(57)【要約】 【課題】  高い光効率を有する液晶表示装置を提供するおよび液晶表示装置の開口率を向上させる。【解決手段】  下部絶縁基板上に薄膜トランジスタが形成されており、薄膜トランジスタ上に赤色、緑色、青色及び透明色フィルターが形成されている。これらの色フィルター上には有機絶縁膜が形成されており、有機絶縁膜上には画素電極が形成されている。これと対向する上部絶縁基板にはブラックマトリックスと共通電極が形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、前記絶縁基板上に形成されていて前記ゲート線と絶縁されて交差するデータ線と、前記ゲート線及び前記データ線と連結されている薄膜トランジスタと、前記絶縁基板上の前記薄膜トランジスタ上に形成されている赤色、緑色及び青色の色フィルターと、前記色フィルター上に形成されていて前記薄膜トランジスタと連結されている画素電極を含み、前記画素電極は前記赤色、緑色及び青色の色フィルターと対応する位置に形成されている赤色、緑色及び青色の画素電極と前記赤色、緑色及び青色の色フィルターのいずれとも対応しない位置に形成されている白色画素電極とを含む薄膜トランジスタ表示板。
【請求項２】
前記色フィルターと前記画素電極との間に形成されており、前記赤色、緑色及び青色画素電極下部の厚さに比べて前記白色画素電極下部の厚さが厚い有機絶縁膜をさらに含む請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項３】
前記白色画素電極下部に形成されている透明色フィルターをさらに含む請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項４】
前記透明色フィルターは透明な感光物質またはアクリル系有機物質からなる請求項３に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項５】
前記薄膜トランジスタと前記色フィルターとの間に形成されている無機絶縁膜をさらに含む請求項２または請求項３に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項６】
前記赤色、緑色、青色及び白色画素電極は前記ゲート線に沿って順次且つ繰り返し配置されている請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項７】
前記ゲート線方向の画素配置を画素行、前記データ線方向の画素配置を画素列とする時、２行３列の画素マトリックスが１つのドットを形成するようにし、第１行には赤色、青色、緑色画素の順で配置されており、第２行には緑色、白色、赤色画素の順で配置されている請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項８】
前記ゲート線方向の画素配置を画素行、前記データ線方向の画素配置を画素列とする時、２行２列の画素マトリックスが１つのドットを形成するようにし、第１行には赤色、緑色画素の順で配置されており、第２行には青色、白色画素の順で配置されている請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
【請求項９】
第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板上に形成されていてゲート電極とゲート線を含むゲート配線と、前記ゲート配線上に形成されているゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されている非晶質シリコン層と、前記非晶質シリコン層上に形成されている抵抗性接触層と、前記抵抗性接触層上に形成されているソース電極及びドレーン電極、前記ソース電極と連結されていて前記ゲート線と交差して画素領域を定義するデータ線を含むデータ配線と、前記データ配線上に形成されている第１保護膜と、前記第１保護膜上に形成されている赤色、緑色及び青色色フィルターと、前記赤色、緑色及び青色色フィルター上に形成されている第２保護膜と、前記第２保護膜上に形成されていて前記ドレーン電極と連結されている画素電極と、前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板と、前記第２絶縁基板上に形成されている共通電極と、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に充填されている液晶とを含み、前記画素領域中には前記赤色、緑色及び青色色フィルターのうちいずれも形成されていない白色画素領域が含まれている液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶は前記第１及び第２絶縁基板に対して垂直に配向されている請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記画素電極は切開部を有し、前記共通電極上に有機物質で形成されている突起をさらに含む請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶は前記第１絶縁基板から前記第２絶縁基板に向かってねじれ配向されている請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第１保護膜と前記第２保護膜との間の前記白色画素領域に形成されている透明色フィルターをさらに含む請求項９〜請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置に関し、さらに詳しくは高解像度の画像を表示するための画素配列構造を有する液晶表示装置及びその駆動を行うための薄膜トランジスタ表示板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一般に電場を生成する電極を有している２つの基板の間に液晶物質を注入し、２つの電極に互いに異なる電位を印加することにより電界を形成し、液晶分子の配列を変更させ、これで光の透過率を調節して画像を表現する装置である。
