JP2009145745A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透過表示部と反射表示部とを備える半透過型液晶表示装置において、反射領域に内蔵する偏光層の二色比を高め、表示性能を向上させる。
【解決手段】透過表示部と反射表示部とが画素ごとに形成された液晶表示装置であって、
反射表示部に反射層が形成され、かつ、液晶層に対向する主面を有する第１の基板と、液晶層を介して前記第１の基板に対向する第２の基板とを備え、第１の基板の主面には、反射層上に偏光層がその下地層を介して形成されている。偏光層はクロモニック液晶性の分子からなり、かつ、偏光層と下地層との界面はシロキサン構造またはシラザン構造を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に反射表示部と透過表示部とを兼ね備えた半透過型液晶表示装置およびその製造方法に関する。

液晶表示装置は、従来から表示装置の主流であるＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）よりも、薄型軽量、低消費電力といった利点を有しており、さまざまな電子機器の表示装置として用途が拡大されてきた。中でも、携帯型情報機器用の表示装置には、室内や外部に光源が存在しない暗いところから晴天時の屋外など高照度のところまでを含む多様な環境下での視認性向上が求められており、一つの画素内に透過表示部と反射表示部を有する半透過型液晶表示装置が広く用いられるようになってきている。

半透過型液晶表示装置においては、透過表示部ではバックライトを用い、環境によらず輝度が一定であるため、屋内から暗室までの比較的暗い環境下で良好な表示が得られる。一方、反射表示部では、外部からの光を内蔵する反射板を用いて反射して表示を行い、外部の明るさによらずコントラストが一定であるため、晴天時の屋外から室内までの比較的明るい環境下で良好な表示が得られる。

一方、従来から広視野角な液晶表示装置として、IPS（In-Plane Switching）方式の液晶表示装置が知られているが、IPS方式を半透過型液晶表示装置に適用した場合には、反射部において黒表示が得られないという問題があった。これに対し、下記特許文献１では、偏光層を内蔵することで反射型表示および透過型表示を実現している。

また、下記特許文献２には、ツイストネマチック（TN(Twisted Nematic)モードの半透過型液晶表示装置が記載されている。本半透過型液晶表示装置においても、偏光層を内蔵することで反射表示と透過表示を両立させている。

なお、下記特許文献1，２において内蔵する偏光層は、下記特許文献３に記載されているようなリオトロピック液晶を偏光材料として含む塗布液を塗布したあと硬化させることによって形成している。

特開2006-184325号公報 特開2006-171723号公報 特表平08-511109号公報

特許文献２の表１に、クロモニック液晶からなる溶液であるオプティバ社製TCF（Thin Crystal Film）の光学特性が記載されているが、これからその二色比(D=ln(直交透過率)/ln(平行透過率))を算出すると3〜6程度である。また、特許文献３の表１に記載されている偏光膜の二色比は7〜23である。一方、ヨウ素を用いた市販の偏光フィルム（日東電工製、偏光フィルムSEG1425DU）では二色比が78であり、一般的なヨウ素を用いた市販の偏光フィルムの二色比は70〜80である。このように、有機系色素膜は、ヨウ素を用いたものに比べると、二色比がかなり劣る。

そこで、半透過型液晶表示装置に内蔵する偏光層では、その二色比は大きいほどコントラスト比の向上が期待できることから、画像品質向上には偏光膜の更なる特性向上が求められている。

上記課題を解決すべく、本願発明は、例えば、下記のように構成される。

すなわち、本願発明の第１の態様は、透過表示部と反射表示部とが画素ごとに形成された液晶表示装置であって、
前記反射表示部に反射層が形成され、
かつ、液晶層に対向する主面を有する第１の基板と、
前記液晶層を介して前記第１の基板に対向する第２の基板とを備え、
前記第１の基板の前記主面には、前記反射層上に偏光層がその下地層を介して形成され
前記偏光層はクロモニック液晶性の分子からなり、
かつ、前記偏光層と前記下地層との界面はシロキサン構造またはシラザン構造を有する。

また、本願発明の第２の態様は、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置において、
前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層され、
前記第２の基板に、カラーフィルタを有し、
前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
前記反射板の上層に酸化表面を持つ有機ポリマ層があり、
前記有機ポリマ層表面にシロキサン構造またはシラザン構造を有する層があり、
前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶性の分子からなる偏光層があり、
前記偏光層を覆う有機絶縁膜がある。

また、前記有機ポリマ層表面のシロキサン構造を有する層またはシラザン構造を有する層が、下記式（１）の分子構造を有する化合物または下記式（２）の分子構造を有する化合物を用いて形成されることを特徴とする。ただし、式（１）中のXは、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基、スルフィド基、ウレイド基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ケチミノ基のいずれかの有機基を表する。Rは、メチル基、エチル基、アセチル基のいずれかの有機基を表す。nは、１〜3の整数を表す。式（２）中のR’は、好ましくは炭素原子数１〜4、特に好ましくは１〜2の１価炭化水素基である。
X-C_nH_2n-OR （１）
R’₃SiNHSiR’₃ （２）
また、本発明の第３の態様は、対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置において、
前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層され、
前記第２の基板に、カラーフィルタを有し、
前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
前記反射板の上層に無機絶縁膜層があり、
前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶性の分子からなる偏光層があり、
前記偏光層を覆う有機絶縁膜がある。

また、前記無機絶縁膜層が、シロキサン構造またはシラザン構造を有する化合物を用いて形成されていてもよい。

本発明の液晶表示装置では、偏光層の下地層表面が、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層であり、その親水性および極性基によるクロモニック液晶からなる溶液との相互作用により、偏光層の塗布性が上がり、二色比向上が実現できる。

