JP2016024411A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高開口率で各配線の信号遅延が少なく、クロストークや色付き現象を抑制できる液晶表示装置を提供する。【解決手段】互いに交差する複数の信号配線および複数の走査配線と、信号配線と走査配線との交差部の近傍領域もしくは走査配線上に設けられたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続された画素電極と、共通電位が供給された対向電極と、により構成される画素がマトリクス状に配置された第一の基板と、第一の基板に対向して設けられた第二の基板と、第一の基板と第二の基板との間に挟持された液晶と、を備え、画素電極と共通電極との間に第一の基板と略平行な電界を印加する横電界方式の液晶表示装置において、信号配線の下層に、共通電位に設定された下層電界シールド電極が設けられ、かつ、下層電界シールド電極が表示領域内で他の共通電位に設定された配線および電極と電気的に接続されていない。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、横電界方式の液晶表示装置における表示画素の構造に関する。
従来の横電界方式液晶表示素子の構造、動作およびその課題について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は素子の平面図、図６（ｂ）、（ｃ）は図６（ａ）の断面図を表す。
従来の横電界方式液晶表示素子では、下記特許文献１に記載されるように、信号配線１からの電界漏れをシールドするために、信号配線１の上層を、有機膜等の絶縁膜を介して信号配線１に重畳し覆うように、共通電位（以下「ＣＯＭ電位」と称す）を持つ上層電界シールド電極（以下「上層シールドＣＯＭ電極５」と称す）で被覆し、信号配線１の下層には、信号配線両脇近傍に信号配線１の延在方向と平行に下層電界シールド電極（以下「下層シールドＣＯＭ電極１０４」と称す）を延在させている。従来の上記下層シールドＣＯＭ電極１０４は、信号配線１に対してゲート絶縁膜２２を介して走査配線２と同層かつ走査配線２の形成と同一工程にて金属配線を使って形成されていた。
特許第４８５８８２０号
上記構造の場合、信号配線上層の上層シールドＣＯＭ電極５は、対向電極７と同層かつ対向電極７の形成と同一工程にて透明導電膜を使って形成されており、また、上記上層シールドＣＯＭ電極５と対向電極７は連結して形成あるいは一体的に形成されている。
上記対向電極７は、液晶分子を駆動させる電界を発生させるための電極であるため、他の配線電位の電位変動による影響を受けにくくする必要がある。上記上層シールドＣＯＭ電極５は、信号配線１との間に膜厚が厚く比誘電率の小さい有機絶縁膜２４等を介しているため、信号配線１との静電容量が小さく、信号配線１の電位が変動してもその影響が小さいので、電位変動が起こりにくい。よって微小な電位変動により画質に大きな影響を及ぼす対向電極７と上層シールドＣＯＭ電極５を電気的に直接連結させることが可能である。
一方、従来構造の下層シールドＣＯＭ電極１０４は、走査配線２と同層に形成されるため、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の基板垂直方向間に介在する絶縁膜は、スイッチング素子１３を形成するためのゲート絶縁膜２２のみとなる。
上記ゲート絶縁膜２２は、スイッチング素子１３の特性を確保する必要があり、比較的絶縁膜の厚さが薄く、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間の静電容量が大きくなりやすいので、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４を重畳または基板平行方向に近接させると、信号配線１の電圧変動の影響を受けて、下層シールドＣＯＭ電極１０４の電位が変動しやすい。
下層シールドＣＯＭ電極１０４の電位が変動すると、下層シールドＣＯＭ電極１０４から発生する電界が画素内の液晶に作用し、画素の透過率を変化させてしまうため、表示品位を劣化させていた。また、上述したように、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間の静電容量が大きいため、信号配線１の配線負荷も大きくなり、信号遅延等の不具合を起こしていた。
また、上述した不具合の影響を小さくするには、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間の静電容量を減少させるために、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４間の基板水平方向の距離を離す必要があるので、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間に基板水平方向の無駄なスペースが作られ、画素の開口面積を減少させていた。
また、従来の下層シールドＣＯＭ配線（図７（ａ）に示す下層シールドＣＯＭ電極１０４）は、走査配線２と同層に形成されるため、走査配線２と交差することができない。よって走査配線２の延在方向と平行に伸び、走査配線２と同一工程で形成される主ＣＯＭ配線３から電圧を供給する構造にせざるを得ない。
