(57)【要約】【課題】ブラックマトリクスが形成される従来の構成より、高い開口率を有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、第１の基板ＳＵＢ１と、液晶層ＬＣを介して第１の基板ＳＵＢ１と対向する第２の基板ＳＵＢ２を備え、第１の基板ＳＵＢ１は、第１の方向に形成されるデータ線ＤＬと、第２の方向に形成されるゲート線ＧＬと、透明共通電極ＣＴと、透明共通電極ＣＴに上部絶縁層ＵＩＮＳを介して対向して形成される透明画素電極ＰＩＴと、を有し、第２の基板ＳＵＢ２はカラーフィルタＣＦを有し、データ線ＤＬと、ゲート線ＧＬと、により画素領域が格子状に規定される液晶表示装置であって、透明共通電極ＣＴはデータ線ＤＬを覆い、透明画素電極ＣＴは第１の方向に沿って形成されるスリットを有し、第２の方向において隣接するカラーフィルタＣＦは同一色の光を出力する。【選択図】図１
2014219570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、液晶層を介して前記第１の基板と対向する第２の基板を備え、
前記第１の基板は、
前記第１の基板上に第１の方向に形成される複数の第１の配線と、
前記第１の基板上に前記第１の方向と異なる第２の方向に形成される複数の第２の配線と、
前記第１の基板上に形成される透明共通電極と、
前記複数の第１の配線および前記複数の第２の配線により供給される信号に基づいて駆動する、前記透明共通電極に絶縁層を介して対向して形成される複数の透明画素電極と、
を有し、
前記第２の基板は、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する表面上に形成されるカラーフィルタを有し、
前記複数の第１の配線と、前記複数の第２の配線と、により複数の画素領域が格子状に規定される液晶表示装置であって、
前記透明共通電極は、前記複数の第１の配線を覆い、
前記複数の透明画素電極は、前記第１の方向に沿って形成されるスリットを有し、
前記第２の方向において隣接する複数の画素領域に対応する前記カラーフィルタは光を透過して同一色の光を出力する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記複数の第１の配線の少なくとも一部は光を透過することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記第２の配線を挟んで隣接する画素領域に対応するカラーフィルタは、それぞれ異なる色の光を出力する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の液晶表示装置において、
前記複数の第１の配線がデータ線であり、
前記複数の第２の配線がゲート線である、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし３に記載の液晶表示装置において、
前記複数の第１の配線がゲート線であり、
前記複数の第２の配線がデータ線である、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の液晶表示装置において、
前記複数の第１の配線の幅は、前記複数の透明画素電極間の前記第２の方向における間隔より広い、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
第１の基板と、液晶層を介して前記第１の基板と対向する第２の基板を備え、
前記第１の基板は、
前記第１の基板上に第１の方向に形成される複数の第１の配線と、
前記第１の基板上に前記第１の方向と異なる第２の方向に形成される複数の第２の配線と、
前記第１の基板上に形成される透明共通電極と、
前記複数の第１の配線および前記複数の第２の配線により供給される信号に基づいて駆動する、前記透明共通電極に絶縁層を介して対向して形成される複数の透明画素電極と、
を有し、
前記第２の基板は、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する表面上に形成されるカラーフィルタを有し、
前記複数の第１の配線と、前記複数の第２の配線と、により複数の画素領域が格子状に規定される液晶表示装置であって、
前記透明共通電極は、前記複数の第１の配線を覆い、
前記複数の透明画素電極は、前記第１の方向に沿って形成されるスリットを有し、
前記複数の第１の配線は光を透過し、
前記液晶層内の、前記複数の第１の配線の少なくとも１つと、前記複数の画素領域の境界と、を挟んで隣接する２つの透明画素電極間の液晶は、該２つの透明画素電極と、前記透明共通電極と、の間の電界により光の透過が制御され、
前記第２の方向において隣接する複数の画素領域に対応する前記カラーフィルタは光を透過して同一色の光を出力する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置においては、マトリクス状に配列された画素電極が選択的に駆動されることで、画素電極と対向電極との間で電圧が印加され、この電圧によって画素電極と対向電極との間の液晶の光の透過が制御されることにより表示面に画像が表示される。特許文献１には、画素電極と信号配線とが絶縁膜を介して重畳して形成され、画素電極が、信号配線と平行に配置された遮光性パターン上で分離される液晶表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶表示装置においては、画面表示の明度向上、および低消費電力の観点から、開口率が高いことが望ましい。特許文献１においても、開口率の向上のために信号配線が透明材料から形成される構成が開示されているが、画素の境界においては光を透過しないブラックマトリクスが設けられ、開口率の低下の原因となっている。
【０００５】
本発明は、ブラックマトリクスが形成される従来の構成より、高い開口率を有する液晶表示装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願発明に係る液晶表示装置は、第１の基板と、液晶層を介して前記第１の基板と対向する第２の基板を備え、前記第１の基板は、前記第１の基板上に第１の方向に形成される複数の第１の配線と、前記第１の基板上に前記第１の方向と異なる第２の方向に形成される複数の第２の配線と、前記第１の基板上に形成される透明共通電極と、前記複数の第１の配線および前記複数の第２の配線により供給される信号に基づいて駆動する、前記透明共通電極に絶縁層を介して対向して形成される複数の透明画素電極と、を有し、前記第２の基板は、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する表面上に形成されるカラーフィルタを有し、前記複数の第１の配線と、前記複数の第２の配線と、により複数の画素領域が格子状に規定される液晶表示装置であって、前記透明共通電極は、前記複数の第１の配線を覆い、前記複数の透明画素電極は、前記第１の方向に沿って形成されるスリットを有し、前記第２の方向において隣接する複数の画素領域に対応する前記カラーフィルタは光を透過して同一色の光を出力する。
【０００７】
本発明によれば、透明共通電極が複数の第１の配線を覆っているので、第１の配線からの電界ノイズによる液晶への影響を抑えることができる。また、複数の透明画素電極が、第１の方向に沿ってスリットを有しているので、隣接する透明画素電極間も開口部として機能させることができる。しかも、第２の方向において隣接する複数の画素領域においてカラーフィルタが同一色であることから、該隣接する画素領域間にブラックマトリクスがなくても、混色が生じない。したがって、画素領域内で、ブラックマトリクスを用いて隠す必要がある非表示領域を最小限にすることができるため、従来の構成に比べ開口率が向上する。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記複数の第１の配線の少なくとも一部は光を透過する。
