JPH0545640A

JPH0545640A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0545640A
Application number: JP22458291A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 浩行田中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電極パタン形成時の欠陥を低減
し、また表示が明るい液晶表示装置の提供を目的とす
る。【構成】画素電極が非線形スイッチング素子の平坦
化、絶縁あるいはパッシベーション層上にコンタクトホ
ールあるいはスルーホールを介して形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、電極パターン形成時の欠陥を低
減し、また表示が明るい液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】カラー表示を行うための手法の一つに、カ
ラーフィルタを透明電極パタンに合わせてそれぞれ形成
し、裏面に光源を設置しその透過光を利用してカラーフ
ィルタの色を認識する方法がある。しかし、この表示方
式は照明装置を必要とし、しかも通常偏光子を二枚設置
するＴＮモードやＳＴＮモードで用いられるため表示が
暗くなりやすいことから照明を非常に明るくする必要が
あり、低消費電力化や薄型化を図るのが非常に難しいと
いう欠点があった。又、液晶駆動素子としてＴＦＴ（Th
in Film Transistor）を各画素に対応させて設けるとと
もにカラーフィルタを設置し、裏面に設置した光源から
の光によってカラー表示を実現する手法においても上記
と同様の欠点があった。一方、近年、ポリマーのマトリ
ックス中に液晶を分散させたポリマー分散型液晶表示装
置の提案がなされているが、これらは、液晶層の厚さの
影響を受けにくい、大面積化が可能、偏光板を必要とし
ない等の特徴を持つことから注目されている。また、特
開平１−２４１５２０号公報には、このポリマー分散型
液晶を用い、カラーフィルタと対応させてカラー表示を
行う技術が開示されている。しかし、該公報に記載の方
法においても次のような欠点がある。すなわち、液晶が
光を透過する状態を“ＯＮ”、光を散乱する状態を“Ｏ
ＦＦ”とするため、“ＯＦＦ”時でも表側（表示面側）
から入射した光が液晶層で散乱されカラーフィルタを透
過してしまうので“黒色”表示において十分な黒さを得
ることが難しく、十分なコントラスト比も得にくい。裏
面からの光源を利用する構造の場合には、この光源の輝
度を増加することによって、ある程度コントラスト比を
向上させることができるが、“黒色”の表示は白っぽく
なってしまう。また、裏面からの光源を使用せずに、反
射光を用いる構造とした場合には、特にコントラスト比
が小さくなってしまう。また、電子通信学会技法ＥＩ
Ｄ８９−１０３には、紫外線重合性化合物が形成する３
次元網目構造中に液晶を分散させたポリマーネットワー
ク型液晶を表示素子の液晶層として用いることにより、
低電圧駆動、優れた急峻性等の利点が得られることが示
してある。しかし、該文献はカラー表示の実施について
何ら言及していない。さらに、ＪＡＰＡＮＤｉｓｐｌ
ａｙ ’８９，ｐ５７２−５７５には、カプセル化液晶
をＴＦＴにより駆動させ、照明手段を用いて表示を行う
技術が開示されているが、この手法は液晶粒子を透過光
で観察するためカラー表示は行われていない。そこで、
本出願人は、先きに裏面からの光源を用いなくとも十分
なコントラスト比が得られ、裏面からの照明を必要とし
ないカラー表示を可能とし、裏面の照明装置のないぶん
だけより一層の薄型化が可能なカラー液晶表示装置を提
供する方法を呈示している。液晶層の光散乱を利用した
ディスプレイ方式にはＰＣ型（Phase Change：相転
移）、ＤＳ型（Dynamic Scattering）、熱効果型、ある
いはＰＤＬＣ（ポリマー分散型液晶やポリマーネットワ
ーク型液晶を総称して以下このように記述する）等が知
られているが、ＰＤＬＣを用いた場合は液晶分子を配向
させるラビング等の工程が必要ないため、安定した表示
品質を得やすい。しかし、ＰＤＬＣは従来のＳＴＮ型液
晶などと比べると急峻性が悪いために、ＳＴＮ型液晶デ
ィスプレイのような単純マトリクス駆動を行う場合で
は、デューティ比は、１／６０〜１／１００程度が限界
であり、ディスプレイの大画面化は難しいと考えられ
る。そこで、画素一個一個にＴＦＴ、ＴＦＤ、ＭＩＭ等
の非線形素子を使用すれば、上記のような急峻性は必要
がないので、安定した表示品質と大画面化、高精細画面
化が可能となってくる。しかし各画素毎の非線形スイッ
チング素子としてＴＦＴを用いた場合、次のような問題
が生じる。すなわち、ＴＦＴが形成されている領域及び
ゲート配線、ソース配線の部分と、これらの製造上必要
な間隔を合わせた領域には画素電極を形成することがで
きないので、表示面積に対する画素電極の割合（開口
率）が低下してしまい表示面が暗くなってしまう。特に
高精細化を図るほど開口率の低下が著しい。また、通常
液晶表示装置をＴＦＴで駆動する場合、ソースラインを
通して書き込んだ印加電圧を次の書き込みまでの時間保
持するため、液晶と並列に容量を作り込む必要があり、
図１（ａ）に示したような付加容量や、（ｂ）に示した
ような蓄積容量方式をとる。ところが、このような容量
を得る方式として（ａ）の付加容量方式を採用した場合
にはゲートラインの容量が増大してしまいゲート駆動時
の負荷が増えゲートラインの遅延が増えてしまう。一
方、（ｂ）の蓄積容量方式を採用した場合にはゲートラ
インの容量が増大することはないが蓄積容量形成用電極
をゲート電極と同時に形成する方法を用いた場合、配線
の交差部が２倍となってしまい歩留まりの点で不利とな
ってしまう。さらに、非線形スイッチング素子としてボ
トムゲート型のＴＦＴを採用した場合にゲートラインと
ソースラインの交差部において断線や層間ショートなど
が生じやすいため歩留まりが向上しない原因の一つとな
っている。

