JP3082277B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3082277B2
JP3082277B2 JP7302491A JP7302491A JP3082277B2 JP 3082277 B2 JP3082277 B2 JP 3082277B2 JP 7302491 A JP7302491 A JP 7302491A JP 7302491 A JP7302491 A JP 7302491A JP 3082277 B2 JP3082277 B2 JP 3082277B2
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362Active matrix addressed cells
    • G02F1/136218Shield electrodes

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に属し、
その中でも各絵素毎にトランジスタを有するアクティブ
マトリクス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブマトリクス型液晶表示装置を
構成する各絵素では、その中に設けられた絵素電極と対
向電極とで挟まれた部分の液晶だけが、印加された電圧
や電流に応答して透過光あるいは散乱光などを制御する
事ができる。この場合、絵素電極の無い部分が充分に遮
光されていなければ、制御できない光の漏れが発生し、
表示装置のコントラストが低下する。この事を抑止する
為には、絵素電極の無い部分にあらたに遮光膜を積層し
て設けるか、あるいは、絶縁膜を介して、遮光性のスキ
ャンラインとデータラインそれぞれに絵素電極を被せる
必要がある。前者の方法では、いわゆるアライメントマ
ージンを考慮した設計によって、遮光性膜の無い部分の
比率(以下開口率と呼ぶ)が低下する。
【0003】以下、従来技術の一例として、開口率を上
げる為、遮光性のスキャンラインとデータラインそれぞ
れに、絶縁膜を介して絵素電極を被せた構造のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置について説明する。図4は
その略平面図、図5は図4にあるA−B間断面図、図6
はC−D間断面図である。
【0004】光透過性の基板41上には、厚さ250Å
の半導体層42が島状にパターニングされて配され、そ
の上には厚さ3000Åのゲート絶縁膜43が全面に被
着されている。半導体層の一部と交差する形の分岐部分
441を備えたスキャンライン44は、クロム等の遮光
性金属薄膜3000Åの被着とパターニングによって形
成され、この後にBやPなどのイオン打ち込みを行った
結果、半導体層42は、チャネル部分422と、ソース
423、ドレイン421とに分離されている。いわゆる
セルファライン構造である。厚み5000Åの層間絶縁
膜45を全面に被着した後、ドレインスルーホール45
1部分の層間絶縁膜45とゲート絶縁膜43とを除去
し、更にこの上にデータライン46を設ける事によっ
て、ドレイン421とデータライン46とが接続されて
いる。データライン46は、アルミニウムなどやはり遮
光性の金属薄膜4000Åの被着とパターニングとで形
成されている。絵素絶縁膜47は、全面に2μmの厚み
で被着された後、ソーススルーホール471部分が除去
される。更に同じ部分の層間絶縁膜とゲート絶縁膜とを
除去した後に絵素電極48が被着、パターニングされ、
ソース423と接続されている。絵素電極48は、隣接
する絵素電極とのギャップを、スキャンラインあるいは
データラインの上に限定する様にパターニングされてお
り、この結果、スキャンラインとデータラインとで遮光
された部分以外の全領域の液晶に対する制御を可能にし
ている。
【0005】以上が、開口率の向上を主たる目的として
構成したアクティブマトリクス型液晶表示装置の従来例
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例に示した構
造においては、トランジスタのゲートに接続されたスキ
ャンラインと、同じトランジスタのソースに接続された
絵素電極との積層部分が存在し、この間で、絶縁膜を介
した容量(以下CSPと呼ぶ)が形成される。よく知られ
ている様に、CSPは、トランジスタのチャネル部分でゲ
ートとソースとの間に形成される容量(以下Cgsと呼
ぶ)と共に、絵素電位の片側方向へのシフト(以下レベ
ルシフトと呼ぶ)の原因になっている。2回の垂直走査
期間内でのレベルシフトの様子を、他の電位と共に図7
に示す。71がトランジスタのゲート電位であり、選択
