JP2004272112A

JP2004272112A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004272112A
Application number: JP2003065550A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Ishikawa; 敬充石川; Shiro Miyake; 史郎三宅; Tetsuya Satake; 徹也佐竹
Original assignee: Advanced Display Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Advanced Display Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP4198495B2

Abstract

【課題】高確率でスプレイ→ベンド転移を起こし、パネル透過率の減少を招くことがない光学補償ベンド配向型液晶表示素子を提供する。
【解決手段】電極が形成された一対の基板とその間に挟まれた液晶材料および偏光板を備え、対向する透明基板の相対する面に設けた配向膜のラビング方向がパラレル方向であり、前記液晶材料の誘電率異方性が正である光学補償ベンド配向型液晶表示において、画素内に幅と長さがそれぞれセルギャップ以上であり、高さがセルギャップの１／１０以上である段差を形成することによってスプレイ配向からベンド配向への液晶配向の初期化を行なう。
【選択図】図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＣＢ型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く用いられている液晶表示素子は、素子内で液晶分子がねじれた配列をもっているねじれネマチック（ＴＮ）型液晶表示素子である。このＴＮ型液晶表示素子は、表示切替時の応答速度が遅く、また画面を斜め方向から見た場合の表示性能すなわち視野角特性も悪いため、これらの特性を改善した光学補償ベンド配向（ＯＣＢ：ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄまたはＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型液晶表示素子が提案されている（たとえば、特許文献１参照。）。図１にＯＣＢ型液晶表示素子の構成を示す。このＯＣＢ型液晶表示素子は、素子内に分子がベンド配向した液晶３４を、セルギャップＧだけ離間して対向させた素子を構成する基板３１、３９のあいだに配列し、液晶に電界を印加することによる液晶分子の動きと、基板の外に設置する位相差フィルム３５、３６、及び偏光板３７、３８により表示を行っている。ＯＣＢ型液晶表示素子の動作原理を図２を用いて説明する。図２において符号１は一対の基板を示し、符号２は電極を示し、基板で挟まれる部分に符号３で示す液晶分子が満たされている。図には示していないが実際の表示素子では基板１の外側には偏光板が設置されるのが一般的である。ＯＣＢ型液晶表示素子を正常に動作させるためには、素子内の液晶分子が図２または図３のようにベンド配列と呼ばれる液晶分子配列をしている必要がある。この図２の状態で両基板の電極間に電圧を印加すると、電界の作用で液晶分子は図３のように配列し、図２の状態と図３の状態の光学特性の差により表示を行っている。液晶分子を基板に平行に配列させるためには、以下に述べるラビング処理と呼ばれる手法が一般的に用いられる。図４において電極２の表面は、ポリイミド樹脂が数百オングストロームの厚さで塗布されている。樹脂が塗布された基板には、液晶素子に組み立てる前に、布を用いて一方向に擦る表面処理を施す。表面処理を施された一対の基板は、両基板の間隔を一定に保つためのスペーサー樹脂を挟んで対向し、基板周辺部を樹脂で固定する。このようにして形成された一対の基板間に、真空注入等を用いて液晶材料が注入される。注入された液晶材料の液晶分子は、ポリイミド樹脂表面でラビング処理が施された方向に配列する。図４において液晶分子は基板面から少し傾いた方向を向いているが、この方向はラビング処理を施す方向によって決定される。例えば図４のように液晶を配列させるためには、上下基板とも図４の矢印４の方向にラビング処理を施すと達成できる。
