CN100380211C - 半透射型液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于在将源极布线和反射像素电极设置于同一层上的半透射型液晶显示装置中，提供一种即使在保持源极布线和反射像素电极两者之间的间隔的情况下形成，反射对比度也不会降低的半透射型液晶显示装置。在反射像素电极(65)与源极布线(63)之间的间隔(L)处的、重叠于第一辅助电容电极(23)的位置上，形成用于防止反射对比度降低的、防止对比度降低的电极(95)。

Description

半透射型液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种作为OA设备等图像、文字信息的显示装置而使用的主动矩阵方式的液晶显示装置，特别是涉及一种具有使光透射到像素区域上的透射区域和反射周围光的反射像素电极的半透射型液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
在以往一般的半透射型液晶显示装置中使用的TFT(薄膜晶体管)阵列基板的各像素上，设置有用于使设置于显示面的背面上的背光透射的透射区域、和用于使入射到液晶层的周围光反射的反射区域。
在这样的半透射型液晶显示装置用TFT基板中，公开了下述构造和制造方法，其是将构成反射区域的反射像素电极、具有源极的源极布线、以及漏极形成在同一层上，从而使制造工序简化。
在以往的半透射型液晶显示装置中，在将源极布线和反射像素电极设置于同一层上的情况下，为了防止由于两者的短路产生的损失，必须在保持源极布线和反射像素电极之间的间隔的情况下形成。在该间隔的最下层上形成有辅助电容电极和辅助电容布线。因此，辅助电容电极和辅助电容布线与设置于和TFT阵列基板对置的对置基板上的对置电极对置。
但是，在上述TFT阵列基板的构造中，由于辅助电容电极和辅助电容布线与对置电极处在同一电位上，所以在存在于该保持的间隔中的液晶层上不会作用电场。因此，由于不能利用电场抑制从显示面入射并由源极布线和反射像素电极之间的辅助电容电极和辅助电容布线反射的反射光，所以会产生反射对比度降低的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题做成的，其目的在于，在将源极布线和反射像素电极设置于同一层上的半透射型液晶显示装置中，提供一种即使在保持着源极布线和反射像素电极两者的间隔形成的情况下，反射对比度也不会降低的半透射型液晶显示装置。
本发明的半透射型液晶显示装置，其特征在于，备有TFT阵列基板和对置基板，其中所述TFT阵列基板备有：多条栅极布线及辅助电容布线，它们由形成在绝缘性基板上的第1导电膜构成，其中所述多条栅极布线备有栅极，所述辅助电容布线备有辅助电容电极；多条源极布线及漏极，它们由经由第1绝缘膜形成在前述第1导电膜上并且与前述栅极布线交叉的第2导电膜构成，其中所述多条源极布线备有源极；反射像素电极，其从前述漏极延伸地形成，形成反射区域；透射像素电极，其经由第2绝缘膜形成在前述第2导电膜上，形成透射区域；所述对置基板与前述TFT阵列基板对置地配置，具有对置电极；前述源极布线和前述反射像素电极保持规定间隔地配置，在前述第2绝缘膜上的前述间隔处备有防止对比度降低的电极。
根据本发明中的半透射型液晶显示装置的构成，在源极布线和反射像素电极之间的间隔处设置有防止对比度降低的电极，所以在防止对比度降低的电极和对置电极之间的液晶层上外加电场，来自辅助电容电极的反射光不从显示面射出，能够得到反射对比度高的良好的显示特性。
附图说明
图1是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的像素的俯视图。
