JP3210437B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3210437B2
JP3210437B2 JP24512192A JP24512192A JP3210437B2 JP 3210437 B2 JP3210437 B2 JP 3210437B2 JP 24512192 A JP24512192 A JP 24512192A JP 24512192 A JP24512192 A JP 24512192A JP 3210437 B2 JP3210437 B2 JP 3210437B2
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    • 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
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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関するも
ので、特に薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリ
ックス型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の小型化や軽量化および低消費
電力化が近年進められているが、ディスプレイデバイス
の分野においてもCRT(Cathode Ray Tube)から代替
する小型、軽量、低消費電力のディスプレイデバイスと
して、フラットパネルディスプレイの研究・開発が盛ん
に行なわれている。
【0003】このなかでも、特に液晶表示装置は、大面
積表示が可能であることや、フルカラー化が可能である
こと、および低電流・低電圧動作のディスプレイデバイ
スであること等の特長を有している。そのような液晶表
示装置としては、目的に応じて様々な動作方式のものが
用いられるが、なかでもアクティブマトリックス型液晶
表示素子はフルカラーの動画表示を高解像度で行なうこ
とが可能である等の特長を有しており、注目を集めてい
る。
【0004】アクティブマトリックス型液晶表示装置
は、マトリックス状に配置した電極の交差部分ごとに一
画素を配置し、その一画素ごとにスイッチング素子を配
設して、このスイッチング素子で接続された画素を個別
に駆動制御するものであるが、このようなアクティブマ
トリックス型液晶表示装置には、薄膜トランジスタ(以
下、TFTと略称)を用いることが注目され、研究・開
発が盛んに行なわれて既に実用に供されているものもあ
る。
【0005】現在、例えばラップトップ型コンピュータ
用の液晶表示装置として対角10インチサイズで画素数が
縦 480×横 640程度のものが主流であるが、より高画
質、高精細の直視型液晶ディスプレイや、ファインピッ
チで高精細な投射型(プロジェクション型)表示装置を
目指した研究・開発が行なわれている。
【0006】このようなTFTを用いたアクティブマト
リックス型液晶表示装置の構成を、そのTFTアレイ基
板の一画素部分を抜き出して図28に示す。また図29
は、その一画素部分全体の電気的な構成を示す等価回路
図である。
【0007】ガラス絶縁基板上に、列設された走査線2
801と、これに交差して列設された信号線2803
と、これら走査線2801および信号線2803に接続
されたTFT2805と、これに接続された画素電極2
807と、この画素電極2807に絶縁膜を介して対向
し補助容量Cs を形成する補助容量電極2809が形成
されて、TFTアレイ基板2811が形成されている。
そしてこのTFTアレイ基板2811に対向する対向電
極2813と、画素電極2807および対向電極281
3の間に配向膜(図示省略)を介して挟持された液晶層
2815とから液晶表示装置はその主要部が構成されて
いる。
【0008】このような構成の装置は、走査線2801
が選択される期間、すなわち走査選択期間にTFT28
05がON(導通状態)になり、信号線2803を介し
て印加される電圧により画素電極2807と対向電極2
813とこれらに挟持された液晶層2815とで形成さ
れる液晶容量CLCと、TFTアレイ基板2811に作り
込まれた補助容量CS とが充電される。そして走査線2
801が選択されない期間、すなわち走査非選択期間に
はTFT2805がOFF(高抵抗状態)になり、画素
電極2807は信号線2803から電気的に切り離され
た状態となる。そして前記の走査選択期間中に蓄えられ
た電荷により点灯しきい値以上の電圧が液晶層2815
に印加されている間は、その画素の点灯状態が維持され
る。
【0009】ところで、上記のようなTFTを用いたア
クティブマトリックス型液晶表示装置においては、画素
電極2807と走査線2801との間、および画素電極
2807と信号線2803との間に、それぞれ寄生容量
Cgs、Cdsという静電容量が形成される。これらの寄生
容量Cgs、Cdsによって画素電極2807は走査線28
01や信号線2803と容量結合されるため、走査線2
801や信号線2803の電位変動が画素電極2807
の電圧に影響を与え、その電圧をノイズ的に変動させ
る。
【0010】走査線2801の電位変動が問題となるの
は、特に走査パルスの立ち下がりの際で、この走査パル
スの立ち下がりの電圧変化に応じて突き抜け電圧と呼ば
れる電位変動ΔVp が起こる。ここで、このような電位
変動ΔVp は、次のような式で示される値をとる。 ΔVp ={Cgs/(CLC+Cs +Cgs+Cds)}×ΔVg このような突き抜け電圧と呼ばれる電位変動ΔVp が存
在するために、画素電極2807の電位が信号線280
3に印加した所定の信号電圧とは異なったものとなり、
正確な信号電圧の書き込みが妨げられる。そこで従来の
技術では、これに対応して対向電極2813の電位を電
位変動ΔVp 分シフトさせ、この突き抜け電圧と呼ばれ
る電位変動ΔVp を補償するようにして対処している。
【0011】しかしながら、CLCは一定ではなく液晶に
かかる電圧や液晶の姿勢によって変化し、また製造上の
問題からも画面内のCgs、Cs 、CLCをばらつきなく全
て一定とすることは不可能である。このため、ΔVp は
同一画面内でも一定ではなく位置ごとにばらつきがあ
り、対向電極2813の電位を調整するだけでは必ずし
も十分に補償することができない。その結果、画面上に
フリッカや焼き付きが発生する。
【0012】一方、信号線2803の電位は映像信号電
圧に対応して常に一様ではなく変動しているので、この
信号線2803に起因した画素電極2807の電位変動
は走査線2801の場合よりも頻繁かつ多様な電位変動
となる。その一例としてフレーム反転での変動の様子を
説明する。
【0013】フレーム反転では、全ての信号線2803
電位を同一極性とし、 1フレームごとに信号線2803
の極性を反転するため、この極性を反転したときが最も
信号線2803の電位変動が大きい。このときの画素電
極2807の電位変動ΔVpsは、画素電極2807との
間で寄生容量を形成する左右両側の信号線2803の電
位変動をΔVsig1、ΔVsig2とし、またその寄生容量を
それぞれCds1 、Cds2 とすると、 ΔVps=(Cds1 ×ΔVsig1+Cds2 ×ΔVsig2)/(CLC+Cs +Cgs+C ds1 +ds2 ) となる。この電位変動ΔVpsが、 1フレームごとに、言
い換えれば画面の一番下の画素列を書き込むごとに起こ
る。このため、画素ごとに見ると、書き込みが行なわれ
