JP2010002821A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単であるにも拘わらず、薄膜トランジスタの半導体層内にリーク電流の発生を抑制でき、高輝度の表示を実現し得る液晶表示装置の提供。
【解決手段】液晶を挟持して対向配置される第１基板と第２基板を備える液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの前記第２基板側に配置されるバックライトとからなる液晶表示装置であって、
前記第１基板の液晶側の各画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜トランジスタを通してドレイン信号線からの映像信号が供給される透明導電材の画素電極と、金属層の対向電極信号線を通して前記映像信号に対して基準となる信号が供給される透明導電材の対向電極とが形成され、
前記薄膜トランジスタは、そのゲート電極が半導体層よりも上層に形成されているとともに、絶縁膜を介して前記対向電極信号線の下層に位置づけられて構成され、
少なくとも電極の形成された領域を除く前記半導体層が前記対向電極信号線に重なって配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特に、各画素に備えられる薄膜トランジスタがいわゆるトップゲート型で構成される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、その液晶表示パネルの各画素が光透過率を制御されるように構成されているため、該液晶表示パネルの背面にバックライトを備えているのが通常となっている。

また、アクティブ・マトリックス型と称される液晶表示装置は、各画素に薄膜トランジスタを備えて構成されている。これにより、行方向に配列される各画素の薄膜トランジスタをゲート信号線への走査信号の供給によってオンすることによって前記各画素を選択し、この選択に合わせて、列方向に配列されている各画素に共通に接続されているドレイン信号線から前記薄膜トランジスタを通して選択された前記各画素に映像信号を供給するようになっている。

そして、前記薄膜トランジスタは、それが形成される基板に、半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極の順に形成することによって、ゲート電極が半導体層よりも上層に形成されるいわゆるトップゲート型となっているものが知られている。そして、この場合において、液晶表示パネルの薄膜トランジスタが形成された基板（ＴＦＴ基板と称する場合がある）をバックライト側に指向させて配置させるようにしたものが知られている。

このような液晶表示装置は、たとえば、下記特許文献１に開示がなされている。
特開２００７−２１９３７０号公報

しかし、上記特許文献１に開示されている液晶表示装置は、バックライトからの光がＴＦＴ基板を通して薄膜トランジスタの半導体層に照射される構成となっている。

このため、このような構成の液晶表示装置において、高輝度の表示を実現しようとしてバックライトの輝度を向上させた場合、薄膜トランジスタの半導体層内にリーク電流を発生せしめる不都合を有していた。そして、これをそのまま放置しておくことは表示品質の向上を妨げる結果となる。

この場合、薄膜トランジスタの半導体層への光の照射を回避するための手段としては種々想定し得るが、いずれも製造工数の増大をもたらし、構成を複雑化させるものであった。

本発明の目的は、構成が簡単であるにも拘わらず、薄膜トランジスタの半導体層内にリーク電流の発生を抑制でき、高輝度の表示を実現し得る液晶表示装置を提供することにある。

本発明は、各画素の対向電極がたとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜で構成され、これら各対向電極に基準信号（映像信号に対して基準となる信号）を供給する金属層からなる対向電圧信号線によって、バックライトからの光を薄膜トランジスタへ照射されるのを回避させた構成としたものである。

本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。

（１）本発明の液晶表示装置は、たとえば、液晶を挟持して対向配置される第１基板と第２基板を備える液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの前記第２基板側に配置されるバックライトとからなる液晶表示装置であって、
前記第１基板の液晶側の各画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜トランジスタを通してドレイン信号線からの映像信号が供給される透明導電材の画素電極と、金属層の対向電極信号線を通して前記映像信号に対して基準となる信号が供給される透明導電材の対向電極とが形成され、
前記薄膜トランジスタは、そのゲート電極が半導体層よりも上層に形成されているとともに、絶縁膜を介して前記対向電極信号線の下層に位置づけられて構成され、
少なくとも電極の形成された領域を除く前記半導体層が前記対向電極信号線に重なって配置されていることを特徴とする。

（２）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（１）において、前記対向電圧信号線は、対向電極と直接に重ねられて形成されていることを特徴とする。

（３）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（１）において、前記画素電極の上層に層間絶縁膜を介して前記画素電極と重ねられて前記対向電極が形成され、
前記画素電極は面状の電極から構成され、前記対向電極は複数の並列された線状の電極から構成されていることを特徴とする。

