JP2008083291A - 液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画素領域の開口率を向上すると共に補助容量のキャパシタンスの調整を容易にした液晶表示装置及びこれを備える電子機器を提供すること。
【解決手段】素子基板２１が、画素電極１１に接続されて画素電極１１を駆動するＴＦＴ素子１２と、画素電極１１及びＴＦＴ素子１２を接続するコンタクトホールＨが形成された層間絶縁膜３３とを備え、対向基板２２が、平面視で液晶層２３を介してコンタクトホールＨの形成領域と対応する領域に形成された柱状スペーサ４６を有し、画素電極１１がコンタクトホールＨの内面を含んで形成されると共に、共通電極４４が柱状スペーサ４６の外面を含んで形成され、コンタクトホールＨに、画素電極１１及び共通電極４４で挟持される誘電体層３８が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置及びこれを備える電子機器に関するものである。

液晶表示装置は、液晶層に電圧を印加することで液晶層を構成する液晶分子の配向状態を変更し、光の透過率を調整することによって画像の表示を行っている。液晶層への電圧の印加は、画素電極及び共通電極とこの間に設けられた液晶層とによって構成される液晶容量において画像信号を一定期間保持することで行われている。ここで、液晶表示装置には、液晶容量に供給された画像信号がリークすることを防止するために、液晶容量と並列接続する補助容量が設けられている。
この補助容量は、液晶層を挟持する一対の基板の一方に設けられており、この基板に形成されて共通電極と導通する容量線と、容量線を覆う絶縁膜と、絶縁膜を介して容量線と対向配置されて画素電極と導通する容量電極とによって構成されている。

しかし、容量線と容量電極との間に絶縁膜が複数積層されていることから、十分なキャパシタンスを有する補助容量を形成するために、容量電極を大面積にする必要がある。これにより、画素領域の開口率が低下してしまう。
そこで、絶縁膜を１層とすることにより、容量電極を大面積にすることなく十分なキャパシタンスを得ることを図った液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この液晶表示装置では、一方の基板に、液晶層から離間する側から順に積層された、容量電極と１層の絶縁膜と一部が容量電極と重なるように形成された画素電極とを有しており、画素電極及び絶縁膜を貫通する貫通孔が形成されている。そして、他方の基板に設けられた柱状スペーサを覆うように共通電極を形成し、この柱状スペーサを貫通孔内に収容して容量電極と共通電極とを接触させている。これにより、容量電極と１層の絶縁膜と画素電極とによって補助容量が形成される。
特開平１０−２６８３５６号公報

しかしながら、上記従来の液晶表示装置においても、画素領域の開口率のさらなる向上や補助容量のキャパシタンスの調整をより容易にすることが望まれている。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、画素領域の開口率を向上すると共に補助容量のキャパシタンスの調整を容易にした液晶表示装置及びこれを備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる液晶表示装置は、第１電極が設けられた第１基板と第２電極が設けられた第２基板との間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、前記第１基板が、前記第１電極に接続されて該第１電極を駆動する駆動素子と、前記第１電極及び前記駆動素子の間に配置された絶縁膜と、該絶縁膜に設けられて前記第１電極と前記駆動素子とを電気的に接続する貫通孔とを備え、前記第２基板が、平面視で前記液晶層を介して前記貫通孔の形成領域と対応する領域に形成された凸部を有し、前記第１電極が前記貫通孔の内面を含んで形成されると共に、前記第２電極が前記凸部の外面を含んで形成され、前記貫通孔内に、前記第１及び第２電極で挟持される誘電体層が形成されていることを特徴とする。

この発明では、第１電極と駆動素子とを接続する貫通孔と対応する領域に凸部を設けることで補助容量が形成されるので、補助容量を形成するためのスペースを別途確保する必要がなくなる。これにより、画素領域の開口率のさらなる向上が図れる。また、誘電体層を構成する誘電材料や誘電体層の層厚を変更することで、容易に補助容量のキャパシタンスを設定できる。
すなわち、貫通孔の内面に形成された第１電極と凸部の外面に形成された第２電極と誘電体層によって第１及び第２電極と液晶層とによって構成された液晶容量と並列接続された補助容量が形成される。ここで、誘電体層が貫通孔を充填するように形成されているので、誘電体層を形成するための凹部を別途設ける必要がなくなる。また、誘電体層を構成する誘電材料や層厚の変更が容易である。したがって、画素領域をさらに高開口率として高精細な画像の表示が行えると共に、補助容量のキャパシタンスの設定を容易にして第１及び第２電極間に供給された画像信号のリークが確実に防止できる。

