JP4784104B2

JP4784104B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4784104B2
Application number: JP2005024805A
Authority: JP
Inventors: 伸一下牧
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP2006215060A

Description

この発明は液晶表示装置に関する。

従来の半透過反射型の液晶表示装置には、透過型として使用するときのバックライト光の液晶層通過距離と反射型として使用するときの外光の液晶層通過距離とをほぼ同じとするために、表面側基板の内面の１画素の反射部に対応する領域に段差形成膜が設けられ、段差形成膜を含む表面側基板の内面にカラーフィルタおよび共通電極がこの順で設けられ、裏面側基板の内面の１画素の反射部に対応する領域に反射層が設けられ、反射層を含む裏面側基板の内面に保護膜および透過電極がこの順で設けられ、段差形成膜の存在により、１画素の反射部の液晶層の層厚を１画素の透過部の液晶層の層厚のほぼ半分としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１０２２４３号公報

ところで、上記特許文献１のように、反射層（反射層１２０）と凸部（バッファー層１３４）とを異なる基板に設けた場合、薄膜トランジスタ基板（第２基板１３０）と対向基板（第１基板１１０）とを貼り合わせる際に、貼り合わせ公差により反射層と凸部の位置がずれてしまうおそれがある。この場合、凸部に重なり且つ反射層に重ならない領域が形成され、この領域は光が透過する透過領域となるが、この領域においては本来所望するセルギャップとは異なるセルギャップとなってしまうため、コントラストが低下し、ひいては表示性能が低下してしまうという問題がある。

そこで、この発明は、液晶層を挟んで貼り合わされた薄膜トランジスタ基板および対向基板を備える半透過反射型の液晶表示装置において、反射層と凸部とを異なる基板に設けた場合に、コントラストが低下し、ひいては表示性能が低下してしまうことを抑制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、液晶層を挟んで貼り合わされた薄膜トランジスタ基板および対向基板を備える半透過反射型の液晶表示装置であって、前記薄膜トランジスタ基板の前記対向基板との対向面には、画素領域を形成する画素電極と、該画素電極に接続された薄膜トランジスタと、該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と、該薄膜トランジスタのソース電極若しくはドレイン電極に接続されたデータラインとが設けられ、入射した光を前記対向基板側に向けて反射する反射層が前記画素電極に重なるように設けられ、前記画素電極との間で補助容量を形成する補助容量電極が前記画素電極に重なるように設けられ、前記対向基板の前記薄膜トランジスタ基板との対向面には、前記薄膜トランジスタ基板側に向けて突出した形状を有する凸部が前記画素電極および前記反射層に重なるように設けられ、前記反射層と、前記走査ラインまたは前記データラインとは、互いの間に隙間領域が形成されることで互いが絶縁するように、同一の層上に設けられ、前記補助容量電極は遮光性を有し、当該補助容量電極が、前記反射層のうち前記隙間領域に隣接する第１隣接領域上から、前記走査ラインまたは前記データラインのうち前記隙間領域に隣接する第２隣接領域上にかけて、前記隙間領域を覆うように設けら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、補助容量電極は遮光性を有し、当該補助容量電極が、反射層のうち隙間領域に隣接する第１隣接領域上から、走査ラインまたはデータラインのうち隙間領域に隣接する第２隣接領域上にかけて、隙間領域を覆うように設けられているので、薄膜トランジスタ基板と対向基板とを貼り合わせる際に、貼り合わせ公差により反射層と凸部の位置がずれてしまった場合でも、反射層に隣接する領域である隙間領域が遮光性を有する補助容量電極によって覆われているので、凸部に重なり且つ反射層に重ならない領域ができたとしても、補助容量電極が設けられた側に位置ずれした場合には、当該領域を光が透過することはない。従って、このような場合に、コントラストが低下し、ひいては表示性能が低下してしまうことを抑制することができる。

（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における薄膜トランジスタ基板側の要部の透過平面図を示し、図２は図１のII−II線に沿う部分に相当する断面図を示し、図３は図１のIII−III線に沿う部分に相当する断面図を示す。この液晶表示装置は、ガラス基板などからなる薄膜トランジスタ基板１および対向基板３１を備えている。

まず、図１を参照して、薄膜トランジスタ基板１側について説明する。薄膜トランジスタ基板１の上面側（対向基板３１と対向する内面側）には走査ライン２およびデータライン３がマトリクス状に設けられ、その各交点近傍には薄膜トランジスタ４、画素電極５および反射層６が設けられ、さらにほぼ格子状の補助容量電極７が走査ライン２およびデータライン３と平行して設けられている。ここで、図１を明確にする目的で、画素電極５の縁部に斜めの短い実線のハッチングが記入されている。

