CN101089710B - 半透过型液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于得到一种可防止显示特性的退化的半透过型液晶显示装置。本发明的半透过型液晶显示装置是一种由TFT阵列基板和具有对置电极(28)的对置基板夹持液晶层(29)的显示装置。TFT阵列基板具备:栅极布线(2)、源极布线(10)和TFT。还具有:覆盖栅极布线(2)、源极布线(10)和TFT并至少在一部分上具有凹凸形状(16)的第1层间绝缘膜(15)。还在第1层间绝缘膜(15)的凹凸形状(16)上具备:反射膜(17)和以覆盖反射膜(17)的方式形成的第2层间绝缘膜(19),第2层间绝缘膜(19)与第1层间绝缘膜(15)的材料相同。而且,设置有像素电极(23),该像素电极(23)形成在第2层间绝缘膜(19)的配置有反射膜(17)的区域上,并与TFT进行电连接。
Description
技术领域
本发明涉及具有反射膜的半透过型液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置具有薄型且低功耗这样的特长,被广泛地应用于个人计算机(personal computer)等OA设备、电子笔记本和移动电话等便携式信息设备、或者配备了液晶显示监视器(monitor)的照相机(camera)及其它的电气产品等之中。
装载于现有的液晶显示装置上的液晶显示面板与CRT(阴极射线(cathode-ray)管)或EL(电致发光(electroluminescence))显示不同,自身并不发光。因此,一直主要采用将称之为背光源(backlight)的由荧光管构成的照明装置设置在其背面或侧面并用液晶显示面板(panel)来控制该背光源的光透过量以进行图像显示的所谓透过型的液晶显示装置。
然而,在这样的透过型液晶显示面板中,由于通常背光源占全部功耗之中的50%以上,所以就成为使功耗增大的原因。
另外,透过型液晶显示面板在背景光非常明亮的室外环境下,与背景光相比,背光源光看上去较暗,难以识别显示图像。
从以上所述可知,在室外或始终携带来使用的机会较多的便携式信息设备中,一直采用反射型的液晶显示装置。这是一种将反射片设置于液晶显示面板的图像显示部以替代背光源光并通过使背景光在该反射片表面上反射以进行显示的液晶显示装置。这样的结构例如在专利文献1的图1、图2中予以公开。
然而,利用背景光的反射光的反射型液晶显示装置与上述透过型液晶显示装置相反,在背景光暗淡的情况下,有可视性极差的缺点。
为了解决以上那样的透过型以及反射型液晶显示装置的问题,采用了以一块液晶显示面板来实现透过型显示和反射型显示双方这样的半透过型液晶显示装置。这形成了使光透过像素部分的由ITO膜等构成的透过电极和使光反射的由A1膜等构成的反射电极这两种像素电 极。于是,进行在使背光源光的一部分透过的同时还使背景光的一部分反射那样的显示。这样的结构例如在专利文献2的图1、图2中予以公开。
在一个图像显示区域具有由透过光和反射光产生的图像显示功能的液晶显示面板的情况下,有显示品质降低的问题。这起因于利用从图像显示面的背面的背光源光透过液晶面板的光、以及从图像显示面入射并在光反射部反射来的光以进行显示的情况。由此,即使对液晶层施加相同的电压,在夹持液晶而相对的对置电极与透过电极之间、以及在对置电极与反射电极之间,图像的亮度或对比度(contrast)也有显著的差异。透过光与反射光的光程长度的不同是其原因之一。作为解决这一问题的方法,在上述专利文献2中,在透过电极部和反射电极部,改变了相对的电极间的距离(盒隙(cell gap)长度)。具体地说,在反射电极的下层形成有机树脂膜,设置与透过电极的台阶差(Δ隙(gap))。通过调整该台阶差的高度,使反射光与透过光的光程差最佳化而得到恰当的显示特性。这样,公开了通过改变电极间的液晶层的厚度而使两者的光程长度大体一致的方法。
[专利文献1]特开平6-175126号公报
[专利文献2]特开平11-101992号公报
然而,如上所述,即使在透过电极部与反射电极部使光程长度一致的结构中,也难以使显示品质最佳。此外,往往发生以前的图像形成残像而使显示品质降低的称之为所谓图像残留的现象。
在半透过型液晶显示装置中的TFT阵列(array)基板的像素电极处,混合存在反射电极和透过电极。另外,与TFT阵列基板相对配置的对置基板的对置电极用透过电极形成。在此处,反射电极例如是A1,透过电极和对置电极例如是ITO。因此,在夹有液晶的ITO-ITO电极和ITO-A1电极处,由于出现因局部电池效应造成的电位差异,所以显示特性退化。
