(57)【要約】本発明は、高速応答化及び高透過率化できる３層電極構造の液晶表示装置等に好適に適用できるとともに、開口率の大きなものとすることができる薄膜トランジスタアレイ基板及びこれを備える液晶表示装置を提供する。本発明の薄膜トランジスタアレイ基板は、薄膜トランジスタ素子、ゲートバスライン及びソースバスラインを有する薄膜トランジスタアレイ基板であって、上記薄膜トランジスタアレイ基板は、電極をもち、上記電極は、第１電極及び第２電極を含み、上記第１電極は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、上記第１電極は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、上記ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続され、上記第２電極は、面状電極である薄膜トランジスタアレイ基板である。
2013065529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタ素子、ゲートバスライン及びソースバスラインを有する薄膜トランジスタアレイ基板であって、
該薄膜トランジスタアレイ基板は、電極をもち、
該電極は、第１電極、及び、第２電極を含み、
該第１電極は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、
該第１電極は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、
該ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、該ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続され、
該第２電極は、面状電極である
ことを特徴とする薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項２】
前記第１電極は、一対の櫛歯電極であり、
該一対の櫛歯電極の一方は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、
該一対の櫛歯電極の他方は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、
該ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、該ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項３】
前記ソースバスラインに沿っている線状部分は、基板主面を平面視したときに、前記ゲートバスラインに沿っている線状部分より長い
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項４】
前記ソースバスラインは、該ソースバスラインに沿って少なくとも２つの画素を同時に駆動することができる少なくとも２本のソースバスラインを含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項５】
前記第１電極は、画素ごとに配置され、
前記ゲートバスラインに沿っている線状部分は、画素の中央を通り、
前記ソースバスラインに沿って隣接する２つの画素にそれぞれ配置される第１電極は、基板主面を平面視したときに、互いに反転した構造を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項６】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、それぞれ、前記一対の櫛歯電極の一方と電気的に接続されているか、又は、前記一対の櫛歯電極の他方と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項７】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、前記一対の櫛歯電極における外側の線状部分と接続されている
ことを特徴とする請求項２又は６に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項８】
前記面状電極は、ソースバスライン方向の画素間、又は、ゲートバスライン方向の画素間で共通接続されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含む
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項１０】
前記第１電極は、横電界を発生させるための電極である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板を備え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、薄膜トランジスタアレイ基板及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、電圧無印加時に基板主面に対して垂直な方向に配向する液晶分子を含む液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイ基板及び液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタアレイ基板は、表示装置等を電気的に制御して、表示・非表示の駆動をおこなうことができ、例えば液晶表示装置においては液晶を挟持する基板として用いられる等、一般的に広く普及している。具体的には、パーソナルコンピュータ、テレビジョン、カーナビゲーション等の車載用の機器、携帯電話等の携帯情報端末のディスプレイ、立体表示が可能な表示装置等、日常生活やビジネスに欠かすことのできないものとなっている。これらの用途において、液晶層の光学特性を変化させるための電極配置等に関する、各種モードの液晶表示装置向けの薄膜トランジスタアレイ基板が検討されている。【０００３】
なお、近年の液晶表示装置の表示方式としては、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードや、正又は負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチング（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モード及び縞状電界スイッチング（ＦＦＳ：Fringe Field Switching）モード等が挙げられる。【０００４】
例えば、ＦＦＳ駆動方式の液晶表示装置として、高速応答性及び広視野角を有する薄膜トランジスタ型液晶ディスプレイであって、第１の共通電極層を有する第１の基板と、ピクセル電極層及び第２の共通電極層の両方を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟まれた液晶と、高速な入力データ転送速度に対する高速応答性及び見る人にとっての広視野角をもたらすために、前記第１の基板にある前記第１の共通電極層と、前記第２の基板にある前記ピクセル電極層及び第２の共通電極層の両方との間に電界を発生させる手段とを含むディスプレイが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００５】
また複数の電極により横電界を印加する液晶装置として、互いに対向配置された一対の基板間に誘電率異方性が正の液晶からなる液晶層が挟持された液晶装置であって、前記一対の基板を構成する第１の基板、第２の基板のそれぞれに前記液晶層を挟んで対峙し、該液晶層に対して縦電界を印加する電極が設けられるとともに、前記第２の基板には、前記液晶層に対して横電界を印加する複数の電極が設けられた液晶装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５２３８５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３６５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されるように、ＦＦＳ駆動方式の液晶表示装置においては、立上がり（暗状態〔黒表示〕から明状態〔白表示〕に表示状態が変化する間）は下側基板の上層スリット電極−下層面状電極間で発生するフリンジ電界（ＦＦＳ駆動）により、立下がり（明状態〔白表示〕から暗状態〔黒表示〕に表示状態が変化する間）は基板間の電位差で発生する縦電界により、それぞれ電界によって液晶分子を回転させて高速応答化できる。【０００８】
上記特許文献２は、３層電極構造を有する液晶表示装置において櫛歯駆動を用いて応答速度を向上させることを記載している。なお、実質的に表示方式がツイステッドネマティック（ＴＮ）モードの液晶装置についての記載しかなく、広視野角、高コントラストの特性等を得るのに有利な方式である垂直配向型の液晶表示装置については何ら開示されていない。【０００９】
また、垂直配向型の３層電極（対向電極、上層電極、下層電極）を有する液晶表示装置において、立上がりは下側基板の上層櫛歯電極間の横電界（又は、上層電極と下層電極とのフリンジ駆動によるフリンジ電界）、立下がりは基板間の電位差で発生する縦電界により、立上がり、立下がりともに電界によって液晶分子を回転させて高速応答化できる。特に、特願２０１１−１４２３４６号、特願２０１１−１４２３５１号に記載されるように、上層電極を一対の櫛歯電極のように横電界を発生できるものとすることにより、更に、立上がり時の透過率を向上することができる。【００１０】
