JP3819104B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係わり、特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピューターを中心とする情報機器分野およびテレビなどを中心とする映像機器分野において、大型、高精細なアクティブマトリクス型の液晶表示装置が開発されている。
【0003】
アクティブマトリクス型液晶表示装置を構成する第1の基板であるΤFT(薄膜トランジスタ)アレイ基板の一例を、図7に示す。TFTアレイ基板においては、絶縁基板上に複数本の走査線1と複数本の信号線2とが交差して形成され、これらの線の交差によりマトリクス状に形成された各画素区画に、それぞれ画素電極3が設けられ、画素電極3ごとにTFT4が形成されている。また、画素に付加する蓄積容量を形成するための蓄積容量電極(補助容量電極)5が、画素区画に延出し、走査線1と一体に形成されている。そして、TFT4のゲート電極6は走査線1と一体に形成され、ドレイン電極7は信号線2から延出して形成されている。また、ソース電極8は画素電極3に接続されている。さらに、これらの上には絶縁保護膜(図示を省略。)が形成されている。
【0004】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、このようなTFTアレイ基板と、対向電極とカラーフィルタを有する第2の基板(対向基板)とを、間隙材(スペーサ)により一定の間隙を保って対向設置し、基板間に液晶層を挟持して構成されるが、近年、スペーサとして、プラスチックビースに代わり柱状のスペーサが用いられつつある。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光漏れと散布むらに起因するセルギャップむらを解消するために、対向基板側に複数の着色層を積層することにより複数の柱状体を形成し、この柱状体により基板間の間隙を一定に保つことが行なわれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来からのアクティブマトリクス型液晶表示装置では、蓄積容量を形成するための蓄積容量電極5あるいは配線の設置により、開口率の低下が引き起こされるという難点があり、特に、柱状スペーサの設置によりセルギャップむら等の解消が求められる大画面で高精細な表示装置ほど、バックライトが大型化して消費電力が増大しており、開口率の低下が深刻な問題となっていた。
【0006】
さらに、通常液晶表示装置のバックライトに使用される蛍光管は、青色、緑色、赤色の3色を発光する三波長管であり、各色を発光する蛍光体の配分を、例えば青色蛍光体:緑色蛍光体:赤色蛍光体で5:2:3としている。すなわち、視感度特性の低い青色の発光色を有する蛍光体の割合を増やすことで、白色光となるようにバランスをとっているが、一方ではそれが消費電力を増大させる原因となっていた。
【0007】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、開口率が高く、バックライトの消費電力の低減が可能であるとともに、セルギャップむらがなく、品位が均一でコントラスト比の高い表示を得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、絶縁基板上に形成された複数本の走査線および信号線と、前記走査線と信号線により形成されたマトリクス状の区画にそれぞれ形成された画素電極と、これらの画素電極ごとに設けられたスイッチング素子とを有する第1の基板と、前記第1の基板との間隙を保つために複数の着色層の積層により形成された柱状スペーサと、対向電極とを有し、前記第1の基板と対向して配置された第2の基板と、前記第1の基板と第2の基板との間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記柱状スペーサの前記第1の基板と当接する部分に、前記対向電極が延出して形成され、かつこの対向電極の延出部が、前記第1の基板の画素電極と少なくとも1層の絶縁層を介して当接し、蓄積容量を形成することを特徴とする。
【0009】
本発明の液晶表示装置では、第1の基板に蓄積容量電極を形成して、この電極と画素電極との間に第1の蓄積容量を形成するとともに、蓄積容量電極上の第1の蓄積容量の形成領域に、第2の基板に形成された柱状スペーサを設置し、この柱状スペーサ上の対向電極の延出部と第1の基板の画素電極により、第2の蓄積容量を形成することができる。
【0010】
また、このような第1の蓄積容量と第2の蓄積容量の和を、すべての画素においてほぼ一定の値とするとともに、特定の画素において、第2の蓄積容量を形成する対向電極の延出部の面積を、他の画素での面積より大きくすることにより、第1の蓄積容量を形成する蓄積容量電極の面積を他の画素より小さくすることができ、それによって、特定の画素における開口率をより向上させることができる。 なお、特定の画素としては、第2の基板に形成されたカラーフィルタの青色着色層に対応する画素とすることが望ましい。
【0011】
本発明の液晶表示装置においては、第2の基板の柱状スペーサに、その第1の基板と当接する部分を覆うように対向電極が延出して形成されており、この柱状スペーサが、第1の基板の画素電極と、少なくとも1層の絶縁層を間に介在させて当接しており、柱状スペーサへの対向電極の延出部と画素電極との間に、蓄積容量が形成されている。したがって、蓄積容量電極あるいは蓄積容量配線を省略することができ、開口率の向上が可能である。
