JP2005258414A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純マトリックス型の液晶表示装置の品質を向上する
【解決手段】 信号電極を分割して多画面駆動する場合に、複数の信号電極が形成される第一基板には配線電極が形成され、配線電極上には接続領域を除いた部位に絶縁層が形成されている。そして、この絶縁層が形成されない接続領域で配線電極と信号電極が電気的に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単純マトリクス型の液晶表示装置の構造に関し、特に、画面を２つ以上に分割して駆動する多画面駆動の液晶表示パネルの構造に関する。

単純マトリクス型の液晶表示装置は、行電極群と列電極群との間に液晶層を保持してマトリクス状の画素を設けて構成されている。そして、この液晶表示装置の駆動方法には、電圧平均化法、ＳＡ法、ＭＬＡ法等がある。いずれの駆動方法でも表示画面の行数が大きくなると液晶に加わる実効値のＯＮ／ＯＦＦ比が小さくなり、コントラストが低下すると共に応答速度も遅くなる。この問題の解決するために、一つの液晶表示装置の画面を２つ以上の画面に分割して、それぞれの部分を分割された行数で駆動することで実効値のＯＮ／ＯＦＦ比を大きくする。これにより、高コントラスト、高応答速度の液晶表示装置が実現できる。表示画面を上下２分割以上に分割する液晶表示装置の構造としては、第一層の電極とその一部に絶縁膜を介して電気的に分離された第二層の電極の少なくとも２つの電極が積層する構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

図５に従来の一般的な半透過型のカラー液晶表示装置の構造を示す。カラーフィルタ側の基板の製造方法は、透明基板１Ａに０．１５μｍ程度のアルミをスパッタリングで成膜し、その後パターニングして反射板３を形成し、その上に顔料を分散させたアクリル系樹脂をスピナーで塗布し、その後パターニングを繰り返し行なってブラックマトリクス７および３原色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを形成する。その上に透明アクリル系樹脂をスピナーで塗布し透明絶縁膜９を形成する。次にＩＴＯ等をスパッタで成膜後、パターニングして液晶駆動用の透明電極５Ｃを形成する。透明絶縁膜９は、ブラックマトリックス（樹脂遮光膜）７およびカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの表面を平坦化する機能を有すると同時に、透明電極５Ｃの密着性を向上させる機能を有している。対向基板１Ｂの表面には、透明基板に形成された透明電極５Ｃのパターンと直交するように対向電極５Ｄが形成されている。透明基板１Ａと対向基板１Ｂをシール材２０により張り合わせた空間に液晶１９を注入する。
特開平５−３２３３３８号公報

従来の単純マトリクス型の液晶表示装置では、画質を維持するために、走査電極数を約２００〜４８０に設定する必要があった。一般的に、走査電極数の増加に従い、コントラストと視角が狭くなる。また、画面を２分割して、それぞれの部分を構成する電極を分けて駆動する２画面駆動方式が行われていた。分割された画面をさらに分割して駆動するためには、特許文献１に記載されたように、第一層の電極とその一部に絶縁膜を介して電気的に分離された第二層の電極の少なくとも２つの電極を積層する構造が必要である。しかしながら、このような構造では第一層の電極の上方に第二層の電極が形成されるため、第一層の電極と第二層の電極の間に大きな寄生容量が付加されてしまい、消費電力が増えるという課題があった。また、寄生容量により第一層の電極と第二層の電極に印加される信号が互いに影響しあい、波形を歪めてしまうこととなった。そのため、分割された画面で異なった輝度になり、全体の表示品質を低下させるという課題があった。本発明の目的は多分割駆動におけるこれらの問題点を解決することにある。

