JP4061923B2 - 半透過型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半透過型の液晶表示装置およびその製造方法に関し、さらに詳しくはバックライトからの光の利用効率を高めた半透過型液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信機器等への液晶表示装置の応用が急速に普及している。特に携帯型のものについては反射型の液晶表示装置が多く用いられている。この反射型の液晶表示装置は外光を光源として表示を行うため、室内などの暗い場所では見えにくくなってしまう。そこで透過型と反射型の性質を併せ持った半透過型の液晶表示装置が知られている。
【０００３】
この半透過型液晶表示装置はバックライトを備えており、画素に透過部と非透過部を設けている。透過部ではバックライトの光を利用し、非透過部では外光を利用して表示を行っている。しかし、バックライトからの光がすべて透過部を通過し利用されるわけではないので、透過型として見た場合輝度が十分ではない。そこでバックライトからの光の利用効率を向上させる必要があり、このような公知な技術として特開２００１−３１８３７７等が知られている。
【０００４】
これは非透過部の下に反射層を設けておくものである。この反射層はガラス基板や下層の上に直接形成してある。そのため反射層のバックライト側が平坦な状態となっている。そしてバックライトから発せられた光の内、非透過部に向かってくる光をこの反射層でそのままバックライト側へ反射させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エッジ式のバックライトは導光板の端面に蛍光管等の光源を置き、導光板の下面に反射板を置いている。光源からの光は導光板に入射し、導光板内部で全反射を繰り返すうちに直接または反射板で反射されて導光板の上面から出射される。この出射された光の多くは導光板の上面に対して小さい角度で出射される。したがって通常バックライトには導光板の上にプリズムシートが置かれている。このプリズムシートによって導光板から出射された光が液晶パネルに対して垂直に入射するように集光される。
【０００６】
したがって特開２００１−３１８３７７のように非透過部の下に反射層を設けておき、反射層とバックライトの反射板との間で反射を繰り返させておいても、反射層での反射光はほぼ同じ場所で反射を繰り返しているだけか、プリズムシートや導光板を通過する間にこれらに吸収されてしまうだけである。これでは反射層で反射した光はほとんど透過部を通過しないため、光の利用効率の向上としては十分とは言えない。表示品位を向上させるため半透過型液晶表示装置においては、外光の利用率を向上すると共に、バックライトからの光の利用率をより一層向上する必要である。
【０００７】
そこで本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、バックライトからの光の利用効率を向上させ、より一層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バックライトと、前記バックライトの上に位置すると共に、前記バックライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を備えた半透過型液晶表示装置であって、
前記非透過部には、前記画素に形成された画素電極よりも前記バックライト側に、前記バックライトからの光を乱反射させる乱反射層が設けられており、前記乱反射層は前記バックライト側に凹凸部を形成してなることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、バックライトと、前記バックライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を備えた半透過型液晶表示装置の製造方法であって、前記半透過型液晶パネルの製造工程に、基板の上に複数の走査線を形成する工程と、前記走査線の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に前記走査線と直交する複数の映像線を形成すると共に、前記バックライトからの光を乱反射させる乱反射層を形成する工程と、前記映像線と前記反射層の上に保護膜を介して画素電極を形成する工程と、が含まれていると共に、前記乱反射層を形成する工程の前に、前記非透過部の前記絶縁膜部分に複数の凹凸を形成する工程が含まれていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の半透過型液晶表示装置を構成するバックライト１０と半透過型液晶パネル２０との断面図を示す。後述する半透過型液晶パネル２０はアレイ基板３７とカラーフィルタ基板３８を備えている。また半透過型液晶パネル２０の下にはバックライト１０が位置している。