JP3043638B2 - 反射型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
反射型液晶表示装置およびその製造方法Info
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Description
し、とくにスイッチング素子として薄膜トランジスタを
利用したアクティブマトリックス型またはスイッチング
素子を必要としないパッシブマトリックス型の反射型液
晶表示装置および製造方法に関するものである。
利点により、ポケットテレビまたは情報端末機器などに
広く応用されている。特に、バックライトを必要としな
い反射型液晶表示装置は、超薄型・軽量であるとともに
消費電力を大幅に削減できることから市場のニーズが高
まっている。しかし、現在広く実用化されている透過型
カラー液晶表示装置から単にバックライトを取り除き裏
面に光反射板を配設した構成では、光の利用効率が低く
実用的な明るさを得ることができないという問題があ
る。
反射型液晶表示装置として、画素電極自体に反射作用を
もたせた構造や偏光板を不要としたものなどがある。
rmation Display'92学会予稿集(4
37頁)に報告されている技術は、液晶材料として2色
性色素を含むゲスト・ホスト型液晶を使用するもので、
その構成は図7に示すように、絶縁基板41上に形成し
たボトムゲート型TFT(薄膜トランジスタ)のドレイ
ン電極5と、Al(アルミニウム)からなる画素電極4
3とを層間絶縁膜42を介して接続させた構造を有し、
層間絶縁膜42の表面に設けられた凹凸により画素電極
43を光拡散性を有する反射板として機能させている。
画素電極43からの反射光は、ゲスト・ホスト型の液晶
層10により透過または吸収される。この構成では、偏
光板が不要であることと画素電極自体を反射板としたこ
とにより光利用効率を大幅に向上させている。
いる点である。もし反射面が平坦であるならば、反射光
の指向性が強くなるために、表示を見るのに適した角度
域(以下「視野角」という)が狭くなり、また平面鏡と
同じく周りの風景がそのまま反射して映るので、表示が
見づらくなるという問題が生じる。そこで、反射面を凹
凸形状にして、反射光を周囲に一様に散乱させることが
重要となる。しかし上述の層間絶縁膜42に凹凸を形成
して画素電極43に光拡散反射板としての機能を与える
方法では、製造工程が複雑であり、製造コストが高くな
るという問題がある。また、層間絶縁膜42に凹凸形状
を形成するのにフォトリソグラフィー技術を用いて行う
が、この技術ではμmオーダーの微小な形状を形成・制
御することが困難であるとともに、形状が台形などにな
りやすく、一様な反射散乱特性が得られないという問題
もある。
してドレイン電極5と画素電極43とを接続するコンタ
クトホール44の形成が困難であるという問題もある。
さらに図7のアクティブマトリックス基板を形成するに
は、少なくとも6回のフォトリソグラフィー工程が必要
であることも問題である。つまり6種類ものマスクが必
要であり、6回もの露光、現像およびエッチング工程が
必要なので、コスト増大や歩留り低下の原因になる。ま
た、それだけ位置合わせ誤差を考慮する必要があり、そ
の結果としてアクティブマトリックス基板の大型化が困
難である。
えば特開平4−338721号公報には、誘電体多層膜
で反射膜を形成する技術が開示されている。この従来例
は、誘電体多層膜鏡の反射率を制御して光利用効率を高
めることができるなどの利点がある。しかし、光反射板
として用いる誘電体多層膜鏡は光拡散性が乏しいので、
反射光の指向性が強く、視野角は広くならない。
6404号公報に、光拡散膜を最表面に形成し、平面反
射板を透明画素電極の裏側に設置する技術が開示されて
いる。しかし、光拡散膜を表面に形成すると外部からの
光が液晶層に入射する前に散乱されるので、液晶の複屈
折性を利用した表示機能が十分に働かない。さらに、ア
クティブマトリックス基板の形成も、最低7回のフォト
リソグラフィー工程が必要であり、コストや歩留りおよ
び基板の大型化における対策が配慮されていない。
凹凸反射面を簡単に製造する方法として絶縁基板の粗面
