JP4371089B2 - 液晶装置およびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
このような事態を避けるには、基板間での配向膜間の距離(液晶の層厚)を均等、かつ、所定値に保つとともに、配向膜に対するラビング処理を基板の全面に渡って均等、かつ、適切に施す必要があり、そのためには、画像表示領域内を平坦化することが重要である。
これらいずれの構成であっても、前記凹部の底部および側壁部を覆うように絶縁膜が形成され、該絶縁膜の上層側に前記画素スイッチング素子および前記配線層の少なくとも一部が形成されていることが好ましい。このような構成によれば、エッチングによって凹部を形成した際に凹部の内面が荒れていても、この表面を絶縁膜で覆うので、荒れた凹部の内面上に直接、TFTの能動層などを形成する場合と比較して、凹部の内面の表面状態がTFTの能動層に対して悪影響が及ぶことを防止でききる。たとえば、しきい値電圧(Vth)のドリフト、能動層における移動度の低下、オフリークの上昇等の特性の劣化などといったトランジスタ特性の劣化が起こることを防止することができる。
(電気光学装置における画像表示領域の構成)
図1ないし図4を参照して、本発明を適用した電気光学装置の画像表示領域における構成について、その動作とともに説明する。図1は、電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線層等の等価回路である。図2は、データ線、走査線、画素電極などが形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群のうちの一部を示す平面図であり、図3、図4および図5はそれぞれ、図2のA−A′断面図、B−B′断面図およびC−C′断面図である。なお、図2、図3、図4および図5においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
図2および図3において、電気光学装置1のTFTアレイ基板2上には、その基体たる石英基板からなる透明基板20上に、複数の透明な画素電極9aがマトリクス状に形成されており、画素電極9aの縦横の境界に各々沿って、アルミニウム膜からなるデータ線6aと、導電化した半導体膜からなる走査線3aおよび容量線3bとが形成されている。また、TFTアレイ基板2上には島状の半導体膜30aを利用して画素スイッチング用TFT30が形成されている。データ線6aは、ポリシリコン膜等からなる半導体膜30aのうち、画素スイッチング用TFT30のソース領域31aにコンタクトホール5を介して電気的接続され、画素電極9aは、半導体膜30aのうち、ドレイン領域32aにコンタクトホール8を介して電気的接続されている。また、半導体膜30aのうち、画素スイッチング用TFT30のチャネル領域33aに対向するように走査線3aが配置され、走査線3aは画素スイッチング用TFT30のゲート電極として機能する。
本形態では、図2に示す太線L1で囲まれた領域には、TFTアレイ基板20の表面側で凹む凹部50が形成されている。この凹部50の構成については、後に図3、図4および図5を参照して詳述するとして、図3を参照して画素スイッチング用TFT30の構成を説明しておく。
本形態では、画素電極9aに蓄積容量を付加する容量素子15を形成するにあたって、ゲート絶縁膜41を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜30aを延設して第1蓄積容量電極15aとし、更にこれらに対向するように容量線3bを形成してある。より詳細には、半導体膜30aの高濃度ドレイン領域32cが、データ線6aの下に延設されて、同じくデータ線6aおよび走査線3aに沿って伸びる容量線3bにゲート絶縁膜41を介して対向配置されて、第1蓄積容量電極15aとされている。ここで、容量素子15の誘電体としての絶縁膜は、高温酸化によりポリシリコン膜上に形成されるTFT30のゲート絶縁膜41に他ならないので、薄く、かつ、高耐圧の絶縁膜であるので、容量素子15は比較的小面積で大容量の静電容量を備えている。
このように構成したTFTアレイ基板2は、ガラス板や石英などの透明基板70を基体とする対向基板7と対向配置されている。この対向基板7には、各画素の開口領域(画像表示領域内において実際に入射光が透過して表示に有効に寄与する領域)以外の領域に、ブラックマスク或いはブラックマトリクスと称される第2遮光膜72が設けられている。このため、対向基板7の側から入射した光が画素スイッチング用TFT30のチャネル領域33aなどに侵入することはない。さらに、第2遮光膜72は、コントラストの向上、色材の混色防止などの機能を有する。
このように構成した対向基板7とTFTアレイ基板2とは、画素電極9aと対向電極71とが対面するように対向配置された後、後述するスペーサ配合のシール材により囲まれた空間内に電気光学物質(液晶)が封入され、電気光学物質層11が形成される。電気光学物質層11は、画素電極9aからの電界が印加されていない状態で配向膜18、73により所定の配向状態をとる。電気光学物質層11は、たとえば一種又は数種類のネマティック電気光学物質を混合した電気光学物質からなる。
このように構成した電気光学装置1において、TFTアレイ基板2には、図2に太線L1で囲んだ領域には、図3に示すように、TFTアレイ基板2の透明基板20の側において凹んだ凹部50が形成されている。このため、図2のB−B′断面およびC−C′断面はそれぞれ、図4および図5に示すように表される。
