JP2004226612A

JP2004226612A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004226612A
Application number: JP2003013386A
Authority: JP
Inventors: Naoki Moriyama; 直己森山; Tetsuya Iizuka; 哲也飯塚; Hirohisa Tanaka; 裕久田中
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】一つの画素内に反射表示領域と透過表示領域とを備えた反射透過型液晶表示装置において、アレイ基板上に形成される透明画素電極のパターン形成異常によるショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させる。
【解決手段】透過画素電極１７を、柱状スペーサー２５の土台となる平坦部分３０を除く領域に形成する（例えば、反射画素電極１８の開口部１９に形成された透過電極電極１７ａとその周縁部３４、及びスイッチ素子３１と画素電極を接続する画素コンタクト部３２とその周縁部３５にのみ形成する）。平坦部分３０の周囲において透明画素電極１７及びこれと隣り合う透明画素電極との境界部分にパターン形成異常が発生していても、隣り合う２つの透明画素電極が互いに接触する可能性が低くなるため、電極間でのショートの発生確率を減らすことができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの画素内に反射表示領域と透過表示領域とを備えた液晶表示装置に関し、とくにアレイ側基板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、テレビ、ワードプロセッサ、携帯電話等への液晶表示装置の応用がさらに進展する一方で、これらの機器では小型化、省電力化、低コスト化等の更なる高機能化に対する要望が高まっている。これらの要望を満たすべく、バックライトを用いずに外部から入射した周囲光を反射させて表示を行う反射型液晶表示装置や、透過機能と反射機能の両方を兼ね備えた反射透過型液晶表示装置の開発が進められている。とくに、反射透過型液晶表示装置は、暗い場所や明るい場所でも視認性が良いため、携帯電話のディスプレイとして普及しつつある。
【０００３】
このような反射透過型液晶表示装置を反射で使用する場合、周囲光をいかに効率良く利用して表示面を明るくできるかということが重要となる。反射透過型液晶表示装置の画素電極は、光を反射する反射画素電極と光を透過する透明画素電極の２層で形成されているが、反射板として機能する反射電極の果たすべき役割は非常に大きく、あらゆる角度から入射する周囲光を効率良く利用して最適な反射特性を得るようにするための工夫がなされている。例えば、反射電極の表面に凹凸パターンを形成して散乱光を一定範囲内の領域に集光したり、特定方向から観察した場合の散乱光強度を高めるなどの工夫がなされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７２２２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、液晶表示装置には液晶層の厚さを一定に保つために各種のスペーサーが配置されている。中でも、アレイ基板上にフォトリソグラフィー法により一体的に形成される柱状スペーサーは、表示領域を避けて配置することができるので、良好な表示品位を得ることができる。上記反射透過型液晶表示装置においても柱状スペーサーが使用されており、表示領域に重ならないように走査線と信号線の交点付近に配置されている。
【０００６】
反射電極表面に形成される凹凸パターンを有機絶縁膜で形成して、その上に柱状スペーサーを形成する場合、柱状スペーサーの高さを周辺額縁部と同じにするため、柱状スペーサーの土台となる領域の有機絶縁膜を平坦にする必要がある。しかしながら、有機絶縁膜上に透明画素電極を形成した場合、上記のような平坦部分があると、この平坦部分の周囲において隣り合う透明画素電極との境界部分にパターン形成異常が発生しやすくなり、隣り合う透明画素電極との間でショートが発生して製造歩留まりが低下するという問題点があった。
【０００７】
