JP2004233959A - Liquid crystal display device - Google Patents

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JP2004233959A
JP2004233959A JP2003198845A JP2003198845A JP2004233959A JP 2004233959 A JP2004233959 A JP 2004233959A JP 2003198845 A JP2003198845 A JP 2003198845A JP 2003198845 A JP2003198845 A JP 2003198845A JP 2004233959 A JP2004233959 A JP 2004233959A
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liquid crystal
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crystal display
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JP2003198845A
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Japanese (ja)
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Tetsuya Nagata
徹也 永田
Masao Uehara
正男 上原
Koji Hiraga
浩二 平賀
Koichi Fukuda
晃一 福田
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Japan Display Inc
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Hitachi Displays Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device which reduces the reflection in a transmission region, improves the contrast of an image and suppresses display of a reversal image. <P>SOLUTION: The liquid crystal display device has a first base film 9 composed of silicon nitride and a second base film 10 composed of silicon oxide and a thin-film transistor (TFT), and a light transparent pixel part is formed on the second base film 20. The TFT comprises a polysilicon film 5, a gate electrode G, a drain electrode D and a source electrode S. A gate insulating film, interlayer insulating film, and organic film are formed in the pixel section. Also, the substrate has the function to reflect the external light and the inversion of the image of the transmission type liquid crystal panel is suppressed by forming the first base film thicker than the second base film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に外来光の反射を防止して画像のコントラストを向上させた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、テレビ、パソコン、携帯用端末のディスプレイ等に使用されている。液晶表示装置は、軽量で且つ消費電力が少ないため携帯電話機などの小型電子端末の表示手段として利用されている。
【0003】
また、携帯用端末は屋内外で使用されるため、部分透過型の液晶表示装置が用いられる。部分透過型の液晶表示装置は、使用環境が明るいときは外光を利用して画像を表示し、使用環境が暗いときにはバックライトの光を利用して画像を表示する。(例えば、特許文献1参照)。また、全透過型のパネルであっても、バックライトの光を主に用いる透過表示と、画像観察側から入射する光をバックライトの反射板で反射させる反射表示とを行える液晶表示装置がある。(例えば、特許文献2、3参照)。また、多くの液晶表示装置ではスイッチング素子として薄膜トランジスタが使用されている。
【0004】
近年、より高精細な液晶表示装置が求められており、液晶表示装置の画素数が増加している。画素数の増加に伴い、動作速度の速い薄膜トランジスタが必要となっている。高精細の液晶表示装置には薄膜トランジスタの半導体層としてアモルファスシリコンに替わりポリシリコン(多結晶シリコン)が用いられる。半導体層としてポリシリコンを用いることで薄膜トランジスタの動作速度が速くなり、結果として、高精細の画像を表示できる。また、ガラス基板上に上側下地層と下側下地層とを堆積させ、上側下地層上の半導体薄膜にレーザを照射してこの半導体薄膜を結晶化させる技術が知られている。(例えば、特許文献4参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−350158号公報
【特許文献2】
特開2002−98960号公報(段落0034−0043、図2−図3)
【特許文献3】
特開2002−98963号公報(段落0001−0007、0016−0017、図1、図3、図5)
【特許文献4】
特開平6−132306号公報(段落0002−0007、図1−図4)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
通常、薄膜トランジスタはガラス基板上に形成され、ガラス基板は無アルカリガラスと称されるガラスを使用する。このガラス基板は不純物を含んでおり、不純物がポリシリコン膜に浸透して基板上に形成した薄膜トランジスタのトランジスタ特性が劣化する。
【0007】
ガラス基板からポリシリコン膜への不純物の浸透を抑制するために、ガラス基板とポリシリコン膜との間に窒化シリコン、酸化シリコン等の下地膜を有する。下地膜はパネル全面に形成され、下地膜の上には薄膜トランジスタの他に光透過性の画素電極が形成される。しかしながら、下地膜や画素電極を積層すると、各膜の屈折率の違いに起因する外来光の反射が起こる。
【0008】
バックライトを用いた従来の液晶表示装置は、光透過領域にも下地膜が形成されているため、光透過性の画素電極を形成した領域で外来光が反射すると、画像のコントラストが低下するという問題があった。
【0009】
また、部分透過型の液晶表示装置は一つの画素内に光反射領域と光透過領域が形成されている。そのため、バックライトの光を利用して画像を表示するとき、反射領域で透過光が遮られ、画面の輝度が低かった。画素電極内に反射電極を持たない全透過型のパネル構造とし、外来光をバックライトで反射させることで、バックライト使用時の輝度を向上させることができる。このような表示装置は下地膜、電極、層間絶縁膜等を積層して形成しているため、各膜の界面では屈折率の差に起因する界面反射が起きる。バックライトで外来光を反射させる全透過型液晶表示装置は、反射光で画像を表示すると画像の濃淡が逆転した反転画像が表示されるという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の代表的な液晶表示装置では、基板上に形成された薄膜トランジスタと画素電極とを有し、薄膜トランジスタはシリコン膜とゲート電極と前記画素電極に電気的に接続されたソース電極とを有し、シリコン膜と基板との間と画素電極と基板との間とには酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜と基板との間に形成された窒化シリコン膜とを有し、窒化シリコン膜の膜厚は酸化シリコンの膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【0011】
ここで、上述の窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を満たすことを特徴とする。
【0012】
また、上述の窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
0.9d≦555×m/(2×n)≦1.1d
を満たすことを特徴とする。
【0013】
また、上述の窒化シリコン膜の膜厚は、130nmから160nmの範囲であることを特徴とする。
【0014】
或いは、上述の窒化シリコン膜の膜厚は、126nmから165nmの範囲であることを特徴とする。
【0015】
また、本発明の別の代表的な液晶表示装置は、基板上に薄膜トランジスタと光透過性の画素電極とを備え、この薄膜トランジスタはポリシリコン膜とゲート電極とドレイン電極とソース電極とから構成されており、基板は下地膜を有し、当該下地膜の上にポリシリコン膜と光透過性の画素電極を配置してあり、下地膜は基板側の窒化シリコン膜と液晶層側の酸化シリコン膜とから成り、窒化シリコン膜は酸化シリコン膜より厚い。
【0016】
ここで、窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を満たす。
【0017】
また、基板側の窒化シリコン膜と光透過性画素電極との間には、酸化シリコン膜と、第2の窒化シリコン膜とを順次積層してある。酸化シリコン膜及び第2の窒化シリコンの層間絶縁膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を夫々満たす。
【0018】
更に、基板側の窒化シリコン膜と光透過性画素電極との間に配置した酸化シリコン膜は液晶側の下地膜とゲート絶縁膜と層間絶縁であり、第2の窒化シリコン膜は層間絶縁膜である。
【0019】
本発明の他の構成は、液晶層を介在させて対向させた2枚の基板のうち、一方の基板は薄膜トランジスタを有し、薄膜トランジスタは、半導体層と、ゲート線に接続されたゲート電極と、ドレイン線に接続されたドレイン電極と、画素電極に接続するソース電極とを含む。また、隣接する2本のゲート線と隣接する2本のドレイン線とで囲まれた領域内に、ソース電極に接続され液晶層を通過した外来光を反射させる反射電極を備えた反射領域と、ソース電極に接続されバックライトからの光を透過させる光透過性画素電極を備える透過領域とを有し、液晶層は反射領域と透過領域とで厚さが異なる。さらに透過領域の光透過性画素電極と基板との間に第1の膜と第2の膜を有し、第1の膜と第2の膜は屈折率が異なり、第1の膜と前記第2の膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を夫々満たす。
【0020】
ここで、第1の膜は窒化シリコンであり、第2の膜は酸化シリコンであることを特徴とする。
【0021】
また、第2の膜の上に窒化シリコンの第3の膜を有し、第3の膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を夫々満たすことを特徴とする。
【0022】
また、本発明の他の液晶表示装置は、液晶層を介して2枚の基板を対向させた液晶パネルと、前記液晶パネルの一方の面側にバックライトを有した全透過型液晶表示装置であり、一方の基板は下地膜を有し、この下地膜の上に薄膜トランジスタと光透過性の画素電極とを備え、薄膜トランジスタは、ポリシリコン膜とゲート電極とドレイン電極とソース電極とを有する。ここで、下地膜は基板側の窒化シリコン膜と液晶層側の酸化シリコン膜とから成り、窒化シリコン膜は前記酸化シリコン膜より厚く形成されている。また窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
0.9d≦555・m/(2・n)≦1.1d
を満たす。
【0023】
また下地膜と画素電極との間に、酸化シリコン膜と、第2の窒化シリコン膜とを順次積層しており、酸化シリコン膜及び第2の窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
0.9d≦555・m/(2・n)≦1.1d
を満たす。
【0024】
また上述の構成に加えて、画素電極と同一基板上にコモン電極が、或いは、他の一方の基板にコモン電極が形成されている。
【0025】
この発明によれば、コントラストを向上させ、画像の視認性を向上させた表示装置を提供することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0027】
図1は本発明の第1の実施例の液晶表示装置の画素部の平面図である。
【0028】
液晶層を介在させて対向させた2枚の基板のうち、一方の基板は薄膜トランジスタを有している。また、互いに交差するゲート線群とドレイン線群とで囲まれる各領域に、該ゲート線からの走査信号によってオンするスイッチング素子と、該ドレイン線からの映像信号が前記スイッチング素子を介して供給される画素電極とが形成されて、いわゆる画素が構成されている。これらゲート線群とドレイン線群とで囲まれた領域が画素領域である。スイッチング素子としては薄膜トランジスタがある。
【0029】
隣接する2本のゲート線1と隣接する2本のドレイン線2とで囲まれた領域に1つの画素が形成される。この画素を3種類(赤用画素、緑用画素、青用画素)使ってカラー画像をパネル前面に表示することができる。
【0030】
1つの画素内に、反射電極3の形成された光反射領域と、反射電極の形成されていない光透過領域4とを備えている。光透過領域は反射電極3に開口を設けることにより形成される。光透過領域4には透明電極7が形成されており、反射電極3と透明電極4とで画素電極を構成している。
【0031】
反射電極より下層にはゲート線(ゲート電極)1、ドレイン線(ドレイン電極)2、ポリシリコン膜5、ストレージ線(ストレージ電極)6、透明電極7が形成されている。
【0032】
図2は図1のI−I線に沿った断面図である。
【0033】
薄膜トランジスタを形成する基板8の上に第1の下地膜9が形成され、第1の下地膜9の上に第2の下地膜10が形成されている。そして、第2の下地膜の上にポリシリコン膜5が形成されている。
【0034】
ポリシリコン膜は固相成長法またはレーザアニール法により形成することができる。固相成長法は基板全体を高温で加熱するため石英ガラス等の熱に強い材料を使用しなけばならない。一方、レーザアニール法は、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン層をレーザでアニールして形成される。そのため、基板全体を高温で加熱する必要がない。固相成長法に比べ低温で形成できるポリシリコン膜は、無アルカリガラスと称されるガラス基板上に形成される。このガラス基板は不純物を含んでいる。不純物がポリシリコン膜に浸透しないようにガラス基板上に下地膜を形成してある。
【0035】
ポリシリコン膜を形成するためには酸化シリコン膜上で結晶化させることにより、粒界の少ない層を形成できる。しかしながら、酸化シリコン膜でガラス基板からの不純物を浸透を抑制するためには、酸化シリコン膜の膜厚を厚くしなけばならない。
【0036】
そこで、第1の下地膜9として窒化シリコン膜を形成した。窒化シリコン膜はポリシリコン膜5の形成には不向きであるが、ガラス基板8からポリシリコン膜5への不純物の浸透を抑制するこができる。よって、ガラス基板からのナトリウム等の拡散によるトランジスタ特性の劣化を抑制できる。
【0037】
第2の下地膜10として酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜上にポリシリコン膜5を形成することで粒径の大きな結晶化したシリコンを形成できる。さらに酸化膜を形成することによりトランジスタのしきい電圧の変動を防ぐことができる。
【0038】
第1の下地膜9として窒化シリコン膜を形成し、第2の下地膜10として酸化シリコンを形成することで、全体として薄い下地膜を形成することができる。下地膜が薄くなることにより、うねりの少ない下地膜を形成でき、膜厚の変化の少なくすることができる。
【0039】
ポリシリコン膜5を覆ってゲート絶縁膜12が形成される。ゲート絶縁膜12の上にゲート電極1が形成される。ゲート絶縁膜12はポリシリコン膜5とゲート電極1を絶縁するために配置されている。本実施例において、ゲート絶縁膜12は酸化シリコン膜で、ゲート電極1はモリブデンタングステンである。
【0040】
ゲート絶縁膜12の上層に、ゲート線1を覆って第1の層間絶縁膜13が形成されている。第1の層間絶縁膜13は酸化シリコン膜で形成され、主にゲート電極1とドレイン電極2またはソース電極14との絶縁を目的としている。
【0041】
ゲート絶縁膜12と第1の層間絶縁膜にはコンタクトホール15が形成され、コンタクトホール15でドレイン電極1と半導体層5、及びソース電極14と半導体層5が接続している。本実施例において、ドレイン電極及びソース電極は上層にチタン、中層にアルミニウム、下層にチタンの3層構造(チタン/アルミニウム/チタン)である。上層と下層にチタンを配置することで、ポリシリコン膜5及び透明電極(ITO)7との電気的接続を確実にしている。
【0042】
第1の層間絶縁膜13上にドレイン電極2とソース電極14を覆って第2の層間絶縁膜16が形成されている。第2の層間絶縁膜16は窒化シリコン膜である。第2の層間絶縁膜16に窒化シリコンを用いることで、有機絶縁膜18から薄膜トラジスタへの汚染物質の浸透を防止し、かつ有機絶縁膜18と第2の層間絶縁膜との密着性が向上する。
