JPH0943640A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細化された画素電極間におけるラビング処
理による短絡欠陥を防止する。 【解決手段】 液晶表示装置は配向面２０Ｔを有する対
向基板２と、同じく配向面２０Ｂを有する画素基板１
と、両配向面２０Ｔ，２０Ｂの間に保持された液晶層３
とを備えたパネル構造を有する。対向基板２は配向面２
０Ｔに沿って連続的に形成された対向電極５を備えてい
る。画素基板１は少なくとも、複数のスイッチング素子
７と、スイッチング素子７を被覆して凹凸を埋める平坦
化膜１８と、配向面２０Ｂに沿って平坦化膜１８の上に
分割的に形成され且つスイッチング素子７により個々に
駆動される画素電極６とを備えている。画素電極６は厚
みが１０nm〜６０nmの範囲で薄膜化された透明導電膜か
らなり、ラビング時に繊維屑が生じるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクティブマトリク
ス型の液晶表示装置に関する。より詳しくは画素電極の
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置はテレビやグラフィックデ
ィスプレイ等に盛んに用いられている。その中でも、特
にアクティブマトリクス型の液晶表示装置は高速応答性
を有し、高画素数化に適しており、ディスプレイ画面の
高画質化、大型化、カラー化等を実現するものとして期
待され、研究開発が進められて既に実用化されたものが
ある。アクティブマトリクス型の液晶表示装置は一般
に、画素基板と対向基板と両者の間に保持された液晶層
とからなるフラットパネル構造を有している。図２に画
素基板の従来構造を示す。画素基板１０１はガラス等の
透明板材を用いており、その上には薄膜トランジスタ等
のスイッチング素子１０２が集積形成されている。図で
は簡単の為１個のスイッチング素子のみを示している。
このスイッチング素子１０２は平坦化膜１０３により被
覆されており、その上に透明導電膜からなる画素電極１
０４がパタニング形成されている。画素電極１０４の表
面は布材（バフ）１０５により所定の方向にラビングさ
れており、液晶層に対する配向面を構成する。なお、場
合によっては画素電極１０４を所定の配向被膜で被覆し
た後ラビングを行なう。この構造ではスイッチング素子
１０２や配線の凹凸を埋める為に平坦化膜１０３が用い
られている。画素の微細化に伴なって平坦化膜１０３は
必須の構成要素となっている。この平坦化膜１０３の上
に画素電極１０４がパタニングされる為、配向面は極め
て平坦性に優れている。従って、布材１０５を用いたラ
ビングが均一に行なえ、液晶層の配向異常を顕著に抑制
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配向面
が平坦化された為、逆にパタニングされた画素電極１０
４の端部における段差１０６が目立つ様になってきた。
この段差１０６に布材１０５の繊維１０７が引っ掛か
り、これが削れて微小な有機物のゴミ（バフカス）１０
８を発生させていた。このバフカス１０８は配向面に付
着し、場合によっては隣接する画素電極１０４の間に介
在する。バフカス１０８は例えばセルロースを主成分と
し水分等を吸着して電流リークの原因になる。隣接する
画素電極１０４間に渡ってバフカス１０８が付着すると
電流リークが生じ画素の点欠陥となって現われ、表示品
位を著しく損なうという課題があった。スイッチング素
子１０２を構成する薄膜トランジスタのリーク電流レベ
ルが例えば１０^-13 Ａ程度であるのに対し、バフカス１
０８のリーク電流量は１０^-10 Ａ程度に達する為、点欠
陥の重大な原因になっていた。このバフカス１０８は超
音波洗浄等では容易に除去できず、対策が望まれてい
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かる液晶表示装置は基本的な構成として、配向面を有す
る対向基板と、同じく配向面を有する画素基板と、両配
向面の間に保持された液晶層とを備えたパネル構造を有
する。前記対向基板は該配向面に沿って連続的に形成さ
れた対向電極を備えている。前記画素基板は少なくと
も、複数のスイッチング素子と、該スイッチング素子を
被覆して凹凸を埋める平坦化膜と、配向面に沿って該平
坦化膜の上に分割的に形成され且つ該スイッチング素子
により個々に駆動される画素電極とを備えている。特徴
事項として、前記画素電極は厚みが１０nm〜６０nmの範
囲で薄膜化された透明導電膜からなる。本発明の一実施
態様では、前記画素電極は５μｍ以下の間隔で互いに分
離している。又他の態様によれば、前記画素基板は該画
素電極を被覆する配向被膜を含んでおり、該配向被膜は
ラビング処理を施されて配向面を形成する。

