JP4055778B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
なお、このような構成からなる液晶表示装置としては、例えば特許文献1、特許文献2および特許文献3に詳述されている。
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、いわゆる縦スミアの抑制でき、かつ、生産性が良好で、低消費電力を図った液晶表示素子を提供することにある。
一方の透明基板側に形成されている映像信号線に対して、平面的に見て完全に重畳させた状態で基準電極が有機絶縁膜上に形成されていることにより、映像信号線から発生する不要な電気力線のほとんど全てが、基準電極に終端する。したがって、横電界を用いる本発明の表示方式のような表示方式において特有の漏洩電界によるクロストークが解消される。これにより、従来、クロストークを低減するために、映像信号線の両脇、または対向基板上に配置していたシールド電極より、漏洩電界を完全にシールドできるため、画素の水平方向を表示用電極と基準電極および開口部で占有できる。また、映像信号線と基準電極間の隙間を隠す必要もなくなるため、垂直方向の遮光膜(ブラックマトリクス)もなくなる。これにより、横電界を用いる表示方式の最大の欠点である低開口率を抜本的に改善することができ、50%を越える開口率を実現できる。すなわち、本発明では高開口率と低スミアの両立が可能となる。
有機絶縁膜は、無機絶縁膜と比較して、その比誘電率が約半分(比誘電率εrが3程度)である。また、有機膜は無機膜と比較して厚みを厚くすることが容易であるので、映像信号線と基準電極間の距離が広がる。これ映像信号線に基準電極を完全に覆い被せても、映像信号線と基準電極間に形成される容量はかなり小さくできる。したがって、映像信号線から見たときの負荷が軽くなるため、映像信号の配線伝搬遅延が小さくなり、信号電圧が十分に表示電極に充電でき、かつ、映像信号線を駆動するための駆動回路の縮小ができるようになる。
有機膜は、平坦性が非常に良いので、有機膜を能動素子を形成する基板の最上層に塗布することにより有機膜を能動素子を形成する基板の平坦度を向上することができる。これにより、基板間のギャップのばらつきによる輝度(透過率)−電圧特性のばらつきをなくすことができ、輝度の均一性を向上することできる。
以下、アクティブ・マトリクス方式のカラー液晶表示装置に本発明を適用した実施例を説明する。なお、以下説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は本発明のアクティブ・マトリクス方式カラー液晶表示装置の一画素とその周辺を示す平面図である。
図2は図1の6−6切断線における断面を示す図、図3は図1の7−7切断線における薄膜トランジスタTFTの断面図、図4は図1の8−8切断線における蓄積容量Cstgの断面を示す図である。図5〜図7に示すように、液晶組成物層LCを基準にして下部透明ガラス基板SUB1側には薄膜トランジスタTFT、蓄積容量Cstgおよび電極群が形成され、上部透明ガラス基板SUB2側にはカラーフィルタFIL、遮光膜(ブラックマトリクス)BMが形成されている。
まず、下側透明ガラス基板SUB1側(TFT基板)の構成を詳しく説明する。
薄膜トランジスタTFTは、ゲート電極GTに正のバイアスを印加すると、ソース−ドレイン間のチャネル抵抗が小さくなり、バイアスを零にすると、チャネル抵抗は大きくなるように動作する。
ゲート電極GTは走査信号線GLと連続して形成されており、走査信号線GLの一部の領域がゲート電極GTとなるように構成されている。ゲート電極GTは薄膜トランジスタTFTの能動領域を超える部分である。本例では、ゲート電極GTは、単層の導電膜g3で形成されている。導電膜g3としては例えばスパッタで形成されたクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜が用いられるがそれに限ったものではない。
