JP3816590B2

JP3816590B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3816590B2
Application number: JP21881496A
Authority: JP
Inventors: 豊中井; 豊小野塚
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH1062813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、解像度が高く、しかも生産性の高い液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来のＣＲＴに代わる新しい表示装置が盛んに開発されている。その中でも、液晶表示装置は、薄型で低電力動作が可能であるため家庭用電化製品あるいはオフィスオートメーション機器の市場での期待は大きいものがある。
【０００３】
現在、液晶表示装置は、液晶パネルの背面にバックライトと呼ばれる平面型の照明を設けた透過型と呼ばれる方式が主流である。
しかしながら、バックライトは、消費電力が比較的大きく液晶表示装置の長所である低電力動作を阻害する大きな要因となっている。ここで、バックライトが暗かったり、ちらつきあるいは表示面 (液晶パネル) の全域の明るさのばらつきがあると、画質の低下が顕著になる。
【０００４】
低電力動作において、画質を低下させないためには、液晶パネルの光利用効率を最大限に高めることが重要である。
図１１は、周知の透過型パネルのアレイ基板の一例を示す断面図である。
【０００５】
図示しないガラス基板の所定位置に形成されたゲート線１０１上に、絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と信号線１０２とソース電極１０３からなる薄膜トランジスタ (ＴＦＴ) のソース電極１０３に接続された画素電極１０４は、隣接信号線１０２´に対して間隙ｄで接近している。
【０００６】
間隙ｄが狭い場合には、例えば、パターニング不良等が生じた場合、隣接信号線１０２´と画素電極１０４とが電気的に短絡する確率が増加する。そのため、問隙ｄは、ある程度確保されなければならず、このことにより、画素電極の面積が大幅に制限されることが知られている。
【０００７】
この問題を解決するために、図１２に示すような構造が提案されている。
図１２に示す構造は、信号線１０２と画素電極１０４との間に、絶縁膜１０５を設けたものであって、信号線１０２´と画素電極１０４を厚さ方向に異なる層に分けることで、両者の間隙をより小さくすることが可能となる。従って、画素電極１０４の面積を広げることが可能となり、アレイ基板の光利用効率を高めることができる。
【０００８】
一方、近年の携帯情報機器の需要の増加に伴い、バックライトを用いず、周囲光を前面に反射して表示する反射型液晶表示装置が注目されている。
反射型液晶表示装置では、例えば、図１２に示す構造と同様の構造において、画素電極 (反射電極) １０４に反射率の高い金属を用いて光利用効率を高めている。この場合、反射電極 (画素電極) １０４と信号線１０２を重ねることで反射電極１０４の面積を増加できる。
【０００９】
しかしながら、図１２に示すように、間隙ｄが必要以上に狭くなると、両者の間の寄生容量が増加し、画質が劣化することが考えられる。従って、絶縁膜１０５の厚さを、１〜２ミクロンとして、両者の厚さ方向の間隔を大きくすることが効果的である。
【００１０】
この場合、スパッタあるいはＣＶＤなどの成膜膜法は適さないので、例えば、ボリイミドもしくはアクリル樹脂等を塗布する方法が用いられる。なお、近年、樹脂に感光性を持たせたものも市場に出てきており、絶縁膜形成工程の簡略化に有効となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した有機絶縁膜１０５は、アレイ基板を構成する他の無機材料に比較して熱膨張率が極めて大きいため、基板のアニールエ程のような加熱処理において、有機絶縁膜１０５に形成した画素電極１０４内部に、有機絶縁膜１０５の熱膨張の影響による引っ張り応力が発生する。
【００１２】
上述した有機絶縁膜１０５の変形による画素電極１０４の切欠部への引っ張り応力の集中は、画素電極１０４の切欠底部に亀裂を発生させる。亀裂は、画素電極１０４の剥がれ、ソース電極１０３との電気的接続不良などを引き起こし、画質を劣化させるのみならず、アレイを使用不能にする問題がある。
