JP3913954B2 - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置および電子機器に関し、例えば液晶装置を構成する一対の基板の貼り合わせずれの防止に用いて好適な基板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の液晶表示装置の一例を示すものである。
この図に示すように、液晶パネル１００は、複数のデータ線および走査線１０１が格子状に形成されるとともに、画素電極、この画素電極を駆動する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）からなるスイッチング素子等がマトリクス状に配置された素子基板１０２（この例ではＴＦＴアレイ基板）と、対向電極１０３、カラーフィルター等が配置された対向基板１０４（カラーフィルター基板）とが所定の間隔をもって配置されている。素子基板１０２と対向基板１０４とは、例えばグラスファイバー等からなる円筒状もしくは球状のスぺーサ１０５を混入したシール材１０６により、一定の間隔を保って互いに電極形成面が対向するように貼付され、２枚の基板１０２，１０４間の間隙に液晶１０７が封入されている。また、素子基板１０２、対向基板１０４の外面側には偏光板１０８，１０９がそれぞれ貼付されている。
【０００３】
なお、図示を省略したが、素子基板１０２上の対向基板１０４から張り出した端子部分には、各データ線にデータ信号を供給するデータ線駆動用ＩＣが実装されるとともに、各走査線１０１に走査信号を供給する走査線駆動用ＩＣが実装されている。
【０００４】
さらにこの例の場合、素子基板１０２の下面側には、バックライトユニット１１０がシリコンゴム等の緩衝材１１１を介して設けられている。このバックライトユニット１１０は、光を照射する線状の蛍光管１１２と、この蛍光管１１２による光を反射して導光板１１３に導く反射板１１４と、導光板１１３に導かれた光を液晶パネル１００に一様に拡散させる拡散板１１５と、導光板１１３から液晶パネル１００とは反対方向に出射される光を液晶パネル１００側へ反射させる反射板１１６とから構成されている。
【０００５】
この種の液晶表示装置を製造する際には、いわゆる多面取りなどと呼ばれるように、各基板上に複数個の液晶パネルを構成するパターンを一括して形成し、２枚の基板を貼り合わせた後、これを切断し、各液晶パネル単位毎に分割する、という方法を採るのが一般的である。
【０００６】
液晶パネルの組立プロセスの概略を示す図９を用いてより具体的に説明すると、図９（１）に示すように、素子基板１２０と対向基板１２１をそれぞれ作製した後、例えば素子基板１２０の電極形成面に２枚の基板間の間隔を一定に保持するためのスペーサ１２２を散布する一方、対向基板１２１の電極形成面には液晶を封止するためのシール材１２３をスクリーン印刷等により形成する。
【０００７】
次に、図９（２）に示すように、これら２枚の基板１２０，１２１を貼り合わせ、図９（３）に示すように、ダイヤモンドガラススクライバー、ブレイクマシン等を用いてパネルを分割し、個々の液晶パネル１２４とする。
【０００８】
その後、図９（４）に示すように、液晶注入装置１２５を用いて各液晶パネル１２４のシール材１２３の開口部である液晶注入口１２３ａから２枚の基板間の間隙に液晶１２６を注入する。
【０００９】
後は、図９（５）に示すように、液晶注入口１２３ａを封止材１２７により封止し、両面に偏光板を貼り付けることによって液晶パネル１２４が完成する。
最後に、この液晶パネル１２４に対してバックライトユニット、各種の駆動用基板等を実装し、ケースに収納すれば、液晶表示装置として完成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した液晶表示装置の製造工程において、シール材塗布、スペーサ散布、貼り合わせ、パネル分割等の工程は、いわゆる液晶注入前の空パネルを作る工程であるが、これらの工程は安定化が比較的難しい工程である。
【００１１】
例えば、素子基板と対向基板の貼り合わせ工程では、画像処理を使用した自動アライメント装置によって両基板のアライメントマークをミクロン精度で合わせ込み、次いで、シール材を散布スペーサ径まで加熱プレスし、所定のセルギャップを保ちながらシール材を硬化させる、という方法を採る。この工程は、それぞれの基板が持つ製造時のパターニング誤差とアライメント精度とを含む、いわゆる貼り合わせ技術の精度によるずれが生じるという要素を持っている。そのため、素子基板と対向基板の重ね合わせは、例えば５〜１０μｍのマージンを持って設計される。このマージンを少なくすることは液晶パネルの高開口率化につながり、明るさを向上させるための重要な課題である。
【００１２】
