JPH05249494A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクティブマトリクス型液晶表示装置のリバ
ースティルトを防止する。 【構成】 アクティブマトリクス型液晶表示装置は、信
号ライン４とゲートライン３との交差部分に配置された
薄膜トランジスタ２とこの薄膜トランジスタ２に接続さ
れた画素電極１とを有する一方の基板と、対向電極９を
有し前記一方の基板５に対向配置された他方の基板１０
と、両方の基板５，１０に保持された液晶層１１とを備
えている。画素電極１の周囲に沿って形成された画素電
極１と信号ライン４及びゲートライン３との間に位置す
る段差斜面のうち少なくとも一辺は最大傾斜角θ₁ が６
０°以下に設定されている。ＴＦＴ基板５の表面段差を
緩斜面化する事によりリバースティルトを抑制できる。
この緩斜面化は、例えば層間絶縁膜８をリフロー処理す
る事により行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は個々の薄膜トランジスタ
によりスイッチング駆動される複数の画素がマトリクス
状に配列された構造を有するアクティブマトリクス型液
晶表示装置に関する。より詳しくは、液晶の所謂リバー
スティルトによって生じるディスクリネーションライン
と呼ばれる表示欠陥の抑制除去構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず最初に、本発明の背景を明らかにす
る為に、図３を参照して従来のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の一般的な構造を簡潔に説明する。図示す
る様に、ガラス基板２０上に液晶セルを駆動する為の薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）２１が形成されている。個々
の薄膜トランジスタ２１は互いに直交するゲートライン
２２と信号ライン２３との交点に配置されている。ガラ
ス基板２０にはさらに画素電極２４が形成されており、
所謂ＴＦＴ基板２５を構成している。このＴＦＴ基板２
５には液晶層２６を介して対向基板２７が対面配置して
いる。液晶層２６は例えば捩れ配向されたツイストネマ
ティック液晶等からなる。加えて、対向基板２７と液晶
層２６との界面には透明導電材料からなる対向電極２８
が形成されている。かかる構成を有する液晶表示装置に
おいては、個々の薄膜トランジスタ２１はゲートライン
から供給される選択信号によりスイッチングされ且つ信
号ラインから供給される画像信号をサンプリングして対
応する画素電極２４に書き込む。

【０００３】図３に示す様に、ＴＦＴ基板２５の表面に
はパタニングされた各種の薄膜が積層されており、表面
は凹凸を有する。例えばゲートライン２２及び信号ライ
ン２３が形成された部位の頂面は画素電極２４の上面よ
り０．１〜１．５μｍ程度突出しており、画素電極２４
との間に斜面Ｓが形成されている。これらゲートライン
２２及び信号ライン２３を含めてＴＦＴ基板２５の表面
には、図示しないが液晶分子の配向方向を規定する為に
配向膜が塗布されている。同様に、対向基板２７の内表
面にも配向膜が塗布されている。

【０００４】図４に示す様に、対向基板２７と液晶層２
６との界面に設けられた配向膜は実線矢印で示す方向に
ラビング処理を施されている。同様に、液晶層２６と下
側のＴＦＴ基板２５との界面に設けられた配向膜は点線
矢印で示す方向にラビング処理を施されている。ラビン
グ方向即ち配向方向は互いに直交しており、夫々の基板
表面近傍に位置する液晶分子はラビング方向に沿って配
向し所謂ツイストネマティック液晶層が実現できる。こ
の時、液晶分子はラビング方向前方に向かって僅かにテ
ィルトし液晶分子の先端が上を向く様なプレティルト状
態を保つ。

