JPH11287989A - 反射型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は明るい表示を実現する反射型液晶表示
装置を得ることを目的とする。 【解決手段】液晶駆動用回路と、前記液晶駆動用回路上
に形成された絶縁層と、前記絶縁層上であって、凹凸が
形成された1 層或いは複数層の金属層と、前記絶縁層に
形成され、前記液晶駆動用回路と前記金属層を電気的に
接続するためのスルーホールと、を有する反射型液晶表
示装置において、前記金属層の凹凸は、前記スルーホー
ル及び前記スルーホールの側面のテーパー上にも及んで
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピューター、ワードプロ
セッサ、ＥＷＳ(Engineering Work Station)等のＯＡ用
表示装置；電卓、電子ブック、電子手帳、ＰＤＡ(Perso
nal Digital Assistant)用の表示装置；携帯テレビ、携
帯電話、携帯ＦＡＸ等の表示装置は携帯性が重視されて
おり、バッテリー駆動する必要があるので、消費電力が
低いことが望ましい。従来、薄型の表示装置としては、
液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、フラ
ットＣＲＴ等が知られている。このうち、低消費電力の
要求に対しては液晶表示装置が最も適しており、実用化
されている。

【０００３】液晶表示装置のうち、表示面を直接見るタ
イプを直視型という。直視型液晶表示装置には、背面に
蛍光ランプ等の光源を組み込む透過型と、周囲の光を利
用する反射型とがある。このうち、透過型液晶表示装置
はバックライトが必要であり、低消費電力化には不向き
である。これは、バックライトの消費電力が１Ｗ以上で
あり、バッテリー駆動で２〜３時間しか使用できないか
らである。したがって、携帯性を有する情報機器のディ
スプレイとしては、より消費電力が小さい反射型液晶表
示装置が最も普及している。

【０００４】反射型液晶表示装置の場合、表示性能は付
加する反射板がどのような反射特性をもつかに大きく左
右される。表示装置として十分な明るさを実現するため
には、周囲から入射する光を有効に反射して表示に利用
できるような反射板が望まれる。一般には、表面に微細
な凹凸を有し、入射光を散乱反射する反射板が使われて
いる。

【０００５】また、反射板の有効な面積をできるだけ大
きくするために、TFT などのスイッチング素子や、電圧
供給用の引き回し配線などの液晶駆動用回路の上に、絶
縁層を介して反射板を形成し、反射板に画素電極の機能
も持たせた、いわゆる画素上置き構造が有利である。こ
のような反射電極は、絶縁層にスルーホールを形成し、
このスルーホールを介して、液晶駆動用回路と電気的に
接続される。

【０００６】画素上置き構造において、表面に微細な凹
凸を有する反射電極を形成する方法は、一般に以下の通
りである。完成した状態の断面構造を図２に示す。ま
ず、ガラス基板７上にＴＦＴを形成する。これはゲート
電極１０上にゲート絶縁膜１１を介してアンドープシリ
コン層１２、ｎ型シリコン層１３を形成し、このシリコ
ン層１３にソース・ドレイン電極１４、１５を形成した
後、全面に層間絶縁の有機絶縁膜２５を用い、これをエ
ッチングや熱工程を通して凹凸に加工する。次に、この
有機絶縁膜の適当な箇所にスルーホール９を形成する。
その後、有機絶縁膜上にAlなどの反射率の高い金属を形
成することで、下地の有機絶縁膜の形状を反映した、表
面に凹凸を有する反射層が形成できる。最後に、反射層
を画素形状にパターニングすることによって反射電極２
４が完成する。最終的には、表面に対向電極２を形成し
た対向基板１を液晶層３を介して配置させる事で液晶表
示装置が完成する。

【０００７】上述したような構造とした場合には、スル
ーホール上９には凹凸形状を有する絶縁層が存在しない
ため、反射電極は表面に凹凸を有することができない。
従って、反射電極のうち、スルーホール及びスルーホー
ルの側面のテーパー上の部分に入射した光は、散乱反射
されず、正反射することになる。

