JP4078928B2 - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学装置および電子機器に関し、特に透過表示と反射表示を兼ね備えた半透過反射型の電気光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
反射表示と透過表示の2つの表示方式を兼ね備えた、いわゆる半透過反射型の液晶表示装置は、例えば携帯用電子機器の表示部として近年、多用されている。この半透過反射型液晶表示装置は、周囲の明るさに応じて反射モードまたは透過モードのいずれかの表示方式に切り替えることにより、消費電力を低減しつつ周囲が暗い場合でも明瞭な表示を行うことができるものである。半透過反射型液晶表示装置の中でも、画素スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)を用いたアクティブマトリクス方式の装置においては、TFTアレイ基板と対向基板が対向配置され、これら基板間に液晶が封入されて構成されている。TFTアレイ基板上には、複数のデータ線と複数の走査線とが交差して設けられ、これらデータ線および走査線によって区画された複数のドット領域がマトリクス状に配置されている。そして、各ドット領域毎にTFTと画素電極とが設けられている。
【0003】
半透過反射型液晶表示装置の場合、1つのドット領域内に反射表示領域と透過表示領域とを有している。すなわち、TFTアレイ基板上の1つのドット領域に、例えばアルミニウム等の高反射率の金属からなる反射層が部分的に形成されており、反射層が存在する領域が反射表示領域、反射層が存在しない領域が透過表示領域として機能する。一方、対向基板については、通常、各ドット領域の境界にあたる領域、すなわちTFT、データ線、走査線等の形成領域に格子状の遮光膜(ブラックマトリクスともいう)が設けられる。このブラックマトリクスは、対向基板側から入射する外光がTFTに入射して光リーク電流等の特性劣化が生じるのを防ぐ、隣接画素電極間の横電界により各ドット領域の周縁部で発生する液晶の配向乱れ(ディスクリネーション)に起因する光漏れを防止する、等の役目を果たしている。また、対向基板にカラーフィルターを設けた場合には、通常異なる色の3ドットで1画素の表示を行うことになるが、ブラックマトリクスは各色光間の混色を防止する等の役目も果たす(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−146404号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、液晶表示装置においてブラックマトリクスは重要な役目を果たしているが、逆にブラックマトリクスが存在することで以下のような問題点が生じている。
ブラックマトリクスはTFTを確実に遮光したり、光漏れを確実に防止する必要がある一方、パネル組立工程においてTFTアレイ基板と対向基板の貼り合わせ時の位置ズレは避けられないことである。したがって、許容範囲内の位置ズレがあっても確実に遮光を行うために、ブラックマトリクスは、実際に遮光すべき領域の寸法に基板間の位置合わせ誤差を加えた寸法に設計するのが普通である。そのため、ブラックマトリクスは本来必要とされる以上に広い領域を遮光していることになり、開口率を低下させる原因となる。具体的には、ブラックマトリクスの張り出しによって透過表示領域が狭くなることで透過表示が暗くなり、TFTアレイ基板上の反射層とブラックマトリクスとの重なりが大きくなることで反射表示も暗くなってしまう。
【0006】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、透過表示、反射表示ともに明るい半透過反射型の液晶表示装置等の電気光学装置、およびこの電気光学装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の電気光学装置は、第1の基板と第2の基板との間に電気光学素子が挟持されてなり、第1の基板の外面から入射される光を透過して透過表示を行う透過表示領域と第2の基板の外面から入射される光を反射して反射表示を行う反射表示領域とを有する電気光学装置であって、第1の基板上に、互いに交差する複数のデータ線および複数の走査線と、これらデータ線および走査線に電気的に接続されたTFTと、データ線、走査線、およびTFTの上方を少なくとも覆うように設けられた反射層と、反射層の上層側に設けられた透明導電膜からなる画素電極とが備えられたことを特徴とする。
【0008】
本発明の電気光学装置は、第1の基板の外面から入射される光を透過して透過表示を行う透過表示領域と第2の基板の外面から入射される光を反射して反射表示を行う反射表示領域とを有するものである。そして、第1の基板上にデータ線、走査線、TFT、反射層、画素電極等が設けられており、第1の基板がいわゆるTFTアレイ基板、第2の基板が対向基板となる。従来の電気光学装置の構成では、反射層はあくまでも反射表示に用いるものであるから、TFTやデータ線、走査線の形成領域を除く実質的に表示に寄与する領域に設けるものであった。すなわち、反射層がTFTやデータ線、走査線と重なるように配置されることはなかった。これに対して、本発明の電気光学装置の最大の特徴点は、反射層がデータ線や走査線、TFTの上方を少なくとも覆うように設けられたことにある。この構成において、反射層は、対向基板側から入射する光を反射して反射表示を行う反射層本来の機能だけでなく、データ線や走査線、TFTへの光の入射を防止する遮光膜(ブラックマトリクス)の機能も有することになる。
【0009】
したがって、本発明の構成によれば、従来の構成において対向基板(第2の基板)側に設けていた遮光膜を不要とすることができる。対向基板側に遮光膜を設ける場合には、上述したように、2枚の基板を貼り合わせる際の位置ズレを考慮して遮光膜を幅広に設計する必要があったが、本発明ではTFTアレイ基板側に遮光膜を設けるので、上記の位置ズレを考慮する必要がない。その結果、本発明の反射層を遮光膜として見たときに従来の遮光膜に比べて寸法を小さくできるため、1ドット領域の開口率を大きくすることができる。したがって、透過表示領域が従来よりも拡がることで透過表示が明るくなるのと同時に、対向基板側の遮光膜を設けないことでTFT、配線形成領域を含む反射層が存在する領域の多くの部分(反射層と画素電極との重なり部分)が反射表示領域として機能するので、反射表示も明るくすることができる。このようにして、透過表示、反射表示ともに明るい半透過反射型の電気光学装置を実現することができる。
【0010】
上記本発明の構成において、前記反射層が、第1の基板面内でデータ線および走査線に沿う方向に格子状に設けられていることが望ましい。