【０００３】
このような液晶表示装置は、画素電極と赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色フィルターが形成されている複数の画素を有し、配線を通じて印加される信号によって各画素が駆動され表示動作が行われる。配線には走査信号を伝達するゲート線（または走査信号線）、画像信号を伝達するデータ線（または画像信号線）があり、各画素には１つのゲート線及び１つのデータ線と連結されている薄膜トランジスタが形成され、これを通じて画素に形成されている画素電極に伝達される画像信号が制御される。
【０００４】
ところが、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色画素に基づいて１つのドットを表示する従来液晶表示装置においては、光効率が低下するといった短所がある。具体的に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）それぞれの画素には色フィルターがあるが、このような色フィルターは入射する光の１/３程度のみ透過させるため、全体的に光効率が落ちる。
【０００５】
一方、液晶表示装置は一般に色フィルターが形成されている基板と薄膜トランジスタと画素電極とが形成されている基板を組み立て、その間に液晶を注入する構造を有する。ところが、このような構造では、２つの基板を組み立てる際に、薄膜トランジスタ基板の画素電極と色フィルター基板の色フィルターを正確に位置合わせしなければならないが、実質的に正確な位置合わせが難しいので位置合わせマージンの分だけブラックマトリックスを広く形成する必要があり、このために開口率が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の技術的課題は、高い光効率を有する液晶表示装置を提供することである。さらに、本発明の他の技術的課題は、液晶表示装置の開口率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために本発明では、赤、緑、青の３色画素以外に白色画素を形成し、また、色フィルターを薄膜トランジスタ基板に形成する。
【０００８】
具体的には、絶縁基板、前記絶縁基板の上に形成されているゲート線、前記絶縁基板の上に形成されていて前記ゲート線と絶縁されて交差するデータ線、前記ゲート線及び前記データ線と連結されている薄膜トランジスタ、前記絶縁基板の上の前記薄膜トランジスタの上に形成されている赤色、緑色及び青色の色フィルター、前記色フィルターの上に形成されていて前記薄膜トランジスタと連結されている画素電極を含み、前記画素電極は前記赤色、緑色及び青色の色フィルターと対応する位置に形成されている赤色、緑色及び青色の画素電極と前記赤色、緑色及び青色の色フィルターのいずれとも対応しない位置に形成されている白色画素電極を含む薄膜トランジスタ表示板を用意する。
【０００９】
この時、前記色フィルターと前記画素電極との間に形成され、前記赤色、緑色及び青色の画素電極下部での厚さに比べて前記白色画素電極下部での厚さが厚い有機絶縁膜をさらに含む構成とすることができ、前記白色画素電極下部に形成されている透明色フィルターをさらに含む構成とすることができる。前記透明色フィルターは、透明な感光物質またはアクリル系有機物質からなるのが好ましい。
【００１０】
前記薄膜トランジスタと前記色フィルターとの間に形成されている無機絶縁膜をさらに含む構成とすることができ、前記赤色、緑色、青色及び白色の画素電極は前記ゲート線に沿って順次且つ繰り返し配置することができる。また、前記ゲート線方向の画素配置を画素行、前記データ線方向の画素配置を画素列というとき、２行３列の画素マトリックスが１つのドットを形成するようにし、第１行には赤色、青色、緑色画素の順で配置し、第２行には緑色、白色、赤色画素の順で配置した構成とすることができ、また、２行２列の画素マトリックスが１つのドットを形成するようにし、第１行には赤色、緑色画素の順で配置し、第２行には青色、白色画素の順で配置した構成とすることができる。
【００１１】
