JP4374084B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。特に、本発明は薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置の構造について、図１を参照して説明する。液晶表示装置は、画素がマトリクス状に配列された第１基板3を有する。前記第１基板3上には画素電極4が形成されており、該各々の画素電極4はゲートバス配線17及びデータバス配線15によって囲まれている。又、前記ゲートバス配線17から分岐するゲート電極17aと、前記データバス配線15から分岐するソース電極15aが形成されている。薄膜トランジスタ8は、前記ゲートバス配線17と前記データバス配線15との交差点に形成されている。前記薄膜トランジスタのドレイン電極15bは、前記画素電極4に電気的にコンタクトするように形成されている。ブラックマトリクス（光遮断層）は、前記薄膜トランジスタ8、ゲートバス配線17及びデータバス配線15を覆うように形成されている。配向膜（配向層）は、前記ブラックマトリクスを含む前記基板の全面上に形成されている。
【０００３】
カラーフィルタ層37を有する第２基板2は、ギャップを持って前記第１基板3と対向するように配置されている。第１基板と第２基板とのギャップに液晶物質40が封入されている。前記第１基板及び第２基板の外側面に偏光板1、1aが付着されることで、従来の液晶表示装置のパネルが完成される。
【０００４】
従来の液晶表示装置の第１基板の構造について、図２、図３を参照して詳しく説明する。図２、図３は、図１のI−I´線に沿った断面図である。従来の液晶表示装置の第１基板3の製造方法及び構造については、図２を参照して説明する。
【０００５】
ゲートバス配線17から分岐するゲート電極17aは、透明基板3上に形成されている。陽極酸化膜35は、絶縁特性の向上及びヒロックの防ぎのために、前記ゲート電極17a上に形成されている。SiNx、又はSiO2のような無機物質から成るゲート絶縁膜23は、前記ゲート電極17aを含む基板の全面に形成されている。アモルファスシリコン（a-Si）から成る半導体層22は、前記ゲート電極17a上のゲート絶縁膜23上に形成されている。その上に不純物が添加されたアモルファスシリコン（n+ a-Si）のような不純物半導体層25が形成されている。データバス配線15から分岐するソース電極15a及びドレイン電極15bは、前記不純物半導体層25上に一定の間隔を隔てて形成されている。それで、前記ソース電極15a及び前記ドレイン電極15bは、前記不純物半導体層25とオーミックコンタクトになっている。SiNxのような無機保護膜26は、前記ソース電極15a及び前記ドレイン電極15bを含む前記基板の全面を覆うように形成されている。画素電極4は、前記ドレイン電極15b上の前記保護膜26に形成されたコンタクトホールを通して前記ドレイン電極15bに電気的なコンタクトを成し、前記保護膜26上に形成されている。そして、ブラックマトリクス10は、前記薄膜トランジスタ8、前記ゲートバス配線17及び前記データバス配線15を覆うように形成されている（図４及び図５）。続いて、その上に例えば、ポリイミドから成る配向膜11がコーティングによって形成されている。
【０００６】
又、従来の液晶表示装置の第１基板3の他の構造については、図２の構成要素と等しい図３を参照して説明する。この場合は、前記ブラックマトリクスの近傍の配向膜11にラビング不良が生ずることを防ぐために、ブラックマトリクス10の形成の前に配向膜11が形成されている。
【０００７】
しかし、図２、又は図３の構造を有する前記液晶表示装置は、次の如く問題を有する。第一に、図２に示すように、第１基板の構造において前記配向膜は、前記画素電極4及びブラックマトリクス10によって形成された段差部を有する。その結果、配向膜の段差部分でラビング不良が発生し、光が漏れる。従って、液晶表示装置のコントラスト特性が低下する。配向膜のラビング工程及び構造の理解のために、図６及び図７を参照して以下に詳しく説明する。
【０００８】
図６は、図５のIII−III´線に沿った断面図である。図２に示す前記配向膜11は、印刷ローラーにポリアミド、ポリイミド及び酸化シリコンのような配向膜の物質を印刷し、前記ブラックマトリクス10を含む前記第１基板3の全表面上に転写することによって形成される。そして、前記配向膜を固化させた後、液晶が一定の方向で配向されるようにラビング工程を実施する。前記ラビング工程は、図７に示すようにラビングドラム131を使用して前記配向膜上に一定方向の溝（図の波形のような部分）を形成させる。前記ラビングドラム131は、ラビング布130で覆われており、Ｂ方向に一定の圧力で押しながらＡ方向に回転し、Ｃ方向に移動する。図５の斜線によって示されたＤ0部分（図７の133部分）は、前記ブラックマトリクス10によって生じた段差のために、ラビング不良が発生する。前記ブラックマトリクスの厚さが１〜２.５μｍである時、図４のＤ0の幅は１〜２μｍである。このような領域は、ポリビニルシンナメイト（polyvinylcinnamate(PVCN)）、ポリビニルフルオロシンナメイト（polyvinylfluorocinnamate(PVCN-F)）、ポリシロキサン（polysiloxanes）、又はポリ塩化ビニル（polyvinylchloride(PVC)）を配向膜で使用し、光配向することによって無くすことが出来る。しかし、セルギャップの不良の問題は、解消できない。
【０００９】
第二に、図２及び図３に示すように、従来の液晶表示装置において前記第１基板3は、ブラックマトリクス10を含む多層構造によって表面に段差がある。これは液晶表示装置において、不均一なセルギャップを招く。従って、不均一なセルギャップは、液晶の注入を不安定にさせるために、液晶表示装置の表示品質及び歩留まりを低下させる。さらに、図３に示すように、前記液晶が前記ブラックマトリクスに直接接触すると、液晶表示装置の画質特性が維持されない。前記ブラックマトリクス、又は顔料が液晶を汚染させる。一般に、ブラックマトリクスは黒色顔料を含むネガフォトレジストから成る。
【００１０】
