JP3272212B2 - 透過型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

透過型液晶表示装置およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
（以下ＴＦＴという）などのスイッチング素子を備えた
広視野角の透過型液晶表示装置およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、アクティブマトリクス基板を備
えた従来の透過型液晶表示装置の構成を示す回路図であ
る。
【０００３】図９において、このアクティブマトリクス
基板には、複数の画素電極１がマトリクス状に形成され
ており、この画素電極１には、スイッチング素子である
ＴＦＴ２が接続されて設けられている。このＴＦＴ２の
ゲート電極にはゲート信号線３が接続され、ゲート電極
に入力されるゲート信号によってＴＦＴ２が駆動制御さ
れる。また、ＴＦＴ２のソース電極にはソース信号線４
が接続され、ＴＦＴ２の駆動時に、ＴＦＴ２を介してデ
ータ（表示）信号が画素電極１に入力される。各ゲート
信号線３とソース信号線４とは、マトリクス状に配列さ
れた画素電極１の周囲を通り、互いに直交差するように
設けられている。さらに、ＴＦＴ２のドレイン電極は画
素電極１および付加容量５に接続されており、この付加
容量５の対向電極はそれぞれ共通配線６に接続されてい
る。
【０００４】図１０は従来の液晶表示装置におけるアク
ティブマトリクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。
【０００５】図１０において、透明絶縁性基板１１上
に、図９のゲート信号線３に接続されたゲート電極１２
が形成され、その上を覆ってゲート絶縁膜１３が形成さ
れている。さらにその上にはゲート電極１２と重畳する
ように半導体層１４が形成され、その中央部上にチャネ
ル保護層１５が形成されている。このチャネル保護層１
５の両端部および半導体層１４の一部を覆い、チャネル
保護層１５上で分断された状態で、ソース電極１６ａお
よびドレイン電極１６ｂとなるｎ+Ｓｉ層が形成されて
いる。一方のｎ+Ｓｉ層であるソース電極１６ａ上に
は、図９のソース信号配線４となる金属層１７ａが形成
され、他方のｎ+Ｓｉ層であるドレイン電極１６ｂ上に
は、ドレイン電極１６ｂと画素電極１とを接続する金属
層１７ｂが形成されている。さらに、これらのＴＦＴ
２、ゲート信号線３およびソース信号線４上部を覆って
層間絶縁膜１８が形成されている。
【０００６】この層間絶縁膜１８の上には、画素電極１
となる透明導電膜が形成され、この透明導電膜は、層間
絶縁膜１８を貫くコンタクトホール１９を介して、ＴＦ
Ｔ２のドレイン電極１６ｂと接続した金属層１７ｂと接
続されている。
【０００７】このように、ゲート信号線３およびソース
信号線４と、画素電極１となる透明導電膜との間に層間
絶縁膜１８が形成されているので、各信号配線３，４に
対して画素電極１をオーバーラップさせることができ
る。
【０００８】上記層間絶縁膜１８としては、従来、窒化
シリコン（ＳｉＮ）などの無機膜をＣＶＤ法を用いて膜
厚５０００オングストローム程度に形成していた。従っ
て画素電極には下層構造の影響で通常１μｍ以上の段差
ｄが形成される。
【０００９】また、この様な従来の液晶表示装置に於い
て、視野角は左右方向で±５０゜程度が限界であった。
この視野角を拡大する技術として、日経ＢＰ社「フラッ
トパネルディスプレイ１９９４（Ｐ１６６〜）」や特開
平７−３６０４３号等に、絵素をマルチドメイン（絵素
分割配向）化する技術や、その他の各種技術が開示され
ている。
【００１０】更に、近年においては、テレビ画像は大型
化が進み、更にそれ以上にワイド画面（横長テレビ）の
比率が増加している。液晶テレビにおいても、ワイド画
面の製品が技術開発されている。
【００１１】図１１は、長辺に対する短辺の比が３／４
である従来のテレビ画面１２０を、長辺に対する短辺の
比が９／１６のワイド画面１２１に置き変えた時の関係
を定量的に示す。画面に対し観察者が角度を持ってワイ
ド画面１２１を見ている場合、その観察者から離れた側
の画面端Ａを観察者が見ようとすると、従来のテレビ画
面１２０における視野角（θ2）よりも広い視野角（θ1
＞θ2）の画面が必要なことがわかる。ここで、視野角
は、画面（基板）の法線方向に対する傾き角度とする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶表示装
置のように、ゲート信号線３およびソース信号線４と、
画素電極１との間に層間絶縁膜１８を形成すると、各信
号配線３，４に対して画素電極１をオーバーラップさせ
ることができ、液晶表示装置の開口率向上および液晶の
配向不良を抑制することができる。ところが、このよう
に、各信号配線３，４と画素電極１とをオーバーラップ
させる構造とした場合、各信号配線３，４と画素電極１
との間の容量が増加するという問題を有していた。特
に、窒化シリコン膜などの無機膜は比誘電率が８と高
く、ＣＶＤ法を用いて成膜しており、５０００オングス
トローム程度の膜厚となるため、この程度の膜厚では各
信号配線３，４と画素電極１との間の容量の増加が大き
くなり、以下の（１）〜（３）に示すような問題があっ
た。なお、窒化シリコン膜などの無機膜をそれ以上の膜
厚に成膜するのは量産レベルで困難であった。
【００１３】（１）ソース信号線４と画素電極１とをオ
ーバーラップさせる構造とした場合、ソース信号線４と
画素電極１との間の容量が大きくなって信号透過率が大
きくなり、保持期間の間に画素電極１に保持されている
データ信号は、データ信号の電位によって揺動を受ける
ことになる。このため、その画素の液晶に印加される実
効電圧が変動し、実際の表示において特に縦方向の隣の
画素に対して縦クロストークが観察されるという問題が
あった。
【００１４】（２）画素電極１と、その画素を駆動する
ゲート信号線３とをオーバーラップさせる構造とした場
