JP5939755B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、視野角特性が優れた横電界方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に使用される液晶表示パネルは、画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、色々な分野で用途が広がっている。携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等には、小型の液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界（横電界）によって動作させるＩＰＳ（In Plane Switching）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳ方式も種々存在するが、例えば、コモン電極あるいは画素電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極あるいはコモン電極を配置し、画素電極とコモン電極の間に発生する電界によって液晶分子を回転させる方式が透過率を大きくすることが出来るので、現在主流となっている。

以上のような方式のＩＰＳは、従来は、まず、ＴＦＴを形成し、ＴＦＴをパッシベーション膜で覆い、その上に、上記コモン電極、絶縁膜、画素電極等を形成している。しかし、製造コスト低減の要求があり、このために、ＴＦＴ基板における導電膜、絶縁膜等の層数を低減することが行われている（例えば、特許文献１）。

特願２０１０−２１７０６２号公報

特許文献１においては、ＴＦＴ及び画素電極を形成後、パッシベーション膜、及びコモン電極を順次形成することにより、従来ＴＦＴと画素電極との間に設けられていた絶縁膜を省くと共に、その絶縁膜を加工してＴＦＴと接続するためのコンタクトホールを形成する工程を省くことが可能となり、製造コストの低減が可能となる。また、パッシベーション膜を無機膜のみとすることにより、有機膜との積層膜とする場合に比較して、有機膜の加工工程が低減でき、又、高透過率が得られる。

但し、有機パッシベーション膜を設けない場合、有効表示領域周辺の配線や回路保護のための無機パッシベーション膜は厚く形成することが必要となる。この場合、画素電極とコモン電極との間で形成される保持容量が小さくなる。携帯電話用途の小型ＬＣＤセルでは低電力化の方向にあり、信号レベルが低くなった場合には飛び込み電圧に対するマージンが低下し、これまで問題とならなかった程度の飛び込み電圧でもフリッカー等が発生する恐れがある。

そこで発明者等は、無機パッシベーション膜を薄くして保持容量を高め、飛び込み電圧に対するマージンを高めるための検討を行なった。しかしながら、無機パッシベーション膜の厚さを現状（５００ｎｍ）以下にすることは有効表示領域周辺の配線や回路保護の観点から困難であることが分かった。

本発明の目的は、有効表示領域周辺の配線や回路を保護し、かつ飛び込み電圧の影響を抑制することのできる液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、複数の画素を含む表示領域と前記表示領域に画像を表示するためのＩＣドライバとを備えたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板とに挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記画素はソース及びドレイン電極とゲート電極とを備えたＴＦＴと、コモン電極と画素電極とを備えた画素部とを含み、前記コモン電極は、前記画素電極、前記ソース及びドレイン電極上に形成された無機パッシベーション膜上に設けられ、前記画素電極は、前記ソース及びドレイン電極のいずれかと直接接続され、かつ隣接する画素のＴＦＴのゲート電極と上下方向に重なり部を有し、保持容量を構成していることを特徴とする液晶表示装置とする。

本発明によれば、画素電極がソース及びドレイン電極のいずれかと直接接続され、かつ隣接する画素のＴＦＴのゲート電極と上下方向に重なり部を有し、保持容量を構成することにより、有効表示領域周辺の配線や回路を保護し、かつ飛び込み電圧の影響を抑制することのできる液晶表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ゲート電極形成）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（半導体層形成）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ソース・ドレイン電極形成）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（画素電極形成）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（コモン電極形成）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ブラックマトリクス付対向基板配置）を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の要部平面図である。 図２（ａ）のＡＡ’断面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（ゲート電極形成）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（半導体層形成）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（ソース・ドレイン電極形成）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（画素電極形成）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（コモン電極形成）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程（ブラックマトリクス付対向基板配置）を示す平面図である。 発明者等により検討された液晶表示装置の要部平面図である。 図４（ａ）のＢＢ’断面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ゲート電極形成）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（半導体層形成）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ソース・ドレイン電極形成）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（画素電極形成）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（コモン電極形成）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程（ブラックマトリクス付対向基板配置）を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の要部平面図である。 本発明に係る液晶表示装置の概略全体構成を示す平面図である。