てΔVpsが発生するまでの時間が画面の上下で異なるた
め、それが画面の輝度の位置的ばらつきとして現れる。
これがいわゆる画面の輝度むらと呼ばれるものとなって
観察される。
【0014】そしてさらにCds1 、Cds2 が大きくなる
と信号線2803の電位変動が画素電極2807の電位
変動を引き起こしてクロストークを発生させてしまう。
【0015】これらの寄生容量は、TFTアレイ基板2
811において、次のような場所に形成される。まずC
gsは、主にTFT2805のチャネル部分と走査線28
01およびゲート電極と画素電極2807(ソース電
極)の重なる部分で形成される。またCds1 、Cds2
は、主に画素電極2807と信号線2803とが近接す
る部分で形成される。
【0016】前述のように液晶表示装置の小型化・高精
細化が進み、 1画素の寸法がますます微細化すると、画
素の開口率を向上させ輝度を高くするためにもますます
各電極間距離を近付けることが必要となってくる。そし
てこのように各電極間距離を近付けると、上記の寄生容
量Cgs、Cds1 、Cds2 は、ますます大きな値となり、
これに起因して輝度むらやクロストークがますます顕著
に発生し、表示画像の品質が低下する。
【0017】一方、走査線2801および信号線280
3と画素電極2807との間の間隙を光が透過して画素
部分のコントラストが低下することを避けるため、およ
びTFT2805に光が入射して光電流を発生させTF
T2805が誤動作することを避けるために、従来の液
晶表示装置には、ブラックマトリックス、あるいはブラ
ックマスクと呼ばれる遮光膜が用いられている。このブ
ラックマトリックスは、通常対向基板側に設けられてお
り、TFTアレイ基板2811と対向基板とを対向配置
させる際に画素部の開口させたい部分にブラックマトリ
ックスの開口部が位置するようにアライメントさせてい
た。
【0018】しかしながら、前述のように液晶表示装置
の小型化・高精細化が進み、 1画素の寸法がますます微
細化すると、画素の開口率を向上させ輝度を高くするた
めにはさらに微細なパターンサイズおよび精度に画素電
極やブラックマトリックスを形成し、しかも対向基板
(図示省略)とTFTアレイ基板2811とをさらに微
細で精巧にアライメントせねばならず、その製造がさら
に困難なものとなる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の液
晶表示装置においては、寄生容量に起因して、輝度むら
やクロストークが発生するという問題があった。
【0020】また、画素がますます微細化すると、画素
電極やブラックマトリックスのパターン精度やアライメ
ントトレランスがますます厳密でシビアーなものにな
り、その製造がますます困難なものとなるという問題が
あった。
【0021】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、画素電極とこれに近接
する走査線や信号線との間の寄生容量を低減して、表示
画像の輝度むらやクロストークを解消し良好な画像表示
を実現する液晶表示装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】 本発明の液晶表示装置
は、列設された走査線とこれに交差して列設された信号
線と前記走査線および前記信号線に接続された薄膜トラ
ンジスタ素子とこれに接続された画素電極とを有するア
レイ基板と、これに対向する対向電極を有する対向基板
と、前記アレイ基板および前記対向基板の間に挟持され
た液晶層とを備え、前記画素電極の周縁部の少なくとも
一部に重なり、かつ前記走査線および前記信号線のうち
少なくとも一方に重なるように配設された静電遮蔽性を
有するシールド電極を前記アレイ基板上に具備に具備
し、補助容量を形成する前記シールド電極と前記画素電
極との間の重なり幅Wcsが 0.7Wcs OPT ≦Wcs≦ 2Wcs OPT である ここで、Wcs OPT =(Lg ・Lcs・Csi− 2β・Clc-ma
x)/( 2Lcs・Csi) Lg ;ゲート電極幅 Lcs ;補助容量を形成する画素電極とシールド電極と
の重なりの長さ Csi ;単位面積当りの補助容量の容量値 Clc-max;一画素の液晶容量の最大値 Clc-min;一画素の液晶容量の最小値 β ;(Clc-max+Clc-min)/ 2Clc-max ことを特徴とする液晶表示装置。
【0023】なお、前記のシールド電極は、光遮断性の
高い材質から形成し、走査線や信号線と画素電極との間
の間隙部分の光透過を遮断する遮光膜、いわゆるブラッ
クマスクとして兼用するようにしてもよい。
【0024】また、前記のシールド電極は、画素の液晶
容量に並列に接続された補助容量や蓄積容量の一方の電
極として兼用するようにしてもよい。
【0025】また、前記のシールド電極は、電気的にフ
ローティング状態としてもよく、あるいは電圧を印加し
てもよい。
【0026】
【作用】画素電極と走査線との間や、画素電極と信号線
との間に形成される寄生容量は、 2つの電極の形状、そ
の周囲の物質の誘電率などにより決定される電気力線に
より大きく左右される。
【0027】そこで例えば画素電極と信号線の 2つの電
極の間に定電位に設定されたシールド電極を配設する
と、画素電極と信号線との間に連なろうとする電気力線
がこのシールド電極の静電遮蔽効果によって遮断され、
あるいは減少する。
【0028】このような静電遮蔽効果は、例えば画素電
極と信号線の 2つの電極の間を遮るようにシールド電極
が配置される場合だけでなく、 2つの電極それぞれの上
方または下方に絶縁層などを介して重なるように配置さ
れる場合にも十分効果的に起こる。そしてこのような電
気力線の遮断あるいは減少により、例えば画素電極と信
号線の 2つの電極の間の寄生容量は解消される。
【0029】本発明の液晶表示装置は、そのような画素
電極の周縁部の少なくとも一部に重なり、かつ走査線お
よび信号線のうち少なくとも一方に重なるように配設さ
れたシールド電極により寄生容量を解消して、輝度むら
やクロストークの発生を避け高品位な画像表示を実現す
ることができる。
【0030】また、このシールド電極を光遮断性の高い
材質から形成すれば、このシールド電極は上記のように
画素電極と走査線や信号線とに重なるように配設されて
いるので、いわゆるブラックマトリックスのような遮光
膜として兼用することもできる。
【0031】また、このシールド電極は上記のように画
素電極と一部重なるように配置しているので、この画素
電極と一部重なる部分で絶縁膜などを誘電体として用い
た補助容量を形成する補助容量用電極として兼用するこ
ともできる。
【0032】
【実施例】以下、本発明の液晶表示装置の実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。
【0033】(実施例1)図1は第1の実施例の液晶表
示装置の一画素部分の構成を示す図、図2(a)はその
層構造を示すA−A´断面図、(b)そのはB−B´断
面図である。
【0034】この第1の実施例の液晶表示装置は、ガラ
ス絶縁基板101上に列設された走査線103と、これ
に交差して列設された信号線105と、これら走査線1
03および信号線105に接続されたTFT107と、
これに接続された画素電極109と、ゲート絶縁層11
1を介して画素電極109の周縁部の四辺全てに重なる
とともに信号線105の一部に重なるシールド電極11
3が形成されて、TFTアレイ基板115が形成されて
いる。そして図示は省略するが、TFTアレイ基板11
5に対向する対向電極を有する対向基板と、この対向基
