JPH0588200A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、開口率等の表示特性が優れた液晶表
示装置を提供することを目的とする。 【構成】基板１上にマトリクス配列された画素電極４
と、この画素電極４上に設けられ画素電極保護膜６と、
この画素電極保護膜６以外の領域に形成されたブラック
マトリクス７と、各画素電極４に設けられたスイッチン
グ素子としての薄膜トランジスタと、同一行の前記薄膜
トランジスタのゲ−トに接続されたゲ−ト線２と、同一
列の前記薄膜トランジスタの一方のソ−ス・ドレインに
接続された信号線５とを備えていることを液晶表示装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリックス型の液晶表示装
置は、他の液晶表示装置と同様に薄型・軽量であるのは
勿論のこと、多画素にしてもコントラスト，レスポンス
の劣化がなく、更に、中間調表示も可能である等の特徴
を有しているため、パ―ソナルコンピュ―タや大画面カ
ラ―テレビ等の表示装置として期待されている。

【０００３】図７はスイッチング素子として薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を用いた従来のアクティブマトリック
ス型液晶表示装置の一画素分の断面図であり、図８は同
液晶表示装置の一画素分の平面図である。

【０００４】この液晶表示装置は、２枚の平面ガラスか
らなるアレイ基板６７及び対向基板６８と、これら基板
６７，６８間に挟まれた液晶層５５とからなる基本構成
をとっている。アレイ基板６７は、透光性絶縁基板５１
と、この基板５１上にマトリックス状に配列された透光
性の画素電極５４と、この画素電極５４に接続されたＴ
ＦＴ６９等からなる。このＴＦＴ６９のゲ―ト電極５２
はゲ−ト線６５に接続され、ドレイン電極６３はゲ−ト
線６５と直角方向に設けられた信号線６６に接続され、
ソ−ス電極６４は画素電極５４に接続されている。一
方、対向基板６８は、透光性絶縁基板５９と、この基板
５９上に形成された各画素に対応したカラ―フィルタ―
５７と、透光性の対向電極５６と、ブラックマトリクス
５８とからなる。ＴＦＴ６９の作成は通常以下のように
行なわれる。

【０００５】まず最初に、透光性絶縁基板５１上にゲ−
ト電極５２となるＭｏやＭｏ‐Ｔａ等の低抵抗金属膜を
スパッタ堆積する。次にこの低抵抗金属膜上にゲ−ト電
極状のフォトレジストパタ−ンを形成し、これをマスク
にして低抵抗金属膜をエッチングしてゲ−ト電極５２を
形成する。

【０００６】次いでゲ−ト絶縁膜５３としてシリコン酸
化膜又はシリコン窒化膜若しくはこれら絶縁膜の積層膜
をプラズマＣＶＤ法等を用いて全面に堆積する。次にこ
のゲ−ト絶縁膜５３上に活性層６０となるアモルファス
シリコン膜，チャネル保護膜６１となるシリコン窒化膜
を順次堆積する。次にこのアモルファスシリコン膜及び
シリコン窒化膜をフォトリソグラフィを用いてパタ−ン
ニングし、活性層６０，チャネル保護膜６１を形成す
る。

【０００７】次いで活性層６０，チャネル保護膜６１上
にコンタクト層６２を形成した後、ＴＦＴ部を島状にパ
タ−ニングする。次に画素電極５４となる透明導電膜、
例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）
膜を堆積し、これをフォトリソグラフィを用いて所定の
形状にパタ−ンニングして画素電極５４を形成し、続い
てゲ−ト電極６５のコンタクトを捕るためのスルーホ−
ルを開口する。最後に、Ａｌ等の電極材料を基板５１上
に堆積し、これを所定の形状にパタ−ニングしてドレイ
ン電極６３，ソ−ス電極６４を形成する。

【０００８】以上述べたＴＦＴの製造方法では、フォト
リソグラフィ技術を用いてＴＦＴを構成する各種膜や層
等を形成している。このため、フォトリソグラフィ技術
におけるマスクパタ−ン間の位置合せの良否は、ＴＦＴ
に大きな影響を与える。

【０００９】即ち、上記の如きＴＦＴの製造方法では、
６枚から７枚程度のフォトマスクを必要するが、各フォ
トマスク間のずれを全て所定の精度内に収めるのが困難
であるため、ＴＦＴ特性や表示特性が低下し、製造歩留
まりが悪いという問題があった。

【００１０】また、従来の対向基板６８においては、ブ
ラックマトリクス５８が画素電極５４上まで延在してい
た。これはアレイ基板６７と対向基板６８とで液晶層５
５を挾持する際に、アレイ基板６７と対向基板６８とが
ずれても、ＴＦＴ６９がブラックマトリクス５８で覆わ
れるように、ブラックマトリクス５８に合わせマ−ジン
を与えたからである。

