JP2001264785A - 液晶表示装置及びそれに用いられる薄膜トランジスタ基板 - Google Patents

液晶表示装置及びそれに用いられる薄膜トランジスタ基板

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JP2001264785A JP2001049954A JP2001049954A JP2001264785A JP 2001264785 A JP2001264785 A JP 2001264785A JP 2001049954 A JP2001049954 A JP 2001049954A JP 2001049954 A JP2001049954 A JP 2001049954A JP 2001264785 A JP2001264785 A JP 2001264785A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程が単純な広視野角液晶表示装置を提
供する。 【解決手段】 絶縁基板と、絶縁基板上に形成されてい
るゲート線と、ゲート線と絶縁されて交差しているデー
タ線と、ゲート線及びデータ線に連結されていてゲート
線の信号によってデータ線の信号を画素電極に伝達した
り遮断したりするスイッチング素子と、スイッチング素
子に連結されていて開口パターンを有する画素電極とを
含み、画素電極の開口パターンは多数の開口部からな
り、これら開口部は隣接する開口部に対して一定の角度
に傾いていることを特徴とする薄膜トランジスタ基板を
提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置及びそ
れに用いられる薄膜トランジスタ基板に関し、特に画素
電極に開口パターンと突起とを形成する垂直配向液晶表
示装置及びそれに用いられる薄膜トランジスタ基板に関
する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は一般に共通電極とカラー
フィルター(color filter)などが形成されている上部
基板と、薄膜トランジスタと画素電極などが形成されて
いる下部基板との間に液晶物質を注入しておき、画素電
極と共通電極とに互いに異なる電位を印加することによ
って電界を形成して液晶分子の配列を変更させ、これに
よって光の透過率を調節することによって画像を表現す
る装置である。
【0003】ところが、液晶表示装置は視野角が狭いの
が大きな短所である。このような短所を克服しようと視
野角を広くするための多様な方案が開発されているが、
その中でも液晶分子を上下基板に対して垂直に配向して
画素電極とその対向電極である共通電極とに一定の開口
パターンを形成する方法が有力視されている。
【0004】従来の開口パターンを形成する方法として
は、両基板に形成されている画素電極と共通電極とに各
々開口パターンを形成してこれらの開口パターンによっ
て形成されるフリンジフィールド(fringe field)を用
いて液晶分子が横になる方向を調節することによって視
野角を広くする方法がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この場合には
カラーフィルター上に形成されているITO(indium t
in oxide)からなる共通電極を写真エッチング(photol
ithography)工程を用いてパターニング(patterning)
しなければならないので写真エッチング工程が追加され
る。
【0006】また、カラーフィルター上にスパッタリン
グ(sputtering)で蒸着されたITOとカラーフィルタ
ー樹脂(resin)との接着力がよくないため共通電極の
エッチングにおいて精密度が落ちる。また、ITOのエ
ッチング時にカラーフィルターが露出されて損傷を受け
る問題がある。従って、これを防止するためにはカラー
フィルター上に信頼性のある有機絶縁膜(オーバーコー
ト膜)をコーティング(coating)しなければならない
が、このオーバーコート膜の価格が高いという問題点が
ある。オーバーコート膜を形成すると共通電極がクロム
(Cr)等から形成されるブラックマトリックス(blac
k matrix)と直接接触できないので抵抗が増加してフリ
ッカー(flicker)不良が激しくなるなどの問題も発生
する。
【0007】また、共通電極に開口パターンが形成され
るので共通電極の抵抗増加が加重される。
【0008】本発明が目的とする技術的課題は製造工程
