JP3522095B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＶ・ＯＡ機器な
どの平面ディスプレイとして用いることのできる液晶表
示素子のアクティブマトリックスアレイ基板に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶を用いた表示素子は、ビデオ
カメラのビューファインダーやポケットＴＶさらには高
精細投写型ＴＶ、パソコン、ワープロなどの情報表示端
末など種々の分野で応用されている。

【０００３】特にスイッチング素子として薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型方式
のＴＮ（Twisted Nematic）液晶表示装置は大容量の表
示を行っても高いコントラストが保たれるという大きな
特徴をもち、ラップトップパソコンやノートパソコン、
さらには、エンジニアリングワークステーション用の大
型・大容量フルカラーディスプレイとして開発が盛んで
ある。

【０００４】この様なアクティブマトリックス方式の液
晶表示素子において、広く用いられている液晶表示モー
ドに、ＴＮ（ツイステッド・ネマティック）方式があ
る。このＴＮ方式は液晶層を狭持する電極基板間で液晶
分子が９０゜捻れた構造をとるパネルを、２枚の偏光板
により挟んだものである。

【０００５】上記２枚の偏光板は互いの偏光軸方向が直
交し、一方の偏光板はその偏光軸が一方の基板に接して
いる液晶分子の長軸方向と平行か垂直になるように配置
され、電圧無印加の場合は白表示であるが、２枚の基板
間すなわち液晶パネルに対して垂直方向に電圧を印加し
ていくと、徐々に光透過率が低下して黒表示となる。

【０００６】このような表示特性が得られるのは、液晶
パネルに電圧を印加すると液晶分子は捻れ構造をほどき
ながら電界の向きに配列しようとし、このために分子の
配列状態が変化し、偏光状態が変わり、光の透過率が変
調されるからである。

【０００７】しかし同じ分子配列状態でも、液晶パネル
に入射してくる光の入射方向によっては透過光の偏光状
態が変化するので、入射方向に対応して光の透過率は異
なってくる特性を有する。すなわち液晶パネルは視角依
存性を有する。

【０００８】この視角特性は主視角方向（液晶層の中間
層における液晶分子の長軸方向）に対し視点を斜めに傾
けると輝度の逆転現象を引き起こし画質の変化原因とな
るため、液晶パネルの画質上重要な課題となっている。

【０００９】従来より、この課題を解決するために、各
種の方式が提案され、開発されてきている。中でも近年
特に注目されている方式として、ＴＮ型液晶表示方式の
ように基板垂直方向に電界を印加するのではなく、液晶
に印加する方向をガラス基板に対してほぼ平行な方向と
し、液晶分子の配列の方向をガラス基板に対して平行な
平面上で制御するＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチン
グ）方式があり、例えば特公昭６３−２１９０７号公報
や特開平６−１６０８７８号公報により提案されてい
る。

【００１０】図５に一般的なＩＰＳ方式の液晶表示素子
の基本的な断面構成図を示す。図５において、１は第一
のガラス基板、２は走査電極配線を示している。３は走
査電極配線２の形成と同時に走査電極配線２と同一層に
形成された共通電極配線、４は絶縁層でＳｉＮｘまたは
ＳｉＮｘを含む積層構造が一般的によく用いられてい
る。

【００１１】５は信号電極配線、６は信号電極配線５と
同時に形成された画素電極配線である。７はスイッチン
グ素子部であり、半導体層としてａ−Ｓｉが主に用いら
れている。８は液晶層、９は対向する第二のガラス基板
で、図の輻輳をさけるためその一部を示している。

【００１２】上記方式では、液晶層８の液晶分子は、共
通電極配線３に印加される電圧と、スイッチング素子７
を介して信号電極配線５から画素電極配線６に供給され
た画素電圧との間で基板１にほぼ平行に発生する電界に
よって制御される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このＩＰＳ方式は、液
晶分子の平面内での動きによる複屈折率の変化によって
直線偏光を制御するモードであり、従来のＴＮ方式に比
較して、液晶パネルのギャップに対する光学特性の変化
の依存性が大きく、約０．１μｍ以下の精度でギャップ
を制御する必要がある。