【０００３】
表示基板がラビング処理されているとき、液晶分子は基板に対して平行に配列しようとする性質があるため、以上のように構成された液晶表示素子において、電極に電圧が印加されていない初期状態では、液晶分子は図４のように配列（スプレイ配向）している。ＯＣＢ型液晶表示基板を正常に動作させるためには、この図４の分子配列状態から、表示を行うための分子配列状態である図２または図３の配列（ベンド配向）に変化させる必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−８４２５４号公報（第２頁、第５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにＯＣＢ型液晶表示素子は、液晶の配向状態を電圧が印加されていない初期配向状態（スプレイ配向）から、表示に用いる配向状態（ベンド配向）へと変化させる必要がある。このスプレイ配合からベンド配向への転移（スプレイ→ベンド配向）は、スプレイ配合とベンド配向間の液晶の配列が連続的でなく、不連続線（ディスクリネーションライン）が存在するため、ある領域のスプレイ配向した液晶相全体が一度にベンド配向した領域へと変化するものではなく、配向膜のきずやスペーサを核として、まずベンド配向した個所（ベンド転移核）が発生し、徐々にベンド配向領域が成長してある領域全体に広がっていくという性質がある。そのため、スプレイ→ベンド転移には、ベンド転移核を発生させる過程とベンド領域を広げる過程がそれぞれ必要である。しかし、多数の表示用画素電極を有する液晶表示素子では、表示をおこなう前にベンド配向にするための種々の操作を行っても、常に高確率でベンド転移核が発生するわけではなく、スプレイ→ベンド転移には、確率的要素が含まれていた。このように全ての画素でベンド転移核を発生させることは困難であり、確実にスプレイ→ベント転移を起こす方法のひとつは、液晶に高電圧を印加することである。しかし、液晶に高電圧を印加するためには、新たに電源回路を付け加える必要があり、コストの上昇を招くという問題がある。
【０００６】
本発明は、転移核の領域を点ではなく線で与えることで、低電圧印加で確実にスプレイ配向からベンド配向への配向変化を起こす転移核を与えることを目的とする。
【０００７】
また、スプレイ→ベンド転移の確率は、転移核を１画素に１個だけでなく複数個の転移核形成手段を配置することによって改善される。しかし、複数個の転移核配置は、スプレイ配向からベンド配向への表示初期設定を確実にすることができる一方、透過率を下げてしまうという問題がある。本発明のベンド転移核形成手段は、もともと透過率に寄与していない各種配線上に転移核を形成するので、透過率の減少を招くことはない。
【０００８】
本発明は、従来の液晶表示装置に新たな電源を組み込む必要もなく、高確率でスプレイ→ベンド転移を起こし、パネル透過率の減少を招くことがない液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、対向する透明基板の相対する面に液晶分子を配向させる配向膜のラビング方向がパラレル配向であり、間隔と長さがセルギャップ以上であり高さがセルギャップの１／１０以上である段差によってスプレイ配向からベンド配向への液晶配向の初期化をおこなうようにしたものである。
【００１０】
また、前記段差部の位置を各種配線上に配置することにより、透過率の減少を防止するようにしたものである。
【００１１】
また、段差の高さの面内不均一を小さくする効果と設計精度を向上させるようにしたものである。
【００１２】
また、セルギャップが一定になるようＴＦＴ基板とＣＦ基板の両基板に相補的に前記段差部を設けたものである。
【００１３】
また、スプレイ→ベンド転移のための段差以外はＴＦＴ基板とＣＦ基板に凹凸を設けないようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、液晶に電圧が印加される個所に段差を設けることで、スプレイ配向からベンド配向への配向変化を起こさせる。液晶に電圧が印加される個所には、表示に直接関わる画素電極上だけでなく、各種配線、例えばゲート配線（走査配線）やソース配線（信号配線）上も含まれる。特に、ゲート配線には、ほとんどの期間に薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴと称する）をＯＦＦさせる電圧が印加されており、対向基板電極（コモン電極）との間には、水平走査の瞬間に画素電極とコモン電極間の電圧よりも大きい電圧が印加される。この液晶に電圧が印加された直後の液晶分子に対し、段差が作用することで、ベンド配向を形成することができる。