【０００９】
本発明によれば、複数の第１の配線が光を透過することにより、開口率が向上する。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記第２の配線を挟んで隣接する画素領域に対応するカラーフィルタが、それぞれ異なる色の光を出力する。
【００１１】
本発明によれば、第１の配線を挟んで隣接する画素領域において同一色の光を出力していても、液晶表示装置全体では、従来と同じく複数色の光を出力する。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記複数の第１の配線がデータ線であり、前記複数の第２の配線がゲート線である。
【００１３】
本発明によれば、データ線が透明画素電極と近接又は少なくとも一部において重畳することでブラックマトリクスが不要になり、開口率が向上する。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記複数の第１の配線がゲート線であり、前記複数の第２の配線がデータ線である。
【００１５】
本発明によれば、ゲート線が透明画素電極と近接又は少なくとも一部において重畳することでブラックマトリクスが不要になり、開口率が向上する。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記複数の第１の配線の幅は、前記複数の透明画素電極間の前記第２の方向における間隔より広い。
【００１７】
本発明によれば、第１の配線の抵抗値が低く抑えられる。
【００１８】
また、本発明に係る他の液晶表示装置は、第１の基板と、液晶層を介して前記第１の基板と対向する第２の基板を備え、前記第１の基板は、前記第１の基板上に第１の方向に形成される複数の第１の配線と、前記第１の基板上に前記第１の方向と異なる第２の方向に形成される複数の第２の配線と、前記第１の基板上に形成される透明共通電極と、前記複数の第１の配線および前記複数の第２の配線により供給される信号に基づいて駆動する、前記透明共通電極に絶縁層を介して対向して形成される複数の透明画素電極と、を有し、前記第２の基板は、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する表面上に形成されるカラーフィルタを有し、前記複数の第１の配線と、前記複数の第２の配線と、により複数の画素領域が格子状に規定される液晶表示装置であって、前記透明共通電極は、前記複数の第１の配線を覆い、前記複数の透明画素電極は、前記第１の方向に沿って形成されるスリットを有し、前記複数の第１の配線は光を透過し、前記液晶層内の、前記複数の第１の配線の少なくとも１つと、前記複数の画素領域の境界と、を挟んで隣接する２つの透明画素電極間の液晶は、該２つの透明画素電極と、前記透明共通電極と、の間の電界により光の透過が制御され、前記第２の方向において隣接する複数の画素領域に対応する前記カラーフィルタは光を透過して同一色の光を出力する。
【００１９】
本発明によれば、第２の方向において隣接する複数の画素領域の間の領域においても、隣接する透明画素電極の電位に基づく画像が表示される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のシステム及び等価回路を示す図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置のマトリクス状の複数画素の平面図である。
【図３】図２に示す液晶表示装置の１画素の平面図である。
【図４】図３に示す液晶表示装置の４−４’線断面図である。
【図５】図３に示す液晶表示装置の５−５’線断面図である。
【図６】液晶表示装置の表示面の、領域Ｄに対応する領域の表示状態を示す図である。
【図７】図３及び図５におけるデータ線ＤＬを中心とする領域Ｄの拡大された平面図と断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置のシステム及び等価回路を示す図である。
【図１６】図１５に示す液晶表示装置のマトリクス状の複数画素の平面図である。
【図１７】図１５に示す液晶表示装置の１画素の平面図である。
【図１８】図１７に示す液晶表示装置の１７−１７’線断面図である。
【図１９】図１７に示す液晶表示装置の１８−１８’線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の実施形態］
図１から図５は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤの構成を示す図である。図１は本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤのシステム及び等価回路を示す図である。図１には、本実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤの回路結線図を示す。液晶表示装置ＬＣＤは、画像表示領域ＤＩＡとこれを駆動する駆動回路領域からなる。
【００２２】
液晶表示装置ＬＣＤは、第１の透明基板ＳＵＢ１上に第１の方向に形成される複数のデータ線（第１の配線）Ｄ１、Ｄ２、‥Ｄｎと、第１の透明基板ＳＵＢ１上に第１の方向と異なる第２の方向に形成される複数のゲート線（第２の配線）Ｇ１、Ｇ２、‥Ｇｎと、を有する。また、液晶表示装置ＬＣＤは、第１の透明基板ＳＵＢ１、複数のデータ線ＤＬ、および複数のゲート線ＧＬ上に層状に形成される透明共通電極ＣＴと、透明共通電極ＣＴに上部絶縁層ＵＩＮＳを介して対向して形成される複数の透明画素電極ＰＩＴと、を有する。さらに、液晶表示装置ＬＣＤは、上部絶縁層ＵＩＮＳおよび複数の透明画素電極ＰＩＴ上に形成される液晶層ＬＣと、液晶層ＬＣ上に形成されるカラーフィルタＣＦと、を有する。さらに、液晶表示装置ＬＣＤは、液晶層ＬＣ等を介して第１の透明基板ＳＵＢ２と対向する第２の透明基板ＳＵＢ２を有し、カラーフィルタＣＦは、第２の透明基板ＳＵＢ２の、第１の透明基板ＳＵＢ１と対向する表面上に形成される。ここで、透明共通電極ＣＴは複数のデータ線Ｄ１、Ｄ２、‥Ｄｎを覆い、上部絶縁層ＵＩＮＳは、透明共通電極ＣＴの表面を覆うよう形成される。
【００２３】
液晶表示装置ＬＣＤにおいては、複数のデータ線ＤＬと、複数のゲート線ＧＬと、により複数の画素領域が格子状に規定される。画像表示領域ＤＩＡはアクティブマトリクス表示処理として、ゲート線駆動回路からのゲート線ＧＬを介したゲート電圧、およびデータ線駆動回路からのデータ線ＤＬを介した映像データ電圧の供給を受け、薄膜トランジスタＴＦＴのオン、オフでデータ電圧を透明画素電極ＰＩＴに供給し、このデータ電圧と、共通電極駆動回路から透明共通電極ＣＴに供給された共通（コモン）電圧との間の電界で液晶層ＬＣを駆動する。液晶層ＬＣの電圧低下を防止するために、各画素領域に保持容量ＳＴＧが形成されている。共通電圧の供給は、共通電極駆動回路に接続された透明共通電極ＣＴにて画面領域に伝播される。
【００２４】
色表示を行う場合は、横ストライプ状のカラーフィルタＣＦで形成された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素に接続されたゲート線Ｇ１（Ｒ）、Ｇ２（Ｇ）、Ｇ３（Ｂ）にデータ線Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に所望のデータ電圧が印加される。従って、同一のゲート線の駆動対象である横方向（第２の方向）において隣接する複数の画素領域に対応するカラーフィルタは、光を透過して同一色の光を出力するよう構成される。一方、ゲート線（第２の配線）を挟んで隣接する画素領域に対応するカラーフィルタは、それぞれ異なる色の光を出力するよう構成される。