この時、駆動するためには電極（ＩＴＯ）にドレイン電極を電気的に接続する（繋ぐ）ことになるが、接続の仕方によって開口率が低下してしまう。
また上層電極にＴＦＴ駆動すべき電極が２つ以上あるとき、電極の形とＴＦＴとの位置関係からうまく接続できない場合が出てくる。【００１１】
上述したような、垂直配向型の３層電極を有する液晶装置等において、適切となるような薄膜トランジスタアレイ基板の電極構造、電極構造と透過率との関連性等については、先行技術文献としての上記特許文献に記載の発明には更なる工夫の余地があった。【００１２】
また、駆動方法についても、先行技術文献としての上記特許文献、及び、特願２０１１−１４２３４６号、特願２０１１−１４２３５１号には特に言及されておらず、ＩＴＯとドレイン電極とを電気的に接続するときに課題があるが、課題及びその解決手段について、何ら記載されていない。【００１３】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、高速応答化及び高透過率化できる３層電極構造の液晶表示装置等に好適に適用できる開口率の大きな薄膜トランジスタアレイ基板及びこれを備える液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、垂直配向型の液晶表示パネル及び液晶表示装置において高速応答化と高透過率とを両立させることを検討し、立上がり・立下がりの両方において液晶分子を電界によって配向制御させる液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイ基板に着目した。そして、電極構造、特に、電極（ＩＴＯ）とドレイン電極（画素電極）とを接続するときに最適な画素の電極の配置について更なる検討をおこない、電極の構造、及び、ＴＦＴ、ソースバスラインの位置関係を工夫すること、例えば、上記薄膜トランジスタアレイ基板がもつ電極が、第１の電極（一対の櫛歯電極等）、及び、第２の電極（面状電極）を含み、上記一対の櫛歯電極の一方が、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、上記一対の櫛歯電極の他方が、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、上記ソースバスラインに沿っている線状部分が、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続されているものとすることにより、開口率を低減することなく、駆動することができることを見出したものである。【００１５】
また、本発明者らは、このような薄膜トランジスタアレイ基板が、液晶層を挟持する薄膜トランジスタアレイ基板及び対向基板が電極を有し、立上がりは上層櫛歯電極間の横電界（又は、上層電極と下層電極とのフリンジ駆動によるフリンジ電界）、立下がりは基板間の電位差で縦電界を発生させる液晶表示装置に特に好適であることを見出し、これにより、立上がり、立下がりともに電界によって液晶分子を回転させて高速応答化できることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。本発明では、このように、薄膜トランジスタアレイ基板の画素の電極等の配置を工夫することにより、垂直配向型の３層電極構造を有する液晶表示装置において高速応答化し、かつ高透過率化も実現できることを特徴とし、この点で先行技術文献に記載の発明と異なる。更に言えば、フィールドシーケンシャル駆動方式の液晶表示装置や、低温環境下では応答速度の課題が特に顕著になるところ、本発明ではこれを解決し、かつ透過率にも優れたものとすることができる。【００１６】
すなわち、本発明は、薄膜トランジスタ素子、ゲートバスライン及びソースバスラインを有する薄膜トランジスタアレイ基板であって、上記薄膜トランジスタアレイ基板は、電極をもち、上記電極は、第１電極、及び、第２電極を含み、上記第１電極は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、上記第１電極は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、上記ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続され、上記第２電極は、面状電極である薄膜トランジスタアレイ基板である。【００１７】
上記ソースバスラインに沿っている線状部分が、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設されるとは、例えば、基板主面を平面視したときに、上記第１電極（好ましくは、後述するように、一対の櫛歯電極の一方）におけるソースバスラインに沿っている線状部分が、上記第１電極（好ましくは、一対の櫛歯電極の他方）におけるゲートバスラインに沿っている線状部分の延長線上を通過することを言う。ここで、上記ソースバスラインに沿っている線状部分は、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分とその延長線で区切られる一方の側から他方の側へ延びるように配置される。これにより、上記ソースバスラインに沿っている線状部分は、適切にゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続され、当該接続箇所（コンタクト部）で開口率を落とさないものとすることができる。なお、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分は、本発明の効果を奏する限り、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して垂直方向で横設されるものでなくてもよいが、実質的に垂直方向で横設されるものが好ましい。【００１８】
また、上記第１電極は、一対の櫛歯電極であり、上記一対の櫛歯電極の一方は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、上記一対の櫛歯電極の他方は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、上記ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続されていることが好ましい。【００１９】
上記ソースバスラインに沿っている線状部分は、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分より長いことが好ましい。例えば、上記ソースバスラインに沿っている線状部分の長さが、基板主面を平面視したときに、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分の長さの１．０５倍〜１．３倍とすることができる。これにより、例えば、画素における縦方向のピッチと横方向のピッチとが実質的に等しい場合に、上記ソースバスラインに沿っている線状部分が、より適切にゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続することができる。【００２０】
上記ソースバスラインは、上記ソースバスラインに沿って少なくとも２つの画素を同時に駆動することができる少なくとも２本のソースバスラインを含むことが好ましい。より好ましくは、上記２つの画素がソースバスラインに沿って互いに隣接することである。このように例えばダブルソース駆動とすることにより、特に大型の液晶表示パネルにおいて、画素への信号書き込み時間が充分に長いものとなり、画素に充分に充電することが可能となる。なお、ソースバスラインが、ソースバスラインに沿って隣接する２つの画素を同時に駆動することができる２本のソースバスラインを含むものであることが、本発明の特に好ましい形態の１つである。また、上記効果を発揮できる限り、薄膜トランジスタアレイ基板におけるすべてのソースラインが隣接する少なくとも２つの画素を同時に駆動するのに用いられるものでなくてもよい。【００２１】
上記第１電極は、画素ごとに配置され、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分は、画素の中央を通り、上記ソースバスラインに沿って隣接する２つの画素にそれぞれ配置される第１電極は、基板主面を平面視したときに、互いに反転した構造を有することが好ましい。反転した構造とは、画素を１８０°回転したときの電極構造と略同一の電極構造を言う。ダブルソース駆動をおこなうことができる薄膜トランジスタアレイ基板等において、上記ゲートバスラインに沿っている線状部分が、画素の中央を通る場合は、このように第１電極を上記ソースバスラインに沿って順次反転する構造とすることで、上記ソースバスラインに沿っている線状部分が、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続することができる。【００２２】
上記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素（絵素）と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、それぞれ、上記一対の櫛歯電極の一方と電気的に接続されているか、又は、上記一対の櫛歯電極の他方と電気的に接続されていることが好ましい。１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あるとは、通常、互いに略平行な４本のソースバスラインが、基板主面を平面視したときに、１つの画素と重畳するように配置されていることを言う。下層電極は、画素ごとのＴＦＴが無くても、ソースバスライン又はゲートバスラインに沿って繋げること等により駆動できる可能性があるため、ソースバスラインの数は最低４本になる。なお、下層電極を画素ごとのＴＦＴにより駆動する場合は、通常、１つの画素（絵素）と重畳するソースバスラインは６本である。【００２３】