【００１４】現在、液晶パネルのギャップ形成プロセス
として広く実用化されている方式は、小球状のスペーサ
をガラス基板上に分散し、対向するガラス基板と貼り合
せる方法である。

【００１５】液晶パネルのギャップは、スペーサの材質
や分散密度、圧力などによって決定されるが、ギャップ
精度を高めるためには、スペーサの分散密度を高くして
いくことが必要となる。

【００１６】しかしながら、パネル内のスペーサの数が
増加していくと、スペーサ周辺の液晶分子の配向乱れに
よって生じる微少な光り抜けが無視できなくなり、画
質、特にコントラストの低下を引き起こす原因となる。

【００１７】このようなスペーサの影響を除去する方法
として、例えば、図６に示すように、一方のガラス基板
１上に形成された各種配線ＰＸ、ＰＹの各交差部分Ｐ…
Ｐに絶縁性の樹脂ブロックを柱状に形成しこれをスペー
サ１０とすることによって画素内にスペーサのないパネ
ルを実現しようとする方法が提案されている（例えば特
開平３−８９３２０号公報）。

【００１８】しかし、この方法は、一方の基板上に設け
られるスペーサ１０の高さが一般的な液晶パネルのギャ
ップである約４〜５μｍとされ、かつその断面形状はそ
の製法の特質上電極配線ＰＸ、ＰＹに整列した、図示の
ような正方形又は長方形とならざるを得ないため、液晶
分子の配向方向を制御するためのラビングプロセス時、
スペーサ１０の突起の影響による液晶の配向方位のズ
レ、それによって発生する表示上のムラなどが問題とな
る。

【００１９】即ち、図７に示すようにラビング方向を基
板に対し偏角θとする場合があり、このような条件でラ
ビングを行なうと、ラビング布の毛羽立ち繊維がスペー
サ１０の角１０Ａで振り分けられ、縦横幅ａ、ｂに対し
ａsinθ＋ｂ／cosθ＝β（＞ｂ）の幅に分断されるの
で、矢印で示すように配向方向に乱れが生じ、しかも幅
ｂより広い幅βに乱れが及ぶので、前述した微少な光り
抜けが有効に防止できなくなる問題があった。

【００２０】特にＩＰＳ方式は、前述したように複屈折
によって光学特性を制御しているので、配向方位の微少
なズレに対する光学特性変動の依存性が大きく、表示上
の影響を受けやすいという問題がある。

【００２１】本発明の主たる目的は、特に、ＩＰＳ表示
方式のギャップ形成、及び配向に対する上記した課題を
改善できる、液晶パネルの新しい構成を提供することに
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の液晶表示素子は、マトリックス状に
複数の画素が配置され、液晶分子の配列方向を制御する
配向膜層が設けられた第一のガラス基板と、表面に液晶
分子の配列方向を制御する配向膜層が形成された第二の
ガラス基板とを、柱状の絶縁膜によって間隙を保持して
貼り合せ、内部に液晶層を配置し、前記画素内に設けら
れた画素電極と共通電極配線との間に前記第一のガラス
基板の主平面にほぼ平行な電界を発生させることにより
光学特性を制御する液晶表示素子であって、前記柱状の
絶縁膜はその形状が円柱状であり、かつ前記画素それぞ
れに設けられた付加容量の上に前記柱状の絶縁膜が複数
形成されるとともに、それらが等間隔でラビング方向に
対してほぼ直角に一列に配列されたものである。

【００２３】従って、ラビング布の毛羽立ち繊維が櫛で
髪をすくような相対関係となって移行するので、ラビン
グの乱れが非常に少なくなり、スペーサによって画素内
に生じていたスペーサ周辺の液晶の配向乱れによる微少
な光抜けを解消することができ、コントラスト度の高
い、表示均一性の優れた画質を実現することができる。