合、ゲート信号線３と画素電極１との間の容量が大きく
なって、ＴＦＴ２を制御するスイッチング信号に起因し
て、画素への書き込み電圧のフィードスルーが大きくな
るという問題があった。
【００１５】（３）層間絶縁膜１８の比誘電率が８と高
く、画素電極１または対向基板に形成された対向電極
（図示せず）から影響を受け、また、ＴＦＴ近傍の電界
によっても、光エージング等の信頼性試験中に層間絶縁
膜１８が分極化され、これによりＴＦＴのスイッチング
特性がずれて表示不良が生じるという信頼性上の問題が
あった。
【００１６】更に、前述の段差部ｄの近傍では、その表
面状態故に配向膜（図示せず）が正常にラビング処理さ
れなかったり、層間絶縁膜１８が比較的薄くなることに
加えて上述した比誘電率が高くなることが相乗的に働
き、ゲート電極１２から特に基板の表面方向に強い電場
が生じて絵素周辺部で配向制御が乱れる。
【００１７】また、コンタクトホール１９の近傍に於い
ても、段差が生じて上記と類似の理由のため配向制御が
乱れやすい。従って同一基板上もしくは、もう一方の対
向基板（図示せず）上に、これら表示不良部を隠す為の
遮光膜（図示せず）を設けるが、これにより開口率が下
がり、画面が暗くなったりする。このように開口率が低
い事や不要な遮光膜を形成する必要がある事から視野角
が限られていた。
【００１８】また、視野角の改善のための前述の文献や
先行例のマルチドメイン方式等の技術が開示されている
が、以下の問題がある。
【００１９】１．工程や材料数が増し、良品率等も低下
する為、コストアップとなる。
【００２０】２．微小領域で微妙な分割配向制御を行う
為、信頼性が一般的に低いものとなる。
【００２１】３．分割配向等により光路が分散化される
ので一定方向の輝度低下等により、コントラストが低下
しやすい。すなわち、視認性も低下し、視野角も限られ
たものとなる。
【００２２】このため、現状の量産レベルまたは開発レ
ベルでは最大左右視野角は５０゜程度であるので、広い
視野角を有し、視認性が優れた低コストのＴＦＴ液晶表
示装置は量産化されていない。
【００２３】また、図１１に示した様に、従来タイプに
比べワイドタイプ液晶テレビは画面の端で視認性が低下
し、大人数による広い場所での認識が困難である。
【００２４】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、広い視野角を有し、視認
性が優れた低コストの透過型液晶表示装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、
大人数による広い場所での認識を容易に行うことが可能
なワイドタイプの透過型液晶表示装置を提供することを
目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の透過型液晶表示
装置は、液晶を挟んで第１基板と第２基板とが対向配設
され、該第１基板上に交差して設けられた走査配線と信
号配線との交差部近傍にスイッチング素子が設けられ、
該スイッチング素子にて画素電極が制御される透過型液
晶表示装置において、該スイッチング素子、該走査配線
および該信号配線の上部に、表面のうねりの高低差また
は段差を５００オングストローム以下、厚みを１．５μ
ｍ以上５μｍ以下とし、比誘電率が２以上５以下であっ
て、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光透過率が
９０％のフッ素系樹脂薄膜からなる単層または多層の層
間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜の上に該画素電極が
その周縁部を該走査配線および該信号配線の少なくとも
一方に重ねて設けられると共に、該画素電極と該スイッ
チング素子の該当する電極とが、該層間絶縁膜を貫通す
るコンタクトホールを介して直接に、または、該コンタ
クトホールと、該スイッチング素子の該当する電極から
該コンタクトホールに達する接続電極とを介して接続さ
れている構成となっており、そのことにより上記目的が
達成される。本発明の透過型液晶表示装置において、バ
ックライト光源と前記第１または第２基板との間に、単
層または多層の微小プリズムシートが設けられている構
成とすることができる。
【００２６】本発明の透過型液晶表示装置において、前
記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方に画素
の大きさを規定する線状パターンの遮光層が設けられ、
該遮光層が前記走査配線および該信号配線からはみ出さ
ないように設けられている構成とすることができる。
【００２７】また、本発明の透過型液晶表示装置は、液
晶を挟んで第１基板と第２基板とが対向配設され、該第
１基板上に交差して設けられた走査配線と信号配線との
交差部近傍にスイッチング素子が設けられ、該スイッチ
ング素子にて画素電極が制御される透過型液晶表示装置
において、該スイッチング素子、該走査配線および該信
号配線の上部に、表面のうねりの高低差または段差を５
００オングストローム以下、厚みを１．５μｍ以上５μ
ｍ以下とし、比誘電率が２以上５以下であって、４００
ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光透過率が９０％の有
機又は無機薄膜からなる単層または多層の層間絶縁膜が
設けられ、該層間絶縁膜の上に該画素電極がその周縁部
を該走査配線および該信号配線の少なくとも一方に重ね
て設けられると共に、該画素電極と該スイッチング素子
の該当する電極とが、該層間絶縁膜を貫通するコンタク
トホールを介して直接に、または、該コンタクトホール
と、該スイッチング素子の該当する電極から該コンタク
トホールに達する接続電極とを介して接続されている構
成となっており、前記画素電極の中央部近傍に前記走査
配線とほぼ平行に形成された容量配線の上に、前記層間
絶縁膜を貫く前記コンタクトホールが滑らかに形成さ
れ、該コンタクトホールを介して該画素電極と前記スイ