走査信号線GLは導電膜g3で構成されている。この走査信号線GLの導電膜g3はゲート電極GTの導電膜g3と同一製造工程で形成され、かつ一体に構成されている。この走査信号線GLにより、外部回路からゲート電圧(走査電圧)Vgをゲート電極GTに供給する。本例では、導電膜g3としては例えばスパッタで形成されたクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜が用いられる。また、走査信号線GLおよびはゲート電極GTは、クロム−モリブデン合金のみに限られたものではなく、たとえば、低抵抗化のためにアルミニウムまたはアルミニウム合金をクロム−モリブデンで包み込んだ2層構造としてもよい。さらに、映像信号線DLと交差する部分は映像信号線DLとの短絡の確率を小さくするため細くし、また、短絡しても、レーザートリミングで切り離すことができるように二股にしても良い。
対向電圧信号線CLは導電膜g3で構成されている。この対向電圧信号線CLの導電膜g3はゲート電極GT、走査信号線GLおよび対向電極CTの導電膜g3と同一製造工程で形成され、かつ対向電極CTと電気的に接続できるように構成されている。この対向電圧信号線CLにより、外部回路から対向電圧Vcomを対向電極CTに供給する。また、対向電圧信号線CLは、クロム−モリブデン合金のみに限られたものではなく、たとえば、低抵抗化のためにアルミニウムまたはアルミニウム合金をクロム−モリブデンで包み込んだ2層構造としてもよい。さらに、映像信号線DLと交差する部分は映像信号線DLとの短絡の確率を小さくするため細くし、また、短絡しても、レーザートリミングで切り離すことができるように二股にしても良い。
絶縁膜GIは、薄膜トランジスタTFTにおいて、ゲート電極GTと共に半導体層ASに電界を与えるためのゲート絶縁膜として使用される。絶縁膜GIはゲート電極GTおよび走査信号線GLの上層に形成されている。絶縁膜GIとしては例えばプラズマCVDで形成された窒化シリコン膜が選ばれ、2000〜4500Åの厚さに(本実施例では、3500Å程度)形成される。また、絶縁膜GIは走査信号線GLおよび対向電圧信号線CLと映像信号線DLの層間絶縁膜としても働き、それらの電気的絶縁にも寄与している。
i型半導体層ASは、非晶質シリコンで、150〜2500Åの厚さに(本実施例では、1200Å程度の膜厚)で形成される。層d0はオーミックコンタクト用のリン(P)をドープしたN(+)型非晶質シリコン半導体層であり、下側にi型半導体層ASが存在し、上側に導電層d3が存在するところのみに残されている。
ソース電極SD1、ドレイン電極SD2のそれぞれは、N(+)型半導体層d0に接触する導電膜d3から構成されている。。
映像信号線DLはソース電極SD1、ドレイン電極SD2と同層の導電膜d3で構成されている。また、映像信号線DLはドレイン電極SD2と一体に形成されている。本例では、導電膜d3はスパッタで形成したクロム−モリブデン合金(Cr−Mo)膜を用い、500〜3000Åの厚さに(本実施例では、2500Å程度)で形成される。Cr−Mo膜は低応力であるので、比較的膜厚を厚く形成することができ配線の低抵抗化に寄与する。また、Cr−Mo膜はN(+)型半導体層d0との接着性も良好である。導電膜d3として、Cr−Mo膜の他に高融点金属(Mo、Ti、Ta、W)膜、高融点金属シリサイド(MoSi2、TiSi2、TaSi2、WSi2)膜を用いてもよく、また、断線を防ぐために、アルミニウム等との積層構造にしてもよい。
導電膜d3は、薄膜トランジスタTFTのソース電極SD2部分において、対向電圧信号線CLと重なるように形成されている。この重ね合わせは、図1からも明らかなように、ソース電極SD2−d3を一方の電極とし、対向電圧信号CLを他方の電極とする蓄積容量(静電容量素子)Cstgを構成する。この蓄積容量Cstgの誘電体膜は、薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜として使用される絶縁膜GIで構成されている。
