JP2004012730A

JP2004012730A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2004012730A
Application number: JP2002165060A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Ono; 小野　記久雄; Ryutaro Oke; 桶　隆太郎; Takahiro Ochiai; 落合　孝洋
Original assignee: Hitachi Displays Ltd
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: TWI238278B; US6927808B2; US20030227580A1; JP4082493B2; TW200408860A

Abstract

【課題】ＴＦＴを用いて広視野角、明るいＩＰＳ方式液晶表示装置を提供する。
【解決手段】アクティブマトリックス型液晶表示装置において、隣接するゲート配線、隣接するドレイン配線に囲まれた１画素領域において、ドレイン配線を横切る方向に少なくとも４つの透過領域を持つＩＰＳ方式液晶表示装置において、一方のゲート配線側から画素内部に向かう画素電極が絶縁膜を挟んで２重構造であり、さらに下部の画素電極は画素中央部でクランプした平面形状で画素の半分は一方のドレイン配線と隣接し、他の半分では他方のドレイン配線と隣接する構成からなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に係り、特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）方式等のアクティブマトリックス型液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置、特に液晶の上下基板間の液晶間隙（ギャップ）に横電界を印加するインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）モードの液晶ディスプレイは、高い画質に対する要求を満たすことが可能な表示方式であることが認められており、その画質の更なる改善に向けてさまざまな改良がなされてきた。
【０００３】
ＩＰＳモードの液晶表示装置では、絶縁膜を挟んだ２層の金属電極間に発生する横電界により液晶をスイッチングする方式がもっとも一般的である。しかし、ＴＮ方式の表示装置に比べ、画素開口率を大きくすることが困難で、光利用効率が低いという欠点がある。これを補うために、バックライト輝度を増大させねばならないため、ＬＣＤモジュール全体としてノートブックタイプのパーソナルコンピュータや携帯端末に要求されるような低消費電力化は困難であった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特開２００２−９８９８２号が提案されている。
【０００５】
またスイッチングさせるためのアクティブ素子として、アモルファスシリコンを用いたＴＦＴ以外に、ポリシリコンを用いたＴＦＴが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＰＳ型液晶表示装置では開口率が低く、高開口率化すなわち高透過率化が必要という課題がある。画素としては共通電極に挟まれた領域に画素電極が１本の櫛歯電極構造、すなわち画素を２分割する構造がある。しかし、発明者の検討の結果、画素を４分割以上とする構造では、開口率をさらに高めることとクロストークの表示不良を低減するにさらなる工夫が必要であることが判明した。
【０００７】
本願の利点は、その新たに判明した課題の解決を実現するもので、ドレイン配線に対して有機膜を介してその上部共通電極を有し、さらに同有機膜上に画素電極を有し、さらに隣合うドレイン配線間を横切る断面構造において共通電極と画素電極に囲まれた開領域が４つ以上であるＩＰＳ表示モードの液晶表示装置における特有の誤動作やクロストークを低減し、さらに開口率を向上することを実現する。
【０００８】
本願の他の利点および解決する課題は、本願明細書において明らかとなるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題を解決するための主な手段を挙げると、以下のようになる。
【００１０】
（１）液晶層を介して対向配置される第１の基板と第２の基板を有し、前記第１の基板上には複数のゲート配線と、前記複数のゲート配線とマトリクス状に交差する複数のドレイン配線と、前記ゲート配線とドレイン配線のそれぞれの交点に対応して形成された薄膜トランジスタを有し、隣接するゲート配線とドレイン配線とで囲まれる領域で画素が構成された液晶表示装置において、画素電極は複数であり、該画素電極のうちの少なくとも２本は、絶縁膜を挟んで上下二層に構成された線状部分である第１の領域と該絶縁膜の上部のみに設けた線状部分である第２の領域とを有し、前記画素電極のうちの前記第１の領域と第２の領域の順序は、前記２本の画素電極で互いに異なり、前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分は、前記２本の画素電極で互いに接続されている構成とする。
【００１１】
