液晶表示装置
【課題】基板の主面に有する電極の凹凸に起因するコントラスト低下を改善するための技術を、製造工程の清浄度を保ち、十分な光透過率を確保しつつ低コストで提供する。
【解決手段】第１の絶縁基板ＳＵＢ１の主面に形成された薄膜トランジスタＴＦＴの上層を含めた画素領域に設けた第１電極ＣＴ/ＳＲＥと、第１電極ＣＴ/ＳＲＥの上に設けた容量絶縁層ＩＮＳと、容量絶縁層ＩＮＳの上に設けた第２電極ＰＸとを有し、第１電極ＣＴ/ＳＲＥと第２電極ＰＸを塗布型の透明導電膜、容量絶縁層ＩＮＳを塗布型の絶縁膜によって形成した。
【解決手段】第１の絶縁基板ＳＵＢ１の主面に形成された薄膜トランジスタＴＦＴの上層を含めた画素領域に設けた第１電極ＣＴ/ＳＲＥと、第１電極ＣＴ/ＳＲＥの上に設けた容量絶縁層ＩＮＳと、容量絶縁層ＩＮＳの上に設けた第２電極ＰＸとを有し、第１電極ＣＴ/ＳＲＥと第２電極ＰＸを塗布型の透明導電膜、容量絶縁層ＩＮＳを塗布型の絶縁膜によって形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横電界型の液晶表示装置において基板の内面にある電極面の平坦性を改善してコントラストを向上させる技術に係り、特に液晶に加える電界を保持するための容量保持電極構造を全て塗布型材料で形成することで、製造工程の清浄度を保持し、バックライト透過率を確保して輝度を向上させ、さらに材料費の低減によりパネル低コスト化を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＳ(In Plane Switching)方式とも呼ばれる横電界型の液晶表示装置は広視野角という特徴を有する。透過型の液晶表示装置は、パソコンやテレビなど主として室内用途の各種機器に用いられており、反射型あるいは半透過型の液晶表示装置は、晴天時の屋外から暗室までを含む多様な環境下で用いられる携帯電話機などの可搬型情報端末などに主として用いられている。透過型の液晶表示装置は、その観測側と反対側の基板の遠い側に設けられたバックライトからの光を基板通過させる際に、途中の液晶分子の配列方向を変更することで光量を制御する。一方、反射型の液晶表示装置は、観察側と反対側の基板に反射膜を有する。この反射膜は、通常は画素電極または対向電極を兼用し、反射面に微細な凹凸を設けて観測側から入る外光を拡散反射させることで画像表示させている。半透過型の液晶表示装置は、１画素内に透過部（透過表示部）と反射部（反射表示部）を備えることにより、透過型と反射型双方の機能を持ち様々な環境下でも表示できるようにしている。
【０００３】
透過型、反射型、半透過型を含めて、液晶表示装置では、高品質表示の条件の一つにコントラスト特性がある。液晶表示装置におけるコントラスト低下の原因の一つに、液晶層と接する基板の主面（内面）に有する電極の凹凸に起因する液晶分子の配向乱れがある。液晶層と接する基板の主面の最表面には配向膜が形成されている。この配向膜には液晶配向制御能が付与されており、接触する液晶分子の初期配向を規定する。なお、基板は、ガラス、プラスチックスなどの絶縁基板が用いられる。
【０００４】
液晶表示装置を構成する基板の主面には液晶に電界を印加する電極（通常は、画素電極と共通電極、共通電極は対向電極とも称する）、これらの電極を駆動する駆動素子（通常は、薄膜トランジスタ）、各種の配線や電極が絶縁膜や保護膜と共に互いに積層状態で形成されている。画素電極や対向電極はスパッタ成膜されるＩＴＯなどに代表される透明導電膜からなる。なお、ＩＰＳ型の液晶表示装置では、一方の基板（第１の基板：ＴＦＴ基板）側のみに画素電極と対向電極、駆動素子、配線や電極が形成される。ＴＦＴ基板と対向する他方の基板（第２の基板：対向基板又はＣＦ基板）には遮光膜（ブラックマトリクス：ＢＭ、カラーフィルター：ＣＦ）が形成される。縦電界型（ＴＮ型）では、ＣＦ基板側に対向電極が形成される。また、ＴＮ型に限らず、ＶＡ型などの他の型の液晶表示装置でもＣＦ基板側にも電極を設けたものもある。
【０００５】
上記の基板内面、特に薄膜トランジスタを形成したＴＦＴ基板の主面は、薄膜トランジスタ自体の複雑な断面形状に起因して凹凸が激しい。そのため、その上層に形成する電極の表面も下層構造を反映した凹凸を有するものとなる。このような電極の凹凸は液晶分子に作用する電界の分布を乱し、黒沈みを劣化させてコントラストの低下をもたらす。ＩＰＳ型では、液晶分子を基板面に平行な方向で回転させるものであるため、このような電極の凹凸がコントラスト低下に大きく影響する。基板内面の凹凸を平坦化するために電極上に平坦化層を設けることが試みられており、縦電界方式の液晶表示装置において電極と絶縁層の間に樹脂層を挿入して平坦化することが特許文献１に記載されている。また横電界方式の液晶表示装置においても塗布型導電膜を電極と絶縁層との間に挿入して平坦化することが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２０００‐１１１９３５号公報
【特許文献２】平成１９年９月４日提出：整理番号ＮＴ０７Ｐ０８７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１における導電性樹脂膜は、ＴＦＴ基板では画素電極と配向膜の間に形成されるものであることを開示する（引用文献１の明細書段落[００３８]）。そして、この導電性樹脂膜は、自発分極を有する液晶を用いた際の配向膜の膜厚を薄くすることで最大輝度を高くし、結果として高コントラストを改善するものであることを開示する（引用文献１の明細書段落[００４１]）。
【０００７】
すなわち、引用文献１は基板の主面の電極の凹凸を平坦化することでコントラストを改善することを意図しない。ましてや、ＩＰＳ型の液晶表示装置が基板の主面の電極の凹凸による液晶分子に作用する電界に大きな影響を及ぼすという課題も、その解決手段も提起しない。ＩＰＳ型の液晶表示装置における基板の主面にある電極の凹凸が表示のコントラストに及ぼす影響はＴＮ型に比べて極めて大きい。特許文献１に記載のような導電性樹脂膜を画素電極と対向電極の上に単に重ねた構成としたとしても、ＩＰＳ型の液晶表示装置でのコントラスト改善効果はあまり期待できない。
【０００８】
特許文献２における塗布型の透明導電膜は、液晶に加える電界を保持するための容量保持絶縁膜と電極との間に塗布型の透明導電膜を挿入して電極平面を平坦化することを開示する（引用文献２）。すなわち、電極の導電性を損なうことなく平坦化することでコントラストを改善することを意図している。
【０００９】
しかし、このように塗布型の透明導電膜を電極と絶縁膜の間に挿入するには、ＩＴＯなどの金属を真空装置であるスパッタ法などで成膜した後、通常は外気に触れる環境下の塗布工程（ノズル噴射法、スピンコーティング法、インクジェット法など）で透明導電膜を成膜し、その後、絶縁膜を成膜するために再び化学気相成長法などの真空装置での成膜工程を経なければならない。塗布型の透明導電膜材料は金属微粒子や有機高分子などを含み、さらに塗布工程で外気中の不純物が表面に堆積するため、それを真空や高温条件のもとで処理すると残渣や不純物が積層膜中に拡散し半導体動作を劣化させる、あるいは製造装置を汚染することなどがある。
【００１０】
さらに、単独の塗布膜では平坦化に不十分という問題がある。透過表示部には前述の薄膜トランジスタ起因の凹凸が、また反射表示部も拡散反射電極起因の凹凸があり、これらの凹凸を十分に平坦化するためには、塗布型の透明導電膜の膜厚が相当に必要であり、その膜厚で十分な透明性を同時に確保することは、塗布材料の選定などで制約が多くなるため実用上の問題となる。
【００１１】
さらにスパッタ法で成膜するＩＴＯなどが近年の世界的な資源不足により希少金属となっているという問題がある。特許文献２における積層構造では、画素電極または共通電極に用いられるＩＴＯなどの希少金属の使用量は、塗布導電膜を用いない従来構造と比べて変わらず、むしろ塗布用材料分の費用が加わるので全体として低コスト化に向かないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、基板の主面に有する電極の凹凸に起因するコントラストの低下を改善したＩＰＳ型の液晶表示装置を、製造工程の清浄度を保ち、十分な光透過率を確保し、低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、第１の絶縁基板と、第２の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の間に封入した液晶層とを備える。そして、前記第１の絶縁基板の主面に画素ごとに形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域に設けた下地電極を有し、
前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を有し、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜からなる容量絶縁層を有し、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜からなる第２電極を有し、