ここで、従来構造の主ＣＯＭ配線３は、表示領域内にて上記下層シールドＣＯＭ電極１０４、対向電極７、上層シールドＣＯＭ電極５およびストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８に電圧を供給する必要があるが、主ＣＯＭ配線３の配線抵抗が高い場合、信号遅延等により電圧供給能力が不足し、信号配線１の電位変動に連動して下層シールドＣＯＭ電極１０４の電位が変動しやすくなり、信号配線方向のクロストークが生じやすいという欠点があった。
また、上記で説明したように、従来構造では、主ＣＯＭ配線３は各種電極に電圧を供給する必要があり、電圧供給能力を確保するため、配線幅の太い配線が必要となるので、開口面積を低下させると共に、信号配線１との交差部面積が増大する。このため、信号配線１と主ＣＯＭ配線３間に大きな静電容量が発生し、信号配線１の負荷も増加させることになり、データ信号の遅延を引き起こす原因となっていた。
また、下層シールドＣＯＭ電極１０４と主ＣＯＭ配線３が表示領域内で接続されているため、信号配線１の電位変動により信号配線１と容量結合している下層シールドＣＯＭ電極１０４の電位が変動した場合、それに接続された主ＣＯＭ配線３の電位も変動してしまう。そのため、主ＣＯＭ配線３に同じく表示領域内で接続された電位変動に敏感なストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８（図７（ａ）参照）および対向電極７の電位も電位変動してしまい、走査配線方向のクロストークや特殊画面での色付きが生じやすくなっていた。
また、従来技術において、主ＣＯＭ配線３を信号配線１の上層に設けて主ＣＯＭ配線３と走査配線２とを層分離した構造とした場合でも、下層シールドＣＯＭ電極１０４は信号配線１より下層に配置する必要があることから、下層シールドＣＯＭ電極１０４が主ＣＯＭ配線３から表示領域内で電圧の供給を受けるためには、表示領域内すなわち画素領域でコンタクトホール９を介して導通を取る必要があり、コンタクトホールスペースのための開口面積減少や導通不良、ショート不良の原因となっていた。
次に、従来の構成における課題の一例についての具体的な作用・効果を図７〜図１１を用いて説明する。図７（ａ）は従来の画素構成を、図７（ｂ）は本発明の画素構造を簡略化して表した説明図である。
従来の画素構成では、主ＣＯＭ配線３は走査配線２の延在方向に沿うように配置され、下層シールドＣＯＭ電極１０４は信号配線１の延在方向に信号配線１の両脇に近接して配置されており、下層シールドＣＯＭ電極１０４と主ＣＯＭ配線３は画素内で電気的に接続されている。
本図では省略されているが、信号配線１と走査配線２の交差部近傍にはスイッチング素子が配置されており、信号配線１に印加された映像信号電圧がスイッチング素子を介して画素電極６に供給され、上記画素電極６と主ＣＯＭ配線３に接続された対向電極７との電位差で発生する電界により液晶を駆動させている。
図８（ａ）は前記従来の画素構成の電気回路を、図８（ｂ）は本発明の画素構成の電気回路を簡略化した説明図である。
従来の画素構成における主ＣＯＭ配線３、ストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８、対向電極７、下層シールドＣＯＭ電極１０４は、表示領域内にて低抵抗で接続もしくは一体的に形成されているため、電気回路図で表す場合、これらは主ＣＯＭ配線３と等価である。一方、本発明の画素構造における下層シールドＣＯＭ配線４は、主ＣＯＭ配線３とは電気回路として別の配線である。
下層シールドＣＯＭ電極１０４と信号配線１との間には強い容量結合があるので、信号配線１の電位の電位変動の影響で下層シールドＣＯＭ電極１０４も電位変動を起こす。上記のように下層シールドＣＯＭ電極１０４の電位変動が起こった場合、従来構造の下層シールドＣＯＭ電極１０４は、主ＣＯＭ配線３から電圧供給を受けられるように、主ＣＯＭ配線３と低抵抗で接続されており、そのため主ＣＯＭ配線３の電位も変動してしまう。
下層シールドＣＯＭ電極１０４は、信号配線１から生じる電界をシールドすることが目的であるため、瞬間的な電位変動に関しては画質にさほど大きな影響を与えないが、主ＣＯＭ配線３に接続される他の電極、特にストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８は、画素に画素電圧を書き込む短い期間の電位変動がそのまま電圧保持期間中ずっと液晶に影響を与え続けるため、わずかな電位変動でも画質に対する影響が大きくなる。
例えば、図９で示すようなストライプ配列のドット反転駆動カラーＬＣＤ（Liquid Crystal Display）において、白／黒の縦ストライプパターンを画面全体に表示した場合、明表示状態の赤画素と青画素にＣＯＭ電位に対して正極性電位が印加されるタイミングに、緑画素にはＣＯＭ電位に対して負極性電位が印加される。
上記において、下層シールドＣＯＭ電極１０４は複数の信号配線１の電位変動に追従して電位変動を起こすが、正極性に変動する信号配線１が赤画素と青画素に接続される２本の信号配線１であるのに対し、負極性に変動する信号配線１は緑画素に接続される１本だけなので、下層シールドＣＯＭ電極１０４は、平均的には正極性方向に電位変動する。よって、下層シールドＣＯＭ電極１０４と同じ電位を持つ主ＣＯＭ配線３およびそれに接続されている対向電極７、ストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８の電位も正極性方向に電位変動する。
