JP2008275959A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に用いられた発光素子の長寿命化を実現でき、簡便な液晶表示装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる液晶表示装置は、画素毎に設けられたスイッチング素子２と、スイッチング素子２の上層に形成され、画素毎に区分けして設けられた有機ＥＬ素子５０と、有機ＥＬ素子５０上に形成された画素電極８とを有するＴＦＴアレイ基板１００と、ＴＦＴアレイ基板１００に対向配置された対向基板２００と、ＴＦＴアレイ基板１００と対向基板２００との間に形成され、スイッチング素子２に接続された画素電極８によって駆動する液晶層１０とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。

液晶表示パネルは、ガラスなどからなる一対の基板と、両基板間に挟持された液晶とを備える。この液晶表示パネルの一方の基板（ＴＦＴアレイ基板）上には、画素のスイッチング素子を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている。また、液晶表示パネルの画素単位で島状に透明電極（画素電極）が配列されている。これらの画素電極は、対応するＴＦＴの動作時に電気的に接続される。また、もう一方の基板（対向基板）上には、カラーフィルタが形成され、その上部には共通電極となる透明電極（対向電極）が形成されている。これら２枚の基板は、ＴＦＴを形成した面と、カラーフィルタを形成した面とを内側にして貼り合せられ、その２枚の基板の隙間に液晶が注入される。

液晶は、両側に形成された透明電極間に電圧がかかると、分子間の相互作用により規則性を持つ。この液晶を基板全域にわたり一様に配向させるために、２枚の基板の液晶層側には、それぞれ配向膜が形成される。配向膜としては、例えばラビング処理されたポリイミド膜が用いられる。さらに、液晶にかかる電圧に応じて透過光を変化させる光シャッターとして動作させるために、２枚の基板の外側には、それぞれ偏光板が貼り付けられる。偏光板は、吸収軸を有し、吸収軸に対して直角方向の光のみを透過させる。それぞれの基板に貼り付けられた２枚の偏光板は、動作モードに合わせて、吸収軸が組み合わされている。この動作モードは、一般的なものとしてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ−Ｎｅｍａｔｉｃ）方式が挙げられる。

液晶表示パネルの反視認側、すなわちＴＦＴアレイ基板の外側には、光源ユニット（バックライトと呼ぶ）が取り付けられている。バックライトは、光を反射・拡散させる導光板を備え、導光板の１辺（または２辺）に冷陰極蛍光管や熱陰極蛍光管などが配置されている。また、導光板の背面側には、反射シートが設けられ、導光板からの光を表示面側に反射させる。そして、導光板の発光面側には、光を拡散させる拡散シートが配置されている。この導光板と反射シートによって光が一様に上面照射し、拡散シートによって均一な光を得ることができる。このバックライトから照射された光は、液晶層を通過して、対向基板から表示光が放出される。液晶表示装置は、以上のように構成される。

このように、液晶表示装置では、バックライトが必要である。上記の構成以外にも、最近では、カラーフィルタをＴＦＴアレイ基板側に形成する構造や、広視野角技術としてＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式など液晶の配向方向を変えた方式が開発されている。いずれの液晶表示装置でも、バックライトは必要となる。

特に、携帯電話などのモバイルに用いられる液晶表示装置では、薄膜化、軽量化、省電力化が要求される。上記のようなバックライトを用いる液晶表示装置では、蛍光管から発した光を均一に上面照射するために構造的に薄く、軽くすることが困難であった。最近では、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ）を用いたバックライトによって、薄膜化、軽量化が可能となってきた。

このように、薄く、軽くするには、冷陰極蛍光管の替わりに、ＬＥＤを光源として用いるのが有利である。また、冷陰極蛍光管は、水銀を含むことから環境面を考慮しても、ＬＥＤに移行されていくと考えられている。ただし、現状は、冷陰極蛍光管に比べ消費電力が２倍程度大きく、価格についてもまだまだ冷陰極蛍光管より割高である。また、放熱量が大きいところからも、構造的な対策が必要とされる。

一方、液晶表示装置の他の表示装置において、有機ＥＬ表示装置の研究や開発が盛んで、一部製品化されてきている。有機ＥＬ表示装置は、対向配置された電極間に有機ＥＬ層が配置された有機ＥＬ素子を画素毎に形成している。有機ＥＬ素子は、電極に電流を流すことで自発光させる。そして、この電流に応じた有機ＥＬ素子の発光強度が階調表現となり、表示装置が可能となっている。このように、有機ＥＬ表示装置では、有機ＥＬ素子自身が自発光するため、バックライトが不要である。さらに、有機ＥＬ表示装置は、消費電力も少なく、有機ＥＬ自身の発光でカラー表現することも可能である。なお、有機ＥＬ材料は、水分の吸水によって劣化しやすい。このため、水分を含まず透過しない基板や、封止材料が必要であり、さらには、構造や製造過程によって水分が入り込まないように細心の注意が必要である。

