JP5137632B2

JP5137632B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5137632B2
Application number: JP2008063710A
Authority: JP
Inventors: 雅明青田; 泰生瀬川; 智英小野木
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイウェスト
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: CN101533187A; JP2009217210A; CN101533187B

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶を制御する液晶表示装置に関する。

高いコントラスト及び広視野角が得られる液晶表示装置として、透明基板に対して略水
平方向の電界を用いた液晶表示装置、即ち、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モードや
ＩＰＳ（In-Plain Switching）モード等により動作する液晶表示装置が知られている。

例えば、ＦＦＳモードの液晶表示装置では、液晶を挟持する２つの透明基板のうち一方
の透明基板に、表示信号が供給される画素電極が形成され、その上層に、絶縁膜を介して
、複数の線状部とスリット部を交互に有し共通電位が供給される共通電極が配置される。

画素電極と共通電極の構成例としては、図８の断面図に示すように、画素トランジスタ
が形成された第１の透明基板（不図示）を覆う平坦化膜１８上に、ＩＴＯ（Indium Tin O
xide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電材料からなる画素電極２０が形成さ
れている。画素電極２０は、シリコン窒化膜等の無機膜からなる絶縁膜１２１に覆われて
おり、絶縁膜１２１上には、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電材料からなり、複数の線状部２
２Ｅとスリット部２２Ｓを交互に有し共通電位が供給される共通電極が配置されている。
共通電極の線状部２２Ｅとスリット部２２Ｓは、ポリイミド系樹脂等からなる第１の配向
膜１２３に覆われている。この第１の透明基板には、第２の配向膜が配置された第２の透
明基板（不図示）が貼り合わされており、それらの間に液晶ＬＣが封止されている。また
、第１の透明基板と第２の透明基板には、透過軸の直交する第１の偏光板及び第２の偏光
板（不図示）が配置されている。第１の配向膜１２３と第２の配向膜のラビング方向は、
例えば、第１の偏光板の透過軸に対して平行であり、共通電極の線状部２２Ｅの長手方向
に対して平面的に約５〜１０°傾いている。

なお、ＦＦＳモードで動作する液晶表示装置については、特許文献１に記載されている
。
特開２００２−２９６６１１号公報

しかしながら、従来例によるＦＦＳモードの液晶表示装置では、ＴＮモード等の他の液
晶モードに比べ、高いコントラスト及び広視野角が得られるものの、連続して使用すると
、最適な共通電位のセンター電位が初期値からシフトし、焼き付きが発生するという問題
が生じていた。これにより、液晶表示装置の表示品位が低下していた。

これまでの実験による評価によれば、ＦＦＳモードにおける共通電位のセンター電位の
シフト及び焼き付きは、第１の配向膜１２３の特性に大きく左右されることが明らかにな
っている。

このことから、図８における第１の配向膜１２３近傍の構成に着目すると、共通電極の
線状部２２Ｅ上では、線状部２２Ｅを構成するＩＴＯ等の透明導電材料とポリイミド系樹
脂等からなる第１の配向膜１２３との界面Ｈ、第１の配向膜１２３と液晶ＬＣとの界面Ｉ
が存在する。一方、共通電極のスリット部２２Ｓでは、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる
画素電極２０とシリコン窒化膜等の無機膜からなる絶縁膜１２１との界面Ｊ、絶縁膜１２
１と第１の配向膜１２３との界面Ｋ、第１の配向膜１２３と液晶ＬＣとの界面Ｌが存在す
る。即ち、共通電極の線状部２２Ｅにおける積層関係とスリット部２２Ｓにおける積層関
係は一致しない。

そのため、表示信号と共通電位の電位差により画素電極２０と共通電極の線状部２２Ｅ
との間に電界を生じさせた場合、線状部２２Ｅにおける界面Ｈ，Ｉに帯電する電荷の蓄積
量と、スリット部２２Ｓにおける界面Ｊ，Ｋ，Ｌに帯電する電荷の蓄積量は異なってくる
。この電荷の蓄積量の差異によって、画素電極２０と共通電極の線状部２２Ｅとの間で不
要な直流成分が発生し、最適な共通電位のセンター電位のシフトが生じやすく、焼き付き
が生じやすくなるものと考えられる。

