JP2014021449A - 液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法 Download PDF

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Takao Takano
隆男 高野
Yukio Tawara
幸雄 田原
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Abstract

【課題】縦長の表示面が求められる用途に適した液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１０は、基板５００上に第１の方向に沿って形成されるゲート配線５０１と、基板５００上に第１の方向と異なる第２の方向に沿って形成されるドレイン配線７０２と、絶縁膜８００を介してドレイン配線７０２を覆うように形成されるコモン電極９００と、コモン電極９００上にドレイン配線７０２に沿って形成されるコモン配線９０１と、を含み、コモン配線９０１は、少なくとも一部がドレイン配線７０２の形成領域と重畳して形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法に関する。
液晶表示装置は、バックライトと表示面の間に設けられる液晶材料における、バックライトの透過／非透過を制御することで表示面に画像を表示させる薄膜トランジスタ基板（ＴＦＴ基板）を有する。薄膜トランジスタ基板は、透明基板と、透明基板上に配置されるゲート電極と、ゲート電極上に配置されるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に配置される半導体層と、半導体層上に配置されるソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極上に配置される保護絶縁膜と、ソース電極又はドレイン電極に接続される画素電極と、を備える。半導体層のうち、ソース電極とドレイン電極との間の部分は、チャネルが形成されるチャネル形成領域とされる。
図１４は、薄膜トランジスタ１４０２により形成される画素回路１４０１の概念図である。薄膜トランジスタ基板に設けられる画素回路１４０１は、該薄膜トランジスタ基板と対向して設けられるバックライトの光の透過／非透過を制御する。
薄膜トランジスタ１４０２の、ソースおよびドレインの一方は映像信号線１４０３と接続されており、ソースおよびドレインの他方は画素電極１４０４と接続されている。ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置においては、画素電極１４０４およびコモン電極１４０５も、薄膜トランジスタ基板に形成される。
映像信号線１４０３には映像信号が、コモン電極１４０５には基準電位が、それぞれ印加されており、ゲート信号により薄膜トランジスタ１４０２のオンオフが制御されることで、画素電極１４０４とコモン電極１４０５との間の電位差が変化する。薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタとの間に封入されている液晶材料１４０６は、この電位差（薄膜トランジスタ基板の表面と平行方向に発生）の変化に応じて配光が変化し、これによりバックライトの光の透過／非透過が制御される。
特許文献１には、対向電極に基準信号を供給する対向電圧信号線を、ゲート信号線の走行方向に沿って、かつゲート信号線に重畳して形成することで、開口率の向上を図った液晶表示装置が開示されている。
特開２００９−１２２２９９号公報
従来、液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やテレビ等、横長の表示面が求められる用途に応用されてきたが、昨今の縦長の平板形状を有する情報処理装置（タブレットＰＣ）や多機能携帯電話機（スマートフォン）の普及に伴い、縦長の表示面を有する液晶表示装置に対する需要が高まっている。また、ゲート信号線上には、薄膜トランジスタやスペーサーの台座などを設ける場合がある。対向電圧信号線をゲート信号線の走行方向に沿って重畳して形成する場合、薄膜トランジスタなどを避けて対向電圧信号線を配線するか、ゲート信号線を広げて出来たスペースに対向電圧信号線を配線する必要がある。前者の場合は、配線が複雑となり断線の可能性が増し、後者の場合には、開口率が低下する場合がある。
本願発明は、縦長の表示面が求められる用途に適した液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。また、配線の設計が比較的容易で、開口率の低下を防止する液晶表示装置、および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願発明に係る液晶表示装置は、基板上に、第１の方向に沿って形成されるゲート配線と、前記基板上に、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って形成されるドレイン配線と、第１の絶縁膜を介して、前記ドレイン配線を覆うように形成されるコモン電極と、前記コモン電極上に、前記ドレイン配線に沿って形成されるコモン配線と、を含み、前記コモン配線は、少なくとも一部が前記ドレイン配線の形成領域と重畳して形成される。
