JP2003084290A

JP2003084290A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003084290A
Application number: JP2001276995A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shigeno; 信行重野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置の柱状スペーサの配置構造を改
善して、基板間隙の均一化及び高開口率化を図る。【解決手段】液晶表示装置は、所定の間隙を介して互
いに接合した一対の基板１，２と、この間隙に保持され
た液晶３と、この間隙を一定に規制するために両基板間
に介在する柱状スペーサ４とからなるパネル構造を有す
る。一方の基板１には、上層に配された複数の画素電極
５と、中間の絶縁層６ａ，６ｂを介して下層に配された
複数のスイッチング素子ＴＦＴと、絶縁層６ａ，６ｂを
通して各画素電極５と各スイッチング素子ＴＦＴを互い
に電気接続するコンタクト部７とが形成されている。他
方の基板２には、液晶３を間にして画素電極５に対面し
た対向電極８が形成されている。コンタクト部７は画素
電極５の内側に形成されており、柱状スペーサ４はコン
タクト部７と重なる位置に配されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
る。より詳しくは、一対の基板を貼り合わせたパネルの
間隙を規定する柱状スペーサの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示装置は、所定の間隙を
介して互いに接合した一対の基板と、この間隙に保持さ
れた液晶と、この間隙を一定に規制する為に両基板間に
介在する柱状スペーサとからなるパネル構造を有する。
一方の基板には、複数の画素電極と、これを駆動する薄
膜トランジスタなどからなる複数のスイッチング素子と
が集積形成されている。他方の基板には、液晶を間にし
て画素電極に対面した対向電極が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、柱状スペーサを
形成する場合、その位置は画素電極の外に配置されるこ
とが多かった。例えば、柱状スペーサは、互いに隣り合
う画素電極の境界に配される。柱状スペーサは、例えば
感光性樹脂材料をフォトリソグラフィでパタニングし、
対向基板に形成する。この場合、柱状スペーサの形成可
能な最小サイズは８μｍ□程度である。又、パタン精
度、一対の基板の重ね合わせ精度、柱状スペーサの周囲
に生じる液晶配向の乱れなどを考慮すると、柱状スペー
サが占める面積として、２０μｍ□程度の平坦な領域を
設ける必要がある。一方、互いに隣り合う画素電極の間
隔は通常４μｍ程度である。従って、柱状スペーサを画
素電極の境界に沿って配置しても、部分的に画素電極に
かかってしまい、画素の開口率を犠牲にしていた。又、
カラー液晶表示装置の場合、画素電極に対応して、ＲＧ
Ｂ三原色に色分けされたカラーフィルタが形成されてい
る。画素電極の境界は、異なった色のカラーフィルタの
端部が存在する位置でもある。従って、カラーフィルタ
を形成した対向基板側の膜厚の均一性が悪く、段差が存
在していることも多い。そのような場所に、柱状スペー
サを配置しても、両基板の間隙を一定に制御することが
困難であった。

【０００４】

【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、本発明は液晶表示装置の柱状スペーサの配置
構造を改善して、基板間隙の均一化及び開口率の改善を
図ることを目的とする。係る目的を達成するために以下
の手段を講じた。即ち、本発明は、所定の間隙を介して
互いに接合した一対の基板と、該間隙に保持された液晶
と、該間隙を一定に規制するために両基板間に介在する
柱状スペーサとからなるパネル構造を有し、一方の基板
は、上層に配された複数の画素電極と、中間の絶縁層を
介して下層に配された複数のスイッチング素子と、該絶
縁層を通して各画素電極と各スイッチング素子を互いに
電気接続するコンタクト部とが形成されており、他方の
基板は、該液晶を間にして該画素電極に対面した対向電
極が形成されている液晶表示装置において、前記コンタ
クト部は画素電極の内側に形成されており、前記柱状ス
ペーサは該コンタクト部と重なる位置に配されているこ
とを特徴とする。一態様では、前記柱状スペーサは、該
一方の基板に配されたコンタクト部の上に形成されてお
り、その頂部が該他方の基板に当接する。他の態様で
は、前記柱状スペーサは、該他方の基板に形成されてお
り、その頂部が該一方の基板に配された該コンタクト部
に当接している。好ましくは、前記柱状スペーサは、複
数の画素電極に選択的に配されており、柱状スペーサが
配される画素電極のコンタクト部は、柱状スペーサが配
されない画素電極のコンタクト部より拡大されている。
又、複数の画素電極が占める総面積に対して、柱状スペ
ーサの占める面積の割合が０．１〜１．０％となる様
に、複数の柱状スペーサを複数の画素電極に選択的に配
する。