図１０は、ＣＯＭ電位が変動しない場合の各画素の画素電圧とＣＯＭ電圧を表している。この場合、各画素の画素電極に書き込まれる画素電圧とＣＯＭ電圧の電位差、すなわち液晶に印加される電圧は、白ストライプ部である明表示画素では５ｖが印加され、黒ストライプ部である暗表示画素では０ｖが印加されており、赤画素、緑画素、青画素に差分が発生しない。しかしながら、実際には上述したように、縦ストライプ画面のような特殊な画面においては、信号配線１に印加される電圧の極性が偏るため、その影響でＣＯＭ電圧も変動する。
図１１は、ＣＯＭ電位が変動した場合の各画素の画素電圧とＣＯＭ電圧を表している。この場合、主ＣＯＭ配線３が正極性方向にシフトしたタイミングで、主ＣＯＭ配線３の電位変動方向と同じ正極性側の電位を画素電圧として印加される赤画素および青画素は、画素電極とストレージ容量形成用ＣＯＭ電極間の電位差が減少するので、ストレージ容量８に蓄積される電圧が低電圧側にシフトする。一方、同タイミングで負極性側の電位を印加される緑画素は、ストレージ容量８に蓄積される電圧が高電圧側にシフトする。
その結果、ノーマリーブラックタイプの表示方式の場合は、緑画素の輝度が赤画素、青画素に対して高くなり、表示された画面の色度がやや緑に色味付く。逆にノーマリーホワイトタイプの表示方式の場合は、緑画素の輝度が低くなるので、画面の色度がややマゼンタに色味付くという課題が生じる。
本発明の目的は、上述の課題を解決することであり、具体的には高開口率で各配線の信号遅延が少なく、クロストークや色付き現象を抑制できる液晶表示装置を提供することである。
本発明は、互いに交差する複数の信号配線および複数の走査配線と、前記信号配線と前記走査配線との交差部の近傍領域もしくは前記走査配線上に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、共通電位が供給された対向電極と、により構成される画素がマトリクス状に配置された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟持された液晶と、を備え、前記画素電極と前記共通電極との間に前記第一の基板と略平行な電界を印加する横電界方式の液晶表示装置において、前記信号配線の下層に、前記共通電位に設定された下層電界シールド電極が設けられ、かつ、前記下層電界シールド電極が、前記画素がマトリクス状に配置された表示領域内で他の共通電位に設定された配線および電極と電気的に接続されていないことを特徴とする。
このように、信号配線の電圧変動の影響を受けやすい下層電界シールド電極（下層シールドＣＯＭ配線）と主ＣＯＭ配線を表示領域内で接続せずに電気的に分離することにより、下層シールドＣＯＭ配線の電圧が変動した場合でも主ＣＯＭ配線の電圧変動を起こりにくくすることができる。
また、主ＣＯＭ配線に表示領域内で直接接続されている対向電極、ストレージ形成用ＣＯＭ電極の電圧変動も抑制することができ、クロストークや上述の特殊画面での色付き現象を軽減することができる。
また、本発明は、前記信号配線の上層に上層絶縁膜を介して前記信号配線に重畳するように、前記共通電位に設定された上層電界シールド電極が設けられたことを特徴とする。
上層電界シールド電極（上層シールドＣＯＭ電極）と下層シールドＣＯＭ電極は共にＣＯＭ電位を供給する必要があるため、両者を共に主ＣＯＭ配線からの電圧供給とした場合、どちらかもしくは両方の電極に電圧を供給するためのコンタクトホールを画素内で絶縁膜に設けて導通を取る必要があった。
本発明では、下層シールドＣＯＭ配線への電圧供給経路を、主ＣＯＭ配線に直接接続されている上層シールドＣＯＭ電極の電圧供給経路と電気的に分離できるため、上層シールドＣＯＭ電極と主ＣＯＭ配線を同層に、また下層シールドＣＯＭ電極と下層シールドＣＯＭ配線を同層に形成することで、画素内にＣＯＭ電位を供給するためのコンタクトホールを省略することができる。
このため、コンタクトホール形成のためのスペースを低減することができ、画素開口面積を広く取ることができるとともに、コンタクトホールの形状異常、コンタクトホールの段差による配線段切れやコンタクト抵抗増加などによる品質の劣化や歩留りの低下を抑制できる効果がある。
また、本発明は、前記スイッチング素子が逆スタガ型ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子であり、前記下層電界シールド電極が前記走査配線より下層に下層絶縁膜を介して設けられたことを特徴とする。
下層シールドＣＯＭ電極を、走査配線よりさらに下層に任意の膜厚、材質の下層絶縁膜（好ましくは少なくとも酸化ケイ素膜を含む下層絶縁膜）を介して配置することにより、信号配線と下層シールドＣＯＭ電極の間の静電容量を小さくすることができ、信号配線の電位が変動した場合でも、下層シールドＣＯＭ電極の電位変動を小さくすることができる。
このため、下層シールドＣＯＭ電極自体からの電界発生が抑制され、液晶にかかる電界への影響が小さくなり、画質品位を向上させることができる。また、信号配線の静電容量負荷が軽減されるため、信号配線の時定数が小さくなり、映像データ信号遅延を減少させることができる。
