JP3831028B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置の構造に関し、薄く、軽く、しかも割れにくい液晶表示装置に関するものである。また、割れにくい基板として金属基板を利用し、さらに、金属基板上に設ける絶縁膜として金属基板の陽極酸化膜を利用するものである。さらに、金属基板上に、スイッチング素子として、金属−非線形抵抗層−金属構造、あるいは、金属−半導体層−金属構造からなる二端子型スイッチング素子、あるいは、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層と不純物イオンを含む半導体層とソース電極とデーター電極とを有する三端子型スイッチング素子を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶パネルを用いた液晶表示装置の表示容量は、大容量化の一途をたどっている。その液晶表示装置の構造は、第１の基板上に設ける信号電極に液晶画素の表示電極を直接に接続するパッシブマトリクス型と、信号電極と表示電極の間にスイッチング素子を有するアクティブマトリクス型がある。さらに、第１の基板上の表示電極と対向するように液晶を介して対向電極を設け、複数の信号電極と複数の対向電極をマトリクス状に配置し、信号電極と、対向電極に接続するデーター電極に外部回路より所定の信号を印加する構造からなる。
【０００３】
そして、単純マトリクス構成（パッシブマトリクス型）の液晶表示装置にマルチプレクス駆動を用いる手段は、高時分割化するに従ってコントラストの低下あるいは応答速度の低下が生じ、２００本程度の走査線を有する場合では、充分なコントラストを得ることが難しくなる。
【０００４】
そこで、このような欠点を除去するために、個々の画素にスイッチング素子を設けるアクティブマトリクスの液晶表示パネルが採用されている。
【０００５】
このアクティブマトリクスの液晶表示パネルには、大別すると薄膜トランジスタを用いる三端子型スイッチング素子と、非線系抵抗素子を用いる二端子型スイッチング素子とがある。これらのうち構造や製造方法が簡単な点と低温工程にて比較的製造可能な点では、二端子型スイッチング素子が優れている。
【０００６】
この二端子型スイッチング素子としては、ダイオード型や、バリスタ型や、ＴＦＤ型などが開発されている。
【０００７】
このうちＴＦＤ型は、とくに構造が簡単で、そのうえ製造工程が短いという特徴を備えている。
【０００８】
また、液晶表示装置は自己発光型の表示装置ではないため、外部の光源を利用し液晶の光学変化により外部の光の変化を利用し表示を行う。そのため、観察者と液晶表示装置と光源の位置関係には、大きく分けると２種類ある。一つ目は、光源と観察者が液晶表示装置に対して同一面にある、いわゆる反射型液晶表示装置であり、２つ目は観察者−液晶表示装置−光源の配置をとる、いわゆる透過型液晶表示装置である。液晶表示装置の長所である低消費電力化を目的とする場合には、特に光源を必要とせず液晶表示装置の周囲の光源を利用する反射型液晶表示装置が有効である。
【０００９】
以下に、信号電極と表示電極の間にスイッチング素子として二端子型スイッチング素子を有する液晶表示装置の従来例を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１５は二端子型スイッチング素子を用いた従来技術における液晶表示装置の構成を示す平面図である。さらに図１６は、図１５の平面図におけるＡ−Ａ線での断面を示す断面図である。以下、図１５と図１６とを交互に用いて従来技術を説明する。
【００１１】
プラスチック基板からなる第１の基板１上には、いずれもタンタル（Ｔａ）膜からなる信号電極３と信号電極３と一体構造からなる下部電極４を有する。信号電極３と下部電極上には、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）からなる非線形抵抗層５を有する。
【００１２】
さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層５と重なり合う上部電極６と上部電極６と一体構造の表示電極９とを酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜にて設ける。この上部電極９と非線形抵抗層５と下部電極４とにより二端子型スイッチング素子を構成する。
【００１３】
以上に記載する第１の基板１を液晶表示装置として使用する場合には、第１の基板１に対向するようにプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、表示電極９と対向するように透明導電性膜からなる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜で構成する対向電極１５を有する。さらに対向電極１５には、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）を接続している。
【００１４】
さらに第１の基板１上と第２の基板２２上には、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間には、液晶１７を封入している。
【００１５】
