JP4026870B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の画像等を表示する液晶表示装置に用いられる液晶表示素子に関するもので、開口率が高く、単純な製造方法で低コストで製造が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、軽量化、小型化、薄型化が可能な表示装置として広く用いられており、中でも、ツイステッドネマティックモード（ＴＮモード）のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、駆動電圧が低く、消費電力が少ない上に、コントラストが高く、高画質化が可能な表示装置として広く知られている。
この種の一般的なＴＮモードの液晶表示素子は、偏光板と透明な電極と配向膜を具備した２枚のガラス基板を互いの配向膜の配向方向が９０゜異なるように間隔をあけて対向配置し、その間にネマティック液晶を９０゜ねじって配列できるように設けて構成されている。即ち、例えば、図６（ａ）に示されるように偏光板を備えた一方の基板１を透過した偏光光線は、９０゜ねじれた液晶３に沿ってその偏光方向αを９０゜変換させて偏光方向βの偏光板を備えた他方の基板２を透過することができるので、この状態は液晶表示素子としては明状態となる。一方、基板１、２間に電圧を印加することにより図６（ｂ）に示すように電界に沿って液晶３を配向させることができ、これにより偏光光線の偏光方向αを変えないようにすることで基板２の偏光板で光を遮ることができ、液晶表示素子としての暗状態を得ることができる。
【０００３】
ところが、近年、この種のＴＮモードの液晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっている。図７は、ＴＮモードの液晶表示素子の一般的な視野角依存性を示すもので、図７の斜線部分がコントラスト（ＣＲ）１０以上の範囲を示している。図７によれば、ＴＮモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認性は良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視認性が極端に悪いことが明らかである。この理由について以下に説明する。
図６（ａ）あるいは図８（ａ）に示すように、全ての液晶分子が倒れて配列方向が同じ状態においては、どの方向から入射して出射する光線も条件は大差ないために、図８（ａ）に示す屈折率ｎ1とｎ2はほぼ等しくなり、視野角依存性は目立たない。ところが、液晶分子は、その長軸方向と短軸方向とで屈折率が異なるので、図６（ｂ）あるいは図８（ｂ）に示すように液晶分子が電界に沿って配向した場合に個々の液晶分子の傾きが変わるために、透過光線の角度によって屈折率ｎ1’とｎ2’が異なることになり、結果的にノーマリーホワイト表示モードであると、電圧印加時の透過率の値が視野角依存性によって大きく変動することになり、コントラストとしては視野角によって著しい変化を示すことになる。
【０００４】
そこで本出願人は、このような問題点を解決できる画期的な構造の液晶表示素子を特願平７―１５７９号あるいは特願平７―３０６２７６号明細書において特許出願している。
これらの特許出願に係る技術によれば、液晶を挟む上下両側の基板にそれぞれ液晶駆動用の電極を設けるのではなく、図９に示す下方の基板（第１の基板）１１のみに異なる極の２種の線状電極１２…、１３…を互いに離間させて設け、上方の基板（第２の基板）１０に電極を設けない構成とし、電圧の印加により、両線状電極１２、１３間に発生した電界の方向に沿って液晶分子３６…を配向させることができるようになっている。更に詳しくは、線状電極１２…どうしを基線部１４で接続して櫛刃状の電極１６を構成し、線状電極１３…どうしを基線部１５で接続して櫛刃状の電極１７を構成し、両櫛刃状電極１６、１７の線状電極１２、１３を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状態に配置し、基線部１４、１５に電源１８とスイッチング素子１９を接続して構成される。また、図１１（ａ）に示すように上の基板１０の液晶側の面に配向膜を形成してβ方向に液晶分子３６が並ぶように配向処理が施され、下の基板１１の液晶側の面に配向膜を形成して前記β方向と平行なγ方向に配向処理が施され、それぞれの基板１０、１１に従来と同様の偏光板が配置される。
【０００５】
以上のような構成によれば、線状電極１２、１３間に電圧が印加されていない状態で液晶分子３６…は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように一律に同方向にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基板１１を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光されており、液晶分子３６の層をそのまま透過し、上の基板１０の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、その偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過することがないので、液晶表示素子は暗状態となる。
次に、線状電極１２、１３間に電圧を印加すると、液晶分子のうち、下の基板１１に接近した液晶分子３６ほどその配向方向が線状電極１２の長手方向に対して垂直に変換される。即ち、線状電極１２、１３の長手方向に対し垂直な方向の電気力線が発生し、下の基板１１に形成されていた配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向していた液晶分子３６が、配向膜の規制力よりも強い電界の規制力によってγ方向とは垂直な方向に配向方向が変換される。
よって、線状電極１２、１３間に電圧が印加されると、図１２（ａ）（ｂ）に示すように９０゜ツイスト配向がなされる。この状態であると、下の基板１１を透過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶１５…によってその偏光方向が変換され、α方向とは異なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板１０を透過できるようになり、液晶表示素子は明状態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構造の線状電極１２、１３を実際のアクティブマトリックス液晶駆動回路に適用した場合に想定される構造を図１３と図１４に示す。