以下、本発明が適用された実施形態の例について、図面を用いて説明する。なお、下記では、液晶表示装置の構成を、その製造工程により説明する場合もある。

＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態の液晶表示装置を構成する１画素の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ方向断面図である。図１及び図２において、本発明による液晶表示装置はＩＰＳ方式の半透過型液晶表示装置として例示されるが、ＩＰＳ方式以外の半透過型液晶表示装置にも本発明は適用され得る。

図２に示すように、本発明の液晶表示装置は、主に、対向する第１の基板と第２の基板と、対向する第１の基板と第２の基板とで挟持された液晶層と、を備えている。

第１の基板２０１となる透明基板上には、スイッチング素子が形成されている。

スイッチング素子は、ポリシリコンやアモルファスシリコンあるいは有機物からなる半導体層を備える薄膜トランジスタから構成される。ここでは一例として、ポリシリコンからなる薄膜トランジスタの場合を説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

ポリシリコン薄膜トランジスタからなるスイッチング素子１０５は、ソース・ドレイン領域やチャネル領域となる半導体層２０３などを含むポリシリコン層の上に、ゲート絶縁層２０４、ゲート電極２０５、層間絶縁層２０６、電極層２０７、第１の絶縁層２０８を有する。

スイッチング素子と第1の透明基板２０１との間には、第１の透明基板２０１から半導体層２０３やゲート絶縁層２０４へのＮａやＫなどのイオンの混入をブロックするために、下地層２０２を設けると良い。下地層２０２は第１の透明基板２０１側から順に窒化シリコンなどからなる層と酸化シリコンなどからなる層を積層した構造とする。

ゲート絶縁層２０４、層間絶縁層２０６は、例えば酸化シリコンからなる。第１の絶縁層２０８は、例えば窒化シリコンからなる。

電極層２０７としては、金属電極材料を用いればよく、例えばアルミニウム層の上下をチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）などでサンドイッチした三層積層構造の膜を用いることができる。ただし、これに限定されるものではない。

電極層２０７は、層間絶縁層２０６に形成した開口を通して、半導体層２０３のソース領域とドレイン領域とにそれぞれ接続する。

薄膜トランジスタは、走査配線１０１と、信号配線１０２と、画素電極１０８とに接続されている。

第１の基板は、この他に、共通配線１０３と共通電極１０９とを有する。走査配線１０１と信号配線１０２とは交差しており、薄膜トランジスタは、その交差部近辺に存在する。

第１の基板２０１に薄膜トランジスタとともに形成された共通配線１０３は、当該第１の基板２０１に共通電極１０９が形成されたＩＰＳ方式の液晶表示装置に特有である。これを含めて成る上記反射表示部は、ＴＮ方式やＶＡ方式の半透過型液晶表示装置には見られない。

スイッチング素子の上には、第２の絶縁層２０９が設けられている。この第２の絶縁層２０９は、スイッチング素子や配線などによる段差を平坦化する機能を有するが、後述する反射層に凹凸形状を持たせる機能を兼備してもよい。

段差を平坦化するには、溶液状態で層形成可能な材料が望ましい。従って、第２の絶縁層２０９としては有機系の材料、あるいは溶剤に分散させ塗布成膜を可能とした無機材料を用いることができる。さらに、第２の絶縁層２０９がその表面を凹凸形状にする工程を必要とする場合には、材料自身に感光性があれば工程が簡略化できるという利点がある。

また、第２の絶縁層２０９は、透過領域ではバックライトからの光を効率よく通過させるために可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。従って、第２の絶縁層２０９としては、感光性のポリイミドやアクリル系樹脂などの有機材料が望ましい。

第２の絶縁層２０９の表面は、反射領域においては反射層の表面を凹凸形状にするために凹凸形状を形成してもよい。この凹凸形状は、フォトリソグラフィー技術により凹凸パターンを形成した後、温度を上げ溶融することで実現してもよいし、露光工程の際にマスクとしてハーフトーンマスクを使用して実現するなどしても良い。一方、透過領域においては第２の絶縁層２０９の表面は平坦とする。

第２の絶縁層２０９の上には、反射領域に相当する部分に反射板２１０を形成する。反射板２１０は、アルミニウムや銀などの反射率が高い金属材料を用いると反射率も高く、配線とも共通に形成できて良い。反射板２１０は、フォトリソグラフィー技術などにより透過領域からは除去する。なお、反射板２１０は、その下層にある第２の絶縁層２０９の表面に凹凸形状を形成した場合には、形成された凹凸形状を反映して、その表面が凹凸形状となる。反射板２１０が凹凸形状となっていることで、液晶表示パネルに外部から入射する光が反射板２１０で反射する角度に広がりが生じ、実使用時においては反射表示がより明るくなる。共通配線２３等の配線を反射板で兼用すれば、夫々に要する製造過程を低減する効果が得られる。

反射板２１０の上に下地層２１１を設ける。下地層２１１は、反射板２１０が凹凸形状を有する場合、上層に形成する偏光層２１２の光学性能が反射板２１０が凹凸形状となっていることに起因して劣化することを防止するための平坦化層としての機能を有する。つまり、偏光層２１２が形成される下地面を平坦化するための層として機能する。この下地層２１１を設けることにより偏光層２１２の光学性能の劣化は抑制され、より明るく、よりコントラスト比が高い画像表示に貢献できる。

下地層２１１は、絶縁材料から構成し、溶液状態で層形成が可能で、可視光に対する吸収が小さい透明な材料が望ましい。つまり、第２の絶縁層２０９と同様、ポリイミド系樹脂あるいはアクリル系樹脂などの有機材料その他市販の感光性ポリマ材料、あるいは溶剤に分散させ塗布成膜を可能とした無機材料を用いることができる。