が単純な広視野角液晶表示装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明では画素電極に隣接する二つの開口部が
互いに一定の角度に傾くように形成する。
【0010】具体的には、絶縁基板の上にゲート線とこ
れと絶縁されて交差しているデータ線とが形成されてお
り、ゲート線及びデータ線に連結されていてゲート線の
信号によってデータ線の信号を画素電極に伝達したり遮
断したりするスイッチング素子が形成されており、開口
パターンを有する画素電極がスイッチング素子に連結さ
れており、画素電極の開口パターンは多数の開口部から
なり、これら開口部は隣接する開口部に対して一定の角
度に傾いている。
【0011】この時、画素電極の上半面に位置する開口
部の平均方向と下半面に位置する開口部の平均方向とは
80゜乃至100゜をなすのが好ましく、開口パターン
と重畳する枝部を含む維持電極配線をさらに含むことが
でき、維持電極配線の枝部の幅は2乃至10μmであ
る。また、開口部の幅は3乃至10μmであり、維持電
極配線を適用しない場合には開口部の幅は10乃至20
μm とするのが好ましい。隣接する二つの開口部がな
す角度は5゜乃至40゜の範囲内であるのが好ましい。
【0012】また、このような薄膜トランジスタ基板と
これに対向している第2基板、第2基板に形成されてい
る色フィルター、第2基板に形成されているブラックマ
トリックス、色フィルター及び前記ブラックマトリック
ス上に形成されている共通電極、薄膜トランジスタ基板
と第2基板との間に注入されている液晶物質、薄膜トラ
ンジスタ基板及び第2基板の外側に各々付着されている
第1及び第2偏光板を含む液晶表示装置を用意する。
【0013】この時、第1及び第2偏光板の偏光方向は
画素電極の開口部の平均方向と平行であるか垂直をなす
のが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例による液晶表示装置の構造について説明する。
【0015】図1は本発明の第1実施例による液晶表示
装置用薄膜トランジスタ基板の配置図であり、図2は図
1のII−II'線による断面図である。
【0016】絶縁基板10上にアルミニウムまたはアル
ミニウム合金などの金属で作られたゲート配線と維持電
極配線とが形成されている。ゲート配線は横方向にのび
ているゲート線22及びその一部である薄膜トランジス
タのゲート電極26を含み、維持電極配線は横方向にの
びている上下の維持電極線95、96及び上下の維持電
極線95、96に連結されている多数の維持電極97を
含む。この時、維持電極97は互いに平行にならないよ
うに形成されている。つまり、隣接する維持電極97間
の距離が上部と下部とで互いに異なるように形成されて
いる。言い換えるとスプレー(splay)している。
【0017】ゲート配線と維持電極配線との上にはゲー
ト絶縁膜30が形成されており、ゲート絶縁膜30上に
はデータ配線と薄膜トランジスタのチャンネル部をなす
半導体層40とが形成されている。データ配線は縦方向
に形成されているデータ線62とデータ線62の分枝で
あるソース電極65とソース電極65と対向しているド
レーン電極66とを含んでいる。ソース電極65とドレ
ーン電極66との下部には抵抗性接触層(図示しない)
が形成されている。
【0018】データ配線上には接触孔81を有する保護
膜80が形成されており、保護膜80上には開口部71
を有する画素電極70が形成されている。この時、開口
部71は維持電極97と重畳するように形成されてい
る。
【0019】本発明のように開口部71をスプレー形に
形成すると(即ち、互いに傾くように形成すると)、液
晶分子の動作が安定してその傾く方向が固定されるため
にテクスチャーが小ドメインの中央に安定的に形成され
る。つまり、テクスチャーが移動するのを防止すること
ができるのでテクスチャーによる画質及び応答速度の低
下の問題は発生しない。
【0020】図3は本発明の第2実施例による液晶表示
装置の配置図であり、図4は図3のIV−IV'線による断
面図である。
【0021】まず、絶縁基板10上にアルミニウムまた
はアルミニウム合金などの金属で作られたゲート配線と
維持電極配線とが形成されている。ゲート配線は横方向
にのびているゲート線22及びその一部である薄膜トラ
ンジスタのゲート電極26を含み、維持電極配線は横方
向にのびている維持電極線90及び維持電極線90に連
結されている維持電極部91、92、93、94を含
む。維持電極部91、92、93、94は上部及び下部
の枠部91、93と横枝部94と縦枝部92とに分れ