图2是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的剖视图。
图3(包括图3A、图3B、图3C、图3D)是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的制造工艺流程的剖视图。
图4(包括图4A、图4B、图4C、图4D)是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的制造工艺流程的俯视图。
图5是表示构成以往的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板和对置基板的剖视图。
图6是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板和对置基板的剖视图。
图7是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的像素的俯视图。
图8是表示构成本发明实施方式1中的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板的像素的俯视图。
具体实施方式
以下基于附图对关于构成本发明的半透射型液晶显示装置的TFT阵列基板和TFT阵列基板的制造方法的实施方式进行说明。各图中相同附图标记作为相同或者实质上相同的构成而省略说明。
实施方式1
图1是表示本发明TFT阵列基板的概略构成的俯视图，图2是从在图1中示出的TFT阵列基板的箭头方向A-A线(源极布线部和反射区域：S)、箭头方向B-B线(透射区域：T)、箭头方向C-C线(TFT部)观察所得的剖视图，图3是用于对本发明TFT阵列基板的制造方法进行说明的剖视图，图4是用于对本发明TFT阵列基板的制造方法进行说明的俯视图。
在图1中，设置于TFT阵列基板10上的各像素由使光透射的透射区域T和使入射到液晶层上的周围光反射的反射区域S构成。
在图1、图2中，在玻璃基板等透明绝缘性基板1上形成有备有由第1导电膜形成的栅极21的栅极布线22，和为了防止从背光中漏光并为了保持一定时间电压而备有第1辅助电容电极23和第2辅助电容电极25的辅助电容布线24，在其上层上设置有第1绝缘膜3。在栅极21上，经由第1绝缘膜(栅绝缘膜)3，形成有半导体层即半导体能动膜4和电阻接触膜5。该电阻接触膜5被除去中央部而分割成两个区域，在一个区域上层叠有由第2导电膜形成的源极61，在另一个上层叠有同样由第2导电膜构成漏极62。由这些半导体能动膜4、源极61和漏极62构成开关元件即TFT64。
又，从源极61延伸的源极布线63设置成经由第1绝缘膜3而与栅极布线22交叉。又，为使耐电压提高，在该交叉部和源极布线63上残存有半导体能动膜4和电阻接触膜5。
反射区域S由从漏极62延伸的反射像素电极65形成。即，反射像素电极65用第2导电膜形成，因此，作为第2导电膜使用具有至少在其表面层上具有反射率高的金属膜的薄膜。又，为防止由于反射像素电极65和源极布线63间的短路产生的损失，从源极布线63保持规定间隔L(优选地为5μm～10μm左右)地配置反射像素电极65。
以覆盖上述构成要素的方式设置第2绝缘膜7，除去反射像素电极65上的第2绝缘膜7的一部分，形成接触孔81。在其上层上形成有由透射率高的导电膜(以下称为透明导电膜)构成的透射像素电极91，形成透射区域T。透射像素电极91经由接触孔81与反射像素电极65电连接，进而经由反射像素电极65与漏极62电连接。又，在反射像素电极65和源极布线63之间的间隔L处，经由第2绝缘膜7而用透明导电膜配置有防止对比度降低的电极95。本实施方式中，防止对比度降低的电极95沿着源极布线63而与源极布线63大致平行地形成。
接着，对本实施方式1中的半透射型液晶显示装置的制造工序，用图3和图4进行说明。