【００１５】
電圧が印加されてからの液晶の配向を考慮して、転移核周辺のスプレイ配向からベンド配向への配向変化のモデルで段差の有効性を説明する。
【００１６】
まず、スプレイ配向からベンド配向への配向変化を起こすために、スプレイ配向に電圧を印加させた場合に、液晶の配向がどのような配向をとりえるのか説明する。図４、図５にスプレイ配向図、図２、図３のベンド配向図を示す。スプレイ配向には、図５（ａ）のように基板に平行な液晶分子が厚さ方向の中心にあるダブルスプレイ配向（または対称スプレイ）と、図５（ｂ）のように基板に平行な液晶分子が片側の基板の方によったシングルスプレイ配向（または非対称スプレイ）の２種類がある。また、シングルスプレイには、基板に平行な液晶分子が上基板によったトップスプレイと下基板によったボトムスプレイの２種類がある。
【００１７】
実際に画素を観察すると、スプレイ配向した液晶に電圧を印加した直後は、液晶の配向がバルク中心に対し対称関係にあるダブルスプレイとなっていることが分かった。そしてその数秒後にその対称性はくずれ、シングルスプレイとなっている。ベンド転移核の発生が観察された部位を調査すると、シングルスプレイ状態からベンド転移したものはなく、電圧印加直後のダブルスプレイ状態からベンド配向へ転移したものであった。そこで、ダブルスプレイからベンド配向への配向変化を考察し、図１３のようなモデルをたてた。図１３はスプレイ配向している液晶へ電圧を印加した直後を模式的に示したものである。同じラビング強度を一対の基板上の配向膜に施し、スプレイ配向した液晶に電圧を印加すると、その直後は上下の基板の両方から液晶分子が電界方向にならぼうとするため、基板に平行な液晶分子がちょうど上下基板の中央部にくるダブルスプレイを形成する。ここで符号１００の段差を形成しておくと、基板中央部の位置が異なるため、段差部を境にして基板に平行な分子の位置が異なるふたつのダブルスプレイ配向が形成される。図１３（ｂ）の上下基板からのびている曲線は、液晶が配向しようとする方向を連ねたものであり、二つの○印は、転傾線を示す。図１３（ｂ）の一方の領域（図の左側）は、Ｓ＝１／２の転傾線５（図の◯印：紙面垂直方向）をもち、もう片方の領域（図の右側）はＳ＝−１／２の転傾線５（図の◯印：紙面垂直方向）をもつものである。このふたつのダブルスプレイ領域の境界では、ふたつの転傾線の境界でもあり、液晶の配向はベンド配向を形成している。これはつまり、ベンド配向の転移核を発生させるためには、スプレイ配向からベンド配向へ変化させる途中に、中心位置が異なる二つのダブルスプレイ領域を形成させればよいということである。
【００１８】
液晶への電圧印加直後に発生するダブルスプレイに対し、画素内に段差を設けることで、ダブルスプレイの中心位置が異なる二つのダブルスプレイ領域を発生させる。そして、二つのダブルスプレイの境界では、図１３（ａ）に示すように液晶の配向はベンド配向となっている。よって中心位置が異なる二つのダブルスプレイ領域を安定的に発生されることができれば、ベンド転移核を確実に発生させることが可能となる。
【００１９】
発生したベンド配向はある面積以上のドメイン領域が必要であり、例えばセルギャップが５μｍの場合、段差の幅（２つの段差の間隔）と長さはセルギャップ（５μｍ）以上必要である。それ以下では、発生したベンド転移領域が広がることができないようである。そして、ダブルスプレイの中心位置が異なる二つのダブルスプレイを発生させるためには、段差部の高さがセルギャップの１／１０以上は必要である。それ以下の段差では、段差の有る部分のダブルスプレイと段差の無い部分のダブルスプレイに差がみられないためか、ベンド転移核の発生はみられなかった。膜厚が数百ｎｍである配線の段差や突起では転移核が形成されることはない。