JP4275649B2 - 保持容量電極ラインを有しない液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置とその製造方法に関し、特に、保持容量電極ラインを有しない液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、下部基板と、上部基板と、これらの間に介在する液晶層を有する。上部基板はカラー・フィルタと共通電極を通常有する。下部基板は、ゲート・ラインとソース・ライン（またはデータ線）を交差させることにより定められる複数のピクセル領域を通常有する。ピクセル領域の各々は、ゲート・ラインとソース・ラインの交点の近くに位置し、スイッチング素子の役目をする薄膜トランジスタと薄膜トランジスタに電気的に接続されたピクセル電極を有する。薄膜トランジスタは、ゲート、ソース、およびドレインを有し、ゲートは通常、ゲート・ラインの延長部分であり、ドレインはコンタクト・ホールを介してピクセル電極に電気的に接続されている。共通電極とピクセル電極の間に介在している液晶層は、液晶の容量（以下Ｃ_LCと称する）を形成する。

画像品質を改善するためには、保持容量（以下Ｃ_Sと称する）が各ピクセル領域に形成されなければならない。図１Ａは従来の配列基板の部分平面図である。図１Ｂは図１Ａのライン１Ｂ−１Ｂに沿った断面図を示す。図１Ａと図１Ｂにおいて、横方向に延びているゲート・ライン１１０と保持容量電極ライン１２０（以下Ｃ_Sライン１２０と称する）が、ガラス基板１００の上に形成されている。ゲート・ライン１１０はゲート１１５の役目をする突出部１１５を有する。次に、ゲート絶縁層１３０が基板１００の全体を覆って形成される。半導体１４０はゲート絶縁層１３０の一部の上に形成される。縦方向に延びているソース・ライン１５０と個別の金属層１５５が、絶縁層１３０の一部の上に形成される。ソース・ライン１５０は半導体層１４０の一部の上へと延びているソース１５２を有する。同時に、ドレイン１５４が半導体層１４０の一部の上に形成され、かつゲート絶縁層１３０の一部の上へと延びている。

次に、絶縁層１６０が基板１００の全体を覆って形成される。絶縁層１６０を貫通する第１の開口部１７２と第２の開口部１７４が形成され、それぞれドレイン１５４と金属層１５５を露出する。ピクセル電極１８０が、絶縁層１６０の一部の上に形成され、開口部１７２および１７４を充填し、ドレイン１５４と金属層１５５を電気的に接続している。したがって、金属層１５５、Ｃ_Sライン１２０、およびそれらの間に介在するゲート絶縁層１３０はＣ_S１９９を構成している。

しかしながら、従来のＬＣＤはいくつかの欠点を有する。たとえば、Ｃ_Sライン１２０が破断部分１９０となった場合には、異常に明るい線のためにＬＣＤパネルの全体を廃棄しなければならない。さらに、Ｃ_Sライン１２０は不透明であるので、ピクセルの開口率が減少し、その結果、ピクセル特性が劣化する。さらに、Ｃ_Sライン１２０とソース・ライン１５０の交点でクロストークが生ずることがあり、ディスプレイ品質を劣化させる。

平石による米国特許第６,１７２,７２８号の明細書全体を参照すると、寄生容量を減少するように形成されたアドレス・ラインを有する反射ＬＣＤを開示している。反射ＬＣＤのアドレス・ラインは、屈曲部、ノッチ、突出部、および穴を有し、その結果、光効率が改善され、寄生容量が最小となる。

中山による米国特許第６,４０４,４６５号の明細書全体を参照すると、ＬＣＤの配列基板を開示している。この配列基板において、Ｃ_Sラインはソース・ラインの上部領域と重なり合い、ピクセル電極はＣ_Sラインの上部領域と重なり合っている。

本発明による実施態様は、保持容量構造を有する液晶表示装置とその製造方法を提供する。

本発明による実施態様は、Ｃ_Sラインを有しない液晶表示装置とその製造方法をさらに提供する。

本発明による液晶表示装置の実施態様は、複数のピクセル領域を有し、ピクセル領域の各々が、液晶層を介して互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板を有する。少なくとも１つの保持容量構造が第１の基板の上に形成され、保持容量構造は、実質的に、第１の導電層、第２の導電層、および第１の導電層と第２の導電層との間に介在する誘電体層から成る。第１および第２の導電層は別個に設けられており、第２の導電層は第１の導電層の上方に配置され、第１の導電層の一部と重なり合っている。絶縁層が、第１の基板および保持容量構造に重なって形成される。第１の開口部が、絶縁層と誘電体層を貫通して形成され、第１の導電層を露出する。第２の開口部が、絶縁層を貫通して形成され、第２の導電層を露出する。第１の透明な導電層が、絶縁層の一部の上で、かつ第１の開口部の中に形成され、第１の導電層に電気的に接続する。第２の透明な導電層が、絶縁層の一部の上で、かつ第２の開口部の中に形成され、第２の導電層に電気的に接続する。絶縁スペーサが、第２の基板の一部の内部に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層へと延びている。第３の透明な導電層が、第２の基板の内部で、かつ絶縁スペーサの表面に等角に形成され、第１の導電層または第２の導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする。

本発明による液晶表示装置の他の実施態様は、複数のピクセル領域を有し、ピクセル領域の各々が、保持容量構造と、液晶層を介して互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板を有する。個別の導電層が第１の基板の上に形成される。絶縁層が第１の基板と個別の導電層に重なって形成される。第１の透明な導電層が、絶縁層の一部の上に形成され、個別の導電層の第１の部分と重なり合う。第２の透明な導電層が、絶縁層の一部の上に形成され、個別の導電層の第２の部分と重なり合う。プラグが、絶縁層を貫通するように形成される。個別の導電層は、第１の透明な導電層または第２の透明な導電層にプラグを介して電気的に接続される。絶縁スペーサが、第２の基板の一部の内部に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層の内部へと延びている。第３の透明な導電層が、第２の基板の内部で、かつ絶縁スペーサの表面に等角に形成され、第２の透明な導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする。プラグが第２の透明な導電層に電気的に接続されると、保持容量構造は実質的に個別の導電層、絶縁層、および第１の透明な導電層を含む。プラグが第１の透明な導電層に電気的に接続されると、保持容量構造は実質的に個別の導電層、絶縁層、および第２の透明な導電層を含む。