反射板２１０の上層には、下地層２１１を介して偏光層２１２を形成する。偏光層２１２は、例えば、クロモニックメソゲンとして日本化薬（株）製C.I.Direct Blue 67を含む溶液を用い、それを塗布することで形成することができる。偏光層を形成する材料として、上記のほかに、下記式（３）〜（２０）の分子構造を有するクロモニックメソゲンを含む溶液を用いてもよいが、これに限定されるものではない。

ただし、式（１４）中のMはカチオンであり、R¹はHまたはClであり、RはH、アルキル基、ArNH、またはArCONHであり、Arは置換または無置換アリール基である。また、式（１５）中のMはカチオンであり、RはH、アルキル基、ハロゲンまたはアルコキシ基であり、Arは置換または無置換アリール基であり、ｎは、2または3である。

ただし、式（１６）中のMはカチオンであり、RはH、アルキル基、ハロゲンまたはアルコキシ基であり、Arは置換または無置換アリール基であり、ｎは2または3である。また、式（１７）中のMはカチオンである。

ただし、式（１８）中のMはカチオンであり、RはH、アルキル基、ハロゲンまたはアルコキシ基であり、Arは置換または無置換アリール基であり、ｎは2または3である。また、式（１９）中のMはカチオンである。

ただし、式（２０）中のMはカチオンであり、ｎは3,4または5である。

下地層２１１が有機ポリマである場合、偏光層２１２を塗布する前には、下地層２１１の表面を例えば酸素プラズマに晒すことで酸化処理を行う。酸化処理はUVオゾン処理、オゾン酸化処理、酸素アッシング処理により行ってもよい。下地層２１１上に、さらに例えば下記式（１）の分子構造を有する化合物または下記式（２）の分子構造を有する化合物を塗布、焼成して、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成する。
X-C_nH_2n-OR （１）
R’₃SiNHSiR’₃ （２）
なお、式（１）中のXはビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基、スルフィド基、ウレイド基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ケチミノ基のいずれかの有機基を表し、Rはメチル基、エチル基、アセチル基のいずれかの有機基を表し、nは１〜3の整数を表す。式（２）中のR’は、好ましくは炭素原子数１〜4、特に好ましくは１〜2の１価炭化水素基である。

次に、偏光層２１２を塗布するが、偏光層２１２の塗布には例えばスリットダイコーターを用いると良い。スリットダイコーターは溶液状態の偏光層材料を塗布面に供給しつつ、当該材料へ圧力を加えながら塗布方向に引き伸ばすことができる。この工程により染料は配向し、乾燥固定化することで偏光層が形成できる。

偏光層２１２は、１００％の透明性を有していないために、偏光層を透過する光量が減り、透過部の輝度が低下し、透過部のコントラスト比にも影響が生じ、透過部の表示画質が低下する。このため、偏光層２１２は、透過領域に形成しないことが望ましい。

保護層２１３は、偏光層形成後の工程で偏光層２１２が劣化することを抑制すること、あるいは、偏光層２１２から不純物が染み出し他の構造物を汚染することを防止するために設けると良い。保護層２１３としては可視光に対して透明な材料が良く、ポリイミド系やアクリル系などの透明樹脂材料その他市販の感光性ポリマ材料、あるいは酸化シリコンや窒化シリコンなどの透明な無機材料が使用できる。特に保護層として高い性能を求めるなら緻密な層が形成できる窒化シリコンが望ましい。

なお、例えばフォトリソグラフィー技術により偏光層２１２を透過領域から除去する場合、レジスト材料として透明な感光性レジスト材料を用い透過領域から偏光層を除去した後も、反射領域ではこのレジスト材を偏光層２１２上に残し、これを保護層２１３としても良い。この場合は工程数が少なく出来るという効果がある。

保護層２１３は、偏光層２１２上にその材料が塗布され形成される。塗布には、スリットコータやインクジェット装置などを用いることができる。スリットコータの場合は、偏光層２１２上の全面に塗布することになる。インクジェット塗布の場合は、反射板２１０に相当する領域のみに塗布できる。保護層をプリベークし、次に所望のフォトマスクを用いて露光し、露光した領域の保護層をTetramethyl ammonium hydroxide水溶液であるアルカリ液で除去する。このとき、保護層の下層に存在する偏光層もアルカリ液で除去することができる。これにより、反射板２１０に相当する領域に偏光層２１２に、保護層２１３の材料が積層されたパターンを得ることができる。

保護層２１３の材料を全面露光して、材料内の感光剤を光分解させて、透明を高めることができる。これを、加熱硬化させて保護層２１３を得る。

第３の絶縁層２１４は、保護層２１３および反射板２１０のない領域をすべて被うように形成される。第３の絶縁層２１４としては可視光に対して透明な材料が良く、ポリイミド系やアクリル系などの透明樹脂材料その他市販の感光性ポリマ材料、あるいは酸化シリコンや窒化シリコンなどの透明な無機材料が使用できる。

なお、例えばフォトリソグラフィー技術により下地層２１１に共通電極２１５と反射板２１０との導通をとるための第１のスルーホール２１８を形成する場合、レジスト材料として透明な感光性レジスト材料を用い、第１のスルーホール２１８を形成した後も、このレジスト材を保護層２１３上に残し、これを第３の絶縁層２１４としても良い。この場合は工程数が少なく出来るという効果がある。

反射領域及び透過領域には共に偏光層２１２よりも上層に位置する部分に共通電極１０９，２１５を形成する。つまり、透過領域では偏光層２１２の有無に関わらず共通電極１０９，２１５を形成する。