化が有利である。いわゆる磨りガラスの利用である。粗
面化絶縁基板にAl膜などを形成すれば、簡単に凹凸反
射板を作製することができる。しかしこの場合、特開昭
59−100488号公報に記載されているように、凹
凸パターン上にTFTを作製しなければならない。よっ
てフォトリソグラフィー工程の露光時にハレーションが
起こりやすく、デザインルールが制限されるという問題
がある。また、凹凸形状がトランジスタ特性の劣化およ
び歩留りの低下をもたらすという問題も生じる。
する部分は平坦なままで、画素部分のみを凹凸形状にす
るという技術が開示されている。しかし、それには平坦
部分を残すための複雑なフォトエッチング工程が必要に
なるので、良好な解決策にはなっていない。さらにアク
ティブマトリックス基板の形成には、最低7回のフォト
リソグラフィー工程が必要となり、コストや歩留りおよ
び基板の大型化においては前述の従来技術と同様の問題
がある。
術では、凹凸形状を形成して良好な光拡散性を有する反
射板を作製するには複雑なフォトエッチング工程が必要
であるので、コスト高の問題はもちろんのこと、反射特
性の制御が非常に困難である。また、薄膜トランジスタ
および反射板を含むアクティブマトリックス基板の形成
には6回以上ものフォトリソグラフィー工程を要するた
め、6種類以上のマスク、6回以上の露光、現像工程が
必要である。したがってコスト増大や歩留り低下の原因
になるとともに、マスクの位置合わせ誤差を考慮する必
要があり、その結果としてアクティブマトリックス基板
の大型化が阻害されるという問題がある。
性を有する光拡散反射板を特別な技術を用いずに形成で
きる低コストな反射型液晶表示装置を提供することにあ
る。
トリックス型における基板の形成に必要なフォトリソグ
ラフィー工程の回数を減少することができ、低コストで
高歩留りな生産を可能にする反射型液晶表示装置を提供
することにある。
装置は、反射板を有する基板が、表面が粗面化されて凹
凸形状になされている基板上に金属膜を有する光拡散反
射板と、その上に表面を平坦化した透明誘電体膜とを有
し、さらにその上に複数の透明画素電極を有することを
特徴とする。また、スイッチング素子を有するアクティ
ブマトリックス基板として用いる場合には、反射板を有
する基板が、表面が粗面化されて凹凸形状になされてい
る基板上に金属膜を有する光拡散反射板と、その上に表
面を平坦化した透明誘電体膜とを有し、さらにその上に
複数の透明画素電極と前記複数の画素電極に各々接続さ
れるスイッチング素子によって構成されることを特徴と
する。
方法は、反射型液晶表示装置において、反射板を有する
基板の形成工程が、絶縁基板の表面を粗面化して凹凸形
状に成型する第1の工程と、その上に金属膜を形成して
光拡散反射板を形成する第2の工程と、その上に透明誘
電体膜を形成して表面を平坦化する第3の工程と、さら
にその上に複数の透明画素電極を形成する第4の工程と
を含むことを特徴とする。また、スイッチング素子を有
するアクティブマトリックス基板として製造する場合に
は、反射板を有する基板の形成工程が、絶縁基板の表面
を粗面化して凹凸形状に成型する第1の工程と、その上
に金属膜を形成して光拡散反射板を形成する第2の工程
と、その上に透明誘電体膜を形成して表面を平坦化する
第3の工程と、さらにその上に複数の透明画素電極を形
成する第4の工程と前記複数の透明電極に各々接続され
るスイッチング素子を形成する第5の工程とを含むこと
を特徴とする。
は、ガラス表面の機械的研磨とフッ化水素などによる薬
液処理およびAlなどの金属膜の形成という簡単な技術
と工程により作製可能であるとともに、研磨や薬液処理
の条件を変えることで簡単に凹凸形状を制御できるの
で、表示装置の視野角や反射率を自由に制御することが
可能である。
ポリイミド系樹脂などをスピンコートすることで表面を
平滑化すれば、その上にTFTを作製できる。
フィー工程のみでアクティブマトリックス基板となる薄
膜トランジスタアレイ基板を作製することが可能であ
り、したがってマスク数や製造工程を大幅に減少するこ
とができるので、製造コストを低減させ歩留りを向上さ
せることができるとともに、位置合わせ誤差の発生も低