このように、有機ＥＬ表示装置はバックライトが不要であることから、薄膜化、軽量化を実現することができる。さらに、有機ＥＬ表示装置は、消費電力が少なく、省電力化も実現することができる。しかし、有機ＥＬ表示装置の場合、液晶表示装置に用いられるようなＴＦＴ性能では、有機ＥＬ素子への電流制御が困難である。このため、高性能の低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）ＴＦＴが用いられる。また、このように高性能なＬＴＰＳ−ＴＦＴを用いたとしても、閾値電圧や電流バラツキを抑える必要がある。このため、ＬＴＰＳ−ＴＦＴを画素毎に４乃至６個程度配置し、補償回路を構成する。これら高性能なＬＴＰＳ−ＴＦＴの製造は、複雑かつ制御が非常に難しい。このように、有機ＥＬ表示装置は、薄膜化、軽量化、省電力化を実現することができるが、制御が難しかったり、コストが高くなったりしてしまう。

そこで、薄膜化、軽量化、省電力化を実現し、かつ低コスト化を実現するために、上記の自発光する有機ＥＬ素子をバックライトとして用いた液晶表示装置が開発されている（特許文献１参照）。これによれば、表示面全体に有機ＥＬ素子を形成することで光を面放出することができる。また、有機ＥＬ素子は、極薄膜で形成できるといった特徴を持つため好ましい。

しかし、特許文献１の液晶表示装置は、基板上に有機ＥＬ素子形成したバックライトを液晶表示パネルの背面に配置するため、薄膜化、軽量化が十分に実現できない。そこで、液晶表示パネル内に有機ＥＬ素子を形成し、この有機ＥＬ素子を光源として用いた液晶表示装置が特許文献２及び特許文献３に開示されている。これにより、別途基板等を用いる必要がなく、さらなる薄膜化、軽量化を実現することができる。特許文献２に記載の液晶表示装置は、対向基板側に有機ＥＬ素子が形成されている。そして、有機ＥＬ素子を常時発光させ、この有機ＥＬ素子からの光が液晶層を通過することにより、透過光が制御される。また、特許文献３に記載の液晶表示装置は、画素電極として反射材料を用いた反射型の液晶表示装置である。画素電極には導光孔が形成されており、導光孔に対応してＴＦＴアレイ基板上に有機ＥＬ素子が形成されている。そして、使用環境の明るさによって、有機ＥＬ素子を駆動させる。このように、特許文献３においては、有機ＥＬ素子を補助的な光源として用いている。
特開平１０−７８５８２号公報 特開平８−１６６５８９号公報 特開平１１−２４９１３０号公報

しかし、特許文献２のように、光源として有機ＥＬ素子を用い、有機ＥＬ素子を常時発光させる液晶表示装置の場合、有機ＥＬ材料の欠点である表示寿命の問題が常に付きまとう。これは、有機ＥＬ素子の発光（使用）頻度、つまり駆動時間や経年変化により化学的に劣化しやすいことによる。さらには、有機ＥＬ素子からの発光が、ＴＦＴアレイ基板に形成されたＴＦＴ素子によって遮られ、光量が低減してしまう。また、特許文献３の液晶表示装置は、画素電極に導光孔を形成し、それに対応して有機ＥＬ素子を形成しなくてはならず、製造工程及び構造が複雑である。さらに、使用環境の明るさによって、有機ＥＬ素子の駆動を制御しなくてはならず、駆動方法も複雑である。

本発明は、上記の問題を鑑みるためになされたものであり、光源に用いられた発光素子の長寿命化を実現でき、簡便な液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる液晶表示装置は、画素毎に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の上層に形成され、画素毎に区分けして設けられた発光素子と、前記発光素子上に形成された画素電極とを有する第１の基板と、前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成され、前記第１のスイッチング素子に接続された前記画素電極によって駆動する液晶層とを有するものである。

本発明にかかる液晶表示装置の製造方法は、第１の基板と第２の基板とが対向配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶層が形成された液晶表示装置の製造方法であって、絶縁性基板上に、前記液晶層の液晶を駆動させる第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを同時に形成する工程と、前記第２のスイッチング素子によって駆動される発光素子を前記第２のスイッチング素子の上層に設け、前記第１基板を形成する工程とを有する方法である。

本発明によれば、光源に用いられた発光素子の長寿命化を実現でき、簡便な液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。

実施の形態．
図１を参照して、本実施の形態にかかる液晶表示装置について説明する。図１は、液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。

液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１００と、ＴＦＴアレイ基板１００に対向して配置される対向基板２００とを外周縁にて、シール材（不図示）を用いて貼り合わせ、その間に液晶層１０を形成して封止したものである。まず、第１の基板であるＴＦＴアレイ基板１００の構成について説明する。ＴＦＴアレイ基板１００は、ガラス等の絶縁性基板１を有し、絶縁性基板１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子２が形成されている。その上に、アノード電極３、有機ＥＬ層４、カソード電極５が順次形成され、発光素子である有機ＥＬ素子を構成する。すなわち、有機ＥＬ層４を挟むように、アノード電極３及びカソード電極５が形成されている。アノード電極３としては、光反射性を有するアルミニウムなどの導電性材料を用いることができる。カソード電極５は透明電極であり、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明性導電材料を用いることができる。