図１３に示す構造において、ガラス基板等の透明基板２０上に金属電極からなるゲート電極２１と第１の線状電極２２、２２が離間して平行に形成され、これらを覆ってゲート絶縁膜２４が形成され、ゲート電極２１上のゲート絶縁膜２４上に半導体膜２６を左右両側から挟むようにソース電極２７とドレイン電極２８が設けられ、前記第１の線状電極２２、２２の間の上方のゲート絶縁膜２４上に金属電極からなる第２の線状電極２９が設けられる。また、図１３に示す構造の平面構造を図１４に示すが、マトリックス状に組まれたゲート配線３０・・・と信号配線３１・・・が透明基板２０上に形成されていて、ゲート配線３０と信号配線３１とに囲まれた各領域の隅部にゲート配線３０から引き出してゲート電極２１が形成され、前記のドレイン電極２８に基線部３３を介して第２の線状電極２９が接続され、この第２の線状電極２９の両側を挟むように前記第１の線状電極２２、２２が平面配置され、第１の線状電極２２、２２がそれぞれ基線部３４で接続されるとともに、基線部３３と基線部３４は図１３に示すゲート絶縁膜２４を介して上下に重ねられ、この部分で容量を確保できるように構成されている。
【０００７】
前記例の構造においては、図１３と図１４の矢印ａに示す方向に電気力線を形成するように電界が作用するので、この電界に従って液晶分子３６…は図１３に示すように配向される。
ところが、この例の液晶表示素子の構造にあっては、第１の線状電極２２と第２の線状電極２９がいずれも遮光性の金属電極からなるために、光を遮光する部分の面積が大きくなり易く、液晶表示素子としてみた場合の開口率が低下する問題がある。
また、ゲート電極２１が半導体膜２６の下方に設けられていると、ゲート電極２１とソース電極２７とドレイン電極２８の重なり部分（オーバーラップ部分）が多くなり、それらの間に形成されているゲート絶縁膜２４を介して寄生容量を形成し、液晶駆動時の容量が目的の値からずれるために表示品質の低下を招くおそれがあった。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、広視野角特性を有する上に開口率を高くすることができ、寄生容量の問題も生じにくいとともに、製造が容易な液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は前記課題を解決するために、配向膜を備えた第１の基板と、第１の基板に対向して配置され第１の基板側に配向膜が形成された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置されたネマチック液晶からなる液晶層と、第１の基板上に間隔をあけて互いに平行に配置された複数の線状電極と、複数の線状電極間に電圧を印加するスイッチング素子とを具備して構成され、前記第１の基板と第２の基板の配向膜に前記線状電極の長手方向に平行な配向処理が施されるとともに、前記スイッチング素子が、第１の基板上に形成された遮光膜と、遮光膜上に形成された絶縁膜と、遮光膜上の絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層の中央部上方に絶縁部を介して設けられたゲート電極と、半導体層の両側に形成されたシリサイド層と、これらのシリサイド層を介して半導体層に接続されたソース電極およびドレイン電極とを具備して構成され、前記複数の線状電極のうち少なくとも１本は、前記第１の基板上の遮光層と同一平面上に形成され、遮光層と同一平面上の前記線状電極が遮光層を覆う絶縁膜により覆われるとともに、この絶縁膜上に前記の線状電極と異なる電位が印加される残りの線状電極が、前記スイッチング素子のドレイン電極に接続させて形成されてなるものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は前記課題を解決するために、第１の基板上にマトリックス状にゲート配線と信号配線が形成され、ゲート配線と信号配線の交差部分の近傍にゲート電極が形成され、ゲート配線と信号配線に囲まれた領域に線状電極が配置されてなるものである。
請求項３記載の発明は、第１の基板上の遮光層と同一平面上に形成された線状電極の一部、あるいは、これらの線状電極と絶縁膜を介して対峙する他の線状電極の一部が延出されて対峙する他の線状電極の一部とオーバーラップされ、容量が形成されてなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一例について説明する。
図１と図２は本発明に係る液晶表示素子に適用される液晶駆動回路パターンの一例を示すもので、図１は配線パターンの要部を示す平面図、図２は断面構造を示す。
この例の構造にあっては、透明基板（第１の基板）４０の上にマトリックス状に複数のゲート配線４１と信号配線４２が形成され、ゲート配線４１と信号配線４２によって囲まれた領域に櫛刃状の電極４３と、電極４４が配置されている。前記電極４３はこの例では信号配線４２に隣接させて平行に配置した２本の線状電極４５をそれらの基端部側においてゲート配線４１に隣接させて平行に配置した基線部４６で接続して櫛刃状に形成されている。また、電極４４は、前記２本の線状電極４５の中間部にそれらと平行に配置された線状電極４７と、線状電極４７の基端部側に接続してゲート配線４１と平行に配置された基線部４８と、線状電極４７の先端部に接続してゲート配線４１と隣接する線状の容量生成部４９とからなり、容量生成部４９は前記基線部４６の上方にオーバーラップするように形成されている。更に、前記ゲート配線４１において信号配線４２に近い部分には、スイッチング素子５０が設けられている。
【００１２】
