JP4242963B2

JP4242963B2 - カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JP4242963B2
Application number: JP03281999A
Authority: JP
Inventors: 英樹松岡; 和之前田; 進大今
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: US6952249B2; TWI235265B; US20040046901A1; JP2000231098A; KR100465665B1; US6639640B1; KR20000057973A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）に関し、さらに詳しくは、画素電極にソース線を重畳して形成した液晶表示装置における画像表示の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負の誘電率異方性を有した液晶と垂直配向膜とを用いた垂直配向型のＬＣＤにおいて、例えば特開平６−３０１０３６号などに、液晶の配向方向を制御する配向制御窓を有する垂直配向型ＬＣＤが提案されている。以下にこのタイプのＬＣＤについて説明する。
【０００３】
図４（ａ）はその平面図、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。第１の基板５０上に、ゲート線５１が形成され、これを覆ってゲート絶縁膜５２が形成されている。ゲート線５１は、画素の一部にゲート電極５１ａを有する。この上には、ポリシリコン膜が、ゲート電極５１ａの上方を通過するように、島状に形成され、不純物がドーピングされて、ゲート電極５１ａと共に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）５４を形成している。これらを覆って層間絶縁膜５５が形成され、層間絶縁膜５５上には、データ線５６が形成されている。その上に、平坦化膜５７を介してＩＴＯ（indium tin oxide）よりなる画素電極５８が形成され、層間絶縁膜５５及び平坦化膜５７に開口されたコンタクトホールを介してＴＦＴ５４に接続されている。データ線５６は、画素電極５８の下に重畳して形成されている。データ線５６はＴＦＴ５４のソース領域に接続され、ゲート電極５１ａがオンしたときに画素電極５８に電荷を供給する。画素電極５８の上には、ポリイミド等よりなる有機系材料もしくはシアン系などの無機系材料よりなる垂直配向膜５９が形成されている。垂直配向膜５９には、ラビング処理が施されていない。
【０００４】
第１の基板５０に対向して配置された第２の基板６０には、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のいずれか、もしくはシアン、マゼンダ、イエローのいずれかに着色されたカラーフィルタ６６が画素電極５８に対向する位置に形成されている。その上に、ＩＴＯ等よりなる共通電極６１が複数の画素電極５８を覆って形成されている。共通電極６１上には、第１の基板５０側と同じ垂直配向膜６２が設けられている。共通電極６１には、例えば図示したように「Ｙ」の文字を上下逆に連結した形状を有した、電極不在の領域である配向制御窓６３が形成されている。
【０００５】
これら第１の基板５０および第２の基板６０の間には、液晶７０が封入され、画素電極５８と共通電極６１間に印加された電圧によって形成された電界強度に応じて、液晶分子の向き即ち配向が制御される。第１の基板５０および第２の基板６０の外側には、図示しない偏光板が、偏光軸を直交させて配置されている。これら偏光板間を通過する直線偏光は、各表示画素毎に異なる配向に制御された液晶７０を通過する際に変調され、所望の透過率に制御される。
【０００６】
液晶７０は負の誘電率異方性を有しており、即ち、電界方向に対して倒れるように配向する性質を有している。垂直配向膜５９，６２は、液晶７０の初期配向を垂直方向に制御する。この場合、電圧無印加時には、液晶分子は垂直配向膜５９，６２に垂直になっており、一方の偏光板を抜けた直線偏光は、液晶層７０を通過して他方の偏光板により遮断されて表示は黒として認識される。
【０００７】
この構成で、画素電極５８と共通電極６１間に電圧を印加すると、電界６４，６５が形成され、液晶分子は傾斜する。画素電極５８の端部では、電界６４は、画素電極５８から共通電極６１側へ向かって斜めに傾いた形状になる。同様に、配向制御窓６３の端部も電極が不在であるため、電界６５は画素電極５８に向かって傾いた形状になる。この傾いた電界によって、液晶の配向方向が制御され、画素電極５８の内側方向、配向制御窓６３に向かって傾斜する。