【０００５】本発明によれば、平坦化膜の上にパタニン
グ形成された画素電極が、１０nm〜６０nmの厚み範囲で
薄膜化された透明導電膜からなる。配向面に沿って最上
層に位置する画素電極を薄膜化する事で、配向面に現わ
れる段差を抑制している。これにより、ラビング処理時
のバフカス（有機物のゴミ）の発生を防止し、画素電極
間の短絡欠陥を抑える事が可能になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明にかか
る液晶表示装置の最良な実施形態を詳細に説明する。図
１は本液晶表示装置の基本的な構成を示す模式的な断面
図である。図示する様に、本液晶表示装置は所定の間隙
を介して対面配置された一対の画素基板１及び対向基板
２を用いて組み立てられている。画素基板１は配向面２
０Ｂを備えており、対向基板２も同じく配向面２０Ｔを
備えている。両基板１，２の間隙には液晶層３が注入さ
れており、上下から配向面２０Ｔ，２０Ｂにより挟持さ
れ、その配向状態が制御されている。例えば、互いに直
交する方向にラビングされた配向面２０Ｔ，２０Ｂによ
り挟持されたネマティック液晶層３は周知の様にツイス
ト配向状態を呈する。対向基板２は配向面２０Ｔに沿っ
て連続的に形成された対向電極５を備えている。画素基
板１は少なくとも、複数のスイッチング素子７と、この
スイッチング素子７を被覆して凹凸を埋める平坦化膜１
８と、配向面２０Ｂに沿って平坦化膜１８の上に分割的
に形成され且つスイッチング素子７により個々に駆動さ
れる画素電極６とを備えている。このスイッチング素子
７は例えば薄膜トランジスタからなる。本発明の特徴事
項として、画素電極６は厚みが１０nm〜６０nmの範囲で
薄膜化された透明導電膜からなる。又、この画素電極６
は５μｍ以下の間隔で互いに分離しており微細化されて
いる。さらに、画素基板１は画素電極６を被覆する配向
被膜を含んでおり、この配向被膜はラビング処理を施さ
れて配向面２０Ｂを形成する。

【０００７】従来、画素電極６を構成する透明導電膜の
膜厚は１００〜１５０nm程度に設定されていた。例えば
１３０〜１４０nmの膜厚が多用されている。この様に比
較的厚い透明導電膜を用いた理由は、干渉による可視光
透過率の最適化と段差カバレッジを重視した為である。
即ち、膜厚を１００〜１５０nm程度に設定すると薄膜干
渉による可視光の反射を抑制でき、透過率の最適化が図
れる。さらには、下地に現われる段差を十分にカバーし
て配向面の平坦性を保つ為、１００〜１５０nm程度の比
較的厚い膜厚が採用されていた。しかしながら、この膜
厚では画素電極の端部にラビング用の布材の繊維が引っ
掛かりバフカスが大量に発生する為画素間の短絡欠陥を
生じていた。そこで、本発明では透明導電膜の厚みを６
０nm以下に制御して画素電極を形成した。この程度の膜
厚であれば布材の繊維が透明導電膜の端部に引っ掛かる
事はなかった。透過率については干渉によりやや低下す
るが、液晶パネル構造内では可視光域で約９５％以上を
確保でき、実用上問題はない。段差カバレッジについて
も透明導電膜の下地を予め平坦化膜で平坦化している
為、画素電極を薄膜化しても特に問題は生じない。とこ
ろで、画素電極を被覆する配向被膜は一般にポリイミド
フィルム等からなり、その厚みは３０nm〜１００nm程度
である。好ましくは４０nm〜５０nm程度に制御されてい
る。これに対し画素電極を構成する透明導電膜の厚みを
６０nm以下に抑制すれば端面の段差が実質的には配向被
膜により緩和される為殆どバフカスが発生しない。一
方、透明導電膜の厚みを１０nm以下に超薄膜化すると均
一な組成を得る事が困難である。そこで、本発明では透
明導電膜の最適な膜厚範囲として１０nm〜６０nmを設定
している。例えば、ＩＴＯ等の透明導電膜を３０nm±５
nmの厚み範囲でスパッタリングにより成膜すれば本発明
の膜厚条件を十分に満たす事ができる。この場合には布
材の繊維は画素電極の端部に殆ど引っ掛からずバフカス
が発生しない為、画素間の短絡欠陥は防止できる。な
お、一般にバフカスは微小である為、特に画素電極の間
隔が５μｍ以下に微細化した場合本発明の効果が高く、
点欠陥を大幅に抑制できる。透明導電膜の材料はＩＴＯ
に限られるものではなく、酸化錫や有機透明導電材料を
用いても良い。

