JP3194536U - 液晶表示装置及びそれの素子基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】開口率と透光率を最適化できる素子基板及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】基板１１０と、基板上に位置し、一方向に沿って第一幅Ｌ１を有する金属層１２０と、金属層上に位置し、接触孔１３１を有する平坦層１３０とを備え、接触孔の底面１３３は、第一方向に沿って第二幅Ｌ２を有し、Ｌ１とＬ２は下記式を満足する。式中、ｈは平坦層の厚さ、θは、連続壁面１３２上で底面との距離が０．９５ｈとなる既定参考点１３４と基準点１３５を連結した線と底面延伸面との交角であり、ｐは調整可能なパラメーター、（１-ｐ）ｈは前記既定参考点の高度であり、０＜ｐ≰０．１を満足する。【選択図】図２

Description

本考案は、液晶表示装置に関し、特に接触孔を有している液晶表示装置に関する。
液晶表示装置において、接触孔は、画素電極及びソース電極を導通するためによく使われる。しかし、図１のように、液晶分子２は、接触孔１の輪郭に沿って配列されるが、接触孔１は、設計上その断面形状として、上部が広く下部が狭い弧状になっているため、接触孔１の輪郭に沿って配列された液晶分子２により、光漏れ現象が発生しやすくなって、液晶表示装置のコントラスト比が低下される。
図１に示すように、従来技術として、接触孔１の底部のソース電極３の面積を増えることにより、問題が発生した液晶分子２を遮蔽して、液晶表示装置のコントラスト比を向上させている。
しかしながら、上記のような方法によれば、液晶表示装置の開口率が低下されて、液晶表示装置の輝度の損失を生じるおそれがある。このため、むやみにソース電極３の面積を増加する方法は、問題を解決する良い方法ではない。
従来技術における問題を解決するために、本考案による素子基板は、基板と、前記基板上に位置し且つ一方向に沿って第一幅を有している金属層と、前記金属層上に位置し、接触孔を有している平坦層とを備え、前記接触孔は、連続壁面及び底面を有し、前記底面は、前記金属層を露出させ且つ前記第一方向に沿って第二幅を有しており、前記第一幅と前記第二幅は、下記式を満足している。
式中、Ｌ１は、前記金属層の前記第一方向での前記第一幅であり、Ｌ２は、前記接触孔の底面の前記第一方向での前記第二幅であり、ｈは、前記平坦層の厚さであり、θは、前記連続壁面の既定参考点及び基準点を連結した線と底面の延伸面との間に形成されている交角であり、前記既定参考点は、前記連続壁面上に設定され、当該既定参考点と前記底面との距離が０．９５ｈであり、前記基準点は、前記連続壁面と前記底面との境界位置に設定され、ｐは、調整可能なパラメーターであり、（１-ｐ）ｈは、前記基板の垂直方向での前記既定参考点の高度であって、０＜ｐ≦０．１を満足している。
また、従来技術における問題を解決するために、本考案による液晶表示装置は、対向基板と、前記対向基板に対向して配置されている素子基板と、前記対向基板と前記素子基板との間に形成されている液晶層とを備え、素子基板として、上述の本考案による素子基板を用いている。
以上のように、本考案によれば、液晶表示装置の開口率及び透光率（暗状態でのコントラスト比）が最適化状態になって、光漏れ及びコントラスト比低下など問題の発生を避けることができる。
従来の液晶表示装置の素子基板を示す概略図である。 本考案の一つの実施形態による素子基板の概略図である。 本考案の素子基板を応用した液晶表示装置の概略図である。 図３Ａ中の３Ｂ部分の詳細構成を示す概略図である。 本考案の他の実施形態による素子基板の概略図である。 本考案の実施形態による液晶表示装置の概略図である。 本考案の接触孔の規定値と実際値の対比表である。
以下、図面を参照して、本考案の実施形態を説明する。
図２に示すように、本考案の一つの実施形態に係る素子基板１００は、基板１１０、金属層１２０及び平坦層１３０を備えている。金属層１２０は、基板１１０上に位置しており、第一方向Ｘにおいて第一幅Ｌ１を有している。平坦層１３０は、金属層１２０上に位置しており、接触孔１３１を有している。当該接触孔１３１は、連続壁面１３２及び底面１３３を有しており、底面１３３は、第一方向Ｘにおいて第二幅Ｌ２を有している。
