JP2012226249A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、透過率を向上させ、画面の輝度を向上させる。
【解決手段】有機パッシベーション膜１０６の上に平面ベタで対向電極１０７が形成され、その上に、層間絶縁膜１０８を挟んでスリットを有する画素電極１０９が形成され、その上に光配向によって配向制御された配向膜１１０が形成されている。有機パッシベーション膜１０６に形成されたコンタクトホール１１１を介してＴＦＴのソース電極１０４と画素電極１０９が接続している。コンタクトホール１１１内の配向膜１１０に対して光配向を行うことによって、コンタクトホール１１１内も画像形成のための透過領域とすることによって、透過率を向上させ、画面の輝度を向上させることが出来る。
【選択図】図２

Description

本発明は，液晶表示装置に係り，特に配向膜に光の照射で配向制御能を付与し、かつ、画素内の透過率を向上させることによって輝度を向上させた液晶表示パネルに関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、ＴＶ等の大型表示装置から、携帯電話やＤＳＣ（Digital Still Camera）等、色々な分野で用途が広がっている。一方、液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳにも種々の方式があるが、平面ベタで形成した対向電極あるいは画素電極の上に、層間絶縁膜を介してスリットを有する画素電極あるいは対向電極を形成し、スリットを通過する電気力線によって液晶分子を回転さる方式が透過率を向上させることができるので、主流となっている。このような構成のＩＰＳにおいて、ドメインの発生を抑えて透過率を向上させる画素構造が「特許文献１」に記載されている。

特開２０１０−８９９９号公報 特開２００９−４７８３９号公報

「特許文献１，２」の構成は、画素電極と対向電極の相互の形状を特定することによって、画素周辺での透過率を向上させるものである。一方、画素電極はＴＦＴのソース電極とコンタクトホールを介して接続する必要がある。ＴＦＴの上には、表面を平坦にするために有機パッシベーション膜が形成されている。ソース電極と画素電極のコンタクトをとるためには、有機パッシベーション膜にコンタクトホールを形成する必要がある。画素電極の断切れを防止するために、コンタクトホールのテーパ角は４５度以下にすることが望ましい。そうすると、コンタクトホールの上穴の径は、大きな面積になる。

画素電極の上には液晶分子を初期配向させるために配向膜が形成される。従来は、配向膜に配向特性を付与するためにラビング処理が行われていた。しかし、コンタクトホールは凹部になっているので、この部分の配向膜には良好なラビング配向処理を行うことが出来ず、液晶を配向制御することが出来ない。したがって、コンタクトホールの部分においては、液晶の配向乱れによる光漏れが生じコントラスト比の低下など画質を低下させることになる。これを防止するために、従来はコンタクトホール領域を覆うように遮光膜を形成していた。しかし、遮光膜は当然、画素の開口率を低下させ、したがって、透過率、画面輝度を低下させる。

本発明の課題は、このような、コンタクトホールにおける遮光膜の面積をできるだけ小さくし、画素の透過率を向上させ、画面輝度の高い液晶表示装置を実現することである。

本発明は上記課題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。すなわち、配向膜に対して光配向によって配向制御を行い、コンタクトホール内の内壁における配向膜も液晶分子を制御可能とさせる。つまり、光配向によれば、コンタクトホール内に形成された配向膜に対しても配向乱れを生じさせずに配向制御機能を付与すことが出来るからである。これによって、ソース電極の面積を大きくしてコンタクトホール部全体を遮光するという必要が無くなるので、透過率を向上させることが出来る。

この方式は、下側に対向電極を形成し、層間絶縁膜を挟んで上側にスリット有する画素電極を形成する構成のＩＰＳに対しても、下側に画素電極を形成し、層間絶縁膜を挟んで上側にスリット有する対向電極を形成する構成のＩＰＳに対しても適用することが出来る。

また、コンタクトホールの内部を画素形成のための透過領域とする本発明は、ＩＰＳに限らず、特殊な方式のＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置についても適用することが出来る。

本発明によれば、コンタクトホールの内壁部においても、配向膜に対して所定の配向特性を与えることが出来、コンタクトホールの内壁部を画像形成領域として使用することが出来るので、透過率、輝度の大きな液晶表示装置を実現することが出来る。

実施例１の画素部の平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 従来例の画素部の平面図である。 図３のＢ−Ｂ’断面図である。 実施例２の画素部の平面図である。 図５のＣ−Ｃ’断面図である。 従来例の画素部の平面図である。 図７のＤ−Ｄ’断面図である。 実施例３の画素部の平面図である。 図９のE−E’断面図である。 従来例の画素部の平面図である。 図１１のF−F’断面図である。 実施例４の画素部の平面図である。 図１３のG−G’断面図である。 特定の方式におけるＶＡ方式液晶表示装置の工程中の断面模式図である。 特定の方式におけるＶＡ方式液晶表示装置の図１５く工程における断面模式図である。 通常のＶＡ方式の液晶表示装置の断面図である。 本発明を適用したＶＡ方式の液晶表示装置の断面図である。 本発明を適用したVA方式の液晶表示装置の平面図である。

