JP2521752B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は液晶表示装置に関するもので、特に液晶の
配向の不具合によて生ずる表示品質の悪化を防止するこ
とが可能な液晶表示装置に関するものである。

（従来の技術） 液晶表示装置はCRTに代るフラットパネルディスプレ
イの一つとして期待されている。さらに、液晶表示装置
は、発光を利用した他の種類の表示装置に比し消費電力
が極端に少ないため、電池駆動の小型の表示装置例えば
超小型テレビ等に適していることから、この分野におい
ても研究が盛んに行なわれている。又、液晶パネルと、
カラーフィルターとを組み合わせることによって鮮やか
なカラー表示が可能になることから、カラー表示化の研
究がなされ一部は実用化されている。

このような液晶表示装置を駆動する方法としては種々
のものが考えられるが、近年主に行なわれている方法は
アクティブマトリクス駆動法であるといえる。

このようなアクティブマトリクス駆動法に適した型の
液晶表示装置は良く知られているが、以下、第３図〜第
５図を参照して従来のこの種の液晶表示装置の一般的な
構造につき簡単に説明する。

第３図は従来のアティブマトリクス型の液晶表示装置
の、スイッチング素子が設けられた側の基板（画素電極
基板と称することもある。）上の各構成成分の配置関係
につき主に示す部分的平面図である。尚、この場合、ス
イッチング素子を薄膜トランジスタ（TFT）とした例で
示してある。

第３図において、11はデータ電極としてのソース電極
を示し、13は走査電極としてのゲート電極を示す。これ
ら電極は例えばガラス基板等の好適な基板上にマトリク
ス状に形成されている。又、これら両電極が交差する領
域にはTFT15が形成されていて、図中、17で示すものは
このTFT15のドレイン電極になる。このドレイン電極17
には画素電極19（図中、斜線を付して示してある）が接
続されている。

又、第４図は、第３図に示した画素電極基板を第３図
に示すＩ−Ｉ線に沿って切って概略的に示した断面図で
ある。尚、図面が複雑化することを回避するため、断面
を示すハッチングを一部省略して示してある。

第４図において、21は基板としての例えばガラス基板
を示す。23はゲート絶縁膜を、25はアモルファスSi膜
を、27保護膜をそれぞれ示す。

又、第５図は第３図及び第４図を用いて説明した画素
電極基板と、共通電極を有する別途用意された他方の基
板（共通電極基板と称することもある）とを用いて構成
された従来の液晶表示装置を概略的に示す断面図であ
る。尚、第５図に示した液晶表示装置はカラー表示用の
ものの例である。又、この図も図面が複雑化することを
回避するため、断面を示すハッチングを一部省略して示
してある。

第５図において、31は第二の基板を示す。この基板31
上には基板側からカラー表示用カラーフィルター33と、
共通電極35とが順次に設けられている。又、図中37で示
すものは配向膜であり、画素電極基板21及び共通電極基
板31の互いの対向面にそれぞれ形成されている。これら
基板21及び31間には、液晶39が封入されている。

従来の液晶表示装置では、TFT15、走査電極（ゲート
電極）13、又データ電極（ソース電極）15が形成された
領域は基板表面から突出しこのため凸部41が生じてしま
う。又、モノカラー表示の液晶表示装置の共通電極では
問題とはならないが、第５図に示したように共通電極基
板の液晶注入側にカラーフィルター33を用いた場合に
は、隣り合うカラーフィルター間に凹部43が生じてしま
う。このように従来の液晶表示装置においては、対向さ
せた両基板のいずれか一方又は双方の液晶封入領域側表
面には、１〜２μｍ程度の段差が連続的にかつ周期的に
存在していた。

又、第３図からも明らかなように、従来の液晶表示装
置では、画素電極19がソース電極11やゲート電極13と短
絡しないように、画素電極とこれら電極とを離間させる
必要があった。

