JP4355556B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、ステップ式投影露光方式により製造された液晶表示装置の表示ムラを防止するための対策に係るものである。

近年、液晶表示装置（Liquid Crystal Display）は、薄型で低消費電力であるという特徴を有するため、例えば、従来のＣＲＴ型のＴＶモニターに代わる表示装置として、需要が飛躍的に増大している。

液晶表示装置は、一般に、カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板と、カラーフィルタ基板に対向して設けられ、スイッチング素子であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を有するＴＦＴ基板と、上記カラーフィルタ基板及びＴＦＴ基板の間に設けられた液晶層とを備えている。

上記カラーフィルタ基板は、例えば、ガラス基板と、ガラス基板に所定のパターンで配置されたＲ，Ｇ，Ｂの３原色の複数の着色層と、各着色層の境界に形成されたブラックマトリクスと、偏光板とにより構成されている。

一方、上記ＴＦＴ基板は、図４に示すように、例えば、ガラス基板の上に格子状にパターン形成されたゲート配線１１２及びソース配線１１３と、容量配線１１４と、ＴＦＴ１１５と、絵素電極１１６とを備えている。

上記ゲート配線１１２及びソース配線１１３により区画された領域は、絵素領域に構成されている。上記絵素電極１１６は、各絵素領域にそれぞれ設けられ、ドレイン電極１１７を介してＴＦＴ１１５に接続されている。そして、絵素電極１１６の周縁部は、ゲート配線１１２又はソース配線１１３に重なるように構成されている。

また、容量配線１１４は、ゲート配線１１２と平行に延びるように形成され、上記ドレイン電極１１７に重なるように配置されている。こうして、所定の駆動電圧を絵素電極１１６に印加することにより、各絵素領域で液晶層（図示省略）を駆動するようになっている。

上記ＴＦＴ基板の絵素電極や各配線は、一般に、フォトリソグラフィ等によりパターン形成される。フォトリソグラフィでは、ガラス基板上に塗布されたレジストに対し、フォトマスクを介して露光する露光工程が行われる。

ところで、近年の表示画面の大型化の要請から、ＴＦＴ基板に用いられるガラス基板は、より大きな面積へと移行している。しかし、ガラス基板の大型化に伴って、フォトマスクや露光装置を大型化することは難しくコストの上昇を招いてしまう。そこで、従来より、露光工程において、ガラス基板よりも小さいマスクを用い、露光を複数のショットに分けて行うステップ式投影露光方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ステップ式投影露光方式の一例であるレンズスキャン方式は、図５に示すように、ＴＦＴ基板１１０に対し、例えば３つに分割された露光領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎に露光を行う。すなわち、図６に示すように、ＴＦＴ基板１１０と光源１２１との間には、フォトマスク１２２が配置され、フォトマスク１２２と上記光源１２１との間にはシャッタ１２３が設けられる一方、フォトマスク１２２とＴＦＴ基板１１０との間には投影レンズ１２４が設けられている。そして、上記シャッタ１２３を切り替えることにより、例えば、露光領域Ｓ１、露光領域Ｓ２、露光領域Ｓ３の順に露光ショットを行う。
特開２００１−３１８４５６号公報

しかし、上記従来のステップ式投影露光方式では、各ショットの継ぎ目部分が表示ムラとなって視認され、表示品位が劣化するという問題がある。

すなわち、図４に示すように、ソース配線１１３が、例えば異なる露光領域Ｓ１，Ｓ２の絵素電極１１６の双方と重なっていると、各露光領域間の露光誤差により、絵素電極１１６とソース配線１１３との重なり幅ｔ１と、ソース配線１１３の幅ｔ２との比ｔ１／ｔ２は、各露光領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎で異なることが避けられない。その結果、各露光領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３毎に、絵素電極とソース配線との重なり領域の面積が異なって、ソース及びドレイン間の容量（ソースドレイン容量）に違いが生じるため、表示ムラが発生することとなる。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶表示装置を構成する基板が、製造段階において複数のショットにより分割して露光されていても、そのショットの継ぎ目部分が表示ムラとして視認されないようにして、表示品位の向上を図ることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、ソース配線を、隣接する２つの絵素電極の一方のみに重ねると共に、その隣接する絵素電極の隙間にドレイン電極を重ねるように構成した。

