本発明は液晶表示装置とその製造方法に関し、特に、液晶分子の配向異常が生じない平坦化膜とその製造方法に関する。

液晶プロジェクタの小型化には、液晶パネルのアクティブ素子としてポリシリコン薄膜トランジスタ(Poly-silicon thin film transistor)（Poly-Si TFT) を用いるのが有利である。 この理由はポリシリコン薄膜トランジスタ型液晶パネルでは、ＴＦＴ素子のサイズを小さくしても十分な特性が得られ、さらに周辺駆動回路も液晶パネル内に一体化できるためである。

液晶プロジェクタに求められる性能に、投射画面の大きさと画面の明るさがある。 投射画面を大きくし、さらに明るさを上げるためには、液晶パネルに強力な光を照射することが必要である。 しかし、光が液晶パネルの各画素に配置されたポリシリコン薄膜トランジスタ素子に照射されると、光リーク電流が発生し、液晶画素に印加される電圧が変動する。 この結果、画質が著しく低下する。 また、光源から液晶パネルに照射される光以外に、液晶パネルを透過した後、レンズなどの光学系を透過する過程で生じる反射光も、同様に光リーク電流を生じさせるため、画質を著しく低下させる。

そこで、これらの光リーク電流をもたらす光からＴＦＴを保護するために、ＴＦＴの上部および下部を金属膜（遮光膜という）で覆い、光がＴＦＴに当たらないようにする構造がよく用いられる。

図２はＴＦＴの上部および下部を金属膜で覆った従来の液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図を示す。 この従来の液晶表示装置は、アクティブ素子であるＴＦＴが形成された基板（ＴＦＴ基板３という）と、各画素に共通する電極が形成された基板（対向基板４という）と、それらの基板間に充填された液晶層６１５とを備えて構成されている。

ＴＦＴ基板３は、ガラス等の透明基板６００をベース基板として、この基板上に順次形成された下部遮光膜６０１、絶縁性の下地膜６０２、ポリシリコン膜６１９、ＳｉＯ ₂等のゲート絶縁膜６０５、ゲート電極６０６とを備えている。 さらに、ＴＦＴ基板３は、ゲート絶縁膜６０５上に第１層間絶縁膜６０７、配線金属膜６０８、第２層間絶縁膜６０９、上部遮光膜６１０、第３層間絶縁膜６１１、ＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる画素電極用の透明電極６１３とポリイミド樹脂等からなる配向膜６１４が順次形成されて構成されている。

ポリシリコン膜６１９の一部には、ドレイン領域６０３、ソース領域６０４形成のための不純物注入がなされており、このポリシリコン膜６１９とゲート電極６０６との交差部がＴＦＴとなる。

一方、対向基板４は、ガラス等の透明基板６１８をベース基板として、この基板上に順次形成されたＩＴＯ膜（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる共通電極用の透明電極６１７とポリイミド樹脂等からなる配向膜６１６とを備えて構成されている。

特開平１０―９０６６９号公報

図２に示したＴＦＴ基板３は、上記のように、光リーク電流の問題を解決するために、数多くの層から構成されている。 ＴＦＴ基板３の最上部層の配向膜６１４の表面には、下部層のパターニングの影響によって凹凸が生じている。 この凹凸による段差は１μｍ以上になることがあり、液晶層の厚さ（３〜５μｍ）に対して無視できない値である。 これによりリバースチルト、リバースツイストと呼ばれる液晶分子の配向状態の乱れなどが発生し、表示画質が著しく劣化することがある。

この問題を解決するために、ＴＦＴ基板の透明電極の下に有機または無機材料の塗布膜を成膜し、凹凸を平坦化する手段が有効である。 特開平１０―９０６６９号公報では、この平坦化を行う膜（以下、平坦化膜（smoothening film）と称す）として、感光性のアクリル樹脂（acrylic resin）を用いる例が開示されている。

ここでは、ベースポリマーとして、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどの可視光線に対して透明なアクリル樹脂を用いるのが好ましいとされている。 このようなアクリル樹脂としては、３８０ｎｍ以下の紫外光線を吸収する感光基を有するネガ型またはポジ型のアクリル樹脂が使用され、可視光線によって平坦化膜が変色するのを防止し、パネルの透過率が低下しないようにしている。

