JP3712899B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に係り、いわゆる横電界方式と称される液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
横電界方式と称される液晶表示装置は、液晶を介して対向配置される各透明基板の一方の透明基板の液晶側の各画素領域に、画素電極とこの画素電極との間に透明基板と平行な電界(横電界)を発生せしめる対向電極とが形成されて構成されている。
【0003】
画素電極と対向電極の間の領域を透過する光に対して、その量を前記電界が印加された液晶の駆動によって、制御するようになっている。
【0004】
このような液晶表示装置は、表示面に対して斜めの方向から観察しても表示に変化のない、いわゆる広視野角特性に優れたものとして知られている。
【0005】
そして、これまで、前記画素電極と対向電極は光を透過させることのない導電層で形成されていた。
【0006】
しかし、近年、画素領域の周辺を除く領域の全域に透明電極からなる対向電極を形成し、この対向電極上に絶縁膜を介して一方向に延在し該一方向に交差する方向に並設させた透明電極からなる帯状の画素電極を形成した構成のものが知られるに到った。
【0007】
このような構成の液晶表示装置は、横電界が画素電極と対向電極との間に発生し、依然として広視野角特性に優れるとともに、開口率が大幅に向上するようになる。
【0008】
なお、この技術はたとえばSID 99 DIGEST:P202〜P205に記載がなされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成からなる液晶表示装置は、上述したように、画素電極とこの画素電極との間に電界を発生せしめる対向電極とが、それぞれ絶縁膜を介して異なる層として形成されているため、その電界は液晶側よりも該液晶から遠のく部分で多くの電界が分布されるのを免れない構造となっている。
【0010】
このため、液晶中に充分な電界の分布を発生するために、画素電極と対向電極との間に比較的大きな電圧(駆動電圧)を印加しなければならなくなることが指摘されるに到った。
【0011】
また、対向電極と画素電極が絶縁膜を介して大きな面積で重なっているために、映像信号線から画素電極との間に介在されている薄膜トランジスタ(スイッチング素子)の駆動の際の容量が増大してしまうということも指摘させるに到った。
【0012】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、駆動電圧を小さくできる液晶表示装置を提供することにある。
【0013】
また、本発明の他の目的は、薄膜トランジスタの駆動の際の容量を低減できる液晶表示装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
すなわち、本発明による液晶表示装置は、液晶を介して互いに対向配置される透明基板のうち一方の透明基板の液晶側の画素領域に、
層を異ならしめて配置される画素電極と、この画素電極との間に透明基板と平行な成分をもつ電界を発生せしめる対向電極とを備え、
この画素電極と対向電極のうち、一方の電極は他方の電極よりも液晶に近い側の層として形成され、他方の電極は少なくとも該一方の電極の重畳される領域の周辺から外方へ延在する透明電極として形成されているとともに、
前記画素電極と対向電極との間で容量結合される導電層が形成されていることを特徴とするものである。
【0015】
このように構成された液晶表示装置において、前記導電層は、一方の電極と他方の電極との間で容量結合されるため、該一方の電極と導電層との間においても電界が発生するようになり、この電界は透明基板と平行な成分を有するようになる。
【0016】
さらに、容量結合された電極の間の電位は近づき、その容量自体は低下するようになる。
【0017】
これにより、一方の電極と他方の電極との間に発生していた電界の一部は該一方の電極と導電層との間に発生する電界に振り分けられるようになり、結果として、全体の電界の分布は液晶に近い側に移行させることができるようになる。
【0018】
このことは、駆動電圧を一定とした場合に液晶の光透過率の制御のための電界を効率化でき、また、別な観点からすれば、液晶の光透過率の制御のために電界が充分である場合には駆動電圧を低減できるという効果を奏するようになる。
【0019】
また、容量結合された導電層と他の電極との電位差は容量分圧値により低減され、薄膜トランジスタの負荷容量が低減できるという効果も奏するようになる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置の実施例について説明をする。
〔実施例1〕
《画素の構成》
図1は本発明による液晶表示装置(パネル)の画素領域における構成図であり、液晶を介して互いに対向配置される各透明基板のうちの一方の透明基板の液晶側から観た平面図である。
【0021】
なお、同図の2−2線における断面図を図2に、3−3線における断面図を図3に、4−4線における断面図を図4に示している。
【0022】
まず、図1において、図中x方向に延在されy方向に並設されるゲート信号線GLがたとえばクロム(Cr)で形成されている。このゲート信号線GLは後述するドレイン信号線DLとで画素領域を囲むようになっている。
【0023】
そして、この画素領域には、後述する画素電極との間で電界を発生せしめる対向電極が形成され、この対向電極は該画素領域の周辺を除く全域に形成され、透明導電体であるたとえばITO(Indium-Tin-Oxide)から構成されている。
【0024】
この対向電極CTは、その周辺の全域を縁取るようにして該対向電極CTと接続された対向電圧信号線CLが形成され、この対向電圧信号線は図中左右の画素領域(ゲート信号線GLに沿って配置される各画素領域)における対向電極に同様に形成された対向電圧信号線CLと電気的に接続されている。
【0025】
この対向電圧信号線CLは、たとえばクロム(Cr)からなる不透明の材料で形成されている。このようにした場合、後述のドレイン信号線DLとこれに近接する対向電極CTの辺部との間にノイズとして作用する電界が発生しても、その部分は該対向電圧信号線CLによって遮光されることから、表示品質の面からの不都合を解消できるようになる。