エッジ式のバックライト１０は、蛍光管１１、導光板１２、ランプリフレクタ１３、反射板１４、拡散シート１５、プリズムシート１６を備えている。本発明のような半透過型液晶表示装置は一般に携帯用として用いられるため、小型化、薄型化する上で、直下式のバックライトよりもエッジ式のバックライトの方がよい。導光板１２の下には導光板１２の下面を覆うようにして反射板１４が配置されている。導光板１２の側面の横には光源となる蛍光管１１が位置している。蛍光管１１の周りには対向する導光板１２の側面部分を除き、蛍光管１１を囲むようにしてランプリフレクタ１３が配置されている。導光板１２の上には導光板１２の上面を覆うようにして拡散シート１５が配置されており、拡散シート１５の上にはさらにプリズムシート１６が配置されている。
【００１８】
蛍光管１１から出た光は直接またはランプリフレクタ１３で反射されて、導光板１２の対向する側面部分から導光板１２の内部へと入射していく。入射した光は導光板１２と空気との屈折率の差によって全反射し、導光板１２内部を進んで行く。そして全反射を繰り返すうちに導光板１２に印刷された所定パターンにより散乱して、直接または反射板１４によって反射されて拡散シート１５側に出射する。この出射した光は導光板１２の出射面に対してきわめて小さい角度となっている。そして拡散シート１５に入射した光は適度に拡散されて拡散シート１５から出射する。しかしこの出射した光はまだ出射面に対してかなり小さい角度のままでプリズムシート１６に入射する。
【００１９】
プリズムシート１６はポリカーボネート、ポリエステルなどの透明な樹脂で作られており、その表面には所定のピッチで傾斜が形成されている。プリズムシート１６は１枚または、傾斜の方向を直交させるようにして２枚用いている。このプリズムシート１６に入射した光は半透過型液晶パネル２０に対して略垂直に入射するような方向（図１の半透過型液晶パネル２０とバックライト１０との間の矢印で示すような方向）に集光して出射する。このように出射光に指向性を持たせることで使用者の見る方向に効率よくバックライト１０からの光を出射でき、半透過型液晶表示装置全体の輝度を向上させることができる。
【００２０】
図２は半透過型液晶パネル２０のアレイ基板の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図を示す。２１はガラスなどの透明な絶縁性を有している基板である。基板２１上にはアルミニウムやクロムなどの金属からなる複数の走査線２２が略等間隔で平行に形成されている。走査線２２からはゲート電極２３が分かれて伸びている。また走査線２２やゲート電極２３を覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどから成るゲート絶縁膜２４が積層されている。ゲート電極２３の上にはゲート絶縁膜２４を介して非晶質シリコンや多結晶シリコンなどからなる半導体層２５が形成されている。またゲート絶縁膜２４上にはアルミニウムなどの反射率の高い金属からなる複数の映像線２６が走査線２２と直交するようにして形成されている。走査線２２と映像線２６で囲まれた領域が１画素に相当する。映像線２６からはソース電極２７が分かれて伸びており半導体層２５と接続している。また映像線２６、ソース電極２７と同一の材料で且つ同時形成されたドレイン電極２８が設けられており半導体層２５と接続している。このゲート電極２３、ゲート絶縁膜２４、半導体層２５、ソース電極２７、ドレイン電極２８によってスイッチング素子となるＴＦＴ２９が構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴ２９が配置される。
【００２１】
また、ゲート絶縁膜２４の上には後述する乱反射層３０（図２では斜線を付した領域で示す）が形成されている。そして映像線２６、ＴＦＴ２９、乱反射層３０を覆うようにして有機絶縁物から成る膜厚２μｍ程度の保護膜３１が積層されている。保護膜３１にはそれぞれのＴＦＴ２９のドレイン電極２８に対応する部分にコンタクトホール３２が設けられている。さらに保護膜３１には後述する透過部３３を形成するための溝が設けられており、この溝はゲート絶縁膜２４も貫通して設けられている。また保護膜３１の表面には複数の凹凸が設けられている。
【００２２】
保護膜３１の表面にはそれぞれの画素に画素電極３９が形成されている。この画素電極３９は、ＩＴＯなどの透明電極３４を一画素の全体に積層して形成すると共に、透明電極３４の上にアルミニウム、銀などの反射率の高い金属からなる反射電極３５を、上述した透過部３３を形成するための溝部分を除いて一画素の全体に積層して形成している。また画素電極３９は隣接する画素電極３９と接しないで、且つ保護膜３１を介して走査線２２と映像線２６と若干重なるようにして形成されている。画素電極３９のうち透明電極３４が表面に露出した範囲が透過部３３であり、この透過部３３においてバックライト１０からの光が通過する。本実施例においては、１つの画素で透過部３３の占める割合は大体１０〜２０％となっている。また反射電極３５が表面に露出した範囲が非透過部３６であり、この非透過部３６において外光が反射される。保護膜３１表面に設けられた凹凸によって非透過部３６の表面にも凹凸が形成されることになり、この凹凸により外光の反射特性が向上する。なお本実施例では透明電極３４を一画素全体に形成しているが、透過部３３を形成する溝にだけ透明電極３４を形成し、他の部分については反射電極３５だけを形成してもよい。