上記の公報の技術では、アクリル樹脂の平坦化膜にコンタクトホールを形成後、平坦化膜中に残存している感光基を高エネルギーの紫外線光で分解するようにしているが、完全に分解することは難しい。

一方、プロジェクタの画面輝度を向上させるために高輝度光源が用いられるようになり、本来液晶パネルに入射する前に遮断されるはずの高輝度光源の照射光に含まれる波長３００〜３８０ｎｍの紫外光線もわずかながらフィルターを透過して液晶パネルに到達している。 そのために、上記の公報の技術では、感光性のアクリル樹脂からなる平坦化膜中に完全に分解できずに残った感光基が、漏れて液晶パネルに到達した波長３００〜３８０ｎｍの紫外光線を吸収する。 その結果、平坦化膜が変色したり、平坦化膜中に気泡が発生し、平坦化膜の可視光域の透過率が低下する課題があった。 また、上記の公報の技術では、残存する感光基の分解に使用される高エネルギーの紫外光線で平坦化膜（アクリル樹脂）自体が変質する等の危険性を有していた。

したがって、本発明の目的は、液晶プロジェクタに使用され、液晶分子の配向異常が発生せず、画質が劣化しない平坦化膜を有する液晶表示装置とその製造方法を提供することにある。

本発明では、ＴＦＴ基板のＴＦＴの上下の少なくとも片側に遮光膜を配置し、また、ＴＦＴ基板の透明電極の下に熱重合で形成した波長３００ｎｍ以上の光を吸収しない透明なアクリル樹脂を用いて平坦化膜が形成される。

本発明では、この構造によりプロジェクタ等の強力な光源のフィルターから漏れた３００ｎｍ以上の波長の紫外光線によっても、平坦化膜が変質したり、着色することはない。 また、平坦化膜は熱重合で形成されるために、平坦化膜中に３００ｎｍ以上の光を吸収する感光基も存在しない。 そのために、成膜後に従来技術のような高エネルギーの紫外線光を照射処理する必要もなく、平坦化膜が高エネルギーの紫外線光で損傷して気泡が発生することがない。

また、本発明では、光がＴＦＴへ入射して、画質を劣化させることがなく、さらに、複数の遮光膜を積層することにより生じた凹凸が平坦化膜で緩和され、液晶分子の配向異常が生じない。 これによりリバースツイスト、リバースチルトの発生が防止される。

本発明では、ＴＦＴ基板のＴＦＴの上下の少なくとも片側に遮光膜を配置し、また、ＴＦＴ基板の透明電極の下に熱重合で形成した波長３００ｎｍ以上の光を吸収しない透明なアクリル樹脂を用いて平坦化膜が形成されことによって次に効果が得られる。 （１）プロジェクタ等の強力な光源のフィルターから漏れた３００ｎｍ以上の波長の紫外光線によっても、平坦化膜が変質したり、着色することはない。 また、平坦化膜は熱重合で形成されるために、平坦化膜中に３００ｎｍ以上の光を吸収する感光基も存在しない。 そのために、成膜後に従来技術のような高エネルギーの紫外線光を照射処理する必要もなく、平坦化膜が高エネルギーの紫外線光で損傷して気泡が発生することがない。 （２）光がＴＦＴへ入射して、画質を劣化させることがなく、さらに、複数の遮光膜を積層することにより生じた凹凸が平坦化膜で緩和され、液晶分子の配向異常が生じない。 これによりリバースツイスト、リバースチルトの発生が防止される。

次に本発明の実施の形態の液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。 図１は本発明の実施の形態の液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。

図１を参照すると、本発明の液晶表示装置は、アクティブ素子のＴＦＴが形成された基板（ＴＦＴ基板１という）と、各画素に共通する電極が形成された基板（対向基板２という）と、それらの基板の間に充填して形成された液晶層１１５とを備えて構成される。

