JP3780529B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、液晶パネルを構成する基板の内面構造に関する。
背景技術
液晶表示装置は、一般に、表示面に多数配列された画素領域に対応した電極を内面上に備えた２枚の基板を形成し、該基板の間に液晶層を挟持した液晶パネルを備えている。液晶表示装置を駆動するには、前記電極により液晶層に電界を印加することによって液晶層の光学的な特性を変え、種々の表示が可能になるように構成されている。この場合、少なくとも一方の基板の内面上には、上記電極に所定の駆動電位を与えるための配線層が並列して形成されている場合がある。
また、アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、素子基板の内面上に形成された配線層に対して、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子やＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子等のアクティブ素子が接続され、これらのアクティブ素子は、画素領域毎に形成された各画素電極に接続されている。
一方、カラー表示を可能とした液晶表示装置においては、例えば、上記アクティブ素子の形成された素子基板に対向する対向基板の内面上に着色レジスト等を所定のパターンで形成することによって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層を配列させたカラーフィルタが形成され、カラーフィルタをオーバーコート膜で被覆した後、さらにＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる透明な対向電極を形成したものがある。
上記従来の液晶表示装置においては、２枚の基板の間に液晶層を封入して、両基板の内面上に形成された対向する２つの電極間に所定の電圧を印加して液晶分子の配向を変えるように構成されている。しかし、製造工程において、２枚の基板の間や液晶の内部に導電性の異物が混入する場合があり、この場合には、２枚の基板に形成された電極の間に導電性の異物が介在して、液晶に付与されるべき電界に影響を与えたり、電極間の短絡によって点欠陥が発生する場合がある。
ここで、導電性の異物が画素領域に入り込み電極間を短絡させてしまっても、アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては当該画素のみが動作しなくなるだけであって、いわゆる点欠陥が生ずるだけであるが、同様の異物が、素子基板の配線層やアクティブ素子の上方に存在する場合には、その配線層と対向電極とが短絡する場合もあり、この場合には、表示面にクロスライン状の線欠陥が発生する可能性がある。このような線欠陥は、上記点欠陥と異なり、発生した時点で液晶パネルの不良となることから、液晶表示装置の製造時の歩留まりを著しく低下させ、製造工程や製造コストに大きな影響を及ぼす。
特に、このような導電性の異物による欠陥は、製造時には異常がなくても、出荷後に異物がパネル内を移動して事後的に発生することがあるため、製造工程における検査によっては防止しにくいものであり、異物が存在しても欠陥が発生しない完全な対策が必要となる。
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、液晶表示装置における２枚の基板間の短絡が生じにくい構造とすることにより、上下電極間の短絡に起因する表示欠陥を防止することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、２枚の基板間に液晶層が挟持され、前記基板の少なくとも一方の内面上に配線層を備え、該配線層の接続部に対して直接若しくは間接的に接続された画素電極を備えた液晶表示装置において、前記配線層の表面上に絶縁膜が設けられてなることを特徴とする。
この手段によれば、配線層の表面上を絶縁膜で被覆することにより、配線層に対する導電性異物の接触及びこの異物を介しての配線層と対向電極との間の短絡の危険性がなくなり、致命的な線欠陥の発生を防止することができる。
ここで、前記絶縁膜は、前記配線層と前記画素電極との間を絶縁するように配置され、前記接続部と前記画素電極との間の導通を確保するための開口部を備えていることが好ましい。
この手段によれば、絶縁膜は配線層の表面上のみだけでなく、配線層と画素電極との間を絶縁するように形成されているため、接続部と画素電極との間の導通部分を除いて相互に接触することがなく、配線層と画素電極との短絡による表示状態の悪化を防止できる。
また、前記接続部と前記画素電極との間にはＭＩＭ素子が形成され、前記絶縁膜は、該ＭＩＭ素子の表面上も被覆していることが好ましい。