前記薄膜トランジスタは前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加して液晶を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
透過型又は透過表示部では、スパッタ法で成膜されたＩＴＯなどの金属からなる下地電極（例えば、共通電極）上に塗布型の透明導電電極を設け下地層にある薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形成部分の段差などで形成される凹凸を吸収して第１電極の電界放射面を平坦化する。さらに第１電極上に塗布型の絶縁膜を設け容量絶縁層を形成することで凹凸を十分に平坦化する。これにより、平坦化に必要な第１電極の膜厚を抑制して光透過率を維持するとともに、第１電極と第２電極（例えば、画素電極）との間に形成する液晶層への横方向電界を整え、コントラストを向上させる。また、第２電極自体も塗布型の透明導電膜で形成することにより、第１電極形成以降の工程すべてで真空装置を用いないことを可能とする。さらに第２電極が従来のスパッタ法によるＩＴＯなどの金属電極の原料使用量を減少させることで、低コスト化を実現することができる。また場合により、下地電極や有機絶縁膜（有機ＰＡＳ膜）の形成を省略し、無機絶縁膜（無機ＰＡＳ膜）を覆って直接に塗布型の透明導電電極を設け、これを第１電極として利用することで工程を簡易化しさらなる低コスト化を実現することができる。
【００１５】
半透過型の反射表示部又は反射型では、反射表示電極を構成するアルミニウム等の拡散反射電極上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を設け、拡散反射電極に形成された表面凹凸を平坦化することで電界放射面を平坦化し、コントラストを向上させる。第１電極の上の構造は、前述の透過表示部と同じである。
【００１６】
上記いずれの場合も、第１電極と容量保持絶縁膜は、これら２つの積層の組み合わせとして、平坦化に必要な膜厚、平坦度、バックライトや外光を十分透過させるための光透過率、電気伝導度（第１電極）、誘電率（容量保持絶縁膜）などで既定される物性値を持つようにされる。さらにこの２つの積層の上にある第２電極を加えた３つの積層の組み合わせとして、バックライトや外光を必要量透過させるための光透過率、電気伝導度（第２電極）などで既定される物性値を持つようにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
【第１の実施形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。図１において、絶縁基板としてのガラス基板ＳＵＢ１の主面に薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート電極ＧＴ、ゲート絶縁膜ＧＩ、シリコン半導体層ＳＩ、ドレイン電極ＳＤ１、ソース電極ＳＤ２で構成される。
【００１９】
薄膜トランジスタＴＦＴを覆って無機絶縁膜ＰＡＳ１、有機絶縁膜ＰＡＳ２が順次形成され、その上に下地電極ＣＴが形成される。下地電極ＣＴは、透過表示部ＴＡでは画素電極となり、反射表示部ＲＡでは拡散反射電極ＳＲＥとなる。透過表示部ＴＡの下地電極ＣＴは下層の薄膜トランジスタＴＦＴの構造等を反映した凹凸を有し、反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥは下層の有機絶縁膜ＰＡＳ２の表面を凹凸処理した形状を反映した凹凸を有する。反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥも又、液晶に電界を与える電極の機能を有する。
【００２０】
下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）の上には、第１電極ＴＣＥが下層の下地電極ＣＴの凹凸を埋めて表面が平坦となるように塗布される。この第１電極ＴＣＥは透明導電材料を塗布して形成される。さらに透明導電電極ＴＣＥの上に容量絶縁層ＩＮＳが塗布して形成される。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの組み合わせで下地電極ＣＴの凹凸を十分平坦化するための膜厚を持つとともに必要な光量を確保するための光透過率を持つように、第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳそれぞれの膜厚が調整されている。さらに容量絶縁層ＩＮＳの上に第２電極ＰＸが塗布して形成される。容量絶縁層ＩＮＳは、その上下の電極とで液晶の保持容量を形成する機能も有し、容量膜とも呼ばれる。第２電極ＰＸは、下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）の面に臨む複数のエッジを形成した複数のスリットが形成されている。保護絶縁膜ＩＮＳの表面は第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの効果で平坦化されており、第２電極ＰＸは第１電極ＴＣＥの表面に対してほとんど平行に形成される。第２電極ＰＸを覆って配向膜ＯＲＩが形成され、液晶ＬＣと接している。配向膜ＯＲＩにラビング処理などで液晶配向制御能が付与されている。
【００２１】
上記の第１電極ＴＣＥの形成について、さらに詳しく説明する。透過表示部ＴＡにおいてスパッタ法でＩＴＯなどの金属を用いて形成された下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）上に塗布形成し、さらに第１電極ＴＣＥの上に容量絶縁層ＩＮＳを塗布形成する。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの２層の組み合わせにより、下地のＴＦＴの段差による凹凸を平坦化するとともに十分な光透過率を確保する。具体的な数値例を示すと、第１電極ＴＣＥは膜厚（300nm〜2μm）、下地凹凸に対する表面平坦度≧0.5、最大凹凸≦1μm、平均凹凸≦500nm、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧80%）、遅延なく画像切り替えを行うために十分低い電気抵抗率（≦5E9Ω/□）を持つ。また、容量絶縁層ＩＮＳは膜厚（100nm〜1μm）、第１電極ＴＣＥ表面凹凸に対する表面平坦度≧0.5、最大凹凸≦1μm、平均凹凸≦500nm、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧90%）、容量を保持するために十分な比誘電率（≧4）を持つ。さらに、容量絶縁層ＩＮＳの上に第２電極ＰＸを塗布形成する。第２電極ＰＸは平坦化には寄与しないが、電極として十分な電気伝導度を持つと同時にできるだけ大きな光透過率を維持できることが望ましい。具体的には、膜厚（300nm〜2μm）、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧80%）、電気抵抗率（≦5E9Ω/□）を持つ。これら、第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの３層によってキャパシタを構成し液晶層への横方向電界を印加する。
【００２２】
反射表示部ＲＡでは、スパッタ法でアルミニウム、タングステン、モリブデンなどで形成された拡散反射電極ＳＲＥの上に第１電極ＴＣＥ、さらにその上に容量絶縁層ＩＮＳを設けて該拡散反射電極ＳＲＥの表面凹凸を平坦化する。反射表示部ＲＡにおける第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの膜厚、表面平坦度、透過率、電気抵抗率などは上記透過表示部ＴＡでの緒元に等しい。
【００２３】
この実施形態では、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡを構成する下地電極ＣＴ、第１電極ＴＣＥがコンタクト部ＣＯを介して薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ１に接続されている。後述するように、薄膜トランジスタＴＦＴはデータ線制御回路から供給される表示データに応じた電圧を下地電極ＣＴ（第１電極ＴＣＥ含む）に印加する。第２電極ＰＸは一定電位に保たれており、下地電極ＣＴ（第１電極ＴＣＥ含む）に印加される電圧との差電圧で生成する電界の大きさに従って液晶分子の配向方向が制御される。なお、第１電極と第２電極の上下関係を入れ替えても本発明の効果は同様である。
【第２の実施形態】
【００２４】