这样,据认为,夹持液晶层而相对的对置电极和透过电极及反射电极因所用材料的差异造成的电位值的差异是图像残留的主要原因。因此,本发明人采用图8的盒(cell)试样测定了该电位值的差异。在像素电极23与对置电极28之间通过液晶取向膜30夹持液晶层29而制成盒试样。在此处,对置电极28采用了一般使用的透过性导电材料即 ITO膜。而且,另一电极即像素电极23采用了一般使用的数种导电材料作为半透过型液晶显示装置的像素电极23。像素电极23采用了金属材料即A1、Ag、Cr、Mo、Ti和Ta、以及与对置电极28相同的ITO。而且,对各种像素电极23的每一种材料测定了在像素电极23与对置电极28之间作为电池效应而出现的电位差。再有,电位差被作为使对置电极28侧接地即=0V时的失调(offset)电位值而进行了测定。
表1表示由本发明人测得的电极间的失调电位值的结果。失调电位值示出了使对置电极28为0V时像素电极23与对置电极28的电位差。另外,表中还示出了各种像素电极23的材料的波长550nm处的反射率。
「表1」
像素电极23的材料 | 电极失调电位 (V) | 波长550nm处的 反射率(%) |
A1(反射电极) | -1.0~-0.8 | 83~93 |
Ag(反射电极) | -0.1~0.0 | 86~96 |
Cr(反射电极) | -0.1~0.0 | 50~60 |
Mo(反射电极) | 0.0~+1.0 | 50~60 |
Ti(反射电极) | -0.2~-0.1 | 45~55 |
Ta(反射电极) | -0.5~-0.3 | 50~60 |
ITO(透过电极) | 0.0 |
参照表1,在像素电极23采用了作为反射电极的Al膜的情况下,电极间的失调电位值的绝对值最大。由此可知,在ITO膜与Al膜之间产生最大的电位值差。也就是说,在半透过型液晶显示装置中,采用了ITO膜作为对置电极28、ITO膜作为像素电极23的透过电极、Al膜作为像素电极23的反射电极的结构其显示特性发生退化。此时,即使对一个像素显示区的像素电极23施加相同的电位信号,在透过电极部和反射电极部,施加于液晶层上的电压约有1V差异。因此,对于透过电极部的透过光和反射电极部的反射光,光特性的变化不同,招致显示品质的降低。
为了减小两电极间的电位差,可采用失调电位值接近于ITO膜的 Cr、Mo、Ti、Ta膜等作为反射电极材料。但是,如表1所示,这些材料与Al膜相比,光的反射率小。因此,存在背景光的反射效率低,得不到明亮的显示特性的问题。
在采用Ag膜作为反射膜材料的情况下,由于失调电位值接近于ITO膜,所以针对显示品质降低所采取的措施是有效的。但是,由于Ag膜在制造(process)工序间的大气中放置及水清洗,表面发生了氧化。从而,反射特性有很大变化,容易使反射率降低及色特性发生变化。因此,例如在上述专利文献2所示的反射电极部被形成于基板的最上层面的结构的情况下,存在难以进行用于维持Ag膜所具有的优越的反射特性的制造工序管理的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的,其目的在于,得到一种可防止显示特性的退化的半透过型液晶显示装置。
本发明的半透过型液晶显示装置具有:第1基板、与上述第1基板相对配置并具有对置电极的第2基板、以及被上述第1基板和上述第2基板夹持的液晶,在像素内设有光反射部和光透过部,其中,上述第1基板具有:多条栅极布线、与上述栅极布线交叉的多条源极布线、以及开关元件,该半透过型液晶显示装置还具备:第1层间绝缘膜,覆盖上述栅极布线、上述源极布线和上述开关元件,至少在一部分上具有凹凸形状;反射膜,设置在上述第1层间绝缘膜的凹凸形状上;第2层间绝缘膜,以覆盖上述反射膜的方式形成,第2层间绝缘膜 (19)与第1层间绝缘膜(15)的材料相同;以及透明像素电极,在上述第2层间绝缘膜的配置有上述反射膜的区域上形成,经接触孔与上述开关元件电连接,上述透明像素电极从配置有上述反射膜的区域露出而形成,上述透明像素电极从配置有上述反射膜的区域露出的部分成为光透过部。
通过本发明就可得到能够防止显示特性的退化的半透过型液晶显示装置。
附图说明
图1是表示实施方式1的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的俯视图。
图2是表示实施方式1的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的剖面图。
图3是表示实施方式1的半透过型液晶显示面板的剖面图。
图4是表示实施方式1的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的制造工序的剖面图。
图5是表示实施方式1的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的另一例的剖面图。
