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JP3552086B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絵素電極に薄膜トランジスタを介して駆動信号を印加することにより、表示を実行する液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、液晶表示装置、プラズマ表示装置等においては、マトリクス状に配列した絵素電極を選択駆動することにより、画面上に表示パターンが形成される。選択された絵素電極と、これに対向する対向電極との間に電圧が印加され、これらの電極の間に介在する液晶等の表示媒体の光学的変調が、表示パターンとして視認される。絵素電極の駆動方式として、個々の独立した絵素電極を配列し、この絵素電極のそれぞれに薄膜トランジスタを連結して駆動するアクティブマトリクス駆動方式が知られている。絵素電極を選択駆動するスイッチング素子としては、TFT(薄膜トランジスタ)、MIM(金属ー第1の絶縁膜ー金属素子)等が一般的に知られている。
【0003】
従来の液晶表示装置として、図13に、信号配線3に金属膜を用いた場合の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。図14に、そのA−A断面の断面図を示す。
【0004】
図13と図14に示すように、透明性を有する絶縁性の基板10上に金属膜をパターニングして形成した走査配線1を配置する。走査配線用として金属膜にTaを用いた。走査配線1および走査配線1から分岐したゲート電極8の上に、SiNx膜からなるゲート絶縁膜9が形成されている。TFT5では、ゲート絶縁膜9上には半導体層21が形成されている。半導体層21としてアモルファスシリコン半導体を用いた。TFT5の半導体層21の上層には、コンタクト層22が形成されている。コンタクト層22としてマイクロクリスタルのn−Siを用いた。その上層には、金属膜を用いてソース電極23と信号配線3とドレイン電極24が形成され、透明導電膜を用いて絵素電極4が形成されている。この金属膜としてTaを用いたが、Cr、Mo、Tiでも良い。この透明導電膜としてITO膜を用いた。TFT5の上層には保護膜26を形成しても構わない。このようにしてアクティブマトリクス基板ができる。
【0005】
また、透明性を有する絶縁性の基板11上にカラーフィルター25を設ける。このカラーフィルター25は、絵素電極4間とTFT5に対応する領域には、遮光膜となるブラックマトリクス12が設けられ、絵素電極4に対応する領域には、例えば赤、緑、青のカラーフィルター13を設けている。カラーフィルター25の上に、ITO膜からなる透明導電膜を用いて対向電極31が形成されている。このようにして対向基板ができる。この対向基板とアクティブマトリクス基板を貼り合わせ、その間に液晶14を封入させることにより、液晶表示装置ができる。一般的に液晶表示装置の光源として、アクティブマトリクス基板側に、バックライトが設けられている。
【0006】
TFT5は一般的にSi系の半導体層が用いられており、このTFT5のSi系半導体層に光が当ると電流が発生し、TFTのOFF特性が低下し表示特性に影響を及ぼす。TFT5の近傍は遮光しておく必要があり、この部分を遮光領域とし、絵素電極の部分は透過し表示に寄与するので、透過領域とする。
【0007】
バックライトから絵素電極4に入射した光aは、透過し表示に寄与する。また、透過性のない配線パターン等に入射した光bは、反射または吸収される。それ以外に、TFT5を形成しているアクティブマトリクス基板を透過し、ブラックマトリクス12、またはブラックマトリクス12上に重ねられたカラーフィルター13に入射した光cは、反射または吸収される。このとき反射した光dは、TFT5に入射し、TFTのOFF特性の低下の要因となる。このTFT5に入射する光の光量は、TFT5近傍の透過部領域の面積に起因する。つまり、TFT5近傍に透過部が多いパターンのものよりも、透過部が少ないパターンの方が、TFTのOFF特性が優れることが知られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
特に、TFTを用いた液晶表示装置において、製造コストを削減するために、製造工程の短縮が大きな課題となっている。その対策の一つとして、絵素電極に用いられている透明導電膜を用いて同時に信号配線を形成し、従来の信号配線専用の導電材料を削減する製造方法が提案されている。
【0009】
図15に、従来の液晶表示装置において、信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24を透明導電膜で形成した場合の1絵素の配線パターンを示す。図16に、そのA−A断面の断面図を示す。
【0010】
