JP2006030951A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 開口率及び歩留りを向上して高精細化が可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 光を反射する反射電極42及び光を透過する透明電極41から成る画素電極10を設けた画素基板4と、画素電極10に対向する対向電極23を設けた対向基板5との間に液晶6を封入し、反射電極42の反射光または透明電極41の透過光により照明して画像を表示する液晶表示装置1において、画素基板4は、反射電極42の上層を形成して光を着色するとともに反射電極42上に形成される開口部43aを有する着色層43と、着色層43の上層を成して開口部43a内に連続して配されるとともに反射電極42上方の液晶6層の厚みを狭めるマルチギャップ部44とを有して、マルチギャップ部44及び着色層43の上に透明電極41を配して構成され、開口部43aの周縁よりも内側に配されるとともに透明電極41と反射電極42とを導通させるコンタクトホール44aをマルチギャップ部44に設けた。
【選択図】 図1

Description

本発明は、反射電極と透明電極を有し、透過光及び反射光により照明する液晶表示装置及びその製造方法に関する。
液晶表示装置は薄型で低消費電力であるため、パーソナルコンピュータ等のOA機器、電子手帳や携帯電話機等の携帯情報端末機器、カメラ一体型VTRなどに広く用いられている。このような液晶表示装置には、画素電極にITO等の透明導電性薄膜を用いた透過型と画素電極に金属などの反射電極を用いた反射型とがある。
透過型の液晶表示装置は、バックライトで照明して表示を行うために、明るくて高コントラストを有する表示を行うことができるが、消費電力が大きくなる。一方、反射型の液晶表示装置は、周囲の光により照明するためバックライトを使用しないので消費電力を小さくできるが、周囲の明るさによってコントラストが低下する問題がある。このため、周囲の光を反射して照明するとともにバックライトの光により照明することのできる半透過型の液晶表示装置が実用化されている。
特許文献1には半透過型の液晶表示装置が開示されている。図21はこの液晶表示装置を示す断面図である。液晶表示装置1は表示パネル2の背面にバックライト3を備えている。表示パネル2は画素基板4と対向基板5との間に液晶6が封入されている。画素基板4はガラス基板31上にベースコート膜32が形成されている。
ベースコート膜32上にはゲートG、ソースS、ドレインDを有したTFT素子を構成する半導体層33が形成される。半導体層33の上層にはゲート絶縁膜35が形成され、ゲート絶縁膜35上にゲート電極36が形成される。ゲート電極36上には層間絶縁膜37が形成され、層間絶縁膜37に設けたコンタクトホール37aを介してソースS及びドレインDにそれぞれ導通するソース電極38及びドレイン電極39が形成される。
層間絶縁膜37上には透明樹脂層40が形成され、透明樹脂層40上に透明電極41が形成される。透明電極41はITO等から成り、透明樹脂層40に設けたコンタクトホール40aを介してドレイン電極39に導通する。透明電極41上には所定部分にアルミニウム等から成る反射電極42が形成される。透明電極41及び反射電極42によりマトリクス状に配列された画素電極10が形成される。画素電極10は反射電極42から成る反射部10aと、反射部10aを除く部分の透明電極41から成る透過部10bとを有している。
対向基板5は光を着色するカラーフィルターを構成する着色層22がガラス基板21上に形成される。着色層22の上層にはITO等から成る対向電極23が形成されている。また、透明電極41及び対向電極23上には液晶6を配向する配向膜(不図示)が設けられている。
上記構成の液晶表示装置1において、バックライト3を点灯するとバックライト3の出射光が透過部10bを透過して表示パネル2を照明する。バックライト3の消灯時には周囲の光が表示パネル2に入射し、反射部10aで反射して表示パネル2を照明する。これにより、画像を視認することができる。また、着色層22には反射部10aに対向する部分に開口部22aが設けられている。開口部22aによって反射照明時の明度を確保するようになっている。
特開2000−111902号公報(第5頁−第12頁、第2図)
しかしながら、上記従来の液晶表示装置1によると、表示パネル2の高精細化に伴い、製造工程中の熱や膜応力によるガラス基板21、31の収縮によって、画素基板4に設けられる画素電極10と対向基板5に設けられる着色層22との位置合せが困難になっている。これにより、液晶表示装置1の開口率の低下や歩留りの低下を招く問題があった。