本発明によるさらに別の実施態様は、液晶表示装置の製造方法を提供する。横方向に延びているゲート・ラインと個別の第１の金属層が、第１の基板の上に形成される。ゲート・ラインはゲートを有する。誘電体層が、ゲート・ライン、第１の金属層および第１の基板に重なって形成される。半導体層が、ゲートの上方の誘電体層の上に形成される。縦方向に延びているソース・ラインが誘電体層の上に同時に形成され、ドレインが半導体層の一部の上に形成され、個別の第２の金属層が誘電体層の上に形成される。ソース・ラインは、半導体層の一部の上へと延びているソースを有する。第２の金属層は、第１の金属層の一部と重なり合う。第１および第２の金属層と、それらの間に配置された誘電体層は保持容量構造を構成している。絶縁層が、第１の基板に重なって一面に形成される。第１の開口部と誘電体層が、絶縁層を貫通して形成され、第１の金属層を露出する。第２の開口部が、絶縁層を貫通して形成され、第２の金属層を露出する。第１の透明な導電層が、絶縁層の一部の上で、かつ第１の開口部の内部に形成され、第１の金属層に電気的に接続する。第２の透明な導電層が、絶縁層の一部の上で、かつ第２の開口部の内部に形成され、第２の金属層に電気的に接続する。第２の基板が第１の基板に対向して設けられる。液晶層が、第１の基板と第２の基板の間に介在させられる。絶縁スペーサが、第２の基板の内部の一部の上に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層の内部へと延びている。等角な第３の透明な導電層が、第２の基板の内部の上で、かつ絶縁スペーサの表面に形成され、第１または第２の導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする。

本発明によるさらに他の実施態様は、液晶表示装置の製造方法を提供する。横方向に延びるゲート・ラインと個別の金属層が、第１の基板の上に形成される。ゲート・ラインはゲートを有する。絶縁層が、ゲート・ライン、個別の金属層、および第１の基板に重なって形成される。半導体層が、ゲートの上方の絶縁層の上に形成される。縦方向に延びるソース・ラインが絶縁層の上に同時に形成され、ドレインが半導体層の一部の上に形成される。ソース・ラインは、半導体層の一部の上へと延びているソースを有する。ピクセル電極と個別の透明な導電層が、絶縁層の一部の上に同時に形成される。ピクセル電極はドレインに電気的に接続され、個別の金属層の第１の部分と重なり合っている。個別の透明な導電層は、個別の金属層の第２の部分と重なり合っている。プラグが、絶縁層を貫通して形成され、個別の金属層と接続している。個別の金属層は、ピクセル電極または個別の透明な導電層とプラグを介して電気的に接続される。第２の基板が第１の基板に対向して設けられる。液晶層が、第１の基板と第２の基板の間に介在させられる。絶縁スペーサが、第２の基板の一部の内部に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層の内部へと延びている。等角な共通電極が、第２の基板の内部で、かつ絶縁スペーサの表面に形成され、第１の導電層または第２の導電層に電気的に接続する役目をする。

本発明による実施態様は、第１の基板（すなわち下部基板）が各ピクセル領域内に少なくとも１つの保持容量構造を有する点で、従来の技術に対して改善されている。絶縁スペーサは、第２の基板（すなわち上部基板）の内部に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層の内部へと延びている。共通電極は、第２の基板と絶縁スペーサの上に等角に形成され、保持容量構造の上部電極または下部電極に電気的に接続している。本発明によれば、第１の基板の上に形成される従来のＣ_Sラインは省略され、その結果、歩留りを改善し、ピクセルの開口率を増大し、従来の技術の欠点は改善される。

本発明による実施態様の用途の他の範囲は、以下の詳細な説明から明白になるであろう。本発明の思想と範囲内のさまざまな変更と修正が以上の詳細な説明から当業者に明白であるので、詳細な説明と特定の例は例示としてのみ示されることが理解されるべきである。

次に、添付図面に例が示されている本発明による実施形態を参照する。可能な限り、同一のまたは類似の要素は、図面と説明の中で同じ参照番号を使用する。
（第１の実施形態）
図２は本発明による第１の実施形態によるＬＣＤの部分平面図である。図３は図２のライン３−３に沿った断面図を示す。図２において、ＬＣＤは配列マトリックス（array matrix）の形で配置された複数のピクセル領域を有する。ピクセル領域は、ゲート・ラインとソース・ライン２１０および２５０を交差させることにより定められる。説明を簡単にするために、図２および図３は１つのピクセル領域を示しているが、多数のピクセル領域が存在することがある。

第１の実施形態のＬＣＤは、各々が第１の基板２００とそれに対向する第２の基板３００を有する複数のピクセル領域を有する。液晶層３５０が、第１の基板２００と第２の基板３００の間に介在している。少なくとも１つの保持容量構造（storage capacitor structure）２９９が第１の基板２００の上に配置されており、保持容量構造２９９は第１の導電層２２０、第２の導電層２５５、およびそれらの間に介在している誘電体層２３０から実質的に成っている。第１の導電層２２０と第２の導電層２５５は別個に設けられており、第２の導電層２５５は第１の導電層２２０の上方に位置し、かつ第１の導電層２２０の一部に重なり合っている。絶縁層２６８が、第１の基板２００と保持容量構造２９９に重なっている。絶縁層２６８と誘電体層２３０を貫通している第１の開口部２７２は、第１の導電層２２０を露出させている。絶縁層２６８を貫通している第２の開口部２７４は、第２の導電層２５５を露出させている。第１の透明な導電層２８０が、絶縁層２６８の一部に重なり、第１の開口部２７２の中へと延び、第１の導電層２２０に電気的に接続している。第２の透明な導電層２８２が、絶縁層２６８の一部に重なり、第２の開口部２７４の中へと延び、第２の導電層２５５に電気的に接続している。絶縁スペーサ３２０が、第２の基板３００の一部の内部に配置され、セル・ギャップを維持するように、液晶層３５０の中へと延びている。共通電極の役目をする等角な第３の透明な導電層３３０が、第２の基板３００の内部で、かつ絶縁スペーサ３２０の表面に重なり、第１の導電層２８０に電気的に接続している。