第三に、従来の液晶表示装置において、第１基板の表面に段差が形成され、配向膜のラビング不良が発生し、無機絶縁膜（保護膜26）の低い誘電率のために、画素電極はデータ及びゲートバス配線等に重畳して形成することは不可能であった。もし、画素電極が無機絶縁膜の下に位置したデータバス配線と重畳されるように形成すると、前記データバス配線の電圧と前記画素電極の電圧間の干渉のために画面表示にちらつきが生じる。又、前記重畳部分では、ラビング不良による光の漏れが発生する。従って、一般に前記画素電極は、データバス配線から一定間隔を隔てて位置させられる。この場合、図８に示すように、高い開口率を得ることは、不可能である。図８においてSiNx、又はSiO2のような無機絶縁膜26は、段差があるデータバス配線15を覆い、又画素電極4は前記データバス配線15からＤ2だけ離れた位置に形成されている。前記Ｄ1は、前記第１基板と前記第２基板との貼り合わせマージンを考慮して形成された領域である。従って、従来の液晶表示装置において前記開口率は、Ｄ3＝（Ｄ1＋Ｄ2）分だけの損失がある。
【００１１】
以上の説明のように、前記第１基板は、ブラックマトリクスによって表面に段差が形成され、前記ブラックマトリクスは液晶物質と直接に接触する。従って、前記ブラックマトリクスの近傍で光の漏れが生じ、セルギップの不均一の不良、液晶の汚染及び低い開口率を招く。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、均一なセルギャップを有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
又、本発明は、液晶表示装置においてブラックマトリクス、又はその顔料による液晶の汚染を防ぐことを他の目的とする。
又、本発明は、液晶表示装置において配向膜のラビング不良のため、ブラックマトリクスの段差部分で生じる光の漏れを防ぐことを他の目的とする。
又、本発明は、開口率が向上された液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した問題点を解決するための本発明による液晶表示装置の第１基板の製造方法は、基板上にゲート電極及びゲートバス配線を形成する段階と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、ドレイン電極及びソース電極とを形成する段階と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に薄膜トランジスタを形成する段階と、該薄膜トランジスタは基板上に前記ゲート電極、前記ドレイン電極及び前記ソース電極を有し、前記薄膜トランジスタ上に無機絶縁層からなる保護層を形成する段階と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上に前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層を形成する段階と、前記光遮断層を含む前記基板の全表面上にベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層を形成する段階と、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように前記平坦化層上に画素電極を形成する段階と、前記画素電極は前記ドレイン電極又はソース電極に接続され、そして、前記平坦化層上に配向層を形成する段階と、を含み、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１４】
本発明による液晶表示装置の第１基板の構造は、基板と、前記基板上のゲートバス配線と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上の無機絶縁層からなる保護層と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、前記光遮断層及び前記保護層上に形成され、前記ソース電極、又は前記ドレイン電極の上にコンタクトホールを有し、ベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、前記平坦化層上に形成され、前記コンタクトホールを通して前記ソース電極、又は前記ドレイン電極に接触し、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成された画素電極と、前記画素電極上の配向層と、から構成され、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１５】
又、本発明による液晶表示装置の第１基板の他の構造は、基板と、前記基板上のゲートバス配線と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成され、前記ソース電極、又はドレイン電極に接触する画素電極と、前記薄膜トランジスタ及び前記画素電極上の無機絶縁層からなる保護層と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、前記光遮断層及び前記保護層上のベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、前記平坦化層上の配向層と、から構成され、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１による液晶表示装置の第１基板の製造方法を図９〜図１８を参照して説明する。
第１透明基板103上にアルミニウムの金属が堆積される。その上にフォトレジストをコーティングし、パターニングする。図９に示すように前記アルミニウム膜は、ゲート電極117a及びゲートバス配線を形成するために例えば、ウエットエッチング法でエッチされる。前記ゲート電極117aは、段差を解消するためにテーパの形状で形成するのが望ましい。又、図１０に示すように前記ゲート電極117aは、ヒロックを防ぎ、又絶縁を向上させるために陽極酸化し、陽極酸化膜135が形成される。その上にSiNx、又はSiO2から成るゲート絶縁膜123、a−Si 122及びn+a-Si 125が連続的に堆積される。前記表面上にフォトレジストをコーティングし、パターニングする。図１２に示すように、前記パターニングされたフォトレジストに従って前記a-Si及びn+a-Siをエッチングし、半導体層122及び不純物半導体層125を形成する。