この回路部分の実際の積層構造は、図２に示すように、透明の基板４０の上にアイランド状の遮光膜５２が設けられ、その上に絶縁膜５３を介して半導体膜５４が形成され、半導体膜５４の中央部分の上に絶縁部５５を介してゲート電極５６が形成され、絶縁部５５の両側にシリサイド層５７、５７が形成され、これらのシリサイド層５７、５７にそれぞれ接触してソース電極５８とドレイン電極５９が設けられ、これらを覆って絶縁膜６０が形成されたトップゲート構造とされている。ここで前記ゲート電極５６はゲート配線４１の一部を利用して形成されている。なお、前記線状電極４５・・・は基板４０の上において遮光層５２と同一面上になるように形成され、それらを覆って絶縁膜５３が設けられるとともに、この絶縁膜５３上に線状電極４７が形成されていて、線状電極４７の基線部４８がドレイン電極５９に接続されている。また、前記の線状電極４５、４７はいずれもＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の透明導電層、あるいは金属電極層から形成され、遮光膜５２は遮光導電性の金属膜から形成されている。
【００１３】
次に、図１と図２に示す回路は、図１１と図１２を基に先に説明した液晶表示素子に適用されるので、図１１に示す下の基板１１を図２に示す基板４０として構成することで前記回路を液晶表示素子に組み込むことができるとともに、この基板４０の上方には液晶層を介して図１１と図１２に示す構造で用いられた対向側の基板１０と同等の構成の基板（第２の基板）３９が設けられて液晶素子が構成される。
また、基板４０の絶縁膜６０の上に実際には配向膜が形成されてその配向膜には図１１のγ方向の配向処理が施され、基板３９の液晶層側の面にも配向膜が形成されてその配向膜にはβ方向の配向処理が施されている。なお、図１１と図１２に示した左右方向の配向方向γは図１においては上下方向となる。
【００１４】
前記構造の回路においては、スイッチング素子５０の作動によって線状電極４５、４７間に電圧を印加するか否かを切り換えることができる。
従って、スイッチング素子５０を作動させて線状電極４５、４７間に電圧を印加することで、図１の矢印ｅ方向に電界を印加することができ、これにより図１２に示した場合と同様に液晶分子３６を上下の基板間で９０゜ねじれた状態（明状態）とすることができる。また、線状電極４５、４７間に電圧を印加しない状態とすることによって、液晶分子３６…を図１１に示した場合と同様に基板と平行なねじれのない状態（暗状態）とすることができる。従って図１と図２に示す回路を用いて図１１と図１２に示すように液晶分子３６…の配向制御を行うことができ、図２の基板４０の下側からバックライトの光線を導入することにより、このバックライトの光線を液晶分子の配向制御状態により暗状態と明状態に切り換えることができる。なお、スイッチング素子５０における導通時には、ゲート電極５６が生成させた電界によって絶縁部５５の下方側の半導体層５４の部分に電子とホールが生成されてその部分がチャネル部とされ、生成された電子がこのチャネル部を移動することで導通がなされる。
【００１５】
また、前記の構造によれば、基板４０の下側から入射されたバックライトの光線を遮光層５２が遮るのでバックライトの光線が半導体層５４側に到達することがなくなり、半導体層５４の部分に余分な光電流を流すことがなくなるので、応答性が向上する。また、液晶分子３６は電界が印加される場合もされない場合も基本的に基板に平行に配置され、そのねじれ状態が変化するのみであるので、高速応答が可能であり、視野角依存性も少なくなる。
更に、線状電極４５、４７を透明電極膜から構成し、ノーマリーブラックタイプの表示形式とすると、線状電極４５、４７に電圧を印加した場合に線状電極４５、４７上の液晶分子３６・・・が図１０に示す場合と同様に立ち上がる状態となるが、この部分もバックライトからの光線を通過させる明状態となるので、線状電極４５、４７の上方の部分も表示に寄与することになり、これにより液晶表示素子としての開口率を高くすることができる。これに対して線状電極４５、４７を遮光性の金属電極から構成すると、金属電極が遮光して金属電極部分の領域が表示に寄与しなくなるので、開口率が低下することになる。また、線状電極４５、４７に電圧を印加しない状態において表示は暗状態となるので、線状電極４５、４７上の液晶の状態は特に暗状態表示に悪影響を与えない。
【００１６】
前記構造の回路を製造するには、透明基板４０上にバックライト遮光用の金属膜を成膜してからパターニングして図２に示す遮光膜５２を形成する。ここで、遮光膜５２と同一平面上に電極４３を形成するので、遮光膜５２と電極４３を同一材料で形成する場合は前記パターニング処理の場合に遮光膜５２と電極４３を同時に形成することができる。また、遮光膜５２と電極４３を別種の材料から形成する場合は成膜処理とパターニング処理を複数回行って基板４０上の同一面上に遮光膜５２と電極４３を形成することができる。遮光膜５２と電極４３を形成したならば、それらを覆う絶縁膜５３と半導体膜を形成してパターニング処理を施し、遮光膜５２上の絶縁層５３上に半導体層５４を形成する。次いでそれらの上に絶縁膜とゲート電極膜を連続成膜し、パターニングして絶縁部５５とその上のゲート電極５６およびゲート配線４１を形成する。次に半導体膜５４の上からイオンドーピング処理を行って半導体膜５４上の絶縁部５５の両側にシリサイド層５７、５７を形成する。続いてそれらの上に電極膜を形成してパターニング処理することでソース電極５８とドレイン電極５９と信号配線４２を形成し、最後に絶縁膜６０を成膜することで図１と図２に示す構造の回路を製造することができる。なお、前記の構造に加えて接続パッドを設ける場合は、パッド接続用のコンタクトホールを絶縁膜６０に適宜形成すれば良い。
【００１７】
以上のような製造方法によれば、半導体膜５４の上にゲート電極５６を設けたトップゲート構造の液晶表示素子用の駆動回路であって、液晶分子を基板に平行なままで９０゜ねじることで表示非表示の切り換えを行うものを製造することができる。このトップゲート構造であれば、ゲート電極５６とドレイン電極５９およびソース電極５８の重なり部分を狭くすることができ、寄生容量を小さくできる効果がある。この結果、画素毎に形成する補助容量、即ち、容量生成部４９を小さくすることができ、補助容量生成のために線状電極の面積を広くする必要がなくなる。従って、線状電極４５…、４７…を用いて液晶分子の９０゜ねじれを実現する方式の液晶表示素子において高い開口率を実現できる特徴がある。
また、前記の製造方法においては、パターニング工程を最小４工程で行うことができ、その場合に少ない工程で製造できる特徴を有する。
【００１８】