また、本発明の液晶表示装置は、前記凸部が、前記第１及び第２基板の間隔を保持するスペーサであることが好ましい。
この発明では、第１及び第２基板の間隔を保持するスペーサを凸部として用いることで、凸部を別途形成することと比較して、画素領域の開口率の向上や、製造工程の簡略化が図れる。

また、本発明の液晶表示装置は、前記第１基板が、前記誘電体層を被覆するように設けられて前記液晶層を構成する液晶分子の初期配向方向を規制する配向膜を有することが好ましい。
この発明では、凹部が誘電体層によって充填されているため、配向膜を形成する形成面の平坦性が向上する。そのため、配向膜を均一に形成できる。これにより、配向膜の表面に液晶分子の初期配向方向を規制するための配向処理を面内で均一に行うことができ、配向不良の発生を低減できる。

また、本発明の液晶表示装置は、前記誘電体層が、液滴吐出法を用いて形成されていることが好ましい。
この発明では、液滴吐出法によって凹部内に誘電体層を選択的に形成することができる。これにより、誘電体層を構成する誘電材料の無駄を抑制でき、低コスト化が図れる。ここで、凹部内に誘電体層を形成するので、誘電体層の形成領域を区画するための隔壁を別途設ける必要がないため、製造工程を簡略化できる。

また、本発明の電子機器は、上記記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする。
この発明では、上述したように、補助容量を形成するためのスペースを別途確保する必要がなくなるので、画素領域をさらに高開口率として高精細な画像の表示が行えると共に、補助容量のキャパシタンスの設定を容易にして第１及び第２電極間に供給された画像信号のリークが確実に防止できる。

以下、本発明における液晶表示装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図１は液晶表示装置の等価回路図、図２は液晶表示装置のサブ画素領域を示す図であって（ａ）がサブ画素領域を示す平面構成図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

〔液晶表示装置〕
本実施形態における液晶表示装置１は、カラー液晶表示装置であって、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出力する３個のサブ画素領域で１個の画素を構成する液晶表示装置である。ここで、表示を構成する最小単位となる表示領域を「サブ画素領域」と称する。

まず、液晶表示装置１の概略構成について説明する。液晶表示装置１は、図１に示すように、画像表示領域を構成する複数のサブ画素領域がマトリックス状に配置されている。この複数のサブ画素領域には、それぞれ画素電極（第１電極）１１と、画素電極１１をスイッチング制御するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）素子（駆動素子）１２とが形成されている。このＴＦＴ素子１２は、ソースが液晶表示装置１に設けられたデータ線駆動回路１３から延在するデータ線１４に接続され、ゲートが液晶表示装置１に設けられた走査線駆動回路１５から延在する走査線１６に接続され、ドレインが画素電極１１に接続されている。

データ線駆動回路１３は、データ線１４を介して画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各サブ画素領域に供給する構成となっている。ここで、データ線駆動回路１３は、画像信号Ｓ１〜Ｓｎをこの順で線順次で供給してもよく、互いに隣接する複数のデータ線１４同士に対してグループごとに供給してもよい。
走査線駆動回路１５は、走査線１６を介して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを各サブ画素領域に供給する構成となっている。ここで、走査線駆動回路１５は、走査信号Ｇ１〜Ｇｍを所定のタイミングでパルス的に線順次で供給する。

また、液晶表示装置１は、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１２が走査信号Ｇ１〜Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線１４から供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎが所定のタイミングで画素電極１１に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極１１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、画素電極１１と後述する共通電極４４との間で一定期間保持される。
ここで、液晶表示装置１には、画素電極１１と共通電極４４との間で保持された画像信号Ｓ１〜Ｓｎがリークすることを防止するため、画素電極１１及び共通電極４４の間に形成される液晶容量と並列接続する補助容量１７が設けられている。