さらに、第１の基板１あるいは、第２の基板２２のいずれか一方の液晶１７と反対の面に反射板２５を有する。液晶表示装置の表示モード、例えば、相転移型ゲストホスト（ｐｃ−ＧＨ）モード、あるいは、ツイストネマティック（ＴＮ）モード等の種類により必要な場合と不要な場合とがある。液晶表示装置は自己発光しないため、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の領域の液晶１７の電圧と光学特性変化を利用し、さらに、反射板２５の反射特性と外光とを利用し反射型の液晶表示装置は所定の画像表示を行う。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来の液晶表示装置では、プラスチック基板の熱安定性、あるいは、プラスチック基板を透過して液晶を劣化させる不純物イオンの防止膜、あるいは、膜の応力による反り、熱伝導性等により、プラスチック基板上に設ける膜の形成温度、あるいは、膜の種類を非常に限定するとともに、従来のガラス基板を利用する製造方法がほとんど使用できない状況である。
【００１７】
さらに、二端子型スイッチング素子あるいは、三端子型スイッチング素子をプラスチック基板上に形成する場合には、各膜の性能、あるいは、多層による応力の発生等により、さらに複雑な工程が必要となり、さらに、スイッチング素子の特性の維持も難しい。
【００１８】
また、カラーフイルターを有する場合においても、低コストで良質のカラーフイルターがガラス基板上で形成可能な現在、プラスチック基板上にカラーフイルターは、密着力の低下、製造工程の複雑さの点で大きく遅れている。さらに、カラーフイルターの露光時間が長時間かかるとの欠点および、パターンエッジが逆テーパーになるとの問題もある。
【００１９】
また、基板上に設ける信号電極、あるいは／と対向電極の配線、あるいは非線形抵抗素子に欠陥が発生した場合に、従来の基板では、基板と欠陥部との接続を行い、欠陥部を目立たなくすることができなかった。
【００２０】
本発明の目的は、上記課題を解決して、薄型かつ軽量で壊れにくい液晶表示装置を形成するための液晶表示装置の構造を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置においては、下記記載の構成を採用する。
【００２２】
本発明の液晶表示装置は、第１の基板と第２の基板とを所定の間隔をもって対向し、第
１の基板と第２の基板との間に封入する液晶とを備えた液晶表示装置において、第１の基板が、その表面に絶縁膜が被覆された金属基板であり、絶縁膜の表面には、第１の基板と離間して設けた信号電極と、その信号電極に接続するスイッチング素子と、当該スイッチング素子に接続する表示電極とが形成されており、表示電極を透光性とし、金属基板をグランド電位に接地して、この金属基板を表示電極の反射板として用いる構成を採用する。
【００２３】
本発明の液晶表示装置は、第１の基板上の電極を形成する面の材料が、陽極酸化処理が可能な金属材料により構成された金属基板であり、この絶縁膜が陽極酸化膜である構成を採用する。
【００２４】
本発明の液晶表示装置は、スイッチング素子を構成する金属膜の一部が、第１の基板に用いる材質と主成分が同一である構成を採用する。
【００２５】
本発明の液晶表示装置は、スイッチング素子が、信号電極または表示電極のいずれかに接続する下部電極と、下部電極上に設ける非線形抵抗層と、この非線形抵抗層上に設ける上部電極からなる二端子型スイッチング素子である構成を採用する。
【００２６】
本発明の液晶表示装置は、スイッチング素子が、信号電極に接続するゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体層と、不純物イオンを含む半導体層と、データー電極に接続するソース電極と、表示電極に接続するドレイン電極とを有する三端子型スイッチング素子である構成を採用する。
【００２７】
【作用】
液晶表示装置を構成する第１の基板あるいは、第２の基板のいずれかに金属基板を利用する。さらに、金属基板は延伸してるため、薄型である。また、軽量でさらに割れにくい特徴を有する。しかし、金属基板上に直接信号電極、あるいは、データー電極を複数本設ける場合には、各電極間で電気的に短絡してしまう。そのため、金属基板上にまず絶縁膜を設ける。この絶縁膜はピンホール等の欠陥がないことが要求されるため、金属基板に陽極酸化性金属を採用する。さらに絶縁膜には陽極酸化膜を採用することにより、金属基板上には非常にピンホールの少ない絶縁膜を設けることができる。さらに、金属基板上に陽極酸化膜を設けた後に、さらに絶縁膜を設けてもよい。あるいは、ステンレス基板等に陽極酸化性金属膜を設け、この金属膜を陽極酸化処理により絶縁膜とすることにより金属基板の材質を広範囲に利用できる。
【００２８】
さらに、金属基板を利用することにより、反射型液晶表示装置の反射板として利用できる。さらに、純度の優れる金属基板を利用することにより、従来のプラスチック基板に利用していた液晶への不純物イオンの透過防止用の膜を設ける必要がない。さらに、金属基板からの液晶への不純物イオンの混入を厳しくする場合においても、陽極酸化膜、あるいは、絶縁膜を形成することにより問題がなくなる。
【００２９】
また、金属基板はプラスチック基板にように、低温において化学変化を起こすことがないため、安定である。そのため、金属基板上の絶縁膜上にスイッチング素子を形成することが可能となり、特性も向上できる。
【００３０】
さらに、カラーフイルターを設ける場合においても、適度な温度での焼成が可能なため金属基板は有効である。さらに、カラーフイルターのパターン形成の露光工程の際に金属基板の反射特性を利用しカラーフイルターの裏面反射を利用し短時間でカラーフイルターを露光でき、さらに、均熱性がよく、裏面からの反射があるため、エッジでの逆テーパーが抑えられる。さらに、金属基板側に高温の必要な膜あるいは、応力の発生する膜を形成し、対向する基板にプラスチック基板を利用することにより、従来のプラスチック基板のみを利用する場合に比較し良好な液晶表示装置が可能となる。