この手段によれば、絶縁膜がＭＩＭ素子の表面上をも被覆しているため、ＭＩＭ素子と導電性異物との接触や当該異物を介しての対向電極との間の短絡が防止される。
また、前記接続部と前記画素電極との間にはＴＦＴ素子が形成され、前記絶縁膜は、前記ＴＦＴ素子に接続される配線層上に設けられてなることが好ましい。
この手段によれば、ＴＦＴ素子に接続される配線層と導電性異物との接触当該異物を介しての対向電極との間の短絡が防止される。
また、前記絶縁膜は遮光性を備えてなることが好ましい。
この手段によれば、カラーフィルタが形成される基板に遮光部材を設ける必要が無いため、製造コストの削減を図れるとともに、対向する基板どうしの高い位置合わせ精度を不要とすることができる。
次に、２枚の基板間に液晶層が挟持され、前記基板の少なくとも一方の内面上に配線層を形成し、該配線層の接続部に対して直接若しくは間接的に接続された画素電極を形成した液晶表示装置の製造方法において、
前記基板の内面上に前記配線層を形成した後に、前記配線層の表面上及び前記配線層と画素領域との間を被覆するように絶縁膜を形成し、その後、該絶縁膜の上に前記画素電極の周縁部が配置されるように前記画素電極を形成するものである。
この手段によれば、配線層の表面を絶縁膜によって被覆することができるとともに、配線層と画素電極との間を絶縁膜によって絶縁することができるため、対向基板間の絶縁性、及び配線層と画素電極との間の絶縁性を確保することができる。
この場合において、前記接続部と前記画素電極との間に接続されるＭＩＭ素子を形成した後、前記絶縁膜を該ＭＩＭ素子の表面上をも被覆するように形成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態における素子基板上の平面構造を示す概略拡大平面図である。
第２図は、同実施形態の断面構造を示す拡大縦断面図である。
第３図は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態を示す概略工程図である。
第４図は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態を示す概略工程図である。
第５図は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態を示す概略工程図である。
第６図は、本発明に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態を示す概略工程図である。
第７図は、本発明に係る液晶表示装置の概略構造を示す構成図である。
第８図は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態における素子基板上の平面構造を示す概略拡大平面図である。
第９図は、同実施形態の断面構造を示す拡大縦断面図である。
第１０図は、本発明に係る液晶表示装置の概略構造を示す構成図である。
発明を実施するための最良の形態
次に、添付図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
（第１実施形態）
第１図及び第２図は、本発明に係る液晶表示装置の実施形態を示すものである。本実施形態は、ＭＩＭ素子を画素領域毎に備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置について本発明を適用した例を示すものである。
本実施形態において、第２図に示すように、素子基板１０の表面上には、透明な下地層１１が形成されている。この下地層１１は、素子基板１０とその上に形成される配線層等の膜との間の密着性を向上させるためのものである。下地層１１の表面には、第１図に示すように金属薄膜からなる配線層１２が所定のパターン形状に形成されている。この配線層１２には、画素領域毎に突出するように形成された第１電極部１３が一体に設けられている。
上記配線層及び第１電極部１３の表面上には、陽極酸化法によって形成された薄い絶縁層１４が設けられており、この絶縁層１４を介して、第２電極層１５が形成される。この第２電極層１５は、上記第１電極部１３の直上に位置する電極部１５ａと、この電極部１５ａから延伸して大きく張り出した画素接触部１５ｂとを備えている。
上記第１電極部１３、絶縁層１４及び第２電極層１５の電極部１５ａは、金属−絶縁体−金属からなる２端子型のアクティブ素子であるＭＩＭ素子を構成している。
配線層１２、第１電極部１３、絶縁層１４、第２電極部１５の上には、各種絶縁体からなる絶縁膜１６が形成されている。この絶縁膜１６は、第１図に示すように、配線層１２と上記ＭＩＭ素子の表面上を全て被覆するとともに、その一部は画素領域の内側にやや入り込んでいる。
