JP2655941B2 - アクティブマトリクス型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置およびその製造方法

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    • G02F1/1368—Active matrix addressed cells in which the switching element is a three-electrode device

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチング素子、例え
ば薄膜トランジスタ（以下ではＴＦＴと略称する。）、
ダイオード、ＭＩＭ（金属−絶縁膜−金属）素子等を付
加したアクティブマトリクス型液晶表示装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、アクティブマトリクス型液晶表示
装置はＣＲＴに代わる表示装置として注目され、開発さ
れている。
【０００３】典型的なアクティブマトリクス型表示装置
について簡略化した平面図を図３に示し、図３の切断線
II−IIからみた断面図を図４に示す。
【０００４】一方のガラス基板１０１上にソースバス配
線１０３とゲートバス配線１０４が絶縁膜１０５を介し
て相互に絶縁されマトリクス状に形成されている。この
ガラス基板１０１上には半導体スイッチング素子として
例えば薄膜トランジスタＴＦＴが形成され、そのソース
電極１０６はソースバス配線１０３に接続され、そのド
レイン電極１０７は絵素電極１０８に接続される。この
ガラス基板１０１の全面に配向膜１０９を塗布し配向処
理が施こされている。
【０００５】他方のガラス基板１０２には、ＴＦＴ，ソ
ースバス配線１０３，ソース電極１０６，ゲートバス配
線１０４，ソース電極１０７に対応して遮光膜１１０
（図３中斜線に示す）が形成される。この遮光膜１１０
はクロムなどの金属又は有色の合成樹脂によって形成さ
れるものである。そして、このガラス基板１０２には絵
素電極１０８に対応してカラーフィルター１１１が形成
される。このように遮光膜１１０及びカラーフィルター
１１１の形成されたガラス基板１０２の上の全面に透明
導電膜１１２を形成し、その上に配向膜１１３を形成す
る。
【０００６】上記ガラス基板１０１及び１０２を、スペ
ーサー１１４を介し所定の間隙をおいて配置すると共に
絵素電極１０８がカラーフィルター１１６に重なるよう
又ＴＦＴ，ソースバス配線１０３及びゲートバス配線１
０４が遮光膜１１０に対向するよう、図４に示すように
配置し、この間隙に液晶を注入し、ガラス基板１０１及
び１０２の周辺部をシール材によりシールすることによ
り、アクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
この装置においては、ソースバス配線１０３に映像用信
号を供給する一方でゲートバス配線１０４に走査用信号
を供給することによりＴＦＴをスイッチングし、絵素電
極１０８に映像用信号を印加して液晶を制御し、絵素電
極１０８，カラーフィルター１１１を透過する光を変調
することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では絵素電極
１０８とソースバス配線１０３，ゲートバス配線１０４
間の光漏れやＴＦＴのチャネル部に光が進入するのを防
止するため、遮光膜１１０がガラス基板１０１の絵素電
極１０８以外の領域に対応して形成されている。しかし
ながら、ガラス基板１０１と１０２の相対的な貼り合わ
せずれが工程の精度上発生するため、その精度に相当す
る分だけ遮光膜１１０の幅を大きく設計しており、いわ
ゆるマージンを必要とする。具体例を挙げれば、貼り合
せ精度は例えば５μｍ程度であり、マージンとしては７
μｍ程度を取るのが実状である。従って、カラーフィル
ター１１１の面積が小さくなり、表示に利用できる絵素
面積（開口率）が低下するという問題があった。また、
この貼り合わせ工程において上述の高精度技術が必要な
ため、装置も高額になり作業時間も長くかかっていた。
【０００８】さらに、図４に示す通りＴＦＴと絵素電極
１０８では高さが異なるため段差が生じる。なお、図４
にはＴＦＴの構造は、省略しているが、典型的な例とし
ては、ガラス基板１０１上に形成されたゲート電極１１
５上に絶縁層を形成し、その上に半導体層例えばアモル
ファスシリコン（ａーＳｉ）層を形成し、そのａーＳｉ
層の両端部にコンタクト層例えばリンドープのアモルフ