上記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、上記一対の櫛歯電極における外側の線状部分と接続されていることが好ましい。画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインが、上記一対の櫛歯電極における最も外側の線状部分と接続されていることが特に好ましい。外側とは、例えば、ゲートバスラインの長手方向において画素内の外側寄りであることを言う。
１本内側に入ったソースバスラインがこのように接続されることで、すべてのＴＦＴと画素電極とを好適に接続することができる。【００２４】
上記面状電極は、ソースバスライン方向の画素間、又は、ゲートバスライン方向の画素間で共通接続されていることが好ましい。これにより、例えば１画素あたり１つのＴＦＴを削減することができ、その結果、開口率を高めることができる。
また上記薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含むことが好ましい。【００２５】
上記第１電極は、横電界を発生させるための電極であることが好ましい。上記横電界は、基板主面に対して水平方向の電界をいい、本発明の液晶表示パネルは、通常はこの水平方向の電界を発生させることにより白表示をおこなうためのものである。すなわち、上記横電界は、基板の上層電極−下層電極間で発生するフリンジ電界のような水平成分を含む電界であってもよいが、一対の櫛歯電極（好ましくは、同層に設けられた一対の櫛歯電極）間に発生する横電界であることが好ましい。【００２６】
すなわち、上記第１電極は、一対の櫛歯電極であることが好ましい。上記一対の櫛歯電極は、基板主面を平面視したときに、２つの櫛歯電極が対向するように配置されているといえるものであればよい。これら一対の櫛歯電極により櫛歯電極間で横電界を好適に発生させることができるため、液晶層が正の誘電率異方性を有する液晶分子を含むときは、立上がり時の応答性能及び透過率が優れたものとなり、液晶層が負の誘電率異方性を有する液晶分子を含むときは、立下がり時において横電界によって液晶分子を回転させて高速応答化することができる。また、上記第１基板及び上記第２基板が有する電極は、基板間に電位差を付与することができるものであればよく、これにより、液晶層が正の誘電率異方性を有する液晶分子を含むときの立下がり時、並びに、液晶層が負の誘電率異方性を有する液晶分子を含むときの立上がり時において基板間の電位差で縦電界を発生させ、電界によって液晶分子を回転させて高速応答化することができる。【００２７】
一対の櫛歯電極は、同一の層に設けられていてもよく、また、本発明の効果を発揮できる限り、一対の櫛歯電極が異なる層に設けられていてもよいが、一対の櫛歯電極は、同一の層に設けられていることが好ましい。一対の櫛歯電極が同一の層に設けられているとは、それぞれの櫛歯電極が、その液晶層側、及び／又は、液晶層側と反対側において、共通する部材（例えば、絶縁層、液晶層等）と接していることを言う。【００２８】
上記一対の櫛歯電極は、基板主面を平面視したときに、櫛歯部分がそれぞれ沿っていることが好ましい。中でも、一対の櫛歯電極の櫛歯部分がそれぞれ略平行であること、言い換えれば、一対の櫛歯電極がそれぞれ複数の略平行なスリットを有することが好適である。【００２９】
上記一対の櫛歯電極は、閾値電圧以上で異なる電位とすることができることが好ましい。例えば、明状態の透過率を１００％に設定したとき、５％の透過率を与える電圧値を意味する。閾値電圧以上で異なる電位とすることができるとは、閾値電圧以上で異なる電位とする駆動操作を実現できるものであればよく、これにより液晶層に印加する電界を好適に制御することが可能となる。異なる電位の好ましい上限値は、例えば２０Ｖである。異なる電位とすることができる構成としては、例えば、一対の櫛歯電極のうち、一方の櫛歯電極をあるＴＦＴで駆動するとともに、他方の櫛歯電極を、別のＴＦＴで駆動したり、該他方の櫛歯電極の下層電極と導通させたりすることにより、一対の櫛歯電極をそれぞれ異なる電位とすることができる。上記一対の櫛歯電極における櫛歯部分の幅は、例えば２μｍ以上が好ましい。また、櫛歯部分と櫛歯部分との間の幅（本明細書中、スペースともいう。）は、例えば２μｍ〜７μｍであることが好ましい。【００３０】
また、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板が備える面状電極とは、本明細書中、複数の画素内で電気的に接続された形態を含み、例えば薄膜トランジスタアレイ基板の面状電極としては、すべての画素内で電気的に接続された形態、画素ラインに沿って電気的に接続された形態等が好適なものとして挙げられる。【００３１】
また、薄膜トランジスタアレイ基板の液晶層側の電極（上層電極）を一対の櫛歯電極（又はスリット電極）とし、薄膜トランジスタアレイ基板の液晶層側と反対側の電極（下層電極）を面状電極とする形態が特に好ましい。これにより、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板を液晶表示装置に適用した際に横電界・縦電界を好適に印加することができる。例えば、薄膜トランジスタアレイ基板の一対の櫛歯電極（又はスリット電極）の下層に絶縁層を介して面状電極を設けることができる。更に、上記薄膜トランジスタアレイ基板の面状電極は、画素ラインに沿って電気的に接続されているものであることが好ましいが、各画素単位で独立であってもよい。なお、一対の櫛歯電極の一方をその下層電極である面状電極と導通させた場合に、当該面状電極が画素ラインに沿って電気的に接続されているときは、当該櫛歯電極も画素ラインに沿って電気的に接続されている形態となり、当該形態も本発明の好ましい形態の一つである。そして、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板の面状電極は、少なくとも、基板主面を平面視したときに薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極と重畳する箇所が面状であることが好ましい。画素ラインに沿って電気的に接続されているとは、画素の縦、横等の配列のいずれかの少なくとも１つに沿って複数の画素にわたって電気的に接続されるものであればよい。また、すべての画素ラインにおいてそれぞれ電極が電気的に接続されている必要はなく、液晶表示パネルにおいて実質的に画素ラインに沿って電気的に接続されているといえるものであればよい。【００３２】
上記面状電極は、一対の櫛歯電極と電気抵抗層を介して形成されることが好ましい。上記電気抵抗層は、絶縁層であることが好ましい。絶縁層とは、本発明の技術分野において、絶縁層といえるものであればよい。【００３３】
上記面状電極が同一の画素列内で電気的に接続されている形態がより好ましい。上記同一の画素列とは、例えば薄膜トランジスタアレイ基板がアクティブマトリクス基板である場合、基板主面を平面視したときに、アクティブマトリクス基板におけるゲートバスラインに沿って配置される画素列である。このように第１基板の面状電極及び／又は第２基板の面状電極が同一の画素列内で電気的に接続されていることにより、例えば偶数のゲートバスラインに対応する画素ごと・奇数のゲートバスラインに対応する画素ごとに、電位変化が反転するように電極に電圧を印加することができ、好適に縦電界を発生させて高速応答化することができる。【００３４】
上記薄膜トランジスタアレイ基板の面状電極は、本発明の技術分野において面形状といえるものであればよく、その一部の領域にリブやスリット等の配向規制構造体を有していたり、基板主面を平面視したときに画素の中心部分に当該配向規制構造体を有していたりしてもよいが、実質的に配向規制構造体を有さないものが好適である。【００３５】
ここで、偶数ライン・奇数ラインごとに共通接続された下層電極（薄膜トランジスタアレイ基板が有する面状電極）に印加して電位変化を反転させるものとすることができる。また一定電圧で保持された電極の電位を中間電位としてもよく、この一定電圧で保持された電極の電位を０Ｖであると考えると、バスラインごとの下層電極に印加される電圧の極性が反転されているともいえる。【００３６】
本発明の液晶表示パネルが備える薄膜トランジスタアレイ基板は、液晶層を挟持するための一対の基板の一方であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。【００３７】
なお、上記一対の櫛歯電極の少なくとも一方が画素電極であること、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板がアクティブマトリクス基板であることが好適である。【００３８】
本発明はまた、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板を備える液晶表示装置でもある。本発明の液晶表示装置における薄膜トランジスタアレイ基板の好ましい形態は、上述した本発明の液晶表示パネルの好ましい形態と同様である。【００３９】
本発明の液晶表示パネルは、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板と、対向基板と、両基板に挟持される液晶層とを通常備える。【００４０】