る。この時、横枝部94は互いに平行でなく互いに一定
の角度に傾いてジグザグ(zigzag)に配列されている。
縦枝部92も横枝部94と同様に互いに一定の角度に傾
いてジグザグに配列されている。従って上部の枠部91
と縦枝部92とによって分割される各領域及び下部の枠
部93と横枝部94とによって分割される各領域は平行
四辺形をなす。維持電極配線90、91、92、93、
94の幅は2乃至10μmに形成されている。
【0022】この時、ゲート配線22、26と維持電極
配線90、91、92、93、94とは単一層で形成さ
れることができるが、二重層や三重層で形成されること
もできる。単一層で形成する場合にはアルミニウム(A
l)やアルミニウム(Al)−ネオジム(Nd)合金で
作り、二重層で形成する場合には下の層はアルミニウム
(Al)−ネオジム(Nd)合金で作って上の層はモリ
ブデン(Mo)−タングステン(W)合金で作ることが
できる。
【0023】ここで、維持電極配線90、91、92、
93、94は形成されないこともある。
【0024】ゲート配線22、26及び維持電極配線9
0、91、92、93、94上には窒化ケイ素(SiN
x)などからなるゲート絶縁膜30が形成されている。
【0025】ゲート絶縁膜30上には水素化非晶質ケイ
素などの半導体からなる半導体層40が形成されてい
る。半導体層40はゲート電極26と重畳している。
【0026】半導体層40上にはn型不純物で高濃度に
ドーピングされているn+水素化非晶質ケイ素などの物
質で作られた接触層(図示しない)が形成されている。
接触層はゲート電極26を中心にして両側に分離されて
いる。
【0027】接触層上にはクロム(Cr)やモリブデン
−タングステン合金などからなるデータ配線62、6
5、66が形成されている。データ配線62、65、6
6は縦方向に形成されていて一側の接触層上に形成され
ているソース電極65と連結されているデータ線62、
データ線62と分離されていてゲート電極26に対して
ソース電極65の反対側に位置する接触層56上に形成
されているドレーン電極66を含む。この時、データ配
線62、65、66もゲート配線22、26と同様に単
一層で形成されることができるが、二重層や三重層で形
成されることもできる。もちろん、二重層以上で形成す
る場合には一つの層は抵抗が小さい物質で形成し、他の
層は他の物質との接触特性が良い物質で作るのが好まし
い。
【0028】以上で説明したゲート配線22、26、維
持電極配線90、91、92、93、94、ゲート絶縁
膜30、半導体層40、接触層及びデータ配線62、6
5、66の構造はこの外にも多様な変形が可能である。
例えば、ゲート配線22、26は環状ゲート構造で形成
されて維持電極配線90、91、92、93、94は形
成されないこともあり、接触層はデータ配線62、6
5、66と同一な形態に形成されることができ、半導体
層40がデータ配線62、65、66に沿って縦に長く
形成することもできる。
【0029】データ配線62、65、66上には窒化ケ
イ素(SiNx)などの無機絶縁物質からなる保護絶縁
膜80が形成されている。保護絶縁膜80にはドレーン
電極66を露出させる接触孔81が形成されている。
【0030】以上のようにゲート電極26、ソース電極
65、ドレーン電極66、半導体層40及び接触層等に
よって薄膜トランジスタが形成され、この薄膜トランジ
スタはゲート線に沿って伝えられる走査信号によってデ
ータ線に沿って伝えられる画像信号を画素電極に伝達し
たり遮断したりするスイッチング素子である。
【0031】保護絶縁膜80は少なくともソース電極6
5とドレーン電極66との間のチャンネル部を覆って保
護する役割を果たす。
【0032】保護絶縁膜80上にはITO(indium tin
oxide)またはIZO(indium zinc oxide)などの透
明な導電物質からなる画素電極70が形成されている。
画素電極70は露出されているドレーン電極66と接触
して連結されており、画素電極70には開口部71、7
2が形成されている。開口部71、72は帯模様に形成
されていて縦方向開口部71と横方向開口部72とに分
れる。この時、縦方向開口部71と横方向開口部72と
は各々維持電極の縦枝部92及び横枝部94と重畳して
いる。従って帯模様の開口部71、72は互いに一定の
角度に傾いてジグザグに配列されている。ここで隣接す
る二つの開口部の傾きの程度は5゜乃至40゜の範囲内
である。また開口部71、72の幅は3乃至10μm程
度である。維持電極配線90、91、92、93、94
を形成しない場合には開口部71、72の幅をさらに広
