JP2006146230A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】転移電圧を減少させて液晶分子の転移核形成を容易にし,電力消耗を減らして表示装置の応答速度及び階調表示能力を向上させることのできる液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】単位画素領域A毎に形成された薄膜トランジスタTrと,基板100上に薄膜トランジスタTrを覆って形成された絶縁膜135と,絶縁膜135上に,薄膜トランジスタTrのドレイン電極130bと接続されて,少なくとも薄膜トランジスタTrのゲート電極110上部の一部を覆うように形成された画素電極140と,画素電極140上に形成された液晶層155と,を具備し,画素電極140に段差ができて傾斜構造を有することにより,対面基板とのギャップが低減して転移電圧が減少し,液晶の配向角度が増加して転移核形成が容易になる。
【選択図】図3

Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に係り,液晶がスプレイ状態からベンド状態に転移をした後に駆動される,液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。
液晶表示装置は一般的に薄膜トランジスタ,配線及び画素電極で構成されたアレイが形成された基板上に,対向電極とカラーフィルターなどが形成された対向基板を合着してその内部に液晶を注入することによって形成される。
液晶表示装置は,画素電極及び対向電極間に電界が印加されて,電界によって液晶が配列されることによって光の透過率が調節されてこれを通じて階調表示が行われる。したがって,液晶の配列によって視野角及び表示特性が左右されているといえる。
液晶表示装置のうち,OCBモードの液晶表示装置は,広い視野角と速い応答速度が長所であり,最近活発に研究が行なわれている。OCBモードとは,スプレイ状態からベンド状態に転移をした後,外部から電界が印加されることによってベンド状態で液晶の方向性によって階調表示が行われる液晶層の配列及び駆動モードを言う。したがって,OCBモードは表示面の全体にかけてすべての液晶分子の配向をスプレイ状態からベンド状態に均一に転移させることが重要である。
特開2002−268094号公報 特開2003−107484号公報
しかし,転移電圧を高く加えることにより配向を転移させる場合には,電力消耗を増加させる問題がある。また,配向を利用してプレチルト角を高めて転移核を形成し,転移核周辺の液晶が容易に転移される方法によって配向を転移させる場合には,転移電圧を減少させることができるが,プレチルト角を高めるための配向膜または配向膜下部の構造を形成するために工程が複雑になる問題がある。
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的とするところは,転移電圧を減少させて液晶分子の転移核形成を容易にし,電力消耗を減らして表示装置の応答速度及び階調表示能力を向上させることのできる液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,複数の単位画素領域を有する基板上のそれぞれの単位画素領域毎に形成された薄膜トランジスタと,基板上に薄膜トランジスタを覆って形成された絶縁膜と,絶縁膜上に,薄膜トランジスタのドレイン電極と接続されて,少なくとも薄膜トランジスタのゲート電極上部の一部を覆うように形成された画素電極と,画素電極上に形成された液晶層と,を具備することを特徴とする液晶表示装置が提供される。
従来の構造では,画素電極が薄膜トランジスタ上部を覆わずに形成されていたが,本発明においては,画素電極が基板上の薄膜トランジスタ上部を一部覆うことによって,画素電極に段差(凹凸)ができて薄膜トランジスタ周辺に傾斜構造を有することができる。これにより,単位画素内の傾斜部分は,液晶の配向角度が増加して転移が容易になり,さらに薄膜トランジスタから離隔した平らな部分に比し対面基板とのギャップが低減するので液晶分子の転移核形成が容易になる。こうして対面基板とのギャップが低減したので転移電圧を低減して表示装置の電力消耗を減らすことができ,さらに,表示装置の応答速度及び階調表示能力を向上させることができる。
液晶層は,OCBモードの液晶層であるとよい。OCBモードの液晶表示装置は,広い視野角と速い応答速度とを得ることができる。OCBモードは,液晶分子の配向をスプレイ状態からベンド状態に均一に転移させることが重要であるので,液晶分子の転移核を容易に形成することができれば,均一で速い転移が可能になる。
また,液晶層と画素電極との間には配向膜が介在し,配向膜は,所定のプレチルト角を有するように形成することができる。この時,配向膜のプレチルト角は,6〜10度とするとよい。配向膜により液晶分子が基板と平行に拘束され,所定のプレチルト角を有して液晶分子を傾けることにより,液晶分子が必ず一方向から立ち上がるようにすることができる。