【0012】
また、特に第1の基板が蓄積容量電極を有し、この蓄積容量電極と画素電極との間に蓄積容量(第1の蓄積容量)が形成されたものでは、柱状スペーサを、非開口部である蓄積容量電極の形成領域に設置することにより、開口率を低下させることなく、効率良く蓄積容量(第2の蓄積容量)を形成することができる。このとき、第1の蓄積容量に、対向電極の延出部により形成される第2の蓄積容量が加わるため、第1の蓄積容量を従来に比べて減少させることができる。すなわち、蓄積容量電極の面積を小さくしあるいは蓄積容量配線を細くすることができ、開口率を上げることができる。
【0013】
さらに、柱状スペーサは所定のセルギャップが保てるだけの密度で設置すれば良く、すベての画素において、設置される柱状スペーサの総断面積が同一である必要がない。したがって、特定の画素において、設置される柱状スペーサの断面積を変化させて、第2の蓄積容量を形成する対向電極の延出部の面積を変化させ、これに対応して第1の蓄積容量を形成する蓄積容量電極の面積を増減させることで、特定の画素だけの開口率を変えた設計が可能である。
【0014】
特に、特定の画素を、カラーフィルタの青色着色層に対応する青色の画素として、その開口率を上げることが可能である。そして、このような青色画素の開口率の向上により、バックライトの蛍光管において青色蛍光体の割合を減少させることが可能であり、それによって消費電力を低減することができるうえに、消費電力の低減分を赤色および緑色の発光に振り向けることにより、より高輝度の表示が可能となる。
【0015】
さらに、表示領域のすべての画素において、柱状スペーサの設置が必ずしも必要でない場合には、開口率を向上させたい画素のみに柱状スペーサを設置すれば良い。そして、柱状スペーサの設置された特定の画素において、第1の蓄積容量を形成する蓄積容量電極の面積が、その他の画素よりはるかに小さく、極めて開口率の高い構造が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、本発明の液晶表示装置の第1の実施例において、TFTアレイ基板と対向基板とを組合わせて得られる液晶セルを、対向基板側から透視した平面図を示す。また図2は、図1におけるTFT部のA−A線に沿った断面図を示し、図3は、同じく図1における第1の蓄積容量部すなわち柱状スペーサ設置部の、B−B線に沿った断面図を示す。
【0018】
実施例の液晶表示装置では、これらの図に示すように、TFTアレイ基板において、ガラス基板のような透明な絶縁基板9上に、Al、Mo、W、Ta、Ti等の金属からなる複数本の走査線10と信号線11とが交差して形成され、マトリクス状に配置された画素区画ごとにTFT12が形成されている。また、各画素においては、蓄積容量電極13が走査線10から延出して一体に形成されている。TFT12は、走査線10と一体化したゲート電極14と、ゲート電極14の上に形成された酸化シリコン(SiOx )等のゲート絶縁膜15と、ゲート絶縁膜15上に順に積層形成されたa−Si(アモルファスシリコン)のような半導体層16、低抵抗半導体層(コンタクト層)17、および窒化シリコン等のエッチング保護膜18と、低抵抗半導体層17上に信号線11から延出して形成されたドレイン電極19と、ドレイン電極19と同層に形成された島状のソース電極20とから構成されている。また、画素部の絶縁基板9上には、ゲート絶縁膜15を介して、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)等の透明材料からなる画素電極21が、前段(n−1段)の走査線10およびそれと一体形成された蓄積容量電極13と重なるように形成され、蓄積容量電極13との間に蓄積容量(第1の蓄積容量)が形成されている。また、この画素電極21は、n段の走査線10上に形成されたΤFT12のソース電極20と、電気的に接続されている。さらに、これらの全面には、例えば厚さ 200nmの窒化シリコン(SiNx )からなる絶縁保護膜22が、プラズマCVD法等により形成されており、さらにその上の、後述する対向基板の柱状スペーサ設置領域を除いた表示領域全体には、低温キュア型のポリイミド等から成る配向膜23が塗布され、ラビングによる配向処理が施されている。
【0019】
一方対向基板においては、ガラス基板のような透明な絶縁基板9上に、遮光性材料により遮光層(ブラックマトリクス)24が形成され、また青色、緑色、赤色の各着色層をストライプ状に形成することにより、カラーフィルタ(図示を省略。)が形成されている。そして、カラーフィルタの形成において、遮光層24上の所定の位置に、青色着色層B、緑色着色層G、赤色着色層Rをそれぞれ順に積層形成することにより、柱状のスペーサ25が形成されている。また、カラーフィルタ上にITOからなる対向電極26が形成されるとともに、この対向電極26が柱状スペーサ25の外周面全体を覆うように延出形成されている。さらに、このような柱状スペーサ25の外周面を除いた表示領域全体には、低温キュア型のポリイミド等から成る配向膜23が塗布され、ラビングによる配向処理が施されている。
【0020】
そして、このような対向基板と前記したTFTアレイ基板とが、それぞれ配向膜23が形成された面を内側にし、かつ対向基板側に突出形成された柱状スペーサ25が、TFTアレイ基板側の蓄積容量電極13上の第1の蓄積容量形成部に設置されるように対向配置され、柱状スペーサ25上に形成された対向電極26が、第1の蓄積容量が形成された画素電極21の一部に、絶縁保護膜22を介して当接している。そして、これらの基板間にTN液晶のような液晶組成物27が挟持されている。
