JP4638221B2 - 垂直配向型液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、垂直配向モード液晶表示装置に関し、特に電極に切開パターンを形成して広視野角を確保する垂直配向モード液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、一般に、基準電極とカラーフィルターが形成されている上部基板と薄膜トランジスタと画素電極が形成されている下部基板との間に誘電体異方性を有する液晶物質を注入し、画素電極と基準電極に互いに異なる電位を印加することによって電界を形成して液晶分子の配列を変更させ、これによって光の透過率を調節することによって画像を表現する装置である。
その中でも電界が印加されない状態で液晶分子の長軸を上下基板に対して垂直をなすように配列した垂直配向モード液晶表示装置は、コントラスト比が大きく広視野角の実現が容易であるため脚光を浴びている。
垂直配向モード液晶表示装置において広視野角を実現するための手段としては、電極に切開パターンを形成する方法と突起を形成する方法などがある。これらの方法全ては、フリンジフィールドを形成し、液晶分子の傾斜方向を４方に均一に分散させることによって広視野角を確保する方法である。
一方、液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板には、走査信号を伝達するゲート線と画像信号を伝達するデータ線など複数の配線が形成され、これら配線は、自体抵抗と周辺配線または上部基板の基準電極とのカップリングによる静電容量を有する。このような自体抵抗と静電容量は各配線に負荷として作用し、ＲＣ遅延のように配線を通じて伝えられる信号を歪曲させる。特に、データ線と基準電極の間のカップリングによる静電容量は、その二つの間に位置する液晶分子を駆動しデータ線周辺での光漏れを誘発して画質を低下させ、また、このような光漏れを遮断するためにブラックマトリックスを広く形成しなければならないため、開口率を低下させる原因になる。
本発明が目的とする技術的課題は、データ配線の負荷を減少させて画質を向上させることである。本発明の他の技術的課題は、データ線と基準電極の間のカップリングによる静電容量を減少させ、データ線周辺の光漏れを減少させることである。
このような課題を解決するために本発明では、データ線を中心にその両方に位置する切開部が互いに反転対称をなすように配置する。
具体的には、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されているゲート線と、前記ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されているデータ線と、前記データ線上に形成されている保護膜と、前記保護膜上に形成され、切開部を有する画素電極を含む液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板において、前記薄膜トランジスタ基板を上から眺めた時に、前記データ線を中心にその両方に位置する画素電極の切開部が互いに反転対称をなす薄膜トランジスタ基板とを用意する。
この時、前記画素電極の切開部は、前記画素電極を上下に両分する位置に横方向に形成されている横切開部と、両分した前記画素電極の上下部に各々斜線方向に形成されている斜線切開部とを含み、前記上下の斜線切開部は互いに垂直をなすように設ける。また、前記ゲート線と平行に並んで形成されている維持電極線と、前記維持電極線に連結されている維持電極を有する維持電極配線をさらに含み、前記ゲート線を中心にしてその両方に位置する２つの維持電極配線を連結する維持配線連結ブリッジをさらに含む。
また、本発明では、第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板上に形成されている第１配線と、前記第１配線と絶縁されて交差している第２配線と、前記第１配線と前記第２配線によって定義される画素領域ごとに形成されている画素電極と、前記第１配線と、前記第２配線及び前記画素電極に各々ゲート電極、ソース電極及びドレーン電極が連結されている薄膜トランジスタと、前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極と、前記第１絶縁基板または前記第２絶縁基板のうちの一方に形成されている第１ドメイン分割手段と、前記第１絶縁基板または前記第２絶縁基板のうちの一方に形成されている第２ドメイン分割手段とを含み、前記データ線を中心にして両方に位置する二つの画素領域において、前記第１ドメイン分割手段と前記第２ドメイン分割手段とが各々前記データ線に対して反転対称をなしている液晶表示装置を用意する。
この時、前記画素電極の第１ドメイン分割手段は、前記画素電極を上下に両分する位置に横方向に形成されている横切開部と、両分した前記画素電極の上下部に各々斜線方向に形成されている２つの斜線切開部とを含み、前記上下の斜線切開部は互いに垂直をなし、前記基準電極の第２ドメイン分割手段と、前記第１ドメイン分割手段との間には斜線切開部が介在し、斜線切開部と平行な斜線部と前記画素電極の端とが重なっている屈折部を含むように配置する。または、前記画素電極の第１ドメイン分割手段は、前記画素電極の中央を横方向に進み途中で分岐して上下斜線方向に広がる中央切開部と、前記画素電極上半部と下半部とに位置し、各々斜線方向にのびている斜線切開部を含み、前記基準電極の第２ドメイン分割手段は、前記第１ドメイン分割手段の斜線切開部の間に位置し、前記画素電極の端及び前記データとが重なっている重畳部と、前記斜切開部と平行な斜線部とを更に含むように配置する。この時、前記重畳部は前記データ線と前記データ線の両方に位置する二つの画素電極の端とが同時に重畳する。また、前記第２ドメイン分割手段は誘電体の突起であることを特徴とする。