【0026】
このことは、ゲート信号線GLとこれに近接する対向電極CTの辺部との間に発生する電界(ノイズ)による不都合も解消できることを意味する。
【0027】
また、上述したように、対向電圧信号線CLの材料をゲート信号線GLと同一の材料とすることにより、それらを同一の工程で形成することにより製造工数の増大を回避させることができる効果を奏する。
【0028】
そして、このように対向電極CT、対向電圧信号線CL、およびゲート信号線GLが形成された透明基板SUB1の上面には、それらをも被ってたとえばSiNからなる絶縁膜GIが形成されている。
【0029】
この絶縁膜GIは、後述のドレイン信号DLに対しては対向電圧信号線CTおよびゲート信号線GLの層間絶縁膜としての機能を、後述の薄膜トランジスタTFTの形成領域においてはそのゲート絶縁膜としての機能を、後述の容量素子Cstgの形成領域においてはその誘電体膜としての機能を有するようになっている。
【0030】
そして、ゲート信号線GLの一部(図中左下)に重畳されて薄膜トランジスタTFTが形成され、この部分の前記絶縁膜GI上にはたとえばa−Siからなる半導体層ASが形成されている。
【0031】
この半導体層ASの上面にソース電極SD1およびドレイン電極SD2が形成されることによって、ゲート信号線GLの一部をゲート電極とする逆スタガ構造のMIS型トランジスタが形成されることになる。そして、このソース電極SD1およびドレイン電極SD2はドレイン信号線DLと同時に形成されるようになっている。
【0032】
すなわち、図中y方向に延在されx方向に並設されるドレイン信号線DLが形成され、このドレイン信号線DLの一部が前記半導体層ASの表面にまで延在されることによって薄膜トランジスタTFTのドレイン電極SD2を構成するようになっている。
【0033】
また、該ドレイン信号線DLの形成の際にソース電極SD1が形成され、このソース電極SD1は画素領域内にまで延在されて後述の画素電極PXとの接続を図るコンタクト部をも一体的に形成されるようになっている。
【0034】
なお、図3に示すように、半導体層ASの前記ソース電極SD1およびドレイン電極SD2との界面にはたとえばn型不純物がドーピングされたコンタクト層d0が形成されている。
【0035】
このコンタクト層d0は、半導体層ASの表面の全域にn型不純物ドーピング層を形成し、さらにソース電極SD1およびドレイン電極SD2の形成後において、該各電極をマスクとしてこれら各電極から露出された半導体層ASの表面のn型不純物ドーピング層をエッチングすることによって形成されるようになっている。
【0036】
なお、この実施例では、半導体層ASは薄膜トラジスタTFTの形成領域ばかりでなく、ドレイン信号線DLに対するゲート信号線GL、対向電圧信号線CLとの交差部にも形成されている。層間絶縁膜としての機能を強化させるためである。
【0037】
そして、このように薄膜トランジスタTFTが形成された透明基板SUB1の表面には、該薄膜トランジスタTFTをも被ってたとえばSiNからなる保護膜PSVが形成されている。薄膜トラジスタTFTの液晶との直接の接触を回避するためである。
【0038】
さらに、この保護膜PSVの上面には画素電極PXとフローティングされた導電層FCTとが、たとえばITOからなる透明な導電膜によって形成されている。
【0039】
すなわち、画素電極PXは、前記対向電極CT上に重畳されて、この実施例では3本形成され、それぞれ図中y方向に延在しx方向に等間隔に並設されて形成されている。そして、それらの両端はそれぞれx方向に延在する同材料層で互いに接続されるようになっている。
【0040】
この場合、下端の同材料層は前記保護膜PSVに形成されたコンタクト孔を通して前記薄膜トランジスタTFTのソース電極SD1のコンタクト部と接続されるようになっており、また、上端の同材料層は前記対向電圧信号線CLと重畳されて前記絶縁膜および保護膜を誘電体膜とする容量素子Cstgが形成されるようになっている。
【0041】
この容量素子Cstgは、薄膜トランジスタTFTを介してドレイン信号線DLからの映像信号が画素電極PXに印加された後に、該薄膜トランジスタTFTがオフとなっても該映像信号が画素電極PXに比較的長く蓄積される等のために設けられたものとなっている。
【0042】
そして、各画素電極PXの間には、y方向に延在して配置される導電層FCTが他のいずれの電極とも接続されることなく形成されている。すなわち、この導電層FCTは信号(電圧)が印加される構成とはなっておらず、フローティングされた状態で形成されるようになっている。
【0043】
この導電層FCTは、たとえばITO膜から構成され、対向電極CTの一部として機能するようになっている。
【0044】
すなわち、図2に示すように、導電層FCTは前記対向電極CTと画素電極PXとの間で容量結合されるため、画素電極PXと導電層FCTとの間においても電界が発生するようになり、この電界は透明基板SUB1と平行な成分を有するようになる。
【0045】
これにより、画素電極PXと対向電極CTとの間に発生していた電界の一部は画素電極PXと導電層FCTとの間に発生する電界に振り分けられるようになり、結果として、全体の電界の分布は液晶に近い側に移行させることができるようになる。
【0046】
このことは、駆動電圧を一定とした場合に液晶の光透過率の制御のための電界を効率化でき、また、液晶の光透過率の制御のために電界が充分である場合には駆動電圧を低減できるという効果を奏するようになる。
【0047】
したがって、この導電層FCTは、対向電極CTよりも上層に、すなわち液晶に近い側に形成することによって、その効果を増大させることができるようになる。
【0048】
また、導電層FCTの電位は、対向電極CTと隣合う画素電極PXとの容量分圧値により決定され、導電層FCTの電位が対向電極CTに近くなり、画素の容量Ctが保持容量Cstgに比べて低減されるようになる。
【0049】
このことから、本実施例では導電層FCTを画素電極PXと同層に形成したものであるが、これらを層を異にして形成し、画素電極を下層に導電層FCTを上層にしてもよいことはいうまでもない。
【0050】
そして、このように画素電極PXおよび対向電極FCTが形成された透明基板の表面には該画素電極PXおよび対向電極FCTをも被って配向膜ORI1が形成されている。この配向膜ORI1は液晶と直接に接触する膜で該液晶の初期配向方向を決定づけるものとなっている。
