液晶表示装置
【課題】画素電極と信号配線間の容量を低減して信号配線の信号電圧の影響を小さくし、横筋等のクロストークを防止する。
【解決手段】画素電極８と信号配線６の間の層間絶縁膜７に対して凹部１０を形成し、この凹部１０に層間絶縁膜７よりも比誘電率の小さな物質、例えば、配向膜１１を充填する。これによって、画素電極８と信号配線６間の容量を低減して、画素電極８と信号配線６のクロストークを低減する。
【解決手段】画素電極８と信号配線６の間の層間絶縁膜７に対して凹部１０を形成し、この凹部１０に層間絶縁膜７よりも比誘電率の小さな物質、例えば、配向膜１１を充填する。これによって、画素電極８と信号配線６間の容量を低減して、画素電極８と信号配線６のクロストークを低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置では、各画素は一フレーム期間所定の信号電圧を保持するので、画面を明るく出来るため、コンピュータモニター、ＴＶ等に需要が拡大している。液晶の弱点であった視野角についても、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等の開発により、改善されているが、中でもＩＰＳ方式は優れた視野角特性を有している。ＩＰＳ方式も色々な改良が加えられているが、現在、ＴＶ等に用いられている代表的なＩＰＳ方式の画素構造の例を図１６に示す。また図１６のＡ−Ａ断面構造を図１７に示す。
【０００３】
図１６において、信号線からの信号はＴＦＴを介して画素電極８に加えられ、保持される。一方、図１７に示すように、ガラス基板上に一定電圧が印加されるコモン電極２が形成されている。コモン電極２の上にはゲート絶縁膜４、層間絶縁膜７が形成され、画素電極８は層間絶縁膜７の上に形成されている。画素電極８に特定の電圧が印加されると、図１７に示すような、画素電極８からコモン電極２に向かう電気力線が発生し、液晶分子１２１を回転等させることにより、バックライトからの光Ｌを制御することによって、画像を形成する。このような構成を記載したものとして、「特許文献１」が上げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３００８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１６において、画素電極８に所定の信号電圧が印加されたあと、ＴＦＴがオフすることにより、画素電極８は１フレーム期間所定の電圧が保持されることになる。一方信号線には、走査ごとに他の画素に印加する信号電圧が通過する。画素電極８と信号線との間に容量が存在すると、容量を介して他の画素への信号電圧が、特定画素の電位に影響を与えることになる。特定画素の電位が変動すると、画面のクロストーク等として現れ、画質を低下させることになる。
【０００６】
画素電極８は２つの信号線によって挟まれているため、他の画素への信号電圧による影響は両側から受けることになる。画素電極８の中心は常に２つの信号線の中点にあるとは限らず、製造誤差のために、図１８に示すように、画素電極８が信号配線６に対して偏って形成される場合がある。そうすると、２つの信号線からの影響が異なることになり、画面の横筋の発生等さらに複雑な問題を生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上述べたような、信号線と画素電極とのクロストークを小さくするために、信号線と画素電極間の容量を小さくする構成を提供するものである。容量の絶対値を小さくすれば２つの信号線と画素電極との容量の差も小さくすることができ、容量のアンバランスによって引き起こされる問題も小さくすることができる。具体的手段は下記の通りである。
【０００８】
（１）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（２）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（３）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（４）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（５）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（６）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（７）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【０００９】
（８）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上には透明導電膜からなるコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には複数のスリットを有する透明導電膜からなる画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成され、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（９）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１０）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１１）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１２）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１３）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１４）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
【００１０】
（１５）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には前記画素電極の一部が形成されており、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には、前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（１６）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１７）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１８）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１９）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（２０）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００１１】
各手段毎の効果は次のとおりである。
【００１２】
手段（１）から（７）によれば、画素電極と信号配線との間の凹部に誘電率の小さな物質が存在しているために、画素電極と信号配線との間の容量を小さくすることができ、信号配線を通る他の画素への信号電圧の影響を軽減し、画面のちらつき、横筋等の発生を抑止し、画質の低下を防ぐことができる。
【００１３】
手段（８）から（１４）によれば、手段（１）から（７）までの効果に加え、画素電極とコモン電極が透明電極で出来ているために、バックライトからの光の利用効率を上げることができ、明るい画像を得ることができる。
