JP5335628B2

JP5335628B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5335628B2
Application number: JP2009208067A
Authority: JP
Inventors: 利昌石垣; 文雄高橋
Original assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd; Japan Display Inc
Current assignee: Panasonic Liquid Crystal Display Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: US20110058133A1; JP2011059314A; US8830429B2

Description

本発明は表示装置に係り、特に視野角特性の優れた、かつ、信頼性の高い横電界方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、色々な分野で用途が広がっている。携帯電話やＤＳＣ（ＤｉｇｉｔａｌＳｔｉｌｌＣａｍｅｒａ）等には、小型の液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（ＩｎＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳ方式も種々存在するが、例えば、コモン電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極を配置し、画素電極とコモン電極の間に発生する電界によって液晶分子を回転させる方式が透過率を大きくすることが出来るので、現在主流となっている。このような方式の液晶表示装置を記載したものとして、「特許文献１」が挙げられる。

特開平２００７−３２８２１０号公報

ＩＰＳ液晶表示装置は、従来のＴＮ方式等とは構造上異なっており、液晶表示装置を小型化、あるいは薄型化する場合に従来方式の液晶表示装置とは異なった問題点も発生する。ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式等では、画素電極がＴＦＴ基板に形成され、対向電極は対向基板の全面に渡って形成されている。これに対してＩＰＳ方式では、画素電極と対向電極はＴＦＴ基板に形成されるので、ＴＦＴ基板側の構成は従来のＴＮ方式に比べて複雑となる。

最近は、小型の液晶表示装置においても、ＶＧＡ（ＶｉｄｅｏＧｒａｐｈｉｃｓＡｒｒａｙ、６４０×４８０ドット）のような高精細画面が要求されている。ここで、ドットとは、赤画素、緑画素、青画素の３ピクセルがセットになったものであるから、ピクセル数でいうと１９２０×４８０になる。３インチの画面でＶＧＡを可能にするには、ピクセルの短径は３２μｍというように、非常に小さなものになる。

画素が小さくなっても、所定の透過率を維持するためには、小さな面積にＴＦＴ、スルーホール等を配置し、画素電極面積が占める割合を出来るだけ大きくする必要がある。このために、設計裕度、プロセス裕度が減少する。プロセス裕度に関連する大きな問題のひとつは、種々の積層膜の間の膜剥がれである。

図１５は、ＶＧＡに対応する、ＩＰＳ方式の液晶表示装置のＴＦＴ基板の画素部の斜視図である。図１５には２ピクセル分記載されている。図１５において、点線で描かれた映像信号線４０と点線で描かれた走査信号線３０で囲まれた領域が画素である。映像信号線４０と走査信号線３０を点線で描いたのは、これらの配線は有機絶縁膜である有機パッシベーション膜（平坦化膜ともいう）等よりも下側に形成されるからである。図１５における映像信号線のピッチは約３２μｍである。画素内において、櫛歯状の画素電極は、有機パッシベーション膜に形成されたスルーホール１３０を介してＴＦＴのソース電極１０７と接続する。

図１５は模式図であるので、ＴＦＴは記号で記載されている。図１５に示すように、有機パッシベーション膜（平坦化膜、有機絶縁膜）は厚いので、形成されるスルーホール１３０は画素の中で大きな面積を占めることになる。また、有機パッシベーション膜は２μｍ程度と厚いために、スルーホール１３０の付近は大きな凹凸を生ずる。図１５では図示しないが、有機パッシベーション膜の上には、平面ベタで形成されたコモン電極および層間絶縁膜が、画素電極との間に形成されている。

画素ピッチが小さくなると、この凹凸の影響によって、有機パッシベーション膜の上に形成されたコモン電極、層間絶縁膜等にストレスが生じやすく、特に層間絶縁膜とコモン電極の膜剥がれを起こしやすくなる。この膜剥がれは、例えば、スルーホール１３０とスルーホール１３０の間、図１５に示す領域Ａにおいて発生し易い。

