JPH07333634A - 液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ツイスト配向されたネマティック液晶の視角
依存性を改善し広視角化を図る。 【構成】 液晶表示パネルは駆動基板１と対向基板２と
両基板の間に保持されツイスト配向したネマティック液
晶３とを備えたセル構造を有する。駆動基板１は、マト
リクス状に配列した複数の画素電極１０を含む上側領域
と、個々の画素電極１０を駆動する複数の薄膜トランジ
スタ４を含む下側領域と、両領域の間に介在する平坦化
層１１とを備えた積層構造を有する。個々の画素電極１
０は、表面加工を施された平坦化層１１の上に重ねられ
周期的な凹凸パタン１５を有しており、ネマティック液
晶３のツイスト配向を画素電極１０内で多様化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示パネルに関す
る。詳しくは、視角特性の改善技術に関する。より詳し
くは、広視角化の為の画素電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から液晶表示パネルでは、ツイスト
配向したネマティック液晶が一般的に利用されている。
図５はツイストネマティックモードの液晶表示パネルの
動作原理を示す模式図である。左側が電圧無印加状態を
示し右側が電圧印加状態を示す。上側の偏光板１０１の
偏光軸Ａと下側の偏光板１０２の偏光軸Ｂは互いに直交
している。また、上側の配向膜１０３の配向方向と下側
の配向膜１０４の配向方向も互いに直交している。従っ
て、ネマティック液晶分子１０５は９０°捩れたツイス
ト配向となる。電圧無印加状態では、上側の偏光板１０
１を通過した入射光の直線偏光成分が、ツイスト配向し
た液晶分子１０５により９０°旋光され下側の偏光板１
０２を透過する。従って電圧無印加状態では白色表示が
得られる。一方、電圧を印加すると液晶分子１０５は立
ち上がり旋光能が失われる。従って、入射光の直線偏光
成分は下側の偏光板１０２により遮断され黒色表示が得
られる。この様な表示方式はノーマリホワイトモードと
呼ばれている。印加電圧のレベルを適宜選択する事によ
り、白色表示と黒色表示の間の中間調表示（灰色表示）
が得られる。中間調表示ではネマティック液晶分子１０
５は完全に寝た状態と完全に立ち上がった状態の間にあ
り、その分子軸は基板面に対して傾斜している。中間調
表示は、例えばテレビジョン画像やビデオ画像の再生に
必要となる。

【０００３】ツイストネマティックモードの液晶表示パ
ネルは視角特性が悪いという欠点がある。即ち、液晶表
示パネルの透過率には視角依存性があり、見る方向によ
り表示濃度が変化し視認性が悪い。この視角依存性は特
に中間調表示で顕著になり、画像品位が著しく損なわれ
る。場合によっては、見る方向により表示状態が反転し
画像品位を著しく低下させていた。前述した様に、中間
調表示では液晶分子が傾斜状態（ティルト状態）にあ
り、分子軸の方向と視認方向との関係に依存して、透過
率が極端に変化し最悪の場合には画像反転が起きてしま
う。又、見る方向によりコントラストが低下する。液晶
表示パネルの視角依存性を抑制し広視角化を図るため種
々の改善技術が開発されており、例えば配向分割方式や
ランダム配向方式が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】配向分割方式は例えば
特開昭６４−８８５２０号公報に開示されている。液晶
分子の配向方向を１画素内で複数個（例えば２個）の領
域に分割し、各々の領域で配向方向を異ならしめてい
る。これにより、目の位置が液晶表示パネルの法線から
傾斜し、ある部分で画像が白黒反転し、あるいは白抜け
を生じた場合でも１画素内では平均化されて、画面全体
では視角に関係なく白黒反転や白抜けが生じない良好な
画像を得る事ができる。しかしながら、実際には個々の
微細な画素内で配向方向を分割領域毎に異ならせる事は
製造技術上極めて困難である。

