JP4419946B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は液晶表示装置に関する。
従来のアクティブマトリクス型で半透過反射型の液晶表示装置には、アクティブ基板の上面にアルミニウム系金属からなる走査ライン（スイッチング素子としての薄膜トランジスタのゲート電極を含む）及び反射膜が設けられ、その上にゲート絶縁膜が設けられ、ゲート絶縁膜の上面に薄膜トランジスタのゲート電極以外の部分及びデータラインが設けられ、反射膜上におけるゲート絶縁膜の上面に反射膜よりも大きい面積の画素電極が設けられ、画素電極と重合された反射膜の配置領域が反射用画素領域とされ、画素電極の反射膜との重合領域以外の大部分が透過用画素領域とされたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２２６５４号公報（図９）
しかしながら、上記従来の液晶表示装置を反射型として使用する場合には、表示面側から入射された外光が画素電極及びゲート絶縁膜を透過して反射膜で反射され、この反射光がゲート絶縁膜及び画素電極を透過して表示面側に出射され、外光が画素電極及びゲート絶縁膜を２回透過するため、吸収、界面反射、干渉等の現象により、反射率が低下し、色づきが生じるという問題があった。
そこで、この発明は、反射率が向上し、色づきがなくなるようにすることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
この発明は、上記目的を達成するため、画素毎に反射表示領域と透過表示領域とを有し、ボトムゲート型の薄膜トランジスタに接続された透明性の画素電極が前記反射表示領域と前記透過表示領域とにわたって形成されている液晶表示装置において、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として成膜された絶縁層が部分的に除去された開口領域が、前記画素毎に形成され、前記反射表示領域が、前記画素電極上に前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同層に形成されるとともに前記開口領域を避けるようにして形成された反射板により区画され、前記開口領域が、前記透過表示領域で前記画素電極に覆われていることを特徴とするものである。
また、画素毎に反射表示領域と透過表示領域とを有し、ボトムゲート型の薄膜トランジスタに接続された透明性の画素電極が前記反射表示領域と前記透過表示領域とにわたって形成されている液晶表示装置において、前記絶縁層は、前記透過表示領域に形成された前記画素電極に対応する位置で部分的に除去され、前記反射表示領域は、前記画素電極上に前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同層に形成されるとともに前記絶縁層が除去された領域を避けるようにして形成された反射板により区画されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、反射率が向上し、色づきがなくなるようにすることができる。
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としてのアクティブマトリクス型で半透過反射型の液晶表示装置の要部の断面図を示す。この液晶表示装置は、ガラス基板等からなるアクティブ基板１及び対向基板２１を備えている。アクティブ基板１の上面の所定の箇所にはゲート電極２及び該ゲート電極２に接続された走査ライン３が設けられている。この場合、ゲート電極２及び走査ライン３は、クロム系金属、モリブデン系金属、チタン系金属、タルタン系金属等の酸化還元電位が後述する画素電極１３と同一かそれよりも大きい高酸化還元電位金属（以下、高酸化還元電位金属という）によって形成されている。
ゲート電極２及び走査ライン３を含むアクティブ基板１の上面には窒化シリコン、酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜４が設けられている。ゲート電極２上におけるゲート絶縁膜４の上面の所定の箇所には真性アモルファスシリコンからなる半導体薄膜５が設けられている。半導体薄膜５の上面の所定の箇所には窒化シリコン、酸化シリコン等からなるチャネル保護膜６が設けられている。
チャネル保護膜６の上面両側及びその両側における半導体薄膜５の上面にはｎ型アモルファスシリコンからなるオーミックコンタクト層７、８が設けられている。オーミックコンタクト層７、８の上面にはソース電極９及びドレイン電極１０が設けられている。この場合、ソース電極９及びドレイン電極１０は、高酸化還元電位金属からなる下層金属膜９ａ、１０ａの上面に、アルミニウム系金属、銀系金属等の酸化還元電位が後述する画素電極１３よりも小さく且つ反射率が下層金属膜９ａ、１０ａよりも大きい高反射率金属（以下、高反射率金属という）からなる上層金属膜９ｂ、１０ｂが設けられた２層構造となっている。
