JPH09127497A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動基板にブラックマトリクスが形成された
場合の層間ショート不良および液晶プロジェクタ用とし
て使用された場合の光リークの影響を回避する液晶表示
装置およびその製造方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、洗浄したガラ
ス基板４上に、スパッタ等により、本発明のブラックマ
トリクス２５をＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｂおよ
びこれらの合金等で２００ｎｍの膜厚にてデポジション
して形成する。その後、ＣＶＤ等を用いて５ｗｔ％のリ
ン濃度の燐シリケートガラスＰＳＧ等の層間絶縁膜１６
を全面的に１μｍ堆積し、９００°Ｃで約１時間のアニ
ールを加える。以下、層間絶縁膜１６上に常法にてＴＦ
Ｔ５や保持容量６を形成する。従って、ブラックマトリ
クスによる層間ショート等を減少することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカメラ一体型Ｖ
ＴＲや液晶プロジエクタ等に用いられる液晶表示装置お
よびその製造方法に関し、更に詳しくは、ブラックマト
リクスの形成方法を改良した液晶表示装置およびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等に代表される
液晶表示装置付きの電子機器の普及とともに、液晶表示
装置への高性能化の要求が高まり、液晶表示装置を高精
細化・高輝度化するための改良が進行している。この液
晶表示装置は、通常、各画素や画素制御用の駆動手段等
が形成された駆動基板と、カラーフィルタ（カラー液晶
パネルの場合）やブラックマトリクス等が形成された対
向基板とから構成されている。このブラックマトリクス
を中心とした従来技術の液晶表示装置について図４を参
照して説明する。図４は従来技術の液晶表示装置の液晶
セルの略１画素分を示す要部断面図であり、（ａ）は対
向基板側にブラックマトリクスが形成された例、（ｂ）
は駆動基板側にブラックマトリクスが形成された例であ
る。

【０００３】先ず、従来技術の液晶表示装置の第１例と
して対向基板側にブラックマトリクスが形成された例を
説明する。図４（ａ）において、符号１は従来技術の液
晶表示装置を指す。従来技術の液晶表示装置１は、例え
ばカラー液晶パネルの場合にはカラーフィルタ等が形成
された対向基板２、各画素制御用の駆動手段たる薄膜ト
ランジスタ(Thin Film Transistor:以下、単に「ＴＦ
Ｔ」と記す）や保持容量等が形成された駆動基板３で大
略構成される。

【０００４】対向基板２には、画素分割部に遮光を目的
としたブラックマトリクス８が設けられている。このブ
ラックマトリクス８はスパッタリング法により形成した
Ｃｒ膜をパターンエッチングする方法、黒色染料を塗布
して形成した薄膜を露光してパターニングする方法等に
より形成される。ブラックマトリクス８によって分割さ
れた画素部分にはカラーフィルタ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）９が、
染色法、電着法等を用いて形成される。その上部にはＩ
ＴＯ膜(Indium-Tin Oxide)等の画素電極７が形成され
る。

【０００５】駆動基板３は、詳細は後述するが一枚のガ
ラス基板４上にＴＦＴ５や、印加された電荷保持の用途
に供する保持容量６等を形成した後、絶縁膜である１Ｐ
ＳＧ膜１１や２ＰＳＧ膜１２を形成する。その上にプラ
ズマＣＶＤ等により保護膜であるＰ−ＳｉＮ１３を成膜
し、引き続いてフォトリソグラフィを用いてこれらをパ
ターニングしてＴＦＴ５と画素電極７とを接続するコン
タクトホールを開口する。その後、対向基板２側の画素
電極とともに電圧を印加するための画素電極７を形成し
て構成される。

【０００６】対向基板２と駆動基板３は所定の間隙（数
μｍ）を保持して対向配置され、これらの間隙に液晶組
成物１０を挟持させるとともに、その周囲をシール材
（図示省略）で封止固定する。更に、これら基板の両面
に偏光板（図示せず）を一体に積層することにより、従
来技術の液晶表示装置１が完成される。

【０００７】次に、従来技術の液晶表示装置の第２例と
して駆動基板側にオンチップ型ブラックマトリクスが形
成された例を説明する。なお、第１例と同一部分には同
一参照符号を付し、重複する部分の説明を省略する。