【００１４】
手段（１５）から（２０）によれば、第２の絶縁膜に形成された凹部は幅が広く、画素電極の一部もこの凹部に形成されている。したがって、凹部の断面形状をなだらかな形状にすることができ、凹部の深さを深くして、画素電極と信号配線との容量の低減効果を増すことができるとともに、配向膜の平坦度に対する凹部の影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の第１の実施例を示す画素部の平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は図１の画素部に対応する等価回路である。図１において、ゲート配線３にゲート電圧が印加されると、ＴＦＴがＯＮし、信号線からの信号電圧が画素電極８に印加される。画素電極８に電圧が印加されると下層に形成されているコモン電極２との間に電気力線が発生し、この電界によって液晶分子１２１が回転することによって、バックライトからの光を制御して画像を形成する。
【００１７】
画素電極８は透明電極で形成されており、長方形である。画素電極８の内側にスリット８１が形成されており、このスリット８１を通る電気力線が液晶層１２にも浸透して液晶分子１２１を動作させる。下層に形成されたコモン電極２も透明電極で形成されており、外形は画素電極８と同様で長方形である。コモン電極２はコモン配線２１と接続されており、コモン電極２には一定電圧であるコモン電圧が印加される。コモン配線２１は電気抵抗を下げるために、ゲート配線３と同様、金属であるＣｒによって形成されている。
【００１８】
画素電極８には信号線よりＴＦＴを介して信号電圧が印加される。図３はＴＦＴの断面構造を示す。ガラス基板上には走査電圧を供給するためのゲート配線３が形成されるが、ＴＦＴはこのゲート配線３上に形成される。そして、ゲート配線３がゲート電極３１を兼用する。なお、ゲート電極３１とＴＦＴ基板１との間に、基板からの不純物等を阻止するための、ＳｉＮあるいはＳｉＯ２等の下地膜を形成することもある。
【００１９】
ゲート電極３１を覆ってゲート絶縁膜４が約４００ｎｍの厚さでＳｉＮ膜によって形成される。ゲート絶縁膜４上に半導体膜であるａ−Ｓｉ膜５が形成される。ａ−Ｓｉ膜５のチャンネル部を挟んでソース電極５２とドレイン電極５１がＣｒ膜によって形成される。ａ−Ｓｉ膜５とソース電極５２、ドレイン電極５１との接触部にはオーミックコンタクトを取るために、ｎ＋層が形成される。ソース電極５２は信号配線６と一体で形成される。
【００２０】
ソース／ドレイン電極５１を覆って層間絶縁膜７がＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜７の厚さは例えば、６００ｎｍである。層間絶縁膜７の上に透明電極によって画素電極８が形成される。層間絶縁膜７にスルーホール９が形成され、このスルーホール９によって、ドレイン電極５１と画素電極８が接続し、信号電圧が画素電極８に供給される。そしてゲート電極３１がゼロになってＴＦＴがオフすると画素電極８は所定の電圧を保持することになる。この場合、画素電極８は一定の電荷を保持したままフロート電位となるため、信号配線６上の他の画素への信号電圧の影響を受けやすくなる。
【００２１】
図４は信号配線６によって画素電極８に電位が影響を受ける様子を示す等価回路である。図４において、信号配線ＤｙｎとＤｙｎ＋１、および、ゲート配線Ｇｘｎ−１とＧｘｎによって囲まれた部分が図１の画素部分に対応する。図４において、コモン配線であるＣｓｔｎから一定電位であるＶｃｏｍがコモン電極２に与えられる。ゲート配線Ｇｘｎが選択されると、ＴＦＴがＯＮして信号電圧が画素電極８に供給されて画素電位はＶｐｘとなる。その後ＴＦＴがＯＦＦすると、画素電極８はＶｐｘに対応する電荷を保持したままフロート電位になる。画素電位は画素電極８と液晶を介したコモン電極２との容量Ｃｌｃと画素電極８とコモン電極２間の直接の容量Ｃｓｔによって保持される。
【００２２】
しかし、画素電極８と信号配線ＤｎｙおよびＤｎｙ＋１との間にもそれぞれ容量Ｃｄｓ２およびＣｄｓ１が形成されるために、これらの容量を介して画素電極８の電位Ｖｐｘが信号配線６の電位の影響を受けることになる。容量Ｃｄｓ１およびＣｄｓ２の値が大きいほど信号配線６の電位の影響は大きい。そしてＣｄｓ１とＣｄｓ２の値にアンバランスがあれば、それに起因するＶｐｘの変動が生じ、画質の低下が生ずる。
【００２３】
したがって、信号配線６と画素電極８間の容量Ｃｄｓの値が小さければ、信号配線６の電位の影響を小さくでき、また、画素電極８の両側の容量、Ｃｄｓ１とＣｄｓ２の差の影響も小さくできる。図２は実施例１の特徴を示す断面図である。図２において、ＴＦＴ基板１上にコモン電極２が透明導電膜ＩＴＯによって形成されている。コモン電極２にはコモン配線２１を介して一定電圧であるコモン電圧が印加される。コモン電極２を覆ってゲート絶縁膜４がＳｉＮによって形成される。ゲート絶縁膜４の膜厚は４００ｎｍである。ゲート絶縁膜４上に信号配線６が形成される。信号配線６を覆って層間絶縁膜７がＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜７の膜厚は６００ｎｍである。
【００２４】
層間絶縁膜７の上には画素電極８が櫛歯状に形成される。櫛歯の間のスリット８１を通る電位力線が液晶層１２にも浸透してバックライトからの光Ｌを制御する。画素電極８を覆って液晶を配向させるための配向膜１１が形成される。配向膜１１はポリイミド膜によって形成され、膜厚は約１００ｎｍである。
【００２５】
液晶層１２を挟んでカラーフィルタ基板１３がＴＦＴ基板１と対向して設置される。カラーフィルタ基板１３上にはカラーフィルタ１４および配向膜１１が形成される。カラーフィルタ基板１３に形成される配向膜１１もＴＦＴ基板１に形成される配向膜１１と材料、膜厚とも同様である。
【００２６】
信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは、長方形の画素電極８の信号配線６と対向する辺部と信号配線６間の容量が支配的である。したがって、画素電極８の長さが一定であれば、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは、画素電極８と信号配線６との距離ＰＳに反比例し、層間絶縁膜７の誘電率に比例することになる。
【００２７】
したがって、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓを減らすには先ず、信号配線６と画素電極８の距離を大きくすることが考えられる。しかし、信号配線６と画素電極８の距離を大きくすることは画素電極８の面積が小さくなり、液晶表示パネルの透過率が低下して明るさにとって不利である。
【００２８】
一方層間絶縁膜７の材料としてＳｉＮが使用されているが、ＳｉＮの比誘電率は約７と大きい。したがって、ＳｉＮよりも小さな比誘電率を持つ材料を層間絶縁膜７として使用することも考えられるが、ＳｉＮは優れた絶縁特性を有しているために、層間絶縁という本来の目的を考慮すると他の材料に変えることは困難である。
【００２９】
本実施例では、図２に示すように、画素電極８と信号配線６との間に凹部１０を形成し、この凹部１０には比誘電率の小さい配向膜１１を満たすことにより信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓを減らそうとするものである。配向膜１１はポリイミドで形成されるが、ポリイミドの比誘電率は約３である。したがって、画素電極８と信号配線６間を実質的に配向膜１１で満たしてしまえば、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは３／７となり、大幅に低減することが出来る。