【０００３】

【目的】本発明は、反射型・直視型の液晶表示装置
において開口率の低下を防ぎ、歩留まりの低下を生じる
こと無く蓄積容量が形成でる構造を提供するものであ
る。また、反射型・直視型・透過型の液晶表示装置にか
かわらず、非線形スイッチング素子としてボトムゲート
型のＴＦＴを用いた場合にゲートラインとソースライン
の交差部での断線や層間のショートの発生を低下させ歩
留まりを向上させる構造を提供するものである。

【０００４】

【構成】従来、ＴＦＴ，ＴＦＤを用いた液晶表示装置に
おいては、図２（ｃ）、（ｄ）のような構成が用いられ
ていたため、ＴＦＴあるいはＴＦＤが形成されている領
域、及びソースラインが形成されている領域と、これら
を実際に形成するために必要な製造上の余裕部分を加え
た領域には、画素電極を形成することができないために
開口率を低下させていた。そこで本発明は、裏基板に設
けられる画素電極を、同基板上に形成された非線形スイ
ッチング素子の平坦化、絶縁あるいはパッシベーション
層上にコンタクトホールあるいはスルーホールを介して
形成させることにより、図２の（ａ）、（ｂ）のように
なり、画素電極の下に非線形スイッチング素子・配線が
形成されているため開口率を向上することが可能とな
る。図２では、ボトムゲート型のＴＦＴを例にとって説
明したが、正スタガ型やプレーナ型のＴＦＴの場合も同
様の効果が得られる。図２中、１は基板、２はゲート電
極、３はゲート絶縁膜、４はアモルファスシリコン、５
はオーミック層、６はチャンネルストッパ、７はソース
電極、８はドレイン電極、９は画素電極である。また、
１９は金属層ａ、２０は金属層ｂ、１１は絶縁層であ
る。

【０００５】また、非線形スイッチング素子としてＴＦ
Ｔを採用した場合にゲートラインとソースラインの交差
部において断線や層間ショートなどが生じやすいため歩
留まりが向上しない原因の一つとなっている。そこで本
発明は、ＴＦＴは基板上に成膜された絶縁層上に形成さ
せ、該ＴＦＴのゲート電極及びその配線部が上記絶縁層
に埋め込まれた状態の構成を採用することにより（図３
参照）、ゲート配線による段差が生じないので、ゲート
配線の上部に絶縁層を介して形成されるソースラインの
断線を防止することができる。