下するのでデザインルールに余裕ができ、基板の大型化
が可能になる。
てまず説明する。
なる一対の絶縁性基板が液晶層を間に挟んで対向配置さ
れ、上側に配置された対向基板側より入射される外部光
を下側に配設された基板上に形成された光拡散反射板に
より反射拡散させて表示を行うようになっている。光拡
散反射板は、例えば凹凸を有する基板にAl等の金属膜
を形成したものである。そこで、その凹凸を有する光拡
散反射板上に表面を平坦化した透明誘電体膜を形成して
いるので、その上に薄膜トランジスタ等のスイッチング
素子を形成できる。従って、アクティブマトリックス型
の反射型液晶表示装置の構造が簡単になる。また、本発
明の別の実施形態として、凹凸を有する光拡散反射板上
に透明誘電体膜をスピンコートにより形成して、その上
にスイッチング素子を設けないで、液晶に印加する実効
電圧の変化のみで表示を行うパッシブマトリックス型の
反射型液晶表示装置にも適用できる。スピンコートによ
り透明誘電体膜を厚く形成すれば反射板と配線または画
素電極との間の寄生容量を低減できるからである。 (実施例1)図1は本発明にかかる実施例1の反射型液
晶表示装置のアクティブマトリックス基板の一部分を示
す平面図であり、図2には図1中に示されたA−A線に
沿った断面図を示す。また、図4は図2中に示された表
面を粗面化処理して凹凸を設けた絶縁基板1の断面を一
部拡大して模式的に図示したものである。
が粗面化処理された絶縁基板1の全面にアルミニウム、
銀、金、銅などからなる金属膜2が形成され、その上に
ポリイミド系樹脂などからなる透明誘電体膜3が表面が
平坦化されるように形成されており、その上に透明画素
電極6およびTFT20が形成され、さらにその上に液
晶分子を配向させる処理を行った配向膜(図示せず)が
形成された構成になっている。
は図1に示すように、クロム、タンタル、モリブデン、
アルミニウムなどからなる複数のゲートバス配線21が
互いに平行に設けられ、これらと直交するようにITO
(Indium−Tin−Oxide)などからなる複
数のソースバス配線22が互いに平行に設けられてい
る。ゲートバス配線21とソースバス配線22の各交差
部には、スイッチング素子としてTFT20が形成され
ており、ゲートバス配線21から分岐してTFT20の
ゲート電極9が設けられ、ソースバス配線22から分岐
してTFT20のソース電極4が設けられている。各T
FT20のドレイン電極5にはITOなどからなる透明
画素電極6が接続されている。
透明誘電体膜3の上にITOなどの透明導電膜からなる
ソース電極4、ドレイン電極5が形成されており、ドレ
イン電極5には画素電極6が接続されている。その上に
はソース電極4とドレイン電極5の両方に接続するよう
にアモルファスシリコン半導体層7が形成されている。
半導体層7の上には、窒化シリコンなどからなるゲート
絶縁膜8が形成され、さらにその上にクロム、タンタ
ル、モリブデン、アルミニウムなどからなるゲート電極
9が形成されている。
設される対向基板は、ガラスなどからなる透明絶縁基板
13上にカラーフィルタ12が形成され、その上にIT
Oなどの透明導電膜からなる共通電極11が形成されて
おり、さらにその上には配向膜(図示せず)が形成され
た構成になっている。
して製造することができる。
の機械的手法により粗面化処理する。この研磨手法は、
フラットなガラス板を製造するときに用いられる一般的
な技術であり、この様な機械的研磨では、表面凹凸の高
さ(凹面の底と凸面の頂点との高さの差)や凹凸のピッ
チ(隣り合う凸面の頂点の間隔)は、0.1μm程度に
しか粗くならない。そこで、本実施例ではザクロ石(ア
ルミニウム、鉄などの珪酸塩鉱物)の粉末を用いて研磨
を行い、凹凸高さは1〜2μm、凹凸ピッチは5〜15
μmとなるようにした。
えばフッ酸、バッファードフッ化水素などの薬液に浸漬
させる。機械的研磨によってガラス基板の表面は尖状の
鋭い凹凸形状になっているので、後にこの上に形成する
金属膜2のカバレッジや反射膜の光拡散一様性を向上さ
せる目的で、薬液処理によってこれを滑らかにする。薬
液の種類や浸漬時間によって凹凸高さは変化するが、本
