JP2004325953A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】横方向電界方式の液晶表示装置においては、クロストークを小さく、かつ、コントラストを大きくすることが要求される。
【解決手段】共通配線３に接続された遮光配線４を透明材料からなるシールド共通電極１６下のドレイン配線７の両側を覆うように設ける。これにより、コントラストを向上させると共にクロストークも小さくする。また、パネル透過率（白輝度）も殆ど落とさないでコントラストを向上させる。さらに、この遮光配線を設けたことによる画素への書き込みに対する影響は実質的に無い。
【選択図】 図１
【解決手段】共通配線３に接続された遮光配線４を透明材料からなるシールド共通電極１６下のドレイン配線７の両側を覆うように設ける。これにより、コントラストを向上させると共にクロストークも小さくする。また、パネル透過率（白輝度）も殆ど落とさないでコントラストを向上させる。さらに、この遮光配線を設けたことによる画素への書き込みに対する影響は実質的に無い。
【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関し、特に横方向電界を用いる液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置においては、コントラストを大きくするために、基板表面の段差を低減して配向膜のラビング処理を均一にすることにより液晶分子の配向を揃える。基板表面の段差を低減する以外にもコントラストを大きくする方法はあるが、その方法に触れる前に、コントラストを制限している原因を考察する。
【０００３】
図１１は従来の液晶表示装置のＴＦＴ基板側の平面図であり、図１２は図１１の切断線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。まず図１１の平面図を用いて従来の液晶表示装置を説明する。 透明基板１の上にＣｒ膜からなる走査配線２及びそれと平行する共通配線３が形成される。次に、走査線２、共通配線３を覆ってゲート絶縁膜５を堆積させ、その上に半導体層６、画素信号を供給するためのドレイン配線７が形成される。半導体層６にはドレイン配線７の一部としてのドレイン電極８及びソース電極９が接続される。ソース電極９は共通配線３の上ではストレージ電極１０を構成し、さらに画素の中央方向に延びて下部画素電極１１を構成する。半導体層６、ドレイン電極８、ソース電極９、半導体層６下方の走査線２によりスイッチング素子としての薄膜トランジスタを構成する。
【０００４】
次に、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート絶縁膜５上に形成される素子を覆って保護膜１２、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３上には液晶に電界を印加するための上部画素電極１４と共通電極１５を形成する。
【０００５】
このとき共通電極１５は共通配線３間のドレイン配線７上に延びてシールド共通電極１６を構成し、共通配線３間のドレイン配線７から画素の表示領域に漏れる電界をシールドする。上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６は同層に設けられ、走査線２、ドレイン配線７よりも絶縁膜（保護膜１２及び層間絶縁膜１３）を挟んで液晶側に位置し、配線層としては最上層に位置してＩＴＯ等の透明材料で形成される。上部画素電極１４は、絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１７を通して下部画素電極１１に接続される。一方、共通電極１５及びシールド共通電極１６も同様に絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１８を通して下層の共通配線３に接続される。
【０００６】
さらに詳しく説明するとシールド共通電極１６は、下層に形成されたドレイン配線７とオーバーラップして設けられ、ドレイン配線７よりも幅広く、長さＬだけ張り出して形成される。この張り出し量Ｌは、ドレイン配線７から特に上部画素電極１４に向かって電界が漏れるのを防止するために４μｍ以上、特にクロストーク要求が厳しい場合は６〜８μｍ必要となる。
【０００７】
この後、層間絶縁膜１３上に上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６を形成した後は、配向膜（図示せず）で表示領域の表面を覆いラビング処理を施してＴＦＴ基板１００を完成させる。さらに、ＴＦＴ基板１００に対向してカラーフィルタ（ＣＦ）基板３００を配置してそれらの間に液晶層２００を挟み、保持する。
【０００８】
ドレイン配線からの漏れ電界をシールドする液晶表示装置の構造が、例えば、特許文献１に示されている。この液晶表示装置では、信号線（ドレイン配線）からの漏れ電界によるクロストークを低減し、かつ、開口率を大きくするために、信号線の上下両方に絶縁膜を介してシールド共通配線（電極）をサンドイッチ状に配置し、かつ、それら上下の共通配線を、信号線に沿って配置したコンタクトホールによって接続して、完全に信号線からの漏れ電界を遮断する。
【０００９】
この構造では、信号線両脇にコンタクトが配置され、かつ、信号線の下層には全ての領域において共通電位に接続された共通配線が存在する。従って、この構造はクロストークを小さくするには非常に効果的であるが、信号線に対する容量性の負荷が非常に大きくなるため、大型画面などでは信号のなまりによる面内輝度差が生じ、実用化は困難と考えられる。さらに、信号線両脇に配置されたコンタクトはそれを形成するための面積を必要とするため、開口率を大きくすることは難しい。
【００１０】
続いて、この張り出し領域が何ゆえにコントラストを低下させる構成であったかを、図１３の断面図を用いて説明する。
【００１１】
図１３に示すように、この張り出し領域Ｌでは、バックライト側から入射した透過光は、透明基板１→ゲート絶縁膜５→保護絶縁膜１２→層間絶縁膜１３→シールド共通電極１６（ＩＴＯ電極）→配向膜（図示せず）→液晶層２００→配向膜（図示せず）→ＣＦ基板３００と通過していく（光Ｂ）。シールド共通電極１６と上部画素電極１４との間の完全開口部では、透明基板１→ゲート絶縁膜５→保護絶縁膜１２→層間絶縁膜１３→配向膜（図示せず）→液晶層２００→配向膜（図示せず）→ＣＦ基板３００と通過していく（光Ｃ）。この張り出し領域Ｌ（ＩＴＯを通過する領域 準開口部）を領域Ｂ、完全開口部を領域Ｃ、完全に光が通過しない領域を領域Ａとする。
【００１２】
まず、各領域における黒輝度についてだが、領域Ａ（完全遮光部）については光が完全に通過しないため黒輝度はゼロとする。領域Ｂ（準開口部）と領域Ｃ（完全開口部）については、基本的に光の通過経路としては、ＩＴＯ以外に差異はない。しかしＩＴＯは透明電極であるため、ほとんど透過によって輝度の低下がない。したがって、領域Ｂでも領域Ｃでも、黒輝度はほぼ同じとすることができる。
【００１３】
一方白輝度については、画素電極−共通電極間に電界が印加され、それによって屈折率異方性のある液晶層がほぼ基板に平行に回転することで、ＴＦＴ基板１００側の偏光板（図示略）を抜けてきた光が複屈折現象により偏光状態を変え、ＣＦ基板３００側の偏光板（図示略）を光が通過していく。図１３は、上記のような構成の液晶表示装置の液晶層２００に電界が印加されたときの電界の状態（電気力線）を定性的に模式的に描いた断面図である。この状態において、領域Ｃ（完全開口部）においては、水平方向の電界成分が大きいため、液晶層の液晶分子が大きく回転し、それに応じて複屈折現象によって、光がＣＦ基板３００側の偏光板を通過して白が表示される。一方領域Ｂ（準開口部）においては、電界（電気力線）が斜め方向であるため、水平方向の電界成分が小さく、領域Ｃ（完全開口部）に比べて、液晶分子が水平方向に回転しない。したがって、ＣＦ基板３００側の偏光板を通過してくる光の量は、領域Ｃ（完全開口部）に比べて少ない。また、言うまでもないが、領域Ａ（完全遮光部）では遮光材料からなるドレイン配線７があるため、白輝度はゼロとなる。
【００１４】
ここで、
領域Ａ（完全遮光部）の黒輝度：ａ、白輝度：Ａ、面積率：Ｘ％
領域Ｂ（準開口部）の黒輝度：ｂ、白輝度：Ｂ、面積率：Ｙ％
領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を：ｃ、白輝度：Ｃ、面積率：Ｚ％
とする（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００％）と、液晶表示装置全体のコントラストは、次の式で表すことができる。
上記説明のとおり、領域Ｂ、Ｃの黒輝度をほぼ同じと仮定してｂ＝ｃとすると、
