JP2005115401A - 透過型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 開口率向上のために画素電極と各信号配線とをオーバーラップさせると共に、各信号配線と画素電極との間の容量が表示に与える影響を低減する。
【解決手段】 ＴＦＴ２４、ゲート信号配線およびソース信号配線２３の上部に層間絶縁膜３８が形成され、その上に画素電極２１が形成されている。画素電極２１は、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６を介して接続電極２５によりＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと接続されている。この層間絶縁膜３８は、フッ素系樹脂などの有機薄膜からなり、窒化シリコンなどの無機薄膜に比べて比誘電率が低い。また、この層間絶縁膜３８は、容易にその膜厚を厚くすることができる。このため、各信号配線と画素電極２１との間の容量が低減される。ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと画素電極２１とを接続する接続電極２５には透明導電膜を用いる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）などのスイッチング素子を備えた透過型液晶表示装置に関する。

図１０は、アクティブマトリクス基板を備えた従来の透過型液晶表示装置の構成を示す回路図である。

図１０において、このアクティブマトリクス基板には、複数の画素電極１がマトリクス状に形成されており、この画素電極１には、スイッチング素子であるＴＦＴ２が接続されて設けられている。このＴＦＴ２のゲート電極にはゲート信号配線３が接続され、ゲート電極に入力されるゲート信号によってＴＦＴ２が駆動制御される。また、ＴＦＴ２のソース電極にはソース信号配線４が接続され、ＴＦＴ２の駆動時に、ＴＦＴ２を介してデータ（表示）信号が画素電極１に入力される。各ゲート信号配線３とソース信号配線４とは、マトリクス状に配列された画素電極１の周囲を通り、互いに直交差するように設けられている。さらに、ＴＦＴ２のドレイン電極は画素電極１および付加容量５に接続されており、この付加容量５の対向電極はそれぞれ共通配線６に接続されている。

図１１は従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。

図１１において、透明絶縁性基板１１上に、図１０のゲート信号配線３に接続されたゲート電極１２が形成され、その上を覆ってゲート絶縁膜１３が形成されている。さらにその上にはゲート電極１２と重畳するように半導体層１４が形成され、その中央部上にチャネル保護層１５が形成されている。このチャネル保護層１５の両端部および半導体層１４の一部を覆い、チャネル保護層１５上で分断された状態で、ソース電極１６ａおよびドレイン電極１６ｂとなるｎ⁺Ｓｉ層が形成されている。一方のｎ⁺Ｓｉ層であるソース電極１６ａ上には、図１０のソース信号配線４となる金属層１７ａが形成され、他方のｎ⁺Ｓｉ層であるドレイン電極１６ｂ上には、ドレイン電極１６ｂと画素電極１とを接続する金属層１７ｂが形成されている。さらに、これらのＴＦＴ２、ゲート信号配線３およびソース信号配線４上部を覆って層間絶縁膜１８が形成されている。

この層間絶縁膜１８の上には、画素電極１となる透明導電膜が形成され、この透明導電膜は、層間絶縁膜１８を貫くコンタクトホール１９を介して、ＴＦＴ２のドレイン電極１６ｂと接続した金属層１７ｂと接続されている。

このように、ゲート信号配線３およびソース信号配線４と、画素電極１となる透明導電膜との間に層間絶縁膜１８が形成されているので、各信号配線３，４に対して画素電極１をオーバーラップさせることができる。このような構造は、例えば特開昭５８−１７２６８５号公報に開示されており、これによって液晶表示装置の開口率を向上させることができると共に、各信号配線３，４に起因する電界をシールドして液晶の配向不良を抑制することができる。

上記層間絶縁膜１８としては、従来、窒化シリコン（ＳｉＮ）などの無機膜をＣＶＤ法を用いて膜厚５０００オングストローム程度に形成していた。したがって、画素電極１には、その下側の下層構造の表面形状が概ね反映され、通常１０００オングストローム〜２０００オングストローム程度の段差ｄが形成される。

上記従来の液晶表示装置のように、ゲート信号配線３およびソース信号配線４と、画素電極１との間に層間絶縁膜１８を形成すると、各信号配線３，４に対して画素電極１をオーバーラップさせることができ、液晶表示装置の開口率向上および液晶の配向不良を抑制することができる。ところが、このように、各信号配線３，４と画素電極１とをオーバーラップさせる構造とした場合、各信号配線３，４と画素電極１との間の容量が増加するという問題を有していた。特に、窒化シリコン膜などの無機膜は比誘電率が８と高く、ＣＶＤ法を用いて成膜しており、５０００オングストローム程度の膜厚となるため、この程度の膜厚では各信号配線３，４と画素電極１との間の容量の増加が大きくなり、以下の（１），（２）に示すような問題があった。なお、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜などの無機膜を、それ以上の膜厚に成膜しようとするのは、量産レベルでは困難であった。