【００１９】
続いて、金属膜を形成するために基板の全面にCr、又はAlから成る金属が堆積される。前記ゲート電極の形成方法と同じ方法によってソース電極115a、データバス配線及びドレイン電極 115bが形成される。前記ソース電極115a及び前記ドレイン電極115bをエッチングマスクとして前記不純物半導体層125の中央部をエッチングして除去する（図１３）。不純物半導体層125はそれぞれ前記ソース電極115a及び前記ドレイン電極115bにオーミックコンタクトされた二つの分離された部分を形成する。そして、図１４に示すように、保護膜126（厚さ200〜500Å）は、SiNx又はSiO2のような無機物質の蒸着によって形成される。一般に、前記半導体層122上部に形成されるこの絶縁膜は、薄膜トランジスタ108を保護するために、そしてブラックマトリクス110からの汚染を防止するために形成される。しかし、前記ブラックマトリクスの汚染があまり問題にならない場合は、前記保護膜126を省略してもよい。
【００２０】
前記保護膜126の表面に黒色樹脂（厚さ1μm以上）が堆積される。ポリイミドに黒色顔料を含むネガフォトレジストは、前記黒色樹脂として使用される。この物質の処理温度は、約260℃である。図１５に示すように、前記黒色樹脂をパターニングしてブラックマトリクス110（光遮断層）を形成する。そして、図１６に示すように、基板の全表面にベンゾシクロブテン（BCB）、PFCB、フッ素が添加されたパリレン（fluorinated parylene）、テフロン（teflon）、サイトップ（cytop）、又はフルオロポリアリールエーテル（fluoropolyarylether）等のSi基を有する有機物質、又はガラス基板上にスピン塗布された物質（spin on glass(SOG)）から成る平坦化膜156が形成される。
前記平坦化膜156は、下部の多層構造の段差を解消して平坦な表面を有する。前記平坦化膜は、前記二つの基板間のセルギャップを均一にし、前記セルギャップに液晶を注入する時、不安定性を減少させることによって液晶表示装置の品質を改善させる。又、本発明の前記平坦化膜は、配向膜の均一なラビングを提供することによってブラックマトリクスの段差近傍からの光の漏れを防ぐことが出来る。
【００２１】
続いて、コンタクトホールは、前記平坦化膜156及び前記保護膜126を通して前記ドレイン電極上に形成される。そして、図１７に示すように、ITO（indium tin oxide）は、基板の全表面上に蒸着され、パターニングされて画素電極104になる。
【００２２】
最後に、図１８に示すように、ポリイミド、ポリアミド、又は酸化シリコンから成る配向膜111（配向層）が形成され、その表面に溝（波形のようなパターン）を有するようにラビングされる。又、前記波形のようなパターンは、例えばポリビニルシンナメイト（polyvinylcinnamate(PVCN)）、ポリビニルフルオロシンナメイト（polyvinylfluorocinnamate(PVCN-F)）、ポリシロキサン（polysiloxanes）、又はポリ塩化ビニル（polyvinylchloride(PVC)）膜をフォトアライン（光配向）することによって得ることも出来る。
【００２３】
一般に、本発明の前記平坦化膜156は、従来の無機絶縁膜より低い誘電率を有する物質を使用する。従って、前記画素電極104は、データ、又はゲートバス配線に重畳するように拡大して形成することも出来る。前記拡大された画素電極104の構造については、図１９、図２０及び図２１を参照して説明する。
前記ブラックマトリクス110は、前記データバス配線115が不透明の物質である場合には省略することも可能である。しかし、光の漏れを完璧に無くすためには、前記データバス配線115上に前記ブラックマトリクス110を形成することが好ましい。図１９はＩ型チャンネルを有する薄膜トランジスタ108を示す第１基板の平面図であり、図２０はＬ型チャンネルを有する薄膜トランジスタ108を示す第１基板の平面図である。図２１は、図１９のIV−IV´線に沿った断面図である。この図から分かるように、ブラックマトリクス110は、前記データバス配線115と一致するように形成されている。そして、前記画素電極104は、前記データバス配線115に重畳されるように形成される。従って、有効画素電極の領域（図２１のｄ幅は含まない）が増加する。又、有効の画素領域では、ラビング不良も無い。
【００２４】
本発明を一層詳しく説明するために、本発明の図２１と従来の図７とを比べて説明する。図７のデータバス配線15と、図２１のデータバス配線115とは、同一の幅を有することと仮定する。ここで、図２１の前記画素電極104は、データ配線の両側で図７の画素電極4よりＤ3だけ広い。図２１において、前記画素電極104の一部分であるｄ領域は、前記ブラックマトリクス110によって光が遮断されるので、有効の画素電極領域に成らない。
【００２５】
又、ブラックマトリクス110が前記薄膜トランジスタ108及びゲートバス配線117と一致するように形成して、画素電極104のサイズを一層大きくすることができる。従って、前記ブラックマトリクス110上の平坦化膜156の適用は、液晶表示装置の開口率を向上させる。
しかも、前記平坦化膜はブラックマトリクス110から液晶を隔離するので、前記ブラックマトリクス110、又はその色顔料による液晶物質の汚染を防ぐことも可能である。
【００２６】
（実施例２）
図２２は、本発明の実施例２を示す。実施例１は、画素電極104が保護膜126の上に形成された場合（ITO on passivation film：IOP）を示しているが、実施例２は、図２２に示すように前記画素電極104が保護膜126の下に形成された構造に平坦化膜156が適用されたものである。
【００２７】
前記実施例２による本発明の利点は、前記実施例１と等しい。前記実施例２に関する詳細な説明は、前記実施例１の説明と等しいので省略する。