图6是表示实施方式2的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的俯视图。
图7是表示实施方式2的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的剖面图。
图8是表示测定在夹持液晶层而相对的电极间所产生的失调(offset)电位的盒试样的图。
具体实施方式
实施方式1
用图1~4说明本实施方式的半透过型液晶显示装置的结构和制造工序。图1是表示本实施方式的半透过型液晶显示装置的作为第1基板的TFT阵列基板的像素结构的俯视图。图2是表示图1的A-A剖面加上栅极端子部和源极端子部的结构的剖面图。
在图中,1为透明绝缘性基板,2为栅极布线,3为栅电极,4为保持电容电极,5为栅极端子,6为栅绝缘膜,7为半导体膜,8为欧姆接触(ohmic contact)膜,9为源电极,10为源极布线,11为源极端子,12为漏(drain)电极,13为TFT沟道(channel)部,14为保护绝缘膜,15为第1层间绝缘膜,16为凹凸形状,17为反射膜,18为遮光膜,19为第2层间绝缘膜,20为第1接触孔,21为第2接触孔,22为第3接触孔,23为像素电极,24为栅极端子焊盘(pad),25为源极端子焊盘,26为透明绝缘性基板,27为滤色层,28为对置电极,29为液晶层,31为盒隙控制层。
在由玻璃等构成的透明绝缘性基板1上形成栅极布线(扫描信号布线)2、栅电极3、保持电容电极4和栅极端子5。栅极布线2有栅电极3,在栅极布线2的端部有栅极端子5。栅电极3构成成为开关元 件的TFT(薄膜晶体管(transistor))。保持电容电极4与栅极布线2平行地配置,并处于像素区域的中央附近。保持电容电极4构成用于将施加于像素电极23上的电压保持一定时间的保持电容。在TFT阵列基板上配置有供给来自外部的各种信号的驱动器(driver)IC。而且,设置在驱动器IC上的焊盘与栅极端子5电连接。由此,通过栅极端子5将来自外部的图像扫描信号输入到栅极布线2。而且,栅极布线2将图像扫描信号传送给栅电极3。
而且,形成由透明性无机绝缘材料构成的栅绝缘膜6,使之覆盖栅极布线2、栅电极3、保持电容电极4和栅极端子5。半导体膜7隔着栅绝缘膜6在栅极布线2和栅电极3上形成,构成TFT。欧姆接触膜8在半导体膜7上形成。另外,除去栅电极3上的一部分的欧姆接触膜8。从而,欧姆接触膜8被配置在半导体膜7的两端。
源电极9从源极布线(显示信号布线)10延伸,构成TFT。另外,源电极9被设置在与保持电容电极4相反一侧的欧姆接触膜8上。源极端子11位于源极布线10的端部。另外,在TFT阵列基板上,配置有供给来自外部的各种信号的驱动器IC。而且,设置在驱动器IC上的焊盘与源极端子11电连接。由此,通过源极端子11将来自外部的图像信号输入到源极布线10。而且,源极布线10将图像信号传送给源电极9。在TFT阵列基板上平行地设置有多条源极布线10。同样也平行地设置多条栅极布线2。而且,以隔着栅绝缘膜6相互交叉的方式形成栅极布线2和源极布线10。再有,在栅极布线2与源极布线10的交叉点附近形成TFT。另外,由邻接的栅极布线2和源极布线10包围的区域成为像素,在TFT阵列基板上像素被排列成矩阵(matrix)状。
在保持电容电极4一侧的欧姆接触膜8上形成漏电极12,构成TFT。另外,漏电极12的至少一部分隔着栅绝缘膜6与下层的保持电容电极4重叠。由此,可在保持电容电极4与漏电极12之间蓄积电荷,形成保持电容。TFT的沟道部13是半导体膜7之中被源电极9与漏电极12夹持的区域。
保护绝缘膜14由透明性无机绝缘材料构成,以覆盖TFT、栅极布线2和源极布线10的方式形成。也就是说,在源电极9和漏电极12上形成保护绝缘膜14。第1层间绝缘膜15由透明性有机树脂材料构成,以覆盖保护绝缘膜14的方式形成。
另外,在第1层间绝缘膜15的一部分上,形成多个用于使反射光散射的凹凸形状16。在从各像素区内的栅极布线2附近至保持电容电极4之中除了TFT的区域形成凹凸形状16。由此,笫1层间绝缘膜15的表面变粗糙。
而且,反射膜17在第1层间绝缘膜15的凹凸形状16上形成。即,反射膜17被设置在与凹凸形状16大致相同的区域上,被形成为除了TFT外约占各像素区的一半。形成了反射膜17的区域成为光反射部。由此,从观察侧入射来的光被反射膜17反射,射出到观察侧。另外,遮光膜18在第1层间绝缘膜15的TFT部上形成。由此,可防止电荷对TFT所造成的影响,遮挡背景光向TFT的入射。反射膜17和遮光膜18用相同的材料形成。
