JP2018092196A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
った液晶の配向不良を低減でき、コントラストが高く、視認性の良い液晶表示装置を提供
することを課題とする。
【解決手段】画素電極203a〜203bの一部を凸部204に重なり合うように形成す
る。凸部の高さが高すぎると、液晶が基板面に対し斜めに配向することによるため、光漏
れが増える(図1(c))。凸部の高さが低いと、ディスクリネーションを減らす効果が
低い。そこで最適な凸部の高さを決定する。
【選択図】図1
Description
で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パ
ネルに代表される半導体装置およびその様な半導体装置を部品として搭載した電子機器に
関する。
行う装置全般を指し、液晶表示装置、ELを用いた表示装置は全て電気光学装置である。
基板全般を指す。
いて薄膜トランジスタを構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや半導
体装置のような電子デバイスに広く応用され、特に液晶表示装置のスイッチング素子とし
て開発が急がれている。
類のタイプが知られている。
、高品位な画像を得ることができる。アクティブマトリクス型の用途としてはノート型の
パーソナルコンピュータが一般的であるが、家庭用のテレビ、携帯端末用途としても期待
されている。
である。ライン反転駆動とは、例えばソースライン反転駆動では、図37のように隣接す
るソースラインに印加される電圧の極性が異なり、フレーム毎に各ソースラインに印加さ
れる電圧の極性を変えていくものである。図37はソースライン反転駆動をするときの画
素に印加される電圧の極性を示す。隣接するソースライン毎に電圧の極性が異なる駆動を
ソースライン反転駆動という。隣接するゲートライン毎に電圧の極性が異なるものをゲー
トライン反転駆動という。
基板101に形成された画素電極102a〜102bと対向基板104に形成された対向
電極103の間にできる電界を「縦方向電界」105という。また、隣接する画素電極1
02a及び102bの間にできる電界を「横方向電界」106という。
、画素電極の端部で液晶の配向が不均一になりディスクリネーションが出る。良質な黒レ
ベルを得るためには、ディスクリネーションを隠す遮光膜が必要である。しかし、遮光膜
によりディスクリネーションを隠すと、遮光膜により開口率が低下する。良質の黒レベル
を得て、かつ、開口率の高い明るい表示をするには、できるだけ、ディスクリネーション
が生じないような工夫が必要である。なお、本明細書では、液晶の配向膜界面でのプレチ
ルトの方向の違い、ツイストの向きの違いにより生じる液晶の配向不良を「ディスクリネ
ーション」と称する。また、液晶が正規の配向状態ではないために生じる偏光板を設けた
ときの明度の異なる領域を「光漏れ」と称する。
置においては、横方向電界によりできるディスクリネーション及び光漏れが画素に占める
割合が無視できないくらいに大きい。また、投影型の液晶表示装置ではこのようなディス
クリネーション及び光漏れがスクリーンに拡大して投影されるため、これら光漏れやディ
スクリネーションをいかに抑えるかがコントラストを確保する上で大切である。
ョン及び光漏れを防止できるような素子構造を提供することが課題である。
図を示す。本発明は、図2に示すように第1の基板(図示しない)上の画素電極203a
〜203bの端部を、平坦面上に形成された凸部204上に重なるようにして形成するこ
とにより、液晶202に電圧をかけたときのディスクリネーション及び光漏れが画素電極
の端部に移動することを利用するものである。図2においては対向電極201が対向基板
207に形成されている。
上端部が重なる領域を、画素電極の第1の領域(a)と称する。画素電極が凸部の側部に
形成された領域を画素電極の第2の領域(b)と称する。画素電極が平坦面に形成された
領域であり、画素電極の第2の領域に接する領域を画素電極の第3の領域(c)と称する
。
したときの、その垂線の長さの最大値をいう。
素電極の第3の領域までの距離をいう。
距離をいう。
ため、液晶の配向面はできるだけ平坦な方が良いといわれていた。しかし、発明者らが、
液晶の配向をシミュレーションした結果、所定の高さを有する凸部に形成された画素電極
の第1の領域、及び、所定の高さを有する凸部の側部に形成された画素電極の第2の領域
を有するときには、液晶表示装置を駆動したときの横方向電界に起因する液晶の配向不良
が低減することがわかった。具体的には、黒表示をしているときのディスクリネーション
及び光漏れが現れる位置が、画素電極の端の方になることがわかった。
式とする。図1においてはライン反転駆動で+5V若しくは−5Vのビデオ電圧で液晶表