そして、有機ＥＬ素子のカソード電極５と、後述する液晶駆動用の画素電極８との絶縁のために、カソード電極５の上に、保護膜６が形成されている。また、保護膜６は、有機ＥＬ層４を水分から守る目的にも用いられる。保護膜６としては、無機絶縁膜が好ましい。しかし、保護膜６として無機絶縁膜を用いた場合、製造時に発生する膜応力による反りやピンホールの問題等がある。このため、保護膜６を無機絶縁膜と有機絶縁膜の積層構造とすれば、これらの問題が抑制され、より好ましい。保護膜６の上には、偏光板７があり、さらにその上部には画素電極８が形成されている。画素電極８は透明電極であり、ＩＴＯなどの透明性導電材料を用いることができる。画素電極８の上には、配向膜９が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１００は、以上のような構成となっている。

次に、第２の基板である対向基板２００について説明する。対向基板２００は、ガラス等の絶縁性基板１４を有し、絶縁性基板１４のＴＦＴアレイ基板１００側に、カラーフィルタ１３が形成されている。また、カラーフィルタ１３のＴＦＴアレイ基板１００側には、対向電極（共通電極）１２が形成されている。対向電極１２は透明電極であり、ＩＴＯなどの透明性導電材料を用いることができる。対向電極１２のＴＦＴアレイ基板１００側には、配向膜１１が形成されている。対向基板２００は、以上のような構成となっている。また、液晶にかかる電圧に応じて透過光を変化させる光シャッターとして動作させるために、対向基板２００の外側（視認側）には偏光板１５が貼り付けられる。

そして、ＴＦＴアレイ基板１００の電極形成面と、対向基板２００の電極形成面とは対向配置され、基板間に液晶層１０が形成される。上記のように、ＴＦＴアレイ基板１００及び対向基板２００の表面には、配向膜９、１１がそれぞれ形成されているため、配向膜９、１１が液晶層１０に直接接触する。これにより、液晶を一様に配向させることができる。配向膜９、１１としては、例えばラビング処理されたポリイミド膜を用いることができる。液晶表示装置は、以上のように構成される。なお、液晶表示装置の絶縁性基板１、１４の外側には、外光からの反射を防止するための光学フィルム等が貼り付けられている。ここでは、特に本発明の部分と関わらないことから省略している。

本実施の形態では、有機ＥＬ素子を光源として用いる。カソード電極５には、共通電位が供給されている。また、スイッチング素子２がオンされると、アノード電極３にスイッチング信号等が入力され、一定電圧が印加される。これにより、アノード電極３及びカソード電極５間に電流を供給され、カソード電極５からは正孔が、アノード電極３からは電子がそれぞれ有機ＥＬ層４に注入されて再結合する。その際に生ずるエネルギーにより有機ＥＬ層４内の有機発光性化合物の分子が励起される。励起された分子は基底状態に失活し、その過程において有機ＥＬ層４が発光する。このような有機ＥＬ素子は、画素毎に区分けして形成される。有機ＥＬ素子の場合、１０Ｖ以下の電圧で駆動させることができる。また、有機ＥＬ素子駆動用のスイッチング素子２としてＴＦＴを用いた場合、有機ＥＬ表示装置のように高性能な低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）を用いる必要はなく、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）ＴＦＴ、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを用いることができる。すなわち、液晶駆動用及び有機ＥＬ素子駆動用のスイッチング素子２として、同一構成のＴＦＴを用いることができ、製造過程において同時に形成することが可能となる。このため、製造工程を増やす必要がなく、生産性が低下しない。

また、対向電極１２には、共通電位が供給されている。そして、スイッチング素子２がオンされたとき、画素電極８に表示信号等が入力され、電圧が印加される。なお、ここで入力される信号は、上記のアノード電極３に入力される信号とは別の信号である。このように、液晶層１０を挟むように形成された画素電極８及び対向電極１２によって電圧を印加することにより、液晶が駆動される。すなわち、基板間の液晶の配向方向（配列構造）が変化する。これにより、液晶層１０を通過する光の偏光状態が変化する。すなわち、偏光板７を通過して直線偏光となった光は液晶層１０によって、偏光状態が変化する。具体的には、光源、すなわち有機ＥＬ素子からの光及び外部から入射した外光は、偏光板７によって直線偏光になる。そして、この直線偏光が液晶層１０を通過することによって、偏光状態が変化する。

従って、偏光状態によって、対向基板２００側の偏光板１５を通過する光量が変化する。すなわち、有機ＥＬ素子から液晶表示装置を透過する透過光のうち、視認側の偏光板１５を通過する光の光量が変化する。液晶の配向方向は、印加される表示電圧によって変化する。従って、表示電圧を制御することによって、視認側の偏光板１５を通過する光量を変化させることができる。すなわち、画素毎に表示電圧を変えることによって透過光を制御し、所望の画像を表示することができる。

ここで、第１のスイッチング素子である液晶駆動用のスイッチング素子２と、第２のスイッチング素子である有機ＥＬ素子駆動用のスイッチング素子２とは、同期して駆動する。すなわち、同じ画素内の液晶層１０及び有機ＥＬ層４に、互いに電圧を印加しながら、かつ互いに同期して駆動させる。これにより、有機ＥＬ素子からの発光が上面放射され、液晶によって透過光が制御させることで絶縁性基板１４上面にむかって表示光が放出される。図１においては、矢印方向に表示光が放出される。このように、画素毎に有機ＥＬ素子を発光させることにより、有機ＥＬ素子の発光（使用）頻度、すなわち駆動時間を低減させることができる。すなわち、有機ＥＬ層４の劣化が抑制され、光源に用いられた有機ＥＬ素子を長寿命化させることができる。これにより、液晶表示装置の表示寿命が長くなる。

