JP4905136B2 - 液晶装置 - Google Patents
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Description
Switching)という)モードの液晶装置に関するものである。
素子基板に画素電極と、電極間絶縁膜と、開口部が形成された共通電極とを積層し、画素
電極と共通電極とに印加された電場により液晶を駆動する(特許文献1参照)。
ート構造の薄膜トランジスタを用いた場合の構造(断面図および平面図)を図8(a)、
(b)に示す。ここに示す例は、本願発明と対比するために本願発明者が案出したもので
ある。図8(a)、(b)に示すように、液晶50が素子基板10と対向基板20との間
に保持されている点では、FFSモードの液晶装置もTNモードの液晶装置と同様である
が、FFSモードの液晶装置の場合、素子基板10の側には、画素スイッチング用の薄膜
トランジスタ30と、この薄膜トランジスタ30を覆う層間絶縁膜4、6と、層間絶縁膜
6に形成されたコンタクトホール6aおよびドレイン電極5bを介して薄膜トランジスタ
30に電気的に接続された画素電極7aとに加えて、画素電極7aを覆う電極間絶縁膜8
と、この電極間絶縁膜8の上層に形成された共通電極9aとが形成されている。共通電極
9aは、コンタクトホール6aが形成されている領域も含めて、素子基板10上の画像表
示領域の全面にわたって形成されているが、複数のスリット状の開口部9bが整列した状
態に形成されている。
向して保持容量60を形成しているので、TNモードの液晶装置と違って、画素内に別途
、保持容量60を形成する必要がないなどの利点があり、保持容量60の容量値を高める
とともに、画素電極7aと共通電極9aとの間の電界強度を高めるには、電極間絶縁膜8
の膜厚を例えば400nm以下にまで薄くすることが好ましい。
が発生しやすいコンタクトホール6aの底部や開口縁で画素電極7aと共通電極9aとが
短絡するという問題点がある。特に、図8(a)、(b)に示す構造のように、層間絶縁
膜6を感光性樹脂からなる平坦化膜として形成した場合には、コンタクトホール6aのア
スペクト比が大きい分、コンタクトホール6aの内部で電極間絶縁膜8が均一に形成され
ず、画素電極7aと共通電極9aとが短絡するという問題点がある。
域では共通電極9aを除去する構成が考えられる。しかしながら、かかる構成を実現する
には、図9(c)に示すように、共通電極9aを構成する透明導電膜9を素子基板10の
全面に形成した後、共通電極9aを残したい領域をレジストマスク91で覆い、エッチン
グすることになる。その際、コンタクトホール6aと平面的に重なる領域にはレジストマ
スク91が形成されていないので、電極間絶縁膜8においてコンタクトホール6aの底部
や開口縁に相当する部分にピンホールなどがあると、画素電極7aもエッチングされ、画
素電極7aとドレイン電極5bとの電気的接続が損なわれるという問題点がある。
び共通電極がこの順に積層されたFFSモードの液晶装置において、コンタクトホール内
部およびその開口縁での短絡や断線を確実に防止可能な構成を提供することにある。
た液晶装置において、前記素子基板上には、画素スイッチング素子と、該画素スイッチン
グ素子を覆う層間絶縁膜と、該層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記画
素スイッチング素子に電気的に接続された画素電極と、該画素電極を覆う電極間絶縁膜と
、該電極間絶縁膜の上層に形成され、開口部を備えた共通電極とを有し、前記コンタクト
ホールと平面的に重なる領域の少なくとも一部には、前記共通電極を構成する導電膜が当
該共通電極と電気的に分離された状態で形成されていることを特徴とする。
を構成する導電膜が形成されているが、導電膜は、共通電極と電気的に分離された状態に
ある。このため、コンタクトホールの底部や開口縁などにおいて電極間絶縁膜にピンホー
ルがあって画素電極と導電膜とが短絡している場合でも、画素電極と共通電極とが短絡す
ることがない。また、共通電極をパターニング形成する際、それに用いたレジストマスク
は、コンタクトホールと平面的に重なる領域の少なくとも一部を覆う状態に形成されるの
で、コンタクトホールの底部や開口縁などにおいて電極間絶縁膜にピンホールがあっても
、かかるピンホールはレジストマスクで覆われているので、ピンホールを介して画素電極
がエッチングされることがないので、画素電極と画素スイッチング素子との間に断線が発