首先，如图3(A)和图4(A)所示，洗净玻璃基板等透明绝缘性基板1使表面净化后，在该透明绝缘性基板1上利用溅射法等形成第1导电膜来进行图案化。作为第1导电膜，使用由将例如铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、钛(Ti)、或铝(Al)作为主要成分的合金等构成的薄膜。在本实施方式中作为第1导电膜形成膜厚为400nm的铬膜。
另外，在第1导电膜上，要在后述工序中利用干蚀刻形成接触孔81，并在接触孔81内形成用于实现电连接的导电性薄膜(透明导电膜)，所以优选地使用不易产生表面氧化的金属薄膜或即使氧化了也具有导电性的金属薄膜作为第1导电膜。又，在作为第1导电膜使用Al类材料的情况下，为了防止由表面氧化导致的导电性劣化，可以在表面上形成氮化铝膜或者形成Cr、Mo、Ta、Ti等的膜。
接着，在第一照相制版工序中将1导电薄膜图案化，形成栅极21、栅极布线22、第1辅助电容电极23和辅助电容布线24、第2辅助电容电极25。第1辅助电容电极23形成在反射区域S的大致整个面上，第2辅助电容电极25沿着后述源极布线63形成。在照相制版工序中，洗净基板后，涂敷光致抗蚀剂并使其干燥，之后通过形成有规定图案的掩模曝光，并显影，由此在基板上形成转印有掩模图案的抗蚀剂，使光致抗蚀剂加热固化后进行第1导电膜的蚀刻，之后剥离光致抗蚀剂。
另外，第1导电膜的蚀刻，可以使用公知的浸蚀剂用湿蚀刻法来进行。例如，在第1导电膜用铬构成的情况下，使用混合有硝酸铈铵和硝酸的水溶液。又，在第1导电膜的蚀刻中，为了使图案边缘的阶梯部处的绝缘膜的覆盖范围提高从而防止与其他布线在阶梯部发生短路，优选地进行锥形蚀刻，使得图案边缘截面成为梯形的锥形形状。
接着，如图3(b)和图4(b)所示，利用等离子体CVD法等连续形成第1绝缘膜3、半导体能动膜4、电阻接触膜5，并进行图案化。作为成为栅绝缘膜的第1绝缘膜3，使用SiNx膜、SiOy膜、SiOzNw膜中的任一种的单层膜或者将其层叠而成的多层膜(另外，x、y、z、w分别是表示化学量组成的正数)。第1绝缘膜3的膜厚，在薄的情况下，在栅极布线22和源极布线63的交叉部上容易发生短路，在厚的情况下，TFT的接通电流变小而使显示特性降低，所以优选地形成为在比第1导电膜厚的情况下尽量薄。又，为防止由于气孔等的发生而产生的层间短路，第1绝缘膜3优选地分多次成膜。在本实施方式中，在形成膜厚为300nm的SiN膜后，再形成膜厚为100nm的SiN膜，由此来形成作为第1绝缘膜3的膜厚为400nm的SiN膜。
作为半导体能动膜4使用非晶硅(a-Si)膜、多晶硅(p-Si)膜等。半导体能动膜4的膜厚，在薄的情况下，会在后述电阻接触膜5的干蚀刻时发生膜的消失，在厚的情况下，TFT的接通电流变小，所以考虑电阻接触膜5的干蚀刻时的蚀刻量的控制性和必要的TFT接通电流值来选择。在本实施方式1中，作为半导体能动膜4形成膜厚为150nm的a-Si膜。
作为电阻接触膜5，使用在a-Si中掺杂有微量磷(P)的n型a-Si膜或者n型p-Si膜。在本实施方式中，作为电阻接触膜5形成膜厚为30nm的n型a-Si膜。
接着，在第二照相制版工序中将半导体能动膜4和电阻接触膜5图案化，使其至少残存在形成有TFT部的部分上。另外，由于半导体能动膜4和电阻接触膜5除在形成有TFT部的部分外，还残存在栅极布线22与源极布线63交叉的部分以及形成源极布线63的部分上，所以能够增大耐电压。另外，半导体能动膜4和电阻接触膜5的蚀刻可以使用公知的气体组成(例如，SF6和O2的混合气体或者CF4和O2的混合气体)用干蚀刻法进行。