【００３１】
さらに、非線形抵抗素子の欠陥等が発生した場合に、金属基板と例えば表示電極とをレーザー溶融処理を行い、絶縁膜を除去し、金属基板と表示電極とを直接接続することにより、非線形抵抗素子の欠陥部の表示内容を金属基板により制御し、欠陥を目立たなくすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の液晶表示装置を実施するための最良の形態における液晶表示装置の構成を、図面を使用して説明する。
【００３３】
はじめに本発明の第１の実施形態における二端子型スイッチング素子と二端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図１と図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図２は図１の平面図のＢ−Ｂ線における断面を示す断面図である。以下、図１と図２を交互に用いて本発明の第１の実施形態を説明する。
【００３４】
タンタル基板からなる第１の基板１上には、タンタルの陽極酸化膜である酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）からなる絶縁膜２を有する。酸化タンタル膜は、第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２上の一方には、タンタル膜からなる信号電極３と信号電極と一体構造の下部電極４とを設ける。さらに信号電極３上と下部電極４上には、非線形抵抗層５としてタンタル膜（Ｔａ）の陽極酸化膜からなる酸化タンタル膜（Ｔａ2 Ｏ5 ）を設ける。ここで、タンタル基板１上の酸化タンタル２上にタンタル膜３、４を設けることにより、非常に密着力の良好な構成となる。また、タンタル基板１上の陽極酸化膜２と非線形抵抗層５との絶縁性は、陽極酸化処理の際の電圧を変更することにより達成することができる。
【００３５】
さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層５を重なり合う上部電極６と上部電極６と一体構造からなる表示電極９を酸化インジウムスズ膜にて設ける。下部電極４と非線形抵抗層５と上部電極６によりスイッチング素子１１を構成する。また、非線形抵抗層５と絶縁膜２がほぼ同一組成の膜のため、酸化インジウムスズ膜の密着力の差を防止でき、スイッチング素子１１の近傍の上部電極６のパターン精度を向上することができる。
【００３６】
さらに、絶縁膜２とスイッチング素子１１と表示電極９上には、カラーフイルター４０を設ける。カラーフイルター４０は、感光性樹脂に顔料を含む材料をパターン形成する方法より形成する。
【００３７】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向する非常に薄いマイクロガラスシートからなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、第１の基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。さらに対向電極１５は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。
【００３８】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。さらに、第２の基板２２上に偏光板２４を有する。
【００３９】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００４０】
表示電極９と対向電極１５の間には、カラーフイルター４０を有するため、表示電極９と対向電極１５の間にごみ等の異物が混入した場合でも、表示電極９と対向電極１５が電気的に短絡することが防止できる。また、反射型液晶表示装置の場合には、透過型液晶表示装置に比較して暗い表示のため、カラーフイルターの彩度を重視するより明るいカラーフイルター４０の特性が重要なため、カラーフイルター４０を薄くすることが可能となり、表示電極９と対向電極１５間にカラーフイルター４０を挿入しても表示品質を劣化させることがほとんどない。
【００４１】
さらに、金属基板１を利用することにより、金属基板１をグランド電位に接地することにより、液晶表示装置の回路のノイズを外部に漏らすことの防止と、外部のノイズを回路へ進入することを防止できる。
【００４２】
さらに、実験の結果、従来のプラスチック基板の場合には、工程中の最高温度を１２０℃までとしたが、本実施形態を利用することにより、２００℃から２５０℃まで使用可能となったため、二端子型スイッチング素子の電流−電圧特性の向上とバラツキの低減が可能となり、良好な品質の液晶表示装置が可能となった。
【００４３】
つぎに、本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の構成を、図３と図４とを用いて説明する。本発明の第２の実施形態においては、信号電極と対向電極をスイッチング素子を介さずに設けるパッシブマトリクス型の液晶表示装置への本発明の応用例を示す。図３は本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図４は図３の平面図のＣ−Ｃ線における断面を示す断面図である。以下、図３と図４とを交互に用いて本発明の第２の実施形態を説明する。
