JP3935305B2 - 液晶装置用基板及び液晶装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置用基板及び液晶装置に関し、特にアクティブマトリクス型の液晶装置用基板及び液晶装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶を配して成り、液晶の配向状態に応じて液晶を通過する光を変調させて表示を行うものである。特に、クロストークが生じず、画質に優れるアクティブマトリクス型の液晶装置は、種々の電子機器等のディスプレイに広く用いられている。
【０００３】
このようなアクティブマトリクス型の液晶装置としてＴＦＴ液晶装置を例にとると、図８に示すように、当該液晶装置の一方の基板であるＴＦＴアレイ基板１２０は以下の構成を備えている。
この図において、所定の基板上にマトリクス状に複数の画素電極１０１が形成され、各画素電極１０１の横の辺に沿って走査線１０４が延設され、画素電極１０１の縦の辺に沿ってデータ線１０３が延設されている。又、画素電極１０１の下側の周縁部近傍には補助容量線１０６が横方向に延設され、該補助容量線１０６の一部は分岐部１０６ａをなして画素電極１０１の縦方向に延びている。さらに、データ線１０３及び走査線１０４の下の所定位置には半導体層１０８が形成され、走査線１０４等とともに画素電極１０１を制御するスイッチング素子（薄膜トランジスタ）１１１を構成している。
【０００４】
この半導体層１０８はコンタクトホール１１４を介してデータ線１０３に接続され、この部分の半導体層がソース領域をなしている。又、半導体層１０８はコンタクトホール１１６を介してドレイン電極１１２の一端に接続され、この部分の半導体層がドレイン領域をなしている。一方、ドレイン電極１１２の他端はコンタクトホール１１８を介して画素電極１０１に接続されている。なお、半導体層１０８におけるコンタクトホール１１４とコンタクトホール１１６の間の部分はＵ字状部１０８ａをなし、当該Ｕ字状部１０８ａは走査線１０４と２回交差しており、このＴＦＴ１１１はデュアルゲート型ＴＦＴになっている。
そして、この半導体層１０８の一部は、補助容量線１０６の分岐部１０６ａの下にも延びていて、半導体層１０８と補助容量線１０６とによって蓄積容量部１０５が形成されている。
【０００５】
ところで、上記した補助容量線１０６と走査線１０４とは、通常同一の層をパターニングして形成され、これらが接触すると配線間ショートにより線欠陥が生じるので、両者は互いに離間配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合には次の問題が生じる。つまり、図９に示すように、補助容量線１０６と走査線１０４との間の部分において、走査線１０４が形成されずに基板が表出する領域２１０が存在し、この部分で光漏れが生じるという問題がある。又、例えば画素電極１０１の図示２００方向に配向膜のラビング処理を行なった場合、該画素電極１０１の下側周縁部（領域２２０）では、隣接する画素電極からの横電界の影響等により、液晶の配向異常が生じていわゆるディスクリネーションラインが現われ、画像品質が低下する。
【０００７】
このようなことから、通常、ＴＦＴアレイ基板１２０と対向する基板側には、上記した領域２１０からの光漏れを防止し、領域２２０での画質不良部分を隠蔽するための遮光層（ブラックマトリクス）が格子状に形成されている。
ところが、当該遮光層を形成するためには、製造工程を１工程増やす必要があり、その分だけ生産効率が低下する。又、ＴＦＴアレイ基板１２０と対向基板を貼り合わせる際の位置ずれを考慮し、通常は各画素電極１０１の周縁部とオーバーラップするように遮光層が形成されているので、その分だけ液晶装置の開口率（基板の面積に対する画像表示部の面積が占める割合）が低下するという問題もある。
【０００８】
一方で、データ線１０３や走査線１０４の幅を広げてこれらを画素電極１０１の周縁部に重ね、遮光層とすることが理想ではあるが、このようにすると、開口率が低下し、又、当該データ線１０３や走査線１０４の容量が増加して配線遅延が生じるので好ましくない。
本発明は、液晶装置用基板における上記した問題を解決し、遮光層を形成する工程を不要とし、生産効率と開口率を向上させた液晶装置用基板及び液晶装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の液晶装置用基板は、基板の表面に、スイッチング素子によって制御される画素電極がマトリクス状に形成され、隣接する画素電極の間には、各画素電極の互いに交差する辺に平行に延びる間隙部がそれぞれ形成され、
そのうち少なくとも一の方向に延びる間隙部には、これに隣接する画素電極の周縁部に重なるようにして遮光層となる補助容量線が配設され、
前記補助容量線には、前記画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するためのコンタクトホールが穿設されていることを特徴とする。