【０００８】図４（ｂ）における対向基板２は、ブラッ
クマトリクスは厳密には設けられず、画素分割部分に
Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ９を染色法等で形成する。
更に、画素電極７やポリイミド膜等の配向膜（図示省
略）が形成される。駆動基板３は、ガラス基板４上に前
述と同様にしてＴＦＴ５、保持容量６、１ＰＳＧ膜１
１、２ＰＳＧ膜１２およびＰ−ＳｉＮ１３を形成した
後、遮光層となるブラックマトリクス１５をチタンＴｉ
やタングステンＷおよびモリブデンＭｏ等をデポジショ
ンし、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングす
ることにより形成する。その後、平坦化膜１４や画素電
極７を形成して構成される。

【０００９】かかる構成の従来技術の液晶表示装置の動
作を簡潔に説明する。従来技術の液晶表示装置１のＴＦ
Ｔ５は、外部ＩＣ（図示省略）から各画素の映像レベル
に応じて入力される電圧を制御し、画素電極７を介して
液晶組成物（液晶分子）１０に供給する。この電圧によ
って液晶分子を電圧印加方向に捩じれて倒立させ、この
液晶分子による旋光性を利用して従来技術の液晶表示装
置１における情報表示がなされる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
の液晶表示装置の第１例においては、駆動基板と対向す
る対向基板にブラックマトリクスを設けるため、駆動基
板との貼り合わせ精度が問題となり、画像のコントラス
ト低下等の画質劣化を引き起こす要因となる。この貼り
合わせずれを考慮して大きめのブラックマトリクスを形
成する必要があるため、画素開口率の低下を招くという
問題点がある。

【００１１】従来技術の液晶表示装置の第２例では、Ｔ
ＦＴ技術との整合性には優れるものの、通常、オンチッ
プ型ブラックマトリクスの材料として金属膜を用いるた
め、層間ショート等による製造工程の歩留り低下が避け
られないという問題点がある。一例としてオンチップ型
ブラックマトリクス構造の液晶表示装置を試作してテス
トした結果、駆動基板の層間ショート不良率は１０％弱
という結果を得た。

【００１２】また、これらの液晶表示装置を液晶プロジ
ェクタ用としてその投射装置内に組み込んだ場合、例え
ばプロジェクタの光学系による戻り光が駆動基板の裏面
から入射してＴＦＴが光リークを引き起し、表示画像の
コントラスト低下や色づき等の画質不良を招き易いとい
う問題点があった。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、対向基板にブラックマトリクスが形
成された場合の画素開口率の低下、駆動基板にブラック
マトリクスが形成された場合の層間ショート不良、更
に、これらの液晶表示装置が液晶プロジェクタ用として
使用された場合の光リークの影響を回避した液晶表示装
置およびその製造方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに本発明の液晶表示装置では、透明基板上にマトリク
ス状に配置された画素電極と、画素電極を駆動するＴＦ
Ｔや保持容量等の駆動手段とを備えた駆動基板を有する
液晶表示装置において、透明基板上の駆動手段の形成領
域の下部に接して、駆動手段の形成領域相当部にブラッ
クマトリクスを形成するとともに、ブラックマトリクス
上に接して層間絶縁膜を形成し、更に、層間絶縁膜上に
駆動手段の形成領域に駆動手段を形成することとした。

【００１５】ブラックマトリクスは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、
Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄおよびこれらの合金からなる金属膜で
形成され、その膜厚は１００ｎｍ以上とした。

【００１６】層間絶縁膜は、シリケートガラス(Silicat
e Glass)を用いることとし、その膜厚は５００ｎｍ以上
とした。

【００１７】更に、シリケートガラスは、燐シリケート
ガラスＰＳＧ、ボロンシリケートガラスＢＳＧ、および
ＢＰＳＧのうちの少なくとも一種とするとともに、その
不純物濃度は１０ｗｔ％以下とした。

【００１８】本発明の液晶表示装置の製造方法では、透
明基板上にマトリクス状に配置された画素電極と、前記
画素電極を駆動する駆動手段と、を備えた駆動基板を有
する液晶表示装置の製造方法において、透明基板上にブ
ラックマトリクスを形成する工程と、ブラックマトリク
スをパターニングする工程と、ブラックマトリクス上に
接して層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜上に前
記駆動手段を形成する工程とを含んで構成した。

