JP5920064B2 - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置とその製造方法に関するものであり、詳しくは、表示の焼付きを低減することができるフリンジフィールドスイッチングモードを用いた液晶表示装置とその製造方法に関するものである。

広視野角の液晶表示装置として、フリンジフィールドスイッチング（Fringe Field Switching:ＦＦS）モードを用いた液晶表示装置が広く用いられている。このＦＦＳモードの液晶表示装置は、液晶表示装置を構成するアレイ基板上に、スリット状の開口部を有する上層電極と、一般に開口部を有しない下層電極とが層間絶縁膜を介して形成されており、これらの電極間に電圧を印加したときの上層電極のスリット状の開口部に生じるフリンジ電界によって液晶材料を駆動するものである。

ＦＦＳモードの液晶表示装置は非常に広い視野角特性を有しており、優れた表示特性を示す。しかし、他の液晶表示モードと比較してＦＦＳモードでは、表示の焼付きが顕著であり、その低減が求められている。

ＦＦＳモードの液晶表示装置で見られる表示の焼付きの原因は詳細にはわかっていない。しかし、スリット状の開口部を有する上層電極と下層電極との間に電圧を印加したときの上層電極のスリット状の開口部近傍に生じるフリンジ電界が不均一で、かつ強電界が局在化して印加されたとき、焼付きが顕著になることが知られている。

したがって、焼付きを低減するためには、上層電極のスリット状の開口部近傍のフリンジ電界を均一に印加し、かつその電界強度を小さくすることが必要である。そこでスリット状の開口部を有する上層電極と下層電極との間の層間絶縁膜の誘電率（ε１）と上層電極上に形成した絶縁膜の誘電率（ε２）とを、ε２＞ε１の関係として、２層の絶縁膜の厚み方向に誘電率分布を形成し、上層電極と下層電極との間に印加される電界強度の分布を調整する構成が提案されている（例えば特許文献１）。

またスリット状の開口部を有する上層電極を、層間絶縁膜に埋め込むことにより上層電極近傍の電界集中を緩和する構造が提案されている（例えば特許文献２）。

特開２００３−２９２４７号公報 特開２００９−１７５５６１号公報

しかし特許文献１では、スリット状の開口部を有する上層電極の上に絶縁膜を追加する工程が必要となる。また特許文献２では、層間絶縁膜にスリット状の開口部を有する上層電極を埋め込む場合、電界集中を減らすためには上層電極と絶縁膜の高さを精度よく一致させる必要があるが、そのためには工程管理が厳しいなどの問題があり、制御性よく焼付きを軽減することが困難という問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、スリット状の開口部のフリンジ電界の分布を小さくし、かつ電界強度を小さくすることで、焼付きのない良好な表示のＦＦＳモード液晶表示装置を得ることを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、複数の画素を有する表示領域を備えるアレイ基板と、アレイ基板に対向して配置される対向基板と、アレイ基板と対向基板との間に挟持される液晶材料とを備える液晶表示装置であって、画素内に、スリット状の開口部が形成された上層電極と、上層電極の下層に形成され所定の比誘電率を有する層間絶縁膜と、上層電極に対向し層間絶縁膜を介して形成された下層電極とを備え、層間絶縁膜中で開口部下部に所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を備えるものである。

本発明の液晶表示装置は、層間絶縁膜中で、上層電極のスリット状の開口部下部に所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を備えているため、スリット状の開口部を有する上層電極と下層電極との間のフリンジ電界の分布が小さく、かつ電界強度が小さくなり、液晶表示装置の焼付きを低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る画素の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係るアレイ基板の平面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る画素の平面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る層間絶縁膜の形成方法を示すアレイ基板の断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る電界強度の数値解析結果である。 本発明の実施の形態２に係る画素の断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る画素の断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る電界強度の数値解析結果である。 本発明の実施の形態４に係る加工方法を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態５に係る加工方法を示す断面模式図である。

実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。

実施の形態１.
＜液晶表示装置の構造＞
図１〜図３を用いて実施の形態１に係る液晶表示装置の構造を説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の断面模式図であり、図２は本発明の実施の形態１に係るアレイ基板の平面模式図である。図３は本発明の実施の形態１に係る画素の平面模式図である。図１は、図３のＡ−Ａ断面の模式図を示している。