図２は、本発明の第２の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の透過表示部ＴＡの要部断面図である。図２において、図１と同じ参照符号は同じ機能部分を示す。第２の実施形態では、図１における下地電極ＣＴと有機絶縁膜ＰＡＳ２を除去したものである。すなわち、無機絶縁膜ＰＡＳ１の上に直接的に第１電極ＴＣＥを設け、これを画素電極（または共通電極）として用いる。反射表示部ＲＡの構造も同様であり、下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）と有機絶縁膜ＰＡＳ２を除去し、無機絶縁膜ＰＡＳ１の上に直接的に第１電極ＴＣＥを設け、これを拡散反射電極として用いる。これにより、構造を簡略化し、製造コストを低下させることができる。
【００２５】
第２の実施形態では、第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの膜厚、表面平坦度、最大凹凸、平均凹凸は第１の実施形態と同様であるが、透過率は有機絶縁膜ＰＡＳ２と下地電極ＣＴの光吸収が無くなった分だけ低くても良い。具体的には、所定の波長領域（３００ｎｍ〜８００ｎｍ）において、第１電極ＴＣＥの透過率（≧70%）、容量絶縁層ＩＮＳの透過率（≧80%）、第２電極ＰＸの透過率（≧80%）が条件となる。一方、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸについては、電流を横方向に流す必要が生じるため、第１の実施形態より低い電気抵抗率（≦1E6Ω/□）を持つことが条件となる。第２の実施形態によって、構造をより簡略化でき、製造コストを低下させることができる。
【００２６】
上記の第１の実施形態、第２の実施形態における透過表示部ＴＡの構造は、それぞれを透過型液晶表示装置として単独で用いても良いし、第１の実施形態と第２の実施形態で説明した各反射表示部ＲＡとをそれぞれ組み合わせて、半透過型液晶表示装置に用いても良い。なお、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸの上下関係を入れ替えてもよいことは第１の実施形態と同じである。
【００２７】
図３は、本発明の第３の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。この実施例ではコンタクト部ＣＯを介して第２電極ＰＸが薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ１に接続されている。このときコンタクト部ＣＯの側面を通る第２電極ＰＸは、容量絶縁層ＩＮＳも同様にコンタクト部ＣＯの側面を覆うように形成されるため、第１電極ＴＣＥとの間の絶縁が確保されていることを特徴とする。これにより、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸ間の電気信号を逆転させても同様の機能を得ることができる。図３において、図１と同じ参照符号は同じ機能部分を示す。
【００２８】
図４は、本発明の第１の実施形態の透過表示部ＴＡを詳しく描いた断面図である。透過表示部ＴＡは薄膜トランジスタのゲート電極ＧＴに重なっているゲート電極上部領域ＧＵと、前記ゲート電極ＧＴとは重ならない非ゲート電極上部領域ＡＧＵからなり、前記ゲート電極上部領域ＧＵと前記非ゲート電極上部領域ＡＧＵとの間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さくなっている。この形態では第１電極ＴＣＥのみによる平坦化が完全でない様子を強調してあり、第１電極ＴＣＥ上に塗布形成された容量絶縁層ＩＮＳにより、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さくなっている。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＵＲの組み合わせにより、ＴＦＴの段差がほとんど完全に平坦化された様子を示している。
【００２９】
図５は、本発明の第１の実施形態の反射表示部ＲＡを詳しく描いた断面図である。反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥには凹凸が形成され、この凹凸は上に凸の領域ＳＵと上に凹の領域ＳＤからなり、前記上に凸の領域ＳＵと前記上に凹の領域ＳＤとの間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さく、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さい様子を示している。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施形態のコンタクト部ＣＯを詳しく描いた断面図である。コンタクト部ＣＯにはドレイン電極ＳＤ１と下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）と第１電極ＴＣＥが接触する配線接続領域ＣＵがあり、この配線接続領域ＣＵと配線接続領域以外の領域との間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さく、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さい様子を示している。
【００３１】
図７は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の製造工程を示したものである。 ガラス基板を受け入れ洗浄する工程、基板の主面に画素ごとに薄膜トランジスタを形成する工程、薄膜トランジスタＴＦＴの上に無機材料からなる絶縁膜を形成する工程、無機絶縁膜の上に有機材料からなる絶縁膜を形成する工程、有機絶縁膜の上に下地電極をスパッタ法などで形成する工程に続き、下地電極の上に塗布型の透明導電膜により第１電極を形成する工程、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜により容量絶縁層を形成する工程、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜により第２電極を形成する工程を有し、これら第１電極形成工程から第２電極形成工程までを全て塗布工程で実施することを特徴とする。最後に配向膜を形成し薄膜トランジスタ基板を完成させる一連の工程からなる液晶表示装置の製造方法を示したものである。
【００３２】
図８は、本発明による半透過型液晶表示装置の１画素の構成例を説明する平面図である。一つの画素ＰＸＬは、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡが隣接した構造により形成され、それぞれの保護絶縁膜（容量膜）ＩＮＳ上に第２電極（画素電極）ＰＸが形成されている。第２電極（画素電極）ＰＸはスリット状にパターニングされており、液晶ＬＣの分子が第２電極のエッジと図示しない第１電極との間に形成される横電界（紙面に略並行）により配向方向を制御されることで光の出射量を制御する。反射表示部ＲＡでは、下地にある拡散反射電極膜の凹凸により外から入った光が散乱されて再び外に出るが、前記のように、保護絶縁膜（容量膜）ＩＮＳの表面は第１電極と容量絶縁層の影響で平坦となっており、第２電極ＰＸも第１電極に対してほぼ平行に形成される。
【００３３】
図９は、本発明による半透過型液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の部分平面図である。基板上の表示領域には、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応する３つの画素（カラー副画素）ＰＸ（Ｒ）、ＰＸ（Ｇ）、ＰＸ（Ｂ）が隣接して基板上に形成され、個々の画素の薄膜トランジスタＴＦＴ（px）のゲート電極とドレイン・ソース電極がそれぞれ書き込み線（ゲート配線）ＧＬとデータ線ＤＬに接続される。このような構成が画素数分だけマトリクス配列され、データ線の束を制御するデータ線制御回路ＤＤＲ、書き込み線の束を制御する書き込み線制御回路ＧＤＲからなる周辺回路ＳＣＴが表示領域の周りに配置されている。
【００３４】
図１０は、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板とを液晶層を介して組み合わせた状態の液晶表示装置を説明する展開斜視図である。前記した薄膜トランジスタ基板ＳＵＢ１の主面にマトリクス配置した画素ＰＸと周辺回路ＳＣＴを有する。主面の最上層には配向膜ＯＲＩ１が形成されている。また、主面と反対面（背面）には下部偏光板ＰＬ１が設置されている。一方、カラーフィルター基板ＳＵＢ２の主面にはブラックマトリクスで区画された複数のカラーフィルターＣＦが形成されている。カラーフィルターＣＦの上層である最上層には配向膜ＯＲＩ２が形成され、主面と反対面（表面）には上部偏光板ＰＬ２が設置されている。そして、配向膜ＯＲＩ１と配向膜ＯＲＩ２で挟むように液晶層ＬＣが封止されて液晶表示装置が構成される。
【００３５】
