそれぞれ最大の反射
率、透過率を得ることができる。例えば、ツイスト角０
°程度の場合に、ギャップｄｔに対してギャップｄｒが
０．４倍程度〜０．６倍程度の条件を満たすように設定
することができる。

【００２７】本発明の他の態様では、上記液晶表示装置
において、前記第１電極の前記透明導電性材料の仕事関
数と、前記第２基板の液晶層側に形成される前記第２電
極の透明導電性材料の仕事関数との差を０．５ｅＶ以下
とすることで、第１電極と第２電極とによって対称性よ
く液晶を駆動することが可能となる。

【００２８】本発明の他の態様では、上記液晶表示装置
において、前記第１基板には、さらに、画素ごとにスイ
ッチ素子が形成され、前記スイッチ素子を覆う絶縁膜の
上に前記スイッチ素子と絶縁されて前記反射層が形成さ
れ、前記スイッチ素子を覆う前記絶縁膜に形成されたコ
ンタクトホール内には接続用金属層が形成され、前記ス
イッチ素子と前記第１電極とが、該接続用金属層を介し
て電気的に接続される。

【００２９】このように、液晶側に第１電極を配置した
構成において、薄膜トランジスタ等のスイッチ素子と第
１電極の間に接続用金属層を介在させることにより、第
１電極の下層に形成される上記反射層のパターニング時
に、スイッチ素子の電極や能動層などが劣化することを
防止でき、反射層の上に形成される第１電極とスイッチ
素子とを確実に接続することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の好適
な実施の形態（以下実施形態という）について説明す
る。

【００３１】図１は、本実施形態に係る半透過型ＬＣＤ
として半透過型アクティブマトリクスＬＣＤを用いた場
合の第１基板側の平面構成の一部、図２は、図１のＡ−
Ａ線に沿った位置における１画素のＴＦＴ付近の概略断
面構成、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における
ＬＣＤ全体の概略断面構成を示している。アクティブマ
トリクス型ＬＣＤでは、表示領域内にマトリクス状に複
数の画素が設けられ、各画素に対してＴＦＴなどのスイ
ッチ素子が設けられる。スイッチ素子は、第１及び第２
基板の一方、ここでは、第１基板１００側に画素ごとに
形成され、このスイッチ素子に個別パターンに形成され
た画素電極（第１電極）５０が接続されている。

【００３２】第１及び第２基板１００，２００には、ガ
ラスなどの透明基板が用いられ、第１基板１００と対向
する第２基板２００側には、従来と同様に、カラータイ
プの場合にはカラーフィルタ２１０が形成され、このカ
ラーフィルタ２１０上に透明導電材料からなる第２電極
２５０が形成されている。第２電極２５０の透明導電材
料としては、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）やＩＴＯな
どが採用される。なお、アクティブマトリクス型では、
この第２電極２５０は各画素に対する共通電極として形
成されている。また、このような第２電極２５０の上に
は、ポリイミドなどからなる配向膜２６０が形成されて
いる。

【００３３】以上のような構成の第２基板側に対し、本
実施形態では、第１基板側の液晶層３００に対する電気
的特性を揃えるような電極構造が採用されている。具体
的には、第１基板１００上の配向膜の直下に、反射金属
電極ではなく、第２電極２５０と仕事関数の類似した材
料、即ち、ＩＺＯやＩＴＯなど、第２電極２５０と同様
の透明導電材料からなる第１電極５０を１画素領域のほ
ぼ全面を覆うように積層している。また、本実施形態で
は、半透過性を実現するために、１画素領域内に図示す
るように第２基板２００側から液晶層３００に入射され
る光を反射する反射領域と、バックライトなど、第１基
板１００側から光を第２基板側へと透過させる透過領域
とが形成されている。このうち、反射領域では、上記第
１電極５０に直接覆われ、第２基板側からの入射光を反
射する反射層４４が形成されている。また透過領域で
は、上記反射層４４は開口されていて存在せず、ここで
は後述するような平坦化絶縁膜３８の上に第１電極５０
が直接形成されている。