【００４４】
アルミニウム基板からなる第１の基板１上には、アルミニウム（Ａｌ）の陽極酸化膜である酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁膜２を有する。陽極酸化よりにより、酸化アルミニウム膜は第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２上には、酸化インジウムスズ膜からなる信号電極３を設ける。この信号電極は表示電極９を兼用するためストライプ形状をしている。アルミニウム基板を利用するため、反射効率を良好にすることができる。さらに、アルミニウム基板は延伸処理を行い、薄箔に加工後に電界エッチング処理により鏡面加工してある。そのため陽極酸化膜の平坦性も非常に良好である。
【００４５】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向するプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、第１の基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。さらに対向電極１５は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。
【００４６】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。さらに、第２の基板２２上に偏光板２４を有する。
【００４７】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００４８】
さらに、金属基板１を利用することにより、金属基板１をグランド電位に接地することにより、液晶表示装置の回路のノイズを外部に漏らすことの防止と、外部のノイズを回路へ進入することを防止できる。
【００４９】
また、第１の基板１上に偏光板が必要な場合には、例えば、金属基板１上に配向膜を形成し、ポリマー液晶を紫外線にて硬化処理を行う方法がある。さらに、液晶１７と配向膜１６のプレチルト角を大きくする場合には、金属基板１の表面に指向性を持たせて凹凸を形成し、陽極酸化処理を行うことにより配向性を有する絶縁膜を設けることができる。
【００５０】
つぎに、本発明の第３の実施形態における三端子型スイッチング素子と三端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図５と図６を用いて説明する。図５は本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図６は図５の平面図のＤ−Ｄ線における断面を示す断面図である。以下、図５と図６を交互に用いて本発明の第３の実施形態を説明する。
【００５１】
アルミニウムに高融点金属を含む金属基板としてアルミニウムにタンタルを含む基板からなる第１の基板１上には、アルミニウムとタンタルの複合膜の陽極酸化膜である酸化アルミニウムと酸化タンタルの複合酸化膜（Ａｌ2Ｏ3：Ｔａ2Ｏ5）からなる絶縁膜２を有する。合金基板を利用することにより、アルミニウムの反射率に近い反射効率と熱処理による劣化の防止を同時に達成することができる。また、陽極酸化処理により、複合酸化膜は第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２上には、タンタル膜からなる信号電極３と信号電極と一体構造のゲート電極３５とを設ける。さらに信号電極３上とゲート電極３５上には、タンタル膜の陽極酸化膜からなるゲート絶縁膜３４を設ける。ここで、アルミニウムとタンタルからなる金属基板１上の複合酸化膜２上にタンタル膜３、３５を設けることにより、非常に密着力の良好な構成となる。
【００５２】
ゲート絶縁膜３４とその周囲には半導体層３６を設ける。ゲート電極３５と重なる半導体層３６上には、データー電極３０に接続するソース電極３１と表示電極９に接続するドレイン電極３２を設ける。また、半導体層３６とソース電極およびドレイン電極との間には不純物イオンを含むｎ型半導体層３７を設ける。ささらに、ソース電極３１とドレイン電極３２との間の半導体層３６上には、薄膜トランジスターのチャネル部分の特性の劣化防止のために保護用絶縁膜３８を設ける。以上により三端子型スイッチング素子である薄膜トランジスター４１となる。ここで、特に薄膜トランジスター４１の特性上重要であるゲート絶縁膜３４と半導体層３３とは３００℃程度の温度が必要なため、特に金属基板１が有効となる。さらに、金属基板１は熱伝導が良好であること、さらに金属基板１に引っ張り応力を掛けておくことにより金属基板１の反りを減少することが可能となる。
【００５３】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向するプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。酸化インジウムスズ膜のパターン形成を必要としないため、プラスチック基板２２においても、使用に耐え、さらに酸化インジウムスズ膜がプラスチック基板２２を透過し、液晶１７へ混入する不純物イオンを防止する。
【００５４】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。本実施形態においては、相転移型ゲストホスト（ｐｃ−ＧＨ）モードを利用しているため、偏光板は必要としない。
