CN101401031A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种设置了具有高开口率、并具有足够大的电容值的辅助电容的有源矩阵型液晶显示装置。基于本发明的液晶显示装置的各像素，具有：液晶电容，其由采用顶栅型的薄膜晶体管来进行开关的像素电极(12)、与像素电极(12)对置的对置电极以及它们之间配置的液晶层形成；和与液晶电容并联电连接的第1辅助电容(Cs1)以及第2辅助电容(Cs2)。第1辅助电容(Cs1)，由与像素电极电连接的第1辅助电容电极(17)、与第1辅助电容电极(17)对置的第1辅助电容对置电极(18a)、和第1电介质层(19)形成，第2辅助电容(Cs2)，由与像素电极(12)电连接的第2辅助电容电极(20)、与第2辅助电容电极(20)对置的第2辅助电容对置电极(18b)、和第2电介质层(21)形成。第1电介质层(19)，是覆盖所述薄膜晶体管的半导体层(22)的栅极绝缘膜(19)的一部分，第2电介质层(21)，是覆盖向薄膜晶体管供给扫描信号的扫描布线的层间绝缘膜(23)的一部分，是以比所述层间绝缘膜(23)的其他部分更薄的方式选择性地被薄膜化的部分。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，特别是涉及在每个像素上设置了辅助电容的有源矩阵型的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置具有薄型、低耗电的特征，在各种领域中被广泛应用。特别是在每个像素上配备了薄膜晶体管(称为「TFT」)的有源矩阵型的液晶显示装置，由于其具有高对比度及优良响应特性且性能高，所以被使用于电视机或监视器、笔记本型计算机，近年来，其市场规模正在扩大。
在普通的有源矩阵型液晶显示装置中，为了将施加在液晶层的电压以规定的时间适当地保持，在每个像素上设置了辅助电容(例如，参照专利文献1)。在图6中，表示具有辅助电容的现有的有源矩阵型液晶显示装置的一个示例。
图6中表示的液晶显示装置500，具有按矩阵状排列的多个像素。在各像素中设置有液晶电容Clc、和与液晶电容Clc并联电连接的辅助电容Cs。
液晶电容Clc，由采用薄膜晶体管511来进行开关的像素电极512、与像素电极512对置的对置电极513、和在像素电极512与对置电极513之间配置的液晶层514所形成。薄膜晶体管511，从扫描布线515供给扫描信号，从信号布线516供给显示信号。
辅助电容Cs，由与像素电极512电连接的辅助电容电极517、与辅助电容电极517对置的辅助电容对置电极518、和在辅助电容电极517与辅助电容对置电极518之间配置的电介质层519所形成。辅助电容对置电极518，与辅助电容布线529电连接，从辅助电容布线529供给规定的电压。
在图7以及图8中，表示配置有源矩阵基板500a的液晶显示装置500的构造。图7是表示有源矩阵基板500a的示意俯视图。图8是图7中沿8A-8A’线的剖面图。并且，在图7以及图8中，示例了顶栅(top gate)型的薄膜晶体管511。
有源矩阵基板500a，具有在透明绝缘性基板(例如玻璃基板)510上层叠多个导电层或绝缘层的构造。具体而言，在绝缘性基板510上，设置有薄膜晶体管511的半导体层522或辅助电容电极517，并以覆盖它们的方式设置有栅极绝缘膜519。位于栅极绝缘膜519的辅助电容电极517上的部分作为辅助电容Cs用的电介质层来发挥功能。
在栅极绝缘膜519上，设置有扫描布线515、从扫描布线515被延长设置的栅极电极515a、辅助电容布线529以及辅助电容对置电极518。如图7所知，在辅助电容布线529之中，位于像素内的部分作为辅助电容对置电极518来发挥功能。
以覆盖上述扫描布线515、栅极电极515a、辅助电容布线529以及辅助电容对置电极518的方式形成了层间绝缘膜523，并在层间绝缘膜523上设置有信号布线516。信号布线516，在层间绝缘膜523以及栅极绝缘膜519中形成的接触孔524上，与半导体层522连接。
