JP2007122088A - 液晶表示パネルおよび該液晶表示パネルを備える液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスを増やすことなく、対向基板側のブラックマトリクスによる開口率の低下を解消した液晶表示パネルおよび該液晶表示パネルを備える液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る液晶表示パネルは、複数の画像信号配線２と、複数の走査信号配線１と、スイッチング素子５と、画素電極３と、対向電極１１と、液晶材料１０とを有しており、画素電極３よりも画像信号配線２側に張り出し且つ画素毎に分離された光反射性の金属膜４を、画素電極３の裏面側に絶縁膜８を介して設けてなる。また、金属膜４は、各画素で画像信号配線２と垂直方向において重なっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、特に各画素にスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルおよび該液晶表示パネルを備える液晶表示装置に関する。

アクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、単純マトリクス方式と比べてコントラストが高く、多階調表示特性に優れているため、カラー液晶表示装置では欠かせない技術となっている。特に、スイッチング素子として薄膜トランジスタを使用したアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、ＣＲＴと同等の画質が得られるようになった。また、近年、カラー携帯電話の普及等から屋外での良好な視認性、低消費消費電力の特性を併せ持つ反射型、半透過型の液晶表示装置の需要が拡大している。

以下、図面を参照しながら、従来の半透過型の液晶表示装置を説明する。

図１３は、従来の液晶表示装置の一画素の拡大図、図１４および図１５はそれぞれ図１３のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線の断面図である。また、図１６は図１３の液晶表示装置の等価回路図である。

図１３、図１４、図１５、図１６において、５は逆スタガ型の薄膜トランジスタ、１は金属膜よりなる走査信号配線およびこの走査信号配線と同時に形成される薄膜トランジスタのゲート電極（Ｇ）、２は金属膜と透明導電膜の積層膜よりなる画像信号配線および薄膜トランジスタ５のソース電極（Ｓ）、３は透明導電膜よりなる透明画素電極、１４は光反射機能を持つ金属膜よりなる反射画素電極、６は薄膜トランジスタ５の半導体膜、８は薄膜トランジスタ５のゲート絶縁膜、９は絶縁性保護膜、１５は絶縁性有機膜、１０は液晶材料、１１は透明導電膜よりなる対向電極、７はブラックマトリクス、７'はブラックマトリクスの開口部、１２、１３は透明ガラス基板である。

ここで、反射画素電極１４は透明画素電極３の上部に絶縁性保護膜９および絶縁性有機膜１５を介して設けられており、画素中央部において前記絶縁膜を除去した領域で透明画素電極３と接続された構造となっている。

また、図１６において、Ｃlcは透明画素電極３および反射画素電極１４と対向電極１１との間の液晶容量、Ｃsは透明画素電極３と隣接する走査信号配線１’との間の付加容量である。

このアクティブマトリクス方式の半透過型液晶表示装置によれば、走査信号配線１から供給される走査信号によって逆スタガ型の薄膜トランジスタ５がスイッチングされ、画像信号配線２の信号電圧をドレイン（Ｄ）電極の延長である透明画素電極３および反射画素電極１４に印加することにより、透明画素電極３および反射画素電極１４と対向電極１１との間に保持された液晶材料１０に電圧を印加し、画像の表示を行う。そして、反射画素電極１４の領域が反射画像を表示し、反射画素電極１４の中央部の透過画素電極３の領域が透過画像を表示する。

ここで、付加容量Ｃsは液晶材料１０に印加する電圧を一定期間保持するための電荷保持用の容量である。

次に従来の他の液晶表示装置の例を示す。

図１７は一画素の拡大図、図１８および図１９はそれぞれ図１７のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線の断面図である。また、図１６は図１７の液晶表示装置の等価回路図である。

図１７、図１８、図１９、図１６において、５は逆スタガ型の薄膜トランジスタ、１は金属膜よりなる走査信号配線およびこの走査信号配線と同時に形成される薄膜トランジスタのゲート電極（Ｇ）、２は金属膜と透明導電膜の積層膜よりなる画像信号配線および薄膜トランジスタ５のソース電極（Ｓ）、３は透明導電膜よりなる透明画素電極、４は光反射機能を持つ金属膜よりなる反射画素電極、６は薄膜トランジスタ５の半導体膜、８は薄膜トランジスタ５のゲート絶縁膜、９は絶縁性保護膜、1０は液晶材料、１１は透明導電膜よりなる対向電極、７はブラックマトリクス、７'はブラックマトリクスの開口部、１２，１３は透明ガラス基板である。