以上説明したように、本形態の電気光学装置1において、TFTアレイ基板2には、データ線6a、走査線3a、容量線3b並びにTFT30が形成された領域の下層側に、所定深さの凹部50が形成されているので、これらの配線層などが形成された領域の最も上層側(配向膜18の表面)は、画素の開口領域における最も上層側(配向膜18の表面)に対して平坦化される。しかも、本形態では、データ線6a、走査線3aおよび容量線3b並びにTFT30が相重なるためこれらの各種配線層やTFT30からなる積層体が最も厚くなる領域に対して、それらの膜厚の総和に等しい深さの凹部50を形成してあるので、この最も厚くなる領域も、開口領域に対してほぼ完全に平坦化される。その結果、TFTアレイ基板2の最も上層側において、TFT30や各種の配線層が形成されている領域と、これらの薄膜が形成されていない開口領域との間には段差がなく、全体が平坦であるので、TFTアレイ基板2において、その最も上層側に、配向膜18を形成するためのポリイミド膜を平坦に形成できる。それ故、TFTアレイ基板2に対してラビング処理を適正に行うことができるので、TFTアレイ基板2と対向基板7とを貼り合わせた後、この基板間に液晶などの電気光学物質を封入すると、電気光学物質は適正に配向する。このため、電気光学物質のディスクリネーションが発生しないので、ディスクリネーションによる起因する画質の劣化がない。また、ディスククリネーションの影響が開口領域に及ばないようにするために、開口領域を狭める必要もないので、明るい表示を行うことができる。よって、本形態の電気光学装置1を用いた表示装置では、コントラストの向上、および表示の高精彩化を図ることができるなど、品位の高い表示を行うことができる。
図6ないし図9を参照して、本形態に係る電気光学装置1の製造方法を説明する。図6ないし図9はいずれも、本形態のTFTアレイ基板の製造方法を示す工程断面図であり、図3と同様、図2のA−A’断面に対応している。
次に、レジストマスク55の開口を介して透明基板20の表面に反応性エッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングを施し、画像表示領域内の各配線層およびTFTが形成される予定の非開口領域(図2、図3、図4および図5を参照。)に対して、一旦テーパのないあるいはテーバの少ない凹部50を形成する。
ここで、透明基板20は、たとえば1mm程度の厚みを持っており、平坦化のために数ミクロン程度の凹部50を形成したとしても何等問題は生じない。この際、本発明者の実験によれば、たとえば、SF6/CHF3ガスを用いたドライエッチングを行う場合には、混合比が14/112であればエッチングレートは5290オングストローム/min(オングストローム/分)となり、混合比が17/90であればエッチングレートは5169オングストローム/minとなり、混合比が23/67であればエッチングレートは4297オングストローム/minとなる。すなわち、SF6/CHF3ガスの混合比を調節することにより所望のエッチングレートが得られ、よって所望の深さの凹部50を形成できる。特に、反応性エッチング、反応性イオンビームエッチングのような異方性エッチングを行うことにより凹部50を形成した方が、凹部50をレジストマスク55のパターンどおりの形状にすることができる。
なお、凹部50の側壁部52をドライエッチングだけでテーパ状に形成するには、エッチング途中でレジストマスク55を後退させてから、再度のドライエッチングを行えばよい。
図10および図11はいずれも、本形態の電気光学装置の構成を示す断面図である。ここで、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、その基本的な構成については図1、図2および図3に示すとおりである。従って、本形態の特徴的な部分のみを図10および図11を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図10および図11に示すことにして、それらの説明を省略する。なお、図10および図11はそれぞれ、本形態の電気光学装置の断面のうち、図2のB−B′線およびC−C′線における断面図に相当する。
図10および図11に示すように、本形態でも、実施の形態1と同様に、画素電極9aに蓄積容量を付加する容量素子15を形成するにあたって、ゲート絶縁膜41を走査線3aに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜30aを延設して第1蓄積容量電極15aとし、更にこれらに対向するように容量線3bを形成してある。また、本形態でも、TFTアレイ基板2の最も上層側を平坦化するため、透明基板20の表面には凹部50が形成され、この凹部50の内部に、走査線3a、容量線3b、画素スイッチング用TFT30や容量素子15の第1蓄積容量電極15aを形成する半導体膜30aが形成されている。さらに、本形態でも、凹部50は、底部51およびこの底部51から45°の角度で斜めに立ち上がるテーパ状の側壁部52を備えている。
なお、実施の形態1では、TFTアレイ基板2の基体たる透明基板20の表面に、直接、エッチングを施して、画素スイッチング用のTFT30の下層側、およびデータ線6a、走査線3a、容量線3bなどの配線層の下層側に凹部50を形成したが、以下に説明するように、透明基板20の表面に形成した絶縁膜に対して凹部を形成してもよい。
