JP2007199717A - 薄膜トランジスタ表示板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画素の充電時間を増加させて表示装置の画質を向上させ、また画質不良を減少させて表示装置の画質を向上させる。
【解決手段】本発明は薄膜トランジスタ表示板に関し、薄膜トランジスタ表示板は、基板上に形成されているゲート線、ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層、半導体層上に形成されているデータ線及びドレイン電極、データ線及びドレイン電極上に形成されてコンタクトホールを備えた保護膜、そして保護膜上に形成されてコンタクトホールを通してドレイン電極と接続されている画素電極を含み、データ線は画素電極を横切って、画素電極はデータ線と重なる開口部を備えている。開口部の横幅はデータ線の横幅より広くても狭くてもよい。これによって、データ線と画素電極の間に発生する寄生容量を除去して画質が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は薄膜トランジスタ及び液晶表示装置に関する。

一般的な液晶表示装置（ＬＣＤ）は、画素電極及び共通電極が備えられた二つの表示板とその間に入っている誘電率異方性を有する液晶層を含む。画素電極は行列状に配列されていて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などスイッチング素子に接続されて一行ずつ順にデータ電圧が印加される。共通電極は、表示板の全面にわたって形成され、共通電圧が印加される。画素電極と共通電極及びその間の液晶層は回路的に見ると液晶キャパシタをなし、液晶キャパシタはこれに接続されたスイッチング素子と共に画素を構成する基本単位となる。

このような液晶表示装置の場合、色表示を実現するために各画素が基本色のうち一つを固有表示したり（空間分割）、各画素が時間によって交互に基本色を表示する（時間分割）。基本色の例としては、赤色、緑色、青色の三原色がある。

空間分割方式の場合、各画素は画素電極に対応する表示板の領域に基本色のうちの一つを示すカラーフィルタを備えて色相を表示する。この場合、発光ダイオード（ＬＥＤ）、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）などの白色光源からの光を液晶層とカラーフィルタを通過させて該当する色を表示する。

時間分割方式の場合には、基本色を表示する赤色、緑色及び青色用光源（発光ダイオードまたは蛍光ランプ）を設けて液晶表示装置の色相を実現する。

このような時間分割方式では、全ての画素を走査した後赤色光源を点灯させて、再び全ての画素を走査し緑色光源を点灯させた後、最後にさらに全ての画素を走査した後青色光源を点灯させる。空間分割方式では１フレーム（約１６．６ｍｓ）が３つのフレーム（以下、サブフレームとする）に分けられるため、三度の走査動作が行われる。従って、各サブフレームの時間は１フレーム時間の１／３の約５．５ｍｓ以下に減る。

従って、約５．５ｍｓの短時間の間に、全ての画素にデータ電圧を印加して光源を点灯させなければならないため、空間分割方式の場合より３倍以上速い速度で走査動作と光源の点灯動作を実施しなければならない。それによって液晶キャパシタの電荷充電時間が減る問題が生じ、特にこのような問題は液晶表示装置が大型化されるほどさらに深刻化する。また、光源の点灯時間も短くなって所望の色相を表示できない問題がある。

本発明の第１の目的は、各画素の充電時間を増加させて、表示装置の画質を向上させることである。

本発明の第２の目的は、画質不良を減少させて、表示装置の画質を向上させることである。

本発明の一つの特徴による薄膜トランジスタ表示板は、基板上に形成されているゲート線、ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層、半導体層上に形成されているデータ線及びドレイン電極、データ線及びドレイン電極上に形成されてコンタクトホールを備えた保護膜、そして保護膜上に形成されてコンタクトホールを通してドレイン電極と接続されている画素電極を含み、データ線は画素電極を横切って、画素電極はデータ線の一部と対応する開口部を備えている。

前記開口部の横幅は、データ線の横幅より広くても狭くてもよい。

保護膜は、データ線及びドレイン電極上に形成されている第１保護膜と、データ線の端部とゲート線の端部を除いた第１保護膜上に形成されている第２保護膜を備えてもよい。このとき、第１保護膜は無機物で構成されることが望ましく、第２保護膜は有機物で構成されることが望ましい。

本発明の他の特徴による液晶表示装置は、基板上に形成されている遮光部材、遮光部材上に形成されている共通電極を備えた第１表示板、第１表示板と対向して基板上に形成されているデータ線及びドレイン電極、データ線及びドレイン電極上に形成されてコンタクトホールを備えた保護膜、保護膜上に形成されてコンタクトホールを通してドレイン電極と接続されている画素電極を備えた第２表示板、そして第１表示板と第２表示板の間に介されている液晶を含み、データ線は画素電極を横切って、画素電極はデータ線の一部と対応する開口部を備えている。