このような構成によれば、前記間隙部及び画素電極の周縁部が補助容量線により確実に遮光されるので、画像のコントラストが向上する。そして、補助容量線によって遮光層を兼用しているので、別途遮光層を形成する工程を省略することができる。さらに、遮光層となる補助容量線が画素電極と同一基板側に形成されているので、遮光層と画素電極との重なり量を最小限にして開口率を向上させることができる。これらに加え、開口率を下げるコンタクトホールが非表示部である補助容量線に穿設されているので、その分開口率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の液晶装置用基板においては、前記補助容量線は、液晶分子の配向異常が生じている部分に少なくとも配設されていることが好ましい。
このようにすると、液晶分子の配向異常による画質低下部分を隠蔽して画質を向上させることができる。
【００１１】
又、前記一の方向と直交する方向からみたとき、前記補助容量線とこれに隣接する一方の画素電極の周縁部との重なり部分の長さは、該補助容量線とこれに隣接する他方の画素電極の周縁部との重なり部分の長さより長く、前記一方の画素電極との重なり部分における補助容量線に前記コンタクトホールが穿設されていることが好ましい。
さらに、前記一の方向は、前記画素電極の表面に形成された配向膜のラビング方向と平行でないことが好ましい。
そして、各画素電極からみたとき、該各画素電極の対向する周縁部にそれぞれ重ねられた補助容量線のうち、前記ラビング方向の始点側に位置する補助容量線の側に前記コンタクトホールが穿設されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の液晶装置は、前記液晶装置用基板と、該液晶装置用基板に液晶を介して対向配置される対向基板とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶装置用基板について、図１ないし図６に基づいて説明する。なお、本発明における「液晶装置用基板」とは、液晶装置を構成する一方の基板であって、少なくとも複数の画素電極、各画素電極を制御するスイッチング素子、及び補助容量線を備えたものをいうが、その他については特に制限はなく、カラーフィルタ等を適宜備えてもよい。なお、スイッチング素子としては薄膜トランジスタ(以下「ＴＦＴ」という）を用いることが好ましく、この場合には液晶装置用基板側に走査線とデータ線が形成される。
【００１４】
この液晶装置用基板２０は、図１に示すようにして構成されている。すなわち、ガラス等から成る所定の基板上に、インジウム錫酸化膜（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電性薄膜からなる縦長矩形状の画素電極１がマトリクス状に複数個設けられ、各画素電極１の近傍には後述するＴＦＴ（スイッチング素子）１１がそれぞれ配設されている。そして、隣接する画素電極１の間には、当該画素電極１の一の方向（横方向の辺）に平行に延びる間隙部７Ａ、及び、該間隙部７Ａと交差し、画素電極１の縦方向の辺に平行に延びる間隙部７Ｂが形成されている。さらに、上記間隙部７Ａには広幅の補助容量線６が配設され、間隙部７Ｂにはデータ線３が配設されている。又、画素電極１の横方向の辺に平行に、かつ、画素電極１を横断するようにして走査線４が延設されている。補助容量線６は、画素電極１と対向電極との間で一定期間保持された画像信号がリークするのを防ぐものであり、画素電極と対向電極との間に形成される液晶容量と並列な蓄積容量をなしている。この場合、誘電体膜となるゲート絶縁層を介して、補助容量線６と半導体層８とを対向配置することにより、全体として蓄積容量が構成されている。なお、補助容量線６の一部は縦方向に延びる分岐部６ａを備え、該分岐部６ａはデータ線３の一部を覆っている。つまり、１画素をとってみたとき、補助容量線６は略Ｈ状に形成されている。
【００１５】
データ線３、走査線４、及び補助容量線６の下の所定位置には逆Ｌ字状の半導体層８が形成され、画素電極１を制御するＴＦＴ１１を構成している。この半導体層８の一端はコンタクトホール１４を介してデータ線３に接続され、ここから横に延びた後に直角に折曲して走査線４と交差し、他端が片状部をなしている。この片状部は補助容量線６の下に位置し、該片状部の上にはドレイン電極１２が形成されている。そして、ドレイン電極１２の一端部はコンタクトホール１６を介して半導体層８に接続され、他端部はコンタクトホール１８を介して画素電極１に接続されている。つまり、画素電極１はコンタクトホール１８を介してＴＦＴ１１に電気的に接続されている。
【００１６】
なお、走査線４は縦方向に延びる舌片部を備えており、走査線４の本体部分及び当該舌片部の２個所で半導体層８の逆Ｌ字部と交差し、この部分における半導体層がそれぞれチャネル領域１０ａ、１０ｂをなし、デュアルゲート型のＴＦＴが構成されている。そして、走査線４に印加された信号に基づいて、ドレイン電極１２を介してデータ線３と画素電極１の間を流れる電流の制御が行われている。
【００１７】
上記した液晶装置用基板２０の断面構造は、図２に示すようになっている。