第１の実施形態のＬＣＤを形成する典型的な方法を以下に説明するが、本発明を限定するものではない。下部基板２００の役目をする絶縁性の基板２００はガラス基板または石英基板としてよい。横方向に延びているゲート・ライン２１０と個別の第１の導電層２２０（以下第１の金属層２２０と称する）が下部基板２００の上に形成され、ゲート・ライン２１０はゲート２１５を含む。ゲート・ライン２１０と第１の金属層２２０は、同じ堆積により同時に形成されたアルミニウム、クロム、モリブデン、または、これらのもしくは他の導電性材料の合金であってよい。

次に、誘電体層２３０がゲート・ライン２１０、第１の金属層２２０、および下部基板２００に重ねて形成される。誘電体層２３０は、たとえばＣＶＤ（化学気相成長法）によって形成されたＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄としてよい。チャネル層の役目をする半導体層２４０が、ゲート２１５の上方の誘電体層２３０の上に形成される。半導体層２４０は、たとえばＣＶＤにより形成されるシリコン層としてよい。

誘電体層２３０の一部の上の縦方向に延びているソース・ライン２５０と、半導体層２４０と、誘電体層２３０の一部の上にあるドレイン２５４と、誘電体層２３０の一部の上にある個別の第２の導電層２５５（以下第２の金属層２５５と称する）とは、同時に形成することができる。ソース・ライン２５０は、半導体層２４０の一部の上へと延びているソース２５２を有する。第１の金属層２２０、第２の金属層２５５、およびそれらの間に位置している誘電体層２３０は実質的に保持容量構造２９９を構成している。第２の金属層２５５が第１の金属層２２０の一部と重なっていることに注目されたい。すなわち、第２の金属層２５５の面積は第１の金属層２２０の面積より小さい。ソース・ライン２５０、ソース２５２、ドレイン２５４、および第２の金属層２５５は、同じ堆積工程により同時に形成された、アルミニウム、クロム、モリブデン、または他の導電性材料で作成することができる。

次に、パッシベーション層２６０が、下部基板２００の一面に覆うように形成される。パッシベーション層２６０は、たとえば、ＣＶＤにより形成されるＳｉ₃Ｎ₄とすることができる。平坦な表面を得るために、有機平坦化層（organic planarization layer）２６５がパッシベーション層２６０の上に任意に形成される。有機平坦化層２６５は、たとえば、コーティングにより形成される有機樹脂とすることができる。有機平坦化層２６５は、必須ではないことに注目されたい。説明を簡単にするために、パッシベーション層２６０と有機平坦化層２６５はまとめて絶縁層２６８と呼ばれる。

フォトリソグラフィとエッチングを行うことにより、第１の開口部２７２、第２の開口部２７４、および第３の開口部２７６が形成される。第１の開口部２７２は、絶縁層２６８と誘電体層２３０を貫通し、第１の金属層２２０を露出している。第２の開口部２７４は、絶縁層２６８を貫通し、第２の金属層２５５を露出している。第３の開口部２７６は、絶縁層２６８を貫通し、ドレイン２５４を露出している。

第１の透明な導電層２８０が、絶縁層２６８の一部の上で、かつ第１の開口部２７２の中に形成され、第１の金属層２２０に電気的に接続している。第２の透明な導電層２８２が、絶縁層２６８の一部の上で、かつ第２の開口部２７４および第３の開口部２７６の中に形成され、第２の金属層２５５とドレイン２５４を電気的に接続するピクセル電極２８２の役目をしている。第１の透明な導電層２８０と第２の透明な導電層２８２は、たとえばスパッタリングにより同時に形成されるインジウム−錫−酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム−亜鉛−酸化物（ＩＺＯ）とすることができる。第１の透明な導電層２８０と第２の透明な導電層２８２が互いに分離していることに注目されたい。次に、アライメント層２９０が、第１の透明な導電層２８０を除いて第２の透明な導電層２８２と絶縁層２６８の上に形成される。

ガラス基板などの上部基板３００が、下部基板２００に対向に配置して設けられる。カラー・フィルタ３１０が、上部基板３００の内部に任意に形成される。カラー・フィルタ３１０は遮光膜３１５を有してもよい。この場合、上部基板３００は、その上に形成されたカラー・フィルタ３１０を有する。次に、絶縁スペーサ３２０が、カラー・フィルタ３１０（すなわち上部基板３００）の内部の一部に形成され、かつ上部基板２００と下部基板３００の間に介在する液晶層３５０の中へと延びている。絶縁スペーサ３２０は液晶層３５０のセル・ギャップ（cell gap）を維持する。絶縁スペーサ３２０は感光性の材料とすることができる。遮光膜３１５の一部が絶縁スペーサ３２０に対応していることに注目されたい。

等角な第３の透明な導電層３３０が、カラー・フィルタ３１０の内部で、かつ絶縁スペーサ３２０の表面に形成され、第１の導電層２８０に電気的に接続する共通電極３３０の役目をする。第３の透明な導電層３３０は、たとえばスパッタリングにより形成されるＩＴＯまたはＩＺＯとすることができる。