開口部の横幅は、データ線の横幅より広くてもよく、このとき、遮光部材は開口部に対応する部分に形成されているのが望ましい。

開口部の横幅は、データ線の横幅より狭くてもよい。

本発明によると、赤色、緑色及び青色などのような基本色を発光する複数の光源を用いて所望の色相を実現する場合、各赤色、緑色及び青色用データ電圧を充電する充電時間が短くならないため、表示装置の画質が向上する。

少なくとも一つのデータ線が画素電極を横切る場合、データ線と重なる部分の画素電極を除去して画素電極に開口部を形成するため、画素電極とデータ線の間に発生する寄生容量を減少させて、表示装置の画質が向上する。このとき、開口部の横幅をデータ線の横幅より狭くすると、画素電極が除去された部分に別途の遮光部材を形成する必要がないため、表示装置の開口率が増加する。

以下、添付図を参照して本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

図面から多様な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似する部分については同一図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとするとき、これは他の部分の「直ぐ上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「直上」にあるとするときには中間に他の部分がないことを意味する。

本発明の実施形態による薄膜トランジスタ及び液晶表示装置について添付図を参照して詳細に説明する。

図１乃至図３を参照して本発明の実施形態１による液晶表示装置について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態１による液晶表示装置のブロック図であり、図２は本発明の実施形態１による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。また、図３は本発明の実施形態による液晶表示装置におけるゲート線に印加されるゲート信号の波形図である。

図１に示したように、本発明の実施形態１による液晶表示装置は、液晶表示板組立体３００及びこれに接続されたゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００、液晶表示板組立体３００に光を供給する光源部９５０、光源部９５０に接続されている光源駆動部９１０、そしてこれらを制御する信号制御部６００を含む。

液晶表示板組立体３００は、等価回路から見ると、複数の信号線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３、Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）とこれに接続されていて略行列状に配列された複数の画素を含む。また、図２に示した構造から見ると、液晶表示板組立体３００は互いに対向する薄膜トランジスタ表示板１１０と共通電極２００とその間に入っている液晶層３を含む。

信号線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３、Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）は、ゲート信号（「走査信号」とも言う）を伝達する複数のゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）とデータ信号を伝達する複数のデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）を含む。

ゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）は略行方向に伸びて互いに略平行して、所定数で構成されるゲート線群単位でゲート駆動部４００の出力端子に接続されている。図１に示すように、所定数が３つの場合、３つのゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３）で構成される第１ゲート線群はゲート駆動部４００の第１出力端子に接続されて、ゲート線（Ｇ_ｎ１、Ｇ_ｎ２、Ｇ_ｎ３）で構成されてなるｎ番目のゲート線群はゲート駆動部４００の最後の出力端子に接続されている。本実施形態では一つのゲート線群は３つのゲート線を含むが、ゲート線の数はこれに限定されない。

データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）は略列方向に伸びて互いに略平行で少なくとも一部は画素を横切っている。

各画素は、一つのゲート線、例えば第１ゲート線群の第２ゲート線（Ｇ_１２）と一つのデータ線、例えば第３データ線（Ｄ_１３）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）とこれに接続された液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）及び蓄積キャパシタ（Ｃｓｔ）を含む。蓄積キャパシタ（Ｃｓｔ）は必要に応じて省略できる。

スイッチング素子（Ｑ）はトランジスタ表示板１００に備えられている薄膜トランジスタなどの三端子素子であって、その制御端子はゲート線（Ｇ_１２）と接続され、入力端子は一つのデータ線（Ｄ_１３）と接続され、出力端子は液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）及び蓄積キャパシタ（Ｃｓｔ）に接続されている。

液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）は、薄膜トランジスタ表示板１００の画素電極１９１と共通電極表示板２００の共通電極２７０を二つの端子とし、二つの電極１９１、２７０の間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９１はスイッチング素子（Ｑ）と接続され、共通電極２７０は共通電極表示板２００の前面に形成されて共通電圧（Ｖｃｏｍ）が印加される。図２と異なって、共通電極２７０が薄膜トランジスタ表示板１００に備える場合もあり、このときには二つの電極１９１、２７０のうち少なくとも一つが線状または棒状で形成してもよい。

液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）の補助的な役割を果たす蓄積キャパシタ（Ｃｓｔ）は、薄膜トランジスタ表示板１００に備えられた別個の信号線（図示せず）と画素電極１９１が絶縁体を間に置いて重なって構成され、この別個の信号線には共通電圧（Ｖｃｏｍ）などの決められた電圧が印加される。しかし、蓄積キャパシタ（Ｃｓｔ）は、画素電極１９１が絶縁体を媒介として真上の前段ゲート線と重なって構成してもよい。

データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）は所定数のデータ線を備えた複数のデータ線群で構成され、データ線群の各データ線とスイッチング素子（Ｑ）の接続関係はゲート線群の各ゲート線とスイッチング素子（Ｑ）の接続関係によって変わる。つまり、データ線群の第１データ線はゲート線群の第１ゲート線に接続されたスイッチング素子に接続され、第２データ線はゲート線群の第２ゲート線に接続されたスイッチング素子に接続される。このような方法でデータ線群のデータ線とスイッチング素子が接続された後、最後のデータ線（Ｄ_ｍ３）はゲート線群の最後のゲート線（Ｇ_ｎ３）に接続されたスイッチング素子と接続されている。

これによって、ゲート線群のゲート線の数とデータ線群のデータ線の数が同一になる。従って、図１に示したように、一つのデータ線群は３つのデータ線を含み、各データ線群の第１データ線（Ｄ_１１、Ｄ_２１、Ｄ_３１）は各ゲート線群の第１ゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_２１、Ｇ_３１）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）と接続されて、各データ線群の第２データ線（Ｄ_１２、Ｄ_２２、Ｄ_３２）は各ゲート線群の第２ゲート線（Ｇ_１２、Ｇ_２２、Ｇ_３２）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）と接続されて、各データ線群の第３データ線（Ｄ_１３、Ｄ_２３、Ｄ_３３）は各ゲート線群の第３ゲート線（Ｇ_１３、Ｇ_２３、Ｇ_３３）接続結されたスイッチング素子（Ｑ）と接続されている。この場合、一つのデータ線群をなす３つのデータ線のうちの第１及び第２データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_２１、Ｄ_２２）である二つのデータ線は、画素電極１９１を横切る。しかし、これとは異なって、全てのデータ線が画素電極１９１を横切ったり、各データ線群の第１と最後のデータ線を除いた残りのデータ線だけが画素電極１９１を横切ってもよい。

図１で、スイッチング素子（Ｑ）は画素電極１９１の下側に形成されているが、これとは異なって、画素電極１９１の上側などに形成してもよく、ゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）は画素電極１９１の下側に形成されているが、画素電極１９１上側などに形成してもよい。また、データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）はスイッチング素子（Ｑ）の右側に配置されているが、これとは異なって左側に配置してもよい。

液晶表示板組立体３００には少なくとも一つの偏光子（図示せず）が付着されている。

再び図１を参照すると、階調電圧生成部８００は、画素の透過率に関連する全体階調電圧または限定された数の階調電圧（以下“基準階調電圧”という）を生成する。（基準）階調電圧は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正の値を有するものと負の値を有するものを含んでもよい。ゲート駆動部４００は、液晶表示板組立体３００のゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）と接続されてゲートオン電圧（Ｖｏｎ）とゲートオフ電圧（Ｖｏｆｆ）の組み合わせで構成されるゲート信号をゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）に印加する。同一ゲート線群に属する３つのゲート線には同一ゲート信号が印加される。

データ駆動部５００は、液晶表示板組立体３００のデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）に接続されて、階調電圧生成部８００からの階調電圧を選択してこれをデータ信号としてデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）に印加する。しかし、階調電圧生成部８００が全ての階調電圧を提供するのではなく、限定された数量の基準階調電圧のみを提供する場合、データ駆動部５００は基準階調電圧を分圧して所望のデータ電圧を生成する。

光源部９５０は発光ダイオードなどで構成され、基本色を各々表示する複数の光源を含む。基本色の例としては、赤色、緑色、青色の三原色がある。赤色、緑色及び青色用光源を順に点滅させて各画素（ＰＸ）が時間によって交互に基本色を表示するようにして、これら基本色の空間的、時間的な合計が望む色相として認識されるようにする。

光源駆動部９１０は光源部９５０の動作を制御する。

信号制御部６００は、ゲート駆動部４００、データ駆動部５００及び光源駆動部９１０などを制御する。

このような駆動装置４００、５００、６００、８００、９１０は、各々少なくとも一つの集積回路チップの形態で液晶表示板組立体３００上に直接装着したり、フレキシブル印刷回路膜（図示せず）上に装着してＴＣＰ（ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）の形態で液晶表示板組立体３００に付着させたり、別途の印刷回路基板（図示せず）上に装着してもよい。これとは異なって、これら駆動装置４００、５００、６００、８００、９１０が信号線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３、Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）及び薄膜トランジスタスイッチング素子（Ｑ）などと共に液晶表示板組立体３００に集積してもよい。また、駆動装置４００、５００、６００、８００、９１０は、単一チップで集積してもよく、この場合、これらのうちの少なくとも一つまたはこれらをなす少なくとも一つの回路素子が単一チップの外側に配置されてもよい。