次に、本発明の液晶表示装置の適用機器の例について図１１〜図１４９で説明する。図１１は、パソコンのディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１２は、携帯電話機ＭＢＰの本体ＢＤに連結したディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１３は、携帯端末ＰＤＡの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１４は、ビデオ付カメラＶＣＡＭの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲとファインダーＦＤＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の透過表示部の要部断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の透過表示部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の反射表示部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のコンタクト部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の製造工程を示す図である。
【図８】本発明による半透過型液晶表示装置の１画素の構成例を説明する平面図である。
【図９】本発明による半透過型液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の部分平面図である。
【図１０】薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板とを液晶層を介して組み合わせた状態の液晶表示装置を説明する展開斜視図である。
【図１１】パソコンのディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１２】携帯電話機ＭＢＰの本体ＢＤに連結したディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１３】携帯端末ＰＤＡの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１４】ビデオ付カメラＶＣＡＭの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲとファインダーＦＤＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【符号の説明】
【００３７】
ＳＵＢ１・・・薄膜トランジスタ基板（第１の絶縁基板）、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＧＴ・・・ゲート電極、ＧＩ・・・ゲート絶縁膜、ＳＩ・・・シリコン半導体層、ＳＤ１・・・ドレイン電極、ＳＤ２・・・ソース電極、ＰＡＳ１・・・無機絶縁膜、ＰＡＳ２・・・有機絶縁膜、ＴＡ・・・透過表示部、ＲＡ・・・反射表示部、ＣＯ・・・コンタクト部、ＣＴ・・・下地電極、ＳＲＥ・・・拡散反射電極、ＴＣＥ・・・第１電極、ＩＮＳ・・・容量保護絶縁層、ＰＸ・・・第２電極、ＯＲＩ・・・配向膜、ＬＣ・・・液晶、バックライト透過光・・・ＢＬ、ＧＵ・・・ゲート電極上部領域、ＡＧＵ・・・非ゲート電極上部領域、ＴＤＲ・・・第１電極下面段差、ＴＵＲ・・・第１電極上面段差、ＩＵＲ・・・容量絶縁層上面段差、ＳＵ・・・上に凸の領域、ＳＤ・・・上に凹の領域、ＣＵ・・・配線接続領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横電界型の液晶表示装置において基板の内面にある電極面の平坦性を改善してコントラストを向上させる技術に係り、特に液晶に加える電界を保持するための容量保持電極構造を全て塗布型材料で形成することで、製造工程の清浄度を保持し、バックライト透過率を確保して輝度を向上させ、さらに材料費の低減によりパネル低コスト化を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＳ(In Plane Switching)方式とも呼ばれる横電界型の液晶表示装置は広視野角という特徴を有する。透過型の液晶表示装置は、パソコンやテレビなど主として室内用途の各種機器に用いられており、反射型あるいは半透過型の液晶表示装置は、晴天時の屋外から暗室までを含む多様な環境下で用いられる携帯電話機などの可搬型情報端末などに主として用いられている。透過型の液晶表示装置は、その観測側と反対側の基板の遠い側に設けられたバックライトからの光を基板通過させる際に、途中の液晶分子の配列方向を変更することで光量を制御する。一方、反射型の液晶表示装置は、観察側と反対側の基板に反射膜を有する。この反射膜は、通常は画素電極または対向電極を兼用し、反射面に微細な凹凸を設けて観測側から入る外光を拡散反射させることで画像表示させている。半透過型の液晶表示装置は、１画素内に透過部（透過表示部）と反射部（反射表示部）を備えることにより、透過型と反射型双方の機能を持ち様々な環境下でも表示できるようにしている。
【０００３】
透過型、反射型、半透過型を含めて、液晶表示装置では、高品質表示の条件の一つにコントラスト特性がある。液晶表示装置におけるコントラスト低下の原因の一つに、液晶層と接する基板の主面（内面）に有する電極の凹凸に起因する液晶分子の配向乱れがある。液晶層と接する基板の主面の最表面には配向膜が形成されている。この配向膜には液晶配向制御能が付与されており、接触する液晶分子の初期配向を規定する。なお、基板は、ガラス、プラスチックスなどの絶縁基板が用いられる。
【０００４】
液晶表示装置を構成する基板の主面には液晶に電界を印加する電極（通常は、画素電極と共通電極、共通電極は対向電極とも称する）、これらの電極を駆動する駆動素子（通常は、薄膜トランジスタ）、各種の配線や電極が絶縁膜や保護膜と共に互いに積層状態で形成されている。画素電極や対向電極はスパッタ成膜されるＩＴＯなどに代表される透明導電膜からなる。なお、ＩＰＳ型の液晶表示装置では、一方の基板（第１の基板：ＴＦＴ基板）側のみに画素電極と対向電極、駆動素子、配線や電極が形成される。ＴＦＴ基板と対向する他方の基板（第２の基板：対向基板又はＣＦ基板）には遮光膜（ブラックマトリクス：ＢＭ、カラーフィルター：ＣＦ）が形成される。縦電界型（ＴＮ型）では、ＣＦ基板側に対向電極が形成される。また、ＴＮ型に限らず、ＶＡ型などの他の型の液晶表示装置でもＣＦ基板側にも電極を設けたものもある。
【０００５】
上記の基板内面、特に薄膜トランジスタを形成したＴＦＴ基板の主面は、薄膜トランジスタ自体の複雑な断面形状に起因して凹凸が激しい。そのため、その上層に形成する電極の表面も下層構造を反映した凹凸を有するものとなる。このような電極の凹凸は液晶分子に作用する電界の分布を乱し、黒沈みを劣化させてコントラストの低下をもたらす。ＩＰＳ型では、液晶分子を基板面に平行な方向で回転させるものであるため、このような電極の凹凸がコントラスト低下に大きく影響する。基板内面の凹凸を平坦化するために電極上に平坦化層を設けることが試みられており、縦電界方式の液晶表示装置において電極と絶縁層の間に樹脂層を挿入して平坦化することが特許文献１に記載されている。また横電界方式の液晶表示装置においても塗布型導電膜を電極と絶縁層との間に挿入して平坦化することが特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２０００‐１１１９３５号公報
【特許文献２】平成１９年９月４日提出：整理番号ＮＴ０７Ｐ０８７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１における導電性樹脂膜は、ＴＦＴ基板では画素電極と配向膜の間に形成されるものであることを開示する（引用文献１の明細書段落[００３８]）。そして、この導電性樹脂膜は、自発分極を有する液晶を用いた際の配向膜の膜厚を薄くすることで最大輝度を高くし、結果として高コントラストを改善するものであることを開示する（引用文献１の明細書段落[００４１]）。
【０００７】
すなわち、引用文献１は基板の主面の電極の凹凸を平坦化することでコントラストを改善することを意図しない。ましてや、ＩＰＳ型の液晶表示装置が基板の主面の電極の凹凸による液晶分子に作用する電界に大きな影響を及ぼすという課題も、その解決手段も提起しない。ＩＰＳ型の液晶表示装置における基板の主面にある電極の凹凸が表示のコントラストに及ぼす影響はＴＮ型に比べて極めて大きい。特許文献１に記載のような導電性樹脂膜を画素電極と対向電極の上に単に重ねた構成としたとしても、ＩＰＳ型の液晶表示装置でのコントラスト改善効果はあまり期待できない。
【０００８】
特許文献２における塗布型の透明導電膜は、液晶に加える電界を保持するための容量保持絶縁膜と電極との間に塗布型の透明導電膜を挿入して電極平面を平坦化することを開示する（引用文献２）。すなわち、電極の導電性を損なうことなく平坦化することでコントラストを改善することを意図している。
【０００９】