示装置を駆動したときの液晶の配向を示す。配向膜は図示していない。
203bの端部が、凸部204上に形成されていると、凸部がないときに比べ、ディスク
リネーションがでにくい。それでも、凸部の高さが低いと、第2の基板(図示せず)に形
成された対向電極201と画素電極203a〜203bの間にできる縦方向電界に対し、
画素電極203aと画素電極203bの間にできる横方向電界の影響が強くでて、凸部近
傍の液晶分子208は基板面に対し、斜め方向の傾きを持って配向する。そこで、クロス
ニコルの偏光板の下で光漏れとなって見える。また、ラビング方向205〜206により
配向膜の界面近傍の液晶分子209のプレチルト角が決まるので、界面近傍の横方向電界
の向きと、ラビングにより決まる界面近傍の液晶分子の向きが異なるところで光の強度の
高いディスクリネーション210ができる。
210の出る位置が画素電極の端へと変わる。さらに、画素電極203a及び203bの
端部と重なる凸部204を高くしていくと、図1(b)のように画素電極の第1の領域2
15と対向電極201の間にできる縦方向電界が凸部の高さが高くなるにつれて強くなり
、横方向電界の影響が弱まる。かつ、画素電極203a〜203bのうち凸部の側部に形
成された画素電極の第2の領域212と、対向電極201の間にできる電界で、ほぼ基板
面に垂直な方向の電界が多く出来る。TN方式の液晶はポジ型の液晶の為、電界に対し液
晶分子211の長軸が平行に配向する。ポジ型の液晶とは、正の誘電率異方性を有する液
晶をいう。これにより、凸部近傍のディスクリネーション及び光漏れが減少する。
の液晶は対向電極と画素の第2の領域の間に基板面に対し斜め方向の電界が、プレチルト
と同じ向きにできるため、液晶分子213が電界にならって、基板面に対し斜めに配向し
、凸部近傍で、無視できないほど幅の広い光漏れができる。画素電極203a上では、画
素電極の第2の領域216と対向電極の間にできる基板面に対し、斜め方向の電界が液晶
のプレチルトの向きと逆のため、液晶217が電界に従いにくく、光漏れが比較的できに
くい。とはいっても、対向電極と画素電極203bの第2の領域212の間にできる電界
により光漏れの幅が広くなったことによって、全体としてみると開口率が低下する。
ン及び光漏れの幅の両方を低減するためには、凸部の高さに最適値が存在することがわか
る。凸部が高すぎると、全体的に、光漏れの幅が広くなる(図1(c))。開口率を高く
出来るのは、図1(a)及び図1(b)の構造である。後述のシミュレーションの結果は
、この原理を裏付けるものである。
をパラメーターとして決まると考えられる。
面積が小さく、ディスクリネーション及び光漏れが出たときに、それが画素に占める割合
が無視できないくらいに大きいときである。つまり、主に投影型の液晶表示装置として使
われる場合である。投影型の液晶表示装置は画素のピッチが小さく、必然的に画素電極間
の距離が4.0μm以下と小さいときが多い。そこで、発明者らは、投影型の液晶表示装
置においてディスクリネーション及び光漏れの低減を図るために、画素電極間の距離が4
.0μm以下のときに注目してシミュレーションを行った。
部204、画素電極203a〜203bがシミュレーションモデルの構成要素となってい
る。図2のシミュレーションモデルを一単位として、それが周期的に繰り返される。
.0μm画素電極間の距離s:2μm、4μm凸部の高さh:0μm、0.2μm、0.
3μm、0.4μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.5μm画素のピッチp
:18μm、43μm
画素電極の第1の領域の幅o:1.0μm画素電極203aの電位:+5V画素電極20
3bの電位:−5V対向電極201の電位:0V
高さ(h)の関係を一般化するために、4.5μmと3.0μmのセルギャップでシミュ
レーションを行った。シミュレーションにおいては、セルギャップ4.5μm及び3.0
μmのときとも、液晶にZLI4792を用いて、配向を計算により求めた。
図2にラビング方向205〜206を示す。ツイスト角が90°である。液晶の配向はT
N方式である。
シミュレーションを行った。
BENCHを用いて、液晶の配向をシミュレーションした。2SBENCHは液晶の配向
をセルギャップ方向と、基板面方向からなる二次元平坦面で示したものである。
拡大図である。
0μm、画素のピッチ(p)が18μmの条件で凸部の高さを変えてシミュレーションし
ている。シミュレーションの結果には、等電位線、液晶のダイレクタ−及び屈折率異方性
から計算される各座標における透過率が示されている。横軸の18μmの座標が画素の端
(隣接する画素と画素の境界)を示す。画素電極203aは1〜17μmの座標にあり、
画素電極203bは19〜35μmの座標にあるが、図3〜8は、凸部近傍の光漏れ及び
