JP4218795B2

JP4218795B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4218795B2
Application number: JP2003021759A
Authority: JP
Inventors: 泰之山田
Original assignee: 株式会社日立ディスプレイズ
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004233632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に所望の保持容量を確保するとともに液晶パネルの背面からの光の漏れを抑制して画像のコントラストを向上させた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、テレビ、パソコン、携帯用端末のディスプレイ等に使用されている。液晶表示装置は、軽量で且つ消費電力が少ないため携帯電話機などの小型電子端末の表示手段として利用されている。
【０００３】
液晶表示装置は、液晶層を介在させて２枚の基板を対向させ液晶パネルで構成される。一方の基板には水平方向（X方向）に延在し垂直方向（Y方向）に並べられたゲート信号線と、垂直方向に延在し水平方向に並べられた画像信号線（ドレイン信号線）を備えている。互いに交差するゲート信号線とドレイン信号線とで囲まれる各領域に、該ゲート線からの走査信号によってオンするスイッチング素子と、該ドレイン線からの映像信号が前記スイッチング素子を介して供給される画素電極とが形成されて、いわゆる画素が構成されている。また他の一方の基板には、赤、緑、青のカラーフィルタが設けられている。なお、以下ではスイッチング素子として薄膜トランジスタを用いるものとして説明する。
【０００４】
液晶表示装置は光シャッタ機能をもつ表示装置であり、液晶パネルを通過する光を液晶によって制御している。光透過型の液晶表示装置は、液晶パネルの背面に設置したバックライトからの光を液晶パネル前面に透過させて画像を表示している。部分透過型の液晶表示装置は、画素電極の一部に外光を反射する機能を有している。また、全透過型の液晶表示装置は外光を反射させる画素電極を備えていない。
【０００５】
画素電極は光透過性の導電性薄膜で形成されている。そのため、画素を形成する領域に段差部が存在すると、その段差で画素電極が切断されることがある。段差による画素電極の切断があっても画素電極がソース電極から切り離されるのを補償する手段として、ソース電極を補助容量部まで延在させ、ソース電極が補助容量電極のエッジ部を一部被覆するようにしたものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
しかしながらこのような構成とした液晶表示装置では、補助容量の電極が画素を囲んでおり、また画素電極と補助容量部の間には単層の膜のみが介在されているので、画素電極と補助容量電極とが短絡する可能性がある。
【０００６】
図７は画素電極と保持容量を形成するゲート線ＧＬとの短絡を抑制した液晶表示装置の画素部の平面図である。また図８は図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。一方の基板である第1の基板１には、ゲート線GL、ドレイ電極DL、保持容量電極CE(隣りのゲート線)を有し、ゲート線GLの一部をゲート電極GEとし、ドレイン線DLから延びるドレイン電極DE、半導体層AS、ソース電極SEで構成した薄膜トランジスタTFTが形成されている。
【０００７】
この構成ではソース電極ＳＥ上にさらに絶縁膜ＰＡＳを介し、この絶縁膜PAS上に設けたコンタクトホールＨからソース電極ＳＥと画素電極PXとを接続している。保持容量形成部は、薄膜トランジスタが形成されたゲート線と隣り合うゲート線ＧＬ上にゲート絶縁膜ＧＩと層間絶縁膜ＰＡＳが形成され、その上に画素電極PXが形成されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１４６４８８号公報（段落番号０００７、００１２、００１３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成とした場合、画素電極と補助容量電極との短絡は防止することができるが、その一方で隣り合うゲート線と画素電極との間隔が広くなって所望の保持容量が得られない。また、画素電極と補助容量電極等の平面方向での隙間があるために当該隙間での光漏れが生じるという問題が発生する。