しかし、このように塗布型の透明導電膜を電極と絶縁膜の間に挿入するには、ＩＴＯなどの金属を真空装置であるスパッタ法などで成膜した後、通常は外気に触れる環境下の塗布工程（ノズル噴射法、スピンコーティング法、インクジェット法など）で透明導電膜を成膜し、その後、絶縁膜を成膜するために再び化学気相成長法などの真空装置での成膜工程を経なければならない。塗布型の透明導電膜材料は金属微粒子や有機高分子などを含み、さらに塗布工程で外気中の不純物が表面に堆積するため、それを真空や高温条件のもとで処理すると残渣や不純物が積層膜中に拡散し半導体動作を劣化させる、あるいは製造装置を汚染することなどがある。
【００１０】
さらに、単独の塗布膜では平坦化に不十分という問題がある。透過表示部には前述の薄膜トランジスタ起因の凹凸が、また反射表示部も拡散反射電極起因の凹凸があり、これらの凹凸を十分に平坦化するためには、塗布型の透明導電膜の膜厚が相当に必要であり、その膜厚で十分な透明性を同時に確保することは、塗布材料の選定などで制約が多くなるため実用上の問題となる。
【００１１】
さらにスパッタ法で成膜するＩＴＯなどが近年の世界的な資源不足により希少金属となっているという問題がある。特許文献２における積層構造では、画素電極または共通電極に用いられるＩＴＯなどの希少金属の使用量は、塗布導電膜を用いない従来構造と比べて変わらず、むしろ塗布用材料分の費用が加わるので全体として低コスト化に向かないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、基板の主面に有する電極の凹凸に起因するコントラストの低下を改善したＩＰＳ型の液晶表示装置を、製造工程の清浄度を保ち、十分な光透過率を確保し、低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、第１の絶縁基板と、第２の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の間に封入した液晶層とを備える。そして、前記第１の絶縁基板の主面に画素ごとに形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域に設けた下地電極を有し、
前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を有し、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜からなる容量絶縁層を有し、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜からなる第２電極を有し、
前記薄膜トランジスタは前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加して液晶を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
透過型又は透過表示部では、スパッタ法で成膜されたＩＴＯなどの金属からなる下地電極（例えば、共通電極）上に塗布型の透明導電電極を設け下地層にある薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形成部分の段差などで形成される凹凸を吸収して第１電極の電界放射面を平坦化する。さらに第１電極上に塗布型の絶縁膜を設け容量絶縁層を形成することで凹凸を十分に平坦化する。これにより、平坦化に必要な第１電極の膜厚を抑制して光透過率を維持するとともに、第１電極と第２電極（例えば、画素電極）との間に形成する液晶層への横方向電界を整え、コントラストを向上させる。また、第２電極自体も塗布型の透明導電膜で形成することにより、第１電極形成以降の工程すべてで真空装置を用いないことを可能とする。さらに第２電極が従来のスパッタ法によるＩＴＯなどの金属電極の原料使用量を減少させることで、低コスト化を実現することができる。また場合により、下地電極や有機絶縁膜（有機ＰＡＳ膜）の形成を省略し、無機絶縁膜（無機ＰＡＳ膜）を覆って直接に塗布型の透明導電電極を設け、これを第１電極として利用することで工程を簡易化しさらなる低コスト化を実現することができる。
【００１５】
半透過型の反射表示部又は反射型では、反射表示電極を構成するアルミニウム等の拡散反射電極上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を設け、拡散反射電極に形成された表面凹凸を平坦化することで電界放射面を平坦化し、コントラストを向上させる。第１電極の上の構造は、前述の透過表示部と同じである。
【００１６】
上記いずれの場合も、第１電極と容量保持絶縁膜は、これら２つの積層の組み合わせとして、平坦化に必要な膜厚、平坦度、バックライトや外光を十分透過させるための光透過率、電気伝導度（第１電極）、誘電率（容量保持絶縁膜）などで既定される物性値を持つようにされる。さらにこの２つの積層の上にある第２電極を加えた３つの積層の組み合わせとして、バックライトや外光を必要量透過させるための光透過率、電気伝導度（第２電極）などで既定される物性値を持つようにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
【第１の実施形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。図１において、絶縁基板としてのガラス基板ＳＵＢ１の主面に薄膜トランジスタＴＦＴが形成されている。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート電極ＧＴ、ゲート絶縁膜ＧＩ、シリコン半導体層ＳＩ、ドレイン電極ＳＤ１、ソース電極ＳＤ２で構成される。
【００１９】
薄膜トランジスタＴＦＴを覆って無機絶縁膜ＰＡＳ１、有機絶縁膜ＰＡＳ２が順次形成され、その上に下地電極ＣＴが形成される。下地電極ＣＴは、透過表示部ＴＡでは画素電極となり、反射表示部ＲＡでは拡散反射電極ＳＲＥとなる。透過表示部ＴＡの下地電極ＣＴは下層の薄膜トランジスタＴＦＴの構造等を反映した凹凸を有し、反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥは下層の有機絶縁膜ＰＡＳ２の表面を凹凸処理した形状を反映した凹凸を有する。反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥも又、液晶に電界を与える電極の機能を有する。
【００２０】
下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）の上には、第１電極ＴＣＥが下層の下地電極ＣＴの凹凸を埋めて表面が平坦となるように塗布される。この第１電極ＴＣＥは透明導電材料を塗布して形成される。さらに透明導電電極ＴＣＥの上に容量絶縁層ＩＮＳが塗布して形成される。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの組み合わせで下地電極ＣＴの凹凸を十分平坦化するための膜厚を持つとともに必要な光量を確保するための光透過率を持つように、第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳそれぞれの膜厚が調整されている。さらに容量絶縁層ＩＮＳの上に第２電極ＰＸが塗布して形成される。容量絶縁層ＩＮＳは、その上下の電極とで液晶の保持容量を形成する機能も有し、容量膜とも呼ばれる。第２電極ＰＸは、下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）の面に臨む複数のエッジを形成した複数のスリットが形成されている。保護絶縁膜ＩＮＳの表面は第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの効果で平坦化されており、第２電極ＰＸは第１電極ＴＣＥの表面に対してほとんど平行に形成される。第２電極ＰＸを覆って配向膜ＯＲＩが形成され、液晶ＬＣと接している。配向膜ＯＲＩにラビング処理などで液晶配向制御能が付与されている。
【００２１】
上記の第１電極ＴＣＥの形成について、さらに詳しく説明する。透過表示部ＴＡにおいてスパッタ法でＩＴＯなどの金属を用いて形成された下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）上に塗布形成し、さらに第１電極ＴＣＥの上に容量絶縁層ＩＮＳを塗布形成する。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＮＳの２層の組み合わせにより、下地のＴＦＴの段差による凹凸を平坦化するとともに十分な光透過率を確保する。具体的な数値例を示すと、第１電極ＴＣＥは膜厚（300nm〜2μm）、下地凹凸に対する表面平坦度≧0.5、最大凹凸≦1μm、平均凹凸≦500nm、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧80%）、遅延なく画像切り替えを行うために十分低い電気抵抗率（≦5E9Ω/□）を持つ。また、容量絶縁層ＩＮＳは膜厚（100nm〜1μm）、第１電極ＴＣＥ表面凹凸に対する表面平坦度≧0.5、最大凹凸≦1μm、平均凹凸≦500nm、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧90%）、容量を保持するために十分な比誘電率（≧4）を持つ。さらに、容量絶縁層ＩＮＳの上に第２電極ＰＸを塗布形成する。第２電極ＰＸは平坦化には寄与しないが、電極として十分な電気伝導度を持つと同時にできるだけ大きな光透過率を維持できることが望ましい。具体的には、膜厚（300nm〜2μm）、所定の波長領域（300nm-800nm）における透過率（≧80%）、電気抵抗率（≦5E9Ω/□）を持つ。これら、第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの３層によってキャパシタを構成し液晶層への横方向電界を印加する。