【００１１】ブラックマトリクス５８とＴＦＴ６９との
位置合わせの良否は、表示装置の特性や性能や製造コス
トに大きな影響を与えるため上述した合わせマ−ジンの
導入は必要であるが、これにより各画素の表示面積は画
素電極５４より小くなるため、開口率の低下が起こる。

【００１２】そこで、この種の不都合を解消するため
に、電解重合法を用いた製造方法が提案された。この方
法では、所望の電極と自己整合的に電解重合膜を形成で
きるので、フォトリソグラフィを用いずに所望の形状の
活性層やブラックマトリクスの形成が可能となる。

【００１３】しかしながら、フォトリソグラフィを用い
ずに成膜を行なうには、複雑なパタ−ンの電極を形成す
る必要があるので、製造プロセスや設計プロセスの点で
問題が生じる。また、電極パタ−ンを簡単にすれば、こ
のような問題が生じないが、不要な電解重合膜を除去す
る必要が生じるので、フォトリソグラフィ工程が不可欠
となる。これによりフォトマスク間のずれの問題が生じ
るのは勿論のこと、電解重合膜はポリマ−材料からなる
のでパタ−ニングに困難が生じ、この結果、必要精度で
の微細加工が行なえなくなり、信頼性が低下するという
問題も生じる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く従来の液晶
表示装置では、アレイ基板の作成の際のフォトマスク間
のずれによりＴＦＴ特性や表示特性が低下し、製造歩留
まりが悪いという問題があった。また、ＴＦＴがブラッ
クマトリクスで確実に覆われるように、ブラックマトリ
クスに合わせマ−ジンを与えていたが、これにより開口
率が低下するという問題があった。また、電解重合法を
用いた合わせマ−ジン不要なブラックマトリクスの形成
方法も提案されたが、電極パタ−ンの複雑化を招くため
製造及び設計が困難になるという問題があった。

【００１５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、製造や設計の困難を招
くことがない表示特性が優れた液晶表示装置及びその製
造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の液晶表示装置は、マトリクス配列された
画素電極と、各画素電極に設けられた薄膜トランジスタ
と、この薄膜トランジスタを制御して画素電極に所望の
電圧を印加するためのゲ−ト線及び信号線とを有する液
晶表示装置において、前記画素電極上に形成された画素
電極保護膜と、この画素電極保護膜上以外の領域に形成
されたブラックマトリクスとを備えていることを特徴と
する。

【００１７】また、本発明の液晶表示装置の製造方法
は、マトリクス配列された画素電極と、各画素電極に設
けられた薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを
制御して画素電極に所望の電圧を印加するためのゲ−ト
線及び信号線とを有する液晶表示装置において、前記画
素電極上に画素電極保護膜を形成した後、電解重合法に
より画素電極保護膜以外の基板上の領域にブラックマト
リクスを形成することを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の液晶表示装置では、ブラックマトリク
スが画素電極保護膜以外の領域に形成されている。即
ち、薄膜トランジスタが設けられた基板上に形成されて
いるので、上記基板と対向基板との合わせずれで、ブラ
ックマトリクスと薄膜トランジスタアレイとがずれるこ
とはない。したがって、ブラックマトリクスに合わせマ
−ジンを持たす必要がなくるので開口率の低下を防止で
き、もって表示特性の改善が図れる。

【００１９】また、本発明の液晶表示装置の製造方法で
は、画素電極上に画素電極保護膜を設けているので、画
素電極保護膜と自己整合的にブラックマトリクスを形成
できる。したがって、複雑な電極配線を設計したり製造
する必要がないので容易に表示特性の改善が図れる。

【００２０】

【実施例】本実施例の液晶表示装置の構成は基本的には
従来のものと同じで、スイッチング素子としてのＴＦＴ
や画素電極等からなるアレイ基板及び対向基板と、この
アレイ基板と対向基板とに挟まれた液晶層とからなる基
本構成をとっている。本実施例の液晶表示装置の特徴
は、マトリクス配列された各画素電極上に画素電極保護
膜が設けられ、この画素電極保護膜以外にブラックマト
リクスが形成されていることにある。

【００２１】図１は本実施例に係る液晶表示装置のアレ
イ基板の製造工程平面図であり、図２は図１のアレイ基
板のＡ−Ａ´断面図であり、図３は図１（ｃ）のＢ−Ｂ
´断面図である。

【００２２】上記の如き液晶表示装置を作成するには、
まず、図１（ａ），図２（ａ）に示すように、透光性絶
縁基板１上にゲ−ト線２（ゲ−ト電極）となるＭｏやＭ
ｏ‐Ｔａ等の低抵抗金属をスパッタ堆積し、これをパタ
−ニングしてゲ−ト線２を形成する。次にゲ−ト線２を
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜若しくはこれら絶縁
膜の積層膜等からなるゲ−ト絶縁膜３で覆う。

