(57)【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。
【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、ＴＦＴ４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（ＳｉＯx ）等のゲート絶縁膜１５と、ゲート絶縁膜１５上に順に積層形成されたａ−Ｓｉ（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（ＳｉＮx ）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２４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ＴＦＴ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ＴＦＴ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１３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（ＳｉＯx ）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（ＳｉＮx ）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２５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Ｃs1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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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