上記課題を解決するために、列電極を分割して多画面駆動をする場合の列電極基板の構造を平面的に分離すると同時に一部を２層構造とした。第一層の電極の一部には感光性の樹脂である絶縁膜で形成し、第二層の電極との電気的絶縁性を確保した。感光性の絶縁膜部分の一部にパターニングにより絶縁膜を設けない領域を形成した後、第一層の電極の上に第二層の電極を形成することにより電気的な接続をした。また、第一層の電極を低抵抗の透明電極やアルミなどの金属薄膜で形成することにより、低抵抗で細い電極として寄生容量を少なくした。また、第一層の電極と第二層の電極が導通のために重なった領域以外は第一層の電極と第二層の電極を重ならないように平面的配置をすることで低消費電力、高画質表示を実現した。

本発明によれば、積層した電極が上下に配置されないので寄生容量が発生せず、低消費電力化ができると同時に、従来の一層電極構成の液晶表示装置に比べてコントラストや視角等の表示品質が良く、低消費電力の液晶表示装置が実現できる。また、カラーフィルタ基板側の反射膜形成工程を省き、これと同等な工程を追加するという対向基板の製造工程を用いて、列電極を分離した配線が可能となり、低ｄｕｔｙ数での駆動が実現できる。

発明実施するための最良の形態

本発明の液晶表示装置は、複数の信号電極が形成された第一基板と、複数の走査電極が形成された第二基板と、第一基板と第二基板の間に設けられた液晶層を備えており、複数の信号電極と複数の走査電極が交差するそれぞれの部分で画素を形成する液晶表示装置であって、複数の列電極は分割して画面駆動するために第一の信号電極群と第二の信号電極群に分割され、第一基板には第二の信号電極群に駆動信号を導く配線電極が形成され、配線電極上には接続領域を除いた部位に絶縁層が形成されている。そして、絶縁層が形成されない接続領域で配線電極と第二の信号電極群を構成する信号電極が電気的に接続されている。

ここで、接続領域を第二の信号電極群を構成する一つの信号電極に対して複数個設けても良い。また、絶縁層が信号電極群を構成する導電層よりも厚くなるように構成した。あるいは、絶縁層が信号電極群を構成する導電層と配線電極を加えた厚みよりも厚くなるように構成しても良い。

ここで、配線電極は、第一の信号電極群を構成する信号電極の直下に形成しないことが望ましい。これにより配線電極と第一の信号電極群との間に寄生容量が発生することを防ぐことができる。配線電極に用いる材料として金属薄膜や透明導電性薄膜が用いられる。

また、反射特性を備える材料で配線電極を形成し、第一基板上の画素に対応する部位にこの反射特性を備える材料で反射部を形成することもできる。これにより、半透過型あるいは反射型の液晶表示装置が実現できる。

さらに、絶縁膜として着色された絶縁膜を用いることができる。

また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第一基板上に導電性薄膜からなる配線電極を形成する配線電極形成工程と、配線電極上に、接続領域となる部分を除いて絶縁膜を形成する工程と、第一基板上に透明導電膜を形成することにより、接続領域の配線電極上に直接的に透明導電膜を設ける工程と、透明導電膜をエッチングして第一の信号電極群と第二の信号電極群を形成するエッチング工程を備えている。そして、エッチング工程において、第二の信号電極群を構成する信号電極は接続領域を介して配線電極と電気的に接続されることになる。さらに、導電性薄膜に反射特性を備える材料を用いるとともに、配線電極形成工程において、配線電極とは電気的に接続されていない反射電極を配線電極と同一の材料で形成することとした。