【0043】
第2の層間絶縁膜16の上に透明電極7が形成されている。第2の層間絶縁膜16にはコンタクトホール15が形成され、コンタクトホール15でソース電極14と透明電極7が電気的に接続されている。透明電極はITO(Indium Tin Oxide)を使用している。
【0044】
第2の層間絶縁膜16の上には透明電極7を部分的に覆って第3の層間絶縁膜18が形成されている。第3の層間絶縁膜は有機材料で形成されている(有機絶縁膜)。有機絶縁膜18を配置することにより、ゲート線またはドレイン線等の配線間の結合容量を低減することができる。結合容量を低減することにより、液晶表示装置の消費電力を低減することができる。
【0045】
第3の層間絶縁膜18の上に反射電極3が形成されている。反射電極3は上層にチタンタングステン、下層にアルミニウムの2層構造(チタンタングステン/アルミニウム)である。チタンタングステンは透明電極7との電気的接続を確実にしている。
【0046】
図3は図1のII−II線に沿った断図面である。
反射電極3の形成されている領域が反射領域RA、反射電極の形成されていない領域が透過領域TAである。
【0047】
ガラス基板8の上に第1の下地膜9と第2の下地膜10が形成されている。これらの下地膜は画素領域全体に形成されている。低温ポリシリコンの製造工程の途中で下地膜を除いてしまうと、その後のホトリソの工程で現像液、エッチング液、レジスト除去液等がガラス基板に直接触れる。そのため、ガラス基板のナトリウム等のイオンが溶出する。
【0048】
下地膜により、ホトリソ工程で現像液、エッチング液、レジスト除去液等がガラスに接触しないため、フィルタを通してからこれらの液を再利用することが可能であり、ライン全体を汚染を防止することができる。また、製造コストを低減できる。
【0049】
第2の下地膜の上にポリシリコン膜5が形成され、第2の下地膜の上にポリシリコン膜を覆って第1の層間絶縁膜13が形成されている。第1の層間絶縁膜の上にはストレージ電極6が形成されている。ストレージ電極6はソース電極14及び透明電極7と絶縁膜を介して対向し、保持容量を形成している。
【0050】
またストレージ電極6は反射領域RA内に形成されるため光を透過させる必要がない。よって、モリブデンタングステン膜で形成できる。
【0051】
第3の層間絶縁膜18は一部に開口部を有している。図1に示すように、反射電極3は第3の層間絶縁膜の開口をトレースして開口部4を形成している。反射電極は第3の層間絶縁膜の開口部に接続部11を有している。この接続部11で透明電極7と電気的に接続している。
【0052】
また、第3の層間絶縁膜18は透明電極7との間に角度θをもつ傾斜部17を持っている。角度θは90度よりも小さく、約45度である。傾斜部17を形成することで、配向膜のラビング斑を少なくしている。
【0053】
透明電極7は反射電極の開口部4よりも広い領域に形成されている。ガラス基板の下方には図示しないバックライトが配置され、透明電極7はバックライトからの光を透過させる光透過性画素電極である。
【0054】
画素部は液晶層19を介在して対向電極20を備える対向基板21と対向している。また液晶層の厚さ(ギャップ)は反射領域のギャップL1と透過領域のギャップL2とで異なっている。すなわち液晶層は反射領域と透過領域とで厚さが異なる。
【0055】
本実施例では上述の構成をノーマリブラック表示の液晶表示装置に適用した。
【0056】
ノーマリブラック表示の液晶表示装置は、ノーマリホワイト表示の液晶表示装置よりも光の透過率が高い、そのため濃いカラーフルタを使用することができ、色再現性に優れている。
【0057】
さらに、透過領域のギャップL2を反射領域のギャップL1よりも大きくすることで、輝度を向上させることができる。
【0058】
透過領域においては、光透過性の膜が積層されており、これらの積層された膜は屈折率が異なる。対向基板側からの外来光の反射を防止するために光透過性の膜の膜厚を制御してある。
【0059】
透過領域において、透明電極7とガラス基板8との間に、第1の下地膜9、第2の下地膜10、ゲート絶縁膜12、第1の層間絶縁膜13がある。
【0060】
これらの各膜が、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を夫々満たすように構成する。
【0061】
このように構成することで、透過領域での外来光の反射を抑制でき、コントラストの向上した液晶表示装置を提供できる。
【0062】
図4に各膜又は層の材質と厚さ(膜厚)と波長が555nmの時の屈折率のより具体的な実施例を示す。本実施例では透過領域のギャップL2は5.2μm、反射領域のギャップL1は3.7μmとした。
【0063】
第1の下地膜と第2の下地膜は屈折率が異なる。ポリシリコン膜をガラス基板の不純物から保護するために、第1の下地膜は少なくとも45nmあれば良い。本実施例では、第1の下地膜9の材質は窒化シリコンであり、屈折率は2.0、膜厚は130nm〜150nmである。第2の下地膜10の材質は酸化シリコンであり、屈折率は1.5、膜厚は100nmである。第1の下地膜を第2の下地膜よくり厚く形成した。
【0064】
ゲート絶縁膜12の材質は第2の下地膜と同様に酸化シリコンであり、屈折率は2.0、膜厚は100nmである。第1の層間絶縁膜13の材質は第2の下地膜と同様に酸化シリコンであり、屈折率は2.0、膜厚は540nmである。第2の層間絶縁膜16の材質は窒化シリコンであり、屈折率は2.0、膜厚は200nmである。透明電極の材質はITOであり、屈折率は2.0、膜厚は77nmである。また、配向膜22と液晶の屈折率は1.5である。
【0065】
これらの各膜のうち、液晶層側の下地膜である第2の下地膜はゲート絶縁膜及び第1の層間絶縁膜と同じ屈折率を持つので同一の膜とみなすことができる。また第2の層間絶縁膜と透明電極もほぼ同じ屈折率を持つので同一の膜としてみなすことができる。よって、第1の膜は第1の下地膜である窒化シリコン膜であり、屈折率は2.0、膜厚は130nm〜150nmである。第2の膜は第2の下地膜とゲート絶縁膜と第1の層間絶縁膜とにより構成された酸化シリコン膜であり、屈折率は1.5、膜厚は740nmである。さらに第3の膜は屈折率2.0、膜厚は277nmである。
【0066】
上述の膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を夫々満たす。(mは負でない任意の整数)
このように構成することで、透過領域での外来光の反射を抑制でき、コントラストの向上した液晶表示装置を提供できる。
【0067】
より好ましくは、第1の下地膜を140nmとすると良い。
【0068】
図5は、第2の下地膜とゲート絶縁膜と第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜を図4の値とし、第1の下地膜を50nm〜180nmに変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。また、図6は図5の第1の下地膜が50nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図、図7は図5の第1の下地膜が140nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。
【0069】
図5、図6、図7から明らかなように、下地膜を140nmとしたときに最も視感度補正反射率が低い。
【0070】
この値は膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき、
d=555・m/2・n
と一致する。人間にとって555nmの波長の光が最も感度が良く、555nm近傍の波長の反射を抑制することで、コントラストを向上することができる。
【0071】
計算値に加え製造誤差を考慮して膜厚の約10%の厚さを加減する必要がある。好ましくは膜厚を10nmの誤差に制御すると良い。
【0072】
図8はノーマリブラック表示の部分透過型液晶表示装置のフィルム構成を示した図である。
【0073】
透過領域の液晶層の厚さは、偏向板及び位相差板を考慮し、液晶層を1回通過する透過光に対しコントラスト及び透過率等の透過光学特性が最良となるように設定してある。また、反射領域の液晶層の厚さは、偏向板及び位相差板を考慮し、液晶層を2回通過する反射光に対しコントラスト及び透過率等の透過光学特性が最良となるように設定してある。このため、液晶層、反射電極、液晶層の順で通過した光が位相差板、偏向板で遮られて黒表示をする場合、透過領域からの反射光は通過してきた液晶層の厚さが異なるため液晶層のリタデーションが異なり、位相差板及び偏向板では遮れない偏向状態になっている。
【0074】
すなわち、透過領域のギャップL2と反射領域のギャップL1とに差が無い場合には、液晶のリタデーションが透過領域と反射領域とで同じため、位相差板と偏向板とにより光が遮られていた。しかしながら、透過領域のギャップL2と反射領域のギャップL1とに差がある場合、液晶のリタデーションが透過領域と反射領域とで異なり、透過領域からの反射光を遮ることができない。
【0075】
図9は本発明を適用する液晶表示装置24の一部断面を含む斜視図である。液晶表示装置24は、フレーム25内に画像表示面のある対向基板21と、対向基板21と液晶層を介して配置したガラス基板8と、ガラス基板8の背面に配置したバックライト組立て23を含んで構成されている。
【0076】
本発明は、透過領域における外来光の反射を抑制することができるため、特に透過領域のギャップL2と反射領域のギャップL1とに差がある液晶表示装置において、コントラストを向上させることができる。
【0077】
多層膜からの反射光は、多層膜を構成する個々の層の屈折率が異なっていることにより各層間での界面反射が生じ、この界面反射が干渉して生じる。
【0078】
低温ポリシリコン薄膜トランジスタでは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、有機層間絶縁膜、ITOであるが、このうち、屈折率の大きい膜について光化学的厚さをn・d(n:屈折率、d:膜厚)を555/2(nm)とすることにより最も視感度の高い緑の波長の光に対し、屈折率の大きい膜の両界面で反射光の位相が逆となり相殺するため、反射率が小さくなる。
【0079】
また、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、透明電極の膜厚は低温ポリシリコントランジスタ及び保持容量の電気的特性に最適な膜厚にしたまま、下地膜に用いる窒化シリコンの膜厚を前述の実施例のようにすることで界面反射を低減することができる。
【0080】
図10は本発明の第2の実施例を説明するための図であり、液晶表示装置の画素部の平面図である。また、図10は画素部に外光を反射させて画像を表示するための反射電極を備えていない全透過型の表示装置に適用される。
【0081】
液晶層を介在させて対向させた2枚の基板のうち、一方の基板(第1の基板)には薄膜トランジスタが形成されている。また、後述する他の基板(第2の基板)にはカラーフィルタが形成されている。
【0082】
互いに交差するゲート線1群とドレイン線2群とで囲まれる各領域に、該ゲート線1からの走査信号によってオンするスイッチング素子と、該ドレイン線2からの映像信号が前記スイッチング素子を介して供給される画素電極3とが形成されている。これらゲート線群とドレイン線群とで囲まれた領域が画素領域である。スイッチング素子としては薄膜トランジスタ(TFT)がある。薄膜トランジスタはゲート線に接続しているゲート電極G、多結晶シリコン膜5、ドレイン線に接続しているドレイン電極D、画素電極に接続しているソース電極Sから構成されている。
【0083】
隣接する2本のゲート線1と隣接する2本のドレイン線2とで囲まれた領域に1つの画素が形成される。この画素を3種類(赤用画素、緑用画素、青用画素)使ってカラー画像をパネル前面に表示することができる。
【0084】
1つの画素内に、コモン電極Cと画素電極3が形成されている。またコモン電極Cと画素電極3は同一基板上に形成され、いわゆる横電界(In−Plain Switching)方式の液晶表示装置を構成している。コモン電極Cに接続しているコモン線6はゲート線の上層に平行して配置することで画素を大きくしている。
【0085】
図11は図10のI−I線に沿った断面図である。
【0086】
薄膜トランジスタはガラス基板8上に形成され、ガラス基板8は無アルカリガラスと称されるガラスを使用する。このガラス基板8は不純物を含んでおり、不純物がポリシリコン膜5に浸透して基板上に形成した薄膜トランジスタのトランジスタ特性が劣化する可能性がある。ガラス基板8からポリシリコン膜5への不純物の浸透を抑制するために、ガラス基板8とポリシリコン膜5との間に窒化シリコン、酸化シリコン等の下地膜を形成する。下地膜はパネル全面に形成され、下地膜の上には薄膜トランジスタの他に光透過性の画素電極3、コモン電極Cが形成される。
【0087】
薄膜トランジスタを形成する基板8の上に第1の下地膜9が形成され、第1の下地膜9の上に第2の下地膜10が形成されている。そして、第2の下地膜の上にポリシリコン膜5が形成されている。それらの形成方法や、第1の層間絶縁膜や第2の層間絶縁膜等の構成、形成方法は第1の実施形態と同様である。
【0088】
第2の層間絶縁膜上に形成される有機絶縁膜18は平坦化膜とも呼ばれ、有機絶縁膜18を形成することで、コモン電極Cおよび画素電極3を形成する面は第2層間絶縁膜16の凹凸に影響されない平坦な面を形成できる。有機絶縁膜18を配置することにより、ゲート線およびドレイン線とコモン線との配線間の結合容量を低減することができる。結合容量を低減することにより、液晶表示装置の消費電力を低減することができる。
【0089】
有機絶縁膜18の上にコモン電極Cおよび画素電極3が形成される。コモン電極Cと画素電極3は画素内に形成されており、光透過性の膜である。例えば、透明電極としてITO(Indium Tin Oxide)が使用される。
【0090】
第2層間絶縁膜16と有機絶縁膜18にはソース電極Sと画素電極3とを電気的に接続するためのコンタクトホール15が形成されている。
【0091】
本実施例では上述の構成をノーマリブラック表示の液晶表示装置に適用した。
【0092】
画素部においては、光透過性の膜が積層されており、これらの積層された膜は屈折率が異なる。対向基板側からの外来光の反射を防止するために光透過性の膜の膜厚を制御してある。
【0093】
図12は図10のII−II線に沿った断面図である。
【0094】
下地膜を有することにより、ホトリソ工程で現像液、エッチング液、レジスト除去液等がガラスに接触しないので、ガラス基板からのナトリウム等のイオンの溶出を抑制できる。イオンの溶出が無ければ、フィルタを通してからこれらの液を再利用することが可能であり、ライン全体の汚染を防止することができる。また、製造コストを低減できる。
【0095】
第2の下地膜の上にゲート絶縁膜12、第1層間絶縁膜13、第2層間絶縁膜16、有機絶縁膜18が積層されている。有機絶縁膜18の上には画素電極3とコモン電極Cとが同一基板上に形成されている。配向膜22は有機絶縁膜18、画素電極3、コモン電極Cとを覆って形成されている。配向膜22に接して液晶層が形成される。
【0096】
これらの膜は画素内に配置されており、光透過特性を持っている。特に画素電極とコモン電極は所定の電圧が印加されるため透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide)で形成されている。画素電極とコモン電極の間の電界により液晶分子を制御し光の透過量を制御している。
【0097】
理想的には、各膜において膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
d=555・m/(2・n)
を夫々満たすように構成する。しかし実際は製造誤差等があるため計算値に加え膜厚の約10%の厚さを加減する必要がある。好ましくは膜厚を10nmの誤差に制御すると良い。
【0098】
画素領域において、ガラス基板8上には相対的に屈折率の低い第2下地膜10、ゲート絶縁膜12、第1層間絶縁膜13、平坦化膜18と、相対的に屈折率の高い第1の下地膜9、第2の層間絶縁膜16がある。
【0099】
相対的に屈折率の高い各膜が、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
0.9d≦555・m/(2・n)≦1.1d
を夫々満たすように構成する。上記範囲では膜厚の±10%を誤差範囲として許容しているが、膜厚dが200nmを超える場合は所定の膜厚の±15%迄許容できる。このように構成することで、屈折率の高い膜から屈折率の低い膜に光が通過する際の、屈折率の違いに起因する外来光の反射を抑制でき、反転画像の表示を抑制できる。
【0100】
さらに、相対的に屈折率の低い膜が、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
0.9d≦555・m/(2・n)≦1.1d
を夫々満たすように構成する。上記範囲では膜厚の±10%を誤差範囲として許容しているが、膜厚dが200nmを超える場合は所定の膜厚の±15%迄許容できる。このように構成することで、透過領域での外来光の反射をさらに抑制でき、反転画像の表示を抑制できる。
【0101】
図13に各膜又は層の材質と厚さ(膜厚)と波長が555nmの時の屈折率の具体的な実施例を示す。本実施例では透過領域のギャップL2は5.2μmとした。
【0102】
第1の下地膜と第2の下地膜は屈折率が異なる。ポリシリコン膜をガラス基板の不純物から保護するために、第1の下地膜は少なくとも45nmあれば良い。本実施例では、第1の下地膜9の材質は窒化シリコンであり、屈折率は1.85、膜厚は150nmである。第2の下地膜10の材質は酸化シリコンであり、屈折率は1.5、膜厚は100nmである。第1の下地膜を第2の下地膜より厚く形成した。
【0103】
