JP6629441B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、絶縁膜を挟んで複数の階層に電極を有する基板を備える液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、液晶表示パネルを備え、複屈折性を有する液晶分子の配向を制御することにより光の透過/遮断(表示のオン/オフ)を制御する機器である。液晶表示装置の表示(液晶配向)モードとしては、正の誘電率異方性を有する液晶分子を基板法線方向から見たときに90°捩れた状態で配向させるTN(Twisted Nematic)モード、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る垂直配向(VA:Vertical Alignment)モード等が挙げられる。また、広視野角特性を得やすい等の理由から、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)モード及びフリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モード等が注目を集めている。
液晶表示装置の駆動方式としては、画素ごとに薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の能動素子を配置し、高画質を実現するアクティブマトリクス型の駆動方式が普及している。TFTを備える液晶表示装置としては、複数の走査信号線と複数のデータ信号線とを互いに交差するように形成し、これらの交差点ごとにTFTと画素電極とを設けたアクティブマトリクス基板を有するものが挙げられる。一般的な液晶表示装置には、更に、アクティブマトリクス基板又は対向基板に共通電極が設けられ、画素電極と対向電極の一対の電極を通じて液晶層内に電圧が印加されるような仕組みとなっている。
液晶表示装置が備えるアクティブマトリクス基板の一例としては、ガラス基板と、ガラス基板上に形成された走査信号線、データ信号線、TFT等の導電部材と、透明電極と、画素電極とを備える構成が挙げられる(例えば、特許文献1〜5)。
特許文献1の実施形態5では、FFSモードに対応した構成を有する液晶表示パネルにおいて、絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して画素電極に接続されたドレイン引き出し配線と、共通電極と同じ共通電位が供給される補助容量配線とを重畳させる構造が開示されている。特許文献1の液晶表示パネルにおいて、例えば、一部の配線や電極同士がリークすることによって、黒表示となるべき部分が輝点となった場合、ドレイン引き出し配線と補助容量配線とが重なる重畳部にレーザーを照射してレーザーメルトを行うことで、画素電極と共通電極とを同電位として欠陥絵素を黒点化し、欠陥を目立たなくすることができる。
特許文献2では、FFSモードの液晶表示パネルにおいて、データ信号線と重なる電極の一部に貫通孔(スルーホール)を設け、それと重なる位置をレーザーリペア用の場所として確保することで、レーザー照射を行った部位が再度の欠陥を生じないようにする技術が開示されている。
特許文献3及び4では、4マスク工程によって製作され、データ配線の両側に半導体層が露出する構造を有する、横電界方式の液晶表示装置用のアレイ基板が開示されている。該アレイ基板において、半導体層の下部に光を遮断する第1遮断パターンを構成し、データ配線の上部に、データ配線と接触しながら半導体層による影響を遮断する第2の遮断パターンを構成することにより、波縞雑音が発生しない高画質の液晶表示装置を製作することができる技術が開示されている。
特許文献5では、走査線、信号線、層間樹脂膜、下電極、電極間絶縁膜、及び、スリット状開口が形成された上電極が形成されたアレイ基板を有する液晶表示パネルにおいて、上電極が表示領域の全面に跨って形成されていると共に、表示領域の周辺部でコモン引き回し配線と電気的に接続されて共通電極として作動し、表示領域には、走査線に平行にコモン線が形成され、上電極がコンタクトホールを経てコモン線に電気的に接続されることにより、表示領域の全サブ画素に跨って形成される共通電極の抵抗を小さくした液晶表示パネルが開示されている。
国際公開第2013/021926号 国際公開第2013/031823号 特開2011−164658号公報 特開2011−203748号公報 特開2011−53443号公報
本発明者らは、上述したようなアクティブマトリクス基板をFFSモードの液晶表示装置に適用し、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせ、これらの基板間に液晶を注入した後の検査工程、又は、アクティブマトリクス基板及び対向基板のいずれかに液晶を滴下し、これらの基板を貼り合わせた後の検査工程において、発見された欠陥を修正する技術について種々の検討を行った。ここで具体的な欠陥とは、例えば、一部の配線や電極同士がリークすることによって、黒表示となるべき部分の表示単位が輝点となる現象が挙げられる。このような欠陥が生じた場合、輝点が発生した画素を黒点化する修正が必要となる。
図17は、比較形態1に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の平面模式図である。図18は、比較形態1に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の断面模式図である。図18は、図17中に示したv−w線に沿った断面を示している。
比較形態1に係る液晶表示装置は、ノーマリブラックのFFSモードの液晶表示装置であり、第一基板10は、絶縁基板11上に、走査線12、第一絶縁膜31、データ線13、TFT18、第二絶縁膜32、画素電極16、第三絶縁膜33及び共通電極15を絶縁基板11側から順に備え、共通電極15にはスリット状の開口部15aが設けられている。TFT18は、ゲート電極18a、ソース電極18b、ドレイン電極18c及び半導体層18fを有している。画素電極16とドレイン電極18cとはコンタクトホール51を介して接続されている。共通電極15及び画素電極16の材料としては、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透明導電材料、又はそれらの合金が用いられることが多い。
比較形態1に係る液晶表示装置では、走査線12とデータ線13との短絡や、ソース電極18b(又はデータ線13)とドレイン電極18cとの短絡等により、画素部で欠陥が生じた場合、画素電極16をTFT18から分離した上で、画素電極16と共通電極15とを短絡させることで、画素欠陥を黒点化して目立たなくすることができる。
しかしながら、画素電極16及び共通電極15に用いられる透明導電材料及びそれらの合金は、レーザーとほとんど干渉しない。したがって、不透明な金属を用いた場合のようにレーザーエネルギーを吸収させて溶融し、画素電極16と共通電極15との間の第三絶縁膜33を破壊して画素電極16及び共通電極15を接続することが困難であった。
図19は、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルのアクティブマトリクス基板の平面模式図である。図20は、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルの断面模式図である。図20は、図19中に示したx−y線に沿った断面を示している。
特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルは、FFSモードの液晶表示パネルであり、アクティブマトリクス基板110と、液晶層140と、対向基板120とをこの順に備え、アクティブマトリクス基板110は、ガラス基板111、補助容量配線114、第一絶縁膜131、ドレイン引き出し配線119、第二絶縁膜132、共通電極115、第三絶縁膜133、画素電極116及び配向膜134を、ガラス基板111から液晶層140側へ向かって順に備えており、画素電極116が共通電極115より液晶層140側に配置される構成を有している。画素電極116にはスリット116aが設けられている。また、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルは、ゲートバスライン112及びソースバスライン113を備えており、ゲートバスライン112及びソースバスライン113の交点近傍にはTFT118を備えている。TFT118は、ゲート電極118a、ソース電極118b、ドレイン電極118c及び半導体層118fを有している。対向基板120は、ガラス基板121と、ガラス基板121上の配向膜122と備えている。
画素電極116とドレイン引き出し配線119とはコンタクト部153で接続されており、画素欠陥が生じた際には、レーザー照射部161にレーザーを照射することで、チタン等の金属でできている補助容量配線114及びドレイン引き出し配線119を短絡させて、欠陥画素を黒点化することが可能である。
しかしながら、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルでは、レーザー照射部161とコンタクト部153とが同じ場所に位置しているため、コンタクト部153として必要な電極形状が限定され、アクティブマトリクス基板110における各構成のレイアウトの自由度が低下し、開口率が低下する場合がある。例えば、膜厚が3μm程度の有機膜にコンタクトホールを形成する場合、コンタクト部153として、8μm四方の形状とそれに対応するドレイン引き出し配線119の形状が必要となる。
また、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルでは、コンタクト部153がTFT118から離れているため、ドレイン引き出し配線119が断線した場合に画素欠陥が発生しやすい。