ッチング素子の該当する電極とが接続されている。
【００２８】本発明の透過型液晶表示装置において、前
記コンタクトホールの下部に、前記接続電極と前記画素
電極とを接続する金属窒化物層が設けられた構成とする
ことができる。
【００２９】本発明の透過型液晶表示装置において、前
記コンタクトホールの前記容量配線からの幅方向のはみ
出し寸法が２μｍ以下である構成とすることができる。
【００３０】本発明の透過型液晶表示装置において、直
視型であって、表示画面の長辺に対する短辺の比がほぼ
９／１６となっている構成とすることができる。
【００３１】本発明の透過型液晶表示装置の製造方法
は、第１基板上に、相互に交差する状態に走査配線と信
号配線とを形成すると共に複数のスイッチング素子をマ
トリクス状に形成し、かつ、該スイッチング素子の画素
電極へ接続するための該当する電極に接続して透明電極
よりなる接続電極を形成する工程と、該スイッチング素
子、該走査配線、該信号配線および該接続電極の上に、
初期粘度１００ｃｐｓ以下であって、誘電率が２〜５の
透明度の高いまたは後行程処理で透明度の高くなるフッ
素系樹脂膜を塗布し、該膜をパターニングして厚みが
１．５μｍ以上５ｍ以下であり、４００ｎｍ以上８００
ｎｍ以下の波長の光透過率が９０％の層間絶縁膜を形成
する工程と、該層間絶縁膜を貫いて該接続電極に達する
コンタクトホールを形成する工程と、該層間絶縁膜の上
および該コンタクトホールの内部に、透明導電材料から
なる画素電極を、該走査配線および該信号配線の少なく
とも一方と、少なくとも一部が重なるように形成する工
程と、該画素電極の形成された第１基板に対して、第２
基板を、貼り合わせ精度を５μｍ以下として対向配設
し、両基板間の周囲を封止した後に液晶を注入する工程
とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３２】本発明の透過型液晶表示装置の製造方法に
おいて、前記層間絶縁膜に感光性材料を使用し、露光お
よびアルカリ現像によって該層間絶縁膜をパターニング
するようにしてもよい。
【００３３】本発明の透過型液晶表示装置の製造方法に
おいて、前記層間絶縁膜として用いる前記膜を塗布する
際に、スピン塗布法、ロールコート法またはスロットコ
ート法を用いるようにしてもよい。
【００３４】本発明の透過型液晶表示装置の製造方法に
おいて、前記スピン塗布法を使用する場合、８００ｒｐ
ｍ以上１５００ｒｐｍ以下でスピンさせるようにしても
よい。
【００３５】以下、本発明の作用について説明する。
【００３６】本発明においては、スイッチング素子、走
査配線および信号配線の上部に層間絶縁膜が設けられ、
その上に画素電極が設けられて、層間絶縁膜を貫くコン
タクトホール部から直接または接続電極を介してＴＦＴ
の該当する電極と接続されている。このように、層間絶
縁膜が設けられることにより、各配線と画素電極とをオ
ーバーラップさせることができて、開口率を７８％以上
にまで向上することが可能となる。
【００３７】この場合において、更に、層間絶縁膜表
面の波状のうねりまたは段差が５００オングストローム
以下とし、層間絶縁膜の厚みを１．５μｍ以上５μｍ
以下、層間絶縁膜の比誘電率を２以上５以下とし、
４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長の光透過率が９０
％以上の層間絶縁膜を用いるという条件をすべて満足さ
せることにより、実験の結果、左右の各々の視野角を最
大７０゜程度と、従来よりも著しく大きくできることが
判明した。
【００３８】また、層間絶縁膜表面のうねり、または、
段差を５００オングストローム以下とした場合、ラビン
グ処理に支障が生じにくく、配向制御の乱れを少なくで
き、各配線の近傍等の特定部に設ける遮光層を減らせた
り、または無くすことが可能となり、コストダウンおよ
び開口率の向上を図れる。
【００３９】また、層間絶縁膜を１．５μｍ以上５μｍ
以下と比較的厚くし、また、配線の上に周縁部を重ねて
画素電極を形成し、かつ、層間絶縁膜の比誘電率が小さ
いため、配線からの電界は基板に垂直方向となり、かつ
絶対値も小さくなり、配向制御が均一に行われる。よっ
て、液晶表示装置の輝度（光の透過量）も増大し、ま
た、遮光層の減少化や無くすることが可能となって、開
口率が向上する。以上の様に開口率が増大、すなわち遮
光層の表面積の比率が減ると、不要な外光等の反射光が
減少し、視認性およびコントラスト等が向上する。ま
た、層間絶縁膜の比誘電率が２〜５と低いため、分極も
生じにくく信頼性も高いものとなる。
【００４０】また、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波
長の光透過率が９０％以上の層間絶縁膜を用いるため、
高輝度は保持される。
【００４１】ところで、上述したように層間絶縁膜を
１．５μｍ以上５μｍ以下の厚みに形成する為には、従
来のＣＶＤ法を用いるよりも、スピン塗布法、ロールコ
ート法またはスロットコート法等の塗布法を用いること
が好ましく、この塗布法を使用する場合には量産性等の
向上や、コストダウンを容易に図ることができる。ま
た、この塗布法を用いる場合には、層間絶縁膜の下層に
その下層構造にて凹凸が生じていると、その上に形成さ
れる層間絶縁膜の表面にうねりや段差が形成されるが、
初期粘度１００ｃｐｓ以下のものを用いて層間絶縁膜を
形成することにより、うねりの高低差や段差を５００オ
ングストローム以下にできる。更に、感光性の材料を用
いると、レジスト塗布および剥離等の工程を簡略化で
き、一層のコストダウンが可能である。１．５μｍ以上
の厚みに形成することは、リーク不良等も低減でき、信
頼性の向上が可能となると共に歩留りが向上し、その歩
留り向上によりコストダウンが図れる。
【００４２】更に、配線により外側に遮光層がはみ出さ
ないようにすることにより、前述の様に不要光が遮光膜
にて反射するのを少なくできると共に、透過光量を増加
させ得る等のメリットがあることに加え、広視野角化の
効果が増す。その理由を、図１２のモデル図を用いて以