【００２５】
ここで、画像表示領域ＤＩＡにおいては色の区切り部となるゲート線間の区切り（縦方向の画素区切り）にはブラックマトリクスＢＭが形成されているが、横方向の画素区切りにはブラックマトリクスＢＭは形成されていない。この点について以下に説明する。
【００２６】
図２は図１に示す液晶表示装置ＬＣＤのマトリクス状の複数画素の平面図、図３は図２に示す液晶表示装置ＬＣＤの１画素の平面図、図４は図３に示す液晶表示装置ＬＣＤの４−４’線断面図、図５は図３に示す液晶表示装置ＬＣＤの５−５’線断面図である。
【００２７】
図２は液晶表示装置ＬＣＤの画像表示領域ＤＩＡにおける横方向に２つの画素、縦方向に３つの画素、すなわち６つの画素を取り出した平面図である。ゲート線ＧＬは薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電圧を供給する配線であり、データ線ＤＬは薄膜トランジスタＴＦＴに映像電圧を供給する配線である。透明共通電極ＣＴに共通電位は供給される。図２には、６つの画素のうちの４つの画素の、図面における上方向の領域において、第１の透明基板ＳＵＢ１に形成されたブラックマトリクスＢＭの平面配置が例として示してある。
【００２８】
ゲート線ＧＬ及び薄膜トランジスタＴＦＴは遮光効果のあるブラックマトリクスＢＭで上面から蓋がされている。一方、データ線ＤＬ上にブラックマトリクスＢＭは形成されておらず、ブラックマトリクスＢＭそのものが横方向のみに伸びるストライプ形状である。ブラックマトリクスＢＭの無い部分が画素の開口部である、この開口部の１画素における大きさから定まる開口率を大きくすることで、明るく、低消費電力の液晶表示装置を実現できる。また、本図に示していないが、赤Ｒ、緑Ｇ、青ＢのカラーフィルタＣＦも横ストライプであり、この色レジストの境界が横方向に延びるブラックマトリクスＢＭで隠されている。データ線ＤＬ上にはブラックマトリクスＢＭは形成されておらず、後述するように本実施例では開口率が向上し、明度が高く低消費電力の液晶表示装置が提供される。
【００２９】
図３は図２における２本のゲート線ＧＬと２本のデータ線ＤＬに囲まれた１画素とその周辺図である。平面的な配置とその機能を示す。ゲート線ＧＬは低抵抗の金属層で形成され、図１のゲート線駆動回路に接続されゲート電圧が印加される。一方、データ線ＤＬは透明電極材料で構成され、映像用のデータ電圧が印加される。ゲート線ＧＬにゲートオン電圧が供給された場合、薄膜トランジスタの半導体層ＳＥＭが低抵抗となり、データ線ＤＬの電圧が、ソース電極ＳＭ、これと接続された透明画素電極ＰＩＴに伝わる。本発明の実施の形態においては、データ線ＤＬが透明電極材料で構成されているので、同一膜工程で形成されるソース電極ＳＭも透明電極材料で構成される。
【００３０】
液晶層ＬＣに印加されるもう一方の電圧、共通電圧は図１の共通駆動電極駆動回路から透明共通電極ＣＴに印加される。透明共通電極ＣＴと透明画素電極ＰＩＴとは絶縁膜を介して積層されている。電極の重なり部分が保持容量ＳＴＧとなる。さらに、透明画素電極ＰＩＴには、１画素の表示領域内で、その長軸方向が上述の第１の方向に沿うように（略平行に）スリットが形成されている。このスリットは、上面からは透明画素電極ＰＩＴの電界が液晶駆動として液晶層ＬＣに印加され、この電界がこのスリット部を経て透明共通電極ＣＴに至り表示を行う。ソース電極ＳＭから透明画素電極ＰＩＴへの接続は、保護絶縁膜ＰＡＳに開けられたコンタクトホールＣＯＮＴの開口部を経由して行われている。
【００３１】
本発明の実施例では、データ線ＤＬが光を透過する透明電極材料であり、保護絶縁膜ＰＡＳを介して上部に形成された透明共通電極ＣＴが、データ線ＤＬに重畳している。さらに、データ線ＤＬを挟んで隣り合う左右の画素領域の透明画素電極ＰＩＴが、データ線ＤＬの一部に重なっている。この領域Ｄ（図３で点線で囲んだ領域）はカラーフィルタＣＦの境界部もなく、さらにブラックマトリクスＢＭも形成されていない。そのため、この領域Ｄにおいて、正常な液晶動作を行うように横電界を印加することにより、インプレーンスイッチング（ＩＰＳ）液晶として、オンオフ動作が可能となり、開口率を大きく改善できる。
【００３２】
領域Ｄにおける液晶動作を以下に説明する。図６は、液晶表示装置ＬＣＤの表示面の、領域Ｄに対応する領域の表示状態を示す図である。上述のとおり、横方向において隣り合う左右の画素領域Ｒ１、Ｒ２は同一の色を表示する。従って、画素領域Ｒ１、Ｒ２の両方が非透過である場合は、両方の領域において黒が表示される（ａ）。画素領域Ｒ１、Ｒ２の一方（Ｒ２）が透過、他方（Ｒ１）が非透過である場合は、画素領域Ｒ１では黒が、画素領域Ｒ２では対応する色が表示される（ｂ）。画素領域Ｒ１、Ｒ２の両方が透過であり、透過率が異なる場合には、それぞれの領域において対応する色が、それぞれが対応する明度で表示される（ｃ）。この場合、斜めから見ると境界は移動するように見えるが、表示色が同じであるため混色等の問題は発生しない。画素領域Ｒ１、Ｒ２の両方が透過であり、透過率も等しい場合には、それぞれの領域において同一の明度で表示される（ｄ）。よっていずれの場合においても、画素領域の境界付近で混色等の問題は発生しない。
【００３３】
図４は図３の４−４’切断線にそった断面図である。データ電位をデータ線ＤＬから供給し、ゲート線ＧＬにオン電圧を印加した際に薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層ＳＥＭが低抵抗化され、これがソース電極ＳＭから透明画素電極ＰＩＴに伝わり、保持容量ＳＴＧや液晶層ＬＣの容量に蓄積される。
【００３４】
断面構造における構成要素及びその機能、使用材料を以下に示す。液晶層ＬＣは２枚の透明基板である第１の透明基板ＳＵＢ１と第２の透明基板ＳＵＢ２に挟まれている。液晶層ＬＣには、電界方向に沿って液晶分子の長軸が揃うポジ型の液晶が封入されている。液晶層ＬＣの厚みは３から４μｍである。第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２はガラスで形成され、その厚みは製造工程では０．４から０．７ｍｍであるが、最終的には液晶層ＬＣが封入され、第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２が形成された後に化学研磨され約０．２ｍｍと薄くする場合もある。基板材料としては、ガラス以外でもプラスティックを使用しても本発明を実現できる。
【００３５】
第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２の外側には第１の偏光板ＰＯＬ１と第２の偏光板ＰＯＬ２が貼られている。これは、第１の偏光板ＰＯＬ１の外側からのバックライトからの光が第１の透明基板ＳＵＢ１内に入射され、第１の偏光板ＰＯＬ１により偏光が加えられる。さらに、入射光は、液晶を通過させ、液晶層ＬＣが光学的な複屈折効果により楕円偏光となり、更に第２の透明基板ＳＵＢ２の外側の第２の偏光板ＰＯＬ２を通過する際に直線偏光として通過する。
【００３６】
本発明の液晶表示装置ＬＣＤにおいては、第１の偏光板ＰＯＬ１と第２の偏光板ＰＯＬ２の偏光軸は直行する（いわゆるクロスニコス）ように貼ってある。従って、無電界では、バックライトの光が液晶層ＬＣを通過しても第２の偏光板ＰＯＬ２が光を遮断し、黒表示となる。一方、液晶層ＬＣに主に透明画素電極ＰＩＴと第１の透明共通電極ＣＴの間で電圧が印加され、液晶層ＬＣに電界が印加されると、液晶層ＬＣは複屈折動作で光を楕円偏光に変え、その駆動電圧に応じて透過率を変えることができ、階調表示から白表示が可能になる。