ＴＦＴ及び画素電極を形成後、無機パッシベーション膜、及びコモン電極を順次形成することにより、高透過率や製造コスト低減が図れるため、本発明者等は、本技術を用いた上で、飛び込み電圧の影響を抑制できないかを検討した。検討内容を図３（ａ）〜図３（ｆ）、図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、発明者等により検討された液晶表示装置の製造工程を示す平面図である。図４（ａ）は液晶表示装置の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した液晶表示装置のＢＢ’の断面図を示す。

まず、製造工程について説明する。図３（ａ）は、ＴＦＴ基板１００上に所望の形状を有するゲート電極１０１を形成した状態を示す。次に、ゲート電極１０１上にゲート絶縁膜１０２を形成後、ゲート電極１０１の上方に半導体層１０３を形成する（図３（ｂ）、図４（ｂ））。

続いて半導体層１０３の上にソース及びドレイン電極１０５を形成する（図３（ｃ））。ソース電極及びドレイン電極の間の半導体層がＴＦＴにおけるチャネル層となる。次に、画素電極１２０を形成する（図３（ｄ））。画素電極の一部はソース電極１０５と重なっており、画素電極１２０とソース電極１０５の電気的コンタクトを取っている。図４（ｂ）では、画素電極１０６（１２０）を形成後、ソース及びドレイン電極１０５が形成されているが、これらの形成順序は問わない。なお、図４（ｂ）において、画素電極１０６と１２０は同時に形成される。

引き続き、ソース及びドレイン電極１０５、画素電極１２０（１０６）を覆って無機パッシベーション膜１０７を形成し、その上に櫛歯状のコモン電極１０８を形成する（図３（ｅ）、図４（ｂ））。その後、ブラックマトリクス１３１を備えた対向基板１３０がＴＦＴ基板と位置合わせされて配置される（図３（ｆ）、図４（ａ）、図４（ｂ））。

このような工程を経て製造された液晶表示装置では、保持容量を高めるためには無機パッシベーション膜を薄くすることが有効である。しかしながら、無機パッシベーション膜の厚さを現状（５００ｎｍ）以下にすることは有効表示領域周辺の配線や回路を外部汚染から保護する必要性から困難であることが分かった。そこで発明者等は、他の構成要素を用いて容量を増やすことができないかを検討し、画素電極１２０とゲート電極１０１を用いることができること、即ち、図３（ｄ）や図４（ａ）、図４（ｂ）において、離間して形成されている画素電極１２０（第Ｎ段目の画素電極）と前段のゲート電極１０１（第Ｎ−１段目のゲート電極）とを重ねることにより、容量増加が図れることに思い至った。本発明は本知見に基づいて生まれたものである。

以下に本発明について実施例を用いて詳細に説明する。

第１の実施例について、図１（ａ）〜図１（ｆ）、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図７を用いて説明する。図１（ａ）〜図１（ｆ）は、本実施例に係る液晶表示装置の製造工程を示す平面図である。図２（ａ）は液晶表示装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した液晶表示装置のＡＡ’の断面図を示す。また、図７は本発明に係る液晶表示装置の概略全体構成を示す平面図である。

まず、液晶表示装置の全体構成について図７を用いて説明する。図７において、ＴＦＴ基板１００上に対向基板２００が設置されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とは額縁部に形成されたシール材２０によって接着している。

図７の端子部１５０とは反対側の一部シール材を形成してない部分は液晶の封入孔２１となり、この部分から液晶が封入される。液晶を封入後、封入孔２１は封着材２２によって封着される。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００よりも大きくなっている部分には、液晶表示装置に電源、映像信号、走査信号等を供給するための端子部１５０が形成されている。

また、端子部１５０には、走査線、映像信号線等を駆動するためのＩＣドライバ５０が設置されている。ＩＣドライバ５０は３つの領域に分かれており、中央には映像信号駆動回路５２が設置され、両脇には走査信号駆動回路５１が設置されている。