（２）前記２本の画素電極のうちの一方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの一方のドレイン配線との距離は、他方のドレイン配線との距離の二倍以上であり、前記２本の画素電極のうちの他方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの他方のドレイン配線との距離は、一方のドレイン配線との距離の二倍以上である構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴を示す代表的な構造を、以下実施例により説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１〜図４は本発明の一実施例の液晶表示装置に係る画素の平面図および断面図である。図２、図３、図４はそれぞれ図１における２−２’、３−３’、４−４’として一点鎖線で示した切断線での断面を示す。図面では切断部を分かりやすくするため、数字を○で囲い切断部を示している。なお図は説明用に要部を記載したものであり、配向膜は図からは省略している図もある。また対向基板側の構成も省略している図もある。以下、順を追って示す。
【００１４】
図１は画素の模式平面パターンを示す。隣接するゲート配線ＧＬ、隣接するドレイン配線ＤＬに囲まれて１画素を構成する。ゲート配線ＧＬは半導体層がポリシリコンＰＳＩで構成されたＴＦＴのゲート電極としても作用し、ＴＦＴをオン／オフさせる電圧を供給する。ドレイン線はポリシリコンＰＳＩへの電流を供給する、すなわち前記ゲート電圧ＧＬがオン電圧を供給したタイミングで印加された映像電圧（ドレイン電圧）を１画素の液晶容量、保持容量に給電し、結果的に、画素の中央部まで引き出された低温ポリシリコンＰＳＩ、金属画素電極ＳＰＭ及びこれに連結された透明画素電極ＳＰＴの電位が映像電位となる。
【００１５】
前記電流の流れはドレイン配線ＤＬから第１のコンタクトホールＣＮＴ１を通じてポリシリコンＰＳＩに繋がり、このポリシリコン中の電流は、第２のコンタクトホールＣＮＴ２を通じて、金属画素電極ＳＰＭに流れる。金属画素電極ＳＰＭは画素の中央部分のドレイン配線ＤＬ、及び透明画素電極ＳＰＴが屈曲する部分までは透明画素電極ＳＰＴの下部を延在し、そこで、ほぼドレイン配線の延びる方向と直交する方向に曲がり、透明共通電極ＣＬＴを横切り、他の透明電極ＳＰＴの下部で再びその透明電極ＳＰＴ下部をゲート線方向に延びる。ここで、前記金属画素電極ＳＰＭは前段のゲート配線ＧＬと保持容量を構成、その部分で第３のコンタクトホールＣＮＴ３を介して、絶縁膜上の透明画素電極ＳＰＴに至る。透明画素電極ＳＰＴは一例としてコの字あるいはＵ字型の配置になっている。
【００１６】
画素電極と共に液晶容量を構成するもう一方の電極の共通電極電位は以下の経路を持ち印加される。ゲート配線ＧＬ及びドレイン配線ＤＬ上を低誘電率の絶縁膜を介してその上部に上記配線をシールドするように透明共通電極配線ＣＬＴを配置する。透明共通電極配線ＣＬＴは画素内へ分岐し、画素電極ＳＰＴと共に液晶を駆動する共通電極の役割を果す。このように、透明共通電極配線ＣＬＴは、ゲート配線ＧＬ、ドレイン配線ＤＬを被覆するように、メッシュ状に配置され、画面周辺領域で金属の低抵抗の配線と接続結線されている。この低抵抗配線は共通電位のバスラインとして働くものである。
【００１７】
ＩＰＳ液晶表示装置では図１の透明共通電極ＣＬＴと透明画素電極ＳＰＴ間の横電界で規定される値が液晶容量であるため、その値は対向する上下基板間それぞれに配置された電極間で液晶容量を規定するＴＮ方式などの縦電界方式の液晶表示装置に比べて半分以下である。このため、一方の基板に共通電極と画素電極の双方を有する横電界方式においてのみ、透明共通電極配線ＣＬＴの配線抵抗仕様は、インジュウム・スズ・酸化物（ＩＴＯ）のような抵抗値が高い透明電極材料を用いても配線遅延が小さくでき、良質の画質が選られる。むろん、透明電極材料であればインジュウム・亜鉛・酸化物（ＩＺＯ），インジュウム・スズ・亜鉛、酸化物（ＩＴＺＯ）等でもよい。
【００１８】
この共通電極及び共通電極配線の電位は、例えばフレーム毎に交流化される画素電位のほぼ中点電位が設定される（図７で再度詳細を説明する）。この画素電極電位と共通電極電位により液晶容量が構成されると共に、この電位間の電位差により電界を液晶層内に生じせしめ、前記ドレイン配線ＤＬから供給された映像電圧と前記共通電圧で映像を表示する。一方、保持容量の電位は前記画素電極電位とゲート配線が走査される前段のゲート配線との間で形成される。ゲート配線の電位は前段のゲート配線の電位が走査された後、該当する画素を駆動するＴＦＴのゲート配線が走査される際は、安定した一定電位に保たれており、保持容量を構成する電極となる。
【００１９】
本実施例の特徴の１つは、１画素領域における金属画素電極ＳＰＭの平面パターンにある。金属画素電極ＳＰＭは第２のコンタクトホールＣＮＴ２を介して伝達された画素電位を前段のゲート配線ＧＬ上で透明画素電極ＳＰＴに伝える第３のコンタクトホールＣＮＴ３まで伝える役割を持つ。画素電位の電圧のみを目的とするならば、金属画素電極ＳＰＭは、図１の左手側のドレイン配線ＤＬに最隣接する透明画素電極ＳＰＴの下部のみを前段のゲート配線ＧＬまで最短距離で配置すれば良い。しかし、本実施例の金属画素電極ＳＰＭは隣接するゲート配線ＧＬ間の透過領域のほぼ中央で図面左手側のドレイン配線ＤＬに最隣接する透明画素電極ＳＰＴの下部を画素中央まで延在し、中央付近でドレイン配線とほぼ直交する方向へ曲がり、その後、図面右手のドレイン配線ＤＬに最隣接する透明画素電極ＳＰＴの下部を前段のゲート配線ＧＬまで延びるように配置した。図１から分かるように、非常に特徴的パターンである。本パターンは隣接するドレイン配線ＤＬ間で、ドレイン配線ＤＬから金属画素電極ＳＰＭまでの距離が互いのドレイン配線に対して、１画素内でほぼ対称となる配置である。これにより、図２、図３により詳述する、本願発明者が見出したドレイン電位の電位変動による誤動作あるいはクロストークという特有の現象を低減することが出来るようになった。このとき、１画素内で金属画素電極ＳＰＭが曲がり、１画素内でほぼ対称となる構造としたことにより、上側の透明画素電極ＳＰＴと金属画素電極ＳＰＭの間に形成される容量を２本のＳＰＴに対してほぼ等しくすることができ、保持特性の一層の安定化を図ることが出来た。