本発明は、開口率及び歩留りを向上して高精細化が可能な液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、光を反射する反射電極及び光を透過する透明電極から成る画素電極を設けた画素基板と、前記画素電極に対向する対向電極を設けた対向基板との間に液晶を封入し、前記反射電極の反射光または前記透明電極の透過光により照明して画像を表示する液晶表示装置において、
前記画素基板は、前記反射電極の上層を形成して光を着色するとともに前記反射電極上に形成される開口部を有する着色層と、前記着色層の上層を成して前記開口部内に連続して配されるとともに前記反射電極上方の液晶層の厚みを狭めるマルチギャップ部とを有して、前記マルチギャップ部及び前記着色層の上に前記透明電極を配して構成され、前記開口部の周縁よりも内側に配されるとともに前記透明電極と前記反射電極とを導通させるコンタクトホールを前記マルチギャップ部に設けたことを特徴としている。
この構成によると、画素基板には反射電極、着色層、マルチギャップ部、透明電極が順に積層され、対向基板には一面に対向電極が形成される。マルチギャップ部には着色層の開口部内に配置されるコンタクトホールが形成され、コンタクトホールの側壁が開口部に充填されたマルチギャップ部から成る。透明電極はコンタクトホールを介して反射電極に導通する。
また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記着色層及び前記マルチギャップ部が樹脂から成ることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極の下層に配される透明樹脂層を有し、前記反射電極は前記透明樹脂層と接したIZO膜を有する積層膜から成ることを特徴としている。この構成によると、反射電極は最下層のIZO膜の上に反射膜を形成して構成される。
また本発明は、光を反射する反射電極及び光を透過する透明電極から成る画素電極を設けた画素基板と、前記画素電極に対向する対向電極を設けた対向基板との間に液晶を封入し、前記反射電極の反射光または前記透明電極の透過光により照明して画像を表示する液晶表示装置の製造方法において、
前記画素基板に前記反射電極を形成する反射電極形成工程と、光を着色するとともに前記反射電極上に形成される開口部を有した着色層を前記反射電極の上層に形成する着色層形成工程と、前記反射電極上方の液晶層の厚みを狭めるマルチギャップ部を前記開口部内を含む前記着色層の上層に形成するマルチギャップ部形成工程と、前記マルチギャップ部及び前記着色層の上層に前記透明電極を形成する透明電極形成工程とを有し、
前記開口部の周縁よりも内側の前記マルチギャップ部に設けられるとともに前記透明電極と前記反射電極とを導通させるコンタクトホールを、前記マルチギャップ部形成工程で前記マルチギャップ部と同時に形成したことを特徴としている。
この構成によると、画素基板には反射電極、着色層、マルチギャップ部、透明電極が順に積層される。反射電極形成工程では成膜及びパターニング等により反射電極が形成され、着色層形成工程では成膜及びパターニング等により開口部を有する着色層が形成される。マルチギャップ部形成工程では所定の材料が成膜により着色層の上層に形成されるとともに開口部内に充填される。そして、パターニングによりコンタクトホールを有するマルチギャップ部が形成される。透明電極形成工程では所定の材料がマルチギャップ部及び着色層の上に成膜されるとともにコンタクトホールを介して反射電極上に成膜される。
また本発明は、上記構成の液晶表示装置の製造方法において、前記反射電極の下層に配される透明樹脂層を有し、前記反射電極は前記透明樹脂層と接したIZO膜を有する積層膜から成ることを特徴としている。
本発明によると、着色層及びマルチギャップ部を画素基板側に設けたので、画素基板と対向基板との位置合せのずれによる開口率の低下や歩留りの低下を防止して液晶表示装置の高精細化を図ることができる。また、マルチギャップ部が着色層の上層を成して開口部内に連続して配され、開口部の周縁の内側にコンタクトホールを設けている。これにより、マルチギャップ部の形成時に同時にコンタクトホールを形成できるため製造工数削減を図ることができる。また、コンタクトホール内に着色層とマルチギャップ部の段部が形成されないので、透明電極の導通不良削減を図るとともに反射照明時の開口率をより向上することができる。更に、開口部内にコンタクトホールが配されるので高精細化した際の着色面積の減少を防止して彩度の低下を防止することができる。