【００３４】第１電極５０として用いる材料は、第２電
極２５０の材料と同一とすることにより、液晶層３００
に対し、同一の仕事関数の電極が、間に配向膜６０，２
６０を介して配置されることになるため、第１電極５０
と第２電極２５０とにより液晶層３００を非常に対称性
よく交流駆動することが可能となる。但し、第１電極５
０と第２電極２５０とはその仕事関数が完全に同一でな
くても、液晶層３００を対称性よく駆動可能な限り近似
していればよい。例えば、両電極の仕事関数の差を０．
５ｅＶ程度以下とすれば、液晶の駆動周波数を上述のよ
うなＣＦＦ以下とした場合であっても、フリッカや液晶
の焼き付きなく、高品質な表示が可能となる。

【００３５】このような条件を満たす第１電極５０及び
第２電極２５０としては、例えば、第１電極５０にＩＺ
Ｏ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．２ｅＶ）、第２電極２５
０にＩＴＯ（仕事関数４．７ｅＶ〜５．０ｅＶ）、ある
いはその逆などが可能であり、材料の選択にあたって
は、透過率、パターニング精度などプロセス上の特性
や、製造コストなどを考慮して各電極に用いる材料をそ
れぞれ選択してもよい。

【００３６】反射層４４としては、Ａｌ、Ａｇ、これら
の合金（本実施形態ではＡｌ−Ｎｄ合金）など、反射特
性に優れた材料を少なくともその表面側（液晶層側）に
用いる。また、反射層４４はＡｌ等の金属材料の単独層
であってもよいが、平坦化絶縁膜３８と接する下地層と
してＭｏ等の高融点金属層を設けてもよい。このような
下地層を形成すれば、反射層４４と平坦化絶縁膜３８と
の密着性が向上するため、素子の信頼性向上を図ること
ができる。

【００３７】反射層４４は以上のようにＡｌなど導電性
材料によって構成されるが、この反射層４４上に積層さ
れる第１電極５０と、反射層４４とは電気的に絶縁され
る。絶縁される理由は、第１電極５０の材料としてＩＺ
Ｏや、ＩＴＯ等を採用する場合、これらがスパッタリン
グによって成膜されることによる。即ち、Ａｌなどから
なる反射層４４は、スパッタリング雰囲気に晒されるこ
とで、表面で酸化反応が起き、自然酸化膜で覆われるた
めである。そこで、本実施形態では、この反射層４４
は、従来の反射型ＬＣＤのように液晶を駆動するための
第１電極としては利用せず、反射層４４の上に形成した
透明導電層を第１電極５０として用いて液晶層３００に
表示内容に応じた電圧を印加することとしている。

【００３８】次に、本実施形態において設定されている
液晶のツイスト角と、反射領域における第２電極２５０
と第１電極５０との距離［セルギャップ］ｄｒ、透過領
域における第２電極２５０と第１電極５０との距離［セ
ルギャップ］ｄｔとの関係について説明する。本実施形
態において、液晶のツイスト角は、第１基板１００側に
おいて配向膜６０によって制御される液晶の初期配向の
基板面内における方角（ラビング角）と、第２基板２０
０側において配向膜２６０によって制御される液晶の初
期配向の基板面内における方角（ラビング角）との差に
相当する。

【００３９】図２及び図３に示すＬＣＤの構成では、液
晶のツイスト角は、６０°以上、例えば６３°、より好
適には７０°以上に設定されている。そして、反射領域
でのセルギャップｄｒと、透過領域におけるセルギャッ
プｄｔとは、図３に示すようにほとんど等しく設定され
ている。なお、実際には、透過領域においては反射層４
４が開口され、透明な第１電極５０が透過領域及び反射
領域のいずれにも形成されているため、セルギャップｄ
ｒとｄｔとがほぼ等しいとは、反射層４４の膜厚程度の
差を含むものとする。