ところで、上述したようなアティブマトリクス型の従
来の液晶表示装置においては、液晶分子の一部の分子
が、後述するような理由で所望の配向方向でない方向に
配向すること（以下、これをドメイン現象と称すること
にする。）が起こり、これがため、表示品質が悪化する
ことが生じていた。

このようなドメイン現象を生じさせる原因の一つは基
板上に存在する上述したような段差と云える。例えば、
TFT部分が基板表面から２μｍ程度突出して段差を構成
しているとする。液晶表示装置の種類によっても異なる
が、対向する基板間の距離は広くとも10μｍ程度でしか
ないから、基板上に上述の如く２μｍ程度の段差がある
と、段差が有る部分と無い部分とにおける液晶封入用の
空隙の寸法は結果的に異なったものになってしまう。こ
のような両部分のそれぞれの液晶分子の配向具合は互い
に異なったものになると思われ、これがため、ドメイン
現象が生じてしまう。

ドメイン現象を生じさせる他の原因としては電気力線
の曲りが考えられる。このことにつき第６図を参照して
説明する。

アテイブマトリクス型の液晶表示装置においては、多
数のゲート電極を順次に選択し、選択されたゲート電極
に所属する多数の画素のソース電極にデータ信号がそれ
ぞれ印加される。今、あるゲート電極に所属する多数の
画素を一つおきにオンさせ残りの画素をオフさせる場合
を考える。第６図は従来の液晶表示装置をこのように駆
動した場合の電気力線の様子を模式的に示した図であ
り、共通電極37に対し画素電極19が正電位となるように
この画素電極19に電圧を印加した場合を示している。駆
動されているTFTの画素電極と、共通電極との間には本
来は画素電極19から共通電極37に向う電気力線が生じる
はずであるが、駆動されているTFTと、駆動されていな
いTFTの画素電極との間にも不用な電気力線（第６図
中、41で示す電気力線の曲り）が生ずるものと思われ
る。この不用な電気力線が生じている領域の液晶分子の
配向方向は、正常な電気力線が生じている領域での配向
方向とは異なるものになるから、これによってもドメイ
ン現象が生じるものと思われる。このような不用な電気
力線はオン信号が印加されているデータ電極に沿って並
ぶオフ状態の画素電極の端部領域でも生じる。

このようなドメイン現象を問題視しこれを解決するべ
く研究を行ない、その成果が示された文献としては例え
ば特開昭60−243633号公報がある。この公報によれば、
ドメイン現象が生じた後これを速く消滅させるため、TF
Tのソース電極と、画素電極の辺との間の隙間が可能な
限り直線状になるようにしている。さらに、カラー表示
用の液晶表示装置の場合であれば、隣り合うカラーフィ
ルタ間に生じる隙間を上述のソース電極及びこのソース
電極に近接するこのソース電極では駆動されない側の画
素電極間の隙間に対向するように位置あわせすることを
行なっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したように、ソース電極と画素電
極との隙間を可能な限り直線状にすることは、液晶表示
装置の画素配列の自由度を損ねることになる。又、隙間
同士が正確に対向するように位置合せさせるにはより正
確なアライメントが必要になるから製造工程上好ましい
ことではない。又、電気力線が曲った部分（第６図に41
で示した部分）でのドメイン現象に対しては何等の対策
もなされないことになり、この部分の液晶分子の配向の
不具合によって表示品質が損ねられることになる。