共通電極１０９，２１５は透明な導電材料で構成する。共通電極１０９，２１５としては例えばＩＴＯ（Indium tin oxide）が好適であり、ＩｎＺｎＯやＺｎＯなどその他の透明な導電材料を使用することも出来る。これらは，電導度がある程度高く，しかも可視光を透過させるという機能を有する。

共通電極１０９，２１５の上層には第４の絶縁層２１６を形成し、さらにその上に画素電極１０８，２１７を形成する。第４の絶縁層２１６としては可視光タとの導通をとるため、第１の絶縁層、第２の絶縁層、下地層、第３の絶縁層を貫通する第２のスルーホール１１０
，２２４を形成する場合、レジスト材料として透明な感光性レジスト材料を用い、第２のスルーホール１１０，２２４を形成した後も、このレジスト材を共通電極１０８に対して透明な絶縁材料が良く、ポリイミド系やアクリル系などの透明樹脂材料その他市販の感光性ポリマ材料、あるいは酸化シリコンや窒化シリコンなどの透明な無機材料が使用できる。

なお、例えばフォトリソグラフィー技術により画素電極と薄膜トランジス，２１５上に残し、これを第４の絶縁層２１６としても良い。この場合は工程数が少なく出来るという効果がある。

画素電極１０７，２１７は、透明な導電材料で構成することが望ましく、共通電極１０８，２１５と同様、例えばＩＴＯ（Indium tin oxide）が好適であり、ＩｎＺｎＯやＺｎＯなどその他の透明な導電材料を使用することもできる。これらは、電導度がある程度高く、しかも可視光を透過させるという機能を有する。また、画素電極１０７、２１７は第４の絶縁層２１６、第３の絶縁層２１４、下地層２１１、第２の絶縁層２０９、第１の絶縁層２０８を貫通する開口（第２のスルーホール）１１０、２２４を介して、スイッチング素子を構成する電極層２０７と接続する。第２のスルーホール１１０、２２４は直接、画素電極と同じ導電材料で充填する。或いは、電極層２０７と画素電極１０７，２１７を構成する電極材料の電気的な接続を確実にするために図示しない導電性の材料からなる中間層を設けるようにしても良い。

なお、共通電極１０８、２１５は、第２のスルーホール１１０、２２４において画素電極１０７、２１７と接触することがないように、第２のスルーホール１１０、２２４に相当する位置に開口を設けて、画素電極とは完全に分離する。

反射板２１０が導電材料の場合は同じく、第２のスルーホール１１０、２２４において画素電極１０７、２１７と接触することがないように、第２のスルーホールに１１０、２２４に相当する位置に開口を設けて、画素電極とは完全に分離する。

第４の絶縁層２１６及び画素電極１０７、２１７の上には、これらを被覆するようにポリイミド材料を主成分とする液晶用の配向膜を形成する（図示せず）。形成は、フレキソ印刷やインクジェット塗布成膜方法を用いることができる。

これにより基板表面上に液晶用の配向膜（図示せず）を形成する。

対向基板として、透明基板２２１上にカラーフィルタ層２２０を形成した基板を用意する。カラーフィルタ層は、赤、緑、青色のストライプ状パターン配列しており、各ストライプは信号電極２２に平行となっている。

カラーフィルタ層２２０には、液晶用配向膜（図示せず）を形成する。

上述のように形成した第１の基板と第２の基板に対して、液晶層２１９を挟持した液晶セルを形成する。

液晶セルの基板外側両面に外付け偏光板２２２，２２３を貼り付けて、光源となるバックライトユニット（図示せず）と組み合わせて、液晶表示装置ができる。

液晶表示装置は、バックライトを透過させて表示に利用する透過部と、外光を内部で反射させて表示に利用する反射部を兼ね備えている。

液晶配向膜（図示せず）は、液晶層２１９に近接してその配向方向を規定する。

画素電極２１７と共通電極２１５は、第４の絶縁層２１６で隔てられて、電圧印加時に画素電極と共通電極の間に電界が形成され、第４の絶縁層の影響により、電界はアーチ状に歪められて液晶層中を通過する。このことにより、電圧印加時に液晶層に配向変化が生じる。

共通配線１０３は、画素電極１０８と交差する部分において、画素電極内に張り出した構造を有し、光を反射する。図１および２において、共通配線が画素電極と重なる部分が反射表示部であり、これ以外の画素電極と共通電極の重なる部分が透過表示部である。

上述において、偏光層の下地層にシロキサン構造またはシラザン構造を有する化合物からなる無機絶縁膜層を用いる場合も同様の液晶表示装置を得ることができる。

上述のように、偏光層の下地層表面がシロキサン構造を有することにより、クロモニック液晶性の分子からなる偏光板の二色比を高くすることができ、半透過型液晶表示装置の画像品質向上が達成できる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本実施形態の構成を示す図（図１のＡ−Ａ方向断面図に相当する図）である。

本実施形態は、上記の第１の実施形態と似た構成を備えているが、偏光層２１２を所望の場所にのみ形成し、第３の絶縁層２１４を偏光層２１２の保護膜としている点が異なる。

第１の実施形態と同様の形成工程については、その説明を省略し、下地層２１１の形成から第３の絶縁層２１４形成までの工程のみを説明する。

下地層２１１が有機ポリマである場合、偏光層２１２を塗布する前には、下地層２１１である有機ポリマ層の表面を、例えば酸素プラズマに晒すことで酸化処理を行い、さらに例えばシランカップリング材を塗布、焼成して、シロキサン構造を有する層を形成する。