【００５５】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、薄膜トランジスター３６を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００５６】
つぎに本発明の第４の実施形態における二端子型スイッチング素子と二端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図７と図８を用いて説明する。図７は本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図８は図７の平面図のＥ−Ｅ線における断面を示す断面図である。以下、図７と図８を交互に用いて本発明の第４の実施形態を説明する。
【００５７】
アルミニウムにシリコンを含む金属基板からなる第１の基板１の表面には可視光の波長（４００ナノメートルから８００ナノメートル）の凹凸を設ける。また凹部凸部の傾斜角度は４５゜以内とし、散乱面とする。金属基板１の反りを防止する方法として裏面にも同様に凹凸を設けている。さらに、第１の基板１上には、シリコンとアルミニウムの陽極酸化膜である酸化アルミニウムと酸化シリコンからなる複合酸化膜（Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2）からなる絶縁膜２を有する。陽極酸化により、複合酸化膜は第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２上には、アルミニウム膜からなる信号電極３と信号電極と一体構造の下部電極４とを設ける。さらに信号電極３上と下部電極４上と絶縁膜２上とには、非線形抵抗層５として炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）合金膜を設ける。信号電極３あるいは下部電極４にアルミニウム膜を用いることにより金属基板１への応力を非常に低減でき、金属基板１の反りを防止できる。さらに、合金膜からなる非線形抵抗層５を全面に設けることにより金属基板１から液晶１７への不純物イオンの混入のバリヤー層となる。さらに、金属基板１の表面に凹凸を有するため、表示電極９と金属基板１との電気的短絡の防止にも兼用できる。
【００５８】
さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層５と重なり合う上部電極６と上部電極６と一体構造からなる表示電極９を酸化インジウムスズ膜にて設ける。下部電極４と非線形抵抗層５と上部電極６によりスイッチング素子１１を構成する。ここで、金属基板１を溶液中において再度電圧を印加し、金属基板１と表示電極９とが電気的短絡を起こしている部分の酸化インジウムスズ膜を電界エッチングする。これにより、図７に示すように、短絡部５２の周囲にエッチング孔５１を設けることが可能となり、金属基板１と表示電極９の電位的短絡が修正でき、表示電極９は表示可能となる。
【００５９】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向するプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、第１の基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。さらに対向電極１５は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。
【００６０】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。本実施形態においては、相転移型ゲストホスト（ｐｃ−ＧＨ）モードを利用しているため、偏光板は必要としない。
【００６１】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００６２】
本実施形態を利用することにより、散乱面を有する反射板として金属基板１を利用する場合においても、金属基板１上の絶縁膜２の被服性と非線形抵抗層５のほぼ全面に形成する方式と、表示電極９を形成後に再度電圧を印加し、表示電極９と金属基板１との電気的短絡部を電界エッチング処理により除去する方式を利用することにより欠陥の少ない、明るく、破壊しにくい液晶表示装置を得ることができる。
【００６３】
つぎに本発明の第５の実施形態における二端子型スイッチング素子と二端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図９と図１０を用いて説明する。図９は本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図１０は図９の平面図のＦ−Ｆ線における断面を示す断面図である。以下、図９と図１０を交互に用いて本発明の第５の実施形態を説明する。
【００６４】