【０００８】入射光の正反射方向は、周囲の景色が映り
込むため表示が見にくく、従って、正反射方向からずら
した方向で装置を使用するのが一般的である。すなわ
ち、上記スルーホール上で正反射された光は表示に寄与
することができず、入射光の有効利用の点からみて損失
と言える。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の反射型液晶表示
装置は、画素電極２４の面積に対してスルーホール９が
占める面積の割合が大きいほど、表示に寄与しない光の
量が相対的に大きくなる。従って、表示装置の高精細化
が進む昨今、画素電極２４が小さくなるため損失は大き
くなり、大きな問題となってきた。

【００１０】また、上記構造でできる限り光の利用効率
を高めるためには、スルーホール９の大きさを小さくす
ることが考えられるが、実際には、フォトリソグラフィ
の解像度の限界により加工精度が落ちる。また、スルー
ホール９側面のテーパー角を基板７に対して垂直に近い
角度で形成すれば、テーパー部の面積が減少するが、金
属層のステップカバレッジの問題のため、金属層と液晶
駆動用回路とのコンタクト不良が発生し、製造歩留まり
が落ちることになる。

【００１１】また、上述の製造方法では、凹凸を形成す
る工程、スルーホール９を形成する工程、反射層をパタ
ーニングする工程が必要であり、従来の透過型液晶表示
装置と比較して工程が増加して、大幅なコスト上昇を避
けることができない。

【００１２】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、入射光をできる限り有効に利用し明
るい表示を実現する反射型液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】また、入射光の利用効率を下げることな
く、スルーホールを介した反射電極と液晶駆動用回路の
コンタクト不良を低減し、歩留まりを向上させてコスト
を減らすことができる反射型液晶表示装置を提供するこ
とを目的とする。また、製造工程を減らし、より低コス
トで製造できる反射型液晶表示装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の反射型液晶表示装置は、表面が絶縁性の第
１の基板と、この基板上に形成された信号線と、この信
号線上に形成されスルーホールで前記信号線の一部が露
出する絶縁層と、この絶縁層上に形成され表面に凹凸が
形成され前記スルーホールで前記信号線に電気的に接続
され前記信号線から電位の供給を受ける反射電極と、表
面に対向電極が形成され前記第１の基板に対向して配置
された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板
間に介在した液晶層とを有する反射型液晶表示装置にお
いて、前記反射電極の表面の凹凸は、前記スルーホール
及び前記スルーホールの側面のテーパー上にも及んでい
ることを特徴とする。ここで、信号線は反射電極と電気
的に接続されればよく、直接接続される場合、例えばＭ
ＩＭ構造にして信号線が反射電極と接続され対向電極間
で液晶に電界を印加する場合を含むのは勿論、ＴＦＴ等
の能動素子を介して間接的に電気的に接続される場合を
も含む。要するに、信号線の電気信号が直接或いは間接
的に反射電極に印加される事を言う。

【００１５】請求項２の反射型液晶表示装置は、請求項
１において、前記反射電極の表面の凹凸は、少なくとも
前記反射電極をエッチングして形成されていることを特
徴とする。

【００１６】請求項３の反射型液晶表示装置の製造方法
は、 表面が絶縁性の第１の基板上に信号線を形成する
工程と、前記信号線上に絶縁層を形成する工程と、前記
絶縁層の一部をエッチングして前記信号線が露出するス
ルーホールを形成する工程と、前記絶縁膜及び前記スル
ーホール上に金属層を形成する工程と、前記金属層の表
面のうち前記スルーホール及び前記スルーホールの側面
のテーパー上を含む表面を凹凸に加工して反射電極にす
る工程と、表面に対向電極を形成した第２の基板を液晶
層を介して前記第１の基板と対向配置する工程とを具備
することを特徴とする。

【００１７】請求項４の反射型液晶表示装置の製造方法
は、請求項３において、 前記金属層の表面を凹凸に加
工する工程において、同時に前記金属層を画素電極の形
状にパターニングすることを特徴とする。