（４）本発明の液晶表示装置は、たとえば、（１）において、前記対向電極の上層に層間絶縁膜を介して前記対向電極と重ねられて前記画素電極が形成され、
前記対向電極は面状の電極から構成され、前記画素電極は複数の並列された線状の電極から構成されていることを特徴とする。

（５）本発明の液晶表示装置は、たとえば、前記第２基板の液晶側の各画素にカラーフィルタを備えることを特徴とする。

なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。

このような構成からなる液晶表示装置によれば、構成が簡単であるにも拘わらず、薄膜トランジスタの半導体層内にリーク電流の発生を抑制でき、高輝度の表示を実現させることができる。

本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。

本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

〈実施例１〉
（全体構成）
図２は、本発明の液晶表示装置の全体を示す構成図である。図２において、まず、液晶表示パネルＰＮＬがある。液晶表示パネルＰＮＬは、液晶（図示せず）を挟持して対向配置される透明の基板ＳＵＢ１および基板ＳＵＢ２を外囲器とする。前記液晶は基板ＳＵＢ１に対する基板ＳＵＢ１の固定を兼ねるシール材（図示せず）によって、これら基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の間に介在されている。液晶表示パネルＰＮＬは、基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の液晶側の面にマトリックス状に配置された多数の画素（図示せず）が形成され、この画素において、それぞれ独立に液晶の光透過率を制御できるようになっている。この画素の構成については後述する。

ここで、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ１は観察者（図示せず）側に配置されるようになっており、該液晶表示パネルＰＮＬの背面、すなわち基板ＳＵＢ２側にバックライトＢＬが配置されるようになっている。

バックライトＢＬは、たとえば、液晶表示パネルＰＮＬと平行に配置された導光板ＣＬＢと、導光板ＣＬＢの一辺における側壁面に配置された光源ＬＳによって構成されている。光源ＬＳからの光は、導光板ＣＬＢの前記側壁面を通して導光板ＣＬＢ内に入射され全反射を繰り返した後に、液晶表示パネルＰＮＬと平行な面から出射され、この出射光Ｌは液晶表示パネルＰＮＬの各画素を透過し得るようになっている。なお、バックライトＢＬは、必ずしもこのような構成に限定されることはなく、たとえば直下型と称されるバックライトであってもよい。

そして、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ１はいわゆるＴＦＴ基板と称され、その液晶側の面には、図３に示す回路（等価回路）が形成されている。図３は、等価回路であるが実際の画素の幾何学的配置に対応して描かれ、そのｘ−ｙ面は、基板ＳＵＢ１の液晶側の面と対応する。

図３において、図中ｘ方向に延在されｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬがあり、また、ｙ方向に延在されｘ方向に並設されるドレイン信号線ＤＬがある。隣接する一対のゲート信号線ＧＬと隣接する一対のドレイン信号線ＤＬで囲まれる領域は画素ＰＩＸの領域を構成する。

各画素ＰＩＸは、ゲート信号線ＧＬからの走査信号（電圧）によってオンされる薄膜トランジスタＴＦＴと、オンされた薄膜トランジスタＴＦＴを通してドレイン信号線ＤＬからの映像信号（電圧）が供給される画素電極ＰＸと、前記映像信号に対して基準となる基準信号（電圧）が供給される対向電極ＣＴが備えられている。対向電極ＣＴへの基準信号の供給はゲート信号線ＧＬと平行に配置される対向電圧信号線ＣＬを通して行われるようになっている。画素電極ＰＸと対向電極ＣＴとの間には、電圧差に応じた電界が発生し、この電界によって液晶の分子を挙動させるようになっている。

このように構成される回路は、ｘ方向に配列される各画素の薄膜トランジスタＴＦＴをゲート信号線ＧＬへの走査信号の供給によってオンすることによって前記各画素を選択し、この選択に合わせて、ｙ方向に配列されている各画素に共通に接続されているドレイン信号線ＤＬから前記薄膜トランジスタＴＦＴを通して選択された前記各画素の画素電極ＰＸに映像信号を供給するように駆動されるようになっている。

なお、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ２は対向基板と称され、液晶側の面においてブラックマトリックス、カラーフィルタ等が形成されている。