【００１９】従って、本発明の液晶表示装置およびその
製造方法においては、駆動手段が形成される前の透明基
板上にブラックマトリクスを形成し、更に層間絶縁膜を
成膜し、その上に通常の駆動手段を形成するようにし
た。そのため、従来の対向基板にブラックマトリクスを
設ける場合に比して画素開口率を向上することができ
る。また、駆動基板側にオンチップ型ブラックマトリク
スが形成された場合に比して層間ショート不良が減少
し、液晶表示装置の生産歩留りを向上することができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図示した液晶表示装置
は、本発明にかかる水素化工程を用いて構成された多結
晶シリコン(Poly-Silicon)ＴＦＴアクティブマトリクス
型液晶表示装置の一例である。なお、従来技術で記載し
た事項と共通する部分には同一の参照符合を付し、それ
らの説明を一部省略する。

【００２１】実施の形態例１ 先ず、図１および図２を参照して本発明の液晶表示装置
およびその製造方法の実施の形態例１の製造工程を説明
する。図１は本発明の液晶表示装置の実施の形態例１の
前半プロセスの説明に供する工程断面図である。

【００２２】洗浄したガラス基板４上に、ＣＶＤ若しく
はスパッタ等により、本発明の特徴部分であるブラック
マトリクス２５を形成する。即ち、駆動基板のＴＦＴや
保持容量が形成される前のガラス基板４上に、ブラック
マトリクス２５としてＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐ
ｂおよびこれらの合金等からなる高融点金属膜を、遮光
率と加工の容易さを考慮して２００ｎｍの膜厚にてデポ
ジションして形成する。その後、ＣＶＤ等を用いて５ｗ
ｔ％のリン濃度の燐シリケートガラスＰＳＧ等の層間絶
縁膜１６を全面的に１μｍ堆積し、９００°Ｃで約１時
間のアニールを加える。これは汚染を防ぐとともに、平
坦化する目的を兼ねている。そのため、層間絶縁膜１６
の種類によってはアニール雰囲気、温度および時間を変
える必要があるが、８００°Ｃ以上、１０分以上が必要
条件となる。なお、本実施の形態例においては、窒素雰
囲気中で上記の条件によって行った（図１（ａ）参
照）。

【００２３】同図（ｂ）において、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧
化学的気相成長法）等により、半導体層となる第１の多
結晶Ｓｉである１ＰＯＬＹ１７を膜厚５０ｎｍ程度でデ
ポジションして形成し、熱処理等により結晶粒を成長さ
せる。

【００２４】同図（ｃ）に移り、１ＰＯＬＹ１７を駆動
手段たるＴＦＴ５および保持容量６となる部分を残して
パターニングした後、全面にＰ型不純物ボロンＢ等を低
濃度イオン注入し、その後保持容量を形成する領域にＮ
型不純物リンＰ等を高濃度イオン注入する。１ＰＯＬＹ
１７上にＡＰ−ＣＶＤ（常圧化学的気相成長法）等によ
りＳｉＯ₂ 等のゲート絶縁膜１８を膜厚１００ｎｍ程度
で形成する。更に、ＴＦＴ５のゲート電極および保持容
量６の電極となる２ＰＯＬＹ１９をデポジションし、フ
ォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。パタ
ーニング後、イオンインプラ技術によりＴＦＴ５のソー
ス電極Ｓ、ドレイン電極Ｄ領域を確保する。

【００２５】次いで、ＡＰ−ＣＶＤ等により、燐シリケ
ートガラス等の１ＰＳＧ膜１１を膜厚３００ｎｍ程度で
形成する。そしてＴＦＴ部分と次に形成するＡＬ配線と
の接続を得るためのコンタクトホール２０ａをフォトリ
ソグラフィ技術を用いて開口する。次いで、配線材料と
して一般的に使用される例えばＡｌ−１％Ｓｉをスパッ
タリング等により成膜してパターニングすることにより
Ａｌ配線２１を形成する（同図（ｄ））。

【００２６】次に、図２を参照して本実施の形態例の後
半プロセスを説明する。図２は本発明の液晶表示装置の
実施の形態例１の後半プロセスの説明に供する工程断面
図である。

