JP4921749B2

JP4921749B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP4921749B2
Application number: JP2005265546A
Authority: JP
Inventors: 和幸原田
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: JP2007079001A

Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、広視野角及び高速応答の実現が可能なＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ）技術を用いた液晶表示装置に関する。

平面表示装置として代表的な液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間に液晶層を保持して構成された液晶表示パネルを備えている。この液晶表示パネルは、マトリクス状の表示画素によって構成された有効表示部を備えている。

このような液晶表示パネルにおいて、画素欠陥が発生した場合、欠陥を目立たなくさせるための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１によれば、レーザ照射により画素電極と補助容量電極とを短絡接続させ、補助容量電極電圧と対向電極電圧との電圧差により液晶を駆動し、欠陥を目立たなくさせている。また、レーザ照射により形成された短絡接続部分での光漏れを防止するために、対向基板側に遮光膜を配置している。
特開平０８−３１３９３３号公報

ＯＣＢモードの液晶表示装置において、輝点となるような画素欠陥が発生した場合、アレイ基板の裏面側からのレーザ照射により、黒レベルの電位の補助容量線と画素電極とを短絡させることにより、画素の滅点化が可能となる。光透過性を有する画素電極との短絡により滅点化処理を行う場合、高いレーザパワーが必要となる。このため、アレイ基板の表面に配置された配向膜がダメージを受け、液晶分子の配向乱れを引き起こすおそれがある。このような配向乱れは、本来滅点であるはずの画素の一部からバックライト光が漏れ出るいわゆる光漏れを生じ、表示品位の低下を招く。

また、このような光漏れは、レーザ照射されたポイントからラビング方向に向かって出現する傾向にある。このため、光漏れの対策として、広範囲にわたって遮光膜を配置する必要があり、画素の開口率の低下を招く。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、画素の高開口率化が可能であるとともに、画素欠陥を救済するための滅点化処理において他のレイヤーへのダメージを低減することが可能な液晶表示装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
アレイ基板と、このアレイ基板に対向する対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に保持され、所定のバイアスを印加した状態で前記アレイ基板と前記対向基板との間においてベンド配列する液晶分子を含む液晶層と、前記アレイ基板上の各画素に配置された半導体層を含むスイッチ素子と、このスイッチ素子の駆動を制御するための制御信号が供給される走査線と、前記走査線と略平行に延在し、黒レベルの電位をもつ補助容量線と、前記走査線及び補助容量線を覆う第１絶縁層と、前記第１絶縁層を介して前記走査線及び前記補助容量線と交差し各画素に書き込む映像信号が供給される信号線と、前記画素の１つのコーナー部において前記スイッチ素子の半導体層にコンタクトするとともに前記信号線に接続されたソース配線と、前記コーナー部において前記スイッチ素子の半導体層にコンタクトするとともに前記第１絶縁層及び島状の半導体層を介して前記補助容量線と交差するドレイン配線と、前記信号線、前記ソース配線、及び、前記ドレイン配線を覆う第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に配置され、前記ドレイン配線と補助容量線との交差部の前記第２絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン配線に接続された画素電極と、この画素電極の表面を覆うとともに前記コーナー部に向かってラビング処理された配向膜と、前記対向基板に配置され、前記アレイ基板のコーナー部に対向した遮光膜と、を備えたことを特徴とするＯＣＢモードの液晶表示装置が提供される。

この発明によれば、画素の高開口率化が可能であるとともに、画素欠陥を救済するための滅点化処理において他のレイヤーへのダメージを低減することが可能な液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る表示装置、特に液晶表示装置について図面を参照して説明する。この実施の形態では、液晶表示装置として、特に、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ）モード方式による液晶表示装置を例に説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、液晶表示パネル１００を備えている。すなわち、液晶表示パネル１００は、一対の基板すなわちアレイ基板（第１基板）２００及び対向基板（第２基板）３００と、アレイ基板２００と対向基板３００との間に保持された液晶層４００とによって構成されている。これらのアレイ基板２００と対向基板３００とは、シール材１１０によって貼り合わせられ、これらの間に液晶層４００を保持するための所定のギャップを形成する。液晶表示パネル１００は、シール材１１０によって囲まれた内側に画像を表示する有効表示部１２０を備えている。この有効表示部１２０は、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸによって構成されている。

