JP5072270B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は平板表示装置に関し、より詳細には、液晶を用いる液晶表示装置及びその製造方法に関する。
一般的に平板表示装置(ＦＰＤ； ＦｌＡｔ ＰＡｎｅｌ ＤｉｓｐｌＡｙ)は厚さが薄くて平坦な画面を提供する表示装置である。平板表示装置としては、代表的にノートブックコンピュータ用モニタとして広く用いられている液晶表示装置(ＬＣＤ)や、大型デジタルＴＶに用いられているプラズマディスプレイ(ＰＤＰ)、または、携帯電話に用いられている有機電界発光ディスプレイ(ＯＥＬＤ)などがある。中でも液晶表示装置は、液体と結晶の中間状態物質である液晶(ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ)の光に対する透過度が印加電圧によって変化する特性を利用して、入力される電気信号を視覚情報に変化させて映像を伝達する。
通常の液晶表示装置は、電極を備えた二つの基板と前記基板の間に注入された液晶とで構成される。前記二つの基板上の電極にはそれぞれ相異なる電圧が印加され液晶に電界が印加される。この時、液晶分子の配列が変更され、液晶の光に対する透過度が変化するようになる。前記液晶表示装置は、同じ画面の大きさを有する他の表示装置に比べて重さが軽く、小さく、低消費電力で動作するので、近年広く普及している。
上述のように電界によって液晶の配列が変化するのは、液晶が有する誘電率の異方性のためである。即ち、液晶分子は、長軸方向に対する誘電率と短軸方向に対する誘電率とが相異なる物性、所謂異方性を有している。液晶分子の異方性によって、液晶に電界がかかった時、液晶分子の長軸方向と短軸方向とに作用する電気力が異なり、このような電気力の差は液晶分子を回転させる駆動源になる。
液晶はまた、屈折率異方性を有し、これは液晶の配列状態によって光に対する透過度が異なるように作用する原因になる。ところで、このような液晶の屈折率異方性は、液晶表示装置において視野角が小さくなる問題を招くことになる。ここで視野角(ｖｉｅｗｉｎｇ Ａｎｇｌｅ)は、使用者がディスプレイ画面を見る方向を意味する。液晶表示装置の映像は、正面に比べて側面に行くほど歪曲され、他のディスプレイ装置に比べて視野角が狭い。これは、液晶が正面に対して傾くように配列された場合、正面では一定な光が透過され正しい映像が現われても、液晶の屈折率異方性によって液晶が傾いた側面方向には光が透過されず、映像が歪曲されてしまうことによる。
このような液晶表示装置の視野角の問題を解消するために、単一画素を領域別で区分して各領域で液晶が相異なる方向に傾くように配列するようにする技術がある。即ち、各画素の領域別に液晶の配列方向による多重ドメインを形成する。加えて、第１領域の液晶は第１方向で傾くように配列し、第２領域の液晶は第２方向で傾くように配列することにより、一方の側面で見た時、第１領域の液晶に光が透過されないとしても、第２領域の液晶には光が透過されるので、液晶表示装置の視野角を増大することができる。
液晶が画素の領域別で相異なる方向に傾くようにするための一つの方法としで、基板上の電極に突起を形成する方法がある。前記突起は、液晶に作用する電界方向に影響を及ぼし、突起を境界として液晶が相異なる方向に傾くように配列されるようになる。しかし、このような突起を用いた場合であっても、画素の端の部分においては、多様な境界条件によって液晶が所望の方向に傾くことができなくなり、その結果、輝度や透過率などの動作特性が低下する問題がある。
本発明は上述した事情を勘案してなされたものであり、本発明が解決しようとする技術的課題は、輝度や透過率などの動作特性が改善された液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
上述した技術的課題を解決するために、本発明は液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、画像が表示される複数の画素を有する液晶表示装置において、基板上に形成される透明電極、前記透明電極上に形成され、前記画素内で領域別に相異なる大きさを有する突起、及び、前記基板の上側に配列される液晶を含む。
前記突起は液晶の配列に影響を与え、視野角を増大する。液晶に対する規制力は突起の大きさによって変化する。本発明は、画素の各領域別に多様な変数によって液晶に対して要求される規制力の大きさが変わり得るという点に着眼して、突起の大きさを領域別に相異に形成する。具体的には、前記突起は、画素の境界に対して傾いている第１突起と、画素の境界に対して平行な第２突起とを含み、第１突起は第２突起より大きく形成されている。また、前記傾いている第１突起の中心部に第１突起より小さな大きさを有する第３突起が追加されるようにしてもよい。ここで、突起の大きさに差があるようにするために、突起の左右幅が異なるようにしたり、突起の上下の高さが異なるようにしたり、または突起の左右幅及び高さが全て異なるように形成するようにしてもよい。