第2层间绝缘膜19由透明性有机树脂材料构成,在覆盖反射膜17和遮光膜18的同时,使整个基板平坦化。也就是说,第2层间绝缘膜19在反射膜17上形成。从而,反射膜17在第1层间绝缘膜15的凹凸形状16的图形(pattern)上成膜,被第2层间绝缘膜19覆盖。因此,反射膜17不与漏电极12及后述的像素电极23连接,为电浮置(floating)状态。也就是说,不具有作为电极的功能。
像素电极23被设置在除了TFT的各像素区的大致整个区域。另外,在反射膜17上配置像素电极23。在像素电极23的下层形成反射膜17的区域是光反射部,在像素电极23的下层不形成反射膜17的区域是光透过部。具体地说,像素电极23的一部分从配置有反射膜17的区域露出而形成。而且,从配置有反射膜17的区域露出的像素电极23的部分成为光透过部。另外,像素电极23是由透明性导电材料构成的透明像素电极,给予液晶层以信号电位。
而且,在漏电极12上形成笫1接触孔(像素漏极接触孔)20。第1接触孔20以贯通保护绝缘膜14、第1层间绝缘膜15和第2层间绝缘膜19的方式形成。而且,像素电极23经第1接触孔20与下层的漏电极12连接。形成第1接触孔20的区域成为像素/漏极接触部。
而且,在栅极端子5上形成第2接触孔(栅极端子部接触孔)21。第2接触孔21以贯通栅绝缘膜6、保护绝缘膜14、第1层间绝缘膜15和第2层间绝缘膜19的方式形成。栅极端子焊盘24由透明性导电材料构成,经第2接触孔21与下层的栅极端子5连接。形成有第2接触 孔21的区域成为栅极端子部。
进而,在源极端子11上形成第3接触孔(源极端子部接触孔)22。第3接触孔22以贯通保护绝缘膜14、第1层间绝缘膜15和第2层间绝缘膜19的方式形成。源极端子焊盘25由透明性导电材料构成,经第3接触孔22与下层的源极端子11连接。形成有第3接触孔22的区域成为源极端子部。按照以上的结构,构成TFT阵列基板。
图3是表示包含图2的TFT阵列基板的半透过型液晶显示面板的剖面图。如图3所示,在上述的TFT阵列基板上配置作为第2基板的对置基板。对置基板与TFT阵列基板相对配置。在此处,对置基板具有透明绝缘性基板26、滤色层27、对置电极28和盒隙控制层31。滤色层27例如具有黑矩阵(black matrix)(BM)和红(H)、绿(G)、蓝(B)着色层。滤色层27在由玻璃(glass)等构成的透明绝缘性基板26的下表面的像素区上形成,进行彩色显示。对置电极28被配置在对置基板的液晶层29侧,对液晶层29给予用于供给信号电位的共用电位。盒隙控制层31在与光反射部相对的区域的对置电极28的上层形成。由此,与TFT阵列基板侧的光反射部相对的液晶层29的厚度为与光透过部相对的液晶层29的厚度的约1/2。最好预先设置这样的台阶差。由此,可使透过光与反射光的光程长度大体一致,由于透过光与反射光的相位差一致,所以不管反射模式(mode)也好透过模式也好,均能得到最佳的显示特性。而且,用密封(seal)材料使TFT阵列基板与对置基板相对地贴合,其间填入液晶层29并加以密封。
另外,在TFT阵列基板和对置基板的表面上,涂敷形成用于使液晶取向的液晶取向膜(未图示)。本实施方式的半透过型液晶显示面板用以上的方式构成。
在本实施方式的半透过型液晶显示面板上,由于要驱动由透过电极构成的像素电极23,所以在各个像素上配置作为开关元件的TFT。而且,TFT的栅电极3与栅极布线2连接,借助于从栅极端子5输入的信号来控制TFT的导通和关断。TFT的源电极9与源极布线10连接。如将电压施加在栅电极3上,则从源极布线10对与TFT的漏电极12连接的像素电极23施加显示电压。
由此,在像素电极23与对置电极28之间,产生与显示电压对应的电场。利用在基板间所产生的电场来驱动液晶。即,基板间的液晶 的取向方向发生变化,通过液晶层29的光的偏振状态也发生变化。另外,通过任意地控制施加于源电极9上的显示电压,可实际上改变施加于液晶上的电压(驱动电压)。施加于液晶上的电压由于可用源电极9控制,所以就液晶驱动状态而言,液晶的中间部分的透过率也可自由地设定。
进而,在TFT阵列基板和对置基板的外表面,设置偏振片和延迟片等。另外,在液晶显示面板的反观察侧,配置背光单元(backlightunit)等。偏振片吸收在一个方向上振动的光,仅使在另一方向上振动的光通过,得到线偏振光。所谓延迟片,主要是指产生λ/2或λ/4这样特定相位差的片材。它们分别被称为λ/2片、λ/4片。这样的延迟片供光学补偿之用,也供扩大视角之用。
在光透过部,从背光单元入射的光透过TFT阵列基板侧的偏振片,成为线偏振光,通过延迟片产生特定的相位差。进而,通过透明绝缘性基板1,入射到液晶层29上。在通过液晶层29后,光的偏振状态发生变化。其后,通过透明绝缘性基板26、延迟片和偏振片,成为线偏振光,向观察侧射出。