本考案の考案者は、液晶分子が連続壁面１３２に沿って配列し、透過率（暗状態でのコントラスト比）が連続壁面１３２の勾配変化に伴って変更することを発見した。連続壁面１３２の接線傾斜率が約ｔａｎ１０°である場合、その位置における液所分子には激しい光漏れ現象が発生しないため、液晶表示装置のコントラスト比も低下しないことを分かった。設計の面からみると、金属層１２０の接触孔１３１に対する遮蔽は、臨界点１３６の位置、即ち、連続壁面１３２の接線傾斜率が約ｔａｎ１０°である位置で行うことで、液晶表示装置の開口率及び透光率（暗状態でのコントラスト比）が最適化状態になり、市場の需要に適合する。
また図２に示すように、本考案の考案者は、第一幅と第二幅とが下記式を満足するとき、液晶表示装置の開口率及び透光率が最適化状態になることを、曲線公式から導出して分かった。
式中、Ｌ１は、金属層１２０の第一方向Ｘでの第一幅であり、Ｌ２は、接触孔１３１の底面の第一方向Ｘでの第二幅であり、ｈは、平坦層１３０の厚さであり、θは、連続壁面１３２の既定参考点１３４及び基準点１３５を連結した直線Ｌと底面の延伸面との間に形成されている交角であり、既定参考点１３４は、連続壁面１３２上において、底面１３３から０．９５ｈ離れた高度の位置に設定され、基準点１３５は、連続壁面１３２と底面１３３との境界位置に設定されている。製造工程において、公差許容値は±１．８である。上記各パラメーターの調整によって、連続壁面１３２の曲率及び形状を、適当に変更することができる。
図２のように、曲線公式からの導出経過は以下の通りである。
第一歩として、曲線公式をフィッティングし（仮定）、接触孔の連続壁面の斜面の方程式は、以下式（１）を満足する。
y=f(x)=-A’exp(-x) ……（１）
この式（１）により、接触孔の連続壁面の漸近線のみが定義されるので、式（１）ではｘ及びｙに対して校正する必要がある。
第二歩として、曲線公式をフィッティングし（既定参考点１３４、基準点１３５を通過し、角度θを満足する曲線に対して校正を行う）、斜面に位置してある既定参考点１３４は、平坦層の頂部からその総深さｈのｐ倍の距離が離れた位置にあると仮定し、ｆ（Ｒ’）を満足する関係式おいて、既定参考点１３４から基準点１３５までの水平距離をＲ’としたとき、以下のように校正パラメーターαが得られる。
第三歩として、既定参考点１３４と基準点１３５を線で連結して直線Ｌを形成すると、水平線に対する当該直線Ｌの交角がθとなり、材料特徴θを導入する。
第四歩として、平坦層の頂部から総深さｈの０．０５倍の距離が離れた位置を取って、上記式（２）と式（３）を連立すると、下記のような校正パラメーターαが得られる。
第五歩として、平坦層１３０の曲線を決める角度が、基準点１３５の接線Ｌ’の水平線に対する交角βであり、交角βは約１．５θとほぼ同じであるため、さらに曲線公式校正（角度校正）を行う必要がある。そこで、以下のよう接触孔の曲線方程式が得られる。
第六歩として、Ｒ＝Ｒ０+Ｒ’であるため、これを原方程式に導入すると、以下のような接触孔の実際の曲線方程式が得られる。
第七歩として、第一方向での金属層１２０の第二幅の半分を推算する。
製造工程中に誤差があるため、公差許容値を±１．８にする。そこで、上記公式を纏めると、以下のような、液晶表示装置の開口率及び透光率が最適化状態になる公式が得られる。
一つの実施形態において、交角θは、２０〜４０度範囲の角度であり、例えば、２５〜３５度である。
図２に示すように、素子基板１００は、さらに、平坦層１３０上に位置している導電層１４０を備えている。導電層１４０は、接触孔１３１を介して、金属層１２０と電気的に接続している。導電層１４０は、透明導電材料または金属材料により形成されてもよい。
金属層１２０は、駆動素子のソース電極またはドレイン電極であってもよい。一つの実施形態において、素子基板１００は、さらに、金属層１２０と基板１１０との間に位置している半導体層１３７を備えている。半導体層１３７の材料は、ポリシリコン、アモルファスシリコンまたは金属酸化物である。
図３Ａには、本考案による素子基板を応用した液晶表示装置２００が示されている。液晶表示装置２００は、表示領域（画素領域）Ａ及び非表示領域Ｂを有している。図３Ｂには、図３Ａに示された３Ｂ部分の詳細構成が示され、液晶表示装置２００は、表示領域Ａにおいて、走査線２０１、信号線２０２、半導体層２０３、ソース電極２４０、接触孔２３１、接触孔の底面２３３、ドレイン電極２０４、共通電極２０５及び画素電極２１０などの構成を備えている。本実施形態において、金属層１２０は、ソース電極２４０、ドレイン電極２０４、走査線２０１及び信号線２０２を備えている。
