JPH10268356A

JPH10268356A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10268356A
Application number: JP7815097A
Authority: JP
Inventors: Kisako Takebayashi; 希佐子竹林; Tomoko Kitazawa; 倫子北沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】高精細、高開口率の表示が得られ、低消費電
力化および歩留まり向上による低コスト化を実現するこ
とができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置では、ＴＦＴアレ
イ基板において、補助容量電極が、信号線との交差部を
持たないように島状に形成され、かつこの補助容量電極
の上層の絶縁層等にコンタクトホールが形成され、コン
タクトホール内に対向基板側に形成された柱状スペーサ
が収容配置される。そして、柱状スペーサの外周面を覆
うように形成された対向電極と、アレイ基板側の補助容
量電極とが、電気的に接続され、補助容量電極への給電
を対向電極側から行なえるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
わり、特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターを中心とする情報
機器分野およびテレビなどを中心とする映像機器分野に
おいて、大型、高精細なアクティブマトリクス型の液晶
表示装置が開発されている。

【０００３】アクティブマトリクス型液晶表示装置を構
成する第１の基板であるΤＦＴ（薄膜トランジスタ）ア
レイ基板の一例を、図８に示す。このＴＦＴアレイ基板
においては、絶縁基板上に複数本の走査線１と信号線２
とが交差して形成され、走査線１と平行に補助容量線３
が形成されている。また、走査線１と信号線２の交差に
より形成されたマトリクス状の各区画に、それぞれ画素
電極４が設けられ、画素電極４ごとにＴＦＴ５が形成さ
れている。そして、各画素において、ＴＦＴ５のゲート
電極６とドレイン電極７は、それぞれ走査線１および信
号線２から延出して一体に形成されており、ソース電極
８は画素電極４に接続されている。また、走査線１と信
号線２およびＴＦＴ５の上には、絶縁保護膜（図示を省
略。）が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような構造を有す
る従来のΤＦＴアレイ基板では、複数回に亘って成膜、
パターンニングを繰り返して作製されるため、マスクの
位置ずれにより各層のパターン配置にずれが生じやす
く、歩留まりの低下が引き起こされるという問題があっ
た。例えば、信号線のパターンニングのマスクがずれた
場合には、画素電極と信号線とが接触し、ショート不良
による歩留まり低下を引き起こしやすかった。したがっ
て、歩留まり向上のためには、マスクの位置ずれを考慮
し、各層間の距離を十分に取ったパターン設計を行わな
ければならず、高精細、高開口率の設計が困難であっ
た。

【０００５】そこで、歩留まり向上が可能で高精細、高
開口率の表示が得られる液晶表示装置として、例えば特
願平7-258615号公報に記載されているように、ΤＦＴの
ドレイン電極やソース電極の上層に第２の絶縁層（絶縁
保護膜）を介して画素電極を配置し、第２の絶縁層に形
成したコンタクトホールにより、画素電極とソース電極
とを電気的に接続した構造が提案されている。このよう
な構造のΤＦＴアレイ基板では、マスクの位置ずれが生
じた場合でも、画素電極と信号線との間のショートが生
じないため、歩留まり低下を引き起こすことなく、画素
電極と配線とを近接配置することが可能であるうえに、
マスクに付着したゴミや絶縁膜のピンホールによる層間
ショートも抑えることができる。

【０００６】しかしながら、走査線と同層に配置された
補助容量線と画素電極との間に、第１の絶縁層であるゲ
ート絶縁膜と第２の絶縁層である絶縁保護膜と、２つの
絶縁層が介在するため、単位面積あたりの補助容量が小
さくなる。したがって、従来の構造と同等の補助容量を
形成するためには、補助容量電極の面積を大きくしなけ
ればならず、画素−配線間の近接配置が可能となって
も、開口率はほとんど向上しないという問題があった。