ディスクリネーションがあるところを拡大して示したものである。液晶がポジ型のため、
電気力線は、液晶のダイレクタ−の向きとほぼ等しいと考えられる。
れる。また、横方向電界の向きと液晶のプレチルトの向きが逆になった領域でディスクリ
ネーションが出ている。
の第1の領域により、縦方向電界が強くなるため、ディスクリネーションの位置が、図3
の凸部がないときに比べ、画素電極の外側寄りに移動する。
と、凸部の側部に形成された画素電極の第2の領域と対向電極によりできる電気力線が基
板面に対し、ほぼ垂直の成分を持つ効果により、液晶も電気力線にならって基板面に垂直
に配向するものが多くなり、凸部近傍のディスクリネーションが少なくなる。
ションの幅は凸部の高さが0.7μmのときに比べ0.2μmしか減っていない。
形成された画素電極の第2の領域と対向電極によりできる電気力線が基板面に対し60°
程度の角度を持つ。液晶が電気力線にならって配向し、凸部近傍で光漏れができる。
上端部の画素電極の第3の領域上方の液晶はほぼ基板面に垂直に配向する。しかし、凸部
の側部に形成された画素電極の第2の領域と対向電極の間にできる電界が基板面に対し、
30°程度の角度を持ち、液晶が電気力線にならって配向するため、凸部近傍で幅の広い
光漏れができる。
(b)の模式図に対応する。図7及び図8の液晶の配向は図1(c)の模式図に対応する
。つまり、凸部の高さが、上限を超えると液晶の光漏れが多くなることが確認された。
口率に影響するディスクリネーション及び光漏れの端部と端部の間の距離に注目した。
いてもデータを取った。−5Vの電位を有する画素電極上での光漏れ及びディスクリネー
ションは、その光強度が高く、表示品位に大きく影響するからである。
ルにおいて、セルギャップ(d)に対する凸部の高さ(h)と光漏れ及びディスクリネー
ションの幅(x)をグラフにしたものである。ここで、光漏れ及びディスクリネーション
の幅(x)とは、凸部の両側にできるディスクリネーション及び光漏れに起因する明度の
高い領域の幅を示す。
の高さ(h)と光漏れ及びディスクリネーションの幅(y)をグラフにしたものである。
ここで、光漏れ及びディスクリネーションの幅(y)とは、凸部の片側つまり、−5Vの
電位を有する電極側にできるディスクリネーション及び光漏れに起因する明度の高い領域
の幅を示す。
のときとでシミュレーションをした。また、隣接する画素電極の間の距離(s)は2.0
μm若しくは4.0μmとした。
0μm若しくは4.0μmとした。画素のピッチ(p)は18μmとした。
の傾向を示した。
係がほとんど変わらなかった。光漏れ及びディスクリネーションが出るのは、画素電極端
部の横方向電界及び縦方向電界に起因する現象だからである。
少なかった。
を増やすにつれて光漏れ及びディスクリネーションに代表される液晶の配向不良の領域が
低減した。そして、凸部の高さが高くなりすぎると、逆に液晶の配向不良の領域が多くな
った。最適な凸部の高さは、セルギャップ、画素電極間の距離により決まる。
の高さは、セルギャップが4.5μmのときは、セルギャップの4.4%以上22.5%
以下が望ましい。
は、凸部の高さをセルギャップの4.4%以上、22.5%以下とすることで、凸部がな
いときに比べ、良好な配向不良の領域の低減効果が得られる。
それほど光漏れおよびディスクリネーションの幅は変わらない。セルギャップに対する凸
部の高さが22.5%を超えると光漏れおよびディスクリネーションの幅が増える。
くして光漏れおよびディスクリネーションの幅が減らせる方が、良好な表示品位を確保す
る上で好ましい。このため、セルギャップが4.5μmの場合はセルギャップに対する凸
部の高さをセルギャップの4.4%以上15.6%以下に抑える方がよい。この凸部の高
さの範囲でも凸部の高さをセルギャップの4.4%以上22.5%以下としたときとほぼ
同じ光漏れ及びディスクリネーションの低減効果が得られる。
も凸部の高さが4.4%以上15.6%以下の範囲で、凸部の高さをセルギャップの4.
4%以上22.5%以下としたときと同じに、良好な光漏れ及びディスクリネーションの
低減効果が得られる。
には、逆に光漏れが多くなってしまっている。そこで、画素電極間の距離(s)が4.0
μmのときまで含めても、セルギャップに対する凸部の高さは4.4%以上、15.6%
以下が望ましい。
m以上4.5μm以下のときは凸部の高さをセルギャップの4.4%以上22.5%以下
、望ましくは4.4%以上15.6%以下にすると良い。
要な凸部の高さは小さくなる。セルギャップが3.0μm以上4.5μm以下の場合に、
凸部の高さが15.6%以下で良好な液晶の配向が得られるのだから、セルギャップが3
.0μm以下の場合に、光漏れ及びディスクリネーションの幅を減らすのに必要な凸部の
高さはセルギャップの15.6%以下で充分と考えられる。
とすると良い。もちろん、グラフの変曲点から考えて、凸部の高さをセルギャップの6.