アルミニウムにシリコンを含む金属基板からなる第１の基板１の表面にはシリコンとアルミニウムの陽極酸化膜である酸化アルミニウムと酸化シリコンからなる複合酸化膜（Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2）からなる絶縁膜２を有する。陽極酸化により絶縁膜２を設けるため、絶縁膜２は、第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２の片面には絶縁膜２の形成されていない複数の開口部５３を有する。また、金属基板１の主成分であるアルミニウと同様のアルミニウム（Ａｌ）膜からなる下部電極４を第１の基板２の表面に設ける開口部５３と接続部５４で接続し、さらに絶縁膜２上に張り出す形状にて設ける。図９には、最終的に下部電極４と一体構造の接続部５４は除去されるため、破線にて示してある。下部電極４と接続部５４上とには、非線形抵抗層５としてアルミニウム膜の陽極酸化膜である酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を設ける。ここで、信号電極３あるいは下部電極４にアルミニウム膜を用いることにより金属基板１への応力を非常に低減でき、金属基板１の反りを防止できる。また、下部電極４上に非線形抵抗層５を下部電極４の一部を陽極酸化処理するための電極として金属基板１と金属基板上の開口部５３と接続部５４とを利用する方法を採用する。金属基板１を陽極酸化処理の電極として利用するため、非常に低抵抗であり、また、断線の心配がないため、大きな欠陥となることがなくなる。
【００６５】
さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層５と重なり合いう上部電極とした２種類の上部電極を設ける。まず、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる信号電極３と信号電極３と一体構造の信号電極用上部電極５４を設ける。さらに、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる表示電極９と表示電極９と一体構造の表示電極用上部電極５５を設ける。信号電極３と表示電極９との間には２個の非線形抵抗素子５６、５７とを有する。第１の非線形抵抗素子５６は、信号電極３に接続する信号電極用上部電極５４と非線形抵抗層５下部電極４とにより構成し、第２の非線形抵抗層５７は、表示電極９と接続する表示電極用上部電極５５と非線形抵抗層５と下部電極４とにより構成する。また、下部電極４と金属基板１との接続を行う接続部５４の一部を除去することにより、信号電極３と表示電極９との間には２個の非線形抵抗素子５６、５７が有効となる。
【００６６】
また、金属基板１と下部電極４と上部電極６とをアルミニウムあういは、アルミニウムを主成分とする合金膜より形成形成することにより、熱膨張を同一にすることができるため、温度の上下による膜の歪等を非常に小さくすることができる。さらに、膜の応力を小さくできるため、非線形抵抗素子５６、５７の特性の向上と、低温での膜の密着力の向上になる。
【００６７】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向するプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、第１の基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。さらに対向電極１５は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。
【００６８】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。本実施形態においては、相転移型ゲストホスト（ｐｃ−ＧＨ）モードを利用しているため、偏光板は必要としない。
【００６９】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００７０】
本実施形態を利用することにより、反射板として金属基板１上の絶縁膜２上に反射効率の良好な表示電極９を有するため、明るく、破壊しにくい液晶表示装置を得ることができる。
【００７１】
つぎに本発明の第６の実施形態における二端子型スイッチング素子と二端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図１１と図１２を用いて説明する。第６の実施形態は、第５の実施形態における二端子型スイッチング素子の非線形抵抗素子に欠陥が発生した際の欠陥救済後の構成を示す。図１１は本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図１２は図１１の平面図のＧ−Ｇ線における断面を示す断面図である。以下、図１１と図１２を交互に用いて本発明の第６の実施形態を説明する。
【００７２】
アルミニウムにシリコンを含む金属基板からなる第１の基板１の表面にはシリコンとアルミニウムの陽極酸化膜である酸化アルミニウムと酸化シリコンからなる複合酸化膜（Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2）からなる絶縁膜２を有する。陽極酸化により絶縁膜２を設けるため、絶縁膜２は、第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２の片面には絶縁膜２の形成されていない複数の開口部５３を有する。また、金属基板１の主成分であるアルミニウと同様のアルミニウム（Ａｌ）膜からなる下部電極４を第１の基板２の表面に設ける開口部５３と接続部５４で接続し、さらに絶縁膜２上に張り出す形状にて設ける。図１１には、最終的に下部電極４と一体構造の接続部５４は除去されるため、破線にて示してある。下部電極４と接続部５４上とには、非線形抵抗層５としてアルミニウム膜の陽極酸化膜である酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を設ける。ここで、信号電極３あるいは下部電極４にアルミニウム膜を用いることにより金属基板１への応力を非常に低減でき、金属基板１の反りを防止できる。また、下部電極４上に非線形抵抗層５を下部電極４の一部を陽極酸化処理するための電極として金属基板１と金属基板上の開口部５３と接続部５４とを利用する方法を採用する。金属基板１を陽極酸化処理の電極として利用するため、非常に低抵抗であり、また、断線の心配がないため、大きな欠陥となることがなくなる。
