JP3718469B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二枚の基板に挟まれた液晶を、薄膜トランジスタを用いて駆動することにより、表示を行う液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の液晶表示体装置の斜視図である。従来、薄膜トランジスタを有する液晶表示装置では、表示画像のコントラストおよび色再現性を向上させるために配線と画素電極のすき間からの光漏れを防ぐために、対向基板側に遮光性のある金属等によりブラックマトリックスを設けていた。従って、薄膜トランジスタを形成した基板と対向基板との組み合わせずれを考慮して１０μｍ以上の合わせマージンが必要となる。また、ソース配線と画素電極は同一平面上にあるために、両者を電気的に分離するための間隙が必要である。以上の理由から、液晶表示装置の画素部の開口率は減少する。これらの問題を解決するために、図２（ａ）から（ｃ）に示されるような方法が考案されている。図２（ａ）は、薄膜トランジスタが形成された基板の平面図を示し、図２（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）におけるＡＡ部およびＢＢ部の断面図を示す。本方式の特徴は、前記薄膜トランジスタのソース配線ならびにゲート配線と画素電極を層間絶縁膜で分離し、各々が異なる平面に形成されることにより、前記薄膜トランジスタのソース配線とゲート配線が、ブラックマトリックスを兼ねるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液晶表示装置の構造では、自段の薄膜トランジスタのゲート配線およびソース配線と画素電極との重なり部分に生じる寄生容量にるクロストークを生じる。そのためにはソース配線およびゲート配線と画素電極を絶縁分離する層間絶縁膜を厚くする必要があった。よって従来のような、前段の薄膜トランジスタのゲート配線と画素電極を重ね合わせる構造、あるいは容量配線と画素電極を重ね合わせる構造によって保持容量を形成するのでは、十分な保持容量を備え、かつクロストークのない液晶表示装置を作製することは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数のソース配線と複数のゲート配線と、前記各ソース配線と前記各ゲート配線に対応して設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極とを有する基板と、対向基板とで液晶を挟む液晶表示装置であって、前記ソース配線は金属で形成され、前記画素電極の下方かつ前記ゲート配線の上方で、前記画素電極の層と前記ゲート配線の層の間に絶縁膜を介して形成されると共に、隣り合う前記ソース配線の間に挟まれた前記ゲート配線の領域において、前記ゲート配線を覆うように前記ゲート配線と重なる導電性部材からなる遮光膜が形成され、前記遮光膜は前記画素電極とコンタクトホールを介して接続され、前記ゲート配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記遮光膜の内側に形成され、前記ソース配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記ソース配線の内側に形成されることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明の液晶表示装置は、前記遮光膜と前記画素電極間に平坦化された層間絶縁膜を介在したことを特徴とし、また前記対向基板側にブラックマトリクスが形成されないことを特徴とし、前記遮光膜は前記画素電極とコンタクトホールを介して接続し、前記ゲート配線と、前記遮光膜と、前記ゲート配線と前記遮光膜との間に位置する絶縁膜とで、保持容量を形成することを特徴とする。
【０００６】
【実施例】
図３（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す平面図および断面図である。図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）におけるＡＡ部およびＢＢ部での断面図を示す。石英やガラスなどの透明基板３０１上に設けられた薄膜トランジスタのゲート配線３０２、前記ゲート配線と薄膜トランジスタのソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜３０３、ＡｌやＭｏ、Ｃｒ、Ｔａなどの金属で形成され、薄膜トランジスタのゲート配線と直交するブラックマトリックスを兼ねるソース配線３０４、前記ゲート配線と平行な遮光部３０７を絶縁分離する第二の層間絶縁膜３０５、前段の薄膜トランジスタのゲート配線３０６に重なり、かつ前記ゲート線３０６と平行で島状に形成された遮光部３０７、前記の遮光部３０７と、薄膜トランジスタのドレイン電極３０８および３１０とを絶縁分離する第三の層間絶縁膜３０９を示す。なお、３１１は画素電極３１０と前段のゲート配線３０６に平行に重なる遮光部３０７とを電気的に接続するためのコンタクトホールである。
【０００７】
前記ソース配線と直交する遮光部に、ＡｌやＭｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕなどの導電性を有する金属を用いると、前記遮光部３０７と前段のゲート線３０６との重なり部に、保持容量Ｃ0 が生じる。また、前段のドレイン電極３０８と遮光部３０７との重なり部に、容量Ｃ1 が生じる。液晶表示装置の表示品質を劣化させないためには、前記の容量Ｃ0が容量Ｃ1に比べて、十分に大きくなるようにすることが必要である。従って、前記の第一の層間絶縁膜３０３ならびに第二の層間絶縁膜３０５には、ＳｉＯ2やＳｉＮxなどの比誘電率の大きい絶縁膜を用いることが好ましく、前記の第三の層間絶縁膜３０９には、ポリイミド系樹脂・アクリル系樹脂・フッ素系樹脂などの比誘電率が小さい有機絶縁膜を１〜５μｍ程度と厚く塗布することが好ましく、さらに平坦化効果もあり液晶の配向性も改善される。図４は、本発明の液晶表示装置を示す斜視図である。図３（ａ）から（ｃ）に示した構造をもつ薄膜トランジスタが形成された基板を用いることにより、対向基板側のブラックマトリックスが廃止され、従って表示部分の開口率を大きくできると同時に、対向基板と薄膜トランジスタが形成された基板との貼り合わせが容易になる。
【０００８】
図５（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。図５（ａ）は平面図を示し、図５（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）のＡＡ部ならびにＢＢ部の断面図を示す。図５（ａ）から（ｃ）においても、島状に形成された遮光部５０２と前段のゲート線５０４との重なり部に形成される保持容量Ｃ2と、島状に形成された遮光部５０２と前段の画素電極５０１との重なり部に形成される容量Ｃ3において、前記容量Ｃ2が容量Ｃ3よりも十分に大きくなるようにすればよい。従って、前記の第一の層間絶縁膜５０７には、ＳｉＯ2やＳｉＮxなどの比誘電率の大きい絶縁膜を用いることが好ましく、前記の第二の層間絶縁膜５０６には、ポリイミド系樹脂・アクリル系樹脂・フッ素系樹脂などの比誘電率が小さい有機絶縁膜を１〜５μｍ程度と厚く塗布することが好ましく、さらに平坦化効果もあり液晶の配向性も改善される。図５（ａ）から（ｃ）において、前記ゲート配線５０４に平行に重なる遮光部５０２として、薄膜トランジスタのソース配線５０５の層を島状に形成することも可能である。