以下に本発明の内容を実施例によって、従来例と比較しながら説明する。

実施例１は、下側に平面ベタの対向電極１０７を配置し、層間絶縁膜１０８を介してスリット１２０を有する画素電極１０９を上側に配置した構成のＩＰＳについてである。図１は本実施例における画素の平面構成であり、図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。図１および図２において、配向膜１１０は光配向によって配向制御を行っている。図３は、同じ電極構成を有する従来例の画素の平面図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。図３および図４に示す従来例では、配向膜１１０はラビングによって配向制御を行っている。

本発明の特徴を説明するために、まず、従来構成である、図３および図４について説明する。図３において、縦方向に延在する映像信号線２０と横方向に延在する走査線１０とで囲まれた領域に画素領域が形成されている。走査線１０の上に画素電極１０９への映像信号の供給を制御するＴＦＴが形成されている。図３において、走査線１０がＴＦＴのゲート電極を兼ねており、走査線１０の上にａ−Ｓｉによる半導体層１０２が形成されている。半導体層１０２の上に、映像信号線２０から分岐したドレイン電極１０３が形成され、ドレイン電極１０３と対向してソース電極１０４が形成されている。ソース電極１０４は、画素領域に延在し、コンタクトホール１１１によって画素電極１０９と接続する。

図３において、ソース電極１０４は、コンタクトホール１１１において、遮光膜として働くために、画素領域において、８角形状となっており、大きな面積を占めている。コンタクトホール１１１は８角形状のソース電極１０４によって下から覆われており、バックライトからの光はコンタクトホール１１１には当たらない構成となっている。

図３において、画素領域では、下側に平面ベタで対向電極１０７が形成され、図３では図示しない層間絶縁膜を挟んで上側にスリット１２０を有する画素電極１０９が形成されている。画素電極１０９は、コンタクトホール１１１のコンタクト部１１３において、ソース電極１０４と接続している。図３において、対向電極１０７は、点線で示すように、ソース電極１０４よりも一回り大きな領域を避けて形成されている。すなわち、点線で囲まれた台形上の領域では、液晶の制御は行われない。

したがって、この部分は、図３では図示しない対向基板２００におけるブラックマトリクス２０１によってバックライトからの光は遮光される。つまり、図３に示す構成では、点線で示す台形の部分は、画像形成には寄与しないので、開口率を低下させ、延いては透過率、輝度を低下させることになる。図３において、画像形成に寄与する領域は、斜線で示した領域である。

図４は図３のＢ−Ｂ’断面図である。図４において、ＴＦＴ基板１００の上に、図示しないＴＦＴで使用される、ゲート絶縁膜１０１が形成され、その上にＴＦＴから延在してきたソース電極１０４が形成されている。この部分のソース電極１０４は、図３に示すように、幅が広くなっており、バックライトからの光を遮光する。ソース電極１０４を覆って、無機パッシベーション膜１０５が形成され、その上に平坦化膜を兼ねた有機パッシベーション膜１０６が形成されている。

有機パッシベーション膜１０６には画素電極１０９がソース電極１０４とのコンタクトをとるためのコンタクトホール１１１が形成されている。有機パッシベーション膜１０６に形成されたコンタクトホール１１１は画素電極１０９とソース電極１０４とをコンタクトさせるための下穴と、それよりも径の大きい上穴と、下穴と上穴を結ぶ内壁１１２が構成されている。画素電極１０９の段差部の断線を防止するために内壁１１２のテーパは大きくすることが出来ず、例えば、４５度以下である。したがって、有機パッシベーション膜１０６は２μｍ程度と厚いために、有機パッシベーション膜１０６に形成されたコンタクトホール１１１の上穴の径は非常に大きくなる。

有機パッシベーション膜１０６の上には、平面ベタで対向電極１０７が形成されている。対向電極１０７は、コンタクトホール１１１を避けた領域に形成されている。対向電極１０７は１個の画素だけでなく、他の画素にも共通して形成されて、コモン電圧が印加されている。対向電極１０７の上に層間絶縁膜１０８が形成され、層間絶縁膜１０８の上にはスリット１２０を有する画素電極１０９が形成されている。無機パッシベーション膜１０５、層間絶縁膜１０８にはコンタクトホール１１１が形成され、画素電極１０９とソース電極１０４とは、コンタクトホール１１１のコンタクト部１１３において導通している。画素電極１０９を覆って配向膜１１０が形成されている。画素電極１０９および対向電極１０７は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されている。

図４において、液晶層３００を挟んで、対向基板２００が配置している。対向基板２００には、ブラックマトリクス２０１、カラーフィルタ２０２が形成され、これらを覆って、オーバーコート膜２０３が形成され、その上に配向膜１１０が形成されている。図４において、ＴＦＴ基板１００側も対向基板２００側も配向膜１１０はラビングによって配向処理が行われている。

