(57)【要約】【課題】ＴＦＴにおける遮光膜の付加価値、及び保持容量における容量線の付加価値をそれぞれ発現することが可能な構成の液晶表示装置を提供する。【解決手段】本発明の液晶表示装置は、素子基板上に形成されたスイッチング素子３０と、該スイッチング素子３０にて駆動される画素電極９と、画素電極９と対向電極との間に挟持されてなる液晶とを具備し、素子基板とスイッチング素子３０との間には、導電性遮光層８１と、該導電性遮光層８１とスイッチング素子３０とを絶縁する絶縁層７７とが形成される一方、素子基板上には、画素電極９に接続された保持容量６０が形成され、該保持容量６０の容量線の一方（第２容量線６３）が、導電性遮光層８１と同一材料にて構成され、且つ導電性遮光層８１と絶縁されてなることを特徴とする。【選択図】　　　　図５
2004109857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子基板上に形成されたスイッチング素子と、該スイッチング素子にて駆動される画素電極と、画素電極と対向電極との間に挟持されてなる液晶層とを具備する液晶表示装置であって、
前記素子基板と前記スイッチング素子との間には、導電性遮光層と、該導電性遮光層と前記スイッチング素子とを絶縁する絶縁層とが形成される一方、
前記素子基板上には、前記画素電極に接続された保持容量が形成され、該保持容量の容量線の一方が、前記導電性遮光層と同一材料にて構成され、且つ前記導電性遮光層と絶縁されてなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、前記画素電極に接続された半導体層と、該半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、
一方、前記保持容量は、第１容量部と第２容量部とを備えるとともに、
前記第１容量部が、前記ゲート電極と同一材料にて構成されてなる第１容量線と、前記半導体層との間に前記ゲート絶縁膜を挟んだ構成を具備し、
前記第２容量部が、前記導電性遮光層と同一材料にて構成され、且つ前記導電性遮光層と絶縁されてなる第２容量線と、前記半導体層との間に前記絶縁層を挟んだ構成を具備することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記導電性遮光層と前記第２容量線とには、それぞれ異なる電位波形の信号が供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１容量線と第２容量線とが、互いに接続されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記保持容量が、前記スイッチング素子にデータ信号を供給するためのデータ線の下部領域に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及び電子機器に関し、特にスイッチング素子による画素表示が可能とされた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、例えば携帯電話の表示画面、或いはプロジェクタのライトバルブ等として利用されている。ここで、プロジェクタの光源光は、この液晶表示装置の液晶パネルを透過する際に、その液晶パネルを構成する基板にて、或いはその後段の光学系にて反射され、それがＴＦＴに向かって入射する場合がある。ＴＦＴを構成するポリシリコン層は、可視光に対して２０〜３０％の透過率を有するため、ＴＦＴ内にフォトキャリアを生成し、リーク電流が発生する場合があり、該リーク電流が発生すると、ＴＦＴがオンし、非選択期間であった画素にも信号電位が供給されるクロストークが生じたり、信号電位の保持ができずコントラスト比の低下を招く場合があった。
【０００３】
これを防止するために、例えば特許文献１には、ＴＦＴの下層に遮光膜を形成し、該ＴＦＴ下層の遮光膜を、液晶に並列に接続された保持容量の容量線として兼用している技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１１５２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術では、遮光膜と容量線とが一体にて構成されているため、それぞれを独立に通電制御等することができず、ＴＦＴにおける遮光膜の付加価値、及び保持容量における容量線の付加価値を期待できるものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ＴＦＴにおける遮光膜の付加価値、及び保持容量における容量線の付加価値をそれぞれ発現することが可能な構成の液晶表示装置と、それを備えた電子機器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、素子基板上に形成されたスイッチング素子と、該スイッチング素子にて駆動される画素電極と、画素電極と対向電極との間に挟持されてなる液晶層とを具備する液晶表示装置であって、前記素子基板と前記スイッチング素子との間には、導電性遮光層と、該導電性遮光層と前記スイッチング素子とを絶縁する絶縁層とが形成される一方、前記素子基板上には、前記画素電極に接続された保持容量が形成され、該保持容量の容量線の一方が、前記導電性遮光層と同一材料にて構成され、且つ前記導電性遮光層と絶縁されてなることを特徴とする。
【０００８】
このような液晶表示装置によると、スイッチング素子の導電性遮光層と、保持容量の容量線とが同一材料にて構成するため、製造時において一体形成が可能であり、また、導電性遮光層と容量線とは互いに絶縁されてなるため、それぞれに対して異なる信号電圧を供給可能となる。
