JPH10253988A

JPH10253988A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10253988A
Application number: JP5632097A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hioki; 毅日置; Toshiyuki Oka; 俊行岡; Masahiko Akiyama; 政彦秋山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】信号線のカップリング現象を抑えるととも
に、本来応答しない画素電極間での液晶応答が生ずるこ
とを防止した液晶表示装置を提供する。【解決手段】基板１上にゲート電極２およびゲート線
３を形成し、ゲート絶縁膜４で覆う。ゲート電極２のゲ
ート絶縁膜４上に半導体層５，６を形成し、ドレイン電
極７およびソース電極８を形成し、薄膜トランジスタ９
を形成する。ドレイン電極７にコンタクト電極11を一体
に形成し、ソース電極８にゲート線３と直交する信号線
12を一体に形成する。層間絶縁膜13を形成し、コンタク
トホール14を介して画素電極15を形成する。信号線12
は、１本の引出電極部16と、二股に分岐した平行な２本
の信号線部17a ，17b を有している。信号線部17a を薄
膜トランジスタ９で選択される画素電極15群の一端の下
面側に位置させ、信号線部17bを隣り合う画素電極15群
の他端の下面側に位置して配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の液晶表示装置は、画素電
極をマトリクス状に配設し、これら複数の画素電極にそ
れぞれ信号線を接続し、この信号線に直交する方向に走
査線を形成し、これら信号線および走査線の交点にアモ
ルファスシリコン（Ｓｉ）を用いた薄膜トランジスタ
（Thin Film Transistor）を配設し、この薄膜トランジ
スタにより画素電極を制御するマトリクスアレイ基板を
形成する。また、このマトリクスアレイ基板に対向し
て、画素電極に対向した対向電極を有する対向基板を配
設し、マトリクスアレイ基板および対向基板間に液晶を
封入挟持している。

【０００３】近年、高い表示特性、特に高輝度や高コン
トラスト特性が得られる技術として画素が高開口率を有
する液晶表示装置が要求されている。

【０００４】そして、高開口率を図る液晶表示装置とし
て、多結晶シリコンを用いることによる薄膜トランジス
タの面積の縮小化、あるいは、ソース電極またはドレイ
ン電極から層間絶縁膜を介してその上に画素電極を接続
する画素上置き構造などが知られている。この画素上置
き構造の液晶表示装置は、画素電極間の部分以外を開口
部にすることが可能になることから特に反射型液晶表示
装置では検討されている。

【０００５】しかしながら、マトリクスアレイ基板にお
いて画素上置き構造を採用した場合、画素電極と信号線
とが層間絶縁膜のみを介して形成されているため、信号
線の電位が画素電極の電位に影響を及ぼすいわゆるカッ
プリング現象をもたらす。このため、画素電極の電位が
変化して液晶が光学応答することによる表示の劣化が生
じる。したがって、信号線と画素電極間の結合容量を軽
減するため、信号線−画素電極間を平面的に所定距離離
間させる必要がある。ところが、信号線と画素電極との
間隙部は表示に寄与しないため、表示画面全体に占める
画素電極の面積比が低下してしまう。

【０００６】また、信号線は、層間絶縁膜および液晶層
を介して対向電極と容量結合するため、信号線上の領域
の液晶層に対し、信号線と対向電極との電位差分から層
間絶縁膜による電圧降下分を差し引いた電圧が印加され
る。したがって、信号線と対向電極との電位差が大きい
場合や、製造条件などの制約から用いられる層間絶縁膜
の誘電率が低い場合は、本来応答しないこの領域の液晶
層が光学応答してしまい、表示むらやコントラストの低
下などをもたらすことになる。

