JP2001083518A - マルチドメイン型の液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】対向基板との合わせ精度に依存せず、高い光透
過率と広い視野角を確保することが可能なマルチドメイ
ン型の液晶表示素子を提供することにある。 【解決手段】アレイ基板１と対向基板２との間には液晶
層３２が挟持されている。アレイ基板上には多数の画素
電極７が設けられ、これら画素電極の下方には絶縁層９
が設けられている。各画素電極の下方において、絶縁層
９には凹状傾斜部８が形成されている。各画素電極周縁
部において、隣合う画素電極の下に位置した絶縁層同士
が所定幅だけ互いに重なり、凸状傾斜部１２を構成して
いる。これら凹状傾斜部および凸状傾斜部により、液晶
分子のチルト方向を決定して配向分割している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチドメイン型
の液晶表示素子に関し、特に、薄膜トランジスタ等の能
動素子により駆動される高精細型の液晶表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子を用いた表示装置は、軽
量、薄型、低消費電力等の特徴を有していることから、
ＯＡ機器、情報端末、時計、テレビ等のさまざまな分野
で利用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下ＴＦ
Ｔと称する）を用いた液晶表示素子は、その高い応答性
から、携帯テレビやコンピュータのように、多くの情報
を含んだデータを表示する表示用モニタに用いられてい
る。

【０００３】近年、情報量の増大に伴い、画像の精細度
や表示速度の向上が求められている。精細度の向上に
は、ＴＦＴアレイ構造の微細化により対応がなされてい
る。一方、光のスイッチングを行う液晶層では、画素の
微細化に伴い、単位時間当たりの動作速度が短くなるた
め、液晶材料の応答速度も現在のモードより２倍ないし
数十倍速いものが要求される。

【０００４】これらの要求を満たす液晶モードとしてネ
マチック液晶を用いたＯＣＢ方式、ＶＡＮ方式、ＨＡＮ
方式、π配列方式、スメクチック液晶を用いた界面安定
型強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）方式、反強誘電性液晶方
式が検討されている。特に、ＶＡＮ型配向モードは、従
来のツイストネマチック型（ＴＮ）モードより速い応答
速度が得られることや、垂直配向処理の採用により、従
来、静電気破壊などの不良原因の発生が危惧されていた
ラビング配向処理工程を削除可能であることから、近年
注目されている液晶表示モードである。

【０００５】また、ＶＡＮ型配向モードでは、視野角の
補償設計が容易であることから、広視野角を実現するた
めのマルチドメイン型のＶＡＮ液晶モードが注目されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マルチ
ドメイン型のＶＡＮ液晶モードでは、ドメイン分割によ
り誘起されるドメイン境界等の発生により、光の透過率
を確保し難いことや、能動素子の対向面上の電極抵抗値
が大きくなり易いことが問題となる。

【０００７】この発明は以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、マルチドメイン型の液晶表示素子にお
いて、ドメイン分割形成要素となる構造が、液晶表示素
子基板の一方の面上のみに形成され、対向基板との合わ
せ精度に依存せず、高い光透過率と広い視野角を確保す
ることが可能な液晶表示素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る液晶表示素子は、透明電極構造を有
する一対の基板と、これら透明基板間に挟持された液晶
材料と、上記一方の基板のみに形成され液晶分子のチル
ト方向を制御するチルト制御部と、を備え、上記チルト
制御部は、画素電極の下方に形成され、画素電極内で液
晶分子のチルト方向を決定し配向分割する凹凸形状の絶
縁層と、上記絶縁層の凹所に重ねて上記画素電極上に設
けられた絶縁層からなる突出部と、を有している。

【０００９】上記構成の液晶表示素子によれば、液晶分
子のチルト方向を安定して制御でき、高い光透過率と広
い視野角とを実現することができる。

【００１０】上記一方の基板としては、ＴＦＴ等の能動
素子が形成されているアレイ基板が挙げられる。ＴＦＴ
は、ａ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ＩＴＯ等の半導体層と、Ａ
ｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ等の金属層とを重ね合せる
ことにより、電気的に作用する素子として構成されてい
る。特に、アレイ基板上に色表示用のカラーフィルタを
造り込む構造の場合、対向基板にカラーフィルタを形成
する方式と異なり、透明基板同士の位置合わせが容易と
なり、製造効率の向上を図ることができる。

【００１１】有機絶縁層中に特定波長の光を透過、吸収
する顔料を分散してカラーフィルタとして用いた場合、
画素電極の下に設けられた絶縁層、カラーフィルタ層、
およびチルト制御層を１つの構成材料によって形成する
ことができ、製造工程数や材料の低減を図り、低い製造
コストで特性の優れた液晶表示素子を得ることができ
る。