一方、従来の液晶表示装置は、図２に示すような構成を有する。図２は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。従来の液晶表示装置におけるＴＦＴアレイ基板１００は、絶縁性基板１上に、スイッチング素子２、画素電極８、配向膜９が順次形成されている。また、対向基板２００は、絶縁性基板１４のＴＦＴアレイ基板１００側に、カラーフィルタ１３、対向電極１２、配向膜１１が順次形成されている。そして、ＴＦＴアレイ基板１００及び対向基板２００の電極形成面は対向配置され、基板間に液晶層１０が形成される。ＴＦＴアレイ基板１００及び対向基板２００の外側には、偏光板７、１５がそれぞれ貼り付けられる。さらに、ＴＦＴアレイ基板１００の背面側に、バックライト１６が配置される。画素電極８は、スイッチング素子２がオンされると、表示信号等が入力され、表示信号に応じた電圧が印加される。また、液晶駆動のスイッチング動作とは関係なく、バックライト１６を点灯させる。このため、バックライト１６に常時電圧を印加している。例えば、冷陰極蛍光管の場合、高電圧が必要となり、高電圧発生させるために、インバータ回路２０が必要である。

図１及び図２における絶縁性基板１、１４としてのガラス基板厚は、最近では０．２ｍｍ程度となっている。また、液晶層１０、スイッチング素子２、有機ＥＬ層４などについては、それぞれ１μｍ以下となっており、ガラス基板厚に比べて極薄である。このため、ＴＦＴアレイ基板１００及び対向基板２００を重ねても、せいぜい０．４５ｍｍ程度の厚みしか持たない。図２に示される従来の液晶表示装置の場合、さらにバックライト１６が必要である。このバックライト１６部分が占める厚さは、１ｍｍ以上あり、液晶表示装置の大部分の厚さを占めている。図１に示される本実施の形態にかかる液晶表示装置の場合、図２に示されるバックライト１６が不要であり、薄膜化が図れていることになる。また、図１のように、有機ＥＬ素子をＴＦＴアレイ基板１００に予め作り込み、バックライト１６が不要となったことにより、液晶表示装置のコストの中で４０％程度のコスト削減効果が望める。また、バックライト１６が不要であるため、構成部品数が削減でき、組み立て作業性が向上する。さらに、有機ＥＬ素子自身は、ＴＦＴ等のスイッチング素子２と同じ絶縁性基板１上に形成することから同じ工程内で製造され製造コスト高にはならない。また、有機ＥＬ素子の発光に必要とされる電流は、画素毎に１０μＡ程度でよい。このように、従来と比較して、本実施の形態にかかる液晶表示装置は、薄膜化、軽量化、省電力化、低コスト化を実現することができる。

次に、図３を参照して、液晶表示装置の動作について詳細に説明する。図３は、本実施の形態にかかる液晶表示装置の等価回路を示す図である。ここでは、１画素の構成を示している。また、比較のため、従来の液晶表示装置の等価回路を図４に示す。なお、図３及び図４においては、スイッチング素子２として、ＴＦＴを用いている。

ＴＦＴアレイ基板１００には、複数のゲート信号線（走査信号配線）３０、複数の共通配線４０、複数のソース信号線（表示信号配線）が形成されている。ソース信号線には、液晶４１に信号を供給する液晶駆動用ソース信号線４２と、有機ＥＬ素子５０に信号を供給する有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１とがある。複数のゲート信号線３０及び複数の共通配線４０は平行に設けられている。共通配線４０は、隣接するゲート信号線３０間にそれぞれ設けられている。すなわち、ゲート信号線３０と共通配線４０とは、交互に配置されている。同様に、複数のソース信号線４２、５１は平行に設けられている。また、液晶駆動用ソース信号線４２と有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１とは、交互に配置されている。そして、ゲート信号線３０及び共通配線４０と、ソース信号線４２、５１とは、互いに交差するように形成されている。ゲート信号線３０及び共通配線４０と、ソース信号線４２、５１とは直交している。そして、隣接する共通配線４０と液晶駆動用ソース信号線４２とで囲まれた領域が画素３１となる。従って、ＴＦＴアレイ基板１００では、画素３１がマトリクス状に配列される。

さらに、ＴＦＴアレイ基板１００の端部には、走査電極駆動回路３２、液晶信号電極駆動回路４３、及び有機ＥＬ信号電極駆動回路５２が設けられている。液晶信号電極駆動回路４３と有機ＥＬ信号電極駆動回路５２とは、ＴＦＴアレイ基板の対向する２辺の近傍にそれぞれ設けられる。ゲート信号線３０及び共通配線４０は、ＴＦＴアレイ基板１００の端部で、走査電極駆動回路３２に接続される。液晶駆動用ソース信号線４２は、ＴＦＴアレイ基板１００の端部で、液晶信号電極駆動回路４３に接続される。有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１は、ＴＦＴアレイ基板１００の端部で、有機ＥＬ信号電極駆動回路５２に接続される。走査電極駆動回路３２の近傍には、外部配線（不図示）が接続されている。同様に、液晶信号電極駆動回路４３及び有機ＥＬ信号電極駆動回路５２の近傍にも、外部配線（不図示）がそれぞれ接続されている。外部配線は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの配線基板である。

