JPH11326929A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マトリクス状に配列される画素電極間の間隙
を遮蔽するブラックマトリクス（ＢＭ）により反射型の
液晶表示素子の開口部が低減されるのを防止し、表示画
像が明るく、コントラストの良い液晶表示素子を得る。 【解決手段】 アレイ基板１１上の画素電極１６が配置
される有効表示領域［Ｂ］に、液晶組成物１３及びカラ
ーフィルタ１８を透過した外光を反射する第１の反射板
１７を設け、画素電極１６間の間隙領域［Ａ］に、液晶
組成物１３及びカラーフィルタ１８を透過した外光を反
射する第２の反射板を兼用するソース電極２８を延在
し、ブラックマトリクス（ＢＭ）を設ける事無く暗表示
時の黒さを確保する一方、明表示時、液晶表示素子の実
際の表示に寄与する開口部を従来に比し著しく拡大す
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、液晶組成物及びカ
ラーフィルタを介し入射される外部からの光を反射板に
より反射して画像表示を行う液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量且つ低消費電力であり、
パーソナルＯＡ機器の表示装置やテレビ等の映像表示装
置として多用される液晶表示装置に用い、特に高機能高
精細で良質の画像を得るために、薄膜トランジスタ（以
下ＴＦＴと称する。）等のスイッチング素子にてマトリ
クス状に配列される画素電極を駆動する液晶表示素子の
開発がなされている。これら液晶表示素子の中で、バッ
クライトを必要とせず或いは補助的に用いるのみとする
ことにより、より軽量且つ低消費電力化を可能とし、ポ
ータブルコンピュータや電子手帳等の携帯情報端末に代
表される小型０Ａ機器表示装置に用いるものであり、ア
レイ基板上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のストライ
プ状のカラーフィルタを有するものとして従来図８乃至
図１１に示す反射型の液晶表示素子が開発されている。

【０００３】即ち反射型の液晶表示素子１のアレイ基板
２は、ソース電極３ａを介して薄膜トランジスタ３に駆
動されるマトリクス状の画素電極４を有しており、画素
毎に配置される赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のストラ
イプ状のカラーフィルタ６背面には、画素電極４とほぼ
同形状に積層される反射板７が設けられている。そし
て、明表示時、対向基板８側から入射された外光を液晶
組成物９、カラーフィルタ６を透過して反射板７にて対
向基板８側に反射することにより画像表示する一方、良
好な暗表示を得るため、画素電極４間の間隙領域であ
り、反射板７、カラーフィルタ６及び画素電極４との共
通部分以外の領域をブラックマトリクス（ＢＭ）５で遮
蔽していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の反
射型の液晶表示素子にあっては、表示領域がブラックマ
トリクス（ＢＭ）で規定されるため、例えば２１０×７
０μｍピッチの高精細液晶表示素子の画素では２５〜３
５％がブラックマトリクス（ＢＭ）で占められ、開口率
が低下し、表示画像は明るさ及びコントラストが共に不
足し、写真やテレビ画像などの高品位表示が要求される
各種画像を取り扱う情報機器に用いるには不適であると
いう問題を生じていた。このため反射型の液晶表示素子
の開口率を向上する様、ブラックマトリクス（ＢＭ）を
設けずに、画素電極間の間隙を、例えば１μｍ程度と極
力に縮小する事も試みられているが、現状においては画
素電極或いは反射板の加工精度が５μｍ程度であり、画
素電極間の間隙を無理に縮小しようとすると、隣接する
画素電極間で電気的短絡を多発し、実用不能に成るとい
う問題を生じていた。

【０００５】そこで本発明は上記課題を解決するもの
で、薄型軽量且つ低消費電力化を図る反射型の液晶表示
素子において、画素電極間の間隙領域がブラックマトリ
クスで遮蔽される事による開口率の低下を防止し、表示
画像の明るさ及びコントラスト比（明表示の輝度／暗表
示の輝度）の向上を図り、高コントラストの写真やテレ
ビ画像などの各種画像を高品位に表示できる液晶表示素
子を提供する事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する為、絶縁基板上にマトリクス状に配列される第１の
反射画素電極及びこの第１の反射画素電極を駆動するス
イッチング素子を有するアレイ基板と、前記アレイ基板
に液晶層を介して対向配置された対向基板とを有する液
晶表示素子において、前記アレイ基板上には、前記第１
の反射画素電極に対しその下層に絶縁層を介して対向し
かつ前記第１の反射画素電極に電気的に接続された第２
の反射画素電極が形成され、前記第２の反射画素電極は
互いに隣接する前記第１の反射画素電極の間の領域に対
向する位置まで延在されているものである。