ゲート絶縁膜12の材質は第2の下地膜と同様に酸化シリコンであり、屈折率は1.5、膜厚は100nmである。第1の層間絶縁膜13の材質は第2の下地膜と同様に酸化シリコンであり、屈折率は1.5、膜厚は540nmである。第2の層間絶縁膜16の材質は窒化シリコンであり、屈折率は1.85、膜厚は300nmである。平坦化膜18は屈折率が1.6の有機膜を使用し、膜厚は1750nmである。画素電極3およびコモン電極6はITOであり、屈折率は2.0、膜厚は140nmである。また、配向膜22と液晶の屈折率は1.5である。
【0104】
これらの各膜のうち、液晶層側の下地膜である第2の下地膜はゲート絶縁膜及び第1の層間絶縁膜と同じ屈折率を持つので同一の膜とみなすことができる。よって、第1の膜は第1の下地膜である窒化シリコン膜であり、屈折率は1.85、膜厚は150nmである。第2の膜は第2の下地膜とゲート絶縁膜と第1の層間絶縁膜とにより構成された酸化シリコン膜であり、屈折率は1.5、膜厚は740nmである。さらに第3の膜は第2層間絶縁膜、第4の膜は平坦化膜、第5の膜はITOである。
【0105】
第1の膜と第5の膜は膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
d(1−0.1)≦555・m/(2・n)≦d(1+0.1)
を満たし、
第2の膜、第3の膜、第4の膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
d(1−0.15)≦555・m/(2・n)≦d(1+0.15)
を夫々満たす。
【0106】
このように構成することで、透過領域におけるガラス基板8に形成した各種膜での外来光の反射を抑制でき、外光をパネルのバックライト側で反射させて画像を表示するときの画像の視認性を向上さることができる。特に第1の下地膜を厚く形成したので、基板からポリシリコン膜への不純物の浸透を抑制できる。
【0107】
図14および図15は画素のうち画素電極およびコモン電極の形成されていない領域の視感度補正反射率を示す図である。
【0108】
図14は、第1下地膜、第2下地膜、ゲート絶縁膜、第1層間絶縁膜、平坦化膜、ITOを図13の値とし、第2層間絶縁膜を100nm〜500nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。縦軸は視感度補正反射率、横軸は第2層間絶縁膜の膜厚である。第2層間絶縁膜が約150nmのときの視感度反射率は約0.45%で、最も視感度反射率が低い。次に約300nmのときの視感度反射率が低く、視感度反射率は約0.88%である。
【0109】
図15は、第2下地膜、ゲート絶縁膜、第1層間絶縁膜、第2層間絶縁膜、平坦化膜、ITOを図13の値とし、第1下地膜を25nm〜350nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。縦軸は視感度補正反射率、横軸は第1下地膜の膜厚である。第1下地膜が約150nmのときの視感度反射率は約0.88%で、最も視感度反射率が低い。次に約300nmのときの視感度反射率が低く、視感度反射率は約1.33%である。
【0110】
図16、図17および図18は画素のうち画素電極およびコモン電極の形成されている領域の視感度補正反射率を示す図である。
【0111】
図16は、第1下地膜、第2下地膜、ゲート絶縁膜、第1層間絶縁膜、第2層間絶縁膜、平坦化膜を図13の値とし、ITOを50nm〜300nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。縦軸は視感度補正反射率、横軸はITOの膜厚である。図16に示すとおり、ITOの膜厚が約140nmのとの視感度反射率は約1.3%であり、最も視感度反射率が低い。次に約280nmのときの視感度反射率が低く、視感度反射率は約2.1%である。
【0112】
図17は、第1下地膜、第2下地膜、ゲート絶縁膜、第1層間絶縁膜、平坦化膜、ITOを図13の値とし、第2層間絶縁膜を100nm〜400nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。縦軸は視感度補正反射率、横軸は第2層間絶縁膜の膜厚である。第2層間絶縁膜が約150nmのときの視感度反射率は約1.02%で、最も視感度反射率が低い。次に約300nmのときの視感度反射率が低く、視感度反射率は約1.3%である。
【0113】
図18は、第2下地膜、ゲート絶縁膜、第1層間絶縁膜、第2層間絶縁膜、平坦化膜、ITOを図13の値とし、第1下地膜を50nm〜325nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。縦軸は視感度補正反射率、横軸は第1下地膜の膜厚である。第1下地膜が約150nmのときの視感度反射率は約1.3%で、最も視感度反射率が低い。次に約300nmのときの視感度反射率が低く、視感度反射率は約1.56%である。
【0114】
本実施例では、図14、図17の結果に加え、容量低減、有機膜からの汚染低減等の観点から第2層間絶縁膜の膜厚は300nmとし、図15、図18から第1下地膜の膜厚は150nmとした。このような構成とすることで相対的に高い屈折率の膜から相対的に低い屈折率に光が進む際に起きる界面反射を抑制することができる。
【0115】
図19は図12の第1の下地膜が75nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図、図20は図12の第1の下地膜が150nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。図19、図20において縦軸は反射率(%)、視感度補正反射率(%)、視感度であり、横軸は光の波長(nm)である。なお、視感度は人間にとって最も視感度の強い555nmを1とした。図19において、波長が555nmのときの視感度は約0.028である。
【0116】
一方、図20において、波長が555nmのときの視感度は約0.0009であり、555nmの波長の反射光をほとんど認識できない程度まで抑制できた。人間にとって555nmの波長の光が最も感度が良く、555nm近傍の波長の反射を抑制することで、コントラストを向上することができる。
【0117】
多層膜からの反射光は、多層膜を構成する個々の層の屈折率が異なっていることにより各層間での界面反射が生じ、この界面反射が干渉して生じる。
【0118】
図21は第1基板4に、カラーフィルタを形成した第2基板7を重ね合わせたときの平面図である。特に第1基板に形成されたドレイン線とゲート線の位置と、第2基板に形成されたブラックマトリクスBMとの位置関係を説明する図である。第2基板7にはカラーフィルタとブラックマトリクスBMが形成されている。
【0119】
全透過型の液晶表示装置は金属薄膜で形成されているドレイン線やゲート線で外光が反射し、画像のコントラストが劣化する。そこで、ドレイン線およびゲート線と重なるようにブラックマトリクスBMを配置する。ブラックマトリクスBMを配置することで画像のコントラストの劣化を抑制できる。
【0120】
図22は第3の実施例を説明するための図であり、画素電極を形成した基板とコモン電極を形成した基板とを液晶層を介して対向させる液晶表示装置の平面図である。第1の実施例と同じ機能の部位には同じ参照符号を付けた。また、図22は画素部に外光を反射させて画像を表示するための反射電極を備えていない全透過型の表示装置に適用される。
【0121】
以下第2の実施例と異なる点について詳細に説明する。
【0122】
液晶層を介在させて対向させた2枚の基板のうち、一方の基板には薄膜トランジスタと、画素電極3とが形成されている。画素部分は第1の実施例と同様に、ゲート電極G、ドレイン電極D、ソース電極S、ゲート線1、ドレイン線2、画素電極3、ポリシリコン膜5、TFTを形成するためのコンタクトホール14、コンタクトホール15が形成されている。第1の実施例との大きな違いは、画素電極3と同じ層にコモン電極が形成されていない点と、ゲート線と同じ層にストレージ線(ストレージ電極)6が形成されている点である。ストレージ線を形成することで画素電極の保持容量を増大させている。
【0123】
図23は第2の基板7(カラーフィルタ基板)に形成されるブラックマトリクスBMの平面図である。ブラックマトリクスBM図22のメタル部分であるゲート電極G、ドレイン電極D、ソース電極S、ゲート線1、ドレイン線2、ストレージ線6を隠すように配置される。このように配置することで、メタル部分による外光の反射を防止でき、コントラストを向上させることができる。また、第2の基板7の液晶層対向する面は対向電極(コモン電極)Cが形成され、この対向電極Cを覆って配向膜が形成されている。
【0124】
図24は図22のIII−III線に沿った断面図である。
【0125】
ガラス基板8上に第1の下地膜9、第2の下地膜10が形成され、第2の下地膜10の上にポリシリコン膜5が形成される。ポリシリコン膜5を覆ってゲート絶縁膜12が形成され、ゲート絶縁膜上にゲート電極Gが形成される。またゲート絶縁膜12上にはゲート電極Gと同層にストレージ電極6が形成される。ゲート電極G、ストレージ電極6およびゲート絶縁膜を覆って第1の層間絶縁膜13が形成される。第1の層間絶縁膜とゲート絶縁膜の一部にはコンタクトホール14が形成されポリシリコン膜5とゲート電極G、ポリシリコン膜5とソース電極Sを夫々接続可能にしている。第1の層間絶縁膜上に形成されているドレイン電極Dとソース電極Sは下層にチタンタングステン、中層にアルミニウム、上層にチタンタングステンの3層構造になっている。図24では下層と中層を1つの膜として示した。上層のチタンタングステンは画素電極3との電気的接続を確実にしている。ドレイン電極、ソース電極および第1の層間絶縁膜を覆って第2の層間絶縁膜16が形成され、第2の層間絶縁膜を覆って有機絶縁膜18が形成される。有機絶縁膜の一部にはコンタクトホール15が形成されてソース電極と画素電極との接続を可能にしている。画素電極はITO(Indium Tin Oxide)を使用している。これらの各層を形成した第1の基板の液晶層19と対向する面には配向22膜が形成される。
【0126】
画素領域においては、光透過性の膜が積層されており、これらの積層された膜は屈折率が異なる。対向基板側からの外来光の反射を防止するために光透過性の膜の膜厚を制御してある。
【0127】
第3の実施例においても、理想的には、各膜の膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
d=555・m/(2・n)
を夫々満たすように構成する。また製造誤差、視感度等を考慮すると、計算値に加え膜厚の約10%の厚さを加減する必要がある。好ましくは膜厚を10nmの誤差に制御すると良い。
【0128】
即ち、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
0.9d≦555・m/(2・n)≦1.1d
を夫々満たすように構成する。
【0129】
また、視感度の許容範囲から、膜厚dが200nmを超える場合は所定の膜厚の±15%迄許容できる。
【0130】
即ち、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは負でない任意の整数)、
0.85d≦555・m/(2・n)≦1.15d
具体的な厚さは図13に示す通りである。
【0131】
このように構成することで、屈折率の高い膜から屈折率の低い膜に光が通過する際の、屈折率の違いに起因する外来光の反射を抑制でき、反転画像の表示を抑制できる。
【0132】
図25は本発明の実施例に共通に使用されるバックライト構体の配置を説明するための液晶表示装置の断面図である。
【0133】
液晶層19を挟んで第1の基板4と第2の基板7が対向配置されている。第1の基板と第2の基板はシール材11によって接着している。
【0134】
第2の基板の画像表示面側(画像観察面側)には偏光板20が配置されており、第1の基板のバックライト側(画像観察面と反対側)にも偏光板21が配置されている。また、第1の基板7と偏光板21との間には光拡散層17がある。さらに偏光板21のバックライト側には反射偏光板23が配置されている。
【0135】
バックライト構体は少なくとも、導光板25、光源26、反射板27から構成されている。必要に応じ光拡散シート24を導光板25の前面に配置していもよい。
【0136】
光拡散層17は拡散粘着材を使用した。拡散粘着材は光拡散機能と、偏光板と第1基板とを接着する機能とを兼ね備えている。また、導光板の前(観察窓側)に光拡散シート24を配置して光を拡散させている。
【0137】
観察窓からパネルに入射した光28は光拡散層17と光拡散シート24で拡散されて反射板27に到達する。反射した光29も拡散シート、光拡散層17を通過しパネルから射出される。ため、光が充分に拡散するため、輝度斑を抑制することができる。また、画像を斜めから見たときに発生する画像の影を防止することができ、画像認識性が良好になる。特に横電界方式の液晶表示装置は視野角が広く、このような表示装置に適用すると良い。また、反射偏光板23を配置することで、外光を有効に利用することができる。
【0138】
一方バックライトの光源26から出射された光30は導光板25内を通過し、画像表地面側に曲げられる。光30も光拡散シートおよび光拡散層で拡散されるので、画像表示面での輝度斑を抑制できる。このような構成とすることで、使用環境が暗いときはバックライトの光を使用して画像を表示し、使用環境が明るいときは外光を反射させて画像を表示できる。特に、外光を反射させて画像を表示する際の画像の反転表示を抑制することができる。
【0139】
また外光とバックライトの両方を使用することもでき、使用環境が明るい場合でもコントラストの良好な画像を表示できる。
【0140】
なお、上記各実施例では第1基板4をガラス基板として説明したが、下地膜の必要な基板であれば、同様の課題が発生する。第1基板はガラス基板以外の物を使用しても良い。また、下地膜以外であっても、光透過部に多層膜を形成した構造に適用上述の構成を適用することで、画像認識性を向上させることができる。
【0141】
本出願の優先権主張の基礎となる出願では、窒化シリコンの膜厚を、
d±10=555・m/2・n
と規定していた。しかし、先の出願では、図5、図6、図7から明らかなように、下地地膜の膜厚を140nmとしたときに最も視感度補正反射率が低くなることが示されている。つまり、この下地膜の膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき、
d=555・m/2・n
の式が満たされると記載されている。更に、製造誤差を考慮して下地膜の膜厚を約10%の厚さに加減する必要があり、好ましくは膜厚を10nmの誤差に制御すると良いとも記載されている。つまり、本発明の思想では、下地膜の膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を満たすことが条件とされているが、先の出願の明細書では式の記載に不備が存在していた。
【0142】
本発明の表示装置では、下地膜の窒化シリコンの膜厚を視感度補正屈折率が極小となる膜厚である140nmから±10nmの範囲(130nmから150nm)にすることが好ましい。しかし、この範囲は窒化シリコンの屈折率を2.0とした場合の値であり、窒化シリコンの屈折率は2.0から1.85の範囲でばらつく。屈折率が1.85の場合は150nmから±10nmの範囲(140nmから160nmの範囲)にすることが好ましい。故に、窒化シリコンの屈折率の変動を考慮すれば、下地膜の窒化シリコンの膜厚は、130nmから160nmの範囲に形成することが好ましいと言える。
【0143】
また、先の出願の明細書では、製造誤差を考慮して下地膜の窒化シリコンの膜厚を10%の厚さに加減する必要があると記載されている。この条件では、下地膜の窒化シリコンの屈折率が2.0の場合、膜厚を140nmから±14nmの範囲、つまり126nmから154nmの範囲に加減する必要がある。また、窒化シリコンの屈折率が1.85の場合、膜厚を150nmから±15nmの範囲、つまり135nmから165nmの範囲に加減する必要がある。故に、窒化シリコンの屈折率の変動を考慮すれば、下地膜の窒化シリコンの膜厚は、126nmから165nmの範囲に加減する必要があると言える。尚、製造装置、製造プロセスによっては、窒化シリコンの膜厚が15%程度ばらつく場合がある。その場合は、窒化シリコン下地膜の膜厚をおおよそ120nmから170nmの範囲に形成する必要がある。この範囲であっても、従来に比べて窒化シリコンの反射を低減することは可能である。また、上述しているように、ポリシリコン膜を基板の不純物から保護するためには第1の下地膜である窒化シリコンの膜厚は45nm以上あればよい。図4で示した窒化シリコン下地膜の膜厚の50nm〜180nmは、基板からの不純物の進入を低減する効果に主眼をおいた範囲であり、窒化シリコン膜の反射を低減する効果を更に得るためには、より狭い範囲に膜厚を抑えることが好ましい。
【0144】
尚、図5で示す下地窒化シリコン膜の膜厚と視感度補正反射率との関係は、窒化シリコン膜の屈折率を約2(概ね1.98)として求めたものであり、上記では屈折率が1.85の場合についても示している。しかし、窒化シリコン膜の屈折率は、製造装置の特性や製造プロセスにより、1.8から2.1の間で変動する。そのため、窒化シリコンの屈折率が2.1の場合は、膜厚を132nmとし、屈折率が1.8の場合は、膜厚を154nmとしたときに視感度補正反射率が最も低くなることとなる。つまり、下地膜の窒化シリコン膜の屈折率の変動を考慮した場合、窒化シリコンの膜厚を132nmから154nmの範囲で形成することにより視感度補正反射率を低く抑えることが可能となる。
【0145】
ここで、下地膜の屈折率が1.8から2.1まで変動することを考慮し、上述のように膜厚を10nmの範囲で加減した場合、膜厚を122nmから164nmの範囲にすることが好ましい。また、下地膜の窒化シリコンの膜厚を10%の厚さに加減した場合、下地膜の窒化シリコンの膜厚を118nmから169nmの範囲に加減する必要がある。