【0021】
なお、この液晶表示装置では、対向基板側では柱状スペーサ25の外周面を、TFTアレイ基板側では柱状スペーサ25が当接される部分を、それぞれ除いて配向膜23を形成することにより、対向電極26と画素電極21との間に絶縁保護膜22のみを介在させたが、配向膜23として誘電体である可溶性ポリイミド膜を用いる場合には、例えば20nmの厚さの配向膜を残して第2の蓄積容量を形成するようにしても良い。
【0022】
このように構成される液晶表示装置のTFTアレイ基板において、1画素に対応する部分の等価回路図を図4に示す。図から明らかなように、実施例の液晶表示装置では、TFT12のソース電極20と接続された画素電極21と、対向基板の対向電極26との間に形成される液晶容量CLCを補う機能を持つ蓄積容量として、画素電極21とn−1段の走査線10の蓄積容量電極13との間で形成される第1の蓄積容量Cs1の他に、画素電極21と柱状スペーサ25上の対向電極26との間で形成される第2の蓄積容量Cs2が付加されている。
【0023】
したがって、全体として十分な蓄積を確保しつつ、走査線10と一体に形成される蓄積容量電極13の面積を減少させることができ、開口率が向上する。すなわち従来は、画素に対する蓄積容量をCs1のみで形成したため、Cs1を形成する蓄積容量電極13の面積を十分に大きく取る必要があったが、Cs2が付加されているので、蓄積容量全体(Cs1とCs2の和)を従来通りに保ちながら、蓄積容量電極13の面積を減少させることができ、開口率を上げることができる。
【0024】
また、蓄積容量電極13と画素電極21との間に介在してCs1を形成するゲート絶縁膜15が、誘電率が 4.8の酸化シリコン(SiOx )等で構成されているのに対して、画素電極21と対向電極26との間に介在してCs2を形成する絶縁保護膜22が、誘電率が 6.2の窒化シリコン(SiNx )等で構成されているので、Cs2として大容量を効率的に形成することが可能であり、Cs1を形成する蓄積容量電極13の面積を効果的に減少させることができる。
【0025】
したがって、実施例の液晶表示装置においては、画素の開口率が高いうえに、柱状スペーサによってセルギャップが均一に保たれ、かつ柱状スペーサの設置部分に形成された第2の蓄積容量が効果的に機能するため、高輝度で良好な表示画像が得られる。
【0026】
次に、本発明の液晶表示装置の第2の実施例を、図5に基づいて説明する。
【0027】
第2の実施例の液晶表示装置では、TFTアレイ基板の各画素において、第1の蓄積容量Cs1と第2の蓄積容量Cs2の和は、ほぼ一定としながら、それぞれの値(Cs1およびCs2)は画素ごとに異なっており、特にカラーフィルタの青色の着色層に対応する画素(Bで表わす。)では、赤色および緑色の着色層に対応する画素(RおよびGで表わす。)に比べて、柱状スペーサ25の断面積に相当する対向電極26の延出部の面積が大きく、第2の蓄積容量Cs2の値が大きくなっており、したがって画素電極21に重なり第1の蓄積容量Cs1を形成する蓄積容量電極13の面積が小さくなっている。なお、その他の構成については、第1の実施例と同様であるので、同一部分に同一符号を付けて説明を省略する。
【0028】
このように構成される第2の実施例の液晶表示装置においては、第1の実施例と同様に、柱状スペーサ25によってセルギャップが均一に保たれるので、むらのない良好な表示が得られるうえに、赤色や緑色のフィルタ位置に対応する画素に比べて、青色のフィルタ位置に対応する画素の開口率が高くなっている。したがって、バックライトの蛍光管において、青色の蛍光体の比率を下げることができ、こうして各色の透過光の強度バランスを取りながら消費電力を低減することができる。
【0029】
さらに、本発明の液晶表示装置の第3の実施例を、図6に基づいて説明する。この実施例の液晶表示装置では、TFTアレイ基板において、カラーフィルタの青色の着色層に対応する画素だけに柱状スペーサ25が設置され、第2の蓄積容量Cs2が形成されており、第1の蓄積容量Cs1を形成する蓄積容量電極13と画素電極21との重なり部の面積が、他の色のフィルタ位置に対応する画素に比べてはるかに小さくなっている。なお、その他の構成については、第1の実施例と同様であるので、同一部分に同一符号を付けて説明を省略する。
【0030】
このように構成される第3の実施例の液晶表示装置においては、青色のフィルタ位置に対応する画素の開口率を、第2の実施例よりもさらに上げることができ、それにより消費電力を一層低減することができる。また、この実施例では、第1および第2の実施例に比べて、セルギャップを保つための柱状スペーサ25の設置密度が小さくなっているが、この密度でも十分に均一なセルギャップが保たれ、むらのない良好な表示が得られる。
【0031】
なお、以上の実施例においては、第1の蓄積容量Cs1を、n−1段の走査線10と一体化した蓄積容量電極13と画素電極21との間に形成したが、画素電極21と独立の蓄積容量配線との間にCs1を形成した構成とすることもできる。
【0032】