【００２３】次いで画素電極４及びソ−ス電極となる透
明導電膜、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏ
ｘｉｄｅ）膜を基板１上に堆積し、これをフォトリソグ
ラフィを用いてパタ−ンニングして画素電極４を形成す
る。このとき全ての画素電極４が互いに電気的に短絡し
ているように透明導電膜をパタ−ニングする。更に、画
素電極４間の透明電極配線４ａの幅をプロセス上可能な
最小幅とし、ゲ−ト線２と画素電極４との重なり面積を
できる限り小さくする。この後、ゲ−ト線２とのコンタ
クトを取るためのスルーホ−ルをゲ−ト絶縁膜３に開口
する。

【００２４】次いで図１（ｂ），図２（ｂ）に示す如
く、信号線５となる金属膜、例えば、Ｍｏ／Ａｌ膜やＣ
ｒ／Ａｌ膜等の積層金属膜をゲ−ト絶縁膜３上に堆積
し、これをフォトリソグラフィを用いてパタ−ニングし
所定パタ−ンの信号線５を形成する。次に画素電極４上
にシリコン窒化膜等の絶縁膜からなる画素電極保護膜６
を形成する。次に電解重合法を用いてブラックマトリク
ス７を形成する。この電解重合法を３電極式で行なう場
合には、信号線５と画素電極４（透明電極配線４ａ）と
を作用電極として用いる。このとき十分大きな電流を作
用電極に与えることで画素電極保護膜６を除く全ての領
域にブラックマトリクス７を形成することができる。即
ち、画素電極保護膜６と自己整合的にブラックマトリク
ス７を形成できる。

【００２５】ここでブラックマトリクス７が他の膜に影
響を与えないために、その絶縁性を確保する必要があ
る。ブラックマトリクス７の絶縁性を確保するには、ブ
ラックマトリクス７の材料に応じて還元又は酸化すれば
良い。例えば、ブラックマトリクス７がポリピロ−ルか
らなる場合には、ポリピロ−ルを還元すれば良い。これ
は酸化状態では良導電性を示すが、還元状態ではその導
電性を殆ど失うというポリピロ−ルの性質による。な
お、画素電極保護膜６は上記還元処理又は酸化処理の影
響が他の膜には及ぶのを防止する役割も果たしている。

【００２６】次いで図１（ｃ），図２（ｃ），図３に示
す如く、保護膜８を全面に堆積した後、活性層９となる
領域の保護膜８に開口部を形成し、続いて、この開口部
内のブラックマトリクス７を溶媒を用いて除去する。ブ
ラックマトリクス７は通常のフォトリソグラフィでは精
度の良い加工ができないが、このように開口部をマスク
を用いた溶媒による除去処理を行なえば、精度の良い加
工ができる。次に信号線５と画素電極４とを作用電極に
用いた電解重合法により活性層９を形成する。このとき
開口部以外は保護膜８が形成されているので、活性層９
は開口部と自己整合的に形成される。ことのき活性層９
以外は保護膜８で覆われているので、活性層９の電気的
特性を確保するために、作用電極に電圧を印加して活性
層９のド−ピング又は脱ド−ピングを行なっても、活性
層９のみが電解液に浸されるので他の膜に悪影響が及ぶ
ことはない。

【００２７】最後に、チャネル保護膜１０を形成した
後、各画素電極４を分離するために、ゲ−ト線２と透明
電極配線４ａとが重なっている部分にスルーホ−ル１１
を開口する。上述したように透明電極配線４ａの幅はで
きる限り小さくしてあるので、残った透明電極配線４ａ
とゲ−ト線２とで形成される寄生容量は十分小さくな
り、その影響は無視できる。

【００２８】かくして本実施例によれば、ブラックマト
リクス７をアレイ基板上に自己整合的に形成できるの
で、ブラックマトリクス７の合わせマ−ジンが不要とな
り、もって開口率の低下を防止できる。また、活性層９
もフォトリソグラフィを用いずに形成できるのでフォト
マスク合わせの回数が少なくなり、もってＴＦＴ特性や
表示特性を改善や信頼性の向上が図れる。

【００２９】図４は本発明の第２の実施例に係る液晶表
示装置のアレイ基板の平面図であり、図５，図６はそれ
ぞれ図４のアレイ基板のＡ−Ａ´，Ｂ−Ｂ´断面図であ
る。なお、図１〜図３のアレイ基板と対応する部分には
図１〜図３と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３０】これを製造工程に従い説明すると、まず、
透光性絶縁基板１上にゲ−ト線２を形成する際に、補助
容量電極１２も同時に形成する。このとき補助容量電極
１２の形状として図４に示すように後工程で形成する画
素電極４が囲まれるようなものを採用する。

