JP2008009273A

JP2008009273A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2008009273A
Application number: JP2006181641A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Furuta; 薫古田; Osamu Sato; 治佐藤; Hideshi Yoshida; 秀史吉田
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: KR20080003175A; KR101296631B1; JP4192189B2

Abstract

【課題】製造コストを抑えながら映像切替時の残像の発生を防止する液晶表示装置を得る。
【解決手段】アレイ基板とカラーフィルタ基板とそれらの基板の間に充填された液晶層とから構成されるとともに、一つの画素が複数の副画素に分かれている液晶表示装置において、画素を駆動するための薄膜トランジスタに設けられたソース電極と、液晶層に電圧を印加するためのＩＴＯ透明電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが、透過領域における段差近傍で、かつ、副画素同士をつないでいる接続部分に設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は液晶表示装置に関し、特に、携帯電話機の画面やコンピュータのディスプレイ装置などに用いる液晶表示装置に関する。

小型のＴＦＴ−ＬＣＤ（Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display：薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ）が、近年、携帯電話機をはじめ、多く用いられている。このような機器は、室内だけでなく、屋外での使用、更には、デジタル地上波の受信環境が整ったことなどにより、広視野角で、動画表示可能で、かつ、直射日光下でも見ることが出来るディスプレイが求められてきている。

このような要求に対して、半透過型の垂直配向型液晶表示装置が普及しつつある。代表的な構造を図１および図２に示す。図１はカラーフィルタ基板側に透明樹脂層を設けて、反射表示領域のセル厚を薄くした従来例である。液晶表示装置は、一般に、単位画素がマトリクス状に配列されるアレイ基板と、アレイ基板と対向して設けられて、色相を表示するためのカラーフィルタ基板と、これら２つの基板の間に充填される液晶層とから構成される。アレイ基板とカラーフィルタ基板とは、その縁部でシールラインにより貼り合わせられて所定のセルギャップ（セル厚）を形成する。これら２つの基板間のセルギャップは、スペーサもしくはリベットにより均一に維持され、そこに液晶層が充填されて構成される。スペーサは、その形状によって、球状スペーサと柱状スペーサに区分できる。球状スペーサは、微細な球状を有し、散布方式により、上部のカラーフィルタ基板又は下部のアレイ基板に形成され、柱状スペーサは、フォト工程により感光性有機膜で形成される。

図１において、２００はアレイ基板であり、２０１はカラーフィルタ基板である。アレイ基板２００においては、透明な絶縁物質からなる第１基板１００上に、ゲート電極１０５（ゲートライン）が形成されている。ゲート電極１０５は、実際には複数本が並行に設けられているが、図１においては、そのうちの１つのみを示している。また、当該ゲート電極１０５が形成されている第１基板１００上には、ゲート電極１０５を絶縁するためのゲート絶縁層１０１が形成され、ゲート絶縁層１０１上には、ゲート電極と実質的に交差するデータ電極（図示せず）が形成されている。なお、データ電極も複数本が並行に設けられており、ゲート電極とデータ電極とは相互に交差して各画素領域を定義する。さらに、データ電極が形成されたゲート絶縁層１０１上には、データ電極を絶縁し、所定の段差を平坦化するための保護層であるフォトアクリル層１０２が形成されている。フォトアクリル層１０２上の反射領域に対応する領域には、反射電極１０３が形成されている。透過領域のフォトアクリル層１０２上と反射領域の反射電極１０３上には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極１０８が設けられている。さらに、ＩＴＯ透明電極１０８上には、配向膜（図示せず）が塗布されている。なお、アレイ基板２００においては、ゲート電極１０５とデータ電極が交差する領域に、スイッチング素子として薄膜トランジスタＴｒが形成されている。薄膜トランジスタＴｒは、最下位に設けられた、ゲート電極１０５と、その上部にゲート絶縁膜１０１を介して設けられた、互いに離間しているドレイン電極１０６およびソース電極１０７とから構成されている。なお、本明細書においては、データ線に接続されたものをドレイン電極と呼び、ＩＴＯ透明電極及び反射電極に接続されたものをソース電極と呼ぶこととする。さらに、フォトアクリル層１０２を貫通して、コンタクトホール１２２が形成されている。コンタクトホール１２２は、ソース電極１０７を、反射電極１０３及びＩＴＯ透明電極１０８に接続するためのものである。

