JP2010231035A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
TFT基板にカラーフィルタ等の有機膜を設け、その上側に台座を形成する場合でも、TFT基板と対向基板との間隔を適正に維持することが可能な液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】
TFT基板と、対向基板と、該TFT基板と該対向基板との間に液晶LCが挟持された液晶表示装置において、該対向基板には、該TFT基板側に突出した支柱SOCが形成され、該TFT基板上には、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタを被覆する絶縁膜PAS1と、該絶縁膜上に配置された有機膜(カラーフィルタCF(G),CF(R))と、該有機膜の一部には共通電極を構成する透明電極CITOとが形成され、該透明電極の少なくとも一部には、共通電極補助線CRMを構成する金属膜とを有し、該透明電極上に配置された該金属膜の一部が、該支柱SOCに対応する台座PEDを形成していることを特徴とする。
【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おいて、支柱方式によってTFT基板と対向基板とを所定間隔に保持する液晶表示装置及びその製造方法に関する。
液晶表示装置では画素電極や薄膜トランジスタ(TFT)が形成されたTFT基板とカラーフィルタ等が形成された対向基板との間に液晶を充填し、この液晶の分子を電界によって制御することによって画像を形成する。TFT基板と対向基板の間の間隔(セルギャップ)は数ミクロンと非常に小さい。TFT基板と対向基板の間の間隔を適切に設定することは、液晶による光の透過を制御するためには極めて重要である。
TFT基板と対向基板の間隔を規定する例として、ビーズ等を分散する方法がある。しかし、ビーズを分散させると、画素電極が形成された領域にまで、ビーズが分散されることになり、この部分において光が散乱されてコントラストが低下するという問題があった。
一方、従来の液晶の充填方法は、TFT基板と対向基板との間をシールし、シールの一部に開口を設け、そこから液晶を注入する方法、およびTFT基板上に液晶を必要量滴下し、その後対向基板をシールして液晶を封止する方法などが開発されている。何れの場合においても、ビーズを分散させる場合は、液晶を滴下する際に、ビーズが移動し、ビーズの多い場所と少ない場所が生ずる。また、ビーズはバックライトの光が透過する画素領域内にも分散され、開口率が低下し、開口率低下の原因となり得る。
以上のようなビーズを利用する例の他に、TFT基板と対向基板との間隔を規定する方法として、対向基板上に有機膜による支柱(支柱)を形成する方法(支柱方式)がある。支柱は、一般的には、画素電極が存在していない部分すなわち、バックライトからの光が透過しない部分に設置する。したがって、支柱の存在によって、輝度(開口率)を低下させることはない。また、支柱は対向基板に固定されているために、液晶を滴下した場合も移動することは無い。したがって、支柱によって間隔を維持する方法は液晶を滴下する方式(液晶滴下封入方式)にも好適である。
他方、TFT基板上にカラーフィルタを形成するカラーフィルタオンアレイ(Color filter On Array,COA)型の液晶表示装置がある。このような例として、特許文献1がある。
COA型の液晶表示装置において支柱方式を採用する場合は、ブラックマトリクスを形成した対向基板の表面に支柱を設け、カラーフィルタを形成したTFT基板に支柱を当接させることになる。この際、対向基板とTFT基板との間隔をより適正に維持すると共に、支柱がTFT基板表面を滑らないようにするため、TFT基板には支柱と接触する台座が形成されている。
特開2002−296615号公報
TFT基板に形成する台座は、通常、金属膜や半導体層が利用されているが、表示ムラなどの画質劣化が発生するのを抑制するためには、台座の面積を小さくすることが好ましい。このため、台座の面積を小さくすると、TFT基板上にカラーフィルタを設け、その上側に台座を形成していることから、支柱に台座が押され、カラーフィルタが窪み、台座の位置が沈む現象が発生することとなる。これにより、TFT基板と対向基板との間隔を適正に維持することが困難となる。