本発明の他の実施形態による液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、それら基板の間に配列される液晶と、前記第１基板上で相互に交差しながら画素を定義するゲートライン及びデータラインと、前記画素ごとに形成されて切開部を有する画素電極と、前記第２基板上で前記画素電極と向き合うように形成されている共通電極と、前記画素内で領域別に相異なる大きさを有する突起とを含む。
前記第１基板及び第２基板にそれぞれ形成される切開部と突起とは互いに重畳されないように形成されており、これらの相互作用によって画素内の領域別で液晶の配列が変化する多重ドメインが形成され、液晶の視野角が増加する。
前記第２基板上には、前記第１基板に接触し、前記突起と同じ材質のスペーサが形成される。即ち、前記スペーサと突起とは同じ感光膜をパターニングして同時に形成されることができる。スペーサは突起に比べて高さが高く形成されるので、前記感光膜は突起の高さに比べて高く形成される。この場合、感光膜のパターニングの時、感光膜は十分な除去マージンを有しているので、各突起が相異なる大きさを有するように容易に制御することができる。
上のように突起とスペーサとが同時に形成される本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１基板上に相互に交差しながら画素を定義するゲートラインとデータラインとを形成し、前記画素ごとに切開部を有する画素電極を形成し、第２基板上に前記画素電極と向き合うように共通電極を形成し、前記共通電極上に前記各画素によって規則的に配置され、前記画素内で領域別に相異なる大きさを有する突起を形成し、前記第１基板と第２基板とを互いに貼り合わせることを含む。
以上述べたとおり、本発明の液晶表示装置は、液晶の配列方向を規制して視野角を増大させるための突起が画素内の領域別に相異なる大きさに形成される。本発明においては、画素の各領域別で液晶に対して要求される規制力の大きさを変化させることができるという点に着眼している。即ち、液晶に対する規制力を強化する必要がある領域では、突起を大きく形成し、また液晶に対する規制力を弱化させる必要がある領域では突起を小さく形成する。本発明によると、画素の各領域別で液晶の配列を適切に調節し、コントラスト比や透過率を大きくするなどの動作特性が改善される効果を奏する。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によると、突起形成のための感光膜を厚く形成した後、これをパターニングすることによって、各突起が相異なる大きさを有するように容易に形成することができる。また、厚く形成された感光膜を利用して、追加工程なしに、突起と同時に基板の間の間隔を維持するためのスペーサを突起と同時に形成することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。但し、本発明はここで説明する実施形態に限定されるわけではなく、多様な形態に応用され変形され得る。以下説明する実施形態は、本発明によって開示された技術思想を明確にし、且つ本発明が属する分野における平均的な知識を有する当業者に本発明の技術思想が十分に理解されるように提供されるものである。従って、本発明の技術的範囲は、以下詳述する実施形態に限定されるように解釈されるわけではない。また、以下の実施形態とともに提示された図面において、層及び領域の大きさは説明を明確にするために簡略化されたり、多少誇張されたりしている場合がある。また、図面上の同じ参照番号は同じ構成要素を示している。
図１は、本発明の作動原理を説明するための図面であり、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置に用いられる一方の基板の平面図を示している。
図１を参照すると、基板１上には透明電極１０が形成され、その上部には上側に突出する突起２０が形成されている。前記透明電極１０には電圧が印加され、基板１の上側に配列している液晶３０に電界を加え、その結果、液晶３０が傾くように配列する。
液晶表示装置は、液晶３０の上側と下側とに一対の基板を備えている。図示された構成は、これら二つの基板のうち何れの側の基板に設けられるようにしてもよい。下側基板の場合であれば、前記透明電極１０は画素電極に該当する。即ち、下側基板には互いに交差しながら画素を定義するゲートラインＧＬとデータラインＤＬとが形成される。この場合、透明電極１０は各画素(点線表示)別に分離するように形成される画素電極に該当する。上側基板の場合であれば、前記透明電極１０は画素別区分なしに、全体的に連結されるように形成される共通電極に該当する。
但し、製造工程の観点から見ると、突起２０は下側基板よりは主として上側基板に設けられる。なぜなら、突起２０を形成するためには、基板１上に感光膜を形成し、この感光膜をパターニングする工程が増加してしまう。下側基板の場合には、製造工程上、追加工程なしに突起２０と同一な役目をする切開部が形成されるようにすることができる。即ち、下側基板は透明電極１０が画素別で分離するようにするためのパターニング作業が必須であり、このようなパターニングの時、透明電極１０の所定領域を除去した切開部が形成されるようにすることができる。従って、下側基板では別途のパターニングを通して突起２０を形成するよりは、画素電極を形成しながら、同時に切開部を形成する方が工程上有利である。よって、前記突起２０は主として上側基板に設けられる。
