JP2005292833A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電界が印加されない時、つまりブラック表示状態で、ブラック輝度を減少させて、コントラスト比（ＣＲ）を増加させ、表示品質を向上させる。
【解決手段】第１ベース基板、前記第１ベース基板上に形成されたゲート配線、前記ゲート配線上に形成されたデータ配線、前記ゲート配線の一部及び前記データ配線の一部と連結されたスイッチング素子、前記スイッチング素子と電気的に連結された画素電極、前記画素電極上に形成されたドメイン形成手段、前記ドメイン形成手段上に形成された第１配向膜を含む第１基板；第２ベース基板２００、前記第２ベース基板上に形成された共通電極２１０、前記共通電極上に形成され、互いに異なる高さを有する第１突起２２１及び第２突起２２２を含む突起部、前記突起部上に形成された第２配向膜２２０を含む第２基板；前記第１基板及び第２基板の間に介在する液晶層；を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は液晶表示装置に関し、より詳しくは、広視野角液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、液晶分子の光学異方性特性及び誘電率異方性特性を利用して画像を表示する。このような液晶表示装置は、一般に、視野角によって画像が正面対比で異なって認識される傾向がある。

このような視野角による画像の歪曲を改善するための液晶表示モードとして、垂直配向型（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｍｏｄｅ：ＶＡ ｍｏｄｅ）液晶表示装置が注目されている。

一般に、垂直配向型液晶表示装置は、上下基板の間に介在する液晶分子が、電界が印加されない時には基板面に垂直に配向されていて、上下基板の間に印加される垂直電界によって液晶分子が水平方向に回転するように制御されて、画像を表示する。

このような垂直配向型液晶表示装置の広視野角特性をより向上させるための方法として、一つの画素領域を複数のドメイン（ｄｏｍａｉｎ）に分割し、各ドメインごとに液晶分子の配向方向が異なるように制御して、広視野角を実現する。ドメインに分割する手段としては、電極に開口部を形成したり、電極上に有機材料などで突起を形成する方法がある。この場合、上下基板の両方に開口部または突起を形成することもでき、いずれか一側の基板に開口部を形成して他側の基板には突起を形成することもできる。

ドメイン形成手段として突起を形成する場合、基板上に突起形成用感光材を塗布した後で、マスクを使用して露光する。露光後にエッチングを行うと、マスクパターンに対応する部分の感光材だけが残って、この部分が突起となる。突起上には配向膜が塗布される。

しかし、このような方法で形成された突起がドメイン形成手段として使用される場合、電界が印加されない時に、全ての液晶分子が正確に垂直に配向されずに突起の周辺で突起に沿って所定の角度で傾斜して配向されるようになる。

また、垂直配向型液晶表示装置は、一般に、電界が印加されない時に、液晶層を通過した光が遮断されて画面がブラック表示状態になる、いわゆるノーマリーブラック（Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｂｌａｃｋ）モードに設計される。しかし、このように電界が印加されない時に突起の周辺で傾斜して配向された液晶分子によって、光が漏洩してブラック輝度が増加し、これによりホワイト輝度対比ブラック輝度の比率であるコントラスト比（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ：ＣＲ）が減少する。これにより表示品質が低下する。

本発明が目的とする技術的課題は、電界が印加されない時、つまりブラック表示状態で、ブラック輝度を減少させて、コントラスト比（ＣＲ）を増加させることによって、液晶表示装置の表示品質を向上させることにある。

また、本発明の他の技術的課題は、前記液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、発明１は、ベース基板、前記ベース基板上に形成された少なくとも一つの電界生成電極、前記電界生成電極上に形成され、互いに異なる高さを有する第１突起及び第２突起を含む突起部、及び前記突起部上に形成された配向膜を含む液晶表示装置用表示板を提供する。

