JP5100418B2

JP5100418B2 - 液晶表示装置

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Inventors: 吉祥渡辺
Original assignee: 株式会社ジャパンディスプレイウェスト
Priority date: 2008-01-28
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Publication date: 2012-12-19
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Description

本発明は、フリンジ・フィールド・スイッチング（Fringe Field Switching：以下、「ＦＦＳ」という。）モードの液晶表示装置に関し、特に液晶層側の上電極に起因する焼き付き現象を抑制したＦＦＳモードの液晶表示装置に関する。

広視野角を達成し得る液晶表示装置として、一方の基板にのみ画素電極及び共通電極からなる一対の電極を備えたＩＰＳ（In-Plane Switching）モードないしＦＦＳモードの液晶表示装置が知られている。

このうちＩＰＳモードの液晶表示装置は、一対の電極を同一層に配置し、液晶に印加する電界の方向を基板にほぼ平行な方向として液晶分子を基板に平行な方向に再配列するものである。そのため、ＩＰＳモードの液晶表示装置は、横電界方式の液晶表示装置ともいわれ、従来の縦電界方式の液晶表示装置と比すると非常に広視野角であるという利点を有している。しかしながら、ＩＰＳモードの液晶表示装置は、液晶に電界を印加する一対の電極が同一層に設けられているため、画素電極の上側に位置する液晶分子は十分に駆動されず、透過率等の低下を招いてしまうといった問題点が存在している。

このようなＩＰＳモードの液晶表示装置の問題点を解決するために、いわゆる斜め電界方式ともいうべきＦＦＳモードの液晶表示装置が開発されている（下記特許文献１〜４参照）。ＦＦＳモードの液晶表示装置は液晶層に電界を印加する画素電極と共通電極をそれぞれ絶縁膜を挟んで異なる層に配置したものである。従来のＦＦＳモードの液晶表示装置を図９を参照して説明する。

図９Ａは従来の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線に沿った断面図である。

この液晶表示装置１０Ｅは、アレイ基板（第１基板）ＡＲと、カラーフィルタ基板（第２基板）ＣＦとを備えている。アレイ基板ＡＲは、ガラス基板等の第１の透明基板１１の表示領域の表面に、マトリクス状に複数の走査線Ｇ_Ｌ及び信号線Ｓ_Ｌが互いにゲート絶縁膜１２ｇによって絶縁された状態で交差するように形成されている。更に、表示領域の周縁部にはコモン配線（図示省略）が形成されている。これらの走査線Ｇ_Ｌ及び信号線Ｓ_Ｌで囲まれたそれぞれの領域がサブ画素を形成する。また、第１の透明基板１１にはサブ画素毎にスイッチング素子として例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下「ＴＦＴ」という）素子が形成されており、ＴＦＴを含む第１の透明基板１１の表面全体には、例えば窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなるパッシベーション膜１２ｐが積層されている。

そして、パッシベーション膜１２ｐの表面には有機材料からなる層間膜１３（平坦化膜とも言われる）が形成されており、層間膜１３及びパッシベーション膜１２ｐにはＴＦＴのドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール１４が形成されている。そして、それぞれのサブ画素毎にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）ないしＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電材料からなる下電極１５ｅが形成され、それぞれの下電極１５ｅは個別にコンタクトホール１４部でＴＦＴのドレイン電極Ｄに電気的に接続されている。従って、この下電極１５ｅは画素電極として機能する。

更に、下電極１５ｅが形成された第１の透明基板１１の表面全体には窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなる絶縁膜１６が形成されている。絶縁膜１６の表面には、それぞれのサブ画素領域毎に複数のスリット１７ｅが形成された上電極１８ｅがベタ状に形成され、この上電極１８ｅは表示領域の周縁部で図示しないがコモン配線に電気的に接続されている。したがって、この上電極１８ｅは共通電極として機能する。また、表示領域の上電極１８ｅを含む表面全体にラビング処理された配向膜（図示せず）が設けられている。なお、上電極１８ｅをＴＦＴのドレイン電極Ｄに接続して画素電極として機能させ、下電極１５ｅをコモン配線に接続して共通電極として機能させる場合もある。

また、カラーフィルタ基板ＣＦは、図９Ｂに示したように、ガラス基板等の第２の透明基板２１の表面には、液晶表示装置１０Ｅの個々の走査線Ｇ_Ｌ、信号線Ｓ_Ｌ及びＴＦＴに対向する位置に遮光膜２２が形成されている。更に、遮光膜２２で囲まれた第２の透明基板２１の表面には、所定の色のカラーフィルタ層２３が形成されている。また、遮光膜２２及びカラーフィルタ層２３の表面を被覆するようにオーバーコート層２４が形成されている。そして、オーバーコート層２４の表面には配向膜（図示せず）が形成されている。

そして、アレイ基板ＡＲの上電極１８ｅとカラーフィルタ基板ＣＦのカラーフィルタ層２３とが互いに対向するように、アレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦが対向され、その間に液晶層２５が封入されている。更に、アレイ基板ＡＲの外側にバックライト装置（図示省略）が配置されてＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｅが完成される。