【0146】
ここで示す窒化シリコン下地膜の膜厚の規定は、画素領域内の透過部分に関するものである。
【0147】
以上、膜厚の数値を示してきたが、これらの数値は、窒化シリコンの下地膜の膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき、膜厚を±10nmの範囲で抑える場合は、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
の式を満たし、
膜厚を±a%の範囲で抑える場合は、
d×(1−0.01×a)≦555×m/(2×n)≦d(1+0.01a)
の式を満たすように膜厚を形成すると良い。
【0148】
また、上記では、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を酸化シリコンで形成しているが、窒化シリコン膜で形成しても良い。この場合は、酸化シリコン膜で挟まれたゲート絶縁膜(窒化シリコン膜)のみ反射率を考慮して上述した式で膜厚を決定してもよい。
【0149】
尚、本明細書では、基板上に形成された窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを下地膜と称しているが、下地膜とは薄膜トランジスタと基板との間に形成されている絶縁性の膜のことである。故に、当初より基板にそれらの膜が形成されているものであっても、薄膜トランジスタを作成する前に形成したものであってもよい。
【0150】
【発明の効果】
本発明によれば、透過領域からの反射を低減することで、反射画素電極とその上の液晶層と、位相差板と、偏向板とで形成される反射画像のコントラストを向上させることができる。また、本発明によれば、外光を第1基板よりも背面側で反射させて画像を表示するときの画像の視認性を向上させた表示装置を提供することができる。また反射光とバックライトの光を同時に使用するときも画像の視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の画素部の平面図である。
【図2】図1のI−I線に沿った断面図である。
【図3】図1のII−II線に沿った断面図である。
【図4】膜又は層の材質と厚さと波長が555nmの時の屈折率を示す図である。
【図5】第1の下地膜を50nm〜180nmに変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。
【図6】図5の第1の下地膜が50nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。
【図7】図5の第1の下地膜が140nmのときの光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。
【図8】ノーマリブラック表示の部分透過型液晶表示装置のフィルム構成を示した図である。
【図9】本発明を適用する液晶表示装置の一部断面を含む斜視図である。
【図10】本発明の第2の実施形態の液晶表示装置の画素部の平面図である。
【図11】図10のI−I線に沿った断面図である。
【図12】図10のII−II線に沿った断面図である。
【図13】膜又は層の材質と厚さ(膜厚)と波長が555nmの時の屈折率を示す図である。
【図14】第2層間絶縁膜を100nm〜500nmの間で変化させたときの、視感度補正した反射率を示す図である。
【図15】第1の下地膜を25nm〜350nmに変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。
【図16】ITOを50nm〜300nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。
【図17】第2層間絶縁膜を100nm〜400nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。
【図18】第1下地膜を50nm〜325nmの間で変化させたときの、視感度補正をした反射率を示す図である。
【図19】第1下地膜が75nm場合の光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。
【図20】第1下地膜が150nm場合の光の波長と視感度補正反射率の関係を示す図である。
【図21】第1基板にカラーフィルタを形成した第2基板を重ね合わせたときの平面図である。
【図22】本発明の第3の実施形態の液晶表示装置の画素領域の平面図である。
【図23】第2の基板に形成されるブラックマトリクスBMの平面図である。
【図24】図22のIII−III線に沿った断面図である。
【図25】バックライト構体の配置を説明するための液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
1、G・・・ゲート電極、2、D・・・ドレイン電極、3・・・反射電極、4・・・反射電極開口部、5・・・ポリシリコン膜、6・・・ストレージ電極(ストレージ線)、7・・・透明電極、8・・・ガラス基板、9・・・第1の下地膜、10・・・第2の下地膜、11・・・接続部、12・・・ゲート絶縁膜、13・・・第1の層間絶縁膜、S・・・ソース電極、15・・・コンタクトホール、16・・・第2の層間絶縁膜、17・・・傾斜部、18・・・有機絶縁膜、19・・・液晶層、20・・・対向電極、21・・・対向基板、22・・・配向膜、C・・・コモン電極、1・・・ゲート線、2・・・ドレイン線、3・・・画素電極、4・・・第1の基板、7・・・第2の基板、11・・・シール材、14,15・・・コンタクトホール、16・・・第2の層間絶縁膜、17・・・光拡散層、20,21・・・偏光板、23・・・反射偏光板、24・・・光拡散シート、25・・・導光板、26・・・光源、27・・・反射板。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device in which reflection of extraneous light is prevented to improve image contrast.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices are used for displays of televisions, personal computers, portable terminals, and the like. 2. Description of the Related Art Liquid crystal display devices are used as display means for small electronic terminals such as mobile phones because of their light weight and low power consumption.
[0003]
Further, since the portable terminal is used indoors and outdoors, a partially transmissive liquid crystal display device is used. A partially transmissive liquid crystal display device displays an image using external light when the use environment is bright, and displays an image using light from a backlight when the use environment is dark. (For example, see Patent Document 1). In addition, there is a liquid crystal display device that can perform a transmissive display mainly using light of a backlight and a reflective display in which light incident from an image observation side is reflected by a reflector of the backlight even with a panel of a total transmission type. . (For example, see Patent Documents 2 and 3). In many liquid crystal display devices, a thin film transistor is used as a switching element.
[0004]
In recent years, a liquid crystal display device with higher definition has been demanded, and the number of pixels of the liquid crystal display device has been increasing. With the increase in the number of pixels, a thin film transistor with a high operation speed is required. In a high-definition liquid crystal display device, polysilicon (polycrystalline silicon) is used instead of amorphous silicon as a semiconductor layer of a thin film transistor. By using polysilicon as the semiconductor layer, the operation speed of the thin film transistor is increased, and as a result, a high-definition image can be displayed. Further, a technique is known in which an upper underlayer and a lower underlayer are deposited on a glass substrate, and the semiconductor thin film on the upper underlayer is irradiated with a laser to crystallize the semiconductor thin film. (For example, see Patent Document 4).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-350158 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-98960 (paragraphs 0034-0043, FIGS. 2-3)
[Patent Document 3]
JP-A-2002-98963 (paragraphs 0001-0007, 0016-0017, FIGS. 1, 3, and 5)
[Patent Document 4]
JP-A-6-132306 (paragraphs 0002-0007, FIGS. 1-4).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, a thin film transistor is formed on a glass substrate, and the glass substrate uses glass called non-alkali glass. This glass substrate contains impurities, and the impurities penetrate into the polysilicon film, and the transistor characteristics of the thin film transistor formed on the substrate deteriorate.
[0007]
In order to suppress the penetration of impurities from the glass substrate to the polysilicon film, a base film such as silicon nitride or silicon oxide is provided between the glass substrate and the polysilicon film. A base film is formed on the entire surface of the panel, and a light-transmissive pixel electrode is formed on the base film in addition to the thin film transistor. However, when a base film and a pixel electrode are stacked, reflection of extraneous light occurs due to a difference in the refractive index of each film.
[0008]
In a conventional liquid crystal display device using a backlight, a base film is also formed in a light transmitting region, so that when external light is reflected in a region where a light transmitting pixel electrode is formed, the image contrast is reduced. There was a problem.
[0009]
Further, in a partially transmissive liquid crystal display device, a light reflection region and a light transmission region are formed in one pixel. Therefore, when displaying an image using the light of the backlight, the transmitted light is blocked in the reflection area, and the luminance of the screen is low. A total transmission panel structure having no reflective electrode in the pixel electrode is used, and external light is reflected by the backlight, so that the luminance when the backlight is used can be improved. Since such a display device is formed by stacking a base film, an electrode, an interlayer insulating film, and the like, interface reflection due to a difference in refractive index occurs at the interface between the films. A total transmission type liquid crystal display device that reflects extraneous light with a backlight has a problem that, when an image is displayed with reflected light, an inverted image in which the density of the image is reversed is displayed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In a typical liquid crystal display device of the present invention, the liquid crystal display device includes a thin film transistor and a pixel electrode formed over a substrate, and the thin film transistor includes a silicon film, a gate electrode, and a source electrode electrically connected to the pixel electrode. A silicon oxide film between the silicon film and the substrate and between the pixel electrode and the substrate, a silicon nitride film formed between the silicon oxide film and the substrate, and a thickness of the silicon nitride film. Is characterized by being thicker than the film thickness of silicon oxide.