具体的に、本発明に係る液晶表示装置は、絶縁性基板の上にマトリクス状に配置された複数の絵素領域と、上記絵素領域毎に設けられ、液晶層を駆動する絵素電極と、上記各絵素電極にドレイン電極を介して接続され、該絵素電極への電圧の印加状態を切り替えるためのスッチング素子と、上記スイッチング素子に接続され、互いに平行に延びる複数のゲート配線と、上記スイッチング素子に接続され、上記ゲート配線に交差して延びる複数のソース配線とを備える液晶表示装置であって、上記絵素領域は、上記絵素電極が形成されている領域であり、上記ソース配線は、上記ゲート配線の長さ方向に隣接する２つの絵素電極の一方のみに対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なっており、上記ドレイン電極の少なくとも一部は、上記隣接する絵素電極の間の隙間に対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なって延びるように形成されている。

上記絵素電極は、該絵素電極が設けられた絵素領域内に配置されているソース配線の全てに重なっていることが好ましい。

上記絶縁性基板に対し、液晶層を介して対向配置された対向基板と、上記対向基板に所定の間隔で並んで設けられると共に、上記液晶層側に突出する複数のリブ部とを備え、ソース配線の少なくとも一部は、上記複数のリブ部の少なくとも１つに対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なって延びるように形成されていてもよい。

−作用−
すなわち、本発明によると、製造段階で絶縁性基板上の領域を複数の露光領域に分割してそれぞれ露光した場合に、各露光領域の間で露光状態に多少のずれが生じたとしても、ソース配線が、ゲート配線の長さ方向に隣接する２つの絵素電極の一方のみに重なるように構成されているため、ソース配線と絵素電極との重なり部分の面積は、各露光領域の間における露光誤差の有無に拘わらず、一定に維持される。その結果、各露光領域におけるソースドレイン容量（言い換えれば、ソース配線と絵素電極との間の容量）のばらつきが防止されると共に、表示ムラが抑制されるため、表示品位が向上する。さらに、ドレイン電極の少なくとも一部を、隣接する絵素電極の隙間に重ねるようにしたので、開口率の向上が可能となる。

また、ソース配線の少なくとも一部を、対向基板に形成されたリブ部に重ねることにより、そのリブ部により形成される遮光領域を利用してソース配線を設けることが可能となるため、開口率の低下が抑制される。

したがって、本発明によると、絶縁性基板上の複数の領域の間で露光状態に多少のずれが生じたとしても、ソース配線が、ゲート配線の長さ方向に隣接する２つの絵素電極の一方のみに重なるように構成したので、ソース配線と絵素電極との重なり部分の面積を、各領域の間における露光誤差の有無に拘わらず一定に維持して、各領域におけるソースドレイン容量のばらつきを防止することができる。その結果、表示ムラを抑制できるため、表示品位を向上させることができる。さらに、ドレイン電極の少なくとも一部を、隣接する絵素電極の隙間に重ねるようにしたので、開口率の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図３は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態１を示している。本実施形態の液晶表示装置Ａは、バックライト等の光源の光を透過して表示を行う透過型の液晶表示装置である。

液晶表示装置Ａは、拡大平面図である図１、及び図１におけるII−II線断面図である図２に示すように、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を有する第１基板３１と、第１基板３１の上に設けられた液晶層３３と、上記第１基板３１の上に液晶層３３を介して設けられた第２基板３２とを備えている。つまり、上記液晶層３３は、図２に示すように、対向する一対の基板３１，３２の間に介装されている。

上記第１基板３１は、図１に示すように、絶縁性基板１の上にマトリクス状に配置された複数の絵素領域３５と、絵素領域３５毎に設けられた絵素電極２６及びＴＦＴ３０と、ソース配線１２と、ゲート配線５と、容量配線１６とを備えている。

上記絶縁性基板１は、例えばガラス等の透明絶縁材料により構成されている。

上記絵素電極２６は、図１に示すように、絶縁性基板１の上に複数設けられ、マトリクス状に配置されている。隣り合う各絵素電極２６同士の間には、僅かな隙間が設けられている。そして、上記絵素領域３５は、各絵素電極２６が設けられた領域に形成されている。絵素電極２６の構成については、後に詳述する。

上記ＴＦＴ３０は、上記各絵素領域３５にそれぞれ設けられている。つまり、ＴＦＴ３０は、絶縁性基板１の上に複数設けられ、マトリクス状に配置されている。ＴＦＴ３０は、図１におけるIII−III線断面図である図２に示すように、絶縁性基板１の上に設けられたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うゲート絶縁膜３と、ゲート絶縁膜３の上に設けられたＴＦＴ半導体層２２とを備えている。ゲート電極４は、ゲート配線５から分岐して形成されている。