7%以下としても、良好な効果が得られると予測される。
あれば、凸部が高くなるにつれて単調に光漏れ及びディスクリネーションの幅が減少する
。そこで、セルギャップを3.0μm以下と小さくしたときに、凸部が高くなるにつれて
単調に光漏れ及びディスクリネーションの幅が減少するのは、セルギャップに対する凸部
の高さが6.7%を超えない範囲と考えられる。
ングの布の毛先が乱れてラビング不良が起こる恐れがあるので凸部の高さの上限を定める
ことは液晶表示パネルを作製するために必要である。また、セルギャップに対する凸部の
高さの最適値は、セルギャップが小さくなるにつれて小さくなる傾向があった。
ドの配向方式において液晶のディスクリネーションを隠す手段として広く用いることがで
きる。
電界によりできる電気力線を、適切に調節し、図1(b)のように基板面に垂直な成分持
つ電気力線が発生する領域を画素電極の端部において増やすものである。
型の液晶表示装置にも適用可能と考えられる。反射型の液晶表示装置でも画素電極に電圧
を印可し、縦方向電界で液晶を配向させるときに、不要な、基板面に対し斜め方向の電界
を低減し、画素電極の端部の光漏れ及びディスクリネーションを減らすことができるから
である。
されない。アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、縦方向電界で液晶を配向さ
せるときに、凸部の高さを最適化して、不要な、基板面に対し斜め方向の電界を低減する
ものだからである。例えば、OCB(Optically Controlled Birefringence)方式、S
TN方式、ホモジニアス配向セルを用いたECB方式等に本発明が適用可能と考えられる
。
向方式に適用することが可能であると考えられる。例えば、強誘電性液晶、反強誘電性液
晶を用いた液晶表示装置に適用可能であると考えられる。また、これらの液晶に液晶性高
分子を添加して光(例えば紫外線)照射により硬化した材料を用いた液晶表示装置にも適
用可能であると考えられる。
面に形成された画素電極の第3の領域の成す角度(以降、凸部のテーパー角と称す)が9
0°である。しかし、本発明は凸部のテーパー角が90°以下のものにも適用可能である
。図35の凸部がテーパーを有するときの電気力線を示す断面図のように凸部204のテ
ーパー角θが90°未満の場合、電気力線は導電体に対して垂直方向に発生するため、凸
部にテーパーがついている方が、対向電極201と画素電極203a〜203bの第2の
領域219の間にできる電気力線218の屈曲がなだらかになり、より液晶220が基板
面に垂直に配向しやすい。このため、凸部にテーパーがついているときは、本発明で示し
た凸部の高さ221とセルギャップの関係を用いることで、テーパー角が90°のときに
比べ、より大きな光漏れ及びディスクリネーションの低減効果があると考えられる。
いる画素電極の第1の領域の幅を変えたときの液晶の配向の変化を調べた。
部204、画素電極203a〜203bがシミュレーションモデルの構成要素となってい
る。
電極間の距離s:2μm、4μm凸部の高さh:0μm、0.5μm画素電極の第1の領
域の幅o:−1.0μm、−0.5μm、0μm、0.5μm、1.0μm 画素電極の
第1の領域の幅oで、−1.0μmのような−の符号は、凸部に画素電極が形成されてお
らず、凸部から、1.0μm離れた位置に画素電極の端部があることを示す。
画素電極203aの電位:+5V画素電極203bの電位:−5V対向電極201の電位
:0V画素のピッチp:18μm
.0μmである。
ら0.5μmのところに画素電極の端がある。つまり、図11〜図12において画素電極
の第2の領域および画素電極の第1の領域が存在していない。
このとき、画素の端からの光漏れ及びディスクリネーションの幅(x)は図11と図12
で全く変わらなかった。
る。図11〜図12に比べ、−5Vの電位を有する画素電極上方のディスクリネーション
の位置が0.4μm画素端に移動している。画素電極の第2の領域により、縦方向電界が
強まり、横方向電界が、若干弱まっている。
た画素電極の第2の領域がある。画素電極の第1の領域の幅は0.5μmである。画素電
極の第2の領域により、縦方向電界が強くなり、−5Vの電位を有する画素電極上方のデ
ィスクリネーションが画素電極の端に移動している。
より、さらに、縦方向電界が、横方向電界に対し強くなり、−5Vの電位を有する画素電
極上方のディスクリネーションが画素電極の端に移動している。
スクリネーションの低減効果がわかる。
タをとった。図16にシミュレーション結果を示す。図16(a)は、図2のシミュレー
ションモデルにおいて、セルギャップ(d)に対する画素電極の第1の領域の幅(o)と
光漏れ及びディスクリネーションの幅(x)をグラフにしたものである。ここで、光漏れ
及びディスクリネーションの幅(x)とは、凸部の両側にできるディスクリネーション及
び光漏れに起因する明度の高い領域の幅を示す。
る画素電極の第1の領域の幅(o)と光漏れ及びディスクリネーションの幅(y)をグラ
フにしたものである。ここで、光漏れ及びディスクリネーションの幅(y)とは、凸部の
片側つまり、−5Vの電位を有する電極側にできるディスクリネーション及び光漏れに起
因する明度の高い領域の幅を示す。
の領域の幅(o)が0.5μm以上、望ましくは1.0μm以上あると、ディスクリネー
ション及び光漏れが低減する効果があることがわかる。
れ及びディスクリネーションの幅は、画素電極が凸部の側面にのみ形成された状態の光漏
れ及びディスクリネーションの幅を示している。画素電極の第1の領域の幅が0.5μm
以上、あるいは1.0μm以上ある場合に比べると光漏れ及びディスクリネーションの幅
が低減する効果が低い。しかし、画素電極が凸部に全くかかっていない画素電極の第1の
領域の幅が−0.5μmの場合に比べて、光漏れ及びディスクリネーションの幅が減って
いる。
板の上面図、図33(b)〜図33(c)は凸部を有する基板の断面図である。
なる。また、縦線部で示される画素電極301bが全て同電位になる。
これは、隣接する画素電極が3μmの幅の透明導電膜300により接続されているためで
ある。ライン反転駆動を仮定して、画素電極301aに+5Vの電位を与えている。かつ
、画素電極301bに−5Vの電位を与えている。凸構造を有する基板のラビング方向3
02を図中に示す。凸構造を有する基板と対向する基板のラビング方向は、ラビング方向
302と直交する。
図33(a)の上面図を鎖線H−H’で切断した断面を図33(c)に示す。図33(a
)と同じ部位は同一の符号を用いる。基板303上に形成された画素電極301a、30
1bの端部が凸部304にかかる。隣接する画素電極301a、301bの距離は2.0
μmと一定にして、凸部上に重なる画素電極の幅つまり、画素電極の第1の領域の幅30
5を変えて、液晶の配向を確認した。画素電極の第1の領域の幅は−1.0μm、0μm
、0.5μm、1.0μmである。
セルギャップは4.5μm、凸部の高さは0.5μm、画素のピッチは18μmである。
向に隣接する画素電極は同電位である。ラビングは紙面の垂直方向にされている。実験に
おいても、画素電極の第1の領域の幅(o)が0.5μm以上、望ましくは1.0μm以
上あると、ディスクリネーションの幅が低減する効果があった。紙面の水平方向に伸びる
ディスクリネーション及び光漏れの幅が画素電極の第1の領域の幅(o)が大きくなるに
つれて減っていることがわかる。
光漏れといった液晶の配向不良を低減でき、コントラストが高く、視認性の良い液晶表示
装置を提供することができる。
能を有する部位は同じ符号を付す。
配線301、半導体層のソース領域と電気的に接続するソース配線302、半導体層のド
レイン領域とコンタクトホール305を介して電気的に接続する画素電極303が図示さ
れている。図17はソース配線302上方にソース配線と平行に本発明の凸部304を設
けたものである。ソースライン反転駆動をしたときに画素電極端部において、ソース配線
と平行にできるディスクリネーション及び光漏れを低減するのに効果がある。本発明の効
果を発揮するのは、凸部の上端部に重なり合って形成された画素電極の第1の領域及び凸
部の側部に形成された画素電極の第2の領域である。このため、凸部は画素電極と重なり
合う領域に設ける。
い。
凸部304を設けたものである。例えば、ソースライン反転駆動をしたときに横方向電界
はソース配線を挟んで隣接する画素電極の間だけでなく、ゲート配線を挟んで隣接する画
素電極の間にも生じる。そこで、図18はゲート配線を挟んで隣接する画素電極間の横方