上記対向基板は、電極を有するものであることが好ましい。上記電極は、面状電極であることがより好ましい。対向基板の面状電極は、本発明の技術分野において面形状といえるものであればよく、その一部の領域にリブやスリット等の配向規制構造体を有していたり、基板主面を平面視したときに画素の中心部分に当該配向規制構造体を有していたりしてもよいが、実質的に配向規制構造体を有さないものが好適である。【００４１】
上記液晶層は、通常、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板の電極、又は、本発明の薄膜トランジスタアレイ基板と対向基板との間で生じる電界により、閾値電圧以上で基板主面に対して水平成分を含んで配向するものであるが、中でも、水平方向に配向する液晶分子を含むことが好ましい。水平方向に配向するとは、例えば一対の櫛歯電極間で生じる電界により、本発明の技術分野において水平方向に配向するといえるものであればよい。これにより透過率を更に向上することができる。上記液晶層に含まれる液晶分子は、閾値電圧以上で基板主面に対して水平方向に配向する液晶分子から実質的に構成されるものであることが好適である。【００４２】
上記液晶層は、正の誘電率異方性を有する液晶分子（ポジ型液晶分子）を含むことが好ましい。正の誘電率異方性を有する液晶分子は、電界を印加した場合に一定方向に配向されるものであり、配向制御が容易であり、より高速応答化することができる。また、上記液晶層は、負の誘電率異方性を有する液晶分子（ネガ型液晶分子）を含むこともまた好ましい。これにより、より透過率を向上することができる。すなわち、高速応答化の観点からは、上記液晶分子が正の誘電率異方性を有する液晶分子から実質的に構成されることが好適であり、透過率の観点からは、上記液晶分子が負の誘電率異方性を有する液晶分子から実質的に構成されることが好適であるといえる。【００４３】
本発明の液晶表示装置において、上記薄膜トランジスタアレイ基板及び対向基板は、少なくとも一方の液晶層側に、通常は配向膜を有する。該配向膜は、垂直配向膜であることが好ましい。また、該配向膜としては、有機材料、無機材料から形成された配向膜、光活性材料から形成された光配向膜等が挙げられる。なお、上記配向膜は、ラビング処理等による配向処理がなされていない配向膜であってもよい。有機材料、無機材料から形成された配向膜、光配向膜等の、配向処理が必要ない配向膜を用いることによって、プロセスの簡略化によりコストを削減するとともに、信頼性及び歩留まりを向上することができる。また、ラビング処理をおこなった場合、ラビング布などからの不純物混入による液晶汚染、異物による点欠陥不良、液晶パネル内でラビングが不均一であるために表示ムラが発生するなどのおそれがあるが、これら不利点も無いものとすることができる。また、上記薄膜トランジスタアレイ基板及び対向基板は、少なくとも一方の液晶層側と反対側に、偏光板を有することが好ましい。該偏光板は、円偏光板が好ましい。このような構成により、透過率改善効果を更に発揮することができる。該偏光板は、直線偏光板であることもまた好ましい。このような構成により、視野角特性を優れたものとすることができる。【００４４】
本発明の液晶表示装置は、縦電界発生時においては、通常、少なくとも薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極と対向基板が有する電極との間に電位差を生じさせる。好ましい形態は、上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極と対向基板が有する電極との間に、薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極（例えば、一対の櫛歯電極）間よりも高い電位差を生じさせる形態である。【００４５】
また横電界発生時においては、通常、少なくとも上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極（例えば、一対の櫛歯電極）間に、電位差を生じさせる。例えば、上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極間に、上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極と対向基板が有する電極間よりも高い電位差を生じさせる形態とすることができる。また、低階調表示を行う場合は、上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極間に、上記薄膜トランジスタアレイ基板が有する電極と対向基板が有する電極との間よりも低い電位差を生じさせる形態とすることもできる。
本発明の液晶表示装置が備える対向基板は、液晶層を挟持するための一対の基板の一方であり、例えば、ガラス、樹脂等の絶縁基板を母体とし、絶縁基板上に配線、電極、カラーフィルタ等を作り込むことで形成される。【００４６】
本発明の液晶表示装置は、透過型、反射型、半透過型のいずれであってもよい。また、本発明の液晶表示装置としては、パーソナルコンピュータ、テレビジョン、カーナビゲーション等の車載用の機器、携帯電話等の携帯情報端末のディスプレイ等が挙げられ、特に、カーナビゲーション等の車載用の機器等の低温環境下等で用いられる機器に適用されることが好ましい。【００４７】
上記面状電極は、画素ラインに沿って電気的に接続されていることが好ましい。上記面状電極は、透明導電体及び該透明導電体と電気的に接続される金属導電体から構成されるものであってもよい。【００４８】
また上記一対の櫛歯電極の少なくとも一方は、上記面状電極と電気的に接続されているものとすることができる。【００４９】
なお、本明細書中、電極が画素ラインに沿って電気的に接続されるとは、言い換えれば、電極が少なくとも同一の画素ラインごとに電気的に接続されていることを言うが、例えば、電極が１本の画素ラインごとに接続されているものであってもよく、電極がｎ本の画素ラインごとに（ｎラインずつ）接続されているものであってもよく、いずれも好ましい。なお、ｎは、２以上の整数である。電極が複数本（ｎ本）の画素ラインごとに接続されているとは、当該複数本の画素ラインに対応する電極が電気的に接続されているものであればよく、例えば、電極が奇数番目の画素ラインごと、偶数番目の画素ラインごとに電気的に接続される形態も含まれる。このように電極が複数本の画素ラインごとに接続されている場合は、通常は当該複数ラインを同時に反転させることになる。【００５０】
本発明の薄膜トランジスタアレイ基板及び液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではなく、薄膜トランジスタアレイ基板及び液晶表示装置に通常用いられるその他の構成を適宜適用することができる。【００５１】
上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の薄膜トランジスタアレイ基板及び液晶表示装置によれば、高速応答化及び高透過率化できる３層電極構造の液晶表示装置等に好適に適用できるとともに、開口率の大きなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る液晶表示装置の横電界発生時における断面模式図である。
【図２】本実施形態に係る液晶表示装置の縦電界発生時における断面模式図である。
【図３】ダブルソース駆動をおこなうことができる薄膜トランジスタアレイ基板のソースバスラインの画素電極への接続例を示す平面模式図である。
【図４】実施形態１に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図５】実施形態１の変形例に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図６】実施形態２に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図７】本実施形態に係る液晶表示装置のコンタクトホールの配置を示す図である。
【図８】実施形態３に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図９】本実施形態の液晶表示装置の一例を示す断面模式図である。
【図１０】本実施形態に用いられるアクティブ駆動素子周辺の平面模式図である。
【図１１】本実施形態に用いられるアクティブ駆動素子周辺の断面模式図である。
【図１２】比較例１に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図１３】比較例２に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図１４】比較例３に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【図１５】比較例３の変形例に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。本明細書中、画素とは、特に明示しない限り、絵素（サブ画素）であってもよい。また、面状電極は、本発明の技術分野において面状電極であるといえる限り、例えば、点形状のリブ及び／又はスリットが形成されていてもよいが、実質的に配向規制構造体を有さないものが好ましい。更に、薄膜トランジスタアレイ基板に配置される電極のうち、表示面側の電極を上層電極ともいい、表示面と反対側の電極を下層電極ともいう。そして、本実施形態の薄膜トランジスタアレイ基板を、薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を有すること等から、ＴＦＴ基板ともいう。なお、本実施形態の液晶表示装置では、立上がり（横電界印加）・立下がり（縦電界印加）の両方において、ＴＦＴをオン状態にして一対の櫛歯電極の少なくとも一方の電極（画素電極）に電圧を印加している。
