JP4122876B2 - 液晶表示器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示器に関し、特に広視野角で表示ムラの少ない大型の液晶表示器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示器は薄型、軽量、低消費電力という利点を生かし、これまで携帯端末やノートパソコンの表示部、パソコン用モニターとして用いられてきた。そして最近では液晶ＴＶにも採用され始め、様々な開発・改良が試みられている。液晶ＴＶ用ではパソコンのモニター用よりも、広い視野角や動画に対する高い表示品位などの特性が要求され、そうした要求に対応した方式として例えば特許第２９４７３５０号公報に記載されているＭＶＡ（Multi-domain vertically aligned）方式が提案されている。
【０００３】
液晶表示器は、一対のガラス基板間に液晶を挟持し、一方のガラス基板には画素毎に画素電極を、他方のガラス基板には対向電極やカラーフィルタを配置している。ＭＶＡ方式では、画素電極に複数のスリットを形成し、対向電極上には画素電極のスリットと平行して帯状の突起を形成している。両ガラス基板上には垂直配向膜が積層され、液晶層には誘電率異方性が負の液晶分子を用いている。そしてＯＦＦ状態のとき（画素電極に電圧を供給しないとき）は、液晶分子が配向膜に規制されて垂直配列し、ＯＮ状態のとき（画素電極に所定以上の電圧を供給したとき）は、液晶分子がスリットや突起を境界にして逆方向に傾斜し、１画素内で複数のドメインを形成する。
【０００４】
このような液晶表示器では、画素が存在する表示領域内に多くの膜を形成している。例えば、画素電極を有するガラス基板側では、ゲート配線、ゲート絶縁膜、ソース配線、保護膜、平坦化膜、画素電極、配向膜が形成され、画素領域にはゲート絶縁膜、保護膜、平坦化膜、画素電極、配向膜が順次積層される。この保護膜はゲート配線とソース配線の交差部に設けられるＴＦＴやソース配線を覆う膜であり、平坦化膜は表面を平坦にするために保護膜よりもかなり厚い膜である。ＴＦＴのドレイン電極では、保護膜と平坦化膜にコンタクトホールが設けられ、このコンタクトホールを介して画素電極がＴＦＴに接続している。また、カラーフィルタを有するガラス基板側では、遮光膜、カラーフィルタ、平坦化膜、対向電極、突起、配向膜が形成され、画素にはカラーフィルタ、平坦化膜、対向電極、突起、配向膜が積層される。
【０００５】
そして液晶ＴＶ用では開口率や色純度の向上が求められるため、ガラス基板に積層される膜も厚くなる。つまり、開口率を向上するために平坦化膜を厚くして画素電極とソース配線の間隔を広げ、画素電極をソース配線に重なるように大きくしたり、また色純度を上げるためにカラーフィルタを厚くしたりする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶パネルを構成する一対のガラス基板を貼り合せるとき、一方のガラス基板の周囲にシール材を塗布し、他方のガラス基板を一方のガラス基板に重ね合わせ、それから紫外線照射や熱処理によりシール材を硬化させる。そしてシール材が塗布される領域では画素部分よりも積層される膜の数が少ない。例えば、画素電極を有するガラス基板では、シール材部分にゲート線やゲート絶縁膜は存在するものの保護膜や平坦化膜、画素電極等は存在しない。また、カラーフィルタを有するガラス基板側では、シール材部分に遮光膜は存在するものの、カラーフィルタや平坦化膜などは存在しない。従ってシール材部分のセルギャップは、カラーフィルタや平坦化膜等の膜厚分だけ画素部分のセルギャップより大きく、その差が３〜７μｍと大きくなっている。
【０００７】
また、液晶ＴＶはパネルサイズが大きくなっており、今後２０インチ以上のものが多くなる。液晶パネルのサイズが大きくなると、それだけ画素部分からシール材までの距離も大きくなり、例えば２０インチの場合は７ｍｍ以上になる。この画素部分とシール材の間にもカラーフィルタや平坦化膜は存在しないため、この部分が大きな容積をもつ空間となる。そしてこの空間では液晶注入プロセスにおいて排気効率が悪く、不純物やイオン性物質がトラップされやすいため、表示品位の低下や信頼性等の問題が発生していた。
【０００８】
また、画素電極とシール材の間には液晶分子の配向規制用の突起やスリットも存在しないため、この空間に存在する液晶分子は配向状態が乱れやすい。そしてこの液晶分子の配向の乱れが画素部分に存在する液晶分子にも影響し、表示ムラの原因になってしまう。
【０００９】
