JP2002014349A - 液晶表示装置及びそれに用いられる基板 - Google Patents
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Abstract
晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を提供する。 【解決手段】 絶縁基板と;絶縁基板上に形成されてい
る透明電極と;透明電極の上に形成されており、突起と
しての機能を兼ねるブラックマトリックスと;を含む液
晶表示装置用基板を提供する。。
Description
り、特に液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板に関す
る。
ーフィルター(color filter)などが形成
されている上部基板と、薄膜トランジスタ及び画素電極
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。
と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
切除パターンまたは液晶層に突き出した絶縁突起を形成
する方法、切除パターン及び突起を共に形成する方法な
どが有力視されている。このような方法についてはA
New Design Improve Perform
ance and Simplify the Manuf
acturingProcess of High−Qu
ality MVA TFT−LCD Panels
(Y.Tanakaなど、1999 SID、16.5
L)とRidge and Fringe−Field
Multi−Domain Homeotropic L
CD(A.Lienなど、1999 SID、44.1
L)(以下“SID”という)、特開平11−2586
06号などに記載されている。
ために工程が追加される場合には生産性が低下する問題
点がある。従って、工程の追加無しに突起を形成するこ
とができる方法を講じる必要がある。また、突起を形成
する目的、即ち、広視野角の確保のために必要な機能を
果たすことができる突起を形成することができなければ
ならない。
には走査信号を伝達するゲート線及び画像信号を伝達す
るデータ線が形成されており、これら配線は薄膜トラン
ジスタ基板の製造過程で断線する場合がたびたび発生す
る。これを防止するために冗長配線を形成する。データ
配線の場合には画素電極形成時にデータ線に沿って透明
電極層パターンを形成することで冗長データ配線を形成
する。冗長データ配線はドレーン電極と画素電極とを連
結するための接触孔の形成時にデータ線の上部に共に形
成された接触孔を通じてデータ線と連結される。
と上部基板の共通電極との間に導電性物質が位置する場
合、これらが互いに短絡される不良を誘発することがあ
る。このような問題は広視野角を確保するために切除パ
ターンを形成したり突起を形成する場合にも常に存在し
ている。
術的課題は上下基板間の短絡を防止することである。
るために本発明ではブラックマトリックスを突起として
用いる。
し、透明電極上にブラックマトリックスを突起としての
機能も兼ねることができる模様に形成する。
からなる主突起をさらに形成することができる。
透明電極を形成する段階、ブラックマトリックス層を積
層する段階、ブラックマトリックス層の上に感光膜を積
層する段階、感光膜をパターニングする段階、パターニ
ングされた感光膜をエッチングマスクとしてブラックマ
トリックス層をエッチングする段階を含む工程によって
製造する。
では下部基板の冗長データ配線と対応する共通電極上の
位置に絶縁物質からなる突起を形成する。
査信号を伝達するゲート線が形成されており、画像信号
を伝達するデータ線がゲート線と絶縁されて交差してお
り、画素電極がゲート線とデータ線とが交差してなす領
域に形成されている。冗長データ線が画素電極と同じ層
に形成されており、走査信号に応じて画像信号を画素電
極に伝達するか遮断するスイッチング素子がゲート線、
データ線及び画素電極に連結されている。絶縁第2基板
(上部基板)が第1基板と対向しており、共通電極が第
2基板上に形成されており、突起部の全体として、液晶
とは異なる誘電率を有する絶縁物質からなる突起パター
ンが少なくとも共通電極上の冗長データ線に対応する領
域に形成されている構造の液晶表示装置を用意する。
リックスとすることができ、第2基板と共通電極との間
に形成されているブラックマトリックスをさらに含む構
成とすることができ、画素電極は切除部パターンを有す
る構成とすることができる。突起パターンと画素電極の
切除部パターンとは画素電極を四つのドメインに分割す
