JP3216617B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
ックス型液晶表示装置に関し、特に、液晶を制御する電
極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示装置には、横電界方式
（以下 ＩＰＳ；In-Plate Switchingという）型液晶
表示装置が提案されている。図１２は、従来の液晶表示
装置の平面図であり、図１３は、図１２のＤ−Ｄ線断面
図である。
【０００３】従来のＩＰＳ方式の液晶表示装置１００に
おいては、対向側ガラス基板１０５と薄膜トランジスタ
（以下 ＴＦＴという。）側ガラス基板１０４とからな
る１対の透明ガラス基板の間に、液晶層１０７が挟持さ
れて配設されている。
【０００４】ＴＦＴ側ガラス基板１０４には、下層配線
１０１及び下層櫛歯電極１１０がＣｒ、Ａｌ、Ｍｏ等の
非透明金属で形成されており、層間絶縁膜１０８と半導
体層がプラズマＣＶＤ法（以下 Ｐ−ＣＶＤ法とい
う。）により成膜されている。そして、フォトリソグラ
フィ（以下 ＰＲという。）工程で半導体パターン１０
２を形成し、上層配線１０３及び上層櫛歯電極１０９を
下層配線１０１と同様の材料で形成し、チャネルエッチ
ングした後、トランジスタ（以下 Ｔｒという。）保護
膜１１４を形成する。
【０００５】また、対向側ガラス基板１０５には、色層
１０６が塗布され、色層１０６からの不純物の影響を阻
止するため、アクリル系樹脂を対向側ガラス基板１０５
の全面に塗布してオーバーコート層１１１が形成されて
いる。これらの基板１０４、１０５には配向膜１１２が
塗布され、この配向膜１１２に配向処理がなされ、ＴＦ
Ｔ側ガラス基板１０４と対向側ガラス１０５基板との間
に液晶を注入して液晶層１０７が形成されている。
【０００６】上述の構成のＩＰＳ方式の液晶表示装置１
００においては、上層櫛歯電極１０９及び下層櫛歯電極
１１０との間に電界をかけて横電界を発生させることに
より、液晶を制御して表示させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＩＰＳ
型液晶表示装置では、横電界を発生させる電極が非透明
であるため、透過率が低い。また、液晶層内に発生する
横電界を乱さないために対向電極の液晶層に接する部分
にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属で形成
された透明電極を成膜することができない。このため、
色層１０６からの不純物の侵入を阻止するために、オー
バーコート層１１１を塗布しなければならないという問
題点があった。
【０００８】更に、対向側ガラス基板１０５には、電界
をシールドする導電体が存在しないため、内部電界に影
響を与えない基板裏面側に透明導電膜を成膜したり、導
電性を持つ偏光板を使用する等の外部電界に対する電界
シールドが必要となる問題点があった。
【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、対向側基板及び薄膜トランジスタ側基板の
電極を透明金属で形成し、透過率を向上させることがで
きると共に、横電界方式の液晶表示装置と同一の動作を
することができる液晶表示装置及びその製造方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明では、薄膜トラン
ジスタが形成された薄膜トランジスタ側基板と、この薄
膜トランジスタ側基板に対向する対向側基板と、前記対
向側基板及び薄膜トランジスタ側基板の間に挟持され負
の誘電率異方性を有する液晶と、前記対向側基板におけ
る前記薄膜トランジスタ側基板との対向面に形成された
透明導電体からなる対向電極と、前記薄膜トランジスタ
側基板における前記対向側基板との対向面に形成され所
定幅のスリットが形成された透明金属からなる画素電極
と、前記スリットに埋設され前記画素電極と表面が一致
するように形成された絶縁膜と、前記画素電極及び前記
絶縁膜上に形成された配向膜とを有する。
【００１６】また、製法においては、対向側基板上に透
明導電体からなる対向電極を形成する工程と、薄膜トラ
ンジスタが形成された薄膜トランジスタ側基板上に所定
の幅のスリットが形成された画素電極を形成する工程
と、表面が前記画素電極の表面と一致するように前記ス
リット内に絶縁膜を埋設する工程と、前記画素電極及び
前記絶縁膜上に配向膜を形成する工程と、前記対向側基
板と前記薄膜トランジスタ側基板とを前記対向電極及び
前記画素電極が対向するようにして対向させ両者間に負
の誘電率異方性を有する液晶を挟持させる工程と、を有
するものである。
