JPH05265046A

JPH05265046A - 薄膜トランジスタ型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05265046A
Application number: JP6478992A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ogura; 茂樹小椋; Tamahiko Nishiki; 玲彦西木; 佳代 ▲吉▼澤; Yoshiyo Yoshizawa
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜トランジスタ型液晶表示装置の液晶の配
向不良を抑えるような配線構造を得る。【構成】薄膜トランジスタ基板上に形成されるゲート
絶縁膜２２と、そのゲート絶縁膜２２と一部重なる画素
電極２３とを有し、その画素電極２３とゲート絶縁膜２
２の重なる場所は、その画素電極２３の相隣合う２つの
辺であって、かつ、その画素電極の端部においてラビン
グによって生じる液晶分子２１のプレチルト角と逆方向
のプレチルト角が得られる２つの辺であり、その液晶分
子２１のプレチルト角が得られる辺が略対向基板開口部
２５の周縁に位置し、前記逆方向のプレチルト角が得ら
れる辺は対向基板開口部２５の周縁より外側の遮光層２
４によって覆われる位置に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ型液
晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、“１０−ｉｎ．Ｄｉａｇｏｎａｌ１６−Ｇｒ
ａｙ−ＬｅｖｅｌＴＦＴ−ＬＣＤｓＦａｂｒｉｃａ
ｔｅｄｂｙＮｏｖｅｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ” Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｉｅｔ
ａｌ．，ＳＩＤ９１ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．１４等に
記載されるようなものがあった。

【０００３】図６はかかる従来の薄膜トランジスタ型液
晶表示装置の断面図である。この図において、１０１は
基板、１０２はソース・バス・ライン（Ａｌ／Ｃｒ／Ｃ
ｒ）、１０３はゲート電極（Ｃｒ）、１０４はゲート絶
縁膜（ＳｉＮｘ）、１０５はＩＴＯ・Ｐｉｘｅｌ、１０
６はゲート・バス・ライン（Ｃｒ／ＩＴＯ）、１０７は
画素電極（ＩＴＯ）、１０８はアモルファス・シリコン
（ａ−Ｓｉ）、１０９は中間絶縁膜（ＳｉＮｘ）、１１
０はｎ⁺−ａ−Ｓｉ、１１１はソース電極（Ａｌ／Ｃ
ｒ）、１１２はドレイン電極（Ａｌ／Ｃｒ）、１１３は
パッシベーション膜（ＳｉＮｘ）である。

【０００４】この図に示されるように、画素電極１０７
は一般的にトランジスタとの接続部以外はドレイン・ゲ
ート電極と重ならないように形成されている。このよう
に構成することで、ドレイン・ゲート電極上の電圧信号
の影響を受けないようにする。更に、ドレイン・ゲート
電極と画素電極１０７の間には、ある程度のスペースを
空けることで、これらの電極間ショート対策としてい
る。

【０００５】また、一方では画素電極１０７をゲート電
極１０３上まで延在させることにより、蓄積容量を形成
し、ＴＦＴの特性を向上させる方法も一般的であるが、
ゲート電極の配線容量が増えて、ゲート電圧信号が末端
では歪むという問題を生じさせてしまうので、画素電極
１０７は初めに述べたように、他の電極と重ならないこ
とが最も好ましい。

【０００６】昨今、電極材料の改良、ＴＦＴ特性の向上
といった点では、目ざましい進歩が見られ、信号遅延等
の非本質的な問題点は解決されつつあり、最終的には、
やはり、ＴＦＴの構造は、初めに述べたような画素電極
は他の電極からはスペースを有して、独立して形成され
る構成に落ち着くと考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の薄膜トランジスタ型液晶表示装置には、本質
的な問題点が残されている。すなわち、ラビングによっ
て、所定のプレチルト角を持たせて液晶を配向させるの
であるが、画素電極４辺のうち、２辺は必ずその段差形
状効果によって、リバースチルトを起こしてしまう。そ
の時、電圧が印加されると、正チルトとの間の領域がデ
ィスクリネーションラインとなり、光漏れが起き、コン
トラスト低下や、表示品質の著しい低下となる。