図４のＴＦＴ基板１００において、画素電極１０９に映像信号が印加されると、画素電極１０９に形成されたスリット１２０を介して電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させてバックライトからの光の透過を制御する。すなわち、液晶分子３０１は、当初は、配向膜１１０によって初期配向されているが、横電界によって、初期配向の位置から回転することによって光の透過が制御される。

配向膜１１０は、表面が平坦であれば、ラビングによって配向制御を行うことが出来るが、図４に示すコンタクトホール１１１の部分では凹部となっているので、この部分は、ラビングによる配向制御を行うことが出来ない。配向制御が行われない部分１１０１はバックライトからの光が漏れてコントラストを低下させるので、遮光を行う必要がある。図４においては、この遮光をソース電極１０４によって行っている。

図４において、対向電極１０７は、コンタクトホール１１１を避けた形で形成されている。つまり、液晶分子３０１が映像信号によって制御できるのは、対向電極１０７が形成されている部分までである。ラビング配向の乱れ１１０１は、コンタクトホール１１１の内側のみでなく、コンタクトホール１１１の周辺も生ずるので、この部分は、画素の透過領域からは除外する必要がある。したがって、この部分は、対向基板２００に形成されたブラックマトリクス２０１によって遮光している。つまり、図４の斜線で示したハッチング領域は対向電極１０７の形成されていない範囲によって規定され、この領域は、対向基板２００に形成されたブラックマトリクス２０１の領域とほぼ一致する。画面の輝度を向上させるためには、図４における斜線の範囲を小さくする必要があるが、従来のように、配向膜１１０をラビング処理している場合は、限界がある。

図１は本発明の実施例１の画素を示す平面図である。図１が従来例である図３と異なる点は、ソース電極１０４が画素領域において面積が広がっていない点である。すなわち、図１においては、ソース電極１０４が遮光膜として作用している面積は、図３に比べて極めて小さくなっている。図１において、画像形成に寄与する領域を斜線で示している。この斜線の面積は、図３の場合に比べて、大きくなっている。この分、図１の構成においては、開口率を向上させ、延いては透過率、輝度を向上させることが出来る。つまり、図１においては、配向膜１１０の配向制御を光配向によって行っているために、コンタクトホール１１１の内部まで、液晶分子３０１の配向を行うことが出来、コンタクトホール１１１の内壁１１２の傾斜部も画像形成のための透過領域として使用することが出来るからである。図１におけるその他の構成は、図３と同じであるので、説明を省略する。

図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。図２が従来例である図４と大きく異なる点は、遮光膜として働くソース電極１０４の幅が非常に小さいことである。したがって、図２に示す遮光範囲は図４に比べて非常に小さくなっており、その分、画素の透過率を上げ、輝度を向上させることが出来る。

図２において、このように、ソース電極１０４による遮光膜の面積を小さくすることが出来るのは、本実施例においては、配向膜１１０の配向に、光配向を用いているからである。光配向は、偏光紫外線を照射することによって、配向膜１１０の配向制御を行うものである。光配向は、ラビングによる配向と異なり、コンタクトホール１１１のような凹部における配向膜１１０に対しても配向制御を行うことが出来る。

すなわち、図２において、コンタクトホール１１１の内壁１１２の傾斜部における配向膜１１０に対しても良好な配向制御をすることが出来るので、コンタクトホール１１１内部においても、液晶分子３０１を制御し、画像形成に寄与させることが出来る。したがって、図２の構成においては、ソース電極１０４は遮光膜としての役割は必要ないので、電気的なコンタクトをとるための必要最小限の面積で足りる。つまり、その分、画素における透過率を向上させることが出来る。

図２において、対向電極１０７は、図４と同様に、コンタクトホール１１１の周辺にまでしか形成されていない。しかし、配向膜１１０に配向制御が行われていれば、液晶の弾性効果によって、対向電極１０７の形成されていない部分の液晶分子３０１に対しても回転動作を行わせることが出来るので、画像形成に寄与させることが出来る。また、図２において、対向基板２００には、ブラックマトリクス２０１は必ずしも形成する必要は無い。

以上説明したように、本実施例においては、ソース電極１０４による遮光面積を従来例に比べて大幅に小さくすることが出来るので、画素の透過率を向上させることが出来、画面輝度を向上させることが出来る。

実施例２は、実施例１とは逆に、下側に平面ベタの画素電極１０９を配置し、層間絶縁膜１０８を介してスリット１２０を有する対向電極１０７を上側にした構成のＩＰＳについて本発明を適用した場合である。図５は本実施例における画素の平面構成であり、図６は図１のＣ−Ｃ’断面図である。本実施例である図５および図６においても、配向膜１１０は光配向によって配向制御を行っている。図７は、同じ電極構成を有する従来例の画素の平面図であり、図８は、図７のＤ−Ｄ’断面図である。図７および図８に示す従来例では、配向膜１１０はラビングによって配向制御を行っている。