【００１８】請求項５の反射型液晶表示装置の製造方法
は、前記金属層の表面を凹凸に加工する方法として、ド
ライエッチング法を用い、かつ使用するガスの流量をエ
ッチングの途中で変化させてエッチングを行い凹凸に加
工することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、液晶駆動用回路と、前
記液晶駆動用回路上に形成された絶縁層と、前記絶縁層
上であって、表面に凹凸構造が形成された1 層或いは複
数層の金属層と、前記絶縁層に形成され、前記液晶駆動
用回路と前記金属層を電気的に接続するためのスルーホ
ールと、を有する反射型液晶表示装置において、前記金
属層の表面の凹凸は、前記スルーホール及びその側面の
テーパー上にも及んでいることを特徴とする反射型液晶
表示装置を提供する。

【００２０】また、前記金属層の表面の凹凸は、少なく
とも前記金属層をエッチングして形成されていることを
特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。また、基板
上に液晶駆動用回路を形成する工程と、前記液晶駆動用
回路上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層にスルー
ホールを形成する工程と、前記絶縁層上に1 層或いは複
数層の金属層を形成する工程と、前記金属層の表面のう
ち前記スルーホール及びその側面のテーパー上を含む画
素領域全体を凹凸に加工する工程と、を少なくとも含む
反射型液晶表示装置の製造方法を提供する。

【００２１】また、前記金属層の表面を凹凸に加工する
工程において、同時に前記金属層を画素の形状にパター
ニングすることを特徴とする、反射型液晶表示装置の製
造方法を提供する。

【００２２】また、前記金属層の表面を凹凸に加工する
手段として、ドライエッチングを用い、かつ使用するガ
スの流量をエッチングの途中で変化させてエッチングを
行い凹凸に加工することを特徴とする、反射型液晶表示
装置の製造方法を提供する。

【００２３】本発明によれば、スルーホール及びその側
面のテーパー上の反射電極にも適当な凹凸が形成されて
いるため、表示に利用できる入射光の割合が増え、より
明るい表示が実現する。

【００２４】また、スルーホール部の面積を小さくした
り、スルーホール側面のテーパー角を垂直に近づける必
要がないため、コンタクト不良が起こりにくく、製造歩
留まりが向上する。

【００２５】また、金属層に凹凸を形成するのと同時に
画素電極をパターニングするため、工程が削減され、コ
ストを下げることが可能となる。また、ガスの流量を変
化させながらドライエッチングを行うことで金属層を凹
凸に加工するため、製造工程を増やさずに制御性よく反
射電極を製造することができる。

【００２６】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の反射型液晶表
示装置の実施例１を示す断面図である。図中、７はガラ
ス基板、６は液晶駆動用回路、５は絶縁層、９はスルー
ホール、４は反射電極、３は液晶層、２は対向透明電
極、１は対向ガラス基板、をそれぞれ示している。以下
の実施例の説明では、その他図２で示した構造につい
て、同一番号を付し説明を省略する。

【００２７】本実施例では、液晶モードは白黒GHモード
としたが、本発明は液晶モードを限定するものではな
く、例えばＴＮモード、ＳＴＮモード、ＥＣＢモード等
でも構わないし、また、カラーフィルタを用いたり、黒
以外の色素を導入したGHモードやそれを複数積層してカ
ラー反射型液晶表示装置としてもよい。

【００２８】次に、本実施例の反射型液晶表示装置の製
造方法について説明する。図３に、本実施例の反射型液
晶表示装置の製造する手順の概略図を示す。まず、TFT
やMIM 等のスイッチング素子、或いは単純マトリクス用
電極等と、各素子や電極に電圧を供給するための引き回
し配線をガラス基板７上に、通常の液晶表示装置製造プ
ロセスで形成し、液晶駆動用回路６とする。