期701から保持期702へと移行するとき、ゲート電
位71のパルス高に比例して、絵素電位72は、この場
合負の方向へレベルシフト721の分だけ移動する。図
7は1垂直走査期間毎に絵素電位を反転しているが、こ
の反転に拘らず、いずれの走査期間も同一方向にレベル
シフトが起こり、液晶層を挟んで反対側にある共通電極
の共通電位73を、レベルシフトを含んだ絵素電位のセ
ンターに合わせる必要がある。しかし、レベルシフト
は、液晶層の容量に依存する。そして、液晶層の容量
は、透過光や散乱光の制御状態に依って異なる。つま
り、表示の状態によってレベルシフトの量は異なり、共
通電位を合わせるべき絵素電位のセンターを一律に決定
することはできない。この様にして発生した共通電位と
絵素電位のセンターとの電位差は、表示特性に対し、コ
ントラストの低下、フリッカーの発生といった影響を及
ぼし、更に液晶層の長時間動作安定性を阻害する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板に形成さ
れたスキャンラインと、前記スキャンラインに交差する
データラインと、前記スキャンラインとデータラインに
接続されたトランジスタと、前記トランジスタに接続さ
れた絵素電極とを有する液晶表示装置において、前記絵
素電極と前記スキャンラインとは第1絶縁膜及び第2絶
縁膜を介して積層部分を有し、前記積層部分において
は、前記データラインに接続された電極が前記第1絶縁
膜を介して前記絵素電極と重なりを有し、且つ前記第2
絶縁膜を介して前記スキャンラインと重なりを有するこ
とを特徴とする。
【0008】
【実施例】以下、本実施例を適用したアクティブマトリ
クス型液晶表示装置の実施例を説明する。図1はその略
平面図、図2は図1のC−D間断面図である。
【0009】光透過性の基板11、半導体層12、ゲー
ト絶縁膜13、分岐部分141を備えたスキャンライン
14、層間絶縁膜15とそのドレインスルーホール15
1、絵素絶縁膜17とそのソーススルーホール171、
および絵素電極18は、本実施例では前出の従来例と同
じ構成である。本発明の適用によって直接変更されたの
は、シールド電極161が新たに配された点である。こ
のとき、シールド電極が、データライン16と同時に被
着された、データラインと同一の材料によって形成され
るものであれば、プロセスを追加する事無くシールド電
極が設けられる事になる。これはプロセスの簡略化を目
的とした請求項2に属する発明の実施例である。シール
ド電極は、データラインと分岐して接続し、絵素電極1
8とスキャンライン14との積層部分の約95%の領域
に配した。100%にならないのは、隣接するデータラ
インとの短絡を避ける為である。具体的な積層構造とし
ては、図2に示す様に、シールド電極161を、層間絶
縁膜15を介してスキャンライン141の一部と積層
し、一方、厚さ方向の反対側では、絵素絶縁膜17を介
して絵素電極18の一部と積層する。スキャンラインと
絵素電極との積層部分に、シールド電極の全部を含む
か、あるいは一部分を含むかは、アライメントマージン
の余裕、開口率、低減されるCSPの量などを考えて決め
るべきである。これに合わせて、データライン16(シ
ールド電極161を含む)以外の構成要素についても必
要に応じてディメンジョンを最適化すれば良く、本実施
例と従来例との関係は特許請求の範囲を更に規定するも
のではない。
【0010】次に、これまでに説明してきた実施例につ
いて、更に詳細な構成例を示し、特に寄生容量の具体的
な数値を例示する。1絵素のピッチは72μm×72μ
mとした。
【0011】半導体層12は多結晶シリコンで形成す
る。形成方法としては、LPCVD法や、これにレーザ
アニールまたは固相成長など結晶化の促進を加える方法
もある。膜厚は250Åである。半導体層として多結晶
シリコンを用いる目的は、以降で経るイオン打込プロセ
スによるソースドレイン形成を容易にし、セルファライ
ン構造として前出のCgsを低減させる為であるが、CSP
の低減を実現しても並列に存在するCgsによってその効
果がうすい場合に有効な手段となる。これは請求項1の
効果を補填する目的で、請求項3に記載した範囲に属す
る。本実施例は請求項3を含んでおり、ゲート絶縁膜を
厚み3000Åの酸化シリコンとした場合、Cgsは約
0.5fF(フェムトファラド)に留まっている。
【0012】スキャンライン14とシールド電極161
とは、層間絶縁膜である厚さ5000Åの酸化シリコン
を介して積層される部分で、データラインとスキャンラ
インとのクロス容量(以下CCrと呼ぶ)の一部となり、