また本発明によると、着色層及びマルチギャップ部が樹脂から成るので、上層を透明電極で覆うことにより液晶の変質を防止することができる。
反射電極の最下層がIZOから成るので、下層の透明樹脂層との密着性を向上して膜波がれを防止し、反射電極とドレイン電極とのコンタクト不良を防止することができる。
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1、図2は一実施形態の液晶表示装置の要部を示す側面断面図及び平面図である。説明の便宜上、前述の図21に示す従来例と同様の部分には同じ符号を付している。液晶表示装置1は表示パネル2の背面にバックライト3を備えている。表示パネル2は画素基板4と対向基板5との間に液晶6が封入されている。画素基板4は硼けい酸ガラス等から成るガラス基板31上にベースコート膜32が形成されている。
ベースコート膜32上にはゲートG、ソースS、ドレインDを有したTFT素子を構成する半導体層33が形成される。半導体層33の上層にはゲート絶縁膜35が形成され、ゲート絶縁膜35上にゲート電極36が形成される。ゲート電極36上には層間絶縁膜37が形成され、層間絶縁膜37に設けたコンタクトホール37aを介してソースS及びドレインDにそれぞれ導通するソース電極38及びドレイン電極39が形成される。
層間絶縁膜37上には透明樹脂層40が形成され、透明樹脂層40上の所定部分に反射電極42が形成される。反射電極42の下面に接する透明樹脂層40には、微細な凹凸から成る凹凸部40bが形成されている。これにより、光を所定の角度範囲に散乱させ、効率良く周囲光を利用することができるようになっている。
反射電極42はアルミニウム等の光を反射する導電体から成り、透明樹脂層40に設けたコンタクトホール40aを介してドレイン電極39に導通する。反射電極42の上層には着色層43が形成される。着色層43は感光性着色樹脂から成り、光を着色するカラーフィルターを構成する。着色層43には反射電極42の直上に開口部43aが設けられる。開口部43aによって反射照明時の明度を確保することができる。
着色層43の上層には反射電極42の上方を覆う樹脂から成るマルチギャップ部44が設けられる。この時、マルチギャップ部44は着色層43上から連続して開口部43a内にも充填される。マルチギャップ部44の上層にはマルチギャップ部44及び着色層43を覆う透明電極41が形成される。透明電極41はITOやIZO等から成り、マルチギャップ部44に設けられたコンタクトホール44aを介して反射電極42と導通する。コンタクトホール44aは着色層43の開口部43aの周縁よりも内側に設けられ、コンタクトホール44aの側壁がマルチギャップ部44から成っている。
透明電極41及び反射電極42によりマトリクス状に配列された画素電極10が形成される。画素電極10は反射電極42から成る反射部10aと、反射部10aを除く部分の透明電極41から成る透過部10bとを有している。尚、マルチギャップ部44は反射電極10aの上方の液晶6の厚みを、透過部10bの上方の液晶6の厚みの約1/2に狭くする。これにより、液晶6を通過する光の光路長を反射部10と透過部10bとで略等しくして光学的なロスを低減することができる。
マルチギャップ部44の上層にはフォトスペーサ45が形成される。フォトスペーサ45によって各画素の反射部10a上の液晶6の厚みを均一にするようになっている。
対向基板5は硼けい酸ガラス等から成るガラス基板21上にITOやIZO等から成る対向電極23が形成されている。また、透明電極41及び対向電極23上には液晶6を配向する配向膜(不図示)が設けられている。
次に、画素基板4の製造工程を図3〜図16を参照して説明する。尚、透明樹脂層40よりも下層の形成工程は従前と同様であるので省略する。図3、図4は透明樹脂層40を形成する透明樹脂層形成工程を示している。図3に示すように、ソース電極38、ドレイン電極39及び層間絶縁膜37上には絶縁体から成る透明樹脂50が1〜3μm好ましくは2μmの厚みで塗布等により形成される。そして、図4に示すように、フォトリソグラフィーによってコンタクトホール40a及び凹凸部40bを形成する。