以下、本発明の液晶表示装置について実施例を基に詳細に説明する。

本実施例の半透過型液晶表示装置を図１、図２に基づいて説明する。図１は半透過型液晶表示装置を構成する基板を上方から見た模式図である。図２は半透過型液晶表示装置の断面図を示す。図２（A）は、図１のＡ−Ａ'線での、図２（B）はＢ−Ｂ'線での断面を表している。図２に示すように、カラーフィルタが形成された基板１Ｂと信号電極が形成された対向基板１Ａの間にシール材２０を用いて液晶１９が封入されている。基板１Ｂには液晶に電圧を印加するための走査電極が形成されている。本発明では、対向基板１Ａに形成される信号電極の構成に特徴がある。対向基板１Ａとしてガラス基板を用いる場合を説明する。ガラス基板に良導電性の金属薄膜をスパッタリング等で成膜し、その後、フォトリソグラフィー法等のパターニングにより配線電極２と反射部３を同時に形成する。このとき配線電極２と反射部３は電気的に分離しており、配線電極２と反射部３の間に寄生容量が生じないようにする。次に、この上に絶縁性を有するアクリル系の感光性樹脂をスピナー法等で塗布し、これをフォトリソグラフィー法でパターニングすることにより絶縁膜４を形成する。このとき、図１、図２に示すように、配線電極上には絶縁膜４が形成されるが、配線電極上に絶縁膜を設けない領域６も存在している。この絶縁膜を設けない領域６の形状は任意であるが、大きさは画素内にかからないようにすることが好ましい。その後、スパッタリング等により透明導電膜を形成し、パターニングにより液晶駆動用の信号電極５Ａ、５Ｂを形成する。このようにして半透過型の対向基板が形成できる。ここで、信号電極５Ａは配線電極２を用いずに外部からの駆動信号が入力され、信号５Ｂには配線電極２を介して外部からの駆動信号が入力される。複数の信号電極５Ａと走査電極で構成された第一画素群と、複数の信号電極５Ｂと走査電極で構成された第二画素群は、同一の走査信号で駆動することができるため、同じ画素数を従来の半分の分割数で駆動することができる。また、配線電極２を用いずに駆動信号が印加される信号電極５Ａと配線電極２との間に寄生容量が生じないように、配線電極は信号電極５Ａ間の間に対応する部位に設けることが好ましい。信号電極５Ｂに配線電極２を介して駆動信号を供給するためには、配線電極２と表示パネルの電極端子との間にも上述の絶縁膜を設けない領域６を設ける必要がある。そうすれば、外部のドライバからの信号は電極端子から配線電極２に入り、信号電極５Ｂに供給される。

また、もう一方の基板１Ｂには、一般的な感光性のカラーレジストを用いて、パターニングにより顔料分散タイプのブラックマトリックス７、カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを形成した。その後、熱硬化性あるいは感光性の透明樹脂をスピナー等により塗布、硬化した。さらに、スパッタリング法等を用いて透明導電膜を成膜し、これをフォトリソグラフィー法等でパターニングすることにより液晶駆動用の走査電極５Ｃを形成する。これらの２枚の対向基板１Ａ、基板１Ｂをシール材２０により張り合わせ、形成された空間に液晶１９を注入して液晶表示装置を作製した。

対向基板１Ａ上に形成する金属薄膜の膜厚は、低抵抗の配線を可能とするレベルであればよいが、加工性や経済性を考慮すると０．１０μｍから０．３０μｍ程度の膜厚が好ましい。本実施例では、この金属薄膜は反射部にも用いられるため、低抵抗であるだけでなく反射特性を備えている必要がある。また、金属薄膜で形成される配線電極２の上に設けられる絶縁膜４の膜厚は、０．２μｍから２．０μｍが好ましい。これは、低消費電力化のためには厚い方がよいが、厚すぎるとパターニング加工が難しくなるからである。

上述したように、一般的な対向基板の加工工程に絶縁性を有する感光性樹脂の塗布工程とこれをパターニングする工程を加えるだけで信号電極を分離することが可能となり、同一画素構成を従来より低いｄｕｔｙ数で駆動できる。カラーフィルタ基板側は、ブラックマトリックスおよびＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのパターンをフォトリソグラフィー法で形成するだけのいわゆる透過型カラーフィルタを用いれば良い。カラーフィルタ基板側には半透過型のために必要な反射膜を設ける必要がない。

本実施例では、金属薄膜としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができる。その膜厚を０．１５μｍとした。また、透明絶縁膜４の膜厚を０．５μｍとした。あるいは、金属薄膜として銀または銀合金を用いることもできる。この場合には、金属薄膜の膜厚を０．１２μｍとした。また、金属薄膜としてクロムを用いることもできる。カラーフィルタ基板側は、ブラックマトリックスおよびＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのパターンをフォトリソグラフィー法で形成する、いわゆる透過型カラーフィルタを用いた。