この問題に対して、第１の配向膜１２３や液晶ＬＣなどの材料を変更して対処すること
も考えられるが、その場合、配向力の低下や、電荷が過剰に移動することにより焼き付き
が生じる等の背反特性が現れるため、現状では十分な改善が為されているとはいえない。

本発明に係る液晶表示装置は、第１の透明基板及び第２の透明基板に挟持された液晶層と、第１の透明基板に形成された第１の透明電極と、イミド結合を有した有機材料からなり、第１の透明電極を覆う有機膜と、有機膜上に配置され交互に線状部とスリット部を有した第２の透明電極と、有機膜と同一の有機材料からなり、有機膜、第２の透明電極の線状部及びスリット部を覆う配向膜と、を備え、線状部の形成領域における当該線状部から液晶層に至るまでの各層の界面に基づく積層関係と、スリット部の形成領域における第１の透明電極から液晶層に至るまでの各層の界面に基づく積層関係と、が一致する。

本発明によれば、ＦＦＳモードの液晶表示装置において、共通電位のセンター電位のシフトを抑止して焼き付きを防止することにより、表示品位の向上を図ることができる。

以下に、本発明の実施形態による液晶表示装置の平面構成について図面を参照して説明
する。図１は、本実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。また、図
２は、図１の表示部１０Ａに形成される複数の画素ＰＸＬの中から、３つの画素ＰＸＬの
みを拡大して示した平面図であり、ＦＦＳモードにより動作する構成を示している。図１
及び図２では、説明の便宜上、主要な構成要素のみを図示している。

なお、以降の平面構成にかかる説明では、コンタクトホールＨ１〜Ｈ４の構成を補足す
るために、ゲート絶縁膜１２、層間絶縁膜１５、パッシベーション膜１７、平坦化膜１８
についても参照しているが、これらの積層関係については、後述する液晶表示装置の製造
方法にかかる説明において示す。

図１に示すように、この液晶表示装置には、複数の画素ＰＸＬが配置された表示部１０
Ａと、外部接続用の複数の端子ＴＬが配置された端子部１０Ｔが配置されている。表示部
１０Ａでは、図２に示すように、ゲート信号、即ち画素選択信号が供給されるゲート線１
３と、ソース信号、即ち表示信号が供給されるソース線１６Ｓの交差点に対応して、各画
素ＰＸＬが配置されている。

各画素ＰＸＬの第１の透明基板１０上には、ゲート線１３をゲート電極とした薄膜トラ
ンジスタ等の画素トランジスタＴＲが配置されている。画素トランジスタＴＲのソースは
、ゲート絶縁膜１２及び層間絶縁膜１５に形成されたコンタクトホールＨ１を通してソー
ス線１６Ｓに接続され、そのドレインは、ゲート絶縁膜１２及び層間絶縁膜１５に形成さ
れたコンタクトホールＨ２を通してドレイン電極１６Ｄと接続されている。ドレイン電極
１６Ｄは、パッシベーション膜１７に形成されたコンタクトホールＨ３及び平坦化膜１８
に形成されたコンタクトホールＨ４を通して、画素電極２０と接続されている。

画素電極２０は有機絶縁膜２１に覆われており、有機絶縁膜２１上には共通電極２２が
配置されている。共通電極２２は、複数の線状部２２Ｅとスリット部２２Ｓが平行に交互
に延びる形状を有している。共通電極２２は、表示部１０Ａの端部近傍に延在して共通電
位が供給される共通電極線（不図示）と、コンタクトホール（不図示）を通して接続され
ている。有機絶縁膜２１及び共通電極２２は、第１の配向膜２３に覆われている。