【０００５】この様な配向状態を有する液晶層２６に電
界を印加すると、プレティルト状態の液晶分子は上を向
いた先端部分がさらに立ち上がり、旋光能を失なう為入
射光の偏光面を回転させないので透過率が変化する。液
晶表示装置はかかる原理に基き、画像信号に応じて画素
電極電位を変化させ液晶層に印加する電界を制御する事
により画像表示を行なうものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来構造においては、個々の画素電極とゲートライン及
び信号ラインとの間に残された斜面Ｓの存在によりその
部分近傍の表示コントラストが悪化するという課題ある
いは問題点があった。この点につき、図５を参照して簡
潔に説明する。ゲートライン２２や信号ライン２３の近
傍では前述した斜面に沿って液晶分子２６Ｍが立ち上が
る為、プレティルト状態に乱れを生じる。この乱れは斜
面が高いほど且つ傾斜角が大きいほど顕著になる。しか
も、ラビング方向前方に立ちはだかる形に見える前方斜
面ＳＡと、ラビング処理の影となって後方にのみ見える
後方斜面ＳＢとで、その近傍のプレティルト状態の乱れ
に相違が生じる。一方、斜面以外の部位、例えば画素電
極２４の表面上ではラビング処理によって定まるプレテ
ィルト角を呈しており、これは正常な順ティルトであ
る。しかし、後方斜面ＳＢの近傍領域において、液晶分
子は斜面に沿う様に正常な順ティルトとは反対方向に立
ち上がり逆ティルトあるいはリバースティルト状態にな
る。この為、順ティルト状態と逆ティルト状態との境界
に沿って、液晶分子がどちらの方向にも立ち上がってい
ないディスクリネーション領域が発生する。このディス
クリネーション領域は電圧印加時においても旋光能を失
わない為、特にノーマリホワイト表示の場合には線状に
表われ表示品質が悪化するという問題点がある。

【０００７】従来この様な問題点を解決する為に様々な
対応策が提案されている。例えば、特開昭６３−７０２
３０号公報に示された対応策では、画素電極下部にゲー
ト絶縁膜及び層間絶縁膜を延設して堆積し、ＴＦＴ基板
表面の平坦化を図っている。しかしながら、この様な構
造では、依然としてゲートライン及び信号ラインの厚み
分に起因する高低差は軽減されず斜面が残されている。
従って、リバースティルトドメインの発生を防止するに
は不十分であった。

【０００８】又、例えば特開平２−１３４６２０号公報
には、ゲートライン及び信号ラインの側面部あるいは端
面部を階段状に形成する方法が提案されている。しかし
ながら、この対応策でも、ゲートライン及び信号ライン
の厚み分に起因する高低差はさほど改善されず、リバー
スティルトドメインの発生を十分に防止する事は困難で
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の問
題点あるいは課題に鑑み、本発明はリバースティルトド
メインを抑制し、ディスクリネーションラインを除去し
て表示画像のコントラストを大幅に向上し得る液晶表示
装置を提供する事を目的とする。

【００１０】かかる目的を達成する為に、信号ラインと
ゲートラインとの交差部分に配置された薄膜トランジス
タとこの薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有
する一方の基板と、対向電極を有し前記一方の基板に対
向配置された他方の基板と、両方の基板に保持された液
晶層とを備えた液晶表示装置において、前記画素電極の
周囲に沿って形成された画素電極と信号ライン及びゲー
トラインとの間に位置する段差斜面のうち少なくとも一
辺は最大傾斜角を６０度以下に抑えるという手段を講じ
た。

【００１１】又、画素電極の周囲ばかりでなく、画素電
極の下に所謂蓄積容量ライン等が形成されている場合に
は段差斜面が生じる。この場合には、画素電極の下に少
なくとも１層リフローされた層間絶縁膜を形成するとと
もに、該層間絶縁膜の段差斜面の最大傾斜角を６０度以
下に制御するという手段を講じた。

【００１２】

【作用】図６を参照して本発明の作用を説明する。図６
のグラフは段差領域の寸法形状と、リバースティルトあ
るいはディスクリネーションの発生程度との相関を示す
グラフである。縦軸に段差斜面の最大傾斜角をとってお
り、横軸に段差高さをとってある。グラフから明らかな
様に、段差斜面の最大傾斜角が小さくなるほどディスク
リネーションの発生は抑制できる。又、段差の高さ自体
を小さくする事によりディスクリネーションの発生を抑
制できる。しかしながら、信号ラインやゲートラインを
構成する薄膜の厚みを無制限に小さくする事は不可能で
あり、実際上３００nm程度の膜厚を有する。この場合に
は、最大傾斜角が８０°程度の略垂直端面に近い場合に
はディスクリネーションが多発する。一方、最大傾斜角
を６０°以下に制御した場合にはディスクリネーション
を少なくする事ができる。さらに、最大傾斜角を４５°
以下に抑えた場合には事実上ディスクリネーションを除
去できる。