【０００５】ランダム配向方式では、配向方向がランダ
ムな液晶表示パネルを作成し、従来に比し広視野角を実
現している。ラビング処理が省略でき、歩留りの向上も
期待できる。但し、現状では液晶注入時に加熱及び除冷
が必要である。ランダム配向方式の液晶表示パネルで
は、９０°捩れた構造を持った小さな領域が無数に形成
され、その方向は全くランダムで、全ての方向に同じ確
率で存在する。液晶分子を９０°捩らせる役割を持った
カイラル剤を通常より多く混ぜ、配向膜のラビング処理
を行なわない。液晶注入時には加熱及び除冷する。これ
により、短い距離では９０°捩れた配向の秩序は存在す
るが、長い距離になると配向の秩序は存在しないランダ
ムな状態になる。液晶表示パネルの厚み方向の中央部で
は液晶分子の連続性が略保たれている。ラビング処理を
必要としないので製造工程が簡単になり、静電気による
能動素子の破壊等歩留りを低下させる要因が少なくな
る。しかしながら、ランダム配向を実現する為には液晶
注入時の加熱及び除冷工程が必要であり、プロセスが複
雑になるとともにランダム配向の安定性、制御性、再現
性に欠ける。又、画素内に欠陥線が生じるという課題も
残されている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は安定性及び再現性に優れ且つ簡便な
構造で液晶表示パネルの視角依存性を改善し広視角化を
図る事を目的とする。かかる目的を達成する為に以下の
手段を講じた。即ち、本発明にかかる液晶表示パネルは
基本的な構成として、駆動基板と、対向基板と、両基板
の間に保持されツイスト配向したネマティック液晶とを
備えたセル構造を有する。該駆動基板は、マトリクス状
に配列した複数の画素電極を含む上側領域と、個々の画
素電極を駆動する複数の能動素子を含む下側領域と、両
領域の間に介在する平坦化層とを備えた積層構造を有す
る。特徴事項として、個々の画素電極は、表面加工を施
された平坦化層の上に重ねられ周期的な凹凸パタンを有
しており、ネマティック液晶のツイスト配向を画素電極
内で多様化する。例えば、前記凹凸パタンは線状の凹部
と凸部が交互に並んだストライプを構成している。場合
によっては、前記ストライプは方向の異なる複数のスト
ライプ部に分割されている。好ましくは、前記凹凸パタ
ンは、ツイスト配向の多様化に適した所望の間隔及び幅
で配列した凹部と凸部とを有する。又好ましくは、前記
凹凸パタンは、ツイスト配向の多様化に適した所望の方
向に沿ってラビング処理が施されている。

【０００７】

【作用】本発明によれば、複数の能動素子を含む下側領
域の起伏又は段差を埋める為透明樹脂等からなる平坦化
層を用いている。この平坦化層の平らな表面にマトリク
ス状の画素電極を含む上側領域を形成している。この
為、駆動基板と対向基板に保持された液晶の厚みを均一
化でき、画質を顕著に改善可能とする。又、画素電極周
囲には盛り上がった部分が存在しない為、横方向の電界
の影響を受ける事がなく、安定した液晶のオン／オフ制
御を行なう事ができる。本発明ではこの平坦化層を利用
して広視角化を実現している。即ち、予め平坦化層をエ
ッチング等により表面加工し微細な凹凸形状にする。そ
の上に個々の画素電極を重ねて形成する。これにより画
素電極内に周期的な凹凸パタンが形成され、ネマティッ
ク液晶のツイスト配向を多様化する事が可能になる。換
言すると、凹凸パタンの頂部、底部、側部で夫々液晶分
子の配向方向、プレティルト角、ツイスト方向等が異な
る為、画素電極内で視角依存性が弱められ広視角化が達
成できる。

【０００８】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる液晶表示パネル
の基本的な構成を示す模式的な部分断面図である。図示
する様に、本液晶表示パネルは駆動基板１と対向基板２
と両基板の間に保持されツイスト配向したネマティック
液晶３とを備えたセル構造を有する。石英ガラス等絶縁
材料からなる駆動基板１の表面には、能動素子として薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）４が集積的に形成されてい
る。薄膜トランジスタ４は所定の形状にパタニングされ
た半導体薄膜５を素子領域として利用している。この半
導体薄膜５は例えば多結晶シリコンからなる。なお本発
明はこれに限られるものではなく、多結晶シリコンに代
え単結晶シリコンや非晶質シリコン等を用いる事も可能
である。半導体薄膜５の上にはゲート絶縁膜６を介して
ゲート電極Ｇがパタニング形成されている。このゲート
電極Ｇは例えばＤＯＰＯＳからなる。ＴＦＴ４のソース
領域Ｓには第一層間絶縁膜７に設けられたコンタクトホ
ールを通じ金属配線８が電気接続している。第一層間絶
縁膜７は例えば燐がドーピングされたガラス（ＰＳＧ）
からなる。金属配線８は例えばアルミニウムからなり画
像信号ラインその他を構成する。一方、ＴＦＴ４のドレ
イン領域Ｄには第一層間絶縁膜７及び第二層間絶縁膜９
を介して設けられたコンタクトホールを通じ、画素電極
１０が電気接続している。この第二層間絶縁膜９は金属
配線８を被覆する様に成膜されており、例えばＰＳＧか
らなる。