このような構造の薄膜トランジスタ基板は、絶縁基板上にゲート線と、前記ゲート線と連結されているゲート電極と、前記ゲート線と連結されているゲートパッドとを含むゲート配線を形成する段階と、ゲート絶縁膜を形成する段階と、半導体層を形成する段階と、導電物質を積層しパターニングして前記ゲート線と交差するデータ線と、前記データ線と連結されているデータパッドと、前記データ線と連結され、前記ゲート電極に隣接するソース電極と前記ゲート電極に対して前記ソース電極の対向側に位置するドレーン電極を含むデータ配線を形成する段階と、保護膜を形成する段階と、前記ゲートパッドと、前記データパッドと前記ドレーン電極とを、前記ゲート絶縁膜と共に前記保護膜をパターニングして各々露出する接触孔を形成する段階と、前記接触孔を通じて前記ゲートパッドと前記データパッドと前記ドレーン電極とが各々連結される補助ゲートパッドと、補助データパッドと、画素電極とを、透明導電膜を積層しパターニングして形成する段階を含み、前記画素電極を形成する段階において、前記データ線に対して両側に位置する二つの画素電極が互いに反転対称をなすように薄膜トランジスタ基板の製造方法を製造する。
この時、前記データ配線及び前記半導体層は、第１部分と、前記第１部分より厚さの薄い第２部分と、前記第２部分より厚さの薄い第３部分とを有する感光膜パターンを用いる写真エッチング工程において共に形成することが好ましい。また、前記写真エッチング工程において、前記第２部分は前記ソース電極と前記ドレーン電極の間に位置するように形成し、前記第１部分は前記データ配線上部に位置するように形成する。
本発明によれば、液晶表示装置の開口率を向上し、画像信号の歪曲を減少させることができる。
添付した図面を参照して本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一図面符号を付けている。層、膜、領域、板、基板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時は、中間に他の部分がないことを意味する。
以下、図面を参照して本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造について説明する。
図１は本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図であり、図２は本発明の第１実施例による液晶表示装置用カラーフィルター基板の配置図である。図３は本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図であり、図４は図３のＩＶ-ＩＶ´線に沿った断面図である。
液晶表示装置は、下部基板１１０とこれと対向している上部基板２１０及び下部基板１１０と上部基板２１０の間に注入され基板２１０、２２０に垂直に配向されている液晶分子を含む液晶層３からなる。
ガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１１０上には、ＩＴＯ（indium tin oxide）やＩＺＯ（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなり、切開部１９１、１９２、１９３を有する画素電極１９０が形成されており、各画素電極１９０は、薄膜トランジスタに連結されて画像信号電圧の印加を受ける。この時、薄膜トランジスタは、走査信号を伝達するゲート線１２１と画像信号を伝達するデータ線１７１に各々連結されており、走査信号によってオン／オフする。また、下部基板１１０の下面には、下部偏光板１２が付着されている。ここで、画素電極１９０は、反射型液晶表示装置である場合には、透明な物質から形成されていないこともあり、そのときには下部偏光板１２も不要となる。
また、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる上部基板２１０の下面には光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０と赤、緑、青のカラーフィルター２３０とＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる基準電極２７０とが形成されている。ここで、基準電極２７０には、切開部２７１、２７２、２７３が形成されている。ブラックマトリックス２２０は、画素領域の周囲部分だけでなく、基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３と重畳する部分にも形成することができる。これは、切開部２７１、２７２、２７３によって発生する光漏れを防止するためである。
第１実施例による液晶表示装置についてより詳細に説明する。
下部の絶縁基板１１０上における横方向には、ゲート線１２１が形成されている。ゲート線１２１には、ゲート電極１２３が形成されている。絶縁基板１１０上には、ゲート線１２１と平行な維持電極線１３１が形成されている。維持電極線１３１は、縦方向に形成されている二つの維持電極１３３ａ、１３３ｂに分岐しており、また、これら二つの維持電極１３３ａ、１３３ｂは、横方向に形成されている維持電極１３３ｃによって互いに連結されている。この時、維持電極線１３１は２つ以上であることもできる。ゲート線１２１、ゲート電極１２３、維持電極線１３１及び維持電極１３３は、アルミニウムまたはクロムなどの金属で形成されることが好ましい。この時、これらは単一層で形成することもでき、クロム層とアルミニウム層を連続積層してなる二重層で形成することもできる。これらは、この他にも多様な金属を用いて形成することができる。
ゲート線１２１と維持電極線１３１及び維持電極１３３の上には、窒化ケイ素などからなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。
ゲート絶縁膜１４０の上には、縦方向にデータ線１７１が形成されている。データ線１７１には分枝としてソース電極１７３が形成され、ソース電極１７３に隣接してドレーン電極１７５が形成されている。また、ゲート絶縁膜１４０上には、ゲート線１２１と重畳する橋部金属片１７２が形成されている。データ線１７１、ソース電極１７３及びドレーン電極１７５もゲート配線と同様にクロムとアルミニウムなどの物質で形成する。また、単一層または多重層で形成することができる。