生することがない。それ故、液晶装置の信頼性を向上することができる。また、層間絶縁
膜が厚くてコンタクトホールのアスペクト比が大きい場合でも、コンタクトホール内部お
よびその開口縁での短絡や断線を確実に防止できるので、層間絶縁膜の一部あるいは全体
に感光性樹脂からなる平坦膜を用いることができる。また、電極間絶縁膜を薄くしても、
コンタクトホール内部およびその開口縁での短絡や断線を確実に防止できるので、画素電
極と共通電極との間に形成される保持容量の容量値を高めることができる。また、電極間
絶縁膜を薄くすれば、その分、画素電極と共通電極との間の電界強度を高めることができ
るので、液晶を好適に駆動できるとともに、画素電極に供給するデータ信号の電圧レベル
を低減することにより、低消費電力化を図ることもできる。
形成されていることが好ましい。このように構成すると、コンタクトホール内部およびそ
の開口縁での短絡や断線をより確実に防止することができる。
ゲート電極がこの順に積層されたトップゲート構造の薄膜トランジスタである。
、効果が顕著である。アスペクト比が大きいほど、コンタクトホール内部での短絡や断線
が発生しやすいが、本発明によれば、かかる不具合の発生を確実に防止することができる
。
絶縁膜が感光性樹脂層を含んでいる場合、その上層側を平坦化できるという利点がある一
方、コンタクトホールのアスペクト比が大きくなるが、本発明によれば、コンタクトホー
ル内部での短絡や断線などの不具合の発生を確実に防止することができる。
前記電極間絶縁膜の膜厚が400nm以下と薄い場合には、その分、コンタクトホール内
部での短絡や断線が発生しやすいが、本発明によれば、かかる不具合の発生を確実に防止
することができる。
シリコン系絶縁膜からなることが好ましい。前記電極間絶縁膜がシリコン酸化膜あるいは
シリコン窒化膜であれば、誘電率が比較的大きいので、画素電極と共通電極との間に形成
される保持容量の容量値を高めることができる。
に適用すると効果的である。すなわち、画素電極と共通電極が同一材料の透明導電膜であ
る場合、共通電極をパターニングする際、画素電極もエッチングされて断線が発生しやす
いが、本発明によれば、かかる不具合の発生を確実に防止することができる。
おり、前記開口部は、前記データ線および走査線のうちの一方の配線の延設方向に沿って
スリット状に延びており、前記素子基板および前記対向基板のうちの少なくとも一方には
、前記一方の配線、および前記コンタクトホールの形成領域と平面的に重なる領域に遮光
膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、配向乱れによるドメインの
発生領域を遮光膜で覆うことができるので、表示した画像の品位を向上することができる
。
器の表示部などとして用いられる。
部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめ
てある。また、カラーフィルタや配向膜などの図示は省略してある。
図1(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶装置をその上に形成された各構成要素
と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのH−H′断面図である。
クス型液晶装置であり、素子基板10の上には、シール材107が対向基板20の縁に沿
うように設けられている。素子基板10において、シール材107の外側の領域には、デ
ータ線駆動回路101および実装端子102が素子基板10の一辺に沿って設けられてお
り、実装端子102が配列された辺に隣接する2辺に沿っては、走査線駆動回路104が
形成されている。素子基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた
走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられており、さらに、額
縁108の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路などの周辺回路が設けられる
こともある。対向基板20は、シール材107とほぼ同じ輪郭を備えており、このシール
材107によって対向基板20が素子基板10に固着されている。そして、素子基板10
と対向基板20との間に液晶50が保持されている。
る。これに対して、対向基板20には、シール材107の内側領域に遮光性材料からなる
額縁108が形成され、その内側が画像表示領域10aとされている。対向基板20では