また、各画素において、第1の蓄積容量Cs1と第2の蓄積容量Cs2とを併用したが、Cs2のみとしても良いことはもちろんである。さらに、走査線10上にTFT12のゲート電極14を設けた構造としたが、このような構造のTFT12に限定されず、走査線10から分岐した形状でゲート電極14を設けたTFT12においても、さらに半導体として多結晶シリコンを用いたTFTにおいても、本発明は適用することができる。
【0033】
また、第2および第3の実施例では、より断面積の大きい柱状スペーサ25を設置する特定の画素を、青色のフィルタ位置に対応する画素としたが、液晶表示装置の用途や環境によっては、他の色を強調した表示が求められる場合があり、その場合には他色のフィルタ位置に対応する画素に柱状スペーサ25を設置しても良い。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の液晶表示装置によれば、柱状スペーサの当接部に形成された対向電極と画素電極との間に蓄積容量を形成することで、開口率を向上させることができる。したがって、セルギャップが均一でコントラスト比の高い良好な表示品位を保ちながら、同時に開口率の高いアクティブマトリクス型液晶表示装置を得ることができ、消費電力の低減にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の第1の実施例において、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。
【図2】図1におけるTFT部のA−A線に沿った断面図。
【図3】図1における第1の蓄積容量部すなわち柱状スペーサ設置部のB−B線に沿った断面図。
【図4】第1の実施例の液晶表示装置の1画素に対応する部分の等価回路図。
【図5】本発明の液晶表示装置の第2の実施例において、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。
【図6】本発明の液晶表示装置の第3の実施例において、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。
【図7】従来からの液晶表示装置に用いるアレイ基板の1画素相当分の平面図。
【符号の説明】
9………絶縁基板
10………走査線
11………信号線
12………TFΤ
13………蓄積容量電極
14………ゲート電極
15………ゲート絶縁膜
16………半導体層
17………低抵抗半導体層
18………エッチング保護膜
19………ドレイン電極
20………ソース電極
21………画素電極
22………絶縁保護膜
24………遮光層
25………柱状スペーサ
26………対向電極
27………液晶組成物
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to an active matrix liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large-sized, high-definition active matrix liquid crystal display devices have been developed in the field of information equipment centered on computers and the field of video equipment centered on televisions.
[0003]
An example of a FT (thin film transistor) array substrate, which is a first substrate constituting an active matrix liquid crystal display device, is shown in FIG. In the TFT array substrate, a plurality of scanning lines 1 and a plurality of signal lines 2 intersect with each other on an insulating substrate, and each pixel section formed in a matrix by intersecting these lines has a pixel. An electrode 3 is provided, and a TFT 4 is formed for each pixel electrode 3. A storage capacitor electrode (auxiliary capacitor electrode) 5 for forming a storage capacitor added to the pixel extends to the pixel section and is formed integrally with the scanning line 1. The gate electrode 6 of the TFT 4 is formed integrally with the scanning line 1, and the drain electrode 7 is formed extending from the signal line 2. The source electrode 8 is connected to the pixel electrode 3. Further, an insulating protective film (not shown) is formed on these.