【００３７】
液晶層ＬＣの両面にはその表面に液晶分子を固定できる第１の配向膜ＡＬ１と第２の配向膜ＡＬ２が形成されている。第１の配向膜ＡＬ１及び第２の配向膜ＡＬ２は主成分をポリイミドで構成され、その表面に液晶分子を整列させる方法としては、ラビングあるいは偏光された紫外線を照射することで実現する。色表示は、第２の透明基板ＳＵＢ２に形成された顔料を着色層とするカラーフィルタＣＦに光が透過することで実現する。顔料は液晶へ溶け込み汚染源となるため、その表面には有機材料であるオーバーコート膜ＯＣで被覆している。このオーバーコート膜ＯＣは表面を平坦化させる効果も持つ。
【００３８】
半導体層ＳＥＭの種類によって外部光が直接当たった場合、半導体層の抵抗が低下し、液晶表示装置の保持特性が低下し良好な画像表示が行えないことがある。そのため、第２の透明基板ＳＵＢ２の半導体層ＳＥＭの上面には、ブラックマトリクスＢＭを形成する。このブラックマトリクスＢＭは、カラーフィルタＣＦの画素間の境界にも配置され、隣りあう画素の光が斜めから見えることによる混色を防止し、画像を滲みなく表示する。ただし、このブラックマトリクスＢＭの幅が広すぎると、開口率や透過率が低下する。そのため、高精細の液晶表示装置において、明るく低消費電力な性能を実現するには、このブラックマトリクスＢＭの幅を斜めから見た時の混色が起こらない、最小の幅にする必要がある。ブラックマトリクスＢＭは、黒色顔料を用いた樹脂材料あるいは金属材料が構成される。本発明の実施の形態においては横ストライプのカラーフィルタＣＦ配列であるので、ゲート線ＧＬ上にカラーフィルタＣＦの色の境界があり、この部分にブラックマトリクスＢＭが形成されている。一方、データ線ＤＬ上にカラーフィルタＣＦの色の境界はなく、ブラックマトリックスＢＭは形成されていない。
【００３９】
１画素内では液晶層ＬＣをコンデンサと見立てた場合に、一方の透明画素電極ＰＩＴと他方の透明共通電極ＣＴに駆動電圧が印加される。まず、金属層で形成されたゲート線ＧＬにオン電圧が印加される。ゲート線ＧＬは、アルミニウムＡｌ、モリブデンＭｏ、チタンＴｉあるいは銅Ｃｕを主成分とする金属材料、あるいは上記の複数の積層層、あるいは、上記金属材料にタングステンＷやマンガンＭｎなどを添加された合金、あるいは、上記の組み合わせにおける積層金属層から形成される。厚さは１００ｎｍから３００ｎｍである。
【００４０】
ゲート線ＧＬの上部にはゲート絶縁膜ＧＳＮが形成されている。ゲート絶縁膜ＧＳＮはプラズマ化学気相成長方法（ＣＶＤ）で形成されたシリコンナイトライドが用いられる。ただし、二酸化シリコンＳｉＯ２、あるいはアルミナＡｌ２Ｏ３で形成されても良い。ゲート線ＧＬ上には、半導体層ＳＥＭが島状に加工され配置されている。半導体層材料としては、シリコンナイトライドとの組み合わせとしてはアモルファスシリコンａ−Ｓｉ、二酸化シリコンＳｉＯ２との組み合わせとしては酸化物半導体、あるいは低温ポリシリコンＬＴＰＳが用いられ、酸化物半導体としてはインジウム、ガリウム、亜鉛の酸化物などを使用することが可能である。
【００４１】
半導体層ＳＥＭの電流取り出し手段としては、データ線ＤＬ及びソース電極ＳＭが形成される。データ線ＤＬとソース電極ＳＭは同一工程で形成された透明電極材料であり、インジウム、錫、酸化物あるいはインジウム、亜鉛、酸化物の材料で構成される。
【００４２】
ソース電極ＳＭは、透明画素電極ＰＩＴが接続されている。透明画素電極ＰＩＴは、マトリクス状に配列されたゲート線ＧＬとデータ線ＤＬに区切られた１画素領域内に、線形電極とスリットを有するパターンを有する。透明画素電極ＰＩＴへのデータ電圧の供給は、ゲート線ＧＬにオン電圧が印加された時に、半導体層ＳＥＭが低抵抗され、データ線ＤＬからソース電極ＳＭを経て透明画素電極ＰＩＴに伝わる。この透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴとの間の容量に充電が行われる。
【００４３】
データ線ＤＬ及びソース電極ＳＭ上には、保護絶縁膜ＰＡＳが形成される。保護絶縁膜ＰＡＳとしては、シリコンナイトライドＳｉＮ３あるいは二酸化シリコンＳｉＯ２を使うことができる。厚さは２００から４００ｎｍである。
【００４４】
保護絶縁膜ＰＡＳ上には有機保護膜ＯＰＡＳが塗布され、有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴが中央部で開口される。有機保護膜ＯＰＡＳは、厚さ３μｍの感光性レジストを用いている。有機材料はアクリルである。この有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴは、有機保護膜ＯＰＡＳ自体が感光性であるので、ホトマスクを用いた露光工程での露光、現像処理で開口加工できる。
【００４５】
有機保護膜ＯＰＡＳ上には、透明共通電極ＣＴが形成されている。透明共通電極ＣＴは、インジウム、錫、酸化物あるいはインジウム、亜鉛、酸化物の材料で構成される。透明共通電極ＣＴ上には、シリコンナイトライドあるいは２酸化珪素で構成された上部絶縁層ＵＩＮＳが形成される。透明画素電極ＰＩＴは、透明共通電極ＣＴと同様にインジウム、錫、酸化物などの透明電極材料で構成され、ソース電極ＳＭと上部絶縁層ＵＩＮＳに開口されたコンタクトホールＣＯＮＴを通じて接続されている。
【００４６】
図５は、図３の５−５’切断線における断面図である。画素は横ストライプのカラーフィルタＣＦ配置において、緑ＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）に対応している。データ線ＤＬの画素境界には、ブラックマトリクスＢＭは形成されていない。
【００４７】
図５の断面領域の構造と動作について、データ線ＤＬに囲まれた開口領域とデータ線ＤＬの領域Ｄに分けて示す。なお、領域Ｄは図３の平面図における領域Ｄと対応している。
【００４８】
開口領域では透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴに、それぞれ映像データ電圧と共通電圧が印加され、これらの電極間の電界が液晶層ＬＣに加わり、その電界強度により液晶層ＬＣの楕円偏光強度が変わることで透過率を制御して階調表示を行う。第１の透明基板ＳＵＢ１上に、透明画素電極ＰＩＴ及び透明共通電極ＣＴが形成され、これらの２つの電極間に印加される電界が液晶層ＬＣに伝播される。この電界により、液晶分子ＬＣＭが水平に回転して光の透過率を階調制御される。つまり、本実施例の液晶モードは、いわゆるインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）である。各電極に印加される電位および液晶層ＬＣは、２つの電極に最大電圧差が印加された時に透過率が最大になるように設計される。透明画素電極ＰＩＴと第１の透明共通電極ＣＴの電位差が小さくなると透過率が低下し、黒表示に向かう。電圧差が最大に向けて透過率が上昇し、白表示となる。
【００４９】
液晶層ＬＣには、有機材料の液晶分子ＬＣＭが充填されている。第１の透明基板ＳＵＢ１の内側表面に形成された第１の配向膜ＡＬ１と、第２の透明基板ＳＵＢ２に形成された第２の配向膜ＡＬ２表面には配向処理で液晶分子ＬＣＭの長軸が固定される。前記透明画素電極ＰＩＴは、その電極とスリットを持つ。スリットからは上部絶縁層ＵＩＮＳを介して、透明画素電極ＰＩＴから透明共通電極ＣＴの２つの電極間の電圧が大きくなると、液晶層ＬＣに折り返すような電界による電気力線が形成される。
【００５０】