ここで、酸化処理を行うときには、所望のマスクを用意し、偏光層２１２を形成したい領域のみ酸化処理を行う。次に、スリットダイコータにより、偏光層２１２を塗布する。

このとき、下地層２１１表面の酸化処理を行っていない領域には、偏光層２１２が形成されない。次に、偏光層２１２および反射板２１０のない領域をすべて被うように第３の絶縁層２１４を形成する。

その後は第１の実施形態で述べた工程と同様である。

上記の工程を経て、図３に示す断面を持つ液晶表示装置を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
上述した液晶表示装置の変形として、本発明によるＶＡ方式の半透過型液晶表示装置を、図４，５を参照しながら説明する。図４は、ＶＡ方式の半透過型液晶表示装置に形成された画素の一つの平面構造を示す。図５は、当該一つの画素の断面構造（図４のＡ−Ａ断面）を示す。

この半透過液晶表示装置は、第１の基板２０１とそれに対向するように設けられた第２の基板２２１と、両基板の間に挟持されるように設けられた液晶層２１９とを備えている。

第１の基板２０１は、相互に並行に延びるように設けられた複数のゲート線４０１と、それらのゲート線４０１と直行する方向に相互に並行に延びるように設けられた複数のソース線４０２と、各ゲート線４０１の間にゲート線と並行に延びるように設けられた容量線４０３と、ゲート線４０１およびソース線４０２の各々の交差部分に設けられたＴＦＴ４０４と、各ＴＦＴ４０４に対応して隣り合うゲート線４０１および隣り合うソース線４０２で囲われる表示領域に設けられ透明電極からなる画素電極２１７と、を備えている。

第１の基板２０１とゲート絶縁層２０４との層間に、ゲート線４０１および容量線４０３が設けられている。このゲート線４０１は、各ＴＦＴ４０４に対応してソース線４０２の延びる方向に突出したゲート電極２０５を有している。

ゲート絶縁層２０４と第１の絶縁層２０８との層間には、ＴＦＴ４０４を構成する半導体層が設けられ、半導体層の上層には、ソース線４０２、各ＴＦＴ４０４に対応してソース線４０２からゲート線４０１の延びる方向に突出したソース電極２０７a、ソース電極２０７aと対峙するドレイン電極２０７ｂが設けられている。

第３の絶縁層２１４には、画素電極２１７が設けられている。

画素電極２１７上には、配向膜２２６が設けられている。

この第１の基板２０１において、ＴＦＴ４０４は、ゲート電極２０５、ゲート絶縁層２０４、半導体層２０３、ソース電極２０７ａおよびドレイン電極２０７ｂから構成される。反射板２１０は、外光を反射して反射光を表示に使用するだけでなく、ＴＦＴ４０４の上層に位置するので、ＴＦＴ４０４へ入射する外光を遮断する遮光膜にもなる。これにより、ＴＦＴ４０４の光によるリーク電流の発生を抑止することができる。

対向基板２２１は、カラーフィルタ層２２０、共通電極２１５ならびに配向膜２２６が順に積層された多層積層基板になっている。そして、共通電極２１５と配向膜２２６との層間には反射板２１０および画素電極２１７に対応して、突出部である突起２２５が設けられている。

ここで、突起２２５は、各透過部および反射部において、電圧印加状態での配向中心を形成するためのものである。

具体的には、液晶層に電圧が印加されていないときには、各突起２２５の付近の液晶分子２１９だけが突起２２５を中心として放射状に傾斜配向すると共に、それ以外の各突起２２５から離れた液晶分子が基板面に対し実質的に垂直に配向する、と考えられる。また、液晶層に電圧が印加されているときには、各突起２２５から離れた液晶分子も上記放射状傾斜配向に整合するように配向する、と考えられる。そして、このような液晶分子の配向によって、画像表示の際の視野角が広くなる。

この半透過型液晶表示装置は、画素電極ごとに１つの画素が構成されており、各画素において、ゲート線４０１からゲート信号が送られてＴＦＴ４０４がオン状態になったときに、ソース線４０２からソース信号が送られてソース電極領域およびドレイン電極領域を介して、画素電極２１７に所定の電荷が書き込まれ、画素電極２１７と共通電極２１５との間で電位差が生じることになり、液晶層に所定の電圧が印加されるように構成されている。

半透過型液晶表示装置では，液晶層に電圧が印加されると、基板面に対してほぼ垂直に配向していた液晶層の液晶分子が、基板面に対して平行にかつ突起２２５を中心に放射状に配向することになる。そして、その印加電圧の大きさに応じて、液晶分子２１９の配向状態が変わることを利用して、光の透過率を調整して画像が表示される。

次に、本実施形態に係わる半透過型液晶表示装置の製造方法について説明する。第１の基板２０１に、上記第１の実施形態と同様に、ＴＦＴ４０４を形成する。ただし、本第３の実施形態は、ＶＡ方式の半透過液晶表示装置であるため、第１の実施形態の第１の基板が有する、共通配線１０３と共通電極１０９を有していない。

次に、第１の実施形態と同様に、反射層２１０を形成し、反射層の上に下地層、偏光層、保護層をこの順に積層する。第１の絶縁層２０８、第２の絶縁層２０９を形成する。

次に、保護層２１３および反射板２１０のない領域をすべて被うように第３の絶縁層２１４を形成する。第３の絶縁層２１４としては可視光に対して透明な材料が良く、ポリイミド系やアクリル系などの透明樹脂材料その他市販の感光性ポリマ材料、あるいは酸化シリコンや窒化シリコンなどの透明な無機材料が使用できる。

