JP4381782B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、液晶を介して対向配置される各基板のうち一方の基板の液晶の面側に画素電極と対向電極とが形成されている液晶表示装置に関するものである。

この種の液晶表示装置は、画素電極と対向電極の間の領域を透過する光に対して、その量を前記各電極の間に発生する電界が印加される液晶の駆動によって、制御するようになっている。
このような液晶表示装置は、表示面に対して斜めの方向から観察しても表示に変化のない、いわゆる広視野角特性に優れたものとして知られている。
そして、これまで、前記画素電極と対向電極は光を透過させることのない導電層で形成されていた。
しかし、近年、画素領域の周辺を除く領域の全域に透明電極からなる対向電極を形成し、この対向電極上に絶縁膜を介して一方向に延在し該一方向に交差する方向に並設させた透明電極からなる帯状あるいは櫛歯状の画素電極を形成した構成のものが知られるに到った。
このような構成の液晶表示装置は、基板とほぼ平行な電界が画素電極と対向電極との間に発生し、依然として広視野角特性に優れるとともに、開口率が大幅に向上するようになる（下記特許文献参照）。

特開平１１−２０２３５６号公報

しかしながら、このような液晶表示装置は、その画素領域の僅かな周辺を除く領域に形成された対向電極が、絶縁膜を介して形成される櫛歯状の画素電極と大きな面積で重畳されており、前記絶縁膜にピンホールがあった場合ショート不良が発生し表示上の黒色点欠陥となり画質が低下する課題があった。

また、薄膜トランジスタのソース電極あるいは画素電極とゲート信号配線がショートした場合は、輝点欠陥が発生し画質が低下する問題があった。
さらに、薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極がショートした場合には、輝点欠陥が発生し画質が低下する問題があった。

このような、ショート不良の対策としては、１画素に２個の薄膜トランジスタを形成し、さらに画素領域を２分割に分ける考えがある。一方の薄膜トランジスタあるいは画素領域が不良の場合に他方で正常動作をさせる冗長設計の考えである。

しかしながら、このような冗長設計の場合、少なくとも一方は正常、他方は黒点欠陥に抑える必要がある、広視野角の液晶表示装置では修正画素も視野角の広い範囲で正常に動作する必要がある課題がある。

これに対して、画素領域では一方の矩形の透明の対向電極、絶縁膜を挟んで他方の櫛歯あるいは帯状の透明の画素電極から構成された広視野角の液晶表示装置において、上記の冗長設計の提案がない問題があった。特に、１つの画素領域に対して２つの区分された領域がある場合、その境界領域にて透過率あるいは開口率を低下させずに良好に遮光する構造の提案もないという問題もあった。また冗長で救済された画素が色シフトなどの視野角が低下する課題もあった。

また、このような冗長の画素構造が必要とされる液晶ディスプレイは画面の大きい液晶テレビに用いられる。このような用途では画像を表示する電圧が印加される画素電極と対向電極のうちで、対向電極の電圧歪みが問題になり、このため透過率や開口率を低下させずに電圧歪を小さくする対向電極及び対向電極配線のレイアウトが課題となる。

本発明は、このような課題を解決した液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、区分された各領域の境界において、駆動時の液晶のランダムな配置による輝度むらを回避した液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

前記課題に対して概略以下の手段を持ち、課題を解決する。
（１）本発明による液晶表示装置は、たとえば、対向配置された第１の基板と第２の基板を有し、該第１の基板と第２の基板の間に液晶層を有し、前記第１の基板上には、複数のゲート信号線と、該ゲート信号線と交差する複数のドレイン信号線を有し、隣接する前記ゲート信号線と前記ドレイン信号線に囲まれた領域で画素領域を構成し、前記各画素領域の前記第１の基板上には平面状且つ矩形状の対向電極を有する液晶表示装置において、
前記対向電極上に絶縁層を介して形成された画素電極を有し、該画素電極は、前記画素領域で第１の画素電極と第２の画素電極から構成され、前記第１の画素電極は、第１の薄膜トランジスタ素子に接続され、前記第２の画素電極は、第２の薄膜トランジスタ素子に接続され、前記第１の薄膜トランジスタ素子と前記第２の薄膜トランジスタ素子は、同じ前記ゲート信号線により制御され、且つ同じ前記ドレイン信号線に接続され、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は、電極中に多数の並設されたスリットを有し、且つ該スリットの延在方向は、前記ゲート配線と前記ドレイン信号線のいずれの延在方向とも異なり、且つ前記第１と第２の画素電極の隣接する辺は互いに平行で、且つ前記第１と第２の画素電極の隣接する辺の間が前記対向電極上に位置していることを特徴とする。

（２）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記第１と第２の画素電極の隣接する辺が、前記ドレイン信号線と平行に配置されていることを特徴とする。

（３）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（２）の構成を前提とし、前記第１の画素電極に形成された前記スリットと前記第２の画素電極に形成された前記スリットは、互いに延在方向が異なることを特徴とする。

（４）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（３）の構成を前提とし、前記第１の画素電極に形成された前記スリットと前記第２の画素電極に形成された前記スリットは、前記ドレイン信号線の延在方向に対して対称となる方向に延在することを特徴とする。

（５）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（２）の構成を前提とし、前記液晶層の液晶分子の配向方向が、前記ドレイン信号線と直交する方向であることを特徴とする。

（６）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（５）の構成を前提とし、前記第１の画素電極と前記第２の画素電極の前記スリットの延在方向は、前記ゲート信号線の延在方向に対して時計回り或いは反時計回りに３０度以内であることを特徴とする。

（７）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記ドレイン信号線の延在方向に隣接する前記画素領域において、各画素領域間の前記対向電極同士を接続する連結配線を有し、前記連結配線は、前記ゲート信号線を跨いで各対向電極に接続されることを特徴とする。