[0004]
In the active matrix liquid crystal display device, such a TFT array substrate and a second substrate (counter substrate) having a counter electrode and a color filter are placed opposite to each other while maintaining a certain gap with a gap material (spacer), A liquid crystal layer is sandwiched between substrates, but in recent years, columnar spacers are being used as spacers instead of plastic beads. In other words, in order to eliminate cell gap unevenness due to light leakage and scattering unevenness around the plastic beads, a plurality of columnar bodies are formed by laminating a plurality of colored layers on the counter substrate side, and this columnar body forms a space between the substrates. It has been practiced to keep the gap between these constant.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional active matrix type liquid crystal display device, there is a problem that the aperture ratio is lowered due to the installation of the storage capacitor electrode 5 or the wiring for forming the storage capacitor. A display device with a large screen and high definition that is required to eliminate cell gap unevenness due to installation has increased the power consumption due to an increase in the size of the backlight, and a decrease in the aperture ratio has become a serious problem.
[0006]
Furthermore, the fluorescent tube normally used for the backlight of the liquid crystal display device is a three-wavelength tube that emits three colors of blue, green, and red, and the distribution of the phosphors that emit each color is, for example, blue phosphor: green. Phosphor: red phosphor and 5: 2: 3. That is, by increasing the proportion of phosphors having a blue emission color with low visibility characteristics, the white light is balanced, but on the other hand, this causes the power consumption to increase.
[0007]
The present invention has been made to solve these problems. The display has a high aperture ratio, can reduce the power consumption of the backlight, has no cell gap unevenness, is uniform in quality, and has a high contrast ratio. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of obtaining the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device of the present invention includes a plurality of scanning lines and signal lines formed on an insulating substrate, pixel electrodes formed in matrix-like sections formed by the scanning lines and signal lines, and these A first substrate having a switching element provided for each pixel electrode; a columnar spacer formed by stacking a plurality of colored layers to maintain a gap between the first substrate; and a counter electrode. In the liquid crystal display device comprising: a second substrate disposed opposite to the first substrate; and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate, the columnar spacer The counter electrode is formed to extend in a portion of the first substrate in contact with the first substrate, and the extension portion of the counter electrode is interposed between the pixel electrode of the first substrate and at least one insulating layer. Abutting and forming storage capacity To.
[0009]
In the liquid crystal display device of the present invention, the storage capacitor electrode is formed on the first substrate, the first storage capacitor is formed between the electrode and the pixel electrode, and the first storage capacitor on the storage capacitor electrode is formed. A columnar spacer formed on the second substrate is disposed in the formation region of the second substrate, and the second storage capacitor is formed by the extension portion of the counter electrode on the columnar spacer and the pixel electrode of the first substrate. it can.
[0010]
Further, the sum of the first storage capacitor and the second storage capacitor is set to a substantially constant value in all the pixels, and the extension of the counter electrode that forms the second storage capacitor in the specific pixel is performed. By making the area of the portion larger than the area of the other pixels, the area of the storage capacitor electrode forming the first storage capacitor can be made smaller than that of the other pixels, and thereby the aperture ratio in a specific pixel Can be further improved. Note that the specific pixel is desirably a pixel corresponding to the blue colored layer of the color filter formed on the second substrate.
[0011]
In the liquid crystal display device of the present invention, the counter electrode is formed on the columnar spacer of the second substrate so as to cover the portion in contact with the first substrate. The pixel electrode of the substrate is in contact with at least one insulating layer interposed therebetween, and a storage capacitor is formed between the extension portion of the counter electrode to the columnar spacer and the pixel electrode. Therefore, the storage capacitor electrode or the storage capacitor wiring can be omitted, and the aperture ratio can be improved.
[0012]
In particular, in the case where the first substrate has a storage capacitor electrode, and a storage capacitor (first storage capacitor) is formed between the storage capacitor electrode and the pixel electrode, the columnar spacer is formed with a non-opening portion. By installing it in a region where a certain storage capacitor electrode is formed, it is possible to efficiently form a storage capacitor (second storage capacitor) without reducing the aperture ratio. At this time, since the second storage capacitor formed by the extension portion of the counter electrode is added to the first storage capacitor, the first storage capacitor can be reduced as compared with the conventional one. That is, the area of the storage capacitor electrode can be reduced or the storage capacitor wiring can be made thinner, and the aperture ratio can be increased.
[0013]
Furthermore, the columnar spacers need only be installed at a density that can maintain a predetermined cell gap, and the total cross-sectional area of the columnar spacers installed need not be the same in all pixels. Therefore, in a specific pixel, the cross-sectional area of the columnar spacers to be installed is changed to change the area of the extension portion of the counter electrode that forms the second storage capacitor, and the first storage capacitor is correspondingly changed. By changing the area of the storage capacitor electrode that forms the electrode, a design in which the aperture ratio of only a specific pixel is changed is possible.
[0014]
In particular, it is possible to increase the aperture ratio of a specific pixel as a blue pixel corresponding to the blue colored layer of the color filter. And, by improving the aperture ratio of such blue pixels, it is possible to reduce the proportion of blue phosphor in the backlight fluorescent tube, thereby reducing power consumption and reducing power consumption. By directing the reduced amount to red and green light emission, higher brightness display is possible.