ところが、アライメント、プレス、シール材硬化、等の貼り合わせの各工程において、セルギャップの均一化を図りながら貼り合わせずれを抑止することはなかなか難しく、ある程度のずれの発生は避けられなかった。また、ずれを最小限とするために、加圧治具を用いて２枚の基板を締め付けた状態でシール材を硬化するなどの方法が採られることもあるが、この種の方法は作業性や生産性の点で問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、一対の基板間の貼り合わせずれを極力低減し得る構造を有する液晶装置、およびこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、互いに交差して設けられた複数の走査線および複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応してマトリクス状に配置された複数の画素電極および複数のＴＦＴとを有する液晶装置であって、前記一方の基板上の前記ＴＦＴのドレイン電極と前記画素電極とを電気的に接続する画素コンタクトホール部に形成された凹部と、他方の基板上に設けられた前記一対の基板の貼り合わせずれを防止するための凸部とが嵌合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
液晶装置を構成する一方の基板、すなわち素子基板の画素コンタクトホール部は、素子基板を構成する積層膜の段差が低くなるために必然的に凹部となる。したがって、本発明によれば、他方の基板、すなわち対向基板上の前記画素コンタクトホール部に対応する位置に前記凹部に嵌合し得る凸部を予め設けておき、これらを嵌合させれば、２枚の基板の位置合わせを行うことができる。そして、２枚の基板を重ね合わせた状態ではこれら基板が動きにくくなるので、組立工程で生じる貼り合わせずれを防止することができる。すなわち、本発明における凸部や凹部が従来のアライメントマークの役目を兼ねることによって、２枚の基板の位置合わせを合理的に行うことができ、しかも、貼り合わせずれの防止を図ることができる。
【００１６】
前記凸部は、前記他方の基板を構成する１層または複数層の膜材料から形成することが好ましい。
この構成によれば、他方の基板上に凸部を形成するに際して基板とは別の部材を準備する必要がなく、部品コストが増大することがない。また、対向基板を構成する膜材料からなる段差のみで凸部を形成するので、通常の製造プロセスで充分に形成可能である。
【００１７】
前記凸部は、例えばアクリル膜、ポリイミド膜のような樹脂材料膜から形成することができる。もしくは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような無機材料膜から形成してもよい。
【００１８】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、上記本発明の液晶装置を備えたことにより表示品位の高い表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図４を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の液晶装置の画像表示領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。図２はデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板における隣接する複数の画素群の平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。
なお、図３においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２０】
［液晶装置要部の構成］
図１に示すように、本実施の形態の液晶装置において、画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素は、画素電極１と当該画素電極１を制御するためのＴＦＴ２がマトリクス状に複数形成されており、画像信号を供給するデータ線３が当該ＴＦＴ２のソース領域に電気的に接続されている。データ線３に書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線３同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。また、ＴＦＴ２のゲート電極に走査線４が電気的に接続されており、所定のタイミングで走査線４に対してパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極１は、ＴＦＴ２のドレイン領域に電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ２を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線３から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００２１】
画素電極１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、対向基板（後述する）に形成された対向電極（後述する）との間で一定期間保持される。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極１と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量５を付加する。例えば画素電極１の電圧は、蓄積容量５によりソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、保持特性はさらに改善され、コントラスト比の高い液晶装置が実現できる。後述するが、本実施の形態では、蓄積容量５を形成する方法として、半導体層との間で容量を形成するための配線である容量線６を設けている。また、容量線６を設ける代わりに、画素電極１と前段の走査線４との間で容量を形成しても良い。