次に、液晶表示装置１の詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。なお、図２（ａ）では、対向基板の図示を省略している。また、図２（ａ）において、平面視でほぼ矩形状のサブ画素領域の長軸方向をＸ軸方向、短軸方向をＹ軸方向とする。
液晶表示装置１は、図２（ｂ）に示すように、素子基板（第１基板）２１と、素子基板２１と対向配置された対向基板（第２基板）２２と、素子基板２１及び対向基板２２の間に挟持された液晶層２３と、素子基板２１の外面側（液晶層２３と反対側）に設けられた偏光板２４と、対向基板２２の外面側に設けられた偏光板２５とを備えている。そして、液晶表示装置１は、素子基板２１の外面側から照明光が照射される構成となっている。
また、液晶表示装置１には、素子基板２１と対向基板２２とが対向する領域の縁端に沿ってシール材（図示略）が設けられており、このシール材、素子基板２１及び対向基板２２によって液晶層２３が封止されている。

素子基板２１は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料からなる基板本体３１と、基板本体３１の内側（液晶層２３側）の表面に順次積層されたゲート絶縁膜３２、層間絶縁膜（絶縁膜）３３及び配向膜３４とを備えている。
また、素子基板２１は、基板本体３１の内側の表面に配置された走査線１６（図２（ａ）に示す）と、ゲート絶縁膜３２の内側の表面に配置されたデータ線１４、半導体層３５、ソース電極３６及びドレイン電極３７と、層間絶縁膜３３の内側の表面に配置された画素電極１１とを備えている。

ゲート絶縁膜３２は、例えばＳｉＯ_２（酸化シリコン）などの透光性材料で構成されており、基板本体３１上に形成された走査線１６を覆うように設けられている。
層間絶縁膜３３は、ゲート絶縁膜３２と同様に、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの透光性材料で構成されており、ゲート絶縁膜３２上に形成されたデータ線１４、半導体層３５、ソース電極３６及びドレイン電極３７を覆うように設けられている。また、層間絶縁膜３３には、平面視でドレイン電極３７と重なる領域に層間絶縁膜３３を貫通するコンタクトホール（貫通孔）Ｈが形成されている。このコンタクトホールＨの内壁には、画素電極１１が形成されており、この画素電極１１の表面に誘電体層３８が形成されている。
誘電体層３８は、例えばアクリルなどの樹脂材料やシリカ材料などの絶縁性を有する誘電材料で構成されており、コンタクトホールＨ内を充填している。なお、誘電体層３８は、例えば、誘電材料が溶解または分散した液状体をコンタクトホールＨ内にインクジェット法により滴下し、これを例えば２００℃〜３００℃で加熱硬化することによって形成されている。

配向膜３４は、例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されており、層間絶縁膜３３上に形成された画素電極１１及びコンタクトホールＨ内に形成された誘電体層３８を覆うように設けられている。また、配向膜３４の表面には、サブ画素領域の短軸方向（Ｙ軸方向）を配向方向とする配向処理が施されている。

データ線１４は、図２（ａ）に示すように、平面視で矩形状のサブ画素領域の長軸方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。また、走査線１６は、サブ画素領域の短軸方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されており、データ線１４との交差部近傍においてＸ軸方向に沿うように分岐する分岐部１６ａが形成されている。したがって、データ線１４及び走査線１６は、平面視でほぼ格子状に配線されている。

半導体層３５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で走査線１６の分岐部１６ａとゲート絶縁膜３２を介して重なる領域に部分的に形成され、アモルファスシリコンなどの半導体で構成されている。また、ソース電極３６は、データ線１４から分岐しており、一部が半導体層３５の一部を覆うように形成されている。そして、ドレイン電極３７は、一部が半導体層３５の一部を覆うように形成されており、層間絶縁膜３３を貫通するコンタクトホールＨを介して画素電極１１と導通している。これら半導体層３５、ソース電極３６及びドレイン電極３７によって、ＴＦＴ素子１２が構成されている。また、ＴＦＴ素子１２は、データ線１４及び走査線１６の交差部近傍に設けられている。

画素電極１１は、図２（ａ）に示すように、平面視でほぼ矩形状であって、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透光性導電材料で構成されている。また、画素電極１１は、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３３に形成されたコンタクトホールＨの内面にも形成されており、コンタクトホールＨの底部においてＴＦＴ素子１２を構成するドレイン電極３７と接続されている。なお、画素電極１１は、図２（ａ）に示すように、その長軸方向がサブ画素領域の長軸方向（Ｘ軸方向）と平行になるように形成されている。