[0011]
Here, when the silicon nitride film has a thickness of d (nm) and a refractive index of n when the wavelength is 555 nm (m is an arbitrary integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Is satisfied.
[0012]
The silicon nitride film has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (m is an arbitrary integer).
0.9d ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ 1.1d
Is satisfied.
[0013]
Further, the thickness of the silicon nitride film is in a range from 130 nm to 160 nm.
[0014]
Alternatively, the thickness of the silicon nitride film is in a range from 126 nm to 165 nm.
[0015]
Further, another typical liquid crystal display device of the present invention includes a thin film transistor and a light-transmitting pixel electrode on a substrate, and the thin film transistor includes a polysilicon film, a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode. The substrate has a base film, a polysilicon film and a light-transmissive pixel electrode are disposed on the base film, and the base film includes a silicon nitride film on the substrate side and a silicon oxide film on the liquid crystal layer side. And the silicon nitride film is thicker than the silicon oxide film.
[0016]
Here, when the thickness of the silicon nitride film is d (nm) and the refractive index at a wavelength of 555 nm is n (m is an arbitrary integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Meet.
[0017]
Further, a silicon oxide film and a second silicon nitride film are sequentially laminated between the silicon nitride film on the substrate side and the light transmitting pixel electrode. When the thickness of the silicon oxide film and the interlayer insulating film of the second silicon nitride is d (nm) and the refractive index at a wavelength of 555 nm is n (m is an arbitrary integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Satisfy each.
[0018]
Further, the silicon oxide film disposed between the silicon nitride film on the substrate side and the light-transmitting pixel electrode serves as a base film, a gate insulating film and an interlayer insulating film on the liquid crystal side, and the second silicon nitride film is an interlayer insulating film. is there.
[0019]
In another structure of the present invention, one of two substrates opposed to each other with a liquid crystal layer interposed therebetween has a thin film transistor, and the thin film transistor has a semiconductor layer, a gate electrode connected to a gate line, A drain electrode connected to the drain line and a source electrode connected to the pixel electrode are included. A reflection region having a reflection electrode connected to the source electrode and reflecting external light passing through the liquid crystal layer in a region surrounded by two adjacent gate lines and two adjacent drain lines; A transparent region having a light-transmitting pixel electrode connected to the source electrode and transmitting light from the backlight; and the thickness of the liquid crystal layer is different between the reflective region and the transmissive region. Further, a first film and a second film are provided between the light-transmitting pixel electrode in the transmission region and the substrate, and the first film and the second film have different refractive indices. The film No. 2 has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (n is an arbitrary integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Satisfy each.
[0020]
Here, the first film is made of silicon nitride, and the second film is made of silicon oxide.
[0021]
In addition, a third film of silicon nitride is provided over the second film, and the third film has a thickness d (nm) and a refractive index n at a wavelength of 555 nm (m is Any integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Are respectively satisfied.
[0022]
Further, another liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal panel having two substrates opposed to each other with a liquid crystal layer interposed therebetween, and a total transmission liquid crystal display device having a backlight on one surface side of the liquid crystal panel. One substrate has a base film, and a thin film transistor and a light transmissive pixel electrode are provided on the base film. The thin film transistor has a polysilicon film, a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode. Here, the base film includes a silicon nitride film on the substrate side and a silicon oxide film on the liquid crystal layer side, and the silicon nitride film is formed thicker than the silicon oxide film. The silicon nitride film has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (m is an arbitrary integer).
0.9d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.1d
Meet.
[0023]
Further, a silicon oxide film and a second silicon nitride film are sequentially stacked between the base film and the pixel electrode, and the silicon oxide film and the second silicon nitride film have a thickness of d (nm), When the refractive index when the wavelength is 555 nm is n (m is an arbitrary integer),
0.9d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.1d
Meet.
[0024]
In addition to the above structure, a common electrode is formed over the same substrate as the pixel electrode, or a common electrode is formed over the other substrate.
[0025]
According to the present invention, it is possible to provide a display device with improved contrast and improved image visibility.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
[0028]
One of the two substrates facing each other with a liquid crystal layer interposed therebetween has a thin film transistor. In addition, a switching element that is turned on by a scanning signal from the gate line and a video signal from the drain line are supplied to each region surrounded by the gate line group and the drain line group that intersect each other via the switching element. Are formed to form a so-called pixel. A region surrounded by the gate line group and the drain line group is a pixel region. As the switching element, there is a thin film transistor.
[0029]
One pixel is formed in a region surrounded by two adjacent gate lines 1 and two adjacent drain lines 2. A color image can be displayed on the front surface of the panel using three types of these pixels (red pixels, green pixels, and blue pixels).
[0030]
One pixel includes a light reflection region in which the reflection electrode 3 is formed and a light transmission region 4 in which the reflection electrode is not formed. The light transmitting region is formed by providing an opening in the reflective electrode 3. A transparent electrode 7 is formed in the light transmitting region 4, and the reflective electrode 3 and the transparent electrode 4 constitute a pixel electrode.
[0031]
A gate line (gate electrode) 1, a drain line (drain electrode) 2, a polysilicon film 5, a storage line (storage electrode) 6, and a transparent electrode 7 are formed below the reflective electrode.
[0032]
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II of FIG.
[0033]
A first base film 9 is formed on a substrate 8 on which a thin film transistor is formed, and a second base film 10 is formed on the first base film 9. Then, a polysilicon film 5 is formed on the second base film.
[0034]
The polysilicon film can be formed by a solid phase growth method or a laser annealing method. In the solid phase growth method, since the entire substrate is heated at a high temperature, a heat-resistant material such as quartz glass must be used. On the other hand, the laser annealing method is formed by annealing an amorphous silicon layer formed on a glass substrate with a laser. Therefore, it is not necessary to heat the entire substrate at a high temperature. A polysilicon film that can be formed at a lower temperature than the solid phase growth method is formed on a glass substrate called non-alkali glass. This glass substrate contains impurities. A base film is formed on a glass substrate so that impurities do not penetrate the polysilicon film.
[0035]
In order to form a polysilicon film, a layer with few grain boundaries can be formed by crystallization on a silicon oxide film. However, in order to suppress the penetration of impurities from the glass substrate with the silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film must be increased.
[0036]
Therefore, a silicon nitride film was formed as the first base film 9. Although the silicon nitride film is not suitable for forming the polysilicon film 5, it can suppress the penetration of impurities from the glass substrate 8 into the polysilicon film 5. Therefore, deterioration of transistor characteristics due to diffusion of sodium or the like from the glass substrate can be suppressed.
[0037]
A silicon oxide film was formed as the second base film 10. By forming the polysilicon film 5 on the silicon oxide film, crystallized silicon having a large grain size can be formed. Further, the formation of the oxide film can prevent the threshold voltage of the transistor from fluctuating.
[0038]
By forming a silicon nitride film as the first base film 9 and forming silicon oxide as the second base film 10, a thin base film as a whole can be formed. By reducing the thickness of the base film, a base film with less undulation can be formed, and a change in film thickness can be reduced.
[0039]
Gate insulating film 12 is formed to cover polysilicon film 5. Gate electrode 1 is formed on gate insulating film 12. Gate insulating film 12 is arranged to insulate polysilicon film 5 from gate electrode 1. In this embodiment, the gate insulating film 12 is a silicon oxide film, and the gate electrode 1 is molybdenum tungsten.
[0040]
A first interlayer insulating film 13 is formed on the gate insulating film 12 so as to cover the gate line 1. The first interlayer insulating film 13 is formed of a silicon oxide film, and is mainly intended to insulate the gate electrode 1 from the drain electrode 2 or the source electrode 14.
[0041]
A contact hole 15 is formed in the gate insulating film 12 and the first interlayer insulating film. The contact hole 15 connects the drain electrode 1 to the semiconductor layer 5 and the source electrode 14 to the semiconductor layer 5. In this embodiment, the drain electrode and the source electrode have a three-layer structure (titanium / aluminum / titanium) of titanium in the upper layer, aluminum in the middle layer, and titanium in the lower layer. By arranging titanium in the upper layer and the lower layer, electrical connection between the polysilicon film 5 and the transparent electrode (ITO) 7 is ensured.
[0042]
On the first interlayer insulating film 13, a second interlayer insulating film 16 is formed to cover the drain electrode 2 and the source electrode. The second interlayer insulating film 16 is a silicon nitride film. The use of silicon nitride for the second interlayer insulating film 16 prevents contaminants from penetrating from the organic insulating film 18 to the thin film transistor, and improves the adhesion between the organic insulating film 18 and the second interlayer insulating film. I do.
[0043]
The transparent electrode 7 is formed on the second interlayer insulating film 16. A contact hole 15 is formed in the second interlayer insulating film 16, and the source electrode 14 and the transparent electrode 7 are electrically connected at the contact hole 15. The transparent electrode uses ITO (Indium Tin Oxide).
[0044]
A third interlayer insulating film 18 is formed on the second interlayer insulating film 16 so as to partially cover the transparent electrode 7. The third interlayer insulating film is formed of an organic material (organic insulating film). By disposing the organic insulating film 18, the coupling capacitance between wirings such as gate lines or drain lines can be reduced. By reducing the coupling capacitance, power consumption of the liquid crystal display device can be reduced.
[0045]
The reflective electrode 3 is formed on the third interlayer insulating film 18. The reflective electrode 3 has a two-layer structure (titanium tungsten / aluminum) of titanium tungsten in the upper layer and aluminum in the lower layer. Titanium tungsten ensures electrical connection with the transparent electrode 7.
[0046]
FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
The area where the reflection electrode 3 is formed is the reflection area RA, and the area where the reflection electrode 3 is not formed is the transmission area TA.
[0047]
A first base film 9 and a second base film 10 are formed on a glass substrate 8. These base films are formed over the entire pixel region. If the underlying film is removed in the course of the low-temperature polysilicon manufacturing process, a developing solution, an etching solution, a resist removing solution, and the like come into direct contact with the glass substrate in a subsequent photolithography process. Therefore, ions such as sodium on the glass substrate are eluted.
[0048]
Due to the base film, the developing solution, etching solution, resist removing solution, etc. do not come into contact with the glass in the photolithography process, so that these solutions can be reused after passing through the filter, thereby preventing the entire line from being contaminated. . Further, the manufacturing cost can be reduced.
[0049]
A polysilicon film 5 is formed on the second base film, and a first interlayer insulating film 13 is formed on the second base film so as to cover the polysilicon film. The storage electrode 6 is formed on the first interlayer insulating film. The storage electrode 6 faces the source electrode 14 and the transparent electrode 7 via an insulating film, and forms a storage capacitor.
[0050]
Further, since the storage electrode 6 is formed in the reflection area RA, there is no need to transmit light. Therefore, it can be formed with a molybdenum tungsten film.
[0051]
The third interlayer insulating film 18 has an opening in a part. As shown in FIG. 1, the reflective electrode 3 forms an opening 4 by tracing the opening of the third interlayer insulating film. The reflection electrode has a connection portion 11 at an opening of the third interlayer insulating film. The connection portion 11 is electrically connected to the transparent electrode 7.
[0052]
The third interlayer insulating film 18 has an inclined portion 17 having an angle θ between itself and the transparent electrode 7. Is less than 90 degrees, about 45 degrees. By forming the inclined portion 17, rubbing unevenness of the alignment film is reduced.
[0053]
The transparent electrode 7 is formed in a region wider than the opening 4 of the reflection electrode. A backlight (not shown) is disposed below the glass substrate, and the transparent electrode 7 is a light-transmitting pixel electrode that transmits light from the backlight.
[0054]
The pixel portion faces a counter substrate 21 having a counter electrode 20 with a liquid crystal layer 19 interposed therebetween. The thickness (gap) of the liquid crystal layer is different between the gap L1 in the reflection region and the gap L2 in the transmission region. That is, the thickness of the liquid crystal layer differs between the reflection region and the transmission region.
[0055]
In this embodiment, the above-described configuration is applied to a normally black liquid crystal display device.
[0056]
A liquid crystal display device of a normally black display has a higher light transmittance than a liquid crystal display device of a normally white display, so that a dark color filter can be used and the color reproducibility is excellent.
[0057]
Further, the luminance can be improved by making the gap L2 of the transmission area larger than the gap L1 of the reflection area.
[0058]
In the transmission region, light-transmitting films are stacked, and these stacked films have different refractive indexes. The thickness of the light-transmitting film is controlled in order to prevent reflection of extraneous light from the counter substrate side.
[0059]
In the transmission region, between the transparent electrode 7 and the glass substrate 8, there are a first base film 9, a second base film 10, a gate insulating film 12, and a first interlayer insulating film 13.
[0060]
Assuming that each of these films has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (m is any non-negative integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Are satisfied.
[0061]
With this configuration, reflection of extraneous light in the transmission region can be suppressed, and a liquid crystal display device with improved contrast can be provided.
[0062]
FIG. 4 shows more specific examples of the material, thickness (film thickness), and refractive index when the wavelength is 555 nm of each film or layer. In this embodiment, the gap L2 in the transmissive area is 5.2 μm, and the gap L1 in the reflective area is 3.7 μm.
[0063]
The first base film and the second base film have different refractive indexes. In order to protect the polysilicon film from impurities on the glass substrate, the first underlayer may be at least 45 nm. In the present embodiment, the material of the first base film 9 is silicon nitride, the refractive index is 2.0, and the film thickness is 130 nm to 150 nm. The material of the second base film 10 is silicon oxide, the refractive index is 1.5, and the film thickness is 100 nm. The first underlayer was formed thicker than the second underlayer.