【０００８】更に、このディスクリネーションラインは
移動するので、その移動量を考慮して対向基板の遮光層
を画素電極よりも、かなり内側まで形成しなければなら
ない。このことは開口率の低下を意味し、薄膜トランジ
スタ型液晶表示装置を高精細化する上で大きな問題とな
っている。本発明は、以上述べた薄膜トランジスタ型液
晶表示装置の液晶の配向不良を抑えるような配線構造と
して、表示品質の優れた薄膜トランジスタ型液晶表示装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、薄膜トランジスタ型液晶表示装置におい
て、薄膜トランジスタ基板上に形成されるゲート絶縁膜
と、該ゲート絶縁膜と一部重なる画素電極とを有し、該
画素電極と該ゲート絶縁膜の重なる場所は、該画素電極
の相隣合う２つの辺であって、かつ、該画素電極の端部
においてラビングによって生じる液晶分子のプレチルト
角と逆方向のプレチルト角が得られる２つの辺であり、
該液晶分子のプレチルト角が得られる辺が略対向基板開
口部の周縁に位置し、前記逆方向のプレチルト角が得ら
れる辺は対向基板開口部の周縁より外側の遮光層によっ
て覆われる位置に配設されるようにしたものである。

【００１０】また、前記画素電極の端部は、前記ゲート
絶縁膜のホールの形成によって前記液晶分子のプレチル
ト角を得るようにしている。更に、前記画素電極の端部
は、前記ゲート絶縁膜のゲート電極部の段差によって前
記液晶分子のプレチルト角を得るようにしてもよい。

【００１１】

【作用】本発明によれば、上記したように、薄膜トラン
ジスタ型液晶表示装置において、薄膜トランジスタ基板
上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜と一部重
なる画素電極とを有し、その画素電極とゲート絶縁膜の
重なる場所は、その画素電極の相隣合う２つの辺であっ
て、かつ、その画素電極の端部においてラビングによっ
て生じる液晶分子のプレチルト角と逆方向のプレチルト
角が得られる２つの辺であり、その液晶分子のプレチル
ト角が得られる辺が略対向基板開口部の周縁に位置し、
前記逆方向のプレチルト角が得られる辺は対向基板開口
部の周縁より外側の遮光層によって覆われる位置に配設
する。

【００１２】したがって、リバースチルト発生による光
漏れを抑制でき、開口率を上げ、コントラストの向上を
図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す薄
膜トランジスタ型液晶表示装置の部分平面図である。こ
の図に示すように、ゲート電極１とドレイン電極２が交
差する部分において、半導体層４をチャネルとするトラ
ンジスタがあり、ゲート電極１にＯＮ電圧が印加される
と、その時のドレイン電極２上の電圧信号をソース電極
３に書き込む構成になっている。このソース電極３は、
コンタクトホール５により画素電極６と電気的に接続さ
れており、そのソース電圧は、画素電極６にも書き込ま
れる構成になっている。

【００１４】次いで、ゲート絶縁膜である第１絶縁膜
は、図１における領域７（第１絶縁膜ホール）がエッチ
ングされている。画素電極６は、一部を残して、この第
１絶縁膜ホール内に形成されており、第１絶縁膜と画素
電極６が重なるのは、ＴＦＴ基板ラビング方向１９から
見て画素電極側面が見えない２辺となっている。次に、
ＴＦＴ基板と対向するカラーフィルタ基板の説明を行な
う。

【００１５】ここで、対向基板上にＲ，Ｇ，Ｂのカラー
フィルタが勿論形成されている。そして、ゲート・ドレ
イン電極、チャネル部と対向する領域は液晶を駆動でき
ないので遮光層が形成されるのであるが、その遮光層の
ない領域を対向基板開口部８とすると、その領域は、画
素電極６より内側に形成されている。また、この実施例
では、対向基板ラビング方向は、図１において、点線２
０で示される方向となっており、この場合、液晶の配向
は、ＴＦＴ基板から対向基板にかけて左捻れ９０度のツ
イストネマティック構造になることがわかる。更に、液
晶のプレチルト角は各々の基板において、ラビング方向
の矢印側に有していることがわかる。

【００１６】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、ト
ランジスタチャネル部の断面を示している。この図に示
すように、基板３０上であって、ゲート電極１は最も下
に形成されており、その表面がゲート陽極酸化膜９とな
っており、その上にゲート絶縁膜である第１絶縁膜１１
が、第１絶縁膜ホール７部以外の領域に形成されてい
る。この第１絶縁膜１１の上には半導体層４、オーミッ
ク接合層１０が所定の領域に形成されている。その上に
ドレイン・ソース電極２，３が形成されており、トラン
ジスタとなっている。その上に第２絶縁膜１２がコンタ
クトホール５以外の領域に形成され、その上に画素電極
６が所定の領域に形成されており、コンタクトホール５
を介してソース電極３と画素電極６は電気的に接続され
ている。その上に、液晶を配向させるために配向膜１３
が形成され、ラビング処理されている。