（８）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（１）の構成を前提とし、前記対向電極に対向電圧を供給する複数の対向電圧信号線が前記第１の基板上に形成され、
前記対向電圧信号線は、前記ゲート信号線と平行に、且つ複数の前記画素領域を跨ぐように形成されることを特徴とする。

（９）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（８）の構成を前提とし、前記対向電圧信号線は、前記ゲート信号線に隣接して形成され、前記対向電極の一方の前記ゲート信号線に隣接した一辺において、当該対向電圧信号線は対向電極と接続されることを特徴とする。

（１０）本発明による液晶表示装置は、たとえば、（９）の構成を前提とし、前記対向電極は、透明導電膜によって形成され、前記対向電極の前記対向電圧信号線が接続されていない他方の前記ゲート信号線に隣接した一辺において、当該対向電極に金属配線が接続されていることを特徴とする。

実施例１．
図２（ａ）は、本発明の一実施例における液晶表示パネルの等価回路を該液晶表示パネルの外付け回路とともに示した図である。
図２中、ｘ方向に延在されｙ方向に並設される各ゲート信号線ＧＬには垂直走査回路Ｖによって順次走査信号（電圧信号）が供給されるようになっている。

走査信号が供給されたゲート信号線ＧＬに沿って配置される各画素領域の薄膜トランジスタＴＦＴは該走査信号によってオンするようになっている。
そして、このタイミングにあわせて映像信号駆動回路Ｈから各ドレイン信号線ＤＬに映像信号が供給されるようになっている。各ドレイン信号線ＤＬは、図中、ｙ方向に延在されｘ方向に並設されている。前記映像信号は各画素領域の該薄膜トランジスタを介して各画素電極ＰＸに印加されるようになっている。

各画素領域において、画素電極ＰＸとともに形成されている対向電極ＣＴには対向電圧信号線ＣＬを介して対向電圧が印加されるようになって、それら各電極の間に電界を発生させるようになっている。画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴはそれぞれ、ドレイン信号線ＤＬからの映像情報電圧をゲート信号線ＧＬがオン電圧を印加されたタイミングで薄膜トランジスタＴＦＴがオンされて画素電極ＰＸへ印加される一方において、外部電源につながれた対向電圧信号線ＣＬから各画素領域で対向電極ＣＴへ伝播され、これによって液晶容量へ電圧を印加する働きをする。上記画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴは薄膜トランジスタＴＦＴの形成された第１の透明基板ＳＵＢ１上に形成される。これら画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴは絶縁膜を挟んで形成された保持容量素子Ｃｓｔｇと画素電極ＰＸと対向電極ＣＴ間の電界が液晶部を通過することによる液晶容量Ｃｌｃの二つ容量の和である画素容量ＣＰを構成している。そして、この電界のうち透明基板ＳＵＢ１と平行な成分を有する電界によって液晶ＬＣの光透過率を制御するようになっている。本発明の液晶モードは絶縁膜を挟んで対向電極ＣＴと画素電極ＰＸが積層される面積が大きくそのため１画素の保持容量素子Ｃｓｔｇが大きな値を有する特徴がある。

一方、対向電圧信号線ＣＬは第１の透明基板ＳＵＢ１上で、ゲート信号線ＧＬと平行に配置された横方向の配線として形成され、ゲート信号線ＧＬに対して第１の基板ＳＵＢ１の絶縁を挟んでこれを横断するような縦方向の配線によっても接続され、いわば網の目状に接続されている。この網の目状配線により、外部電源から遠い画面中央領域においても、ゲート信号線ＧＬの大きな電圧振幅が１画素内の寄生容量を介して変動し、これが対向電圧配線ＣＬの電圧を不安定にして、残像、フリッカなどの直流電圧が液晶に印加することによる表示不良を著しく低減する。結果的に本網の目状結線によりゲート信号配線ＧＬと並走する対向電圧配線ＣＬの抵抗仕様は緩和され、そのレイアウト上の幅を細くでき透過率を向上させることができる。ゲート信号配線ＧＬと並走する対向電圧配線ＣＬ間はゲート信号配線ＧＬに対して絶縁膜を介して保護膜ＰＡＳに配置された連結配線ＳＥで接続されている。上記１画素内の対向電極ＣＴおよび配線ＣＬの結線方法は以下で詳細を示す。

なお、同図において各画素領域に示したＲ、Ｇ、Ｂの各符号は、各画素領域にそれぞれ赤色用フィルタ、緑色用フィルタ、青色用フィルタが形成されていることを示している。上記で、１画素の領域は隣り合うドレイン信号線ＤＬおよび隣り合うゲート信号線ＧＬ内に囲まれた領域であり、その領域に前述のように、薄膜トランジスタＴＦＴ、画素電極ＰＸ、対向電極ＣＴが形成されている。

各画素の詳細な等価回路を図２（ｂ）に示す。１画素領域は２つの薄膜トランジスタＴＦＴと２つの容量素子ＣＰで構成されており、一方が薄膜トランジスタあるいは画素領域が不良の場合にて、他方の薄膜トランジスタおよびこの画素領域で正常動作を維持させる。

図１は、本発明による液晶表示装置（パネル）の画素領域における構成図であり、液晶を介して互いに対向配置される各透明基板のうちで一方の透明基板を液晶側から観た平面図である。
図１のＩ（ａ）−Ｉ（ｂ）線における断面図を図３に、II（ａ）−II（ｂ）線における断面図を図４に、III（ａ）−III（ｂ）線における断面図を図６に示している。
図５は、本液晶モードの図１の二点鎖線枠IV内で１画素内の２つの画素領域の境界近傍における液晶分子の電圧オン、オフ時における動作を模式的に表す平面図である。

