JP2007219370A

JP2007219370A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2007219370A
Application number: JP2006042192A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Oda; 信彦小田; Kazuhiro Imao; 和博今尾; Yasuo Segawa; 康生瀬川; Masaaki Aota; 雅明青田
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、製造コストの増大の抑止と歩留まりの向上を図る。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上に画素選択トランジスタＴＲと、それを覆う層間絶縁膜１４が形成されている。層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ１を通して能動層ＰＳと接続された表示信号線ＤＬ、及び表示信号線ＤＬと離間してコンタクトホールＣＨ２を通して能動層ＰＳと接続された画素電極１７が形成されている。表示信号線ＤＬ及び画素電極１７はパッシベーション膜１８に覆われている。パッシベーション膜１８上には、画素電極１７に対向して平行に延びる複数のスリット部Ｓを有した共通電極１９が形成されている。また、ＴＦＴ基板１０に対向してＣＦ基板２０が配置されている。ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間には、液晶が封止されてなる液晶層３０が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置の広視野角化を図る手段の一つとして、同一基板上の電極間に横方向の電界を発生させ、この電界により液晶分子を基板に平行な面内で回転させることで光スイッチング機能を持たせる方式が開発されている。この技術の例としては、インプレイン・スイッチング（In-plane Switching，以降、「ＩＰＳ」と略称する）方式や、ＩＰＳ方式を改良したフリンジフィールド・スイッチング（Fringe-Field Switching，以降、「ＦＦＳ」と略称する）方式が知られている。

次に、従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置について図面を参照して説明する。図４は、従来例に係るＦＦＳ方式の液晶表示装置を示す平面図であり、図５はそのＹ−Ｙ線に沿った断面図である。なお、この液晶表示装置には、複数の表示画素がマトリクス状に配置されているが、図４及び図５では、その中から１つの表示画素１Ｐのみを示している。

図４及び図５に示すように、光源ＢＬと対向して、ガラス基板等からなる第１の透明基板としてＴＦＴ基板１０が配置されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向する側には、光源ＢＬの光を直線偏光する第１の偏光板１１が形成されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなるバッファ膜１２が形成されている。

そして、画素選択トランジスタＴＲの形成領域のバッファ膜１２上に、ポリシリコン等からなる能動層ＰＳが形成されている。また、バッファ膜１２上には、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなり能動層ＰＳを覆うゲート絶縁膜１３が形成されている。また、ゲート絶縁膜１３上には、能動層ＰＳと対向するように、ゲート電極を構成するゲート線ＧＬが形成されている。ゲート線ＧＬは、クロムもしくはモリブデンを含む金属等からなる。また、ゲート絶縁膜１３上には、クロムもしくはモリブデンを含む金属等からなり共通電位を供給する共通電位線ＣＯＭが形成されている。ゲート線ＧＬ、共通電位線ＣＯＭ、及びゲート絶縁膜１３は、層間絶縁膜１４に覆われている。

層間絶縁膜１４には、能動層ＰＳのソース領域を露出するコンタクトホールＣＨ１、及びドレイン領域を露出するコンタクトホールＣＨ２が設けられている。また、層間絶縁膜１４には、共通電位線ＣＯＭを露出するコンタクトホールＣＨ３が設けられている。

そして、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ１を通して能動層ＰＳのソース領域と接続された表示信号線ＤＬが形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ２を通して能動層ＰＳのドレイン領域と接続されたドレイン電極１５が形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、共通電位線ＣＯＭと接続された電極１６が形成されている。これらの表示信号線ＤＬ、ドレイン電極１５、及び電極１６は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属等からなる。さらに、ドレイン電極１５、電極１６及び層間絶縁膜１４は、パッシベーション膜５８に覆われている。

パッシベーション膜５８上には平坦化膜５９が形成されている。パッシベーション膜５８及び平坦化膜５９には、ドレイン電極１５を露出するコンタクトホールＣＨ５、及び電極１６を露出するコンタクトホールＣＨ６が設けられている。

平坦化膜５９上には、コンタクトホールＣＨ５を通してドレイン電極１５と接続された画素電極６０が形成されている。画素電極６０には、表示信号に応じた電圧が印加される。また、画素電極６０上には、これを覆う絶縁膜６１が形成されている。絶縁膜６１上には、平行に延びる複数のスリット部Ｓを有した共通電極６２が形成されている。また、共通電極６２は、コンタクトホールＣＨ６を通して電極１６と接続される。また、絶縁膜６１上には、共通電極６２を覆う不図示の配向膜が形成されている。

また、ＴＦＴ基板１０と対向して、ガラス基板等からなる第２の透明基板としてカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）２０が配置されている。ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板２０には、不図示のカラーフィルタ及び配向膜が形成されている。ＴＦＴ基板１０と対向しない側のＣＦ基板２０には、第２の偏光板２１が形成されている。第１及び第２の偏光板１１，２１は、各偏光板の偏光軸が互いに直交する関係を以って配置されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間には、液晶層３０が封止されている。

