JP2013080231A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを削減するとともに歩留まりを向上し、かつプロセス設計が容易である液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】液晶表示装置１において、半導体層ＡＳＩと半導体層ＡＳＩの液晶材側の面に形成された金属層Ｍとの積層部分であり、かつ画素電極ＭＩＴの液晶材側の面に重なる部分である重なり部５０を含むソース電極ＳＤ２を有し、第２の絶縁層ＰＡＳ２は、ソース電極ＳＤ２の液晶材側の面から重なり部の５０端部、及び画素電極ＭＩＴの一部を開口するように形成されており、ソース電極ＳＤ２の液晶材側の面から重なり部５０の端部上、及び画素電極ＭＩＴ上に、ソース電極ＳＤ２の液晶材側の面から重なり部５０の端部、及び画素電極ＭＩＴを導通させる導体膜７０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関する。

従来、テレビ等に用いられる液晶表示装置には、画素毎に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を設け、このスイッチング素子のスイッチング動作によって所望の画素の駆動を制御するものがある。このような液晶表示装置は薄膜トランジスタが形成されたＴＦＴ基板と、カラーフィルタが形成された対向基板との間に液晶材を保持する液晶表示パネルを有している。
このＴＦＴ基板と対向基板のうち、ＴＦＴ基板は、製造するために通常６〜８枚のフォトマスクを用いている。このフォトマスクを用いた露光処理、およびそれに関連する現像、剥膜、エッチング処理は、製造コストを増加させる要因となっている。すなわち、多数のフォトマスクを用いると液晶表示装置の製造コストを増加させてしまうことになる。そこで、製造コストを削減するため、液晶表示装置の製造に用いるフォトマスクを５枚あるいは４枚に削減するようにした液晶表示装置およびその製造方法が望まれている。

ところで、液晶表示装置には、ソース電極、画素電極および半導体層が同一層に存在し、ソース電極と画素電極とがコンタクトホールを介さずに直接導通接続する構成のものがある。
このような構成の液晶表示装置は、その製造過程で発生する不良のなかで、映像信号線の断線不良が多い。すなわち、映像信号線の断線不良が液晶表示装置の製造における歩留まりを低下させているという問題があった。

このような映像信号線の断線不良の要因としては、映像信号線の形成後に画素電極を形成した場合、画素電極を形成する際に用いられるエッチング液の浸み込みによって、映像信号線が溶解されてしまうことがあげられる。そこで上述した問題を解消するため、フォトマスク数を削減し、かつ映像信号線の断線不良を低減させる液晶表示装置およびその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された液晶表示装置およびその製造方法は、ハーフ露光技術を用いた一括エッチング処理を行うことでフォトマスク数を削減しつつ、画素電極の形成後に映像信号線を形成することによって、映像信号線の断線不良を低減するようにしている。

特開２００５−１５７０１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された液晶表示装置およびその製造方法は、半導体層の形成後に走査信号線を形成しているので、半導体層はゲート電極と同一か若干細い幅で形成され、この半導体層上に形成されるソース・ドレイン配線形成時のマスク合わせ精度が厳しいものとなり、結果的にプロセス設計が難しくなってしまうという問題があった。
このような問題には、異方性を強めた酸素プラズマ処理によってレジストパターンの膜厚を減らすこと、あるいはレジストパターンの寸法変化量を見込んだ設計を行うことによって対応することが可能である。しかしながら、この場合であってもプロセス設計が難しいことに変わりない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストを削減するとともに歩留まりを向上し、かつプロセス設計が容易である液晶表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる液晶表示装置は、第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に液晶材を保持し、該第１の絶縁基板の前記液晶材側の面に形成された走査信号線と、該走査信号線および前記第１の絶縁基板の前記液晶材側の面に形成された第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の前記液晶材側の面に形成された半導体層および画素電極と、該画素電極と共通電極との間に形成された第２の絶縁層と、を有する液晶表示装置において、前記半導体層と該半導体層の前記液晶材側の面に形成された金属層との積層部分であり、かつ前記画素電極の前記液晶材側の面に重なる部分である重なり部を含むソース電極を有し、前記第２の絶縁層は、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極の一部を開口するように形成されており、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部上、及び前記画素電極上に、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極を導通させる導体膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる液晶表示装置は、請求項１に記載の液晶表示装置において、前記金属層および前記半導体層の積層部分とを有する映像信号線と、前記金属層および前記半導体層の積層部分とを有するドレイン電極とを有することを特徴とする。

