JP2007079358A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射部にコンタクトホールを設けた場合にも、表示画像への悪影響を少なくした半透過型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の半透過型液晶表示装置１０は、各画素毎にスイッチング素子ＴＦＴ及び画素電極２１が設けられたアレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２とが液晶層２３を介して対向配置され、前記各画素毎の画素電極２１に反射部２０と透過部１９とが形成されており、前記アレイ基板の少なくとも反射部に前記画素電極とスイッチング素子とを隔てる層間絶縁膜１７が形成され、前記反射部の層間絶縁膜に形成したコンタクトホール１８を介して前記画素電極とスイッチング素子の電極とが電気的に接続され、前記カラーフィルタ基板の反射部に対応するカラーフィルタ層に２５は透明な窓部２７が設けられ、前記透明な窓部は前記アレイ基板のコンタクトホールと対向しない位置に配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、外光を反射する反射部とバックライトからの光を透過する透過部とを備えた半透過型液晶表示装置に関し、特に反射部のコンタクトホール部におけるセルギャップが大きくならないようにした半透過型液晶表示装置に関する。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に普及している。液晶表示装置は、自ら発光しないため、バックライトを備えた透過型の液晶表示装置が多用されている。しかしながら、バックライトの消費電力が大きいために、特に携帯型のものについては、消費電力を減少させるためにバックライトを必要としない反射型の液晶表示装置が用いられる。この反射型の液晶表示装置においては、外光を光源として用いるため、暗い室内等では表示画像が見えにくくなる。このため、近年では透過型と反射型の性質を併せて有した半透過型液晶表示装置の開発が進められている。

半透過型液晶表示装置は、透明電極を備えた透過部と、反射電極を備えた反射部とを１つの画素領域内に有しており、暗い場所においてはバックライトを点灯して透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライトを点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示する構造となっている。これにより、常にバックライトを点灯する必要がなく、消費電力を大幅に減少させることができる利点を有している。

図４は、下記特許文献１に従来として記載された半透過型液晶表示装置における１画素領域内の断面図を示す。この半透過型液晶表示装置１０Ａは、下側のアレイ基板１１及び上側のカラーフィルタ基板１２が対向するように配置されている。

アレイ基板１１においては、それぞれの画素ごとにゲート電極Ｇ、補助容量線Ｃｓが絶縁性で透明なガラス基板１３上に配置され、その表面を含むガラス基板１３全体が窒化硅素膜又は酸化硅素膜からなるゲート絶縁膜１４により覆われている。そして、ゲート電極Ｇの周囲にアモルファスシリコン層１５、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄが順次形成されてスイッチング素子であるＭＯＳ型の薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されている。

さらに、ＴＦＴを覆うように酸化硅素膜又は窒化硅素膜からなる保護膜１６が形成され、保護膜１６上にスキャッタリング層又は平坦化膜からなる層間膜１７が形成される。これらの保護膜１６及び層間膜１７に対し、エッチングを行うことによりコンタクトホール１８が形成される。コンタクトホール１８はＴＦＴのドレイン電極Ｄの上方に設けられ、ＴＦＴから離れた場所には層間膜１７が取り除かれた溝部が設けられる。この溝部が透過部１９に該当する。このように溝部を透過部１９とすることにより、反射部２０のセルギャップｄ１に対し、透過部１９のセルギャップｄ２を２倍とすること、すなわち、ｄ１＝（ｄ２）／２の関係に設定することができる。

保護膜１６や層間膜１７の上には透明電極２１が積層される。透明電極２１は、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）ないしはＩＺＯ（Indium-Tin-Oxide）を１画素全体に積層することにより形成される。さらに、透明電極２１上の透過部１９を除いた部分にＡｌを積層することにより反射電極２２を形成し、この反射電極２２を積層させた部分が反射部２０となる。この場合、透明電極２１はコンタクトホール１８の底部でドレイン電極Ｄと電気的に接続される。以上の反射電極２２の表面及び反射電極２２から露出している透明電極２１の表面には、配向膜（図示省略）が積層される。