まず、図１において、図中ｘ方向に延在されｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬが薄膜トランジスタＴＦＴ１及び薄膜トランジスタＴＦＴ２のゲートオン電圧を供給する。このオン電圧により、たとえばアモルファスシリコン半導体層ＡＳとゲート信号配線ＧＬを被覆するゲート絶縁膜ＧＩ界面に電子が誘起されトランジスタがオンし、第１の画素電極ＰＸ１及び第２の画素電極ＰＸ２と同一基板上に形成された対向電極ＣＴをそれぞれの電極とする容量素子を充電する。薄膜トランジスタＴＦＴ１およびＴＦＴ２はドレイン信号線ＤＬから伝えられた映像信号に応じた電荷を前記容量素子に充電する。上記のように薄膜トランジスタＴＦＴ１及びＴＦＴ２は時間タイミングに対して同じ動作をする。

上記ゲート信号線ＧＬは、たとえば第１の透明基板側からモリブデン（Ｍｏ）、アルミニューム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）の３層積層膜で形成されている。このゲート信号線ＧＬは後述するドレイン信号線ＤＬとで矩形状の領域を形成し、その領域は画素領域を構成するようになっている。
そして、この画素領域には、後述する画素電極ＰＸとの間で電界を発生せしめる対向電極ＣＴが形成され、この対向電極ＣＴは該画素領域の周辺を除く全域に形成され、透明導電体であるたとえばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）から構成されている。

この対向電極ＣＴは、隣り合うゲート信号線ＧＬの近傍に前述のゲート信号線ＧＬと平行に配置された対向電圧信号線ＣＬと接続され、この対向電圧信号線ＣＬは対向電極ＣＴと一体的に形成されている。
この対向電圧信号線ＣＬは、たとえばモリブデン（Ｍｏ）、アルミニューム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）の３層積層膜からなる不透明の材料で形成されている。
また、上述したように、対向電圧信号線ＣＬの材料をゲート信号線ＧＬと同一の材料とすることにより、それらを同一の工程で形成でき製造工数の増大を回避させることができる。

ここで、前記対向電圧信号線ＣＬは、上記三層膜に限定されることなく、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏの単層膜あるいは、これらとＡｌを含有する材料との２層膜あるいは３層膜で形成するようにしてもよいことはいうまでもない。
しかし、この場合、この対向電圧信号線ＣＬは対向電極ＣＴに対して上層に位置づけるのが効果的となる。けだし、対向電極ＣＴを構成するＩＴＯ膜の選択エッチング液（たとえばＨＢｒ）は容易にＡｌを溶解してしまうからである。

さらに、対向電圧信号線ＣＬの対向電極ＣＴとの少なくとも接触面にはＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属を介在させることが効果的となる。けだし、対向電極ＣＴを構成するＩＴＯは対向電圧信号線ＣＬ中のＡｌを酸化させて高抵抗層を生成させてしまうからである。

このため、一実施例として、Ａｌ、あるいはＡｌを含有する材料からなる対向電圧信号線ＣＬを形成する場合、前記高融点金属を一層目とする多層構造とすることが好ましい。
そして、このように対向電極ＣＴ、対向電圧信号線ＣＬ、およびゲート信号線ＧＬが形成された透明基板ＳＵＢ１の上面には、それらをも被ってたとえばＳｉＮからなる絶縁膜ＧＩが形成されている。

この絶縁膜ＧＩは、後述のドレイン信号ＤＬに対しては対向電圧信号線ＣＬおよびゲート信号線ＧＬの層間絶縁膜としての機能を、後述の薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域においてはそのゲート絶縁膜としての機能を、後述の容量素子の形成領域においてはその誘電体膜としての機能を有するようになっている。

そして、絶縁膜ＧＩを介してゲート信号線ＧＬの一部に重畳されて薄膜トランジスタＴＦＴ１及びＴＦＴ２が形成されているが、半導体層ＡＳの上面に薄膜トランジスタＴＦＴ１に対してはドレイン電極ＳＤ１１およびソース電極ＳＤ１２が、薄膜トランジスタＴＦＴ２に対してはドレイン電極ＳＤ２１およびソース電極ＳＤ２２が形成されることによって、ゲート信号線ＧＬの一部をゲート電極とする逆スタガ構造のＭＩＳ型トランジスタが形成されることになる。そして、このドレイン電極ＳＤ１１、ＳＤ２１およびソース電極ＳＤ１２、ＳＤ２２はドレイン信号線ＤＬと同時に形成されるようになっている。

すなわち、図１中ｙ方向に延在されｘ方向に並設されたドレイン信号線ＤＬが形成され、このドレイン信号線ＤＬの一部が前記薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層ＡＳの表面にまで延在されることによって薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ１１及びＳＤ２１を構成するようになっている。

また、該ドレイン信号線ＤＬの形成の際にソース電極ＳＤ１２およびＳＤ２２が形成され、このソース電極ＳＤ１２、ＳＤ２２は画素領域内にまで延在されて後述の画素電極ＰＸ１および画素電極ＰＸ２との接続を図るコンタクト部ＣＮ１およびＣＮ２をも一体的に形成されるようになっている。

なお、図３に示すように、半導体層ＡＳの前記ソース電極ＳＤ１２、ＳＤ２２およびドレイン電極ＳＤ１１、ＳＤ２１との界面にはたとえばｎ型不純物がドーピングされたコンタクト層ｄ０が形成されている。

このコンタクト層ｄ０は、半導体層ＡＳの表面の全域にｎ型不純物ドーピング層を形成し、さらにソース電極ＳＤ１２、ＳＤ２２およびドレイン電極ＳＤ１１、ＳＤ２１の形成後において、該各電極をマスクとしてこれら各電極から露出された半導体層ＡＳの表面のｎ型不純物ドーピング層をエッチングすることによって形成されるようになっている。