このような液晶表示装置の動作について詳細に説明する。

信号制御部６００は、外部装置（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びその表示を制御する入力制御信号を受信する。入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、各画素の輝度情報を含み、輝度は決められた数量、例えば、１０２４（＝２^１０）、２５６（＝２^８）または６４（＝２^６）個の階調を有している。入力制御信号の例としては、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）と水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、メインクロック信号（ＭＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などがある。

信号制御部６００は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と入力制御信号に基づいて入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を液晶表示板組立体３００の動作条件に合わせて適切に処理して、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）及び光源制御信号（ＣＯＮＴ３）などを生成した後、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）をゲート駆動部４００に送信してデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）と処理した映像信号（ＤＡＴ）をデータ駆動部５００に送信して、光源制御信号（ＣＯＮＴ３）を光源駆動部９１０に出力する。

ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、走査開始を指示する走査開始信号（ＳＴＶ）とゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の出力を制御する少なくとも一つのクロック信号を含む。ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、また、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の持続時間を限定する出力イネーブル信号（ＯＥ）をさらに含んでもよい。

データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は、一つのゲート線群に接続された複数の画素行（以下、画素行群という）に対する映像データの伝送開始を知らせる水平同期開始信号（ＳＴＨ）とデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）にデータ信号を印加することを指示するロード信号（ＬＯＡＤ）及びデータクロック信号（ＨＣＬＫ）を含む。データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は、また、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するデータ信号の電圧極性（以下、“共通電圧に対するデータ信号の電圧極性”を略して“データ信号の極性”という）を反転させる反転信号（ＲＶＳ）をさらに含んでもよい。

光源制御信号（ＣＯＮＴ３）は、光源部９５０の各赤色、緑色及び青色用光源を適正な時期に点滅させる制御信号を含む。

信号制御部６００からのデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）によって、データ駆動部５００は一つの画素行群に対するデジタル映像信号（ＤＡＴ）を受信し、各デジタル映像信号（ＤＡＴ）に対応する階調電圧を選択することによって、デジタル映像信号（ＤＡＴ）をアナログデータ信号に変換した後に、これを当該データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）に印加する。

ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）によってゲートオン電圧（Ｖｏｎ）を第１ゲート線群から最後のゲート線群まで順に印加し、全てのゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）を導通させる。データ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）に印加されたデータ信号が導通したスイッチング素子（Ｑ）を介して画素に印加される。上記で説明したように、同一ゲート線群に属するゲート線には同一ゲート信号が印加されるので、図３に示すように、同一ゲート線群に属するゲート線には同時にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）が印加される。

このように、ゲート信号の走査が行われる間に光源駆動部９１０は、信号制御部６００からの光源制御信号（ＣＯＮＴ３）によって光源部９５０の各光源を点滅させるが、３サブフレームの間に赤色、緑色及び青色用光源を順に点滅させる。このとき、サブフレームの時間は、１フレーム時間の約１／３である。

従って、赤色用光源が点灯されるサブフレームの間、第１ゲート線群から最後のゲート線群に順にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）が印加されてデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）には赤色用映像信号（Ｒ）に対応する赤色用データ電圧が印加される。次に、緑色用光源が点灯されるサブフレームの間、再び第１ゲート線群から最後のゲート線群に順にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）が印加されてデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）には緑色用映像信号（Ｇ）に対応する緑色用データ電圧が印加さる。最後に、青色用光源が点灯されるサブフレームの間、第１ゲート線群から最後のゲート線群に順にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）が印加されてデータ線（Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３）には青色用映像信号（Ｂ）に対応する青色用データ電圧が印加される。このようにして、赤色、緑色及び青色用データ電圧を全て印加して１フレームの映像を表示する。

このとき、三つのゲート線に同時にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）を印加するため、一つのサブフレームの間、各ゲート線（Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３）に印加されるゲートオン電圧（Ｖｏｎ）は、約１水平周期[“１Ｈ”ともいい、１水平周期は水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）及びデータイネーブル信号（ＤＥ）の一周期と同一]間維持される。つまり、１フレームの間、赤色、緑色及び青色用光源の点灯時期に合せて赤色、緑色及び青色用映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する赤色、緑色及び青色用データ電圧を三つのサブフレームの間に印加するが、各赤色、緑色及び青色用データ電圧の充電時間は、カラーフィルタを利用した空間分割方式で色を表示する場合の充電時間と殆ど同一である。