以覆盖信号布线516的方式形成了透明的树脂膜526，在此树脂膜526上设置有像素电极512。像素电极512，经由与信号布线516相同的导电膜形成的连接电极530，与半导体层522电连接。连接电极530，在层间绝缘膜523以及栅极绝缘膜519中形成的接触孔上，与半导体层522连接，在层间绝缘膜523上形成的接触孔527上，与像素电极512连接。
液晶显示装置500，如上所述，由于具有与液晶电容Clc并联电连接的辅助电容Cs，所以能以规定的时间保持施加在液晶层514上的电压，并能够进行高质量的显示。为了长时间保持加电压，优选辅助电容Cs的电容值为大。[专利文献1]特开2002-055656号公报
发明内容
然而，由于辅助电容Cs是由含有遮光性的材料部件(在示例的结构中为辅助电容对置电极518)所构成，所以若为了使电容值扩大而设置大面积的辅助电容Cs，则开口率将会降低。
如此，辅助电容的电容值与开口率有取舍(trade off)的关系，难以将高开口率和大电容值两者同时实现。近年来，液晶显示装置的高清晰化正在进步，由辅助电容的占有面积所引起的开口率低是一个大问题。
本发明鉴于上述问题，其目的是，提供一种设置了具有高开口率、并具有足够大的电容值的辅助电容的有源矩阵型液晶显示装置。
本发明的液晶显示装置，是具有按矩阵状排列的多个像素的液晶显示装置，所述多个像素分别具有：液晶电容，其由采用顶栅(top gate)型的薄膜晶体管来进行开关的像素电极、与所述像素电极对置的对置电极以及所述像素电极与所述对置电极之间配置的液晶层形成；和与所述液晶电容并联电连接的第1辅助电容以及第2辅助电容；所述第1辅助电容，由与所述像素电极电连接的第1辅助电容电极、与所述第1辅助电容电极对置的第1辅助电容对置电极、和配置于所述第1辅助电容电极与所述第1辅助电容对置电极之间的第1电介质层形成，所述第2辅助电容，由与所述像素电极电连接的第2辅助电容电极、与所述第2辅助电容电极对置的第2辅助电容对置电极、和配置于所述第2辅助电容电极与所述第2辅助电容对置电极之间的第2电介质层形成，所述第1辅助电容对置电极以及所述第2辅助电容对置电极，是所述第1辅助电容与所述第2辅助电容所共同的单一电极，所述第1电介质层，是覆盖所述薄膜晶体管的半导体层的栅极绝缘膜的一部分，所述第2电介质层，是将向所述薄膜晶体管供给扫描信号的扫描布线进行覆盖的层间绝缘膜的一部分，并且以比所述层间绝缘膜的其他部分更薄的方式选择性地被薄膜化，由此达到上述目的。
在某一优选的实施方式中，所述第1辅助电容电极，由与所述薄膜晶体管的半导体层相同的半导体膜形成。
在某一优选的实施方式中，所述第2辅助电容电极，由与向所述薄膜晶体管供给显示信号的信号布线相同的导电膜形成。
在某一优选的实施方式中，基于本发明的液晶显示装置，还具有覆盖所述信号布线以及所述第2辅助电容电极的树脂膜，并在所述树脂膜上形成所述像素电极。
在某一优选的实施方式中，所述层间绝缘膜，是层叠了第1层以及第2层的多层绝缘膜，所述第1层以及所述第2层由互相不同的绝缘材料所形成；所述多层绝缘膜，是具有所述第2层选择性地被除去后的低层叠区域；所述第2辅助电容的所述第2电介质层，是所述多层绝缘膜的所述低层叠区域。
基于本发明的液晶显示装置，是由顶栅型的薄膜晶体管进行驱动的有源矩阵型的液晶显示装置，在每个像素上，具有在液晶电容上并联电连接的2个辅助电容(第1辅助电容以及第2辅助电容)。各个辅助电容，由在像素电极上电连接的辅助电容电极、与辅助电容电极对置的辅助电容对置电极、和配置于辅助电容电极与辅助电容对置电极之间的电介质层所形成。
在基于本发明的液晶显示装置中，2个辅助电容的辅助电容对置电极是与两者的辅助电容共同的单一的电极。即2个辅助电容是以上下重叠的方式被设置。因此，能够使辅助电容的占有面积不增加而增大辅助电容的值。
并且，相对于一侧的辅助电容的电介质层(第1辅助电容的第1电介质层)是将薄膜晶体管的半导体层进行覆盖的栅极绝缘膜的一部分，而另一侧的辅助电容的电介质层(第2辅助电容的第2电介质层)是将扫描布线进行覆盖的层间绝缘膜的一部分，进而，是选择性地被薄膜化的部分，以使比层间绝缘膜的其他部分更薄。由此，在本发明的液晶显示装置中，由于不增加形成于经由层间绝缘膜的对置布线之间的寄生电容，就能够增大第2辅助电容的电容值，所以能够实现明亮并且高质量的显示。