【００３０】
図１に示す、画素電極８と信号配線６の間の破線で囲まれた細長い長方形部が図２の凹部１０に対応する。図１および図２に示すように、画素電極８と信号配線６との間には導電膜が交叉する部分はないため、配向膜程度の絶縁特性でも問題となることはない。本実施例において、画素電極８と信号配線６との距離は８μｍである。
【００３１】
図５から図８に、図２に示す層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜への凹部１０の形成方法の一例を示す。図５から図８は本プロセスを説明するための模式図であり、実際の画素の断面構造を示すものではない。図５において、ＳｉＮ膜７１がガラス基板７０上に形成されている。ＳｉＮ膜上にレジスト６１をコートする。このレジスト膜に対して露光マスク４０を用いて露光し、露光マスク４０のパターンに従ってレジストパターンを形成する。
【００３２】
露光マスク４０のパターンには露光の光を完全に遮蔽する完全なパターン４１と、露光の光を半透過する半透過パターン４１とが形成されている。このような露光マスクを用いると、図５に示すように、ＳｉＮ膜上に形成されるレジストパターンとして、レジストが完全に除去された部分６３、レジストが完全に残っている部分６１、レジストが薄く残っている部分６２を形成することができる。
【００３３】
次に図６に示すように、ＳｉＮ膜７１のエッチング液を用いてレジストのない部分のＳｉＮ膜を除去する。その後、レジスト除去液によって薄く残ったレジスト部６２を除去する。この状態でＳｉＮをエッチングによって除去するが、エッチング時間を調整することによって、ＳｉＮ膜７１を完全に除去せずに、一部残す。その後レジスト６１を除去することにより、図８に示すように膜厚の異なるＳｉＮ膜７１を得ることができる。図５から図８で説明したプロセスをハーフ露光法と称する。
【００３４】
実施例１の構成においては、図３に示すように、画素電極８を形成する前に層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜に対してスルーホール９を形成する。このスルーホール９はＳｉＮ膜７を貫通する。このスルーホール９を形成すると同時に図５から図８において説明したハーフ露光方法を用いることにより、図２に示す画素電極８と信号配線６との間の凹部１０を形成することができる。
【００３５】
凹部１０の深さはＳｉＮのエッチング時間によって調整することが出来る。また、凹部１０の面積は露光マスク５０の半透過部５２によって決めることができる。エッチング条件を適切に選定することにより、凹部１０の深さは理論的にはＳｉＮ膜７の厚さ付近まで大きくすることができる。一方、画素電極８と信号配線６とのあいだの容量Ｃｄｓを減少させる目的からは、凹部１０の深さをＳｉＮ膜７の膜厚と信号配線６膜厚との差まで深くすることにより相当の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施例ではＳｉＮ膜７の厚さは６００ｎｍで、信号配線６の膜厚は２００ｎｍである。したがって、本実施例では凹部１０の深さは４００ｎｍ程度あれば信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓの低減に対しては大きな効果を見込むことができる。一方、ＳｉＮ膜７に形成された凹部１０があまり深いと配向膜１１の平坦度に影響を与える。配向膜１１は後に説明するインクジェット方式によって形成すれば、凹部１０による配向膜１１の平坦度への影響は小さくすることはできるが、凹部１０が深いほど、配向膜１１の平坦度への影響が大きくなることは避けられない。しかし、凹部１０の深さが配向膜１１の膜厚と同じ程度まであれば、インクジェット方式によって配向膜１１を形成した場合、配向膜１１の平坦度への凹部１０の影響はほとんど無くすことができる。したがって、凹部１０の深さは４００ｎｍ以内で、配向膜１１の表面に凹凸が生じない範囲とすればよい。
【００３７】
図２における凹部１０の幅ＨＷは画素電極パターンとＳｉＮ膜７のスルーホールパターンとの合わせ精度が関係する。画素電極８の端部と凹部１０の端部の距離ＤＰＨよりも上記合わせ精度が悪いと画素電極８の一部が凹部１０内に形成されることになる。画素電極８の端部は液晶透過には大きな影響は無いため、画質に対する影響は小さいが、凹部１０が深く、面積が大きい場合は問題になる場合がありうる。ＳｉＮ膜エッチングパターンと画素電極８のパターンのズレが大きい場合は、画素電極８の端部がＳｉＮ膜７の凹部１０に形成されることになる。そうすると画素電極８の端部と信号配線６の端部が近づくことになり、本発明の効果が発揮されない場合もありうる。したがって、図２におけるＳｉＮ膜７の凹部１０の端部と画素電極８の端部との距離ＤＰＨはＳｉＮ膜７のスルーホールマスクパターンと画素電極８のマスクパターンの合わせ精度を勘案して決める必要がある。スルーホールマスクパターンと画素電極８のマスクパターンの合わせ精度は３μｍ程度と考えられるので、理想的にはＳｉＮ膜７の凹部１０の端部と画素電極８の端部との距離ＤＰＨは３μｍ程度とるのが良い。一方、画素電極８と信号配線６との間隔は８μｍ程度であるからこの場合でも凹部１０の幅は５μｍ程度とすることが出来る。
【００３８】
配向膜１１の膜厚は１００ｎｍであり、ＳｉＮ膜７に凹部１０が形成されると配向膜表面の凹凸が問題になりうる。これに対しては配向膜１１の形成方法を工夫することによって対処することができる。図９は配向膜１１の形成方法を示す模式図である。図９において、画素電極８まで形成されたＴＦＴ基板１のわずか上方に、配向膜１１をインクジェット法で形成するためのインラインノズル８０が設置されている。このインラインノズル８０には液状の配向膜材料をインクジェット法によって吹き付けるための複数のノズルがインライン状にとりつけられている。図９における斜線を施した矢印がインクジェット法によって射出される配向膜材料である。液状配向膜材料を複数のノズルから同時に吐出するとともに、ＴＦＴ基板１上を走査することによりＴＦＴ基板１の全面に配向膜１１を形成することができる。
【００３９】
このような配向膜１１の形成方法であれば、液状配向膜はインクジェットによってＴＦＴ基板１に射突するため、ＳｉＮ膜７に形成された凹部１０を簡単に液状配向膜材料によって埋めることができる。液状配向膜がＴＦＴ基板１全面に形成されたあと、ＴＦＴ基板１を揺動することにより、液状配向膜の表面を均一にする。その後ベーキングによって、配向膜材料を固化し、配向膜１１を形成する。インクジェット法を用い、条件を適正化すれば、ＳｉＮ膜７に形成された深さ４００ｎｍ程度までの凹部１０は、配向膜表面を実用的な凹凸の範囲内に保ちつつ形成することが可能である。
【００４０】
本実施例により、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは従来の半分程度に低減することができ、信号配線６を画素電極８とのクロストークによる、横筋発生等の画質の劣化は大幅に低減することができる。
【実施例２】
【００４１】
図１０に本発明の第２の実施例の平面図を、図１１に本発明の第２の実施例の断面図を示す。図１１は図１０のＡ−Ａ断面図である。図１０のＢ−Ｂ断面図は図３とほぼ同一である。
【００４２】