この構成によれば、本発明における反射層がそのまま従来のブラックマトリクスと同様に機能するので、その他の遮光膜を補助的に設けなくてもブラックマトリクスを備えた電気光学装置が構成できる。
【0011】
また、TFTの半導体層と画素電極とが、これら半導体層と画素電極との層間に設けられた中継導電層を介して電気的に接続されている構成とするのが望ましい。
この構成によれば、中継導電層を設けたことによって、半導体層−画素電極間の層間距離が例えば1〜2μm程度に長くても、両者間を1つのコンタクトホールで接続する技術的困難性を回避しつつ、比較的小径の2つ以上のコンタクトホールで両者間を良好に接続でき、画素開口率を高めることが可能となる。一般にTFTを構成する半導体層は非常に薄いものであるが、コンタクトホール開孔時におけるエッチングの突き抜け防止にも役立つ。
【0012】
また、遮光性材料からなる中継導電層が反射層よりも下層側に設けられるとともに、画素電極と中継導電層とを電気的に接続する画素コンタクトホールが反射層に設けられた開口部の内部に設けられる構成とすることが望ましい。
中継導電層を反射層よりも下層側に設けた構成においては、反射層よりも上側にある画素電極を反射層と接触しないように中継導電層と接続する必要がある。なぜならば、後述するように、反射層には固定電位を印加したい要求があるからである。必然的に、画素電極と中継導電層とを電気的に接続する画素コンタクトホールを反射層のない領域に配置しなければならない。しかしながら、反射層のパターン外に画素コンタクトホールを配置したのでは、画素コンタクトホールの部分を反射層で遮光することができないので、この部分を遮光するための新たな遮光膜が必要になり、開口率が低下することになる。その点、上記の構成によれば、画素コンタクトホールが反射層のパターン内に設けられた開口部の内側に配置されているので、特に開口率が低下することがない。また、反射層の開口部は本来遮光がなされない領域であるが、本構成ではその下地にある中継導電層が遮光性を有しているので、確実に遮光が行われる。
【0013】
中継導電層を用いた構成を採る場合、中継導電層はデータ線と同層で構成することが望ましい。
この構成によれば、製造工程において中継導電層をデータ線と同時に形成することができるので、製造プロセスが特に複雑になることがない。
【0014】
また、走査線とデータ線および中継導電層との間に位置する第1層間絶縁膜と、データ線および中継導電層と反射層との間に位置する第2層間絶縁膜と、反射層と画素電極との間に位置する第3層間絶縁膜とを備えた構成の場合、透過表示領域において、第3層間絶縁膜および第2層間絶縁膜の厚さ方向の少なくとも一部が除去された絶縁膜除去部を設けることが望ましい。
この構成においては、透過表示領域に絶縁膜除去部が設けられたことによって透過表示領域と反射表示領域とにおける画素電極下の層間絶縁膜の膜厚に差異が生じ、例えば本発明の電気光学装置が液晶表示装置である場合、透過表示領域と反射表示領域とで液晶層の層厚(セルギャップ)が異なる構成となる。具体的には、反射表示領域での液晶層厚よりも透過表示領域での液晶層厚の方が大きい状態となる。これにより、以下に説明するマルチギャップ方式の半透過反射型の液晶表示装置を実現することができ、透過表示、反射表示の双方でコントラスト比等の表示品位の向上を図ることができる。
【0015】
一般に、半透過反射型液晶表示装置において、偏光状態の変化は、液晶の屈折率異方性Δnと液晶層の層厚dとの積(リタデーションΔn・d)の関数となるため、この値を最適化すれば視認性の良い表示を行うことができる。しかしながら、透過表示光は液晶層を1回だけ通過して出射されるのに対して、反射表示光は往復で液晶層を2回通過することになるので、透過表示光、反射表示光の双方に対してリタデーションΔn・dを最適化するのは困難である。したがって、反射モードの表示が視認性の良いものとなるように液晶層厚を設定すると、透過モードの表示が犠牲となる。逆に、透過モードの表示が視認性の良いものとなるように液晶層厚を設定すると、反射モードの表示が犠牲となる。
【0016】
そこで、反射表示領域における液晶層厚を透過表示領域における液晶層厚よりも小さくする構成が従来から提案されている。このような構成はマルチギャップ方式と称せられ、例えば反射表示領域に絶縁膜等からなる液晶層厚調整層を設けることによって実現できる。この場合、透過表示領域では反射表示領域と比較して液晶層厚調整層の膜厚分だけ液晶層厚が大きくなるので、透過表示光、反射表示光の双方に対してリタデーションΔn・dを最適化することができる。本発明においては、絶縁膜除去部が上記液晶層厚調整層と同様の作用を奏する。
【0017】
また、画素コンタクトホールの構造として、第3層間絶縁膜を貫通して第2層間絶縁膜表面まで達する第1コンタクトホールと、第2層間絶縁膜を貫通して中継導電層表面まで達する第2コンタクトホールの2段階のコンタクトホールからなる構造を採ることができる。その場合、上記の絶縁膜除去部においては第3層間絶縁膜の厚さ方向の全てが除去されていることが望ましい。
上述したように、上記の絶縁膜除去部は、マルチギャップ方式の半透過反射型液晶表示装置における液晶層厚の調整の役目を担っている。したがって、例えば第2層間絶縁膜と第3層間絶縁膜を異なる材料で構成したとすると、製造プロセスにおける第1コンタクトホール形成工程で絶縁膜除去部を同時に形成することができ、第2層間絶縁膜と第3層間絶縁膜のエッチング選択性によりエッチングの終点を比較的容易に検出することができる。この場合、第3層間絶縁膜の膜厚が透過表示領域と反射表示領域の液晶層厚の差に相当するため、第3層間絶縁膜の膜厚を適宜設定することにより透過表示、反射表示双方のリタデーションの最適化を図ることができる。
【0018】
上記構成を採用する場合、第2層間絶縁膜を無機材料で構成し、第3層間絶縁膜を感光性有機材料で構成することが望ましい。
このような材料構成とすれば、上述したようにエッチングの終点を比較的容易に検出できる他、第3層間絶縁膜が感光性有機材料であるため、フォトリソグラフィー工程(塗布、露光、現像工程)のみで第1コンタクトホール形成工程(絶縁膜除去部形成工程)を済ますことができる。つまり、レジストパターンを別途形成した後、第3層間絶縁膜のエッチングを行う必要がないため、製造プロセスが極めて簡単になる。感光性有機材料の例としてはアクリル樹脂を挙げることができ、アクリル樹脂は例えば2〜4μm程度に厚く形成することができるので、リタデーションの最適化を行うに際して設計の自由度が高いものとなる。
【0019】
画素コンタクトホールの他の構造として、第3層間絶縁膜および第2層間絶縁膜を貫通して中継導電層表面まで達するコンタクトホールで構成することができる。その場合、絶縁膜除去部において第3層間絶縁膜および第2層間絶縁膜の厚さ方向の全てが除去されていることが望ましい。