全体のコントラスト＝（ＢＹ＋ＣＺ）／｛ｃ（Ｙ＋Ｚ）｝ 式（１）
となる。例えばここで、完全開口部＋準開口部の液晶表示装置における遮光領域を含む表示領域全体に対する面積率を
Ｙ＋Ｚ＝Ｗ０（一定）
とすると、
となる（Ｗ１：一定、Ｗ２：一定）。
【００１５】
すなわち、図１３に示す従来構造においては、ドレイン配線７から表示領域への漏れに電界をシールドするために領域Ｂ（面積率Ｙ）を広く取ればとるほど、コントラストは低下していく。シールド共通電極１６の張り出し長Ｌとコントラストの実測値の関係を示すグラフを図１４に示す。図１４に示すとおり、この張り出し長Ｌを大きくすればドレイン配線７からから表示領域に漏れる電界をシールドする程度を大きくすることができる。これにより漏れ電界によるクロストークを小さくすることができるが、逆にコントラストは小さくなる。
【００１６】
この領域Ｂを小さくしてコントラストを大きくする液晶表示装置の構造を図１５に示す。図１５に示す液晶表示装置では、図１１，１２の透明材料からなるシールド共通電極１６をＣｒなどの遮光材料で形成している。こうすれば、コントラストを小さくする領域Ｂ（準開口部）がなくなるためコントラストが大きくなる。このようにすると、式（２）から計算上は、コントラストを８５７まで上げることができる。
【００１７】
しかしながら、図１５に示すシールド共通電極１１６をＣｒなどの遮光材料で形成すると、製造プロセス上の問題が生じる。すなわち、ＴＦＴ基板１００の表面の平坦化のために層間絶縁膜１３に有機膜を用い、その上にＣｒからなるシールド共通電極１１６を形成すると金属膜と有機膜との界面は密着性が悪く金属が剥がれ易い。その上、Ｃｒを遮光金属として選定すると、Ｃｒの膜応力が大きく（Ｃｒ：１ＧＰａに対してＩＴＯ：０．２〜０．６ＧＰａ）、更に、Ｃｒの成膜時の加熱により熱応力が加わり、ＴＦＴ基板１００を室温に戻したときにＴＦＴ基板１００が大きく反ってしまいＣｒが層間絶縁膜１３から剥がれてしまうという現象が発生する。（一方で、ＩＴＯは無加熱で成膜できるため、熱応力は加わらない）。また、仮にＣｒで成膜できたとしても、工程中の熱履歴によりＣｒ表面は酸化されるため、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ：異方性導電フィルム）に接続した場合の接続信頼性が確保できない。従って、シールド共通電極１１６をＣｒで形成する場合は、更にその上にＩＴＯを積層してやる必要が生じ、工程数が増加してしまう。以上の理由から、透明材料からなるシールド共通電極を、Ｃｒなどの遮光金属で形成することは現実的ではない。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１０−１８６４０７号公報（段落番号００５７、図４）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の液晶表示装置においては、クロストークを小さくするために透明なシールド共通電極をドレイン配線の幅から大きく張り出す形でドレイン配線を覆うように形成していた。
【００２０】
この張り出し長を単純に小さくすればコントラストを大きくすることはできるが、同時にドレイン配線をシールドする本来の機能が低下するため、この張り出し長を小さくできなかった。
【００２１】
従って、従来の液晶表示装置においては、クロストークを小さくすることができても、このはみ出し領域がコントラストを下げるため、クロストークを小さく、かつ、コントラストを大きくすることができなかった。
【００２２】
本発明の目的は、コントラストを大きくし、コントラストとトレードオフの関係にあったクロストークも小さくすることのできる液晶表示装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板上に設けた互いに平行なゲート配線及び共通配線と、前記ゲート配線及び前記共通配線を覆って前記第１基板上に設けた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられ、前記ゲート配線及び前記共通配線と交差するドレイン配線と、前記ドレイン配線を覆って前記第１絶縁膜上に設けた第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に設けられ共に透明材料からなり、対向する平行な電極部を有する共通電極及び画素電極と、前記第１基板と対向して配置される第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶層とを備え、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部の間に電界を発生させて前記液晶層の液晶分子を前記第１基板に平行な平面内で回転させて表示を行う液晶表示装置であって、
前記共通電極は前記ドレイン配線の幅よりも広い幅で前記ドレイン配線を幅方向に覆い、
前記共通電極の下方にあって、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を外側に幅方向に広げた部分に重なり、前記共通配線に接続される遮光膜が設けられることを特徴とする。
【００２４】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む、または、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅からはみ出し、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む。
【００２５】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を幅方向に包含する。
【００２６】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記ドレイン配線よりも前記液晶層から遠く位置する。
【００２７】
上記本発明の液晶表示装置において、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、前記遮光膜及び前記ドレイン配線よりも前記液晶層に近く位置する。
【００２８】
上記本発明の液晶表示装置において、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、かつ、前記画素電極の前記共通電極に対向する平行な電極部の一部が前記ドレイン配線と同一層上に設けられ、さらに、前記遮光膜よりも前記液晶層に近く位置する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態の液晶層表示装置を図１，２を参照して説明する。図１は第１の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、以下の実施形態においては画素電極及びそれに平行して設けられる共通電極の形状はくの字状に屈曲した形状としている。勿論、これらを直線状に形成したものに本発明の構成を適用し得ることは言うまでも無い。
【００３０】
図２を参照すると、透明基板１の上にＣｒ膜からなる走査線２及びそれと平行する共通配線３が形成される。このとき同時に共通配線３に接続される遮光配線４を形成する。次に、走査線２、共通配線３、遮光配線４を覆ってゲート絶縁膜５を堆積させ、その上に半導体層６、画素信号を供給するためのドレイン配線７が形成される。半導体層６にはドレイン配線７の一部としてのドレイン電極８及びソース電極９が接続される。ソース電極９は共通配線３の上ではストレージ電極１０を構成し、さらに画素の中央方向に延びて下部画素電極１１を構成する。このとき、ドレイン配線７は図１に示すように、共通配線３間でその両側を遮光配線４で挟まれる形となっている。また、半導体層６、ドレイン電極８、ソース電極９、半導体層６下方の走査線２によりスイッチング素子としての薄膜トランジスタを構成する。ここで、ドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４との間の間隔は、次のようにして決定される。遮光配線４自体のパターンの線幅精度として約１．０μｍのマージンを取り、ドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４との間の位置ズレ精度として約１．０μｍのマージンを取ると、合計で設計上１．０μｍ〜２．０μｍの間隔を設けておけばドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４が重なることがない（重なるとドレイン配線７の容量が増大する）。
【００３１】
