JPH10268357A

JPH10268357A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10268357A
Application number: JP7815197A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Kitazawa; 倫子北沢; Kisako Takebayashi; 希佐子竹林; Tetsuya Iizuka; 哲也飯塚
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JP3819104B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開口率が高く、バックライトの消費電力の低
減が可能であるとともに、セルギャップむらがなく、品
位が均一でコントラスト比の高い表示を得ることができ
る液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置では、対向基板側
に形成された柱状スペーサのＴＦＴアレイ基板と当接す
る部分に、対向電極が延出して形成され、この対向電極
の延出部が、アレイ基板の画素電極と絶縁層を介して当
接し、蓄積容量を形成する。こうして形成される第２の
蓄積容量は、アレイ基板側で蓄積容量電極と画素電極と
により形成される第１の蓄積容量に付加されるので、蓄
積容量電極の面積を減少させて、第１の蓄積容量の値を
低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
わり、特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターを中心とする情報
機器分野およびテレビなどを中心とする映像機器分野に
おいて、大型、高精細なアクティブマトリクス型の液晶
表示装置が開発されている。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置を構
成する第１の基板であるΤＦＴ（薄膜トランジスタ）ア
レイ基板の一例を、図７に示す。ＴＦＴアレイ基板にお
いては、絶縁基板上に複数本の走査線１と複数本の信号
線２とが交差して形成され、これらの線の交差によりマ
トリクス状に形成された各画素区画に、それぞれ画素電
極３が設けられ、画素電極３ごとにＴＦＴ４が形成され
ている。また、画素に付加する蓄積容量を形成するため
の蓄積容量電極（補助容量電極）５が、画素区画に延出
し、走査線１と一体に形成されている。そして、ＴＦＴ
４のゲート電極６は走査線１と一体に形成され、ドレイ
ン電極７は信号線２から延出して形成されている。ま
た、ソース電極８は画素電極３に接続されている。さら
に、これらの上には絶縁保護膜（図示を省略。）が形成
されている。

【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
このようなＴＦＴアレイ基板と、対向電極とカラーフィ
ルタを有する第２の基板（対向基板）とを、間隙材（ス
ペーサ）により一定の間隙を保って対向設置し、基板間
に液晶層を挟持して構成されるが、近年、スペーサとし
て、プラスチックビースに代わり柱状のスペーサが用い
られつつある。すなわち、プラスチックビーズ周辺の光
漏れと散布むらに起因するセルギャップむらを解消する
ために、対向基板側に複数の着色層を積層することによ
り複数の柱状体を形成し、この柱状体により基板間の間
隙を一定に保つことが行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来からのアクティブマトリクス型液晶表示装置で
は、蓄積容量を形成するための蓄積容量電極５あるいは
配線の設置により、開口率の低下が引き起こされるとい
う難点があり、特に、柱状スペーサの設置によりセルギ
ャップむら等の解消が求められる大画面で高精細な表示
装置ほど、バックライトが大型化して消費電力が増大し
ており、開口率の低下が深刻な問題となっていた。

【０００６】さらに、通常液晶表示装置のバックライト
に使用される蛍光管は、青色、緑色、赤色の３色を発光
する三波長管であり、各色を発光する蛍光体の配分を、
例えば青色蛍光体：緑色蛍光体：赤色蛍光体で５：２：
３としている。すなわち、視感度特性の低い青色の発光
色を有する蛍光体の割合を増やすことで、白色光となる
ようにバランスをとっているが、一方ではそれが消費電
力を増大させる原因となっていた。

【０００７】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたもので、開口率が高く、バックライトの消費電
力の低減が可能であるとともに、セルギャップむらがな
く、品位が均一でコントラスト比の高い表示を得ること
ができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、絶縁基板上に形成された複数本の走査線および信号
線と、前記走査線と信号線により形成されたマトリクス
状の区画にそれぞれ形成された画素電極と、これらの画
素電極ごとに設けられたスイッチング素子とを有する第
１の基板と、前記第１の基板との間隙を保つために複数
の着色層の積層により形成された柱状スペーサと、対向
電極とを有し、前記第１の基板と対向して配置された第
２の基板と、前記第１の基板と第２の基板との間に挟持
された液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記柱
状スペーサの前記第１の基板と当接する部分に、前記対
向電極が延出して形成され、かつこの対向電極の延出部
が、前記第１の基板の画素電極と少なくとも１層の絶縁
層を介して当接し、蓄積容量を形成することを特徴とす
る。