この構成においては、第3層間絶縁膜と第2層間絶縁膜の膜厚の合計分を透過表示領域と反射表示領域における液晶層厚の差とすることができるため、リタデーションの最適化を行うに際して設計の自由度が高いものとなる。
【0020】
上記構成を採用する場合、第2層間絶縁膜と第3層間絶縁膜を同じ材料で構成してもよい。
第2層間絶縁膜と第3層間絶縁膜は異なる材料を用いても一向に差し支えないが、例えばシリコン酸化膜とシリコン酸化膜のように、同じ材料を用いた場合、コンタクトホール形成時のエッチングを、第2層間絶縁膜と第3層間絶縁膜とでエッチャントを切り替えることなく、連続して行うことができる。
【0021】
また、反射層のパターンの縁が、半導体層、データ線、および走査線のパターンの縁よりも外側に位置していることが望ましい。
より完全な遮光を行うという観点から、反射層のパターンの縁が半導体層やデータ線、走査線のパターンの縁よりも外側に位置することが望ましい。それに加えて、本発明では半導体層やデータ線、走査線の上層側に反射層が位置しているので、この構成とした場合、反射層の断面形状は、下層側の段差を反映して中央が高く縁部が低い傾斜面となる。そのため、反射層に入射した光が法線以外の方向に斜めに反射することになり、より広い範囲で明るい反射表示が得られる、という効果も奏することができる。
【0022】
さらに、反射層のパターンの縁に凹凸を設けてもよい。
反射層のパターンの縁は直線状であっても勿論良いが、凹凸を設けた場合、この凹凸部分に入射した光が散乱する作用が得られるので、上と同様、より広い範囲で明るい反射表示を得ることができる。
【0023】
また、反射層には固定電位が印加されていることが望ましい。
反射層の上下にはTFTや各種配線、画素電極等が配置されているので、これらに印加される信号を安定させるためにも反射層に固定電位を印加しておくことが望ましい。なお、反射層と画素電極とが画素コンタクトホールの個所で接近している場合、この個所で反射層と画素電極とが短絡する不良が発生することを考慮すると、画素電極に印加した際に液晶が黒(暗)表示となる電位を反射層に印加しておく方が望ましい。上記の不良が発生したドットが画面上で表示不能の点欠陥になった場合を考えると、白点欠陥となるよりも黒点欠陥となった方が欠陥が目立たないからである。
【0024】
本発明の電子機器は、上記本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、透過表示、反射表示ともに明るく、携帯機器に好適な表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図9を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の電気光学装置の一例としてアクティブマトリクス方式の半透過反射型液晶表示装置について説明する。
【0026】
図1は本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。図2はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の1ドットのパターン構成を示す平面図である。図3は図2のA−B線に沿う断面図、図4は図2のC−D線に沿う断面図、図5は図2のE−F線に沿う断面図、図6は図2のG−H線に沿う断面図、図7は図2のI−J線に沿う断面図、である。図8はTFTアレイ基板の製造プロセスの一部を示す工程断面図である。図9はTFTアレイ基板のパターン構成の変形例を示す平面図である。なお、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【0027】
図1に示すように、本実施の形態の液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数のドットには、画素電極9と当該画素電極9をスイッチング制御するためのTFT30とがそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線6がTFT30のソース領域に電気的に接続されている。データ線6に書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線6同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、TFT30のゲートには、走査線3が電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3にパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極9は、TFT30のドレイン領域に電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6から供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。画素電極9を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、対向基板(後述する)に形成された共通電極(後述する)との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極9と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に保持容量70が付加されている。
【0028】
次に、TFTアレイ基板の平面パターンについて説明する。
図2に示すように、TFTアレイ基板上に、矩形状の画素電極9が設けられており、画素電極9の縦横の縁に各々沿うようにデータ線6および走査線3が設けられている。また、データ線6と走査線3とが交差する部分に対応してTFT30が設けられている。TFT30のチャネル領域等が形成される半導体層1は、データ線6に沿って前段の走査線3側(図2における上側)に向けて延在する分岐部1yと、後述する容量線4に沿って次段のデータ線6側(図2における右側)に向けて延在する分岐部1xとを有している。半導体層1の分岐部1yと反対側の端部には、後述する半導体層1の高濃度ソース領域とデータ線6とを電気的に接続するソースコンタクトホール21が設けられている。
【0029】
本実施の形態においては、図2中の横方向に延びる走査線3の本線が半導体層1と平面的に交差しており、走査線3自体がそのままTFT30のゲート電極として機能する(よって、以下の説明では、走査線3のうち、半導体層1と交差する部分のみをゲート電極と呼ぶこともある)。半導体層1のうち、走査線3と交差する部分がチャネル領域1aとなる。また、容量線4が走査線3と同じ層で設けられている。容量線4は、その本線が走査線3と並行して図2中の横方向に延びるとともに、本線から分岐してデータ線6に沿って前段の走査線3側(図2における上側)に向けて延在する分岐部4yを有している。この構成により、半導体層1の分岐部1xと容量線4の本線との重なり部分と、半導体層1の分岐部1yと容量線4の分岐部4yとの重なり部分が保持容量70を構成する。