また、上述の構成で、反射部の面積を大きくすれば、実質的に反射型の液晶表示装置が得られることになる。

本実施例の透過型液晶表示装置を図３及び図４を用いて説明する。図３は本実施例の透過型液晶表示装置を構成する基板を上方から見た模式図である。図４はこの透過型液晶表示装置の断面図を示す。図４（A）、図４（B）は、それぞれ図３のＡ−Ａ'線、Ｂ−Ｂ'線での断面を表している。図４に示すように、カラーフィルタが形成された基板１Ｂと信号電極が形成された対向基板１Ａの間にシール材２０を用いて液晶１９が封入されている。基板１Ｂには液晶に電圧を印加するための走査電極５Ｃが形成されている。本実施例は透過型の表示装置に関するので、実施例１で形成された反射部を備えていない。その他の点では実施例１と同じ構成なので重複する説明は適宜省略する。実施例１と同様に信号電極を形成する対向基板１Ａにはガラス基板を用いた。このガラス基板に銀または銀合金等の金属薄膜をスパッタリングで成膜し、これをパターニングして配線電極２を形成する。本実施例では、銀または銀合金の膜厚を０．１２μｍとした。本実施例では、金属薄膜を配線電極としてのみ用いるため、実施例１のような反射特性を備える必要なく、電極に信号を印加したときに駆動ができる程度の低抵抗の材料を用いればよい。そのため、ＩＴＯ等の透明導電膜を用いることもできる。配線電極の材料に透明導電膜を用いる場合には、金属薄膜を用いる場合よりも膜厚を大きくする必要がある。次に、配線電極２の上にアクリル系の透明な感光性樹脂をスピナーで塗布し、これをパターニングすることにより透明絶縁膜４を形成する。このとき、図３、図４に示すように、配線電極上には絶縁膜４が形成されるが、絶縁膜を設けない領域６も存在している。その後、ＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタリングで成膜し、パターニングして液晶駆動用の信号電極５Ａ，５Ｂを形成する。

もう一方の基板には、アクリル系透明樹脂に顔料を混ぜたカラー感光性レジストをパターニングして顔料分散タイプのブラックマトリックス７、カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを形成した。その後熱硬化性の透明樹脂をスピナーにより塗布、硬化した。さらに、スパッタリングにより透明導電膜を成膜し、パターニングにより液晶駆動用の走査電極５Ｃを形成した。これらの２枚の対向基板１Ａと基板１Ｂをシール材２０により張り合わせ、形成された空間に液晶１９を注入して液晶表示装置を作製した。

本実施例では絶縁膜４としてカラーフィルタ材料を用いた構成を説明する。前述の実施例と重複する説明は適宜省略する。信号電極を形成する対向基板にガラス基板を用い、これに透明導電膜をスパッタリングで成膜後、パターニングして配線電極を形成する。本実施例では、透明導電膜の膜厚を０．２０μｍとした。その上にカラーフィルタ材料である赤色カラーフィルタをスピナーで塗布し、これをパターニングして絶縁膜４を形成する。このカラーフィルタ材料には、赤色カラーフィルタだけでなく緑色あるいは青色カラーフィルタないしは遮光用のブラックマトリックスを用いてもよい。ブラックマトリックスの場合には、顔料にカーボンが含まれているため絶縁性を高めた絶縁樹脂コーテイングカーボンタイプを絶縁膜として用いることが好ましい。このとき、配線電極上には絶縁膜４が形成されるが、絶縁膜を設けない領域６も存在している。その後、ＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタリングで成膜し、パターニングして液晶駆動用の信号電極を形成する。

実施例１と同様に、もう一方の基板には、アクリル系透明樹脂に顔料を混ぜたカラー感光性レジストを用いて、パターニングにより顔料分散タイプのブラックマトリックス、カラーフィルタを形成した。その後熱硬化性の透明樹脂をスピナーにより塗布、硬化した。さらに、スパッタリングにより透明導電膜を成膜し、パターニングにより液晶駆動用の走査電極を形成した。これら一対の基板をシール材２０により張り合わせ、形成された空間に液晶１９を注入して液晶表示装置を作製した。