配線を厚くして段差を形成する場合、配線の膜厚が厚いと、配線を覆うための絶縁膜による確実なカバレッジができず、その後の工程でのエッチング液のしみこみによる断線などの欠陥原因となり得るため、歩留上の問題が発生する。また上記段差は各種配線上（ゲート配線、ソース配線、共通Ｃｓ配線）に配置してもよい。その結果、透過率の減少を防ぐことができる。図８のような共通Ｃｓ配線構造では、符号１０１の共通Ｃｓ配線を画素の紙面横方向に這わせており、ラビング方向を画素の紙面縦方向に設定している場合、符号１００の段差を共通Ｃｓ配線上に配置することで、段差部を境に中心位置がことなる２種類のダブルスプレイを発生させることができ、その境界でベンド配向領域を発生させることが可能となる。また、共通Ｃｓ配線と平行の関係にある符号１０５のゲート配線上に段差部を設けることでも同様にベンド配向領域を形成することができる。前述したように、ゲート配線上の液晶にも電圧は印加されているからである。また、ラビング方向が紙面横方向の場合は、符号１０６のソース配線や共通Ｃｓ配線の枝電極（符号１０７）上に段差を配置することで、中心位置が異なる二つのダブルスプレイを発生させ、その境界でベンド配向領域を発生させることが可能となる。
【００２０】
段差を設けることでギャップが異なる領域が一画素内に形成されることになるが、対向する基板にも図１１（ｂ）のように互い違いに相補的に段差を設け段差位置（境界）が上下基板で一致するようにすることで、ギャップ一定の液晶表示素子も可能となる。片方の基板のみに段差を形成した場合は、１つの画素に２種類のセルギャップが存在することになる。その結果、透過率を最小にする電圧が２つ存在したり、最適視野角も２つ存在することになり、表示上好ましくない結果となる。セルギャップが１種類の場合、上記表示上の好ましくない現象が生じることはない。もちろん、ギャップが異なる二つの領域が一画素内に形成する場合、つまり、対向する基板の片側のみに段差部を設けた場合でも、光学特性的に致命的問題が生じるわけではなく、またベンド転移核の発生についても問題はない。
【００２１】
これらの段差によって、ベンド転移核を発生させることが可能となり、アクティブマトリックス液晶ディスプレイのすべての画素についてベンド転移を促進させることができ、ベンド転移の低電圧化を図ることができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１
本発明による液晶表示素子の構造を、図６と図７を用いて説明する。図６は、液晶表示装置の回路構成図である。図７は本発明の液晶表示素子の一画素を示す図であり、図７（ａ）は画素の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の画素のＡ−Ａ断面図である。これらの図に示した構造は、一般的に共通Ｃｓ配線構造と呼ばれる構成である。図６において、符号１１０のゲート端子とゲート側外部回路とをＴＣＰ等を用いて接続する。また、符号１１１のソース端子とソース側外部回路とをＴＣＰ等を用いて接続する。ゲート端子とソース端子からはそれぞれスイッチング素子である符号１０４の薄膜トランジスター（ＴＦＴ）へ信号を供給するための符号１０５のゲート配線と符号１０６のソース配線がつながっている。ＴＦＴを介し、符合１０８の液晶を駆動する画素電極（図７の符号１０３）へと信号が伝わる。共通Ｃｓ配線構造では、走査線であるゲート配線と信号線であるソース配線以外に符号１０２の対向電極（コモン電極）と同一の電位をもつ符号１０１の共通Ｃｓ配線が存在する。対向電極の電位は符号１１２の端子から供給され、共通Ｃｓ配線１０１も符号１１２の端子と導通している。共通Ｃｓ配線は画素電極とＣｓ補助容量（符号１０９）を形成するためのものである。Ｃｓ補助容量は、ＴＦＴオフ時の画素電極の電位変動を抑える効果があり、表示特性を安定させる。
【００２３】