向電界によりできるディスクリネーション及び光漏れを低減する効果も合わせ持つ。凸部
は図17と同じで、画素電極と重なり合う領域に設ける。
凸部304を設けたものである。図18においては、凸部が高く、ラビングの布の毛先が
、図18の凸部304の間隙の凹部にとどかず、ラビングむらがでることがある。図19
ではラビングを均一にするために、ソース配線及びゲート配線上において、凸部と画素電
極303が重ならない部分にも、ダミーパターンとして凸部を設けている。
部の高さをセルギャップの4.4%以上、22.5%以下、望ましくは4.4%以上、1
5.6%以下にすると良い。また、セルギャップが3.0μm以下のときは、凸部の高さ
はセルギャップの15.6%以下望ましくは、6.7%以下とすることが望ましい。セル
ギャップが4.5μm以上のときは、凸部の高さはセルギャップの15.6%以下とする
ことが望ましい。
凸部を設け、凸部の高さを場所によって変えたものである。例えば、ソースライン反転駆
動をしたときに横方向電界はソース配線302を挟んで隣接する画素電極間だけでなく、
ゲート配線301を挟んで隣接する画素電極間にも生じる。もちろん、ソース配線を挟ん
で隣接する画素電極間の横方向電界の方が大きい。そこで、隣接する画素間にできる電気
力線のでき方を考慮して、凸部の高さを変えると良い。図20においては、第1の高さを
有する凸部307及び第2の高さを有する凸部308を図示している。電界の出来かたに
よって、さらに、凸部の高さを場所によって変えても良い。例えば、電気力線の出来方に
よっては、第1の高さを有する凸部を第2の高さを有する凸部に対し相対的に高くするこ
とが可能である。
3.0μm以上4.5μm以下のときはセルギャップの4.4%以上22.5%以下望ま
しくは、4.4%以上15.6%以下にすると良い。また、セルギャップが3.0μm以
下のときは、第1の高さを有する凸部及び第2の高さを有する凸部はセルギャップの15
.6%以下望ましくは、6.7%以下とすることが望ましい。セルギャップが4.5μm
以上のときは、第1の高さを有する凸部及び第2の高さを有する凸部はセルギャップの1
5.6%以下とすることが望ましい。
すると良い。もちろん、酸化珪素膜、酸化窒素膜、酸化窒素珪素膜のような無機膜をパタ
ーニングして形成することも可能である。
また、素子基板の、半導体層、ゲート配線、ソース配線等を凸部を高くしたい場所におい
ても形成し、画素電極を形成する前に、選択的に凸状になったところを形成しておいても
良い。
は0.5μm以上、望ましくは1.0μmとすると良い。
である。
れる駆動回路(信号線駆動回路、走査線駆動回路等)のTFTを同一基板上に作製する方
法について工程に従って説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路部にはその
基本構成回路であるCMOS回路を、画素部の画素TFTにはnチャネル型TFTとを、
ある経路に沿った断面により図示することにする。
スなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどの
ガラスから成る基板400上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン
膜などの絶縁膜から成る下地膜401を形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4
、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜401aを10〜200nm(好ましく
は50〜100nm)形成し、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコ
ン膜401bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する
。本実施例では下地膜401を2層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層
以上積層させた構造として形成しても良い。
知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体膜402〜
406の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)
の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシ
リコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
エキシマレーザー、Arレーザ、KrレーザやYAGレーザー、YVO4レーザー、YL
Fレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ
、Ti:サファイアレーザ等を用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発
振器から放射されたレーザー光を光学系で線状または矩形状または楕円形状に集光し半導
体膜に照射する方法を用いると良い。
0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて
照射すると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、非晶質半導体膜の
結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本
波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザ
ー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用す
る。なお、基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
例えば、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネ
ルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、Y
AGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzと
し、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)
とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレー
ザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラ
ップ率)を80〜98%として行う。
ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150n
mとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、120nmの厚さの酸化窒化
シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定され
るものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例
えば、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ort
ho Silicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周
波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。
このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによ
りゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
2の導電膜409とを形成する。本実施例では、第1の導電膜408をTaNで50〜1
00nmの厚さに形成し、第2の導電膜409をWで100〜300nmの厚さに形成す
る。
ッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにして
もゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μ
Ωcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図るこ