本発明の特徴を説明するために、まず、従来構成である、図７および図８について説明する。図７において、映像信号線２０と走査線１０で囲まれた電極構成の他は図３と同様である。図７が図３と異なる点は、点線で示す画素電極１０９が平面ベタで形成され、その上に、図７では図示しない層間絶縁膜を介して、スリット１２０を有する対向電極１０７が形成されていることである。

図７において、点線で示す画素電極１０９は、ＴＦＴから延在して画素領域においてソース電極１０４を覆っている。スリット１２０を有する対向電極１０７は１個の画素だけでなく、他の画素にも共通して形成されて、コモン電圧が印加される。対向電極１０７に形成されたスリット１２０はソース電極１０４およびコンタクトホール１１１をも覆っている。

図７の構成では、コンタクトホール１１１において、バックライトからの光は８角形状のソース電極１０４によって遮蔽されている。図７においても配向膜１１０の配向制御はラビングによって行われているので、コンタクトホール１１１周辺では配向乱れ１１０１による光漏れを防止するために、ソース電極１０４はコンタクトホール１１１よりも大きく形成されている。図７において画像形成に寄与する領域は斜線で示している。

図８は図７のＤ−Ｄ’断面図である。図８において、有機パッシベーション膜１０６の形成までは図４と同様であるので、説明を省略する。図８において、有機パッシベーション膜１０６を形成後、コンタクトホール１１１を形成する。その後、有機パッシベーション膜１０６のコンタクトホール１１１内において、無機パッシベーション膜１０５にコンタクトホール１１１を形成する。図８では、有機パッシベーション膜１０６と無機パッシベーション膜１０５のコンタクトホールは別々のマスクを用いて形成されているが、有機パッシベーション膜１０６にコンタクトホール１１１を形成した後、有機パッシベーション膜１０６をレジストにして無機パッシベーション膜１０５のコンタクトホールを形成することも出来る。

その後、有機パッシベーション膜１０６およびコンタクトホール１１１を覆って画素電極１０９を被着する。画素電極１０９および対向電極１０７はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成する。本実施例での画素電極１０９は平面ベタで形成されている。画素電極１０９はコンタクトホール１１１のコンタクト部１１３において、ソース電極１０４とコンタクトしている。

その後、層間絶縁膜１０８を形成し、その上にスリット１２０を有する対向電極１０７を形成する。対向電極１０７およびスリット１２０はコンタクトホール１１１内にも形成される。対向電極１０７の上には、液晶を配向させるための配向膜１１０が形成される。配向膜１１０はラビングによって配向制御が行われており、コンタクトホール１１１およびその周辺においては、配向乱れ１１０１が生じているので、この部分から光漏れを防止するために、ソース電極１０４はコンタクトホール上穴よりも広い面積で形成される。すなわち、図８において、斜線で示されるバックライトの遮光領域はソース電極１０４によって規定されている。

図８において、対向基板２００の構成は図４で説明したのと同様である。ただし、図８におけるブラックマトリクス２０１の領域は、ソース電極１０４によって規定されている遮光領域とほぼ一致しているので、図４の場合よりも小さくなっている。それでも、ソース電極１０４の面積が大きいので、その分、画素を形成するための光透過領域は制限されている。

図５は本実施例における画素を示す平面図である。図５が従来例である図７と異なる点は、ソース電極１０４が画素領域において面積が広がっていない点である。すなわち、図５においては、ソース電極１０４が遮光膜として作用している面積は、図７に比べて極めて小さくなっている。

図５において、画像形成に寄与する領域を斜線で示している。この斜線の面積は、図７の場合に比べて、大きくなっている。この分、図５の構成においては、画面の透過率、輝度を向上させることが出来る。これは、図５においては、配向膜１１０の配向制御を光配向によって行っているために、コンタクトホール１１１の内部まで、液晶分子３０１の配向を行うことが出来、コンタクトホール１１１の内壁１１２の傾斜部も画像形成のための透過領域として使用することが出来るからである。図５におけるその他の構成は、図７と同じであるので、説明を省略する。

図６は図５のＣ−Ｃ’断面図である。図６が従来例である図８と大きく異なる点は、遮光膜として働くソース電極１０４の幅が非常に小さいことである。したがって、図６において斜線で示す遮光範囲は図８に比べて非常に小さくなっており、その分、画素の透過率を上げ、輝度を向上させることが出来る。

図６において、このように、ソース電極１０４による遮光膜の面積を小さくすることが出来るのは、図６においては、光配向を用いているからである。すなわち、図６において、コンタクトホール１１１の内壁１１２の傾斜部における配向膜１１０に対しても配向制御することが出来るので、コンタクトホール１１１内部においても、液晶分子３０１を制御し、画像形成に寄与させることが出来る。

