JP2006098756A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率の低下を防止して、表示品位の高い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】アレイ基板５０とカラーフィルタ基板３０間に液晶材料２０を挟んで対向配置して構成され、複数の画素を備える液晶パネル４０であって、前記アレイ基板５０には、各画素毎に形成される薄膜トランジスタ４と、透過電極１１と、該薄膜トランジスタ４と透過電極１１間に形成される平坦化膜６と、前記平坦化膜６を貫通する凹部に形成される前記薄膜トランジスタ４と透過電極１１とを接続するコンタクトパッド８が形成され、前記コンタクトパッド８は、透明部材であるフォトレジストによりコンタクトホール７が埋められている。
【選択図】図２

Description

本発明は、外光を反射する反射部を備えた半導体層と画素電極との電気的接続を行うコンタクト部を備えた液晶表示装置に係り、更に、詳述すれば、コンタクト部が窪んで穴が空いており、液晶層のセルギャップがコンタクト部の内周部と周辺部とで異なっている液晶表示装置に関する。

近年、情報通信機器のみならず一般の電気機器においても液晶表示装置の適用が急速に普及している。特に、携帯型のものについては消費電力を低減させるためにバックライトを必要とせず外光を反射させて画像を表示させる反射型の液晶表示装置が多く用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外光を光源とするために、暗い室内などでは見えにくくなってしまう。そこで、近年に至り特に透過型と反射型の性質を併せ持つ半透過型液晶装置の開発が進められている。

この半透過型液晶表示装置の特徴は、一つの画素内に透過電極を備えた透過部と反射電極を備えた反射部を有しており、暗い場所ではバックライトを点灯し、その光を透過する透過部を利用して画像表示し、明るい室外などではバックライトを点灯することなく反射部で外光を利用して画像を表示させるため、消費電力を大幅に減少することができるという利点を有している。

従来の半透過型液晶表示装置（特許文献１参照）のアレイ基板を図４の平面図、及び、図５の前記図４のＸ−Ｘ線に沿った位置における断面図に基づき説明する。

ガラス基板上１０１上には、それぞれの画素ごとにゲート電極Ｇ、補助容量電極Ｃｓが配置され、その表面を含むガラス基板１０１全体には窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１０２で被われ、次いでゲート電極Ｇの周囲に能動層１０３、ドレイン電極Ｄ，ソース電極Ｓ１が順次形成されてスイッチング素子であるＭＯＳ型の薄型トランジスタ素子１０４（以下、ＴＦＴ素子１０４という）が形成されている。

そして、ＴＦＴ素子１０４を被うように酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜からなる保護膜１０５が形成され、保護膜１０５上にスキャタリング層又は平坦化膜からなる層間膜１０６が形成される。この保護膜１０５と層間膜１０６には、ＴＦＴ素子１０４のソース電極Ｓ１の上方に画素電極である透過電極１１１とソース電極Ｓ１との電気的接続を行うためのコンタクトホール１０７が設けられ、ＴＦＴ素子１０４から離れた場所には層間膜１０６が取除かれた溝部が設けられる。そして、この溝部が透過部１０９に該当する。

保護膜１０５や層間膜１０６の上には透過電極１１１が積層される。この透過電極１１１の材料としてＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide) を一画素全体に積層し、その透過電極１１１上の透過部１０９を除いた部分に反射電極１１０用の材料を積層させる。この反射電極１１０を積層させた部分が反射部１１２である。図に記載のものでは、反射電極１１０の材料に、一般的に広く用いられているＡｌに換えて高価なＡｇを用いている。その理由として、ＩＴＯとＡｌとはその間にＴｉを介在させないとオーミックな接触を形成しないためＴｉ膜形成の工程を要するが、ＩＴＯとＡｇは良好なオーミックな接触を形成するので、工程が少なくてすむからである。透過電極１１１はコンタクトホール１０７の部分でソース電極Ｓ１と電気的に接続されている。

アレイ基板１００と対向してカラーフィルタ基板１３０が配置され、アレイ基板１００とカラーフィルタ基板１３０との間（セルギャップ）に液晶材料１２０が挟持されている。このセルギャップは、反射部１１２と透過部１０９の領域の各々で、セルギャップが均一になるように柱状スペーサ１３３が、カラーフィルタ基板１３０上に形成されている。