（１）ソース信号配線４と画素電極１とをオーバーラップさせる構造とした場合、ソース信号配線４と画素電極１との間の容量が大きくなって信号透過率が大きくなり、保持期間の間に画素電極１に保持されているデータ信号は、データ信号の電位によって揺動を受けることになる。このため、その画素の液晶に印加される実効電圧が変動し、実際の表示において特に縦方向の隣の画素に対して縦クロストークが観察されるという問題があった。

このようなソース信号配線４と画素電極１との間の容量が表示に与える影響を減らす方法の１つとして、例えば特開平６−２３０４２２号公報には、１ソースライン毎に対応する画素に与えるデータ信号の極性を反転させる駆動方法が提案されている。この駆動方法では、隣接する画素の表示に相関が高い白黒表示のパネルに対しては有効であったが、通常のノートブック型バーソナルコンピューターのように、画素電極を縦ストライプ状に配列した場合（カラー表示の場合、画素電極の形状は、例えば正方形の画素をＲ，Ｇ，Ｂで３等分した縦長の長方形状である縦ストライプ状をしている）には、ソース信号配線４に対する隣接画素は、表示色がそれぞれ異なっている。このため、上記１ソースライン毎の極性反転駆動方法は、白黒表示の場合には縦クロストーク低減に効果があったものの、一般的なカラー表示の場合にはクロストーク低減に効果が不十分であった。

（２）画素電極１と、その画素を駆動するゲート信号配線３とをオーバーラップさせる構造とした場合、ゲート信号配線３と画素電極１との間の容量が大きくなって、ＴＦＴ２を制御するスイッチング信号に起因して、画素への書き込み電圧のフィードスルーが大きくなるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、画素電極と各信号配線をオーバーラップさせて液晶表示の開口率の向上および液晶の配向不良の抑制を図ることができ、かつ各信号配線と画素電極との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減して良好な表示を得ることができる透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の透過型液晶表示装置は、ゲート信号配線とソース信号配線の交差部近傍にスイッチング素子が設けられ、該スイッチング素子のゲート電極に該ゲート信号配線が接続され、該ゲート電極以外の一方電極に該ソース信号配線、他方電極に直接または接続電極を介して画素電極が接続された透過型液晶表示装置において、該スイッチング素子、該ゲート信号配線および該ソース信号配線の上部に、透明度の高い有機薄膜からなるフッ素系の層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜の上に透明導電膜からなる該画素電極が設けられ、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記層間絶縁膜の上に、透明導電膜からなる画素電極が、少なくともゲート信号配線およびソース信号配線の少なくとも一方と、少なくとも一部が重なるように設けられ、該層間絶縁膜を貫く滑らかなコンタクトホールを介して該接続電極と画素電極とが接続された構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記層間絶縁膜は、光学的または化学的な脱色処理により樹脂の透明化が行われている構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記画素電極と、前記ソース信号配線およびゲート信号配線の少なくとも一方とが、配線幅方向に１μｍ以上重なって設けられている構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記層間絶縁膜の膜厚が１．５μｍ以上である構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記接続電極が透明導電膜からなる構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記コンタクトホールが、各画素を構成する付加容量の上部に設けられている構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、下記式（１）で表される容量比が、１０％以下である構成とすることができる。

容量比＝Ｃsd／（Ｃsd＋Ｃls＋Ｃs） ・・・（１）
但し、Ｃsdは画素電極とソース信号配線との間の容量値を示し、Ｃlsは各画素を構成する液晶の中間調表示における容量値を示し、Ｃsは各画素を構成する付加容量の容量値を示す。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記画素電極の形状が、前記ゲート信号配線に平行な辺に比べてソース信号配線に平行な辺の方が長い長方形状である構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置において、前記ゲート信号配線毎に極性の反転したソース信号を、前記ソース信号配線にゲート信号との位相差を付与して出力し、その出力信号を前記スイッチング素子を介して前記画素電極に供給して表示駆動する表示駆動手段が設けられた構成とすることができる。

本発明の透過型液晶表示装置の製造方法は、基板上に、複数のスイッチング素子をマトリクス状に形成すると共に、該スイッチング素子のゲート電極に接続されたゲート信号配線および、該スイッチング素子のゲート電極以外の一方電極に接続されたソース信号配線を互いに交差するように形成し、かつ該スイッチング素子のゲート電極以外の他方電極に接続された透明電極よりなる接続電極を形成する工程と、該スイッチング素子、ゲート信号配線、ソース信号配線および接続電極の上部に、塗布法により透明度の高いフッ素系の有機薄膜を塗布した後、これをパターニングして層間絶縁膜を形成すると共に、該層間絶縁膜を貫いて該接続電極に達するコンタクトホールを形成する工程と、該層間絶縁膜上およびコンタクトホール内に、透明導電膜からなる画素電極を、少なくともゲート信号配線およびソース信号配線の少なくとも一方と、少なくとも一部が重なるように形成する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の透過型液晶表示装置の製造方法において、前記コンタクトホールを、ドライエッチングにより加工するようにしてもよい。

