JP4583922B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、より詳しくは、横電界型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。

最近、情報化社会へと時代が急発展することに応じて、大量の情報を処理するディスプレー分野が発展している。
特に、薄型化、軽量化、低消費電力化等の時代上に添うよう、平板表示装置の必要性が台頭されて、これによって、色の再現性等が優れて、薄型の液晶表示装置が開発された。

液晶表示装置の駆動方法は、液晶分子の光学的異方性と分極性質を利用する。液晶分子は、構造が細くて長く、その配列において、方向性のある傾斜角(pretilt angle)があるので、人為的に、液晶に電圧を印加すると、液晶分子が有する傾斜角は変化され、液晶分子の配列の方向は制御される。従って、適切な電圧を液晶層に印加することによって、液晶分子の配列の方向を任意に調節して、液晶分子の配列を変化させて、このような液晶が有する光学的異方性により、偏光された光を、任意に変造することによって、望む画像の情報を表現する。
現在では、薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに連結された画素電極が、マトリックス状に配列されたアクティブマトリックス液晶表示装置が解像度及び動映像の具現能力が優れて最も注目を浴びている。

一般的に、液晶表示装置は、相互に向かい合う上部のカラーフィルター基板及び下部のアレイ基板間に充填されている液晶を含む。カラーフィルター基板とアレイ基板各々には、電圧が印加される共通電極と画素電極が形成されている。従って、両電極間に電圧が印加されると、基板面に、垂直電界が形成される。このような垂直電界は、液晶分子の方向を制御する。

ところが、垂直電界によって液晶を駆動する液晶表示装置は、視野角の狭い短所があって、このような短所を克服するため、横電界(水平電界)によって液晶を駆動する横電界型の液晶表示装置が提案された。

図１は、従来の横電界型の液晶表示装置を示した断面図である。
図１に示したように、従来の横電界型の液晶表示装置において、カラーフィルター基板１０とアレイ基板２０が、相互に向かい合っており、両基板間には、液晶層３０が充填されている。
アレイ基板２０上には、共通電極５２と画素電極６２が形成されている。両電極に電圧を印加すると、横電界２６が形成され、横電界によって液晶分子等は駆動する。

図２Ａは、従来の横電界型の液晶表示装置のオフ(off)状態を示した断面図であって、図２Ｂは、オン(on)状態を示した断面図である。
図２Ａに示したように、オフ状態では、電圧が印加されないので、共通電極５２と画素電極６２間に、横電界は形成されなく、これによって、液晶分子３２の配列は変化しない。
すなわち、オフ状態で、液晶分子３２は、ラビング方向Ｒに沿って配列されて、ここで、ラビング方向Ｒは、共通電極５２と画素電極６２に対して一定角度、例えば、１０〜２０度を有する。

図２Ｂに示したように、オン(on)状態では、共通電極５２と画素電極６２に電圧が印加され、両電極間には、横電界が形成される。従って、共通電極５２と画素電極６２間に位置する液晶分子３５ｂは、横電界２６方向に配列される。
ところが、共通電極５２と画素電極６２の上部に位置する液晶分子３５ａの配列は、変化されない。
前述したように、横電界型の液晶表示装置において、液晶は、横電界によって駆動するので、横電界型の液晶表示装置を通じて表示された画面を、使用子が正面から見る場合、横電界型の液晶表示装置は、各々の上下右左の方向に、約８０°〜８５°の視野角を有する。

図３は、従来の横電界型の液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。
図３に示したように、ゲート配線６０とデータ配線７０が交差して画素領域Ｐを定義して、ゲート配線６０とデータ配線７０の交差部分には、ゲート配線６０及びデータ配線７０に連結された薄膜トランジスタＴｒが形成されている。画素領域Ｐには、前記ゲート配線から、一定間隔離隔して延長された共通配線８０が形成されており、前記共通配線８０に連結された多数の共通電極８５が延長されている。また、前記画素領域Ｐには、共通電極８５と一定間隔を離隔して、交互に配置された多数の画素電極９５が形成されている。前記画素電極９５は、薄膜トランジスタＴｒに連結されている。