とができるが、W中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化す
る。このことより、スパッタ法による場合、純度99.9999%のWターゲットを用い
、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成するこ
とにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。
、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成
分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をド
ーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。本実施例以外の組
み合わせとしては、第1の導電膜をタンタル(Ta)で形成し、第2の導電膜をWとする
組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をAlとす
る組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をCuと
する組み合わせなどがある。
第1のエッチング処理を行う。本実施例ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導
結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスを混合し、1Paの圧力でコイル
型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側
(試料ステージ)にも100WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイ
アス電圧を印加する。エッチングガスを適宜選択することによりW膜及びTaN膜とも同
程度にエッチングされる。
、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテ
ーパー部の角度が15〜45°のテーパー形状となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すこと
なくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると
良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、
オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50nm程度エ
ッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2
の導電層から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導電層417a〜422a
と第2の導電層417b〜422b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1の
形状の導電層417〜422で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くな
った領域が形成される。
1(B))ドーピングの方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法で行えば良い。イオ
ンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60
〜100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型
的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場
合、導電層417〜420がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合
的に第1の不純物領域423〜426が形成される。第1の不純物領域423〜426に
は1×1020〜1×1021atomic/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する
。
用い、反応性ガスをチャンバーに導入して、コイル型の電極に所定のRF電力(13.56MHz)
を供給し、プラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)
には低めのRF(13.56MHz)電力を投入し、第1のエッチング処理に比べ低い自己バイア
ス電圧を印加する。W膜を異方性エッチングして第2の形状の導電層427〜432を得
る。
ーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてn型を付与する不純物元
素をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120keVとし、1×1013/cm2のド
ーズ量で行い、図21(B)で島状半導体膜に形成された第1の不純物領域の内側に新た
な不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の形状の導電層427〜430を不純物元
素に対するマスクとして用い、第1の導電層427a〜430aの下側の領域にも不純物
元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第1の導電層427a〜430aと
重なる第2の不純物領域433〜437を形成する。n型を付与する不純物元素は、第2
の不純物領域で1×1017〜1×1018 atomic/cm3の濃度となるようにする。
層であるTaNがエッチングされて後退するので第3の形状の導電層438〜443(第
1の導電層438a〜443aと第2の導電層438b〜443b)を形成する。444
はゲート絶縁膜であり第3の形状の導電層438〜443で覆われない領域はさらに20
〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
45〜449と、第3の不純物領域の外側にある第4の不純物領域450〜454が形成
される。これにより第3の不純物領域及び第4の不純物領域におけるn型を付与する不純
物元素の濃度は第2の不純物領域におけるn型を付与する不純物元素の濃度とほぼ等しく
なる。
3、pチャネル型TFTを形成する島状半導体膜406に一導電型とは逆の導電型の第4
の不純物領域458〜461を形成する。第3の形状の導電層439、第3の形状の導電
層441を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。
このとき、nチャネル型TFTを形成する島状半導体膜402、島状半導体膜404、島
状半導体膜405はレジストマスク455〜457で全面を被覆しておく。不純物領域4
58〜461にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン(B2H6)を
用いたイオンドープ法により、そのいずれの領域においても不純物濃度を2×1020〜2
×1021atoms/cm3となるようにする。
と重なる導電層(ゲート電極を形成する導電層)438〜441がTFTのゲート電極と
して機能する。また、442はソース配線、443は駆動回路内の配線として機能する。
膜に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を
用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルア
ニール法(RTA法)を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が1ppm以
下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500
〜600℃で行うものであり、本実施例では500℃で4時間の熱処理を行う。ただし、
438〜443に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜
(シリコンを主成分とする)を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素に