また、第１絶縁基板、前記第１絶縁基板上に形成されていてゲート電極とゲート線を含むゲート配線、前記ゲート配線上に形成されているゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に形成されている非晶質シリコン層、前記非晶質シリコン層上に形成されている抵抗性接触層、前記抵抗性接触層上に形成されているソース電極及びドレーン電極、前記ソース電極と連結されていて前記ゲート線と交差して画素領域を定義するデータ線を含むデータ配線、前記データ配線上に形成されている第１保護膜、前記第１保護膜上に形成されている赤色、緑色及び青色の色フィルター、前記赤色、緑色及び青色の色フィルター上に形成されている第２保護膜、前記第２保護膜上に形成されていて前記ドレーン電極と連結されている画素電極、前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、前記第２絶縁基板上に形成されている共通電極、前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板との間に充填されている液晶を含み、前記画素領域の中には前記赤色、緑色及び青色の色フィルターのいずれも形成されていない白色画素領域が含まれている液晶表示装置を用意する。
【００１２】
この時、前記液晶は前記第１及び第２絶縁基板に対して垂直に配向された構成とすることができ、前記画素電極は切開部を有し、前記共通電極上に有機物質で形成されている突起をさらに含む構成とすることができる。または前記液晶は、前記第１絶縁基板から前記第２絶縁基板に向かってねじれ配向されることができる。また、前記第１保護膜と前記第２保護膜との間の前記白色画素領域に形成されている透明色フィルターをさらに含む構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、薄膜トランジスタ表示板に色フィルターを形成することによって開口率を向上でき、透明色フィルターまたは厚い有機膜を利用してセルギャップを均一に形成して、段差部分で生じるディスクリネーションの発生を防止できると共に応答速度を最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
【００１５】
図面は、各種の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時は、中間に他の部分がないことを意味する。
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施例による液晶表示装置の構造について説明する。図１は本発明の第１実施例による液晶表示装置の断面図であり、図２は本発明の第１実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。
【００１７】
本発明の第１実施例による液晶表示装置は、下部表示板、これと対向している上部表示板、下部表示板と上部表示板との間に充填されていて所定方向に配向されている液晶分子を含む液晶層３、上下部偏光板（図示せず）、上下部補償板（図示せず）及びバックライトユニット（図示せず）などで構成される。液晶分子は電界印加によって配向が変わるが、配向が変わる程度によって光透過量が変化する。
【００１８】
下部表示板は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１１０、その上に形成されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜トランジスタと連結されていてＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）などの透明な導電物質からなり、切開部１９１を有する画素電極１９０、画素電極１９０下に形成されている赤、緑、青及び透明色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０Ｗを含む。
【００１９】
この時、赤、緑、青色の色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂが形成されている赤、緑、青色画素と、透明色フィルター２３０Ｗが形成されている白色画素の数は同一であり、赤色、緑色、青色及び白色画素が画素行に沿って順次且つ繰り返し配置されている。ここで、透明色フィルター２３０Ｗとは透明な感光物質やアクリル系物質で形成されたものであって、全ての可視光線領域の光をほぼ同等に透過させる有機物層を意味する。
【００２０】
一方、青色画素と白色画素の面積は赤色画素や緑色画素の面積より小さく、おおよそ１/２程度で形成できる。
【００２１】
上部表示板は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる上部基板２１０、その下面に形成されていてマトリックス状で画素を定義するブラックマトリックス２２０及びＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる基準電極２７０が形成されている。基準電極２７０の上には、有機物質からなる突起２８０が一定の平面パターンを形成している。
【００２２】
液晶層３の液晶分子は、電界が印加されない状態でその長軸が基板１１０、２１０に対して垂直に配向されており、画素電極１９０と共通電極２７０との間に電界が形成されると、その電界に対して垂直方向に傾く力を受けるようになる。この時、電界は画素電極１９０の切開部１９１と共通電極２７０上に形成される突起２８０によって基板１１０、２１０に対してある程度傾いて形成される。
【００２３】
