JPH0854618A - 反射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明は、一対の電極基板間に保持され，
電界に応じて光の空間的な伝搬方向を変調する光変調層
を備えた表示装置であって、少なくとも一方の電極基板
は、光吸収層と、光入射方向に対して光吸収層後方に配
置される表示電極層とを備えている。 【効果】 この本発明によれば、装置の高価格化を招く
ことなく、比較的簡単な構成で、コントラスト比が大き
く、しかも表示品位に優れた表示画像を実現することが
できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電界に応じて光の空間的
な伝搬方向を変調する光変調層を備えた反射型表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、プラズマ発光パネルや液晶パネル
がＣＲＴ表示装置に代わる小型で軽量な平面表示装置と
して注目されている。この平面表示装置は表示動作にお
いて自ら光を放つ自発光型のものと、表示動作において
独立した光源から入射する光の透過率を制御する透過率
制御型のものとにほぼ分類できる。例えばプラズマ発光
パネルは自発光型に属し、液晶パネルは透過率制御型に
属する。特に、この液晶パネルは次世代の表示装置の本
命として考えられ、その技術開発が様々な実用分野で進
められている。

【０００３】一般的な液晶パネルは、液晶デバイスハン
ドブックで紹介されているツイステッドネマティック
（ＴＮ）型に代表されるように、偏光板を使用して線偏
光された光を複屈折性または旋光性を示す液晶層に入射
させることを特徴とする。しかし、こうした液晶パネル
は、光源から得られる光の明るさが偏光板を通過する際
に約１／２に低下するという欠点を有する。

【０００４】最近では、上述した偏光板を必要としない
液晶パネルが開発されている。この液晶パネルは、液晶
材料が高分子樹脂中に含有される高分子分散（ＰＤ）型
あるいは微粒子が液晶材料中に含有される微粒子分散型
の液晶層を透明な１対の電極基板間に有し、この液晶層
に入射した光線の空間的な伝搬方向を変調させる光変調
素子として機能する。この場合、光源光の利用効率は偏
光板を用いた装置よりも向上される。

【０００５】ＰＤ型液晶層は、例えば電圧が印加されな
い電極間の画素領域において入射光線を散乱させる乳白
色の光散乱状態に設定され、電圧が印加される電極間の
画素領域において入射光線が散乱しにくい透明な光透過
状態に設定される。このため、各画素領域の散乱性がそ
の透過光および反射光の強度を映像信号に応じて変化す
るよう制御され、これに基づいて表示が成される。この
ような液晶表示装置は、例えば公表昭５８−５０１６３
１号、公表昭６１−５０２１２６号等に開示され知られ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、上記
したＰＤ型液晶層を応用し、高コントラストが得られる
表示装置が開発されている。例えば、特開平３−５８９
２０号には、表面側の基板にカラーフィルタを、裏面側
の基板外表面に光吸収体を設けて表示装置を構成し、Ｐ
Ｄ型液晶層が散乱状態を呈する場合には、ＰＤ型液晶層
の後方散乱によりカラーフィルタの色が、ＰＤ型液晶層
が透過状態を呈する場合に光吸収体の黒が表示される表
示装置が開示されている。

【０００７】しかしながら、上記した構成にあっては、
裏面側の基板の両主表面での光反射等の影響により、十
分な高コントラスト比を達成することができなかった。
また、ＰＤ型液晶層に染料等が添加されて成るゲストホ
スト型のＰＤ型液晶層を光透過型の表示装置間に配置
し、一方の基板裏面に反射層を配置する反射型表示装置
も知られているが、やはり裏面側の基板の両主表面での
光反射等の影響により十分な高コントラスト比が達成さ
れない他、二重写りが生じ、高品位な表示画像を得るこ
とができなかった。本発明は、このような技術課題に鑑
みなされたものであって、高コントラストを得ることが
可能な反射型表示装置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】請求項１に記載される発
明は、第１基板上に第１電極が配置された第１電極基板
と、第２基板上に表示用電極が配置されて光入射方向に
対して前記第１電極基板よりも後方に配置される第２電
極基板と、前記第１電極基板と前記第２電極基板との間
に保持され，前記第１電極と前記表示用電極との間の電
界に応じて光の空間的な伝搬方向を変調する光変調層と
を備えた反射型表示装置であって、前記表示用電極は、
光吸収層と、前記光入射方向に対して前記光吸収層後方
に配置される表示電極層とを含むことを特徴としてい
る。

【０００９】請求項２に記載される発明は、請求項１記
載の表示用電極が、アルミニウム（Ａｌ）を主体として
いることを特徴としている。請求項３に記載される発明
は、請求項２記載の光吸収層が、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮｘ）層であることを特徴としている。

