JPH0862592A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブラックマスク膜の段差を吸収して液晶配向
の均一化を図る。 【構成】 液晶表示素子は下側基板１と、これに所定の
間隙を介して接合する透明な上側基板２と、この間隙に
保持された液晶３とからなるパネル構造を有する。この
パネル構造にはマトリクス状の画素４が無数に形成され
ている。上側基板２の液晶３と接する内表面には、各画
素４の境界に沿ってパタニングされた遮光性のブラック
マスク膜５と、これに重ねて配置した透明電極膜６とが
成膜されている。ブラックマスク膜５と透明電極膜６と
の間に透明な平坦化膜６が介在しブラックマスク膜５の
段差を埋める。一方下側基板１の液晶３と接する内表面
には所定の形状にパタニングされた電極膜８が形成され
ており、ブラックマスク膜５により縁取られた透明電極
膜６と対向してマトリクス状の画素４を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマトリクス状に配列した
画素を有する液晶表示素子に関する。より詳しくは、個
々の画素を縁取るブラックマスクが形成される側の基板
の表面平坦化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子は下側基板と、これ
に所定の間隙を介して接合する透明な上側基板と、この
間隙に保持された液晶とを備えたパネル構造を有してい
る。このパネル構造にはマトリクス状の画素が無数に形
成されている。上側基板の液晶と接する内表面には、各
画素の境界に沿ってパタニングされた遮光性のブラック
マスク膜と、これに重ねて配置した透明電極膜とが成膜
されている。この透明電極膜は例えば共通電極となる。
一方、下側基板の液晶と接する内表面には、所定の形状
にパタニングされた電極膜が形成されており、例えば画
素電極を構成する。この画素電極は、ブラックマスク膜
により縁取られた共通電極と対向してマトリクス状の画
素を構成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上側基板に形成された
ブラックマスク膜は遮光性の金属膜等からなり、エッチ
ングにより画素と整合する部分が予め除去されている。
換言すると、個々の画素を縁取る様に金属膜がパタニン
グされている。従って、金属膜の厚み分だけ画素内に段
差が生じる事になる。従来の構造では、このブラックマ
スク膜の上に直接透明電極膜が成膜されており、その表
面は下地のブラックマスク膜が有する段差の影響を受け
て、画素周辺で凸状に盛り上がる事になる。一般に、上
側及び下側基板の内表面は配向処理が施されており、液
晶を所定の整列状態に制御している。しかしながら、従
来の構造では上側基板の内表面に個々の画素の周辺に沿
って凸部が存在する為配向処理が一様にならず、段差部
分で乱れてしまう。この為液晶分子のリバースチルトや
リバースツイストが発生し画像品位に悪影響を及ぼして
いるという課題がある。又、配向処理としてラビングを
行なった場合、画素端部が周辺凸部の影響で影となり、
十分なラビングを行なう事ができず、液晶の配向が乱れ
る原因になっていたという課題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はブラックマスク膜の段差の影響を除
去して均一な配向処理が可能な液晶表示素子用基板の構
造を提供する事を目的とする。かかる目的を達成する為
に以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる液晶表示
素子は基本的な構成として、下側基板と、これに所定の
間隙を介して接合する透明な上側基板と、該間隙に保持
された液晶とからなるパネル構造を有している。このパ
ネル構造にはマトリクス状の画素が無数に形成されてい
る。上側基板の液晶と接する内表面には、各画素の境界
に沿ってパタニングされた遮光性のブラックマスクと、
これに重ねて配置した透明電極膜とが成膜されている。
本発明の特徴事項として、両者の間に透明な平坦化膜が
介在しておりブラックマスク膜の段差を埋める様にして
いる。なお下側基板の液晶と接する内表面には、所定の
形状にパタニングされた電極膜が形成されており、該ブ
ラックマスク膜により縁取られた該透明電極と対向して
マトリクス状の画素を構成する。

【０００５】好ましくは、前記平坦化膜は透明な高分子
フィルムからなる。又、下側基板の内表面に形成された
電極膜はマトリクス状にパタニングされた画素電極膜で
あり、その下部には各画素電極膜を駆動する薄膜スイッ
チング素子が形成されている。かかる構成において、画
素電極膜と薄膜スイッチング素子との間に別の平坦化膜
が介在している。即ち、上側基板のみならず下側基板に
も平坦化膜を施している。加えて、下側基板の内表面に
は各画素に整合する三原色セグメントを備えたカラーフ
ィルタ膜が形成されている。