【０００８】
また、配向制御窓６３直下では、共通電極６１が不在であるので電圧印加によっても電界が形成されず、液晶分子は初期配向状態、即ち垂直方向に固定される。これによって、液晶の連続体性によって配向制御窓６３を挟んで液晶の配向方向が対向し、広い視野角が得られる。
【０００９】
データ線５６は、配向制御窓６３に重畳して形成されている。データ線５６を透過する光は一定の割合で減衰し、また、配向制御窓６３下の液晶は初期配向を保つので、電圧印加時でも光を透過しない。このため、それぞれの領域で光の透過率が落ち、画素全体の透過率が大きく落ちる。そこで、これを重畳して形成することによって、透過率の低下を防止しているのである。より詳しくは、特願平１０−３３７８４０に記載されている。
【００１０】
液晶の配向方向を制御する手段は、配向制御窓６３に限るものではなく、液晶７０に面する垂直配向膜５９，６２に傾斜部を設けるなどしても良い。これに関しては、特願平６−１０４０４４に記載されている。
【００１１】
次にＬＣＤの電圧印加方式について述べる。図７は、ゲート線５１及びデータ線５６に印加する電圧と、それによって駆動される画素電極の電圧を示すタイミングチャートである。図５（ａ）は第１のゲート線５１に、（ｂ）は第１のゲート線に隣接する第２のゲート線５１に、（ｃ）はデータ線５６に、それぞれ印加する電圧を示し、（ｄ）は第１のゲート線５１とデータ線５６によって制御される画素電極５８、（ｅ）は第２のゲート線５１とデータ線５６によって制御される画素電極５８の電圧を示している。１水平同期期間（以降１Ｈと表記する）第１のゲート線５１に電圧を印加し、これをオンする。第１のゲート線５１がオンすることで、これに対応した列の画素電極５８のＴＦＴがオンする。１Ｈの間それぞれのデータ線５６には、表示する画像に応じた電圧が印加され、この列の画素電極５８はその電圧を保持する。次の１Ｈで、第１のゲート電極５１はオフし、第２のゲート電極５１がオンする。これによって、第２のゲート線５１に対応した画素電極５８のＴＦＴがオンし、同様にデータ線５６の電圧を、この列の画素電極５８が保持する。以下同様に、１Ｈ毎に各行の画素電極５８に電圧を与え、これに対応する液晶を駆動し、画像を表示する。ここで、液晶の劣化を防止するため、隣接する行毎に電界の方向を反転させる。即ち、第１のゲート線５１が制御する行の画素電極５８は、共通電極６３の電位Ｖc（例えば６Ｖ）よりも所定電位（例えば４Ｖ）高い電圧Ｖ_high（１０Ｖ）を印加し、隣接する行の画素電極５８には、反転した電圧、即ち共通電極６３の電位Ｖｃよりも所定電位低い電圧Ｖ_low（２Ｖ）を印加する。再び第１のゲート線５１の行の画素電極５８に電圧を印加する際は、先ほどとは反転したＶ_lowを印加する。このような電圧の印加方式をライン反転方式と呼ぶ。ライン反転によると、共通電極６３の電位Ｖｃを中心に画素電極の印加電圧が反転しているので、電界は形状が同様で、方向が行毎に逆となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、垂直配向型ＬＣＤにおいては、データ線５６は、画素電極５８に重畳しているので、データ線５６と画素電極５８の間に寄生容量C_SDが生じる。また、ライン反転を行うと、データ線５６には、図５（ｃ）に示したように、交流のような電圧が印加される。すると、寄生容量によって、データ線５６の電圧が画素電極５８にノイズとして乗ってしまい、画素電極５８が保持する電圧は、印加された値Ｖ_high、Ｖ_lowを維持できず、図５（ｆ）（ｇ）に示すように、データ線５６に印加する電圧による影響を受ける。これによって、画素電極５８が保持する電圧は、実効的にそれぞれＶ_highよりも低いまたは、Ｖ_lowよりも高い値となる。即ち、画素電極５８と共通電極６１との電位差は実効的に小さくなってしまう。
【００１３】
画素電極５８と共通電極６１との電位差が小さくなると、液晶７０に十分な電界をかけることができなくなるので、液晶の駆動が不十分となり、ＬＣＤのコントラストが低下する。
【００１４】
特に、データ線５６が配向制御窓６３に重畳しているので、データ線５６を直線状に形成した場合に比較して、画素内のデータ線５６の配線長が長いため、データ線５６と画素電極５８との寄生容量はさらに大きくなり、上述したノイズによる電位差の縮小が更に顕著となる。
【００１５】
このような問題は、上述した配向制御窓を有するＬＣＤ以外でも、例えば配向を制御するために液晶に接する配向膜に傾斜部を設けたタイプのＬＣＤなどにおいても、データ線を画素電極に重畳して形成すると、全く同様に生じる。
【００１６】