画素に印加されたデータ電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）の差は、液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）の充電電圧、つまり、画素電圧として現れる。液晶分子は、画素電圧の大きさによってその配列を異ならせ、そのために液晶層３を通過する光の偏光が変化する。このような偏光の変化は、表示板組立体３００に付着された偏光子によって光の透過率変化に現れて、これを通して画素は、映像信号（ＤＡＴ）の階調が示す輝度を表示する。

１フレームが終わると、次のフレームが始まって各画素（ＰＸ）に印加されるデータ信号の極性が直前フレームでの極性と反対になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号（ＲＶＳ）の状態が制御される（“フレーム反転”）。このとき、１フレームの間でも周期的に反転信号（ＲＶＳ）によって、一つのデータ線を通して流れるデータ信号の極性を変えたり（例：行反転、点反転）、一つの画素行に印加されるデータ信号の極性を互いに異ならせてもよい（例：列反転、点反転）。

次に、本発明の実施形態１による液晶表示装置の構造について図４乃至図５Ｃを参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の実施形態１による液晶表示装置の配置図であり、図５Ａ乃至図５Ｃは各々図４に示した液晶表示装置をＶＡ-ＶＡ線、ＶＢ-ＶＢ線及びＶＣ-ＶＣ線に沿って切断した断面図である。

まず、図４乃至図５Ｃを参照して下部表示板である薄膜トランジスタ表示板１００について説明する。

透明なガラスまたはプラスチックなどで形成された絶縁基板１１０上に複数のゲート線１２１及び複数の蓄積電極線１３１が形成されている。

ゲート線１２１はゲート信号を伝達して主に行方向に伸びている。各ゲート線１２１は上に突出した複数のゲート電極１２４と他の層または外部駆動回路との接続のために面積が広い端部１２９を含む。ゲート信号を生成するゲート駆動回路（図示せず）は、基板１１０上に付着されるフレキシブル印刷回路膜（図示せず）上に装着したり、基板１１０上に直接装着したり、基板１１０に集積してもよい。ゲート駆動回路が基板１１０上に集積されている場合、ゲート線１２１が伸びてこれと直接接続される。

蓄積電極線１３１は、共通電極表示板２００の共通電極２７０に印加される共通電圧など、所定の電圧の印加を受け、蓄積電極線１３１のそれぞれはゲート線１２１と略平行に伸びる。各蓄積電極線１３１は、隣接した二つのゲート線１２１の間に位置して二つのゲート線１２１のうち下方に配置されたゲート線１２１に近く位置する。蓄積持電極線１３１は、下方に拡張された拡張部１３７を含む。しかし、蓄積電極線１３１の形態及び配置は多様に変更できる。

ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１は、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀（Ａｇ）や銀合金など銀系金属、銅（Ｃｕ）や銅合金など銅系金属、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）及びチタン（Ｔｉ）などで形成してもよい。しかし、ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１は物理的性質が異なる二つの導電膜（図示せず）を含む多重膜構造を有してもよい。このうちの一つの導電膜は、信号遅延や電圧降下を減らせるように比抵抗が低い金属、例えば、アルミニウム系金属、銀系金属、銅系金属などで形成してもよい。これとは異なって、他の導電膜は他の物質、特にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）との物理的、化学的、電気的接触特性に優れた物質、例えばモリブデン系金属、クロム、タンタル、チタンなどで形成してもよい。このような組み合わせの良い例としては、クロム下部膜とアルミニウム（合金）上部膜及びアルミニウム（合金）下部膜とモリブデン（合金）上部膜がある。しかし、ゲート線１２１及び維持電極線１３１は、その他にも多様な金属または導電体で形成してもよい。

ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１の側面は、基板１１０面に対して傾斜しており、その傾斜角は約３０゜乃至約８０゜であるのが望ましい。

ゲート線１２１及び蓄積電極線１３１上には、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などで形成されたゲート絶縁膜１４０が形成されている。

ゲート絶縁膜１４０上には、水素化非晶質シリコン（非晶質シリコンはａ-Ｓｉと略称される）または多結晶シリコンなどで形成された複数の島型半導体１５４、１５６が形成される。半導体１５４はゲート電極１２４上に位置する。半導体１５４、１５６上には複数の島型オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６が形成される。オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６はリンなどのｎ型不純物が高濃度にドーピングされているｎ+水素化非晶質シリコンなどの物質で形成したり、シリサイドで形成してもよい。オーミックコンタクト部材１６３、１６５は、対をなして半導体１５４上に配置され、オーミックコンタクト部材１６６は半導体１５６上に配置される。