図３は本発明に係る液晶表示素子に適用される駆動用回路パターンの第２の例を示すもので、この例においては、ゲート配線４１の信号配線４２近くの部分から信号配線４２に平行に延出されたゲート電極５６’が形成され、このゲート電極５６’を両側から挟むようにソース電極５８’とドレイン電極５９’が設けられている。また、先の例では線状電極４７の先端部側に形成された容量生成部４９はこの例では省略されている。その他の構成は先の構成と同等であり、同一の構成要素については同一の符号を付してそれら部分の説明は省略する。
図２に示す構成においては、先の例において得られた容量生成部４９の効果を除いたものとほぼ同等の効果を得ることができる。
【００１９】
図４と図５は本発明に係る液晶表示素子に適用される駆動用回路パターンの第３の例を示すもので、この例においては、図１と図２に示す構成において線状電極４５を３本線状電極４７を２本設けた例である。その他の構成は第１の例の構成と同等であり、同一の構成要素については同一の符号を付してそれら部分の説明は省略する。
図４と図５に示す構成においても先の第１の例で説明した構成と同等の効果を得ることができる。なお、この例においては、線状電極４５、４７の本数が多いので、より広い領域で強制的に液晶分子３６・・・を基板と平行に配向させることができ、視野角依存性の少ない良好な表示品質を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、各々配向膜を備えた第１の基板と第２の基板を有し、半導体層の上にゲート電極を設けたトップゲート構造において、第１の基板に複数の線状電極を形成し、複数の線状電極間に電圧を印加できる構成とし、第１の基板の配向膜に線状電極の長手方向に平行に配向処理を施して構成したので、電圧無印加時に液晶分子を第１の基板の配向方向に平行に配向させ、電圧印加時に第１の基板側の液晶分子を第１の基板の線状電極の長手方向と直交する方向、即ち、第１の基板の配向処理処理方向と直角な方向に変更できるので、電圧無印加と電圧印加に応じて液晶を両基板に平行な状態でねじれていない状態と９０゜ねじれの状態に変更することができる。従って、半導体膜の上にゲート電極を設けたトップゲート構造において、液晶の旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えできるので、視野角依存性の少ない、切り換え速度の高い液晶表示素子を提供することができる。また、トップゲート構造であれば、ゲート電極とソース電極およびドレイン電極の重なり部分を少なくすることができ、重なり部分の間に絶縁膜が存在することによってその部分に従来形成されていた寄生容量を少なくすることができる。
【００２１】
また、線状電極の一部と、これに絶縁膜を介して対峙する他の極側の線状電極の一部をオーバーラップさせて容量を形成することで、この容量で寄生容量を打ち消すことができる。また、前記トップゲート構造を採用して寄生容量を少なくしておけば、前記オーバーラップ部分で形成する容量を少なくできるので、線状電極の幅を狭くしても良くなり、線状電極の幅を小さくした分だけ開口率を向上させることができる。従って、液晶の旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えることができ、視野角依存性が少ないとともに、切り換え速度の高い、寄生容量の少ない、開口率の高い液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第１の例を示す平面図である。
【図２】図１に示す液晶駆動回路パターンが基板上に形成された構造の断面図である。
【図３】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第２の例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第３の例を示す平面図である。
【図５】図４に示す液晶駆動回路パターンが基板上に形成された構造の断面図である。
【図６】図６（ａ）は電界を印加していない状態の液晶分子の配向状態を示す図、図６（ｂ）は電界を印加した状態の液晶分子の配向状態を示す図である。
【図７】液晶の視野角依存性を示す図である。
【図８】図８（ａ）は従来の液晶において電界を印加していない状態の光線の透過状態を示す図、図８（ｂ）は従来の液晶において電界を印加した状態の光線の透過状態を示し図である。
【図９】先に特許出願した明細書に記載された電極を備えた基板の平面図である。
【図１０】線状電極に電圧を印加した場合の液晶分子の配向状態を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された暗状態の液晶配列を示す図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の側面図である。
【図１２】図１２（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された明状態の液晶配列を示す図、図１２（ｂ）は図１１（ａ）の側面図である。
【図１３】液晶表示素子の断面構造の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示す構造の平面図である。
【符号の説明】
３９ 第２の基板
４０ 第１の基板
４１ ゲート配線
４２ 信号配線
４５、４７ 線状電極
４９ 容量生成部
５０ スイッチング素子
５２ 遮光膜
５３、６０ 絶縁膜
５５ 絶縁部
５６、５６’ ゲート電極
５７ シリサイド層
５８、５８’ ソース電極
５９、５９’ ドレイン電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の画像等を表示する液晶表示装置に用いられる液晶表示素子に関するもので、開口率が高く、単純な製造方法で低コストで製造が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、軽量化、小型化、薄型化が可能な表示装置として広く用いられており、中でも、ツイステッドネマティックモード（ＴＮモード）のアクティブマトリックス型液晶表示装置は、駆動電圧が低く、消費電力が少ない上に、コントラストが高く、高画質化が可能な表示装置として広く知られている。
