JP4457048B2 - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半透過型液晶表示装置に関し、特にコントラストが良好でありながらクロストーク等の表示品位を損なうことがない半透過型液晶表示装置に関する。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に普及している。液晶表示装置は、自ら発光しないために、バックライトを備えた透過型の液晶表示装置が多く使用されている。しかしながら、バックライトの消費電力が大きいために、特に携帯型のものについては消費電力を減少させるためにバックライトを必要としない反射型の液晶表示装置が用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外光を光源として用いるために、暗い室内などでは見えにくくなってしまう。そこで、近年に至り特に透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型の液晶表示装置の開発が進められてきている（特許文献１、２参照）
この半透過型液晶表示装置は、一つの画素領域内に画素電極を備えた透過部と画素電極及び反射電極の両方を備えた反射部を有しており、暗い場所においてはバックライトを点灯して画素領域の透過部を利用して画像を表示し、明るい場所においてはバックライトを点灯することなく反射部において外光を利用して画像を表示しているため、常時バックライトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができるという利点を有している。

この半透過型液晶表示の一例を図３〜図４を用いて説明する。なお、図３は従来の半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図であり、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図であり、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図である。

この半透過型液晶表示装置１０Ａは、透明な絶縁性を有するガラス基板１１上に、複数の走査線１２及び信号線１３がそれぞれ直接ないし無機絶縁膜１４を介してマトリクス状に形成されている。ここで、走査線１２と信号線１３とで囲まれた領域が１画素に相当し、スイッチング素子となるＴＦＴ（Thin Film Transistor）（図示せず）がそれぞれの画素毎に形成されている。

そして、走査線１２、信号線１３、無機絶縁膜１４等を覆うようにして、有機絶縁膜からなり、反射部１５においては表面に微細な凹凸部が形成され、透過部１６においては平坦な表面となされた層間膜１７が積層されている。なお、図３及び図４においては反射部１５の凹凸部は省略してある。そして層間膜１７にはＴＦＴのドレイン電極に対応する位置にコンタクトホール２０が設けられ、それぞれの画素において、コンタクトホール２０上及び層間膜１７の表面には、反射部１５に例えばアルミニウム金属からなる反射電極１８が設けられ、この反射電極１８の表面及び透過部１６の層間膜１７の表面には例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明な画素電極１９が形成されている。

この半透過型液晶表示装置１０Ａにおいては、走査線１２及び信号線１３の幅は全て設計上同一に形成されており、透過部１６における信号線１３の幅Ｌ１及び反射部１５における信号線の幅Ｌ３は等しくなっている。そして、透過部１６においては、画素電極１９は隣接する画素の画素電極及び反射電極とは接しないでかつ走査線１２及び信号線１３と若干重なるように形成されており、このうち、画素電極１９と信号線１３とは、光漏れを防止するために幅Ｌ２だけ重なるようにして形成されている。また、反射部１５においては、反射電極１８及び画素電極１９は隣接する画素の反射電極及び画素電極とは接しないで、かつ走査線１２及び信号線１３とは同じく光漏れを防止するために若干重なるようにして形成されており、このうち画素電極１９と信号線１３との間の重なり幅Ｌ４は前記Ｌ２と実質的に等しくなっている。

そして、ガラス基板１１の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置されており、また、画素電極１９の表面には総ての画素を覆うように配向膜（図示せず）が積層され、そして、それぞれの画素に対応して形成されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルタ、対向電極等が設けられているカラーフィルタ基板（図示せず）をこのガラス基板１１と対向させ、両基板の周囲にシール材を設けることにより両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入することにより半透過型液晶表示装置１０Ａとなる。

このように、従来の半透過型液晶表示装置１０Ａにおいては、反射電極１８及び画素電極１９を走査線１２及び信号線１３と若干重なるようにして形成することにより、この部分からの光漏れを防止してコントラストの上昇を図っている。
特開平１１−１０１９９２号公報（特許請求の範囲、段落［００２０］〜［００４３］、図１、図２） 特開２００５−１０６９９７号公報（特許請求の範囲、段落［００４９］〜［００５９］、図２〜図４）

ところが、走査線及び信号線上に画素電極が形成されると、走査線１２及び信号線１３と反射電極１８の上に形成された画素電極１９との間に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、所定の静電容量Ｃsdが存在することになる。この静電容量Ｃsdが所定値以上になると、液晶表示装置の駆動時に表示画面にフリッカ及びクロストークが発生する。そして、フリッカとクロストークとは、それぞれ発生するメカニズムが違っている。すなわち、画素電極は対向電極に対して交流的に駆動されるので、画素電極に印加される電圧は対向電極電圧に対して所定の周期（例えば、６０Ｈｚ）で極性が交互に切り替るが、フリッカは、画素電極電圧が変化した場合に発生し、走査線の駆動端子に近い側では発生せず、駆動端子から遠い側で発生する。

