JP2008276108A

JP2008276108A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008276108A
Application number: JP2007122371A
Authority: JP
Inventors: Koji Noguchi; 幸治野口; Daisuke Nozu; 大輔野津
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP5288726B2

Abstract

【課題】液晶表示装置の高輝度化、狭額縁化などを実現する。
【解決手段】本発明に係る液晶表示装置は、下部基板１と、下部基板１に対向する上部基板と、下部基板１と上部基板の間に設けられた液晶層とを備えるものであって、下部基板１は、単位画素領域１２を区画するデータ配線及びゲート配線を３層以上の層構造を有する複数の配線４，５，６と、これら複数の配線のうち、第１の配線４を被覆する第１の絶縁膜７と、第１の絶縁膜７上に形成された第２の配線５を被覆する第２の絶縁膜８と、第２の絶縁膜８上に形成された第３の配線６を被覆する第３の絶縁膜９と、単位画素領域１２に保持容量を形成する上層透明電極１０及び下層透明電極１１とを有し、第３の配線６を下層透明電極１１と同層に形成するとともに、上層透明電極１０及び下層透明電極１１の間に第３の絶縁膜９を介在させて保持容量を形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、２層の透明電極を用いて保持容量を形成してなる液晶表示装置に関する。

近年、モバイル向けの液晶表示装置には、高色再現化、高輝度化、薄型化、狭額縁化などの要求が非常に強くなっている。液晶表示装置の動作モードには様々な方式があり、その中の一つにＩＰＳ(in-plane switching)モードがある。ＩＰＳモードは、基板面に平行な面内で液晶分子を横電界によりスイッチングさせる動作モードである。

最近では、ＩＰＳモードと同様に基板面に平行な横電界を用いて液晶分子をスイッチングさせるＦＦＳ(fringe field switching)モードも開発されている。ＦＦＳモードの液晶表示装置では、画素電極と共通電極との間の間隔（ギャップ）を、液晶パネルを構成する２枚の基板の間隔（セルギャップ）よりも狭くすることにより、フリンジフィールドを形成している。

この種の液晶表示装置に関する技術としては、例えば下記特許文献１、２に記載された技術が知られている。

特許第３４９８１６３号公報特開２００５−１０７５３５号公報

通常の多層配線プロセスでは、絶縁膜、メタル配線等のプロセスを何度も繰り返して多層配線を形成するため、パターニングプロセスが非常に複雑になり大きな問題となっている。また、ＩＰＳモードやＦＦＳモードの液晶表示装置においては、共通（同一）の基板上に、画素電極、共通電極、ゲート配線、データ配線、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」とも記す）などを形成し、さらに表示領域の外側（周囲）には画素駆動回路や各種の配線を含む電子回路を形成するため、構造が非常に複雑になる。このため、高輝度化や狭額縁化などの要求に応えることが難しかった。

本発明に係る液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた液晶層とを備え、前記第１の基板は、単位画素領域を区画するデータ配線及びゲート配線を含む３層以上の層構造を有する複数の配線と、前記複数の配線のうち、第１の配線を被覆する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成された第２の配線を被覆する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成された第３の配線を被覆する第３の絶縁膜と、前記単位画素領域に保持容量を形成する上層透明電極及び下層透明電極とを有し、前記第３の配線を前記下層透明電極と同層に形成するとともに、前記上層透明電極及び前記下層透明電極の間に前記第３の絶縁膜を介在させて前記保持容量を形成してなることを特徴とするものである。

本発明に係る液晶表示装置においては、上下２層の透明電極を用いて保持容量を形成することにより、非透明電極を用いる場合に比較して光の透過率が高まる。また、データ配線及びゲート配線を含む３層以上の多層配線を採用することにより、表示領域周辺の配線領域を縮小することが可能となる。さらに、第３の配線を下層透明電極と同層に形成するとともに、保持容量を形成する第３の絶縁膜で第３の配線を被覆することにより、多層配線化による光の透過率低下が抑えられ、プロセスも大幅に削減できる。