本発明は、横方向電界により液晶材料を応答させるＦＦＳモードの液晶表示装置に関するものであり、まず図２を用いて、本実施の形態に係るＦＦＳモード液晶表示装置を構成するアレイ基板１の概略を説明し、次に図１、図３を用いて、画素内の構成を詳細に述べる。

アレイ基板１には、表示領域２とこれを囲むように設けられた額縁領域３とが設けられている。この表示領域２には、走査信号回路４から延伸された複数の走査信号配線（ゲート配線）５が平行に形成され、表示信号回路６から延伸された複数の表示信号配線（ソース配線）７が平行に形成されている。また、ゲート配線５とソース配線７とは、互いに直交するように形成されている。さらに、表示領域２には、複数の共通配線８が平行に形成されている。共通配線８は、ゲート配線５と隣接して形成され、相互に平行に設けられている。ゲート配線５とソース配線７とで囲まれた領域に画素９が形成される。複数の画素９が表示領域２内にマトリクス状に配列される。

画素９内には、ゲート配線５とソース配線７の交差部分に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor : ＴＦＴ）１０が形成されている。このＴＦＴ１０を介して表示信号電圧が液晶層に印加される。つまり、ゲート配線５からの走査信号によってＴＦＴ１０がＯＮ状態となり、この時、ソース配線７から印加された表示信号電圧が、ＴＦＴ１０を介して、ドレイン電極（図示せず）に接続された下層電極に印加される。一方、共通配線８は各画素のスリット状の開口部を有する上層電極（図示せず）に接続しており、下層電極と上層電極の間で液晶層１１に電圧を印加する。また上層電極と下層電極との間には、補助容量１２を形成し、液晶層の応答を安定化させる。なお、ここではドレイン電極と下層電極１４を接続し共通配線8と上層電極１５を接続するとしたが、ドレイン電極と上層電極を接続し共通配線と下層電極を接続しても良い。以下の文ではドレイン電極と下層電極を接続し共通配線と上層電極を接続した場合を例として説明する。

次に図３を用いて本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の画素構造を説明する。上述したように、ゲート配線５とソース配線７との交点付近にＴＦＴ１０が形成されており、ＴＦＴ１０からドレイン電極１３を介して、下層電極１４が接続されている。下層電極１４と層間絶縁膜を介した上層にスリット状の開口部を有する上層電極１５が形成される。

図１は、図３のＡ−Ａ部分の断面模式図を示している。なお、図３は画素構造を示すために、アレイ基板のみの平面模式図を示したが、図１の断面模式図においては、アレイ基板１だけでなく、対向基板１６及び両基板に挟持された液晶材料１７も含めた液晶表示装置を構成する液晶表示素子の断面図を示している。

アレイ基板１には、ガラス基板１８上にゲート配線５の一部であるゲート電極１９が形成され、それをゲート絶縁膜２０で覆っている。ゲート絶縁膜２０の表面にＴＦＴ１０を構成する半導体層２１とその表面にオーミックコンタクト層２２を介してソース配線７の一部であるソース電極２３とドレイン電極１３が形成される。ドレイン電極１３は下層電極１４に接続している。これらの電極の上層に層間絶縁膜２４が形成され、さらにスリット状の開口部を有する上層電極１５が形成されている。アレイ基板の最上層には、本実施の形態では、液晶配向膜２５が形成されている。

層間絶縁膜２４は、上層電極１５が形成されていないスリット状の開口部分には低比誘電率部２６が形成されている。この層間絶縁膜２４に目的とする低比誘電率部２６を形成する方法は後述する。

対向基板１６は、ガラス基板２７にブラックマスク２８、カラーフィルター２９が形成されており、その上にこれらを保護するオーバーコート層３０が形成されている。最上層には、アレイ基板１と同様に液晶配向膜３１が形成されている。両基板を液晶材料１７を介して貼り合わせ、液晶表示装置を構成する液晶表示素子を得る。