本発明による液晶表示装置の第１基板の製造方法は、ブラックマトリクス等によって段差ができた表面上に平坦化膜を形成することに関する。前記平坦化膜は、開口率の向上、前記ブラックマトリクスの近傍領域での光の漏れの抑制及び液晶の安定的な注入に要求される均一なセルギャップを提供する。さらに、ブラックマトリクス、又はその顔料から液晶物質の汚染を防ぐことによって高画質の液晶表示装置が得られる。これは前記平坦化膜が液晶物質を前記ブラックマトリクスから隔離するからである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、第１基板の製造方法に平坦化膜を利用し、前記平坦化膜は、配向膜を形成する前にブラックマトリクスを含む多層構造の段差を均一に、又平坦にさせる。従って、前記平坦化膜が平坦な表面を有するから、次に形成される配向膜も平坦な表面を有する。この結果、液晶表示装置の基板間の均一なセルギャップが得られる。又、配向膜の全表面に均一な溝を形成することができ、光の漏れを防ぐことが出来る。前記平坦化膜は前記ブラックマトリクスから液晶を隔離するので、液晶の汚染を防ぐことも出来る。又、本発明の平坦化膜の誘電率が従来の無機絶縁膜の誘電率より低いため、画素電極をデータバス配線に重畳して形成させることも出来る。従って、開口率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図２】従来の液晶表示装置において第１基板を示す断面図。
【図３】従来の液晶表示装置において第１基板を示す断面図。
【図４】従来のブラックマトリクスのパターンを示す平面図。
【図５】従来の液晶表示装置において、ブラックマトリクスの近傍で光の漏れを示す平面図。
【図６】従来の液晶表示装置において、配向膜のコーティング工程を示す断面図。
【図７】従来の液晶表示装置において、配向膜のラビング工程を説明するための断面図。
【図８】図３のII−II´線に沿った断面図。
【図９】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１１】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１２】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１３】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１４】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１５】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１６】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１７】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１８】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１９】本発明による実施例１の液晶表示装置を示す平面図。
【図２０】本発明による実施例１の液晶表示装置を示す平面図。
【図２１】図１９のIV −IV´線に沿った断面図。
【図２２】本発明の実施例２による液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
２ 第２基板
３、１０３ 第１基板
４、１０４ 画素電極
８、１０８ 薄膜トランジスタ
１０、１１０ ブラックマトリクス
１１、１１１ 配向膜
１５、１１５ データバス配線
１５ａ、１１５ａ ソース電極
１５ｂ、１１５ｂ ドレイン電極
１７、１１７ ゲートバス配線
１７ａ、１１７ｂ ゲート電極
１５、１１５ データバス配線
１５ａ、１１５ａ ソース電極
１５ｂ、１１５ｂ ドレイン電極
２２、１２２ 半導体層
２３、１２３ ゲート絶縁層
２５、１２５ 不純物半導体層
２６、１２６ 無機保護膜
３７ カラーフィルタ層
４０ 液晶物質
１５６ 偏光板
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。特に、本発明は薄膜トランジスタを有する液晶表示装置の基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置の構造について、図１を参照して説明する。液晶表示装置は、画素がマトリクス状に配列された第１基板3を有する。前記第１基板3上には画素電極4が形成されており、該各々の画素電極4はゲートバス配線17及びデータバス配線15によって囲まれている。又、前記ゲートバス配線17から分岐するゲート電極17aと、前記データバス配線15から分岐するソース電極15aが形成されている。薄膜トランジスタ8は、前記ゲートバス配線17と前記データバス配線15との交差点に形成されている。前記薄膜トランジスタのドレイン電極15bは、前記画素電極4に電気的にコンタクトするように形成されている。ブラックマトリクス（光遮断層）は、前記薄膜トランジスタ8、ゲートバス配線17及びデータバス配線15を覆うように形成されている。配向膜（配向層）は、前記ブラックマトリクスを含む前記基板の全面上に形成されている。
【０００３】
カラーフィルタ層37を有する第２基板2は、ギャップを持って前記第１基板3と対向するように配置されている。第１基板と第２基板とのギャップに液晶物質40が封入されている。前記第１基板及び第２基板の外側面に偏光板1、1aが付着されることで、従来の液晶表示装置のパネルが完成される。
【０００４】
従来の液晶表示装置の第１基板の構造について、図２、図３を参照して詳しく説明する。図２、図３は、図１のI−I´線に沿った断面図である。従来の液晶表示装置の第１基板3の製造方法及び構造については、図２を参照して説明する。
【０００５】