本発明によれば、液晶表示装置の透過率の向上や配線領域の縮小によって高輝度化、狭額縁化等を実現することができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明が適用される液晶表示装置の基本的な構成を示す概略断面図である。図示した液晶表示装置においては、第１の基板となる下部基板１と、第２の基板となる上部基板２と、複数の液晶分子からなる液晶層３とを用いて液晶パネルが構成されている。下部基板１と上部基板２は、所定の間隔（セルギャップ）を介して対向する状態に配置されている。

下部基板１と上部基板２は、それぞれ透明基板（例えば、ガラス基板）からなるものである。下部基板１の外側面（下面）と上部基板２の外側面（上面）には、それぞれ図示しない偏光板が接着等によって密着状態に設けられる。また、液晶表示装置がバックライト光源（不図示）からの光を透過して画像を表示するものであるとすると、透過表示のためのバックライト光源は下部基板１の外側面に対向する位置に設けられる。

液晶層３は、例えばネマチック液晶などを用いて構成されるものである。液晶層３は、下部基板１と上部基板２とに挟み込まれるかたちで、下部基板１と上部基板２との間（対向部分）に設けられている。なお、本発明の実施形態においては、横電界モード（ＩＰＳモード、ＦＦＳモード等）の液晶表示装置への適用例について説明するが、本発明はこれに限らず、透明電極間に保持容量を形成するものであれば、他の動作モード（例えば、ツイストネマティックモード、電界制御複屈折モード、垂直配向モード等）であっても適用可能である。

（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板１の構成を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。なお、図２（Ａ），（Ｂ）では縮尺や位置の関係が正確に対応していない。

図示のように、下部基板１上には、第１の配線となるゲート配線４と、第２の配線となるデータ配線５と、第３の配線となる付加配線６と、第１の絶縁膜となる層間絶縁膜７と、第２の絶縁膜となる層間絶縁膜８と、第３の絶縁膜となる層間絶縁膜９と、上層透明電極となる画素電極１０と、下層透明電極となる共通電極１１とが形成されている。

ここで、「上層透明電極及び下層透明電極」において、「上層」とは下部基板１上で液晶層３に近い側の層をいい、「下層」とは下部基板１上で液晶層３から遠い側の層をいう。

ゲート配線４とデータ配線５は、複数本ずつ形成されている。また、ゲート配線４はｘ方向と平行に形成され、データ配線５は、ｘ方向に垂直なｙ方向と平行に形成されている。これにより、ゲート配線４とデータ配線５は互いに交差（直交）するマトリクス配列をなしている。また、ゲート配線４とデータ配線５は単位画素領域１２を区画している。具体的には、ｘ方向で隣り合う２本のデータ配線５と、ｙ方向で隣り合う２本のゲート配線４で囲まれた領域が、１つの単位画素領域１２として区画されている。なお、図２（Ａ）においては、図の簡略化のために、ゲート配線４とデータ配線５を２本ずつしか表示していない。

単位画素領域１２には、当該単位画素領域１２を区画するゲート配線４やデータ配線５の他に、画素電極１０や共通電極１１、さらにはＴＦＴ（不図示）が含まれる。ＴＦＴはゲート配線４とデータ配線５の交差部分に設けられるものである。ＴＦＴは、液晶表示装置（液晶パネル）の表示領域内で、画素を選択的に駆動するためのスイッチング素子（駆動素子）として機能する。画素回路の構成上、ＴＦＴのゲート電極はデータ配線５に電気的に接続され、ＴＦＴのソース電極はデータ配線５に電気的に接続され、ＴＦＴのドレイン電極は画素電極１０に電気的に接続される。

ゲート配線４は、下部基板１上で１層目の配線となるものである。ゲート配線４は、下部基板１の上面に形成されている。データ配線５は、下部基板１上で２層目の配線となるものである。データ配線５は、下部基板１上で層間絶縁膜７の上面に形成されている。付加配線６は、下部基板１上で３層目の配線となるものである。付加配線６は、下部基板１上で層間絶縁膜８の上面に形成されている。