一方、データ線ＤＬには、データに応じて異なる映像電圧が変化して伝播されているが、透明共通電極ＣＴによりシールドされているので、データ線ＤＬからの電界がノイズとなり液晶動作に悪影響を与えることを防止する。従って、本発明の実施形態においては、データ線ＤＬ上の液晶層ＬＣも隣り合う画素として、動作する。すなわち、ブラックマトリクスＢＭが無い領域が有効な画素開口部として利用できるので、明るく低消費電力の液晶表示装置が提供できる。また隣り合う画素においてカラーフィルタＣＦは同一の色に対応するので斜めから覗いても色の混色は無い。
【００５１】
図７は、図３及び図５におけるデータ線ＤＬを中心とする領域Ｄの拡大された平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。これに、第１の偏光板ＰＯＬ１及び第２の偏光板ＰＯＬ２の偏光軸、第１の配向膜ＡＬ１及び第２の配向膜ＡＬ２の配向軸を記載することで液晶分子ＬＣＭの動作、透過の変化を示す。
【００５２】
データ線ＤＬは、第１の方向に延在し、所定の幅を有している。隣り合う画素の透明画素電極ＰＩＴは、その電極端部がデータ線ＤＬと重複し、前記隣り合う透明画素電極ＰＩＴ間は所定のスペースが開いている。データ線ＤＬの幅は、透明画素電極ＰＩＴ間の第２の方向における所定のスペース（間隔）より広い。透明画素電極ＰＩＴはそれぞれの画素において、その平面パターンにおいてスリットを有している。液晶層ＬＣへの表示の電界はこの透明画素電極ＰＩＴから液晶層ＬＣに至り、上部絶縁層ＵＩＮＳを経て透明共通電極ＣＴに至る。電気力線の電界ＥＦ方向は折れ曲がるように形成されている。透明画素電極ＰＩＴのスリットは、平面図（ａ）に見るようにデータ線ＤＬの延在する方向と平行して延びている。従って、断面構造の液晶動作は平面的な広い領域で同じ動作となる。
【００５３】
図６の平面図（ａ）には、液晶分子ＬＣＭと偏光板の偏光軸及び配向膜の配向軸を示す。液晶分子ＬＣＭは、光学的に屈折率の長軸と短軸を持つ。第１の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸は、上下に延びるデータ線ＤＬに対して平面的に所定の角度を持つように第１の透明基板ＳＵＢ１の外側に貼られている。一方、第２の偏光板ＰＯＬ２の偏光軸は、第１の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸と直交するように貼られている。第１の配向膜ＡＬ１と第２の配向膜ＡＬ２の配向軸は共に、第１の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸１と同じ方向に揃えてある。配向軸は、配向膜表面をラビングあるいは紫外線照射による処理で形成する。このため、第１の配向膜ＡＬ１及び第２の配向膜ＡＬ２の表面の液晶分子ＬＣＭは、第１の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸１に揃えられ固定される。
【００５４】
上記状態で、透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴ間の電圧がゼロ、すなわち無電界状態では、配向膜界面に固定されていない液晶分子ＬＣＭも第１の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸１にそろっているので第２の偏光板ＰＯＬ２で光が遮断されるので黒表示になる。
【００５５】
透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴの間に電圧、すなわち液晶層ＬＣに電界ＥＦが印加されると液晶分子ＬＣＭは電界方向に回転（この場合右回転）し、液晶が楕円偏光動作となり透過し始める。本発明では、隣り合う画素領域内の透明画素電極ＰＩＴのスリット内とデータ線ＤＬ上の隣り合う透明画素電極間のスペース領域が全く同じ液晶動作を行う。従って、例えば隣り合う横方向の画素に同一のデータ電圧が印加された場合、この複数の画素のデータ線上の境界はすべて開口領域となる。したがって、開口率が高くなり、明るく低消費電力の液晶表示装置が提供される。
【００５６】
なお、本実施形態ではデータ線ＤＬが透明電極材料で形成される構成が示されたが、本発明はこれに限定されない。仮にデータ線ＤＬが光を透過しない材料で形成される構成においても、データ線ＤＬが、透明画素電極ＰＩＴが形成される領域と第２の方向において所定の値以下の間隔で近接又は少なくとも一部において重畳する領域に形成されることで、データ線ＤＬに近接する領域まで開口部として利用できるため、開口率の向上という効果が得られる。
【００５７】
図８から図１４は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤの製造方法を示す図である。これらの図において、本実施形態における第１の透明基板ＳＵＢ１上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴや配線領域、開口部の製造工程を示す。この製造工程は、（ａ）において図３に示した１画素の平面図を、（ｂ）において図４に示した断面構造に相当する図を用いて説明する。各図は、上記ＴＦＴ工程における写真（ホト）加工工程毎に記載している。
【００５８】
図８は、ＴＦＴの第１ホト工程の終了後の１画素の平面図（ａ）と切断線ｂ−ｂ’の断面図を示す。隣り合うゲート線ＧＬは、第１の基板上にスパッタにより成膜され、第１のホト工程でパターン化される。ゲート線ＧＬの厚さは１００ｎｍから３００ｎｍの銅とその上面にモリブデンＭｏを成膜した積層膜である。配線材料としては銅ＣｕだけなくモリブデンＭｏとアルミニウムＡｌの積層膜や、チタンＴｉとアルミニウムＡｌの積層膜あるいはモリブデンＭｏとタングステンの合金ＭｏＷなども使用することができる。
【００５９】
図９は、第２のホト工程が終了した時点での断面図を示す。ゲート線ＧＬ上にプラズマ化学気相成長方法ＣＶＤによりシリコンナイトライドのゲート絶縁膜ＧＳＮ、アモルファスシリコンの半導体層ＳＥＭを積層する。ゲート絶縁膜ＧＳＮ、半導体層ＳＥＭの厚さは、おおよそ４００ｎｍ、２００ｎｍである。上記プラズマ化学気相成長方法ＣＶＤにより膜状に積層される半導体層の上部よりホトレジストを形成し、ホトマスクを用いて露光することで、半導体層ＳＥＭの領域を形成することができる。
【００６０】
図１０は、第３のホト工程が終了した時点での１画素の平面図と断面図である。半導体層ＳＥＭの上部にインジウム・錫・酸化物あるいはインジウム・亜鉛・酸化物をスパッタで成膜する。この厚さは、本実施例では２８０ｎｍである。これをホト工程で加工することによりデータ線ＤＬ及びソース電極ＳＭの領域を形成することができる。
【００６１】
図１１は、第４のホト工程が終了した時点での１画素の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。データ線ＤＬ及びソース電極ＳＭ上にプラズマ化学気相成長方法ＣＶＤにより保護絶縁膜ＰＡＳを形成、さらに感光性アクリルである有機保護膜ＯＰＡＳを塗布する。保護絶縁膜ＰＡＳは、シリコンナイトライドで、厚さは２００から４００ｎｍである。感光性アクリルの材料は、それ自身でホト工程でのレジストとして使用できるので、これにホトマスクでソース電極ＳＭ上に開口部を現像処理により形成する。感光性アクリルの厚さは３０００ｎｍ（３μｍ）と、保護絶縁膜ＰＡＳに比べて厚い。これは塗布膜のためである。
【００６２】