次に、画素電極２１７とドレイン電極を接続するためのスルーホール２２４を形成する。このとき例えばフォトリソグラフィー技術によりスルーホールを形成する場合には、レジスト材料として透明な感光性レジスト材料を用い、スルーホール２２４を形成した後も、このレジスト材を保護層２１３上に残し、これを第３の絶縁層２１４としても良い。この場合は工程数が少なく出来るという効果がある。

次に、画素電極２１７を形成する。画素電極２１７は透明な導電材料で構成することが望ましく、例えばＩＴＯ（Indium tin oxide）が好適であり、ＩｎＺｎＯやＺｎＯなどその他の透明な導電材料を使用することも出来る。これらは，電導度がある程度高く，しかも可視光を透過させるという機能を有する。また、画素電極２１７、第３の絶縁層２１４、下地層２１１，第２の絶縁層２０９，第１の絶縁層２０８を貫通する開口（スルーホール）２２４を介して、スイッチング素子を構成する電極層２０７ｂと接続する。スルーホール２２４は直接、画素電極２１７と同じ導電材料で充填する。或いは、電極層２０７ｂと画素電極２１７を構成する電極材料の電気的な接続を確実にするために図示しない導電性の材料からなる中間層を設けるようにしても良い。

次いで、画素電極２１７上の基板全体に例えばポリイミド樹脂からなる液晶配向膜を形成する。

対向基板として、第２の基板２２１上にカラーフィルタ層２２０を形成した基板を用意する。カラーフィルタ層２２０の上層には例えばアクリル樹脂を塗布してオーバーコート層（図示せず）を形成する。次に、オーバーコート層上に基板全体に例えばＩＴＯ膜を成膜して共通電極２１５を形成する。共通電極２１５は画素電極２１７と同様に透明な導電材料で構成することが望ましい。

次いで、共通電極２１５上の基板全体に、例えば感光性アクリル樹脂を塗布し、フォトリソグラフィー技術により、第１の基板上の反射表示部および透過表示部に対応するようにパターン形成して、突起２２５を形成する。

ここで、共通電極２１５上に突起を形成する代わりに、突起２２５に対応する位置のＩＴＯ膜に穴を形成したり、対向する第１の基板上の画素電極２１７に穴を形成してもよい。

次に、突起２２５上の基板全体に例えばポリイミド樹脂からなる液晶配向膜を形成する。上述のように形成した第１の基板と第２の基板に対して、液晶層２１９を挟持した液晶セルを形成する。

液晶セルの基板外側両面に外付け偏光板２２２，２２３を貼り付けて、光源となるバックライトユニット（図示せず）と組み合わせて、図４，５に示すＶＡ方式の液晶表示装置ができる。

液晶表示装置は、バックライトを透過させて表示に利用する透過部と、外光を内部で反射させて表示に利用する反射部を兼ね備えている。

以上、いくつかの実施形態について説明した。次に、実施例により本願発明をより具体的に説明する。ただし、本願発明は、下記実施例に限定されない。

まず、偏光層の下地表面が偏光層の光学特性に及ぼす効果、について説明する。

偏光層を形成するクロモニック液晶性の材料は、リオトロピック液晶の一種であるが、低分子系のリオトロピックメソゲンとしてよく知られている両親媒性物質とは異なる性質を示す。リオトロピックメソゲンとして代表的な両親媒性物質は、分子形状が棒状であり、非極性基はフレキシブルなアルキル基、極性基は分子頭部に配置している。一方、クロモニックメソゲンは、分子形状は円盤状もしくは板状であり、非極性基は剛直な芳香族環、極性基は分子周辺に１〜複数個配置し、全体として剛直な分子構造を有している。水溶液中では芳香族環がπ-π相互作用により積層しカラム会合体を形成する。このとき、周辺に１〜複数個配置している極性基により、このカラムが固体基板表面に吸着する性質を示す。

表1に、偏光層の下地の一つである有機ポリマ層上に形成したクロモニック液晶の分子からなる偏光層の二色比を示した。

ここで、偏光層の下地である有機ポリマ層の形成およびその表面処理について、以下の工程により実施した。

偏光層の下地である有機ポリマ層として、東京応化工業（株）製TPARをスピン塗布し、90℃、５分間加熱した。TPARは感光性ポリマーであるため、全面露光して、感光剤を光分解させ、230℃、30分間加熱焼成し、偏光層の下地である有機ポリマ層を得た。次に、この有機ポリマ層表面に対し、下記条件を用いて酸素アッシングにより酸化処理を行った。
酸素アッシング条件の例
・ ＲＦ出力：800 Ｗ
・ 圧力：1.0 Ｔｏｒｒ
・ 基板温度：60 ℃
・ 酸素流量：400 ｓｃｃｍ
・ 処理時間：１ 分
さらに、シラザン構造を有する層を以下の工程により形成した。
東京応化工業（株）製OAP（ヘキサメチルジシラザン）をスピン塗布し、150℃、4分間加熱し、シラザン構造を有する層を作製した。膜厚は2.0ｎｍである。次に、クロモニック液晶からなる溶液をスリットコータを用いて塗布し、乾燥固化して偏光層とした。塗膜として形成することができた偏光層の厚みは230ｎｍである。

二色比は、ヨウ素系偏光素子を入射光学系に配した分光光度計で偏光層の透過率を測定したのち、次式により算出した。

二色比(D)=ln(直交透過率)/ln(平行透過率)
また、上記表面処理を行った下地層の、純水接触角を測定した結果も表１にあわせて記載した。

比較例１

実施例１と同様の工程により、偏光層の下地である有機ポリマ層を形成した。次に、表面処理をしないで、実施例１と同様に偏光層の形成を試みた。しかし、クロモニック液晶からなる溶液を塗布したとき下地表面ではじき、偏光層を塗膜として形成することができなかった（表１参照）。