図６に本実施例の半透過型液晶パネルの断面図を示す。半透過型液晶パネルを構成する基板の上面図は図１と同様である。まず、信号電極が形成される対向基板について説明する。ガラス基板１１Ａに良導電性の金属薄膜をスパッタリング等で成膜し、これをフォトリソグラフィー法等でパターニングし、配線電極１２Ａと反射電極１２Ｂを同時に形成する。すなわち、金属薄膜のパターニング時に画素部分の少なくとも一部分に金属薄膜を残すことにより反射電極１２Ｂが形成される。反射電極１２Ｂと配線電極１２Ａは電気的に分離され、かつ、信号電極との間に寄生容量が生じないように形成されている。このような基板上にアクリル系の透明な感光性樹脂をスピナー法等で塗布し透明絶縁膜１３を形成する。次にパターニングにより透明絶縁膜１３に、穴１５を形成する。この穴１５の形状は任意であるが、画素内にかからない大きさにすることが好ましい。その後、ＩＴＯ等の透明導電膜をスパッタリングで成膜し、パターニングにより液晶駆動用の信号電極１４Ａを形成する。

また、もう一方の基板１１Ｂには、アクリル系透明樹脂に顔料を混ぜたカラー感光性レジストを用いて、パターニングにより顔料分散タイプのブラックマトリックス１７、カラーフィルタ１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂを形成した。その後、熱硬化性の透明樹脂１６をスピナー等により塗布し、硬化させる。さらに、スパッタリングにより透明導電膜を成膜し、パターニングして液晶駆動用の走査電極１４Ｂを形成した。これら一対の基板をシール材２０により張り合わせ、形成された空間に液晶１９を注入して液晶表示装置を作製した。

ここで、金属薄膜の膜厚は、低抵抗の配線を可能とするレベルであればよいが、加工性や経済性を考慮すると０．１０μｍから０．３０μｍ程度の膜厚が好ましい。透明絶縁膜の膜厚は、低消費電力化のためには厚い方がよいが、厚すぎると穴あけ加工が難しくなるので、０．５μｍから４．０μｍが好ましい。

このように一般的な対向基板の加工工程に透明な感光性樹脂の塗布工程と穴あけの工程を加えるだけで信号電極を分離して構成することが可能となる。そのため、同一画素構成を従来より低いｄｕｔｙ数で駆動することができる。カラーフィルタ基板側は、ブラックマトリックスおよびＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのパターンをフォトリソグラフィー法で形成するだけのいわゆる透過型カラーフィルタを用いれば良い。カラーフィルタ基板側は、反射膜の作製工程を省略することができる。また、低消費電力化のために配線電極１２Ａを第一の信号電極群の間に配置したが、配線電極が十分細く、透明絶縁膜１３の膜厚が十分とれるのであれば配線電極１２Ａを第一の信号電極の直下に配置してもよい。

本実施例では、金属薄膜としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用い、その膜厚を０．１５μｍとした。また、透明絶縁膜１３の膜厚を１．０μｍとした。カラーフィルタ基板には、ブラックマトリックスおよびＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅのパターンをフォトリソグラフィー法で形成するだけのいわゆる透過型カラーフィルタを用いた。

図７に本実施例の半透過型液晶パネルの断面図を示す。半透過型液晶パネルを構成する基板の上面図は図１と同様である。まず、ガラス基板４１に銀または銀合金をスパッタリングで成膜後、パターニングにより配線電極４２を形成して信号電極が設けられる対向基板を作製した。ここでは、銀または銀合金の厚さを０．１２μｍとした。その上にアクリル系の透明な感光性樹脂をスピナーで塗布し透明絶縁膜４３を形成する。次にパターニングにより透明絶縁膜に、穴４５を形成する。その後、ＩＴＯ等をスパッタリングで成膜し、パターニングして液晶駆動用の信号電極４４Ａを形成する。

