(57)【要約】【課題】 フィールドシーケンシャル液晶表示素子のように、画素領域の液晶層厚さが狭い構造を形成する場合、従来の方法では基板間にあるシール材を良好に硬化形成することが困難であった。画素領域内に液晶層厚調整膜を設けると解決されるが、対向電極と遮光膜との積層構造が阻害され、対向電極の抵抗の増大による表示不良が発生する。これら全ての問題を解決する構造を提供する。【解決手段】  画素領域内において前基板２３内面上には、遮光膜１９が設けられ、その遮光膜を覆うように液晶層厚調整膜３が設けられ、その上層にＩＴＯ膜４からなる対向電極が設けられており、ＩＴＯ膜４と遮光膜１９とは液晶層厚調整膜３に設けられたコンタクトホール７を介して接続される。【選択図】  図４
2007193300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状のシール材を介して接合され、前記シール材により囲まれた領域に設けられた液晶層を挟んで対向する一対の基板の互いに向き合う内面のうち、
一方の基板の内面の前記シール材により囲まれた領域に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極と、前記複数の画素電極にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタと、これらの薄膜トランジスタにゲート信号及びデータ信号を供給する複数のゲート配線及びソース配線とを備えた画素領域が設けられ、
他方の基板の内面に、前記シール材で囲まれた領域に少なくとも前記複数の画素電極に対応させて設けられた開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜を覆うように設けられた液晶層厚調整膜と、
前記液晶層厚調整膜上に形成された透明導電膜からなり前記複数の画素電極と対向する対向電極と、
前記透明導電膜上にあって予め定めた高さを有する複数の柱スペーサとが設けられ、
前記複数の柱スペーサが前記一方の基板の内面に当接されて、
前記複数の画素電極における液晶層厚が規定されることを特徴とする液晶表示素子において、
前記遮光膜は電気的導電性を有し、かつ前記開口部以外の遮光膜のパターンが少なくとも連続的に繋がっている形状となっているとともに、
前記液晶層厚調整膜に形成されたコンタクトホールを介して前記対向電極と前記遮光膜とが電気的に接続される箇所が前記シール材により囲まれた領域内に少なくとも１箇所あることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記液晶層厚調整膜に形成されたコンタクトホールを介して前記対向電極と前記遮光膜とが接続される箇所の個数が、前記他方の基板の内面の前記シール材により囲まれた領域に、複数の画素電極の個数以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記コンタクトホールは、前記柱スペーサと重畳しない箇所に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記コンタクトホールは、前記一方の基板上に形成された前記ゲート配線と相対していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示素子に関するものであり、特に詳しくは、フィールドシーケンシャル方式を用いた液晶表示素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラーフィルタが不要なフィールドシーケンシャル用液晶表示素子の開発が進められている。フィールドシーケンシャル方式においては、ＲＧＢ３色の光源を高速で切り替えることによりカラー表示を行うため、通常の液晶表示素子で用いられるカラーフィルタは使用せず、かわりにＣｒ膜等からなる遮光膜と透明導電膜からなる対向電極とを備えた対向基板を用いる。ここで、対向電極は画素領域外にまで延在されてアレイ基板上の電極や配線と電気的に接続されている。
【０００３】
フィールドシーケンシャル用液晶表示素子には高速応答が求められるため、液晶表示素子を構成する２枚の基板間に封入する液晶としては強誘電性液晶を用いる。ここで、液晶を封入するには、例えば液晶を基板上に滴下して、前記２枚の基板の周辺部にシール材を塗布し、基板を貼り合わせた後、熱や光によってシール材を硬化させて液晶を封入するという製法が知られている。液晶材料として強誘電性液晶を使用する場合、液晶表示素子を構成する２枚の基板間の液晶層の厚みは通常よりも狭い１〜３μｍが最適な範囲となる。そのため、画素領域内における液晶層の厚みを均一に維持するためのスペーサを配置することもある。