この場合、反射層６は画素電極５の一端側の下側に該画素電極５の一部と重合して配置されている。画素電極５の四辺部は、その周囲に配置されたほぼ格子状の補助容量電極７と重ね合わされている。上述した反射層６は、平面的には全領域が画素電極５の領域内に形成されており、画素電極５の中央側の一辺部を除く三辺部は、その周囲に配置されたほぼ格子状の補助容量電極７と重ね合わされている。そして、画素電極５のうち、反射層６形成領域、補助容量電極７形成領域および後述するソース電極１７形成領域を除く領域が実質的な透過用画素領域となっている。また、反射層６のうち、補助容量電極７形成領域を除く領域が実質的な反射用画素領域となっている。

ほぼ格子状の補助容量電極７は、データライン３と重ね合わされた部分を含む第１の補助容量電極部７ａと、走査ライン２と重ね合わされた部分を含む第２の補助容量電極部７ｂと、薄膜トランジスタ４と重ね合わされた部分を含む第３の補助容量電極部７ｃとからなっている。この場合、後で説明するが、補助容量電極７は走査ライン２とは別の層上に設けられ、且つ、そのうちの特に第１の補助容量電極７ａは、厚さ方向において、すなわち、図１における紙面垂直方向において、データライン３と画素電極５との間にそれぞれ絶縁膜を介して設けられている。

そして、第１の補助容量電極７ａの幅はデータライン３の幅よりもある程度大きくなっている。これにより、第１の補助容量電極７ａは、データライン３と直交する方向の位置ずれがあっても、データライン３が画素電極５と直接対向しないように、データライン３を確実に覆うようになっている。また、第１の補助容量電極７ａはデータライン３の配置領域のほぼ全域に亘って配置されている。これにより、第１の補助容量電極７ａは、画素電極５に対し、データライン３と平行な方向の位置ずれがあっても、画素電極５の左右辺部と確実に重なり、当該方向の位置合わせずれによる補助容量の変動を確実に防止するようになっている。

第２の補助容量電極７ｂの幅は走査ライン２の幅よりもある程度大きくなっている。これにより、第２の補助容量電極７ｂは、走査ライン２と直交する方向の位置ずれがあっても、走査ライン２と確実に重なるようになっている。また、第２の補助容量電極７ｂは走査ライン２の配置領域のほぼ全域に亘って配置されている。これにより、第２の補助容量電極７ｂは、画素電極５に対し、走査ライン２と平行な方向の位置ずれがあっても、画素電極５の上下辺部と確実に重なり、当該方向の位置合わせずれによる補助容量の変動を確実に防止するようになっている。

第２の補助容量電極７ｂを含む第３の補助容量電極７ｃは、薄膜トランジスタ４を覆うように設けられている。これにより、薄膜トランジスタ４への外光の入射を確実に防止するようになっている。なお、図１において、画素電極５よりも大きめの点線で囲まれた領域は、後述する対向基板３１の内面に設けられた光漏れ防止用のブラックマスク３２の開口部３２ａである。この場合、ブラックマスク３２は、走査ライン２、データライン３および薄膜トランジスタ４の所定の一部を覆うように設けられている。しかし、走査ライン２、データライン３および薄膜トランジスタ４はほぼ格子状の補助容量電極７によって覆われているので、対向基板３１にブラックマスク３２を設けないようにしてもよい。

次に、この液晶表示装置の具体的な構造について、図２および図３を参照して説明する。薄膜トランジスタ基板１の上面の所定の箇所にはアルミニウム系金属などの高反射性金属からなるゲート電極１１を含む走査ライン２および反射層６が設けられている。ゲート電極１１、走査ライン２および反射層６を含む薄膜トランジスタ基板１の上面には窒化シリコンからなるゲート絶縁膜１２が設けられている。

ゲート絶縁膜１２の上面のゲート電極１１に対応する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１３が設けられている。半導体薄膜１３の上面のゲート電極１１のほぼ中央部に対応する箇所には、窒化シリコンからなり、ゲート電極１１の外形より小さい外形を有するチャネル保護膜１４が設けられている。チャネル保護膜１４の上面両側およびその両側における半導体薄膜１３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１５、１６が設けられている。オーミックコンタクト層１５、１６の上面にはクロムなどからなるソース電極１７およびドレイン電極１８が設けられている。

そして、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、半導体薄膜１３、チャネル保護膜１４、オーミックコンタクト層１５、１６、ソース電極１７およびドレイン電極１８により、薄膜トランジスタ４が構成されている。