【０００５】本発明によれば、液晶表示装置の基板間隙
を保持する柱状スペーサが、画素電極内で且つ画素電極
に電気信号を供給するコンタクト部に配置されている。
表示に寄与しないコンタクト部に柱状スペーサを配置す
ることで、表示品位及び開口率を損なうことなく、安定
なパネル間隙の制御を実現できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る液晶表
示装置の実施形態を表わしており、（Ａ）は一画素分の
断面図であり、（Ｂ）は同じく一画素分の模式的な平面
図である。（Ａ）に示す様に、本液晶表示装置は、所定
の間隙を介して互いに接合した一対の基板１，２と、こ
の間隙に保持された液晶３と、この間隙を一定に規制す
る為に両基板１，２間に介在する柱状スペーサ４とから
なるパネル構造を有する。一方の基板１は、上層に配さ
れた複数の画素電極５と（図面では一個の画素電極のみ
を示してある）、中間の絶縁層を介して下層に配された
複数のスイッチング素子とが形成されている。スイッチ
ング素子は薄膜トランジスタＴＦＴからなり、図では一
個のみが示されている。基板１には、更にコンタクト部
７が形成されており、絶縁層を通して各画素電極５と各
ＴＦＴを互いに電気接続している。他方の基板２には、
液晶３を間にして画素電極５に対面した対向電極８が形
成されている。更には、カラーフィルタ９も形成されて
いる。

【０００７】本発明の特徴事項として、コンタクト部７
は画素電極５の内側に形成されており、柱状スペーサ４
はコンタクト部７と重なる位置に配されている。この様
に、柱状スペーサ４を画素電極５内で、且つ画素電極５
に電気信号を供給するコンタクト部７に配置している。
柱状スペーサ４を表示に寄与しないコンタクト部７に配
置することで、表示品位及び画素の開口率を損なうこと
なく、安定した間隙寸法を確保することができる。本実
施形態では、柱状スペーサ４は基板２に形成されてい
る。換言すると、柱状スペーサ４の根元部分は基板２側
に固定されている。柱状スペーサ４の頂部は、基板１に
配されたコンタクト部７に当接している。尚、この構造
とは逆に、柱状スペーサ４を、基板１に配されたコンタ
クト部７の上に形成してもよい。この場合には、柱状ス
ペーサ４の頂部が、他方の基板２に当接することにな
る。

【０００８】引続き図１の（Ａ）を参照して、本液晶表
示装置の構成を具体的に説明する。上側の透明なガラス
基板２にはカラーフィルタ９が形成されている。更にそ
の上には、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる対向電極８
が、全面的に形成されている。対向電極８の上には、柱
状スペーサ４が形成されている。この柱状スペーサ４は
例えばアクリル樹脂などの高分子材料をパタニングした
ものである。具体的には、所定の厚みで感光性のアクリ
ル樹脂を対向電極８の上に全面的に塗工した後、所定の
マスクを介して露光現像し、柱状スペーサ４に加工す
る。柱状スペーサ４は、例えば１０μｍ□の断面積を有
し、μｍオーダの一定な高さ寸法を有している。柱状ス
ペーサ４の高さ寸法が液晶３の厚みを規定している。柱
状スペーサ４を用いることで、液晶３の厚みを基板全体
に亘って均一に制御できる。