【００２７】上述の前半プロセスを終了後、絶縁膜とな
る２ＰＳＧ膜１２を例えば３００ｎｍ程度の膜厚にて成
膜し、その上部にプラズマＣＶＤにより、保護膜である
Ｐ−ＳｉＮ１３を２００ｎｍ程度の膜厚にて成膜する。
その後、後述する画素電極とＴＦＴ５のドレインＤとを
接続するための第２のコンタクトホール２０ｂを形成す
るため、Ｐ−ＳｉＮ１３、２ＰＳＧ膜１２および１ＰＳ
Ｇ膜１１をエッチングして開口する（同図（ａ））。

【００２８】続いて、液晶のイレギュラーな配向（配向
不良）の招来を抑制する目的で平坦化膜１４をスピンコ
ータ等で塗布し、後述する画素電極との電気的接続を得
るための第３のコンタクトホール２０ｃをフォトリソグ
ラフィ技術で開口する（同図（ｂ））。

【００２９】同図（ｃ）において、画素開口部の電極と
なる画素電極７をスパッタリング処理により、例えば膜
厚１５０ｎｍ程度で成膜し、画素開口部を残して他の部
分をエッチング処理にて除去する。最後に、アニールを
施すことにより、画素開口部の電極の可視光透過率を向
上させ、更にはトランジスタ特性を向上させて駆動基板
形成の後半プロセスを終了する。その後、駆動基板を切
り離し、液晶組立プロセスを経て、本実施の形態例の液
晶表示装置が完成される。なお、本実施の形態例の駆動
基板における層間ショート不良率は１％以下と低率であ
り、良好な結果を得た。

【００３０】上記の実施の形態例から明らかなような、
駆動基板側の層間絶縁膜の下部に本発明のブラックマト
リクス２５を形成することにより、駆動基板側にオンチ
ップ型ブラックマトリクスを形成した場合の層間ショー
ト不良率１０％弱に比して、層間ショート不良を１％以
下と低率に抑えることができ、液晶表示装置の生産歩留
りを向上することができる。

【００３１】実施の形態例２ 本実施の形態例は、本発明のブラックマトリクスおよび
通常のオンチップ型ブラックマトリクスを併用した例で
あり、これを図３を参照して説明する。図３は本発明の
液晶表示装置の実施の形態例２の説明に供する工程断面
図である。

【００３２】洗浄したガラス基板４上に、本発明のブラ
ックマトリクス２５をＴｉ等で、例えば１００ｎｍの膜
厚にて形成し、その上に７ｗｔ％のリン濃度の燐シリケ
ートガラス等の層間絶縁膜１６を１μｍ堆積する。その
後、１０００°Ｃで２０分間のアニールを加えることに
より、層間絶縁膜１６を平坦化処理する。引き続き、通
常のプロセスを用いて駆動手段たるＴＦＴ５や保持容量
６を形成する（図３（ａ））。

【００３３】同図（ｂ）において、ＡＰ−ＣＶＤ等によ
り、絶縁膜となる１ＰＳＧ膜１１や２ＰＳＧ膜１２を形
成する。その上にプラズマＣＶＤ等により保護膜である
Ｐ−ＳｉＮ１３を成膜し、遮光層となるオンチップ型の
ブラックマトリクス１５をチタンＴｉ等で２５０ｎｍの
膜厚にて形成する（同図（ｂ））。

【００３４】次に、平坦化膜１４をスピンコータ等で塗
布し、フォトリソグラフィを用いてこれらをパターニン
グしてＴＦＴ５と画素電極７とを接続するコンタクトホ
ールを開口する。その後、対向基板側の画素電極ととも
に電圧を印加するための画素電極７を形成する（同図
（ｃ））。以降のプロセスは実施の形態例１と同様であ
るため説明を省略する。本実施の形態例によれば、駆動
基板側に本発明のブラックマトリクスと通常のオンチッ
プ型ブラックマトリクスを併用して設けるようにしたた
め、画素開口率の向上を図ることができるとともに、液
晶プロジェクタ用パネルとして用いた場合の遮光性能を
向上できる。