図７の表示領域１０において、横方向には図示しない走査線が延在し、縦方向に配列している。また、縦方向には図示しない映像信号線が延在し、横方向に配列している。走査線は走査線引出し線３１によって、ＩＣドライバ５０の走査信号駆動回路５１と接続している。図７において、表示領域１０を液晶表示装置の中央に配置するために、走査線引出し線３１は表示領域１０両側に配置され、このために、ＩＣドライバ５０には、走査信号駆動回路５１が両脇に設置されている。一方映像信号線とＩＣドライバ５０を接続する映像信号線引出し線４１は画面下側に集められている。映像信号線引出し線４１はＩＣドライバ５０の中央部に配置されている映像信号駆動回路５２と接続する。

次に、製造工程について説明する。図１（ａ）は、ガラス製のＴＦＴ基板１００上に所望の形状を有するゲート電極１０１を形成した状態を示す。ゲート電極は、例えばＡｌＮｄ合金の上にＭｏＣｒが積層された構成となっている。次に、ゲート電極１０１上にゲート絶縁膜１０２を形成後、ゲート電極１０１の上方に半導体層１０３を形成した（図１（ｂ）、図２（ｂ））。ゲート絶縁膜１０２はＳｉＮをスパッタリングすることにより形成した。また、半導体層１０３としてＣＶＤによってａ−Ｓｉ膜を形成した。

続いて半導体層１０３の上にソース及びドレイン電極１０５を対向するように形成した（図１（ｃ））。ソース及びドレイン電極１０５はＭｏＣｒによって同時に形成した。ソース電極及びドレイン電極の間の半導体層がＴＦＴにおけるチャネル層となる。なお半導体層１０３とソースあるいはドレイン電極１０５との間にはオーミックコンタクトをとるために、図示しないｎ^＋Ｓｉ層が形成されている。

次に、画素電極１２０をゲート電極１０１と一部が重なるようにＩＴＯによって形成した（図１（ｄ））。なお、画素電極１２０とゲート電極１０１とを重ならせるために、画素電極を大きくしても、ゲート電極を大きくしてもどちらでもよい。本実施例ではゲート電極を大きく形成した。なお、ゲート電極と画素電極の重なり量は０を越えれば容量増加の効果を奏するものであり、大きいほど容量増加の効果は大きくなる。但し、重なり量が多くなるに従い透過率が低下するため、容量と透過率とを考慮してゲート電極と画素電極の重なり量を決めることが望ましい。また、画素電極の一部はソース電極１０５と重なっており、画素電極１２０とソース電極１０５の電気的コンタクトを取っている。図２（ｂ）では、画素電極１０６（１２０）を形成後、ソース及びドレイン電極１０５が形成されているが、これらの形成順序は問わない。なお、図２（ｂ）において、画素電極１０６と１２０は同時に形成される。

引き続き、ソース及びドレイン電極１０５、画素電極１２０（１０６）を覆って無機パッシベーション膜１０７をＣＶＤによるＳｉＮによって形成し、その上に櫛歯状のコモン電極１０８を形成した（図１（ｅ）、図２（ｂ））。無機パッシベーション膜１０７は本来ＴＦＴを保護知るために形成されるが、コモン電極１０８と画素電極１２０（１０６）との間の絶縁膜の役割を兼ねている。

その後、ブラックマトリクス１３１を備えた対向基板１３０をＴＦＴ基板と位置合わせされて配置した（図１（ｆ）、図２（ａ）、図２（ｂ））。なお、ＴＦＴ基板１００と対向基板１３０との間に液晶層が挟持される。