【００３１】次いで先の実施例と同様に、ゲ−ト絶縁膜
３，画素電極４，信号線５，画素電極保護膜６を順次形
成した後、ネガ型フォトレジストを塗布し、基板１の裏
面から光を照射してフォトレジストの感光を行ない、続
いてフォトレジストの現像を行なうことでゲ−ト線２，
補助容量電極１２上のフォトレジストを選択的に除去で
きる。

【００３２】次いで残ったフォトレジストをマスクに用
いて画素電極保護膜６をエッチングした後、電解重合法
を用いてブラックマトリクス７を形成する。次にブラッ
クマトリクス７上に保護膜８を形成し、この保護膜８上
にネガ型フォトレジストを塗布する。そして裏面露光に
よりレジストパタ−ンを形成し、これをマスクにして保
護膜８を除去し、続いてこの除去した保護膜８下部のブ
ラックマトリクス７も除去する。この結果、ゲ−ト線２
及び補助容量電極１２と自己整合的に同じ配線幅を有す
る開口を形成できる。次に電解重合法を用いて活性等９
となる半導体層を形成した後、この半導体層にチャネル
幅方向のパタ−ンニングを施し、活性層９を形成する。
このとき素子として機能しない半導体層１３が形成され
るが、これは装置に何等影響を与えないのでこのまま残
す。最後に、チャネル保護膜１０を形成してＴＦＴが完
成する。

【００３３】本実施例の場合でも先に述べた実施例と同
様な効果が得られる。更に、本実施例では、画素電極４
を囲うような補助容量電極１２を形成したので、画素電
極保護膜６を位置を正確に決めることができ、所定の領
域にブラックマトリクス７を確実に形成できる。加えて
保護膜８はゲ−ト線２と自己整合的に形成されるので、
これによりチャネル方向の寸法が正確な活性層９が得ら
れる。以上の結果、ＴＦＴ特性や表示特性が更に改善さ
れる。

【００３４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、信号線を形
成した後に画素電極保護膜を形成したが、画素電極保護
膜を形成した後に信号線を形成しても同様な効果が得ら
れる。また、ＴＦＴ以外のスイッチング素子を用いた場
合にも同様にして自己整合的にブラックマトリクスをア
レイ基板上に形成できる。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ア
レイ基板上にブラックマトリクスを自己整合的に形成で
きるので、ブラックマトリクスの合わせマ−ジンや複雑
な電極が不必要になり、もって製造プロセスや設計プロ
セスに困難をきたすことなく、開口率等の表示特性の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置のアレイ
基板の製造工程平面図。

【図２】図１のアレイ基板のＡ−Ａ´断面図。

【図３】図１のアレイ基板のＢ−Ｂ´断面図。

【図４】本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置のア
レイ基板の平面図。

【図５】図４のアレイ基板のＡ−Ａ´断面図。

【図６】図４のアレイ基板のＢ−Ｂ´断面図。

【図７】従来の液晶表示装置の断面図。

【図８】従来のアレイ基板の平面図。

【符号の説明】 １…透光性絶縁基板、２…ゲ−ト線、３…ゲ−ト絶縁
膜、４…画素電極、５…信号線、６…画素電極保護膜、
７…ブラックマトリクス、８…保護膜、９…活性層、１
０…チャネル保護膜、１１…スルーホ−ル、１２…補助
容量電極、５１…透光性絶縁基板、５２…ゲ―ト電極，
５３…ゲ−ト絶縁膜，５４…画素電極，５５…液晶層，
５６…対向電極，５７…カラ―フィルタ―，５８…ブラ
ックマトリクス，５９…透光性絶縁基板，６０…活性
層，６１…保護膜，６２…コンタクト層，６３…ドレイ
ン電極，６４…ソ―ス電極，６５…ゲ−ト線，６６…信
号線，６７…アレイ基板，６８…対向基板，６９…ＴＦ
Ｔ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にマトリクス配列された画素電極
   と、 各画素電極に設けられたスイッチング素子としての薄膜
   トランジスタと、 前記画素電極上に設けられ画素電極保護膜と、 この画素電極保護膜上以外の領域に形成されたブラック
   マトリクスと、 同一行の前記薄膜トランジスタのゲ−トに接続されたゲ
   −ト線と、 同一列の前記薄膜トランジスタの一方のソ−ス・ドレイ
   ンに接続された信号線とを具備してなることを特徴とす
   る液晶表示装置。
2. 【請求項２】基板上にゲ−ト線を形成する工程と、 信号線及び画素電極を形成する工程と、 前記画素電極上に画素電極保護膜を形成する工程と、 電解重合法により前記画素電極保護膜以外の前記基板上
   の領域にブラックマトリクスを形成する工程とを具備し
   てなることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。