次に、アライメント層３４０が第３の透明な導電層３３０の上に形成される。アライメント層３４０が絶縁スペーサ３２０の上に配置されていないことに注目されたい。次に、液晶材料が下部基板２００と上部基板３００の間の空間に充填され、液晶層３５０を実質的に構成している。

図６Ａは図３に対応するピクセル領域の回路図であり、本発明による第１の実施形態を示している。図６Ａにおいて、記号ＧＬはゲート・ライン２１０を表している。記号ＳＬはソース・ライン２５０を表している。記号ＴＦＴは薄膜トランジスタを表している。

図４は、本発明による第１の実施形態の第１の変形例によるＬＣＤの断面図である。第１の変形例において、ピクセル電極２８２は第１の金属層２２０に電気的に接続されており、共通電極３３０は第２の金属層２５５に電気的に接続されている。

第１の変形例のＬＣＤは、各々が第１の基板２００とそれに対向する第２の基板３００を有する複数のピクセル領域を有している。液晶層３５０が、第１の基板２００と第２の基板３００の間に介在している。少なくとも１つの保持容量構造２９９が第１の基板２００の上に配置されており、保持容量構造２９９は第１の導電層２２０と、第２の導電層２５５と、それらの間に介在する誘電体層２３０から実質的に構成されている。第１の導電層２２０と第２の導電層２５５は別個に設けられており、第２の導電層２５５は第１の導電層２２０の上に配置され、第１の導電層２２０の一部と重なり合っている。絶縁層２６８が、第１の基板２００と保持容量構造２９９に重なっている。絶縁層２６８を貫通している第１の開口部４７２が、第２の導電層２５５を露出している。絶縁層２６８と誘電体層２３０を貫通している第２の開口部４７４が、第１の導電層２５５を露出している。第１の透明な導電層２８０が、絶縁層２６８の一部に重なり、第１の開口部４７２の中へと延び、第２の導電層２５５に電気的に接続している。第２の透明な導電層２８２が、絶縁層２６８の一部に重なり、第２の開口部４７４の中へと延び、第１の導電層２２０に電気的に接続している。絶縁スペーサ３２０が、第２の基板３００の内部の一部に配置され、セル・ギャップを維持するように液晶層３５０の中へと延びている。等角な第３の透明な導電層３３０が、第２の基板３００の内部で、かつ絶縁スペーサ３２０の表面に重なり、第１の導電層２８０に電気的に接続する共通電極の役目をする。

第１の変形例のＬＣＤを形成する典型的な方法を次に説明する。図４において、ゲート２１５と第１の金属層２２０が、下部基板２００の上に形成される。誘電体層２３０が、ゲート２１５と第１の金属層２２０と下部基板２００を覆っている。次に、半導体層２４０が、ゲート２１５の上方の誘電体層２３０の上に形成され、チャネル層の役目をする。

次に、ソース２５２が、半導体層２４０の一部の上へと延びるように形成される。ドレイン２５４が半導体層２４０と誘電体層２３０の一部の上に同時に形成され、第２の金属層２５５が誘電体層２３０の一部の上に形成される。第１の金属層２２０、第２の金属層２５５、およびそれらの間に介在する誘電体層２３０は、保持容量構造２９９を実質的に構成している。第２の金属層２５５は、第１の金属層２２０の一部と重なり合っている。すなわち、第２の金属層２５５の面積は第１の金属層２２０の面積より小である。

次に、パッシベーション層２６０が下部基板２００を覆って一面に形成される。平滑な表面を得るために、有機平坦化層２６５がパッシベーション層２６０の上に任意に形成される。有機平坦化層２６５は必須ではないことに注目されたい。説明を簡単にするために、パッシベーション層２６０と有機平坦化層２６５はまとめて絶縁層２６８と呼ばれる。

第１の開口部４７２、第２の開口部４７４、および第３の開口部２７６が形成される。第１の開口部４７２は、絶縁層２６８を貫通し、第２の金属層２５５を露出している。第２の開口部２７４は、絶縁層２６８と誘電体層２３０を貫通し、第１の金属層２２０を露出している。第３の開口部２７６は、絶縁層２６８を貫通し、ドレイン２５４を露出している。

次に、第１の透明な導電層２８０が、絶縁層２６８の一部の上で、かつ第１の開口部４７２の中に形成され、第２の金属層２５５に電気的に接続している。第２の透明な導電層２８２が、縁層２６８の一部の上で、かつ第２の開口部４７４と第３の開口部２７６の中に形成され、第１の金属層２２０とドレイン２５４を電気的に接続するピクセル電極２８２の役目をしている。第１の透明な導電層２８０と第２の透明な導電層２８２が相互に隔離されている。次に、アライメント層２９０が、第１の透明な導電層２８０を除いて第２の透明な導電層２８２と絶縁層２６８の上に形成される。

ガラスなどの上部基板３００が下部基板２００に対向して設けられる。カラー・フィルタ３１０が上部基板３００の内部に任意に形成される。カラー・フィルタ３１０は遮光膜３１５を有してもよい。この場合、上部基板３００は、その上に形成されたカラー・フィルタ３１０を有する。次に、絶縁スペーサ３２０がカラー・フィルタ３１０（すなわち上部基板３００）の一部の内部に形成され、下部基板２００と上部基板３００の間に介在する液晶層３５０の中へと延びている。絶縁スペーサ３２０は液晶層３５０のセル・ギャップを維持する。遮光膜３１５の一部が絶縁スペーサ３２０に対応している。

等角な第３の透明な導電層３３０が、カラー・フィルタ３１０（すなわち上部基板３００）の内部で、かつ絶縁スペーサ３２０の表面に形成され、第１の導電層２８０に電気的に接続する共通電極３３０の役目をしている。