本発明の課題は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、有機パッシベーション膜の上に形成された、層間絶縁膜等の剥がれを防止し、製造歩留まりの高い、かつ、信頼性の高い液晶表示装置を実現することである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）薄膜トランジスタのソース領域と接続するソース電極の上に、前記ソース電極を覆う第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に有機絶縁膜が形成され、前記有機絶縁膜の上にコモン電極が形成され、前記コモン電極の上に前記コモン電極を覆う第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に櫛歯状に形成された部分を有する画素電極が形成された液晶表示装置において、前記有機絶縁膜と前記第１の絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上部に対応する大孔と前記第１の絶縁膜に対応する小孔と、前記有機絶縁膜に形成された傾斜部を有するスルーホールを有し、前記第２の絶縁膜には、前記スルーホールの前記大孔を囲むように第１の開口部が形成され、前記コモン電極膜には、前記スルーホールの前記大孔を囲むように第２の開口部が形成され、前記画素電極は、前記スルーホールを介して前記ソース電極と接続し、前記第２の絶縁膜に形成された前記第１の開口部は、前記有機絶縁膜に形成された前記大孔よりも大きく、かつ、前記コモン電極に形成された第２の開口部よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記スルーホールにおいて、前記第１の絶縁膜に形成された小孔は前記有機絶縁膜をマスクとしてエッチングされて形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）薄膜トランジスタのソース領域と接続するソース電極の上に、前記ソース電極を覆う第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に有機絶縁膜が形成され、前記有機絶縁膜の上にコモン電極が形成され、前記コモン電極の上に前記コモン電極を覆う第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に櫛歯状に形成された部分を有する画素電極が形成された液晶表示装置において、前記有機絶縁膜と前記第１の絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上部に対応する大孔と前記第１の絶縁膜に対応する小孔と、前記有機絶縁膜に形成された傾斜部を有するスルーホールを有し、前記第２の絶縁膜には、前記スルーホールの前記小孔を囲むように開口部が形成され、前記画素電極は、前記スルーホールを介して前記ソース電極と接続し、前記第２の絶縁膜に形成された前記開口部は、前記第１の絶縁膜に形成された小孔よりも大きく、前記有機絶縁膜に形成された前記傾斜部と部分的にオーバーラップしていることを特徴とする液晶表示装置。

（４）前記第２の絶縁膜に形成された開口部の径あるいは開口部の幅をＷ１とし、前記第１の絶縁膜に形成された小孔の径あるいは小孔の幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２＋２μｍであることを特徴とする（３）に記載の液晶表示装置。

（５）薄膜トランジスタのソース領域と接続するソース電極の上に、前記ソース電極を覆う第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に有機絶縁膜が形成され、前記有機絶縁膜の上にコモン電極が形成され、前記コモン電極の上に前記コモン電極を覆う第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に櫛歯状に形成された部分を有する画素電極が形成された液晶表示装置において、前記有機絶縁膜と前記第１の絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上部に対応する大孔と前記第１の絶縁膜に対応する小孔と、前記有機絶縁膜に形成された傾斜部を有するスルーホールを有し、前記第２の絶縁膜には、前記スルーホール付近において開口部が形成され、前記画素電極は、前記スルーホールを介して前記ソース電極と接続し、前記第２の絶縁膜に形成された前記開口部は、前記第１の絶縁膜に形成された小孔よりも大きく、前記第２の絶縁膜は前記第１の絶縁膜とは接していないことを特徴とする液晶表示装置。

（６）前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜は、ＳｉＮで形成されていることを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載の液晶表示装置。

（７）前記第２の絶縁膜は、３００度以下で成膜されたＳｉＮで形成されていることを特徴とする（１）から（６）の何れかに記載の液晶表示装置。

本発明によれば、視野角が広く、かつ、透過率の大きい、ＩＰＳ方式を小型で画素の精細度が高い液晶表示装置に適用することが可能になる。具体的には、有機パッシベーション膜の上に形成された層間絶縁膜とコモン電極間の剥がれを防止することが出来、製造歩留まりを上げることが出来る。また、層間絶縁膜等の接着強度が増すので、液晶表示装置としての信頼性を増すことが出来る。

本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。実施例１の液晶表示装置の画素部の断面図である。画素電極およびコモン電極の平面図である。実施例１のスルーホール部の平面図である。実施例１のスルーホール部の断面図である。従来例のスルーホール部の平面図である。従来例のスルーホール部の断面図である。従来例のスルーホール部の画素電極を除いた断面図である。従来例の問題点を示すスルーホール部付近の断面図である。従来例における熱膨張ストレスを示す模式図である。本発明における熱膨張ストレスを示す模式図である。実施例２のスルーホール部の平面図である。実施例２のスルーホール部の断面図である。実施例３の液晶表示装置の画素部の断面図である。画素が小さい場合の画素部の斜視図である。

以下、本発明の内容を実施例を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される製品の例である、携帯電話等に使用される小型の液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴ基板１００の上に対向基板２００が配置されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に図示しない液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とは額縁部に形成されたシール材２０によって接着している。図１においては、液晶は滴下方式によって封入されるので、封入孔は形成されていない。

ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００よりも大きくなっている部分には、液晶セルに電源、映像信号、走査信号等を供給するための端子部１５０が形成されている。