そして、このように薄膜トランジスタＴＦＴが形成された透明基板ＳＵＢ１の表面には、該薄膜トランジスタＴＦＴをも被ってたとえばＳｉＮからなる保護膜ＰＡＳが形成されている。薄膜トラジスタＴＦＴの液晶ＬＣとの直接の接触を回避するためである。

さらに、この保護膜ＰＡＳの上面には画素電極ＰＸがたとえばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなる透明な導電膜によって形成されている。
この場合の画素電極ＰＸは、たとえば図１に示すように、画素領域の中央を図中ｙ方向に延在する仮想の線を境に区分された２つの領域にそれぞれ画素電極ＰＸ１および画素電極ＰＸ２が形成されて構成されている。これら画素電極ＰＸ１、ＰＸ２は電気的に分離されたもので、後述するように別個の薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２を介して同一のドレイン信号線ＤＬからの映像信号が供給されるようになっている。

たとえば図中左側に位置づけられる画素電極ＰＸは、ゲート信号線ＧＬの走行方向にほぼ平行（約１０°の傾きを有する）に配置される帯状の電極がドレイン信号線ＤＬの走行方向に沿って複数並設されて構成されている。この場合、各電極は薄膜トランジスタＴＦＴ１からの映像信号がそれぞれにおいて供給されなければならないことから、ドレイン信号線ＤＬ側の端部において共通に接続されたパターンをなし、その接続部はドレイン信号線ＤＬと近接しかつ平行に形成されている。

そして、さらに、前記各電極の前記ドレイン信号線ＤＬとは反対側の端部、すなわち、当該領域と隣接する他の領域側に指向された端部においても、共通に接続されたパターンをなし、その接続部はドレイン信号線ＤＬと平行に形成されている。

この接続部は、それを形成しない場合において、画素領域のほぼ中央の位置にて電極群からなる各画素電極の端部が位置づけられることなり、それら端部で不均一な電界による液晶の分子の複雑な挙動を回避せんがために設けられるものである。

当該領域に隣接する他の領域においても、同様のパターンからなる画素電極ＰＸ２が形成され、該各領域を区分する仮想の線に対して対称な形状で形成されている。このため、該画素電極ＰＸ２においても、それを構成する電極群の各電極は、一方の領域側に指向された端部においても、共通に接続されたパターンをなし、その接続部はドレイン信号線ＤＬと平行に形成されている。

上述したように、該接続部は、それを形成しない場合において、画素領域のほぼ中央の位置にて電極群からなる各画素電極の端部が位置づけられることなり、それら端部で不均一な電界による液晶の分子の複雑な挙動を回避せんがためである。

これにより、画素領域の中央部において、ドレイン信号線ＤＬとほぼ平行に画素電極ＰＸ１と画素電極ＰＸ２との分離個所が形成され、この分離個所は、画素電極ＰＸ１の各電極の画素電極ＰＸ２側に設けた接続部と、画素電極ＰＸ２の各電極の画素電極ＰＸ１の側に設けた接続部によって、電界の方向がほぼ均一になるように構成できる。

ちなみに、この実施例では、隣り合う画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２における各櫛歯間の間隔Ｌはたとえば３〜１０μｍ、幅Ｗはたとえば２〜６μｍの範囲で設定されるようになっている。

この場合、各画素電極ＰＸ１およびＰＸ２の下端の同材料層は、それぞれ前記保護膜ＰＡＳに形成されたコンタクト孔ＣＮ１およびＣＮ２を通して前記薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＤ１２、ＳＤ２２のコンタクト部と接続されるようになっており、また、上端の同材料層は前記対向電極ＣＴと重畳されて形成されている。
このように構成した場合、対向電極ＣＴと各画素電極ＰＸとの重畳部には絶縁膜ＧＩと保護膜ＰＡＳとの積層膜を誘電体膜とする容量素子が形成されるようになっている。

この容量素子は、図３あるいは図４の断面図に示すように、保護膜ＰＡＳ上のＩＴＯで構成された画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２が一旦液晶ＬＣ、保護膜ＰＡＳおよびゲート絶縁膜ＧＩを経由してＩＴＯで構成された対向電極ＣＴへいたる電気力線と、画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２から直接下部の対向電極へ至る電気力線による容量素子から構成されている。後者は保持容量Ｃｓｔｇである。この保持容量Ｃｓｔｇは薄膜トランジスタＴＦＴを介してドレイン信号線ＤＬからの映像信号が画素電極ＰＸに印加された後に、該薄膜トランジスタＴＦＴがオフとなっても該映像信号が画素電極ＰＸに比較的長く蓄積される等のために設けられたものとなっている。

ここで、この容量素子Ｃｓｔｇの容量は、対向電極ＣＴと各画素電極ＰＸとの重畳面積に比例し、その面積が比較的大きくなってしまう。該容量の誘電体膜は絶縁膜ＧＩと保護膜ＰＡＳとの積層膜である。

なお、前記保護膜ＰＡＳとしては、ＳｉＮに限定されることなく、たとえば合成樹脂によって形成されていてもよいことはいうまでもない。この場合、塗布により形成することから、その膜厚を大きく形成する場合においても製造が容易であるという効果を奏する。

そして、このように画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２が形成された透明基板の表面には該画素電極ＰＸをも被って配向膜ＯＲＩ１が形成されている。この配向膜ＯＲＩ１は液晶ＬＣと直接に接触する膜で該液晶ＬＣの初期配向方向を決定づけるものとなっている。