接着，如图3(c)和图4(c)所示，利用溅射法等形成第2导电膜并进行图案化。作为第2导电膜，例如使用将铬、钼、钽、钛、或者以这些为主要成分的合金作为第1层6a，将铝、银(Ag)或者以这些为主要成分的合金作为第2层6b的薄膜。第1层6a在电阻接触层5和第1绝缘层3上与其直接接触地成膜，第2层6b重叠在该第1层6a上与其直接接触地成膜。由于第2导电膜用作源极布线63和反射像素电极65，所以其构成需要考虑布线电阻和表面层的反射特性。在本实施方式中，作为第2导电膜的第1层6a形成膜厚为100nm的铬膜，作为其第2层6b形成膜厚为300nm的AlCu膜。
接着，在第三照相制版工序中将第2导电膜图案化，形成具有源极61的源极布线63、具有漏极62的反射像素电极65。由于漏极62和反射像素电极65在同一层上连续形成，所以漏极62和反射像素电极65在同一层内电连接。第2导电膜的蚀刻能够使用公知的浸蚀剂用湿蚀刻法来进行。
接着，蚀刻除去TFT部的电阻接触膜5的中央部，使半导体能动膜4露出。电阻接触膜5的蚀刻能够使用公知的气体组成(例如，SF6和O2的混合气体或者CF4和O2的混合气体)用干蚀刻法来进行。
又，除去形成接触孔81的部分的、用AlCu形成的第2层6b，形成接触区域66。在第三照相制版工序时，可以如下形成，即、采用网目曝光(halftone exposure)等方法曝光以使得除去部分的光致抗蚀剂厚度变薄，进行电阻接触膜5的干蚀刻，之后使用氧化等离子体等进行抗蚀剂的减膜处理，由此来仅除去除去部的抗蚀剂，进行AlCu的湿蚀刻。由此，与透明导电膜接触的第2导电膜的表面为第1层6a即铬，可实现具有良好的导电率的接触。
在此，对网目曝光的过程进行说明。在网目曝光中，经由网目铜版的掩模、例如在掩模的铬图案上有浓淡的掩模来曝光，由此调整曝光强度来控制光致抗蚀剂的残存膜厚。之后，首先，对完全除去了光致抗蚀剂的部分的膜进行蚀刻。接着，使用氧化等离子体等对光致抗蚀剂进行减膜处理，来除去残存膜厚较小的部分的光致抗蚀剂。接着，在光致抗蚀剂的残存膜厚变小了的部分(光致抗蚀剂被除去了的部分)上进行膜的蚀刻。由此，利用1道照相平版工序能够完成相当于2道工序的量的图案化。
在第2导电膜的表面上形成有氮化铝合金(AlCuN)等的情况下，虽然反射率稍稍降低，但是可得到与后述透明导电膜91间的良好接触，所以能够省略形成前述接触区域66的工序。
接着，利用等离子体CVD法等形成第2绝缘膜7。作为第2绝缘膜7能够利用与第1绝缘膜3相同的材质形成，膜厚优选地考虑下层图案的覆盖范围而决定。在本实施方式中作为第2绝缘膜7形成膜厚为500nm的SiN膜。
接着在第四照相制版工序中，将第2绝缘膜7图案化，在反射像素电极65上形成接触孔81。第2绝缘膜7的蚀刻，能够利用使用公知的浸蚀剂的湿蚀刻法或使用公知的气体组成的干蚀刻法来进行。
接着，如图3(d)和图4(d)所示，利用溅射法等形成透明导电膜并进行图案化。作为透明导电膜可以使用ITO、SnO2等，从化学稳定性的观点特别优选地使用ITO。又，ITO可以是结晶ITO或者非晶ITO(a-ITO)中的任一种，但是在使用a-ITO的情况下，有必要在图案化后，加热到结晶温度180℃以上使其结晶。在本实施方式中，作为透明导电膜形成膜厚为80nm的a-ITO。
接着，在第五照相平版工序中将透明导电膜图案化，在透射区域T上形成透射像素电极91。考虑到图案化时的偏差等，在反射区域S和透射区域T间的边界部处，以经由第2绝缘膜7与反射像素电极65部分重叠的方式透射像素电极91。在边界部以外的反射区域S上不形成透明导电膜，防止反射率降低。又，为了防止透明导电膜和第1绝缘膜3及第2绝缘膜7间的电压的减少，可使透明像素电极91和反射像素电极65的电压大致在同一电位上。又，与反射像素电极65和透明像素电极91的连接部相应的接触孔81的侧壁部由透明导电膜包覆。