【００２２】
反射表示部ＲＡでは、スパッタ法でアルミニウム、タングステン、モリブデンなどで形成された拡散反射電極ＳＲＥの上に第１電極ＴＣＥ、さらにその上に容量絶縁層ＩＮＳを設けて該拡散反射電極ＳＲＥの表面凹凸を平坦化する。反射表示部ＲＡにおける第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの膜厚、表面平坦度、透過率、電気抵抗率などは上記透過表示部ＴＡでの緒元に等しい。
【００２３】
この実施形態では、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡを構成する下地電極ＣＴ、第１電極ＴＣＥがコンタクト部ＣＯを介して薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ１に接続されている。後述するように、薄膜トランジスタＴＦＴはデータ線制御回路から供給される表示データに応じた電圧を下地電極ＣＴ（第１電極ＴＣＥ含む）に印加する。第２電極ＰＸは一定電位に保たれており、下地電極ＣＴ（第１電極ＴＣＥ含む）に印加される電圧との差電圧で生成する電界の大きさに従って液晶分子の配向方向が制御される。なお、第１電極と第２電極の上下関係を入れ替えても本発明の効果は同様である。
【第２の実施形態】
【００２４】
図２は、本発明の第２の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の透過表示部ＴＡの要部断面図である。図２において、図１と同じ参照符号は同じ機能部分を示す。第２の実施形態では、図１における下地電極ＣＴと有機絶縁膜ＰＡＳ２を除去したものである。すなわち、無機絶縁膜ＰＡＳ１の上に直接的に第１電極ＴＣＥを設け、これを画素電極（または共通電極）として用いる。反射表示部ＲＡの構造も同様であり、下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）と有機絶縁膜ＰＡＳ２を除去し、無機絶縁膜ＰＡＳ１の上に直接的に第１電極ＴＣＥを設け、これを拡散反射電極として用いる。これにより、構造を簡略化し、製造コストを低下させることができる。
【００２５】
第２の実施形態では、第１電極ＴＣＥ、容量絶縁層ＩＮＳ、第２電極ＰＸの膜厚、表面平坦度、最大凹凸、平均凹凸は第１の実施形態と同様であるが、透過率は有機絶縁膜ＰＡＳ２と下地電極ＣＴの光吸収が無くなった分だけ低くても良い。具体的には、所定の波長領域（３００ｎｍ〜８００ｎｍ）において、第１電極ＴＣＥの透過率（≧70%）、容量絶縁層ＩＮＳの透過率（≧80%）、第２電極ＰＸの透過率（≧80%）が条件となる。一方、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸについては、電流を横方向に流す必要が生じるため、第１の実施形態より低い電気抵抗率（≦1E6Ω/□）を持つことが条件となる。第２の実施形態によって、構造をより簡略化でき、製造コストを低下させることができる。
【００２６】
上記の第１の実施形態、第２の実施形態における透過表示部ＴＡの構造は、それぞれを透過型液晶表示装置として単独で用いても良いし、第１の実施形態と第２の実施形態で説明した各反射表示部ＲＡとをそれぞれ組み合わせて、半透過型液晶表示装置に用いても良い。なお、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸの上下関係を入れ替えてもよいことは第１の実施形態と同じである。
【００２７】
図３は、本発明の第３の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。この実施例ではコンタクト部ＣＯを介して第２電極ＰＸが薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ１に接続されている。このときコンタクト部ＣＯの側面を通る第２電極ＰＸは、容量絶縁層ＩＮＳも同様にコンタクト部ＣＯの側面を覆うように形成されるため、第１電極ＴＣＥとの間の絶縁が確保されていることを特徴とする。これにより、第１電極ＴＣＥと第２電極ＰＸ間の電気信号を逆転させても同様の機能を得ることができる。図３において、図１と同じ参照符号は同じ機能部分を示す。
【００２８】
図４は、本発明の第１の実施形態の透過表示部ＴＡを詳しく描いた断面図である。透過表示部ＴＡは薄膜トランジスタのゲート電極ＧＴに重なっているゲート電極上部領域ＧＵと、前記ゲート電極ＧＴとは重ならない非ゲート電極上部領域ＡＧＵからなり、前記ゲート電極上部領域ＧＵと前記非ゲート電極上部領域ＡＧＵとの間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さくなっている。この形態では第１電極ＴＣＥのみによる平坦化が完全でない様子を強調してあり、第１電極ＴＣＥ上に塗布形成された容量絶縁層ＩＮＳにより、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さくなっている。これら第１電極ＴＣＥと容量絶縁層ＩＵＲの組み合わせにより、ＴＦＴの段差がほとんど完全に平坦化された様子を示している。
【００２９】
図５は、本発明の第１の実施形態の反射表示部ＲＡを詳しく描いた断面図である。反射表示部ＲＡの拡散反射電極ＳＲＥには凹凸が形成され、この凹凸は上に凸の領域ＳＵと上に凹の領域ＳＤからなり、前記上に凸の領域ＳＵと前記上に凹の領域ＳＤとの間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さく、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さい様子を示している。
【００３０】
図６は、本発明の第１の実施形態のコンタクト部ＣＯを詳しく描いた断面図である。コンタクト部ＣＯにはドレイン電極ＳＤ１と下地電極ＣＴ（拡散反射電極ＳＲＥ含む）と第１電極ＴＣＥが接触する配線接続領域ＣＵがあり、この配線接続領域ＣＵと配線接続領域以外の領域との間における、第１電極ＴＣＥの下面の段差ＴＤＲより第１電極上面の段差ＴＵＲの方が小さく、第１電極上面の段差ＴＵＲより容量絶縁層上面の段差ＩＵＲがさらに小さい様子を示している。
【００３１】
図７は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の製造工程を示したものである。 ガラス基板を受け入れ洗浄する工程、基板の主面に画素ごとに薄膜トランジスタを形成する工程、薄膜トランジスタＴＦＴの上に無機材料からなる絶縁膜を形成する工程、無機絶縁膜の上に有機材料からなる絶縁膜を形成する工程、有機絶縁膜の上に下地電極をスパッタ法などで形成する工程に続き、下地電極の上に塗布型の透明導電膜により第１電極を形成する工程、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜により容量絶縁層を形成する工程、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜により第２電極を形成する工程を有し、これら第１電極形成工程から第２電極形成工程までを全て塗布工程で実施することを特徴とする。最後に配向膜を形成し薄膜トランジスタ基板を完成させる一連の工程からなる液晶表示装置の製造方法を示したものである。
【００３２】
図８は、本発明による半透過型液晶表示装置の１画素の構成例を説明する平面図である。一つの画素ＰＸＬは、透過表示部ＴＡと反射表示部ＲＡが隣接した構造により形成され、それぞれの保護絶縁膜（容量膜）ＩＮＳ上に第２電極（画素電極）ＰＸが形成されている。第２電極（画素電極）ＰＸはスリット状にパターニングされており、液晶ＬＣの分子が第２電極のエッジと図示しない第１電極との間に形成される横電界（紙面に略並行）により配向方向を制御されることで光の出射量を制御する。反射表示部ＲＡでは、下地にある拡散反射電極膜の凹凸により外から入った光が散乱されて再び外に出るが、前記のように、保護絶縁膜（容量膜）ＩＮＳの表面は第１電極と容量絶縁層の影響で平坦となっており、第２電極ＰＸも第１電極に対してほぼ平行に形成される。
【００３３】