板とTFTアレイ基板115との間に挟持された液晶層
とからその主要部が構成されている。
【0035】この第1の実施例の液晶表示装置の特徴
は、シールド電極113が画素電極109の周縁部の四
辺全てに重なるとともに信号線105の一部に重なり、
かつ画素電極109とシールド電極113とが重なる部
分でゲート絶縁層111を介して補助容量117を形成
していることである。
【0036】次に、このような構成の第1の実施例の液
晶表示装置の製造方法を説明する。ガラス基板101上
にMo−Ta合金を 250nm堆積し、これをパターンニ
ングして走査線103とシールド電極113とを同時に
形成する。続いてこれらの上にゲート絶縁層111とし
てSiOx 、SiNx をそれぞれ 300nm、50nm成膜
し、連続してこのゲート絶縁層111の上に活性層のa
−Si、チャネル保護膜としてのSiNx をそれぞれ50
nm、 200nm成膜する。そしてチャネル保護膜のSi
x を島状にエッチング形成した後、オーミックコンタ
クト層としてのn+ a−Si層を50nm堆積する。この
後、n+ a−Si、a−Siを島状にエッチングし、次
いでITOを 100nm堆積しこれをパターンニングして
画素電極109を形成した後、走査線103の取り出し
部分の上のゲート絶縁層111をエッチングにより除去
し、Cr、Alをそれぞれ50nm、 300nm堆積しこれ
をパターンニングして、信号線105およびドレイン電
極、ソース電極を形成する。
【0037】そして信号線105をマスクとして用いて
TFT107のソース電極とドレイン電極との間のn+
a−Si層をチャネル保護層とは選択的にエッチング除
去してTFTアレイ基板を形成する。
【0038】そしてこのTFTアレイ基板115と対向
基板とを組み合わせその周囲を封止剤で封止し両基板間
に液晶組成物を注入して、この液晶表示装置が完成す
る。
【0039】このように、本実施例の液晶表示装置は、
ガラス基板101上には走査線103と同層にシールド
電極113が配設され、これらの上を覆うようにゲート
絶縁層111が設けられ、その上に画素電極109と信
号線105とが配設されている。そしてシールド電極1
13は、電源に接続されて所定の電圧が印加され、全て
の画素にわたって一定の電位となるように配設されてい
る。
【0040】このような構成の本実施例の液晶表示装置
は、画素電極109から信号線105に向かう電気力線
がシールド電極113の静電遮蔽効果により大幅に減少
するので、画素電極109と信号線105との間に形成
されようとする寄生容量が解消され、この寄生容量に起
因して発生していた輝度むらやクロストークの発生を防
ぐことができる。
【0041】また、シールド電極113と走査線103
とは、前述のごとく同層に堆積させたMo−Ta合金の
ような材質からなる膜をエッチングによりパターンニン
グして同時に形成できるので、シールド電極113形成
のために別に新たな工程を付加する必要がなく、製造工
程を簡易なものとすることができる。
【0042】また、画素電極109とシールド電極11
3とが重なる部分でゲート絶縁層111を介して補助容
量117を形成している。すなわちシールド電極113
を補助容量117の補助容量用電極として兼用している
ので、これとは別に補助容量用電極を配設する場合に比
べて構造および製造工程を簡易なものとすることができ
る。
【0043】本発明者らの実験によれば、突き抜け電
圧、フレーム反転による画素電位変動を検出して従来装
置と比較して、シールド電極113の形成によって画素
電極109と信号線105との間の寄生容量Cds1 、C
ds1 2 が大幅に低減することが確認された。
【0044】(実施例2)図3は第2の実施例の液晶表
示装置の一画素部分の構成を示す図、図4(a)はその
層構造を示すA−A´断面図、(b)はそのB−B´断
面図である。なお、第1の実施例と同じ構成部分は、図
1、2と同じ番号を付している。
【0045】この第2の実施例の液晶表示装置において
は、シールド電極213が走査線103および信号線1
05の一部と重なるように配設し、シールド電極213
を遮光膜、いわゆるブラックマトリックスとして用いる
とともに、シールド電極213を電極として用いて補助
容量217を形成していることが特徴である。
【0046】シールド電極213は画素電極109の周
囲の四辺全てにゲート絶縁層111、第2のゲート絶縁
層215、第3の絶縁層219を介して重なるととも
に、信号線105の一部にゲート絶縁層111、第2の
ゲート絶縁層215を介して、また走査線103の一部
に第2のゲート絶縁層215を介して重なるように配設
されている。また画素電極109と信号線105とは絶
縁層219で層分離されており、短絡を確実に防ぐこと
ができる構造となっている。
【0047】そして第1の実施例において説明した作用
と同様に、このシールド電極213の静電遮蔽効果によ
って、走査線103と画素電極109との間および信号
線105と画素電極109との間の寄生容量が解消され
る。
【0048】シールド電極213の材質としてはMo−
Ta合金を、また第2のゲート絶縁層215としてはS
iOx を、また第3の絶縁層219としてはSiNx
用いた。Mo−Ta合金のような光遮断性の高い材質を
シールド電極213として用いているので、このシール
ド電極213で被覆された部分、即ち画素電極109と
走査線103の間隙、および画素電極109と信号線1
05の間隙には光は透過せず、シールド電極213で被
覆されていない部分の画素電極109だけに光が透過す
るので、このシールド電極213はブラックマトリック
スとしての機能を兼備しているのである。これにより、
従来のような対向基板側のブラックマトリックスを省略
することができる。ただし、このときTFT107近傍
に対応する部分の対向基板にはブラックマトリックスを
設けるなどして対向基板からの光やガラス基板の主面側
内面での反射光などに対する遮光性をより確実なものと
することが好ましい。
【0049】また、信号線105、走査線103付近の
ブラックマトリックスを残し、このブラックマトリック
ス内でカラーフィルタの画素ごとの色分離を行えば、ブ
ラックマトリックスを省略したものに比べてカラーフィ
ルタの検査等が簡易に行なうことができ製造歩留まりの
向上が図れるなどの効果もあるので、対向基板側のブラ
ックマトリックスは必ずしも省略しなければならないこ
とはない。
【0050】ただし、対向電極の開口部をシールド電極
の開口部よりも広くしたブラックマトリックスを補助的
に用いて、製造上両者の位置がずれてもいずれか一方が
開口部を規定するようにすることが望ましい。図示は省
略しているが、本実施例ではシールド電極213の開口
部よりも 8μmの距離だけ開口部を広くとったブラック
マトリックスを補助的に用いている。これにより、パタ
ーンずれが発生しても確実に遮光することができる。
【0051】(実施例3)図5は第3の実施例の液晶表
示装置の一画素部分の構成を示す図、図6はその層構造
を示すA−A´断面図である。
【0052】なお、第1、2の実施例と同じ構成部分
は、図1、2等と同じ番号を付している。
【0053】この第3の実施例の液晶表示装置は、第2
の実施例の液晶表示装置を改良したもので、画素電極1
09の周囲と走査線103および信号線105の一部に
重なるようにシールド電極313を形成して、これを遮
光膜、いわゆるブラックマトリックスとして兼用すると
ともに、画素中央部に設けられた補助容量317の補助
容量用電極としても兼用する構造を採用しており、また