そこで本発明は、大型の液晶表示器でも高い表示品位が得られる液晶表示器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、一対の基板を対向配置すると共にその周囲にシール材を塗布して固定し、
前記基板間に液晶を注入し、
前記基板に複数の画素をマトリクス状に配置した液晶表示器において、
一方の基板には各画素に対応してスイッチング素子を形成し、
前記スイッチング素子上に保護膜を形成し、
前記保護膜上に前記保護膜よりも厚い有機物からなる層間絶縁膜を形成し、
画素毎に前記層間絶縁膜上に画素電極を形成し、
前記保護膜と前記層間絶縁膜には前記画素電極を前記スイッチング素子に接続するためのコンタクトホールを形成し、
他方の基板には前記画素電極に対向してカラーフィルタを形成し、
前記カラーフィルタ上に対向電極を形成し、
前記カラーフィルタ上に液晶分子の傾斜方向を規制する複数の突起を形成し、
前記両基板には、垂直配向用の配向膜が積層され、
前記画素が位置する画素領域と前記シール材の間に
前記層間絶縁膜及び前記カラーフィルタを取除いた空間が存在し、
前記層間絶縁膜及び前記カラーフィルタの端部からシール材までの距離が
３ｍｍ以下であるとともに、前記配向膜の端部が前記カラーフィルタの端部とシール材との間において、前記対向電極の端部よりも前記シール材側に位置することを特徴とする。
【００１１】
また、画素領域とシール材の間に存在する空間のセルギャップが突起と画素電極とのセルギャップよりも５μｍ以上広いことを特徴とする。
【００１３】
また、基板の長辺側のシール材に注入口を形成し、注入口を有する長辺側のシール材から層間絶縁膜までの距離が、基板の短辺側のシール材から層間絶縁膜までの距離より大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、基板の法線方向から見たときに、画素電極と対向電極の端部の距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の液晶表示器の画素領域とシール材の位置関係を説明する模式図、図２は液晶表示器のシール材付近における断面概略図、図３はシール材付近における平面概略図である。
【００１６】
１は透明基板である第１の基板、２は複数の画素をマトリクス状に配置した画素領域、３は画素領域２を囲むように第１の基板１の周囲に塗布されたシール材、４は液晶を注入するための注入口である。注入口４は第１の基板１の長手方向に位置するシール材３に形成されている。なお、図１は簡略化のために後述する第２の基板１３を図示していない。
【００１７】
第１の基板１上には例えばＡｌなどの金属膜によりゲート配線５を形成し、複数のゲート配線５を画素領域２内でそれぞれ平行に配置する。ゲート配線５の一端はシール材３の外側であって第１の基板１の端部まで延在し、その先端部分は外部制御回路と接続するゲート接続端子２１が形成されている。ＳｉＮｘ又はＳｉＯ₂などをゲート配線５上に積層し、ゲート絶縁膜６を形成する。ゲート絶縁膜６上に金属層を積層し、パターニングしてソース配線７を形成し、複数のソース配線７はゲート配線５と直交する。ソース配線７の一端はシール材３の外側まで延在し、その先端には外部制御回路と接続するソース接続端子２２が形成されている。ゲート配線５とソース配線７の交差部ではＴＦＴ８が形成され、このＴＦＴ８は、ゲート電極、ゲート絶縁膜６、半導体層、ソース・ドレイン電極の積層構造をしており、ゲート電極はゲート配線５に、ソース電極はソース配線７にそれぞれ接続している。ＴＦＴ８はＳｉＮｘなどの保護膜９で覆われ、保護膜９上にはポリイミドなどの層間絶縁膜１０が積層される。画素領域ではソース配線７やＴＦＴ８により表面に凹凸が生じるが、層間絶縁膜１０により表面を平坦にしている。従って層間絶縁膜１０は保護膜９よりもかなり厚く積層される。保護膜９と層間絶縁膜１０にはＴＦＴ９のドレイン電極に相当する位置にコンタクトホールが設けられている。ゲート配線５とソース配線７で囲まれた画素内には、層間絶縁膜１０上に画素電極１１が形成され、コンタクトホールを介してドレイン電極と接続している。画素電極１１には複数のスリット２４が形成され、このスリット２４によりＯＮ状態における液晶分子の傾斜方向を規制する。画素電極１１上には垂直配向処理を施した配向膜１２が積層され、ＯＦＦ状態の液晶分子の配向方向を規制している。
【００１８】