【００５５】
なお、各実施形態において、同様の機能を発揮する部材及び部分は同じ符号を付している。また、図中、特に断らない限り、（ｉ）は、下側基板の上層にある櫛歯電極の一方の電位を示し、（ｉｉ）は、下側基板の上層にある櫛歯電極の他方の電位を示し、（ｉｉｉ）は、下側基板の下層の面状電極の電位を示し、（ｉｖ）は、上側基板の面状電極の電位を示す。また、各実施形態において、同様の機能を発揮する部材及び部分は同様の符号を付している。なお、本実施形態では、上層電極、下層電極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウム錫）を用いるが、例えば、ＩＴＯの代わりにＩＺＯ（Indium Zinc Oxide；酸化インジウム亜鉛）も好適に用いることができる。
【００５６】
先ず、本実施形態の薄膜トランジスタアレイ基板を好適に用いることができる液晶表示装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の横電界発生時における断面模式図である。図２は、本実施形態に係る液晶表示装置の縦電界発生時における断面模式図である。図１及び図２において、点線は、発生する電界の向きを示す。実施形態１に係る液晶表示パネルは、正の誘電異方性を有する液晶（ポジ型液晶）である液晶分子３１を用いた垂直配向型の３層電極構造（ここで、第２層目に位置する下側基板の上層電極は一対の櫛歯電極〔本明細書中、第１の電極とも言う。〕である。）を有する。立上がりは、図１に示すように、一対の櫛歯電極１６（例えば、電位７Ｖである櫛歯電極１７と電位１４Ｖである櫛歯電極１９とからなる）間の電位差７Ｖで発生する横電界により、液晶分子を回転させる。このとき、基板間（電位１０．５Ｖである下層電極〔本明細書中、第２の電極とも言う。〕１３と電位７Ｖである対向電極２３との間）の電位差は実質的に生じていない。
【００５７】
また、立下がりは、図２に示すように、基板間（例えば、それぞれ電位１４Ｖである下層電極１３、上層電極１７、及び、上層電極１９と、電位０Ｖである対向電極２３との間）の電位差１４Ｖで発生する縦電界により、液晶分子を回転させる。このとき、一対の櫛歯電極１６（例えば、電位１４Ｖである上層電極１７と電位１４Ｖである上層電極１９とからなる）間の電位差は実質的に生じていない。
【００５８】
立上がり、立下がりともに電界によって液晶分子を回転させることにより、高速応答化する。すなわち、立上がりでは、一対の櫛歯電極間の横電界でオン状態として高透過率化し、立下がりでは、基板間の縦電界でオン状態として高速応答化する。更に、櫛歯駆動の横電界により高透過率化も実現することができる。なお、実施形態１及びこれ以降の実施形態では液晶としてポジ型液晶を用いているが、ポジ型液晶の代わりにネガ型液晶を用いてもよい。ネガ型液晶を用いた場合は、一対の基板間の電位差により、液晶分子が水平方向に配向し、一対の櫛歯電極間の電位差によっても、液晶分子が水平方向に配向することになる。これにより、透過率が優れたものとなるとともに、立上がり・立下がりの両方において電界によって液晶分子を回転させて高速応答化することができる。なお、後述する各実施形態の薄膜トランジスタアレイ基板は、このような液晶表示装置に特に好適に適用することができるが、この他、ＦＦＳ駆動の液晶表示装置や、ＴＢＡモードの液晶表示装置にも適用することができる。このような液晶表示装置は、櫛歯電極１７、櫛歯電極１９、面状電極である下層電極１３に、別々の電圧をかけるため、ＴＦＴが３つ必要な場合がある。
【００５９】
実施形態１に係る液晶表示パネルは、図１及び図２に示されるように、薄膜トランジスタアレイ基板１０、液晶層３０及び対向基板２０（カラーフィルタ基板）が、液晶表示パネルの背面側から観察面側に向かってこの順に積層されて構成されている。本実施形態の液晶表示パネルは、図２に示されるように、閾値電圧未満では液晶分子を垂直配向させる。また、図１に示されるように、櫛歯電極間の電圧差が閾値電圧以上ではガラス基板１１（薄膜トランジスタアレイ基板のガラス基板）上に形成された上層電極１７、１９（一対の櫛歯電極１６）間に発生する電界で、液晶分子を櫛歯電極間で水平方向に傾斜させることによって透過光量を制御する。面状の下層電極１３（対向電極１３）は、上層電極１７、１９（一対の櫛歯電極１６）との間に絶縁層１５を挟んで形成される。絶縁層１５には、例えば、酸化膜ＳｉＯ２や、窒化膜ＳｉＮや、アクリル系樹脂等が使用され、又は、それらの材料の組み合わせも使用可能である。
【００６０】
図１、図２には示していないが、偏光板が、両基板の液晶層とは反対側に配置されている。偏光板としては、円偏光板又は直線偏光板のいずれも使用することが可能である。また、両基板の液晶層側にはそれぞれ配向膜が配置され、これら配向膜は、有機配向膜又は無機配向膜のいずれであってもよい。また、これら配向膜は、液晶分子を膜面に対して垂直方向に配向させるものであってもよく、水平方向に配向させるものであってもよい。
【００６１】
走査信号線で選択されたタイミングで、映像信号線から供給された電圧を薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）を通じて、液晶材料を駆動する上層電極１９に印加する。なお、後述する各実施形態では上層電極１７と上層電極１９とは同層に形成されており、同層に形成される形態が好適であるが、櫛歯電極間に電圧差を発生させて横電界を印加し、透過率を向上するという本発明の効果を発揮できる限り、別層に形成されるものであってもよい。上層電極１９は、コンタクトホールを介してＴＦＴから伸びているドレイン電極と接続されている。なお、図１、図２では、下層電極１３、対向電極２３が面状形状であり、下層電極１３は、例えば、ゲートバスラインの偶数ライン・奇数ラインごとに共通接続されているものとすることができる。このような電極も本明細書では面状電極という。また、対向電極２３は、すべての画素に対応して共通接続されている。
【００６２】
本実施形態では、櫛歯電極の電極幅Ｌは、例えば２μｍ以上が好ましい。櫛歯電極の電極間隔Ｓは、例えば２μｍ以上が好ましい。なお、好ましい上限値は、例えば７μｍである。
また、電極間隔Ｓと電極幅Ｌとの比（Ｌ／Ｓ）としては、例えば０．４〜３であることが好ましい。より好ましい下限値は、０．５であり、より好ましい上限値は、１．５である。
【００６３】
セルギャップｄは、２μｍ〜７μｍであればよく、当該範囲内であることが好適である。セルギャップｄ（液晶層の厚み）は、本明細書中、液晶表示パネルにおける液晶層の厚みの全部を平均して算出されるものであることが好ましい。
【００６４】
なお、本実施形態の液晶表示装置は、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、光源等）を適宜備えることができる。
【００６５】
次いで、後述する実施形態２、３における、ダブルソース駆動の説明をおこなう。
図３は、ダブルソース駆動をおこなうことができる薄膜トランジスタアレイ基板のソースバスラインの画素電極への接続例を示す平面模式図である。なお、図中、線の太い縦線も線の細い縦線もともにソースバスラインを表す。
ＴＦＴを同時駆動することで、２ゲートバスラインずつ書き込むことができる。
大型パネルにおいて、２４０Ｈｚ駆動を行うとき、画素の書き込み時間が非常に短くなる。例えば、ゲートバスラインの本数が１０８０本である場合、シングルソース駆動での１ラインの書き込み時間は、４μｓ（＝１ｓ／２４０Ｈｚ／１０８０本）である。このように書き込み時間が短いため、画素に充分充電することができない。
これを、ダブルソース駆動にして、ｎ番目の画素とｎ＋１番目の画素を同時に書き込む（ゲートバスラインを２本分同時に書き込む）ことにより、書き込み時間が倍の８μｓ（＝１ｓ／２４０Ｈｚ／５４０本）になり、１２０Ｈｚ駆動の書き込み時間８μｓ（＝１ｓ／１２０Ｈｚ／１０８０本）と同様の時間の書き込みが可能となる。
【００６６】
実施形態１（シングルソース駆動、２ＴＦＴの場合）
図４は、実施形態１に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
実施形態１では、一対の櫛歯電極の一方である上層電極（画素電極）１９は、凸型（Ｔ字型）の主幹部分を有し、上層電極１７は、凹型の主幹部分を有することが好ましい。なお、上層電極（画素電極）１９の主幹部分と、上層電極１７の主幹部分とは、互いに対向している。上層電極（画素電極）１９、及び、上層電極１７は、それぞれ主幹部分から４５°（１３５°）の角度で延びる分岐部分を有する。分岐部分は、櫛歯電極の歯の部分に該当するとも言え、上層電極（画素電極）１９の分岐部分と、上層電極１７の分岐部分とが交互に配置され、互いに対向していると言える。なお、このような電極構造は、後述する実施形態においても同様である。
【００６７】
一対の櫛歯電極の一方である上層電極（画素電極）１９は、ソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分を含む。ここで、上層電極１９が含むソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分は、画素中、ゲートバスラインの長手方向では最も外側寄り（図４の画素において最も右側。）に設けられている。当該ソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分の中心付近から、該線状部分に対して９０°の角度をなして、ゲートバスラインＧに沿うもう一つの主幹部分が図中左側に延びている。