（画素の構成）
図１は、液晶表示パネルＰＮＬの基板ＳＵＢ１の液晶側の面に形成された画素ＰＩＸの平面図を示し、図３の点線枠の部分に相当する構成図である。また、図４は、図１のIV−IV線における断面図を基板ＳＵＢ２とともに示し、図５は、図１のV−V線における断面図を基板ＳＵＢ２とともに示している。

まず、基板ＳＵＢ１（図３、図４参照）の液晶側の面に、たとえばシリコン窒化膜からなる下地層ＧＷ（図３、図４参照）が形成されている。この下地層ＧＷは基板ＳＵＢ１から後述の半導体層ＰＳに不純物が侵入してしまうのを阻止するようになっている。

下地層ＧＷの上面であって薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に半導体層ＰＳが形成されている。この半導体層ＰＳはたとえばポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなり、その一端は後述のドレイン信号線ＤＬの形成領域の一部に、他端は後述の画素電極ＰＸの形成領域の一部に位置づけられるようになっている。 なお、この半導体層ＰＳは、図示していないが、チャネル領域、ドレイン領域、ソース領域に、必要とする導電型の不純物がドープされて形成されている。

基板ＳＵＢ１の表面には、半導体層ＰＳをも被って絶縁膜ＧＩ（図３、図４参照）が形成されている。この絶縁膜ＧＩは、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域において、そのゲート絶縁膜としての機能を有する。

絶縁膜ＧＩの上面には、図１中ｘ方向に走行するゲート信号線ＧＬが形成されている。ゲート信号線ＧＬには、半導体層ＰＳのほぼ中央部を横切るようにして突出部が形成され、この突出部は、薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極ＧＴとして機能するようになっている。

基板ＳＵＢ１の表面には、ゲート信号線ＧＬをも被って層間絶縁膜ＩＮ１（図３、図４参照）が形成されている。ゲート信号線ＧＬと後述のドレイン信号線ＤＬとの層間絶縁を図るためである。

層間絶縁膜ＩＮ１の上面には、図中ｙ方向に走行するドレイン信号線ＤＬが形成されている。このドレイン信号線ＤＬは、層間絶縁膜ＩＮ１、絶縁膜ＧＩに形成されたスルーホールＴＨ１を通して半導体層ＰＳの一端に接続されている。該ドレイン信号線ＤＬの半導体層ＰＳへの接続部は薄膜トランジスタＴＦＴのたとえばドレイン電極ＤＴとして機能するようになっている。

なお、薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極、ドレイン電極は、バイアスの印加によって入れ替わるが、この明細書においては、便宜的に、ドレイン信号線ＤＬに接続される側をドレイン電極、画素電極ＰＸと接続される側をソース電極と称する。

また、半導体層ＰＳの他端には、ドレイン信号線ＤＬの形成の際に同時に形成され、層間絶縁膜ＩＮ１、絶縁膜ＧＩに形成されたスルーホールＴＨ２を通して接続されるソース電極ＳＴが形成されている。このソース電極ＳＴは、異なる層の画素電極ＰＸと電気的に接続される電極で、その接続部は比較的広い面積を有するようにして形成されている。

基板ＳＵＢ１の表面には、ドレイン信号線ＤＬ、ソース電極ＳＴをも被うようにして保護膜ＰＡＳ（図３、図４参照）が形成されている。この保護膜ＰＡＳは、薄膜トランジスタＴＦＴの液晶との直接の接触を回避させるために設けられ、たとえば、無機絶縁膜および有機絶縁膜の順次積層体から構成されている。有機絶縁膜を用いるのはたとえば表面の平坦化を図らんがためである。

保護膜ＰＡＳの表面には、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜からなる画素電極ＰＸが形成されている。この画素電極ＰＸは、隣接する他の画素領域における画素電極ＰＸと電気的に分離されて形成され、したがって、当該画素領域の僅かな周辺を除いた領域に形成された面状の電極となっている。そして、この画素電極ＰＸは、薄膜トランジスタＴＦＴと隣接する部分において、保護膜ＰＡＳに形成されたスルーホールＴＨ３を通して前記ソース電極ＳＴと電気的に接続されている。