【００１３】上述したディスクリネーション発生率の段
差斜面傾斜角依存性に鑑み、本発明では、例えば画素電
極１とゲートライン及び信号ラインとの間に形成される
斜面の傾斜角を緩やかにする事により、リバースティル
トドメインを誘起する力を弱められる。この為、実際上
リバースティルトドメインの発生領域を極限化する事が
できる。さらには、周囲の正常ティルト領域に存在する
液晶分子の配向力の影響を受け、リバースティルトドメ
イン自体を消滅させる事が可能である。この様にリバー
スティルトドメインが抑制される為、ディスクリネーシ
ョンラインが殆ど発生せず、これに起因する漏れ光によ
る表示コントラストの低下を防止できる。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかるアクティブマト
リクス型液晶表示装置の第１実施例を示す模式的な要部
断面図である。図示する様に、画素電極１の近傍には対
応する薄膜トランジスタ２が形成されている。マトリク
ス状に配列された画素電極１の各行間には行毎に液晶画
素を選択する為のゲートライン３が配置されており、そ
の一部は薄膜トランジスタ２のゲート電極２Ｇを構成す
る。又、画素電極１の各列間には画像信号を供給する為
の信号ライン４が配置されている。薄膜トランジスタ２
のソース／ドレインの一方が画素電極１に接続され、他
方が信号ライン４に接続されている。薄膜トランジスタ
２は、絶縁基板５の表面に堆積された多結晶シリコン膜
６を用いて形成される。活性領域を構成する多結晶シリ
コン膜６の上にはゲート絶縁膜７を介して前述したゲー
ト電極２Ｇが設けられている。かかる構成を有する薄膜
トランジスタ２は層間絶縁膜８により被覆されていると
ともに、前述した画素電極１及び信号ライン４は層間絶
縁膜８の上に形成されている。

【００１５】絶縁基板５に対面して対向電極９の形成さ
れた対向基板１０が貼り合わされている。両基板の間隙
には液晶層１１が封入されておりアクティブマトリクス
型液晶表示装置を構成する。この液晶層１１は例えばネ
マティック液晶からなる。一対の基板５，１０の内表面
は、図４に示した従来例と全く同様に、ラビング配向処
理を施されており、ネマティック液晶分子は所定のプリ
ティルト状態でツイスト配向される。

【００１６】次に図１に示す液晶表示装置の製造方法を
説明する。先ず、ガラス又は石英等からなる絶縁基板５
の上に多結晶シリコン膜６をＬＰ−ＣＶＤ法により５０
nmの厚みで堆積し且つパタニングする。この多結晶シリ
コン膜６上にＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜７を成膜し
た後、ゲート電極２Ｇを含むゲートライン３をＬＰ−Ｃ
ＶＤ法により形成する。このゲートライン３は、例えば
不純物をドーピングした膜厚３５０nmの多結晶シリコン
膜からなる。この様にして薄膜トランジスタ２が形成さ
れる。その上に、ＡＰ−ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜８
を成膜する。この層間絶縁膜８はＰＳＧからなり例えば
６００nmの膜厚を有する。さらに、スパッタリングによ
りアルミニウムからなる厚み６００nmの信号ライン４を
形成する。最後に、スパッタリングを用いＩＴＯ等から
なる透明導電材料を膜厚１５０nmで成膜し且つパタニン
グして画素電極１を形成する。この後、配向処理を施さ
れた基板５と同じく配向処理を施された対向基板１０と
を貼り合わせ両者の間に液晶層１１を封入してアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置が完成する。

【００１７】次に、本実施例の要部をなす層間絶縁膜８
について詳細に説明する。この層間絶縁膜８はＰＳＧか
らなり成膜した後所謂リフロー処理が施されている。層
間絶縁膜８は比較的鋭い傾斜端面を有するゲート電極２
Ｇを被覆している。リフロー処理を施すと層間絶縁膜８
が流動変形しゲート電極２Ｇの端面部あるいは段差部に
対する被覆性が改善され、表面に現れた段差斜面がなだ
らかになる。例えば、リン濃度が７重量％のＰＳＧ膜
（厚み６００nm）を１０００℃で１０分間アニールしリ
フロー処理を施すと、厚み３５０nmの多結晶シリコン膜
からなるゲート電極２Ｇの段差部上方において、層間絶
縁膜８表面の最大傾斜角θ₁ を５５°程度に抑える事が
できる。