【００１０】
本発明の目的は、十分な保持容量を確保するとともに、光漏れを防止して高品質の画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスタを形成した第１の基板とカラーフィルタを形成した第２の基板とを液晶層を介在させて配置した液晶パネルで構成される。
【００１２】
第１の基板上にはゲート線に接続されたゲート電極と、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層上に形成されて映像信号が供給されるドレイン電極と、半導体層上に形成されて画素電極に接続するソース電極とが形成されている。画素電極とソース電極との間には絶縁膜が形成され、画素電極は絶縁膜に開けられたコンタクトホールを介してソース電極と接続している。
【００１３】
また、ソース電極はゲート線の延在方向に延びて画素電極の端部と重なって配置され、ソース電極の下にゲート絶縁膜を挟んで保持容量電極が配置されている。
【００１４】
本発明の他の液晶表示装置は、薄膜トランジスタを形成した第１の基板とカラーフィルタを形成した第２の基板とを液晶層を介在させて対向させて配置してあり、画素電極は対向する２本のドレイン線と対向する２本のゲート線で囲まれた領域に形成されている。
【００１５】
第１の基板上には、ゲート線にから走査信号が供給されるゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体層と、ドレイン線から映像信号が供給されるドレイン電極と、画素電極に接続するソース電極とからなる薄膜トランジスタが形成されている。
【００１６】
ソース電極は薄膜トランジスタを構成するゲート電極と対向するゲート線まで延在され、対向するゲート線とソース電極とで保持容量を形成する。
【００１７】
この発明によれば、画素の保持容量を増大させ且つ遮光機能をもたせることで、画像表示特性が向上でき、コントラストの向上した液晶表示装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明第１の実施例を説明するための、液晶表示装置を構成する液晶パネルの画素部の平面図である。図２は図１のＩ‐Ｉ線に沿った断面図であり、同時に液晶層及び第２の基板についても記載した。
【００１９】
液晶層を介在させて対向させた２枚の基板のうち、第１の基板１は薄膜トランジスタＴＦＴ、画素電極ＰＸを備えている。一方、第２の基板２には赤、緑、青のカラーフィルタＣＦが設けられて、各色の間には画像のコントラストを向上させるためのブラックマトリクスＢＭが形成されている。夫々のカラーフィルタＣＦに対応する画素（赤用画素、緑用画素、青用画素）を使ってカラー画像をパネル前面に表示する。
【００２０】
第１の基板１上には水平方向（X方向）に延在し垂直方向（Y方向）に並べられたゲート線ＧＬと、Y方向に延在しX方向に並べられたドレイン線ＤＬを備えている。また、ゲート線GLに隣接して、このゲート線GLと平行に容量線ＣＬが配置されている。この容量線ＣＬは液晶層３に形成された電界を保持するために形成される。
【００２１】
ゲート線ＧＬにはゲート信号が印加され、薄膜トランジスタＴＦＴを制御している。ドレイン線ＤＬはドレインドライバ（図示せず）から供給される画像信号が印加され、ゲート信号に従ってオンする薄膜トランジスタＴＦＴを介して各画素電極ＰＸに画像信号が供給される。
【００２２】
ソース電極ＳＥは薄膜トランジスタＴＦＴ部において、第１の幅Ｗ１をもってドレイン線ＤＬから延びるドレイン電極ＤＥと対向している。また、ソース電極ＳＥは半導体層ＡＳとの重なり部を超えた領域で第２の幅Ｗ２、第１の奥行きＤ１を持って形成されている。
【００２３】
ソース電極SEの下層にはゲート絶縁膜ＧＩを挟んで保持容量線ＣＬ及び保持容量線ＣＬから延びる保持容量電極ＣＥが配置されている。保持容量線CL及び保持容量電極ＣＥはゲート線GL及びゲート電極GEと同層に離間されて形成されている。保持容量電極ＣＥはソース電極の第２の幅Ｗ２よりも若干小さい第３の幅Ｗ３を有し、ソース電極ＳＥの第１の奥行きＤ１よりも若干小さい第２の奥行きＤ２を持っている。この様に形成することで、ソース電極SEが保持容量電極CEを完全に覆うことができ、ソース電極SEと保持容量電極で形成される保持容量を向上させることができる。また、ソース電極SEは画素電極ＰＸよりも抵抗の低い部材で形成されているため、保持容量に対する薄膜トランジスタTFTのオン抵抗を減らすことができる。さらに、保持容量に対する薄膜トランジスタTFTのオン抵抗低減により、保持率の安定性が向上する。