【０００９】これに対し、基板１の表面には、対向電極
８と対面する様に画素電極５が形成されている。画素電
極５は反射領域Ｒと透過領域Ｔに分かれている。反射領
域Ｒでは、画素電極５は透明導電膜５ａと金属反射膜５
ｂの積層構造からなる。積層構造の表面は凹凸が現われ
ており、光散乱性を備えている。従って、反射領域Ｒに
形成された画素電極５の部分は、ペーパーホワイトの外
観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、入射光
を比較的広い角度範囲で反射する為、視野角が拡大し表
示が見易くなるとともに、広い視角範囲で表示の明るさ
が増す。図示する様に、透明導電膜５ａ及び金属反射膜
５ｂの積層は、凹凸が形成された樹脂膜６ａの上に被膜
６ｂを介して形成されている。樹脂膜６ａは例えば感光
性を有するアクリル樹脂からなり、フォトリソグラフィ
で表面に所望の凹凸を形成することが可能である。凹凸
パタンは可能な限りランダム化することが好ましく、ピ
ッチは４〜１２μｍ、段差は０．４〜１．０μｍ程度で
ある。尚、樹脂膜６ａの凹凸を緩和する為に、同じく透
明樹脂材料からなる被膜６ｂが塗工されている。

【００１０】一方、透過領域Ｔにおいては、画素電極５
が透明導電膜５ａのみで形成されており、金属反射膜５
ｂは除かれている。この様に、本実施形態に係る液晶表
示装置は、画素電極５が反射領域Ｒと透過領域Ｔに領域
分割されたハイブリッド型となっている。ハイブリッド
型の液晶表示装置では、反射領域Ｒに拡散反射層が形成
されている一方、透過領域Ｔに対しては背面側からバッ
クライトの照明光を照射して、画像を映し出す様にして
いる。ハイブリッド型の画像表示装置は、十分な明るさ
の外光（自然光や室内照明光など）が得られる時は前面
側から入射する外光を背面側の拡散反射層で反射させて
外光を利用する反射型表示を行ない、十分な明るさの外
光が得られない時は、画像表示装置の背面側に配置され
たバックライトの照明光を利用した透過型表示を行な
う。このハイブリッド型の液晶表示装置は、基本的にマ
トリクス状に配された画素を備え、前面側からの外光を
反射するか後面側からの照明光を透過して画像を表示す
る液晶パネルと、液晶パネルの後面側に重ねて配され照
明光を出射する平面型のバックライトとから構成されて
いる。係るハイブリッド型の液晶表示装置は、特に携帯
情報端末や携帯電話端末のディスプレイに好適である。
周囲が明るい時には外光を利用できる為、バックライト
を点灯する必要がなく、消費電力を節約可能である。電
源供給に制限がある携帯情報端末や携帯電話端末では、
消費電力の低減化が最重要点となっている。尚、本発明
はこの様なハイブリッド型の液晶表示装置に限られるも
のではなく、反射型の液晶表示装置もしくは透過型の液
晶表示装置にも適用可能であることは言うまでもない。

【００１１】基板１の表面には画素電極駆動用の薄膜ト
ランジスタＴＦＴが集積形成されている。ＴＦＴはボト
ムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極１
１、二層のゲート絶縁膜１２ａ，１２ｂ、多結晶シリコ
ンなどからなる半導体薄膜１３を重ねた積層構造であ
る。ゲート電極１１の直上に位置する半導体薄膜１３の
領域にチャネル部が設けられている。各チャネルはスト
ッパ１４により保護されている。この薄膜トランジスタ
ＴＦＴと同一の層構造で補助容量ＣＳも形成されてい
る。補助容量ＣＳはゲート電極１１と同一層に属する一
方の電極１１ａと半導体薄膜１３からなる他方の電極と
の間に挟まれたゲート絶縁膜１２ａ，１２ｂを誘電体膜
としている。係る構成を有するＴＦＴ及びＣＳは二層の
層間絶縁膜１５ａ，１５ｂにより被覆されている。層間
絶縁膜１５ａ，１５ｂにはＴＦＴのソース領域及びドレ
イン領域に連通するコンタクトホールが開口している。
層間絶縁膜１５ａ，１５ｂの上には配線１６Ｓ及び１６
Ｄが形成されており、各コンタクトホールを介してＴＦ
Ｔのソース領域及びドレイン領域に接続している。これ
らの配線１６Ｓ，１６Ｄは、二層の金属膜１６ａ，１６
ｂを重ねた積層構造となっている。これらの金属膜は、
例えばアルミニウムやチタンからなる。これらの配線１
６Ｓ，１６Ｄは、前述した樹脂膜６ａにより被覆されて
いる。その上に、前述した画素電極５がパタニング形成
されている。画素電極５は、樹脂膜６ａに開口したコン
タクト部７及び配線１６Ｄを介してＴＦＴのドレイン領
域に電気接続している。