【００１０】請求項４に記載される発明は、請求項１記
載の表示装置において、前記第１電極と前記表示用電極
との間に電界が印加される状態で黒レベルを表示するこ
とを特徴としている。

【００１１】また、請求項５に記載される発明は、請求
項１記載の表示用電極は、マトリクス状に配列される複
数の画素電極であって、それぞれはスイッチ素子に接続
されて成ることを特徴としている。

【００１２】

【作用】この発明の反射型表示装置は、上述したよう
に、第２基板上の光変調層側に配置される表示用電極
が、光吸収層と、光入射方向に対して光吸収層後方に配
置される表示用電極層とを備えている。

【００１３】従って、入射光は第２基板を介することな
く、光変調層の状態により、光変調層で散乱される場合
と、光吸収層で光吸収される場合とにより、白レベルと
黒レベルの表示が選択される。

【００１４】このため、視角方向に関わりなく二重写り
が十分に軽減されると共に、高いコントラスト比を達成
することができた。この発明の光変調層としては、液晶
材料が高分子樹脂中に含有されるＰＤ型あるいは微粒子
が液晶材料中に含有される微粒子分散型の液晶層が好適
に用いられる。勿論、染料等を光変調層に含有させて使
用しても良い。

【００１５】液晶材料としては、ネマチック型液晶をは
じめとして、スメクチック液晶等が使用可能である。ま
た、高分子樹脂としては、光硬化性ビニル系樹脂、例え
ば光硬化性アクリル系樹脂等が好適に用いられ、特にそ
の屈折率が液晶組成物の屈折率と略一致するように選択
される。これにより、液晶組成物が垂直方向の電界に沿
って配列した状態で、高分子樹脂と液晶組成物との屈折
率が略一致し光を透過する。また、液晶組成物が電界方
向に配列しない状態で、高分子樹脂と液晶組成物との屈
折率差により、高分子樹脂と液晶組成物との界面で光は
散乱される。

【００１６】また、この発明の光吸収層としては、窒化
アルミニウム（ＡｌＮｘ）層、酸化クロム、カーボン膜
等の無機物層、あるいは黒色有機樹脂層等も使用可能で
あるが、薄膜で光吸収係数の大きな無機物層、特に窒化
アルミニウム（ＡｌＮｘ）層で構成することが好まし
い。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例の反
射型液晶表示装置について説明する。図１は反射型液晶
表示装置(1) を構成するアレイ基板(101) の概略正面
図、図２及び図３は反射型液晶表示装置(1) を図１中Ａ
−Ａ’線に沿って切断した概略断面図を示す。

【００１８】この反射型液晶表示装置(1) は、図２〜３
に示すように、アレイ基板(101) と対向基板(501) と間
に光変調層(701) として高分子樹脂中に正の誘電率異方
性を有するネマチック液晶が分散されて成るＰＤ型液晶
が保持されて成っている。高分子樹脂としては、光硬化
性ビニル系樹脂、例えば光硬化性アクリル系樹脂が用い
られ、特にその屈折率がネマチック液晶の屈折率と略一
致するように選択される。これにより、ネマチック液晶
が垂直方向の電界に沿って配列した状態で、高分子樹脂
とネマチック液晶との屈折率が略一致し光を透過する。
また、ネマチック液晶が電界方向に配列しない状態で、
高分子樹脂とネマチック液晶との屈折率の相違により、
高分子樹脂とネマチック液晶との界面で光は散乱され
る。

【００１９】そして、この実施例では、表示装置(1) が
反射型で構成されていることから、アレイ基板(101) と
対向基板(501) との間隙、即ちセルギャップは、１４ミ
クロンと比較的薄く形成され、駆動電圧が低く設定され
る。尚、このセルギャップは、良好なコントラスト比を
得るためには５ミクロン以上とすることが要求され、３
０ミクロンを越えてもコントラスト比の大幅な向上は期
待できない。

【００２０】アレイ基板(101) は、石英基板(111) 上に
複数本の信号線(113) と、信号線(113) に略直交する複
数本の走査線(115) 、走査線(115) と略平行に配置され
走査線(115) と同一材料で構成される複数本の補助容量
線(117) とを備えている。

【００２１】薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称す
る。）(121) は各信号線(113) と各走査線(115) との交
点部分に形成されている。このＴＦＴ(121) は、多結晶
シリコンから成る半導体層(131) 上にゲート絶縁膜(14
1) を介してその一部をゲート電極とする走査線(115)
が配置されている。半導体層(131) の走査線(115) 下の
領域がチャネル領域(131c)となり、このチャネル領域(1
31c)を挟むようにして不純物が添加されたソース領域(1
31s)、ドレイン領域(131d)がそれぞれ形成されている。
このドレイン領域(131d)には第１保護膜(151) を介して
信号線(113) が接続され、またソース領域(131s)には第
１保護膜(151) を介してアルミニウムから成る接続パッ
ド(161) が配置されている。そして、この接続パッド(1
61) に第２保護膜(171) を介して画素電極(181) が接続
されている。