【００１７】図３は、図１における液晶セルのＢ−Ｂ線
断面図である。この図に示すように、ＴＦＴ基板におい
て、第１絶縁膜１１はそのホール部７を有しており、画
素電極６はその右側の１部においてのみ、この第１絶縁
膜１１と重なっている。ここで、８は対向基板開口部で
ある。一方、対向基板においては、遮光層１４が画素電
極６の内側まで形成されており、画素電極領域外におけ
る光漏れを防ぐものである。この遮光層１４の上にカラ
ーフィルタ層１５が画素電極６と概ね一致する領域にわ
たって形成されており、所定の色を出すことができる。
その上にカラーフィルタの凹凸形状を平坦化するために
平坦化層１６が形成されており、その上に対向電極１
７、更に、配向膜１３が形成されている。そして、ＴＦ
Ｔ基板とカラーフィルタ基板の間に液晶が充填され液晶
層１８を形成している。

【００１８】図４は、図１における液晶分子の配向の様
子を示すＣ−Ｃ線概略断面図であり、図１のａ方向から
見た時のものである。ここでは、各々の基板内の構造は
省略してあり、基板上における凹凸形状、遮断層との位
置関係のみを表している。ここで、２２はゲート絶縁
膜、２３は画素電極、２４は遮光層、２５は対向基板開
口部である。

【００１９】この図に示すように、液晶層１８の液晶分
子２１は、円柱状のものとして考えられるので、モデル
化している。これにより液晶層１８内における液晶分子
２１の配向方向を模式的に表すことができる。まず、基
板形状が平坦である場合は、界面では、液晶分子２１は
ラビング方向に向かってプレチルト角を有するので、図
中の遮光層のない部分のような配向となる。画素電極２
３のエッジではその左と右で界面での配向が異なる。

【００２０】この図に示すように、ＴＦＴ基板側では、
液晶分子２１は右上がりのプレチルトであるので、画素
電極２３の左側のエッジＡでは、プレチルトは容易に得
られる。つまり、図中ｄに示す領域では右上がりのプレ
チルトを容易に得ることができる。しかし、画素電極２
３の右側のエッジＢでは、凹凸形状が右下がりであるの
に右上がりのプレチルトを得るのは困難となる。このた
め、図中ｃに示す領域では、左上がりのプレチルトとな
るのである。これをリバースチルトというのであるが、
この現象は正チルト領域との間でディスクリネーション
ラインができて、光漏れが起こるので、遮光層２４を形
成しなければならない。また、このラインは動くものな
ので、その移動範囲を考慮して遮光層２４と画素電極２
３の重なる部分を大きくとることが必要である。

【００２１】前述のように、ゲート絶縁膜２２と画素電
極２３は、図４に示すように、画素電極２３の右側のみ
で重なっているので、画素電極２３のエッジより内側で
凹凸形状が右上がりになる。すなわち、図中の領域ｄに
おける形状効果で、平坦な領域よりもプレチルト角は大
きくなり、より安定した配向が実現できる。このような
領域を形成することにより、図中の領域ｃのリバースチ
ルトが画素電極２３内へと広がり難くすることができ
る。ゲート絶縁膜２２の厚みを画素電極２３より厚くす
ることで効果は更に大きくなる。

【００２２】その結果、遮光層２４と画素電極２３との
重なる部分を最大限まで小さくできる。結果的には、開
口率を上げることができる。そこで、液晶分子２１のプ
レチルト角が得られる辺、つまり、画素電極２３の左側
のエッジＡは略対向基板開口部２５の周縁に位置し、前
記逆方向のプレチルト角が得られる辺、つまり、画素電
極２３の右側のエッジＢは、対向基板開口部２５の周縁
より外側の遮光層２４によって覆われる位置に配設され
る。

【００２３】したがって、リバースチルト発生による光
漏れを抑制することができ、開口率を上げ、コントラス
トの向上を図ることができる。図５は、図１における液
晶分子の配向の様子を示すＤ−Ｄ線概略断面図であり、
図１のｂ方向から見た時のものである。この場合も、画
素電極２３の上側エッジ部、つまり、領域ｅでリバース
チルトになるので、上記と同じような構造（図中領域
ｆ）にすることで、同じような効果を得ることができ
る。

【００２４】図７は本発明の第２の実施例を示す薄膜ト
ランジスタ型液晶表示装置の部分平面図である。この図
に示すように、ゲート電極４１とドレイン電極４２が交
差する部分において、半導体層４４をチャネルとするト
ランジスタがあり、ゲート電極４１にＯＮ電圧が印加さ
れると、その時のドレイン電極上の電圧信号をソース電
極４３に書き込むという構成になっている。このソース
電極４３はコンタクトホール４５により、画素電極４６
と電気的に接続されており、そのソース電圧は、画素電
極４６にも書き込まれるという構成になっている。