本発明によると、コモン配線が、ドレイン配線に沿って、かつ少なくとも一部が該ドレイン配線の形成領域と重畳して形成された、液晶表示装置が提供される。液晶表示装置が情報処理端末等に搭載される際、通常、ドレイン配線は機器の縦方向に向かって形成される。また、コモン電極の材料であるスズ添加酸化イソジウム（ＩＴＯ）等の導電性の低さに起因する電位変動は、縦長の液晶表示装置においては特に縦方向に顕著に発生する。本発明においては、コモン電極に電位を供給するコモン配線が、このドレイン配線に沿って、すなわち縦方向に形成されることにより、電位変動が低減され、その結果、より良好な表示特性が得られる。従って、本発明に係る液晶表示装置は、縦長の表示面が求められる用途への応用に好適である。また、コモン配線が縦方向に形成されることにより、コモン配線の駆動回路が、当該薄膜トランジスタ基板の上方の領域もしくは下方の領域に設けることが可能であり、この点においても、本発明に係る液晶表示装置は、縦長の表示面が求められる用途への応用に好適である。さらに、コモン配線の少なくとも一部がドレイン配線の形成領域と重畳していることで、各配線により光が遮られる領域も少なくなるため、開口率の低下も抑えられる。
また、本発明の一態様では、前記コモン電極および前記コモン配線を覆うように形成される第２の絶縁膜をさらに有し、前記第２の絶縁膜上に画素電極が形成され、前記画素電極の少なくとも一部が前記コモン電極を重畳している。
また、本発明の一態様では、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジが、いずれも前記ドレイン配線のパターンエッジから、平面視において所定の幅以上の間隔で離間する。
また、本発明の一態様では、前記所定の幅は、平面視における、前記ドレイン配線のパターンエッジと、前記コモン電極表面における、前記ドレイン配線に起因して傾斜する領域と前記基板の表面に平行な領域との境界と、の間隔より大きく定められる。
また、本発明の一態様では、前記所定の幅は、１ミクロン以上である。
また、本発明の一態様では、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの一方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成される。
また、本発明の一態様では、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの双方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成される。
また、本発明の一態様では、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの双方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域外、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成される。
また、本発明の一態様では、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの一方が、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成され、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの他方が、前記ドレイン配線の形成領域外、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成される。
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、基板上に、第１の方向に沿ってゲート配線を形成するゲート配線形成ステップと、前記基板上に、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿ってドレイン配線を形成するドレイン配線形成ステップと、第１の絶縁膜を介して、前記ドレイン配線を覆うようにコモン電極を形成するコモン電極形成ステップと、前記コモン電極上に、前記ドレイン配線に沿ってコモン配線を形成するコモン配線形成ステップと、を含み、前記コモン配線形成ステップにおいて、前記コモン配線は、少なくとも一部が前記ドレイン配線の形成領域と重畳して形成される。
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す図である。 本実施形態に係る液晶表示装置に設けられる薄膜トランジスタ基板の構成を示す図である。 図２の薄膜トランジスタ基板における、Ｂ−Ｂに沿った断面の構造を示す図である。 薄膜トランジスタ基板の断面の例を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法を示す図である。 本願発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の構成を示す図である。 本願発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の構成を示す図である。 薄膜トランジスタにより形成される画素回路の概念図である。
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置１０の一例を示す図である。液晶表示装置１０は縦長の表示部を有しており、内部には表示部における画像表示の制御を行う薄膜トランジスタ基板１００を有している。