【００２０】
さらに、２本の透明画素電極ＳＰＴは金属画素電極ＳＰＭとの間に容量が形成されているため、この容量によっても画素電位が供給される。このため、万一透明画素電極ＳＰＴの一部に断線が生じても、この容量により画素電位が供給されるため、正常な表示を行うことができる。このように、点欠陥が生じにくく、極めて歩留まりの高い液晶表示装置を構成することができる。何故なら、ゲート配線ＧＬおよびドレイン断線ＤＬの断線はＴＦＴ工程で修正、修復可能である。また共通電位は透明共通電極ＣＬＴによりマトリックス状に供給されるため、断線の影響は構造的に生じ得ない。そして、短絡は例えばレーザーにより短絡部を切断、切り離すことで完成後でも修正が可能である。唯一修正が困難であったのが画素電極の断線による点欠陥であったが、本構造によればそれも容量結合により表示を維持できるため、解消することができる。このため、極めて高い歩留まりを実現することができる。そしてこの際、金属画素電極ＳＰＭが金属であり、かつ透明画素電極の下層にあるということにより一層の歩留まり向上を図っている。すなわち、ＩＴＯなどの透明電極に対し金属電極は加工精度が高く細線化と断線防止の両立が可能である。さらに、金属配線の断線の一因はその後の工程の加工時のエッチング液の染み込みがあるが、金属画素電極ＳＰＭを透明画素電極ＳＰＴの下側に配置することで、該エッチング時に下層の金属画素電極ＳＰＭが上層の透明画素電極ＳＰＴにより保護される構造となるため、一層の断線防止が図られ、さらに歩留まりの向上を実現している。
【００２１】
さらに、上記金属画素電極ＳＰＭが曲がる位置は、ドレイン配線ＤＬと透明共通電極ＣＬＴと透明画素電極ＳＰＴとが屈曲する点を繋ぐように横切る領域に沿って配置されている。この屈曲は、ここを境界として、その平面パターンの上半部と下半部とで電界の方向を変えて特定の方向から見た階調反転を防ぐためのものである。従って、この屈曲点を繋ぐ領域は元々表示用の光学素子の配光方向が切り替わる領域であり、液晶分子が制御しずらく透過には寄与しない。従って、この領域を金属画素電極ＳＰＭが横断してもその幅が狭ければ透過率は低下せず、結果的に開口率の高い明るい液晶表示装置が提供できる。金属画素電極ＳＰＭは、１画素内の配線であり、ゲート配線ＧＬやドレイン配線ＤＬとは異なり画面全体の給電の役割はないため、最小加工寸法ルールが使用できるため、ゲート配線ＧＬより細くすることができるため、さらに開口率が向上する。また、さらに、ドレイン配線ＤＬより細くすることもでき、この場合さらに開口率が向上する。
【００２２】
図２は図１の２−２’線に沿った断面図であり、隣接するドレイン線ＤＬ間の１画素領域を横切る部分である。歪点約６７０℃の無アルカリＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１上に膜厚５０ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４膜と膜厚１２０ｎｍのＳｉＯ_２膜からなる下地絶縁膜ＵＬＳが形成されている。下地絶縁膜ＵＬＳはＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１からのＮａ等の不純物の拡散を防止する役割を持つ。下地絶縁膜ＵＬＳ上には、ＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜ＧＩが成膜されている。ゲート絶縁膜上には画素電位を給電する低温ポリシリコンＰＳＩが配置されている。
【００２３】
上記を覆うようにＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜ＩＬＩが形成され、層間絶縁膜ＩＬＩ上にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉのように３層金属膜よりなるドレイン配線ＤＬが形成されている。金属画素電極ＳＰＭは上記ドレイン配線ＤＬと同一工程、材料で形成される。
【００２４】
その上層には膜厚２００ｎｍのＳｉ_３Ｎ_４からなる保護絶縁膜ＰＡＳと膜厚２μｍのアクリル系樹脂を主成分とする有機保護膜ＦＰＡＳにより被覆されている。有機保護膜ＦＰＡＳ上では、まずドレイン配線ＤＬの幅より広く、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）よりなる透明共通電極配線ＣＬＴが形成されている。同一工程、同一材料で作製されたＩＴＯからなる透明画素電極ＳＰＴも前記有機絶縁膜ＦＰＡＳ上に形成されている。
【００２５】
上記説明中、配線材料は特に限定する物ではない。
【００２６】
主な透過領域は（１）ドレイン線ＤＬ上の透明共通電極ＣＬＴと、図１の平面図において、図面左手側の金属画素電極ＳＰＭを被覆するように配置された透明画素電極ＳＰＴ間、（２）前記透明画素電極ＳＰＴとゲート配線ＧＬ上側から上に延びた透明共通電極配線ＣＬＴの間、（３）前記透明共通電極ＣＬＴと透明画素電極ＳＰＴとの間、（４）前記透明画素電極ＳＰＴとドレイン配線ＤＬ上の透明共通電極配線ＣＬＴの間の４つの領域である。上記透明画素電極ＳＰＴ、透明共通電極ＣＬＴが液晶を駆動する電極である。
【００２７】
一方、液晶ＬＣを封止する対向の基板はカラーフィルタ（ＣＦ）基板ＧＬＳ２である。ＣＦガラス基板ＧＬＳ２は、液晶側に色表示を行う顔料を分散した有機膜材料から構成された色フィルタ（ＦＩＬ）がその画素毎に割り当てられた色に応じて、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）の透過光を表現する色フィルタ（赤ではＦＩＬ（Ｒ））となっている。その内側には有機材料からなるオーバコート膜ＯＣ膜が形成されている。ＯＣ膜は無くても良いが、平坦性を向上する目的ではあるほうが望ましい。ＣＦ基板ＧＬＳ２及びＴＦＴ基板ＧＬＳ１の液晶ＬＣに対して接している面には配向膜ＯＬＩが印刷されて所定のラビングが施され、初期配向方向を制御している。また上記、ＣＦガラス基板ＧＬＳ２及びＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１の外側の面にはそれぞれ偏光板ＰＯＬが貼られる。この偏光板は互いのガラス基板間で偏向軸が直交するいわゆるクロスニコル状態が形成されている。
