JP2010164750A

JP2010164750A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2010164750A
Application number: JP2009006532A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Nanbu; 達郎南部; Osamu Nagashima; 理長島; Masataka Natori; 正高名取
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: JP5180850B2

Abstract

【課題】本発明は、配向膜の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることを目的とする。
【解決手段】第２積層体２６は、第２基板３２と、第２基板３２の液晶層１８を向く面に形成された薄膜トランジスタ３６を含む回路層３４と、液晶層１８を駆動するための電極６６と、電極６６に電気的に接続された配線６２と、回路層３４と配線６２との間に配置された１層又は複数層の有機絶縁層５２と、を含む。１層の又は最も配線６２に近い有機絶縁層５２の、液晶層１８を向く面には、第１領域５６を挟んで第１領域５６よりも低い一対の第２領域５８が形成されるように、一対の第２領域５８を底面とする凹部５４が形成されている。配線６２は、第１領域５６及び一対の第２領域５８の上方を通ることで、一対の第２領域５８から立ち上がる凸部６４を有する。スペーサ３０は、配線６２の凸部６４に対向する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

液晶表示パネルにおいて、基板間のギャップ（液晶の封入スペース）を保持するために、一方の基板にスペーサを設けることが知られており、配向膜がスペーサの上に載るように形成される。また、他方の基板にはスペーサに対応する位置に台座を設け、台座の上に載るように配向膜を形成することも知られている。台座は、配線の一部又は配線と同時に形成される層によって構成されるが、その上に、画素容量を低減させるなどの目的で有機絶縁層を形成することがある。

特許文献１には、一方の基板にスペーサが形成され、他方の基板に有機絶縁膜が形成され、有機絶縁膜の上端面の、スペーサと対向する領域に凹凸パターンが形成された構造が開示されている。また、特許文献２には、一方の基板にスペーサが形成され、他方の基板に有機絶縁膜が形成され、有機絶縁膜の上端面の、スペーサと対向しない面に凹部が形成された構造が開示されている。

特開２００７−３２８２４７号公報特開２００３−２１５６０２号公報

スペーサ上の配向膜と他方の基板上の配向膜とが接触すると、配向膜の剥がれが発生することがあり、配向膜が剥離して液晶中に浮遊すると、画素領域内の配向膜に付着し、液晶の配向を乱して微小輝点が生じるという問題があった。ただし、台座を設けることで、配向膜の材料である樹脂を台座から流動させて台座上の配向膜を薄くすることができるので、これにより剥離を抑制することはできる。しかし、台座上に有機絶縁層を形成するとその表面がレベリングされてしまい、台座の効果がなくなる。

本発明は、配向膜の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることを目的とする。

（１）本発明に係る液晶表示装置は、液晶層と、前記液晶層を挟む一対の配向膜と、前記液晶層及び前記一対の配向膜を挟む、第１積層体及び第２積層体と、を有し、前記第１積層体は、第１基板と、前記第１基板の前記液晶層を向く面に配置されたスペーサと、を含み、前記第２積層体は、第２基板と、前記第２基板の前記液晶層を向く面に形成された薄膜トランジスタを含む回路層と、前記液晶層を駆動するための電極と、前記電極に電気的に接続された配線と、前記回路層と前記配線との間に配置された１層又は複数層の有機絶縁層と、を含み、前記１層の又は最も前記配線に近い前記有機絶縁層の、前記液晶層を向く面には、第１領域を挟んで前記第１領域よりも低い一対の第２領域が形成されるように、前記一対の第２領域を底面の一部とする凹部が形成され、前記配線は、前記第１領域及び前記一対の第２領域の上方を通ることで、前記一対の第２領域から立ち上がる凸部を有し、前記スペーサは、前記配線の前記凸部に対向することを特徴とする。本発明によれば、有機絶縁層の凹部に配向膜の材料を流動させることができるので、配向膜を薄く形成することができ、配向膜の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることができる。