また、画素電極２０、有機絶縁膜２１、共通電極２２の線状部２２Ｅが、この順で積層
されていることにより、ソース信号を一定期間保持する保持容量が形成されている。さら
に、これとは別に、画素トランジスタＴＲのドレインと接続して、ソース信号を一定期間
保持して画素電極２０に供給するもう１つの保持容量（不図示）を形成してもよい。

一方、図１の端子部１０Ｔの端子ＴＬには、外部の駆動回路（不図示）から延びるＦＰ
Ｃ（Flexible Printed Circuit）、ＣＯＧ（Chip On Glass）等の外部端子（不図示）が
接続される。

上記構成の画素ＰＸＬでは、ゲート線１３から供給された画素選択信号に応じて、画素
トランジスタＴＲがオンし、ソース線１６Ｓ及び画素トランジスタＴＲを通して表示信号
が画素電極２０に供給される。このとき、画素電極２０と共通電極２２の線状部２２Ｅと
の間では、表示信号に応じて、第１の透明基板１０の略水平方向に沿って電界が生じ、そ
の電界に応じて液晶（不図示）の配向方向が変化することにより、表示にかかる光学的制
御が行われる。一方、端子ＴＬには、ＦＰＣ等を介して、駆動回路（不図示）から画素選
択信号、表示信号等の駆動信号が供給される。

以下に、この液晶表示装置の製造方法について断面図を参照して説明する。図３乃至図
６は、この液晶表示装置における表示部１０Ａの１つの画素ＰＸＬを示している。なお、
図３乃至図６では、図１、図２、及び図８に示したものと同一の構成要素については同一
の符号を付して参照している。

最初に、図３に示すように、表示部１０Ａの第１の透明基板１０において、画素ＰＸＬ
の形成領域であって画素トランジスタＴＲが形成される領域に、能動層１１が形成される
。第１の透明基板１０上には、能動層１１を覆ってゲート絶縁膜１２が形成される。能動
層１１と重畳するゲート絶縁膜１２上にはゲート線１３が形成される。また、図示しない
が、表示部１０Ａの端部近傍のゲート絶縁膜１２上には、共通電位が供給される共通電極
線が形成される。

表示部１０Ａにおいて、ゲート絶縁膜１２上には、ゲート線１３、及び共通電極線を覆
って、層間絶縁膜１５が形成される。層間絶縁膜１５上には、コンタクトホールＨ１を通
して能動層１１のソースと接続されるソース線１６Ｓが形成され、コンタクトホールＨ２
を通して能動層１１のドレインと接続されるドレイン電極１６Ｄが形成される。

ソース線１６Ｓ及びドレイン電極１６Ｄは、同一の層として同時に形成されるものであ
り、例えば、チタン、アルミニウム、チタンがこの順で形成される積層体である。層間絶
縁膜１５上には、ソース線１６Ｓ及びドレイン電極１６Ｄを覆って、パッシベーション膜
１７が形成される。パッシベーション膜１７は、例えば３００〜４００℃の環境下で成膜
されたシリコン窒化膜からなる。

そして、パッシベーション膜１７に対してレジスト層（不図示）をマスクとしたドライ
エッチングを行うことにより、パッシベーション膜１７には、ドレイン電極１６Ｄを露出
するコンタクトホールＨ３が形成される。

次に、上記レジスト層の除去後、コンタクトホールＨ３内及びパッシベーション膜１７
上に、それらを覆う有機膜等の平坦化膜１８が形成される。そして、平坦化膜１８に対し
て他のレジスト層（不図示）をマスクとしたドライエッチングを行うことにより、コンタ
クトホールＨ３内でドレイン電極１６Ｄを露出するコンタクトホールＨ４が形成される。

次に、平坦化膜１８上からコンタクトホールＨ４内に延在してドレイン電極１６Ｄと接
続された画素電極２０が形成される。画素電極２０は本発明の第１の透明電極の一例であ
る。画素電極２０は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の
透明導電材料の形成とパターニングにより形成される。画素電極２０の膜厚は、好ましく
は１００ｎｍ程度である。