附图说明
图1是表示本发明优选的实施方式的液晶显示装置100的示意等价电路图。
图2是表示液晶显示装置100的有源矩阵型基板100a的示意俯视图。
图3(a)以及(b)是表示液晶显示装置100的有源矩阵型基板100a的示意剖面图，(a)表示图2中沿3A～3A’线的截面，(b)表示图2中沿3B～3B’线的截面。
图4是用于说明对有源矩阵型基板100a的层间绝缘膜23的一部分选择性地进行薄膜化的方法的图。
图5是表示具有多层构造的层间绝缘膜23的有源矩阵型基板100a的示意剖面图。
图6是表示具有辅助电容的现有的液晶显示装置500的示意等价电路图。
图7是表示液晶显示装置500的有源矩阵基板500a的示意俯视图。
图8是表示液晶显示装置500的有源矩阵基板500a的示意剖面图，并表示图7中的沿8A～8A’线的截面。
图中：10—绝缘性基板，11—薄膜晶体管，12—像素电极，13—对置电极，14—液晶层，15—扫描布线，16—信号布线，17—第1辅助电容电极，18—共同辅助电容对置电极，18a—第1辅助电容对置电极，18b—第2辅助电容对置电极，19—第1电介质层(栅极绝缘膜)，20—第2辅助电容电极，21—第2电介质层(层间绝缘膜被薄膜化的部分)，22—半导体层，23—层间绝缘膜，24、25、27—接触孔，26—树脂膜，28—保护膜，28a—保护膜的开口部，29—辅助电容布线，Clc—液晶电容，Cs1—第1辅助电容，Cs2—第2辅助电容，100a—有源矩阵基板，100—液晶显示装置。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。并且，本发明不限于以下的实施方式。
图1中表示该实施方式的液晶显示装置100的示意等价电路。液晶显示装置100，如图1所示，具有按矩阵状排列的多个像素。各像素中设置有液晶电容Clc、与液晶电容Clc并联电连接的第1辅助电容Cs1以及第2辅助电容Cs2。
液晶电容Clc，由采用薄膜晶体管11进行开关的像素电极12、与像素电极12对置的对置电极13、配置在像素电极12与对置电极13之间的液晶层14所形成。薄膜晶体管11从扫描布线15供给扫描信号、并从信号布线16供给显示信号。薄膜晶体管11，如以后所详述，是顶栅(topgate)型。
第1辅助电容Cs1，由与像素电极12电连接的第1辅助电容电极17、与第1辅助电容电极17对置的第1辅助电容对置电极18a、和配置于第1辅助电容电极17与第1辅助电容对置电极18a之间的第1电介质层19所形成。
此外，第2辅助电容Cs2，由与像素电极12电连接的第2辅助电容电极20、与第2辅助电容电极20对置的第2辅助电容对置电极18b、和配置于第2辅助电容电极20与所述第2辅助电容对置电极18b之间的第2电介质层21所形成。
第1辅助电容对置电极18a以及第2辅助电容对置电极18b，与辅助电容布线29电连接，从辅助电容布线29供给规定的电压。
在图1所示的等价电路中，虽然对第1辅助电容对置电极18a与第2辅助电容对置电极18b分别进行了图示，但是，在该实施方式中的液晶显示装置100上，第1辅助电容对置电极18a与第2辅助电容对置电极18b，是第1辅助电容Cs1与第2辅助电容Cs2共同的单一电极。以下，也称此共同电极为「共同辅助电容对置电极」。
第1辅助电容Cs1的第1电介质层19，具体而言是对薄膜晶体管11的半导体层进行覆盖的栅极绝缘膜的一部分。此外，第2辅助电容Cs2的第2电介质层21，具体而言，是覆盖扫描布线15的层间绝缘膜的一部分；更具体而言，是选择性地被薄膜化的部分，以使它比其他部分更薄。
以下，参照图2、图3(a)及(b)，更具体地说明液晶显示装置100的构造。图2是表示液晶显示装置100的有源矩阵基板100a的构造的示意俯视图。此外，图3(a)是图2中的沿3A～3A’线的剖面图，图3(b)是图2中的沿3B～3B’线的剖面图。