液晶３０は上側基板と下側基板の透明電極１０に印加される電圧の差に該当する電界によって傾くように配列される。この時、前記突起２０や切開部は液晶に作用する電界を変形させ、液晶３０は突起２０などを境界で互いに対称的に傾くように配列される。
通常、突起２０は画素内の位置と関係なく同じ大きさに形成されるが、図１に示されたように、本発明の一実施形態によると、前記突起２０は一つの画素内で領域別でその大きさが一定していない。これは、突起２０の大きさによって液晶３０に作用する電界の大きさを変化させることができるという点を勘案した例である。本発明の具体的な作動原理を説明する前に、まず突起２０の大きさと液晶３０に作用する電界との関係を説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、ブラック状態の輝度及びコントラスト比の突起の高さ依存を示すグラフである。
突起の大きさは、突起が占める空間上の領域である「体積」を示す。従って、突起の大きさは突起が基板上に占める面積と突起が基板上で突出した程度によって変化する。前者は突起の左右幅と関し、後者は突起の上下高さと関連する。図２Ａ及び図２Ｂは、同一幅を有し相異なる高さを有する突起による効果を示している。
図２Ａを参照すると、突起の高さが高いほどブラック状態の輝度が増加することが分かる。ここで、輝度増加分は、突起の代わりに切開部が形成された場合を基準として測定されている。
電圧が印加されない状態で液晶は垂直方向に配列されている場合、光が透過することができず、ブラック状態になる。電圧が印加されれば、液晶は水平方向に傾くようになり、液晶の配列が水平に近づけば近づくほど、光の透過量が増加しホワイト状態になる。従って、ブラック状態では原則的には輝度が０となるが、突起が設けられている場合、ブラック状態での輝度が０とはならず、突起の高さによってブラック状態での輝度がさらに増加することを分かる。これは、突起の傾斜面に従い、一部の液晶が垂直ではない方向に傾くように配列され、該当する領域で光の漏れが発生するからである。この光の漏れは、突起の高さが高くなればなるほど増加する。
また、ブラック状態での輝度が増加すればするほど、ブラック状態とホワイト状態との光の透過量比を示すコントラスト比(ＣＲ； ｃｏｎｔｒａｓｔ ｒａｔｉｏ)が減少する。即ち、図２Ｂに図示すように、切開部が形成された場合を基準として、突起の高さが１．１３μｍから１．５μｍに高くなった時、コントラスト比はおおよそ５倍以上減少することになる。
上述したように、突起の高さが高くなればなるほど光の漏れが増加するというのは、突起の高さに比例して液晶がさらに水平方向に傾くように配列することを意味する。即ち、同一幅を有する突起においては、突起の高さが高ければ高いほど、突起の傾斜面が底面に対して大きい内角を有するように傾き、傾斜面が大きく傾けば傾くほど、傾斜面に垂直に配列する液晶が水平方向へ傾くようになる。従って、液晶を水平方向に傾くようにする突起の規制力は液晶の高さに比例して増加する。
図３Ａ及び図３Ｂは突起の幅に対する光の透過効率を示すグラフである。図３Ａは２次効率に関し、図３Ｂは３次効率に関するグラフである。また、図示された数値は、突起の幅を直接的に示しているわけではなく、突起を形成するためのマスクパターンの幅を示している。前記マスクパターンは、突起を形成するための露光工程の時、光が透過することができない領域となり、前記マスクパターンの幅と実際に形成される突起の幅には、おおよそ２μｍ程度の差があり、マスクパターンの幅が大きい場合には突起の幅及び高さも大きく形成される。
液晶は始めブラック状態にあり、電界が印加されると液晶は光を透過するので、開口率の外にも光の透過率を決定する多様な変数が存在する。このような変数を勘案して、開口率などの構造的なものに起因する透過率を１次効率、液晶に印加される印加電圧などに起因する透過率を２次効率、液晶配列の均一性に起因する透過率を３次効率と言う。
図３Ａを参照すると、多様な幅を有する突起と切開部とを有する場合において、突起の幅が小さいほど２次効率が増加する。これとは反対に、図３Ｂを参照すると、突起の幅に比例して３次効率が増加することを分かる。このような結果は、次のように分析することができる。
上述したように、突起は電圧が印加される透明電極上に形成され、且つ突起自体は絶縁膜成分を有するので、突起が形成された領域では透明電極によって液晶に作用する電界を弱化されることになる。このような電界の減少は突起が大きくなればなるほど、突起によって透明電極が覆われる部分が増加し、より大きくなる。従って、突起の幅が小さければ小さいほど２次効率が増加することになる。