ァスシリコン（ｎ+型ａーＳｉ）層を形成し、ｎ+型ａ−
Ｓｉ層の一方の上にソース電極１０７を、又その他方の
上にドレイン電極１０７をそれぞれ形成して構成されて
おり、ＴＦＴは絵素電極１０８よりかなり高くなる。従
って、配向膜１０９はＴＦＴの上方部では絵素電極１０
８の上方部に比べて高くなり、配向膜１０９に段差が生
ずる。このため液晶分子を一様に配向させるためのラビ
ング処理（布で基板上を一方向にこする）を行う際、Ｔ
ＦＴの陰に当たる部分がラビング処理されずに配向不良
を発生することがある。又、ＴＦＴを用いた場合に限ら
ず、これの代りにダイオード，ＭＩＭ素子等のスイッチ
ング素子を用いた場合にもこれらスイッチング素子は絵
素電極に比べて高くなるため配向膜に段差が生ずる。こ
の問題は、特に液晶表示装置の高精細化が進むにつれて
顕著になっていた。
【０００９】本発明の目的は上記の問題を解決するもの
であり、、絵素電極と遮光膜の位置ずれを生じない構成
を有し、表示面積を向上させ、さらに相対する基板表面
の平坦化しうるアクティブマトリクス型液晶表示装置を
提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、配線と、該配
線に接続されるスイッチング素子と、該スイッチング素
子に接続される絵素電極とを有する一方の透光性の基板
と、上記絵素電極に対向する対向電極を有する他方の透
光性の基板と、上記両基板間に充填されている液晶を有
するアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上
記配線及び上記スイッチング素子の上の上記一方の透光
性の基板の全面に同一工程にて平坦で染色可能な樹脂絶
縁膜が形成され、上記絶縁膜上に形成された上記絵素電
極は上記絶縁膜に設けられたコンタクトホールによって
上記スイッチング素子と接続され、上記絶縁膜は、上記
絵素電極の下方部の領域が着色されたカラーフィルター
部と、該下方部以外の領域が着色された遮光部とから成
ることを特徴とするものであって、そのことによって上
記目的を達成する。
【００１１】更に、本発明は配線と、該配線に接続され
るスイッチング素子と、該配線及び該スイッチング素子
の上に設けられた染色可能な樹脂絶縁膜と、該絶縁膜上
に形成され該絶縁膜に設けられたコンタクトホールによ
って上記スイッチング素子と接続される絵素電極とを有
する一方の透光性の基板と、上記絵素電極に対向する対
向電極を有する他方の透光性の基板と、上記両基板間に
充填されている液晶を有するアクティブマトリクス型液
晶表示装置の製造方法において、上記一方の透光性の基
板に、上記配線及び上記スイッチング素子を設ける工程
と、上記配線及び上記スイッチング素子の上の上記一方
の透光性の基板の全面に上記絶縁膜を形成する工程と、
上記絶縁膜の絵素電極の下方部の領域を着色してカラー
フィルター部とし、上記絶縁膜の該下方部以外の領域を
着色して遮光部とする工程とを有することを特徴とする
ものであって、そのことによって上記目的を達成する。
【００１２】
【作用】本発明に従えば、スイッチング素子と遮光膜及
びカラーフィルターとが共に同じ基板上に形成されるた
め、他の基板との貼り合わせの際に発生する相対的な位
置ずれに対するマージンが必要ない。これによって開口
率を大幅に向上することができ、明るい表示を得ること
ができる。
【００１３】さらに、一方の基板上のスイッチング素子
と絵素電極との接続部を除く全面に絶縁膜である遮光膜
及びカラーフィルターを施すことによって、前記一方の
基板及び他方の基板の表面が平坦になり均一な配向処理
を確実に行うことができ、液晶表示装置の高精細化が進
んでも極めて良好な液晶分子の一方向性配向を得ること
ができる。
【００１４】
【実施例】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装
置の実施例を図１，図２を参照しながら説明する。
【００１５】図１は本発明の一実施例であるアクティブ
マトリクス型液晶表示装置の簡略化した平面図であり、
図２は図１の切断面線I−Iからみた断面図である。
【００１６】図において、１及び２はガラス基板（以下
単に基板と略称する。）、３はＴＦＴであって以下に概
略を説明する典型的な構造をなしている。５はタンタル
からなるゲート電極、６はゲート電極５を覆うＳｉＮｘ
からなるゲート絶縁膜、７は半導体層であるノンドープ
のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層、８ａ及び８ｂ