【００２２】
図２に示すように、液晶装置のＴＦＴアレイ基板７上には、インジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電膜からなる複数の画素電極１（輪郭を破線で示す）がマトリクス状に配置されており、画素電極１の紙面縦方向に延びる辺に沿ってデータ線３（輪郭を２点鎖線で示す）が設けられ、紙面横方向に延びる辺に沿って走査線４および容量線６（ともに輪郭を実線で示す）が設けられている。本実施の形態において、ポリシリコン膜からなる半導体層８（輪郭を１点鎖線で示す）は、データ線と走査線の交差点の近傍でＵ字状に形成され、そのＵ字状部８ａの一端が隣接するデータ線３の方向（紙面右方向）および当該データ線３に沿う方向（紙面上方向）に長く延びている。半導体層８のＵ字状部８ａの両端にはコンタクトホール９，１０が形成され、一方のコンタクトホール９はデータ線３と半導体層８のソース領域とを電気的に接続するソースコンタクトホールとなり、他方のコンタクトホール１０はドレイン電極１１（輪郭を２点鎖線で示す）と半導体層８のドレイン領域とを電気的に接続するドレインコンタクトホールとなっている。ドレイン電極１１上のドレインコンタクトホール１０が設けられた側と反対側の端部には、ドレイン電極１１と画素電極１とを電気的に接続するための画素コンタクトホール１２が形成されている。
【００２３】
本実施の形態におけるＴＦＴ２は、半導体層８のＵ字状部８ａで走査線４と交差しており、半導体層８と走査線４が２回交差していることになるため、１つの半導体層上に２つのゲートを有するＴＦＴ、いわゆるデュアルゲート型ＴＦＴを構成する。また、容量線６は走査線４に沿って紙面横方向に並ぶ画素を貫くように延びるとともに、分岐した一部６ａがデータ線３に沿って紙面縦方向に延びている。そこで、ともにデータ線３に沿って長く延びる半導体層８と容量線６とによって蓄積容量５が形成されている。
【００２４】
本実施の形態の液晶装置は、図３に示すように、一対の透明基板１３，１４を有しており、その一方の基板をなすＴＦＴアレイ基板７と、これに対向配置される他方の基板をなす対向基板１５とを備え、これら基板７，１５間に液晶１６が挟持されている。ＴＦＴアレイ基板７および対向基板１５は、例えばガラス基板や石英基板からなるものである。なお、図３は、画素コンタクトホール１２の形成箇所を切断した状態を示す図であって、ＴＦＴ部分の断面構造は従来の構造と変わらないため、図示は省略する。また、図３では図面を見やすくするため、各層や各部材毎に膜厚、横方向の寸法等の縮尺を異ならせてある。
【００２５】
画素コンタクトホール２の部分において、ＴＦＴアレイ基板７上には、例えば膜厚５０ｎｍ程度のポリシリコン膜からなる半導体層８が設けられ、この半導体層８を覆うように膜厚１００〜１５０ｎｍ程度のゲート絶縁膜１７が全面に形成されている。ゲート絶縁膜１７上にタンタル等の金属からなる走査線４が形成されるとともに、この走査線４と同一レイヤーの金属からなる容量線６が形成され、これら走査線４および容量線６を覆うように第１層間絶縁膜１８が全面に形成されている。第１層間絶縁膜１８上にアルミニウム等の金属からなるドレイン電極１１が形成されている。また、図３の箇所には図示されないが、第１層間絶縁膜１８上にはドレイン電極１１と同一レイヤーの金属からなるデータ線３が形成されており、ドレイン電極１１およびデータ線３を覆うように第２層間絶縁膜１９が形成されている。そして、第２層間絶縁膜１９を貫通してドレイン電極１１表面に達する画素コンタクトホール１２が設けられ、画素コンタクトホール１２の部分でドレイン電極１１に電気的に接続されるＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極１が設けられている。ここで、第２層間絶縁膜１９は平坦化膜として用いられるものであり、例えば平坦性の高い樹脂膜の一種であるアクリル膜が膜厚２μｍ程度に厚く形成される。よって、画素コンタクトホール１２の部分では第２層間絶縁膜１９が開口しているために比較的大きな段差ができ、深さ１．５μｍ程度の凹部２０が形成されることになる。
【００２６】
他方、対向基板１５上には、例えば、クロム等の金属膜、樹脂ブラックレジスト等からなる遮光膜２１（ブラックマトリクス）が格子状に形成され、遮光膜２１間にはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応するカラーフィルター層２２が形成されている。カラーフィルター層２２を覆うようにオーバーコート膜２３が形成され、オーバーコート膜２３上には、画素電極１と同様、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極２４が全面に形成されている。なお、ＴＦＴアレイ基板７、対向基板１５ともに、液晶１６に接する面にはポリイミド等からなる配向膜２５，２６がそれぞれ設けられている。