次に、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート絶縁膜５上に形成される素子を覆って保護膜１２、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３上には液晶層に電界を印加するための上部画素電極１４と共通電極１５を形成する。
【００３２】
このとき共通電極１５は共通配線３間のドレイン配線７上に延びてシールド共通電極１６を構成し、共通配線３間のドレイン配線７から画素の表示領域に漏れる電界をシールドする。上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６は同層に設けられ、走査線２、ドレイン配線７よりも絶縁膜（保護膜１２及び層間絶縁膜１３）を挟んで液晶層側に位置し、配線層としては最上層に位置して透明材料で形成される。上部画素電極１４は、絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１７を通して下部画素電極１１に接続される。一方、共通電極１５及びシールド共通電極１６も同様に絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１８を通して下層の共通配線３に接続される。
【００３３】
さらに詳しく説明するとシールド共通電極１６は、下層に形成されたドレイン配線７とオーバーラップして設けられ、ドレイン配線７よりも幅広く、長さＬだけ張り出して形成される。従来この張り出し量Ｌは、ドレイン配線７から特に上部画素電極１４に向かって電界が漏れるのを防止するために４μｍ以上、特にクロストーク要求が厳しい場合は、６〜８μｍ必要であった。
【００３４】
層間絶縁膜１３上に上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６を形成した後は、配向膜（図示せず）で表示領域の表面を覆いラビング処理を施してＴＦＴ基板１００を完成させる。さらに、ＴＦＴ基板１００に対向してカラーフィルタ基板３００を配置してそれらの間に液晶層２００を挟み、保持する。
【００３５】
次に、図１，２に示す本実施形態の構造を図３に改めて断面図で示す。この構造を従来構造の図１３と比較する。本実施形態の構造においては、従来構造において領域Ｂに対応する箇所に、遮光配線４を設置することによって領域Ｂの比率を減らし、遮光配線４を置くことで領域Ａ（完全遮光部）の比率が高くなる。そうすることで、図１６の表に記載の実測データのとおり、コントラストは６３９から７１０へと７１だけ大きくなる。
【００３６】
図１６及び図１７の表を使って、何故本実施形態の構造を有する液晶表示装置のコントラストが向上するのかについて詳しく説明する。
【００３７】
表１には、実測値と計算による計算値を示してある。図１７の表は、図１６の表の計算値を求める際に使用する各領域における黒輝度、白輝度及びコントラストの値である。これらの値は、まず、領域Ｂ（準開口部）の黒輝度及び領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を同じと仮定した上で、図１６の表の実測値から推定して３．５ｃｄ／ｍ ２とした。次にこれを前提として、図１７の表の領域Ｂ及び領域Ｃの白輝度の値を変えて、図１６の表の実測値、例えば、本実施形態の構造（構造２）の黒輝度、白輝度、コントラストに最も近似するときの値を領域Ｂ及び領域Ｃの白輝度とする。このようにして、図１７の表に示すとおり、領域Ｂ（準開口部）の黒輝度を３．５ｃｄ／ｍ ２、白輝度を１２００ｃｄ、領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を３．５ｃｄ／ｍ ２、白輝度を３０００ｃｄ／ｍ ２とすると、図１６の表のとおり計算値は実測値とほぼ一致する。例えば、図１７の表の領域Ｂ及び領域Ｃの黒輝度、白輝度の値を図１６の表の従来構造に適用すると、実測値に極めて近い計算値が得られ、領域Ｂ及び領域Ｃの黒輝度、白輝度の値が実際もほぼこれに近い値であることを裏付けている。
【００３８】
具体的数値により、本実施形態の液晶層表示装置の改善度合いを従来構造の液晶層表示装置と比較する形で以下に示す。
まず、従来構造については、領域Ａ（完全遮光部）、領域Ｂ（準開口部）、領域Ｃ（完全開口部）の面積比率がそれぞれ６２％、１６％、２２％である。コントラストは前出の説明のとおり、
コントラスト＝（ＡＸ／１００＋ＢＹ／１００＋ＣＺ／１００）／（ａＸ／１００＋ｂＹ／１００＋ｃＺ／１００）
で与えられるので、図１７の表に記載のパラメータを使用してコントラストを計算すると６４４となる。
【００３９】
次に、本実施形態を適用して従来構造における領域Ｂの半分の領域に、遮光配線４を配置すると、これまでの準開口部の表示領域に占める割合が１６％から８％に半減し、逆に完全遮光部の表示領域に占める割合が８％上がって７０％になる。このとき、コントラストを計算すると７２１となる。実測値もこの計算結果の通り、従来構造のコントラストが６３９であるのに対して本実施形態の構造ではコントラストが７１０に上昇しており、遮光配線４を設けたことによりコントラストが向上するのがわかる。
【００４０】
以上のように、コントラストは、これら３領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）の面積比率によって決定され、本実施形態の構造のように領域Ｂの面積比率が小さいものは高コントラストを得ることができる。
【００４１】
さらに、領域Ｂの面積比率が０％になれば、コントラストは最も上昇する。これは、ＩＴＯからなるシールド共通電極１６をＣｒなどの遮光膜で形成することに相当する。すると、図１６の表の構造３の計算値に示すように、コントラストは８５７まで上昇する。しかし、この構造は前述したとおり、プロセス的な課題から難易度が高く実際的ではない。
【００４２】
また、領域Ｂの面積比率を０％にするには、領域Ｂの部分に全て遮光配線４を配置してもよい。この場合は、確かにコントラストは同じく８５７まで上昇する。しかしながら、この構造を採用した場合、計算結果に示されるように白輝度を低下させてしまう（表示画面が暗くなる）。この構造は、コントラストが重要視されるモノクロ製品には適用できると考えられる。
【００４３】
本発明においては、領域Ａ、Ｂ、Ｃの面積比率を最適化してやれば、従来例に対して殆ど白輝度を落とすことなく、コントラストも上昇させることができる。具体的には、図１７の表の各領域における黒輝度、白輝度、コントラストの値を使用して、白輝度を極力落とさずにコントラストを大きくする最適な面積率を算出することも可能である。例えば、図１６の表の最下段に記載の構成であれば、従来構造に対し、白輝度の低下は僅か１．５％（８５９ｃｄ／ｍ ２に対し８４６ｃｄ／ｍ ２）であり、コントラストは６４４から７３２へと８８も増加する。
【００４４】
更に、この遮光配線はドレイン配線から表示領域に向かう電界をシールドするため、クロストークも従来構造に比較して小さくすることができる。実際に本実施形態の構造を液晶層表示装置に採用した場合、図４に示すとおり、ドレイン配線７の漏れ電界によって生じる縦クロストーク現象が、全バックグランド諧調にわたり、きわめて低いレベルに維持することができる。このように、ドレイン配線７の両脇に共通配線３に接続された遮光配線４を設置することで、ドレイン配線７から表示領域に向かう電界をシールドすることができるため、これまで電界シールドのために確保していたシールド共通電極の張り出し長を図５に示すシールド共通電極３６のように短くすることができ、それによって開口部面積（領域Ｃ）を広くとることが可能となる。
【００４５】
遮光配線４を設けるとドレイン配線７との間の寄生容量は増えるが、その増加量は計算によれば僅か５％であり、画素に対する書き込み不良が大きく増大することはない。また、実際に画素に対する書き込み状態を評価すると、面内上下（ドレイン配線７が導出される基板上下のドレイン端子の位置）での書き込み率の差は従来構造で２．０％、図１の本実施形態の構造で２．８％とほぼ同等のレベルである。もう少し詳しく説明すると、大型画面を使用して画面の基板の上側のドレイン端子から信号を入力する場合、画面の下側に向かうにつれて信号波形がなまっていくため、画面の下側に向かうにつれて画素電極に印加される電圧も小さくなっていく（本来印加したい信号電圧よりも小さい電圧が画素電極に書き込まれてしまう）。実際に、画面上側と画面下側の画素における輝度差を相対的に比較すると、従来構造では、２．０％の相対差があり、
本実施形態では２．８％の相対差であり、従来構造よりも若干増える程度であり、実用上問題が無い程度の微細な増加である。
【００４６】