実施例２においては、図１１に示すように、層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜７に凹部１０を形成する範囲は画素電極８の内部にまで広がっている。このような構成とすることにより、凹部１０の断面形状をなめらかなものとすることが出来る。ＳｉＮ膜７に形成される凹部１０は深いほうが、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減に効果があるが、凹部１０の面積が小さければ、凹部１０を深くすると凹部１０の断面形状の変化が大きくなり、マスクズレが生じたときの画素電極８に対する影響、配向膜１１の表面凹凸に対する影響が大きくなる。
【００４３】
本実施例においては、画素電極８の周辺部がすでにＳｉＮ膜７の凹部１０内に形成されていることになり、周辺の画素電極８は図１１に示すように、傾斜状の面に形成されることはありうる。しかし、凹部１０の深さ方向と平面方向のディメンジョンを考慮するとこの傾きは小さなものであり、液晶動作に与える影響は実質的には無視することができる。また、このようにＳｉＮ膜７の凹部１０の範囲を広くしても、信号配線６と画素電極８が重なることはないため、耐電圧上問題となることもない。
【００４４】
ＳｉＮ膜７の凹部１０の断面形状は画素電極８が形成されている側では浅く、信号配線６側で深くするのがよい。画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減には、ＳｉＮ膜７の凹部１０の深さは信号配線６側で大きいほうが効果が大きいからである。凹部１０をこのような断面形状とすることにより、信号配線６側の凹部１０の深さは４００ｎｍ程度にすることもでき、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減には非常に効果がある。
【００４５】
図１１に示すような、底部がテーパー状の凹部１０をＳｉＮ膜７に対して形成する方法の例として２つの方法をあげることができる。いずれも実施例１で説明したハーフ露光法を使用する。
【００４６】
第１の方法はドライエッチングを用いる場合であり、概略を図１２から図１４に示す。図１２は露光マスク４０と対応するレジストの断面形状を示すものである。露光マスク４０のハーフ露光に対応する部分４２には光透過率がテーパー状になるようなマスクとしておく。そうするとレジスト膜厚もマスクの透過率に対応した膜厚に形成される。このようなレジストがコートされたＳｉＮ膜７１を図１３に示すようにレジストごとドライエッチングする。そうするとレジストが薄い部分はＳｉＮ膜７１が早くエッチングされることになるため、図１４に示すように、テーパー状の厚さをもったＳｉＮ膜７１を得ることができる。この場合のドライエッチングのエッチャントとしてはＳＦ６、ＣＦ４＋Ｏ２等を用いることができる。
【００４７】
第２の方法はウェットエッチングを用いる場合である。実施例１で説明した図５に示すハーフ露光法により、ＳｉＮ膜７１上に膜厚の異なるレジストを形成し、図６に示すようなＳｉＮ膜７１のパターンを形成する。その後レジスト膜の薄い部分を除去してハーフエッチングを行う。このハーフエッチングを行うときにレジスト６１との界面に沿って早くエッチングが進むようなエッチャントを用いることにより、図１５に示すようなテーパーを持ったＳｉＮ膜７１を形成することができる。このような性質を持つＳｉＮのエチャントとしては、ＨＦとＮＨ４Ｆの混合エッチャントがあげられる。
【００４８】
以上のような方法により、図１１に示す凹部１０をＳｉＮ膜７に形成したあと、画素電極８となるＩＴＯ膜をスパッタリングによって、形成し、パターニングする。この場合、凹部断面は緩やかなテーパとなっているため、マスクあわせの裕度は実施例１の場合よりも大きくとることができる。その後、インクジェット法によって配向膜１１を形成することは実施例１と同様である。
【００４９】
以上の実施例においては、層間絶縁膜７はＳｉＮ膜であるとして説明したが、本発明はＳｉＮ膜に限る必要はない。また、層間絶縁膜７に形成された凹部１０に充填する物質は配向膜材料であるとして説明したが、該物質は配向膜材料に限る必要はない。本発明は層間絶縁膜７に対し、画素電極８と信号配線６との間に凹部１０を設け、その凹部１０に層間絶縁膜７の比誘電率より比誘電率の小さな物質を充填することにより、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓを小さくすることが目的である。したがって、層間絶縁膜７と充填物質とが上記のような関係を有する範囲内で色々な組み合わせをとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】画素部の等価回路図である。
【図５】ハーフ露光のマスクとレジストの関係を示す模式図である。
【図６】ハーフ露光の途中工程を示す模式図である。
【図７】ハーフエッチング状態を示す模式図である。
【図８】ハーフ露光工程による膜形成結果を示す断面模式図である。
【図９】インクジェットによる配向膜形成の模式図である。
【図１０】本発明の第２実施例の平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】テーパー断面を形成するハーフ露光法の模式図である。
【図１３】テーパー断面を形成するハーフ露光法の途中工程図である。
【図１４】テーパー断面を有する膜形成結果を示す断面模式図である。
【図１５】テーパー断面を有する他の膜形成方法の模式図である。
【図１６】従来技術による画素部分の平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。
【図１８】マスクあわせが完全でない場合の図１６のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＴＦＴ基板、２…コモン電極、 ３…ゲート配線、 ４…ゲート絶縁膜、 ５…ａ−Ｓｉ膜、 ６…信号配線、 ７…層間絶縁膜、８…画素電極、 ９…スルーホール、 １０…凹部、 １１…配向膜、 １２…液晶層、 １３…カラーフィルタ基板、 １４…カラーフィルタ、 ２１…コモン配線、 ５１…ドレイン電極、 ５２…ソース電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置では、各画素は一フレーム期間所定の信号電圧を保持するので、画面を明るく出来るため、コンピュータモニター、ＴＶ等に需要が拡大している。液晶の弱点であった視野角についても、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等の開発により、改善されているが、中でもＩＰＳ方式は優れた視野角特性を有している。ＩＰＳ方式も色々な改良が加えられているが、現在、ＴＶ等に用いられている代表的なＩＰＳ方式の画素構造の例を図１６に示す。また図１６のＡ−Ａ断面構造を図１７に示す。
【０００３】
図１６において、信号線からの信号はＴＦＴを介して画素電極８に加えられ、保持される。一方、図１７に示すように、ガラス基板上に一定電圧が印加されるコモン電極２が形成されている。コモン電極２の上にはゲート絶縁膜４、層間絶縁膜７が形成され、画素電極８は層間絶縁膜７の上に形成されている。画素電極８に特定の電圧が印加されると、図１７に示すような、画素電極８からコモン電極２に向かう電気力線が発生し、液晶分子１２１を回転等させることにより、バックライトからの光Ｌを制御することによって、画像を形成する。このような構成を記載したものとして、「特許文献１」が上げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３００８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１６において、画素電極８に所定の信号電圧が印加されたあと、ＴＦＴがオフすることにより、画素電極８は１フレーム期間所定の電圧が保持されることになる。一方信号線には、走査ごとに他の画素に印加する信号電圧が通過する。画素電極８と信号線との間に容量が存在すると、容量を介して他の画素への信号電圧が、特定画素の電位に影響を与えることになる。特定画素の電位が変動すると、画面のクロストーク等として現れ、画質を低下させることになる。