突起付近の液晶分子が垂直に近くなだらかに配向される。したがって、ノーマリブラックモードの垂直配向型液晶表示装置において、ドメイン形成手段として突起を形成する場合に、突起付近に配向された液晶分子によるブラック表示状態の光漏れ現象が緩和され、これによりコントラスト比（ＣＲ）が顕著に改善される。

発明２は、前記発明１において、前記第１突起及び前記第２突起が互いに平行な方向に形成されている液晶表示装置用表示板を提供する。
発明３は、前記発明２において、前記第１突起及び第２突起は各々互いに異なる方向にのびた直線部を含む液晶表示装置用表示板を提供する。

発明４は、前記発明２において、前記第２突起は前記第１突起に隣接するように形成され、前記第２突起の高さは前記第１突起の高さより低い液晶表示装置用表示板を提供する。

発明５は、発明１において、前記第２突起は前記第１突起に隣接するように形成され、前記第２突起の幅は前記第１突起の幅より狭い液晶表示装置用表示板を提供する。
発明６は、発明５において、前記第１突起の幅は４μｍ乃至６μｍであり、前記第２突起の幅は１．５μｍ乃至２．５μｍであり、前記第１突起の頂点と前記第２突起の頂点との間の距離は５μｍ乃至６μｍである液晶表示装置用表示板を提供する。

発明７は、発明１において、前記電界生成電極は前記ベース基板の全面にかけて形成されている液晶表示装置用表示板を提供する。
発明８は、発明１において、前記電界生成電極の数は二つ以上である液晶表示装置用表示板を提供する。

発明９は、発明８において、
・前記ベース基板上に形成された複数のゲート線と、
・前記ゲート線上に形成されたデータ線と、
・前記ゲート線、前記データ線及び前記電界生成電極と連結されたスイッチング素子と、をさらに含む液晶表示装置用表示板を提供する。

発明１０は、ベース基板上に電界生成電極を形成する段階、前記電界生成電極上に互いに異なる高さの突起を形成する段階、及び前記突起上に配向膜を形成する段階を含む液晶表示装置の製造方法を提供する。

発明１１は、発明１０において、前記突起を形成する段階は、前記電界生成電極上に感光材を塗布する段階と、二重パターンマスクを利用して前記感光材を露光する段階と、を含むのが好ましい。

二重マスクパターンで突起を形成することにより、突起の傾斜度が改善され、電界が印加されない状態で液晶分子が垂直に配向されるときに、突起付近の液晶分子が垂直に近くなだらかに配向される。したがって、ノーマリブラックモードの垂直配向型液晶表示装置において、ドメイン形成手段として突起を形成する場合に、突起付近に配向された液晶分子によるブラック表示状態の光漏れ現象が緩和され、これによりコントラスト比（ＣＲ）が顕著に改善される。

発明１２は、発明１１において、
・前記ベース基板上に第１配線を形成する段階と、
・前記第１配線上に第１絶縁膜を形成する段階と、
・前記第１絶縁膜上に第２配線を形成する段階と、
・前記第２配線上に第２絶縁膜を形成する段階と、をさらに含み、
・前記電界生成電極を前記第２絶縁膜上に形成する、
液晶表示装置の製造方法を提供する。

発明１３は、発明１１において、前記二重パターンマスクは互いに離れている第１及び第２マスクパターンを含み、前記第２マスクパターンの幅は前記第１マスクパターンの幅より狭い液晶表示装置の製造方法を提供する。

発明１４は、発明１３において、前記第１マスクパターンの幅は４μｍ乃至６μｍであり、前記第２マスクパターンの幅は１．５μｍ乃至２．５μｍであり、前記第１マスクパターンと第２マスクパターンとの間の距離は１．５μｍ乃至２．５μｍである液晶表示装置の製造方法を提供する。

発明１５は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、を含む液晶表示装置を提供する。
この装置において、第１基板は、第１ベース基板と、前記第１ベース基板上に形成されたゲート線と、前記ゲート線上に形成されたデータ線と、前記ゲート線の一部及び前記データ線と連結されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に連結された画素電極と、前記画素電極上に形成されたドメイン形成手段と、前記ドメイン形成手段上に形成された第１配向膜と、を含む。