上記構成により、以下、その作用を説明する。

本発明においては、スイッチング素子、ゲート信号配線およびソース信号配線の上部に層間絶縁膜が設けられ、その上に画素電極が設けられて、層間絶縁膜を貫くコンタクトホールを介して接続電極によりＴＦＴの他方電極と接続されている。このように、層間絶縁膜が設けられることにより、各信号配線と画素電極とをオーバーラップさせることができて、開口率を向上することが可能となると共に液晶の配向不良が抑制可能となる。しかも、この層間絶縁膜は、有機薄膜からなっているので、従来、用いられていた窒化シリコンなどの無機薄膜に比べて比誘電率が低く、透明度が高い良質な膜を生産性よく得られるので、膜厚を厚くすることが可能となって、各信号配線と画素電極との間の容量分が低減されて信号透過率も抑制され、これにより、各信号配線と画素電極との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減してより良好な表示が得られる。

更に、本発明は、層間絶縁膜として、比誘電率の低いフッ素系の有機薄膜を用いているので、エージングテスト等の信頼性も向上し、生産性も向上する。また、フッ素系の材料は耐薬品性に優れるため、後工程の条件の自由度が高く、歩留りの向上化や製造コストの低廉化が可能となる。

また、スイッチング素子のゲート電極以外の他方電極に接続電極を介して画素電極を接続するようにすれば、ＴＦＴが小さくなった場合であっても、層間絶縁膜を貫くコンタクトホールなどによる接続部を容易に取ることが可能となる。

この層間絶縁膜は、スピン塗布法、ロールコート法またはスロットコート法や、他の塗布法により塗布して有機薄膜を得、有機薄膜を硬化させた後、その上にフォトレジストを形成し、エッチングプロセスによりパターニングして形成することもできる。

また、層間絶縁膜の材料である樹脂が着色している場合には、パターニング後に光学的または化学的な脱色処理により樹脂を透明化することが可能である。

さらに、画素電極と各信号配線とを１μｍ以上オーバーラップさせると、開口率を最大限にすることができると共に、画素電極の各配線に対する加工精度が粗くても良い。つまり、加工精度が粗くても画素電極と各配線が重なっていれば、重なった各配線によって光漏れは遮断される。

さらに、層間絶縁膜の膜厚を１．５μｍ以上にすると、画素電極と各信号配線とを１μｍ以上オーバーラップさせても、各信号配線と画素電極との間の容量は十分小さくなって信号透過率も小さくなり、容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減してより良好な表示が得られる。

ＴＦＴの他方電極と画素電極とを接続する接続電極に、透明導電膜を用いれば、開口率はさらに向上する。

さらに、層間絶縁膜を貫くコンタクトホールが、遮光性の付加容量配線の上部に設けられていると、液晶の配向乱れによる光漏れが開口部以外の遮光部で発生することになり、コントラストの低下が生じない。

さらに、上記式（１）で表される容量比を１０％以下とすると、ソース電極と画素電極との間の容量が十分小さいので、良好な表示が得られる。

さらに、上記本発明を適用すれば、各画素電極の形状が、ゲート信号配線に平行な辺に比べてソース信号配線に平行な辺が長い長方形であっても、縦クロストークなどの容量成分による表示への影響をなくして良好な表示が得られる。

また、ソース信号配線から供給されるデータ信号の極性を、１ゲート信号配線毎に反転させると共にゲート信号と位相差を持つようにすると、ソース信号配線と画素電極との間の容量の影響をさらに小さくすることが可能となる。

本発明の製造方法によれば、塗布法を用いるので、従来のＣＶＤ法よりも簡単に層間絶縁膜を形成でき、コストダウンが可能である。好ましくは、ドライエッチングで層間絶縁膜を処理すれば、精度よく加工できる。

以上のように本発明によれば、層間絶縁膜を設けることにより、各信号配線と画素電極とをオーバーラップさせることができ、開口率を向上すると共に液晶の配向不良を抑制できる。この層間絶縁膜はフッ素系有機薄膜からなるため、比誘電率が無機薄膜に比べて低く、膜厚も容易に厚くできるので、各信号配線と画素電極との間の容量を低減することができる。よって、ソース信号配線と画素電極との間の容量に起因する縦クロストークを低減でき、また、画素電極とゲート信号配線との間の容量に起因する絵素への書き込み電圧のフィードスルーや製造工程のばらつきを低減できる。