【００１３】
これとは別に、液晶表示装置に用いる液晶の種類によっては、画素電極に配向処理を施す必要がある。代表的な処理法は、ラビング処理であり、例えば、布でアレイ基板上に塗布したボリイミド膜を擦るものである。この場合、視角特性の観点から、パネルに対して所定の方向に、ラビングされる。
【００１４】
このラビングにおいては、画素電極１０４の切欠部１０４ａ近傍で、画素電極１０４の膜厚による微妙な段差の影響による配向不良が発生する問題がある。なお、ラビングにより生じる配向不良は、スルーホール１０６に関しても同様に生じることから、画質が低下される問題がある。
【００１５】
この発明の目的は、有機絶縁膜上に、安定に画素電極を形成可能で、配向不良を生じることなく、しかも、高い歩留まりを確保しつつ、高画質の液晶表示装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、第１の基板に形成された透明電極と、第１の基板に所定の間隔で対向された第２の基板に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に配列された画素電極と、透明電極と画素電極の間に配置された液晶層からなる液晶表示装置において、前記画素電極の形状の一部が多角形で近似可能で、かつ、前記画素電極の形状を特徴づける多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する頂点であって、隣接する２つの頂点が、３ミクロン以上離れて位置されていることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【００１７】
またこの発明は、第１の基板に形成された透明電極と、第１の基板に所定の間隔で対向された第２の基板に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に配列された画素電極と、透明電極と画素電極の間に配置された液晶層からなる液晶表示装置において、前記画素電極の形状の一部が多角形で近似可能で、かつ、前記画素電極の形状を特徴づける多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する頂点であって、隣接する２つの頂点が、３ミクロン以上離れて位置されるとともに、その２つの頂点を結ぶ線分が、ラビング方向におおむね平行に形成されることを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１ないし図３は、この発明の実施の形態が適用される反射型液晶表示装置を示す構成図である。なお、図１は、液晶表示装置の画素の１つの抜き出した概略平面図、図２には、図１に示した画素を線Ｉ−Ｉで切断した部分断面図および図３は、図１に示した画素の画素電極の一部を拡大した部分拡大図である。
【００２０】
図２に示されるように、液晶表示装置１は、図示しないアンダーコート (層) が形成された第１のガラス基板１０ａの所定の位置に、例えば、モリブデン等をスパッタ成膜してパターニングされた形成されたゲート線１１を有する。ゲート線１１は、所定の厚さに積層されたアモルファス半導体の層１２により覆われている。アモルファス半導体層１２を挟んでゲート線１１と対向する位置には、所定の濃度の燐がドープされたアモルファス半導体層を積層してパターニングしたチャネル領域１３が形成されている。
【００２１】
チャネル領域１３には、アルミニウムをスパッタしてパターニングした配線電極としての信号線１４およびソース電極１５が、チャネル領域１３の一部と接触されて形成されている。
【００２２】
チャネル領域１３、信号線１４およびソース電極１５は、例えば、日本合成ゴム製の商品名ＨＲＣをスピンコートにより厚さ２ミクロンに塗布した有機絶縁膜１６により覆われている。なお、有機絶縁膜１６は、８０°Ｃでベーキング (焼成) され、露光、現像した後、２２０°Ｃでベーキングされて、硬化される。なお、ベーキング温度と現像時間とを最適化することでスルーホール１７をテーパ状とすることも可能である。
【００２３】
有機絶縁膜１６の所定位置、例えば、ソース電極１５と少なくとも一部で重なり合う位置には、有機絶縁膜１６へのマスク露光および引続く現像により、以下に説明する画素電極とソース電極１５とを電気的に接続するためのスルーホール１７が形成されている。
