JP2008032897A

JP2008032897A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008032897A
Application number: JP2006204622A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Segawa; 泰生瀬川; Tomohide Onoki; 智英小野木
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

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、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図る。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上には、表示信号線ＤＬに接続された画素選択用の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲは、層間絶縁膜１４、パッシベーション膜１７、平坦化膜１８に覆われている。表示信号線ＤＬ近傍の平坦化膜１８上では、表示信号線ＤＬの両端又は両端近傍まで画素１Ａ，１Ｂの各画素電極層１９Ａ，１９Ｂが延びている。各画素電極層１９Ａ，１９Ｂは絶縁膜２０に覆われている。表示信号線ＤＬ近傍の絶縁膜２０上では、共通電極部２１Ａが、表示信号線ＤＬと重畳する領域、及び表示信号線ＤＬと重畳せず表示信号線ＤＬの両側に延びる領域を覆っている。
【選択図】図３

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。この技術として、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る。この液晶表示装置には複数の画素がマトリクス状に配置されているが、図４では、その中から後述する表示信号線ＤＬを跨いで隣接する２つの画素１Ｃ，１Ｄのみを示している。図５は、そのＺ−Ｚ線に沿った断面図であり、画素１Ｃ，１Ｄの境界近傍を示している。

その概略構成を説明すると、図４に示すように、ガラス基板等の透明基板であるＴＦＴ基板１０には、画素選択信号が供給されるゲート線ＧＬと表示信号が供給される表示信号線ＤＬが交差するように配置されている。ＴＦＴ基板１０に形成された画素１Ｃには、コンタクトホールＣＨ６を通して表示信号線ＤＬと接続された画素選択用の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲより上層には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属からなり、共通電位が供給される共通電極層５１が配置されている。共通電極層５１には開口部５１Ｗが設けられている。さらに絶縁膜を介して、コンタクトホールＣＨ７，ＣＨ８を通して薄膜トランジスタＴＲに接続され、表示信号が供給される画素電極層５３が形成されている。画素電極層５３はＩＴＯ等の透明金属からなる。画素１Ｃの画素電極層５３には複数の画素電極部５３Ａ及びスリット部Ｓが配置されている。なお、共通電極層５１は、コンタクトホールＣＨ９を通して共通電位線ＣＯＭに接続されているが、画素１Ｃの外部において接続されてもよい。この構成は画素１Ｄについても同様であり、複数の画素電極部５３Ｂ及びスリット部Ｓが配置されている。

さらに、断面構成について説明すると、図５に示すように、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、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるバッファ膜１２が形成されている。

バッファ膜１２上には、不図示の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲは、ポリシリコン等からなる不図示の能動層と、能動層を覆うゲート絶縁膜１３と、その上に配置された不図示のゲート線からなる。薄膜トランジスタは、さらに層間絶縁膜１４により覆われている。層間絶縁膜１４上には、薄膜トランジスタＴＲのドレイン領域と接続された表示信号線ＤＬが配置されている。表示信号線ＤＬは、パッシベーション膜１７及び平坦化膜１８に覆われている。平坦化膜１８上には、共通電極層５１、これを覆う絶縁膜５２、画素電極部５３Ａ，５３Ｂがこの順で積層されている。なお、絶縁膜５２上には、画素電極部５３Ａ，５３Ｂ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、ガラス基板等の透明基板であるカラーフィルタ基板（以降、「ＣＦ基板」と略称する）３０が配置されている。ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板３０には、表示信号線ＤＬと対向するブラックマトリクスＢＭ、及び不図示のカラーフィルタ及び配向膜が形成されている。また、ＴＦＴ基板１０と対向しない側のＣＦ基板３０には、第１の偏光板１１とクロスニコル配置された第２の偏光板３１が形成されている。また、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板３０との間には、液晶層ＬＣが封止されている。液晶層ＬＣの液晶分子は、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。こ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）は、配向膜のラビング方向によって第１の偏光板１１の偏光軸と平行になっている。