図９は、本発明による半透過型液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の部分平面図である。基板上の表示領域には、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応する３つの画素（カラー副画素）ＰＸ（Ｒ）、ＰＸ（Ｇ）、ＰＸ（Ｂ）が隣接して基板上に形成され、個々の画素の薄膜トランジスタＴＦＴ（px）のゲート電極とドレイン・ソース電極がそれぞれ書き込み線（ゲート配線）ＧＬとデータ線ＤＬに接続される。このような構成が画素数分だけマトリクス配列され、データ線の束を制御するデータ線制御回路ＤＤＲ、書き込み線の束を制御する書き込み線制御回路ＧＤＲからなる周辺回路ＳＣＴが表示領域の周りに配置されている。
【００３４】
図１０は、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板とを液晶層を介して組み合わせた状態の液晶表示装置を説明する展開斜視図である。前記した薄膜トランジスタ基板ＳＵＢ１の主面にマトリクス配置した画素ＰＸと周辺回路ＳＣＴを有する。主面の最上層には配向膜ＯＲＩ１が形成されている。また、主面と反対面（背面）には下部偏光板ＰＬ１が設置されている。一方、カラーフィルター基板ＳＵＢ２の主面にはブラックマトリクスで区画された複数のカラーフィルターＣＦが形成されている。カラーフィルターＣＦの上層である最上層には配向膜ＯＲＩ２が形成され、主面と反対面（表面）には上部偏光板ＰＬ２が設置されている。そして、配向膜ＯＲＩ１と配向膜ＯＲＩ２で挟むように液晶層ＬＣが封止されて液晶表示装置が構成される。
【００３５】
次に、本発明の液晶表示装置の適用機器の例について図１１〜図１４９で説明する。図１１は、パソコンのディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１２は、携帯電話機ＭＢＰの本体ＢＤに連結したディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１３は、携帯端末ＰＤＡの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。図１４は、ビデオ付カメラＶＣＡＭの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲとファインダーＦＤＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の透過表示部の要部断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を説明する透過表示部と反射表示部を併せ持つ半透過型液晶表示装置の要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の透過表示部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の反射表示部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のコンタクト部を詳しく説明する液晶表示装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の液晶表示装置の製造工程を示す図である。
【図８】本発明による半透過型液晶表示装置の１画素の構成例を説明する平面図である。
【図９】本発明による半透過型液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板の部分平面図である。
【図１０】薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板とを液晶層を介して組み合わせた状態の液晶表示装置を説明する展開斜視図である。
【図１１】パソコンのディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１２】携帯電話機ＭＢＰの本体ＢＤに連結したディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１３】携帯端末ＰＤＡの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【図１４】ビデオ付カメラＶＣＡＭの本体ＢＤに有するディスプレイモニターＭＴＲとファインダーＦＤＲに本発明の液晶表示装置ＰＮＬを実装したものである。
【符号の説明】
【００３７】
ＳＵＢ１・・・薄膜トランジスタ基板（第１の絶縁基板）、ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ、ＧＴ・・・ゲート電極、ＧＩ・・・ゲート絶縁膜、ＳＩ・・・シリコン半導体層、ＳＤ１・・・ドレイン電極、ＳＤ２・・・ソース電極、ＰＡＳ１・・・無機絶縁膜、ＰＡＳ２・・・有機絶縁膜、ＴＡ・・・透過表示部、ＲＡ・・・反射表示部、ＣＯ・・・コンタクト部、ＣＴ・・・下地電極、ＳＲＥ・・・拡散反射電極、ＴＣＥ・・・第１電極、ＩＮＳ・・・容量保護絶縁層、ＰＸ・・・第２電極、ＯＲＩ・・・配向膜、ＬＣ・・・液晶、バックライト透過光・・・ＢＬ、ＧＵ・・・ゲート電極上部領域、ＡＧＵ・・・非ゲート電極上部領域、ＴＤＲ・・・第１電極下面段差、ＴＵＲ・・・第１電極上面段差、ＩＵＲ・・・容量絶縁層上面段差、ＳＵ・・・上に凸の領域、ＳＤ・・・上に凹の領域、ＣＵ・・・配線接続領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の絶縁基板と、第２の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の間に封入した液晶層とを備えた液晶表示装置であって、
前記第１の絶縁基板の主面に画素ごとに形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域に設けた下地電極を有し、
前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を有し、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜からなる容量絶縁層を有し、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜からなる第２電極を有し、
前記薄膜トランジスタは前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加することで液晶を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極と前記第２電極は、特に金属微粒子を溶媒中に分散させた塗布型インク、または有機高分子を溶解させた塗布型インクを用いて形成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域において、特に前記下地電極を有さず、前記薄膜トランジスタの上層に直接接触した前記第１電極と、前記容量絶縁層と、前記第２電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域において、特に前記下地電極を有さず、前記薄膜トランジスタの上層に直接接触した前記第１電極と、前記容量絶縁層と、前記第２電極を有し、前記第１電極と前記容量絶縁層と前記第２電極からなる積層構造の合計の光透過率が、可視光領域（波長400nm〜800nm）において80%以上であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記画素領域は透過表示部と反射表示部からなり、前記透過表示部では前記下地電極を有さず、前記反射表示部では前記下地電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１電極は平板状電極で、前記第２電極は前記第１電極の面に臨む複数のエッジを形成した複数のスリットを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記第１電極は画素電極であり、前記第２透明電極は共通電極であり、前記第１電極と前記薄膜トランジスタのドレイン電極が電気的に接続されてなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１電極は共通電極であり、前記第２電極は画素電極であり、前記第２電極と薄膜トランジスタのドレイン電極が電気的に接続されてなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記画素領域は透過表示部を持ち、前記透過表示部は薄膜トランジスタのゲート電極に重なっているゲート電極上部領域と、前記ゲート電極とは重ならない非ゲート電極上部領域からなり、前記ゲート電極上部領域と前記非ゲート電極上部領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記画素領域は反射表示部を持ち、前記反射表示部は前記下地電極を持ち、前記下地電極には拡散反射のための凹凸が形成され、前記凹凸は上に凸の領域と上に凹の領域からなり、前記上に凸の領域と前記上に凹の領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１において