また、この層間絶縁膜は、フッ素系樹脂をスピン塗布法、ロールコート法およびスロットコート法などの塗布法により塗布して硬化させ、その後、レジスト塗布、マスク露光およびドライエッチング加工を施すことにより得ることができ、ＣＶＤ法に比べて生産コストを低減して開口率の高い他の樹脂より寸法精度よく透過型液晶表示装置を得ることができる。層間絶縁膜の材料である樹脂が着色している場合には、パターニング後に光学的または化学的な脱色処理により樹脂を透明化することにより、表示色についても良好な透過型液晶表示装置とすることができる。

さらに、ＴＦＴの他方電極と画素電極とを接続する接続電極は、透明導電膜を用いて形成することにより、開口率をさらに向上できる。この透明導電膜は、ソース信号配線を２層構造として同時に形成することができ、ソース信号配線を２層構造にするとソース信号配線の断線を防ぐことができる。

さらに、層間絶縁膜を貫くコンタクトホールの下部に金属窒化物層を形成すると、層間絶縁膜とその下地との密着性を良好にでき、製造プロセス中の処理に対して安定な透過型液晶表示装置とすることができる。

さらに、画素電極とソース信号配線とを１μｍ以上オーバーラップさせると、開口率を向上できると共に、その加工精度も良好である。また、層間絶縁膜の膜厚を１．５μｍ以上にすると、画素電極とソース信号配線とを１μｍ以上オーバーラップさせても、ソース信号配線と画素電極との間の容量を十分小さくすることができ、良好な表示を得ることができる。

さらに、上記式（１）で表される容量比を１０％以下とすると、ソース電極と画素電極との間の容量が十分小さいので、さらに縦クロストークの低減の効果がある。

さらに、ソース信号配線から供給されるデータ信号の極性を、１ゲート信号配線毎に反転させて駆動を行うと、さらに縦クロストークの発生を抑制できる。

さらに、各画素電極の形状が正方形に近いもののみならず、各画素電極を縦ストライプに配列し、各画素電極の形状をゲート信号配線に平行な辺に比べてソース信号配線に平行な辺が長い長方形にした場合でも、良好な表示が得られる。従って、ノートブック型パーソナルコンピューターなどに用いられる大型液晶表示装置においても、縦クロストークが無く開口率が高い透過型液晶表示装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示す平面図である。

図１において、アクティブマトリクス基板には、複数の画素電極２１がマトリクス状に設けられており、これらの画素電極２１の周囲を通り、互いに直交差するように、各ゲート信号配線２２とソース信号配線２３が設けられている。これらのゲート信号配線２２とソース信号配線２３はその一部が画素電極２１の外周部分とオーバーラップしている。また、これらのゲート信号配線２２とソース信号配線２３の交差部分において、画素電極２１に接続されるスイッチング素子としてのＴＦＴ２４が設けられている。このＴＦＴ２４のゲート電極にはゲート信号配線２２が接続され、ゲート電極に入力される信号によってＴＦＴ２４が駆動制御される。また、ＴＦＴ２４のソース電極にはソース信号配線２３が接続され、ＴＦＴ２４のソース電極にデータ信号が入力される。さらに、ＴＦＴ２４のドレイン電極は、接続電極２５さらにコンタクトホール２６を介して画素電極２１と接続されるとともに、接続電極２５を介して付加容量の一方の電極２５ａと接続されている。この付加容量の他方の電極２７は共通配線に接続されている。

図２は図１の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’断面図である。

図２において、透明絶縁性基板３１上に、図１のゲート信号配線２２に接続されたゲート電極３２が設けられ、その上を覆ってゲート絶縁膜３３が設けられている。その上にはゲート電極３２と重畳するように半導体層３４が設けられ、その中央部上にチャネル保護層３５がもうけられている。このチャネル保護層３５の両端部および半導体層３４の一部を覆い、チャネル保護層３５上で分断された状態で、ソース電極３６ａおよびドレイン電極３６ｂとなるｎ⁺Ｓｉ層が設けられている。一方のｎ⁺Ｓｉ層であるソース電極３６ａの端部上には、透明導電膜３７ｃと金属層３７ｂとが設けられて２層構造のソース信号配線２３となっている。また、他方のｎ⁺Ｓｉ層であるドレイン電極３６ｂの端部上には、透明導電膜３７ａ’と金属層３７ｂ’とが設けられ、透明導電膜３７ａ’は延長されて、ドレイン電極３６ｂと画素電極２１とを接続するとともに付加容量の一方の電極２５ａに接続される接続電極２５となっている。さらに、ＴＦＴ２４、ゲート信号配線２２およびソース信号配線２３、接続電極２５の上部を覆って層間絶縁膜３８が設けられている。