【０００４】
しかし、液晶層の厚みを通常よりも狭くするには以下の問題がある。上述のように２枚の基板を貼り合せる工程において、その際の基板間のギャップが狭いと基板間に挟まれているシール材が広がってしまい、シール材の未硬化樹脂等が液晶の封入領域まで広がるため液晶の汚染が生じ、表示不良に至るのである。シール材の粘性を上げるとこの問題は生じないが、この場合は基板を貼り合わせる際にシール材が十分潰れないため、パネル周辺部でのギャップが広がってしまう。そのため、画素領域の周辺部と中央部とで液晶層の厚みが異なってしまい、表示ムラを引き起こすという問題があった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
これらの問題を解決するために、対向基板の周辺部に塗布されたシール材で囲まれた領域において、液晶層の厚みを調整するための液晶層厚調整膜を設けてその上に対向電極を形成することにより、画素領域における液晶層の厚みを狭くした構造とシール材の良好な硬化とを両立させる技術が知られている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８０００７号公報（図６）
【特許文献２】特開２００４−２６４６０６号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の手法によれば、シール材の硬化に関する問題を回避するとともに、シール材に囲まれた画素領域における液晶層の厚みを狭くすることが可能であるが、まさにその手段に起因する以下のような問題があった。すなわち、前記の手法を採用すると、対向基板上において遮光膜と対向電極との間に液晶層厚調整膜となる絶縁膜を形成する必要がある。なぜなら、対向電極は液晶に電圧を印加するための電極であり、配向膜を除けば最上層（ガラス基板から最も離れた層）であることがのぞましく、また遮光膜は下地との密着力や反射防止効果の最適化の点でガラス基板上に形成するのがのぞましいからである。
【０００８】
そして、このような構造では、前述した問題は解決されるが、横クロストークという別の不良が生じてしまうのである。もともと対向電極に用いられている透明導電膜の比抵抗は０．００００２Ωｃｍ程度で、膜厚は０．１μｍ程度しかないため、対向電極の抵抗は低抵抗とはいいがたい。そのため、画素領域外でのアレイ基板との接続箇所から離れた箇所、つまり画素領域の中央付近では、アレイ基板との間に対向電極自身の抵抗成分が加わってしまい、横クロストークという表示不良が生じやすい。しかし、通常の対向基板における透明導電膜は、遮光膜のような低抵抗な金属膜と積層されているので、抵抗成分の増大による横クロストーク不良を抑制できるのである。
【０００９】
しかるに、前述の構造によれば、その解決手段である画素領域内の絶縁膜形成により、画素領域内での対向電極と遮光膜との積層構造が阻害されてしまうために、前記遮光膜の低抵抗な金属膜が対向電極の導電性に充分寄与しない。このため、対向電極が高抵抗となり横クロストーク不良を引き起こしてしまうのである。
【００１０】
本発明は、画素領域の周辺部におけるシール形成が良好に行なわれ、画素領域における液晶層の厚みを狭くした構造を有する液晶表示素子において、前述の横クロストーク不良を抑制し、良好な表示特性を有する液晶表示素子を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、２枚の基板がその画素領域外の周縁部に形成されたシール材によって貼りあわされてその内部に液晶を封入してなる液晶表示素子において、その2枚の基板の一方は、透明絶縁性基板上に形成された金属膜を含む遮光膜と、その遮光膜を覆う液晶層厚調整膜と、前記液晶層厚調整膜上に形成された透明導電膜からなる対向電極とを備えた対向基板であって、画素領域内の前記液晶層厚調整膜には、対向電極と遮光膜とが接続するためのコンタクトホールが少なくとも１つ形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る液晶表示素子は、対向基板の画素領域内に絶縁膜を形成したうえで、対向電極の透明導電膜と遮光膜との接続箇所を画素領域内に形成することにより、画素領域内における液晶層の厚みを狭くした構造を備えながら、液晶汚染、周辺ギャップ不良、横クロストークが無く良好な表示特性を有するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係る液晶表示素子の外観を図１に示す。図１において示される液晶表示素子は、一方の基板であって表示の観察側とは反対側に位置する後基板２４と、他方の基板であって表示の観察側に位置する基板である前基板２３とが、両基板間に枠状に形成されたシール材１８を介して貼り合わされており、シール材１８と両基板とで囲まれた領域内には液晶１６が封入されている構造を有する。シール材１８は画素領域１９よりも外側に形成され、画素領域１９内の後基板２４上の内面には後述するＴＦＴ等が形成されている。
