JP3307174B2

JP3307174B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP3307174B2
Application number: JP18743795A
Authority: JP
Inventors: 芳浩橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JPH0933950A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリクス
型の液晶パネル等によって代表される液晶表示装置に関
し、更に詳しくは、液晶表示装置の画素開口部以外を遮
閉するブラックマトリクスの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、カメラ一体型ＶＴＲや液晶プロジ
ェクタに代表される液晶表示装置付機器の普及とともに
液晶表示装置への高性能化の要求が高まり、液晶表示装
置の高性能化や多機能化が進行している。こうした状況
の下で、液晶表示装置にもその用途に応じた性能が求め
られるようになった。例えば液晶表示装置のブラックマ
トリクスについて言えば、カメラ一体型ＶＴＲ等の直視
型ではブラックマトリクスが低反射であって良好なコン
トラスト比が求められ、液晶プロジェクタ等の投射型に
は充分な光遮閉効果が求められている。本発明は液晶表
示装置のブラックマトリクスに係わるものであり、以下
その具体例を挙げて説明する。

【０００３】従来技術の液晶表示装置の一例について簡
潔に説明する。従来技術の液晶表示装置は、図示を省略
したが、駆動基板と対向基板とを所定の間隙を介して接
合し、その間隙に液晶を挟持したパネル構造を有してい
る。駆動基板はマトリクス状に配置した画素電極と、こ
れを個々にスイッチング駆動する複数の薄膜トランジス
タ(Thin Film Transistor:以下、単に「ＴＦＴと記す）
を有している。また駆動基板の周辺には遮光性の金属膜
からなる光遮閉膜がパターニング形成されている。

【０００４】一方、対向基板の内表面には、画素電極以
外を遮閉するブラックマトリクスが形成されている。こ
のブラックマトリクスは例えば遮光性を有する金属膜を
パターニングしたものである。ブラックマトリクスによ
って囲まれた開口部が駆動基板の画素電極に整合するよ
うになされている。前述の駆動基板と対向基板は所定の
間隙（数μｍ）を保持して対向配置され、これらの間隙
に液晶を挟持させるとともに、その周囲をシール材で封
止固定して従来技術の液晶表示装置は構成されている。

【０００５】しかし、従来技術の液晶表示装置では、ブ
ラックマトリクスは一部周辺部分のみ駆動基板側に形成
されており、それ以外では全て対向基板側に設けられて
いるのが一般的である。設計にあたっては対向基板と駆
動基板の位置合わせ精度と、対向基板側のブラックマト
リクス形成精度を相互に考慮してパターン設計がなされ
る。従って、予め位置合わせ誤差を吸収するマージンを
とる必要があり、ブラックマトリクスのパターンが大き
めに設定されて画素の開口率が犠牲になるという問題点
がある。

【０００６】このような問題を解決するため、本出願人
が先に出願した特願平０６−２８００９５号明細書に記
載の「表示装置」があり、その概要を図３に再掲して説
明する。図３は先願例の液晶表示装置を示す模式的な部
分断面図である。

【０００７】先願例の液晶表示装置は、ガラス等からな
る駆動基板１と同じくガラス等からなる対向基板２とを
所定の間隙を介して接合したパネル構造を有している。
両基板１、２の間隙には電気光学物質として液晶３が挟
持されている。駆動基板１には画素電極４がマトリクス
状にパターニング形成されている。画素電極４は例えば
ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)やＳｎＯ₂等の透明導電膜か
らなる。一方、対向基板２の内表面には同じく透明導電
膜からなる対向電極５が全面的に形成されている。

【０００８】駆動基板１には、画素電極４を個々にスイ
ッチング駆動する複数のＴＦＴ６と、このＴＦＴ６を被
覆する第１層間絶縁膜７と、その上にパターニング形成
されかつＴＦＴ６に接続する配線電極８と、この配線電
極８を被覆する第２層間絶縁膜９と、その上にパターニ
ング形成され下方のＴＦＴ６を遮光するブラックマトリ
クス１０とが形成されている。ブラックマトリクス１０
は平坦化膜１１により被覆されている。前述の画素電極
４はこの平坦化膜１１の上にパターニング形成されてい
る。