ソース電極１７３とドレーン電極１７５の下部には、薄膜トランジスタのチャンネル部として用いられる半導体層１５１が形成されており、データ線１７１の下には半導体層１５１のチャンネル部を縦方向に長く連結しているデータ線部半導体層１５３が形成されている。半導体層１５１、１５３の上には、ソース及びドレーン電極１７３、１７５とチャンネル部半導体層１５１の間の接触抵抗を減少させるための接触層１６１が形成されている。半導体層１５１、１５３は、非晶質シリコンで形成されるのが好ましく、接触層１６１はｎ型不純物として高濃度にドーピングされた非晶質シリコンを用いて形成する。
データ線１７１などの上には、窒化ケイ素などの無機絶縁物や樹脂などの有機絶縁物からなる保護膜１８０が形成されている。保護膜１８０には、ドレーン電極１７５を露出させる接触孔１８１が形成されている。
保護膜１８０上には、切開部１９１、１９２、１９３を有する画素電極１９０が形成されている。画素電極１９０はＩＴＯやＩＺＯなどのような透明導電体やアルミニウムのような光反射特性が優れた不透明導電体を用いて形成する。画素電極１９０に形成されている切開部１９１、１９２、１９３は、横方向に形成されている横切開部１９２を含み、そして切開部１９１、１９２、１９３縦方向において画素電極１９０を上下に両分して位置している。また、切開部１９１、１９２、１９３は、画素電極１９０を上下部に両分して斜線方向に形成されている２つの斜線開口部１９１、１９３を含む。この時、斜線開口部１９１、１９３は互いに垂直をなしている。これはフリンジフィールドの方向を４方向に均一に分散するためである。
一方、データ線１７１を中心に両方に位置する二つの画素電極１９０の切開部１９１、１９２、１９３はデータ線１７１に対して互いに反転対称をなしている。
また、保護膜１８０の上には、ゲート線１２１を渡って維持電極１３３ａと維持電極線１３１を連結する維持配線連結ブリッジ９１が形成されている。維持配線連結ブリッジ９１は、保護膜１８０とゲート絶縁膜１４０にかけて形成されている接触孔１８３、１８４を通じて維持電極１３３ａ及び維持電極線１３１に接触している。維持配線連結ブリッジ９１は、橋部金属片１７２と重畳している。維持配線連結ブリッジ９１は、下部基板１１０上の維持配線全体を電気的に連結する役割をする。このような維持配線は、必要によって、ゲート線１２１やデータ線１７１の欠陥修理に利用することができ、橋部金属片１７２は、このような修理のためにレーザーを照射する時に、ゲート線１２１と維持配線連結ブリッジ９１の電気的連結を補助するために形成する。
上部の絶縁基板２１０には、光漏れを防止するためのブラックマトリックス２２０が形成されている。ブラックマトリックス２２０の上には、赤、緑、青のカラーフィルター２３０が形成されている。カラーフィルター２３０の上には、切開部２７１、２７２、２７３を有する基準電極２７０が形成されている。基準電極２７０は、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電体で形成されることが好ましい。
基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３は、画素電極１９０の斜線開口部１９１、１９３を真ん中に介在し、これと平行な斜線部と画素電極１９０の端と重なっている屈折部を含む。この時、屈折部は縦方向屈折部と横方向屈折部に分類される。
基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３は、二つの画素領域間境界線（データ線と重する部分）を中心に反転対称をなす。
以上のような構造の薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板を整列して結合し、その間に液晶物質を注入して垂直配向すれば本発明による液晶表示装置の基本構造が備えられる。薄膜トランジスタ基板とカラーフィルター基板を整列した時に画素電極１９０の切開部１９１、１９２、１９３と基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３は、画素領域を複数の小ドメインに分割する。これらの小ドメインは、その内部に位置する液晶分子の平均長軸方向によって４種類に分類される。この時、データ線１７１を中心にその両方に位置する二つの画素領域の小ドメインは、互いに実質的な反転対称をなす。これは、画素電極１９０の切開部１９１、１９２、１９３と基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３が全てデータ線１７１を中心に互いに反転対称をなすためである。ここで、実質的な反転対称というのは、上下基板１１０、２１０における整列誤差が発生する等の場合には、完全な反転対称とならないこともあるが、このような誤差は考慮しない場合の反転対称を意味する。
図５ａは本発明の第１実施例による液晶表示装置の８個の画素（４×２）の切開部配置と画素電極を示す配置図であり、図５ｂは図５ａにブラックマトリックスを加えた配置図である。
図５ａのように、本発明の第１実施例による液晶表示装置は、２つの画素の切開パターンが１組となって形成された８角形パターンが４方向に連続して形成されている形を有する。
ブラックマトリックスの配置まで考慮すれば、図５ｂのように、画素領域中央部の横方向屈折部を除くと、屈折部は全てブラックマトリックスによって覆われる。このような配置で、液晶表示装置の開口率は４１％に達する。
図６は本発明の第２実施例による液晶表示装置の断面図である。
第２実施例による液晶表示装置は、第１実施例による液晶表示装置において基準電極の切開部２７１、２７２、２７３の代わりに突起２８１をドメイン分割手段として用いる点が異なる。この時、突起２８１は画素電極１９０上に形成することもでき、また、画素電極１９０を小部分１９１、１９２、１９３に分割する代わりに突起を形成することもできる。
図７は本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図であり、図８は本発明の第３実施例によるカラーフィルター基板の配置図であり、図９は本発明の第３実施例による液晶表示装置の配置図である。
本発明の第３実施例による液晶表示装置の薄膜トランジスタ基板は、第１実施例による薄膜トランジスタ基板の中の、画素電極１９０の切開部の配置を除いては、図１に示すものと同一の構造を有する。以下、このような切開部１９１、１９２、１９３の配置についてのみ説明する。