このようなＦＦＳモードの液晶表示装置は、ＩＰＳモードの液晶表示装置よりも広視野角かつ高コントラストであり、更に低電圧駆動ができると共により高透過率であるために明るい表示が可能となるという特徴を備えている。加えて、ＦＦＳモードの液晶表示装置には、ＩＰＳモードの液晶表示装置よりも平面視で上電極と下電極との重複面積が大きいために、より大きな補助容量が副次的に生じるので、別途補助容量線を設ける必要がなくなるという長所も存在している。
特開２００１−２３５７６３号公報特開２００２−１８２２３０号公報特開２００１−０８３５４０号公報特開２００７−２２６１７５号公報

ところで、液晶表示装置は長時間一定条件で使用すると焼き付き現象が生じることが知られている。焼き付き現象は、ＩＰＳモードの液晶表示装置の場合においてもＦＦＳモードの液晶表示装置の場合においても同様に生じる。しかしながら、上述のようなＦＦＳモードの液晶表示装置においては、従来のＩＰＳモードの液晶表示装置に比すると焼き付き現象が大きく表れることが見出されている。

焼き付き現象の原因の１つとして、ＦＦＳモードの液晶表示装置ではスリットを有する上電極が絶縁膜の表面に設けられているために段差が生じていることが挙げられる。すなわち、ＩＰＳモードの液晶表示装置は、画素電極及び共通電極共に同一平面に形成されているため、画素電極から液晶へ向かう電気力線の経路と液晶から共通電極へ向かう電気力線の経路は対称となる。それに対し、ＦＦＳモードの液晶表示装置では、上電極から液晶へ向かう電気力線の経路と液晶から下電極へ向かう電気力線の経路は非対称である。そのため、ＦＦＳモードの液晶表示装置はＩＰＳモードの液晶表示装置よりも焼き付き現象が大きくなるのである。

焼き付き現象を抑制するには、上電極の段差を小さくすると解決できるため、上電極の厚さを薄くすることが行われている。しかしながら、上電極の厚さを薄くすると、上電極はＩＴＯやＩＺＯ等の抵抗値が高い透明導電材料から形成されているため、上電極の抵抗値はより高くなってしまう。しかも、上電極には画素領域毎に複数のスリットが形成されているので、上電極の抵抗値は上電極をベタ状に形成した場合よりも高くなる。そのため、特に上電極を共通電極として使用する場合、上電極の高抵抗化に起因して上電極に印加される信号が劣化してしまい、横クロストークの発生が見られるようになる。このような横クロストークの発生は、特にワイドサイズと称される横長の液晶表示装置の場合に大きく現れる。

本発明は、上述のようなＦＦＳモードの液晶表示装置の問題点を解決すべくなされたものである。すなわち、本発明は、液晶層側の上電極に起因する焼き付き現象を抑制するとともに表示画質が良好なＦＦＳモードの液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟持して対向配置された一対の基板を備え、前記一対の基板のそれぞれに複数のサブ画素がマトリクス状に配列された表示領域を有している液晶表示装置において、前記一対の基板のうちの一方の基板には、サブ画素毎に、スイッチング素子と、前記表示領域に形成された層間膜上に形成された第１電極と、前記第１電極上に絶縁膜を挟んで複数のストライプ状のスリットが形成された第２電極とが形成されており、前記絶縁膜の表面は前記第２電極に対応する位置に凹部が形成され、前記第２電極の表面と前記第２電極のスリット部分に位置する前記絶縁膜の表面とが同一平面となるように形成され、前記層間膜の表面は前記第２電極に対応する位置に凹部が形成され、前記第１電極及び前記絶縁膜はそれぞれ前記層間膜の表面の凹凸形状に倣うように一定の厚さに形成されていることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置においては、絶縁膜の表面に設けられる第２電極（上電極）はサブ画素毎に複数のストライプ状のスリットが形成されている。本発明の液晶表示装置は、スリットを介してサブ画素領域毎に第１電極（下電極）と第２電極との間に印加される電界によってフリンジフィールド効果を発揮させることができる。複数のストライプ状のスリットは、互いに平行な方向に形成されている必要があるが、サブ画素の１つの周辺に対して、平行であっても、傾いていても、或いは直交していてもよい。更には、１つのサブ画素内で異なる複数の方向に傾いて形成されている群が存在していてもよい。このような構成とすると、視角による画質表示低下を低減することが可能となる。

また、上記のような構成とすると、アレイ基板の液晶に接する部分の平坦性が向上し、電荷の集中が緩和されるため、上述のような従来例のＦＦＳモードの液晶表示装置に比すると焼き付き現象が大幅に低下する。加えて、特に第２電極の厚さを薄くしなくても済むため、第２電極としてＩＴＯやＩＺＯ等の抵抗値が高い透明導電材料を使用しても第２電極の抵抗値を低くすることができるので、横クロストークの発生が大幅に減少する。

なお、本発明においては、第１電極及び第２電極として、例えばＩＴＯ又はＩＺＯ等の透明導電材料を使用しているが、第１電極及び第２電極とは同組成のものであっても異なる組成のものであってもよい。なお、第１電極は前記一方の基板の表面に直接形成してもよく、或いは前記一方の基板の表面に形成された層間膜上に形成してもよい。また、本発明においては、スイッチング素子として、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）型のＴＦＴ素子、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）型のＴＦＴ素子、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ：Low Temperature Poly Silicon）型のＴＦＴ素子などの三端子型素子、或いは薄膜ダイオード（ＴＦＤ：Thin Film Diode）素子などに代表される二端子型非線形素子などを用いることができる。