【００２９】液晶駆動用回路６の上には、絶縁層５を1
〜5 μm の厚さで形成する。絶縁層５は、例えばSiNx等
の無機絶縁膜をCVD 等によって成膜してもよいし、ポリ
イミドやアクリル等の樹脂をスピンコートして焼成して
もよい。いずれにしても、液晶駆動用回路６と反射電極
４の間の電気的絶縁が保てるだけの絶縁性があればよ
く、そのために、例えばSiNxとアクリル樹脂を2 層積層
するなど、複数層構造としてもよい。また、液晶駆動用
回路６と反射電極４の間の静電容量を減らすために、望
ましくは、低誘電率の絶縁材料がよい。また、工程を減
らす目的で、感光性の樹脂を使用するのも効果的であ
る。本実施例では、感光性のアクリル樹脂を2 μm の厚
さでスピンコートによって形成した。次に、絶縁層５を
パターニングしてスルーホール９を形成する。パターニ
ングは、本実施例のように感光性の樹脂を用いた場合に
は、直接マスク露光・現像により行う。そうでない場合
には、フォトリソグラフィによりマスクを形成し、HF等
によるウェットエッチング或いはRIE 等のドライエッチ
ングによって行う。スルーホール９の大きさは、上から
見て2 〜50μm 四方とする（図３（ａ））。

【００３０】次に、Al等の金属４１1 をスパッタリング
によって0 。5 〜20μm の厚さで形成する（図３
（ｂ））。さらに、Alの上には、フォトレジスト８1 を
1 〜10μm の厚さでスピンコートする（図３（ｃ））。

【００３１】ついで、フォトマスクを用いて露光・パタ
ーニングする。ここでフォトマスクは、一辺が10〜1000
μm の長方形もしくは長方形に類似した多角形で構成さ
れる画素電極（反射電極）が間隔2 〜20μm で配列した
もので、画素電極内部は、直径または一辺が2 〜20μm
の円形または多角形が、間隔2 〜20μm で不規則に配列
されたものを用いる。好ましくは、画素電極内部の円形
または多角形は、直径または一辺が2 〜5 μm ・間隔2
〜10μm のパターンとし、金属層の厚さは1 μm とす
る。上記マスクパターンを用い、露光・現像時間を最適
化することで、画素電極の間隙のレジストを完全に除去
し、画素電極内部の円形或いは多角形部分は完全にはレ
ジストが除去されないレジストパターン8 ２を形成する
ことができる。画素電極内部のパターンのレジストが完
全に除去されない理由は、パターンが小さいため、光の
回折が起こるためである。本実施例では、フォトレジス
トとして日本合成ゴム製アクリル樹脂HRC-125 を用い、
これを4 μm の厚さに形成した後、露光量170mJ ／cm2
、現像はPD-523ADの0 。5 ％溶液で120 秒行った（図
３（ｄ））。

【００３２】次に、CDE （Chemical Dry Etching）を用
いて、金属層のパターニングを行う。使用するガスは、
塩素系（CCl4等）とフッ素系（CF4 等）と酸素等であ
る。このとき、各ガスの流量比を変えることでエッチン
グ速度を制御することができ、レジストパターン8 ２と
金属層のエッチング速度の比により、さまざまなテーパ
ーをもつ凹凸を形成することができる。 また、所望の
反射特性を得るためには、エッチングの途中でガス流量
を数回変化させ、テーパー角度を変化させることもでき
る。図４に、エッチングの途中でガス流量を1 回変化さ
せた場合の、形状の変化を表す概念図を示す。図３と同
一部分は同一番号を付した。 図４が示すのは、図４
（ｂ）の時点でガス流量を変化させた場合である（図3
（ｅ））。

【００３３】なお、上述のガス流量の変え方は、不連続
的なものでなくともよく、連続的に変化させることもで
きる。この場合は、形成される凹凸はなめらかな曲面と
なる。

【００３４】前記テーパーの角度は、反射電極に付与す
る散乱性の度合いによって適当に選ぶことができ、0 °
〜20°の範囲とする。本実施例では、CCl4＝120sccm 、
O2＝600sccm で10分間、CCl4＝60sccm、O2＝600sccm で
5 分間エッチングすることにより、テーパー角度0 〜10
°の凹凸を作製した。