在本实施方式中，在反射像素电极65和源极布线63之间的间隔L处，经由第2绝缘膜7，用透明导电膜形成有用于防止反射对比度降低的、防止对比度降低的电极95。防止对比度降低的电极95沿着源极布线63，大致平行于源极布线63地形成在与第1辅助电容电极23重叠的位置上。又，如图1所示，防止对比度降低的电极95至少形成于从与前述源极布线对置地形成的前述反射像素电极的端部、到与对置基板(后述)的配置黑色矩阵的边界R相对应的位置之间，所述对置基板与TFT阵列基板对置地配置。防止对比度降低的电极95也可以经由第1绝缘膜3和第2绝缘膜7形成在与反射像素基板65的一部分重叠的位置上。另外，由于防止对比度降低的电极95从透射像素电极91延伸地形成，所以能够使制造工序简化。
如这样形成的TFT阵列基板10在之后的单元化工序中涂上定向膜，在一定方向上实施摩擦处理。同样地，与TFT阵列基板对置的对置基板(图中未示出)，在其他的透明绝缘性基板上备有包围像素区域的黑色矩阵，在该被包围的区域上形成滤色器。在滤色器的上层上堆叠保护膜、对置透明电极等，涂敷定向膜并实施摩擦处理。该TFT阵列基板10和对置基板经由间隔件重合以使彼此的定向膜相向，用密封材料粘接基板周边部，将液晶密封于两基板间。在如这样形成的液晶单元的两面上粘贴偏光板后，在背面上安装背光单元，由此完成半透射型液晶显示装置。
另外，在对置基板上的与TFT阵列基板上的反射区域S对置的部分上，形成透明有机膜，使得反射区域S的液晶层的厚度比透射区域T薄，由此能够容易地使反射和透射的电光学特性配合。
图5是以往的TFT阵列基板的剖视图和与该TFT阵列基板对置的对置基板的剖视图，图6是在图1中示出的TFT阵列基板从箭头A-A线观察时的剖视图和与该TFT阵列基板对置的对置基板的剖视图。
用图5、图6对本发明的动作进行说明。图5、图6中与TFT阵列基板100对置配置的对置基板110，在对置用透明绝缘性基板101上形成有用于遮光的黑色矩阵120、滤色器121、覆盖涂层130、对置透明电极195。
如图5所示，对于以往的半透射型液晶显示装置，若在采用一般的常时亮态模式(在没有外加电场的时候显示为白色的模式)时外加电场，则在源极布线63和反射像素电极65之间设置的间隔L处形成的辅助电容电极23、和对置的对置电极基板110上的对置电极195大致在同一电位上，在该部分的液晶层100上没有电场作用，从而一直为白色显示状态。
因此，如图中D所示从显示面111(周围光入射面)进入的光，由辅助电容电极23反射并再次向显示面111出射，成为反射对比度降低的原因。在本发明中，如图6所示，在源极布线63与反射像素电极65之间的间隔L处，至少从与前述源极布线时置地形成的前述反射像素电极的端部、到与对置基板的配置黑色矩阵的边界R相对应的位置之间，经由第1绝缘膜3和第2绝缘膜7设置有防止对比度降低的电极95，由此在防止对比度降低的电极95和对置电极195之间的液晶层100上外加电场，所以来自间隔L的辅助电容电极23的反射光不向显示面111射出，能够得到反射对比度高的良好的显示特性。
如以上所述，本发明中的半透射型液晶显示装置，由于在源极布线63和反射像素电极65之间的间隔L处设置有防止对比度降低的电极95，所以在防止对比度降低的电极95和对置电极195之间的液晶层100上外加电场，来自于设置在上述间隔L处的辅助电容电极23的反射光不向显示面111射出，能够得到反射对比度高的良好的显示特性。
又，防止对比度降低的电极95只要是与透射像素电极91电连接而在其与对置电极195之间外加电场的构成即可，也可以用与透射像素电极91不同的工序或者用不同的材料形成。如本实施方式这样，通过从透射像素电极91延伸地形成，能够不增加制造工序地形成。
图7是表示本实施方式的变形图的图。如图7的俯视图所示，本变形例的反射像素电极65经由第1绝缘膜3形成在与辅助电容电极23重叠的位置上。在间隔L处，经由第2绝缘膜7形成防止对比度降低的电极95。其余的构成与图1、2相同。