図６に示すように、対向電極１０７のスリット１２０は、コンタクトホール１１１の内壁１１２にも形成され、層間絶縁膜１０８を挟んで画素電極１０９と対向しているので、コンタクトホール１１１の内部においても液晶分子３０１を制御することが出来る。図６の構成においては、ソース電極１０４は遮光膜としての役割は必要ないので、電気的なコンタクトをとるための必要最小限の面積で足りる。したがって、その分、画素における透過率を向上させることが出来る。

図６において、斜線で示す遮光領域はソース電極１０４によって規定されており、対向基板２００における対応する部分にブラックマトリクス２０１は必ずしも形成する必要は無い。このように、本実施例においては、コンタクトホール１１１の内部も透過領域として画素形成に使用することが出来るので、液晶表示装置の輝度を向上させることが出来る。

実施例３は、実施例２と同じように、下側に平面ベタの画素電極１０９を配置し、絶縁膜１０８を介してスリット１２０を有する対向電極１０７を上側にした構成のＩＰＳについて本発明を適用した場合である。図９は本実施例における画素の平面構成であり、図１０は図９のＥ−Ｅ’断面図である。本実施例である図９および図１０においても、配向膜１１０は光配向によって配向制御を行っている。図１１は、同じような電極構成を有する従来例の画素の平面図であり、図１２は、図１１のＦ−Ｆ’断面図である。図１１および図１２に示す従来例では、配向膜１１０はラビングによって配向制御を行っている。

本発明の特徴を説明するために、まず、従来構成である、図１１および図１２について説明する。図１１が図７と大きく異なる点は、図１１では図示されていないが画素電極１０９と無機絶縁膜１０５の間に有機パッシベーション膜が形成されていないことである。

図１１において、点線で示す画素電極１０９は、ＴＦＴから延在して画素領域においてソース電極１０４を覆っている。スリット１２０を有する対向電極１０７は１個の画素だけでなく、他の画素にも共通して形成されて、コモン電圧が印加される。対向電極１０７に形成されたスリット１２０はソース電極１０４およびコンタクトホール部１１３をも覆っている。

図１１の構成では、コンタクトホール部１１３において、バックライトからの光は４角形状のソース電極１０４によって遮蔽されている。図１１においても配向膜１１０の配向制御はラビングによって行われているので、コンタクトホール部１１３周辺では配向乱れ１１０１による光漏れを防止するために、ソース電極１０４はコンタクトホール部１１３よりも大きく形成されている。図１１において画像形成に寄与する領域は斜線で示している。

図１２は図１１のF−F’断面図である。図１２において、無機パッシベーション膜１０５を形成後、コンタクトホール１１３を形成する。

その後、無機パッシベーション膜１０５およびコンタクトホール１１３を覆って画素電極１０９を被着する。画素電極１０９および対向電極１０７はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成する。本実施例での画素電極１０９は平面ベタで形成されている。画素電極１０９はコンタクトホール部１１３において、ソース電極１０４とコンタクトしている。

その後、層間絶縁膜１０８を形成し、その上にスリット１２０を有する対向電極１０７を形成する。対向電極１０７はコンタクトホール部１１３を覆うように形成される。対向電極１０７の上には、液晶を配向させるための配向膜１１０が形成される。配向膜１１０はラビングによって配向制御が行われており、コンタクトホール部１１３およびその周辺においては、配向乱れ１１０１が生じているので、この部分から光漏れを防止するために、ソース電極１０４はコンタクトホール上穴よりも広い面積で形成される。すなわち、図１２において、斜線で示されるバックライトの遮光領域はソース電極１０４によって規定されている。

図１２において、対向基板２００の構成は図８で説明したのと同様である。ただし、図１２におけるブラックマトリクス２０１の領域は、ソース電極１０４によって規定されている遮光領域とほぼ一致しているが、ソース電極１０４の面積が大きいので、その分、画素を形成するための光透過領域は制限されている。

図９は本実施例における画素を示す平面図である。図９の従来例である図１１と異なる主な点は、ソース電極１０４が画素領域において面積が広がっていない点である。すなわち、図９においては、ソース電極１０４が遮光膜として作用している面積は、図１１に比べて極めて小さくなっている。

図９において、画像形成に寄与する領域を斜線で示している。この斜線の面積は、図１１の場合に比べて、大きくなっている。この分、図９の構成においては、画面の透過率、輝度を向上させることが出来る。これは、図９においては、配向膜１１０の配向制御を光配向によって行っているために、段差の大きなコンタクト部１１３の上部まで、液晶分子３０１の配向を行うことが出来、コンタクト部１１３の傾斜部のソース電極ぎりぎりまで画像形成のための透過領域として使用することが出来るからである。図９におけるその他の構成は、図１１とほとんど同じであるので、説明を省略する。