第２の基板１３はガラス基板などで形成され、第１の基板１に対向して配置されている。第２の基板１３上には遮光性の金属層が積層され、この金属層を画素領域内で格子状にパターニングして遮光膜１４を形成している。遮光膜１４の開口部には画素に対応した色のカラーフィルタ１５が形成されている。そしてソース配線７と対向する位置には遮光膜１４が存在し、その部分にはカラーフィルタ１５が存在しない。そのためカラーフィルタ１５が存在する部分と存在しない部分で大きな段差が生じる。またカラーフィルタ１５表面にも凹凸が存在するため、この凹凸や段差をなくすためにカラーフィルタ１５上に平坦化膜１６を積層し、その平坦化膜１６上に透明電極からなる対向電極１７を形成する。この対向電極１７は部分的に遮光膜１４と接続して同電位になっている。画素領域内の対向電極１７上には帯状の突起１８が複数の画素にわたってジグザグ状に形成され、この突起１８によりＯＮ状態における液晶分子の傾斜方向を規制する。この突起１８は例えばノボラック樹脂で形成され、画素電極１１のスリット２４と平行に形成されている。平坦化膜１６や突起１８を覆うように垂直配向処理を施した配向膜１９が積層され、この配向膜１９によりＯＦＦ状態の液晶分子の配向方向を規制している。
【００１９】
両基板１、１３の間に注入される液晶層２０は負の誘電率異方性を有し、ＯＦＦ状態のときは配向膜１２、１９に規制されて垂直配列し、ＯＮ状態のときにはスリット２４や突起１８により規制される方向に傾斜する。
【００２０】
次にシール材３付近の構造について説明する。シール材３が塗布されている部分では、第１の基板１上の層間絶縁膜１０、画素電極１１、配向膜１２が存在せず、第２の基板１３上のカラーフィルタ１５、平坦化膜１６、対向電極１７、突起１８、配向膜１９が存在しない。そして画素領域２とシール材３の間で取除かれる第１の基板１側の層間絶縁膜１０などの膜厚は約３μｍであり、突起１８の高さは約１．５μｍであり、第２の基板１３側のカラーフィルタ１５などは２μｍである。従って、画素領域２の突起１８がない部分のセルギャップ（ｈ１）は約４μｍであり、突起１８のある部分（ｈ２）では２．５μｍになるが、画素領域２とシール材３の間の空間２５ではセルギャップ（ｈ３）は約９μｍとなり、画素領域内外のセルギャップの差が大きくなる。
【００２１】
この画素領域２とシール材３の間の空間２５が大きい場合、液晶を注入するときに不純物がトラップされやすいなどの不具合が生じる。特に液晶パネルが大型化するに従って画素領域２とシール材３の間の距離も大きくなり、このような不具合が顕著になるが、本発明ではカラーフィルタ１５や層間絶縁膜１０の端部からシール材３までの距離（ｄ３、ｃ２）を短くすることで、画素領域２とシール材３の間の空間２５に起因する不具合を低減している。この不具合を低減するためには、カラーフィルタ１５や層間絶縁膜１０の端部からシール材３までの距離（ｄ３、ｃ２）を３．０ｍｍ以下にするとよい。さらに、液晶パネルの短辺側に位置するシール材３と画素領域２の距離（ａ）を、液晶注入口４が設けられた側に位置するシール材３と画素領域２の距離（ｂ）よりも短くすることで、液晶分子の注入がスムーズに行える。
【００２２】
対向電極１７や配向膜１２、１９の端部は画素領域２とシール材３の間に位置する。このとき液晶パネルの短辺側のシール材３付近では、まず、第１の基板１側では配向膜１２の端部が層間絶縁膜１０の端部よりもシール材３側に位置し、シール材３から配向膜１２までの距離（ｃ１）が約１．０５ｍｍ、シール材３から層間絶縁膜１０までの距離（ｃ２）が約２．１ｍｍになっている。また、第２の基板１３側ではシール材３側から配向膜１９の端部、対向電極１７の端部、カラーフィルタ１５の端部の順に位置し、シール材３から配向膜１９までの距離（ｄ１）が約１．０５ｍｍ、シール材３から対向電極１７までの距離（ｄ２）が約１．４ｍｍ、シール材３からカラーフィルタ１５までの距離（ｄ３）が約２．４ｍｍとなっている。
【００２３】
配向膜１２、１９をシール材３付近まで形成すれば液晶分子が配向膜１２、１９に規制されて垂直配列するため、それだけ配向状態は安定するが、配向膜１２、１９は垂直配向処理が施されているため、液晶分子を注入する際には障害となり、それだけ注入時間が長くなる。また対向電極１７の端部がシール材３付近まで形成されると、その領域には突起１８も画素電極１１も存在しないため、対向電極１７の電位に影響されて液晶分子が不規則な方向に配列することになり、表示に悪影響を及ぼす。従って液晶分子の配列状態が安定し、且つ液晶分子の注入をスムーズに行うために、配向膜１２、１９の端部を対向電極１７の端部よりもシール材３側に設け、第２の基板１３の法線方向から見たときに対向電極１７の端部から画素電極１１までの距離が１．５ｍｍ以下になるようにするとよい。