この発明は上述したような点に鑑みなされたものであ
り、従ってこの発明の目的は、ドメイン現象が発生しに
くく、又ドメイン現象が発生しても視認されにくい液晶
表示装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るために、この発明によれば、並
置配列された複数のストライプ状の走査電極と、前記各
走査電極と交差するように並置配列された複数のストラ
イプ状のデータ電極と、前記各走査電極および前記各デ
ータ電極の交差部にそれぞれ設けられたスイッチング素
子と、各スイッチング素子ごとに各々接続された画素電
極とを有した画素電極基板、並びに、該画素電極基板に
対向していて対向面に共通電極を有した共通電極基板を
具備する液晶表示装置において、 前記画素電極基板面上にスイッチング素子、走査電極
およびデータ電極に起因する段差をなくすように平坦化
された平坦表面を有する絶縁層を設け、該絶縁層の前記
平坦表面上に、かつ該絶縁層に設けられたコンタクトホ
ールを介して前記スイッチング素子に接続するように前
記画素電極を設けると共に、 前記データ電極を遮光性の金属で構成し、然も、 隣接する画素電極間の、前記データ電極のストライプ
方向と平行方向の電気的分離領域を、前記データ電極の
上方の領域としてあることを特徴とする。

尚、液晶表示装置がカラー表示可能なものであって、
共通電極基板上にカラフィルターを有するものである場
合には、共通電極基板のカラフィルタ上に、カラーフィ
ルターと基板表面との間に構成される凹凸を平坦化する
絶縁層を設け、この絶縁層上に共通電極を設けるのが好
適である。

（作用） このような構成によれば、スイッチング素子、スイッ
チング素子の走査電極、このスイッチング素子のデータ
電極及び画素電極基板表面で主に構成される凹凸を平坦
表面を有する絶縁層で覆うようにすることが出来る。従
って、画素電極基板及び共通電極基板間の液晶封入用の
空隙は両基板間のどの部分においても実質的に均一寸法
になるから、液晶分子を配向させるための種々の条件も
均一なものになる。従って、段差に起因するドメイン現
象の発生を防止することが出来る。

又、スイッチング素子やこれの走査及びデータ電極が
絶縁層で覆われているから、この絶縁層上に設ける画素
電極をこのスイッチング素子や両電極が形成されている
領域上方に至るまで形成することが出来るようになる。
従って、隣接する画素電極を電気的に分離するための分
離領域を走査電極上方の領域やデータ電極上方の領域に
設けることが出来るようになる。

そしてこの発明においては、隣接する画素電極間の、
スイッチング素子のデータ電極のストライプ方向と平行
方向の電気的分離領域をこのデータ電極上方の絶縁層部
分上の領域内に設けている。データ電極や走査電極は一
般に遮光性の金属薄膜で形成されている。この発明では
少なくともデータ電極を遮光性の金属薄膜で構成してい
る。このようにすれば、電気力線の曲りに起因するドメ
イン現象が発生し易いデータ電極と平行な画素電極間の
電気的分離領域の下方に遮光性金属（データ電極）が位
置するようになるから、このドメイン現象は表示装置を
みる者には認められないようになる。

（実施例） 以下、第１図及び第２図を参照してこの発明のアティ
ブマトリクス型の液晶表示装置の実施例につき説明す
る。尚、以下の説明に用いる各図はこの発明が理解出来
る程度に概略的に示してあるにすぎず、従って、この発
明がこれら図示例にのみ限定されるものでないことは理
解されたい。又、各図において、共通の構成部分につい
ては同一の符号を付して示してある。さらに、従来と同
様な構成部分については従来の符号と同一の符号を付し
て示してある。

液晶表示装置の構成 第１図（Ａ）はこの発明のアティブマトリクス型の液
晶表示装置の、スイッチング素子が設けられた側の基板
（画素電極基板）上の各構成成分の配置関係につき主に
示す部分的平面図である。尚、この場合、スイッチング
素子を薄膜トランジスタ（TFT）とした例で説明する。

第１図（Ａ）において、11はデータ電極としてのソー
ス電極を示し、13は走査電極としてのゲート電極を示
す。これら電極は例えばガラス基板等の好適な基板上に
マトリクス状に形成されている。又、これら両電極が交
差する領域にはTFT15が形成されていて、図中、17で示
すものはこのTFT15のドレイン電極になる。