【００１８】この様にリフロー処理を施した層間絶縁膜
を用いる事によって、リバースティルトドメインを誘起
する力を弱くする事ができ、さらには周囲の正常ティル
ト領域の配向力により、リバースティルトドメインを消
滅させる事が可能になる。つまり、リバースティルトド
メインが発生しないので、ディスクリネーションライン
も発生せず、これに起因する漏れ光によるコントラスト
の低下を防止する事ができる。

【００１９】なお図１に示す実施例では、信号ライン４
は層間絶縁膜８の上に形成されている。この信号ライン
４を含む領域についても平坦化が必要な場合には、第２
の層間絶縁膜を被覆し同様にリフロー処理を施せば良
い。

【００２０】又、上述した実施例においては、層間絶縁
膜８はリン濃度が７重量％で膜厚が６００nmのＰＳＧ膜
を用いてリフロー処理を行なっていた。しかしながら、
本発明はこれらの数値に限られるものではなく、ＰＳＧ
膜より下方に位置する段差部の斜面を最大傾斜角６０°
以下で被覆できれば良い。例えば、３５０nmの高低差を
有する段差斜面を６００nmの膜厚のＰＳＧ膜で被覆する
場合、リン濃度が６重量％のＰＳＧ材料を用いた場合に
は１０００℃で２０分以上アニールすれば良い。又、前
述した様に７重量％のリン濃度を有するＰＳＧ材料の場
合には１０００℃の加熱温度で１０分間以上アニールを
行なえば良い。さらに、リン濃度が８重量％のＰＳＧ材
料を用いた時には１０００℃の加熱温度で２分間以上ア
ニールを行なえば良い。この様に、ＰＳＧ膜のリン濃度
を高める事により、流動性が増すので短時間で緩斜面化
を達成できる。又、層間絶縁膜の材料としてＰＳＧ膜に
限らず例えばＢＰＳＧ膜を用いても良い。ＢＰＳＧ膜は
ＰＳＧ膜よりリフローし易いので、アニール温度を低く
抑える事ができる。

【００２１】なお、リフロー処理が不十分な場合には十
分な緩斜面化が行なえないのでリバースティルトドメイ
ンを有効に防止できない。例えば、比較例として、リン
濃度が４．５重量％の膜厚６００nmを有するＰＳＧ膜を
用いて層間絶縁膜を形成したところ、１０００℃で１０
分間のアニール条件では不十分であった。厚み３５０nm
の多結晶シリコン膜からなるゲート電極の段差部を被覆
しているＰＳＧ膜の斜面の最大傾斜角θ₁ は６８°であ
った。この場合、図１に示す実施例と同一の条件で液晶
表示装置を組み立てると、この斜面近傍においてリバー
スティルトドメインが出現し、周囲の正常ティルト領域
との境界でディスクリネーションラインが発生した。

【００２２】本実施例においては、段差部の膜厚寸法が
３５０nmのゲート電極あるいはゲートラインに対して緩
斜面化処理を行なっているが、本発明の効果はかかる寸
法を有する段差に限定されるものではない。この段差寸
法より厚くてもあるいは薄くても同様の効果が得られ
る。但し、６０°以下の範囲での緩斜面化処理により十
分な効果を得る為には、段差寸法は２μｍ以下である事
が好ましい。さらに好ましくは１μｍ（１０００nm）以
下である。

【００２３】次に、図２を参照して本発明にかかるアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の第２実施例を詳細に
説明する。なお、図１に示す実施例と同一の構成要素に
ついては同一の参照番号を付して理解を容易にしてい
る。第１実施例と異なる点は、画素電極１の直下に層間
絶縁膜８を介して蓄積容量素子１２が設けられている事
である。この蓄積容量素子１２は液晶セルの画像信号保
持機能を改善する為に設けられており、薄膜トランジス
タ２のゲート電極２Ｇ及びゲートライン３と同一の材料
からなる蓄積容量ライン１２ＣＳを備えている。従っ
て、この蓄積容量ライン１２ＣＳも一般に切り立った段
差部を有している。この蓄積容量ライン１２ＣＳを被覆
する層間絶縁膜８に対して同様にリフロー処理を施す事
により、画素電極１の表面に現われる斜面の最大傾斜角
θ₂ をやはり６０°以下に抑える事ができる。この様に
すれば、画素電極１内においてリバースティルトドメイ
ンの発生を防止できる。