はａ−Ｓｉ層の両端部上に形成したリンドープのアモル
ファスシリコン（ｎ+型ａ−Ｓｉ）層、９ａ及び９ｂは
ｎ+型ａ−Ｓｉ層８ａ及び８ｂ上に形成したＴｉからな
るソース電極及びドレイン電極であり、１０は絶縁層で
あり、これらからＴＦＴが構成されている。
【００１７】ここで、ゲート電極５はＴａよりなるゲー
トバス配線１６に接続し、ソース電極９ａはＴｉよりな
るソースバス配線１７に接続されている。このゲートバ
ス配線１６とソースバス配線１７とは絶縁膜１８を介し
て相互に絶縁されマトリクス状に形成されている。
【００１８】１１はＴＦＴ３が形成されていない絶縁膜
６上及びＴＦＴ３のドレイン電極９ｂの端部上に形成さ
れているカラーフィルターであって、着色可能な樹脂絶
縁膜を青、緑、又は赤のいずれかに染色することにより
得られるものである。１２はこのカラーフィルタ及び後
述の遮光膜の上方に形成されたＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴ
ｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる絵素電極であって、コンタ
クトホールを介してドレイン電極９ｂに電気的に接続し
ている。１３はカラーフィルター１１，コンタクトホー
ルが形成されていない領域、換言すればＴＦＴ３のほぼ
全面の上、ゲートバス配線１６，ソースバス配線１７等
の上に形成された遮光膜であって、カラーフィルター１
１と同様な着色可能な樹脂絶縁膜を黒色に染色すること
により得られるものである。ここで、この遮光膜１３の
周辺部の上に絵素電極１２が延びている。
【００１９】１４は絵素電極１２及び遮光膜１３の上に
形成されたポリイミド等からなる配向膜であって、配向
処理が施されている。
【００２０】ガラス基板２上にはＩＴＯからなる対向電
極１５が形成され、その上にポリイミド等からなる配向
膜が形成されている。４は、上記のガラス基板１と同１
２間に充填される液晶である。
【００２１】なお、上記実施例にあって、絶縁膜６，ド
レイン電極９ｂ，絵素電極１２，ゲートバス配線１６，
ソースバス配線１７等について、その材料の一例を挙げ
ているが、これに限らず、各種材料を用いることが従来
より提案されていることから、これら各種材料を適用で
きる。
【００２２】次に、本発明のアクティブマトリクス液晶
表示装置の上記の一実施例の製造方法について説明す
る。
【００２３】まず、ガラス基板１上にタンタル金属層を
０．５μｍ厚で堆積した。次いでフォトリソグラフィ法
及びエッチングによりこの金属層をパターニングし、図
１に示すとおり互いに平行する多数のゲートバス配線１
６を形成する。このゲートバス配線１６の分岐されてい
る部分が後に形成されるＴＦＴ３のゲート電極５として
機能する。次にゲートバス配線１６及びゲート電極５を
覆って全面にＳｉＮｘから成るゲート絶縁膜６を０．５
μｍ厚で堆積した。
【００２４】このゲート絶縁膜６の上に後に半導体層７
となるノンドープのアモルファスシリコン（以下では
『ａ−Ｓｉ』と略称する）層及び後に絶縁膜１０となる
ＳｉＮｘ層を０．０３μｍ厚及び０．２μｍ厚でそれぞ
れ連続して堆積させた。上記ＳｉＮｘ層を所定の形状に
パターニングし、ゲート電極５の上方のみを残して絶縁
膜１０を形成した。次いで絶縁膜１０を覆って全面に後
にコンタクト層８となるＰ（リン）をドープしたアモル
ファスシリコン（以下では『ｎ+型ａーＳｉ』と略称す
る）層をプラズマＣＶＤ法により０．０４５μｍ厚で堆
積した。
【００２５】次にこのｎ+型ａ−Ｓｉ層及び上述のａ−
Ｓｉ層を所定の形状にパターニングし、半導体層７及び
コンタクト層８を形成した。コンタクト層８は半導体層
７と後に形成されるソース電極９ａ及びドレイン電極９
ｂとの間のオーミックコンタクトのために設けられる。
この時点ではコンタクト層８は絶縁膜１０上でつながっ
ている。この基板の全面にスパッタリング法によりＴｉ
金属層を０．２μｍ厚で堆積し、このＴｉ金属層をエッ
チングによりパターニングしてソース電極９ａ及びドレ
イン電極９ｂを形成した。この時、絶縁層１０上のコン
タクト層８も同時にエッチング除去しソース電極９ａの
下方部とドレイン電極９ｂの下方部とに分割した。以上
のようにしてＴＦＴ３を形成した。
【００２６】図１のソースバス配線１７はソース電極９
ａ及びドレイン電極９ｂと同時に形成され、ゲートバス
電極１６と直交して配置される。
【００２７】次にこの基板上全面に染色可能な樹脂絶縁
膜を形成した。樹脂絶縁膜は、例えばゼラチン，カゼイ