この種の一般的なＴＮモードの液晶表示素子は、偏光板と透明な電極と配向膜を具備した２枚のガラス基板を互いの配向膜の配向方向が９０゜異なるように間隔をあけて対向配置し、その間にネマティック液晶を９０゜ねじって配列できるように設けて構成されている。即ち、例えば、図６（ａ）に示されるように偏光板を備えた一方の基板１を透過した偏光光線は、９０゜ねじれた液晶３に沿ってその偏光方向αを９０゜変換させて偏光方向βの偏光板を備えた他方の基板２を透過することができるので、この状態は液晶表示素子としては明状態となる。一方、基板１、２間に電圧を印加することにより図６（ｂ）に示すように電界に沿って液晶３を配向させることができ、これにより偏光光線の偏光方向αを変えないようにすることで基板２の偏光板で光を遮ることができ、液晶表示素子としての暗状態を得ることができる。
【０００３】
ところが、近年、この種のＴＮモードの液晶表示素子にあっては、その視野角依存性が問題となっている。図７は、ＴＮモードの液晶表示素子の一般的な視野角依存性を示すもので、図７の斜線部分がコントラスト（ＣＲ）１０以上の範囲を示している。図７によれば、ＴＮモードの液晶表示素子は、左右方向からの視認性は良好であるものの、上下方向、特に上方向からの視認性が極端に悪いことが明らかである。この理由について以下に説明する。
図６（ａ）あるいは図８（ａ）に示すように、全ての液晶分子が倒れて配列方向が同じ状態においては、どの方向から入射して出射する光線も条件は大差ないために、図８（ａ）に示す屈折率ｎ1とｎ2はほぼ等しくなり、視野角依存性は目立たない。ところが、液晶分子は、その長軸方向と短軸方向とで屈折率が異なるので、図６（ｂ）あるいは図８（ｂ）に示すように液晶分子が電界に沿って配向した場合に個々の液晶分子の傾きが変わるために、透過光線の角度によって屈折率ｎ1’とｎ2’が異なることになり、結果的にノーマリーホワイト表示モードであると、電圧印加時の透過率の値が視野角依存性によって大きく変動することになり、コントラストとしては視野角によって著しい変化を示すことになる。
【０００４】
そこで本出願人は、このような問題点を解決できる画期的な構造の液晶表示素子を特願平７―１５７９号あるいは特願平７―３０６２７６号明細書において特許出願している。
これらの特許出願に係る技術によれば、液晶を挟む上下両側の基板にそれぞれ液晶駆動用の電極を設けるのではなく、図９に示す下方の基板（第１の基板）１１のみに異なる極の２種の線状電極１２…、１３…を互いに離間させて設け、上方の基板（第２の基板）１０に電極を設けない構成とし、電圧の印加により、両線状電極１２、１３間に発生した電界の方向に沿って液晶分子３６…を配向させることができるようになっている。更に詳しくは、線状電極１２…どうしを基線部１４で接続して櫛刃状の電極１６を構成し、線状電極１３…どうしを基線部１５で接続して櫛刃状の電極１７を構成し、両櫛刃状電極１６、１７の線状電極１２、１３を交互に隣接させて接触しないように噛み合わせ状態に配置し、基線部１４、１５に電源１８とスイッチング素子１９を接続して構成される。また、図１１（ａ）に示すように上の基板１０の液晶側の面に配向膜を形成してβ方向に液晶分子３６が並ぶように配向処理が施され、下の基板１１の液晶側の面に配向膜を形成して前記β方向と平行なγ方向に配向処理が施され、それぞれの基板１０、１１に従来と同様の偏光板が配置される。
【０００５】
以上のような構成によれば、線状電極１２、１３間に電圧が印加されていない状態で液晶分子３６…は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように一律に同方向にホモジニアス配向する。そして、この状態で下の基板１１を通過した光線は、偏光板によりα方向に偏光されており、液晶分子３６の層をそのまま透過し、上の基板１０の異なる偏光方向βの偏光板に到達するので、その偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透過することがないので、液晶表示素子は暗状態となる。
次に、線状電極１２、１３間に電圧を印加すると、液晶分子のうち、下の基板１１に接近した液晶分子３６ほどその配向方向が線状電極１２の長手方向に対して垂直に変換される。即ち、線状電極１２、１３の長手方向に対し垂直な方向の電気力線が発生し、下の基板１１に形成されていた配向膜によってγ方向に長手方向を向けて配向していた液晶分子３６が、配向膜の規制力よりも強い電界の規制力によってγ方向とは垂直な方向に配向方向が変換される。
よって、線状電極１２、１３間に電圧が印加されると、図１２（ａ）（ｂ）に示すように９０゜ツイスト配向がなされる。この状態であると、下の基板１１を透過し、α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶１５…によってその偏光方向が変換され、α方向とは異なるβ方向の偏光板の設けられた上の基板１０を透過できるようになり、液晶表示素子は明状態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構造の線状電極１２、１３を実際のアクティブマトリックス液晶駆動回路に適用した場合に想定される構造を図１３と図１４に示す。
図１３に示す構造において、ガラス基板等の透明基板２０上に金属電極からなるゲート電極２１と第１の線状電極２２、２２が離間して平行に形成され、これらを覆ってゲート絶縁膜２４が形成され、ゲート電極２１上のゲート絶縁膜２４上に半導体膜２６を左右両側から挟むようにソース電極２７とドレイン電極２８が設けられ、前記第１の線状電極２２、２２の間の上方のゲート絶縁膜２４上に金属電極からなる第２の線状電極２９が設けられる。また、図１３に示す構造の平面構造を図１４に示すが、マトリックス状に組まれたゲート配線３０・・・と信号配線３１・・・が透明基板２０上に形成されていて、ゲート配線３０と信号配線３１とに囲まれた各領域の隅部にゲート配線３０から引き出してゲート電極２１が形成され、前記のドレイン電極２８に基線部３３を介して第２の線状電極２９が接続され、この第２の線状電極２９の両側を挟むように前記第１の線状電極２２、２２が平面配置され、第１の線状電極２２、２２がそれぞれ基線部３４で接続されるとともに、基線部３３と基線部３４は図１３に示すゲート絶縁膜２４を介して上下に重ねられ、この部分で容量を確保できるように構成されている。
【０００７】
前記例の構造においては、図１３と図１４の矢印ａに示す方向に電気力線を形成するように電界が作用するので、この電界に従って液晶分子３６…は図１３に示すように配向される。