在光反射部,从观察侧入射的光通过对置基板侧的偏振片,成为线偏振光,通过延迟片,产生特定的相位差。进而,通过透明绝缘性基板26,入射到液晶层29。在通过液晶层29后,光的偏振状态发生变化。而且,入射到液晶层29的光被反射膜17反射。由此,再次通过液晶层29,光的偏振状态发生变化。其后,通过透明绝缘性基板26、延迟片和偏振片,成为线偏振光,向观察侧射出。
另外,随着偏振状态的不同,通过对置基板侧的偏振片的光量发生变化。即,在从背光单元透过液晶显示面板的透过光和从外部入射的光的反射光之中,通过观察侧的偏振片的光的光量发生变化。液晶的取向方向随所施加的显示电压而变化。从而,通过控制显示电压,可使通过观察侧的偏振片的光量发生变化。即,通过对每个像素改变显示电压,可显示所希望的图像。
以下,用图4详细地说明本实施方式的半透过型液晶显示装置的制造工序。图4是表示本实施方式的TFT阵列基板的制造工序的工序剖面图。
最初,形成栅极布线2、栅电极3、保持电容电极4和栅极端子5。 首先,用溅射(sputter)等方法在玻璃等透明绝缘性基板1上形成第1金属薄膜。在本实施方式中,采用Cr(铬(chromium))膜作为第1金属薄膜。而且,用采取了公知的Ar气(gas)的溅射(sputtering)法使Cr以200nm的厚度成膜。接着,在第1金属薄膜上用转涂(spincoating)法涂敷作为感光性树脂的抗蚀剂(resist),并将所涂敷的抗蚀剂曝光、显影,以此进行第1次照相制版工序。由此,将光致(photo)抗蚀剂构图(patterning)成所希望的形状。其后,通过刻蚀(etching)Cr膜,除去光致抗蚀剂图形,形成栅极布线2、栅电极3、保持电容电极4和栅极端子5。再有,在栅极/源极交叉部形成栅极布线2,在TFT部形成栅电极3,在辅助电容布线部形成保持电容电极4,在栅极端子部形成栅极端子5。在本实施方式中,刻蚀采用公知的含硝酸铈铵(cericammonium)+过氯酸的溶液。如图4(a)所示,利用此工序在透明绝缘性基板1上形成第1金属薄膜的图形。
其次,用等离子体(plasma)CVD等各种CVD法依次形成栅绝缘膜6、半导体膜7、欧姆接触膜8,通过第2次照相制版工序、刻蚀工序进行半导体膜7和欧姆接触膜8的图形形成。理想情况是,半导体膜7和欧姆接触膜8的图形不仅在成为开关元件的TFT的形成区域,而且还在栅极布线2与源极布线10交叉的区域预先形成。由此,栅极布线2图形的台阶差因半导体膜7和欧姆接触膜8的图形而得到缓和,在台阶差部分可防止源极布线10断线。
另外,栅绝缘膜6采用SiNx或SiOy等。作为半导体膜7,例如采用a-Si(无定形硅(amorphous silicon))、p-Si(多晶硅(polycrystallinesilicon))。欧姆接触膜8是n型半导体、采用了对a-Si或p-Si掺入(doping)了微量P(磷(Phosphorus))等的n+a-Si膜、n+p-Si膜等。
在本实施方式中,应用公知的CVD(化学气相淀积)法依次使SiNx (x为整数)成膜400nm的厚度作为栅绝缘膜6,使a-Si成膜200nm的厚度作为半导体膜7,使以P(磷)为杂质掺入(dope)了a-Si中的n+a-Si成膜50nm的厚度作为欧姆接触膜8。而且,用采取了氟类气体的公知的干法(dry)刻蚀法形成半导体膜7和欧姆接触膜8的图形。由此,形成图4(b)所示的结构。
其后,用溅射等方法形成成为源极布线材料的第2金属薄膜,以 实施第3次照相制版工序、刻蚀工序。由此,形成源电极9、源极布线10、源极端子11和漏电极12。而且,以源电极9、源极布线10和漏电极12的图形为掩模(mask),用刻蚀等除去欧姆接触膜8。利用此处理,除去欧姆接触膜8的中央部,以露出半导体膜7,形成沟道部13。其后,除去光致抗蚀剂图形,形成源电极9、源极布线10、源极端子11、漏电极12和TFT的沟道部13的图形。
在本实施方式中,用Cr膜作为第2金属薄膜。首先,用采取了公知的Ar气的溅射法使Cr成膜200nm的厚度。其次,在第3次照相制版工序中将光致抗蚀剂构图为所希望的形状。其后,采用含公知的硝酸铈铵+过氯酸的溶液来刻蚀Cr膜。利用此工序,在基板上形成源电极9、源极布线10、源极端子11和漏电极12的图形。接着,用采取了氟类气体的公知的干法刻蚀法来刻蚀被源电极9和漏电极12夹持的区域的欧姆接触膜8。利用此工序,形成TFT的沟道部13的图形。利用以上的工序,在基板上形成图4(c)的结构。
其后,用等离子体CVD等各种CVD法形成用由SiNx、SiOy(x、y为整数)等或它们的混合物和淀积物构成的绝缘膜所形成的保护绝缘膜14。其后,涂敷形成由感光性有机树脂膜构成的第1层间绝缘膜15,在第4次照相制版工序中在第1层间绝缘膜15的一部分上形成凹凸形状16。另外,形成有凹凸形状16的区域是光反射部。