また、端子部１５０には、走査信号線３０、映像信号線４０等を駆動するためのＩＣドライバ５０が設置されている。ＩＣドライバ５０は３つの領域に分かれており、中央には映像信号駆動回路５２が設置され、両脇には走査信号駆動回路５１が設置されている。

図１の表示領域１０において、走査信号線３０が横方向に延在し、縦方向に配列している。また、映像信号線４０が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査信号線と映像信号線とで囲まれた領域が画素を構成する。走査線信号線は表示領域１０の両側から走査線引出し線３１によって、ＩＣドライバ５０の走査信号駆動回路５１と接続している。映像信号線４０とＩＣドライバ５０を接続する映像信号線引出し線４１は画面下側に集められ、ＩＣドライバ５０の中央部に配置されている映像信号駆動回路５２と接続する。

図２は図１に示す表示領域１０の画素部の構造を示す断面図である。図２は、本発明が適用されるＩＰＳ方式液晶表示パネルの構造について説明するものである。本実施例におけるＴＦＴはゲート電極が半導体層の上方に存在する、いわゆるトップゲート方式のＴＦＴである。図２において、ガラス基板１００の上にＳｉＮからなる第１下地膜１０１およびＳｉＯ_２からなる第２下地膜１０２がＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成される。第１下地膜１０１および第２下地膜１０２の役割はガラス基板１００からの不純物が半導体層１０３を汚染することを防止することである。

第２下地膜１０２の上には半導体層１０３が形成される。この半導体層１０３は第２下地膜１０２に上にＣＶＤによってａ−Ｓｉ膜を形成し、これをレーザアニールすることによってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に変換したものである。このｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をフォトリソグラフィによってパターニングする。

半導体膜の上にはゲート絶縁膜１０４が形成される。このゲート絶縁膜１０４はＳｉＯ_２膜である。このＳｉＯ_２膜は、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料ガスとして成膜される。この膜もＣＶＤによって形成される。その上にゲート電極１０５が形成される。ゲート電極１０５は走査信号線３０と同層で、同時に形成される。ゲート電極１０５は例えば、ＭｏＷ膜によって形成される。ゲート配線１０５の抵抗を小さくする必要があるときはＡｌ合金が使用される。

ゲート電極１０５はフォトリソグラフィによってパターニングされるが、このパターニングの際に、イオンインプランテーションによって、リンあるいはボロン等の不純物をｐｏｌｙ−Ｓｉ層にドープしてｐｏｌｙ−Ｓｉ層にソース領域Ｓあるいはドレイン領域Ｄを形成する。また、ゲート電極１０５のパターニングの際のフォトレジストを利用して、ｐｏｌｙ−Ｓｉ層のチャネル領域と、ソース領域Ｓあるいはドレイン領域Ｄとの間にＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）層を形成する。

その後、ゲート電極１０５を覆って層間絶縁膜１０６をＳｉＯ_２によって形成する。層間絶縁膜１０６はゲート配線１０５等とソース電極１０７等を絶縁するためである。層間絶縁膜１０６の上にソース電極１０７が形成される。図２においては、ソース電極１０７は広く形成され、ＴＦＴを覆う形となっている。一方、ＴＦＴのドレイン領域Ｄは、図示しない部分においてドレイン電極と接続している。

ソース電極１０７とドレイン電極は映像信号線４０と同層で、同時に形成される。ソース電極１０７とドレイン電極は、抵抗を小さくするために、ＡｌＳｉ合金が使用される。ＡｌＳｉ合金はヒロックを発生したり、Ａｌが他の層に拡散したりするので、ＭｏＷによるバリア層、およびキャップ層によってＡｌＳｉをサンドイッチする構造がとられている。

ソース電極１０７とＴＦＴのソース領域Ｓを接続するために、ゲート絶縁膜１０４と層間絶縁膜１０６にスルーホールが形成され、ＴＦＴのソース領域Ｓとソース電極１０７とが接続される。ソース電極１０７を覆って、例えばＳｉＮを用いて形成された無機パッシベーション膜（無機絶縁膜）１０８が被覆され、ＴＦＴ全体を保護する。無機パッシベーション膜１０８は第１下地膜１０１と同様にＣＶＤによって形成される。

無機パッシベーション膜１０８を覆って有機パッシベーション膜１０９が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性のアクリル樹脂で形成される。有機パッシベーション膜は、アクリル樹脂の他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等でも形成することが出来る。有機パッシベーション膜１０９は平坦化膜としての役割を持っているので、厚く形成される。有機パッシベーション膜１０９の膜厚は１〜４μｍであるが、多くの場合は２μｍ程度である。