有源矩阵基板100a，具有在透明的绝缘性基板(例如玻璃基板)10上层叠多个导电层或绝缘层的构造。具体而言，首先，在绝缘性基板10上设置半导体层(例如n+-Si层)22以及第1辅助电容电极17，并以覆盖它们的方式设置了栅极绝缘膜19。位于栅极绝缘膜19的第1辅助电容电极17上的部分作为第1辅助电容Cs1的第1电介质层19来发挥功能。第1辅助电容电极17，由与薄膜晶体管11的半导体层22相同的半导体膜所形成。此外，第1辅助电容电极17，由图2所知，从半导体层22进行延长设置，并经由半导体层22与像素电极12电连接。
在栅极绝缘膜19上设置有扫描布线15、从扫描布线15进行延长设置的栅极电极15a、辅助电容布线29以及共同辅助电容对置电极18。它们由相同导电膜所形成。由图2所知，在辅助电容布线29之中，位于像素内的部分作为共同辅助电容对置电极18来发挥功能。
以覆盖上述扫描布线15、栅极电极15a、辅助电容布线29以及共同辅助电容对置电极18的方式形成了层间绝缘膜23。层间绝缘膜23，如图3(b)所示，在共同辅助电容对置电极18上具有以比其他部分薄的方式选择性地被薄膜化的部分21，该部分21，是作为第2辅助电容Cs2的第2电介质层21来发挥功能。
在层间绝缘膜23上，设置有信号布线16。信号布线16，在层间绝缘膜23以及栅极绝缘膜19中所形成的接触孔24上与半导体层22连接。此外，在层间绝缘膜23的薄膜化部分(即构成第2辅助电容Cs2的第2电介质层)21上，设置有第2辅助电容电极20。第2辅助电容电极20，由与信号布线16相同的导电膜所形成。第2辅助电容电极20，在半导体层22上的栅极绝缘膜19以及在层间绝缘膜23中所形成的接触孔25上与半导体层22连接。
以覆盖信号布线16以及第2辅助电容电极20的方式形成透明的树脂膜26，并在此树脂膜26上设置有像素电极(例如由ITO所形成)12。像素电极12，在层间绝缘膜23中所形成的接触孔27上，与第2辅助电容电极20连接。通过设置树脂膜26，可将像素电极12重叠于薄膜晶体管11或布线上，并提高开口率。
该实施方式的液晶显示装置100，如上所述，具有与液晶电容Clc并联电连接的第1辅助电容Cs1以及第2辅助电容Cs2。第1辅助电容Cs1的第1辅助电容对置电极18a与第2辅助电容Cs2的第2辅助电容对置电极18b是共同的单一电极18，第1辅助电容Cs1与第2辅助电容Cs2是被设置成上下重叠的。因此，在该实施方式的液晶显示装置100中，能够不增加辅助电容的占有面积而增大辅助电容的值。其结果，能够实现高开口率和足够大的辅助电容值。
另外，在该实施方式的液晶显示装置100中，由于第2辅助电容Cs2的第2电介质层21是层间绝缘膜23选择性地被薄膜化的部分，所以不增加在经由层间绝缘膜23对置的布线间(例如扫描布线15与信号布线16之间或辅助电容布线29与信号布线16之间)所形成的电容(称为「寄生电容」对显示产生不好影响)，就可以增大第2辅助电容Cs2的电容值。因此，能够实现明亮且高质量的显示。
作为对层间绝缘膜23的一部分选择性地进行薄膜化的方法，例如能够使用蚀刻法。如图4所示，在层间绝缘膜23上形成在与共同辅助电容对置电极18重叠的部分设置了开口部28a的保护膜28，并通过将该保护膜28作为对蚀刻层间绝缘膜23的一部分进行蚀刻，能够形成薄膜化的第2电介质层21。
此外，在普通的液晶显示装置中，作为构成辅助电容的辅助电容电极，虽有使用像素电极的一部分的情况，但在该实施方式的液晶显示装置100中，作为构成辅助电容的辅助电容电极并未使用像素电极12。具体而言，第1辅助电容Cs1的第1辅助电容电极17，是由与半导体层22相同的半导体膜所形成的层，第2辅助电容Cs2的第2辅助电容电极20，是由与信号布线16相同的导电膜所形成的层，都是与像素电极12别个地形成的电极。
当将像素电极的一部分用作辅助电容电极时，不能在厚的树脂膜上设置像素电极。由此，有源矩阵基板的平坦性容易被损坏，盒(cell)厚的控制是困难的。此外，由于不能在薄膜晶体管或布线上重叠像素电极，所以开口率降低。