又、第１図（Ａ）においては図示を省略してあるが
（第１図（Ｂ）を用いて後に説明する）、この発明の液
晶表示装置は、画素電極基板上に、ソース電極11、ゲー
ト電極13、TFT15及び基板表面で主に構成される凹凸を
覆い表面が平坦な絶縁層を具えると共に、この絶縁層上
に画素電極51（第１図（Ａ）中、斜線を付して示す）を
具えている。そして、この画素電極は51は絶縁層に設け
られているコンタクトホール53を介してこの絶縁層下の
ドレイン電極17に接続してある。又、このような絶縁層
を具えていることを利用して、この実施例の場合の画素
電極51は次のように形成してある。

ゲート電極13のストライプ方向に沿って直線的に並ん
でいる各画素電極51のうちの隣接する画素電極51間の、
ソース電極のストライプ方向と平行方向の電気的分離領
域55をソース電極11上方の領域にこのソース電極の形成
領域内に納るように形成してある。従って、この場合の
画素電極はTFT15が形成されている領域の上方にも存在
するようになる。

第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）に示した画素電極基板
を第１図（Ａ）に示すII−II線に沿って切って概略的に
示した断面図である。尚、図面が複雑化することを回避
するため、断面を示すハッチングを一部省略して示して
ある。

第１図（Ｂ）において、21は基板としての例えばガラ
ス基板を示す。23はゲート絶縁膜を、25はアモルファス
Si膜をそれぞれ示す。又、57はソース電極11、ゲート電
極13、TFT15及び基板表面で主に構成される凹凸を平坦
化するための既に説明した絶縁層を示し、この絶縁層57
のドレイン電極17上に該当する領域にはコンタクトホー
ル53を形成してある。

第１図（Ｂ）からも理解できるように、絶縁層57を有
しているため、画素電極間の電気的分離領域55をソース
電極上方に形成することが出来る。これがため、常に表
示データが書き込まれる多数のソース電極（データ電
極）の中のあるデータ電極の表示データが連続的にハイ
レベルを示す信号になって、このようなデータ電極と、
このデータ電極に沿うオフ状態の画素電極との間にドメ
イン現象が長時間生じても、このドメイン現象はソース
電極で遮蔽され液晶表示装置を見る者には認められない
ようにすることが出来る。

このようなこの発明の画素電極用基板と、従来の共通
電極基板とを用いて、液晶表示装置を構成すれば、液晶
表示装置がモノカラー表示のものであれば段差に起因す
るドメイン現象は全く生じることがなくなる。さらに、
カラー表示、モノカラー表示を問わず、電気力線の曲り
に起因して生じるドメイン現象はデータ電極（ソース電
極）によって遮蔽されるから、液晶表示装置を見る者が
このドメイン現象を認めることはなくなる。

又、液晶表示装置がカラー表示のものの場合であって
第５図に示したようにカラーフィルタが設けられた従来
の共通電極基板と、この発明の画素電極基板とを用いた
ものは、画素電極基板側の段差がなくなることから、従
来のものと比し表示品質が優れたものになる。尚、この
ような構成のカラー表示液晶表示装置で、さらに優れた
表示を得ようとする場合は、共通電極基板を第２図に断
面図で示すような構造のものにするのが好適である。

第２図において、31はガラス基板を示す。このガラス
基板31上にはカラーフィルター33が設けられている。
又、この発明に係る共通電極基板は、カラーフィルター
33を含むガラス基板31上に、カラーフィルタ33及び基板
31表面で主に構成される段差を平坦化するためこの段差
を覆い平坦表面を有する絶縁層61と、この絶縁層61上に
設けられた共通電極37とを具えている。

第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示したような画素電極基板
と、第２図に示したような共通電極基板との間に液晶を
封入して形成されたこの発明のカラー表示の液晶表示装
置は、段差に起因して生ずるドメイン現象は全く起こら
ず、然も、コンタクトホール53部分の段差や、画素電極
間の電気的分離領域55における電気力線の曲りによって
ドメイン現象が生じても、これはソース及びドレイン電
極によって遮蔽されるから、この液晶表示装置を見る者
がこのドメイン現象を認めることはない。