一方、カラーフィルタ基板２０１は、透明な絶縁物質からなる第２基板１１０と、第２基板１１０上に形成されるブラックマトリクスとブラックマトリクスにより分離されるサブカラーフィルタ層とを備えるカラーフィルタ層１１１とを備える。また、図１に示すように、カラーフィルタ層１１１の一部分に、色層を抜いた穴１１４が形成されており、その色層を抜いた穴１１４には、第１のオーバーコート層（透明樹脂層）１１５が埋設されている。また、カラーフィルタ層１１１上及び第１のオーバーコート層１１５上には、カラーフィルタ層１１１の段差を形成するための第２のオーバーコート層（透明樹脂層）１１２が形成されている。また、カラーフィルタ層１１１、色層を抜いた穴１１４、第１のオーバーコート層１１５及び第２のオーバーコート層１１２が形成された後に、アレイ基板２００に形成された画素電極と対をなして液晶層に電界を印加するための共通電極（図示せず）が形成され、その上に、柱状スペーサ１０４とリベット１１３が形成される。さらに、その上に、配向膜（図示せず）が塗布されている。

図１の従来例においては、カラーフィルタ基板２０１側に、第１のオーバーコート層１１５と第２のオーバーコート層１１２から構成される厚い樹脂を形成する必要がある。これらのオーバーコート層１１５，１１２を形成するときに、同じ材料を使って一度に塗布してもよいが、その場合には、平坦化することはできない。平坦化されたオーバーコート層を得るためには、それぞれの層１１５，１１２を別々に形成する必要があるため、図１の構成においては、オーバーコート層を形成するための工程が２回必要となる。そのため、コストアップにつながってしまうという問題点があった。

図２は、この観点から、図１で示したカラーフィルタ基板２０１側の第２のオーバーコート層１１２を無くし、透明樹脂層であるフォトアクリル層１２０をアレイ基板２００側に設けたものである。フォトアクリル層１２０は、図２に示すように、アレイ基板２００側のＴＦＴトランジスタが設けられている反射領域に形成されている。また、反射領域のフォトアクリル層１２０および透明領域のゲート絶縁層１０１上には、ＳｉＮ層１２１が設けられている。また、反射領域のＳｉＮ層１２１上には、反射電極１０３が形成されている。反射領域の反射電極１０３上及び透過領域のＳｉＮ層１２１上には、ＩＴＯ透明電極１０８が設けられている。さらに、ＩＴＯ透明電極１０８上には、配向膜（図示せず）が塗布されている。また、フォトアクリル層１２０およびＳｉＮ層１２１を貫通してコンタクトホール１２２が形成されており、コンタクトホール１２２を介して、反射電極１０３およびＩＴＯ透明電極１０８とソース電極１０７とが電気的に接続される。一方、カラーフィルタ基板２０１側は、第２基板１１０上に、カラーフィルタ層１１１が形成されている。また、図２に示すように、カラーフィルタ層１１１の一部分に、色層を抜いた穴１１４が形成されており、その色層を抜いた穴１１４には、第１のオーバーコート層（透明樹脂層）１１５が埋設されている。また、カラーフィルタ層１１１上及び第１のオーバーコート層１１５上には、共通電極（図示せず）が形成されている。さらに、その上には、リベット１１３が形成されている。カラーフィルタ層１１１上及びリベット１１３上には配向膜（図示せず）が塗布されている。他の構成については、図１と基本的に同じであるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。

図２の従来例においては、カラーフィルタ基板２０１側に設ける透明樹脂層としては、色層を抜いた穴１１４を埋めるのみで良いため、第１のオーバーコート層（透明樹脂層）１１５を設けるのみで良い。これにより、オーバーコート層を形成するための工程が１回のみになるので、製造コストを抑えることができる。

しかしながら、図２に示す従来例においては、反射電極１０３あるいはＩＴＯ透明電極１０８と、薄膜トランジスタＴｒから延びるソース電極１０７とを如何にして接続させるかが課題となった。図２に示す従来例においては、反射電極１０３が設けられている反射領域の中央にコンタクトホール１２２を設け、反射電極１０３あるいはＩＴＯ透明電極１０８と、ソース電極１０７とを接続することが行われてきた。この場合には、コンタクトホール１２２があるため、セルギャップを確保するための柱状スペーサ（図１の１０４参照）を反射領域に設けることが出来ないため、画素領域の外に柱状スペーサが設けられてきた。しかしながら、この柱状スペーサ自体が配向規制能力を有しており、コンタクトホール１２２とは異なる動作を行ってしまうため、その配向規制する方位が本来の液晶の配向と矛盾する。このため、液晶表示装置に表示する映像を切り替えた時に、残像が発生するという問題が生じ安い。例えば、白地に黒の四角形を表示していて、画面全体を白に切り替えた場合に、黒い四角形の跡が数秒観察させるような不良が発生するという問題点があった。さらには、コンタクトホール１２２は、フォトアクリル層１２０およびＳｉＮ層１２１を貫通して設けられているので、その深さ及び直径は大きいものとなり、液晶分子の配向への影響が大きいという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、製造コストを抑えながら映像切替時の残像の発生を防止する液晶表示装置を得ることを目的としている。