更に、特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルでは、画素電極116とドレイン引き出し配線119とを接続するために多くのコンタクトホールを絶縁膜に形成する必要があり、コンタクト不良が生じやすい。また、コンタクト部153においては、共通電極115も除去する必要があるが、共通電極115の膜残りが生じると、画素電極116と共通電極115とが短絡する不良が生じる場合がある。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、欠陥画素を修正するためのレーザーリペアを容易に行うことができる液晶表示装置を提供することを一つ目の目的とし、コンタクト不良及び短絡の発生を抑制可能な液晶表示装置を提供することを二つ目の目的とするものである。
本発明者らは、コンタクト不良及び短絡の発生を抑制する方法、及び、欠陥画素を容易に黒点化する方法について種々の検討を行った。そして、絶縁膜を介して画素電極の上層に共通電極を設けることにより、画素電極及びスイッチング素子の間に配置される絶縁膜の数を減らし、コンタクトホールが形成される絶縁膜の数を減少させることができ、かつ、コンタクトホール形成部において共通電極を除去することなく画素電極をスイッチング素子に接続可能となることを見出した。更に、スイッチング素子及び画素電極に接続された対向電極と、共通配線とを、絶縁膜を介して対向させることで、これらの配線及び電極を、透明導電材料及びそれらの合金以外の材料で構成することが可能なレーザーリペア用の電極として設けることができることを見出した。これにより、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。
すなわち、本発明の一態様は、第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に備える液晶表示装置であって、上記第一基板は、絶縁基板と、走査線と、データ線と、上記走査線及び上記データ線の間に介在する第一絶縁膜と、上記走査線又は上記データ線の延在方向に設けられた共通配線と、上記第一絶縁膜を介して上記共通配線と対向する対向電極と、上記走査線及び上記データ線に接続されたスイッチング素子と、第二絶縁膜と、上記スイッチング素子及び上記対向電極と接続された画素電極と、第三絶縁膜と、開口部が設けられた共通電極とを備え、上記スイッチング素子、上記第二絶縁膜、上記画素電極、上記第三絶縁膜及び上記共通電極は、上記液晶層側に向かってこの順で配置される液晶表示装置であってもよい。
上記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、上記対向電極上ではなく、上記薄膜トランジスタのドレイン電極上に設けられたコンタクトホールを介して、上記画素電極は、上記ドレイン電極に接続されてもよい。
上記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、上記薄膜トランジスタのドレイン電極上において上記第二絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、上記画素電極は、上記ドレイン電極に接続され、上記第二絶縁膜に設けられた上記コンタクトホールは、上記対向電極に比べて上記薄膜トランジスタにより近い場所に配置されてもよい。
上記コンタクトホールは、上記ドレイン電極からはみ出して設けられていてもよい。
上記第二絶縁膜は、無機膜と、上記無機膜上に積層された有機膜とを含んで構成されてもよい。
上記ドレイン電極は、アルミニウム以外の金属を含む下層と、上記下層上に積層され、かつ、アルミニウムを含む上層とを含んで構成され、上記画素電極は、上記ドレイン電極の上記下層と接触していてもよい。
上記コンタクトホール内において、上記ドレイン電極の上記上層は、上記第二絶縁膜の端部から上記第二絶縁膜の内側に後退した場所に配置されてもよい。
上記第一基板は、上記コンタクトホールに対応する領域に、上記第一絶縁膜上に積層された半導体層を更に備えてもよい。
上記共通電極は、上記対向電極上に配置されてもよい。
上記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、上記対向電極は、上記薄膜トランジスタのドレイン電極と同じ層に設けられ、上記対向電極及び上記ドレイン電極と同じ層に設けられたドレイン引き出し配線を介して、上記対向電極は、上記ドレイン電極と接続されてもよい。
上記対向電極上において上記第二絶縁膜に設けられた第二コンタクトホールを介して、上記画素電極は、上記対向電極に接続されてもよい。
上記対向電極は、上記共通配線に直交する方向に上記共通配線からはみ出したはみ出し部分を有し、上記はみ出し部分は、上記共通配線に直交する方向に上記第二コンタクトホールが存在する第一領域と、上記共通配線に直交する方向に上記第二コンタクトホールが存在しない第二領域とを含み、上記共通配線に直交する方向における上記第一領域の幅は、上記共通配線に直交する方向における上記第二領域の幅より小さくてもよい。
上記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、上記対向電極は、上記薄膜トランジスタのドレイン電極と同じ層に設けられ、かつ、当該ドレイン電極と分離して配置されてもよい。
上記共通配線は、少なくとも上記第二絶縁膜及び上記第三絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、上記共通電極と接続されてもよい。
少なくとも上記第二絶縁膜及び上記第三絶縁膜に設けられた上記コンタクトホールは、全ての画素に配置されていなくてもよい。
上記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、上記画素電極は、上記第二絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、上記薄膜トランジスタと電気的に接続されており、上記第二絶縁膜に設けられた上記コンタクトホールに対応する位置には、上記共通電極が設けられていなくてもよい。
本発明の液晶表示装置によれば、欠陥画素を修正するためのレーザーリペアを容易に行うことができる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、コンタクト不良及び短絡の発生を抑制することができる。
実施形態1に係る液晶表示装置の一画素を示した平面模式図である。 実施形態1に係る液晶表示装置の共通電極部分を強調したものである。 実施形態1に係る液晶表示装置の画素電極部分を強調したものである。 実施形態1に係る液晶表示装置のブラックマトリクス部分を強調したものである。 実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図である。 実施形態1に係る液晶表示装置における、TFT及びコンタクトホール部の断面模式図である。 実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、一画素の一部を示す。 実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のAAで示される部分を拡大した図である。 実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のBBで示される部分を拡大した図の一例である。 実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のBBで示される部分を拡大した図の一例である。 実施形態1に係る液晶表示装置の第一基板における、共通配線及び対向電極の重畳部の断面模式図である。 実施形態1に係る液晶表示装置における、共通配線の開口部の形状の例を示した平面模式図である。 実施形態1に係る液晶表示装置における、共通配線の開口部の形状の他の例を示した平面模式図である。 実施形態2に係る液晶表示装置の平面模式図である。 実施形態2に係る液晶表示装置の平面模式図であり、TFT及びコンタクトホール部を示す。 実施形態2に係る液晶表示装置の第一基板の断面模式図である。 実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置の平面模式図である。 実施形態2の変形例2に係る液晶表示装置の平面模式図である。 実施形態3に係る液晶表示装置の平面模式図である。 実施形態3に係る液晶表示装置の第一基板の断面模式図である。 比較形態1に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の平面模式図である。 比較形態1に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の断面模式図である。 特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルのアクティブマトリクス基板の平面模式図である。 特許文献1の実施形態5に係る液晶表示パネルの断面模式図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、実施形態に記載された各構成は、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し、変更されてもよい。
本明細書において「画素」とは、隣接する2本の走査線(ゲートバスライン)、及び、隣接する2本のデータ線(ソースバスライン)で囲まれる領域を意味する。
本明細書において「領域」とは、第一基板面の法線方向から見たときに、平面だけでなくその奥行きを含む概念である。
以下の実施形態1〜3では、共通配線と対向電極とを短絡させるレーザーリペア処理について説明する。
以下の実施形態1〜3の構成は、例えば、一部の配線や電極同士がリークすることによって、黒表示となるべき部分の表示単位が輝点となる場合において、この輝点が発生した画素を黒点化する際のレーザーリペア処理に効果的である。