図４は、図３のＡ-Ａ線に沿って切断した断面図であって、図５は、Ｂ-Ｂ線に沿って切断した断面図である。
図４及び図５に示したように、基板５７上に、ゲート電極６１を含むゲート配線６０、共通配線８０、共通電極８５は、同一層に、同一の金属物質で形成されている。
前記共通電極各々は、相互に一定な間隔に離隔されている。

前記ゲート電極６１を含むゲート配線６０、共通配線８０及び共通電極８５の上部に、ゲート絶縁膜６２が形成されている。前記ゲート絶縁膜６２の上部の薄膜トランジスタＴｒの形成部分には、非晶質シリコンで構成されるアクティブ層６４ａと、不純物がドーピングされた非晶質シリコンで構成されるオーミックコンタクト層６４ｂとを有する半導体層６４が形成されている。

前記半導体層６４の上部には、前記オーミックコンタクト層と接触するソース電極６６及びドレイン電極６８、ソース電極にデータ配線７０が形成されている。
前記ソース電極６６及びドレイン電極６８の上部には、ドレインコンタクトホールのある保護層７６が形成されている。
画素電極９５は、ドレインコンタクトホール７７を通じてドレイン電極６８に連結される。

従来の横電界型の液晶表示装置に、データ配線に印加された電圧により干渉が発生する。これによって、グレーとホワイトの透過度の差が発生して、クロストーク現象が発生される。
クロストーク現象を最小化するため、データ配線に近接する共通電極を１０μｍ以上の線幅になるように形成して、前記共通電極に、電圧の印加のために、共通配線をゲート配線から一定間隔離隔して形成する。従って、画素領域で、共通電極と共通配線が占める面積の比率が大きくなって、開口率と輝度が落ちる。

前述したような問題を改善するための本発明の目的は、クロストークを減少させて、開口率と輝度を改善する横電界型の液晶表示装置及びその製造方法を提供する。

前述したような目的を達成するための本発明による液晶表示装置用基板は、基板上に位置するゲート配線と；前記ゲート配線と交差する第１及び第２のデータ配線と；前記第１及び第２のデータ配線間に位置し、前記ゲート配線と、前記第１のデータ配線と、第１の画素領域を定義して、前記ゲート配線と、前記第２のデータ配線と、第２の画素領域を定義する共通配線と；前記第１及び第２の画素領域各々に位置して、ゲート電極とソース電極とドレイン電極とを含む薄膜トランジスタと；前記第１及び第２の画素領域各々に位置して、前記薄膜トランジスタに連結される画素電極は；前記画素電極と前記第１及び第２のデータ配線各々の間に位置し、前記共通配線に連結される共通電極とを含むことを特徴とする。

前記共通配線は、前記ゲート配線の上部に位置する。また、前記共通配線は、前記データ配線と同一層に位置する。

前記共通電極は、前記共通配線の上部に位置する。また、前記共通電極は、透明導電性物質で構成される。

前記画素電極は、前記データ配線と同一層に位置する。

前記共通配線と重なり、前記共通配線に連結される補助共通配線をさらに含む。

前記補助共通配線と前記共通配線間に位置して、前記共通配線を露出するコンタクトホールを含む保護層をさらに含む。また、前記補助共通配線と前記共通電極を連結する連結電極をさらに含む。

前記連結電極は、前記共通電極の両一端に各々位置する第１及び第２の電極を含む。
前記画素電極の両一端に各々位置する第３及び第４の電極をさらに含み、前記第３の電極は、前記薄膜トランジスタと前記画素電極を連結する。
前記第１及び第２の電極各々は、前記第３及び第４の電極と重なる。

一方、本発明による液晶表示装置用基板は、基板上に位置する第１及び第２のデータ配線と；前記第１及び第２のデータ配線各々と交差するゲート配線と；前記第１及び第２のデータ配線間に位置する共通配線と；前記ゲート配線と前記第１及び第２のデータ配線各々が交差する部分に位置する薄膜トランジスタと；前記薄膜トランジスタに連結される画素電極と；前記画素電極と前記第１及び第２のデータ配線各々の間に位置して、前記共通配線に連結される共通電極とを含むことを特徴とする。