ドレイン配線７の両脇に共通配線３に接続される遮光配線４が設置されるため、ドレイン配線７と共通配線３との間の寄生容量が大きくなるとも思われるが、実際上は、上記の数値が示す通り、殆ど容量増加の影響は観察されない。その理由を図１８の表に示す計算結果と照らし合わせて考える。図１８の表の下にはドレイン配線を中心とした両側の画素を含む断面図をリファレンス構造と遮光配線をドレイン配線の下方に配置した構造に対して示している。
【００４７】
従来構造においては、ドレイン配線とその上層のシールド共通電極との容量は１画素あたり２３．１ｆＦであった。これに対して新規構造においては、ドレイン配線とシールド共通電極との間の容量がドレイン配線とドレイン配線両脇に配置した遮光配線との間、及びドレイン配線とシールド共通電極との間の２カ所に容量が分割されるため、ドレイン配線とシールド共通電極との容量が１７．８ｆＦと小さくなる。また、ドレイン配線とその両脇に配置した遮光配線との容量は９．４４ｆＦであり、合計しても２７．２４ｆＦであり、大きな増加とはならない。
【００４８】
第１の実施形態の変形例としては、図６に示す構造が考えられる。この変形例ではドレイン配線が直線状であり、くの字状の第１の実施形態とは異なる。このようにドレイン配線を直線状に形成するのは、画素の大きさが２５０〜３００μｍ程度と比較的大きく、表示領域全体に占める透過領域を大きくすることができて、開口率の観点から余裕がある場合である（一般に画素サイズが大きい場合、配線及びコンタクト等の占める割合が少なくなるので、開口率は比較的容易に大きくすることができる）。この変形例におけるドレイン配線２７に対しても図６に示すように遮光配線２４がドレイン配線２７を両側から挟みこむ構成とすることができる。
【００４９】
第１の実施形態の液晶表示装置のようにドレイン配線をくの字状にするのは、画素の大きさを２００μｍ程度以下と比較的小さくして、かつ、大きな開口率（明るさ）が要求される場合である。この場合、図１のように画素電極を「く」の字状に形成し、それに応じてドレイン配線も「く」の字に屈曲させると、開口率を大きくすることができる。シールド共通電極の張り出しは、最も短くなるところで決定されるので、ドレイン配線を直線状に形成すると、不必要にシールド共通電極の張り出しに占有される領域が生じ、開口率が小さくなってしまう。
【００５０】
次に本発明の第２の実施形態の液晶層表示装置を図７、８に示す。図７は第２の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図８は図７のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００５１】
第２の実施形態の液晶層表示装置では、上層に配置してあるシールド共通電極５６の端よりも、下層に配置した遮光配線４のほうが張り出している。この場合、より多くの領域Ａの部分を遮光配線４で覆い隠すため、コントラストは向上する。遮光配線４がシールド共通電極５６より張り出しても、ドレイン配線７両側の遮光配線４によりドレイン配線７から表示領域に漏れる電界をシールドするので、シールド共通電極５６の幅を狭くできる。従って、従来の構造よりも開口率は大きくでき、かつコントラストも高く、クロストークも小さくなる。
【００５２】
次に本発明の第３の実施形態の液晶層表示装置を図９，１０に示す。図９は第３の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図１０は図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００５３】
本実施形態においては、ドレイン配線７と遮光配線４４との間も遮光してコントラストを更に向上させる。しかしこの構造では、ドレイン配線７と遮光配線４４との間に大きな負荷容量が形成される。コントラストは大きくできるが信号なまりが大きくなってしまう。したがって、大型サイズの液晶層表示装置の配線負荷を少しでも落としたい製品の場合は第１の実施形態の構造を採用するほうが好ましい。したがって、第１の実施形態の構造にするか、第３の実施形態の構造にするかは、その製品に求められる特性による。
【００５４】
第３の実施形態の構造においては、図１７の表の各領域における黒輝度、白輝度、コントラストの値をもとに、白輝度を極力落とさずにコントラストを向上させる最適な面積率を設定することも可能である。例えば図１６の表の最下段に記載の構成であれば、従来構造に対し、白輝度の低下は僅か１．５％（８５９ｃｄ／ｍ ２に対し８４６ｃｄ／ｍ ２）であり、コントラストは６４４から７３２へと８８も増加する。
【００５５】
以上説明した本発明の特徴である遮光配線は、ドレイン配線よりも液晶層から遠く位置させたが、シールド共通電極よりも液晶層から遠く、かつ、ドレイン配線よりも液晶層に近い配置であっても本発明の効果が得られることはいうまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶層表示装置は、共通配線に接続された遮光配線をシールド共通電極下のドレイン配線の両側を覆うように設けることによって、コントラストを向上させると共にクロストークも小さくできる。また、パネル透過率（白輝度）も殆ど落とさないでコントラストを向上させることができる。さらに、この遮光配線を設けたことによる画素への書き込みに対する影響は実質的に無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、バックライトからの光がＴＦＴ基板の各領域に入射、透過または反射する様子を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、クロストークが小さくなったことを示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、シールド共通電極のドレイン配線からの張り出し長を小さくしたときの液晶層表示装置の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例による液晶層表示装置の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図８】図７のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図１０】図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図１１】従来の液晶層表示装置の平面図である。
【図１２】図１１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１３】図１１のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、電界の様子を示す。
【図１４】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板のシールド共通電極のドレイン配線からの張り出し長が大きくなるとクロストークが小さくなるがコントラストも小さくなる様子を示すグラフである。
【図１５】従来の液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板のシールド共通電極を遮光金属としたときの液晶層表示装置の断面図である。
【図１６】液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板を遮光部、透明電極部、透過部に分けた場合の各種電極に対するコントラストの計算値及び実測値を示す表である。
【図１７】図１６の表に示すコントラストの計算に用いる黒輝度、白輝度の値を示す表である。
【図１８】図１に示すＴＦＴ基板に遮光配線を設けたことにより増えるドレイン配線容量を計算により求めた値を示す表である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ 走査線
３ 共通配線
４、２４、４４ 遮光配線
５ ゲート絶縁膜
６ 半導体層
７、２７ ドレイン配線
８ ドレイン電極
９ ソース電極
１０ ストレージ電極
１１ 下部画素電極
１２ 保護膜
１３ 層間絶縁膜
１４ 上部画素電極
１６，３６，５６，１１６ シールド共通電極
１７，１８ コンタクトホール
１００ ＴＦＴ基板
２００ 液晶層
３００ カラーフィルタ基板
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、特に横方向電界を用いる液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置においては、コントラストを大きくするために、基板表面の段差を低減して配向膜のラビング処理を均一にすることにより液晶分子の配向を揃える。基板表面の段差を低減する以外にもコントラストを大きくする方法はあるが、その方法に触れる前に、コントラストを制限している原因を考察する。
【０００３】
