JP2006039476A

JP2006039476A - 反射型液晶表示パネル

Info

Publication number: JP2006039476A
Application number: JP2004223314A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamazaki; 哲広山崎
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】ディスクリネーションが発生しても、画質劣化のない高画質な画像の反射型液晶液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】基板２上に形成されたトランジスタ２２と、このトランジスタ２２上に形成された絶縁層４と、この絶縁層４中に形成された通過孔を介してトランジスタ２２と接続された画素電極９と、画素電極９上及び反射画素電極９から露出した絶縁層４上に形成された配向膜１０と、から構成された基板２に対向配置され、配向膜１０の対向面に配向膜１３を有する透明電極１４と、画素電極９と透明電極１４との間に充填された液晶層１２と、画素電極９の間隙と透明電極１４との間に形成されたスペーサ１１と、からなり、絶縁層４中には、画素電極９の間隙から入射する入射光を吸収する光吸収層９が形成され、スペーサ１１の幅は、画素電極９の間隙幅よりも狭くなっているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用、事務用、及び産業用の情報表示端末として普及している液晶プロジェクタ及びプロジェクションＴＶに用いる反射型液晶表示パネルの構造に関するものである。

従来、分子配列が固体のような一定の秩序を保ちながら、その一方では液体のように流動性を有し、電界に対して配列を変えて光学的性質の変化として現れる液晶を用いた表示パネルとして液晶表示パネルが知られている。この液晶表示パネルは共通電極とこれに対抗して配置した個別に制御可能な画素電極との間に液晶を封じ込め、画素電極に選択的にデータ信号で制御された電界を印加することにより、対応する画素電極間の液晶の光学的特性を変化させる。

この液晶素子は透過型液晶表示パネルと、反射型液晶表示パネルとに大別される。
透過型液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は光学系の構成が比較的簡単になるのでコストダウンを図り易いメリットがある反面、表示パネルを小型化すると、画素電極を選択するスイッチトランジスタや配線の占める面積割合が増えて開口率が下がり、画像の明るさが低下して暗くなると言う欠点がある。

非特許文献１の図１に透過型液晶表示パネルと、反射型液晶表示パネルのＴＦＴアレイが記載されており、この図１に示されているように反射型液晶表示パネルは、反射画素電極の下にスイッチトランジスタや配線を配置するので、表示パネルを小型化しても開口率が下がらず、明るい画像を得ることが出来る。
従って、拡大投影方式の液晶表示装置には、小型高密度の表示パネルを使用した反射型液晶表示パネルが適している。

非特許文献１に記載されている反射型表示装置に用いる反射型液晶表示パネルの画素間隔は３０μｍ×３６μｍであり、開口率７０％としている。これは透過型液晶表示パネルの開口率６０％に比較し高性能であることを示している。

次に図６に示す反射型液晶表示パネルにおいては、入射光Ｌ３がガラス基板１５、透明電極１４、及び配向膜１３を通して液晶１２中に入射され、更に配向膜１０を経て反射画素電極９により反射され入射時とは逆の経路で反射光Ｒ３として出射される。このとき、液晶１２は透明電極１４と反射画素電極９との間に印加される画像信号に応じた電圧により変調されているので、それに応じて、入射光Ｌ３は変調されて、反射光Ｒ３となり図示していないスクリーンに投射されて、画像を表示することができる。

ところで、反射型液晶表示装置において歪やムラのない良好な画像を得るには、入射光Ｌ３を変調する液晶１２の厚みがマトリクス状に画素２３の配置された表示領域で均一であること、すなわちガラス基板１５上の配向膜１３とアクティブマトリクス基板２上の配向膜１０との間隔（以後、この間隔を単に基板間間隔という）が場所によらず均一に保持されていることが必要である。

このため、図６の反射型液晶表示パネルの断面図に示すように反射画素電極９間毎にフォトレジストによりスペーサ１１を例えば厚さ４μｍで材質ＳｉＯ２により形成する。このスペーサ１１は円柱の形状が主であるが、特許文献１の図３に示すように楕円形としたものも有る。