ＴＦＴ基板を形成する工程を説明する。最初に、ゲート配線、ゲート電極、ゲート端子を形成する。まずスパッタなどでガラスなどの透明基板上に金属を成膜し、光感光性樹脂であるレジストをスピンコートで塗布、露光、現像する写真製版工程の後、エッチングによってパターニングをすることでゲート配線、電極、端子を形成する。そのつぎに、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でゲート絶縁膜、半導体薄膜であるアモルファスシリコンとｎ型シリコンを成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通して半導体薄膜のパターン形成を行う。その後、スパッタなどでソース配線材料となる導電性膜を成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通すことで、ソース配線、ソース電極、ドレイン電極、ソース端子を形成する。このソース配線、ソース電極、ドレイン電極、ソース端子のパターンをマスクとして、その下にあるｎ型半導体層をエッチングなどで除去し、隣り合うソース配線間は電気的に絶縁状態にしておくことが望ましい。その後、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２等あるいはそれらの混合物および積層物からなる絶縁膜で形成した保護膜を形成する。ゲート端子部、ソース端子部の導通をとるためにゲート絶縁膜と保護膜に穴を形成する工程と同時に、ゲート絶縁膜と保護膜の膜厚分を高さにもつ段差を形成する。その際、ＴＦＴのドレイン電極部と画素電極との導通をとるために保護膜にも穴を形成する。形成した段差部の高さはゲート絶縁膜と保護膜の膜厚の和であり、数値は７００ｎｍである。段差は先に記載したようにラビング方向と垂直になるように形成すると２種類のダブルスプレイが発生しやすいので、ラビング方向がソース配線に平行の場合、段差はゲート配線に平行に形成するとよい。しかし、特にラビング方向と段差の方向を規定しなくても、２種類のダブルスプレイは発生し、ベンド転移核は発生する。その後、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜あるいはこれらの積層、あるいは混合層からなる透明導電層をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜し、写真製版工程、エッチング工程を経て、液晶を駆動する画素電極を形成する。画素電極はドレイン電極と導通がとられている。これらの一連の工程を経ることで、液晶を駆動するためのＴＦＴ基板を形成する。
【００２４】
つぎに、上記のようにして製造したＴＦＴ基板とそれに対向するＣＦ基板を用いて、液晶表示装置を製造する方法について説明する。両方の基板には液晶分子を配向させるための配向膜としてポリイミド樹脂、例えば日産化学製ＳＥ７４９２を塗布し、布によりラビング処理を施す。ラビング処理の方向は、液晶を平行配向させるため、ＴＦＴ基板、ＣＦ基板とも同一方向にする。図７（ａ）のＡ−Ａ線の方向（紙面下方向）にラビングを行った。その後、ＣＦ基板に６．０μｍ径の球状スペーサを散布し、ＴＦＴ基板には表示領域周囲にシール剤をディスペンサで塗布し、両基板の配向膜面が対向するように貼りあわせた。適当な圧力をかけながら加熱することでシール剤を硬化させて、パネルギャップを５．７μｍに調整した。そして、誘電率異方性が正の液晶材料を例えば真空注入法により基板間に注入した。液晶注入後、ＴＦＴ基板、ＣＦ基板の外側の面に光学補償フィルムを貼りつけ、さらにその外側の面に偏光板を貼りつけた。さらにＴＦＴ基板の外側に照明装置を設置し、液晶表示装置を得る。
【００２５】
その液晶表示装置の各種配線に信号を印加し、ノーマリーホワイトモードで表示を黒表示にした場合、全ての画素でスプレイ→ベンド転移が起こり、高速応答かつ広視野角が実現できるベンド配向した液晶表示装置を得た。例えば、ゲートにはＴＦＴをＯＮさせるＶｇ＿ｈｉｇｈ＝１８Ｖ、または、ＴＦＴをＯＦＦさせるＶｇ＿Ｌｏｗ＝−６Ｖが印加されている。黒電圧を画素電極に供給するソース配線には、１４．５Ｖと０．５Ｖの交流波形が印加され、対向電極には７．０Ｖの直流電圧を印加している。画素電極にはソース電位からフィールドスルーで降下した電圧０．５Ｖを差し引いて約１４Ｖと０Ｖの電圧が印加されている。この場合、画素電極と対向電極間の液晶には７．０Ｖの電圧が印加されていることになる。段差がない構造では、前記同条件の信号を各種配線に印加した場合、スプレイ→ベンド転移が発生する確率は、スイッチを入れるたびにことなり、全画素の３割から５割の確率で不確定にスプレイ→ベンド転移が発生していた。しかし、画素電極を段差構造にすることで、パネル内の全画素でスプレイ→ベンド転移を発生させることができた。