【０００９】
図６（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の別の実施例を示す平面図および断面図である。図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡＡ部ならびにＢＢ部の断面図を示す。
【００１０】
図７は、本発明の液晶表示装置の別の実施例の斜視図を示す。図５（ａ）から（ｃ）に示された構造をもつ薄膜トランジスタ、または図６（ａ）から（ｃ）に示された構造をもつ薄膜トランジスタが形成された基板を用いる場合、ソース配線・ゲート配線の一部・ゲート配線に平行に重なる遮光部がブラックマトリックスとる。なお、ゲート配線に平行に設けられた遮光部とソース配線の隙間（薄膜トランジスタの部分）からの光の漏れは、対向基板側に遮光部を島状に形成する。従って表示部分の開口率を減じることなく、十分な保持容量をもつ液晶表示装置が作製できる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート配線側の画素電極端部の液晶の配向乱れを遮光膜で覆うことができ、さらに表示特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の斜視図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置にもちいる薄膜トランジスタの従来例の平面図および断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３０１ 石英やガラスなどの透明基板
３０２ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
３０３ ゲート配線とソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
３０４ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
３０５ ソース配線と前記ソース配線と直交する遮光部を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
３０６ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
３０７ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
３０８ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
３０９ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と画素電極を絶縁分離する第三の層間絶縁膜
３１０ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
３１１ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
５０１ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
５０２ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
５０３ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
５０４ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
５０５ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
５０６ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と画素電極を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
５０７ ゲート配線とソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
５０８ 石英やガラスなどの透明基板
５０９ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
５１０ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
６０１ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
６０２ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
６０３ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
６０４ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
６０５ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
６０６ 石英やガラスなどの透明基板
６０７ ゲート配線と画素電極を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
６０８ ゲート配線と平行に設けられた遮光部およびソース配線と画素電極を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
６０９ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