【００２４】上述した第１実施例及び第２実施例では、
ＴＦＴ基板表面の緩斜面化を図る為にリフロー処理を利
用していた。しかしながら、本発明はこれに限られるも
のではなく、段差を有する下地膜の斜面自体をなだらか
に形成する様にしても良い。これにより、段差部領域表
面における最大傾斜角を６０°以下に制御できる。かか
る例を図７に示す。なお理解を容易にする為に図２に示
す第２実施例と同一の構成要素については同一の参照番
号を付している。本例においては、ゲート電極２Ｇを含
むゲートライン３及び蓄積容量ライン１２ＣＳをテーパ
状にパタニング形成している。具体的には、これらのラ
インを形成する材料として金属Ｔａを用い所謂テーパエ
ッチングを行なえば良い。なお、この材料としてはＴａ
に限られず、多結晶シリコン，Ａｌ，シリサイド，ポリ
サイド，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｔｉや、これらの合金を用
いる事ができる。

【００２５】以上に説明した各実施例においては段差部
領域の表面最大傾斜角を６０°以下に制御している。し
かしながら、図６から明らかな様に、傾斜角は小さい方
がより効果は大きく、最大傾斜角を４５°以下に制御す
ると一層効果的である。

【００２６】加えて、本発明はプレーナ型，正スタガ
型，逆スタガ型の何れの薄膜トランジスタに対しても適
用可能である。又、薄膜トランジスタの半導体材料とし
てアモルファスシリコンと多結晶シリコンの何れを用い
た場合にも本発明は適用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、画
素電極の周囲に存在する、画素電極と信号ライン，デー
タライン及び蓄積容量ラインとの間の段差斜面のうち少
なくともラビング処理の影になる一辺は、最大傾斜角が
６０°以下となる様に緩斜面化処理を施しており、リバ
ースティルトドメインを誘起する力を弱めている。この
為、リバースティルトドメインの発生領域を極限化する
事ができる。さらには、周囲の正常ティルト領域の配向
力によりリバースティルトドメイン自体を消滅させる事
ができる。この様に、本発明によればリバースティルト
ドメインが発生しない為ディスクリネーションラインを
除去でき、これに起因する漏れ光による表示コントラス
トの低下を防ぐ事ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の第１実施例を示
す要部断面図である。

【図２】本発明にかかる液晶表示装置の第２実施例を示
す要部断面図である。

【図３】従来の液晶表示装置の一例を示す断面図であ
る。

【図４】一般的なラビング処理を示す説明図である。

【図５】リバースティルトの発生状態を示す説明図であ
る。

【図６】段差寸法形状とリバースティルト発生との関係
を示すグラフである。

【図７】本発明にかかる液晶表示装置の変形例を示す要
部部分断面図である。

【符号の説明】

１ 画素電極 ２ 薄膜トランジスタ ２Ｇ ゲート電極 ３ ゲートライン ４ 信号ライン ５ 絶縁基板 ６ 多結晶シリコン膜 ７ ゲート絶縁膜 ８ 層間絶縁膜 ９ 対向電極 １０ 絶縁基板 １１ 液晶層 １２ 蓄積容量素子 １２ＣＳ 蓄積容量ライン Ｓ 段差斜面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号ラインとゲートラインとの交差部分
   に配置された薄膜トランジスタとこの薄膜トランジスタ
   に接続された画素電極とを有する一方の基板と、対向電
   極を有し前記一方の基板に対向配置された他方の基板
   と、両方の基板に保持された液晶層とを備えた液晶表示
   装置において、 前記画素電極の周囲に沿って形成された前記画素電極と
   信号ライン及びゲートラインとの間に位置する段差斜面
   のうち少なくとも一辺は最大傾斜角が６０度以下である
   事を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 信号ラインとゲートラインとの交差部分
   に配置された薄膜トランジスタとこの薄膜トランジスタ
   に接続された画素電極とを有する一方の基板と、対向電
   極を有し前記一方の基板に対向配置された他方の基板
   と、両方の基板に保持された液晶層とを備えた液晶表示
   装置において、 前記画素電極の下に少なくとも１層はリフローされた層
   間絶縁膜が形成されており該層間絶縁膜の段差斜面は最
   大傾斜角が６０度以下である事を特徴とする液晶表示装
   置。