ＴＦＴ半導体層２２は、チャネル領域８と、チャネル領域８の上に設けられたソース領域６及びドレイン領域７とにより構成されている。

チャネル領域８は、ゲート絶縁膜３の上に形成され、例えばアモルファスシリコン（a-Si）等により構成されている。ソース領域６は、チャネル領域８の上の一部に形成され、例えばｎ^＋Ｓｉ層により構成されている。また、ドレイン領域７は、ソース領域６との間に所定の間隔をおいた状態で、チャネル領域８の上の一部に形成されている。ドレイン領域７もまた、ソース領域６と同様に、ｎ^＋Ｓｉ層により構成されている。

ＴＦＴ半導体層２２には、ソース電極１３がソース領域６を介して接続されると共に、ドレイン電極１４がドレイン領域７を介して接続されている。すなわち、ソース電極１３の一部は、ソース領域６の上に形成される一方、ドレイン電極１４の一部は、ドレイン領域７の上に形成されている。ソース電極１３は、ソース配線１２から分岐して形成されている。そして、図３に示すように、ＴＦＴ半導体層２２、ソース電極１３、ドレイン電極１４、及びゲート絶縁膜３は、それぞれ第１の層間絶縁膜９により覆われている。

上記ゲート配線５は、絶縁性基板１の上に複数設けられ、それぞれ図１で左右方向に延びるように形成されている。つまり、各ゲート配線５は、互いに平行に延びている。ゲート配線５の一部は、上記絵素電極２６に対し、絶縁性基板１の法線方向に重なっている。言い換えれば、絵素電極２６の端部は、ゲート配線５の一部に重なっている。また、ゲート配線５は、隣接する絵素電極２６の間に形成されている隙間に対し、絶縁性基板１の法線方向に重なるように形成されている。そして、ゲート配線５は、ＴＦＴ３０に対して走査信号を供給するように構成されている。

また、隣り合うゲート配線５の間には、容量配線（Ｃｓ配線）１５が、ゲート配線５と平行に並んで設けられている。容量配線１５は、絵素電極２６との間で蓄積容量Ｃｓを構成するためのものである。

上記ソース配線１２は、絶縁性基板１の上に複数設けられ、ゲート配線５及び容量配線１５に交差する方向に蛇行して延びるように形成されている。そして、ソース配線１２は、ＴＦＴ３０に対してデータ信号を供給するように構成されている。

上記ドレイン電極１４の少なくとも一部は、隣接する絵素電極２６の間の隙間に対し、絶縁性基板１の法線方向に重なって延びるように形成されている。本実施形態では、ドレイン電極１４の一部が、隣接する絵素電極２６の間の隙間に重なると共に、他の一部が、容量配線１５に対し、絶縁性基板１の法線方向に重なるように形成されている。ドレイン電極１４の先端部は、絵素領域３５の中央まで延びている。

図３に示すように、上記第１の層間絶縁膜９の上には、基板全体を覆う第２の層間絶縁膜２４が形成されている。この第２の層間絶縁膜２４の上には、上記絵素電極２６がパターン形成されている。さらに、絵素電極２６の上には、ポリイミド等により構成された配向膜３８が形成されている。

上記第２の層間絶縁膜２４には、ドレイン電極１４の先端部の上方位置において、第２の層間絶縁膜２４を上下に貫通するコンタクトホール１０が形成されている。そして、上記絵素電極２６は、コンタクトホール１０を介してドレイン電極１４に接続されている。こうして、上記ＴＦＴ３０は、各絵素電極２６にドレイン電極１４を介して接続され、絵素電極２６への信号電圧の印加状態を切り替えるようになっている。言い換えれば、絵素電極２６は、ドレイン電極１４を介してＴＦＴ３０から信号電圧が印加されることにより、絵素電極２６の上方の液晶層３３を駆動するように構成されている。

絵素電極２６には、ＩＴＯ等の透明電極により構成されており、図１に示すように、複数のスリット２７ａ，２７ｂが形成されている。スリット２７ａ，２７ｂは、後述の第２基板３２のリブ部４５ａ，４５ｂと共に、液晶層３３の液晶分子の配向方向を規制して、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Aalignment）モードを実現し、視野角特性を向上させるためのものである。スリット２７ａ，２７ｂは、屈曲したパターン形状に形成されている。すなわち、絵素電極２６の半分の領域には、ゲート配線５と交差する方向に延びる例えば３つのスリット２７ａが互いに平行に形成されている。一方、他の半分の領域には、上記３つのスリット２７ａに対し垂直な方向に延びる別の３つのスリット２７ｂが互いに平行に形成されている。

