JP2006317516A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ソース配線2からの漏れ電界による液晶300の配向の乱れを低減すると共に、開口率が大きく、かつ、製造工程を増加することなくソース配線2と対向電極6との短絡が発生しにくい液晶表示装置及びその製造方法を得る。
【解決手段】 ソース配線2より下層にゲート絶縁膜8を介して、ソース配線2に沿って配置された第1の電極パターン11と、ソース配線2より上層に層間絶縁膜9を介して、ソース配線2に沿って、且つ前記ソース配線2に実質的に重なり合わない位置に配置された第2の電極パターン12とによって、ソース配線2からの漏れ電界を上下層に配置された電極パターン11、12により効果的に遮蔽する。また、第1の電極パターン11はゲート配線1と、第2の電極パターン12は対向電極6と同一層の導電膜で形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、横方向電界(In−Plane−Switching、以下IPSと記載)方式のアクティブマトリクス型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。
近年、アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、液晶に印加する電界の方向を基板に対して平行な方向とするIPS方式が、主に超広視野角を得る手法として用いられている。この方式を採用すると、視角方向を変化させた際のコントラストの変化、階調レベルの反転がほとんど無くなることが明らかにされている(例えば特許文献1参照)。
図9(a)は、従来の一般的なIPS方式の液晶表示装置の画素部を示す平面図で、図9(b)は、そのA−A断面図である。液晶表示装置は、TFTアレイ基板100と、対向基板200と、その間に注入された液晶300などから構成される。TFTアレイ基板100は、ガラス基板等の透明絶縁性基板92上に形成された複数本の走査信号線であるゲート配線1と、保持容量を形成する共通配線3と、これとゲート絶縁膜8を介して交差する信号電圧を供給する複数本のソース配線2と、ソース配線2と平行に設けられた複数本の櫛状の画素電極5と、画素電極5と平行かつ交互に配置された複数本の櫛状の対向電極6と、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと記載)からなるスイッチング素子を形成する半導体膜7、ドレイン電極4、ソース電極91と、層間絶縁膜9などから構成される。
スイッチング素子がOFFで、画素電極5と対向電極6の間に液晶300を駆動する電圧が保持容量により保持された状態において、ソース配線2に他の画素の異なる信号電圧が印加されると、その電圧によってソース配線2から漏れ電界が発生し、ソース配線2近傍の液晶300の配向状態を変えてしまう。このため、ソース配線2方向にクロストーク等の表示不良を引き起こしていた。この従来例では、液晶300の配向の乱れた領域の表示への影響を低減するために、ソース配線2に隣接する対向電極6が電界遮蔽電極としても機能するように、ソース配線2に隣接する対向電極6の幅は他の部分の対向電極6より広く形成している。結果として、ソース配線2近傍の光透過に寄与しない領域の幅L1が広くなり、画素開口率が低くなるという問題点があった。
このような問題点を解決するために、図10(a)、(b)に示す構造が提案されている。図10(a)は、従来のIPS方式の液晶表示装置の画素部を示す平面図で、図10(b)は、そのB−B断面図である。この構造では、画素電極5と対向電極6は層間絶縁膜9上に形成されている。ゲート絶縁膜8と層間絶縁膜9を同一工程でエッチングすることで、共通配線3と対向電極6、および、ドレイン電極4と画素電極5の電気接続を行うコンタクトホール10が形成されている。対向電極6はソース配線2を覆い、両者が重なり合うように配置されている。
このような構成では、ソース配線2に隣接する対向電極6が電界遮蔽電極としても機能して、ソース配線2から発生する漏れ電界を効果的に遮蔽するため、液晶300の配向状態の乱れを低減することができる。このため、光の透過を制限する幅L2を狭くでき、画素開口率を大きくすることができる(例えば特許文献2参照)。
特開平8−254712号公報 特開2003−307741号公報
しかしながら、図10に示される構造では、ソース配線2と対向電極6とが重なり合う構成をとるため、層間絶縁膜9の欠陥などによって、ソース配線2と対向電極6との短絡が発生しやすいという問題があった。
この短絡防止のために、層間絶縁膜9を複数回に分けて成膜するなど、製造工程の追加を行うことで短絡を大幅に低減することが可能であるが、製造工程の増加を招く問題点があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ソース配線2からの漏れ電界を効率的に遮蔽することで、液晶配向の乱れを低減すると共に、画素開口率を大きくでき、かつ、製造工程を増加することなく、ソース配線2と対向電極6との短絡が発生しにくい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。
本発明にかかる液晶表示装置は、ソース配線より下層に第1の絶縁膜を介してソース配線に沿って第1の電極パターンを配置し、かつ、ソース配線より上層に第2の絶縁膜を介してソース配線に沿って第2の電極パターンをソース配線と実質的に重なり合わない位置に配置して、ソース配線からの漏れ電界を上下層に配置された電極パターンにより効果的に遮蔽することを特徴としたものである。
本発明によれば、製造工程を増加することなく画素開口率が高く、かつ、ソース配線からの漏れ電界の影響による液晶配向の乱れを低減することができる液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。
実施の形態1.