ところが、この例の液晶表示素子の構造にあっては、第１の線状電極２２と第２の線状電極２９がいずれも遮光性の金属電極からなるために、光を遮光する部分の面積が大きくなり易く、液晶表示素子としてみた場合の開口率が低下する問題がある。
また、ゲート電極２１が半導体膜２６の下方に設けられていると、ゲート電極２１とソース電極２７とドレイン電極２８の重なり部分（オーバーラップ部分）が多くなり、それらの間に形成されているゲート絶縁膜２４を介して寄生容量を形成し、液晶駆動時の容量が目的の値からずれるために表示品質の低下を招くおそれがあった。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、広視野角特性を有する上に開口率を高くすることができ、寄生容量の問題も生じにくいとともに、製造が容易な液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は前記課題を解決するために、配向膜を備えた第１の基板と、第１の基板に対向して配置され第１の基板側に配向膜が形成された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置されたネマチック液晶からなる液晶層と、第１の基板上に間隔をあけて互いに平行に配置された複数の線状電極と、複数の線状電極間に電圧を印加するスイッチング素子とを具備して構成され、前記第１の基板と第２の基板の配向膜に前記線状電極の長手方向に平行な配向処理が施されるとともに、前記スイッチング素子が、第１の基板上に形成された遮光膜と、遮光膜上に形成された絶縁膜と、遮光膜上の絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層の中央部上方に絶縁部を介して設けられたゲート電極と、半導体層の両側に形成されたシリサイド層と、これらのシリサイド層を介して半導体層に接続されたソース電極およびドレイン電極とを具備して構成され、前記複数の線状電極のうち少なくとも１本は、前記第１の基板上の遮光層と同一平面上に形成され、遮光層と同一平面上の前記線状電極が遮光層を覆う絶縁膜により覆われるとともに、この絶縁膜上に前記の線状電極と異なる電位が印加される残りの線状電極が、前記スイッチング素子のドレイン電極に接続させて形成されてなるものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は前記課題を解決するために、第１の基板上にマトリックス状にゲート配線と信号配線が形成され、ゲート配線と信号配線の交差部分の近傍にゲート電極が形成され、ゲート配線と信号配線に囲まれた領域に線状電極が配置されてなるものである。
請求項３記載の発明は、第１の基板上の遮光層と同一平面上に形成された線状電極の一部、あるいは、これらの線状電極と絶縁膜を介して対峙する他の線状電極の一部が延出されて対峙する他の線状電極の一部とオーバーラップされ、容量が形成されてなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一例について説明する。
図１と図２は本発明に係る液晶表示素子に適用される液晶駆動回路パターンの一例を示すもので、図１は配線パターンの要部を示す平面図、図２は断面構造を示す。
この例の構造にあっては、透明基板（第１の基板）４０の上にマトリックス状に複数のゲート配線４１と信号配線４２が形成され、ゲート配線４１と信号配線４２によって囲まれた領域に櫛刃状の電極４３と、電極４４が配置されている。前記電極４３はこの例では信号配線４２に隣接させて平行に配置した２本の線状電極４５をそれらの基端部側においてゲート配線４１に隣接させて平行に配置した基線部４６で接続して櫛刃状に形成されている。また、電極４４は、前記２本の線状電極４５の中間部にそれらと平行に配置された線状電極４７と、線状電極４７の基端部側に接続してゲート配線４１と平行に配置された基線部４８と、線状電極４７の先端部に接続してゲート配線４１と隣接する線状の容量生成部４９とからなり、容量生成部４９は前記基線部４６の上方にオーバーラップするように形成されている。更に、前記ゲート配線４１において信号配線４２に近い部分には、スイッチング素子５０が設けられている。
【００１２】
この回路部分の実際の積層構造は、図２に示すように、透明の基板４０の上にアイランド状の遮光膜５２が設けられ、その上に絶縁膜５３を介して半導体膜５４が形成され、半導体膜５４の中央部分の上に絶縁部５５を介してゲート電極５６が形成され、絶縁部５５の両側にシリサイド層５７、５７が形成され、これらのシリサイド層５７、５７にそれぞれ接触してソース電極５８とドレイン電極５９が設けられ、これらを覆って絶縁膜６０が形成されたトップゲート構造とされている。ここで前記ゲート電極５６はゲート配線４１の一部を利用して形成されている。なお、前記線状電極４５・・・は基板４０の上において遮光層５２と同一面上になるように形成され、それらを覆って絶縁膜５３が設けられるとともに、この絶縁膜５３上に線状電極４７が形成されていて、線状電極４７の基線部４８がドレイン電極５９に接続されている。また、前記の線状電極４５、４７はいずれもＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の透明導電層、あるいは金属電極層から形成され、遮光膜５２は遮光導電性の金属膜から形成されている。
【００１３】
次に、図１と図２に示す回路は、図１１と図１２を基に先に説明した液晶表示素子に適用されるので、図１１に示す下の基板１１を図２に示す基板４０として構成することで前記回路を液晶表示素子に組み込むことができるとともに、この基板４０の上方には液晶層を介して図１１と図１２に示す構造で用いられた対向側の基板１０と同等の構成の基板（第２の基板）３９が設けられて液晶素子が構成される。
また、基板４０の絶縁膜６０の上に実際には配向膜が形成されてその配向膜には図１１のγ方向の配向処理が施され、基板３９の液晶層側の面にも配向膜が形成されてその配向膜にはβ方向の配向処理が施されている。なお、図１１と図１２に示した左右方向の配向方向γは図１においては上下方向となる。
【００１４】
前記構造の回路においては、スイッチング素子５０の作動によって線状電極４５、４７間に電圧を印加するか否かを切り換えることができる。