図12は、本形態の電気光学装置において、図2のB−B′線に相当する位置で切断したときの断面図である。なお、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、その基本的な構成については図1、図2および図3に示すとおりである。従って、本形態の特徴的な部分のみを図12を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図12に示すことにして、それらの説明を省略する。
図13は、本形態の電気光学装置において、図2のB−B′線に相当する位置で切断したときの断面図である。なお、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、その基本的な構成については図1、図2および図3に示すとおりである。従って、本形態の特徴的な部分のみを図13を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図13に示すことにして、それらの説明を省略する。
図14は、本形態の電気光学装置において、図2のB−B′線に相当する位置で切断したときの断面図である。なお、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、その基本的な構成については図1、図2および図3に示すとおりである。従って、本形態の特徴的な部分のみを図13を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図13に示すことにして、それらの説明を省略する。
図15および図16を参照して、本発明の実施の形態6に係る電気光学装置を説明する。図15は、本形態の電気光学装置において、データ線、走査線、画素電極などが形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群のうちの一部を示す平面図であり、図16は、図15のD−D′断面図である。なお、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、本形態の特徴的な部分のみを図15および図16を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図15および図16に示すことにして、それらの説明を省略する。
図17ないし図20を参照して、本発明の実施の形態7に係る電気光学装置を説明する。図17は、本形態の電気光学装置において、データ線、走査線、画素電極などが形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群のうちの一部を示す平面図であり、図18、図19および図20はそれぞれ、図17のA−A′断面図、B−B′断面図およびC−C′断面図である。なお、本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態1に係る電気光学装置と同様であるため、本形態の特徴的な部分のみを図17ないし図20を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図17ないし図20に示すことにして、それらの説明を省略する。
このような構成のTFTアレイ基板2を製造するにあたっては、図6ないし図9を参照して説明した実施の形態1に係るTFTアレイ基板2の製造方法のうち、図6(A)、(B)を参照して説明した工程に代えて、図18ないし図20に示すように、透明基板20の表面に、Ti、Cr、W、Ta、MoおよびPd等の金属や金属シリサイド等の金属合金膜を、スパッタにより、1000〜5000オングストローム程度の層厚、好ましくは約2000オングストロームの層厚で形成した後、それをフォトリソグラフィ工程、エッチング工程等によりパターニングして遮光膜16を形成する。ここで、遮光膜16としてポリシリコン膜を用いれば、この上層側に形成される下地絶縁膜16が遮光膜16から受ける応力によって破壊するのを防止することができる。次に遮光膜16の表面側に厚い下地絶縁膜200を形成した後、図6(A)に示すレジストマスク55と同一パターンのレジストマスクを形成し、次に、所定の条件で下地絶縁膜200の表面に対してエッチングを行い、凹部50を形成する。しかる後には、図6(c)を参照して説明した工程以降の工程を行えばよい。
図21を参照して、本発明の実施の形態8に係る電気光学装置を説明する。図20は、本形態の電気光学装置に用いたTFTアレイ基板の断面図である。本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態7に係る電気光学装置と同様であるため、本形態の特徴的な部分のみを図21を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図21に示すことにして、それらの説明を省略する。なお、図21は、図17のB−B′線における断面に相当する。
図22および図23を参照して、本発明の実施の形態9に係る電気光学装置を説明する。図22および図23はいずれも、本形態の電気光学装置に用いたTFTアレイ基板の断面図である。本形態の電気光学装置の基本的な構成は、実施の形態7に係る電気光学装置と同様であるため、本形態の特徴的な部分のみを図22および図23を参照して説明し、共通する部分については同一の符号を付して図22および図23に示すことにして、それらの説明を省略する。なお、図22および図23はそれぞれ、図17のB−B′線およびC−C′線における断面に相当する。
W2<{(LL1−2・(ta+tb)}