この発明の目的は、アレイ基板上において透明画素電極のパターン形成異常によるショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させた液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、マトリクス状に配置された複数の走査線及び複数の信号線、このマトリクスの各格子毎に配置されたスイッチ素子、前記スイッチ素子の各々に接続された画素電極が形成されたアレイ基板と、前記画素電極と相対する対向電極が形成された対向基板と、前記両基板間の間隔を規定する複数の柱状スペーサーと、前記複数の柱状スペーサーにより間隔が規定された前記両基板間に充填された液晶層とを備え、前記画素電極は外光を反射して画像を表示する凹凸パターンの形成された反射画素電極と、バックライト光を透過して画像を表示する透過画素電極とで構成された液晶表示装置において、前記透過画素電極は、アレイ基板上で前記柱状スペーサーの土台となる平坦部分を除く領域に形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部、前記スイッチ素子と前記画素電極を接続する画素コンタクト部とその周縁部、及び前記反射画素電極の開口部に形成された透明画素電極と前記画素コンタクト部に形成された透明画素電極とを電気的に接続する部分にのみ形成されることを特徴とする
請求項３の発明は、請求項１において、前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部、及び前記スイッチ素子と前記画素電極を接続する画素コンタクト部とその周縁部にのみ形成され、前記透過画素電極と前記反射画素電極は、前記反射画素電極の開口部周縁の少なくとも一部分で電気的に接続していることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１において、前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部にのみ形成され、前記透過画素電極と前記反射画素電極は、前記反射画素電極の開口部周縁の少なくとも一部分で電気的に接続していることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記柱状スペーサーと前記反射画素電極の凹凸パターンはともにフォトリソグラフィー法により形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、透明画素電極の領域が柱状スペーサーの土台となる平坦部分から離れているため、この平坦部分の周囲において透明画素電極及びこれと隣り合う透明画素電極との境界部分にパターン形成異常が発生していても、隣り合う２つの透明画素電極が互いに接触する可能性が低くなることから、電極間でのショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係わる液晶表示装置の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、実施の形態１に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図である。また図２は、図１の矢印Ａ方向から見たときの概略断面図である（画素内の矢印は省略）。
【００１５】
図２に示すように、反射透過型液晶表示装置１００は、アレイ基板１０、対向基板１１及びバックライト１２を備えている。アレイ基板１０はガラス基板などの透明絶縁基板１４を有し、この透明絶縁基板１４には複数の信号線１５と図示しない複数の走査線がマトリクス状に配置されており、そのマトリクスの各格子毎にＴＦＴからなるスイッチ素子３１が配置されている。また、これらの配線等を覆うように有機絶縁膜１６が形成されている。有機絶縁膜１６の表面には凹凸パターンが設けられている。さらに、有機絶縁膜１６の表面には画素電極２８が形成されている。画素電極２８は、バックライト１２からの光を透過して画像を表示する透過画素電極１７と、外光を反射して画像を表示する反射画素電極１８とで構成されている。このうち、反射画素電極１８には図１に示すように矩形状の開口部１９が形成されており、この部分が透過画素電極１７の透過領域として機能する。画素電極２８の表面には配向膜２０が形成されている。一方、対向基板１１は、アレイ基板１０と同じくガラス基板などの絶縁基板２１を有し、その表面に着色層２２が形成され、さらにこの着色層２２を覆うように対向電極２３が形成されている。対向電極の表面には配向膜２４が形成されている。
【００１６】
また、アレイ基板１０と対向基板１１との間隔を一定に保つために柱状スペーサー２５が配置されている。この柱状スペーサー２５は凹凸パターンをもつ有機絶縁膜１６の表面に形成されるが、柱状スペーサー２５の土台となる部分は、柱状スペーサー２５の高さを図示しない周辺額縁部と同じにするために平坦部分３０が形成されている。
【００１７】
上記のように構成されたアレイ基板１０と対向基板１１は所定間隔で対向配置され、両基板の周囲を囲むように形成された図示しないシール材により貼り合わされている。そして、両基板間には液晶層１３が注入され、内部に充填されている。また、アレイ基板１０と対向基板１１の外側には偏光板と位相差板からなるフィルム２６，２７がそれぞれ貼り付けられている。
【００１８】