るのが好ましい。また、ドメインが最も長い二つの辺が
互いに平行な多角形であるのが好ましく、ドメインは最
も長い二つの辺が第1方向である第1ドメインと第2方
向である第2ドメインとに分類され、第1方向と第2方
向とが85゜〜95゜の範囲の角度をなすことが好まし
い。第1方向を画素電極の辺に対して斜め方向とするこ
とができ、第1基板と第2基板との間に注入されている
液晶物質を垂直配向されているか捩じれたネマチック液
晶とすることができる。
施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造
について説明する。
装置の断面図である。
100、液晶層300を備えている。それ以外にも偏光
板(図示せず)、補償板(図示せず)、導光板(図示せ
ず)なども含まれるが、説明は省略する。
0、データ線162、保護絶縁膜180及び画素電極1
70のみが図示されているが、それ以外にもゲート線、
薄膜トランジスタなどの薄膜トランジスタ基板に形成さ
れる各種の要素を含んでいる。ここで、画素電極170
には一定のパターンの切除部171が形成されている。
切除部171の模様は後述する上部基板200の突起と
共に画素領域を多様な種類の微小ドメインに分割するこ
とができる範囲で多様な形態にすることができる。例え
ば、シェブロン型、モーニンググローリー型、T型など
がある。ここで微小ドメインの種類はその中に含まれた
液晶分子の平均方向子の方向によって分類される。
緑、青色の色フィルター210が形成されている。色フ
ィルター210の上にはITO(indium tin
oxide)などの透明な導電物質からなる共通電極2
20が形成されており、共通電極220の上には黒い色
の色素(黒鉛粉など)を添加した感光剤などの有機ブラ
ックマトリックス230からなる突起が形成されてい
る。突起の平面的配置も前述の画素電極170の切除部
171の模様と同様に多様な変化が可能である。ただ
し、切除部171の模様と調和をなして少なくとも4種
類以上の微小ドメインを形成することができるように配
置するのが好ましい。
200において、突起は光漏れを防止するためのブラッ
クマトリックスを形成する工程で同時に形成されるので
突起を形成するために別途の工程を必要とせず、下部基
板100の画素電極170に切除部171を形成する工
程も画素電極170形成工程で同時に進行することがで
きる。
装置の断面図である。
下部基板100の構造は第1実施例と同一である。
緑、青色の色フィルター210が形成されている。色フ
ィルター210の上にはITO(indium tin
oxide)などの透明な導電物質からなる共通電極2
20が形成されており、共通電極220の上には酸化ク
ロム(CrOx)及びクロム(Cr)などの無機物また
は黒い色の色素を添加した感光剤などの有機物からなる
ブラックマトリックス230が形成されている。この
時、ブラックマトリックス230をクロムなどの導体で
形成すると共通電極220の面抵抗を減少させる付加的
利点がある。また、クロムと酸化クロムとの二重層でブ
ラックマトリックスを形成すると光の反射を減少させて
画質を向上させることができる。ブラックマトリックス
230を二重層で形成する時、クロムは厚さを0.05
μm〜0.3μmの範囲内とし、酸化クロムは0.03
μm〜0.2μmの範囲内とするのが好ましい。ブラッ
クマトリックス230の上には感光膜250からなる突
起パターンが形成されている。突起パターンは画素電極
170の互いに隣接する切除パターン171の間に配置
されている。
形成すると後述のように突起パターンをブラックマトリ
ックス230形成工程で共に形成することができるので
突起形成のために工程を追加しなくてもよい。また、感
光膜250の絶縁性が優れているためドメイン分割のた
めの突起としての機能を充実に発揮することができる。
突起の絶縁性が低いと、即ち、突起が導電性を帯びると
画素電極170及び共通電極220に電圧を印加する時
に絶縁突起としての役割を正常に遂行することができ
ず、その周囲に形成される電気場が歪曲されて液晶表示
装置の画質特性を低下させる。参考に、感光剤の比抵抗
は1013Ωcm以上である。
絶縁体である場合との等電位線及びそれによる液晶分子
の配列をシミュレーションした結果が示されている。図
3には電圧印加後の時間に従う光の透過率変化を示す曲
線を図示した。図3においては、ページの右側から左側
に行くほどさらに長い時間が経過した状態を示す。
側)では電圧印加後に一定の時間が経過すると突起部分
でのみ光の透過率が低く、その他の部分では透過率が高
く現れる。しかし、導電性突起(左側)では電圧印加後
に一定の時間が経過した後にも突起部分以外にも突起周
