JP3754179B2

JP3754179B2 - Liquid crystal display

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Publication number: JP3754179B2
Application number: JP14224197A
Authority: JP
Inventors: 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10333180A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶の電気光学的な異方性を利用して表示を行う液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Dispiay）に関し、特に、高開口率、広視野角を達成した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤは小型、薄型、低消費電力などの利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が進んでいる。特に、スイッチング素子として、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）を用いたアクティブマトリクス型は、原理的にデューティ比１００％のスタティック駆動をマルチプレクス的に行うことができ、大画面、高精細な動画ディスプレイに使用されている。
【０００３】
ＴＦＴは電界効果型トランジスタであり基板上に行列状に配置され、液晶を誘電層とした画素容量の一方を成す表示電極に接続されている。ＴＦＴはゲートラインにより同一行について一斉にオン／オフが制御されるとともに、ドレインラインより画素信号電圧が供給され、ＴＦＴがオンされた画素容量に対して行列的に指定された表示用電圧が充電される。表示電極とＴＦＴは同一基板上に形成され、画素容量の他方を成す共通電極は、液晶層を挟んで対向配置された別の基板上に全面的に形成されている。即ち、液晶及び共通電極が表示電極により区画されて表示画素を構成している。画素容量に充電された電圧は、次にＴＦＴがオンするまでの１フィールド期間、ＴＦＴのオフ抵抗により絶縁的に保持される。液晶は電気光学的に異方性を有しており、画素容量に印加された電圧に応じて透過率が制御される。表示画素ごとに透過率を制御することで、これらの明暗が表示画像として視認される。
【０００４】
液晶は、更に、両基板との接触界面に設けられた配向膜により初期配向状態が弾力的に固定される。液晶として例えば正の誘電率異方性を有したネマチック相を用い、配向ベクトルが両基板間で９０°にねじられたツイストネマチック（ＴＮ）方式がある。通常、両基板の外側には偏光板が設けられており、ＴＮ方式においては、各偏光板の偏光軸は、それぞれの基板側の配向方向に一致している。従って電圧無印加時には、一方の偏光板を通過した直線偏光は、液晶のねじれ配向に沿う形で、液晶層中で旋回し、他方の偏光板より射出され、表示は白として認識される。そして、画素容量に電圧を印加して液晶層に電界を形成することにより、液晶はその誘電率異方性のために、電界に対して平行になるように配向を変化し、ねじれ配列が崩され、液晶層中で入射直線偏光が旋回されなくなり、他方の偏光板より射出される光量が絞り込まれて表示は漸次的に黒になっていく。このように、電圧無印加時に白を示し、電圧印加に従って黒となる方式はノーマリ・ホワイト・モードと呼ばれ、ＴＮセルの主流になっている。
【０００５】
図２０及び図２１に従来の液晶表示装置の単位画素部分の構造を示す。図２０は平面図、図２１はそのＧ−Ｇ線に沿った断面図である。ガラスなどの基板（１００）上に、Ｃｒ等からなるゲート電極（１０１）及びこれを同一行について一体的に接続するゲートライン（１０２）が形成され、これらを覆う全面には、Ｓｉ3Ｎ4などのゲート絶縁膜（１０３）が形成されている。ゲート絶縁膜（１０３）上の前記ゲート電極（１０１）に対応する領域には、ＴＦＴの動作層となるべく島状のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）（１０４）が形成され、ａ−Ｓｉ（１０４）の両端にはコンタクト層となるべく不純物がドープされたアモルファスシリコン（Ｎ+ａ−Ｓｉ）（１０６）が形成されている。また、これらａ−Ｓｉ（１０４）及びＮ+ａ−Ｓｉ（１０６）の間には製造上の要請からＳｉ3Ｎ4からなるエッチングストッパー（１０５）が形成されている。更に、Ｎ+ａ−Ｓｉ（１０６）上には各々Ａｌ／Ｓｉなどの高融点金属からなるソース電極（１０７）及びドレイン電極（１０８）が形成されている。ゲート絶縁膜（１０３）上の他の領域には、透明導電性のＩＴＯ（indium tin oxide）からなる表示電極（１１０）が形成されてソース電極（１０７）に接続されており、また、ドレイン電極（１０８）を同一列について一体的に接続するドレインライン（１０９）が形成されている。これら全てを覆う全面には、ポリイミド等の高分子膜からなる配向膜（１１１）が形成され、所定のラビング処理により液晶の初期配向を制御している。一方、液晶層（１３０）を挟んで基板（１００）に対向する位置に設置された別のガラス基板（１２０）上には、ＩＴＯにより全面的に形成された共通電極（１２１）が設けられ、共通電極（１２１）上にはポリイミド等の配向膜（１２２）が形成され、ラビング処理が施されている。
【０００６】
ここでは、液晶（１３０）に負の誘電率異方性を有したネマチック相を用い、配向膜（１１１，１２２）として垂直配向膜を用いたＤＡＰ（deformation of vertially aligned phase）型を示した。ＤＡＰ型は、電圧制御複屈折（ＥＣＢ：electrically controlled birefringence）方式の一つであり、液晶分子長軸と短軸との屈折率の差即ち複屈折を利用して、透過率を制御するものである。ＤＡＰ型では、電圧印加時には、直交配置された偏光板の一方を透過した入射直線偏光を液晶層において、複屈折により楕円偏光とし、液晶層の電界強度に従ってリタデーション量即ち液晶中の常光成分と異常光成分の位相速度の差を制御することで、他方の偏光板より所望の透過率で射出せしめる。この場合、電圧無印加状態から印加電圧を上昇させることにより、表示は黒から白へと変化していくので、ノーマリ・ブラック・モードとなる。
【０００７】
このように、液晶表示装置では、電圧制御により表示可能な前状態に準備されるので、消費電力が極めて小さい。しかしながら、この液晶表示装置により作成された表示画面を実際に視認するためには、一般に、透明な基板に作り込まれた表示情報を可視化するために、観察者から見た表示装置の背後にバックライトを備え、表示画素を通過してきた透過光として認識するといった手法が取られていた。従って、バックライトの消費電力が大きく、液晶表示装置の低消費電力の利点を十分に生かし切れないといったことが問題となっていた。
【０００８】
そこで、液晶表示装置の背後に、反射板を備える、あるいは、画素容量の片方の電極を反射率の高い材質で形成することにより、外光を利用して反射電極を可視化し、これにより、表示画面の視認を可能とした反射型の液晶表示装置が開発されている。この反射型液晶表示装置ではバックライトが不要となるので、消費電力を大幅に減らすことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、液晶表示装置では、所定の電極が形成された一対の基板間に装填された液晶に所望の電圧を印加することで、液晶層中での光の旋回あるいは複屈折を制御することにより目的の透過率あるいは色相を表示している。即ち、液晶の配向を変化してリタデーション量を制御することで、ＴＮ方式においては透過光量を調整でき、ＥＣＢ方式においては波長に依存した透過率を制御して色相の分離も可能となる。
【００１０】