【0030】
中継導電層47が、データ線6と同じ層で設けられている。中継導電層47は、少なくとも半導体層1の高濃度ドレイン領域および画素電極9と平面的に重なるように矩形状に孤立して設けられており、半導体層1の高濃度ドレイン領域と画素電極9とを電気的に接続する役目を果たしている。したがって、中継導電層47上には、半導体層1の高濃度ドレイン領域と中継導電層47とを電気的に接続するドレインコンタクトホール24が設けられるとともに、中継導電層47と画素電極9とを電気的に接続する画素コンタクトホール25が設けられている。半導体層1の上層側に位置する容量線4は、半導体層1や中継導電層47から電気的に絶縁されるべく、ドレインコンタクトホール24を避けるように切り欠き部4aが設けられている。本実施の形態の場合、画素コンタクトホール25は、後述するように、径が異なる2段のコンタクトホール26,27で構成されているので、平面パターン上は2重の矩形で表されている。
【0031】
反射層29が、TFTアレイ基板の画像表示領域の全体にわたってデータ線6および走査線3の方向に沿って格子状に設けられている。また、反射層29のパターンは、データ線6、走査線3、TFT30の半導体層1、容量線4、中継導電層47のパターンを全て覆うように構成されている。断面構造については後述するが、反射層29は、中継導電層47の上層側で画素電極9の下層側に位置し、かつ中継導電層47や画素電極9と電気的に接続されないように構成されるため、中継導電層47と画素電極9とを電気的に接続する画素コンタクトホール25の部分は、反射層29が存在しない開口部29aとなっている。また、図中符号32で示す矩形のパターンは、第3層間絶縁膜がエッチング除去された絶縁膜除去部の輪郭を表している。なお、TFT30を構成する半導体層1の下層側には下側遮光膜が存在するが、図2においては図面を見やすくするため、図示を省略する。また、開口部29aの一辺が反射層29の一辺と重なる(反射層29に切り欠き部を設けるように開口部を形成)ように設けても良い。この場合は中継導電層47と反射層29とで非透過光領域を決定するが、両者が一直線になるように形成しても良い。
【0032】
次に、液晶表示装置の断面構造について説明する。
本実施の形態の液晶表示装置は、図3、図4に示すように、TFTアレイ基板(第1の基板)10と、これに対向配置される対向基板20(第2の基板)とを備えている。TFTアレイ基板10の基板本体10A、対向基板20の基板本体20Aは、例えばガラス基板、石英基板等の透明基板から構成されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間には、後述のシール材により囲まれた空間に液晶が封入され、液晶層50が形成されている。液晶層50は、画素電極9からの電界が印加されていない状態で配向膜16、22の作用により所定の配向状態をとっている。また、液晶層50は、例えば一種または数種類のネマティック液晶を混合した液晶から構成されている。シール材は、TFTアレイ基板10および対向基板20をそれらの周辺で貼り合わせるためのものであり、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂から形成され、両基板間の距離を所定の値とするためのグラスファイバーやガラスビーズ等のギャップ材が混入されている。
【0033】
TFTアレイ基板10において、基板本体10A上に下側遮光膜45が形成されている。この下側遮光膜45は、TFT素子30に対して基板本体10Aの下面側から光が入射されるのを防止する機能を有しており、例えばWSi等の遮光性の高い材料で形成されている。そして、下側遮光膜45を覆う基板本体10Aの全面に下地絶縁膜12が設けられている。下地絶縁膜12は、下側遮光膜45からTFT30を絶縁する機能の他、TFTアレイ基板10の全面に形成されることにより、TFTアレイ基板10の表面の研磨時における荒れや、洗浄後に残る汚れ等でTFT30の特性の変化を防止する機能を有している。
【0034】
図3に示すように、本実施の形態の場合、TFT30は、LDD(Lightly Doped Drain)構造のTFTであり、ゲート電極35、当該ゲート電極35からの電界によりチャネルが形成される半導体層1のチャネル領域1a、ゲート電極35と半導体層1とを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁薄膜2、半導体層1の低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1c、半導体層1の高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1eを備えている。半導体層1には、アモルファスシリコンや多結晶シリコン、あるいは単結晶シリコンなどを用いることができる。
【0035】
半導体層1の高濃度ドレイン領域1eは、そのまま側方に延在して容量電極44となっている(図3に示されている部分は、図2の半導体層1の分岐部1x側)。そして、容量電極44の上方には、絶縁薄膜2を介してゲート電極35(走査線3)と同層の容量線4が形成されている。よって、容量電極44と容量線4とが絶縁薄膜2を介して対向配置されていることで保持容量70が構成されている。ゲート電極35(走査線3)および容量線4は、例えば多結晶シリコンで形成することができる。ゲート電極35および容量線4を覆うように、例えばシリコン酸化膜等からなる第1層間絶縁膜13が形成されている。第1層間絶縁膜13上にはデータ線6および中継導電層47が同層で形成されている。データ線6および中継導電層47は、例えばアルミニウム等の低抵抗金属で形成することができる。また、第1層間絶縁膜13を貫通するソースコンタクトホール21が形成され、ソースコンタクトホール21を介してデータ線6と半導体層1の高濃度ソース領域1dとが電気的に接続されている。一方、第1層間絶縁膜13を貫通するドレインコンタクトホール24が形成され、ドレインコンタクトホール24を介して中継導電層47と半導体層1の高濃度ドレイン領域1eとが電気的に接続されている。
【0036】