ここで、反射画素電極４は透明画素電極３の下部にゲート絶縁膜８を介して設けられ、光の反射機能を有している。

また、図１２において、Ｃlcは透明画素電極３と対向電極１１との間の液晶容量、Ｃsは透明画素電極３と隣接する走査信号配線１’との間の付加容量である。

このアクティブマトリクス方式の半透過型液晶表示装置によれば、走査信号配線１から供給される走査信号によって逆スタガ型の薄膜トランジスタ５がスイッチングされ、画像信号配線２の信号電圧をドレイン（Ｄ）電極の延長である透明画素電極３に印加することにより、透明画素電極３と対向電極１１との間に保持された液晶材料１０に電圧を印加し、画像の表示を行う。そして、反射画素電極４の領域が反射画像を表示し、反射画素電極４の外周部の透過画素電極３の領域が透過画像を表示する。

ここで、付加容量Ｃsは液晶材料１０に印加する電圧を一定期間保持するための電荷保持用の容量である。

図１４に示す従来の半透過型液晶表示装置では、図１４および図１５に示すように、極力画素電極を大きくし、明るい液晶表示装置を実現することを目的に、絶縁性保護膜９の上に厚さ２〜３μｍの絶縁性有機膜１５を形成し、薄膜トランジスタ５および画像信号配線２の上部にも反射画素電極１４を形成した構造である。そのため、画素電極の面積が大きく、開口率は向上しているが、その反面、絶縁性有機膜１５の成膜およびパターニング、反射画素電極１４の成膜およびパターニングというように工程数が大幅に増加し、生産性および歩留まりを低下させていた。

また、図１７に示す従来の半透過型液晶表示装置では、図１８および図１９に示すように、一般に画素電極３周辺部の透過光を遮光するために、対向基板１２側にクロム（Ｃｒ）などの金属膜でブラックマトリクス７を形成しており、このブラックマトリクス７が開口部７'の大きさである画素部分の開口率を低下させていた。

すなわち、上述した液晶表示装置は、対向基板１２側にブラックマトリクス７を形成すると、対向基板１２を含めた開口部は、図１７の点線で示す領域７'に限られ、画素部分の開口率の向上が図れないという問題があった。

特に画素電極３とブラックマトリクス７は、別の基板１２，１３に形成されているため、両基板１２，１３の貼り合わせのズレ量をマージンとして、例えば６〜１０μｍ程度画素電極３の端から画素電極３の内側に形成する必要があり、画素部分の開口率が大幅に低下するという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、製造プロセスを増やすことなく、対向基板側のブラックマトリクスによる開口率の低下を解消した液晶表示パネルおよび該液晶表示パネルを備える液晶表示装置を提供することにある。

本発明に係る液晶表示パネルは、複数の画像信号配線と、絶縁膜を介して前記複数の画像信号配線に対して交差する複数の走査信号配線と、前記画像信号配線と前記走査信号配線との交差部に設けられるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して画像信号が供給される画素電極と、前記画素電極に対向して設けられる対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に保持される液晶材料とを有するものにおいて、前記画素電極よりも前記画像信号配線側に張り出し且つ画素毎に分離された光反射性の金属膜を、前記画素電極の裏面側に前記絶縁膜を介して設け、前記金属膜は、前記各画素で前記画像信号配線と垂直方向において重なっていることを特徴とする。

本液晶表示パネルにおいて、前記画素電極と前記金属膜との間の重なり容量をＣps、前記金属膜と前記画像信号配線との間の重なり容量をＣsd、前記スイッチング素子のゲート電極とドレイン電極との間の容量をＣgd、前記画素電極と該画素電極の画素に隣接する隣接画素の走査信号配線との間の重なり容量をＣs、前記画素電極と前記対向電極との間の液晶容量をＣlcとしたとき、（Ｃps×Ｃsd／（Ｃps＋Ｃsd））は（Ｃlc＋Ｃs＋Ｃgd）の１／５以下であるのが好ましい。