本実施の形態において、ゲート電極１９やドレイン電極１３等の電極の材料はＣｒを用いたが、これに限定するものではなく、通常の金属膜を用いることができる。例えば、Ｃｒ以外にＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇやこれらを主成分とする合金、またはこれらの積層膜を用いることができる。スリット状の開口部を有する上層電極１５、下層電極１４はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いたが、その他の透明導電膜を用いることもでき、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等を用いることができる。また、本実施の形態において、ゲート絶縁膜２０、層間絶縁膜２４は酸化シリコンを用いたが、これに限定するものではなく、窒化シリコン等の無機絶縁膜を用いることができる。さらに、本実施の形態においては、ＴＦＴ１０を構成する半導体膜２１は、非晶質シリコンを用いたが、多結晶シリコン等を用いることができ、半導体膜２１表面のオーミックコンタクト層２２は、リンが高濃度にドーピングされたｎ型非晶質シリコンを用いたが、その他の不純物がドーピングされたｎ型非晶質シリコン、ｎ型多結晶シリコンを用いることもできる。

図３においては、上層電極１５にスリットが２本のみ形成されている図を記載しているが、模式的に記載したもので、スリットの数は２本に限定されない。本実施の形態では、スリット幅３μｍ、スリット間隔４μｍとし、７μｍピッチでスリットを形成した。

本実施の形態で用いた液晶配向膜２５，３１の比誘電率は４、膜厚は０．１４μｍであった。また本実施の形態で用いた液晶材料１７は、通常のＦＦＳモード液晶表示装置に用いられる液晶材料であり、電圧印加によりその比誘電率は４〜１２で変化する特性を示した。なお、液晶層の厚みは３．３μｍであった。

＜各基板の製造＞
本実施の形態に用いたアレイ基板１、対向基板１６は、通常の液晶表示素子に用いる各基板の製造方法と同じ方法を用いて製造される。つまり、各電極、各配線の金属膜や上層電極１５等のＩＴＯ膜は、金属膜またはＩＴＯ膜を成膜後、写真製版、エッチング、レジスト除去の工程により、パターニングを行った。半導体膜２１は、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を作成し、レジストパターンを作成した後ドライエッチング法を用いて半導体膜２１を形成した。ゲート絶縁膜２０は、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を成膜して作成した。

図４を用いて、所定の比誘電率を有する層間絶縁膜２４中で上層電極の開口部下部に所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域である低比誘電率部２６を形成する方法を説明する。図４は、本実施の形態で用いた層間絶縁膜２４の形成方法を示すアレイ基板１の断面模式図である。図４は、図３のＡ−Ａ部分に相当する画素の断面模式図を示している。層間絶縁膜２４の上層にはスリット状の開口部を有する上層電極１５が形成されており（図４（ａ））、この段階において、層間絶縁膜２４は全面にほぼ同じ厚さで均一に形成されている。この層間絶縁膜２４は上記のゲート絶縁膜２０と同様に酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤにより成膜され、その表面にＩＴＯ膜を成膜し、写真製版法を用いてスリット状の開口部を有する上層電極１５が作成される。

次に、パターニングしたＩＴＯ膜からなる上層電極１５をセルフマスクとして、ドライエッチング法により酸化シリコン膜をエッチングした。本実施の形態では、層間絶縁膜２４の厚みは５００ｎｍとし、ドライエッチングで約２５０ｎｍエッチングして、上層電極１５の無い部分の層間絶縁膜２４を薄くした（図４（ｂ））。

次にシロキサン系の有機スピンオングラス（ＳＯＧ）溶液を上記基板上に塗布、乾燥する。この段階で、ＳＯＧ溶液は、セルフマスクとして用いたＩＴＯ膜上には塗布されず上層電極１５以外の開口部に塗布されるため、乾燥することで層間絶縁膜２４をエッチングした部分にのみ比誘電率が小さいＳＯＧ膜２６が形成される（図４（ｃ））。本実施の形態で用いたＳＯＧ膜の比誘電率は約３で、層間絶縁膜２４として用いた酸化シリコン膜の比誘電率は約３．８であったので、ＳＯＧ膜を用いた層間絶縁膜２４の上層電極１５のスリット状の開口部に低比誘電率部２６を形成することができた。

