JP4346092B2 - 半透過型液晶ディスプレイ及びそれに適用される画素電極構造 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶ディスプレイ（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）装置に関するものであって、特に、半透過型液晶ディスプレイ装置の画素電極構造に関するものである。

従来の半透過型液晶ディスプレイ装置は、外部光源及びディスプレイシステム内に設けられたバックライトにより光を照射して、イメージを表示する。半透過型液晶ディスプレイ装置の長所は、透過型液晶ディスプレイ装置よりも節電が可能なことである。

図１は、従来の半透過型液晶ディスプレイパネル中の画素電極を示す図である。従来の半透過型液晶ディスプレイパネルは、それぞれ、透明材料からなる背面基板１００、正面基板１６０からなる。表示面は、正面基板１６０側に設置され、バックライト（図示しない）は、背面基板１００側に設置されている。液晶層１５０は、正面基板１６０と背面基板１００間に挟置され、光線の進出量を調節して、イメージ表示を達成する。

従来の画素電極は、透明電極１２４と隣接する反射電極１２２を有し、反射電極１２２及び透明電極１２４は、それぞれ反射領域１２２ａと透過領域１２４ａを定める。反射電極１２２は、反射板からなり、反射板は、適当な反射率の金属材料からなり、透明電極１２４は、透明の導電材料（インジウムスズ酸化物又はインジウム亜鉛酸化物）からなる。

透過領域中、バックライト（図示しない）からの光線１８２は、透明電極１２４と液晶層１５０を通過して、表示面に達しイメージを表示する。反射領域中、表示面の外部光源（図示しない）からの光線１８４は、液晶層１５０を通過し、反射電極１２２上で反射し、その後、液晶層１５０を再通過して表示面に達する。

ＬＣＤパフォーマンスを表示する係数は、光学効率である。光応答は、液晶セルの遅延に基づいて、ｄΔｎで表示され、ｄはセルギャップ、Δｎはセルギャップ内の液晶の平均複屈折である。通常、好ましい光学遅延は、透過領域において、ｄΔｎ〜（１／２）λで、反射領域中で、ｄΔｎ〜（１／４）λである。しかし、図１で示される従来の半透過型ＬＣＤ装置が生じる問題は、同じセル遅延が、反射領域と透過領域で生じることである。よって、従来の半透過型ＬＣＤ装置の反射領域と透過領域で、同時に好ましい光学性能を得ることが出来ない。

特許文献１（特開２００３−２７９９４５号公報）には、第１基板上の画素電極の少なくとも一部に反射と散乱の機能を有する反射部と透過の機能を有する透明層とを形成し、対向する第２基板にはその基板と着色部との間の少なくとも一部に透明樹脂膜を形成し、前記透明樹脂膜は対向する第１基板上の反射部上に形成されてなり、前記着色部に対し１画素単位あたり面積比で９０％を上限として形成されている半透過型液晶ディスプレイ装置が開示されており、この半透過型液晶ディスプレイ装置は、カラーフィルターのプロセス制御を容易にし、反射時の明るさを確保し、透過時再現性を損なうことのない光学特性のバランスがとれたものであると記載されている。

しかし、このような構成からなる半透過型液晶ディスプレイ装置にあっても、反射領域と透過領域で、同時に好ましい光学性能を得ることは難しかった。

特開２００３−２７９９４５号公報

従って、本発明は、反射領域と透過領域で好ましい光学性能を同時に得ることのできる半透過型液晶ディスプレイ装置及びそれに適用される画素電極構造を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、下記に示す画素電極構造及び半透過型液晶ディスプレイ装置によって達成される。

すなわち、本発明は、ゲートラインと、データラインと、前記ゲートラインを被覆するゲート絶縁層と、画素電極構造と、前記画素電極構造、前記ゲートライン及び前記データラインにそれぞれ連接し、イメージ信号を伝送するスイッチ装置とからなる、半透過型液晶ディスプレイ装置のアレイ基板に適用される前記画素電極構造であって、
前記画素電極構造は、
前記ゲート絶縁層表面上に設置される反射電極と、
前記反射電極上を被覆する誘電層と、
前記誘電層表面上に設置され、且つ、前記反射電極と連接される透明電極と、
からなることを特徴とする画素電極構造を提供するものである。