【0051】
《フィルタ基板》
このように構成された透明基板はTFT基板と称され、このTFT基板と液晶を介して対向配置される透明基板はフィルタ基板と称されている。
【0052】
フィルタ基板は、図2に示すように、その液晶LC側の面に、まず、各画素領域を画するようにしてブラックスマトリックスBMが形成され、このブラックスマトリックスBMの実質的な画素領域を決定する開口部にはそれを被ってフィルタが形成されるようになっている。
【0053】
そして、ブラックスマトリックスBMおよびフィルタを被ってたとえば樹脂膜からなるオーバーコート膜OCが形成され、このオーバーコート膜OCの上面には配向膜ORI2が形成されている。
【0054】
《液晶表示パネルの全体構成》
図5は、マトリックス状に配置された各画素領域の集合によって構成される表示領域ARを示す液晶表示パネルの全体構成図である。
【0055】
透明基板SUB2は、透明基板SUB1に対して若干小さく形成され、その図中右側辺および下側辺は透明基板SUB1の対応する辺とそれぞれほぼ面一となるように配置されるようなっている。
【0056】
これにより、透明基板SUB1の図中左側辺および上側辺は透明基板SUB2によって被われない領域が形成され、この領域において、それぞれ、各ゲート信号線GLに走査信号を供給するためのゲート信号端子Tg、各ドレイン信号線DLに映像信号を供給するためのドレイン信号端子Tdが形成されるようになっている。
【0057】
透明基板SUB2の透明基板SUB1に対する固定は、該透明基板SUB2の周辺に形成されたシール材SLによってなされ、このシール材SLは各透明基板SUB1、SUB2の間に液晶LCを封入するための封入材としての機能をも有している。
【0058】
図6は、各透明基板SUB1、SUB2の間に介在される液晶LCはシール材SLよって封入されていることを示している。
【0059】
なお、このシール材SLの一部(図5中右側)には液晶封入口INJがあり、この液晶封入口INJは、ここから液晶を封入した後は、図示しない液晶封止剤によって封止されるようになっている。
【0060】
《ゲート信号端子》
図7は、各ゲート信号線に走査信号を供給するためのゲート信号端子GTMを示した構成図で、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)のB−B線における断面図である。
【0061】
まず、透明基板SUB1上にたとえばITO膜ITO1からなるゲート信号端子GTMが形成されている。このゲート信号端子GTは対向電極CTと同時に形成されるようになっている。
【0062】
ゲート信号端子GTMの材料としてITO膜ITO1を用いたのは電食の発生を困難にするためである。
【0063】
そして、このゲート信号端子GTMには、そのゲート信号線GL側の端部においてゲート信号線GLが被うようにして形成されている。
【0064】
さらに、これらゲート信号端子GTMおよびゲート信号線GLを被って絶縁膜GIおよび保護膜PSVが順次積層され、これら保護膜PSVおよび絶縁膜GIに設けた開口によって、ゲート信号端子GTMの一部が露呈されるようになっている。
【0065】
なお、前記絶縁膜GIおよび保護膜PSVは、表示領域ARにおけるそれらの延在部分として形成されるものである。
【0066】
《ドイレン信号端子》
図8は、ドレイン信号線DLに映像信号を供給するためのドレイン信号端子DTMを示した構成図で、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)のB−B線における断面図である。
【0067】
まず、透明基板SUB1上に形成されるドレイン信号端子DTMは、電食に対して信頼性のあるITO膜ITO1から構成され、このITO膜ITO1は対向電極CTと同時に形成されるようになっている。
【0068】
そして、このドレイン信号端子DTMは、絶縁膜GI上に形成されるドレイン信号線DLと接続されることになるが、該絶縁膜GIにコンタクト孔を形成して接続させようとする場合に以下のような不都合が発生する。
【0069】
すなわち、ITO膜上に形成されたSiNからなる絶縁膜GIは、該ITO膜と接触する部分において白濁が生じ、その部分にコンタクト孔を形成した場合に該孔は逆テーパ状に形成され、ドレイン信号線DLの接続に不良が生じる可能性を残すことになる。
【0070】
このため、同図に示すように、ドレイン信号端子DTMの端部に重畳させてたとえばCrからなる金属層glを形成し、この金属層gl上の絶縁膜GIにコンタクト孔を形成するようにしている。
【0071】
そして、このコンタクト孔の形成は、該絶縁膜GIの上に保護膜PSVを形成した後に行なうことによって製造工数の低減を図っていることから、該保護膜PSVに形成したコンタクト孔を通し、画素電極PXと同時に形成されるITO膜ITO2によってドレイン信号線DLと前記金属層glとの接続を行っている。
【0072】
ここで、前記金属層glはCrを用いた場合を示したものであるが、AlあるいはAlを含む材料であってもよい。この場合、上述したようにITO膜との接触面において酸化されやすいことから、たとえば該金属層glをTi/Al/Tiというように、上下面のそれぞれに高融点金属層を設けた三層構造とすることによって良好な接続を図ることができるようになる。
【0073】
《対向電圧信号端子》
図9は、対向電圧信号線CLに対向電圧信号を供給するための対向電圧信号端子CTMを示した構成図で、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)のB−B線における断面図である。
【0074】
透明基板SUB1上に形成される対向電圧信号端子CTMも、電食に対して信頼性のあるITO膜ITO1から構成され、このITO膜ITO1は対向電極CTと同時に形成されるようになっている。
【0075】
そして、この対向電圧信号端子CTMには、その対向電圧信号線CL側の端部において該対向電圧信号線CLが被うようにして形成されている。
【0076】
さらに、これら信号線を被って、表示領域ARにおけるそれらの延在部分として形成される絶縁膜GIおよび保護膜PSVが順次積層され、これら保護膜PSVおよび絶縁膜GIに設けた開口によって、対向電圧信号端子CTMの一部が露呈されるようになっている。