【０００９】本発明の液晶表示装置では、第１の基板に
蓄積容量電極を形成して、この電極と画素電極との間に
第１の蓄積容量を形成するとともに、蓄積容量電極上の
第１の蓄積容量の形成領域に、第２の基板に形成された
柱状スペーサを設置し、この柱状スペーサ上の対向電極
の延出部と第１の基板の画素電極により、第２の蓄積容
量を形成することができる。

【００１０】また、このような第１の蓄積容量と第２の
蓄積容量の和を、すべての画素においてほぼ一定の値と
するとともに、特定の画素において、第２の蓄積容量を
形成する対向電極の延出部の面積を、他の画素での面積
より大きくすることにより、第１の蓄積容量を形成する
蓄積容量電極の面積を他の画素より小さくすることがで
き、それによって、特定の画素における開口率をより向
上させることができる。なお、特定の画素としては、
第２の基板に形成されたカラーフィルタの青色着色層に
対応する画素とすることが望ましい。

【００１１】本発明の液晶表示装置においては、第２の
基板の柱状スペーサに、その第１の基板と当接する部分
を覆うように対向電極が延出して形成されており、この
柱状スペーサが、第１の基板の画素電極と、少なくとも
１層の絶縁層を間に介在させて当接しており、柱状スペ
ーサへの対向電極の延出部と画素電極との間に、蓄積容
量が形成されている。したがって、蓄積容量電極あるい
は蓄積容量配線を省略することができ、開口率の向上が
可能である。

【００１２】また、特に第１の基板が蓄積容量電極を有
し、この蓄積容量電極と画素電極との間に蓄積容量（第
１の蓄積容量）が形成されたものでは、柱状スペーサ
を、非開口部である蓄積容量電極の形成領域に設置する
ことにより、開口率を低下させることなく、効率良く蓄
積容量（第２の蓄積容量）を形成することができる。こ
のとき、第１の蓄積容量に、対向電極の延出部により形
成される第２の蓄積容量が加わるため、第１の蓄積容量
を従来に比べて減少させることができる。すなわち、蓄
積容量電極の面積を小さくしあるいは蓄積容量配線を細
くすることができ、開口率を上げることができる。

【００１３】さらに、柱状スペーサは所定のセルギャッ
プが保てるだけの密度で設置すれば良く、すベての画素
において、設置される柱状スペーサの総断面積が同一で
ある必要がない。したがって、特定の画素において、設
置される柱状スペーサの断面積を変化させて、第２の蓄
積容量を形成する対向電極の延出部の面積を変化させ、
これに対応して第１の蓄積容量を形成する蓄積容量電極
の面積を増減させることで、特定の画素だけの開口率を
変えた設計が可能である。

【００１４】特に、特定の画素を、カラーフィルタの青
色着色層に対応する青色の画素として、その開口率を上
げることが可能である。そして、このような青色画素の
開口率の向上により、バックライトの蛍光管において青
色蛍光体の割合を減少させることが可能であり、それに
よって消費電力を低減することができるうえに、消費電
力の低減分を赤色および緑色の発光に振り向けることに
より、より高輝度の表示が可能となる。

【００１５】さらに、表示領域のすべての画素におい
て、柱状スペーサの設置が必ずしも必要でない場合に
は、開口率を向上させたい画素のみに柱状スペーサを設
置すれば良い。そして、柱状スペーサの設置された特定
の画素において、第１の蓄積容量を形成する蓄積容量電
極の面積が、その他の画素よりはるかに小さく、極めて
開口率の高い構造が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明の液晶表示装置の第１の実
施例において、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを組合わ
せて得られる液晶セルを、対向基板側から透視した平面
図を示す。また図２は、図１におけるＴＦＴ部のＡ−Ａ
線に沿った断面図を示し、図３は、同じく図１における
第１の蓄積容量部すなわち柱状スペーサ設置部の、Ｂ−
Ｂ線に沿った断面図を示す。