第１電極を表示領域に形成された層間膜上に形成すると、スイッチング素子等と平面視で重なる部分の第１電極の表面、更には第１電極の表面に絶縁膜を挟んで形成される第２電極の表面に段差が形成されないようにできる。そのため、本発明の液晶表示装置によれば、液晶層の厚さ、すなわちセルギャップが一定となるようにすることができるので、表示画質が向上する。また、本発明における層間膜は、製造時に少なくとも表面が平坦性を有する透明な有機絶縁膜が得られるものであれば使用することができ、例えばアクリル樹脂やポリイミド等の透明樹脂を使用してもよい。

層間膜の第２電極に対応する位置に形成する凹部は、特に層間膜をフォトレジストで形成すると共に多階調マスクを用いて露光を行うことにより特に製造工数を増やすことなく容易に形成できる。そして、層間膜の表面の第２電極に対応する位置に凹部を形成した後は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法やスパッタ法により一定の厚さの窒化ケイ素等の無機絶縁材料からなる絶縁膜及び第２電極を順次形成できる。そのため、本発明の液晶表示装置の発明によれば、容易に焼き付き現象が生じないＦＦＳモードの液晶表示装置を作製できるようになる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記絶縁膜は窒化ケイ素ないし酸化ケイ素層からなる無機材料からなるものとすることができる。

窒化ケイ素ないし酸化ケイ素層等の無機材料は絶縁性が非常に良好であるので、パッシベーション膜を兼ねることができる。無機材料からなる絶縁膜の第２電極に対応する位置に凹部を形成すると共にコンタクトホールを形成するには、リソグラフィー法により多階調マスクを用いて露光を行うことにより特に製造工数を増やすことなく形成することができる。また、この発明の液晶表示装置においては、第１電極は前記一方の基板の表面又はゲート絶縁膜の表面に直接形成することができる。従って、本発明の液晶表示装置によれば、層間膜を形成する必要がないために製造工数を少なくすることができ、焼き付き現象が生じないＦＦＳモードの液晶表示装置を容易に作製できるようになる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記絶縁膜は有機材料からなるものとすることができる。

第１電極及び第２電極間に配置された絶縁膜は必ずしも高絶縁性が要求されるものではないので、酸化ケイ素ないし窒化ケイ素等の無機絶縁膜に換えて有機材料からなる絶縁物を使用してもよい。有機材料としてはフォトレジストを用い、多階調マスクを用いて露光を行うことにより特に製造工数を増やすことなく有機材料からなる絶縁膜の表面に第２電極に対応する位置に凹部を形成することができる。また、この発明の液晶表示装置においては、第１電極は前記一方の基板の表面、通常はパッシベーション膜の表面に直接形成することができる。従って、本発明の液晶表示装置によれば、層間膜を形成する必要がないために製造工数を少なくすることができ、焼き付き現象が生じないＦＦＳモードの液晶表示装置を容易に作製できるようになる。

本発明の液晶表示装置においては、絶縁膜の厚さは２０００Å〜４０００Åとすることが好ましい。

絶縁膜の厚さが２０００Å未満であると静電破壊し易くなり、また、絶縁膜の厚さが４０００Åを超えると液晶を駆動するのに高い電圧が必要となるので好ましくない。なお、有機材料からなる絶縁膜をフォトレジストで直接形成すると、通常はμｍオーダーの膜厚となるが、多階調マスクを用いて露光を行うことにより容易に２０００Å〜４０００Åの厚さとするとともに、第２電極に対応する位置に凹部を形成することができる。

また、本発明の液晶表示装置においては、前記第１電極はそれぞれのサブ画素毎に前記スイッチング素子の電極に電気的に接続されており、前記第２電極は前記表示領域の周縁部に形成されたコモン配線に接続されていることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、第１電極が画素電極として作動し、第２電極が共通電極として作動する。ＦＦＳモードの液晶表示装置は、第１電極及び第２電極の何れをも画素電極ないし共通電極として作動させることができるが、本発明のように第１電極を画素電極として作動させると共に第２電極を共通電極として作動させるようにすると、第１電極を共通電極として作動させると共に第２電極を画素電極として作動させる場合と比すると、製造工数を減らすことができる。また、一般に、ＦＦＳモードの液晶表示装置は第２電極を共通電極として作動させると焼き付き現象が大きくなる。しかしながら、本発明の液晶表示装置によれば、第２電極を共通電極として作動させても焼き付き現象が大きく抑制されるため、効果が顕著に現れる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための液晶表示装置としてＦＦＳモードの液晶表示装置を例示するものであって、本発明をこのＦＦＳモードの液晶表示装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。また、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、各層や各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せて表示しており、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