図２は、本実施形態に係る液晶表示装置１０に設けられる薄膜トランジスタ基板１００の構成を示す図である。図３は、図２の薄膜トランジスタ基板１００における、Ｂ−Ｂに沿った断面の構造を示す図である。
薄膜トランジスタ基板１００において、無アルカリガラス等からなる基板（透明基板）５００上に、Ｃｕ等の金属からなるゲート配線５０１が、図１における横方向（第１の方向）に沿って形成される。また、基板５００およびゲート配線５０１上には、ＳｉＮ等の透明な絶縁材料からなる絶縁膜（ゲート絶縁膜）６００が形成される。絶縁膜６００上には、Ｃｕ等の金属からなるドレイン配線７０２が形成される。ドレイン配線７０２は、第１の方向と異なる、図１における縦方向（第２の方向）に沿って形成される。絶縁膜６００およびドレイン配線７０２上には、ＳｉＮ等の透明な絶縁材料からなる絶縁膜（パシベーション膜、第１の絶縁膜）８００が形成される。
スズ添加酸化イソジウム（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなるコモン電極９００は、絶縁膜８００を介してドレイン配線７０２を覆うように形成される。Ｃｕ等の金属からなるコモン配線９０１は、コモン電極９００上に、ドレイン配線７０２に沿って形成される。ここでコモン配線９０１は、ドレイン配線７０２の形成領域と重畳して形成される。さらに、コモン電極９００およびコモン配線９０１上には、絶縁膜（パシベーション膜）１０００が形成される。絶縁膜１０００上には、スズ添加酸化イソジウム（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなる画素電極１１０２が形成される。絶縁膜１０００および画素電極１１０２と、カラーフィルタ３００と、の間には液晶材料２００が封止される。
ここでコモン配線９０１が形成される領域について、以下に説明する。図４は、薄膜トランジスタ基板の断面の例を示す図である。ここで、本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板１００の断面を（Ａ）に、他の形態に係る薄膜トランジスタ基板の断面を（Ｂ）に、それぞれ示す。（Ｂ）に示される形態においては、コモン配線９０１の幅Ｗｃとドレイン配線７０２の幅Ｗｄはほぼ等しく、コモン配線９０１のパターンエッジ（角度θｂをなしている、コモン配線９０１の断面形状における先端部分）は、ドレイン配線７０２のパターンエッジ（角度θａをなしている、ドレイン配線７０２の断面形状における先端部分）と、平面視（図４（Ａ）、（Ｂ）における上から下に向かう視点）においてほぼ重なり合っている。
絶縁膜８００およびコモン電極９００の表面には、ドレイン配線７０２のパターンエッジによる段差に起因して、パターンエッジと同等の角度θａの斜面が形成される。（Ｂ）に示される薄膜トランジスタ基板においては、コモン配線９０１のパターンエッジがドレイン配線７０２のパターンエッジと、平面視においてほぼ重なり合っているため、コモン配線９０１が形成されると、コモン配線９０１のパターンエッジの角度θｂに起因して、コモン配線９０１のパターンエッジ周辺においては基板表面（水平面）に対して角度θａ＋θｂのテーパ角が形成される。この角度が、例えば９０度を超える比較的大きな値になった場合、後工程で実行される、薄膜トランジスタ基板１００の表面を布で一方向に擦って液晶分子の方向を揃えるラビング処理において、該テーパ角を形成する（内側の）面に布が届かず、ラビング処理が十分に行われないために良好な配向性が得られない可能性がある。
これに対し（Ａ）に示される本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板１００においては、コモン配線９０１の幅Ｗｃはドレイン配線７０２の幅Ｗｄに対して細く、コモン配線９０１のパターンエッジは、ドレイン配線７０２のパターンエッジと、平面視において重なり合わない。その結果、コモン配線９０１が形成された場合、コモン配線９０１のパターンエッジ周辺においては基板表面（水平面）に対して形成されるテーパ角の角度は、コモン配線９０１のパターンエッジに起因するθｂに抑えられる。これによりラビング処理においても該テーパ角を形成する面にも布が届き、ラビング処理が十分に実行される。
ここで、コモン配線９０１の幅Ｗｃは、コモン配線９０１のパターンエッジが、ドレイン配線７０２のパターンエッジから、平面視において所定の幅ｗ以上の間隔で離間するよう規定される。所定の幅ｗは、ドレイン配線７０２のパターンエッジの断面形状に基づいて定められる。例えば所定の幅ｗは、コモン電極９００の表面における、ドレイン配線７０２のパターンエッジに起因して傾斜する領域の寸法に基づいて定められる。例えば所定の幅ｗは、平面視における、ドレイン配線７０２のパターンエッジと、コモン電極９００の表面における、該ドレイン配線７０２に起因して傾斜する領域と基板５００の表面に平行な領域との境界と、の間隔より大きく定められる。所定の幅ｗは、例えば１ミクロン以上と規定される。