図１０は図９のE−E’断面図である。図１０が従来例である図１２と大きく異なる点は、遮光膜として働くソース電極１０４の大きさが小さいことである。したがって、図１０において斜線で示す遮光範囲は図１２に比べて非常に小さくなっており、その分、画素の透過率を上げ、輝度を向上させることが出来る。

図１０において、このように、ソース電極１０４による遮光膜の面積を小さくすることが出来るのは、図１０においては、光配向を用いているからである。すなわち、図１０において、コンタクト領域１１３の段差傾斜部１１２における配向膜１１０に対しても配向制御することが出来るので、段差傾斜部１１２においても、液晶分子３０１を制御し、画像形成に寄与させることが出来る。

図１０の構成においては、ソース電極１０４は遮光膜としての役割は必要ないので、電気的なコンタクトをとるための必要最小限の面積で足りる。したがって、その分、画素における透過率を向上させることが出来る。

図１０において、斜線で示す遮光領域はソース電極１０４によって規定されており、対向基板２００における対応する部分にブラックマトリクス２０１は必ずしも形成する必要は無い。このように、本実施例においては、コンタクト部１１３の傾斜領域１１２のソース電極１０４のぎりぎりまで透過領域として画素形成に使用することが出来るので、液晶表示装置の輝度を向上させることが出来る。

実施例４は、実施例１と同じように、下側に平面ベタの対向電極１０７を配置し、ゲート絶縁膜１０１および無機パッシベーション膜１０５を介してスリット１２０を有する画素電極１０９を上側に配置した構成のＩＰＳについてである。図１３は本実施例における画素の平面構成であり、図１４は図１３のＧ−Ｇ’断面図である。図１３および図１４において、配向膜１１０は光配向によって配向制御を行っている。

本発明の特徴を説明するために、まず、画素の平面構成である、図１３について説明する。図１３が図１と異なる主な点は、図１３では図示されていないが対向電極１０7の下層に有機パッシベーション膜が形成されていないことである。
図１３において、点線で示す対向電極１０７は、ＴＦＴから延在している画素領域においてソース電極１０４と重なっている。ソース電極１０４は画素領域に延在し、コンタクトホール部１１３によってスリット１２０を有する画素電極１０９に接続する。

図１３の構成は、コンタクトホール部１１３において、バックライトからの光は４角形状のソース電極１０４によって遮蔽されている。図１３において画像形成に寄与する領域は斜線で示している。

図１４において、画素領域では、下側に平面ベタで対向電極１０７が形成され、その上のゲート絶縁膜１０１、さらに無機パッシベーション膜１０５を挟んで上側にスリット１２０を有する画素電極１０９が形成されている。無機パッシベーション膜１０５にはコンタクトホールが形成され、画素電極１０９とソース電極１０４とは、コンタクト部１１３において導通している。画素電極１０９を覆って配向膜１１０が形成されている。画素電極１０９および対向電極１０７は透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されている。

本実施例においては、実施例１同様、配向膜１１０の配向に、光配向を用いている。光配向は、ラビングによる配向と異なり、コンタクトホール部１１３のような凹部における段差領域１１２の配向膜１１０に対しても配向制御を行うことが出来る。

したがって、図１４の構成においては、ソース電極１０４の近傍まで良好な液晶配向が得られるため、対向基板２００には、ソース電極に対応する領域を遮光カバーするブラックマトリクス２０１は形成されていない。つまり、ソース電極ぎりぎりまで液晶表示が可能であり、その分、画素における透過率、輝度を向上させることが出来る。

配向膜１１０をラビングによって配向制御を行った場合には、段差部分に良好な配向制御を行うことが困難であるため、段差部分周辺に液晶の配向乱れによる光漏れが発生し易い。その場合には、段差近傍の液晶配向乱れ起因の光漏れを防止するために、対向基板２００に形成するブラックマトリクス２０１は段差部分を覆うように大きく形成する必要がある。
以上説明したように、本実施例においては、光配向を用いることで、ラビング配向膜を使う場合にソース電極１０４周辺の段差により発生する液晶の配向乱れによる光漏れを小さく抑制することが出来るので、対向基板２００のブラックマトリクス２０１をソース電極１０４に対応する領域を覆うように遮光する必要が無く、ブラックマトリクスの面積を小さくすることが出来る。したがって、画素の透過率を向上させることが出来、画面輝度を向上させることが出来る。

実施例１、２、３および４は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置について本発明を適用した例である。しかし、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置においても、画素電極１０９とソース電極１０４を接続するためのコンタクトホール１１１が画素領域における透過率低下の原因となっていることは同様である。ＶＡ方式における特別な態様においては、コンタクトホール１１１内部も画素形成のための透過領域として使用することが出来る。