【００１７】本発明においては、前記画素電極は、光を
透過することが可能な透明金属で形成されていることが
好ましい。
【００１８】本発明においては、対向側基板及びＴＦＴ
側基板の夫々の電極を透明金属で形成することにより、
従来、光を透過させることができなかった画素電極部分
も光を透過させることができるために、透過率を上げる
ことができると共に、横電界により、液晶を制御するこ
とができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明
の参考例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置を
示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であ
る。
【００２０】本発明の参考例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置１は、色層１０、対向電極１１及び配
向膜１６が形成されている対向側基板９と、画素電極６
に整合する位置にスリットとして絶縁膜スリット５が形
成された層間絶縁膜１３を有するＴＦＴ側基板７とが夫
々対向させられている。この間に負の誘電率異方性を持
った液晶を含む液晶層１２を挟み込む構成になってい
る。
【００２１】対向側基板９には、ＴＦＴ側基板７に対向
する対向面９ａ側に全面に亘り、色層１０、透明な導電
体金属で形成された対向電極１１及び配向膜１６が順次
形成されている。ＴＦＴ側基板７には、対向側基板９に
対向する対向面７ａ側に全面に亘り、層間絶縁膜１３が
形成されており、この層間絶縁膜１３には絶縁膜スリッ
ト５が形成されている。この層間絶縁膜１３は、間隔を
設けて絶縁膜スリット５（段差スリット）が形成されて
いるので、島状にＴＦＴ側基板７に形成される。この層
間絶縁膜１３及びＴＦＴ側基板７の上には、画素電極６
が均一な厚さで段差を持って形成される。また、Ｔｒ保
護膜として絶縁膜８が形成される。更に、絶縁膜８の上
には配向膜１６が形成されている。なお、画素電極６
は、全て同一電位になるように下層配線２により接続さ
れている。また、上述の配向膜１６は、配向処理されて
いる。
【００２２】次に、上述の本発明の参考例に係るアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置の製造方法について説明
する。対向側基板９には、ＴＦＴ側基板７に対向する対
向面９ａの全面に亘り、色層１０の上にＩＴＯ等の透明
金属で対向電極１１を形成し、対向電極１１の上に液晶
の配向方向を制御する配向膜１６を塗布する。
【００２３】ＴＦＴ側基板７には、対向側基板９に対向
する対向面７ａに、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ等の金属
膜で下層電極２を形成する。次にＰ−ＣＶＤ法で層間絶
縁膜１３及び半導体層を形成し、ＰＲ工程で半導体パタ
ーン３と絶縁膜スリット５を形成した後に例えば、Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ｍｏ等の金属膜で上層配線４を形成し、例え
ば、ＩＴＯ等の透明金属で画素電極６を形成して、最後
にＴｒ保護膜としての絶縁膜８を形成する。この絶縁膜
８の上に配向膜１６を塗布して対向側基板９との間に負
の誘電率異方性をもった液晶１７を狭持することによ
り、本実施例のアクティブマトリクス液晶表示装置１は
完成する。なお、上述のいずれの配向膜１６において
も、この配向膜１６を塗布した後に配向処理をする。そ
の他の製造工程及び構成は、従来のＴＮ型液晶表示装置
技術と同一である。
【００２４】次に、本発明の参考例の動作を図３、図７
及び図８を参照して説明する。図７は、本発明に係るア
クティブマトリクス型液晶表示装置における電界ベクト
ルと液晶の動作方向を示す断面図である。図８は、本発
明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置の電界ベ
クトルの方向と液晶の動作説明図である。なお、図８に
おいて、配向膜１６の図示は省略している。
【００２５】本参考例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置１は、対向側基板９の対向電極１１とＴＦＴ側基
板７の画素電極６との間に電圧を印加すると電界Ｅは図
３に示す電界ベクトル１４の方向に発生する。本実施例
においては、負の誘電率異方性をもつ液晶１７を使用し
基板に平行の方向に配向を行うので縦方向の電界Ｅは液
晶を寝かせる方向のトルクしか発生しない。即ち、液晶
１７はプレチルトがなくなる方向にしか変化しないため
に表示は変化しない。
