WO1999044094A1 - Substrat a matrice active et affichage a cristaux liquides comprenant ce substrat - Google Patents

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Description

明 細 書 ァクティブマトリックス基板およびそれを用いた液晶表示装置 技術分野
本発明は、 液晶表示装置 （以下 LCD)の基板として使用される、 表示画素毎 にアクティブ素子が形成されたアクティブマトリックス基板（以下 AM基板） お よびそれを用いた液晶表示装置に関する。 背景技術
近年、 LCDの大型化と高精細度化が進行している。 アクティブマトリックス 型 LCD (以下 AMLCD)では、表示画素毎に形成されたアクティブ素子によ り透明表示電極の電位が制御され、所望の画像が表示されている。
現在一般的には AML CDでは酸化インジウム酸化スズ固容体（以下 I TO) からなる透明表示電極とそれに信号を送るためのァドレス酉 とが同一平面状に 形成されている。 し力、し、 AML CDの表示が高精細化されるのに伴い、 表示画 面全体に占めるアドレス配線部分とァクティブ素子の部分が相対的に大きくなり、 表示部分の有効面積が低下してきた。 その上、 一般の AML CDにおいてはアド レス酉 と透明表示電極との を防ぐために両者間に一定の距離を必要とする。 このため、 高精細化が進行するほど表示部分の有効面積が低下し AML CDの表 示輝度が低下するという問題が発生してきた。
上記問題を解決する手段として、 ァドレス酉 とアクティブ素子を形成した後 に、 それらの上に透明な絶縁膜を設け、 上記透明な絶縁膜上に透明表示電極を設 けた AMLCD (以下改良型 AMLCD)が提案されている。 以下従来の改良型 AMLCDについて図面を参照しながら説明する。 第 1図は AM基板を使用した改良型 AML C Dの断面図である。 第 1図では A M基板のアクティブ素子として薄膜トランジスタ （以下 T F T) が使用されてい る。 また、 第 1図では、 ガラスなどの絶縁性基板から構成された基板 1の上に、 走査線を兼ねるゲート線電極 2、 ゲート 禄膜 3、 半導体膜 4、 ソース線を兼ね るソ一ス線電極 5、 およびドレイン電極 6がこの順番で形成されている。 ゲート 紙禄膜は通常窒化ゲイ素 （S 1 Nx) で構成されている。
AML C Dの製造に際しては、 先ず、 表示画素数に対応した T F Tとゲート線 およびソース線のァドレス酉 が基板 1上にマトリックス状に形成される。次に、 これらを覆うように透明絶縁膜 7が形成され、 さらに、 透明絶縁膜 7の上に透明 表示電極 8が形成される。 透明 緣膜 7にはドレイン電極 6と透明表示電極 8と が直接接続されるようにコンタクト穴が設けられている。 第 1図において、 AM 基板と対向するガラス基板上には対向電極 9、 ブラックマトリックス 1 0、 カラ 一フィルタ 1 1と配向膜 1 2が形成され、 上記 AM基板と対向ガラス基板の間に 液晶 1 3が配置されている。
上記の様に改良型 AML C Dはソース線電極 5と透明表示電極 8とが別の平面 に形成され、 かつ、 その間に透明絶縁膜 7があるため、 ソース線電極 5と透明表 示電極 8とが、 平面距離で接近しても双方が することがなくなる。 さらに、 ソース線電極 5と透明表示電極 8とを重ねることもできる様になる。 この様に、 透明表示電極 8の面積を大きくとることができるため、 L C Dの高精細化が進行 しても表示輝度の低下を防止することができる。 さらに、 ソース線電極 5を透明 表示電極 8で覆うため、 ソ一ス線電極 5の電界による液晶表示への影響も排除で きる。 これらの改良で改良型 AML C Dの表示性能が飛躍的に向上した。
しかし、 従来の改良型 AML C Dにおいては、 有機材料からなる液晶 1 3、 I T O膜からなる透明表示電極 8、 樹脂材料からなる透明絶縁膜 7、 S i Nxから なるゲート絶縁膜 3など、 各々の膜を構成する材料の屈折率が表 1に示される様 に大きく異なっている。 このため、 各々の膜の境界面で界面 が発生し、 光線 透過率が低下して表示が喑 Lヽものとなる課題があつた。
表 1 ：従来の構成材料と屈折率
Figure imgf000005_0001
上記材料中、 I丁0膜ゃ3 i Nxは成膜条件の変更で多少屈折率を変化させる ことは可能であるが、 有機材料である液晶材料 1 3や樹脂材料である透明絶縁膜 7の屈折率に近づける程屈折率を大きく変ィヒさせることは不可能である。