以下の実施形態1〜3の表示(液晶配向)モードは、画素電極と共通電極との間で生じる横電界(フリンジ電界と呼ばれるものであってもよい)と、液晶分子をホモジニアス配向に初期配向させる配向処理(ラビング等)を施した水平配向膜と、誘電率異方性が正又は負の液晶分子を利用した、ノーマリブラックの所謂フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードである。実施形態1〜3は、具体的には、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、カーナビ、インフォメーションディスプレイ等の液晶表示装置に適用することができる。
[実施形態1]
図1−1〜図9に基づき、実施形態1の液晶表示装置について説明する。図1−1は、実施形態1に係る液晶表示装置の一画素を示した平面模式図である。図1−2は、実施形態1に係る液晶表示装置の共通電極部分を強調したものである。図1−3は、実施形態1に係る液晶表示装置の画素電極部分を強調したものである。図1−4は、実施形態1に係る液晶表示装置のブラックマトリクス部分を強調したものである。図2は、実施形態1に係る液晶表示装置の断面模式図である。図3は、実施形態1に係る液晶表示装置における、TFT及びコンタクトホール部の断面模式図である。図2は、図1−1中に示したa−b線に沿った断面を示している。図3は、図1−1中に示したc−d線に沿った断面を示している。
実施形態1の液晶表示装置100Aは、ノーマリブラックのFFSモードの液晶表示装置である。実施形態1の液晶表示装置100Aは、第一基板10と、液晶層40と、第二基板20とをこの順に備え、第一基板10は、絶縁基板11と、走査線12と、データ線13と、走査線12及びデータ線13の間に介在する第一絶縁膜31と、走査線12又はデータ線13の延在方向に設けられた共通配線14と、第一絶縁膜31を介して共通配線14と対向する対向電極17と、走査線12及びデータ線13に接続されたTFT18と、第二絶縁膜32と、TFT18及び対向電極17と接続された画素電極16と、第三絶縁膜33と、開口部15aが設けられた共通電極15とを備え、TFT18、第二絶縁膜32、画素電極16、第三絶縁膜33及び共通電極15は、液晶層40側に向かってこの順で配置されている。
図1−1に示したように、実施形態1の液晶表示装置100Aは、走査線12及びデータ線13を有する第一基板10を備える。第一基板10は、アクティブマトリクス基板とも言う。第一基板10では、走査線12とデータ線13とが第一絶縁膜31を介して互いに交差するように、かつ画素電極16を囲うように設けられている。走査線12及びデータ線13と、画素電極16とは、一部重なる領域があってもよい。走査線12とデータ線13との交点近傍には、スイッチング素子50としてのTFT(薄膜トランジスタ)18が設けられている。また、第一基板10及び第二基板20の間には、TFT18に対応する位置に、一定のギャップを保持し、このギャップ間に液晶層40を形成するために、サブスペーサ25及びメインスペーサ26が設けられている。サブスペーサ25は、メインスペーサ26よりも、例えば、0.2μm〜1.0μm程度高さの低いスペーサである。
走査線12及びデータ線13は、スパッタリング法等により、チタン、アルミニウム、モリブデン、銅、クロム等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。
TFT18のゲート電極18aは走査線12の一部で構成され、TFT18のソース電極18bは、データ線13の直線部分間に設けられたU字状部分で構成されており、TFT18は走査線12及びデータ線13と接続されている。TFT18のドレイン電極18cからは、ドレイン引き出し配線19が引き伸ばされている。ドレイン引き出し配線19は、画素の中央部付近まで延び、対向電極17と接続されている。ドレイン引き出し配線19は、後述のスリット状の複数の開口部15aと重畳するように延びており、開口部15aと交差している。他方、ドレイン電極18cは、いずれの開口部15aとも重畳していない。
TFT18を構成するゲート電極18a、ソース電極18b及びドレイン電極18cは、スパッタリング法等により、チタン、アルミニウム、モリブデン、銅、クロム等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。
共通電極15は、各画素に共通の電位を供給するものであることから、図1−2に示したように、後述する第三絶縁膜33を介して、走査線12及びデータ線13を覆って、第一基板10のほぼ全面(フリンジ電界形成用の開口部分及びTFT18の領域を除く)に形成されており、対向電極17上にも配置されることが好ましい。共通電極15は、第一基板10の外周部(額縁領域)で外部接続端子と電気的に接続されてもよい。また、各画素において共通電極15にはスリット状の複数の開口部15aが設けられており、これによりフリンジ状の電界を発生させることができる。
画素電極16は、図1−3に示したように、走査線12及びデータ線13で囲まれる領域ごとに配置される、開口が形成されていない面状電極であり、それぞれ略矩形を有している。また、複数の画素電極16は、マトリクス状に配列されている。
画素電極16は、対向電極17上ではなく、TFT18のドレイン電極18c上に設けられたコンタクトホール51を介して、ドレイン電極18cに接続される。ここで、ドレイン電極18cとは、ゲート電極18aと重畳する部分だけでなく、走査線12近傍に延長される部分も含むものとする。すなわち、画素電極16は、TFT18のドレイン電極18c上において第二絶縁膜32に設けられたコンタクトホール51を介して、ドレイン電極18cに接続され、コンタクトホール51は、対向電極17に比べてTFT18により近い場所に配置される。このような態様とすることで、ドレイン引き出し配線19のレイアウト制限も少なく、断線による不良も低減することができる。
上述のように、画素電極16はTFT18のドレイン電極18cと接続され、TFT18のドレイン電極18cからはドレイン引き出し配線19を経由して対向電極17が形成されており、画素電極16、ドレイン電極18c(スイッチング素子50)及び対向電極17は互いに電気的に接続された状態にある。
共通電極15及び画素電極16は、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の透明導電材料、又は、それらの合金を、スパッタリング法等により単層又は複数層で成膜して形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることができる。
実施形態1の液晶表示装置100Aでは、第三絶縁膜33を介して共通電極15を画素電極16の上層(液晶層40側)に配置している。画素電極16を共通電極15の上層に形成した場合、画素電極16とドレイン電極18cとを接続するためのコンタクトホール51においては、共通電極15も除去する必要があるが、共通電極15の膜残りが生じると、画素電極16と共通電極15とが短絡する不良が生じる。実施形態1の液晶表示装置100Aでは、共通電極15を画素電極16より上層に配置しており、このような不良が生じにくくなっている。
共通配線14は、レーザーリペアに用いることができる配線であり、補助容量配線として利用してもよい。共通配線14は、走査線12の延在方向に設けられている。なお、本明細書において、共通配線14が、ある配線の延在方向に設けられるとは、共通配線14が当該配線と重畳かつ交差することなく、当該配線の延在方向に延在することを意味する。共通配線14は、当該配線と平行でなくてもよいが、走査線12と平行に延伸された配線であることが好ましい。また、共通配線14は、走査線12と同じ層に配置されることが好ましい。これにより、製造効率が向上する。
実施形態1〜3に係る液晶表示装置では、共通配線14は走査線12の延在方向に設けられているが、共通配線14はデータ線13の延在方向に設けられてもよく、この場合は、共通配線14は、データ線13と平行に延伸された配線であることが好ましい。このような共通配線14は、走査線12又はデータ線13の延在方向における複数の画素に設けられ、それらの画素に共用される。
共通配線14が走査線12の延在方向に設けられる場合、実施形態1〜3に係る液晶表示装置のように縦長の画素となることが好ましいが、共通配線14がデータ線13の延在方向に設けられる場合は横長の画素となることが好ましい。上記横長の画素としては、例えば、実施形態1〜3に示した縦長の画素の構成に対し、走査線12の本数を3倍に、データ線13の本数を3分の1にしたもの(3倍ゲートスキャン)が挙げられる。また、実施形態1〜3に示した縦長の画素の構成に対し、走査線12の本数を2倍に、データ線13の本数を2分の1にしたもの(2倍ゲートスキャン)等も挙げられる。
このような横長の画素に本実施形態を適用した場合、例えば、データ線13の延在方向に設けられ、かつ、走査線12と同じ層に形成された共通配線14を、走査線12と交差する部分では、走査線12と別の層(例えばデータ線13と同じ層)に繋ぎ換えてもよい。又は、データ線13の延在方向に設けられた共通配線14をデータ線13と同じ層で形成し、対向電極17を別の層(例えば走査線12と同じ層)で形成してもよい。
なお、共通配線14は、一部に屈曲部、分岐部等を有していてもよい。また、平行に延伸されるとは、本発明の効果を奏する範囲において、実質的に平行に延伸されればよい。
共通配線14の材料は、透明導電材料及びそれらの合金を除く導電材料であれば、用いるレーザーに応じて適宜選択することができるが、レーザーを効果的に吸収する観点からは、金属であることが好ましい。より具体的には、共通配線14は、スパッタリング法等により、チタン、アルミニウム、モリブデン、銅、クロム等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。
共通配線14は、共通電極15と同じ電位(実質的に同じ電位であればよい)が供給されることが好ましい。これにより、欠陥画素をより確実に黒点化することが可能となる。このような観点から、実施形態1において、共通配線14は、共通電極15と接続されている。なお、実施形態1において、共通配線14は表示領域外で共通電極15と接続されているが、共通配線14は表示領域内の複数個所で共通電極15と接続されてもよい。これにより、共通電極15を低抵抗化することができるため、共通電極15の電位をより安定化させ、シャドーイング等の表示不良を抑制することが可能となる。