【０００６】さらに液晶表示装置をＴＦＴやＴＦＤで駆
動する場合、ソースラインを通して書き込んだ印加電圧
を次の書き込みまでの時間保持するため、液晶と並列に
容量を設置する必要があるが、通常図１（ａ）に示した
ような付加容量や（ｂ）に示したような蓄積容量方式を
とる。ところが、（ａ）の付加容量方式を採用した場合
にはゲートラインの容量が増大してしまいゲート駆動時
の負荷が増えゲートラインの遅延が増えてしまう。一
方、（ｂ）の蓄積容量方式を採用した場合にはゲートラ
インの容量が増大することはないが蓄積容量形成用電極
をゲート電極と同時に形成する方法を用いた場合、配線
の交差部が２倍となってしまい歩留まりの低下を生じる
可能性がある。そこで、本発明は、前記の問題点を解決
するため、ＴＦＴあるいはＴＦＤの下部に絶縁層を介し
て蓄積容量を形成する電極を設け、この蓄積容量を形成
する電極と対向基板の電極とを接続し、蓄積容量として
機能させるという手段を採用した（図４参照）。すなわ
ち、前記電極は画素毎のパターニングをする必要もな
く、この電極のためにその上部に段差が生じることもな
い。また、この蓄積容量は絶縁層の膜厚とその材料によ
って適宜制御することが可能である。

【０００７】本発明の液晶駆動用電極を設けた一対の基
板間に液晶層を挾持した構造を有し、それぞれの画素の
駆動を各画素毎に設けた非線形スイッチング素子によっ
て行う液晶表示装置は特定の構造のものに限定されるも
のではない。また、直視型液晶表示装置、すなわち表示
装置の使用者が見る側を表、反対側を裏とした場合に、
裏側基板に表基板を透過してきた光を吸収するような構
造を設けたもの、あるいは反射型液晶表示装置、すなな
ち裏基板の表面または裏面に表基板を透過してきた光を
反射するような構造を設けたものも本発明の液晶表示装
置として使用される。

【０００８】また液晶相の構成およびそれを構成する素
材の種類も特に限定されるものではないが、たとえば
（ａ）ポリマーにより形成された三次元網状構造に取り
囲まれるように液晶を分散させたポリマーネットワーク
型液晶層からなる膜あるいは（ｂ）ポリマーのマトリッ
クス中に粒子状の液晶を分散させたポリマー分散型液晶
相からなる膜があげらる。また、これら液晶相に色素を
分散させたカラー液晶表示装置であってもよい。