【００２８】
ラビング方向と偏光板の角度の関係を図５に示す。偏光軸の一方ＰＤ２はＧＬと同方向に、他方ＰＤ１はＧＬと直交方向としている。またラビング方向ＲＤは上下基板ともＧＬと直交する方向とした。これによりノーマリーブラックモードの配置となり、さらに図１のような屈曲形状の画素パターンによりマルチドメイン化を行っている。むろん、非マルチドメインの場合も本願の範疇に含むものであり、その場合でも偏光板配置がクロスニコルになるようにすることが必要である。
【００２９】
本断面のＣＦ基板ＧＬＳ２には、いわゆる、ブラックマトリクスＢＭが形成されていない。カラーフィルタＦＩＬの色のつなぎあわせは、ドレイン配線ＤＬを被覆するように配置された透明共通電極配線ＣＬＴ上で行う。
【００３０】
ドレイン配線ＤＬを被覆する透明共通電極配線ＣＬＴ幅はドレイン配線幅の少なくとも２倍以上あることが望ましい。これは、ＩＰＳ液晶表示装置が基本的に液晶に共通電極電位と画素電位以外の電界が加わると誤動作するため、そのドレイン電位のシールドを図るためである。また、ポジ型の液晶材料を用いたＩＰＳ液晶表示装置では透明電極上であっても内側では光が透過しない。これは幅の広い電極上では横電界がかからず液晶分子が回転しないためである。しかし透明電極の端部からその幅の内部に向かって１．５μｍ程度の領域ではフリンジの横電界がかかり光が透過する。
【００３１】
液晶ＬＣに対しては透明画素電極ＳＰＴと透明共通電極ＣＬＴに印加される電界で液晶を駆動する。ドレイン配線ＤＬが該当する画素以外を駆動する際の映像電圧による電界は前述のように、有機保護膜ＦＰＡＳを厚くしてその上部に透明共通電極ＣＬＴを幅広く設定することによりその電界成分は液晶ＬＣに漏れることはなく、この電界による画像の誤動作は起こらない。このように、ドレイン配線ＤＬから図２の断面構造における上部すなわち液晶ＬＣ側への影響は小さい。
【００３２】
しかし、ドレイン配線ＤＬからＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１へ延びる電界は間接的に画質の誤動作を起こす。ＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１は比誘電率４のＳｉＯ_２を主成分とする。しかし、石英とは異なり、不純物としてアルミナのような高比誘電率の材料を含むため比誘電率は６から７と高い。一方、有機保護膜は比誘電率３のアクリル樹脂を使用しその厚さも２μｍと厚い。従って、図２において左手側のドレイン配線ＤＬから隣接する金属画素電極ＳＰＭ間へＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１を通過する電界の影響（図中のＣｄｓ１）は、有機保護膜とＴＦＴガラス基板の比誘電率の違いにより大きいものとなる。当然ながら、図面右手側のドレイン配線ＤＬから金属画素電極ＳＰＭへのＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１を通過する電界の影響（図中のＣｄｓ２）はＣｄｓ１よりドレイン配線と金属画素電極ＳＰＭ間の距離が遠いので小さくなる。すなわち、２本のドレイン配線ＤＬに対して非対称性が生じている。これにより、一方のドレイン配線の表示画像により画素のＴＦＴにより保持されている信号が容量結合により影響を受けてしまい、表示画像が乱れる可能性がある。
【００３３】
そこで、本発明では画素内で金属画素電極ＳＰＭを図１のように曲げて配置することにより、この非対称性の解消を実現している。
【００３４】
図３は図１の３−３’の線に沿った断面図である。本図の断面は、図１の画素の平面図において第２のコンタクトホールＣＮＴ２から延びた金属画素電極ＳＰＭが画面の中央付近で曲がり、再度ドレイン配線ＤＬとほぼ平行に前段のゲート配線ＧＬに向かう画素上半分の隣り合うドレイン配線を横切る断面である。ＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１上の構成は図２の断面とほぼ同じであるが、異なるのは金属画素電極ＳＰＭの配置である。金属画素電極ＳＰＭは層間絶縁膜ＩＬＩ上に配置されその上部には保護膜ＰＡＳや有機保護膜ＦＰＡＳが被覆されている。さらにその上部には透明画素電極ＳＰＴが金属画素電極ＳＰＭを覆うように配置されている。断面構造の配置は図２の構成と同じであるが、図２では図面左側のドレイン配線に隣接する透明画素電極ＳＰＴ下部に金属画素電極ＳＰＭが配置されていたことに対して、図３では図面右手側のドレイン配線ＤＬに隣接する透明画素電極ＳＰＭ下部に配置されている。このことにより、図３の構造では図面右手のドレイン配線ＤＬからＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１を通じての電界の影響Ｃｄｓ２が図面左手側のドレイン配線ＤＬからの影響Ｃｄｓ１より大きくなる。
【００３５】
結果的に図１の平面構造における金属画素電極ＳＰＭへのＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１を通じての電界の影響は、金属画素電極ＳＰＭが図１の平面図において、図面下半分の領域では左手側のドレイン配線ＤＬの影響を強く受け、図面上半部の領域では右手側のドレイン配線ＤＬの電界の影響を受ける構造となっている。従って、金属画素電極ＳＰＭ全体に対しては隣接するドレイン配線ＤＬからの影響は対称になるように設定することができる。