【００６８】
また一対の櫛歯電極の他方である上層電極１７は、ゲートバスラインＧに沿っている線状部分を含む。このゲートバスラインＧに沿っている線状部分は、画素中、ソースバスラインの長手方向では最も外側寄り（図４の画素において最も上側及び下側。）に設けられている。上層電極１９のソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分は、図４中点線で囲んだ部分４１において、上層電極１７のゲートバスラインＧに沿っている線状部分に対して、横設されている。なお、上層電極１９のソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分は、上層電極１７のゲートバスラインＧに沿っている線状部分とは重畳していない。これにより、上層電極１９のソースバスラインＡ、Ｂに沿っている線状部分は、ゲートバスラインＧと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極ｄと好適に接続されている。また、ソースバスラインＡ、Ｂに沿っている上層電極１９の線状部分は、ゲートバスラインに沿っている上層電極１７の線状部分より長くなっている。上層電極の一方のソースバスラインに沿っている線状部分が、上層電極の他方のゲートバスラインに沿っている線状部分よりも長いと、ドレイン電極ｄと好適に接続することができる。
【００６９】
上層電極（画素電極）１９の主幹部分を画素の外側（点線で囲んだ箇所）まで延ばす。ドレイン電極ｄと上層電極１９とのコンタクトは、ゲートバスラインＧ上で行う。これにより、ドレイン電極ｄと上層電極１９とのコンタクトが画素近傍（画素領域と重畳する箇所等）にあると生じる配向乱れを充分に防止することができる。
なお、図４中、ｎは、画素配列においてゲートバスラインに沿っている画素列を図の上側から数えた場合にｎ番目となる画素を示すものであり、ｎ＋１は、同様にｎ＋１番目となる画素を示す。後述する図においても同様である。
実施形態１の図４は、下層電極１３を共通電極としてゲートバスライン方向又はソースバスライン方向に繋ぎ、１画素当たりＴＦＴが２つの場合についてのものであるが、下層電極１３も画素ごとのＴＦＴで駆動させるような１画素当たりのＴＦＴが３つの場合でも同様に本発明を適用することができる。
【００７０】
図５は、実施形態１の変形例に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
図５は、実施形態１から画素が９０°回転する場合を示している。この場合は、上層電極１９′のゲートバスラインに沿っている線状部分が短くなり、上層電極１７′のソースバスラインに沿っている線状部分が長くなる。上層電極１７′のソースバスライン（図５の上下方向）に沿っている線状部分は、図５中点線で囲んだ部分４３において、上層電極１９′のゲートバスライン（図５の左右方向）に沿っている線状部分に対して横設される。そして、図示していないが、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続されている。
【００７１】
実施形態２（ダブルソース駆動、２ＴＦＴの場合：画素の反転）
図６は、実施形態２に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
上層電極１１９の主幹部分である、ソースバスラインＡ〜Ｆに沿っている線状部分が、上層電極１１７のゲートバスラインＧに沿っている線状部分よりも長くし、これによりゲートバスラインＧ上でＴＦＴ３やＴＦＴ６に接続する。言い換えれば、上層電極１１７の主幹部分である、ゲートバスラインＧに沿っている線状部分は、邪魔にならないように短くし、この上層電極１１７のゲートバスラインＧに沿っている線状部分に対して、上層電極１１９のソースバスラインに沿っている線状部分が、点線で囲んだ部分１４１で、横設されるようにする。
【００７２】
上層電極１１７と上層電極１１９を、ｎ番目の画素とｎ＋１番目の画素で反転させて配置することで、どちらの画素も、上層電極のソースバスラインと沿っている線状部分がゲートバスライン上でＴＦＴのドレイン電極に電気的に接続されるようになる。
この時、ソースバスラインを左端からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆとすると、
Ａ：ｎ番目の画素の上層電極１１７と接続
Ｂ：ｎ＋１番目の画素の上層電極１１９と接続
Ｃ：ｎ番目の画素の下層電極１１３と接続
Ｄ：ｎ＋１番目の画素の下層電極１１３と接続
Ｅ：ｎ番目の画素の上層電極１１９と接続
Ｆ：ｎ＋１番目の画素の上層電極１１７と接続
という接続の順番になり、このように接続することが好ましい形態の１つである。
上層電極１１７と接続されているソースバスラインＡ、Ｆと、下層電極１１３と接続されているソースバスラインＣ、Ｄとは、逆になってもよい。更に、ｎ番目の画素の下層電極１１３と接続されているソースバスラインＣと、ｎ＋１番目の画素の下層電極１１３と接続されているソースバスラインＤとが逆になってもよく、ｎ＋１番目の画素の上層電極１１９と接続されているソースバスラインＢと、ｎ番目の画素の上層電極１１９と接続されているソースバスラインＥとが逆になってもよい。中でも、両外側から１つ内に入ったソースバスラインＢ、Ｅが、上層電極１１７のゲートバスラインに沿っている部分に対して横設される、一対の櫛歯電極の一方である上層電極１１９と接続されることが重要であり、この形態が好ましい。
なお、下層電極１１３を共通電極としてゲートバスライン方向又はソースバスライン方向に繋ぎ、１画素当たり２つのＴＦＴで駆動を行う場合も同様に、実施形態２の画素構造を適用することができる。
またダブルソース駆動をおこなうことができる薄膜トランジスタアレイ基板において、画素中央の主幹がソースバスラインと平行でないとき、ｎ番目の画素とｎ＋１番目の画素とで画素の電極の配置が反転した構造になり、このような構造が好ましい。
【００７３】
図７は、本実施形態に係る液晶表示装置のコンタクトホールの配置を示す図である。
白抜きの点線で囲んだ位置がコンタクトホールになる。このようにゲートバスライン上にドレイン電極と上層電極とのコンタクトホールを設けることにより、上述したように、コンタクトホールが画素近傍にあると生じる配向乱れを充分に防止することができる。
【００７４】
実施形態３（ダブルソース駆動、３ＴＦＴの場合：画素を９０°回転）
図８は、実施形態３に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
上層電極２１７の主幹部分である、ソースバスラインＡ〜Ｆに沿っている線状部分が、上層電極２１９のゲートバスラインＧに沿っている線状部分よりも長くし、これによりゲートバスラインＧ上のそれぞれＴＦＴ３、ＴＦＴ４に接続する。言い換えれば、上層電極２１９の主幹部分である、ゲートバスラインＧに沿っている線状部分は、邪魔にならないように短くし、この上層電極２１９のゲートバスラインＧに沿っている線状部分に対して、上層電極２１７のソースバスラインに沿っている線状部分が、点線で囲んだ部分２４１で、横設されるようにする。
【００７５】
上層電極の画素パターンを、実施形態１等に示した画素パターンから９０°回転させることで、上層電極２１７とドレイン電極ｄとが問題なく接続される。
このとき、ソースバスラインを左端からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆとすると、
Ａ：ｎ番目の画素の上層電極２１９と接続
Ｂ：ｎ＋１番目の画素の上層電極２１７と接続
Ｃ：ｎ番目の画素の下層電極２１３と接続
Ｄ：ｎ＋１番目の画素の下層電極２１３と接続
Ｅ：ｎ番目の画素の上層電極２１７と接続
Ｆ：ｎ＋１番目の画素の上層電極２１９と接続
という接続の順番になり、このように接続することが好ましい形態の１つである。
上層電極２１９と接続されているソースバスラインＡ、Ｆと、下層電極２１３に繋がっているソースバスラインＣ、Ｄとは、逆になってもよい。更に、ｎ番目の画素の上層電極２１９と接続されているソースバスラインＡと、ｎ＋１番目の画素の上層電極２１９と接続されているソースバスラインＦとが逆になってもよく、ｎ番目の画素の下層電極２１３と接続されているソースバスラインＣと、ｎ＋１番目の画素の下層電極２１３と接続されているソースバスラインＤとが逆になってもよく、ｎ＋１番目の画素の上層電極２１７と接続されているソースバスラインＢと、ｎ番目の画素の上層電極２１７と接続されているソースバスラインＥとが逆になってもよい。
なお、実施形態３では、図８に参照番号２４５で示したようにドレイン電極ｄを下層電極２１３に電気的に接続しているが、その代わりに、下層電極２１３を共通電極としてゲートバスライン方向又はソースバスライン方向に繋ぎ、１画素当たり２つのＴＦＴで駆動を行うこともできる。その場合も同様に、実施形態３のその他の画素構造を好適に適用することができる。
【００７６】
また実施形態３の場合は、６本のソースバスラインの並び方が、両外側のソースバスライン（ＡとＦ）が、上層電極（ｉｉ）（又は下層電極（ｉｉｉ））と電気的に接続され、両外側からひとつ内にはいったソースバスライン（ＢとＥ）が、上層電極（ｉ）と電気的に接続され、最も内側のソースバスライン（ＣとＤ）が、下層電極（ｉｉｉ）（又は上層電極（ｉｉ））と接続されることが重要であり、このような形態が特に好ましい。すなわち、Ｂのソースバスラインと、Ｅのソースバスラインが、上層電極（ｉ）に繋がる設計とすることにより、適切に設計することができる。