そして、ゲート電極２、ゲート絶縁膜４、半導体薄膜５、チャネル保護膜６、オーミックコンタクト層７、８、ソース電極９及びドレイン電極１０により、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１１が構成されている。この場合、ソース電極９及びドレイン電極１０は、薄膜トランジスタ１１の上層電極を構成している。
ゲート絶縁膜４の上面の所定の箇所にはデータライン１２が設けられている。この場合、データライン１２は、高酸化還元電位金属からなる下層金属膜１２ａの上面に高反射率金属からなる上層金属膜１２ｂが設けられた２層構造となっている。ゲート絶縁膜４の上面の所定の箇所にはＩＴＯからなる画素電極１３が設けられている。画素電極１３は、ソース電極９の下層金属膜９ａ及びその下のオーミックコンタクト層７に接続されている。
画素電極１３の上面の所定の箇所には、画素電極１３よりも小さい面積の反射板１４が設けられている。この場合、反射板１４は、高酸化還元電位金属からなる下層金属膜１４ａの上面に高反射率金属からなる上層金属膜１４ｂが設けられた２層構造となっている。薄膜トランジスタ１１、データライン１２及び画素電極１３の周辺部を含むゲート絶縁膜４の上面には窒化シリコン等からなるオーバーコート膜１５が設けられている。反射板１４を含む画素電極１３の中央部に対応する部分におけるオーバーコート膜１５には開口部１６が設けられている。
一方、対向基板２１の下面にはＩＴＯからなる対向電極２２が設けられている。そして、アクティブ基板１と対向基板２１とはシール材（図示せず）を介して互いに貼り合わされている。また、シール材の内側における両基板１、２１間には液晶２３が封入されている。
ところで、この液晶表示装置では、画素電極１３の上面の所定の箇所に画素電極１３よりも小さい面積の反射板１４を設けているので、１つの画素電極１３において、画素電極１３と重合する反射板１４の配置領域が文字通り反射用画素領域となり、画素電極１３の反射板１４との重合領域以外の大部分の領域が実質的な透過用画素領域となっている。
そして、この液晶表示装置を透過型として使用する場合には、アクティブ基板１下面側に配置されたバックライト（図示せず）を点灯させると、バックライトからの光がアクティブ基板１、ゲート絶縁膜４、画素電極１３のうちの実質的な透過用画素領域、液晶２３、配向膜２５、対向電極２２及び対向基板２１を透過して対向基板２１の上面側（表示面側）に出射され、これにより表示を行う。
一方、この液晶表示装置を反射型として使用する場合には、バックライトを点灯させず、対向基板２１の上面側から入射された外光が対向基板２１、対向電極２２、配向膜２５及び液晶を透過して反射板１４の上層金属膜１４ａで反射され、この反射光が上記とは逆の光路を経て対向基板２１の上面側に出射され、これにより表示を行う。この場合、表示に寄与する外光は画素電極１３及びゲート絶縁膜４を全く透過しないので、反射率が向上し、色づきがなくなるようにすることができる。
ここで、この液晶表示装置において、反射板１４を、高酸化還元電位金属からなる下層金属膜１４ａの上面に高反射率金属からなる上層金属膜１４ｂを設けた２層構造とした理由について説明する。反射板１４は、第１に、文字通り反射板として用いるため、高反射率金属によって形成する必要があり、第２に、ＩＴＯからなる画素電極１３の上面に形成されるため、画素電極１３との間で良好なコンタクト接続を形成する必要がある。
そこで、この液晶表示装置では、反射板１４は、ＩＴＯからなる画素電極１３と直接電気的にコンタクト可能な高酸化還元電位金属によって形成された下層金属膜１４ａと、高反射率金属によって形成された上層金属膜１４ｂとの２層構造としている。
また、反射板１４をアルミニウム系金属とする場合には画素電極１３の上面に浮島状に設けることが望ましい。これは、成膜されたオーバーコート膜１５に開口部１６をフォトリソグラフィ法により形成するとき、アルミニウム系金属からなる上層金属膜１４ｂとＩＴＯからなる画素電極１３との間の電池反応を防止するためである。この場合、下層金属膜１４ａの材料を、その酸化還元電位がＩＴＯのそれと同じかそれよりも大きい高酸化還元電位金属とする。
次に、この液晶表示装置において、反射板１４を形成する場合の一例について説明する。まず、画素電極１３を形成した後に、スパッタ法により、高酸化還元電位金属からなる下層金属膜形成用膜及び高反射率金属からなる上層金属膜形成用膜を連続して成膜する。
次に、上層金属膜形成用膜及び下層金属膜形成用膜をフォトリソグラフィ法により連続してエッチングすると、２層構造のソース電極９、ドレイン電極１０及びデータライン１２が形成され、同時に、同じく２層構造の反射板１４が形成される。このように、反射板１４をソース電極９、ドレイン電極１０及びデータライン１２の形成と同時に形成することができるので、製造工程数が増加しないようにすることができる。
なお、例えば、静電気に対する薄膜トランジスタ１１の保護を図るため、表示領域を囲む静電気保護用リングを設け、この保護リングと走査ライン３またはデータライン１２とを静電気保護素子を介して接続する静電気保護構造を採用する方法が知られているが、この場合、ゲート電極２及び走査ライン３と同一の層に下層配線を設け、この下層配線にデータライン１２と同一の層に形成した上層配線を接続する構造となる。