データ線6および中継導電層47を覆うように第2層間絶縁膜14が形成されている。そして、第2層間絶縁膜14上に反射層29が形成されている。反射層29は、アルミニウム、銀等の高反射率の金属で形成されている。反射層29には、画素コンタクトホール25の部分に対応して開口部29aが設けられている。反射層29は、例えば画像表示領域からその周囲に延設され、任意の定電位源と電気的に接続されることによって固定電位が与えられている。定電位源としては、TFT30を駆動するための走査信号を走査線3に供給するための走査線駆動回路(後述する)や、画像信号をデータ線6に供給するサンプリング回路を制御するデータ線駆動回路(後述する)に供給される正電源や負電源の定電位源でもよいし、対向基板20の共通電極に供給される定電位でも構わない。ただし、反射層29と画素電極9とが画素コンタクトホール25の個所で接近しており、この個所で反射層29と画素電極9とが短絡する不良が発生することを考慮すると、画素電極9に印加した際に液晶が黒(暗)表示となる側の電位を反射層29に与えておく方が望ましい。上記の不良が発生したドットが画面上で表示不能の点欠陥になった場合を考えると、白点欠陥となるよりも黒点欠陥となった方が目立たないからである。
【0037】
反射層29を覆うように第3層間絶縁膜15が形成されており、第3層間絶縁膜15上には画素電極9が形成されている。画素電極9は、例えばITO、IZO等の透明導電膜で形成されている。反射層29の開口部29aには、第3層間絶縁膜15を貫通して第2層間絶縁膜14の表面に達する第1コンタクトホール26と、第1コンタクトホール26よりも径が小さく、第2層間絶縁膜14を貫通して中継導電層47の表面に達する第2コンタクトホール27の2段のコンタクトホールからなる画素コンタクトホール25が形成されている。この画素コンタクトホール25によって、画素電極9と中継導電層47とが電気的に接続されている。この構成により、中継導電層47を介して半導体層1の高濃度ドレイン領域1eと画素電極9とが電気的に接続されている。
【0038】
第2層間絶縁膜14、第3層間絶縁膜15の構成材料は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、第2層間絶縁膜14は例えばシリコン酸化膜、第3層間絶縁膜15は例えば感光性アクリル樹脂で構成されている。そして、図4に示すように、ドット領域の中央にあたる反射層29が存在しない領域(図2の符号32の矩形で囲まれた領域)では、第3層間絶縁膜15の膜厚方向の全てが除去されており、この部分が絶縁膜除去部32を構成している。図2においては、この絶縁膜除去部32を含む画素電極9の形成領域内であって反射層29の存在しない領域が透過表示領域Tとなり、画素電極9の形成領域内であって反射層29の存在する領域が反射表示領域Rとなる。この場合、図4に示すように、透過表示領域Tでは反射表示領域Rに比べて絶縁膜除去部32の深さ(第3層間絶縁膜15の膜厚)分だけ液晶層の層厚(セルギャップ)が大きくなる。この構成により、本実施の形態の液晶表示装置はマルチギャップ方式の半透過反射型液晶表示装置となる。さらに、画素電極9の上方を含むTFTアレイ基板10の最表面には、ラビング処理等の所定の配向処理が施されたポリイミド膜等からなる配向膜16が設けられている。
【0039】
他方、対向基板20側の構成については、基板本体20A上の全面にわたって共通電極48が設けられ、共通電極48の下面側には、TFTアレイ基板10側と同様、ラビング処理等の所定の配向処理が施されたポリイミド膜等からなる配向膜22が設けられている。共通電極48は、画素電極9と同様、例えばITOなどの透明導電膜で形成されている。また、対向基板の外面に偏光板49が設けられている。なお、実際には、以上説明した液晶セルの構成の他、位相差板等の光学部材、透過表示に用いるバックライト、TFTアレイ基板10側の偏光板等が設けられるが、ここでは図示を省略する。
【0040】
次に、TFTアレイ基板10の製造工程、特に本実施の形態において特徴的な画素コンタクトホール25の形成工程について図8を用いて説明する。
第1層間絶縁膜13上にデータ線6、中継導電層47を形成した後、シリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜14を基板全面にCVD法等により成膜する。次いで、図8(a)に示すように、フォトリソグラフィー、エッチング技術を用いて中継導電層47上にあたる部分の第2層間絶縁膜14をパターニングし、画素コンタクトホール25の一部をなす第2コンタクトホール27を形成する。
次いで、アルミニウム、銀等の金属膜を第2層間絶縁膜14上にスパッタ法等により成膜した後、図8(b)に示すように、フォトリソグラフィー、エッチング技術を用いて上記金属膜をパターニングし、第2コンタクトホール27の形成領域に開口部29aを有する格子状の反射層29を形成する。
【0041】
次いで、第3層間絶縁膜15として感光性アクリル樹脂を全面に塗布した後、図8(c)に示すように、マスク露光、現像により感光性アクリル樹脂をパターニングし、第2コンタクトホール27よりも径の大きな第1コンタクトホール26を形成する。なお図示しないが、この工程では、第1コンタクトホール26を形成するのと同時に、透過表示領域Tにおいて第3層間絶縁膜15を開口させ、絶縁膜除去部32を形成する。
次いで、ITO等の透明導電膜を基板全面にスパッタ法等により成膜した後、図8(d)に示すように、フォトリソグラフィー、エッチング技術を用いて上記透明導電膜をパターニングし、画素電極9を形成する。
【0042】
画素コンタクトホール25の形成方法については、上記の方法に限ることはなく、例えば第3層間絶縁膜15に感光性材料でないものを用い、第2層間絶縁膜14と同様、レジストパターンをマスクとして第3層間絶縁膜15をエッチングすることによって第1コンタクトホール26を形成することもできる。しかしながら、上記の方法においては、感光性アクリル樹脂の現像液でシリコン酸化膜からなる第2層間絶縁膜14がエッチングされることはないので、第3層間絶縁膜15のエッチング(感光性アクリル樹脂の現像)は第2層間絶縁膜14の表面に達した時点で確実に停止する。すると、第1コンタクトホール26は勿論のこと、絶縁膜除去部32の深さの製造バラツキが少なく、絶縁膜除去部32の深さはほぼ第3層間絶縁膜15の膜厚のみで決まることになる。上述したように、絶縁膜除去部32の深さによって透過表示領域Tと反射表示領域Rでのセルギャップ差が決まるため、上記の方法は透過表示領域Tと反射表示領域Rにリターデーションの最適化が行い易い方法であると言える。特に感光性アクリル樹脂は2〜4μm程度に容易に厚く形成できるため、リターデーションの最適化がより行い易い。
【0043】