【０００７】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたもので、高精細、高開口率の表示が達成され、
かつ歩留まり向上により低コスト化を実現することがで
きる液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、絶縁基板上に層間絶縁膜を介して交差して形成され
た複数本の走査線および信号線と、前記走査線と信号線
により形成されたマトリクス状の区画にそれぞれ設けら
れた画素電極と、これらの画素電極ごとに設けられた薄
膜トランジスタと、前記画素電極との間に容量を形成す
る補助容量電極とを有する第１の基板と、前記第１の基
板との間隙を保つために複数の着色層の積層により形成
された複数の柱状スペーサと、これらの柱状スペーサの
外周面を被覆する対向電極とを有し、前記第１の基板と
対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と第
２の基板との間に挟持された液晶層とを備えて成り、前
記補助容量電極を、前記信号線との交差部を持たないよ
うに島状に形成するとともに、該補助容量電極の上層に
コンタクトホールを形成し、かつこれらのコンタクトホ
ール内に前記柱状スペーサを収容配置して、該柱状スペ
ーサの外周面を覆う対向電極と前記補助容量電極とを電
気的に接続したことを特徴とする。

【０００９】本発明の液晶表示装置では、第１の基板に
おいて、画素電極との間に蓄積容量を形成する補助容量
電極が、信号線との交差部を持たないように島状に形成
され、かつこの補助容量電極の上層の絶縁層に形成され
た孔（コンタクトホール）内に、第２の基板に形成され
た柱状のスペーサが収容配置され、柱状スペーサの外周
面に被覆された対向電極と補助容量電極とが電気的に接
続されているので、これらの電極を同一の電源により駆
動することができる。すなわち、補助容量電極への電位
の供給（給電）を対向電極側から行なうことができ、そ
れにより、給電のための配線（補助容量線）を設けるこ
となく島状の補助容量電極を配置するのみで、画素電極
との間に十分な蓄積容量を形成することができる。

【００１０】したがって、本発明の液晶表示装置におい
ては、補助容量電極の配置の自由度が向上し、アレイ基
板を構成する任意の金属層により、容量形成に有利な設
計で補助容量電極を形成することができ、電極面積を小
さくし開口率を向上させることができる。また、補助容
量線を設ける必要がないため、他の配線（例えば信号
線）との交差部がなくなり、層間ショートに起因する不
良の発生がなく歩留まりが向上する。さらに、信号線と
の交差部に容量が生じることがないので、駆動回路の消
費電力が低減される。またさらに、表示領域の周辺部
（額縁部）において補助容量線を引き回す必要がないの
で、額縁部の狭小化が図られ、基板全体に対する有効表
示面積を増大することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明の液晶表示装置の第１の実
施例において、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを組合わ
せて得られる液晶セルの要部を、対向基板側から透視し
た平面図を示す。また図２は、図１におけるＴＦＴ部お
よびそれに近接する柱状スペーサ設置部のＡ−Ａ線に沿
った断面図を示す。

【００１３】実施例の液晶表示装置では、これらの図に
示すように、ＴＦＴアレイ基板において、ガラス基板の
ような透明な絶縁基板９上に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、
Ｔｉ等の金属からなる複数本の走査線１０と信号線１１
とが交差して形成され、マトリクス状に配置された区画
の画素ごとにＴＦＴ１２が形成されている。ＴＦＴ１２
は、走査線１０から延出して形成されたゲート電極１３
と、ゲート電極１３の上に形成された酸化シリコン等か
らなるゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上に順に
積層形成されたａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）のよ
うな半導体層１５、低抵抗半導体層（コンタクト層）１
６、およびチッ化ケイ素等からなるエッチング保護膜１
７、低抵抗半導体層１６上に信号線１１から延出して形
成されたドレイン電極１８と、ドレイン電極１８と同層
に形成された島状のソース電極１９とから構成されてい
る。そして、このようなΤＦＴ１２の上層には、第２の
絶縁層である絶縁保護膜２０を介して、インジウム・テ
ィン・オキサイド（ＩＴＯ）等の透明材料からなる画素
電極２１が形成され、この画素電極２１は絶縁保護膜２
０に形成されたコンタクトホール（２２ａ）により、Τ
ＦＴ１２のソース電極１９と電気的に接続されている。