ここで、絶縁膜１６は、上記第２電極層１５のうち、画素接触部１５ｂの表面上には形成されておらず、この画素接触部１５ｂに対応する部分は、ＭＩＭ素子と後述する画素電極１７との導通を確保するための開口部となっている。
上記ＭＩＭ素子が一つずつ形成された画素領域には、ＩＴＯからなる透明な画素電極１７が形成されている。この画素電極１７の周縁部は、絶縁膜１６の内縁部に乗るように形成され、また、絶縁膜１６の上記開口部を通して、第２電極層１５の画素接触部１５ｂと接触するように構成されている。
一方、第２図に示すように、対向基板２０の内面上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの色調を呈する着色層２１Ｃと、これらの着色層２１Ｃの間に形成されたブラックマトリクス層２１ＢＭとからなるカラーフィルタ２１が形成されている。このカラーフィルタ２１の表面上には、透明樹脂からなる保護膜２２が被着されている。この保護膜２２はカラーフィルタ２１を保護するためのものである。保護膜２２の表面上にはストライプ状に形成されたＩＴＯからなる対向電極２３が形成されている。ここで、本実施形態における着色層は上述の赤緑青の３色に限らず、例えばシアン、マゼンタ、イエローの３色としてもよい。
上記素子基板１０及び対向基板２０の内面上には、さらに配向膜が塗布形成され、所定の方向にラビング処理が施されている。そして、これらの配向膜に挟持される状態で、液晶層３０が配置されている。
この実施形態においては、絶縁膜１６が配線層１２及びＭＩＭ素子の表面上を完全に被覆しているので、素子基板１０と対向基板２０との間に導電性の異物が混入しても、配線層１２及びＭＩＭ素子と対向電極とが導電接触する危険性はまったくない。したがって、液晶表示装置にとって致命的なクロスライン状の線欠陥が発生することを防止できる。
また、第２電極層１５の画素接触部１５ｂと画素電極１７とが導電接触している場所を除いて、絶縁膜１６が配線層１２と画素電極１７との間に介在しているため、配線層１２と画素電極１７との短絡や両者間のリーク電流の発生を防止することができる。
第３図乃至第６図は、上記実施形態のうち、素子基板１０の主要な製造工程を示すものである。第３図に示すように、無アルカリガラスからなる素子基板１０の表面上にＴａをスパッタリング法によって全面被着し、熱酸化によって酸化Ｔａからなる下地層１１を形成する。この下地層は、酸化ＴａのＲＦスパッタリング法で形成してもよい。次に、この下地層１１の表面上に再びＴａ又はＴａ合金をスパッタリング法によって被着し、フォトリソグラフィによってパターニングすることによって配線層１２（第１図参照、第３図には図示せず）を形成する。ここで、配線層１２には上述の通り第１電極部１３が一体に形成されている。
次に、第４図に示すように、配線層１２及び第１電極部１３の表面上に陽極酸化法によって薄い絶縁層１４を形成する。この絶縁層１４は、素子基板１０を電解液に浸漬して、配線層１２と電解液中の対向電極との間に電流を流すことによってＴａの表面が酸化され形成される。この絶縁膜１４はＭＩＭ素子の電気特性を決定するものであるため、成膜条件や膜厚等を厳密に設定する必要があり、必要に応じて成膜後にアニーリング（熱処理）を施す場合もある。
さらに、上記第１電極部１３の表面に形成された絶縁膜１４の上にＣｒをスパッタリング法によって被着し、所定のパターニングを施して第２電極層１５を形成する。この第２電極層１５は、第１図に示すように、第１電極層１３の上に部分的に重なるように形成された電極部１５ａと、後述する画素電極１７に導電接触させるための画素接触部１５ｂとを有する。この第２電極層１５には、他にアルミニウム，チタン，モリブデン等を用いてもよい。
次に、第５図に示すように、素子基板１０の表面上に所定の厚さを有する絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜としては、スパッタリング法等により形成した酸化Ｔａ、酸化シリコン、窒化シリコン，酸化アルミニウム等の無機絶縁膜が好ましい。これらの絶縁膜１６は、下層に形成されている配線層１２等との間の絶縁性を充分に確保できるだけの膜厚を備えるように形成される。例えば、酸化Ｔａでは約１０００Å以上、酸化シリコンでは約４００Å以上の厚さであることが好ましい。一般に、絶縁膜１６の厚さは、４００〜５０００Å程度である。この絶縁膜１６は、ポリミド樹脂，アクリル樹脂等を用いてもよい。
上記のようにして形成した絶縁膜１６は、第２図に示す対向基板２０上のカラーフィルタ２１の透光性領域（ブラックマトリクス２１ＢＭの形成領域以外の部分）とほぼ同じ平面パターンを備えたマスクを用いたフォトリソグラフィ工程によってパターニングされ、第５図の液晶表示装置の画素領域に対応する領域Ａと、上記第２電極層１５の画素接触部１５ｂに対応する開口部である領域Ｂとを除去する。