また、ゲート配線４は表示領域をｘ方向に横切る状態で形成され、データ配線５は表示領域をｙ方向に横切る状態で形成されている。付加配線６は、単位画素領域１２外に配置されている。さらに詳述すると、付加配線６は、表示領域の外側（周囲）の額縁部分に、ｙ方向に沿う複数本の配列で形成されている。下部基板１上において、表示領域の外側は画素駆動回路や各種の配線を含む電子回路の形成領域となり、当該電子回路の形成領域に上記画素駆動回路の一部又は配線として付加配線６が形成されている。

ゲート配線４、データ配線５及び付加配線６の各々は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）から選択される１種以上の金属（合金を含む）又は金属化合物（例えば、ＭｏＳｉ、ＡｌＳｉなど）あるいはそれらの積層層によって形成されるものである。ゲート配線４、データ配線５及び付加配線６は、互いに同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。

層間絶縁膜７は、ゲート配線４を被覆する状態で下部基板１上に形成されている。層間絶縁膜８は、データ配線５を被覆する状態で層間絶縁膜７上に形成されている。層間絶縁膜９は、付加配線６及び共通電極１１を被覆する状態で層間絶縁膜８上に形成されている。層間絶縁膜７、層間絶縁膜８及び層間絶縁膜９は、それぞれ光透過性を有する有機絶縁膜又は無機絶縁膜によって形成されるものである。有機絶縁膜としては、例えば、アクリル系やノボラック系の有機膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機膜を用いることができる。

また、下部基板１上において、層間絶縁膜７は１層目の絶縁膜、層間絶縁膜８は２層目の絶縁膜、層間絶縁膜９は３層目の絶縁膜として形成されている。一方、ゲート配線４は１層目の導電体、データ配線５は２層目の導電体、付加配線６及び共通電極１１は３層目の導電体として形成されている。このことから、付加配線６及び共通電極１１は、積層方向において互いに同層に形成されている。ここで記述する「同層に形成」とは、積層方向で隣り合う２つの絶縁膜（本形態例では層間絶縁膜８と層間絶縁膜９）の間に形成されることを意味する。

画素電極１０は、単位画素領域１２ごとに形成されている。画素電極１０は、層間絶縁膜９上に形成される配向膜（不図示）によって被覆される。共通電極１１は、各々の単位画素領域１２に共通の電極であって、画素電極１０をＴＦＴに電気的に接続するためのコンタクトホール部分ＣＨを除いて、表示領域全体に板状（ベタな構造）に形成されている。これら画素電極１０と共通電極１１は、いずれもＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明電極材料からなるもので、単位画素領域１２で保持容量を形成している。この保持容量は、単位画素領域１２において、画素電極１０と共通電極１１からなる２層の透明電極を対向状態（オーバーラップする状態）に配置するとともに、それら２層の透明電極の間に層間絶縁膜９を介在させて配置することにより形成されるものである。

このことから、層間絶縁膜９は、単位画素領域１２で画素電極１０と共通電極１１との間に保持容量を形成する絶縁膜となる。また、３層目の導電体となる付加配線６をドライプロセスでの細線プロセスで加工する場合は、下層の膜が比較的軟らかい有機膜であると、膜のダメージが大きくなる。このため、付加配線６をドライプロセスで形成する場合は、層間絶縁膜８として無機絶縁膜（ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等）を用いることが好ましく、さらには平坦性に優れるＳＯＧ(Spin on Grass)膜を用いることが望ましい。同様に、データ配線５をドライプロセスで形成する場合は、層間絶縁膜７として無機絶縁膜を用いることが好ましい。

また、付加配線６を金属配線で形成した場合は、付加配線６を層間絶縁膜９で覆うことにより、層間絶縁膜９が金属配線の腐食を防止する腐食防止膜として機能する。この場合、層間絶縁膜９としては、無機絶縁膜及び有機絶縁膜のいずれを用いてもよいが、ＦＦＳモードで動作する液晶表示装置の場合は、層間絶縁膜９の膜厚を精度良く管理（制御）する必要があるため、無機絶縁膜（ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等）で形成することが望ましい。