辺の広い地域で透過率の低い部分が現れる。つまり、テ
クスチャーが現れる。
部基板を製造する方法を図面に基づいて説明する。
よる液晶表示装置の上部基板を製造する工程を順序によ
って示す断面図である。
印刷などの方法を用いてガラスなどの透明な絶縁基板2
00上に色フィルター210を形成する。図面では色フ
ィルター210が絶縁基板200より下側に位置する。
ルター210上にITOなどの透明な導電物質を蒸着し
て共通電極220を形成する。図示しないが、色フィル
ター210上にオーバーコート(overcoat)膜
を形成した後、共通電極220をオーバーコート膜の上
に形成することもできる。次いで、クロム単一層または
クロムと酸化クロムとの二重層を蒸着したりまたは黒い
色素を添加した感光剤などを塗布してブラックマトリッ
クス230を積層し、その上に感光膜250を塗布す
る。
250を露光し現像して必要なパターンを形成し、感光
膜250パターンをエッチングマスクとしてその下部の
ブラックマトリックス230をエッチングする。従っ
て、ブラックマトリックス230と感光膜250とから
なる突起パターンは同一のレイアウトを有する。つま
り、ブラックマトリックス230及び感光膜250は自
己整列されている。
ックマトリックス230を形成する過程で使用する感光
膜250パターンを突起として使用するので突起形成の
ための別途の工程を必要としない。
装置の配置図であり、図6は図5のVI−VI'線の断面図
である。
2と維持電極線127とがのびている。ゲート線122
及び維持電極線127の上にはゲート絶縁膜130が形
成されている。ゲート絶縁膜130の上にはスイッチン
グ素子である薄膜トランジスタの半導体層142が形成
されており、半導体層142の上にはドープした半導体
などの接触層(図示せず)が形成されている。また、ゲ
ート絶縁膜130上には縦方向にデータ線162が形成
されている。データ線162には分枝としてソース電極
165が形成されており、ソース電極165と対向する
ドレーン電極166がソース電極165と同層ではある
が平面的に分離されて形成されている。ソース電極16
5及びドレーン電極166は接触層の上まで延長されて
おり、接触層はソース電極とドレイン電極との間で切断
されている。データ線162、ソース電極165、ドレ
ーン電極166などの上にはドレーン電極166を露出
させる接触孔181とデータ線162を露出させる接触
孔182とを有する保護絶縁膜180が形成されてい
る。保護絶縁膜180の上には切除パターン171を有
する画素電極170と、データ線162に沿って形成さ
れており接触孔182を通じてデータ線162と連結さ
れる冗長データ線172とが形成されている。冗長デー
タ線172は画素電極170と同一物質で形成されてい
る。画素電極170の切除パターン171は十字模様
(+)に形成されている。なお、後述のように切除パタ
ーン171は多様な模様に形成することもできる。
赤、緑、青色の色フィルター210が形成されており、
色フィルター210の上には基板200の前面にかけて
共通電極220が形成されている。共通電極220はI
TO(indium tin oxide)などの透明な
導電物質からなっている。共通電極220の上にはブラ
ックマトリックス230が形成されている。この時、ブ
ラックマトリックス230は少なくとも冗長データ線1
72と対応する領域全てに形成されている。ブラックマ
トリックス230は絶縁膜として漏れる光を遮断する役
割及び液晶分子の配向に影響を与える突起としての機能
と共に冗長データ線172が共通電極220と短絡され
ることを防止する機能を遂行する。ブラックマトリック
ス230は絶縁物質により0.1μm〜3μmの範囲内
の厚さに形成する。
00ではなく下部基板100に形成することもできる。
が注入されて液晶層300を形成している。液晶層30
0の液晶分子は電界が印加されていない状態で基板10
0、200に対して長軸が垂直をなすように配向されて
いる。
基板100の切除パターン171と上部基板200のブ
ラックマトリックス230とからなる突起によって上下
基板100、200の間に形成される電気場が基板10
0、200に対して一定な方向性を有するようになる。
この時、突起は液晶層300との誘電率差異によって電
気場を変形させることに寄与する。また、突起は液晶分
子の初期配向状態にも影響を及ぼすため、突起附近の液
晶分子は電界が印加されていない状態でも基板に対して
ある程度傾いている。
とブラックマトリックス230とが重畳して形成する各
ドメイン内で一定の方向性を有するようになる。各ドメ
イン内の液晶分子の平均長軸方向を基準にしてドメイン
を分類するとドメインは4方向各1種類ずつ4種類に分