また、もう一方の基板４１Ｂには、アクリル系透明樹脂に顔料を混ぜたカラー感光性レジストを用いて、パターニングにより顔料分散タイプのブラックマトリックス４７、カラーフィルタ４８Ｒ，４８Ｇ，４８Ｂを形成した。その後熱硬化性の透明樹脂４６をスピナーにより塗布、硬化した。さらに、スパッタリングにより透明導電膜を成膜し、これをパターニングして液晶駆動用の走査電極４４Ｂを形成した。これらの一対の基板４１Ａ，４１Ｂをシール材５０により張り合わせ、形成された空間に液晶４９を注入することにより液晶表示装置を作製した。

単純マトリクス型の液晶表示装置に本発明の構成を用いることにより、情報量（画素数）が多くても従来より低い分割数で駆動できるので、コントラストや視野角が改善され、さらに、低消費電力化も可能となる。したがって、携帯情報機器、パソコン、モニター等のカラー液晶表示装置に適用でき、ＴＦＴ−ＬＣＤとの置き換えも可能である。

本発明の半透過型液晶表示装置を構成する基板を上から見た模式図である。 本発明の半透過型液晶表示装置の断面を示す模式図である。 本発明の透過型液晶表示装置を構成する基板を上から見た模式図である。 本発明の透過型液晶表示装置の断面を示す模式図である。 従来の半透過型液晶パネルの断面図である。 本発明による半透過型液晶パネルの断面図である。 本発明の透過型液晶表示装置の基板の上面図である。

符号の説明

１Ａ 対向基板
１Ｂ 基板
２ 配線電極
３ 反射部
４ 絶縁膜
５Ａ，５Ｂ 信号電極
５Ｃ 走査電極
６ 絶縁膜のない領域
７ ブラックマトリックス
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ カラーフィルタ
２０ シール材
１９ 液晶

Claims (9)

1. 複数の信号電極が形成された第一基板と、複数の走査電極が形成された第二基板と、前記第一基板と第二基板の間に設けられた液晶層を備え、前記複数の信号電極と前記複数の走査電極が交差するそれぞれの部分で画素を形成する液晶表示装置において、
   前記複数の列電極は分割して画面駆動するために第一の信号電極群と第二の信号電極群に分割され、
   前記第一基板には、前記第二の信号電極群に駆動信号を導く配線電極が形成され、
   前記配線電極上には接続領域を除いた部位に絶縁層が形成され、
   前記絶縁層が形成されない前記接続領域で前記配線電極と前記第二の信号電極群を構成する信号電極が電気的に接続されたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記接続領域が前記第二の信号電極群を構成する一つの信号電極に対して複数個設けられたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記絶縁層が前記信号電極群を構成する導電層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記絶縁層が前記信号電極群を構成する導電層と前記配線電極を加えた厚みよりも厚いことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記配線電極は、第一の信号電極群を構成する信号電極の直下に形成されていないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
6. 前記配線電極が反射特性を備える材料で形成されるとともに、前記第一基板上の前記画素に対応する部位に、前記反射特性を備える材料で形成された反射部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
7. 前記絶縁膜が着色された絶縁膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 第一基板上に導電性薄膜からなる配線電極を形成する配線電極形成工程と、
   前記配線電極上に、接続領域となる部分を除いて絶縁膜を形成する工程と、
   前記第一基板上に透明導電膜を形成することにより、前記接続領域の配線電極上に直接的に透明導電膜を設ける工程と、
   前記透明導電膜をエッチングして第一の信号電極群と第二の信号電極群を形成するエッチング工程を備えるとともに、前記エッチング工程において、前記第二の信号電極群を構成する信号電極は前記接続領域を介して前記配線電極と電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
9. 前記導電性薄膜に反射特性を備える材料を用いるとともに、前記配線電極形成工程において、前記配線電極とは電気的に接続されていない反射電極を形成することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。

Images