画素電極１１２とソース電極１０７との導通を取るために、無機パッシベーション膜１０８および有機パッシベーション膜１０９にスルーホール１３０が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性の樹脂を使用している。感光性の樹脂を塗付後、この樹脂を露光すると、光が当たった部分のみが特定の現像液に溶解する。すなわち、有機パッシベーション膜１０９に感光性樹脂を用いることによって、フォトレジストの形成を省略することが出来る。有機パッシベーション膜１０９にスルーホールを形成したあと、２３０℃程度で有機パッシベーション膜１０９を焼成することによってスルーホールが形成された有機パッシベーション膜１０９が完成する。

有機パッシベーション膜１０９をマスクとしてドライエッチングにより無機パッシベーション膜１０８にスルーホールを形成する。こうして、画素電極１１２とソース電極１０を導通するためのスルーホール１３０が形成される。有機パッシベーション膜１０９は厚いので、スルーホール１３０の上側と下側では、孔の大きさが異なる。

このようにして形成された有機パッシベーション膜１０９の上面は平坦となっている。有機パッシベーション膜１０９の上にアモルファスＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタリングによって被着し、フォトレジストによって、パターニングした後、蓚酸でエッチングし、コモン電極１１０のパターニングを行う。コモン電極１１０はスルーホール１３０を避けて、平面ベタで形成される。その後、２３０℃で焼成して、ＩＴＯを多結晶化し、電気抵抗を低下させる。コモン電極１１０を形成する透明導電膜であるＩＴＯは、厚さは例えば、７７μｍである。

その後、コモン電極１１０を覆って、層間絶縁膜１１１をＣＶＤによって成膜する。このときのＣＶＤの温度条件は、３００℃以下（望ましくは２３０℃程度）であり、これは低温ＣＶＤと呼ばれる。その後、フォトリソグラフィ工程によって、層間絶縁膜１１１のパターニングを行う。本発明の特徴は、層間絶縁膜１１１によって、スルーホール１３０内を完全には覆わないことである。図２においては、スルーホール１３０の内壁（即ち有機パッシベーション膜１０９の側壁）には層間絶縁膜１１１は形成されていない。

ところで、他の膜、例えば、第１下地膜１０１、無機パッシベーション膜１０８等をＣＶＤで形成する時は、３００℃以上で行われる。一般に、ＣＶＤ膜等は、高温で形成したほうが、下地膜との接着力は強くすることが出来る。しかし、層間絶縁膜１１１の下には有機パッシベーション膜１０９がすでに形成されているので、３００℃以上の高温にすると、有機パッシベーション膜１０９の特性が変化するため、層間絶縁膜１１１の形成は低温ＣＶＤで行われる。低温ＣＶＤで層間絶縁膜１１１を形成することによって、他の膜、特に、コモン電極１１０と、層間絶縁膜１１１との接着力が問題となる。

本実施例では、図２に示すように、層間絶縁膜１１１をスルーホール１３０の内壁に形成せず、平坦部のみに形成することによって、層間絶縁膜１１１に対するストレスを緩和し、層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との膜剥がれを防止している。なお、他の実施例で示すように、層間絶縁膜１１１がスルーホール１３０の内壁の一部を覆っている程度であっても、本発明の効果を維持することが出来る。

層間絶縁膜１１１の上にアモルファスＩＴＯをスパッタリングし、フォトリソグラフィ工程によって、櫛歯状の画素電極１１２を形成する。画素電極１１２はスルーホール１３０を介してソース電極１０７と接続する。画素電極１１２には信号電圧が印加され、コモン電極１１０との間に発生する電界によって、液晶分子３０１を回転させ、画素毎に液晶層の光の透過量を制御し、画像を形成する。画素電極１１２を形成する透明導電膜であるＩＴＯの膜厚は、例えば、４０ｎｍから７０ｎｍ程度である。

図３は、櫛歯状の画素電極１１２と平面ベタで形成されたコモン電極１１０の関係を示す平面図である。図３において、画素電極１１２は、図示していない層間絶縁膜１１１を挟んでコモン電極１１０の上に配置されている。画素電極１１２の櫛歯１１２１と櫛歯１１２１の間のスリット１１２２が形成されている。図２に示すように、画素電極１１２上面からコモン電極１１０に電気力線が伸び、この電気力線によって液晶分子３０１を回転させ、液晶層３００を透過する光の量を制御する。

図２において、画素電極１１２の上には、液晶分子３０１を初期配向させるための配向膜１１３が形成されている。液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタが形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、ブラックマトリクス２０２はＴＦＴの遮光膜としての役割も有し、ＴＦＴに光電流が流れることを防止している。

カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平坦化している。オーバーコート膜２０３の上には、液晶分子３０１の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成されている。なお、図２はＩＰＳであるから、対向電極１１０はＴＦＴ基板１００側に形成されており、対向基板２００側には形成されていない。

図２に示すように、ＩＰＳでは、対向基板２００の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板２００の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層３００に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板２００の外側（液晶層３００の反対側）に外部導電膜２１０が形成される。外部導電膜２１０は、透明導電膜であるＩＴＯをスパッタリングすることによって形成される。

図４はスルーホール１３０付近の平面図である。図４では、最上層に形成される画素電極は省略されている。図４において、スルーホール１３０には、大孔１３０１と小孔１３０２と傾斜部が存在している。スルーホール１３０の大孔１３０１の外側には、スルーホール１３０の大孔１３０１を囲む形で層間絶縁膜１１１の端部が形成され、層間絶縁膜１１１のさらに外側には、層間絶縁膜１１１の端部を囲む形でコモン電極１１０の端部が形成されている。スルーホール１３０の小孔１３０２の内側にはソース電極１０７が見えている。ソース電極１０７と図示しない画素電極がスルーホール１３０を介して接続する。

図５は図４のＡ−Ａ断面図である。図５において、ソース電極１０７の下層は省略されている。ソース電極１０７の上に無機パッシベーション膜１０８が形成され、無機パッシベーション膜１０８の上に有機パッシベーション膜１０９が形成されている。有機パッシベーション膜１０９の上にコモン電極１１０が形成され、コモン電極１１０の上に層間絶縁膜１１１が形成されている。コモン電極１１０は、有機パッシベーション膜１０９の平面部のみに形成され、スルーホール１３０の傾斜部（スルーホール１３０の内壁、有機パッシベーション膜１０９の側壁）には形成されていない。

コモン電極１１０を覆う層間絶縁膜１１１も有機パッシベーション膜１０９の平面部のみに形成され、スルーホール１３０の傾斜部には形成されていない。層間絶縁膜１１１の上には画素電極１１２が形成され、画素電極１１２はスルーホール１３０を介してソース電極１０７と接続している。無機パッシベーション膜１０８の孔と有機パッシベーション膜１０９の小孔とが同じ大きさとなっている。無機パッシベーション膜１０８は有機パッシベーション膜１０９をマスクとしてエッチングされるからである。

本発明の特徴は、層間絶縁膜１１１をスルーホール１３０まで延在させずに、有機パッシベーション膜１０９の平坦部にのみ形成していることである。有機パッシベーション膜１０９はアクリル等の樹脂で形成され、層間絶縁膜１１１はＳｉＮ（特に低温成膜のＳｉＮ）で形成されているので、熱膨張係数が異なる。層間絶縁膜１１１を形成した後、画素電極１１２を構成するＩＴＯ膜を多結晶化するときに、２３０℃程度で焼成するが、このときに、熱膨張係数の差によって、有機パッシベーション膜１０９の上に形成される膜にストレスが加わる。

このとき、有機パッシベーション膜１０９に直接形成されているコモン電極１１０は７７ｎｍと薄いことと、ＩＴＯと有機樹脂との接着力が高いので、コモン電極１１０と有機パッシベーション膜１０９との間で剥離は生じにくい。一方、層間絶縁膜１１１は２００ｎｍ〜３００ｎｍと厚く、かつ、層間絶縁膜１１１とＩＴＯとの接着力は強くないので、層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との間での剥離が生じやすい。本実施例では、層間絶縁膜１１１がスルーホール１３０の傾斜部全体を覆わず、層間絶縁膜１１１を有機パッシベーション膜１０９の平面部にとどめておくことによって、熱膨張のストレスがかかりにくくして、コモン電極１１０と層間絶縁膜１１１の剥離を防止している。

図６は比較のための従来例におけるスルーホール１３０付近の平面図である。図６では、画素電極は省略されている。図６において、スルーホール１３０の大孔１３０１の周辺を囲んでコモン電極１１０が形成されている。層間絶縁膜１１１は、有機パッシベーション膜１０９に形成されたスルーホールの小孔のさらに内側まで延在し、スルーホール１３０の小孔１３０２を形成している。スルーホール１３０の小孔１３０２には、ソース電極１０７が見えている。

図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。図７において、ソース電極１０７の上には無機パッシベーション膜１０８が形成され、無機パッシベーション膜１０８の上には有機パッシベーション膜１０９が形成されている。有機パッシベーション膜１０９の上面にはコモン電極１１０が形成され、コモン電極１１０を覆って層間絶縁膜１１１が形成されている。図７において、層間絶縁膜１１１はスルーホール１３０の傾斜部を覆い、無機パッシベーション膜１０８と接触し、無機パッシベーション膜１０８と層間絶縁膜１１１とでスルーホール１３０の小孔１３０２を形成している。図６および図７の構成においては、スルーホール１３０部における有機パッシベーション膜１０９は、層間絶縁膜１１１によって完全に覆われている。