、素子基板10の画素電極7aの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、
あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜23が形成される場合もある。
10の上には、画素電極7aに加えて共通電極9aも形成されており、対向基板20には
、対向電極が形成されていない。
図2を参照して、本発明を適用した液晶装置100およびそれに用いた素子基板の構成
を説明する。図2は、本発明を適用した液晶装置100に用いた素子基板10の画像表示
領域10aの電気的な構成を示す等価回路図である。
トリクス状に形成されている。複数の画素100aの各々には、画素電極7a、および画
素電極7aを制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ30が形成されてお
り、データ信号(画像信号)を線順次で供給するデータ線5aが薄膜トランジスタ30の
ソースに電気的に接続されている。薄膜トランジスタ30のゲートには走査線3aが電気
的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aに走査信号を線順次で印加するよ
うに構成されている。画素電極7aは、薄膜トランジスタ30のドレインに電気的に接続
されており、薄膜トランジスタ30を一定期間だけそのオン状態とすることにより、デー
タ線5aから供給されるデータ信号を各画素100aに所定のタイミングで書き込む。こ
のようにして画素電極7aを介して、図1(b)に示す液晶50に書き込まれた所定レベ
ルの画素信号は、素子基板10に形成された共通電極9aとの間で一定期間保持される。
ここで、画素電極7aと共通電極9aとの間には保持容量60が形成されており、画素電
極7aの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ保持さ
れる。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことの
できる液晶装置100が実現できる。
、素子基板10の画像表示領域10aの略全面に形成されており、所定の電位に保持され
る。
図3(a)、(b)は各々、本発明を適用した液晶装置100の画素1つ分の断面図、
および素子基板10において相隣接する画素の平面図であり、図3(a)は、図3(b)
のA−A′線に相当する位置で液晶装置100を切断したときの断面図に相当する。また
、図3(b)では、画素電極7aは長い点線で示し、データ線5aおよびそれと同時形成
された薄膜は一点鎖線で示し、走査線3aは二点鎖線で示し、共通電極9aにおいて部分
的に除去された部分は実線で示してある。
画素電極7a(長い点線で囲まれた領域)が各画素100a毎に形成され、画素電極7a
の縦横の境界領域に沿ってデータ線5a(一点鎖線で示す)、および走査線3a(二点鎖
線で示す)が形成されている。また、素子基板10の画像表示領域10aの略全面にはI
TO(Indium Tin Oxide)膜からなる共通電極9aが形成されており、共通電極9aには
、スリット状の開口部9b(実線で示す)が複数、形成されている。本形態において、複
数の開口部9bは、走査線3aの延設方向に沿って互いに平行に延びている。
板10bからなり、対向基板20の基体は、石英基板や耐熱性のガラス基板などの透明基
板20bからなる。本形態では、透明基板10b、20bのいずれについてもガラス基板
が用いられている。
図示せず)が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極7aに隣接する
位置にトップゲート構造の薄膜トランジスタ30が形成されている。図3(a)、(b)
に示すように、薄膜トランジスタ30は、島状の半導体膜1aに対して、チャネル形成領
域1b、ソース領域1c、ドレイン領域1dが形成された構造を備えており、チャネル形
成領域1bの両側に低濃度領域を備えたLDD(Lightly Doped Drain)構造を有するよ
うに形成されることもある。本形態において、半導体膜1aは、素子基板10に対してア
モルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどにより多結晶
化されたポリシリコン膜である。
からなるゲート絶縁膜2が形成され、ゲート絶縁膜2の上層には、走査線3aの一部がゲ
ート電極として重なっている。本形態では、半導体膜1aがコの字形状に屈曲しおり、ゲ
