JP2005099855A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示コントラストを向上できるＩＰＳ方式のアクティブマトリクス液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 マトリクス状に配置された複数の信号配線７と走査配線２、その各交差点に対応して少なくとも一つ以上のスイッチング素子であるＴＦＴ１１、ＴＦＴ１１に接続された櫛形状の画素電極８、画素電極８と咬合して形成された櫛形状の共通電極３を有するアレイ基板１２と、アレイ基板１２に対向して配置された対向基板３と、アレイ基板１２と対向基板１３とに挟持された液晶層を具備し、画素電極８が、信号配線７と同じ層に形成され、なおかつ信号配線７の膜厚より薄い構成にする。この簡易な構成によって、画素電極の近傍の非配向光抜けを防止し、またパネル外光の反射が抑えられ、コントラストの高い画像を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＡＶ・ＯＡ機器などの平面ディスプレイとして用いることのできるアクティブマトリクス型液晶表示装置に関するものである。

現在、液晶を用いた表示装置は、ビデオカメラのビューファインダーやポケットＴＶさらには高精細投写型ＴＶ、パソコン、ワープロなどの情報表示端末など種々の分野で応用されてきており、開発、商品化が活発に行われている。

特に、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型方式のＴＮ（Twisted Nematic）液晶表示装置は大容量の表示を行っても高いコントラストが保たれるという大きな特徴をもち、近年は市場の要望の極めて高いラップトップパソコンやノートパソコン、さらにはエンジニアリングワークステーション用の大型・大容量フルカラーディスプレイの本命として開発、商品化が盛んである。

このようなアクティブマトリクス方式の液晶表示素子において、広く用いられている液晶表示モードのＴＮ（Twisted Nematic ）方式は液晶層を挟持する電極基板間で液晶分子が９０゜捻れた構造をとるパネルを２枚の偏光板により挟んだものである。

２枚の偏光板は互いの偏光軸方向が直交し、一方の偏光板はその偏光軸が一方の基板に接している液晶分子の長軸方向と平行か垂直になるように配置されている。電圧無印加の場合は白表示であるが、２枚の基板間すなわち液晶パネルに対して垂直方向に電圧を印加していくと、徐々に光透過率が低下して黒表示となる。

このような表示特性が得られるのは、液晶パネルに電圧を印加すると液晶分子は捻れ構造をほどきながら電界の向きに配列しようとし、この分子の配列状態により、パネルを透過してくる光の偏光状態が変わり、光の透過率が変調されるからである。

しかし、同じ分子配列状態でも、液晶パネルに入射してくる光の入射方向によって透過光の偏光状態は変化するので、入射方向に対応して光の透過率は異なってくる。すなわち、液晶パネルの特性は視角依存性を持つ。この視角特性は主視角方向（液晶層の中間層における液晶分子の長軸方向）に対し視点を斜めに傾けると輝度の逆転現象を引き起こし、液晶パネルの画質上、重要な課題となっている。

この課題を解決するために、ＴＮ型液晶表示方式のように基板垂直方向に電界を印加するのではなく、液晶に印加する方向を基板に対してほぼ平行な方向とするＩＰＳ（In-Plane Switching ）方式があり、例えば特許文献１や特許文献２により提案されている。
特公昭６３−２１９０７号公報 特開平６−１６０８７８号公報

従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置のアレイ基板の画素部の構成を図３（ａ）に示す。図３（ｂ）は図３（ａ）図の一点鎖線での液晶表示装置の断面構成の概略断面図を示す。
この図に示すように、複数の走査配線２および信号配線７が直交するように形成され、走査配線２と信号配線７の各交差点に対応してスイッチング素子であるＴＦＴ１１が設けられる。隣接する２つの走査配線２と隣接する２つの信号配線７に囲まれる１画素において、複数、例えば２つの画素電極８が信号配線７に略平行に形成されている。信号配線７と画素電極８の間および隣接する画素電極８の間には、複数、例えば３つの共通電極３が櫛形状に形成され、かつ画素電極８と咬合している。蓄積容量部９は画素電極８の間で、かつ走査配線２の上部に形成されている。

次に製作工程を説明する。
ガラス基板１の上にアルミニウム（Ａｌ）を積層させ、フォトリソグラフィ法によって走査配線２と共通電極３を同時にパターン形成する。走査配線２と共通電極３の上にはＴＦＴのゲート絶縁膜として働く窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の第１絶縁体層４を積層させる。さらに第１絶縁体層４の上にＴＦＴのスイッチ機能を司るアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）の半導体層５が積層されている。その後、ＴＦＴのチャンネル保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の第２絶縁体層６を積層、パターン形成する。そしてｎ＋アモルファスシリコン（ｎ＋−α−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）の３層を連続堆積させ、一括パターン形成を行い、信号配線７、画素電極８と蓄積容量部９を図のように形成した。ここでｎ＋アモルファスシリコン（ｎ＋−α−Ｓｉ）は半導体層５と信号配線７、画素電極８とのオーミックコンタクトをとるために、チタン（Ｔｉ）はアルミニウム（Ａｌ）がアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）の半導体層５に拡散するのを防止するために設けられた。さらにＴＦＴ保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の第３絶縁体層１０を積層させる。

