JP3662013B2 - Active matrix liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、透過表示領域と反射表示領域を備えた液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device having a transmissive display area and a reflective display area.
液晶表示装置としては、互いに交差する複数本ずつのゲート配線とデータ配線とともに、アモルファスSiにより構成した薄膜トランジスタ(TFT)或いはMIM素子を基板上に形成したアクティブマトリクス型液晶表示装置が知られている。 As a liquid crystal display device, an active matrix liquid crystal display device in which a thin film transistor (TFT) or an MIM element made of amorphous Si is formed on a substrate together with a plurality of gate wirings and data wirings intersecting each other is known.
このアクティブマトリクス基板には、光源としてバックライトを利用する透過型液晶表示装置と、外部の光を反射して表示に利用する反射型液晶表示装置がある。 This active matrix substrate includes a transmissive liquid crystal display device that uses a backlight as a light source and a reflective liquid crystal display device that reflects external light and uses it for display.
これらのアクティブマトリクス型液晶表示装置において、感光性透明アクリル樹脂などの有機材料を層間絶縁膜として用い、ゲート配線及びデータ配線に絵素電極を層間絶縁膜を介して重畳させる高開口率構造の透過型液晶表示装置や反射型液晶表示装置が開発されている。 In these active matrix liquid crystal display devices, an organic material such as a photosensitive transparent acrylic resin is used as an interlayer insulating film, and transmission of a high aperture ratio structure in which pixel electrodes are superimposed on the gate wiring and data wiring through the interlayer insulating film. Type liquid crystal display devices and reflection type liquid crystal display devices have been developed.
図8(a)は、層間絶縁膜として有機絶縁膜を用いた高開口率構造の反射型液晶表示装置の平面図であり、図8(b)は、図8(a)のF−F断面を示す断面図である。 8A is a plan view of a reflective liquid crystal display device having a high aperture ratio structure using an organic insulating film as an interlayer insulating film, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. FIG.
図8に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ゲート配線1、データ配線2、駆動素子3、ドレイン電極4、補助容量電極5、ゲート絶縁膜6、絶縁性基板7、コンタクトホール8、層間絶縁膜9、反射用絵素電極10、補助容量配線12とを備えている。
The active matrix liquid crystal display device shown in FIG. 8 includes a gate line 1, a
図8に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置の反射用絵素電極10を透明の電極とすることにより透過型液晶表示装置とすることができる。
A transmissive liquid crystal display device can be obtained by using the
この高開口率構造に使用する層間絶縁膜9の材料としては、層間絶縁膜9を介して絵素電極をゲート配線及びデータ配線に重畳させることにより発生する容量を低減するために、数μmの厚さで形成することが容易であること、誘電率が窒化シリコン等と比較して小さいこと等が要求されており、有機絶縁膜が用いられている。
As a material of the
また、この高開口率構造を形成する為には、層間絶縁膜9の下層に配設されたドレイン電極4と層間絶縁膜9の上層に配設された絵素電極の電気的接触を取るために、層間絶縁膜9にコンタクトホールを形成する必要があるが、感光性アクリル樹脂を層間絶縁膜9として用いることにより、液状の樹脂材料をスピン塗布法により基板に塗布した後、フォトリソ工程にて露光し、アルカリ性溶液による現像を行うことによりパターニングし、コンタクトホールを形成することができるので、成膜とパターニングを同時に行うことが可能である。
In order to form this high aperture ratio structure, the
バックライトからの光を表示に利用する透過型液晶表示装置はバックライトを使用するため消費電力が多く、バッテリーを使用する場合、連続使用時間が短いという問題点があった。 A transmissive liquid crystal display device that uses light from a backlight for display uses a backlight and consumes a lot of power. When a battery is used, the continuous use time is short.
また反射型液晶表示装置は、バックライトを使用しないため消費電力が少なく、連続使用時間が長いという長所を持っているが、反射強度が十分ではなく、暗いところでは使用しにくいという問題点があった。 Reflective liquid crystal display devices have the advantages of low power consumption and long continuous use time because they do not use a backlight, but there are problems in that the reflection intensity is not sufficient and it is difficult to use in dark places. It was.