画素電極１９０の切開部１９１と共通電極２７０の突起２８０によって画素領域は複数のドメインに分割され、各ドメインはその内部に含まれる液晶が電界によって傾く方向によって４種類に分けられる。切開部１９１と突起２８０は広い視野角を得るために形成する。
【００２４】
以下、下部表示板についてさらに具体的に説明する。
【００２５】
絶縁基板１１０上にゲート電極１２１と横方向にのびているゲート線（図示せず）を含むゲート配線が形成されており、ゲート配線上にはゲート絶縁膜１４０が形成されている。
【００２６】
ゲート絶縁膜１４０上にはゲート電極１２１と対応する位置に非晶質シリコン層１５４が形成されており、非晶質シリコン層１５４上にはｎ型不純物が高濃度にドーピングされた非晶質シリコンからなる抵抗性接触層１６３、１６５が形成されている。
【００２７】
抵抗性接触層１６３、１６５上にはソース電極１７３とドレーン電極１７５が形成されており、二重ソース電極１７３は縦方向にのびているデータ線（図示せず）に連結されている。
【００２８】
ソース電極１７３、ドレーン電極１７５及びデータ線を含むデータ配線上には第１保護膜８０１が形成されている。第１保護膜８０１は窒化ケイ素など安定した物質で形成する。
【００２９】
第１保護膜８０１上には画素ごとに赤、緑、青及び透明色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０Ｗが１つずつ形成されている。この時、これら赤、緑、青及び透明色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０Ｗは隣接した色フィルター同士互いに部分的に重なっている。赤、緑、青及び透明色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０Ｗの上には第２保護膜８０２が形成されている。第２保護膜８０２は平坦化のために有機物質を塗布して形成するのが好ましい。
【００３０】
第２保護膜８０２上にはＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる画素電極１９０が形成されている。また、第２保護膜８０２上にはゲート線とデータ線を駆動回路と連結する接触補助部材（図示せず）が形成されている。接触補助部材は第２保護膜８０２と第１保護膜を貫通する接触孔（図示せず）を通じて露出されるゲート線またはデータ線部分を覆って保護している。ここで、反射型液晶表示装置の場合には、画素電極１９０はアルミニウムや銀等の反射率が優れた金属で形成される。
【００３１】
前述したように、薄膜トランジスタ表示板の画素電極の下に赤、緑、青及び透明色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０Ｗが形成されていて、上下表示板の組み立ての際に要求される位置合わせの正確度が大幅に緩和される。これで、位置合わせマージン確保のためにブラックマトリックス２２０の幅を拡大する必要がなく、ブラックマトリックス２２０の幅を狭く形成することで、開口率を向上させることができる。
【００３２】
また、白色画素Ｗにも透明色フィルター２３０Ｗが形成されていて、全ての画素においてセルギャップが一定に維持される。したがって、透明色フィルター２３０Ｗがない時に生じる段差によってディスクリネーションラインが発生することを防止できると共に応答速度を最適化できる。
【００３３】
一方、本発明のように赤色、緑色、青色及び白色の画素を１つのドットとして利用して画像を表示すると全体的に光効率が高まる。例えば、液晶表示装置で、ＴＦＴ基板方向偏光器を通過する光量を“１”とする。赤色、緑色及び青色の３個の画素にドットを表示する場合には各画素の面積の１/３であり、カラーフィルターによって透過率が１/３であるため、１つのドットの全体透過率は[１/３×１/３（Ｒ）]+[１/３×１/３（Ｇ）]+[１/３×１/３（Ｂ）]=１/３=３３．３％となる。
【００３４】
しかし、本発明の実施例では各画素の面積がドット１つの面積の１/４であり、白色画素の透過率が１であるので（白色画素にはカラーフィルターがないため）、１つのドットの全体透過率は[１/４×１/３（Ｒ）]+[１/４×１/３（Ｇ）]+[１/４×１/３（Ｂ）]+[１/４×１（Ｗ）]=１/２=５０％になる。このように本発明の実施例によれば、従来の液晶表示装置に比べて輝度が約１．５倍程度さらに高まることが分かる。
【００３５】
一方、青色画素と白色画素の面積を赤色画素や緑色画素より小さくすることで、白色画素の追加で１つのドットが占める面積が増加することを防止できる。この時、白色画素増は、赤、緑、青色の各画素に比べて３倍以上の明るさを示すので、これらの約３０％程度の面積だけでも１つの画素として充分な機能を発揮する。また、赤、緑、青の３色のうち青色の光量変化に対しては人間の目が鈍感であるので、その面積縮少が画質に与える影響が最も小さい。
【００３６】
第１実施例では、赤色、緑色、青色及び白色画素が行に沿って順次且つ繰り返して現れるように配置されている。しかし、これら画素の配置は様々な変形が可能であり、このような変形例を第２及び第３実施例で説明する。
【００３７】
図３は本発明の第２実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。２行３列の画素マトリックスが一つのドットを形成するようにし、第一行には赤色、青色、緑色画素の順で配置し、第二行には緑色、白色、赤色画素の順で配置する。