基板ＳＵＢ１の表面には、画素電極ＰＸをも被って層間絶縁膜ＩＮ２が形成され、この層間絶縁膜ＩＮ２の上面には、前記画素電極ＰＸと重畳するようにして対向電極ＣＴが形成されている。対向電極ＣＴは、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）の透明導電膜からなり、並設された複数（図では２個）の線状の電極群で構成されている。この対向電極ＣＴは、図１においては、ｘ方向に隣接する他の画素の対向電極と接続されて形成されている。しかし、これに限らず、さらに、ｙ方向に隣接する他の画素の対向電極と接続されるように構成してもよい。また、隣接する他の画素の対向電極ＣＴと分離されて形成されていてもよい。

そして、ゲート信号線ＧＬと隣接し該ゲート信号線ＧＬと平行に対向電圧信号線ＣＬが形成されている。この対向電圧信号線ＣＬはたとえばＡｌあるいはＣｒからなる金属層で形成され、対向電極ＣＴとたとえば直接に重畳して形成されている。これにより、各画素の対向電極ＣＴには該対向電圧信号線ＣＬを通して表示領域外から基準信号が供給されるようになっている。そして、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極ＣＴは比較的電気的抵抗が大きい材料からなるが、上述のように金属層からなる対向電圧信号線ＣＬを対向電極ＣＴに重畳させて構成することにより、対向電極ＣＴの全体的な電気抵抗の低減化を図る効果を奏する。

さらに、対向電圧信号線ＣＬは、たとえば、そのゲート信号線ＧＬ側の辺が、ゲート信号線ＧＬの対向電圧信号線ＣＬ側の辺と重ねられるように、幅が広く形成され、この結果、該対向電圧信号線ＣＬは薄膜トランジスタＴＦＴを被うように構成されている。

ここで、対向電圧信号線ＣＬによって被われる薄膜トランジスタＴＦＴは、そのドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴをも含めて被われるようにしてもよいが、少なくとも、ドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴ、ゲート電極ＧＴの形成された領域を除く半導体層ＰＳの部分が被われるようにできればよい。ドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴ、ゲート電極ＧＴは金属層で構成され、それらが遮光膜として機能でき、これら電極が形成された領域を除く半導体層ＰＳを前記対向電圧信号線ＣＬによって遮光する趣旨である。

このようにした場合、図４に示すように、バックライトＢＬからの出射光Ｌは、基板ＳＵＢ２側から照射されるようになっているが、この出射光Ｌは、対向電圧信号線ＣＬによって、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に照射されるのを妨げられる。このため、薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層ＰＳにリーク電流が発生するのを回避でき、画質が劣化する憂いをなくすことができる。したがって、バックライトＢＬの輝度を向上させることによって、高輝度の表示を達成させることができる。

この場合、後述するが、基板ＳＵＢ２側にはカラーフィルタＣＦが形成されており、このカラーフィルタＣＦによってバックライトＢＬからの光を減光させることから、その分、バックライトＢＬの輝度を向上させることができる。

なお、基板ＳＵＢ１の表面には、対向電極ＣＴ、対向電圧信号線ＣＬをも被って配向膜（図示せず）が形成されている。配向膜は液晶ＬＣに直接に接触する膜からなり、液晶ＬＣの分子の初期配向方向を決定するようになっている。

また、図４、図５に示すように、基板ＳＵＢ２の液晶側の面には、ブラックマトリックス（遮光膜）ＢＭが形成されている。このブラックマトリックスＢＭはたとえばドレイン信号線ＤＬを被うようにしｙ方向に走行して形成されている。基板ＳＵＢ２上のブラックマトリックスＢＭの間の画素領域にはカラーフィルタＣＦが形成され、該カラーフィルタＣＦは、赤、緑、青のうちのいずれかの色が施されている。また、基板ＳＵＢ２の表面には、ブラックマトリックスＢＭ、カラーフィルタＣＦをも被って平坦化膜ＯＣが形成され、この平坦化膜ＯＣの上面には配向膜（図示せず）が形成されている。

〈実施例２〉
図６は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す構成図で、図４に対応した図となっている。

図４の場合、薄膜トランジスタＴＦＴを被う保護膜ＰＡＳ上にあって、画素電極ＰＸが形成され、この画素電極ＰＸの上に、層間絶縁膜ＩＮ２を介して画素電極ＰＸに重ねられて対向電極ＣＴが形成されたものである。