ところが、リタデーション量は、液晶分子の長軸と電界方向とのなす角度に依存している。このため、電界強度を調節することで、電界と液晶分子長軸との成す角度が１次的に制御されても、観察者が視認する角度、即ち、視角に依存して、相対的にリタデーション量が変化し、視角が変化すると透過光量あるいは色相も変化してしまい、いわゆる視角依存性の問題となっていた。
【００１１】
また、反射型においては、輝度、コントラスト比の上昇等、表示品位の向上が課題となっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題を解決するために成され、第１の基板上にマトリクス状に設けられた液晶駆動用の表示電極と、ソース電極を前記表示電極に接続した薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのゲート電極に接続されたゲートラインと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されたドレインラインと、液晶層を挟んで前記第１の基板に対向配置された第２の基板上に設けられた液晶駆動用の共通電極とを有する液晶表示装置において、前記共通電極中に電極不在領域からなる配向制御窓を設け、前記配向制御窓の近傍領域は、前記液晶層中に電界が形成されても液晶分子が初期配向状態に維持され、前記表示電極と前記共通電極との間に斜めに生じる電界によって液晶分子の傾斜方角を制御し、前記表示電極は、前記薄膜トランジスタ、前記ゲートライン及び前記ドレインラインを覆って形成された層間絶縁膜上に設けられ、前記表示電極の相互離間距離は４μｍ以上であり、前記薄膜トランジスタ、前記ゲートラインもしくは／及び前記ドレインラインの少なくとも一部は、前記層間絶縁膜を挟んで、前記表示電極の下部に配置され、かつ前記薄膜トランジスタ、前記ゲートライン及び前記ドレインラインが前記表示電極の下部からはみ出された幅は、その半分が前記層間絶縁膜の膜厚以下となるように、前記薄膜トランジスタ、前記ゲートライン及び前記ドレインラインと隣接する表示電極との間に間隔が設けられる構成である。
【００１３】
これにより、薄膜トランジスタ及びその電極ラインからの電界が、表示電極の間隙から液晶に影響を及ぼすことが防がれ、表示電極のエッジ及び配向制御窓により良好な配向制御が行われる。
また、第１の基板上にマトリクス状に設けられた液晶駆動用の表示電極と、ソース電極を前記表示電極に接続した薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのゲート電極に接続されたゲートラインと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続されたドレインラインと、液晶層を挟んで前記第１の基板に対向配置された第２の基板上に設けられた液晶駆動用の共通電極とを有する液晶表示装置において、前記共通電極中に電極不在領域からなる配向制御窓を設け、前記配向制御窓の近傍領域は、前記液晶層中に電界が形成されても液晶分子が初期配向状態に維持され、前記表示電極と前記共通電極との間に斜めに生じる電界によって液晶分子の傾斜方角を制御し、前記表示電極は、前記薄膜トランジスタ、前記ゲートライン及び前記ドレインラインを覆って形成された層間絶縁膜上に設けられ、前記表示電極の相互離間距離は４μｍ以上であり、前記薄膜トランジスタ、前記ゲートラインもしくは／及び前記ドレインラインの少なくとも一部は、前記層間絶縁膜を挟んで、前記表示電極の下部に配置され、前記ゲートラインもしくは／及び前記ドレインラインの全幅において前記表示電極からはみ出さないように配置されている構成である。
【００１４】
これにより、薄膜トランジスタ及びその電配線からの電界が表示電極の上方にある液晶に影響を及ぼすことが防がれ、表示電極のエッジ及び配向制御窓により良好な配向制御が行われる。
【００１６】
特に、前記表示電極は、導電性光反射材からなる反射電極とした構成である。
これにより、薄膜トランジスタ及びその電極配線を表示電極の下部に配しても表示に悪影響がでることが防がれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３及び図４に本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の単位画素構造を示す。図１は平面図、図２、図３及び図４は各々図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。基板（１０）上に、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＩＴＯ等の低抵抗メタルからなるドレイン電極（１１）、ソース電極（１２）、ドレイン電極（１１）と一体のドレインライン（１３）が形成されている。この上には、下層にａ−Ｓｉ等の半導体層（１４）とゲート絶縁膜（１５）を同一形状で配したＡｌ等からなるゲートライン（１７）が形成され、ゲートライン（１７）の一部はゲート電極（１６）として、ドレイン電極（１１）とソース電極（１２）にわたる領域上に配されてＴＦＴを構成している。これらＴＦＴ及びその電極ラインを覆う全面には、ＳｉＮｘ、ＳｉＯ2、あるいは、平坦化作用のある周知のＳＯＧ（spin on glass）、ＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）等の層間絶縁膜（１８）が形成されている。この層間絶縁膜（１８）上には、ＩＴＯ等の透明導電材あるいはＡｌ等の導電性光反射材からなる表示電極（１９）が形成され、層間絶縁膜（１８）中に開けられたコンタクトホール（ＣＴ）を介して、ソース電極（１２）に接続されている。表示電極（１９）を覆う全面には、ポリイミド等の配向膜（２０）が形成されている。
【００１８】
液晶層（４０）を間に挟んで対向する位置には、透明基板（３０）上に、ＩＴＯの共通電極（３１）が形成され、共通電極（３１）中には、ＩＴＯ電極の不在によりＸ字形に形成された配向制御窓（３２）が設けられている。これら共通電極（３１）を覆う全面にはポリイミド等の配向膜（３３）が形成されている。
なお、ＴＦＴとしてゲート電極（１６）を半導体層（１４）よりも上層に配した正スタガー型を採用しているが、これに限定されることはなく、ゲート電極を半導体層の下方に配した逆スタガー型としても良い。
【００１９】
ここでは、セル構造の一例として、ＤＡＰ型即ち配向膜（２０、３３）として垂直配向膜を用い、液晶として負の誘電率異方性を有したものを示しているが、これに限定されること無い。但し、ＴＮでは、配向制御窓（３３）は、画素の対角線に沿った一本の帯状に形成するのが好ましい。
本発明では、ＴＦＴよりも上層に表示電極（１９）を配するとともに、これに対向する共通電極（３１）中に所定形状の電極不在領域からなる配向制御窓（３２）を設けたところに特徴がある。これにより、図２から図４に示されるように、表示電極（１９）のエッジ部において、共通電極（３１）側へ向かって広がるような形状で斜めに生じる電界（４２）により、液晶分子（４１）は、その電界強度に依存した法線方向からの傾斜角度が制御されるとともに、傾斜する方角が制御されて安定する。
【００２０】
このような表示電極（１９）エッジでの配向制御は、４辺に関して同様に、その辺と直角方向に行われる。即ち、液晶分子（４１）の傾斜方角は各々４方向に異なる。これら表示電極（１９）の各辺にて異なる制御を受けた配向は、液晶の連続体性のために、画素の内部領域にまで広がるが、これら方角の異なる配向の境界は、共通電極（３１）中に設けられた配向制御窓（３２）により弾力的に固定される。即ち、配向制御窓（３２）の近傍領域は、液晶層（４０）中に電界が形成されても液晶分子（４１）が傾斜を始める閾値以下の強度となっているので、液晶分子（４１）は初期の垂直配向状態に維持される。このため、表示電極（１９）のエッジ部にて異なる方角に制御された配向は、配向制御窓（３１）上に境界を有して、全体に安定する。
【００２１】
特に、本実施の形態では、Ｘ字形状に形成された配向制御窓（３１）に区切られた各領域は異なる方向に優先視角方向を有している。これら上下左右に分割された各領域の輝度及びコントラスト比が平均して認識され、上下左右のいずれの視角においても同様の視角特性が実現され、視角依存性の低減が達成される。