対向電極17は、TFT18のドレイン電極18cと同じ層に設けられ、対向電極17及びドレイン電極18cと同じ層に設けられたドレイン引き出し配線19を介して、ドレイン電極18cと接続される。対向電極17は、データ線13と同じ層に配置されることが好ましい。これにより製造効率が向上する。
対向電極17の材料は、透明導電材料及びそれらの合金を除く導電材料であれば、用いるレーザーに応じて適宜選択することができるが、レーザーを効果的に吸収する観点からは、金属又は合金であることが好ましい。より具体的には、対向電極17は、スパッタリング法等により、チタン、アルミニウム、モリブデン、銅、クロム等の金属、又は、それらの合金を、単層又は複数層で成膜し、続いて、フォトリソグラフィ法等でパターニングを行うことで形成することができる。
共通配線14の一部は、第一絶縁膜31を介して対向電極17の少なくとも一部と対向し(重なり)、共通配線14と対向電極17とが重なり合う重畳部62が、レーザーリペア領域として用いることができる。共通配線14及び対向電極17には、透明導電材料及びそれらの合金以外の材料を用いることができるため、レーザーリペアを容易に行うことが可能となる。例えば、共通配線14及び対向電極17に金属を用いることにより、レーザーリペアをより容易に行うことが可能となる。
対向電極17は画素電極16と接続されているため、共通配線14を共通電極15と同電位とすることで、重畳部62にレーザーを照射して対向電極17及び共通配線14を接続することにより、共通電極15及び画素電極16を同電位とすることが可能となる。共通電極15及び画素電極16には透明電極が用いられることが多いため、レーザー照射により両者を直接接続することは困難である。また、第一基板10と第二基板20とを貼り合わせ、これらの基板10及び20の間に液晶層40を封入した状態で、共通電極15と画素電極16とに高エネルギーのレーザー照射を行った場合、液晶層40に共通電極15の破片が飛散したり、配向膜やカラーフィルタ、ブラックマトリクス等が破損するおそれがある。しかしながら、実施形態1の液晶表示装置100Aでは、共通配線14及び対向電極17に透明導電材料以外の材料を用いることができるため、例えば金属等の材料を用いた共通配線14及び対向電極17にレーザーを照射することで、透明電極である共通電極15及び画素電極16を同電位とすることができ、配線又は電極間のリーク等により不良となった欠陥画素を容易に黒点化することが可能となる。なお、本実施形態では、共通配線14は共通電極15と接続されているため、レーザー照射により対向電極17を共通配線14と接続すると、共通電極15は画素電極16と短絡し、実質的に同じ電位となる。
走査線12、データ線13、共通配線14、対向電極17、及び、TFT18を構成するゲート電極18a、ソース電極18b及びドレイン電極18c等の各種配線及び電極は、同じ階層に形成されるものについては、それぞれ同じ材料を用いて同じ工程で形成することで製造が効率化される。
図2に示したように、実施形態1の液晶表示装置100Aは、第一基板10と、第二基板20と、第一基板10及び第二基板20に挟持された液晶層40と、第一基板10の後方(液晶層40と反対側)に設けられたバックライト(図示省略)を備える。第二基板20は、対向基板20とも言う。
実施形態1の液晶表示装置100Aは、第一基板10と、液晶層40と、第二基板20とをバックライト側からこの順に備える。第一基板10は、第一偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)11、TFT18(図示省略)、第二絶縁膜32、画素電極16、第三絶縁膜33及び共通電極15を液晶層40側に向かってこの順で備える。
共通電極15と画素電極16とは第三絶縁膜33を介して積層されており、共通電極15に設けられた開口部15aの下には画素電極16が存在する。これにより、画素電極16と共通電極15の間に電位差を生じさせると、共通電極15の開口部15aの周囲にフリンジ状の電界が発生する。
第二基板20は、対向基板であり、液晶層40側に向かって、第二偏光子(図示省略)、絶縁基板(例えば、ガラス基板)21、ブラックマトリクス22、カラーフィルタ23及びオーバーコート層24が積層された構造を有する。第一偏光子及び第二偏光子は、いずれも吸収型偏光子であり、互いの偏光軸が直交したクロスニコルの配置関係にある。
絶縁基板11、21の材料としては、ガラスの他に、プラスチック等、透明なものであれば特に限定されない。
液晶層40は液晶組成物を含んでいる。実施形態1の液晶表示装置100Aは、液晶層40に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶組成物中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。
第一基板10及び第二基板20は、通常では、液晶層40の周囲を囲むように設けられたシール材(図示省略)によって貼り合わされ、第一の基板10、第二の基板20及びシール材によって液晶層40が所定の領域に保持される。シール材としては、例えば、無機フィラー又は有機フィラー及び硬化剤を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。
液晶表示装置100Aは、第一基板10、液晶層40及び第二基板20の他に、位相差フィルム、視野角拡大フィルム、輝度向上フィルム等の光学フィルム;TCP(テープ・キャリア・パッケージ)、PCB(プリント配線基板)等の外部回路;ベゼル(フレーム)等の部材を備えるものであってもよい。これらの部材については特に限定されず、液晶表示装置の分野において通常使用されるものを用いることができるので、説明を省略する。
液晶表示装置100Aの表示(液晶配向)モードは、フリンジ電界スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードである。
図1−1〜図1−4及び図2には図示していないが、第一基板10及び/又は第二基板20の液晶層40側の表面には、通常、水平配向膜が設けられる。水平配向膜は、膜近傍に存在する液晶分子を膜面に対して平行に配向させる機能を有する。更に、水平配向膜によれば、第一基板10に対して平行に配向した液晶分子の長軸の向きを、特定の面内方位に揃えることができる。水平配向膜は、光配向処理、ラビング処理等の配向処理が施されたものが好適である。水平配向膜は、無機材料からなる膜であってもよいし、有機材料からなる膜であってもよい。
画素電極16と共通電極15の間に電圧が印加されない電圧無印加状態(以下、単にオフ状態とも言う。)における液晶分子の配向は、第一基板10に対して平行に制御される。「平行」とは、完全な平行だけでなく、当該技術分野において平行と同視可能な範囲(実質的な平行)を含む。液晶分子のプレチルト角(オフ状態における傾斜角)は、第一基板10の表面に対して3°未満であることが好ましく、1°未満であることがより好ましい。
画素電極16と共通電極15の間に電圧が印加された電圧印加状態(以下、単にオン状態とも言う。)では、液晶層40に電圧が印加され、液晶分子の配向は、第一基板10に設けた画素電極16、第三絶縁膜33及び共通電極15の積層構造によって制御される。ここで、画素電極16は、一画素毎に設けられる電極であり、共通電極15は、複数の画素で共用される電極である。なお、「画素」とは、1つの画素電極16に対応する領域を意味し、一画素を分割して駆動する場合には、「サブ画素(サブピクセル)」、「ドット」又は「絵素」と呼ばれるものであってもよい。
実施形態1の液晶表示装置100Aでは、例えば、18.5型HD(HD:High Definition)に相当するドットサイズである100μm×300μmのもの等が用いられる。
液晶表示装置100Aの動作について説明する。
オフ状態において液晶層40中には電界が形成されず、液晶分子は、第一基板10に対して平行に配向する。液晶分子の配向方位が第一偏光子及び第二偏光子の一方の偏光軸と平行であり、第一偏光子及び第二偏光子がクロスニコルの配置関係にあることから、オフ状態の液晶表示装置100Aは光を透過せず、黒表示が行われる(ノーマリーブラックモード)。
オン状態において液晶層40中には、画素電極16と共通電極15の電圧の大きさに応じた電界が形成される。具体的には、画素電極16よりも液晶層40側に設けられた共通電極15に開口部15aが形成されていることにより、開口部15aの周囲にフリンジ状の電界が発生する。液晶分子は、電界の影響を受けて回転し、オフ状態の配向方位からオン状態の配向方位へと配向方位を変化させる。これによって、オン状態の液晶表示装置100Aは光を透過し、白表示が行われる。
図3は、実施形態1に係る液晶表示装置における、TFT及びコンタクトホール部の断面模式図である。図3は、図1−1中に示したc−d線に沿った断面を示している。
TFT18は、ゲート電極18a、ソース電極18b、ドレイン電極18c及び半導体層18fを有し、ゲート電極18aは走査線12と、ソース電極18bはデータ線13と、ドレイン電極18cは画素電極16とそれぞれ接続されている。
画素電極16は、第二絶縁膜32に形成したコンタクトホール51を介して、TFT18のドレイン電極18cと接続されている。なお、ドレイン電極18cと接続されたドレイン引き出し配線19は、画素の中央部付近まで延び、対向電極17と接続されていることから、画素電極16はドレイン電極18cだけでなく対向電極17とも、コンタクトホール51を介して電気的に接続されている。共通電極15と画素電極16との間には第三絶縁膜33が設けられ、ゲート電極18aと半導体層18fとは、第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31を介して互いに重なっている。