そこで本発明は、データ線が画素電極に重畳して形成されたＬＣＤにおいて、コントラストの高いＬＣＤを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液晶を駆動する互いに離間されて形成された複数の画素電極と画素電極に電圧を印加するデータ線とが形成された第１の基板と、第１の基板に対向し、複数の画素電極に対向する共通電極が形成された第２の基板と、カラーフィルタと、第１及び第２の基板間に封入された液晶とを備えた垂直配向型液晶表示装置において、データ線は、画素電極と重畳して形成され、カラーフィルタは、データ線と画素電極との間に形成されているカラー液晶表示装置である。
【００１８】
さらに液晶の配向方向を制御する、共通電極の画素電極に対向する領域を開口してなる配向制御窓を有し、液晶は負の誘電率異方性を有する。
【００１９】
さらに画素電極上に垂直配向膜と、垂直配向膜に設けられた配向制御傾斜部とを有し、液晶は負の誘電率異方性を有する。
【００２０】
さらに画素電極と、データ線とを接続する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタと、画素電極とを接続するコンタクトとを有し、カラーフィルタは、コンタクトには重畳しない。
【００２１】
また、カラーフィルタの端部の一部は、画素電極の端部よりも少なくとも１μｍ画素電極の外側に位置する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の平面図、図１（ｂ）はその断面図である。第１の基板５０上に、ゲート電極５１ａを有するゲート線５１が形成され、これを覆ってゲート絶縁膜５２が形成されている。この上には、ポリシリコン膜が、ゲート電極５１ａの上方を通過するように島状に形成され、不純物がドーピングされて、ゲート電極５１ａと共にＴＦＴ５４を形成している。これらを覆って層間絶縁膜５５が形成され、層間絶縁膜５５上には、データ線５６が形成されている。データ線５６を覆って赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のいずれか、もしくはシアン、マゼンダ、イエローのいずれかに着色されたカラーフィルタ１が形成され、その上に、平坦化膜２を介してＩＴＯよりなる画素電極５８が形成され、層間絶縁膜５５及び平坦化膜２に開口されたコンタクトホールを介してＴＦＴ５４に接続されている。データ線５６は、画素電極５８の下に重畳して形成されている。データ線５６はＴＦＴ５４のソース領域に接続され、ゲート電極５１ａがオンしたときに画素電極５８に電荷を供給する。画素電極５８の上には、ポリイミド等よりなる有機系材料もしくはシアン系などの無機系材料よりなる垂直配向膜５９が形成されている。垂直配向膜５９には、ラビング処理が施されていない。
【００２３】
第１の基板５０に対向して配置された第２の基板６０には、ＩＴＯ等よりなる共通電極６１が複数の画素電極５８を覆って形成されている。共通電極６１上には、第１の基板５０側と同じ垂直配向膜６２が設けられている。
【００２４】
これら第１の基板５０および第２の基板６０の間には、負の誘電率異方性を有する液晶７０が封入され、画素電極５８と共通電極６１間に印加された電圧によって形成された電界強度に応じて配向が制御される。第１の基板５０および第２の基板６０の外側には、図示しない偏光板が、偏光軸を直交させて配置されている。これら偏光板間を通過する直線偏光は、各表示画素毎に異なる配向に制御された液晶７０を通過する際に変調され、所望の透過率に制御される。
【００２５】
配向制御窓６３は、例えば図示したように「Ｙ」の文字を上下逆に連結した形状を有し、データ線５６は、配向制御窓６３に重畳して形成されている。
【００２６】
本実施形態の従来との大きな相違点は、カラーフィルタ１が第１の基板５０の画素電極５８と、データ線５６との間に形成されている点である。従来の平坦化膜はおよそ１μｍ程度の厚みを有し、従来の画素電極５８とデータ線５６との距離は１μｍであった。また、カラーフィルタはおよそ１．７μｍ程度の厚みを有する。これに対し、本実施形態の画素電極５８とデータ線５６との距離は、カラーフィルター１を画素電極５８とデータ線５６との間に形成したことによって、この２つの膜を合計した厚さ、２．７μｍ程度となる。また、カラーフィルタは顔料を含有したアクリル系樹脂よりなるので、誘電率εは、平坦化膜の誘電率εとほぼ等しく、容量は電極間の距離に反比例する。従って、カラーフィルタ１の厚みの分、画素電極５８とデータ線５６との距離が大きくなったので、この寄生容量を低減することができる。
【００２７】
データ線と画素電極との寄生容量は、画素電極とデータ線とが重畳する面積をＳ、距離をｄ、この間の誘電率をεとすると、Ｓ・ε／ｄに比例する。重畳面積Ｓを小さくすることはデータ線の線幅を細くすることを意味するが、線幅を細くすると、データ線の電気抵抗が増大し、データ線の電圧応答性が低下するなどの問題が生じる。従って、寄生容量を小さくするためには、データ線と画素電極との距離を広げれば良いことになる。