実施例では10%フッ酸に5分間浸漬させることで、凹
凸高さ1〜2μmのものを0.4〜1.2μmに変化さ
せた。
ス基板(図2の絶縁基板1)の表面を高低差0.4〜
1.2μm、ピッチ5〜15μmの滑らかな凹凸形状に
加工することが可能である。
れらの材料を主体とする合金などの光反射率の高い金属
膜を基板全面にスパッタ法により0.1〜1μmの膜厚
に成膜して光拡散反射板2を形成する。
明誘電体膜3を2〜5μmの膜厚にスピンコートして、
凹凸形状の基板表面を平坦化させる。具体的には、まず
粘性のある液状のプレポリマー(前駆重合体)を基板上
に塗布し、次に基板全面でプレポリマーの膜厚がほぼ均
一になるようにスピンコータで引き伸ばした後、焼成炉
中に例えば250℃で30分間保持してプレポリマーを
硬化させることで、表面の平坦な透明誘電体膜3を形成
する。
スパッタ法により0.01〜0.3μmの膜厚に成膜し
た後、フォトリソグラフィー技術を用いて所定の形状に
エッチング加工して、ソースバス配線22、ソース電極
4、ドレイン電極5ならびに画素電極6を形成する。
ラズマ処理を施した後、プラズマCVD(化学気相成
長)法により半導体層7となるアモルファスシリコンを
膜厚0.03〜0.3μm、プラズマCVD法によりゲ
ート絶縁膜8となる窒化シリコンまたは酸化シリコンを
膜厚0.2〜0.6μm、スパッタ法によりゲート電極
9となるクロム、タンタル、モリブデン、アルミニウム
などの金属膜を膜厚0.1〜0.5μmに連続して堆積
させる。そして、フォトリソグラフィー技術で金属膜を
所定の形状にエッチング加工してゲート電極9およびゲ
ートバス配線21を形成する。さらに、同一のレジスト
マスクまたはレジストを剥離してパターン化された上記
金属膜をマスクとして、ゲート絶縁膜8および半導体層
7をエッチング加工する。以上によりアクティブマトリ
ックス基板が得られる。
ィー工程のみでアクティブマトリックス基板を形成する
ことが可能である。
光部分と赤・緑・青色の着色層部分からなるカラーフィ
ルタ12を形成し、その上にITO膜をスパッタして透
明共通電極11を形成することで得られる。
極形成側表面に配向膜を塗布して後、この両基板を配向
膜塗布面を内側にして、間に直径3〜8μmのプラスチ
ックビーズを挟んで対向させ、シール樹脂を用いて貼り
合わせる。その後、あらかじめシール樹脂の一部を開口
させて設けておいた注入口から、2種類以上の2色性色
素とカイラル中心を有する光学活性物質とを含んだ液晶
材料を注入し、注入口を封止する。以上によりゲストホ
ストモードの反射型液晶表示装置が得られる。
た2色性をもつ棒状分子である色素が、かなりの程度液
晶分子にならって配向するという現象を利用したもので
ある。液晶分子が光の入射面に対して立っているときは
色素分子も立っていて、光は液晶層を透過し、液晶分子
が光の入射面に対して寝ているときには色素分子も寝て
いて、光は色素に吸収されて液晶層を透過しないという
原理で、光スイッチング素子に応用できる手法である。
そして、2種類以上の2色性色素を添加することによ
り、可視領域の波長光をすべて吸収することができる。
このモードを利用すれば、従来のツイストネマティック
(TN)型液晶表示装置で必要であった偏光板が不要に
なるので、偏光板による光の吸収および一偏光成分のみ
しか利用できないという問題が解決されて、光の利用効
率を大幅に向上させることができる。 (実施例2)図3は本発明にかかる実施例2の反射型液
晶表示装置の一部分を示す断面図である。
あるが、アクティブマトリックス基板において、光拡散
反射膜2がほぼ透明画素電極6の下部領域のみに設けら
れており、それ以外の領域の反射膜を除去した構造であ
る点が異なる。実施例1の場合には、光拡散反射面2に
よって反射された外部光が半導体層7に入射(光の軌跡
を図3中に破線で図示)しやすい構造であるため、光の
入射により半導体層7のオフ抵抗が低下してリーク電流
が増大し、表示品位が劣化するという問題が考えられ
る。それに対して実施例2では、半導体層7の下側に位
置する光拡散反射面2を除去することで、半導体層7に
入射する反射光の侵入を大幅に低減した構造になってい
る。
て製造することができる。まず、実施例1と同様にガラ
