JP4689851B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、特に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子とカラーフィルタ（ＣＦ）とを同一基板上に形成したＣＦオンＴＦＴ構造のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、高精細化に適した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】
近年、薄膜トランジスタ等をスイッチング素子として使用するアクティブマトリクス型液晶表示装置の開発が進められている。この液晶表示装置は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されるＴＦＴ基板と、対向電極が形成される対向基板と、両基板間に挟持される液晶とを有する。前記ＴＦＴ基板は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、及びソース／ドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、画素毎に形成される画素電極と、これらを覆うパッシベーション膜と、配向膜と、外部回路と接続するための端子とを有し、前記対向基板は、薄膜トランジスタ領域及び配線層に入射する光を遮断するブラックマトリクス、カラー表示を行うＲＧＢの各色のカラーフィルタ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極、並びに配向膜等を有し、両基板間にはギャップを所定の距離に保つスペーサが挟み込まれている。
【０００３】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置では、高輝度化及び高精細化を求められており、そのため画素開口部の面積、即ち開口率を上げることによって透過率を向上させる必要がある。開口率向上に関する課題の一つとして、ソース／ドレイン電極と画素電極とをオーバラップさせる技術がある。ソース／ドレイン電極と画素電極とのオーバーラップがある場合、この両電極間のカップリング容量のためにクロストーク等の問題が発生し、画質低下を引き起こしてしまう。これを解決する手段の一つとして、有機膜を用いた層間絶縁膜を用いることにより、ソース／ドレイン電極と画素電極との間の距離を離し、カップリング容量を減らす方法が知られている。
【０００４】
また、上述したようなカラーフィルタ及びブラックマトリクスが対向基板側に配置された構造の従来の液晶表示装置では、組立工程における両基板間の位置合わせに誤差が生じることから、カラーフィルタ及びブラックマトリクスをあらかじめマージンを見込んで形成する必要があり、開口率を最大限に確保することが困難であり、高密度化の妨げになっていた。
【０００５】
そこで、カラーフィルタ及びブラックマトリクスのマージンを減らし、開口率を向上させるために、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されるＴＦＴ基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成する方法、即ち所謂ＣＦオンＴＦＴが提案されており、特開平２−５４２１７号公報及び特開平３−２３７４３２号公報等にその構造が記載されている。
【０００６】
ＣＦオンＴＦＴ技術を用いた基板に、特開平９−１５２６２５号公報の考えを取り入れた液晶表示装置について説明する。但し、この液晶表示装置は公知ではない。図３はこの液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の素子部の平面図、図４は図３のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。透明絶縁基板３０上にゲート線２１が形成され、ゲート線２１を覆うようにゲート絶縁膜３１が形成されている。ゲート絶縁膜３１上に、データ線２２及びソース線２７が形成されており、これらの全体を覆うようにパッシベーション膜３２が形成されている。
【０００７】
更に、色層２８が画素毎に形成されており、更に色層２８はオーバーコート層２９により被覆されている。そして、ソース線２７に接続するためのコンタクトホール２５が、オーバーコート層２９、色層２８及びパッシベーション膜３２を開口することにより形成されており、このコンタクトホール２５を覆うようにして、画素電極２４が形成されている。なお、図３においては、コンタクトホール２５の周辺部の層構造は図示の簡略化のために省略している。
【０００８】
このようなＣＦオンＴＦＴ構造では、ＴＦＴ基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスが形成されるために、ＴＦＴ基板と対向基板の位置合わせマージンを考慮する必要がなく、製造工程が簡略化できると同時に、画素開口率の拡大を達成することができる。更に、層間絶縁膜を貫くコンタクトホール２５をゲート線２１上に配置しているので、開口率を高めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＦオンＴＦＴ構造においては、２００ｄｐｉクラスの超高精細の液晶表示装置に、上記構造をそのまま採用した場合、以下に示すような問題点を有する。
【００１０】
即ち、第１に、高精細化を進めると、コンタクトホールの大きさが画素領域の中で占める割合が相対的に大きくなる。また、オーバーコート層２９、色層２８及びパッシベーション膜３２の３層に穴を開けるため、露光用のマスクを重ねるためのマージンを見込まねばならない。この部分も光を透過させないデッドスペースとなる。
【００１１】
第２に、ディスクリネーションラインを隠すための遮光領域の問題がある。画素ピッチが大きい場合には問題とはならないが、画素ピッチが細かくなるとディスクリネーションを隠すためのパターンが開口率を低下させる影響が大きくなる。