在本实施方式中,首先用公知的CVD法,使SiNx(x为正数)成膜100nm的厚度作为保护绝缘膜14。其后,用转涂法涂敷形成膜厚为1μm~3.5μm的感光性有机树脂膜作为第1层间绝缘膜15。在此处,感光性有机树脂膜是作为光透过性的丙烯酸(acryl)类有机树脂的JSR制PC335。另外,作为第1层间绝缘膜15,也可含吸水性粒子。而且,用第4次照相制版工序形成用于在光反射部使反射光向任意的角度方向散射的凹凸形状16的图形。这样的凹凸形状16采用凹凸图形形成用的光掩模(photomask)。例如,在以通过显影完全除去感光性有机树脂膜所需的光电曝光量为100%的情况下,对光反射部以约为其20~40%的曝光量进行曝光。其后,例如通过用TMAH(四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide))浓度约为0.4重量%的有机碱(alkali)显影液进行显影可形成凹凸形状16。进而,通过改变凹凸形状16,来改变从周围入射的外部光的散射角度方向。从而,理想情况 是,使上述曝光量和显影液的TMAH浓度最佳化,以便得到为显示装置所需的所希望的散射角度特性。另外,在显影后,通过在200℃左右的温度下进行后烘焙(post bake),利用回流(reflow)效应使凹凸成为平滑的形状也是有可能的。利用以上的工序,在基板上形成图4(d)所示的结构。
接着,形成具有高反射特性的第3金属薄膜,进行第5次照相制版工序、刻蚀工序。由此,形成用于形成光反射部的反射膜17和覆盖TFT的至少一部分区域或全部区域的遮光膜18。另外,反射膜17在形成于第1层间绝缘膜15上的凹凸形状16上形成。再有,反射膜17和遮光膜18不与像素电极23连接,为电浮置状态。通过形成遮光膜18,可防止TFT的沟道部13的带电,防止特性的退化。
在本实施方式中,用公知的溅射法使Al(铝(Aluminium))成膜100nm的厚度作为该第3金属薄膜。而且,在第5次照相制版工序中形成光致抗蚀剂图形。接着,采用含公知的磷酸(phosphoric acid)+硝酸+醋酸的溶液,进行刻蚀。其后,除去光致抗蚀剂图形,形成用于形成光反射部的反射膜17。另外,理想情况是,同时预先形成遮光膜18图形,使之覆盖TFT上的至少一部分区域或全部区域。通过形成遮光膜18,可抑制因外部光向半导体膜7入射而造成的光漏泄(leak)的起因。进而,可抑制在形成第1层间绝缘膜15的感光性有机树脂膜中所含的水分或其它可动离子(ion)造成的TFT的特性变动。利用以上的工序,在基板上形成图4(e)所示的结构。
接着,涂敷形成由感光性有机树脂膜构成的第2层间绝缘膜19。在本实施方式中,用转涂法涂敷形成膜厚为0.5μm~2.5μm的感光性有机树脂膜作为第2层间绝缘膜19。在此处,感光性有机树脂膜是作为光透过性的丙烯酸类有机树脂的JSR制PC335。而且,进行第6次照相制版工序、刻蚀工序。利用此工序,除去接触(contact)部的第1层间绝缘膜15和第2层间绝缘膜19。也就是说,在像素/漏极接触部、栅极端子部和源极端子部露出保护绝缘膜14。利用以上的工序,在基板上形成图4(f)所示的结构。
而且,形成第1、第2、第3接触孔20、21、22。在本实施方式中,以第2层间绝缘膜19为掩模,用采取了氟类气体的公知的干法刻蚀法除去由SiNx构成的栅绝缘膜6和保护绝缘膜14。利用此工序,在像素 /漏极接触部除去保护绝缘膜14,露出由第2金属薄膜构成的漏电极12。由此,形成第1接触孔20。另外,利用该工序,在栅极端子部除去保护绝缘膜14和栅绝缘膜6,露出由第1金属薄膜构成的栅极端子5。由此,形成第2接触孔21。进而,利用该工序,在源极端子部除去保护绝缘膜14,露出由第2金属薄膜构成的源极端子11。由此,形成第3接触孔22。从而,能取得形成以后将要成膜的像素电极23等的透明导电膜与TFT的漏电极12、栅极端子5和源极端子11的导通。利用以上的工序,在基板上形成图4(g)所示的结构。
其后,用溅射、蒸镀、涂敷、CVD、印刷法、溶胶凝胶(sol-gel)法等方法形成ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)、SnO2、InZnO等透明导电膜。该透明导电膜也可以是由ITO、SnO2、InZnO等的叠层或混合层构成的透明导电层。而且,进行第7次照相制版工序、刻蚀工序。利用此工序,形成像素电极23、栅极端子焊盘24和源极端子焊盘25的图形。