図８は、図７における画素電極１１２を形成する前におけるスルーホール１３０部の断面図である。図８までの状態のスルーホール１３０を形成するプロセスは次のとおりである。ソース電極１０７の上に無機パッシベーション膜１０８を成膜し、さらに有機パッシベーション膜１０９を成膜する。その後、有機パッシベーション膜１０９にスルーホールを形成する。その後、層間絶縁膜１１１を成膜し、フォトレジストをコーティングし、パターニングする。その後、同じレジストパターンを用いて層間絶縁膜１１１と無機パッシベーション膜１０８を同時にドライエッチングしてスルーホール１３０の小孔１３０２を形成する。なお、無機パッシベーション膜１０８も層間絶縁膜１１１もＳｉＮによって形成されているので、同時にエッチングすることが可能である。

その後、層間絶縁膜１１１の上に画素電極１１２となるＩＴＯを被着し、フォトリソグラフィ工程によって櫛歯電極状に画素電極１１２をパターニングする。画素電極１１２をパターニングした後、画素電極１１２の抵抗を小さくするために、画素電極１１２が形成されたＴＦＴ基板１００を２３０℃程度で焼成してＩＴＯを多結晶化する。しかし、このときの熱工程によって、層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との間で、図９に示すような膜剥がれが発生する。

これは、図１０に示すようなメカニズムによって生ずるものと考えられる。図１０は図６のＢ−Ｂ断面図である。画素電極１１２を形成後、ＩＴＯを多結晶化するために、温度を上げた際、有機パッシベーション膜１０９は熱膨張係数が層間絶縁膜１１１よりも大きいので、層間絶縁膜１１１を横方向に引っ張ろうとする力を生ずる。この力は、有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との界面にかかる力Ｆ１とスルーホール１３０の傾斜部付近において、層間絶縁膜１１１を横方向に引っ張ろうとする力Ｆ２に分けることが出来る。なお、有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との間に生ずるストレスＦ１は、コモン電極１１０の厚さが小さいために、層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との間の界面のストレスになると考えてよい。

図１０において、スルーホール１３０の小孔１３０２側において、無機パッシベーション膜１０８と層間絶縁膜１１１が積層されている。無機パッシベーション膜１０８と層間絶縁膜１１１は同じ材料であるＳｉＮで形成されているために、接着力は非常に強い。この構造においては、有機パッシベーション膜１０９が膨張しようとしても、無機パッシベーション膜１０８によって、横方向への膨張は完全に抑制されてしまう。この抑制による影響が、層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との間の界面のストレスとなって現われる。

すなわち、図１０の構成においては、有機パッシベーション膜１０９の熱膨張によって層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との界面にもたらされるストレスＳ２は、有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との間の界面のストレスＦ１に、図１０のＦ２によるストレスが加わったものとなる。

そして、層間絶縁膜１１１が破壊しなければ、図１０におけるＦ２は層間絶縁膜１１１を水平方向に引っ張る力に変換される。一方、コモン電極１１０を構成するＩＴＯの膜厚は、層間絶縁膜１１１の膜厚よりも小さく、かつ、有機パッシベーション膜１０９の接着力は強いので、有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との間では剥離は生じない。したがって、コモン電極１１０と層間絶縁膜１１１との間で剥離が生ずることになる。

図１１は本実施例の構成において、層間絶縁膜１１１の上のＩＴＯを多結晶化するために温度を上げたときのストレスを示す模式図である。図１１は図４のＡ−Ａ断面図となっている。図１１において、温度を上げた場合の、熱膨張係数の差による有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０の間のストレスＦ１は、図１０と同様である。しかし、図１１においては、層間絶縁膜１１１はスルーホール１３０の内部には形成されていない。したがって、図１０に示すような従来例で生じていた、スルーホール１３０の傾斜部における力Ｆ２は存在しない。

有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との間に生ずるストレスは、コモン電極１１０と層間絶縁膜１１１との間に生ずるストレスと同等と考えてよい。したがって、図１１に示す本実施例の構成においては、有機パッシベーション膜１０９と層間絶縁膜１１１等との熱膨張の差によって生ずる層間絶縁膜１１１とコモン電極１１０との間に生ずるストレスＳ１は有機パッシベーション膜１０９とコモン電極１１０との間に発生するストレスＦ１と同等となり、従来例に比較して軽減される。これによって、コモン電極１１０と層間絶縁膜１１１との剥離を防止することが出来る。