【００３６】
上記構造は隣合うドレイン配線に対して、極性の異なる電圧が印加された状態を実現するＴＦＴ液晶表示装置の駆動方法であるドット反転駆動方法を実施した場合にその電位変動によるクロストークを低減させる効果がある。すなわち、図１から図３の左手側にプラス極性の一定電位が印加され、右手側のドレイン配線ＤＬにマイナス極性の電位が印加された場合、常にその電位変動は金属画素電極ＳＰＭからドレイン配線ＤＬまで距離が隣接するゲート配線間の１画素領域で平均的に同じになるようになるので金属画素電極ＳＰＭの電位は変動しない。これによって、これと接続される透明画素電極ＳＰＴの電位も変動せずクロストークは発生しない。
【００３７】
電位の変動の対称性を保つ別の方法として、図２及び図３のドレイン配線ＤＬに隣接する２つの透明画素電極ＳＰＴ下部すべてに金属画素電極ＳＰＭを配置することもできる。金属画素電極ＳＰＭと透明画素電極ＳＰＴは最小加工線幅よりは細く出来ないため、透過率すなわち開口率の低下を招く場合もあるが、むろんこの手法でも前述のクロストークの解消を実現することができる。しかし、透明画素電極ＳＰＴや透明共通電極ＣＬＴはその端部より１．５μｍの電極内部までフリンジ電界の影響で透過に寄与する。従って、透明画素電極や透明共通電極を利用するＩＰＳ表示装置ではその開口率を高めるには、その電極下部に不透明の金属や透過率の低い半導体を埋設することを最小限に抑えることが有効である。このため、図１他を参照して詳述のように１画素内で下層の金属画素電極ＳＰＭが曲がる構造はクロストークを抑えて開口率の高い液晶表示装置を提供することができる。また、金属画素電極ＳＰＭが曲がる図１の画素中央部は各電極が屈曲する領域であり、金属画素電極の有り無しに関わらず、液晶分子が互いに反転し元々透過しない領域であるので曲げた金属電極により新たに開口率が低下することはない。
【００３８】
図４は図１の４−４’の線に沿った断面図である。本断面図は図１において、低温ポリシリコンＰＳＩのＴＦＴに接続された金属画素電極に沿って、保持容量至る部分の断面を示す。図４の断面図の左側はＴＦＴの断面である。ドレイン配線ＤＬ、金属画素電極ＳＰＭをいわゆるドレイン電極、ソース電極とし、ゲート配線ＧＬをゲート電極として、ゲート絶縁膜ＧＩを有するいわゆるＭＯＳ型ＴＦＴである。ＵＬＳ上にポリシリコン層ＰＳＩがあり、ドレイン配線ＤＬはゲート絶縁膜ＧＩ及び層間絶縁膜ＩＬＩに開けられた第１のコンタクトホールＣＮＴ１、低温ポリシリコンＰＳＩのリンを不純物としてドープされた高濃度ｎ型層ＰＳＩ（ｎ＋）に接続されている。該高濃度ｎ型層ＰＳＩ（ｎ＋）は導電性が高く、擬似的に配線部として働く。一方ＧＬ下のＰＳＩはボロンを不純物としてドープされたｐ型層ＰＳＩ（ｐ）となっており、いわゆる半導体層として働き、ＧＬにＯＮ電位で導通状態、ＯＦＦ電位で非導通状態となるスイッチング動作を示す。ゲート配線ＧＬにオン電圧が印加された場合、ゲート配線ＧＬ下部でゲート絶縁膜ＧＩ下部であり、ボロンを不純物としてドープされたｐ型層ＰＳＩ（ｐ）のゲート絶縁膜ＧＩ界面のポテンシャルが反転してチャネル層が形成され、ｎ型化されＴＦＴにオン電流が流れ、結果的に金属画素電極ＳＰＭへ電流が流れ液晶容量及び保持容量が充電される。
【００３９】
保持容量Ｃａｄｄは図４に示すように金属画素電極ＳＰＭを一方の電極、絶縁膜として層間絶縁膜ＩＬＩ、他方の電極を前段のゲート配線ＧＬとして形成されている。前段のゲート配線ＧＬ上の金属画素電極ＳＰＭは、保護膜ＰＡＳ及び有機保護膜ＦＰＡＳに開けられた第３のコンタクトＣＮＴ３を通じて透明画素電極ＳＰＴへ画素電位を供給する。この金属画素電極ＳＰＭは図１のクランプする領域で透明共通電極ＣＬＴと交差しているが、断面構造上は図４に示すように透明共通断極ＣＬＴの下部の有機保護膜ＦＰＡＳの下部を交差している。
【００４０】
保持容量Ｃａｄｄは、同図のＴＦＴのポリシリコンＰＳＩに対してＴＦＴガラス基板ＧＬＳ１側からの表示のバックライトによる光照射で発生する電子、正孔のペヤで増加するリーク電流に対して液晶容量で決まる画像表示期間（保持期間）中の電位を保つために設定されている。この値を大きく設定できれば、表示画面上の均一性を極めて良好に保つことができる。
【００４１】
表示マトリクス部の等価回路とその周辺回路の結線図を図６に示す。図中、ＤＬはドレイン線を意味しＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３とその数字が画面左からの画面内のドレイン配線（映像信号線）を意味する、添字Ｒ、ＧおよびＢがそれぞれ赤、緑および青画素に対応して付加されている。ＧＬはゲート配線ＧＬを意味し、ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３とその数字が画面上部からの画面内のゲート線を意味する。添字１、２、は走査タイミングの順序に従って付加されている。ＣＬＸ及びＣＬＹは共通電極配線ＣＬＴを意味し、ＣＬＸ１、ＣＬＸ２とその数字が画面上部からの画面内の横方向の共通電極配線を意味する。一方、ＣＬＹは縦方向の共通電極配線を意味し、ＣＬＹ１、ＣＬＹ２とその数字が画面上部からの画面内の縦方向の共通電極配線を意味する。上記共通電極配線ＣＬＸ，ＣＬＹは等価回路上は番号をつけたが、実際は図１に示すように透明共通電極ＣＬＴでありＣＬＸはゲート配線の端部を被覆し、ＣＬＹはドレイン配線ＤＬを被覆する透明電極であり、メッシュ状に配置されている。そうして画面領域外部の共通電極母線ＣＢＬに接続されている。
【００４２】