更に、本発明では、以下に示す如く、表示電極（１９）とＴＦＴ及びその電極ラインとの相互位置関係を指定することより、ＴＦＴ及びその電極ラインの電界が表示電極（１９）及び配向制御窓（３２）により制御された液晶の配向を乱すことがないようにしている。図５から図７に、ゲートライン（１７）側において、層間絶縁膜（１８）の膜厚を変えたときの駆動時の液晶分子の配向の様子を、電界シミュレーションにより調べた結果を示す。各図では、ＴＮに関してゲートライン（ＧＡＴＥ）とそれを挟む表示電極（ＰＸ１，ＰＸ２）との層間離間距離を、それぞれ、１μｍ、３μｍ、５μｍに変えたときの、等電位線を点線により示すとともに、等電位線の形状に依存する液晶分子の配向（ＤＩＲ）を示している。各図において、表示電極（ＰＸ１）は正常の配向状態にある辺が示された画素、表示電極（ＰＸ２）はリヴァースチルトドメインが生じた辺が示された画素である。
【００２２】
また、いずれの場合も、表示電極（ＰＸ）の相互離間距離は、層間離間距離の２倍とされている。即ち、図５では２μｍ、図６では６μｍ、図７では１０μｍである。
図５より、表示電極（ＰＸ）とゲートライン（ＧＡＴＥ）との層間距離が１μｍと比較的近い場合は、ＰＸ２側でリヴァースチルトドメイン（ＲＴ）が生じているとともに、ＰＸ１側においても配向（ＤＩＲ）が乱れている。これは、ゲート電圧が負に大きく、ＧＡＴＥからの電界の影響を受けているためと考えられる。
【００２３】
これに対して、図６では、ＰＸ２側では、リヴァースチルトドメイン（ＲＴ）が生じているが、ＰＸ１側において、配向（ＤＩＲ）の乱れが小さくなっている。これは、表示電極（ＰＸ）とゲートライン（ＧＡＴＥ）との層間距離が３μｍと大きくなったため、ＧＡＴＥからの電界の影響が小さくなったためと考えられる。
【００２４】
また、図７でも、表示電極（ＰＸ）とゲートライン（ＧＡＴＥ）との層間距離が５μｍと更に大きくなっているため、ＰＸ２側にはリヴァースチルトドレイン（ＲＴ）が生じているが、ＰＸ１側においては、配向（ＤＩＲ）の乱れはいっそう小さくなっている。
図８には、これら図５から図７に対応して、表示電極（ＰＸ１，ＰＸ２）とゲートライン（ＧＡＴＥ）との層間離間距離が１μｍ、３μｍ、５μｍの各場合について、透過率と画素端部の位置との関係を示した。縦軸では、クロスニコル配置の偏光板を有したセルにおいて、透過率の最大が０．５になっている。また、横軸には、ゲートライン（ＧＡＴＥ）の線幅が１０μｍで、その両端で、表示電極（ＰＸ１，ＰＸ２）が３μｍ幅で重畳された構造において、ゲートライン（ＧＡＴＥ）に直角な方向についての位置を取っている。図より、１μｍの場合、ＰＸ１及びＰＸ２の領域内において、透過率のピークが存在しており、この部分にノーマルチルト領域とリヴァースチルト領域の境界があり、光が抜けていることが分かる。３μｍの場合では、透過率のピークは、ＰＸ１の領域内には無く、ＰＸ２の領域で、１μｍの時のピークよりもやや画素の外側に位置している。５μｍの場合では、ＰＸ１のエッジ部にピークがあるが、この部分は、ＧＡＴＥに重畳されているので表示に影響が及ぶことはない。ＰＸ２の領域では、１μｍ及び３μｍの場合よりも更に画素の外側にピークがある。
【００２５】
これらの結果はいずれも、表示電極間の相互離間距離は、層間離間距離の２倍の場合であるが、表示電極間の相互離間距離がこれよりも大きくなると、ゲートライン（ＧＡＴＥ）からの電界が、表示電極（ＰＸ）の間隙より液晶層により大きな影響を及ぼすため、シミュレーション結果はこれらのいずれよりも悪いものとなる。また、微細化、あるいは、レイアウト上の制約上のため、表示電極（１９）間の相互離間距離は４〜５μｍ程度であるので、実際には、図６あるいは図７の結果に従い、層間絶縁膜（１８）の膜厚は３μｍ以上、その時の、表示電極（１９）間の相互離間距離はその倍の６μｍ以上とするのが望ましい。
【００２６】
図９から図１１には、ドレインライン（１３）について、図５から図７と同様、ドレインライン（ＤＲＡＩＮ）とそれを挟む表示電極（ＰＸ１，ＰＸ２）との層間離間距離を、それぞれ、１μｍ、３μｍ、５μｍに変えたときの、等電位線を点線により示すとともに、等電位線の形状に依存する液晶分子の配向（ＤＩＲ）を示している。各図において、表示電極（ＰＸ１）は正常の配向状態にある辺が示された画素、表示電極（ＰＸ２）はリヴァースチルトドメインが生じた辺が示された画素である。また、いずれの場合も、表示電極（ＰＸ）の相互離間距離は、層間離間距離の２倍とされている。即ち、図９では２μｍ、図１０では６μｍ、図１１では１０μｍである。
【００２７】
図９より、ＤＲＡＩＮからの電界の影響により、ＰＸ２においてリヴァースチルトドメイン（ＲＴ）が生じているのが分かる。ドレイン電圧はゲート電圧ほど実効値が大きくなく、液晶層への影響が小さいので、ＰＸ１では、ゲート側程の大きな配向（ＤＩＲ）の乱れは見られない。
更に、図１０では、ＰＸ２領域におけるリヴァースチルトドメイン（ＲＴ）が小さくなっているとともに、ＰＸ１領域では、配向（ＤＩＲ）の乱れは完全に消失している。また、図１１では、ＰＸ１、ＰＸ２のいずれの領域でもリヴァースチルトドメインや配向乱れは全く見られない。
【００２８】
図１２に、ドレイン側について、図８と同様、表示電極（ＰＸ１，ＰＸ２）とドレインライン（ＤＲＡＩＮ）との層間離間距離が１μｍ、３μｍ、５μｍの各場合について、縦軸に透過率、横軸にドレインライン（ＤＲＡＩＮ）に直角な方向についての位置を取り、これらの関係曲線を示した。１μｍの場合、ＰＸ２の領域において透過率のピークがあるが、その大部分はＤＲＡＩＮに重畳されている。３μｍ及び５μｍの場合では、ピークはＤＲＡＩＮにより完全に重畳され、表示には全く影響はでない。またＰＸ１側では、１μｍ、３μｍ、５μｍのいずれの場合も、ピークは完全にＤＲＡＩＮにより重畳され、表示への悪影響は無い。
【００２９】
以上の考察より、特に、ゲート側において、層間絶縁膜（１８）を厚く、１μｍ以上にして、ゲート電極及びライン（１６，１７）と表示電極（１９）との層間離間距離を大きくすることで、ゲート電圧の影響による液晶の配向を乱れを抑えることができた。
ＴＮに比べてＤＡＰ型では配向制御効果がより良く、このため、図１、図２、図３及び図４に示すように、表示電極（１９）のエッジ部と配向制御窓（３２）との合同作用により、良好な画素分割が行われる。
【００３０】
また、これと同時にこの構造では、表示電極（１９）をゲート電極とそのライン（１６，１７）上及びドレイン電極とそのライン（１１，１３）上にまで延在することで有効表示領域を、各々の電極及びライン（１１，１３，１６，１７）のエッジ部により区画される最大の領域で確保することができ、開口率を大幅に向上することができる。即ち、表示電極（１９）とゲートライン（１１）及びドレインライン（１３）との層間離間距離を大きくすることで、液晶層中の電界がゲートライン（１７）及びドレインライン（１３）の電界からの影響を受けること無しに、表示電極（１９）をゲートライン（１３）上及びドレインライン（１３）上にまで延在することができる。出願人の実測によると、従来と比べて１０％以上の開口率向上が確認されている。
【００３１】
図１３から図１６に本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の単位画素構造を示す。図１３は平面図、図１４、図１５及び図１６は各々図１３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。本実施の形態において、図１に示した第１の実施の形態と異なるのは、負の誘電率異方性を有した液晶を用い、液晶分子（４１）の初期配向を基板の法線方向に設定したＤＡＰ型であって、特に表示電極をＡｌ等により形成された反射電極（２９）としている点にある。従って、反射電極（２９）を平坦とするために、下地の層間絶縁膜（２８）をＳＯＧ、ＢＯＳＧ等の平坦化絶縁膜としている。また、ＴＦＴは段差をできるだけ小さくするために、特に、ゲート電極（１６）を半導体層（１４）よりも上層に配した正スタガー型を好適に採用している。
【００３２】