これに対して、クロストークは、特に白表示の背景画面に黒表示がされた場合、この黒表示の周辺に発生する。このクロストーク発生のメカニズムは、以下に示すような理由によるものと考えられる。すなわち、図５は、例えば図３〜図４に示された半透過型液晶表示装置１０Ａにおいて、クロストークが発生した画面を示している。図５に示すような白背景に黒の画面が表示された場合に、白背景領域内をポイントＸ、黒画面の上下、すなわち信号線側における領域内をポイントＹとすると、各ポイントＸ、Ｙにおける電圧波形は図６に示すようになっている。

この図６に示すように、ＴＦＴのゲート電極に信号が加えられると、ＴＦＴが駆動されて画素電極に書き込みが開始される。なお、このときの画素電極の電位は、補助電極容量により所定期間維持される（図６（ａ）参照。）。そして、この書き込み期間に画素電極に書き込まれる白表示用の電位は、対向電極電位Ｖcomの振幅に合わせて保持期間中は上下している（図６（ｂ）参照。）。この状態において、ポイントＸ、Ｙにおける信号線及び画素電極に印加される電圧波形を観察すると、ポイントＸ部分の信号線には、次の書き込み期間が来るまで常に白表示の電圧が印加され、このポイントＸ部分の画素電極の電位は、次の書き込み期間が来るまで同じ振幅で上下している（図６（ｃ）、図６（ｄ）参照。）。

一方、ポイントＹ部分の信号線に途中で黒表示用の電圧が印加されると、ポイントＹ部分の画素電極の電位は、信号線に黒表示用電圧が印加されている間、振幅が変化することになる（図６（ｅ）参照。）。この結果、液晶にかかる電圧の実効値がポイントＸとＹで異なり、差分ΔＶが発生し、この差分が輝度の差として表れてクロストーク発生の原因となる（図６（ｆ）参照。）。

このクロストークの原因となる差分ΔＶは、図７に示す液晶表示装置の１画素分の等価回路によれば、以下の式（１）で表わすことができる。

ΔＶ＝Ｃsd×Ｖcom÷（Ｃ1c＋Ｃst＋Ｃsd）・・・・・・・・・(1)
但し、
Ｃst：補助電極容量
Ｃsd：ソースドレイン間容量
Ｃ1c：液晶容量
したがって、この式（１）から、ソースドレイン間の容量Ｃsdが小さくなれば、差分ΔＶが小さくなることがわかる。

このように、ソースドレイン間の容量Ｃsdを小さくすること、すなわち、信号線と画素電極との間の重なりを小さくすれば、結果として、ΔＶが小さくなり、クロストークを低減することができる。

しかしながら、光漏れは画素電極の端部における液晶の配向の乱れに起因するものが主であるため、クロストークを低減させるために信号線と画素電極との間の重なりを小さくすると、特に透過部において光漏れが大きくなってコントラストが低下するという問題点が生じる。

本願発明は、このような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、特にコントラストが良好でかつクロストーク等の表示品位を損なうことのない半透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項１にかかる半透過型液晶表示装置の発明は、マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に反射部と透過部とが形成された第一基板と、カラーフィルタ及び共通電極を形成した第二基板と、前記両基板間に配置された液晶層とを有する半透過型液晶表示装置において、
前記反射部及び透過部に設ける画素電極を、前記走査線及び信号線と層間膜を介して平面視において重なるように形成し、
前記透過部における信号線の幅を前記反射部に対応する信号線の幅よりも太くし、
前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅を前記反射部における画素電極と信号線の重なり幅よりも太くしたことを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置において、前記層間膜は前記反射部、透過部、信号線及び走査線上に一体に設けられていることを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置において、前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅は、前記反射部における画素電極と信号線の重なり幅よりも１．０μｍ以上大きくしたことを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明は、請求項１に記載の半透過型液晶表示装置において、前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅は、１．２μｍ以上となるように選択されていることを特徴とする。

また、請求項５にかかる発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置において、前記反射部の反射電極も前記走査線及び信号線と絶縁膜を介して平面視において重なるように形成されていることを特徴とする。

本発明は上記の構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１の発明によれば、透過部における前記画素電極と信号線の重なり幅は反射部に対応する信号線の重なり幅よりも太くなっているため、透過部における画素電極と信号線との間の静電容量は反射部における画素電極と信号線との間の静電容量よりも大きくなるが、画素電極と信号線との重なり部分からの光漏れが少なくなるため、コントラストが良好となる。加えて、請求項１の発明によれば、かかるコントラスト増大のために生じた画素電極と信号線との間の静電容量の増加量も、画素電極の周囲の一部分に生じるものでしかないから、クロストークの増大に繋がることが少なく、コントラストの増大を図ることができるとともに表示品位を維持した半透過型液晶表示装置が得られる。