図１Ａは第１の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図１Ｂは図１ＡのIB−IB線に沿った断面図である。図２Ａ〜図２Ｆは第１の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図１ＡのIB−ＩB線に対応する断面図である。図３Ａは第２の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図３Ｂは図３ＡのIIIB−IIIB線に沿った断面図である。図４Ａ〜図４Ｇは第２の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図３ＡのIIIB−IIIB線に対応する断面図である。図５Ａ第は３の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図５Ｂは図５ＡのVB−VB線に沿った断面図である。図６Ａ〜図６Ｆは第３の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図５ＡのVB−VB線に対応する断面図である。図７Ａ第は４の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIB−VIIB線に沿った断面図である。図８Ａ〜図８Ｄは第４の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図７ＡのVIIB−VIIB線に対応する断面図である。

［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ａを図１Ａ及び図１Ｂ、図２Ａ〜図２Ｆを用いて製造工程順にその構成を説明する。なお、第１の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ａにおいては、図９Ａ及び図９Ｂに示した従来例の液晶表示装置と同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

第１の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ａのアレイ基板ＡＲは以下のようにして作製される。最初に、ガラス基板等の第１の透明基板１１の表示領域に複数の走査線Ｇ_Ｌを互いに平行になるように形成し、次いで、この表面全体に窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなるゲート絶縁膜１２ｇを被覆する。その後、ＴＦＴ形成領域に例えばａ−Ｓｉ層からなる半導体層を形成する。この半導体層が形成されている位置の走査線Ｇ_Ｌの領域がＴＦＴのゲート電極Ｇになる。

次いで、表示領域において走査線Ｇ_Ｌに交差するようにソース電極Ｓを含む信号線Ｓ_Ｌを形成し、ＴＦＴ形成領域にドレイン電極Ｄを形成すると共に、表示領域の周囲に共通配線Ｃｏｍ等を形成する。なお、コモン配線Ｃｏｍはゲート絶縁膜１２ｇと第１の透明基板の間に形成してもよい。その後、上記工程で得られた第１の透明基板１１の表面全体にパッシベーション膜１２ｐを被覆する。このパッシベーション膜１２ｐとしては、窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなるものを使用することができるが、絶縁性の観点からは窒化ケイ素層の方が望ましい。ここまでの行程は、従来のＦＦＳモードの液晶表示装置の製造工程と同様であるので、その詳細な図示は省略してある。その後、パッシベーション膜１２ｐの表面全体に例えばフォトレジストからなる層間膜１３を積層する（図２Ａ参照）。

次いで、多階調マスク、例えばハーフトーンマスク３０を用いて露光及び現像処理を行う（図２Ｂ参照）。多階調マスクは、基板内で異なるフォトレジスト膜厚を残す目的で使用されているものであり、ハーフトーンマスク及びグレイトーンマスクが知られている。ハーフトーンマスク３０は、バイナリーマスク３１の光透過部そのものと同様の構成の部分が全光量透過部３１ａとなり、このバイナリーマスク３１の光透過部に露光光の一部を吸収する光吸収部材３２が設けられた部分が中間光量透過部３１ｂとなる。そして、中間光量透過部３１ｂの透過率は、光吸収部材３２の吸光度を変えることによって種々の数値をとることができる。

中間光量透過部３１ｂの吸光度が２０％未満であると露光機の光源の輝度の変動を考慮すると実質的に全光量透過３１ａと変わらなくなる。また、中間光量透過部３１ｂの吸光度が６０％を超えると透過する光量が減少しすぎて薄いフォトレジスト層であっても完全露光に時間がかかるようになる。そのため、最適な中間光量透過部３１ｂの吸光度は２０％〜６０％である。なお、多階調マスクとしてグレイトーンマスクも使用し得る。グレイトーンマスクは、前記中間光量透過部３１ｂが解像限界以下のスリットパターンが複数個形成された部分からなるものであり、このスリットの幅や所定幅当たりのスリットの個数を変えることにより中間光量透過部３１ｂの光透過率を変えることができる。

そして、第１の実施形態では、層間膜１３の凹部１３ａは多階調マスクの中間光量を得る部分で、コンタクトホール１４及び共通配線Ｃｏｍの形成位置を含む表示領域の周縁部の厚いフォトレジスト層は多階調マスクの全光量を得る部分で、それぞれ一括して露光する。そうすると、層間膜１３の凹部１３ａのフォトレジスト層もコンタクトホール１４及び表示領域の周縁部の厚いフォトレジスト層も、多階調マスクの中間光量を得る部分の光透過率を適宜に調整することにより、最適露光量で一括して露光させることができるようになる。その後に現像処理を行うことにより、層間膜１３に凹部１３ａを形成すると共にコンタクトホール１４の形成部分及び表示領域の周縁部のフォトレジスト層を除去することができる（図２Ｃ参照）。

次いで、コンタクトホール１４を形成する部分のパッシベーション膜１２ｐをエッチング法によって除去する。このコンタクトホール１４の形成には、乾式エッチング法の１種であるプラズマエッチング法を採用し得る。更に、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる下側の透明導電層を積層する。このとき、形成された透明導電層は、層間膜１３の凹部１３ａの内部に対しても一定の厚さで積層されるため、層間膜１３の凹部１３ａの形状が正確に反映された形状に形成され、また、ドレイン電極Ｄと電気的に接続される。この後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域のサブ画素毎に下電極１５ａを所定のパターンに形成する（図２Ｄ参照）。この第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａにおいては、下電極１５ａは、本発明の第１電極に対応し、画素電極として機能する。