液晶表示装置の製造方法 次に、この発明の液晶表示装置の理解を深めるため、
第１図（Ｂ）及び第２図を参照してこの発明の実施例の
液晶表示装置の製造方法の一例につき説明する。尚、以
下に説明する材料、形成方法及び数値的条件等は単なる
例示にすぎず、この発明がこれら材料、形成方法及び数
値的条件に限定されるものでないことは理解されたい。

通常の薄膜形成技術を用い、ガラス基板21上にスイッ
チング素子としてのTFT15、これの走査電極13及びデー
タ電極11を形成する。この工程は従来のアティブマトリ
クス型の液晶表示装置の製造方法を用いることが出来
る。

次に、TFT15及び両電極13,11が形成されたガラス基板
21上に平坦表面を有する絶縁層57の形成を行なう。この
実施例の場合、この絶縁層57の形成を以下のように行な
った。

TFT15及び両電極13,11が形成されたガラス基板21上
に、ポリイミドワニス（日産化学社製のサンエバー120
と称されるものを用いた）をスピンコーティング法によ
って塗布し、これを約170℃の温度で約１時間乾燥させ
た。尚、スピンコーティングの条件は、ポリイミドワニ
スのガラス基板21の平坦部分のものの乾燥後の膜厚が４
μｍになるように設定した。基板表面から２μｍ程度突
出していたTFT15に起因する段差上に、上述のような成
膜条件でポイリミドワニスを塗布した時、この段差はポ
リイミドワニス表面では0.3μｍに緩和されて、その突
出具合も滑らかなものになった。尚、上述のポリイミド
ワニスの成膜条件は、TFT等の形状、用いるワニスの粘
度等を考慮して決定されるべきもので、この実施例の条
件に限定されるものではない。さらに、絶縁層57を構成
する材料についても、実施例のポリイミドワニスに限定
されるものではなく、他の好適な材料を用いることが出
来る。

次に、上述の如く形成した絶縁層57に対し加工を行な
う。この実施例の場合の加工は、TFT15のドレイン電極
に対応する領域にコンタクトホール53を形成すること、
及び別途用意された駆動素子に走査及びデータ電極を接
続するためこれら電極の一部を絶縁層57から露出させる
こと等である。これら加工は通常のフォトエッチング技
術を用いてレジストマスクを形成し、日産化学社製サン
エバー専用のエッチング液及びリンス液を用いて絶縁層
57の不用部分を除去することで行なった。

次に、この絶縁層57上に例えばRFスパッタ法等の好適
な方法によって、ITO膜を約1000Åの膜厚に形成し、次
に、このITO膜をフォトエッチング技術によって所定形
状（第１図（Ａ）参照）に加工して画素電極51を形成
し、第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなこの発明に係
る画素電極基板を得た。

一方、第２図を用いて既に説明した共通電極基板を次
のように形成した。

ガラス基板31上に従来公知の方法でカラーフィルタ33
を形成する。この場合も、カラーフィルタ33表面と、基
板表面との間には約２μｍの段差が構成される。画素電
極基板を形成したときと同様にサンエバー120を用い同
様な成膜条件で平坦化を行ない、サンエバー120の不用
部分を画素電極基板形成時と同様に除去して、絶縁層69
を形成した。この絶縁層69上に従来公知の方法で共通電
極37を形成した。

上述の如く形成した画素電極基板と、共通電極基板と
に対し配向処理を行ない、その後、これら基板をスペー
サを介して貼り合わせる。基板間の空隙に液晶を封入し
た後、封入口を封止して、この発明に係る液晶表示装置
を得た。