【００２４】
スルーホール１７が形成された有機絶縁膜１６上には、所定の厚さのＩＴＯが形成され、画素電極１８として所定の形状にパターニングされている。
この時、画素電極１８と (薄膜トランジスタの) チャネル領域１３とが重なり合うと、薄膜トランジスタ (ＴＦＴ) の特性に影響を与える可能性があるため、薄膜トランジスタ上に位置する画素電極１８は、図１に示すように、切欠１９により、除去されている。
【００２５】
画素電極１８に対し、第１のガラス基板１０ａと反対の側には、第１のガラス基板１０ａと対向する第２のガラス基板１０ｂが、第１のガラス基板１０ａに対して所定の間隔で配置されている。なお、第２のガラス基板１０ｂの第１の基板１０ａに面する側には、図示しない周知の透明電極 (すなわち対向電極) が形成されている。また、第１のガラス基板１０ａと第２のガラス基板１０ｂとの間には、所定の特性が与えられている液晶材料Ｒが満たされている。
【００２６】
ところで、図１ないし図３に示した液晶表示装置１においては、画素電極１８は、従来から利用されている無機絶縁膜に比較して厚さの厚い有機絶縁膜１６上に形成されることから、液晶表示装置１を形成する過程で外部から与えられる熱による熱膨張の影響を無視することはできない。
【００２７】
例えば、図４に示すように、有機絶縁膜１１１に形成した無機膜１１２を加熱すると、有機絶縁膜１１１の熱膨張により生じる引っ張り応力１１３が、無機膜１１２に、掛かる。また、無機膜１１２が図５に示すような切欠１１４を有する場合、切欠１１４の底部に応力が集中して極めて応力の高い状態が発生し、切欠１１４の底部に、亀裂が発生してしまう。
【００２８】
加えて、有機絶縁膜 (感光性樹脂) １１１は、現像にアルカリ性溶液を用いることから、ベーキング後も耐アルカリ性が不十分である。この場合、有機絶縁膜１１１に無機膜１１２をパターニングするために用いたレジストを除去するためのアルカリ性レジスト剥離液を使用すると、感光性樹脂 (有機絶縁膜) １１１が膨潤する問題がある。感光性樹脂１１１の膨潤は、無機膜１１２に、図６に示すような、切欠底部１１５付近を広げようとする力を発生させることから、切欠底部１１５に、引っ張り応力１１３がさらに集中する。その結果、切欠底部１１５に、亀裂が発生する。
【００２９】
図４ないし図６を用いて説明した理由により、切欠１９の形状および角度は、最適に決定される必要がある。
以下、画素電極１８の切欠１９の形状について説明する。
【００３０】
図３における切欠１９を、点Ｐ１と点Ｐ２とが一致している状態、すなわち、互いに直角に交わる２直線から形成される (点線で示す) 直角状の１９ａとし、画素電極１８をパターニングしたのちパターニングに利用されたレジストを除去するためのアルカリ性レジスト剥離液に浸漬したところ、図４ないし図６で説明したと同様に、有機絶縁膜１６の膨潤がみられ、直角状の切欠 (以下、切欠底部と示す) １９ａに応力集中が確認された。
【００３１】
この状態で、画素電極１８のアニールのために、基板１０を、概ね２００°に加熱したところ、試作したパネルの全数で、切欠底部１９ａの亀裂の発生が確認された。
【００３２】
以下、切欠底部１９ａへの応力の集中を緩和するため、図３に示したように、切欠１０の形状を、互いに直角に交わる２直線から形成される切欠底部１９ａから点Ｐ１と点Ｐ２の２つの頂点を結んで得られる線分を切り落とした形状とし、点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ線分の傾きが４５° (各点における内角の大きさは、それぞれ、２２５°) となるよう維持しながら、点Ｐ１と点Ｐ２との間の距離を次第に増大させて、亀裂の発生の程度を観察した。なお、液晶表示パネルを加工する場合、点Ｐ１、点Ｐ２のそれぞれ、並びに切欠底部１９ａのいづれにおいても、ミクロ的には、２つの直線が交わるわけではなく微小な曲率部が形成されるが、加工上生じる曲率部では、以下に説明する点Ｐ１と点Ｐ２の２点間の距離により生じる効果は達成されない。また、点Ｐ１、点Ｐ２のそれぞれにおける内角が、２７０°の場合、各２辺を結んだ外側の角度が直角 (点Ｐ１と点Ｐ２の一方が、残りの点を含む線分上に位置する) となることから、少なくとも２７０°については除外されることはいうまでもない。同様に、点Ｐ１、点Ｐ２のそれぞれにおける内角が、１８０°の場合、各２辺は直線 (点Ｐ１と点Ｐ２の一方が、残りの点を含む線分上に位置する) となることから、１８０°についても除外されることはいうまでもない。