半導体１５４、１５６とオーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６の側面も基板１１０面に対し傾斜しており、傾斜角は３０゜乃至８０゜程度である。

オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６及びゲート絶縁膜１４０上には、複数のデータ線１７１と複数のドレイン電極１７５が形成される。

データ線１７１は、データ信号を伝達し、主に縦方向に伸びてゲート線１２１と交差する。各データ線１７１は、また、蓄積電極線１３１と交差する。各データ線１７１は、ゲート電極１２４に向かって伸びた複数のソース電極１７３と他の層または外部駆動回路との接続のために面積が広い端部１７９を含む。データ信号を生成するデータ駆動回路（図示せず）は、基板１１０上に付着されるフレキシブル印刷回路膜（図示せず）上に装着したり、基板１１０上に直接装着したり、基板１１０に集積してもよい。データ駆動回路が基板１１０上に集積されている場合、データ線１７１が延びてこれと直接接続される。

ドレイン電極１７５は、データ線１７１から分離されて、ゲート電極１２４を中心にソース電極１７３と対向する。各ドレイン電極１７５は、面積が広い一側端部１７７と棒状である他側端部分を有している。広い端部１７７は蓄積電極線１３１の拡張部１３７と重なり、棒状端部は曲がったソース電極１７３で一部囲まれている。ソース電極１７３とドレイン電極１７５は、互いに平行に対向する境界線を有していて、これら境界線は、単位面積あたりにおける長さを極大化するために蛇行している。

一つのゲート電極１２４、一つのソース電極１７３及び一つのドレイン電極１７５は、半導体１５４と共に一つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をなし、薄膜トランジスタのチャンネルはソース電極１７３とドレイン電極１７５の間の半導体１５４に形成され、ソース電極１７３とドレイン電極１７５の境界線が蛇行してあるので、チャンネルの幅が増加して薄膜トランジスタの特性が向上する。

データ線１７１及びドレイン電極１７５は、モリブデン、クロム、タンタル及びチタンなど高融点金属またはこれらの合金で形成されるのが望ましく、高融点金属膜（図示せず）と低抵抗導電膜（図示せず）を含む多重膜構造を有してもよい。多重膜構造の例としては、クロムまたはモリブデン（合金）下部膜とアルミニウム（合金）上部膜の二重膜、モリブデン（合金）下部膜とアルミニウム（合金）中間膜とモリブデン（合金）上部膜の三重膜がある。しかし、データ線１７１及びドレイン電極１７５は、その他にも多様な金属または導電体で形成してもよい。

データ線１７１及びドレイン電極１７５も、その側面が基板１１０面に対し３０゜乃至８０゜程度の傾斜角で傾斜していることが望ましい。

オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６は、その下の半導体１５４、１５６とその上のデータ線１７１及びドレイン電極１７５の間にだけ存在して、これらの間の接触抵抗を低くする。

島型半導体１５６は、データ線１７１とゲート線１２１及び蓄積電極線１３１とが交差する部分にゲート線１２１及び蓄積電極線１３１のそれぞれの境界を覆ってデータ線１７１の断線を防止する。

データ線１７１、ドレイン電極１７５及び露出された半導体１５４部分の上には、保護膜１８０が形成されている。保護膜１８０は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの無機絶縁物で形成された下部膜１８０ｐと有機絶縁物で形成された上部膜１８０ｑとを含む。有機絶縁物は４．０以下の誘電常数を有するものが望ましく、感光性を有することができ、平坦面を提供できる。ゲート線１２１の端部１２９及びデータ線１７１の端部１７９などに上部保護膜１８０ｑは存在しないが、そうでない場合もある。保護膜１８０は、無機絶縁物または有機絶縁物などで形成された単一膜構造を有してもよい。

保護膜１８０には、データ線１７１の端部１７９とドレイン電極１７５を各々露出する複数のコンタクトホール１８２、１８５が形成されて、保護膜１８０とゲート絶縁膜１４０には、ゲート線１２１の端部１２９を露出する複数のコンタクトホール１８１が形成されている。

保護膜１８０上には、複数の画素電極１９１及び複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。これらは、ＩＴＯまたはＩZＯなどの透明な導電物質やアルミニウム、銀、クロム、またはその合金などの反射性金属で形成してもよい。