本発明に係る前記画素電極構造において、前記透明電極は、透明導電材料からなる。

本発明に係る前記画素電極構造において、前記誘電層の誘電定数は、３．５以下である。

本発明に係る前記画素電極構造において、前記誘電層の厚さは、１．７〜２μｍである。

本発明に係る前記画素電極構造において、前記反射電極は、導電金属材料からなる。

本発明に係る前記画素電極構造において、前記透明電極は、前記誘電層を貫くコンタクトホールにより、前記反射電極と連接される。

また、本発明は、半透過型液晶ディスプレイ装置であって、
第一基板と、
ゲートライン、データライン、前記ゲートラインを被覆するゲート絶縁層、前記ゲートラインと前記データラインに連接するスイッチ装置及び画素領域からなる第二基板と、
前記画素領域中に形成され、且つ、前記スイッチ装置と連接し、前記ゲート絶縁層表面上に設置される反射電極と、前記反射電極上を被覆する誘電層と、前記誘電層表面上に設けられて前記誘電層により前記反射電極と隔てられる透明電極とを有する画素電極構造と、
前記第一、第二基板の間に充填される液晶と、
からなることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置を提供するものである。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置は、更に、前記画素領域と重畳する領域に設置されるカラーフィルター片を有する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記カラーフィルター片は、前記反射電極に対応する領域に位置する薄い領域（ｔｈｉｎｎｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）を有する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置は、突出部を、前記第一基板内表面上に形成し、前記内表面は、前記反射電極に相対する位置に配する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置は、突出部を、前記第一基板内表面上に形成し、前記内表面は、前記透明電極に相対する位置に配する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記誘電層の誘電定数は、３．５以下である。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記誘電層の誘電定数は、３．５以下である。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記透明電極は、前記誘電層を貫くコンタクトホールにより、前記反射電極と連接される。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記画素電極構造は、前記ゲートラインの領域を被覆する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置は、更に、前記画素電極構造下方に位置するコモン電圧電極を有する。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記反射電極に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記反射電極と前記透明電極間により区切られる領域に設置される。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記画素電極構造に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記データラインと前記画素電極構造により区切られる領域に設置される。

本発明に係る前記半透過型液晶ディスプレイ装置において、前記画素電極構造に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記ゲートラインと前記画素電極構造により区切られる領域に設置される。

本発明に係る画素電極構造及びこれを用いた半透過型液晶ディスプレイ装置により、反射領域と透過領域で好ましい光学性能を同時に得ることができる。

図２〜図４は、本発明の半透過型液晶ディスプレイ装置の第１実施形態を示す図である。図２は画素領域の上視図、図３及び図４は、それぞれ、図２中の２Ｂ−２Ｂ、２Ｃ−２Ｃに沿った断面図である。

半透過型ＬＣＤパネルは、ゲートライン２１２を有し、データライン２１４と垂直に交差して、画素領域アレイを定める。ゲートライン２１２は、それぞれ各画素領域でゲートパッド２１６内に延伸し、各画素内に、符号２２０で示されるような画素電極構造を形成する。画素電極構造２２０は、互いに連接される反射電極２２２と透明電極２２４を有する。反射電極２２２は、反射領域２２２ａを形成し、透明電極２２４は、反射領域に隣接する透過領域２２４ａを形成する。

スイッチ装置２３０は、それぞれデータライン２１４とゲートライン２１２と接続されて、イメージ信号を画素電極構造２２０に伝送する。スイッチ装置２３０は、薄膜トランジスタで、データライン２１４に連接されるドレイン２３８と画素電極構造２２０に連接されるソース２３９とを有する。スイッチ装置２３０が起動する時、イメージデータは、データライン２１４により画素電極構造２２０に提供されてイメージを表示する。

図３は、図２中の２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。半透過型ＬＣＤ装置は、背面基板２００と背面基板２００に平行な正面基板２６０とからなり、その間のセルギャップに液晶層２５０を充填する。背面基板２００と正面基板２６０は、透明材料（ガラス、石英等）からなる。