本発明においてこのような静電気保護構造を採用する場合には、図示していないが、アクティブ基板１の上面にゲート電極２及び走査ライン３と同一の材料である高酸化還元電位金属からなる下層配線を設け、ゲート絶縁膜４の上面に反射板１４と同一の構造である２層構造の上層配線をゲート絶縁膜４に設けられたコンタクトホールを介して下層配線に接続させて設ける構造とすればよく、２層構造の上層配線の高反射率金属からなる上層金属膜の表面に高抵抗の自然酸化膜が形成されても、２層構造の上層配線の下層金属膜と下層配線との間のコンタクト抵抗が不安定となることがなく、したがって反射板１４の上層金属膜１４ｂを高反射率金属によって形成しても、別に不都合が生じることはない。
（第２実施形態）
図２はこの発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の断面図を示す。この液晶表示装置において、図１に示す液晶表示装置と異なる点は、反射板１４下におけるアクティブ基板１の上面の所定の箇所に、ゲート電極２及び走査ライン３と同一の材料からなる補助容量電極３１を設けた点である。この場合、補助容量電極３１は、走査ライン３に平行に配置されている。
そして、この液晶表示装置では、補助容量電極３１の図２における左右方向の幅を反射板１４の同方向の長さと同じかそれよりも小さく設定することにより、反射板１４による反射面積に関係なく、反射板１４の同方向の長さの範囲内において、補助容量電極３１の画素電極１３との重合領域による補助容量部形成面積を任意に選定することができ、設計の自由度を増大することができる。
なお、図２において、走査ライン３を省略し、補助容量電極３１を画素電極１３の前段に配置された前段画素電極に接続された前段薄膜トランジスタのゲート電極に接続するようにしてもよい。換言すれば、図２において、符号３で示すものは、画素電極１３の後段に配置された後段画素電極下に設けられた補助容量電極としてもよい。すなわち、図２において、補助容量電極３１は、前段画素電極接続された前段薄膜トランジスタのゲート電極に接続された走査ラインを兼ねるようにしてもよい。
（第３実施形態）
図３はこの発明の第３実施形態としての液晶表示装置の要部の断面図を示す。この液晶表示装置において、図１に示す液晶表示装置と異なる点は、画素電極１３の部分の構成のみである。すなわち、第１に、実質的な透過用画素領域内において、反射板１４形成領域の周囲におけるゲート絶縁膜４には開口部３２が設けられ、この開口部３２内には画素電極１３が設けられている。
第２に、反射板１４形成領域下におけるアクティブ基板１の上面には、ゲート電極２及び走査ライン３と同一の材料からなる第１のギャップ規制膜３３が設けられ、その上のゲート絶縁膜４の上面には、半導体薄膜５、チャネル保護膜６及びオーミックコンタクト層７、８と同一の材料からなる第２〜第４のギャップ規制膜３４〜３６が設けられ、その上に画素電極１３及び２層構造の反射板１４が設けられている。
したがって、この液晶表示装置においては、図１に示す液晶表示装置と比較して、反射板１４の上面が第１〜第４のギャップ規制膜３３〜３６の合計厚さの分だけ高くなり、且つ、実質的な透過用画素領域における画素電極１３の上面がゲート絶縁膜４の厚さの分だけ低くなる。
そして、反射板１４と対向電極２２との間のギャップｄ１を実質的な透過用画素領域における画素電極１３と対向電極２２との間のギャップｄ２の１／２に近づけると、反射率及び透過率が共に最適となるマルチギャップ構造とすることができる。この場合、ギャップｄ１は、第１〜第４のギャップ規制膜３３〜３６の適宜な組み合わせの範囲内において、任意に選定することができる。
（第４実施形態）
図４はこの発明の第４実施形態としての液晶表示装置における反射板１４の部分の断面図を示す。この液晶表示装置において、図１に示す液晶表示装置と異なる点は、反射板１４形成領域内におけるアクティブ基板１の上面に、ゲート電極２及び走査ライン３と同一の材料からなる点状または線状の段差形成用膜（段差形成用パターン）４１を適宜に設け、段差形成用膜４１を含むアクティブ基板１の凸凹上面に追従させて、画素電極１３、反射板１４の下層金属膜１４ａ及び下層金属膜１４ｂの各上面を凸凹状に形成した点である。この場合、反射板１４の下層金属膜１４ｂの凸凹上面により、光散乱反射機能が発揮される。
（第５実施形態）
図５はこの発明の第５実施形態としての液晶表示装置における反射板１４の部分の断面図を示す。この液晶表示装置において、図４に示す液晶表示装置と異なる点は、反射板１４形成領域内におけるゲート絶縁膜４の上面に、半導体薄膜５及びチャネル保護膜６と同一の材料からなる点状または線状の２層構造の段差形成用膜（段差形成用パターン）４２、４３を適宜に設け、２層構造の段差形成用膜４２、４３を含むゲート絶縁膜４の凸凹上面に追従させて、画素電極１３、反射板１４の下層金属膜１４ａ及び下層金属膜１４ｂの各上面を凸凹状に形成した点である。この場合も、反射板１４の下層金属膜１４ｂの凸凹上面により、光散乱反射機能が発揮される。
（第６実施形態）