画素電極は,薄膜トランジスタ上部全体を覆うように形成されてもよい。薄膜トランジスタ周囲全体に傾斜構造が形成されるので,転移核をさらに増加させることができる。転移核形成が容易になることによって転移電圧を減少させ,転移速度が増加する。
絶縁膜は,無機絶縁膜であるとよい。平坦化作用が起こらないように安定した絶縁膜を形成することによって基板の段差(凹凸)を液晶層の転移核形成に利用することができる。
画素電極の,薄膜トランジスタのゲート電極上部の位置と,薄膜トランジスタから離隔した位置との段差は,0.2〜0.5μmとすることができる。段差の高さを調節することによって薄膜トランジスタのドレイン電極周辺の傾斜が調節され,転移核を形成する領域の対向基板200とのセルギャップを調節することができるので,好適な段差にするとよい。
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,複数の単位画素領域を具備する基板上のそれぞれの単位画素領域毎に薄膜トランジスタを形成する段階と,基板上に薄膜トランジスタを覆って絶縁膜を形成し,絶縁膜に薄膜トランジスタのドレイン電極を露出するビアホールを形成する段階と,絶縁膜上に導電膜を積層後,導電膜をパターニングし,薄膜トランジスタのドレイン電極と連結されて,少なくとも薄膜トランジスタのゲート電極上部の一部を覆う画素電極を形成する段階と,画素電極が形成された基板上に対向基板を付着し,基板と対向基板との間に液晶層を注入する段階と,を含むことを特徴とする,液晶表示装置の製造方法が提供される。
画素電極が基板上の薄膜トランジスタ上部を一部覆うように形成することにより,画素電極に段差ができて薄膜トランジスタ周辺に傾斜構造を有することができる。傾斜構造を有する部分は,液晶の配向角度が増加して転移が容易になり,さらに,薄膜トランジスタから離隔した平らな部分に比し対面基板とのギャップが低減するので,液晶分子の転移核形成が容易になる。こうして対面基板とのギャップが低減したので転移電圧を低減して表示装置の電力消耗を減らすことができ,さらに,表示装置の応答速度及び階調表示能力を向上させることができる。
液晶層は,OCBモードの液晶層である。OCBモードの液晶表示装置は,広い視野角と速い応答速度とを得ることができる。OCBモードは,液晶分子の配向をスプレイ状態からベンド状態に均一に転移させることが重要であるので,液晶分子の転移核を容易に形成することができれば,均一で速い転移が可能になる。
基板と対向基板との間に液晶層を注入する段階の前に,画素電極上に所定のプレチルト角を有する配向膜を形成する段階をさらに含んでもよい。また,配向膜のプレチルト角は,6〜10度とするとよい。配向膜により液晶分子が基板と平行に拘束され,所定のプレチルト角を有して液晶分子を傾けることにより,液晶分子が必ず一方向から立ち上がるようにすることができる。
画素電極は,薄膜トランジスタ上部全体を覆うように形成してもよい。薄膜トランジスタ周囲全体に傾斜構造を形成すると,転移核をさらに増加させることができる。転移核形成が容易になることによって転移電圧を減少させ,転移速度が増加する。
絶縁膜は,無機絶縁膜であるとよい。平坦化作用が起こらないように絶縁膜を安定に形成することによって基板の段差を液晶層の転移核形成に利用することができる。
画素電極の,薄膜トランジスタのゲート電極上部の位置と,薄膜トランジスタから離隔した位置との段差は,0.2〜0.5μmとすることができる。段差の高さを調節することによって薄膜トランジスタのドレイン電極周辺の傾斜が調節され,転移核を形成する領域の対向基板200とのセルギャップを調節することができるので,好適な段差にするとよい。
以上詳述したように本発明によれば,基板上の薄膜トランジスタ周辺に形成された画素電極の傾斜構造を利用して,液晶分子の転移核形成を容易にすることができる。傾斜構造を有する領域は,セルギャップが相対的に小さくなり転移電圧が減少し,表示装置の電力消耗を減らすことができる。また,転移核の形成により転移速度が増加し,表示装置の応答速度及び階調表示能力を向上させることができる。
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(第1の実施の形態)
図1Aは第1の実施の形態によるアレイ基板の概略平面図である。図1Aを参照すると,単位画素領域Aを具備する基板にはそれぞれの単位画素領域A毎に薄膜トランジスタTrが位置する。それぞれの薄膜トランジスタTrは走査信号線であるゲートライン1と映像信号線であるソースライン3と連結されて配線から入力される信号によって動作するようになる。
単位画素領域Aには薄膜トランジスタTrと連結された画素電極140が位置する。画素電極140は,薄膜トランジスタTrのドレイン電極130bと連結されて,薄膜トランジスタTrのゲート電極110(図1B)上部の一部分を覆うように形成される。図1Bは,図1AのI−I’部の断面図である。
図1Bを参照して細部の構造を説明すると,基板100上にはゲート電極110が位置する。ゲート電極110上にはゲート絶縁膜115が位置して,ゲート絶縁膜115上にゲート電極110と対応する半導体層120が位置する。そして,ソース電極130a及びドレイン電極130bが半導体層120に一部接するように位置する。