また、信号配線と下層シールドＣＯＭ電極を基板平面方向に近接または重畳させても、静電容量による配線負荷の増加が起こりにくいため、信号配線と下層シールドＣＯＭ電極間に基板平面方向の空間を設ける必要がなくなり、その分画素の開口面積を広く取ることができる。
また、下層シールドＣＯＭ配線を主ＣＯＭ配線と異層に配置し、電気的に分離できるため、主ＣＯＭ配線の配線負荷、下層シールドＣＯＭ配線の配線負荷をそれぞれ低減することができ、配線遅延によるクロストークの発生を抑制することができる。
前記主ＣＯＭ配線の配線負荷が低減できることにより、主ＣＯＭ配線の細線化が可能となり、画素開口面積を広く取れるとともに、信号配線と主ＣＯＭ配線の交差部面積が縮小されることで、両配線間の静電容量が減少し、信号配線の配線負荷も低減できる効果が得られる。
また、本発明は、前記下層電界シールド電極に電圧供給する配線が、前記信号配線の延在する方向に沿って設けられている、若しくは、前記信号配線の延在する方向と前記走査配線の延在する方向の両方向に設けられていることを特徴とする。また、前記下層電界シールド電極が、前記第一の基板の法線方向から見て、前記信号配線を覆っていることを特徴とする。
本発明の信号配線、下層シールドＣＯＭ配線、走査配線は絶縁膜を介してそれぞれ異なる層に分離されている。そのため、本発明の上記下層シールドＣＯＭ電極は、走査配線と交差して信号配線の延在する方向に配線を延在させることができるので、ＣＯＭ電圧を信号配線用圧接端子側辺からも供給でき、ＣＯＭ電圧供給能力を向上させることができる。
また、下層シールドＣＯＭ配線を信号配線の延在する方向に配置する場合において、本発明では、各画素の下層シールドＣＯＭ電極の両端を直列に接続することで、下層シールドＣＯＭ電極自体が下層シールドＣＯＭ配線の一部を兼ねた構造とすることができる。よって、下層シールドＣＯＭ電極への電圧供給配線経路を追加したことによる配線配置領域の増加は小さく、画素開口面積をほとんど減少させることがない。
本発明によれば、高開口率で各配線の信号遅延が少なく、クロストークや色付き現象が抑制された液晶表示装置を実現することができる。
その理由は、信号配線の下層に、共通電位に設定された下層電界シールドＣＯＭ電極（下層電界シールド電極）が設けられ、かつ、下層電界シールド電極が表示領域内で他の共通電位に設定された配線および電極と電気的に分離されているからである。
本発明の第１の実施例に係る素子構造を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’線における断面図である。 図１のＢ−Ｂ’線における断面図である。 本発明の第１の実施例に係る配線例である。 本発明の第１の実施例に係る配線例である。 本発明の第２の実施例に係る素子構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施例に係る素子構造を示す平面図である。 図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 本発明の第４の実施例に係る素子構造を示す平面図である。 図５（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 図５（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図５（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。 従来の一般的な横電界方式液晶素子の画素構造を示す平面図である。 図６（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 図６（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 従来と本発明の実施例の素子構造を比較する図であり、（ａ）は、従来の一般的な横電界方式液晶素子の画素構造の簡易的な図、（ｂ）は、本発明の実施例の画素構造の簡易的な図である。 従来と本発明の実施例の回路構成を比較する図であり、（ａ）は、従来の一般的な横電界方式液晶素子の画素の省略された回路図、（ｂ）は、本発明の実施例の画素の省略された回路図である。 従来の画素構造で発生する特殊画面での色付き現象の説明する図である。 従来の画素構造で発生する特殊画面での色付き現象の説明する図である。 従来の画素構造で発生する特殊画面での色付き現象の説明する図である。
背景技術で示したように、信号配線からの電界漏れをシールドするために、信号配線の上層に、ＣＯＭ電位を持つ上層シールドＣＯＭ電極を配置し、信号配線の下層の走査配線と同層に、信号配線の延在方向と平行に延在する下層シールドＣＯＭ電極を配置する構造が用いられる。この構造では、下層シールドＣＯＭ配線は、走査配線と同層に形成されており、走査配線と交差することができないため、走査配線と同一工程で形成される主ＣＯＭ配線から電圧を供給する構造になる。一方、主ＣＯＭ配線は、表示領域内にて上記下層シールドＣＯＭ電極以外に、対向電極、上層シールドＣＯＭ電極およびストレージ容量形成用ＣＯＭ電極にも電圧を供給する必要がある。そのため、信号配線の電位変動により信号配線と容量結合している下層シールドＣＯＭ電極の電位が変動した場合、それに接続された主ＣＯＭ配線の電位も変動し、更にはストレージ容量形成用ＣＯＭ電極および対向電極の電位も変動してしまい、走査配線方向のクロストークや特殊画面での色付きが生じやすくなるという問題があった。