【００１２】
従って、２００ｄｐｉクラスの超高精細の液晶表示装置に、上記構造をそのまま採用した場合に、十分な開口率が得られないという問題点がある。なお、開口率とは、液晶表示パネルの表示領域全面に対する光変調に係わる画素領域の占める割合である。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高精細化に適し、光の透過率を低減させることなく、ディスクリネーションを隠すことができるＣＦオンＴＦＴ構造のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置は、対向配置された１対の基板と、前記基板間に挟持された液晶と、一方の基板に設けられ互いに交差する複数のゲート線及びデータ線と、前記一方の基板に設けられたソース線と、前記ゲート線及び前記データ線の交差領域近傍に設けられる薄膜トランジスタと、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれる各画素の画素領域に配設されるカラーフィルタ及びブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタとを覆うオーバーコート層と、前記オーバーコート層に形成され前記ソース線に接続されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールで前記ソース線と接続された画素電極とを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記コンタクトホールは、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線と前記画素領域を挟んで対向するゲート線の近傍であって、且つ、前記画素領域内において、当該画素領域を挟んで互いに対向する一対の前記データ線間の中心位置から前記薄膜トランジスタが配置されているデータ線までの範囲に位置し、前記ソース線は遮光性を有する金属膜で形成されており、前記ブラックマトリクス、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記画素領域内における前記コンタクトホール近傍に発生するディスクリネーションを遮光していることを特徴とする。
【００１５】
また、本願請求項２に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記カラーフィルタに用いる色レジスタが感光性樹脂であることを特徴とする。
【００１６】
更に、本願請求項３に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記ソース線は、前記データ線に沿って延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
更に、本願請求項４に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記ブラックマトリクスは、前記データ線よりも広幅に形成され前記データ線に沿って延びるように形成されており、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線に前記画素領域を挟んで対向するゲート線の一部を覆うとともに、前記画素電極とオーバラップしている第１の幅広部と、前記第１の幅広部よりも広幅に形成され前記薄膜トランジスタを覆う第２の幅広部と、を有しており、前記第１の幅広部、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記ディスクリネーションを遮光していることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、コンタクトホール、コンタクトホール近傍の遮光性金属膜からなるソース線及びブラックマトリクスが、ディスクリネーション領域とオーバラップしているので、ディスクリネーションは、これらの層により覆い隠される。これにより、開口率の低下を可及的に防止でき、且つディスクリネーションが表示部に入り込むことにより発生するコントラストの低下及び残像感を防止することができる。このため、本発明によれば、高コントラストで残像感がない高画質のアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
【００１９】
なお、ディスクリネーションとは、液晶層の液晶分子の配向方向が不連続になる線又は点をいい、急激な駆動電圧による電界分布によって発生する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置の１画素分を抽出して示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線による断面図である。図５は本発明の特徴を明確にするために、ＣＦオンＴＦＴ技術を用いた基板に、特開平９−１５２６２５号公報の考えをそのまま取り入れた液晶表示装置の１画素分を抽出して示す平面図である。
【００２１】
本発明の実施例について説明する前に、先ず、図５の液晶表示装置の問題点について説明する。上述したように、高精細化を進めると、コンタクトホールの大きさが画素領域の中で相対的に大きくなる。そこで、本発明者は画素ピッチとコンタクトホール部面積の開口率への寄与との関係を検討した。但し、コンタクトホールは正方形断面で、その大きさは画素の大きさにはよらず、１辺長が８μｍ×８μｍの一定とし、それにオーバーコート層及び色層までの重ねマージンを夫々片側１．５μｍあるとして考慮し、コンタクトホールに必要な面積を１９６μｍ２と仮定する。このときの画素面積に対するコンタクトホールの占める面積をコンタクトホール面積比とすると、これは下記表１のように算出される。
【００２２】
【表１】
【００２３】