【０００６】

【作用】本発明によれば、マトリクス型の液晶表示素子
を構成する一対の基板のうち、上側の基板には画素を縁
どるブラックマスク膜と透明電極膜とが形成されてい
る。本発明の特徴事項として、両者の間に例えば高分子
フィルムからなる透明な平坦化膜が介在しており、ブラ
ックマスク膜により縁取られた画素の周辺段差を軽減し
ている。これにより上側基板の内表面は平坦化され、ラ
ビング等の配向処理を均一に行なう事ができる。特に、
画素周辺の段差を埋めた為、リバースチルトやリバース
ツイストを抑制する事が可能になる。又、基板表面が十
分に平坦化されている為ラビング等を行なった場合でも
ダストの発生が抑制できる。又、発生したダストについ
ても画素周辺に残る事がない為異物の混入による画質劣
化を抑制できる。加えて、下側の基板についても薄膜ス
イッチング素子等を集積形成する場合には、その段差の
影響を除く為上側基板と同様に平坦化膜を介在させる事
が好ましい。一般に、平坦化膜は基板表面の凹凸を０．
１μｍ以下に抑える事ができれば十分にその機能を発揮
する事が可能である。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示素子の
第一実施例を示す模式的な部分断面図である。本液晶表
示素子は下側基板１と、これに所定の間隙を介して接合
する透明な上側基板２と、両者の間隙に保持された液晶
３とからなるパネル構造を有している。液晶３は例えば
ツイストネマチック配向されている。このパネル構造に
は無数の画素４が形成されており、図では簡単の為２個
のみを示している。上側基板２の液晶３と接する内表面
には、各画素４の境界に沿ってパタニングされた遮光性
のブラックマスク膜５が成膜されている。又、これに重
ねて透明電極膜６が配置している。特徴事項として、ブ
ラックマスク膜５と透明電極膜６との間に透明な平坦化
膜７が介在しており、ブラックマスク膜５の段差を埋め
ている。従って、上側基板２の内表面は略平坦化されて
おり、これに対してラビング等の配向処理を施し液晶３
のツイストネマチック整列を実現する。

【０００８】一方、下側基板１の液晶３と接する内表面
には、所定の形状にパタニングされた電極膜８が形成さ
れており、ブラックマスク膜５により縁取られた透明電
極膜６と対向して両者の交差部にマトリクス状の画素４
を規定する。下側基板１の内表面に形成された電極膜８
はマトリクス状にパタニングされており画素電極を構成
している。一方上側基板２に形成された透明電極膜６は
共通電極を構成している。共通電極と個々の画素電極と
が重なり合った部分に画素４が規定される。なお、本発
明はこれに限られるものではなく上側の電極膜６を行状
にパタニングし、下側の電極膜を列状にパタニングし
て、両者の交差部に画素を設けた単純マトリクス型構造
でも良い。本実施例の様に下側基板１に画素電極を形成
した場合には、これを駆動する薄膜トランジスタ等の薄
膜スイッチング素子（図示せず）や配線９も下側基板１
に形成され、アクティブマトリクス型の液晶表示素子を
構成する。この場合、電極膜８を含む上側領域と薄膜ス
イッチング素子や配線９を含む下側領域との間に、別の
平坦化膜１０が介在しており、下側基板１表面の平坦化
も同時に図っている。なお、下側基板１の内表面には第
一層間絶縁膜１１及び第二層間絶縁膜１２も形成されて
いる。

【０００９】引き続き図１を参照して、本液晶表示素子
の各構成要素を詳細に説明する。上側基板２はガラス等
の透明材料からなる。ブラックマスク膜５は遮光性を有
する金属膜（例えばクロムやアルミニウム）をエッチン
グ等によりパタニングして形成され、例えば十分な遮光
性を確保する為０．１５μｍ〜０．２μｍ程度の厚みを
有している。この段差を吸収する為、ＩＴＯ等からなる
透明電極膜６とブラックマスク膜５との間に平坦化膜７
を介在させている。この平坦化膜７としては例えば透明
高分子フィルムを用いる事ができ、段差を０．１μｍ〜
０．０１μｍ以下に軽減している。なお、液晶３の安定
配向に必要な最小段差は液晶材料や配向膜の種類により
異なる。この様な構造とする事で画素４周辺の配向処理
は全面均一になり、安定した液晶３のツイストネマチッ
ク配向が得られる。なお平坦化膜７として用いられる透
明な高分子フィルムは、例えばアクリル系樹脂、エポキ
シ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂を選択する事ができ
る。成膜方法としては、これらの高分子樹脂を溶剤に溶
かし、スピンコート又はオフセット印刷等で塗布する。
その後、紫外線照射又は加熱処理により樹脂を硬化し所
望の高分子フィルムを得る。平坦化膜７として高分子フ
ィルムの他に、無機材料を使用する事も可能であり、Ｓ
ｉＯ₂ が代表として挙げられる。あるいは、ＰＳＧ，Ｂ
ＳＧ，ＢＰＳＧ等を用いる事ができる。これらの無機材
料は、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ等により平坦
化膜に成膜される。