図5、図6は反射電極42を形成する反射電極形成工程を示している。図5に示すように、透明樹脂層40上にはアルミニウム等の導電性の導電膜52をスパッタ法により積層する。導電膜52上にはレジストが塗布され、フォトリソグラフィーによって所定形状のレジストパターンを形成する。次にウエットエッチングまたはドライエッチングによって不要領域の導電膜52を除去し、図4に示すように反射電極42が形成される。
反射電極42は最下層がIZOから成る積層膜により形成してもよい。導電膜52がアルミニウム等の単層膜により形成すると、下層の透明樹脂層40との密着性が弱くなる。このため、反射電極42の膜剥がれが生じ、反射電極42とドレイン電極39とのコンタクト不良が増加する。図7に示すように、反射電極42を下層がIZO膜61で上層がアルミニウム膜63の積層膜により形成すると、IZO膜61と透明樹脂層40との密着性が高いため膜剥がれを防止できる。
反射電極42がアルミニウムの単層膜から成る場合と、IZO膜61とアルミニウム膜63との積層膜から成る場合のコンタクト不良の不良率を比較実験を行った。その結果、単層膜の場合は最大85%の不良率になり、最下層がIZO膜61の場合は0%の不良率になった。従って、最下層にIZO膜61を設けることによりコンタクト不良を防止し、液晶表示装置の歩留りを向上することができる。
また、図8に示すように、反射電極42を下層から順にIZO膜61、モリブデン膜62、アルミニウム膜63から成る3層膜にしても同様にコンタクト不良を防止することができる。アルミニウム膜63に替えてIZO膜を上層に設けた3層膜でもよい。また、図9に示すように、反射電極42を下層から順にIZO膜61、モリブデン膜62、アルミニウム膜63、IZO膜64から成る4層膜にしても同様にコンタクト不良を防止することができる。IZO膜64を上層に設けると後述する着色層形成工程で使用される現像液から導電膜52を保護することができるのでより望ましい。
図10、図11は着色層43を形成する着色層形成工程を示している。図10に示すように、反射電極42及び透明樹脂層40上には、感光性樹脂組成物に顔料を分散させた感光性着色樹脂膜53が塗布等により成膜される。感光性着色樹脂膜53の厚みは1〜3μmに形成され、好ましくは約1.5μmに形成される。
そして、図11に示すように、感光性着色樹脂膜53はフォトリソグラフィーによって所定形状にパターニングされ、着色層43が形成される。この時、反射電極42上には開口部43aが同時に形成される。尚、開口部43aの開口面積を変えると反射部10a(図1参照)の明度及び彩度が変わるため、液晶表示装置1の使用目的に応じて開口面積が決められる。
図12、図13はマルチギャップ部44を形成するマルチギャップ部形成工程を示している。図12に示すように、着色層43上には絶縁体から成る透明樹脂54が塗布等により形成される。透明樹脂54の厚みは液晶6(図1参照)の厚みの約1/2になっている。この時、透明樹脂54は着色層43から連続して開口部43a内に充填され、反射電極42上に積層される。
そして、図13に示すように、フォトリソグラフィーによって所定形状のマルチギャップ部44が形成される。同時に、開口部43a内の透明樹脂54にはコンタクトホール44aが形成される。マルチギャップ部44を着色層43の上層に設けることにより、コンタクトホール44aをマルチギャップ部44と同時に形成して工数を削減することができる。
また、図17に示すように、コンタクトホール44aが開口部43aからずれた位置に形成されると、コンタクトホール44a内に着色層43の平坦部43bが形成される。平坦部43bの上方には液晶6の厚みが厚い部分が生じるため、反射部10aの光路長が長くなる。これにより、光学的なロスが大きくなり、反射照明時の液晶表示装置1の開口率が低下する。
開口部43aのない部分にコンタクトホール44aを形成すると、マルチギャップ部44を形成した後にコンタクトホール44aが着色層43を貫通するように新たな工程を設ける必要があり工数が増加する。
また、着色層43及びマルチギャップ部44を貫通するコンタクトホールに段部が形成される場合が生じる。即ち、着色層43を貫通させる際に現像速度のバラツキにより、マルチギャップ部44の下端の孔径よりも着色層43の上端の孔径が小さくなる場合(図18参照)や大きくなる場合(図19参照)が生じる。
図18に示すように着色層43の上端のコンタクトホールの孔径が小さいと、前述の図17に示した場合と同様に着色層43の平坦部43bが形成され、液晶表示装置1の開口率が低下する。図19に示すように着色層43の上端の孔径が大きいと、後工程でコンタクトホール44a内に成膜される透明電極41の導通不良を招き、液晶表示装置1の歩留りが低下する。従って、開口部43aの周縁よりも内側にコンタクトホール44aを設けることにより、工数削減、歩留り向上及び開口率向上を図ることができる。