【0077】
《等価回路》
図10は、液晶表示パネルの等価回路を該液晶表示パネルの外付け回路とともに示した図である。
【0078】
図中x方向に延在されy方向に並設される各ゲート信号線GLには垂直走査回路Vによって順次走査信号(電圧信号)が供給されるようになっている。
【0079】
走査信号が供給されたゲート信号線GLに沿って配置される各画素領域の薄膜トランジスタTFTは該走査信号によってオンするようになっている。
【0080】
そして、このタイミングにあわせて映像信号駆動回路Hから各ドレイン信号線DLに映像信号が供給されるようになっており、この映像信号は各画素領域の該薄膜トランジスタを介して画素電極に印加されるようになっている。
【0081】
各画素領域において、画素電極とともに形成されている対向電極CTには対向電圧信号線CLを介して対向電圧が印加されており、それらの間に電界を発生させるようになっている。
【0082】
そして、この電界のうち透明基板と平行な成分を有する電界(横電界)によって液晶の光透過率を制御するようになっている。
【0083】
なお、同図において各画素領域に示したR、G、Bの各符号は、各画素領域にそれぞれ赤色用フィルタ、緑色用フィルタ、青色用フィルタが形成されていることを示している。
【0084】
《画素表示のタイミングチャート》
図11は、液晶表示パネルに供給する各信号のタイミングチャートを示すもので、図中、VGはゲート信号線GLに供給する走査信号を、VDはドレイン信号線に供給する映像信号を、また、VCは対向電圧信号線CTに供給する対向電圧信号を示している。
【0085】
対向電圧信号VCの電位を一定にした一般的なライン反転(ドッド反転)を示す駆動波形図である。
【0086】
《液晶表示パネルモジュール》
図12は、図5に示した液晶表示パネルに外付け回路を実装したモジュール構造を示した平面図である。
【0087】
同図において、液晶表示パネルPNLの周辺には、垂直走査回路V、映像信号駆動回路、および電源回路基板PCB2が接続されている。
【0088】
垂直走査回路Vは、複数のフィルムキャリア方式で形成された駆動ICチップから構成され、その出力バンプは液晶表示パネルのゲート信号端子GTMに接続され、入力バンプはフレキシブル基板上の端子に接続されている。
【0089】
映像信号駆動回路も、同様に、複数のフィルムキャリア方式で形成された駆動ICチップから構成され、その出力バンプは液晶表示パネルのドレイン信号端子DGTMに接続され、入力バンプはフレキシブル基板上の端子に接続されている。
【0090】
電源回路基板PCB2はフラットケーブルFCを介して映像信号駆動回路Hに接続され、この映像信号駆動回路HはフラットケーブルFCを介して垂直走査回路Vに接続されている。
【0091】
なお、本発明では、このようなものに限定されることはなく、各回路を構成する半導体チップを透明基板SUB1に直接搭載し、その入出力バンプのそれぞれを該透明基板SUB1に形成された端子(あるいは配線層)に接続させるいわゆるCOG(Chip On Glass)方式にも適用できることはいうまでもない。
【0092】
《製造方法》
図13および図14は上述したTFT基板の製造方法の一実施例を示す工程図である。
【0093】
この製造は(A)ないし(F)までのフォト工程を経て完成され、図中左側は画素領域を、図中右側はドレイン信号端子形成領域を示している。
以下、工程順に説明する。
【0094】
工程(A)
透明基板SUB1を用意し、その表面の全域にたとえばスパッタリングによってITO膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて該ITO膜を選択エッチングし、画素領域には対向電極CTを、またドレイン信号端子形成領域にはドレイン信号端子DTMを形成する。
【0095】
工程(B)
透明基板SUB1の表面の全域にCr膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて該Cr膜を選択エッチングし、画素領域にはゲート信号線GLおよび対向電圧信号線CLを、またドレイン信号端子形成領域には中間接続体となる導電層g1を形成する。
【0096】
工程(C)
透明基板SUB1の表面の全域にたとえばCVD法によってSiN膜を形成し絶縁膜GIを形成する。
さらに、この絶縁膜GIの表面の全域にたとえばCVD法によってa−Si層、n型不純物がドーピングされたa−Si層を順次形成する。
そして、フォトリソグラフィ技術を用いて該a−Si層を選択エッチングし、画素領域に薄膜トランジスタTFTの半導体層ASを形成する。
【0097】
工程(D)
透明基板SUB1の表面の全域に、たとえばスパッタリング法によってCr膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて該Cr膜を選択エッチングし、画素領域にドレイン信号線DL、薄膜トランジスタTFTのソース電極SD1およびドレイン電極SD2を、またドレイン信号端子形成領域に該ドレイン信号線DLの延在部を形成する。
【0098】
工程(E)
透明基板SUB1の表面の全域に、たとえばCVD法によってSiN膜を形成し保護膜PSVを形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて該保護膜PSVを選択エッチングし、画素領域に薄膜トランジスタTFTのドレイン電極SD2の一部を露呈させるコンタクト孔を形成するともとに、ドレイン信号端子形成領域には該保護膜PSVの下層の絶縁膜GIにまで貫通させて前記導電層g1の一部を露呈させるコンタクト孔を形成する。
【0099】
工程(F)
透明基板SUB1の表面の全域にたとえばスパッタリング法によってITO膜ITO2を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて該ITO膜を選択エッチングし、画素領域に前記コンタクト孔を通して薄膜トランジスタTFTのドレイン電極SD2と接続された画素電極PX、およびフローティングされた導電層FCTを形成するとともに、ドレイン信号端子形成領域にはドレイン信号線DLと前記導電層g1との接続を図る接続体層を形成する。
【0100】