アレイ基板２００は、有効表示部１２０において、表示画素ＰＸの行方向に沿って延在する複数の走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）と、表示画素ＰＸの列方向に沿って延在する複数の信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）と、走査線Ｙと略平行に延在する複数の補助容量線２５０とを備えており、各表示画素ＰＸは、概ね走査線Ｙと信号線Ｘとで囲まれた領域に形成されている。各走査線Ｙには、スイッチ素子２２０の駆動（スイッチ素子のオン／オフ）を制御するための制御信号が供給される。各信号線Ｘには、各表示画素ＰＸに書き込む映像信号が供給される。各補助容量線２５０は、液晶層４００に印加する電位のうち、黒画像を表示するのに必要な黒レベルの電位に設定されている。

また、アレイ基板２００は、各表示画素ＰＸにおいて信号線Ｘと走査線Ｙとが交差する１つのコーナー部ＰＸＣに配置されたスイッチ素子２２０と、各表示画素ＰＸのスイッチ素子２２０に接続された画素電極２３０とを備えている。

対向基板３００は、有効表示部１２０において、複数の表示画素ＰＸに共通の対向電極３３０を備えている。

また、液晶表示パネル１００は、有効表示部１２０の外側に位置する外周部１３０に配置された接続部１３１を備えている。この接続部１３１は、信号供給源として機能する駆動ＩＣチップやフレキシブル配線基板と接続可能である。図１に示した例では、接続部１３１は、対向基板３００の端部３００Ａより外方に延在したアレイ基板２００の延在部２００Ａ上に配置されている。

有効表示部１２０に配置された走査線Ｙ（１、２、３、…、ｍ）のそれぞれは、外周部１３０を経由して接続部１３１に接続されている。また、信号線Ｘ（１、２、３、…、ｎ）のそれぞれも同様に、外周部１３０を経由して接続部１３１に接続されている。

次に、アレイ基板２００及び対向基板３００の構造をより詳細に説明する。

図３及び図４に示すように、アレイ基板２００は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板２１０を用いて形成されている。スイッチ素子２２０は、例えば、アモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜などの半導体層２２１を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成されている。

すなわち、スイッチ素子２２０のゲート電極２２２は、絶縁基板２１０の一方の主面（表面）上において、走査線Ｙに接続されており（ここでは、ゲート電極２２２は、走査線Ｙと一体的に形成されており）、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣに配置されている。また、補助容量線２５０も、絶縁基板２１０上に配置されている。これらのゲート電極２２２、走査線Ｙ、及び、補助容量線２５０は、例えばモリブデン−タングステン（ＭｏＷ）などの光遮光性を有する金属材料によって形成された第１金属層Ｍ１に相当し、ゲート絶縁膜２２３によって覆われている。ゲート絶縁膜２２３は、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）及び窒化シリコン膜（ＳｉＮ）によって形成されている。

スイッチ素子２２０の半導体層２２１は、ゲート絶縁膜２２３を介してゲート電極２２２上に配置され、そのチャネル領域が保護膜２２４によって覆われている。

ソース配線２２５は、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣにおいて、信号線Ｘに接続されている（ここでは、ソース２２５は、信号線Ｘと一体的に形成されている）。このソース配線２２５は、スイッチ素子２２０の半導体層２２１にコンタクトしており、ソース電極を構成している。

ドレイン配線２２７は、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣにおいて、スイッチ素子２２０の半導体層２２１にコンタクトしており、ドレイン電極を構成している。これらのソース配線２２５、信号線Ｘ、及び、ドレイン配線２２７は、例えばモリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）などの光遮光性を有する金属材料によって形成された積層体であり、第２金属層Ｍ２に相当し、層間絶縁膜２２９によって覆われている。層間絶縁膜２２９は、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）によって形成されている。