【００２４】
ソース電極SEは画素電極PXの幅（第４の幅）Ｗ４より小さく形成されているが、Ｙ方向における薄膜トランジスタＴＦＴを形成した側の辺の画素電極PXの端部と重ねて配置してあるため、画素電極ＰＸ近傍で発生する光漏れをソース電極ＳＥが遮光している。
【００２５】
画素の垂直方向に配置されている短辺に沿って遮光できるためブラックマトリクスBMの位置合わせが容易になる。即ち、第１基板と第２基板のＹ方向の位置合わせが容易になる。
【００２６】
画素電極ＰＸは光透過性の電極で、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、SnO₂（酸化スズ）、In₂O₃（酸化インジウム）等で形成されている。画素電極ＰＸを光透過性の電極で形成することで、バックライト（図示せず）からの光を透過し、視認性に優れた明るい画像を提供している。画素電極PXは、その一部を絶縁膜ＰＡＳを介してソース電極SE上に形成してある。ソース電極SE上に形成した絶縁膜ＰＡＳの一部に開口（コンタクトホール）Ｈを形成し、画素電極ＰＸとソース電極ＳＥとを電気的に接続している。コンタクトホールＨは保持容量電極ＣＥとソース電極ＳＥとが形成された領域の上に形成される。すなわち、段差の無い平坦な領域にコンタクトホールＨが形成されるため、当該コンタクトホールを精度良く形成でき、画素電極ＰＸとソース電極ＳＥとを確実に接続できる。
【００２７】
次に、薄膜トランジスタＴＦＴ部及びソース電極ＳＥ形成部分の断面構造について説明する。ゲート線ＧＬに接続して形成されているゲート電極ＧＥの上層にチャネルを形成した半導体層ASが配置される。半導体層ＡＳはアモルファスシリコンで形成されている。アモルファスシリコン層ASとゲート電極GEとの間には絶縁膜ＧＩが介在している。アモルファスシリコン層ＡＳの上には、ドレイン線DLから延びるドレイン電極ＤＥと画素電極ＰＸに繋がるソース電極ＳＥが配置されている。この様にして逆スタガ型の薄膜トランジスタＴＦＴが構成されている。
【００２８】
保持容量電極ＣＥ上にはゲート絶縁膜ＧＩが形成され、ゲート絶縁膜ＧＩ上にソースＳＥ電極が形成されている。保持容量電極ＣＥはソース電極ＳＥとゲート絶縁膜ＧＩを介して対面して形成され、画素保持容量を形成している。保持容量電極ＣＥとソース電極ＳＥとの間にはゲート絶縁膜しかないので、保持容量を大きくすることができる。保持容量を大きくできるため、画素における保持容量形成領域の面積を小さくでき、光透過領域を大きくでき（開口率が高くなり）、高輝度の画像を表示できる。また、ソース電極ＳＥと画素電極ＰＸは同電位であるため、画素電極形成領域内でソース電極SEを画素PXの端部に重ならせて遮光層としても、遮光層による不要な電界集中の発生を防止できる。すなわち、画素電極端部の近傍に画素電位の変動が生じることを防止できる。よって不要電界による光漏れが防止でき、良好な画像を表示できる。
【００２９】
上述の構成とすれば、ソース電極SEで遮光膜を形成するので、保持容量電極CEは保持容量に必要な面積だけ形成すれば良い。即ち、保持容量電極CEを遮光に使わないため、保持容量線ＣＬを必要以上に大きくする必要がない。そのため保持容量線ＣＬにかかる負荷を小さくすることができる。さらに、保持容量形成部分を小さくすることによって、画素部における光透過領域を拡大できるので、輝度を向上させた液晶表示装置を提供できる。また、保持容量形成部以外ではソース電極SEは異なる電圧の印加された導電膜と重なって配置されないので、ソース電極SEの短絡を防止できる。
【００３０】
上記構成に加えて、ソース電極ＳＥで遮光した辺以外の辺をゲート層と同層で形成した遮光膜で遮光しても良い。この遮光膜は電気的に浮いている状態でも良く、必要に応じ、保持容量線またはゲート線と繋がっていても良い。このようにすることで、画素電極ＰＸの端部の遮光が確実となる。
【００３１】
ソース電極ＳＥ上には絶縁膜ＰＡＳが形成され、ソース電極ＳＥ上の絶縁膜ＰＡＳの一部に形成されたコンタクトホールＨを介して画素電極ＰＸとソース電極ＳＥが電気的に接続している。
【００３２】
ソース電極ＳＥが画素側の保持容量形成用電極を兼ねているため、新たに画素側の保持容量形成用の電極を形成する必要がない。また、画素側の保持容量形成用電極と画素電極とのコンタクトホールが１つで済み、画素における光透過率を大きくできる。