〔実施例2〕
《画素の構成》
図15は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で、同図における16−16線における断面図、17−17線における断面図、18−18線における断面図を、それぞれ図16、図17、図18に示している。
【0101】
実施例1に示した図(図1、図2、図3、図4)と対応しており、それと同符号のものは同一の材料を示している。
【0102】
実施例1と異なる構成は、まず、透明電極からなる対向電極CTが絶縁膜GI上に形成され、ドレイン信号線DLと同層になっている。
【0103】
このことは、対向電極CTはゲート信号線GLと異なった層として形成されていることを意味する。
【0104】
そして、該対向電極CTのドレイン信号線DLと近接する辺部に設けられる導電膜FGTは、ゲート信号線GLと同層に設けられており、該対向電極CTとは電気的に接続されていない状態で形成されている。
【0105】
このため導電膜FGTは、実施例1のように、対向電圧信号線CLの一部として機能することはなく、専ら、ドレイン信号線DLと対向電極CTとの間にノイズとして発生する電界による液晶の光漏れ等を遮光する遮光材として機能するようになる。
【0106】
このように構成した場合、ドレイン信号線DLと対向電極CTとの間隔を狭めることができて開口率を向上させることができる効果を有する。
【0107】
しかし、該導電膜FGTはこのように形成することなく、対向電極CTと同層に形成し、該対向電極CTのドイレン信号線DLと近接する辺部に一部接続させて形成してもよいことはもちろんである。
【0108】
そして、各画素領域のうちドレイン信号線DLに沿って(ゲート信号線GLに直交する方向に)配置される各画素領域の対向電極CTは、互いに接続されて構成されている。
【0109】
すなわち、各画素領域の対向電極CTは、ゲート信号線GLが形成されている領域を股いで一体的に形成されている。
換言すれば、ドレイン信号線DLに沿って配置される各画素領域の対向電極CTは該ドレイン信号線DLに沿って帯状に形成されている。
【0110】
この対向電極CTはゲート信号線GLと異なる層で形成されており、このゲート信号線GLに接続されることなく形成できるからである。
【0111】
このように帯状に形成された対向電極Cは画素領域の集合体として形成される表示領域の外側から対向電圧信号が供給されるようにすれば、実施例1に示した対向電圧信号線CLを形成せずに済むという効果を奏する。
【0112】
なお、上述した実施例では、各画素領域のうちドレイン信号線DLに沿って配置される各画素領域の対向電極CTを共通に構成したものである。しかし、ゲート信号線GLに沿って配置される各画素領域の対向電極CTを共通に構成するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0113】
この場合、対向電極CTはドレイン線DLと異なる層で構成されていることが必要となり、たとえば実施例1の構成において適用できる。
【0114】
なお、この実施例では、画素電極PXおよびフローティングされた導電層FCTを、それぞれゲート信号線GLにより近接させて、あるいは、さらに該ゲート信号線GL上に重畳させた状態にまで延在させる(図15参照)ことによって、該ゲート信号線Glの近傍においても画素領域としての機能を拡大させることができるようになる。
【0115】
このことは、ゲート信号線GLの近傍において、該ゲート信号線GLそれ自体にブラックマトリックスとしての機能をもたせるだけで充分となり(換言すれば、ゲート信号線GLとその近傍を被うブラックマトリックスを必要としない)、開口率の大幅な向上が図れるという効果を奏する。
【0116】
《製造方法》
図19および図20は上述した実施例で示した液晶表示装置の製造方法の一実施例を示した工程図であり、図13および図14と対応した図となっている。
【0117】
実施例1の場合と比較して、対向電極CTが絶縁膜GIの上面に形成され、この対向電極CT上に保護膜PSVを介して画素電極PXが形成されている構成の相違に対応させて、製造工程に相違を有するようになっている。
【0118】
〔実施例3〕
図21は本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で図15に対応した図となっている。この図21の22−22線における断面図を図22に示している。
【0119】
同図において、図15と同一の符号は同一の材料を示している。図15の構成と異なる部分は、まず、ドレイン信号線DLに沿って配置される各画素領域内を該ドレイン信号線DLとほぼ平行に走行する対向電圧信号線CLが形成されていることにある。
【0120】
この対向電圧信号線CLは、対向電極CTの直下に(あるいは直上であってもよい)に形成され、換言すれば該対向電極CTに接続されて形成され、対向電極CTのそれ自体の電気的抵抗を低減させる機能をもたせている。
【0121】
この対向電圧信号線CLはたとえばドレイン信号線DLと同時に形成され、該ドレイン信号線DLと同一の材料からなっている。このことから、該対向電圧信号線CLは、対向電極CTを構成するITOよりも電気的抵抗の小さな導電層から構成されている。
【0122】
そして、この対向電圧信号線CLは、画素領域をほぼ2等分するようにしてその中央を走行するようになっている。その両脇に存在するドレイン信号線DLとの短絡を確実に回避できるように形成できるからである。
【0123】
さらに、この対向電圧信号線CLは、図中y方向に延在して形成される画素電極PXのうちの一つと重畳されて形成されている。
【0124】
画素電極PXの形成されている部分は対向電極CTとともに光透過率が低減される部分となっていることから、この部分に対向電圧信号線CLを位置づけさせることによって、光透過率の低減を最小限に抑えようとする趣旨である。
【0125】
そして、この実施例では、ドレイン信号線DLの上面にITO膜ITO1が積層されて形成され、該ドレイン信号線DLが断線されて形成された場合でも該ITO膜ITO1によって該断線を修復できる構成となっている。
【0126】
このITO膜ITO1は、対向電極CTの形成の際に同時に形成できるので、製造工数の増大を回避できる効果を奏する。
【0127】
〔実施例4〕