次に、アライメント層３４０が第３の透明な導電層３３０の上に形成される。アライメント層３４０は絶縁スペーサ３２０の上には配置されていないことに注目されたい。次に、液晶材料が下部基板２００と上部基板３００の間の空間に充填され、液晶層３５０を実質的に構成している。

図６Ｂは、図４に対応するピクセル領域の回路図であり、第１の実施形態の第１の変形例を示している。

図５は、本発明による第１の実施形態の第２の変形例によるＬＣＤの断面図である。図２と比較して、第２の変形例では、第１の金属層２２０と第２の金属層２５５は、ピクセル領域の周辺に近い少なくとも１つの領域内に形成されている。このようにして、複数の保持容量構造を各ピクセル領域内に形成することができる。さらに、金属層２２０および２５５は光の漏洩を防止する遮光膜の役目をすることが可能であり、カラー・フィルタ３１０の遮光膜３１５の面積を減少させ、開口率を増大させる。すなわち、構造に応じて、金属層２２０および２５５をピクセル領域内の任意の所望の位置に形成することが可能である。

（第２の実施形態）
図７は、本発明による第２の実施形態によるＬＣＤの部分平面図である。図８は、図７の線８−８に沿った断面図を示す。図７において、ＬＣＤは配列マトリックスの形に配置された複数のピクセル領域を有する。ピクセル領域は、ゲート・ラインおよびソース（またはデータ）ライン７１０および７５０を交差させることによって定められる。説明を簡単にするために、図７と図８は１つのピクセル領域を示すが、多数のピクセル領域が存在することがある。

第２の実施形態のＬＣＤは複数のピクセル領域を有し、それぞれのピクセル領域は、保持容量構造７９９と、第１の基板７００と、液晶層８５０を介して第１の基板に対向して配置された第２の基板８００とを有する。個別の導電層７２０が第１の基板７００の一部に重なっている。誘電体層７３０とパッシベーション層７６０を有する絶縁層７６８が、第１の基板７００と個別の導電層７２０に重なっている。開口部７７２が、絶縁層７６８を貫通し、個別の導電層７２０を露出している。第１の透明な導電層７８０が、絶縁層７６８の一部に重なり、開口部７７２を充填し、個別の導電層７２０に電気的に接続している。第２の透明な導電層７８２が、絶縁層７６８の一部に重なり、かつ個別の導電層７２０の一部と重なり合っている。絶縁スペーサ８２０が、第２の基板８００の内部の一部に配置され、セル・ギャップを維持するように液晶層８５０の内部へと延びている。等角な第３の透明な導電層８３０が、第２の基板８００の内部で、かつ絶縁スペーサ８２０の表面に重なり、第１の透明な導電層７８０に電気的に接続する共通電極の役目をしている。したがって、保持容量構造７９９は、個別の導電層７２０、絶縁層７６８、および第２の透明な導電層７８２から実質的に構成されている。

第２の実施形態のＬＣＤを形成する典型的な方法を以下に説明するが、本発明を限定するものではない。下部基板７００の役目をする絶縁性の基板７００はガラス基板または石英基板としてよい。横方向に延びているゲート・ライン７１０と個別の導電層７２０（以下金属層７２０と呼ぶ）が下部基板７００の上に形成され、ゲート・ライン７１０はゲート７１５を有する。ゲート・ライン７１０と金属層７２０は、同じ堆積工程により同時に形成された、アルミニウム、クロム、モリブデン、または他の導電性材料で作成してよい。

次に、ゲート・ライン７１０、金属層７２０、および下部基板７００に重ねて、誘電体層７３０が形成される。誘電体層７３０は、たとえばＣＶＤにより形成されるＳｉ０２またはＳｉ₃Ｎ₄とすることができる。チャネル層の役目をする半導体層７４０が、ゲート７１５の上方の誘電体層７３０の上に形成される。半導体層７４０は、たとえばＣＶＤにより形成されるシリコン層とすることができる。

縦方向に延びているソース・ライン７５０が誘電体層７３０の一部の上に形成され、同時に、ドレイン７５４が半導体層７４０と誘電体層７３０の一部の上に形成される。ソース・ライン７５０は、半導体層７４０の一部の上へと延びているソース７５２を有する。ソース・ライン７５０、ソース７５２、およびドレイン７５４は、同じ堆積工程により同時に形成された、アルミニウム、クロム、モリブデン、または他の導電性材料で作成することができる。

次に、パッシベーション層７６０が下部基板７００に重ねて一面に形成される。パッシベーション層７６０は、たとえばＣＶＤにより形成されるＳｉ₃Ｎ₄とすることができる。この場合、誘電体層７３０とパッシベーション層７６０はまとめて絶縁層７６８と呼ばれる。

フォトリソグラフィとエッチングを行うことにより、第１の開口部７７２と第２の開口部７７６が形成される。第１の開口部７７２は、絶縁層７６８（パッシベーション層７６０と誘電体層７３０）を貫通し、金属層７２０を露出している。第２の開口部７７６は、パッシベーション層７６０を貫通し、ドレイン７５４を露出している。

第１の透明な導電層７８０が、パッシベーション層７６０の一部の上で、かつ第１の開口部７７２の内部に形成され、金属層７２０に電気的に接続したプラグ（符号を付さず）を形成する。第１の透明な導電層７８０は、金属層７２０の第１の部分と重なり合っている。第２の透明な導電層７８２が、パッシベーション層７６０の一部の上で、かつ第２の開口部７７６の内部に形成され、ドレイン７５４に電気的に接続するピクセル電極７８２の役目をしている。第２の透明な導電層７８２が金属層７２０の第２の部分と重なり合っている。第１の透明な導電層７８０と第２の透明な導電層７８２は、たとえばスパッタリングにより同時に形成されるＩＴＯまたはＩＺＯとすることができる。第１の透明な導電層７８０と第２の透明な導電層７８２が相互に分離していることに注目されたい。次に、アライメント層７９０が、第１の透明な導電層７８０を除いて第２の透明な導電層７８２とパッシベーション層７６０の上に形成される。