また、請求項２にかかる発明によれば、実質的に液晶表示装置の画像表示領域全体にわたり層間膜が設けられているため、少なくとも透過部における画素電極を平坦状態とすることができるから、透過部における液晶分子の配向の乱れが少なくなって光漏れが少なくなってコントラストが向上する。

また、請求項３の発明によれば、透過部における画素電極と信号線の重なり幅を反射部に対応する画素電極と信号線の重なり幅よりも１．０μｍ以上大きくしたので、この部分における光漏を効果的に減じることができるため、請求項１の発明の効果がより顕著に奏される半透過型液晶表示装置が得られる。

また、請求項４の発明によれば、マスクの位置あわせ誤差等、製造上のバラツキがあっても請求項１の発明の効果を奏する半透過型液晶表示装置が得られる。

また、請求項５の発明によれば、反射部での光漏れを反射電極により減少させることができるので、コントラストが向上する。

以下、図1及び図２を参照にして本発明の実施例を説明するが、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための半透過型の液晶表示パネルの実施形態を示すものであるが、本発明をここに記載したものに限定することを意図するものではない。なお、図１は実施例にかかる半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図及び図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図であり、図３〜図４に示した従来例の半透過型液晶表示装置１０Ａと同一構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

この半透過型液晶表示装置１０は、透明な絶縁性を有するガラス基板１１上に、アルミニウムやモリブデン等の金属からなる複数の走査線１２が等間隔で平行に形成されており、また、隣り合う走査線１２間の略中央には走査線１２と同時に補助容量線２１が平行して形成されている。そして、走査線１２からはＴＦＴのゲート電極Ｇが延設されている。

また、ガラス基板１１上には、走査線１２、補助容量線２１、ゲート電極Ｇを覆うようにして窒化シリコンや酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１４が積層され、このゲート電極Ｇの上にはゲート絶縁膜１４を介して非晶質シリコンや多結晶シリコンなどからなる半導体層２２が形成され、またゲート絶縁膜１４上にはアルミニウムやモリブデン等の金属からなる複数の信号線１３が走査線１２と直交するようにして形成されており、この信号線１３からはＴＦＴのソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓは半導体層２２と接触している。さらに、信号線１３及びソース電極Ｓと同一の材料でかつ同時形成されたドレイン電極Ｄがゲート絶縁膜１４上に設けられており、このドレイン電極Ｄも半導体層２２と接触している。

ここで、走査線１２と信号線１３とに囲まれた領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１４、半導体層２２、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング素子となるＴＦＴが構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴが形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量線２１によって各画素の補助容量を形成することになる。

信号線１３、ＴＦＴ、ゲート絶縁膜１４を覆うようにして例えば無機絶縁材料からなる保護絶縁膜２３が積層され、この保護絶縁膜２３上に、有機絶縁膜からなり、反射部１５の表面に微細な凹凸部が形成され、透過部１６の表面は平坦となされた層間膜１７が積層されている。なお、図１及び図２においては反射部１５における層間膜１７の凹凸部は省略してある。そして保護絶縁膜２３と層間膜１７には、ＴＦＴのドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール２０が形成されている。

そして、それぞれの画素において、コンタクトホール２０上及び層間膜１７の表面の一部分には、反射部１５に例えばアルミニウム金属からなる反射電極１８が設けられ、この反射電極１８の表面及び透過部１６の層間膜１７の表面には例えばＩＴＯからなる画素電極１９が形成されている。

この実施例の半透過型液晶表示装置１０においては、透過部１６における信号線１３の幅Ｌ１は反射部１５における信号線の幅Ｌ３よりも大きく、Ｌ１＞Ｌ３となされている。そして、透過部１６においては、画素電極１９は隣接する画素の画素電極及び反射電極とは接しないでかつ走査線１２及び信号線１３と層間膜１７を介して平面視において若干重なるように形成されており、また、反射部１５においても、反射電極１８及び画素電極１９は隣接する画素の反射電極及び画素電極とは接しないで、かつ走査線１２及び信号線１３とは層間膜１７を介して平面視において若干重なるようにして形成されている。このうち、透過部１６における画素電極１９と信号線１３との重なり部分の幅Ｌ２は、反射部１５における画素電極１９と信号線１３との間の重なり幅Ｌ４よりも大きく、Ｌ２＞Ｌ４となされている。