【００１２】図１の（Ｂ）は、反射領域Ｒ、透過領域Ｔ
及びコンタクト部７の配置状態を模式的に表わしてい
る。画素電極５はほぼ矩形を有しており、そのサイズは
例えば７０μｍ×２００μｍ程度である。画素電極５の
大部分は反射領域Ｒが占めている。前述した様に、この
反射領域Ｒには拡散反射層が形成されており、外光を反
射して画像を映し出す。画素電極５の一部には、反射領
域Ｒで囲まれた透過領域Ｔが形成されている。この透過
領域Ｔは透明であり、バックライトからの光を透過し
て、画像を映し出す様になっている。更に、反射領域Ｒ
の内側に、コンタクト部７が形成されている。このコン
タクト部７のサイズは、例えば２０μｍ□である。コン
タクト部７を○印Ａで囲んだ部分は、同じく図１（Ａ）
の○印Ａで囲んだ部分と対応している。このコンタクト
部７の位置に、ちょうど柱状スペーサ４が配置される様
になっている。コンタクト部７は２０μｍ□の平坦な領
域である。一方、柱状スペーサ４の頂部寸法は１０μｍ
□程度である。この為、柱状スペーサ４の頂部は安定に
コンタクト部７の平坦な領域に当接可能である。

【００１３】図２は、図１に示した液晶表示装置の反射
状態を示す模式図である。理解を容易にする為、図１に
示した液晶表示装置と対応する部分には対応する参照番
号を付してあるが、図示を簡略化する為模式化されてい
る。前面側の基板２は、光源（太陽の印で表わしてあ
る）と観察者（目の印で表わしてある）に面している。
この前面側基板２には、前述した様にカラーフィルタ９
や透明な対向電極８が形成されており、全体として着色
透明である。前面側の基板２には、液晶３を間にして後
面側の基板１が接合されている。前述した様に、この基
板１には画素電極５、薄膜トランジスタＴＦＴ及びこれ
らを互いに電気接続するコンタクト部７などが形成され
ている。画素電極５は拡散反射性を有しているが、コン
タクト部７の部分のみ、平坦であり鏡面反射性となって
いる。

【００１４】光源からコンタクト部７に向かって入射し
た光は、で示す様にかなりの部分が基板２の表面で反
射されるとともに、で示す様に一部がコンタクト部７
で鏡面反射（正反射）される。一方、光拡散層に向って
入射した光は、で示す様に基板２の表面で反射する光
の他、で示す様に画素電極５で散乱反射し観察者に向
かう光が含まれる。コンタクト部７からの正反射光
は、その他の界面（例えば偏光板表面）からの正反射光
がかなり強く、且つ反射方向が同一である為、＋
＝と見なすことができる。実際に、人間が観察する方
向へ向かう光は、散乱反射光のみであり、コンタクト
部７からの正反射光は、実際上の表示輝度には影響し
ないことが分かる。この様な、平坦で且つ輝度に寄与し
ないコンタクト部７に、高分子の柱状スペーサを配置す
ることで、実使用上の反射率（輝度）を低下させること
なく、安定なセルギャップ精度を実現できる。