第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31及び第三絶縁膜33としては、例えば、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO)等の無機膜(比誘電率ε=5〜7)や、それらの積層膜を用いることができる。第二絶縁膜32は無機膜32aと、無機膜32a上に積層された有機膜32bとを含むことが好ましい。これにより、データ線13と画素電極16との間の寄生容量や、データ線13と共通電極15との間の寄生容量を低減することが可能となり、かつ、データ線13と共通電極15とが短絡してしまうのを抑えることが可能となる。有機膜32bの膜厚は、略1〜4μmであることが好ましい。無機膜32aとしては、例えば、窒化珪素(SiNx)、酸化珪素(SiO)等の無機膜(比誘電率ε=5〜7)や、それらの積層膜が好適であり、有機膜32bとしては、例えば、感光性アクリル樹脂等の無機膜32aよりも比誘電率の小さい有機膜(比誘電率ε=3〜4)が好適である。
第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31の膜厚は、0.05μm〜0.6μmであることが好ましく、第三絶縁膜33の膜厚は0.1μm〜1.0μmであることが好ましい。また、第二絶縁膜32は、膜厚0.1μm〜1.0μmの無機膜32aと、膜厚1μm〜4μmの有機膜32bとを含むことが好ましい。
TFT18のソース電極18b及びドレイン電極18cは、絶縁膜を貫通するコンタクトホールを介さず、半導体層18fの直上に形成されている。ソース電極18bは半導体層18fを介してドレイン電極18cと接続されており、走査線12を通じてゲート電極18aに入力される走査信号によって半導体層18f(チャネル)を流れる電流のオン/オフが制御され、データ線13を通じてソース電極18b、半導体層18f、ドレイン電極18c、ドレイン引き出し配線19、及び、画素電極16の順に入力されるデータ信号の伝達が制御される。
TFT18の半導体層18fは、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン等からなる高抵抗半導体層と、アモルファスシリコンにリン等の不純物をドープしたn+アモルファスシリコン等からなる低抵抗半導体層とによって構成される。なお、半導体層18fの材料として、酸化亜鉛等の酸化物半導体を用いてもよい。半導体層18fの形状はPECVD(plasma−enhanced chemical vapor deposition)法等により成膜後、フォトリソグラフィ法等によりパターニングを行い、決定することができる。
図4〜図6−1を用いて画素欠陥の修復方法について説明する。図4は、実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、一画素の一部を示す。図5は、実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のAAで示される部分を拡大した図である。図6−1は、実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のBBで示される部分を拡大した図の一例である。
共通電極15は、走査線12と同一の層で形成した共通配線14に表示領域周辺部で接続され、画素電極16は、データ線13と同一の層で形成した対向電極17に画素内で接続されている。画素欠陥が生じて、共通電極15と画素電極16とをレーザー照射により溶融して接続し、画素を黒点化する必要が生じた場合は、例えば、図5に示すように、共通配線14及び対向電極17の重畳部62における×部分に向けて、第一基板10の背面からレーザーを照射することができる。
ここで、画素欠陥が生じて修正が必要な場合とは、例えば、TFT18のソース電極18bとドレイン電極18cとが短絡した場合であり、このような場合には、図6−1における切断箇所Aにレーザーを照射して画素電極16をTFT18から切り離した上で、重畳部62にレーザーを照射することにより、共通配線14と対向電極17とを溶融して接続する。
また、走査線12とデータ線13とが短絡した場合は、図6−1における切断箇所Aに加えて、切断箇所Bにおいてもレーザーを照射してデータ線13を切断した上で、重畳部62にレーザーを照射する。更に、切断したデータ線13のうち、ドライバ(図示省略)からのデータ信号が入力されなくなったデータ線部分には、表示領域外に形成したバイパス配線(図示省略)を利用して、信号入力を行う。実施形態1の液晶表示装置100Aのように、共通配線14を走査線12及びデータ線13の交差部から離れた位置(画素の中央部付近)に配置することにより、走査線12とデータ線13とが短絡した場合、図6−1における切断箇所Bでデータ線13を切断し、画素欠陥の修正を容易にすることが可能となる。
切断箇所A及びBは適宜決められるが、例えば意図しないリークの発生等の二次欠陥が生じないように、切断する層以外の層に形成した構造物を避けるよう切断箇所を決めることが好ましい。例えば、図6−1では切断箇所Bの周囲15μmの範囲において他の配線や電極層を形成しておらず、切断箇所A及びBの周囲10〜20μmの範囲には、他の配線や、共通電極15等の電極層を形成しないことが好ましい。
なお、レーザー照射部61では、共通電極15及び画素電極16が配置されている。この部分は、画素欠陥を修正するために接続すべき箇所であるため、レーザー照射によりリークしたとしても問題ない。特に、液晶分子の配向安定性を考慮した場合、レーザー照射部61、すなわち重畳部62に共通電極15を配置することが好ましい。
図6−1ではコンタクトホール51に共通電極15を配置しているが、コンタクトホール51の周囲の遮光が充分に確保できる場合は、コンタクトホール51に共通電極15を配置しなくてもよい。第二絶縁膜32(特に有機膜32b)が厚く、コンタクトホール51の傾斜が急峻な場合、第三絶縁膜33のクラック等が生じやすく、共通電極15と画素電極16との間で短絡が生じる場合がある。コンタクトホール51に共通電極15を配置しないことにより、歩留まりを向上することができる。
図6−2は、実施形態1に係る液晶表示装置の平面模式図であり、図4のBBで示される部分を拡大した図の一例である。上述のように、コンタクトホール51の周囲の遮光が充分に確保できる場合は、図6−2に示したように、コンタクトホール51に共通電極15を配置しなくてもよい。この場合、平面視において共通電極15がコンタクトホール51と重ならないように、コンタクトホール51上には共通電極の開口部15bが形成される。コンタクトホール51の輪郭部分と共通電極の開口部15bの輪郭部分との平面視における距離は、コンタクトホール51のテーパとフォトリソグラフィ法を実施する際のアライメントズレを考慮して、例えば2μm以上とすることが好ましい。上記平面視における距離について、水平方向(行方向)の距離15cは、例えば6μmとすることができ、垂直方向(列方向)の距離15dは、例えば8.5μmとすることができる。
図4、図5及び図7を用いてレーザー照射部61について説明する。図7は実施形態1に係る液晶表示装置の第一基板における、共通配線及び対向電極の重畳部の断面模式図である。図7は、図4中に示したe−f線に沿った断面を示している。
図5に示すように、対向電極17は、共通配線14からはみ出して形成されている。これは、図7に示すように、第一基板10側からレーザー照射する際に、照射位置を確認しやすくするためである。以下に具体的に説明する。
実施形態1の液晶表示装置100Aにおいて、共通配線14は、共通電極15の開口部15aの向きが互いに異なる隣接する2つの領域に境界部、すなわち、画素電極16と共通電極15の間に電圧を印加した時の液晶分子の回転方向が互いに異なる隣接する2つの領域の境界部に配置されている。これは、表示部としての寄与が低い境界部に、共通配線14を配置することにより、透過率の低下を抑えるためである。更にこの境界部は、オン状態における液晶分子の配向方位が互いに異なる2つの領域の境界部であるため、応答速度が遅く、コントラストの低下や残像の原因となる。このため、対向基板20に、図1−4及び図5に示したようなブラックマトリクス(遮光膜)22を配置することがある。
レーザー照射の際、ブラックマトリクス22があると、対向基板20側からはレーザーを照射する位置を確認できないため、第一基板10の背面側から照射位置を確認する必要がある。ここで、対向電極17はデータ線13と同じ層で形成されており、走査線12と同じ層で形成されている共通配線14より第一基板10の背面側から離れた位置に形成されている。したがって、対向電極17を共通配線14の内側に形成すると、レーザー照射位置を確認することができない。このため、レーザー照射部61において、対向電極17は、共通配線14からはみ出して形成されている。
図8は、実施形態1に係る液晶表示装置における、共通配線の開口部の形状の例を示した平面模式図であり、図9は、実施形態1に係る液晶表示装置における、共通配線の開口部の形状の他の例を示した平面模式図である。レーザー照射位置を確認するための他の方法としては、図8に示すように、共通配線14に開口部14aを設け、開口部14aの一部に対向電極17を重畳させる方法、図9に示すように、共通配線14に開口部14aを設け、開口部14aの全体に対向電極17を重畳させる方法等が挙げられる。
実施形態1の液晶表示装置100Aにおいて修正のために好適に用いられるレーザーの種類としては、ネオジムヤグレーザー(Nd:YAG Laser:Neodymium Yttrium Aluminum Garnet Laser)が挙げられ、例えばHOYA社製のレーザー発振器HSL4000IIを用いて修正を行ってもよい。
[実施形態2]
実施形態2の液晶表示装置200Aは、共通電極15の開口部15aの配置、コンタクトホール51の配置及び構造が異なる点以外は、実施形態1の液晶表示装置100Aと同様の構成を有する。そこで、本実施形態では、本実施形態に特有の3つの特徴について主に説明し、実施形態1と重複する内容については適宜説明を省略する。