【００４０】図５及び図６は、液晶のツイスト角に対す
る半透過型ＬＣＤの反射領域及び透過領域での特性につ
いての出願人が行った評価結果を表している。図５は、
同一電圧を液晶に印加した場合における反射領域での反
射率及び透過領域での透過率のツイスト角依存性を示
す。図５からわかるように、まず、反射領域での反射率
は、ツイスト角依存性がほとんどなく、ほぼどの角度で
も十分な反射率が得られている。一方、透過領域におけ
る透過率は、ツイスト角が大きくなるにつれ低下してい
る。従って、図５の結果から、ツイスト角はできれば小
さい方が、反射率だけでなく十分な透過率を得ることも
できること、及びツイスト角を大きくする場合には、透
過領域の透過率が許容値を下回らないよう考慮して設定
する必要があることがわかる。

【００４１】図６は、最適な反射率、透過率を達成でき
るΔｎｄ（以下最適Δｎｄ）のツイスト角依存性を示し
ている。但し、Δｎは、液晶の屈折率異方性であり、ｄ
はセルギャップ［第１電極と第２電極との距離］であ
る。図６からわかるように、ツイスト角が６０°程度、
より好適には７０°以上の場合には、反射領域の最適Δ
ｎｄと透過領域の最適Δｎｄはほぼ一致する。一方、透
過領域の最適Δｎｄの変化は少ないが、ツイスト角が７
０°程度より小さくなると反射領域の最適Δｎｄが小さ
くなることがわかる。ギャップｄの値等は図６の例から
求まる値に限られる訳ではないが、以上の図６の結果か
ら、ツイスト角６０°程度以上、より好適には７０°程
度以上である場合には、透過領域のセルギャップｄｔと
反射領域でのセルギャップｄｒの最適Δｎｄがほぼ等し
くなるので、図２及び図３に示したように、セルギャッ
プｄｔ、ｄｒをこの最適Δｎｄに応じたほぼ同じセルギ
ャップとすることで、最大反射率、透過率を得ることが
できる。

【００４２】一方、ツイスト角が８０°程度より小さ
く、より具体的には７０°程度より小さくなったとき、
図６では透過領域の最適Δｎｄは、０．２６から０．２
７５に変化する程度であるが、反射領域の最適Δｎｄ
は、ツイスト角７０°で０．２５５程度であった値が、
ツイスト角０°では、０．１４に低下する。

【００４３】ここで、半透過型であるから、液晶即ちΔ
ｎの値は、反射領域でも透過領域でも同じであるため、
ツイスト角が７０°程度以下のときには、反射領域と透
過領域で、それぞれの最適Δｎｄに応じた異なるセルギ
ャップｄｒ、ｄｔが実現されるように、第１電極５０と
第２電極２５０とのギャップを決める必要がある。各ギ
ャップを最適な値とすれば、最大反射率、透過率を得る
ことが可能となる。少なくとも、反射領域のギャップｄ
ｒを透過領域のギャップｄｔより小さくすることが必要
である。一例を挙げれば、図６において用いた液晶のΔ
ｎが０．０７２である時、ツイスト角０°の場合、透過
領域においては最適ギャップ［ｄｔ］３．３７μｍ、反
射領域においては最適ギャップ［ｄｒ］１．９４μｍと
なる。概略すると、ツイスト角０°の場合、透過領域の
ギャップｄｔに対し、反射領域のギャップｄｒが、その
約１／２程度（例えば、０．４〜０．６倍程度）となる
ように設定すればよいことがわかる。また、上記図５の
結果から、ツイスト角が小さい方が、角度依存性を示す
透過領域において透過率を高くすることができるので、
ツイスト角度を小さくし、反射領域と透過領域でそれぞ
れセルギャップを異なる値に設計することで、より高い
透過率・反射率を得ることが可能となる。

【００４４】図７及び図８は、ツイスト角が８０°以下
である場合に、反射領域と透過領域とで各セルギャップ
を最適な値に設定した場合、即ちいわゆるマルチギャッ
プ構造を示している。図７は、上記図１のＡ−Ａ線に沿
った位置での第１基板側の概略断面構造を表し、図８
は、図１のＢ−Ｂ線に沿った位置でのＬＣＤの概略断面
構造を示す。図７及び図８は、上述の図２及び図３と対
応しており、相違する点は、マルチギャップ構造が採用
され、反射領域と透過領域でそれぞれ異なるギャップが
実現されている点である。