カラーフィルタ基板１３０は、ガラス基板１３１上にカラーフィルタやＩＴＯからなる共通電極１３２が形成されている。このアレイ基板１００、カラーフィルタ基板１３０、液晶材料１２０などにより液晶パネル１４０が構成されている。

アレイ基板１００の下方には図示していないが、周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置され、このバックライト装置から透過した透過光は透過部１０９を通過し、外光は反射部１１２で反射される。この透過部１０９と反射部１１２を同一画素内に有するアレイ基板１００と液晶材料１２０、カラーフィルタ基板１３０と、バックライト装置などが組み合わされて半透過型液晶表示装置となる。
特開２００４−１４４９６５号公報

反射部１１２の領域のセルギャップｄｒは、液晶材料１２０の種類や両極間１１１，１３２に印加する駆動電圧などの条件により、カラーフィルタ基板１３０側から入射した外光の反射率が最も大きくなる最良の間隔となるように設定している。

しかしながら、コンタクトホール１０７は図４に示したように凹部になっており、この部分のセルギャップｄｃ2はｄｒの約２倍のギャップ長となっている。そのため、コンタクトホール１０７の部分でリタデーション値（△ｎ・ｄ（△ｎは屈折率異方性、ｄはセルギャップ））が異なることになり、コンタクトホール１０７の部分で反射率が低下し、表示品質が低下することがわかった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、コンタクトホール１０７の部分で反射率の低下が生じないように工夫した液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第1発明は、対向面側にそれぞれ液晶駆動用の電極を備える２枚の基板（アレイ基板５０、カラーフィルタ基板３０）が液晶層（液晶材料２０）を挟んで対向配置して構成され、複数の画素を備える液晶表示装置（液晶パネル４０）であって、前記基板の一方側（アレイ基板５０）には、各画素毎に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子４）と、画素電極（透過電極１１）と、該薄膜トランジスタと画素電極間に形成される層間膜（平坦化膜６）と、前記層間膜（平坦化膜６）を貫通する凹部（コンタクトホール７）に形成される前記薄膜トランジスタと画素電極とを接続するコンタクト部（コンタクトパッド８）とを備え、前記コンタクト部（コンタクトパッド８）は、透明部材（フォトレジスト）により凹部（コンタクトホール７）が埋められていることを特徴とする液晶表示装置（液晶パネル４０）である。

本発明の他の態様では、前記第１発明において、前記凹部（コンタクトホール７）を埋める透明部材（フォトレジスト）よりなる穴埋め部（穴埋め部１６）は、前記コンタクト部（コンタクトパッド８）の周辺のセルギャップ（ｄｒ）と、前記穴埋め部の位置のセルギャップ（ｄｃ１）が略同じ高さになるように形成されたことを特徴とする液晶表示装置（液晶パネル４０）である。

本発明の他の態様では、前記第１発明において、前記２枚の基板間（アレイ基板５０、カラーフィルタ基板３０）のセルギャップを一定に保つための柱状スペーサ（柱状スペーサ１５）を更に備え、前記凹部（コンタクトホール７）を埋める透明部材（フォトレジスト）よりなる穴埋め部（穴埋め部１６）は、前記柱状スペーサ（柱状スペーサ１５）と同じ工程で形成されたことを特徴とする液晶表示装置（液晶パネル４０）である。

本発明の他の態様では、前記第１発明において、前記画素電極（透過電極１１）には、前記他方側（カラーフィルタ基板３０）の基板から入射された光を反射する反射領域（反射部１２）が重畳して形成され、前記コンタクト部（コンタクトパッド８）は前記反射領域（反射部１２）に形成されていることを特徴とする液晶表示装置（液晶パネル４０）である。

本発明の他の態様では、前記第１発明において、前記画素電極（透過電極１１）に重畳した前記他方側の基板（カラーフィルタ基板３０）から入射された光を反射する反射領域（反射部１２）と、前記他方側の基板（カラーフィルタ基板３０）から入射された光を透過する透過領域（透過部９）とを備え、前記コンタクト部（コンタクトパッド８）は前記反射領域（反射部１２）に形成されていることを特徴とする液晶表示装置（液晶パネル４０）である。