【０００６】
画素電極８は２つの信号線によって挟まれているため、他の画素への信号電圧による影響は両側から受けることになる。画素電極８の中心は常に２つの信号線の中点にあるとは限らず、製造誤差のために、図１８に示すように、画素電極８が信号配線６に対して偏って形成される場合がある。そうすると、２つの信号線からの影響が異なることになり、画面の横筋の発生等さらに複雑な問題を生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上述べたような、信号線と画素電極とのクロストークを小さくするために、信号線と画素電極間の容量を小さくする構成を提供するものである。容量の絶対値を小さくすれば２つの信号線と画素電極との容量の差も小さくすることができ、容量のアンバランスによって引き起こされる問題も小さくすることができる。具体的手段は下記の通りである。
【０００８】
（１）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（２）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（３）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（４）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（５）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（６）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
（７）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【０００９】
（８）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上には透明導電膜からなるコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には複数のスリットを有する透明導電膜からなる画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成され、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（９）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１０）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１１）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１２）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１３）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
（１４）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。
【００１０】
（１５）第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には前記画素電極の一部が形成されており、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には、前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
（１６）前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１７）前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１８）前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（１９）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
（２０）前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする（１５）に記載の液晶表示装置。
【発明の効果】
【００１１】
各手段毎の効果は次のとおりである。
【００１２】
手段（１）から（７）によれば、画素電極と信号配線との間の凹部に誘電率の小さな物質が存在しているために、画素電極と信号配線との間の容量を小さくすることができ、信号配線を通る他の画素への信号電圧の影響を軽減し、画面のちらつき、横筋等の発生を抑止し、画質の低下を防ぐことができる。
【００１３】
手段（８）から（１４）によれば、手段（１）から（７）までの効果に加え、画素電極とコモン電極が透明電極で出来ているために、バックライトからの光の利用効率を上げることができ、明るい画像を得ることができる。
【００１４】
手段（１５）から（２０）によれば、第２の絶縁膜に形成された凹部は幅が広く、画素電極の一部もこの凹部に形成されている。したがって、凹部の断面形状をなだらかな形状にすることができ、凹部の深さを深くして、画素電極と信号配線との容量の低減効果を増すことができるとともに、配向膜の平坦度に対する凹部の影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の第１の実施例を示す画素部の平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は図１の画素部に対応する等価回路である。図１において、ゲート配線３にゲート電圧が印加されると、ＴＦＴがＯＮし、信号線からの信号電圧が画素電極８に印加される。画素電極８に電圧が印加されると下層に形成されているコモン電極２との間に電気力線が発生し、この電界によって液晶分子１２１が回転することによって、バックライトからの光を制御して画像を形成する。
【００１７】
画素電極８は透明電極で形成されており、長方形である。画素電極８の内側にスリット８１が形成されており、このスリット８１を通る電気力線が液晶層１２にも浸透して液晶分子１２１を動作させる。下層に形成されたコモン電極２も透明電極で形成されており、外形は画素電極８と同様で長方形である。コモン電極２はコモン配線２１と接続されており、コモン電極２には一定電圧であるコモン電圧が印加される。コモン配線２１は電気抵抗を下げるために、ゲート配線３と同様、金属であるＣｒによって形成されている。
【００１８】
画素電極８には信号線よりＴＦＴを介して信号電圧が印加される。図３はＴＦＴの断面構造を示す。ガラス基板上には走査電圧を供給するためのゲート配線３が形成されるが、ＴＦＴはこのゲート配線３上に形成される。そして、ゲート配線３がゲート電極３１を兼用する。なお、ゲート電極３１とＴＦＴ基板１との間に、基板からの不純物等を阻止するための、ＳｉＮあるいはＳｉＯ２等の下地膜を形成することもある。
【００１９】