さらに、 上記樹脂材料からなる透明 縁膜 7は表面を平坦にする目的と、 透明 表示電極 8とァドレス配線との電気的干渉を防止する目的の 2つの目的のために、 通常 2 ~ 3 程度の膜厚に成膜される。 しかし、 透明絶縁膜 7の膜厚は通常 ± 1 0 %程度ばらついて製造されている。 この膜厚のばらつきのために前記界 面反射光の光路差が生じ、 干渉縞が発生する。 この干渉縞が発生するため L C D の表示品質が非常に悪くなる。
現在の製造条件下では上記透明絶縁膜の膜厚のばらつきを低減することは困難 であるため、 L C Dの表示品質を向上するためには現状の膜厚のばらつきを前提 とした上で上記干渉縞の発生を抑制することが必要である。 本発明は上記従来の AM L C Dの干渉縞を抑制する手段として前記各々の膜を構成する材料の光学特 性特に屈折率を特定の範囲に制御することを特徴とするものである。 発明の開示
この課題を解決するために、 本発明は a ) アクティブ素子とアドレス酉 2^がマトリックス状に配置された絶縁性基板上 に前記ァクティブ素子と前記ァドレス酉 を覆う透明 縁膜が形成され、 b ) 前記透明絶縁膜上に透明表示電極が形成され、
c ) 前記透明表示電極力前記透明 椽膜に開けられたコンタクト穴を経由して前 記ァクティブ素子と接続されてなり、
d ) 前記透明表示電極の下部にあって前記ァクティブ素子の一部を形成する素子 膜と前記透明糸禄膜との屈折率の差および、 前記素子! &禄膜と絶縁性基板と の屈折率の差が 0. 2以内であることを特徴とするアクティブマトリックス基板 およびそれを使用した液晶表示装置を提供するものである。 図面の簡単な説明
第 1図は従来の改良型ァクティブマトリックス型液晶表示装置の断面を示す断 面図である。
第 2図は本発明の改良型ァクティブマトリックス型液晶表示装置の断面を示す 断面図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1の実施形態
以下、 本発明の第 1の実施形態について、 第 2図を参照して説明する。
本発明は上記従来の A M L C Dの欠点を改良する手段として、 A M基板上の表 示部分を構成する各々の膜の光学特性、 特に屈折率を特定の範囲に規定したもの である。
すなわち、 第 2図に示す様に、 本発明にかかる AM基板は、 半導体膜からなる アクティブ素子 2 4およびアドレス配線 （走査線 2 2、 信号線 2 5 ) をマトリッ クス状に設けられた絶縁性基板 2 1の表面上に透明糸椽膜 2 7が形成され、 前記 透明!^膜 2 7上に表示用の透明表示電極 2 8が形成されている。 さらに、 ァク ティブ素子 2 4と透明表示電極 2 8とは透明 膜 2 7に設けられたコンタクト 穴を経由して電気的に接続されている。
この様に、 本発明にかかる液晶表示装置の断面構造は基本的には従来の改良型 AM L C Dと同一である。 ただし、 本発明にかかる AM基板は、 透明絶縁膜 2 7 とゲ一ト! ^縁膜 2 3との間および、 ゲ一ト絶縁膜 2 3と絶縁性基板 2 1の間の屈 折率の差を 0 . 2以内に抑制されてなることを特徴とする。
すなわち、本発明者らの実験の結果によれば、上記各膜間の屈折率の差が 0 . 2以内であれば、 上記透明絶縁膜 2 7の膜厚が製造条件の範囲内でばらついても L C Dの表示品質の劣化は少ないことが判つた。
上記構成を達成するために、 本発明の一実施形態にかかる AM基板は、 ゲート 腿膜材料として二酸化ケイ素（S 1 02 )または S i O x/ S i Νγ (ただし Xは 0〜2、 Yは 0〜4 / 3の数字） で示される固溶体を使用し、 絶縁性基板として ガラス基板を使用することを特徴とするものである。
従来の AM基板に使用される構成材料の屈折率は表 1で説明した様に各構成材 料の屈折率が大きく異なっている。これに対し、本実施形態の AM基板の場合は、 透明騰膜 2 7とゲー卜絶縁膜 2 3との間および、 ゲート 緣膜 2 3と 性基 板 2 1の間の屈折率の差は表 2に示す様に少ない。 さらに、 製造の都合上ガラス 基板 2 1や透明 膜 2 7の材料が変更されてそれらの屈折率が変化してもゲ一 ト絶縁膜 2 3を形成する S i 02または S i O x/ S i Ν γ固溶体の組成を調節す ることにより、 ガラス基板 2 1とゲート 禄膜 2 3間およびゲート絶縁膜 2 3と 透明 膜 2 7との間の屈折率の差を最小にすることができる。 表 2 ：本実施の形態の構成材料と屈折率
Figure imgf000008_0001
S i Ox/S i Νγ固溶体からなるゲート絶縁膜 23を製造する手段としては、 従来公知のスパッタ法、 各種 CVD法などを採用することができる。 特に、 従来 からゲート絶縁膜の製造で実施されてきた CVD法は本発明のゲ一ト絶縁膜 23 の製造に好都合である。