第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の画素電極１９０の切開部１９１、１９２、１９３は、画素電極１９０の中央を横切るうちに分かれて上下斜線方向に延びている中央切開部１９２と、画素電極１９０上半部と下半部に位置して、各々斜線方向にのびている斜線切開部１９１、１９３とからなる。
カラーフィルター基板においてもブラックマトリックス２２０とカラーフィルター２３０の配置は第１実施例と同様であるが、カラーフィルター中の基準電極２７０に形成されている切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５の形が第１実施例と異なる。以下、このような切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５の配置についてのみ説明する。
第１切開部２７１と第３切開部２７３は、画素領域を斜線方向に横切っており、隣接する二つの画素領域に属する切開部２７１、２７３が互いに連結されている。二つの切開部２７１、２７３の連結部は、２つの画素領域の間の部分を広く占めている。第２切開部２７２は、画素領域を横切っており、また隣接する二つの画素領域に属する切開部２７２が互いに連結されている。第２切開部２７２の隣接画素間の連結部も画素領域境界部を広く占めている。第４及び第５切開部２７４、２７５は画素領域の角部を広く占めており、画素領域の角部を削る形となっている。第４及び第５切開部２７４、２７５もまた隣接する二つの画素領域に属する切開部であり、互いに連結されている。また、第４及び第５切開部２７４、２７５は、縦方向に隣接している二つの画素領域間に互いに連結されている。前記で、隣接する画素領域の間の切開部を連結する部分を連結部と称したが、データ線と重畳する部分であることを強調するために重畳部と称することもできる。これは、切開部がデータ線と重畳することで、データ線にかかる容量性負荷が減少し、画像信号の歪曲が減少する効果をもたらすことを強調するための表現である。
このような第３実施例による液晶表示装置の特徴は、基準電極２７０の切開部２７１、２７２、２７３、２７４、２７５の隣接画素間の連結部によって画素領域境界部から基準電極２７０の多くの部分が除去されていることである。このように、画素領域境界部から基準電極２７０が除去されれば、データ線１７１にかかる容量性負荷が減ってＲＣ遅延による信号の歪曲を減らすことができる。これに関しては後にさらに詳細に説明する。
図１０ａは本発明の第３実施例による液晶表示装置の８個の画素（４×２）の切開部と画素電極の配置を示す配置図であり、図１０ｂは図１０ａにブラックマトリックスを加えた配置図である。
まず、図１０ａによれば、本発明の第２実施例による液晶表示装置は、２個の画素の切開パターンが一組となって形成した菱形パターンが４方向に連続して形成されている形を有する。また、４個の菱形パターンの中央には十字状のパターンが一つずつ配置される。
ブラックマトリックスの配置まで考慮すれば、図１０ｂのように、画素領域の中心にある横の部分を除いては、縦と横の部分はブラックマトリックスによってブロックされている。
また、ブラックマトリックスの配置まで考慮すれば、図１０ｂのように、画素領域境界部に位置する第１乃至第５切開部の連結部は、殆どブラックマトリックスによって覆われる。
このような配置によってデータ線にかかる容量性負荷を減少させることができ、液晶表示装置の開口率を向上させることができる。このような配置において開口率は４２％に達する。
以下、第３実施例による液晶表示装置においてデータ線にかかる容量性負荷の減少効果についてより詳細に説明する。
図１１は基準電極の切開部とデータ線が重畳する状態を示す断面図であり、図１２は基準電極のデータ線と重畳する部分の切開率によるデータ線にかかる寄生静電容量の変化を示すグラフである。
図１１のように、基準電極２７０の切開部１７１がデータ線１７１と重畳している。この場合には、データ線１７１と共に静電容量を形成する基準電極２７０のうちのデータ線１７１と最も近い距離にある部分が除去されている状態であるので、両者間の静電容量は減少する。ところで、データ線１７１と基準電極２７０の間の静電容量は、ＲＣ遅延によってデータ線に沿って流れる画像信号を歪曲させるが、基準電極２７０の切開部をデータ線１７１と重畳させることで、画像信号の歪曲を減少させる効果をもたらす。
図１２はデータ線１７１上部の基準電極２７０を除去した程度によって変化するデータ線１７１と基準電極２７０との間の静電容量の大きさを示す。データ線１７１と重畳する位置から基準電極２７０が全て除去された場合、全く除去されなかった場合に比べてデータ線と基準電極間の静電容量が約１０％程度減少した結果を示し、データ線１７１と重畳する位置から基準電極２７０が５０％程度除去された場合には、全く除去されなかった場合に比べてデータ線と基準電極間の静電容量が約５％程度減少した結果を示した。本発明の第２実施例の場合には、データ線１７１と重畳する位置から基準電極２７０が５０％程度除去されたので５％程度の寄生容量の減少効果を得ることができる。寄生容量が減少すればデータ線に沿って伝送される画像信号の遅延程度が減少する。これを実際のパネルにおいてオシロスコープを利用して測定すれば表１のとおりになる。
Figure 0004638221
 以下、このような構造と効果を有する本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する方法について説明する。
はじめに、図１３乃至図１７を参照して、５枚のフォトマスクを用いる方法について説明する。
図１３のように、基板１１０上に、物理、化学的な特性の優れたCrまたはMo合金などを蒸着して第１ゲート配線層２１１、２３１、２５１を積層し、低抵抗のAlまたはAg合金などを蒸着して第２ゲート配線層２１２、２３２、２５２を積層し、パターニングして、ゲート線１２１、ゲート電極１２３及びゲートパッド１２５を含む横方向にのびているゲート配線を形成する。この時、図示されていないが、維持電極配線も形成する（第１マスク）。