＜液晶表示装置の製造＞
本実施の形態に用いた液晶表示装置は、通常のＦＦＳモード液晶表示装置の製造方法と同じ方法を用いて製造した。つまり、上記により製造したアレイ基板１、対向基板１６に液晶配向膜２５，３１を形成し、焼成後ラビング処理を行った。これらの基板間に液晶材料１７を挟持して、シール材を用いて貼り合わせ、液晶表示装置を構成する液晶表示素子を得た。

ラビング処理の方向は各基板間で同一方向とし、液晶材料１７が平行配向となるように設定する。液晶表示素子の両面に貼付する偏光板は、２枚の偏光板の透過軸方向が直交するように配置して貼付する。このように製造した液晶表示素子に表示信号回路４、走査信号回路６等を実装し、バックライトと組み合わせて液晶表示装置を得た。

各基板面でのラビング処理の方向は、上層電極１５に形成したスリット状の開口部の方向等に依存して定めることができるが、液晶表示素子を形成した場合に、液晶材料１７が略平行配向となるように構成することが必要である。また各偏光板の透過軸の方向は特に限定するものではないが、２枚の偏光板の透過軸が略直交し、また一方の偏光板の透過軸が液晶材料１７の配向方向と略一致することが表示特性の観点から必要である。

＜数値解析結果＞
本実施の形態で用いた液晶表示装置の画素構成で、層間絶縁膜２４の比誘電率分布を種々変更して、上層電極１５のスリット状の開口部の電界分布、電界強度を計算により求めた。一般的な液晶表示装置に用いられるガラス基板１８の屈折率は１．４〜１．８であり、入射した光が界面で大きく反射することなく、十分な透過率を確保するためには、ガラス基板１８面に用いる構成材料の屈折率は、約１〜約２．７である。屈折率の２乗が比誘電率と等しいので、液晶表示装置に用いられる構成材料の比誘電率は１〜約７．３であり、一般的な固体は、比誘電率が２以上であることを考慮すると、層間絶縁膜２４として検討すべき範囲は比誘電率２〜７と考えることができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る電界強度の数値解析結果を示している。図５（ａ）は上層電極１５の開口部に印加される電界分布を、層間絶縁膜２４全面が比誘電率＝７の場合（破線）と開口部下部の層間絶縁膜２４のみが比誘電率＝２でその他の部分が比誘電率＝７とした場合（実線）について計算値を比較して示したもので、矢印で示した範囲が上層電極１５の開口部を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）の破線で囲んだピーク部分を拡大して示している。図５（ｃ）は層間絶縁膜２４の比誘電率を３〜７とし、開口部下部の層間絶縁膜２４の比誘電率をその他の部分と同じまたは小さくした場合の電界強度のピーク値を計算によって求めたものである。

具体的には、■は層間絶縁膜２４全体の比誘電率が７、開口部下部の比誘電率が２〜７の場合の計算結果を示しており、×は層間絶縁膜２４全体の比誘電率が６、開口部下部の比誘電率が２〜６、◇は全体が５で開口部下部が２〜５、▲は全体が４で開口部が２〜４、○は全体が３で開口部下部が２〜３の計算結果を示している。

上層電極１５のスリット状の開口部に、大きな電界が局在化している場合に焼付きが顕著となる傾向があるので、電界強度のピーク値が低い方が焼付きを低減することができる。この観点から検討すると、図５（ａ）（ｂ）より、層間絶縁膜２４の全面が比誘電率＝７である場合（破線）よりも、上層電極の開口部下部の低比誘電率部２６の比誘電率を２とした場合（実線）の方が、電界強度のピークを小さくすることができ、焼付きを軽減することができると考えられる。また、図５（ｃ）より、層間絶縁膜２４の比誘電率が小さいほど、また上層電極１５の開口部下部の低比誘電率部２６の比誘電率が小さいほど電界強度のピークを小さくすることができ、焼付きを軽減することができる。

上層電極１５の開口部の液晶材料１７から液晶配向膜２５、層間絶縁膜２４と進行する電気力線を考える。層間絶縁膜２４の比誘電率が大きい場合は、各層の比誘電率の変化は小さく、各層を進む電気力線の変化も小さい。一方、層間絶縁膜２４の比誘電率が小さい場合は、各層の比誘電率の変化は大きく、電磁気学のマックスウェルの法則にしたがい、電気力線は上層電極１５の開口部で広がり、電界強度のピークを低くすることができたと考えられる。