本実施例の構成によるＴＦＴ基板１００と、従来例の構成によるＴＦＴ基板１００を各々５０枚製作し、２４０℃のホットプレートで２０分間加熱して、膜剥がれの有無を確認した。その結果本実施例の構成の場合、膜剥がれを生じたＴＦＴ基板１００は０枚であった。これに対して、従来の構成によるＴＦＴ基板１００では、５０枚のＴＦＴ基板１００のうち、７枚のＴＦＴ基板１００において、コモン電極１１０と層間絶縁膜１１１との間に膜剥がれを生じた。このように、本発明の効果は非常に大きい。

尚、液晶表示装置の交流反転駆動により、ＴＦＴに流れる電流の方向は適宜入れ替わる。これにより、ＴＦＴのソース領域とドレイン領域、更にはソース電極とドレイン電極も適宜入れ替わるが、本実施例の説明においては、画素電極と接続される側をソース領域、ソース電極と称している。以下に述べる実施例においても同様である。

図１２は実施例２におけるスルーホール１３０付近の平面図である。図１２は、層間絶縁膜１１１の形成範囲のみが実施例１の図４と異なっている。すなわち、本実施例においては、層間絶縁膜１１１がスルーホール１３０の傾斜部の一部を覆っている。図１３は、図１２のＣ−Ｃ断面図である。図１３において、層間絶縁膜１１１はスルーホール１３０の傾斜部の上部を覆っている。しかし、層間絶縁膜１１１はスルーホール１３０の下部までは延在しておらず、かつ、無機パッシベーション膜１０８とは接していない。

本実施例においても、無機パッシベーション膜１０８は有機パッシベーション膜１０９をマスクとしてドライエッチングされているので、無機パッシベーション膜１０８は表面には出ていない。しかし、仮に別なプロセスを用いて、無機パッシベーション膜１０８が有機パッシベーション膜１０９よりも内側に顔を出すような構成の場合であっても、層間絶縁膜１１１と無機パッシベーション膜１０８との接触は避ける必要がある。有機パッシベーション膜１０９の熱膨張によるストレスが過大になることを防止するためである。

本実施例では、層間絶縁膜１１１がスルーホール１３０の傾斜部にまで形成されている分、実施例１の場合に比較して、熱膨張によるストレスは若干大きくなるが、従来例に比較するとはるかに小さい。つまり、有機パッシベーション膜１０９の熱膨張を、層間絶縁膜１１１と無機パッシベーション膜１０８によって完全に塞ぐ構成とはなっていないからである。したがって、本実施例による膜剥がれに対する効果は、実施例１に近いものとなる。

本実施例においては、層間絶縁膜１１１と無機パッシベーション膜１０８を接触させないためには、図１２における層間絶縁膜１１１の開口径（又は開口部の幅）Ｗ１を有機パッシベーション膜１０９の小径（又は小孔の幅）Ｗ２よりも必ず大きくしなければならない。また、マスクの目合わせの精度を考慮すると、Ｗ２＋２μｍ＜Ｗ１とする必要がある。

有機パッシベーション膜１０９は平坦化膜も兼ねているので、画素のピッチが小さくなっても、有機パッシベーション膜１０９の膜厚を小さくすることが困難である。そうすると、スルーホール１３０の径も小さくすることは難しい。本実施例のように、スルーホール１３０の傾斜部にまで層間絶縁膜１１１を形成すれば、コモン電極１１０をスルーホール１３０の大孔１３０１付近にまで形成することが出来、画素における光の利用率を向上させることが出来る。

実施例１および実施例２では、本発明がトップゲートタイプのＴＦＴを使用した構成の場合について説明した。しかし、本発明は、トップゲートタイプのＴＦＴの場合のみでなく、ボトムゲートタイプのＴＦＴに対しても同様に適用することが出来る。

図１４は、ボトムゲートタイプのＴＦＴを用いた液晶表示装置に本発明を適用した場合の、画素部の断面図である。ＴＦＴの構成を除いては、実施例１で説明した図２と同様である。図１４において、ＴＦＴ基板１００の上にはゲート電極１０５が形成されている。ゲート電極１０５を覆って、ゲート絶縁膜１０４が形成されている。ゲート絶縁膜１０４を介してゲート電極１０５の上には、半導体層１０３が形成されている。