画素ピッチは精細度が１００ｄｐｉより低いような場合は、ゲート線又はデータ線にコンタクトホール位置を重ねることにより、コンタクトホールが実際の開口率には関与しないようにできるが、１５０ｄｐｉを超えるような場合には、配線に重ねる場合でも、ゲート線又はデータ線も高開口率化のために細くするため、コンタクトホールをストレージのパターンの中に完全に隠すということができなくなってしまう。
【００２４】
後述する図５の液晶表示装置で、２００ｄｐｉクラスの素子を設計すると、表１に示すように、画素ピッチは１２６μｍ程度で２００ｄｐｉを実現できる。しかしながら、コンタクトホール５は表１にあるように画素の３．７０％にも達し、開口率の計算上無視できない大きさとなる。
【００２５】
また、それとは別に、ディスクリネーションラインを隠すための遮光領域を設ける必要があるという問題点が生じてくる。画素ピッチが大きい場合には問題とならないが、画素ピッチが細かくなるとディスクリネーションを隠すためのパターンが開口率に与える影響も大きくなる。従来の素子ピッチが３００μｍ程度と大きい場合にはディスクリネーションが発生したとしても、ゲート線又はデータ線自体が、ディスクリネーションを隠すために十分な幅を持っていた。そのため、表示領域内のコンタクトホールの位置等は、特に何も考慮する必要が無かった。
【００２６】
しかし、例えば画素ピッチが１２６μｍと超高精細な素子となると、開口率を上げるためにゲート線及びデータ線の幅は可能な限り細くする方が望ましく、その結果、従来は配線上に隠れていたディスクリネーションが表示領域内に侵入するという事態になってきている。
【００２７】
ディスクリネーション３３の発生について、図５を用いて説明する。図５では本来同じ素子が縦横方向に繰り返されているものを１素子だけ抜き出している。図５において矢印で図示するように、ラビング方向が図上で右上から左下に向かうと仮定する。そうすると、薄膜トランジスタ上は他の部分に比べその表面が突き出しているため、ラビング処理を行うと、この突出の影響を受けて、その陰の部分の配向規制力は弱くなる。そのため、そのラビングの下流側はディスクリネーションが発生しやすくなっている。そこで、前述のディスクリネーションが発生しやすい場所は、図示例では、画素領域の左上の部分となる。その結果、図のような位置にディスクリネーション３３が発生することとなる。ディスクリネーション３３が表示領域内にある場合、コントラストの低下及び残像感といった不具合が発生する。そして、これを防ぐためには、このディスクリネーションを何らかの遮光性をもつもので隠す方法をとる必要があり、単純に遮光したのでは開口率の低下という問題点が生じてしまう。
【００２８】
これに対し、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ゲート線とデータ線と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とが形成されるＴＦＴ基板に、カラーフィルタと、ＴＦＴ上層及びデータ線上層に形成されるブラックマトリクスと、画素電極とが設けられたＣＦオンＴＦＴ構造の液晶表示装置であって、コンタクトホール部と、その近傍の遮光性金属膜（ソース線）と、ブラックマトリクスがディスクリネーションとオーバラップしていることを特徴としている。換言すれば、画素領域内に発生するディスクリネーションが存在する方向にコンタクトホールの位置を偏在させている。これにより、実効的な開口率の向上を図ることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置について、図１及び図２を参照して具体的に説明する。図１に示すように、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、透明絶縁基板１０（図２参照）の上に、ゲート線１及びデータ線２が互いに直交すように配置され、これらの配線の交差部分に対応するように薄膜トランジスタ６が形成されている。ゲート線１は薄膜トランジスタ６のゲート電極に接続され、ゲート線１からゲート電極に入力される走査信号によって画素に対応する薄膜トランジスタ６が駆動される。また、データ線２は薄膜トランジスタ６のドレイン電極に接続され、ドレイン電極にデータ信号を入力する。薄膜トランジスタ６のソース電極にはソース線７を介して画素電極４が接続され、この透明絶縁基板１０の画素電極４と対向基板上に形成された対向電極との間の液晶層により画素容量が形成される。
【００３０】
図１に破線で示すブラックマトリクス３は、データ線２よりも広い幅でデータ線２に沿って延びており、データ線２の上方のカラーフィルタとしての色層８（図２参照）上に形成されている。ブラックマトリクス３は、データ線方向に隣接する画素のゲート線１を覆い、さらにこのゲート線１近傍の画素電極４とオーバラップしている第１の幅広部３ａと、この第１の幅広部３ａに隣接し第１の幅広部３ａよりも幅が広く薄膜トランジスタ６を覆う第２の幅広部３ｂを有している。
【００３１】
コンタクトホール５は、図５に示す場合よりも、画素領域内に発生するディスクリネーション１３が存在する領域の方向に位置を偏在させて設けられている。本実施例では、コンタクトホール５はデータ線方向に隣接する画素のゲート線１の近傍に配置され、特にこのゲート線１とデータ線２とが交差する交差部分に偏在させてこの交差部分の近傍に配置されている。
【００３２】
薄膜トランジスタ６のソース電極に一端が接続されたソース線７は、他端が画素領域をデータ線２とほぼ平行に延びており、図１に示す画素に対し、データ線２が延びる方向に隣接する隣接画素のゲート線１（図１の上方のゲート線）から分岐して図１の画素領域に延びる隣接画素のゲート線１のはみ出し部と、図１の画素領域でオーバーラップしており、図２に示すように、ソース線７は前記はみ出し部（ゲート線１）と、ゲート絶縁膜１１を挟んでその間に静電容量を蓄積する蓄積容量が形成されている。
【００３３】