【０００９】第二層間絶縁膜９と画素電極１０との間に
平坦化層１１が介在している。この平坦化層１１は、Ｔ
ＦＴ４や金属配線８の段差を埋め平坦化する為に十分な
厚みを有している。平坦化層１１の表面はマクロ的に見
て略完全な平面状態にあり、その上に画素電極１０がパ
タニング形成される。従って、画素電極１０のレベルに
は何等マクロ的な段差が存在しない。平坦化層１１は一
般に無色透明である事が要求される。又、ドレイン領域
Ｄに連通するコンタクトホールを設ける必要がある為、
微細加工が可能でなければならない。さらに、画素電極
１０のパタニング等に薬品を用いる為、所望の耐薬品性
が要求される。加えて、後工程で高温に曝れる為、所定
の耐熱性を要求される。かかる要求特性を満たす為、所
望の有機材料や無機材料が選択される。有機材料として
は、例えばアクリル樹脂やポリイミド樹脂が挙げられ
る。ポリイミドは耐熱性に優れているが若干着色があ
る。これに対してアクリル樹脂は略完全に無色透明であ
る。これらの樹脂は、例えばスピンコート法や転写法等
により塗布される。無機材料としては、例えば二酸化珪
素を主成分とする無機ガラスが挙げられる。本実施例で
は、所定の粘性を有しマクロ的な段差を埋めるのに好適
なアクリル樹脂を用いている。以上説明した様に、本発
明では集積形成されたＴＦＴ４や金属配線８を含む下側
領域と、マトリクス状に配列した画素電極１０を含む上
側領域との間に、平坦化層１１を介在させている。個々
の画素電極１０は平坦化層１１を介して設けられたコン
タクトホールを通じて対応するＴＦＴ４のドレイン領域
Ｄに電気接続している。

【００１０】一方対向基板２の内表面にはブラックマス
ク１２がパタニング形成されており、画素電極１０を除
いて薄膜トランジスタ４等を外部入射光から遮蔽してい
る。さらに絶縁膜１３を介して対向電極１４が形成され
ている。従って、ツイスト配向したネマティック液晶３
は対向電極１４と画素電極１０との間に挟持される事に
なる。図示する様に、画素電極１０の周囲には何等盛り
上がった部分が存在しない。従ってネマティック液晶３
は対向電極１４と画素電極１０との間に作用する垂直方
向の電界によって完全に駆動制御され、横方向の電界の
影響を受ける事がない。又、平坦化層１１を介在させる
事により対向基板２と駆動基板１を互いに精度良く接合
でき、シール部からの液晶洩れ等が生じない。

【００１１】本発明の特徴事項として、画素電極１０
は、予めエッチング等によりミクロな表面加工を施され
た平坦化層１１の上に重ねられ、周期的な凹凸パタン１
５を有している。この凹凸パタン１５の作用により、ネ
マティック液晶３のツイスト配向を画素電極１０内で多
様化する事が可能になり視角依存性を顕著に改善でき
る。即ち、凹凸パタン１５の頂部、底部、側部では各々
液晶分子の配向方向、ツイスト方向、プレティルト角等
が異なる為視角依存性が弱められ、画素電極１０全体と
して見ると広視角化が図られた事になる。従来の配向分
割方式に比べると本方式は特別の配向制御を行なうこと
なく、画素電極１０の表面に凹凸パタン１５を設けるの
みで広視角化が達成できる。又、従来のランダム配向方
式に比較すると本方式は何等配向制御の為の熱処理を要
せず安定性及び再現性に優れている。

【００１２】図２は１個の画素電極内に形成された凹凸
パタンの具体例を示す模式的な平面図である。図示する
様に、凹凸パタン１５は線状の凹部１６と凸部１７が交
互に並んだミクロなストライプを構成している。液晶分
子はこのストライプに沿って配向するので、本具体例で
は特に画素電極１０表面のラビング処理を施す必要はな
い。但し、ラビング処理を行なっても差し支えなく、さ
らには画素電極１０の表面に所望の配向膜を塗布した後
ラビングしても良い。この場合、必ずしもストライプ方
向にラビングを行なう必要はなく、ツイスト配向の多様
化に適した所望の方向に沿ってラビング処理が施され
る。又、凹部の幅Ｗ１及び凸部の幅Ｗ２はツイスト配向
の多様化に適した所望の寸法に設定される。加えて、ス
トライプの間隔（配列ピッチ）Ｐもツイスト配向の多様
化に適した所望の寸法に設定される。

【００１３】図３は、図２に示したストライプ構造を有
する凹凸パタンの変形例を示す模式的な平面図である。
この例ではストライプが方向の異なる複数のストライプ
部に分割されている。具体的には横方向のストライプ部
と縦方向のストライプ部に２分割されている。かかる構
成により、ツイスト配向を一層多様化できる。