＜焼付け評価＞
上記により作製した液晶表示装置を用いて、焼付き評価を行った。焼付きの評価は、表示面の半分の領域に白表示、残りの領域を黒表示とし、一定時間経過した後、全面に中間調を表示する。この中間調表示時に、以前白表示をしていた部分の透過光量Ｗと、以前黒表示をしていた部分の透過光量Ｂの差（（Ｗ−Ｂ）／Ｗ％）を評価に用いた。

層間絶縁膜２４に比誘電率の低い部分を形成しない液晶表示装置では、層間絶縁膜２４の比誘電率は約３．８で、本実施の形態で作製した液晶表示装置では、層間絶縁膜２４の比誘電率は約３．８、上層電極の開口部下部で約３であり、焼付きは相対値で約２０％改善し、焼付きが見えにくく、良好な表示特性を示した。

実施の形態２.
実施の形態１においては、上層電極１５と下層電極１４との間に形成された層間絶縁膜２４は酸化シリコンのみからなり、スリット状の開口部を形成した上層電極１５をセルフマスクとしてドライエッチングを行い、ＳＯＧ溶液を塗布、乾燥して上層電極１５の開口部下部に低比誘電率部２６を形成した。本発明の実施の形態２においても、液晶表示装置の構成、アレイ基板１の上層電極１５の構成、上記層間絶縁膜２４のエッチング方法等を含む製造方法は基本的には実施の形態１と同じであるが、上層電極１５と下層電極１４との間に形成された層間絶縁膜が、第一の層間絶縁膜３２と第二の層間絶縁膜３３の材料の異なる２層からなる点が異なっている。

図６を用いて、実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る画素の断面模式図であり、本実施の形態の液晶表示装置の図３のＡ−Ａに該当する部分の断面の構成を示している。

本実施の形態においては、下層電極１４上に窒化シリコンからなる第１の層間絶縁膜３２を５００ｎｍ、その上層に酸化シリコンからなる第２の層間絶縁膜３３を５００ｎｍ形成し、さらにこの上層にＩＴＯからなる上層電極１５を形成し、実施の形態１と同じ方法を用いてスリット状の開口部を形成した。

上層電極１５をセルフマスクとした第２の層間絶縁膜３３のドライエッチングは、実施の形態１と同様に２５０ｎｍの深さまで行い、ＳＯＧ溶液を用いて比誘電率約３のＳＯＧ膜を約２５０ｎｍ形成した。この後の工程に関しても、実施の形態１と同様の工程を用いて、本実施の形態に係る液晶表示装置を得た。

本実施の形態で作製した液晶表示装置について、実施の形態１と同様の焼付き評価を行ったところ焼付きは従来品と比べ相対値で約１５％改善し、焼付きが見えにくく、非常に良好な表示特性を示した。また、本実施の形態に係る液晶表示装置は、実施の形態１と比較して、層間絶縁膜を２層用いているため、層間絶縁膜の比誘電率の設定のバリエーションを広くすることができ、液晶材料１７の比誘電率等、他の構成部材の比誘電率との関係を含めたきめ細かい比誘電率の設定を可能とすることができる。

実施の形態３.
本実施の形態においては、実施の形態１と同じアレイ基板１、対向基板１６を用いたが、実施の形態１においては各基板表面に液晶配向膜を形成し、配向処理であるラビング処理を行ったが、本実施の形態では、液晶配向膜を用いない点で異なっている。また用いた液晶材料も異なっており、実施の形態１では、室温においてネマチック層を示す液晶材料１７を用いたが、本実施の形態においては、室温付近でブルー相を示すブルー相液晶材料３４を用いた点で異なっている。

図７は、本発明の実施の形態３に係る画素部分の断面模式図であり、図３のＡ−Ａに該当する部分の断面の構成を示している。上記のように液晶配向膜を用いることなくアレイ基板と対向基板とを用いて、ブルー相液晶材料３４を挟持して液晶表示素子を作製した。ブルー相液晶材料３４にはアクリル樹脂前駆体と光重合開始剤を添加しており、ブルー相を示す温度において液晶表示素子に紫外線を照射してアクリル樹脂を重合させ、ブルー相を安定化させた。液晶表示素子の両面には偏光板（図示せず）を、各々の透過軸が直交するように貼付する。この液晶表示素子を実装、バックライト（図示せず）と組立等行なって液晶表示装置を得た。