第２基板は、第２ベース基板と、前記第２ベース基板上に形成された対向電極と、前記対向電極上に形成され、互いに異なる高さを有する第１突起及び第２突起を含む突起部と、前記突起部上に形成された第２配向膜と、を含む。

この液晶表示装置において、前記第１突起及び第２突起は、互いに平行な方向に形成されているとよい。また、前記第１突起及び第２突起は、各々互いに異なる方向にのびた直線部を含むことができる。前記第２突起は、前記第１突起を中心に左右に形成されていると好適である。

発明１６は、発明１５において、前記第２基板の前記第１突起及び前記第２突起は隣接している液晶表示装置を提供する。
発明１７は、発明１６において、前記第２突起の高さは前記第１突起の高さより低い液晶表示装置を提供する。

発明１８は、発明１５〜１７において、前記第１及び第２配向膜は垂直配向膜であり、前記液晶層は負の誘電率異方性を有する液晶表示装置を提供する。
発明１９は、発明１８において、前記液晶表示装置はノーマリブラックモードである液晶表示装置を提供する。

本発明によれば、垂直配向型液晶表示装置のドメイン形成手段として使用される突起の傾斜度が改善され、ブラック輝度が減少して、コントラスト比（ＣＲ）が増加することによって、表示品質が向上する。

添付した図面を参考にして、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相異した形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。

図面では、各層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体で類似した部分については、同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も意味する。反対に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これはその中間に他の部分がない場合を意味する。

それでは、添付した図面を参考にして、本発明の実施例による液晶表示装置及び液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板について説明する。
まず、図１を参考にして、本発明の一実施例による液晶表示装置について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例による液晶表示装置の概略図である。
図１を参考にすれば、本実施例による液晶表示装置は、互いに対向している下部表示板１、上部表示板２、及びその間に注入されている液晶層３を含む。

下部表示板１は、交差する複数のゲート線１２１及びデータ線１７１、これらに連結されている複数の薄膜トランジスタ（Ｑ）、そして薄膜トランジスタ（Ｑ）に連結されている複数の画素電極１９を含む。

上部表示板２は、下部表示板１の画素電極１９と対向する複数の色フィルター２３、そして全面に形成されていて、共通電圧の印加を受ける共通電極２７を含む。
液晶層３は、負の誘電率異方性を有し、表示板１、２の表面に対して垂直に配向されているのが好ましい。したがって、液晶層３の液晶分子は、画素電極１９及び共通電極２７に印加された電圧の差によって表示板１、２の表面に対して垂直な電界が生成される場合に、電界に対して垂直な方向に配向されようとする。

一方、下部表示板１の画素電極１９、上部表示板２の共通電極２７、及びその間の液晶層３は、液晶キャパシタ（Ｃ_LC）を構成する。また、画素電極１９が下部表示板１に形成された別個の信号線（図示せず）と重畳してストレージキャパシタ（Ｃ_ST）を構成し、この別個の信号線には共通電圧などの決められた電圧が印加される。しかし、ストレージキャパシタ（Ｃ_ST）は、画素電極１９が絶縁体を隔てて真上の前段ゲート線と重畳して構成されることもできる。

色表示を実現するための色フィルター２３は、下部表示板１の画素電極１９上または下に形成することもできる。
図２は本発明の一実施例による液晶表示装置用表示板に形成された突起及びこれを形成するためのマスクを示した断面図である。