更に、上述したゲート線１とデータ線２とが交差する交差部分近傍に配置されたコンタクトホール５の近傍のソース線７、又は図１の画素に対してデータ線方向に隣接する隣接画素のゲート線１から分岐して画素領域に延びるゲート線１のはみ出し部と、ブラックマトリクス層３、特にブラックマトリクス層３の第１の幅広部３ａとは平面的にオーバーラップしている。
【００３４】
そして、ラビング方向が図１に矢印で示すように、図の右上から左下方向であるとすると、ディスクリネーション１３は素子の左上に発生するので、そのディスクリネーションラインと重なるように、ブラックマトリクス２、コンタクトホール５の周辺の遮光性の金属膜、及びコンタクトホール５を配置する。
【００３５】
この部分の断面構造について、図２を参照して説明する。透明絶縁基板１０上に遮光性金属膜でできたゲート電極（ゲート線１）が形成され、ゲート電極（ゲート線１）を覆うようにゲート絶縁膜１１が形成されている。このゲート絶縁膜１１上に、データ線２及びソース線７が形成され、全体を覆うようにパッシベーション膜１２が形成されている。更に、色層８を画素毎に形成し、更にそれを覆うようにオーバーコート層９が形成されている。色層８の形成に用いる色レジストは、例えば遮光性樹脂である。そして、コンタクト位置では、オーバーコート層９、色層８、及びパッシベーション膜１２に穴が開けられてコンタクトホール５が形成されており、このコンタクトホール５の内面を覆うようにして、画素電極４がオーバーコート層９上に形成されている。これにより、画素電極４とソース線７とが接続されている。また、データ線２とブラックマトリクス３とが重畳しており、更にブラックマトリクス３とゲート線１又はソース７とが重畳していて、下部からのバックライト光を遮光するような配置となっている。
【００３６】
一方、開口率の観点からいえば、コンタクトホール５の領域とディスクリネーション１３のラインを隠すために必要な領域とが共通化することによって、コンタクトホール５に必要な面積分だけ開口率が向上することがわかる。
【００３７】
画素ピッチが１２６μｍ、コンタクトホールの大きさが８μｍ×８μｍ、各層の重ねのマージンが１．５μｍであるとして素子を設計した場合、この重畳効果を使う場合（図１）と使わない場合（図５）とでは、開口率として５．５％の差が生じる。即ち、本実施例によれば、従来よりも開口率を５．５％向上させることができる。素子の開口率が約４．０％であるため、相対的に１３．８％もの差が生じることとなる。
【００３８】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更及び追加が可能である。例えば、図１及び２では、コンタクトホール５の下はソース配線部（ソース線７）であったが、ゲート線１の一部とソース線７の一部とが互いに対向し、ゲート線１とソース線７で容量をとっている部分にコンタクトホール５を設けても良く、また、データ線２上にパッシベーション膜１２が存在しているが、このパッシベーション膜１２が無くても、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置によれば、コンタクトホール部と、その近傍の遮光性金属膜と、ブラックマトリクスとが、ディスクリネーションとオーバラップしている構造をとることにより、コンタクトホール部、その近傍の遮光性金属膜及びブラックマトリクスにより、ディスクリネーションを覆い隠すことができ、高精細化の進展に伴ってディスクリネーションが表示領域にある場合に発生するコントラストの低下及び残像感が防止され、高画質の液晶表示パネルが得られ、且つ開口率が大きいパネルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の１画素分を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の１画素分を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。
【図５】液晶表示装置のディスクリネーションとコンタクトホールとの関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２１：ゲート線
２、２２：データ線
３、２３：ブラックマトリクス
４、２４：画素電極
５、２５：コンタクトホール
６、２６：薄膜トランジスタ
７、２７：ソース線
８、２８：色層
９、２９：オーバーコート層
１０、３０：透明絶縁基板
１１、３１：ゲート絶縁膜
１２、３２：パッシベーション膜
１３、３３：ディスクリネーション
【発明の属する技術分野】
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、特に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子とカラーフィルタ（ＣＦ）とを同一基板上に形成したＣＦオンＴＦＴ構造のアクティブマトリクス型液晶表示装置であって、高精細化に適した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】
近年、薄膜トランジスタ等をスイッチング素子として使用するアクティブマトリクス型液晶表示装置の開発が進められている。この液晶表示装置は、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されるＴＦＴ基板と、対向電極が形成される対向基板と、両基板間に挟持される液晶とを有する。前記ＴＦＴ基板は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、及びソース／ドレイン電極からなる薄膜トランジスタと、画素毎に形成される画素電極と、これらを覆うパッシベーション膜と、配向膜と、外部回路と接続するための端子とを有し、前記対向基板は、薄膜トランジスタ領域及び配線層に入射する光を遮断するブラックマトリクス、カラー表示を行うＲＧＢの各色のカラーフィルタ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極、並びに配向膜等を有し、両基板間にはギャップを所定の距離に保つスペーサが挟み込まれている。