以上のように構成されたアレイ基板１２と対向基板１３とに配向膜を塗布し、ラビング処理を行う。そしてアレイ基板１２と対向基板１３とを一定のギャップを隔てて貼り合わせ、その間には液晶を注入し、液晶層１４を形成する。対向基板１３には走査配線２と信号配線７に対応する位置に遮光膜１５が存在するが、共通電極３と画素電極８に対応する位置に遮光膜１５が存在しない。

しかしながら、上記構成では信号配線７と画素電極８との膜厚が同じである。信号配線７は断線不良に裕度を持たせるためや、配線抵抗を小さくするために膜厚を厚くする必要性がある。したがって画素電極８の膜厚も厚くなり、画素電極８の近傍ではラビング処理が行われない。そのためパネル表示では、その部分で非配向光抜けが起こり、コントラストが低下してしまう。また画素電極８の最表面が反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）で形成されているため、パネル外光を反射してしまい、さらにコントラストが低下する問題も起こる。

本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の信号配線と走査配線、その各交差点に対応して少なくとも一つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、前記画素電極と咬合して形成された櫛形状の共通電極を有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板とに挟持された液晶層を具備し、前記画素電極が、前記信号配線と同じ層に形成され、なおかつ前記信号配線の膜厚より薄く構成したことを特徴とする。

この本発明によると、画素電極の近傍でもラビング処理が可能となり、画素電極近傍において、非配向光抜けは起こらない。

本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、広い視角で良好な多階調表示を実現できるＩＰＳ方式の液晶表示装置において、信号配線の膜厚を薄くするという簡易な構成によって、断線不良に対する裕度を小さくしたり、また配線抵抗を大きくしたりすることなく、画素電極の近傍の非配向光抜けを防止でき、またパネル外光の反射を抑えることができ、コントラストの高い画像を得ることができる。

本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の信号配線と走査配線、その各交差点に対応して少なくとも一つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、前記画素電極と咬合して形成された櫛形状の共通電極を有するアレイ基板と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板とに挟持された液晶層を具備し、前記画素電極が、前記信号配線と同じ層に形成され、なおかつ前記信号配線の膜厚より薄い構成としたため、アレイ基板に配向膜を塗布して、ラビング処理を行っても、画素電極が信号配線の膜厚より薄いので画素電極の近傍でもラビング処理が可能となる。したがってパネル表示では、画素電極近傍において非配向光抜けは起こらず、高いコントラストの画面が得られる。

また、前記画素電極と前記信号配線とが異なる導電性材料で形成されることが好ましく、さらに、前記画素電極の最表面がアルミニウムより反射率の小さい導電性材料で形成されるか、前記画素電極が透明導電性材料で形成されることにより、パネル外光の反射が抑えられ、より高いコントラストの画面が得られる。

以下、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置を各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の（実施の形態１）におけるアレイ基板の画素部の平面構成を概略的に示し、図１（ｂ）は図１（ａ）図の一点鎖線での液晶表示装置の断面構成の概略断面図を示す。

図１に示すガラスアレイ基板１には、複数の走査配線２および信号配線７が直交するように形成され、走査配線２と信号配線７の各交差点に対応してスイッチング素子であるＴＦＴ１１が設けられる。隣接する２つの走査配線２と隣接する２つの信号配線７に囲まれる１画素において、複数、例えば２つの画素電極８が信号配線７に略平行に形成されている。

信号配線７と画素電極８の間および隣接する画素電極８の間には、複数、例えば３つの共通電極３が櫛形状に形成され、かつ画素電極８と咬合している。蓄積容量部９は画素電極８の間で、かつ走査配線２の上部に形成されている。

製作工程は以下の通りである。
走査配線２としてアルミニウムを用いて、フォトリソグラフィ法によってガラス基板１の上に図のようにそれぞれ所定の間隔を隔てて、略平行にパターン形成されている。それと同時に、隣接する２つの走査配線２の間に互いに略平行な共通電極３がパターン形成されている。

なお、走査配線２と共通電極３の膜厚は１５０ｎｍであり、材料はアルミニウムに限定せず、クロム（Ｃｒ）、アルミニウムを主成分とする金属など導電性単層膜または多層膜を用いてもよい。