従って、スイッチング素子５０を作動させて線状電極４５、４７間に電圧を印加することで、図１の矢印ｅ方向に電界を印加することができ、これにより図１２に示した場合と同様に液晶分子３６を上下の基板間で９０゜ねじれた状態（明状態）とすることができる。また、線状電極４５、４７間に電圧を印加しない状態とすることによって、液晶分子３６…を図１１に示した場合と同様に基板と平行なねじれのない状態（暗状態）とすることができる。従って図１と図２に示す回路を用いて図１１と図１２に示すように液晶分子３６…の配向制御を行うことができ、図２の基板４０の下側からバックライトの光線を導入することにより、このバックライトの光線を液晶分子の配向制御状態により暗状態と明状態に切り換えることができる。なお、スイッチング素子５０における導通時には、ゲート電極５６が生成させた電界によって絶縁部５５の下方側の半導体層５４の部分に電子とホールが生成されてその部分がチャネル部とされ、生成された電子がこのチャネル部を移動することで導通がなされる。
【００１５】
また、前記の構造によれば、基板４０の下側から入射されたバックライトの光線を遮光層５２が遮るのでバックライトの光線が半導体層５４側に到達することがなくなり、半導体層５４の部分に余分な光電流を流すことがなくなるので、応答性が向上する。また、液晶分子３６は電界が印加される場合もされない場合も基本的に基板に平行に配置され、そのねじれ状態が変化するのみであるので、高速応答が可能であり、視野角依存性も少なくなる。
更に、線状電極４５、４７を透明電極膜から構成し、ノーマリーブラックタイプの表示形式とすると、線状電極４５、４７に電圧を印加した場合に線状電極４５、４７上の液晶分子３６・・・が図１０に示す場合と同様に立ち上がる状態となるが、この部分もバックライトからの光線を通過させる明状態となるので、線状電極４５、４７の上方の部分も表示に寄与することになり、これにより液晶表示素子としての開口率を高くすることができる。これに対して線状電極４５、４７を遮光性の金属電極から構成すると、金属電極が遮光して金属電極部分の領域が表示に寄与しなくなるので、開口率が低下することになる。また、線状電極４５、４７に電圧を印加しない状態において表示は暗状態となるので、線状電極４５、４７上の液晶の状態は特に暗状態表示に悪影響を与えない。
【００１６】
前記構造の回路を製造するには、透明基板４０上にバックライト遮光用の金属膜を成膜してからパターニングして図２に示す遮光膜５２を形成する。ここで、遮光膜５２と同一平面上に電極４３を形成するので、遮光膜５２と電極４３を同一材料で形成する場合は前記パターニング処理の場合に遮光膜５２と電極４３を同時に形成することができる。また、遮光膜５２と電極４３を別種の材料から形成する場合は成膜処理とパターニング処理を複数回行って基板４０上の同一面上に遮光膜５２と電極４３を形成することができる。遮光膜５２と電極４３を形成したならば、それらを覆う絶縁膜５３と半導体膜を形成してパターニング処理を施し、遮光膜５２上の絶縁層５３上に半導体層５４を形成する。次いでそれらの上に絶縁膜とゲート電極膜を連続成膜し、パターニングして絶縁部５５とその上のゲート電極５６およびゲート配線４１を形成する。次に半導体膜５４の上からイオンドーピング処理を行って半導体膜５４上の絶縁部５５の両側にシリサイド層５７、５７を形成する。続いてそれらの上に電極膜を形成してパターニング処理することでソース電極５８とドレイン電極５９と信号配線４２を形成し、最後に絶縁膜６０を成膜することで図１と図２に示す構造の回路を製造することができる。なお、前記の構造に加えて接続パッドを設ける場合は、パッド接続用のコンタクトホールを絶縁膜６０に適宜形成すれば良い。
【００１７】
以上のような製造方法によれば、半導体膜５４の上にゲート電極５６を設けたトップゲート構造の液晶表示素子用の駆動回路であって、液晶分子を基板に平行なままで９０゜ねじることで表示非表示の切り換えを行うものを製造することができる。このトップゲート構造であれば、ゲート電極５６とドレイン電極５９およびソース電極５８の重なり部分を狭くすることができ、寄生容量を小さくできる効果がある。この結果、画素毎に形成する補助容量、即ち、容量生成部４９を小さくすることができ、補助容量生成のために線状電極の面積を広くする必要がなくなる。従って、線状電極４５…、４７…を用いて液晶分子の９０゜ねじれを実現する方式の液晶表示素子において高い開口率を実現できる特徴がある。
また、前記の製造方法においては、パターニング工程を最小４工程で行うことができ、その場合に少ない工程で製造できる特徴を有する。
【００１８】
図３は本発明に係る液晶表示素子に適用される駆動用回路パターンの第２の例を示すもので、この例においては、ゲート配線４１の信号配線４２近くの部分から信号配線４２に平行に延出されたゲート電極５６’が形成され、このゲート電極５６’を両側から挟むようにソース電極５８’とドレイン電極５９’が設けられている。また、先の例では線状電極４７の先端部側に形成された容量生成部４９はこの例では省略されている。その他の構成は先の構成と同等であり、同一の構成要素については同一の符号を付してそれら部分の説明は省略する。
図２に示す構成においては、先の例において得られた容量生成部４９の効果を除いたものとほぼ同等の効果を得ることができる。
【００１９】
図４と図５は本発明に係る液晶表示素子に適用される駆動用回路パターンの第３の例を示すもので、この例においては、図１と図２に示す構成において線状電極４５を３本線状電極４７を２本設けた例である。その他の構成は第１の例の構成と同等であり、同一の構成要素については同一の符号を付してそれら部分の説明は省略する。
図４と図５に示す構成においても先の第１の例で説明した構成と同等の効果を得ることができる。なお、この例においては、線状電極４５、４７の本数が多いので、より広い領域で強制的に液晶分子３６・・・を基板と平行に配向させることができ、視野角依存性の少ない良好な表示品質を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、各々配向膜を備えた第１の基板と第２の基板を有し、半導体層の上にゲート電極を設けたトップゲート構造において、第１の基板に複数の線状電極を形成し、複数の線状電極間に電圧を印加できる構成とし、第１の基板の配向膜に線状電極の長手方向に平行に配向処理を施して構成したので、電圧無印加時に液晶分子を第１の基板の配向方向に平行に配向させ、電圧印加時に第１の基板側の液晶分子を第１の基板の線状電極の長手方向と直交する方向、即ち、第１の基板の配向処理処理方向と直角な方向に変更できるので、電圧無印加と電圧印加に応じて液晶を両基板に平行な状態でねじれていない状態と９０゜ねじれの状態に変更することができる。従って、半導体膜の上にゲート電極を設けたトップゲート構造において、液晶の旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えできるので、視野角依存性の少ない、切り換え速度の高い液晶表示素子を提供することができる。また、トップゲート構造であれば、ゲート電極とソース電極およびドレイン電極の重なり部分を少なくすることができ、重なり部分の間に絶縁膜が存在することによってその部分に従来形成されていた寄生容量を少なくすることができる。