（２）（１）に記載された液晶表示装置において、前記スペーサの前記配線に対向する面は、前記配線の前記凸部の上端面よりも大きいことを特徴としてもよい。

（３）（１）又は（２）に記載された液晶表示装置において、前記スペーサの前記配線に対向する面は、前記第１領域の、前記一対の第２領域間方向の幅よりも大きいことを特徴としてもよい。

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、前記配線に電気的に接続された前記電極は、複数の画素電極に対向する共通電極であることを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、前記凹部は、前記第１領域を囲むように形成されていることを特徴としてもよい。

（６）（１）から（４）のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、互いに分離した一対の前記凹部が、前記第１領域を挟むように形成されていることを特徴としてもよい。

（７）（１）から（４）のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、前記１層の又は最も前記配線に近い前記有機絶縁層の、前記液晶層を向く前記面には、凸条部が形成され、前記凸条部の上端面が前記第１領域であることを特徴としてもよい。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図である。図２に示す液晶表示装置のIII-III線断面図である。回路層の一部拡大断面図である。有機絶縁層の凹部を説明する平面図である。本発明の実施の形態の変形例１に係る液晶表示装置の断面図である。図６に示す液晶表示装置のVII-VII線断面図である。有機絶縁層の凹部を説明する平面図である。本発明の実施の形態の変形例２に係る液晶表示装置の断面図である。図９に示す液晶表示装置のＸ-Ｘ線断面図である。有機絶縁層の凹部を説明する平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す分解斜視図である。液晶表示装置の一部は、液晶パネル１０である。液晶パネル１０の両面にはそれぞれ偏光板１２が配置されている。液晶表示装置はバックライト１４を有する。液晶パネル１０とバックライト１４の間に一方の偏光板１２が介在する。液晶パネル１０にはフレキシブル配線基板１６が取り付けられている。

図２は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図である。図３は、図２に示す液晶表示装置のIII-III線断面図である。

液晶表示装置は、液晶層１８を含む。液晶層１８の駆動方式は、本実施の形態ではIPS（In Plane Switching）方式であるが、本発明は、TN（Twisted Nematic）方式又はVA（Vertical Alignment）方式など他の方式にも適用することができる。

液晶表示装置は、液晶層１８を挟む第１配向膜２０及び第２配向膜２２を有する。第１配向膜２０及び第２配向膜２２は、それぞれ、液状の樹脂（例えばポリイミド樹脂）の塗布により樹脂膜を形成し、これをラビングして形成する。

液晶表示装置は、第１積層体２４及び第２積層体２６を有する。第１積層体２４及び第２積層体２６は、第１配向膜２０及び第２配向膜２２（両者間に液晶層１８が介在する）を挟む。

第１積層体２４は、第１基板２８（ガラス基板又はプラスチック基板）を有する。第１基板２８は、図示しないブラックマトリクス（遮光膜）及び複数色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三色）の着色層を含むカラーフィルタ基板（対向基板とも呼ばれる）である。１画素は、複数色の着色層からなる複数のサブ画素を含む。なお、着色層は、図示しないオーバーコート層で覆われている。

第１積層体２４は、スペーサ３０（例えば柱状スペーサ）を含む。スペーサ３０は、第１基板２８の液晶層１８を向く面（例えば、図示しない着色層を覆うオーバーコート層の表面）に配置されている。スペーサ３０は、図示しない着色層のそれぞれに対向するように配置してもよいが、一色（例えば青）の着色層のみに対向するように配置してもよい。スペーサ３０は、樹脂によって形成することができ、その形成プロセスにはフォトリソグラフィを適用することができる。

図２及び図３に示すスペーサ３０は、第１基板２８と第１配向膜２０の間に配置されており、第１配向膜２０が、スペーサ３０下でスペーサ３０の表面形状に沿って凸状になっているが、第１配向膜２０は、スペーサ３０下では残存していない場合もある。