【００２４】請求項２記載の液晶表示素子は、上記請求
項１の液晶表示素子において、前記柱状の絶縁膜が、感
光性のアクリル系樹脂により形成されているものであ
る。

【００２５】フォトエッチング方法で柱状の絶縁膜を成
形出来るので、ラビング方向に規制された形状の柱状絶
縁膜が容易にかつ正確に成形できる。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる液晶表示素
子の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳
細に説明する。 （実施形態１）図１、図２は、本発明に関わる第一の実
施形態の液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイ基板の
平面構成の概略図、およびその断面構成の概略図を示し
たものである。

【００３０】図中２、３はそれぞれ第一のガラス基板１
上に形成された走査電極配線、共通電極配線を示してお
り、本実施例では、上記両電極配線２、３は、同一の平
面上に、アルミニウムを主成分とする金属薄膜を成膜
し、図に示す形状をフォトリソグラフィー法によって形
成した。

【００３１】使用する金属材料は、配線抵抗の低い金属
材料が望ましいが、特にアルミニウム系金属に限定する
必要はなく、また単層膜、多層膜を用いても良い。次
に、絶縁膜として、上記アルミニウム膜の陽極酸化層と
窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、半導体層としてのアモルフ
ァスシリコンを積層したのち、共通電極配線３上の陽極
酸化層と窒化シリコンの層の一部分を取り除き、その後
スパッタリング法によって堆積させたアルミニウム／チ
タン（Ａｌ／Ｔｉ）の２層を堆積した後、ドライエッチ
ングによって信号電極配線５および画素電極配線６をパ
ターン形成した。

【００３２】７はスイッチング素子である薄膜トランジ
スタを示している。本実施例では、画素電極配線６の線
幅は５μｍとした。また、画素電極配線６には、走査電
極配線２との間で付加容量１０（図２）を形成した。付
加容量１０は、それに対応する走電極査配線の１ライン
前との間で形成したが、１ライン後の走査電極配線、あ
るいは共通電極配線３との間で形成してもよく、特に限
定をするものではない。

【００３３】その後、絶縁層４（図２）として窒化シリ
コンを堆積し、前記付加容量１０上に２つの柱状の絶縁
膜１１を図に示すように四角形状に、かつ四角形の２辺
１１ａの方向が点線矢印で示すように液晶パネルのラビ
ング方向と一致するように形成した。

【００３４】前記柱状の絶縁膜１１は、感光性のアクリ
ル系樹脂を、パネルギャップに対応した所定の膜厚にな
るように塗布した後、フォトリソグラフィー法及び、エ
ッチングによって本発明の形状に加工して形成した。

【００３５】本実施例では、絶縁膜１１の膜厚を３（μ
ｍ）とした。次に、本発明の構成の薄膜トランジスタア
レイ基板を、図３に示すように前記画素電極配線６及び
共通電極配線３の長手方向に対してθ＝１０°の角度で
ラビングし、光遮光層（ブラックマトリックス）、赤、
緑、青のカラーフィルタを形成してなる第２のガラス基
板９を同様に配向処理し貼り合せた後、液晶８を注入し
てパネルを作成した。

【００３６】この液晶パネルのギャップ分布を面内で測
定した結果、３．２（μｍ）±０．０５（μｍ）であ
り、極めて均一性のよいパネルを実現することができ
た。これは、図３に矢印で示すように、ラビング布の毛
羽立ち繊維は、柱状の絶縁膜１１に対して真正面から接
近し通過するため、毛羽立ち繊維は柱状の絶縁膜１１の
正面側１１ｂをそのまま乗り越えて行き、側面１１ａの
繊維は正面側繊維から側圧を受けることなくラビング方
向の姿勢を保ったまま通過するためである。