比較例２

実施例１と同様の工程により、偏光層の下地である有機ポリマ層を形成した。次に、この有機ポリマ層表面に対し、実施例１と同様に酸素アッシングにより酸化処理を行った。次に、表面処理をしないで、実施例１と同様に偏光層を形成した。塗膜として形成することができた偏光層の厚みは230ｎｍである。二色比と純水接触角の測定は実施例１と同様に実施した（表１参照）。

比較例３

実施例１と同様の工程により、偏光層の下地である有機ポリマ層を形成した。次に、酸化処理をしないでシラザン構造を有する層を作製した。すなわち、酸素アッシング工程を実施しない以外は実施例１と同様の工程を経て、偏光層の形成を試みた。しかし、クロモニック液晶からなる溶液を塗布したとき下地表面ではじき、偏光層を塗膜として形成することができなかった（表１参照）。

以上より、偏光層の下地表面に表面処理を行わない場合や酸化処理を行わずシラザン構造を有する層のみを形成した場合には、塗膜を形成することすらできなかったが、酸化処理を行いさらにシロキサン構造を有する層を作製することにより、酸化処理のみを行う場合に比べ偏光層の二色比が大きくなることが明らかとなった。この現象は、酸化処理を行いさらにシラザン構造を有する層を形成したことにより、下地表面が親水性となったことでクロモニック液晶からなる溶液の下地層に対する濡れ性が向上したと同時に、シロキサン構造を有する層によって、クロモニック液晶からなる溶液の極性基と下地層との間に相互作用が発現することに起因する。したがって、酸化処理のみを行った場合よりも、さらに、シロキサン構造を有する層を形成した場合の方が、二色比が大きくなる。

なお、下地層を形成する材料、プロセス、下地表面の酸化処理条件、シラザン構造を有する層を形成する材料、プロセスは上記した実施例に限定されるものではない。

表２に、偏光層の下地の一つである有機ポリマ層表面に、酸化処理をしてからシロキサン構造を有する層を形成し、クロモニック液晶からなる溶液を塗布し、偏光層を形成したときの偏光層の二色比を示した。

ここで、偏光層の下地である有機ポリマ層の形成は実施例１に記載の工程により実施した。有機ポリマ層の表面処理については、以下の工程により実施した。
有機ポリマ層表面に対し、下記条件を用いて酸素アッシングにより酸化処理を行った。
酸素アッシング条件の例
・ ＲＦ出力：800 Ｗ
・ 圧力：1.0 Ｔｏｒｒ
・ 基板温度：60 ℃
・ 酸素流量：400 ｓｃｃｍ
・ 処理時間：２ 分
さらに、シロキサン構造を有する層の形成は以下の工程により実施した
シロキサン構造を有する層を形成する材料として、信越シリコーン製KBM-403（3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）をスピン塗布し、110℃、5分間加熱し、シロキサン構造を有する層を作製した。膜厚は2.9ｎｍである。

次に、偏光層として、クロモニック液晶からなる溶液をスリットコータを用いて塗布し、乾燥固化して偏光層とした。塗膜として形成することができた偏光層の厚みは250ｎｍである。二色比および純水接触角は実施例１と同様に算出、測定した。

シロキサン構造を有する層を形成する材料として、信越シリコーン製KBE-403（3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン）を用いる以外は実施例２と同様の工程により、偏光層を形成し、二色比および純水接触角を算出、測定した（表２参照）。シロキサン構造を有する層の膜厚は2.5ｎｍである。

シロキサン構造を有する層を形成する材料として、信越シリコーン製KBE-903（3-アミノプロピルトリメトキシシラン）を用いる以外は実施例２と同様の工程により、偏光層を形成し、二色比および純水接触角を算出、測定した（表２参照）。シロキサン構造を有する層の膜厚は23.8ｎｍである。

実施例２に記載の工程により、偏光層の下地である有機ポリマ層を形成した。次にシラザン構造を有する層を形成する材料として、東京応化工業（株）製OAP（ヘキサメチルジシラザン）をスピン塗布し、150℃、4分間加熱し、シロキサン構造を有する層を作製した。膜厚は1.6ｎｍである。次に、実施例２と同様の工程により、偏光層を形成し、二色比および純水接触角を算出、測定した（表２参照）。

比較例４

実施例２において、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成する工程を除き、実施例２と同様の工程を経て、偏光層を形成し、二色比および純水接触角を算出、測定した（表２参照）。

以上より、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成しない場合に比べ、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成した方が二色比が大きくなることが明確となった。

なお、下地層を形成する材料、プロセス、下地表面の酸化処理条件、シロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成する材料、プロセスは上記した実験に限定されるものではない。

偏光層の下地として、東京応化工業（株）製 OCD Type-12（ハイドロキシシロキサンポリマー）をスピン塗布し、80℃、150℃、200℃のホットプレート上で各1分間加熱し、さらに、400℃で30分間キュアし、無機絶縁膜層を作製した。膜厚は250ｎｍである。
次に、偏光層として、クロモニック液晶からなる溶液をスリットコータを用いて塗布し、乾燥固化して偏光層とした。塗膜として形成することができた偏光層の厚みは220ｎｍである。

実施例１と同様に二色比を算出したところ、二色比は32であった。

これより、シロキサン構造を有する無機絶縁膜上でも、有機絶縁膜上にシロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成した場合と同様の二色比となることが明確となった。
なお、下地層を形成する材料、プロセスは上記した実施例に限定されるものではない。