図1(a)、(b)に 実施の形態1にかかるアレイ基板の画素部の平面図およびソース配線近傍のC−C断面図を示す。ソース配線2に沿って第1の電極パターンを示す第1電界遮蔽電極11と、第2の電極パターンを示す第2電界遮蔽電極12が設けられている。図中で他の同一番号は従来例と同一である。
図1(a)において、ガラス基板等の透明絶縁性基板上に、ゲート配線1と共通配線3、および、共通配線3と一体化された第1電界遮蔽電極11が同一層の導電膜で形成され、その上層に第1の絶縁膜であるゲート絶縁膜8が設けられる。次に、TFTを形成する半導体膜7の形成後、ソース配線2、ソース電極91、ドレイン電極4が形成され、その上層に第2の絶縁膜である層間絶縁膜9が設けられる。その後、ゲート絶縁膜8と層間絶縁膜9を同一工程でエッチングすることで、共通配線3と対向電極6、および、ドレイン電極4と画素電極5の電気接続を行うコンタクトホール10が形成される。最後に画素電極5と対向電極6、および、対向電極6と一体化された第2電界遮蔽電極12が同一層の導電膜で形成される。
本実施の形態では、第1電界遮蔽電極11は、ゲート配線1とソース配線2の交差部およびその近傍を除いたソース配線2に沿って、ソース配線2の幅方向の全てに重なり合うように配置される。第2電界遮蔽電極12は、ソース配線2に沿って配置し、かつ、ソース配線2と実質的に重なり合わないように配置される。
ここで図1(b)を用いて、本実施の形態について更に詳しく説明する。図1(b)において、第1電界遮蔽電極11はソース配線2よりも幅広であり、ゲート絶縁膜8を介して両者は重なり合う構成をとる。第2電界遮蔽電極12はソース配線2の上層に層間絶縁膜9を介して設けられ、両者は実質的に重なり合わない構成をとる。
なお、本明細書において、実質的に重なり合わないとは、完全に全ての部分で重なり合わないことのみを意味するものではなく、発明の効果を損なわない範囲であれば、一部に重なり合う部分があってもよいことを意味するものとする。
本構成にすることで、ソース配線2からの漏れ電界Eの一部は第1電界遮蔽電極11の側に引き込まれることになり、第2電界遮蔽電極12で遮蔽すべき漏れ電界Eは減少する。よって第2電界遮蔽電極12の幅を小さく設計することができ、ソース配線2近傍の光透過に寄与しない領域を小さくすることができる。その結果、画素開口率を向上させることができる。
また、第2電界遮蔽電極12とソース配線2は実質的に重なり合わない構成をとるため、図10の従来例で懸念されるような、層間絶縁膜9の欠損等に起因するソース配線2と第2電界遮蔽電極12との短絡は殆どなく、歩留まりの向上が可能となる。
また、短絡の対策として層間絶縁膜9を複数層に分けて成膜する等の製造工程の追加も必要なく、高い生産性が期待できる。
一方、ゲート絶縁膜8は、従来においてもゲート配線1とTFTを形成する半導体膜7との短絡を防止するために厚膜化、または、複数層に分けて成膜する等の短絡防止策がとられているので、ソース配線2と第1電界遮蔽電極11との短絡の発生は殆どない。
なお、本実施の形態では、第1電界遮蔽電極11は共通電極3、対向電極6および第2電界遮蔽電極12と同じ電位としている。第1電界遮蔽電極11と第2電界遮蔽電極12は、スイッチング素子がOFFで液晶を駆動する電圧の保持期間中は、一定の電位とすることが望ましい。
第1電界遮蔽電極11から液晶への漏れ電界はゲート絶縁膜8と層間絶縁膜9の影響で、第2電界遮蔽電極12からの漏れ電界とは多少異なる強度となる。よって、液晶を駆動する漏れ電界としては、第2電界遮蔽電極12の影響が支配的となるように、第1電界遮蔽電極11のソース配線2に対する幅方向の遠端M1、M2は、第2電界遮蔽電極12のソース配線2に対する幅方向の遠端M3、M4よりも幅方向に突出しないように、ソース配線2に近い側に配置することが望ましい。
さらに、本実施の形態では、第1電界遮蔽電極11はゲート配線1と同一層の導電膜で形成される共通配線3と一体化されて構成されているので製造工程が増えることはない。第2電界遮蔽電極12も画素電極5と同一層の導電膜で形成される対向電極6と一体化されて構成されているので、製造工程が増えることはない。