【０００９】ブラックマトリクス１０はＴｉ、Ａｌ、Ｃ
ｒ等の金属膜からなる。特に、Ｔｉは柱状結晶構造を有
し、エッチング性に優れているため、精密なブラックマ
トリクスパターンに加工できるという利点がある。ここ
でブラックマトリクス１０を例えばＴｉで形成した場
合、Ｔｉが５０ｎｍ程度酸化され遮光効果が失われるた
め、予め余裕を見込んで３００ｎｍ程度の厚めの膜厚が
必要となる。このブラックマトリクス１０は前述したよ
うにＴＦＴ６を外光から遮閉している。画素電極４はブ
ラックマトリクス１０を介してドレイン領域（以下、単
に「ドレインＤ」、「ソースＳ」と略記し、図ではＤ、
Ｓと記す）の配線電極８に接続されている。一方、ソー
スＳ側の配線電極８は信号線（ソースライン）を構成し
ている。この配線電極８は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、
Ｍｏ、Ｗまたはこれらの合金からなる。前述したように
配線電極８はＰＳＧ、ＮＳＧ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等から
なる第２層間絶縁膜９により被覆されいる。

【００１０】引き続き、図３を参照しつつ先願例の液晶
表示装置の製造方法を簡潔に説明する。

【００１１】先ず、ガラス等からなる駆動基板１の上に
ＴＦＴ６を集積形成し、第１層間絶縁膜７で被覆する。
次いでこの第１層間絶縁膜７にＴＦＴ６のソースＳおよ
びドレインＤと連通するコンタクトホールを開口する。
更に、スパッタリング法またはＣＶＤ法で電極材料を成
膜し、これを所定の形状にパターニングして配線電極８
に加工する。ソースＳに接続した配線電極８は信号線と
なり、場合によってはブラックマトリクスとして機能す
る。この配線電極８に重ねて第２層間絶縁膜９を被覆す
る。この第２層間絶縁膜９にコンタクトホールを開口
し、ＴＦＴ６のドレインＤと電気接続している配線電極
８の一部を露出する。

【００１２】その後、スパッタリング法或いはＣＶＤ法
にて前述の理由により厚めに成膜し、エッチングで所定
の形状にパターニングしてブラックマトリクス１０に加
工する。なお、ブラックマトリクス１０は図示の如く分
離されているが、これは配線電極８に電圧が印加された
ときの駆動ノイズが画素電極部に入り込まないようにす
るためであり、ＴＦＴ６直上のブラックマトリクスは例
えば共通電極に接続されている。このブラックマトリク
ス１０を透明アクリル樹脂等からなる平坦化膜１１で被
覆し、駆動基板１表面の凹凸を吸収する。この平坦化膜
１１にコンタクトホールを開口し、ブラックマトリクス
１０の一部を露出させる。最後に、透明導電膜を成膜し
所定の形状にパターニングして画素電極４に加工する。
この結果、画素電極４はブラックマトリクス１０および
配線電極８を介してＴＦＴ６のドレインＤと電気接続が
なされることになる。このようにして、駆動基板１側に
ブラックマトリクス１０がオンチップで形成できるの
で、対向基板２側は基本的に対向電極５のみが形成され
ることになる。従って、駆動基板１と対向基板２を精密
に位置合わせする必要はなくなるというものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示した
ような先願例の液晶表示装置においては、ブラックマト
リクス形成後に熱処理工程を通過するため、ブラックマ
トリクスとなる金属膜が酸化されてしまいブラックマト
リクス本来の目的である遮光性が失われてしまう場合が
ある。このブラックマトリクスの遮光性が失われるのを
防止するため、ブラックマトリクスとなる金属膜を厚め
に成膜することもあるが、この場合は駆動基板全体のス
トレスによりクラック等が発生し易くなり、液晶表示装
置の不良の原因となる不具合点があった。

【００１４】また、画素電極がブラックマトリクスとな
る厚めの膜厚を有する金属膜とコンタクトしているた
め、その接触抵抗にばらつきが生じ、液晶表示装置の画
質劣化の原因となる不具合点がある。また、ＴＦＴのゲ
ートに金属を使用したプロセスにおいては、信号線等の
金属膜同士のコンタクトが必要となるため、コンタクト
にばらつきが生じて安定した特性を得ることが困難にな
るという不具合点があった。