本液晶表示パネルにおいて前記金属膜は前記走査信号配線と同一材料で形成され、前記走査信号配線とは分離されているのが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る液晶表示パネルを備えることを特徴とする。

本発明の液晶表示パネル並びに液晶表示装置によれば、上記構成のように、画素電極の裏面側に絶縁膜を介して画素電極よりも画像信号配線側に張り出した光反射性の帯状金属膜を設けたことで、この部分での光漏れを発生せず、また、帯状金属膜が反射電極として機能する。これにより、この画像信号配線との対峙部分のブラックマトリクスは不要になるか、もしくは幅狭に形成でき、その結果、開口率を向上させた反射、半透過型の液晶パネル（液晶表示装置）を実現することができる。

図１は第１の参考例としての液晶表示装置の画素部分を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’線断面図、図４は図１の液晶表示装置の等価回路図である。

図１乃至図４において、１は走査信号配線、２は画像信号配線、３は画素電極、４は光反射機能を持つ帯状金属膜（反射画素電極）、５は薄膜トランジスタから成るスイッチング素子、７はブラックマトリクス、８はゲート絶縁膜、９は保護膜、１０は液晶材料、１１は対向電極、１２，１３は透明ガラス基板である。

走査信号配線１と画像信号配線２はそれぞれ複数設けられており、この走査信号配線１と画像信号配線２の各交差部に画素電極３及びスイッチング素子５が設けられている。

スイッチング素子５は、走査信号配線２に連続して形成されたゲート電極（Ｇ）、ゲート絶縁膜８、チャネル部となる半導体膜６、画像信号配線２に連続して形成されたソース電極（Ｓ）及び画素電極３に連続して形成されたドレイン電極（Ｄ）にて形成される。

走査信号配線１及びゲート電極（Ｇ）は、アルミニウム合金（ＡｌX）やタンタル（Ｔａ）などの光反射機能を持つ金属膜で形成される。

ゲート絶縁膜８は、窒化シリコン（ＳｉＮx）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化タンタル（ＴａＯx）などで形成される。

半導体膜６はアモルファスシリコン膜などで形成される。また、画素電極３は、ＩＴＯなどの透明導電膜で形成される。画像信号配線２、ソース電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）は、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム合金（ＡｌX）などの金属膜２ａとＩＴＯなどの透明導電膜２ｂの積層膜で形成される。なお、これらの画像信号配線２、ソース電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）は、金属膜２ａと透明導電膜２ｂの二層構造とする場合に限らず、金属膜２ｂだけの一層構造のものでもよい。

第１の参考例としての液晶表示装置では、画素電極３の裏面側に絶縁膜８を介して、この画素電極３よりも画像信号配線２側に張り出し、画素毎に分離された光反射機能を持つ帯状金属膜４，４’が形成されている。この金属膜４，４’は遮光性を有することから、画素電極３と画像信号配線２との間で光漏れが発生する隙間が小さくなる。したがって、図１、図２、図３に示すように、画像信号配線２に対峙する部分のブラックマトリクス７を幅狭にでき、開口部の領域７'が拡大することから、画素部分の開口率を向上させることができる。

また、帯状金属膜が光反射機能を持つことにより、反射、半透過型液晶表示装置の反射画素電極として機能する。

このように帯状金属膜４を画素毎に分離すると、この金属膜４と他の配線間にショートが発生しても一画素の点欠陥になるだけであって、他の画素に影響を及ぼすこともない。

ここで、画素電極３と隣接する走査信号配線１’との間で、液晶材料１０に印加する電圧を一定期間保持するための付加容量Ｃsが画素電極３と対向電極１１との間で液晶容量Ｃlcが帯状金属膜４，４’と対向電極１１との間で液晶容量Ｃlc1，Ｃlc2が、画素電極３と帯状金属膜４，４’との間の重なり容量Ｃps1，Ｃps2がそれぞれ形成され、図４に示すような等価回路となる。