更に、下電極１５ａが形成された透明基板１１の表面全体に窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなる絶縁膜１６を所定の厚さ、例えば２０００Å〜４０００Åに形成する。絶縁膜１６は、層間膜１３や下電極１５ａの表面を荒らさないようにするため、ゲート絶縁膜１２ｇやパッシベーション膜１２ｐの形成条件よりも穏やかなプラズマＣＶＤ条件、いわゆる低温成膜条件で形成する。このとき、形成された絶縁膜１６は、下電極１５ａの凹凸部の内部にも一定の厚さで積層されるため、層間膜１３の凹部１３ａの形状が正確に反映された形状に形成される（図２Ｅ参照）。次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域の周辺部のコンタクトホール１４ａ形成部分の絶縁膜１６及びパッシベーション膜１２ｐ等を除去してコモン配線Ｃｏｍを露出させる。

更に、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる上側の透明導電層を絶縁膜１６の表面に形成された凹部１６ａを埋めるように積層する。このとき、透明導電層と共通配線Ｃｏｍとは表示領域の周辺部のコンタクトホール１４ａ部で電気的に接続された状態となると共に、絶縁膜１６の表面も透明導電層によって被覆される。その後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域においては上電極１８ａのスリット１７ａに対応する位置の絶縁膜１６の表面が露出するように、表示領域の周辺部では所定のパターンとなるように、透明導電層をエッチングする。表示領域において露出した絶縁膜１６の表面は、上電極１８ａの表面と同じ高さとなり、フリンジフィールド効果を発生させる複数のスリット１７ａとして機能する。また、上電極１８ａは、表示領域の全体を被覆しており、コンタクトホール１４ａ部で共通配線Ｃｏｍと電気的に接続された状態となる（図２Ｆ参照）。

従って、この第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａにおいては、この上電極１８ａは、本発明の第２電極に対応し、共通電極として機能する。この後、上電極１８ａ側の表面全体に配向膜（図示せず）を設けることにより第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａのアレイ基板ＡＲが完成される。

上記のアレイ基板ＡＲに対向するカラーフィルタ基板ＣＦは、図９に示した従来のＦＦＳモードの液晶表示装置用のカラーフィルタ基板と同様のものを使用してもよい。すなわち、カラーフィルタ基板ＣＦは、ガラス基板等の第２の透明基板２１の表面に、液晶表示装置１０Ａの個々の走査線Ｇ_Ｌ、信号線Ｓ_Ｌ及びＴＦＴに対応する位置を被覆するように遮光膜２２が形成されている。更に、遮光膜２２で囲まれた第２の透明基板２１の表面には、所定の色のカラーフィルタ層２３が形成されている。また、遮光膜２２及びカラーフィルタ層２３の表面を被覆するようにオーバーコート層２４が形成されている。そして、オーバーコート層２４の表面には配向膜（図示せず）が形成されている。次いで、上述のアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦを対向させて内部に液晶を封入することにより、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａが得られる。

このようにして製造された第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａによれば、上電極１８ａは絶縁膜１６の凹部に埋め込まれた状態となっているため、上電極１８ａの表面と露出している絶縁膜１６の表面は平らになる。そのため、アレイ基板ＡＲの液晶２５に接する部分の平坦性が向上し、電荷の集中が緩和されるため、従来例のＦＦＳモードの液晶表示装置に比すると焼き付き現象が大幅に低下する。しかも、上電極１８ａの厚さを厚くすることができるので、上電極１８ａがＩＴＯやＩＺＯ等の抵抗値が高い透明導電材料からなるものであっても、上電極１８ａの抵抗値は非常に小さくなる。そのため、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａによれば、焼き付き現象が十分に抑制されるとともに、共通電極として機能する上電極１８ａに印加される信号が劣化することがなくなり、たとえ横長の液晶表示装置であっても横クロストークが少なく、表示画質が良好な液晶表示装置となる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂとしては、下電極と上電極との間の絶縁膜をフォトレジスト層によって形成した。この第２の実施形態の液晶表示装置を図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａ〜図４Ｇを用いて製造工程順にその構成を説明する。なお、第２の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｂにおいては、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａと同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

第２の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｂのアレイ基板ＡＲは以下のようにして作製される。最初に、ガラス基板等の透明基板１１の表示領域に複数の走査線Ｇ_Ｌを互いに平行になるように形成すると共に、表示領域の周囲にコモン配線Ｃｏｍ等を形成し、次いで、この表面全体に窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなるゲート絶縁膜１２ｇを被覆する。その後、ＴＦＴ形成領域に例えばａ−Ｓｉ層からなる半導体層を形成する。この半導体層が形成されている位置の走査線Ｇ_Ｌの領域がＴＦＴのゲート電極Ｇになる。次いで、表示領域において走査線Ｇ_Ｌに交差するようにソース電極Ｓを含む信号線Ｓ_Ｌを形成し、ＴＦＴ形成領域にドレイン電極Ｄを形成すると共に、表示領域の周囲に共通配線Ｃｏｍ等を形成する。なお、コモン配線Ｃｏｍはゲート絶縁膜１２ｇと第１の透明基板の間に形成してもよい。その後、上記工程で得られた第１の透明基板１１の表面全体にパッシベーション膜１２ｐを被覆する（図４Ａ参照）。ここまでの工程は、従来例のＦＦＳモードの液晶表示装置の製造工程と同様であるので、その詳細な図示は省略してある。