ゲートバス配線17から分岐するゲート電極17aは、透明基板3上に形成されている。陽極酸化膜35は、絶縁特性の向上及びヒロックの防ぎのために、前記ゲート電極17a上に形成されている。SiNx、又はSiO2のような無機物質から成るゲート絶縁膜23は、前記ゲート電極17aを含む基板の全面に形成されている。アモルファスシリコン（a-Si）から成る半導体層22は、前記ゲート電極17a上のゲート絶縁膜23上に形成されている。その上に不純物が添加されたアモルファスシリコン（n+ a-Si）のような不純物半導体層25が形成されている。データバス配線15から分岐するソース電極15a及びドレイン電極15bは、前記不純物半導体層25上に一定の間隔を隔てて形成されている。それで、前記ソース電極15a及び前記ドレイン電極15bは、前記不純物半導体層25とオーミックコンタクトになっている。SiNxのような無機保護膜26は、前記ソース電極15a及び前記ドレイン電極15bを含む前記基板の全面を覆うように形成されている。画素電極4は、前記ドレイン電極15b上の前記保護膜26に形成されたコンタクトホールを通して前記ドレイン電極15bに電気的なコンタクトを成し、前記保護膜26上に形成されている。そして、ブラックマトリクス10は、前記薄膜トランジスタ8、前記ゲートバス配線17及び前記データバス配線15を覆うように形成されている（図４及び図５）。続いて、その上に例えば、ポリイミドから成る配向膜11がコーティングによって形成されている。
【０００６】
又、従来の液晶表示装置の第１基板3の他の構造については、図２の構成要素と等しい図３を参照して説明する。この場合は、前記ブラックマトリクスの近傍の配向膜11にラビング不良が生ずることを防ぐために、ブラックマトリクス10の形成の前に配向膜11が形成されている。
【０００７】
しかし、図２、又は図３の構造を有する前記液晶表示装置は、次の如く問題を有する。第一に、図２に示すように、第１基板の構造において前記配向膜は、前記画素電極4及びブラックマトリクス10によって形成された段差部を有する。その結果、配向膜の段差部分でラビング不良が発生し、光が漏れる。従って、液晶表示装置のコントラスト特性が低下する。配向膜のラビング工程及び構造の理解のために、図６及び図７を参照して以下に詳しく説明する。
【０００８】
図６は、図５のIII−III´線に沿った断面図である。図２に示す前記配向膜11は、印刷ローラーにポリアミド、ポリイミド及び酸化シリコンのような配向膜の物質を印刷し、前記ブラックマトリクス10を含む前記第１基板3の全表面上に転写することによって形成される。そして、前記配向膜を固化させた後、液晶が一定の方向で配向されるようにラビング工程を実施する。前記ラビング工程は、図７に示すようにラビングドラム131を使用して前記配向膜上に一定方向の溝（図の波形のような部分）を形成させる。前記ラビングドラム131は、ラビング布130で覆われており、Ｂ方向に一定の圧力で押しながらＡ方向に回転し、Ｃ方向に移動する。図５の斜線によって示されたＤ0部分（図７の133部分）は、前記ブラックマトリクス10によって生じた段差のために、ラビング不良が発生する。前記ブラックマトリクスの厚さが１〜２.５μｍである時、図４のＤ0の幅は１〜２μｍである。このような領域は、ポリビニルシンナメイト（polyvinylcinnamate(PVCN)）、ポリビニルフルオロシンナメイト（polyvinylfluorocinnamate(PVCN-F)）、ポリシロキサン（polysiloxanes）、又はポリ塩化ビニル（polyvinylchloride(PVC)）を配向膜で使用し、光配向することによって無くすことが出来る。しかし、セルギャップの不良の問題は、解消できない。
【０００９】
第二に、図２及び図３に示すように、従来の液晶表示装置において前記第１基板3は、ブラックマトリクス10を含む多層構造によって表面に段差がある。これは液晶表示装置において、不均一なセルギャップを招く。従って、不均一なセルギャップは、液晶の注入を不安定にさせるために、液晶表示装置の表示品質及び歩留まりを低下させる。さらに、図３に示すように、前記液晶が前記ブラックマトリクスに直接接触すると、液晶表示装置の画質特性が維持されない。前記ブラックマトリクス、又は顔料が液晶を汚染させる。一般に、ブラックマトリクスは黒色顔料を含むネガフォトレジストから成る。
【００１０】
第三に、従来の液晶表示装置において、第１基板の表面に段差が形成され、配向膜のラビング不良が発生し、無機絶縁膜（保護膜26）の低い誘電率のために、画素電極はデータ及びゲートバス配線等に重畳して形成することは不可能であった。もし、画素電極が無機絶縁膜の下に位置したデータバス配線と重畳されるように形成すると、前記データバス配線の電圧と前記画素電極の電圧間の干渉のために画面表示にちらつきが生じる。又、前記重畳部分では、ラビング不良による光の漏れが発生する。従って、一般に前記画素電極は、データバス配線から一定間隔を隔てて位置させられる。この場合、図８に示すように、高い開口率を得ることは、不可能である。図８においてSiNx、又はSiO2のような無機絶縁膜26は、段差があるデータバス配線15を覆い、又画素電極4は前記データバス配線15からＤ2だけ離れた位置に形成されている。前記Ｄ1は、前記第１基板と前記第２基板との貼り合わせマージンを考慮して形成された領域である。従って、従来の液晶表示装置において前記開口率は、Ｄ3＝（Ｄ1＋Ｄ2）分だけの損失がある。
【００１１】
以上の説明のように、前記第１基板は、ブラックマトリクスによって表面に段差が形成され、前記ブラックマトリクスは液晶物質と直接に接触する。従って、前記ブラックマトリクスの近傍で光の漏れが生じ、セルギップの不均一の不良、液晶の汚染及び低い開口率を招く。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、均一なセルギャップを有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
又、本発明は、液晶表示装置においてブラックマトリクス、又はその顔料による液晶の汚染を防ぐことを他の目的とする。
又、本発明は、液晶表示装置において配向膜のラビング不良のため、ブラックマトリクスの段差部分で生じる光の漏れを防ぐことを他の目的とする。