本発明にかかる液晶表示装置は、半導体層と該半導体層の液晶材側の面に形成された金属層との積層部分であり、かつ前記画素電極の前記液晶材側の面に重なる部分である重なり部を含むソース電極を有し、前記第２の絶縁層は、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極の一部を開口するように形成されており、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部上、及び前記画素電極上に、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極を導通させる導体膜が形成されているので、前記画素電極を形成した後に、前記映像信号線、前記半導体層、前記ドレイン電極、および前記ソース電極を一括エッチング処理して形成することができる。
しかも、前記走査信号線を形成した後に前記半導体層を形成できるので、前記半導体層を形成した後に前記走査信号線を形成する場合に比してマスク合わせ精度が容易となる。 従って、本発明にかかる液晶表示装置は、製造コストを削減するとともに歩留まりを向上し、かつプロセス設計を容易にすることができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示した模式図である。 図２は、図１に示した液晶表示パネルの画素の構成を説明するための等価回路図である。 図３は、図１に示した液晶表示パネルの要部断面図である。 図４は、図３に示したＴＦＴ基板の製造工程を示した図である。 図５は、図３に示したＴＦＴ基板の製造工程を示した図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の変形例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる液晶表示装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置１の構成を示した模式図である。
液晶表示装置１は、液晶表示パネル１０、映像信号線ＤＬ、走査信号線ＧＬ、データ駆動回路１１、走査駆動回路１２、図示しないバックライト、および図示しない制御部を有する。

液晶表示パネル１０は、図中Ｙ方向に延びる複数本の映像信号線ＤＬ（ＤＬ₁，…，ＤＬｉ，…，ＤＬｎ：ただしｉ，ｎは自然数）と、図中Ｘ方向に延びる複数本の走査信号線ＧＬ（ＧＬ₁，…，ＧＬｊ，…，ＧＬｍ：ただしｊ，ｍは自然数）とを有する。液晶表示パネル１０は、中央部を含む領域に表示領域ＡＲが設けられている。
データ駆動回路１１は、複数本の映像信号線ＤＬのそれぞれに入力する映像信号（階調電圧）を生成するものである。
走査駆動回路１２は、複数本の走査信号線ＧＬに走査信号を順次入力するものである。データ駆動回路１１および走査駆動回路１２は、液晶表示パネル１０の外周部に接続された図示しないフレキシブル基板等を介して、液晶表示パネル１０と電気的に接続している。

図示しないバックライトは、発光ダイオード等によって実現され、液晶表示パネル１０の背面側から光を照射するものである。
図示しない制御部は、ＣＰＵ等によって実現され、データ駆動回路１１、走査駆動回路１２、および図示しないバックライトを含む液晶表示装置１０の各部と電気的に接続され、液晶表示装置１０全体の動作を制御する。

つぎに、液晶表示パネル１０の画素の構成を説明する。図２は、図１に示した液晶表示パネル１０の画素ＰＩＸの構成を説明するための等価回路図である。
液晶表示パネル１０は、図２に示すように、隣接する一対の走査信号線ＧＬと隣接する一対の映像信号線ＤＬとで囲まれる領域が画素ＰＩＸとなる。各画素ＰＩＸには、薄膜トランジスタＴＦＴが設けられている。また、各画素ＰＩＸは、画素電極ＭＩＴと、共通電極ＣＴ（ＣＴ₁，…，ＣＴｊ，…，ＣＴｍ：ただしｊ，ｍは自然数）と、これら電極に挟まれた絶縁層により形成される蓄積容量である容量素子Ｃｓｔと、液晶層により形成される容量素子Ｃｌｃと、を有する。

ここで、図３を用いて液晶表示パネル１０について詳細に説明する。図３は、図１に示した液晶表示パネル１０の要部断面図である。
液晶表示パネル１０は、図３に示すように、ＴＦＴ基板２０と対向基板３０との間に液晶材４０を封入している。ＴＦＴ基板２０は、ガラス基板等の絶縁基板ＳＵＢ１の液晶材４０側の面上に走査信号線ＧＬが形成されている。走査信号線ＧＬは、例えば、アルミニウム等の導体膜にフォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによって形成される。

走査信号線ＧＬの上には、ゲート絶縁層としての第１の絶縁層ＰＡＳ１が形成されている。この第１の絶縁層ＰＡＳ１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる層である。
第１の絶縁層ＰＡＳ１の上には、画素電極ＭＩＴおよびアモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ）膜からなる層である半導体層ＡＳＩが形成されている。

