JP4751061B2

JP4751061B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4751061B2
Application number: JP2004369865A
Authority: JP
Inventors: 英幸高橋; 昌吉田
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: KR100771358B1; KR20060071331A; TW200632431A; US7443467B2; US20060134393A1; JP2006178090A; TWI298808B

Description

本発明は、絶縁性基板上にスイッチング素子および着色層を設けたアレイ基板に関し、このアレイ基板と液晶材料を組み合わせて作成された液晶表示装置に関する。

近年において、携帯電話やノート型コンピュータなどの各種機器に表示装置として広く利用されている液晶表示装置は、複数の走査線と複数の信号線との各交差部に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、液晶容量、補助容量からなる液晶画素部が配列されたアレイ基板と走査線および信号線を駆動する駆動回路を有して構成されている。また、近年の集積回路技術の発展およびプロセス技術の実用化により、駆動回路の一部もアレイ基板上に形成され得るようになり、液晶表示装置全体の軽薄短小化も図られている。

こうした液晶表示装置を構成するアレイ基板上の表示領域には、従来の技術による着色層の配置を示す図５、図６に示すように、第１着色層〜第３着色層の３色の着色層が設けられている。この３色の着色層のうち第１着色層１１は図５に参照される縦縞模様のストライプ状、もしくは図６に参照される格子状パターン（第１着色層１１が構成する格子模様）で形成されていた。

ところが、これらの第１着色層１１がストライプ状もしくは格子状のパターンでは、アレイ基板の大型化に伴う多面付けおよび高精細化が進むにつれ、第２着色層１２の塗布時における第１着色層１１のパターンに起因する塗布ムラが発生する。

こうした塗布ムラの原因としては、最初の工程で第１着色層１１がストライプ状のパターンに形成され、この第１着色層が完成した次の工程で第２着色層１２をスピンコーター方式（回転塗布方式）を用いて塗布する際において、硬化前の流動性を有する第２着色層の色レジストが第１着色層で形成されたストライプ状のパターンの辺縁部に沿って遠心力を受けて流れるためである。特にレジスト基板の周辺に配置されたチップでは第２着色層１２が遠心力以外の方向に流れて広がり、チップのコーナー部を基点とする第２着色層の塗布ムラが発生する。

また、第１着色層１１が縦横方向に展開する格子状パターンに形成されている場合には、この格子状のパターンが高密度（高精細）になるに従って、第２着色層１２を塗布する際に、第１着色層１１で形成された格子状パターンにより第２着色層１２の遠心力方向への広がりを妨げる方向の抵抗が大きくなるため、特定の方向、たとえば格子状パターンの対角線方向に塗布ムラが発生する。

そこで、従来においては、こうしたスピンコーター方式に伴う着色層の塗布ムラの発生を防止するために、図７に参照されるように、図６に示した第１着色層１１の格子状のパターンから１画素おきに横方向（走査線方向）の第１着色層を間引いた格子状のパターンを用いている。
特開２００１−３３７３４５号公報

しかしながら、上述した従来の技術による液晶表示装置における着色層の形成において、図７に参照される第１着色層１１が１画素おきに間引かれる格子状のパターンでは、その走査線に沿う方向（横方向）の配列に注目して上から下へ順に観察すると、第１着色層１１の格子部が横方向へ連続している行と、および第１着色層１１〜第３着色層１３が交互して横方向へストライプ状に連続する行と、が上下方向へ交互に配置されていることがわかる。

このような上下方向への交互の配置においては、第１着色層１１の横方向へ連続した格子部の面積と、横方向へ連続したストライプ部の面積とが異なるため、格子部のみ並ぶ行とストライプ部のみ並ぶ行とでは光反射率が異り、横方向に延びる横スジとして視認されるため、表示品位を低下させてしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、着色層の塗布ムラの発生を分散させることができ、着色層ごとの光反射率を分散させることができ、もって画面にスジが発生しない液晶表示装置を提供することにある。