ゲート電極３１を覆ってゲート絶縁膜４が約４００ｎｍの厚さでＳｉＮ膜によって形成される。ゲート絶縁膜４上に半導体膜であるａ−Ｓｉ膜５が形成される。ａ−Ｓｉ膜５のチャンネル部を挟んでソース電極５２とドレイン電極５１がＣｒ膜によって形成される。ａ−Ｓｉ膜５とソース電極５２、ドレイン電極５１との接触部にはオーミックコンタクトを取るために、ｎ＋層が形成される。ソース電極５２は信号配線６と一体で形成される。
【００２０】
ソース／ドレイン電極５１を覆って層間絶縁膜７がＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜７の厚さは例えば、６００ｎｍである。層間絶縁膜７の上に透明電極によって画素電極８が形成される。層間絶縁膜７にスルーホール９が形成され、このスルーホール９によって、ドレイン電極５１と画素電極８が接続し、信号電圧が画素電極８に供給される。そしてゲート電極３１がゼロになってＴＦＴがオフすると画素電極８は所定の電圧を保持することになる。この場合、画素電極８は一定の電荷を保持したままフロート電位となるため、信号配線６上の他の画素への信号電圧の影響を受けやすくなる。
【００２１】
図４は信号配線６によって画素電極８に電位が影響を受ける様子を示す等価回路である。図４において、信号配線ＤｙｎとＤｙｎ＋１、および、ゲート配線Ｇｘｎ−１とＧｘｎによって囲まれた部分が図１の画素部分に対応する。図４において、コモン配線であるＣｓｔｎから一定電位であるＶｃｏｍがコモン電極２に与えられる。ゲート配線Ｇｘｎが選択されると、ＴＦＴがＯＮして信号電圧が画素電極８に供給されて画素電位はＶｐｘとなる。その後ＴＦＴがＯＦＦすると、画素電極８はＶｐｘに対応する電荷を保持したままフロート電位になる。画素電位は画素電極８と液晶を介したコモン電極２との容量Ｃｌｃと画素電極８とコモン電極２間の直接の容量Ｃｓｔによって保持される。
【００２２】
しかし、画素電極８と信号配線ＤｎｙおよびＤｎｙ＋１との間にもそれぞれ容量Ｃｄｓ２およびＣｄｓ１が形成されるために、これらの容量を介して画素電極８の電位Ｖｐｘが信号配線６の電位の影響を受けることになる。容量Ｃｄｓ１およびＣｄｓ２の値が大きいほど信号配線６の電位の影響は大きい。そしてＣｄｓ１とＣｄｓ２の値にアンバランスがあれば、それに起因するＶｐｘの変動が生じ、画質の低下が生ずる。
【００２３】
したがって、信号配線６と画素電極８間の容量Ｃｄｓの値が小さければ、信号配線６の電位の影響を小さくでき、また、画素電極８の両側の容量、Ｃｄｓ１とＣｄｓ２の差の影響も小さくできる。図２は実施例１の特徴を示す断面図である。図２において、ＴＦＴ基板１上にコモン電極２が透明導電膜ＩＴＯによって形成されている。コモン電極２にはコモン配線２１を介して一定電圧であるコモン電圧が印加される。コモン電極２を覆ってゲート絶縁膜４がＳｉＮによって形成される。ゲート絶縁膜４の膜厚は４００ｎｍである。ゲート絶縁膜４上に信号配線６が形成される。信号配線６を覆って層間絶縁膜７がＳｉＮによって形成される。層間絶縁膜７の膜厚は６００ｎｍである。
【００２４】
層間絶縁膜７の上には画素電極８が櫛歯状に形成される。櫛歯の間のスリット８１を通る電位力線が液晶層１２にも浸透してバックライトからの光Ｌを制御する。画素電極８を覆って液晶を配向させるための配向膜１１が形成される。配向膜１１はポリイミド膜によって形成され、膜厚は約１００ｎｍである。
【００２５】
液晶層１２を挟んでカラーフィルタ基板１３がＴＦＴ基板１と対向して設置される。カラーフィルタ基板１３上にはカラーフィルタ１４および配向膜１１が形成される。カラーフィルタ基板１３に形成される配向膜１１もＴＦＴ基板１に形成される配向膜１１と材料、膜厚とも同様である。
【００２６】
信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは、長方形の画素電極８の信号配線６と対向する辺部と信号配線６間の容量が支配的である。したがって、画素電極８の長さが一定であれば、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは、画素電極８と信号配線６との距離ＰＳに反比例し、層間絶縁膜７の誘電率に比例することになる。
【００２７】
したがって、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓを減らすには先ず、信号配線６と画素電極８の距離を大きくすることが考えられる。しかし、信号配線６と画素電極８の距離を大きくすることは画素電極８の面積が小さくなり、液晶表示パネルの透過率が低下して明るさにとって不利である。
【００２８】
一方層間絶縁膜７の材料としてＳｉＮが使用されているが、ＳｉＮの比誘電率は約７と大きい。したがって、ＳｉＮよりも小さな比誘電率を持つ材料を層間絶縁膜７として使用することも考えられるが、ＳｉＮは優れた絶縁特性を有しているために、層間絶縁という本来の目的を考慮すると他の材料に変えることは困難である。
【００２９】
本実施例では、図２に示すように、画素電極８と信号配線６との間に凹部１０を形成し、この凹部１０には比誘電率の小さい配向膜１１を満たすことにより信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓを減らそうとするものである。配向膜１１はポリイミドで形成されるが、ポリイミドの比誘電率は約３である。したがって、画素電極８と信号配線６間を実質的に配向膜１１で満たしてしまえば、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは３／７となり、大幅に低減することが出来る。
【００３０】
図１に示す、画素電極８と信号配線６の間の破線で囲まれた細長い長方形部が図２の凹部１０に対応する。図１および図２に示すように、画素電極８と信号配線６との間には導電膜が交叉する部分はないため、配向膜程度の絶縁特性でも問題となることはない。本実施例において、画素電極８と信号配線６との距離は８μｍである。
【００３１】
図５から図８に、図２に示す層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜への凹部１０の形成方法の一例を示す。図５から図８は本プロセスを説明するための模式図であり、実際の画素の断面構造を示すものではない。図５において、ＳｉＮ膜７１がガラス基板７０上に形成されている。ＳｉＮ膜上にレジスト６１をコートする。このレジスト膜に対して露光マスク４０を用いて露光し、露光マスク４０のパターンに従ってレジストパターンを形成する。
【００３２】
露光マスク４０のパターンには露光の光を完全に遮蔽する完全なパターン４１と、露光の光を半透過する半透過パターン４１とが形成されている。このような露光マスクを用いると、図５に示すように、ＳｉＮ膜上に形成されるレジストパターンとして、レジストが完全に除去された部分６３、レジストが完全に残っている部分６１、レジストが薄く残っている部分６２を形成することができる。
【００３３】
次に図６に示すように、ＳｉＮ膜７１のエッチング液を用いてレジストのない部分のＳｉＮ膜を除去する。その後、レジスト除去液によって薄く残ったレジスト部６２を除去する。この状態でＳｉＮをエッチングによって除去するが、エッチング時間を調整することによって、ＳｉＮ膜７１を完全に除去せずに、一部残す。その後レジスト６１を除去することにより、図８に示すように膜厚の異なるＳｉＮ膜７１を得ることができる。図５から図８で説明したプロセスをハーフ露光法と称する。
【００３４】