６１０ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、二枚の基板に挟まれた液晶を、薄膜トランジスタを用いて駆動することにより、表示を行う液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の液晶表示体装置の斜視図である。従来、薄膜トランジスタを有する液晶表示装置では、表示画像のコントラストおよび色再現性を向上させるために配線と画素電極のすき間からの光漏れを防ぐために、対向基板側に遮光性のある金属等によりブラックマトリックスを設けていた。従って、薄膜トランジスタを形成した基板と対向基板との組み合わせずれを考慮して１０μｍ以上の合わせマージンが必要となる。また、ソース配線と画素電極は同一平面上にあるために、両者を電気的に分離するための間隙が必要である。以上の理由から、液晶表示装置の画素部の開口率は減少する。これらの問題を解決するために、図２（ａ）から（ｃ）に示されるような方法が考案されている。図２（ａ）は、薄膜トランジスタが形成された基板の平面図を示し、図２（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）におけるＡＡ部およびＢＢ部の断面図を示す。本方式の特徴は、前記薄膜トランジスタのソース配線ならびにゲート配線と画素電極を層間絶縁膜で分離し、各々が異なる平面に形成されることにより、前記薄膜トランジスタのソース配線とゲート配線が、ブラックマトリックスを兼ねるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液晶表示装置の構造では、自段の薄膜トランジスタのゲート配線およびソース配線と画素電極との重なり部分に生じる寄生容量にるクロストークを生じる。そのためにはソース配線およびゲート配線と画素電極を絶縁分離する層間絶縁膜を厚くする必要があった。よって従来のような、前段の薄膜トランジスタのゲート配線と画素電極を重ね合わせる構造、あるいは容量配線と画素電極を重ね合わせる構造によって保持容量を形成するのでは、十分な保持容量を備え、かつクロストークのない液晶表示装置を作製することは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数のソース配線と複数のゲート配線と、前記各ソース配線と前記各ゲート配線に対応して設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極とを有する基板と、対向基板とで液晶を挟む液晶表示装置であって、前記ソース配線は金属で形成され、前記画素電極の下方かつ前記ゲート配線の上方で、前記画素電極の層と前記ゲート配線の層の間に絶縁膜を介して形成されると共に、隣り合う前記ソース配線の間に挟まれた前記ゲート配線の領域において、前記ゲート配線を覆うように前記ゲート配線と重なる導電性部材からなる遮光膜が形成され、前記遮光膜は前記画素電極とコンタクトホールを介して接続され、前記ゲート配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記遮光膜の内側に形成され、前記ソース配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記ソース配線の内側に形成されることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明の液晶表示装置は、前記遮光膜と前記画素電極間に平坦化された層間絶縁膜を介在したことを特徴とし、また前記対向基板側にブラックマトリクスが形成されないことを特徴とし、前記遮光膜は前記画素電極とコンタクトホールを介して接続し、前記ゲート配線と、前記遮光膜と、前記ゲート配線と前記遮光膜との間に位置する絶縁膜とで、保持容量を形成することを特徴とする。
【０００６】
【実施例】
図３（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す平面図および断面図である。図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）におけるＡＡ部およびＢＢ部での断面図を示す。石英やガラスなどの透明基板３０１上に設けられた薄膜トランジスタのゲート配線３０２、前記ゲート配線と薄膜トランジスタのソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜３０３、ＡｌやＭｏ、Ｃｒ、Ｔａなどの金属で形成され、薄膜トランジスタのゲート配線と直交するブラックマトリックスを兼ねるソース配線３０４、前記ゲート配線と平行な遮光部３０７を絶縁分離する第二の層間絶縁膜３０５、前段の薄膜トランジスタのゲート配線３０６に重なり、かつ前記ゲート線３０６と平行で島状に形成された遮光部３０７、前記の遮光部３０７と、薄膜トランジスタのドレイン電極３０８および３１０とを絶縁分離する第三の層間絶縁膜３０９を示す。なお、３１１は画素電極３１０と前段のゲート配線３０６に平行に重なる遮光部３０７とを電気的に接続するためのコンタクトホールである。
【０００７】
前記ソース配線と直交する遮光部に、ＡｌやＭｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｃｕなどの導電性を有する金属を用いると、前記遮光部３０７と前段のゲート線３０６との重なり部に、保持容量Ｃ0 が生じる。また、前段のドレイン電極３０８と遮光部３０７との重なり部に、容量Ｃ1 が生じる。液晶表示装置の表示品質を劣化させないためには、前記の容量Ｃ0が容量Ｃ1に比べて、十分に大きくなるようにすることが必要である。従って、前記の第一の層間絶縁膜３０３ならびに第二の層間絶縁膜３０５には、ＳｉＯ2やＳｉＮxなどの比誘電率の大きい絶縁膜を用いることが好ましく、前記の第三の層間絶縁膜３０９には、ポリイミド系樹脂・アクリル系樹脂・フッ素系樹脂などの比誘電率が小さい有機絶縁膜を１〜５μｍ程度と厚く塗布することが好ましく、さらに平坦化効果もあり液晶の配向性も改善される。図４は、本発明の液晶表示装置を示す斜視図である。図３（ａ）から（ｃ）に示した構造をもつ薄膜トランジスタが形成された基板を用いることにより、対向基板側のブラックマトリックスが廃止され、従って表示部分の開口率を大きくできると同時に、対向基板と薄膜トランジスタが形成された基板との貼り合わせが容易になる。
【０００８】
図５（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。図５（ａ）は平面図を示し、図５（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）のＡＡ部ならびにＢＢ部の断面図を示す。図５（ａ）から（ｃ）においても、島状に形成された遮光部５０２と前段のゲート線５０４との重なり部に形成される保持容量Ｃ2と、島状に形成された遮光部５０２と前段の画素電極５０１との重なり部に形成される容量Ｃ3において、前記容量Ｃ2が容量Ｃ3よりも十分に大きくなるようにすればよい。従って、前記の第一の層間絶縁膜５０７には、ＳｉＯ2やＳｉＮxなどの比誘電率の大きい絶縁膜を用いることが好ましく、前記の第二の層間絶縁膜５０６には、ポリイミド系樹脂・アクリル系樹脂・フッ素系樹脂などの比誘電率が小さい有機絶縁膜を１〜５μｍ程度と厚く塗布することが好ましく、さらに平坦化効果もあり液晶の配向性も改善される。図５（ａ）から（ｃ）において、前記ゲート配線５０４に平行に重なる遮光部５０２として、薄膜トランジスタのソース配線５０５の層を島状に形成することも可能である。
【０００９】
図６（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の別の実施例を示す平面図および断面図である。図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡＡ部ならびにＢＢ部の断面図を示す。
【００１０】