[0015]
Further, in the case where it is not always necessary to install columnar spacers in all the pixels in the display area, columnar spacers may be installed only in the pixels whose aperture ratio is desired to be improved. Then, in a specific pixel provided with a columnar spacer, the area of the storage capacitor electrode forming the first storage capacitor is much smaller than that of the other pixels, and a structure with an extremely high aperture ratio can be obtained.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a plan view of a liquid crystal cell obtained by combining a TFT array substrate and a counter substrate in a first embodiment of the liquid crystal display device of the present invention, as seen through from the counter substrate side. 2 shows a cross-sectional view taken along the line AA of the TFT portion in FIG. 1, and FIG. 3 shows the first storage capacitor portion, that is, the columnar spacer installation portion in FIG. FIG.
[0018]
In the liquid crystal display device of the embodiment, as shown in these drawings, in the TFT array substrate, a plurality of metals made of metal such as Al, Mo, W, Ta, Ti, etc. are formed on a transparent insulating substrate 9 such as a glass substrate. The scanning lines 10 and the signal lines 11 are formed so as to intersect with each other, and a TFT 12 is formed for each pixel section arranged in a matrix. In each pixel, the storage capacitor electrode 13 extends from the scanning line 10 and is integrally formed. The TFT 12 includes a gate electrode 14 integrated with the scanning line 10, a gate insulating film 15 such as silicon oxide (SiO x ) formed on the gate electrode 14, and a stacked on the gate insulating film 15 in order. A semiconductor layer 16 such as -Si (amorphous silicon), a low resistance semiconductor layer (contact layer) 17, an etching protection film 18 such as silicon nitride, and the low resistance semiconductor layer 17 are formed to extend from the signal line 11. The drain electrode 19 and the island-like source electrode 20 formed in the same layer as the drain electrode 19 are configured. A pixel electrode 21 made of a transparent material such as indium tin oxide (ITO) is provided on the insulating substrate 9 in the pixel portion via the gate insulating film 15, and the scanning line 10 in the previous stage (n−1 stage). A storage capacitor (first storage capacitor) is formed between the storage capacitor electrode 13 and the storage capacitor electrode 13 formed integrally therewith. In addition, the pixel electrode 21 is electrically connected to the source electrode 20 of the FT 12 formed on the n-th scanning line 10. Further, an insulating protective film 22 made of, for example, silicon nitride (SiN x ) having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface by a plasma CVD method or the like. The entire display area excluding the area is coated with an alignment film 23 made of low-temperature cure type polyimide or the like and subjected to an alignment process by rubbing.
[0019]
On the other hand, in the counter substrate, a light shielding layer (black matrix) 24 is formed of a light shielding material on a transparent insulating substrate 9 such as a glass substrate, and blue, green, and red colored layers are formed in stripes. Thus, a color filter (not shown) is formed. In forming the color filter, the columnar spacer 25 is formed by sequentially laminating the blue colored layer B, the green colored layer G, and the red colored layer R at predetermined positions on the light shielding layer 24. . A counter electrode 26 made of ITO is formed on the color filter, and the counter electrode 26 is formed so as to cover the entire outer peripheral surface of the columnar spacer 25. Further, an alignment film 23 made of a low-temperature cure type polyimide or the like is applied to the entire display area excluding the outer peripheral surface of the columnar spacer 25 and subjected to an alignment process by rubbing.
[0020]
The counter substrate and the TFT array substrate described above each have a columnar spacer 25 formed so that the surface on which the alignment film 23 is formed is inward and projecting toward the counter substrate side. The counter electrode 26 disposed opposite to the first storage capacitor forming portion on the electrode 13 and formed on the columnar spacer 25 is part of the pixel electrode 21 in which the first storage capacitor is formed. The contact is made through the insulating protective film 22. A liquid crystal composition 27 such as TN liquid crystal is sandwiched between these substrates.
[0021]
In this liquid crystal display device, the counter electrode is formed by forming the alignment film 23 except for the outer peripheral surface of the columnar spacer 25 on the counter substrate side and the portion where the columnar spacer 25 abuts on the TFT array substrate side. Only the insulating protective film 22 is interposed between the pixel electrode 21 and the pixel electrode 21. However, when a soluble polyimide film as a dielectric is used as the alignment film 23, the second alignment film having a thickness of, for example, 20 nm is left. Alternatively, the storage capacitor may be formed.