下に詳細に説明する。ここで、配線１２４より上層に、
幅広の遮光層１２２と幅狭の遮光層１２３とが同一高さ
で形成している場合を想定する。前者の遮光層１２２の
場合には、光透過面（幅Ａ）が認識されず、後者の遮光
層１２３の場合には光透過面が認識される視野角が存在
する。なお、このモデルは単純化した説明であって、現
実には、光は屈折や反射を繰り返しており、単純な直線
の視線では正確には説明されないものの、前述した内容
と同様のことが考えられる。
【００４３】また、画素電極の周縁部と配線の一部を重
ねると、開口率を最大限まで拡大させ得、また、液晶材
料に加えられる電界も均一化でき、均一な配向制御や光
量増加が可能であるし、各配線に対して画素電極の加工
精度が粗くても良く、各配線により光漏れを遮光でき
る。
【００４４】以上のように、開口率７８％以上の液晶表
示装置は、開口率向上分の輝度向上と反射光低減等によ
りコントラストが増し、これに伴って視認できる視野角
そのものが広がる。すなわち、広視野角化が可能にな
る。この場合において、開口率向上効果に加え、図１２
に示した様な形状的要因が相乗的に機能して、視野角が
さらに格段向上する。
【００４５】したがって、従来の窒化シリコンで層間絶
縁膜を形成した液晶表示装置を、工程と材料面で層間絶
縁膜を変更する事のみを基本に、種々の寸法、設計ルー
ルを最適化することにより、前述の先行技術では達成さ
れなかった低コスト、高信頼性で広視野角の液晶表示装
置を実現できる。たとえば、左右視野角が４０゜程度で
あった従来の１０．４インチＶＧＡ、１０．４インチＳ
ＶＧＡ、１１．３インチＳＶＧＡ、１２．１インチＳＶ
ＧＡ、１２．１インチＸＧＡの液晶表示装置の開口率
を、各々６５％から８５％、６０％から８１％、６２％
から８２％、６２％から８２％、５５％から７８％と拡
大でき、明るくすることが可能となった。また、左右の
各々の視野角を、従来の４０゜より１０〜３０゜程度広
げることが可能になった。
【００４６】更に、このような液晶表示装置の背面、つ
まりバックライト光源と、それに近い側の基板との間
に、単層または多層の微小プリズムシートを挿入する事
により視野角が更に広がる。具体的には、前述の１０．
４インチＶＧＡタイプで概ね、画面の真横（左右視野角
が±９０゜）の方向からでも認識できる。よって、左右
視野角に制限の無いＣＲＴと同様な画期的な液晶表示装
置ができる。
【００４７】また、この様な透過型液晶表示装置を用い
た、長辺に対する短辺の比がほぼ９／１６である直視型
ワイドテレビは、ＣＲＴと同等もしくはそれ以上の視認
性となり、軽量、薄型、コンパクトなテレビジョン画像
製品となり、需要が期待できる。
【００４８】また、本発明にあっては、画素電極の中央
部近傍に走査配線とほぼ平行に容量配線を形成し、容量
配線の上に層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形
成することにより、電界制御が均一でコンタクトホール
部での配向乱れを容量配線が遮光でき、光漏れが見えず
高コントラストになる。このとき、コンタクトホールを
滑らかに形成すれば、画素電極の断線が少なく、高歩留
り化、低コスト化が可能である。
【００４９】ＴＦＴの他方電極と画素電極とを接続する
接続電極に、透明導電膜を用いれば、開口率はさらに向
上する。
【００５０】さらに、層間絶縁膜を貫くコンタクトホー
ルの下部に金属窒化物層を形成すると、層間絶縁膜と下
地との密着性が増す。
【００５１】さらに、コンタクトホールの容量配線から
の幅方向のはみ出し量が２μｍ以下の範囲でコンタクト
ホールを大きく取れば、光漏れを目立たないようにでき
る。また、後述のように露光およびアルカリ現像によっ
てパターニングすることにより滑らかなコンタクトホー
ルを形成できるが、加えてコンタクトホールを大きく取
ることにより、更に滑らかなコンタクトホールを形成で
きる。
【００５２】また、本発明の透過型液晶表示装置の製造
方法による場合は、前述の様な広視野角製品を実現でき
ると共に、スピン塗布法やロールコート法等の塗布法に
より層間絶縁膜を形成するため、工程を簡単にでき、歩
留向上やコストダウンが可能になる。また、第１基板と
第２基板を貼り合わせる位置ずれ精度である５μｍが許
容である為、現状の生産技術で簡単に作ることができ
る。さらに位置ずれ精度を低減すれば、より高開口率の
製品を設計し量産出来る。また、上述したように、初期
粘度１００ｃｐｓ以下の粘度であれば、うねりの高低差
や段差部等も５００オングストローム以下の滑らかな表
面形状を持った絶縁膜を形成する事ができる。
【００５３】さらに前記層間絶縁膜が感光性であれば、
レジスト塗布、剥離等の工程を簡略化し、歩留り向上と
コストダウンが可能となる。
【００５４】前記塗布法にスピン塗布法を用いる場合、
８００ｒｐｍ以上１５００ｒｐｍ以下の回転数でスピン
を行えば、滑らかな表面形状の層間絶縁膜を、安定かつ
高速で生産可能である。
【００５５】また、本発明にあっては、図１３（ａ）に
示すように、層間絶縁膜の上に形成する画素電極の端が
ゲート信号線（およびソース信号線）の上に存在する。
これに対して従来の場合は、図１３（ｂ）に示すよう
に、ゲート信号線（およびソース信号線）よりも画素の
内部側に端を配置させて画素電極が設けられている。こ
のため、従来の場合には、ゲート信号線（およびソース
信号線）と画素電極の端部との間に形成される電界の影
響を受けて、画素電極の端部に位置する液晶分子が、他
の液晶分子とは異なる方向に傾いてディスクリネーショ
ンが発生することがあるが、本発明の場合には、上述し
た構造より、液晶分子の配向方向がほぼ揃った状態で配
向するため、ディスクリネーションの発生を防止できる
という利点がある。
【００５６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【００５７】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス
基板の１画素部分の構成を示す平面図である。