【０００７】上記構成により第１の画素電極の間の領域
の液晶には、第２の画素電極から層間絶縁膜を介して電
圧が印加される。層間絶縁膜によって電圧降下が生じる
ため、第１の画素電極上の領域と電極間上の領域では液
晶層の光変調状態が異なるが、反射型液晶表示素子にお
いては外光が液晶セルを往復して２度横切るため、十分
な暗表示を得ることが出来る。又ブラックマトリクス
（ＢＭ）を形成せずに第１の画素電極の面積を広げられ
るため、開口率を向上させる事が出来る。その結果コン
トラストを向上させる事が出来る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図４を参照して説明する。１０は、アレイ基板１１
及び対向基板１２間に液晶組成物を１３封入して成る反
射型のカラーの液晶表示素子である。アレイ基板１１
は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のストライ
プ状のカラーフィルタ１８を介して、マトリクス状に配
列される第１の反射画素電極である第１の反射板１７及
び透明な画素電極１６を有し、これら第１の反射板１７
及び画素電極１６をスイッチング素子であるＴＦＴ１４
を用いて駆動している。

【０００９】次にアレイ基板１１について詳述する。透
明絶縁基板２０上に、アルミニウム（Ａｌ）、タングス
テン（Ｗ）等の金属あるいはこれ等金属の合金から成り
走査線（図示せず）と一体のゲート電極２１及び信号蓄
積用量線２２がパターン形成され、これ等はゲート絶縁
膜２３により被覆されている。このゲート絶縁膜２３を
介したゲート電極２１上方には、チャネル層２４ａを挟
みソース領域２６、ドレイン領域２７が形成される半導
体層２４が設けられる。ソース領域２６及びドレイン領
域２７には、銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）
またはその合金など高反射率の材料をパターン形成して
なり第２の反射画素電極であるソース電極２８と、信号
線３０と一体のドレイン電極３０ａが接続されＴＦＴ１
４を形成している。ソース電極２８は、信号蓄積容量線
２２を覆うと共に、ストライプ状のカラーフィルタ１８
の各色毎のストライプの側端迄延伸され、ゲート絶縁膜
２３を介して、信号蓄積容量線２２との間に蓄積容量部
を形成するとともに、対向基板１２側から入射される外
光を反射する反射板を兼用し更には、液晶組成物１３に
ソース電極電位を付与する様に成っている。

【００１０】ＴＦＴ１４、反射板を兼用するソース電極
２８上には、保護膜３１が設けられ、この保護膜３１上
には透明アクリル系樹脂からなる絶縁層３２を介して、
対向基板１２側から入射される外光を反射する第１の反
射板１７が形成されている。この第１の反射板１７は、
銀（Ａｇ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）またはその合
金など高反射率の材料にて画素電極１６とほぼ同一形状
及び同一配置でマトリクス状にパターン形成される。第
１の反射板１７の上には、カラーフィルタ１８が形成さ
れ、更にその上にインジウム・錫酸化物（以下ＩＴＯと
略称する。）からなる透明な画素電極１６がマトリクス
状にパターン形成されている。画素電極１６及び第１の
反射板１７は、スルーホール３５を介し、ＴＦＴ１４の
ソース電極２８に接続されている。

【００１１】これにより対向基板１２側から見て、第１
の反射板１７は図３に示す様に画素電極２８とほぼ積層
されており、ソース電極２８は図２に示す様にマトリク
ス状に配置される第１の反射板１７の間即ち画素電極１
６の間の間隙領域［Ａ］を埋める様に配置される。

【００１２】一方対向基板１２は、透明なガラスからな
る透明絶縁基板３６上にＩＴＯからなる対向電極３７を
有している。そしてアレイ基板１１及び対向基板１２の
対向面に、夫々配向膜３８ａ、３８ｂを塗布し、透明絶
縁基板３６の上面に偏光板４０を貼着して、両基板１
１、１２を対向して組み立て、セルを形成しその間隙に
ネマチック液晶からなる液晶組成物１３を注入した後封
止し、液晶表示素子１０を形成する。尚この偏光板４０
は、位相差板、或いは光拡散板等であっても良い。

【００１３】次に作用について述べる。液晶表示素子１
０にあっては、マトリクス状に配置される画素電極１６
の間の間隙領域［Ａ］に相当する場所に反射板を兼用す
るソース電極２８が延在される事から、この間隙領域
［Ａ］の液晶組成物１３に対してもソース電極２８によ
りソース電極電位が印加される事となる。このソース電
極電位は、画素電極１６により有効画素領域［Ｂ］の液
晶組成物１３に印加される画素電極電位と等しいもの
の、有効画素領域［Ｂ］にあっては画素電極電位が液晶
組成物１３に直接印加されるのに対して、カラーフィル
タ１８を介して液晶組成物１３に印加される事から多少
劣化する。