半導体層120,ゲート電極110,ソース電極130a,及びドレイン電極130bで構成される薄膜トランジスタTr上には絶縁膜135が位置する。絶縁膜135は無機絶縁膜である。したがって,絶縁膜135を平坦化作用が起こらないように形成することによって基板の凹凸(段差)を下記で説明する液晶層の転移核形成に利用することができる。
絶縁膜135上には,薄膜トランジスタTrのドレイン電極130bと連結されて,薄膜トランジスタTrのゲート電極110上部の一部分を覆う画素電極140が位置する。
また,薄膜トランジスタTr及び画素電極140を具備する基板100上には,共通電極215を具備する対向基板200が位置する(図2参照)。図2は,上部に数種の層が形成される対向基板200の概略断面図である。対向基板200上にはブラックマトリックス205が位置する。ブラックマトリックス205は液晶表示装置の発光領域以外に位置して表示装置のコントラスト比を高める役割を遂行する。ブラックマトリックス205が形成された対向基板200上にはカラーフィルター210が位置する。そして,カラーフィルター210上には共通電極215が位置する。
さらに,基板100と対向基板200とが対向配置され,共通電極215と画素電極140との間に液晶層155が介在される(図3参照)。図3は,単位画素領域Aの概略断面図である。本実施の形態において,液晶層はOCBモードであって,液晶層155と共通電極215との間,及び液晶層155と画素電極140との間には配向膜145,225が介在されて,配向膜145,225は一定なプレチルト角を有することができる。すなわち,ラビング工程を遂行して配向膜145,225は一定なプレチルト角を有しており,プレチルト角は6〜10度としている。
また,画素電極140において,ゲート電極110上部位置と薄膜トランジスタTr上部以外の領域(最も低い部分)の位置との段差は0.2〜0.5μmとすることができる。段差の高さを調節することによって薄膜トランジスタのドレイン電極周辺の傾斜が調節され,転移核を形成する領域の対向基板200とのセルギャップを調節することができる。
したがって,薄膜トランジスタTr境界面周辺に位置する画素電極140は,一定の傾斜角を有することができる。ひいては,薄膜トランジスタTrの境界面周辺に位置する液晶層155aは液晶層155のプレチルト角と画素電極の傾斜角とを加えた値の傾斜角を有することができる。
画素電極140の段差により生じた傾斜角は,該当部位に存在する液晶の配向角度を増加させるので,傾斜角を持たない部位(薄膜トランジスタTrから離隔した位置)に存在する液晶より転移が容易となる。これは他の液晶の転移時触媒の役割をする転移核として作用するようになる。したがって,基板上に形成された薄膜トランジスタ上部に形成された画素電極の傾斜構造を利用して,液晶分子の転移核形成を容易にすることができる。
また,基板100の段差の最も高い領域は,他の段差のない低い領域より対向基板200とのギャップが小さい。すなわち,薄膜トランジスタTr上部の一部に画素電極140が形成された部分のセルギャップが最も小さい。これにより薄膜トランジスタTrの上部領域の液晶分子は相対的に強い電界を受けるようになって,これは転移核形成を容易にする。
したがって,転移核形成が容易になることによって転移電圧を減少させることができ,それによって表示装置の電力消耗を減らすことができる。また,転移核の形成により転移速度が増加することによって表示装置の応答速度及び階調表示能力を改善することができる。
以下に,図1A,図1B,図2及び図3を参照して第1の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を詳述する。単位画素領域Aを具備する基板100上に,それぞれの単位画素領域A毎に薄膜トランジスタTrを形成する。すなわち,基板100上に導電膜を積層後,パターニングしてゲート電極110を形成する。ゲート電極110上にゲート絶縁膜115を形成する。ゲート絶縁膜115はシリコン酸化膜とすることができる。
次に,ゲート絶縁膜115上に非晶質シリコン膜を積層後にパターニング,または多結晶シリコン膜に結晶化した後にパターニングして,半導体層120を形成する。そして,半導体層120上に導電膜を積層後,パターニングしてソース電極130a及びドレイン電極130bを形成することによって薄膜トランジスタTrを形成する。
さらに,薄膜トランジスタTrが形成された基板100上に絶縁膜135を形成して絶縁膜135内にドレイン電極130bを露出するビアホールを形成する。絶縁膜135は無機保護膜であり,例えばシリコン窒化膜とすることができる。
その後,絶縁膜135上に導電膜を積層後にパターニングし,薄膜トランジスタTrのドレイン電極130bと連結されて,薄膜トランジスタTrのゲート電極110上部の一部分を覆うように画素電極140を形成する。そして,画素電極140が形成された基板100上に配向膜145を形成する。
画素電極140は,上記のように薄膜トランジスタTrのゲート電極110上部の一部分を覆うように形成することにより,薄膜トランジスタTrの境界面周辺に所定の傾斜角を有することができる。すなわち,画素電極140が薄膜トランジスタTrの上部一部分と重なることによって,画素電極140は下部の傾斜構造(段差)のため傾斜角を有するようになる。そのため,薄膜トランジスタのドレイン電極周辺には,一定の傾斜が形成される。