ゲート配線ＧＬ（添字省略）はガラス基板上の走査回路ＧＳＣＬに繋がれ、その走査回路への電源あるいはタイミング信号はガラス基板外部のＰＣＢ上に形成された電源及びタイミング回路ＳＣＣから供給される。上記において低温ポリシリコンＴＦＴで構成されたガラス基板上の走査回路は、冗長性を高めるために１本のゲート線（走査線）に対して左右の右側ＧＳＬＲからも給電されているが、画面サイズなどに応じて片側から給電しても良い。
【００４３】
一方、ドレイン配線ＤＬへの給電はガラス基板上の低温ポリシリコンＴＦＴで構成された信号回路ＤＤＣから給電される。信号回路ＤＤＣはガラス基板の映像信号回路ＩＣで構成された回路よりの映像データをＲ、Ｇ、Ｂの色データに応じて分配する機能を持つ。従って、ガラス基板上の信号回路からの接続端子数は画面内のドレイン配線数の三分の一である。
【００４４】
また、共通電極配線は、本実施例では、透明共通電極配線ＣＬＴである。
【００４５】
この共通配線は、図１で示したように、メッシュ状の画素内で結線となっている。ＣＬＸ、ＣＬＹは、画面の左右、あるいは上下に引き出され、まとめてインピーダンスの低い共通電極母線ＣＢＬに結線され、電源及びタイミング回路ＩＣのＳＣＣに結線される。この共通電極は、画面内の画素の共通（コモン）電位を与える。
【００４６】
画面内の低温ポリシリコンＴＦＴは、ｎ型のＴＦＴであり、ゲート配線ＧＬにゲート電圧を印加し、そのタイミングでドレイン線ＤＬに給電されたドレイン電圧（データ）を共通電極配線ＣＬＴとの間の液晶容量Ｃｌｃに給電することにより表示を行う。液晶容量Ｃｌｃの電位を表示期間中に維持する能力を向上するために、保持容量Ｃａｄｄを形成する。ＣＣはドレイン配線ＤＬの断線を検査する低温ポリシリコンＴＦＴで形成した検査回路であり、ＣＰＡＤは検査端子である。
【００４７】
図７に本発明の液晶表示装置の駆動波形を示す。共通電極電圧Ｖｃｏｍを直流電圧とした場合の例を示す。ゲート電圧Ｖｇは１ゲート線毎に順次走査し、ドレイン電位Ｖｄに対して、画素の低温ポリシリコンＴＦＴのしきい電圧を更に加算した電圧が印加された際に画素ＴＦＴがオン状態になり、図６に示した液晶容量Ｃｌｃに充電される。上記共通電極電圧Ｖｃｏｍ、ゲート電圧Ｖｇ、ドレイン電圧Ｖｄはそれぞれ、図６のメッシュ状の共通電極配線を構成する共通電極配線ＣＬＴ、ゲート配線ＧＬ、ドレイン配線ＤＬに印加される。本実施例では、ドレイン電圧Ｖｄは、例えば、ノーマルブラックモードでの液晶表示で白表示を行う場合を示しており、ゲート線は１ライン毎に選択され、そのライン毎に共通電極電圧Ｖｃｏｍに対してプラス、マイナスの極性反転される。画素電位ＶｐはＴＦＴを通じて液晶容量Ｃｌｃに充電されるが、奇数、偶数フレームで共通電極電位Ｖｃｏｍに対して反転される。特定のアドレスのＴＦＴのゲート配線ＧＬに対して、ゲート配線が選択されＶｇがＶｄより大きくなると液晶容量Ｃｌｃに画像に対応する電位が充電されるが、上記のように次ぎのフレームになり、共通電極電位Ｖｃｏｍに対して反転されたＶｄが印加されるまで液晶容量Ｃｌｃの電位は保持されなければならない。この保持率はＴＦＴのオフ（リーク）電流が大きくなると低下する。これを防止するには、図６の等価回路の保持容量Ｃａｄｄを大きく設定する必要がある。
【００４８】
本実施例では、駆動としてドット反転を用いている。この場合、図６のドレイン配線ＤＬ１に接続されたＴＦＴに対する駆動波形が図７と同じとすると、図６のドレイン配線ＤＬ２に接続されたＴＦＴに関してはドレイン電圧Ｖｄが反転される。すなわち、ゲートが選択された場合（Ｖｇがコモン電圧Ｖｃｏｍより高くなった場合）、ドレイン電圧Ｖｄがコモン電圧Ｖｃｏｍより高い場合、隣接するドレイン配線ＤＬ２に対してはコモン電圧Ｖｃｏｍより低い極性のドレイン電圧Ｖｄすなわちドレイン配線ＤＬ１に対する偶数フレームと同じ電圧が印加される。従って、ドレイン配線ＤＬ１とドレイン配線ＤＬ２に挟まれた画素は、極性の異なる同じ値の電圧に囲まれるが、この場合、図１に示したようにクランプ型の金属画素電極ＳＰＭが配置されており電位の誤動作は起こらない。
【００４９】
（実施例２）
図８は本発明の第２の実施例を示す画素の平面図であり、図９はその図８における９−９’として一点鎖線で示した切断線での断面を示す。図面では切断部を分かりやすくするため、数字を○で囲い切断部を示している。また、１画素の取り囲む上下のゲート配線ＧＬおよび左右のドレイン配線ＤＬの記号にはその走査の順番などを明確にするため添え字の数字が記載されている。
【００５０】
図８は実施例１と同様にドレイン配線ＤＬを横切る方向に主な透過部を４つもつＩＰＳ方式の画素パターンである。実施例１に対する大きな特徴は、隣接する２本のゲート配線ＧＬと隣接する２本のドレイン配線ＤＬに挟まれた１画素領域において、隣接するゲート配線間のほぼ中央領域に、ゲート配線ＧＬとほぼ平行の保持容量配線ＣＬが形成されている。ＴＦＴの第２のコンタクトホールＣＮＴ２に接続された金属画素電極ＳＰＭが画素中央まで透明画素電極ＳＰＴの下部を延在し、さらに保持容量配線ＣＬと重なるように曲がり、再度透明画素電極ＳＰＴ下部を延在し、次段のゲート配線ＧＬと重なる構成にある。
【００５１】
上記構成におけるＴＦＴをオンさせる自段のゲート配線ＧＬ１と保持容量配線ＣＬとの間の４つの透過領域の隣接するドレイン配線ＤＬ間を横切る断面構造、保持容量ＣＬと次段のゲート配線ＧＬ２との４つの透過領域に対する隣接するドレイン配線ＤＬ間を横切る断面構造は、ぞれぞれ実施例１の図２、図３と全く同じ構造である。従って、本実施例においても自段のゲート配線ＧＬ１と保持容量配線ＣＬとの領域で、左側のドレイン配線ＤＬ１からのＴＦＴガラス基板を通過し、隣接する金属画素電極ＳＰＭに至る強い電界による電位変動が、保持容量配線ＣＬから次段のゲート配線ＧＬ２の領域において右側のドレイン配線ＤＬ２から金属画素電極ＳＰＭからの電界によって相殺され、特にドット反転駆動においてクロストークのない安定した表示画像を与えることができる。保持容量配線ＣＬは透明画素電極ＳＰＴ及び透明共通電極ＣＬＴが屈曲する画素中央部分を横切っており、液晶分子が互いに反対方向に回転する領域であり実質的には開口率を大きくは低下させない。さらに金属画素電極ＳＰＭも保持容量配線ＣＬ上でクランプしており、これが新たに開口率を低下させる要因とはならない。