ここで、絶縁膜１６のパターニングにおいて、カラーフィルタの透光性領域を形成するマスクと共通化を行う場合は、フォトリソグラフィ工程で使用するマスク数を減らすことができ、製造コストの削減を図ることができる。
最後に、第６図に示すように、ＩＴＯを全面スパッタリング法によって被着し、パターニングすることによって画素電極１７を形成する。この画素電極１７は、上記絶縁膜１６を除去した領域Ａを完全に被覆するとともに、上記領域Ｂにおいて第２電極層１５の画素接触部１５ｂの上に被着される。また、画素電極１７は、上記絶縁膜１６の除去部分（領域Ａに対応する部分）の内縁部上にその周縁部が位置するように形成される。
この製造方法によれば、画素電極１７の形成時には既に配線層１２とＭＩＭ素子の表面上は完全に絶縁膜１６によって被覆されているため、画素電極１７を配線層１２やＭＩＭ素子との短絡の危険性なしに形成することができる。その結果、画素電極１７を配線層１２の形成領域のぎりぎりまで形成することも可能になり、開口率を向上することができる。
ここで、第１電極部１３及び絶縁層１４を形成した後、絶縁層１４が露出するように絶縁膜１６を形成し、その上に例えばＩＴＯにより、絶縁層１４に接続するように画素電極１７を形成してもよい。この場合は、第２電極層と画素電極を一体のものとして形成するため、第２電極層のパターニングを不要とすることができ、２端子型のアクティブ素子の製造工程を一部省略することができる。
また、絶縁膜１６を遮光性を有する絶縁膜としてもよく、この場合は、第２図に示す対向基板２０側には、ブラックマトリクス２１ＢＭを形成しなくとも良いため、素子基板と対向基板との貼り合わせにおいて、高い位置合わせの精度を不要とすることができる。さらに、対向基板の構造を簡略化でき、製造コストを低減することができる。
このように形成された素子基板１０と対向基板２０は、第７図に示すように、シール材４１を介して貼り合わされ、シール材によって区画された液晶封入領域に液晶を注入することによって液晶層３０が設けられ、駆動回路４２ａ、４２ｂの周辺回路部品が実装され液晶表示装置が構成される。
以上説明した実施形態では、ＭＩＭ素子を備えた素子基板上に絶縁膜１６を形成した例を示しているが、本発明によれば、素子基板、対向基板の区別なく、基板内面上に配線層及び液晶印加電極が形成されている場合であれば、当該基板の配線層上に絶縁膜を形成することによって、上記と同様の効果を奏することができるものである。
（第２実施形態）
次に、３端子型のアクティブ素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を備えたマトリクス型の液晶表示装置に適用した実施形態を示す。
第８図は、本発明に係る液晶表示装置としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子を備えた液晶表示装置の画素の概略の構造を示す平面図であり、第９図は第８図におけるＡ−Ａ線に沿った断面である。
まず、画素部分について説明すると、第８図において、５１ａはＴＦＴの能動層（ソース領域５０ａ・チャネル領域５０ｂ・ドレイン領域５０ｃ）を構成する１層目のポリシリコン層であり、このポリシリコン層５１ａの表面には第９図に示されているように、熱酸化によるゲート絶縁膜６２が形成されている。５２ａはＴＦＴのゲート電極となる走査線、５３ａは前記走査線５２ａと交差するように配設されたＴＦＴのソース領域５０ａに画素電極に印加すべき電圧を供給するデータ線で、走査線５２ａは二層目のポリシリコン層によって、またデータ線５３ａはアルミニウム層のような導電層によってそれぞれ形成されている。
また、５４はＩＴＯからなる画素電極５６ａとポリシリコン層５１ａのＴＦＴのドレイン領域５０ｃとを接続するためのコンタクトホール、５５はデータ線５３ａと前記ポリシリコン層５１ａのＴＦＴのソース領域とを接続するためのコンタクトホールである。
第８図におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す第９図において、１０はガラス基板や石英基板あるいはシリコン基板のような基板、６２はＴＦＴの能動層となるポリシリコン層５１ａの表面に形成された酸化シリコン膜等のゲート絶縁膜であり、熱酸化等により形成される。また、６３はＮＳＧ膜（ボロンやリンを含まないシリケートガラス膜）等からなる第１層間絶縁膜である。これは、高温ＣＶＤおよび低温ＣＶＤ法により形成される。
本実施形態では、チャネル領域５０ｂの上部を含んで、配線層となる走査線５２ａとデータ線５３ａ上を被覆するように、絶縁層６４が形成されている。