【００４５】上述の通り、ツイスト角が８０°以下の場
合、求められる構造は、反射領域におけるギャップｄｒ
＜透過領域におけるギャップｄｔであり、これは、反射
層４４の下層に所望の厚さのギャップ調整層を形成する
ことで実現される。図７及び図８の例では、いずれもこ
のギャップ調整層として、平坦化絶縁層３８を利用して
おり、図８ではこの平坦化絶縁膜３８の厚さを要求され
るｄｒ、ｄｔに応じて反射領域で厚く透過領域で薄くし
ている。例えば、反射領域で必要な十分な厚さにあらか
じめこの平坦化絶縁層３８を形成した後、透過領域にお
いて選択的に平坦化絶縁膜３８をエッチングして厚さを
減ずるまたは、完全に除去することで実現できる。図８
の例では、要求されるｄｒ、ｄｔに応じて反射領域では
平坦化絶縁層３８を残し、透過領域では除去すること
で、ギャップを調整している。もちろん、反射領域のみ
平坦化絶縁層３８とは別にこの絶縁層３８と反射層４４
との間に専用のギャップ調整層を形成してもよい。

【００４６】次に、本実施形態に係る半透過型アクティ
ブマトリクスＬＣＤにおいて第１電極５０と対応するＴ
ＦＴ１１０とを確実に接続するための構造、及びこの構
造を実現する製造方法について図１〜図３及び図７，図
８を参照して説明する。なお、図７、図８に示すような
マルチギャップ構造を採用する場合でも、図２及び図３
のように単一ギャップ構造とする場合のいずれにおいて
も、ＴＦＴ１１０と対応する第１電極５０とは、以下の
ようなほぼ同一の工程により形成することができる。

【００４７】本実施形態において、ＴＦＴ１１０として
は、トップゲート型を採用しており、また、能動層２０
としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をレーザアニ
ールで多結晶化して得た多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を
用いている。もちろん、ＴＦＴ１１０は、トップゲート
型ｐ−Ｓｉに限定されるものではなく、ボトムゲート型
でもよいし、能動層にａ−Ｓｉが採用されていてもよ
い。ＴＦＴ１１０の能動層２０のソース・ドレイン領域
２０ｓ、２０ｄにドープされる不純物は、ｎ導電型、ｐ
導電型のいずれでもよいが、本実施形態ではリンなどの
ｎ導電型不純物をドープし、ｎ−ｃｈ型のＴＦＴ１１０
を採用している。

【００４８】ＴＦＴ１１０の能動層２０はゲート絶縁膜
３０に覆われ、ゲート絶縁膜３０上にＣｒなどからなり
ゲートラインを兼用するゲート電極３２が形成されてい
る。そして、このゲート電極３２形成後、このゲート電
極をマスクとして能動層２０には上記不純物がドープさ
れてソース及びドレイン領域２０ｓ、２０ｄ、そして不
純物がドープされないチャネル領域２０ｃが形成され
る。次に、このＴＦＴ１１０全体を覆って層間絶縁膜３
４が形成され、この層間絶縁膜３４にコンタクトホール
を形成した後、電極材料が形成され、このコンタクトホ
ールを介して、それぞれ、上記ｐ−Ｓｉ能動層２０のソ
ース領域２０ｓにソース電極４０が接続され、ドレイン
領域２０ｄにドレイン電極３６が接続される。なお、本
実施形態では、ドレイン電極３６は、各ＴＦＴ１１０に
表示内容に応じたデータ信号を供給するデータラインを
兼用している。一方、ソース電極４０は、後述するよう
に画素電極である第１電極５０に接続される。