これに比べて、３次効率はいわゆるテクスチャ(ｔｅｘｔｕｒｅ)による効果を示している。テクスチャは突起などによって液晶を十分に制御することができない領域を示す。即ち、液晶を均一に配列させることができずに該当の領域では液晶が他の領域と相異して配列されれば、たとえ、ホワイト状態の場合であっても特定領域だけ暗く表示される。ところで、突起の幅が広い場合には、突起がより広い領域の液晶に作用するようになり、液晶に対する規制力を増加することができる。従って、図３Ｂに図示したように、突起の幅が大きければ大きいほど、液晶に対する規制力が強化されテクスチャが減少し、３次効率を増加させることができる。
上述した結果から、突起の大きさ(幅と高さ)が液晶表示装置の動作に全体的に影響を与えていることが理解される。突起の大きさが大きい方が有利な場合もあり、突起の大きさが小さい方が有利な場合もあることが分かる。このような点を勘案して、本発明においては、突起の大きさを一律に等しくせず、必要によって突起が領域別に相異なって形成されるようにしている。どの領域で突起を大きく形成し、どの領域で突起を小さく形成するかに関する問題があるが、これに関して以下説明する。
図１を再び参照すると、突起２０は、ゲートラインＧＬやデータラインＤＬのように画素の境界に対して平行な部分と、画素の境界に対して一定に傾いている部分とに区分される。説明の便宜上、後者を「第１突起２１」と言い、前者を「第２突起２２」と呼ぶ。本発明によると、図１の矢印で示したように、第２突起２２の大きさが減少するとき、第１突起２１の大きさが増大する。ここで、突起２０の大きさは突起２０の体積を表すので、突起２０の大きさを増加させたり減少させたりするためには、突起２０の高さのみを高くしたり低くしたりする場合、突起２０の幅のみを広くしたり狭くしたりする場合、または、突起２０の幅を広くしたり狭くしたり且つ同時に高さを高くしたり狭くしたりする場合がある。従って、第１突起２１は第２突起２２と同じ幅を有し、且つ高さが高く形成されたり、または第１突起２１は第２突起２２に比べて高い高さと広い幅を有するように形成され得る。ところで、前者の場合には、突起２０の幅と高さとの比が第１突起２１と第２突起２２とにおいて相異なり、第１突起２１の高さが非常に高い場合には、突起２１の傾斜面が鋭く形成されて光の漏れが大きく増加するようになる。従って、第１突起２１と第２突起２２との大きさの差が相当に大きい場合には、突起２０の幅と高さとの比が一定に維持されるように両者を同時に変更するのが好ましい。
先に説明したように、突起２０の大きさが大きくなればなるほど、液晶に対する規制力が増加するようになる。
本発明において、第１突起２１を大きくするのは、画素の端の部分で液晶３０に対する規制力を増加させるためである。画素の端の部分では画素の内部とは異なる相異なる変数が存在する。例えば、画素電極は画素によって分離するように形成されるので、画素境界における電界は画素内部とは多少異なって発生する。また、画素を定義するゲートラインＧＬ及びデータラインＤＬに隣接してこれらの影響を受けるようになる。即ち、ゲートラインＧＬにはゲートオン信号が伝送され、データラインＤＬには画像情報によるデータ信号が伝送され、これらの信号による電界の影響を受けるようになる。上述のような多様な外部変数にもかかわらず、液晶３０が画素内部と同じ状態に配列するようにするためには、画素境界においては液晶３０に対する突起２０の規制力を増加する必要がある。本発明によると、画素の境界部分で大きさが大きくなった第１突起２１を用いて液晶３０に対する規制力を強化し、画素の全体で液晶３０が均一に配列されるようにしている。
第２突起２２は第１突起２１の一端に連結されるように形成される。第２突起２２はゲートラインＧＬやデータラインＤＬに対して平行に形成され、液晶３０に対して第１突起２１とは相異なる方向に作用する。第２突起２２は、画素の境界部分における多様な変数によって液晶３０の配列が乱れることを抑制する役割をする。第２突起２２があまりにも大きく形成されている場合、第２突起２２の回りの液晶３０は画素内部とは相異なって配列するようになる。
従って、第２突起２２は境界部分の効果を相殺するための最小限の大きさを有していれば十分でおり、このような点を勘案して、本発明の一実施形態においては、第２突起２２は第１突起２１より小さく形成される。
このように、領域別で突起２０の大きさを相異なるように形成する効果は次のように確認される。
図４は突起の幅の変化による画素の写真を示している。図３Ａ及び図３Ｂと同様、数字（７μｍ、８μｍ、１０μｍ、１１μｍ、１２μｍ）は突起形成のためのマスクのパターン幅を示している。
図４を参照すると、突起の幅が大きくなればなるほど‘Ａ'部分がだんだん暗くなっており、‘Ｂ'部分がだんだん明るくなっていることを分かる。ここで‘Ａ' 部分と‘Ｂ'部分とは図１に示された‘Ａ'部分と‘Ｂ'部分とに対応している。前記画素写真は、ホワイト状態で上側基板及び下側基板の外側に貼り付けられる偏光板の透過軸を変更(０゜/９０゜ → ４５゜/１３５゜)させた状態で撮影している。ホワイト状態では特定部分の液晶が他の領域と相異なって配列していても、これを識別するのが容易ではない。しかし、偏光板の透過軸を上のように変更すれば、ホワイト状態がブラック状態に変わり、液晶が他の部分と相異なって配列した部分は明るく表示される。