信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24を透明導電膜で形成する場合、TFT5近傍の透過領域が増加し、OFF特性の低下を招く問題が生じる。つまり、遮光領域が図15のように小さくなり、ブラックマトリクス12への入射した光cが多くなり、その一部が反射して、TFT5へ入射する光dの光量が増加する。したがって、TFTのOFF特性の低下の要因となる。
【0011】
本発明は、信号配線を透明導電膜で形成しても、ブラックマトリクス、カラーフィルタでの反射光がTFTへ入射する際の光量を低減させ、TFTのOFF特性が低下しない遮光パターンを有する液晶表示装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、絶縁性基板上に設けられた走査配線と、前記走査配線上および前記絶縁性基板上に設けられたSiNxからなる絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記走査配線と直交するように設けられた信号配線と、前記走査配線と前記信号配線との交差部近傍に設けられ、アモルファスシリコンからなる半導体層とマイクロクリスタルのn−Siからなるコンタクト層からなる薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続されている絵素電極とからなるアクティブマトリクス基板と、絶縁性基板上にカラーフィルターが設けられた対向基板とを、液晶層を介して対向配置される液晶表示装置であって、前記信号配線がITOからなる透明導電膜で形成され、前記薄膜トランジスタ近傍の前記信号配線の下に遮光パターンが設けられ、該遮光パターンが、前記薄膜トランジスタに用いられている半導体層またはコンタクト層に分離することなくつながった半導体層またはコンタクト層によって形成され、前記信号配線に沿って隣り合う前記薄膜トランジスタの近傍にそれぞれ設けられた前記遮光パターン同士が、前記信号配線の下においてつながるとともに、途中で線幅が細くなっており、前記遮光パターンの線幅が細くなった部分において、前記信号配線の縁は、前記SiNxからなる絶縁膜上に形成されていることを特徴とする。
【0017】
上記構成による作用を説明する。
請求項1記載の液晶表示装置では、薄膜トランジスタの近傍の信号配線に、半導体層またはコンタクト層からなる遮光パターンが形成されるので、バックライトから液晶表示装置に入射する光量を低減することができる。その結果、カラーフィルタやブラックマトリクスでの反射光が薄膜トランジスタに入射する光量が低減し、薄膜トランジスタのOFF特性の向上に寄与することができる。
【0018】
また、本発明の液晶表示装置では、半導体層またはコンタクト層からなる遮光パターンが,薄膜トランジスタまで広がるので、薄膜トランジスタのOFF特性の更なる改善を行うことができる。
【0019】
また、本発明の液晶表示装置では、信号配線が半導体層またははコンタクト層の段差を跨ぐことがなくなるので、信号配線の半導体層またはコンタクト層の段差部での断線が低減される。また、薄膜トランジスタのOFF特性の更なる改善を行うことができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1に、信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24を透明導電膜で形成した場合の1絵素の配線パターンを示す。図2に、そのA−A断面の断面図を示し、図3に、そのB−B断面の断面図を示す。
【0023】
図1から図3に示すように、透明な絶縁性の基板10上に、金属膜をパターニングして形成した走査配線1を配置する。実施形態1では、絶縁性の基板10にガラス基板を、走査配線用金属膜にTaを用いた。ただし、絶縁性の基板には、透明性を有するものであれば、他の材料でもかまわない。また、金属膜についても、遮光性を有するものであれば、特に材料は問わない。走査配線1および走査配線1から分岐したゲート電極8の上に、SiNx膜からなるゲート絶縁膜9が形成されている。TFT5では、ゲート絶縁膜9上には半導体層21が形成されている。このTFT5の半導体層21の形成と同時に、信号配線2下の遮光パターン6aの領域にも、半導体層21を形成する。半導体層21としてアモルファスシリコン半導体を用いた。TFT5の半導体層21の上層には、コンタクト層22が形成されている。このTFT5のコンタクト層22の形成と同時に、信号配線下の遮光パターン6aの領域の半導体層21の上にもコンタクト層22を形成する。コンタクト層22としてマイクロクリスタルのn−Siを用いた。遮光パターン6aの半導体層21、コンタクト層22の形成は、従来のマスクに対して、遮光パターン6aの部分だけ追加するだけで良く、コストダウンに寄与できる。その上層には、透明導電膜を用いて、信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24、絵素電極4が形成されている。TFT5の上層には保護膜26を形成しても構わない。このようにしてアクティブマトリクス基板ができる。
【0024】