更に、表示電極を反射電極（２９）としているため、ＴＦＴとその電極配線（１１，１２，１３，１６，１７）は、反射電極（２９）の下部に配した構造とし、反射電極（２９）をできるだけ大きくすることで、開口率を大幅に上昇させている。
本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、反射電極（２９）エッジ部の斜め電界、及び、配向制御窓（３２）の弱電界により配向が制御され、画素分割が行われ、広視野角化が実現される。
【００３３】
特に本実施の形態では、図１３、図１４、図１５及び図１６に示されているように、ＴＦＴ及びその電極ライン（１１）（１２）（１３）（１６）（１７）は、反射電極（２９）の下部に配された構造となっている。このため、これらの電極ラインから液晶層（４０）へ非制御性の電界が印加されて、液晶の配向が乱れるといったことが防がれる。また、これにより、反射電極（２９）と電極ラインとの離間距離を垂直方向に大きくする必要がなくなるので、層間絶縁膜（２８）を厚くすることで、スループットが悪化する、反射電極（２９）とソース電極（１２）とのコンタクト抵抗が増大するといったことも防がれる。
【００３４】
図１７に、ＴＦＴの電極ラインの中でも、特に、信号振幅が大きく、液晶へ電界を及ぼすゲートライン側において、ゲートライン（ＧＡＴＥ）を反射電極（ＲＦ１）の下部に配し、かつ、反射電極（ＲＦ１）のエッジとゲートライン（ＧＡＴＥ）のエッジとが平面的に一致した状態に関して、セル内の等電位線（点線）と、その時の液晶分子（ＤＩＲ）の配向状態のシミュレーション結果を示す。この時、層間絶縁膜（２８）の膜厚、即ち、反射電極（ＲＦ１）とゲートライン（ＧＡＴＥ）との層間離間距離は１μｍ以下となっているが、ゲートライン（ＧＡＴＥ）による等電位線の歪みは多少見られものの、画素領域内まで配向に影響を及ぼすまでには到らず、良好な配向制御が行われている。
【００３５】
また、経験的に、ゲートライン（ＧＡＴＥ）が、反射電極（ＲＦ１）の下部よりはみ出す場合にも、その幅の１／２が層間離間距離の半分以下、あるいは、はみ出した幅が、反射電極（ＲＦ１）（ＲＦ２）間の相互離間距離の半分よりも小さい場合には、図１７と同様の電位分布が得られ、ゲートライン（ＧＡＴＥ）の電界により配向の乱れを招くことは抑えられる。
【００３６】
図１８は、更に、本発明の第３の実施の形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。本実施の形態では、図１３に示す第１の実施の形態に比べて、表示電極（１９）を縦長に形成し、これに伴って、配向制御窓（３２）の形状を、表示電極（１９）の中央部にて長辺方向に延びる直線部を設けている点で異なっている。
【００３７】
前述の実施形態では、表示電極（１９）と配向制御窓（３２）とは平行関係にはなく、表示電極（１９）のエッジ部にてその垂直方向に制御された配向と、配向制御窓（３２）にてその垂直方向に制御された配向とは、液晶自身の連続体性のためになだらかに連なっているのみであった。従って、表示電極（１９）エッジと配向制御窓（３２）との間にも配向の境界が生じることがあった。このため、本実施の形態では、縦長の表示電極（１９）において、表示電極（１９）エッジと配向制御窓（３２）とが平行関係にある領域を大きくすることで、表示電極（１９）エッジと配向制御窓（３２）とが同方向に配向制御を行う領域が、表示電極（１９）エッジと配向制御窓（３２）とが異なる方向に配向制御を行う領域に比して十分に大きくされ、表示電極（１９）エッジと配向制御窓（３２）との間にできる配向の境界の影響が相対的に小さくされ、更なる良好な配向制御が行われる。
【００３８】
図１９は、本発明の第４の実施の形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。本実施の形態では、図１８の第３の実施の形態と比べて、表示電極としてＡｌ等の反射電極を用いている。この点は、第２の実施の形態と同じである。従って、本実施の形態では、縦長の反射電極（２９）とそれに対応した配向制御窓（３２）が反射電極（１９）エッジとの合同作用により極めて良好な画素分割が行われるとともに、ＴＦＴとその電極ライン（１１）（１２）（１３）（１６）（１７）が反射電極（２９）の下部に配された構造で、これらＴＦＴとその電極ライン（１１）（１２）（１３）（１６）（１７）の電界が液晶層（４０）へ影響を及ぼすのを防ぐ構成としている。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな如く、液晶駆動用の表示電極を、これを駆動する薄膜トランジスタ及びその電極配線から離すことにより、液晶の配向がこれらの電極配線の影響を受けることから免れ、配向の乱れが抑えられる。このため、表示電極のエッジ及び共通電極側の配向制御窓による斜め方向電界を用いた液晶配向の２次制御により画素分割を行った構造において、斜め方向電界の乱れが防がれるので、表示電極エッジ及び配向制御窓の制御作用が有効となり、良好な画素分割が行われ、視野角が広がる。
【００４０】
また、薄膜トランジスタ及びその電極配線を液晶駆動用の反射電極の下部に配することで、これら薄膜トランジスタ及びその電極配線からの電界が液晶層に影響を及ぼすことが避けられ、表示電極エッジ及び配向制御窓により制御された配向を乱すことが防がれ、良好な画素分割が行われ、視野角が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図５】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図６】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図７】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図８】透過率の画素部の位置との関係図である。
【図９】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図１０】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図１１】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図１２】透過率の画素部の位置との関係図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１５】図１３のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図１６】図１３のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図１７】液晶セル内の等電位線及び液晶の配向を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態にかかる液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図２０】従来の液晶表示装置の単位画素部の平面図である。
【図２１】図２０のＧ−Ｇ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０，３０基板
１１ドレイン電極
１２ソース電極
１３ドレインライン
１４半導体層
１５ゲート絶縁膜
１６ゲート電極
１７ゲートライン
１８層間絶縁膜
１９表示電極
２０，３３配向膜
２８平坦化絶縁膜
２９反射電極
３１共通電極
３２配向制御窓
４０液晶層
４１液晶分子
４２電界[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display (LCD) that performs display using electro-optical anisotropy of liquid crystal, and more particularly to a liquid crystal display that achieves a high aperture ratio and a wide viewing angle.