カラーフィルタ基板１２においては、絶縁性で透明なガラス基板２４の表面にカラーフィルタ層２５が設けられ、ガラス基板２４及びカラーフィルタ層２５の表面には、透明樹脂からなるトップコート層２６が積層される。トップコート層２６は透明樹脂をスピンコーティングすることによって形成されるものである。このトップコート層２６の表面には、ＩＴＯないしＩＺＯからなる透明な対向電極を介して配向膜（いずれも図示省略）が形成されている。

さらに、カラーフィルタ層２５における反射部２０と対向した一部には、カラーフィルタ層が存在しない透明な窓部２７が設けられている。透明な窓部２７は反射部２０の色調を透過部１９の色調と同じようにするためのものである。この透明な窓部２７はトップコート層２６と同一の材料から形成されている。

半透過型液晶表示装置１０Ａは、以上のアレイ基板１１及びカラーフィルタ基板１２を対向させ、周囲をシール材によって貼り合わせ、これらの基板の間に液晶２３を封入することにより組み付けられる。使用に際しては、アレイ基板１１の下方に、周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト（図示省略）が配置され、暗い場所においてはバックライトを点灯させることによりこのバックライトからの光が透過部１９を透過することによって画像表示が行われ、明るい場所においてはバックライトを消灯するとともに外光が反射部２０で反射されることにより画像表示が行われる。
特開２００４−１４４９６５号公報（３頁、図５）

このような半透過型液晶表示装置１０Ａにおいては、反射部２０のコンタクトホール１８の部分には層間膜１７が存在していないため、コンタクトホール１８の部分でのセルギャップは反射部２０におけるセルギャップｄ１よりも大きくなる。そうすると、反射部２０においては、このコンタクトホール１８の部分でのセルギャップが相違しているとともに液晶分子の配向が乱れが生じるために、画像表示に悪影響を及ぼすという問題点が生じている。

このようなコンタクトホール１８の問題点は、カラーフィルタ層の透明な窓部２７がコンタクトホール１８に対向する上部に位置した場合には特に著しく現われることが見出された。本発明者等はこの原因について検討を重ねた結果、カラーフィルタ層の透明な窓部２７の部分とその周囲のカラーフィルタ層との間に段差Ｄが生じることから、反射部２０に存在するコンタクトホール１８の部分のセルギャップがより大きくなることに起因することに気付いた。

すなわち、カラーフィルタ層の透明な窓部２７は、カラーフィルタ層の表面に設けられるトップコート層と同じ材料で形成され、このトップコート層はカラーフィルタ基板に液状の透明樹脂をスピンコーティングした後に硬化させることによって形成されるが、カラーフィルタ層の全厚さは、カラーフィルタ層が存在している部分とカラーフィルタ層が存在しない透明な窓部２７とで同じにはならず、図４に示したように、透明な窓部２７の厚さが僅かに薄くなって、透明な窓部２７とそれに隣接するカラーフィルタ層が存在している部分との間に約０．５μｍ程度の段差Ｄが生じてしまうためである。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、反射部にコンタクトホールを設けた場合にも、画像表示への悪影響をなくして良好な画像表示を行うことが可能な半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置の発明は、各画素毎にスイッチング素子及び画素電極が設けられたアレイ基板とカラーフィルタ基板とが液晶層を介して対向配置され、前記各画素毎の画素電極に反射部と透過部とが形成された半透過型液晶表示装置において、

前記アレイ基板の少なくとも反射部に前記画素電極とスイッチング素子とを隔てる層間絶縁膜が形成され、前記反射部の層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前記画素電極とスイッチング素子の電極とが電気的に接続され、前記カラーフィルタ基板の反射部に対応するカラーフィルタ層には透明な窓部が設けられ、前記透明な窓部は前記アレイ基板のコンタクトホールと対向しない位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の半透過型液晶表示装置において、前記カラーフィルタ層の表面には透明なトップコート層が設けられており、前記透明な窓部は前記トップコート層と同一材料で形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の半透過型液晶表示装置において、前記アレイ基板上の層間膜は透過部においても反射部と同一の厚さに形成され、前記トップコート層は透過部よりも反射部の方が厚く形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記アレイ基板上の層間膜は透過部においても反射部と同一の厚さに形成され、前記反射部のカラーフィルタ層上のみにトップコート層が設けられていることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明によれば、アレイ基板における反射部のコンタクトホールの部分では、このコンタクトホールの深さに対応する分だけセルギャップが大きくなっているが、カラーフィルタ基板のカラーフィルタ層に設けられている透明な窓部がこのコンタクトホール上に位置しないように形成されているため、コンタクトホールに対応する位置のセルギャップが透明な窓部がコンタクトホール上に位置する場合に比べて大きくならずにすむので、コンタクトホール部のセルギャップが反射部のセルギャップに近づき、反射部の表示画質の悪化を防止することができるようになる。