上記工程を経て製造された液晶表示装置では、図４（ａ）では重なりの無いゲート電極１０１と画素電極１２０が重なっており、これにより、保持容量増加を図ることが可能となり、飛び込み電圧の影響を低減することができた。本実施例の製造工程は、ゲート電極形成用あるいは画素電極形成用のマスクを変更するだけであり、発明者等が検討した上記製造工程（図３（ａ）〜図３（ｆ））を変更する必要は無く、高透過率や製造コスト低減が図れる。更に、保持容量を増加させるためにゲート電極を大きくした場合、櫛歯状のコモン電極の根本部分では液晶配列が乱れて光が漏れる部分（ドメイン部）を遮蔽するためのブラックマトリクスの形成が不要となる。即ち、このドメイン部にゲート電極を配置することが可能となり、ブラックマトリクスの機能を兼ねることができるためである。対向基板に設けたブラックマトリクスを用いてドメイン部を遮蔽する場合には、ＴＦＴ基板と対向基板との間の距離が大きいためＴＦＴ基板と対向基板との合わせ精度は３〜５．５μｍであり、高精度化のネックとなっていたが、ＴＦＴ基板側でドメイン部を遮蔽することにより、合わせ精度が１．２〜１．８μｍに向上した。これにより、対向基板との合わせ余裕を大きくすることができた。また、画素ピッチが小さくなった場合（高精彩化）にも対応が可能となる。更に、ゲート電極と画素電極とを重ねるに際し、ドメイン部に近接して配置されるゲート電極を大きくすることにより、距離の離れた対向基板においてドメイン部に対応する箇所にブラックマトリクスを設ける場合に較べ、わずかな面積で遮蔽できるため効率的にコントラストを向上させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、有効表示領域周辺の配線や回路を保護し、かつ飛び込み電圧の影響を抑制することのできる液晶表示装置を提供することができる。また、ゲート電極と画素電極とを重ねるに際し、ゲート電極を大きくすることにより、対向基板にブラックマトリクスを設ける必要がなくなり、コントラストを向上することができる。また、ＴＦＴ基板と対向基板との合わせ裕度を増大することができる。

第２の実施例について、図５（ａ）〜図５（ｆ）、図６を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｆ）は、本実施例に係る液晶表示装置の製造工程を示す平面図である。図６は液晶表示装置の平面図を示す。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。

本実施例に係る液晶表示装置の製造工程について説明する。なお、図５（ａ）〜図５（ｆ）は、実施例１における図１（ａ）〜図１（ｆ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。図１（ａ）は、ＴＦＴ基板１００上にゲート電極１０１を形成した状態を示す。本実施例では、ゲート電極下端部を凹凸形状とした。次に、ゲート電極１０１上にゲート絶縁膜１０２を形成後、ゲート電極１０１の上方に半導体層１０３を形成した（図５（ｂ））。

続いて半導体層１０３の上にソース及びドレイン電極１０５を対向するように形成した（図５（ｃ））。次いで、画素電極１２０をゲート電極１０１の下端部の凹凸形状部を含む領域と重なるように形成した（図５（ｄ））。また、画素電極の一部はソース電極１０５と重なっており、画素電極１２０とソース電極１０５の電気的コンタクトを取っている。

引き続き、ソース及びドレイン電極１０５、画素電極１２０を覆って無機パッシベーション膜１０７を形成し、その上に櫛歯状のコモン電極１０８を形成した（図５（ｅ））。この際、ゲート電極１０１の下端部の凹凸形状の凸部がコモン電極１０８の根本部のドメイン部と重なるようにコモン電極を配置した。これにより、ゲート電極下端部の凸部によりドメイン部の遮蔽が可能となる。また、ゲート電極下端部の凹部は、その上部にコモン電極が形成されるが、その材料はＩＴＯのため光が透過し、透過率の低下を低減することができる。

その後、ブラックマトリクス１３１を備えた対向基板１３０をＴＦＴ基板と位置合わせされて配置した（図５（ｆ）、図６）。なお、ＴＦＴ基板１００と対向基板１３０との間に液晶層が挟持される。