実施形態2の液晶表示装置200Aにおける1つ目の特徴について説明する。図10は実施形態2に係る液晶表示装置の平面模式図である。実施形態2の液晶表示装置200Aでは、走査線12及びデータ線13で囲まれた1つの画素において、図10の点線で囲まれた4つの領域が存在している。4つの領域の各々において、共通電極15の開口部15aの向きは同一であり、隣接する領域における開口部15aの向きは互いに異なっている。電圧印加時の液晶分子の回転方向は、共通電極15の開口部15aの向きによって決定されるため、実施形態2に係る液晶表示装置200Aでは、隣接する領域における液晶分子の配向方位が互いに異なる4つの領域が存在している。
実施形態2の液晶表示装置200Aの1点目の特徴について更に説明する。液晶表示装置の視野角を補償するために、電圧印加時に1画素内の液晶分子を複数の方位へ回転させ、隣接する領域において液晶分子の回転方位が互いに異なる複数の液晶ドメインを形成することがある。実施形態1のように大きい画素サイズ(例えば100μm×300μm)の液晶表示装置に電圧を印加して複数の液晶ドメインを形成する場合、この液晶ドメインの数が少ない、すなわち、オン状態における液晶分子の配向状態が同じとなる領域が大きいと、配向領域が縞状(帯状)となって目視されることがある。そこで実施形態2の液晶表示装置200Aでは、オン状態における液晶分子の配向状態が同じとなる領域を小さくするために、オン状態に4つの液晶ドメインが形成されるように、共通電極15の4つの領域にスリット状の開口部15aを設け、4つの領域を形成している境界のひとつに共通配線14を配置している。
実施形態2の液晶表示装置200Aにおける2つ目の特徴について説明する。実施形態2の液晶表示装置200Aでは、画素電極16とTFT18とを電気的に接続するコンタクトホール51が、共通配線14及び対向電極17の重畳部62上にも配置されている。すなわち、対向電極17上において第二絶縁膜32に設けられた第二コンタクトホール51を介して、画素電極16は、対向電極17に接続される。この場合においても、対向電極17は共通配線14からはみ出して形成されている。
図10に示すように、対向電極17は、共通配線14に直交する方向に共通配線14からはみ出したはみ出し部分64を有し、はみ出し部分64は、共通配線14に直交する方向に第二コンタクトホール51が存在する第一領域64aと、共通配線14に直交する方向に第二コンタクトホール51が存在しない第二領域64bとを含み、共通配線14に直交する方向における第一領域64aの幅(図10の左側の上下矢印間の距離参照)は、共通配線14に直交する方向における第二領域64bの幅(図10の右側の上下矢印間の距離参照)より小さい。このように、第二コンタクトホール51が設けられている側のはみ出し部分64の量を小さくすることで、第二コンタクトホール51の位置を判別することができるようにしている。
実施形態2の液晶表示装置200Aの2点目の特徴について更に説明する。実施形態2の液晶表示装置200Aでは、画素電極16とTFT18とを電気的に接続する経路を、1画素あたり2つ確保することができる。これにより、画素電極16とTFT18との接続不良による画素欠陥を低減することができ、歩留まりを向上させることが可能となる。なお、画素サイズの小さい液晶表示装置はレイアウト上の制限を受けやすく、複数のコンタクトホール51を設けることで開口率が低下する場合があるが、画素サイズの大きな液晶表示装置においてはレイアウト上の制限は少なく、開口率の低下も少ない。
他方、共通配線14及び対向電極17の重畳部62上に第二コンタクトホール51が配置される場合、第二コンタクトホール51を形成する際に対向電極17の外側で第一絶縁膜31が完全にエッチングされると、共通配線14と画素電極17とが短絡してしまう。そこで、図10に示すように、TFT18を構成する半導体層18fとは独立して、第二コンタクトホール51を形成する領域にも島状の半導体層18fを設けることにより、第一絶縁膜31がエッチングされるのを抑制することが可能となる。
実施形態2の液晶表示装置200Aにおける3つ目の特徴は、TFT18の近傍に形成された、画素電極16とTFT18とを電気的に接続するコンタクトホール51の構造である。実施形態2の液晶表示装置200Aでは、画素電極16とTFT18とを接続するコンタクトホール51が、ドレイン電極18cからはみ出して設けられている。
実施形態2の液晶表示装置200Aの3点目の特徴について、図11及び図12を用いてより詳細に説明する。図11は、実施形態2に係る液晶表示装置の平面模式図であり、TFT及びコンタクトホール部を示す。図12は、実施形態2に係る液晶表示装置の第一基板の断面模式図である。図12は、図11中に示したg−h線に沿った断面を示している。
図12に示すように、ドレイン電極18cは、アルミニウム以外の金属を含む下層18eと、下層18e上に積層され、かつ、アルミニウムを含む上層18dを含んで構成される。下層18eは、チタン等のアルミニウム以外の金属を含んで構成される。また、TFT18を構成する半導体層18fとは独立して、コンタクトホール51を形成する領域に島状の半導体層18fが配置されている。コンタクトホール51を形成する領域に配置された半導体層18fは、高抵抗半導体層18fの上に低抵抗半導体層18fが積層された構成を有する。高抵抗半導体層18fは、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、酸化物半導体等を含み、低抵抗半導体層18fはアモルファスシリコンにリン等の不純物をドープしたn+アモルファスシリコン等を含む。
第二絶縁膜32は、無機膜32aと、無機膜32a上に積層された有機膜32bとを有する。第二絶縁膜32にコンタクトホール51を形成する際に、第二絶縁膜32を構成する上層の有機膜32bのパターンで、下層の無機膜32aと第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31とをエッチングする場合において、画素電極16とTFT18との接続を良好にするために、図12に示すように、ドレイン電極18cの上層18dのアルミニウムを取り除き、ドレイン電極18cの下層18eと画素電極16とを、下層18eの上面(液晶層側の面)及び側面で接触させ、矢印Cに示すような画素電極16及びドレイン電極18cの接続経路を確保することできる。
この場合、図12のCCの領域に示すように、コンタクトホール51内において、ドレイン電極18cの上層18dは、第二絶縁膜32の端部から第二絶縁膜32の内側に後退した場所に配置され、画素電極16が不連続になりやすい。したがって、画素電極16とTFT18との接続経路を確保するために、コンタクトホール51をドレイン電極18cからはみ出させて形成することが有効であるが、第二絶縁膜32の無機膜32aをエッチングする際に、第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31をエッチングしてしまう場合がある。そこで、第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31のエッチング保護膜として、コンタクトホール51に対応する領域に、第一絶縁膜31上に積層された半導体層18fを更に設けることが有効である。すなわち、図12のDDの領域に示すように、コンタクトホール51を形成する領域に、半導体層18fを第一絶縁膜31上に配置することで、第一絶縁膜31がエッチングされるのを抑制することが可能となる。他方、第一絶縁膜31が完全にエッチングされて絶縁基板11が露出すると、絶縁基板11からドレイン電極18cへ乗り上げる部分で画素電極16が不連続になりやすい。
コンタクトホール部の半導体層18fは、TFT18の半導体層18fと同じ工程で形成される。コンタクトホール部の半導体層18fは、対向電極17又はドレイン電極18cと第二絶縁膜32とに覆われていない領域では、実施形態2の液晶表示装置200Aの完成品において部分的に残る場合もあり、完全になくなったうえで、第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)31の一部がエッチングされる場合もある。部分的に残る場合としては、例えば、低抵抗半導体層18fbのみ除去されて高抵抗半導体層18faの少なくとも一部が残る場合が挙げられる。
以上のような実施形態2の液晶表示装置200Aにおいても、実施形態1の液晶表示装置100Aと同じく、画素欠陥が生じた場合に、重畳部62にレーザーを照射することで、欠陥画素を容易に黒点化することが可能である。
[実施形態2の変形例1]
図13は、実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置の平面模式図である。実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置200Aでは、2つのコンタクトホール51を接続するドレイン引き出し配線19が設けられていない。実施形態2の変形例1に係る液晶表示装置200Aでは、対向電極17は、TFT18のドレイン電極18cと同じ層に設けられ、TFT18と対向電極17とは画素電極16を介して接続されているため、対向電極17は、ドレイン電極18cと分離して配置することが可能となる。これにより、液晶表示装置200Aの開口率を向上させることができる。
[実施形態2の変形例2]
図14は、実施形態2の変形例2に係る液晶表示装置の平面模式図である。実施形態2の変形例2に係る液晶表示装置200Aでは、画素内に、第一絶縁膜31、第二絶縁膜32及び第三絶縁膜33を貫通し、共通配線14と共通電極15とを接続する共通配線接続用コンタクトホール52が設けられている。共通配線接続用コンタクトホール52の外側には、画素電極16の開口部16aが設けられ、共通配線接続用コンタクトホール52は、開口部16a内に形成されている。実施形態2の変形例2に係る液晶表示装置200Aでは、表示領域の周囲のみで共通電極15を共通配線14と接続する場合に比べて、共通電極15の電位を安定させやすく、例えば、データ線13との寄生容量による電位の揺れを小さくすることができる。また、シャドーイング等の表示不良も抑制することができる。