像素电极23在各像素区的除了TFT外大体整个像素区上形成。另外,像素电极23经像素/漏极接触部的第1接触孔20,与下层的漏电极12连接。栅极端子焊盘24在栅极端子部的第2接触孔21处形成。另外,栅极端子焊盘24经栅极端子部的第2接触孔21,与下层的栅极端子5连接。源极端子焊盘25在源极端子部的第3接触孔22处形成。另外,源极端子焊盘25经源极端子部的第3接触孔22,与下层的源极端子11连接。这样,透明导电膜借助于第1、第2、第3接触孔20、21、22能分别与漏电极12、栅极端子5、源极端子11取得导通。
在本实施方式中,用公知的溅射法使ITO成膜100nm的厚度作为透明导电膜,用第7次照相制版工序形成光致抗蚀剂图形。而且,采用含公知的盐酸+硝酸的溶液,进行刻蚀。其后,除去光致抗蚀剂图形,形成像素电极23、栅极端子焊盘24和源极端子焊盘25。利用以上的工序,形成图4(h)所示的结构。
经过这一系列的工序,可形成用于驱动液晶的TFT阵列基板。
再有,在本实施方式中,用Al膜作为反射膜17,但不限于此。也可以用向Al中添加了杂质的Al合金。优选例是向Al中添加了0.1~0.5重量%的Cu(铜)的AlCu合金。或者,也可以用向Al中至少添加了在0.3~1.0重量%的范围内的从Y(钇(Yttrium))、La(镧 (Lanthanum))、Nd(钕(Neodymium))、Sm(钐(Samarium))、Gd(钆(Gadolinium))和其它稀土类金属中选取的1种以上的Al合金。在这些情况下,由于在用溅射法成膜时抑制晶粒的生长以得到质地致密的膜,所以可得到高反射率,从而是理想的。另外,也可以用向Al中至少添加了在1~10重量%的范围内的从Fe(铁)、Co(钴(Cobalt))、Ni(镍(Nickel))、Ru(钌(Ruthenium))、Pd(钯(Palladium))、Pt(铂)中选取的1种以上的元素的Al合金。此时,比起纯Al合金,提高了400nm以下的短波长的光的透过率,在看见光区域的350nm~750nm的范围内可使反射率特性均匀。因此,由于可得到反射光的纸张白(paper white)的色特性,从而是理想的。
本实施方式的半透过型液晶显示装置在各像素区具有光透过部和光反射部。在该光反射部上所形成的反射膜17预先被第2层间绝缘膜19覆盖,从而不与漏电极连接。因此,不具有作为对液晶层29施加电位的电极的功能。也就是说,反射膜17不具有作为使液晶驱动的电极的功能,仅仅具有使从外部入射来的光反射的功能。因而,在TFT阵列基板上具有作为使液晶驱动的像素电极23的功能的,仅仅是由在反射膜17的上部成膜的透明导电膜构成的透过电极。
这样,对液晶施加电压的是TFT阵列基板侧的像素电极23和对置基板侧的对置电极28,无论哪种电极均由相同材料的透明导电膜形成。也就是说,由TFT阵列基板侧的像素电极23对液晶层29的信号电位的供给,仅由与夹持液晶层29而相对的对置电极28相同的材料即透明导电膜进行。在此处,构成像素电极23和对置电极28的透明导电膜例如是ITO膜。因此,在隔着液晶层29而相对的像素电极23与对置电极28之间,在原理上不发生因电池效应而造成的失调电位。因而,在含光透过部和光反射部双方的各像素区,均匀地施加信号电位。也就是说,不出现现有那样的因ITO-ITO电极和ITO-Al电极的局部电池效应所造成的电位的差异,光透过部的透过光和光反射部的反射光的光特性变得均匀。
因此,像本实施方式那样,即使在采用Al膜作为反射膜17的情况下,在光透过部和光反射部中也不使显示特性降低,可得到良好的显示品质。这样,即使在光反射部采用Al膜的情况下,也可消除与光透过部的失调电位值之差,可防止图像残留等显示特性的退化。
进而,在本实施方式中,由于反射膜17被第2层间绝缘膜19覆盖,所以成为与外部大气隔断的结构。因此,即使在采用了Ag或Ag类合金膜作为反射膜17的情况下,也不引起像现有那样的在大气中的表面氧化。因此,由于可防止反射率降低等反射特性的变化,所以可得到良好的显示品质。
另外,在TFT阵列基板的光反射部表面上所设置的凹凸形状16用第2层间绝缘膜19进行平坦化。因此,不会发生像现有的结构那样因凹凸造成的液晶的取向紊乱。另外,在像素电极23形成时,刻蚀速度也做到均匀,可提高生产能力。从以上可知,按照本实施方式,可得到同时兼具高的反射率和良好的显示品质的半透过液晶显示装置。
再有,在本实施方式中,形成由光透过性的无机类绝缘膜SiNx构成的保护绝缘膜14,但也可省略之。但是,像本实施方式那样,通过设置由SiNx膜构成的保护绝缘膜14,可防止有机树脂类的第1层间绝缘膜15和第2层间绝缘膜19中所包含的水分或由电荷性杂质造成的可动离子直接对TFT的沟道部13施加的影响。因此,由于可抑制由这些原因造成的TFT的特性变动,所以形成保护绝缘膜14是理想的。