このように、透過部１６における信号線１３と画素電極１９との重なり幅Ｌ２を反射部１５における信号線１３と画素電極１９との重なり幅Ｌ４より大きくした理由は次のとおりである。すなわち、信号線１３及び画素電極１９の境界部近傍における光漏れは、画素電極１９の端部における液晶分子の配向性の乱れに基づくものが主である。すなわち、画素電極１９の端部Ｚ（図２（ｂ）参照）近傍においては、画素電極間に電圧が制御されない領域が存在することに基づく液晶分子の配向の乱れが生じるが、画素電極１９にブラック表示の電圧が印加されると、この液晶分子の配向の乱れにより通常は液晶表示装置１０を通過することがないバックライトからの光が漏れてしまうわけである。反射部１５では反射電極１８も信号線１３と層間膜１７を介して若干重なっており、この反射電極１８はアルミニウム等の金属からなるために完全に遮光性であるため、反射部１５での画素電極１９の端部近傍における液晶分子の配向性の乱れに基づく光漏れは少ない。

したがって、この実施例の液晶表示装置１０においては、透過部１６における信号線１３と画素電極１９との重なり幅Ｌ２を反射部１５における信号線１３と画素電極１９との重なり幅Ｌ４より大きく、Ｌ２＞Ｌ４とした。この場合、遮光性の効果を明確に確認できるようにするにはＬ２とＬ４の差が１μｍ以上が必要である。

この実施例では、マスクの位置あわせ誤差等製造上のばらつきを考慮の上で、Ｌ２とＬ４の差が１μｍ以上となるようにした上で反射部１５においてＬ４の値を最低限０．２μｍ確保できるようにするため、すなわち、透過部１６における信号線１３と画素電極１９との重なりＬ２を１．２μｍ以上確保できるようにするために、Ｌ１〜Ｌ４の設計上の具体的寸法としてはＬ１＝１０μｍ、Ｌ２＝３μｍ、Ｌ３＝８μｍ、Ｌ４＝２μｍを採用した。

そして、ガラス基板１１の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置を配置し、また、画素電極１９の表面には総ての画素を覆うように配向膜（図示せず）を積層し、そして、それぞれの画素に対応して形成されるＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルタ、対向電極等が設けられているカラーフィルタ基板（図示せず）をこのガラス基板１１と対向させ、両基板の周囲にシール材を設けることにより両基板を貼り合せ、両基板間に液晶を注入することにより半透過型液晶表示装置１０を得ることができる。

このように、実施例における半透過型液晶表示装置１０においては、透過部１６における信号線１３の幅Ｌ１を反射部１５における信号線の幅Ｌ３よりも大きく、Ｌ１＞Ｌ３とし、また、透過部１６における画素電極１９と信号線１３との重なり部分の幅Ｌ２を反射部１５における画素電極１９と信号線１３との間の重なり幅Ｌ４よりも大きくすることにより、透過部１６における信号線１３と画素電極１９との境界部からの光漏れを十分に防止してコントラストの上昇を図るとともに、反射電極１８により十分な光漏れ防止を達成できる反射部１５では、画素電極１９と信号線１３との間の重なり幅Ｌ４を透過部１６における画素電極１９と信号線１３との重なり部分の幅Ｌ２よりも小さくすることにより信号線１３と画素電極１９との間に生じる静電容量Ｃsdを小さくしてクロストークを抑制することができるから、特にコントラストが良好でかつクロストーク等の表示品位を損なうことのない半透過型液晶表示装置１０が得られる。

実施例にかかる半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図である。 図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図及び図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図である。 従来の半透過型液晶表示装置のカラーフィルタ基板を透視して表した１画素分の平面図である。 図４（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図及び図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図である。 クロストークが発生した画面を示す図である。 クロストークが発生しているときの液晶表示装置の各ポイントの電圧波形を示す図である。 液晶表示装置の１画素分の等価回路である。

符号の説明

１０、１０Ａ 液晶表示装置
１１ ガラス基板
１２ 走査線
１３ 信号線
１４ 無機絶縁膜
１５ 反射部
１６ 透過部
１７ 層間膜
１８ 反射電極
１９ 画素電極
２０ コンタクトホール
２１ 補助容量線
２２ 半導体層
２３ 保護絶縁膜

Claims (4)

1. マトリクス状に配置された信号線及び走査線により区画されるそれぞれの位置に反射部と透過部とが形成された第一基板と、カラーフィルタ及び共通電極を形成した第二基板と、前記両基板間に配置された液晶層とを有する半透過型液晶表示装置において、
   前記反射部及び透過部に設ける画素電極と前記反射部に設ける反射電極を、前記走査線及び信号線と層間膜を介して平面視において重なるように形成し、
   前記透過部における信号線の幅を前記反射部に対応する信号線の幅よりも太くし、
   前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅を前記反射部における画素電極及び反射電極と信号線の重なり幅よりも太くしたことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
2. 前記層間膜は前記反射部、透過部、信号線及び走査線上に一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
3. 前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅は、前記反射部における画素電極及び反射電極と信号線の重なり幅よりも１．０μｍ以上大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
4. 前記透過部における画素電極と信号線の重なり幅は、１．２μｍ以上となるように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。

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