【００３３】
さらに遮光層をソース電極自身で形成することにより、不要な寄生容量の増加や点欠陥不良等の増加を回避できる。
【００３４】
図３は本発明の第２の実施例を説明するための、液晶表示装置を構成する液晶パネルの画素部の平面図である。図４は図３のＩＩ‐ＩＩ線に沿った断面図である。なお、図４には第2の基板の図示は省略してある。また、第１の実施例と同じ個所には同じ記号を付けた。
【００３５】
図３の画素はソース電極ＳＥが画素電極ＰＸ内に延在して配置されている。画素電極ＰＸはソース電極ＳＥ上でコンタクトホールＨを介してソース電極ＳＥに電気的に接続している。また、ソース電極ＳＥは画素電極ＰＸの端部に沿って隣り合うゲート線GLと重なるように配置してある。即ち、ソース電極ＳＥは隣り合うゲート線と保持容量を形成している。このとき、ゲート線GLとソース電極ＳＥとの間にはゲート絶縁膜GIしかないので、保持容量を効率良く得ることができる。
【００３６】
ソース電極ＳＥが画素電極ＰＸの端部に沿って、当該画素電極ＰＸの端部と重なり合って配置されているので、画素電極ＰＸの端部における光漏れが防止される。さらに、画素電極ＰＸと同電位のソース電極ＳＥで画素電極ＰＸの端部を覆うため、ゲート電極GEで画素電極ＰＸを覆うときよりも、電界集中発生を抑制できる。よって液晶へ不要な電界がかからず、良好な画像を表示できる。
【００３７】
また、図３に示した画素において、ソース電極ＳＥを左右の長辺に沿って配置したが、どちらか一方に沿って配置しても良い。
【００３８】
図５は本発明の第３の実施例を説明するための、液晶表示装置を構成する液晶パネルの画素部の平面図である。他の実施例と同じ個所には同じ記号を付けた。
【００３９】
一端を半導体層ＡＳに接続されたソース電極SEは画素領域中を通ってのＹ方向に延び、画素部の中央部通って対向するゲート線ＧＬまで延びている。このソース電極ＳＥとゲート線ＧＬとで保持容量を形成している。
【００４０】
ソース電極SEを画素電極ＰＸを形成する画素領域内に形成することにより、画素内分割（光配向や基板上パターンによるマルチドメイン等）モード時の分割部での表示不良（配向不良や光漏れ等）を防止可能である。特に、画素内で液晶の配向方向を変えた液晶表示装置では、配向方向の境界に沿ってソース電極SEを配置することで、配向境界部に発生する光漏れを遮光できる。即ち、ソース電極SEは画素領域の配向境界上を通って対向するゲート線GLまで延在させることで、配向境界部の遮光と、保持容量の確保ができる。
【００４１】
また、本発明の変形例として、対向するゲート線と平行に保持容量線を配置し、ゲート線に換えて保持容量線とソース電極とで保持容量を形成しても良い。
【００４２】
図６は第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例に共通に使用されるバックライトの配置を説明するための液晶表示装置の断面図である。液晶層３を挟んで第１の基板１と第２の基板２が対向配置されている。第１の基板１と第２の基板2はシール材10によって接着している。
【００４３】
第２の基板2の画像表示面側（画像観察面側:図６の上方）には偏光板４が配置されており、第１の基板1のバックライト側（画像観察面と反対側）にも偏光板５が配置されている。また、図示していないが、第１の基板１と偏光板５との間には光拡散層、偏光板５のバックライト側には反射偏光板を設けてある。バックライトは、光源６、反射板７、導光板８で構成される（これを、バックライト構体とも称する）。バックライトは少なくとも、光源６、反射板７導光板８から構成されている。必要に応じ光拡散シート９を導光板８の前面に配置していもよい。
【００４４】
バックライトの光源６から出射された光（矢印）は導光板８内を通過し、画像表示面側に曲げられる。
【００４５】
本発明の液晶表示装置は、バックライト側からの不要な光を遮光し、コントラストの良好な画像を表示できる。
【００４６】
【発明の効果】
画素電極と同電位のソース電極で画素電極の端部を覆うため、ゲート電極で画素電極を覆うときよりも、電界の集中が起き難い。よって、液晶へ不要な電界がかからず、良好な画像を表示できる。
【００４７】
ソース電極の下層に絶縁膜を介してストレージ線配置したため、ソース電極とストレージ線との間に保持容量を形成することができる。
【００４８】
画素の垂直方向に配置されている短辺に沿って遮光できるためブラックマトリクスの位置合わせが容易になる。即ち、第１基板と第２基板のＹ方向の位置合わせが容易になる。