【００２８】
しかしながら、データ線と画素電極とを隔てている平坦化膜の膜厚を厚くすると、平坦化膜そのもののが一定の透過率を有するため、画面の光の透過率が低下する。また、アクリル系樹脂よりなる平坦化膜はわずかに黄色味を帯びており、平坦化膜の膜厚を厚くすると、画面全体が黄ばんでしまう。
【００２９】
これに対して、カラーフィルタ１の厚みは透過光に確実に着色するために、一定以上の厚みは不可欠であるので、カラーフィルタ１によって画素電極５８とデータ線５６との距離を確保することは、透過率の低下を招くおそれがなく好都合である。
【００３０】
しかも、カラーフィルタ１を画素電極５８が形成されている第１の基板５０に形成すると、第１の基板５０と第２の基板６０との張り合わせに際する位置合わせ誤差によって、画素電極５８とカラーフィルタ１との位置ずれが生じることがなく、ＬＣＤの小型化、高精細化にも都合がよい。
【００３１】
ところで、カラーフィルタ１はＴＦＴ５４と画素電極５８とを接続するコンタクトには重畳しないように形成することが望ましい。以下にその理由を述べる。本実施形態の構成を製造する際は、
ＴＦＴ５４形成、層間絶縁膜５５形成、層間絶縁膜５５にＴＦＴ５４と画素電極５８とを接続するためのコンタクトホール形成、カラーフィルタ形成、コンタクトホール内を含んでＩＴＯを形成、画素電極を形成
というプロセスを経るが、コンタクトホールが形成された上にカラーフィルタを形成してしまうと、コンタクトホール内にカラーフィルタ材料が侵入してしまう。カラーフィルタ材料は有機アルカリ液に浸すことによって除去するが、コンタクトホール内に薬液が侵入しにくいのでコンタクトホール内のカラーフィルタ材料を完全に除去する事は困難である。コンタクトホール内にカラーフィルタ材料が残存すると、画素電極５８とＴＦＴ５４との接触が不良となる。
【００３２】
なお、データ線５６の上の領域のカラーフィルタが他の領域に比較してデータ線５６の厚みの分薄くなる。一般的にカラーフィルタの厚みが不均一となることは望ましくないことであるが、データ線は金属であるので、この領域は遮光領域となるため、問題とならない。
【００３３】
本実施形態のＬＣＤは、画素電極端５８部の電界６４の傾斜によって液晶の配向を制御するが、画素電極５８による電界６４は、画素電極５８からその外側に膨らんで形成される。従って、画素電極５８に印加した電圧によって配向される液晶分子は、画素電極５８直上に位置するものだけではなく、周囲約１μｍ程度外側の液晶も配向される。従って、カラーフィルタ１の形成領域は、画素電極５８の形成領域よりも１μｍ以上広く形成する。もちろん、カラーフィルタ１は、図２に示したように、行方向に互いに隙間を設けずに形成してもよい。
【００３４】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態の平面図、図３（ｂ）はその断面図である。本実施形態は、液晶の配向方向を制御する配向制御手段として、配向制御窓ではなく、垂直配向膜に配向制御傾斜部１０を設けたものであり、その他の構成に関しては第１の実施形態とほぼ同様である。第１の基板５０上に、ゲート電極５１ａを有するゲート線５１が形成され、ゲート絶縁膜５２を介してＴＦＴ５４が、さらに層間絶縁膜５５を介してデータ線５６が形成されている。データ線５６を覆ってカラーフィルタ１が形成され、その上に、平坦化膜２を介して画素電極５８が形成され、層間絶縁膜５５及び平坦化膜２に開口されたコンタクトホールを介してＴＦＴ５４に接続されている。データ線５６は、画素電極５８の下に重畳して形成され、ＴＦＴ５４のソース領域に接続され、ゲート電極５１ａがオンしたときに画素電極５８に電荷を供給する。画素電極５８の上には、垂直配向膜５９が形成されている。
【００３５】
第１の基板５０に対向して配置された第２の基板６０には、ＩＴＯ等よりなる共通電極６１が複数の画素電極５８を覆って形成されている。共通電極６１上には、第１の基板５０側と同じ垂直配向膜６２が設けられている。
【００３６】
これら第１の基板５０および第２の基板６０の間には、負の誘電率異方性を有する液晶７０が封入され、画素電極５８と共通電極６１間に印加された電圧によって形成された電界強度に応じて、液晶分子の向き即ち配向が制御される。第１の基板５０および第２の基板６０の外側には、図示しない偏光板が、偏光軸を直交させて配置されている。これら偏光板間を通過する直線偏光は、各表示画素毎に異なる配向に制御された液晶７０を通過する際に変調され、所望の透過率に制御される。
【００３７】