しかし、この厚さと材料の比誘電率が２から４と低いことで、データ線ＤＬ上にこの有機保護膜ＯＰＡＳが形成され、さらにその上部に複数の画素領域全面に透明共通電極ＣＴが形成されても、データ線ＤＬの配線容量を小さくできる。したがって、配線遅延の少ない良好な画質や駆動の消費電力を低減できる効果がある。保護絶縁膜ＰＡＳは、この有機保護膜ＯＰＡＳをマスクとして加工し、その開口部の有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴを形成する。
【００６３】
図１２、は第５のホト工程終了後の１画素の平面図（ｂ）及び断面図（ｂ）である。透明電極材料であるインジウム・錫・酸化物の第３の透明電極材料を成膜し、ホトエッチング工程を経て、透明共通電極ＣＴを有機保護膜ＯＰＡＳ上に形成する。
【００６４】
図１３は、第６のホトエッチング工程終了後の１画素の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。透明共通電極ＣＴ上に上部絶縁層ＵＩＮＳをプラズマ化学気相成長方法ＣＶＤで形成する。これに取り出しのための開口部であるコンタクトホールＣＯＮＴを形成する。コンタクトホールＣＯＮＴは、上下の画素のそれぞれのソース電極ＳＭ上の保護絶縁膜ＰＡＳ及び上部絶縁層ＵＩＮＳの積層された絶縁膜にホト工程及びドライエッチング工程を経て開口される。
【００６５】
図１４は第７のホトエッチング工程終了後の１画素の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。透明画素電極ＰＩＴの材料であるインジウム、錫、酸化物を成膜、ホトエッチングして透明画素電極ＰＩＴを形成する。透明画素電極ＰＩＴとソース電極ＳＭをつなぐ開口部であるコンタクトホールＣＯＮＴは有機保護膜ＯＰＡＳの有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴの内部に形成されている。
【００６６】
以上のように、実質的に７回のホトエッチング工程を経て本発明実施の液晶表示装置の第１の透明基板ＳＵＢ１の加工が終了する。
【００６７】
［第２の実施形態］
図１５から図１９は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤの構成を示す図である。図１５は本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤのシステム及び等価回路を示す図である。図１５には、本実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤの回路結線図を示す。液晶表示装置ＬＣＤは、画像表示領域ＤＩＡとこれを駆動する駆動回路領域からなる。
【００６８】
液晶表示装置ＬＣＤは、第１の透明基板ＳＵＢ１上に第１の方向に形成される複数のゲート線（第１の配線）Ｇ１、Ｇ２、‥Ｇｎと、第１の透明基板ＳＵＢ１上に第１の方向とは異なる第２の方向に形成される複数のデータ線（第２の配線）Ｄ１、Ｄ２、‥Ｄと、を有する。また、液晶表示装置ＬＣＤは、第１の透明基板ＳＵＢ１、複数のデータ線、および複数のゲート線上に層状に形成される透明共通電極ＣＴと、透明共通電極ＣＴに上部絶縁層ＵＩＮＳを介して対向して形成される複数の透明画素電極ＰＩＴと、を有する。さらに、液晶表示装置ＬＣＤは、上部絶縁層ＵＩＮＳおよび複数の透明画素電極ＰＩＴ上に形成される液晶層ＬＣと、液晶層ＬＣ上に形成されるカラーフィルタＣＦと、を有する。さらに、液晶表示装置ＬＣＤは、液晶層ＬＣ等を介して第１の透明基板ＳＵＢ２と対向する第２の透明基板ＳＵＢ２を有し、カラーフィルタＣＦは、第２の透明基板ＳＵＢ２の、第１の透明基板ＳＵＢ１と対向する表面上に形成される。ここで、透明共通電極ＣＴは複数のゲート線Ｇ１、Ｇ２、‥Ｇｎを覆い、上部絶縁層ＵＩＮＳは、透明共通電極ＣＴの表面を覆うよう形成される。また、ゲート線の幅は、透明画素電極ＰＩＴ間の、第２の方向における間隔より広い。
【００６９】
液晶表示装置ＬＣＤにおいては、複数のゲート線と、複数のデータ線と、により複数の画素領域が格子状に規定される。画像表示領域ＤＩＡはアクティブマトリクス表示処理として、ゲート線駆動回路からのゲート線を介したゲート電圧、およびデータ線駆動回路からのデータ線を介した映像データ電圧の供給を受け、薄膜トランジタＴＦＴのオン、オフでデータ電圧を透明画素電極ＰＩＴに供給し、このデータ電圧と、共通電極駆動回路から透明共通電極ＣＴに供給された共通（コモン）電圧との間の電界で液晶層ＬＣを駆動する。液晶層ＬＣの電圧低下を防止するために、各画素領域に保持容量ＳＴＧが形成されている。共通電圧の供給は共通電極駆動回路から透明共通電極ＣＴに画面領域に伝播されている。
【００７０】
色表示を行う場合、本実施例では、縦ストライプ状のカラーフィルタＣＦで形成された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素に接続されたデータ線Ｄ１（Ｒ）、Ｄ２（Ｇ）、Ｄ３（Ｂ）のデータが供給され、ゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３に所望のオン電圧を順に印加することにより実現する。従い、カラーフィルタＣＦは繰り返すデータ線の対象とする縦方向に対して、光を透過して同一色の光を出力するよう構成される。一方、データ線（第２の配線）を挟んで隣接する画素電極に対応するカラーフィルタは、それぞれ異なる色の光を出力するよう構成される。
【００７１】
ここで、画像表示領域ＤＩＡにおいては色の区切り部となるデータ線間の区切り（横方向の画素区切り）にはブラックマトリクスＢＭが形成されているが、縦方向の画素区切りにはブラックマトリクスＢＭは形成されていない。この点について以下に説明する。
【００７２】
図１６は、図１５に示す液晶表示装置ＬＣＤのマトリクス状の複数画素の平面図である。図１６は液晶表示装置の画像表示領域ＤＩＡにおける横方向に３つの画素、縦方向に３つの画素、すなわち９画素の取り出した平面図である。ゲート線ＧＬは薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電圧を供給する配線であり、データ線ＤＬは薄膜トランジスタＴＦＴに映像電圧を供給する配線である。透明共通電極ＣＴに共通電位は供給される。
【００７３】
図１６には、第２の透明基板ＳＵＢ２に形成されたブラックマトリクスＢＭの平面配置が例として示してある。データ線ＤＬ及び薄膜トランジスタＴＦＴは遮光効果のあるブラックマトリクスＢＭで上面から蓋がされている。一方、ゲート線ＧＬ上にブラックマトリクスＢＭは形成されておらず、ブラックマトリクスＢＭそのものが縦方向のみに伸びるストライプ形状である。ブラックマトリクスＢＭの無い部分が画素の開口部である。この開口部の１画素における大きさである開口率を大きくすることで、明るく、低消費電力の液晶表示装置を実現できる。
【００７４】
また、本図に示していないが、赤Ｒ、緑Ｇ、青ＢのカラーフィルタＣＦも縦ストライプであり、この色レジストの境界が縦方向に延びるブラックマトリクスＢＭで隠されている。ゲート線ＧＬ上にはブラックマトリクスＢＭは形成されておらず、後述するように本実施例では開口率が向上し、明るく低消費電力の液晶表示装置が提供できる。
【００７５】
図１７は、図１５に示す液晶表示装置ＬＣＤの１画素の平面図である。図１７は、図１６における２本のゲート線ＧＬと２本のデータ線ＤＬに囲まれた１画素とその周辺図である。
【００７６】
平面的な配置とその機能を示す。ゲート線ＧＬは、断面構造については後述するが、不透明の金属層で形成された金属ゲート配線ＧＬＭと透明電極材料で構成された透明ゲート配線ＧＬＩの積層膜で構成されている。半導体層ＳＥＭの下部にはこの金属ゲート配線ＧＬＭが形成されており、バックライトの光照射をこの金属ゲート配線ＧＬＭで遮光することで薄膜トランジスタＴＦＴのリーク電流を低減させている。一方、ゲート線ＧＬの平面的な領域において、前記半導体層ＳＥＭの無い領域では、透明なゲート配線ＧＬＩで構成している。なお、図１７の領域Ｇのゲート線は透明である。