对此，在该实施方式的液晶显示装置100中，因为作为辅助电容未使用像素电极12，所以能够在厚的(具体而言是2.0μm以上)树脂膜26上设置像素电极12。因此，容易确保有源矩阵基板100a的平坦性，且盒厚的控制是容易的。此外，在薄膜晶体管11或布线上可重叠像素电极12，从而能够得到高的开口率。
并且，在图3中，虽表示了单层的层间绝缘膜23，但层间绝缘膜23，如图5所示，也可以是层叠了多个层23a以及23b的多层绝缘膜23。图5所示的多层绝缘膜23，具有由互相不同的绝缘材料所形成的第1层23a以及第2层23b。第1层23a，例如是SiNx层(介电常数为6.8)。在第1层23a上形成的第2层23b，例如是SiO2层(介电常数为3.8)。第2层23b，在共同辅助电容对置电极18上被除去，第2层23b选择性地被除去后的该低层叠区域21，作为第2辅助电容Cs2的第2电介质层21来发挥功能。
如此，若使用具有多层构造的层间绝缘膜23，则在用蚀刻法选择性地使层间绝缘膜23的一部分变薄(薄膜化)时，可利用第1层23a与第2层23b蚀刻比率的差，将下层即第1层23a用作蚀刻终止层。由此，使第2电介质层21的厚度参差减少，并能够减少辅助电容值的参差。
构成多层绝缘膜23的第1层23a以及第2层23b的材料，虽不限于此处的示例，但从增大第2辅助电容Cs2的电容值的观点看，作为下层的第1层23a的材料，优选使用比作为上层的第2层23b的材料的介电常数大的材料。
产业上的利用可能性
基于本发明，将提供一种具有设置了高开口率、且具有足够大的电容值的辅助电容的有源矩阵型液晶显示装置。本发明适用于各种有源矩阵型液晶显示装置，若将本发明用于高清晰的液晶显示装置，则尤其能够得到更高的效果。

Claims (5)

1.一种液晶显示装置，具有按矩阵状进行排列的多个像素，所述多个像素分别具有：
液晶电容，其由采用顶栅型的薄膜晶体管来进行开关的像素电极、与所述像素电极对置的对置电极以及所述像素电极与所述对置电极之间配置的液晶层形成；和
与所述液晶电容并联电连接的第1辅助电容以及第2辅助电容；
所述第1辅助电容，由与所述像素电极电连接的第1辅助电容电极、与所述第1辅助电容电极对置的第1辅助电容对置电极、和配置于所述第1辅助电容电极与所述第1辅助电容对置电极之间的第1电介质层形成，
所述第2辅助电容，由与所述像素电极电连接的第2辅助电容电极、与所述第2辅助电容电极对置的第2辅助电容对置电极、和配置于所述第2辅助电容电极与所述第2辅助电容对置电极之间的第2电介质层形成，
所述第1辅助电容对置电极以及所述第2辅助电容对置电极，是与所述第1辅助电容和所述第2辅助电容共同的单一电极，
所述第1电介质层，是覆盖所述薄膜晶体管的半导体层的栅极绝缘膜的一部分，
所述第2电介质层，是将向所述薄膜晶体管供给扫描信号的扫描布线进行覆盖的层间绝缘膜的一部分，并且以比所述层间绝缘膜的其他部分更薄的方式选择性地被薄膜化。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述第1辅助电容电极，由与所述薄膜晶体管的半导体层相同的半导体膜形成。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述第2辅助电容电极，由与向所述薄膜晶体管供给显示信号的信号布线相同的导电膜形成。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，
还具有覆盖所述信号布线以及所述第2辅助电容电极的树脂膜，并在所述树脂膜上形成所述像素电极。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述层间绝缘膜，是层叠了第1层以及第2层的多层绝缘膜，所述第1层和所述第2层由互相不同的绝缘材料形成。
所述多层绝缘膜，具有所述第2层选择性地被除去后的低层叠区域，
所述第2辅助电容的所述第2电介质层，是所述多层绝缘膜的所述低层叠区域。
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