【００１５】図３は、図１に示した液晶表示装置の画素
配列を示す模式的な平面図である。図示する様に、ほぼ
縦長の矩形状を有する画素電極５は、マトリクス状に配
列されている。個々の画素電極５は、反射領域Ｒと透過
領域Ｔとに領域分割されている他、コンタクト部７が形
成されている。前述した様に、反射領域Ｒは拡散反射層
が形成されており、コンタクト部７は平坦な鏡面反射層
となっている。本実施形態の場合、柱状スペーサは、複
数の画素電極５に選択的に配されており、柱状スペーサ
が配される画素電極５のコンタクト部７は、柱状スペー
サが配されない画素電極５ａのコンタクト部７ａより拡
大されている。この様にすることで、実際の表示輝度に
寄与しないコンタクト部７の鏡面反射領域を、可能な限
り縮小化している。一般に、複数の画素電極５が占める
総面積に対し、柱状スペーサの占める面積の割合が、
０．１〜１．０％となる様に、複数の柱状スペーサを複
数の画素電極５に選択的に配する。係る割合で柱状スペ
ーサを画面全体に分散配置すれば、基板間隙を画面全体
に亘って一様に制御できる。又、画面輝度を実質的に低
下させることはない。

【００１６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、基
板間隙を保持する柱状スペーサを、画素電極内で且つ画
素電極に電荷を供給するコンタクト部に配置している。
係る構成により、輝度の低下を伴うことなく柱状スペー
サの形成が可能となり、ギャップむらがなく外圧に対し
てギャップ変化が生じにくく、且つ表示にじみの少ない
高性能な液晶表示装置を実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の模式的な部分断面
図及び部分平面図である。

【図２】液晶表示装置の反射状態を示す模式図である。

【図３】図１に示した液晶表示装置の画素電極配列を示
す模式的な平面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・基板、３・・・液晶、４・・・
柱状スペーサ、５・・・画素電極、７・・・コンタクト
部、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/35 Ｇ０９Ｆ 9/35 Ｈ０１Ｌ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１２Ｚ 29/786 Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA16 LA20 SA19 TA02 TA09 2H092 GA29 JA01 JA21 JA45 NA07 PA03 5C094 AA03 BA03 BA43 CA19 DA14 DA15 DB04 EA04 EA05 EA06 EA07 EB02 EC03 ED11 5F110 AA30 BB01 CC07 DD02 FF09 GG02 GG13 HK03 HK04 HK21 HL02 HL03 HL04 HL07 HL11 NN03 NN12 NN27 NN72 NN73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隙を介して互いに接合した一対
の基板と、該間隙に保持された液晶と、該間隙を一定に
規制するために両基板間に介在する柱状スペーサとから
なるパネル構造を有し、一方の基板は、上層に配された複数の画素電極と、中間
の絶縁層を介して下層に配された複数のスイッチング素
子と、該絶縁層を通して各画素電極と各スイッチング素
子を互いに電気接続するコンタクト部とが形成されてお
り、他方の基板は、該液晶を間にして該画素電極に対面した
対向電極が形成されている液晶表示装置において、前記コンタクト部は画素電極の内側に形成されており、
前記柱状スペーサは該コンタクト部と重なる位置に配さ
れていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記柱状スペーサは、該一方の基板に配
されたコンタクト部の上に形成されており、その頂部が
該他方の基板に当接することを特徴とする請求項１記載
の液晶表示装置。
【請求項３】前記柱状スペーサは、該他方の基板に形
成されており、その頂部が該一方の基板に配された該コ
ンタクト部に当接していることを特徴とする請求項１記
載の液晶表示装置。
【請求項４】前記柱状スペーサは、複数の画素電極に
選択的に配されており、柱状スペーサが配される画素電
極のコンタクト部は、柱状スペーサが配されない画素電
極のコンタクト部より拡大されていることを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】複数の画素電極が占める総面積に対し
て、柱状スペーサの占める面積の割合が０．１〜１．０
％となる様に、複数の柱状スペーサを複数の画素電極に
選択的に配することを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。