また図２に示すように、他の実施形態として、金属層１２０は、第一方向Ｘにおいて２１２１を有し、連続壁面１３２の垂直断面上の輪郭線は曲線となっている。第一辺縁１２１は、垂直方向において、輪郭線の臨界点１３６に対応しており、当該輪郭線の臨界点１３６での接線の傾斜度は０．１７６（ｔａｎ１０°）より小さくなっている。前実施形態と同じく、基準点１３５は、連続壁面１３２と底面１３３の、垂直断面上の境界位置に設定され、基準点１３５と既定参考点１３４は、直線Ｌ上に位置し、θは、直線Ｌと底面の延伸面との交角である。ここで、θは、２０〜４０度の範囲の角度であり、例えば、２５〜３５度である。金属層１２０は第一方向Ｘにおいて第二幅Ｌ１を有し、底面１３３は第一方向Ｘにおいて第二幅Ｌ２を有し、第一幅Ｌ１と第二幅Ｌ２は、以下のような式を満足する必要がある。
式中、Ｌ１は、金属層の第一方向での第一幅であり、Ｌ２は、接触孔の底面の第一方向での第二幅であり、ｐは、調整可能なパラメーターであり、（１-ｐ）ｈは、垂直方向上の既定参考点の高度であり、０＜ｐ≦０．１を満足し、例えば、０＜ｐ≦０．０５である。上記各パラメーターの調整によって、連続壁面１３２の曲率及び形状を、適宜に変更することができる。
上記実施形態において、接触孔は表示領域（画素領域）Ａに位置しているが、本考案は、この配置に限定されない。例えば、本考案の接触孔は非表示領域Ｂに用いてもよい。例えば、図４に示すように、一例として、本考案の接触孔１３１’内における導電層１４０は、信号線２０２と接続してもよく、接触孔１３１’の輪郭及び信号線２０２の幅は、上記式を満たしてもよい。さらに、ゲート絶縁層２２２上の接触孔１３１”は、平坦層１３０を介して、走査線２０１と接続しており、接触孔１３１”の輪郭及び走査線２０１の幅は、上記式を満たしてもよい。上記の実施形態において、ゲート絶縁層２２２は、信号線２０２と走査線２０１との間に形成されている。
図５には、本考案による液晶表示装置２００が示され、当該液晶表示装置２００は、素子基板１００、液晶層２５０及び対向基板２６０を備えている。
また、以下の対比表１及び図６から分かるように、本考案の実施形態において、予め設置した金属層（Ｍ２）１２０の幅は、製造中、実際工程で誤差が発生し、その公差が±１．８の許容範囲に入る。
上述したように、本考案の実施形態による液晶表示装置よれば、開口率及び透光率（暗状態でのコントラスト比）が最適化状態に達し、光漏れ及びコントラスト比の低下問題の発生を避けることができる。
本考案は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる形態例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本考案の技術的範囲に含まれる。
１ 接触孔
２ 液晶分子
３ ソース電極
１００ 素子基板
１１０ 基板
１２０ 金属層
１２１ 第一辺縁
１３０ 平坦層
１３１、１３１’、１３１” 接触孔
１３２ 連続壁面
１３３ 底面
１３４ 既定参考点
１３５ 基準点
１３６ 臨界点
１３７ 半導体層
１４０ 導電層
２００ 液晶表示装置
２０１ 走査線
２０２ 信号線
２０３ 半導体層
２０４ ドレイン電極
２０５ 共通電極
２１０ 画素電極
２２２ ゲート絶縁層
２３１ 接触孔
２３３ 接触孔の底面
２４０ ソース電極
２５０ 液晶層
２６０ 対向基板
Ｌ１ 第一幅
Ｌ２ 第二幅
ｈ 厚さ
θ 交角
β 交角
Ａ 表示領域
Ｂ 非表示領域
Ｌ 直線
Ｌ’ 接線

Claims (18)

  1. 基板と、
    前記基板上に位置し、一方向に沿って第一幅を有している金属層と、
    前記金属層上に位置し、接触孔を有している平坦層とを備え、
    前記接触孔は、連続壁面及び底面を有し、
    前記底面は、前記金属層を露出させ、前記第一方向に沿って第二幅を有しており、
    前記第一幅と前記第二幅は、下記式を満足し、
    式中、Ｌ１は、前記金属層の前記第一方向での前記第一幅であり、Ｌ２は、前記接触孔の底面の前記第一方向での前記第二幅であり、ｈは、前記平坦層の厚さであり、θは、前記連続壁面の既定参考点及び基準点を連結した線と底面の延伸面との間に形成されている交角であり、前記既定参考点は、前記連続壁面上に設定され、当該既定参考点と前記底面との距離が０．９５ｈであり、前記基準点は、前記連続壁面と前記底面との境界位置に設定され、ｐは、調整可能なパラメーターであり、（１-ｐ）ｈは、前記基板の垂直方向での前記既定参考点の高度であって、０＜ｐ≦０．１を満足する、
    ことを特徴とする素子基板。