薄膜トランジスタTFT上には保護膜PSV1が設けられている。保護膜PSV1は主に薄膜トランジスタTFTを湿気等から保護するために形成されており、透明性が高くしかも耐湿性の良いものを使用する。保護膜PSV1はたとえばプラズマCVD装置で形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜で形成されており、0.05〜0.3μm程度の膜厚で形成する。保護膜PSV1は薄膜トランジスタ素子TFTのバックチャネル部の保護すなわちしきい値電圧Vthを安定させるのが主目的であるので、本実施例では薄膜トランジスタTFT部のみに島状に形成する。これにより、保護膜PSV1の応力による基板の反りが大幅に軽減できる。
保護膜PSV1には、有機膜PSV2が設けられている。有機膜PSV2は以下の目的で形成されており、透明性が高く、比誘電率が3程度の低いものを使用する。有機膜PSV2はたとえば塗布装置で形成したレジスト膜で形成されており、1〜3μm程度の膜厚で形成する。これにより、映像信号線とそれに覆い被せた対向電極との間の容量を大幅に軽減できる。これにより、映像信号線の負荷が大幅に軽減され、映像信号を駆動するための駆動LSIの回路規模を大幅に縮小できる。また、作用にも述べたように、有機保護膜PSV2は、薄膜トランジスタ基板の平坦度を向上させるのにも役立つ。これは、有機膜は、無機膜に比べて、平坦性が良く形成できることによる。
画素電極PXは、透明導電層i1で有機膜PSV2上に形成されている。この透明導電膜i1はスパッタリングで形成された透明導電膜(Indium-Tin-Oxide ITO:ネサ膜)からなり、100〜2000Åの厚さに(本実施例では、1400Å程度の膜厚)形成される。また、画素電極PXはスルーホールTH1を介して、ソース電極SD2に接続されている。
対向電極CTは透明導電層i1で有機膜PSV2上に形成されている。この透明導電膜i1はスパッタリングで形成された透明導電膜(Indium-Tin-Oxide ITO:ネサ膜)からなり、100〜2000Åの厚さに(本実施例では、1400Å程度の膜厚)形成される。また、対向電極CTはスルーホールTH2を介して、対向電圧信号線CLに接続されている。画素電極PXと同様、対向電極を透明にすることにより、白表示を行う時の最大透過率が向上する。また、対向電極CTで映像信号線DL上を完全に覆い隠すように構成し、映像信号線DLからの電気力線のほとんどを対向電極CTに終端させる。これにより、横電界方式特有の映像信号線からの漏洩電界が完全になくなるのでクロストークが完全に解消される。これは、横電界方式を用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置に特有の効果である。
次に、図1、図2に戻り、上側透明ガラス基板SUB2側(カラーフィルタ基板)の構成を詳しく説明する。
上部透明ガラス基板SUB2側には、不要な間隙部(画素電極PXと対向電極CTの間以外の隙間)からの透過光が表示面側に出射して、コントラスト比等を低下させないように遮光膜BM(いわゆるブラックマトリクス)を形成している。遮光膜BMは、外部光またはバックライト光がi型半導体層ASに入射しないようにする役割も果たしている。すなわち、薄膜トランジスタTFTのi型半導体層ASは上下にある遮光膜BMおよび大き目のゲート電極GTによってサンドイッチにされ、外部の自然光やバックライト光が当たらなくなる。
また、この遮光膜BMで各行各列の有効表示領域が仕切られる。従って、各行の画素の輪郭が遮光膜BMによってはっきりとする。
カラーフィルタFILは画素に対向する位置に赤、緑、青の繰り返しでストライプ状に形成される。カラーフィルタFILは遮光膜BMのエッジ部分と重なるように形成されている。
オーバーコート膜OCはカラーフィルタFILの染料の液晶組成物層LCへの漏洩の防止、および、カラーフィルタFIL、遮光膜BMによる段差の平坦化のために設けられている。オーバーコート膜OCはたとえばアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料で形成されている。また、オーバーコート膜オCとして、流動性の良いポリイミド等の有機膜を使用しても良い。