類される。このようなドメイン内の液晶分子の方向性に
よって4方向全てで広い視野角が確保される。
ス230が冗長データ線172と対応する部分に形成さ
れているため、導電性粒子Pが混入して冗長データ線1
72上に位置するようになっても、冗長データ線172
と共通電極220との短絡をブラックマトリックス23
0により防止できる。
装置の配置図であり、図8は図7のVIII−VIII'線によ
る断面図である。
例の下部基板100と殆ど同一である。ただし、画素電
極170に形成されている切除パターン171の模様が
後述のように異なる。
クス230が形成されており、ブラックマトリックス2
30によって区画された画素領域には赤、緑、青色の色
フィルター210が形成されている。ブラックマトリッ
クス230と色フィルター210上(図8では下)には
ITO(indium tin oxide)などの透明
な導電物質からなる共通電極220が形成されており、
共通電極220の上には絶縁物質からなる突起パターン
240が形成されている。突起パターン240は冗長デ
ータ線172と対応する領域には全て形成されており、
有機または無機絶縁物質で形成されている。
部基板100の画素電極170を上下に2分する位置に
横方向に形成されている横部と2分された画素電極17
0の上下部分に各々斜め方向に形成されている斜め部を
含む。この時、上下の斜め部は互いに垂直をなしてい
る。これは電界の傾く方向を4方向に均一に分散させる
ためである。
ーン171は突起パターン240の斜線部を挟んでお
り、これと平行な斜線切除部と画素電極170の左右辺
と平行な縦切除部とを含んでいる。
除パターン171とは互いに重畳して画素電極170を
多数のドメインに分割している。この時、各ドメインは
最も長い二つの辺が互いに平行な多角形をなす。これは
液晶分子の応答時間を短くするためである。つまり、突
起パターン240と切除パターン171とによって基板
に垂直な方向に対して傾いた電界が形成され、この電界
により液晶分子が配列される方向が液晶分子相互間に平
行な状態になるようにするのである。このようにするこ
とで、1段階動作のみで液晶分子の動作が完了するため
応答時間が短縮される。
データ線172と対応する部分に形成されているため、
導電性粒子Pが冗長データ線172上に位置するように
なっても、冗長データ線172及び共通電極220が短
絡されることを突起パターン240により防止する。。
で別に絶縁膜を形成したが、第1実施例と同様にブラッ
クマトリックス230を共通電極220上に形成するこ
とによって突起パターンに代えることができる。また、
突起パターン240及び切除パターン171の模様は多
様な変形が可能である。
に対して垂直に配向する垂直配向モード液晶表示装置に
ついて説明しているが、ブラックマトリックスまたは別
途の絶縁物質を共通電極上の冗長データ線と対応する部
分に沿って形成することによって冗長データ線と共通電
極との間の短絡を防止するという本発明の内容は捩じれ
ネマチック(twisted nematic:TN)
モード液晶表示装置にも適用することができる。
形成する過程で使用する感光膜パターンを突起として使
用するので突起形成のための別途の工程を必要としな
い。また、ブラックマトリックスまたは別途の絶縁物質
からなる突起パターンを共通電極上の冗長データ線と対
応する部分に沿って形成することによって広視野角を確
保すると共に冗長データ線と共通電極との間の短絡を防
止する。
図である。
図である。
絶縁体である場合(右側)との時間に従う液晶の配列変
化を示す電気光学的シミュレーション結果である。
部基板を製造する工程を順に示す断面図である。
部基板を製造する工程を順に示す断面図である。
部基板を製造する工程を順に示す断面図である。
図である。
図である。
Claims (24)
- 【請求項1】絶縁基板と、 前記絶縁基板上に形成されている透明電極と、 前記透明電極の上に形成されており、突起としての機能
を兼ねるブラックマトリックスと、を含む液晶表示装置
用基板。 - 【請求項2】前記ブラックマトリックスの上に形成され
ており、感光膜からなる主突起をさらに含む請求項1に
記載の液晶表示装置用基板。 - 【請求項3】前記ブラックマトリックス及び主突起は同
一の写真エッチング工程で共に形成されることにより同
一なレイアウトを有することを特徴とする請求項2に記
載の液晶表示装置用基板。 - 【請求項4】前記ブラックマトリックスはクロムからな
ることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置用基
板。 - 【請求項5】前記ブラックマトリックスはクロムと酸化