次に、平坦化膜１８上に、画素電極２０を覆う有機絶縁膜２１が形成される。有機絶縁
膜２１は、イミド結合を有した有機材料、例えばポリイミド系樹脂からなる。有機絶縁膜
２１の膜厚は、特に限定されないが、例えば約１５０ｎｍである。この有機絶縁膜２１は
、本発明の有機膜の一例である。

次に、図４に示すように、有機絶縁膜２１上に、複数の線状部２２Ｅ及びスリット部２
２Ｓが互いに平行に交互に配置されてなる共通電極２２が形成される。この共通電極２２
の形成は、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電材料の形成と、そのパターニングにより行われる
。

次に、図５に示すように、表示部１０Ａにおいて、有機絶縁膜２１、共通電極２２の線
状部２２Ｅ及びスリット部２２Ｓを覆うようにして、イミド結合を有した有機材料からな
る有機膜２３Ａが形成される。この有機膜２３Ａは、例えばポリイミド系樹脂からなる。
有機膜２３Ａの膜厚は、特に限定されないが、例えば約７０ｎｍである。この有機膜２３
Ａは、本発明の配向膜の一例である。

有機膜２３Ａの形成は、有機材料を塗布するスピン塗布法や、有機材料を印刷する印刷
法などの塗布法により行われる。好ましくは、有機膜２３Ａは、塗布法の１つである印刷
法、即ち有機材料を所定のパターンで印刷する方法により形成される。印刷法の具体例と
しては、スクリーン印刷、インクジェット印刷などが用いられる。この印刷法によれば、
図１の端子部１０Ｔ上における有機膜２３Ａを除去する際に、他の塗布法で必要とされて
いた有機膜２３Ａのパターニング工程が省略されるため、製造工程を簡略化することがで
きる。

次に、有機膜２３Ａに対して、所定の配向方向に沿ったラビングが行われることにより
、その有機膜２３Ａからなる第１の配向膜２３が形成される。第１の配向膜２３のラビン
グ方向は、共通電極２２の線状部２２Ｅの長手方向に対して、平面的に例えば約５〜１０
°傾いている。第１の配向膜２４は、本発明の配向膜の一例である。

なお、有機絶縁膜２１、及び第１の配向膜２３、即ち有機膜２３Ａは、イミド結合を有
した有機材料からなるものであれば、ポリイミド系樹脂以外の有機膜であってもよいが、
有機絶縁膜２１及び第１の配向膜２３、即ち有機膜２３Ａは、同一の材料により形成され
る。他の例として、有機絶縁膜２１及び第１の配向膜２３、即ち有機膜２３Ａは、ポリア
ミド系樹脂（例えば、ポリアミック酸樹脂）からなるものであってもよい。

次に、図６に示すように、第１の透明基板１０に対して、第２の透明基板３０が貼り合
わされ、それらの間に、正の誘電率異方性を有したネマティック液晶等の液晶ＬＣが封止
される。なお、第２の透明基板３０には、予め、第１の透明基板１０と対向する側に、ブ
ラックマトリクス（不図示）、カラーフィルタ３１、及びそれを覆う第２の配向膜３２が
形成される。第２の配向膜３２は、ポリイミド系樹脂等からなる。第２の配向膜３２のラ
ビング方向は、第１の配向膜２３のラビング方向に対して平行である。

さらに、上記いずれかの工程において、第１の透明基板には、光源ＢＬと対向する側に
、第１の偏光板ＰＬ１が形成される。第１の偏光板ＰＬ１の透過軸は、第１の配向膜２３
のラビング方向に対して平行である。また、上記いずれかの工程において、第２の透明基
板３０には、第１の透明基板１０と対向しない側に、第２の偏光板ＰＬ２が形成される。
第２の偏光板ＰＬ２の透過軸は、第１の偏光板ＰＬ１の透過軸に対して直交する。