【００２５】次いで、この半導体層４４はドレイン電極
４２の下に帯状に形成されており、半導体層４４は、そ
の１部を延在させて画素電極４６と重なっている。その
半導体層４４が画素電極４６と重なるのは、ＴＦＴ基板
のラビング方向４８から見て、画素電極側面が見えない
２辺のうちのドレイン電極４２と平行になる１辺となっ
ている。この図で画素電極右端側に当たるが、後で説明
するが上側にも重なる部分を設けても良い。

【００２６】次に、ＴＦＴ基板と対口するカラーフィル
タ基板の説明をする。対向基板上にＲ、Ｇ、Ｂのカラー
フィルタが勿論形成されているのであるが、ゲート・ド
レイン電極、チャネル部と対向する領域は液晶を駆動で
きないので遮光層が形成されており、その遮光層のない
領域を対向基板開口部４７とすると、その領域４７は画
素電極４６より内側に形成されていなければならないの
は言うまでもない。また、この実施例では、対向基板ラ
ビング方向は、４９で示される方向となっており、この
場合、液晶の配向は、ＴＦＴ基板から対向基板にかけて
左捻れ９０度のツイストネマティック構造になることが
わかる。更に、液晶のプレチルト角は各々の基板におい
て、ラビング方向の矢印側に有していることがわかる。

【００２７】図８は、図７中Ａ−Ａ線で示されるトラン
ジスタチャネル部の断面図である。基板４０上であっ
て、ゲート電極４１は最も下に形成されており、その表
面が陽極酸化されゲート陽極酸化膜５０となっており、
その上にゲート絶縁膜である第１絶縁膜５１が形成され
ている。第１絶縁膜５１の上には半導体層４４、オーミ
ック接合層５２が所定の領域で形成されている。その上
にドレイン・ソース電極４２、４３が形成されており、
トランジスタとなっている。その上に第２絶縁膜５３が
コンタクトホール４５以外の領域に形成されており、そ
の上に画素電極４６が形成されており、コンタクトホー
ル４５を介してソース電極４３と画素電極４６は電気的
に接続されているのである。その上に液晶を配向させる
ために配向膜５４が形成され、ラビング処理されてい
る。

【００２８】図９は、図７のＢ−Ｂ線で示される部分の
液晶セルの構造の断面図である。この図に示すように、
ＴＦＴ基板において、基板４０上であって、第１絶縁膜
５１が最も下に位置しており、画素電極４６は、その右
側の１部においてのみ半導体層４４の延在させた部分と
重なっている。一方、対向基板においては、遮光層５５
が画素電極４６の内側まで形成されており、画素電極領
域外における光漏れを防ぐものである。この遮光層５５
の上にカラーフィルタ層５６が画素電極と概ね一致する
領域にわたって形成されており、所定の色を出すことが
できるのである。その上にカラーフィルタの凹凸形状を
平坦化するために平坦化層５７が形成されており、その
上に対向電極５８、更に配向膜５９が形成されている。
そしてＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間に液晶が充
填され、液晶層６０を形成している。

【００２９】図１０は、図７のＢ−Ｂ線で示される部分
を図７のａ方向から見た場合の液晶分子の配向を示すも
のである。各々の基板内の構造は省略してあり、基板上
における凹凸形状、遮光層５５と画素電極６３の位置関
係のみを表したものである。この図に示すように、液晶
層６０の液晶分子６１は、円柱状のものとして考えられ
るので、モデル化し、液晶層６０内における液晶分子６
１の配向方向を模式的に表すことができる。

【００３０】まず、基板形状が平坦である場合は、界面
では、液晶分子はラビング方向に向かってプレチルト角
を有するので、図中の遮光層５５のない部分のような配
向となる。一方、画素電極６３のエッジでは画素電極６
３の左と右で界面での配向が異なる。すなわち、この図
に示すように、ＴＦＴ基板側では、液晶分子６１は右上
がりのプレチルトであるので、画素電極６３左側のエッ
ジＡではプレチルトは容易に得られる。しかし、画素電
極６３の右側のエッジＢでは、凹凸形状が右下がりであ
るのに右上がりのプレチルトを得るのは困難となる。こ
のため、図中ｂに示す領域では、左上がりのプレチルト
となるのである。これをリバースチルトというのである
が、この現象は正チルト領域との間でディスクリネーシ
ョンラインができて、光漏れが起こるので、遮光層を形
成しなければならない。また、このラインは動くものな
ので、その移動範囲を考慮して遮光層５５と画素電極６
３の重なる部分を大きくとることが必要である。