【００１２】一般に、液晶表示素子では、隣接する画素
毎にＲＧＢ等のカラーフィルタ層を並列して形成するこ
とにより、カラー画像表示を可能としている。このよう
に、隣接画素毎にカラーフィルタ層を形成する際、絶縁
層同士を重ね合せることで、液晶分子のチルト制御に必
要な一方の傾斜構造を形成することができる。

【００１３】以上のように、隣合う絶縁層同士により形
成する傾斜構造と、画素電極上に設けた突出部とによっ
て、各画素毎に所定の配向分割構造を形成し、高い光透
過率および広い視野角を備えた液晶表示素子を実現する
ことができる。

【００１４】画素電極に電荷を供給する配線としては、
ＴＦＴから画素電極に電荷を供給するソース電極や画素
電極への電荷供給を補助する補助容量電極からの配線等
が挙げられる。一般に、これらの配線は、画素電極の下
部に設けられた絶縁層に形成されているコンタクトホー
ルやビアと呼ばれる凹所を介して画素電極に接続されて
いるが、本発明によれば、画素領域に所定のパターンで
形成された凹所傾斜構造をコンタクトホールとして利用
することができる。この場合、従来、数μｍ〜１０μｍ
程度の微小窪みで形成され電気的な接続の信頼性が低い
コンタクトホールのコンタクト特性を向上することが可
能となる。

【００１５】更に、一方の基板上に形成する絶縁層とし
ては、画素電極下部に設けられ傾斜構造を構成する絶縁
層、および柱状スペーサと共に形成され突出部を構成し
た絶縁層とがあり、その絶縁層の材料としては、使用す
る液晶材料の誘電率にもよるが、比較的誘電率の低い材
料が好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、この発
明の実施の形態に係るマルチドメイン型の液晶表示素子
およびその画素構造について詳細に説明する。図１に示
すように、液晶表示素子は、所定の隙間をおいて対向配
置されたアレイ基板１および対向基板２と、これらの基
板間に挟持された液晶層３２と、を備えている。

【００１７】アレイ基板１は、透明絶縁基板としてのガ
ラス基板を備え、このガラス基板上には、マトリックス
状に延びた多数の信号線４および走査線５と、これら信
号線４と走査線５との各交差部に接続されたＴＦＴ３
と、接続電極となる補助容量電極６と、が設けられてい
る。また、信号線４および走査線５で囲まれた各領域に
は、画素電極７が設けられ、対応するＴＦＴ３に電気的
に接続されている。また、画素電極７の下方には絶縁層
９が形成されている。

【００１８】一方、対向基板２は、透明絶縁基板として
のガラス基板を備え、このガラス基板上にはＩＴＯ（イ
ンジウム−ティン−オキサイド）からなる透明導電膜１
０がほぼ全面に亘って形成されている。そして、アレイ
基板１および対向基板２の液晶層３２と直接接する界面
には、液晶分子２０にそれぞれ基板に対して垂直な方向
の配向を与える配向膜１３、１４が形成されている。こ
れにより、液晶分子２０は、その長軸が基板の界面に対
して垂直な方向を向くように配向されている。

【００１９】各画素領域において、アレイ基板１の絶縁
層９には凹状傾斜部８が形成されている。この凹状傾斜
部８は、隙間を置いて対向した一対の湾曲した傾斜面８
ａを有し、各画素領域内を信号線４とほぼ平行に延びて
いる。そして、各画素電極７は凹状傾斜部８を介して対
応する補助容量電極６もしくはＴＦＴ３に電気的に接続
されている。

【００２０】また、各画素電極７上には、凹所としての
凹状傾斜部８の位置に重ねて、所定高さの突出部５０が
設けられている。

【００２１】各画素電極７の周縁部における絶縁層９
は、隣接する他の画素領域の絶縁層９と所定幅だけ互い
に重なっているとともに、信号線４等の配線と重なって
形成され、その重複部により凸状傾斜部１２を構成して
いる。凸状傾斜部１２は、対向基板２側に凸となる傾斜
面１２ａを有し、信号線４とほぼ平行に延びているとと
もに、隣接する画素電極７間に位置している。

【００２２】これら突出部５０および凸状傾斜部１２の
傾斜面１２ａの界面において、液晶配向の分割が誘起さ
れ、液晶分子２０の配向は、その長軸がガラス基板に対
して垂直な方向から傾斜面の傾き方向に特定角度だけ傾
斜した配列１５、１６となる。この傾斜配列１５、１６
の傾き方向が互いに逆になり、それぞれの液晶分子２０
が傾き方向に応じて倒れることにより、１つの画素領域
において、ドメインが複数形成され、広い視野角を実現
することができる。