【００１４】また、ＴＦＴ１２近傍の画素部には、信号
線１１およびドレイン電極１８と同層で同じ金属材料に
より補助容量電極２３が島状に形成され、このような島
状の補助容量電極２３の直上の絶縁保護膜２０および画
素電極２１には、後述する柱状のスペーサより若干大き
な径を有する孔（コンタクトホール）２２ｂが形成され
ている。さらに、これら全体の上にはポリイミド等から
なる配向膜（図示を省略。）が塗布され、ラビングによ
る配向処理がなされている。

【００１５】一方、対向基板においては、ガラス基板の
ような透明な絶縁基板９上に遮光層（ブラックマトリク
ス）２４が形成され、また赤色、緑色、青色の各着色層
を所定のパターンで形成することにより、カラーフィル
タ（図示を省略。）が形成されている。そして、カラー
フィルタの形成において、赤色着色層Ｒ、緑色着色層Ｇ
および青色着色層Ｂを、それぞれ遮光層２４上の所定の
位置に順に積層形成することにより、柱状のスペーサ２
５が形成されている。さらに、カラーフィルタ上にＩＴ
Ｏからなる対向電極２６が形成されるとともに、この対
向電極２６が柱状スペーサ２５の外周面を覆って形成さ
れており、さらにその上にポリイミドからなる配向膜
（図示を省略。）が塗布形成され、ラビングによる配向
処理がなされている。

【００１６】さらに、このような対向基板と前記したＴ
ＦＴアレイ基板とが、配向膜が形成された面を内側に
し、かつ対向基板側に突出形成された柱状スペーサ２５
が、ＴＦＴアレイ基板側に形成された大径のコンタクト
ホール２２ｂ内に収容配置されるように、対向配置さ
れ、柱状スペーサ２５の外周面を覆って形成された対向
電極２６とＴＦＴアレイ基板の補助容量電極２３とが電
気的に接続されている。そして、これらの基板間にＴＮ
液晶のような液晶組成物２７が挟持されている。なお、
配向膜は、対向電極２６を構成する透明材料および補助
容量電極２３を構成する金属材料のいずれに比べても、
硬度が小さい。そのため、対向電極２６を補助容量電極
２３に当接させた場合には、直ちに配向膜が剥がれ、こ
れらの電極が直接接触して電気的接続がなされる。

【００１７】このように構成される液晶表示装置におい
ては、画素の補助容量が、島状の補助容量電極２３と、
その上層に第２の絶縁層である絶縁保護膜２０を介して
配置された画素電極２１との間に形成されているため、
ＴＦＴ１２の上層に画素電極２１を配置した従来の画素
上置き型の液晶表示装置に比べて、より小さい電極面積
で同等の補助容量を形成することができる。したがっ
て、開口率が向上し、高輝度で良好な表示が得られる。

【００１８】また、対向基板側に形成された柱状スペー
サ２５が、補助容量電極２３の直上の大径のコンタクト
ホール２２ｂ内に収容配置され、柱状スペーサ２５の外
周面上の対向電極２６と補助容量電極２３とが電気的に
接続されているので、これらの電極を同一の電源により
駆動し、補助容量電極２３への給電を対向電極２６を経
て行なうことができる。したがって、補助容量電極２３
への給電のための配線を基板周辺部まで引き出す必要が
無く、額縁部の狭小化を図ることができる。

【００１９】さらに、横クロストーク不良の一因とし
て、信号電圧の変化に伴う補助容量電極２３および対向
電極２６の電位変動が挙げられるが、本実施例の液晶表
示装置では、補助容量電極２３と信号線１１との間の交
差部容量がなく、かつ十分に抵抗値の低い対向電極２６
が用いられているため、前記した電位の変動がほとんど
なく、したがって電位変動に起因する横クロストークも
生じることがない。また、前記した交差部容量がないこ
とにより、駆動回路の消費電力が大幅に低減され、さら
に、画素−配線間のショートや層間のショート不良も発
生しにくいため、歩留まりが向上する。