【０００９】以下本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。実施例１図５は本発明による反射型の液晶表示装置の１実施例を
示したものである。基板１としてはガラスを用いたが、
ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ
エーテルサルフォン、ポリアリレートなどのような透明
なポリマー基板を使用することもできる。液晶層１３と
しては、下記のようないわゆるポリマー分散型液晶を用
いた。エポキシ樹脂と硬化剤を所定量混合した液に、シ
アノビフェニル系のネマティック液晶を重量で４：１の
割合で混合した。これをホモジナイザーにて均一混合し
た液晶分散液を透明電極１４上に塗布後８０℃で加熱硬
化して液晶層を作成した。エポキシ樹脂のかわりにポリ
ビニルアルコール、二官能型光硬化アクリル樹脂等を用
いることができる。液晶としてはシアノビフェニル系以
外にもエステル系、ピリミジン系などや、それらの混合
物等の通常のネマティック液晶を用いることができる。
液晶粒子の大きさは１０μｍ以下程度が適当であり、そ
の含有量は１０〜５０ｗｔ％程度が適当である。液晶層
の厚さは約１５μｍであった。基板１′上にはスイッチ
ング素子として作用するＴＦＴが各画素毎に形成されて
おり、入力されたデータに応じてそれぞれが対応する画
素電極９のスイッチ動作を行う。これらのＴＦＴが形成
された上部に、絶縁層としてＳｉＮｘを２μｍの膜厚で
成膜し、これにＴＦＴのドレイン電極部８にスルーホー
ルを形成する。この上部に画素電極９となるＡｌを１．
５μｍの膜厚で成膜し、画素電極９をパターニングす
る。さらにこの上部にＳｉＮｘを５０００Åの膜厚で成
膜し、パッシベーション層とした。本実施例においては
スイッチング素子として逆スタガ型のＴＦＴを使用した
が、他の型のＴＦＴやＭＩＭ等の他のスイッチング素子
を利用することも可能である。絶縁層の膜厚としては１
〜５μｍが適当であるが、望ましくは２〜３μｍがよ
く、材料としてはこの他にＳｉＯ₂等を用いることがで
きる。また、これにスルーホールを形成する際にはスル
ーホールの内面と基板面となす角度が３０〜７０°、望
ましくは４５〜６０°とするのがよい。Ａｌの膜厚とし
ては５０００Å〜２μｍが望ましく、さらに望ましくは
１〜１．５μｍがよい。画素電極９の材料としてはＣｕ
やＣｒ等を用いることができる。画素電極９上のパッシ
ベーション層の膜厚は２０００Å〜２μｍが望ましく、
さらに望ましくは５０００Å〜１μｍとするのがよい。
本実施例では反射型の液晶表示装置を例にとっている
が、直視型の液晶表示装置の場合には画素電極の上部に
光吸収層を設けるようにすればよく、これはパッシベー
ション層の上部に形成されていても構わない。

【００１０】実施例２図６は本発明による直視型カラー液晶表示装置の１実施
例を示したものである。液晶層１３としていわゆるポリ
マーネットワーク型液晶を用いて実施例１と同様にして
作製した。液晶層１３の作製手順は以下のとおりであ
る。ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）の１５
ｗｔ％トルエン溶液に重量比１０：１の割合でネマティ
ック液晶を添加した。撹拌により均一化し、透明電極１
４上に塗布後加熱して溶媒を除去することにより液晶層
が作成される。このポリマーネットワーク型液晶に用い
るられるポリマーとしては、アクリル樹脂、ポリスチレ
ン、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、シロキ
サン系、エステル系等の高分子液晶、およびエポキシ樹
脂、ポリアミド等通常の高分子化合物が例示され、液晶
としてはポリマー分散型と同様のものが例示される。液
晶の含有量はポリマー分散型よりも多くすることが容易
で、液晶の含有量が多い方が光散乱状態の散乱効率が高
いので、６０〜９０ｗｔ％程度が適当である。基板１′
上にはカラーフィルタが形成されており、液晶層１３が
光を散乱する状態となった場合にそれぞれのフィルタの
色に応じた表示をするようなっている。基板１′上には
下部絶縁層１１としてＳｉＮｘが２μｍの膜厚で成膜さ
れており、この上部に逆スタガ型ＴＦＴが形成されてい
る。この時ＴＦＴのゲート電極２は下部絶縁層１１に埋
め込まれた形状となっている。この構造のゲート電極２
の形成方法は以下の通りである。下部絶縁層１１′としてＳｉＮｘを２μｍの膜厚で成
膜する。ゲート電極２パタンの反転パタンをネガ型のレジスト
を用いて形成する。上記レジストパタンをマスクとし、ドライエッチング
法を用い下部絶縁層をゲート電極２の膜厚だけ除去す
る。ネガ型レジストのパタンを残したままでゲート電極と
してＣｒを３０００Åの膜厚で成膜する。ネガ型レジストを剥離して下部絶縁層にゲート電極２
を形成する。つまり、リフトオフ法によって下部絶縁層１１′に埋め
込まれたゲート電極２パタンを形成した。さらに、この
上部にゲート絶縁膜３を兼ねた絶縁層としてのＳｉＮｘ
を成膜して、順次逆スタガ型ＴＦＴを各画素毎に形成す
る。各画素電極９を全て正の電圧印加状態にしておき、
電解重合法によってポリアニリンを２．０μｍの膜厚で
形成して光吸収層とした（図示せず）。さらにこの上部
にＳｉＮｘを５０００Åの膜厚で成膜し、パッシベーシ
ョン層とした。ゲート電極２の材料としてはＣｒのほか
にＡｌ，Ｔａ，Ｃｕ等を用いることができ、その膜厚は
１０００Å〜１．０μｍが望ましく、さらに望ましくは
２０００Å〜５０００Åとするのがよい。