を満たしている。すなわち、凹部50の側壁部52が約45度のテーパ面なので、凹部50の開口付近で、その幅方向において層間絶縁膜230、14が占める寸法は、データ線6aの両側分として、層間絶縁膜230、14の膜厚ta、tbの和の2倍であるので、凹部50の開口幅LL1から、層間絶縁膜230、14の膜厚ta、tbの和を2倍した値を差し引いた値以下にデータ線6aの幅寸法W2を設定すると、データ線6aは、層間絶縁膜14に生じた凹部内の底部に位置することになって、テーパ状の側壁部に重ならない。従って、上層側には、データ線6aと凹部の側壁部との重なりに起因する無駄な凹凸が発生しない。
W1<(LL2−2・ta)
を満たしている。すなわち、凹部50の側壁部52が約45度のテーパ面なので、凹部50の底付近で、その幅方向において層間絶縁膜230が占める寸法は、半導体膜30aの両側分として、層間絶縁膜230の膜厚taの2倍であるので、凹部50の底部51の幅寸法LL2から、層間絶縁膜230の膜厚taを2倍した値を差し引いた値以下に半導体膜30aの幅寸法W1を設定すると、半導体膜30aは、層間絶縁膜230に生じた凹部内の底部に位置することになって、テーパ状の側壁部に重ならない。従って、上層側には、半導体膜30aと凹部の側壁部との重なりに起因する無駄な凹凸が発生しない。
以上のように構成された電気光学装置の各実施の形態の全体構成を図24および図25を参照して説明する。尚、図24は、TFTアレイ基板2をその上に形成された各構成要素と共に対向基板7の側から見た平面図であり、図25は、対向基板7を含めて示す図24のH−H’断面図である。
[電子機器]
次に、以上詳細に説明した液晶装置100を備えた電子機器の実施の形態について図26から図28を参照して説明する。
〔発明の効果〕
2 TFTアレイ基板
3a 走査線
3b 容量線(第2蓄積容量電極)
5、8 コンタクトホール
6a データ線
7 対向基板
9a 画素電極
11 電気光学物質層
14、17、230 層間絶縁膜
15 蓄積容量
15a 第1蓄積容量電極
16 TFTアレイ基板に形成した遮光膜
18、71 配向膜
30 画素スイッチング用TFT
30a 半導体膜
31a ソース領域
31b 低濃度ソース領域
31c 高濃度ソース領域
32a ドレイン領域
32b 低濃度ドレイン領域
32c 高濃度ドレイン領域
33a チャネル領域
41 ゲート絶縁膜
51 凹部の底部
52 凹部の側壁部
53 凹部の開口縁
71 向電極
73 配向膜
72 対向基板に形成した遮光膜
101 データ線駆動回路
103 サンプリング回路
104 走査線駆動回路
152 シール材
153 見切り用の遮光膜
Claims (10)
- 第1の基板上には、マトリクス状に配置された複数の薄膜トランジスタと、前記複数の薄膜トランジスタそれぞれに接続された走査線、データ線、画素電極と、前記第1基板に対向配置された第2の基板と、前記第1及び第2の基板間に挟持された液晶と、前記第1及び第2の基板の前記液晶に接する面に形成された配向膜とを有する液晶装置において、
前記走査線上には、第1層間絶縁膜を介して前記データ線が配置されてなり、
前記データ線上には、第2層間絶縁膜を介して前記画素電極が配置されてなり、
前記薄膜トランジスタと、前記データ線と、前記走査線とは前記前記薄膜トランジスタの下層側の凹部内に形成されてなり、
前記第2層間絶縁膜は前記凹部内で窪んだ領域を有し、前記第2層間絶縁膜の窪んだ領域内に前記データ線が配置されてなることを特徴とする液晶装置。 - 請求項1において、前記凹部の深さは、0.1μmから2.0μmまでの範囲であることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1または2において、前記凹部の側壁部は、前記凹部の底部から45°以上の角度で立ち上がるテーパ面からなることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記凹部の開口縁は、湾曲した断面形状を備えていることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記凹部は、前記基板の表面に対して形成されていることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記データ線の形成領域の幅寸法は、当該データ線の下層側に形成された前記凹部の開口幅から該凹部内で当該データ線の下層側に形成された層間絶縁膜の膜厚の2倍に相当する寸法を差し引いた値よりも狭いことを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記データ線の形成領域の幅寸法は、当該データ線の下層側に形成された前記凹部の開口幅と略等しい寸法、あるいは当該凹部の開口幅よりも10μm以下だけ狭い寸法であることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし7のいずれかにおいて、前記半導体膜の形成領域の幅寸法は、当該半導体膜の下層側に形成された前記凹部の底部の幅寸法から該凹部内で当該半導体膜の下層側に形成された層間絶縁膜の膜厚の2倍に相当する寸法を差し引いた値よりも狭いことを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし7のいずれかにおいて、前記半導体膜の形成領域の幅寸法は、当該半導体膜の下層側に形成された前記凹部の開口幅と略等しい幅寸法、あるいは当該凹部の開口幅よりも10μm以下だけ狭い寸法であることを特徴とする液晶装置。
- 請求項1ないし9のいずれかに規定する液晶装置を備えたことを特徴とする表示装置。
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