上記液晶表示装置では、画素電極６０に電圧が印加されない状態では、液晶層３０の液晶分子の長軸の平均的な配向方向（以降、単に「配向方向」と略称する）が第１の偏光板１１の偏光軸と直交する傾きとなる。このとき、液晶層３０を透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板２１の偏光軸と異なるため、第２の偏光板２１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、画素電極６０に電圧が印加され、画素電極６０と共通電極６２との間に電界が生じると、液晶分子の配向方向がその電界の電気力線に沿うようにして回転する。このとき、液晶層３０に入射した直線偏光は複屈折により楕円偏光となるが、第２の偏光板２１を透過する直線偏光成分を有することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
特開２００２−２９６６１１号公報

上述した液晶表示装置では、ＣＦ基板側に共通電極を形成する液晶表示装置と比較すると、同一基板上で画素電極６０と共通電極６２とを絶縁するための絶縁膜６１を形成する工程を新たに必要とする。この工程の増加により、液晶表示装置の製造コストが増大し、また、歩留まりの低下が生じていた。そこで本発明は、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、製造コストの増大の抑止と歩留まりの向上を図るものである。

本発明の液晶表示装置は、上記課題に鑑みて為されたものであり、複数の表示画素を有し、各表示画素は、第１の透明基板と、第１の透明基板上に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタを覆う第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の表面に形成され、第１のコンタクトホールを通して能動層と接続された表示信号線と、第１の絶縁膜の表面に形成され、表示信号線と離間して第２のコンタクトホールを通して能動層と接続された第１の透明電極と、表示信号線及び第１の透明電極を覆う第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上に形成された第２の透明電極と、第２の透明基板と、第１の透明基板と第２の透明基板との間に封止された液晶と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、従来例に比して、製造コストの増大の抑止と歩留まりの向上を図ることができる。

次に、本発明の実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。この液晶表示装置には、複数の表示画素がマトリクス状に配置されているが、図１及び図２では、その中から１つの表示画素１のみを示している。なお、図１及び図２では、図４及び図５に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して説明を行う。

最初に、この液晶表示装置の構成について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、光源ＢＬと対向して、ガラス基板等からなる第１の透明基板としてＴＦＴ基板１０が配置されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向する側には、光源ＢＬの光を直線偏光する第１の偏光板１１が形成されている。ＴＦＴ基板１０の光源ＢＬと対向しない側には、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなるバッファ膜１２が形成されている。

そして、バッファ膜１２上には、図４及び図５に示したものと同様の画素選択トランジスタＴＲ、即ち能動層ＰＳ、ゲート絶縁膜１３、及びゲート電極としてのゲート線ＧＬからなるトップゲート型の薄膜トランジスタが形成されている。また、ゲート絶縁膜１３上には、図４及び図５に示したものと同様の共通電位線ＣＯＭが形成されている。ゲート線ＧＬ、共通電位線ＣＯＭ、及びゲート絶縁膜１３は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなる層間絶縁膜１４に覆われている。

そして、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ１を通して能動層ＰＳのソース領域と接続された表示信号線ＤＬが形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、コンタクトホールＣＨ２を通して能動層ＰＳのドレイン領域と接続されたドレイン電極１５が形成されている。また、層間絶縁膜１４の表面には、共通電位線ＣＯＭと接続された電極１６が形成されている。これらの表示信号線ＤＬ、ドレイン電極１５、及び電極１６は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む金属等からなる。

さらに、層間絶縁膜１４の表面には、表示信号線ＤＬに対して所定の離間距離を保ちつつ、ドレイン電極１５と接続された画素電極１７が形成されている。画素電極１７は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透明電極であり、表示画素１ごとにパターニングされている。上記所定の離間距離とは、表示信号線ＤＬと画素電極１７とが互いに絶縁されるために必要な距離である。

この画素電極１７は、従来例とは異なり、表示信号線ＤＬと同一の層上、即ち層間絶縁膜１４上に形成されている。このため、従来例にみられたような平坦化膜５９を形成する工程を省くことができる。

これらのドレイン電極１５、電極１６、画素電極１７及び層間絶縁膜１４は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等からなるパッシベーション膜１８に覆われている。このパッシベーション膜１８は、後述するように、従来例では画素電極６０と共通電極６２との間に形成された絶縁膜６１として機能する。そのため、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、従来例にみられたような電極間を絶縁する新たな絶縁膜６１の形成工程を必要としない。従って、液晶表示装置の製造コストの増大を抑え、かつ歩留まりの向上を図ることができる。

パッシベーション膜１８上には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透明電極である共通電極１９が形成されている。共通電極１９は、画素電極１７に対向して平行に延びる複数のスリット部Ｓを有している。また、共通電極１９は、パッシベーション膜１８に設けられたコンタクトホールＣＨ４を通して電極１６と接続され、さらには共通電位線ＣＯＭと接続される。また、共通電極１９は、不図示の配向膜によって覆われている。