ート電極がチャネル方向における2箇所に形成されたツインゲート構造を有している。
らの積層膜からなる層間絶縁膜4が形成されている。層間絶縁膜4の表面にはデータ線5
aが形成され、このデータ線5aは、層間絶縁膜4に形成されたコンタクトホール4aを
介して最もデータ線5a側に位置するソース領域に電気的に接続している。また、層間絶
縁膜4の表面にはドレイン電極5bが形成されており、ドレイン電極5bは、データ線5
aと同時形成された導電膜である。ドレイン電極5bは、層間絶縁膜4に形成されたコン
タクトホール4bを介してドレイン領域1dに電気的に接続している。
本形態において、層間絶縁膜6は、厚さが1.5〜2.0μmの厚い感光性樹脂からなる
平坦化膜として形成されている。
電極7aは、層間絶縁膜6に形成されたコンタクトホール6aを介してドレイン電極5b
に電気的に接続し、このドレイン電極5bは、層間絶縁膜4およびゲート絶縁膜2に形成
されたコンタクトホール4bを介してドレイン領域1dに電気的に接続している。ここで
、コンタクトホール6aのアスペクト比は0.4以上である。
縁膜8は、膜厚が400nm以下のシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなる。
極9aは、画素電極7aに対する対向電極と機能するとともに、画素電極7aに対して電
極間絶縁膜8を介して対向している。従って、画素電極7aと共通電極9aとの間には、
電極間絶縁膜8を誘電体膜とする保持容量60が形成されている。また、画素電極7aと
共通電極9aとの間に形成された電界によって液晶50を駆動することができ、画像を表
示することができる。
このように本形態では、素子基板10上には、画素スイッチング用の薄膜トランジスタ
30と、薄膜トランジスタ30を覆う層間絶縁膜4、6と、層間絶縁膜6に形成されたコ
ンタクトホール6aおよびドレイン電極5bを介して薄膜ドランジスタ30のドレイン領
域1dに電気的に接続された画素電極7aと、この画素電極7aを覆う電極間絶縁膜8と
、この電極間絶縁膜8の上層に形成された共通電極9aとが順に形成されている。
なる領域の全体にわたって、共通電極9aと同時形成されたITO膜からなる導電膜9c
が島状に形成されている。ここで、導電膜9cの周りには、共通電極9aとの間に隙間9
dが形成されており、導電膜9cは、共通電極9aと電気的に分離された状態にある。
図4は、本発明を適用した液晶装置に用いた素子基板の製造方法を示す工程断面図であ
る。本形態の液晶装置100の製造工程のうち、素子基板10の製造工程では、ガラス基
板からなる透明基板10bの表面にシリコン酸化膜からなる下地保護膜(図示せず)を形
成した後、薄膜トランジタ形成工程を行う。具体的には、まず、ポリシリコン膜からなる
半導体膜1aを島状に形成する。それには、基板温度が150〜450℃の温度条件下で
、透明基板10bの全面に、非晶質シリコン膜からなる半導体膜をプラズマCVD法によ
り、例えば、40〜50nmの厚さに形成した後、レーザアニール法などにより、シリコ
ン膜を多結晶化させた後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、半導体膜1
aを形成する。次に、CVD法などを用いて、半導体膜1aの表面にシリコン窒化膜やシ
リコン酸化膜、あるいはそれらの積層膜からなるゲート絶縁膜2を形成する。次に、透明
基板10bの表面全体にモリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングステン膜、タ
ンタル膜などの金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、
走査線3a(ゲート電極)を形成する。次に、半導体膜1aに不純物を導入して、ソース
領域1cやドレイン領域1dなどを形成する。
シリコン酸化膜、あるいはそれらの積層膜からなる層間絶縁膜4を形成する。次に、フォ
トリソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜4にコンタクトホール4a、4bを形成する。
次に、透明基板10bの表面全体にモリブデン膜、アルミニウム膜、チタン膜、タングス
テン膜、タンタル膜、あるいはそれらの積層膜などの金属膜を形成した後、フォトリソグ
ラフィ技術を用いてパターニングし、データ線5aおよびドレイン電極5bを形成する。
4(a)に示すように、コンタクトホール6aを備えた層間絶縁膜6(平坦化膜)を1.