半導体層ＡＳＩの上には、金属層Ｍおよび半導体層ＡＳＩの積層部分からなる映像信号線ＤＬ（ドレイン電極ＳＤ１）、および映像信号線ＤＬ（ドレイン電極ＳＤ１）と同様に金属層Ｍおよび半導体層ＡＳＩの積層部分からなるソース電極ＳＤ２が形成されている。
画素電極ＭＩＴは、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの光透過率が高い導体膜をエッチングして形成されている。また、画素電極ＭＩＴの上方には、第２の絶縁層ＰＡＳ２を介して共通電極ＣＴが設けられている。画素電極ＭＩＴは、平面でみて共通電極ＣＴと重なる領域にベタな平面状に形成されている。

共通電極ＣＴは、ＩＴＯなどの光透過率が高い導体膜からなり、平面でみて画素電極ＭＩＴと重なる領域に形成された電極である。共通電極ＣＴは、映像信号線ＤＬの延在方向を長手方向とする複数のスリットＳＬが形成されている。この共通電極ＣＴは、ＩＴＯなどの導体膜にフォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによって形成される。共通電極ＣＴの上には、図示しない配向膜が形成されている。この図示しない配向膜は、ポリイミド系の樹脂等であり、液晶分子を所定の方向に配向させるものである。

ここで、画素電極ＭＩＴとソース電極ＳＤ２との導通接続構成について説明する。
ＴＦＴ基板２０は、重なり部５０と、つなぎ部６０と、コンタクトホールＴＨとを有している。
重なり部５０は、半導体層ＡＳＩと、半導体層ＡＳＩの液晶材４０側の面に形成された金属層Ｍとの積層部分であり、かつ画素電極ＭＩＴの液晶材４０側の面に重なる部分である。なお、ソース電極ＳＤ２は、図３に示すように、この重なり部５０を含んで形成されている。
つなぎ部６０は、重なり部５０のソース電極ＳＤ２の液晶材４０側の面から重なり部５０の端部を通じて画素電極ＭＩＴの液晶材４０側の面につながる部分である。
コンタクトホールＴＨは、第２の絶縁層ＰＡＳ２に形成された四角柱状の開口部であり、つなぎ部６０を露出させるものである。
このコンタクトホールＴＨの全面には、共通電極ＣＴを形成するＩＴＯである導体膜７０が形成されている。
このため、コンタクトホールＴＨによって露出されたつなぎ部６０に導体膜７０が形成され、画素電極ＭＩＴとソース電極ＳＤ２とが導通接続されている。

対向基板３０は、ガラス基板等の絶縁基板ＳＵＢ２の表面にブラックマトリクスと呼ばれる遮光膜ＢＭおよびカラーフィルタＣＦが設けられる。遮光膜ＢＭは、例えば、遮光性を有する導体膜または絶縁膜をエッチングして、各画素ＰＩＸを分離するような格子状のパターンを形成する。
カラーフィルタＣＦは、例えば、絶縁膜にフォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによって形成し、遮光膜ＢＭの開口領域に、Ｒ（赤色）の表示を担うフィルタ、Ｇ（緑色）の表示を担うフィルタ、Ｂ（青色）の表示を担うフィルタが周期配列するように形成する。また、遮光膜ＢＭおよびカラーフィルタＣＦの上には、例えば、オーバーコート層ＯＣを介して、図示しない配光膜が形成されている。

つぎに、図４および図５を用いて、図３に示したＴＦＴ基板２０の製造工程について説明する。図４および図５は、図３に示したＴＦＴ基板２０の製造工程を示した図である。なお、図４および図５において、左右に並ぶ図のうち左図がＴＦＴ基板２０の平面図を示し、右図が左図のＡ−Ａ’線断面図を示している。なお、このＴＦＴ基板２０の製造には５枚のフォトマスクが用いられる。
まず、絶縁基板ＳＵＢ１の液晶材４０側の面に走査信号線ＧＬおよびゲート電極ＧＤを形成する（図４（ａ）参照）。より具体的には、絶縁基板ＳＵＢ１の液晶材４０側の面にアルミニウム材等からなる金属層を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによって走査信号線ＧＬおよびゲート電極ＧＤを形成する。

つぎに、第１の絶縁層ＰＡＳ１を形成し、この第１の絶縁層ＰＡＳ１上に画素電極ＭＩＴを形成する（図４（ｂ）参照）。この画素電極ＭＩＴは、第１の絶縁層ＰＡＳ１上にＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによって形成する。