く形成する。つまり、10乃至20μm程度に形成す
る。ここで維持電極配線90、91、92、93、94
は画素電極70との間で電気場を形成して維持畜電容量
を提供し、開口部71、72によって形成されるフリン
ジフィールド(fringe field)を強化する役割を果た
す。
【0033】ここでは画素電極70の材料の例として透
明なITOやIZOをあげたが、反射型液晶表示装置の
場合には不透明な導電物質を用いてもよい。
【0034】上部基板110にはブラックマトリックス
120と色フィルター130とが形成されており、ブラ
ックマトリックス120と色フィルター130との上に
はITOやIZOなどの透明な導電物質からなる共通電
極170が形成されている。共通電極170には開口部
が形成されていない。
【0035】上部基板110と下部基板10との間には
液晶物質200が注入されていて、上部基板110と下
部基板10との外側面には偏光板310、320が付着
されている。この時、偏光板310、320の偏光方向
は開口部71、72の平均方向と垂直または平行をな
す。
【0036】この時、画素電極70の開口部71、72
は画素電極70と共通電極170との間で形成される電
気場を図2で点線で示したように一定のパターンで傾く
ようにすることによって液晶分子の横になる方向を制御
する。つまり、開口部によって画素領域が多数の小ドメ
イン(domain)に分割される。
【0037】このように画素電極70にだけ開口部7
1、72を形成する場合には開口部71、72によって
分割される各小ドメイン内に図1に示したようにテクス
チャー(T)が発生する。ところが、本発明のように開
口部71、72を互いに傾くように形成すると液晶分子
の動作が安定してその傾く方向が固定されるためにテク
スチャー(T)が小ドメインの中央に安定的に形成され
る。つまり、テクスチャー(T)が移動するのを防止す
ることができるのでテクスチャーによる画質及び応答速
度の低下の問題は発生しない。
【0038】このような液晶表示装置は通常の垂直配向
液晶表示装置を製造する方法をそのまま適用して製造す
ることができる。
【0039】図5は画素電極70に形成する開口部7
1、72の他の実施例を示す図面である。このように開
口部71、72の模様は多様な変形が可能であるが隣接
する開口部が互いに一定の角度に傾いている点は変わり
がない。また、画素電極の上半面に位置する開口部の平
均方向と下半面に位置する開口部の平均方向とは互いに
垂直に近い角度、つまり80゜乃至100゜の角度をな
す。これは液晶分子の傾く方向を4方向に平均して分布
させるためである。
【0040】
【発明の効果】以上のような方法で薄膜トランジスタ基
板を製造すれば、通常の垂直配向液晶表示装置に比べて
工程を全く追加しないでも良質の広視野角液晶表示装置
を製造することができ、上板の共通電極をパターニング
しなくてもよいので共通電極電圧が増加したり高価なオ
ーバーコート(overcoat)膜を形成しなければならない
などの問題点が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による液晶表示装置用薄膜
トランジスタ基板の配置図である。
【図2】図1のII−II'線による断面図である。
【図3】本発明の第2実施例による液晶表示装置の配置
図である。
【図4】図3のIV−IV'線による断面図である。
【図5】画素電極に形成する開口部の他の実施例を示す
図面である。
【符号の説明】
10 絶縁基板 22 ゲート線 26 ゲート電極 30 ゲート絶縁膜 40 半導体層 62 データ線 65 ソース電極 66 ドレーン電極 70 画素電極 71、72 開口部 80 保護膜 81 接触孔 90、95、96 維持電極線 91、93 枠部 92 縦枝部 94 横枝部 97 維持電極 120 ブラックマトリックス 130 色フィルター 170 共通電極 200 液晶物質 310、320 偏光板

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、 前記ゲート線と絶縁されて交差しているデータ線と、 前記ゲート線及び前記データ線に連結されていて前記ゲ
    ート線の信号によって前記データ線の信号を画素電極に
    伝達したり遮断したりするスイッチング素子と、 前記スイッチング素子に連結されていて開口パターンを
    有する画素電極と、を含み、 前記画素電極の開口パターンは多数の開口部からなり、
    これら開口部は隣接する開口部に対して一定の角度に傾