【００１５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、駆動基板にブラックマトリクスが形成された場合の
接触抵抗のばらつきによる画質劣化を回避した液晶表示
装置を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の従来技術の課題を
解決するために以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かる液晶表示装置は基本的な構成として、マトリクス状
に配置した画素電極を有する駆動基板と、所定の間隙を
介して駆動基板に接合した対向基板と、間隙に保持され
た電気光学物質とを備えている。駆動基板は画素電極を
個々にスイッチング駆動する複数のＴＦＴと、ＴＦＴを
被覆する第１層間絶縁膜と、その上にパターニング形成
されＴＦＴに接続する配線電極と、配線電極を被覆する
第２層間絶縁膜と、その上にパターニング形成され下方
のＴＦＴを遮光する第１ブラックマトリクスと、更にそ
の上に第１ブラックマトリクスとはエッチング選択性の
異なる金属膜からなる第２ブラックマトリクスを有して
いる。そして、画素電極形成時には、その第２ブラック
マトリクスをエッチング処理にて除去し、画素電極と第
１ブラックマトリクスとのコンタクトの安定化を図るよ
うにした。

【００１７】第２ブラックマトリクスは、成膜する金属
膜の種類を液晶表示装置の用途に応じて、例えば直視型
の低反射ブラックマトリクスや投射型の高反射ブラック
マトリクス等にブラックマトリクスの機能を選択できる
ようにした。

【００１８】

【作用】本発明によれば、駆動基板に集積形成されたＴ
ＦＴを第１層間膜で被覆し絶縁保護し、この上にＴＦＴ
の配線電極をパターニング形成する。この配線電極を第
２層間絶縁膜で被覆し、この第２層間絶縁膜の上に例え
ば金属膜からなる第１ブラックマトリクスをパターニン
グ形成する。更にその上に第１ブラックマトリクスとは
エッチング選択性の異なる金属膜からなる第２ブラック
マトリクスをパターニング形成する。このようにブラッ
クマトリクスを２層構造とすることにより、第１ブラッ
クマトリクスの膜厚を薄く形成することができ、ブラッ
クマトリクス全体の膜厚を薄膜化することができる。以
上の構成により、所謂オンチップブラックマトリクス構
造が得られ、対向基板と駆動基板との精密な位置合わせ
が不要となるばかりか、より完全な遮光構造が得られる
ようになる。また、ブラックマトリクスの膜厚を薄膜化
することにより、駆動基板に生じるストレスを抑制で
き、ストレスによるクラックが引き起こす断線不良を防
ぎ、液晶表示装置の品質を向上することができる。

【００１９】

【実施例】以下、図１および図２を参照して本発明の液
晶表示装置の実施例を説明する。なお、本発明は先願例
の液晶表示装置と関連するものであり、先願例の液晶表
示装置と同一の部分には同一の参照符号を付すものとす
る。

【００２０】初めに、図１を参照して本発明の液晶表示
装置の構成を説明する。図１は本発明にかかる液晶表示
装置の一例を示す要部断面図である。

【００２１】本発明の液晶表示装置は、ガラス等からな
る駆動基板１と同じくガラス等からなる対向基板２とを
所定の間隙を介して接合したパネル構造を有している。
両基板１、２の間隙には電気光学物質として例えば液晶
３が挟持されている。駆動基板１には画素電極４がマト
リクス状にパターニング形成されている。画素電極４は
例えばＩＴＯやＳｎＯ₂等の透明導電膜からなる。一
方、対向基板２の内表面には同じく透明導電膜からなる
対向電極５が全面的に形成されている。

【００２２】駆動基板１には、画素電極４を個々にスイ
ッチング駆動する複数のＴＦＴ６と、このＴＦＴ６を被
覆する第１層間絶縁膜７と、その上にパターニング形成
されＴＦＴ６に接続する配線電極８と、この配線電極８
を被覆する第２層間絶縁膜９と、その上にパターニング
形成され下方のＴＦＴ６を遮光する第１ブラックマトリ
クス１０１とが形成されている。更に、第１ブラックマ
トリクス１０１上に連続または第１ブラックマトリクス
１０１形成後に、本発明の特徴事項である第２ブラック
マトリクス１０２が金属Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ等
で形成されている。第１ブラックマトリクス１０１およ
び第２ブラックマトリクス１０２は平坦化膜１１により
被覆されている。