なお、実施形態2の変形例2に係る液晶表示装置200Aで示した、共通配線14と共通電極15とを接続する共通配線接続用コンタクトホール52は、必ずしも全ての画素に配置する必要はなく、例えば、特定の画素のみに配置されてもよい。より具体的には、青色画素のみに配置するといった複数色のサブ画素のうちの特定の色のサブ画素のみに配置する構成によっても、一定の効果を得ることができる。共通配線接続用コンタクトホール52を配置した場合、特に、画素の大きさが小さいと開口率(透過率)が低下する場合がある。共通配線接続用コンタクトホール52を配置する画素を限定することで、透過率の低下を抑制しつつ、シャドーイング等の表示不良を抑制できる。
また、共通配線14をデータ線13と同じ層で形成した場合は、共通配線コンタクトホール52は、第一絶縁膜31を貫通する必要はなく、第二絶縁膜32及び第三絶縁膜33を貫通すればよい。
[実施形態3]
図15は、実施形態3に係る液晶表示装置の平面模式図である。実施形態1及び実施形態2の液晶表示装置100A及び200Aでは、欠陥画素を容易に黒点化する効果について述べたが、実施形態3に係る液晶表示装置300Aでは、他の効果について説明する。
共通配線14と対向電極17とが重畳する重畳部62は、第一絶縁膜31を介して補助容量を形成することができる。補助容量は、液晶容量と並列に接続され、画素電極16に係る寄生容量や、電圧保持期間中の電荷抜けによるフリッカ、シャドーイング、輝度変化等の表示不良を抑制するために設けられる。実施形態1及び2の液晶表示装置100A及び200Aにおいて、共通配線14は共通電極15と接続されているが、実施形態3の液晶表示装置300Aにおける共通配線14は、共通電極15に接続されていてもよいし、他の定電位配線に接続されていてもよく、共通電極15とは異なる電圧が印加されてもよい。
図16は、実施形態3に係る液晶表示装置の第一基板の断面模式図である。図16は、図15中に示したi−j線に沿った断面を示している。
補助容量は、第三絶縁膜33を介して共通電極15と画素電極16との間で形成される。補助容量の大きさは、第三絶縁膜33の膜厚を変えるほか、共通電極15の開口部15aの形状(スリットの幅等)を変えること等で調整することが可能であるが、補助容量の大きさを変更するためにこれらの方法を用いた場合、液晶分子を駆動させるための電界や歩留まりに与える影響が大きいため、製品ごとに調整することは困難である。
しかしながら、実施形態1〜3に係る液晶表示装置100A、200A及び300Aは、比較形態1に係る液晶表示装置とは異なり、共通配線14と対向電極17との重畳部62において、追加の補助容量を形成している。このため、製造条件を製品ごとに変更せずに(例えば、第三絶縁膜33の膜厚を製品ごとに変更することなく)、重畳部62の形状や面積を調整することで、容易に補助容量を調整することができ、フリッカやシャドーイング等の表示不良を抑制することが可能となる。
このとき、欠陥画素の修正は目的とせず、補助容量の形成のみを目的とした場合、共通配線14を共通電極15と同じ電位にする必要はない。したがって、この場合、共通配線14は、共通電極15とは別の定電位配線に接続されていてもよい。共通配線14を共通電極15とは異なる電位の定電位配線に接続した場合、共通配線14の電位を調整することで、補助容量を介して画素電極16の電位を調整し、液晶層40に印加される電圧を調整することができるため、ムラ等を改善することが可能となる。なお、欠陥画素の修正が必要になった場合は、共通配線14に共通電極15と同じ電位を印加すれば、レーザーリペアを容易に行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
[付記]
本発明の一態様は、第一基板10と、液晶層40と、第二基板20とをこの順に備える液晶表示装置100A、200A、300Aであって、第一基板10は、絶縁基板11と、走査線12と、データ線13と、走査線12及びデータ線13の間に介在する第一絶縁膜31と、走査線12又はデータ線13の延在方向に設けられた共通配線14と、第一絶縁膜31を介して共通配線14と対向する対向電極17と、走査線12及びデータ線13に接続されたスイッチング素子50と、第二絶縁膜32と、スイッチング素子50及び対向電極17と接続された画素電極16と、第三絶縁膜33と、開口部15aが設けられた共通電極15とを備え、スイッチング素子50、第二絶縁膜32、画素電極16、第三絶縁膜33及び共通電極15は、液晶層40側に向かってこの順で配置される液晶表示装置であってもよい。
このように、第三絶縁膜33を介して画素電極16の上層に共通電極15を設けることにより、画素電極16及びスイッチング素子50の間に配置される絶縁膜の数を減らし、コンタクトホール51が形成される絶縁膜の数を減少させ、画素電極16とスイッチング素子50とのコンタクト不良を改善することが可能となる。また、第三絶縁膜33を介して画素電極16の上層に共通電極15を設けることにより、コンタクトホール形成部において共通電極15を除去することなく画素電極16をスイッチング素子50に接続できることから、画素電極16と共通電極15との短絡を低減することができる。更に、スイッチング素子50及び画素電極16と接続された対向電極17と、共通配線14とを、第一絶縁膜31を介して対向させることで、これらの共通配線14及び対向電極17を、透明導電材料及びそれらの合金以外の材料で構成することが可能なレーザーリペア用の電極として設けることができる。その結果、欠陥画素の修正が必要な場合は、共通配線14を共通電極15と同程度の電位(好ましくは共通電極15と同じ電位)とし、レーザー照射により対向電極17を共通配線14と接続することによって、レーザーリペアを容易に行うことが可能となる。
スイッチング素子50は、TFT(薄膜トランジスタ)18であり、対向電極17上ではなく、TFT18のドレイン電極18c上に設けられたコンタクトホール51を介して、画素電極16は、ドレイン電極18cに接続されてもよい。この態様によれば、ドレイン引き出し配線19のレイアウト制限も少なく、断線による不良も低減することができる。
スイッチング素子50は、TFT(薄膜トランジスタ)18であり、TFT18のドレイン電極18c上において第二絶縁膜32に設けられたコンタクトホール51を介して、画素電極16は、ドレイン電極18cに接続され、第二絶縁膜32に設けられたコンタクトホール51は、対向電極17に比べてTFT18により近い場所に配置されてもよい。この態様によれば、ドレイン引き出し配線19のレイアウト制限も少なく、断線による不良も低減することができる。
コンタクトホール51は、ドレイン電極18cからはみ出して設けられていてもよい。この態様によれば、画素電極16とTFT18との接続不良による画素欠陥を低減することができ、歩留まりを向上させることが可能となる。
第二絶縁膜32は、無機膜32aと、無機膜32a上に積層された有機膜32bとを含んで構成されてもよい。この態様によれば、データ線13と画素電極16との間の寄生容量、及び、データ線13と共通電極15との間の寄生容量を低減することが可能である、かつ、データ線13と共通電極15とが短絡してしまうのを抑えることが可能となる。
ドレイン電極18cは、アルミニウム以外の金属を含む下層18eと、下層18e上に積層され、かつ、アルミニウムを含む上層18dとを含んで構成され、画素電極16は、ドレイン電極18cの下層18eと接触していてもよい。この態様によれば、画素電極16とドレイン電極18cとの接続をより確実に行うことが可能である。
コンタクトホール51内において、ドレイン電極18cの上層18dは、第二絶縁膜31の端部から第二絶縁膜31の内側に後退した場所に配置されてもよい。これにより、画素電極16は、ドレイン電極18cの下層18eにより確実に接触させることができる。
第一基板10は、コンタクトホール51に対応する領域に、第一絶縁膜31上に積層された半導体層18fを更に備えてもよい。この態様によれば、第二絶縁膜32をエッチングする際に、第一絶縁膜31がエッチングされるのを抑制することが可能となる。他方、第一絶縁膜31が完全にエッチングされて絶縁基板11が露出すると、絶縁基板11からドレイン電極18cへ乗り上げる部分で画素電極16が不連続になりやすい。
共通電極15は、対向電極17上に配置されてもよい。この態様によれば、オン状態における液晶分子の配向安定性を向上させることができる。
スイッチング素子50は、TFT(薄膜トランジスタ)18であり、対向電極17は、TFT18のドレイン電極18cと同じ層に設けられ、対向電極17及びドレイン電極18cと同じ層に設けられたドレイン引き出し配線19を介して、対向電極17は、ドレイン電極18cと接続されてもよい。この態様によれば、対向電極17とTFT18との接続をより確実なものにすることができる。
対向電極17上において第二絶縁膜32に設けられた第二コンタクトホール51を介して、画素電極16は、対向電極17に接続されてもよい。この態様によれば、画素電極16と対向電極17との接続をより確実なものにすることができる。
対向電極17は、共通配線14に直交する方向に共通配線14からはみ出したはみ出し部分64を有し、はみ出し部分64は、共通配線14に直交する方向に第二コンタクトホール51が存在する第一領域64aと、共通配線14に直交する方向に第二コンタクトホール51が存在しない第二領域64bとを含み、共通配線14に直交する方向における第一領域64aの幅は、共通配線14に直交する方向における第二領域64bの幅より小さくてもよい。この態様によれば、第一基板10側からコンタクトホール51の位置を判別することが容易となる。
スイッチング素子50は、TFT(薄膜トランジスタ)18であり、対向電極17は、TFT18のドレイン電極18cと同じ層に設けられ、かつ、ドレイン電極18cと分離して配置されてもよい。この態様によれば、開口率をより高めることが可能となる。