実施例１の構成においては、図３に示すように、画素電極８を形成する前に層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜に対してスルーホール９を形成する。このスルーホール９はＳｉＮ膜７を貫通する。このスルーホール９を形成すると同時に図５から図８において説明したハーフ露光方法を用いることにより、図２に示す画素電極８と信号配線６との間の凹部１０を形成することができる。
【００３５】
凹部１０の深さはＳｉＮのエッチング時間によって調整することが出来る。また、凹部１０の面積は露光マスク５０の半透過部５２によって決めることができる。エッチング条件を適切に選定することにより、凹部１０の深さは理論的にはＳｉＮ膜７の厚さ付近まで大きくすることができる。一方、画素電極８と信号配線６とのあいだの容量Ｃｄｓを減少させる目的からは、凹部１０の深さをＳｉＮ膜７の膜厚と信号配線６膜厚との差まで深くすることにより相当の効果を得ることができる。
【００３６】
本実施例ではＳｉＮ膜７の厚さは６００ｎｍで、信号配線６の膜厚は２００ｎｍである。したがって、本実施例では凹部１０の深さは４００ｎｍ程度あれば信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓの低減に対しては大きな効果を見込むことができる。一方、ＳｉＮ膜７に形成された凹部１０があまり深いと配向膜１１の平坦度に影響を与える。配向膜１１は後に説明するインクジェット方式によって形成すれば、凹部１０による配向膜１１の平坦度への影響は小さくすることはできるが、凹部１０が深いほど、配向膜１１の平坦度への影響が大きくなることは避けられない。しかし、凹部１０の深さが配向膜１１の膜厚と同じ程度まであれば、インクジェット方式によって配向膜１１を形成した場合、配向膜１１の平坦度への凹部１０の影響はほとんど無くすことができる。したがって、凹部１０の深さは４００ｎｍ以内で、配向膜１１の表面に凹凸が生じない範囲とすればよい。
【００３７】
図２における凹部１０の幅ＨＷは画素電極パターンとＳｉＮ膜７のスルーホールパターンとの合わせ精度が関係する。画素電極８の端部と凹部１０の端部の距離ＤＰＨよりも上記合わせ精度が悪いと画素電極８の一部が凹部１０内に形成されることになる。画素電極８の端部は液晶透過には大きな影響は無いため、画質に対する影響は小さいが、凹部１０が深く、面積が大きい場合は問題になる場合がありうる。ＳｉＮ膜エッチングパターンと画素電極８のパターンのズレが大きい場合は、画素電極８の端部がＳｉＮ膜７の凹部１０に形成されることになる。そうすると画素電極８の端部と信号配線６の端部が近づくことになり、本発明の効果が発揮されない場合もありうる。したがって、図２におけるＳｉＮ膜７の凹部１０の端部と画素電極８の端部との距離ＤＰＨはＳｉＮ膜７のスルーホールマスクパターンと画素電極８のマスクパターンの合わせ精度を勘案して決める必要がある。スルーホールマスクパターンと画素電極８のマスクパターンの合わせ精度は３μｍ程度と考えられるので、理想的にはＳｉＮ膜７の凹部１０の端部と画素電極８の端部との距離ＤＰＨは３μｍ程度とるのが良い。一方、画素電極８と信号配線６との間隔は８μｍ程度であるからこの場合でも凹部１０の幅は５μｍ程度とすることが出来る。
【００３８】
配向膜１１の膜厚は１００ｎｍであり、ＳｉＮ膜７に凹部１０が形成されると配向膜表面の凹凸が問題になりうる。これに対しては配向膜１１の形成方法を工夫することによって対処することができる。図９は配向膜１１の形成方法を示す模式図である。図９において、画素電極８まで形成されたＴＦＴ基板１のわずか上方に、配向膜１１をインクジェット法で形成するためのインラインノズル８０が設置されている。このインラインノズル８０には液状の配向膜材料をインクジェット法によって吹き付けるための複数のノズルがインライン状にとりつけられている。図９における斜線を施した矢印がインクジェット法によって射出される配向膜材料である。液状配向膜材料を複数のノズルから同時に吐出するとともに、ＴＦＴ基板１上を走査することによりＴＦＴ基板１の全面に配向膜１１を形成することができる。
【００３９】
このような配向膜１１の形成方法であれば、液状配向膜はインクジェットによってＴＦＴ基板１に射突するため、ＳｉＮ膜７に形成された凹部１０を簡単に液状配向膜材料によって埋めることができる。液状配向膜がＴＦＴ基板１全面に形成されたあと、ＴＦＴ基板１を揺動することにより、液状配向膜の表面を均一にする。その後ベーキングによって、配向膜材料を固化し、配向膜１１を形成する。インクジェット法を用い、条件を適正化すれば、ＳｉＮ膜７に形成された深さ４００ｎｍ程度までの凹部１０は、配向膜表面を実用的な凹凸の範囲内に保ちつつ形成することが可能である。
【００４０】
本実施例により、信号配線６と画素電極８と間の容量Ｃｄｓは従来の半分程度に低減することができ、信号配線６を画素電極８とのクロストークによる、横筋発生等の画質の劣化は大幅に低減することができる。
【実施例２】
【００４１】
図１０に本発明の第２の実施例の平面図を、図１１に本発明の第２の実施例の断面図を示す。図１１は図１０のＡ−Ａ断面図である。図１０のＢ−Ｂ断面図は図３とほぼ同一である。
【００４２】
実施例２においては、図１１に示すように、層間絶縁膜７であるＳｉＮ膜７に凹部１０を形成する範囲は画素電極８の内部にまで広がっている。このような構成とすることにより、凹部１０の断面形状をなめらかなものとすることが出来る。ＳｉＮ膜７に形成される凹部１０は深いほうが、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減に効果があるが、凹部１０の面積が小さければ、凹部１０を深くすると凹部１０の断面形状の変化が大きくなり、マスクズレが生じたときの画素電極８に対する影響、配向膜１１の表面凹凸に対する影響が大きくなる。
【００４３】
本実施例においては、画素電極８の周辺部がすでにＳｉＮ膜７の凹部１０内に形成されていることになり、周辺の画素電極８は図１１に示すように、傾斜状の面に形成されることはありうる。しかし、凹部１０の深さ方向と平面方向のディメンジョンを考慮するとこの傾きは小さなものであり、液晶動作に与える影響は実質的には無視することができる。また、このようにＳｉＮ膜７の凹部１０の範囲を広くしても、信号配線６と画素電極８が重なることはないため、耐電圧上問題となることもない。
【００４４】
ＳｉＮ膜７の凹部１０の断面形状は画素電極８が形成されている側では浅く、信号配線６側で深くするのがよい。画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減には、ＳｉＮ膜７の凹部１０の深さは信号配線６側で大きいほうが効果が大きいからである。凹部１０をこのような断面形状とすることにより、信号配線６側の凹部１０の深さは４００ｎｍ程度にすることもでき、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓの低減には非常に効果がある。
【００４５】
図１１に示すような、底部がテーパー状の凹部１０をＳｉＮ膜７に対して形成する方法の例として２つの方法をあげることができる。いずれも実施例１で説明したハーフ露光法を使用する。
【００４６】
第１の方法はドライエッチングを用いる場合であり、概略を図１２から図１４に示す。図１２は露光マスク４０と対応するレジストの断面形状を示すものである。露光マスク４０のハーフ露光に対応する部分４２には光透過率がテーパー状になるようなマスクとしておく。そうするとレジスト膜厚もマスクの透過率に対応した膜厚に形成される。このようなレジストがコートされたＳｉＮ膜７１を図１３に示すようにレジストごとドライエッチングする。そうするとレジストが薄い部分はＳｉＮ膜７１が早くエッチングされることになるため、図１４に示すように、テーパー状の厚さをもったＳｉＮ膜７１を得ることができる。この場合のドライエッチングのエッチャントとしてはＳＦ６、ＣＦ４＋Ｏ２等を用いることができる。