【００２０】次に、本発明の液晶表示装置の第２の実施
例を、図３乃至図５に基づいて説明する。なお、これら
の図において、図１および図２と同一の部分には同一の
符号を付して説明を省略する。

【００２１】第２の実施例の液晶表示装置では、ＴＦＴ
アレイ基板において、信号線１１等と同層で同じ材料に
より形成された島状の補助容量電極２３が、走査線１０
と交差部を有しており、この交差部において、下層の走
査線１０と上層の補助容量電極２３との間に、第１の絶
縁層であるゲート絶縁膜１４と半導体層１５および低抵
抗半導体層１６が、下からこの順に積層されて介在され
ている。また、画素部において、補助容量電極２３の上
には第２の絶縁層である絶縁保護膜２０を介して画素電
極２１が配置されており、画素への補助容量が形成され
ている。さらに、補助容量電極２３と走査線１０との交
差部では、補助容量電極２３の上に形成された絶縁保護
膜２０にコンタクトホール２２ｂが形成されており、こ
のコンタクトホール２２ｂ内に、対向基板側において３
色の着色層の積層により形成された柱状スペーサ２５が
収容配置され、柱状スペーサ２５の外周面に被覆形成さ
れた対向電極２６と補助容量電極２３とが電気的に接続
されている。

【００２２】このように構成される第２の実施例の液晶
表示装置においては、前記した第１の実施例と同様に、
歩留まりが高く高輝度で良好な表示が得られるうえに、
駆動回路の消費電力が低減され、液晶表示装置全体の消
費電力も低減される。また、この実施例の液晶表示装置
では、コンタクトホール２２ｂが走査線１０上に設けら
れているので、第１の実施例の液晶表示装置に比べて、
画素電極２１を遮る電極部（補助容量電極２３）の面積
が少なくなり、開口率が向上する。

【００２３】さらに、本発明の液晶表示装置の第３の実
施例を、図６および図７に基づいて説明する。これらの
図においても、図１および図２と同一の部分に同一の符
号を付して説明を省略する。

【００２４】この実施例では、ＴＦＴアレイ基板におい
て、ＴＦＴ１２は、走査線１０から延出して形成された
ゲート電極１３と、ゲート絶縁膜１４と、半導体層１５
と、低抵抗半導体層１６と、エッチング保護膜１７と、
信号線１１から延出して形成されたドレイン電極１８
と、ドレイン電極１８と同層に形成された島状のソース
電極１９とから構成され、ソース電極１９は、後述する
画素電極２１と直接接続されている。

【００２５】また、ＴＦＴ１２近傍の画素部には、走査
線１０およびゲート電極１３と同層で同じ金属材料によ
り、島状の補助容量電極２３が形成されている。さら
に、画素部においては、補助容量電極２３の上層に、第
１の絶縁層であるゲート絶縁膜１４を介して画素電極２
１が形成配置され、補助容量が形成されている。

【００２６】さらに、補助容量電極２３の上のゲート絶
縁膜１４と画素電極２１、および第２の絶縁層である絶
縁保護膜２０には、連続したコンタクトホール２２ｂが
形成されており、このコンタクトホール２２ｂ内に、対
向基板側において３色の着色層の積層により形成された
柱状スペーサ２５が収容配置され、柱状スペーサ２５の
外周面に被覆形成された対向電極２６と補助容量電極２
３とが電気的に接続されている。