この発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板とそれらの基板の間に充填された液晶層とから構成されるとともに、一つの画素が複数の副画素に分かれている液晶表示装置において、前記画素を駆動するための薄膜トランジスタに設けられた電圧供給電極と、前記液晶層に電圧を印加するための電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが、前記副画素同士をつないでいる接続部分に設けられている液晶表示装置である。

この発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板とそれらの基板の間に充填された液晶層とから構成されるとともに、一つの画素が複数の副画素に分かれている液晶表示装置において、前記画素を駆動するための薄膜トランジスタに設けられた電圧供給電極と、前記液晶層に電圧を印加するための電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが、前記副画素同士をつないでいる接続部分に設けられている液晶表示装置であるので、製造コストを抑えながら映像切替時の残像の発生を防止することができる。

実施の形態１．
以下、添付の図面を参照してこの発明による液晶表示装置の好ましい実施の形態を説明する。図３及び図４は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す断面図および平面図である。図３及び図４は、Ａ−Ｓｉ型の半透過型液晶表示装置を例に挙げて記載している。また、ＱＶＧＡのレゾリューションであり、画面の大きさは、対角２．４インチであり、垂直配向型の液晶表示装置である。また、誘電率異方性が負の液晶が使用されていて、電圧無印加にて垂直配向している。但し、これは一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

図３及び図４において、１０はアレイ基板であり、３０はカラーフィルタ基板である。アレイ基板１０は、透明な絶縁物質からなる第１基板１１上にゲート電極１４が形成されている。図３においては、１つしか記載されていないが、ゲート電極１４は、実際には、第１基板上に、複数本が並行に配列されている。また、ゲート電極１４が形成された第１基板１１上には、ゲート電極１４を絶縁するためのゲート絶縁層１２が形成され、ゲート絶縁層１２上には、ゲート電極１４と実質的に交差するデータ電極４１（図４参照）が形成されている。さらに、データ電極が形成されたゲート絶縁層１２上には、データ電極を絶縁し、所定の段差を形成するためのフォトアクリル層１３が薄膜トランジスタＴｒ側（反射領域側）に形成されている。フォトアクリル層１３の厚さは、適宜任意の厚さに設定してよいが、約２ミクロン程度が適当である。薄膜トランジスタＴｒは、スイッチング素子として、各画素領域毎に、ゲート電極１４とデータ電極４１とが交差する領域に設けられている。薄膜トランジスタＴｒは、最下位に設けられた、ゲート電極１４と、その上部にゲート絶縁膜１２を介して設けられた、互いに離間しているドレイン電極１５およびソース電極（電圧供給電極）１６とから構成されている。また、反射領域のフォトアクリル層１３および透過領域のゲート絶縁層１２上には、ＳｉＮ層１７が設けられている。また、反射領域におけるＳｉＮ層１７上には、反射電極１８が形成され、反射領域の反射電極１８上及び透過領域のＳｉＮ層１７上には、液晶層に電圧を印加するためのＩＴＯ透明電極１９が設けられている。また、ＩＴＯ透明電極１９上には、配向膜（図示せず）が塗布されている。

さらに、本実施の形態においては、ソース電極１６を延長させたソース電極延長部１６Ａが形成されている。また、ソース電極延長部１６ＡとＩＴＯ透明電極１９とを電気的に接続するためのコンタクトホール２０が、ＳｉＮ層１７を貫通して設けられている。本実施の形態においては、上述したように、フォトアクリル層１３が設けられている反射領域と、フォトアクリル層１３が設けられていない透過領域の両方の部位にＩＴＯ透明電極１９が設けられている。このフォトアクリル層１３のある部位とない部位との境界には、当然ながら、段差が生じている。コンタクトホール２０は、フォトアクリル層１３が設けられていない透過領域で、且つ、段差部に近い部分（段差部から微細な所定距離だけ離された位置）に、形成されている。段差部からの所定距離は特に限定せず、適宜、決定してよい。また、特に、図４に示すように、１つの画素が複数個の副画素に分割されている場合において、副画素同士をつなぐ接続部にコンタクトホール２０を設け、コンタクトホール２０が設けられている位置まで、ソース電極延長部１６Ａによりソース電極１６を延ばすようにする。