【００２３】また、画素電極７の周辺領域における配線
上には、所定の間隔をおいて柱状スペーサ５２が設けら
れている。この柱状スペーサ５２は、アレイ基板１から
対向基板２に向って延出し、その延出端は、対向基板に
当接している。

【００２４】これらの柱状スペーサ５２および画素電極
７上の突出部５０は、共通の絶縁層をパターニングして
形成されている。そして、各柱状スペーサ５２の高さ
は、セルギャップに応じて、例えば５μｍに設定され、
また、各突出部５０の高さは、凹状傾斜部８の深さ分だ
け低くなり、例えば、２μｍとなっている。

【００２５】次に、上述した基本構成を有する液晶表示
素子の実施例および比較例を製造方法と合わせて説明す
る。 実施例１ 図２に示すように、まず、公知の方法により、ガラス基
板上に信号線４、走査線５等の配線類、ＴＦＴ３、およ
び補助容量電極６を形成した後、これらの上にアクリル
系感光性樹脂を厚さ３μｍで成膜し、９０℃で１２０秒
間だけプレアニールを施す。

【００２６】続いて、平行露光装置により、画素電極と
一対一に対応するマスクを用いてアクリル系感光性樹脂
膜を露光し、更に、現像処理によりパターニングする。
その後、２３０℃で１時間ポストアニールを行い、アク
リル系感光性樹脂膜をメルト処理および硬化処理するこ
とにより、それぞれ画素形成領域に位置しているととも
に傾斜面８ａを有した第１絶縁層９ａを形成する。

【００２７】次に、上記と同様の工程により、それぞれ
隣合う第１絶縁層９ａ間に位置した第２絶縁層９ｂおよ
び第３絶縁層９ｃを形成する。この場合、各第２絶縁層
９ｂおよび第２絶縁層９ｃの一側部は傾斜面８ａを有
し、それぞれの端部は、画素領域の外側で隣接する他の
絶縁層９と重なり、凸状傾斜部１２を形成する。

【００２８】続いて、スパッタ装置により、第１、第
２、および第３絶縁層９ａ、９ｂ、９ｃ上に厚さ１００
０ÅのＩＴＯ膜を成膜し、同時に、凹状傾斜部８を介し
て補助容量電極６に導通させる。そして、ＩＴＯ膜に公
知のフォトリソグラフィ工程を施して画素電極７を形成
した。

【００２９】次に、アクリル系感光性樹脂を用いて厚さ
５μｍの絶縁層を全面に形成した後、この絶縁層に公知
のフォトリソグラフィ工程を施して、各画素電極７上で
凹状傾斜部８に重なって位置した突出部５０と、画素電
極領域から外れた配線上に位置した柱状スペーサ５２
と、を形成した。柱状スペーサ５２は、高さ５μｍ、直
径２０μｍに、かつ、画素電極１０個に対して１個の割
合で形成した。また、各突出部５０の高さは、柱状スペ
ーサ５２よりも凹状傾斜部８の深さ分だけ低く、２μｍ
となっている。

【００３０】その後、配向膜１３として厚さ７００Åの
垂直配向用ポリイミド膜を全面に形成することによりア
レイ基板１が構成される。

【００３１】一方、対向基板２のガラス基板上に、透明
導電膜として、ＩＴＯからなる厚さ１０００Åの共通電
極１０を形成するとともに、共通電極に重ね配向膜１４
として、厚さ７００Åの垂直配向用ポリイミド膜を形成
する。

【００３２】続いて、対向基板２周縁のシール領域に、
シール材としてエポキシ系熱硬化性樹脂をディスペンサ
により塗布する。そして、配向膜１３、１４が向い合う
ようにアレイ基板１および対向基板２をシール材を介し
て貼り合わせ、所定の荷重を印加しながら１６０℃で２
時間、熱処理することにより、シール材を熱硬化する。
これにより、液晶分子注入用のセル３０が形成される。
その後、セル３０内に負の誘電異方性を示す液晶材料を
注入し封止することにより、垂直配向液晶層３２を形成
した。以上の工程により液晶表示素子が完成する。

【００３３】図３は、上記のように構成された液晶表示
素子の動作状態における、各画素内の液晶分子配向分割
状態を示すもので、突出部５０および凸状傾斜部１２に
より、安定して分割されたドメイン構造を確認すること
ができる。