上記液晶表示装置では、画素電極部５３Ａ，５３Ｂに電圧が印加されない状態では、液晶層ＬＣの液晶分子の配向方向が第１の偏光板１１の偏光軸と平行な傾きとなる。このとき、液晶層ＬＣを透過する直線偏光は、その偏光軸が第２の偏光板３１の偏光軸と直交するため、第２の偏光板３１から出射されない。即ち表示状態は黒表示となる。

一方、画素電極部５３Ａ，５３Ｂに電圧が印加され、画素電極部５３Ａ，５３Ｂと共通電極層５１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ＬＣ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３１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２００３−５７６７０号公報

上述した液晶表示装置では、図５に示すように、表示信号線ＤＬを跨いで隣接する一方の画素１Ｃの画素電極部５３Ａの電界が、他方の画素１Ｄの画素電極部５３Ｂに延びる場合がある。例として、隣接する画素１Ｃ，１Ｄの表示レベルが互いに異なり、共通電位を接地電位（０Ｖ）、一方の画素１Ｃの画素電極部５３Ａを白表示レベル（４Ｖ）、他方の画素１Ｄの画素電極部５３Ｂを黒表示レベル（０Ｖ）とする場合を考える。このとき、各画素１Ｃ，１Ｄ内では、各画素電極部５３Ａ，５３Ｂと共通電極層５１との間に各表示レベルに応じた電界が生じるが、それに加えて、画素電極部５３Ａと、表示信号線ＤＬを跨いで隣接する画素電極部５３Ｂとの間にも、画素１Ｃの表示レベルに応じた電界が生じてしまう。このような不要な電界の干渉により、本来ならば黒表示となるはずの画素１Ｄの一部の液晶分子が回転し、それに伴って白表示となる部分、即ち光抜けする部分が存在することになる。この光抜けにより、表示品位が低下するという問題が生じていた。隣接する画素１Ｃ、１Ｄが互いに異なる表示色に対応したカラーフィルタを有している場合には、混色による表示品位の低下が生じていた。

これらの問題に対しては、光抜けする部分をブラックマトリクスＢＭにより覆うという対策が考えられるが、この場合、ブラックマトリクスＢＭの形成領域が広がり、各画素１Ｃ，１Ｄの開口率が低下して輝度が低下するという問題が生じていた。

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、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図るものである。

即ち、本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有し、各画素は、信号線に接続された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極層と、画素電極層を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に配置された共通電極層と、共通電極層上に配置された液晶層と、を備え、共通電極層は、複数の共通電極部とスリット部を有し、共通電極部は、信号線上から信号線の両側に延びる領域を覆うことを特徴とする。

係る構成により、隣接する画素間において電界の干渉が抑止され、光抜けが抑止されるため、表示品位が向上する。また、光抜けする領域を遮光する必要が無いため、ブラックマトリクスの領域が小さくなり、各画素の開口率を向上することができる。

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、各画素の開口率を低下させずに表示品位の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る表示装置の構成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。この液晶表示装置には複数の画素がマトリクス状に配置されているが、図１では、その中から表示信号線ＤＬを跨いで隣接する２つの画素１Ａ，１Ｂのみを示している。図２は、そのＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、薄膜トランジスタＴＲを含む画素１Ａの断面を示している。他方の画素１Ｂの構成については、画素１Ａの構成と同様である。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参照している。

最初に概略構成を説明すると、図１及び図２に示すように、ＴＦＴ基板１０に形成された画素１Ａにおいて、バッファ層１２上には、画素選択用の薄膜トランジスタＴＲが配置されている。薄膜トランジスタＴＲは、トップゲート型であり、ポリシリコン層等からなる能動層ＰＳ、シリコン酸化膜又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、その上に配置されたゲート線ＧＬからなる。ゲート絶縁膜１３上には、共通電位が供給される共通電位線ＣＯＭが形成されている。薄膜トランジスタＴＲ及び共通電位線ＣＯＭは、層間絶縁膜１４により覆われている。なお、薄膜トランジスタ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。