次に、液晶層、配向膜、偏光板等について説明する。。
液晶材料LCとしては、誘電率異方性Δεが正でその値が13.2、屈折率異方性Δnが0.081(589nm、20℃)のネマティック液晶を用いる。液晶層の厚み(ギャップ)は、3.9μmとし、リタデーションΔn・dは0.316とする。このリタデーションΔn・dの値により、後述の配向膜と偏光板と組み合わせ、液晶分子がラビング方向から電界方向に45°回転したとき最大透過率を得ることができ、可視光の範囲ないで波長依存性がほとんどない透過光を得ることができる。このリタデーションの範囲は、0.25〜0.32μmの範囲が十分な透過項を得るために好ましい。なお、液晶層の厚み(ギャップ)は、ポリマビーズで制御している。
配向膜ORIとしては、ポリイミドを用いる。ラビング方向は上下基板で互いに平行にし、かつ印加電界方向とのなす角度は75°とする。
偏光板POLとしては、日東電工社製G1220DUを用い、下側の偏光板POL1の偏光透過軸MAX1をラビング方向RDRと一致させ、上側の偏向板POL2の偏光透過軸MAX2を、それに直交させる。これにより、本発明の画素に印加される電圧(画素電極PXと対向電極CTの間の電圧)を増加させるに伴い、透過率が上昇するノーマリクローズ特性を得ることができ、また、電圧無印加時には、良質な黒表示ができる。また、上側と下側の偏光板の関係は、逆転させても良く、特性上大きな変化はない。
図5は上下のガラス基板SUB1、SUB2を含む表示パネルPNLのマトリクス(AR)周辺の要部平面を示す図である。また、図6は、左側に走査回路が接続されるべき外部接続端子GTM付近の断面を、右側に外部接続端子が無いところのシール部付近の断面を示す図である。
図7は表示マトリクスの走査信号線GLからその外部接続端子GTMまでの接続構造を示す図であり、図7Aは平面であり図7Bは図7AのB−B切断線における断面を示している。なお、同図は図5下方付近に対応し、斜め配線の部分は便宜状一直線状で表した。
図中Cr−Mo層g3は、判り易くするためハッチを施してある。
図8は映像信号線DLからその外部接続端子DTMまでの接続を示す図であり、図8Aはその平面を示し、図8Bは図8AのB−B切断線における断面を示す。なお、同図は図5右上付近に対応し、図面の向きは便宜上変えてあるが右端方向が基板SUB1の上端部に該当する。
マトリクス部からドレイン端子部DTMまでの引出配線は、映像信号線DLと同じレベルの層d3が構成されている。
図9は対向電圧信号線CLからその外部接続端子CTMまでの接続を示す図であり、図9Aはその平面を示し、図9Bは図9AのB−B切断線における断面を示す。なお、同図は図5左上付近に対応する。
表示マトリクス部の等価回路とその周辺回路の結線図を図11に示す。同図は回路図ではあるが、実際の幾何学的配置に対応して描かれている。ARは複数の画素を二次元状に配列したマトリクス・アレイである。
図中、Xは映像信号線DLを意味し、添字G、BおよびRがそれぞれ緑、青および赤画素に対応して付加されている。Yは走査信号線GLを意味し、添字1、2、3、…、endは走査タイミングの順序に従って付加されている。
走査信号線Y(添字省略)は垂直走査回路Vに接続されており、映像信号線X(添字省略)は映像信号駆動回路Hに接続されている。
SUPは1つの電圧源から複数の分圧した安定化された電圧源を得るための電源回路やホスト(上位演算処理装置)からのCRT(陰極線管)用の情報をTFT液晶表示装置用の情報に交換する回路を含む回路である。
