JP5154270B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に、透明基板に対して略水平方向の電界を用いて液晶を制御する液晶表示装置の製造方法に関する。
高いコントラスト及び広視野角が得られる液晶表示装置として、透明基板に対して略水
平方向の電界を用いた液晶表示装置、即ち、FFS(Fringe-Field Switching)モードや
IPS(In-Plain Switching)モード等により動作する液晶表示装置が知られている。
例えば、FFSモードの液晶表示装置では、液晶を挟持する2つの透明基板のうち一方
の透明基板に、表示信号が供給される画素電極が形成され、その上層に、絶縁膜を介して
、複数の線状部とスリット部を交互に有し共通電位が供給される共通電極が配置される。
画素電極と共通電極の構成例としては、図9の断面図に示すように、画素トランジスタ
が形成された第1の透明基板(不図示)を覆う平坦化膜18上に、ITO(Indium Tin O
xide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電材料からなる画素電極20が形成さ
れている。画素電極20は、シリコン窒化膜等の無機膜からなる絶縁膜21に覆われてお
り、絶縁膜21上には、ITOやIZO等の透明導電材料からなり、複数の線状部22E
とスリット部22Sを交互に有し共通電位が供給される共通電極が配置されている。共通
電極の線状部22Eとスリット部22Sは、ポリイミド系樹脂等からなる第1の配向膜2
4に覆われている。この第1の透明基板には、第2の配向膜が配置された第2の透明基板
(不図示)が貼り合わされており、それらの間に液晶LCが封止されている。また、第1
の透明基板と第2の透明基板には、透過軸の直交する第1の偏光板及び第2の偏光板(不
図示)が配置されている。第1の配向膜24と第2の配向膜のラビング方向は、例えば、
第1の偏光板の透過軸に対して平行であり、共通電極の線状部22Eの長手方向に対して
平面的に約5〜10°傾いている。
なお、FFSモードで動作する液晶表示装置については、特許文献1に記載されている

特開2002−296611号公報
しかしながら、従来例によるFFSモードの液晶表示装置では、TNモード等の他の液
晶モードに比べ、高いコントラスト及び広視野角が得られるものの、連続して使用すると
、最適な共通電位のセンター電位が初期値からシフトし、焼き付きが発生するという問題
が生じていた。これにより、液晶表示装置の表示品位が低下していた。
これまでの実験による評価によれば、FFSモードにおける共通電位のセンター電位の
シフト及び焼き付きは、第1の配向膜24の特性に大きく左右されることが明らかになっ
ている。
このことから、図9における第1の配向膜24近傍の構成に着目すると、共通電極の線
状部22E上では、線状部22Eを構成するITO等の透明導電材料とポリイミド系樹脂
等からなる第1の配向膜24との界面H、第1の配向膜24と液晶LCとの界面Iが存在
する。一方、共通電極のスリット部22Sでは、画素電極20とシリコン窒化膜等の無機
膜からなる絶縁膜21との界面J、絶縁膜21と第1の配向膜24との界面K、第1の配
向膜24と液晶LCとの界面Lが存在する。即ち、共通電極の線状部22Eにおける積層
関係とスリット部22Sにおける積層関係は一致しない。
そのため、表示信号と共通電位の電位差により画素電極20と共通電極の線状部22E
との間に電界を生じさせた場合、線状部22Eにおける界面H,Iに帯電する電荷の蓄積
量と、スリット部22Sにおける界面J,K,Lに帯電する電荷の蓄積量は異なってくる
。この電荷の蓄積量の差異によって、画素電極20と共通電極の線状部22Eとの間で不
要な直流成分が発生し、最適な共通電位のセンター電位のシフトが生じやすく、焼き付き
が生じやすくなるものと考えられる。
この問題に対して、第1の配向膜24や液晶LCなどの材料を変更して対処することも
考えられるが、その場合、配向力の低下や、電荷が過剰に移動することにより焼き付きが