この層間絶縁膜３８上には、画素電極２１となる透明導電膜が設けられ、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６を介して、接続電極２５である透明導電膜３７ａ’によりＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと接続されている。層間絶縁膜３８は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの光透過率が９０％以上である材料を用いるのが、表示装置の輝度を高く維持できる点で好ましい。

以上のように本実施形態１のアクティブマトリクス基板が構成され、以下のようにして製造することができる。

まず、ガラス基板などの透明絶縁性基板３１上に、ゲート電極３２、ゲート絶縁膜３３、半導体層３４、チャネル保護層３５、ソース電極３６ａおよびドレイン電極３６ｂとなるｎ⁺Ｓｉ層を順次成膜して形成する。ここまでの作製プロセスは、従来のアクティブマトリクス基板の製造方法と同様にして行うことができる。

次に、ソース信号配線２３および接続電極２５を構成する透明導電膜３７ａ，３７ａ’および金属層３７ｂ，３７ｂ’を、スパッタ法により順次成膜して所定形状にパターニングする。

さらに、その上に、層間絶縁膜３８として、フッ素樹脂をスピン塗布法などの塗布法により塗布し、その後、硬化させて、たとえば２μｍの膜厚のフッ素樹脂膜を形成する。この樹脂膜に対して、レジストを塗布し所望のパターンに従って露光し、たとえばアルカリ性の溶液によって一部のレジストを剥離し、レジストをマスクにしてドライエッチングする。こうして、層間絶縁膜３８を貫通するコンタクトホール２６が形成されることになる。その後、残ったレジストを剥離する。ドライエッチングにより寸法精度よく、滑らかな、したがって画素電極２１の断線の少ない加工がコンタクトホール２６に対して行い得る。

その後、画素電極２１となる透明導電膜をスパッタ法により形成し、パターニングする。これにより画素電極２１は、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６を介して、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと接続されている透明導電膜３７ａ’と接続されることになる。このようにして、本実施形態１のアクティブマトリクス基板を製造することができる。

したがって、このようにして得られたアクティブマトリクス基板は、ゲート信号配線２２およびソース信号配線２３と、画素電極２１との間に層間絶縁膜３８が形成されているので、各信号配線２２，２３に対して画素電極２１をオーバーラップさせることができる。このため、アクティブマトリクス基板と対向基板の間に液晶を介在させた透過型液晶表示装置の構成とした時に、開口率を向上することができると共に、各信号配線２２，２３に起因する電界を画素電極２１でシールドして液晶の配向不良を抑制することができる。

また、層間絶縁膜３８を構成するフッ素樹脂は、比誘電率が２〜３程度であり、無機膜（窒化シリコンの比誘電率８）に比べて低く、また、その透明度も高くスピン塗布法等の塗布法により容易に２μｍという厚い膜厚にすることができる。このため、ゲート信号配線２２と画素電極２１との間の容量および、ソース信号配線２３と画素電極２１との間の容量を低くすることができ、信号がその容量を通過し難くなり、つまり信号透過率が低くなる。その結果、各信号配線２２，２３と画素電極２１との間の容量成分が表示に与えるクロストークなどの影響をより低減することができて、良好で明るい表示を得ることができる。また、露光およびアルカリ現像によってパターニングを行うことにより、コンタクトホール２６のテーパ形状を良好にすることができ、画素電極２１と接続電極３７ａ’との接続を良好にすることができる。

尚、フッ素材料は、他の有機材料と比べて比誘電率が低いので、薄膜を薄く形成することが可能となり、したがって材料費を少なく、かつ、コンタクトホールのサイズを小さくできる。更に、同じ理由により、例えばエージングテスト等を行い、ＴＦＴ２４と画素電極２１との間の電界で分極化させても、ＴＦＴ特性がずれたりすることも少なく信頼性が高い。また、フッ素樹脂は耐薬品性に優れるため、後工程で使用する薬液などの自由度が増し、製造容易でコストダウンできる。