【００５８】図１において、アクティブマトリクス基板
には、複数の画素電極２１がマトリクス状に設けられて
おり、これらの画素電極２１の周囲を通り、互いに直交
差するように、走査配線としてのゲート信号線２２と信
号配線としてのソース信号線２３が設けられている。こ
れらのゲート信号線２２とソース信号線２３はその一部
が画素電極２１の外周部分とオーバーラップしている。
また、これらのゲート信号線２２とソース信号線２３の
交差部分において、画素電極２１に接続されるスイッチ
ング素子としてのＴＦＴ２４が設けられている。このＴ
ＦＴ２４のゲート電極にはゲート信号線２２が接続さ
れ、ゲート電極に入力される信号によってＴＦＴ２４が
駆動制御される。また、ＴＦＴ２４のソース電極にはソ
ース信号線２３が接続され、ＴＦＴ２４のソース電極に
データ信号が入力される。さらに、ＴＦＴ２４のドレイ
ン電極は、接続電極２５さらにコンタクトホール２６を
介して画素電極２１と接続されるとともに、接続電極２
５を介して付加容量の一方の電極２５ａと接続されてい
る。この付加容量の他方の電極２７は共通配線に接続さ
れている。
【００５９】図２は図１の透過型液晶表示装置における
アクティブマトリクス基板のＡ−Ａ’断面図である。
【００６０】図２において、透明絶縁性基板３１上に、
図１のゲート信号線２２に接続されたゲート電極３２が
設けられ、その上を覆ってゲート絶縁膜３３が設けられ
ている。その上にはゲート電極３２と重畳するように半
導体層３４が設けられ、その中央部上にチャネル保護層
３５が設けられている。このチャネル保護層３５の両端
部および半導体層３４の一部を覆い、チャネル保護層３
５上で分断された状態で、ソース電極３６ａおよびドレ
イン電極３６ｂとなるｎ+Ｓｉ層が設けられている。一
方のｎ+Ｓｉ層であるソース電極３６ａの端部上には、
透明導電膜３７ｃと金属層３７ｂとが設けられて２層構
造のソース信号線２３となっている。また、他方のｎ+
Ｓｉ層であるドレイン電極３６ｂの端部上には、透明導
電膜３７ａ’と金属層３７ｂ’とが設けられ、透明導電
膜３７ａ’は延長されて、ドレイン電極３６ｂと画素電
極２１とを接続するとともに付加容量の一方の電極２５
ａに接続される接続電極２５となっている。さらに、Ｔ
ＦＴ２４、ゲート信号線２２およびソース信号線２３、
接続電極２５の上部を覆って層間絶縁膜３８が設けられ
ている。尚、チャネル保護膜３５は製造プロセスによっ
ては簡略化できる。層間絶縁膜は、アクリル系やフッ素
系の樹脂やＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ ｅｔｈｙｌ ｏｒｔ
ｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ；日経マイクロデバイス １９
９４年７月号ｐ５５図５参照）等や、無機材料であって
も良い。また、層間絶縁膜は、単層でもよく、または同
一材料もしくは異なる材料からなる多層であってもよ
い。
【００６１】この層間絶縁膜３８上には、画素電極２１
となる透明導電膜が設けられ、層間絶縁膜３８を貫くコ
ンタクトホール２６を介して、接続電極２５である透明
導電膜３７ａ’によりＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂ
と接続されている。
【００６２】以上のように本実施形態１のアクティブマ
トリクス基板が構成され、以下のようにして製造するこ
とができる。
【００６３】まず、ガラスや樹脂などの透明絶縁性基板
３１上に、ゲート電極３２、ゲート絶縁膜３３、半導体
層３４、チャネル保護層３５、ソース電極３６ａおよび
ドレイン電極３６ｂとなるｎ+Ｓｉ層を順次成膜して形
成する。ここまでの作製プロセスは、従来のアクティブ
マトリクス基板の製造方法と同様にして行うことができ
る。
【００６４】次に、ソース信号線２３および接続電極２
５を構成する透明導電膜３７ａ，３７ａ’および金属層
３７ｂ，３７ｂ’を、スパッタ法により順次成膜して所
定形状にパターニングする。
【００６５】さらに、その上に、層間絶縁膜３８とし
て、例えば、感光性のアクリル樹脂をスピン塗布法によ
り、初期厚み４．５μｍとし、硬化後において３μｍの
膜厚になるよう形成する。この樹脂に対して、所望のパ
ターンに従って露光し、アルカリ性の溶液によって処理
する。これにより露光された部分のみがアルカリ性の溶
液によってエッチングされ、層間絶縁膜３８を貫通する
コンタクトホール２６が形成されることになる。
【００６６】その後、画素電極２１となる透明導電膜を
スパッタ法により形成し、パターニングする。これによ
り画素電極２１は、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホ
ール２６を介して、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと
接続されている透明導電膜３７ａ’と接続されることに
なる。このようにして、本実施形態１のアクティブマト
リクス基板を製造することができる。
【００６７】したがって、このようにして得られたアク
ティブマトリクス基板は、ゲート信号線２２およびソー
ス信号線２３と、画素電極２１との間に層間絶縁膜３８
が形成されているので、各信号配線２２，２３に対して
画素電極２１をオーバーラップさせることができる。こ
のため、アクティブマトリクス基板と対向基板の間に液
晶を介在させた透過型液晶表示装置の構成とした時に、
開口率を向上することができると共に、各信号配線２
２，２３に起因する電界を画素電極２１でシールドして
液晶の配向不良を抑制することができる。
【００６８】また、層間絶縁膜３８をアクリル系樹脂で
構成すれば、比誘電率が３．０程度となり、ＳｉＯ2で
構成すれば４．０程度となり、窒化シリコンの比誘電率
８に比べて低く、また、その透明度も高く、スピン塗布
法により容易に３μｍという厚い膜厚にすることができ
る。このため、ゲート信号線２２と画素電極２１との間
の容量および、ソース信号線２３と画素電極２１との間