上述したドレイン配線２２７は、ゲート絶縁膜２２３を介して補助容量線２５０と交差するように延在している。これらのドレイン配線２２７と補助容量線２５０との交差部ＣＰにおいては、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０との間に島状の半導体層２２１Ｃが介在している。つまり、第１金属層Ｍ１に形成された補助容量線２５０と、第２金属層Ｍ２に形成されたドレイン配線２２７との間には、ゲート絶縁膜２２３の他に半導体層２２１Ｃが介在している。これにより、交差部ＣＰにおける第１金属層Ｍ１と第２金属層Ｍ２との間での層間ショートを抑制することが可能となる。

同様に、第１金属層Ｍ１に形成された走査線Ｙ及び補助容量線２５０と、第２金属層Ｍ２に形成された信号線Ｘとは、ゲート絶縁膜２２３を介して交差するが、これらの交差部においても、層間ショートを抑制するために、図３に示すように、ゲート絶縁膜２２３の他に半導体層２２１Ａを介在させることが望ましい。

画素電極２３０は、層間絶縁膜２２９上に配置されている。この画素電極２３０は、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣにおけるドレイン配線２２７と補助容量線２５０との交差部ＣＰに形成されたコンタクトホール２３１を介してドレイン配線２２７と電気的に接続されている。このように、補助容量線２５０上において、ドレイン配線２２７と画素電極２３０とを接続するためのコンタクトホールを配置することにより、ドレイン配線２２７を表示画素ＰＸ内に引き出して画素電極２３０と接続するような構成と比較して、高開口率化が可能となる。

バックライト光を選択的に透過して画像を表示する透過型液晶表示パネルにおいては、画素電極２３０は、例えば、インジウム・ティン・オキサイド（ＩＴＯ）やインジウム・ジンク・オキサイド（ＩＺＯ）などの光透過性を有する金属材料によって形成されている。

画素電極２３０の表面は、液晶層４００に含まれる液晶分子４１０の配向を制御するための配向膜２４０によって覆われている。この配向膜２４０は、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣに向かってラビング処理されている（図２及び図３中の矢印Ａ）。

対向基板３００は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板３１０を用いて形成されている。対向電極３３０は、有効表示部１２０に対応して配置されている。この対向電極３３０は、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの光透過性を有する金属材料によって形成されている。対向電極３３０の表面は、液晶層４００に含まれる液晶分子４１０の配向を制御するための配向膜３５０によって覆われている。この配向膜３５０も配向膜２４０と同様に、表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣに向かってラビング処理されている（図２及び図３中の矢印Ａ）。つまり、配向膜２４０及び３５０は、パラレル配向処理されている。これにより、液晶分子４１０の光軸は、図中矢印Ａと平行となる。画像を表示可能な状態、すなわち所定のバイアスを印加した状態では、液晶分子４１０は、矢印Ａで規定される液晶層４００の断面内において、図４に示したように、アレイ基板２００と対向基板３００との間においてベンド配列する。

また、この対向基板３００は、少なくともアレイ基板２００の各表示画素ＰＸにおけるコーナー部ＰＸＣに対向した遮光膜３４０を備えている。

なお、カラー表示タイプの液晶表示装置では、液晶表示パネル１００は、複数色の表示画素、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素を有している。すなわち、赤色画素は赤色波長の光を透過する赤色カラーフィルタを備え、緑色画素は緑色波長の光を透過する緑色カラーフィルタを備え、青色画素は青色波長の光を透過する青色カラーフィルタを備えている。これらカラーフィルタは、アレイ基板２００または対向基板３００の主面に配置されている。

このようなＯＣＢモードの液晶表示装置は、液晶層４００に電圧を印加した所定の表示状態において、図４に示したようにベンド配列した液晶分子４１０を含む液晶層４００のリタデーション（位相差）を光学的に補償する光学補償素子を備えている。すなわち、第１補償素子５１０は、液晶表示パネル１００の一方の主面すなわちアレイ基板２００側の外面に配置されている。第２補償素子５２０、液晶表示パネル１００の他方の主面すなわち対向基板３００側の外面に配置されている。