【００１８】実施例の液晶表示装置では、これらの図に
示すように、ＴＦＴアレイ基板において、ガラス基板の
ような透明な絶縁基板９上に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、
Ｔｉ等の金属からなる複数本の走査線１０と信号線１１
とが交差して形成され、マトリクス状に配置された画素
区画ごとにＴＦＴ１２が形成されている。また、各画素
においては、蓄積容量電極１３が走査線１０から延出し
て一体に形成されている。ＴＦＴ１２は、走査線１０と
一体化したゲート電極１４と、ゲート電極１４の上に形
成された酸化シリコン（ＳｉＯ_x）等のゲート絶縁膜１
５と、ゲート絶縁膜１５上に順に積層形成されたａ−Ｓ
ｉ（アモルファスシリコン）のような半導体層１６、低
抵抗半導体層（コンタクト層）１７、および窒化シリコ
ン等のエッチング保護膜１８と、低抵抗半導体層１７上
に信号線１１から延出して形成されたドレイン電極１９
と、ドレイン電極１９と同層に形成された島状のソース
電極２０とから構成されている。また、画素部の絶縁基
板９上には、ゲート絶縁膜１５を介して、インジウム・
ティン・オキサイド（ＩＴＯ）等の透明材料からなる画
素電極２１が、前段（ｎ−１段）の走査線１０およびそ
れと一体形成された蓄積容量電極１３と重なるように形
成され、蓄積容量電極１３との間に蓄積容量（第１の蓄
積容量）が形成されている。また、この画素電極２１
は、ｎ段の走査線１０上に形成されたΤＦＴ１２のソー
ス電極２０と、電気的に接続されている。さらに、これ
らの全面には、例えば厚さ 200nmの窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ_x）からなる絶縁保護膜２２が、プラズマＣＶＤ法等
により形成されており、さらにその上の、後述する対向
基板の柱状スペーサ設置領域を除いた表示領域全体に
は、低温キュア型のポリイミド等から成る配向膜２３が
塗布され、ラビングによる配向処理が施されている。

【００１９】一方対向基板においては、ガラス基板のよ
うな透明な絶縁基板９上に、遮光性材料により遮光層
（ブラックマトリクス）２４が形成され、また青色、緑
色、赤色の各着色層をストライプ状に形成することによ
り、カラーフィルタ（図示を省略。）が形成されてい
る。そして、カラーフィルタの形成において、遮光層２
４上の所定の位置に、青色着色層Ｂ、緑色着色層Ｇ、赤
色着色層Ｒをそれぞれ順に積層形成することにより、柱
状のスペーサ２５が形成されている。また、カラーフィ
ルタ上にＩＴＯからなる対向電極２６が形成されるとと
もに、この対向電極２６が柱状スペーサ２５の外周面全
体を覆うように延出形成されている。さらに、このよう
な柱状スペーサ２５の外周面を除いた表示領域全体に
は、低温キュア型のポリイミド等から成る配向膜２３が
塗布され、ラビングによる配向処理が施されている。

【００２０】そして、このような対向基板と前記したＴ
ＦＴアレイ基板とが、それぞれ配向膜２３が形成された
面を内側にし、かつ対向基板側に突出形成された柱状ス
ペーサ２５が、ＴＦＴアレイ基板側の蓄積容量電極１３
上の第１の蓄積容量形成部に設置されるように対向配置
され、柱状スペーサ２５上に形成された対向電極２６
が、第１の蓄積容量が形成された画素電極２１の一部
に、絶縁保護膜２２を介して当接している。そして、こ
れらの基板間にＴＮ液晶のような液晶組成物２７が挟持
されている。

【００２１】なお、この液晶表示装置では、対向基板側
では柱状スペーサ２５の外周面を、ＴＦＴアレイ基板側
では柱状スペーサ２５が当接される部分を、それぞれ除
いて配向膜２３を形成することにより、対向電極２６と
画素電極２１との間に絶縁保護膜２２のみを介在させた
が、配向膜２３として誘電体である可溶性ポリイミド膜
を用いる場合には、例えば20nmの厚さの配向膜を残して
第２の蓄積容量を形成するようにしても良い。