これは、カラーフィルタが顔料を含む樹脂で構成され、台座の金属膜に比較して柔らかいことが原因であり、このような現象は、COA型の液晶表示装置に限らずTFT基板上に有機膜を形成し、その上に台座を設ける場合には、常に発生する問題でもある。
本発明が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決し、TFT基板にカラーフィルタ等の有機膜を設け、その上側に台座を形成する場合でも、TFT基板と対向基板との間隔を適正に維持することが可能な液晶表示装置を提供することである。
本発明は、上述した課題を解決するため、台座を構成する金属膜の下側に透明電極を配置することで、台座に加わる圧力を分散させ、有機膜上でも台座の位置が沈まないように構成することを特徴とする。具体的な手段は、次のとおりである。
(1) TFT基板と、対向基板と、該TFT基板と該対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置において、該対向基板には、該TFT基板側に突出した支柱が形成され、該TFT基板上には、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタを被覆する絶縁膜と、該絶縁膜上に配置された有機膜と、該有機膜の一部には共通電極を構成する透明電極とが形成され、該透明電極の少なくとも一部には、共通電極補助線を構成する金属膜とを有し、該透明電極上に配置された該金属膜の一部が、該支柱に対応する台座を形成していることを特徴とする。
(2) 上記(1)に記載の液晶表示装置において、該有機膜はカラーフィルタであることを特徴とする。
(3) 上記(1)に記載の液晶表示装置において、該対向基板上には、ブラックマトリクスが形成され、該支柱は、該ブラックマトリクスの形成領域内に含まれるよう配置されていることを特徴とする。
(4) 上記(1)に記載の液晶表示装置において、該TFT基板にはゲート信号線が形成され、該共通電極補助線が該ゲート信号線に沿って配置され、該台座は、該共通電極補助線に設けられた開口部の内部に島状に配置される該金属膜であることを特徴とする。
(5) 上記(1)に記載の液晶表示装置において、該TFT基板にはゲート信号線が形成され、該ゲート信号線の形成領域内に含まれるように該薄膜トランジスタのソース電極が設けられ、画素電極を構成する透明電極の一部が、該共通電極を構成する透明電極と該有機膜及び該絶縁膜を貫通するスルーホールを介して、該ソース電極に接続されることを特徴とする。
本発明は、上記(1)のように、TFT基板上には、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタを被覆する絶縁膜と、該絶縁膜上に配置された有機膜と、該有機膜の一部には共通電極を構成する透明電極とが形成され、該透明電極の少なくとも一部には、共通電極補助線を構成する金属膜とを有し、該透明電極上に配置された該金属膜の一部が、該支柱に対応する台座を形成しているため、金属膜で形成される台座の下側に透明電極が配置されるため、支柱により台座に加わる圧力が分散され、該有機膜への台座の沈み込みを抑制することができる。このため、対向基板とTFT基板との間隔を常に適正に維持することができる。
しかも、台座を共通電極補助線を構成する金属膜を利用し、また、台座の下側に配置される透明電極も共通電極を構成する透明電極を利用するため、液晶表示装置の製造工程を複雑化させることなく、通常の製造工程に台座等に係るマスクパターンを調整するだけで、本発明を容易に実現することが可能となる。
上記(2)のように、有機膜はカラーフィルタであるため、COA型の液晶表示装置にも本発明を好適に適用することが可能となる。
上記(3)のように、対向基板上には、ブラックマトリクスが形成され、支柱は、該ブラックマトリクスの形成領域内に含まれるよう配置されているため、支柱の存在により画質が劣化することも無い。