生じる等の背反特性が現れるため、現状では十分な改善が為されているとはいえない。
上記課題を解決するための本発明の一側面によれば、第1の透明基板に第1の透明電極を形成する工程と、第1の透明電極を覆う第1の無機膜を形成する工程と、第1の無機膜を覆う透明導電材料を形成する工程と、透明導電材料を覆う第2の無機膜を形成する工程と、透明導電材料及び第2の無機膜を同時にパターニングして、透明導電材料と第2の無機膜が積層された線状部とスリット部を交互に有した第2の透明電極を形成する工程と、第2の透明電極を覆う配向膜を形成する工程と、第2の透明基板を第1の透明基板に貼りあわせて、第1の透明基板と第2の透明基板との間に液晶を封止する工程と、第1の透明基板上であって端子部が形成される予定の領域に延びる配線層を形成する工程と、配線層の一部上を覆う電極を形成する工程と、を含み、第1の無機膜を形成する工程では、第1の無機膜は、第1の透明電極を覆う一方で、電極を露出するように形成され、透明導電材料を形成する工程では、透明導電材料は、第1の無機膜を覆うと共に、露出した電極を覆うように形成され、透明導電材料及び第2の無機膜を同時にパターニングする工程では、第2の透明電極を残存させると共に、少なくとも電極上の第2の無機膜を除去する液晶表示装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、共通電位のセンター電位のシフトを抑止して焼き付きを防止することにより、表示品位の向上を図ることができる。
以下に、本発明の実施形態による液晶表示装置の平面構成について図面を参照して説明
する。図1は、本実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。また、図
2は、図1の表示部10Aに形成される複数の画素PXLの中から、3つの画素PXLの
みを拡大して示した平面図であり、FFSモードにより動作する構成を示している。図3
は、図1の端子部10Tの複数の端子TLの中から、1つを拡大して示した平面図である
。図1乃至図3では、説明の便宜上、主要な構成要素のみを図示している。
なお、以降の平面構成にかかる説明では、コンタクトホールH1〜H5、及び開口部H
6の構成を補足するために、ゲート絶縁膜12、層間絶縁膜15、パッシベーション膜1
7、平坦化膜18についても参照しているが、これらの積層関係については、後述する液
晶表示装置の製造方法にかかる説明において示す。
図1に示すように、この液晶表示装置には、複数の画素PXLが配置された表示部10
Aと、外部接続用の複数の端子TLが配置された端子部10Tが配置されている。表示部
10Aでは、図2に示すように、ゲート信号、即ち画素選択信号が供給されるゲート線1
3と、ソース信号、即ち表示信号が供給されるソース線16Sの交差点に対応して、各画
素PXLが配置されている。
各画素PXLの第1の透明基板10上には、ゲート線13をゲート電極とした薄膜トラ
ンジスタ等の画素トランジスタTRが配置されている。画素トランジスタTRのソースは
、ゲート絶縁膜12及び層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホールH1を通してソー
ス線16Sに接続され、そのドレインは、ゲート絶縁膜12及び層間絶縁膜15に形成さ
れたコンタクトホールH2を通してドレイン電極16Dと接続されている。ドレイン電極
16Dは、パッシベーション膜17に形成されたコンタクトホールH3及び平坦化膜18
に形成されたコンタクトホールH5を通して、画素電極20と接続されている。
画素電極20は絶縁膜21に覆われており、絶縁膜21上には共通電極22が配置され
ている。共通電極22は、複数の線状部22Eとスリット部22Sが平行に交互に延びる
形状を有している。共通電極22は、表示部10Aの端部近傍に延在して共通電位が供給
される共通電極線(不図示)と、コンタクトホール(不図示)を通して接続されている。
また、画素電極20、絶縁膜21、共通電極22の線状部22Eが、この順で積層され