図１５は、本発明が適用されるＶＡ方式の液晶表示装置の断面模式図である。図１５において、画素電極１０９が形成されたＴＦＴ基板１００と対向電極１０７が形成された対向基板２００との間に液晶層３００および配向材料４００が挟持されている。液晶材料と液晶分子３０１を配向させるための配向材料として光反応性モノマーとが混入されたものがＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に封入されると、液晶材料と配向材料とが分離し、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００に近いところに配向材料層４００が形成され、配向材料層４００と配向材料層４００との間に液晶層３００が形成される。

または、誘電率異方性が負の液晶材料と光反応性モノマーの混合材料をセルに封入する代わりに、光硬化性の側鎖置換基を有する配向膜材料からなる薄膜層をTFT基板並びに対向するCF基板上に事前に形成しておくことも可能であり、そうすることで上記と同様に電界印加と光照射による液晶の初期配向を制御することが可能である。

ＴＦＴ基板１００における画素電極１０９には、スリット状のスペースが形成されている。このスペースの形成は、後で、配向材料層４００によって液晶配向を初期化するための所定の電界を印加するためである。図１５において、画素電極１０９と対向基板２００の間に電圧が生じていなければ液晶分子３０１は、垂直に配向している。

図１６は図１５の状態に対して画素電極１０９と対向電極１０７との間に電圧を加えた場合を示している。画素電極１０９に形成されたスリット状スペースの影響によって、電界に乱れが生じ、この電界分布にしたがって、負の誘電率異方性の液晶分子３０１が、図１６にように配向する。この状態で、ＴＦＴ基板１００側から紫外線を照射する。使用する配向材料は紫外線によって固化する性質を有していているので、ＴＦＴ基板１００付近の液晶分子３０１は、図１６のような配向をしたまま固定される。これによって液晶分子３０１に対して、所定の約８８〜８９度のプレチルト角の初期配向を行うことが出来る。したがって、図１６の画素電極１０９と対向電極１０７の間に縦電界を形成することで、配向の乱れたドメインを生ずることなく、液晶分子３０１を回転させてバックライトからの光の透過を制御するＶＡ方式の液晶表示装置を動作させることが出来る。

図１７は、従来のＶＡ方式の液晶表示装置の断面図である。図１７において、有機パッシベーション膜１０６の上には画素電極１０９が形成されている。対向電極１０７にはブラックマトリクス２０１およびカラーフィルタ２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成され、その上に対向電極１０７が形成されている。

図１７において、画素電極１０９とソース電極１０４を接続するためのコンタクトホール１１１においては、液晶分子３０１に対して所定の初期配向を行うことが出来ないので、ソース電極１０４の面積を大きくして、バックライトからの光を遮光している。すなわち、この遮光部の分だけ、透過率が小さくなり、輝度を低下させている。

図１８は本発明によるＶＡ方式の断面図である。図１８において、画素における電極構造は、ソース電極１０４が小さくなっている他は図１７の場合と同様である。図１８において、画素電極１０９の表面と対向電極１０７の表面には、配向材料層４００が形成され、配向材料層４００と配向材料層４００の間に液晶層３００が挟持されている。この構成は図１５で説明したとおりである。画素電極１０９と対向電極１０７との間に電圧を印加すると、ＴＦＴ基板１００付近の負の誘電率異方性を持つ液晶分子３０１が電界の影響によって配向する。この状態で、図１６で説明したように、ＴＦＴ基板１００側から紫外線を照射すると配向材料層４００が固化し、ＴＦＴ基板１００付近の液晶分子３０１の配向が固定され、初期される。

この現象は、図１５のような電極配置のみでなく、図１８に示すコンタクトホール１１１においても同様である。すなわち、配向材料層４００はコンタクトホール１１１の内部にも形成され、電圧を印加することによって液晶分子３０１は、コンタクトホール１１１の内部において、電界に適応した状態で初期配向を受ける。特に望ましくは、図１９の平面図に記載されているように、コンタクトホール内部までスリット電極パターンを形成することで初期配向のための電界印加処理とUV照射により、コンタクトホール内部まで均一な液晶初期配向を安定に形成することが出来る。
これによって、コンタクトホール１１１の内部においても、配向不良領域を形成することなく、一様な液晶配向が得られることから画像を形成するための透過領域として使用することが出来る。また、コンタクトホール領域にも電界で液晶配向の初期化をするためのスリット電極パターンが形成されていることが望ましい。

したがって、本実施例においては、ソース電極１０４を遮光膜として使用する必要が無くなるので、ソース電極１０４は、コンタクトホール領域においても、導通をとるための最小限の面積でよい。また、ソース電極１０４に対応する部分の対向電極１０７には必ずしもブラックマトリクス２０１を形成する必要は無い。このように、本発明を適用することによって、ＶＡ方式の液晶表示装置において、透過率を向上させることが出来、画面輝度を向上させることが出来る。