【００２３】
そして、総ての画素を覆うように配向膜（図示せず）を形成して半透過型液晶パネル２０のアレイ基板３７となる。またカラーフィルタ、透明電極等を形成したカラーフィルタ基板３８をこのアレイ基板３７と対向させ、両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入して半透過型液晶パネル２０が完成する。
【００２４】
アレイ基板３７には非透過部３６の一部に乱反射層３０が形成されている。この乱反射層３０は基板２１と画素電極３９との間に形成されており、本実施例ではゲート絶縁膜２４の上に設けられている。乱反射層３０にはゲート絶縁膜２４側に凹凸部が形成されている。乱反射層３０は各画素に形成されている。乱反射層３０は透過部３３を囲むように形成されている。乱反射層３０はＴＦＴ２９部分には形成されていない。乱反射層３０は走査線２２と重ならないように、また映像線２６と接しないように間をあけて形成されている。
【００２５】
バックライト１０のプリズムシート１６から出射し、半透過型液晶パネル２０に対して略垂直に入射する光の内、非透過部３６に向かう光の一部は乱反射層３０に向かってくる。この乱反射層３０に向かってくる光は乱反射層３０によって反射されるが、その際には進行してきた経路の方向とは異なる経路の方向へ反射される。
【００２６】
乱反射層３０で反射した光の一部はそのまま透過部３３へ向かい、プリズムシート１６の透過部３３部分に達する。この光はプリズムシート１６へ再度入射しまたプリズムシート１６から出射してくるか、またはプリズムシート１６の表面で半透過型液晶パネル２０側に反射する。
【００２７】
乱反射層３０で反射した光の一部はプリズムシート１６から出射した位置とは異なる位置に再入射し、またプリズムシート１６から出射してくる。乱反射層３０で反射した光の一部はプリズムシート１６の表面で半透過型液晶パネル２０側に反射する。
【００２８】
このようなことを繰り返すことにより乱反射層３０で反射した光は、プリズムシート１６の表面で反射して透過部３３を通過し、またはプリズムシート１６の透過部３３部分から出射して透過部３３を通過することになる。また乱反射層３０で反射した光はバックライト１０と乱反射層３０との間でそれほど反射を繰り返さないうちに透過部３３を通過してしまうので、導光板１２やプリズムシート１６に吸収されてしまう光は減少する。
【００２９】
半透過型液晶パネル２０のアレイ基板３７を製造する工程を説明する。最初に基板２１上に２５００Åの厚さのアルミニウムを形成しパターニングにより走査線２２、ゲート電極２３を形成する。次ぎに４０００Åの厚さで窒化シリコンを塗布しゲート絶縁膜２４を積層する。非透過部３６の一部には、ゲート絶縁膜２４の上に複数の凹凸部が形成されている。
【００３０】
この凹凸部はゲート絶縁膜２４の上にレジストを塗布し、凹凸部を形成するためのマスクを用いて露光し、エッチングした後レジストを取り除いて形成されている。このマスクには凹凸部を形成するために所定のパターンが描かれており、本実施例では不規則にならんだ小さな円が描かれたものを用いている。凹凸部はゲート絶縁膜２４の内ＴＦＴ２９を構成する部分には形成されていない。また走査線２２、映像線２６の位置には形成されていない。次ぎにゲート絶縁膜２４を介してゲート電極２３の上に半導体層２５を形成する。
【００３１】
次ぎに、基板２１の全面に２５００Åの厚さのアルミニウムを形成しパターニングにより映像線２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８を形成すると共に乱反射層３０を形成する。この乱反射層３０はゲート絶縁膜２４上の凹凸部を覆うようにして形成されている。この乱反射層３０は各画素に形成されている。乱反射層３０はＴＦＴ２９と接しないで、透過部３３を囲むように形成されている。乱反射層３０は走査線２２と重ならないように、また映像線２６と接しないように間をあけて形成されている。乱反射層３０を映像線２６等と同一材料で且つ同一工程中に形成しているので、わざわざ乱反射層３０だけを設ける工程を必要としない。さらには乱反射層３０を独立した層として設けた場合よりも半透過型液晶パネル２０を薄くすることができる。また乱反射層３０はアルミニウムでできているので反射率が高い。また乱反射層３０のバックライト１０側はゲート絶縁膜２４上に形成した凹凸部形状をしているので、乱反射層３０に向かってくるバックライト１０からの光を乱反射させることができる。