上記(4)のように、TFT基板にはゲート信号線が形成され、共通電極補助線が該ゲート信号線に沿って配置され、該台座は、該共通電極補助線に設けられた開口部の内部に島状に配置される該金属膜であるため、台座を構成する金属膜はバックライトからの光を反射し易く、画質に影響を与える可能性が高いが、ゲート信号線により台座に当る光が遮光されるため、画質の劣化を抑制することが可能となる。また、ゲート信号線が占める面積の範囲で台座の面積を大きくできるため、有機膜により沈み込み難い台座を提供することができる。
上記(5)のように、TFT基板にはゲート信号線が形成され、該ゲート信号線の形成領域内に含まれるように該薄膜トランジスタのソース電極が設けられ、画素電極を構成する透明電極の一部が、該共通電極を構成する透明電極と該有機膜及び該絶縁膜を貫通するスルーホールを介して、該ソース電極に接続されるため、ゲート信号線が占める面積の範囲でスルーホールを大きくでき、高開口率化により画素電極とソース電極との導通に係る抵抗を下げると共に、両者の確実な導通を実現することができる。
カラーフィルタ及びブラックマトリクスに対する支柱の配置を説明する図である。 本発明の液晶表示装置に係る第1の実施例に用いられるTFT基板の一部を示す平面図である。 図2の矢印A−A’における断面図である。 本発明の液晶表示装置に係る第1の実施例に用いられる共通電極、共通電極補助線の形状を説明する図である。 本発明の液晶表示装置に係る第2の実施例に用いられるTFT基板の一部を示す平面図である。 図5の矢印A−A’における断面図である。 本発明の液晶表示装置に係る第2の実施例に用いられる共通電極、共通電極補助線の形状を説明する図である。 本発明に係る液晶表示装置の全体を示す概略図である。 本発明に係る液晶表示装置に用いられる液晶表示パネルの全体を示す概略図である。
本発明に係る液晶表示装置について、詳細に説明する。
図7は、本発明が適用される液晶表示装置の概略構成図である。観察者側から、液晶表示パネルPA、光学シートOS、およびバックライトBLが順次配置されている。
液晶表示パネルPAは、一対の平行配置された、例えばガラスからなる基板SUB1、SUB2を有し、これら各基板SUB1、SUB2の間に液晶が封入されている。
基板SUB1、SUB2の液晶側の面には、マトリクス状に配置された画素(図2又は図5参照)が形成され、これら画素ごとに液晶の光透過率を制御できるようになっている。
そして、これら各画素が形成された領域を画像表示領域AR(図中一点鎖線で囲まれた領域)とし、バックライトBLからの光を画像表示領域ARの全域にわたって照射し、各画素を透過する光を通して観察者に映像を認識させるようになっている。
観察者側から見て後方に配置された基板SUB1は、たとえばその図中左側辺および上側辺において基板SUB2から露出された部分を有し、これらの部分において、複数のドライバ基板SCDh、SCDvが接続されるようになっている。これらドライバ基板SCDh、SCDvは、いわゆるTAB(Tape Automated Bonding)と呼ばれるTCP(Tape Carrier Package)やCOF(Chip on Film)などによって形成され、配線が形成されたフレキシブル基板FBの上面に半導体チップCHが搭載されて構成される。
これら各ドライバ基板SCDh、SCDvは各画素を独立に駆動させる回路であり、たとえば図中y方向に並設されるドライバ基板SCDvは走査信号駆動回路であり、図中x方向に並設されるドライバ基板SCDhは映像信号駆動回路である。
映像信号駆動回路である複数のドライバ基板SCDhには、基板SUB1と接続された辺と対向する他の辺においてプリント基板PCBが接続され、プリント基板PCBを通して外部入力信号が入力される。
なお、走査信号駆動回路である複数のドライバ基板SCDvは、その外部入力信号が基板SUB1の表面に形成された配線(不図示)を通して入力されるため、プリント基板PCBに相当する基板は備えられていない。
このように構成された液晶表示パネルPAの背面には、たとえばプリズムシートおよび拡散板等の積層体からなる光学シート手段(光学部材)OSを介してバックライトBLが配置されている。光学部材OSはバックライトBLからの光を拡散、集光させたりして液晶表示パネルPA側へ導くようになっている。