図１１は従来の液晶表示装置のＴＦＴ基板側の平面図であり、図１２は図１１の切断線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。まず図１１の平面図を用いて従来の液晶表示装置を説明する。 透明基板１の上にＣｒ膜からなる走査配線２及びそれと平行する共通配線３が形成される。次に、走査線２、共通配線３を覆ってゲート絶縁膜５を堆積させ、その上に半導体層６、画素信号を供給するためのドレイン配線７が形成される。半導体層６にはドレイン配線７の一部としてのドレイン電極８及びソース電極９が接続される。ソース電極９は共通配線３の上ではストレージ電極１０を構成し、さらに画素の中央方向に延びて下部画素電極１１を構成する。半導体層６、ドレイン電極８、ソース電極９、半導体層６下方の走査線２によりスイッチング素子としての薄膜トランジスタを構成する。
【０００４】
次に、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート絶縁膜５上に形成される素子を覆って保護膜１２、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３上には液晶に電界を印加するための上部画素電極１４と共通電極１５を形成する。
【０００５】
このとき共通電極１５は共通配線３間のドレイン配線７上に延びてシールド共通電極１６を構成し、共通配線３間のドレイン配線７から画素の表示領域に漏れる電界をシールドする。上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６は同層に設けられ、走査線２、ドレイン配線７よりも絶縁膜（保護膜１２及び層間絶縁膜１３）を挟んで液晶側に位置し、配線層としては最上層に位置してＩＴＯ等の透明材料で形成される。上部画素電極１４は、絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１７を通して下部画素電極１１に接続される。一方、共通電極１５及びシールド共通電極１６も同様に絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１８を通して下層の共通配線３に接続される。
【０００６】
さらに詳しく説明するとシールド共通電極１６は、下層に形成されたドレイン配線７とオーバーラップして設けられ、ドレイン配線７よりも幅広く、長さＬだけ張り出して形成される。この張り出し量Ｌは、ドレイン配線７から特に上部画素電極１４に向かって電界が漏れるのを防止するために４μｍ以上、特にクロストーク要求が厳しい場合は６〜８μｍ必要となる。
【０００７】
この後、層間絶縁膜１３上に上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６を形成した後は、配向膜（図示せず）で表示領域の表面を覆いラビング処理を施してＴＦＴ基板１００を完成させる。さらに、ＴＦＴ基板１００に対向してカラーフィルタ（ＣＦ）基板３００を配置してそれらの間に液晶層２００を挟み、保持する。
【０００８】
ドレイン配線からの漏れ電界をシールドする液晶表示装置の構造が、例えば、特許文献１に示されている。この液晶表示装置では、信号線（ドレイン配線）からの漏れ電界によるクロストークを低減し、かつ、開口率を大きくするために、信号線の上下両方に絶縁膜を介してシールド共通配線（電極）をサンドイッチ状に配置し、かつ、それら上下の共通配線を、信号線に沿って配置したコンタクトホールによって接続して、完全に信号線からの漏れ電界を遮断する。
【０００９】
この構造では、信号線両脇にコンタクトが配置され、かつ、信号線の下層には全ての領域において共通電位に接続された共通配線が存在する。従って、この構造はクロストークを小さくするには非常に効果的であるが、信号線に対する容量性の負荷が非常に大きくなるため、大型画面などでは信号のなまりによる面内輝度差が生じ、実用化は困難と考えられる。さらに、信号線両脇に配置されたコンタクトはそれを形成するための面積を必要とするため、開口率を大きくすることは難しい。
【００１０】
続いて、この張り出し領域が何ゆえにコントラストを低下させる構成であったかを、図１３の断面図を用いて説明する。
【００１１】
図１３に示すように、この張り出し領域Ｌでは、バックライト側から入射した透過光は、透明基板１→ゲート絶縁膜５→保護絶縁膜１２→層間絶縁膜１３→シールド共通電極１６（ＩＴＯ電極）→配向膜（図示せず）→液晶層２００→配向膜（図示せず）→ＣＦ基板３００と通過していく（光Ｂ）。シールド共通電極１６と上部画素電極１４との間の完全開口部では、透明基板１→ゲート絶縁膜５→保護絶縁膜１２→層間絶縁膜１３→配向膜（図示せず）→液晶層２００→配向膜（図示せず）→ＣＦ基板３００と通過していく（光Ｃ）。この張り出し領域Ｌ（ＩＴＯを通過する領域 準開口部）を領域Ｂ、完全開口部を領域Ｃ、完全に光が通過しない領域を領域Ａとする。
【００１２】
まず、各領域における黒輝度についてだが、領域Ａ（完全遮光部）については光が完全に通過しないため黒輝度はゼロとする。領域Ｂ（準開口部）と領域Ｃ（完全開口部）については、基本的に光の通過経路としては、ＩＴＯ以外に差異はない。しかしＩＴＯは透明電極であるため、ほとんど透過によって輝度の低下がない。したがって、領域Ｂでも領域Ｃでも、黒輝度はほぼ同じとすることができる。
【００１３】
一方白輝度については、画素電極−共通電極間に電界が印加され、それによって屈折率異方性のある液晶層がほぼ基板に平行に回転することで、ＴＦＴ基板１００側の偏光板（図示略）を抜けてきた光が複屈折現象により偏光状態を変え、ＣＦ基板３００側の偏光板（図示略）を光が通過していく。図１３は、上記のような構成の液晶表示装置の液晶層２００に電界が印加されたときの電界の状態（電気力線）を定性的に模式的に描いた断面図である。この状態において、領域Ｃ（完全開口部）においては、水平方向の電界成分が大きいため、液晶層の液晶分子が大きく回転し、それに応じて複屈折現象によって、光がＣＦ基板３００側の偏光板を通過して白が表示される。一方領域Ｂ（準開口部）においては、電界（電気力線）が斜め方向であるため、水平方向の電界成分が小さく、領域Ｃ（完全開口部）に比べて、液晶分子が水平方向に回転しない。したがって、ＣＦ基板３００側の偏光板を通過してくる光の量は、領域Ｃ（完全開口部）に比べて少ない。また、言うまでもないが、領域Ａ（完全遮光部）では遮光材料からなるドレイン配線７があるため、白輝度はゼロとなる。
【００１４】
ここで、
領域Ａ（完全遮光部）の黒輝度：ａ、白輝度：Ａ、面積率：Ｘ％
領域Ｂ（準開口部）の黒輝度：ｂ、白輝度：Ｂ、面積率：Ｙ％
領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を：ｃ、白輝度：Ｃ、面積率：Ｚ％
とする（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００％）と、液晶表示装置全体のコントラストは、次の式で表すことができる。
全体のコントラスト＝（ＢＹ＋ＣＺ）／｛ｃ（Ｙ＋Ｚ）｝ 式（１）
となる。例えばここで、完全開口部＋準開口部の液晶表示装置における遮光領域を含む表示領域全体に対する面積率を
Ｙ＋Ｚ＝Ｗ０（一定）
とすると、
【００１５】
すなわち、図１３に示す従来構造においては、ドレイン配線７から表示領域への漏れに電界をシールドするために領域Ｂ（面積率Ｙ）を広く取ればとるほど、コントラストは低下していく。シールド共通電極１６の張り出し長Ｌとコントラストの実測値の関係を示すグラフを図１４に示す。図１４に示すとおり、この張り出し長Ｌを大きくすればドレイン配線７からから表示領域に漏れる電界をシールドする程度を大きくすることができる。これにより漏れ電界によるクロストークを小さくすることができるが、逆にコントラストは小さくなる。
【００１６】
この領域Ｂを小さくしてコントラストを大きくする液晶表示装置の構造を図１５に示す。図１５に示す液晶表示装置では、図１１，１２の透明材料からなるシールド共通電極１６をＣｒなどの遮光材料で形成している。こうすれば、コントラストを小さくする領域Ｂ（準開口部）がなくなるためコントラストが大きくなる。このようにすると、式（２）から計算上は、コントラストを８５７まで上げることができる。
【００１７】