そして特許文献１においては、所定の配向方向を有する配向膜を、ガラス基板上およびアクティブマトリクス基板上、に形成してあって、これらの配向膜間に液晶を封入した液晶表示装置に適用し、信号電圧を供給すると、スペーサ周辺部において、配向方向と平行にディスクリネーションが発生し、表示品質の劣化を引き起こすと言う問題があった、と記載されている。
これは反射画素電極９間で供給される信号電圧に差を生じると、今までは配向膜間に縦方向に生じていた電位差が横方向にも生じることになり液晶配列の向きを変えてしまいディスクリネーションを発生していた。しかし、図７に示すように配向膜溝配列を画素配列に対し４５°とすることにより液晶配列への横方向の電位差の影響を軽減し反射画素電極９間に発生するディスクリネーションを減少させていた。
ところが、スペーサ１１を付加すると、スペーサ１１により配向膜間の電位差が減少してスペーサ１１とスペーサ１１近傍で横方向の電位差を再び生じディスクリネーションを発生させていた。

これは図７（Ａ）に示すような配向膜溝配列により配向方向が設定されると図７（Ｂ）に示すようにスペーサ１１の周辺の液晶配列が乱れ、ディスクリネーションが発生する。このスペーサ１１の周辺の液晶配列が乱れ、ディスクリネーションが発生すると図８のスペーサ１１周辺の拡大断面図に示すように、スペーサ１１から離れた個所の入射光Ｌ３、Ｌ４は液晶配列が正常な状態で反射画素電極９に付加された信号電圧に応じた反射光Ｒ３、Ｒ４を出射するが、スペーサ１１周辺の液晶配列が乱れた個所に入射された入射光Ｌ１、Ｌ２は反射画素電極９に付加された信号電圧に準じない反射光Ｒ１、Ｒ２を出射する。従ってこれらの反射光でスクリーン上に表示される画像の画質に劣化を生じる。

また、入射光Ｌ０はスペーサ１１を透過するので、反射画素電極９間の絶縁層４を通過しアルミニュウムのような金属から構成される遮光膜７により乱反射を起こし、図６に示すようにスイッチングトランジスタ２３内に入り込んで、スイッチングトランジスタ２３の動作に悪影響を与える。
特開２００３−５１９３号公報「液晶投射型ハイビジョン用高密度反射型ＴＦＴアレイ」、田窪米冶他、テレビジョン学会誌Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ５、ｐｐ．５４４〜５４９（１９９０）

このように、上述した反射型表示装置における、反射型液晶表示パネルの基板間間隔を均一にするために反射画素電極間毎に配置されたスペーサは、１方向の配向膜溝配列により設定された液晶の配列を中断させることになり、配向膜による液晶配列をスペーサ側に引き込んで液晶配列を乱していた。この状態で信号電圧を供給すると配向方向と平行にディスクリネーション(液晶の歪)が発生し、このディスクリネーション部分に入射された入射光が反射画素電極で反射されて画質劣化の要因となる反射光を出射すると言うことが問題点になっていた。

そこで本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、反射画素電極間毎にスペーサを形成しても、画質劣化の要因となる反射光を出射しない反射型液晶表示パネルを提供することを目的とする。

本願発明の第１の発明は、基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタと、前記複数のスイッチングトランジスタ上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に形成された通過孔を介して前記複数のスイッチングトランジスタと接続された複数の反射画素電極と、前記複数の反射画素電極上及び前記複数の反射画素電極から露出した前記絶縁層上に形成された第１配向膜と、から構成された素子基板に対向配置され、前記第１配向膜の対向面に第２配向膜を有する光透過性の共通電極と、前記素子基板の第１配向膜と前記共通電極の第２配向膜との間に充填された液晶層と、前記複数の反射画素電極の間隙と前記共通電極との間に形成された光透過性のスペーサと、からなる反射型液晶表示パネルにおいて、
前記絶縁層中には、前記複数の反射画素電極の間隙から入射する入射光を吸収する光吸収層が形成され、前記スペーサの幅は、前記複数の反射画素電極の間隙幅よりも狭いことを特徴とする反射型液晶表示パネルを提供する。
第２の発明は、前記スペーサの各端と前記複数の反射画素電極の端との距離は、前記複数の反射画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加して前記液晶を配向させる際に、前記液晶層と前記スペーサとの間に生じるディスクリネーション領域幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示パネルを提供する。

本発明によれば、基板間間隔を一定に保つスペーサを用いても、画質劣化の要因となるスペーサ周辺に発生するディスクリネーションによる反射光を出射しないので、画質劣化のない高画質な画像を表示する反射型液晶表示パネルを得ることが出来る。