その製造方法としてもシールド電極313を用いてセル
フアラインにより画素電極109を形成している点が特
徴である。
【0054】シールド電極313を覆うように第2のゲ
ート絶縁層215およびゲート絶縁層111が形成さ
れ、その層間に走査線103が形成され、最上層に画素
電極109が形成されている。
【0055】その画素電極109を形成する際、ITO
膜堆積後にネガレジストまたはイメージリバースレジス
トを用いてまず裏面から露光し、続いて表面(主面)か
らソース電極と重なる部分と補助容量317を形成する
部分にフォトマスクを用いて露光し、画素電極109を
形成する。この場合、信号線105および走査線103
のみでセルフアラインする場合に比べて画素電極109
と信号線105および走査線103との間の距離を大き
く取れるので、それらの間の寄生容量をさらに小さく低
減することができる。
【0056】また、このように画素電極109の周囲と
走査線103および信号線105の一部に重なるように
シールド電極313を形成してこれをブラックマトリッ
クスとして兼用しているので、これにより第2の実施例
と同様に対向基板側のブラックマトリックスを省略する
ことができる。
【0057】このシールド電極は、画素電極109の層
よりも下層であれば、ゲート絶縁層111のような絶縁
層を介してどの層に形成することもできる。
【0058】(実施例4)図7は第4の実施例の液晶表
示装置の一画素部分の構成を示す図、図8(a)はその
層構造を示すA−A´断面図、(b)はそのB−B´断
面図である。なお、第1の実施例と同じ構成部分は、図
1、2等と同じ番号を付して示している。
【0059】この第4の実施例の液晶表示装置は、第2
の実施例の液晶表示装置をさらに改良したもので、その
層構造は第2の実施例とほぼ同様であるが、シールド電
極413をITOのような透明導電膜で形成し、画素電
極109の全面に対向するように配置しゲート絶縁層1
11および第2のゲート絶縁層215を介して補助容量
417を形成することで、補助容量417の面積を大き
く取ることができる点が特徴である。そのシールド電極
413の材質としてはITO(酸化インジウム・錫)を
用いた。
【0060】形成される補助容量417の値は、シール
ド電極413と重なる画素電極109の面積に左右され
るので、本実施例では図7に示すようにこのシールド電
極413を画素電極109の全面よりも大きな面積に形
成した。しかし駆動電流特性などTFTの性能上の問題
から必ずしも大きくはできないので、このシールド電極
413の面積を適宜、適切な値に設定することが望まし
い。例えば、画素電極の上半分に重なるような形状に形
成して本実施例の約半分の容量に設定してもよい。
【0061】(実施例5)図9は第5の実施例の液晶表
示装置の一画素部分の構成を示す図、図10はその層構
造を示すA−A´断面図である。なお、第1の実施例等
と同じ構成部分は、図1、2等と同じ番号を付して示し
ている。
【0062】この第5の実施例の液晶表示装置は、第1
の実施例の液晶表示装置を改良したもので、シールド電
極513と画素電極109とがゲート絶縁層111を介
して重なる部分で補助容量517を形成し、かつそのシ
ールド電極513が信号線105の一画素に相当する部
分全体にわたって重なるように配設されていることが特
徴である。シールド電極513をこのように配置するこ
とによって、信号線105近傍の静電遮蔽を第1の実施
例よりもさらに効果的に行なうことができ、その結果、
寄生容量Cds1 、Cds2 をさらに効果的に低減すること
ができる。
【0063】また、このようにシールド電極513を信
号線105の一画素に相当する部分全体にわたって重な
るように配設すれば、信号線105の幅がさらに微細な
ものとなっても、シールド電極513の幅には余裕があ
り、パターンずれなどの心配がないので製造が簡易であ
るという利点もある。
【0064】(実施例6)図11は第6の実施例の液晶
表示装置の一画素部分の構成を示す平面図、図12
(a)はその層構造を示すA−A´断面図、(b)はそ
のB−B´断面図である。なお、第1の実施例、第5の
実施例等と同じ構成部分は、図1、2、9、10等と同
じ番号を付して示している。
【0065】この第6の実施例の液晶表示装置は、第5
の実施例の液晶表示装置をさらに改良したもので、画素
電極109をゲート絶縁層111の層中に形成し、信号
線105をそのゲート絶縁層111の上に配設して、画
素電極109と信号線105との短絡を確実に防ぐ構造
としたことが特徴である。またシールド電極613はゲ
ート絶縁層111を介して画素電極109の下層に配設
されている。
【0066】これにより、シールド電極613の静電遮
蔽効果および遮光効果に併せて、画素電極109と信号
線105の間を短絡が生じることなく近付けることがで
き画素電極109の開口率をさらに向上させることがで
きるという効果をも実現している。
【0067】次に、このような第6の実施例の液晶表示
装置の製造方法を説明する。
【0068】ガラス基板101上にMo−Ta合金を 2
50nm堆積し、これをパターンニングして走査線103
とシールド電極613とを同時に形成する。続いてこれ
らの上にゲート絶縁層111となるSiOx を 200nm
堆積する。このSiOx 膜はピンホール欠陥などによる
画素電極109とシールド電極613との短絡を防ぐた
めに 100nmずつ 2回に分けて堆積することが望まし
い。
【0069】続いてITO膜を 100nm堆積しこれをパ
ターンニングして画素電極109を形成した後、これを
覆うようにゲート絶縁層111となるSiOx 、SiN
x をそれぞれ 100nm、50nm堆積する。前記の 200n
mのSiOx とこのSiOx 、SiNx とでゲート絶縁
層111が形成され、その層中に画素電極109が内設
される。
【0070】このゲート絶縁層111の上に活性層のa
−Si、チャネル保護層としてのSiNx をそれぞれ50
nm、 200nm堆積する。そしてチャネル保護層のSi
x を島状にエッチング形成した後、オーミックコンタ
クト層としてのn+ a−Si層を50nm堆積する。ここ
でITO上にプラズマCVDでSiNx を堆積すると、
膜剥れや表面の白濁などの不良が発生することがわかっ
ている。堆積条件を適宜選べばそのような不良を避けて
SiNx を堆積できるが、このようなSiNx をゲート
絶縁層として用いるとTFTの特性が劣悪化することが
わかった。そこで本実施例では、ITO上に堆積する膜
としてはSiOx が望ましいとして、これを用いた。
【0071】この後、n+ a−Si、a−Siを島状に
エッチングし、走査線103の取り出し部分、および画
素電極109の電気的接続を取る部分のゲート絶縁層1
11にBFHによりコンタクトホールを穿設する。
【0072】次いで、Cr、Alをそれぞれ50nm、 3
00nm堆積し、これをパターンニングして信号線105
およびドレイン電極、ソース電極を形成する。
【0073】そして信号線105をマスクとして用いて
TFT107のソース電極とドレイン電極との間のn+
a−Si層をチャネル保護層とは選択的にエッチング除
去してTFTアレイを形成する。
【0074】また、図示は省略したが、TFT上をSi
x で覆うことによりTFTの信頼性が向上することが
判っているので、TFT107上にSiNx を 200nm
堆積した後、各電極取り出し部分および画素電極109
上のSiNx をエッチングにより除去した。その際さら
に画素電極109上のSiOx もエッチングにより除去
すれば、さらにさらに画質が向上する。ただしこの画素