ス基板1を粗面化処理した後金属膜をスパッタし、その
後フォトリソグラフィー技術を用いて不要な金属膜部分
をエッチング除去して光拡散反射板2を形成する。その
後の工程は実施例1と同様にして反射型液晶表示装置を
得ることができる。 (実施例3)図5は本発明にかかる実施例3の反射型液
晶表示装置の一部分を示す断面図である。
あるが、アクティブマトリックス基板において、透明誘
電体膜3の上に無機膜45を有している点で異なる。そ
の無機膜45の上の透明電極6およびTFT20は実施
例1と同様に形成されている。実施例1の場合には、透
明誘電体膜3と半導体層7が直に接するので、透明誘電
体膜3の材料の選択次第では、それら二つの層の界面の
界面準位が増加したり、透明誘電体膜3に存在する不純
物を取り込んだりして薄膜トランジスタの特性が悪くな
ることも考えられる。その場合に、半導体の分野におい
て絶縁膜として実績のある酸化シリコン膜や窒化シリコ
ン膜等の無機膜45を0.03〜0.2μmの膜厚で透
明誘電体膜3と半導体層7の間に形成することにより半
導体層7が透明誘電体膜3と直接に接することを避ける
ことができる。
フォトリソグラフィー工程のみでアクティブマトリック
ス基板を形成することが可能である。 (実施例4)また、本発明の技術はパッシブマトリック
ス型にも適用が可能である。パッシブマトリックス型
は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子による手段
によらず、液晶に印加する実効電圧の変化のみで表示を
行う。すなわち、図6の断面図に示すように、TFTが
存在せず、行電極46と列電極47によって構成され、
液晶に印加する電圧を制御する。行電極および列電極は
配線であるとともに画素電極でもあるので透明導電材料
であるITOなどを用いる。行電極46は粗面化絶縁基
板側にあり、列電極47はカラーフィルタを有する対向
基板側に設けられている。
変化させて液晶表示を行うために、行電極46に結合さ
れる寄生容量が大きいと列電極47に与える駆動パルス
が歪んで画質が著しく低下する。そこで、透明誘電体膜
3をスピンコートにより塗布すれば例えばその膜厚を5
μm以上に厚くできるので、行電極46と光反射膜(金
属膜)2との間の寄生容量が少なくなる。また、透明誘
電体膜3が平坦化されているので、その上の行電極46
が凹凸段差により切れる心配がない。
縁基板の凹凸形状が高低差0.4〜1.2μm、ピッチ
5〜15μmである例を示したが、本発明の反射型液晶
表示装置の製造方法においては、高低差は0.1〜5μ
m、ピッチは0.5〜50μmの間で光学的に良好な凹
凸形状の面を得ることができた。
擦り研磨法以外に、微粒子を基板表面に強く吹き付けて
所望の凹凸面を形成するサンドブラスト法などを用いる
ことができる。
ド系樹脂以外に、ポリアミド、ポリエステル、アクリル
樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリシラザンな
どの高分子化合物またはこれらを基礎とする材料等を用
いることができる。
凹凸形状を作製・制御して良好な反射特性を持つ光拡散
反射板を形成することが可能であるとともに、その上に
表面を平坦化した透明誘電体膜を有するので、その上に
2または3回のフォトリソグラフィー工程のみでスイッ
チング素子を設けたアクティブマトリックス基板を製造
することができる。
た反射型液晶表示装置を、低コスト、高歩留りで製造す
ることができる。また、TFTのデザインルールに余裕
ができ大型化・微細化が容易になることから、表示装置
の大型化・高精細化が可能になる。
板内部に組み込んだ構造であるとともに、ゲストホスト
モードを利用すれば、偏光板が不要であるため、光の利
用効率が十分高い反射型液晶表示装置を製造することが
可能である。
クス型にも適用が可能である。
のアクティブマトリックス基板の一部分を示す平面図。
を示す断面図。
た表面粗面化絶縁基板の断面の拡大模式図。
の構造を示す断面図。
ス型の反射型液晶表示装置を示す断面図。
造を示す断面図。
Claims (9)
- 【請求項1】 複数の画素電極と前記複数の画素電極に