前記画素領域は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と、前記下地電極または前記第１電極または前記第２電極のいずれかが電気的に接続されたコンタクト部を持ち、前記コンタクト部には前記ドレイン電極と前記下地電極または前記第１電極または前記第２電極のいずれかが直接接触する配線接続領域があり、前記配線接続領域と前記配線接続領域以外の領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
絶縁基板の主面に画素ごとに薄膜トランジスタを形成する工程と、前記薄膜トランジスタの上に無機材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記無機絶縁膜の上に有機材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記有機絶縁膜の上に下地電極をスパッタ法などで形成する工程と、前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜により第１電極を形成する工程と、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜により容量絶縁層を形成する工程と、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜により第２電極を形成する工程を有することを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記有機絶縁膜を形成する工程または前記下地電極を形成する工程のいずれかまたは両方を有さないことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記第１電極を形成する工程から、前記第２電極を形成する工程までにおいて真空装置を用いないことを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
【請求項１】
第１の絶縁基板と、第２の絶縁基板と、前記第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の間に封入した液晶層とを備えた液晶表示装置であって、
前記第１の絶縁基板の主面に画素ごとに形成された薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域に設けた下地電極を有し、
前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜からなる第１電極を有し、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜からなる容量絶縁層を有し、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜からなる第２電極を有し、
前記薄膜トランジスタは前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印加することで液晶を制御することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極と前記第２電極は、特に金属微粒子を溶媒中に分散させた塗布型インク、または有機高分子を溶解させた塗布型インクを用いて形成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域において、特に前記下地電極を有さず、前記薄膜トランジスタの上層に直接接触した前記第１電極と、前記容量絶縁層と、前記第２電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記薄膜トランジスタの上層を含めた画素領域において、特に前記下地電極を有さず、前記薄膜トランジスタの上層に直接接触した前記第１電極と、前記容量絶縁層と、前記第２電極を有し、前記第１電極と前記容量絶縁層と前記第２電極からなる積層構造の合計の光透過率が、可視光領域（波長400nm〜800nm）において80%以上であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記画素領域は透過表示部と反射表示部からなり、前記透過表示部では前記下地電極を有さず、前記反射表示部では前記下地電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１電極は平板状電極で、前記第２電極は前記第１電極の面に臨む複数のエッジを形成した複数のスリットを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記第１電極は画素電極であり、前記第２透明電極は共通電極であり、前記第１電極と前記薄膜トランジスタのドレイン電極が電気的に接続されてなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１電極は共通電極であり、前記第２電極は画素電極であり、前記第２電極と薄膜トランジスタのドレイン電極が電気的に接続されてなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記画素領域は透過表示部を持ち、前記透過表示部は薄膜トランジスタのゲート電極に重なっているゲート電極上部領域と、前記ゲート電極とは重ならない非ゲート電極上部領域からなり、前記ゲート電極上部領域と前記非ゲート電極上部領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記画素領域は反射表示部を持ち、前記反射表示部は前記下地電極を持ち、前記下地電極には拡散反射のための凹凸が形成され、前記凹凸は上に凸の領域と上に凹の領域からなり、前記上に凸の領域と前記上に凹の領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１において
前記画素領域は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と、前記下地電極または前記第１電極または前記第２電極のいずれかが電気的に接続されたコンタクト部を持ち、前記コンタクト部には前記ドレイン電極と前記下地電極または前記第１電極または前記第２電極のいずれかが直接接触する配線接続領域があり、前記配線接続領域と前記配線接続領域以外の領域との間における、前記第１電極の下面の段差より前記第１電極上面の段差の方が小さく、さらに前記第１電極上面の段差より前記容量絶縁層上面の段差の方がさらに小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
絶縁基板の主面に画素ごとに薄膜トランジスタを形成する工程と、前記薄膜トランジスタの上に無機材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記無機絶縁膜の上に有機材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記有機絶縁膜の上に下地電極をスパッタ法などで形成する工程と、前記下地電極の上に塗布型の透明導電膜により第１電極を形成する工程と、前記第１電極の上に塗布型の絶縁膜により容量絶縁層を形成する工程と、前記容量絶縁層の上に塗布型の透明導電膜により第２電極を形成する工程を有することを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記有機絶縁膜を形成する工程または前記下地電極を形成する工程のいずれかまたは両方を有さないことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記第１電極を形成する工程から、前記第２電極を形成する工程までにおいて真空装置を用いないことを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２００９−１０３７７５（Ｐ２００９−１０３７７５Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７３４１４（Ｐ２００７−２７３４１４）
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【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２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２２日（２００７．１０．２２）
【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）】
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