また、本実施の形態では、同一層で形成される画素電極5、対向電極6、第2電界遮蔽電極12をITOなどの透明導電膜で形成すれば、光透過率をさらに向上することができ、実効的な画素開口率を向上させる効果を得ることができる。
次に、本発明の実施の形態1にかかる液晶表示装置の製造プロセスフローについて、図2を用いて説明する。
まず、図2(a)に示すように、絶縁性基板上にCr、Al、Ta、Ti、Mo、W、Ni、Cu、Au、Ag等やそれらを主成分とする合金、またはITO等の透明導電膜、またはそれらの多層膜をスパッタ法や蒸着法等により成膜後、写真製版と微細加工技術により、ゲート電極1、共通配線3、第1電界遮蔽電極11を形成する。
次に、図2(b)に示すように、窒化シリコン、酸化シリコン等よりなるゲート絶縁膜8、非晶質シリコン、多結晶ポリシリコン等よりなる半導体膜7、P等の不純物を高濃度にドーピングしたn型非晶質シリコン、n型多結晶シリコン等からなるコンタクト膜90を、プラズマCVD、常圧CVD、減圧CVD法等で成膜する。なお、ゲート絶縁膜8は、ピンホール等の膜欠損発生による短絡を防止するために、複数回に分けて成膜することが好ましい。次いで、写真製版、エッチングにより、コンタクト膜90および半導体膜7を島状に加工する。
次に、図2(c)に示すように、Cr、Al、Ta、Ti、Mo、W、Ni、Cu、Au、Ag等やそれらを主成分とする合金、またはITO等の透明導電膜、またはそれらの多層膜をスパッタ法や蒸着法等により成膜後、写真製版と微細加工技術により、ソース配線2、ソース電極91、ドレイン電極4を形成する。さらに、TFTのチャネルを形成する部位のコンタクト膜90をソース電極91、ドレイン電極4、あるいはそれらを形成する際にパターニング処理されたフォトレジストをマスクとしてエッチングする。
次いで、図2(d)に示すように、窒化シリコン、酸化シリコン等の無機絶縁膜または有機樹脂等からなる第2の絶縁膜である層間絶縁膜9を形成する。その後、写真製版とエッチングによりコンタクトホール10を形成する。
最後に、図2(e)に示すように、Cr、Al、Ta、Ti、Mo、W、Ni、Cu、Au、Ag等やそれらを主成分とする合金、またはITO等の透明導電膜、またはそれらの多層膜をスパッタ法や蒸着法等により成膜後、写真製版と微細加工技術により、画素電極5、対向電極6、第2電界遮蔽電極12を形成する。
以上の工程により、本実施の形態におけるIPS方式の液晶表示装置を構成するTFTアレイ基板を作製することができる。
このようにして作製されたTFTアレイ基板は、その後のセル工程において配向膜を塗布し、ラビング等の手法を用いて一定の方向に配向処理を施す。同様に、TFTアレイ基板と対向する対向基板にも配向膜を塗布し、ラビング等の手法を用いて一定の方向に配向処理を施す。これらのTFTアレイ基板と対向基板とを互いの配向膜が向き合うように、所定の間隔を持って重ね合わせ、基板周縁部をシール材にて接着し、両基板間に液晶を注入して封止する。このようにして形成した液晶セルの両面に偏光板を貼り付けた後、駆動回路を接続、最後にバックライトユニットを取り付けることにより、液晶表示装置を作製する。
実施の形態2.
図3(a)、(b)に実施の形態2にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のD−D断面図を示す。実施の形態1と異なるのは、第1電界遮蔽電極11がソース配線2の幅方向の全面にあるのではなく、ソース配線2の幅方向の一部である辺付近のみで重なり合っている点である。基本的な動作、作用は実施の形態1と同じである。
実施の形態1に比較すると、ソース配線2から液晶への漏れ電界Eの引き込み効果は同様に有しており、第1電界遮蔽電極11はソース配線2との重なり面積が少ないので、ソース配線2との短絡がさらに低減できるだけでなく、ソース配線2の寄生容量を実施の形態1より抑制することができる。
実施の形態3.