【００７７】
上述した各実施形態においては、上層電極の主幹がドレイン電極ｄと接続するために、ゲートバスライン側に向かって延びる長い構造となっている。
【００７８】
また本発明の各実施形態においては、酸化物半導体ＴＦＴ（ＩＧＺＯ等）が好適に用いられる。この酸化物半導体ＴＦＴについて、以下に詳細に説明する。
【００７９】
上記薄膜トランジスタ基板は、薄膜トランジスタ素子を備える。上記薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含むことが好ましい。すなわち、薄膜トランジスタ素子においては、シリコン半導体膜の代わりに、酸化亜鉛等の酸化物半導体膜を用いてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ）の活性層を形成することが好ましい。このようなＴＦＴを「酸化物半導体ＴＦＴ」と称する。 酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高いキャリア移動度を示し、特性バラつきも小さいという特徴を有している。このため、酸化物半導体ＴＦＴは、アモルファスシリコンＴＦＴよりも高速で動作でき、駆動周波数が高く、より高精細である次世代表示装置の駆動に好適である。また、酸化物半導体膜は、多結晶シリコン膜よりも簡便なプロセスで形成されるため、大面積が必要とされる装置にも適用できるという利点を奏する。
【００８０】
本実施形態の液晶駆動方法を、特にＦＳＤ（フィールドシーケンシャル表示装置）で使用する場合に、以下の特徴が顕著なものとなる。
（１）画素容量が通常のＶＡ（垂直配向）モードよりも大きい（図９は、本実施形態の液晶表示装置の一例を示す断面模式図であるところ、図９中、矢印で示される箇所において、上層電極と下層電極との間に大きな容量が発生するため、画素容量が通常の垂直配向〔ＶＡ：Vertical Alignment〕モードの液晶表示装置より大きい。）。（２）ＲＧＢの３画素が１画素になるため、１画素の容量が３倍である。（３）更に、２４０Ｈｚ以上の駆動が必要のためゲートオン時間が非常に短い。
【００８１】
更に、酸化物半導体ＴＦＴ（ＩＧＺＯ等）を適用した場合のメリットは、以下の通りである。  
上記（１）と（２）の理由より、５２型で画素容量がＵＶ２Ａの２４０Ｈｚ駆動の機種の約２０倍ある。
故に、従来のａ−Ｓｉでトランジスタを作製するとトランジスタが約２０倍以上大きくなり、開口率が十分にとれない課題があった。
ＩＧＺＯの移動度はａ−Ｓｉの約１０倍であるため、トランジスタの大きさが約１／１０になる。
カラーフィルタＲＧＢを用いる液晶表示装置にあった３つのトランジスタが１つになっているので、ａ−Ｓｉとほぼ同等か小さいくらいで作製可能である。
上記のようにトランジスタが小さくなると、Ｃｇｄの容量も小さくなるので、その分ソースバスラインに対する負担も小さくなる。
【００８２】
（具体例）
酸化物半導体ＴＦＴの構成図（例示）を、図１０、図１１に示す。図１０は、本実施形態に用いられるアクティブ駆動素子周辺の平面模式図である。図１１は、本実施形態に用いられるアクティブ駆動素子周辺の断面模式図である。なお、符号Ｔは、ゲート・ソース端子を示す。符号Ｃｓは、補助容量を示す。
酸化物半導体ＴＦＴの作製工程の一例（当該部）を、以下に説明する。  
酸化物半導体膜を用いたアクティブ駆動素子（ＴＦＴ）の活性層酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂは、以下のようにして形成できる。
まず、スパッタリング法を用いて、例えば厚さが３０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（ＩＧＺＯ）膜を絶縁膜１１３ｉの上に形成する。この後、フォトリソグラフィにより、ＩＧＺＯ膜の所定の領域を覆うレジストマスクを形成する。次いで、ＩＧＺＯ膜のうちレジストマスクで覆われていない部分をウェットエッチングにより除去する。この後、レジストマスクを剥離する。このようにして、島状の酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂを得る。なお、ＩＧＺＯ膜の代わりに、他の酸化物半導体膜を用いて酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂを形成してもよい。
【００８３】
次いで、基板１１１ｇの表面全体に絶縁膜１０７を堆積させた後、絶縁膜１０７をパターニングする。
具体的には、まず、絶縁膜１１３ｉ及び酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂの上に、絶縁膜１０７として例えばＳｉＯ２膜（厚さ：例えば約１５０ｎｍ）をＣＶＤ法によって形成する。
絶縁膜１０７は、ＳｉＯｙ等の酸化物膜を含むことが好ましい。
【００８４】
酸化物膜を用いると、酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂに酸素欠損が生じた場合に、酸化物膜に含まれる酸素によって酸素欠損を回復することが可能となるので、酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂの酸化欠損をより効果的に低減できる。ここでは、絶縁膜１０７としてＳｉＯ２膜からなる単層を用いているが、絶縁膜１０７は、ＳｉＯ２膜を下層とし、ＳｉＮｘ膜を上層とする積層構造を有していてもよい。
絶縁膜１０７の厚さ（積層構造を有する場合には各層の合計厚さ）は、５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。５０ｎｍ以上であれば、ソース・ドレイン電極のパターニング工程等において、酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂの表面をより確実に保護できる。一方、２００ｎｍを超えると、ソース電極やドレイン電極により大きい段差が生じるので、断線等を引き起こすおそれがある。
【００８５】
また本実施形態における酸化物半導体層１０５ａ、１０５ｂは、例えばＺｎ−Ｏ系半導体（ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（ＩＧＺＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（ＩＺＯ）、又は、Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ系半導体（ＺＴＯ）等からなる層であることが好ましい。中でも、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（ＩＧＺＯ）がより好ましい。
【００８６】
なお、本モードは上記の酸化物半導体ＴＦＴとの組合せで一定の作用効果を奏するが、アモルファスＳｉＴＦＴや多結晶ＳｉＴＦＴ等公知のＴＦＴ素子を用いて駆動させることも可能である。
【００８７】
比較例１（シングルソース駆動、２ＴＦＴの場合）
図１２は、比較例１に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
電界オン・電界オンモードの液晶表示装置においてＴＦＴを用いて上層電極３１７、上層電極３１９を駆動するとき、１画素当たり２つのＴＦＴが必要となる。
左側のソースバスラインＡは、上層電極３１７に接続する。右側のソースバスラインＢは、上層電極３１９に接続するものであるが、上層電極３１７の主幹が長いため、点線で囲まれた部分３４７に示されるように接続することができない。下層電極３１３をＴＦＴで駆動する、１画素当たり３ＴＦＴを用いる薄膜トランジスタアレイ基板の場合も同様である。
【００８８】
比較例２（ダブルソース駆動、２ＴＦＴの場合）
図１３は、比較例２に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
電界オン・電界オンモードの液晶表示装置において上層電極４１７、上層電極４１９を駆動するとき、１画素当たり２つのＴＦＴが必要となる。
２４０Ｈｚ駆動を行う場合、ＴＦＴのオン時間が短すぎるため、ダブルソース駆動で同時に２画素ずつ書き込む必要がある。極性反転のため、ソースバスラインに＋と−を交互に書き込む。
左側の２つのソースバスラインＡ、Ｂは、上層電極４１７に接続する。
右側の２つのソースバスラインＣ、Ｄは、上層電極４１９に接続するものであるが、ｎ＋１番目の画素では、ドレインｄの先が上層電極４１９の方向にないため、接続できない。
またシングルソース駆動の場合、上層電極４１７の主幹が長いと接続できない。
【００８９】
比較例３（ダブルソース駆動、３ＴＦＴの場合）
図１４は、比較例３に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
電界オン・電界オンモードの液晶表示装置において、上層電極５１７、上層電極５１９、下層電極５１３の３電極に別々に電圧を印加する場合は、１画素当たり３つのＴＦＴを用いる。
２４０Ｈｚ駆動を行う場合、ＴＦＴのオン時間が短すぎるため、ダブルソース駆動で同時に２画素ずつ書き込む必要がある。
ＴＦＴが１画素当たり３つあるので、ソースバスラインは１画素当たり合計６本になる。極性反転のため、ソースバスラインに＋と−を交互に書き込む。
左側の２つのソースバスラインＡ、Ｂは、上層電極５１７に接続する。
中央の２つのソースバスラインＣ、Ｄは、下層電極５１３に接続する。
右側の２つのソースバスラインＥ、Ｆは、上層電極５１９に接続するものであるが、ｎ＋１番目の画素はドレインｄの先が上層電極５１９の方向にないため、ｎ＋１番目の画素においては、接続できない。