[0002]
[Prior art]
LCDs have advantages such as small size, thinness, and low power consumption, and are being put to practical use in fields such as OA equipment and AV equipment. In particular, an active matrix type using a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) as a switching element can in principle perform a static drive with a duty ratio of 100% in a multiplexed manner, and has a large screen and a high-definition video display. Is used.
[0003]
The TFT is a field effect transistor, which is arranged in a matrix on the substrate, and is connected to a display electrode forming one of pixel capacitors using liquid crystal as a dielectric layer. The TFTs are simultaneously turned on / off for the same row by the gate line, and the pixel signal voltage is supplied from the drain line, and the display voltage specified in a matrix is charged with respect to the pixel capacitance in which the TFT is turned on. Is done. The display electrode and the TFT are formed on the same substrate, and the common electrode forming the other side of the pixel capacitor is entirely formed on another substrate disposed opposite to each other with the liquid crystal layer interposed therebetween. That is, the liquid crystal and the common electrode are partitioned by the display electrode to constitute a display pixel. The voltage charged in the pixel capacitor is insulatively held by the off resistance of the TFT for one field period until the TFT is next turned on. The liquid crystal has an electro-optical anisotropy, and the transmittance is controlled according to the voltage applied to the pixel capacitor. By controlling the transmittance for each display pixel, the brightness and darkness are visually recognized as a display image.
[0004]
Further, the initial alignment state of the liquid crystal is elastically fixed by an alignment film provided at the contact interface with both substrates. As a liquid crystal, for example, there is a twisted nematic (TN) method in which a nematic phase having a positive dielectric anisotropy is used and an orientation vector is twisted by 90 ° between both substrates. Usually, polarizing plates are provided on the outer sides of both substrates, and in the TN system, the polarizing axis of each polarizing plate coincides with the alignment direction on each substrate side. Therefore, when no voltage is applied, the linearly polarized light that has passed through one polarizing plate rotates in the liquid crystal layer along the twisted orientation of the liquid crystal, and is emitted from the other polarizing plate, and the display is recognized as white. Then, by applying a voltage to the pixel capacitor to form an electric field in the liquid crystal layer, the liquid crystal changes its orientation to be parallel to the electric field due to its dielectric anisotropy, and the twisted arrangement is lost. Then, the incident linearly polarized light is not rotated in the liquid crystal layer, and the amount of light emitted from the other polarizing plate is narrowed down so that the display gradually becomes black. As described above, a method in which white is displayed when no voltage is applied and black is displayed according to voltage application is called a normally white mode, which is the mainstream of TN cells.
[0005]
20 and 21 show the structure of a unit pixel portion of a conventional liquid crystal display device. 20 is a plan view, and FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line GG. A gate electrode (101) made of Cr or the like and a gate line (102) for integrally connecting the same in the same row are formed on a substrate (100) made of glass or the like, and a gate such as Si3N4 is formed on the entire surface covering these. An insulating film (103) is formed. In a region corresponding to the gate electrode (101) on the gate insulating film (103), island-shaped amorphous silicon (a-Si) (104) is formed as an operation layer of the TFT, and a-Si (104). At both ends, amorphous silicon (N + a-Si) (106) doped with impurities as much as possible is formed as a contact layer. Further, an etching stopper (105) made of Si3N4 is formed between the a-Si (104) and the N + a-Si (106) due to a manufacturing requirement. Further, a source electrode (107) and a drain electrode (108) each made of a refractory metal such as Al / Si are formed on N + a-Si (106). In another region on the gate insulating film (103), a display electrode (110) made of transparent conductive ITO (indium tin oxide) is formed and connected to the source electrode (107), and the drain electrode A drain line (109) for integrally connecting (108) in the same column is formed. An alignment film (111) made of a polymer film such as polyimide is formed on the entire surface covering all of these, and the initial alignment of the liquid crystal is controlled by a predetermined rubbing process. On the other hand, a common electrode (121) formed entirely from ITO is provided on another glass substrate (120) placed at a position facing the substrate (100) with the liquid crystal layer (130) interposed therebetween, An alignment film (122) such as polyimide is formed on the common electrode (121) and subjected to a rubbing process.
[0006]
Here, a DAP (deformation of vertically aligned phase) type in which a nematic phase having negative dielectric anisotropy is used for the liquid crystal (130) and a vertical alignment film is used as the alignment film (111, 122) is shown. The DAP type is one of voltage controlled birefringence (ECB) method, which controls the transmittance by utilizing the difference in refractive index between the major axis and the minor axis of the liquid crystal molecule, that is, birefringence. is there. In the DAP type, when voltage is applied, the incident linearly polarized light transmitted through one of the orthogonally arranged polarizing plates is converted into elliptically polarized light by birefringence in the liquid crystal layer, and the retardation amount, that is, the normal light component in the liquid crystal and abnormal By controlling the difference in the phase velocity of the light component, the light is emitted from the other polarizing plate with a desired transmittance. In this case, the display is changed from black to white by increasing the applied voltage from the state in which no voltage is applied, so that the normally black mode is set.
[0007]
As described above, the liquid crystal display device is prepared in a previous state in which display is possible by voltage control, so that power consumption is extremely small. However, in order to actually visually recognize the display screen created by this liquid crystal display device, in general, in order to visualize the display information built in the transparent substrate, the back of the display device viewed from the observer is used. A method of recognizing as transmitted light having a light and passing through display pixels has been taken. Therefore, there is a problem that the power consumption of the backlight is large and the advantage of the low power consumption of the liquid crystal display device cannot be fully utilized.
[0008]
Therefore, a reflective plate is provided behind the liquid crystal display device, or one of the electrodes of the pixel capacitor is formed of a highly reflective material, so that the reflective electrode is visualized using external light, thereby displaying Reflective liquid crystal display devices that enable visual recognition of the screen have been developed. Since this reflective liquid crystal display device does not require a backlight, power consumption can be greatly reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the liquid crystal display device, the rotation or birefringence of light in the liquid crystal layer is controlled by applying a desired voltage to the liquid crystal loaded between a pair of substrates on which predetermined electrodes are formed. Indicates the desired transmittance or hue. That is, by controlling the retardation amount by changing the alignment of the liquid crystal, the amount of transmitted light can be adjusted in the TN system, and the hue can be separated by controlling the transmittance depending on the wavelength in the ECB system.
[0010]
However, the retardation amount depends on the angle formed between the major axis of the liquid crystal molecules and the electric field direction. Therefore, by adjusting the electric field strength, even if the angle formed between the electric field and the liquid crystal molecule major axis is primarily controlled, the retardation is relatively dependent on the angle viewed by the observer, that is, the viewing angle. When the amount changes and the viewing angle changes, the amount of transmitted light or hue also changes, which is a problem of so-called viewing angle dependency.
[0011]
Further, in the reflection type, improvement of display quality such as an increase in luminance and contrast ratio is a problem.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve these problems, and includes a display electrode for driving a liquid crystal provided in a matrix on a first substrate, a thin film transistor in which a source electrode is connected to the display electrode, A gate line connected to the gate electrode, a drain line connected to the drain electrode of the thin film transistor, and a liquid crystal driving device provided on a second substrate disposed opposite to the first substrate across a liquid crystal layer In the liquid crystal display device having the common electrode, an alignment control window including an electrode absence region is provided in the common electrode, and a liquid crystal molecule is formed in a region near the alignment control window even if an electric field is formed in the liquid crystal layer. The initial orientation state is maintained, and the tilt direction of the liquid crystal molecules is controlled by an electric field generated obliquely between the display electrode and the common electrode. Provided on an interlayer insulating film formed to cover the transistor, the gate line, and the drain line, and the display electrode has a distance of 4 μm or more, and at least the thin film transistor, the gate line, and / or the drain line. A part of the width of the thin film transistor, the gate line, and the drain line that protrudes from the lower portion of the display electrode is half of the interlayer electrode, with the interlayer insulating film interposed therebetween. An interval is provided between the thin film transistor, the gate line, the drain line, and the adjacent display electrode so as to be equal to or less than the thickness of the insulating film.