本実施の形態の液晶表示装置の最大の特徴点は、反射層29がデータ線6や走査線3、TFT30、保持容量70等の形成領域を少なくとも覆うように格子状に設けられたことにある。この構成において、反射層29は、対向基板20側から入射する光を反射して反射表示を行う反射層本来の役目だけでなく、データ線6や走査線3、TFT30への光の入射を防止する遮光膜(ブラックマトリクス)の役目も兼ねることになる。したがって、本実施の形態の構成によれば、従来の構成において対向基板側に設けていた遮光膜を不要とすることができる。対向基板側に設ける遮光膜の場合には、2枚の基板を貼り合わせる際の位置ズレを考慮して遮光膜を幅広に設計する必要があったが、本実施の形態ではTFTアレイ基板10側に遮光膜を兼ねる反射層29を設けるので、上記の位置ズレを考慮する必要がない。その結果、本実施の形態の反射層29を遮光膜として見たときに従来の遮光膜に比べて寸法を小さくできるため、開口率を大きくすることができる。したがって、透過表示領域Tが従来よりも拡がることで透過表示が明るくなるのと同時に、反射層29が存在する領域の多く(反射層29と画素電極9との重なり部分)が反射表示領域Rとして機能するので、反射表示も明るくすることができる。このようにして、透過表示、反射表示ともに明るい半透過反射型の液晶表示装置を実現することができる。
【0044】
また本実施の形態では、TFT30の高濃度ドレイン領域1eと画素電極9を中継導電層47を介して電気的に接続しているが、この中継導電層47がデータ線6と同層でアルミニウム等で形成されているので、画素コンタクトホール25を反射層29のない領域に配置しても、画素コンタクトホール25の部分も確実に遮光されるとともに、開口率が低下することがない。つまり、反射層29の開口部29aは本来遮光がなされない領域であるが、本構成ではその下地にある中継導電層47が遮光性を有しているので、確実に遮光が行われる。さらに、中継導電層47がデータ線6と同層で構成されているので、製造工程において中継導電層47とデータ線6とを同時に形成することができるので、製造プロセスが特に複雑になることがない。
【0045】
データ線6を横断する部分の断面(図2のE−F線断面)については、図5に示すように、下地絶縁膜12上に半導体層1(容量電極44)、絶縁薄膜2、容量線4が順次積層され、保持容量70が構成されている。その上にデータ線6が形成され、さらに第2層間絶縁膜14を介して反射層29が形成されている。半導体層1、容量線4、データ線6の3つのパターンの縁は同一線上になく、しかもこれらのパターンの縁よりも外側に反射層29のパターンの縁が位置している。この構成により、反射層29の縁部は比較的なだらかな傾斜面となっている。図2のG−H線断面については、図6に示すように、反射層29のパターンの縁が中継導電層47のパターンの縁よりも外側に位置している。この構成により、反射層29の縁部は比較的なだらかな傾斜面となっている。
図2のI−J線断面については、図7に示すように、反射層29のパターンの縁が走査線3のパターンの縁よりも外側に位置している。この構成により、反射層29の縁部は比較的なだらかな傾斜面となっている。
【0046】
より完全な遮光を行うという観点から、反射層29のパターンの縁が半導体層1やデータ線6、走査線3のパターンの縁よりも外側に位置することが望ましいが、この構成の採用により、遮光の面のみならず、以下の効果を奏することができる。すなわち、反射層29の断面形状が、中央が高く縁部が低いなだらかな傾斜面となっているため、反射層29に入射した光Lの一部が法線以外の方向に斜めに反射することになり、より広い範囲で明るい反射表示を得ることができる。
【0047】
なお、本実施の形態において、格子状の反射層29のパターンの縁を直線状としたが、例えば図9に示すように、反射層29のパターンの縁に凹凸29Cを設けてもよい。このような凹凸を設けた場合、この凹凸部分に入射した光が散乱する作用が得られるので、より広い範囲で明るい反射表示を得ることができる。
【0048】
また、TFT30は、好ましくはLDD構造を有するものであるが、低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cに不純物の打ち込みを行わないオフセット構造を有していてもよい。もしくは、ゲート電極をマスクとして高濃度で不純物を打ち込み、自己整合的に高濃度ソースおよびドレイン領域を形成するセルフアライン型のTFTであってもよい。また、TFT30のゲート電極を、高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1e間に1個のみ配置したシングルゲート構造としたが、これらの間に2個以上のゲート電極を配置してもよい。このようにデュアルゲートあるいはトリプルゲート以上でTFTを構成すれば、チャネルとソースおよびドレイン領域との接合部の光リーク電流を防止でき、オフ時の電流を低減することができる。さらに、これらのゲート電極の少なくとも1個をLDD構造あるいはオフセット構造にすれば、より一層オフ電流を低減でき、安定したスイッチング素子を得ることができる。
【0049】
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態を図10、図11を参照して説明する。
本実施の形態の液晶表示装置の基本構成は第1の実施の形態と全く同様であり、画素コンタクトホールの構成が若干異なるのみである。
図10は本実施の形態の液晶表示装置におけるTFTアレイ基板の1ドットのパターン構成を示す平面図である。図11は図10のK−L線に沿う断面図(第1の実施の形態における図2のC−D線に沿う断面図(図4)に相当)である。よって、図10、図11において図2、図4と共通の構成要素には同一の符号を付し、共通部分の説明は省略する。
【0050】
第1の実施の形態においては、画素コンタクトホール25が径の異なる2段階のコンタクトホール26,27で構成されていたのに対し、本実施の形態では、図11に示すように、画素コンタクトホール37が、第3層間絶縁膜15、第2層間絶縁膜14を連続して貫通し、中継導電層47に達する1つのコンタクトホールで構成されている。したがって、本実施の形態では、図10に示すように、画素コンタクトホール37のパターンが1重の矩形で表されている。また、図11に示すように、透過表示領域Tの絶縁膜除去部32aについても、画素コンタクトホール37と同様、第3層間絶縁膜15および第2層間絶縁膜14の膜厚方向の全てが除去された状態となる。よって、絶縁膜除去部32aの深さは、ほぼ第3層間絶縁膜15と第2層間絶縁膜14の膜厚の合計となる。
【0051】