図23は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で、その24−24線における断面図、25−25線における断面図、26−26線における断面図を、それぞれ図24、図25、図26に示している。
図23は図1に対応した図となっており、同一の符号は同一の材料を示している。
【0128】
図23において、図1と異なる構成は、画素電極PXおよびフローティングされた導電層FCTが絶縁膜GI上に形成され、対向電極CTとはこの絶縁膜GIを介して配置されている。すなわち、液晶側の画素電極PXおよび導電層FCTは保護膜PVS(および配向膜ORI1)を介して配置されている。
【0129】
このようにした場合、液晶LC中への電気力線が保護膜PVSによる分圧効果によって増大され、該液晶LCの材料として低抵抗のものを選択でき、結果として残像の少ない表示を得る効果を奏する。
【0130】
また、このようにした場合、図25に示すように、薄膜トランジスタTFTのソース電極SD1と画素電極PXとの接続を直接行なうことができるので、たとえば保護膜PSV等に形成したコンタクト孔を通して行なう煩雑さを解消することができる。
【0131】
〔実施例5〕
図27は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で、その28−28線における断面図、29−29線における断面図、30−30線における断面図を、それぞれ図28、図29、図30に示している。
図27は図1に対応した図となっており、同一の符号は同一の材料を示している。
【0132】
図27において、図1と異なる構成は、まず、絶縁層を介して画素電極PXは下層に位置づけられ、対向電極CTは上層に位置づけられている。
【0133】
すなわち、図28に示すように、絶縁膜GIの上面に第1保護膜PSV1が形成され、この第1保護膜PSV1上にたとえばITO膜によって画素電極PXが形成されている。
【0134】
この画素電極PXは画素領域の周辺を除く大部分の領域に形成された透明からなる電極で、第1保護膜PSV1の下層に形成される薄膜トランジスタTFTのソース電極とコンタクト孔を通して接続されている。
【0135】
そして、このように形成された画素電極PXをも被って第2保護膜PSV2が形成され、この第2保護膜PSV2の上面に対向電極CTおよびフローティングされた導電層FTCが形成されている。
【0136】
このうち対向電極CTは、前記画素電極PXに重畳される領域に図中y方向に延在しx方向に並設される複数の帯状の電極として形成されるが、それらの両端部は各対向電極CTの間の領域を除く他の全ての領域に該各対向電極CTと一体的に形成された導電膜と接続されて形成されている。
【0137】
換言すれば、対向電極CTは、少なくとも表示領域の全域を被うようにして形成された導電膜(ITO)のうち、前記画素電極PXに重畳される領域内の導電膜に、前記導電層FTCの形成領域の周囲をくり抜く開口を形成することによって、形成されるようになっている。
【0138】
このように、少なくとも表示領域を被うようにして形成された導電膜(ITO)に開口を設けることによって対向電極CTおよび導電層FTCを形成することによって、これら対向電極CTおよび導電層FTCとして機能する導電膜以外の他の導電膜は対向電圧信号線CLとして利用でき、このようにした場合、導電膜全体の電気抵抗を大幅に低減できるという効果を奏するようになる。
【0139】
また、対向電極CTおよび導電層FTCとして機能する導電膜以外の他の導電膜は、ゲート信号線GLおよびドレイン信号線DLを被った状態で形成できることになる。
【0140】
このことは、対向電極CTおよび導電層FTCとして機能する導電膜以外の他の導電膜は従来のブラックマトリクス層としての機能をもたせることができることを意味する。
【0141】
液晶の光透過率を制御する透明基板SUB1と平行な成分をもつ電界(横電界)は、対向電極CTとして機能する導電層(導電層FTCも含む)と画素電極PXの間において発生し、それ以外の部分では該横電界が発生し得ないからである。
【0142】
このため、図28に示すように、透明基板SUB2側にはブラックマトリクス層を形成する必要がなくなり、製造の工数の低減が図れるという効果を奏するようになる。
【0143】
なお、この場合、液晶として、電界が印加されない状態で黒表示ができるいわゆるノーマリブラックのものを用いることによって、前記導電層のブラックマトリックスとしての機能を強化することができるようになる。
【0144】
また、ゲート信号線GLあるいはドレイン信号線DLは、前記導電膜との間で容量を発生せしめることは否めなくなる。このことから、それらの間に介在される第1保護膜PSV1および第2保護膜PSV2のうちたとえば第2保護膜PSV2を塗布で形成できる樹脂膜で構成し、この樹脂膜の膜厚を比較的大きく形成することによって該容量を小さくすることができる。
【0145】
〔実施例6〕
図31は本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図であり、その32−32線における断面図を図32に示している。
同図は実施例5と比較してさらに改良された構成を示すもので、図27ないし図30と同符号のものは同一材料を示している。
【0146】
実施例5の場合と異なる構成は、まず、画素電極PXは絶縁膜GI上に形成され、対向電極CTは該画素電極PX上に形成された第1保護膜PSV1上に形成されている。
【0147】
すなわち、画素電極PXと対向電極CTは第1保護膜PSVを介して層を異ならしめている。
【0148】
そして、画素領域を除く他の領域には第2保護膜PSV2が形成されている。この第2保護膜PSV2は、たとえば少なくとも表示領域の全域に該第2保護膜PSV2を形成した後に、画素領域に相当する部分を選択エッチングすることによって形成される。
【0149】
さらに、残存された第2保護膜PSV2の表面には導電膜が形成されている。この導電層は対向電極CTと一体に形成され、実施例5の場合と同様に、少なくとも表示領域の全域に導電膜を形成した後に、画素電極PXに重畳される領域内の導電膜に、導電層FTCの形成領域の周囲をくり抜く開口を形成することによって対向電極CTが形成されるようになっている。
【0150】