[0064]
The material of the gate insulating film 12 is silicon oxide, like the second base film, and has a refractive index of 2.0 and a thickness of 100 nm. The material of the first interlayer insulating film 13 is silicon oxide, like the second base film, and has a refractive index of 2.0 and a thickness of 540 nm. The material of the second interlayer insulating film 16 is silicon nitride, the refractive index is 2.0, and the film thickness is 200 nm. The material of the transparent electrode is ITO, the refractive index is 2.0, and the film thickness is 77 nm. The refractive indexes of the alignment film 22 and the liquid crystal are 1.5.
[0065]
Among these films, the second base film, which is the base film on the liquid crystal layer side, can be regarded as the same film because it has the same refractive index as the gate insulating film and the first interlayer insulating film. Since the second interlayer insulating film and the transparent electrode also have substantially the same refractive index, they can be regarded as the same film. Therefore, the first film is a silicon nitride film serving as a first base film, and has a refractive index of 2.0 and a thickness of 130 nm to 150 nm. The second film is a silicon oxide film composed of a second base film, a gate insulating film, and a first interlayer insulating film, and has a refractive index of 1.5 and a thickness of 740 nm. Further, the third film has a refractive index of 2.0 and a thickness of 277 nm.
[0066]
The above-mentioned film has a thickness d (nm) and a refractive index n at a wavelength of 555 nm, where n is:
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Satisfy each. (M is any non-negative integer)
With this configuration, reflection of extraneous light in the transmission region can be suppressed, and a liquid crystal display device with improved contrast can be provided.
[0067]
More preferably, the thickness of the first base film is 140 nm.
[0068]
FIG. 5 shows a case where the values of the second base film, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, and the second interlayer insulating film are set to those in FIG. 4 and the first base film is changed to 50 nm to 180 nm. It is a figure which shows the reflectance which carried out the visibility correction. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first underlayer of FIG. 5 is 50 nm, and FIG. 7 is a diagram showing the light when the first underlayer of FIG. 5 is 140 nm. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the wavelength of the luminosity and the luminosity correction reflectance.
[0069]
As is clear from FIGS. 5, 6, and 7, the visibility correction reflectance is lowest when the base film is set to 140 nm.
[0070]
This value is represented by d (nm) for the film thickness and n for the refractive index when the wavelength is 555 nm.
d = 555 · m / 2 · n
Matches. Light having a wavelength of 555 nm is the most sensitive for humans, and the contrast can be improved by suppressing reflection at a wavelength near 555 nm.
[0071]
It is necessary to adjust the thickness of about 10% of the film thickness in consideration of the manufacturing error in addition to the calculated value. Preferably, the film thickness is controlled to an error of 10 nm.
[0072]
FIG. 8 is a diagram showing a film configuration of a partially transmissive liquid crystal display device of normally black display.
[0073]
The thickness of the liquid crystal layer in the transmission region is set in consideration of the polarizing plate and the phase difference plate so that transmission optical characteristics such as contrast and transmittance are best with respect to transmitted light that passes through the liquid crystal layer once. . In addition, the thickness of the liquid crystal layer in the reflection area is set in consideration of the polarizing plate and the phase difference plate so that the transmission optical characteristics such as contrast and transmittance are best with respect to the reflected light that passes through the liquid crystal layer twice. It is. For this reason, when light passing through the liquid crystal layer, the reflective electrode, and the liquid crystal layer in this order is blocked by the phase difference plate and the deflecting plate to perform black display, the reflected light from the transmission region has a thickness of the transmitted liquid crystal layer. Because of the difference, the retardation of the liquid crystal layer is different, and the liquid crystal layer is in a deflected state that cannot be blocked by the retardation plate and the deflector.
[0074]
That is, when there is no difference between the gap L2 of the transmissive area and the gap L1 of the reflective area, the retardation of the liquid crystal is the same in the transmissive area and the reflective area. . However, when there is a difference between the gap L2 of the transmission region and the gap L1 of the reflection region, the retardation of the liquid crystal is different between the transmission region and the reflection region, and the reflected light from the transmission region cannot be blocked.
[0075]
FIG. 9 is a perspective view including a partial cross section of a liquid crystal display device 24 to which the present invention is applied. The liquid crystal display device 24 includes an opposing substrate 21 having an image display surface in a frame 25, a glass substrate 8 disposed on the opposing substrate 21 via a liquid crystal layer, and a backlight assembly 23 disposed on the back surface of the glass substrate 8. It is composed of
[0076]
The present invention can suppress the reflection of extraneous light in the transmission region, and therefore can improve the contrast, particularly in a liquid crystal display device having a difference between the transmission region gap L2 and the reflection region gap L1.
[0077]
Reflected light from the multilayer film is caused by interfacial reflection between the respective layers due to the difference in the refractive index of the individual layers constituting the multilayer film, and the interfacial reflection is caused by interference.
[0078]
The low-temperature polysilicon thin film transistor includes a silicon oxide film, a silicon nitride film, an organic interlayer insulating film, and ITO. Among these, a film having a large refractive index has a photochemical thickness of n · d (n: refractive index, d: film). When the thickness is set to 555/2 (nm), the phase of the reflected light is reversed at both interfaces of the film having a large refractive index to cancel the green light having the highest visibility, so that the reflectance is small. Become.
[0079]
Further, while the thicknesses of the gate insulating film, the interlayer insulating film, and the transparent electrode are set to the optimum thickness for the electrical characteristics of the low-temperature polysilicon transistor and the storage capacitor, the thickness of the silicon nitride used for the base film is set in the above-described embodiment. By doing so, interface reflection can be reduced.
[0080]
FIG. 10 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention, and is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display device. FIG. 10 is applied to a total transmission type display device which does not have a reflective electrode for displaying an image by reflecting external light to a pixel portion.
[0081]
A thin film transistor is formed on one of the two substrates facing each other with a liquid crystal layer interposed therebetween (first substrate). A color filter is formed on another substrate (second substrate) described later.
[0082]
In each region surrounded by a group of gate lines 1 and a group of drain lines 2 which intersect each other, a switching element which is turned on by a scanning signal from the gate line 1 and a video signal from the drain line 2 are transmitted through the switching element. The supplied pixel electrode 3 is formed. A region surrounded by the gate line group and the drain line group is a pixel region. As a switching element, there is a thin film transistor (TFT). The thin film transistor comprises a gate electrode G connected to a gate line, a polycrystalline silicon film 5, a drain electrode D connected to a drain line, and a source electrode S connected to a pixel electrode.
[0083]
One pixel is formed in a region surrounded by two adjacent gate lines 1 and two adjacent drain lines 2. A color image can be displayed on the front surface of the panel using three types of these pixels (red pixels, green pixels, and blue pixels).
[0084]
The common electrode C and the pixel electrode 3 are formed in one pixel. The common electrode C and the pixel electrode 3 are formed on the same substrate, and constitute a so-called in-plane switching (In-Plane Switching) type liquid crystal display device. The pixel is enlarged by arranging the common line 6 connected to the common electrode C in parallel with the upper layer of the gate line.
[0085]
FIG. 11 is a sectional view taken along the line II of FIG.
[0086]
The thin film transistor is formed on a glass substrate 8, and the glass substrate 8 uses glass called non-alkali glass. The glass substrate 8 contains impurities, and there is a possibility that the impurities permeate the polysilicon film 5 and deteriorate the transistor characteristics of the thin film transistor formed on the substrate. In order to suppress the penetration of impurities from the glass substrate 8 to the polysilicon film 5, a base film such as silicon nitride or silicon oxide is formed between the glass substrate 8 and the polysilicon film 5. A base film is formed on the entire surface of the panel. On the base film, a light-transmissive pixel electrode 3 and a common electrode C are formed in addition to the thin film transistor.
[0087]
A first base film 9 is formed on a substrate 8 on which a thin film transistor is formed, and a second base film 10 is formed on the first base film 9. Then, a polysilicon film 5 is formed on the second base film. The method for forming them, the configuration of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, and the forming method are the same as those in the first embodiment.
[0088]
The organic insulating film 18 formed on the second interlayer insulating film is also called a flattening film, and the surface on which the common electrode C and the pixel electrode 3 are formed is formed by forming the organic insulating film 18. A flat surface which is not affected by the 16 irregularities can be formed. By disposing the organic insulating film 18, the coupling capacitance between the gate line and the drain line and the common line can be reduced. By reducing the coupling capacitance, power consumption of the liquid crystal display device can be reduced.
[0089]
The common electrode C and the pixel electrode 3 are formed on the organic insulating film 18. The common electrode C and the pixel electrode 3 are formed in the pixel, and are light transmitting films. For example, ITO (Indium Tin Oxide) is used as the transparent electrode.
[0090]
A contact hole 15 for electrically connecting the source electrode S and the pixel electrode 3 is formed in the second interlayer insulating film 16 and the organic insulating film 18.
[0091]
In this embodiment, the above-described configuration is applied to a normally black liquid crystal display device.
[0092]
In the pixel portion, light-transmitting films are stacked, and these stacked films have different refractive indexes. The thickness of the light-transmitting film is controlled in order to prevent reflection of extraneous light from the counter substrate side.
[0093]
FIG. 12 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
[0094]
By having the base film, the developing solution, the etching solution, the resist removing solution and the like do not come into contact with the glass in the photolithography process, so that the elution of ions such as sodium from the glass substrate can be suppressed. If the ions are not eluted, these liquids can be reused after passing through the filter, and contamination of the entire line can be prevented. Further, the manufacturing cost can be reduced.
[0095]
A gate insulating film 12, a first interlayer insulating film 13, a second interlayer insulating film 16, and an organic insulating film 18 are stacked on the second base film. The pixel electrode 3 and the common electrode C are formed on the same substrate on the organic insulating film 18. The alignment film 22 is formed to cover the organic insulating film 18, the pixel electrode 3, and the common electrode C. A liquid crystal layer is formed in contact with the alignment film 22.
[0096]
These films are arranged in the pixel and have light transmission characteristics. In particular, the pixel electrode and the common electrode are formed of ITO (Indium Tin Oxide) which is a transparent conductive film because a predetermined voltage is applied. The liquid crystal molecules are controlled by the electric field between the pixel electrode and the common electrode to control the amount of transmitted light.
[0097]
Ideally, when the thickness of each film is d (nm) and the refractive index at a wavelength of 555 nm is n (m is any non-negative integer),
d = 555 · m / (2 · n)
Are respectively satisfied. However, in practice, there is a manufacturing error or the like, so it is necessary to add or subtract about 10% of the film thickness in addition to the calculated value. Preferably, the film thickness is controlled to an error of 10 nm.
[0098]
In the pixel region, a second base film 10 having a relatively low refractive index, a gate insulating film 12, a first interlayer insulating film 13, and a planarizing film 18 having a relatively low refractive index are provided on a glass substrate 8. Underlayer 9 and a second interlayer insulating film 16.
[0099]
When each film having a relatively high refractive index has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (m is any non-negative integer),
0.9d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.1d
Are respectively satisfied. In the above range, ± 10% of the film thickness is allowed as the error range, but when the film thickness d exceeds 200 nm, it can be up to ± 15% of the predetermined film thickness. With such a configuration, when light passes from a film having a high refractive index to a film having a low refractive index, reflection of extraneous light caused by a difference in the refractive index can be suppressed, and display of an inverted image can be suppressed.
[0100]
Further, when the film having a relatively low refractive index has a thickness d (nm) and a refractive index n when the wavelength is 555 nm (m is any non-negative integer),
0.9d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.1d
Are respectively satisfied. In the above range, ± 10% of the film thickness is allowed as the error range, but when the film thickness d exceeds 200 nm, it can be up to ± 15% of the predetermined film thickness. With this configuration, it is possible to further suppress the reflection of extraneous light in the transmission region, and to suppress the display of the inverted image.
[0101]
FIG. 13 shows a specific example of the material and thickness (film thickness) of each film or layer and the refractive index when the wavelength is 555 nm. In this embodiment, the gap L2 of the transmission region is set to 5.2 μm.
[0102]
The first base film and the second base film have different refractive indexes. In order to protect the polysilicon film from impurities in the glass substrate, the first underlayer may be at least 45 nm. In the present embodiment, the material of the first base film 9 is silicon nitride, the refractive index is 1.85, and the film thickness is 150 nm. The material of the second base film 10 is silicon oxide, the refractive index is 1.5, and the film thickness is 100 nm. The first underlayer was formed thicker than the second underlayer.
[0103]
The material of the gate insulating film 12 is silicon oxide, like the second base film, and has a refractive index of 1.5 and a thickness of 100 nm. The material of the first interlayer insulating film 13 is silicon oxide, like the second base film, and has a refractive index of 1.5 and a thickness of 540 nm. The material of the second interlayer insulating film 16 is silicon nitride, the refractive index is 1.85, and the film thickness is 300 nm. The flattening film 18 uses an organic film having a refractive index of 1.6 and a thickness of 1750 nm. The pixel electrode 3 and the common electrode 6 are made of ITO, have a refractive index of 2.0, and a thickness of 140 nm. The refractive indexes of the alignment film 22 and the liquid crystal are 1.5.
[0104]
Among these films, the second base film, which is the base film on the liquid crystal layer side, can be regarded as the same film because it has the same refractive index as the gate insulating film and the first interlayer insulating film. Therefore, the first film is a silicon nitride film serving as a first base film, and has a refractive index of 1.85 and a thickness of 150 nm. The second film is a silicon oxide film composed of a second base film, a gate insulating film, and a first interlayer insulating film, and has a refractive index of 1.5 and a thickness of 740 nm. Further, the third film is a second interlayer insulating film, the fourth film is a flattening film, and the fifth film is ITO.
[0105]
When the first film and the fifth film have a thickness of d (nm) and a refractive index of n at a wavelength of 555 nm (m is any non-negative integer),
d (1-0.1) ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ d (1 + 0.1)
The filling,
When the second film, the third film, and the fourth film have a thickness of d (nm) and a refractive index of n at a wavelength of 555 nm (n is an arbitrary non-negative integer),
d (1−0.15) ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ d (1 + 0.15)
Satisfy each.