ガラスなどの上部基板８００が下部基板７００に対向して設けられる。カラー・フィルタ８１０が上部基板８００の内部に任意に形成される。カラー・フィルタ８１０は、遮光膜８１５を有してもよい。この場合、上部基板８００は、その上に形成されたカラー・フィルタ８１０を有する。次に、絶縁スペーサ８２０が、カラー・フィルタ８１０（すなわち上部基板８００）の内部の一部の上に形成され、下部基板７００と上部基板８００の間に介在する液晶層８５０の中へと延びている。絶縁スペーサ８２０は液晶層８５０のセル・ギャップを維持する。絶縁スペーサ８２０は感光性の材料で作ることができる。遮光膜８１５の一部が絶縁スペーサ８２０に対応していることに注目されたい。

等角な第３の透明な導電層８３０が、カラー・フィルタ８１０（すなわち上部基板８００）の内部で、かつ絶縁スペーサ８２０の表面に形成され、第１の導電層７８０に電気的に接続する共通電極８３０の役目をしている。第３の透明な導電層８３０は、たとえばスパッタリングにより形成されるＩＴＯまたはＩＺＯとすることができる。したがって、第２の透明な導電層７８２、金属層７２０、およびそれらの間に介在する絶縁層７６８から実質的に構成されている保持容量構造７９９が得られる。

次に、アライメント層８４０が第３の透明な導電層８３０の上に形成される。アライメント層８４０が絶縁スペーサ８２０の上には配置されないことに注目されたい。次に、液晶材料が下部基板７００と上部基板８００の間の空間に充填され、液晶層８５０を実質的に構成している。

図１０Ａは、図８に対応するピクセル領域の回路図であり、本発明による第２の実施形態を示している。図１０Ａにおいて、記号ＧＬはゲート・ライン７１０を表している。記号ＳＬはソース・ライン７５０を表している。記号ＴＦＴは薄膜トランジスタを表している。

図９は、本発明の第２の実施形態の変形例によるＬＣＤの断面図である。この変形例においては、ピクセル電極７８２が金属層７２０に電気的に接続されており、共通電極８３０は金属層７２０に電気的に接続されていない。

この変形例のＬＣＤは複数のピクセル領域を有し、それぞれのピクセル領域は、保持容量構造７９９と、第１の基板７００と、液晶層８５０を介して第１の基板に対向して配置された第２の基板８００とを有する。個別の導電層７２０が第１の基板７００の一部に重なっている。誘電体層７３０とパッシベーション層７６０を有する絶縁層７６６が、第１の基板７００と個別の導電層７２０に重なっている。開口部９７２が、絶縁層７６８を貫通し、個別の導電層７２０を露出している。第１の透明な導電層７８０が、絶縁層７６８の一部に重なり、かつ個別の導電層７２０の一部と重なり合っている。第２の透明な導電層７８２が、絶縁層７６８の一部に重なり、開口部９７２を充填し、個別の導電層７２０に電気的に接続している。絶縁スペーサ８２０が、第２の基板８００の内部の一部の上に配置されており、セル・ギャップを維持するように液晶層８５０の内部へと延びている。等角な第３の透明な導電層８３０が、第２の基板８００の内部で、かつ絶縁スペーサ８２０の表面に重なり、第１の透明な導電層７８０に電気的に接続する共通電極の役目をしている。したがって、保持容量構造９９９は、個別の導電層７２０、絶縁層７６８、および第１の透明な導電層７８０から実質的に構成されている。

次に、第２の実施形態の変形例のＬＣＤを形成する典型的な方法を説明する。ゲート７１５と個別の導電層７２０（以下金属層７２０と呼ぶ）が、下部基板７００の上に形成される。次に、誘電体層７３０が、ゲート７１５、金属層７２０、および下部基板７００に重なって形成される。半導体層７４０が、ゲート７１５の上方の誘電体層７３０の上に形成され、チャネル層の役目をしている。

ソース７５２が半導体層７４０の一部の上に形成され、同時に、ドレイン７５４が半導体層７４０と誘電体層７３０の一部の上に形成される。次に、パッシベーション層７６０が、下部基板７００に重なって一面に形成される。この場合、誘電体層７３０とパッシベーション層７６０はまとめて絶縁層７６８と呼ばれる。

フォトリソグラフィとエッチングを行うことにより、第１の開口部９７２と第２の開口部７７６が形成される。第１の開口部９７２は、絶縁層７６８（パッシベーション層７６０および誘電体層７３０）を貫通し、金属層７２０を露出している。第２の開口部７７６は、パッシベーション層７６０を貫通し、ドレイン７５４を露出している。

個別の第１の透明な導電層７８０が、パッシベーション層７６０の一部の上に形成され、金属層７２０の第１の部分と重なり合う。ピクセル電極７８２の役目をする第２の透明な導電層７８２が、パッシベーション層７６０の一部の上で、かつ第１の開口部９７２と第２の開口部７７６の中に形成され、金属層７２０とドレイン７５４にそれぞれ電気的に接続された２つのプラグ（符号を付さず）を形成する。第２の透明な導電層７８２が、金属層７２０の第２の部分と重なり合っている。第１の透明な導電層７８０と第２の透明な導電層７８２が相互に分離していることに注目されたい。次に、アライメント層７９０が、第１の透明な導電層７８０を除いて第２の透明な導電層７８２とパッシベーション層７６０の上に形成される。