図７は、本発明の液晶表示装置の別の実施例の斜視図を示す。図５（ａ）から（ｃ）に示された構造をもつ薄膜トランジスタ、または図６（ａ）から（ｃ）に示された構造をもつ薄膜トランジスタが形成された基板を用いる場合、ソース配線・ゲート配線の一部・ゲート配線に平行に重なる遮光部がブラックマトリックスとる。なお、ゲート配線に平行に設けられた遮光部とソース配線の隙間（薄膜トランジスタの部分）からの光の漏れは、対向基板側に遮光部を島状に形成する。従って表示部分の開口率を減じることなく、十分な保持容量をもつ液晶表示装置が作製できる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート配線側の画素電極端部の液晶の配向乱れを遮光膜で覆うことができ、さらに表示特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の斜視図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置にもちいる薄膜トランジスタの従来例の平面図および断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の一実施例を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す平面図および断面図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３０１ 石英やガラスなどの透明基板
３０２ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
３０３ ゲート配線とソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
３０４ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
３０５ ソース配線と前記ソース配線と直交する遮光部を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
３０６ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
３０７ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
３０８ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
３０９ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と画素電極を絶縁分離する第三の層間絶縁膜
３１０ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
３１１ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
５０１ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
５０２ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
５０３ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
５０４ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
５０５ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
５０６ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と画素電極を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
５０７ ゲート配線とソース配線を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
５０８ 石英やガラスなどの透明基板
５０９ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
５１０ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
６０１ 前段の薄膜トランジスタの画素電極
６０２ ゲート配線と平行に設けられた遮光部
６０３ 自段の薄膜トランジスタの画素電極
６０４ 前段の薄膜トランジスタのゲート配線
６０５ 液晶表示装置のブラックマトリックスを兼ねるソース配線
６０６ 石英やガラスなどの透明基板
６０７ ゲート配線と画素電極を絶縁分離する第一の層間絶縁膜
６０８ ゲート配線と平行に設けられた遮光部およびソース配線と画素電極を絶縁分離する第二の層間絶縁膜
６０９ 自段の薄膜トランジスタのゲート配線
６１０ ゲート配線と平行に設けられた遮光部と自段の画素電極を接続するコンタクトホール
Claims (4)
- マトリクス状に配列された複数のソース配線と複数のゲート配線と、前記各ソース配線と前記各ゲート配線に対応して設けられたトランジスタと、前記トランジスタに対応して設けられた画素電極とを有する基板と、対向基板とで液晶を挟む液晶表示装置であって、
前記ソース配線は金属で形成され、
前記画素電極の下方かつ前記ゲート配線の上方で、前記画素電極の層と前記ゲート配線の層の間に絶縁膜を介して形成されると共に、隣り合う前記ソース配線の間に挟まれた前記ゲート配線の領域において、前記ゲート配線を覆うように前記ゲート配線と重なる導電性部材からなる遮光膜が形成され、
前記遮光膜は前記画素電極とコンタクトホールを介して接続され、
前記ゲート配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記遮光膜の内側に形成され、前記ソース配線を挟んで隣り合う前記画素電極の各々の端部が前記ソース配線の内側に形成されることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記遮光膜と前記画素電極間に平坦化された絶縁膜を介在したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
- 前記対向基板側にブラックマトリクスが形成されないことを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
- 前記ゲート配線と、前記遮光膜と、前記ゲート配線と前記遮光膜との間に位置する絶縁膜とで、保持容量を形成することを特徴とする請求項1乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
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2001
- 2001-12-17 JP JP2001383518A patent/JP3718469B2/ja not_active Expired - Lifetime
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