請求項１に記載の本発明は、絶縁性のアレイ基板の面上に、互いに交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と前記走査線の各交差部にそれぞれ配置されたスイッチング素子と、前記信号線と前記走査線および前記スイッチング素子を覆うように配置された第１着色層、第２着色層、第３着色層と、前記着色層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された透明導電膜との積層構造からなる複数の画素電極と、から構成される表示領域を有し、前記第１着色層が前記第２および第３着色層を包囲して格子状に配置された液晶表示装置において、前記第２着色層および前記第３着色層においてコンタクトポイントの形成される領域で、前記走査線の方向に１つの画素おきに、間引かれて形成されるパターンを有する前記第１着色層を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、絶縁性のアレイ基板の面上に、互いに交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と前記走査線の各交差部にそれぞれ配置されたスイッチング素子と、前記信号線と前記走査線および前記スイッチング素子を覆うように配置された第１着色層、第２着色層、第３着色層と、前記着色層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された透明導電膜との積層構造からなる複数の画素電極と、から構成される表示領域を有し、前記第１着色層が前記第２および第３着色層を包囲して格子状に配置された液晶表示装置において、前記走査線の方向に配置された前記第１着色層が、前記第２着色層および前記第３着色層においてコンタクトポイントの形成される領域で、所定の周期で間引きされている。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項２において、前記周期は、前記走査線方向に延びた前記第１着色層を備える画素を「１」とし、前記第１着色層を備えない画素を「０」とし、複数の前記走査線のうちの最端部の前記走査線によって駆動される画素から順に「ｎｙ＝０、１、２、・・・ｎ」とし、前記信号線のうちの最端部の前記信号線に接続された画素から順に「ｎｘ＝０、１、２、・・・ｎ」とし、前記画素（ｎｘ、ｘｙ）における前記第１着色層の有無がf(nx+ax,ny+ay)=a[(((((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2)*2+ny)%4]で表され、a[0]=1,a[1]=1,a[2]=0,a[3]=0,(ax,ay)はオフセットを決める任意整数であり、ｂｘは前記第１着色層で着色される前記信号線方向の着色ラインのうちの最小の数であり、前記第１着色層で着色された前記画素を除き、さらに「％」は整数の剰余を表す。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項２において、前記周期は、f(nx+ax,ny+ay)=c[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2,ny%3]で表され、c[0,0]=1,c[0,1]=0,c[0,2]=0,c[1,0]=0,c[1,1]=1,c[1,2]=1である。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項２において、前記周期は、f(nx+ax,ny+ay)=a[(b[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%6]+ny)%3]で表され、a[0]=1,a[1]=0,a[2]=0,b[0]=0,b[1]=1,b[2]=2,b[3]=3,b[4]=2,b[5]=1である。

本発明によれば、着色層の塗布ムラの発生を分散させることができ、着色層ごとの光反射率を分散させることができ、もって画面にスジが発生しない液晶表示装置を提供することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態に係る、画面表示領域の第１着色層〜第３着色層の配置を説明するための説明図を示している。

この図１には、第１着色層１と、第２着色層２と、第３着色層３と、薄膜トランジスタに電気的に接続している複数のコンタクトポイント４と、が示されている。液晶表示装置にて表示される画面は、この第１着色層１と、第２着色層２と、第３着色層３との組み合わせにより一つの画素を形成しており、この画素を最小単位とした集合体で画面（表示領域）を構成する。

また、各画素を構成する第１着色層１と、第２着色層２と、第３着色層３と、のそれぞれにはコンタクトポイント４が配置されている。これらのコンタクトポイント４は、それぞれが配置された各着色層の下に配置された図示しない薄膜トランジスタを駆動するために構成された電極の一部を成している。図示しないバックライトを光源とした透過光により、各着色層が背面から照らされ、各着色層の下に形成された液晶層の光透過率を薄膜トランジスタにより制御して発色を行う。第１着色層１〜第３着色層３の透過光の量を液晶層で制御して、それぞれの着色層を透過することによりそれぞれ着色された光の量の混合比を制御して所望の発色を得ている。

このような構成の液晶表示装置を製作するには、まず最初の工程で図示しない絶縁性基板上に既知のＴＦＴ（アクティブマトリックス駆動方式）アレイ基板を製造する工程と同様に成膜とパターンニングを繰り返す。この工程を経た後に、薄膜トランジスタと図示しない電極配線を形成する。こうした工程を経て、縦７６８画素、横１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ：赤色着色層、緑色着色層、青色着色層）画素を有するＴＦＴアレイ基板を形成する。