【００１０】一方、下側基板１も石英ガラス等の透明材
料からなり、前述した様にその内表面には画素電極に加
え薄膜スイッチング素子や配線９が集積形成されてい
る。配線９も段差を含む為、上側基板２と同様に電極膜
８（画素電極）と配線９や薄膜スイッチング素子との間
に平坦化膜１０を介在させている。この平坦化膜１０は
上側基板２に成膜される平坦化膜７と同様の材料や成膜
方法を採用できる。なお下側基板１に平坦化膜が必要と
なるのは、アクティブマトリクス型等で配線９やスイッ
チング素子により段差が発生する場合であり、単純マト
リクス型の液晶表示素子の場合には特に段差が生じない
ので下側基板１の平坦化膜１０は設けなくても良い。

【００１１】図２は、本発明にかかる液晶表示素子の第
二実施例を示す模式的な部分断面図であり、基本的には
図１に示した第一実施例と同一の構成を有している。従
って、対応する部分には対応する参照番号を付して理解
を容易にしている。第一実施例が例えばノーマリホワイ
トモードの白黒表示素子であるのに対し、第二実施例は
カラー表示が可能な構造となっている。即ち、下側基板
１の内表面には、各画素４に整合する三原色セグメント
Ｒ，Ｇ，Ｂを備えたカラーフィルタ膜ＣＦが形成されて
いる。このカラーフィルタ膜ＣＦの表面は平坦化膜１０
により被覆されており、下側基板１の表面は平坦化され
ている。カラーフィルタ膜ＣＦは例えば印刷法により形
成する事ができる。あるいは、三原色の顔料を含むフィ
ルムを順次フォトリソグラフィにより所定の形状にパタ
ニングしても良い。なお本実施例ではカラーフィルタ膜
ＣＦの上に平坦化膜１０を重ねているが、本発明はこれ
に限られるものではなく、例えば平坦化膜１０自体を個
々の画素４に対応して三原色に着色しても良い。

【００１２】図３は、液晶表示素子の参考例を示す模式
的な部分断面図であり、本発明にかかる液晶表示素子と
異なりブラックマスク膜５と透明電極膜６が直接積層さ
れており、両者の間に平坦化膜が介在していない。従っ
て、上側基板２の液晶３と接する内表面にはブラックマ
スク膜５の段差がそのまま現われている。平坦な領域Ｆ
では、液晶分子３ａが正常なチルト状態にあるのに対
し、段差領域Ｓでは液晶分子３ａの配向が乱れ、例えば
リバースチルト状態になっている。この為、領域Ｆと領
域Ｓとで液晶整列の連続性が失われる為、その境界はデ
ィスクリネーションが現われ表示欠陥となる。又、液晶
分子３ａのチルトが逆になる為、ツイスト方向も逆回り
となりリバースツイスト領域が生じる。これにより、表
示品位が損なわれる事になる。

【００１３】図４は、図１に示した第一実施例にかかる
液晶表示素子の模式的な斜視図であり、４個の画素のみ
を示している。図示する様に、本液晶表示素子は一対の
ガラス基板１，２を互いに対向配置させ、その間隙に液
晶３を保持した構成となっている。下側基板１の内表面
にはマトリクス状に配置されたデータ配線９ｄとゲート
配線９ｇ及びこれらの交点に配置された薄膜トランジス
タ１３と画素電極８ａが形成されている。この薄膜トラ
ンジスタ１３は前述した薄膜スイッチング素子の具体例
である。薄膜トランジスタ１３のゲート電極は対応する
ゲート配線９ｇに接続され、ソース電極は対応するデー
タ配線９ｄに接続され、ドレイン電極は対応する画素電
極８ａに接続されている。なおこの画素電極８ａは、図
１に示した電極膜８に対応するものであり、マトリクス
状にパタニングされている。薄膜トランジスタ１３はゲ
ート配線９ｇにより順次選択されると共に、データ配線
９ｄから供給される画像信号を対応する画素電極８ａに
書き込む。一方、上側基板２の内表面にはブラックマス
ク膜５と共通電極６ｃとが形成されている。この共通電
極６ｃは、図１に示した透明電極膜６に対応するもので
ある。ブラックマスク膜５には画素電極８ａに対応して
開口５ａが設けられている。ブラックマスク膜５と共通
電極６ｃとの間には平坦化膜７が介在しており、開口５
ａを埋めて平坦化を図っている。この様な構成を有する
アクティブマトリクス型の液晶表示素子を２枚の偏光板
で挟み、白色光を入射させると所望の白黒画像表示が得
られる。