第２積層体２６は、第２基板３２（ガラス基板又はプラスチック基板）を有する。第２積層体２６は回路層３４を含む。図４は、回路層３４の一部拡大断面図である。回路層３４は、第２基板３２の液晶層１８を向く面に形成された薄膜トランジスタ３６を含む。詳しくは、回路層３４は、ゲート電極３８と、ゲート電極３８を覆うゲート絶縁膜４０（例えばＳｉＯ_２）と、ゲート絶縁膜４０上の半導体層４２（例えばアモルファスシリコン）と、相互に間隔をあけて配置されたソース電極４４及びドレイン電極４６と、無機パッシベーション膜４８（例えばＳｉＯ_２）と、を含む。ソース電極４４又はドレイン電極４６には、コンタクト５０が接続されている。

第２積層体２６は、樹脂からなる有機絶縁層５２を含む。本願明細書で、「有機絶縁層」とは、有機材料からなる複数の層がある場合には、第２配向膜２２と第２基板３２の間で最も第２配向膜２２に近い層を指す。有機絶縁層５２の液晶層１８を向く面には凹部５４が形成されている。

図５は、有機絶縁層２の凹部５４を説明する平面図である。なお、図２に示す有機絶縁層５２は、図５の有機絶縁層５２のII-II線断面を表し、図３に示す有機絶縁層５２は、図５の有機絶縁層５２のIII-III線断面を表している。

有機絶縁層５２の凹部５４は、リング状に形成されている。凹部５４は、第１領域５６を囲むように形成されている。凹部５４の底面は、第１領域５６よりも低くなっており、第１領域５６を挟む一対の第２領域５８を含む。

凹部５４を形成する工程は、いわゆるハーフトーン露光を用いて形成すればフォト工程数を少なくできるので望ましい。ハーフトーン露光を用いて凹部５４を形成する具体的な工程は、多階調フォトマスクを使用したフォトリソグラフィ工程を含む。多階調フォトマスクでは、透光領域と、遮光領域と、露光の解像限界を超えた微細パターン領域と、を有するグレイトーンマスクや、微細パターン領域の代わりに光の半透過領域を有するハーフトーンマスクを使用する。多階調フォトマスクを使用して、ハーフトーン露光を行う。露光後、フォトレジストの現像などを行うことで、凹部５４を有する有機絶縁層５２を形成することができる。露光後のプロセスは、フォトリソグラフィについての周知の内容が該当する。

本実施の形態では、有機絶縁層５２上に無機絶縁膜６０を形成してあるが、これは画素の構造によっては省略してもよい。無機絶縁膜６０は、有機絶縁層５２の凹部５４が形成された面の表面形状に対応する表面形状になっている。

第２積層体２６は、配線６２を含む。図２及び図３に示す配線６２は、第２配向膜２２と有機絶縁層５２との間に配置されているが、スペーサ３０下では、配線６２上に第２配向膜２２が残存していない場合もある。配線６２は、有機絶縁層５２の凹部５４が形成された面の表面形状に対応する形状を有する。配線６２は、凹部５４を交差する（図５参照）。詳しくは、配線６２は、第１領域５６及び一対の第２領域５８の上方を通り、一対の第２領域５８から立ち上がる凸部６４を有する（図３参照）。

別の見方をすれば、一対の第２領域５８が、配線６２と交差する平面形状となっている。

第２積層体２６は、液晶層１８を駆動するための電極６６（例えば、IPS方式での複数の画素電極６８に対向する共通電極）を含む。電極６６は、第２配向膜２２と有機絶縁層５２の間に配置されている。電極６６は、配線６２に電気的に接続されている。配線６２は、電極６６と有機絶縁層５２の間に配置されている。

尚、本実施例では、ＩＰＳ方式の画素構造の一例として、面状の画素電極６８に無機絶縁膜６０を介して線状部分を有する対向電極（電極６６）が重畳する構造のものを示している。画素電極６８は各画素ごとに独立しており、コンタクト５０によって薄膜トランジスタ３６（図４参照）に接続され、映像信号が供給される。対向電極（電極６６）は、複数の画素に対して共通に形成されており、配線６２を介して対向電圧（基準電圧）が供給される。配線６２は、電極６６よりも低抵抗の材料が用いられており、複数の画素を横切るように延在している。尚、図５では、配線６２は、図示しない走査信号線とほぼ平行な方向に延在しており、図示しない映像信号線と交差する方向に延在している。