【０００７】以上のような、信号線電位による画素電位
の変動や画素間の液晶の応答を防ぐために、信号線と画
素電極との間に、層間絶縁膜で挟まれたシールド電極を
形成する方法もある。この場合、層間絶縁膜が２層にな
り、さらにシールド電極を形成する工程が必要になるた
め工程数の増加をもたらす。さらに、層間絶縁膜のピン
ホールによる、信号線とシールド電極との層間ショート
を生じやすいため、欠陥が発生しやすい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
液晶表示装置は、信号線と画素電極間のカップリング現
象により画素電極電位が変動し表示性能が劣化したり、
本来応答しない画素電極で液晶応答が生じたりするなど
の問題を有している。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、信号線のカップリング現象を抑えるとともに、本来
応答しない画素電極間での液晶応答が生ずることを防止
した液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、マトリクス状
に配設された複数の画素電極と、複数本の信号線部を有
し、この信号線部の少なくとも１本は選択すべき前記画
素電極下に配設され、前記信号線部の他の少なくとも１
本は前記選択すべき画素電極と隣り合う画素電極下に配
設された信号線とを具備したことを特徴とする。信号線
部は画素電極下に位置するため、信号線部により画素電
極以外の部分の液晶を応答させることを防止し、たとえ
ば隣り合う信号線に極性の異なる信号電圧を与えれば、
画素電極のカップリングを隣り合う信号線により相殺で
き、カップリング効果を防止して表示性能を向上させ
る。

【００１１】また、隣り合う信号線は、極性の異なる信
号電圧が印加されるもので、１つの画素電極下には、隣
り合う信号線の信号線部がそれぞれ配設されるため、隣
り合う異なる極性の信号線の電位によりカップリングを
相殺し、カップリング効果を防止して表示性能を向上さ
せる。

【００１２】さらに、信号線は、信号線部が各画素電極
毎で少なくとも１箇所以上結線されたもので、いずれか
の信号線部の一部が開放してもそれぞれの画素電極には
複数の信号線部のいずれかの経路で接続されるため、冗
長性が高まる。

【００１３】またさらに、信号線は、複数の信号線部が
１本となる引出電極部を有し、前記複数の信号線部の線
幅の合計幅は、引出電極部の線幅以上であるもので、画
素電極下に位置する信号線部での電流密度を引出電極部
以下にすることにより、カップリング効果を小さくす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置の一
実施の形態を図面を参照して説明する。

【００１５】図１および図２に示すように、ガラスなど
の高い絶縁性を有する基板１上に、モリブデン（Ｍ
ｏ）、クロム（Ｃｒ）あるいはタンタル（Ｔａ）などで
形成されたゲート電極２およびこのゲート電極２と一体
のゲート線３が形成され、これらゲート電極２およびゲ
ート線３を覆うように基板１上には、酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ_x）あるいは窒化シリコン（ＳｉＮ_x）などで形成
されたゲート絶縁膜４が形成されている。

【００１６】また、ゲート電極２のゲート絶縁膜４上に
はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の半導体層５，６
が形成され、これら半導体層５，６上には、モリブデン
（Ｍｏ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）などのドレイン
電極７およびソース電極８がそれぞれ形成され、スイッ
チング素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Tran
sistor）９が形成されている。なお、ドレイン電極７お
よびソース電極８はそれぞれ逆であっても同様である。

【００１７】そして、ドレイン電極７には、コンタクト
電極11が一体に形成され、ソース電極８には、ゲート線
３と直交する信号線12が一体に形成され、これらコンタ
クト電極11および信号線12を覆うように、有機樹脂など
からなる層間絶縁膜13が形成され、この層間絶縁膜13の
コンタクト電極11上には、コンタクトホール14が形成さ
れ、このコンタクトホール14を介してコンタクト電極11
に接触するように、薄膜トランジスタ９に対応してマト
リクス状にアルミニウム（Ａｌ）あるいは銀（Ａｇ）の
画素電極15が形成されている。そして、この画素電極15
上に図示しない配向膜を形成する。