本発明は、絶縁性基板上に設けられた駆動素子に電気的に接続された絵素電極を有するアクティブマトリクス基板と、対向電極が形成された対向基板と、前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に介在された液晶層と、バックライトとを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記絵素電極は、反射用絵素電極と透過用絵素電極とを有し、1つの絵素の中に反射表示領域と透過表示領域とを備えるとともに、前記反射用絵素電極は傾斜部又は凹凸部を形成した層間絶縁膜上に形成され、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界領域で、前記反射用絵素電極と前記透過用絵素電極とが電気的に接続されることを特徴とする。 The present invention includes an active matrix substrate having a pixel electrode electrically connected to a driving element provided on an insulating substrate, a counter substrate on which a counter electrode is formed, and the counter substrate and the active matrix substrate a liquid crystal layer interposed between the, in the active matrix liquid crystal display device having a backlight, the picture element electrodes have a the transmissive pixel electrode and the reflective pixel electrode, the one picture element A reflective display region and a transmissive display region are provided therein, and the reflective pixel electrode is formed on an interlayer insulating film having an inclined portion or an uneven portion, and a boundary region between the reflective display region and the transmissive display region The reflective pixel electrode and the transmissive pixel electrode are electrically connected .
本発明によれば、明るいところでは反射型液晶表示装置として使用し、暗い所ではバックライトを点灯し透過型液晶表示装置として使用できる透過反射切り替え可能なアクティブマトリクス型液晶表示装置の形成が可能となる。 According to the present invention, it is possible to form an active matrix liquid crystal display device that can be used as a reflection type liquid crystal display device in a bright place and can be used as a transmission type liquid crystal display device by turning on a backlight in a dark place. Become.
本発明によれば、反射用絵素電極と透過用絵素電極とを電気的に接続しているため別々に駆動信号を入力するための配線を設ける必要がなく、アクティブマトリクス基板の構成を簡略化できる。 According to the present invention, since the reflective pixel electrode and the transmissive pixel electrode are electrically connected, it is not necessary to provide a wiring for inputting a drive signal separately, and the configuration of the active matrix substrate is simplified. Can be
本発明によれば、駆動素子の上に反射用絵素電極を形成すれば、外部からの光が駆動素子に入射することを防ぐことができる。 According to the present invention, by forming the pixel electrode reflecting on the drive element, it is possible to prevent light from the outside is incident on the driving element.
本発明によれば、透過用絵素電極は、バックライトを消灯しているときはパネルの輝度に寄与しないが、外部からの光を反射する反射用絵素電極はバックライトの点灯、消灯にかかわらずパネルの輝度に寄与するため、その面積を大きくすることにより、バックライトの光が消灯したときや輝度が低いときにも表示の輝度を安定させることができる。 According to the present invention, the transparent pixel electrode does not contribute to the brightness of the panel when the backlight is turned off, but the reflective pixel electrode that reflects light from the outside is used to turn on and off the backlight. Regardless, it contributes to the brightness of the panel. By increasing the area, the brightness of the display can be stabilized even when the backlight is turned off or when the brightness is low.
本発明によれば、反射用絵素電極によって外部からの光が反射される方向に拡がりが出るため、視野角を広げることができる。 According to the present invention, the viewing angle can be widened because the reflecting picture element electrode spreads in the direction in which light from the outside is reflected.
本発明によると反射型と透過型の切り替えが可能なアクティブマトリクス型液晶表示装置を形成できる。 According to the present invention, an active matrix liquid crystal display device capable of switching between a reflective type and a transmissive type can be formed.
これにより使用者が使用状況に合わせて透過と反射を切り替えることにより、どのような使用状況でも十分な輝度を出しながらも、消費電力の少なく、長時間使用可能な液晶表示装置を実現できる。 As a result, the user can switch between transmission and reflection according to usage conditions, thereby realizing a liquid crystal display device that consumes less power and can be used for a long time while providing sufficient luminance in any usage situation.
また、明るいところでは反射型液晶表示装置として使用し、暗いところではバックライトを点灯し透過型液晶表示装置として使用できる透過反射切り替え可能なアクティブマトリクス型液晶表示装置の形成が可能となる。 Further, it is possible to form an active matrix type liquid crystal display device that can be used as a reflection type liquid crystal display device in a bright place and can be used as a transmission type liquid crystal display device by turning on a backlight in a dark place.