【００３７】従って、柱状構成のスペーサで従来問題に
なっていた、柱状の絶縁層近傍での配向方位乱れによる
表示ムラ、コントラストの低下も発生せず、本実施例の
柱状形状とすることによって、パネル全面にわたって、
コントラスト比＞３００：１という優れたコントラスト
比を実現できた。 （実施形態２）次に、本発明に関わる第二の実施形態の
液晶表示素子を詳細に説明する。

【００３８】図４は、本発明に関わる第二の実施形態の
液晶表示素子の薄膜トランジスタアレイ基板の平面構成
の概略図を示したものである。走査電極配線、信号電極
配線、共通電極配線、画素電極、薄膜トランジスタ部は
実施の形態１と同じである。

【００３９】本実施例では、柱状の絶縁膜を、図中に示
すように、付加容量１０上に、複数の小円柱上の突起１
１Ａ…１１Ａを一列に等間隔で配置した。形成方法は、
実施例１と同様で、感光性のアクリル系樹脂を、パネル
ギャップに対応した所定の膜厚になるように塗布した
後、フォトリソグラフィー法及び、エッチングによって
本発明の形状に加工した。

【００４０】このようにして作成した液晶パネルについ
て、ギャップの面内分布を測定した結果、実施例１と同
様、バラツキとして±０．０５（μｍ）未満であり、均
一性の良いパネルが実現できた。また、パネル全面にわ
たってコントラスト比＞３００：１を確認できた。

【００４１】これは、ラビング布の毛羽立ち繊維に対
し、柱状の絶縁膜のラビング方向に対する投影面積が極
めて細く、丁度髪の毛に対する櫛の歯のような関係とな
ってラビング布の乱れがむしろ抑えられる関係となるた
めである。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の液晶表示素
子は、広視野特性を実現できる横電界表示方式におい
て、従来の構成において課題であるギャップ均一性およ
び配向性の確保を同時に実現できる。これにより、広視
野で表示均一性に優れた、高品質の液晶表示素子を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の液晶表示素子の薄膜ト
ランジスタ基板の構成を示す平面図である。

【図２】本発明の第一の実施例の液晶表示素子の薄膜ト
ランジスタ基板の構成を示す断面図である。

【図３】ラビング時の状態を示す要部平面図である。

【図４】本発明の第二の実施例の液晶表示素子の薄膜ト
ランジスタ基板の構成を示す平面図である。

【図５】従来の横電界方式（ＩＰＳ）の液晶表示素子の
構成の概念を示す斜視図である。

【図６】従来の柱状絶縁膜を用いた液晶表示素子の平面
図である。

【図７】従来のラビング処理を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 第一のガラス基板 ２ 走査電極配線 ３ 共通電極配線 ４ 絶縁層（ＳｉＮｘ） ５ 信号電極配線 ６ 画素電極配線 ７ 薄膜トランジスタ素子 ８ 液晶層 ９ 第二のガラス基板 １０ 付加容量 １１ 柱状の絶縁膜 １１Ａ 柱状の絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−127028（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−281544（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−175133（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−73088（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1339 500 G02F 1/1368

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリックス状に複数の画素が配置され、
   液晶分子の配列方向を制御する配向膜層が設けられた第
   一のガラス基板と、表面に液晶分子の配列方向を制御す
   る配向膜層が形成された第二のガラス基板とを、柱状の
   絶縁膜によって間隙を保持して貼り合せ、内部に液晶層
   を配置し、前記画素内に設けられた画素電極と共通電極
   配線との間に前記第一のガラス基板の主平面にほぼ平行
   な電界を発生させることにより光学特性を制御する液晶
   表示素子であって、前記柱状の絶縁膜はその形状が円柱状であり、かつ前記
   画素それぞれに設けられた付加容量の上に前記柱状の絶
   縁膜が複数形成されるとともに、それらが等間隔でラビ
   ング方向に対してほぼ直角に一列に配列された液晶表示
   素子。
2. 【請求項２】前記柱状の絶縁膜が、感光性のアクリル系
   樹脂により形成されている請求項１記載の液晶表示素
   子。