一方、対向基板２２は、図２（ｂ）に示すように、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料で構成され基板本体４１と、基板本体４１の内側（液晶層２３側）の表面に順次積層された遮光膜４２、カラーフィルタ層４３、共通電極４４及び配向膜４５とを備えている。

遮光膜４２は、基板本体４１の内側の表面のうち平面視でサブ画素領域の縁部と重なる領域に形成されており、各サブ画素領域を縁取っている。
カラーフィルタ層４３は、各サブ画素領域に対応して配置されており、例えばアクリルなどで構成されて各サブ画素領域で表示する色に対応する色材を含有している。また、カラーフィルタ層４３の内側の表面には、液晶層２３に向けて突出する柱状スペーサ（凸部、スペーサ）４６が形成されている。
柱状スペーサ４６は、カラーフィルタ層４３の内側の表面のうち、平面視で液晶層２３などを介して層間絶縁膜３３に形成されたコンタクトホールＨと重なる領域に設けられており、例えばポジ型フォトレジストをパターニングすることで形成されている。そして、柱状スペーサ４６は、表面に設けられた配向膜４５を素子基板２１の内側の表面と接触させることで素子基板２１と対向基板２２との間隔を保持する。

共通電極４４は、カラーフィルタ層４３及び柱状スペーサ４６を覆うように形成されており、画素電極１１と同様に、ＩＴＯなどの透光性導電材料で構成されている。したがって、共通電極４４は、柱状スペーサ４６の外面にも形成されている。
配向膜４５は、共通電極４４を覆うように形成されており、配向膜３４と同様に例えばポリイミドなどの樹脂材料で構成されている。そして、配向膜４５の表面には、配向膜３４の配向方向と直交するように、サブ画素領域の長軸方向（Ｘ軸方向）を配向方向とする配向処理が施されている。
そして、素子基板２１、液晶層２３及び対向基板２２の積層方向でコンタクトホールＨと重なる領域における画素電極１１、誘電体層３８、配向膜３４、４５及び共通電極４４によって補助容量１７が構成されている。

液晶層２３は、正の誘電率異方性を有する液晶を用いたＴＮ（Twisted Nematic）モードで動作する構成となっている。なお、液晶層２３としては、液晶層２３を挟持する素子基板２１及び対向基板２２の間で発生する電界によって駆動すればよく、ＴＮモードのほか、負の誘電率異方性を有するＶＡＮ（Vertical Aligned Nematic）モードやＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＯＣＢ（Optical Compensated Bend）モードなど、他の液晶を用いてもよい。

偏光板２４はその透過軸が配向膜３４による液晶分子の初期配向方向とほぼ同方向であり、偏光板２５はその透過軸が配向膜４５による液晶分子の初期配向方向とほぼ同方向であり、両者の透過軸が互いにほぼ直交するように設けられている。ここで、偏光板２４、２５の一方または双方の内側には、光学補償フィルム（図示略）を配置してもよい。光学補償フィルムを配置することで、液晶表示装置１を正面視や斜視した場合の液晶層２３の位相差を補償することができ、光漏れを減少させてコントラストを増加させることができる。光学補償フィルムとしては、屈折率異方性が負のディスコティック液晶などをハイブリッド配向させた負の一軸性媒体や、屈折率異方性が正のネマティック液晶などをハイブリッド配向させた正の一軸性媒体が挙げられる。さらに、負の一軸性媒体と正の一軸性媒体とを組み合わせたものや、各方向の屈折率がｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚである二軸性媒体を用いてもよい。

〔電子機器〕
以上のような構成の液晶表示装置１は、例えば図３に示すような携帯電話機１００の表示部１０１として適用される。この携帯電話機１００は、複数の操作ボタン１０２、受話口１０３、送話口１０４及び上記表示部１０１を有する本体部１０５を備えている。

以上のように、本実施形態における液晶表示装置１及びこれを備える携帯電話機１００によれば、誘電体層３８をコンタクトホールＨによって形成された凹部内に設けることで、補助容量を形成するためのスペースを別途確保する必要がなくなるので、サブ画素領域の開口率をさらに向上することができる。また、補助容量１７を構成する誘電体層３８の誘電材料や層厚を変更することで、補助容量１７のキャパシタンスの設定が容易に行える。したがって、高精細な画像の表示が行えると共に、第１及び第２電極間に供給された画像信号のリークが確実に防止できる。