ここで、第１ゲート配線層２１１、２３１、２５１をMo合金で形成し、第２ゲート配線層２１２、２３２、２５２をAg合金で形成する場合には、これらの層は、Ag合金のエッチング剤であるリン酸、硝酸、酢酸及び純水を混合した物質によってエッチングされる。したがって、一回のエッチング工程によって二重層のゲート配線１２１、１２３、１２５を形成できる。また、リン酸、硝酸、酢酸及び純水の混合物によるエッチング比率は、Mo合金よりもAg合金に対するエッチング比の方がより大きいので、ゲート配線に必要な３０度程度の勾配角を得ることができる。
次に、図１４に示したように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜１４０、非晶質シリコン層、ドーピングされた非晶質シリコン層の３層膜を連続積層し、非晶質シリコン層とドーピングされた非晶質シリコン層を共に写真エッチングして、ゲート電極１２３の上部のゲート絶縁膜１４０上に半導体層１５１と抵抗性接触層１６０を形成する（第２マスク）。
次に、図１５に示したように、CrまたはMo合金などを蒸着し第１データ配線層７１１、７３１、７５１、７９１を積層し、AlまたはAg合金などを蒸着して第２データ配線層７１２、７３２、７５２、７９２を積層し、写真エッチングしてデータ配線を形成する。データ配線は、ゲート線１２１と交差するデータ線１７１、データ線１７１と連結されゲート電極１２１上部までにのびているソース電極１７３、データ線１７１の一端に連結されているデータパッド１７９及びソース電極１７３と分離され、ゲート電極１２１を中心にソース電極１７３と対向するドレーン電極１７５を含む。
次に、データ配線１７１、１７３、１７５、１７９により覆われていないドーピングされた非晶質シリコン層パターン１６０をエッチングしてゲート電極１２３を中心に両方に分離させる一方、両方のドーピングされた非晶質シリコン層１６３、１６５間の半導体層パターン１５１を露出させる。次に、露出された半導体層１５１の表面を露出させるために酸素プラズマ処理を実施することが好ましい。
次に、図１６に示したように、ａ-Ｓｉ:Ｃ:Ｏ膜またはａ-Ｓｉ:Ｏ:Ｆ膜を化学気相蒸着ＣＶＤ法で成長させたり、窒化ケイ素などの無機絶縁膜を蒸着したり、アクリル系物質などの有機絶縁膜を塗布したりなどして保護膜１８０を形成する。 この時、ａ-Ｓｉ:Ｃ:Ｏ膜の場合には、気体状態のSiH(CH３)３、SiO２(CH３)４、(SiH)４O４(CH３)４、Si(C２H５O)４などを基本源として使用し、N２OまたはO２などの酸化剤と、ArまたはHeなどを混合した気体を流して蒸着する。また、ａ-Ｓｉ:Ｏ:Ｆ膜の場合には、SiH４、SiF４などにO２を添加した気体を流して蒸着する。ここで、フッ素の補助源としてＣＦ４を添加することもできる（第２マスク）。
次に、写真エッチング工程によりゲート絶縁膜１４０と共に保護膜１８０をパターニングして、ゲートパッド１２５、ドレーン電極１７５、及びデータパッド１７９を露出する接触孔１８１、１８２、１８３を形成する。該接触孔１８１、１８２、１８３は多角形や、円形に形成でき、パッド１２５、１７９を露出する接触孔１８１、１８３の形状寸法は２mm×６０μm以下、０．５mm×１５μm以上が好ましい。一方、図示されていないが、維持配線連結ブリッジが維持電極線と維持電極とに接触するための接触孔もこの段階で形成される（第４マスク）。
最後に図１７に示したように、ＩＴＯまたはＩＺＯ膜を蒸着し写真エッチングして、第１接触孔１８１を通じてドレーン電極１７５と連結される画素電極１９０と、第２及び第３接触孔１８２、１８３を通じてゲートパッド９５及びデータパッド９７と各々連結される補助ゲートパッド９５及び補助データパッド９７を形成する。ＩＴＯやＩＺＯを積層する前の予熱工程で用いる気体には窒素が好ましい。これは接触孔１８１、１８２、１８３を通じて露出されている金属膜の上部に、金属酸化膜が形成されるのを防止するためである。一方、図示していないが、維持配線連結ブリッジもこの段階で形成され、画素電極１９０の開口部がデータ線１７１を中心にして互いに反転対称をなすように光マスクを設計する（第５マスク）。
次に、４枚のフォトマスクを用いた本発明の実施例による薄膜トランジスタ基板の製造方法について説明する。
図１８ａ、１８ｂ乃至図２６ａ、２６ｂは、本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程によって製造する工程順を示す断面図である。
まず、図１８ａ乃至１８ｂによると、第１実施例と同様に、基板１１０上に、物理、化学的な特性の優れたCrまたはMo合金などを蒸着して第１ゲート配線層２１１、２３１、２５１を積層し、低抵抗のAlまたはAg合金などを蒸着して第２ゲート配線層２１２、２３２、２５２を積層した後、ゲート線１２１、ゲートパッド１２５、ゲート電極１２３を含むゲート配線と維持電極配線を形成する（第１マスク）。
次に、図１９ａ及び１９ｂに示したように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜１４０、半導体層１５０、接触層１６０を化学気相蒸着法によって、各々１，５００Å乃至５，０００Å、５００Å乃至２，０００Å、３００Å乃至６００Åの厚さに連続蒸着し、次に、CrまたはMo合金などからなる第１導電膜７０１と、AlまたはAg合金からなる第２導電膜７０２をスパッタリング法などにより蒸着して導電体層１７０を形成した後、その上に、感光膜ＰＲを１μm乃至２μmの厚さに塗布する。
その後、マスクを通じて感光膜ＰＲに光を照射した後、現像して、図２０ａ及び２０ｂに示したように、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２を形成する。この時、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２のうち、薄膜トランジスタのチャンネル部Ｃ、即ちソース電極１７３とドレーン電極１７５との間に位置した第２部分ＰＲ２は、データ配線部Ａ、即ちデータ配線が形成される部分に位置した第１部分感光膜パターンＰＲ１よりも薄い厚さにし、その他の部分Ｂの感光膜は全て除去する。この時、チャンネル部Ｃ上の第２感光膜パターンＰＲ２の厚さとデータ配線部Ａの第１感光膜パターンＰＲ１の厚さとの比率は、後述するエッチング工程における工程条件に従って異なる。第２部分ＰＲ２の厚さを第１部分ＰＲ１の厚さの１/２以下とすることが好ましい。例えば、４，０００Å以下が良い。