一方、カラーフィルタ基板３０は、透明な絶縁物質からなる第２基板３１と、第２基板３１上に形成されるブラックマトリクスとブラックマトリクスにより分離されるサブカラーフィルタ層とを備えるカラーフィルタ層３２とを備えている。また、図３に示すように、カラーフィルタ層３２の一部分に、色層を抜いた穴３４が形成されており、その色層を抜いた穴３４には、オーバーコート層（透明樹脂層）３５が埋設されている。カラーフィルタ層３２上及びオーバーコート層３５上には、アレイ基板１０に形成された画素電極と対をなして液晶層に電界を印加するための共通電極（図示せず）が形成されている。さらに、その上には、配向を規制するためのリベット３３が形成されている。カラーフィルタ層３２上及びリベット３３上には液晶の初期配向方向を決定するための配向膜（図示せず）が塗布されている。

図４を参照しながら、本実施の形態の構成をさらに説明する。図４に示すように、アレイ基板１０上には、並行に配列された複数のゲート電極１４と、これらゲート電極１４と実質的に交差し、かつ、並行に配列された、複数のデータ電極４１とが形成されている。また、ゲート電極１４とデータ電極４１とが交差して各画素領域が定義される。図４は、１単位分の画素領域を示している。

各画素領域には、該当画素を駆動するためのスイッチング素子として、薄膜トランジスタＴｒが形成されている。また、各画素領域には、液晶層に電界を印加するためのＩＴＯ透明電極１９が形成されている。ここで、ＩＴＯ透明電極１９は、ＩＴＯ以外の透明な導電物質で形成するようにしてもよい。本実施の形態においては、上述したように、１つの画素が、複数の副画素４３に分けられており、各副画素間をつないでいる接続部（連結部）４３Ａは、図４に示すように、副画素４３の部分より、幅が小さくなるように形成されている。

本実施の形態においては、上述したように、フォトアクリル層１３が設けられていない透過領域で、かつ、ＩＴＯ透明電極１９が形成されている、段差部に近い副画素間をつなぐ接続部４３Ａに、ソース電極１６とＩＴＯ透明電極１９とを接続するためのコンタクトホール２０が形成され、そこの位置まで、ソース電極延長部１６Ａによりソース電極１６を延長させている。また、ソース電極延長部１６Ａが設けられている領域に、コンタクトホール２０が設けられていて、ソース電極延長部１６Ａおよびコンタクトホール２０を介して、ソース電極１６とＩＴＯ透明電極１９とが電気的に接続されている。層構成としては、ＳｉＮ層１７の下にソース電極１６あるいはソース電極延長部１６Ａがあり、ＳｉＮ層１７を貫通させてコンタクトホール２０が開いていて、このコンタクトホール２０を埋める形でＩＴＯ透明電極１９がコンタクトホール２０内に形成されている（図３においては、図の簡略化のため、ＩＴＯ透明電極１９がコンタクトホール２０内に設けられていないが、実際には、コンタクトホール２０内に入り込んだ形で設けられている。）。このＩＴＯ透明電極１９は、副画素４３であるＩＴＯ透明電極同士をつないでいる。

また、副画素４３、特に、反射領域の配向を安定化させるために、配向安定用のリベット３３を反射用の副画素４３の中央に配置している。このリベット３３のうち、例えば、８個に１個を、カラーフィルタ基板上に柱状に形成されたレジストあるいはアクリル樹脂からなるスペーサで置き換えるようにしてもよい。すなわち、この柱状スペーサも反射領域の副画素４３の中央に配置される。このスペーサは反射電極１８表面に接触することになるが、その傾斜面が配向をコントロールすることとなる。これにより、柱状スペーサを中心とする配向も安定化することが可能となり、良好な表示が実現される。