【０００３】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置では、高輝度化及び高精細化を求められており、そのため画素開口部の面積、即ち開口率を上げることによって透過率を向上させる必要がある。開口率向上に関する課題の一つとして、ソース／ドレイン電極と画素電極とをオーバラップさせる技術がある。ソース／ドレイン電極と画素電極とのオーバーラップがある場合、この両電極間のカップリング容量のためにクロストーク等の問題が発生し、画質低下を引き起こしてしまう。これを解決する手段の一つとして、有機膜を用いた層間絶縁膜を用いることにより、ソース／ドレイン電極と画素電極との間の距離を離し、カップリング容量を減らす方法が知られている。
【０００４】
また、上述したようなカラーフィルタ及びブラックマトリクスが対向基板側に配置された構造の従来の液晶表示装置では、組立工程における両基板間の位置合わせに誤差が生じることから、カラーフィルタ及びブラックマトリクスをあらかじめマージンを見込んで形成する必要があり、開口率を最大限に確保することが困難であり、高密度化の妨げになっていた。
【０００５】
そこで、カラーフィルタ及びブラックマトリクスのマージンを減らし、開口率を向上させるために、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が形成されるＴＦＴ基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスを形成する方法、即ち所謂ＣＦオンＴＦＴが提案されており、特開平２−５４２１７号公報及び特開平３−２３７４３２号公報等にその構造が記載されている。
【０００６】
ＣＦオンＴＦＴ技術を用いた基板に、特開平９−１５２６２５号公報の考えを取り入れた液晶表示装置について説明する。但し、この液晶表示装置は公知ではない。図３はこの液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板の素子部の平面図、図４は図３のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。透明絶縁基板３０上にゲート線２１が形成され、ゲート線２１を覆うようにゲート絶縁膜３１が形成されている。ゲート絶縁膜３１上に、データ線２２及びソース線２７が形成されており、これらの全体を覆うようにパッシベーション膜３２が形成されている。
【０００７】
更に、色層２８が画素毎に形成されており、更に色層２８はオーバーコート層２９により被覆されている。そして、ソース線２７に接続するためのコンタクトホール２５が、オーバーコート層２９、色層２８及びパッシベーション膜３２を開口することにより形成されており、このコンタクトホール２５を覆うようにして、画素電極２４が形成されている。なお、図３においては、コンタクトホール２５の周辺部の層構造は図示の簡略化のために省略している。
【０００８】
このようなＣＦオンＴＦＴ構造では、ＴＦＴ基板側にカラーフィルタ及びブラックマトリクスが形成されるために、ＴＦＴ基板と対向基板の位置合わせマージンを考慮する必要がなく、製造工程が簡略化できると同時に、画素開口率の拡大を達成することができる。更に、層間絶縁膜を貫くコンタクトホール２５をゲート線２１上に配置しているので、開口率を高めることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＦオンＴＦＴ構造においては、２００ｄｐｉクラスの超高精細の液晶表示装置に、上記構造をそのまま採用した場合、以下に示すような問題点を有する。
【００１０】
即ち、第１に、高精細化を進めると、コンタクトホールの大きさが画素領域の中で占める割合が相対的に大きくなる。また、オーバーコート層２９、色層２８及びパッシベーション膜３２の３層に穴を開けるため、露光用のマスクを重ねるためのマージンを見込まねばならない。この部分も光を透過させないデッドスペースとなる。
【００１１】
第２に、ディスクリネーションラインを隠すための遮光領域の問題がある。画素ピッチが大きい場合には問題とはならないが、画素ピッチが細かくなるとディスクリネーションを隠すためのパターンが開口率を低下させる影響が大きくなる。
【００１２】
従って、２００ｄｐｉクラスの超高精細の液晶表示装置に、上記構造をそのまま採用した場合に、十分な開口率が得られないという問題点がある。なお、開口率とは、液晶表示パネルの表示領域全面に対する光変調に係わる画素領域の占める割合である。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高精細化に適し、光の透過率を低減させることなく、ディスクリネーションを隠すことができるＣＦオンＴＦＴ構造のアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置は、対向配置された１対の基板と、前記基板間に挟持された液晶と、一方の基板に設けられ互いに交差する複数のゲート線及びデータ線と、前記一方の基板に設けられたソース線と、前記ゲート線及び前記データ線の交差領域近傍に設けられる薄膜トランジスタと、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれる各画素の画素領域に配設されるカラーフィルタ及びブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタとを覆うオーバーコート層と、前記オーバーコート層に形成され前記ソース線に接続されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールで前記ソース線と接続された画素電極とを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記コンタクトホールは、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線と前記画素領域を挟んで対向するゲート線の近傍であって、且つ、前記画素領域内において、当該画素領域を挟んで互いに対向する一対の前記データ線間の中心位置から前記薄膜トランジスタが配置されているデータ線までの範囲に位置し、前記ソース線は遮光性を有する金属膜で形成されており、前記ブラックマトリクス、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記画素領域内における前記コンタクトホール近傍に発生するディスクリネーションを遮光していることを特徴とする。