ソースＩＣの出力でスプレイ→ベンド転移が完了し、新たな電源回路を必要としなかったことは、コスト低減に大きく寄与できる。また、１００％の確率でスプレイ→ベント転移を発生させることができた理由としては、先に記述したスプレイ→ベンド転移の配向モデルにあるように、液晶に電圧を印加した直後にダブルスプレイが発生するが、段差を境界にして中心位置が異なる二つのダブルスプレイが発生し、その境界部の配向がベンド配向していることから、そこがベンド転移核となってベンド配向が広がっていったと考えられる。そのことを証明するように、顕微鏡観察によって段差部がベンド転移核となって、スプレイ→ベンド転移の現象が観察された。
【００２６】
比較例１
比較例１を述べる。図１０は図７と同じ構造であり、製法も実施例１または実施例３に示すとおりである。図１０（ａ）に示す段差の長さ：Ｌと幅：Ｗがセルギャップ以下では、ベンド転移核が発生しなかった。スプレイ→ベンド転移は、ベンド転移核が発生し、続いて、ベンド転移核が広がってスプレイ領域を侵食していくという２つの工程を経るので、段差によって瞬間的にベンド転移核が発生したとしても、そのベンド領域が広がらなければ画素全領域がベンド配向することはない。発生したベンド転移核が広がっていくためには、Ｖｃｒ（スプレイ配向とベンド配向のエネルギーが平衡する電圧値）以上の電圧であっても、発生するベンド領域の一辺の長さがセルギャップ以上でなくてはならない。また、図１０の段差の高さ：Ｈがセルギャップの１／１０以上であればよい。段差の長さと幅の両方がセルギャップ以上で、段差の高さがセルギャップの１／１０以上でベンド転移核が確認された。
【００２７】
実施例２
本発明の第２の実施例を説明する。図８は液晶表示装置の一画素部分を抜き出して描いたものである。製法は、実施例１で述べた製法と同じである。図８（ａ）は画素平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＢ−Ｂ方向の断面図である。符号１０１は、画素電極と補助容量を形成するための共通Ｃｓ配線を示す。共通Ｃｓ配線は画素電極とＣｓ補助容量（図６の符号１０９）を形成するためのものであるが、共通Ｃｓ配線を金属材料で形成し、段差部を共通Ｃｓ配線上に形成すると、段差部で生じる配向異常領域によって発生する光もれを共通Ｃｓ配線で遮光することができ、新たに遮光する必要がなく開口率の低下を防ぐことができる。前に述べたように液晶に電圧を印加して、二つの異なるダブルスプレイを発生させ、その境界でベンド配向核を形成させる。ＳｉＮ膜の段差を配線上に設けることは、ベンド配向で表示中に段差で生じるドメインを配線上で遮光できるので、コントラスト比の減少を、透過率を減少させずに防止することができる。ゲート配線上やソース配線上でも、液晶に電圧を印加した場合に中心位置が異なる二つのダブルスプレイを発生でき、段差部を画素電極が存在しないゲート配線上やソース配線上に設けてもコントラスト比や透過率を減少させることなく、ベンド転移核を発生させるのに有効である。また、この実施例では図８（ｂ）に示すとおり、段差が保護膜の膜厚の差（２点鎖線より上部）によって形成される。図８（ａ）では、膜厚が他よりも厚くこの厚さの差が段差として作用する部分を符号１００で示した。
【００２８】
実施例３
本発明の第３の実施例を説明する。図９は液晶表示装置の一画素部分を抜き出して描いたものである。図９（ａ）は画素平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ方向の断面図である。符号１０１は、画素電極と補助容量を形成するためのＣｓ共通配線を示す。符号１１３は画素電極と導通しているＩＴＯ電極を示す。符号１０３は画素電極を示す。ＩＴＯ電極１１３の役割は、ＳｉＮ膜の段差を形成する際のエッチングストッパとしての役割をし、Ｃｓ共通配線と形成する補助容量の見積もりを正確にし設計精度を向上させるものである。ＳｉＮ段差のエッチングストッパとなることで、段差の高さがエッチングの面内の不均一の影響を受けずにすみ、より精度の高い段差を得ることができる。
【００２９】