より半導体膜のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プ
ラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
00nmの厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜473と
してアクリル樹脂膜又はポリイミド樹脂膜を1.8μmの厚さで形成する。次いで、コン
タクトホールを形成するためのエッチング工程を行う。
150nmの厚さで形成し、島状半導体膜のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜
とコンタクトを形成し、そのTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜400nm
の厚さで形成し、さらにTi膜または窒化チタン(TiN)膜を100〜200nmの厚さ
で形成して3層構造とした。
配線474〜476、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線477〜479
を形成する。
電極492を形成する。
示してはいないが、ゲート配線481はゲート電極を形成する導電層485とコンタクト
ホールにより電気的に接続する。ドレイン電極482は第1の半導体膜484のドレイン
領域と電気的に接続する。電極492は第2の半導体膜493と電気的に接続し、第2の
半導体膜493を保持容量505の電極として機能させる。
mの厚さで、ソース配線483の上方に凸部600を形成する。感光性樹脂膜は、JSR
社製のBPR−107VLをPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テート)で希釈して、粘度を下げた材料を用いる。画素部の上面図では、凸部は細長い長
方形のパターンであり、その短軸の幅は4.0μmとする。
いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極491を形成する。画素電極
491は、第2の層間絶縁膜473上に形成され、画素TFTのドレイン電極482、電
極492と重なる部分を設け、接続構造を形成している。ここで、凸部の上端部に形成さ
れた画素電極491の第1の領域601の幅が1.0μmとなるようにする。
n2O3―SnO2;ITO)などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いる
ことができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特
にITOのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸
化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用いても良い。酸化インジウム酸化亜
鉛合金は表面平滑性に優れ、ITOに対して熱安定性にも優れているので、ドレイン電極
482の端面で接触するAlとの腐蝕反応を防止できる。同様に、酸化亜鉛(ZnO)も
適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム(Ga)を添
加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)などを用いることができる。
せることができる。
ル型TFT503を有する駆動回路部と、画素TFT504、保持容量505とを有する
画素部を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上ア
クティブマトリクス基板と呼ぶ(図23)。
する導電層438と重なる第3の不純物領域445(GOLD領域)、ゲート電極の外側
に形成される第4の不純物領域450(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域と
して機能する第1の不純物領域423を有している。
pチャネル型TFT502にはチャネル形成領域463、ゲート電極を形成する導電層4
39と重なる第5の不純物領域446、ソース領域またはドレイン領域として機能する第
6の不純物領域451を有している。nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域4
64、ゲート電極を形成する導電層440と重なる第3の不純物領域447(GOLD領
域)、ゲート電極の外側に形成される第4の不純物領域452(LDD領域)とソース領
域またはドレイン領域として機能する第1の不純物領域425を有している。
485と重なる第3の不純物領域448(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成され
る第4の不純物領域453(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能す
る第1の不純物領域426を有している。また、保持容量505の一方の電極として機能
する半導体膜493にはp型を付与する不純物元素が添加されている。ゲート電極を形成
する導電層485とその間の絶縁層(ゲート絶縁膜と同じ層)とで保持容量を形成してい
る。
’、鎖線B―B’で切断された断面に対応する。図25の上面図を鎖線C―C’で切断し
た断面が、図24の鎖線C―C’ で切断された断面に対応する。図25の801〜80
5はコンタクトホールである。
いる。しかし、互いに隣接する画素の凸部を接続したストライプ状にすることも可能であ
る。
置に適用することができる。
。
00nmの厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜473と
してアクリル樹脂膜又はポリイミド膜を1.8μmの厚さで形成する。次いで、コンタク
トホールを形成するためのエッチング工程を行う。
の厚さで、ソース配線483の上方に凸部600を形成する。感光性樹脂膜は、JSR社
製のBPR−107VLをPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート)で希釈して、粘度を下げた材料を用いる。
る。これは、Ti膜を50〜150nmの厚さで形成し、島状半導体膜のソースまたはドレ
イン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのTi膜上に重ねてアルミニウム
(Al)を300〜400nmの厚さで形成し、さらにTi膜または窒化チタン(TiN)
膜を100〜200nmの厚さで形成して3層構造とした。
配線474〜476、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線477〜479
を形成する。
形成する。本実施例においては、ドレイン電極482が反射型液晶表示装置の画素電極と
しての機能を有している。なお、図28に示すように凸部の上端部と、ドレイン電極48
2が重なり合う。ドレイン電極の第1の領域602の幅は1.5μmとする。
示してはいないが、ゲート配線481はゲート電極を形成する導電層485とコンタクト
ホールにより電気的に接続する。ドレイン電極482は第1の半導体膜484のドレイン
領域と電気的に接続する。かつ、ドレイン電極482は第2の半導体膜493と電気的に
接続し、第2の半導体膜493を保持容量505の電極として機能させる。
る導電層485を電極とする。ゲート絶縁膜444は保持容量の誘電体膜として機能する
。第2の半導体膜493はドレイン電極482と同電位になる。ゲート電極を形成する導
電層485はゲート配線と同電位になる。
せることができる。
ル型TFT503を有する駆動回路部と、画素TFT504、保持容量505とを有する
画素部を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上ア
クティブマトリクス基板と呼ぶ。
する導電層438と重なる第3の不純物領域445(GOLD領域)、ゲート電極の外側
に形成される第4の不純物領域450(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域と
して機能する第1の不純物領域423を有している。
pチャネル型TFT502にはチャネル形成領域463、ゲート電極を形成する導電層4
39と重なる第5の不純物領域446、ソース領域またはドレイン領域として機能する第
6の不純物領域451を有している。nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域4