図２を参考にすれば、本実施例による液晶表示装置用表示板は、ベース基板２００、そしてその上に順に形成されている絶縁膜２０５、電界生成電極２１０、第１及び第２突起２２１、２２２、及び配向膜２２０を含む。電界生成電極２１０は、ベース基板２００の全面に渡って形成されているとよい。第１突起２２１は第２突起２２２より高さが高いのが好ましく、第２突起２２２は第１突起２２１の周辺に形成されている。第１突起２２１の幅は約４μｍ乃至約６μｍであり、第２突起２２２の幅は約１．５μｍ乃至約２．５μｍである。第２突起２２２の幅は、第１突起２２１の幅よりも狭いことが好ましい。、第１突起２２１の頂点と第２突起２２２の頂点との間の距離は、約５μｍ乃至約６μｍであるのが好ましい。配向膜２２０は液晶分子を基板の表面に対して垂直に配向する垂直配向膜であるのが好ましく、絶縁膜２０５は省略することもできる。

図２に示したように、本実施例によるマスク２０は、透明な基板２５、そしてその上に形成されている突起形成用第１及び第２マスクパターン２１、２２を含む。ここで、第１及び第２マスクパターン２１、２２は各々表示板の第１及び第２突起２２１、２２２に対応し、第１マスクパターン２１の幅は第２マスクパターン２２の幅より大きいのが好ましい。第１マスクパターン２１の幅は約４μｍ乃至約６μｍであり、第２マスクパターン２２の幅は約１．５μｍ乃至約２．５μｍであり、第１マスクパターン２１と第２マスクパターン２２との間の距離は約１．５μｍ乃至約２．５μｍであるのが好ましい。

電界生成電極２１０は図１に示した画素電極１９または共通電極２７であり、この場合、絶縁膜２０５はオーバーコート膜である。
それでは、このようなマスクを使用して共通電極表示板側に突起を形成する過程について簡単に説明する。

まず、ガラス基板などのベース基板２００上に、画素電極１９の間の光漏れを防止するため遮光膜（図示せず）及び色フィルター２３を形成した後、必要に応じてオーバーコート膜２０５を形成する。その後、オーバーコート膜２０５上に共通電極２１０を形成して、突起形成用感光材を塗布する。

次に、図２に示されたマスクパターンを使用して感光材を露光すると、第１マスクパターン２１に対応する部分には第１突起２２１が、第２マスクパターン２２に対応する部分には第２突起２２２が形成される。

次に、第１突起２２１及び第２突起２２２上にポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）樹脂などからなる配向膜２２０を塗布する。
このように、図２の第１マスクパターン２１及びその周辺の第２マスクパターン２２を共に有する二重パターンマスクで突起２２１、２２２が形成されるため、全体的な突起２２１、２２２の傾斜度が改善され、これにより電界が印加されない状態で液晶分子が垂直に配向される時に、突起２２１、２２２の付近の液晶分子が垂直に近くなだらかに配向される。したがって、ノーマリブラックモードの垂直配向型液晶表示装置において、ドメイン形成手段として突起を形成する場合に、突起付近に配向された液晶分子によるブラック表示状態の光漏れ現象が緩和され、これによりコントラスト比（ＣＲ）が顕著に改善される。

下記の表１には、このような二重パターンマスクを適用した場合のブラック輝度、ホワイト輝度、及びＣＲの実験データを、オーバーコート膜を適用した場合及び適用しない場合に分けて、各々従来と比較して示した。図３は従来の単一パターンマスクを使用した場合及び二重パターンマスクを使用した場合のコントラスト比（ＣＲ）を示したグラフである。このデータは、図２の二重パターンマスクにおいて、第１マスクパターン２１の幅（ＣＤ、ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を５μｍ、第２マスクパターン２２の幅を２μｍ、第１マスクパターン２１と第２マスクパターン２２との間の間隔を２μｍとし、従来の単一パターンマスクのＣＤを１４μｍとして得たものである。

表１及び図３を参照すれば、オーバーコート膜を適用した場合及び適用しない場合共に、二重パターンマスクを使用すると、ブラック輝度が顕著に減少して、コントラスト比（Ｃ/Ｒ）が顕著に増加することが確認できる。