外部配線を介して走査電極駆動回路３２、液晶信号電極駆動回路４３、及び有機ＥＬ信号電極駆動回路５２に外部からの各種信号が供給される。走査電極駆動回路３２は外部からの制御信号に基づいて、ゲート信号（走査信号）をゲート信号線３０に供給する。このゲート信号によって、ゲート信号線３０が順次選択されていく。また、走査電極駆動回路３２は外部からの制御信号に基づいて、共通電位を共通配線４０に供給する。液晶信号電極駆動回路４３は外部からの制御信号や、表示データに基づいて表示信号（表示電圧）を液晶駆動用ソース信号線４２に供給する。これにより、表示データに応じた表示電圧及び共通電位を各画素３１の後述する液晶駆動部４４に供給することができる。また、有機ＥＬ信号電極駆動回路５２は外部からの制御信号や、表示データに基づいてスイッチング信号（スイッチング電圧）を有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１に供給する。これにより、一定電圧を各画素３１の後述する有機ＥＬ素子駆動部５３に供給することができる。なお、走査電極駆動回路３２、液晶信号電極駆動回路４３、及び有機ＥＬ信号電極駆動回路５２は、ＴＦＴアレイ基板１００上に配置される構成に限られるものではない。例えば、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）により駆動回路を接続してもよい。

画素３１内には、液晶４１を駆動させる液晶駆動部４４及び有機ＥＬ素子５０を駆動させる有機ＥＬ素子駆動部５３が隣接して形成されている。次に、液晶駆動部４４の構成について説明する。液晶駆動部４４は、図４の液晶駆動部４４と同様の構成を有している。液晶駆動部４４内には、少なくとも１つの液晶駆動用のＴＦＴ４５と蓄積容量４６が形成されている。ＴＦＴ４５は液晶駆動用ソース信号線４２とゲート信号線３０の交差点近傍に配置される。蓄積容量４６は、対向配置される電極間に誘電体絶縁膜を形成して構成される。そして、蓄積容量４６によって画素電極８に印加される電圧を一定時間保持することができる。例えば、このＴＦＴ４５が画素電極８に表示電圧を供給する。ＴＦＴ４５のゲート電極はゲート信号線３０に接続され、ゲート端子から入力される信号によってＴＦＴ４５のオンとオフを制御している。ＴＦＴ４５のソース電極は液晶駆動用ソース信号線４２接続されている。

すなわち、走査電極駆動回路３２からの走査信号（走査電圧）入力によって、ＴＦＴ４５のゲート電極にはオン電圧が印加される。これにより、ＴＦＴ４５がオン状態になる。同時に、液晶信号電極駆動回路４３からの表示信号（表示電圧）が印加されることにより、ソース電極とドレイン電極との間は導通状態となる。そして、液晶駆動用ソース信号線４２から電流が流れるようになる。これにより、液晶駆動用ソース信号線４２から、ＴＦＴ４５のドレイン電極に接続された画素電極８に表示電圧が印加される。そして、画素電極８と、対向電極１２との間に、表示電圧に応じた電界が生じる。同時に、液晶４１と並列に接続された蓄積容量４６にも表示電圧がかかっている。これにより、ＴＦＴ４５がオフされても、表示電圧が蓄積容量４６によって一定時間保持される。すなわち、信号入力の時間が短くても、次の信号入力のサイクルまで蓄積容量４６が電圧保持することができる。このため、液晶４１も次の信号入力が加わるまで動作継続できる。また、液晶４１は、等価回路としては、蓄積容量とみなされるが、液晶信号電極駆動回路４３からの表示信号（表示電圧）変化に対応した電圧が液晶４１に印加される。これにより、液晶４１の配向が変化し、表示濃度を調整することが可能となる。

次に、有機ＥＬ素子駆動部５３の構成について説明する。なお、図４に示される従来の液晶表示装置には、液晶駆動部４４のみが設けられており、有機ＥＬ素子駆動部５３は設けられていない。有機ＥＬ素子駆動部５３内には、少なくとも２つのＴＦＴ、蓄積容量５６が形成されている。ここでのＴＦＴは、スイッチング用のＴＦＴ５４と駆動用のＴＦＴ５５である。ＴＦＴ５４のドレイン電極とＴＦＴ５５のゲート電極とは接続されており、その間には蓄積容量５６が接続されている。すなわち、蓄積容量５６の一方の電極は、ＴＦＴ５４のドレイン電極とＴＦＴ５５のゲート電極に接続される。そして、蓄積容量５６の他方の電極は、共通配線に接続される。ＴＦＴ５４のゲート電極は、ゲート信号線３０に接続され、ゲート端子から入力される信号によってＴＦＴ５４のオンとオフを制御している。ＴＦＴ５４のソース電極は、有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１に接続され、スイッチング信号によって一定電圧が供給されている。すなわち、走査電極駆動回路３２からのスイッチング信号の入力によって、ＴＦＴ５４がオン状態になる。同時に、有機ＥＬ信号電極駆動回路５２からの信号入力が行われることにより、ＴＦＴ５４のソース電極とドレイン電極との間が導通状態になる。そして、ＴＦＴ５４を介して、駆動用のＴＦＴ５５のゲート電極にオン電圧がかかる。また、ＴＦＴ５５のソース電極側には、有機ＥＬ素子５０の動作に必要な直流電圧をかけており、ＴＦＴ５５のゲート電極にオン電圧が印加されたときに有機ＥＬ素子５０に電流が流れ発光する。