【００５２】
次に、補正容量Ｃｍｏｄの役割を説明する。ＴＦＴのゲート配線ＧＬは図８の平面図において、図中の記号の添え字の順に線順位走査され、左側のドレイン配線ＤＬ１からの映像信号電圧（画素電位）を最終的に透明画素電極ＳＰＴが伝達させる。上記金属画素電極は、保持容量配線ＣＬと積層させることで画質を安定化させる保持容量を形成すること、保持容量配線ＣＬ上で第３のコンタクトホールＣＮＴ３を通じて透明画素電極ＳＰＴへ上記のように画素電位を伝達させる２つの役割がある。従って、この役割上は次段のゲート配線ＧＬ２上まで金属画素電極ＳＰＭが延在する必要はない。これは自段のゲート配線ＧＬ１のＴＦＴのゲートオン電圧がオフ電圧に低下する際に寄生容量の影響で画素電位が低下する誤動作を防止するためである。
【００５３】
自段のゲート配線ＧＬ１につながれたＴＦＴにゲートオン電圧が印加されると透明画素電極ＳＰＴに映像電圧が印加される。一方、ゲート電圧オン電圧がオフ電圧に変化する際に画素電圧がＴＦＴの寄生容量の値保持容量及び液晶容量の比の割合で低下しこれが画質を低下させることが知られている。金属画素電極ＳＰＭと保持容量配線ＣＬとの交差で形成する保持容量Ｃｓｔｇの値を極めて大きく設定すればこれを低減できるが、逆に開口率が低下する。
【００５４】
保持容量配線ＣＬから次段のゲート配線ＧＬ２へ延びた金属画素電極ＳＰＭとゲート配線ＧＬ２との交差で構成する補正容量は以下の動作をして画質を安定化させる。
【００５５】
自段のゲート配線ＧＬ１にゲート電圧がオフ電圧からオン電圧となるとＴＦＴがオンして画素容量及び保持容量Ｃｓｔｇが充電される。この際透明画素電極ＳＰＴが映像電圧を達する、ゲート配線ＧＬ１の電圧がオフ電圧となる瞬間に画素電圧が低下するが、補正容量ＣｍｏｄをＴＦＴの寄生容量と同じ値になるように設定しておけば、自段のゲート配線ＧＬ１の電圧が低下すると同時に次段のゲート配線ＧＬ２がオフ電圧からオン電圧になるので、画素電圧は、電圧の上昇と下降が相殺されるので全く変動なく安定動作する。このように、金属画素電極ＳＰＭを自段のゲート配線から左側のドレイン配線ＤＬ１隣接の透明画素電極ＳＰＴ下部を延在し、保持容量配線と交差し、そこでクランプし、再度右側のドレイン配線ＤＬ２と隣接する透明画素電極ＳＰＴ下部を延在し、次段のゲート配線ＧＬ２に至る構成とすることで、クロストークのない開口率の高い液晶表示装置を提供できる。
【００５６】
図８の９−９’切断線における断面図が図９である。同図の左側はＴＦＴの断面図であり、ドレイン配線ＤＬからの映像電圧はＴＦＴのゲート配線ＧＬ１にオン電圧が印加されるとｐ型のポリシリコン層ＰＳＩ（ｐ）が低抵抗化して、その電位が画素電位として液晶容量や保持容量Ｃｓｔｇに充電される。保持容量Ｃｓｔｇの下部電極はゲート配線ＧＬと同一工程、材料で構成された保持容量配線ＣＬであり、上部電極はＴＦＴの第２のコンタクトホールＣＮＴ２に接続された金属画素電極ＳＰＭである。透明画素電極ＳＰＴは、有機保護膜ＦＰＡＳおよび保護膜ＦＰＡＳを金属画素電極ＳＰＭ上で開口した第３のコンタクトホールＣＮＴ３で接続される。平面パターンは図８に示すようにＨ字の形状となっている。金属画素電極ＳＰＭはさらに透明画素電極ＳＰＴの下部を延在し、次段のゲート配線ＧＬ２に至りここで、層間絶縁膜ＩＬＩを挟んで積層され補正容量Ｃｍｏｄを形成する。補正容量Ｃｍｏｄの値は、ＴＦＴの半導体層ＰＳＩ（ｐ）に反転層容量の半分の値に設定させられ、前述のようにゲート電圧のオン、オフを線順次走査する際に画素電位の変動をキャンセルする。
【００５７】
上述の各実施例では画素電極が２本の例で説明したが、３本以上でもよいことはいうまでもない。その際に、本明細書で開示の本願の思想を適用している限り、本願の範疇に含むものである。
【００５８】
また、図１から明らかなように、液晶層を介して対向配置される第１の基板と第２の基板を有し、前記第１の基板上には複数のゲート配線と、前記複数のゲート配線とマトリクス状に交差する複数のドレイン配線と、前記ゲート配線とドレイン配線のそれぞれの交点に対応して形成された薄膜トランジスタを有し、隣接するゲート配線とドレイン配線とで囲まれる領域で画素が構成された液晶表示装置において、画素電極は複数であり、該画素電極のうちの少なくとも２本は、絶縁膜を挟んで上下二層に構成された線状部分である第１の領域と該絶縁膜の上部のみに設けた線状部分である第２の領域とを有し、前記画素電極のうちの前記第１の領域と第２の領域の順序は、前記２本の画素電極で互いに異なり、前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分は、前記２本の画素電極で互いに接続し、前記２本の画素電極のうちの一方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの一方のドレイン配線との距離は、他方のドレイン配線との距離の二倍以上であり、前記２本の画素電極のうちの他方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの他方のドレイン配線との距離は、一方のドレイン配線との距離の二倍以上とすることが望ましい。これにより、非対称性による液晶をより高精度に抑制することが可能となり、クロストークの一層の低減が実現する。
【００５９】