以上の構成により、コモン配線９０１がドレイン配線７０２に沿って、かつ少なくとも一部が該ドレイン配線７０２の形成領域（図２において、ドレイン配線７０２を示す破線により規定される領域）と重畳して形成された、薄膜トランジスタ基板１００を有する液晶表示装置１０が提供される。ここでコモン配線９０１が、液晶表示装置１０の縦方向（図２における縦方向）に沿って形成されたドレイン配線７０２に沿って、すなわち縦方向に沿って形成されていることによって、薄膜トランジスタ基板１００では、コモン電極９００の材料であるＩＴＯの導電性の低さに起因して縦方向に顕著に発生する電位変動が低減され、より良好な表示特性が得られる。従って、薄膜トランジスタ基板１００は、縦方向に長い形状を有する液晶表示装置１０への適用に好適である。また、コモン配線９０１が縦方向に形成されることにより、コモン配線９０１の駆動回路が、薄膜トランジスタ基板１００の上方の領域もしくは下方の領域に設けることが可能である点においても、薄膜トランジスタ基板１００は、縦方向に長い形状を有する液晶表示装置１０への適用に好適である。さらに、コモン配線９０１の少なくとも一部がドレイン配線７０２の形成領域と重畳していることで、各配線により光が遮られる領域も少なくなるため、開口率の低下も抑えられる。
次に、本実施形態に係る液晶表示装置１０の、薄膜トランジスタ基板１００の製造方法を説明する。図５−図１１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板１００の製造方法を示す図である。図５−図１１において、（Ａ）は図２におけるＡ−Ａに沿った断面の構造を示し、（Ｂ）は図２におけるＢ−Ｂに沿った断面の構造を示す。
まず図５に示すように、基板５００上に、図１における横方向（第１の方向）に沿ってゲート配線５０１が形成される。ゲート配線５０１は、基板５００上にスパッタリングによりＣｕの膜が形成されたあと、フォトリソ工程（フォトレジストの塗布、フォトマスクを使用した選択的な露光、および現像）、およびエッチングによりＣｕの不要な部分が除去されることで形成される。
次に図６に示すように、基板５００上に、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６００が、ゲート配線５０１を覆うように形成され、さらに絶縁膜６００上に非晶質シリコン（ａＳｉ）からなる半導体層６０１が形成される。半導体層６０１は、フォトリソ工程およびエッチングにより所定の形状に加工される。
次に図７に示すように、フォトリソ工程およびエッチングによって、ドレイン電極７００およびソース電極７０１が半導体層６０１上に、ドレイン配線７０２が絶縁膜６００上に形成される。ここでドレイン配線７０２は、第１の方向と異なる、図１における縦方向（第２の方向）に沿って形成される。
次に図８に示すように、例えばＣＶＤ法によって絶縁膜８００が形成され、さらに絶縁膜８００はフォトリソ法によって加工されてコンタクトホール８０１が形成される。そして、図９に示すようにコモン電極９００がスパッタリングにより形成され、さらにコモン配線９０１がフォトリソ工程およびエッチングにより形成される。ここでコモン電極９００は、絶縁膜８００を介してドレイン配線７０２を覆うように形成され、コモン配線９０１はドレイン配線７０２に沿って形成される。また、コモン配線９０１は、少なくとも一部がドレイン配線７０２の形成領域と重畳して形成される。
さらに、図１０に示すように、例えばＣＶＤ法により絶縁膜１０００が形成され、該絶縁膜１０００はフォトリソ工程およびエッチングにより加工されて、コンタクトホール１００１が形成される。
次に、絶縁膜１０００上に金属膜が製膜され、該金属膜がフォトリソ工程およびエッチングにより加工されることで、図１１に示すように画素電極１１０２が形成される。
以上の工程により、本実施形態に係る薄膜トランジスタ基板１００が製造される。
なお、上述の実施形態ではコモン配線９０１の幅Ｗｃがドレイン配線７０２の幅Ｗｄに対して細く、コモン配線９０１の互いに対向するパターンエッジの双方が、コモン電極９００の表面の、ドレイン配線７０２の形成領域上、かつ基板５００の表面と平行な領域に形成される構成が示されたが、本願発明はこれに限定されず、コモン配線９０１のパターンエッジにおけるテーパ角の、ドレイン配線７０２のパターンエッジに起因する増大が発生しない構成であれば他の構成を採ってもよい。
図１２および図１３は、本願発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板１００の構成を示す図である。図１２においては、コモン配線９０１の互いに対向するパターンエッジの双方が、コモン電極９００の表面の、ドレイン配線７０２の形成領域外、かつ基板５００の表面と平行である領域に形成される。図１３においては、コモン配線９０１の互いに対向するパターンエッジの一方が、ドレイン配線７０２の形成領域上、かつ基板５００の表面と平行である領域に形成される。これらの構成においても、コモン配線９０１のパターンエッジと、ドレイン配線７０２のパターンエッジとは、上述の実施形態と同様に所定の幅以上の間隔で離間する。さらに、コモン配線９０１のパターンエッジがドレイン配線７０２の形成領域外に形成される場合には、コモン配線９０１のパターンエッジが上述の実施形態の所定の幅以上の間隔で離間していても、該コモン配線９０１の斜面（側面）がコモン電極９００の表面における斜面と重畳しているとコモン配線９０１の斜面が急になる恐れがある。よってそのような場合には、コモン配線９０１を、該コモン配線９０１の斜面がコモン電極９００の表面における斜面と重畳しない程度に、ドレイン配線７０２のパターンエッジから、より大きく離間させて形成させてもよい。これらの構成によっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