つぎに、ＴＦＴ基板を形成する工程を説明する。最初に、ゲート配線、ゲート電極、ゲート端子を形成する。まずスパッタなどでガラスなどの透明基板上に金属を成膜し、光感光性樹脂であるレジストをスピンコートで塗布、露光、現像する写真製版工程の後、エッチングによってパターニングをすることでゲート配線、電極、端子を形成する。そのつぎに、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でゲート絶縁膜、半導体薄膜であるアモルファスシリコンを成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通して半導体薄膜のパターン形成を行う。その後、スパッタなどでソース配線材料となる導電性膜を成膜し、写真製版工程、エッチング工程を通すことで、ソース配線、ソース電極、ドレイン電極、ソース端子を形成する。このソース配線、ソース電極、ドレイン電極、ソース端子のパターンをマスクとして、その下にあるｎ型半導体層をエッチングなどで除去し、隣り合うソース配線間は電気的に絶縁状態にしておくことが望ましい。ここで、実施例１とは異なって、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜あるいはこれらの積層、あるいは混合層からなる透明導電層をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜し、写真製版工程、エッチング工程を経てパターニングを行ない、ＩＴＯなどの膜１１３を形成する。その後、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２等あるいはそれらの混合物および積層物からなる絶縁膜で形成した保護膜を形成する。ＴＦＴのドレイン電極部と画素電極との導通をとるための保護膜に穴を形成すると同時に段差を形成する。形成した段差部の高さは保護膜の膜厚である。そして、ゲート端子部、ソース端子部の導通をとるためにゲート絶縁膜と保護膜に穴を形成する。その後、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜あるいはこれらの積層、あるいは混合層からなる透明導電層をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜し、写真製版工程、エッチング工程を経て、液晶を駆動する画素電極１０３を形成する。画素電極はドレイン電極と導通がとられている。これらの一連の工程を経ることで、液晶を駆動するためのＴＦＴ基板を形成する。上記製法は実施例１に述べた製法に、ＩＴＯなどの透明導電膜１１３の成膜とパターニングの工程を加えるだけでよい。その後の液晶表示装置の製造方法は、実施例１と同様である。
【００３０】
実施例４
本発明の第４の実施例を説明する。図１１（ｂ）のようにＴＦＴが形成された基板とそれに対向するＣＦ基板側のそれぞれに段差を設け、セルギャップを一定とする。セルギャップが一定の場合、透過率を最小にする電圧は１つだけであり、最適視野角も１つだけになり表示特性上好ましい。カラーフィルター側基板の構成としては、色材の上層にオーバーコート層を積むことで平坦化し、その上層に透明樹脂材料もしくはＳｉＮなどの透明材料１００で段差を形成し、さらにその上層に電極１０２を形成する。オーバーコート層による平坦化は必要ではない。ＴＦＴ基板の製法は、実施例１または実施例３に示すとおりである。
【００３１】
実施例５
本発明の第５の実施例を説明する。図１２のように段差以外の表面を凹凸のない平坦なものにすることで、ベンド転移核発生後のベンド配向領域の広がり速度を上げることができ、ベンド転移時間が短縮される。表面を平坦化する手法としては、アクリル系樹脂をスピンコートで塗布することで表面を平坦化する。塗布した樹脂の膜厚は３．５μｍであり、表面は平坦化されていた。さらに平坦化した膜に段差を形成することで、段差以外には表面に凹凸がないＴＦＴ基板を作成する。または、平坦化した膜の上層に透明樹脂材料もしくはＳｉＮなどの透明材料で段差を形成しても、段差以外の表面を平坦化することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置は、液晶に電圧を印加できる個所に段差を設けることで、スプレイ→ベンド転移核を発生させることができるため、表示には直接必要のない高電圧を印加できる電源回路を別途に追加したり、ゲートのＶｇ＿ｈｉｇｈ電圧を対向電極に印加するための回路を構成するようなスプレイ→ベンド転移のための特別な手段の必要がなく、低コストでかつ確実にスプレイ→ベンド転移核を形成することができ、その結果、高速応答性と同時に広視野角特性を実現できる液晶表示装置を製造することができる。