【００２２】このように構成される液晶表示装置のＴＦ
Ｔアレイ基板において、１画素に対応する部分の等価回
路図を図４に示す。図から明らかなように、実施例の液
晶表示装置では、ＴＦＴ１２のソース電極２０と接続さ
れた画素電極２１と、対向基板の対向電極２６との間に
形成される液晶容量ＣLCを補う機能を持つ蓄積容量とし
て、画素電極２１とｎ−１段の走査線１０の蓄積容量電
極１３との間で形成される第１の蓄積容量Ｃs1の他に、
画素電極２１と柱状スペーサ２５上の対向電極２６との
間で形成される第２の蓄積容量Ｃs2が付加されている。

【００２３】したがって、全体として十分な蓄積を確保
しつつ、走査線１０と一体に形成される蓄積容量電極１
３の面積を減少させることができ、開口率が向上する。
すなわち従来は、画素に対する蓄積容量をＣs1のみで形
成したため、Ｃs1を形成する蓄積容量電極１３の面積を
十分に大きく取る必要があったが、Ｃs2が付加されてい
るので、蓄積容量全体（Ｃs1とＣs2の和）を従来通りに
保ちながら、蓄積容量電極１３の面積を減少させること
ができ、開口率を上げることができる。

【００２４】また、蓄積容量電極１３と画素電極２１と
の間に介在してＣs1を形成するゲート絶縁膜１５が、誘
電率が 4.8の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）等で構成されて
いるのに対して、画素電極２１と対向電極２６との間に
介在してＣs2を形成する絶縁保護膜２２が、誘電率が
6.2の窒化シリコン（ＳｉＮ_x）等で構成されているの
で、Ｃs2として大容量を効率的に形成することが可能で
あり、Ｃs1を形成する蓄積容量電極１３の面積を効果的
に減少させることができる。

【００２５】したがって、実施例の液晶表示装置におい
ては、画素の開口率が高いうえに、柱状スペーサによっ
てセルギャップが均一に保たれ、かつ柱状スペーサの設
置部分に形成された第２の蓄積容量が効果的に機能する
ため、高輝度で良好な表示画像が得られる。

【００２６】次に、本発明の液晶表示装置の第２の実施
例を、図５に基づいて説明する。

【００２７】第２の実施例の液晶表示装置では、ＴＦＴ
アレイ基板の各画素において、第１の蓄積容量Ｃs1と第
２の蓄積容量Ｃs2の和は、ほぼ一定としながら、それぞ
れの値（Ｃs1およびＣs2）は画素ごとに異なっており、
特にカラーフィルタの青色の着色層に対応する画素（Ｂ
で表わす。）では、赤色および緑色の着色層に対応する
画素（ＲおよびＧで表わす。）に比べて、柱状スペーサ
２５の断面積に相当する対向電極２６の延出部の面積が
大きく、第２の蓄積容量Ｃs2の値が大きくなっており、
したがって画素電極２１に重なり第１の蓄積容量Ｃs1を
形成する蓄積容量電極１３の面積が小さくなっている。
なお、その他の構成については、第１の実施例と同様で
あるので、同一部分に同一符号を付けて説明を省略す
る。

【００２８】このように構成される第２の実施例の液晶
表示装置においては、第１の実施例と同様に、柱状スペ
ーサ２５によってセルギャップが均一に保たれるので、
むらのない良好な表示が得られるうえに、赤色や緑色の
フィルタ位置に対応する画素に比べて、青色のフィルタ
位置に対応する画素の開口率が高くなっている。したが
って、バックライトの蛍光管において、青色の蛍光体の
比率を下げることができ、こうして各色の透過光の強度
バランスを取りながら消費電力を低減することができ
る。

【００２９】さらに、本発明の液晶表示装置の第３の実
施例を、図６に基づいて説明する。この実施例の液晶表
示装置では、ＴＦＴアレイ基板において、カラーフィル
タの青色の着色層に対応する画素だけに柱状スペーサ２
５が設置され、第２の蓄積容量Ｃs2が形成されており、
第１の蓄積容量Ｃs1を形成する蓄積容量電極１３と画素
電極２１との重なり部の面積が、他の色のフィルタ位置
に対応する画素に比べてはるかに小さくなっている。な
お、その他の構成については、第１の実施例と同様であ
るので、同一部分に同一符号を付けて説明を省略する。

【００３０】このように構成される第３の実施例の液晶
表示装置においては、青色のフィルタ位置に対応する画
素の開口率を、第２の実施例よりもさらに上げることが
でき、それにより消費電力を一層低減することができ
る。また、この実施例では、第１および第２の実施例に
比べて、セルギャップを保つための柱状スペーサ２５の
設置密度が小さくなっているが、この密度でも十分に均
一なセルギャップが保たれ、むらのない良好な表示が得
られる。