【０００８】引き続き図１を参照して本液晶表示装置の
構成を具体的に説明する。画素基板１は行列配置した画
素４を有している。なお、図では１個の画素のみを取り
出して表わしている。画素基板１は上層部と中層部と下
層部とに分かれている。上層部は各画素４毎に形成され
た画素電極６を含んでおり、平坦化膜１８の上にパタニ
ング形成されている。前述した様に、この画素電極６は
膜厚が１０nm〜６０nmに設定された透明導電膜からな
る。画素電極６はポリイミド等からなる配向被膜により
覆われており、この配向被膜は布材等でラビングを施さ
れ配向面２０Ｂを形成している。これに対し、下層部は
個々の画素電極６を駆動するスイッチング素子７、画素
４の各行に対応してスイッチング素子７の行を走査する
走査配線８及び画素４の各列に対応してスイッチング素
子７の列に所定の画像信号を供給する信号配線９とを含
んでいる。なおスイッチング素子７は薄膜トランジスタ
で構成されており、多結晶シリコン等からなる半導体薄
膜１０を活性層として用いる。半導体薄膜１０の上には
ゲート絶縁膜を介してゲート電極Ｇがパタニング形成さ
れている。このゲート電極Ｇは前述した走査配線８に連
続している。薄膜トランジスタはゲート電極Ｇの両側に
ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを備えている。ソース
領域Ｓ側には一方の引出電極１１が接続しており、前述
した信号配線９に連続している。ドレイン領域Ｄには他
方の引出電極１２が接続している。なお、半導体薄膜１
０には上述した薄膜トランジスタに加え補助容量１３も
形成されている。この補助容量１３は半導体薄膜１０を
一方の電極とし補助配線１４を他方の電極とする。両電
極１０，１４の間にゲート絶縁膜と同層の誘電体膜が介
在している。なお、ゲート電極Ｇ、走査配線８及び補助
配線１４は同一層からなり、第１層間絶縁膜１５によ
り、引出電極１１，１２から電気的に絶縁されている。

【０００９】上層部と下層部との間の中層部には導電性
を有する遮光膜が介在している。この遮光膜はマスク遮
光膜１６Ｍとパッド遮光膜１６Ｐとに分割されている。
これらの遮光膜１６Ｍ，１６Ｐは金属膜からなる。マス
ク遮光膜１６Ｍは画素の行方向に沿って連続的にパタニ
ングされ、少なくとも部分的にスイッチング素子７を遮
光する。マスク遮光膜１６Ｍは第２層間絶縁膜１７及び
平坦化膜１８により上下から挟持されており、下層部及
び上層部から絶縁されている。マスク遮光膜１６Ｍは例
えば対向電極５の電位と等しい固定電位に保持されてい
る。一方、パッド遮光膜１６Ｐは画素４毎に離散的にパ
タニングされている。パッド遮光膜１６Ｐは対応する画
素電極６とスイッチング素子７との間のコンタクト部Ｃ
に介在してその電気的接続及び遮光を図る。