図8では、バックライトBLは、いわゆる直下型と称され、箱状の筐体(フレーム部材DFR)内に、線状光源である複数の蛍光管FLを並設させた構成となっている。これ以外に、発光ダイオードなどの点状光源を面状に配置するバックライトも採用可能である。
次に、図9を用いて、基板SUB1に形成される電極及び配線について説明する。基板SUB1は、基板SUB2と比較して、その面積が大きく形成され、たとえば図中左側辺部および上側辺部において、前記基板SUB2から露出された領域を有する。
基板SUB1の左側辺部の領域には、複数のドライバ基板SCDv(走査信号駆動回路)が並設され、基板SUB1の上側辺部の領域には、複数のドライバ基板SCDh(映像信号駆動回路)が並設されている。ドライバ基板SCDvは走査信号駆動回路を構成し、ゲート信号線GLに接続され、ドライバ基板SCDhは映像信号駆動回路を構成し、ドレイン信号線DLに接続されている。
基板SUB1の液晶側の面であって液晶表示領域AR内には、図中x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線GLが、また、図y方向に延在しx方向に並設されるドレイン信号線DLが形成されている。
隣接する一対のゲート信号線GLと隣接する一対のドレイン信号線DLで囲まれる矩形状の領域は画素が形成される領域を構成し、これにより、各画素は液晶表示領域AR内においてマトリクス状に配置されるようになる。
前記各ゲート信号線GLは、その左側端部がシール材SEを越えて液晶表示領域ARの外側にまで延在され、近接するドライバ基板SCDvの出力端子に接続され、該ドライバ基板SCDvによって走査信号(電圧)が供給されるようになっている。
前記各ドレイン信号線DLは、その上側端部がシール材SLを越えて液晶表示領域ARの外側にまで延在され、近接するドライバ基板SCDhの出力端子に接続され、該ドライバ基板SCDhによって映像信号(電圧)が供給されるようになっている。
前記画素は、たとえば図中丸枠Pの拡大図である丸枠P'に示すように、ゲート信号線GLからの走査信号(電圧)によってオンされる薄膜トランジスタTFTと、このオンされた薄膜トランジスタTFTを介してドレイン信号線DLからの映像信号(電圧)が供給される画素電極PXと、一定の基準信号(電圧)が印加されて、前記画素電極PXとの間の電位差によって電界を生じせしめる共通電極CTが備えられている。より具体的な例は、図2又は図7で説明する。
画素電極PXと共通電極CTはともに同じ基板SUB1に形成されており、前記電界は基板SUB1の表面と平行な電界成分を一部に含むもので、このような電界によって液晶の分子を挙動(駆動)させるものを横電界(In-Plane-Switching)方式と称されている。
なお、本発明の前記共通電極CTは、複数の画素の渡って平面的に形成されており、更に、低抵抗化を狙って共通電極補助線CRMが積層されている。また、共通電極補助線CRMは前記シール材SEを越えて延在され、基板SUB1面に形成されたコモン電圧端子CTMに接続されている。
図1は、カラーフィルタ及びブラックマトリクスに対する支柱の配置を説明する図である。ブラックマトリクスBMは対向基板SUB2に形成され、カラーフィルタ(赤のカラーフィルタCF(R),緑のカラーフィルタCF(G),青のカラーフィルタCF(B))は、TFT基板SUB1に形成されている。
図1に示すように、対向基板SUB2とTFT基板SUB1との間隔を規定する支柱SOCは、ブラックマトリクスBMの形成領域内に含まれるよう配置され、支柱の存在により画質が劣化することが無いように配慮されている。また、カラーフィルタの上側には、共通電極を構成する透明電極(不図示)が配置され、その上に、共通電極に電圧を印加する際の電気抵抗を低下させるため、共通電極補助線CRMが配線されている。
次に、図2乃至4を用いて、本発明の液晶表示装置に係る第1の実施例について説明する。図2は、TFT基板の一部を示す平面図であり、図3は、図2の矢印A−A’における断面図である。
図3に示すように、支柱SOCは、不図示の対向基板SUB2の表面に配置されたブラックマトリクスBMと該ブラックマトリクスを覆う平坦化層OCの表面に、TFT基板に対向するように設けられる。平坦化層OCの表面には、液晶LCの配向を制御するための配向膜(不図示)が設けられている。