そこで、本発明の一実施形態では、信号配線からの漏れ電界を遮蔽するための、信号配線と平行に延在して設ける下層シールド用ＣＯＭ電極を、信号配線よりも下層（逆スタガ型ＴＦＴ構造の場合は走査配線より下層）に配置するとともに、この下層シールド用ＣＯＭ電極を、信号配線の上層に信号配線と重畳して設けられる上層シールド用ＣＯＭ電極、対向電極、ストレージ容量形成用ＣＯＭ電極、およびそれらに電圧を供給するためのＣＯＭ配線とは、表示領域内で電気的に接続せずに、独立した配線経路にてＣＯＭ電圧が供給されるようにする。
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例１に係る液晶表示装置の構造を図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は本実施例の平面図、図１（ｂ）、（ｃ）は図１（ａ）の断面図である。
本実施例の液晶表示装置は、信号配線１、走査配線２、画素電極６、対向電極７等の液晶を駆動させる電界を発生する素子が配置された透明基板（以下「ＴＦＴ基板」（第一の基板）と称す）と、カラーフィルタ素子、ブラックマトリクスが配置された透明基板（以下「カラーフィルタ基板」（第二の基板）と称す）とを対向配置し、両基板間に液晶を挟んで構成されている。
また、上記ＴＦＴ基板は、画素電極６に信号電圧を印加するための信号配線１と、スイッチング素子１３を動作させるための走査配線２とが形成され、信号配線１および走査配線２に囲まれた画素領域に、スイッチング素子１３（逆スタガ型ＴＦＴ素子）と、スイッチング素子１３およびコンタクトホール１０を介して信号配線１に接続され、櫛歯状に配置された複数の画素電極６と、各画素電極６の延在方向と平行に配置され、画素電極６との間に電界を発生する対向電極７と、対向電極７に電位を供給するための主ＣＯＭ配線３と、コンタクトホール９を介して主ＣＯＭ配線３に接続された上層シールドＣＯＭ電極５と、信号配線１の両脇に信号配線１の延在方向に配置され、かつ走査配線２より下層に下層絶縁膜２１を介して形成された下層シールドＣＯＭ電極１０４および前記下層シールドＣＯＭ電極１０４を含んで構成される下層シールドＣＯＭ配線４とが形成されている。
上層シールドＣＯＭ電極５は、対向電極７と同層かつ同一工程にて、信号配線１より上層に無機絶縁膜２３や有機絶縁膜２４を介して透明導電膜で形成され、コンタクトホール９により主ＣＯＭ配線３に電気的に接続されて、それぞれ主ＣＯＭ配線３からＣＯＭ電圧が供給されている。
前記上層シールドＣＯＭ電極５は、信号配線１に重畳して配置されるが、両者の層間に、比誘電率が小さく膜厚が厚い絶縁膜を配置することで、配線間の静電容量を小さくできるので、信号配線１と上層シールドＣＯＭ電極５の容量結合による電位変動の影響を極めて小さくすることができる。
本実施例では、主ＣＯＭ配線３の一部がストレージ容量形成用ＣＯＭ電極を兼ねており、スイッチング素子１３であるＴＦＴのソース電極または画素電極６の一部と主ＣＯＭ配線３の重畳する部分でコンデンサ素子であるストレージ容量８を形成している。
下層シールドＣＯＭ配線４は、図１および図２（ａ）に示すように、主ＣＯＭ配線３、走査配線２と下層絶縁膜２１を介して交差し、信号配線１に沿うように延在して配線されている。また、その終端はＬＣＤ表示素子の表示領域外の外周部分に設けられた接続端子になっており、外部の電源からＣＯＭ電圧が直接供給される。よって、表示領域内で下層シールドＣＯＭ電極１０４にＣＯＭ電圧を供給するための配線経路にコンタクトホールを設ける必要がない。
前記下層シールドＣＯＭ配線４の配線終端は、上述の構造に限らず、図２（ｂ）に示すように、ＬＣＤ表示素子の表示領域外の額縁部分にて主ＣＯＭ配線３と接続されても良いが、この場合は、主ＣＯＭ配線３に外部電源から電圧供給するための接続端子から上記下層シールドＣＯＭ配線４の終端接続部までの抵抗が、主ＣＯＭ配線３の表示領域内での配線抵抗に比べて十分に小さくなるように設定されることが望ましい。
前記下層シールドＣＯＭ電極１０４と信号配線１は、下層絶縁膜２１とゲート絶縁膜２２を介して電気的に絶縁されているが、下層絶縁膜２１に比誘電率が比較的小さい材質である酸化ケイ素膜を使用し、また膜厚を厚く設定することで、下層シールドＣＯＭ電極１０４と信号配線１の間に生じる静電容量を小さく設定することができる。
上述のように、下層シールドＣＯＭ電極１０４と信号配線１の間の静電容量を小さくできることで、図１（ｂ）に示すように下層シールドＣＯＭ電極１０４を信号配線１に平面方向に近接した配置にすることができる。
次に、本実施例の構造による作用と効果について説明する。
ＬＣＤ素子を駆動する場合には、画素電極に正極性電圧、負極性電圧を表示フレーム毎に交互に印加することが一般的であり、そのため、信号配線１に印加される電圧は数Ｖから１０数Ｖの振幅をもって変動する。