ゲート絶縁膜１２の上面の所定の箇所にはクロムなどからなるデータライン３がドレイン電極１８に接続されて設けられている。ソース電極１７、ドレイン電極１８およびデータライン３などを含むゲート絶縁膜１２の上面には窒化シリコンからなる層間絶縁膜１９が設けられている。層間絶縁膜１９の上面の所定の箇所にはクロムなどからなる補助容量電極７が設けられている。

補助容量電極７を含む層間絶縁膜１９の上面には窒化シリコンからなるオーバーコート膜２０が設けられている。ソース電極１７上における層間絶縁膜１９およびオーバーコート膜２０にはコンタクトホール２１が設けられている。オーバーコート膜２０の上面にはＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極５がコンタクトホール２１を介してソース電極１７に接続されて設けられている。

一方、対向基板３１の下面（薄膜トランジスタ１と対向する側の内面）には、各画素電極５の周囲に対応して、クロムなどの遮光性金属からなるブラックマスク３２が設けられている。ブラックマスク３２を含む対向基板３１の下面には赤色、緑色、青色の樹脂からなるカラーフィルタ３３が設けられている。カラーフィルタ３３の下面はほぼ平坦となっている。

カラーフィルタ３３の下面において画素電極５の実質的な透過用画素領域にほぼ対応する領域以外の領域にはエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などの透明樹脂からなる段差形成膜３４が設けられている。この場合、段差形成膜３４は、図２において、両側面を傾斜面とされた断面台形形状となっている。段差形成膜３４を含むカラーフィルタ３３の下面にはＩＴＯなどの透明導電材料からなる対向電極３５が設けられている。

そして、薄膜トランジスタ基板１と対向基板３１とはシール材（図示せず）を介して互いに貼り合わされ、シール材の内側における両基板１、３１間には液晶３６が封入されている。この状態では、段差形成膜３４の存在により、反射層６の実質的な反射用画素領域（反射部）に対応する領域における液晶３６層の層厚ｄ1は画素電極５の実質的な透過用画素領域（透過部）に対応する領域における液晶３６層の層厚ｄ2の１／３〜２／３、望ましくは１／２程度となっている。

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、薄膜トランジスタ基板１の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薄膜トランジスタ基板１、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜１９、オーバーコート膜２０、画素電極５のうちの実質的な透過用画素領域、液晶３６、対向電極３５、カラーフィルタ３３および対向基板１を透過して対向基板３１の上面側に出射され、これにより表示を行なう。

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３１の上面側から入射された外光が対向基板３１、カラーフィルタ３３、段差形成膜３４、対向電極３５、液晶３６、画素電極５、オーバーコート膜２０、層間絶縁膜１９およびゲート絶縁膜１２を透過して反射層６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３１の上面側に出射され、これにより表示を行なう。

以上のように、この液晶表示装置では、透過型として使用するとき、バックライト光が液晶３６層を１回通過し、反射型として使用するとき、外光が液晶３６層を２回通過する。しかるに、段差形成膜３４の存在により、反射層６の実質的な反射用画素領域（反射部）に対応する領域における液晶３６層の層厚ｄ1は画素電極５の実質的な透過用画素領域（透過部）に対応する領域における液晶３６層の層厚ｄ2の１／３〜２／３、望ましくは１／２程度となっているので、反射率およ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。一例として、層厚ｄ2が４μｍ程度であれば、層厚ｄ1を２μｍ程度となるようにする。

また、この液晶表示装置では、反射層６を走査ライン２が設けられた薄膜トランジスタ基板１の上面に設け、補助容量電極７を層間絶縁膜１９の上面に設け、補助容量電極７と反射層６とを、その間にゲート絶縁膜１２および層間絶縁膜１９を介在させた状態で、少なくとも一部を重ね合わせているので、補助容量電極７と反射層６との重合部により補助容量が形成されるが、補助容量電極７と反射層６とはその間に介在されたゲート絶縁膜１２および層間絶縁膜１９により電気的に絶縁されており、したがって補助容量を大きくしても、消費電力が増加しないようにすることができる。この場合、反射層６と画素電極５との重合部によっても補助容量が形成されるので、補助容量をさらに大きくすることができる。

（第２実施形態）
図４はこの発明の第２実施形態としての液晶表示装置の図２同様の断面図を示し、図５は同第２実施形態としての液晶表示装置の図３同様の断面図を示す。この液晶表示装置において、図２および図３に示す場合と異なる点は、反射層６を、走査ライン２が設けられた薄膜トランジスタ基板１の上面ではなく、データライン３が設けられたゲート絶縁膜１２の上面に設けた点である。