ＴＦＴ基板１は、ガラス等の透明基板１００をベース基板として、この基板上に順次形成された下部遮光膜１０１、絶縁性の下地膜１０２、ポリシリコン膜１１９、ゲート絶縁膜１０５、ゲート電極１０６とを備えている。

ＴＦＴ基板１は、さらにゲート電極１０６を含むゲート絶縁膜１０５上に順次形成された第１層間絶縁膜１０７、配線金属膜１０８、第２層間絶縁膜１０９、上部遮光膜１１０、第３層間絶縁膜１１１とを備えている。 さらに第３層間絶縁膜１１１上には、第３層間絶縁膜１１１の表面を平坦化する絶縁膜（平坦化膜１１２という）、画素電極用の透明電極１１３と配向膜１１４が順次形成され、ＴＦＴ基板１が構成されている。

ポリシリコン膜１１９の一部には、ドレイン領域１０３、ソース領域１０４形成のための不純物注入がなされており、このポリシリコン膜１１９とゲート電極１０６との交差部がＴＦＴとなる。

一方、対向基板２は、ガラス等の透明基板１１８をベース基板として、この基板上に順次形成された共通電極用の透明電極１１７と配向膜１１６を備えて構成されている。

透明電極１１３および１１７の材料としてはＩＴＯ膜（Indium Tin Oxide膜）が使用され、スパッタリング法等によって形成される。

下部遮光膜１０１は、透明基板１００側から入射する光がＴＦＴに照射されるのを防止するものであり、その材料としては、Ｗ，ＷＳｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ等の高融点金属やそれらの金属の合金などの高温プロセスに耐え得る材料が使用される。 例えば下部遮光膜１０１としてＷＳｉを使用する場合には、スパッタリング法等により厚さ１００ｎｍ以上に形成される。

下地膜１０２は、透明基板１００や下部遮光膜１０１に由来する不純物によりポリシリコン膜１１９が汚染されるのを防止するものあり、その材料としてはＳｉＯ ₂が使用され、ＣＶＤ法等によって厚さ２００ｎｍ以上形成される。

ドレイン領域１０３、ソース領域１０４はポリシリコン膜に燐（Ｐ）（Ｎ型ＴＦＴの場合）またはホウ素（Ｂ）（Ｐ型ＴＦＴの場合）をイオン注入して形成される。 ポリシリコン膜は減圧ＣＶＤ法や、アモルファスシリコン膜を熱あるいはレーザーで溶解させ再結晶化することによって形成することができ、通常５０〜１００ｎｍの厚さに形成される。

ゲート絶縁膜１０５としてはＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜が使用され、ＣＶＤ法等によって厚さ５０ｎｍ以上に形成される。 ゲート電極１０６としてはＷＳｉ、ポリシリコン、Ａｌ等を使用することができる。 例えば、ＷＳｉを使用する場合には、スパッタリング法によって厚さ１００ｎｍ以上成膜し、パターニングされて形成される。

ポリシリコン膜１１９、ゲート絶縁膜１０５およびゲート金属膜１０６により、ＴＦＴまたは蓄積容量が決定される。

第１層間絶縁膜１０７、第２層間絶縁膜１０９、第３層間絶縁膜１１１の各層間絶縁膜は、ＳｉＯ ₂またはＳｉＮ等の絶縁膜で構成され、通常、ＣＶＤ法によって２００ｎｍ以上の厚さに形成される。

配線金属膜１０８は映像信号を画素に伝達する配線であり、その材料としてはＡｌやＡｌ合金が使用され、スパッタリング等によって成膜されてパターニングされる。 上部遮光膜１１０は、液晶層１１５側からＴＦＴに光が入射するのを防止し、スパッタリング法等によって形成されたＡｌやＣｒ等の金属膜が使用される。 例えば、Ａｌを使用した場合には、スパッタリング法によって厚さ２００ｎｍ以上成膜される。 なお、上部遮光膜１１０は省くことができる。