【００２２】これにより、走査線(115) に走査パルス
（Ｖｇ）が印加される期間、ＴＦＴ(121) のソース・ド
レイン間が導通状態となり、信号線(113) からの映像信
号が画素電極(181) に印加される。

【００２３】また、半導体層(131) のソース領域(131s)
から延長されるソース延長領域(131ss) 上には、ゲート
絶縁膜(141) を介して前述の補助容量線(117) が配置さ
れている。これにより、画素電極電位と同電位となるソ
ース延長領域(131ss) と補助容量線(117) との間で補助
容量（Ｃｓ）が形成される。従って、画素電極(181)に
印加される映像信号（Ｖｓ）は、液晶容量（Ｃｌｃ）と
補助容量（Ｃｓ）とのそれぞれに所定期間保持され、こ
の補助容量（Ｃｓ）により画素電極電位の変動を補う。

【００２４】対向基板(501) は、ガラス基板(511) 上に
表示コントラストを向上すると共に、表示に寄与しない
領域、即ち画素電極(181) の存在しない領域の不所望な
影響を防止するために、酸化クロムとクロムとの積層構
造で構成されるマトリクス状のブラックマトリクス(52
1) 、ブラックマトリクス(521) 上に配置される第３保
護膜(531) 、第３保護膜(531) 上に配置されるＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）から成る対向電極(541) とを備え
て構成されている。このブラックマトリクス(521)は画
素電極(181) 間の隙間を覆うように形成され、画素電極
(181) 間の隙間から進入する光に起因するＴＦＴ(121)
の光リークを抑制する目的で設けられている。勿論、こ
のブラックマトリクス(521) は、対向基板(501) に設け
られる必要はなく、ＴＦＴ(121) が形成されるアレイ基
板(101) の画素電極(181) 上に層間絶縁層を介して、も
しくは画素電極(181) 間の隙間を埋める形で形成しても
良い。特に、光変調層(701) の形成方法に紫外線硬化法
を用いる場合、対向基板(501)にブラックマトリクス(52
1) が存在すると、紫外線がブラックマトリクス(521)あ
るいはＴＦＴ(121) 等で遮蔽されるため、ブラックマト
リクス(521) 下に未反応物が残存する恐れがあるが、ア
レイ基板(101) 側にブラックマトリクス(521)を設けて
おくことより、均一な光照射が可能となり、未反応物が
残存する心配がない。

【００２５】ところで、この実施例の反射型液晶表示装
置(1) においては、画素電極(181)が、アルミニウム
（Ａｌ）層からなる２０００オングストローム厚の表示
電極層(183) 、表示電極層(183) 上に配置される２５０
０オングストローム厚の窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）
層からなる光吸収層(185) の積層構造となっている。こ
の表示電極層(183) の膜厚としては、必要な導電性が確
保できれば良く、５００オングストロームあれば十分で
ある。また、光吸収層(185) として配置される窒化アル
ミニウム（ＡｌＮｘ）層は、ＯＤ値３以上の条件を満足
させるために、１０００〜５０００オングストロームの
範囲内に制御されることが好ましい。

【００２６】このような構成により、この実施例の反射
型液晶表示装置(1) は次のように動作する。図２は、画
素電極(181) と対向電極(541) との間の実質的な電位差
が光変調層(701) のしきい値電圧以下の場合を示してい
る。このような状態では、光変調層(701) 内の略カプセ
ル内の液晶分子が正の誘電異方性を有するネマチック液
晶であり、液晶分子がランダムに配向され、かつ、高分
子樹脂とは屈折率が一致しない、即ち屈折率差が０．２
７であるため、ネマチック液晶と高分子樹脂との界面で
入射光は散乱され、対向基板(501) 側に出射される。ま
た、光吸収層(185) を透過する光があっても表示電極層
(183) により反射され対向基板(501) 側に出射される。

【００２７】従って、この実施例では３０％程度の反射
率を得ることができ、これにより対向基板(501) 側の観
察者には白表示が観察される。図３は、画素電極(181)
と対向電極(501) との間の実質的な電位差が光変調層(7
01) のしきい値電圧を越えて、液晶分子が電界に沿って
配列している場合を示している。このような状態では、
略カプセル内の液晶分子は電界方向に配向し、液晶分子
の常光屈折率と高分子樹脂とは屈折率は略一致するため
に、対向基板(501) 側から入射される入射光のほとんど
が、光変調層(701) を通過し、光吸収層(185) にて光吸
収される。このようにして、対向基板(501) 側の観察者
には黒表示が観察される。