[0022]
FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of a portion corresponding to one pixel in the TFT array substrate of the liquid crystal display device configured as described above. As is apparent from the figure, the liquid crystal display device of the embodiment has a function of compensating for the liquid crystal capacitance CLC formed between the pixel electrode 21 connected to the source electrode 20 of the TFT 12 and the counter electrode 26 of the counter substrate. As the storage capacitor, in addition to the first storage capacitor Cs1 formed between the pixel electrode 21 and the storage capacitor electrode 13 of the n-1 stage scanning line 10, the pixel electrode 21 and the counter electrode 26 on the columnar spacer 25 are provided. The second storage capacitor Cs2 formed between the two is added.
[0023]
Therefore, the area of the storage capacitor electrode 13 formed integrally with the scanning line 10 can be reduced while ensuring sufficient storage as a whole, and the aperture ratio is improved. That is, conventionally, since the storage capacitor for the pixel is formed only by Cs1, it is necessary to take a sufficiently large area of the storage capacitor electrode 13 for forming Cs1, but since Cs2 is added, the entire storage capacitor (Cs1 and The area of the storage capacitor electrode 13 can be reduced and the aperture ratio can be increased while keeping the sum of Cs2) as usual.
[0024]
In addition, the gate insulating film 15 that forms Cs1 interposed between the storage capacitor electrode 13 and the pixel electrode 21 is made of silicon oxide (SiO x ) having a dielectric constant of 4.8, whereas the pixel. Since the insulating protective film 22 that forms Cs2 interposed between the electrode 21 and the counter electrode 26 is made of silicon nitride (SiN x ) having a dielectric constant of 6.2, a large capacity can be efficiently used as Cs2. The area of the storage capacitor electrode 13 that forms Cs1 can be effectively reduced.
[0025]
Therefore, in the liquid crystal display device of the embodiment, the aperture ratio of the pixels is high, the cell gap is kept uniform by the columnar spacer, and the second storage capacitor formed in the installation portion of the columnar spacer is effective. Since it functions, a high-brightness and good display image can be obtained.
[0026]
Next, a second embodiment of the liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to FIG.
[0027]
In the liquid crystal display device of the second embodiment, in each pixel of the TFT array substrate, the sum of the first storage capacitor Cs1 and the second storage capacitor Cs2 is substantially constant, but the respective values (Cs1 and Cs2) are Each pixel differs, and in particular, a pixel corresponding to the blue colored layer (represented by B) of the color filter is more columnar than a pixel corresponding to the red and green colored layers (represented by R and G). The area of the extended portion of the counter electrode 26 corresponding to the cross-sectional area of the spacer 25 is large, and the value of the second storage capacitor Cs2 is large. Therefore, the storage that overlaps the pixel electrode 21 and forms the first storage capacitor Cs1. The area of the capacitive electrode 13 is small. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0028]
In the liquid crystal display device of the second embodiment configured as described above, the cell gap is kept uniform by the columnar spacers 25 as in the first embodiment, so that a good display without unevenness can be obtained. In addition, the aperture ratio of the pixel corresponding to the blue filter position is higher than that of the pixel corresponding to the red or green filter position. Therefore, in the fluorescent tube of the backlight, the ratio of the blue phosphor can be reduced, and thus the power consumption can be reduced while balancing the intensity of transmitted light of each color.
[0029]
Furthermore, a third embodiment of the liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to FIG. In the liquid crystal display device of this embodiment, in the TFT array substrate, the columnar spacer 25 is provided only in the pixel corresponding to the blue colored layer of the color filter, the second storage capacitor Cs2 is formed, and the first storage is performed. The area of the overlapping portion of the storage capacitor electrode 13 and the pixel electrode 21 forming the capacitor Cs1 is much smaller than that of the pixels corresponding to the filter positions of other colors. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0030]
In the liquid crystal display device of the third embodiment configured as described above, the aperture ratio of the pixel corresponding to the blue filter position can be further increased as compared with the second embodiment, thereby further reducing the power consumption. Can be reduced. Also, in this embodiment, the installation density of the columnar spacers 25 for maintaining the cell gap is smaller than in the first and second embodiments, but a sufficiently uniform cell gap is maintained even at this density. Good display without unevenness can be obtained.
[0031]
In the above embodiment, the first storage capacitor Cs1 is formed between the storage capacitor electrode 13 and the pixel electrode 21 integrated with the (n-1) th scanning line 10, but is independent of the pixel electrode 21. It is also possible to adopt a configuration in which Cs1 is formed between the storage capacitor wirings.
[0032]
In each pixel, the first storage capacitor Cs1 and the second storage capacitor Cs2 are used together, but it is needless to say that only Cs2 may be used. Further, the gate electrode 14 of the TFT 12 is provided on the scanning line 10. However, the present invention is not limited to the TFT 12 having such a structure, and the TFT 12 provided with the gate electrode 14 in a shape branched from the scanning line 10 is further provided. The present invention can also be applied to a TFT using polycrystalline silicon as a semiconductor.