したがって、スイッチング素子の導電性遮光層は、スイッチング素子への光の入射を防止して、表示品位の低下を抑制しながら、スイッチング素子をオフさせる電位に導電性遮光層を設定することで、当該スイッチング素子の誤作動を防止ないし抑制することが可能となる。また、スイッチング素子の作動に同期して、すなわち、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等における走査信号に同期して、走査信号電圧が正の状態（ＴＦＴがＯＮ状態）のときに、導電性遮光層に正電圧を付与することにより、ＴＦＴ特性がデプレッション側にシフトするため、相対的にＴＦＴの電流供給能力が向上する。他方、走査信号電圧がゼロの状態（ＴＦＴがＯＦＦ状態）のときに、導電性遮光層に負電圧を付与することにより、ＴＦＴ特性がエンハンスメント側にシフトするため、相対的にＴＦＴにおけるリーク電流の発生を抑制することが可能となる。
一方、保持容量においても、容量線が遮光性を示すため、保持容量を形成する半導体層からのフォトキャリアーの発生を抑制することができる。また、スイッチング素子の下に形成された導電性遮光層と異なる電位波形とすることにより、、スイッチング素子の特性制御と関係なく、画素の駆動に適した電位波形に設定することができる。
【０００９】
本発明の液晶表示装置において、前記スイッチング素子は、前記画素電極に接続された半導体層と、該半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを備え、一方、前記保持容量は、第１容量部と第２容量部とを備えるとともに、前記第１容量部が、前記ゲート電極と同一材料にて構成されてなる第１容量線と、前記半導体層との間に前記ゲート絶縁膜を挟んだ構成を具備し、前記第２容量部が、前記導電性遮光層と同一材料にて構成され、且つ前記導電性遮光層と絶縁されてなる第２容量線と、前記半導体層との間に前記絶縁層を挟んだ構成を具備するものとすることができる。
【００１０】
このような構成によると、基板上に導電性遮光膜を、スイッチング素子の形成領域と、保持容量の形成領域とに分けてパターン形成し、各領域に跨る形にて絶縁層と、半導体層と、ゲート絶縁膜とを形成するとともに、スイッチング素子形成領域においてはゲート絶縁膜上に導電膜（ゲート電極）をパターン形成する一方、保持容量形成領域においてはゲート電極と同時に導電膜（容量線）をパターン形成することができるため、極めて簡便に本発明に係る構成の液晶表示装置を提供可能となる。
また、上記構成によると、保持容量が、第１容量線（ゲート電極と同一材料にて構成された容量線）と半導体層との間で形成される第１容量部と、第２容量線（導電性遮光膜と同一材料にて構成された容量線）と半導体層との間に形成される第２容量部とを重ねて含むため、第２容量線を形成せず、半導体層と第１容量線との間でのみ容量を設ける場合に比して、同一の容量を確保する場合にも当該保持容量の面積を小さくでき、ひいては画素の開口面積を増大させることが可能となる。
【００１１】
本発明の液晶表示装置において、第１容量線と第２容量線とを、互いに接続して構成することができる。この場合、上下の各容量線を等電位に固定することが可能となり、保持容量の安定した駆動を確保することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の液晶表示装置において、保持容量を、スイッチング素子にデータ信号を供給するためのデータ線の下部領域に形成するものとすることができる。この場合、保持容量の第２容量線が遮光性を示すため、当該第２容量線をデータ線の遮光膜として機能させることが可能となる。
【００１３】
次に、本発明の電子機器は、上記液晶表示装置を表示部として備えることを特徴とする。このような電子機器によると、安定した駆動が可能で、開口率の高い画素を備えた液晶表示装置により表示部が構成されるため、高い表示特性を提供することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
［液晶表示装置］
図１は本発明の液晶表示装置の一実施形態について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図２は図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。図３は液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図で、図４は液晶表示装置の各画素の構成を示す部分拡大平面図、図５は図４のＡ−Ａ’断面図である。
なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とがシール材５２によって貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶５０が封入、保持されている。シール材５２には、製造時においてＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを貼り合わせた後に液晶を注入するための液晶注入口５５が形成されており、該液晶注入口５５は液晶注入後に封止材５４により封止されている。なお、対向基板２０の内面側には、対向電極２３及び配向膜２１が形成されている。
【００１６】