ゲートライン２１２、ゲートパッド２１６及び第一コモン電圧電極２１８は、背面基板２００表面上に形成される。第一導電金属層をパターン化することにより、ゲートライン２１２、ゲートパッド２１６及び第一コモン電圧電極２１８を形成し、第一導電金属層は、アルミニウムＡｌ、アルミニウム合金、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、ニオビウムＮｂ等の金属からなる。

ゲート絶縁層２３２は、背面基板２００表面上に形成され、ゲートライン２１２、ゲートパッド２１６及び第一コモン電圧電極２１８を被覆する。ゲート絶縁層２３２は、酸化ケイ素、窒化ケイ素で化学気相蒸着により蒸着される。チャネル層２３４は、ゲート絶縁層２３２上に形成され、且つ、ゲートパッド２１６の領域に渡っている。本実施形態によると、チャネル層２３４は、プラズマ化学気相蒸着により形成されるドープアモルファスシリコンである。

被覆層２３６は、チャネル層２３４上に形成され、ゲートパッド２１６上方に位置する。この被覆層２３６は、窒化ケイ素により形成される。ドレイン／ソース２３８、２３９は、チャネル層２３４上に形成され、それぞれ被覆層２３６の両側に位置する。一態様として、第二導電金属層をパターン化することにより、ドレイン／ソース２３８、２３９を定義する時、被覆層２３６は、エッチング停止層となる。ゲートパッド２１６、ゲート絶縁層２３２及びドレイン２３８とソース２３９は、薄膜トランジスタを構成してスイッチ装置２３０となり、イメージ信号を画素電極構造２２０に伝送する。

反射電極２２２は、ゲート絶縁層２３２表面上に形成され、ソース２３９と連接されると共に、第一コモン電圧電極２１８を被覆する領域に延伸する。一態様として、適当な反射率を有する相同の導電金属層をパターン化することにより、反射電極２２２、ソース２３９及びドレイン２３８を形成する。

誘電層２４０は、背面基板２００上に形成され、薄膜トランジスタ（スイッチ装置）２３０と反射電極２２２を被覆する。選択する誘電層２４０の特性、特に厚さと誘電定数により、液晶層２５０中に生成される電界を調節する。一態様として、誘電層２４０は有機誘電層で、誘電定数は３．５、厚さは１．７〜２μｍである。この他、誘電定数は３．５以下でもよい。

透明電極２２４は、誘電層２４０の表面上に形成され、透明導電材料（インジウムスズ酸化物又はインジウム亜鉛酸化物）からなる。透明電極２２４は、コンタクトホール２２６により、反射電極２２２を連接し、コンタクトホール２２６は、誘電層２４０中に形成される。

図３に示されるように、カラーフィルター片２６２、絶縁層２６４及び第二コモン電圧電極２６６が、順に、正面基板２６０の内表面上に積層される。カラーフィルター片２６２の製造は、まず、カラーフィルター材を堆積し、ハーフトーン露光を実行して、カラーフィルター領域２６２ａを特別に定め、カラーフィルター材をエッチングする。

突出部２６８ａと２６８ｂが、第二コモン電圧電極２６６上に形成され、それぞれ、反射領域と透過領域に位置する。突出部２６８ａと２６８ｂは、複数のドメインになる境界条件（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）を生成し、液晶分子が、それぞれ異なる方向の傾斜角を有して液晶ディスプレイ装置に広視野角をもたらす。

図４は、図２中の２Ｃ−２Ｃに沿った断面図である。本実施形態が開示する特定の操作電圧は、例証のためのもので、実際、多くの操作電圧が液晶ディスプレイ装置を駆動するのに用いられる。

イメージ表示を実行するため、ゼロボルトの電圧を、それぞれ第一、第二コモン電圧電極２１８、２６６に適用すると共に、データラインにより、４ボルトの電圧を、反射電極、透明電極２２２、２２４に適用する。画素電極構造２２０と第一、第二コモン電圧電極２１８、２２６間の電圧差は、液晶層２５０を通過する等電位線２８０を生成する。