の容量を低くすることができ、信号がその容量を通過し
難くなり、つまり信号透過率が低くなり、各信号配線２
２，２３と画素電極２１との間の容量成分が表示に与え
るクロストークなどの影響をより低減することができ、
良好で明るい表示を得ることができる。また、露光およ
びアルカリ現像によってパターニングを行うことによ
り、コンタクトホール２６のテーパ形状を良好に滑らか
にすることができ、画素電極２１と接続電極３７ａ’と
の接続を良好にすることができる。さらに、感光性のア
クリル樹脂を用いることにより、スピン塗布法やロール
コート法などの塗布法を用いて薄膜が形成できるので、
数μｍという膜厚の薄膜を容易に形成でき、しかも、パ
ターニングにフォトレジスト工程も不要であるので、生
産性の点で有利である。ここで、層間絶縁膜３８として
用いたアクリル系樹脂は、塗布前に着色しているもので
あるが、パターニング後に全面露光処理を施してより透
明化することができる。このように、樹脂の透明化処理
は、光学的に行うことができるだけではなくて、化学的
にも行うことが可能である。
【００６９】さらに、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂ
と画素電極２１とを接続する接続電極２５として透明導
電膜３７ａ’を形成することにより、以下のような利点
を有する。即ち、従来のアクティブマトリクス基板にお
いては、この接続電極を金属層によって形成していたた
め、接続電極が開口部に存在すると開口率の低下の原因
となっていた。これを防ぐため、従来は、ＴＦＴまたは
ＴＦＴのドレイン電極上に接続電極を形成し、その上に
層間絶縁膜のコンタクトホールを形成してＴＦＴのドレ
イン電極と画素電極とを接続するという方法が用いられ
てきた。しかし、この従来の方法では、特に、開口率を
向上させるためにＴＦＴを小型化した場合に、コンタク
トホールを完全にＴＦＴの上に設けることができず、開
口率の低下を招いていた。また、層間絶縁膜を数μｍと
いう厚い膜厚に形成した場合、画素電極が下層の接続電
極とコンタクトするためには、コンタクトホールをテー
パ形状にする必要があり、さらにＴＦＴ上の接続電極領
域を大きく取ることが必要であった。例えば、そのコン
タクトホールの径を５μｍとした場合、コンタクトホー
ルのテーパ領域およびアラインメント精度を考慮する
と、接続電極の大きさとしては１４μｍ程度が必要であ
り、従来のアクティブマトリクス基板では、これよりも
小さいサイズのＴＦＴを形成すると接続電極に起因する
開口率の低下を招いていた。これに対して、本実施形態
１のアクティブマトリクス基板では、接続電極２５が透
明導電膜３７ａ’により形成されているので、開口率の
低下が生じない。また、この接続電極２５は延長され
て、ＴＦＴのドレイン電極３６ｂと、透明導電膜３７
ａ’により形成された付加容量の一方の電極２５ａとを
接続する役割も担っており、この延長部分も透明導電膜
３７ａ’により形成されているので、この配線による開
口率の低下も生じない。
【００７０】さらには、ソース信号線２３を２層構造と
することにより、ソース信号線２３を構成する金属層３
７ｂの一部に膜の欠損があったとしても、ＩＴＯなどの
透明導電膜３７ａにより電気的に接続されるので、ソー
ス信号線２３の断線を少なくできるという利点がある。
【００７１】（実施形態２）本実施形態２では、層間絶
縁膜３８の作製プロセスについて、他の方法を説明す
る。
【００７２】まず、感光性でない有機薄膜をスピン塗布
法により形成する。その上にフォトレジストを形成して
パターニングした後、エッチング処理を施して層間絶縁
膜３８を貫通するコンタクトホール２６を形成すると共
に層間絶縁膜３８のパターニングを行う。
【００７３】または、感光性でない絶縁薄膜を積層し、
その上にフォトレジストを形成してパターニングした
後、エッチング処理を施して層間絶縁膜３８のパターニ
ングを行う。
【００７４】このようにして層間絶縁膜３８を形成した
アクティブマトリクス基板においても、上記実施形態１
のアクティブマトリクス基板と同様に、開口率の高い透
過型液晶表示装置を実現することができる。
【００７５】また、層間絶縁膜３８として感光性でない
有機薄膜を用いても、その比誘電率が低く、また、透明
度も高いので３μｍという厚い膜厚にすることができ
る。よって、ゲート信号線２２と画素電極２１との間の
容量およびソース信号線２３と画素電極２１との間の容
量を、その低い比誘電率と容量の電極間距離が離れる
分、低くすることができる。
【００７６】（実施形態３）図３は、本発明の実施形態
３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス
基板の１画素部分の構成を示す平面図であり、図４は図
３の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス
基板のＢ−Ｂ’断面図である。なお、図１および図２と
同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付けてそ
の説明を省略する。
【００７７】本実施形態３のアクティブマトリクス基板
では、ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂに接続される接
続電極２５の先端部である、画素の付加容量の一方電極
２５ａに対向する他方電極２７が、図９の付加容量共通
配線６を通じて対向基板上に形成された対向電極に接続
される構成となっているが、層間絶縁膜３８を貫くコン
タクトホール２６Ａの形成位置を、この付加容量共通配
線６の一端である他方電極２７および一方電極２５ａの
上部に形成している。つまり、このコンタクトホール２
６Ａは、遮光性の金属膜で構成されている付加容量配線
上部に設けられている。
【００７８】これにより、以下のような利点を有する。
【００７９】例えば、層間絶縁膜３８の膜厚を３μｍに
すると、液晶セルの厚みである４．５μｍと比較しても
無視できない厚みであるので、コンタクトホール２６Ａ