共通配線14は、少なくとも第二絶縁膜32及び第三絶縁膜33に設けられたコンタクトホール(共通配線用コンタクトホール)52を介して、共通電極15と接続されてもよい。この態様によれば、表示領域の周囲のみで共通電極15を共通配線14と接続する場合に比べて、共通電極15の電位を安定させやすく、例えば、データ線13との寄生容量による電位の揺れを小さくすることができる。また、シャドーイング等の表示不良も抑制することができる。
少なくとも第二絶縁膜32及び第三絶縁膜33に設けられたコンタクトホール(共通配線接続用コンタクトホール)52は、全ての画素に配置されていなくてもよい。この態様によれば、共通配線接続用コンタクトホール52を配置する画素を限定することで、透過率の低下を抑制しつつ、シャドーイング等の表示不良を抑制できる。
スイッチング素子50は、TFT(薄膜トランジスタ)18であり、画素電極16は、第二絶縁膜32に設けられたコンタクトホール51を介して、薄膜トランジスタ18と電気的に接続されており、第二絶縁膜32に設けられたコンタクトホール51に対応する位置には、共通電極15が設けられていなくてもよい。この態様によれば、共通電極15と画素電極16との間で生じる短絡を抑制することができ、歩留まりを向上させることができる。
10:第一基板
11、21:絶縁基板
12:走査線
13:データ線
14:共通配線
14a:共通配線の開口部
15:共通電極
15a:共通電極の開口部
15b:コンタクトホール上の共通電極の開口部
15c:コンタクトホールの輪郭部分と共通電極の開口部の輪郭部分との平面視における水平方向の距離
15d:コンタクトホールの輪郭部分と共通電極の開口部の輪郭部分との平面視における垂直方向の距離
16:画素電極
16a:画素電極の開口部
17:対向電極
18:TFT(薄膜トランジスタ)
18a:ゲート電極
18b:ソース電極
18c:ドレイン電極
18d:上層
18e:下層
18f:半導体層
18f:高抵抗半導体層
18f:低抵抗半導体層
19:ドレイン引き出し配線
20:第二基板
22:ブラックマトリクス
23:カラーフィルタ
24:オーバーコート層
25:サブスペーサ
26:メインスペーサ
31:第一絶縁膜(ゲート絶縁膜)
32:第二絶縁膜
32a:無機膜
32b:有機膜
33:第三絶縁膜
40:液晶層
50:スイッチング素子
51:コンタクトホール(画素電極とドレイン電極又は対向電極とを接続するために設けられたコンタクトホール)
52:コンタクトホール(共通電極と共通配線とを接続するために設けられた共通配線接続用コンタクトホール)
61:レーザー照射部
62:重畳部
64:はみ出し部分
64a:はみ出し部分の第一領域
64b:はみ出し部分の第二領域
A、B:切断箇所
C:画素電極とドレイン電極との接続経路
AA:重畳部及びその周辺
BB:TFT及びその周辺
CC:画素電極が不連続になりやすい領域
DD:半導体層がエッチング保護膜として機能する領域
100A、200A、300A:液晶表示装置
110:アクティブマトリクス基板
111:ガラス基板
112:ゲートバスライン
113:ソースバスライン
114:補助容量配線
115:共通電極
116:画素電極
116a:画素電極のスリット
118:TFT
118a:ゲート電極
118b:ソース電極
118c:ドレイン電極
118f:半導体層
119:ドレイン引き出し配線
120:対向基板
121:ガラス基板
122:配向膜
131:第一絶縁膜
132:第二絶縁膜
133:第三絶縁膜
134:配向膜
140:液晶層
153:コンタクト部
161:レーザー照射部

Claims (16)

  1. 第一基板と、液晶層と、第二基板とをこの順に備える液晶表示装置であって、
    前記第一基板は、絶縁基板と、
    走査線と、
    データ線と、
    前記走査線及び前記データ線の間に介在する第一絶縁膜と、
    前記走査線又は前記データ線の延在方向に設けられた共通配線と、
    前記第一絶縁膜を介して前記共通配線と対向する対向電極と、
    前記走査線及び前記データ線に接続されたスイッチング素子と、
    第二絶縁膜と、
    前記スイッチング素子及び前記対向電極と接続された画素電極と、
    第三絶縁膜と、
    開口部が設けられた共通電極とを備え、
    前記スイッチング素子、前記第二絶縁膜、前記画素電極、前記第三絶縁膜及び前記共通電極は、前記液晶層側に向かってこの順で配置されることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
    前記対向電極上ではなく、前記薄膜トランジスタのドレイン電極上に設けられたコンタクトホールを介して、前記画素電極は、前記ドレイン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。
  3. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
    前記薄膜トランジスタのドレイン電極上において前記第二絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、前記画素電極は、前記ドレイン電極に接続され、
    前記第二絶縁膜に設けられた前記コンタクトホールは、前記対向電極に比べて前記薄膜トランジスタにより近い場所に配置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。
  4. 前記コンタクトホールは、前記ドレイン電極からはみ出して設けられてい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。
  5. 前記第二絶縁膜は、無機膜と、前記無機膜上に積層された有機膜とを含んで構成されることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記ドレイン電極は、アルミニウム以外の金属を含む下層と、
    前記下層上に積層され、かつ、アルミニウムを含む上層とを含んで構成され、
    前記画素電極は、前記ドレイン電極の前記下層と接触することを特徴とする請求項4又は5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記コンタクトホール内において、前記ドレイン電極の前記上層は、前記第二絶縁膜の端部から前記第二絶縁膜の内側に後退した場所に配置されることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第一基板は、前記コンタクトホールに対応する領域に、前記第一絶縁膜上に積層された半導体層を更に備えることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記共通電極は、前記対向電極上に配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
    前記対向電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と同じ層に設けられ、
    前記対向電極及び前記ドレイン電極と同じ層に設けられたドレイン引き出し配線を介して、前記対向電極は、前記ドレイン電極と接続されることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の液晶表示装置。
  11. 前記対向電極上において前記第二絶縁膜に設けられた第二コンタクトホールを介して、前記画素電極は、前記対向電極に接続されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の液晶表示装置。
  12. 前記対向電極は、前記共通配線に直交する方向に前記共通配線からはみ出したはみ出し部分を有し、
    前記はみ出し部分は、前記共通配線に直交する方向に前記第二コンタクトホールが存在する第一領域と、前記共通配線に直交する方向に前記第二コンタクトホールが存在しない第二領域とを含み、
    前記共通配線に直交する方向における前記第一領域の幅は、前記共通配線に直交する方向における前記第二領域の幅より小さいことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
  13. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
    前記対向電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と同じ層に設けられ、かつ、当該ドレイン電極と分離して配置されることを特徴とする請求項11又は12に記載の液晶表示装置。
  14. 前記共通配線は、少なくとも前記第二絶縁膜及び前記第三絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、前記共通電極と接続されていることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の液晶表示装置。
  15. 少なくとも前記第二絶縁膜及び前記第三絶縁膜に設けられた前記コンタクトホールは、全ての画素に配置されていないことを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。
  16. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであり、
    前記画素電極は、前記第二絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して、前記薄膜トランジスタと電気的に接続されており、
    前記第二絶縁膜に設けられた前記コンタクトホールに対応する位置には、前記共通電極が設けられていないことを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の液晶表示装置。
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