以下、本発明の望ましい実施例によって、詳しく説明する。

本発明は、第１及び第２のデータ配線間に共通配線を配置することによって、データ配線に近接する共通電極の数は、従来より減少されて、共通配線をゲート配線と異なる層に配置することによって、共通配線は、最小限の線幅を有して、開口率及び輝度を向上させる。
また、本発明は、データ配線に近接する共通電極の線幅を縮めることによって、開口率と輝度を向上させる。
一方、本発明は、前記共通電極の線幅を、従来と同一にしても、クロストークを低下させる。

図６は、本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。
図６に示したように、基板上に、ゲート配線１６０とデータ配線１７０が相互に交差する。前記データ配線１７０は、第１のデータ配線１７０ａと第２のデータ配線１７０ｂとを含む。前記第１のデータ配線１７０ａと第２のデータ配線１７０ｂ間に、共通配線１７１が位置する。ゲート配線１６０、データ配線１７０、共通配線１７１は、共通配線１７１両側の画素領域Ｐを定義する。

画素領域Ｐには、ゲート配線１６０とデータ配線１７０が交差する部分に薄膜トランジスタＴｒが位置する。前記薄膜トランジスタＴｒは、ゲート配線に連結されるゲート電極１６１と、半導体層１６４と、データ配線１７０とに連結されるソース電極１６６と、ソース電極１６６と離隔されたドレイン電極１６８を含む。

画素電極１９５等は、画素領域Ｐの下部に位置する第１の連結配線１６９ａを通じて相互に連結されて、また、ドレイン電極１６８にも連結される。さらに、画素電極１９５等は、画素領域Ｐの上部に位置する第２の連結配線１６９ｂを通じて相互に連結される。画素電極１９５、第１の連結配線１６９ａ、第２の連結配線１６９ｂは、データ配線１７０と同一層に位置する。

共通電極１８５は、画素電極１９５と、平行に離隔され交互に配置される。前記共通電極１８５等は、画素領域Ｐの下部及び上部に各々位置する第３の連結配線１８０ａ、第４の連結配線１８０ｂを通じて相互に連結される。前記第３の連結配線１８０ａ、第４の連結配線１８０ｂは、共通配線１７１と重なる補助共通配線１８３に連結される。前記共通配線１７１は、データ配線と同一層に位置する。前記補助共通配線１８３と、第３の連結配線１８０ａ、第４の連結配線１８０ｂは、相互に同一層に位置して、インジウム−スズ−オキサイドＩＴＯとインジウム−ジンク−オキサイドＩＺＯを含む透明導電性物質で形成される。前記共通配線１７１と補助共通配線１８３は、コンタクトホール１９７を通じて連結されて、両側の画素領域Ｐに対して共通電極の役割をする。

第１の補助電極１６９ａ、第２の補助電極１６９ｂは、各々第３の補助電極１８０ａ、第４の補助電極１８０ｂと重なって、相互に重なる補助電極等は、ストレージキャパシターＣstを構成する。
前述したように、第１のデータ配線１７０ａ、第２のデータ配線１７０ｂ間に、共通配線１７１が位置して、前記共通配線１７１の両側に位置する画素領域Ｐ等は、相互に対称する。

図７ないし図１０は、図６のＣ-Ｃ線、Ｄ-Ｄ線、Ｅ-Ｅ線、Ｆ-Ｆ線に沿って切断して示した断面図である。
図７ないし図１０に示したように、基板１５７上に、ゲート電極１６１、ゲート配線１６０が形成されており、前記ゲート配線１６０が形成された基板１５７全面に、ゲート絶縁膜１６２が形成されている。

ゲート電極１６１に対応するゲート絶縁膜１６２の上部に、非晶質シリコンで構成されたアクティブ層１６４ａと、不純物非晶質シリコンで構成されたオーミックコンタクト層１６４ｂとを有する半導体層１６４が形成されている。