実施の形態１における透明画素電極１７の領域は、図１に示すように、反射画素電極１８の開口部１９に形成された透明画素電極１７ａとその周縁部３４、スイッチ素子３１と画素電極２８を接続する画素コンタクト部３２とその周縁部３５、及び反射画素電極１８の開口部１９に形成された透明画素電極１７ａと画素コンタクト部３２に形成された透明画素電極１７ｂとを電気的に接続する部分３３にのみ形成されている（実施の形態１における透明画素電極１７は上記３つの部分からなり、図１ではその符号を図示していない）。
【００１９】
上記構成によれば、透明画素電極１７の領域が柱状スペーサー２５の土台となる平坦部分３０から離れているため、この平坦部分３０の周囲において透明画素電極１７及びこれと隣り合う透明画素電極１７との境界部分にパターン形成異常が発生していても、隣り合う２つの透明画素電極が互いに接触する可能性が低くなることから、電極間でのショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させることができる。また、隣り合う透明画素電極の最小間隔部分の長さを短くできることから、柱状スペーサー２５の平坦部分３０に起因しない透明画素電極間でのショートの発生確率をも下げることができる。
【００２０】
なお、反射画素電極１８の開口部１９周縁での透明画素電極１７の電極端位置は、透明画素電極１７と反射画素電極１８との重なり幅が合わせ精度１μｍ〜５μｍ程度となるように設定される。同じく、画素コンタクト部３２の周縁部３５における透明画素電極１７ｂの電極端位置は、透明画素電極１７が画素コンタクト部３２の穴端から合わせ精度分１μｍ〜５μｍ程度外側までかぶるように設定される。これは、反射画素電極１８の開口部１９での重ね合わせは光漏れを防ぐためであり、また画素コンタクト部３２での重ね合わせはドレイン電極と反射画素電極１８を直接接触させないためである。
【００２１】
図３は、実施の形態２に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図である。図３では図１と同等部分を同一符号で示している。ここでは実施の形態１との相違点のみを説明する。
【００２２】
実施の形態２における透過画素電極１７の領域は、図３に示すように、反射画素電極１８の開口部１９に形成された透過電極電極１７ａとその周縁部３４、及びスイッチ素子３１と画素電極２８を接続する画素コンタクト部３２とその周縁部３５にのみ形成されている（実施の形態２における透明画素電極１７は上記２つの部分からなり、図３ではその符号を図示していない）。
【００２３】
上記構成においても、透明画素電極１７の領域が柱状スペーサー２５の土台となる平坦部分３０から離れているため、この平坦部分３０の周囲において透明画素電極１７及びこれと隣り合う透明画素電極１７との境界部分にパターン形成異常が発生していても、隣り合う２つの透明画素電極が互いに接触する可能性が低くなることから、電極間でのショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
なお、実施の形態２における透明画素電極１７と反射画素電極１８は、実施の形態１と同じく、ともに同層に形成され、且つ透明画素電極１７と反射画素電極１８は、画素コンタクト部３２とともに反射画素電極１８の開口部１９周縁の少なくとも一部で電気的に接続している必要がある。ここで、開口部１９周縁だけでも透明画素電極１７と反射画素電極１８とのコンタクト抵抗が十分低い場合は実施の形態１ではなく実施の形態２のパターンを用いても構わない。画素コンタクト部３２に透明画素電極１７のパターンがあるのは、ドレイン電極と反射画素電極１８とを直接接触させると腐食が起こるためである。
【００２５】
図４は、実施の形態３に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図である。図４では図１と同等部分を同一符号で示している。ここでは実施の形態１との相違点のみを説明する。
【００２６】
実施の形態３における透過画素電極１７は、図４に示すように、反射画素電極１８の開口部１９に形成された透過電極電極１７ａとその周縁部３４にのみ形成されている。
【００２７】
上記構成においても、透明画素電極１７が柱状スペーサー２５の土台となる平坦部分３０から離れているため、この平坦部分３０の周囲において透明画素電極１７及びこれと隣り合う透明画素電極１７との境界部分にパターン形成異常が発生していても、隣り合う２つの透明画素電極が互いに接触する可能性が低くなることから、電極間でのショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