ＴＦＴ５４がオフされても、ＴＦＴ５４がオンのときの電圧が蓄積容量５６によって、一定時間保持される。この発光時間は、画素数や駆動回路にもよるが、μｓｅｃオーダーである。蓄積容量５６は、ＴＦＴ５５のゲート電極に接続されており、液晶駆動部４４の蓄積容量４６と同様、一定期間、電荷を保持することができる。すなわち、一定期間、有機ＥＬ素子５０の発光を保持することができる。また、ＴＦＴ５４が必要なのは、走査電極駆動回路３２から信号入力されたゲート信号線３０と、同時に有機ＥＬ信号電極駆動回路５２から信号入力された有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１とに接続されたＴＦＴ５４を選択することで画素単位の駆動をさせるためである。このように、駆動させることにより、有機ＥＬ素子５０は、常時発光しなくなる。これら駆動回路を同期させるためにはクロック回路が使われる。ここでは詳細な説明は行わない。

このように、１画素３１内の液晶駆動部４４及び有機ＥＬ素子駆動部５３は、走査電極駆動回路３２からの走査信号が同一のゲート信号線３０から同時に供給される。このため、液晶駆動のタイミングと有機ＥＬ素子駆動のタイミングが同期する。これにより、液晶駆動と同時に、有機ＥＬ素子５０が発光される。ここで、有機ＥＬ素子５０の発光自体で表示濃度を調整する必要はない。このため、有機ＥＬ素子５０の発光は、一定の強度であればよく、有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線５１には常に同じスイッチング信号を供給すればよい。従って、ＴＦＴとしては、スイッチング信号が供給される画素３１を選択するスイッチングとしての性能が保たれていればよく、ＴＦＴで流れる電流を制御する必要がない。従って、ＴＦＴをわざわざ製造過程の複雑なＬＴＰＳ−ＴＦＴにする必要はなく、簡便である。

参考として、有機ＥＬ表示装置の説明に用いられる代表的な等価回路を図５及び図６に示す。図５は、最も単純化された有機ＥＬ表示装置の等価回路を示す図である。図６は、カレントミラー型回路が搭載された有機ＥＬ表示装置の等価回路を示す図である。

図５においては、有機ＥＬ素子５０、スイッチング用のＴＦＴ７０、駆動用のＴＦＴ７１、蓄積容量７２を有し、本実施の形態における有機ＥＬ素子駆動部５３と略同じ構成となっている。このような構成は、有機ＥＬ素子５０を発光させることについては、特に問題はない。しかし、有機ＥＬ表示装置に用いられる場合、有機ＥＬ素子５０の発光量によって表示濃度を制御する必要がある。ここで、ＴＦＴ７０、７１として高性能なＬＴＰＳ−ＴＦＴを用いたとしても、表示濃度を制御することは困難である。

そこで、実際には補償回路が搭載されている。これにより、ＴＦＴの性能バラツキによる有機ＥＬ素子５０に流れる電流バラツキを抑えることができ、表示濃度を制御しやすくなる。図６では、補償回路の代表的なものとして、カレントミラー型回路が搭載されている。この場合、１画素あたりに、少なくとも４つのＴＦＴが必要である。スイッチング用のＴＦＴ７４がオンされると、ＴＦＴ７５、７６に電流が流れる。また、蓄積容量７８にも、電圧が印加される。この電圧は、ＴＦＴ７４がオフされると蓄積容量７８によって一定時間保持される。そして、ＴＦＴ７５、７６を介して、ＴＦＴ７７のゲート電極にオン電圧が印加される。また、ＴＦＴ７７のソース電極側には、有機ＥＬ素子５０の動作に必要な直流電圧をかけており、ＴＦＴ７７のゲート電極がオン電圧のときに有機ＥＬ素子５０に電流が流れ発光する。このように、画素毎に多くのＴＦＴが必要になる。そのため、発光部分が小さくなる。有機ＥＬ表示装置では、発光部分をこれらのＴＦＴの上部に形成するような構造としてトップエミッション構造があるが、構造上難しい部分が多いといった問題がある。本実施の形態で用いられる有機ＥＬ素子５０は、発光すればよいため、このような補償回路を設ける必要がない。このため、ＴＦＴを多数設ける必要がなく、上記のような問題が生じにくい。

次に、図７を参照して、本実施の形態にかかる液晶表示装置の構成について製造工程に沿って説明する。図７は、本実施の形態にかかる液晶表示装置の画素の構成を示す断面図である。

まず、ＴＦＴアレイ基板１００の構成について説明する。絶縁性基板１上には、有機ＥＬ素子駆動部５３のＴＦＴ５５及び液晶駆動部４４のＴＦＴ４５が形成される。これらのＴＦＴを形成するために、まず絶縁性基板１上に、ゲート信号線３０に接続されたゲート電極６０を形成する。ゲート信号線３０及びゲート電極６０としては、メタル材料を用いることができる。また、これらを覆うように、ゲート絶縁膜６１が形成される。そして、ゲート電極６０上には、ゲート絶縁膜６１を介して半導体層６２が形成される。半導体層６２は、島状にゲート電極６０毎に区分けして形成される。また、半導体層６２には、不純物を含む導電性領域があり、これがソース領域、ドレイン領域である。チャネル領域は、ソース領域とドレイン領域との間に配置されている。