【００４９】ソース電極４０及びドレイン電極３６の形
成後、基板全面を覆ってアクリル樹脂などの樹脂材料か
らなる平坦化絶縁膜３８が形成される。ここで、図７及
び図８のようにマルチギャプ構造が採用される場合に
は、平坦化絶縁層３８を反射領域で必要な厚さに形成し
た後、透過領域においてエッチングによりその厚さを減
じ、または除去する。あるいは、透過領域を基準とし
て、基板上面を平坦化するのに必要な厚さの平坦化絶縁
層３８をまず基板全面に形成し、次に反射領域に選択的
に必要な厚さのギャップ調整層を形成する。このときの
ギャップ調整層の形成は、平坦化絶縁層３８と同様、上
面が平坦となる材料を用いれば、上層に形成される反射
層４４の反射面の平坦性を維持させることができるが、
これに限らず、他の絶縁材料を用いても良い。

【００５０】以上のように平坦化絶縁層３８（ギャップ
調整層を含む）を形成した後、ソース電極４０の形成領
域にコンタクトホールを形成する。そして、このコンタ
クトホールに接続用金属層４２を形成し、ソース電極４
０とこの金属層４２とを接続する。ソース電極４０とし
てＡｌなどが用いられている場合に、金属層４２として
Ｍｏ等の金属材料を採用することで、ソース電極４０と
の接続は良好なオーミックコンタクトとなる。なお、ソ
ース電極４０は、省略することも可能であり、この場
合、金属層４２は、ＴＦＴ１１０のシリコン能動層２０
と接することとなるが、Ｍｏ等の金属は、このような半
導体材料との間でオーミックコンタクトを確立すること
ができる。

【００５１】接続用金属層４２の積層・パターニング
後、まず、基板全面に、反射層用のＡｌ−Ｎｄ合金や、
Ａｌなど、反射特性に優れた反射材料層が蒸着やスパッ
タリングなどによって積層される。積層されたこの反射
材料層は、金属層４２と後に形成される第１電極５０と
のコンタクトを妨げないようＴＦＴ１１０のソース領域
付近（金属層４２の形成領域）および透過領域に残存し
ないようにエッチング除去され、例えば図１に示すよう
なパターンの反射層４４が各画素の反射領域に形成され
る。なお、ＴＦＴ１１０（特にチャネル領域２０ｃ）に
光が照射されてリーク電流が発生してしまうことを防止
し、かつ反射可能な領域（つまり表示領域）をできるだ
け広くするために、本実施形態では、反射層４４は、図
１のように、ＴＦＴ１１０のチャネル上方領域にも積極
的に形成している。

【００５２】このような反射層４４のパターニングに際
し、上記Ｍｏ等からなる金属層４２は、十分な厚さ（例
えば０．２μｍ）を備え、かつエッチング液に対して十
分な耐性を備える。従って、金属層４２上の反射層４４
をエッチング除去した後もこの金属層４２は完全に除去
されずにコンタクトホール内に残存することができる。
また、多くの場合、ソース電極４０等には、反射層４４
と同様な材料（Ａｌ等）から構成されるため、上記金属
層４２が存在しないと、ソース電極４０が反射層４４の
エッチング液に浸食されて断線等が発生してしまう。し
かし、本実施形態のように金属層４２を設けることで、
反射層４４のパターニングに耐えて、ソース電極４０と
の良好な電気的接続が維持することができる。

【００５３】反射層４４のパターニング後、透明導電層
がスパッタリングによって反射層４４を含む基板全面を
覆うように積層される。ここで、上述のようにＡｌなど
からなる反射層４４の表面は、このとき絶縁性の自然酸
化膜で覆われるが、Ｍｏ等の高融点金属は、スパッタリ
ング雰囲気に晒されても表面は酸化されない。従って、
コンタクト領域において露出した金属層４２は、この金
属層４２の上に積層される第１電極用の透明導電層との
間でオーミックコンタクトすることができる。なお、透
明導電層は、成膜後、図１に示すように画素毎に独立
し、かつ１画素領域内では反射領域と透過領域で共通し
た形状にパターニングされ、これにより画素電極（第１
電極）５０が得られる。また、各画素領域に第１電極５
０がパターニング形成された後には、基板全面を覆うよ
うにポリイミドなどからなる配向膜６０が形成され第１
基板側が完成する。後は、配向膜２６０まで形成した第
２基板２００とこの第１基板１００とを一定のギャップ
に離して基板の周辺部分で貼り合わせ、基板間に液晶を
封入して、液晶表示装置を得る。