【００１８】また、信号線12は、図示しない制御回路な
どに接続される１本の引出電極部16と、この引出電極部
16から二股に分岐された平行な２本の信号線部17a ，17
b を有している。そして、信号線部17a は薄膜トランジ
スタ９のソース電極８に接続されこの薄膜トランジスタ
９で選択される画素電極15群の一端の下面側に位置し、
信号線部17b はこの薄膜トランジスタ９で選択される画
素電極15群とは隣り合う画素電極15群の他端の下面側に
位置して配設されている。そして、信号線部17a ，17b
の線幅の合計は、引出電極部16の線幅の合計より広くな
っており、信号線部17a ，17b における電流密度を小さ
くしている。また、信号線部17a および信号線部17b は
各画素電極15毎にこれら信号線部17a および信号線部17
b 間を接続する接続部18が形成されている。なお、蓄積
容量線を別に設けず、ゲート線３とコンタクト電極11と
の間で蓄積容量部を形成する、いわゆるＣｓオンゲート
構造としているが、蓄積容量線をゲート線３と平行に設
けた構造にしてもよい。そして、これらにてマトリクス
アレイ基板19が形成される。

【００１９】また、このマトリクスアレイ基板19に対向
して、ＩＴＯの透明電極および配向膜などを形成した対
向基板を組み合わせ、これらマトリクスアレイ基板19お
よび対向基板間にツイストネマティック（Twist Nemati
c ）液晶を注入することにより反射型液晶表示装置を形
成する。

【００２０】次に、上記実施の形態の冗長性に対する実
験結果について説明する。

【００２１】信号線12を形成する際のエッチング条件を
様々に変えて、信号線12の欠陥の様子を観察した。この
とき、断線状態が発生した信号線12の状況を調査したと
ころ、複線化した信号線部17a ，17b の一方が断線して
いるだけで、信号線12の機能には影響を与えていないも
のがほとんどであった。

【００２２】すなわち図３（ａ）に示すように、たとえ
ばクラックの発生、進行などにより信号線部17b の区間
ｘおよび信号線部17a の区間ｙで断線が生じてたとして
も、信号線部17a の区間ｘおよび信号線部17b の区間ｙ
が断線していないため、信号線部17a および信号線部17
b の接続部18を介して信号電流が流れ、バックアップの
役割をしているので、機能は維持されて動作上大きな影
響はない。そして、機能上問題が生じるのは、図３
（ｂ）に示すように、たとえば同一区間ｙ内で、信号線
部17a および信号線部17b が断線した場合のみであり、
確率的には非常に小さくなる。

【００２３】次に、信号線部17a および信号線部17b に
より複線化した信号線12の電位変動による画素電極15の
電位が変動する現象、すなわちカップリング現象の低減
効果について説明する。

【００２４】いわゆる信号線反転駆動方法により信号線
12，12には異なる極性で同一電圧の信号を供給する。そ
して、図１に示す中心の列の画素電極15群に注目する
と、たとえば信号線部17a の電位が正の場合、信号線部
17b の電位は負となる。このとき、この画素電極15には
信号線部17a からは正電位のカップリング作用を受け、
信号線部17b からは負電位のカップリング作用を受け
る。したがって、信号線部17a ，17b の正負の両カップ
リング効果によりキャンセル（中和）されて、実際の画
索電極15の電位変動は大きく低減する。

【００２５】また、このとき隣り合う画素電極15の表示
が同一表示の場合、信号線12の反転駆動では隣り合う信
号線12には符号が反対の同電位が印加される。すなわ
ち、たとえばあるタイミングでは、信号線12には＋Ｖ1
〔Ｖ〕が印加され、隣り合う信号線12には−Ｖ1 〔Ｖ〕
の電圧が印加される。このとき、画素電極15には信号線
12の信号線部17a からのカップリング効果と信号線12の
信号線部17b からのカップリング効果が相殺されて画素
電極15の電位変動はもたらされない。したがって、特に
カップリング効果が表示上の目立ちやすい黒表示や白表
示で効果を発揮する。