下層シールドＣＯＭ電極１０４は、上記信号配線１に近接し、信号配線１の延在方向に沿って配置されるため、下層シールドＣＯＭ電極１０４と信号配線１の容量結合により下層シールドＣＯＭ電極１０４の電圧も信号配線１の電圧変動に応じてわずかに変動する。そして、下層シールドＣＯＭ電極１０４の電圧が変動することで、下層シールドＣＯＭ電極１０４と画素電極６の間にもわずかに電界が生じ、近傍の液晶の駆動に影響を与えるため、クロストークが発生してしまう。
この問題に対して、本実施例の構造では、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の膜厚方向の距離を十分に確保できるため、静電容量が小さく、信号配線１の電圧変動による下層シールドＣＯＭ電極１０４の電圧変動が抑制できるので、クロストークが小さい良好な表示品位を得ることができる。
また、信号配線１は表示信号を高速に伝達する必要があり、配線抵抗と配線容量で決定される時定数を小さくする必要があるため、配線幅を広くして配線抵抗を小さくする必要があるが、本実施例の構造では、上述のように配線容量を小さくすることができるので、それに伴い配線幅を縮小でき、画素の開口面積を増加させることができる。
また、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の静電容量を小さく設定できるため、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４を基板平面方向に近接または重畳して配置でき、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間の空間を確保する必要がなく、画素の開口面積を増加させることができる。
また、本実施例では、各画素の下層シールドＣＯＭ電極１０４および下層シールドＣＯＭ電極１０４の両端を直列に接続した下層シールドＣＯＭ配線４は、主ＣＯＭ配線３とは直交して信号配線１の延在方向に配置されている。
下層シールドＣＯＭ配線４は、各表示画素の透過光を分離するため、カラーフィルタ基板の信号配線１、走査配線２と重畳する部分に遮光性の材料で形成されたブラックマトリクスと重畳して配置される。このため、画素の開口面積を減少させることはない。
また、主ＣＯＭ配線３についても、信号配線１との間に発生する静電容量に加え、主ＣＯＭ配線３から電圧供給を受ける各素子に寄生する静電容量も主ＣＯＭ配線３の容量負荷となるため、配線の時定数が大きくなる。そのため、主ＣＯＭ配線３についても、配線幅を広くして配線抵抗を小さくし、信号の遅延を抑制する必要があったが、本実施例の構造では、主ＣＯＭ配線３と下層シールドＣＯＭ電極１０４が電気的に切り離されているため、主ＣＯＭ配線３にかかる容量負荷が軽減されるので、配線幅を縮小でき画素の開口面積を増加させることができる。
また、対向電極７およびストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８に加えられるＣＯＭ電圧は、液晶を駆動させるための電圧に直接関係するため、わずかな電圧変動が表示品位に影響する。上記対向電極７およびストレージ容量形成用ＣＯＭ電極１０８は、主ＣＯＭ配線３からＣＯＭ電圧の供給を受けているので、主ＣＯＭ配線の電圧変動が画素品位に影響することになる。
従来の構造では、主ＣＯＭ配線３は、比較的電位変動の大きい下層シールドＣＯＭ電極１０４と表示領域内で接続されているため、電圧変動が起こりやすく、クロストーク等の表示品位劣化の原因となっていたが、本実施例の構造では、主ＣＯＭ配線３と下層シールドＣＯＭ電極１０４を表示領域内で電気的な接続をしない構造としているため、下層シールドＣＯＭ電極１０４の電圧変動が主ＣＯＭ配線３の電圧に影響しにくく、クロストーク等の表示品位劣化が少ない。
本発明におけるその他の実施例である実施例２について図３を用いて説明する。
本実施例では、下層シールドＣＯＭ配線４を信号配線１の延在方向に沿って配置すると共に、走査配線２の延在方向に沿っても同層に配置し、網目状の配線構造を持たせたことを特徴とする。
本実施例では、信号配線１、走査配線２、下層シールドＣＯＭ配線４をそれぞれ別の層に絶縁膜を介して配置するので、上記各層それぞれが平面的に交差することができ、配線配置の制約が少ないため、上記網目配線構造が可能となる。
下層シールドＣＯＭ配線４を網目構造にすることで、配線抵抗の低抵抗化が図れるとともに、各下層シールドＣＯＭ電極１０４の電圧が均等化され、均一性の高い表示品位が得られる。
また、下層シールドＣＯＭ配線４の配線抵抗の低抵抗化により配線幅を細くすることができ、画素開口面積を拡大することができる。
また、配線の冗長性が高くなることで、下層シールドＣＯＭ配線４の一部が断線しても表示品位にほとんど影響を及ぼさないという効果がある。
本発明におけるその他の実施例である実施例３について図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は本実施例の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面図である。
本実施例では、下層シールドＣＯＭ電極１０４を信号配線１の下層に、ＴＦＴ基板の法線方向から見て、信号配線１を完全に覆うように重畳して配置したことを特徴としている。
信号配線１の上層と下層をそれぞれ上層シールドＣＯＭ電極５と下層シールドＣＯＭ電極１０４で挟み込むことで、さらに信号配線１から生じる電界をほぼ完全にシールドすることができ、より表示品位の高い画像が実現できる。