さらに、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと画素電極２１とを接続する接続電極２５として透明導電膜３７ａ’を形成することにより、以下のような利点を有する。即ち、従来のアクティブマトリクス基板においては、この接続電極を金属層によって形成していたため、接続電極が開口部に存在すると開口率の低下の原因となっていた。これを防ぐため、従来は、ＴＦＴまたはＴＦＴのドレイン電極上に接続電極を形成し、その上に層間絶縁膜のコンタクトホールを形成してＴＦＴのドレイン電極と画素電極とを接続するという方法が用いられてきた。しかし、この従来の方法では、特に、開口率を向上させるためにＴＦＴを小型化した場合に、コンタクトホールを完全にＴＦＴの上に設けることができず、開口率の低下を招いていた。また、層間絶縁膜を数μｍという厚い膜厚に形成した場合、画素電極が下層の接続電極とコンタクトするためには、コンタクトホールをテーパ形状にする必要があり、さらにＴＦＴ上の接続電極領域を大きく取ることが必要であった。例えば、そのコンタクトホールの径を５μｍとした場合、コンタクトホールのテーパ領域およびアラインメント精度を考慮すると、接続電極の大きさとしては１４μｍ程度が必要であり（但し、他の有機材料に比べて厚みが小さく電極寸法は小さくできる）、従来のアクティブマトリクス基板では、これよりも小さいサイズのＴＦＴを形成すると接続電極に起因する開口率の低下を招いていた。これに対して、本実施形態１のアクティブマトリクス基板では、接続電極２５が透明導電膜３７ａ’により形成されているので、開口率の低下が生じない。また、この接続電極２５は延長されて、ＴＦＴのドレイン電極３６ｂと、透明導電膜３７ａ’により形成された付加容量の一方の電極２５ａとを接続する役割も担っており、この延長部分も透明導電膜３７ａ’により形成されているので、この配線による開口率の低下も生じない。

さらには、ソース信号配線２３を２層構造とすることにより、ソース信号配線２３を構成する金属層３７ｂの一部に膜の欠損があったとしても、ＩＴＯなどの透明導電膜３７ａにより電気的に接続されるので、ソース信号配線２３の断線を少なくできるという利点がある。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示す平面図であり、図４は図３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＢ−Ｂ’断面図である。なお、図１および図２と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付けてその説明を省略する。

本実施形態２のアクティブマトリクス基板では、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂに接続される接続電極２５の先端部である、画素の付加容量の一方電極２５ａに対向する他方電極２７が、図１０の付加容量共通配線６を通じて対向基板上に形成された対向電極に接続される構成となっているが、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６Ａの形成位置を、この付加容量共通配線６の一端である他方電極２７および一方電極２５ａの上部に形成している。つまり、このコンタクトホール２６Ａは、遮光性の金属膜で構成されている付加容量配線上部に設けられている。

これにより、以下のような利点を有する。

例えば、層間絶縁膜３８の膜厚を２μｍにすると、液晶セルの厚みである４．５μｍと比較しても無視できない厚みであるので、コンタクトホール２６Ａの周辺に液晶の配向乱れによる光漏れが発生する。したがって、透過型液晶表示装置の開口部にこのようなコンタクトホール２６Ａを形成した場合には、この光漏れによるコントラストの低下が生じる。これに対して、本実施形態２のアクティブマトリクス基板では、付加容量共通配線６の一端である他方電極２７および一方電極２５ａの遮光性の金属膜上部にコンタクトホール２６Ａが形成されているので、このような問題は生じない。つまり、このコンタクトホール２６Ａが、遮光性の金属膜である付加容量配線上部に設けられていると、液晶の配向乱れによる光漏れが発生しても、開口部以外の遮光部であってコントラストの低下は生じない。これは、隣接するゲート信号配線２２の一部を一方電極として付加容量を形成する場合にも同様であり、この場合には、隣接するゲート信号配線２２上にコンタクトホール２６Ａを形成することにより、ゲート信号配線２２で遮光してコントラスト低下を防ぐことができる。

また、このアクティブマトリクス基板は、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと、コンタクトホール２６Ａとを接続する接続電極２５として透明導電膜３７ａ’を形成しているので、コンタクトホール２６Ａを付加容量上に形成しても開口率の低下は生じない。コンタクトホール２６Ａの外形サイズは、フッ素系の層間絶縁膜を用いることにより、他の材料よりも小さく、加工時の位置合わせに余裕がある。

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の構成を示す一部断面図である。

本実施形態３のアクティブマトリクス基板では、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６Ｂが付加容量共通配線６の上部に形成されており、このコンタクトホール２６Ｂの下部に形成された透明導電膜３７ａ’の上に金属窒化物層４１が形成されている。

これにより、以下のような利点を有する。

層間絶縁膜３８を構成する樹脂と、透明導電膜であるＩＴＯなど、または金属であるＴａ、Ａｌなどとの密着性には問題がある。例えば、コンタクトホール２６Ｂの開口後の洗浄工程において、コンタクトホール２６Ｂの開口部から、その樹脂と下地との間の界面に洗浄液が侵入し、樹脂の膜剥がれが生じるという問題があった。これに対して、本実施形態３のアクティブマトリクス基板では、その樹脂との密着性が良好なＴａＮやＡｌＮなどの金属窒化物層４１を形成するので、膜剥がれなどの密着性に関する問題は生じない。