【００１１】実施例３図７は本発明による直視型カラー液晶表示装置の１実施
例を示したものである。液晶層としていわゆるポリマー
ネットワーク型液晶を用いて実施例２と同様にして作製
した。基板１上にはカラーフィルタ１６が形成されてお
り、液晶層１３が光を散乱する状態となった場合にそれ
ぞれのフィルタの色に応じた表示をするようになってい
る。基板１′上には蓄積容量の電極１８としてＣｒ電極
が２０００Åの膜厚で成膜され、この電極は非表示部分
において基板１に形成されている透明電極１４と接続さ
れる。この上部に下部絶縁層１１′としてＳｉＮｘが
２．５μｍの膜厚で成膜されており、さらにこの上部に
逆スタガ型ＴＦＴが形成されている。本実施例において
は下部絶縁層１１′としてＳｉＮｘを用いたが、この絶
縁層１１′は蓄積容量の誘電体として利用されるため、
この膜厚を調整することによって蓄積容量を制御するこ
とができる。また、場合によってはＳｉＮｘのほかにＳ
ｉＯ₂等を用いることも可能であり、これらの積層膜と
するのも効果的である。

【００１２】実施例４図８は本発明による直視型カラー液晶表示装置の１実施
例を示したものである。液晶層１３としていわゆるポリ
マーネットワーク型液晶を用いて実施例２と同様にして
作製した。基板１上にはカラーフィルタが形成されてお
り、液晶層１３が光を散乱する状態となった場合にそれ
ぞれのフィルタの色に応じた表示をするようになってい
る。基板１′上には蓄積容量の電極としてのＣｒ電極が
２０００Åの膜厚で成膜され、この電極は非表示部分に
おいて基板１に形成されている透明電極１４と接続され
る。この上部に下部絶縁層１１′としてＳｉＮｘが２．
５μｍの膜厚で成膜されており、この上部に逆スタガ型
ＴＦＴが形成されている。この時ＴＦＴのゲート電極は
下部絶縁層１１′に埋め込まれた形状となっている。こ
の構造のゲート電極２の形成方法は実施例２と同様にリ
フトオフ法を用いて形成した。すなわち、ネガレジスト
パタンをマスクとし、ドライエッチング法を用い下部絶
縁層１１′をゲート電極２の膜厚だけ除去し、ネガ型レ
ジストのパタンを残したままでゲート電極２としてＣｒ
を３０００Åの膜厚で成膜した後、ネガ型レジストを剥
離して下部絶縁層１１′にゲート電極２を形成すること
により、下部絶縁層１１′に埋め込まれたゲート電極２
パタンを形成した。上記の方法で形成したＣｒ電極パタ
ンをゲート配線、及びゲート電極として逆スタガ型のＴ
ＦＴを各画素毎に形成し、入力されたデータに応じてそ
れぞれが対応する画素電極９のスイッチ動作を行う。こ
れらのＴＦＴが形成された上部に、絶縁層１１としてＳ
ｉＮｘを２μｍの膜厚で成膜し、これにＴＦＴのドレイ
ン電極部８にスルーホールを形成する。この上部に画素
電極９となるＡｌを１．５μｍの膜厚で成膜し、画素電
極９をパターニングする。さらにこの上部にＳｉＮｘを
５０００Åの膜厚で成膜し、パッシベーション層１２と
した。