ン，グリュウ，ポリビニルアルコール，ポリビニルピロ
リドン，アクリル樹脂，ポリイミド，ポリアミド，ポリ
尿素，ポリウレタン，ポリケイヒ酸及びそれらの誘導体
から成る。本実施例ではゼラチンを用いた。樹脂絶縁膜
の厚さは用いる材料によって異なるが０．０５〜２μｍ
の範囲が適しており、ここでは１．７３μｍとした。樹
脂絶縁膜は、後述のように形成される配向膜１４の表面
が±０．１μｍ程度の平坦度として得られるようにする
のに望ましい程度の平坦度で足り、例えば０．１μ程度
以内とすることができるが、ここではスピンコート法に
より形成されており、上面が平面をなしており、絶縁膜
６上では１．７３μｍの厚さをなしている一方で絶縁膜
１０上では１μｍの厚さをなしている。この樹脂絶縁膜
として上記のように作製したゼラチンの膜は後述のよう
にしてカラーフィルター１１，遮光膜とされる。
【００２８】このゼラチンの膜でカラーフィルター１１
を形成する際、赤，緑，青の配列に応じたパターニン
グ，染色のために、染色工程を含めたフォトリソグラフ
ィ法を赤，緑，青毎に行い合計３回行った。例えば、レ
ジストを塗布した後、露光，現像工程により赤のパター
ニングを行ないその後赤色の染色液に侵食させ、タンニ
ン酸で固着を行ない、その後レジストを剥離する。次
に、レジスト塗布，緑のパターニング、緑色の染色、レ
ジスト剥離を行い、更に、青色についても同様の工程を
実行する。ここで用いた染色液は、赤色の場合カヤノー
ルミーリングレッドＲＳ（日本化薬製）＋酢酸＋水、緑
色の場合ブリリアントインドブルー（ヘキスト製）＋ス
ミノールイエローＭＲ（住友化学製）＋酢酸＋水、青色
の場合カヤノールサヤニン６Ｂ（日本化薬製）＋酢酸＋
水を用いた。染色液は前記以外のものであってもよく、
カラーフィルターの作製方法は、あらかじめ顔料または
染料を分散させた絶縁樹脂をパターニング形成する方法
であっても差し支えない。
【００２９】次にＴＦＴ３のドレイン電極９ｂ上の樹脂
絶縁膜をフォトリソグラフィ法により除去しコンタクト
ホール１１′を形成した。次にカラーフィルター１１，
コンタクトホール１１′を形成した基板１上の全面に、
スパッタリング法によりＩＴＯ膜を０．０８μｍの厚み
で堆積させた。このＩＴＯ膜を所定の形状にパターニン
グし、マトリクス状に配列された絵素電極１２を形成し
た。絵素電極１２は上述のコンタクトホール１１′にも
形成されるため、絵素電極１２とＴＦＴ３のドレイン電
極９ｂとは電気的に接続される。
【００３０】次いで絵素電極１２を形成した基板１を黒
色の酸性染料例えばＢｌａｃｋー１８１（日本化薬製）
中に浸し、絵素電極１２をマスクとして樹脂絶縁膜の染
色を行い、固着することによって図１中の斜線部で示す
ように遮光膜１３が形成される。従って、図１に示すよ
うに遮光膜１３はゲートバス配線１６、ソースバス配線
１７、及びＴＦＴ３を覆って形成される。樹脂膜材料を
遮光膜として使用する場合、例えば前記樹脂材料に顔料
またはカーボンを分散して用いても良い。
【００３１】さらに、遮光膜１３が形成されたこの基板
上に配向膜１４をオフセト印刷法を利用して０．０８μ
ｍ厚で形成し配向処理を行った。この配向膜１４は、表
面には絵素電極の厚み０．０８μｍ程度の段差が生じて
おり、これは望ましい段差０．１μｍ程度の範囲内にあ
り、良好な配向が得られた。
【００３２】基板１に対向する基板２では全面にＩＴＯ
からなる対向電極１５，更にその上に配向膜が形成され
る。基板２には遮光膜は形成されていない。このように
作製された基板２と上述の基板１との間に液晶４が充填
されアクティブマトリクス型液晶表示装置が作製され
た。
【００３３】本実施例のアクティブマトリクス型液晶表
示装置では、基板１に遮光膜１３及びカラーフィルター
１２が形成されているので、基板１と基板２との貼り合
わせに際して生じる位置ずれのための光漏れの問題は発
生しない。これによって、遮光膜のマージンが必要でな
くなるため開口率が大幅に向上した。さらに、貼り合わ
せが容易になり作業効率が向上した。
【００３４】また、前記遮光膜およびカラーフィルター
の膜厚を調整することによって、基板１及び対向基板２
の表面を平坦にすることができ、液晶表示装置の高精細
化が進んでも確実に配向処理を行うことができた。上記
実施例にあっては、遮光膜としてゼラチンの膜を染色し
たものであり、ＴＦＴの動作特性の安定化への配慮から
絶縁膜１１上の遮光膜の厚みを１μｍとしていることか
らＴＦＴのサイズも考慮した上でゼラチンの膜の厚み換
言すればカラーフィルター１２の厚みを１．７３μｍと
しているが、遮光膜１３及びカラーフィルター１２の材