図4(a)、(b)に実施の形態3にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のE−E断面図を示す。実施の形態1と異なるのは、第1電界遮蔽電極11がソース配線2の幅方向の全面にあるのではなく、ソース配線2とは重なり合わないようにソース配線2に沿って配置されている点である。基本的な動作、作用は実施の形態1と同じである。
実施の形態1および2に比較すると、ソース配線2から液晶への漏れ電界Eの引き込み効果は同様に有しており、第1電界遮蔽電極11はソース配線2と重なり合わないので短絡が殆どなく、ソース配線2の寄生容量を実施の形態1および2より抑制することができる。
実施の形態4.
図5(a)、(b)に実施の形態4にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のF−F断面図を示す。本実施の形態では第1電界遮蔽電極11はゲート配線1と一体化されて構成され、ソ-ス配線2に沿ってソース配線2の幅方向の全てにおいて重なり合うように配置されている。さらに、第2電界遮蔽電極12は対向電極6と一体化されて構成され、ソース配線2に沿ってソース配線2の上層に層間絶縁膜9を介してソース配線2と重なり合わないように配置されている。ここで、実施の形態1と異なるのは、保持容量の構成がゲート配線1と画素電極5との間に保持容量を形成するCSオンゲートの構成であり、共通配線3がない点である。
次に動作について説明する。第1電界遮蔽電極11はゲート電極1の電位であり、第2電界遮蔽電極12は対向電極6の電位である。ここで、第1電界遮蔽電極11の電位は対向電極6の電位ではないが、ソース配線2から液晶への漏れ電界Eの引き込み効果は実施の形態1と同様に有している。さらに、第2電界遮蔽電極12が設けられているので、ソース配線2からの漏れ電界Eを遮蔽する効果は、実施の形態1と殆ど変わらない。
また、第1電界遮蔽電極11は対向電極6の電位と異なるが、液晶の配向状態に与える漏れ電界の影響は、全画素において一定の同じ大きさの漏れ電界であるのでクロストーク等の表示不良は引き起こさない。
よって、画素開口率を向上させ、かつ、歩留まりの高い液晶表示装置を得ることができる。更にCSオンゲートの構成をとることで、共通配線3が不要となり、その部分を表示領域として使用することが可能となり、更なる画素開口率の向上を実現できる。
なお、本実施の形態では第1電界遮蔽電極11を隣接画素のゲート配線1と一体化した構成を説明したが、第1電界遮蔽電極11を自画素のゲート配線1と一体化した場合においても同様の効果を得ることができる。
実施の形態5.
図6(a)、(b)に発明の実施の形態5にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のG−G断面図を示す。実施の形態4と異なるのは、第1電界遮蔽電極11がソース配線2の幅方向の全面にあるのではなく、ソース配線2の幅方向の一部である辺付近のみで重なり合っている点である。
実施の形態4に比較すると、ソース配線2から液晶への漏れ電界Eの引き込み効果は同様に有しており、第1電界遮蔽電極11はソース配線2との重なり面積が少ないので、ソース配線2との短絡がさらに低減できるだけでなく、ソース配線2の寄生容量を実施の形態4より抑制することができる。
実施の形態6.
図7(a)、(b)に発明の実施の形態6にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のH−H断面図を示す。実施の形態4と異なるのは、第1電界遮蔽電極11がソース配線2の幅方向の全面にあるのではなく、ソース配線2とは重なり合わないようにソース配線2に沿って配置されている点である。
実施の形態4および5に比較すると、ソース配線2から液晶への漏れ電界Eの引き込み効果は同様に有しており、第1電界遮蔽電極11はソース配線2と重なり合わないので短絡が殆どなく、ソース配線2の寄生容量を実施の形態4および5より抑制することができる。
実施の形態7.