電極109上のSiOx は残すようにすれば、例えば製
造工程中に混入した導電性の異物などによる画素電極1
09と対向電極との短絡不良を防ぐことができる。
【0075】そしてこのTFTアレイ基板115と対向
基板とを組み合わせその周囲を封止剤で封止し両基板間
に液晶組成物を注入して、この液晶表示装置が完成す
る。
【0076】なお、本実施例ではSiOx の堆積はプラ
ズマCVDで行なったが、熱CVDがさらに好適であ
る。
【0077】また、本実施例では補助容量517の誘電
体として用いたSiOx 膜の膜厚は200nmであり、第
5の実施例の 300nmと比べて薄くなっているにも関わ
らずシールド電極613と画素電極105との短絡不良
の発生は約 1/ 2に減少していた。これは第5の実施例
と第6の実施例とを比較検討した結果、以下の事実によ
るものであることが判明した。
【0078】チャネル保護層を島状にエッチングする際
にa−Si層と選択的にエッチングしているので、原理
的にはa−Si層でエッチングが止まることになるが、
実際にはピンホール欠陥などがあると、このピンホール
を通ってゲート絶縁層111にまでエッチャントが浸入
して、ゲート絶縁層111に穴が開くことがあり、IT
Oを堆積するときにこの穴にもITOが堆積されて短絡
不良が発生する。しかし本実施例の液晶表示装置におい
ては、ITOからなる画素電極109はチャネル保護層
のエッチング工程よりも前の工程で形成され、しかも 2
00℃以上の温度でアニール処理されたITO膜はチャネ
ル保護層のエッチングに用いるエッチャントに対して耐
性が極めて高く、上記のような短絡不良はITO膜のピ
ンホール欠陥とa−Si層のピンホール欠陥とが同位置
に重なるような場合以外には発生することがほとんどな
い。このため本実施例においては、シールド電極613
と画素電極105との短絡不良の発生は約 1/ 2に減少
したものと考えられる。
【0079】(実施例7)図13は第7の実施例の液晶
表示装置の一画素部分の構成を示す平面図、図14
(a)はその層構造を示すA−A´断面図、(b)はそ
のB−B´断面図である。なお、第1の実施例、第6の
実施例等と同じ構成部分は、図1、2、11、12等と
同じ番号を付して示している。
【0080】この第7の実施例の液晶表示装置は、第6
の実施例の液晶表示装置をさらに改良したもので、シー
ルド電極713と走査線103と画素電極109と信号
線105とを、それぞれゲート絶縁層111、第2のゲ
ート絶縁層215、第3の絶縁層219を介挿して層分
離し、これらの短絡不良をさらに確実に防止して、シー
ルド電極713のパターンを自由に設定することができ
るようにしたものである。これにより、画素電極の開口
率をさらに広く取ることができるので画面の輝度が向上
し、かつ信号線105の一画素に対応するほぼ全面にシ
ールド電極713が重なるので、静電遮蔽効果も高いも
のとなっている。
【0081】そしてこのシールド電極713は、走査パ
ルス遅延の問題やシールド電極の電位変動などの問題が
なければ、さらに走査線103にも重なるように配置す
ることができ、この場合シールド電極713はブラック
マトリックスとして兼用することができる。
【0082】(実施例8)図15は第8の実施例の液晶
表示装置の一画素部分の構成を示す平面図である。この
第8の実施例の液晶表示装置は、第7の実施例の液晶表
示装置における製造方法を改良し、シールド電極813
を用いたセルフアラインによりその画素電極109を形
成したものである。
【0083】その画素電極109は、ITO膜を成膜し
た後、イメージリバースレジストを用いてまずマスク露
光によりシールド電極813と重ならない部分の不要部
分を露光、現像する。
【0084】続いて裏面露光、マスク露光した後、イメ
ージリバースベークを行い、全面露光することによりパ
ターンを形成する。このような製造方法は、シールド電
極813と走査線103とを重ねない構造の液晶表示装
置の製造に適しており、またITO膜からなる画素電極
109を信号線105よりも先に形成する場合にも用い
ることができる。また、補助容量517の大部分は最後
のマスク露光により形成することができる。 (実施例9)図16は第9の実施例の液晶表示装置の一
画素部分の層構造を示す断面図である。なお、第1の実
施例、第6の実施例等と同じ構成部分は、図1、2、1
1、12等と同じ番号を付して示している。
【0085】第6の実施例の液晶表示装置では、前述の
ようにパッシベーション層のパターンニングを含めて 7
工程のパターンニング工程を必要としていた。しかしこ
のような構成の液晶表示装置では、a−Si層を島状に
残す工程を省略することができることを、本発明者らは
研究の結果明らかにした。このような 6工程のパターン
ニング工程の製造方法を、図16に基づいて説明する。
【0086】ガラス基板101上にMo−Ta合金を 2
50nm堆積し、これをパターンニングして走査線103
とシールド電極613とを同時に形成する。
【0087】続いてこれらの上にゲート絶縁層111と
なるSiOx を 130nmずつ 2回に分けて堆積する。
【0088】次いでITO膜を堆積しこれをパターンニ
ングして画素電極109を形成した後、これを覆うよう
にゲート絶縁層111となるSiOx 、SiNx をそれ
ぞれ90nm、50nm堆積する。
【0089】前記の 200nmのSiOx とこのSi
x 、SiNx とでゲート絶縁層111が形成され、そ
の層中に画素電極109が内設される。
【0090】連続して、このゲート絶縁層111の上に
活性層1601のa−Si、チャネル保護層1603と
してのSiNx をそれぞれ50nm、 200nm堆積する。
【0091】そしてチャネル保護層1603のSiNx
を島状にエッチング形成した後、オーミックコンタクト
層1605としてのn+ a−Si層を50nm堆積する。
【0092】この後、画素電極109および走査線10
3の取りだし部分にスルーホール1607を形成する。
このときスルーホール1607は最上部のn+ a−Si
層からゲート絶縁層111のSiOx 膜まで連続的にエ
ッチングして穿設する。
【0093】次いで、Mo/Al/Moを堆積し、これ
をパターンニングして信号線105およびドレイン電極
1609、ソース電極1611を形成する。
【0094】しかる後、信号線105等をマスクとして
用いてTFT107のソース電極1611とドレイン電
極1609との間のn+ a−Si層をチャネル保護層1
603とは選択的にエッチング除去し、また画素電極1
09上のa−Si層をエッチング除去して、TFTアレ
イを形成する。
【0095】さらにTFT107上にSiNx を 200n
m堆積した後、各電極取り出し部分および画素電極10
9上のSiNx をエッチングにより除去した。その際、
同時に画素電極109上のSiOx もエッチングにより
除去する。
【0096】以上のように、 6回のパターンニング工程
で形成することができる。このようにすれば生産性が向
上するので好ましい。さらに、従来は半導体層のパター
ンニングの際のパターン乱れにより、島状の半導体層パ
ターンが設計上は存在するべき場所に存在しないような
場合があり、そのTFTが動作不良等となって製造歩留
りの低下を招いていたが、本実施例の液晶表示装置にお
いては、このような不良の発生を避けて製造歩留りを向
上させることができることが確認された。
【0097】ところで、上記のスルーホール1607の
形成プロセスを図17に基づいて説明する。
【0098】まず、n+ a−Siからなるオーミックコ
ンタクト層1605、a−Siからなる活性層160