図12に本実施例の液晶表示装置の駆動波形を示す。対向電圧Vchは一定電圧とする。走査信号Vgは1走査期間ごとに、オンレベルをとり、その他はオフレベルをとる。映像信号電圧は、液晶層に印加したい電圧の2倍の振幅で正極と負極を1フレーム毎に反転して1つの画素に伝えるように印加する。ここで、映像信号電圧Vdは1列毎に極性を反転し、1行毎にも極性を反転する。これにより、極性が反転した画素が上下左右にとなりあう構成となり、フリッカ、クロストーク(左右方向のスミア)を発生しにくくすることができる。また、対向電圧Vcは映像信号電圧の極性反転のセンター電圧から、一定量さげた電圧に設定する。これは、薄膜トランジスタ素子がオンからオフに変わるときに発生するフィードスルー電圧を補正するものであり、液晶に直流成分の少ない交流電圧を印加するために行う(液晶は直流が印加されると、残像、劣化等が激しくなるため)。
蓄積容量Cstgは、画素に書き込まれた(薄膜トランジスタTFTがオフした後の)映像情報を、長く蓄積するために設ける。本発明で用いている電界を基板面と平行に印加する方式では、電界を基板面に垂直に印加する方式と異なり、画素電極と対向電極で構成される容量(いわゆる液晶容量)がほとんど無いため、蓄積容量Cstgが映像情報を画素に蓄積することができない。したがって、電界を基板面と平行に印加する方式では、蓄積容量Cstgは必須の構成要素である。
また、蓄積容量Cstgは、薄膜トランジスタTFTがスイッチングするとき、画素電極電位Vsに対するゲート電位変化ΔVgの影響を低減するようにも働く。この様子を式で表すと、次のようになる。
ΔVs={Cgs/(Cgs+Cstg+Cpix)}×ΔVg
ここで、Cgsは薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTとソース電極SD1との間に形成される寄生容量、Cpixは画素電極PXと対向電極CTとの間に形成される容量、ΔVsはΔVgによる画素電極電位の変化分いわゆるフィードスルー電圧を表わす。この変化分ΔVsは液晶LCに加わる直流成分の原因となるが、保持容量Cstgを大きくすればする程、その値を小さくすることができる。液晶LCに印加される直流成分の低減は、液晶LCの寿命を向上し、液晶表示画面の切り替え時に前の画像が残るいわゆる焼き付きを低減することができる。
前述したように、ゲート電極GTはi型半導体層ASを完全に覆うよう大きくされている分、ソース電極SD1、ドレイン電極SD2とのオーバラップ面積が増え、従って寄生容量Cgsが大きくなり、画素電極電位Vsはゲート(走査)信号Vgの影響を受け易くなるという逆効果が生じる。しかし、蓄積容量Cstgを設けることによりこのデメリットも解消することができる。
つぎに、上述した液晶表示装置の基板SUB1側の製造方法について図13〜図15を参照して説明する。なお同図において、中央の文字は工程名の略称であり、左側は図3に示す薄膜トランジスタTFT部分、右側は図7に示すゲート端子付近の断面形状でみた加工の流れを示す。工程B、工程Dを除き工程A〜工程Gは各写真処理に対応して区分けしたもので、各工程のいずれの断面図も写真処理後の加工が終わりフォトレジストを除去した段階を示している。なお、写真処理とは本説明ではフォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでの一連の作業を示すものとし、繰返しの説明は避ける。以下区分けした工程に従って、説明する。
AN635ガラス(商品名)からなる下部透明ガラス基板SUB1上に膜厚が2000ÅのCr−Mo等からなる導電膜g3をスパッタリングにより設ける。写真処理後、硝酸第2セリウムアンモンで導電膜g3を選択的にエッチングする。それによって、ゲート電極GT、走査信号線GL、対向電圧信号線CL、ゲート端子GTM、共通バスラインCB1の第1導電層、対向電極端子CTM1の第1導電層、ゲート端子GTMを接続するバスラインSHg(図示せず)を形成する。
プラズマCVD装置にアンモニアガス、シランガス、窒素ガスを導入して、膜厚が3500Åの窒化Si膜を設け、プラズマCVD装置にシランガス、水素ガスを導入して、膜厚が1200Åのi型非晶質Si膜を設けたのち、プラズマCVD装置に水素ガス、ホスフィンガスを導入して、膜厚が300ÅのN(+)型非晶質Si膜を設ける。