従って、突起の幅が大きくなればなるほど‘Ａ'部分が暗くなるということは、突起の幅が大きくなるほど、該当する領域において相異なって配列している液晶が均一配列するようになることを示している。即ち、‘Ａ'領域では境界部分の多様な変数によって突起による液晶の規制力が弱化され、液晶が特異に配列されるようになるが、突起の幅が広くなればなるほど液晶に対する規制力が回復し液晶を均一に配列させることができる。このことから、‘Ａ'領域に作用する突起(本発明の第１突起に相当する)を大きく形成することが有利であることが分かる。
同様に、‘Ｂ'部分には境界に対して平行に形成された突起が作用し、これは該当する領域のみにおいて液晶が相異なって配列するように作用する。従って、前記突起の幅が広くなればなるほど、該当する領域のみにおいて相異なって配列する液晶が増加し、明るくなってしまう。このことから、‘Ｂ'領域に作用する突起(本発明の第２突起に相当する)を小さく形成することが有利であることが分かる。
一方、図１を再び参照すると、画素の境界から傾いて形成される部分において、第１突起２１と相異なる大きさを有する第３突起２３をさらに含むようにしてもよい。先に説明したように、液晶３０に対する強い規制力が必要なのは画素の境界部分であるので、画素の内部では突起２０を大きく形成する必要がない。また、突起２０が大きく形成されれば、光の漏れが発生し、ブラック状態での輝度が増加することになる。よって、必要なければ、突起２０を小さく形成する方が有利である。従って、図１に示したように、傾くように形成される突起２１、２３のうち画素の境界部分のみに第１突起２１が形成され、それ以外の部分では第１突起２１より大きさが小さな第３突起２３が形成されるようにするようにしてもよい。
以下、上述のような原理が適用される本発明の詳細構造を説明する。図５Ａは本発明の実施形態による液晶表示装置の平面図であり、図５Ｂは図５ＡのI-I´ラインに従った断面図である。
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明の液晶表示装置は二つの基板１００、２００と、その間に配列される液晶３００とを含む。以下、前記二つの基板１００、２００のうち液晶３００の下側に配置される基板を第１基板１００と言い、液晶３００の上側に配置される基板を第２基板２００と言う。第１基板１００には行方向のゲートラインＧＬと列方向のデータラインＤＬとが相互に交差しながら画素を定義する。各画素には薄膜トランジスタＴと画素電極１３０とが具備される。前記薄膜トランジスタＴは、ゲートラインＧＬが延長されたゲート電極１１０と、データラインＤＬが延長されたソース電極１２１と、画素電極１３０と接続するドレイン電極１２２とを含む。前記ソース電極１２１/ドレイン電極１２２は、ゲート絶縁膜１１１によってゲート電極１１０と絶縁され、保護膜１２５によって画素電極１３０と絶縁される。前記画素電極１３０は、コンタクトホールｈによってドレイン電極１２２と接続され、所定領域が除去されて切開部１３５が形成される。
第２基板２００には、画素以外の領域で光の透過を遮断する遮光膜パターン２０１と色を現わすカラーフィルタ２０２とが形成される。カラーフィルタ２０２上にはオーバーコート膜２０３が形成され第２基板２００の上部を平坦にする。オーバーコート膜２０３の上部には画素電極１３０と向き合うように共通電極２１０が具備される。共通電極２１０上には所定領域が突出した突起２２０が形成され、これは画素電極１３０の切開部１３５と互いに重畳せず、互い違いとなるように形成される。突起２２０と切開部１３５とは、液晶３００に作用する電界の方向を変化させる。突起２２０と切開部１３５とを境界として液晶３００の配列が変化し、各画素に多重ドメインが形成される。また、多重ドメンインが形成され、液晶３００の視野角が増加する。一方、第２基板２００上には第１基板１００との間隔を一定に維持するスペーサで２３０が形成され、これは開口率の低下防止のために遮光膜パターン２０１上に形成される。
前記突起２２０は、画素の境界に対して傾いたり、または傾いた部分の端部で画素の境界と平行に形成されたりする。前記突起２２０は、領域によって第１突起２２１、第２突起２２２及び第３突起２２３に区分される。第１突起２２１は傾いた部分の両端に、第２突起２２２は画素の境界に対して平行に、第３突起２２３は第１突起２２１の間にそれぞれ形成される。中でも第１突起２２１は最大の大きさを有し、画素の端の部分で液晶３００に対する規制力が強化されるようにする。これに比べて、第１突起２２１と相異なる方向で液晶３００に作用する第２突起２２２は、テクスチャ発生などを抑制するように最小限小さな大きさで形成される。第３突起２２３は、第２突起２２２と同一、または第２突起２２２より大きく形成されるようにしてもよい、そうすることにより、不必要に広い範囲で第１突起２２１が大きく形成されてブラック状態での光の漏れが増加することを防止する。