本実施の形態においても、1ドットあたりの開口率が大きくなり、透過表示領域T、反射表示領域Rの面積がともに従来よりも拡がることで透過表示、反射表示ともに明るくなる、という第1の実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態における第2層間絶縁膜14、第3層間絶縁膜15の構成材料は特に限定されるものではないが、例えばシリコン酸化膜とシリコン酸化膜のように同じ材料を用いた場合、画素コンタクトホール37および絶縁膜除去部32aの形成時のエッチングを、第2層間絶縁膜14と第3層間絶縁膜15とでエッチャントを切り替えることなく、連続して行うことができる。本実施の形態の場合、透過表示領域T、反射表示領域Rのリターデーションの調整にあたって第2層間絶縁膜14と第3層間絶縁膜15の合計膜厚の範囲内で設定することができるので、1層の層間絶縁膜だけであまり厚い膜厚が得られない場合にも対応しやすくなる。
【0052】
[液晶表示装置の全体構成]
以上のように構成された各実施形態における液晶表示装置の全体構成を図12および図13を参照して説明する。なお、図12はTFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図であり、図13は図12のM−N線に沿う断面図である。
図12、図13において、TFTアレイ基板10は、上述した第1、第2の実施の形態において説明したTFTアレイ基板である。TFTアレイ基板10の上には、シール材52がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して、画像表示領域の周辺を規定する額縁としての遮光膜53が設けられている。シール材52の外側の領域には、データ線6に画像信号を所定のタイミングで供給することによりデータ線6を駆動するデータ線駆動回路201および外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられている。また、走査線3に走査信号を所定のタイミングで供給することにより走査線3を駆動する走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する2辺に沿って設けられている。走査線3に供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路104は片側だけでも良いことは言うまでもない。また、データ線駆動回路201を画像表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。さらにTFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられている。
【0053】
また、対向基板20は、上述した第1の実施の形態において説明した対向基板であり、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的に導通をとるための基板間導通材106が設けられている。そして、図13に示すように、図12に示したシール材52とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板20が当該シール材52によりTFTアレイ基板10に固着されている。
【0054】
なお、TFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路201、走査線駆動回路104等に加えて、複数のデータ線6に画像信号を所定のタイミングで印加するサンプリング回路、複数のデータ線6に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該液晶装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。また、データ線駆動回路201および走査線駆動回路104をTFTアレイ基板10の上に設ける代わりに、例えばTAB(Tape Automated bonding)基板上に実装された駆動用LSIに、TFTアレイ基板10の周辺部に設けられた異方性導電フィルムを介して電気的および機械的に接続するようにしてもよい。
【0055】
[電子機器]
以下、上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の例について説明する。図14は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図14において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
図15は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図15において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
図16は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図16において、符号1200は情報処理装置、符号1202はキーボードなどの入力部、符号1204は情報処理装置本体、符号1206は上記の液晶表示装置を用いた液晶表示部を示している。
図14、図15、図16に示す電子機器は、上記実施の形態の液晶表示装置を用いた液晶表示部を備えているので、透過表示、反射表示ともに明るい表示を提供可能な電子機器を実現することができる。
【0056】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えばTFTアレイ基板上の絶縁膜除去部において、第1の実施の形態では第3層間絶縁膜の膜厚方向の全て、第1の実施の形態では第3層間絶縁膜および第2層間絶縁膜の膜厚方向の全てを除去した構成としたが、これら層間絶縁膜の膜厚方向の途中までを除去する構成としても良い。すなわち、透過表示領域と反射表示領域のセルギャップ差の調整を層間絶縁膜の膜厚のみで決めるのではなく、エッチング深さも含めて調整するようにしても良い。
【0057】
また、本発明においては対向基板側の遮光膜(ブラックマトリクス)が不要になることが大きな利点であるが、遮光をより確実にするために、対向基板に遮光膜を設けてもよい。このときは必ずしも格子状に設ける必要はない。ただし、本発明においては、透過表示領域や反射表示領域の面積が従来よりも拡がることが表示を明るくする効果を生むので、少なくともTFTアレイ基板側の遮光膜を兼ねる反射層よりは小さい寸法に形成しなければならない。
【0058】
さらに、各実施形態では対向基板にカラーフィルターを設けていないが、画素電極に対向する所定の領域にR、G、Bのカラーフィルタをその保護膜と共に形成してもよい。このようにすれば、カラーの半透過反射型液晶表示装置を実現することができる。また、各部のパターン形状、断面構造、各膜の構成材料等に関する記載はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