    いていることを特徴とする薄膜トランジスタ基板。
  2. 【請求項2】絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、 前記ゲート線と絶縁されて交差しているデータ線と、 前記ゲート線及び前記データ線に連結されていて前記ゲ
    ート線の信号によって前記データ線の信号を画素電極に
    伝達したり遮断したりするスイッチング素子と、 前記スイッチング素子に連結されていて開口パターンを
    有する画素電極と、を含み、 前記画素電極の開口パターンは多数の開口部からなり、
    前記開口部はスプレーしていることを特徴とする薄膜ト
    ランジスタ基板。
  3. 【請求項3】絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、 前記ゲート線と絶縁されて交差しているデータ線と、 前記ゲート線及び前記データ線に連結されていて前記ゲ
    ート線の信号によって前記データ線の信号を画素電極に
    伝達したり遮断するスイッチング素子と、 前記スイッチング素子に連結されており開口パターンを
    有する画素電極と、を含み、 前記画素電極の開口パターンは多数の開口部からなり、
    隣接する前記開口部の間の距離は前記開口部の開始部分
    と終了部分とで互いに異なることを特徴とする薄膜トラ
    ンジスタ基板。
  4. 【請求項4】絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、 前記ゲート線と絶縁されて交差しているデータ線と、 前記ゲート線及び前記データ線に連結されていて前記ゲ
    ート線の信号によって前記データ線の信号を画素電極に
    伝達したり遮断したりするスイッチング素子と、 前記スイッチング素子に連結されていて開口パターンを
    有する画素電極と、を含み、 前記画素電極の開口パターンは、多数の帯形状の開口部
    からなり、これら開口部が前記ゲート線またはデータ線
    となす角度が、隣接する開口部が前記ゲート線またはデ
    ータ線となす角度と異なることを特徴とする薄膜トラン
    ジスタ基板。
  5. 【請求項5】前記画素電極の上半面に位置する開口部の
    平均方向と下半面に位置する開口部の平均方向とは80
    ゜乃至100゜をなすことを特徴とする請求項1〜4の
    いずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
  6. 【請求項6】前記開口パターンと重畳する枝部を含む維
    持電極配線をさらに含む請求項1〜4のいずれかに記載
    の薄膜トランジスタ基板。
  7. 【請求項7】前記維持電極配線の枝部の幅は2乃至10
    μmであることを特徴とする請求項6に記載の薄膜トラ
    ンジスタ基板。
  8. 【請求項8】前記開口部の幅は3乃至10μmであるこ
    とを特徴とする請求項7に記載の薄膜トランジスタ基
    板。
  9. 【請求項9】前記開口部の幅は10乃至20μmである
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜
    トランジスタ基板。
  10. 【請求項10】前記隣接する二つの開口部がなす角度は
    5゜乃至40゜の範囲内であることを特徴とする請求項
    1〜4のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
  11. 【請求項11】請求項5に記載の薄膜トランジスタ基板
    と、 前記薄膜トランジスタ基板に対向している第2基板と、 前記第2基板に形成されている色フィルターと、 前記第2基板に形成されているブラックマトリックス
    と、 前記色フィルター及び前記ブラックマトリックス上に形
    成されている共通電極と、 前記薄膜トランジスタ基板と前記第2基板との間に注入
    されている液晶物質と、 前記薄膜トランジスタ基板及び前記第2基板の外側に各
    々付着されている第1及び第2偏光板と、を含む液晶表
    示装置。
  12. 【請求項12】前記第1及び第2偏光板の偏光方向は前
    記画素電極の開口部の平均方向と平行であるか垂直をな
    すことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
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