透明電極１１３は、液晶１１５の層に電圧を印加するためのものである。 図２において、ドライエッチング法によって平坦化膜１１２の表面から第２層間絶縁膜１０９、第３層間絶縁膜１１１を貫通して配線金属膜１０８の表面まで達するホールが形成されている。 このホールには透明電極１１３と同じ材料の導電膜が形成されている。 透明電極１１３は、ホールの導電膜と配線金属膜１０８を介してＴＦＴのドレイン領域１０３と接続している。 なお、透明電極１１３は、配線金属膜１０８を介せずに直接ドレイン領域１０３に接続されることがある。

配向膜１１４および配向膜１１６は、液晶分子を所与の方向に配向させるための膜であり、ポリイミド樹脂などの有機絶縁性樹脂が使用され、転写印刷法やスピンコート法によって形成され、通常１００ｎｍ程度の厚さに形成される。

平坦化膜１１２は第３層間膜１１１の表面に生じた凹凸を平坦化させるための膜である。 平坦化膜１１２の材料として、波長が３００ｎｍ以上の光を吸収しない透明樹脂が使用される。 この透明樹脂としてはアクリル樹脂が用いられ、第３層間膜１１１上にスピンコート法により塗布されて平坦化膜が形成される。 なお、平坦化膜１１２は厚さ２〜４μｍに形成される。

アクリル樹脂としては、下記の式（１）または（２）で表される繰り返し単位を有する重合体や式（３）で表されるアセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−３，４−エポキシトリシクロ［５．２．１．０ ^2,6 ］デシルアクリレートまたは式（４）で表されるポリ（アセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−２−エポキシノルボルニルアクリレート）の材料を使用して成膜される。

（ただし、上記式（１）において、Ｒ ¹は水素原子またはメチル基、Ｒ ²は橋かけ環式炭化水素基を有するアルキレン基、Ｒ ³は水素原子またはアルキル基を表わす。）

（ただし、上記式（２）において、Ｒ ¹ 、Ｒ ⁴ 、Ｒ ⁶は水素原子またはメチル基、Ｒ ²は橋かけ環式炭化水素基を有するアルキレン基、Ｒ ³は水素原子またはアルキル基を表わし、Ｒ ⁵はエポキシ基を有するアルキル基、Ｒ ⁷は水素原子またはアルキル基を表わし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１であり、重合体の重合平均分子量は５００〜５００，０００である。）

平坦化膜１１２は、上記式（１）〜（４）で表される材料と加熱により酸を発生する熱潜在性触媒とを有機溶媒に溶解した溶液を第３層間絶縁膜１１１上にスピンコート法等によって塗布し、熱重合することによって成膜される。 熱重合温度は１２０℃以上が適当であるが、より好ましい温度は１５０℃以上である。 有機溶媒としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレグリコールモノメチルエーテルアセテート等などがあげられるがこれらに限定されるものではない。

熱潜在性触媒としては、例えば、下記式（５）で表される２−オキソシクロヘキシルメチル（２−ノルボルニル）スルホニウムトリフレート、式（６）で表されるシクロヘキシルメチル（２−オキソシクロヘキシル）スルホニウムトリフレート等を使用できる。

熱潜在性触媒の添加量は、特に限定されないが、通常、樹脂１００重量部に対して０．５〜５重量部が適当である。

本発明では、ＴＦＴ基板のＴＦＴの上下の少なくとも片側に遮光膜を配置し、また、ＴＦＴ基板の透明電極の下に熱重合で形成した波長３００ｎｍ以上の光を吸収しない透明なアクリル樹脂を用いて平坦化膜が形成される。 本発明では、この構造によりプロジェクタ等の強力な光源のフィルターから漏れた３００ｎｍ以上の波長の紫外光線によっても、平坦化膜が変質したり、着色することはない。 また、平坦化膜は熱重合で形成されるために、平坦化膜中に３００ｎｍ以上の光を吸収する感光基も存在しない。 そのために、成膜後に従来技術のような高エネルギーの紫外線光を照射処理する必要もなく、平坦化膜が高エネルギーの紫外線光で損傷して気泡が発生することがない。