このように、位置によって感光膜の厚さを異ならせる方法には種々な方法があり、Ｃ領域の光透過量を調節するためにマスクを用いており、主にスリットや格子状のパターンを形成したり、半透明膜の方法がある。この時、スリット間に位置したパターンの線幅やパターン間の間隔、即ちスリットの幅は、露光時に使用する露光器の分解能より小さいことが好ましく、半透明膜を用いる場合には、マスク作製時に透過率を調節するために、異なる透過率を有する薄膜を利用したり、厚さの異なる薄膜を用いることができる。
このようなマスクによって感光膜に光を照射すれば、光に直接露出される部分では高分子が完全に分解され、スリットパターンや半透明膜が形成されている部分では、光の照射量が少ないので高分子は不完全分解状態となり、遮光膜厚で遮られた部分では高分子がほとんど分解されない。次に、感光膜を現像すれば、分子が分解されない高分子部分だけが残され、照射光が少なかった中央部分には光に全く照射されなかった部分よりも厚さの薄い感光膜が残される。この時、露光時間を長くすると、全ての分子が分解されてしまうので、そうならないように注意が必要である。
このような厚さの薄い感光膜ＰＲ２は、リフローが可能な感光膜を用いて、光が完全に透過できる部分と光が完全に透過できない部分に分けられた通常のマスクで露光した後、現像しリフローさせて、感光膜が残留しない部分に感光膜の一部を流すことによっても形成できる。
次に、感光膜パターンＰＲ２及びその下部の膜など、即ち導電体層１７０、接触層１６０及び半導体層１５０に対するエッチングを施す。この時、データ配線部Ａには、データ配線及びその下部の膜などがそのまま残され、チャンネル部Ｃには、半導体層だけが残されなければならず、その他の部分Ｂには、前記の３層１５０、１６０、１７０が全て除去されてゲート絶縁膜１４０が露出される。
まず、図２１ａ及び図２１ｂに示したように、その他の部分Ｂの露出されている導電体層１７０を除去して、その下部の部分である接触層１５０を露出させる。この過程では、乾式エッチングまたは湿式エッチング法を全て施すことができ、導電体層１７０はエッチングされるが、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２はほとんどエッチングされない条件下で行うのが良い。しかし、乾式エッチングの場合、導電体層１７０だけをエッチングし、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２はエッチングされない条件を見つけることが難しいので、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２も共にエッチングされる条件下で行うこともできる。そのときは、湿式エッチングの場合よりも第２部分ＰＲ２の膜厚を厚くして、エッチングを通して、第２部分ＰＲ２が除去されて下部の導電体層１７０が露出されることが生じないようにする。
このようにすれば、図２１ａ及び図２１ｂに示したように、チャンネル部Ｃ及びデータ配線部Ａの導電体層１７１、１７３、１７５、１７９と保持容量用電極１７７だけが残され、その他の部分Ｂの導電体層は全て除去されて、その下部の接触層１５０が露出される。該残された導電体パターン１７１、１７３、１７５、１７９は、ソース及びドレーン電極１７３、１７５が分離されず連結されている点を除けば、データ配線１７１、１７３、１７５、１７９の形態と同一である。なお、乾式エッチングを施した場合、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２もある程度の厚さがエッチングされる。
次に、図２２ａ及び図２２ｂに示したように、その他の部分Ｂの露出された接触層１５０及びその下部の半導体層１５０を感光膜の第２部分ＰＲ２と共に乾式エッチング法で同時に除去する。この時のエッチングは、感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２と接触層１５０及び半導体層１５０（半導体層と中間層はエッチング選択性がほとんどない）が同時にエッチングされ、ゲート絶縁膜１４０はエッチングされない条件下で行うべきであり、特に感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２と半導体層１５０に対するエッチング比率がほぼ同一な条件でエッチングすることが好ましい。例えば、ＳＦ６とＨＣｌの混合気体やＳＦ６とＯ２の混合気体を用いれば、ほぼ同一な厚さに二つの膜をエッチングできる。感光膜パターンＰＲ１、ＰＲ２と半導体層１５０に対するエッチング比率が同一な場合、第２部分ＰＲ２の厚さは、半導体層１５０と接触層１５０の厚さを合せたものと同じであるか、それより小さくしなければならない。
このようにして、図２２ａ及び図２２ｂに示したように、チャンネル部Ｃの第２部分ＰＲ２が除去されてソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５が露出され、その他の部分Ｂの接触層１５０及び半導体層１５０が除去されてその下部のゲート絶縁膜１４０が露出される。一方、データ配線部Ａの第１部分ＰＲ１もエッチングされて厚さが薄くなる。そして、この段階で半導体パターン１５１、１５３、１５７が完成する。半導体パターン１５１、１５３、１５７の上には、接触層１６１、１６３、１６５、１６９が形成されている。
次に、アッシング処理によってチャンネル部Ｃのソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５の表面の残留物を除去する。