次に、ＴＦＴアレイ基板の上に、第１着色層１を形成する。この第１着色層１の色は３原色のＲ、Ｇ、Ｂのうちのいずれかが選択されるが、本発明の第１の実施の形態においてはＧ（Ｇｒｅｅｎ：緑色）の着色を行う工程を説明する。

第１着色層１を緑色に形成するために、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナー（回転塗布装置）に載置されたＴＦＴアレイ基板の画面表示側の全面に塗布する。未硬化の紫外線硬化型アクリル樹脂レジストは流動性を有しているので、回転するＴＦＴアレイ基板上に滴下された紫外線硬化型アクリル樹脂レジストは、回転により生じる遠心力で全面に広がる。

こうして遠心力によりＴＦＴアレイ基板の全面に塗布された紫外線効果型アクリル樹脂レジストに対し、緑色に着色したい部分にのみ紫外線が照射されるようなフォトマスクを介して露光を行い、その後、現像液で現像し、焼成工程を経てたとえば約３μｍ厚の緑色の第１着色層１を形成する。

ここで、この第１着色層１の露光に用いられるフォトマスクは、図１に参照される第１着色層１のパターンと同様の形状を有している。フォトマスクには第１着色層１と同様のパターンで紫外線が透過可能な紫外線透過部が形成されている。

なお、このフォトマスクにより露光される第１着色層１の完成後のパターン（形状）は、液晶表示装置の画面の縦方向（図１の縦方向：信号線方向）には途切れることなく連続している。一方、画面の横方向（図１の横方向：走査線方向）には１画素おきに途切れて（間引かれて）いる。こうしたパターンにより、横方向において第１着色層１が連続する部分が存在しないので、画面に横方向に延びるスジ（横スジ）も生じない。

さらに、第１着色層１のパターンが有する角部分もＴＦＴアレイ基板上に均等に配置されている。このため、スピンコート方式による工程に起因する紫外線硬化型アクリル樹脂レジストの塗布ムラが起き難く、あるいは分散される。

第１の着色層１のパターンを形成する工程と同様に、３μｍ厚の第２の着色層２と第３の着色層３とを順に形成する。第１の実施の形態においては、第２の着色層２は青色に着色され、第３の着色層３は赤色にそれぞれ着色される。

第２着色層２と、第３着色層３の露光に用いられるフォトマスクは、図１に参照される第２着色層２と、第３着色層３とのそれぞれの形状と同一の紫外線透過部を有している。このフォトマスクを用いた露光により形成される第２着色層２の完成後のパターン（形状）は、液晶表示装置の画面の縦方向（図１の縦方向：信号線方向）には１画素おきに途切れて（間引かれて）、その途切れた部分に第１着色層１を挟んでいる。一方、画面の横方向（図１の横方向：走査線方向）には第１着色層１、第２着色層２、第３着色層３の順で交互に配置されている。なお、第３着色層３の完成後のパターンも同様である。

第１着色層１〜第３着色層３がそれぞれ形成された後、透明導電膜としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）膜を成膜（パターンニング）する。

次に、感光性のカーボンレス黒色樹脂をスピンナーを用いて約６μｍの厚さに塗布し、乾燥後、フォトマスクを用いて露光したあと、現像液で現像し、さらに焼成工程を経て膜厚約５μｍの柱状スペーサと額縁部を形成して、ＴＦＴアレイ基板を構成する。

一方、対向基板には、透明性絶縁基板上にＩＴＯなどの透明導電膜からなる対向電極が形成されている。

次に、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを対向して貼りあわせ、その間隙に液晶を挟持させることによって液晶表示装置が完成する。

このようにして、走査線方向に第１着色層１の格子部とストライプ部とを交互に配置し、各走査線方向の格子部数とストライプ部数とを等しくすることにより、各走査線方向の光反射率を等しくすることができる。

＜第２の実施の形態＞
すでに説明した本発明の第１の実施の形態に対して、本発明の第２の実施の形態では図２に参照されるように第１着色層１のパターンを変更している。第１着色層１は液晶表示装置の画面の縦方向（図２の縦方向：信号線方向）には途切れることなく連続している。一方、画面の横方向（図２の横方向：走査線方向）には１画素おきに途切れて（間引かれて）いる。