【００３３】
図７は、図３を用いて説明した切欠１９を規定する点Ｐ１−点Ｐ２間の距離と亀裂の発生の程度との関係を示すグラフである。
図７に示されるように、点Ｐ１と点Ｐ２の２点間の距離が、３ミクロンよりも大きくなると、亀裂は、ほとんど発生しないことが確認された。なお、亀裂の発生率は、有機絶縁膜１６の膜厚には、ほとんど依存しなかった。
【００３４】
図８は、図３を用いて説明した切欠１９の形状と、配向不良の発生率との関係を示すグラフである。
図８に示されるように、点Ｐ１と点Ｐ２の２点間の距離が、３ミクロンよりも広がると、配向不良は、実質的に抑制されることが認められる。なお、点Ｐ１と点Ｐ２を結ぶ線分をラビング方向 (矢印ａ) と同一に設定すると、より効果が高められることが認められる。
【００３５】
図９は、図３を用いて詳述した画素電極１８の形状を設定する原理を画素電極１８とソース電極１５とを接続するためのスルーホール１７の形成に適用した例を示している。すなわち、図１に示したスルーホール１７を、例えば、一般的な矩形から多角形にする場合に、同様の議論が適用できる。
【００３６】
図９に示されるように、液晶表示装置２１においては、ソース電極２５は、６角形に形成されたスルーホール２７を介して画素電極２８と電気的に接続されている。また、他の構成については、図１ないし図３に示した例と同一であるから詳細な説明を省略する。なお、図９においては、スルーホール２７の一辺を、３ミクロンとすると、スルーホール２７の大きさは直径６ミクロンの円形のスルーホールとほぼ同一サイズとなる。
【００３７】
図９から明らかなように、６角形に形成されたスルーホール２７は、図１に示したスルーホール１７に比べて、画素電極１８からスルーホール１７を取り除いてできる穴すなわち６角形の各２辺を結んだ外側の角度が小さくなることから、応力の集中を緩和できる。また、図１においてルーホール１７の周辺に見られたラビング不良は、概ね解消されている。
【００３８】
なお、スルーホール２７は、好ましくは、６角形の互いに平行な辺の組の１つが矢印ａで示されるラビング方向に概ね一致するよう、形成される。すなわち、互いに平行な辺の組の１つがラビング方向と一致されることで、残りの４辺は、ラビング方向に対して非直角に位置されることから、ラビング不良が生じやすくなる要因が低減される。
【００３９】
図１０は、図３を用いて詳述した画素電極１８の形状を設定する原理を、画素電極１８とソース電極１５とを接続するためのスルーホール１７の形成に適用した例を示している。
【００４０】
図１０に示されるように、液晶表示装置３１においては、ソース電極３５は、８角形に形成されたスルーホール３７を介して画素電極３８と電気的に接続されている。また、他の構成については、図１ないし図３に示した例と同一であるから詳細な説明を省略する。なお、図１０において、スルーホール３７の一辺が３ミクロンであるとすれば、スルーホール３７の大きさは、直径７ミクロンの円形のスルーホールとほぼ同一サイズとなる。
【００４１】
図１０から明らかなように、８角形に形成されたスルーホール３７は、図９に示した６角形のスルーホール２７に比べて、画素電極３８からスルーホール３７を取り除いてできる穴すなわち８角形の各２辺を結んだ外側の角度が小さくなることから、応力の集中を緩和するために一層の効果がある。また、図１に示したスルーホール１７の周辺に見られたラビング不良は、概ね解消されている。
【００４２】
ところで、図１０に示すように、スルーホール３７が正８角形である場合は、好ましくは、互いに平行な辺の組のいづれの組も矢印ａで示されるラビング方向と一致しないよう、配慮される。すなわち、正８角形の特徴として、互いに平行な２辺は、他の２辺と９０°回転された位置関係を有することから、ある辺の組をラビング方向と平行にすると、ラビング方向に対して直角となる辺の組みが生じることから、全ての辺に対するラビングの影響を低減するためには、互いに平行な辺の組のいづれの組もラビング方向に一致させないことが有益である。
【００４３】