次に、図２３ａ及び図２３ｂに示したように、チャンネル部Ｃのソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５、及びその下部のソース/ドレーン用接触層パターン１６３、１６５をエッチングして除去する。ここで、ソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５とソース／ドレーン接触層パターン１６３、１６５の両方に対しては乾式エッチング法で、また、ソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５に対しては湿式エッチング法で、さらに、ソース／ドレーン接触層パターン１６３、１６５に対しては乾式エッチング法でエッチング処理を施すことができる。前者の場合、ソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５と接触層パターン１６３、１６５のエッチング選択度の大きい条件下でエッチングを施すことが好ましく、これは、エッチング選択度の大きくない場合に、エッチングの終了点を見つけ難く、チャンネル部Ｃに残される半導体パターン１５１の厚さ調節が容易ではないためである。湿式エッチングと乾式エッチングとを交互に実施する後者の場合には、湿式エッチングされるソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５の側面はエッチングされるが、乾式エッチングされる接触層パターン１６３、１６５はほとんどエッチングされず、階段状に形成される。接触層１６３、１６５及び導電体パターン１７３，１７５をエッチングする時に用いられるエッチング気体の例として、ＣＦ４とＨＣｌの混合気体やＣＦ４とＯ２の混合気体が挙げられる。ＣＦ４とＯ２の混合気体を用いれば、均一な厚さの半導体パターン１５１を残すことができる。この時、図２２ｂに示したように、半導体パターン１５１の一部が除去されて厚さが薄くなることもあり、感光膜パターンの第１部分ＰＲ１もある程度の厚さがエッチングされる。この時のエッチングは、ゲート絶縁膜１４０がエッチングされない条件下で行うべきであり、第１部分ＰＲ１がエッチングされてその下部のデータ配線１７１、１７３、１７５、１７９及び保持容量用電極１７７が露出されることがないように、感光膜パターンが厚いことが好ましい。
このようにすれば、ソース電極１７３とドレーン電極１７５が分離され、データ配線１７１、１７３、１７５、１７９とその下部の接触層パターン１６１、１６３、１６５が完成する。
最後に、データ配線部Ａに残っている感光膜の第１部分ＰＲ１を除去する。ところで、第１部分ＰＲ１の除去は、チャンネル部Ｃソース/ドレーン用導電体パターン１７３、１７５を除去したのちに、その下の接触層パターン１６３、１６５をエッチングする前にも実施できる。
前述したように、湿式エッチングと乾式エッチングとを交互に施したり、乾式エッチングだけを施すことができる。後者の場合に、１種類のエッチング法だけを用いるので工程が比較的に簡単であるが、適当なエッチング条件を見つけることが難しい。反面、前者の場合には、エッチング条件は比較的に簡単に見つけられるが、工程が後者に比べて面倒な点がある。
次に、図２４ａ及び図２４ｂに示したように、ａ-Ｓｉ:Ｃ:Ｏ膜またはａ-Ｓｉ:Ｏ:Ｆ膜を化学気相蒸着ＣＶＤ法によって成長させたり、窒化ケイ素などの無機絶縁物質を蒸着したり、またはアクリル系物質などの有機絶縁物質を塗布して保護膜１８０を形成する。この時、ａ-Ｓｉ:Ｃ:Ｏ膜の場合には、気体状態のSiH(CH３)３、SiO２(CH３)４、(SiH)４O４(CH３)４、Si(C２H５O)４などを基本源として使用し、N２OまたはO２などの酸化剤とArまたはHeなどとを混合した気体を流して蒸着する。そして、ａ-Ｓｉ:Ｏ:Ｆ膜の場合には、SiH４、SiF４などにO２を添加した気体を流して蒸着する。この時、フッ素の補助源としてＣＦ４を添加することも出来る（第２マスク）。
次に、図２５ａ及び図２５ｂ示したように、保護膜１８０をゲート絶縁膜１４０と共に写真エッチングして、ドレーン電極１７５、ゲートパッド１２５、データパッド１７９、及び保持容量用電極１７７を各々露出する接触孔１８１、１８２、１８３、１８４を形成する。この時、パッド１２５、１７９を露出する接触孔１８２、１８３の形状寸法は、２mm×６０μm以下、０．５mm×１５μm以上が好ましい。一方、図示されていないが、維持配線連結ブリッジが維持電極線及び維持電極と接触するための接触孔もこの段階で形成される（第３マスク）。
最後に、図２６ａ及び図２６ｂに示したように、ＩＴＯ層またはＩＺＯ層を蒸着し写真エッチングして、ドレーン電極１７５及び保持容量用電極１７７と連結された画素電極１９０、ゲートパッド９５と連結された補助ゲートパッド９５、及びデータパッド９７と連結された補助データパッド９７を形成する。一方、図示されていないが、維持配線連結ブリッジもこの段階で形成され、画素電極１９０の切開部がデータ線１７１を中心にして互いに反転対称をなすようにフォトマスクを設計する（第４マスク）。
この時、画素電極１９０、補助ゲートパッド９５及び補助データパッド９７をＩＺＯで形成する場合には、エッチング液としてクロムエッチング液を用いるので、これらを形成するための写真エッチング過程で、接触孔を通じて露出されたデータ配線やゲート配線金属が腐食することを防止できる。このようなクロムエッチング液としては、(HNO３／(NH４)２Ce(NO３)６／H２O)などがある。また、接触部の接触抵抗を最少に抑えるためには、ＩＺＯを常温から２００℃以下の範囲で積層することが好ましく、ＩＺＯ薄膜を形成するために用いられるため、In２O３及びZnOを含むことが好ましく、ZnOの含有量は１５-２０ａｔ％範囲が好ましい。
一方、ＩＴＯやＩＺＯを積層する前の予熱工程で使用する気体としては窒素が好ましく、これは、接触孔１８１、１８２、１８３、１８４を通じて露出された金属膜の上部に金属酸化膜が形成されることを防止するためである。
以上で、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。特に、画素電極と基準電極に形成する切開部の配置においては多様に変形することができる。