【００１５】
また、本願請求項２に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記カラーフィルタに用いる色レジスタが感光性樹脂であることを特徴とする。
【００１６】
更に、本願請求項３に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記ソース線は、前記データ線に沿って延びるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
更に、本願請求項４に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、前記ブラックマトリクスは、前記データ線よりも広幅に形成され前記データ線に沿って延びるように形成されており、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線に前記画素領域を挟んで対向するゲート線の一部を覆うとともに、前記画素電極とオーバラップしている第１の幅広部と、前記第１の幅広部よりも広幅に形成され前記薄膜トランジスタを覆う第２の幅広部と、を有しており、前記第１の幅広部、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記ディスクリネーションを遮光していることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、コンタクトホール、コンタクトホール近傍の遮光性金属膜からなるソース線及びブラックマトリクスが、ディスクリネーション領域とオーバラップしているので、ディスクリネーションは、これらの層により覆い隠される。これにより、開口率の低下を可及的に防止でき、且つディスクリネーションが表示部に入り込むことにより発生するコントラストの低下及び残像感を防止することができる。このため、本発明によれば、高コントラストで残像感がない高画質のアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
【００１９】
なお、ディスクリネーションとは、液晶層の液晶分子の配向方向が不連続になる線又は点をいい、急激な駆動電圧による電界分布によって発生する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置の１画素分を抽出して示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ′線による断面図である。図５は本発明の特徴を明確にするために、ＣＦオンＴＦＴ技術を用いた基板に、特開平９−１５２６２５号公報の考えをそのまま取り入れた液晶表示装置の１画素分を抽出して示す平面図である。
【００２１】
本発明の実施例について説明する前に、先ず、図５の液晶表示装置の問題点について説明する。上述したように、高精細化を進めると、コンタクトホールの大きさが画素領域の中で相対的に大きくなる。そこで、本発明者は画素ピッチとコンタクトホール部面積の開口率への寄与との関係を検討した。但し、コンタクトホールは正方形断面で、その大きさは画素の大きさにはよらず、１辺長が８μｍ×８μｍの一定とし、それにオーバーコート層及び色層までの重ねマージンを夫々片側１．５μｍあるとして考慮し、コンタクトホールに必要な面積を１９６μｍ２と仮定する。このときの画素面積に対するコンタクトホールの占める面積をコンタクトホール面積比とすると、これは下記表１のように算出される。
【００２２】
【表１】
画素ピッチは精細度が１００ｄｐｉより低いような場合は、ゲート線又はデータ線にコンタクトホール位置を重ねることにより、コンタクトホールが実際の開口率には関与しないようにできるが、１５０ｄｐｉを超えるような場合には、配線に重ねる場合でも、ゲート線又はデータ線も高開口率化のために細くするため、コンタクトホールをストレージのパターンの中に完全に隠すということができなくなってしまう。
【００２４】
後述する図５の液晶表示装置で、２００ｄｐｉクラスの素子を設計すると、表１に示すように、画素ピッチは１２６μｍ程度で２００ｄｐｉを実現できる。しかしながら、コンタクトホール５は表１にあるように画素の３．７０％にも達し、開口率の計算上無視できない大きさとなる。
【００２５】
また、それとは別に、ディスクリネーションラインを隠すための遮光領域を設ける必要があるという問題点が生じてくる。画素ピッチが大きい場合には問題とならないが、画素ピッチが細かくなるとディスクリネーションを隠すためのパターンが開口率に与える影響も大きくなる。従来の素子ピッチが３００μｍ程度と大きい場合にはディスクリネーションが発生したとしても、ゲート線又はデータ線自体が、ディスクリネーションを隠すために十分な幅を持っていた。そのため、表示領域内のコンタクトホールの位置等は、特に何も考慮する必要が無かった。
【００２６】
しかし、例えば画素ピッチが１２６μｍと超高精細な素子となると、開口率を上げるためにゲート線及びデータ線の幅は可能な限り細くする方が望ましく、その結果、従来は配線上に隠れていたディスクリネーションが表示領域内に侵入するという事態になってきている。
【００２７】