反射画素領域と透過画素領域に分布する等電位線は異なるレベルを有する。反射画素領域中、等電位線の一部分２８０ａは、誘電層２４０の範囲内に位置する。等電位線の分布の制御は、液晶層中に電界を生成し、それぞれ反射領域と透過領域内で異なる電界強度を有する。本実施形態によると、反射領域中の電界強度は、透過領域中の電界強度より小さい。よって、液晶有効複屈折Δｎは、反射領域と透過領域中で修正され、セル遅延特性を決定するｄΔｎ積が制御、調節されて、反射領域と透過領域中の好ましい光学性能を獲得する。

操作過程において、液晶ディスプレイは、反転モードに従って駆動し、つまり二つの連続した表示フレームでの各画素は、反転電圧バイアスを適用したイメージ信号が提供される。液晶分子の異なる方向の傾斜で区別された良好、且つ、安定した境界領域を獲得するため、本発明は、異なる配置の画素電極構造を提供し、以下で説明する。

図２〜図４の実施例中、反射電極２２２は、領域Ｗｒを被覆し、ゲートライン２１２及び第一コモン電極２１８は重畳する。重畳領域中、幅がＷｇのゲートライン２１２は、反射電極により完全に被覆され、幅がＷｃの第一コモン電圧電極２１８は、一部２１８ａが反射電極に被覆されない。この画素電極構造は、ゲートライン２１２の電界分布によるもので、故に、漏光の生成を減少させ、反転モードで操作中に液晶層に安定したドメイン境界を提供する。

図５及び図６の第２実施形態において、突出部２６８ｂが、透過領域中の第二コモン電圧電極２６６上に形成され、反射領域中は、突出部を形成する必要がない。反射電極２２２とゲートライン２１２と第一コモン電圧電極２１８は重畳する。重畳領域中、反射電極２２２は、幅Ｗｇのゲートライン２１２及び幅Ｗｃの第一コモン電極電圧２１８を完全に被覆する。

図７〜図１０の第３実施形態において、ゲートライン２１２は、画素電極構造により被覆される領域外に設置され、且つ、スイッチ装置２３０は、重畳したゲートライン２１２の領域に形成される。第一コモン電圧電極４１８は、反射電極、透明電極２２２、２２４に被覆されない突出部４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃを有する。突出部４１８ａは、ゲートライン２１２と画素電極構造２２０に近接する反射電極２２２間により区切られる領域４９０ａに設置される。突出部４１８ｂは、データライン２１４と反射電極２２２の間の領域４９０ｂに設置される。突出部４１８ｃは、データライン２１４と透明電極２２４の間の領域４９０ｃに設置される。

この他、画素電極構造は、幾つかの反射電極、透明電極を有することが分かる。図１１は、５２０を表示し、それぞれ反射電極５２２と結合する二つの透明電極５２４を有し、これにより、画素上に更に多くの反射領域、透過領域を設置することができる。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動、変形、付加及び改善を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の画素電極構造は、反射領域と透過領域で好ましい光学性能を同時に得ることができることから、これを用いた半透過型液晶ディスプレイは、当該技術分野で好適に用いられる。

図１は、従来の半透過型液晶ディスプレイパネル中のを示す図である。 図２は、本発明の第１実施形態による半透過型液晶ディスプレイパネルの断面図である。 図３は、図２の２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。 図４は、図２の２Ｃ−２Ｃに沿った断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態による半透過型液晶ディスプレイパネルの断面図である。 図６は、図５の３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。 図７は、本発明の第３実施形態による半透過型液晶ディスプレイパネルの断面図である。 図８は、図７中の４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図９は、図７中の４Ｃ−４Ｃに沿った断面図である。 図１０は、図７中の４Ｄ−４Ｄに沿った断面図である。 図１１は、本発明の第４実施形態による半透過型液晶ディスプレイパネルの断面図である。