又、本発明は、開口率が向上された液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した問題点を解決するための本発明による液晶表示装置の第１基板の製造方法は、基板上にゲート電極及びゲートバス配線を形成する段階と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、ドレイン電極及びソース電極とを形成する段階と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に薄膜トランジスタを形成する段階と、該薄膜トランジスタは基板上に前記ゲート電極、前記ドレイン電極及び前記ソース電極を有し、前記薄膜トランジスタ上に無機絶縁層からなる保護層を形成する段階と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上に前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層を形成する段階と、前記光遮断層を含む前記基板の全表面上にベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層を形成する段階と、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように前記平坦化層上に画素電極を形成する段階と、前記画素電極は前記ドレイン電極又はソース電極に接続され、そして、前記平坦化層上に配向層を形成する段階と、を含み、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１４】
本発明による液晶表示装置の第１基板の構造は、基板と、前記基板上のゲートバス配線と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタ上の無機絶縁層からなる保護層と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、前記光遮断層及び前記保護層上に形成され、前記ソース電極、又は前記ドレイン電極の上にコンタクトホールを有し、ベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、前記平坦化層上に形成され、前記コンタクトホールを通して前記ソース電極、又は前記ドレイン電極に接触し、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成された画素電極と、前記画素電極上の配向層と、から構成され、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１５】
又、本発明による液晶表示装置の第１基板の他の構造は、基板と、前記基板上のゲートバス配線と、前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成され、前記ソース電極、又はドレイン電極に接触する画素電極と、前記薄膜トランジスタ及び前記画素電極上の無機絶縁層からなる保護層と、前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、前記光遮断層及び前記保護層上のベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、前記平坦化層上の配向層と、から構成され、前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１による液晶表示装置の第１基板の製造方法を図９〜図１８を参照して説明する。
第１透明基板103上にアルミニウムの金属が堆積される。その上にフォトレジストをコーティングし、パターニングする。図９に示すように前記アルミニウム膜は、ゲート電極117a及びゲートバス配線を形成するために例えば、ウエットエッチング法でエッチされる。前記ゲート電極117aは、段差を解消するためにテーパの形状で形成するのが望ましい。又、図１０に示すように前記ゲート電極117aは、ヒロックを防ぎ、又絶縁を向上させるために陽極酸化し、陽極酸化膜135が形成される。その上にSiNx、又はSiO2から成るゲート絶縁膜123、a−Si 122及びn+a-Si 125が連続的に堆積される。前記表面上にフォトレジストをコーティングし、パターニングする。図１２に示すように、前記パターニングされたフォトレジストに従って前記a-Si及びn+a-Siをエッチングし、半導体層122及び不純物半導体層125を形成する。
【００１９】
続いて、金属膜を形成するために基板の全面にCr、又はAlから成る金属が堆積される。前記ゲート電極の形成方法と同じ方法によってソース電極115a、データバス配線及びドレイン電極 115bが形成される。前記ソース電極115a及び前記ドレイン電極115bをエッチングマスクとして前記不純物半導体層125の中央部をエッチングして除去する（図１３）。不純物半導体層125はそれぞれ前記ソース電極115a及び前記ドレイン電極115bにオーミックコンタクトされた二つの分離された部分を形成する。そして、図１４に示すように、保護膜126（厚さ200〜500Å）は、SiNx又はSiO2のような無機物質の蒸着によって形成される。一般に、前記半導体層122上部に形成されるこの絶縁膜は、薄膜トランジスタ108を保護するために、そしてブラックマトリクス110からの汚染を防止するために形成される。しかし、前記ブラックマトリクスの汚染があまり問題にならない場合は、前記保護膜126を省略してもよい。
【００２０】
前記保護膜126の表面に黒色樹脂（厚さ1μm以上）が堆積される。ポリイミドに黒色顔料を含むネガフォトレジストは、前記黒色樹脂として使用される。この物質の処理温度は、約260℃である。図１５に示すように、前記黒色樹脂をパターニングしてブラックマトリクス110（光遮断層）を形成する。そして、図１６に示すように、基板の全表面にベンゾシクロブテン（BCB）、PFCB、フッ素が添加されたパリレン（fluorinated parylene）、テフロン（teflon）、サイトップ（cytop）、又はフルオロポリアリールエーテル（fluoropolyarylether）等のSi基を有する有機物質、又はガラス基板上にスピン塗布された物質（spin on glass(SOG)）から成る平坦化膜156が形成される。
前記平坦化膜156は、下部の多層構造の段差を解消して平坦な表面を有する。前記平坦化膜は、前記二つの基板間のセルギャップを均一にし、前記セルギャップに液晶を注入する時、不安定性を減少させることによって液晶表示装置の品質を改善させる。又、本発明の前記平坦化膜は、配向膜の均一なラビングを提供することによってブラックマトリクスの段差近傍からの光の漏れを防ぐことが出来る。