5〜2.0μmの厚さに形成する。
リソグラフィ技術を用いてパターニングし、図4(b)に示すように、画素電極7aを形
成する。
うに、膜厚が400nm以下のシリコン窒化膜やシリコン酸化膜からなる電極間絶縁膜8
を形成する。
電膜9を形成した後、感光性樹脂の塗布、露光、現像を行い、図4(e)に示すように、
共通電極9aおよび導電膜9cを残す領域にレジストマスク90を形成する。そして、レ
ジストマスク90を形成した状態で、透明導電膜9をエッチングし、共通電極9aおよび
導電膜9cを形成する。
以上説明したように、本形態では、コンタクトホール6aと平面的に重なる領域には、
共通電極9aと同時形成された導電膜9cが島状に形成されており、導電膜9cは、共通
電極9aと電気的に分離された状態にある。このため、コンタクトホール6aの底部や開
口縁などにおいて電極間絶縁膜8にピンホールなどの被覆不良があって画素電極7aと導
電膜9cとが短絡している場合でも、画素電極7aと共通電極9aとが短絡することがな
い。
用いたレジストマスク90は、コンタクトホール6aと平面的に重なる領域を覆う状態に
形成されるので、コンタクトホール6aの底部や開口縁などにおいて電極間絶縁膜8にピ
ンホールなどの被覆不良があっても、かかるピンホールなどの被覆不良部分はレジストマ
スク90で覆われているので、画素電極7aがエッチングされることがない。特に本形態
では、画素電極7aおよび共通電極9aがいずれもITO膜であり、共通電極9aをパタ
ーニングする際、電極間絶縁膜8にピンホールなどがあれば、画素電極7aもエッチング
されて断線が発生することになるが、本形態によれば、画素電極7aがエッチングされる
ことがない。従って、本形態によれば、画素電極7aと薄膜トランジスタ30との間に断
線が発生することがない。
間絶縁膜6が厚くてコンタクトホール6aのアスペクト比が0.4以上であっても、コン
タクトホール6aの内部およびその開口縁での短絡や断線を確実に防止できるので、層間
絶縁膜6として感光性樹脂からなる平坦膜を用いることができる。
およびその開口縁での短絡や断線を確実に防止できるので、画素電極7aと共通電極9a
との間に形成される保持容量60の容量値を高めることができる。また、電極間絶縁膜8
は、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜などのシリコン系絶縁膜からなるため、誘電
率が比較的大きいので、画素電極7aと共通電極9aとの間に形成される保持容量60の
容量値を高めることができる。
電界強度を高めることができるので、液晶50を好適に駆動できるとともに、画素電極7
aに供給するデータ信号の電圧レベルを低減することにより、低消費電力化を図ることも
できる。
上記実施の形態では、コンタクトホール6aと平面的に重なる領域の全体に導電膜9c
を形成したが、コンタクトホール6aの底部あるいは開口縁など、コンタクトホール6a
と平面的に重なる領域のうち、不具合が発生しやすい箇所のみに導電膜9cを形成しても
よい。例えば、下層側に配線などの影響によって、コンタクトホール6aの底部に段差が
ある場合には、図5(a)、(b)に示すように、コンタクトホール6aの底部の一部の
みを覆うように導電膜9cを残してもよい。
が形成されており、開口部9bは、データ線5aおよび走査線3aのうちの一方の配線(
走査線3a)の延設方向に沿ってスリット状に延びている。そこで、図1(b)に示す遮
光膜23については、図6(a)、(b)に示すように、一方の配線(走査線3a)、お
よびコンタクトホール6aの形成領域と平面的に重なる領域に形成することが好ましい。
このように構成すると、液晶50の配向乱れによるドメインの発生領域を遮光膜23で確
実に覆うことができるので、表示した画像の品位を向上することができる。
場合、遮光膜23については、データ線5a、およびコンタクトホール6aの形成領域と
平面的に重なる領域に形成すればよい。
らず、素子基板10の方に形成してもよい。
コン膜を用いた素子基板10に本発明を適用してもよい。また、画素スイッチング素子と
して薄膜ダイオード素子(非線形素子)を用いた液晶装置に本発明を適用してもよい。
次に、上述した実施形態に係る液晶装置100を適用した電子機器について説明する。
図7(a)に、液晶装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示
す。パーソナルコンピュータ2000は、表示ユニットとしての液晶装置100と本体部
2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001及びキーボード2002