本発明によれば液晶表示装置において、反射率の低下を防止して、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施をするための好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して説明する。図１は液晶表示装置の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

ガラス基板上１上には、ポリシリコン膜からなる能動層３が形成され、その表面を含むガラス基板１全体には窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜２で被われ、その上の前記能動層３に重なる部位にゲート電極Ｇ、補助容量電極Ｃｓが配置されている。そして、能動層３のドレイン電極Ｄ，ソース電極Ｓ１及びゲート電極Ｇによりスイッチング素子であるＭＯＳ型の薄型トランジスタ素子４（以下、ＴＦＴ素子４という）が形成されている。

前記ＴＦＴ素子４を被うように酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜５が形成され、層間絶縁膜５上に平坦化膜６が形成される。この層間絶縁膜５を貫いて、ソース電極Ｓ１と電気的に接続されたモリブデンを材料として形成されたメタルパッド１３が形成される。また、前記平坦化膜６には、ＴＦＴ素子４のソース電極Ｓ１の上方に画素電極である透過電極１１とソース電極Ｓ１との電気的接続を行うための略八角形の形状に窪んだコンタクトホール７が設けられる。該コンタクトホール７には、クロムなどの高融点金属で形成されたコンタクトパッド８が形成され、前記コンタクトパッド８は前記メタルパッド１３と電気的に接続される。

ＴＦＴ素子４から離れた場所には平坦化膜６が取除かれた溝部が設けられる。そして、この溝部が透過部９に該当する。

平坦化膜６の上で、透過部９及びコンタクトホール７を除いた部分に反射膜１０用の材料（Ａｌ）を積層させる。この反射膜１０を積層させた領域が反射部１２である。そして、反射部１２（コンタクトホール７を含め）及び透過部９全体にＩＴＯ（もしくは、ＩＺＯ（Indium-Zinc-Oxide））を積層する。この透明材料層はコンタクトホール７の部分でメタルパッド１３を介してソース電極Ｓ１と電気的に接続され、この透明材料層が透明電極１１として機能する。

アレイ基板５０と対向してカラーフィルタ基板３０が配置され、アレイ基板５０とカラーフィルタ基板３０との間（セルギャップ）に液晶材料２０が挟持されている。このセルギャップは、平坦化膜６の厚さが約２μｍあるため反射部１２で約２μｍ、透過部９で約４μｍの間隔に形成される。そして、コンタクトホール７の部分は、平坦化膜６の厚さ２μｍが加わって約４μｍのセルギャップとなる。本実施形態では各画素でセルギャップが均一になるように柱状スペーサ１５が、アレイ基板５０上に形成されている。

１６は、前記コンタクトホール７に形成された穴埋め部であり、前記柱状スペーサ１５と同じフォトレジストを材料として、同じ工程でフォトリソグラフィー法により作成される。即ち、スピンコート法によりフォトレジストをアレイ基板５０上に塗布する。フォトレジストはコンタクトホール７の窪みに引っ張られて、コンタクトホール７のところでは図のようにフォトレジスト自体も窪む。そして、柱状スペーサ１５と穴埋め部１６の部分が残るように露光すれば、同一工程で、穴埋め部１６と柱状スペーサ１５を形成することができる。

コンタクトホール７に形成された穴埋め部１６の表面との間のセルギャップｄｃ1は、穴埋め部１６の周辺のセルギャップｄｒとほぼ同じ程度の間隔に形成されている。このようにセルギャップｄｃ1とｄｒがほぼ同じ程度の間隔に形成されているので、リタデーション値はセルギャップｄｒとｄｃ１とで同じ程度の値となるため、コンタクトホール７の部分で反射率の低下が生じることを防止することができる。

また、カラーフィルタ基板３０は、ガラス基板３１上にカラーフィルタやＩＴＯからなる共通電極３２が形成されている。このアレイ基板５０、カラーフィルタ基板３０、液晶材料２０により液晶パネル４０が構成されている。

アレイ基板５０の下方には図示していないが、周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置され、このバックライト装置から透過した透過光は透過部９を通過し、外光は反射部１２で反射される。この透過部９と反射部１２を同一画素内に有するアレイ基板５０と液晶材料２０、カラーフィルタ基板３０と、バックライト装置などが組み合わされて半透過型液晶表示装置を構成する。