【００２７】このように構成される第３の実施例の液晶
表示装置においても、開口率が高く良好な表示が得られ
る。また、層間ショート不良の発生が低減され、歩留ま
りが向上する。さらに、駆動回路の消費電力が低減さ
れ、装置全体の消費電力も低減される。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置においては、第１の基板側に補助容量電
極が島状にパターンニングされて形成されており、かつ
この補助容量電極が、その上の絶縁層などに形成された
コンタクトホールを介して、第２の基板側の柱状スペー
サ外周面の対向電極と電気的に接続されているので、補
助容量電極への給電を対向電極側から行なうことがで
き、補助容量電極への給電のための配線をなくすことが
できる。

【００２９】したがって、容量形成に最も有利な設計で
補助容量電極を形成して、電極面積を小さくすることが
でき、開口率が向上する。また、補助容量線と信号線と
の交差部がなくなるため、層間ショートがなくなり歩留
まりが向上するうえに、交差部容量がなくなるため、駆
動回路の消費電力が低減される。さらに、周辺部（額縁
部）における補助容量線の引き回しが不要なため、狭額
縁化が達成される。

【００３０】このように本発明によれば、開口率が高く
低消費電力で額縁部の狭い液晶表示装置を、高い歩留ま
りで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の第１の実施例におい
て、液晶セルの要部を対向基板側から透視した拡大平面
図。

【図２】図１におけるＴＦＴ部並びに補助容量部のＡ−
Ａ線に沿った断面図。

【図３】本発明の液晶表示装置の第２の実施例におい
て、液晶セルの要部を対向基板側から透視した拡大平面
図。

【図４】図３におけるＴＦＴ部並びに補助容量部のＡ−
Ａ線に沿った断面図。

【図５】図３における柱状スペーサ設置部のＢ−Ｂ線に
沿った断面図。

【図６】本発明の液晶表示装置の第３の実施例におい
て、液晶セルの要部を対向基板側から透視した拡大平面
図。

【図７】図６におけるＴＦＴ部並びに補助容量部のＡ−
Ａ線に沿った断面図。

【図８】従来からの液晶表示装置に用いるアレイ基板の
１画素相当分の平面図。

【符号の説明】

９………絶縁基板１０………走査線１１………信号線１２………ＴＦΤ １３………ゲート電極１４………ゲート絶縁膜１５………半導体層１６………低抵抗半導体層１７………エッチング保護膜１８………ドレイン電極１９………ソース電極２０………絶縁保護膜２１………画素電極２２ａ、２２ｂ………コンタクトホール２３………島状の補助容量電極２４………遮光層２５………柱状スペーサ２６………対向電極２７………液晶組成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に層間絶縁膜を介して交差し
て形成された複数本の走査線および信号線と、前記走査
線と信号線により形成されたマトリクス状の区画にそれ
ぞれ設けられた画素電極と、これらの画素電極ごとに設
けられた薄膜トランジスタと、前記画素電極との間に容
量を形成する補助容量電極とを有する第１の基板と、前
記第１の基板との間隙を保つために複数の着色層の積層
により形成された複数の柱状スペーサと、これらの柱状
スペーサの外周面を被覆する対向電極とを有し、前記第
１の基板と対向して配置された第２の基板と、前記第１
の基板と第２の基板との間に挟持された液晶層とを備え
て成り、前記補助容量電極を、前記信号線との交差部を持たない
ように島状に形成するとともに、該補助容量電極の上層
にコンタクトホールを形成し、かつこれらのコンタクト
ホール内に前記柱状スペーサを収容配置して、該柱状ス
ペーサの外周面を覆う対向電極と前記補助容量電極とを
電気的に接続したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記補助容量電極は、前記層間絶縁膜上
に前記信号線と同層で形成され、かつ前記画素電極はこ
れらの補助容量電極の上に絶縁層を介して設けられるこ
とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記補助容量電極は、前記走査線と交差
部を有し、かつこれらの交差部に前記コンタクトホール
が設けられることを特徴とする請求項２記載の液晶表示
装置。
【請求項４】前記層間絶縁膜は、前記薄膜トランジス
タ用のゲート絶縁膜であることを特徴とする請求項２記
載の液晶表示装置。