本実施形態の上記実施形態との差違は、画素電極５８の端部が隆起し、それを覆う垂直配向膜５９には、配向制御傾斜部１０ａ、１０ｂが形成されている点である。配向制御傾斜部１０ａによって、液晶分子の初期配向は、図面右に傾き、配向制御傾斜部１０ｂによって図面左に傾く。画素中央の液晶分子は、傾斜部周辺の液晶分子からの連続体効果によって電圧印加時にも配向方向が制御される。
【００３８】
本実施形態においても、画素電極５８とデータ線５６との間にカラーフィルタ１が形成されているので、この間の寄生容量を小さくすることができる他、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
以上に述べたように、画素電極とデータ線が重畳して形成されたＬＣＤにおいて、カラーフィルタを画素電極とデータ線との間に形成したので、画素電極とデータ線との間隔を確保でき、この間の寄生容量を小さくすることができる。上記実施形態では、配向制御手段の例として、配向制御窓６３を有する方式と、配向制御傾斜部１０を有する方式のＬＣＤを例示して説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、画素電極とデータ線とが重畳して形成されるＬＣＤであれば、方式を問わず実施が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、データ線が画素電極に重畳して形成されたＬＣＤで、データ線と画素電極の間にカラーフィルタが形成されているので、データ線と画素電極の間隔を確保し、寄生容量を小さくすることができる。よって、画素電極に十分な電圧を印加することができ、コントラストの高いＬＣＤとする事ができる。
【００４１】
特に請求項４に記載の発明によれば、カラーフィルタは、コンタクトには重畳しないので、画素電極とデータ線との接続が確実である。
【００４２】
特に請求項５に記載の発明によれば、カラーフィルタの端部の一部は、画素電極の端部よりも少なくとも１μｍ画素電極の外側に位置するので、画素電極端部で広がった電界で配向される液晶によって透過される光にも着色することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置の平面図及びその断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の平面図及びその断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態の平面図及びその断面図である。
【図４】従来の液晶表示装置の平面図及びその断面図である。
【図５】ライン反転方式による電圧印加のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１カラーフィルタ、２平坦化膜、５１ゲート線、５６データ線５８画素電極、６１共通電極、６３配向制御窓

Claims

液晶を駆動する互いに離間されて形成された複数の画素電極と前記画素電極に電圧を印加するデータ線とが形成された第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、前記複数の画素電極に対向する共通電極が形成された第２の基板と、
カラーフィルタと、
前記第１及び第２の基板間に封入された液晶とを備えた垂直配向型液晶表示装置において、
前記データ線は、前記画素電極と重畳して形成されると共に、前記データ線が延在する方向に沿って形成される前記画素電極の端部と重ならず、
前記カラーフィルタは、前記データ線と前記画素電極との間に形成されていることを特徴とするカラー液晶表示装置。
前記画素電極と、前記データ線とを接続する薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタと前記画素電極とを電気的に接続するコンタクトとを更に有し、
前記カラーフィルタは、前記コンタクトには重畳しないことを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
前記共通電極の前記画素電極に対向する領域を開口してなる配向制御窓を更に有し、
前記液晶は負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１乃至２に記載のカラー液晶表示装置。
前記画素電極上に前記液晶の初期配向を実質垂直にする垂直配向膜と、
前記垂直配向膜に設けられた配向制御傾斜部とを更に有し、
前記液晶は負の誘電率異方性を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載のカラー液晶表示装置。
前記カラーフィルタの端部の一部は、前記画素電極の端部よりも少なくとも１μｍ画素電極の外側に位置することを特徴とする請求項１乃至４に記載のカラー液晶表示装置。