ディスクリネーション３３の発生について、図５を用いて説明する。図５では本来同じ素子が縦横方向に繰り返されているものを１素子だけ抜き出している。図５において矢印で図示するように、ラビング方向が図上で右上から左下に向かうと仮定する。そうすると、薄膜トランジスタ上は他の部分に比べその表面が突き出しているため、ラビング処理を行うと、この突出の影響を受けて、その陰の部分の配向規制力は弱くなる。そのため、そのラビングの下流側はディスクリネーションが発生しやすくなっている。そこで、前述のディスクリネーションが発生しやすい場所は、図示例では、画素領域の左上の部分となる。その結果、図のような位置にディスクリネーション３３が発生することとなる。ディスクリネーション３３が表示領域内にある場合、コントラストの低下及び残像感といった不具合が発生する。そして、これを防ぐためには、このディスクリネーションを何らかの遮光性をもつもので隠す方法をとる必要があり、単純に遮光したのでは開口率の低下という問題点が生じてしまう。
【００２８】
これに対し、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ゲート線とデータ線と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とが形成されるＴＦＴ基板に、カラーフィルタと、ＴＦＴ上層及びデータ線上層に形成されるブラックマトリクスと、画素電極とが設けられたＣＦオンＴＦＴ構造の液晶表示装置であって、コンタクトホール部と、その近傍の遮光性金属膜（ソース線）と、ブラックマトリクスがディスクリネーションとオーバラップしていることを特徴としている。換言すれば、画素領域内に発生するディスクリネーションが存在する方向にコンタクトホールの位置を偏在させている。これにより、実効的な開口率の向上を図ることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施例に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置について、図１及び図２を参照して具体的に説明する。図１に示すように、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、透明絶縁基板１０（図２参照）の上に、ゲート線１及びデータ線２が互いに直交すように配置され、これらの配線の交差部分に対応するように薄膜トランジスタ６が形成されている。ゲート線１は薄膜トランジスタ６のゲート電極に接続され、ゲート線１からゲート電極に入力される走査信号によって画素に対応する薄膜トランジスタ６が駆動される。また、データ線２は薄膜トランジスタ６のドレイン電極に接続され、ドレイン電極にデータ信号を入力する。薄膜トランジスタ６のソース電極にはソース線７を介して画素電極４が接続され、この透明絶縁基板１０の画素電極４と対向基板上に形成された対向電極との間の液晶層により画素容量が形成される。
【００３０】
図１に破線で示すブラックマトリクス３は、データ線２よりも広い幅でデータ線２に沿って延びており、データ線２の上方のカラーフィルタとしての色層８（図２参照）上に形成されている。ブラックマトリクス３は、データ線方向に隣接する画素のゲート線１を覆い、さらにこのゲート線１近傍の画素電極４とオーバラップしている第１の幅広部３ａと、この第１の幅広部３ａに隣接し第１の幅広部３ａよりも幅が広く薄膜トランジスタ６を覆う第２の幅広部３ｂを有している。
【００３１】
コンタクトホール５は、図５に示す場合よりも、画素領域内に発生するディスクリネーション１３が存在する領域の方向に位置を偏在させて設けられている。本実施例では、コンタクトホール５はデータ線方向に隣接する画素のゲート線１の近傍に配置され、特にこのゲート線１とデータ線２とが交差する交差部分に偏在させてこの交差部分の近傍に配置されている。
【００３２】
薄膜トランジスタ６のソース電極に一端が接続されたソース線７は、他端が画素領域をデータ線２とほぼ平行に延びており、図１に示す画素に対し、データ線２が延びる方向に隣接する隣接画素のゲート線１（図１の上方のゲート線）から分岐して図１の画素領域に延びる隣接画素のゲート線１のはみ出し部と、図１の画素領域でオーバーラップしており、図２に示すように、ソース線７は前記はみ出し部（ゲート線１）と、ゲート絶縁膜１１を挟んでその間に静電容量を蓄積する蓄積容量が形成されている。
【００３３】
更に、上述したゲート線１とデータ線２とが交差する交差部分近傍に配置されたコンタクトホール５の近傍のソース線７、又は図１の画素に対してデータ線方向に隣接する隣接画素のゲート線１から分岐して画素領域に延びるゲート線１のはみ出し部と、ブラックマトリクス層３、特にブラックマトリクス層３の第１の幅広部３ａとは平面的にオーバーラップしている。
【００３４】
そして、ラビング方向が図１に矢印で示すように、図の右上から左下方向であるとすると、ディスクリネーション１３は素子の左上に発生するので、そのディスクリネーションラインと重なるように、ブラックマトリクス２、コンタクトホール５の周辺の遮光性の金属膜、及びコンタクトホール５を配置する。
【００３５】
この部分の断面構造について、図２を参照して説明する。透明絶縁基板１０上に遮光性金属膜でできたゲート電極（ゲート線１）が形成され、ゲート電極（ゲート線１）を覆うようにゲート絶縁膜１１が形成されている。このゲート絶縁膜１１上に、データ線２及びソース線７が形成され、全体を覆うようにパッシベーション膜１２が形成されている。更に、色層８を画素毎に形成し、更にそれを覆うようにオーバーコート層９が形成されている。色層８の形成に用いる色レジストは、例えば遮光性樹脂である。そして、コンタクト位置では、オーバーコート層９、色層８、及びパッシベーション膜１２に穴が開けられてコンタクトホール５が形成されており、このコンタクトホール５の内面を覆うようにして、画素電極４がオーバーコート層９上に形成されている。これにより、画素電極４とソース線７とが接続されている。また、データ線２とブラックマトリクス３とが重畳しており、更にブラックマトリクス３とゲート線１又はソース７とが重畳していて、下部からのバックライト光を遮光するような配置となっている。