[0106]
With this configuration, it is possible to suppress the reflection of extraneous light on the various films formed on the glass substrate 8 in the transmission region, and to view the image when displaying the image by reflecting the external light on the backlight side of the panel. Performance can be improved. In particular, since the first base film is formed thick, it is possible to suppress the penetration of impurities from the substrate to the polysilicon film.
[0107]
FIG. 14 and FIG. 15 are diagrams illustrating the luminosity correction reflectance of a region where the pixel electrode and the common electrode are not formed in the pixel.
[0108]
FIG. 14 shows the values of FIG. 13 for the first underlayer, the second underlayer, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, the flattening film, and ITO, and the second interlayer insulating film is changed between 100 nm and 500 nm. FIG. 7 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the illuminance is corrected. The vertical axis represents the visibility correction reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the second interlayer insulating film. The luminous reflectance when the second interlayer insulating film is approximately 150 nm is approximately 0.45%, which is the lowest luminous reflectance. Next, the luminous reflectance at about 300 nm is low, and the luminous reflectance is about 0.88%.
[0109]
FIG. 15 shows a case where the second base film, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, the flattening film, and the ITO have the values shown in FIG. 13 and the first base film is changed between 25 nm and 350 nm. FIG. 7 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the illuminance is corrected. The vertical axis represents the visibility correction reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the first underlayer. The luminous reflectance when the first underlayer is approximately 150 nm is approximately 0.88%, which is the lowest luminous reflectance. Next, the luminous reflectance at about 300 nm is low, and the luminous reflectance is about 1.33%.
[0110]
FIGS. 16, 17 and 18 are diagrams showing the luminosity correction reflectance of the region where the pixel electrode and the common electrode are formed among the pixels.
[0111]
FIG. 16 shows a case where the first underlayer, the second underlayer, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, and the flattening film have the values shown in FIG. 13 and the ITO is changed between 50 nm and 300 nm. FIG. 7 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the illuminance is corrected. The vertical axis represents the visibility correction reflectance, and the horizontal axis represents the ITO film thickness. As shown in FIG. 16, when the ITO film thickness is about 140 nm, the luminous reflectance is about 1.3%, which is the lowest. Next, the luminous reflectance at about 280 nm is low, and the luminous reflectance is about 2.1%.
[0112]
FIG. 17 shows the case where the first underlayer, the second underlayer, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, the flattening film, and ITO are set to the values shown in FIG. 13 and the second interlayer insulating film is changed between 100 nm and 400 nm. FIG. 7 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the illuminance is corrected. The vertical axis represents the visibility correction reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the second interlayer insulating film. The luminous reflectance when the second interlayer insulating film is approximately 150 nm is approximately 1.02%, which is the lowest luminous reflectance. Next, the luminous reflectance at about 300 nm is low, and the luminous reflectance is about 1.3%.
[0113]
FIG. 18 shows the values of FIG. 13 for the second base film, the gate insulating film, the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film, the flattening film, and ITO, and the first base film is changed between 50 nm and 325 nm. FIG. 7 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the illuminance is corrected. The vertical axis represents the visibility correction reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the first underlayer. The luminous reflectance when the first underlayer is approximately 150 nm is approximately 1.3%, which is the lowest luminous reflectance. Next, the luminous reflectance at about 300 nm is low, and the luminous reflectance is about 1.56%.
[0114]
In the present embodiment, in addition to the results of FIGS. 14 and 17, the thickness of the second interlayer insulating film is set to 300 nm from the viewpoint of reducing the capacity, reducing contamination from the organic film, and the like. Was 150 nm in thickness. With such a configuration, it is possible to suppress interface reflection that occurs when light travels from a film having a relatively high refractive index to a relatively low refractive index.
[0115]
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first underlayer of FIG. 12 is 75 nm, and FIG. 20 is the wavelength of light when the first underlayer of FIG. 12 is 150 nm. FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the luminosity correction reflectance and the luminosity correction reflectance. 19 and 20, the vertical axis represents the reflectance (%), the luminosity correction reflectance (%), and the luminosity, and the horizontal axis represents the light wavelength (nm). The visibility was set to 1 at 555 nm, which is the strongest for humans. In FIG. 19, the visibility when the wavelength is 555 nm is about 0.028.
[0116]
On the other hand, in FIG. 20, the visibility at the wavelength of 555 nm was about 0.0009, and the reflected light of the wavelength of 555 nm could be suppressed to such an extent that it could hardly be recognized. Light having a wavelength of 555 nm is the most sensitive for humans, and the contrast can be improved by suppressing reflection at a wavelength near 555 nm.
[0117]
Reflected light from the multilayer film is caused by interfacial reflection between the respective layers due to the difference in the refractive index of the individual layers constituting the multilayer film, and the interfacial reflection is caused by interference.
[0118]
FIG. 21 is a plan view when the second substrate 7 on which a color filter is formed is superimposed on the first substrate 4. FIG. 3 is a diagram for explaining a positional relationship between a position of a drain line and a gate line formed on a first substrate and a position of a black matrix BM formed on a second substrate. A color filter and a black matrix BM are formed on the second substrate 7.
[0119]
In a transmissive liquid crystal display device, external light is reflected by a drain line or a gate line formed of a metal thin film, and image contrast is deteriorated. Therefore, the black matrix BM is arranged so as to overlap with the drain line and the gate line. By arranging the black matrix BM, deterioration of the image contrast can be suppressed.
[0120]
FIG. 22 is a diagram for explaining the third embodiment, and is a plan view of a liquid crystal display device in which a substrate on which a pixel electrode is formed and a substrate on which a common electrode is formed are opposed to each other via a liquid crystal layer. Parts having the same functions as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. FIG. 22 is applied to a total transmission type display device having no reflective electrode for displaying an image by reflecting external light to a pixel portion.
[0121]
Hereinafter, points different from the second embodiment will be described in detail.
[0122]
A thin film transistor and a pixel electrode 3 are formed on one of the two substrates facing each other with a liquid crystal layer interposed therebetween. As in the first embodiment, the pixel portion includes a gate electrode G, a drain electrode D, a source electrode S, a gate line 1, a drain line 2, a pixel electrode 3, a polysilicon film 5, and a contact hole 14 for forming a TFT. , A contact hole 15 is formed. The major difference from the first embodiment is that the common electrode is not formed in the same layer as the pixel electrode 3 and that the storage line (storage electrode) 6 is formed in the same layer as the gate line. The storage capacity of the pixel electrode is increased by forming the storage line.
[0123]
FIG. 23 is a plan view of the black matrix BM formed on the second substrate 7 (color filter substrate). The black matrix BM is arranged so as to hide the gate electrode G, the drain electrode D, the source electrode S, the gate line 1, the drain line 2, and the storage line 6, which are the metal portions in FIG. With such an arrangement, reflection of external light by the metal portion can be prevented, and the contrast can be improved. A counter electrode (common electrode) C is formed on the surface of the second substrate 7 facing the liquid crystal layer, and an alignment film is formed to cover the counter electrode C.
[0124]
FIG. 24 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.
[0125]
A first base film 9 and a second base film 10 are formed on a glass substrate 8, and a polysilicon film 5 is formed on the second base film 10. A gate insulating film 12 is formed to cover the polysilicon film 5, and a gate electrode G is formed on the gate insulating film. The storage electrode 6 is formed on the gate insulating film 12 in the same layer as the gate electrode G. A first interlayer insulating film 13 is formed to cover the gate electrode G, the storage electrode 6, and the gate insulating film. A contact hole 14 is formed in a part of the first interlayer insulating film and a part of the gate insulating film so that the polysilicon film 5 and the gate electrode G can be connected, and the polysilicon film 5 and the source electrode S can be connected. The drain electrode D and the source electrode S formed on the first interlayer insulating film have a three-layer structure of titanium tungsten in the lower layer, aluminum in the middle layer, and titanium tungsten in the upper layer. In FIG. 24, the lower layer and the middle layer are shown as one film. The upper layer of titanium tungsten ensures electrical connection with the pixel electrode 3. A second interlayer insulating film 16 is formed to cover the drain electrode, the source electrode, and the first interlayer insulating film, and an organic insulating film 18 is formed to cover the second interlayer insulating film. A contact hole 15 is formed in a part of the organic insulating film to enable connection between the source electrode and the pixel electrode. The pixel electrode uses ITO (Indium Tin Oxide). An alignment 22 film is formed on the surface of the first substrate on which these layers are formed, facing the liquid crystal layer 19.
[0126]
In the pixel region, light transmissive films are laminated, and these laminated films have different refractive indexes. The thickness of the light-transmitting film is controlled in order to prevent reflection of extraneous light from the counter substrate side.
[0127]
Also in the third embodiment, ideally, when the thickness of each film is d (nm) and the refractive index when the wavelength is 555 nm is n (m is any non-negative integer),
d = 555 · m / (2 · n)
Are respectively satisfied. In addition, in consideration of manufacturing errors, visibility, and the like, it is necessary to add or subtract about 10% of the film thickness in addition to the calculated value. Preferably, the film thickness is controlled to an error of 10 nm.
[0128]
That is, when the film thickness is d (nm) and the refractive index when the wavelength is 555 nm is n (m is any non-negative integer),
0.9d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.1d
Are respectively satisfied.
[0129]
Further, from the permissible range of the visibility, when the film thickness d exceeds 200 nm, it can be permitted up to ± 15% of the predetermined film thickness.
[0130]
That is, when the film thickness is d (nm) and the refractive index when the wavelength is 555 nm is n (m is any non-negative integer),
0.85d ≦ 555 · m / (2 · n) ≦ 1.15d
The specific thickness is as shown in FIG.
[0131]
With such a configuration, when light passes from a film having a high refractive index to a film having a low refractive index, reflection of extraneous light caused by a difference in the refractive index can be suppressed, and display of an inverted image can be suppressed.
[0132]
FIG. 25 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device for explaining the arrangement of a backlight structure commonly used in the embodiments of the present invention.
[0133]
The first substrate 4 and the second substrate 7 are opposed to each other with the liquid crystal layer 19 interposed therebetween. The first substrate and the second substrate are bonded with a sealant 11.
[0134]
A polarizing plate 20 is provided on the image display surface side (image observation surface side) of the second substrate, and a polarizing plate 21 is also provided on the backlight side (opposite to the image observation surface) of the first substrate. ing. There is a light diffusion layer 17 between the first substrate 7 and the polarizing plate 21. Further, a reflective polarizing plate 23 is disposed on the backlight side of the polarizing plate 21.
[0135]
The backlight assembly includes at least a light guide plate 25, a light source 26, and a reflection plate 27. If necessary, the light diffusion sheet 24 may be arranged on the front surface of the light guide plate 25.
[0136]
The light diffusion layer 17 used a diffusion adhesive. The diffusion adhesive has both a light diffusion function and a function of bonding the polarizing plate and the first substrate. Further, a light diffusion sheet 24 is arranged in front of the light guide plate (on the observation window side) to diffuse light.
[0137]
Light 28 incident on the panel from the observation window is diffused by the light diffusion layer 17 and the light diffusion sheet 24 and reaches the reflection plate 27. The reflected light 29 also passes through the diffusion sheet and the light diffusion layer 17 and is emitted from the panel. Therefore, light is sufficiently diffused, so that uneven brightness can be suppressed. In addition, it is possible to prevent the shadow of the image generated when the image is viewed from an oblique direction, and the image recognizability is improved. In particular, a horizontal electric field type liquid crystal display device has a wide viewing angle and is preferably applied to such a display device. Further, by arranging the reflective polarizing plate 23, external light can be effectively used.
[0138]
On the other hand, light 30 emitted from the light source 26 of the backlight passes through the light guide plate 25 and is bent toward the image surface ground. Since the light 30 is also diffused by the light diffusion sheet and the light diffusion layer, it is possible to suppress uneven brightness on the image display surface. With such a configuration, an image can be displayed using light from a backlight when the use environment is dark, and an image can be displayed by reflecting external light when the use environment is bright. In particular, it is possible to suppress the reverse display of an image when displaying an image by reflecting external light.
[0139]
In addition, both external light and a backlight can be used, and an image with good contrast can be displayed even in a bright environment.
[0140]
In each of the embodiments described above, the first substrate 4 is described as a glass substrate, but similar problems occur if the substrate requires a base film. An object other than a glass substrate may be used as the first substrate. In addition, even if it is other than the base film, the image recognizability can be improved by applying the above-described configuration to the structure in which the multilayer film is formed in the light transmitting portion.
[0141]
In the application on which the priority claim of the present application is based, the thickness of silicon nitride is
d ± 10 = 555 · m / 2 · n
It was prescribed. However, in the earlier application, as is apparent from FIGS. 5, 6, and 7, it is shown that the visibility correction reflectance becomes lowest when the thickness of the base ground film is 140 nm. That is, assuming that the thickness of the underlayer is d (nm) and the refractive index at a wavelength of 555 nm is n,
d = 555 · m / 2 · n
Is satisfied. Furthermore, it is described that it is necessary to adjust the thickness of the base film to about 10% in consideration of a manufacturing error, and it is preferable that the thickness be controlled to an error of 10 nm. That is, according to the concept of the present invention, when the thickness of the base film is d (nm) and the refractive index when the wavelength is 555 nm is n,
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
However, in the specification of the previous application, there was a defect in the description of the formula.
[0142]
In the display device of the present invention, it is preferable that the thickness of the silicon nitride of the base film be in the range of 140 nm to ± 10 nm (130 nm to 150 nm), which is the thickness at which the luminosity correction refractive index is minimized. However, this range is a value when the refractive index of silicon nitride is 2.0, and the refractive index of silicon nitride varies from 2.0 to 1.85. When the refractive index is 1.85, it is preferable that the refractive index is in a range of 150 nm to ± 10 nm (a range of 140 nm to 160 nm). Therefore, in consideration of the change in the refractive index of silicon nitride, it can be said that the thickness of the silicon nitride as the base film is preferably formed in the range of 130 nm to 160 nm.