【００２４】
この両基板１、１３の間に液晶を注入するとき、液晶は注入口４から画素領域２の中央付近に向かって流れ込む。注入口４が設けられている側のシール材３と層間絶縁膜１０との端部の間にセルギャップの大きい空間２５が存在するため、注入口４から入り込んだ液晶の一部はこの空間２５を通りながらシール材３に沿って横方向に広がり、その後に画素領域２に向かって広がっていく。画素領域２では突起１８がソース配線７に沿って形成されているため、液晶は画素領域２内では横方向に広がりにくい。また、配向膜１２、１９が液晶分子を配向膜に対して垂直方向に立つように規制し、画素領域２内ではセルギャップも小さいため、液晶がなかなか広がりにくい。本発明では、画素領域２とシール材３の間を３ｍｍ以下とできるだけ狭くして表示上の不具合を低減させながら、注入口４側の空間２５を基板１の短辺側の空間２５よりも広くすることで液晶がスムーズに注入でき、注入時間を短縮することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、画素領域とシール材の間を３ｍｍ以下と小さくすることにより、液晶注入時にこの画素領域とシール材の間に不純物やイオン性物質がトラップされることを防止でき、また、その間に位置する液晶分子の配向状態が乱れることを防止できる。従って、表示品位や信頼性が低下することを防ぐことができる。
【００２６】
さらに、注入口が存在するシール材と画素領域の距離を、基板の短辺方向のシール材と画素領域との距離よりも大きくすることにより、液晶の注入時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である液晶表示器を模式的に示した平面図である。
【図２】本発明の液晶表示器のシール材付近を示す断面図である。
【図３】本発明の液晶表示器のシール材付近を拡大した平面図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 画素領域
３ シール材
４ 注入口
９ 保護膜
１０ 層間絶縁膜
１１ 画素電極
１２、１９ 配向膜
１３ 第２の基板
１５ カラーフィルタ
１７ 対向電極
１８ 突起

Claims (4)

1. 一対の基板を対向配置すると共にその周囲にシール材を塗布して固定し、
   前記基板間に液晶を注入し、
   前記基板に複数の画素をマトリクス状に配置した液晶表示器において、
   一方の基板には各画素に対応してスイッチング素子を形成し、
   前記スイッチング素子上に保護膜を形成し、
   前記保護膜上に前記保護膜よりも厚い有機物からなる層間絶縁膜を形成し、
   画素毎に前記層間絶縁膜上に画素電極を形成し、
   前記保護膜と前記層間絶縁膜には前記画素電極を前記スイッチング素子に接続するためのコンタクトホールを形成し、
   他方の基板には前記画素電極に対向してカラーフィルタを形成し、
   前記カラーフィルタ上に対向電極を形成し、
   前記カラーフィルタ上に液晶分子の傾斜方向を規制する複数の突起を形成し、
   前記両基板には、垂直配向用の配向膜が積層され、
   前記画素が位置する画素領域と前記シール材の間に
   前記層間絶縁膜及び前記カラーフィルタを取除いた空間が存在し、
   前記層間絶縁膜及び前記カラーフィルタの端部からシール材までの距離が
   ３ｍｍ以下であるとともに、前記配向膜の端部が前記カラーフィルタの端部とシール材との間において、前記対向電極の端部よりも前記シール材側に位置することを特徴とする液晶表示器。
2. 前記画素領域と前記シール材の間に存在する空間のセルギャップが前記突起と前記画素電極とのセルギャップよりも５μｍ以上広いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示器。
3. 前記基板の長辺側のシール材に注入口を形成し、前記注入口を有する長辺側のシール材から前記層間絶縁膜までの距離が、前記基板の短辺側の前記シール材から前記層間絶縁膜までの距離より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示器。
4. 前記基板の法線方向から見たときに、前記画素電極と前記対向電極の端部との距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液晶表示器。

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