シール材５２の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り５３が形成されている。シール材５２の外側の領域には、データ線駆動回路２０１及び実装端子２０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路２０４が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路２０４の間を接続するための複数の配線２０５が設けられている。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材２０６が配設されている。
【００１７】
なお、データ線駆動回路２０１及び走査線駆動回路２０４をＴＦＴアレイ基板１０の上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板とＴＦＴアレイ基板１０の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。また、液晶表示装置１００においては、使用する液晶５０の種類、すなわち、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。さらに、液晶表示装置１００をカラー表示用として構成する場合には、対向基板２０において、ＴＦＴアレイ基板１０の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
【００１８】
このような構造を有する液晶表示装置１００の画像表示領域においては、図３に示すように、複数の画素１００ａがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素１００ａの各々には、画素スイッチング用の半導体素子、ここではＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３０が形成されており、画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを供給するデータ線６ａがＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍをこの順に線順次で印加するように構成されている。
【００１９】
画素電極９は、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、図２に示す対向基板２０の対向電極２１との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防ぐために、画素電極９と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に保持容量６０が付加されている。例えば、画素電極９の電圧は、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容量６０により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置１００を実現することができる。
【００２０】
次に、図４は液晶表示装置１００における画素電極９を含んで構成される画素領域の構成を模式的に示す平面図で、図５は図４におけるＡ−Ａ’断面図であり、これら図４及び図５を用いて画素領域の構成について説明する。画素１００ａには、平面視矩形状の透光性の画素電極９が形成され、画素電極９の下層には、保持容量６０が形成されている。保持容量６０は、図５に示すように、２層に重畳配置された第１容量部６０ａと、第２容量部６０ｂとを備えて構成されている。
【００２１】
一方、画素１００ａにおいて、画素電極９の縦横の境界に沿ってデータ線６ａ及び走査線３ａが設けられており、データ線６ａと走査線３ａとの交差部近傍に、ＴＦＴ３０が形成されている。ＴＦＴ３０は、図５に示すように、半導体層６２と、半導体層６２上にゲート絶縁膜７６を介して形成されたゲート電極３ａとを備え、データ線６ａとコンタクトホール７２を介して接続されたソース領域６２ａと、画素電極９とコンタクトホール７３，７４を介して接続されたドレイン領域６２ｂとを備えている。
【００２２】
なお、ＴＦＴ３０のソース領域６２ａからドレイン領域９２ｂに至る能動層形成領域に対応して、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ等の金属膜からなる遮光膜（導電性遮光層）８１が絶縁膜７７を介して形成されている。これにより、画素電極９とは反対側からのＴＦＴ３０への光入射が防止ないし抑制され、能動層への光入射によるリーク電流の発生が防止ないし抑制されており、表示品位の低下が抑制されている。
【００２３】
次に、上述した保持容量６０は、第１容量部６０ａと、第２容量部６０ｂとを含み、第１容量部６０ａは、ＴＦＴ３０の走査線（ゲート電極）３ａと同一材料（例えばＴａ、Ｃｒ、ＭｏＷ、Ａｌ等）にて構成された第１容量線６１と、ＴＦＴ３０の能動層たる半導体層６２との間に、誘電体としてゲート絶縁膜７６が挟持された構成をなしている。一方、第２容量部６０ｂは、上述した遮光膜８１と同一材料にて構成された第２容量線６３と、上記半導体層６２との間に、誘電体として絶縁膜７７が挟持された構成をなしている。なお、図４に示すように、第１容量線６１（図３に示す容量線３ｂに相当）に接続されるとともに、コンタクトホール７１を介して第２容量線６３と接続されており、これにより、第１容量線６１と第２容量線６３とは同電位に設定される。
【００２４】
一方、ＴＦＴ３０の下層に形成された遮光膜８１には、ＴＦＴ３０の走査信号と同期した信号が供給され、ＴＦＴ３０の駆動を安定化している。具体的には図６に示すように、遮光膜８１に供給される信号（太線の破線で示す）は、走査信号（実線で示す）と同期し、さらにＴＦＴ３０の特性を制御すべく、電圧値を走査信号の電圧よりも若干マイナス側にシフトさせている。
【００２５】