以下に本発明の実施形態に係る画像入力装置について図１〜図５を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態における反射型液晶表示パネルの断面図を示す図である。図２は反射画素電極とスペーサの配置を示す図であり（Ａ）はディスクリネーションが発生している領域Ａの反射型画素電極部分を削除した状態を示す図であり、（Ｂ）はディスクリネーションの発生が少ない領域Ｂと領域Ｃの反射型画素電極部分はそのままとした状態を示す図である。図３はディスクリネーションの実験結果を示す図であり、（Ａ）は黒色画面においてディスクリネーション領域のみ反射して白く光っている状態を示す実測写真であり、（Ｂ）は測定位置を示す図である。図４は図２(Ａ)におけるＡ−Ａ‘の断面を拡大して示し、反射画素電極とスペーサ部分の入射光及び反射光を示す図である。図５は光吸収膜とスペーサの波長特性を示す図であり、（Ａ）に光吸収膜波長特性を示し、（Ｂ）にスペーサ波長特性を示す図である。

図１に示すように本発明の実施形態に係る反射型液晶表示パネル１は、基板２上に形成された複数のスイッチングトランジスタ２２と、この複数のスイッチングトランジスタ２２上に形成された絶縁層４と、この絶縁層４中に形成された通過孔を介して複数のスイッチングトランジスタ２２と接続された複数の反射画素電極９と、複数の反射画素電極９上及び複数の反射画素電極９から露出した絶縁層４上に形成された配向膜１０と、から構成されたアクティブマトリクス基板２に対向配置され、配向膜１０の対向面に配向膜１３を有する透明電極１４と、アクティブマトリクス基板２の配向膜１０と透明電極１４の配向膜１３との間に充填された液晶層１２と、複数の反射画素電極９の間隙と透明電極１４との間に形成された光透過性のスペーサ１１と、からなり、絶縁層４中には、複数の反射画素電極９の間隙から入射する入射光を吸収する光吸収層９が形成され、スペーサ１１の幅は、複数の反射画素電極９の間隙幅よりも狭くなっているものである。

そして図２に反射画素電極９とスペーサ１１の配置を示す。図２（Ａ）に示すようにスペーサ１１によってスペーサ１１の周辺の領域Ａにおける斜線部にディスクリネーションが発生するので、この部分の反射画素電極９を削除する。このようにすればディスクリネーションによって発生する歪んだ反射光は除去することが出来る。
また図２（Ｂ）に示すようにディスクリネーションの発生の少ない領域Ｂと領域Ｃの反射画素電極９は削除せずディスクリネーションの発生の多い領域のみを削除すれば反射光の除去を少なくすることが出来るから反射光の利用効率が向上する。

スペーサ１１によってディスクリネーションがどのくらい発生するかを実験により確認した。図３（Ａ）は黒色画面においてディスクリネーション領域のみ反射して白く光っている状態を示す実測写真である。そして図３（Ｂ）に示すような測定位置において、直径Ｄ０のスペーサ１１の周辺に発生するディスクリネーションの直径Ｄ１を測定したところ次のような結果を得た。

反射画素間隔Ｐ０スペーサ直径Ｄ０ディスクリネーション直径Ｄ１
１３．５μｍ２．１μｍ３．１μｍ
１０．０μｍ２．１μｍ３．１μｍ

この結果、ディスクリネーションの発生はスペーサ直径によって定まり、反射画素間隔すなわちスペーサ間隔の影響は受けないことが判明した。
スペーサによってディスクリネーションが発生する要因は上述したが、反射画素電極９上の第1配向膜１０と、透明電極１４上の第２配向膜１３により同一方向に配向された液晶分子が両電極間に信号電圧を付加した時にスペーサ近傍の電界分布がスペーサから離れた個所と異なるためである。実験によれば、両電極間に反射光がゼロとなるような信号電圧を付加した際に、ディスクリネーションが発生しているスペーサ近傍の反射光は入射光に比較し略６２％であったので（図３（Ａ）の黒色画面においてディスクリネーション領域のみ反射して白く光っている部分）、スペーサ近傍の信号電圧とスペーサ間に横方向の電位差を生じ液晶分子の配向変化に影響している。

次に、図４に示すように、ディスクリネーションが発生する領域の反射画素電極９を削除した図２(Ａ)におけるＡ−Ａ‘断面において、スペーサ１１を通り抜ける入射光Ｌ０とディスクリネーションが発生する領域を通り抜ける入射光Ｌ１、Ｌ２は、スペーサ１１の直下及び近傍に光吸収膜８を遮光層７の上に窒化チタン（ＴｉＮ）等で形成することにより吸収され、アルミニュウムのような金属を用いている遮光層７による乱反射を防ぐことができる。

この光吸収膜８はディスクリネーションの発生した領域及びスペーサ１１の直下及び近傍に形成されるが、入射光は可視光領域の波長がほとんどであるので、可視光領域の波長の光を吸収する光吸収膜波長特性を有する性能とし、例えば図５（Ａ）に示すように出来るだけ可視光領域では反射率の低い性能とする。