【００２７】
従来一般の液晶装置であれば、ＴＦＴアレイ基板上の画素コンタクトホールの形成箇所に凹部ができたとしても、対向基板側のこれに対応する位置は平坦な面になっているだけである。これに対して、本実施の形態の液晶装置の場合、ＴＦＴアレイ基板７上の画素コンタクトホール１２の形成箇所にできた凹部２０に対応して、対向基板１５側にはこの凹部２０に嵌合し得る形状と大きさを持った凸部２７が設けられている。すなわち、ＴＦＴアレイ基板７の第２層間絶縁膜１９と同様、対向基板１５のオーバーコート膜２３はアクリル膜で形成されているが、そのオーバーコート膜２３が画素コンタクトホール１２の形成箇所に対応する位置で突出して凸部２７を形成し、その上に対向電極２４、配向膜２６が順次形成されている。凸部２７の平面形状は画素コンタクトホール１２の平面形状を若干小さくしたものである。また、凸部２７の高さは例えば３．５μｍ程度に形成されており、その凸部２７の先端が深さ１．５μｍの凹部２０に嵌合していることから、ＴＦＴアレイ基板７、対向基板１５間の間隔Ｇ（セルギャップ）は２μｍ程度となっている。
【００２８】
本実施の形態の液晶装置によれば、ＴＦＴアレイ基板７の画素コンタクトホール１２の形成領域にできる凹部２０に、対向基板１５上の前記画素コンタクトホール１２に対応する位置に形成した凸部２７を嵌合させることにより、２枚の基板７，１５の位置合わせを行うことができる。そして、２枚の基板７，１５を重ね合わせた状態ではこれら基板が動きにくくなるので、従来の組立工程で生じる貼り合わせずれを低減することができる。
【００２９】
また、本実施の形態の場合、対向基板１５上の凸部２７がカラーフィルター層２２のオーバーコート膜２３で形成されているので、凸部２７を形成するに際して基板とは別の部材を準備する必要がなく、部品コストが増大することがなく、特に製造プロセスを変更する必要もない。
【００３０】
［液晶装置の全体構成］
次に、液晶装置４０の全体構成について図４を用いて説明する。
図４において、ＴＦＴアレイ基板７の上には、シール材２８がその縁に沿って設けられており、その内側に並行して額縁としての遮光膜２９が設けられている。シール材２８の外側の領域には、データ線駆動回路３０および外部回路接続端子３１がＴＦＴアレイ基板７の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路３２がこの一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。走査線４に供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路３２は片側だけでも良いことは言うまでもない。また、データ線駆動回路３０を画像表示領域の辺に沿って両側に配列してもよい。例えば、奇数列のデータ線３は画像表示領域の一方の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給し、偶数列のデータ線３は前記画像表示領域の反対側の辺に沿って配設されたデータ線駆動回路から画像信号を供給するようにしてもよい。このようにデータ線３を櫛歯状に駆動するようにすれば、データ線駆動回路の占有面積を拡張することができるため、複雑な回路を構成することが可能となる。さらに、ＴＦＴアレイ基板７の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路３２間をつなぐための複数の配線３３が設けられている。また、対向基板１５のコーナー部の少なくとも１箇所には、ＴＦＴアレイ基板７と対向基板１５との間で電気的導通をとるための導通材３４が設けられている。そして、シール材２８とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板１５が当該シール材２８によりＴＦＴアレイ基板７に固着されている。
【００３１】
［電子機器］
以下、本発明の液晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図５は、携帯電話の一例を示した斜視図である。
図５において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図６は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。
図６において、符号１１００は時計本体を示し、符号１１０１は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図７は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。