【００２１】
また、線状電極の一部と、これに絶縁膜を介して対峙する他の極側の線状電極の一部をオーバーラップさせて容量を形成することで、この容量で寄生容量を打ち消すことができる。また、前記トップゲート構造を採用して寄生容量を少なくしておけば、前記オーバーラップ部分で形成する容量を少なくできるので、線状電極の幅を狭くしても良くなり、線状電極の幅を小さくした分だけ開口率を向上させることができる。従って、液晶の旋回のみの操作で暗状態と明状態を切り換えることができ、視野角依存性が少ないとともに、切り換え速度の高い、寄生容量の少ない、開口率の高い液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第１の例を示す平面図である。
【図２】図１に示す液晶駆動回路パターンが基板上に形成された構造の断面図である。
【図３】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第２の例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る液晶表示素子に用いられる液晶駆動回路パターンの第３の例を示す平面図である。
【図５】図４に示す液晶駆動回路パターンが基板上に形成された構造の断面図である。
【図６】図６（ａ）は電界を印加していない状態の液晶分子の配向状態を示す図、図６（ｂ）は電界を印加した状態の液晶分子の配向状態を示す図である。
【図７】液晶の視野角依存性を示す図である。
【図８】図８（ａ）は従来の液晶において電界を印加していない状態の光線の透過状態を示す図、図８（ｂ）は従来の液晶において電界を印加した状態の光線の透過状態を示し図である。
【図９】先に特許出願した明細書に記載された電極を備えた基板の平面図である。
【図１０】線状電極に電圧を印加した場合の液晶分子の配向状態を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された暗状態の液晶配列を示す図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の側面図である。
【図１２】図１２（ａ）は先に特許出願した明細書に記載された明状態の液晶配列を示す図、図１２（ｂ）は図１１（ａ）の側面図である。
【図１３】液晶表示素子の断面構造の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示す構造の平面図である。
【符号の説明】
３９ 第２の基板
４０ 第１の基板
４１ ゲート配線
４２ 信号配線
４５、４７ 線状電極
４９ 容量生成部
５０ スイッチング素子
５２ 遮光膜
５３、６０ 絶縁膜
５５ 絶縁部
５６、５６’ ゲート電極
５７ シリサイド層
５８、５８’ ソース電極
５９、５９’ ドレイン電極
Claims (2)
- 配向膜を備えた第１の基板と、第１の基板に対向して配置され、第１の基板側に配向膜が形成された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶層と、前記第１の基板上に一定の間隔をあけて平行に配置された複数の線状電極を含んで構成される液晶表示装置の製造方法において、
前記第１の基板上に遮光用金属膜を成膜してパターニングし、一定の間隔をあけるように遮光膜と線状電極とを同時に形成する段階と、
前記遮光膜および線状電極を覆うように基板上に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記遮光膜上の第１絶縁膜上に半導体層を形成し、該半導体層をパターニングする段階と、
前記半導体層の中央部上方に第２の絶縁膜を介してゲート電極を形成し、さらに第２の絶縁膜と前記ゲート電極とを一括してパターニングする段階と、
前記第２の絶縁膜の両側の半導体層上にシリサイド層を形成する段階と、
前記シリサイド層の上に電極膜を形成してパターニング処理することで前記シリサイド層に接続するソース電極と、ドレイン電極とを形成する段階
とを含んでいることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 配向膜を備えた第１の基板と、第１の基板に対向して配置され、第１の基板側に配向膜が形成された第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶層と、前記第１の基板上に一定の間隔をあけて平行に配置された複数の線状電極を含んで構成される液晶表示装置の製造方法において、
前記第１の基板上に遮光用金属膜を成膜してパターニングし、一定の間隔を有するように遮光膜と第１の線状電極とを同時に形成する段階と、
前記遮光膜および第１の線状電極を覆うように基板上に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記遮光膜上の第１の絶縁膜上に半導体層を形成し、該半導体層をパターニングする段階と、
前記半導体層の中央部上方に第２の絶縁膜を介してゲート電極を含むゲート配線を形成し、さらに第２の絶縁膜と前記ゲート電極とを一括してパターニングする段階と、
前記第２の絶縁膜の両側の半導体層上にシリサイド層を形成する段階と、
前記シリサイド層の上に電極膜を形成してパターニング処理することで前記シリサイド層に接続するソース電極と、ドレイン電極とを形成するとともに前記第１の線状電極の間の第１の絶縁膜上に第２の線状電極を形成する段階とを含んでいることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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