【００２６】しかし、ＴＦＴ側基板７の絶縁膜スリット
５を形成した部分の画素電極６のエッジ部分６ａでは、
縦電界Ｅｙと横電界Ｅｘの合成電界Ｅｃである斜め方向
に電界が発生する。このために、合成電界Ｅｃの横電界
Ｅｘ成分により液晶１７が動作する。この横電界Ｅｘが
図８に示すように液晶１７をプレチルト位置１７ａから
表示可能な配向位置１７ｂまで、液晶１７を横方向に回
転させてＩＰＳ動作を起こすことになる。
【００２７】本参考例においては、対向側基板９及びＴ
ＦＴ側基板７に、夫々、透明金属であるＩＴＯ等で形成
された対向電極１１及び画素電極６が全面に亘り、設け
られている。即ち、導電性の金属膜が液晶を動作させる
部分を覆っていることにより、従来のＩＰＳ方式の液晶
表示装置で不可欠であった外部電界からのシールド構
造、例えば、カラーフィルター裏面側へのＩＴＯ電極の
形成又は導電性偏光板の採用等を省略することができ
る。
【００２８】また、本実施例においては、対向側基板９
は、画面内の色層１０及びブラックマトリクス（以下
ＢＭという。）層（図示せず）を全て対向電極１１で覆
う構成であることから、従来のＩＰＳ方式の対向側基板
において、色層１０及び樹脂等で形成されたＢＭ層から
の不純物をブロックする目的で塗布していたアクリル樹
脂等のオーバーコート層を不要とすることができる。
【００２９】更に、本参考例においては、対向側基板９
側は画面部分を全て、ＩＴＯ等の透明金属で形成した対
向電極１１で覆われるために電界的には対向電極１１で
制御することができる。このことにより、従来提案され
ているＩＰＳ方式及びハイブリッド方式のように画素内
の電界を乱さないために非金属である樹脂製ＢＭを使用
する必要がない。従って、金属を用いてＢＭを形成する
ことができる。
【００３０】更にまた、本参考例においては、対向側基
板９側をパターニングする必要がないため、ＴＦＴ基板
７側との重ね合せは、従来のねじれ液晶（以下 ＴＮと
いう。）型アクティブマトリクス型表示装置と同様な精
度を実現すればよく、ＴＦＴ側基板７及び対向側基板９
は、従来のＴＮ型アクティブマトリクス表示装置の製造
方法で製造可能であり、本実施例のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置１は、従来の横電界方式の製造方法を
用いて製造することができる。よって、新たな製造方法
及び設備を導入する必要がなく、従来の製造方法及び装
置を用いることができるためにアクティブマトリクス型
液晶表示装置１はコストダウンが可能になる。
【００３１】次に、本発明の第１実施例に係る液晶表示
装置について、添付した図面を参照して説明する。な
お、図１乃至図３に示す参考例と同一構成には、同一符
号を付しその詳細な説明は省略する。図４は、本発明の
第１実施例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置
の平面図を示す。図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図を示
す。図６は、本発明の第１実施例に係るアクティブマト
リクス型液晶表示装置における電界ベクトルの方向を示
す断面図である。
【００３２】本発明の第１実施例においては、ＴＦＴ側
基板７の上に厚さが均一な層間絶縁膜１３が形成され、
その層間絶縁膜１３上に電極幅Ｗの画素電極６が形成さ
れている点が参考例と異なる。この画素電極６間には電
極スペースＳの画素電極スリット１５が設けられてい
る。画素電極６の上には、絶縁膜８がスリット１５内を
埋めるようにして形成されていると共に、この絶縁膜８
は、その表面が平坦に成形されている。また、画素電極
６はスリットの周辺で接続されている。ここで、電極幅
Ｗは、対向側基板９とＴＦＴ側基板７との間隔、即ち、
液晶層１２の厚さであるパネルギャップをｄとした場合
に、パネルギャップｄに対して下記数式１の関係を保つ
ように設定される。
【００３３】
【数１】Ｗ＜ｄ
【００３４】更に、画素電極スリット１５の電極スペー
スＳは、パネルギャップｄに対して、下記数式２の関係
を保つように設定される。その他の構成は本発明の第１
実施例と同じである。
【００３５】
【数２】３ｄ＞Ｓ＞ｄ
【００３６】第１実施例の動作について、図６、図７及
び図８を参照して説明する。図７に示すように画素電極
６のエッジ部分６ａにおいて横電界Ｅｘが発生する。但
し、図８に示すように画素電極６の幅Ｗをパネルギャッ
プｄに対して小さくしていくと液晶１７の弾性ばねによ
り画素電極６のエッジ部分６ａで回転した液晶１７につ
られて画素電極６上の液晶１７も同様の方向へ回転す
る。この画素電極６は、参考例と同様に透明金属で形成
されているために光を透過させることができる。これ