上記構成からなる液晶表示装置においては、画素電極１０と共通電極１１からなる２層の透明電極を用いて保持容量を形成しているため、金属等からなる非透明電極を用いて保持容量を形成する場合に比較して、単位画素領域１２での光の透過率が上がる。このため、液晶表示装置の高輝度化が図られる。また、下部基板１上で共通電極１１を表示領域全体に板状（ベタ状）に形成し、その上層に層間絶縁膜９を介して画素電極１０を形成しているため、単位画素領域１２でより広範に液晶分子を動作させることができる。このため、開口率の向上によってさらなる高輝度化が期待できる。

また、下部基板１上においては、ゲート配線４、データ配線５及び付加配線６を含む３層構造で多層配線を形成しているため、ゲート配線４やデータ配線５と重ならないように付加配線６を基板面方向（横方向）にずらして配置する場合に比較して、表示領域周辺の配線領域を縮小することができる。このため、液晶表示装置の狭額縁化や駆動回路の高密度化、さらには開口率の向上を図ることができる。さらに、付加配線６を共通電極１１と同層に形成するとともに、単位画素領域１２で保持容量を形成する層間絶縁膜９を用いて付加配線６を被覆しているため、付加配線６を共通電極１１と別の層に形成する場合に比較して、多層配線化による額縁の巨大化や光の透過率の低下を抑えることができるとともに、製造プロセスの簡素化を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、下部基板１上において、付加配線６を３層目の配線としたが、本発明はこれに限らず、ゲート配線４、データ配線５及び付加配線６を含む多層配線を３層以上の層構造で形成してもよい。ただし、いずれの場合も付加配線６と共通電極１１を同層に形成することに変わりはない。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板１の構成を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。この第２実施形態においては、上記第１実施形態と同様の構成部分に同じ符号を付して説明する。

本発明の第２実施形態においては、特に、上記第１実施形態と比較して、画素電極１０の構造が異なっている。すなわち、上記第１実施形態においては、画素電極１０が平板状に形成されているが、この第２実施形態においては、画素電極１０がスリット構造に形成されている。さらに詳述すると、画素電極１０にはｙ方向と平行に複数本のスリット１０Ａが切られ、これによって画素電極１０全体が櫛歯状に形成されている。

このように画素電極１０をスリット構造で形成した場合は、下部基板１に対向する上部基板２側にＩＴＯ等を設けなくても、基板面に平行な面内で横電界により液晶分子をスイッチングさせる、いわゆるＦＦＳモードで液晶表示装置を動作させることができる。このため、広視野角かつ狭額縁、高透過率な液晶パネルを提供することが可能である。

なお、画素電極１０のスリット構造としては、スリットの向きがｘ方向に平行であってもよいし、スリットの形状が「くの字」形状であってもよい。ただし、液晶層３の液晶分子を効率良く動作させるうえでは、画素電極１０のスリットの向きをデータ配線５（ｙ方向）と平行な方向とするのが好ましい。また、画素電極１０のスリットを「くの字」形状とする場合は、当該スリットの向きがデータ配線５と平行になるように、当該データ配線５も「くの字」に形成することが好ましい。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板１の構成を示す断面図である。この第３実施形態においては、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成部分に同じ符号を付して説明する。

本発明の第３実施形態においては、特に、上記第２実施形態と比較して、単位画素領域１２内に板状の光反射膜１４を設けた点が異なっている。光反射膜１４は、第３の配線として単位画素領域１２内に設けられたものである。また、光反射膜１４は、付加配線６及び共通電極１１と同層に形成されている。つまり、光反射膜１４は、付加配線６及び共通電極１１とともに３層目の導電体として下部基板１上に形成されている。

光反射膜１４は、付加配線６と同じ金属で形成されるものであるが、特に、アルミニウム等のように反射率が高い金属（合金を含む）によって形成されるものである。光反射膜１４は、層間絶縁膜８上で共通電極１１の一部に重ねて形成されている。このため、上部基板２側から入射した外光は光反射膜１４で反射し、図示しないバックライト光源から入射した光は、光反射膜１４が重ねて形成されていない共通電極１１の部分を透過する。これにより、透過型と反射型の機能を併せ持つ「半透過型」の液晶表示装置が実現される。