  2. 前記調整可能なパラメーターｐは、０．０５である、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  3. 前記交角θは、２０〜４０度である、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  4. 前記交角θは、２５〜３５度である、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  5. 前記平坦層に位置している導電層をさらに備え、
    前記導電層は、前記接触孔を介して前記金属層と電気的に接続する、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  6. 前記導電層は、透明材料により形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の素子基板。
  7. 前記導電層は、金属材料により形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の素子基板。
  8. 前記金属層は、駆動素子のソース電極またはドレイン電極である、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  9. 前記金属層は、駆動素子の信号線または走査線である、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  10. 前記金属層と前記基板との間に位置している半導体層をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の素子基板。
  11. 前記半導体層の材料は、ポリシリコン、アモルファスシリコンまたは金属酸化物である、ことを特徴とする請求項１０に記載の素子基板。
  12. 対向基板と、
    前記対向基板に対向して配置されている素子基板と、
    前記対向基板と前記素子基板との間に形成されている液晶層とを備えている液晶表示装置であって、
    前記素子基板は、
    基板と、
    前記基板上に位置し、一方向に沿って第一幅を有している金属層と、
    前記金属層上に位置し、接触孔を有している平坦層とを備え、
    前記接触孔は、連続壁面及び底面を有し、
    前記底面は、前記金属層を露出させ、前記第一方向に沿って第二幅を有しており、
    前記第一幅と前記第二幅は、下記式を満足し、
    式中、Ｌ１は、前記金属層の前記第一方向での前記第一幅であり、Ｌ２は、前記接触孔の底面の前記第一方向での前記第二幅であり、ｈは、前記平坦層の厚さであり、θは、前記連続壁面の既定参考点及び基準点を連結した線と底面の延伸面との間に形成されている交角であり、前記既定参考点は、前記連続壁面上に設定され、当該既定参考点と前記底面との距離が０．９５ｈであり、前記基準点は、前記連続壁面と前記底面との境界位置に設定され、ｐは、調整可能なパラメーターであり、（１-ｐ）ｈは、前記基板の垂直方向での前記既定参考点の高度であって、０＜ｐ≦０．１を満足する、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  13. 前記調整可能なパラメーターｐは、０．０５である、ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  14. 前記交角θは、２０〜４０度である、ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  15. 前記交角θは、２５〜３５度である、ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  16. 前記平坦層に位置している導電層をさらに備え、
    前記導電層は、前記接触孔を介して前記金属層と電気的に接続する、ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  17. 前記金属層と前記基板との間に位置している半導体層をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
  18. 前記半導体層の材料は、ポリシリコン、アモルファスシリコンまたは金属酸化物である、ことを特徴とする請求項１７に記載の液晶表示装置。
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