画素電極140において,ゲート電極上部の最も高い部分と薄膜トランジスタTrから離隔した最も低い部分との段差は,0.2〜0.5μmとすることができる。段差の高さを調節することによって薄膜トランジスタTrのドレイン電極周辺の傾斜がを調節され,転移核を形成する領域のセルギャップを調節することができる。
また,図2に示すように,基板100と対向する対向基板200を形成するために,まず対向基板200上に画素を定義するブラックマトリックス205を積層する。そして,ブラックマトリックス205が形成された基板200上にカラーフィルター210を形成する。カラーフィルター210上に対向電極である共通電極215を形成する。共通電極はITO(Indium Tin Oxide)などの透明素材にするとよい。共通電極215上には配向膜225を形成する。
その後,図3に示すように,図1Bの基板100と図2の対向基板200とを,配向膜145,225が向い合うように対向させて封止し,液晶層155を注入する。本実施の形態においては,液晶層155はOCBモードであって,液晶層155は所定のプレチルト角を有するように配向させる段階を含むことができる。すなわち,配向膜形成時にラビングの強度と方向を調節して一定なプレチルト角を有するように調節するとよい。この時,プレチルト角は6〜10度とすることができる。
また,薄膜トランジスタTrの境界面周辺に位置する液晶層155aは,液晶層のプレチルト角と図1Bで説明した画素電極140の傾斜角を加えた値の傾斜角を有することができる。
したがって,基板100上に形成された薄膜トランジスタTrによって形成された傾斜構造を利用し,画素電極140の一部分に傾斜を形成することによって,液晶分子の転移核形成を容易にすることができる。また,画素電極140が部分的に形成された薄膜トランジスタTr上部のセルギャップが最も小さく形成される。これにより薄膜トランジスタTrの上部領域の液晶分子は相対的に電界が強くなって,転移核形成を容易にする。
こうして,転移核形成が容易になることによって転移電圧を減少させることができ,表示装置の電力消耗を減らすことができる。また,転移核の形成により転移速度が増加するので,表示装置の応答速度及び階調表示能力を改善することができる。
(第2の実施の形態)
図4は第2の実施の形態によるアレイを形成した基板の概略平面図であって,図5は図4のI−I’部の断面図である。図4,5を参照すると,第2の実施の形態は,第1の実施の形態とは違って,画素電極141がゲート電極110の一部を覆うだけでなく,薄膜トランジスタTrの上部全体を覆う構造を有する。したがって,薄膜トランジスタTr境界面周辺に位置する画素電極141は,所定の傾斜角を有することができる。
つまり,薄膜トランジスタTrの境界面周辺に位置する液晶層156aは,液晶層156のプレチルト角と画素電極141の傾斜角とを加えた値の傾斜角を有することができる。
したがって,薄膜トランジスタTr周辺(周囲全体)に傾斜構造を形成することによって,第1の実施の形態に比し,転移核をさらに増加させることができる。また,基板100上の薄膜トランジスタTr上部に形成された傾斜構造を利用することによって,液晶分子の転移核形成を容易にすることができる。転移核形成が容易になることによって転移電圧を減少させ,それによって表示装置の電力消耗を減らすことができる。また,転移核の形成により転移速度が増加することによって表示装置の応答速度及び階調表示能力が改善されることができる。
図4及び図5を参照して,第2の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を説明すると次のようである。第1の実施の形態と同一な過程で単位画素領域Aを具備する基板100上に,それぞれの単位画素領域A毎に薄膜トランジスタTrを形成する。そして,基板100上に絶縁膜135を形成して絶縁膜135内にドレイン電極130bを露出するビアホールを形成する。
絶縁膜135上に導電膜を積層後パターニングして薄膜トランジスタTrのドレイン電極130bと連結されて,薄膜トランジスタTrの上部全体を覆うように画素電極141を形成する。したがって,薄膜トランジスタTrを取り囲んで薄膜トランジスタの境界面周辺に所定の傾斜角が形成される。
基板100上に第1の実施の形態と同一な方法で製造された対向基板200を付着させて液晶層156を注入する。液晶層156の注入前に,基板に配向膜を形成することによって,液晶層156は所定のプレチルト角を有するように配向させる段階をさらに含むことができる。薄膜トランジスタの境界面周辺に位置する液晶層156aは,液晶層156のプレチルト角と画素電極141の傾斜角とを加えた値の傾斜角を有することができる。したがって,薄膜トランジスタTr周辺に傾斜構造を形成することによって,第1の実施の形態よりも,転移核をさらに増加させることができる。