つぎに、映像信号線ＤＬ、ドレイン電極ＳＤ１およびソース電極ＳＤ２を形成する（図４（ｃ）参照）。このドレイン電極ＳＤ１およびソース電極ＳＤ２は、第１の絶縁層ＰＡＳ１および画素電極ＭＩＴ上に半導体層ＡＳＩを形成し、この半導体層ＡＳＩ上にさらにアルミニウム材等からなる金属層Ｍを形成し、ハーフ露光技術を用いた半導体層ＡＳＩと金属層Ｍとの一括エッチング処理によって形成される。ここで、半導体層ＡＳＩとソース電極ＳＤ２との積層部分であり画素電極ＭＩＴの上面に重なる部分である重なり部５０が形成される。
ここで半導体層ＡＳＩと金属層Ｍとの一括エッチング処理を行っているため、映像信号線ＤＬ、ソース電極ＳＤ２、およびドレイン電極ＳＤ１が、金属層Ｍおよび半導体層ＡＳＩの積層部分からなっている。このため、この映像信号線ＤＬ、ドレイン電極ＳＤ１およびソース電極ＳＤ２の形成工程では、ソース電極ＳＤ２と画素電極ＭＩＴとの間に半導体層ＡＳＩが存在するため、画素電極ＭＩＴとソース電極ＳＤ２とは導通接続されない。

つぎに、第２の絶縁層ＰＡＳ２およびコンタクトホールＴＨを形成する（図５（ｄ）参照）。より具体的には、第２の絶縁層ＰＡＳ２を画素電極ＭＩＴと共通電極ＣＴとの間、すなわち映像信号線ＤＬ、ドレイン電極ＳＤ１、ソース電極ＳＤ２および画素電極ＭＩＴの上に形成し、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによってコンタクトホールＴＨを形成する。このコンタクトホールＴＨによって、つなぎ部６０が露出される。
なお、このコンタクトホールＴＨは、ＴＦＴ基板２０の液晶材４０側表面に近い絶縁層である第２の絶縁層に形成されるので、データ駆動回路１１、走査駆動回路１２への接続に用いられる端子のコンタクトホール（不図示）とともに形成することが可能である。すなわち、このコンタクトホールＴＨを形成するためだけの工程を設ける必要がない。

つぎに、第２の絶縁層ＰＡＳ２上に共通電極ＣＴを形成する（図５（ｅ）参照）。この共通電極ＣＴの形成では、第２の絶縁層ＰＡＳ２上にＩＴＯによる導体膜７０が形成され、フォトリソグラフィー法を用いたエッチング処理を行うことによってスリットＳＬを有する共通電極ＣＴが形成される。また、コンタクトホールＴＨの全面は、導体膜７０によって成膜されるので、コンタクトホールＴＨによって露出されたつなぎ部６０が導体膜７０によって成膜される。これによって、画素電極ＭＩＴとソース電極ＳＤ２とが導通接続される。

本発明の実施の形態の液晶表示装置１およびその製造方法は、半導体層ＡＳＩと半導体層ＡＳＩの液晶材４０側の面に形成された金属層Ｍとの積層部分であり、かつ画素電極ＭＩＴの液晶材４０側の面に重なる部分である重なり部５０を含むソース電極ＳＤ２と、金属層Ｍおよび半導体層ＡＳＩの積層部分からなる映像信号線ＤＬと、金属層Ｍおよび半導体層ＡＳＩの積層部分からなるドレイン電極ＳＤ１とが形成され、第２の絶縁層ＰＡＳ２は、ソース電極ＳＤ２の液晶材４０側の面から重なり部５０の端部を通じて画素電極ＭＩＴの液晶材４０側の面につながる部分であるつなぎ部６０を露出させるコンタクトホールＴＨが形成され、コンタクトホールＴＨによって露出されたつなぎ部６０に共通電極ＣＴに形成される導体膜７０が形成されているので、
画素電極ＭＩＴを形成した後に、映像信号線ＤＬ、半導体層ＡＳＩ、ドレイン電極ＳＤ１、およびソース電極ＳＤ２を一括エッチング処理して形成することができる。このため、映像信号線ＤＬの断線不良を低減することができるとともに、フォトマスクの使用枚数を５枚に抑えることができる。
しかも、走査信号線ＧＬを形成した後に半導体層ＡＳＩを形成しているので、半導体層ＡＳＩを形成した後に走査信号線ＧＬを形成する場合に比してマスク合わせ精度が容易となる。
従って、製造コストを削減するとともに歩留まりを向上し、かつプロセス設計を容易にすることができる。