【００１４】但しこのソース電極電位の劣化は以下の理
由により問題とならない。即ち、液晶組成物１３に対す
る印加電圧が弱い場合には、偏光板４０にて偏光された
外光が液晶組成物１３中を捩じれながら進みカラーフィ
ルタ１８を透過後、第１の反射板１７及びソース電極２
８にて反射し、逆の経路を通って偏光板４０から出射さ
れて明表示を行う一方、印加電圧が強い場合には偏光板
４０にて偏光された外光が液晶組成物１３中を直進し、
カラーフィルタ１８を透過後第１の反射板１７及びソー
ス電極２８にて反射し、逆の経路を通って偏光板４０に
達すると偏光板４０にて吸収されて暗表示を行う、いわ
ゆるノ一マリホワイトモードの液晶表示素子１０の場合
を考える。

【００１５】表示領域にて明表示を行う場合は有効画素
領域［Ｂ］及び画素電極１６間の間隙領域［Ａ］の何れ
においても同様に液晶組成物１３に電圧を掛けないの
で、有効画素領域［Ｂ］及び画素電極１６間の間隙領域
［Ａ］はいずれも同様に明表示が成される。一方表示領
域にて暗表示を行う場合は、有効画素領域［Ｂ］及び画
素電極１６間の間隙領域［Ａ］の何れにおいても液晶組
成物１３に強い電圧をかけたいが、画素電極１６間の間
隙領域［Ａ］ではソース電極２８と液晶組成物１３との
間に絶縁体であるカラーフィルタ１８が挟まれているた
め、画素電極１６間の間隙領域［Ａ］にて液晶組成物１
３に印加される電圧は有効画素領域［Ｂ］にて印加され
る電圧より劣化されて弱く成る。

【００１６】但し、本実施の形態の液晶表示素子１０は
反射型であり、対向基板１２方向から液晶組成物１３中
での変調を受けアレイ基板１２方向に入射してきた光を
第１の反射板１７及びソース電極２８で反射し、再度液
晶組成物１３で変調して対向基板１２から出射する事か
ら、画素電極１６間の間隙領域［Ａ］における液晶組成
物１３中での光変調が片道では不十分であっても、反射
により往復して出射する際には十分な変調を受け、良好
な暗表示を得られる事となる。

【００１７】即ち画素電極１６間の間隙領域［Ａ］にブ
ラックマトリクス（ＢＭ）を設けていないにもかかわら
ず、暗表示時には画素電極１６間の間隙領域［Ａ］の液
晶組成物１３がソース電極電位により変調されて黒く表
示される事となり、従来のブラックマトリクス（ＢＭ）
と同様の機能を果たす事となる。

【００１８】以上の様にして形成される液晶表示素子１
０にて表示テストを行い画質を調べたところ、液晶表示
素子１０における第１の反射板１７及びソース電極２８
による表示に寄与出来る全反射領域は図４に示す様に画
素電極１６間の間隙領域［Ａ］及び有効画素領域［Ｂ］
を合わせた斜線［Ｃ］で示す領域と成り、図１１に斜線
で示す従来の装置における反射領域［Ｄ］に比し明らか
に大きい。この結果、暗表示の黒さを損なう事無く、明
表示の明るさを従来に比し明るく出来又、コントラスト
も向上出来る事から、十分な表示光量を有する明るい画
面を得られ、高い表示品位の液晶表示素子を得られる。

【００１９】この様に構成すれば、ソース電極２８を画
素電極１６の間の間隙領域［Ａ］迄延在して、画素電極
１６間の間隙領域［Ａ］に、ソース電極電位を印加する
とともに、外光の反射機能を持たせる事によりアレイ基
板１１上の外光反射領域を拡大出来、液晶表示素子１０
にあっては画素電極１６間の間隙領域［Ａ］も表示に寄
与する事となり、従来に比し表示領域における開口率を
著しく拡大出来、表示画像の明るさ及びコントラストを
向上出来る。従って高コントラストの写真やテレビ画像
などの各種画像であっても高品位の表示が可能となる。
しかも暗表示時には、画素電極１６間の間隙領域［Ａ］
はソース電極電位の印加により十分暗い暗表示を得られ
る事から、従来の様にブラックマトリクス（ＢＭ）を設
けなくても、暗表示時の黒さが損なわれる事もない。