は、従来のＩＰＳ型液晶表示装置において、電極部分で
は光が透過しないことと比較して透過率が向上する要因
となる。
【００３７】本実施例においては、画素電極６の電極ス
ペースＳは参考例と比較して横電界を効率よく発生させ
る目的で形成されている。即ち、参考例では、絶縁膜ス
リット５の間にも画素電極６が存在するため、縦電界Ｅ
ｙのほうが横電界Ｅｘよりも強くなるために液晶１７が
基板に押さえつけられる状態になり液晶１７の横回転が
弱くなる。
【００３８】ここで、数式２に示すように、パネルギャ
ップｄをＳ＞ｄとすることで横電界Ｅｘを効率よく発生
させることができるが、横電界Ｅｘは画素電極６のエッ
ジ部分６ａにのみ発生するために、画素電極６の電極ス
ペースＳを開けすぎると液晶１７の弾性ばねによる回転
トルクが画素電極スリット１５の電極スペースＳ領域全
体をカバーできなくなる。このために液晶１７が回転し
なくなる領域が発生する。
【００３９】もともと、透明金属で形成された画素電極
６の中央部分は電界Ｅが基板に対して垂直にしか発生し
ないために、液晶１７の弾性により、画素電極６部の液
晶１７を動作させるしかない。しかし、画素電極６間の
電極スペースＳを広くすることで横電界Ｅｘが効率よく
発生するために液晶層１２の透過率が最大になる電圧Ｖ
ｔmaxが低下する。このことにより、電極スペースＳ
は、好ましくは下記数式３を保つように設定する。
【００４０】
【数３】３ｄ＞Ｓ
【００４１】また、本実施例においては、従来のＩＰＳ
方式では、櫛歯電極が非透明金属で形成され光が透過し
ないために開口率が低下し、透過率を低くしていたが、
本実施例においては、画素電極６及び対向電極１１を透
明金属からなる透明電極とし、画素電極６上の液晶１７
も液晶１７の弾性の影響で回転させることにより、従
来、光を透過させることができなった画素電極６部分に
おいても光を透過させることができる。
【００４２】更に、本実施例においては、画素電極６は
電極幅がＷであり（図７参照）、この画素電極６に所定
の幅Ｓ（電極スペースＳ、図７参照）のスリット１５が
形成されている。画素電極６の上には、画素電極６のス
リット１５を埋め込むようにして、絶縁膜８が形成され
ていると共に、この絶縁膜８の表面は、平坦に形成され
ているために、ＴＦＴ側基板７上の配向膜１６はその下
地膜が平坦となり、従って、この配向膜１６がフラット
になり、液晶１７の配向制御を容易にすることができ
る。
【００４３】本発明の第２実施例に係る液晶表示装置に
ついて、添付した図面を参照して説明する。なお、図１
乃至図３に示す参考例と同一構成には、同一符号を付し
その詳細な説明は省略する。図９は、本発明の第２実施
例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置の平面図
であり、図１０は、図９のＣ−Ｃ線断面図を示す。図１
１は、本発明の第２実施例に係るアクティブマトリクス
型液晶表示装置の動作状態を示す。
【００４４】本実施例においては、ＴＦＴ側基板７上の
画素電極６には図４と同様に画素電極スリット１５が形
成されており、このスリット１５内に層間絶縁膜１３が
埋め込まれている。従って、層間絶縁膜１３は絶縁膜ス
リット５の間隔をおいて分離しており、この絶縁膜スリ
ット５間に画素電極６が配置されており、画素電極６の
表面と層間絶縁膜１３の表面とは一致している。そし
て、層間絶縁膜１３及び画素電極６の上に、絶縁膜８が
均一な厚さで形成され、従って絶縁膜８の表面は平坦で
ある。この平坦な下地膜としての絶縁膜８の上に、配向
膜１８が形成されている。その他の構成は本発明の第１
実施例と同一である。
【００４５】本実施例においては、上述の実施例と同様
に、ＴＦＴ側基板７の画素電極６のエッジ部分６ａで横
電界Ｅｘを発生させ、この横電界Ｅｘで図８に示すよう
に液晶１７をプレチルト位置１７ａから表示可能な配向
位置１７ｂまで、液晶１７を横方向に回転させてＩＰＳ
動作を発生させるものである。
【００４６】また、本実施例においては、第１実施例に
比して電極幅（画素電極の幅）が小さいので、画素電極
６上の液晶１７が少なくなる。よって、本実施例は第１
実施例と比較して確実に画素電極６上の液晶１７を回転
させることができる。
【００４７】更に、本実施例においては、第１実施例と
同様に、画素電極６が電極幅Ｗを有し、その画素電極６
のスリット１５が電極スペースＳであるスリット構造を
有するので図７及び８に示すように動作する。
【００４８】更にまた、本実施例においては、ＴＦＴ側
基板７上に層間絶縁膜１３及び画素電極６がその表面が
平坦になるように形成されているので、その上に形成さ
れた絶縁膜８は平坦であり、この絶縁膜８を下地膜とす