[0013]
Thus, the electric field from the thin film transistor and its electrode line is prevented from affecting the liquid crystal through the gap between the display electrodes, and good alignment control is performed by the edge of the display electrode and the alignment control window.
A display electrode for driving liquid crystal provided in a matrix on the first substrate; a thin film transistor having a source electrode connected to the display electrode; a gate line connected to the gate electrode of the thin film transistor; In the liquid crystal display device having a drain line connected to the drain electrode and a common electrode for driving the liquid crystal provided on the second substrate opposed to the first substrate across the liquid crystal layer, the common An alignment control window composed of an electrode absence region is provided in the electrode, and a region near the alignment control window maintains liquid crystal molecules in an initial alignment state even when an electric field is formed in the liquid crystal layer, and is common with the display electrode. The tilt direction of the liquid crystal molecules is controlled by an electric field generated obliquely with the electrode, and the display electrode includes the thin film transistor, the gate line, and the drain. The display electrode has a separation distance of 4 μm or more, and at least a part of the thin film transistor, the gate line and / or the drain line is formed on the interlayer insulating film. Is arranged below the display electrode, and is arranged so as not to protrude from the display electrode in the entire width of the gate line and / or the drain line.
[0014]
Thereby, the electric field from the thin film transistor and its electric wiring is prevented from affecting the liquid crystal above the display electrode, and good alignment control is performed by the edge of the display electrode and the alignment control window.
[0016]
In particular, the display electrode is a reflective electrode made of a conductive light reflecting material.
This prevents the display from being adversely affected even if the thin film transistor and its electrode wiring are disposed below the display electrode.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1, 2, 3 and 4 show a unit pixel structure of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention. 1 is a plan view, and FIGS. 2, 3 and 4 are cross-sectional views taken along lines AA, BB and CC, respectively, in FIG. On the substrate (10), a drain electrode (11) made of a low resistance metal such as Cr, Al, Ta, or ITO, a source electrode (12), and a drain line (13) integrated with the drain electrode (11) are formed. Yes. A gate line (17) made of Al or the like in which a semiconductor layer (14) such as a-Si and a gate insulating film (15) are arranged in the same shape is formed on the gate line (17). The part is arranged as a gate electrode (16) on a region extending over the drain electrode (11) and the source electrode (12) to constitute a TFT. An interlayer insulating film (18) such as SiNx, SiO2, or well-known SOG (spin on glass) or BPSG (boro-phospho silicate glass) having a flattening action is formed on the entire surface covering these TFTs and their electrode lines. Has been. A display electrode (19) made of a transparent conductive material such as ITO or a conductive light reflecting material such as Al is formed on the interlayer insulating film (18), and a contact hole opened in the interlayer insulating film (18). It is connected to the source electrode (12) via (CT). An alignment film (20) such as polyimide is formed on the entire surface covering the display electrode (19).
[0018]
An ITO common electrode (31) is formed on the transparent substrate (30) at positions facing each other with the liquid crystal layer (40) interposed therebetween. In the common electrode (31), there is no X electrode due to the absence of the ITO electrode. An orientation control window (32) formed in a letter shape is provided. An alignment film (33) such as polyimide is formed on the entire surface covering these common electrodes (31).
The TFT employs a positive stagger type in which the gate electrode (16) is disposed above the semiconductor layer (14). However, the present invention is not limited to this, and the gate electrode is disposed below the semiconductor layer. It may be a reverse stagger type.
[0019]
Here, as an example of the cell structure, a vertical alignment film is used as a DAP type, that is, an alignment film (20, 33), and a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is shown. There is nothing. However, in TN, the alignment control window (33) is preferably formed in a single band shape along the diagonal line of the pixel.
The present invention is characterized in that the display electrode (19) is disposed above the TFT, and the alignment control window (32) including an electrode absence region having a predetermined shape is provided in the common electrode (31) facing the display electrode (19). There is. As a result, as shown in FIGS. 2 to 4, liquid crystal molecules (40) are generated by an electric field (42) generated obliquely in a shape that spreads toward the common electrode (31) at the edge portion of the display electrode (19). In 41), the tilt angle from the normal direction depending on the electric field strength is controlled, and the tilt direction is controlled and stabilized.
[0020]
Such orientation control at the edge of the display electrode (19) is similarly performed in the direction perpendicular to the four sides. That is, the inclination directions of the liquid crystal molecules (41) are different in four directions. The alignment under different control on each side of the display electrode (19) extends to the inner region of the pixel due to the continuity of the liquid crystal, but the boundary of the alignment with different directions is the common electrode (31). ) Is elastically fixed by the orientation control window (32) provided in the inside. That is, the region in the vicinity of the alignment control window (32) has an intensity below a threshold value at which the liquid crystal molecules (41) start to tilt even when an electric field is formed in the liquid crystal layer (40). Is maintained in the initial vertical alignment state. For this reason, the orientation controlled in different directions at the edge portion of the display electrode (19) has a boundary on the orientation control window (31) and is stabilized as a whole.
[0021]
In particular, in the present embodiment, each region divided by the orientation control window (31) formed in an X shape has a preferential viewing angle direction in a different direction. The brightness and contrast ratio of each of the regions divided into the upper, lower, left and right are recognized on average, and the same viewing angle characteristic is realized at any of the upper, lower, left, and right viewing angles, and the viewing angle dependency is reduced.
Furthermore, in the present invention, as shown below, by specifying the mutual positional relationship between the display electrode (19) and the TFT and its electrode line, the electric field of the TFT and its electrode line is changed to the display electrode (19) and the orientation control window. The liquid crystal orientation controlled by (32) is not disturbed. FIG. 5 to FIG. 7 show the results of examining the orientation of the liquid crystal molecules during driving when the film thickness of the interlayer insulating film (18) is changed on the gate line (17) side by electric field simulation. In each figure, the equipotential lines are indicated by dotted lines when the interlayer separation distance between the gate line (GATE) and the display electrodes (PX1, PX2) sandwiching the TN is changed to 1 μm, 3 μm, and 5 μm, respectively. The orientation (DIR) of liquid crystal molecules depending on the shape of equipotential lines is shown. In each figure, the display electrode (PX1) is a pixel showing a side in a normal alignment state, and the display electrode (PX2) is a pixel showing a side where a reverse tilt domain occurs.
[0022]
In any case, the mutual separation distance of the display electrodes (PX) is twice the interlayer separation distance. That is, it is 2 μm in FIG. 5, 6 μm in FIG. 6, and 10 μm in FIG.
From FIG. 5, when the interlayer distance between the display electrode (PX) and the gate line (GATE) is relatively close to 1 μm, a reverse tilt domain (RT) is generated on the PX2 side, and the orientation (DIR) is also generated on the PX1 side. ) Is disturbed. This is presumably because the gate voltage is negatively large and is affected by the electric field from GATE.