【００３３】
また、本発明の液晶表示装置は、段差部を配線上に設けるため、表示時に段差周辺で発生するドメインを新たに遮光する必要がなく、透過率の減少がない液晶表示装置を製造することができる。
【００３４】
また、本発明の液晶表示装置は、セルギャップを画素内で一定にしているので、透過率を最小にする電圧は１つだけであり、最適視野角も１つだけになり表示特性上好ましい液晶表示装置となる。
【００３５】
また、本発明の液晶表示装置は、スプレイ→ベンド転移の形成手段である段差以外には凹凸がないので、ベンド転移核が発生してからのベンド配向の広がりスピードを早くすることができ、スプレイ→ベンド転移時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベンド配向を用いたＯＣＢモード液晶表示装置の一般的な構成図を示す。
【図２】液晶配向の説明図（ベンド配向）である。
【図３】液晶配向の説明図（ベンド配向）である。
【図４】液晶配向の説明図（シングルスプレイ配向）である。
【図５】液晶配向の説明図（ダブルスプレイ配向）である。
【図６】通常の液晶表示装置の全体構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１の液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３の液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の比較例１である液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５の液晶表示素子の画素の平面と断面を示す図である。
【図１３】スプレイからベンド配向への配向変化を説明する模式図である。
【符号の説明】
１基板
２電極
３液晶
４ラビング方向
５転傾線
６液晶の配向方向を示すもの
１００段差
１０１共通Ｃｓ配線
１０２対向電極
１０３画素電極
１０４ＴＦＴ
１０５ゲート配線（走査線）
１０６ソース配線（信号線）
１０７共通Ｃｓ配線の枝電極
１０８液晶
１０９Ｃｓ補助容量
１１０ゲート端子
１１１ソース端子
１１２コモン端子
１１３エッチングストッパーとしてのＩＴＯ

Claims

電極が形成された一対の基板とその間に挟まれた液晶材料および偏光板を備え、対向する透明基板の相対する面に設けた液晶分子を配向させる配向膜のラビング方向がほぼ平行であり、用いる液晶材料の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子において、スプレイ配向からベンド配向に液晶配向の初期化をおこなうために、画素内に幅と長さがそれぞれセルギャップ以上であり、高さがセルギャップの１／１０以上である段差が形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
請求項１記載のスプレイ配向からベンド配向に液晶配向の初期化をおこなうための段差が液晶表示装置の信号配線、走査配線、共通配線などの各種配線上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
段差を形成している膜の下地に導電性材料のパターンが形成されており、その導電性材料が液晶に電圧を印加する画素電極と短絡していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
電極が形成された一対の基板とその間に挟まれた液晶材料および偏光板よりなり、両基板の表面のラビング処理方向がほぼ平行であり、用いる液晶材料の誘電率異方性が正であるＯＣＢ型液晶表示素子において、一対の基板間に配置される段差の位置が一致し、液晶の厚さが段差の有無部で異ならないことを特徴とする液晶表示素子。
段差部以外では、表面が平坦であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子または請求項４記載の液晶表示素子。