在本变形例中，反射像素电极65经由第1绝缘膜3形成在与辅助电容电极23重叠的位置上，在源极布线63和反射像素电极65之间的间隔L处设置有防止对比度降低的电极95，所以在防止对比度降低的电极95和对置电极之间的液晶层上外加电场，从而能够防止背光从间隔L向显示面射出，能够得到反射和透射对比度高的良好的显示特性，能够降低源极布线63和第1辅助电容电极23间的电容，可使消耗的电减少。
图8是表示本实施方式的其他的变形例的图。如图8的俯视图所示，本变形例的辅助电容电极23延伸形成到源极布线63的下部。在间隔L处，经由第2绝缘膜7形成防止对比度降低的电极95。其余的构成与图1、2相同。
本变形例中，辅助电容电极23延伸形成到源极布线63的下部，在源极布线63和反射像素电极65之间的间隔L处设置有防止对比度降低的电极95，由此在防止对比度降低的电极95和对置电极之间的液晶层上外加电场，所以背光不会从间隔L向显示面射出，能够得到反射和透射对比度高的良好的显示特性。另外，辅助电容电极23延伸形成到源极布线63的下部，并且使防止对比度降低的电极95延伸地形成，由此能够使配置黑色矩阵来包围像素区域的面积变小，因此能够提高像素开口率。

Claims (6)

1.一种半透射型液晶显示装置，其是将使背光透射到像素区域上的透射区域和使从外部入射的周围光反射的反射区域与驱动液晶的薄膜晶体管一起配置在绝缘性基板上而构成的，其特征在于，备有TFT阵列基板和对置基板，其中所述TFT阵列基板备有：
多条栅极布线及辅助电容布线，它们由形成在前述绝缘性基板上的第1导电膜构成，其中所述多条栅极布线备有栅极，所述辅助电容布线备有辅助电容电极；
多条源极布线及漏极，它们由经由第1绝缘膜形成在前述第1导电膜上并且与前述栅极布线交叉的第2导电膜构成，其中所述多条源极布线备有源极；
反射像素电极，其从前述漏极延伸地形成，形成前述反射区域；
透射像素电极，其经由第2绝缘膜形成在前述第2导电膜上，形成前述透射区域；
所述对置基板与前述TFT阵列基板对置地配置，具有对置电极；
前述源极布线和前述反射像素电极保持规定间隔地配置，在前述第2绝缘膜上的前述间隔处备有防止对比度降低的电极。
2.如权利要求1所述的半透射型液晶显示装置，其特征在于：前述防止对比度降低的电极至少形成在从与前述源极布线对置地形成的前述反射像素电极的端部、到与前述对置基板的配置黑色矩阵的边界相对应的位置之间。
3.如权利要求1所述的半透射型液晶显示装置，其特征在于：前述防止对比度降低的电极由与前述透射像素电极相同的材料形成。
4.如权利要求1所述的半透射型液晶显示装置，其特征在于：前述防止对比度降低的电极从前述透射像素电极延伸地形成。
5.一种半透射型液晶显示装置的制造方法，所述半透射型液晶显示装置是将使背光透射到像素区域上的透射区域和使从外部入射的周围光反射的反射区域与驱动液晶的薄膜晶体管一起配置在绝缘性基板上而构成的，其特征在于，包括：
在前述绝缘性基板上形成由第1导电膜构成的多条栅极布线及辅助电容布线的工序，其中所述多条栅极布线备有栅极，所述辅助电容布线备有辅助电容电极；
在前述第1导电膜上，经由第1绝缘膜形成由与前述栅极布线交叉的第2导电膜构成的多条源极布线和漏极，并从前述漏极延伸地在前述反射区域上形成反射像素电极的工序，其中所述多条源极布线备有源极；
在前述第2导电膜上，经由第2绝缘膜在前述透射区域上形成透射像素电极的工序；
还包括下述工序，即前述源极布线和前述反射像素电极保持规定间隔地配置，在前述第2绝缘膜上的前述间隔处形成防止对比度降低的电极的工序。
6.如权利要求5所述的半透射型液晶显示装置的制造方法，其特征在于：前述形成防止对比度降低的电极的工序与形成透射像素电极的工序是同一工序。
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