写真処理後、ドライエッチングガスとしてSF6、CCl4を使用してN(+)型非晶質Si膜、i型非晶質Si膜を選択的にエッチングすることにより、i型半導体層ASの島を形成する。
膜厚が300ÅのCrからなる導電膜d3をスパッタリングにより設ける。写真処理後、導電膜d3を工程Aと同様な液でエッチングし、映像信号線DL、ソース電極SD1、ドレイン電極SD2、共通バスラインCB2の第1導電層,およびドレイン端子DTMを短絡するバスラインSHd(図示せず)を形成する。つぎに、ドライエッチング装置にCCl4、SF6を導入して、N(+)型非晶質Si膜をエッチングすることにより、ソースとドレイン間のN(+)型半導体層d0を選択的に除去する。導電膜d3をマスクパターンでパターニングした後、導電膜d3をマスクとして、N(+)型半導体層d0が除去される。つまり、i型半導体層AS上に残っていたN(+)型半導体層d0は導電膜d1、導電膜d2以外の部分がセルフアラインで除去される。このとき、N(+)型半導体層d0はその厚さ分は全て除去されるようエッチングされるので、i型半導体層ASも若干その表面部分がエッチングされるが、その程度はエッチング時間で制御すればよい。
プラズマCVD装置にアンモニアガス、シランガス、窒素ガスを導入して、膜厚が0.3μmの窒化Si膜を設ける。写真処理後、ドライエッチングガスとしてSF6を使用して窒化Si膜を選択的にエッチングすることによって、保護膜PSV1をパターニングする。
感光性のある有機膜PSV2を塗布後、ホトマスクで感光し、パターニングする。それをマスクとして絶縁膜GIを工程Eと同様な方法でドライエッチングする。したがって、有機膜PSV2と絶縁膜GIは同一ホトマスクでパターニングされ、一括で加工される。
膜厚が1400ÅのITO膜からなる透明導電膜i1をスパッタリングにより設ける。写真処理後、エッチング液として塩酸と硝酸との混酸液で透明導電膜i1を選択的にエッチングすることにより、ゲート端子GTMの最上層、ドレイン端子DTMおよび対向電極端子CTM1およびCTM2の第2導電層を形成する。
図16は、図5等に示した表示パネルPNLに映像信号駆動回路Hと垂直走査回路Vを接続した状態を示す上面図である。
CHIは表示パネルPNLを駆動させる駆動ICチップ(下側の5個は垂直走査回路側の駆動ICチップ、左の10個ずつは映像信号駆動回路側の駆動ICチップ)である。TCPは図13、図14で後述するように駆動用ICチップCHIがテープ・オートメイティド・ボンディング法(TAB)により実装されたテープキャリアパッケージ、PCB1は上記TCPやコンデンサ等が実装された駆動回路基板で、映像信号駆動回路用と走査信号駆動回路用の2つに分割されている。FGPはフレームグランドパッドであり、シールドケースSHDに切り込んで設けられたバネ状の破片が半田付けされる。FCは下側の駆動回路基板PCB1と左側の駆動回路基板PCB1を電気的に接続するフラットケーブルである。フラットケーブルFCとしては図に示すように、複数のリード線(りん青銅の素材にSn鍍金を施したもの)をストライプ状のポリエチレン層とポリビニルアルコール層とでサンドイッチして支持したものを使用する。
図17は走査信号駆動回路Vや映像信号駆動回路Hを構成する、集積回路チップCHIがフレキシブル配線基板に搭載されたテープキャリアパッケージTCPの断面構造を示す図であり、図18はそれを液晶表示パネルの、本例では走査信号回路用端子GTMに接続した状態を示す要部断面図である。
駆動回路基板PCB2は、IC、コンデンサ、抵抗等の電子部品が搭載されている。この駆動回路基板PCB2には、1つの電圧源から複数の分圧した安定化された電圧源を得るための電源回路や、ホスト(上位演算処理装置)からのCRT(陰極線管)用の情報をTFT液晶表示装置用の情報に変換する回路を含む回路SUPが搭載されている。CJは外部と接続される図示しないコネクタが接続されるコネクタ接続部である。
駆動回路基板PCB1と駆動回路基板PCB2とはフラットケーブルFCにより電気的に接続されている。