画素電極１９１は、それ自体を横切るデータ線１７１の一部、つまり、画素電極１９１と重なる部分を露出させる開口部１８６を含んでいる。これによって、データ線１７１とこれに重なった画素電極１９１の間の寄生容量が減る。このとき、開口部１８６の横幅は、データ線１７１の横幅より広い。

画素電極１９１は、その周縁に隣接したデータ線１７１やゲート線１２１と重なって開口率を高めてもよい。

画素電極１９１は、コンタクトホール１８５を通してドレイン電極１７５と物理的・電気的に接続されて、ドレイン電極１７５からデータ電圧が印加される。データ電圧が印加された画素電極１９１は、共通電圧を印加される上部表示板である共通電極表示板２００に形成された共通電極２７０と共に電界を生成することによって、二つの電極の間の液晶層３の液晶分子の方向を決定する。画素電極１９１と共通電極２７０は、キャパシタ[以下、“液晶キャパシタ”とする]を構成して薄膜トランジスタが遮断された後も印加された電圧を維持する。

画素電極１９１は、蓄積電極線１３１と重なる。画素電極１９１及びこれと電気的に接続されたドレイン電極１７５が蓄積電極線１３１と重なって形成するキャパシタを蓄積キャパシタとし、蓄積キャパシタは液晶キャパシタの電圧維持能力を強化する。

接触補助部材８１、８２は、各々コンタクトホール１８１、１８２を通してゲート線１２１の端部１２９及びデータ線１７１の端部１７９と接続される。接触補助部材８１、８２は、データ線１７１及びゲート線１２１の端部１７９、１２９と外部装置との接着性を補完してこれらを保護する。
上部表示板である共通電極表示板２００について図４乃至図５Ｂを参照して説明する。

透明ガラスまたはプラスチックなどで形成された絶縁基板２１０上に、ブラックマトリックスともいわれる遮光部材２２０が形成されている。遮光部材２２０は、ゲート線１２１に対応する横部２２１と薄膜トランジスタ部分に対応する突出部２２２及び画素電極１９１の開口部１８６に対応する縦部２２３を含む。縦部２２３は、画素電極１９１で覆われていないデータ線１７１だけでなく、画素電極１９１の開口部１８６を完全に覆っている。遮光部材２２０は、画素電極１９１の間の光漏れを防止して画素電極１９１と対向する開口領域を定義する。

基板２１０及び遮光部材２２０上には蓋膜２５０が形成されている。蓋膜２５０は有機絶縁物で形成してもよく、平坦面を提供する。蓋膜２５０は省略してもよい。

蓋膜２５０上には共通電極２７０が形成されている。共通電極２７０はＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電体などで形成される。
開口部１８６の下のデータ線１７１と共通電極２７０の間、または開口部１８６の下のデータ線１７１とこれに隣接した画素電極１９１の間で発生する電界に歪みが発生する領域は、開口部１８６を完全に覆っている遮光部材２２０の縦部２２３により区別されて電界歪曲による画質低下を減少させる。

図６及び図７を参照して本発明の実施形態２による液晶表示装置について説明する。

図６は本発明の実施形態２による液晶表示装置の配置図であり、図７は図６の液晶表示装置をＶＩＩ-ＶＩＩ線に沿って切断した断面図である。

本実施形態による液晶表示装置の構造は図４乃至図５Ｃに示したのと殆ど同じである。

まず、薄膜トランジスタ表示板１００を見ると、基板１１０上にゲート電極１２４及び端部１２９を有する複数のゲート線１２１及び拡張部１３７を有する複数の蓄積電極線１３１が形成されて、その上にゲート絶縁膜１４０、複数の島型半導体１５４、１５６、複数の島型オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６が順に形成される。オーミックコンタクト部材１６３、１６５、１６６上には、ソース電極１７３及び端部１７９を含む複数のデータ線１７１、複数のドレイン電極１７５が形成され、その上に保護膜１８０が形成される。保護膜１８０及びゲート絶縁膜１４０には複数のコンタクトホール１８１、１８２、１８５が形成され、その上には開口部１８６を有する複数の画素電極１９１及び複数の接触補助部材８１、８２が形成される。

しかし、本実施形態による薄膜トランジスタ表示板は、図４乃至図５Ｃに示した薄膜トランジスタ表示板と異なって、開口部１８６の横幅がその下部のデータ線１７１の横幅より狭い。