この図において、基板２の表面には例えばポリシリコン膜から成る半導体層８が形成され、半導体層８及び基板２を覆うようにしてゲート絶縁層２２が形成されている。そして、ゲート絶縁層２２を介し、半導体層８上の所定位置にゲート電極をなす走査線４、及び補助容量線６が同一層として配設され、さらに、走査線４、補助容量線６、及びゲート絶縁層２２を覆うようにして第１層間絶縁層２４が形成されている。第１層間絶縁層２４の上には、データ線３及びドレイン電極１２が形成され、これらはそれぞれコンタクトホール１４、１６に接続され、各コンタクトホール１４、１６は、第１層間絶縁層２４及びゲート絶縁層２２を貫通して半導体層８に接続されている。又、データ線３、ドレイン電極１２、及び第１層間絶縁層２４の上には第２層間絶縁層２６が形成され、第２層間絶縁層２６の上に画素電極１が形成されている。そして、画素電極１はコンタクトホール１８に接続され、コンタクトホール１８は第２層間絶縁層２６を貫通してドレイン電極１２に接続されている。さらに、画素電極１の表面には後述するラビング方向に配向膜２８が形成されている。なお、この図において、液晶装置用基板２０には対向基板５０が対向配置され、全体として液晶装置６０が構成されているが、対向基板５０及び液晶装置６０の説明については後述する。
【００１８】
液晶装置用基板２０において、画像表示部は次のように構成されている。まず、画素電極１の周縁部と重なるようにして配設された補助容量線６が、前記間隙部７Ａの延びる方向（図１の横方向）における遮光層（ブラックマトリクス）３２をなしている。又、画素電極１のうち補助容量線６（詳しくは、さらに走査線４及びドレイン電極１２）と重なっていない部分は画像表示部３４となっている。一方、間隙部７Ｂの延びる方向（図１の縦方向）では、画素電極１の周縁部に重なる図示しないデータ線３と補助容量線６（の分岐部６ａ）が遮光層３２をなしている。なお、上記した遮光層は、主に液晶装置を透過表示する際に有効となるものであり、遮光層の端縁が画像表示部の大きさ（開口率）を規定することになる。
【００１９】
かかる液晶装置用基板２０を上面から見たときの遮光層３２の配設状態は、図３に示すようになっていて、間隙部７Ａは補助容量線６（図のクロスハッチ部分）により遮光され、間隙部７Ｂはデータ線３と補助容量線６の分岐部６ａによって遮光されている。又、走査線４により画素電極の一部が遮光されている。
【００２０】
このように、前記各間隙部７Ａ、７Ｂ、及び画素電極の周縁部が補助容量線（とデータ線）により確実に遮光されているので、画像のコントラストをより向上させることができる。そして、補助容量線（とデータ線）によって遮光層を兼用しているので、別途遮光層を形成する工程を省略することができる。さらに、遮光層となる補助容量線が画素電極と同一基板側に形成されているので、対向基板側に遮光層を形成する場合のように基板の貼り合せ時の位置ずれを考慮する必要がなく、遮光層と画素電極との重なり量を最小限にして開口率を向上させることができる。
【００２１】
これらに加え、本発明においては、補助容量線６に（画素電極１とＴＦＴ１１とを電気的に接続するための）コンタクトホール１８が穿設されていることが特徴になっている。この場合、コンタクトホール１８は、画面表示に寄与しないので、開口率を下げる原因となる。そこで、非表示部である補助容量線６にコンタクトホール１８を穿設することにより、その分開口率を向上させることができる。そして、補助容量線６はデータ線３や走査線４のように配線遅延の問題を考慮する必要がないので、それだけ寸法の設計自由度が大きく、例えば該補助容量線６を広幅にすることによりコンタクトホール１８を容易に形成することができる。上記したコンタクトホール１８を補助容量線６に形成する位置は特に制限されないが、コンタクトホールがあまり補助容量線６の端部に近いと、コンタクトホールを穿設する際の精度誤差から、当該コンタクトホールがデータ線３の側壁まで導通する虞がある。このようなことから、補助容量線６の中央部近傍にコンタクトホールを穿設することが好ましい。
【００２２】
特に、コンタクトホールを穿設する際には、補助容量線６上に形成された絶縁膜を切る必要があるが、この絶縁膜がアクリル樹脂等からなる場合には切断精度が低下するので、その分だけコンタクトホールの径を大きく（約７〜８μｍ）することが必要となる。通常、補助容量への充電時間を短くする必要性から当該補助容量線６の幅は走査線４に比べて太く、補助容量線６に容易に（大径）コンタクトホールを穿設することができる。なお、例えばコンタクトホールを矩形状とする際には、辺（長辺）の長さを「コンタクトホールの径」と称することとする。
【００２３】
次に、画素電極の表面に形成される配向膜のラビング方向と、補助容量線６の形成位置との好ましい関係について、図４乃至図６に基づいて説明する。なお、画素電極の表面に配向膜を塗布した後、所定方向にラビングすることにより、液晶分子をこの方向に配列させることができる。又、図５は、図４のＢ−Ｂ’線に沿う（間隙部７Ａの延びる方向と直交する方向からみた）断面図であり、図６は、補助容量線６近傍における図１の部分拡大図である。
【００２４】