【００３２】
次ぎに、ゲート絶縁膜２４やＴＦＴ２９、乱反射層３０の上に有機絶縁物から成る保護膜３１を積層し、所定個所にコンタクトホール３２、透過部３３を形成するための溝をエッチングして形成する。そして非透過部３６部分の保護膜３１上に凹凸部を形成する。次ぎにＩＴＯを積層し透明電極３４を形成する。そしてアルミニウムを積層し反射電極３５を形成して画素電極３９を完成させる。なお本実施例では、反射電極３５は透過部３３を形成するための溝の側壁にも形成されている。このようにすることにより側壁部分でも半透過型液晶パネル２０内に入射してきた外光を反射できる。さらには乱反射層３０で反射し透過部３３へ向かう光のうち、透過部３３を通過するまでに保護膜３１に入射してしまう光を反射電極３５によって反射させることができる。
【００３３】
なお、本発明の要旨は、半透過型液晶パネル２０の非透過部３６にバックライト１０からの光を透過部３３に向ける反射層を設けることにより、光の利用効率の向上を図るものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば上記実施形態以外の形態も可能である。反射層の一実施形態である乱反射層３０は映像線２６等と同一材料を用いて同一工程中に作成したが、たとえば反射率のよい別の材料を用いて、別工程により設けてもよい。またたとえば、最初に走査線２２の下に絶縁膜を形成しておき、この絶縁膜に凹凸部を形成して、その上に走査線２２を形成する際に走査線２２と同じ材料を用いて乱反射層３０を形成してもよい。またたとえば、乱反射層３０に向かってくる光が効率的に透過部３３へ向かっていくように、乱反射層３０の凹凸部の形状を設計してもよい。さらに乱反射層３０のバックライト１０側に凹凸部を設けなくても、乱反射層３０の材料に光を散乱させるような物質を混ぜたものを用いてもよい。
【００３４】
また、反射層としては乱反射層３０ではなく、たとえば平面上の反射層を透過部３３へ向けて傾斜させ、反射層に向かってくるバックライト１０からの光を透過部３３側へ反射させてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、バックライトから出射され指向性を持つ光の内、半透過型液晶パネルの透過部を通過しないで非透過部に向かっていく光は反射層によって透過部へ向かうことになる。したがって、バックライトからの光の利用効率を向上することができ、より一層表示品位を向上させた半透過型の液晶表示装置およびその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半透過型液晶表示装置を構成するバックライトと半透過型液晶パネルの断面図である。
【図２】半透過型液晶パネルのアレイ基板側の平面図である。
【図３】アレイ基板側のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０ バックライト
２０ 半透過型液晶パネル
２１ 基板
２２ 走査線
２４ ゲート絶縁膜
２６ 映像線
２９ ＴＦＴ
３０ 乱反射層
３３ 透過部
３４ 透明電極
３５ 反射電極
３６ 非透過部
３９ 透明電極

Claims (2)

1. バックライトと、前記バックライトの上に位置すると共に、前記バックライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を備えた半透過型液晶表示装置であって、
   前記非透過部には、前記画素に形成された画素電極よりも前記バックライト側に、前記バックライトからの光を乱反射させる乱反射層が設けられており、前記乱反射層は前記バックライト側に凹凸部を形成してなることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. バックライトと、前記バックライトからの光を通す透過部と外光を反射する非透過部から成る画素を複数有する半透過型液晶パネルと、を備えた半透過型液晶表示装置の製造方法であって、
   前記半透過型液晶パネルの製造工程に、基板の上に複数の走査線を形成する工程と、前記走査線の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上に前記走査線と直交する複数の映像線を形成すると共に、前記バックライトからの光を乱反射させる乱反射層を形成する工程と、前記映像線と前記反射層の上に保護膜を介して画素電極を形成する工程と、が含まれていると共に、前記乱反射層を形成する工程の前に、前記非透過部の前記絶縁膜部分に複数の凹凸を形成する工程が含まれていることを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。

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