この場合、画素電極３に印加される電圧をＶpとすると、帯状金属膜４には、Ｃps1／（Ｃps1＋Ｃlc1）×Ｖｐの電圧が印加され、帯状金属膜４’には、Ｃps2／（Ｃps2＋Ｃlc2）×Ｖpの電圧が印加されるが、Ｃps1＞２Ｃlc1およびＣps2＞２Ｃlc2の場合、帯状金属膜４，４’には、２／３・Ｖp〜Ｖpの電圧（画素電極３に近い電圧）が印加され、画素電極３と帯状金属膜４，４’との電位差がほぼ無くなり、これにより、帯状金属膜４，４’も画素電極と同様の機能を持ち、この部分でのディスクリネーションの発生がない良好な表示特性が得られる。すなわち、画素電極３と帯状金属膜４，４’との重なり容量Ｃps1，Ｃps2が帯状金属膜４，４’と対向電極１１との間の液晶容量Ｃlc1，Ｃlc2の２倍以上となるように形成すればよい。

次に、本発明に係る液晶表示装置の実施の一形態について説明する。

図５、図６、図７、図８は、本実施形態に係る液晶表示装置を示す図であり、図５は一画素の平面図、図６は図５のＡ−Ａ’線断面図、図７は図６のＢ−Ｂ’線断面図、図８は図５の液晶表示装置の等価回路図である。

図５、図６、図７、図８において、１は走査信号配線、２は画像信号配線、３は画素電極、４は帯状金属膜、５は薄膜トランジスタから成るスイッチング素子、７はブラックマトリクス、８はゲート絶縁膜、９は保護膜、１０は液晶材料、１１は対向電極、１２，１３は透明ガラス基板である。

この本実施形態についても、図１乃至図４に示す第１の参考例とほぼ同じであるが、本実施形態では、画素電極３の裏面側に絶縁膜８を介して画像信号配線２側に張り出した帯状の光反射機能を持つ金属膜４が垂直方向において画像信号配線２と一部重なって設けられている。

この金属膜４は、アルミニウム合金（ＡｌX）やタンタル（Ｔａ）などから成り、光反射機能および透過光遮光性を有する。また、画像信号配線２もチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム合金（ＡｌX）などの金属膜２ａとＩＴＯなどの透明導電膜２ｂで形成され、遮光性を有する。

したがって、図５、図６、図７に示すように、画像信号配線２に対峙する部分のブラックマトリクス７をより幅狭にでき、開口部の領域７'がさらに拡大することで、画素部分の開口率を大幅に向上させることができる。

帯状金属膜４と画像信号配線２の一部を垂直方向に重ねた場合、画素電極３と画像信号配線２間のクロストークは、画素電極３と帯状金属膜４間の容量Ｃps（Ｃps1、Ｃps2）と、帯状金属膜４と画像信号配線２間の容量Ｃsd（Ｃsd1、Ｃsd2）との直列の容量、すなわち（Ｃps×Ｃsd／（Ｃps＋Ｃsd））に比例するが、画素電極３と対向電極１１との間の液晶容量をＣLC1、画素電極３と隣接する走査信号配線１’との間の付加容量をＣs、スイッチング素子５のゲート電極（Ｇ）とドレイン電極（Ｄ）間の容量をＣgdとしたときに、上述の（Ｃps×Ｃsd／（Ｃps＋Ｃsd））を（Ｃlc＋Ｃs＋Ｃgd）の１／５以下にすることにより、クロストークが殆ど発生しない良好な表示装置となる。

また、帯状金属膜４を走査信号と同一材料で形成すると、製造工程を全く煩雑化させることなく帯状金属膜を形成できるという点で好適である。

さらに、画素電極３の左右方向で光の漏れ量が異なるように液晶の配向方向を設定した場合は、画素電極３の片側のみに帯状金属膜４を設けてもよい。

図９、図１０、図１１、図１２にて、第２の参考例を示す。

図９は一画素の平面図、図１０は図９のＡ−Ａ’線断面図、図１１は図９のＢ−Ｂ’線断面図、図１２は図９の液晶表示装置の等価回路図である。

第２の参考例においても、図１乃至図４に示す第１の参考例とほぼ同じであるが、第２の参考例では、画素電極３の裏面側に絶縁膜８を介して画像信号配線２側に張り出した２個の帯状の光反射機能を持つ金属膜４，４'が一つに接続されている。