料を変更すること、ＴＦＴのサイズや構造、材料を変更
する等により遮光膜の厚みやカラーフィルター１２の厚
みは上記実施例に限定されることなく必要な遮光特性、
カラーフィルター特性に応じて変更できること、更には
ＴＦＴに代えてダイオード，ＭＩＭ素子等のスイッチン
グ素子を用いた場合に遮光膜、カラーフィルターの材
料、サイズを変更できることも言う迄もない。
【００３５】また、上記実施例の製法では、樹脂絶縁膜
を共通に形成したうえで、まず染色によりカラーフィル
ターを形成し、その後に絵素電極を形成した後に遮光膜
を染色により形成した例を挙げたが、その形成の順序は
これに限られるものではなく、先に遮光膜を形成した
り、カラーフィルター、遮光膜の形成後に絵素電極を形
成する等変更することもできるばかりでなく、カラーフ
ィルター、遮光膜は顔料等を分散させた絶縁性の樹脂材
料をパターニングすることにより夫々形成する等変更す
ることもできる。
【００３６】
【効果】以上のように本発明に従えば、遮光膜、カラー
フィルター及び半導体スイッチング素子とが同一基板上
に形成されるので、前述のいわゆるマージンを必要とせ
ず開口率を大幅に向上することができ、明るく高コント
ラストの表示品位をもつアクティブマトリクス型液晶表
示装置が得られ、又貼り合わせ工程の作業効率も向上す
ることができ、大量生産に適するアクティブマトリクス
型液晶表示装置となり、コストダウンに寄与する。更
に、本発明に従えば、スイッチング素子を付加した基板
及び対向基板の表面の平坦化を図ることができ、マトリ
クス型液晶表示装置の高精細化が進んでも確実に配向処
理を行うことができ、表示品位の向上が図れる上にラビ
ング処理による配向処理で対応できるという実用上のメ
リットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置
の一実施例の平面図である。
【図２】図１中切断線I−Iに沿った断面図である。
【図３】従来の典型的なアクティブマトリクス型液晶表
示装置の平面図である。
【図４】図３中切断線II−IIに沿った断面図である。
【符号の説明】
１：ガラス基板 ２：ガラス基板 ３：ＴＦＴ ４：液晶 ９ｂ：ドレイン電極 １１：カラーフィルター １２：絵素電極 １３：遮光膜 １４：配向膜

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配線と、該配線に接続されるスイッチン
    グ素子と、該スイッチング素子に接続される絵素電極と
    を有する一方の透光性の基板と、 上記絵素電極に対向する対向電極を有する他方の透光性
    の基板と、 上記両基板間に充填されている液晶を有するアクティブ
    マトリクス型液晶表示装置において、上記配線及び上記スイッチング素子の上の上記一方の透
    光性の基板の全面に同一工程にて平坦で染色可能な樹脂
    絶縁膜が形成され、 上記絶縁膜上に形成された上記絵素電極は上記絶縁膜に
    設けられたコンタクトホールによって上記スイッチング
    素子と接続され、 上記絶縁膜は、上記絵素電極の下方部の領域が着色され
    たカラーフィルター部と、該下方部以外の領域が着色さ
    れた遮光部とから成る ことを特徴とするアクティブマト
    リクス型液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 配線と、該配線に接続されるスイッチン
    グ素子と、該配線及び該スイッチング素子の上に設けら
    れた染色可能な樹脂絶縁膜と、該絶縁膜上に形成され該
    絶縁膜に設けられたコンタクトホールによって上記スイ
    ッチング素子と接続される絵素電極とを有する一方の透
    光性の基板と、 上記絵素電極に対向する対向電極を有する他方の透光性
    の基板と、 上記両基板間に充填されている液晶を有するアクティブ
    マトリクス型液晶表示装置の製造方法において、 上記一方の透光性の基板に、上記配線及び上記スイッチ
    ング素子を設ける工程と、 上記配線及び上記スイッチング素子の上の上記一方の透
    光性の基板の全面に上記絶縁膜を形成する工程と、 上記絶縁膜の絵素電極の下方部の領域を着色してカラー
    フィルター部とし、上記絶縁膜の該下方部以外の領域を
    着色して遮光部とする工程と を有することを特徴とするアクティブマトリクス型液晶
    表示装置の製造方法。
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