【００２１】
続いて、コンタクトホールは、前記平坦化膜156及び前記保護膜126を通して前記ドレイン電極上に形成される。そして、図１７に示すように、ITO（indium tin oxide）は、基板の全表面上に蒸着され、パターニングされて画素電極104になる。
【００２２】
最後に、図１８に示すように、ポリイミド、ポリアミド、又は酸化シリコンから成る配向膜111（配向層）が形成され、その表面に溝（波形のようなパターン）を有するようにラビングされる。又、前記波形のようなパターンは、例えばポリビニルシンナメイト（polyvinylcinnamate(PVCN)）、ポリビニルフルオロシンナメイト（polyvinylfluorocinnamate(PVCN-F)）、ポリシロキサン（polysiloxanes）、又はポリ塩化ビニル（polyvinylchloride(PVC)）膜をフォトアライン（光配向）することによって得ることも出来る。
【００２３】
一般に、本発明の前記平坦化膜156は、従来の無機絶縁膜より低い誘電率を有する物質を使用する。従って、前記画素電極104は、データ、又はゲートバス配線に重畳するように拡大して形成することも出来る。前記拡大された画素電極104の構造については、図１９、図２０及び図２１を参照して説明する。
前記ブラックマトリクス110は、前記データバス配線115が不透明の物質である場合には省略することも可能である。しかし、光の漏れを完璧に無くすためには、前記データバス配線115上に前記ブラックマトリクス110を形成することが好ましい。図１９はＩ型チャンネルを有する薄膜トランジスタ108を示す第１基板の平面図であり、図２０はＬ型チャンネルを有する薄膜トランジスタ108を示す第１基板の平面図である。図２１は、図１９のIV−IV´線に沿った断面図である。この図から分かるように、ブラックマトリクス110は、前記データバス配線115と一致するように形成されている。そして、前記画素電極104は、前記データバス配線115に重畳されるように形成される。従って、有効画素電極の領域（図２１のｄ幅は含まない）が増加する。又、有効の画素領域では、ラビング不良も無い。
【００２４】
本発明を一層詳しく説明するために、本発明の図２１と従来の図７とを比べて説明する。図７のデータバス配線15と、図２１のデータバス配線115とは、同一の幅を有することと仮定する。ここで、図２１の前記画素電極104は、データ配線の両側で図７の画素電極4よりＤ3だけ広い。図２１において、前記画素電極104の一部分であるｄ領域は、前記ブラックマトリクス110によって光が遮断されるので、有効の画素電極領域に成らない。
【００２５】
又、ブラックマトリクス110が前記薄膜トランジスタ108及びゲートバス配線117と一致するように形成して、画素電極104のサイズを一層大きくすることができる。従って、前記ブラックマトリクス110上の平坦化膜156の適用は、液晶表示装置の開口率を向上させる。
しかも、前記平坦化膜はブラックマトリクス110から液晶を隔離するので、前記ブラックマトリクス110、又はその色顔料による液晶物質の汚染を防ぐことも可能である。
【００２６】
（実施例２）
図２２は、本発明の実施例２を示す。実施例１は、画素電極104が保護膜126の上に形成された場合（ITO on passivation film：IOP）を示しているが、実施例２は、図２２に示すように前記画素電極104が保護膜126の下に形成された構造に平坦化膜156が適用されたものである。
【００２７】
前記実施例２による本発明の利点は、前記実施例１と等しい。前記実施例２に関する詳細な説明は、前記実施例１の説明と等しいので省略する。
本発明による液晶表示装置の第１基板の製造方法は、ブラックマトリクス等によって段差ができた表面上に平坦化膜を形成することに関する。前記平坦化膜は、開口率の向上、前記ブラックマトリクスの近傍領域での光の漏れの抑制及び液晶の安定的な注入に要求される均一なセルギャップを提供する。さらに、ブラックマトリクス、又はその顔料から液晶物質の汚染を防ぐことによって高画質の液晶表示装置が得られる。これは前記平坦化膜が液晶物質を前記ブラックマトリクスから隔離するからである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、第１基板の製造方法に平坦化膜を利用し、前記平坦化膜は、配向膜を形成する前にブラックマトリクスを含む多層構造の段差を均一に、又平坦にさせる。従って、前記平坦化膜が平坦な表面を有するから、次に形成される配向膜も平坦な表面を有する。この結果、液晶表示装置の基板間の均一なセルギャップが得られる。又、配向膜の全表面に均一な溝を形成することができ、光の漏れを防ぐことが出来る。前記平坦化膜は前記ブラックマトリクスから液晶を隔離するので、液晶の汚染を防ぐことも出来る。又、本発明の平坦化膜の誘電率が従来の無機絶縁膜の誘電率より低いため、画素電極をデータバス配線に重畳して形成させることも出来る。従って、開口率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶表示装置の構造を示す斜視図。
【図２】従来の液晶表示装置において第１基板を示す断面図。
【図３】従来の液晶表示装置において第１基板を示す断面図。
【図４】従来のブラックマトリクスのパターンを示す平面図。
【図５】従来の液晶表示装置において、ブラックマトリクスの近傍で光の漏れを示す平面図。
【図６】従来の液晶表示装置において、配向膜のコーティング工程を示す断面図。
【図７】従来の液晶表示装置において、配向膜のラビング工程を説明するための断面図。
【図８】図３のII−II´線に沿った断面図。