なお、第２の参考例では画素電極３と帯状の光反射機能を持つ金属膜４，４'がゲート絶縁膜８を介して絶縁されていたが、部分的にゲート絶縁膜８を除去し、画素電極３と帯状の光反射機能を持つ金属膜４，４'を接続してもなんら問題はない。

以上のとおり、本発明の液晶表示装置によれば、画素電極の裏面側に絶縁膜を介して、この画素電極よりも画像信号配線側に張り出し、各画素毎に分離された光反射性の帯状金属膜を設けたことで、画像信号配線と画素電極間の漏れ光を削減でき、この部分のブラックマトリクスを削減でき、その結果、画素部分の開口率が向上した。

また、本発明によれば、帯状金属膜が光反射機能を持つことで、帯状金属膜が反射画素電極として機能し、開口率を向上させた反射、半透過型の液晶パネルを実現することができた。

さらにまた、本発明によれば、帯状金属膜は周辺の配線と接続されずに独立していることから、この帯状金属膜による画素電極の負荷容量の増加や周辺配線の負荷容量の増加は殆どなく、大画面化した場合の液晶パネルの容量増加がなく、高速動作が可能な低消費電力の液晶パネルが実現できた。

第１の参考例としての液晶表示装置の一画素の拡大図である。 図１のＡ−Ａ’線断面図である。 図１のＢ−Ｂ’線断面図である。 図１に示す液晶表示装置の等価回路図である。 本発明の液晶表示装置を示す拡大図である。 図５のＡ−Ａ’線断面図である。 図５のＢ−Ｂ’線断面図である。 図５に示す液晶表示装置の等価回路図である。 第２の参考例としての液晶表示装置を示す拡大図である。 図９のＡ−Ａ’線断面図である。 図９のＢ−Ｂ’線断面図である。 図９に示す液晶表示装置の等価回路図である。 従来の液晶表示装置の一画素の拡大図である。 図１３のＡ−Ａ’線断面図である。 図１３のＢ−Ｂ’線断面図である。 図１３と図１７に示す液晶表示装置の等価回路図である。 他の従来の液晶表示装置の一画素の拡大図である。 図１７のＡ−Ａ’線断面図である。 図１７のＢ−Ｂ’線断面図である。

符号の説明

１ 走査信号配線
２ 画像信号配線
３ 画素電極
４ 帯状の光反射機能を持つ金属膜
５ スイッチング素子
７ ブラックマトリクス
８ ゲート絶縁膜
９ 保護膜
１０ 液晶材料
１１ 対向電極
１２，１３ 透明ガラス基板
１４ 金属膜
１５ 絶縁性有機膜

Claims (4)

1. 複数の画像信号配線と、絶縁膜を介して前記複数の画像信号配線に対して交差する複数の走査信号配線と、前記画像信号配線と前記走査信号配線との交差部に設けられるスイッチング素子と、前記スイッチング素子を介して画像信号が供給される画素電極と、前記画素電極に対向して設けられる対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に保持される液晶材料とを有する液晶表示パネルにおいて、
   前記画素電極よりも前記画像信号配線側に張り出し且つ画素毎に分離された光反射性の金属膜を、前記画素電極の裏面側に前記絶縁膜を介して設け、
   前記金属膜は、前記各画素で前記画像信号配線と垂直方向において重なっていることを特徴とする、液晶表示パネル。
2. 前記画素電極と前記金属膜との間の重なり容量をＣps、前記金属膜と前記画像信号配線との間の重なり容量をＣsd、前記スイッチング素子のゲート電極とドレイン電極との間の容量をＣgd、前記画素電極と該画素電極の画素に隣接する隣接画素の走査信号配線との間の重なり容量をＣs、前記画素電極と前記対向電極との間の液晶容量をＣlcとしたとき、（Ｃps×Ｃsd／（Ｃps＋Ｃsd））は（Ｃlc＋Ｃs＋Ｃgd）の１／５以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 前記金属膜は前記走査信号配線と同一材料で形成され、前記走査信号配線とは分離されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の液晶表示パネルを備えることを特徴とする、液晶表示装置。

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