【００１４】
液晶表示素子におけるシール材１８近傍における平面図を図２（１）に示す。また、図２（１）においてＢ−Ｂ線で示した箇所における前基板２３と後基板２４との断面図を図２（２）に示す。
【００１５】
この液晶表示素子は、フィールドシーケンシャル液晶表示素子に用いられるものであり、カラーフィルタは備えていない。この液晶表示素子は、ＴＦＴをアクティブ素子とするアクティブマトリックス型液晶表示素子であり、基本的には、一対の透明なガラス基板１がシール材１８を介して接合され、シール材１８によるシール部で囲まれた領域には液晶層１６が封入されている。一対の透明なガラス基板１の互いに向き合う内面のうち、一方の基板、例えば表示の観察者側とは反対側である、後側の基板（以下、後基板という）２４の内面のシール材１８の近傍には、後述するＴＦＴの構成要素であるゲート絶縁膜１４とパッシベーション膜１５、ならびに配向膜１７が形成されている。一方、他方の基板、つまり表示の観察者側である前側の基板（以下、前基板と言う）２３の内面には、例えば酸化クロム（ＣｒＯｘ：ｘは正数）と金属クロム（Ｃｒ）の積層膜からなる電気的導電性を有する遮光膜２と、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ：ｘは正数）絶縁膜からなる液晶層厚調整膜３と、例えばＩＴＯなどからなる透明導電膜４と、配向膜１７とが設けられた構成となっており、さらに、シール材１８を形成する箇所において液晶層厚調整膜３に抜き部５が形成されている。
【００１６】
次に、後基板２４の内面に設けられたＴＦＴと画素電極について説明する。ＴＦＴが形成された後基板２４の内面から見た平面図を図３（１）に示す。そして、図３（１）においてＣ−Ｃ線で示した箇所における後基板２４の断面図を図３（２）に示す。図３（１）、（２）を参照して、後基板２４の内面に設けられたＴＦＴ２２は後基板２４の基板面に形成された共通ＣＳ電極配線１３やゲート配線８と、このゲート配線８を覆って基板の略全域に形成された透明なゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４の上にゲート配線８と対向させて形成されたｉ型半導体膜９と、ｉ型半導体膜９の上にｎ型半導体膜２０を介して形成されたソース電極１０及びドレイン電極１１と、ｉ型半導体膜９及びソース電極１０、ドレイン電極１１を覆うパッシベーション膜１５とにより形成されている。パッシベーション膜１５にはＴＦＴコンタクトホール１２が設けられている。複数の画素電極２１は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなっており、パッシベーション膜１５の上に形成され、その一端側の端部において、ＴＦＴコンタクトホール１２を介して、その画素電極２１に対応するＴＦＴ２２のドレイン電極１１に接続されている。さらに、ＴＦＴ２２やパッシベーション膜１５を覆うようにして配向膜１７が形成されている。また、図３（１）のＦ−Ｆ線上におけるゲート配線８上には柱状スペーサ６が形成されている。さらに、図３（１）のＥ−Ｅ線上におけるゲート配線８上に位置する対向基板（前基板２３）には後述するようにコンタクトホール７（図示せず）が形成されている。
【００１７】
次に、前基板２３について説明する。まず、前基板２３を内面から見た平面図を図４（１）に示す。さらに、図４（１）においてＤ−Ｄ線で示した箇所の断面図を図４（２）に示す。図４（１）において、後基板２４上の画素電極２１に対応して概略矩形状にくり抜かれた開口部２ａがマトリックス状に配置された遮光膜２上に、図４（２）に示すようにＳｉＮｘ膜等からなる液晶層厚調整膜３が被覆するように形成され、さらに液晶層厚調整膜３上に対向電極である透明導電性のＩＴＯ膜４が設けられている。ＩＴＯ膜４は液晶層厚調整膜３に設けられたコンタクトホール７を介して前記遮光膜２と電気的に接続されている。遮光膜２のパターンは開口部２ａの領域以外では連続的に繋がった形状となっている。ＩＴＯ膜４上には感光性樹脂膜からなる柱スペーサ６が形成されている。ここで、柱スペーサ６がコンタクトホール７と重畳すると液晶層の厚みを均一に維持することが困難となるため、例えば図４（１）に示すように配置することで両者が重畳しないように形成するとよい。さらにこの上に配向膜１７が塗布形成されている。