図１４において、ゲート電極１０５はガラス基板の上に直接形成され、図２で説明したような下地膜は形成されていない。ガラスからの不純物はゲート電極１０５によってブロックされ、半導体層１０３には到達しないからである。但し、図２と同様に下地膜を形成してもよい。図１４に示す半導体層１０３には、ａ−Ｓｉが使用される場合が多い。この場合の半導体層１０３の厚さは１５０ｎｍ程度である。半導体層１０３のソース領域およびドレイン領域にはソース電極１０７およびドレイン電極１０７１が接続している。なお、半導体層１０３とソース電極１０７、あるいは、ドレイン電極１７０１との間には、オーミックコンタクトを取るための図示しないｎ＋Ｓｉ層が５０ｎｍ程度の厚さで形成される。

このようにして形成されたボトムゲートタイプのＴＦＴを覆って、無機パッシベーション膜１０８が形成される。この場合の無機パッシベーション膜１０８は、実施例１あるいは実施例２で説明した半導体層にｐｏｌｙ−Ｓｉを用いたトップゲート型の場合と異なり、後で形成されるコモン電極と画素電極との間の層間絶縁膜と同様に低温ＣＶＤによって形成される。本実施例ではＴＦＴの半導体層にａ−Ｓｉを用いているが、高温ＣＶＤを用いると、ａ−Ｓｉの特性を変化させる可能性があるからである。この場合の低温ＣＶＤで形成した無機パッシベーション膜１０８は、ＩＴＯと直接接触していないので、この部分において、膜剥がれが問題になることは無い。

無機パッシベーション膜１０８を形成した後の構成およびプロセスは図２で説明したのと同様であるので、説明を省略する。すなわち、図１４におけるソース電極１０７と画素電極１１２を接続するためにスルーホール１３０を形成するが、本発明の特徴であるスルーホール１３０部およびその付近の構成は、実施例１および実施例２で説明した構成をそのまま適用することが出来る。このように、本発明は、ＴＦＴの構成にかかわらず、使用することが出来、同様の効果を得ることが出来る。

以上説明してきたように、膜剥がれは画素面積が小さくなった場合に特に問題になる。例えば、３インチの画面にＶＧＡを表示可能とするためには、画素の水平ピッチが３２μｍとなる。画面が３インチ以下においてもＶＧＡを表示可能としたいという要求があり、この場合は、水平ピッチが３２μｍ以下となる。このような画素ピッチが小さい製品についてＩＰＳ方式を適用する場合は、本発明は非常に効果がある。

１０…表示領域、２０…シール材、３０…走査信号線、３１…走査信号線引出し線、４０…映像信号線、４１…映像信号線引き出し線、５０…ＩＣドライバ、５１…走査信号線駆動回路、５２…映像信号線駆動回路、１００…ＴＦＴ基板、１０１…第１下地膜、１０２…第２下地膜、１０３…半導体層、１０４…ゲート絶縁膜、１０５…ゲート電極、１０６…層間絶縁膜、１０７…ソース電極、１０８…無機パッシベーション膜、１０９…有機パッシベーション膜、１１０…コモン電極、１１１…層間絶縁膜、１１２…画素電極、１１３…配向膜、１３０…スルーホール、１５０…端子部、２００…対向基板、２０１…カラーフィルタ、２０２…ブラックマトリクス、２０３…オーバーコート膜、２１０…外部導電膜、３００…液晶層、３０１…液晶分子、１０７１…ドレイン電極、１３０１…スルーホールの大孔、１３０２…スルーホールの小孔、Ｓ…ソース領域、Ｄ…ドレイン領域。

Claims

薄膜トランジスタのソース領域と接続するソース電極の上に、前記ソース電極を覆う第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜の上に有機絶縁膜が形成され、前記有機絶縁膜の上にコモン電極が形成され、前記コモン電極の上に前記コモン電極を覆う第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜の上に櫛歯状に形成された部分を有する画素電極が形成された液晶表示装置において、
前記有機絶縁膜と前記第１の絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上部に対応する大孔と前記第１の絶縁膜に対応する小孔と、前記有機絶縁膜に形成された傾斜部を有するスルーホールを有し、
前記第２の絶縁膜には、前記スルーホールの前記大孔を囲むように第１の開口部が形成され、
前記コモン電極膜には、前記スルーホールの前記大孔を囲むように第２の開口部が形成され、
前記画素電極は、前記スルーホールを介して前記ソース電極と接続し、
前記第２の絶縁膜に形成された前記第１の開口部は、前記有機絶縁膜に形成された前記大孔よりも大きく、かつ、前記コモン電極に形成された第２の開口部よりも小さく、
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜はＳｉＮで形成されており、
前記第２の絶縁膜は、３００度以下のＣＶＤによって成膜されたものである
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記スルーホールにおいて、前記第１の絶縁膜に形成された小孔は前記有機絶縁膜をマスクとしてエッチングされて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。