図４は二重パターンマスクで形成された突起の例を示した平面図であって、幅が広い第１突起２２１及び幅が狭い第２突起２２２が互いに平行にのびている。図に示したように、第２突起２２２は第１突起２２１の両側周辺に存在することもでき、一側周辺にだけ存在することもできる。

図５は本発明の一実施例による液晶表示装置の配置図である。
図１及び図５に示したように、本発明の一実施例による液晶表示装置の下部表示板１の画素電極１９には、斜線状に斜めにのびた切開部１９１が形成されており、上部表示板２の共通電極２７上には、複数の大小の突起２２３、２２４が形成されている。各突起２２３、２２４は、図４に示したように、高さが高い主突起、及びその周辺に位置して、高さが低い副突起からなる。突起２２３，２２４は、異なる方向に延びた複数の直線部分を含んで構成されている。

各突起２２３、２２４は、楔型の屈折部及びその両端に連結されている縦部からなる。屈折部はほぼ垂直をなす二つの斜線部からなり、縦部は屈折部から鈍角をなして曲がって画素電極１９の縁部とほぼ一致する。

大きな突起２２３の屈折部及び小さな突起２２４の屈折部の屈折方向は互いに反対であり、大きな突起２２３の屈折部は画素電極１９の一つの幅全体をななめに横切り、小さな突起２２４の屈折部は画素電極１９の一つの幅の半分程度をななめに横切る。

画素電極１９の列方向に沿って見ると、大きな突起２２３及び小さな突起２２４が交互に配置されていて、大きな突起２２３の屈折部及びこれに隣接した小さな突起２２４の屈折部は互いに平行で、これらの間にはこれらと平行な切開部１９１が位置する。図５には、隣接した画素電極１９の列の大きな突起２２３の縦部及び小さな突起２２４の縦部が連結されていることが示されているが、そうでなくて離れていてもよい。

画素電極１９の切開部１９１は突起で代替することができる。
このような切開部１９１及び突起２２３、２２４は、画素電極１９及び共通電極２７の間に生成される垂直方向の電界に水平方向の成分を形成し、液晶層３の液晶分子が傾く方向を決定する。切開部１９１及び突起２２３、２２４を中心に両側の液晶分子が反対方向に傾き、切開部１９１及び突起２２３、２２４が互いに垂直をなす部分を有するので、液晶分子が全部で四つの方向に傾き、これにより視野角が広くなる。

一方、前記では共通電極表示板側に遮光膜及び色フィルターが形成されることを例示したが、これらは対向電極基板側でなく画素電極表示板側に形成されることもできる。また、オーバーコート膜は必要に応じて省略することができる。

また、本実施例の場合、共通電極のある共通電極表示板側に突起を形成することを例示したが、画素電極表示板側の画素電極上にこのような二重突起を形成することもできる。
この場合、画素電極上にも同様に図２のマスクパターンを使用して突起を形成して、画素電極側に配向膜を塗布する。

また、本発明は、画素電極基板及び対向電極基板の全てに突起を形成する方式だけでなく、いずれか一側の基板には突起を形成して他側の基板には他の種類のドメイン形成手段、たとえば開口部を形成する方式にも適用することもできる。

以上で、実施例を参照して本発明を説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更することができる。

本発明の一実施例による液晶表示装置の概略図である。 本発明の一実施例による液晶表示装置用表示板に形成された突起及びこれを形成するための二重パターンマスクを示した断面図である。 本発明の一実施例による二重突起を含む液晶表示装置のコントラスト比（Ｃ/Ｒ）を従来の単一突起を含む液晶表示装置のコントラスト比と比較して示したグラフである。 本発明の一実施例による二重パターンマスクで形成された突起を示した平面図である。 本発明の液晶表示装置で電極上に形成された突起の配置を示した平面図である。

符号の説明

２０ マスク
２１ 第１マスクパターン
２２ 第２マスクパターン
２００ ベース基板
２１０ 電界生成電極（対向電極）
２２０ 配向膜
２２１ 第１突起
２２２ 第２突起