１００…背面基板
１２２…反射電極
１２２ａ…反射領域
１２４…透明電極
１２４ａ…透過領域
１５０…液晶層
１６０…正面基板
１８２、１８４…光線
２００…背面基板
２１２…ゲートライン
２１４…データライン
２１６…ゲートパッド
２１８…第一コモン電圧電極
２１８ａ…第一コモン電圧電極の一部
２２０…画素電極構造
２２２…反射電極
２２２ａ…反射領域
２２４…透明電極
２２４ａ…透過領域
２２６…コンタクトホール
２３０…スイッチ装置
２３２…ゲート絶縁層
２３４…チャネル層
２３６…被覆層
２３８…ドレイン
２３９…ソース
２４０…誘電層
２５０…液晶層
２６０…正面基板
２６２…カラーフィルター片
２６２ａ…カラーフィルター領域
２６４…絶縁層
２６６…第二コモン電圧電極
２６８ａ、２６８ｂ…突出部
２８０…等電位線
２８０ａ…等電位線の一部
４１８…第一コモン電圧電極
４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃ…突出部
４９０ａ、４９０ｂ、４９０ｃ…領域
５２０…
５２２…反射電極
５２４…透明電極
ｄ…セルギャップ
Ｗｃ、Ｗｇ、Ｗｒ…幅

Claims (19)

1. ゲートラインと、データラインと、前記ゲートラインを被覆するゲート絶縁層と、画素電極構造と、前記画素電極構造、前記ゲートライン及び前記データラインにそれぞれ連接し、イメージ信号を伝送するスイッチ装置とからなる、半透過型液晶ディスプレイ装置のアレイ基板に適用される前記画素電極構造であって、
   前記画素電極構造は、
   前記ゲート絶縁層表面上に設置される反射電極と、
   前記反射電極上を被覆する誘電層と、
   前記誘電層表面上に設置され、且つ、前記反射電極と連接される透明電極と、
   からなることを特徴とする画素電極構造。
2. 前記透明電極は、透明導電材料からなる請求項１に記載の画素電極構造。
3. 前記誘電層の誘電定数は、３．５以下である請求項１に記載の画素電極構造。
4. 前記誘電層の厚さは、１．７〜２μｍである請求項１に記載の画素電極構造。
5. 前記反射電極は、導電金属材料からなる請求項１に記載の画素電極構造。
6. 前記透明電極は、前記誘電層を貫くコンタクトホールにより、前記反射電極と連接される請求項１に記載の画素電極構造。
7. 半透過型液晶ディスプレイ装置であって、
   第一基板と、
   ゲートライン、データライン、前記ゲートラインを被覆するゲート絶縁層、前記ゲートラインと前記データラインに連接するスイッチ装置及び画素領域からなる第二基板と、
   前記画素領域中に形成され、且つ、前記スイッチ装置と連接し、前記ゲート絶縁層表面上に設置される反射電極と、前記反射電極上を被覆する誘電層と、前記誘電層表面上に設けられて前記誘電層により前記反射電極と隔てられる透明電極とを有する画素電極構造と、
   前記第一、第二基板の間に充填される液晶と、
   からなることを特徴とする半透過型液晶ディスプレイ装置。
8. 前記画素領域と重畳する領域に設置されるカラーフィルター片を有する請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
9. 前記カラーフィルター片は、前記反射電極に対応する領域に位置する薄い領域（ｔｈｉｎｎｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）を有する請求項８に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
10. 突出部を、前記第一基板内表面上に形成し、前記内表面は、前記反射電極に相対する位置に配する請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
11. 突出部を、前記第一基板内表面上に形成し、前記内表面は、前記透明電極に相対する位置に配する請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
12. 前記誘電層の誘電定数は、３．５以下である請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
13. 前記誘電層の厚さは、１．７〜２μｍである請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
14. 前記透明電極は、前記誘電層を貫くコンタクトホールにより、前記反射電極と連接される請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
15. 前記画素電極構造は、前記ゲートラインの領域を被覆する請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
16. 前記画素電極構造下方に位置するコモン電圧電極を有する請求項７に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
17. 前記反射電極に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記反射電極と前記透明電極間により区切られる領域に設置される請求項１６に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
18. 前記画素電極構造に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記データラインと前記画素電極構造により区切られる領域に設置される請求項１６に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。
19. 前記画素電極構造に被覆されない前記コモン電圧電極は、前記ゲートラインと前記画素電極構造により区切られる領域に設置される請求項１６に記載の半透過型液晶ディスプレイ装置。

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