【００５４】ここで、ＴＦＴ１１０と第１電極５０とを
接続するために用いる接続用金属層４２は、ソース電極
４０がＭｏ等の高融点金属層によってＡｌ層が挟まれた
多層構造を備える場合においても、この多層構造のソー
ス電極４０と良好な接続を維持できる。ソース電極４０
のこのような多層構造は、例えば、図４に示すように能
動層２０側から順にＭｏ層／Ａｌ層／Ｍｏ層が積層され
た構成であり、ｐ−Ｓｉからなる能動層２０側にＭｏ層
が形成されていることで、Ａｌ層中にＳｉ原子が移動し
て能動層に欠陥が生ずることを防止しており、また最上
層にＭｏが形成されていることで、コンタクト形成、金
属層４２の形成・エッチング工程を経ても、金属層４２
との間の電気的接続が良好に維持することを可能として
いる。また、本実施形態では、接続用金属層４２とし
て、多層構造とされる場合のソース電極４０の最上層と
同様なＭｏ等を用いるので、このようなソース電極４０
とも非常に良好にコンタクトすることができる。

【００５５】また、上記接続用金属層４２が、上記ソー
ス電極４０のような多層構造を備えていてもよい。この
多層構造としては、例えば下層から順にＭｏ等の高融点
金属層／Ａｌ等の導電層／Ｍｏ等の高融点金属層の３層
構造、あるいはＡｌ等の導電層／Ｍｏ等の高融点金属層
の２層構造が採用できる。このような多層の金属層４２
が採用される場合に、下に配置されるソース電極４０と
しては、上記多層構造であってもよいし、Ａｌなどの単
層構造であってもよい。さらに、この接続用金属層４２
を能動層２０と直接コンタクトさせることも可能であ
り、この場合金属層４２として、上記同様の３層または
２層構造を採用することも可能である。いずれの場合に
おいても、金属層４２は、反射層４４のエッチングに耐
え、かつ該第１電極５０形成時に表面に絶縁膜が形成さ
れずに安定してかつ電気的接続特性を維持する必要があ
り、少なくとも、第１電極５０と接する表面側に高融点
金属層が形成されていることが好適である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、半
透過型ＬＣＤにおいて、一方の基板側の反射領域に選択
的に反射層を形成する必要がある場合においても、同等
な特性を有する第１電極と第２電極とを液晶層に対して
同等な位置に配置できる。従って、液晶を対称性よく交
流駆動することができる。このため、液晶の駆動周波数
を例えばＣＦＦ以下に設定したような場合であっても、
フリッカの発生がなく、また焼き付きを発生させること
なく高品質な表示の可能な半透過型ＬＣＤを実現でき
る。また、液晶層のツイスト角に応じて反射領域及び透
過領域でのセルギャップを調整することで、反射領域で
も透過領域でも最適な反射率、透過率を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係るアクティブマトリク
ス型の半透過型ＬＣＤの第１基板側の概略平面構成を示
す図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿った位置における第１基
板側の概略断面構成を示す図である。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における半透過
型ＬＣＤの概略断面構成を示す図である。

【図４】 図２のソース電極４０及び接続用金属層４２
の構造の一例を示す図である。

【図５】 透過領域及び反射領域における透過率・反射
率の液晶のツイスト角依存性を示す図である。

【図６】 透過領域及び反射領域における最適Δｎｄの
液晶のツイスト角依存性を示す図である。

【図７】 図１のＡ−Ａ線に沿った位置における第１基
板側の図２とは異なる例に係る概略断面構成を示す図で
ある。

【図８】 図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における半透過
型ＬＣＤの図３とは異なる概略断面構成を示す図であ
る。