図14は透明電極41を形成する透明電極形成工程を示している。マルチギャップ部44及び着色層43上にはスパッタ法によりITOやIZO等から成る透明な導電膜51が成膜される。導電膜51上にはレジストが塗布され、所定形状のレジストパターンが形成される。そして、ウエットエッチングまたはドライエッチングによって不要領域の導電膜51が除去される。これにより、透明電極41が形成される。
透明電極41を着色層43及びマルチギャップ部44の上層に設けることにより、樹脂から成る着色層43及びマルチギャップ部44を覆って液晶6の変質を防止することができる。
図15、図16はフォトスペーサ45を形成するフォトスペーサ形成工程を示している。図15に示すように、透明電極41上には透明樹脂55が塗布される。図16に示すように、透明樹脂55がフォトリソグラフィーによって所望のパターンに形成され、マルチギャップ部44上にフォトスペーサ45が形成される。これにより、反射部10a(図1参照)の液晶6の厚みを均一にする。
上記構成の液晶表示装置1において、半導体素子33のスイッチングによって画素電極10と対向電極23との間に電圧が印加され、各画素毎に液晶6に映像信号が書き込まれる。バックライト3を点灯するとバックライト3の出射光が透過部10bを透過して表示パネル2を照明する。バックライト3の消灯時には周囲の光が表示パネル2に入射し、反射部10aで反射して表示パネル2を照明する。これにより、画像を視認することができる。
本実施形態によると、着色層43を画素基板4に設けることにより画素基板4と対向基板5との位置合せのずれによる開口率の低下や歩留りの低下を防止して液晶表示装置1の高精細化を図ることができる。また、マルチギャップ部44が着色層43の上層を成して開口部43a内に連続して配され、開口部43aの周縁の内側にコンタクトホール44aを設けている。これにより、マルチギャップ部44の形成時に同時にコンタクトホール44aを形成できるとともに、コンタクトホール44a内に着色層43とマルチギャップ部44の段部が形成されない。
従って、工数削減及び導通不良防止による歩留り向上を図るとともに、反射照明時の明度を高くして開口率をより向上することができる。更に、開口部43aとコンタクトホール44aとを別の位置に設けると形成可能な最小の面積にしてもこれらの合計の面積が大きくなり、高精細化した際に着色面積が不足する。従って、開口部43a内にコンタクトホール44aを配置して反射照明時の彩度の低下を防止することができる。
これにより、前述の図21に示す従来例と比較して、反射照明時の表示パネル2の反射部10aの開口率が10%から14%に向上した。図20は本実施形態の液晶表示装置1を反射照明時の色度測定を行った結果を示す色度図である。図中、Aは本実施形態の色度を示し、Bは図21に示す従来例の色度を示し、CはNTSC信号の色度を示している。同図より明らかなように、本実施形態では開口率が向上しているため、従来例よりも明度及び彩度が向上する。
本発明は、液晶表示装置を用いたパーソナルコンピュータ等のOA機器、電子手帳や携帯電話機等の携帯情報端末機器、カメラ一体型VTR等に利用することができる。
本発明の実施形態の液晶表示装置を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置を示す平面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の透明樹脂層形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の透明樹脂層形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の反射電極形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の反射電極形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の反射電極の詳細を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の他の反射電極の詳細を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の更に他の反射電極の詳細を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