また、上述した説明にあっては、電気光学装置を、液晶表示装置として説明したが、本発明はこれに限るものではなく、電気泳動装置、エレクトロルミネッセンス(EL)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、或いは、プラズマ発光や電子放出による蛍光等を用いた様々な電気光学素子を用いた電気光学装置および該電気光学装置を備えた電子機器に対しても適用可能であるということは言うまでもない。
【0059】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、1ドットあたりの開口率が大きくなり、透過表示領域、反射表示領域の面積がともに従来よりも拡がることで透過表示、反射表示ともに明るい半透過反射型の液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の液晶表示装置の等価回路図である。
【図2】 同、液晶表示装置の1ドットのパターンを示す平面図である。
【図3】 図2のA−B線に沿う断面図である。
【図4】 図2のC−D線に沿う断面図である。
【図5】 図2のE−F線に沿う断面図である。
【図6】 図2のG−H線に沿う断面図である。
【図7】 図2のI−J線に沿う断面図である。
【図8】 同、液晶表示装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図9】 同、1ドットのパターンの変形例を示す平面図である。
【図10】 本発明の第2実施形態のパターン構成を示す平面図である。
【図11】 図10のK−L線に沿う断面図である。
【図12】 上記実施形態の液晶表示装置の全体構成を示す図である。
【図13】 図12のM−N線に沿う断面図である。
【図14】 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。
【図15】 同、電子機器の他の例を示す斜視図である。
【図16】 同、電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
3…走査線、6…データ線、9…画素電極、10…TFTアレイ基板(第1の基板)、13…第1層間絶縁膜、14…第2層間絶縁膜、15…第3層間絶縁膜、20…対向基板(第2の基板)、25,37…画素コンタクトホール、26…第1コンタクトホール、27…第2コンタクトホール、29…反射層、29a…(反射層のパターンの)凹凸、30…TFT(薄膜トランジスタ)、32,32a…絶縁膜除去部、47…中継導電層、50…液晶層、R…反射表示領域、T…透過表示領域
Claims (14)
- 第1の基板と第2の基板との間に電気光学素子が挟持されてなり、前記第1の基板の外面から入射される光を透過して透過表示を行う透過表示領域と前記第2の基板の外面から入射される光を反射して反射表示を行う反射表示領域とを有する電気光学装置であって、
前記第1の基板上に、互いに交差する複数のデータ線および複数の走査線と、これらデータ線および走査線に電気的に接続された薄膜トランジスタと、前記データ線、前記走査線、および前記薄膜トランジスタの上方を少なくとも覆い、前記データ線および前記走査線に沿う方向に格子状に設けられた反射層と、前記反射層の上層側に設けられた透明導電膜からなる画素電極とが備えられたことを特徴とする電気光学装置。 - 前記薄膜トランジスタの半導体層と前記画素電極とが、これら半導体層と画素電極との層間に設けられた中継導電層を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 遮光性材料からなる前記中継導電層が前記反射層よりも下層側に設けられるとともに、前記画素電極と前記中継導電層とを電気的に接続する画素コンタクトホールが前記反射層に設けられた開口部の内部に設けられたことを特徴とする請求項2に記載の電気光学装置。
- 前記中継導電層が前記データ線と同層で構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の電気光学装置。
- 前記走査線と前記データ線および前記中継導電層との間に位置する第1層間絶縁膜と、前記データ線および前記中継導電層と前記反射層との間に位置する第2層間絶縁膜と、前記反射層と前記画素電極との間に位置する第3層間絶縁膜とが備えられ、前記透過表示領域において、前記第3層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜の厚さ方向の少なくとも一部が除去された絶縁膜除去部が設けられたことを特徴とする請求項4に記載の電気光学装置。
- 前記画素コンタクトホールが、前記第3層間絶縁膜を貫通して前記第2層間絶縁膜表面まで達する第1コンタクトホールと、前記第2層間絶縁膜を貫通して前記中継導電層表面まで達する第2コンタクトホールとからなり、前記絶縁膜除去部において前記第3層間絶縁膜の厚さ方向の全てが除去されていることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
- 前記第2層間絶縁膜が無機材料からなり、前記第3層間絶縁膜が感光性有機材料からなることを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
- 前記画素コンタクトホールが、前記第3層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜を貫通して前記中継導電層表面まで達するコンタクトホールであり、前記絶縁膜除去部において前記第3層間絶縁膜および前記第2層間絶縁膜の厚さ方向の全てが除去されていることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置。
- 前記第2層間絶縁膜と前記第3層間絶縁膜とが同じ構成材料からなることを特徴とする請求項8に記載の電気光学装置。
- 前記反射層のパターンの縁が、前記半導体層、前記データ線、および前記走査線のパターンの縁よりも外側に位置していることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記反射層のパターンの縁に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 前記反射層に固定電位が印加されていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 少なくとも1つのドット領域の1辺において前記反射層と前記画素電極とが平面的に重なっていることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか一項に記載の電気光学装置。
- 請求項1ないし13のいずれか一項に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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