さらに図９において、ガラスなどの上部基板８００が下部基板７００に対向して設けられる。カラー・フィルタ８１０が上部基板８００の内部に任意に形成される。カラー・フィルタ８１０は遮光膜８１５を有してもよい。この場合、上部基板８００は、その上に形成されたカラー・フィルタ８１０を有する。次に、絶縁スペーサ８２０がカラー・フィルタ８１０（すなわち上部基板８００）の内部の一部に形成され、下部基板７００と上部基板８００の間に介在する液晶層８５０の中へと延びている。絶縁スペーサ８２０は液晶層８５０のセル・ギャップを維持する。遮光膜８１５の一部が絶縁スペーサ８２０に対応していることに注目されたい。

等角な第３の透明な導電層８３０が、カラー・フィルタ８１０（すなわち上部基板８００）の内部で、かつ絶縁スペーサ８２０の表面に形成され、第１の導電層７８０に電気的に接続する共通電極８３０の役目をする。したがって、第１の透明な導電層７８０と、金属層７２０と、それらの間に介在する絶縁層７６８から実質的に構成される保持容量構造７９９が得られる。

次に、アライメント層８４０が第３の透明な導電層８３０の上に形成される。アライメント層８４０は、絶縁スペーサ８２０の上には配置されていないことに注目されたい。次に、液晶材料が下部基板７００と上部基板８００の間の空間に充填され、液晶層８５０を実質的に構成している。

図１０Ｂは、図９に対応するピクセル領域の回路図であり、本発明による第２の実施形態の変形を示している。

したがって、本発明による実施形態は保持容量構造を設けたＬＣＤを提供する。少なくとも１つの保持容量構造が各ピクセル領域内に下部基板に形成される。絶縁スペーサが上部基板の内部の一部に形成され、セル・ギャップを維持するように液晶層の内部へと延びている。共通電極が上部基板と絶縁スペーサに形成され、保持容量構造の上部電極または下部電極を電気的に接続している。このようにして、下部基板の上に形成される従来の保持容量電極ラインは省略され、その結果、歩留りと開口率を改善し、従来技術の欠点を改善される。

本発明について、好ましい実施形態を例に挙げて説明したが、本発明がそれに限定されるものではないことは理解されなければならない。反対に、当業者には明白であるように、本発明はさまざまな修正および類似の装置を含むものである。したがって、添付した特許請求の範囲は、このような修正と類似の装置のすべてを包含するように、最も広い解釈を与えられるべきである。

従来の配列基板の部分平面図である。 図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図を示す。 本発明による第１の実施形態によるＬＣＤの部分平面図である。 図２の線３−３に沿った断面図を示す。 本発明による第１の実施形態の第１の変形例によるＬＣＤの断面図である。 本発明による第１の実施形態の第２の変形例によるＬＣＤの断面図である。 本発明による第１の実施形態のピクセル領域の回路図である。 本発明による第１の実施形態の第１の変形例のピクセル領域の回路図である。 本発明による第２の実施形態によるＬＣＤの部分平面図である。 図７の線３−３に沿った断面図を示す。 本発明による第２の実施形態の変形によるＬＣＤの断面図である。 本発明による第２の実施形態を説明するためのピクセル領域の回路図である。 本発明による第１の実施形態の変形を説明するためのピクセル領域の回路図である。

Claims (22)