一方、対向電圧信号線ＣＬは第１の透明基板ＳＵＢ１で、ゲート信号線ＧＬと平行に配置された横方向の配線に対して、ゲート信号線ＧＬに対して第１の基板ＳＵＢ１の絶縁を挟んでこれを横断するような縦方向の配線によっても接続され、いわば網の目状に接続されている。この網の目状配線により、外部電源から遠い画面中央領域においても、ゲート信号線ＧＬの大きな電圧振幅が１画素内の寄生容量を介して変動し、これが対向電圧配線ＣＬの電圧を不安定にして、残像、フリッカなどの直流電圧が液晶に印加することによる表示不良を著しく低減する。結果的に本網の目状結線によりゲート信号配線ＧＬと並走する対向電圧配線ＣＬの抵抗仕様は緩和され、そのレイアウト上の幅を細くでき透過率を向上させることができる。ゲート信号配線ＧＬと並走する対向電圧配線ＣＬ間はゲート信号配線ＧＬに対して絶縁膜を介して保護膜ＰＡＳに配置された連結配線ＳＥで接続する。

本実施例では図１における平面図の右下あるいは右上の連結配線ＳＥで上下の隣り合う対向電極ＣＴを連結することにより、対向電圧配線ＣＬ幅が狭く抵抗が高くても画質劣化を起こさない。結果として透過率を向上させることができる。

図６は図１のIII（ａ）−III（ｂ）の切断線に沿ったこの連結配線ＳＥの断面図である。連結配線ＳＥは上下に隣接する画素領域のそれぞれの対向電極ＣＴを接続する配線である。図６の断面構造でもわかるように、ゲート信号配線ＧＬを挟むように１画素内に矩形に配置された対向電極ＣＴ上のゲート絶縁膜ＧＩ及び保護膜ＰＡＳにコンタクトホールＣＮ３及びＣＮ４を開口し、これを介して、画素電極ＰＸ１およびＰＸ２と同一工程で成膜されたＩＴＯからなる連結配線ＳＥで接続する。コンタクトホールＣＮ４の下部にはゲート信号配線ＧＬと同一工程で成膜された対向電極配線ＣＬがある。他方のコンタクトホールＣＮ３は対向電極ＣＴと接続されている。対向電極ＣＴは対向電極配線ＣＬと直接接続されている。したがって、ゲート信号配線ＧＬと並走する対向電極配線ＣＬは対向電極ＣＴ、連結配線ＳＥの繰り返し構成で互いに電気的に接続されている。これにより対向電極配線ＣＬの配線時定数は、連結配線ＳＥで接続しない場合に比べて飛躍的に低減される。
上記実施例において、透明導電膜としてＩＴＯを用いて説明したが、たとえばＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxide）でも同様の効果が得られることはいうまでもない。

このように構成された第１の透明基板ＳＵＢ１はＴＦＴ基板と称され、このＴＦＴ基板と液晶ＬＣを介して対向配置される第２の透明基板ＳＵＢ２はフィルタ基板と称されている。
フィルタ基板は、図３あるいは図４に示すように、その液晶側の面に、まず、各画素領域を画するようにしてブラックマトリックスＢＭが形成され、このブラックマトリックスＢＭの実質的な画素領域を決定する開口部にはそれを被ってフィルタＦＩＬが形成されるようになっている。
そして、ブラックマトリックスＢＭおよびフィルタＦＩＬを被ってたとえば樹脂膜からなるオーバーコート膜ＯＣが形成され、このオーバーコート膜の上面には配向膜ＯＲＩ２が形成されている。上記が本実施例１の概略の平面および断面構成である。

次に本液晶モードの冗長構造における動作を図１、図４および図５を用いて説明する。本実施例では液晶としては電界方向に液晶分子の長軸方向が揃う、いわゆるポジ型のネマチック液晶を使用している。液晶表示のオン、オフは、無電界で黒状態、電圧を印加すると白状態へと遷移するノーマリブラックの電圧―透過率特性を持つ挙動を示す。

図４は図１のII（ａ）からII（ｂ）をつなぐ２点破線上の断面図である。図４の正面から見て左手側がII（ａ）、右手側がII（ｂ）である。本インプレーン表示モード（すなわち第１の基板ＳＵＢ１側に画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２および対向電極ＣＴを有する）では、櫛歯状の画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２からの電気力線（図４のＥ）が液晶ＬＣ中へ印加され、その電気力線は液晶ＬＣ中を経て上記櫛歯の隙間の保護膜ＰＡＳ、絶縁膜ＧＩを通過し、画素領域でほぼ方形に全面に形成された対向電極ＣＴへ至る。図４において、中央の対向電圧配線ＣＬに対して左手側領域（図４におけるＲｅ１の領域）の液晶分子ＬＣ１では第１の基板ＳＵＢ１にほぼ平行方向に対して時計回りに回転、図４の右側の領域（Ｒｅ３）においてはその液晶分子ＬＣ３は反時計回り回転する。その回転により透過率が変化し表示が可能となる。

一方、図４の中央領域（Ｒｅ２）では、画素電極ＰＸ１及びＰＸ２から液晶領域を経て対向電極ＣＴへ電気力線が至るが光学的には光が透過しない。この領域は図１の平面構造でわかるように、２つの画素電極ＰＸ１及びＰＸ２がドレイン信号線ＤＬと平行に延在し、その２つの領域にはさまれた対向電極ＣＴ上の領域であるからである。すなわち、本液晶表示装置では、ゲート信号線ＧＬと平行にラビングが施されているため、この画素電極ＰＸ１およびＰＸ２に挟まれた領域では、電界方向と液晶分子の長軸方向が一致しており、例え、電界が印加されても液晶分子が回転せず、透明な画素電極ＣＴ上であっても黒表示のままである。従って、この領域は、冗長画素の効果で２つの画素領域である画素電極ＰＸ１及びＰＸ２のいずれか一方の画素電極が不良となっても、すなわち画素電極ＰＸ１とＰＸ２が異なる電位が印加されても黒表示を維持する。従来の液晶表示装置では、２つの画素領域の間を金属電極で遮光して、境界を分離していたが、本液晶表示装置では、これらが不要であるため、遮光電極と透明な画素電極を重ね合わせて逆に正常な画素の透過率さえも下げていた。本液晶表示装置ではこれを防ぐことができ明るい液晶表示装置を提供できる。