傾いて形成される突起２２１、２２３である第１突起２２１の長さと第３突起２２３の長さとの比においては多様な組み合わせが可能である。例えば、傾いた部分を３等分して、第１突起２２１の両端にそれぞれ分離された部分の長さと中心部の第３突起２２３の長さとを同一(ａ１=ｂ=ａ２)に形成することができる。また、傾いた部分を４等分して、第１突起２２１の全体の長さと第３突起２２３の長さとを同一(ａ１=ａ２=ｂ/２)に形成することができる。これは本発明を適用した液晶表示装置が用いられる携帯電話、コンピューターモニタ、大型ＴＶなどの多様な装置の画面の大きさによって適宜変更すればよい。また各装置によって画素境界で作用する変数や規制力を変化させることができるので、それによって突起２２０の長さや幅、高さなどが適切に設定される。
一方、多重ドメインを形成するための突起２２０及び切開部１３５のパターンは、図５Ａに示された形態だけに限定されるわけではない。しかし、図５Ａと相異なる形態で突起２２０及び切開部１３５のパターンが形成されても、本発明をそのまま適用することができる。即ち、特定領域に形成される突起２２０によって液晶に対する規制力を強化しようとする位置においては突起２２０の大きさを大きくし、特定領域に形成される突起２２０によって液晶３００に対する規制力を弱化させようとする位置においては突起２２０の大きさを小さくする。このような原理によると、前記突起２２０は第１突起２２１/第２突起２２２/第３突起２２３の三つの種類だけに限定される必要はない。一つの画素の境界及び内部で液晶３００の配列に影響を及ぼす変数が多様に存在し、また、領域別でこのような変数の重みが異なるので、このような多様性を考慮して、必要であれば三種類の突起２２１、２２２、２２３以外に相異なる大きさを有する突起を追加するようにしてもよい。
上述したように、一つの画素内で各領域別に多様な大きさを有する突起を形成することは、同一な大きさを有する突起を形成することに比べて工程上容易ではない。しかし、本発明の液晶表示装置の製造方法によると、多様な大きさを有する突起を容易に形成することができる。
図６乃至図１２は本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図であり、図５のI-I'ラインを基準としている。図６乃至図８は第１基板に関する工程図であり、図９乃至図１２は第２基板に関する工程図である。
図６を参照すると、第１基板１００の全面にゲート電極１１０とゲート絶縁膜１１１とを形成する。ゲート電極１１０は、クロムやアルミニウム、またはアルミニウム合金などを用いたスパッタリング法によって金属膜を堆積した後、これをパターニングすることによって形成される。ゲート絶縁膜１１１には、プラズマ化学気相蒸着法によって形成されるシリコン窒化膜などが用いられ、ゲート電極１１０を絶縁する役割をする。
図７を参照すると、ゲート絶縁膜１１１上に半導体パターン１１２、１１３を形成する。
半導体パターン１１２、１１３は、ゲート絶縁膜１１１上に非晶質シリコン膜/ｎ+非晶質シリコン膜の二層膜を堆積した後、これをパターニングすることによってゲート電極と重畳する位置に形成される。前記二層膜のうち下部にはアクティブパターン１１２が、上部にはオーミックコンタクトパターン１１３が形成される。
続いて、半導体パターン１１２、１１３を含む第１基板１００上にゲート電極１１０を形成した工程と類似の方法によって、ソース電極１２１とドレイン電極１２２とを形成する。
図８を参照すると、ゲート絶縁膜１１１と同一方法によって第１基板１００上に保護膜１２５を形成する。前記保護膜１２５は、ドレイン電極１２２と重畳する領域にコンタクトホールｈを設けるようにパターニングされる。コンタクトホールｈの内部及び保護膜１２５上には画素電極１３０が形成される。画素電極１３０は、酸化インジウム錫（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）や酸化インジウム亜鉛（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）を用いた透明導電膜を堆積した後、これをパターニングすることによって形成される。前記透明導電膜のパターニングの時、画素電極１３０は各画素別に分離され、また画素内でも所定領域が除去されて切開部１３５が形成される。
図９を参照すると、第２基板２００上に遮光膜パターン２０１とカラーフィルタ２０２とを形成する。遮光膜パターン２０１はクロムなどの金属薄膜やカーボン（ｃａｒｂｏｎ）系列の有機材料であり、遮光膜を形成した後、フォト工程によってこれをパターニングすることによって形成される。カラーフィルタ２０２は、遮光膜パターン２０１を形成する時、第１基板１００の画素に対応し遮光膜で除去される部分を満たすように形成される。カラーフィルタ２０２は、各画素別で規則的に配置された赤色/緑/青色の三色で構成される。これらは、赤色/緑/青色の顔料を含むカラーフォトレジストを所定の順序で第２基板２００上に塗布し、露光及び現象工程を経て形成される。
図１０を参照すると、カラーフィルタ２０２上にオーバーコート膜２０３と共通電極２１０とを形成する。オーバーコート膜２０３は遮光膜パターン２０１とカラーフィルタ２０２の高低差によって湾曲した第２基板２００の上面部を平坦化する。また、オーバーコート膜２０３は、カラーフィルタ２０２に対する保護膜としても作用し、たとえ、後続する工程でオーバーコート膜２０３の上部がエッチングされる場合であっても、エッチング液がカラーフィルタ２０２に侵透することを遮断してカラーフィルタ２０２を保護する。