【図９】 従来のアクティブマトリクス型の反射型ＬＣ
Ｄにおける第１基板側の一部平面構造を示す図である。

【図１０】 図９のＣ−Ｃ線に沿った位置における従来
の反射型ＬＣＤの概略断面構造を示す図である。

【符号の説明】

２０ 能動層（ｐ−Ｓｉ層）、３０ ゲート絶縁膜、３
２ ゲート電極（ゲートライン）、３４ 層間絶縁膜、
３６ ドレイン電極（データライン）、３８，３９ 平
坦化絶縁膜、４０ ソース電極、４２ 接続用金属層、
４４ 反射層、５０ 第１電極、６０，２６０ 配向
膜、１００ 第１基板、１１０ ＴＦＴ、２００ 第２
基板、２１０ カラーフィルタ、２５０ 第２電極、３
００ 液晶層。

フロントページの続き (72)発明者 小川 真司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山下 徹 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 小田 信彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 石田 聡 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 山田 努 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 HA02 HA08 HA21 KA02 KA11 KA25 2H091 FA14Y GA03 GA06 GA13 LA13 2H092 GA19 HA04 HA05 JA46 JB56 PA02 PA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１電極を備える第１基板と、第２電極
   を備える第２基板との間に液晶層が封入されて構成され
   る液晶表示装置であって、 前記第１基板は、１画素領域内の一部にのみ形成され前
   記液晶層に前記第２基板及び前記第２電極を透過して入
   射される光を反射する反射層を備え、 前記第１電極として透明導電材料が用いられ、 この透明導電材料からなる第１電極は、１画素領域内の
   透過領域を覆い、かつ反射領域では前記反射層上にこれ
   を直接覆って積層され、 前記第１電極側における液晶配向方角と、前記第２電極
   側での液晶配向方角との差であるツイスト角は６０°以
   上に設定され、 １画素領域内において、前記反射領域における前記第１
   電極と前記第２電極との距離で規定されるギャップｄｒ
   と、前記透過領域における前記第１電極と前記第２電極
   との距離で規定されるギャップｄｔとがほぼ等しいこと
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 第１電極を備える第１基板と、第２電極
   を備える第２基板との間に液晶層が封入されて構成され
   る液晶表示装置であって、 前記第１基板は、１画素領域内の一部にのみ形成され前
   記液晶層に前記第２基板及び前記第２電極を透過して入
   射される光を反射する反射層を備え、 前記第１電極として透明導電材料が用いられ、 この透明導電材料からなる第１電極は、１画素領域内の
   透過領域を覆い、かつ反射領域では前記反射層上にこれ
   を直接覆って積層され、 前記第１電極側における液晶配向方角と、前記第２電極
   側での液晶配向方角との差であるツイスト角は８０°以
   下に設定され、 前記反射領域に形成された前記反射層の下にはギャップ
   調整層が形成され、 １画素領域内の前記反射領域での前記第１電極と前記第
   ２電極との距離で規定されるギャップｄｒと、前記透過
   領域における前記第１電極と前記第２電極との距離で規
   定されるギャップｄｔとの差が、前記反射層の厚さより
   大きいことを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の液晶表示装置におい
   て、 前記ツイスト角が０°程度の場合に、前記透過領域にお
   ける前記第１電極と前記第２電極との距離で規定される
   ギャップｄｔに対し、前記１画素領域内の前記反射領域
   での前記第１電極と前記第２電極との距離で規定される
   ギャップｄｒが０．４倍程度〜０．６倍程度の条件を満
   たすことを特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一つに記載の液晶
   表示装置において、 前記第１電極の前記透明導電性材料の仕事関数と、前記
   第２基板の液晶層側に形成される前記第２電極の透明導
   電性材料の仕事関数との差は、０．５ｅＶ以下であるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載の液晶
   表示装置において、 前記第１基板には、さらに、画素ごとにスイッチ素子が
   形成され、 前記スイッチ素子を覆う絶縁膜上に、前記反射層が前記
   スイッチ素子と絶縁されて配置され、 前記スイッチ素子を覆う前記絶縁膜に形成されたコンタ
   クトホール内には接続用金属層が形成され、前記スイッ
   チ素子と前記第１電極とが、該接続用金属層を介して電
   気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか一つに記載の液晶
   表示装置において、 前記画素ごとにおける液晶層の駆動周波数は、６０Ｈｚ
   より低いことを特徴とする液晶表示装置。