このように構成された液晶表示装置は、ゲート信号線GLあるいはドレイン信号線DLと前記導電層との間に第1保護膜PSV1および第2保護膜PSV2を介在させることによってそれらの間に発生させる容量を小さくできるとともに、画素電極PXと対向電極CTとの間に第1保護膜PSV1を介在させることによってそれらの間の電界を液晶LC側へ強く発生させることができる効果を奏する。
【0151】
〔上記各実施例の特性比較〕
図35は、上記実施例1、実施例2、実施例4、実施例5、および実施例6の各構成における印加電圧に対する透過率の特性を示したグラフを示している。
【0152】
ここで、各実施例の液晶表示装置は、いわゆる15形XGA規定のもので、ゲート信号線GLの幅を10μm、ドイレン信号線DLの幅を8μmとしたものを対象としている。
【0153】
同図では、比較のため、上記各実施例の他に、TN型のTFT−LCDおよびIPS型のTFT−LCDの特性をも示している。
【0154】
同図から、実施例1においてはその開口率が60%、実施例2においてはその開口率が70%、実施例4においてはその開口率が50%、実施例5および6においてはその開口率が80%になることが確認される。
【0155】
ここで、実施例5および6の場合に開口率が特に高いのは従来用いられていたブラックマトリックスを不要とした構成としたことによる。
【0156】
また、実施例6の場合、実施例5と比較して駆動電圧を低くできるのは、画素領域において第2保護膜PSV2が形成されていない構成となっていることによる。
【0157】
〔実施例7〕
図36は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示した平面図で、上述した各実施例をいわゆるマルチドメンイン方式の液晶表示装置に適用した場合を示したものである。
【0158】
ここで、マルチドメイン方式とは、液晶の広がり方向に発生する電界(横電界)において、各画素領域内に該横電界の方向が異なる領域を形成するようにし、各領域の液晶の分子の捩じれ方向を逆にすることにより、たとえば表示領域を左右からそれぞれ観た場合に生じる着色差を相殺させる効果を奏するようになる。
【0159】
図36は、たとえば図1に対応した図となっており、一方向に延在しそれと交差する方向に並設させた帯状の各画素電極PXを、前記一方向に対して角度θ(P型液晶で、配向膜のラビング方向をドレイン信号線の方向と一致づけた場合、5〜40°が適当)に傾けて延在された後に角度(−2θ)に屈曲させて延在させることを繰り返してジグザグ状に形成したものとなっている。
【0160】
そして、フローティングされた導電層FTCも画素電極PXと同様の形状とすることによって、これらはジグザグ状に形成されていても平行に配置された関係となっている。
【0161】
この場合、対向電極CTは画素領域の周辺を除く領域に形成され、この対向電極CTに上述した構成の各画素電極PXおよび導電層FTCが重畳するように配置させるだけで、マルチドメイン方式の効果を奏することができる。
【0162】
そして、特に、画素電極PXの屈曲部において対向電極CTとの間に発生する電界は、画素電極PXの他の部分において対向電極CTとの間に発生する電界と全く異なることなく発生することが確かめられてる。従来はいわゆるディスクリネーション領域と称され、液晶の分子の捩じれの方向がランダムになって不透過部が発生していた。
【0163】
このため、画素電極PXの屈曲部の近傍において光透過率の低下というような不都合が生じないという効果を奏する。
【0164】
なお、この実施例では、画素電極PXは図中y方向に延在させて形成したものであるが、図中x方向に延在させるようにし、それに屈曲部を設けてマルチドメイン方式の効果を得るようにしてもよい。
【0165】
また、この実施例では、画素電極PXに屈曲部を設けてマルチドメイン方式の効果を得るようにしたものである。
【0166】
しかし、画素電極PXを少なくとも画素領域の周辺を除く全域に形成し、たとえば図28に示したように、対向電極CTを一方向に延在させその方向に交差する方向に並設させた構成のものにあっては、該対向電極に屈曲部を設けてマルチドメイン方式の効果を得るようにしてもよいことはいうまでもない。
【0167】
〔実施例8〕
図37は本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図であり、その38−38線における断面図を図38に示している。
同図は実施例1と比較してさらに改良された構成を示すもので、図1ないし図2と同符号のものは同一材料を示している。
【0168】
実施例1の場合と異なる構成は、まず、対向電極として機能する導電層FCTが対向電圧信号線CLと画素電極PXとの間のフローティングされた導電層として構成されるようになっている。
【0169】
すなわち、図38に示すように、この導電層FCTは、対向電圧信号線CLやゲート信号線GLと同一レイヤの下部に形成された下地絶縁膜UIのさらに下部に形成されている。
【0170】
ITOのような透明導電層で構成された導電層FCTは、図37に示すように、その周辺部を下地絶縁膜UIを介して対向電圧信号線CLで重ねられている。
【0171】
これにより、フローティング状態ながら、下地絶縁膜UIの厚さを調整することにより、導電層FCTの電位は対向電圧信号線CLの電位に近くなり、対向電極の役割を果たし、液晶表示の透過率制御ができるようになる。
【0172】
このような構成にすることにより、実施例1では対向電極CTと画素電極の重なり面積が大きいことで、これらの間に一定の確率で発生する短絡不良を低減させることができるようになる。
【0173】
また、図38に示すように、薄膜トランジスタTFTの駆動すべき容量が対向電圧信号線CLとフローティングされた対向電極FCTの容量Ctと該対向電極FCTと各々の画素電極PXの間の容量Cstgの直並列構成となり低減させることができるようになる。
【0174】
なお、上述した実施例では、画素電極PXと対向電極CTとにおいて、その一方がドレイン信号線DLおよびゲート信号線GLによって囲まれた領域の少なくともその周囲を除く中央部の領域の全域に透明電極で形成し、この透明電極と重ねられるようにして他方の電極を形成したものである。
【0175】
しかし、前記一方の電極は他方の電極と重ねられる領域に開口が設けられていてもよいし、また、その開口の周辺部において該他方の電極と一部重ねられて形成してもよいことはいうまでもない。