図７において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は情報処理装置本体、符号１２０６は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図５から図７に示す電子機器は、上記の液晶装置を用いた液晶表示部を備えたものであるので、表示品位に優れた電子機器を実現することができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態においては画素コンタクトホール部の凹部に対応する対向基板側の凸部をアクリル膜からなるカラーフィルターのオーバーコート膜で形成したが、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター層を重ね合わせるなどして形成してもよい。また、アクリル膜等の樹脂材料膜のみならず、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機材料膜を用いることも可能である。さらに、製造プロセスの複雑化を許容するならば、全く他の膜で形成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、一方の基板の画素コンタクトホール形成領域の凹部に他方の基板上の凸部を嵌合させることにより、２枚の基板の位置合わせを行うことができ、２枚の基板を重ね合わせた状態ではこれら基板が動きにくくなるので、従来の組立工程で生じる貼り合わせずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態である液晶装置の等価回路図である。
【図２】 同、液晶装置の画素構成を示す拡大平面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】 同、液晶装置の全体構成を示す平面図である。
【図５】 本発明の液晶装置を備えた電子機器の一例を示す斜視図である。
【図６】 電子機器の他の例を示す斜視図である。
【図７】 電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。
【図８】 従来の液晶装置の一例を示す断面図である。
【図９】 液晶パネルの組立工程の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 画素電極
２ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３ データ線
４ 走査線
５ 蓄積容量
６ 容量線
７ ＴＦＴアレイ基板
８ 半導体層
１１ ドレイン電極
１２ 画素コンタクトホール
１５ 対向基板
１６ 液晶
２０ 凹部
２７ 凸部
４０ 液晶装置

Claims (8)

1. 互いに対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、互いに交差して設けられた複数の走査線および複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応してマトリクス状に配置された複数の画素電極および複数の薄膜トランジスタとを有する液晶装置であって、
   前記一方の基板上の前記薄膜トランジスタのドレイン電極と前記画素電極とを電気的に接続する画素コンタクトホール部に形成された凹部と、他方の基板上に設けられた前記一対の基板の貼り合わせずれを防止するための凸部とが嵌合され、
   前記凹部の側面の一部と前記凸部の側面の一部とが接していることを特徴とする液晶装置。
2. 互いに対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記一対の基板のうちの一方の基板上に、互いに交差して設けられた複数の走査線および複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応してマトリクス状に配置された複数の画素電極および複数の薄膜トランジスタとを有する液晶装置であって、
   前記一方の基板上の前記薄膜トランジスタのドレイン電極と前記画素電極とを電気的に接続する画素コンタクトホール部に形成された凹部と、他方の基板上に設けられた前記一対の基板の貼り合わせずれを防止するための凸部とが嵌合され、
   前記凹部は、底部側の面積が小さくなるように側面が前記凹部を構成する絶縁膜の表面に対して傾斜するとともに、前記凸部は、頂部側の面積が小さくなるように側面が前記凸部を構成する絶縁膜の表面に対して傾斜していることを特徴とする液晶装置。
3. 前記凹部の前記側面の一部と前記凸部の前記側面の一部とが接していることを特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
4. 前記凸部が前記他方の基板を構成する１層または複数層の膜材料から形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶装置。
5. 前記凸部が樹脂材料膜からなることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記凸部が無機材料膜からなることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
7. 前記凹部が形成される絶縁膜が樹脂材料膜からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液晶装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。

Images