【００２６】さらに、隣り合う信号線12の信号線部17a
および信号線12の信号線部17b の電位が異なる場合でも
低減効果が期待できる。すなわち信号線12の信号線部17
a には＋Ｖ1 〔Ｖ〕が印加され、信号線12の信号線部17
b には−Ｖ2 〔Ｖ〕の電圧が印加されると、画素電極15
にはこれらの差分の｜Ｖ1 −Ｖ2 ｜の電圧のカップリン
グ効果に低減される。

【００２７】なお、画素電極15，15の間に信号線12が存
在しないため、層間絶縁膜13を介して液晶に信号線12の
電位が影響を及ぼして光学特性が変化することがなくな
る。

【００２８】さらに、信号線部17a ，17b の線幅の合計
は、引出電極部16の線幅の合計より広くなっており、信
号線部17a ，17b における電流密度を小さくなるので、
カップリング効果も小さくなる。

【００２９】また、図１および図２に示す液晶表示装置
において、信号線12が１本の信号線部にて構成された液
晶表示装置を比較例として用い、表示を比較した。

【００３０】そして、反転駆動により信号線12に信号を
供給して表示し、表示上の乱れを比較した。

【００３１】信号線12が単線の場合には、信号線12−画
素電極15間に起因すると考えられるカップリング現象が
現れ、信号線12に電位が供給されるのに対応して表示が
乱れていた。しかし、信号線12を信号線部17a ，17b で
複線化した場合には、信号線12の電位に起因する画素電
極15の電位のカップリング現象は抑えられており、鮮明
な画像が得られた。特に、塗りつぶしの図形、たとえば
黒色に塗りつぶされた円などを描写した場合、相違が顕
著であった。また、信号線12が単線の場合には、図形全
体で表示の乱れが現れていたが、信号線12を信号線部17
a ，17b で複線化した場合には、特に塗りつぶされてい
る部分については表示の乱れがほとんど見られなかっ
た。すなわち、白地に塗りつぶし図形の場合、同一タイ
ミングでは、隣合う信号線12，12に極性が異なり大きさ
が同一な電位が印加されているため、ある画素電極15に
おいて一方の下側に配置されている信号線12の電位によ
る画素電極15の変動と他方の下側に配置される信号線12
の電位による画素電極15の電位の変動とを打ち消し合う
ことができたと考えられる。

【００３２】次に、他の実施の形態を図４を参照して説
明する。

【００３３】この図４に示す実施の形態は、層間絶縁膜
13に、光吸収性に優れた有機系感光材料を用いたもので
ある。このように、層間絶縁膜13に光吸収性に優れたも
のを用いることによりブラックマスクを形成することな
しに薄膜トランジスタ９の光リーク効果を抑えることが
できる。そして、有機材料の成膜時の平坦化作用を利用
して層間絶縁膜13の表面を平坦化でき、画素電極15をフ
ラットに形成できるので、対向基板とのセルギャップの
均一化や液晶の配向性の向上を実現できる。

【００３４】さらに、層間絶縁膜13に、たとえば感光性
ポリミドやアクリル樹脂などの感光性を有する有機材料
を用いることにより、フォトプロセスのみでスルーホー
ルを形成できる。

【００３５】このように、画素電極15側の面を平坦化し
た場合、層間絶縁膜13をより厚くしなければ信号線12と
画素電極15との距離は近づくことになり、信号線12−画
索電極15間のカップリング効果を大きくすることになる
が、信号線12を信号線部17a，17b で形成し、信号線12
と画素電極15との層間距離を減少することにより、カッ
プリング効果の増大を抑えることができる。

【００３６】ここで、層間絶縁膜13としてアクリル樹脂
を母材とする黒色顔料分散型レジストを用い上述の実施
の形態と同様に形成した液晶表示装置について説明す
る。

【００３７】まず、層間絶縁膜13をスピンコート法によ
りアクリル系黒色飯料分散レジストを約１μｍ成膜し、
約８０℃でプレベークしながら平坦化させ、フォトプロ
セスによりスルーホール14を形成後、約２００℃で十分
にポストベークすることにより形成する。そして、信号
線12を形成する際の層間絶縁膜13の膜厚を約０．３μｍ
としたが、有機材料による平坦性のため信号線12上の層
間絶縁膜13は約０．６μｍとなっていた。