【００４７】
第２の方法はウェットエッチングを用いる場合である。実施例１で説明した図５に示すハーフ露光法により、ＳｉＮ膜７１上に膜厚の異なるレジストを形成し、図６に示すようなＳｉＮ膜７１のパターンを形成する。その後レジスト膜の薄い部分を除去してハーフエッチングを行う。このハーフエッチングを行うときにレジスト６１との界面に沿って早くエッチングが進むようなエッチャントを用いることにより、図１５に示すようなテーパーを持ったＳｉＮ膜７１を形成することができる。このような性質を持つＳｉＮのエチャントとしては、ＨＦとＮＨ４Ｆの混合エッチャントがあげられる。
【００４８】
以上のような方法により、図１１に示す凹部１０をＳｉＮ膜７に形成したあと、画素電極８となるＩＴＯ膜をスパッタリングによって、形成し、パターニングする。この場合、凹部断面は緩やかなテーパとなっているため、マスクあわせの裕度は実施例１の場合よりも大きくとることができる。その後、インクジェット法によって配向膜１１を形成することは実施例１と同様である。
【００４９】
以上の実施例においては、層間絶縁膜７はＳｉＮ膜であるとして説明したが、本発明はＳｉＮ膜に限る必要はない。また、層間絶縁膜７に形成された凹部１０に充填する物質は配向膜材料であるとして説明したが、該物質は配向膜材料に限る必要はない。本発明は層間絶縁膜７に対し、画素電極８と信号配線６との間に凹部１０を設け、その凹部１０に層間絶縁膜７の比誘電率より比誘電率の小さな物質を充填することにより、画素電極８と信号配線６間の容量Ｃｄｓを小さくすることが目的である。したがって、層間絶縁膜７と充填物質とが上記のような関係を有する範囲内で色々な組み合わせをとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】画素部の等価回路図である。
【図５】ハーフ露光のマスクとレジストの関係を示す模式図である。
【図６】ハーフ露光の途中工程を示す模式図である。
【図７】ハーフエッチング状態を示す模式図である。
【図８】ハーフ露光工程による膜形成結果を示す断面模式図である。
【図９】インクジェットによる配向膜形成の模式図である。
【図１０】本発明の第２実施例の平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図である。
【図１２】テーパー断面を形成するハーフ露光法の模式図である。
【図１３】テーパー断面を形成するハーフ露光法の途中工程図である。
【図１４】テーパー断面を有する膜形成結果を示す断面模式図である。
【図１５】テーパー断面を有する他の膜形成方法の模式図である。
【図１６】従来技術による画素部分の平面図である。
【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。
【図１８】マスクあわせが完全でない場合の図１６のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…ＴＦＴ基板、２…コモン電極、 ３…ゲート配線、 ４…ゲート絶縁膜、 ５…ａ−Ｓｉ膜、 ６…信号配線、 ７…層間絶縁膜、８…画素電極、 ９…スルーホール、 １０…凹部、 １１…配向膜、 １２…液晶層、 １３…カラーフィルタ基板、 １４…カラーフィルタ、 ２１…コモン配線、 ５１…ドレイン電極、 ５２…ソース電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上には透明導電膜からなるコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には複数のスリットを有する透明導電膜からなる画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成され、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には前記画素電極の一部が形成されており、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には、前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上には透明導電膜からなるコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には複数のスリットを有する透明導電膜からなる画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成され、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記凹部には前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚よりも小さく、かつ１０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持され、前記液晶に電界を作用させることによって画像を形成する液晶表示装置であって、前記第１の基板上にはコモン電極が形成され、前記コモン電極上には第１の絶縁膜が形成され、前記第１の絶縁膜上には信号配線が形成され、前記信号配線上には第２の絶縁膜が形成され、前記第２の絶縁膜上には画素電極が形成され、前記画素電極の上には前記液晶と接する配向膜が形成されており、前記画素電極と前記コモン電極との電位差によって前記液晶が駆動され、
前記第２の絶縁膜には、前記画素電極と前記信号配線との間に凹部が形成され、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には前記画素電極の一部が形成されており、前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部には、前記第２の絶縁膜よりも比誘電率の小さな物質が充填されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
前記比誘電率の小さな物質は前記配向膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記配向膜はインクジェット法で形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記第２の絶縁膜はＳｉＮ膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記第２の絶縁膜の膜厚と前記信号配線の膜厚の差よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記第２の絶縁膜に形成された前記凹部の深さは前記配向膜の膜厚よりも小さく、かつ２０ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００８−３９８１２（Ｐ２００８−３９８１２Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０９６８９（Ｐ２００６−２０９６８９）
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（５０２３５６５２８）株式会社 日立ディスプレイズ (2,552)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]