【００７３】
さらに、前記下部電極４上の非線形抵抗層５と重なり合いう上部電極とした２種類の上部電極を設ける。まず、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる信号電極３と信号電極３と一体構造の信号電極用上部電極５４を設ける。さらに、アルミニウム（Ａｌ）膜からなる表示電極９と表示電極９と一体構造の表示電極用上部電極５５を設ける。信号電極３と表示電極９との間には２個の非線形抵抗素子５６、５７とを有する。第１の非線形抵抗素子５６は、信号電極３に接続する信号電極用上部電極５４と非線形抵抗層５下部電極４とにより構成し、第２の非線形抵抗層５７は、表示電極９と接続する表示電極用上部電極５５と非線形抵抗層５と下部電極４とにより構成する。また、下部電極４と金属基板１との接続を行う接続部５４の一部を除去することにより、信号電極３と表示電極９との間には２個の非線形抵抗素子５６、５７が有効となる。
【００７４】
また、金属基板１と下部電極４と上部電極６とをアルミニウムあういは、アルミニウムを主成分とする合金膜より形成形成することにより、熱膨張を同一にすることができるため、温度の上下による膜の歪等を非常に小さくすることができる。さらに、膜の応力を小さくできるため、非線形抵抗素子５６、５７の特性の向上と、低温での膜の密着力の向上になる。
【００７５】
さらに、本実施形態においては、非線形抵抗素子５６の箇所に断線が発生し、表示電極９に信号電極３の信号が印加できないため、金属基板１と表示電極９とをレーザーにより溶着し、絶縁膜２を介することなく金属基板１と表示電極９とを接続する部分として表示電極接続部５８と、下部電極４と金属基板１とを同様にレーザーにより溶着し、絶縁膜２を介することなく金属基板１と下部電極４とを接続する部分として下部電極接続部５９とを設けている。どちらか一方を設けることにより金属基板１と表示電極９とを接続することができる。以上により、表示電極９に金属基板１を介して信号を印加することが可能となるため、欠陥部を認識し難くできる。
【００７６】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、第１の基板１と対向するプラスチック基板からなる第２の基板２２を設ける。この第２の基板２２上には、第１の基板１上に設ける表示電極９と対向するように酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜からなる対向電極１５を設ける。さらに対向電極１５は、外部回路の信号を印加するためのデーター電極（図示せず）と接続する。
【００７７】
さらに第１の基板１と第２の基板２２とは、液晶１７の分子を規則的に並べるための処理層として、それぞれ配向膜１６、１６を有する。さらにスペーサー（図示せず）によって、第１の基板１と第２の基板２２とを所定の間隙寸法をもって対向させ、第１の基板１と第２の基板２２との間に液晶１７を封入する。本実施形態においては、相転移型ゲストホスト（ｐｃ−ＧＨ）モードを利用しているため、偏光板は必要としない。
【００７８】
また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、スイッチング素子１１を介して、表示電極９と対向電極１５との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。表示電極９と対向電極１５により液晶画素を構成する。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００７９】
本実施形態を利用することにより、反射板として金属基板１上の絶縁膜２上に反射効率の良好な表示電極９を有するため、明るく、破壊しにくい液晶表示装置を得ることができる。
【００８０】
つぎに、本発明の第７の実施形態における三端子型スイッチング素子と三端子型スイッチング素子を用いる液晶表示装置の構成を、図１３と図１４を用いて説明する。図１３は本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の一部を拡大する平面図である。図１４は図１３の平面図のＨ−Ｈ線における断面を示す断面図である。以下、図１３と図１４とを交互に用いて本発明の第７の実施形態を説明する。
【００８１】
タンタルからなる第１の基板１上には、タンタルの陽極酸化膜である酸化タンタル膜（Ｔａ2Ｏ5）からなる絶縁膜２を有する。また、陽極酸化処理により、絶縁膜２は第１の基板１の表裏両面に設けてある。前記絶縁膜２上には、タンタル膜からなる信号電極３と信号電極と一体構造のゲート電極３５と、信号電極３と一定の間隔を有して設ける共通電極４１と共通電極４１と一体構造の櫛歯型電極４２とを設ける。さらに信号電極３上とゲート電極３５上と共通電極４１と櫛歯型電極４２とには、タンタル膜の陽極酸化膜からなるゲート絶縁膜３４を設ける。ここで、タンタルからなる金属基板１上の酸化タンタル２上にタンタル膜３、３５を設けることにより、非常に密着力の良好な構成となる。
【００８２】