実施の形態３においても、透明画素電極１７と反射画素電極１８はともに同層に形成され、且つ透明画素電極１７と反射画素電極１８は、画素コンタクト部３２とともに反射画素電極１８の開口部１９周縁の少なくとも一部で電気的に接続している必要がある。とくに実施の形態３の構成は、スイッチ素子３１のドレイン電極と反射画素電極１８とを直接に接触させても構わない場合等に有効である。
【００２９】
次に、上記実施の形態に示す液晶表示装置１００について、その製造方法を図５を用いて簡単に説明する。
【００３０】
図５は、液晶表示装置の製造プロセスを示す概略断面図である。図５において、破線の右側の領域は画素領域、左側の領域が駆動回路領域を示している。以下、図５の（ａ）〜（ｇ）の順に説明する。
【００３１】
（ａ）ガラスなどの透明絶縁基板５０上に、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜５１を堆積し、このアモルファスシリコン薄膜５１を図示しないＸｅＣｌエキシマレーザ装置でアニールすることで多結晶化する。ここで、前記ＸｅＣｌエキシマレーザ装置からのレーザ光５２は、図中Ａの方向に走査され、このレーザ光５２が照射された領域は結晶化され多結晶シリコン膜５３となる。その際、レーザ照射エネルギーを段階的に上げて複数回照射を行うことにより、アモルファスシリコン膜中の水素を効果的に抜くことができ、結晶化時のアブレーションを防ぐことができる。なお、照射エネルギーは２００〜５００ｍＪ／ｃｍ２とする。
【００３２】
（ｂ）多結晶シリコン膜５３をフォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、薄膜トランジスタの活性層５４を形成する。
【００３３】
（ｃ）シリコン酸化膜によるゲート絶縁膜５５をプラズマＣＶＤ法で形成した後、モリブデン−タングステン合金膜をスパッタ法で成膜、パターニングすることでゲート電極５６を形成する。また、前記パターニング時に走査線も同時に形成する。ゲート絶縁膜５５としては、このほかに窒化シリコン膜や常圧ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を使うことができる。
【００３４】
ゲート電極５６を形成後に、ゲート電極５６をマスクとしてイオンドーピング法で不純物を打ち込み、薄膜トランジスタのソース／ドレイン領域５４ａを形成する。不純物としては、Ｎ−ｃｈトランジスタについてはリンを、Ｐ−ｃｈトランジスタについてはボロンを用いることができる。画素領域のトランジスタについてはオフ時のリーク電流を抑えるためにＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造を用いるのが効果的である。この場合、ソース／ドレイン電極５４ａへの不純物注入後にゲート電極５６を再パターニングし、一定量だけ細くした後、再度低濃度の不純物打ち込みを行う。
【００３５】
（ｄ）ゲート電極５６上にプラズマＣＶＤ法又は常圧ＣＶＤ法でシリコン酸化膜による第１の層間絶縁膜５７を形成する。
【００３６】
（ｅ）第１の層間絶縁膜５７及びゲート絶縁膜５５にコンタクトホールを形成後、スパッタ法でＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ膜を形成、パターニングすることでソース／ドレイン電極５８、５９を形成する。このとき、信号線も同時に形成する。
【００３７】
（ｆ）前記Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ膜上に第２の層間絶縁膜６０を形成する。第２の層間絶縁膜６０としては、プラズマＣＶＤ法で作成した窒化シリコン膜や、酸化シリコン膜等の低誘電率絶縁膜を用いることができる。
【００３８】
次に、第２の層間絶縁膜６０にフォトエッチング法によりコンタクトホールを形成する。続いて、凹凸パターンを有する樹脂絶縁膜６１を第２の層間絶縁膜６０上に形成する。樹脂絶縁膜６１はポジ型感光性樹脂からなる有機絶縁膜で、基板全面にスピンコート法等により１μｍ〜４μｍほど塗布する。この基板をプリベークした後、画素電極とソース電極の接続用コンタクトホールに相当する領域をフォトマスクにより露光する。スルーホールを形成するために、露光量は２００ｍＪ〜１０００ｍＪ程度とすることが好ましい。続いて現像を行うことによりスルーホールを形成する。
【００３９】
次に、この基板をプリベークした後、円形の遮光部がランダムに配置されたフォトマスクにより露光する。反射電極表面の凹凸の形状や密度は、フォトマスクの開口部の形状、密度、露光量等によって制御することができる。ここでフォトマスクの遮光部の円の直径は５μｍ程度、隣接する円の中心の間隔は９．５μｍ〜１０．５μｍの範囲となるように配置する。なお、露光量は１０ｍＪ〜２００ｍＪとする。
【００４０】
次に、現像を行うことにより、有機絶縁膜の表面に微細な凸部６２ａと凹部６２ｂを形成する。露光量を１０〜２００ｍＪとすることにより凹部６２ｂの底を樹脂絶縁膜６１の表面まで到達しないようにすることができる。