の着色層形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の着色層形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程のマルチギャップ部形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程のマルチギャップ部形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の透明電極形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程のフォトスペーサ形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の製造工程の透明電極形成工程を示す断面図 本発明の実施形態の液晶表示装置の効果を説明する図 本発明の実施形態の液晶表示装置の効果を説明する図 本発明の実施形態の液晶表示装置の効果を説明する図 本発明の実施形態の液晶表示装置の色度図 従来の液晶表示装置を示す断面図
符号の説明
1 液晶表示装置
2 表示パネル
3 バックライト
4 画素基板
5 対向基板
6 液晶
10 画素電極
21、31 ガラス基板
23 対向電極
33 半導体層
35 ゲート絶縁膜
36 ゲート電極
37 層間絶縁膜
38 ソース電極
39 ドレイン電極
40 透明樹脂層
41 透明電極
42 反射電極
43 着色層
43a 開口部
44 マルチギャップ部
44a コンタクトホール
61、64 IZO膜
62 モリブデン膜
63 アルミニウム膜

Claims (5)

  1. 光を反射する反射電極及び光を透過する透明電極から成る画素電極を設けた画素基板と、前記画素電極に対向する対向電極を設けた対向基板との間に液晶を封入し、前記反射電極の反射光または前記透明電極の透過光により照明して画像を表示する液晶表示装置において、
    前記画素基板は、前記反射電極の上層を形成して光を着色するとともに前記反射電極上に形成される開口部を有する着色層と、前記着色層の上層を成して前記開口部内に連続して配されるとともに前記反射電極上方の液晶層の厚みを狭めるマルチギャップ部とを有して、前記マルチギャップ部及び前記着色層の上に前記透明電極を配して構成され、前記開口部の周縁よりも内側に配されるとともに前記透明電極と前記反射電極とを導通させるコンタクトホールを前記マルチギャップ部に設けたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記着色層及び前記マルチギャップ部が樹脂から成ることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記反射電極の下層に配される透明樹脂層を有し、前記反射電極は前記透明樹脂層と接したIZO膜を有する積層膜から成ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 光を反射する反射電極及び光を透過する透明電極から成る画素電極を設けた画素基板と、前記画素電極に対向する対向電極を設けた対向基板との間に液晶を封入し、前記反射電極の反射光または前記透明電極の透過光により照明して画像を表示する液晶表示装置の製造方法において、
    前記画素基板に前記反射電極を形成する反射電極形成工程と、光を着色するとともに前記反射電極上に形成される開口部を有した着色層を前記反射電極の上層に形成する着色層形成工程と、前記反射電極上方の液晶層の厚みを狭めるマルチギャップ部を前記開口部内を含む前記着色層の上層に形成するマルチギャップ部形成工程と、前記マルチギャップ部及び前記着色層の上層に前記透明電極を形成する透明電極形成工程とを有し、
    前記開口部の周縁よりも内側の前記マルチギャップ部に設けられるとともに前記透明電極と前記反射電極とを導通させるコンタクトホールを、前記マルチギャップ部形成工程で前記マルチギャップ部と同時に形成したことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記反射電極の下層に配される透明樹脂層を有し、前記反射電極は前記透明樹脂層と接したIZO膜を有する積層膜から成ることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法。
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