【００１８】
次に、本発明の特徴となる前基板２３の実施の形態における製造方法について、図５（１）〜（５）を用いて説明する。ここで、図５（１）〜（５）は、図４（２）に相当する箇所における工程断面図である。まず、図５（１）において透明性ガラス絶縁基板１上に、スパッタリング法などを用いて膜厚１０ｎｍのＣｒＯｘ、膜厚１５０ｎｍのＣｒを連続成膜し、写真製版プロセス後、エッチング、レジスト剥離処理を行い、遮光膜２のパターンを形成する。なお、遮光膜の密度を上げ、遮光効果を改善するために、Ｃｒの代わりに窒化クロム（ＣｒＮｘ）を用いて、ＣｒＯｘとＣｒＮｘとの積層構造としてもよい。この場合は、Ｃｒに比べて、薄い膜厚で充分な遮光効果を得ることができる。
【００１９】
次に図５（２）において、ＳｉＮｘ（窒化シリコン）膜を膜厚７００ｎｍ成膜し、写真製版プロセス後にエッチング、レジスト剥離処理を行い、液晶層厚調整膜３及びコンタクトホール７とを形成する。このとき、図２（２）に示すように、シール材１８を形成する位置の直下部のＳｉＮｘ膜を除去して抜き部５を形成しても良い。
【００２０】
次に、図５（３）において、対向電極となるＩＴＯ膜４をスパッタリング法などを用いて全面に成膜する。このとき、遮光膜２とＩＴＯ膜４とがコンタクトホール７を介して、導通するように形成することで対向電極の電気抵抗を低くすることができる。ここで、遮光膜２とＩＴＯ膜４とを接続するコンタクトホール７の面積をさらに大きくするため、例えば、遮光膜２上の液晶層厚調整膜３を全て除去してもよいが、その場合はエッチング時間が増大し生産性が低下する問題がある。一方、本実施の形態のようにコンタクトホール７を開口する場合には、エッチングに要する面積を抑制でき、エッチング時間も短縮できるという効果がある。また、通常の場合、対向電極の電気抵抗を低くするという目的には、コンタクトホール７を複数個形成するだけで充分である。
【００２１】
次に図５（４）において、感光性樹脂膜（図示せず）を膜厚２μｍ程度塗布し、写真製版プロセス後に、予め定めた高さ（例えば１．５μｍ）を有する柱スペーサ６を形成した。前基板２３において、表示画素領域内の液晶層厚調整膜３には、対向電極であるＩＴＯ膜４と遮光膜２とが電気的に接続するためのコンタクトホール７が少なくとも１つは形成されるようにした。最後に図５（５）において、配向膜１７を塗布形成して本発明の実施の形態に係る前基板２３を完成させた。
【００２２】
以上、後基板２４と前基板２３とについて説明を行なったが、ここで、柱スペーサ６とシール材１８を用いて両基板を互いに対向させて図１や図２に示すように貼り合せた場合の、前基板２３上に形成されたコンタクトホール７の形成位置と、後基板２４上に形成されたＴＦＴ２２との位置関係を明確にするために、図３（１）のＥ−Ｅ線で示した箇所における前基板２３と後基板２４との断面図を図６（１）に示す。図３（１）および図６（１）に示すように、前基板２３のコンタクトホール７は、後基板２４において表面形状が歪となるＴＦＴ２２上に相対して形成するよりも、表面が平坦なゲート配線８上に相対して形成する方がよい。配向膜１７のラビング処理による配向制御が確実にできるという効果を奏するからである。
【００２３】
次に、前基板２３上の柱スペーサ６の形成位置と、ＴＦＴ２２との位置関係を明確にするために、図３（１）のＦ−Ｆ線で示した箇所における前基板２３と後基板２４との断面図を図６（２）に示す。図３（１）および図６（２）に示すように、前基板２３の柱スペーサ６は、後基板２４の表面形状が歪なＴＦＴ２２上に相対して形成するよりも、平坦なゲート配線８に相対して形成する方がよい。液晶層厚を容易に制御できるという効果を奏するからである。
【００２４】
さらに、前基板２３上の遮光膜２に形成された開口部２ａと、後基板２４上の画素電極２１との位置関係を明確にするために、図４（１）のＤ−Ｄ線で示した箇所における前基板２３と後基板２４との断面図を図７に示す。前基板２３と後基板２４との間には前述の通りシール材１８が挟持され、柱スペーサ６が後基板２４の内面に当接されて液晶層厚が確保されている。コンタクトホール７と柱スペーサ６とは別々の位置で重畳しないように形成される。また、後基板２４上の画素電極２１の位置は、前基板２３の遮光膜２の開口部２ａに相対する位置に形成されるとともに、この位置において挟持される液晶層１６の厚さｄ（対向する前基板２３と後基板２４との内面の距離：ギャップ）は、主にシール材１８と液晶層厚調整膜３を反映した状態で規定される。
【００２５】