スペーサ３０が、配線６２の凸部６４に対向する。スペーサ３０の配線６２に対向する面は、配線６２の凸部６４の上端面よりも大きい。配線６２の凸部６４の上端面は、スペーサ３０の配線６２に対向する面の内側に含まれる大きさである。スペーサ３０の配線６２に対向する面は、第１領域５６の、一対の第２領域５８間方向の幅よりも大きい。こうすることで、第１配向膜２０及び第２配向膜２２の接触面積を小さくすることができ、第１配向膜２０又は第２配向膜２２の剥離面積および剥離量を小さくすることができる。

図２及び図３に示す例では、電極６６の、配線６２上に位置する部分上に第２配向膜２２が残存しているが、これが残存していない場合もある。言い換えると、スペーサ３０と配線６２に挟まれるように第２配向膜２２が残存している場合と、残存しない場合がある。さらに、スペーサ３０と配線６２に挟まれるように、第１配向膜２０及び第２配向膜２２が残存している場合は、両者が接触している。また、スペーサ３０は、第１積層体２４及び第２積層体２６の間で、両者が接近する方向に、圧縮されている。

本実施の形態によれば、第２配向膜２２を樹脂の塗布によって形成するときに、有機絶縁層５２の凹部５４に対応して（例えば無機絶縁膜６０の窪みに）、樹脂を流動させることができるので、図２、図３に示すように、スペーサ３０と対向する領域において、第２配向膜２２を薄く形成することができ、第２配向膜２２の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることができる。

特に、配線６２と凹部５４との両方を用いることにより、何れか一方のみを用いる場合に比べて段差を大きくすることができるので、スペーサ３０と対向する領域において、第２配向膜２２をより薄く形成することができる。

図３に示すように、配線６２を横切るように形成された一対の凹部５４によって第１領域５６の前後で配線６２が窪むことになるので、第１領域５６では配線６２の上の第２配向膜２２が孤立することになるので、窪み部分に配向膜材料が流動するとともに、他の部分から配向膜材料が供給されることがないので、スペーサ３０に対向する領域において、第２配向膜２２を薄くすることができる。

また、図２、図３、図５に示すように、凹部５４が第１領域５６を囲む形状となっているので、第１領域５６に残存する第２配向膜２２の量をより少なくできる。

なお、本実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法は、上述した液晶表装置の説明から自明の内容を含む。

（変形例１）
図６は、本発明の実施の形態の変形例１に係る液晶表示装置の断面図である。図７は、図６に示す液晶表示装置のVII-VII線断面図である。図８は、有機絶縁層の凹部を説明する平面図である。なお、図６に示す有機絶縁層は、図８の有機絶縁層のVI-VI線断面を表し、図７に示す有機絶縁層は、図８の有機絶縁層のVII-VII線断面を表している。

本変形例では、有機絶縁層１５２に、互いに分離した一対の凹部１５４が、第１領域１５６を挟むように形成されている。配線１６２は、一対の凹部１５４を交差する。詳しくは、配線１６２は、第１領域１５６及び一対の第２領域１５８の上方を通り、一対の第２領域１５８から立ち上がる凸部１６４を有する。

本変形例でも、図７に示すように、一対の凹部１５４の形成によって、それらに挟まれた第１領域１５６における配線１６２の上の第２配向膜１２２を薄く形成することができ、第２配向膜１２２の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることができる。その他の構成については、上記実施の形態で説明した内容が該当する。