[0023]
In contrast, in FIG. 6, a reverse tilt domain (RT) occurs on the PX2 side, but the orientation (DIR) disturbance is small on the PX1 side. This is presumably because the influence of the electric field from GATE is reduced because the interlayer distance between the display electrode (PX) and the gate line (GATE) is as large as 3 μm.
[0024]
Also in FIG. 7, since the interlayer distance between the display electrode (PX) and the gate line (GATE) is further increased to 5 μm, a reverse tilt drain (RT) is generated on the PX2 side. The orientation (DIR) disturbance is even smaller.
FIG. 8 corresponds to FIGS. 5 to 7 and shows the transmittance and pixel end for each case where the interlayer separation distance between the display electrode (PX1, PX2) and the gate line (GATE) is 1 μm, 3 μm, and 5 μm. The relationship with the position of the part was shown. On the vertical axis, the maximum transmittance is 0.5 in the cell having the polarizing plate in the crossed Nicol arrangement. In the horizontal axis, the line width of the gate line (GATE) is 10 μm, and the display electrodes (PX1, PX2) are overlapped by 3 μm width at both ends thereof, and the direction perpendicular to the gate line (GATE) is shown. Is taking position. From the figure, it can be seen that in the case of 1 μm, there is a transmittance peak in the PX1 and PX2 regions, and there is a boundary between the normal tilt region and the reverse tilt region in this portion, and light is lost. In the case of 3 μm, the transmittance peak is not in the PX1 region, but is located slightly outside the pixel in the PX2 region than the peak at 1 μm. In the case of 5 μm, there is a peak at the edge portion of PX1, but since this portion is superimposed on GATE, the display is not affected. In the area of PX2, there is a peak outside the pixel more than in the case of 1 μm and 3 μm.
[0025]
In all of these results, the mutual separation distance between the display electrodes is twice the interlayer separation distance. However, when the mutual separation distance between the display electrodes becomes larger than this, the electric field from the gate line (GATE) is increased. However, since the liquid crystal layer has a greater influence than the gap between the display electrodes (PX), the simulation result is worse than any of these. Further, because of miniaturization or layout restrictions, the mutual separation distance between the display electrodes (19) is about 4 to 5 μm. In practice, according to the result of FIG. 6 or FIG. The film thickness of (18) is preferably 3 μm or more, and the distance between the display electrodes (19) at that time is preferably 6 μm or more.
[0026]
In FIGS. 9 to 11, for the drain line (13), similarly to FIGS. 5 to 7, the interlayer separation distance between the drain line (DRAIN) and the display electrodes (PX1, PX2) sandwiching the drain line (DRAIN) is 1 μm, respectively. The equipotential lines when they are changed to 3 μm and 5 μm are indicated by dotted lines, and the alignment (DIR) of the liquid crystal molecules depending on the shape of the equipotential lines is shown. In each figure, the display electrode (PX1) is a pixel showing a side in a normal alignment state, and the display electrode (PX2) is a pixel showing a side where a reverse tilt domain occurs. In any case, the mutual separation distance of the display electrodes (PX) is twice the interlayer separation distance. That is, it is 2 μm in FIG. 9, 6 μm in FIG. 10, and 10 μm in FIG.
[0027]
FIG. 9 shows that a reverse tilt domain (RT) occurs in PX2 due to the influence of the electric field from DRAIN. Since the drain voltage has a smaller effective value than the gate voltage and has less influence on the liquid crystal layer, PX1 does not have a large alignment (DIR) disturbance on the gate side.
Furthermore, in FIG. 10, the reverse tilt domain (RT) in the PX2 region is small, and in the PX1 region, the disorder of orientation (DIR) has completely disappeared. Further, in FIG. 11, no reverse tilt domain or orientation disturbance is observed at all in the regions PX1 and PX2.
[0028]
In FIG. 12, on the drain side, as in FIG. 8, the vertical axis represents the transmittance and the horizontal axis represents the case where the interlayer separation distance between the display electrodes (PX1, PX2) and the drain line (DRAIN) is 1 μm, 3 μm, and 5 μm. The positions in the direction perpendicular to the drain line (DRAIN) are taken to show these relationship curves. In the case of 1 μm, there is a transmittance peak in the PX2 region, most of which is superimposed on DRAIN. In the case of 3 μm and 5 μm, the peak is completely superimposed by DRAIN and the display is not affected at all. On the PX1 side, in any case of 1 μm, 3 μm, and 5 μm, the peak is completely superimposed by DRAIN, and there is no adverse effect on the display.
[0029]
From the above consideration, in particular, on the gate side, the thickness of the interlayer insulating film (18) is increased to 1 μm or more, and the interlayer separation distance between the gate electrode / line (16, 17) and the display electrode (19) is increased. It was possible to suppress the disorder of the alignment of the liquid crystal due to the influence of the gate voltage.
Compared with TN, the DAP type has a better alignment control effect. Therefore, as shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4, the edge of the display electrode (19) and the alignment control window (32) Good pixel division is performed by the joint action.
[0030]
At the same time, in this structure, the display electrode (19) extends to the gate electrode and its lines (16, 17) and to the drain electrode and its lines (11, 13), so that an effective display area is obtained. It can be secured in the maximum area defined by the edge portions of each electrode and line (11, 13, 16, 17), and the aperture ratio can be greatly improved. That is, by increasing the interlayer separation distance between the display electrode (19) and the gate line (11) and the drain line (13), the electric field in the liquid crystal layer is changed from the electric field of the gate line (17) and the drain line (13). The display electrode (19) can be extended to the gate line (13) and the drain line (13). According to the applicant's actual measurement, an aperture ratio improvement of 10% or more is confirmed compared to the conventional case.
[0031]
FIG. 13 to FIG. 16 show the unit pixel structure of the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention. 13 is a plan view, and FIGS. 14, 15 and 16 are cross-sectional views taken along the lines AA, BB and CC in FIG. 13, respectively. The present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used, and the initial alignment of the liquid crystal molecules (41) is set in the normal direction of the substrate. In particular, the display electrode is a reflective electrode (29) formed of Al or the like. Therefore, in order to flatten the reflective electrode (29), the underlying interlayer insulating film (28) is a flattened insulating film such as SOG or BOSG. Further, in order to make the step as small as possible, the TFT preferably employs a positive stagger type in which the gate electrode (16) is disposed above the semiconductor layer (14).
[0032]
Further, since the display electrode is a reflective electrode (29), the TFT and its electrode wiring (11, 12, 13, 16, 17) are arranged below the reflective electrode (29), and the reflective electrode (29) By increasing as much as possible, the aperture ratio is significantly increased.
In the present embodiment, as in the first embodiment, the orientation is controlled by the oblique electric field at the edge of the reflective electrode (29) and the weak electric field in the orientation control window (32), and pixel division is performed. Wide viewing angle is realized.
[0033]
Particularly in the present embodiment, as shown in FIGS. 13, 14, 15 and 16, the TFT and its electrode lines (11), (12), (13), (16) and (17) are reflective electrodes. The structure is arranged at the bottom of (29). For this reason, it is prevented that a non-controllable electric field is applied from these electrode lines to the liquid crystal layer (40) to disturb the alignment of the liquid crystal. Further, this eliminates the need to increase the distance between the reflective electrode (29) and the electrode line in the vertical direction. Therefore, increasing the thickness of the interlayer insulating film (28) deteriorates the throughput. The reflective electrode (29) It is also possible to prevent the contact resistance between the source electrode 12 and the source electrode 12 from increasing.