すなわち、 従来のゲ一ト！ ^椽膜 3の CVD法による製造におけるアンモニアな どの窒素供給源ガスに代えて、 窒素供給源ガスと酸素との混合ガスを使用するこ とにより S i Ox/S i Νγ固溶体を製造することができる。 すなわち、 従来の 製造装置に一切変更を加えることなく、 供給ガス中に酸素を添加するだけで本発 明のゲー卜絶縁膜 23に適した S i OxZS i Νγ固溶体を製造することができ る。
上記固溶体中の酸素と窒素の比率は窒素供給源ガスと酸素との混合比率を制御 することにより任意の値に設定される。 この結果、 従来の製造装置に一切 を 加えることなく任意の屈折率のゲート^縁膜 23が製造できる。 このため、 ガラ ス基板 21や透明絶縁膜 27の材料が変更されてこれら材料の屈折率が変化して もゲー卜絶縁膜 23の屈折率をこれら材料の屈折率に近づけることが容易である c さらに、 CVD法以外でも、 スパッタ法により上記ゲート 椽膜を製造するこ とができる。 この場合はターゲットを目的とする組成にしても良いし、 S i 02 および S i 3N4を別個にターゲットとして、 ガス分圧、 印加電力などスパッタ 条件で組成を調整しても良い。
なお、 上記の実施形態においてはゲ一卜絶縁膜 2 3の材料として S i〇2また は S i O x/ S i Νγを使用する場合について説明したが、 容易に判る様に、 ゲ 一ト絶縁膜 2 3を構成する材料が透明で、 かつ透明絶縁膜 2 7および絶縁性基板 2 1の双方との屈折率の差が 0. 2以内であれば本発明に使用することができる。 本発明にかかる AM基板を L C Dの AM基板として使用する構成により、 L C Dを構成する A M基板の表示部分の各構成膜の界面で発生する界面反射が抑制さ れる。 このため、透明 膜の膜厚のばらつきにより発生する干渉縞の強度が低 減され、 L C Dの表示品質の劣化を大幅に改善することができる。 さらに、 界面 S tが少なくなるために AM基板の透過率も改善されて、 表示用の透明電極の面 積を変化させなくても視認性の良レ、良好な表示性能の L C Dが製造できる。 産業上の利用可能性
以上の様に、 本発明の構成によれば、 透明絶縁膜の膜厚の製造上のばらつきに より発生する干渉縞の強度が低減され、 L C Dの表示品質の劣化を大幅に改善す ることができる。 さらに、 AM基板の透過率も改善されて、 表示用の透明電極の 面積を変化させなくても視認性の良 、良好な表示性能の L C Dが製造できるとい う有効な効果が得られる。
さらに、 本発明の AM基板の製造に際してゲート絶縁膜として S i 02または S i O x/ S i Νγ固溶体を採用した場合は、 従来の AM基板の製造装置を一切 変更することなく、 製造条件をわずかに変更するのみで視認性の良い良好な表示 性能の L C Dが製造できるという有効な効果が得られる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ァクティブ素子とァドレス配線がマ卜リックス状に配置された絶縁性基板上 に前記アクティブ素子と前記ァドレス酉 を覆う透明 膜が形成され、 さらに 前記透明絶縁膜上に透明表示電極が形成され、 前記透明表示電極が前記透明絶縁 膜に開けられたコンタクト穴を経由して前記アクティブ素子と接続されてなり、 前記透明絶縁膜と前記透明表示電極の下部にあつて前記ァクティブ素子の一部を 形成する素子絶縁膜との屈折率の差および、 前記素子 縁膜と^^性基板との屈 折率の差が 0. 2以内であることを特徴とするアクティブマトリックス基板。
2. 前記素子絶縁膜が、 S i 02または S i O xZ S i Ν γ (ただし Xは 0〜2、 Yは 0〜4 / 3の数字） で示される固溶体からなることを特徴とする請求項 1記 載のアクティブマトリックス基板。
3. 前記 S i O x/ S i Νγで示される固溶体が C V D法またはスパッタ法によ り製造されることを特徴とする請求項 2記載のアクティブマトリックス基板。
4. アクティブ素子とアドレス酉 がマトリックス状に配置された絶縁性基板上 に前記ァクティブ素子と前記ァドレス酉 を覆う透明糸腺膜が形成され、 さらに 前記透明絶縁膜上に透明表示電極が形成され、 前記透明表示電極が前記透明絶縁 膜に開けられたコンタクト穴を経由して前記ァクティブ素子と接続されてなり、 前記透明絶縁膜と前記透明表示電極の下部にあつて前記ァクティブ素子の一部を 形成する素子絶縁膜との屈折率の差および、 前記素子 膜と! ^縁性基板との屈 折率の差が 0. 2以内であるアクティブマトリックス基板を用いたことを特徴と する液晶表示装置。
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