また、請求項２に係る発明によれば、反射部の透明な窓部とカラーフィルタ層の表面に設けられるトップコート層とを同時に形成することができ、しかも、トップコート層２６の表面は完全には均一にできないとしても、透明な窓部２７に何も設けない場合よりは全体の厚さが均一に近くなるため、反射部のセルギャップのバラツキを少なくすることができ、反射部の表示画質が向上する。

また、請求項３及び４に係る発明によれば、透過部のセルギャップと反射部のセルギャップとの間の調整を反射部のトップコートの厚みを変えるだけで調整できるため、請求項１に係る発明の効果を奏しながらも、より反射部と透過部との間で表示画質に差異が生じないようにした半透過型液晶表示装置を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例及び図面を用いてより具体的に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための半透過型液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、各実施例においては、図４に示す従来例の構成と同一の構成部分には同一の参照符号を付して対応させて説明する。

実施例１の半透過型液晶表示装置を図１及び図２を用いて説明する。なお、図１は実施例１にかかる半透過型液晶表示装置１０のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。

この半透過型液晶表示装置１０は、アレイ基板１１及びカラーフィルタ基板１２を備えている。アレイ基板１１は、透明な絶縁性を有するガラス基板１３上に、アルミニウムやモリブデン等の金属からなる複数の走査線３１が等間隔で平行に形成されており、また、隣り合う走査線３１間の略中央には走査線３１と同時に補助容量線Ｃｓが平行して形成されている。そして、走査線３１からはＴＦＴのゲート電極Ｇが延設されている。

また、ガラス基板１３上には、走査線３１、補助容量線Ｃｓ、ゲート電極Ｇを覆うようにして窒化や酸化硅素などからなるゲート絶縁膜１４が積層され、また、このゲート電極Ｇの上にはゲート絶縁膜１４を介してアモルファスシリコン層１５が形成され、またゲート絶縁膜１４上にはアルミニウムやモリブデン等の金属からなる複数の信号線３２が走査線３１と直交するようにして形成されており、この信号線３２からはＴＦＴのソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓはアモルファスシリコン層１５と接触している。さらに、信号線３２及びソース電極Ｓと同一の材料でかつ同時形成されたドレイン電極Ｄがゲート絶縁膜１４上に設けられており、このドレイン電極Ｄもアモルファスシリコン層１５と接触している。

ここで、走査線３１と信号線３２とに囲まれた領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１４、アモルファスシリコン層１５、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング素子となるＴＦＴが構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴが形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量線Ｃｓによって各画素の補助容量を形成することになる。

そして、走査線３１、信号線３２、ＴＦＴ、ゲート絶縁膜１４を覆うようにして例えば酸化硅素或いは窒化硅素等の無機絶縁性材料からなる保護絶縁膜１６が積層され、少なくとも反射部２０における保護絶縁膜１６上に有機絶縁膜からなり表面に微細な凹凸部が形成された層間膜１７が積層されている。なお、図１及び図２においては反射部２０における層間膜１７の凹凸部は省略してある。また、保護絶縁膜１６と層間膜１７には、ＴＦＴのドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール１８が形成されている。

そして、それぞれの画素において、反射部２０の層間膜１７の表面には例えばアルミニウムや銀等の金属からなる反射電極２２が設けられ、さらに、この反射電極２２の表面及び透過部１９の保護絶縁膜１６の表面には例えばＩＴＯやＩＺＯからなる画素電極２１が形成され、この画素電極２１はコンタクトホール１８を介してＴＦＴのドレイン電極Ｄと電気的に接続されている。