共通電極２１０は、画素電極１３０と同じ方法で酸化インジウム錫や酸化インジウム亜鉛を用いた透明導電膜を堆積して形成される。共通電極は画素別に分離しないので、別途のパターニング工程が必要ない。
図１１を参照すると、共通電極２１０上に感光膜２２０´を塗布した後、露光を行う。前記感光膜２２０´は突起を形成するために用いられ、突起の高さの２倍以上に厚く形成される。もし突起の高さに比べて感光膜２２０´が厚く形成されていない場合は、次のような問題がある。図５を参照して説明した第１突起/第２突起/第３突起の幅及び高さをそれぞれ１４μｍ、１．３μｍ/１０μｍ、１μｍ/９μｍ、０．９μｍ程度に形成し、感光膜２２０´の高さを１．５μｍに形成した場合には、実際感光膜２２０´で除去される部分の高さが０．２〜０．６μｍ程度になる。ところで、製造工程上、上のように厚さの薄い膜を除去しながら互いに相異なる高さを有する突起を形成することは容易ではない。
従って、本発明では突起の高さに比べて十分に厚い感光膜２２０´を形成するようにする。一方、図５に図示されたように、第２基板２００には第１基板１００の間の間隔を維持するためのスペーサが形成される。スペーサは、第１基板１００と第２基板２００とが互いにショートしないように絶縁体で形成される。本発明においては、突起形成のための感光膜が厚く形成されるという点を利用して、突起を形成しながら同時にスペーサを形成する。
露光工程の時、感光膜２２０´がポジティブであれば、感光膜２２０´で光が照射される部分が除去される。従って、互いに相異なる大きさを有するスペーサと突起とを形成するためには、大きく形成する必要があれば、光の照射量を小さくして、感光膜２２０´で除去される部分が小さくなるようにする。具体的に、光を透過する透過領域４１０と光を透過しない不透過領域４２０から構成されたフォトマスク４００を用い、図１１のように大きく形成される手順をもって不透過領域４２０の幅が大きく形成されるようにする。もし、突起の大きさを更に細分化し大きさが異なる第４突起や第５突起を形成する場合においても、フォトマスク４００において不透過領域４２０を追加し、追加された領域の幅を調節すれば良い。前記不透過領域４２０の幅を調節する以外にも、スリットマスクやハーフトーンマスクを用いれば、感光膜２２０´の各領域別で光の透過量を調節することができる。
図１２を参照すると、露光が完了した後、現像を行い、これを通して光の透過量によって相異なる大きさを有するスペーサ２３０と突起２２０とを形成する。例えば、前記スペーサで２３０と突起２２０とが、不透過領域４２０の幅に従って、スペーサ２３０、第１突起２２１、第３突起２２３、第２突起２２２の順に連続して形成される。
このように第２基板２００が用意されたら、第１基板１００の切開部１３５と第２基板２００の突起２２０とが互いに重畳しないように配置した後、両基板１００、２００を互い貼り合わせ、また、基板１００、２００の間に液晶を注入して密封するなどの後工程を行う。なお、基板１００、２００のうち一方の基板に液晶を滴下した後、他方の基板を貼り合わせるようにしてもよい。
以上述べたとおり、本発明の液晶表示装置は、液晶の配列方向を規制して視野角を増大させるための突起が画素内の領域別に相異なる大きさに形成される。本発明においては、画素の各領域別で液晶に対して要求される規制力の大きさを変化させることができるという点に着眼している。即ち、液晶に対する規制力を強化する必要がある領域では、突起を大きく形成し、また液晶に対する規制力を弱化させる必要がある領域では突起を小さく形成する。本発明によると、画素の各領域別で液晶の配列を適切に調節し、コントラスト比や透過率を大きくするなどの動作特性が改善される効果を奏する。
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によると、突起形成のための感光膜を厚く形成した後、これをパターニングすることによって、各突起が相異なる大きさを有するように容易に形成することができる。また、厚く形成された感光膜を利用して、追加工程なしに、突起と同時に基板の間の間隔を維持するためのスペーサを突起と同時に形成することができる。
本発明の作動原理を説明するための図である。 突起の高さによるブラック状態の輝度及びコントラスト比の変化を示すグラフである。 突起の高さによるブラック状態の輝度及びコントラスト比の変化を示すグラフである。 突起の幅に対する光の透過効率を示すグラフである。 突起の幅に対する光の透過効率を示すグラフである。 突起の幅の変化による画素状態を示す写真である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の平面図である。 図５ＡのI-I´ラインに従った断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。