図６はこの発明の第６実施形態としての液晶表示装置における反射板１４の部分の断面図を示す。この液晶表示装置において、図４に示す液晶表示装置と異なる点は、反射板１４形成領域内におけるゲート絶縁膜４に点状または線状の段差形成用凹部（段差形成用パターン）４４を適宜に設け、ゲート絶縁膜４の上面に、反射板１４形成領域よりもやや小さめの開口部４５を有する画素電極１３を設け、段差形成用凹部４４及び開口部４５を含むゲート絶縁膜４及び画素電極１３の凸凹上面に追従させて、反射板１４の下層金属膜１４ａ及び下層金属膜１４ｂの各上面を凸凹状に形成した点である。この場合も、反射板１４の下層金属膜１４ｂの凸凹上面により、光散乱反射機能が発揮される。
（その他の実施形態）
図５に示す場合において、２層構造の段差形成用膜４２、４３は、半導体薄膜５及びオーミックコンタクト層７、８と同一の材料によって形成するようにしてもよい。また、上記のような各種の光散乱反射パターンを適宜に組み合わせて複合光散乱反射パターンを形成するようにしてもよい。
この発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の断面図。 この発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の断面図。 この発明の第３実施形態としての液晶表示装置の要部の断面図。 この発明の第４実施形態としての液晶表示装置における反射板の部分の断面図。 この発明の第５実施形態としての液晶表示装置における反射板の部分の断面図。 この発明の第６実施形態としての液晶表示装置における反射板の部分の断面図。
符号の説明
１ アクティブ基板
２ ゲート電極
３ 走査ライン
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体薄膜
６ チャネル保護膜
７、８ オーミックコンタクト層
９ ソース電極
１０ ドレイン電極
１１ 薄膜トランジスタ
１２ データライン
１３ 画素電極
１４ 反射板
１５ オーバーコート膜
１６ 開口部
２１ 対向基板
２２ 対向電極
２３ 液晶
３１ 補助容量電極

Claims (7)

  1. 画素毎に反射表示領域と透過表示領域とを有し、
    ボトムゲート型の薄膜トランジスタに接続された透明性の画素電極が前記反射表示領域と前記透過表示領域とにわたって形成されている液晶表示装置において、
    前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として成膜された絶縁層が部分的に除去された開口領域が、前記画素毎に形成され、
    前記反射表示領域が、前記画素電極上に前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同層に形成されるとともに前記開口領域を避けるようにして形成された反射板により区画され、
    前記開口領域が、前記透過表示領域で前記画素電極に覆われていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記開口領域は、前記絶縁層が部分的に除去されることにより凹状に形成され、
    前記開口領域を覆う前記画素電極は、前記凹状の開口領域に追従するように成膜されて凹部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極及び前記反射板は、酸化還元電位が前記画素電極と同一かそれよりも大きい下層金属膜と、該下層金属膜の上面に設けられて酸化還元電位が前記画素電極よりも小さく且つ反射率が前記下層金属膜よりも大きい上層金属膜と、からなる２層構造に形成されてい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. 前記反射板よりも下層側に補助容量電極が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記反射表示領域は、前記透明性の画素電極下に段差形成用パターンが設けられ、
    前記透明性の画素電極の上面は、段差形成用パターンに追従して凸凹状となっていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記反射板の上面は、前記凸凹状になっている前記透明性の画素電極に追従して凸凹状となっていることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
  7. 画素毎に反射表示領域と透過表示領域とを有し、
    ボトムゲート型の薄膜トランジスタに接続された透明性の画素電極が前記反射表示領域と前記透過表示領域とにわたって形成されている液晶表示装置において、
    前記絶縁層は、前記透過表示領域に形成された前記画素電極に対応する位置で部分的に除去され、
    前記反射表示領域は、前記画素電極上に前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極と同層に形成されるとともに前記絶縁層が除去された領域を避けるようにして形成された反射板により区画されていることを特徴とする液晶表示装置。
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