以上、本願発明について具体的な実施形態を示して説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
１０ 液晶表示装置、１００ 薄膜トランジスタ基板、２００ 液晶材料、３００ カラーフィルタ、５００ 基板、５０１ ゲート配線、６００ 絶縁膜、６０１ 半導体層、７００ ドレイン電極、７０１ ソース電極、７０２ ドレイン配線、８００ 絶縁膜、８０１ コンタクトホール、９００ コモン電極、９０１ コモン配線、１０００ 絶縁膜、１００１ コンタクトホール、１１０２ 画素電極、１４０１ 画素回路、１４０２ 薄膜トランジスタ、１４０３ 映像信号線、１４０４ 画素電極、１４０５ コモン電極、１４０６ 液晶材料。

Claims (10)

  1. 基板上に、第１の方向に沿って形成されるゲート配線と、
    前記基板上に、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿って形成されるドレイン配線と、
    第１の絶縁膜を介して、前記ドレイン配線を覆うように形成されるコモン電極と、
    前記コモン電極上に、前記ドレイン配線に沿って形成されるコモン配線と、
    を含み、
    前記コモン配線は、少なくとも一部が前記ドレイン配線の形成領域と重畳して形成され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であって、
    前記コモン電極および前記コモン配線を覆うように形成される第２の絶縁膜をさらに有し、前記第２の絶縁膜上に画素電極が形成され、前記画素電極の少なくとも一部が前記コモン電極を重畳していることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項１又は２に記載の液晶表示装置であって、
    前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジが、いずれも前記ドレイン配線のパターンエッジから、平面視において所定の幅以上の間隔で離間することを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項３に記載の液晶表示装置であって、
    前記所定の幅は、平面視における、前記ドレイン配線のパターンエッジと、前記コモン電極表面における、前記ドレイン配線に起因して傾斜する領域と前記基板の表面に平行な領域との境界と、の間隔より大きく定められることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項３に記載の液晶表示装置であって、
    前記所定の幅は、１ミクロン以上であることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置であって、
    前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの一方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置であって、
    前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの双方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置であって、
    前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの双方が、前記コモン電極の表面の、前記ドレイン配線の形成領域外、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置であって、
    前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの一方が、前記ドレイン配線の形成領域上、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成され、前記コモン配線の互いに対向するパターンエッジの他方が、前記ドレイン配線の形成領域外、かつ前記基板の表面と平行である領域に形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 液晶表示装置の製造方法であって、
    基板上に、第１の方向に沿ってゲート配線を形成するゲート配線形成ステップと、
    前記基板上に、前記第１の方向と異なる第２の方向に沿ってドレイン配線を形成するドレイン配線形成ステップと、
    第１の絶縁膜を介して、前記ドレイン配線を覆うようにコモン電極を形成するコモン電極形成ステップと、
    前記コモン電極上に、前記ドレイン配線に沿ってコモン配線を形成するコモン配線形成ステップと、
    を含み、
    前記コモン配線形成ステップにおいて、前記コモン配線は、少なくとも一部が前記ドレイン配線の形成領域と重畳して形成されることを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
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