これらの第１補償素子５１０及び５２０は、それぞれ偏光板、及び、位相差板としての機能を有する複数の光学素子を有している。光学素子としては、主にその厚み方向にリタデーションを有する位相差板や、主にその面内方向にリタデーションを有する位相差板などが含まれる。それぞれの偏光板は、それらの透過軸が互いに直交するとともに、液晶配向方向Ａに対して４５°の角度をなすように配置されている。

このように、これら一対の偏光板の間にある物体のリタデーション量が実効的に０もしくは波長の整数倍であれば光は透過せず、黒画像が表示される。逆に、一対の偏光板の間にある物体のリタデーション量が波長λの入射光に対して実効的にλ／２であれば光は透過し、白画像（もしくはカラー画像）が表示される。

ところで、上述した構成の液晶表示装置において、輝点となるような画素欠陥が発生した場合には、アレイ基板２００の裏面側（すなわち第１光学補償素子５１０が配置された面側）からレーザビームを照射し、表示画素を滅点化する滅点化処理が行われる。ＯＣＢモードの液晶表示装置においては、画素電極２３０と走査線Ｙとを短絡させても、走査線Ｙが黒レベルの電位ではないので滅点化することができない。このため、黒レベルの電位の補助容量線２５０と画素電極２３０とを短絡させることで、滅点化している。

上述した構成においては、図３及び図４に示すように、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０との交差部ＣＰにおいて、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０とを短絡させることが可能である。ドレイン配線２２７は、画素電極２３０と電気的に接続されており、実質的に画素電極２３０と同電位であるため、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０とを短絡させることは、画素電極２３０と補助容量線２５０とを短絡させることと同じである。

そこで、この実施の形態に係る滅点化処理においては、交差部ＣＰにおいて、アレイ基板２００の裏面側からレーザビームを照射する。これにより、図５に示すように、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０とを短絡させる。なお、図５では、アレイ基板２００のみを図示している。ここで、ドレイン配線２２７及び補助容量線２５０は、ともに光遮光性を有する金属材料によって形成されている。このため、補助容量線２５０と光透過性を有する金属材料によって形成された画素電極２３０とを短絡させる場合と比較して、ドレイン配線２２７と補助容量線２５０とを短絡させるのに必要なレーザパワーを低減することが可能となる。

また、この滅点化処理においては、図３及び図４に示すように、走査線Ｙや補助容量線２５０などの第１金属層、及び、画素電極２３０などの第３金属層Ｍ３とは重ならない領域において、第２金属層Ｍ２に形成されたソース配線２２５及びドレイン配線２２７にレーザビームを照射する。これにより、図５に示すように、ソース配線２２５は信号線Ｘから切り離され、また、ドレイン配線２２７は画素電極２３０から切り離される。

つまり、小さなレーザパワーでドレイン配線２２７と補助容量線２５０とを短絡させ、また、画素電極２３０を信号線Ｘから切り離すことができ、輝点となっていた画素欠陥を滅点化する（すなわち画素欠陥を救済する）ことが可能となる。

また、このような滅点化処理においては、処理に必要なレーザパワーが低減可能であるため、他のレイヤー、特にアレイ基板２００側の配向膜２４０へのダメージを軽減することが可能となる。このため、配向膜２４０のダメージに起因した液晶分子４１０の配向乱れの発生を抑制することが可能となる。

一方で、対向基板３００側には、アレイ基板２００側において上述したような滅点化処理が行われるコーナー部ＰＸＣに対向して、遮光膜３４０が配置されているため、例え配向膜２４０がダメージを受けて液晶分子４１０の配向乱れが発生したとしても、この配向乱れに起因した光漏れを防止することが可能となる。このため、表示品位の低下を抑制することができる。