[0034]
In FIG. 17, the gate line (GATE) is arranged below the reflective electrode (RF1) on the gate line side where the signal amplitude is large and the electric field is applied to the liquid crystal among the electrode lines of the TFT, and the reflective electrode ( The simulation results of the equipotential line (dotted line) in the cell and the alignment state of the liquid crystal molecules (DIR) at that time are shown in a state where the edge of RF1) and the edge of the gate line (GATE) coincide in a plane. At this time, the film thickness of the interlayer insulating film (28), that is, the interlayer separation distance between the reflective electrode (RF1) and the gate line (GATE) is 1 μm or less, but the equipotential line by the gate line (GATE) Although some distortion is seen, the alignment is not affected even within the pixel region, and good alignment control is performed.
[0035]
Further, empirically, even when the gate line (GATE) protrudes from the lower part of the reflective electrode (RF1), 1/2 of the width is equal to or less than half of the interlayer separation distance, or the protruding width is less than the reflective electrode ( When the distance is smaller than half of the mutual separation distance between RF1) and (RF2), the same potential distribution as that in FIG. 17 is obtained, and it is possible to suppress the disturbance of orientation due to the electric field of the gate line (GATE).
[0036]
FIG. 18 is a plan view of a unit pixel portion of the liquid crystal display device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the display electrode (19) is formed to be vertically long as compared with the first embodiment shown in FIG. 13, and accordingly, the orientation control window (32) is shaped into the display electrode (19). ) In that a straight line portion extending in the long side direction is provided at the central portion.
[0037]
In the above-described embodiment, the display electrode (19) and the alignment control window (32) are not in a parallel relationship, and the alignment controlled in the vertical direction at the edge portion of the display electrode (19) and the alignment control window ( In 32), the orientation controlled in the vertical direction was only smoothly connected due to the continuity of the liquid crystal itself. Therefore, an alignment boundary may occur between the edge of the display electrode (19) and the alignment control window (32). For this reason, in the present embodiment, in the vertically long display electrode (19), the display electrode (19) edge is increased by enlarging the region in which the display electrode (19) edge and the alignment control window (32) are in a parallel relationship. The region where the alignment control window (32) controls the alignment in the same direction is made sufficiently larger than the region where the edge of the display electrode (19) and the alignment control window (32) perform the alignment control. The influence of the alignment boundary formed between the edge of the display electrode (19) and the alignment control window (32) is made relatively small, and further good alignment control is performed.
[0038]
FIG. 19 is a plan view of a unit pixel portion of a liquid crystal display device according to Embodiment 4 of the present invention. In the present embodiment, a reflective electrode such as Al is used as the display electrode as compared with the third embodiment of FIG. This point is the same as in the second embodiment. Therefore, in the present embodiment, the vertical reflection electrode (29) and the alignment control window (32) corresponding to the vertical reflection electrode (29) are combined with the edge of the reflection electrode (19) to achieve extremely good pixel division, and the TFT and its The electrode lines (11), (12), (13), (16), and (17) are arranged below the reflective electrode (29). These TFTs and their electrode lines (11), (12), (13), and (16) The configuration prevents the electric field of (17) from affecting the liquid crystal layer (40).
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the display electrode for driving the liquid crystal is separated from the thin film transistor that drives the display electrode and its electrode wiring, thereby avoiding the alignment of the liquid crystal from being affected by the electrode wiring, and disturbing the alignment. It can be suppressed. Therefore, in the structure in which pixel division is performed by secondary control of liquid crystal alignment using an oblique electric field by the edge of the display electrode and the alignment control window on the common electrode side, the disturbance of the oblique electric field is prevented. The control action of the edge and the orientation control window becomes effective, a good pixel division is performed, and the viewing angle is widened.
[0040]
Further, by arranging the thin film transistor and its electrode wiring under the reflective electrode for driving the liquid crystal, it is possible to avoid an electric field from the thin film transistor and its electrode wiring from affecting the liquid crystal layer, and to display the edge of the display electrode and the alignment control window. Prevents the controlled orientation from being disturbed, achieves good pixel division, and widens the viewing angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a unit pixel portion of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the transmittance and the position of the pixel portion.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the transmittance and the position of the pixel portion.
FIG. 13 is a plan view of a unit pixel portion of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
15 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
16 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing equipotential lines and liquid crystal alignment in a liquid crystal cell.
FIG. 18 is a plan view of a unit pixel portion of a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a plan view of a unit pixel portion of a liquid crystal display device according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 20 is a plan view of a unit pixel portion of a conventional liquid crystal display device.
21 is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 Substrate 11 Drain electrode 12 Source electrode 13 Drain line 14 Semiconductor layer 15 Gate insulating film 16 Gate electrode 17 Gate line 18 Interlayer insulating film 19 Display electrode 20, 33 Alignment film 28 Flattening insulating film 29 Reflective electrode 31 Common electrode 32 Alignment control window 40 liquid crystal layer 41 liquid crystal molecule 42 electric field

Claims

A display electrode for driving liquid crystal provided in a matrix on the first substrate, a thin film transistor having a source electrode connected to the display electrode, a gate line connected to the gate electrode of the thin film transistor, and a drain electrode of the thin film transistor A liquid crystal display device having a drain line connected to the liquid crystal layer and a liquid crystal driving common electrode provided on the second substrate disposed opposite to the first substrate with the liquid crystal layer interposed therebetween,
An alignment control window composed of an electrode absence region is provided in the common electrode, and a region near the alignment control window maintains liquid crystal molecules in an initial alignment state even when an electric field is formed in the liquid crystal layer. Control the tilt direction of the liquid crystal molecules by an electric field generated obliquely between the common electrode,
The display electrode is provided on an interlayer insulating film formed to cover the thin film transistor, the gate line, and the drain line, and a distance between the display electrodes is 4 μm or more, and the thin film transistor, the gate line, or / And at least a part of the drain line is disposed under the display electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween, and a width of the thin film transistor, the gate line, and the drain line protruding from the lower part of the display electrode is The thin film transistor, the gate line, and the drain line are spaced apart from the adjacent display electrodes so that half of the thickness is less than or equal to the film thickness of the interlayer insulating film, thereby preventing the electric field disturbance occurring obliquely. A liquid crystal display device.

A display electrode for driving liquid crystal provided in a matrix on the first substrate, a thin film transistor having a source electrode connected to the display electrode, a gate line connected to the gate electrode of the thin film transistor, and a drain electrode of the thin film transistor A liquid crystal display device having a drain line connected to the liquid crystal layer and a liquid crystal driving common electrode provided on the second substrate disposed opposite to the first substrate with the liquid crystal layer interposed therebetween,
An alignment control window composed of an electrode absence region is provided in the common electrode, and a region near the alignment control window maintains liquid crystal molecules in an initial alignment state even when an electric field is formed in the liquid crystal layer. Control the tilt direction of the liquid crystal molecules by an electric field generated obliquely between the common electrode,
The display electrode is provided on an interlayer insulating film formed to cover the thin film transistor, the gate line, and the drain line, and a distance between the display electrodes is 4 μm or more, and the thin film transistor, the gate line, or / And at least a part of the drain line is disposed below the display electrode with the interlayer insulating film interposed therebetween, and is disposed so as not to protrude from the display electrode in the entire width of the gate line or / and the drain line. A liquid crystal display device characterized by comprising:

The display electrodes, a liquid crystal display device according to claim 1 or claim 2, characterized in that a reflective electrode made of a conductive light-reflecting material.