この金属窒化物層４１は、層間絶縁膜３８を構成する樹脂や、透明導電膜である接続電極３７ａ’およびＴａ、Ａｌなどの金属などと密着性のよいものであればいずれを用いてもよいが、接続電極３７ａ’と画素電極２１とを電気的に接続する必要があるので、良好な導電性を有している必要がある。
（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４の透過型液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の構成を示す一部断面図である。このアクティブマトリクス基板は、実施形態２の構造で用いていたチャネル保護層３５を削減してある。よって、製造工程の簡略化や材料費の削減化を大幅に図れる。

（実施形態５）
本実施形態５では、透過型液晶表示装置の駆動方法について説明する。

本発明の透過型液晶表示装置においては、層間絶縁膜を形成することにより各信号配線と画素電極とをオーバーラップさせている。画素電極と各信号配線とがオーバーラップせずに、その間に間隔が開いていると液晶に電界の印加されない領域が発生するが、このように画素電極を各信号配線にオーバーラップさせることにより、この領域をなくすことができる。また、隣接する画素電極の間の液晶にも電界が印加されないが、それによる光漏れを各信号配線により遮断することができる。このため、対向基板上に、両基板の貼り合わせずれを見込んだ形でブラックマスクを形成する必要がなくなり、開口率を向上させることができる。また、各信号配線に起因する電界をシールドすることもできるので、液晶の配向不良の抑制を図ることができるという利点もある。

但し、このオーバーラップ幅は、実際の製造工程でのばらつきを見込んで設定する必要があり、例えば１．０μｍ程度以上に設定されることが望ましい。

上述のように、ソース信号配線と画素電極とをオーバーラップさせる構造とした場合には、ソース信号配線と画素電極との間の容量に起因してクロストークが発生し、表示品位を低下させるという問題があった。特に、ノートブック型バーソナルコンピューターに用いられる液晶パネルにおいては、一般的に画素を縦ストライプに配列するため、ソース信号配線と画素電極との間の容量の表示に対する影響が大きい。この理由として、この配列では画素電極の形状がソース信号と隣接する部分を長辺とする長方形となるので、画素電極とソース信号配線との間の容量が相対的に大きくなること、また、隣接するソース信号配線の表示の色が異なっているため、信号の相関性が少なく、容量の影響をキャンセルさせることができないことなどが考えられる。

本発明の透過型液晶表示装置においては、層間絶縁膜が有機薄膜かつフッ素樹脂からなるので比誘電率が極めて小さく、また、膜厚を容易に厚くできるので、画素電極と各信号配線との間の容量を小さくすることができる。さらにこれに加えて、ソース信号配線と画素電極との間の容量の影響を小さくして、ノートブック型バーソナルコンピューターにおいても縦クロストークを十分低減させるためには、以下のような駆動方法を用いてることができる。

本実施形態５の透過型液晶表示装置の駆動方法は、ソース信号配線と画素電極との間の容量の表示に対する影響を低減させるために、データ信号の極性を１ゲート信号配線毎に反転させる駆動方法（以下１Ｈ反転という）を用いて駆動する。尚、ソース信号を、データ信号との位相をずらせて、例えば１／２ゲート信号分程度位相をずらせて、駆動を行うことにより、１Ｈ反転駆動よりも良好な表示が得られるが、以下では１Ｈ反転駆動について述べる。

図７に、図８（ａ）に示す１Ｈ反転の場合と、図８（ｂ）に示すデータ信号の極性をフィールド毎に反転させる駆動方法（以下フィールド反転という）の場合とについて、ソース信号配線と画素電極との間の容量が画素の充電率に与える影響を示している。

図７において、縦軸の充電率差とは、中間調の一様表示の場合と、中間調表示の中に縦方向の占有率が３３％である黒のウィンドーパターンを表示させた場合とにおいて、中間調表示部の液晶に印加される電圧の実効値差の割合を示している。また、横軸の容量比とは、ソース信号配線と画素電極との間の容量に起因する画素電極の電圧変動に比例し、下記式（１）で定義される。

容量比＝Ｃsd／（Ｃsd＋Ｃls＋Ｃs） ・・・（１）
但し、Ｃsdは画素電極とソース信号配線との間の容量値を示し、Ｃlsは各画素を構成する液晶の中間調表示における容量値を示し、Ｃsは各画素を構成する付加容量の容量値を示している。なお、中間調表示とは、透過率が５０％の場合を示している。

図７から明かなように、本実施形態５による１Ｈ反転の駆動方法は、フィールド反転による駆動方法に比べて、ソース信号配線と画素電極との間の容量が同じであっても、実際の液晶に印加される実効電圧への影響を１／５〜１／１０に低減することができることが解る。この理由は、１Ｈ反転駆動の場合には、１フィールドの間に１フィールドの時間に対して十分に短い周期で、データ信号の極性が反転されるので、＋極性の信号と−極性の信号とが表示に与える影響がキャンセルされるためである。