また、スペーサ１１は２酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の無機膜で形成しフォトリソグラフィでレジストをマスクとしたエッチングで形成する。或いは、感光性樹脂膜により直接パターン化しても良い。画素２３のサイズが１０μｍの場合、スペーサ１１は１〜２μｍが適している。これより小さいとスペーサ１１の強度が低下し基板間隔の保持が出来ず、これより大きいと反射光の利用効率が低下し表示する画像のコントラストが悪化する。
そして、スペーサ１１から略１μｍ以内の反射画素電極９部分は削除しディスクリネーションの発生した領域の入射光は反射しないようにする。

スペーサ１１は図５（Ｂ）に示すようなスペーサ波長特性を有し特に光吸収膜８で吸収しにくい波長域を減衰させるようなスペーサ波長特性となるよう設定する。このようにすれば図４（Ａ）の点線で示すように光吸収膜波長特性を改善することが出来る。

以上のように本発明の実施形態によれば、スペーサを用いて基板間隔を一定に保ち、かつスペーサ周辺部にディスクリネーションが発生しても、反射光とはならず、また入射光が反射型液晶表示パネルの内部に侵入しない構造とすることにより画質劣化のない高画質な画像を表示する反射型液晶液晶表示パネルを得ることが出来る。

本発明の実施形態における反射型液晶表示パネルの断面図を示す図である。反射画素電極とスペーサの配置を示す図であり（Ａ）はディスクリネーションが発生している領域Ａの反射型画素電極部分を削除した状態を示す図であり、（Ｂ）はディスクリネーションの発生が少ない領域Ｂと領域Ｃの反射型画素電極部分はそのままとした状態を示す図である。ディスクリネーションの実験結果を示す図であり、（Ａ）は黒色画面においてディスクリネーション領域のみ反射して白く光っている状態を示す実測写真であり、（Ｂ）は測定位置を示す図である。図２(Ａ)におけるＡ−Ａ‘の断面を拡大して示し、反射画素電極とスペーサ部分の入射光及び反射光を示す図である。光吸収膜とスペーサの波長特性を示す図であり、（Ａ）に光吸収膜波長特性を示し、（Ｂ）にスペーサ波長特性を示す図である。従来の反射型液晶表示パネルの断面図を示す図である。従来の反射画素電極とスペーサの配置を示す図であり、（Ａ）は配向膜溝配列を示す図であり、（Ｂ）はスペーサ周辺に発生するディスクリネーション発生部分を示す図である。従来の反射画素電極とスペーサ部分を拡大した断面図であり、スペーサ周辺の入射光及び反射光を示す図である。

符号の説明

１・・・反射型液晶表示パネル、２・・・アクティブマトリクス基板、３・・・シリコン基板、４・・・絶縁層、５・・・コンタクト、６・・・信号線配線、７・・・遮光層、８・・・光吸収膜、９・・・反射画素電極、１０・・・配向膜、１１・・・スペーサ、１２・・・液晶、１３・・・配向膜、１４・・・透明電極、１５・・・ガラス基板、１６・・・ソース、１７・・・ゲート電極、１８・・・ドレイン、１９・・・導電層、２０・・・容量電極、２１・・・電極、２２・・・スイッチングトランジスタ、２３・・・画素

Claims

基板上に形成された複数のスイッチングトランジスタと、前記複数のスイッチングトランジスタ上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に形成された通過孔を介して前記複数のスイッチングトランジスタと接続された複数の反射画素電極と、前記複数の反射画素電極上及び前記複数の反射画素電極から露出した前記絶縁層上に形成された第１配向膜と、から構成された素子基板に対向配置され、前記第１配向膜の対向面に第２配向膜を有する光透過性の共通電極と、前記素子基板の第１配向膜と前記共通電極の第２配向膜との間に充填された液晶層と、前記複数の反射画素電極の間隙と前記共通電極との間に形成された光透過性のスペーサと、からなる反射型液晶表示パネルにおいて、
前記絶縁層中には、前記複数の反射画素電極の間隙から入射する入射光を吸収する光吸収層が形成され、前記スペーサの幅は、前記複数の反射画素電極の間隙幅よりも狭いことを特徴とする反射型液晶表示パネル。
前記スペーサの各端と前記複数の反射画素電極の端との距離は、前記複数の反射画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加して前記液晶を配向させる際に、前記液晶層と前記スペーサとの間に生じるディスクリネーション領域幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示パネル。