その後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によってＴＦＴのドレイン電極Ｄの部分のパッシベーション膜１２ｐにコンタクトホール１４を形成する（図４Ｂ参照）。次いで、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる下側の透明導電層を積層する。このとき、形成された透明導電層はドレイン電極Ｄと電気的に接続される。この後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域のサブ画素毎に下電極１５ｂを所定のパターンに形成する（図４Ｃ参照）。この第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂにおいては、下電極１５ｂは、本発明の第１電極に対応し、画素電極として機能する。

更に、下電極１５ｂが形成された第１の透明基板１１の表面全体に亘りフォトレジストからなる絶縁膜１３'を形成する（図４Ｄ参照）。次いで、多階調マスク、例えばハーフトーンマスク３０を用い、後述する上電極１８ｂに対応する位置の絶縁膜１３'の凹部１３'ｂはその中間光量を得る部分で、以下に述べる共通配線Ｃｏｍ上のコンタクトホール１４ｂ形成位置の厚いフォトレジスト層はその全光量を得る部分で、それぞれ一括して露光する（図４Ｅ参照）。更に、現像処理を行い、絶縁膜１３'の表面に凹部１３'ｂを形成すると同時に、共通配線Ｃｏｍ上のコンタクトホール１４ｂ形成部分の絶縁膜１３'を除去する。

なお、このフォトレジストからなる絶縁膜１３'の厚さは、μｍオーダーの膜厚となるが、この状態でも正常に動作する。しかしながら、膜厚が厚すぎて低電圧駆動というＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｂの特徴を生かし切れないため、このフォトレジストからなる絶縁膜１３'の厚さを２０００Å〜４０００Åとすることが好ましい。この場合、ハーフトーンマスク３０として３段階の階調のものを使用し、絶縁膜１３'の凹部１３'ｂはその中間光量を得る部分で、コンタクトホール１４ｂの厚いフォトレジスト層はその全光量を得る部分で、その他の部分は低光量を得る部分で、それぞれ一括して露光すればよい。このようにすると、特に製造工数を増やすことなく、絶縁膜１３'の厚さを２０００Å〜４０００Åとすることができるので、低い電圧で液晶を駆動することができるようになる。次いで、コンタクトホール１４ｂ形成部分のパッシベーション膜１２ｐをエッチングして除去することによりコモン配線Ｃｏｍを露出させる（図４Ｆ参照）。

更に、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる上側の透明導電層を絶縁膜１３'の表面に形成された凹部１３'ｂを埋めるように積層する。このとき、透明導電層によって表示領域の周辺部のコンタクトホール１４ｂを介して共通配線Ｃｏｍは電気的に接続された状態となると共に、絶縁膜１３'の表面も透明導電層によって被覆される。その後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域においては上電極１８ｂのスリット１７ｂに対応する位置の絶縁膜１３'の表面が露出するように、表示領域の周辺部では所定のパターンとなるように、前記透明導電層をエッチングする。そうすると、この表示領域において露出した絶縁膜１３'の表面は、上電極１８ｂの表面と同じ高さとなり、フリンジフィールド効果を発生させる複数のスリット１７ｂとして機能する。また、上電極１８ｂは、表示領域の実質的に全体を被覆しており、コンタクトホール１４ｂを経て共通配線Ｃｏｍと電気的に接続された状態となる（図４Ｇ参照）。

従って、この第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂにおいては、この上電極１８ｂは、本発明の第２電極に対応し、共通電極として機能する。この後、上電極１８ｂ側の表面全体に配向膜（図示せず）を設けることにより第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂのアレイ基板ＡＲが完成される。次いで、上述の第１の実施形態で用いたものと同様のカラーフィルタ基板ＣＦを用い、上述のようにして得られたアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦをそれぞれ対向させて内部に液晶を封入することにより、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂが得られる。

このようにして製造された第２の実施形態の液晶表示装置１０Ｂは、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａ同様の作用・効果を奏する他、製造工数は第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａよりも少なくなるので、安価に、容易に製造し得るようになる。

［第３の実施形態］
この発明の第３の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｃを図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｆを用いて製造工程順にその構成を説明する。なお、第２の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｂにおいては、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａと同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。また、アレイ基板ＡＲの製造工程として、ガラス基板等の第１の透明基板１１の表面に、走査線Ｇ_Ｌ、信号線Ｓ_Ｌ、ＴＦＴ部分、ドレイン電極Ｄ、共通配線Ｃｏｍ、パッシベーション膜１２ｐ及び層間膜１３を製造する工程まで(図６Ａ参照)は第１の実施形態の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、ドレイン電極Ｄに対応する位置の層間膜１３にコンタクトホール１４を形成すると共に、共通配線Ｃｏｍの形成位置を含む表示領域の周辺部の層間膜１３を除去する(図６Ｂ参照)。次いで、ドレイン電極Ｄ上のコンタクトホール１４を形成する部分のパッシベーション膜１２ｐをエッチング法によって除去する。このコンタクトホール１４の形成には乾式エッチング法の１種であるプラズマエッチング法を採用し得る。