また、反射用絵素電極と透過用絵素電極とを電気的に接続しているため別々に駆動信号を入力するための配線を設ける必要がなく、アクティブマトリクス基板の構成を簡略化できる。 In addition, since the reflective pixel electrode and the transmissive pixel electrode are electrically connected, it is not necessary to provide a wiring for inputting a drive signal separately, and the configuration of the active matrix substrate can be simplified.
また、駆動素子の上に反射用絵素電極を形成すれば、外部からの光が駆動素子に入射することを防ぐことができる。 Further, if the reflective pixel electrode is formed on the driving element, it is possible to prevent light from the outside from entering the driving element.
また、透過用絵素電極は、バックライトを消灯しているときはパネルの輝度に寄与しないが、外部からの光を反射する反射用絵素電極はバックライトの点灯、消灯にかかわらずパネルの輝度に寄与するため、その面積を大きくすることにより、バックライトの光が消灯したときや輝度が低いときにも表示の輝度を安定させることができる。 In addition, the transmission pixel electrode does not contribute to the brightness of the panel when the backlight is turned off, but the reflective pixel electrode that reflects light from the outside does not affect the panel regardless of whether the backlight is turned on or off. Since it contributes to luminance, the display luminance can be stabilized even when the backlight is turned off or when the luminance is low, by increasing the area.
また、反射用絵素電極によって外部からの光が反射される方向に拡がりが出るため、視野角を広げることができる。 In addition, since the reflection picture element electrode spreads in the direction in which light from the outside is reflected, the viewing angle can be widened.
図1(a)は本発明の実施形態1のアクティブマトリクス基板の平面図を示し、図1(b)は図1(a)のA−A断面の断面図を示す。 FIG. 1A is a plan view of an active matrix substrate according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
アクティブマトリクス基板は、ゲート配線1、データ配線2、駆動素子3、ドレイン電極4、補助容量電極5、ゲート絶縁膜6、絶縁性基板7、コンタクトホール8、層間絶縁膜9、反射用絵素電極10と透過用絵素電極11を備えている。
The active matrix substrate includes a gate wiring 1, a
補助容量電極5は、ドレイン電極4と電気的に接続されており、ゲート絶縁膜6を介してゲート配線1と重畳し補助容量を形成している。
The
コンタクトホール8は、透過用絵素電極11と補助容量電極5を接続するために層間絶縁膜9に設けられている。
The
このアクティブマトリクス基板は一つの絵素の中に反射用絵素電極10と透過用絵素電極11を備えており、図2に示すように、一つの絵素の中に外部からの光を反射する反射用絵素電極10部分とバックライトの光を透過する透過用絵素電極11部分を形成している。
This active matrix substrate includes a
図2は、図1に示すアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置を示す断面図であり、データ配線2、ドレイン電極4、ゲート絶縁膜6、絶縁性基板7、層間絶縁膜9、反射用絵素電極10、透過用絵素電極11、カラーフィルター層13、対向電極14、液晶層15、配向膜16、偏光板17、バックライト18を有している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display device using the active matrix substrate shown in FIG. 1, and includes
バックライト18の光を透過する透過用絵素電極11部分は、バックライトを消灯しているときはパネルの輝度に寄与しないが、外部からの光を反射する反射用絵素電極10部分はバックライトの点灯、消灯にかかわらずパネルの輝度に寄与するため、透過用絵素電極11部分より反射用絵素電極10部分の面積を大きくするほうが望ましい。
The
本実施形態では反射用絵素電極10と透過用絵素電極11に同じ信号を入力するために反射用絵素電極10を透過用絵素電極11の上に形成して電気的に接続しているが、反射用絵素電極10と透過用絵素電極11を電気的に接続せず、別の信号をそれぞれに入力し別々の表示を行ってもよい。
In this embodiment, in order to input the same signal to the
図2の液晶表示装置では反射用絵素電極10が形成された領域に入射されるバックライト18からの光は、表示光として利用できないため、図3に示す液晶表示装置の断面図のようにバックライト18と液晶表示パネルの間にマイクロレンズ19とマイクロレンズ保護層20を形成し、マイクロレンズ19により反射用絵素電極10が形成されていない透過用絵素電極11の領域にバックライト光を集光させ、透過用絵素電極11を透過する光の量を増加させ表示の輝度を高めることができる。
In the liquid crystal display device of FIG. 2, the light from the