走査配線２、共通電極３の上には、スイッチング素子として機能するＴＦＴ１１のゲート絶縁膜として働く、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの第１絶縁体層４が積層されている。さらに、第１絶縁体層４の上にはＴＦＴのスイッチ機能を司る、例えばアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）の半導体層５を積層させる。その後、ＴＦＴのチャンネル保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の第２絶縁体層６を積層、パターン形成する。そしてｎ＋アモルファスシリコン（ｎ＋−α−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）の２層を連続堆積させ、ドライエッチングによって一括パターン形成を行い、画素電極８と蓄積容量部９を図のように形成した。相互に隣接する２つの共通電極３の間に、共通電極３と略平行となるように画素電極８が形成されている。ここでチタン（Ｔｉ）の膜厚は１００ｎｍとした。

さらに、アルミニウム（Ａｌ）を３００ｎｍ堆積させ、これを用いて信号配線７が走査配線２に対して略直交し、かつ、それぞれ略平行になるようにウエットエッチングによってパターン形成された。

第１絶縁体層４と半導体層５を挟んで走査配線２の上には、２つの画素電極８を接続するように蓄積容量部９がオーバーラップして形成された。この蓄積容量部９は画素に供給された電圧を保持するために設けられたものである。そして保護膜として、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの第３絶縁体層１０が積層された。

以上のように構成されたアレイ基板１２と対向基板１３とに配向膜を塗布し、ラビング処理を行った。そしてアレイ基板１２と対向基板１３とを３μｍのギャップを隔てて貼り合わせ、その間には液晶を注入し、液晶層１４を形成した。このように画素電極８の膜厚が信号配線７より２００ｎｍ薄くなり、画素電極８の近傍でもラビング処理が可能となるとともに、アルミニウムより反射率の低いチタンで画素電極８が形成される構成となる。この液晶表示装置の点灯画像検査を行ったところ、画素電極８の近傍に非配向光抜けも無く、コントラストの高い画像が得られることが確認された。

なお、画素電極８の膜厚は３０〜２００ｎｍの範囲で良く、また材料はチタン以外のタンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）などのアルミニウムより反射率の低い導電性材料でもよく、または透明導電性材料のインジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）でもかまわない。

また、本構成は共通電極３が信号配線７と同じ層に形成される場合においても、画素電極８に関する事項を共通電極３に当てはめることで有効である。
（実施の形態２）
図２（ａ）は本発明の（実施の形態２）におけるアレイ基板の画素部の平面構成を概略的に示し、図２（ｂ）は図２（ａ）図の一点鎖線での液晶表示装置の断面構成の概略断面図を示す。上記第１の実施の形態の場合と共通する部分についてはその説明を省略し、異なる部分について述べる。

（実施の形態２）は、第２絶縁体層６のパターン形成後、ｎ＋アモルファスシリコン（ｎ＋−α−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）の２層を連続堆積させ、ドライエッチングによって一括パターン形成を行い、画素電極８、蓄積容量部９および信号配線部を図のように形成した。

さらに、アルミニウム（Ａｌ）を堆積させ、チタン（Ｔｉ）で形成した前記の信号配線部に重畳するように、ウエットエッチングによって信号配線７を形成した。この信号配線７をチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）の２層にする構成により、（実施の形態１）と比較して、信号配線７の断線不良に対する裕度をより大きくすることができ、また配線抵抗をより小さくすることができる。この液晶表示装置の点灯画像検査を行ったところ、画素電極８の近傍に非配向光抜けも無く、コントラストの高い画像が得られることが確認された。

本発明の（実施の形態１）のアクティブマトリクス液晶表示装置におけるアレイ基板の画素部の平面構成を概略的に示す平面図と断面図である。 本発明の（実施の形態２）のアクティブマトリクス液晶表示装置におけるアレイ基板の画素部の平面構成を概略的に示す平面図と断面図である。 従来のアクティブマトリクス液晶表示装置におけるアレイ基板の画素部の平面構成を概略的に示す平面図と断面図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 走査配線
３ 共通電極
４ 第１絶縁体層
５ 半導体層
６ 第２絶縁体層
７ 信号配線
８ 画素電極
９ 蓄積容量部
１０ 第３絶縁体層
１１ ＴＦＴ
１２ アレイ基板
１３ 対向基板
１４ 液晶層
１５ 遮光膜

Claims (3)

1. マトリクス状に配置された複数の信号配線と走査配線、その各交差点に対応して少なくとも一つ以上のスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、前記画素電極と咬合して形成された櫛形状の共通電極を有するアレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板とに挟持された液晶層
   を具備し、
   前記画素電極が、前記信号配線と同じ層に形成され、なおかつ前記信号配線の膜厚より薄いこと
   を特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
2. 画素電極と信号配線が異なる導電性材料で形成されること
   を特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
3. 画素電極の最表面がアルミニウムより反射率の小さい導電性材料で形成されるか、画素電極が透明導電性材料で形成されること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
   
   

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