【００１４】最後に図４を参照して、凹凸パタンの形成
方法の一例を詳細に説明する。先ず最初に工程（Ａ）に
示す様に、駆動基板１の内表面に薄膜トランジスタを形
成する。なお図では素子領域を構成する半導体薄膜５の
一部及び第一層間絶縁膜７と第二層間絶縁膜９のみを部
分的に示している。この後、第二層間絶縁膜９の表面を
平坦化層１１で埋める。この為、本実施例では所定の粘
性を有する液状の光感光性アクリル樹脂をスピンコーテ
ィングで塗布した。続いて加熱処理を施しアクリル樹脂
を半硬化させて平坦化層とした。半硬化した平坦化層に
対して写真食刻処理を施しコンタクトホールを開口す
る。このコンタクトホールの底部には薄膜トランジスタ
のドレイン領域Ｄが露出している。次に工程（Ｂ）で平
坦化層１１の表面にフォトレジスト２１を塗布し、所定
の周期形状にパタニングする。続いて工程（Ｃ）に移
り、フォトレジスト２１をマスクとして平坦化層１１の
表面をライトエッチングする。例えば、Ｏ₂ を反応ガス
として平坦化層１１をプラズマアッシングする。これに
より、平坦化層１１の表面にミクロな凹凸が形成され
る。最後に工程（Ｄ）で、使用済みとなったフォトレジ
ストを除去した後、スパッタリングにより透明導電膜を
成膜する。本実施例では透明導電膜としてＩＴＯを用い
る。ＩＴＯはコンタクトホールの内部にも充填され、Ｔ
ＦＴのドレイン領域Ｄと電気的な導通がとられる。最後
にＩＴＯを所定の形状にパタニングし画素電極１０とす
る。これにより、少なくとも画素電極１０内に周期的な
凹凸パタン１５が形成される。なお、凹凸パタン１５の
段差寸法は、例えば１０nm〜１００nmに設定されてい
る。

【００１５】上述した凹凸パタンの形成方法は一例であ
り、本発明はこれに限られない。他の方法としては例え
ば２層の平坦化層を用いて凹凸パタンを形成しても良
い。最初に１層目を形成しコンタクトホールを開口す
る。次に薄く且つ光感光性を有する２層目を塗布し、周
期パタンを有するフォトマスクを介して露光しその後現
像する。これにより、所望の周期的な凹凸が形成され
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、個
々の画素電極は予め表面加工を施された平坦化層の上に
重ねられ周期的な凹凸パタンを有しており、ネマティッ
ク液晶のツイスト配向を画素電極内で多様化する事によ
り、視角特性を改善し広視角化を達成するという効果が
得られる。従来の配向分割方式に比べ、複雑な配向処理
を施す必要がなく単に平坦化層を利用して凹凸パタンを
形成する事により広視角化を達成している。又、従来の
ランダム配向方式に比べ、特に冷却／加熱処理を施す事
なく凹凸パタンを設けるだけで広視角化を達成しており
安定性及び再現性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示パネルの基本的な構成
を示す模式的な部分断面図である。

【図２】凹凸パタンの具体例を示す模式的な平面図であ
る。

【図３】凹凸パタンの他の具体例を示す模式的な平面図
である。

【図４】凹凸パタンの形成方法を示す工程図である。

【図５】従来の液晶表示パネルの動作説明に供する模式
図である。

【符号の説明】

１ 駆動基板 ２ 対向基板 ３ ネマティック液晶 ４ 薄膜トランジスタ ５ 半導体薄膜 １０ 画素電極 １１ 平坦化層 １４ 対向電極 １５ 凹凸パタン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動基板と、対向基板と、両基板の間に
   保持されツイスト配向したネマティック液晶とを備えた
   セル構造を有し、 該駆動基板は、マトリクス状に配列した複数の画素電極
   を含む上側領域と、個々の画素電極を駆動する複数の能
   動素子を含む下側領域と、両領域の間に介在する平坦化
   層とを備えた積層構造を有する液晶表示パネルであっ
   て、 個々の画素電極は、表面加工を施された平坦化層の上に
   重ねられ周期的な凹凸パタンを有しており、ネマティッ
   ク液晶のツイスト配向を画素電極内で多様化する事を特
   徴とする液晶表示パネル。
2. 【請求項２】 前記凹凸パタンは線状の凹部と凸部が交
   互に並んだストライプを構成する事を特徴とする請求項
   １記載の液晶表示パネル。
3. 【請求項３】 前記ストライプは方向の異なる複数のス
   トライプ部に分割されている事を特徴とする請求項２記
   載の液晶表示パネル。
4. 【請求項４】 前記凹凸パタンは、ツイスト配向の多様
   化に適した所望の間隔及び幅で配列した凹部と凸部を有
   する事を特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。
5. 【請求項５】 前記凹凸パタンは、ツイスト配向の多様
   化に適した所望の方向に沿ってラビング処理が施されて
   いる事を特徴とする請求項１記載の液晶表示パネル。