の周辺に液晶の配向乱れによる光漏れが発生する。した
がって、透過型液晶表示装置の開口部にこのようなコン
タクトホール２６Ａを形成した場合には、この光漏れに
よるコントラストの低下が生じる。これに対して、本実
施形態３のアクティブマトリクス基板では、付加容量共
通配線６の一端である他方電極２７および一方電極２５
ａの遮光性の金属膜上部にコンタクトホール２６Ａが形
成されているので、このような問題は生じない。つま
り、このコンタクトホール２６Ａが、遮光性の金属膜で
ある付加容量配線上部に設けられていると、液晶の配向
乱れによる光漏れが発生しても、開口部以外の遮光部で
あってコントラストの低下は生じない。これは、隣接す
るゲート信号線２２の一部を一方電極として付加容量を
形成する場合にも同様であり、この場合には、隣接する
ゲート信号線２２上にコンタクトホール２６Ａを形成す
ることにより、ゲート信号線２２で遮光してコントラス
ト低下を防ぐことができる。
【００８０】また、このアクティブマトリクス基板は、
ＴＦＴ２４のドレイン電極３６ｂと、コンタクトホール
２６Ａとを接続する接続電極２５として透明導電膜３７
ａ’を形成しているので、コンタクトホール２６Ａを付
加容量上に形成しても開口率の低下は生じない。
【００８１】尚、本実施形態に基づいて開発した１０．
４インチＶＧＡ液晶表示装置の設計ルールを以下に示
す。
【００８２】ゲート信号線２２の幅（ｌ）は設計１０μ
ｍとし、基板３１に対向する第２基板（図示せず）は遮
光膜を設けず、また、ソース信号線２３の幅（ｍ）は設
計７μｍとし、ソース信号線２３に対して、基板３１に
対向する第２基板上に設計値６μｍ幅の遮光膜（図示せ
ず）設けた。遮光膜は低反射化の為、樹脂材料とした。
【００８３】図５および図６に、遮光膜５１、５２のパ
ターン２種を示す。ＴＦＴ２４に対応する箇所に各々５
１ａ、５２ａの突起を設けた。この様な液晶表示装置の
遮光パターンは過去に無い。
【００８４】絵素ピッチは１１０μｍ×３３０μｍと
し、画素電極２１とゲート信号線２２またはソース信号
線２３との重なり寸法（各々ｎ、ｐ）は共通または別々
の設計値で１．５μｍと２μｍの２種、３条件（ｎ＝ｐ
で２条件、ｎ≠ｐで１条件）を確認したが、表示品位は
いずれも良好であった。第１基板３１と第２基板（図示
せず）の量産時の貼り合わせずれは許容５μｍである。
【００８５】コンタクトホール２６Ａのコンタクト幅
（ｑ）は５μｍとし、容量配線としての電極２７の設計
幅（ｒ）である１６μｍに対し、コンタクトホール２６
Ａの外幅（ｓ）が１２μｍ〜１８μｍ程度に納まる様、
パターニング条件を設け、滑らかな断面形状を得た。
【００８６】また、図７に示す様に光入射側に、つまり
バックライト光源（図示せず）とそれに近い側の基板３
１との間に、微小プリズムシート５３を配置することに
より（但し、偏光板等の他の部材は図示せず）、視野角
は更に改善される。本来、微小プリズムシートは輝度向
上を目的として使用されている（「フラットパネルディ
スプレイ １９９４」日経ＢＰ社 ｐ２１７参照）。本
実施形態では、３Ｍ社製のＢＥＦ−９０ＨＰ１５０（三
角プリズム）と、積水化学社製のＷ５１８（波型プリズ
ムシート）とを積層した。これにより、左右視野角に制
限の無い、つまりこれまでの常識を破る広視野角をもつ
液晶表示装置が、概ね層間絶縁膜を変更して設計寸法ル
ールと製造条件とを最適化するだけの簡単な構成により
得られた。ただし、このような広視野角を測定する装置
は無く、あくまで画面のほぼ横方向から見ることによ
り、良好な表示を確認した。しかも、本発明の液晶表示
装置の製造は、従来の製造ラインの一部の仕様を変更す
るのみでよく、少ない改造費程度で済む為、設備投資も
少ない。
【００８７】（実施形態４）図８は、本発明の実施形態
４の透過型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス
基板の構成を示す一部断面図である。
【００８８】本実施形態４のアクティブマトリクス基板
では、層間絶縁膜３８を貫くコンタクトホール２６Ｂが
付加容量共通配線６の上部に形成されており、このコン
タクトホール２６Ｂの下部に形成された透明導電膜３７
ａ’の上に金属窒化物層４１が形成されている。
【００８９】これにより、以下のような利点を有する。
【００９０】層間絶縁膜３８を構成する樹脂と、透明導
電膜であるＩＴＯなど、または金属であるＴａ、Ａｌな
どとの密着性には問題がある。例えば、コンタクトホー
ル２６Ｂの開口後の洗浄工程において、コンタクトホー
ル２６Ｂの開口部から、その樹脂と下地との間の界面に
洗浄液が侵入し、樹脂の膜剥がれが生じるという問題が
あった。これに対して、本実施形態４のアクティブマト
リクス基板では、その樹脂との密着性が良好なＴａＮや
ＡｌＮなどの金属窒化物層４１を形成するので、膜剥が
れなどの密着性に関する問題は生じない。
【００９１】この金属窒化物層４１は、層間絶縁膜３８
を構成する樹脂や、透明導電膜である接続電極３７ａ’
およびＴａ、Ａｌなどの金属などと密着性のよいもので
あればいずれを用いてもよいが、接続電極３７ａ’と画
素電極２１とを電気的に接続する必要があるので、良好
な導電性を有している必要がある。
【００９２】上述した各実施形態ではスイッチング素子
に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いた場合を例に挙げ
て説明しているが、本発明はこれに限らず、ＭＩＭやダ
イオードなどの他の種類のスイッチング素子を用いる透
過型液晶表示装置にも同様に適用できる。
【００９３】なお、上記実施形態では、付加容量の一方
の電極が付加容量共通配線を通じて対向電極に接続され
る構造の透過型液晶表示装置について説明したが、付加
容量の一方の電極が、隣接する画素のゲート信号線であ
る構造としても同様の効果が得られる。
【００９４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、スイッチ