次に、共通電極表示板２００は、基板２１０上に横部２２１と突出部２２２を含んだ遮光部材２２０と蓋膜２５０が形成され、その上に共通電極２７０が形成される。しかし、開口部１８６の横幅がデータ線１７１の横幅より狭く、開口部１８６下のデータ線１７１と共通電極２７０の間または開口部１８６下のデータ線１７１とこれに隣接した画素電極１９１の間で発生する電界に歪みが発生する領域は、開口部１８６下のデータ線１７１によって区別される。これによって、開口部１８６に対応する別途の遮光部材２２０の縦部は不要になり、開口率が増加する。

図４乃至図７に示した実施形態とは異なって、半導体層は、薄膜トランジスタが位置する部分を除くと、データ線、ドレイン電極及びその下部のオーミックコンタクト層と実質的に同一の平面を有してもよい。つまり、半導体層は、データ線及びドレイン電極と、その下部のオーミックコンタクト層の下に露出されていない部分と、ソース電極とドレイン電極の間にこれらに覆われずに露出された部分を有してもよい。

以上、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されることなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。

本発明の実施形態による液晶表示装置のブロック図である。 一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置において、ゲート線に印加されるゲート信号の波形図である。 本発明の実施形態１による液晶表示装置の配置図である。 図４に示した液晶表示装置をＶＡ-ＶＡ線に沿って切断した断面図である。 図４に示した液晶表示装置をＶＢ-ＶＢ線に沿って切断した断面図である。 図４に示した液晶表示装置をＶＣ-ＶＣ線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施形態２による液晶表示装置の配置図である。 図６に示した液晶表示装置をＶＩＩ-ＶＩＩ線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１００、２００ 表示板
１１０、２１０ 基板
１２１、１２９ ゲート線
１２４ ゲート電極
１３１、１３７ 蓄積電極線
１５４、１５６ 半導体
１６３、１６５、１６６ オーミックコンタクト部材
１７１、１７３、１７９ データ線
１７５ ドレイン電極
１８０、１８０ｐ、１８０ｑ 保護膜
１９１ 画素電極
８１、８２ 接触補助部材
１８１、１８２、１８５ コンタクトホール
１８６ 開口部
２２０、２２１、２２２、２２３ 遮光部材
２５０ 蓋膜
２７０ 共通電極
４００ ゲート駆動部
５００ データ駆動部
６００ 信号制御部
８００ 階調電圧生成部
９１０ 光源駆動部
９５０ 光源部
Ｖｏｎ ゲートオン電圧
Ｖｏｆｆ ゲートオフ電圧
Ｇ_１１、Ｇ_１２、Ｇ_１３、Ｇ_２１、・・・、Ｇ_ｎ３ ゲート線
Ｄ_１１、Ｄ_１２、Ｄ_１３、Ｄ_２１、・・・、Ｄ_ｍ３ データ線
Ｃｌｃ 液晶キャパシタ
Ｃｓｔ 蓄積キャパシタ
Ｑ スイッチング素子

Claims (10)

1. 基板上に形成されているゲート線、
   前記ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜、
   前記ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層、
   前記半導体層上に形成されているデータ線及びドレイン電極、
   前記データ線及びドレイン電極上に形成されて、コンタクトホールを備えた保護膜、そして
   前記保護膜上に形成されて、前記コンタクトホールを通って前記ドレイン電極と接続されている画素電極を含み、
   前記データ線は前記画素電極を横切って、
   前記画素電極は前記データ線の一部と対応する開口部を備えていることを特徴とする薄膜トランジスタ表示板。
2. 前記開口部の横幅は、前記データ線の横幅より広いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
3. 前記開口部の横幅は、前記データ線の横幅より狭いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
4. 前記保護膜は、前記データ線及びドレイン電極上に形成されている第１保護膜と前記データ線の端部と前記ゲート線の端部を除いた前記第１保護膜上に形成されている第２保護膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ表示板。
5. 前記第１保護膜は、無機物で構成されることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ表示板。
6. 前記第２保護膜は、有機物で構成されることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ表示板。
7. 基板上に形成されている遮光部材、前記遮光部材上に形成されている共通電極を備えた第１表示板、
   前記第１表示板と対向して前記基板上に形成されているデータ線及びドレイン電極、前記データ線及びドレイン電極上に形成されてコンタクトホールを備えた保護膜、そして前記保護膜上に形成されて前記コンタクトホールを通って前記ドレイン電極と接続されている画素電極を備えた第２表示板、そして
   前記第１表示板と前記第２表示板の間に介されている液晶を含み、
   前記データ線は前記画素電極を横切って、
   前記画素電極は前記データ線一部と対応する開口部を備えていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記開口部の横幅は前記データ線の横幅より広いことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記遮光部材は前記開口部に対応する部分に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記開口部の横幅は前記データ線の横幅より狭いことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。

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