ブルー相液晶材料３４は、電圧無印加時には配向性を示さず、一方、上層電極１５と下層電極１４との間に電圧を印加するとフリンジ電界により液晶配向性を発現する応答特性を示す。したがって、電圧無印加時には黒表示、電圧印加時に白（透過）表示をすることができる。

図８は、本発明の実施の形態３に係る電界強度の数値解析結果を示している。図８（ａ）は画素の上層電極と下層電極との間に印加される電界分布を、層間絶縁膜２４の全面が均一に比誘電率＝７の場合（破線）と上層電極１５の開口部下部のみが比誘電率＝２でその他の部分が比誘電率＝７の場合（実線）を比較して示したもので、矢印で示した範囲が上層電極１５の開口部を示している。図８（ｂ）は図８（ａ）の破線で囲んだピーク部分の拡大図を示している。図８（ｃ）は層間絶縁膜の比誘電率を３〜７とし、上層電極の開口部下部の比誘電率をその他の部分と同じまたは小さくした場合の電界強度のピーク値を計算によって求めたものである。

上層電極１５のスリット状の開口部に、大きな電界が局在化している場合に焼付きが顕著となる傾向があるので、電界強度のピーク値が低い方が焼付きを低減することができると考えられる。この観点から検討すると、実施の形態１と同様に、図８（ａ）（ｂ）より、上層電極１５の開口部下部のみ層間絶縁膜２４の比誘電率を小さくした場合の方が電界強度を小さくすることができ、また、図８（ｃ）より、層間絶縁膜２４の比誘電率が小さいほど、また上層電極１５の開口部下部の低比誘電率部２６の比誘電率が小さいほど電界強度のピークを小さくすることができ、焼付きを軽減することができる。つまり、本数値解析結果から、層間絶縁膜２４の比誘電率が低く、さらに上層電極１５の開口部下部の低比誘電率部２６がそれより更に低いとき最も焼付きを軽減することができると言える。

本実施の形態の液晶表示装置は、層間絶縁膜２４の比誘電率が約３．８であり、上層電極１５の開口部下部の低比誘電率部２６の比誘電率が約３である。この液晶表示装置について実施の形態１と同様の焼付き評価を行ったところ、焼付きは従来品と比べ相対値で約２５％改善し、焼付きが見えにくく、非常に良好な表示特性を得ることができた。また本実施の形態の液晶表示装置は、液晶配向膜を用いることなく液晶表示素子を作製することができるため、製造工程が簡便であり、さらにブルー相液晶材料３４を用いた液晶表示装置特有の高速応答も達成することができ、非常に優れた液晶表示装置を得ることができた。

実施の形態４.
本実施の形態においては、基本的には実施の形態１と同様のアレイ基板１、対向基板１６を用いるが、本実施の形態においては、層間絶縁膜２４にＳＯＧ膜を用いる点で実施の形態１と異なっている。また層間絶縁膜２４の上層にＩＴＯからなる上層電極１５を形成し、スリット状の開口部をパターニングする工程までは実施の形態１と同じであるが、その後の低比誘電率部２６を形成する工程が異なっている。

図９を用いて低比誘電率部２６を形成する工程を説明する。図９は、本発明の実施の形態４に係る加工方法を示す断面模式図である。図９（ａ）は、層間絶縁膜２４に低比誘電率部２６を形成する前の状態を示しており、層間絶縁膜２４としてＳＯＧ膜を５００ｎｍ形成して、その上層にＩＴＯ膜を形成し、スリット状の開口部を有する上層電極１５を形成した状態のアレイ基板１であり、層間絶縁膜２４は均一な比誘電率を有している。