【００１３】

【効果】請求項１においては、画素電極が非線形スイッ
チング素子やその配線電極の上部に、絶縁層を介して形
成されているため、画素電極と画素電極との電気的な分
離が可能な間隔をとる以外には表示にとって無効となる
領域が無く、開口率を向上することができる。従って、
従来より明るい液晶表示装置を実現することができる。
請求項２においては、ゲート電極の下部に絶縁層を設
け、この絶縁層にゲート電極を埋め込んだ構造とするこ
とにより、ゲート線による段差が生じることが無いの
で、ゲート配線の上部に形成されるソース配線の断線を
防止することができる。従って、電極配線パタン形成時
の欠陥を低減し、製造歩留まりを向上することができ
る。請求項３においては、蓄積容量がＴＦＴ、あるいは
ＴＦＤの下部に絶縁層を介して形成された電極と画素電
極で形成されるため、この電極は画素毎のパターニング
をする必要も無く、従ってこの電極のためにその上部に
段差が生じることは無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来の液晶表示装置の付加容量方式を
示す。（ｂ）は従来の液晶表示装置の蓄積容量方式を示す。

【図２】（ａ）は本発明の逆スタガ型ＴＦＴ液晶表示装
置の断面図を示す。（ｂ）は本発明のＴＦＤを用いた液晶表示装置の断面図
を示す。（ｃ）は従来の逆スタガ型ＴＦＴ液晶表示装置の断面図
を示す。（ｄ）は従来のＴＦＤを用いた液晶表示装置の断面図を
示す。

【図３】下部絶縁層にゲート電極が埋め込まれた本発明
のＴＦＴの断面図を示す。

【図４】下部絶縁層が蓄積容量の誘電体である本発明の
ＴＦＴの断面図を示す。

【図５】ＴＦＴのドレイン電極部にスルーホールを形成
した本発明の液晶表示装置の断面図を示す。

【図６】下部絶縁層にゲート電極が埋め込まれたＴＦＴ
を使用した本発明の液晶表示装置の断面図を示す。

【図７】下部絶縁層が蓄積容量の誘電体であるＴＦＴを
使用した本発明の液晶表示装置の断面図である。

【図８】蓄積容量の誘電体である下部絶縁層中にゲート
電極を埋め込んだＴＦＴを使用した本発明の液晶表示装
置の断面図である。

【符号の説明】

１表基板１′ 裏基板２ゲート電極３ゲート絶縁層４アモルファスシリコン５オーミック層６チャンネルストッパ７ソース電極８ドレイン電極９画素電極１０ｎ^-−ａ−Ｓｉ層１１絶縁層１１′ 下部絶縁層１２パッシベーション層１３液晶層１４透明電極１５保護層１６カラフィルタ１７スルーホール１８蓄積容量電極１９付加容量電極２０金属層ａ２１金属層ｂ２２ソースライン２３ゲートライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に
液晶層を挾持した構造を有し、該液晶層が電圧を印加さ
れた場合と印加されない場合とで光を散乱する状態と光
を透過する状態とに変化するものであり、かつそれぞれ
の画素の駆動を各画素毎に設けた非線形スイッチング素
子によって行う液晶表示装置において、画素電極が非線
形スイッチング素子の平坦化、絶縁あるいはパッシベー
ション層上にコンタクトホールあるいはスルーホールを
介して形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】液晶駆動用電極を設けた一対の基板間に
液晶層を挾持した構造を有し、該液晶層が電圧を印加さ
れた場合と印加されない場合とで光を散乱する状態と光
を透過する状態とに変化するものであり、かつそれぞれ
の画素の駆動を各画素毎に設けたボトムゲート型のＴＦ
Ｔによって行う液晶表示装置において、該ＴＦＴは基板
上に成膜された絶縁層上に形成されており、該ＴＦＴの
ゲート電極及びその配線部が上記絶縁層に埋め込まれた
状態で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】各画素電極を駆動させる非線形スイッチ
ング素子に付随して蓄積容量が設けられ、該付随容量が
画素電極と非線形スイッチング素子の下部に絶縁層を介
して設けられた電極で構成されている請求項１または２
記載の液晶表示装置。
【請求項４】液晶表示装置が直視型あるいは反射型液
晶表示装置である請求項１，２または３記載の液晶表示
装置。