本発明に係わる液晶表示装置を説明するための画素領域平面図である。 本発明に係わる液晶表示装置を説明するための画素領域断面図である。 本発明に係わる液晶表示装置を説明するための画素領域断面図である。 本発明に係わる液晶表示装置を説明するための画素領域平面図である。 本発明に係わる液晶表示装置を説明するための画素領域断面図である。

符号の説明

１０１・・・走査配線
１０２・・・信号配線
１０３・・・共通配線
１０４・・・入出力配線
１０５・・・半導体層
１０６・・・第２のスルーホール
１０７・・・第１のスルーホール
１０８・・・画素電極
１０９・・・共通電極
１１０・・・透明導電膜の開口
１１１・・・薄膜トランジスタ
２０１・・・第１の基板
２０２・・・下地層
２０３・・・半導体層
２０４・・・ゲート絶縁層
２０５・・・ゲート電極
２０６・・・層間絶縁層
２０７・・・電極層
２０８・・・第１の絶縁層
２０９・・・第２の絶縁層
２１０・・・反射板
２１１・・・平坦化層
２１２・・・偏光層
２１３・・・保護層
２１４・・・第３の絶縁層
２１５・・・共通電極
２１６・・・第４の絶縁層
２１７・・・画素電極
２１８・・・第１のスルーホール
２１９・・・液晶層
２２０・・・カラーフィルタ層
２２１・・・第２の基板
２２２・・・外付け偏光板
２２３・・・外付け偏光板
２２４・・・第２のスルーホール
２２５・・・突起
２２６・・・配向膜
４０１・・・ゲート線
４０２・・・ソース線
４０３・・・容量線
４０４・・・ＴＦＴ

Claims (9)

1. 透過表示部と反射表示部とが画素ごとに形成された液晶表示装置であって、
   前記反射表示部に反射層が形成され、
   かつ、液晶層に対向する主面を有する第１の基板と、
   前記液晶層を介して前記第１の基板に対向する第２の基板とを備え、
   前記第１の基板の前記主面には、前記反射層上に偏光層がその下地層を介して形成され
   前記偏光層はクロモニック液晶性の分子からなり、
   かつ、前記偏光層と前記下地層との界面はシロキサン構造またはシラザン構造を有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置において、
   前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層され、
   前記第２の基板に、カラーフィルタを有し、
   前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
   前記反射板の上層に酸化表面を持つ有機ポリマ層があり、
   前記有機ポリマ層表面にシロキサン構造またはシラザン構造を有する層があり、
   前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶性の分子からなる偏光層があり、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜がある
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記有機ポリマ層表面のシロキサン構造を有する層またはシラザン構造を有する層が、下記式（１）の分子構造を有する化合物、または下記式（２）の分子構造を有する化合物
   X-C_nH_2n-OR （１）
   R’₃SiNHSiR’₃ （２）
   （ただし、式（１）中のXはビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基、スルフィド基、ウレイド基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ケチミノ基のいずれかの有機基を表し、Rはメチル基、エチル基、アセチル基のいずれかの有機基を表し、nは１〜3の整数を表す。式（２）中のR’は、炭素数１〜4の１価炭化水素基である。）からなる
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置において、
   前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層され、
   前記第２の基板に、カラーフィルタを有し、
   前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を有し、
   前記反射板の上層に無機絶縁膜層があり、
   前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶性の分子からなる偏光層があり、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜がある
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記無機絶縁膜層が、シロキサン構造またはシラザン構造を有する化合物からなる
   ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
6. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置の製造方法において、
   前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層する工程と、
   前記第２の基板に、カラーフィルタ形成する工程と、
   前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を形成する工程と、
   前記反射板の上層に酸化表面を持つ有機ポリマ層を形成する工程と、
   前記有機ポリマ層表面を酸化処理した後にシロキサン構造またはシラザン構造を有する層を形成する工程と、
   前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶からなる溶液を塗布して乾燥し、偏光層を形成する工程と、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜を形成する工程とを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 前記有機ポリマ層表面のシロキサン構造を有する層またはシラザン構造を有する層を形成する工程が、下記式（１）の分子構造を有する化合物または下記式（２）の分子構造
   X-C_nH_2n-OR （１）
   R’₃SiNHSiR’₃ （２）
   （ただし、式（１）中のXはビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基、スルフィド基、ウレイド基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ケチミノ基のいずれかの有機基を表し、Rはメチル基、エチル基、アセチル基のいずれかの有機基を表し、nは１〜3の整数を表す。式（２）中のR’は、炭素原子数１〜4の１価炭化水素基である。）
   を有する化合物を塗布し、加熱乾燥する工程からなる
   ことを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 対向する第１の基板と第２の基板とで液晶層を挟持し、薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とし、反射型表示部と透過型表示部とを兼ね備える液晶表示装置において、
   前記第１の基板に、透光性の画素電極と透光性の共通電極とが絶縁膜を介して、前記画素電極を上層とし、前記共通電極を下層として積層する工程と、
   前記第２の基板に、カラーフィルタを形成する工程と、
   前記第１の基板の反射表示領域においては、前記共通電極の下層に非透光性の反射板を形成する工程と、
   前記反射板の上層に無機絶縁膜層を形成する工程と、
   前記共通電極と前記反射板間にクロモニック液晶からなる溶液を塗布して乾燥し、偏光層を形成する工程と、
   前記偏光層を覆う有機絶縁膜を形成する工程とを備える
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
9. 前記無機絶縁膜層を形成する工程が、シロキサン構造またはシラザン構造を有する化合物からなる溶液を塗布して乾燥することによりなること
   を特徴とする請求項８記載の液晶表示装置の製造方法。

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