最後に、第１の透明基板１０及び第２の透明基板３０からなる積層体を、スクライブ及
びブレイク等により、複数の液晶表示装置に分離する。

こうして完成した液晶表示装置では、表示部１０Ａにおいて、画素電極２０から液晶Ｌ
Ｃに至るまでの各層の積層関係に着目すると、共通電極２２の線状部２２Ｅより上層の各
層の積層関係と、スリット部２２Ｓの形成領域における各層の積層関係が一致する。これ
は、画素電極２０と共通電極２２の間に有機絶縁膜２１が形成され、かつ共通電極２２の
線状部２２Ｅ及びスリット部２２Ｓを覆って有機膜２３Ａからなる第１の配向膜２３が形
成されたことによって実現されたものである。

以下に、この積層関係の一致について図面を参照して説明する。図７は、図６における
第１の配向膜２３近傍の構成を示した部分拡大図である。図７に示すように、共通電極２
２の線状部２２Ｅの形成領域では、線状部２２Ｅ上において、ＩＴＯ等の透明導電材料か
らなる線状部２２Ｅとポリイミド系樹脂等の有機膜からなる第１の配向膜２３との界面Ａ
、第１の配向膜２３と液晶ＬＣとの界面Ｂが、この順で存在する。

一方、共通電極２２のスリット部２２Ｓの形成領域では、ＩＴＯ等の透明導電材料から
なる画素電極２０とポリイミド系樹脂等の有機膜からなる有機絶縁膜２１との界面Ｄ、ポ
リイミド系樹脂等の有機膜からなる第１の配向膜２３と液晶ＬＣとの界面Ｅが、この順で
存在する。即ち、共通電極の線状部２２Ｅにおける積層関係とスリット部２２Ｓにおける
積層関係は一致する。

なお、有機絶縁膜２１と第１の配向膜２３は同一の有機膜であることから、製造方法に
よる差異は無視できるものとして、スリット部２２Ｓにおける有機絶縁膜２１と第１の配
向膜２３との界面については考慮しない。

この構成により、表示信号と共通電位の電位差により画素電極２０と共通電極２２の線
状部２２Ｅとの間に電界を生じさせた場合、線状部２２Ｅの形成領域における各界面Ａ，
Ｂに帯電する電荷の蓄積量と、スリット部２２Ｓの形成領域における各界面Ｄ，Ｅに帯電
する蓄積量とは略等しくなる。即ち、両形成領域における電荷の蓄積量に関して対称性が
生じる。この対称性は、有機絶縁膜２１及び第１の配向膜２３の各膜厚に関係なく得られ
ることが、本発明の発明者による実験によって確認されている。

この対称性により、画素電極２０と共通電極２２の線状部２２Ｅとの間では、不要な直
流成分の発生が抑止され、表示信号に応じた電界のみが生じることになる。従って、ＦＦ
Ｓモードの液晶表示装置において、従来例のような最適な共通電位のセンター電位のシフ
ト、及び焼き付きが抑止される。結果として、液晶表示装置の表示品位を従来例に比して
向上させることができる。

また、上記効果を得るために、第１の配向膜２３や液晶ＬＣなどの材料を変更する必要
がなくなるため、それに伴う配向力の低下や、電荷が過剰に移動することにより焼き付き
が生じる等の背反特性を考慮する必要がなくなる。

なお、上記実施形態では、有機絶縁膜２１及び第１の配向膜２３、即ち有機膜２３Ａは
、同一の材料により形成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、上記
効果は若干低下するものの、有機絶縁膜２１及び第１の配向膜２３は、それらの間の界面
に不要な電荷が蓄積されにくいものであれば、互いに異なる有機膜であってもよい。例え
ば、第１の配向膜２３、即ち有機膜２３Ａをポリイミド系樹脂等の有機材料により形成す
る場合、有機絶縁膜２１は、ポリアミド系樹脂（例えば、ポリアミック酸樹脂）によって
形成されてもよい。