【００３４】実施例２ 図４に示すように、実施例２に係る液晶表示素子は、実
施例１に係る液晶表示素子と同一のプロセスにより製造
され、同一の構成を備えている。但し、アレイ基板１の
第１絶縁層９ａ、９ｂ、９ｃを形成する際、アクリル系
感光性樹脂材料ＰＣ４０６にそれぞれ赤、青、緑の顔料
を分散して用いることにより、厚さ３μｍのカラーフィ
ルタ絶縁層９Ｒ、９Ｂ、９Ｇとして形成している。な
お、対向基板２には、実施例１と同様に、共通電極１０
および配向膜１４のみが設けられている。その他、実施
例１と同一の部分には同一の参照符号を付している。

【００３５】このように構成された実施例２によれば、
突出部５０および凸状傾斜部１２により安定して分割さ
れたドメイン構造を有するカラー液晶表示素子が得られ
る。本発明の実施例１、２に係る液晶表示素子は、いず
れも、シュリーレンが発生することなく安定したドメイ
ン分割が得られるとともに、光透過率低下の要因となる
画素の合わせずれが少なく、広い視野角特性および高い
光透過率を持った明るいマルチドメイン型の垂直配向表
示モードを提供することができる。

【００３６】特に、従来の画素上置き型ＴＦＴアレイ製
造プロセスを変更することなく、配向分割を誘起するた
めの傾斜構造を形成することができ、製造コストおよび
製造効率への影響を最小限に抑え、その結果、生産性の
向上を図ることが可能となる。なお、この発明は上述し
た実施例に限定されることなく、この発明の範囲内で種
々変形可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、ドメイン分割形成要素となる構造が、一方の基板上
のみに形成され、かつ、画素電極の構成要素や画素電極
下部の絶縁層形状によってチルト制御および配向分割構
造を構成することにより、対向基板との合わせ精度に依
存せず、高い光透過率と広い視野角を確保することが可
能な液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る液晶表示素子の基本構成を示す
断面図。

【図２】この発明の実施例１に係る液晶表示素子を概略
的に示す斜視図。

【図３】上記実施例１に係る液晶表示素子駆動時の画素
光透過状態を示す図。

【図４】この発明の実施例２に係る液晶表示素子を概略
的に示す斜視図。

【符号の説明】

１…アレイ基板 ２…対向基板 ３…ＴＦＴ ４…信号線 ５…走査線 ６…補助容量電極 ７…画素電極 ８…凹状傾斜部 ９…絶縁層 ９ａ…第１絶縁層 ９ｂ…第２絶縁層 ９ｃ…第３絶縁層 １０…共通電極 １２…凸状傾斜部 ２０…液晶分子 ３５…コンタクトホール ５０…突出部 ５２…柱状スペーサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の基板間に挟持された液晶層と、上記
   基板の一方あるいは両方に形成され、上記液晶層を構成
   する液晶分子を駆動する電極と、一方の基板のみに設け
   られ、上記液晶分子配向のチルト方向を制御するチルト
   制御部と、を備え、 上記一方の基板は、絶縁基板と、この絶縁基板上に設け
   られた複数の画素電極と、を有し、 上記チルト制御部は、上記絶縁基板上で上記画素電極の
   下方に形成され凹凸形状を有した絶縁層と、上記絶縁層
   の凹所に重ねて上記画素電極上に設けられ他方の基板に
   向って突出した突出部と、を有し、上記画素電極の領域
   内で液晶分子のチルト方向を決定し配向分割することを
   特徴とするマルチドメイン型の液晶表示素子。
2. 【請求項２】上記チルト制御部は、上記画素電極の周縁
   部において、隣合う画素電極の下に設けられた絶縁層同
   士を所定幅で互いに重ねて形成され上記液晶分子のチル
   ト方向を決定して配向分割した凸状傾斜部を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチドメイン型の
   液晶表示素子。
3. 【請求項３】上記一方の基板は、上記画素電極の周縁部
   において上記絶縁基板上に設けられた配線を有し、 上記凸状傾斜部は、上記配線上に形成されていることを
   特徴とする請求項２に記載のマルチドメイン型の液晶表
   示素子。
4. 【請求項４】上記一方の基板は、上記画素電極の下方に
   おいて上記絶縁基板上に形成され上記画素電極に電荷を
   供給する接続電極を備え、 上記凹所は、上記画素電極と接続電極とを電気的に接続
   するためのコンタクトホールを形成した凹所を含んでい
   ることを特徴とする請求項１に記載のマルチドメイン型
   の液晶表示素子。
5. 【請求項５】上記一方の基板は、上記画素電極の周辺部
   に突設されているとともに他方の基板に当接した柱状ス
   ペーサを備え、 上記突出部および上記柱状スペーサは、共通の絶縁層に
   より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   マルチドメイン型の液晶表示素子。
6. 【請求項６】上記画素電極の下方に設けられた絶縁層
   は、特定波長の光を透過あるいは吸収するカラーフィル
   タ層により形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載のマルチドメイン型の液晶表示素子。