1、SiNx からなるゲート絶縁層の一部を、CF4
主成分とするガスを用いたCDE(ケミカルドライエッ
チング)により、レジスト1613を用いてエッチング
除去しパターンニングする。(a) 続いてゲート絶縁層111のSiOx 膜をBHFでエッ
チングしてスルーホール1607等を穿設し、その下層
の走査線103取りだし部分などMo−Ta層表面を露
出させる。(b) このとき、その上層のオーミックコンタクト層1605
や活性層などのn+ a−Si膜やa−Si膜、SiNx
膜は、スルーホール1607の壁面で庇状に突出する。
(c) そこで更にCF4 を主成分としたガスを用いてCDE処
理を施すことで、前記のn+ a−Si膜やa−Si膜や
SiNx 膜の庇状の突出をエッチング除去してSiOx
の壁面よりも十分に後退するように処理する。このとき
0.1〜 3μm程度後退させることが望ましい。そしてこ
のとき、露出したMo−Ta表面の酸化物等も軽くエッ
チング除去されるので、この後で堆積されるMo/Al
/Mo膜との電気的接続がさらに良好なものとなる。
(d) スルーホール1607は庇状の突出を除去しているもの
の、段差部分がありその上に配設する材料のカバレッジ
が悪く、段差部分をエッチング時にエッチング液に曝す
とマウスホールが形成されていわゆる段切れすることが
多いので、本実施例のようにスルーホール1607のパ
ターンよりもその上層に堆積されるMo/Al/Mo膜
からなる配線パターンを大きく設定しておくことが好ま
しい。
【0099】なお、スルーホールの形成は、上記の工程
に限定されるものではなく、例えばSiOx のアンダー
カットを防ぐためにリアクティブイオンエッチング(R
IE)を用いてもよいが、SIOx をRIEでエッチン
グする際に下地のMo−Taとは選択的にエッチングし
なければならず、その条件ではSIOx のエッチングレ
ートが 500オングストローム/分程度しか得られないた
めに生産性が低い。またn+ a−Si上にレジストを塗
布すると表面が汚れてTFT107の特性が劣化する場
合があるので、n+ a−Si上にMoを 500オングスト
ローム程度堆積し、スルーホール形成後にMoをエッチ
ング除去することが好ましい。更にa−Si膜のパター
ンニング工程を省略することは、この他の実施例の液晶
表示装置にも適用することができ、また必ずしもシール
ド電極と組み合わせて実施することには限定しない。例
えば、その層構造は図18乃至図22に示すような種々
の構成にも適用することができる。
【0100】なお、図21、22に示すような構成の場
合は、画素電極109上にスルーホールを形成する必要
はないが、走査線103の取り出し部分では前記のよう
なプロセスを用いることが好ましい。さらに図22の場
合、シールド電極613上のパッシベーション層161
5は、補助容量を大きくするためにエッチング除去して
もよい。
【0101】また、図22に示すような構成にすれば、
ソース電極1611と画素電極109を接続する側のス
ルーホールと走査線103の取り出し部分とを同一工程
で形成し、 5回のパターンニング工程でTFTアレイが
形成できるので生産性がさらに向上する。このときエッ
チングはRIEによりパッシベーション層1615のS
iNx 膜からゲート絶縁層111のSiNx 膜まで行な
い、続いてBHFでSiOx 膜をエッチングした後、前
記と同様なCDE処理を施すことにより庇状の突出のな
い形状が得られた。
【0102】特に、図22に示す例は画素電極109を
パッシベーション層1615上に形成したもので、補助
容量の誘電体として用いられる絶縁膜の厚さの総和を大
きくすることができるので、例えばシールド電極613
と画素電極109との重なりを大きく取らねばならずし
かも補助容量の値を抑制したい場合などに特に有効であ
る。
【0103】(実施例10)図23は第10の実施例の
液晶表示装置の一画素部分の層構造を示す断面図であ
る。なお、既述の実施例と同じ構成部分は同じ番号を付
して示している。
【0104】例えば図11に示したような既述の実施例
の液晶表示装置では、ゲート絶縁層のような絶縁層を用
いて画素電極、シールド電極、信号線、走査線などの短
絡を防止していたが、そのような絶縁層の層数を増やせ
ば成膜工程が増えることになり、製造コストの上昇を招
く。これはプラズマCVD装置のような高価な装置およ
び使用ガス、膜材料などを用いることで成膜コストが高
くなるためである。
【0105】そこで低コストに絶縁層を形成することが
要望されるが、これを実現するためにはシールド電極の
表面を陽極酸化する方法が好適である。また陽極酸化に
よれば、ピンホールが発生しないので層間ショートの発
生を避けることができる。
【0106】シールド電極1013、走査線103をA
l薄膜からガラス基板101上に形成し、その表面をほ
う酸中で 100Vまで定電流酸化し、さらにその後30分間
定電流酸化してAl2 3 2301を形成する。
【0107】その後ITO膜をスパッタ成膜しパターン
ニングして画素電極109を形成する。
【0108】次にゲート絶縁膜111を、SiOx 膜、
またはSiOx 膜およびSiNx 膜の積層膜により形成
する。この上にa−Si膜を形成し、SiNx 膜をパタ
ーンニングしてチャネル保護層1603を形成する。そ
してn+ a−Si膜を堆積した後、a−Si膜を島状に
パターンニングして活性層1601を形成する。
【0109】そしてAl/Moをスパッタにより積層
し、ソース電極1611およびドレイン電極1609を
形成する。この上を覆うようにSiNx 膜からなるパッ
ジベーション層を形成し、画素電極109部分および配
線引き出し部のSiNx をエッチング除去する。
【0110】前記のシールド電極1013、走査線10
3等はAlに限らず、Ta、TaNx 、Ti、Nb、T
iNx 、TaNx /Ta/TaNy の積層膜などの材料
から形成してもよい。
【0111】特に、TaまたはTaNx の陽極酸化膜
は、その上にITO膜を積層した後にa−Si膜のプラ
ズマCVD成膜を行なうと、In、Snが陽極酸化膜中
を拡散してリーク電流が増大する。そこで、図24に示
すようにSiOx 、SiNx もしくはTiOx 、AlO
x のようなIn、Snよりもイオン半径の小さな原子か
らなる材料を用いて1000オングストローム、好ましくは
200〜 500オングストロームの膜厚の薄膜2401をT
a系陽極酸化膜とITO膜との間に形成することによっ
てIn、Snの陽極酸化膜中への拡散を防いでリーク電
流の増大を避けることができる。
【0112】また、TaまたはTaNx にSiを混合し
た合金を用いてもよい。あるいはTaSiNx /Ta/
TaNx の積層構造により配線を形成し、その表面を陽
極酸化してもよい。
【0113】また、ゲート絶縁膜111をスパッタで形
成することもリーク電流の抑制に有効である。
【0114】このような構造およびその製造方法を採用
することにより、製造工程において高価なプラズマCV
D成膜工程の数を減らすことができ、製造コストを低廉
化することができる。
【0115】また、Al2 3 、TaOx 、TaNx
y 、TiOx 、Ta−Si−O、Ta−Si−N−Oは
それぞれ比誘電率が 7、30、20、85、20、〜15であり、
SiOx の 4に比べて大きいためにシールド電極101
3を一方の電極に用いた補助容量の値を、小さな面積で
大きくできるという利点がある。
【0116】また、プラズマCVDで形成する膜には作
業雰囲気中に塵埃があるとピンホール欠陥が発生しやす
く、これに起因した短絡欠陥が発生しやすいので、その