しかしながら、図１５に示すシールド共通電極１１６をＣｒなどの遮光材料で形成すると、製造プロセス上の問題が生じる。すなわち、ＴＦＴ基板１００の表面の平坦化のために層間絶縁膜１３に有機膜を用い、その上にＣｒからなるシールド共通電極１１６を形成すると金属膜と有機膜との界面は密着性が悪く金属が剥がれ易い。その上、Ｃｒを遮光金属として選定すると、Ｃｒの膜応力が大きく（Ｃｒ：１ＧＰａに対してＩＴＯ：０．２〜０．６ＧＰａ）、更に、Ｃｒの成膜時の加熱により熱応力が加わり、ＴＦＴ基板１００を室温に戻したときにＴＦＴ基板１００が大きく反ってしまいＣｒが層間絶縁膜１３から剥がれてしまうという現象が発生する。（一方で、ＩＴＯは無加熱で成膜できるため、熱応力は加わらない）。また、仮にＣｒで成膜できたとしても、工程中の熱履歴によりＣｒ表面は酸化されるため、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ：異方性導電フィルム）に接続した場合の接続信頼性が確保できない。従って、シールド共通電極１１６をＣｒで形成する場合は、更にその上にＩＴＯを積層してやる必要が生じ、工程数が増加してしまう。以上の理由から、透明材料からなるシールド共通電極を、Ｃｒなどの遮光金属で形成することは現実的ではない。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１０−１８６４０７号公報（段落番号００５７、図４）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の液晶表示装置においては、クロストークを小さくするために透明なシールド共通電極をドレイン配線の幅から大きく張り出す形でドレイン配線を覆うように形成していた。
【００２０】
この張り出し長を単純に小さくすればコントラストを大きくすることはできるが、同時にドレイン配線をシールドする本来の機能が低下するため、この張り出し長を小さくできなかった。
【００２１】
従って、従来の液晶表示装置においては、クロストークを小さくすることができても、このはみ出し領域がコントラストを下げるため、クロストークを小さく、かつ、コントラストを大きくすることができなかった。
【００２２】
本発明の目的は、コントラストを大きくし、コントラストとトレードオフの関係にあったクロストークも小さくすることのできる液晶表示装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、第１基板と、前記第１基板上に設けた互いに平行なゲート配線及び共通配線と、前記ゲート配線及び前記共通配線を覆って前記第１基板上に設けた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられ、前記ゲート配線及び前記共通配線と交差するドレイン配線と、前記ドレイン配線を覆って前記第１絶縁膜上に設けた第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に設けられ共に透明材料からなり、対向する平行な電極部を有する共通電極及び画素電極と、前記第１基板と対向して配置される第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶層とを備え、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部の間に電界を発生させて前記液晶層の液晶分子を前記第１基板に平行な平面内で回転させて表示を行う液晶表示装置であって、
前記共通電極は前記ドレイン配線の幅よりも広い幅で前記ドレイン配線を幅方向に覆い、
前記共通電極の下方にあって、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を外側に幅方向に広げた部分に重なり、前記共通配線に接続される遮光膜が設けられることを特徴とする。
【００２４】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む、または、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅からはみ出し、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む。
【００２５】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を幅方向に包含する。
【００２６】
上記本発明の液晶表示装置において、前記遮光膜は前記ドレイン配線よりも前記液晶層から遠く位置する。
【００２７】
上記本発明の液晶表示装置において、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、前記遮光膜及び前記ドレイン配線よりも前記液晶層に近く位置する。
【００２８】
上記本発明の液晶表示装置において、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、かつ、前記画素電極の前記共通電極に対向する平行な電極部の一部が前記ドレイン配線と同一層上に設けられ、さらに、前記遮光膜よりも前記液晶層に近く位置する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態の液晶層表示装置を図１，２を参照して説明する。図１は第１の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、以下の実施形態においては画素電極及びそれに平行して設けられる共通電極の形状はくの字状に屈曲した形状としている。勿論、これらを直線状に形成したものに本発明の構成を適用し得ることは言うまでも無い。
【００３０】
図２を参照すると、透明基板１の上にＣｒ膜からなる走査線２及びそれと平行する共通配線３が形成される。このとき同時に共通配線３に接続される遮光配線４を形成する。次に、走査線２、共通配線３、遮光配線４を覆ってゲート絶縁膜５を堆積させ、その上に半導体層６、画素信号を供給するためのドレイン配線７が形成される。半導体層６にはドレイン配線７の一部としてのドレイン電極８及びソース電極９が接続される。ソース電極９は共通配線３の上ではストレージ電極１０を構成し、さらに画素の中央方向に延びて下部画素電極１１を構成する。このとき、ドレイン配線７は図１に示すように、共通配線３間でその両側を遮光配線４で挟まれる形となっている。また、半導体層６、ドレイン電極８、ソース電極９、半導体層６下方の走査線２によりスイッチング素子としての薄膜トランジスタを構成する。ここで、ドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４との間の間隔は、次のようにして決定される。遮光配線４自体のパターンの線幅精度として約１．０μｍのマージンを取り、ドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４との間の位置ズレ精度として約１．０μｍのマージンを取ると、合計で設計上１．０μｍ〜２．０μｍの間隔を設けておけばドレイン配線７とその両側に配置される遮光配線４が重なることがない（重なるとドレイン配線７の容量が増大する）。
【００３１】
次に、ゲート絶縁膜５の上に、ゲート絶縁膜５上に形成される素子を覆って保護膜１２、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３上には液晶層に電界を印加するための上部画素電極１４と共通電極１５を形成する。
【００３２】
このとき共通電極１５は共通配線３間のドレイン配線７上に延びてシールド共通電極１６を構成し、共通配線３間のドレイン配線７から画素の表示領域に漏れる電界をシールドする。上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６は同層に設けられ、走査線２、ドレイン配線７よりも絶縁膜（保護膜１２及び層間絶縁膜１３）を挟んで液晶層側に位置し、配線層としては最上層に位置して透明材料で形成される。上部画素電極１４は、絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１７を通して下部画素電極１１に接続される。一方、共通電極１５及びシールド共通電極１６も同様に絶縁膜を上下に貫通するコンタクトホール１８を通して下層の共通配線３に接続される。
【００３３】
さらに詳しく説明するとシールド共通電極１６は、下層に形成されたドレイン配線７とオーバーラップして設けられ、ドレイン配線７よりも幅広く、長さＬだけ張り出して形成される。従来この張り出し量Ｌは、ドレイン配線７から特に上部画素電極１４に向かって電界が漏れるのを防止するために４μｍ以上、特にクロストーク要求が厳しい場合は、６〜８μｍ必要であった。
【００３４】
層間絶縁膜１３上に上部画素電極１４、共通電極１５、シールド共通電極１６を形成した後は、配向膜（図示せず）で表示領域の表面を覆いラビング処理を施してＴＦＴ基板１００を完成させる。さらに、ＴＦＴ基板１００に対向してカラーフィルタ基板３００を配置してそれらの間に液晶層２００を挟み、保持する。
【００３５】