【0176】
このようにした場合でも、画素電極PXと対向電極CTとの間に発生する電界(横電界)の分布に変化がないからである。
【0177】
また、上述した実施例では、画素電極PXおよび対向電極において、そのいずれも透明な電極で構成したものである。しかし、その一方において、不透明な電極を用いてもよいことはもちろんである。
【0178】
すなわち、ドレイン信号線DLおよびゲート信号線GLによって囲まれた領域の少なくともその周囲を除く中央部の領域の全域に透明電極で対向電極を形成した場合、この対向電極と重ねられるようにして不透明な電極からなる画素電極を形成することが実施例として揚げられる。
【0179】
このようにしても、各実施例に示した技術的効果に相違を有するようになるものではないからである。
【0180】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明による液晶表示装置によれば、駆動電圧を小さくでき、薄膜トランジスタの負荷容量を小さくできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の画素領域の一実施例を示す平面図である。
【図2】図1の2−2線における断面図である。
【図3】図1の3−3線における断面図である。
【図4】図1の4−4線における断面図である。
【図5】本発明による液晶表示装置に組み込まれる液晶表示パネルの外観を示す平面図である。
【図6】液晶表示パネルの各透明基板を固定しかつ液晶を封入されるシール材の構成を示す断面図である。
【図7】本発明による液晶表示装置のゲート信号端子の一実施例を示す構成図である。
【図8】本発明による液晶表示装置のドレイン信号端子の一実施例を示す構成図である。
【図9】本発明による液晶表示装置の対向電圧信号端子の一実施例を示す構成図である。
【図10】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す等価回路図である。
【図11】本発明による液晶表示装置の駆動の一実施例を示すタイミングチャートである。
【図12】本発明による液晶表示装置において、その液晶表示パネルに外部回路を接続させた場合の平面図である。
【図13】本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施例を示す工程図で、図14と組になる図である。
【図14】本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施例を示す工程図で、図13と組になる図である。
【図15】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図16】図15の16−16線における断面図である。
【図17】図15の17−17線における断面図である。
【図18】図15の18−18線における断面図である。
【図19】本発明による液晶表示装置の製造方法の他の実施例を示す工程図で、図20と組になる図である。
【図20】本発明による液晶表示装置の製造方法の他の実施例を示す工程図で、図19と組になる図である。
【図21】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図22】図21の22−22線における断面図である。
【図23】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図24】図23の24−24線における断面図である。
【図25】図23の25−25線における断面図である。
【図26】図23の26−26線における断面図である。
【図27】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図28】図27の28−28線における断面図である。
【図29】図27の29−29線における断面図である。
【図30】図27の30−30線における断面図である。
【図31】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図32】図31の32−32線における断面図である。
【図33】図31の33−33線における断面図である。
【図34】図31の34−34線における断面図である。
【図35】上述した各実施例の液晶表示装置の印加電圧−透過率の特性を示すグラフである。
【図36】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図37】本発明による液晶表示装置の画素領域の他の実施例を示す平面図である。
【図38】図37の38−38線における断面図である。
【符号の説明】
GL…ゲート信号線、GI…絶縁膜、DL…ドレイン信号線、CL…対向電圧信号線、PX…画素電極、CT…対向電極、AS…半導体層、TFT…薄膜トランジスタ、PSV…保護膜、GTM…ゲート信号端子、DTM…ドレイン信号端子、CTM…対向電圧信号端子、ITO…透明導電層、FTC…フローティングされた導電層。
Claims (4)
- 液晶を介して互いに対向配置される透明基板のうち一方の透明基板の液晶側に、
並設されるゲート信号線と、並設されるドレイン信号線と、該ゲート信号線とドレイン信号線とで囲まれる領域である画素領域を有し、該画素領域は、
1つの対向電極と、
該対向電極と保護膜を介して重畳し、複数本並設する画素電極を備え、
前記画素電極はその両端が互いに接続され、
前記画素電極と同層に、かつ前記画素電極の間にフローティングされた導電層が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記画素電極と前記フローティングされた導電層は透明電極であることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記対向電極が透明電極であることを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
- 前記透明電極がITOであることを特徴とする請求項2あるいは3に記載の液晶表示装置。
Priority Applications (9)
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