【００３５】このとき、前述のようにレジストがパター
ニングされているため、画素電極間の間隙は、画素電極
内部よりも速くエッチングされ、隣り合う画素電極は完
全に切り離される。なお、本実施例では金属層としてAl
を用いたが、これに限定されるものではなく、Ag、Pt、
Mo、W 、Ta等や、Al-Y、MoW 、MoTa等の合金等、さまざ
まな金属材料を使うこともできる。成膜法は、使用する
金属によって、スパッタリング、真空蒸着、電子ビーム
蒸着等の蒸着法やメッキ法等とすることができる。ま
た、CDE で用いるガス種も本実施例に限定されない。さ
らに、エッチングには、望ましくはCDE がよいが、RIE
（Reactive Ion Etching）や、塩酸系・フッ酸系等によ
るウェットエッチングを用いてもよい。

【００３６】また、高い反射率を得るため、上述のよう
に金属層が凹凸に形成された後、その上にAlやAg等をス
パッタ等で形成してもよい。また、複数の金属層を積層
してからエッチングしてもよく、この場合、各金属層の
エッチングレートが違うため、各金属層の厚みとガス流
量により形成する凹凸の形状を制御することができる。
特に、金属層の最上層は、Alなど反射率の高い金属とす
るのが望ましい。

【００３７】以上で完成した基板に液晶配向のための処
理等を施し、ITO 等の透明対向電極２を形成した対向基
板１を貼りあわせ、液晶を注入、必要な駆動回路を付加
して、図１に示した反射型液晶表示装置が完成する。

【００３８】このように、本実施例の反射型液晶表示装
置では、スルーホール上の金属層が入射光を散乱反射す
るように凹凸に形成されているため、光の利用効率が高
く、明るい表示を得ることができる。

【００３９】特に、画素電極の大きさが小さい場合には
効果が高く、例えば、一辺が20μmの正方形の画素電極
に一辺が10μm の正方形のスルーホールを形成した場
合、画素電極に対するスルーホールの面積は25％であ
り、本実施例では、従来の技術を用いた場合に比べて約
25％反射率が高くなる。

【００４０】また、スルーホールの面積を小さくする必
要がなく、また、金属層は十分に厚く形成することがで
きるため、コンタクト不良が少なくなり、製造歩留まり
が向上してコストを下げることができる。

【００４１】（実施例２）図５は、本発明の実施例２の
反射型液晶表示装置の断面の概略図である。本実施例
は、実施例１の反射型液晶表示装置において、絶縁層５
５の表面を凹凸に加工し、金属層５４が絶縁層５５の凹
凸形状をある程度反映させた凹凸表面となっているもの
である。

【００４２】本実施例の反射型液晶表示装置を製造する
方法は以下の通りである。図６に、本実施例の反射型液
晶表示装置の製造する手順の概略図を示す。実施例１と
同様の工程で絶縁層５の形成まで行った後（図５
（ａ））、フォトリソグラフィで絶縁層５の表面を凹凸
に加工し凹凸表面の絶縁層５５を形成する。このとき、
スルーホール９の形成を同時に行ってもよい。本実施例
では、絶縁層５５に感光性ポリイミド（日立化成：CR―
300 ）を用い、厚さ4 μm をスピンコートする（図５
（ｂ））。

【００４３】その後、凹凸形成及びコンタクトホール形
成のため2 回の露光を行って、現像（現像液：SD―204
）する。凹凸形成のための露光は、厚さ4 μm のうち2
μm程度までが感光する露光量（例として50mJ/cm2）と
し、現像後熱処理（例として200 ℃、30分）をすること
により、なだらかな凹凸５８1 とする（図５（d ））。
凹凸の平均傾斜角は3 〜20°とする。上述のように絶縁
層５５を形成した後、実施例1 と同様に絶縁膜５８1 を
エッチングして絶縁膜５８2 を形成する（図５
（ｅ））。