さらに、図５の模式的な平面図でその光学的動作を説明する。同図の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図３あるいは図４の画素電極ＰＸ１及びＰＸ２と対向電極ＣＴ間に電界が印加されていない時の液晶分子の動作、電界が印加されているときの動作状態を示す。ここで第１基板ＳＵＢ１側の偏光板ＰＯＬ１の偏光軸Ｐ１は第１のゲート信号線ＧＬ方向に設定してあり、一方第２基板ＳＵＢ２側の偏光板ＰＯＬ２の偏光軸Ｐ２は図１のドレイン信号線ＤＬに沿って配置されている。すなわち、クロスニコルの偏光軸配置である。ラビングは第１の偏光軸すなわちゲート信号線ＧＬと平行な方向に第１および第２基板の配向膜ＯＲＬ１、ＯＲＬ２共に施されている。

図１の画素電極ＰＸ１の領域では、櫛歯状の画素電極ＰＸ１はゲート信号線ＧＬすなわち偏光軸Ｐ１に対して反時計まわりに約１０度の傾きを持つように延在し、一方、画素電極ＰＸ２の領域では、画素電極ＰＸ２は偏光軸Ｐ１に対して時計回りに約１０度の方向に延在するように配置されている。

液晶の印加電圧がないか、あるいは小さい時は、ゲート信号配線ＧＬの延在方向にその液晶分子ＬＣ１およびＬＣ３の長軸がそろう。液晶分子ＬＣ１は（図４のＲｅ１領域）これに追従し電界方向すなわち時計回りに回転し、偏光板の偏光軸と−４５度方向に長軸が一致するように回転した際に透過率が最大となる。液晶分子ＬＣ３は（図４のＲｅｌ３領域）逆に反時計回りとなり、偏光軸と４５度方向に長軸が一致した時に最大透過率を示す。本実施例ではこのように１画素の液晶分子を時計回りと反時計回りの２つの領域に分けているため、画面の視野角はどの方向から見ても反転することがなく、また色変化が小さい広視野角の表示が可能となる。また、画素電極ＰＸおよび対向電極ＣＴが透明のＩＴＯで形成され、さらに液晶ＬＣに充分な電界が印加されるのでブラックマトリクスＢＭの内側の画素領域ではほぼ全面に透過して明るい画像が表示できる。

一方、２つの画素電極ＰＸ１およびＰＸ２に囲まれた境界領域では（図４のＲｅ２領域）では無電界状態ではラビング方向すなわち第１の偏光軸Ｐ１にそって液晶分子ＬＣ２の長軸がそろっているのでクロスニコルの黒状態を維持する。さらに、電界が印加された場合でも、図４の断面に示すような画素電極ＰＸ１あるいはＰＸ２から液晶層を経て対向電極ＣＴに至る電気力線は平面的にみるとゲート信号線すなわち第１の偏光軸にそった方向となる。これは、２つの画素電極ＰＸ１およびＰＸ２は第１図の平面図に示すようにドレイン信号線ＤＬと平行に延在するように配置されているからである。電界方向が第１の偏光軸Ｐ１と平行であるためにこの液晶分子ＬＣ２はいかなる電界が印加されも黒状態を維持する。すなわち、正常動作で画素電極ＰＸ１及びＰＸ２が同電位で対向電極ＣＴと電界を形成している場合でも、一方の電極が不良で画素電極ＰＸ１とＰＸ２が異なる電位となってもこの電界方向に変化がなく、冗長設計を施した画素電極ＰＸ１とＰＸ２の境界領域は常に黒状態を維持する。

実施例２．
図７は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で、同図のＶ（ａ）−Ｖ（ｂ）線における断面図、VI（ａ）−VI（ｂ）線における断面図をそれぞれ図８、図９に示している。

図７の平面図の構成は、本発明の１つの目的である冗長画素構造において、薄膜トランジスタＴＦＴ１からコンタタクトＣＮ１を介して画素電極ＰＸ１にドレイン信号線ＤＬのデータが供給される画素領域と薄膜トランジスタＴＦＴ２からコンタタクトＣＮ２を介して画素電極ＰＸ２にドレイン信号線ＤＬのデータが供給される画素領域を有する。１方の画素領域が不良となっても他方の画素領域が正常の電位動作するだけなく、視野角方向に色シフトのない冗長となっているのが特徴である。

大型液晶テレビは画素サイズが大きく点欠陥不良が目立やすい。しかも広視野角の性能の要求も高い。本実施例は１画素に２個の薄膜トランジスタＴＦＴ及び２つの画素領域を有する。第１の実施例とその点は同じである。第１の実施例では１画素の２つの画素領域が液晶分子の回転方向が画素分割のそれぞれの領域、すなわち、各画素の中央領域に対して左右の領域に対して液晶分子の回転方向が時計および反時計回りに回転することで、視野角方向から見た際に青く着色する変化と黄色く着色する効果を相殺してきた。いわゆる２ドメインの画素となっていた。ただし実施例１では、一方の画素領域が不良でこれが黒表示の欠陥の場合、他方の正常画素では液晶ディスプレイを左から見たときと右から見たときそれぞれ黄色あるいは青色着色の点に見えてしまう。

本実施例では隣り合うゲート信号線ＧＬおよびドレイン信号線ＤＬに囲まれた１画素領域が、まず第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第１の画素電極ＰＸ１で駆動される領域と第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２及び第２の画素電極ＰＸ２で駆動される領域に分かれている。さらに、隣り合うゲート信号配線ＧＬのほぼ中央領域にゲート信号線ＧＬと平行に対向電極配線ＣＬが延在している。この対向電極配線ＣＬは対向電極ＣＴと直接接続されており、それぞれの画素電極ＰＸ１およびＰＸ２との間に電界を発生させ画像を表示している。