【００１０】最後に、図１に示したアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の製造方法を詳細に説明する。画素基
板１はガラス又は石英等からなり、この画素基板１の上
に減圧ＣＶＤ法で半導体薄膜１０を成膜する。例えば、
この半導体薄膜１０は５０nm程度の膜厚に堆積した多結
晶シリコンからなり、薄膜トランジスタの活性層として
用いられる。この半導体薄膜１０は成膜された後アイラ
ンド状にパタニングされる。半導体薄膜１０の上に例え
ばＳｉＯ₂ からなるゲート絶縁膜を成膜する。ここで、
半導体薄膜１０の材料としては多結晶シリコンの他に非
晶質シリコン等を用いても良い。又、ゲート絶縁膜の材
料としてはＳｉＯ₂ の他に、ＳｉＮや酸化タンタル及び
これらの積層膜等を用いても良い。

【００１１】次に、画素基板１の上に走査配線８、ゲー
ト電極Ｇ、補助配線１４等を同時に形成する。例えば、
減圧ＣＶＤ法により３５０nm程度の膜厚で多結晶シリコ
ンを堆積した後、不純物をドーピングして低抵抗化を図
り、さらに所定の形状にパタニングする。これらの走査
配線８、ゲート電極Ｇ及び補助配線１４の材料として
は、多結晶シリコンの他に、Ｔａ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｒ等
の金属やそれらのシリサイド、ポリサイド等を用いても
良い。この様にして、半導体薄膜１０、ゲート絶縁膜及
びゲート電極Ｇからなる薄膜トランジスタが形成され、
スイッチング素子７となる。本例ではこの薄膜トランジ
スタはプレーナ型であるが正スタガ型や逆スタガ型等を
採用しても良い。同時に、半導体薄膜１０には補助容量
１３も形成される。

【００１２】次に常圧ＣＶＤ法により６００nm程度の膜
厚でＰＳＧ等を堆積し第１層間絶縁膜１５を形成する。
この第１層間絶縁膜１５は上述した走査配線８、ゲート
電極Ｇ、補助配線１４等を被覆している。この第１層間
絶縁膜１５には薄膜トランジスタのソース領域Ｓやドレ
イン領域Ｄに達するコンタクトホールが開口されてい
る。第１層間絶縁膜１５の上には信号配線９や引出電極
１１，１２がパタニング形成されている。例えば、スパ
ッタリング法により６００nm程度の膜厚でアルミニウム
を堆積し、所定の形状にパタニングして信号配線９及び
引出電極１１，１２に加工する。一方の引出電極１１は
コンタクトホールを介して薄膜トランジスタのソース領
域Ｓに接続し、他方の引出電極１２は同じくコンタクト
ホールを介して薄膜トランジスタのドレイン領域Ｄに接
続する。これら信号配線９及び引出電極１１，１２の材
料としては、Ａｌの他に、Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ等を
用いても良い。

【００１３】信号配線９や引出電極１１，１２の上には
第２層間絶縁膜１７が成膜されており、これらを被覆す
る。例えば、常圧ＣＶＤ法により６００nm程度の膜厚で
ＰＳＧを堆積して第２層間絶縁膜１７を形成する。この
第２層間絶縁膜１７には引出電極１２に達するコンタク
トホールＣが開口されている。この第２層間絶縁膜１７
の上にはマスク遮光膜１６Ｍ及びパッド遮光膜１６Ｐが
形成されている。例えば、スパッタリング法により２５
０nm程度の膜厚でＴｉを堆積し、所定の形状にパタニン
グしてマスク遮光膜１６Ｍ及びパッド遮光膜１６Ｐに加
工する。マスク遮光膜１６Ｍは表示画素外の領域で固定
電位にコンタクトしている。一方、パッド遮光膜１６Ｐ
は前述したコンタクトホールＣを介して引出電極１２に
コンタクトしている。マスク遮光膜１６Ｍは全表示画素
領域に渡って互いに接続されている。