以上のように、本実施の形態においては、段差形成用のオーバーコート層をカラーフィルタ基板３０側には設けずに、アレイ基板１０側に形成するようにして、製造工程を削減し、製造コストを抑えるようにした。また、ソース電極１６とＩＴＯ透明電極１９とを電気的に接続するためのコンタクトホール２０を、アレイ基板のフォトアクリル層１３による段差に近く、透過領域における副画素４３間を連結する接続部４３Ａに設けるとともに、そこの位置まで、ソース電極１６をソース電極延長部１６Ａにより延長させるようにしたので、コンタクトホール２０はＳｉＮ層１７にのみ形成されるので、その深さ及び直径は小さいものとなり、液晶分子の配向への影響を大幅に抑えることが出来る。また、副画素４３の間の接続部４３Ａ部分は、元々、液晶分子は垂直に配向しやすく、白輝度への寄与は小さく、元々黒かったので、この接続部４３Ａにコンタクトホール２０を設ける場合には、ソース電極延長部１６Ａという不透明な領域がこの接続部４３Ａにきたとしても、白輝度の低下は最低減抑えることができる。

なお、この接続部４３Ａ部分の配向を安定化させるために、図５に示すように、副画素４３をつなぐ接続部４３Ａの両側および副画素４３間に、コモン電位の層であるコモン電極延長部５０を設けるようにしてもよい。カラーフィルタ基板３０側の透明電極（図示せず）はコモン電圧になっており、アレイ基板１０側のコモン電極４５と同一電位である。これにより、接続部４３Ａにおいて液晶分子は垂直に配向することになり、接続部４３Ａを境にして、その両側の部分とで配向を分けることができる。また、このアレイ基板上のコモン電極４５とＩＴＯ透明電極１９との間に電界が生じるが、この電界によって、液晶分子の配向が安定になる効果もある。層構成としては、副画素同士の空隙部においては、コモン電極４５、ＳｉＮ層１７となっており、接続部４３Ａでは、コモン電極４５、ＳｉＮ層１７、ソース電極１６、コンタクトホール２０（あるいはＳｉＮ層）、ＩＴＯ透明電極１９となっている。

なお、上記の実施の形態１においては、垂直配向型液晶表示装置を例にしたが、水平配向、ＥＣＢ、ＩＰＳ型においても、この発明が有効であることは言うまでもない。

従来の液晶表示装置の構成を示した断面図である。他の従来の液晶表示装置の構成を示した断面図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示した断面図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示した平面図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の変形例の構成を示した平面図である。

符号の説明

１０アレイ基板、１１第１基板、１２ゲート絶縁層、１３フォトアクリル層、１４ゲート電極、１５ドレイン電極、１６ソース電極、１６Ａソース電極延長部、１７ＳｉＮ層、１８反射電極、１９ＩＴＯ透明電極、２０コンタクトホール、３０カラーフィルタ基板、３１第２基板、３２カラーフィルタ層、３３リベット、３４色層を抜いた穴、３５オーバーコート層、４１データ電極、４３副画素、４３Ａ接続部、４５コモン電極、５０コモン電極延長部、１００第１基板、１０１ゲート絶縁層、１０２フォトアクリル層、１０３反射電極、１０４柱状スペーサ、１０５ゲート電極、１０７ソース電極、１０８ＩＴＯ透明電極、１１０第２基板、１１１カラーフィルタ層、１１２第１のオーバーコート層、１１３リベット、１１４色層を抜いた穴、１１５第２のオーバーコート層、１２０フォトアクリル層、１２１ＳｉＮ層、１２２コンタクトホール、２００アレイ基板、２０１カラーフィルタ基板。

Claims

アレイ基板とカラーフィルタ基板とそれらの基板の間に充填された液晶層とから構成されるとともに、一つの画素が複数の副画素に分かれている液晶表示装置において、
前記画素を駆動するための薄膜トランジスタに設けられた電圧供給電極と、前記液晶層に電圧を印加するための電極とを電気的に接続するためのコンタクトホールが、前記副画素同士をつないでいる接続部分に設けられている
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記薄膜トランジスタ側に、前記液晶層のセル厚を変化させるための段差形成用の樹脂層が設けられており、
前記樹脂層が前記薄膜トランジスタの少なくとも一部分を覆っており、
前記コンタクトホールは、前記樹脂層が設けられていない領域で、かつ、前記段差近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記樹脂層上に反射電極が設けられて反射表示領域を形成しており、
前記反射表示領域の中央部分にセルギャップを保持するための柱状の突起が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記副画素同士をつないでいる接続部分の両側および前記副画素間にコモン電位の層を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。