ここで、柱状スペーサ４６を凸部として用いることで、凸部を別途設けるよりも製造工程の簡略化が図れる。
さらに、配向膜３４がコンタクトホールＨを充填する誘電体層３８の表面に形成されているため、配向膜３４の形成面の平坦性が向上すると共に、配向膜３４の表面の平坦性が向上する。そのため、配向膜３４の表面に形成された配向処理が均一に行われて配向不良の発生が低減される。
そして、誘電体層３８をインクジェット法などによってコンタクトホールＨ内に選択的に形成できるので、誘電材料の無駄を抑制できる。また、コンタクトホールＨ内に誘電体層３８を形成することで、誘電体層３８を形成するために形成領域を区画する隔壁を設ける必要がなくなり、製造工程が簡略にできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、柱状スペーサを凸部として用いているが、対向基板のうち素子基板に形成された凹部と対応する領域に凸部を別途形成してもよい。
また、柱状スペーサは、平面視で液晶層を介してコンタクトホールと対応する領域に設けられていればよく、その形状を適宜変更してもよい。
そして、配向膜が誘電体層を覆うように設けられているが、基板本体側から画素電極、配向膜及び誘電体層の順で積層した構成としてもよい。このようにしても、画素電極及び共通電極と誘電体層と配向膜とによって補助容量が構成される。
さらに、誘電体層を例えばインクジェット法などの液滴吐出法により形成しているが、液滴吐出法に限らず、他の方法を用いて形成してもよい。

また、画素電極をスイッチング制御する駆動素子としてＴＦＴ素子を用いているが、ＴＦＴ素子に限らず、ＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）素子など、他の駆動素子を用いてもよい。
また、液晶表示装置は、ノーマリブラックモードを採用しているが、ノーマリホワイトモードを採用してもよい。
そして、液晶表示装置は、透過型の表示装置としているが、半透過反射型の液晶表示装置や反射型の液晶表示装置であってもよい。
さらに、液晶表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色表示を行うカラー液晶表示装置としているが、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかまたは他の１色の色表示を行う単色の表示装置や、２色や４色以上の色表示を行う表示装置であってもよい。ここで、対向基板にカラーフィルタ層を設けずに、素子基板にカラーフィルタ層を設けてもよい。

また、電子機器は、液晶表示装置を備えていれば上述した携帯電話機に限らず、電子ブックやパーソナルコンピュータ、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などの画像表示手段であってもよい。

本発明の一実施形態における液晶表示装置を示す回路構成図である。 （ａ）はサブ画素領域の平面構成図、（ｂ）は（ａ）の矢視断面図である。 本発明の携帯電話機を示す外観斜視図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置、１１ 画素電極（第１電極）、１２ ＴＦＴ素子（駆動素子）、２１ 素子基板（第１基板）、２２ 対向基板（第２基板）、２３ 液晶層、３３ 層間絶縁膜（絶縁膜）、３４ 配向膜、３８ 誘電体層、４４ 共通電極（第２電極）、４６ 柱状スペーサ（凸部，スペーサ）、１００ 携帯電話機（電子機器）、Ｈ コンタクトホール（貫通孔）

Claims (5)

1. 第１電極が設けられた第１基板と第２電極が設けられた第２基板との間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記第１基板が、前記第１電極に接続されて該第１電極を駆動する駆動素子と、前記第１電極及び前記駆動素子の間に配置された絶縁膜と、該絶縁膜に設けられて前記第１電極と前記駆動素子とを電気的に接続する貫通孔とを備え、
   前記第２基板が、平面視で前記液晶層を介して前記貫通孔の形成領域と対応する領域に形成された凸部を有し、
   前記第１電極が前記貫通孔の内面を含んで形成されると共に、前記第２電極が前記凸部の外面を含んで形成され、
   前記貫通孔内に、前記第１及び第２電極で挟持される誘電体層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記凸部が、前記第１及び第２基板の間隔を保持するスペーサ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. 前記第１基板が、前記誘電体層を被覆するように設けられて前記液晶層を構成する液晶分子の初期配向方向を規制する配向膜を有する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. 前記誘電体層が、液滴吐出法を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。

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