また、本発明のスリット部２２Ｓと線状部２２Ｅは、図２に示したものに限定されない
。即ち、スリット部２２Ｓと線状部２２Ｅが形成される方向は、その長手方向がソース線
１６に沿った方向に形成されてもよく、ゲート線１３に斜めに交差する方向に形成されて
もよい。また、スリット部２２Ｓと線状部２２Ｅの長さは、複数画素に渡るものでもよい
。また、スリット部２２Ｓと線状部２２Ｅの形状は、直線だけでなく、弓形、波型、ジグ
ザグ型でもよい。スリット部２２Ｓと線状部２２Ｅの形状は、片側が開放された櫛形であ
ってもよい。

また、本発明は、上記実施形態に限定されず、第１の透明電極として共通電極を形成し
、第２の透明電極として画素電極を形成した場合についても適用される。即ち、平坦化膜
１８上に、画素電極２０と同じ形状を有した共通電極が形成され、その上層に、有機絶縁
膜２１を介して、共通電極２２と同様に複数の線状部とスリット部を有した画素電極が形
成されてもよい。この場合、有機絶縁膜２１、画素電極の線状部及びスリット部を覆って
、上記と同様の第１の配向膜２３が形成される。この場合においても上記と同様の効果を
得ることができる。

また、第１の透明電極として共通電極を形成し、第２の透明電極として画素電極を形成
した場合、画素ＰＸＬごとに画素電極を画素トランジスタＴＲと接続するために、有機絶
縁膜２１にコンタクトホールを形成する必要がある。

仮に、有機絶縁膜２１の替わりに、図８の従来例のようなシリコン窒化膜等の無機膜か
らなる絶縁膜１２１を形成すると、絶縁膜１２１のパターニングの際に、製造コストの増
大を招くエッチング工程が必要となる。

これに対して、本発明によれば、上記実施形態において、有機絶縁膜２１を感光性有機
材料により形成し、それを簡易なフォトリソグラフィ工程によってパターニングすること
で上記コンタクトホールを形成できるため、上記のようなエッチング工程を必要としなく
なる。

本発明の実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。図１の表示部における画素を示す拡大平面図である。本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。従来例による液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０第１の透明基板
１０Ａ表示部１０Ｔ端子部
１１能動層１２ゲート絶縁膜
１３ゲート線１５層間絶縁膜
１６Ｓソース線１６Ｄドレイン電極
１７パッシベーション膜１８平坦化膜
２０画素電極２１絶縁膜
２２共通電極２２Ｅ線状部
２２Ｓスリット部２３無機膜
２４第１の配向膜３０第２の透明基板
３１カラーフィルタ３２第２の配向膜
ＰＬ１第１の偏光板ＰＬ２第２の偏光板
ＢＬ光源ＴＲ画素トランジスタ
ＬＣ液晶ＰＸＬ画素
ＴＬ端子
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４コンタクトホール

Claims

第１の透明基板及び第２の透明基板に挟持された液晶層と、
前記第１の透明基板に形成された第１の透明電極と、
イミド結合を有した有機材料からなり、前記第１の透明電極を覆う有機膜と、
前記有機膜上に配置され交互に線状部とスリット部を有した第２の透明電極と、
前記有機膜と同一の有機材料からなり、前記有機膜、前記第２の透明電極の前記線状部及び前記スリット部を覆う配向膜と、を備え、
前記線状部の形成領域における当該線状部から前記液晶層に至るまでの各層の界面に基づく積層関係と、前記スリット部の形成領域における前記第１の透明電極から前記液晶層に至るまでの各層の界面に基づく積層関係と、が一致する、液晶表示装置。
前記第１の透明電極と前記第２の透明電極との間に電界を生じさせたとき、
前記線状部の形成領域において、当該線状部と前記配向膜との界面及び前記配向膜と前記液晶層との界面に帯電する電荷の蓄積量と、
前記スリット部の形成領域において、前記第１の透明電極と前記有機膜との界面及び前記配向膜と前記液晶層との界面に帯電する電荷の蓄積量と、
は略等しくなる、請求項１に記載の液晶表示装置。