【００２０】そしてソース電極２８が第２の反射板を兼
用することから、画素電極１６間の間隙領域［Ａ］に別
体の第２の反射板を形成する必要が無く、その製造工程
の増加を生じる事もない。しかも本実施の形態にあって
は、アレイ基板１１側にカラーフィルタ１８を設けてい
ることから、画素電極１６及びカラーフィルタ１８との
ずれを考慮する必要がなく、アレイ基板１１及び対向基
板１２を対向配置し、セルを形成する際の精密な位置合
わせが不要となり製造歩留まりを向上出来、更に製造後
は、両基板１１、１２のずれに対する許容度も増大可能
と成る。

【００２１】尚本発明は上記実施の形態に限られるもの
ではなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であ
って、例えば、第１或いは第２の反射板の材質等任意で
あり、夫々別の材質で形成する等しても良い。又第１或
いは第２の反射板の形状や構造も限定されず、例えば、
図５及び図６に示す第１の変形例の様に、第１の反射板
４１の反射面を１μｍ以上の凹凸状に形成しても良い。
このようにすれば、画素電極１６が設けられる有効表示
領域［Ｂ］にあっては、第１の反射板４１の凹凸面によ
り乱反射光が形成され、より均一（ランダム）な反射光
を出射可能と成り、より均一で良好な表示画像を得られ
る事となる。但し第２の反射板であるソース電極２８
は、暗表示時の印加電圧が多少劣化しても、画素電極１
６間の間隙領域［Ａ］を完全に不透過領域としなければ
ならないので、乱反射を防止するため、極力平滑面とす
ることが望ましい。

【００２２】更に図７に示す第２の変形例の様に、第２
の反射板４２を、ソース電極４３と別体とし、異なる層
に設け、第２のスルーホール４４を介してソース電極電
位を印加する等しても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、開
口率を向上させて明表示時の輝度を向上出来、一方暗表
示時には第２の反射電極により画素間の液晶を変調して
良好な暗表示を得る事が出来、その結果十分なコントラ
ストを得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の液晶表示素子を示す一部
概略断面図である。

【図２】本発明の実施の形態のアレイ基板上の信号線及
びソース電極を示す一部平面図である。

【図３】本発明の実施の形態のアレイ基板上の第１の反
射板を示す一部平面図である。

【図４】本発明の実施の形態の液晶表示素子の全反射領
域を示す概略平面図である

【図５】本発明の第１の変形例の液晶表示素子を示す一
部概略断面図である。

【図６】本発明の第１の変形例の第１の反射板及びソー
ス電極を示す一部断面図である。

【図７】本発明の第２の変形例の第１の反射板及び第２
の反射板を示す一部断面図である。

【図８】従来の装置の液晶表示素子を示す一部概略断面
図である。

【図９】従来の装置のアレイ基板上の信号線及びソース
電極を示す一部平面図である。

【図１０】従来の装置のアレイ基板上の反射板を示す一
部平面図である。

【図１１】従来の装置の液晶表示素子の反射領域を示す
概略平面図である。

【符号の説明】

１０…液晶表示素子 １１…アレイ基板 １２…対向基板 １３…液晶組成物 １４…ＴＦＴ １６…画素電極 １７…第１の反射板 １８…カラーフィルタ ２０…透明絶縁基板 ２１…ゲート電極 ２２…蓄積容量線 ２４…半導体層 ２８…ソース電極 ３０…信号線 ３１…保護膜 ３２…絶縁層 ３５…スルーホール ３６…透明絶縁基板 ３７…対向電極 ３８ａ、３８ｂ…配向膜 ４０…偏光板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上にマトリクス状に配列される
   第１の反射画素電極及びこの第１の反射画素電極を駆動
   するスイッチング素子を有するアレイ基板と、前記アレ
   イ基板に液晶層を介して対向配置された対向基板とを有
   する液晶表示素子において、 前記アレイ基板上には、前記第１の反射画素電極に対し
   その下層に絶縁層を介して対向しかつ前記第１の反射画
   素電極に電気的に接続された第２の反射画素電極が形成
   され、前記第２の反射画素電極は互いに隣接する前記第
   １の反射画素電極の間の領域に対向する位置まで延在さ
   れていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 第１の反射画素電極上にはカラーフィル
   タが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   液晶表示素子。
3. 【請求項３】 カラーフィルタ上には第１の反射画素電
   極に電気的に接続された透明画素電極が形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 第１の反射画素電極と透明画素電極とが
   同一形状であることを特徴とする請求項３に記載の液晶
   表示素子。