また一般に、ＩＴＯ等の透明電極は金属に比較して電気抵抗値が若干高くなるが、光反射膜１４を形成する金属膜を共通電極１１の上に重ねて電気的に接続すれば、当該金属膜を補助配線として共通電極１１の低抵抗化を図ることができる。特に、共通電極１１の低抵抗化と光反射板としての機能を両立させるうえでは、光反射膜１４をアルミニウムで形成することが好ましい。

（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板１の構成を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。この第４実施形態においては、上記第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態と同様の構成部分に同じ符号を付して説明する。

本発明の第４実施形態においては、特に、上記第１実施形態と比較して、単位画素領域１２内に遮光膜１５を設けた点が異なっている。遮光膜１５は、第３の配線として単位画素領域１２内に設けられたものである。また、遮光膜１５は、付加配線６及び共通電極１１と同層に形成されている。つまり、遮光膜１５は、付加配線６及び共通電極１１とともに３層目の導電体として下部基板１上に形成されている。

遮光膜１５は、付加配線６と同じ金属で形成されるものであるが、特に、モリブデン、チタン等のように反射率が低い金属（合金を含む）によって形成されるものである。遮光膜１５は、層間絶縁膜８上で共通電極１１に隣接して形成されている。また、遮光膜１５は、ｘ方向に平行な複数の帯状パターンとｙ方向に平行な複数の帯状パターンとを互いに交差する状態で重ね合わせることにより、ゲート配線４及びデータ配線５と同様にマトリクス配列で形成されている。遮光膜１５のｘ方向に平行な帯状パターンはゲート配線４と重なるように配置され、遮光膜１５のｙ方向に平行な帯状パターンはデータ配線５と重なるように配置されている。

上記構成からなる液晶表示装置においては、図示しないバックライト光源から入射した光が遮光膜１５で遮光される。このため、遮光膜１５をブラックマトリクスの代わりに用いることができる。また、データ配線５等で反射した光が遮光膜１５で遮光されるため、不要な反射光の影響を低減してコントラストの向上を図ることができる。

なお、上記第４実施形態においては、遮光膜１５をマトリクス配列で形成したが、本発明はこれに限らず、例えば遮光膜１５をストライプ配列で形成してもよい。

本発明が適用される液晶表示装置の基本的な構成を示す概略断面図である。本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板の構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板の構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の構成として、特に、下部基板の構成を示す図である。

符号の説明

１…下部基板、２…上部基板、３…液晶層、４…ゲート配線、５…データ配線、６…付加配線、７，８，９…層間絶縁膜、１０…画素電極、１１…共通電極、１２…単位画素領域、１４…光反射膜、１５…遮光膜

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた液晶層とを備え、
前記第１の基板は、
単位画素領域を区画するデータ配線及びゲート配線を含む３層以上の層構造を有する複数の配線と、
前記複数の配線のうち、第１の配線を被覆する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された第２の配線を被覆する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成された第３の配線を被覆する第３の絶縁膜と、
前記単位画素領域に保持容量を形成する上層透明電極及び下層透明電極とを有し、
前記第３の配線を前記下層透明電極と同層に形成するとともに、前記上層透明電極及び前記下層透明電極の間に前記第３の絶縁膜を介在させて前記保持容量を形成してなる
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第３の配線を前記単位画素領域外に配置してなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第３の配線を前記単位画素領域内に配置してなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第３の配線は金属配線からなり、
前記第３の絶縁膜は前記金属配線の腐食を防止する腐食防止膜として機能する
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記単位画素領域内に配置された前記第３の配線は遮光膜を兼ねる
ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記単位画素領域内に配置された前記第３の配線は光反射膜を兼ねる
ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記上層透明電極をスリット構造に形成してなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第３の絶縁膜は無機絶縁膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第２の絶縁膜は無機絶縁膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記第２の絶縁膜はＳＯＧ(Spin on Grass)膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。