Claims (19)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板上に形成された少なくとも一つの電界生成電極と、
   前記電界生成電極上に形成され、互いに異なる高さを有する第１突起及び第２突起を含む突起部と、
   前記突起部上に形成された配向膜と、
   を含む、液晶表示装置用表示板。
2. 前記第１突起及び前記第２突起は互いに平行に延びている、請求項１に記載の液晶表示装置用表示板。
3. 前記突起部は互いに異なる方向にのびた複数の直線部を含む、請求項２に記載の液晶表示装置用表示板。
4. 前記第２突起は前記第１突起に隣接するように形成され、前記第２突起の高さは前記第１突起の高さより低い、請求項２に記載の液晶表示装置用表示板。
5. 前記第２突起は前記第１突起に隣接するように形成され、前記第２突起の幅は前記第１突起の幅より狭い、請求項１に記載の液晶表示装置用表示板。
6. 前記第１突起の幅は４μｍ乃至６μｍであり、前記第２突起の幅は１．５μｍ乃至２．５μｍであり、前記第１突起の頂点と前記第２突起の頂点との間の距離は５μｍ乃至６μｍである、請求項５に記載の液晶表示装置用表示板。
7. 前記電界生成電極は前記ベース基板の全面にかけて形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置用表示板。
8. 前記電界生成電極の数は二つ以上である、請求項１に記載の液晶表示装置用表示板。
9. 前記ベース基板上に形成された複数のゲート線と、
   前記ゲート線上に形成されたデータ線と、
   前記ゲート線、前記データ線及び前記電界生成電極と連結されたスイッチング素子と、
   をさらに含む、請求項８に記載の液晶表示装置用表示板。
10. ベース基板上に電界生成電極を形成する段階と、
    前記電界生成電極上に互いに異なる高さの突起を形成する段階と、
    前記突起上に配向膜を形成する段階と、
    を含む、液晶表示装置の製造方法。
11. 前記突起を形成する段階は、
    前記電界生成電極上に感光材を塗布する段階と、
    二重パターンマスクを利用して前記感光材を露光する段階と、
    を含む、請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記ベース基板上に第１配線を形成する段階と、
    前記第１配線上に第１絶縁膜を形成する段階と、
    前記第１絶縁膜上に第２配線を形成する段階と、
    前記第２配線上に第２絶縁膜を形成する段階と、をさらに含み、
    前記電界生成電極を前記第２絶縁膜上に形成する、請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記二重パターンマスクは互いに離れている第１及び第２マスクパターンを含み、前記第２マスクパターンの幅は前記第１マスクパターンの幅より狭い、請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記第１マスクパターンの幅は４μｍ乃至６μｍであり、前記第２マスクパターンの幅は１．５μｍ乃至２．５μｍであり、前記第１マスクパターンと第２マスクパターンとの間の距離は１．５μｍ乃至２．５μｍである、請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 第１ベース基板と、前記第１ベース基板上に形成されたゲート線と、前記ゲート線上に形成されたデータ線と、前記ゲート線の一部及び前記データ線と連結されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子と電気的に連結された画素電極と、前記画素電極上に形成されたドメイン形成手段と、前記ドメイン形成手段上に形成された第１配向膜と、を含む第１基板と、
    第２ベース基板と、前記第２ベース基板上に形成された対向電極と、前記対向電極上に形成され、互いに異なる高さを有する第１突起及び第２突起を含む突起部と、前記突起部上に形成された第２配向膜と、を含む第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に介在する液晶層と、
    を含む、液晶表示装置。
16. 前記第２基板の前記第１突起及び前記第２突起は隣接している、請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記第２突起の高さは前記第１突起の高さより低い、請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記第１及び第２配向膜は垂直配向膜であり、前記液晶層は負の誘電率異方性を有する、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
19. 前記液晶表示装置はノーマリブラックモードである、請求項１８に記載の液晶表示装置。

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