図３は、本発明の他の実施形態を示す図であり、図２と同様に図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示した図である。

この図３の実施形態では、ＩＴＯよりなる透過電極１１が穴埋め部１６を覆って形成されている。即ち、柱状スペーサ１５と穴埋め部１６を形成する工程が透過電極１１を形成する工程の前に行われる。

図３からわかるようにコンタクトパッド８と透過電極１１間の電気的な接続を確実に行うために、透過電極１１とコンタクトパッド８との接触面積は図２に示した例よりも広く取られている。

本実施形態では、穴埋め部１６と柱状スペーサ１５を同じ工程で形成しているが、別工程で形成してもよい。

また、本実施形態では、アレイ基板５０として、トップゲートタイプのＴＦＴ素子を記載したが、これに限定されることなく、ボトムゲートタイプのＴＦＴ素子を採用した液晶表示装置であっても適用できる。また、半透過型に限らず、反射型／透過型の液晶表示装置に適用することも可能である。また、反射部１２と透過部9とでセルギャップを異ならせるため方法として、本実施形態では透過部９の部分の平坦化膜６を取り除く方法を採用した例を記載したが、これに限らず、カラーフィルタ基板３０側の反射部１２の部分にレジストでセルギャップ調整層を形成する方法を採用してもよい。

各種電子機器に搭載される液晶表示装置に採用することができる。

本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の概略平面図である。 本発明の実施形態にかかる図１のＡ−Ａ線に沿った位置における液晶表示装置の概略断面構成を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す説明図である。 従来の液晶表示装置を説明するための概略構成を示す平面図である。 図４のＸ−Ｘ線に沿った位置における半透過型液晶表示装置の概略断面構成を示す図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ ゲート絶縁膜
３ 能動層
４ ＴＦＴ素子
５ 層間絶縁膜
６ 平坦化膜
７ コンタクトホール
８ コンタクトパッド
９ メタルパッド
１０ 反射膜
１１ 透過電極
１２ 反射部
１３ メタルパッド
１５ 柱状スペーサ
１６ 穴埋め部
２０ 液晶材料
３０ カラーフィルタ基板
３１ ガラス基板
３２ 透過電極
４０ 液晶パネル
５０ アレイ基板
１００ アレイ基板
１０１ ガラス基板
１０２ ゲート絶縁膜
１０３ 能動層
１０４ ＴＦＴ素子
１０５ 保護膜
１０６ 層間膜
１０７ コンタクトホール
１０９ 透過部
１１０ 反射電極
１１２ 反射部
１３０ カラーフィルタ基板
１３１ ガラス基板
１３２ 共通電極
１３３ 柱状スペーサ
Ｇ ゲート電極
Ｇｌ ゲート配線
Ｄ ドレイン電極
Ｓ１ ソース電極
Ｃｓ 補助容量電極

Claims (5)

1. 対向面側にそれぞれ液晶駆動用の電極を備える２枚の基板が液晶層を挟んで対向配置して構成され、複数の画素を備える液晶表示装置であって、
   前記基板の一方側には、各画素毎に形成される薄膜トランジスタと、画素電極と、該薄膜トランジスタと画素電極間に形成される層間膜と、前記層間膜を貫通する凹部に形成される前記薄膜トランジスタと画素電極とを接続するコンタクト部とを備え、
   前記コンタクト部は、透明部材により凹部が埋められていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記凹部を埋める透明部材よりなる穴埋め部は、前記コンタクト部の周辺のセルギャップと、前記穴埋め部の位置のセルギャップが略同じ高さになるように形成された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２枚の基板間のセルギャップを一定に保つための柱状スペーサを更に備え、前記凹部を埋める透明部材よりなる穴埋め部は、前記柱状スペーサと同じ工程で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記画素電極には、前記他方側の基板から入射された光を反射する反射領域が重畳して形成され、前記コンタクト部は前記反射領域に形成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。
5. 前記画素電極に重畳した前記他方側の基板から入射された光を反射する反射領域と、前記他方側の基板から入射された光を透過する透過領域とを備え、前記コンタクト部は前記反射領域に形成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。