層間絶縁膜１４上には、コンタクトホールＣＨ１を通して薄膜トランジスタＴＲの能動層ＰＳのドレイン領域と接続された表示信号線ＤＬ、及びコンタクトホールＣＨ２を通して能動層ＰＳのソース領域と接続されたソース電極１５が配置されている。また、層間絶縁膜１４上には、コンタクトホールＣＨ３を通して共通電位線ＣＯＭと接続された電極１６が形成されている。これらの電極及び表示信号線ＤＬは、パッシベーション膜１７及び平坦化膜１８に覆われている。

平坦化膜１８上には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属からなり表示信号が供給される画素電極層１９Ａ，１９Ｂが配置されている。画素電極層１９Ａ，１９Ｂは、各画素１Ａ，１Ｂ毎に分離して形成され、各画素のコンタクトホールＣＨ４を通してソース電極１５と接続されている。また、平坦化膜１８上には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等からなり、画素電極層１９Ａ，１９Ｂを覆う絶縁膜２０が配置されている。

絶縁膜２０上には、コンタクトホールＣＨ５を通して電極１６と接続された共通電極層２１、及びこれを覆う配向膜２２Ｂが配置されている。この共通電極層２１は、複数の共通電極部２１Ａ，２１Ｂ及びスリット部Ｓを有している。以降、共通電極部２１Ａは画素１Ａに配置され、共通電極部２１Ｂは画素１Ｂに配置されるものとして説明する。

図１のように各画素１Ａ，１Ｂが表示信号に沿って縦長の形状を有している場合、各スリット部は、その長手方向が表示信号線ＤＬに沿って延びるようにして、互いに平行に配置される。これにより、各スリット部Ｓの長手方向が表示信号線ＤＬと直交する方向に沿って延びる場合に比して、スリット部Ｓの端部に生じるディスクリネーション部（液晶分子の配列の乱れによる表示欠陥部）の数を低減できる。ただし、ディスクリネーション部の低減を考慮する必要が無い場合は、各スリット部Ｓは、その長手方向が表示信号線ＤＬと直交する方向に沿って延びるように配置されてもよい。

なお、共通電極層２１は画素１Ａ，１Ｂ毎に分離して形成されずに、連続して形成されたものであってもよい。また、共通電極層２１は、コンタクトホールＣＨ３，ＣＨ５を通して電極１６及び共通電位線ＣＯＭに接続されているが、画素１Ａ，１Ｂの外部において接続されてもよい。

ＴＦＴ基板１０と対向するＣＦ基板３０及び液晶層ＬＣの構成については、図５に示したものと同様であるため説明を省略する。ただし図２では、ＴＦＴ基板１０と対向する側のＣＦ基板３０に配置される配向膜を配向膜２２Ｔとして示している。

次に、上記液晶表示装置の詳細な断面構造について図面を参照して説明する。図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図であり、表示信号線ＤＬを跨いで隣接する画素１Ａ，１Ｂの境界近傍を示している。

図３に示すように、表示信号線ＤＬ近傍の平坦化膜１８上では、表示信号線ＤＬの両端又は両端近傍まで、画素１Ａの画素電極層１９Ａと、それに隣接する画素１Ｂの画素電極層１９Ｂが延びている。表示信号線ＤＬ近傍の絶縁膜２０上では、共通電極部２１Ａが、表示信号線ＤＬと重畳する領域、及び表示信号線ＤＬと重畳せず表示信号線ＤＬの両側に延びる領域を覆っている。

ここで、共通電極部２１Ａにおいて、表示信号線ＤＬを挟んで隣接する画素電極層１９Ａ，１９Ｂの離間領域と重畳する領域の幅をＷｄｌとし、その幅Ｗｄｌで表される画素電極層１９Ａ，１９Ｂの離間領域と重畳する領域の両側に延びる各領域の幅をＷｓとする。また、画素１Ａ，１ＢのセルギャップをＨとする。このとき、（Ｗｄｌ＋Ｗｓ）＞Ｈを満たすことが好ましい。さらにいえば、（Ｗｄｌ＋Ｗｓ）＞約４．５μｍとなることが好ましい。なお、表示信号線ＤＬの幅は、約２．５〜８．０μｍであり、セルギャップＨは約２．０〜５．０μｍである。