【図９】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１０】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１１】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１２】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１３】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１４】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１５】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１６】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１７】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１８】本発明による実施例１の液晶表示装置の第１基板の製造工程を説明するための断面図。
【図１９】本発明による実施例１の液晶表示装置を示す平面図。
【図２０】本発明による実施例１の液晶表示装置を示す平面図。
【図２１】図１９のIV −IV´線に沿った断面図。
【図２２】本発明の実施例２による液晶表示装置を示す断面図。
【符号の説明】
２ 第２基板
３、１０３ 第１基板
４、１０４ 画素電極
８、１０８ 薄膜トランジスタ
１０、１１０ ブラックマトリクス
１１、１１１ 配向膜
１５、１１５ データバス配線
１５ａ、１１５ａ ソース電極
１５ｂ、１１５ｂ ドレイン電極
１７、１１７ ゲートバス配線
１７ａ、１１７ｂ ゲート電極
１５、１１５ データバス配線
１５ａ、１１５ａ ソース電極
１５ｂ、１１５ｂ ドレイン電極
２２、１２２ 半導体層
２３、１２３ ゲート絶縁層
２５、１２５ 不純物半導体層
２６、１２６ 無機保護膜
３７ カラーフィルタ層
４０ 液晶物質
１５６ 偏光板
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上のゲートバス配線と、
前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、
前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタ上の無機絶縁層からなる保護層と、
前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、
前記光遮断層及び前記保護層上に形成され、前記ソース電極、又は前記ドレイン電極の上にコンタクトホールを有し、ベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、
前記平坦化層上に形成され、前記コンタクトホールを通して前記ソース電極、又は前記ドレイン電極に接触し、前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成された画素電極と、
前記画素電極上の配向層と、から構成され、
前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記無機絶縁層は、SiNx、又はSiO２であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
- 基板上にゲート電極及びゲートバス配線を形成する段階と、
前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、ドレイン電極及びソース電極とを形成する段階と、
前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に薄膜トランジスタを形成する段階と、該薄膜トランジスタは基板上に前記ゲート電極、前記ドレイン電極及び前記ソース電極を有し、
前記薄膜トランジスタ上に無機絶縁層からなる保護層を形成する段階と、
前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上に前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層を形成する段階と、
前記光遮断層を含む前記基板の全表面上にベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層を形成する段階と、
前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように前記平坦化層上に画素電極を形成する段階と、前記画素電極は前記ドレイン電極又はソース電極に接続され、
そして、前記平坦化層上に配向層を形成する段階と、を含み、
前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記保護層は、SiNx、又はSiO２であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
- 基板と、
前記基板上のゲートバス配線と、
前記ゲートバス配線とゲート絶縁膜を介して交差するデータバス配線と、
前記ゲートバス配線とデータバス配線との交差部に形成された、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタと、
前記データバス配線又は前記ゲートバス配線に重畳するように形成され、前記ソース電極、又はドレイン電極に接触する画素電極と、
前記薄膜トランジスタ及び前記画素電極上の無機絶縁層からなる保護層と、
前記薄膜トランジスタ及び前記ゲートバス配線と一致するように前記薄膜トランジスタと前記データバス配線上の前記保護層の一部分上に形成され、前記ゲートバス配線及び前記データバス配線を覆う光遮断層と、
前記光遮断層及び前記保護層上のベンゾシクロブテンを含む有機絶縁物質からなる平坦化層と、
前記平坦化層上の配向層と、から構成され、
前記画素電極の一部分は前記光遮断層と重畳され、開口率を増加させることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記無機絶縁層は、SiNx、又はSiO２であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
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