ゲート絶縁膜３４とその周囲には半導体層３６を設ける。ゲート電極３５と重なる半導体層３６上には、データー電極３０に接続するソース電極３１と櫛歯型電極４２と一定の間隙を有して設ける表示電極９と、表示電極９に接続するドレイン電極３２を設ける。また、半導体層３６とソース電極およびドレイン電極との間には不純物イオンを含むｎ型半導体層３７を設ける。ささらに、ソース電極３１とドレイン電極３２との間の半導体層３６上には、薄膜トランジスターのチャネル部分の特性の劣化防止のために保護用絶縁膜３８を設ける。以上により三端子型スイッチング素子である薄膜トランジスター４１となる。
【００８３】
さらに、以上の第１の基板１を液晶表示装置に利用する場合には、液晶１７に電圧を印加するための電極は、表示電極９と櫛歯型電極４２により形成されているため、液晶１７を第１の基板１と所定の間隙を有する基板により密閉するだけでよい。そのため、高分子フィルムを第１の基板１上に熱圧着により張り付ける方式でもよい。
【００８４】
そのため、本実施形態を利用することにより第１の基板１に対向する基板の材質等の利用範囲を拡大することができる。また、信号電極３とデーター電極に外部回路より駆動波形を印加し、薄膜トランジスター３６を介して、表示電極９と櫛歯型電極４２との間の液晶１７に光学特性変化を発生させることにより液晶表示装置は所定の画像表示を行う。また、液晶表示装置は自己発光しないため、金属基板１の反射特性と外光とを利用し、観察者へ表示情報を提示する。
【００８５】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、以上の説明から明かなように、第１の基板１に金属基板を利用し、第１の基板１上に絶縁膜を有する構造を利用することにより熱的に安定で、かつ薄型で壊れない基板を構成できる。さらに、絶縁膜２として金属基板を陽極酸化処理することにより形成する陽極酸化膜を利用することにより、絶縁膜の形成が極めて簡単で、かつピンホールのない膜が得られる。また、金属基板の反射特性を利用し、反射型液晶表示装置の反射板とすることができる。
【００８６】
また、金属基板と二端子型スイッチング素子の構造、および三端子型スイッチング素子の構造と組み合わせることにより、ガラス基板では達成することのできない強度と、プラスチック基板では達成することのできないスイッチング素子の電流−電圧特性を得ることができる。
【００８７】
さらに、カラーフイルターを金属基板上に設けることにより、金属基板の反射を利用しカラーフイルターの露光時間の短縮が可能となる。さらに、透明基板で発生する基板裏面からの戻り光によるパターンズレも完全に防止することができる。
【００８８】
さらに、表示電極を形成後に、再度金属基板を陽極酸化処理することにより表示電極と金属基板との電気的短絡部分の電界エッチング処理が可能となり、欠陥救済が可能となる。そのため、金属基板を利用することによる弊害を防止できる。
【００８９】
さらに、金属基板と表示電極を絶縁膜を介することなく接続することにより、金属基板を介して信号を表示電極に印加することが可能となり、欠陥部を認識し難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図１５】従来例における液晶表示装置の平面構造を示す図である。
【図１６】従来例における液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板（金属基板）
２ 絶縁膜
３ 信号電極
４ 下部電極
５ 非線形抵抗層
６ 上部電極
９ 表示電極
１１ スイッチング素子
１５ 対向電極
１６ 配向膜
１７ 液晶
２２ 第２の基板
２４ 偏向板
３１ ソース電極
３２ ドレイン電極
３３ 半導体層
３４ ゲート絶縁膜
３５ ゲート電極
４２ 櫛歯型電極
５１ エッチング孔

Claims (4)

1. 第１の基板と第２の基板とを所定の間隔をもって対向し、前記第１の基板と第２の基板との間に封入する液晶とを備えた液晶表示装置において、
   前記第１の基板は、その基板の表裏両面に凹凸が形成された金属基板であり、
   前記金属基板の表裏両面に形成された前記凹凸は、ともに絶縁膜で被覆されており、
   前記金属基板の表裏両面に形成された前記凹凸の内、液晶側に位置する前記絶縁膜の表面には、前記第１の基板と離間して設けた信号電極と、その信号電極に接続するスイッチング素子と、当該スイッチング素子に接続する表示電極と、が形成されており、
   前記表示電極を透光性とし、前記金属基板をグランド電位に接地して、この金属基板を前記表示電極の反射板として用いることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の基板の電極を形成する面の材料は、陽極酸化処理が可能な金属材料により構成された金属基板であり、前記絶縁膜は陽極酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スイッチング素子を構成する金属膜の一部は、前記第１の基板に用いる材質と主成分が同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記スイッチング素子は、前記信号電極または前記表示電極のいずれかに接続する下部電極と、当該下部電極上に設ける非線形抵抗層と、当該非線形抵抗層上に設ける上部電極とを有する二端子型スイッチング素子であり、
   前記スイッチング素子を構成する前記金属膜の一部は、前記非線形抵抗層であり、
   前記非線形抵抗層は、前記下部電極とともに露出する前記絶縁膜を被覆するように、前記第１の基板の全面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。

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