（変形例２）
図９は、本発明の実施の形態の変形例２に係る液晶表示装置の断面図である。図１０は、図９に示す液晶表示装置のＸ-Ｘ線断面図である。図１１は、有機絶縁層の凹部を説明する平面図である。なお、図９に示す有機絶縁層は、図１１の有機絶縁層のIX-IX線断面を表し、図１０に示す有機絶縁層は、図１１の有機絶縁層のＸ-Ｘ線断面を表している。

本変形例では、有機絶縁層２５２の、液晶層２１８を向く面には、凸条部２６８（レール状の部分）が形成されている。凸条部２６８の上端面が第１領域２５６である。凸条部２６８を挟む領域が第２領域２５８であり、第２領域２５８を底面とする凹部２５４が有機絶縁層２５２に形成されている。つまり、有機絶縁層２５２に、一対の凹部２５４が、第１領域２５６を挟むように形成されている。配線２６２は、一対の凹部２５４を交差する。詳しくは、配線２６２は、第１領域２５６及び一対の第２領域２５８の上方を通り、一対の第２領域２５８から立ち上がる凸部２６４を有する。

本変形例でも、図１０に示すように、一対の凹部２５４の形成によって、それらに挟まれた第１領域２５６における配線２６０上の第２配向膜２２２を薄く形成することができ、第２配向膜２２２の剥離量を微小輝点が問題にならない程度に少なくすることができる。その他の構成については、上記実施の形態で説明した内容が該当する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施の形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０液晶パネル、１２偏光板、１４バックライト、１６フレキシブル配線基板、１８液晶層、２０第１配向膜、２２第２配向膜、２４第１積層体、２６第２積層体、２８第１基板、３０スペーサ、３２第２基板、３４回路層、３６薄膜トランジスタ、３８ゲート電極、４０ゲート絶縁膜、４２半導体層、４４ソース電極、４６ドレイン電極、４８無機パッシベーション膜、５０コンタクト、５２有機絶縁層、５４凹部、５６第１領域、５８第２領域、６０無機絶縁膜、６２配線、６４凸部、６６電極、６８画素電極、１２２第２配向膜、１５４凹部、１５６第１領域、１５８第２領域、１６２配線、１６４凸部、２１８液晶層、２２２第２配向膜、２５２有機絶縁層、２５４凹部、２５６第１領域、２５８第２領域、２６２配線、２６４凸部、２６８凸条部。

Claims

液晶層と、
前記液晶層を挟む一対の配向膜と、
前記液晶層及び前記一対の配向膜を挟む、第１積層体及び第２積層体と、
を有し、
前記第１積層体は、第１基板と、前記第１基板の前記液晶層を向く面に配置されたスペーサと、を含み、
前記第２積層体は、第２基板と、前記第２基板の前記液晶層を向く面に形成された薄膜トランジスタを含む回路層と、前記液晶層を駆動するための電極と、前記電極に電気的に接続された配線と、前記回路層と前記配線との間に配置された１層又は複数層の有機絶縁層と、を含み、
前記１層の又は最も前記配線に近い前記有機絶縁層の、前記液晶層を向く面には、第１領域を挟んで前記第１領域よりも低い一対の第２領域が形成されるように、前記一対の第２領域を底面の一部とする凹部が形成され、
前記配線は、前記第１領域及び前記一対の第２領域の上方を通ることで、前記一対の第２領域から立ち上がる凸部を有し、
前記スペーサは、前記配線の前記凸部に対向することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載された液晶表示装置において、
前記スペーサの前記配線に対向する面は、前記配線の前記凸部の上端面よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は２に記載された液晶表示装置において、
前記スペーサの前記配線に対向する面は、前記第１領域の、前記一対の第２領域間方向の幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、
前記配線に電気的に接続された前記電極は、複数の画素電極に対向する共通電極であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、
前記凹部は、前記第１領域を囲むように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、
互いに分離した一対の前記凹部が、前記第１領域を挟むように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載された液晶表示装置において、
前記１層の又は最も前記配線に近い前記有機絶縁層の、前記液晶層を向く前記面には、凸条部が形成され、前記凸条部の上端面が前記第１領域であることを特徴とする液晶表示装置。