本実施の形態においては、層間絶縁膜２４はシリコン系のＳＯＧ膜を用いている。一般にシリコン系の材料は高い絶縁性を有し、また成膜も容易であることから層間絶縁膜２４に適している。また珪素と結合する元素を変えることで系統的に比誘電率を変えることができる。例えば酸化シリコンは、酸素と珪素の化合物であるが、珪素と結合している酸素をフッ素、炭素、メチレン（ＣＨ）と置き換えることで比誘電率を低くすることができる。また珪素と結合している酸素を窒素と置き換えることで比誘電率を高くすることができる。本実施の形態で層間絶縁膜２４に用いているＳＯＧ膜は珪素と酸素、炭素、水素を主成分とするため、以上のように、酸素をフッ素、炭素、またはメチレンと置き換えることで比誘電率を小さくすることができる。

図９（ａ）に示したＳＯＧ膜を層間絶縁膜２４とするアレイ基板１を薬液槽３５に入れたレジスト現像液として用いられる水酸化テトラメチルアンモニウム（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｙｄｅ：ＴＭＡＨ）溶液槽３６に浸漬する（図９（ｂ））。浸漬は室温において、約１０分間行い、上層電極１５のスリット状の開口部下部の比誘電率を低下させたアレイ基板１（図９（ｃ））を得ることができた。本実施の形態の手法を用いた場合、層間絶縁膜２４の比誘電率は３．５から約３まで小さくすることができた。

本実施の形態では、ＴＭＡＨ溶液に浸漬することで、層間絶縁膜２４の比誘電率を変化させる例を示したが、浸漬する溶液はＴＭＡＨ溶液に限定するものではなく、たとえばレジスト剥離液として用いられるジメチルスルホキシド溶液あるいはモノエタノールアミンとジメチルスルホキシド混合液（製品名 東京応化製 Ｔ１０６）等も同様に用いることができる。また本実施の形態では、アレイ基板をＴＭＡＨ溶液槽３６に浸漬して用いたが、アレイ基板全体を浸漬することなく、シャワー状にＴＭＡＨ溶液を基板に噴きかけて用いることもできる。さらに、本実施の形態では、層間絶縁膜２４が１層の構造について説明したが、層間絶縁膜を２層以上とした場合であっても同様に比誘電率を変化させることができる。

薬液に浸漬することで層間絶縁膜２４の比誘電率が低下するメカニズムは不明であるが、薬液を浸漬した場合に層間絶縁膜２４中に空隙が発生し、空隙内は基本的に比誘電率１であるので、平均的に層間絶縁膜２４の比誘電率が低くなった可能性がある。

この液晶表示装置について実施の形態１と同様の焼付き評価を行ったところ、焼付きは従来品と比べて相対値で約１５％改善し、焼付きが見えにくく、非常に良好な表示特性を得ることができた。また本実施の形態の液晶表示装置は、層間絶縁膜２４の上層電極１５のスリット状の開口部下部のみの比誘電率を容易に変えることができ、簡単な工程で液晶表示装置を得ることができるという特徴も有する。

実施の形態５.
本実施の形態においては、基本的には実施の形態４と同様の、層間絶縁膜２４にＳＯＧ膜を用いたアレイ基板１を用いている。図１０を用いて低比誘電率部２６を形成する工程を説明する。図１０は、本発明の実施の形態５に係る加工方法を示す断面模式図である。図１０（ａ）は、層間絶縁膜２４に低比誘電率部２６を形成する前の状態を示しており、層間絶縁膜２４としてＳＯＧ膜を５００ｎｍ形成した上層にＩＴＯ膜を形成し、スリット状の開口部を有する上層電極１５を形成した状態のアレイ基板１であり、層間絶縁膜２４は均一な比誘電率を有している。

実施の形態４で述べたように、珪素はフッ素、炭素、メチレン（ＣＨ）と結合すると比誘電率が小さく、酸素、窒素と結合すると比誘電率は大きくなる。したがって、珪素と酸素、炭素、水素を主成分のＳＯＧ膜にフッ素イオン等を照射して、珪素とよりフッ素原子が結合するようにすることで低比誘電率化することができる。

図１０（ａ）に示したＳＯＧ膜を層間絶縁膜２４とするアレイ基板１に、フッ素イオン源３７からフッ素イオン３８を照射し、ＳＯＧ膜を変化させた（図１０（ｂ））。フッ素イオン源３７からのイオン照射は１０分間、５ｋｅＶで行い、上層電極１５のスリット状の開口部下部の比誘電率を低下させたアレイ基板（図１０（ｃ））を得た。本実施の形態の手法を用いた場合、層間絶縁膜２４の比誘電率は３．５から約２．９まで小さくすることができた。