ていることにより、ソース信号を一定期間保持する保持容量が形成されている。さらに、
これとは別に、画素トランジスタTRのドレインと接続して、ソース信号を一定期間保持
して画素電極20に供給するもう1つの保持容量(不図示)を形成してもよい。
一方、端子部10Tの端子TLには、図3に示すように、第1の透明基板10上におい
て、表示部10Aの画素PXL等から端子部10Tに延びる配線層16Tが配置されてい
る。配線層16Tは、例えば表示部10Aのソース線16Sと接続されている。配線層1
6Tの一部上には、パッシベーション膜17に形成されたコンタクトホールH4を通して
、電極20Tが接続されている。電極20Tは、開口部H6を有した絶縁膜21に覆われ
ており、開口部H6を通して、外部の駆動回路(不図示)から延びるFPC(Flexible P
rinted Circuit)、COG(Chip On Glass)等の外部端子(不図示)が接続される。
上記構成の画素PXLでは、ゲート線13から供給された画素選択信号に応じて、画素
トランジスタTRがオンし、ソース線16S及び画素トランジスタTRを通して表示信号
が画素電極20に供給される。このとき、画素電極20と共通電極22の線状部22Eと
の間では、表示信号に応じて、第1の透明基板10の略水平方向に沿って電界が生じ、そ
の電界に応じて液晶(不図示)の配向方向が変化することにより、表示にかかる光学的制
御が行われる。一方、端子TLには、FPC等を介して、駆動回路(不図示)から画素選
択信号、表示信号等の駆動信号が供給される。
以下に、この液晶表示装置の製造方法について断面図を参照して説明する。図4(A)
乃至図7(A)は、この液晶表示装置における表示部10Aの1つの画素PXLを示して
いる。また、図4(B)乃至図7(B)は、端子部10Tの端子TLの断面を示している
。なお、図4乃至図7では、図1乃至図3、及び図9に示したものと同一の構成要素につ
いては同一の符号を付して参照している。
最初に、図4(A)及び図4(B)に示すように、表示部10Aの第1の透明基板10
において、画素PXLの形成領域であって画素トランジスタTRが形成される領域に、能
動層11が形成される。第1の透明基板10上には、能動層11を覆って端子部10Tに
延びるゲート絶縁膜12が形成される。能動層11と重畳するゲート絶縁膜12上にはゲ
ート線13が形成される。また、図示しないが、表示部10Aの端部近傍のゲート絶縁膜
12上には、共通電位が供給される共通電極線が形成される。
表示部10A及び端子部10Tにおいて、ゲート絶縁膜12上には、ゲート線13、及
び共通電極線を覆って、層間絶縁膜15が形成される。表示部10Aの層間絶縁膜15上
には、コンタクトホールH1を通して能動層11のソースと接続されるソース線16Sが
形成され、コンタクトホールH2を通して能動層11のドレインと接続されるドレイン電
極16Dが形成される。
また、端子部10Tの層間絶縁膜15上には、表示部10Aから延びる配線層16Tが
形成される。ソース線16S、ドレイン電極16D、及び配線層16Tは、同一の層とし
て同時に形成されるものであり、例えば、チタン、アルミニウム、チタンがこの順で形成
される積層体である。層間絶縁膜15上には、ソース線16S、ドレイン電極16D、配
線層16Tを覆って、パッシベーション膜17が形成される。パッシベーション膜17は
、例えば300〜400℃の環境下で成膜されたシリコン窒化膜からなる。
そして、パッシベーション膜17に対してレジスト層(不図示)をマスクとしたドライ
エッチングを行うことにより、表示部10Aのパッシベーション膜17には、ドレイン電
極16Dを露出するコンタクトホールH3が形成される。これと同時に、端子部10Tの
パッシベーション膜17には、配線層16Tを露出するコンタクトホールH4が形成され
る。
次に、上記レジスト層の除去後、コンタクトホールH3,H4内及びパッシベーション
膜17上に、それらを覆う有機膜等の平坦化膜18が形成される。そして、平坦化膜18
に対して他のレジスト層(不図示)をマスクとしたドライエッチングを行うことにより、