上記第２基板３２は、図２及び図３に示すように、上記絶縁性基板１に対し、液晶層３３を介して対向配置された対向基板により構成されている。第２基板３２は、絶縁性基板２の下にパターン形成されたブラックマトリクス４２及び着色層４３と、透明電極４４と、リブ部４５ａ，４５ｂとを備えている。

上記絶縁性基板２は、絶縁性基板１と同様に、例えばガラス等の透明絶縁材料により構成されている。上記着色層４３は、例えばＲ，Ｇ，Ｂの３原色が所定のパターンに配列されている。また、ブラックマトリクス４２は、ＴＦＴ３０の上方位置や、隣り合う着色層４３同士の隙間の上方位置に形成されている。上記透明電極４４は、ＩＴＯ等により構成され、ブラックマトリクス４２及び着色層４３の下方に設けられている。さらに、透明電極４４の下には、液晶層３３との間にポリイミド等の配向膜３９が形成されている。

上記リブ部４５ａ，４５ｂは、透明電極４４の下面に複数設けられ、それぞれ液晶層３３側に突出して形成されている。各リブ部４５ａ，４５ｂは、所定の間隔で互いに平行に並んで設けられ、図１に示すように、上方から見て、互いに平行に延びるスリット２７ａ，２７ｂ同士の間にそれぞれ設けられている。つまり、スリット２７ａは、リブ部４５ａに沿って延びる一方、スリット２７ｂは、リブ部４５ｂに沿って延びている。

そして、本発明の特徴として、図１に示すように、上記ソース配線１２は、ゲート配線５の長さ方向に隣接する２つの絵素電極２６の一方のみに対し、絶縁性基板１の法線方向に重なっている。言い換えれば、各絵素領域３５のＴＦＴ３０に接続されているソース配線１２は、その絵素領域３５の絵素電極２６のみに重なっている。

さらに、ソース配線１２の少なくとも一部は、複数のリブ部４５ａ，４５ｂの少なくとも１つに対し、絶縁性基板１の法線方向に重なって延びるように形成されている。すなわち、図１に示すように、ソース配線１２は、所定の絵素領域３５のＴＦＴ３０から、隣接する絵素領域３５のＴＦＴ３０へ向かって延びている。このとき、ソース配線１２の基端部分は、当該絵素領域３５におけるＴＦＴ３０のソース電極１３からリブ部４５ａに重なった状態で延びると共に、中間部分がゲート配線５に重なった状態で延びている。さらに、ソース配線１２の先端部分は、リブ部４５ｂに重なった状態で延びて、隣接する絵素領域３５のＴＦＴ３０に接続されている。こうして、ソース配線１２は、ゲート配線５に交差する方向に蛇行するようになっている。

こうして、液晶表示装置Ａは、ＴＦＴ３０に対し、走査信号がゲート配線５から供給されると共に、データ信号がソース配線１２から供給される。そして、絵素電極２６に所定の信号電圧が印加されると共に、この絵素電極２６と容量配線１５との間に蓄積容量Ｃｓが保持されることにより、液晶層３３が各絵素領域３５毎に駆動される。その結果、各絵素領域３５を透過しようとする光が変調されるため、所望の表示が行われる。

−製造方法−
次に、本実施形態の液晶表示装置Ａの製造方法について説明する。

液晶表示装置Ａは、まず、第１基板３１及び第２基板３２を製造した後に、これら第１基板３１及び第２基板３２を貼り合わせ、各基板３１，３２の間に液晶材料を充填させることにより製造される。

第１基板３１は、絶縁性基板１に対し、ゲート配線５、ソース配線１２、容量配線１５、ドレイン電極１４、ＴＦＴ３０、及び絵素電極２６等を、フォトリソグラフィ等によりパターン形成すると共に順次積層させることにより製造される。また、第２基板３２は、絶縁性基板２に対し、ブラックマトリクス４２、着色層４３、透明電極４４、リブ部４５ａ，４５ｂ等を、上記第１基板３１と同様に、フォトリソグラフィ等によりパターン形成して製造される。フォトリソグラフィでは、絶縁性基板１，２の上に塗布されたレジストに対し、フォトマスクを介して露光する露光工程が行われる。

液晶表示装置Ａは、比較的大きい表示画面を有するため、絶縁性基板１，２よりも小さいフォトマスクを用い、露光を複数のショットに分けて行うレンズスキャン方式（ステップ式投影露光方式）により露光工程を行う。