図19は、液晶表示モジュールMDLの各構成部品を示す分解斜視図である。
SHDは金属板から成る枠状のシールドケース(メタルフレーム)、LCWその表示窓、PNLは液晶表示パネル、SPBは光拡散板、LCBは導光体、RMは反射板、BLはバックライト蛍光管、LCAはバックライトケースであり、図に示すような上下の配置関係で各部材が積み重ねられてモジュールMDLが組み立てられる。
モジュールMDLは、シールドケースSHDに設けられた爪とフックによって全体が固定されるようになっている。
バックライトケースLCAはバックライト蛍光管BL、光拡散板SPB光拡散板、導光体LCB、反射板RMを収納する形状になっており、導光体LCBの側面に配置されたバックライト蛍光管BLの光を、導光体LCB、反射板RM、光拡散板SPBにより表示面で一様なバックライトにし、液晶表示パネルPNL 側に出射する。
バックライト蛍光管BLにはインバータ回路基板PCB3が接続されており、バックライト蛍光管BLの電源となっている。このように構成した液晶表示素子の効果は、以下の3つの作用から発生する。
一方の透明基板側に形成されている映像信号線に対して、平面的に見て完全に重畳させた状態で基準電極が有機絶縁膜上に形成されていることにより、映像信号線から発生する不要な電気力線のほとんど全てが、基準電極に終端する。したがって、横電界を用いる本発明の表示方式のような表示方式において特有の漏洩電界によるクロストークが解消される。これにより、従来、クロストークを低減するために、映像信号線の両脇、または対向基板上に配置していたシールド電極より、漏洩電界を完全にシールドできるため、画素の水平方向を表示用電極と基準電極および開口部で占有できる。また、映像信号線と基準電極間の隙間を隠す必要もなくなるため、垂直方向の遮光膜(ブラックマトリクス)もなくなる。これにより、横電界を用いる表示方式の最大の欠点である低開口率を抜本的に改善することができ、50%を越える開口率を実現できる。すなわち、本発明では高開口率と低スミアの両立が可能となる。
有機絶縁膜は、無機絶縁膜と比較して、その比誘電率が約半分(比誘電率εrが3程度)である。また、有機膜は無機膜と比較して厚みを厚くすることが容易であるので、映像信号線と基準電極間の距離が広がる。これ映像信号線に基準電極を完全に覆い被せても、映像信号線と基準電極間に形成される容量はかなり小さくできる。したがって、映像信号線から見たときの負荷が軽くなるため、映像信号の配線伝搬遅延が小さくなり、信号電圧が十分に表示電極に充電でき、かつ、映像信号線を駆動するための駆動回路の縮小ができるようになる。
有機膜は、平坦性が非常に良いので、有機膜を能動素子を形成する基板の最上層に塗布することにより有機膜を能動素子を形成する基板の平坦度を向上することができる。これにより、基板間のギャップのばらつきによる輝度(透過率)−電圧特性のばらつきをなくすことができ、輝度の均一性を向上することできる。
以上説明したことから明らかなように、本実施例の液晶表示装置では、横電界方式を用いた超広視野角の液晶表示装置において本質的な問題で有るいわゆる縦スミアを抑制することが、消費電力の低減、周辺回路規模の縮小と同時に図ることができる。さらに、輝度の均一性を改善することができる。
本実施例では、画素電極PXはソース電極SD1、ドレイン電極SD2と同層の導電膜d3で構成されている。また、画素電極PXはソース電極SD1と一体に形成されている。
本実施例では、実施例1の効果に加え、透過率は犠牲になるが、画素電極PXとのコンタクト不良が回避できる。また、画素電極PXが絶縁膜(保護膜PSV1)で覆われているため、配向膜欠陥があった場合に液晶を直流電流が流れる可能性減り、液晶劣化等がなくなり、実施例1と比較しさらに信頼性が向上する。
《保護膜PSV1、有機保護膜PSV2》