【００３５】なお、前述の実施の形態例では、層間絶縁
膜１６を燐シリケートガラスで例示したが、ボロンＢを
含む燐シリケートガラス等にも応用可能である。また、
前述の実施の形態例では、図示を省略したが、ブラック
マトリクス２５は外部で接地または所定の電源（コモン
電極等）と接続した構造としても、浮遊しても良い。更
に、本発明の技術的思想の範囲内で製造工程順序および
製造条件は適宜変更が可能であることは言うまでもな
い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
装置およびその製造方法によれば、駆動手段が形成され
る前の透明基板上にブラックマトリクスを形成し、その
上に層間絶縁膜を成膜し、更に、その上に通常の駆動手
段を形成するようにした。そのため、従来の駆動基板側
にオンチップ型ブラックマトリクスが形成される場合に
比して、層間ショート等の絶縁不良を減少することがで
き、液晶表示装置の生産効率を向上することが可能とな
る。

【００３７】また、本発明の液晶表示装置およびその製
造方法によれば、本発明の液晶表示装置を液晶プロジェ
クタ用としてその投射装置内に組み込む場合において、
プロジェクタの光学系による戻り光が駆動基板の裏面か
ら入射することがなくなる。そのため、入射光によるＴ
ＦＴの光リークが発生しなくなり、高画質の表示品質を
実現できるとともに、プロジェクタ内における液晶表示
装置の配置の自由度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液晶表示装置の実施の形態例１の前
半プロセスの説明に供する工程断面図である。

【図２】 本発明の液晶表示装置の実施の形態例１の後
半プロセスの説明に供する工程断面図である。

【図３】 本発明の液晶表示装置の実施の形態例２の説
明に供する工程断面図である。

【図４】 従来技術の液晶表示装置の液晶セルの略１画
素分を示す要部断面図であり、（ａ）は対向基板側にブ
ラックマトリクスが形成された例、（ｂ）は駆動基板側
にブラックマトリクスが形成された例である。

【符号の説明】

２ 対向基板 ３ 駆動基板 ４ ガラス基板 ５ ＴＦＴ ６ 保持容量 ７ 画素電極 8,15,25 ブラックマトリクス ９ カラーフィルタ（Ｒ、Ｇ、Ｂ） １０ 液晶組成物 １１ １ＰＳＧ膜 １２ ２ＰＳＧ膜 １３ Ｐ−ＳｉＮ １４ 平坦化膜 １６ 層間絶縁膜 １７ １ＰＯＬＹ １８ ゲート絶縁膜 １９ ２ＰＯＬＹ 20a,20b,20c コンタクトホール ２１ Ａｌ配線

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上にマトリクス状に配置された
   画素電極と、前記画素電極を駆動する駆動手段とを具備
   した駆動基板を有する液晶表示装置において、 前記透明基板上の前記駆動手段の形成領域下部に接し
   て、前記駆動手段の形成領域相当部にブラックマトリク
   スを形成するとともに、 該ブラックマトリクス上に接して層間絶縁膜を形成し、 該層間絶縁膜上に前記駆動手段を形成することを特徴と
   する液晶表示装置。
2. 【請求項２】 該ブラックマトリクスは、Ｔｉ、Ｃｒ、
   Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｄおよびこれらの合金からなる金属
   膜で形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表
   示装置。
3. 【請求項３】 該ブラックマトリクスの膜厚を、１００
   ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項２に記載の液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】 該層間絶縁膜として、シリケートガラス
   を用いることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装
   置。
5. 【請求項５】 該層間絶縁膜の膜厚を、５００ｎｍ以上
   とすることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記シリケートガラスを、燐シリケート
   ガラスＰＳＧ、ボロンシリケートガラスＢＳＧおよびＢ
   ＰＳＧのうちの少なくとも一種とすることを特徴とする
   請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記シリケートガラスの不純物濃度を、
   １０ｗｔ％以下とすることを特徴とする請求項６に記載
   の液晶表示装置。
8. 【請求項８】 透明基板上にマトリクス状に配置された
   画素電極と、前記画素電極を駆動する駆動手段と、を備
   えた駆動基板を有する液晶表示装置の製造方法におい
   て、 前記透明基板上にブラックマトリクスを形成する工程
   と、 該ブラックマトリクスをパターニングする工程と、 該ブラックマトリクス上に接して層間絶縁膜を形成する
   工程と、 該層間絶縁膜上に前記駆動手段を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。