また、ＴＦＴ基板１０と対向して、ガラス基板等からなる第２の透明基板としてカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）２０が配置されている。ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板２０には、不図示のカラーフィルタ及び配向膜が形成されている。ＴＦＴ基板１０と対向しない側のＣＦ基板２０には、第２の偏光板２１が形成されている。第１及び第２の偏光板１１，２１は、各偏光板の偏光軸が互いに直交する関係を以って配置されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間には、液晶分子が封止されてなる液晶層３０が形成されている。液晶層３０を構成する液晶分子は、例えば正の誘電率異方性を有したネマティック液晶である。

次に、上記構成の液晶表示装置の動作について、図面を参照して説明する。図３は、図２の液晶層３０の液晶分子３１の配向方向を模式的に示している。図３（Ａ）は、画素電極１７に電圧が印加されない状態を示し、図３（Ｂ）は、画素電極１７に所定の電圧が印加された状態を示している。

図３（Ａ）に示すように、画素電極１７に電圧が印加されない状態では、液晶分子３１の長軸の平均的な配向方向（以降、「配向方向」と略称する）は、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、第１の偏光板１１の偏光軸と平行に配向されている。この配向方向は、不図示の配向膜の所定の配向方向によって定められている。なお、第１の偏光板１１の偏光軸と、共通電極１９が延びる方向とのなす角は、０〜１０度であるものとする。このとき、液晶層３０を透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板２１の偏光軸と異なるため、第２の偏光板２１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、画素電極１７に電圧が印加され、画素電極１７と共通電極１９との間に電界が生じた状態では、ＴＦＴ基板１０に平行な面において、液晶分子３１の長軸の配向方向がその電界の電気力線に沿うようにして回転する。このとき、液晶層３０を透過する直線偏光は複屈折により楕円偏光となって出射する。即ち、第２の偏光板２１を透過する偏光軸を有した直線偏光成分が存在することになり、この場合の表示状態は白表示となる。

ここで、図示しないが、各共通電極１９の間のパッシベーション膜１８の界面では、液晶分子３１の配向方向は、ＴＦＴ基板１０の垂直方向においても、電界の電気力線の接線方向に沿って傾く。即ち、液晶分子３１の配向方向は、各共通電極１９間の中心線に対して線対称に傾く。この線対称な配向方向の傾きによって、視野角依存性が相殺され、広視野角化を図ることができる。

上述したように、本実施形態では、同一基板上の電極間の電界によって液晶分子の配向方向が制御される液晶表示装置において、従来例にみられたような電極間を絶縁する新たな絶縁膜の形成工程、及び平坦化膜を必要としない。従って、液晶表示装置の製造コストの増大を抑え、かつ歩留まりの向上を図ることができる。

なお、上記実施形態では、平坦化膜は形成されないものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、強度補強等の必要に応じて、上記実施形態に加え、上記表示画素１を構成するいずれかの層の一部上に有機材料等からなる平坦化膜が形成されてもよい。この場合、平坦化膜には、表示画素１内において表示に寄与する領域、例えば共通電極１９の一部の領域を開口する開口部が設けられる。

また、上記実施形態では、液晶分子３１、第１及び第２の偏光板１１，２１は上記構成に限定されず、上記以外のＦＦＳ方式に適した液晶分子であってもよく、上記以外の偏光軸を有した偏光板であってもよい。

また、上記実施形態では、画素選択トランジスタＴＲはトップゲート型としたが、本発明はこれに限定されない。即ち、画素選択トランジスタＴＲは、ゲート電極、ゲート絶縁膜１３、及び能動層ＰＳがこの順で形成されてなるボトムゲート型であってもよい。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す平面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２の液晶層の液晶分子の配向方向を示す平面図である。従来例に係る液晶表示装置を示す平面図である。図４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

符号の説明

１，１Ｐ表示画素
１０ＴＦＴ基板１１第１の偏光板１２バッファ膜
１３ゲート絶縁膜１４層間絶縁膜１５ドレイン電極
１６電極１７，６０画素電極１８，５８パッシベーション膜
１９，６２共通電極２０ＣＦ基板２１第２の偏光板
３０液晶層３１液晶分子５９平坦化膜
６１絶縁膜
ＢＬ光源ＴＲ画素選択トランジスタＰＳ能動層
ＧＬゲート線ＤＬ表示信号線ＣＯＭ共通電位線
Ｓスリット部
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ５，ＣＨ６コンタクトホール

Claims

複数の表示画素を有し、各表示画素は、
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成された薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタを覆う第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の表面に形成され、第１のコンタクトホールを通して前記能動層と接続された表示信号線と、
前記第１の絶縁膜の表面に形成され、前記表示信号線と離間して第２のコンタクトホールを通して前記能動層と接続された第１の透明電極と、
前記表示信号線及び前記第１の透明電極を覆う第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第２の透明電極と、
第２の透明基板と、
前記第１の透明基板と前記第２の透明基板との間に封止された液晶と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
前記第２の透明電極は、平行に延びる複数のスリット部を備え、前記第１の透明電極と対向して配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第２の透明電極に共通電位を供給する共通電位線を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。