が設けられている。図7(b)に、液晶装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携
帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001及びスクロールボタン3002、並びに
表示ユニットとしての液晶装置100を備える。スクロールボタン3002を操作するこ
とによって、液晶装置100に表示される画面がスクロールされる。図7(c)に、液晶
装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を
示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001及び電源スイッチ4002、
並びに表示ユニットとしての液晶装置100を備える。電源スイッチ4002を操作する
と、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が液晶装置100に表示される。
スチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ
、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステ
ーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そ
して、これらの各種電子機器の表示部として、前述した液晶装置100が適用可能である
。
層/平坦化膜)、6a・・コンタクトホール、5a・・データ線、5b・・ドレイン電極
、7a・・画素電極、8・・電極間絶縁膜、9a・・共通電極、9b・・共通電極の開口
部、9c・・共通電極と同時形成された導電膜、10・・素子基板、20・・対向基板、
30・・薄膜トランジスタ(画素スイッチング素子)、50・・液晶、60・・保持容量
、100・・液晶装置
Claims (9)
- 素子基板と対向基板との間に液晶が保持された液晶装置において、
前記素子基板上には、画素スイッチング素子と、該画素スイッチング素子を覆う層間絶
縁膜と、該層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記画素スイッチング素子
に電気的に接続された画素電極と、該画素電極を覆う電極間絶縁膜と、該電極間絶縁膜の
上層に形成され、開口部を備えた共通電極とを有し、
前記コンタクトホールと平面的に重なる領域の少なくとも一部には、前記共通電極を構
成する導電膜が当該共通電極と電気的に分離された状態で形成されていることを特徴とす
る液晶装置。 - 前記導電膜は、前記コンタクトホールと平面的に重なる領域の全体に形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。 - 前記画素スイッチング素子は、能動層、ゲート絶縁層およびゲート電極がこの順に積層
されたトップゲート構造の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項1または2に
記載の液晶装置。 - 前記コンタクトホールは、アスペクト比が0.4以上であることを特徴とする請求項1
乃至3の何れか一項に記載の液晶装置。 - 前記層間絶縁膜は、感光性樹脂層を含んでいることを特徴とする請求項1乃至4の何れ
か一項に記載の液晶装置。 - 前記電極間絶縁膜は、膜厚が400nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の
何れか一項に記載の液晶装置。 - 前記電極間絶縁膜は、シリコン系絶縁膜からなることを特徴とする請求項1乃至6の何
れか一項に記載の液晶装置。 - 前記画素電極および前記共通電極は、同一材料からなる透明導電膜からなることを特徴
とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の液晶装置。 - 前記画素電極の境界領域に沿ってデータ線および走査線が形成されており、
前記開口部は、前記データ線および走査線のうちの一方の配線の延設方向に沿ってスリ
ット状に延びており、
前記素子基板および前記対向基板のうちの少なくとも一方には、前記一方の配線、およ
び前記コンタクトホールの形成領域と平面的に重なる領域に遮光膜が形成されていること
を特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の液晶装置。
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