半導体層６２上には、ソース電極６３及びドレイン電極６４が形成される。具体的には、半導体層６２のソース領域上にソース電極６３、半導体層６２のドレイン領域上にドレイン電極６４がそれぞれ形成される。すなわち、ソース電極６３及びドレイン電極６４は、チャネル領域上には形成されておらず、離間して形成される。なお、図示しないが、図３におけるＴＦＴ５４も同様の構成を有し、ＴＦＴ５５と同一層に形成される。すなわち、すべてのＴＦＴ４５、５４、５５は、同じ工程で形成することができ、同一層に形成される。また、これらのＴＦＴは、それぞれ画素毎に形成される。

次に、発光素子としての有機ＥＬ素子５０を形成する。有機ＥＬ素子５０は、ＴＦＴ４５、５５の上層において、画素毎に区分けして形成される。まず、ＴＦＴ５５のソース電極６３及びドレイン電極６４を形成する前に、アノード電極３を画素毎に区分けして形成する。製造工程の順は、これに限らず、ソース電極６３及びドレイン電極６４を形成した後に、アノード電極３を形成してもよい。さらには、ドレイン電極６４と同一、またはドレイン電極６４を延在させて、その一部をアノード電極３として用いてもよい。また、アノード電極３材料としては、電子注入が行われやすいように、仕事関数が小さい金属を用いるのが好ましい。アノード電極３上には、有機ＥＬ層４を形成する。有機ＥＬ層４は、アノード電極３側からホール注入層、輸送層／発光層／電子輸送層といった有機層を順次積層したものである。また、これらの形成には、マスク蒸着法、インクジェット法、印刷法などがあり、有機層の材料によって低分子タイプと高分子タイプに分けられる。

カラー表現するために、本発明では後述するカラーフィルタ１３を用いて３原色表現を行い、有機ＥＬ素子５０は白色発光するものとする。あるいは、カラーフィルタ１３を用いずに、３原色をそれぞれ塗り分けて直接発光させて、カラー表現してもよい。この場合、カラーフィルタ１３が不要であるため、カラーフィルタ１３を通過する光の減衰も減り発光効率が向上する。もしくは、有機ＥＬ素子５０による３原色発光とカラーフィルタ１３を組み合わせることで色純度を調整することも可能となる。カソード電極５は、有機ＥＬ層４を介してアノード電極３上に形成する。すなわち、有機ＥＬ層４を挟んで、アノード電極３とカソード電極５とが対向配置される。発光素子である有機ＥＬ素子５０は以上のように構成され、一対の電極と、その電極間に配置された有機ＥＬ層４を有している。

有機ＥＬ層４は、水分を吸水すると劣化する。このため、有機ＥＬ層４に侵入する水分を遮断するため、及びＴＦＴのパッシベーション、あるいは後に形成する画素電極８との絶縁を目的として保護膜６をこれら全体を覆うように形成する。また、液晶駆動部４４のＴＦＴ４５のドレイン電極６４上では、保護膜６を貫通するようにコンタクトホール６５が形成されている。コンタクトホール６５を除き、保護膜６上には、偏光板７が形成される。あるいは、保護膜６上に偏光板７を設けた後に、保護膜６及び偏光板７を貫通するコンタクトホール６５を形成してもよい。その後、少なくとも有機ＥＬ素子５０上部及びコンタクトホール６５上部にあたる保護膜６上に画素電極８を形成する。また、コンタクトホール６５によって、ＴＦＴ４５のドレイン電極６４と、画素電極８とが接続される。なお、画素電極８は、画素毎に区分けして形成されている。画素電極８及び偏光板７上には、これら全体を覆うように配向膜９が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１００は、以上のように構成される。

次に、対向基板２００の構成について説明する。絶縁性基板１４上には、カラーフィルタ１３が形成されている。カラーフィルタ１３は、ブラックマトリクス（ＢＭ）膜１３ａ、３原色用の色材１３ｂ、及び樹脂１３ｃを有している。ＢＭ膜１３ａは、表示部分以外からの光漏れとＴＦＴへの外光照射を防ぐために、有機ＥＬ層４に対向する部分を除き、ＴＦＴ４５、５５に対向する部分に形成されている。色材１３ｂは、有機ＥＬ層４に対向する部分、すなわち隣接するＢＭ膜１３ａの間に形成される。色材１３ｂは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層であり、一般的に顔料を混ぜたアクリル樹脂を写真製版技術によるパターニングを繰り返すことで塗り分けを行っている。そして、ＢＭ膜１３ａ及び色材１３ｂの上には、透明な樹脂１３ｃが形成される。これにより、ＢＭ膜１３ａと色材１３ｂとが保護され、さらには、ＢＭ膜１３ａと色材１３ｂとの段差が低減し、表面が平坦化される。樹脂１３ｃは、本実施の形態のようにあるほうが好ましいがなくてもよい。いずれの場合でも、カラーフィルタ１３の全面には、共通電極である対向電極１２が形成される。さらに、その上には、配向膜１１が形成される。対向基板２００は、以上のように構成される。