さらに、横方向の第１着色層１が途切れる周期は、２種類の周期でもって構成されている。すなわち、ある横方向に配置される第１着色層１の周期が図２の左端から順に「途切れ→連続」となる第１の周期と、これとは逆に「連続→途切れ」の順に並ぶ第２の周期とが設けられている。この第２の実施の形態においては、第１の周期が横方向に上から２段続いた後に第２の周期が２段続き、これを繰り返している。

こうしたパターンにより、横方向において第１着色層１が連続する部分が存在しないので、画面に横方向に延びるスジ（横スジ）も生じない。

こうした第１の周期と第２の周期とで構成されるパターンは以下の式により表現することができる。

すなわち、縦方向の信号線方向に沿って延びた第１着色層１の隣り合うストライプ同士を結んで格子を形成しており、走査線方向に沿って延びた第１着色層１を備える画素を「１」とし、備えない画素を「０」としたときに、並列に並んだ走査線のうち一番端の走査線によって駆動される画素をｎｙ＝０とする。

また、隣接する走査線によって駆動される画素をｎｙ＝１とし、その隣をｎｙ＝２・・・という様に数え、並列に並んだ信号線のうちの一番端の信号線に接続された画素をｎｘ＝０とし、隣接する信号線に接続された画素をｎｘ＝１とし、その隣をｎｘ＝２・・・と数える。

このようにして、画素（ｎｘ、ｘｙ）では格子を形成する第１着色層１の有無が、
（式）・・・f(nx+ax,ny+ay)=a[(((((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2)*2+ny)%4]
ただしa[0]=1,a[1]=1,a[2]=0,a[3]=0,(ax,ay)はオフセットを決める任意整数であり、ｂｘは第１着色層１で着色される信号線に沿ったラインのうち最小の数である。なお、第１着色層１で着色された画素は除く。さらに％は整数の剰余を表している。

＜第３の実施の形態＞
すでに説明した本発明の第１の実施の形態に対して、本発明の第３の実施の形態では図３に参照されるように第１着色層１のパターンを変更している。第１着色層１は液晶表示装置の画面の縦方向（図３の縦方向：信号線方向）には途切れることなく連続している。一方、画面の横方向（図３の横方向：走査線方向）には１画素おきに途切れて（間引かれて）いる。

さらに、横方向の第１着色層１が途切れる周期は、２種類の周期でもって構成されている。すなわち、ある横方向に配置される第１着色層１の周期が図３の左端から順に「途切れ→連続」となる第１の周期と、これとは逆に「連続→途切れ」の順に並ぶ第２の周期とが設けられている。この第３の実施の形態においては、第１の周期が横方向に上から２段続いた後に第２の周期が１段続き、これを繰り返している。

すなわち、
（式）・・・f(nx+ax,ny+ay)=c[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2,ny%3]
ただしc[0,0]=1,c[0,1]=0,c[0,2]=0,c[1,0]=0,c[1,1]=1,c[1,2]=1とする。

＜第４の実施の形態＞
すでに説明した本発明の第１の実施の形態に対して、本発明の第４の実施の形態では図４に参照されるような第１着色層１のパターンを変更している。第１着色層１は液晶表示装置の画面の縦方向（図４の縦方向：信号線方向）には途切れることなく連続している。一方、画面の横方向（図４の横方向：走査線方向）には所定数の画素おきに途切れて（間引かれて）いる。

さらに、この所定数で間引かれた横方向の第１着色層１の周期は、２種類の周期でもって構成されている。すなわち、ある横方向に配置される第１着色層１の周期が図４の左端から順に「連続→途切れ→途切れ→途切れ→連続→途切れ」となる第１の周期と、「連続→途切れ→途切れ」の順に並ぶ第２の周期とが設けられている。この第４の実施の形態においては、第１の周期が横方向に上から２段続いた後に第２の周期が１段続き、これを繰り返している。

さらに、第１の周期は隣接する上下の段の周期同士で半周期のズレをもって配置されている。

すなわち、
（式）・・・f(nx+ax,ny+ay)=a[(b[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%6]+ny)%3]
ただし、a[0]=1,a[1]=0,a[2]=0,b[0]=0,b[1]=1,b[2]=2,b[3]=3,b[4]=2,b[5]=1とする。