[0033]
In the second and third embodiments, the specific pixel on which the columnar spacer 25 having a larger cross-sectional area is installed is a pixel corresponding to the blue filter position, but depending on the use and environment of the liquid crystal display device, In some cases, display in which other colors are emphasized is required, and in that case, columnar spacers 25 may be provided in pixels corresponding to filter positions of other colors.
[0034]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the liquid crystal display device of the present invention, the aperture ratio is improved by forming a storage capacitor between the counter electrode and the pixel electrode formed at the contact portion of the columnar spacer. Can be made. Therefore, it is possible to obtain an active matrix liquid crystal display device with a high aperture ratio while maintaining a good display quality with a uniform cell gap and high contrast ratio, which is also effective in reducing power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a liquid crystal cell seen through from a counter substrate side in a first embodiment of a liquid crystal display device of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA of the TFT portion in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line BB of the first storage capacitor portion, that is, the columnar spacer installation portion in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a portion corresponding to one pixel of the liquid crystal display device of the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view of a liquid crystal cell seen through from a counter substrate side in a second embodiment of the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 6 is a plan view of a liquid crystal cell seen through from a counter substrate side in a third embodiment of the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 7 is a plan view corresponding to one pixel of an array substrate used in a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
9 ......... Insulating substrate 10 ......... Scanning line 11 ......... Signal line 12 ......... TFΤ
13 ... Storage capacitor electrode 14 ... Gate electrode 15 ... Gate insulating film 16 ... Semiconductor layer 17 ... Low resistance semiconductor layer 18 ... Etch protection film 19 ... Drain electrode 20 ... ... Source electrode 21 ......... Pixel electrode 22 ......... Insulating protective film 24 ......... Light shielding layer 25 ......... Columnar spacer 26 ......... Counter electrode 27 ......... Liquid crystal composition

Claims (4)

絶縁基板上に形成された複数本の走査線および信号線と、前記走査線と信号線により形成されたマトリクス状の区画にそれぞれ形成された画素電極と、これらの画素電極ごとに設けられたスイッチング素子とを有する第1の基板と、前記第1の基板との間隙を保つために複数の着色層の積層により形成された柱状スペーサと、対向電極とを有し、前記第1の基板と対向して配置された第2の基板と、前記第1の基板と第2の基板との間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、
前記柱状スペーサの前記第1の基板と当接する部分に、前記対向電極が延出して形成され、かつこの対向電極の延出部が、前記第1の基板の画素電極と少なくとも1層の絶縁層を介して当接し、蓄積容量を形成することを特徴とする液晶表示装置。
A plurality of scanning lines and signal lines formed on an insulating substrate, pixel electrodes formed in matrix sections formed by the scanning lines and signal lines, and switching provided for each of these pixel electrodes A first substrate having an element; a columnar spacer formed by stacking a plurality of colored layers to maintain a gap between the first substrate; and a counter electrode; In a liquid crystal display device comprising: a second substrate arranged as described above; and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate.
The counter electrode is formed to extend at a portion of the columnar spacer that contacts the first substrate, and the extension portion of the counter electrode is at least one insulating layer with the pixel electrode of the first substrate. The liquid crystal display device is characterized in that a storage capacitor is formed through contact with each other.
前記第1の基板が、前記画素電極との間に蓄積容量を形成する蓄積容量電極を備え、かつ前記柱状スペーサがこの蓄積容量電極により第1の蓄積容量を形成する領域に設置され、前記対向電極の延出部と前記画素電極との間に、第2の蓄積容量を形成することを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。The first substrate includes a storage capacitor electrode that forms a storage capacitor with the pixel electrode, and the columnar spacer is disposed in a region where the first storage capacitor is formed by the storage capacitor electrode. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a second storage capacitor is formed between the extended portion of the electrode and the pixel electrode. 前記第1の蓄積容量と前記第2の蓄積容量の和を、すべての画素でほぼ一定とし、かつ所定の画素において、前記第2の蓄積容量を形成する前記対向電極の延出部の面積を大きくするとともに、前記第1の蓄積容量を形成する前記蓄積容量電極の面積を小さくしたことを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。The sum of the first storage capacitor and the second storage capacitor is made substantially constant for all the pixels, and the area of the extension portion of the counter electrode that forms the second storage capacitor is determined in a predetermined pixel. 3. The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the area of the storage capacitor electrode forming the first storage capacitor is reduced while increasing. 前記所定の画素が、前記第2の基板に形成されたカラーフィルタの青色の着色層に対応する画素であることを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。4. The liquid crystal display device according to claim 3, wherein the predetermined pixel is a pixel corresponding to a blue colored layer of a color filter formed on the second substrate.
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