【００２３】第１ブラックマトリクス１０１はＴｉ、Ａ
ｌ、Ｃｒ等の金属膜からなり、第２ブラックマトリクス
１０２は金属Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ等で形成され
ている。例えば第１ブラックマトリクス１０１をＴｉで
形成し、第２ブラックマトリクス１０２をＭｏで形成す
る場合、第１ブラックマトリクス１０１を先願例の液晶
表示装置に比して薄く形成することができる。即ち、本
発明の液晶表示装置では第１ブラックマトリクス１０１
をＴｉ等で形成し、その上に第２ブラックマトリクス１
０２としてＭｏ等で形成するため、第１ブラックマトリ
クス１０１がその後の熱処理工程によって酸化されるこ
とがなくなり、第２ブラックマトリクス１０２の膜厚を
前述の３００ｎｍから２００ｎｍ程度まで薄く形成する
ことができる。

【００２４】第１ブラックマトリクス１０１および第２
ブラックマトリクス１０２は前述したようにＴＦＴ６を
外光から遮閉している。第２ブラックマトリクス１０２
は平坦化膜１１により被覆されている。画素電極４は第
１ブラックマトリクス１０１を介してドレインＤ側の配
線電極８に接続され、平坦化膜１１の上にパターニング
形成されている。一方、ソースＳ側の配線電極８は信号
線を構成している。この配線電極８は例えば、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの合金からなる。配線
電極８はＰＳＧ、ＮＳＧ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等からなる
第２層間絶縁膜９により被覆されている。

【００２５】本発明の特徴事項として、前述の第２ブラ
ックマトリクス１０２は液晶表示装置の使用目的に応じ
て、ブラックマトリクスの機能を選択することができる
ようになされている。即ち、第１ブラックマトリクス１
０１を例えばＴｉで形成し、第２ブラックマトリクス１
０２をクロムＣｒで形成すれば、ブラックマトリクスに
低反射で充分な黒が得られるようになり、カメラ一体型
ＶＴＲや液晶モニタ付きラップトップパソコン等の直視
型液晶表示装置に好適なものとなる。また、第１ブラッ
クマトリクス１０１を同じくＴｉで形成し、第２ブラッ
クマトリクス１０２をアルミＡｌで形成すれば、ブラッ
クマトリクスに充分な遮光性が得られるようになり、液
晶プロジェクタ等の投射型の液晶表示装置に適用して好
適なブラックマトリクスとなる。

【００２６】かかる構成の本発明の液晶表示装置の動作
を説明する。本発明の液晶表示装置のＴＦＴ６は、外部
ＩＣ（図示省略）から配線電極８を介して入力される各
画素の映像電圧を制御し、画素電極４に供給する。この
映像電圧によって液晶３を電圧印加方向に捩じれて倒立
させ、この液晶３による旋光性を利用して本発明の液晶
表示装置の映像表示がなされる。

【００２７】引き続き、図２を参照して本発明の液晶表
示装置の製造方法を説明する。図２は本発明の液晶表示
装置の製造プロセスを説明する工程断面図である。

【００２８】洗浄した石英ガラス(Quartz)等より成る駆
動基板１上にＴＦＴ６を所定の方法で集積形成し、第１
層間絶縁膜７で被膜する。次いで第１層間絶縁膜７にＴ
ＦＴ６のソースＳおよびドレインＤと連通するコンタク
トホール１２を開口する。更に、配線材料として例えば
Ａｌ−１％Ｓｉをスパッタリング法またはＣＶＤ法にて
成膜し、これを所定の形状にパターニングして配線電極
８に加工する。ソースＳに接続した配線電極８は信号線
となり、場合によってはブラックマトリクスとして機能
する（図２（ａ））。

【００２９】次いで、第２層間絶縁膜９を成膜し、画素
電極部とコンタクトするためのコンタクトホール１３を
パターニングして形成する。その上に第１ブラックマト
リクス１０１をＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ等の金属膜、若し
くはこれらの合金をプラズマＣＶＤ法やスパッタリング
法にて、先願例の液晶表示装置の３００ｎｍに比して薄
めの２００ｎｍ程度の膜厚で成膜して形成する。その上
に連続して、または第１ブラックマトリクスを形成後
に、本発明の特徴事項である第２ブラックマトリクス１
０２として第１ブラックマトリクス１０１とはエッチン
グ選択性の異なる別の金属ＡｌまたはＭｏ、Ｃｒ、Ｗ、
Ｔｉ等の金属膜、例えばＭｏ膜を５〜１０ｎｍ程度の膜
厚で成膜する（同図（ｂ））。