膜厚はある程度厚くすることが必要である。一方、TF
T107に用いられるゲート絶縁層の厚さは、ITOの
画素電極109の上の絶縁層と下の絶縁層との総和であ
るが、その膜厚が厚過ぎて容量が小さいとオン電流が十
分には取れなくなるので、膜厚が厚過ぎることは好まし
くない。従って絶縁層である前記の薄膜2401等は比
誘電率の高い材質で形成することは有効である。
【0117】一方、信号線105と画素電極109とが
パターン乱れを起して重なった場合、これらの間に形成
されるカップリング容量により、その画素が表示不良と
なる場合があるが、これを抑制するためには、その容量
値を下げることが効果的である。従って、液晶よりも比
誘電率の小さいSiOx 等の絶縁膜を信号線105と画
素電極109との間に可能な限り厚い層に介挿すること
が効果的であるため、第1層めの絶縁層には陽極酸化膜
を用いることが有効である。
【0118】(実施例11)突き抜け電圧;ΔVpが画
面内で位置ごとに異なる場合、画面内のすべての画素に
対して適切なオフセットされた対向電極電圧を設定する
ことは不可能であり、フリッカや妨害縞、焼き付き等の
画像表示不良が発生し、表示品位を著しく低下させる要
因となっている。
【0119】そこでこのような突き抜け電圧を抑える対
策が必要となる。これを図25に基づいて以下に説明す
る。
【0120】シールド電極と画素電極とを重ねて補助容
量を形成する場合、補助容量2501を形成する重なり
幅を最適な幅;WCSに設定すれば、突き抜け電圧;ΔV
pの画面内の分布幅が小さくなる効果があることを発明
者らは確認した。
【0121】あるCs0、Clc-maxに対して、必要なTF
Tサイズ;Wが決定される。ここで、補助容量2501
を形成する重なり幅;Wcsを変化させるとその容量値C
s が変化するため、それに対応して前記のWを変更する
必要がある。ところが、突き抜け電圧;ΔVpのWcs、
Wの変動による変化を考慮すると、それにより決定され
る最適な幅;Wcsがある。即ち走査線と補助容量の電極
となるシールド電極との線幅のばらつきどうしを相殺さ
せるのである。このようなWCSに設定すれば突き抜け電
圧ΔVpを最小に抑えることができる。
【0122】そこで実際に、Wcs、Wを変化させた数種
類のTFT−LCDを試作して、画面内の突き抜け電
圧;ΔVpを測定した。このときゲート電極幅;Lg =
13μmとし、TFT107はチャネル保護層がゲート電
極に対して自己整合により形成されたセルフアライメン
ト型のものを用いた。ただし、ゲートおよびシールド電
極を形成する工程で、意図的に線幅の分布(位置的ばら
つき)が 1μm程度起こるようにした。その分布の様子
を図26に示す。
【0123】以下に、数式を用いてさらに詳細に上述の
WCSの求め方を説明する。
【0124】ここで、 Lg ;ゲート電極幅 Wis ;チャネル保護層の長さ Lcs ;補助容量を形成する画素電極とシールド電極
との重なりの長さ Wcs ;補助容量の幅(=補助容量の面積/Lcs) Cgi ;単位面積当りのゲート絶縁層の容量値 Csi ;単位面積当りの補助容量の容量値 Cso ;設計上の補助容量の容量値(設計値) Cs ;補助容量の容量値(実際の値) Clc-max;一画素の液晶容量の最大値 Clc-min;一画素の液晶容量の最小値 Cgs ;ゲート(走査線)・ソース(画素電極)間の
寄生容量 Wo ;設計上のTFTの幅(設計値) W ;TFTの幅(Cs により変化する実際の値) Vg ;走査線印加電圧 β ;定数(ただしβ=(Clc-max+Clc-min)/
2Clc-max) である。また、本実施例ではWis=W+ 5μmとしてい
る。 突き抜け電圧;ΔVpは、 ΔVp=(Vg ・Cgs)/(Cs +βClc-max) Cgs=Lg ・Wis・Cgi/2 Cs =Lcs・Wcs・Csi ここで α=(Cso+Clc-max)/Wo W=(Wcs・Lcs・Csi+Clc-max)/α ゲート電極および走査線あるいは補助容量の電極と兼用
されるシールド電極の形成において、設計上X0 のパタ
ーン幅に対して出来上がったパターン幅がXとすると、 dCgs/dX=(dCgs/dLg )×(dLg /dX) =(Wis・Cgi/ 2)× 1 dCs /dX=(dCs /dWcs)×(dWcs/dX) =Lcs・Csi/ 2 以上から、 ( 1/Vg )×(dΔVp/dX) =(Wis・Cgi/ 4)×{ 2(Cs +β・Clc-max)−Lg ・Lcs・Csi}/ (Cs +β・Clc-max)2 ここで、Xの変化によりΔVpの変化を最も小さくする
には、dΔVp/dX= 0となるようにWcsを設定すれ
ばよい。従って、そのような最適なWcsは、上式から、
Wcs=(Lg ・Lcs・Csi− 2β・Clc-max)/( 2
Lcs・Csi)とすればよいことが導かれる。
【0125】本実施例の場合、第7の実施例の液晶表示
装置と同様の構成としているが、その主なパラメータを
挙げると、Lg =13μm、Lcs= 550μm、Clc-max/
Clc-min=0.35pF/0.14pF、Csi= 1.8×10-4pF
/μm2 であり、上式に代入すると、最適値な値はWcs
= 4μmとなる。実際に本実施例においてはWcsを 4μ
mに設定しており、その表示画像を目視にで検証した結
果、良好な表示品位を実現できることが確認された。
【0126】なお、補助容量の幅;Wcsは上記の最適値
のみには限定しない。図26からわかるように、その最
適値をWcsopt とすると、 0.7Wcsopt ≦Wcs≦ 2Wcs
opt に設定すれば実用上の十分な効果を得ることができ
る。
【0127】また、図26からわかるように、Wcsが小
さい領域ではCs の変動の割合が相対的に大きくなるこ
とによりΔVpの変動が大きくなるが、開口率を考慮す
ればWcsは小さい方が好ましい。従ってこの場合ΔVp
を抑えるにはLg を小さくすることが望ましい。
【0128】さらに発明者らが詳細に試行、評価したと
ころによれば、第7の実施例のように走査線およびゲー
ト電極とシールド電極とを別工程で形成した場合にもΔ
Vpの画面内でのばらつきが減少していることが確認さ
れた。これは別工程で形成しているにも関わらず、走査
線およびゲート電極の線幅と、補助容量の電極の線幅と
の線幅変化に相関関係があることによる。これは、本実
施例の場合、それぞれの工程を同一の装置内で行なった
ため、その装置特有のパターンニング条件が別工程のそ
れぞれの工程でも同様な条件となり、前記の線幅の変動
の幅どうしがΔVpの画面内でのばらつきを減少させる
ように互いに変動したたためと考えられる。
【0129】図27は、前記の突き抜け電圧ΔVpの画
面内でのばらつきをさらに積極的に減少させるために、
補正部2701を配設した液晶表示装置の実施例を示す
図である。この補正部2701は、画素電極109と走
査線103とが重なることで、補正用のCgsを形成する
ものである。この実施例の液晶表示装置では、走査線と
補助容量の電極となるシールド電極との線幅のばらつき
どうしを相殺させるのみならず、画素電極109の線幅
のばらつきによる突き抜け電圧ΔVpをも相殺させるこ
とができることを我々は確認した。
【0130】ただし、この補正部2701はCgsとして
機能するので、表示特性を悪化差せない程度の容量値に
設定することが望ましい。即ち、上述の補正効果が実現
できるサイズに、プロセス上可能な限り小さく形成する
ことが望ましい。
【0131】なお、シールド電極を信号線側のブラック
マトリックスとして用いるような場合、液晶のディスク