前記、画素電極ＰＸ１およびＰＸ２はそれぞれ対向電極配線ＣＬに対してその櫛歯状の電極が対向電極配線ＣＬに対して対称の配置になるように傾いている。その角度は５から３０度の間に設定される。これは前述の図５により液晶の光学動作を説明したと同様に、それぞれの画素電極ＰＸ１およびＰＸ２の領域がさらに液晶分子が時計まわりと反時計回りに回転する２度ドメインの領域を持つことを意味する。従って、図９の断面構造において、対向電極配線ＣＬを挟む２つの透過領域（Ｒｅ１およびＲｅ３）では液晶分子の回転方向が異なる。それぞれの画素領域が２ドメインの構成を持つわけである。これにより、画素分割した一方の領域が欠陥により黒点になったときにも他方の画素電極の領域は視野角のどの方向から見ても着色がなく正常動作し、広視野角が必要な液晶テレビへの応用においても好適な画質を提供することができる。

図９は連結配線ＳＥの断面図である。連結配線ＳＥは隣接する上下の各画素領域の対向電極ＣＴを接続する配線である。その断面構造でもわかるように、ゲート信号配線ＧＬを挟むように１画素内に矩形に配置された対向電極ＣＴ上のゲート絶縁膜ＧＩ及び保護膜ＰＡＳにコンタクトホールＣＮ３及びＣＮ４を開口し、これを介して、画素電極ＰＸと同一工程で成膜されたＩＴＯからなる連結配線ＳＥで接続する。コンタクトホールＣＮの下部にはゲート信号配線ＧＬと同一工程で成膜されたパッド領域ＰＡＤがありこれは第２のコンタクトホールＣＮ２及び第３のコンタクトホールＣＮ３より広めの面積を持つ。このＰＡＤはコンタクトホールの段差でラビング不十分な場合に発生する光漏れを遮光する効果がある。このように、ゲート信号配線ＧＬと並走する対向電極配線ＣＬは対向電極ＣＴ、パッド領域ＰＡＤ、連結配線ＳＥの繰り返し構成で互いに電気的に接続されている。

実施例３．
図１０は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す平面図で、同図のVII（ａ）−VII（ｂ）線における断面図を図１１に示している。図１２は対向電極ＣＴ及びこれと接続された対向電極配線ＣＬの電気的連結状況を表し、図１０の画素平面図のレイアウトにおける各薄膜層の一部を用いてこれを概略説明した図面である。

本実施例における１画素の平面図は基本的には実施例１における液晶表示装置と同様の動作を行う。新たな効果を生み出す構造は、隣合うゲート信号配線ＧＬと隣り合うドレイン信号線ＤＬに挟まれた１画素領域に矩形状に配置された透明電極で構成された対向電極ＣＴに対して、ゲート配線ＧＬに隣接する一方の端部にドレイン信号線ＤＬを交差して横断する対向電極配線ＣＬの他方端部に抵抗低減電極ＲＢＡＲを形成した点にある。抵抗低減電極ＲＢＡＲは以下の構造が特徴であり、特有の作用効果を生み出す。抵抗低減電極ＲＢＡＲはゲート信号配線ＧＬ及び対向電極配線ＣＬと平行な方向に延在している。しかし、大きく異なるのは抵抗低減電極ＲＢＡＲはドレイン信号配線ＤＬとは交差せず１画素内に留まっている。ゲート信号配線ＧＬあるいは対向電極配線ＣＬは断面構造的にはゲート絶縁膜ＧＩで分離されている。しかし、製造工程中のダストなどによりこの部分の絶縁膜が不良になると線欠陥となる。交差しなければこの不良は発生しない。この抵抗低減電極ＲＢＡＲはドレイン信号線ＤＬと交差しなくても対向電極ＣＴと対向電極配線ＣＬのつくり出す配線ネットワークの抵抗を下げることができる。

図１１は、抵抗低減電極ＲＢＡＲ及びこれが接続された対向電極ＣＴがゲート信号配線ＧＬをまたぐように形成された連結配線ＳＥと接続された部分の断面構造を示す。抵抗低減電極ＲＢＡＲは、ＩＴＯで構成された対向電極ＣＴ上にゲート信号配線ＧＬあるいは対向電極配線ＣＬと同一工程で形成した金属配線材料である。抵抗低減電極ＲＢＡＲはゲート信号配線ＧＬを跨ぐように、ゲート絶縁膜ＧＩおよび保護膜ＰＡＳに開口されたコンタクトホールＣＮ３及びＣＮ４に対して、画素電極ＰＸと同一工程で形成された透明電極材料のＩＴＯで構成された連結配線ＳＥで接続されている。

図１２は抵抗低減電極ＲＢＡＲの効果を表す画素平面図で、装置を構成する薄膜層の内、説明に必要な層のみが記載されている。対向電極配線ＣＬは低抵抗の金属配線で形成されており、これは記号Ｉ１の経路での低抵抗成分（電流の流れ）を持っている。これはＩＴＯで構成された高抵抗の矩形の対向電極ＣＴに連結される。ゲート配線ＧＬを跨ぐ前段の対向電極配線ＣＬの電流経路Ｉ４は連結配線Ｉ３で自身の画素の対向電極ＣＴの電圧歪を低減する。抵抗低減電極ＲＢＡＲの効果により電流経路Ｉ５の広がり抵抗ができ、抵抗低減電極ＲＢＡＲが無い場合には、コンタクトホールＣＮ３近傍付近での電流経路のみであったものに対して、対向電極ＣＴ全面に電流が広がり電圧歪を緩和する。