次いで、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる下側の透明導電層を積層し、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、透明導電層を所定のパターンに形成し、表示領域のサブ画素毎に下電極１５ｃを所定のパターンに形成する（図６Ｃ参照）。この第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｃにおいては、下電極１５ｃは、本発明の第１電極に対応し、画素電極として機能する。

更に、下電極１５ｃが形成された第１の透明基板１１の表面全体に亘り窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなる絶縁膜１６を所定の厚さに被覆する。この絶縁膜１６は、層間膜１３や下電極１５ｃの表面を荒らさないようにするため、ゲート絶縁膜１２ｇやパッシベーション膜１２ｐの形成条件よりも穏やかなプラズマＣＶＤ条件、いわゆる低温成膜条件で形成する。次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、後述する第２電極１８ｃに対応する位置の絶縁膜１６の表面に凹部１６ａを形成すると共に、表示領域の周辺部のコンタクトホール１４ａ形成部分の絶縁膜１６及びパッシベーション膜１２ｐ等を除去してコモン配線Ｃｏｍを露出させる。

更に、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる上側の透明導電層を絶縁膜１６の表面に形成された凹部１６ａを埋めるように積層する。このとき、透明導電層と共通配線Ｃｏｍとは表示領域の周辺部のコンタクトホール１４ａを経て電気的に接続された状態となると共に、絶縁膜１６の表面も透明導電層によって被覆される。その後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域においては上電極１８ｃのスリット１７ｃに対応する位置の絶縁膜１６の表面が露出するように、表示領域の周辺部では所定のパターンとなるように、前記透明導電層をエッチングする。そうすると、この表示領域において露出した絶縁膜１６の表面は、上電極１８ｃの表面と同じ高さとなり、フリンジフィールド効果を発生させる複数のスリット１７ｃとして機能する。また、上電極１８ｃは、表示領域の実質的に全体を被覆し、コンタクトホール１４ａを経て共通配線Ｃｏｍと電気的に接続された状態となる（図６Ｆ参照）。従って、この第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｃにおいては、この上電極１８ｃは、本発明の第２電極に対応し、共通電極として機能する。

この後、上電極１８ｃ側の表面全体に配向膜（図示せず）を設けることにより第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｃのアレイ基板ＡＲが完成される。次いで、上述の第１の実施形態で用いたものと同様のカラーフィルタ基板ＣＦを用い、上述のようにして得られたアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦをそれぞれ対向させて内部に液晶を封入することにより、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｃが得られる。

このようにして製造された第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｃは、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａと同様の作用・効果を奏する他、製造工数は第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａよりも多くなるが、上電極１８ｃを高精度に形成できるようになるために表示画質が非常に良好となる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態の液晶表示装置１０Ｄとしては、下電極と上電極との間の絶縁膜を無機絶縁膜によって形成した。この第４の実施形態の液晶表示装置を図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ〜図８Ｄを用いて製造工程順にその構成を説明する。なお、第４の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｄにおいては、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａと同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

第４の実施形態のＦＦＳモードの液晶表示装置１０Ｄのアレイ基板ＡＲは以下のようにして作製される。最初に、ガラス基板等の透明基板１１の表示領域に複数の走査線Ｇ_Ｌ及びコモン配線Ｃｏｍを互いに平行になるように形成する。次いで、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる下側の透明導電層を形成した後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって表示領域のサブ画素毎に独立した下電極１５ｄを形成する。この下電極１５は、サブ画素毎にコモン配線Ｃｏｍと電気的に接続された状態となり、本発明の第１電極に対応し、共通電極として機能する。次いで、この表面全体に窒化ケイ素層ないし酸化ケイ素層からなるゲート絶縁膜１２ｇを被覆する。その後、ＴＦＴ形成領域に例えばａ−Ｓｉ層からなる半導体層を形成する。この半導体層が形成されている位置の走査線の領域がＴＦＴのゲート電極Ｇになる。次いで、表示領域において走査線Ｇ_Ｌに交差するようにソース電極Ｓを含む信号線Ｓ_Ｌを形成し、ＴＦＴ形成領域にドレイン電極Ｄを形成する。（図８Ａ参照）。ここまでの工程は、従来例の層間膜を備えていないＦＦＳモードの液晶表示装置の製造工程と同様であるので、その詳細な図示は省略してある。

その後、上記工程で得られた第１の透明基板１１の表面全体に例えば窒化ケイ素層からなる絶縁膜１６'を所定厚さに被覆する（図８Ｂ参照）。この窒化ケイ素層からなる絶縁膜１６'は、特に低温成膜条件とする必要はなく、パッシベーション膜の成膜条件で製膜できるため、絶縁性が良好となる。そのため、この絶縁膜１６'はパッシベーション膜としての性質も備えさせることができる。次いで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によってＴＦＴのドレイン電極Ｄの部分のこの絶縁膜１６'にコンタクトホール１４を形成すると共に、後述する第２電極１８ｄに対応する位置の絶縁膜１６'の表面に凹部１６'ｄを形成する（図８Ｃ参照）。