また、光漏れは、レーザ照射されたポイントからラビング方向Ａの下流側に向かって出現する傾向にあるが、この実施の形態では、図２に示したように、ラビング方向Ａの下流側に相当する表示画素ＰＸのコーナー部ＰＸＣにおいて、滅点化処理を行っているため、広範囲にわたって遮光膜を配置する必要がない。また、このコーナー部において、画素電極２３０とスイッチ素子２２０とをコンタクト（厳密にはドレイン配線２２７とをコンタクト）するためのコンタクトホール２３１を配置している。このように、滅点化処理を行う箇所と画素電極２３０とのコンタクト箇所とを交差部ＣＰにて共用する（すなわち、滅点化処理を行う箇所と画素電極２３０とのコンタクト箇所とが重なる）ことにより、表示画素ＰＸの高開口率化が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

上述した実施の形態では、ＯＣＢモードの液晶表示装置を例に説明したが、他の表示モードの液晶表示装置に適用しても良いことは言うまでもない。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の液晶表示パネルの構成を概略的に示す図である。図２は、図１に示した液晶表示パネルのアレイ基板における表示画素の構成を概略的に示す平面図である。図３は、図２に示したアレイ基板における表示画素のコーナー部を拡大した平面図である。図４は、図３に示したコーナー部をＡ−Ｂ線で切断した構造を示す断面図である。図５は、滅点化処理を行った後のアレイ基板の構造を概略的に示す断面図である。

符号の説明

ＰＸ…表示画素、ＰＸＣ…コーナー部、ＣＰ…交差部、Ｙ…走査線、Ｘ…信号線、１００…液晶表示パネル、１１０…シール材、１２０…有効表示部、２００…アレイ基板、２１０…絶縁基板、２２０…スイッチ素子、２２１…半導体層、２２１Ｃ…島状半導体層、２２２…ゲート電極、２２３…ゲート絶縁膜、２２４…保護膜、２２５…ソース配線、２２７…ドレイン配線、２２９…層間絶縁膜、２３０…画素電極、２４０…配向膜、２５０…補助容量線、３００…対向基板、３１０…絶縁基板、３３０…対向電極、３４０…遮光膜、３５０…配向膜、４００…液晶層、４１０…液晶分子、５１０…補償素子、５２０…補償素子、Ｍ１…第１金属層、Ｍ２…第２金属層、Ｍ３…第３金属層、Ａ…ラビング方向（配向方向）

Claims

アレイ基板と、
このアレイ基板に対向する対向基板と、
前記アレイ基板と対向基板との間に保持され、所定のバイアスを印加した状態で前記アレイ基板と前記対向基板との間においてベンド配列する液晶分子を含む液晶層と、
前記アレイ基板上の各画素に配置された半導体層を含むスイッチ素子と、
このスイッチ素子の駆動を制御するための制御信号が供給される走査線と、
前記走査線と略平行に延在し、黒レベルの電位をもつ補助容量線と、
前記走査線及び補助容量線を覆う第１絶縁層と、
前記第１絶縁層を介して前記走査線及び前記補助容量線と交差し各画素に書き込む映像信号が供給される信号線と、
前記画素の１つのコーナー部において前記スイッチ素子の半導体層にコンタクトするとともに前記信号線に接続されたソース配線と、
前記コーナー部において前記スイッチ素子の半導体層にコンタクトするとともに前記第１絶縁層及び島状の半導体層を介して前記補助容量線と交差するドレイン配線と、
前記信号線、前記ソース配線、及び、前記ドレイン配線を覆う第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に配置され、前記ドレイン配線と補助容量線との交差部の前記第２絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記ドレイン配線に接続された画素電極と、
この画素電極の表面を覆うとともに前記コーナー部に向かってラビング処理された配向膜と、
前記対向基板に配置され、前記アレイ基板のコーナー部に対向した遮光膜と、
を備えたことを特徴とするＯＣＢモードの液晶表示装置。
前記ソース配線及びドレイン配線の少なくとも一方が切断しているとともに前記交差部において前記ドレイン配線と補助容量線が電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記ドレイン配線及び補助容量線は、光遮光性を有する金属材料によって形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。