符号の説明
１００ 第１基板
１１０ ゲート電極
１２１ ソース電極
１２２ ドレイン電極
１３０ 画素電極
１３５ 切開部
２００ 第２基板
２０１ 遮光膜パターン
２０２ カラーフィルタ
２０３ オーバーコート膜
２１０ 共通電極
２２０ 突起
３００ 液晶
ＧＬ ゲートライン
ＤＬ データライン
Ｔ 薄膜トランジスタ

Claims (9)

  1. 第１基板と第２基板及びその間に配列される液晶と、
    前記第１基板上で相互に交差するゲートラインおよびデータラインによって定義される画素と、
    前記画素ごとに形成される画素電極と、
    前記第２基板上に前記画素電極と向き合うように形成される共通電極と、
    前記共通電極上に形成され、前記画素内で領域別に相異なる大きさを有する突起とを含み、
    前記突起は、
    前記ゲートラインまたはデータラインが形成されている方向に対して傾いて形成される複数の第１突起と、
    前記第１突起と連結され、前記ゲートラインまたはデータラインが形成される方向に対して平行する方向に形成されており、前記第１突起より小さな幅及び高さを有するか、または前記第１突起より同じ幅を有し且つ低い高さを有するか、または前記第１の突起と同じ高さを有し且つ小さい幅を有する第２突起と、
    前記第１突起の間に形成され、前記第１突起より小さな幅及び高さを有するか、または前記第１突起より同じ幅を有し且つ高さが低いか、または前記第１の突起と同じ高さを有し且つ小さい幅を有するとともに、前記第２突起よりも大きな幅及び高さを有するか、または前記第２突起より同じ幅を有し且つ高い高さを有するか、または前記第２突起と同じ高さを有し且つ大きい幅を有する第３突起とを含み、
    前記第１突起の長さと前記第３突起の長さとはそれぞれ同じ長さであるか、または前記第３の突起の長さは前記第１突起の長さの２倍である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記画素電極はさらに切開部を有することを特徴する請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記切開部と突起とは相互に重畳しないように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第２基板上に前記第１基板と接触するように形成されており、前記突起と同一材質のスペーサとをさらに含むことを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 第１基板上に相互交差しながら画素を定義するゲートラインとデータラインとを形成し、
    前記画素ごとに画素電極を形成し、
    第２基板上に前記画素電極と向き合うように共通電極を形成し、
    前記共通電極上に、前記画素内で領域別に相異なる大きさを有する突起であって、前記ゲートラインまたはデータラインが形成されている方向に対して傾いて形成される複数の第１突起と、前記第１突起と連結され、前記ゲートラインまたはデータラインが形成される方向に対して平行する方向に形成されており、前記第１突起より小さな幅及び高さを有するか、または前記第１突起より同じ幅を有し且つ低い高さを有するか、または前記第１突起と同じ高さを有し且つ小さい幅を有する第２突起と、前記第１突起の間に形成され、前記第１突起より小さな幅及び高さを有するか、または前記第１突起より同じ幅を有し且つ高さが低いか、または前記第１の突起と同じ高さを有し且つ小さい幅を有するとともに、前記第２突起よりも大きな幅及び高さを有するか、または前記第２突起より同じ幅を有し且つ高い高さを有するか、または前記第２突起と同じ高さを有し且つ大きい幅を有する第３突起とを含み、
    前記第１突起の長さと前記第３突起の長さとはそれぞれ同じ長さであるか、または前記第３突起の長さは前記第１の突起の長さの２倍である前記突起を形成し、
    前記第１基板と第２基板とを互いに貼り合わせることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記画素電極にさらに切開部を形成することを含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記切開部と前記突起とは相互に重畳しないように形成されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記突起と同時に前記第１基板に接触するようにスペーサを形成することを特徴とする請求項５、６、７のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記突起とスペーサは感光膜をパターニングして形成され、前記感光膜は前記第１突起、第２突起、第３突起及びスペーサが形成される領域で、それぞれ露光量に差異があるように露光されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。
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