【００４１】
（ｇ）その後、この基板を加熱処理することにより凹凸の角がとれ、滑らかな凸部６３ａと凹部６３ｂを形成される。次に、例えばＩＴＯからなる透明性導電材料をスパッタ法により１００ｎｍ程度成膜し、フォトエッチング法により所定の形状にパターニングして、透明画素電６４を形成する。続いて、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｍｏ等の金属膜をスパッタ法により１００ｎｍ程度成膜し、フォトエッチング法により所定の形状にパターニングして反射画素電極６５を形成する。
【００４２】
以上のプロセスにより、透明絶縁基板５０上に画素と駆動回路とを一体で形成したアレイ基板１０を得ることができる。
【００４３】
一方、図２に示す対向基板１１は、透明性を有する絶縁基板として例えばガラス基板１４上に、顔料等を分散させた着色層２３形成し、さらにスパッタ法により例えばＩＴＯからなる透明性電極である対向電極２４を形成することにより得られる。
【００４４】
続いて、アレイ基板１０と対向基板１１の画素電極側と対向電極側全面に低温キュア型のポリイミドからなる配向膜２０、２４を印刷塗布し、ラビング処理する。そして、アレイ基板１０の周囲をエポキシ樹脂からなるシール材で囲み、両基板のそれぞれの電極面が対向するように組み立ててセル化し、内部に例えばネマティック液晶等を注入した後封止し、液晶層１３を形成する。そして、出来上がったセルの外側に偏光板と位相差板からなるフィルム２６、２７を貼り付けることにより液晶表示装置１００が完成する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる液晶表示装置によれば、透明画素電極の領域を柱状スペーサーの土台となる平坦部分を除く領域に形成するようにしたので、平坦部分の周囲において隣り合う２つの透明画素電極が接触する可能性が低くなることから、隣り合う透明画素電極間でのショートの発生確率を減らして製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図。
【図２】図１の矢印Ａ方向から見たときの概略断面図。
【図３】実施の形態２に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図。
【図４】実施の形態３に係わる液晶表示装置のアレイ基板の構成を示す概略平面図。
【図５】液晶表示装置の製造プロセスを示す概略断面図。
【符号の説明】
１０アレイ基板
１１対向基板
１７透過画素電極
１８反射画素電極
２５柱状スペーサー
３０平坦部分
３１スイッチ素子

Claims

マトリクス状に配置された複数の走査線及び複数の信号線、このマトリクスの各格子毎に配置されたスイッチ素子、前記スイッチ素子の各々に接続された画素電極が形成されたアレイ基板と、前記画素電極と相対する対向電極が形成された対向基板と、前記両基板間の間隔を規定する複数の柱状スペーサーと、前記複数の柱状スペーサーにより間隔が規定された前記両基板間に充填された液晶層とを備え、前記画素電極は外光を反射して画像を表示する凹凸パターンの形成された反射画素電極と、バックライト光を透過して画像を表示する透過画素電極とで構成された液晶表示装置において、
前記透過画素電極は、アレイ基板上で前記柱状スペーサーの土台となる平坦部分を除く領域に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部、前記スイッチ素子と前記画素電極を接続する画素コンタクト部とその周縁部、及び前記反射画素電極の開口部に形成された透明画素電極と前記画素コンタクト部に形成された透明画素電極とを電気的に接続する部分にのみ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。
前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部、及び前記スイッチ素子と前記画素電極を接続する画素コンタクト部とその周縁部にのみ形成され、
前記透過画素電極と前記反射画素電極は、前記反射画素電極の開口部周縁の少なくとも一部分で電気的に接続し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。
前記透過画素電極は、前記反射画素電極の開口部とその周縁部にのみ形成され、
前記透過画素電極と前記反射画素電極は、前記反射画素電極の開口部周縁の少なくとも一部分で電気的に接続し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。
前記柱状スペーサーと前記反射画素電極の凹凸パターンはともにフォトリソグラフィー法により形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。