【００３８】
図４は本発明の第３実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。２行２列の画素マトリックスが１つのドットを形成するようにし、第１行には赤色、緑色画素の順で配置し、第２行には青色、白色画素の順で配置する。
【００３９】
本発明の第１実施例では、白色画素に透明色フィルター２３０Ｗを形成しているが、透明色フィルター２３０Ｗを形成しないこともある。これを第４実施例で説明する。図５は本発明の第４実施例による液晶表示装置の断面図である。
【００４０】
本発明の第４実施例による液晶表示装置も下部表示板、これと対向している上部表示板、下部表示板と上部表示板との間に充填されていて基板１１０、２１０に対してねじれ配向されている液晶分子を含む液晶層３、上下部偏光板（図示せず）、上下部補償板（図示せず）及びバックライトユニット（図示せず）などで構成される。液晶分子は電界印加によって配向が変わるが、配向が変わる程度によって光透過量が変化する。
【００４１】
下部表示板はガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１１０、その上に形成されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜トランジスタと連結されていてＩＴＯやＩＺＯなどの透明な導電物質からなり、切開部１９１を有する画素電極１９０、画素電極１９０下に形成されている赤、緑、青色の色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂを含む。
【００４２】
本発明の第４実施例による液晶表示装置では、透明色フィルターを形成せず、色フィルター２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ上に形成する第２保護膜８０２を充分に厚く形成することで白色画素部分での段差が０．２μｍ以内となるようにする。このようにすれば、第１実施例に比べて透明色フィルターを形成する工程を省略でき、工程単純化の面で有利である。
【００４３】
一方、前記第１〜第４実施例による液晶表示装置の薄膜トランジスタ表示板を製造する過程には複数の写真エッチング工程が含まれるが、これを減らすための努力がなされている。その方法として、前記言及したような透明領域、半透過領域及び不透明領域を有する光マスクを用いて、厚い部分と薄い部分とを有する感光膜パターンを形成し、これでいくつの層が異なるパターンを有するようにエッチングする方法が利用される。その代表的なものが、非晶質シリコン層、抵抗性接触層及びデータ金属層を１つの感光膜パターンを利用してエッチングする４枚光マスク工程である。通常、ゲート配線をパターニングする時に１回、非晶質シリコン層及び抵抗性接触層をパターニングする時に１回、データ配線をパターニングする時に１回、保護膜をパターニングする時に１回、画素電極をパターニングする時に１回を行い、全５回の写真エッチング工程が利用されており、これを５枚光マスク工程というが、４枚光マスク工程とは、非晶質シリコン層、抵抗性接触層及びデータ金属層を１枚の光マスクを使用して同時にパターニングし、光マスクの個数を１枚減らしたものである。この場合、データ配線と抵抗性接触層パターンが実質的に同一の平面的模様を有するようになり、非晶質シリコン層もチャンネル部を除いた部分ではデータ配線と実質的に同一の平面的模様を有する。
【００４４】
また、第１実施例では垂直配向された液晶を例として挙げており、第４実施例ではねじれ配向された液晶を例として挙げているが、液晶の配向は互いに代替できる。ただし、第１実施例で液晶をねじれ配向する場合には切開部１９１と突起２８０を形成する必要がない。また、第１及び第４実施例では、ブラックマトリックスが上部基板２１０側に形成されていることが例示されているが、これと異なって、下部基板１１０側に形成されることもできる。この場合、その位置は第１保護膜８０１と第２保護膜８０２との間が好ましい。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。
【図３】本発明の第２実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。
【図４】本発明の第３実施例による液晶表示装置の色フィルター配置図である。
【図５】本発明の第４実施例による液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
３  液晶層
１１０、２１０  絶縁基板
１２１  ゲート電極
１４０  ゲート絶縁膜
１５４  非晶質シリコン層
１６３、１６５  抵抗性接触層
８０１、８０２  保護膜
１９０  画素電極
１９１  切開部
２２０  ブラックマトリックス
２３０Ｒ、２３０Ｇ、２３０Ｂ、２３０  Ｗ色フィルター
２７０  基準電極
２８０  突起
【図１】
2004280111.tif 000003
【図２】
2004280111.tif 000004
【図３】
2004280111.tif 000005
【図４】
2004280111.tif 000006
【図５】
2004280111.tif 000007