本実施例では、保護膜PSV1、有機膜PSV2は、外部接続端子DTM、GTMを露出するよう保護膜PSV1、有機膜PSV2を一括で除去する。したがって、実施例1と異なり、画素のほとんどの部分に保護膜PSV1が形成される。また、画素部では、対向電圧信号線CLと後述の対向電極CTとの電気的接続、および、ソース電極SD2と画素電極PXとの電気的接続のための、スルーホールTH2およびTH1では、スルーホールTH2は、有機膜PSV2、保護膜PSV1および絶縁膜GIが一括で加工され、g3層までの孔があき、スルーホールTH1では有機膜PSV2および保護膜PSV1が一括で加工され、d3でブロッキングされるのでd3層までの孔があく。
また、有機保護膜PSV2と絶縁膜GIを一括で加工する場合や、有機保護膜PSV2と保護膜PSV1を一括で加工する場合も本実施例と同じように行うことができ、本発明の範疇に含まれる。
したがって、本実施例では、実施例1の効果に加えて、量産性が大幅に向上する。
図23は本実施例のアクティブ・マトリクス方式カラー液晶表示装置の一画素とその周辺を示す平面図である。
本実施例では、画素パターンの水平方向のみにストライプ状の遮光膜BMを形成する。これにより、カラーフィルタ基板とTFT基板の合わせズレによる開口率の低下が解消される。画素パターンの垂直方向の遮光膜のパターンが水平方向にずれた場合、大幅に開口率を低下させる。本実施例では、垂直方向の遮光膜のパターンをなくすことにより、このたとえこの合わせズレが起きた場合でも、開口率はほとんど変わらなくした。これは、対向電極CTを完全に映像信号線DLに覆い被せることにより、液晶層から見たとき、画素の水平方向には、画素電極と対向電極の繰り返しのパターン以外はなにも存在しないために、可能になる。
したがって、本実施例では、実施例1の効果に加え、さらに、大幅に開口率を向上し、輝度向上することができる。
本実施例では、対向電極CTは、走差信号線GL、ゲート電極GT、対向電極信号線CLと同層の導電膜g3で構成されている対向電極信号線CLから突起した部分と、実施例2と同様に保護膜PSV2上に導電膜i1で構成した部分がある。 また、導電膜g3で構成されている対向電極信号線CLから突起した部分と保護膜PSV2上に導電膜i1で構成した部分にはスルーホールを開けて電気的に接続しており、映像信号線を包込むように構成している。
Claims (4)
- 一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶組成物層を有し、前記一対の基板の一方には、映像信号線と、走査信号線と、対向電極信号線と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、前記対向電極信号線に接続された対向電極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、
前記対向電極は、前記対向電極信号線と同層に形成された第1の対向電極と、前記対向電極信号線と前記薄膜トランジスタの保護膜を介して異なる層に形成された第2の対向電極を有し、
前記第1の対向電極は、前記映像信号線の両脇に前記映像信号線に沿って形成され、
前記第2の対向電極は、前記映像信号線に重畳する位置に形成され、
前記第2の対向電極は、前記第1の対向電極と、前記保護膜に形成されたスルーホールを介して電気的に接続していることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第2の対向電極と前記対向電極信号線はスルーホールを介して電気的に接続していることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第2の対向電極の断面は、前記映像信号線が形成された前記基板に平行な面と、映像信号線が形成された前記基板に対して傾斜をもつ面を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記保護膜が有機膜であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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