リネーションによる表示不良が画面に視認されないよう
にする必要がある。このディスクリネーションは、一般
に液晶層に対する横方向の電界により引き起こされると
言われており画素電極の端部にライン状に発生する。ま
た、このディスクリネーションの発生はラビングなどの
配向方向にも左右される。従って例えば第5の実施例の
液晶表示装置のような場合では、OA用などに用いるた
めに斜め方向にラビング配向処理が施されているので、
画素電極の左側端部と右側端部とでディスクリネーショ
ンの発生状況が異なる。その結果実際に表示を行なう
と、画素電極の左側端部ではディスクリネーションが目
立つ一方、右側端部ではほとんど発生しないように見え
る。従ってこのような場合では、シールド電極と画素電
極との重なりは画素電極の左側端部の方を右側端部より
も大きく重なるように設定すれば、シールド電極により
ディスクリネーションによる表示不良を隠蔽することが
できる。このようにディスクリネーションによる表示不
良を隠蔽することが望ましい。
【0132】また、ディスクリネーションは液晶層に接
する配向膜やパッシベーション膜などの段差部分等に引
っかかるような形で発生することがあるので、これを避
けるために、画素電極の上には保護膜(パッシベーショ
ン膜)などの段差が形成されないようにして画素電極の
外側に十分距離を置いて、望ましくは10μm程度に離し
て段差が配置されるようにすることが好ましい。さら
に、そのような保護膜の端部は、段差が急峻にならない
ように緩やかなテーパー状に加工することが望ましい。
【0133】また、以上の実施例では、シールド電極の
材料としてMo−TaやAl等の金属材料を用いている
が、これには限定しない。このシールド電極は補助容量
の電極として兼用する場合に抵抗値が高いと時定数に基
づく電位変動が大きくなるので、導電性が高く抵抗値の
低い材料のうちプロセス整合性が高いものであれば、そ
の他の材料も用いることができる。
【0134】この他、TFTアレイのパターン、層構
造、材料などは、上記の実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各液晶表示装置の
仕様に応じて適宜変更可能であることは言うまでもな
い。
【0135】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
画素電極とこれに近接する走査線や信号線との間の寄生
容量を低減して、表示画像の輝度むらやクロストークを
解消し良好な画像表示を実現する液晶表示装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の液晶表示装置の構成を示す図。
【図2】第1の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図3】第2の実施例の液晶表示装置の構成を示す図。
【図4】第2の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図5】第3の実施例の液晶表示装置の構成を示す図。
【図6】第3の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図7】第4の実施例の液晶表示装置の構成を示す図。
【図8】第4の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図9】第5の実施例の液晶表示装置の構成を示す図。
【図10】第5の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図11】第6の実施例の液晶表示装置の構成を示す
図。
【図12】第6の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図13】第7の実施例の液晶表示装置の構成を示す
図。
【図14】第7の実施例の液晶表示装置の断面図。
【図15】第7の実施例の液晶表示装置の構成を示す
図。
【図16】第9の実施例の液晶表示装置の層構造を示す
断面図。
【図17】第9の実施例の液晶表示装置のスルーホール
の形成プロセスを示す図。
【図18】第9の実施例の液晶表示装置の第1の変形例
を示す図。
【図19】第9の実施例の液晶表示装置の第2の変形例
を示す図。
【図20】第9の実施例の液晶表示装置の第3の変形例
を示す図。
【図21】第9の実施例の液晶表示装置の第4の変形例
を示す図。
【図22】第9の実施例の液晶表示装置の第5の変形例
を示す図。
【図23】第10の実施例の液晶表示装置の層構造を示
す断面図。
【図24】第10の実施例の液晶表示装置の変形例を示
す断面図。
【図25】突き抜け電圧を数式を用いて説明するための
図。
【図26】突き抜け電圧ΔVpと補助容量の幅Wcsとの
相関関係を示す図。
【図27】補正部2701を配設した液晶表示装置の実
施例を示す図。
【図28】従来の液晶表示装置の構成を示す図。
【図29】従来の液晶表示装置を電気的に等価回路で示
す図。
【符号の説明】
101…ガラス絶縁基板、103…走査線、105…信
号線、107…TFT、画素電極109、ゲート絶縁層
111、シールド電極113、TFTアレイ基板11
5、補助容量117
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋沢 誠 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 池田 光志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 辻 佳子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 戸枝 久郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−97919(JP,A) 特開 昭62−262026(JP,A) 特開 平5−27249(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1368 G02F 1/1343

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 列設された走査線とこれに交差して列設
    された信号線と前記走査線および前記信号線に接続され
    た薄膜トランジスタ素子とこれに接続された画素電極と
    を有するアレイ基板と、これに対向する対向電極を有す
    る対向基板と、前記アレイ基板および前記対向基板の間
    に挟持された液晶層とを備え、 前記画素電極の周縁部の少なくとも一部に重なり、かつ
    前記信号線のうち少なくとも一部に重なるように配設さ
    れた静電遮蔽性を有するシールド電極を前記アレイ基板
    上に具備し、 補助容量を形成する前記シールド電極と前記画素電極と
    の間の重なり幅Wcsが0.7Wcs OPT ≦Wcs≦ 2Wcs OPT
    である ここで、Wcs OPT =(Lg ・Lcs・Csi− 2β・Clc-ma
    x)/( 2Lcs・Csi) Lg ;ゲート電極幅 Lcs ;補助容量を形成する画素電極とシールド電極と
    の重なりの長さ Csi ;単位面積当りの補助容量の容量値 Clc-max;一画素の液晶容量の最大値 Clc-min;一画素の液晶容量の最小値 β ;(Clc-max+Clc-min)/ 2Clc-max ことを特徴とする液晶表示装置。
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