【００４４】最後に、実施例 １と同様にレジスト５８
2 を上から金属層５４1 をエッチングして反射電極５４
2 を形成して本実施例の反射型液晶表示装置が完成す
る。ただし、金属層５４2 は実施例1 より薄くし、エッ
チング時間も短くしてもよい（図５（ｆ））。

【００４５】上記の構造とした場合、反射電極５４2 の
表面の凹凸は、下地の絶縁層５５の表面の凹凸を反映し
た形状をさらにエッチングして完成されている。このた
め、入射光を散乱する度合いをよりよく制御でき、表示
特性が向上する。また、実施例1 と同様に、コンタクト
ホール上にも凹凸が形成されているため、光の利用効率
が高く、明るい表示となる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、光の利
用効率が高いため明るい表示特性をもつ反射型液晶表示
装置を提供することができる。また、反射電極と液晶駆
動用回路のコンタクト不良が減り、製造コストを低く抑
えることができる。また、凹凸形成と画素形状のパター
ニングを同時に行うため工程数が少なく製造コストが低
い反射型液晶表示装置の製造方法を提供することができ
る。また、ガス流量を変化させながら金属層をエッチン
グして凹凸を形成するため、製造工程を増やさずに、制
御性よく反射電極を形成できる、反射型液晶表示装置の
製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の反射型液晶表示装置の断
面を示す概略図。

【図２】 従来の反射型液晶表示装置の一例を示す概略
図。

【図３】 本発明の実施例１の反射型液晶表示装置を製
造する手順を示す概念図。

【図４】 ガス流量を一回変化させてエッチングした場
合に得られる形状の一例を示す概略図。

【図５】 本発明の実施例２の反射型液晶表示装置の断
面を示す概略図。

【図６】 本発明の実施例２の反射型液晶表示装置を製
造する手順を示す概念図。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 対向電極層 ３ 液晶層 ４ 金属層 ５ 絶縁層 ６ 液晶駆動用回路 ７ ガラス基板 ８ レジスト層 ９ スルーホール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面が絶縁性の第１の基板と、この基板上
   に形成された信号線と、この信号線上に形成されスルー
   ホールで前記信号線の一部が露出する絶縁層と、この絶
   縁層上に形成され表面に凹凸が形成され前記スルーホー
   ルで前記信号線に電気的に接続され前記信号線から電位
   の供給を受ける反射電極と、表面に対向電極が形成され
   前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前
   記第１の基板と前記第２の基板間に介在した液晶層とを
   有する反射型液晶表示装置において、前記反射電極の表
   面の凹凸は、前記スルーホール及び前記スルーホールの
   側面のテーパー上にも及んでいることを特徴とする反射
   型液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記反射電極の表面の凹凸は、少なくとも
   前記反射電極をエッチングして形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の反射型液晶表示装置。
3. 【請求項３】表面が絶縁性の第１の基板上に信号線を形
   成する工程と、前記信号線上に絶縁層を形成する工程
   と、前記絶縁層の一部をエッチングして前記信号線が露
   出するスルーホールを形成する工程と、前記絶縁膜及び
   前記スルーホール上に金属層を形成する工程と、前記金
   属層の表面のうち前記スルーホール及び前記スルーホー
   ルの側面のテーパー上を含む表面を凹凸に加工して反射
   電極にする工程と、表面に対向電極を形成した第２の基
   板を液晶層を介して前記第１の基板と対向配置する工程
   とを具備することを特徴とする反射型液晶表示装置の製
   造方法。
4. 【請求項４】前記金属層の表面を凹凸に加工する工程に
   おいて、同時に前記金属層を画素電極の形状にパターニ
   ングすることを特徴とする請求項３記載の反射型液晶表
   示装置の製造方法。
5. 【請求項５】前記金属層の表面を凹凸に加工する方法と
   して、ドライエッチング法を用い、かつ使用するガスの
   流量をエッチングの途中で変化させてエッチングを行い
   凹凸に加工することを特徴とする請求項３記載の反射型
   液晶表示装置の製造方法。