このようにしてコンタクトホール７による電気的接続部を形成した場合の対向電極の電気抵抗を測定したところ、コンタクトホール７が無い場合、すなわち対向電極がＩＴＯ膜４のみで形成されている場合に比べて、１／１０から１／１００程度の低い電気抵抗値が得られた。このようにＩＴＯ膜４のみで形成されている場合に比べて低い電気抵抗値を得るためには、遮光膜２をＩＴＯ膜４よりも低い電気抵抗値を有する材料で形成することが好ましい。この前基板２３と後基板２４との間に枠状のシール材１８を形成し、液晶１６を封入して貼リ合わせることにより形成した液晶表示素子においては、液晶汚染や周辺ギャップ不良も、対向電極の電気抵抗が増大することで発生する横クロストーク表示不良も起きなかった。
【００２６】
また、表示画素領域内の液晶層厚調整膜３には、対向電極であるＩＴＯ膜４と遮光膜２とが接続するためのコンタクトホール７が少なくとも１つは形成されるようにすればよいが、図４（１）に示すように、表示画素領域内の複数の画素電極２１の各々に対応して少なくとも１つ以上を形成しておくのがさらに好ましい。この場合は、個々の画素電極２１に対応した個々の対向電極２、４の電気抵抗値を画素表示領域内でほぼ一様とすることができるので、前記横クロストーク表示不良のバラツキに起因する表示ムラを抑えることができ、表示不良のマージンを上げることができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本実施の形態においては、液晶層厚調整膜３として７００ｎｍ厚のＳｉＮｘ膜を形成するようにしたが、これに限らず、他の透明性絶縁膜、例えばＳｉＯｘ膜等を用いてもよい。また透明絶縁性の樹脂膜を塗布して形成してもよい。この場合は、液晶層厚調整膜３の表面を平坦化することができるので、少なくとも画素電極２１に対向する領域の液晶層１６の厚さを均一にすることができるとともに、配向膜１７のラビングを一様に処理することが可能になるため、表示品質を向上させるという効果を奏する。さらに、感光性を有する樹脂膜を用いることにより、写真製版プロセスを用いて容易にコンタクトホール７を形成することができる。
【００２８】
本発明に係る液晶表示素子においては、液晶層厚調整膜３を形成しているので、画素領域１９内の液晶層の厚みが狭い場合でもシール材１８形成に伴う液晶汚染や周辺ギャップ不良が発生しないが、それだけでなく、画素領域１９内において液晶層厚調整膜３に設けたコンタクトホール７を介してＩＴＯ膜４と遮光膜２とを接続する箇所を設けているので、対向電極の抵抗の増大による表示不良も発生しないという効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の外観である。
【図２】本発明の一実施例を示す液晶表示素子のシール材近傍における平面図と断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の後基板の平面図と断面図である。
【図４】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の前基板の平面図と断面図である。
【図５】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の前基板の工程断面図である。
【図６】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の前基板と後基板との断面図である。
【図７】本発明の一実施例を示す液晶表示素子の前基板と後基板との断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ガラス基板、２  遮光膜、２ａ  遮光膜の開口部、３  液晶層厚調整膜、
４  ＩＴＯ膜、５  抜き部、６  柱スペーサ、７  コンタクトホール、
８  ゲート配線、９  ｉ型半導体膜、１０  ソース配線、
１１  ドレイン電極、１２  ＴＦＴコンタクトホール、１３  共通ＣＳ電極配線、
１４  ゲート絶縁膜、１５  パッシベーション膜、１６  液晶、１７  配向膜、
１８  シール材、１９  画素領域、２０  ｎ型半導体膜、
２１  画素電極、２２  ＴＦＴ、２３  前基板、２４  後基板
【図１】
2007193300.tif 000003
【図２】
2007193300.tif 000004
【図３】
2007193300.tif 000005
【図４】
2007193300.tif 000006
【図５】
2007193300.tif 000007
【図６】
2007193300.tif 000008
【図７】
2007193300.tif 000009