64、ゲート電極を形成する導電層440と重なる第3の不純物領域447(GOLD領
域)、ゲート電極の外側に形成される第4の不純物領域452(LDD領域)とソース領
域またはドレイン領域として機能する第1の不純物領域425を有している。
485と重なる第3の不純物領域448(GOLD領域)、ゲート電極の外側に形成され
る第4の不純物領域453(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能す
る第1の不純物領域426を有している。また、保持容量505の一方の電極として機能
する半導体膜493にはp型を付与する不純物元素が添加されている。ゲート電極を形成
する導電層485とその間の絶縁層(ゲート絶縁膜と同じ層)とで保持容量を形成してい
る。
’、鎖線E―E’で切断された断面に対応する。図29の上面図を鎖線F―F’で切断し
た断面が、図28の鎖線F―F’で切断された断面に対応する。
クス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図26を用いる。
クティブマトリクス基板の画素部の上面図を鎖線A−A’、鎖線C−C’で切断した断面
を図示している。アクティブマトリクス基板には駆動回路部506及び画素部507が形
成されている。
本実施例では配向膜512を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニン
グすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ(図示しない)を所望の位
置に形成した。本実施例では、4.0μmの高さを有する柱状のスペーサを用いた。また
、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサ(図示しない)を基板全面に散布してもよい
。
応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を
設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に
透明導電膜からなる対向電極510を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜511を
形成し、ラビング処理を施した。
ル材513で貼り合わせる。シール材513にはフィラーが混入されていて、このフィラ
ーと柱状のスペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後
、両基板の間に液晶材料514を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。
液晶材料514には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図26に示すアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリク
ス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を
適宜設けた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
ができる。
成されている。セルギャップが4.0μmであることから、凸部の高さはセルギャップの
8%となる。図9及び図36のグラフからこの凸部の高さでディスクリネーションおよび
光漏れを低減する効果があることがわかる。
学装置に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器
全てに本発明を適用できる。
マウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ
、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子
書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図30、図31及び図32に示す。
表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を表示部2003に適用すること
ができる。
03、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を
表示部2102に適用することができる。
、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む
。本発明を表示部2205に適用できる。
ム部2303等を含む。本発明を表示部2302に適用することができる。
ーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404
、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲ
ームやインターネットを行うことができる。
本発明を表示部2402に適用することができる。
3、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本発明を表示部2502に
適用することができる。
02等を含む。本発明を投射装置2601の一部を構成する液晶表示装置2808に適用
することができる。
ー2703、スクリーン2704等を含む。本発明を投射装置2702の一部を構成する
液晶表示装置2808に適用することができる。
投射装置2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、投射装置2702
は、光源光学系2801、ミラー2802、ミラー2804〜2806、ダイクロイック
ミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光
学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成され
る。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。
また、図31(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設
けてもよい。
した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源28
12、レンズアレイ2813、レンズアレイ2814、偏光変換素子2815、集光レン
ズ2816で構成される。なお、図31(D)に示した光源光学系は一例であって特に限
定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィ
ルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
合を示しており、反射型の電気光学装置での適用例は図示していない。
03、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906等を含む。本発明を表
示部2904に適用することができる。
3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発
明を表示部3002、表示部3003に適用することができる。
等を含む。本発明を表示部3103に適用することができる。本発明のディスプレイは特
に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)の
ディスプレイには有利である。
が可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜3のどのような組み合わせからな
る構成を用いても実現することができる。
Claims (1)
- 第1の基板に形成された画素電極下に選択的に設けられた凸部と、
前記画素電極において前記凸部の上端部に重なって形成された画素電極の第1の領域と、
前記凸部の側部に形成された画素電極の第2の領域と、
前記画素電極の第2の領域に接する画素電極の第3の領域とを有し、
第2の基板上に形成された対向電極と前記画素電極の第3の領域までの距離が3.0μm以上4.5μm以下であり、前記凸部の高さが前記距離の4.4%以上、22.5%以下であることを特徴とする液晶表示装置。
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