るＴＦＴ側基板７側の配向膜１６がフラットになり、液
晶１７の配向制御を容易にすることができる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
対向側基板及びＴＦＴ側基板の各電極を透明金属で形成
することにより、従来、光を透過させることができなか
った画素電極部分も光を透過させることができるため
に、透過率を上げることができると共に、横電界によ
り、液晶を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置における電界ベクトルの方向を示す図
である。
【図４】本発明の第２実施例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明の第２実施例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置における電界ベクトルの方向を示す断
面図である。
【図７】本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示
装置における電界ベクトルと液晶の動作方向を示す断面
図である。
【図８】本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示
装置の電界ベクトルの方向と液晶の動作説明図である。
【図９】本発明の第３実施例に係るアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の平面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例に係るアクティブマトリ
クス型液晶表示装置における電界ベクトルの方向を示す
断面図である。
【図１２】従来の横電界方式型液晶表示装置の平面図で
ある。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
１；アクティブマトリクス型液晶表示装置 ２、１０１；下層配線 ３、１０２；半導体パターン ４、１０３；上層配線 ５；絶縁膜スリット ６；画素電極 ６ａ；エッジ部分 ７；ＴＦＴ側基板 ７ａ、９ａ；対向面 ８；絶縁膜 ９；対向側基板 １０、１０６；色層 １１；対向電極 １２、１０７；液晶層 １３、１０８；層間絶縁膜 １４、１１３；電界ベクトル １５；画素電極スリット １６、１１２；配向膜 １７；液晶 １７ａ；初期配向 １７ｂ；配向位置 １００；液晶表示装置 １０４；ＴＦＴ側ガラス基板 １０５；対向側ガラス基板 １０９；上層櫛歯電極 １１０；下層櫛歯電極 １１１；オーバーコート層 １１４；トランジスタ保護膜 Ｅ；電界 Ｅｃ；合成電界 Ｅｘ；横電界 Ｅｙ；縦電界 ｄ；パネルギャップ Ｓ；電極スペース Ｗ；電極幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1368

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 薄膜トランジスタが形成された薄膜トラ
    ンジスタ側基板と、この薄膜トランジスタ側基板に対向
    する対向側基板と、前記対向側基板及び薄膜トランジス
    タ側基板の間に挟持され負の誘電率異方性を有する液晶
    と、前記対向側基板における前記薄膜トランジスタ側基
    板との対向面に形成された透明導電体からなる対向電極
    と、前記薄膜トランジスタ側基板における前記対向側基
    板との対向面に形成され所定幅のスリットが形成された
    透明金属からなる画素電極と、前記スリットに埋設され
    前記画素電極と表面が一致するように形成された絶縁膜
    と、前記画素電極及び前記絶縁膜上に形成された配向膜
    とを有することを特徴とするアクティブマトリクス型液
    晶表示装置。
  2. 【請求項２】 対向側基板上に透明導電体からなる対向
    電極を形成する工程と、薄膜トランジスタが形成された
    薄膜トランジスタ側基板上に所定の幅のスリットが形成
    された画素電極を形成する工程と、表面が前記画素電極
    の表面と一致するように前記スリット内に絶縁膜を埋設
    する工程と、前記画素電極及び前記絶縁膜上に配向膜を
    形成する工程と、前記対向側基板と前記薄膜トランジス
    タ側基板とを前記対向電極及び前記画素電極が対向する
    ようにして対向させ両者間に負の誘電率異方性を有する
    液晶を挟持させる工程と、を有することを特徴とするア
    クティブマトリクス型液晶表示装置の製造方法。
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