また、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４がパターニングの際に位置ズレや線幅変化を起こしても信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の配線パターンの重畳する面積が変動しないので、両配線間の静電容量変化が小さく、特性が安定する。
また、基板の法線方向から見て、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の間に隙間がなく、光漏れが生じないので、光漏れによるコントラストの低下やクロストークの発生が大幅に抑制される効果がある。
従来の構造では、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４を重畳させると、両配線間の静電容量が大きくなりすぎ、配線負荷の増大を起こすため、特に大画面のＬＣＤ表示素子には適用が困難であったが、本発明では、信号配線１と下層シールドＣＯＭ電極１０４の基板垂直方向の距離を十分に離すことができ、静電容量を任意に小さくすることができるため、大画面のＬＣＤ表示素子にも適用が可能となる。
本発明におけるその他の実施例である実施例４について図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図５（ａ）は本実施例の平面図、図５（ｂ）〜（ｄ）は図５（ａ）の断面図である。
本実施例では、本発明の液晶表示装置の製造方法の一例として、主ＣＯＭ配線３を信号配線１の上層に設けて主ＣＯＭ配線３と走査配線２とを層分離した構造の液晶表示装置の製造方法について説明する。下記に本実施例の製造方法をガラス基板からの積層順に説明する。
まず、ガラス基板上に下層シールドＣＯＭ電極１０４および下層シールドＣＯＭ配線４が、低抵抗金属で形成される。次に、下層絶縁膜２１が酸化ケイ素等で形成される。下層絶縁膜２１は、その上層に配置される信号配線１と前記下層シールドＣＯＭ電極１０４との静電容量を軽減させるために適当な膜厚や材質を選定することができ、積層膜で構成してもよいが、酸化ケイ素を含むことが望ましい。
次に、走査配線２が低抵抗金属にて前記下層シールドＣＯＭ配線４と略直交するように配置される。
次に、ゲート絶縁膜２２が窒化ケイ素等で形成される。ゲート絶縁膜２２は、スイッチング素子１３の特性に大きく影響するため、膜厚や材質を任意に選定することが困難であり、比較的薄くまた比誘電率が高い膜が選定される。
ゲート絶縁膜２２の上層にはアモルファスシリコン等の半導体１２が、上述の走査配線２もしくは走査配線２から分岐したゲート電極上に重畳するように配置される。
次に、信号配線１が低抵抗金属にて形成される。信号配線１は、下層シールドＣＯＭ配線４の延在方向と平行に、下層シールドＣＯＭ電極１０４が信号配線１の両脇に配置されるように延在して設けられる。また、信号配線１の一部が半導体１２の一部と重畳し、スイッチング素子１３の一端子を形成する。同時に信号配線１と同一工程にて信号配線１と分離されて形成されたソース電極１１を半導体１２の一部と重畳させて形成することで、スイッチング素子１３の別の一端子を形成し、ゲート電極、信号配線１、ソース電極１１、半導体１２からなるスイッチング素子１３を構成する。
次に、前記スイッチング素子１３上層に、スイッチング素子１３の保護を目的とした無機絶縁膜２３が窒化ケイ素等で形成される。
次に、アクリル系樹脂等からなる有機絶縁膜２４を塗布等の手法を用いて形成する。前記有機絶縁膜２４は、下層にある信号配線１と上層に配置される上層シールドＣＯＭ電極５の静電容量を軽減するため、低誘電率材料を用いて比較的厚い任意の膜厚で形成される。有機絶縁膜２４は感光性の樹脂とし、フォトリソグラフィー手法を用いて、その後の工程でコンタクトホールを形成する部分およびその近傍を事前に除去しておく。また、有機絶縁膜２４をコンタクトホール形成時のレジストパターンとして活用しコンタクトホールを形成することも可能である。
次に、主ＣＯＭ配線３が低抵抗金属で形成される。主ＣＯＭ配線３は、他の配線とは絶縁膜で層間分離されているので、信号配線１の延在方向もしくは走査配線２の延在方向のどちらか、または両方の方向に延在して配置することができ、また信号配線１や走査配線２と重畳して配置するこができる。
次に、上層シールドＣＯＭ電極５および対向電極７がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜で形成される。上層シールドＣＯＭ電極５と対向電極７は共にＣＯＭ電位に設定されるため、連結して、もしくは一体的な形状で設けられる。上層シールドＣＯＭ電極５は、信号配線１からの電界をシールドするために信号配線１を覆うように配置される。
また、上層シールドＣＯＭ電極５および対向電極７は、主ＣＯＭ配線３に重畳して積層配置することで、主ＣＯＭ配線３からコンタクトホールを介さずに直接ＣＯＭ電圧を供給することができる。なお、本実施例では、主ＣＯＭ配線３の上層に上層シールドＣＯＭ電極５を積層しているが、順序を逆にし、上層シールドＣＯＭ電極５の上層に主ＣＯＭ配線３を重畳させても良い。