レンズスキャン方式では、従来と同様に、例えば第１基板３１に対し、複数に分割された露光領域毎に露光を行う。すなわち、第１基板３１と光源（図示省略）との間には、フォトマスク（図示省略）が配置され、フォトマスクと上記光源との間にはシャッタ（図示省略）が設けられる一方、フォトマスクと第１基板３１との間には投影レンズ（図示省略）が設けられている。そして、上記シャッタを切り替えることにより、第１基板３１上の各露光領域毎に順次露光ショットを行う。

−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、製造段階の露光工程において、絶縁性基板１上の領域を複数の露光領域に分割して露光した場合に、各露光領域の間で露光状態に多少のずれが生じたとしても、ソース配線１２が、ゲート配線５の長さ方向に隣接する２つの絵素電極２６の一方のみに重なるように構成したので、ソース配線１２と絵素電極２６との重なり部分の面積を、各露光領域の間における露光誤差の有無に拘わらず、一定に維持することができる。その結果、各露光領域におけるソースドレイン容量（言い換えれば、ソース配線１２と絵素電極２６との間の容量）のばらつきを防止できるため、レンズ継ぎによる表示ムラを抑制して表示品位を向上させることができる。

つまり、分割して露光を行うことにより、低コストで大面積の液晶表示装置を製造できると共に、その表示品位の向上を図ることができる。

さらに、ソース配線１２の少なくとも一部を、第２基板３２に形成された複数のリブ部４５ａ，４５ｂに重ねるようにしたので、リブ部４５ａ，４５ｂにより形成される遮光領域を利用してソース配線１２を設けることができるため、遮光領域の増大を防止して開口率の向上を図ることができる。

また、ドレイン電極１４の少なくとも一部を、隣接する絵素電極２６の隙間に重ねるようにしたので、開口率のさらに向上させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態１では、スリット２７を、各絵素電極２６に３本ずつ２方向に形成するようにしたが、スリット２７の本数はこれに限らずその他の本数設けるようにしてもよい。ただし、広視野角化の観点から、複数設けることが好ましい。

また、上記実施形態１に対し、絵素電極２６が、絵素電極２６が設けられた絵素領域３５内に配置されているソース配線１２の全てに重なるように構成してもよい。すなわち、上記実施形態１では、ＭＶＡモードで表示を行うために、絵素電極２６にスリット２７ａ，２７ｂが形成されていたが、本発明はこれに限らず、絵素電極２６にスリットを形成しなくてもよい。この場合、絵素電極２６は、当該絵素電極２６が属する絵素領域３５内のソース配線１２の全てに重ねることができる。

以上説明したように、本発明は、比較的大きい表示面積を有する液晶表示装置について有用であり、特に、ステップ式投影露光方式により製造された液晶表示装置の表示ムラを防止する場合に適している。

実施形態１の液晶表示装置の絵素領域を拡大して示す平面図である。 図１におけるII−II線断面図である。 図１におけるIII−III線断面図である。 従来の液晶表示装置の絵素領域を拡大して示す平面図である。 分割ショットにより露光される各露光領域を示す平面図である。 レンズスキャン方式による露光工程を示す側面図である。

Ａ 液晶表示装置
１ 絶縁性基板
５ ゲート配線
１２ ソース配線
１４ ドレイン電極
２６ 絵素電極
３０ ＴＦＴ（スイッチング素子）
３２ 第２基板（対向基板）
３３ 液晶層
３５ 絵素領域
４５ リブ部

Claims (3)

1. 絶縁性基板の上にマトリクス状に配置された複数の絵素領域と、
   上記絵素領域毎に設けられ、液晶層を駆動する絵素電極と、
   上記各絵素電極にドレイン電極を介して接続され、該絵素電極への電圧の印加状態を切り替えるためのスッチング素子と、
   上記スイッチング素子に接続され、互いに平行に延びる複数のゲート配線と、
   上記スイッチング素子に接続され、上記ゲート配線に交差して延びる複数のソース配線とを備える液晶表示装置であって、
   上記絵素領域は、上記絵素電極が形成されている領域であり、
   上記ソース配線は、上記ゲート配線の長さ方向に隣接する２つの絵素電極の一方のみに対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なっており、
   上記ドレイン電極の少なくとも一部は、上記隣接する絵素電極の間の隙間に対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なって延びるように形成されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１において、
   上記絵素電極は、該絵素電極が設けられた絵素領域内に配置されているソース配線の全てに重なっている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１において、
   上記絶縁性基板に対し、液晶層を介して対向配置された対向基板と、
   上記対向基板に所定の間隔で並んで設けられると共に、上記液晶層側に突出する複数のリブ部とを備え、
   ソース配線の少なくとも一部は、上記複数のリブ部の少なくとも１つに対し、上記絶縁性基板の法線方向に重なって延びるように形成されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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