以上、説明したように、外部から熱による熱膨張の程度が大きな有機絶縁膜を用いた液晶表示装置においては、有機絶縁膜に形成される画素電極の形状を最適に設定することで、有機絶縁膜の熱膨張により、有機絶縁膜あるいは画素電極の少なくとも一方に、亀裂が生じたり、レジスト除去剤に浸されることで有機絶縁膜が変形したり膨潤による画質の劣化が引き起こされることが防止される。
【００４４】
また、有機絶縁膜に形成される画素電極の形状を最適に設定することで、ラビングにおいて配向不良が生じることが実質的に抑止される。
なお、画素電極の形状の最適化は、画素電極とソース電極を電気的に接続するスルーホールの形状についても適用可能である。この場合、スルーホールは、正多角形に限定されることはない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の液晶表示装置においては、画素電極の形状の一部が多角形で近似可能で、その多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する少なくとも２つの頂点が、３ミクロン以上離れて形成される。また、画素電極の形状を特徴づける多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する少なくとも２つの頂点を結ぶ線分が、ラビング方向におおむね平行に形成される。従って、有機絶縁膜上の画素電極を安定して形成することができる。また、切欠部分の周辺に発生する配向不良を、実質的に皆無にすることができる。これにより、歩留まりが高く、しかも、高画質な液晶表示装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態が適用される液晶表示装置の画素を示す平面図。
【図２】図１に示した液晶表示装置の画素の線Ｉ−Ｉに沿った断面図。
【図３】図１に示した液晶表示装置の画素電極の部分拡大図。
【図４】図１に示した液晶表示装置の有機絶縁膜に亀裂が生じるメカニズムを示す概略図。
【図５】図４に示したメカニズムに引き続くメカニズムを示す概略図。
【図６】図５に示したメカニズムに引き続くメカニズムを示す概略図。
【図７】図３に示した切欠を規定する点Ｐ１−点Ｐ２間の距離と亀裂の発生の程度との関係を示すグラフ。
【図８】図３に示した切欠の形状と配向不良の発生率の関係を示すグラフ。
【図９】図１に示した液晶表示装置のスルーホールの形状の例を示す概略平面図。
【図１０】図９に示したのスルーホールの形状の別の例を示す概略平面図。
【図１１】周知の液晶表示装置の一例を示す概略断面図。
【図１２】周知の液晶表示装置の一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１ …液晶表示装置、
１０ａ…第１のガラス基板、
１０ｂ…第２のガラス基板、
１１ …ゲート線、
１２ …アモルファス半導体層、
１３ …チャネル領域、
１４ …信号線、
１５ …ソース電極、
１６ …有機絶縁膜、
１７ …スルーホール、
１８ …画素電極、
１９ …切欠、
１９ａ…切欠底部。

Claims

第１の基板に形成された透明電極と、第１の基板に所定の間隔で対向された第２の基板に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に配列された画素電極と、透明電極と画素電極の間に配置された液晶層からなる液晶表示装置において、
前記画素電極の形状の一部が多角形で近似可能で、かつ、前記画素電極の形状を特徴づける多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する頂点であって、隣接する２つの頂点が、３ミクロン以上離れて位置されていることを特徴とする液晶表示装置。
第１の基板に形成された透明電極と、第１の基板に所定の間隔で対向された第２の基板に形成された有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に配列された画素電極と、透明電極と画素電極の間に配置された液晶層からなる液晶表示装置において、
前記画素電極の形状の一部が多角形で近似可能で、かつ、前記画素電極の形状を特徴づける多角形のそれぞれの頂点の内角の最大値が２７０°より小さく、そのうちの１８０°を越える内角を提供する頂点であって、隣接する２つの頂点が、３ミクロン以上離れて位置されるとともに、その２つの頂点を結ぶ線分が、ラビング方向におおむね平行に形成されることを特徴とする液晶表示装置。