また、前記２本の画素電極のうちの、前記絶縁膜より下層に構成された画素電極は金属に限らず、半導体で構成してもよい。ｎ＋化することにより、１画素内の信号供給に十分な程度にまで抵抗を低減できる為、金属と同等に扱えるからである。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の主にＴＦＴで構成されたＩＰＳ表示方式の液晶表示装置により、クロストークがなく表示品質が高く、開口率が高く明るい高画質の液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるＴＦＴ液晶表示装置の画素の要部平面図である。
【図２】本発明の一実施例によるＴＦＴ液晶表示装置である図１の２−２’線に沿った画素の要部断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるＴＦＴ液晶表示装置である図１の３−３’線に沿った画素の要部断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるＴＦＴ液晶表示装置である図１の４−４’線に沿った画素の要部断面図である。
【図５】本発明の一実施例による偏光板と初期配向方向の関係を説明する図である。
【図６】ＴＦＴ―ＬＣＤの概略の等価回路を表す平面図である。
【図７】ＴＦＴ―ＬＣＤの画素の駆動波形を表すタイミングチャートである。
【図８】本発明の他の実施例によるＴＦＴ液晶表示装置の画素の平面図である。
【図９】本発明の他の実施例における図８の９−９’に沿った要部断面図である。
【符号の説明】
ＣＪ…コネクタ部、ＣＬ…保持容量配線、ＣＬＴ…透明共通電極および配線、ＣＰＡＤ…検査パッド、ＣＮＴ１…ドレイン配線とＳｉアイランドをつなぐコンタクトホール、ＣＮＴ２…金属電極とＳｉアイランドをつなぐコンタクトホール、ＣＮＴ３…金属電極と透明画素電極をつなぐコンタクトホール、Ｃｍｏｄ…補正容量、Ｃｓｔｇ…保持容量、ＤＤＣ…ガラス基板上のドレイン分割回路、ＤＬ…ドレイン配線、ＣＦ…カラーフィルタ層、ＦＩＬ…カラーフィルタ層、ＦＰＡＳ…有機保護膜、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＧＬ…ゲート配線、ＧＬＳ１…ＴＦＴガラス基板、ＧＬＳ２…ＣＦガラス基板、ＩＤＣ…外付けのドレイン回路、ＩＬＩ…層間絶縁膜、ＬＣ…液晶（分子）、ＬＣＢ…導光板、ＯＣ…カラーフィルタのオーバコート膜、ＯＬＩ…配向膜、ＰＡＳ…保護絶縁膜、ＰＯＬ…偏光板、ＰＳＩ…ｐ−Ｓｉアイランド、ＰＳＩ（ｐ）…ｐ型ｐ−Ｓｉ半導体層、ＰＳＩ（ｎ＋）…ｎ＋型ｐ−Ｓｉ半導体層、ＳＰＭ…金属画素電極、ＳＰＴ…透明画素電極、ＳＳＣ…電源、コントロール回路、ＵＬＳ…下地絶縁膜。

Claims

液晶層を介して対向配置される第１の基板と第２の基板を有し、
前記第１の基板上には複数のゲート配線と、前記複数のゲート配線とマトリクス状に交差する複数のドレイン配線と、前記ゲート配線とドレイン配線のそれぞれの交点に対応して形成された薄膜トランジスタを有し、隣接するゲート配線とドレイン配線とで囲まれる領域で画素が構成された液晶表示装置において、
画素電極は複数であり、該画素電極のうちの少なくとも２本は、絶縁膜を挟んで上下二層に構成された線状部分である第１の領域と該絶縁膜の上部のみに設けた線状部分である第２の領域とを有し、
前記画素電極のうちの前記第１の領域と第２の領域の順序は、前記２本の画素電極で互いに異なり、
前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分は、前記２本の画素電極で互いに接続されていることを特徴とするアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記２本の画素電極のうちの一方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの一方のドレイン配線との距離は、他方のドレイン配線との距離の二倍以上であり、前記２本の画素電極のうちの他方の画素電極と画素の両側に配置される２本のドレイン配線のうちの他方のドレイン配線との距離は、一方のドレイン配線との距離の二倍以上であることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記アクティブマトリックス型液晶表示装置は横電界型であり、前記第１の基板上に形成された前記共通電極あるいは共通配線との間に横電界を形成する画素電極を有することを特徴とする請求項１あるいは２記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記２本の画素電極は、該画素電極がＴＦＴと接続されない他方のゲート配線まで延び、該他方のゲート配線と絶縁膜を介して保持容量を形成することを特徴とする請求項３記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分を前記２本の画素電極で互いに接続する領域で、前記画素電極及び前記共通電極が約５°から２５°のいずれかの角度で屈曲していることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分を前記２本の画素電極で互いに接続する領域に、ゲート配線とほぼ平行に延在する共通電極配線が形成され、前記第１の領域を構成する前記絶縁膜の下層に形成された部分を互いに接続する配線が前記共通電極配線と絶縁膜を介して保持容量を構成していることを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記２本の画素電極のうちの、前記絶縁膜より上層に構成された画素電極は透明電極で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。
前記２本の画素電極のうちの、前記絶縁膜より下層に構成された画素電極は金属あるいは半導体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアクティブマトリックス型液晶表示装置。