コンタクトホールH3内でドレイン電極16Dを露出するコンタクトホールH5が形成さ
れる。一方、端子部10Tでは平坦化膜18が除去され、再びコンタクトホールH4内で
配線層16Tが露出される。
次に、平坦化膜18上からコンタクトホールH5内に延在してドレイン電極16Dと接
続された画素電極20が形成される。画素電極20は本発明の第1の透明電極の一例であ
る。また、これと同時に、端子部10Tでは、コンタクトホールH4を通して配線層16
Tに接続された電極20Tが形成される。電極20Tは本発明の電極の一例である。画素
電極20及び電極20Tは、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide
)等の透明導電材料の形成とパターニングにより形成される。画素電極20及び電極20
Tの膜厚は、好ましくは100nm程度である。
次に、表示部10Aの平坦化膜18上に、画素電極20を覆う絶縁膜21が形成される
。これと同時に、端子部10Tでは、パッシベーション膜17上に、電極20Tを覆う絶
縁膜21が形成される。絶縁膜21は、無機膜からなり、例えば200℃程度の環境下で
低温成膜されたシリコン窒化膜からなり、共通電極22の線状部22Eとの間で、最適な
保持容量を形成する膜厚、例えば、2μm〜4μm程度の膜厚に形成される。この絶縁膜
21は、本発明の第1の無機膜の一例である。
次に、絶縁膜21上に、電極20T等と重畳する開口部が設けられたレジスト層(不図
示)が形成される。そして、このレジスト層をマスクとして、絶縁膜21に対するドライ
エッチングを行うことにより、端子部10TのコンタクトホールH4内で電極20Tを露
出する開口部H6が形成される。
次に、上記レジスト層の除去後、図5(A)及び図5(B)に示すように、表示部10
A及び端子部10Tの絶縁膜21の全面を覆うように、ITOやIZO等の透明導電材料
22Aが形成される。
次に、表示部10A及び端子部10Tの透明導電材料22Aの全面を覆って、シリコン
窒化膜等からなる無機膜23Aが形成される。無機膜23Aの形成は、CVD法、あるい
はスピン塗布法や印刷法等の塗布法などによって行われる。無機膜23Aの膜厚は、特に
限定されないが、段差による第1の配向膜24へのラビング作業性の悪化を考慮すると、
薄くした方がよく、例えば約50nm以下にするとよい。なお、無機膜23A、及び上述
した絶縁膜21は、シリコン窒化膜以外の無機膜であってもよいが、無機膜23Aと絶縁
膜21は同一の材料により形成されることが好ましい。
次に、図6(A)及び図6(B)に示すように、無機膜23A及び絶縁膜21に対して
、レジスト層(不図示)をマスクとしたドライエッチングを行ってパターニングを行う。
ここで、レジスト層は、共通電極22の線状部22Eが形成される予定の領域のみを覆う
ものである。
これにより、絶縁膜21上には、複数の線状部22E及びスリット部22Sが互いに平
行に交互に配置されてなる共通電極22が形成されると共に、共通電極22の線状部22
E上のみに積層された無機膜23が形成される。この無機膜23は、端子部10Tには残
存しない。こうして、無機膜23が積層された共通電極22を、1つのドライエッチング
工程で同時にパターニングして形成することができる。無機膜23は、本発明の第2の無
機膜の一例であり、共通電極22は、本発明の第2の透明電極の一例である。
仮に、透明導電材料22Aを形成してパターニングすることで共通電極22を形成し、
その後に、共通電極22を覆う無機膜23Aを形成してパターニングすることで共通電極
22の線状部22E上のみに無機膜23を形成すると、製造工程が煩雑化し、製造コスト
の増大を招くことになる。これに比して本実施形態では、無機膜23が積層された共通電
極22を、1つのドライエッチング工程で同時にパターニングして形成することができる
ため、製造工程を簡素化し、製造コストを抑えることができる。
次に、図7(A)及び図7(B)に示すように、共通電極22及び無機膜23を覆う第
1の配向膜24が形成される。第1の配向膜24は、ポリイミド系樹脂等からなる。第1