上記構成では、画素電極層１９Ａ，１９Ｂよりも上層に共通電極部２１Ａ，２１Ｂが配置されている。これにより、画素電極層１９Ａに印加された電位のうち、共通電極部２１Ａのスリット部Ｓの端部近傍と重畳する画素電極層１９Ａの領域に対応した分（印加された電位の約１割〜２割）が液晶層ＬＣ内を通って、共通電極部２１Ａに影響する。即ち、画素電極層１９Ａ，１９Ｂが共通電極部２１Ａ，２１Ｂよりも上層である構成に比して、画素電極層１９Ａから生じる電界の幅が小さくなる。

さらに画素１Ａの共通電極部２１Ａは、表示信号線ＤＬ上のみならず、表示信号線ＤＬの両側に至る領域を覆っている。これにより、画素１Ａの画素電極層１９Ａと、表示信号線ＤＬを跨いで隣接する画素１Ｂの画素電極層１９Ｂに、表示レベルの異なる電圧（例えば白表示レベル４Ｖと黒表示レベル０Ｖ）がそれぞれ印加されたとしても、それらの画素電極層１９Ａと画素電極層１９Ｂとの間では、互いを結ぶ電気力線が届かなくなる。従って、画素１Ｂにおいて、液晶分子を不要に回転させる電界、即ち、光り抜けの要因となるような電界が生じない。

この液晶表示装置の動作は、電界による液晶分子の制御については従来例に係るものと同様であるが、上述したように隣接する画素１Ａ，１Ｂ間において電界の干渉が抑止され、光抜けが抑止されるため、従来例に比して表示品位が向上する。隣接する画素１Ａ、１Ｂが互いに異なる表示色に対応したカラーフィルタを有している場合には、光抜けを起因とする混色がなくなり、表示品位が向上する。

また、光抜けする領域を遮光する必要が無いため、ブラックマトリクスＢＭの領域が小さくなり、各画素１Ａ，１Ｂの開口率を向上することができる。即ち、表示の際の輝度が低下しない。また、設計上の観点では、光抜けする領域を遮光する必要が無いため、製造プロセス上の制限によるブラックマトリクスＢＭの形成位置のずれを厳格に考慮する必要がなくなる。

また、表示信号線ＤＬ近傍では、画素１Ａ側の液晶分子が画素電極１９Ａと共通電極２１Ａとの間に生じる電界によって回転することにより、その領域が画素１Ａの光透過に寄与するため、透過率の低下は生じない。

なお、上記実施形態では、共通電極部２１Ａは、表示信号線ＤＬを覆うものとしたが、上記と同等の効果を奏するものであれば、ゲート線ＧＬを覆うようにして配置されてもよい。

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１のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。従来例に係る液晶表示装置を示す平面図である。図４のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ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ソース電極
１６電極１７パッシベーション膜１８平坦化膜
１９Ａ，１９Ｂ，５３画素電極層２０，５２絶縁膜
２１，５１共通電極層２１Ａ，２１Ｂ共通電極部
２２Ｂ，２２Ｔ配向膜３０ＣＦ基板３１第２の偏光板
５３Ａ，５３Ｂ画素電極部
ＬＣ液晶層ＢＬ光源
ＴＲ薄膜トランジスタ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ＢＭブラックマトリクス
ＣＨ１〜ＣＨ９コンタクトホール

Claims

複数の画素を有し、
各画素は、信号線に接続された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極層と、前記画素電極層を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に配置された共通電極層と、前記共通電極層上に配置された液晶層と、を備え、
前記共通電極層は、複数の共通電極部とスリット部を有し、前記共通電極部は、前記信号線上から前記信号線の両側に延びる領域を覆うことを特徴とする液晶表示装置。
前記スリット部は、その長手方向が前記信号線に沿って延びることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記共通電極部において、前記信号線を挟んで隣接する前記画素電極層の離間領域と重畳する領域の幅をＷｄｌとし、前記画素電極層の前記離間領域と重畳する領域の両側に延びる各領域の幅をＷｓとし、前記画素のセルギャップをＨとすると、（Ｗｄｌ＋Ｗｓ）＞Ｈを満たす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。
（Ｗｄｌ＋Ｗｓ）＞４．５μｍを満たすことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。