ング素子、走査配線および信号配線の上部に、表面のう
ねりの高低差または段差を５００オングストローム以
下、厚みを１．５μｍ以上５μｍ以下とし、比誘電率が
２以上５以下であって、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下
の波長の光透過率が９０％の有機又は無機薄膜からなる
単層または多層の層間絶縁膜が設けられ、層間絶縁膜の
上に画素電極がその周縁部を走査配線および信号配線の
少なくとも一方に重ねて設けられると共に、画素電極と
スイッチング素子の該当する電極とが、層間絶縁膜を貫
通するコンタクトホールを介して直接に、または、コン
タクトホールと、スイッチング素子の該当する電極から
該コンタクトホールに達する接続電極とを介して接続さ
れている構成とする場合は、最大視野角が７０゜の広視
野角を有し、視認性が優れた低コストの透過型液晶表示
装置を提供できる。更に、バックライト光源と前記第１
または第２基板との間に、単層または多層の微小プリズ
ムシートを設けることにより、表示画面の真横から視認
できる、つまり視野角に制限の無いＣＲＴと同様な画期
的な透過型液晶表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の透過型液晶表示装置にお
けるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示
す平面図である。
【図２】図１の透過型液晶表示装置におけるアクティブ
マトリクス基板のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の実施形態３の透過型液晶表示装置にお
けるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示
す平面図である。
【図４】図３の透過型液晶表示装置におけるアクティブ
マトリクス基板のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】実施形態３に基づいて開発した液晶表示装置に
使用する遮光膜５１を示す平面図である。
【図６】実施形態３に基づいて開発した液晶表示装置に
使用する遮光膜５２を示す平面図である。
【図７】実施形態３に基づいて開発した液晶表示装置の
光入射側に微小プリズムシートを配置した構成を示す断
面図である。
【図８】本発明の実施態様４の透過型液晶表示装置にお
けるアクティブマトリクス基板の１画素部分の構成を示
す平面図である。
【図９】アクティブマトリクス基板を備えた従来の液晶
表示装置の構成を示す回路図である。
【図１０】従来の液晶表示装置におけるアクティブマト
リクス基板のＴＦＴ部分の断面図である。
【図１１】従来タイプの液晶テレビとワイドタイプ液晶
テレビとの視認性の相違を説明するための図である。
【図１２】本発明のようにして遮光膜を設ける場合にお
いて、広視野各化の効果が増大する理由を説明するため
の図である。
【図１３】本発明の透過型液晶表示装置においてディス
クリネーションの発生を防止できる理由を説明するため
の図である。
【符号の説明】
６ 付加容量用共通配線 ２１ 画素電極 ２２ ゲート信号線 ２３ ソース信号線 ２４ ＴＦＴ ２５ 接続電極 ２６，２６Ａ，２６Ｂ コンタクトホール ３１ 透明絶縁性基板 ３２ ゲート電極 ３６ａ ソース電極 ３６ｂ ドレイン電極 ３７ａ，３７ａ’ 透明導電膜 ３７ｂ，３７ｂ’ 金属層 ３８ 層間絶縁膜 ４１ 窒化チタン層
フロントページの続き (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−242433（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−301052（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21796（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−84284（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1362 G02F 1/1343 G02F 1/1335 G02F 1/1333 H01L 29/78

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶を挟んで第１基板と第２基板とが対
    向配設され、該第１基板上に交差して設けられた走査配
    線と信号配線との交差部近傍にスイッチング素子が設け
    られ、該スイッチング素子にて画素電極が制御される透
    過型液晶表示装置において、 該スイッチング素子、該走査配線および該信号配線の上
    部に、表面のうねりの高低差または段差を５００オング
    ストローム以下、厚みを１．５μｍ以上５μｍ以下と
    し、比誘電率が２以上５以下であって、４００ｎｍ以上
    ８００ｎｍ以下の波長の光透過率が９０％の有機又は無
    機薄膜からなる単層または多層の層間絶縁膜が設けら
    れ、該層間絶縁膜の上に該画素電極がその周縁部を該走
    査配線および該信号配線の少なくとも一方に重ねて設け
    られると共に、該画素電極と該スイッチング素子の該当
    する電極とが、該層間絶縁膜を貫通するコンタクトホー
    ルを介して直接に、または、該コンタクトホールと、該
    スイッチング素子の該当する電極から該コンタクトホー
    ルに達する接続電極とを介して接続されている構成とな
    っており、 前記画素電極の中央部近傍に前記走査配線とほぼ平行に
    形成された容量配線の上に、前記層間絶縁膜を貫く前記
    コンタクトホールが滑らかに形成され、該コンタクトホ
    ールを介して該画素電極と前記スイッチング素子の該当
    する電極とが接続されている、透過型液晶表示装置。
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