の配向膜24のラビング方向は、共通電極22の線状部22Eの長手方向に対して、平面
的に例えば約5〜10°傾いている。第1の配向膜24は、本発明の配向膜の一例である
次に、第1の透明基板10に対して、第2の透明基板30が貼り合わされ、それらの間
に、正の誘電率異方性を有したネマティック液晶等の液晶LCが封止される。なお、第2
の透明基板30には、予め、第1の透明基板10と対向する側に、ブラックマトリクス(
不図示)、カラーフィルタ31、及びそれを覆う第2の配向膜32が形成される。第2の
配向膜32は、ポリイミド系樹脂等からなる。第2の配向膜32のラビング方向は、第1
の配向膜24のラビング方向に対して平行である。
さらに、上記いずれかの工程において、第1の透明基板には、光源BLと対向する側に
、第1の偏光板PL1が形成される。第1の偏光板PL1の透過軸は、第1の配向膜24
のラビング方向に対して平行である。また、上記いずれかの工程において、第2の透明基
板30には、第1の透明基板10と対向しない側に、第2の偏光板PL2が形成される。
第2の偏光板PL2の透過軸は、第1の偏光板PL1の透過軸に対して直交する。
最後に、第1の透明基板10及び第2の透明基板30からなる積層体を、スクライブ及
びブレイク等により、複数の液晶表示装置に分離する。
こうして完成した液晶表示装置では、表示部10Aにおいて、画素電極20から液晶L
Cに至るまでの各層の積層関係に着目すると、共通電極22の線状部22Eより上層の各
層の積層関係と、スリット部22Sの形成領域における各層の積層関係が一致する。これ
は、共通電極22の線状部22E上に無機膜23が積層されたことによって実現されたも
のである。
以下に、この積層関係の一致について図面を参照して説明する。図8は、図7における
第1の配向膜24近傍の構成を示した部分拡大図である。図8に示すように、共通電極2
2の線状部22Eの形成領域では、線状部22E上において、ITO等の透明導電材料か
らなる線状部22Eとシリコン窒化膜等からなる無機膜23との界面A、無機膜23とポ
リイミド系樹脂等からなる第1の配向膜24との界面B、第1の配向膜24と液晶LCと
の界面Cが、この順で存在する。
一方、共通電極22のスリット部22Sの形成領域では、ITO等の透明導電材料から
なる画素電極20とシリコン窒化膜等の無機膜からなる絶縁膜21との界面D、絶縁膜2
1とポリイミド系樹脂等からなる第1の配向膜24との界面E、第1の配向膜24と液晶
LCとの界面Fが、この順で存在する。即ち、共通電極の線状部22Eにおける積層関係
とスリット部22Sにおける積層関係は一致する。
この構成により、表示信号と共通電位の電位差により画素電極20と共通電極22の線
状部22Eとの間に電界を生じさせた場合、線状部22Eの形成領域における各界面A,
B,Cに帯電する電荷の蓄積量と、スリット部22Sの形成領域における各界面D,E,
Fに帯電する蓄積量とは略等しくなる。即ち、両形成領域における電荷の蓄積量に関して
対称性が生じる。この対称性は、絶縁膜21、無機膜23、及び第1の配向膜24の各膜
厚に関係なく得られることが、本発明の発明者による実験によって確認されている。
この対称性により、画素電極20と共通電極22の線状部22Eとの間では、不要な直
流成分の発生が抑止され、表示信号に応じた電界のみが生じることになる。従って、FF
Sモードの液晶表示装置において、従来例のような最適な共通電位のセンター電位のシフ
ト、及び焼き付きが抑止される。結果として、液晶表示装置の表示品位を従来例に比して
向上させることができる。
また、このような構成を、製造工程を簡素化し、製造コストを抑えながら実現すること
ができる。共通電極22と無機膜23を、1つのドライエッチング工程で同時にパターニ
ングして形成することができるためである。
また、上記効果を得るために、第1の配向膜24や液晶LCなどの材料を変更する必要
がなくなるため、それに伴う配向力の低下や、電荷が過剰に移動することにより焼き付き
が生じる等の背反特性を考慮する必要がなくなる。