したがって、この場合、反射層６、データライン３、ソース電極１７およびドレイン電極１８はアルミニウム系金属などの高反射性金属によって形成されている。また、ゲート電極１１を含む走査ライン２は、アルミニウム系金属などの高反射性金属によって形成してもよいが、これに限らず、クロムなどによって形成してもよい。

そして、この液晶表示装置では、反射層６を走査ライン２が設けられたゲート絶縁膜１２の上面に設け、補助容量電極７を層間絶縁膜１９の上面に設け、補助容量電極７と反射層６とを、その間に層間絶縁膜１９を介在させた状態で、少なくとも一部を重ね合わせているので、補助容量電極７と反射層６との重合部により補助容量が形成されるが、補助容量電極７と反射層６とはその間に介在された層間絶縁膜１９により電気的に絶縁されており、したがって補助容量を大きくしても、消費電力が増加しないようにすることができる。また、この場合も、反射層６と画素電極５との重合部によっても補助容量が形成されるので、補助容量をさらに大きくすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、画素電極５（および反射層６）が列方向に直線状に配列されたストライプ配列とし、データライン３および第１の補助容量電極７ａをこの画素電極５間において列方向に直線状に形成した場合で説明したが、画素電極５を１行毎に半ピッチずつずらした、所謂、デルタ配列となしたものにも適用することが可能であり、その場合には、データライン３および第１の補助容量電極７ａは、画素電極５の各行間において、走査ライン２と平行に画素電極５の半ピッチ分延出されたジグザグ形状に形成される。また、スイッチング素子として薄膜トランジスタを用いているが、ダイオードなどの他のスイッチング素子を適用することができる。

この発明の第１実施形態としての液晶表示装置における薄膜トランジスタ基板側の要部の透過平面図。図１のII−IIに沿う部分に相当する断面図。図１のIII−IIIに沿う部分に相当する断面図。この発明の第２実施形態としての液晶表示装置の図２同様の断面図。同第２実施形態としての液晶表示装置の図３同様の断面図。

符号の説明

１薄膜トランジスタ基板
２走査ライン
３データライン
４薄膜トランジスタ
５画素電極
６反射層
７補助容量電極
３１対向基板
３２ブラックマスク
３３カラーフィルタ
３４段差形成膜
３５共通電極
３６液晶

Claims

液晶層を挟んで貼り合わされた薄膜トランジスタ基板および対向基板を備える半透過反射型の液晶表示装置であって、
前記薄膜トランジスタ基板の前記対向基板との対向面には、
画素領域を形成する画素電極と、該画素電極に接続された薄膜トランジスタと、該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と、該薄膜トランジスタのソース電極若しくはドレイン電極に接続されたデータラインとが設けられ、
入射した光を前記対向基板側に向けて反射する反射層が前記画素電極に重なるように設けられ、
前記画素電極との間で補助容量を形成する補助容量電極が前記画素電極に重なるように設けられ、
前記対向基板の前記薄膜トランジスタ基板との対向面には、
前記薄膜トランジスタ基板側に向けて突出した形状を有する凸部が前記画素電極および前記反射層に重なるように設けられ、
前記反射層と、前記走査ラインまたは前記データラインとは、互いの間に隙間領域が形成されることで互いが絶縁するように、同一の層上に設けられ、
前記補助容量電極は遮光性を有し、当該補助容量電極が、前記反射層のうち前記隙間領域に隣接する第１隣接領域上から、前記走査ラインまたは前記データラインのうち前記隙間領域に隣接する第２隣接領域上にかけて、前記隙間領域を覆うように設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタ基板の前記対向面には、前記薄膜トランジスタを覆うようにオーバーコート膜が設けられ、
前記画素電極が、前記オーバーコート膜上に設けられ、
前記補助容量電極および前記反射層が、前記オーバーコート膜下に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項２に記載の液晶表示装置において、
前記補助容量電極が、前記画素電極と、前記走査ラインまたは前記データラインとの間に介在するように設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記反射層の全部は前記画素電極の一部とその間に絶縁膜が介在された状態で重ね合わされていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記補助容量電極は前記画素電極の全周辺部とその間に絶縁膜が介在された状態で重ね合わされていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記反射層の周辺部の一部は前記画素電極の周辺部の一部とその間に絶縁膜が介在された状態で重ね合わされていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記補助容量電極は、前記画素電極の周辺部と重ね合わされた前記反射層の周辺部と重ね合わされていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液晶表示装置において、前記凸部に重なる領域の前記液晶層の厚さが、前記凸部に重ならない領域の前記液晶層の厚さの１／３〜２／３となっていることを特徴とする液晶表示装置。