支柱SOCの製造方法は、平坦化層OCの上面に感光性樹脂を塗布し、加熱乾燥させた後、支柱の形成位置に対応する部位に透光部を有するマスクパターンで露光し、感光性樹脂を現像して非露光部を除去して支柱パターンを形成し、焼成し硬化させることにより、支柱を形成できる。
支柱SOCと当接するTFT基板側には、金属膜で構成される台座PEDが設けられている。TFT基板の構成について、詳細に説明する。基板SUB1(不図示)の表面に、ゲート信号線GLが形成され、ゲート信号線GLを覆うゲート絶縁膜GIが配置されている。その上に、薄膜トランジスタを構成するアモルファスシリコンの半導体膜a−Siが設けられ、半導体膜a−Siの上面には、ソース電極SOが、また、半導体膜a−Siやゲート絶縁膜GI上には、ドレイン信号線DLが形成される。薄膜トランジスタやドレイン信号線DLを覆う保護膜として、SiNなどの絶縁膜PAS1が配置されている。
絶縁膜PAS1の上には、各画素に応じてカラーフィルタ(CF(R),CF(G)など)が配置され、該カラーフィルタの上面には共通電極CTを構成する透明電極CITOが配置される。透明電極としてはITOなどが好適に利用される。共通電極CTは、ゲート信号線GLやドレイン信号線DLで定義される複数の画素領域に跨って、重畳されており、基本的には画素電極PXのみならず、ゲート信号線GLやドレイン信号線DLにも重畳されている。また、共通電極CTを構成する透明電極は電気抵抗が高いため、電圧を印加する際の電気抵抗を低減するために、金属膜で構成される共通電極補助線CRMが透明電極CITO上に設けられている。
本発明の液晶表示装置においては、台座PEDとして、共通電極補助線CRMに用いられる金属膜を利用し、台座PEDの下側には、共通電極に利用される透明電極CITOを配置する。この構成により、図3に示すように、支柱SOCにより台座PEDに押圧力が加わっても、台座PEDの下の透明電極CITOによりその圧力が分散されるため、カラーフィルタCF(G)などを構成する有機膜が窪むことが抑制される。これにより、台座がカラーフィルタCF(G)に沈み込まず、対向基板とTFT基板との間隔を常に適正に維持することができる。
台座PEDは、共通電極補助線CRMを形成する際に同時に形成でき、また、台座の下側に配置される透明電極も共通電極CTを構成する透明電極CITOを形成する際に同時に形成することが可能である。このため、本発明を実施する際に、液晶表示装置の製造工程を複雑化させることもない。
共通電極CTや共通電極補助線CRMを保護するため、SiNなどの絶縁膜PAS2が配置され、その上に、図2に示すような複数の開口部を有する画素電極PXが、透明電極SITOを用いて形成される。さらに、TFT基板の液晶に接する表面には、液晶の配向方向を制御するための配向膜(不図示)が設けられている。
図3に示すように、画素電極PXを構成する透明電極SITOは、薄膜トランジスタのソース電極SOにスルーホールTHを介して接続されている。絶縁膜PAS2、共通電極CT、カラーフィルタCF,絶縁膜PAS1は、このスルーホールTHの周辺に開口部を有する。
図4に、ゲート信号線GL周辺の共通電極CTの様子を示す。(薄膜トランジスタTFTのソース電極やドレイン電極の図示は省略している。)
本発明の共通電極CTは、複数の画素領域に跨って、表示領域全面に平面上に広がる構成となっているが、図4で示されたように、スルーホールTHに重畳する部分には開口部を有している。また、低抵抗化を実現するため、ゲート信号線GLやドレイン信号線DLに重畳する位置に、金属膜からなる共通電極補助線CRMを形成している。
図5乃至図7により、本発明の液晶表示装置に係る第2の実施例について説明する。
図5は、図2と同様に、TFT基板の一部を示す平面図である。図6は、図5の矢印A−A’における断面図である。図7は、図4と同様に、ゲート信号線GL周辺の共通電極CTの様子を示す図である。