前記半導体層１６４上に、相互に離隔されたソース電極１６６、ドレイン電極１６８、前記ソース電極１６６に連結されたデータ配線１７０が形成されている。
さらに、データ配線１７０と同一層に、画素電極１９５、第１の連結配線１６９ａ、第２の連結配線１６９ｂが形成されており、画素領域Ｐ間に、共通配線１７１が形成されている。

前記ソース電極１６６及びドレイン電極１６８が形成された基板１５７全面に、無機絶縁物質で構成された保護層１７６が形成されている。前記保護層１７６は、共通配線１７１を露出するコンタクトホール１９７を有する。
前記保護層１７６上に、共通電極１８５、第３の連結電極１８０ａ、第４の連結電極１８０ｂ、補助共通配線１８３が同一層に形成されている。

本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置は、第１及び第２のデータ配線間に共通配線を配置することによって、近接する画素領域間には、データ配線の代わりに共通配線が位置するので、データ配線に近接する共通電極の数は、従来に比べて、実質的に半分ほど減少される。
また、共通配線が、ゲート配線と相互に異なる層に位置するので、最小限の線幅を有することができる。従って、横電界型の液晶表示装置の開口率と輝度は、向上される。
さらに、近接する画素領域間には、データ配線の代わりに共通配線が位置するので、共通配線に近接する領域は、データ電圧による干渉が発生しない。

相互に近接した第１及び第２のデータ配線には、相互に異なる極性の電圧が入力されるので、相互に近接した第１及び第２のデータ配線に近接した領域は、両配線による干渉が相互に相殺される。従って、横電界型の液晶表示装置のクロストーク現象は、最小化される。

図１１は、従来の横電界型の液晶表示装置の１つの画素領域においての透過度を示したグラフであって、図１２は、本発明による横電界型の液晶表示装置の１つの画素領域の透過度を示したグラフである。
図１１と図１２で、水平軸は、画素領域内で、データ配線に近接した共通電極からの距離を示しており、垂直軸は、透過度を示している。
透過度が約０％である部分には、画素電極と共通電極が位置する。点線は、ホワイトの透過度を示しており、実線は、グレーの透過度を示している。

図１１に示したように、従来の横電界型の液晶表示装置において、前記画素領域の両側に位置するデータ配線の干渉によって、グレーとホワイトの透過度は、差があって、特に、実質的に最高の透過率を有するＴａとＴｂ部分で、透過度の差がある。
従来の横電界型の液晶表示装置において、画素領域は、前記画素領域の両側に位置するデータ配線によって定義されるので、ＴａとＴｂ部分の全て影響を受ける。

図１２に示したように、本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置において、画素領域内で、グレーとホワイトの透過度は、実質的に、同じである。
相互に近接する第１及び第２のデータ配線は、相互に異なる極性のデータ電圧が印加されて、近接する画素領域間には、データ配線の代わりに共通配線が位置することによって、画素領域内で、グレーとホワイトの透過度は、実質的に、同じであって、特に、ＴａとＴｂ部分で、透過度は、同じになる。

ところで、本発明の実施例でのグレーとホワイトの透過度は、従来より大きい。
グレー及びホワイトの透過度の差は、クロストークとも関係がある。クロストークＣ/Ｔの定量化式は、次のように示される。
Ｃ/Ｔ＝|Ｔ(ホワイト)−Ｔ(グレー)| ／ Ｔ(グレー)
Ｃ/Ｔ：クロストーク
Ｔ(ホワイト)：ホワイトの透過度
Ｔ(グレー)：グレーの透過度

表１は、従来と本発明の実施例で、クロストークの定量化式を使用して、データ配線に近接する共通電極の線幅によるクロストークを示している。

表１に示したように、従来で、共通電極が８μｍの線幅の場合、クロストークは、約１.６２％になる。

一方、本発明の実施例で、従来のように、共通電極が８μｍの線幅の場合には、従来より約１/４倍の０.４３％になる。
従って、本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置において、データ配線に近接する共通電極が従来のような線幅である場合、クロストークは、減少される。さらに、従来と同じ程度のクロストークの発生を勘案する場合、共通電極が約４μｍの線幅になるように、その線幅は、縮まる。これによって、横電界型の液晶表示装置の開口率と輝度は、向上される。