【００７７】
このゲート線ＧＬには、図１５のゲート線駆動回路に接続されゲート電圧が印加される。一方、データ線ＤＬは、アルミニウムＡｌ、モリブデンＭｏ、チタンＴｉあるいは銅Ｃｕを主成分とする金属材料、あるいは上記の複数の積層層あるいは、上記金属材料にタングステンＷやマンガンＭｎなどを添加された合金あるいは上記の組み合わせにおける積層金属層から形成される。厚さは１００ｎｍから３００ｎｍである。データ線ＤＬには映像用のデータ電圧が印加される。ゲート線ＧＬにゲートオン電圧が供給された場合、薄膜トランジスタの半導体層ＳＥＭが低抵抗となり、データ線ＤＬの電圧が、ソース電極ＳＭ、これと接続された透明画素電極ＰＩＴに伝わる。
【００７８】
液晶層ＬＣに印加されるもう一方の電圧、共通電圧は図１５の共通駆動電極駆動回路から透明共通電極ＣＴに印加される。透明共通電極ＣＴと透明画素電極ＰＩＴとは絶縁膜を介して積層されている。電極の重なり部分が保持容量ＳＴＧとなる。さらに、透明画素電極ＰＩＴには、１画素の表示領域内で、その長軸方向が上述の第１の方向に沿うように（略平行に）スリットが形成されている。このスリットは、上面からは透明画素電極ＰＩＴの電界が液晶駆動として液晶層ＬＣに印加され、この電界がこのスリットを経て透明共通電極ＣＴに至り表示を行う。ソース電極ＳＭから透明画素電極ＰＩＴへの接続は保護絶縁膜ＰＡＳに開けられたコンタクトホールＣＯＮＴの開口部を経由して行われている。
【００７９】
本発明の実施形態では、半導体層ＳＥＭが配置されていないゲート線ＧＬが透明電極材料である透明ゲート配線ＧＬＩであり、保護絶縁膜ＰＡＳを介して上部に形成された透明共通電極ＣＴ、さらに隣り合う上下の画素領域の透明画素電極ＰＩＴがゲート線ＧＬに重なっていて透明である点である。この領域Ｇ（図１７で点線で囲んだ領域）はカラーフィルタＣＦの境界部もなく、さらにブラックマトリクスＢＭも形成されていない。そのため、この領域Ｇにおいて、正常な液晶動作を行うように横電界が印加されていればインプレーンスイッチング（ＩＰＳ）液晶として、オンオフ動作が可能であり開口率が大きく改善できる。本発明の実施の形態はこの機能を有している。
【００８０】
図１８は、図１７に示す液晶表示装置ＬＣＤの１７−１７’線断面図である。断面はデータ電位をデータ線ＤＬから供給し、ゲート線ＧＬにオン電圧を印加した際に薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層ＳＥＭが低抵抗化され、これがソース電極ＳＭから透明画素電極ＰＩＴに伝わり、保持容量ＳＴＧや液晶層ＬＣの容量と蓄積されるルートと隣り合う左右の画素を含む断面構造である。
【００８１】
断面構造における構成要素及びその機能、使用材料を示す。液晶層ＬＣは２枚の透明基板である第１の透明基板ＳＵＢ１と第２の透明基板ＳＵＢ２とに挟まれている。液晶層ＬＣには、電界方向に沿って液晶分子の長軸が揃うポジ型の液晶が封入されている。液晶層ＬＣの厚みは３から４μｍである。第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２はガラスで形成され、その厚みは製造工程では０．４から０．７ｍｍであるが、最終的には液晶層ＬＣが封入され第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２が形成された後に化学研磨され約０．２ｍｍと薄くする場合もある。基板材料としては、ガラス以外でもプラスティックを使用しても本発明を実現できる。
【００８２】
第１の透明基板ＳＵＢ１及び第２の透明基板ＳＵＢ２の外側には第１の偏光板ＰＯＬ１と第２の偏光板ＰＯＬ２が貼られている。これは、第１の偏光板ＰＯＬ１の外側からのバックライトからの光に偏光を加え液晶と通過させ、液晶層ＬＣが光学的な複屈折効果により楕円偏光となり、これを更に第２の透明基板ＳＵＢ２の外側の第２の偏光板ＰＯＬ２を通過する際に直線偏光として通過する。
【００８３】
本発明の液晶表示装置ＬＣＤにおいては、第１の偏光板ＰＯＬ１と第２の偏光板ＰＯＬ２の偏光軸は直行する（いわゆるクロスニコス）ように貼ってある。従って、無電界では、バックライトの光が液晶層ＬＣを通過しても第２の偏光板ＰＯＬ２が光を遮断し黒表示となる。一方、液晶層ＬＣに主に透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴの間で電圧が印加され、液晶層ＬＣに電界が印加されると液晶層ＬＣは複屈折動作で光を楕円偏光に変え、その駆動電圧に応じて透過率を変えることができ、階調表示から白表示が可能になる。
【００８４】
液晶層ＬＣの両面にはその表面に液晶分子を固定できる第１の配向膜ＡＬ１と第２の配向膜ＡＬ２が形成されている。第１の配向膜ＡＬ１及び第２の配向膜ＡＬ２は主成分をポリイミドで構成され、その表面に液晶分子を整列させる方法としては、ラビングあるいは偏光された紫外線を照射することで実現する。
【００８５】
色表示は第２の透明基板ＳＵＢ２に形成された、顔料を着色層とするカラーフィルタＣＦを光が透過することが実現する。顔料は液晶へ溶け込み汚染源となるため、その表面には有機材料であるオーバーコート膜ＯＣで被覆している。このオーバーコート膜ＯＣは表面を平坦化させる効果も持つ。
【００８６】
半導体層ＳＥＭの種類によって外部光が直接当たった場合、半導体層の抵抗が低下し、液晶表示装置の保持特性が低下し、良好な画像表示が行えないことがある。そのため、第１の透明基板ＳＵＢ１においては、半導体層ＳＥＭの上面にはブラックマトリクスＢＭを形成する。このブラックマトリクスＢＭは、カラーフィルタＣＦの画素間の境界にも配置され、隣りあう画素の光が斜めから見えることによる混色を防止し、画像を滲みなく表示することに大きな効果が上げる。ただし、このブラックマトリクスＢＭの幅が広すぎると開口率や透過率が低下する。そのため、高精細の液晶表示装置において、明るく低消費電力な性能を実現するには、このブラックマトリクスＢＭの幅を斜めから見た時の混色が起こらない範囲で最小の幅にする必要がある。
【００８７】
ブラックマトリクスＢＭは、黒色顔料を用いた樹脂材料あるいは金属材料が構成される。本発明の実施の形態においては縦ストライプのカラーフィルタＣＦ配列であるので、データ線ＤＬ上にカラーフィルタＣＦの色の境界があり、この部分にブラックマトリクスＢＭが形成されている。一方、ゲート線ＧＬ上にカラーフィルタＣＦの色の境界はない。
【００８８】
図１７における平面構成同様に、１画素内では液晶層ＬＣをコンデンサと見立てた場合の一方の透明画素電極ＰＩＴと他方の透明共通電極ＣＴに駆動電圧が印加される。まず、金属層で形成されたゲート線ＧＬにオン電圧が印加される。ゲート線ＧＬは、アルミニウムＡｌ、モリブデンＭｏ、チタンＴｉあるいは銅Ｃｕを主成分とする金属材料、あるいは上記の複数の積層層あるいは、上記金属材料にタングステンＷやマンガンＭｎなどを添加された合金あるいは上記の組み合わせにおける積層金属層から形成された金属ゲート配線ＧＬＭと、透明電極材料で構成された透明ゲート配線ＧＬＩの積層膜である。第１の透明基板ＳＵＢ１上に透明ゲート配線ＧＬＩと金属ゲート配線ＧＬＭをスパッタにより連続に成膜し、半導体層ＳＥＭが配置される領域のみを残して、他のゲート線ＧＬの領域では金属ゲート配線ＧＬＭは除去する。
【００８９】