１０…走査線、 ２０…映像信号線、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート絶縁膜、 １０２…半導体層、 １０３…ドレイン電極、 １０４…ソース電極、 １０５…無機パッシベーション膜、 １０６…有機パッシベーション膜、 １０７…対向電極、 １０８…層間絶縁膜、 １０９…画素電極、 １１０…配向膜、 １１１…コンタクトホール、 １１２…コンタクトホール内壁部、 １１３…コンタクト部、 １２０…スリット、 ２００…対向基板、 ２０１…ブラックマトリクス、 ２０２…カラーフィルタ、 ２０３…オーバーコート膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 ４００…配向材料層、 １１０１…ラビング配向不良部。

Claims (12)

1. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には有機パッシベーション膜が形成され、前記有機パッシベーション膜の上には、対向電極が形成され、前記対向電極の上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の上にスリットを有する画素電極が形成され、前記画素電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
   前記コンタクトホールにおける前記内壁の少なくとも一部が画像を形成するための透過領域となっていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には有機パッシベーション膜が形成され、前記有機パッシベーション膜の上には、対向電極が形成され、前記対向電極の上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の上にスリットを有する画素電極が形成され、前記画素電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
   前記コンタクトホールにおける前記上穴の径は前記コンタクトホールに対応する部分における前記ソース電極の径よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記コンタクトホールに対応する部分における前記対向基板には、ブラックマトリクスが形成されていない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. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には有機パッシベーション膜が形成され、前記有機パッシベーション膜の上には、画素電極が形成され、前記画素電極の上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の上にスリットを有する対向電極が形成され、前記対向電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
   前記コンタクトホールにおける前記内壁の少なくとも一部が画像を形成するための透過領域となっていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には有機パッシベーション膜が形成され、前記有機パッシベーション膜の上には、画素電極が形成され、前記画素電極の上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の上にスリットを有する対向電極が形成され、前記対向電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
   前記コンタクトホールにおける前記上穴の径は前記コンタクトホールに対応する部分における前記ソース電極の径よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記コンタクトホールに対応する部分における前記対向基板には、ブラックマトリクスが形成されていないことを特徴とする請求項４または５に記載の液晶表示装置。
7. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には無機パッシベーション膜が形成され、前記無機パッシベーション膜の上には、画素電極が形成され、前記画素電極の上に絶縁膜が形成され、前記絶縁膜の上にスリットを有する対向電極が形成され、前記対向電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記無機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクト部が形成され、前記コンタクト部の上には段差傾斜領域を有しており、
   前記傾斜領域の少なくとも一部が画像を形成するための透過領域となっていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 画素領域とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
   前記画素領域には対向電極が形成され、前記対向電極の上に絶縁膜およびまたは無機パッシベーション膜が形成され、前記絶縁膜およびまたは無機パッシベーション膜の上にスリットを有する画素電極が形成され、前記画素電極を覆って配向膜が形成され、
   前記配向膜は光配向処理を受けており、
   前記絶縁膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクト部が形成され、前記コンタクト部の上には段差傾斜領域を有しており、
   前記傾斜領域の少なくとも一部が画像を形成するための透過領域となっていることを特徴とする液晶表示装置。
9. 前記コンタクト部に対応する部分における前記対向基板には、ブラックマトリクスが形成されていないことを特徴とする請求項７または８に記載の液晶表示装置。
10. 前記ソース電極の少なくとも一部に対応する前記対向基板には、ブラックマトリクスが形成されていないことを特徴とする請求項７または８に記載の液晶表示装置。
11. 画素電極とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して対向電極を有する対向基板が配置され、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
    前記画素電極と前記液晶層の間には配向材料層が形成され、
    前記画素電極と前記対向電極との間に電界が存在しない状態において、前記液晶層の液晶分子は、負の誘電率異方性を有し、前記ＴＦＴ基板の主面または前記対向電極の主面に対してほぼ垂直な方向に配向しており、前記配向材料層が光硬化性の材料からなり、
    前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
    前記コンタクトホールにおける前記内壁の少なくとも一部が画像を形成するための透過領域となっていることを特徴とする液晶表示装置。
12. 画素電極とＴＦＴを有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記ＴＦＴ基板に対向して対向電極を有する対向基板が配置され、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶層が挟持された液晶表示装置であって、
    前記画素電極と前記液晶層の間には配向材料層が形成され、
    前記画素電極と前記対向電極との間に電界が存在しない状態において、前記液晶層の液晶分子は、負の誘電率異方性を有し、前記ＴＦＴ基板の主面または前記対向電極の主面に対してほぼ垂直な方向に配向しており、前記配向材料層が光硬化性の材料からなり、
    前記有機パッシベーション膜には、前記画素電極と前記ＴＦＴのソース電極とを接続するためのコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホールはコンタクト部を有する下穴と、前記下穴よりも大きい上穴と、前記下穴と前記上穴を結ぶ内壁を有しており、
    前記コンタクトホールにおける前記上穴の径は前記コンタクトホールに対応する部分における前記ソース電極の径よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。

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