一方、カラーフィルタ基板１２は、絶縁性を有する透明なガラス基板２４と、このガラス基板２４の表面に設けられたカラーフィルタ層２５とを備えている。カラーフィルタ層２５はそれぞれの画素に対応して形成されたＲ、Ｇ、Ｂからなる３色のフィルタによって構成され、また、反射部２０に対応するカラーフィルタ層には透明な窓部２７が形成されている。この透明な窓部２７は、この部分で白色を形成させ、カラーフィルタ層２５が形成されている箇所でそれぞれの色を形成させ、両者の色を混色させることにより反射部で必要な明るい表示を実現するようにしたものである。そして、この透明な窓部２７の面積は、各色によって明るさと色純度が最適な値となるように調整されており、通常は緑のカラーフィルタ層のものが最も面積が大きく、青のカラーフィルタ層のものが最も面積が小さくなるようにされている。

このカラーフィルタ層２５の表面全体には、透明な窓部２７の部分も覆うように、トップコート層２６が表示領域の全面に亘って設けられており、このトップコート層の表面はＩＴＯないしはＩＺＯからなる透明電極を介して配向膜が形成されている（何れも図示せず）。

以上のアレイ基板１１及びカラーフィルタ基板１２の間に液晶材料を封入することにより半透過型液晶表示装置が構成される。そして、アレイ基板１１の下方にバックライト（図示省略）を配置し、透過部１９においてはバックライトからの光を透過させることにより、また、反射部２０においては外光を反射電極２２によって反射させることにより、所定の画像表示が行われる。

この実施例１の半透過型液晶表示装置１０においては、カラーフィルタ層２５の透明な窓部２７は、アレイ基板１１の反射部２０に形成されているコンタクトホール１８上に位置しないように設けられている。なお、透明な窓部２７の形状は任意であり、平面視で円形ないしは方形の孔であってもよく、或いは方形ないしは多角形状の切り欠きであってもよい。

このカラーフィルタ層の透明な窓部２７は、カラーフィルタ層の表面に設けられるトップコート層２６の形成材料と同じ液状の樹脂材料（例えばポリイミド）を用いてスピンコーティングにより形成されるが、カラーフィルタ層の段差を完全には吸収できないため、透明な窓部２７のトップコート層とその周囲のトップコート層との間に約０．５μｍの段差Ｄが生じてしまう。

一般に、半透過型液晶表示装置１０においては、反射部２０のセルギャップｄ１の設計値は例えば２μｍとされ、透過部１９のセルギャップｄ２の設計値は例えば４μｍとされており、また、層間膜１７の厚さは約２μｍとされて、ｄ１＝（ｄ２）／２関係を満たすようにされている。そうすると、段差Ｄの存在によりコンタクトホール１８の部分のセルギャップは、透明な窓部２７がコンタクトホール１８上に位置していると約４．５μｍ（２μｍ＋２μｍ＋０．５μｍ）となるが、透明な窓部２７がコンタクトホール１８上に位置していない本実施例の場合は約４μｍ（２μｍ＋２μｍ）となる。

このように、実施例１の半透過型液晶表示装置１０におけるコンタクトホール１８の部分のセルギャップは、透明な窓部２７がコンタクトホール１８上に位置しているときのセルギャップよりも段差Ｄだけ、すなわち約０．５μｍだけ小さくなるため、半透過型液晶表示装置１０の反射部２０のセルギャップの設計値ｄ１＝２．０μｍに近づくので、コンタクトホール１８の部分での表示画質の劣化を透明な窓部２７がコンタクトホール１８上に位置している場合と比すると小さくすることができる。