次に、図１，２に示す本実施形態の構造を図３に改めて断面図で示す。この構造を従来構造の図１３と比較する。本実施形態の構造においては、従来構造において領域Ｂに対応する箇所に、遮光配線４を設置することによって領域Ｂの比率を減らし、遮光配線４を置くことで領域Ａ（完全遮光部）の比率が高くなる。そうすることで、図１６の表に記載の実測データのとおり、コントラストは６３９から７１０へと７１だけ大きくなる。
【００３６】
図１６及び図１７の表を使って、何故本実施形態の構造を有する液晶表示装置のコントラストが向上するのかについて詳しく説明する。
【００３７】
表１には、実測値と計算による計算値を示してある。図１７の表は、図１６の表の計算値を求める際に使用する各領域における黒輝度、白輝度及びコントラストの値である。これらの値は、まず、領域Ｂ（準開口部）の黒輝度及び領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を同じと仮定した上で、図１６の表の実測値から推定して３．５ｃｄ／ｍ ２とした。次にこれを前提として、図１７の表の領域Ｂ及び領域Ｃの白輝度の値を変えて、図１６の表の実測値、例えば、本実施形態の構造（構造２）の黒輝度、白輝度、コントラストに最も近似するときの値を領域Ｂ及び領域Ｃの白輝度とする。このようにして、図１７の表に示すとおり、領域Ｂ（準開口部）の黒輝度を３．５ｃｄ／ｍ ２、白輝度を１２００ｃｄ、領域Ｃ（完全開口部）の黒輝度を３．５ｃｄ／ｍ ２、白輝度を３０００ｃｄ／ｍ ２とすると、図１６の表のとおり計算値は実測値とほぼ一致する。例えば、図１７の表の領域Ｂ及び領域Ｃの黒輝度、白輝度の値を図１６の表の従来構造に適用すると、実測値に極めて近い計算値が得られ、領域Ｂ及び領域Ｃの黒輝度、白輝度の値が実際もほぼこれに近い値であることを裏付けている。
【００３８】
具体的数値により、本実施形態の液晶層表示装置の改善度合いを従来構造の液晶層表示装置と比較する形で以下に示す。
まず、従来構造については、領域Ａ（完全遮光部）、領域Ｂ（準開口部）、領域Ｃ（完全開口部）の面積比率がそれぞれ６２％、１６％、２２％である。コントラストは前出の説明のとおり、
コントラスト＝（ＡＸ／１００＋ＢＹ／１００＋ＣＺ／１００）／（ａＸ／１００＋ｂＹ／１００＋ｃＺ／１００）
で与えられるので、図１７の表に記載のパラメータを使用してコントラストを計算すると６４４となる。
【００３９】
次に、本実施形態を適用して従来構造における領域Ｂの半分の領域に、遮光配線４を配置すると、これまでの準開口部の表示領域に占める割合が１６％から８％に半減し、逆に完全遮光部の表示領域に占める割合が８％上がって７０％になる。このとき、コントラストを計算すると７２１となる。実測値もこの計算結果の通り、従来構造のコントラストが６３９であるのに対して本実施形態の構造ではコントラストが７１０に上昇しており、遮光配線４を設けたことによりコントラストが向上するのがわかる。
【００４０】
以上のように、コントラストは、これら３領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）の面積比率によって決定され、本実施形態の構造のように領域Ｂの面積比率が小さいものは高コントラストを得ることができる。
【００４１】
さらに、領域Ｂの面積比率が０％になれば、コントラストは最も上昇する。これは、ＩＴＯからなるシールド共通電極１６をＣｒなどの遮光膜で形成することに相当する。すると、図１６の表の構造３の計算値に示すように、コントラストは８５７まで上昇する。しかし、この構造は前述したとおり、プロセス的な課題から難易度が高く実際的ではない。
【００４２】
また、領域Ｂの面積比率を０％にするには、領域Ｂの部分に全て遮光配線４を配置してもよい。この場合は、確かにコントラストは同じく８５７まで上昇する。しかしながら、この構造を採用した場合、計算結果に示されるように白輝度を低下させてしまう（表示画面が暗くなる）。この構造は、コントラストが重要視されるモノクロ製品には適用できると考えられる。
【００４３】
本発明においては、領域Ａ、Ｂ、Ｃの面積比率を最適化してやれば、従来例に対して殆ど白輝度を落とすことなく、コントラストも上昇させることができる。具体的には、図１７の表の各領域における黒輝度、白輝度、コントラストの値を使用して、白輝度を極力落とさずにコントラストを大きくする最適な面積率を算出することも可能である。例えば、図１６の表の最下段に記載の構成であれば、従来構造に対し、白輝度の低下は僅か１．５％（８５９ｃｄ／ｍ ２に対し８４６ｃｄ／ｍ ２）であり、コントラストは６４４から７３２へと８８も増加する。
【００４４】
更に、この遮光配線はドレイン配線から表示領域に向かう電界をシールドするため、クロストークも従来構造に比較して小さくすることができる。実際に本実施形態の構造を液晶層表示装置に採用した場合、図４に示すとおり、ドレイン配線７の漏れ電界によって生じる縦クロストーク現象が、全バックグランド諧調にわたり、きわめて低いレベルに維持することができる。このように、ドレイン配線７の両脇に共通配線３に接続された遮光配線４を設置することで、ドレイン配線７から表示領域に向かう電界をシールドすることができるため、これまで電界シールドのために確保していたシールド共通電極の張り出し長を図５に示すシールド共通電極３６のように短くすることができ、それによって開口部面積（領域Ｃ）を広くとることが可能となる。
【００４５】
遮光配線４を設けるとドレイン配線７との間の寄生容量は増えるが、その増加量は計算によれば僅か５％であり、画素に対する書き込み不良が大きく増大することはない。また、実際に画素に対する書き込み状態を評価すると、面内上下（ドレイン配線７が導出される基板上下のドレイン端子の位置）での書き込み率の差は従来構造で２．０％、図１の本実施形態の構造で２．８％とほぼ同等のレベルである。もう少し詳しく説明すると、大型画面を使用して画面の基板の上側のドレイン端子から信号を入力する場合、画面の下側に向かうにつれて信号波形がなまっていくため、画面の下側に向かうにつれて画素電極に印加される電圧も小さくなっていく（本来印加したい信号電圧よりも小さい電圧が画素電極に書き込まれてしまう）。実際に、画面上側と画面下側の画素における輝度差を相対的に比較すると、従来構造では、２．０％の相対差があり、
本実施形態では２．８％の相対差であり、従来構造よりも若干増える程度であり、実用上問題が無い程度の微細な増加である。
【００４６】
ドレイン配線７の両脇に共通配線３に接続される遮光配線４が設置されるため、ドレイン配線７と共通配線３との間の寄生容量が大きくなるとも思われるが、実際上は、上記の数値が示す通り、殆ど容量増加の影響は観察されない。その理由を図１８の表に示す計算結果と照らし合わせて考える。図１８の表の下にはドレイン配線を中心とした両側の画素を含む断面図をリファレンス構造と遮光配線をドレイン配線の下方に配置した構造に対して示している。
【００４７】
従来構造においては、ドレイン配線とその上層のシールド共通電極との容量は１画素あたり２３．１ｆＦであった。これに対して新規構造においては、ドレイン配線とシールド共通電極との間の容量がドレイン配線とドレイン配線両脇に配置した遮光配線との間、及びドレイン配線とシールド共通電極との間の２カ所に容量が分割されるため、ドレイン配線とシールド共通電極との容量が１７．８ｆＦと小さくなる。また、ドレイン配線とその両脇に配置した遮光配線との容量は９．４４ｆＦであり、合計しても２７．２４ｆＦであり、大きな増加とはならない。
【００４８】
第１の実施形態の変形例としては、図６に示す構造が考えられる。この変形例ではドレイン配線が直線状であり、くの字状の第１の実施形態とは異なる。このようにドレイン配線を直線状に形成するのは、画素の大きさが２５０〜３００μｍ程度と比較的大きく、表示領域全体に占める透過領域を大きくすることができて、開口率の観点から余裕がある場合である（一般に画素サイズが大きい場合、配線及びコンタクト等の占める割合が少なくなるので、開口率は比較的容易に大きくすることができる）。この変形例におけるドレイン配線２７に対しても図６に示すように遮光配線２４がドレイン配線２７を両側から挟みこむ構成とすることができる。
【００４９】
第１の実施形態の液晶表示装置のようにドレイン配線をくの字状にするのは、画素の大きさを２００μｍ程度以下と比較的小さくして、かつ、大きな開口率（明るさ）が要求される場合である。この場合、図１のように画素電極を「く」の字状に形成し、それに応じてドレイン配線も「く」の字に屈曲させると、開口率を大きくすることができる。シールド共通電極の張り出しは、最も短くなるところで決定されるので、ドレイン配線を直線状に形成すると、不必要にシールド共通電極の張り出しに占有される領域が生じ、開口率が小さくなってしまう。
【００５０】