また、本発明の実施の形態の液晶表示装置１およびその製造方法は、ＴＦＴ基板２０の液晶材４０側表面に近い絶縁層である第２の絶縁層にコンタクトホールＴＨを形成しているので、コンタクトホールＴＨは、ＴＦＴ基板２０に形成される端子等その他のコンタクトホールの形成の際に一緒に形成することができる。すなわち、コンタクトホールＴＨの形成のために工程を設ける必要がなく、結果的にプロセス設計を容易にすることができる。

また、本発明の実施の形態の液晶表示装置１およびその製造方法は、コンタクトホールＴＨによって露出されたつなぎ部６０に共通電極ＣＴに形成される導体膜７０を形成しているので、共通電極ＣＴの形成の際に、ソース電極ＳＤ２と画素電極ＭＩＴとを導通接続させることができる。すなわち、ソース電極ＳＤ２と画素電極ＭＩＴとを導通接続させるために工程を設ける必要がなく、結果的にプロセス設計を容易にすることができる。

（変形例）
つぎに、図６を用いて本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置１の変形例について説明する。図６は、本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置１の変形例を示した図である。本発明の実施の形態の液晶表示装置１では、重なり部５０が、映像信号線ＤＬの延在方向で画素電極ＭＩＴと重なり、この重なり部５０によって形成されたつなぎ部６０を露出させる位置にコンタクトホールＴＨが形成されるものを例示したが、この変形例の液晶表示装置では、図に示すように、重なり部５１が、映像信号線ＤＬの延在方向に直交する方向で画素電極ＭＩＴと重なり、この重なり部５１によって形成されたつなぎ部６１の上部を開口させる位置にコンタクトホールＴＨが形成される。この場合も実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明の実施の形態では、共通電極ＣＴが、映像信号線ＤＬの延在方向を長手方向とするスリットＳＬを形成されたものを例示したが、スリットＳＬの形状はこれに限らない。例えば、共通電極ＣＴが映像信号線ＤＬの延在方向に斜めに交わる方向のスリットＳＬを形成されたものであっても構わない。

また、本発明の実施の形態では、開口部としてのコンタクトホールＴＨの全面が導体膜７０で覆われるものを例示したが、これに限らない。すなわち、少なくともつなぎ部６０が導体膜７０で覆われていればよい。

また、本発明の実施の形態では、開口部として四角柱状のコンタクトホールＴＨを例示したが、これに限らない。例えば、開口部として円柱状のコンタクトホールを用いてもよい。

なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

１ 液晶表示装置
１０ 液晶表示パネル
１１ データ駆動回路
１２ 走査駆動回路
２０ ＴＦＴ基板
３０ 対向基板
４０ 液晶材
５０、５１ 重なり部
６０、６１ つなぎ部
７０ 導体膜
ＧＬ 走査信号線
ＤＬ 映像信号線
ＭＩＴ 画素電極
ＣＴ 共通電極
Ｃｓｔ、Ｃｌｔ 容量素子
ＳＵＢ１、ＳＵＢ２ 絶縁基板
ＰＡＳ１、ＰＡＳ２ 絶縁層
ＡＳＩ 半導体層
Ｍ 金属層
ＴＨ コンタクトホール
ＢＭ 遮光膜
ＣＦ カラーフィルタ
ＯＣ オーバーコート層

Claims (2)

1. 第１の絶縁基板と第２の絶縁基板との間に液晶材を保持し、該第１の絶縁基板の前記液晶材側の面に形成された走査信号線と、該走査信号線および前記第１の絶縁基板の前記液晶材側の面に形成された第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の前記液晶材側の面に形成された半導体層および画素電極と、該画素電極と共通電極との間に形成された第２の絶縁層と、を有する液晶表示装置において、
   前記半導体層と該半導体層の前記液晶材側の面に形成された金属層との積層部分であり、かつ前記画素電極の前記液晶材側の面に重なる部分である重なり部を含むソース電極を有し、
   前記第２の絶縁層は、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極の一部を開口するように形成されており、
   前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部上、及び前記画素電極上に、前記ソース電極の前記液晶材側の面から該重なり部の端部、及び前記画素電極を導通させる導体膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記金属層および前記半導体層の積層部分とを有する映像信号線と、
   前記金属層および前記半導体層の積層部分とを有するドレイン電極とを有する
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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