実施例１では、アレイ基板１１の反射部にのみ層間膜１７を設けて反射部２０と透過部１９のセルギャップを調整した半透過型液晶表示装置１０について説明したが、実施例２ではアレイ基板１１全体に層間膜１７を設けて透過部１９及び反射部２０の高さを均一化し、カラーフィルタ基板１２に設けたトップコート層２６により反射部と透過部のセルギャップを調整した半透過型液晶表示装置１０'を作製した。この実施例２の半透過型液晶表示装置を図３を用いて説明する。なお、図３は、図１のＡ−Ａ線に対応する模式的な断面図であり、図３に示した半透過型液晶表示装置１０と同一の構成部分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

この実施例２の液晶表示装置１０'は、層間膜１７がアレイ基板１１の表示領域全体にわたって実質的に同一の厚さに設けられている点、及び、反射部２０のセルギャップｄ１の調整はカラーフィルタ基板１２に設けられたトップコート層２６によって行っている点、で実施例１の半透過型液晶表示装置１０とは構成が相違しており、その他の構成は実質的に同一である。

すなわち、実施例２の半透過型液晶表示装置１０'の透過部１９のセルギャップｄ２は例えば設計値が４μｍであり、カラーフィルタ層２５上のトップコート２６の厚さを約２μｍとすることにより、反射部２０のセルギャップｄ１は、ｄ１＝（ｄ２）／２となるようにされている。この場合においても、カラーフィルタ層２５の透明な窓部２７のトップコート層とその周囲のトップコート層との間には約０．５μｍの段差Ｄが生じているため、実施例２の半透過型液晶表示装置１０'においても透明な窓部２７はアレイ基板１１のコンタクトホール１８に対向する位置には存在しないようになされている。そのため、この半透過型液晶表示装置１０'においても、実施例１の半透過型液晶表示装置１０と同様の効果を奏することができる。

なお、実施例２の半透過型液晶表示装置１０'においては、カラーフィルタ基板１２のトップコート層２６を反射部２０に対応する位置にのみ設けた例を示したが、透過部１９に対応する位置のカラーフィルタ層２５の表面にも設けてもよい。この場合、カラーフィルタ基板１２のトップコート層２６の厚さを透過部１９に対応する位置の厚さよりも反射部２０に対応する位置の厚さを厚くして、セルギャップに関してｄ１＝（ｄ２）／２の関係を満たすようにすればよい。

実施例１に係る半透過型液晶表示装置１０のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。 実施例２の半透過型液晶表示装置における、図１のＡ−Ａ線に対応する模式的な断面図である。 従来例の半透過型液晶表示装置における１画素領域内の断面図である。

符号の説明

１０、１０'、１０Ａ 半透過型液晶表示装置
１１ アレイ基板
１２ カラーフィルタ基板
１３、２４ ガラス基板
１４ ゲート絶縁膜
１５ アモルファスシリコン層
１６ 保護膜
１７ 層間膜
１８ コンタクトホール
１９ 透過部
２０ 反射部
２１ 画素電極
２２ 反射電極
２３ 液晶
２５ カラーフィルタ層
２６ トップコート層
２７ （透明な）窓部
Ｓ ソース電極
Ｇ ゲート電極
Ｄ ドレイン電極
Ｃｓ 補助容量線

Claims (4)

1. 各画素毎にスイッチング素子及び画素電極が設けられたアレイ基板とカラーフィルタ基板とが液晶層を介して対向配置され、前記各画素毎の画素電極に反射部と透過部とが形成された半透過型液晶表示装置において、
   前記アレイ基板の少なくとも反射部に前記画素電極とスイッチング素子とを隔てる層間絶縁膜が形成され、前記反射部の層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前記画素電極とスイッチング素子の電極とが電気的に接続され、前記カラーフィルタ基板の反射部に対応するカラーフィルタ層には透明な窓部が設けられ、前記透明な窓部は前記アレイ基板のコンタクトホールと対向しない位置に配置されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 前記カラーフィルタ層の表面には透明なトップコート層が設けられており、前記透明な窓部は前記トップコート層と同一材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
3. 前記アレイ基板上の層間膜は透過部においても反射部と同一の厚さに形成され、前記トップコート層は透過部よりも反射部の方が厚く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記アレイ基板上の層間膜は透過部においても反射部と同一の厚さに形成され、前記反射部のカラーフィルタ層上のみにトップコート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。
   

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