【００３８】したがって、信号線12上の膜厚が薄くなっ
た分大きなカップリング効果を画素電極15が受けること
が考えられるが、信号線12を複数の信号線部17a ，17b
により形成し、これら信号線部17a ，17b を隣り合う画
素電極15，15の下面に配置させれば、各画素電極15の一
方の下側に位置する信号線部17a と他方の下側に位置す
る信号線部17b から受けるおのおののカップリング効果
は増大するが、画素電極15自身の電位変動は両側の信号
線部17a ，17b から受けるカップリング効果が打ち消し
合うために抑えることができた。

【００３９】なお、層間絶縁膜13に光吸収性に優れた材
料を用れば、画素電極15，15間など表示に寄与しない部
分、および、光リーク効果を抑えるために薄膜トランジ
スタ素子９を遮蔽するためのブラックマトリックスを配
置しなくてもよい。

【００４０】ここで、図４に示す液晶表示装置におい
て、信号線12を単線のまま幅を十分に大きくして、画素
電極15，15間を十分にまたぐ液晶表示装置を比較例とし
て用い、表示を比較した。

【００４１】この比較例の反射型液晶表示装置で実際に
表示したところ、信号線12の電位により画素電極15の電
位が変動する現象を抑えることはできたものの、画素電
極15，15間では、信号線12の電位の変動に応じて画素電
極15，15間の表示が変化した。すなわち、これは信号線
12−層間絶縁膜13−液晶−対向電極でコンデンサ構造を
形成しており、信号線12の電位が変動することにより画
素電極15，15間に存在する液晶が応答するためである。
そして、この液晶の応答により、画像のシャープネスが
劣化したり、コントラストが低下してしまう。なお、こ
の現象を抑える対策としては信号線12上の層間絶縁膜13
の膜厚を厚くしたり、層間絶縁膜13に比誘電率の小さい
材料を用いるなどが考えられるが、液晶の応答を完全に
取り除くことはできない。

【００４２】これに対し、図４に示す信号線12を複数の
信号線部17a ，17b とすれば、画素電極15，15間でも表
示の変化は生じなかった。すなわち、信号線12は接続部
18を除いては、画素電極15，15間には配設されず、画素
電極15，15間の液晶には電気力線の変化を及ばさないた
めである。したがって、画素電極15，15間の液晶応答を
表示させないために対向電極側に配置するブラックマト
リックスは不要になる。

【００４３】また、たとえばコレステリック−ネマティ
ック相転移を利用した液晶表示装置などメモリ性を有す
る液晶には特に有効であった。これは、一旦、信号線12
にメモリ状態となる信号が印加された場合、画素電極1
5，15間の表示はメモリ状態が、明の表示であるとする
と、画素電極15，15間も明の表示となりコントラストが
著しく低下するためである。なお、コントラストの低下
が顕著な場合には、層間絶縁膜13に光吸収性に優れたも
のを用いてもよい。また、効果は層間絶縁膜13の色調に
は依存しない。

【００４４】なお、上記実施の形態では反射型液晶表示
装置としたが、高開口率を図るには反射型液晶表示装置
の方が大きいためと考えられる。なお、反射型液表示装
置においては、基板は不透明なものでもよく、あるいは
透明なものでもよい。透明基板を用いた場合、基板の素
子形成面の裏面に反射板を貼りつけてもよく、あるいは
画素電極を反射材料で形成してもよい。しかし、上記実
施の形態の反射型液晶表示装置に限られたものではな
く、画素電極15の電極材料に透過性のあるＩＴＯ（Indi
um Tin Oxide）を用いるとともに薄膜トランジスタ９を
十分に遮光することにより透過型液晶表示装置にも応用
できる。