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は,液晶表示装置及びその製造方法に適用可能であり,液晶がスプレイ状態からベンド状態に転移をした後に駆動される,液晶表示装置及びその製造方法に適用可能である。
第1の実施の形態によるアレイを形成した基板を示す概略平面図である。 図1AのI−I’部の断面図である。 対向基板を示す断面図である。 第1の実施の形態による単位画素部の断面図である。 第2の実施の形態によるアレイを形成した基板を示す概略平面図である。 第2の実施の形態による単位画素部の断面図である。
符号の説明
100 基板
110 ゲート電極
115 ゲート絶縁膜
120 半導体層
130a ソース電極
130b ドレイン電極
135 絶縁膜
140 画素電極
145 配向膜
150 液晶層
Tr 薄膜トランジスタ
A 単位画素領域

Claims (14)

  1. 複数の単位画素領域を有する基板上のそれぞれの前記単位画素領域毎に形成された薄膜トランジスタと,
    前記基板上に前記薄膜トランジスタを覆って形成された絶縁膜と,
    前記絶縁膜上に,前記薄膜トランジスタのドレイン電極と接続されて,少なくとも前記薄膜トランジスタのゲート電極上部の一部を覆うように形成された画素電極と,
    前記画素電極上に形成された液晶層と,
    を具備することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記液晶層は,OCBモードの液晶層であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記液晶層と前記画素電極との間には配向膜が介在し,前記配向膜は,所定のプレチルト角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。
  4. 前記配向膜のプレチルト角は,6〜10度であることを特徴とする,請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記画素電極は,前記薄膜トランジスタ上部全体を覆うように形成されることを特徴とする,請求項1〜4のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記絶縁膜は,無機絶縁膜であることを特徴とする,請求項1〜5のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記画素電極の,前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極上部の位置と,前記薄膜トランジスタから離隔した位置との段差は,0.2〜0.5μmであることを特徴とする,請求項1〜6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 複数の単位画素領域を具備する基板上のそれぞれの前記単位画素領域毎に薄膜トランジスタを形成する段階と,
    前記基板上に前記薄膜トランジスタを覆って絶縁膜を形成し,前記絶縁膜に前記薄膜トランジスタのドレイン電極を露出するビアホールを形成する段階と,
    前記絶縁膜上に導電膜を積層後,前記導電膜をパターニングし,前記薄膜トランジスタのドレイン電極と連結されて,少なくとも前記薄膜トランジスタのゲート電極上部の一部を覆う画素電極を形成する段階と,
    画素電極が形成された前記基板上に対向基板を付着し,前記基板と前記対向基板との間に液晶層を注入する段階と,
    を含むことを特徴とする,液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記液晶層は,OCBモードの液晶層であ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。
  10. 前記基板と前記対向基板との間に前記液晶層を注入する段階の前に,前記画素電極上に所定のプレチルト角を有する配向膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする,請求項9に記載の液晶表示装置の製造方法。
  11. 前記配向膜のプレチルト角は,6〜10度であることを特徴とする,請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記画素電極は,前記薄膜トランジスタ上部全体を覆うように形成することを特徴とする,請求項8〜11のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記絶縁膜は,無機絶縁膜であることを特徴とする,請求項8〜12のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記画素電極の,前記薄膜トランジスタの前記ゲート電極上部の位置と,前記薄膜トランジスタから離隔した位置との段差は,0.2〜0.5μmであることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
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