本実施の形態では、層間絶縁膜２４が１層の構造について説明したが、層間絶縁膜を２層以上とした場合であっても同様に比誘電率を変化させることができる。また本実施の形態においては、フッ素イオン３８を照射する例を示したが、特に限定されるものではなく、酸素をイオン化して窒化珪素（ＳｉＮ）の窒素を酸素に置き換える場合、ＣＨＦ３をイオン化して酸化珪素またはＳＯＧ膜の酸素を炭素、フッ素、メチレンに置き換える場合、ＣＦ４と水素ガスをイオン化して、酸化珪素またはＳＯＧ膜の酸素を炭素、フッ素、メチレンに置き換える場合等イオン照射により比誘電率を低下させる効果を有する。またイオン化電圧は５ｋｅＶに限定されるものではなく、イオン化するガス等の種類によって変更することができる。例えば一般には数ｋｅＶが適当であり、３〜１０ｋｅＶ程度を用いることができる。

この液晶表示装置について実施の形態１と同様の焼付き評価を行ったところ、焼付きは従来品と比べて相対値で約１５％改善し、焼付きが見えにくく、非常に良好な表示特性を得ることができた。また本実施の形態の液晶表示装置は、層間絶縁膜２４の上層電極１５のスリット状の開口部下部の比誘電率を容易に変えることができ、簡単な工程で液晶表示装置を得ることができるという特徴も有する。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することができる。

１ アレイ基板、２ 表示領域、３ 額縁領域、４ 走査信号回路、５ 走査信号配線（ゲート配線）、６ 表示信号回路、７ 表示信号配線（ソース配線）、８ 共通配線、９ 画素、１０ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１１ 液晶層、１２ 補助容量、１３ ドレイン電極、１４ 下層電極、１５ 上層電極、１６ 対向基板、１７ 液晶材料、１８ ガラス基板、１９ ゲート電極、２０ ゲート絶縁膜、２１ 半導体層、２２ オーミックコンタクト層、２３ ソース電極、２４ 層間絶縁膜、２５ 液晶配向膜、２６ 低比誘電率部、２７ ガラス基板、２８ ブラックマスク、２９ カラーフィルター、３０ オーバーコート層、３１ 液晶配向膜、３２ 第一の層間絶縁膜、３３ 第二の層間絶縁膜、３４ ブルー相液晶材料、３５ 薬液槽、３６ ＴＭＡＨ溶液槽、３７ フッ素イオン源、３８ フッ素イオン。

Claims (6)

1. 複数の画素を有する表示領域を備えるアレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向して配置される対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持される液晶材料とを備える液晶表示装置であって、
   前記画素内に、スリット状の開口部が形成された上層電極と、
   前記上層電極の下層に形成され所定の比誘電率を有する層間絶縁膜と、
   前記上層電極に対向し前記層間絶縁膜を介して下層に形成された下層電極とを備え、
   前記層間絶縁膜中で前記開口部下部に前記所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を備える液晶表示装置。
2. 上層電極と下層電極との間に少なくとも２層以上の異なる材料の層間絶縁膜を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. アレイ基板面に下層電極を形成する工程と、
   前記下層電極上に所定の比誘電率を有する層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜上にスリット状の開口部を有する上層電極を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜中で前記開口部下部に前記所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を、前記上層電極をマスクとして形成する工程と、を備える液晶表示装置の製造方法。
4. 層間絶縁膜中で開口部下部に所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を形成する工程が、アレイ基板をレジスト現像液またはレジスト剥離液に浸漬する工程であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 層間絶縁膜がシリコン系材料であり、
   前記層間絶縁膜中で開口部下部に所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を形成する工程が、アレイ基板を水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液に浸漬する工程であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 層間絶縁膜がシリコン系材料であり、
   前記層間絶縁膜中で開口部下部に、所定の比誘電率より小さい比誘電率を有する領域を形成する工程が、前記層間絶縁膜を形成したアレイ基板にイオン照射を行う工程であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法。

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