図４において、配向膜のラビング方向Ｌは、図示右下から左上へ向かう方向になっていて、各画素電極１ａ、１ｂの下端部側がラビングの際の始点側に位置している。この場合、例えば液晶画面のフリッカを低減するために画素反転駆動方式を採用した場合、各画素電極１ａ、１ｂの間には、図の縦方向に向かう電位差（横電界）が生じる。そして、その部分では液晶分子の配向状態が乱され、該横電界が生じていない部分に比べて液晶分子の配向状態が大きく変化し、その境界部分がディスクリネーションＤとして現われて画質低下を招くことになる。特に、ラビングの始点側では、ディスクリネーションＤが画素電極の内側部分に現われるので、その分だけ画質低下が顕著になる。
【００２５】
このことについて図５に基づいて説明すると、同図のＢ’からＢへ向かってラビングを行なった場合、液晶分子はこのラビング方向Ｌに平行に、かつこの方向に向かって広がるプレチルト角αを持って配向するようになる。ところが、隣接する画素電極１ａ、１ｂ間に横電界が生じると、この部分では液晶分子は横電界に沿って並ぶようになり、液晶分子の配向角度が初期のαから変化し、配向異常（配向ムラ）が生じる（領域Ｒ）。特に、ラビングの始点側（図の１ｓ近傍）では横電界の及ぶ範囲が広く、その分だけラビングの終点側（図の１ｔ近傍）に比べて配向異常が生じる領域も広範囲になる。そこで、本発明においては、補助容量線６を形成する領域Ｙを配向異常領域Ｒより広くして、該配向異常領域を確実に隠蔽するようにすることが好ましい。
【００２６】
つまり、図６に示すように、ディスクリネーションＤが画面の内側に現れている画素電極１ａの下側周縁部では、補助容量線６の延設部分を大きくして該画素電極１ａとの重なり部分の長さ１ｓを長くする。一方、ディスクリネーションＤが比較的画面の外側に現れている画素電極１ｂの上側周縁部では、補助容量線６の延設部分を小さくして重なり部分の長さ１ｔを短くすればよい。この場合、重なり部分１ｔに比べて重なり部分１ｓの方が幅広であるので、当該重なり部分１ｓにおける補助容量線６の側に、コンタクトホール１８を形成することが好ましい。
【００２７】
なお、補助容量線６を配設する方向は、配向膜のラビング方向Ｌと平行でないこと、つまり、間隙部７Ａの延びる方向がラビング方向Ｌと所定の角度θを有していることが好ましい。角度θ＝０である場合は、図６においてラビングの始点が画素電極１ａの右側になり、それに伴ってディスクリネーションＤも画素電極１ａの右側、つまり方向７Ａと直交する方向に表れるようになる。ところが、原則としてこの方向には補助容量線６が形成されていないか、又は形成されていても画素電極１ａとの重なり部分が小さいため、ディスクリネーションＤを有効に隠蔽することができなくなる虞があるからである。
【００２８】
次に、上記した液晶装置用基板２０を用いた液晶装置６０について、前述した図２に基づいて説明する。
この図において、液晶装置６０は液晶装置用基板２０に対向基板５０を対向配置することにより製造される。この対向基板５０において、ガラス等の基板５２の表面には、それぞれ３原色のいずれかをなすカラーフィルタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃが適宜形成され、その上に保護層５８を介してＩＴＯ等から成る対向電極５８が基板５２の全面に形成されている。なお、各カラーフィルタ５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、各画素電極１に対応した位置に配設され、対向電極５８の表面には配向膜５９が形成されている。そして、各基板２０，５０の間に所定のシール材を用いて液晶４０を介装することにより液晶装置６０が構成される。
【００２９】
この液晶装置６０は、図７に示すような等価回路を有し、次のようにして動作が行われる。
まず、画像信号を供給するデータ線３（信号線）はＴＦＴ１１のソース領域に接続され、画素電極１は、ＴＦＴ１１のドレイン領域に接続されている。そして、ＴＦＴ１１のゲートには走査線４が接続され、スイッチング素子であるＴＦＴ１１を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線３から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。この画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線３同士に対して、グループ毎に供給するようにしても良い。又、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、走査線４に所定のタイミングでパルス的に、この順に線順次で印加される。
【００３０】