図4(a)は本実施形態の他の例のアクティブマトリクス基板の平面図を示し、図4(b)は図4(a)のB−B断面の断面図を示しており、図1に対して反射用絵素電極10と透過用絵素電極11の領域を逆転させており、反射用絵素電極10と透過用絵素電極11の面積比は適宜変更してもよい。
FIG. 4A shows a plan view of an active matrix substrate of another example of this embodiment, and FIG. 4B shows a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 4A. On the other hand, the areas of the
図1のアクティブマトリクス基板と図4のアクティブマトリクス基板を比べた場合、図1のアクティブマトリクス基板の方が、駆動素子3の上に反射用絵素電極10を形成しており、外部からの光が駆動素子3に入射することを防ぐことができ、また、透過用絵素電極11が絵素の中央に配設されているため集光用のマイクロレンズ19を形成しやすい。
When the active matrix substrate of FIG. 1 is compared with the active matrix substrate of FIG. 4, the active matrix substrate of FIG. 1 has the
本発明では、一つの絵素の中に光を反射する部分と透過する部分を形成するために、できるだけ開口率を上げるほうが望まく、本実施形態では、絵素電極とゲート配線1及びソース配線3との間に有機絶縁膜からなる層間絶縁膜9を介在した高開口率溝造を採用したが、他の構造を用いてもよい。
In the present invention, it is desirable to increase the aperture ratio as much as possible in order to form a light reflecting part and a light transmitting part in one picture element. In this embodiment, the picture element electrode, the gate wiring 1 and the source wiring are used. Although a high aperture ratio groove structure in which an
図5(a)は実施形態2のアクティブマトリクス基板の平面図を示し、図5(b)は図5(a)のC−C断面の断面図を示す。
FIG. 5A shows a plan view of the active matrix substrate of
実施形態2のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、傾斜部又は凹凸部を形成した層間絶縁膜9上に反射用絵素電極10を形成しており、反射用絵素電極10によって外部からの光が反射される方向に拡がりが出るため、視野角を広げることができる。
In the active matrix liquid crystal display device according to the second embodiment, the
また層間絶縁膜9は、ゲート配線1やデータ配線2上で最も厚く、ドレイン電極4上には形成しないように傾斜部又は凹凸部を形成すると、ドレイン電極4と絵素電極10の電気的接触を取るためのコンタクトホールを形成する必要が無く、コンタクトホール部での急峻な段差のために発生していた液晶分子の配向乱れを防ぐことができるため、開口率を大きく取れる。
Further, when the
ドレイン電極4は透過用絵素電極を兼ねており、ITO等からなる透明な電極である。
The
また層間絶縁膜9の傾斜部の傾斜角又は凹凸部の凹凸ピッチは、配向膜を形成した上でラビング処理が十分行える程度の角度に抑える必要があり、各々のラビング条件及び液晶分子に対して最適化な条件を用いる。
In addition, the inclination angle of the inclined portion of the
本実施形態においても透過用絵素電極を兼ねたドレイン電極4部分にマイクロレンズを設け、バックライト点灯時の輝度を増すことができる。
Also in the present embodiment, a microlens is provided in the
図6(a)は実施形態3のアクティブマトリクス基板の平面図を示し、図6(b)は図6(a)のD−D断面の断面図を示す。
FIG. 6A shows a plan view of the active matrix substrate of
本実施形態において、反射用絵素電極10はゲート配線1と同じ層に同一工程で形成する。
In this embodiment, the
このようにすれば、反射用絵素電極10を形成する工程を別に設ける必要が無く、工程数及び製造コストを増加させることが無い。
In this way, there is no need to provide a separate process for forming the
本実施形態の場合、反射用絵素電極10は、駆動素子3のドレイン電極4と接続されておらず、外部からの光を反射することのみに使われており、液晶を駆動するための電極としての役割は透過用絵素電極11が行う。
In the case of this embodiment, the
即ち、反射用絵素電極10が反射した光の透過率の制御は、透過用絵素電極11の電圧によって液晶層を制御して行う。
That is, the transmittance of the light reflected by the
この際、反射用絵素電極10に何も信号を入力していないと、ドレイン電極4若しくは透過用絵素電極11との間に浮遊容量が発生するため、反射用絵素電極10には表示に悪影響を与えないような信号を入力することが望ましく、隣接したゲート配線1と接続することにより、浮遊容量化を防ぎ、ドレイン電極4との間に補助容量を形成することができる。
At this time, if no signal is input to the
本実施形態においてもマイクロレンズにより透過用絵素電極に集光することによりバックライト点灯時の輝度を増すことができる。 Also in this embodiment, it is possible to increase the luminance when the backlight is turned on by condensing the transmission pixel electrode by the microlens.