上記工程を経て製造された液晶表示装置では、図４（ａ）では重なりの無いゲート電極１０１と画素電極１２０が重なっており、これにより、保持容量増加を図ることが可能となり、飛び込み電圧の影響を低減することができた。本実施例の製造工程は、ゲート電極形成用あるいは画素電極形成用のマスクを変更するだけであり、発明者等が検討した上記製造工程（図３（ａ）〜図３（ｆ））を変更する必要は無く、高透過率や製造コスト低減が図れる。更に、保持容量を増加させるためにゲート電極を大きくした場合、櫛歯状のコモン電極の根本部分では液晶配列が乱れて光が漏れる部分（ドメイン部）を遮蔽するためのブラックマトリクスの形成が不要となる。即ち、このドメイン部にゲート電極を配置することが可能となり、ブラックマトリクスの機能を兼ねることができるためである。ドメイン部を対向基板に設けたブラックマトリクスで行なう場合には、ＴＦＴ基板と対向基板との間の距離が大きいためＴＦＴ基板と対向基板との合わせ精度は３〜５．５μｍであり、高精度化のネックとなっていたが、ＴＦＴ基板側でドメイン部を遮蔽することにより、合わせ精度が１．２〜１．８μｍに向上した。これにより、対向基板との合わせの余裕を大きくすることができた。また、画素ピッチが小さくなった場合（高精彩化）にも対応が可能となる。更に、ゲート電極と画素電極とを重ねるに際し、ドメイン部に近接して配置されるゲート電極を大きくすることにより、距離の離れた対向基板においてドメイン部に対応する箇所にブラックマトリクスを設ける場合に較べ、わずかな面積で遮蔽できるため効率的にコントラストを向上させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、ゲート電極の下端部に凹凸を設けることにより、透過率の低下を抑制しつつ、コントラストを高めることが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…表示領域、２０…シール材、２１…封入孔、２２…封着材、３１…走査線引出し線、４１…映像信号引出し線、５０…ＩＣドライバ、５１…走査信号駆動回路、５２…映像信号駆動回路、１００…ＴＦＴ基板、１０１…ゲート電極、１０２…ゲート絶縁膜、１０３…半導体層、１０５…ソース・ドレイン電極、１０６…画素電極、１０７…無機パッシベーション膜、１０８…コモン電極、１２０…画素電極、１３０…対向基板、１３１…ブラックマトリクス、１５０…端子、２００…対向基板。

Claims (8)

1. 複数の画素を含む表示領域と前記表示領域に画像を表示するためのＩＣドライバとを備えたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板とに挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、
   前記画素は、ソース及びドレイン電極と、走査線に接続されたゲート電極とを備えたＴＦＴと、コモン電極と画素電極とを備えた画素部とを含み、
   前記コモン電極は、前記画素電極、前記ソース及びドレイン電極上に形成された無機パッシベーション膜上に設けられた櫛歯状の電極であり、
   前記画素電極は、前記ソース及びドレイン電極のいずれかと接続され、前記無機パッシベーション膜と前記ＴＦＴ基板との間に設けられ、かつ隣接する画素のＴＦＴのゲート電極に接続された走査線と重なり部を有し、
   前記走査線は、前記画素電極との重なり部において平面形状が凹凸形状を有し、
   前記凹凸形状の凹部は、前記コモン電極の櫛歯状の電極に重なるように形成され、前記凹凸形状の凸部は、前記コモン電極の櫛歯状の電極間に設けられる開口部に重なるように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記走査線の前記凸部は、前記コモン電極の櫛歯状の電極の根本部分において前記液晶層の液晶配列が乱れて光が漏れるドメイン部まで延伸して設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１又は２記載の液晶表示装置において、
   前記対向基板は遮光膜を有しており、前記走査線の前記凹部は、前記遮光膜と重畳していないことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３記載の液晶表示装置において、
   前記走査線の前記凸部は、前記遮光膜と重畳していないことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の液晶表示装置において、
   前記画素電極は、前記ソース及びドレイン電極のいずれかと前記ＴＦＴ基板との間に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１乃至４の何れかに記載の液晶表示装置において、
   前記画素電極は、前記ソース及びドレイン電極のいずれかと前記無機パッシベーション膜との間に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の液晶表示装置において、
   前記走査線の前記凸部は、前記コモン電極の櫛歯状の電極の根本部分において、前記コモン電極と重畳していることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記凹凸形状の凹部及び凸部と、前記コモン電極及び前記コモン電極の根本部とが互いに対応していることを特徴とする液晶表示装置。

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