上記低減効果、結果として、連結配線ＳＥや抵抗低減配線ＲＢＡＲが無い場合に比べて対向電極配線ＣＬ自体の配線幅を狭くできるのでブラックマトリクスＢＭの覆われていない領域を大きくできるので開口率を上げることができる。

次に、ゲート信号線ＧＬをまたぐ抵抗低減配線ＲＢＡＲ及び対向電極配線ＲＢＡＲの他の透過率向上の役割を示す。ゲート信号配線ＧＬと対向電極ＣＴは同層である。もちろん、これがショートすると線欠陥不良となる。従ってゲート信号配線ＧＬと対向電極ＣＴは平面的に一定の間隔をあける必要がある。抵抗低減配線ＲＢＡＲと対向電極配線ＣＬはこの間隙から下部バックライトの光が斜め方向から抜ける不要光を効率よく遮光することができる。これは、従来、ゲート配線ＧＬを対向電極配線ＣＬでまたぐように形成していた装置に比べ、抵抗低減電極ＲＢＡＲがドレイン信号線ＤＬと交差していないためにショート不良による歩留まり低下がない特徴を持つ。

本発明による液晶表示装置の画素領域の一実施例を示す平面図である。 本発明による液晶表示装置の一実施例を示す等価回路図である。 図１のＩ（ａ）−Ｉ（ｂ）線における断面図である。 図１のII（ａ）−II（ｂ）線における断面図である。 第１の実施例における液晶分子の偏光挙動を示す模式図である。 図１のIII（ａ）−III（ｂ）線における断面図である。 本発明による液晶表示装置の画素領域における他の実施例を示す平面図である。 図７のＶ（ａ）−Ｖ（ｂ）線における断面図である。 図７のVI（ａ）−VI（ｂ）線における断面図である。 本発明による液晶表示装置の画素領域における他の実施例を示す平面図である。 図１０のVII（ａ）−VII（ｂ）線における断面図である。 実施例における抵抗低減の効果を表す画素の概略平面図である。

符号の説明

ＳＵＢ１…第１の透明基板、ＳＵＢ２…第２の透明基板、ＰＯＬ１…第１の透明基板の偏光板、ＰＯＬ２…第２の透明基板の偏光板、ＢＭ…ブラックマトリクス、ＦＩＬ…カラーフィルタ層、ＯＣ…オーバコート膜、ＯＩＬ１…第１の透明基板の配向膜、ＯＩＬ２…第２の透明基板の配向膜、ＬＣ…液晶層あるいは液晶分子、ＧＬ…ゲート信号配線、ＣＬ…対向電極配線、ＤＬ…ドレイン信号配線、ＣＴ…対向電極、ＰＸ…画素電極、ＴＦＴ…薄膜トランジスタ、ＡＳ…半導体層、ＳＤ１…ドレイン電極、ＳＤ２…ソース電極、ＣＮ…コンタクトホール、ＳＥ…連結配線、ＰＡＤ…パッド領域、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＰＡＳ…保護膜、ＲＢＡＲ…抵抗低減電極

Claims (10)

1. 対向配置された第１の基板と第２の基板を有し、該第１の基板と第２の基板の間に液晶層を有し、
   前記第１の基板上には、複数のゲート信号線と、該ゲート信号線と交差する複数のドレイン信号線を有し、
   隣接する前記ゲート信号線と前記ドレイン信号線に囲まれた領域で画素領域を構成し、
   前記各画素領域の前記第１の基板上には平面状且つ矩形状の対向電極を有する液晶表示装置において、
   前記対向電極上に絶縁層を介して形成された画素電極を有し、
   該画素電極は、前記画素領域で第１の画素電極と第２の画素電極から構成され、
   前記第１の画素電極は、第１の薄膜トランジスタ素子に接続され、前記第２の画素電極は、第２の薄膜トランジスタ素子に接続され、前記第１の薄膜トランジスタ素子と前記第２の薄膜トランジスタ素子は、同じ前記ゲート信号線により制御され、且つ同じ前記ドレイン信号線に接続され、
   前記第１の画素電極と前記第２の画素電極は、電極中に多数の並設されたスリットを有し、且つ該スリットの延在方向は、前記ゲート配線と前記ドレイン信号線のいずれの延在方向とも異なり、
   且つ前記第１と第２の画素電極の隣接する辺は互いに平行で、且つ前記第１と第２の画素電極の隣接する辺の間が前記対向電極上に位置していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１と第２の画素電極の隣接する辺が、前記ドレイン信号線と平行に配置され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。
3. 前記第１の画素電極に形成された前記スリットと前記第２の画素電極に形成された前記スリットは、互いに延在方向が異なることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の画素電極に形成された前記スリットと前記第２の画素電極に形成された前記スリットは、前記ドレイン信号線の延在方向に対して対称となる方向に延在することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶層の液晶分子の配向方向が、前記ドレイン信号線と直交する方向であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の画素電極と前記第２の画素電極の前記スリットの延在方向は、前記ゲート信号線の延在方向に対して時計回り或いは反時計回りに３０度以内であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記ドレイン信号線の延在方向に隣接する前記画素領域において、各画素領域間の前記対向電極同士を接続する連結配線を有し、前記連結配線は、前記ゲート信号線を跨いで各対向電極に接続されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記対向電極に対向電圧を供給する複数の対向電圧信号線が前記第１の基板上に形成され、
   前記対向電圧信号線は、前記ゲート信号線と平行に、且つ複数の前記画素領域を跨ぐように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記対向電圧信号線は、前記ゲート信号線に隣接して形成され、前記対向電極の一方の前記ゲート信号線に隣接した一辺において、当該対向電圧信号線は対向電極と接続されることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記対向電極は、透明導電膜によって形成され、
    前記対向電極の前記対向電圧信号線が接続されていない他方の前記ゲート信号線に隣接した一辺において、当該対向電極に金属配線が接続されていることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。

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