これに対し、図６の場合、薄膜トランジスタＴＦＴを被う保護膜ＰＡＳ上にあって、対向電極ＣＴが形成され、この対向電極ＣＴの上に、層間絶縁膜ＩＮ２を介して対向電極ＣＴに重ねられて画素電極ＰＸが形成されたものとなっている。この場合、対向電極ＣＴは隣接する他の画素の対向電極ＣＴと電気的に接続されていてもよい面状の電極として構成される。画素電極ＰＸは隣接する他の画素の画素電極ＰＸと電気的に分離された電極で形成されるとともに、並設された複数の線状の電極群から構成される。

そして前記対向電極ＣＴには、図１に示したと同様に、金属層からなる対向電圧信号線ＣＬが直接に重畳されて形成され、下層の薄膜トランジスタＴＦＴを被うようにして形成されている。同様に、バックライトＢＬからの光を対向電圧信号線ＣＬによって遮光し、薄膜トランジスタＴＦＴに照射されないようにするためである。

なお、この実施例２の場合、画素電極ＰＸは、面状に形成された対向電極ＣＴの下層にある薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＴと、スルーホールＴＨ４を通して電気的に接続しなければならないことから、前記対向電極ＣＴには該スルーホールＴＨ４を間に位置づける孔ＨＬが形成されており、対向電極ＣＴと画素電極ＰＸとの短絡を回避させている。

また、上述した各実施例の場合、対向電圧信号線ＣＬはゲート信号線ＧＬと一部重なるように配置させたが、必ずしも重ねる必要はない。

本発明の液晶表示装置の画素の一実施例を示す平面図である。 本発明の液晶表示装置の概略構成の一実施例を示す構成図である。 本発明の液晶表示装置の画素の等価回路を示す図である。 図１のIV−IV線における断面を示す図である。 図１のV−V線における断面を示す図である。 本発明の液晶表示装置の画素の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

ＰＮＬ……液晶表示パネル、ＳＵＢ１、ＳＵＢ２……基板、ＢＬ……バックライト、ＣＬＢ……導光板、ＬＳ……光源、ＧＬ……ゲート信号線、ＤＬ……ドレイン信号線、ＴＦＴ……薄膜トランジスタ、ＰＸ……画素電極、ＣＴ……対向電極、ＣＬ……対向電圧信号線、ＰＩＸ……画素、ＰＳ……半導体層、ＧＴ……ゲート電極、ＤＴ……ドレイン電極、ＳＴ……ソース電極、ＧＩ……絶縁膜、ＩＮ１、ＩＮ２……層間絶縁膜、ＰＡＳ……保護膜、ＢＭ……ブラックマトリックス、ＣＦ……カラーフィルム、ＯＣ……平坦化膜、ＴＨ１〜ＴＨ４……スルーホール、ＨＬ……孔。

Claims (5)

1. 液晶を挟持して対向配置される第１基板と第２基板を備える液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの前記第２基板側に配置されるバックライトとからなる液晶表示装置であって、
   前記第１基板の液晶側の各画素に、ゲート信号線からの走査信号によってオンされる薄膜トランジスタと、このオンされた薄膜トランジスタを通してドレイン信号線からの映像信号が供給される透明導電材の画素電極と、金属層の対向電極信号線を通して前記映像信号に対して基準となる信号が供給される透明導電材の対向電極とが形成され、
   前記薄膜トランジスタは、そのゲート電極が半導体層よりも上層に形成されているとともに、絶縁膜を介して前記対向電極信号線の下層に位置づけられて構成され、
   少なくとも電極の形成された領域を除く前記半導体層が前記対向電極信号線に重なって配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記対向電圧信号線は、対向電極と直接に重ねられて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記画素電極の上層に層間絶縁膜を介して前記画素電極と重ねられて前記対向電極が形成され、
   前記画素電極は面状の電極から構成され、前記対向電極は複数の並列された線状の電極から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記対向電極の上層に層間絶縁膜を介して前記対向電極と重ねられて前記画素電極が形成され、
   前記対向電極は面状の電極から構成され、前記画素電極は複数の並列された線状の電極から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第２基板の液晶側の各画素にカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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