そして、対向基板２００の上下を反転させて、ＴＦＴアレイ基板１００と対向基板２００とをシール材によって貼り合わせる。基板間には、真空注入法によって、液晶を注入し、液晶層１０を形成する。そして、対向基板２００の視認側に偏光板１５を貼り付ける。本実施の形態にかかる液晶表示装置は、上記のように構成される。

先に説明した動作によって、有機ＥＬ素子５０が上面（表示面）に向かって光を放出し、画素電極８と対向電極１２に挟まれた液晶に印加された電圧に応じた透過光がカラーフィルタ１３を通過して絶縁性基板１４から放出される。すなわち、図７において、矢印方向に光が出射する。ここで、有機ＥＬ素子５０から放出した光の一部は、保護膜６中で反射を繰り返し、横伝播する恐れがある。この場合、最悪は、隣り合う画素に影響を与え、色変調を起こしたり、点灯していない画素が発光したりする可能性が考えられる。しかし、たとえ保護膜６を伝播する光があったとしても、液晶側でスイッチング動作を行い、カラーフィルタ１３によって、色調整は可能である。さらに、表示部分以外は、ＢＭ膜１３ａによって遮光されるため、保護膜６を伝播する光があっても、特に問題にならない。

本実施の形態によれば、光源に用いられた発光素子の長寿命化を実現でき、簡便な液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。また、ＴＦＴアレイ基板１００側に有機ＥＬ素子５０を形成したことにより、表示光の光量の低減を抑制することができる。ここで、ＴＦＴアレイ基板１００ではなく、対向基板２００に有機ＥＬ素子５０を形成した場合、有機ＥＬ素子５０からの発光がＴＦＴによって妨げられてしまい、表示光の光量が低減してしまうので好ましくない。

なお、本実施の形態では、有機ＥＬ素子５０も液晶４１と同様、スイッチング素子によってアクティブ駆動させたが、これに限らない。例えば、有機ＥＬ素子５０をパッシブ駆動させてもよい。また、有機ＥＬ素子５０以外の発光素子、例えば無機ＥＬ素子を光源として用いてもよい。

なお、液晶層１０の材料として、液晶樹脂膜の中に数μｍの粒状液晶を分散させたポリマー分散液晶（PDLC:Polymer Disparsed Liquid Crystal）を用いてもよい。その場合、配向膜９、１１と偏光板７、１５とを省略することが可能となる。

本実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 従来の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。 本実施の形態にかかる液晶表示装置の等価回路を示す図である。 従来の液晶表示装置の等価回路を示す図である。 最も単純化された有機ＥＬ表示装置の等価回路を示す図である。 カレントミラー型回路が搭載された有機ＥＬ表示装置の等価回路を示す図である。 本実施の形態にかかる液晶表示装置の画素の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 絶縁性基板、２ スイッチング素子、３ アノード電極、４ 有機ＥＬ層、
５ カソード電極、６ 保護膜、７ 偏光板、８ 画素電極、９ 配向膜、１０ 液晶、
１１ 配向膜、１２ 透明電極、１３ カラーフィルタ、１３ａ ＢＭ膜、
１３ｂ 色材、１３ｃ 樹脂、１４ 絶縁性基板、１５ 偏光板、１６ バックライト、
２０ インバータ回路、３０ ゲート信号線、３１ 画素、３２ 走査電極駆動回路、
４０ 共通配線、４１ 液晶、４２ 液晶駆動用ソース信号線、
４３ 液晶信号電極駆動回路、４４ 液晶駆動部、４５ ＴＦＴ、４６ 蓄積容量、
５０ 有機ＥＬ素子、５１ 有機ＥＬ素子駆動用ソース信号線、
５２ 有機ＥＬ信号電極駆動回路、５３ 有機ＥＬ素子駆動部、５４ ＴＦＴ、
５５ ＴＦＴ、５６ 蓄積容量、６０ ゲート電極、６１ ゲート絶縁膜、
６２ 半導体層、６３ ソース電極、６４ ドレイン電極、６５ コンタクトホール、
７０ ＴＦＴ、７１ ＴＦＴ、７２ 蓄積容量、７４ ＴＦＴ、７５ ＴＦＴ、
７６ ＴＦＴ、７７ ＴＦＴ、７８ 蓄積容量

Claims (4)

1. 画素毎に設けられた第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の上層に形成され、画素毎に区分けして設けられた発光素子と、前記発光素子上に形成された画素電極とを有する第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成され、前記第１のスイッチング素子に接続された前記画素電極によって駆動する液晶層とを有する液晶表示装置。
2. 前記第１の基板は、画素毎に設けられ、前記発光素子を駆動させる第２のスイッチング素子をさらに有し、
   同じ画素内の前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを同期して駆動させる請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、同一層に形成される請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 第１の基板と第２の基板とが対向配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶層が形成された液晶表示装置の製造方法であって、
   絶縁性基板上に、前記液晶層の液晶を駆動させる第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを同時に形成する工程と、
   前記第２のスイッチング素子によって駆動される発光素子を前記第２のスイッチング素子の上層に設け、前記第１基板を形成する工程とを有する液晶表示装置の製造方法。

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