【００３１】前述のように画素電極６３とゲート絶縁膜
６２は画素電極６３の右側のみで重なっているので、画
素電極６３のエッジＢより内側で凹凸形状が右上がりに
なることがわかる。つまり、図中領域ｃを得ることがで
きる。更に、形状効果で平坦な領域よりもプレチルト角
は大きくなり、より安定した配向が実現できる。

【００３２】そこで、液晶分子６１のプレチルト角が得
られる辺、つまり、画素電極６３の左側のエッジＡは略
対向基板開口部の周縁に位置し、前記逆方向のプレチル
ト角が得られる辺、つまり、画素電極６３の右側のエッ
ジＢは、対向基板開口部の周縁より外側の遮光層５５に
よって覆われる位置に配設する。そして、このような領
域をつくることで、領域ｂのリバースチルトが画素電極
内へと広がり難くすることができる。ゲート絶縁膜６２
の厚みを画素電極６３より厚くすることで効果は大きく
なる。

【００３３】その結果、遮光層５５と画素電極６３との
重なる部分を最大限まで小さくできることになる。結果
的には、開口率も上げることができる。一方、画素電極
６３の上側エッジ部でもリバースチルトになるので、同
じように、この部分においてもゲート絶縁膜６２と画素
電極６３を重なるようにすれば、同じような効果が得ら
れるのである。

【００３４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、画素電極とゲート絶縁膜の重なる場所は、その
画素電極の相隣合う２つの辺であって、かつ、その画素
電極の端部においてラビングによって生じる液晶分子の
プレチルト角と逆方向のプレチルト角が得られる２つの
辺であり、その液晶分子のプレチルト角が得られる辺が
略対向基板開口部の周縁に位置し、前記逆方向のプレチ
ルト角が得られる辺は対向基板開口部の周縁より外側の
遮光層によって覆われる位置に配設するようにしたの
で、リバースチルト発生による光漏れを抑制することが
でき、開口率を上げ、コントラストの向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す薄膜トランジスタ型液晶
表示装置の部分平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図１における液晶分子の配向の様子を示すＣ−
Ｃ線概略断面図である。

【図５】図１における液晶分子の配向の様子を示すＤ−
Ｄ線概略断面図である。

【図６】従来の薄膜トランジスタ型液晶表示装置の断面
図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す薄膜トランジスタ型
液晶表示装置の部分平面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】図７のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１０】図７における液晶分子の配向の様子を示すＣ
−Ｃ線概略断面図である。

【符号の説明】

１，４１ゲート電極２，４２ドレイン電極３，４３ソース電極４，４４半導体層５，４５コンタクトホール６，２３，４６，６３画素電極７第１絶縁膜ホール８，２５，４７対向基板開口部９，５０ゲート陽極酸化膜１０，５２オーミック接合層１１，５１第１絶縁膜１２，５３第２絶縁膜１３，５４，５９配向膜１４，２４，５５遮光層１５，５６カラーフィルタ層１６，５７平坦化層１７，５８対向電極１８，６０液晶層１９ＴＦＴ基板ラビング方向２１，６１液晶分子２２，６２ゲート絶縁膜３０，４０基板４９対向基板ラビング方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 27/12 Ａ 29/784

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）薄膜トランジスタ基板上に形成され
るゲート絶縁膜と、（ｂ）該ゲート絶縁膜と一部重なる
画素電極とを有し、（ｃ）該画素電極と該ゲート絶縁膜
の重なる場所は、該画素電極の相隣合う２つの辺であっ
て、かつ、該画素電極の端部においてラビングによって
生じる液晶分子のプレチルト角と逆方向のプレチルト角
が得られる２つの辺であり、該液晶分子のプレチルト角
が得られる辺が略対向基板開口部の周縁に位置し、前記
逆方向のプレチルト角が得られる辺は対向基板開口部の
周縁より外側の遮光層によって覆われる位置に配設され
ることを特徴とする薄膜トランジスタ型液晶表示装置。
【請求項２】前記画素電極の端部は、前記ゲート絶縁
膜のホールの形成によって前記液晶分子のプレチルト角
を得ることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジス
タ型液晶表示装置。
【請求項３】前記画素電極の端部は、前記ゲート絶縁
膜のゲート電極部の段差によって前記液晶分子のプレチ
ルト角を得ることを特徴とする請求項１記載の薄膜トラ
ンジスタ型液晶表示装置。