ところで、対角２６ｃｍのＶＧＡパネルで表示実験を行ったところ、中間調において充電率差が０．６％以上になるとクロストークが顕著になって、表示品位に問題が生じることが解った。このスペックを図７の図中に点線で示している。図７によれば、充電率差を０．６％以下にするためには、容量比を１０％以下にすればよいことが解る。

図９に、対角２６ｃｍのＶＧＡパネルにおいて、層間絶縁膜の膜厚をパラメーターとして計算した場合の、画素電極とソース信号配線とのオーバーラップ量と、画素電極とソース信号配線との間の容量との関係を示している。ここで、層間絶縁膜は、上記実施態様１で用いたフッ素系樹脂（比誘電率が２程度）とした。また、このとき、加工精度を考慮すると、画素電極とソース信号配線との間のオーバーラップ幅は少なくとも１μｍは必要である。図７および図９によれば、オーバーラップ幅を１μｍとして充電率差を０．６％以下とするためには、層間絶縁膜の膜厚が１．２μｍ以上であればよいことが解る。なお、量産時のバラツキなどを考慮すると、１．５μｍ以上が好ましい。

このように、画素電極をソース信号配線に対してオーバーラップさせた場合、１Ｈ反転駆動を用いることにより、隣接するソース信号配線の信号の極性を反転させなくても縦クロストークが認められない良好な表示を得ることができ、ノートブック型パーソナルコンピュータにも十分対応することができる。

（実施形態６）
本実施形態６では、液晶に印加される電圧の極性を１ゲート信号配線毎に反転させると共に、対向電極に印加される信号をソース信号の極性の反転と同期させて、交流駆動する駆動方法について説明する。

このように対向電極を駆動することにより、ソース信号の振幅を小さく抑えることができる。

上記図７に、対向電極を振幅５Ｖで交流駆動した場合について、同時に示している。図７によれば、対向電極を交流駆動することにより約１割程度、充電率差が大きくなるものの、１Ｈ反転駆動を行っているためにフィールド反転駆動に比べて十分充電率差を小さくできる。したがって、この駆動方法でも、縦クロストークが見られない良好な表示を実現することができる。

なお、上記実施形態では、付加容量の一方の電極が付加容量共通配線を通じて対向電極に接続される構造の透過型液晶表示装置について説明したが、付加容量の一方の電極が、隣接する画素のゲート信号配線である構造としても同様の効果が得られる。

本発明の実施形態１の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示す平面図である。 図１の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の実施形態２の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示す平面図である。 図３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の実施態様３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の一部断面図である。 本発明の実施形態４の透過型表示装置におけるアクティブマトリクス基板の一部断面図である。 本発明の実施態様５，６の透過型液晶表示装置と従来の液晶表示装置とにおける液晶の充電率差と容量比との関係を示す図である。 ａは本発明の実施態様５，６の１Ｈ反転の場合のデータ信号の波形図、ｂは従来のフィールド反転の場合のデータ信号の波形図である。 本発明の実施態様５の透過型液晶表示装置における液晶の容量比とオーバーラップ幅との関係を示す図である。 アクティブマトリクス基板を備えた従来の液晶表示装置の構成を示す回路図である。 従来の液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。

符号の説明

６ 付加容量用共通配線
２１ 画素電極
２２ ゲート信号配線
２３ ソース信号配線
２４ ＴＦＴ
２５ 接続電極
２６，２６Ａ，２６Ｂ コンタクトホール
３１ 透明絶縁性基板
３２ ゲート電極
３６ａ ソース電極
３６ｂ ドレイン電極
３７ａ，３７ａ’ 透明導電膜
３７ｂ，３７ｂ’ 金属層
３８ 層間絶縁膜
４１ 窒化チタン層

Claims (1)

1. ゲート信号配線とソース信号配線の交差部近傍にスイッチング素子が設けられ、該スイッチング素子のゲート電極に該ゲート信号配線が接続され、該ゲート電極以外の一方電極に該ソース信号配線、他方電極に直接または接続電極を介して画素電極が接続された透過型液晶表示装置において、
   該スイッチング素子、該ゲート信号配線および該ソース信号配線の上部に、透明度の高い有機薄膜からなるフッ素系の層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜の上に透明導電膜からなる該画素電極が設けられており、
   下記式（１）で表される容量比が、１０％以下である透過型液晶表示装置；
   容量比＝Ｃsd／（Ｃsd＋Ｃls＋Ｃs） ・・・（１）
   但し、Ｃsdは画素電極とソース信号配線との間の容量値を示し、Ｃlsは各画素を構成する液晶の中間調表示における容量値を示し、Ｃsは各画素を構成する付加容量の容量値を示す。

Images