【００１４】最後に、図５を参照して図４に示した下側
基板１の具体的な構成例を説明する。下側基板１は石英
等の透明絶縁材料からなり、その表面には画素電極８ａ
を含む上側領域と、各画素電極８ａを駆動する薄膜トラ
ンジスタ１３を含む下側領域とが集積的に形成されてい
る。薄膜トランジスタ１３は所定の形状にパタニングさ
れた多結晶シリコン薄膜１４を素子領域として構成され
ており、その上には３層のゲート絶縁膜を介してゲート
電極Ｇがパタニングされている。このゲート電極Ｇは例
えば低抵抗化された多結晶シリコン薄膜からなり、図４
に示したゲート配線に連続している。又、多結晶シリコ
ン薄膜１４には補助容量１５も同時に形成されている。
これら薄膜トランジスタ１３や補助容量１５は第一層間
絶縁膜１１により被覆されている。第一層間絶縁膜１１
は例えば燐をドーピングしたガラス（ＰＳＧ）からな
る。第一層間絶縁膜１１の上には金属アルミニウム等か
らなるデータ配線９ｄが形成されており、コンタクトホ
ールを介して薄膜トランジスタ１３のソース領域Ｓに導
通している。このデータ配線９ｄは同じくＰＳＧ等から
なる第二層間絶縁膜１２により被覆されている。

【００１５】以上に説明した薄膜トランジスタ１３等が
属する下側領域と画素電極８ａが属する上側領域との間
に、平坦化膜１０が介在している。平坦化膜１０は下側
領域を被覆しその凹凸を埋めると共に、平坦化された上
側に透明画素電極８ａが形成される。図から理解される
様に、画素電極８ａは極めて平坦な表面を有している為
液晶配向の為のラビング処理が均一に行なえ、表示品質
を大幅に改善する事が可能である。画素電極８ａは平坦
化膜１０に開口したコンタクトホールを介して下側の薄
膜トランジスタ１３のドレイン領域Ｄに電気接続してい
る。このコンタクトホールを開口する為、平坦化膜１０
は例えば写真蝕刻加工が可能な材料から構成されてお
り、本例では透明なアクリル樹脂に光吸収剤を含有させ
た材料を用いている。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、各
画素の境界に沿ってパタニングされた遮光性のブラック
マスク膜とこれに重ねて配置した透明電極膜との間に平
坦化膜を介在させブラックマスク膜の段差を埋める様に
している。かかる構成により、画素部の配向処理が安定
化し画質の向上が実現できるという効果がある。特に、
従来ブラックマスク膜の段差部で発生していたリバース
チルトドメインやリバースツイストドメインを低減化で
き表示画像の均一性が改善できるという効果がある。
又、基板全体に渡って一様にラビング処理を施す事が可
能になるという効果がある。以上により、マトリクス型
液晶表示素子の高開口率化及び高精細化を実現できると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示素子の第一実施例を示
す模式的な断面図である。

【図２】本発明にかかる液晶表示素子の第二実施例を示
す断面図である。

【図３】液晶表示素子の参考例を示す模式的な部分断面
図である。

【図４】図１に示した第一実施例の模式的な斜視図であ
る。

【図５】液晶表示素子を構成する下側基板の具体的な構
成例を示す模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ 下側基板 ２ 上側基板 ３ 液晶 ４ 画素 ５ ブラックマスク膜 ６ 透明電極膜 ７ 平坦化膜 ８ 電極膜 ９ 配線 １０ 平坦化膜 １３ 薄膜トランジスタ ＣＦ カラーフィルタ膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下側基板と、これに所定の間隙を介して
   接合する透明な上側基板と、該間隙に保持された液晶と
   を有し、マトリクス状の画素が形成された液晶表示素子
   であって、 前記上側基板の液晶と接する内表面には、各画素の境界
   に沿ってパタニングされた遮光性のブラックマスク膜
   と、これに重ねて配置した透明電極膜と、両者の間に介
   在し該ブラックマスク膜の段差を埋める透明な平坦化膜
   とが成膜されており、 前記下側基板の液晶と接する内表面には、所定の形状に
   パタニングされた電極膜が形成されており、該ブラック
   マスク膜により縁取られた該透明電極膜と対向してマト
   リクス状の画素を構成する液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記平坦化膜は透明な高分子フィルムで
   ある請求項１記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記下側基板の内表面に形成された電極
   膜はマトリクス状にパタニングされた画素電極膜であ
   り、その下部には各画素電極膜を駆動する薄膜スイッチ
   ング素子が形成されており、該画素電極膜と該薄膜スイ
   ッチング素子との間に別の平坦化膜が介在している請求
   項１記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記下側基板の内表面には、各画素に整
   合する三原色セグメントを備えたカラーフィルタ膜が形
   成されている請求項１記載の液晶表示素子。