【００３６】
一方、開口率の観点からいえば、コンタクトホール５の領域とディスクリネーション１３のラインを隠すために必要な領域とが共通化することによって、コンタクトホール５に必要な面積分だけ開口率が向上することがわかる。
【００３７】
画素ピッチが１２６μｍ、コンタクトホールの大きさが８μｍ×８μｍ、各層の重ねのマージンが１．５μｍであるとして素子を設計した場合、この重畳効果を使う場合（図１）と使わない場合（図５）とでは、開口率として５．５％の差が生じる。即ち、本実施例によれば、従来よりも開口率を５．５％向上させることができる。素子の開口率が約４．０％であるため、相対的に１３．８％もの差が生じることとなる。
【００３８】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更及び追加が可能である。例えば、図１及び２では、コンタクトホール５の下はソース配線部（ソース線７）であったが、ゲート線１の一部とソース線７の一部とが互いに対向し、ゲート線１とソース線７で容量をとっている部分にコンタクトホール５を設けても良く、また、データ線２上にパッシベーション膜１２が存在しているが、このパッシベーション膜１２が無くても、同様の効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアクティブマトリクス型液晶表示装置によれば、コンタクトホール部と、その近傍の遮光性金属膜と、ブラックマトリクスとが、ディスクリネーションとオーバラップしている構造をとることにより、コンタクトホール部、その近傍の遮光性金属膜及びブラックマトリクスにより、ディスクリネーションを覆い隠すことができ、高精細化の進展に伴ってディスクリネーションが表示領域にある場合に発生するコントラストの低下及び残像感が防止され、高画質の液晶表示パネルが得られ、且つ開口率が大きいパネルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の１画素分を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿う断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の１画素分を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ′線に沿う断面図である。
【図５】液晶表示装置のディスクリネーションとコンタクトホールとの関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１、２１：ゲート線
２、２２：データ線
３、２３：ブラックマトリクス
４、２４：画素電極
５、２５：コンタクトホール
６、２６：薄膜トランジスタ
７、２７：ソース線
８、２８：色層
９、２９：オーバーコート層
１０、３０：透明絶縁基板
１１、３１：ゲート絶縁膜
１２、３２：パッシベーション膜
１３、３３：ディスクリネーション
Claims (4)
- 対向配置された１対の基板と、前記基板間に挟持された液晶と、一方の基板に設けられ互いに交差する複数のゲート線及びデータ線と、前記一方の基板に設けられたソース線と、前記ゲート線及び前記データ線の交差領域近傍に設けられる薄膜トランジスタと、前記ゲート線と前記データ線とで囲まれる各画素の画素領域に配設されるカラーフィルタ及びブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタとを覆うオーバーコート層と、前記オーバーコート層に形成され前記ソース線に接続されたコンタクトホールと、前記コンタクトホールで前記ソース線と接続された画素電極とを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記コンタクトホールは、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線と前記画素領域を挟んで対向するゲート線の近傍であって、且つ、前記画素領域内において、当該画素領域を挟んで互いに対向する一対の前記データ線間の中心位置から前記薄膜トランジスタが配置されているデータ線までの範囲に位置し、前記ソース線は遮光性を有する金属膜で形成されており、前記ブラックマトリクス、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記画素領域内における前記コンタクトホール近傍に発生するディスクリネーションを遮光していることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
- 前記カラーフィルタに用いる色レジスタが感光性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
- 前記ソース線は、前記データ線に沿って延びるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
- 前記ブラックマトリクスは、前記データ線よりも広幅に形成され前記データ線に沿って延びるように形成されており、前記薄膜トランジスタが配置されている前記ゲート線に前記画素領域を挟んで対向するゲート線の一部を覆うとともに、前記画素電極とオーバラップしている第１の幅広部と、前記第１の幅広部よりも広幅に形成され前記薄膜トランジスタを覆う第２の幅広部と、を有しており、前記第１の幅広部、前記コンタクトホール及び前記ソース線によって前記ディスクリネーションを遮光していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
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