図8(a)に発明の実施の形態7にかかる液晶表示装置の画素部の平面図およびソース配線近傍のJ−J断面図を示す。本実施の形態では第1電界遮蔽電極11はゲート配線1と一体化されて構成され、ソ-ス配線2に沿ってソース配線2の幅方向の全てにおいて重なり合うように配置されている。さらに、第2電界遮蔽電極12は対向電極6と一体化されて構成され、ソース配線2に沿ってソース配線2の上層に層間絶縁膜9を介してソース配線2と実質的に重なり合わないように配置されている。
実施の形態4と異なるのは、CSオンゲートの構成ではなく、保持容量を形成する共通配線3が別途設けられている点である。基本的な動作と効果は実施の形態4と同じである。
以上の実施の形態では、第1電界遮蔽電極11はゲート配線1または共通配線3と一体化された構成として、また、第2電界遮蔽電極12は対向電極6と一体化された構成として同一層の導電膜で形成される場合を示したが、これらとはそれぞれ独立した電極パターンとして同一層の導電膜で形成しても良い。または、別の層として別途形成してもよい。
この発明の実施の形態1を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のC−C断面図である。 この発明の実施の形態1を示す液晶表示装置の製造プロセスフローである。 この発明の実施の形態2を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のD−D断面図である。 この発明の実施の形態3を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のE−E断面図である。 この発明の実施の形態4を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のF−F断面図である。 この発明の実施の形態5を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のG−G断面図である。 この発明の実施の形態6を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のH−H断面図である。 この発明の実施の形態7を示す液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のJ−J断面図である。 従来のIPS方式の液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のA−A断面図である。 従来のIPS方式のその他の液晶表示装置の画素部を示す平面図とソース配線近傍のB−B断面図である。
符号の説明
1 ゲート配線
2 ソース配線
3 共通配線
4 ドレイン電極
5 画素電極
6 対向電極
7 半導体膜
8 ゲート絶縁膜
9 層間絶縁膜
10 コンタクトホール
11 第1電界遮蔽電極
12 第2電界遮蔽電極
90 コンタクト膜
91 ソース電極
92 透明絶縁性基板
100 TFTアレイ基板
200 対向基板
300 液晶

Claims (12)

  1. 対向して配置された一対の絶縁性基板に挟持された液晶層と、
    前記絶縁性基板の一方の基板上に形成された複数のゲート配線と、
    前記複数のゲート配線と第1の絶縁膜を介して交差して形成された複数のソース配線と、
    前記複数のゲート配線と前記複数のソース配線との各交差部に形成されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に接続された画素電極と、
    前記画素電極との間で前記絶縁性基板に略平行な方向に電界を印加すべく前記画素電極に対向して形成された対向電極と、
    前記ソース配線より下層において前記第1の絶縁膜を介して、前記ソース配線に沿って形成された第1の電極パターンと、
    前記ソース配線より上層において第2の絶縁膜を介して、前記ソース配線に沿って、且つ前記ソース配線と実質的に重なり合わないように形成された第2の電極パターンと、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第1の電極パターンは、前記ソース配線に沿って、且つ前記ソース配線の幅方向の全てにおいて、重なり合うように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。
  3. 前記第1の電極パターンは、前記ソース配線に沿って、且つ前記ソース配線の幅方向の一部において、重なり合うように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。
  4. 前記第1の電極パターンは、前記ソース配線に沿って、且つ前記ソース配線と重なり合わないように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。
  5. 前記第1および第2の電極パターンは、前記ソース配線の幅方向の両側に形成されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記第1の電極パターンは、前記ゲート配線と同一層の導電膜で形成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記第2の電極パターンは、前記対向電極と同一層の導電膜で形成されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記第1または第2の電極パターンは、前記対向電極の電位であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 前記第1の電極パターンの前記ソース配線に対する幅方向の遠端は、第2の電極パターンのソース配線に対する幅方向の遠端よりも幅方向に突出しないことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の液晶表示装置。
  10. 対向して配置された一対の絶縁性基板に挟持された液晶層と、
    前記絶縁性基板の一方の基板上に形成された複数のゲート配線と、
    前記複数のゲート配線と第1の絶縁膜を介して交差して形成された複数のソース配線と、
    前記複数のゲート配線と前記複数のソース配線との各交差部に形成されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に接続された画素電極と、
    前記画素電極との間で前記絶縁性基板に略平行な方向に電界を印加すべく前記画素電極に対向して形成された対向電極と、
    を備えた液晶表示装置の製造方法であって、
    前記ソース配線より下層において前記第1の絶縁膜を介して、前記ソース配線に沿って第1の電極パターンを形成する工程と、
    前記ソース配線より上層において第2の絶縁膜を介して、前記ソース配線に沿って、且つ前記ソース配線と実質的に重なり合わないように第2の電極パターンを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  11. 前記第1の電極パターンは、前記ゲート配線と同一層の導電膜で形成することを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記第2の電極パターンは、前記対向電極と同一層の導電膜で形成することを特徴とする請求項10または11に記載の液晶表示装置の製造方法。

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