画素電極１を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、対向基板５０に形成された対向電極５８（図示せず）との間で一定期間保持される。そして、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極１と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に、前述の補助容量線６で構成される蓄積容量５を付加する。このようにして、例えば画素電極１の電圧は、蓄積容量５によりソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持され、保持特性はさらに改善され、液晶装置のコントラスト比が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、間隙部及び画素電極の周縁部が補助容量線により確実に遮光されるので、画像のコントラストが向上する。そして、補助容量線によって遮光層を兼用しているので、別途遮光層を形成する工程を省略することができる。さらに、遮光層となる補助容量線が画素電極と同一基板側に形成されているので、遮光層と画素電極との重なり量を最小限にして開口率を向上させることができる。これらに加え、開口率を下げるコンタクトホールが非表示部である補助容量線に穿設されているので、その分開口率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の液晶装置用基板を示す上面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】 液晶装置用基板における、画像表示部と遮光層の配設状態を示す上面図である。
【図４】 画素電極における配向膜のラビング方向を示す図である。
【図５】 図４のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図６】 補助容量線の近傍における図１の部分拡大図である。
【図７】 液晶装置の画像表示領域を構成する複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。
【図８】 従来の液晶装置用基板を示す上面図である。
【図９】 従来の液晶装置用基板における、非遮光部及びディスクリネーションが生じる領域を示す上面図である。
【符号の説明】
１ 画素電極
１ｓ、１ｔ 画素電極と補助容量線の重なり部分の長さ
２ 基板
３ データ線
４ 走査線
６ 補助容量線
６ａ 補助容量線の分岐部
７Ａ 一の方向に延びる間隙部
７Ｂ 一の方向と交差する方向に延びる間隙部
１１ スイッチング素子（ＴＦＴ）
１８ コンタクトホール
２０ 液晶装置用基板
３２ 遮光層
５０ 対向基板
６０ 液晶装置
Ｌ ラビング方向

Claims (8)

1. 基板の表面に、スイッチング素子によって制御される画素電極がマトリクス状に形成され、隣接する画素電極の間には、各画素電極の互いに交差する辺に平行に延びる間隙部がそれぞれ形成され、
   そのうち少なくとも一の方向に延びる間隙部には、これに隣接する画素電極の周縁部に重なるようにして遮光層となる補助容量線が配設され、
   前記補助容量線には、前記画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するためのコンタクトホールが穿設され、
   前記補助容量線は、前記一の方向と直交する方向に分岐部を備え、
   前記画素電極の前記一の方向の辺に平行に、前記画素電極を横断するように走査線が延設され、前記走査線は前記一の方向と直交する方向に延びる舌片部を備えており、前記スイッチング素子が備える半導体層と前記走査線の本体部分及び前記舌片部の２箇所で交差する
   ことを特徴とする液晶装置用基板。
2. 前記補助容量線は、１画素をとってみたとき略Ｈ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置用基板。
3. 前記分岐部は、データ線の一部を覆い、該データ線の一部よりも太いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶装置用基板。
4. 前記補助容量線は、液晶分子の配向異常が生じている部分に少なくとも配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶装置用基板。
5. 前記補助容量線は、走査線に沿って設けられ、
   前記一の方向と直交する方向からみたとき、前記補助容量線とこれに隣接する一方の画素電極の周縁部との重なり部分の長さは、該補助容量線とこれに隣接する他方の画素電極の周縁部との重なり部分の長さより長く、
   前記一方の画素電極との重なり部分における補助容量線に前記コンタクトホールが穿設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶装置用基板。
6. 前記一の方向は、前記画素電極の表面に形成された配向膜のラビング方向と平行でないことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液晶装置用基板。
7. 各画素電極からみたとき、該各画素電極の対向する周縁部にそれぞれ重ねられた補助容量線のうち、前記ラビング方向の始点側に位置する補助容量線の側に前記コンタクトホールが穿設されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶装置用基板。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液晶装置用基板と、該液晶装置用基板に液晶を介して対向配置される対向基板とを備えたことを特徴とする液晶装置。

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