また、本発明では、光がＴＦＴへ入射して、画質を劣化させることがく、さらに、複数の遮光膜を積層することにより生じた凹凸が平坦化膜で緩和され、液晶分子の配向異常が生じない。 これによりリバースツイスト、リバースチルト等の問題が起こりにくい。

以下、実施例について本発明をさらに具体的に説明する。

（実施例１）図２と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（１）で表される材料として下記式（７）で表される材料を使用し、これと上記式（５）で表される熱潜在性触媒の２−オキソシクロヘキシルメチル（２−ノルボルニル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。

ＴＦＴの上下に遮光膜を配置したので、光がＴＦＴへ入射して、画質を劣化させることがなかった。 さらに、複数の遮光膜を積層することにより生じた凹凸が平坦化膜で緩和され、液晶分子の配向異常が生じなかった。 これによりリバースツイスト、リバースチルト等の問題が起こりにくかった。 また、波長が３００ｎｍ以上の紫外光を吸収しないアクリル樹脂を用いて平坦化膜を作製したので、プロジェクタ等の強力な光が照射される環境下でも、平坦化膜に変質、着色、気泡等が発生することがなかった。 （実施例２）実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、実施例１の式（７）で表される材料と上記式（６）で表される熱潜在性触媒のシクロヘキシルメチル（２−オキソシクロヘキシル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

（実施例３）実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（２）で表される材料として下記式（８）で表される材料を使用し、これと上記式（５）で表される熱潜在性触媒の２−オキソシクロヘキシルメチル（２−ノルボルニル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

（実施例４）実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、実施例３の式（８）で表される材料と上記式（６）で表される熱潜在性触媒のシクロヘキシルメチル（２−オキソシクロヘキシル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

（実施例５）実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（３）で表されるアセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−３，４−エポキシトリシクロ［５．１．２．０ ^2,6 ］デシルアクリレートと上記式（５）で表される熱潜在性触媒の２−オキソシクロヘキシルメチル（２−ノルボルニル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

(実施例６)実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（３）で表されるアセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−３，４−エポキシトリシクロ［５．２．１．０ ^2,6 ］デシルアクリレートと上記式（６）で表される熱潜在性触媒のシクロヘキシルメチル（２−オキソシクロヘキシル）スルホニウムトリフレートとを酢酸ブチルに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

（実施例７）実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（４）で表されるポリ（アセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−２−エポキシノルボルニルアクリレート）と上記式（５）で表される熱潜在性触媒の２−オキソシクロヘキシルメチル（２−ノルボルニル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

(実施例８)実施例１と同様の液晶表示装置を作製した。 ただし、ＴＦＴ基板の平坦化膜としては、上記の式（４）で表されるポリ（アセトキシテトラシクロ［４．４．０．１ ^2,5 ．１ ^7,10 ］ドデシルアクリレート−２−エポキシノルボルニルアクリレート）と上記式（６）で表される熱潜在性触媒のシクロヘキシルメチル（２−オキソシクロヘキシル）スルホニウムトリフレートとをプロピレグリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解してなる溶液を調製した。 この溶液を第１の基板上の第３層間膜表面に回転・塗布し、１５０℃以上で熱重合させてアクリル樹脂からなる透明な厚さ約３μｍの平坦化膜を形成した。 本実施例においても、実施例１と同様の効果が認められた。

本発明の実施の形態の液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。

従来の液晶表示装置のＴＦＴ部分の断面図である。

符号の説明

１，３ ＴＦＴ基板２，４ 対向基板１００，１１８，６００，６１８ 透明基板１０１，６０１ 下部遮光膜１０２，６０２ 下地膜１０３，６０３ ドレイン領域１０４，６０４ ソース領域１０５，６０５ ゲート絶縁膜１０６，６０６ ゲート電極１０７，６０７ 第１層間絶縁膜１０８，６０８ 配線金属膜１０９，６０９ 第２層間絶縁膜１１０，６１０ 上部遮光膜１１１，６１１ 第３層間絶縁膜１１２ 平坦化膜１１３，１１７，６１３，６１７ 透明電極１１４，１１６，６１４，６１６ 配向膜１１５，６１５ 液晶層１１９，６１９ ポリシリコン膜