更に、スパッタ法等によりＩＴＯないしＩＺＯからなる上側の透明導電層を絶縁膜１６'の表面に形成された凹部１６'ｄを埋めるように積層する。このとき、透明導電層とＴＦＴのドレイン電極Ｄはコンタクトホール１４を経て電気的に接続された状態となると共に、絶縁膜１６'の表面も透明導電層によって被覆される。その後、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって、表示領域においては上電極１８ｄのスリット１７ｄに対応する位置の絶縁膜１６の表面が露出するように前記透明導電層をエッチングする。そうすると、この表示領域において露出した絶縁膜１６'の表面は、上電極１８ｄの表面と同じ高さとなり、フリンジフィールド効果を発生させる複数のスリット１７ｄとして機能する。また、上電極１８ｄはコンタクトホール１４を経てＴＦＴのドレイン電極Ｄと電気的に接続された状態となる（図８Ｄ参照）。従って、第４の実施形態の液晶表示装置１０Ｄにおいては、上電極１８ｄは、本発明の第２電極に対応し、画素電極として機能する。

この後、上電極１８ｄ側の表面全体に配向膜（図示せず）を設けることにより第４の実施形態の液晶表示装置１０Ｄのアレイ基板ＡＲが完成される。次いで、上述の第１の実施形態で用いたものと同様のカラーフィルタ基板ＣＦを用い、上述のようにして得られたアレイ基板ＡＲ及びカラーフィルタ基板ＣＦをそれぞれ対向させて内部に液晶を封入することにより、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、第４の実施形態の液晶表示装置１０Ｄが得られる。

このようにして製造された第３の実施形態の液晶表示装置１０Ｄは、第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａと同様の作用・効果を奏する他、製造工数は第１の実施形態の液晶表示装置１０Ａよりも少なくなるので安価に製造できるようになり、しかも上電極１８ｄを高精度に形成できるようになるために表示画質が非常に良好となる。

以上、本発明の各実施形態としてＦＦＳモードの液晶表示装置の例を説明した。このような本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末、携帯音楽再生機などの電子機器に使用することができる。ただし、これらの電子機器の基本的構成は当業者に周知であるので、詳細な説明は省略する。

図１Ａは第１の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図１Ｂは図１ＡのIB−IB線に沿った断面図である。図２Ａ〜図２Ｆは第１の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図１ＡのIB−IB線に対応する断面図である。図３Ａは第２の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図３Ｂは図３ＡのIIIB−IIIB線に沿った断面図である。図４Ａ〜図４Ｇは第２の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図３ＡのIIIB−IIIB線に対応する断面図である。図５Ａ第は３の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図５Ｂは図５ＡのVB−VB線に沿った断面図である。図６Ａ〜図６Ｆは第３の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図５ＡのVB−VB線に対応する断面図である。図７Ａ第は４の実施形態の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIB−VIIB線に沿った断面図である。図８Ａ〜図８Ｄは第４の実施形態の液晶表示装置の製造工程を順を追って表した図７ＡのVIIB−VIIB線に対応する断面図である。図９Ａは従来の液晶表示装置の１サブ画素分の平面図であり、図９Ｂは図９ＡのIXB−IXB線に沿った断面図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｅ：液晶表示装置１１：第１の透明基板１２：パッシベーション膜１３：層間膜１３ａ：凹部１４：コンタクトホール１５ａ〜１５ｄ：下電極１６、１６'：絶縁膜１６ａ、１６'ｄ：凹部１７ａ〜１７ｄ：スリット１８ａ〜１８ｄ：上電極２１：第２の透明基板２２：遮光膜２３：カラーフィルタ層２４：オーバーコート層２５：液晶層３０：ハーフトーンマスク３１：バイナリーマスク３１ａ：全光量透過部３１ｂ：中間光量透過部３２：光吸収部材Ｃｏｍ：共通配線Ｇ_Ｌ：走査線Ｓ_Ｌ：信号線

Claims

液晶層を挟持して対向配置された一対の基板を備え、前記一対の基板のそれぞれに複数のサブ画素がマトリクス状に配列された表示領域を有している液晶表示装置において、
前記一対の基板のうちの一方の基板には、サブ画素毎に、スイッチング素子と、前記表示領域に形成された層間膜上に形成された第１電極と、前記第１電極上に絶縁膜を挟んで複数のストライプ状のスリットが形成された第２電極とが形成されており、
前記絶縁膜の表面は前記第２電極に対応する位置に凹部が形成され、前記第２電極の表面と前記第２電極のスリット部分に位置する前記絶縁膜の表面とが同一平面となるように形成され、
前記層間膜の表面は前記第２電極に対応する位置に凹部が形成され、前記第１電極及び前記絶縁膜はそれぞれ前記層間膜の表面の凹凸形状に倣うように一定の厚さに形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記絶縁膜は窒化ケイ素ないし酸化ケイ素層からなる無機材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記絶縁膜は有機材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記絶縁膜の厚さは、２０００Å〜４０００Åである
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記第１電極はそれぞれのサブ画素毎に前記スイッチング素子の電極に電気的に接続されており、前記第２電極は前記表示領域の周縁部に形成されたコモン配線に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。