【００３０】続いて、液晶のイレギュラーな配向（配向
不良）の招来を抑制する目的で平坦化膜１１をスピンコ
ータ等で塗布し、後述する画素電極との電気的接続を得
るために第２ブラックマトリクス１０２をウエット、若
しくはドライにてエッチング処理して第１ブラックマト
リクス１０１を露出させる。更に、画素部の下部電極と
なる透明な画素電極４をスパッタリング処理等により成
膜し、画素部を残して他の部分をエッチング処理して除
去する。最後に、熱処理（アニール）を施すことによ
り、画素電極４の比抵抗を低下させるとともに、可視光
透過率を向上させて駆動基板の製造プロセスを終了する
（同図（ｃ））。このように本発明の液晶表示装置によ
れば、ブラックマトリクスを２層構造で形成したため、
第１ブラックマトリクスの膜厚を薄くすることができる
とともに、ブラックマトリクス全体を薄膜化することが
できる。そのため、画素電極部の段差緩和が図れ、液晶
表示装置の配向不良を減少することができる。

【００３１】本発明は前記実施例に限定されず、種々の
実施形態を採ることができる。例えば、本実施例ではブ
ラックマトリクスが配線電極上に形成された例について
説明したが、ブラックマトリクスが周辺部に延在する場
合や、ブラックマトリクスが浮遊して形成される場合に
も同様に適用が可能である。また、対向基板にもブラッ
クマトリクスを形成して駆動基板のブラックマトリクス
と併用するようにしてもよい。更に、本発明は以上示し
た実施形態にとらわれず様々な形態に発展できることは
言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置によれば、駆動基板側のブラックマトリクスを２層
構造で形成したため、第１ブラックマトリクスの膜厚を
薄くすることができるとともに、ブラックマトリクス全
体を薄膜化することが可能となる。そのため、駆動基板
のストレス発生を抑制できるとともに、ストレスによる
クラック等が引き起こす断線不良の発生を減少する効果
がある。また、第２ブラックマトリクスとして酸化防止
膜となる金属を成膜することにより、画素電極部のコン
タクトを安定化することができ、液晶表示装置の品質を
向上することが可能となる。

【００３３】更に、本発明の液晶表示装置では、低反射
や高反射のブラックマトリクスを特性変化なく容易に形
成できるようになる。即ち、液晶表示装置の使用目的に
応じてブラックマトリクスの機能を選択することができ
るようになり、例えば直視型液晶表示装置では低反射で
充分な黒が、投射型の液晶表示装置では安定した遮光性
のあるブラックマトリクスが容易に得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の一例を示す要
部断面図である。

【図２】本発明の液晶表示装置の製造プロセスを説明
するための工程断面図である。

【図３】先願例の液晶表示装置を示す模式的な部分断
面図である。

【符号の説明】

１駆動基板２対向基板３液晶４画素電極５対向電極６ＴＦＴ７第１層間絶縁膜８配線電極９第２層間絶縁膜１０ブラックマトリクス１１平坦化膜１２、１３コンタクトホール１０１第１ブラックマトリクス１０２第２ブラックマトリクス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1368 G02B 5/00 G02F 1/1335 H01L 29/786

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配置した画素電極を有す
る駆動基板と、対向電極を有し所定の間隙を介して前記
駆動基板に接合した対向基板と、該間隙に保持された電
気光学物質とを備えた液晶表示装置において、前記駆動基板は、前記画素電極を個々にスイッチング駆動する複数の薄膜
トランジスタと、前記薄膜トランジスタを被覆する第１層間絶縁膜と、その上にパターニング形成され前記薄膜トランジスタに
接続する配線電極と、前記配線電極を被覆する第２層間絶縁膜と、その上にパターニング形成され下方の前記薄膜トランジ
スタを遮光する第１ブラックマトリクスと、更にその上にパターニング形成された第２ブラックマト
リクスとを有し、前記第１ブラックマトリクスと該第２ブラックマトリク
スはエッチング選択性の異なる金属膜からなるととも
に、前記画素電極形成時には、該第２ブラックマトリク
スをエッチング処理にて除去し、前記画素電極と前記第
１ブラックマトリクスとのコンタクトの安定化を図るこ
とを特徴とする液晶表示装置。