本発明の第１実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置用カラーフィルター基板の配置図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図である。 図３のＩＶ-ＩＶ´線による断面図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の８個画素（４×２）の切開部配置と画素電極を示す配置図である。 図５ａにブラックマトリックスを加えた配置図である。 本発明の第２実の時による液晶表示装置の断面図である。 本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図である。 本発明の第３実施例によるカラーフィルター基板の配置図である。 本発明の第３実施例による液晶表示装置の配置図である。 本発明の第３実施例による液晶表示装置の８個画素（４×２）の切開部配置と画素電極を示す配置図である。 図１０ａにブラックマトリックスを加えた配置図である。 基準電極の切開部とデータ線が重畳する状態を示す断面図である。 基準電極のデータ線と重畳する部分の切開率によるデータ線にかかる寄生静電容量の変化を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を５枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を５枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を５枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を５枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を５枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。 本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を４枚のマスク工程で製造する工程順の断面図である。
符号の説明
１１０ 下部基板
１２１ ゲート線
１３１ 維持電極線
１４０ ゲート絶縁膜
１５１ 半導体層
１６０ 接触層
１７０ 導電体層
１７３ ソース電極
１７５ ドレーン電極
１８０ 保護膜
１９０ 画素電極
２１０ 上部基板
２３０ カラーフィルター
２７０ 基準電圧

Claims (3)

  1. 第１絶縁基板と、
    前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線と、
    前記ゲート線上に形成されているゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に形成されているデータ線と、
    前記データ線上に形成されている保護膜と、
    前記保護膜上に形成され、第１ドメイン分割手段を含む画素電極と、
    前記ゲート線と平行に形成されている維持電極線と、前記維持電極線に連結されている維持電極と、を含む維持電極配線と、
    前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板と、
    前記第２絶縁基板上に形成され、第２ドメイン分割手段を含む基準電極と、
    を有する液晶表示装置であり、
    前記データ線の一つを間に挟んで隣接する二つの画素電極では、第１ドメイン分割手段がそのデータ線に対して線対称であり、前記二つの画素電極の第１ドメイン分割手段は八角形状のパターンを形成し、
    前記二つの画素電極と重なっている前記第２ドメイン分割手段は八角形状のパターンを形成し、
    前記第２ドメイン分割手段が形成する八角形状が前記第１ドメイン分割手段が形成する八角形状を囲む、液晶表示装置。
  2. 第１絶縁基板と、
    前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線と、
    前記ゲート線から絶縁されて、前記ゲート線と交差しているデータ線と、
    前記ゲート線と前記データ線とによって区切られている画素領域ごとに形成されている画素電極と、
    前記ゲート線にはゲート電極が連結され、前記データ線にはソース電極が連結され、前記画素電極にはドレーン電極が連結されている薄膜トランジスタと、
    前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板と、
    前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極と、
    前記第１絶縁基板に形成されている第１ドメイン分割手段と、
    前記第２絶縁基板に形成されている第２ドメイン分割手段と、
    を含む液晶表示装置であり、
    前記データ線の一つを間に挟んで隣接する二つの画素領域では、前記第１ドメイン分割手段と前記第２ドメイン分割手段とが各々、そのデータ線に対して線対称であり、
    前記第１ドメイン分割手段は、
    前記画素電極の中央を横方向に延び、途中で２つに分岐してそれぞれが横方向に対して斜めに延びている中央切開部と、
    前記中央切開部によって区切られた前記画素電極の各部で横方向に対して斜めに延びている２つの斜線切開部と、
    を含み、
    前記第２ドメイン分割手段は、
    前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板とを法線方向から見たとき、前記第１ドメイン分割手段の２つの斜線切開部の間に位置し、前記画素電極の端及び前記データ線に重なっており、切開部からなる重畳部と、
    前記２つの斜線切開部のそれぞれに対して平行であり、前記第１ドメイン分割手段の２つの斜線切開部の間に位置し、切開部からなる斜線部と、
    を含み、
    前記重畳部と前記斜線部とは互いに連結されている、
    液晶表示装置。
  3. 隣接する画素領域間の前記切開部からなる重畳部は、互いに連結されており、前記重畳部は、前記隣接する画素領域の画素電極の端と重なっている、請求項２に記載の液晶表示装置。
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