各々接続される複数のスイッチング素子とがマトリック
ス状に配置されたアクティブマトリックス基板と、透明
電極を有する対向基板と、両基板間に封入された液晶層
とを備える反射型液晶表示装置において、前記アクティ
ブマトリックス基板が、表面が粗面化されて凹凸形状に
なされている基板上に金属膜を有する光拡散反射板と、
その上に表面を平坦化した透明誘電体膜と、さらにその
上に無機膜とを有し、さらに前記無機膜の上に複数の透
明画素電極と前記複数の透明画素電極に各々接続される
複数のスイッチング素子を有することを特徴とする反射
型液晶表示装置。 - 【請求項2】前記凹凸形状が、高低差0.1〜5μm、
ピッチ0.5〜50μmの範囲で選択され、かつ矩形型
ではない滑らかな波型であることを特徴とする請求項1
記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項3】前記光拡散反射板の金属膜の少なくとも一
部の領域が除去されていることを特徴とする請求項1記
載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項4】二つの基板間に液晶が封入され、前記二つ
の基板の片方の基板に光反射板を有する反射型液晶表示
装置において、前記反射板を有する基板の形成工程が、
基板の表面を粗面化して凹凸形状に成型する第1の工程
と、その上に金属膜を形成して光拡散反射板を形成する
第2の工程と、その上に透明誘電体膜を形成して表面を
平坦化する第3の工程と、さらにその上に複数の透明画
素電極を形成する第4の工程を含むことを特徴とする反
射型液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項5】複数の画素電極と前記複数の画素電極に各
々接続される複数のスイッチング素子とがマトリックス
状に配置されたアクティブマトリックス基板と、透明電
極を有する対向基板と、両基板間に封入された液晶層と
を備える反射型液晶表示装置の製造方法において、前記
アクティブマトリックス基板の形成工程が、絶縁基板の
表面を粗面化して凹凸形状に成形する第1の工程と、そ
の上に金属膜を形成して光拡散反射板を形成する第2の
工程と、その上に透明誘電体膜を形成して表面を平坦化
する第3の工程と、さらにその上に複数の透明画素電極
を形成する第4の工程と、前記複数の透明画素電極に各
々接続される複数のスイッチング素子を形成する第5の
工程とを含むことを特徴とする反射型液晶表示装置の製
造方法。 - 【請求項6】絶縁基板の表面を粗面化して凹凸形状に成
形する前記第1の工程が、ガラス基板の表面を機械的研
磨によって粗面化した後、薬液処理によってその表面の
尖状部分を滑らかにすることにより成形することを特徴
とする請求項4または5記載の反射型液晶表示装置の製
造方法。 - 【請求項7】前記第3の工程における透明誘電体膜の形
成が高分子化合物をスピンコートするものであることを
特徴とする請求項4または5記載の反射型液晶表示装置
の製造方法。 - 【請求項8】前記高分子化合物が、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリエステル、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シ
リコーン樹脂、またはポリシラザンのうち少なくとも一
つを含むことを特徴とする請求項7記載の反射型液晶表
示装置の製造方法。 - 【請求項9】複数の透明画素電極に各々接続される前記
複数のスイッチング素子とをマトリックス状に配置形成
する前記第5の工程が、基板表面を平坦化した透明誘電
体膜上に透明導電膜を成膜した後、前記透明導電膜を画
素電極およびソース・ドレイン電極配線を形成し、その
上に半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極となる金属膜
を連続して成膜した後、前記半導体膜、ゲート絶縁膜、
金属膜をゲート電極配線を島状に形成することを特徴と
する請求項5記載の反射型液晶表示装置の製造方法。
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