【００４５】また、図５および図６に示すように、信号
線12を３つの支線の信号線部17a ，17b ，17c に分割し
てもよい。この場合においても上記の実施の形態と同様
信号線部17a ，17b ，17c は互いに共通の引出電極部16
を有し、電気的に接続された構造となっている。この構
成において画素への給電は３つの信号線部17a ，17b，1
7c を経路として行なわれるので、信号線の電気抵抗的
には一本の幅広な信号線を用いた場合と同等にできる。
すなわち、隣接する画素電極間に配置された信号線部17
c を従来の信号線よりも細くできるので、信号線−対向
電極間の液晶層の光学応答を従来より目立たなくでき
る。

【００４６】さらに、液晶材料についてもツイストネマ
ティック液晶に限られたものではなく、ゲストホスト液
晶や高分子分散型液晶にも利用可能であり、層間絶縁膜
13の材料や画素電極15の材料に光吸収性に優れたものを
用いて、選択反射型液晶などに応用することも可能であ
り、液晶の表示モードに任意のものを用いることができ
る。

【００４７】また、基板１および層間絶縁膜13は、透光
性のあるものに限らず、反射型液晶表示装置の場合に
は、透光性を有さないものでも用いることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、信号線部は画素電極下
に位置するため、信号線部により画素電極以外の部分の
液晶を応答させることを防止し、たとえば隣り合う信号
線に極性の異なる信号電圧を与えれば、画素電極のカッ
プリングを隣り合う信号線により相殺でき、カップリン
グ効果を防止して表示性能を向上できる。

【００４９】また、隣り合う信号線は極性の異なる信号
電圧が印加されるので、１つの画素電極下には、隣り合
う信号線の信号線部がそれぞれ配設されるため、隣り合
う異なる極性の信号線の電位によりカップリングを相殺
し、カップリング効果を防止して表示性能を向上でき
る。

【００５０】さらに、信号線は信号線部が各画素電極毎
で少なくとも１箇所以上結線されたので、いずれかの信
号線部の一部が開放してもそれぞれの画素電極には複数
の信号線部のいずれかの経路で接続されるため、冗長性
を高めることができる。

【００５１】またさらに、信号線は複数の信号線部が１
本となる引出電極部を有し、前記複数の信号線部の線幅
の合計幅は引出電極部の線幅以上であるので、画素電極
下に位置する信号線部での電流密度を引出電極部以下に
することにより、カップリング効果を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置を示す平面図である。

【図２】同上図１のII−II断面図である。

【図３】同上信号線を示す説明図である。

【図４】同上他の実施の形態の液晶表示装置を示す断面
図である。

【図５】同上他の実施の形態の液晶表示装置を示す平面
図である。

【図６】同上図５のVI-VI断面図である。

【符号の説明】

９スイッチング素子としての薄膜トランジスタ 12 信号線 13 層間絶縁膜 15 画素電極 17a ，17b 支線としての信号線部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/336

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配設された複数の画素電
極と、複数本の信号線部を有し、この信号線部の少なくとも１
本は選択すべき前記画素電極下に配設され、前記信号線
部の他の少なくとも１本は前記選択すべき画素電極と隣
り合う画素電極下に配設された信号線とを具備したこと
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】隣り合う信号線は、極性の異なる信号電
圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
【請求項３】信号線は、信号線部が各画素電極毎で少
なくとも１箇所以上結線されたことを特徴とする請求項
１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】マトリクス状に配設された複数の画素電
極と、列方向に配列された前記画素電極にスイッチング
素子を介して共通に接続された信号線を有し、前記信号線は互いに電気的に接続された第一および第二
の支線を有し、前記第一の支線は層間絶縁膜を介して前
記画素電極に重畳され、前記第二の支線は前記第一の支
線が重畳される画素電極に対し行方向に隣接する他の画
素電極に重畳されていることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項５】第一の支線と第二の支線との間には、こ
れらの支線に電気的に接続された第三の支線が配置され
ていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。