【００２８】この実施例の反射型液晶表示装置(1) によ
れば、上記した如く動作し、入射光は石英基板(111) を
介することなく反射もしくは吸収されるため、二重写り
が十分に軽減され、しかもコントラスト比で１５の白／
黒表示を達成することができた。

【００２９】また、この実施例によれば、画素電極(18
1) が光透過性を有する必要がないため、ＴＦＴ(121)
上に第２保護膜(171) を介して配置されている。このた
め、画素電極(181) の配置に全く制約を受けないことか
ら、８２％の高開口率を達成することができ、高表示輝
度を達成することができた。

【００３０】更に、ＴＦＴ(121) の光入射側は、光不透
過性の信号線(131) 及び画素電極(181) で覆われている
ため、不所望な光がＴＦＴ(121) に入射されることがな
い。また、アレイ基板(101) 裏面に反射層が配置される
ものでもないため、アレイ基板(101) 裏面からＴＦＴ(1
21) に不所望な光が入射されることもない。このため、
この実施例の反射型液晶表示装置(1) によれば、光リー
クの発生も十分に軽減され、良好な表示画像を得ること
ができた。

【００３１】また、この実施例の反射型液晶表示装置
(1) では、画素電極(181) が、アルミニウム（Ａｌ）層
からなる表示電極層(183) 、表示電極層(183) 上に配置
される窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）層からなる光吸収
層(185) の積層構造で構成されているため、画素電極(1
81) の製造に際しては、プロセスを増加させることな
く、スパッター成膜時の成膜ガスとしてアルゴンガスの
みからアルゴンガスと窒素ガスとに変更するだけで比較
的容易に実現することができる。

【００３２】ところで、この実施例では、各画素電極(1
81) を構成する表示電極層(183) および光吸収層(185)
を同時にパターンニングしているため、同一形状を呈し
ているが、光吸収層(185) が十分な絶縁性を有していれ
ば、一面に均一に配置されていても良いし、表示電極層
(183) と光吸収層(185) とは必ずしも積層される必要は
ない。

【００３３】また、この実施例の反射型液晶表示装置
(1) は、白／黒表示の場合を示したが、対向基板(501)
側あるいは画素電極(181) 上等にカラーフィルタを配置
することにより、カラー表示を実現することも可能であ
る。

【００３４】上述した実施例は、ＴＦＴ(121) を多結晶
シリコンを主体とした半導体層で構成する場合を例にと
り説明したが、非晶質シリコン等で構成しても良いこと
は言うまでもない。

【００３５】また、駆動回路部分についてふれなかった
が、ＴＦＴを多結晶シリコンを主体とした半導体層で構
成する場合は、駆動回路部分も同様に多結晶シリコンを
用いて一体的に構成することにより、ファインピッチで
の接続要求に対しても駆動回路部部との接続不良等も解
消される。

【００３６】

【発明の効果】本発明の反射型表示装置によれば、装置
の高価格化を招くことなく、比較的簡単な構成で、コン
トラスト比が大きく、しかも表示品位に優れた表示画像
を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例の反射型液晶表示装
置のアレイ基板の一部概略正面図である。

【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿って切断
した一表示状態を示す反射型液晶表示装置の一部概略断
面図である。

【図３】図３は、図１におけるＡ−Ａ’線に沿って切断
した他の表示状態を示す反射型液晶表示装置の一部概略
断面図である。

【符号の説明】

(1) …反射型液晶表示装置 (101) …アレイ基板 (113) …信号線 (115) …走査線 (121) …ＴＦＴ (181) …画素電極 (183) …表示電極層 (185) …光吸収層 (501) …対向基板 (701) …光変調層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１基板上に第１電極が配置された第１
   電極基板と、 第２基板上に表示用電極が配置されて光入射方向に対し
   て前記第１電極基板よりも後方に配置される第２電極基
   板と、 前記第１電極基板と前記第２電極基板との間に保持さ
   れ，前記第１電極と前記表示用電極との間の電界に応じ
   て光の空間的な伝搬方向を変調する光変調層とを備えた
   反射型表示装置であって、 前記表示用電極は、光吸収層と、前記光入射方向に対し
   て前記光吸収層後方に配置される表示電極層とを含むこ
   とを特徴とする反射型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表示電極層がアルミニウ
   ム（Ａｌ）を主体としていることを特徴とした反射型表
   示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光吸収層が、窒化アルミ
   ニウム（ＡｌＮｘ）層であることを特徴とした反射型表
   示装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の表示装置において、前記
   第１電極と前記表示用電極との間に電界が印加される状
   態で黒レベルを表示することを特徴とした反射型表示装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の表示用電極は、マトリク
   ス状に配列される複数の画素電極であって、それぞれは
   スイッチ素子に接続されて成ることを特徴とした反射型
   表示装置。