なお、本発明のスリット部22Sと線状部22Eは、図2に示したものに限定されない
。即ち、スリット部22Sと線状部22Eが形成される方向は、その長手方向がソース線
16に沿った方向に形成されてもよく、ゲート線13に斜めに交差する方向に形成されて
もよい。また、スリット部22Sと線状部22Eの長さは、複数画素に渡るものでもよい
。また、スリット部22Sと線状部22Eの形状は、直線だけでなく、弓形、波型、ジグ
ザグ型でもよい。スリット部22Sと線状部22Eの形状は、片側が開放された櫛形であ
ってもよい。また、上記実施形態に限定されず、本発明は、第1の透明電極として共通電
極を形成し、第2の透明電極として画素電極を形成した場合についても適用される。即ち
、平坦化膜18上に、画素電極20と同じ形状を有した共通電極が形成され、その上層に
、絶縁膜21を介して、共通電極22と同様に複数の線状部とスリット部を有した画素電
極が形成されてもよい。この場合、その画素電極の線状部上には無機膜23が形成される
。この場合においても上記と同様の効果を得ることができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。 図1の表示部における画素を示す拡大平面図である。 図1の端子部における端子を示す拡大平面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置を示す断面図である。 従来例による液晶表示装置を示す断面図である。
符号の説明
10 第1の透明基板
10A 表示部 10T 端子部
11 能動層 12 ゲート絶縁膜
13 ゲート線 15 層間絶縁膜
16S ソース線 16D ドレイン電極
16T 配線層 17 パッシベーション膜
18 平坦化膜 20 画素電極
20T 電極 21 絶縁膜
22 共通電極 22E 線状部
22S スリット部 22A 透明導電材料
23,23A 無機膜 24 第1の配向膜
30 第2の透明基板 31 カラーフィルタ
32 第2の配向膜
PL1 第1の偏光板 PL2 第2の偏光板
BL 光源 TR 画素トランジスタ
LC 液晶 PXL 画素
TL 端子
H1,H2,H3,H4,H5 コンタクトホール
H6 開口部

Claims (2)

  1. 第1の透明基板に第1の透明電極を形成する工程と、
    前記第1の透明電極を覆う第1の無機膜を形成する工程と、
    前記第1の無機膜を覆う透明導電材料を形成する工程と、
    前記透明導電材料を覆う第2の無機膜を形成する工程と、
    前記透明導電材料及び前記第2の無機膜を同時にパターニングして、前記透明導電材料と前記第2の無機膜が積層された線状部とスリット部を交互に有した第2の透明電極を形成する工程と、
    前記第2の透明電極を覆う配向膜を形成する工程と、
    第2の透明基板を前記第1の透明基板に貼りあわせて、前記第1の透明基板と前記第2の透明基板との間に液晶を封止する工程と、
    前記第1の透明基板上であって端子部が形成される予定の領域に延びる配線層を形成する工程と、
    前記配線層の一部上を覆う電極を形成する工程と、
    を含み、
    前記第1の無機膜を形成する工程では、前記第1の無機膜は、前記第1の透明電極を覆う一方で、前記電極を露出するように形成され、
    前記透明導電材料を形成する工程では、前記透明導電材料は、前記第1の無機膜を覆うと共に、前記露出した電極を覆うように形成され、
    前記透明導電材料及び前記第2の無機膜を同時にパターニングする工程では、前記第2の透明電極を残存させると共に、少なくとも前記電極上の前記第2の無機膜を除去する
    液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記第1の無機膜と前記第2の無機膜は、同一の材料からなる
    請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
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