【００３１】なお、以上の実施例においては、第１の蓄
積容量Ｃs1を、ｎ−１段の走査線１０と一体化した蓄積
容量電極１３と画素電極２１との間に形成したが、画素
電極２１と独立の蓄積容量配線との間にＣs1を形成した
構成とすることもできる。

【００３２】また、各画素において、第１の蓄積容量Ｃ
s1と第２の蓄積容量Ｃs2とを併用したが、Ｃs2のみとし
ても良いことはもちろんである。さらに、走査線１０上
にＴＦＴ１２のゲート電極１４を設けた構造としたが、
このような構造のＴＦＴ１２に限定されず、走査線１０
から分岐した形状でゲート電極１４を設けたＴＦＴ１２
においても、さらに半導体として多結晶シリコンを用い
たＴＦＴにおいても、本発明は適用することができる。

【００３３】また、第２および第３の実施例では、より
断面積の大きい柱状スペーサ２５を設置する特定の画素
を、青色のフィルタ位置に対応する画素としたが、液晶
表示装置の用途や環境によっては、他の色を強調した表
示が求められる場合があり、その場合には他色のフィル
タ位置に対応する画素に柱状スペーサ２５を設置しても
良い。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置によれば、柱状スペーサの当接部に形成
された対向電極と画素電極との間に蓄積容量を形成する
ことで、開口率を向上させることができる。したがっ
て、セルギャップが均一でコントラスト比の高い良好な
表示品位を保ちながら、同時に開口率の高いアクティブ
マトリクス型液晶表示装置を得ることができ、消費電力
の低減にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の第１の実施例におい
て、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。

【図２】図１におけるＴＦＴ部のＡ−Ａ線に沿った断面
図。

【図３】図１における第１の蓄積容量部すなわち柱状ス
ペーサ設置部のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図４】第１の実施例の液晶表示装置の１画素に対応す
る部分の等価回路図。

【図５】本発明の液晶表示装置の第２の実施例におい
て、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。

【図６】本発明の液晶表示装置の第３の実施例におい
て、液晶セルを対向基板側から透視した平面図。

【図７】従来からの液晶表示装置に用いるアレイ基板の
１画素相当分の平面図。

【符号の説明】

９………絶縁基板１０………走査線１１………信号線１２………ＴＦΤ １３………蓄積容量電極１４………ゲート電極１５………ゲート絶縁膜１６………半導体層１７………低抵抗半導体層１８………エッチング保護膜１９………ドレイン電極２０………ソース電極２１………画素電極２２………絶縁保護膜２４………遮光層２５………柱状スペーサ２６………対向電極２７………液晶組成物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯塚哲也神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１東芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に形成された複数本の走査線
および信号線と、前記走査線と信号線により形成された
マトリクス状の区画にそれぞれ形成された画素電極と、
これらの画素電極ごとに設けられたスイッチング素子と
を有する第１の基板と、前記第１の基板との間隙を保つ
ために複数の着色層の積層により形成された柱状スペー
サと、対向電極とを有し、前記第１の基板と対向して配
置された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板と
の間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置におい
て、前記柱状スペーサの前記第１の基板と当接する部分に、
前記対向電極が延出して形成され、かつこの対向電極の
延出部が、前記第１の基板の画素電極と少なくとも１層
の絶縁層を介して当接し、蓄積容量を形成することを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記第１の基板が、前記画素電極との間
に蓄積容量を形成する蓄積容量電極を備え、かつ前記柱
状スペーサがこの蓄積容量電極により第１の蓄積容量を
形成する領域に設置され、前記対向電極の延出部と前記
画素電極との間に、第２の蓄積容量を形成することを特
徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記第１の蓄積容量と前記第２の蓄積容
量の和を、すべての画素でほぼ一定とし、かつ所定の画
素において、前記第２の蓄積容量を形成する前記対向電
極の延出部の面積を大きくするとともに、前記第１の蓄
積容量を形成する前記蓄積容量電極の面積を小さくした
ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記所定の画素が、前記第２の基板に形
成されたカラーフィルタの青色の着色層に対応する画素
であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。