この場合、信号配線2のTFT5の近傍に、遮光パターン6aとして半導体層21とコンタクト層22の両方を用いて形成したが、半導体層21、コンタクト層22のどちらか一方でも良い。半導体層21、コンタクト層22は金属膜に比べて遮光効果は小さいが、光を遮光することができる。この遮光パターン6aにより、バックライト光の反射光がTFT5に入射する際の光量を低減することができ、OFF特性の改善が期待できる。
【0025】
また、透明性を有する絶縁性の基板11上にカラーフィルター25を設ける。このカラーフィルター25は、絵素電極4間とTFT5に対応する領域には、遮光膜となるブラックマトリクス12が設けられ、絵素電極4に対応する領域には、例えば赤、緑、青のカラーフィルター13を設けている。カラーフィルター25の上に、ITO膜からなる透明導電膜を用いて対向電極31が形成されている。このようにして対向基板ができる。この対向基板とアクティブマトリクス基板を貼り合わせ、その間に液晶14を封入させることにより、液晶表示装置ができる。一般的に液晶表示装置の光源として、アクティブマトリクス基板側に、バックライトが設けられている。
【0026】
(実施形態2)
図4に遮光パターン6bを示し、図5に図4のA−A断面図を示す。遮光パターン6bは、図1の遮光パターン6aを、TFT5に形成されている半導体層21とコンタクト層22と繋げるように形成する。遮光パターン6bとして半導体層21とコンタクト層22の両方を用いて形成したが、半導体層21、コンタクト層22のどちらか一方でも良い。このことにより、TFT5への入射光をより効率的に遮光することができ、さらにOFF特性の改善に寄与する。
【0027】
(実施形態3)
図6に遮光パターン6cを示し、図7に図6のB−B断面図を示す。遮光パターン6cは、図4の遮光パターン6bどうしを、信号配線2の下に設けた半導体層21とコンタクト層によりつなげた形状である。遮光パターン6cとして半導体層21とコンタクト層22の両方を用いて形成したが、半導体層21、コンタクト層22のどちらか一方でも良い。
【0028】
遮光パターン6cの途中で線幅が細くなっているのは、遮光パターン6cの上に形成される信号配線2の断線対策のためである。また、図8に示すように、信号配線2が半導体層21またはコンタクト層22による段差部を跨ぐことがなくなるので、信号配線2の半導体層21またはコンタクト層22の段差部での断線15が低減される。
【0029】
このことにより、TFT5への入射光をより効率的に遮光することができ、さらにOFF特性の改善に寄与する。
【0030】
(実施形態4)
図9に、信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24を透明導電膜で形成した場合の1絵素の配線パターンを示す。図10に、そのA−A断面の断面図を示す。
【0031】
図9と図10に示すように、透過性を有する絶縁性の基板10上に金属膜をパターニングし形成した走査配線1を配置する。このとき同時に走査配線材料を用いて信号配線2のTFT5の近傍に、遮光パターン7aを形成する。実施形態4では、絶縁性の基板10にガラス基板を、走査配線用金属膜にTaを用いた。遮光パターン7aの金属膜の形成に用いるマスクの形状は、従来のマスクに対して、遮光パターン7aの部分だけ追加するだけで良く、コストダウンに寄与できる。ただし、絶縁性基板には、透明性を有するものであれば他の材料でもかまわない。また、金属膜についても、遮光性を有するものであれば特に材料は問わない。遮光パターン7aの金属膜は、遮光パターン6の半導体層またはコンタクト層に比べて、遮光性が高い。
【0032】
走査配線1および走査配線1から分岐したゲート電極8の上に、SiNx膜からなるゲート絶縁膜9が形成されている。TFT5では、ゲート絶縁膜9上には半導体層21が形成されている。半導体層21としてアモルファスシリコン半導体を用いた。TFT5の半導体層21の上層には、コンタクト層22が形成されている。コンタクト層22としてマイクロクリスタルのn−Siを用いた。その上層には、透明導電膜を用いて、信号配線2、ソース電極23、ドレイン電極24、絵素電極4が形成されている。TFT5の上層には保護膜26を形成しても構わない。このようにしてアクティブマトリクス基板ができる。
【0033】
このように、信号配線2のTFT5の近傍に、遮光パターン7a形成することにより、バックライト光の反射光がTFT5に入射する際の光量を低減することができ、OFF特性の改善が期待できる。
【0034】
(実施形態5)
図11に遮光パターン7bを示し、図12に図11のA−A断面図を示す。遮光パターン7bは、図9の遮光パターン7aを、TFT5のゲート電極8に繋げて形成することで、遮光効果を向上させることができる。さらに、遮光パターン7bは走査配線1とつなげて形成しても良い。また、走査配線1を陽極酸化し表面に絶縁膜を形成するような製造方法の場合、遮光パターン7bも同様に陽極酸化を行うことが可能となり、リーク不良等の低減が期待できる。
【0035】
【発明の効果】