第2の実施例の特徴は、図5,7に示すように、TFT基板SUB1に形成されるゲート信号線GLに沿って配置される共通電極補助線CRMの幅を、ゲート信号GLの幅に近い大きさまで太くしていることである。そして、台座PEDは、共通電極補助線CRMに設けられた開口部の内部に島状に配置していることである。また、共通電極補助線CRMは、スルーホールTHの部分にも開口部を有する。共通電極補助線CRMの幅が広がった分、共通電極CTと共通電極補助線CRMの電気抵抗をより低抵抗化することが可能となる。
また、台座PEDを構成する金属膜はバックライトからの光を反射し易く、画質に影響を与える可能性が高いが、ゲート信号線GLにより台座PEDに当る光が遮光されるため、画質の劣化を抑制することが可能となる。しかも、ゲート信号線GLが占める面積の範囲で台座PEDの面積を大きくできるため、カラーフィルタCF(G)などの有機膜、台座が沈み込み難くなる。
それ以外の構成については、上述した第1の実施例と同じであり、図5乃至図7に付した符号も、図2乃至図4に付した符号と同様の意味を有する。
以上のように、本発明によれば、TFT基板にカラーフィルタ等の有機膜を設け、その上側に台座を形成する場合でも、TFT基板と対向基板との間隔を適正に維持することが可能な液晶表示装置を提供することが可能となる。
AR 画像表示領域
BL バックライト
BM ブラックマトリクス
CITO 透明電極(共通電極)
CF(B) カラーフィルタ(青)
CF(G) カラーフィルタ(緑)
CF(R) カラーフィルタ(赤)
CRM 共通電極補助線
CT 共通電極
CTM コモン電圧端子
DFR フレーム部材
DL ドレイン信号線
FL 蛍光管
GI ゲート絶縁膜
GL ゲート信号線
LQ 液晶
OC 平坦化層
OF 配向膜
OS 光学シート
PA 液晶表示パネル
PAS1,PAS2 絶縁膜(保護膜)
PED 台座
PX 画素電極
SE シール材
SITO 透明電極(画素電極)
SOC 支柱
SO ソース電極
SUB1 TFT基板
SUB2 対向基板
a−Si 半導体膜(アモルファスシリコン)
TFT 薄膜トランジスタ

Claims (5)

  1. TFT基板と、対向基板と、該TFT基板と該対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置において、
    該対向基板には、該TFT基板側に突出した支柱が形成され、
    該TFT基板上には、薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタを被覆する絶縁膜と、該絶縁膜上に配置された有機膜と、該有機膜の一部には共通電極を構成する透明電極とが形成され、
    該透明電極の少なくとも一部には、共通電極補助線を構成する金属膜とを有し、
    該透明電極上に配置された該金属膜の一部が、該支柱に対応する台座を形成していることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1に記載の液晶表示装置において、該有機膜はカラーフィルタであることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1に記載の液晶表示装置において、該対向基板上には、ブラックマトリクスが形成され、該支柱は、該ブラックマトリクスの形成領域内に含まれるよう配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1に記載の液晶表示装置において、該TFT基板にはゲート信号線が形成され、該共通電極補助線が該ゲート信号線に沿って配置され、該台座は、該共通電極補助線に設けられた開口部の内部に島状に配置される該金属膜であることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1に記載の液晶表示装置において、該TFT基板にはゲート信号線が形成され、該ゲート信号線の形成領域内に含まれるように該薄膜トランジスタのソース電極が設けられ、画素電極を構成する透明電極の一部が、該共通電極を構成する透明電極と該有機膜及び該絶縁膜を貫通するスルーホールを介して、該ソース電極に接続されることを特徴とする液晶表示装置。
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