[0143]
Further, in the specification of the previous application, it is described that it is necessary to adjust the thickness of the silicon nitride of the base film to 10% in consideration of a manufacturing error. Under this condition, when the refractive index of the silicon nitride of the base film is 2.0, it is necessary to adjust the film thickness in a range from 140 nm to ± 14 nm, that is, in a range from 126 nm to 154 nm. Further, when the refractive index of silicon nitride is 1.85, it is necessary to adjust the film thickness in a range from 150 nm to ± 15 nm, that is, in a range from 135 nm to 165 nm. Therefore, in consideration of the change in the refractive index of silicon nitride, it can be said that the thickness of the silicon nitride as the base film needs to be adjusted in the range from 126 nm to 165 nm. Note that the thickness of the silicon nitride may vary by about 15% depending on the manufacturing apparatus and the manufacturing process. In that case, it is necessary to form the silicon nitride underlayer in a range of about 120 nm to 170 nm. Even in this range, it is possible to reduce the reflection of silicon nitride as compared with the conventional case. Further, as described above, in order to protect the polysilicon film from impurities in the substrate, the thickness of the silicon nitride as the first base film may be 45 nm or more. The range of 50 nm to 180 nm of the thickness of the silicon nitride base film shown in FIG. 4 focuses on the effect of reducing the entry of impurities from the substrate, and further obtains the effect of reducing the reflection of the silicon nitride film. It is preferable to suppress the film thickness to a narrower range.
[0144]
Note that the relationship between the thickness of the underlying silicon nitride film and the luminosity correction reflectance shown in FIG. 5 is obtained by setting the refractive index of the silicon nitride film to about 2 (approximately 1.98). Is also 1.85. However, the refractive index of the silicon nitride film varies between 1.8 and 2.1 depending on the characteristics of the manufacturing apparatus and the manufacturing process. Therefore, when the refractive index of silicon nitride is 2.1, the film thickness is 132 nm, and when the refractive index is 1.8, the luminosity correction reflectance is the lowest when the film thickness is 154 nm. Become. That is, in consideration of the change in the refractive index of the silicon nitride film as the base film, it is possible to suppress the visibility correction reflectance by forming the silicon nitride film in the range of 132 nm to 154 nm.
[0145]
Here, in consideration of the fact that the refractive index of the base film varies from 1.8 to 2.1, when the film thickness is adjusted in the range of 10 nm as described above, the film thickness is set in the range of 122 nm to 164 nm. Is preferred. Further, when the thickness of the silicon nitride of the base film is adjusted to 10%, it is necessary to adjust the thickness of the silicon nitride of the base film from 118 nm to 169 nm.
[0146]
The definition of the film thickness of the silicon nitride underlayer shown here relates to the transmission portion in the pixel region.
[0147]
As described above, the numerical values of the film thickness have been shown. These numerical values indicate that the film thickness is ± 10 nm when the film thickness of the silicon nitride base film is d (nm) and the refractive index at a wavelength of 555 nm is n. If you want to keep in the range of
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
Satisfy the formula of
To keep the film thickness within the range of ± a%,
d × (1−0.01 × a) ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d (1 + 0.01a)
It is preferable to form the film thickness so as to satisfy the following expression.
[0148]
In the above description, the gate insulating film of the thin film transistor is formed using silicon oxide, but may be formed using a silicon nitride film. In this case, only the gate insulating film (silicon nitride film) sandwiched between the silicon oxide films may be determined by the above-described formula in consideration of the reflectance.
[0149]
Note that in this specification, the silicon nitride film and the silicon oxide film formed over the substrate are referred to as a base film, but the base film is an insulating film formed between the thin film transistor and the substrate. That is. Therefore, those films may be formed on the substrate from the beginning or may be formed before the thin film transistor is formed.
[0150]
【The invention's effect】
According to the present invention, by reducing the reflection from the transmission region, the contrast of the reflection image formed by the reflection pixel electrode, the liquid crystal layer thereon, the phase difference plate, and the deflection plate can be improved. . Further, according to the present invention, it is possible to provide a display device in which the visibility of an image when displaying an image by reflecting external light on the back side of the first substrate is improved. Also, when the reflected light and the light of the backlight are used at the same time, the visibility of the image can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the material and thickness of a film or layer and the refractive index when the wavelength is 555 nm.
FIG. 5 is a diagram showing reflectance after visibility correction when the first underlayer is changed to 50 nm to 180 nm.
6 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first base film in FIG. 5 is 50 nm.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first base film in FIG. 5 is 140 nm.
FIG. 8 is a view showing a film configuration of a partially transmissive liquid crystal display device of normally black display.
FIG. 9 is a perspective view including a partial cross section of a liquid crystal display device to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a plan view of a pixel portion of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
11 is a sectional view taken along the line II of FIG. 10;
FIG. 12 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a material or thickness (film thickness) of a film or a layer and a refractive index when a wavelength is 555 nm.
FIG. 14 is a diagram showing the reflectance corrected for visibility when the second interlayer insulating film is changed between 100 nm and 500 nm.
FIG. 15 is a diagram showing reflectance after visibility correction when the first underlayer is changed to 25 nm to 350 nm.
FIG. 16 is a diagram showing reflectance with luminosity corrected when ITO is changed between 50 nm and 300 nm.
FIG. 17 is a diagram showing the reflectance with the visibility corrected when the second interlayer insulating film is changed between 100 nm and 400 nm.
FIG. 18 is a diagram showing reflectance after luminosity correction when the first underlayer is changed between 50 nm and 325 nm.
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first underlayer is 75 nm.
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light and the luminosity correction reflectance when the first base film is 150 nm.
FIG. 21 is a plan view when a second substrate on which a color filter is formed is superimposed on a first substrate.
FIG. 22 is a plan view of a pixel region of a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view of a black matrix BM formed on a second substrate.
24 is a sectional view taken along the line III-III in FIG.
FIG. 25 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device for explaining the arrangement of the backlight assembly.
[Explanation of symbols]
1, G ... gate electrode, 2, D ... drain electrode, 3 ... reflection electrode, 4 ... reflection electrode opening, 5 ... polysilicon film, 6 ... storage electrode (storage) Line), 7: transparent electrode, 8: glass substrate, 9: first base film, 10: second base film, 11: connection part, 12: gate insulation Film, 13: first interlayer insulating film, S: source electrode, 15: contact hole, 16: second interlayer insulating film, 17: inclined portion, 18: organic Insulating film, 19: liquid crystal layer, 20: counter electrode, 21: counter substrate, 22: alignment film, C: common electrode, 1: gate line, 2: drain Line, 3 ... pixel electrode, 4 ... first substrate, 7 ... second substrate, 11 ... sealing material, 14, 15 ... contact hole , 16 ... second interlayer insulating film, 17 ... light diffusion layer, 20, 21 ... polarizer, 23 ... reflective polarizer, 24 ... light diffusion sheet, 25 ... Light guide plate, 26 light source, 27 reflector plate.

Claims (21)

基板上に形成された薄膜トランジスタと画素電極とを有する液晶表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、シリコン膜と、ゲート電極と、前記画素電極に電気的に接続されたソース電極とを有し、
前記シリコン膜と前記基板との間と、前記画素電極と前記基板との間とには、酸化シリコン膜と前記酸化シリコン膜と前記基板との間に形成された窒化シリコン膜とを有し、
前記窒化シリコン膜の膜厚は、前記酸化シリコンの膜厚よりも厚いことを特徴とする液晶表示装置。
A liquid crystal display device having a thin film transistor and a pixel electrode formed on a substrate,
The thin film transistor has a silicon film, a gate electrode, and a source electrode electrically connected to the pixel electrode,
A silicon oxide film and a silicon nitride film formed between the silicon oxide film and the substrate, between the silicon film and the substrate, and between the pixel electrode and the substrate,
A liquid crystal display device, wherein the thickness of the silicon nitride film is greater than the thickness of the silicon oxide.
前記窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
d−10≦555×m/(2×n)≦d+10
を満たすことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
When the silicon nitride film has a thickness of d (nm) and a refractive index of n when the wavelength is 555 nm (m is an arbitrary integer),
d−10 ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ d + 10
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記窒化シリコン膜は、膜厚をd(nm)、波長が555nmのときの屈折率をnとしたとき(mは任意の整数)、
0.9d≦555×m/(2×n)≦1.1d
を満たすことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
When the silicon nitride film has a thickness of d (nm) and a refractive index of n when the wavelength is 555 nm (m is an arbitrary integer),
0.9d ≦ 555 × m / (2 × n) ≦ 1.1d
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記屈折率は、2.0であることを特徴とする請求項2又は3記載の液晶表示装置。4. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the refractive index is 2.0. 前記屈折率は、1.85であることを特徴とする請求項2又は3記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the refractive index is 1.85. 前記窒化シリコン膜の膜厚は、130nmから160nmの範囲であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the silicon nitride film ranges from 130 nm to 160 nm. 前記窒化シリコン膜の膜厚は、126nmから165nmの範囲であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the thickness of the silicon nitride film ranges from 126 nm to 165 nm. 前記シリコン層と前記ゲート電極との間にはゲート絶縁膜が形成されており、
前記ゲート絶縁膜と前記画素電極との間には、前記ゲート絶縁膜に隣接した層間膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7記載の液晶表示装置。
A gate insulating film is formed between the silicon layer and the gate electrode,
8. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an interlayer film adjacent to the gate insulating film is formed between the gate insulating film and the pixel electrode.
前記層間膜は、第1の層間絶縁膜と、前記第1の層間絶縁膜と前記画素電極との間に形成された第2の層間絶縁膜とを有していることを特徴とする請求項8の何れかに記載の液晶表示装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer film includes a first interlayer insulating film, and a second interlayer insulating film formed between the first interlayer insulating film and the pixel electrode. 9. The liquid crystal display device according to any one of 8. 前記ゲート絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜とは同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項9記載の液晶表示装置。10. The liquid crystal display device according to claim 9, wherein the gate insulating film and the first interlayer insulating film are formed of the same material. 前記ゲート絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜とは酸化シリコンで形成されており、前記酸化シリコン膜と前記ゲート絶縁膜と前記第1の層間絶縁膜の合計の膜厚をd(nm)、mを任意の整数としたとき、
0.9d≦555×m/(2×1.5)≦1.1d
を満たすことを特徴とする請求項10記載の液晶表示装置。
The gate insulating film and the first interlayer insulating film are formed of silicon oxide, and the total thickness of the silicon oxide film, the gate insulating film, and the first interlayer insulating film is d (nm); When m is an arbitrary integer,
0.9d ≦ 555 × m / (2 × 1.5) ≦ 1.1d
The liquid crystal display device according to claim 10, wherein the following condition is satisfied.
前記第2の層間絶縁膜と前記画素電極の合計の膜厚をd(nm)、mを任意の整数としたとき、
0.9d≦555×m/(2×2)≦1.1d
を満たすことを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の液晶表示装置。
When the total thickness of the second interlayer insulating film and the pixel electrode is d (nm) and m is an arbitrary integer,
0.9d ≦ 555 × m / (2 × 2) ≦ 1.1d
The liquid crystal display device according to claim 8, wherein the following condition is satisfied.
前記画素電極は、反射電極と光透過性電極とを有し、
前記基板から前記反射電極までの距離と、前記基板から前記光透過性電極までの距離とは異なっていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の液晶表示装置。
The pixel electrode has a reflective electrode and a light-transmissive electrode,
13. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a distance from the substrate to the reflective electrode is different from a distance from the substrate to the light transmissive electrode.
前記反射電極と前記基板との間には、有機膜が形成されていることを特徴とする請求項13に記載の液晶表示装置。14. The liquid crystal display device according to claim 13, wherein an organic film is formed between the reflective electrode and the substrate. 前記画素電極は、光透過性の電極であり、
前記光透過性の電極と前記基板との間には、有機膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の液晶表示装置。
The pixel electrode is a light transmissive electrode,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein an organic film is formed between the light transmissive electrode and the substrate.
前記有機膜の膜厚をd(nm)、mを任意の整数としたとき、
0.9d≦555×m/(2×1.6)≦1.1d
を満たすことを特徴とする請求項14又は15のいずれかに記載の液晶表示装置。
When the thickness of the organic film is d (nm) and m is an arbitrary integer,
0.9d ≦ 555 × m / (2 × 1.6) ≦ 1.1d
The liquid crystal display device according to claim 14, wherein the following condition is satisfied.
前記基板と対向する基板上に、光透過性の対向電極が形成されていることを特徴とする請求項1乃至16の何れかに記載の液晶表示装置。17. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a light transmissive counter electrode is formed on the substrate facing the substrate. 前記基板の外側にバックライトが設けられており、前記バックライトには反射板が設けられていることを特徴とする請求項15記載の液晶表示装置。The liquid crystal display device according to claim 15, wherein a backlight is provided outside the substrate, and the backlight is provided with a reflector. 前記画素電極は、基板上に形成された有機膜の上に形成されており、
前記有機膜の上にはコモン電極も形成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の液晶表示装置。
The pixel electrode is formed on an organic film formed on a substrate,
The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a common electrode is also formed on the organic film.
前記有機膜の膜厚をd(nm)、mを任意の整数としたとき、
0.9d≦555×m/(2×1.6)≦1.1d
を満たすことを特徴とする請求項19に記載の液晶表示装置。
When the thickness of the organic film is d (nm) and m is an arbitrary integer,
0.9d ≦ 555 × m / (2 × 1.6) ≦ 1.1d
20. The liquid crystal display device according to claim 19, wherein:
前記基板の外側にバックライトが設けられており、前記バックライトには反射板が設けられていることを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置。20. The liquid crystal display device according to claim 19, wherein a backlight is provided outside the substrate, and the backlight is provided with a reflection plate.
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