次に本発明の第２の実施形態の液晶層表示装置を図７、８に示す。図７は第２の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図８は図７のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００５１】
第２の実施形態の液晶層表示装置では、上層に配置してあるシールド共通電極５６の端よりも、下層に配置した遮光配線４のほうが張り出している。この場合、より多くの領域Ａの部分を遮光配線４で覆い隠すため、コントラストは向上する。遮光配線４がシールド共通電極５６より張り出しても、ドレイン配線７両側の遮光配線４によりドレイン配線７から表示領域に漏れる電界をシールドするので、シールド共通電極５６の幅を狭くできる。従って、従来の構造よりも開口率は大きくでき、かつコントラストも高く、クロストークも小さくなる。
【００５２】
次に本発明の第３の実施形態の液晶層表示装置を図９，１０に示す。図９は第３の実施形態の液晶層表示装置のＴＦＴ基板側の１画素を示す平面図であり、図１０は図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【００５３】
本実施形態においては、ドレイン配線７と遮光配線４４との間も遮光してコントラストを更に向上させる。しかしこの構造では、ドレイン配線７と遮光配線４４との間に大きな負荷容量が形成される。コントラストは大きくできるが信号なまりが大きくなってしまう。したがって、大型サイズの液晶層表示装置の配線負荷を少しでも落としたい製品の場合は第１の実施形態の構造を採用するほうが好ましい。したがって、第１の実施形態の構造にするか、第３の実施形態の構造にするかは、その製品に求められる特性による。
【００５４】
第３の実施形態の構造においては、図１７の表の各領域における黒輝度、白輝度、コントラストの値をもとに、白輝度を極力落とさずにコントラストを向上させる最適な面積率を設定することも可能である。例えば図１６の表の最下段に記載の構成であれば、従来構造に対し、白輝度の低下は僅か１．５％（８５９ｃｄ／ｍ ２に対し８４６ｃｄ／ｍ ２）であり、コントラストは６４４から７３２へと８８も増加する。
【００５５】
以上説明した本発明の特徴である遮光配線は、ドレイン配線よりも液晶層から遠く位置させたが、シールド共通電極よりも液晶層から遠く、かつ、ドレイン配線よりも液晶層に近い配置であっても本発明の効果が得られることはいうまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶層表示装置は、共通配線に接続された遮光配線をシールド共通電極下のドレイン配線の両側を覆うように設けることによって、コントラストを向上させると共にクロストークも小さくできる。また、パネル透過率（白輝度）も殆ど落とさないでコントラストを向上させることができる。さらに、この遮光配線を設けたことによる画素への書き込みに対する影響は実質的に無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、バックライトからの光がＴＦＴ基板の各領域に入射、透過または反射する様子を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、クロストークが小さくなったことを示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、シールド共通電極のドレイン配線からの張り出し長を小さくしたときの液晶層表示装置の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例による液晶層表示装置の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図８】図７のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による液晶層表示装置の平面図である。
【図１０】図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図１１】従来の液晶層表示装置の平面図である。
【図１２】図１１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１３】図１１のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、電界の様子を示す。
【図１４】本発明の第１の実施形態による液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板のシールド共通電極のドレイン配線からの張り出し長が大きくなるとクロストークが小さくなるがコントラストも小さくなる様子を示すグラフである。
【図１５】従来の液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板のシールド共通電極を遮光金属としたときの液晶層表示装置の断面図である。
【図１６】液晶層表示装置において、ＴＦＴ基板を遮光部、透明電極部、透過部に分けた場合の各種電極に対するコントラストの計算値及び実測値を示す表である。
【図１７】図１６の表に示すコントラストの計算に用いる黒輝度、白輝度の値を示す表である。
【図１８】図１に示すＴＦＴ基板に遮光配線を設けたことにより増えるドレイン配線容量を計算により求めた値を示す表である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ 走査線
３ 共通配線
４、２４、４４ 遮光配線
５ ゲート絶縁膜
６ 半導体層
７、２７ ドレイン配線
８ ドレイン電極
９ ソース電極
１０ ストレージ電極
１１ 下部画素電極
１２ 保護膜
１３ 層間絶縁膜
１４ 上部画素電極
１６，３６，５６，１１６ シールド共通電極
１７，１８ コンタクトホール
１００ ＴＦＴ基板
２００ 液晶層
３００ カラーフィルタ基板
Claims (7)
- 第１基板と、前記第１基板上に設けた互いに平行なゲート配線及び共通配線と、前記ゲート配線及び前記共通配線を覆って前記第１基板上に設けた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられ、前記ゲート配線及び前記共通配線と交差するドレイン配線と、前記ドレイン配線を覆って前記第１絶縁膜上に設けた第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に設けられ共に透明材料からなり、対向する平行な電極部を有する共通電極及び画素電極と、前記第１基板と対向して配置される第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶層とを備え、前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部の間に電界を発生させて前記液晶層の液晶分子を前記第１基板に平行な平面内で回転させて表示を行う液晶表示装置であって、
前記共通電極は前記ドレイン配線の幅よりも広い幅で前記ドレイン配線を幅方向に覆い、
前記共通電極の下方にあって、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を外側に幅方向に広げた部分に重なり、前記共通配線に接続される遮光膜が設けられることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅からはみ出し、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を両側から挟み込む請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記遮光膜は前記共通電極の下方にあって前記共通電極の幅に収まる形で、前記共通配線間に延びる前記ドレイン配線を幅方向に包含する請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記遮光膜は前記ドレイン配線よりも前記液晶層から遠く位置する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、前記遮光膜及び前記ドレイン配線よりも前記液晶層に近く位置する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記共通電極及び前記画素電極の対向する平行な電極部は同一層上に設けられ、かつ、前記画素電極の前記共通電極に対向する平行な電極部の一部が前記ドレイン配線と同一層上に設けられ、さらに、前記遮光膜よりも前記液晶層に近く位置する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
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