1. 複数のピクセル領域を有する液晶表示装置であって、
   前記ピクセル領域の各々が、
   液晶層を介して互いに対向して配置された第１の基板および第２の基板と、
   前記第１の基板の上に形成された少なくとも１つの保持容量構造であって、第１の導電層、第２の導電層、および第１の導電層と第２の導電層との間に介在する誘電体層から成り、前記第１の導電層と第２の導電層は別個に設けられており、前記第２の導電層は前記第１の導電層の上方に配置され、かつ前記第１の導電層の一部と重なり合う保持容量構造と、
   前記第１の基板と前記保持容量構造を覆うように位置する絶縁層と、
   前記絶縁層と前記誘電体層を貫通し、前記第１の導電層を露出する第１の開口部と、
   前記絶縁層を貫通し、前記第２の導電層を露出する第２の開口部と、
   前記絶縁層の一部の上および前記第１の開口部の内部に形成され、前記第１の導電層に電気的に接続する第１の透明な導電層と、
   前記絶縁層の一部の上および前記第２の開口部の内部に形成され、前記第２の導電層に電気的に接続する第２の透明な導電層と、
   前記第２の基板の前記液晶層側の表面の一部に形成され、セル・ギャップを維持するように前記液晶層の内部へと延びた絶縁スペーサと、
   前記第２の基板の前記液晶層側の表面および前記絶縁スペーサの表面に形成され、前記第１の導電層または前記第２の導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする第３の透明な導電層と、
   を有する液晶表示装置。
2. 前記第３の透明な導電層が前記第１の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記第２の透明な導電層はピクセル電極の役目をする、請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第３の透明な導電層が前記第２の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記第１の透明な導電層はピクセル電極の役目をする、請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の基板は薄膜トランジスタを含むガラス基板である、請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記薄膜トランジスタのゲートと前記第１の導電層は同時に形成されている、請求項４記載の液晶表示装置。
6. 前記薄膜トランジスタのソースおよびドレインと前記第２の導電層は同時に形成されている、請求項５記載の液晶表示装置。
7. 前記絶縁層はパッシベーション層と有機平坦化層を含む、請求項１記載の液晶表示装置。
8. 前記第２の基板はカラー・フィルタを含むガラス基板である、請求項１記載の液晶表示装置。
9. 前記カラー・フィルタは前記絶縁スペーサに対応する遮光膜を含む、請求項８記載の液晶表示装置。
10. 前記第１および第２の導電層は前記ピクセル領域の周辺の近くの少なくとも１つの領域に対応する、請求項１記載の液晶表示装置。
11. 各々が保持容量構造を有する複数のピクセル領域を有する液晶表示装置であって、
    前記ピクセル領域の各々が、
    液晶層を介して対向して配置された第１の基板および第２の基板と、
    前記第１の基板の上に形成された導電層と、
    前記第１の基板と前記導電層を覆うように位置する絶縁層と、
    前記絶縁層の一部の上に形成され、前記導電層の第１の部分と重なり合う第１の透明な導電層と、
    前記絶縁層の一部の上に形成され、前記導電層の第２の部分と重なり合う第２の透明な導電層と、
    前記第１の透明な導電層または前記第２の透明な導電層により形成され、前記絶縁層を貫通していて、前記導電層と電気的に接続されているプラグと、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面の一部の上に形成され、セル・ギャップを維持するように前記液晶層の内部へと延びた絶縁スペーサと、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面および前記絶縁スペーサの表面に形成され、前記第２の透明な導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする第３の透明な導電層とをさらに有し、
    前記プラグが前記第２の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記保持容量構造は前記導電層、前記絶縁層、および前記第１の透明な導電層を含み、
    前記プラグが前記第１の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記保持容量構造は前記導電層、前記絶縁層、および前記第２の透明な導電層を含む、
    液晶表示装置。
12. 前記第１の基板は、薄膜トランジスタを含むガラス基板である、請求項１１記載の液晶表示装置。
13. ピクセル電極の役目をする前記第１の透明な導電層は、前記薄膜トランジスタに電気的に接続されている、請求項１２記載の液晶表示装置。
14. 前記薄膜トランジスタのゲートと前記導電層が同時に形成されている、請求項１１記載の液晶表示装置。
15. 前記第２の基板は、カラー・フィルタを含むガラス基板である、請求項１１記載の液晶表示装置。
16. 前記カラー・フィルタは、前記絶縁スペーサに対応する遮光膜を含む、請求項１５記載の液晶表示装置。
17. 液晶表示装置の製造方法であって、
    ゲートを有し横方向に延びているゲート・ラインと第１の金属層を第１の基板の上に形成する工程と、
    前記ゲート・ライン、前記第１の金属層、および前記第１の基板を覆う誘電体層を形成する工程と、
    前記ゲートの上方の前記誘電体層の上に半導体層を形成する工程と、
    前記誘電体層の上にあり縦方向に延びているソース・ラインと、前記半導体層の一部の上にあるドレインと、前記誘電体層の上にある第２の金属層とを同時に形成する工程であって、前記ソース・ラインは前記半導体層の一部の上へと延びているソースを含み、前記第２の金属層は前記第１の金属層の一部と重なり、前記第１および第２の金属層と、前記第１の金属層と前記第２の金属層の間に位置する前記誘電体層とは保持容量構造を含んでいる工程と、
    前記第１の基板を覆う絶縁層を一面に形成する工程と、
    前記絶縁層と前記誘電体層を貫通し、前記第１の金属層を露出する第１の開口部を形成する工程と、
    前記絶縁層を貫通し、前記第２の金属層を露出する第２の開口部を形成する工程と、
    前記絶縁層の一部の上および前記第１の開口部の中に、前記第１の金属層に電気的に接続する第１の透明な導電層を形成する工程と、
    前記絶縁層の一部の上および前記第２の開口部の中に、前記第２の金属層に電気的に接続する第２の透明な導電層を形成する工程と、
    前記第１の基板と対向する第２の基板を設ける工程と、
    前記第１の基板と前記第２の基板の間に液晶層を介在させる工程と、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面の一部の上に、セル・ギャップを維持するように、前記液晶層の中へと延びている絶縁スペーサを形成する工程と、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面および前記絶縁スペーサの表面に、前記第１の導電層または前記第２の導電層に電気的に接続する共通電極の役目をする第３の透明な導電層を形成する工程と、
    を有する製造方法。
18. 前記第３の透明な導電層が前記第１の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記第２の透明な導電層は、第３の開口部を介して前記ドレインに電気的に接続するピクセル電極の役目をする、請求項１７記載の製造方法。
19. 前記第３の透明な導電層が前記第２の透明な導電層に電気的に接続されるとき、前記第１の透明な導電層は、第３の開口部を介して前記ドレインに電気的に接続するピクセル電極の役目をする、請求項１７記載の製造方法。
20. 液晶表示装置の製造方法であって、
    ゲートを有し横方向に延びているゲート・ラインと金属層を第１の基板の上に形成する工程と、
    前記ゲート・ライン、前記金属層、および前記第１の基板を覆う絶縁層を形成する工程と、
    前記ゲートの上方の前記絶縁層の上に半導体層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上に縦方向に延び、前記半導体層の一部の上へと延びているソースを有するソース・ラインと前記半導体層の一部の上のドレインとを同時に形成する工程と、
    前記絶縁層の一部の上にピクセル電極と透明な導電層を同時に形成する工程であって、前記ピクセル電極は前記ドレインに電気的に接続され、かつ前記金属層の第１の部分と重なり合い、前記透明な導電層は前記金属層の第２の部分に重なり合う工程と、
    前記絶縁層を貫通し、前記金属層と接続するプラグを形成する工程であって、前記金属層は前記ピクセル電極または前記透明な導電層と前記プラグを介して電気的に接続される工程と、
    前記第１の基板に対向する第２の基板を設ける工程と、
    前記第１の基板と前記第２の基板の間に液晶層を介在させる工程と、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面の一部に、セル・ギャップを維持するように前記液晶層の中へと延びた絶縁スペーサを形成する工程と、
    前記第２の基板の前記液晶層側の表面および前記絶縁スペーサの表面に、第１の導電層または第２の導電層を電気的に接続する共通電極を形成する工程と、
    を有する製造方法。
21. 前記プラグが前記透明な導電層に電気的に接続されるとき、保持容量構造は前記金属層と前記絶縁層と前記ピクセル電極を含む、請求項２０記載の製造方法。
22. 前記プラグが前記ピクセル電極に電気的に接続されるとき、保持容量構造は前記金属層と前記絶縁層と前記透明な導電層を含む、請求項２０記載の製造方法。
    

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