下層電極５１３をＴＦＴ駆動せず、１画素当たり２つのＴＦＴの場合も同様である。
シングルソース駆動の場合、上層電極５１７の主幹が長いと接続できない。
【００９０】
比較例３の変形例
図１５は、比較例３の変形例に係る薄膜トランジスタアレイ基板の画素平面模式図である。
比較例３において、上層電極５１９をドレインｄ側に延長して、ドレインｄと上層電極５１９とを接続すると、その分開口率が落ちる。すなわち、図１５は、比較例３における上層電極５１９をドレインｄ側に延長して、ドレインｄと上層電極５１９とを接続した場合である比較例３の変形例を示すが、点線で囲んだ領域５４９が一対の櫛歯電極のように液晶の配向を適切に制御できるものにならないので、液晶の配向が乱れ、透過率が落ちる。
【００９１】
上述した各実施形態では、薄膜トランジスタアレイ基板の製造が容易で、高透過率化が達成可能である。また、フィールドシーケンシャル方式が実施可能であり、また、車載用の表示装置や、立体視可能な液晶表示装置（３Ｄの液晶表示装置）用途に好適である応答速度を実現できる。中でも、液晶駆動装置は、フィールドシーケンシャル駆動を行うものであり、かつ円偏光板を備えるものであることが好ましい。フィールドシーケンシャル駆動を行うとき、カラーフィルタが無いため、内部反射が大きくなる。カラーフィルタの透過率が通常は１／３で、反射光は２回カラーフィルタを通るので、カラーフィルタがある場合は内部反射が１／１０程度になるからである。このため、円偏光板を用いることでこのような内部反射を充分に低減することができる。なお、ＴＦＴ基板及び対向基板において、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、本発明の液晶表示パネル、液晶表示装置及び薄膜トランジスタアレイ基板に係る電極構造等を確認することができる。
【００９２】
なお、本明細書中、小型の液晶表示パネルとは、１０型以下の携帯用ディスプレイをいう。大型パネルは、２０型のパーソナルコンピュータ用等のディスプレイより大きなテレビ用等のディスプレイをいう。
【００９３】
また上述した実施形態においては、電極が奇数の画素ラインごと、偶数の画素ラインごとに電気的に接続されているものについて説明し、このような形態のものが反転駆動をおこなううえで好ましいが、電極が画素ラインに沿って電気的に接続されているものであれば画素当たりのＴＦＴ数を削減することが可能であり、例えば、電極が上述した以外の複数本の画素ラインごと（ｎラインずつ〔ｎは、２以上の整数である。〕）に接続されているものであってもよい。
【００９４】
なお、ＴＦＴ基板及び対向基板において、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等の顕微鏡観察により、本発明の液晶駆動方法及び液晶表示装置に係る電極構造等を確認することができる。また、駆動電圧を本発明の技術分野における通常の方法で検証して、本発明の液晶駆動方法等を確認することができる。
【００９５】
なお、上述した薄膜トランジスタアレイ基板を備える液晶表示装置は、通常の液晶表示装置が備える部材（例えば、光源等）を適宜備えることができる。
【００９６】
上述した実施形態における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【００９７】
なお、本願は、２０１１年１０月３１日に出願された日本国特許出願２０１１−２３９３４８号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
【符号の説明】
【００９８】
１０、１１０：薄膜トランジスタアレイ基板
１１、２１：ガラス基板
１３、１３′、２３、１１３、２１３、３１３、４１３、５１３：下層電極
１５、４１５、５１５：絶縁層
１６：一対の櫛歯電極
１７、１７′、１９、１９′、１１７、１１９、２１７、２１９、３１７、３１９、４１７、４１９、５１７、５１９：上層電極
２０：対向基板
２３：対向電極
３０：液晶層
３１：液晶（液晶分子）
１０１ａ：ゲート配線
１０１ｂ：補助容量配線
１０１ｃ：接続部
１１１ｇ：基板
１１３ｉ：絶縁膜（ゲート絶縁膜）
１０５ａ、１０５ｂ：酸化物半導体層（活性層）
１０７：絶縁膜（エッチングストッパ、保護膜）
１０９ａｓ、１０９ａｄ、１０９ｂ、１１５ｂ：開口部
１１１ａｓ：ソース配線  
１１１ａｄ：ドレイン配線  
１１１ｃ，１１７ｃ：接続部  
１１３ｐ：保護膜  
１１７ｐｉｘ：画素電極
２０１：画素部  
２０２：端子配置領域  
Ｔ：ゲート・ソース端子
【図１】
2013065529.tif 000003
【図２】
2013065529.tif 000004
【図３】
2013065529.tif 000005
【図４】
2013065529.tif 000006
【図５】
2013065529.tif 000007
【図６】
2013065529.tif 000008
【図７】
2013065529.tif 000009
【図８】
2013065529.tif 000010
【図９】
2013065529.tif 000011
【図１０】
2013065529.tif 000012
【図１１】
2013065529.tif 000013
【図１２】
2013065529.tif 000014
【図１３】
2013065529.tif 000015
【図１４】
2013065529.tif 000016
【図１５】
2013065529.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月11日(2014.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタ素子、ゲートバスライン及びソースバスラインを有する薄膜トランジスタアレイ基板であって、
該薄膜トランジスタアレイ基板は、第１電極、及び、第２電極を含み、
該第１電極は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、
該第１電極は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含み、
該ソースバスラインに沿っている線状部分の少なくとも１つは、基板主面を平面視したときに、該ゲートバスラインに沿っている線状部分に対して横設され、ゲートバスラインと重畳する位置で薄膜トランジスタ素子のドレイン電極と接続され、
該ソースバスラインは、該ソースバスラインに沿って少なくとも２つの画素を同時に駆動することができる少なくとも２本のソースバスラインを含み、
該第２電極は、面状電極である
ことを特徴とする薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項２】
前記ソースバスラインに沿っている線状部分は、基板主面を平面視したときに、前記ゲートバスラインに沿っている線状部分より長い
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項３】
前記第１電極は、画素ごとに配置され、
前記ゲートバスラインに沿っている線状部分は、画素の中央を通り、
前記ソースバスラインに沿って隣接する２つの画素にそれぞれ配置される第１電極は、基板主面を平面視したときに、互いに反転した構造を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項４】
前記第１電極は、一対の櫛歯電極であり、
該一対の櫛歯電極の一方は、ソースバスラインに沿っている線状部分を含み、
該一対の櫛歯電極の他方は、ゲートバスラインに沿っている線状部分を含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項５】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、それぞれ、前記一対の櫛歯電極の一方と電気的に接続されているか、又は、前記一対の櫛歯電極の他方と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項６】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、１つの画素と重畳するソースバスラインが少なくとも４本あり、画素の外側から１本内に入った２本のソースバスラインは、前記一対の櫛歯電極における外側の線状部分と接続されている
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項７】
前記面状電極は、ソースバスライン方向の画素間、又は、ゲートバスライン方向の画素間で共通接続されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項８】
前記薄膜トランジスタ素子は、酸化物半導体を含む
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項９】
前記第１電極は、横電界を発生させるための電極である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイ基板を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【国際調査報告】
2013065529.tif 000018
2013065529.tif 000019
2013065529.tif 000020
2013065529.tif 000021
2013065529.tif 000022
2013065529.tif 000023
2013065529.tif 000024