本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置において、前述したアレイ基板に対応して赤色、緑色、青色のカラーフィルター層がある一般的なカラーフィルター基板が使用される。

本発明は、前記実施例に限らず、本発明の趣旨に反しない範囲内で、多様な変化と変形ができる。

従来の横電界型の液晶表示装置を示した断面図である。 従来の横電界型の液晶表示装置のオフ状態の動作を示した断面図である。 従来の横電界型の液晶表示装置のオン状態の動作を示した断面図である。 従来の横電界型の液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。 図３のＡ-Ａ線に沿って切断した断面図である。 図３のＢ-Ｂ線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置用アレイ基板を示した平面図である。 図６のＣ-Ｃ線に沿って切断した断面図である。 図６のＤ-Ｄ線に沿って切断した断面図である。 図６のＥ-Ｅ線に沿って切断した断面図である。 図６のＦ-Ｆ線に沿って切断した断面図である。 従来の本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置の透過度を示したグラフである。 従来の本発明の実施例による横電界型の液晶表示装置の透過度を示したグラフである。

符号の説明

１６０：ゲート配線
１６１：ゲート電極
１６４：半導体層
１６９ａ：第１の連結電極
１６９ｂ：第２の連結電極
１７０ａ：第１のデータ配線
１７０ｂ：第２のデータ配線
１７１：共通配線
１８０ａ：第３の連結電極
１８０ｂ：第４の連結電極
１８３：補助共通配線
１８５：共通電極
１９５：画素電極
１９７：コンタクトホール

Claims (4)

1. 第１の方向に沿って基板上に位置するゲート配線と；
   第２の方向に沿って前記ゲート配線と交差する第１及び第２のデータ配線と；
   前記第１及び第２のデータ配線間に位置し前記第１及び第２データ配線と同一層上に位置して、前記ゲート配線と前記第１のデータ配線とで第１の画素領域を定義し、前記ゲート配線と前記第２のデータ配線とで第２の画素領域を定義する共通配線と；
   前記第１及び第２の画素領域各々に位置して、ゲート電極とソース電極とドレイン電極とを含む薄膜トランジスタと；
   前記第１及び第２の画素領域各々に位置し前記第１及び第２データ配線と同一層上に位置して、前記薄膜トランジスタに連結される画素電極と；
   前記第１の方向に沿って前記画素電極から延伸し、前記画素電極の両一端にそれぞれ配置された第１及び第２の連結電極と、前記画素電極は前記第１の連結電極を通じて前記ドレイン電極に連結され、；
   前記共通配線と前記画素電極上部に位置して、前記共通配線を露出するコンタクトホールを含む保護層と；
   前記保護層上部に直接形成されて、前記共通配線と重畳して前記コンタクトホールを通じて前記共通配線と接触する補助共通配線と；
   前記保護層上部に直接であって前記第１及び第２画素領域それぞれに形成されて、前記画素電極と前記第１及び第２のデータ配線各々の間に位置し、前記補助共通配線に連結される共通電極と；
   前記保護層上に直接形成され、前記第１の方向に沿って前期補助共通配線から延伸し、前記補助共通配線及び前記共通電極を連結し、前記共通電極の両一端にそれぞれ配置される第３及び第４の連結電極とを含み、
   前記共通配線と前記補助共通配線が、前記データ配線と平行であり、
   前記第１の連結電極は前記第３の連結電極に重畳し、それらの間に前記保護層を有する第１のストレージキャパシターを形成し、前記第２の連結電極は前記第４の連結電極に重畳し、それらの間に前記保護層を有する第２のストレージキャパシターを形成する
   液晶表示装置用基板。
2. 前記共通配線は、前記ゲート配線の上部に位置することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
3. 前記共通電極は、前記共通配線の上部に位置することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用基板。
4. 前記共通電極は、透明導電性物質で構成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置用基板。

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