以上説明した本発明の第１〜４の実施の形態によれば、着色層の塗布ムラの発生を分散させることができ、着色層ごとの光反射率を分散させることができ、もって画面にスジが発生しない液晶表示装置を実現することができる。

本発明の液晶表示装置の第１の実施の形態に係る、画面表示領域の第１着色層〜第３着色層の配置を説明するための説明図を示す。本発明の液晶表示装置の第２の実施の形態に係る、画面表示領域の第１着色層〜第３着色層の配置を説明するための説明図を示す。本発明の液晶表示装置の第３の実施の形態に係る、画面表示領域の第１着色層〜第３着色層の配置を説明するための説明図を示す。本発明の液晶表示装置の第４の実施の形態に係る、画面表示領域の第１着色層〜第３着色層の配置を説明するための説明図を示す。従来の技術による、第１着色層〜第３着色層の配置例を示す。従来の技術による、第１着色層〜第３着色層の配置例を示す。従来の技術による、第１着色層〜第３着色層の配置例を示す。

符号の説明

１第１着色層
２第２着色層
３第３着色層
４コンタクトポイント

Claims

絶縁性のアレイ基板の面上に、互いに交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と前記走査線の各交差部にそれぞれ配置されたスイッチング素子と、前記信号線と前記走査線および前記スイッチング素子を覆うように配置された第１着色層、第２着色層、第３着色層と、前記着色層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された透明導電膜との積層構造からなる複数の画素電極と、から構成される表示領域を有し、前記第１着色層が前記第２および第３着色層を包囲して格子状に配置された液晶表示装置において、
前記第２着色層および前記第３着色層においてコンタクトポイントの形成される領域で、前記走査線の方向に１つの画素おきに、間引かれて形成されるパターンを有する前記第１着色層を備えることを特徴とする液晶表示装置。
絶縁性のアレイ基板の面上に、互いに交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記信号線と前記走査線の各交差部にそれぞれ配置されたスイッチング素子と、前記信号線と前記走査線および前記スイッチング素子を覆うように配置された第１着色層、第２着色層、第３着色層と、前記着色層に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子の各々に電気的に接続された透明導電膜との積層構造からなる複数の画素電極と、から構成される表示領域を有し、前記第１着色層が前記第２および第３着色層を包囲して格子状に配置された液晶表示装置において、
前記走査線の方向に配置された前記第１着色層が、前記第２着色層および前記第３着色層においてコンタクトポイントの形成される領域で、所定の周期で間引きされていることを特徴とする液晶表示装置。
前記周期は、
前記走査線方向に延びた前記第１着色層を備える画素を「１」とし、前記第１着色層を備えない画素を「０」とし、複数の前記走査線のうちの最端部の前記走査線によって駆動される画素から順に「ｎｙ＝０、１、２、・・・ｎ」とし、
前記信号線のうちの最端部の前記信号線に接続された画素から順に「ｎｘ＝０、１、２、・・・ｎ」とし、
前記画素（ｎｘ、ｘｙ）における前記第１着色層の有無が
f(nx+ax,ny+ay)=a[(((((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2)*2+ny)%4]で表され、
a[0]=1,a[1]=1,a[2]=0,a[3]=0であり、(ax,ay)はオフセットを決める任意整数であり、
ｂｘは前記第１着色層で着色される前記信号線方向の着色ラインのうちの最小の数であり、
前記第１着色層で着色された前記画素を除き、さらに「％」は整数の剰余を表すことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記周期は、
f(nx+ax,ny+ay)=c[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%2,ny%3]で表され、
c[0,0]=1,c[0,1]=0,c[0,2]=0,c[1,0]=0,c[1,1]=1,c[1,2]=1であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記周期は、
f(nx+ax,ny+ay)=a[(b[(((nx-bx+3)-(nx-bx+3)%3)/3)%6]+ny)%3]で表され、
a[0]=1,a[1]=0,a[2]=0,b[0]=0,b[1]=1,b[2]=2,b[3]=3,b[4]=2,b[5]=1であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。