このときCCrは約16fFになる。またシールド電極1
61と絵素電極18とが積層された部分も、絵素絶縁膜
17を介して容量を形成し、絵素電極とデータラインと
の容量(以下CDPと呼ぶ)の一部となる。絵素絶縁膜に
は、コーティングと加熱イミド化によって形成された厚
さ2μmのポリイミドを用いたが、これは、被着の容易
さ、基板上の平坦化および低誘電率材料である事などを
考慮して選択した例である。例えばこの比誘電率をεPI
が2.5t程度であれば、CDPは約4fFである。
【0013】CCrはデータラインやスキャンラインの伝
達特性の遅延を誘発するが、例えばHDTVやIBMの
XGAなどの高速走査に応用した場合でも、本実施例の
値は問題となる範囲ではない事が判っている。これはア
ルミニウムやクロムのシート抵抗と浮遊容量、更に表示
装置自体の大きさなどにも依存する。
【0014】CDPは、絵素の液晶容量(CLCと呼ぶ、本
実施例では30から80fF程度まで、表示状態に依存
して変化する)と直列に接続されたかたちで、データラ
インと共通電極との間の電位を分割する。つまり、CDP
によって液晶に加わる実効電圧が低下する事になる。本
実施例で低下する実効電圧は、一般的な駆動環境下では
数百mVであり、これをデータ電圧によって補正した場
合でも、他の絵素へのデータ電圧印加状態などに起因し
た実効電圧の振れ(データクロストークと呼ぶ)が残留
する。本実施例ではこれが20mV程度となり、表示特
性を損うまでには至っていない。
【0015】上述した様に、従来CSPとして形成されて
いた容量の殆んどをCCrとCDPとに変換した本実施例で
は、増加したCCrやCDPによる表示特性の低下が無視で
きる範囲に留まっている一方、CSPは約0.2fFと従
来の20分の1にまで低減されている。この結果、CSP
とCgsとの並列合成容量は約0.7fFとなり、前出の
絵素電位のレベルシフト自体が約200mV以下に押え
られる。更に、共通電位を調整する事によって、絵素電
位センターと共通電位との差(表示状態で変化する液晶
の容量に依存)を±70mV程度と、表示特性に対して
殆んど影響を及ぼさない範囲にまで低減している。
【0016】
【発明の効果】本発明は上記の構成要件を具備すること
により、絶縁膜を介してスキャンラインと絵素電極との
積層部分において、データ線に接続された電極が形成さ
れているため、絵素電極の電位がスキャンラインにより
シフトすることを防ぎ、コントラストの低下やフリッカ
ーの発生を抑制することができる。
【0017】尚、本実施例では、1垂直走査期間毎に絵
素電位を反転させる駆動方式を例示したが、2以上の複
数走査期間毎の反転であっても同様の効果が得られ、デ
ータライン毎あるいはスキャンライン毎の反転を加えた
駆動方式に対しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したアクティブマトリクス型液晶
表示装置の1絵素を拡大した略平面図。
【図2】図1に示したC−D間の断面図。本発明が適用
された部分である。
【図3】本発明を実施する事によって得られた絵素電位
を示したタイムチャート。他の電位も同じスケールで重
ね、2垂直走査期間について表した。
【図4】従来の技術に従って構成されたアクティブマト
リクス型液晶表示装置の1絵素を拡大した略平面図。
【図5】図1に示したA−B間の断面図。トランジスタ
部分の積層構造を示す。本発明の適用によって特に大き
く変更される部分はない。
【図6】図1に示したC−D間の断面図。本発明の適用
によって変更される部分の従来例である。
【図7】従来の技術によって構成されたアクティブマト
リクス型液晶表示装置を駆動した場合の絵素電位を示し
たタイムチャート。他の電位も同じスケールで重ね、2
垂直走査期間について表した。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に形成されたスキャンラインと、
    前記スキャンラインに交差するデータラインと、前記ス
    キャンラインとデータラインに接続されたトランジスタ
    と、前記トランジスタに接続された絵素電極とを有する
    液晶表示装置において、 前記絵素電極と前記スキャンラインとは第1絶縁膜及び
    第2絶縁膜を介して積層部分を有し、前記積層部分にお
    いては、前記データラインに接続された電極が前記第1
    絶縁膜を介して前記絵素電極と重なりを有し、且つ前記
    第2絶縁膜を介して前記スキャンラインと重なりを有す
    ることを特徴とする液晶表示装置。
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