【００１４】マスク遮光膜１６Ｍ及びパッド遮光膜１６
Ｐを被覆する様に平坦化膜１８が形成されている。この
平坦化膜１８はスイッチング素子や各配線の凹凸を埋め
平坦化する為に十分な厚みを有している。平坦化膜１８
の表面は略完全な平面状態にあり、その上に画素電極６
がパタニング形成される。従って、画素電極６のレベル
にはその端面の段差を除いて何等凹凸が存在しない。平
坦化膜１８は一般に無色透明である事が要求される。
又、コンタクトホールＣを設ける必要がある為、微細加
工が可能でなければならない。さらに、画素電極６のエ
ッチング等に薬品を用いる為、所望の耐薬品性が要求さ
れる。加えて、後工程で高温に晒される為、所定の耐熱
性を要求される。かかる要求特性を満たす為、所望の有
機材料や無機材料が選択される。有機材料としては、例
えばアクリル樹脂やポリイミド樹脂が挙げられる。ポリ
イミドは耐熱性に優れているが若干着色がある。これに
対してアクリル樹脂は略完全に無色透明である。これら
の樹脂は、例えばスピンコート法や転写法等により塗布
される。無機材料としては、例えば二酸化珪素を主成分
とする無機ガラスが挙げられる。本例では、所定の粘性
を有し凹凸を埋めるのに好適なアクリル樹脂を用いてい
る。

【００１５】この後、平坦化膜１８の上に画素電極６を
形成する。例えば、スパッタリング法により３０±５nm
の膜厚でＩＴＯ等の透明導電膜を成膜し、所定の形状に
パタニングして画素電極６に加工する。さらに、この画
素電極６を被覆する様にポリイミド等の配向被膜を成膜
する。この配向被膜を所定の方向にラビングして配向面
２０Ｂとする。最後に、ガラス等からなり対向電極５が
全面に形成されている対向基板２を画素基板１に接合す
る。両基板１，２の間隙に液晶層３を封入する。この
際、対向基板２にも予め配向面２０Ｔが形成されてい
る。この為、液晶層３は上下から配向面２０Ｔ，２０Ｂ
で保持され、例えばツイスト配向される。

【００１６】なお、上述した実施形態では、スイッチン
グ素子７として薄膜トランジスタからなる３端子素子を
用いているが、これに代えてダイオード、バリスタ及び
金属−絶縁物−金属（ＭＩＭ）素子等の２端子素子をス
イッチング素子として用いる事ができる。２端子素子を
用いる場合は、マトリクス状の複数の画素電極、２端子
素子、第１の電極群等を画素基板１側に設け、第１の電
極群と交差する第２の電極群を対向基板２側に設ける。
なお、上述した実施形態では薄膜トランジスタのドレイ
ン領域Ｄに画素電極６を接続し、ソース領域Ｓに信号配
線９が接続している。しかしながら、実際には液晶層３
を交流駆動する為、薄膜トランジスタのソース領域Ｓ及
びドレイン領域Ｄは交互にその役割が交換する。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、ス
イッチング素子等を被覆して凹凸を埋める平坦化膜の上
に画素電極が形成されており、この画素電極は厚みが１
０nm〜６０nmの範囲で薄膜化されている。この様に、画
素基板の最上層に位置する画素電極を薄膜化する事で、
ラビング処理時に発生するバフカスを抑制し、画素電極
間の短絡欠陥を効果的に防止している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の実施形態を示す
模式的な断面図である。

【図２】従来の液晶表示装置の一例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 画素基板 ２ 対向基板 ３ 液晶層 ５ 対向電極 ６ 画素電極 ７ スイッチング素子 ２０Ｂ 配向面 ２０Ｔ 配向面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配向面を有する対向基板と、同じく配向
   面を有する画素基板と、両配向面の間に保持された液晶
   層とを備えたパネル構造を有し、 前記対向基板は該配向面に沿って連続的に形成された対
   向電極を備え、 前記画素基板は少なくとも、複数のスイッチング素子
   と、該スイッチング素子を被覆して凹凸を埋める平坦化
   膜と、配向面に沿って該平坦化膜の上に分割的に形成さ
   れ且つ該スイッチング素子により個々に駆動される画素
   電極とを備え、 前記画素電極は厚みが１０nm〜６０nmの範囲で薄膜化さ
   れた透明導電膜からなる液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記画素電極は５μｍ以下の間隔で互い
   に分離している請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記画素基板は該画素電極を被覆する配
   向被膜を含んでおり、該配向被膜はラビング処理を施さ
   れて配向面を形成する請求項１記載の液晶表示装置。