この絶縁層６４は、後述する画素電極５６ａとの接続を行うコンタクトホール５４の周囲を除いて形成されるとともに、その内周部が画素電極５６ａの外周部と一部重なるようにパターニングされている。
本実施形態においても、スパッタリング法等により形成した酸化Ｔａ、酸化シリコン、窒化シリコン，酸化アルミニウム等の無機絶縁膜が好ましく、下層のデータ線５３ａとの間の絶縁性を充分に確保できるだけの膜厚を備えるように形成される。例えば、酸化Ｔａでは約１０００Å以上、酸化シリコンでは約４００Å以上の厚さであることが好ましい。
この絶縁層６４により、画素電極５６ａをデータ線５３ａと十分近接させて形成しても両者の短絡を防止でき、それによる表示上の欠陥の発生を防止できるものである。
この絶縁層６４のパターニングにおいて、この基板１０に対向して配置されるカラーフィルタ（図示せず）の透光性領域をパターニングするためのマスクと共通化することにより、液晶表示装置を製造する際のフォトリソグラフィ工程に使用するマスクを削減することができる。
また、本実施形態においても絶縁層６４を、遮光性を有する材料とした場合は、ＴＦＴ素子の配線層や能動層の領域に照射された光によるリーク電流の発生を防止することができるとともに、素子基板上にブラックマトリクスを形成するため、対向基板上にブラックマトリクスを不要とすることができ、素子基板と対向基板との貼り合わせにおいて、高い位置合わせの精度を不要とすることができる。さらに、対向基板の構造を簡略化でき、製造コストを低減することができる。
この後、第１層間絶縁膜６３及びゲート絶縁膜６２を貫通するコンタクトホール５４を形成し、ＩＴＯからなる画素電極５６ａが形成される。
なお、本実施形態では、画素電極としてＩＴＯを使用する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、ＳｎＯｘ，ＺｎＯｘ等のような融点の高い金属酸化物などからなる透明電極材料を使用することも可能である。
このような構造を有する素子側基板と、これに対向して配置され対向電極２３が形成される対向側基板２０とを、第１０図に示すようにシール材４１を介して貼り合わせる。なお、２５は対向基板２０に設けられるクロム層等からなる遮光層である。
シール材４１によって区画された液晶封入領域に液晶３０を注入し、画素領域に表示させる映像信号等を入力するための回路基板（図示せず）を入力端子部９０に実装することにより、液晶表示装置が構成される。
尚、本実施形態においては、ＴＦＴ素子に駆動信号を供給するための周辺回路７０、８０を構成するトランジスタは、画素駆動用のＴＦＴ素子と同様にポリシリコン層を動作層とするいわゆるポリシリコンＴＦＴで構成されており、周辺回路を構成するトランジスタは画素駆動用のＴＦＴ素子とともに、同一プロセスにより基板上に同時に形成されている。
本実施例においては、配線層となる走査線上を被覆するように、絶縁層６４が形成されているため、走査線と対向電極との間に導電性の異物が混入しても、両者の間が短絡することはなく、それに起因した欠陥の発生を防止している。
尚、本発明の上記実施形態では、透過型液晶表示装置として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、素子側基板もしくは対向基板のいずれかに反射層を設けた反射型液晶表示装置としてもよい。
産業上の利用可能性
以上述べた本発明は、液晶表示装置の２枚の基板間の短絡が生じにくい構造とすることにより、上下電極間の短絡に起因する表示欠陥を防止するにあたって好適な構造とその製造方法を提供できるものである。

Claims (2)

1. ２枚の基板間に液晶層が挟持され、前記基板のうち一方の基板の内面上に配線層を形成し、該配線層の接続部に対して直接若しくは間接的に接続された画素電極を形成した液晶表示装置の製造方法において、
   前記一方の基板の内面上に前記配線層を形成した後に、前記配線層の表面上及び前記配線層と画素電極との間を被覆するように絶縁膜を形成し、その後、該絶縁膜の上に周縁部が配置されるように前記画素電極を形成し、
   前記２枚の基板のうち他方の基板の内面上にブラックマトリクスを形成し、
   共通のマスクを用いて前記ブラックマトリクスと前記絶縁膜とをパターニングすることにより、
   前記ブラックマトリクスと前記絶縁膜は、同じ平面パターンを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 請求の範囲第１項において、前記接続部と前記画素電極との間に接続されるＭＩＭ素子を形成した後、前記絶縁膜を該ＭＩＭ素子の表面上をも被覆するように形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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