すなわち、走査信号が＋９Ｖのとき、ＴＦＴはＯＮ状態となるが、このとき、遮光膜８１に＋５Ｖの正電圧を与えることにより、ＴＦＴ特性がデプレッション側にシフトし、相対的に画素トランジスタのスイッチング特性が向上する。他方、走査信号が０Ｖのとき、ＴＦＴはＯＦＦ状態となるが、このとき、遮光膜８１に−５Ｖの負電圧を与えることにより、ＴＦＴ特性がエンハンスメント側にシフトし、相対的に画素トランジスタのリーク電流発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、図６に示すように、第２容量線６３に供給される信号（太線で示す）は、遮光膜８１に供給される信号とは異なり、一定電圧に固定されている。このように保持容量６０側の第２容量線６３に供給される信号を、遮光膜８１に供給される信号と同期させないことで、例えば保持容量としての機能を損なうことなく、十分に発揮させることができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態では、基板９０上に導電性遮光膜を形成し、これをＴＦＴ３０の形成領域と、保持容量６０の形成領域とに分割してパターニングすることで、各領域毎に、導電性遮光膜（６３，８１）に異なる信号電圧を供給することが可能となる。したがって、上述のように、各領域の設計に対応した好ましい条件の信号電圧を別途供給することが可能となり、ＴＦＴ３０と保持容量６０とにおいてそれぞれ好ましい駆動制御が可能となる。
【００２８】
また、本実施形態では、保持容量６０が第１容量部６０ａと第２容量部６０ｂとを重畳させた構成を備えるため、例えば第２容量線６３を形成せず、半導体層６２と第１容量線６１との間でのみ容量を設ける構成に比して、同一の容量を確保する場合にも保持容量６０の面積を小さくでき、ひいては画素１００ａの開口面積を増大させることが可能となる。なお、本実施形態では、図４に示すように、保持容量６０をデータ線６ａの下方に配設することで、該保持容量６０をデータ線６ａのブラックマトリクスとして機能させている。
【００２９】
すなわち、本実施形態によると、ＴＦＴ３０の下層部への遮光膜８１の形成により、ＴＦＴ３０における光リーク電流発生が防止ないし抑制され、結果的に保持容量６０の容量を低減させることができるため、該保持容量６０の面積を低減可能で、これにより画素１００ａの開口率増大を実現可能となる。また、上述の通り、保持容量６０が重畳した構成をなすため、自身の面積を小さくでき、これにより画素１００ａの開口率を増大させることが可能となる。さらに、ＴＦＴ３０において、例えばＴＦＴ３０をオフさせる電位に遮光膜８１を設定することで、当該ＴＦＴ３０の誤作動を防止ないし抑制することが可能となり、すなわちリークの低減が可能となるため、保持容量６０の面積を小さくでき、これにより画素１００ａの開口率増大を実現可能となる。このような複数の作用により、画素１００ａの開口率を効果的に増大させることが可能となる。
【００３０】
一方、本実施形態では、基板９０上に遮光膜を形成し、この遮光膜をＴＦＴ３０の形成領域と、保持容量６０の形成領域とに分けて、それぞれ遮光膜８１と第２容量線６３となし、各領域に跨る形にて絶縁層７７と、半導体層６２と、ゲート絶縁膜７６とを形成するとともに、ＴＦＴ３０の形成領域においてはゲート絶縁膜７６上にゲート電極３ａをパターン形成する一方、保持容量６０の形成領域においてはゲート電極３ａと同時に第１容量線６１をパターン形成することができるため、極めて簡便に図５に示した画素１００ａの構成を提供することが可能である。
【００３１】
［電子機器］
次に、上記実施形態で示した液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。図７は、上記実施形態の液晶表示装置１００を表示部に備えた電子機器である携帯電話の一例を示す斜視構成図であり、この携帯電話１０００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１００１として備え、複数の操作ボタン、受話口、及び送話口を備えて構成されている。したがって、携帯電話１０００の表示部において、安定した画素表示であって、開口率の高い明るい表示を提供することが可能となる。
【００３２】
上記実施形態の液晶表示装置１００は、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高品位の表示を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液晶表示装置を示す平面図。
【図２】図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図。
【図３】図１の液晶表示装置の等価回路図。
【図４】図１の液晶表示装置の画素部分を拡大して示す平面図。
【図５】図４のＡ−Ａ’線に沿う断面図。
【図６】遮光膜及び第２容量線等に供給される信号について示す説明図。
【図７】本発明の電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
９　画素電極、３０　ＴＦＴ（スイッチング素子）、５０　液晶（電気光学材料）、６０　保持容量、６１　第１容量線、６２　半導体層、６３　第２容量線、７７　絶縁層、８１　遮光膜（導電性遮光層）、１００　液晶表示装置
【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６】
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【図７】
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