次に、上層絶縁膜２５が窒化ケイ素等で形成される。前記上層絶縁膜２５は、対向電極７と画素電極６との間に生じさせる電界を弱めないように、また、対向電極７と画素電極６とを重畳させて設けるストレージ容量８の容量を確保するために、比較的薄く、誘電率が高い材質で形成することが望ましい。
次に、各層の電極や配線を互いに接続するため、もしくは表示装置外周部の接続端子を開口するためのコンタクトホールが設けられる。本実施例では、コンタクトホールは上層絶縁膜２５の形成後に設けられるが、コンタクトホール形成工程を数回に分けて、各絶縁膜成膜後に実施しても良い。
次に、画素電極６が透明導電膜で形成される。対向電極７と画素電極６は、共に細長い形状の電極を互いに平行に交互に配置しており、対向電極７と画素電極６の間に異なる電圧を加えることで、双方の電極間に電極延在方向と直角の方向に電界を発生させ、液晶分子の配向方向を変化させる。また、上述のように、画素電極６と、対向電極７または主ＣＯＭ配線３の一部を、上層絶縁膜２５を介して重畳させることで、ストレージ容量８を形成している。なお、本実施例では、対向電極７の上層に上層絶縁膜２５を介して画素電極６を配置しているが、対向電極７と画素電極６の積層順を入れ替えて構成することもできる。
上述の説明に示すように、本実施例では、下層シールドＣＯＭ配線４は独立した配線にて表示領域外まで引き出されるため、表示領域内で主ＣＯＭ配線３と接続する必要が無い。
本実施例の構造とすることで、他の実施例の効果に加え、表示領域内で必要なコンタクトホールが、スイッチング素子１３に接続されたソース電極１１と画素電極６をつなぐコンタクトホール（画素）１０だけとなり、開口面積を広く取れると共にコンタクト欠陥による導通不良やショート不良の発生率が低減できるという効果が得られる。
なお、本発明は上記実施例の記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、積層構造や平面形状は特に限定されない。
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、横電界方式の液晶表示装置に利用可能である。
１ 信号配線
２ 走査配線
３ 主ＣＯＭ配線
４ 下層シールドＣＯＭ配線
１０４ 下層シールドＣＯＭ電極（下層電界シールド電極）
５ 上層シールドＣＯＭ電極（上層電界シールド電極）
６ 画素電極
７ 対向電極
８ ストレージ容量
１０８ ストレージ容量形成用ＣＯＭ電極
９ コンタクトホール（ＣＯＭ）
１０ コンタクトホール（画素）
１１ ソース電極
１２ 半導体
１３ スイッチング素子
２１ 下層絶縁膜
２２ ゲート絶縁膜
２３ 無機絶縁膜
２４ 有機絶縁膜
２５ 上層絶縁膜
３１ ブラックマトリクス
３２ カラーフィルタ素子
３３ オーバーコート
４１ 液晶

Claims (7)

  1. 互いに交差する複数の信号配線および複数の走査配線と、前記信号配線と前記走査配線との交差部の近傍領域もしくは前記走査配線上に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極と、共通電位が供給された対向電極と、により構成される画素がマトリクス状に配置された第一の基板と、前記第一の基板に対向して設けられた第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に挟持された液晶と、を備え、前記画素電極と前記共通電極との間に前記第一の基板と略平行な電界を印加する横電界方式の液晶表示装置において、
    前記信号配線の下層に、前記共通電位に設定された下層電界シールド電極が設けられ、かつ、前記下層電界シールド電極が、前記画素がマトリクス状に配置された表示領域内で他の共通電位に設定された配線および電極と電気的に接続されていないことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記信号配線の上層に上層絶縁膜を介して前記信号配線に重畳するように、前記共通電位に設定された上層電界シールド電極が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記スイッチング素子が逆スタガ型ＴＦＴ素子であり、前記下層電界シールド電極が前記走査配線より下層に下層絶縁膜を介して設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記下層絶縁膜が、少なくとも酸化ケイ素膜を含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 前記下層電界シールド電極に電圧供給する配線が、前記信号配線の延在する方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液晶表示装置。
  6. 前記下層電界シールド電極に電圧供給する配線が、前記信号配線の延在する方向と前記走査配線の延在する方向の両方向に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液晶表示装置。
  7. 前記下層電界シールド電極が、前記第一の基板の法線方向から見て、前記信号配線を覆っていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一に記載の液晶表示装置。
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