クロムとの二重層からなることを特徴とする請求項2に
記載の液晶表示装置用基板。 - 【請求項6】前記絶縁基板と透明電極との間に形成され
ている色フィルターをさらに含む請求項2に記載の液晶
表示装置用基板。 - 【請求項7】透明電極を形成する段階と、 ブラックマトリックス層を積層する段階と、 前記ブラックマトリックス層の上に感光膜を積層する段
階と、 前記感光膜をパターニングする段階と、 パターニングされた前記感光膜をエッチングマスクとし
て前記ブラックマトリックス層をエッチングする段階
と、を含む液晶表示装置用基板の製造方法。 - 【請求項8】前記ブラックマトリックス層は前記透明電
極の上に積層されることを特徴とする請求項7に記載の
液晶表示装置用基板の製造方法。 - 【請求項9】前記透明電極を形成する段階の前に色フィ
ルターを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請
求項7に記載の液晶表示装置用基板の製造方法。 - 【請求項10】前記ブラックマトリックス層はクロムと
酸化クロムとの二重層であることを特徴とする請求項7
に記載の液晶表示装置用基板の製造方法。 - 【請求項11】絶縁第1基板と、 前記第1基板上に形成されており、走査信号を伝達する
ゲート線と、 前記ゲート線と絶縁されて交差しており、画像信号を伝
達するデータ線と、 前記ゲート線と前記データ線とが交差してなされる領域
に形成されている画素電極と、 前記画素電極と同一の層に形成されている冗長データ線
と、 前記ゲート線、前記データ線及び前記画素電極に連結さ
れており、前記走査信号によって前記画像信号を前記画
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、 前記第1基板と対向している絶縁第2基板と、 前記第2基板上に形成されている共通電極と、 少なくとも前記共通電極上の前記冗長データ線に対応す
る領域に形成されており、絶縁物質からなる突起パター
ンと、を含む液晶表示装置。 - 【請求項12】前記突起パターンは有機ブラックマトリ
ックスであることを特徴とする請求項11に記載の液晶
表示装置。 - 【請求項13】前記第2基板と前記共通電極との間に形
成されているブラックマトリックスをさらに含む請求項
11に記載の液晶表示装置。 - 【請求項14】前記画素電極は切除部パターンを有する
ことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。 - 【請求項15】前記突起パターン及び前記画素電極の切
除部パターンは前記画素電極を四つのドメインに分割す
ることを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。 - 【請求項16】前記ドメインは最も長い二つの辺が互い
に平行な多角形であることを特徴とする請求項15に記
載の液晶表示装置。 - 【請求項17】前記ドメインは最も長い二つの辺が第1
方向である第1ドメインと第2方向である第2ドメイン
とに分類され、前記第1方向と前記第2方向とは85゜
〜95゜の範囲の角をなすことを特徴とする請求項16
に記載の液晶表示装置。 - 【請求項18】前記第1方向は前記画素電極の辺に対し
て斜め方向であることを特徴とする請求項17に記載の
液晶表示装置。 - 【請求項19】前記第1基板と前記第2基板との間に注
入されており、電気場が印加されていない状態で前記第
1及び第2基板に対して垂直に配向されている液晶物質
をさらに含む請求項11に記載の液晶表示装置。 - 【請求項20】前記第1基板と前記第2基板との間に注
入されている捩じれネマチック液晶物質をさらに含む請
求項11に記載の液晶表示装置。 - 【請求項21】絶縁性第1基板と、 前記第1基板上に形成されている透明電極と、 前記透明電極上に形成されており、金属からなっている
光遮断膜パターンと、 前記光遮断膜パターンと自己整列されており、有機膜で
構成される突出部と、を含む液晶表示装置。 - 【請求項22】前記有機膜は感光性を有することを特徴
とする請求項21に記載の液晶表示装置。 - 【請求項23】前記有機膜の非抵抗は1013Ωcm以上
であることを特徴とする請求項21に記載の液晶表示装
置。 - 【請求項24】多数の画素電極及び薄膜トランジスタが
形成されており、前記第1基板と対向している第2基板
をさらに含み、 前記光遮断膜パターンは少なくとも前記第2基板の不透
明金属層及び前記画素電極と画素電極との間の部分と重
畳することを特徴とする請求項21に記載の液晶表示装
置。
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