ゲート線ＧＬの上部には、ゲート絶縁膜ＧＳＮが形成されている。ゲート絶縁膜ＧＳＮは、プラズマ化学気相成長方法（ＣＶＤ）で形成されたシリコンナイトライドが用いられる。ただし、本発明の機能としてはこれが二酸化シリコンＳｉＯ２、あるいはアルミナＡｌ２Ｏ３で形成しても良い。ゲート線ＧＬ上には、半導体層ＳＥＭが島状に加工され配置されている。半導体層材料としては、シリコンナイトライドとの組み合わせとしてはアモルファスシリコンａ−Ｓｉ、二酸化シリコンＳｉＯ２との組み合わせとしては酸化物半導体、あるいは光を透過する低温ポリシリコンＬＴＰＳが用いられ、酸化物半導体としてはインジウム、ガリウム、亜鉛の酸化物などを使用することが可能である。
【００９０】
半導体層ＳＥＭの電流取り出し部には、データ線ＤＬ及びソース電極ＳＭが形成される。データ線ＤＬとソース電極ＳＭは同一工程で形成された金属材料であり、金属ゲート配線ＧＬＭと同様の材料が使用される。ソース電極ＳＭ上には透明画素電極ＰＩＴが接続されている。透明画素電極ＰＩＴはマトリクス状に配列されたゲート線ＧＬとデータ線ＤＬに区切られた１画素領域内に線形電極とスリットを有するパターンを有する。
【００９１】
透明画素電極ＰＩＴへのデータ電圧の供給は、ゲート線ＧＬにオン電圧が印加された時に、半導体層ＳＥＭが低抵抗となりデータ線ＤＬからソース電極ＳＭを経て透明画素電極ＰＩＴに伝わる。これと透明共通電極ＣＴとの間の容量に充電が行われる。
【００９２】
データ線ＤＬ及びソース電極ＳＭ上には保護絶縁膜ＰＡＳが形成される。保護絶縁膜ＰＡＳとしてはシリコンナイトライドＳｉＮ３あるいは二酸化シリコンＳｉＯ２を使うことができる。厚さは２００から４００ｎｍである。
【００９３】
保護絶縁膜ＰＡＳ上には有機保護膜ＯＰＡＳが塗布され、有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴが中央部で開口される、有機保護膜ＯＰＡＳは厚さ３μｍの感光性レジストを用いている。有機材料はアクリルである。この有機膜コンタクトホールＯＣＯＮＴは有機保護膜ＯＰＡＳ自体が感光性であるので、ホトマスクを用いた露光工程での露光、現像処理で開口加工できる。
【００９４】
有機保護膜ＯＰＡＳ上には透明共通電極ＣＴが形成されている。透明共通電極ＣＴはインジウム、錫、酸化物あるいはインジウム、亜鉛、酸化物の材料で構成される。透明共通電極ＣＴ上にはシリコンナイトライドあるいは２酸化珪素で構成された上部絶縁層ＵＩＮＳが形成される。透明画素電極ＰＩＴは透明共通電極ＣＴと同様にインジウム・錫・酸化物などの透明電極材料で構成され、ソース電極ＳＭと上部絶縁層ＵＩＮＳに開口されたコンタクトホールＣＯＮＴを通じて接続されている。
【００９５】
図１９は、図１７に示す液晶表示装置ＬＣＤの１８−１８’線断面図である。本図は２本のゲート線ＧＬに挟まれた画素の断面図である。ゲート線ＧＬはこの領域では、金属ゲート配線ＧＬＭは除去されて透明ゲート配線ＧＬＩのみでゲート線ＧＬの機能を実現している。隣接する画素の断面も一部示す。画素は縦ストライプのカラーフィルタＣＦ配置において緑ＧのカラーフィルタＣＦ（Ｇ）に対応している。透明ゲート配線ＧＬＩの画素境界にはブラックマトリクスＢＭは形成されていない。
【００９６】
図１９の断面領域の構造と動作について、透明ゲート配線ＧＬＩに囲まれた開口領域と透明ゲート配線ＧＬＩの領域Ｇに分けて示す。なお、領域Ｇは図１５の平面図における領域Ｇと対応している。
【００９７】
開口領域では透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴの間に映像データ電圧、共通電圧が印加され、この電極間の電界が液晶層ＬＣに加わり、その電界強度により液晶層ＬＣの楕円偏光強度が変わることで透過率を制御して階調表示を行う。第１の透明基板ＳＵＢ１上に、透明画素電極ＰＩＴ及び透明共通電極ＣＴが形成され、これらの２つの電極間に印加される電界が液晶層ＬＣに伝播され、これで液晶分子ＬＣＭが水平に回転して光の透過率を階調制御するいわゆるインプレーン・スイッチング（ＩＰＳ）が行われる。
【００９８】
各電極に印加される電位および液晶層ＬＣは、２つの電極に最大電圧差が印加された時に透過率が最大になるように設計される。透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴの電位差が小さくなると透過率が低下し、黒表示に向かう。電圧差が最大に向けて透過率が上昇し、白表示となる。最大電圧を印加した場合の最大透過率を単純に透過率と表現する場合もある。
【００９９】
液晶層ＬＣは有機材料の液晶分子ＬＣＭが充填されている。第１の透明基板ＳＵＢ１の内側表面に形成された第１の配向膜ＡＬ１と第２の透明基板ＳＵＢ２に形成された第２の配向膜ＡＬ２表面には配向処理で液晶分子ＬＣＭの長軸が固定される。前記透明画素電極ＰＩＴは、電極内にスリットを有する。スリットからは上部絶縁層ＵＩＮＳを介して、透明画素電極ＰＩＴから透明共通電極ＣＴの２つの電極間の電圧が大きくなると液晶層ＬＣに折り返すような電界による電気力線が形成される。
【０１００】
一方、透明ゲート配線ＧＬＩを中心とする領域Ｄについては、透明画素電極ＰＩＴと透明共通電極ＣＴは先の開口領域と同じである。透明ゲート配線ＧＬＩはゲートオン電圧が伝播されているが、透明共通電極ＣＴはシールドの役目を果たすので透明ゲート配線ＧＬＩからの電界がノイズとなり液晶動作に悪影響を与えることは無い。従って、本発明の実施形態においては透明ゲート配線ＧＬＩ上の液晶層ＬＣも隣り合う画素として、動作する。すなわち、ブラックマトリクスＢＭが無い領域が有効な画素開口部として利用できるので、明るく低消費電力の液晶表示装置が提供できる。また隣り合う画素のカラーフィルタＣＦは同一であるので斜めから覗いても色の混色は無い。
【０１０１】
このように本実施の形態は、ゲート線ＧＬを透明化し、これと縦ストライプのカラーフィルタＣＦ方式を組み合わせることで、開口率が高いことによる、明るくかつ低消費電力の液晶表示装置が提供される。
【０１０２】
なお、本実施形態ではゲート線ＧＬが透明電極材料で形成される構成が示されたが、本発明はこれに限定されない。仮にゲート線ＧＬが光を透過しない材料で形成される構成においても、ゲート線ＧＬが、透明画素電極ＰＩＴが形成される領域から第２の方向において所定の値以下の間隔で近接又は少なくとも一部において重畳する領域に形成されることで、ゲート線ＧＬに近接する領域まで開口部として利用できるため、開口率の向上という効果が得られる。
【符号の説明】
【０１０３】
ＬＣＤ  液晶表示装置、ＤＩＡ  画像表示領域、ＳＵＢ１  第１の透明基板、ＳＵＢ２  第２の透明基板、ＡＬ１  第１の配向膜、ＡＬ２  第２の配向膜、ＬＣ  液晶層、ＬＣＭ  液晶分子、ＰＯＬ１  第１の偏光板、ＰＯＬ２  第２の偏光板、ＧＬ，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇｎ  ゲート線、ＳＴＧ  保持容量、ＧＬＭ  金属ゲート配線、ＧＬＩ  透明ゲート配線、ＢＭ  ブラックマトリクス、ＴＦＴ  薄膜トランジスタ、ＧＳＮ  ゲート絶縁膜、ＰＡＳ  保護絶縁膜、ＯＰＡＳ  有機保護膜、ＵＩＮＳ  上部絶縁層、ＤＬ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄｎ  データ線、ＣＯＮＴ  コンタクトホール、ＯＣＯＮＴ  有機膜コンタクトホール、ＳＭ  ソース電極、ＳＥＭ  半導体層、ＣＴ  透明共通電極、ＰＩＴ  透明画素電極、ＣＦ  カラーフィルタ、ＯＣ  オーバーコート膜、Ｄ，Ｇ  領域、Ｒ１，Ｒ２  画素領域、ＥＦ  電界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図６】
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