本発明でも、一つの絵素の中に光を反射する部分と透過する部分を形成するためにできるだけ開口率を上げるほうが望ましい。 Also in the present invention, it is desirable to increase the aperture ratio as much as possible in order to form a light reflecting part and a light transmitting part in one picture element.
それ故本実施形態の構成としては、有機絶縁膜を層間絶縁膜に使用した高開口率構造を採用したが、この他の構造を用いてもよい。 Therefore, as a configuration of the present embodiment, a high aperture ratio structure using an organic insulating film as an interlayer insulating film is adopted, but other structures may be used.
図7(a)には実施形態4のアクティブマトリクス基板の平面図を示し、図7(b)には図7(a)のE−E断面の断面図を示す。
FIG. 7A shows a plan view of the active matrix substrate of
本実施形態は反射用絵素電極10をデータ配線2と同じ層に形成している。
In this embodiment, the
このようにすれば、データ配線2を形成する際に反射用絵素電極10を形成することができ、工程数及び製造コストを増加させることが無い。
In this way, the reflective
本実施形態の場合でも層間絶縁膜9を介した高開口率構造を採用しているため、実施形態3と同様に反射用絵素電極10は外部からの光を反射することのみに使われており、液晶分子を駆動するための電極としての役割は透過用絵素電極11のみが行う。
Even in the case of the present embodiment, since the high aperture ratio structure through the
ここで本実施形態が実施形態3と異なるのは、ドレイン電極4と反射用絵素電極が電気的に接続した形で形成されている点であり、層間絶縁膜9を形成せずにドレイン電極4を透過用絵素電極として用いる場合には、反射用絵素電極10も液晶分子の駆動に寄与する。
Here, the present embodiment is different from the third embodiment in that the
本実施形態においてもマイクロレンズにより透過用絵素電極11に集光することによりバックライト点灯時の輝度を増すことができる。
Also in the present embodiment, the luminance when the backlight is turned on can be increased by condensing the
本実施形態でも、一つの絵素の中に光を反射する部分と透過する部分を形成するためにできるだけ開口率を上げるほうが望ましい。 Also in this embodiment, it is desirable to increase the aperture ratio as much as possible in order to form a portion that reflects light and a portion that transmits light in one picture element.
それ故本実施形態の構成としては、有機絶縁膜を層間絶縁膜に使用した高開口率構造を採用したが、他の構成を用いてもよい。 Therefore, as the configuration of this embodiment, a high aperture ratio structure using an organic insulating film as an interlayer insulating film is adopted, but other configurations may be used.
1 ゲート配線
2 データ配線
3 駆動素子
4 ドレイン電極
5 補助容量電極
6 ゲート絶縁膜
7 絶縁性基板
8 コンタクトホール
9 層間絶縁膜
10 反射用絵素電極
11 透過用絵素電極
12 補助容量配線
13 カラーフィルター層
14 対向電極
15 液晶層
16 配向膜
17 偏光板
18 バックライト
19 マイクロレンズ
20 マイクロレンズ保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記絵素電極は、反射用絵素電極と透過用絵素電極とを有し、1つの絵素の中に反射表示領域と透過表示領域とを備えるとともに、前記反射用絵素電極は傾斜部又は凹凸部を形成した層間絶縁膜上に形成され、前記反射表示領域と前記透過表示領域との境界領域で、前記反射用絵素電極と前記透過用絵素電極とが電気的に接続されることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。 Interposed between the active matrix substrate having a pixel electrode electrically connected to a driving element provided on an insulating substrate, a counter substrate on which a counter electrode is formed, and the counter substrate and the active matrix substrate In an active matrix liquid crystal display device having a liquid crystal layer and a backlight,
The pixel electrode may possess a transmissive pixel electrode and the reflective pixel electrode, together with and a reflective display region and the transmissive display region in one picture element, the reflective pixel electrode inclined portion Alternatively, the reflective pixel electrode and the transmissive pixel electrode are electrically connected to each other at a boundary region between the reflective display region and the transmissive display region. An active matrix type liquid crystal display device.
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