【００４９】
ソース電極が画素側の保持容量形成用電極を兼ねているため、新たに画素側の保持容量形成用の電極を形成する必要がなく、画素側の保持容量形成用電極と画素電極とのコンタクトホールが１つで済み、画素における光透過率を大きくできる。
【００５０】
保持容量形成部において、共通線（前段ゲート線やストレージ線等）に対向させる電極は、画素電極に対し比較的低抵抗なソース電極の一部のみであり、その一部に高抵抗層を含む（画素電極層を含む，あるいはその他電極とのコンタクト層を含む）構造よりも、保持容量に対するトランジスタのオン抵抗低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第1実施例を構成するための液晶パネルの画素部の平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の第２実施例を説明するための液晶パネルの画素部の平面図である。
【図４】図３のII−II線に沿った断面である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第３実施例を説明するための液晶パネルの画素部の平面図である。
【図６】バックライト構体の配置を説明するための液晶表示装置の断面図である。
【図７】従来の液晶表示装置を説明するための液晶パネルの画素部の平面図である。
【図８】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１・・・第１の基板、２・・・第２の基板、３・・・液晶層、４・・・上側偏光板、５・・・下側偏光板、６・・・光源、７・・・反射板、８・・・導光板、９・・・光拡散シート、ＧＥ・・・ゲート電極、ＤＥ・・・ドレイン電極、ＧＬ・・・ゲート線、ＤＬ・・・ドレイン線、ＣＬ・・・保持容量線（ストレージ線）、ＣＥ・・・保持容量電極（ストレージ電極）、ＧＩ・・・ゲート絶縁膜、ＰＡＳ・・・層間絶縁膜、Ｈ・・・コンタクトホール、ＡＳ・・・半導体層

Claims

薄膜トランジスタを形成した第１の基板とカラーフィルタを形成した第２の基板とを液晶層を介在させて対向させた液晶パネルで構成した液晶表示装置であって、
前記第１の基板上にはゲート線に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されてドレイン線を介して映像信号が供給されるドレイン電極と、前記半導体層上に形成されて画素電極に接続するソース電極とを有し、
前記画素電極と前記ソース電極との間に絶縁膜が形成され、前記画素電極は前記絶縁膜に開けられたコンタクトホールを介して前記ソース電極と接続され、
前記ソース電極は前記ゲート線の延在方向に延びて前記画素電極の端部と重なって配置され、前記ソース電極の下に前記ゲート絶縁膜を挟んで保持容量電極が配置され、
前記ソース電極は、前記保持容量電極を完全に覆っており、前記ゲート線の延在方向に長さを測った場合、前記保持容量電極は前記ソース電極よりも小さく、前記ゲート線の延在方向に対して直交する方向に長さを測った場合、前記保持容量電極は前記ソース電極よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
薄膜トランジスタを形成した第１の基板とカラーフィルタを形成した第２の基板とを液晶層を介在させて対向させた液晶パネルで構成した液晶表示装置であって、
画素電極は対向する２本のドレイン線と対向する２本のゲート線で囲まれた領域に形成され、
前記第１の基板上には、前記２本のゲート線のうちの一方のゲート線に接続されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成されて前記２本のドレイン線のうちの一方のドレイン線を介して映像信号が供給されるドレイン電極と、前記半導体層上に形成されて前記画素電極に接続するソース電極とからなる薄膜トランジスタが形成され、
前記画素電極と前記ソース電極との間に絶縁膜が形成され、前記画素電極は前記絶縁膜に開けられたコンタクトホールを介して前記ソース電極と接続され、
前記ソース電極は前記２本のゲート線のうちの他方のゲート線まで延在され、前記他方のゲート線と前記ソース電極とで保持容量を形成し、
前記ソース電極は前記画素電極が形成された前記領域の中で液晶の配向方向を変えたマルチドメインの配向境界上を通って前記他方のゲート線まで延在することを特徴とする液晶表示装置。