信号配線に透明導電膜を用いた場合、TFTの近傍の信号配線に、半導体層またはコンタクト層からなる遮光パターンが形成されるので、バックライトから液晶表示装置に入射する光量を低減することができる。その結果、カラーフィルタやブラックマトリクスでの反射光が薄膜トランジスタに入射する際の光量が低減し、薄膜トランジスタのOFF特性の向上に寄与することができる。
【0036】
また、半導体層またはコンタクト層からなる遮光パターンを、TFTまで広げることにより、TFTのOFF特性の更なる改善を行うことができる。
【0037】
また、信号配線に沿って遮光パターンをつなげることにより、半導体層またははコンタクト層の段差を跨ぐことがなくなるので、信号配線の半導体層またはコンタクト層の段差部での断線が低減される。
【0038】
TFT近傍の信号配線の下に、走査配線と同じ材料により形成された金属膜からなる遮光パターンが形成されるので、バックライトから液晶表示装置に入射する光量を低減することができる。その結果、カラーフィルタやブラックマトリクスでの反射光が薄膜トランジスタに入射する際の光量が低減し、薄膜トランジスタのOFF特性の向上に寄与することができる。
【0039】
金属膜からなる遮光パターンが、少なくともTFTのゲート電極と繋げて形成することで、さらに遮光効果を向上させることができる。また、走査配線を陽極酸化し表面に絶縁膜を形成するような製造方法の場合、遮光パターンも同様に陽極酸化を行うことが可能となり、リーク不良等の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図2】実施形態1のA−A断面の断面図である。
【図3】実施形態1のB−B断面の断面図である。
【図4】実施形態2の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図5】実施形態2のA−A断面の断面図である。
【図6】実施形態3の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図7】実施形態3のB−B断面の断面図である。
【図8】信号配線2下の半導体層21、コンタクト層22での段差部で生じる断線15を示す図である。
【図9】実施形態4の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図10】実施形態4のA−A断面の断面図である。
【図11】実施形態5の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図12】実施形態5のA−A断面の断面図である。
【図13】従来の液晶表示装置において、信号配線2を金属膜で形成した場合の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図14】図13のA−A断面の断面図である。
【図15】従来の液晶表示装置において、信号配線2を透明導電膜で形成した場合の液晶表示装置の1絵素の配線パターンを示す。
【図16】図15のA−A断面の断面図である。
【符号の説明】
1 走査配線
2 3 信号配線
4 絵素電極
5 TFT
6 7 遮光パターン
8 ゲート電極
9 ゲート絶縁膜
10 11 基板
12 ブラックマトリクス
13 25 カラーフィルター
14 液晶
15 断線
21 半導体層
22 コンタクト層
23 ソース電極
24 ドレイン電極
26 保護膜
31 対向電極

Claims (1)

  1. 絶縁性基板上に設けられた走査配線と、前記走査配線上および前記絶縁性基板上に設けられたSiNxからなる絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記走査配線と直交するように設けられた信号配線と、前記走査配線と前記信号配線との交差部近傍に設けられ、アモルファスシリコンからなる半導体層とマイクロクリスタルのn−Siからなるコンタクト層からなる薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続されている絵素電極とからなるアクティブマトリクス基板と、
    絶縁性基板上にカラーフィルターが設けられた対向基板とを、
    液晶層を介して対向配置される液晶表示装置であって、
    前記信号配線がITOからなる透明導電膜で形成され、前記薄膜トランジスタ近傍の前記信号配線の下に遮光パターンが設けられ、
    該遮光パターンが、前記薄膜トランジスタに用いられている半導体層またはコンタクト層に分離することなくつながった半導体層またはコンタクト層によって形成され、
    前記信号配線に沿って隣り合う前記薄膜トランジスタの近傍にそれぞれ設けられた前記遮光パターン同士が、前記信号配線の下においてつながるとともに、途中で線幅が細くなっており、
    前記遮光パターンの線幅が細くなった部分において、前記信号配線の縁は、前記SiNxからなる絶縁膜上に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
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