尚、この発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。

上述した実施例では、データ（ソース）電極のストラ
イプ方向と直交する方向で画素電極51間を電気的に分離
する領域については、この領域を走査（ゲート）電極上
方に特に形成することはせず、従来の通りとしている。
これは、データ電極と異なり走査電極は線順次に一本ず
つそれも液晶表示装置を見る者からすればかなり高速度
で駆動されるから、液晶表示装置を見る者が走査電極側
で生じるドメイン現象を認めることはあまり考えられな
いからである。しかしながら、データ電極のストライプ
方向と直交する方向この分離領域を走査（ゲート）電極
上方に設け、この部分で生ずるドメイン現象をゲート電
極によって遮蔽するようにしても勿論良い。

又、上述の実施例においては、スイッチング素子をTF
Tとした例で説明している。しかし、スイッチング素子
をダイオード或はMIM（Metal Insulator Metal）等の他
の非線形スイッチング素子として構成した液晶表示装置
に対してもこの発明を適用出来ることは明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の液晶
表示装置は、スイッチング素子等に起因する段差を平坦
化する絶縁層を具え、この絶縁層上に画素電極を具えて
いる。このため、ドメイン現象が生じにくく、かつ、液
晶の封入時に気泡が発生しにくい。さらに、画素電極と
ソース電極との間の隙間を直線的にするようなことをせ
ずともドメイン現象の発生を防止することが出来るか
ら、画素配列の自由度が損なわれることもない。

さらに、データ電極を遮光性の金属で構成し、然も、
隣接する画素電極間の、前記データ電極のストライプ方
向と平行方向の電気的分離領域を、このデータ電極の上
方の領域としてある。このため、電気力線の曲がりによ
って生じ易いドメイン現象については、データ電極を構
成している遮光性金属によって遮蔽することが出来る。

これがため、ドメイン現象が発生しにくく、又ドメイ
ン現象が発生しても視認されにくい液晶表示装置を提供
することが出来、よって、この発明の液晶表示装置は従
来のものよりもコントラスト特性、視野各特性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の液晶表示装置の
説明に供する要部平面図及び断面図であって、画素電極
基板の一部を示す平面図及び断面図、 第２図は、この発明の液晶表示装置の説明に供する要部
断面図であって、共通電極基板の一部を示す断面図、 第３図〜第５図は従来の液晶表示装置の説明に供する図
であって、第３図及び第４図は画素電極基板の一部を示
す平面図及び断面図、第５図は液晶表示装置の一部を示
す断面図、 第６図は従来及びこの発明の説明に供する図である。 11……データ電極（ソース電極） 13……走査電極（ゲート電極） 15……スイッチング素子 17……ドレイン電極、23……ゲート絶縁膜 25……アモルファスSi、51、51a,51b……画素電極 53……コンタクトホール 55……画素電極間の電気的分離領域 57、61……平坦表面を有する絶縁層。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】並置配列された複数のストライプ状の走査
   電極と、前記各走査電極と交差するように並置配列され
   た複数のストライプ状のデータ電極と、前記各走査電極
   および前記各データ電極の交差部にそれぞれ設けられた
   スイッチング素子と、各スイッチング素子ごとに各々接
   続された画素電極とを有した画素電極基板、並びに、該
   画素電極基板に対向していて対向面に共通電極を有した
   共通電極基板を具備する液晶表示装置において、 前記画素電極基板面上にスイッチング素子、走査電極お
   よびデータ電極に起因する段差をなくすように平坦化さ
   れた平坦表面を有する絶縁層を設け、該絶縁層の前記平
   坦表面上に、かつ該絶縁層に設けられたコンタクトホー
   ルを介して前記スイッチング素子に接続するように前記
   画素電極を設けると共に、 前記データ電極を遮光性の金属で構成し、然も、 隣接する画素電極間の、前記データ電極のストライプ方
   向と平行方向の電気的分離領域を、前記データ電極の上
   方の領域としてあること を特徴とする液晶表示装置。