像本实施方式那样,通过包括:在表面上具有凹凸形状16的第1层间绝缘膜15、在凹凸上成膜的反射膜17、以及完全覆盖反射膜17并且用于使表面平坦化的第2层间绝缘膜19,从而可得到具有优越的显示特性的半透过型液晶显示装置。
另外,将反射膜17与下层的保持电容电极4连接起来,使其处于共用电位,也可形成电荷保持电容。由此,电荷被蓄积在反射膜17与漏电极12之间,形成保持电容。通过形成这种结构,可确保更多的保持电容,提高TFT的保持特性。
另外,图5是表示本实施方式的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的另一例的图。在图5的情况下,遮光膜18与像素电极23连接。再有,其它的结构则与图2相同。在图2中,遮光膜18不与像素电极23连接,为电浮置状态。但是,如图5所示,也可形成遮光膜18与像素电极23电连接那样的结构。具体地说,在第2层间绝缘膜19涂敷形成后,除去遮光膜18上的第2层间绝缘膜19的一部分。由此,遮光膜18露出,与接着形成的像素电极23连接。而且,通过将遮光膜18与像素电极23连接,可使遮光膜18固定在像素电极23电位上。 此时,与浮置状态相比,可进一步抑制TFT的特性变动,从而是理想的。
实施方式2
在本实施方式中,在一个像素内形成多个相互离开的反射膜17。即,在光反射部所形成的反射膜17不具有作为对液晶层29施加电位的电极的功能,仅具有使外部光反射的功能。因此,反射膜17图形无需像现有结构那样是整个反射膜被电连接那样的连续图形。因而,可将反射膜17形成为多个孤立图形的集合体。
现用图6、7来说明本实施方式的半透过型液晶显示装置。图6是表示本实施方式的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的俯视图。另外,图7是表示本实施方式的半透过型液晶显示装置用TFT阵列基板的剖面图。本实施方式由于除了反射膜17的形状以外与实施方式1相同,故省略其说明。在本实施方式中,在第1层间绝缘膜15的凹凸形状16上设置多个岛状的反射膜17。如本发明那样,在不将反射膜17用作对液晶层29施加电位的像素电极23的情况下,如图6和图7所示,可形成不连续的多个反射膜17。
按照本实施方式,反射膜17的图形仅在第1层间绝缘膜15上所形成的凹凸形状16的凹部形成,不在第1层间绝缘膜15的平坦部上形成。因此,在光反射部中,可除去成为图像的品质降低的主要原因的来自平坦部的镜面反射光成分,仅将来自凹凸的散射反射光用于图像显示。从而,可得到纸张白那样的优越的显示品质,进而可提高显示品质,从而是理想的。这样,只要是凹凸形状16的凹部,均可使反射膜17在任意的位置上以任意的形状成膜,可得到显示特性优越的半透过型液晶显示装置。
再有,上述实施方式1、2的半透过型液晶显示装置在各像素区具有光透过部和光反射部。在半透过型液晶显示装置以外,例如通过改变形成光反射部的面积,即可任意地改变光透过部与光反射部的比率。
在各像素区,理想情况是,形成光反射部的区域位于在下层形成保持电容电极4的区域上。由于保持电容电极4是金属薄膜,所以使外部光反射。从而,通过在形成保持电容电极4的区域上形成反射膜17,可高效地利用光透过部的面积。在实施方式1中,这也是同样的。
另外,在光反射部上所形成的光散射用的凹凸形状16的图形不限于本实施方式中所示的形状。例如,为使图像显示的视角具有方向性,既可形成细长图形形状的集合体,又可使凹凸图形的排列具有规则性。另外,按照本实施方式,也可得到与实施方式1同样的效果。也就是说,即使在将Al膜用于光反射部的情况下,也可消除与光透过部的失调电位值之差,能得到防止因图像残留造成的显示特性的退化等效果。
Claims (8)
1.一种半透过型液晶显示装置,其具有:第1基板、与上述第1基板相对配置并具有对置电极的第2基板、以及被上述第1基板和上述第2基板夹持的液晶,在像素内设有光反射部和光透过部,其中,
上述第1基板具有:多条栅极布线、与上述栅极布线交叉的多条源极布线、以及开关元件,
该半透过型液晶显示装置还具备:
第1层间绝缘膜,覆盖上述栅极布线、上述源极布线和上述开关元件,而且至少在一部分具有凹凸形状;
反射膜,设置在上述第1层间绝缘膜的凹凸形状上;
第2层间绝缘膜,通过与上述第1层间绝缘膜相同的材料形成,并形成为覆盖上述反射膜;以及
透明像素电极,在上述第2层间绝缘膜的配置有上述反射膜的区域上形成,经接触孔与上述开关元件电连接,
上述透明像素电极从配置有上述反射膜的区域露出而形成,上述透明像素电极从配置有上述反射膜的区域露出的部分成为光透过部。
2.如权利要求1所述的半透过型液晶显示装置,其中,
上述第1层间绝缘膜和上述第2层间绝缘膜双方都是有机树脂膜。
3.如权利要求1或2所述的半透过型液晶显示装置,其中,
在上述第1层间绝缘膜之下设置有由无机材料构成的保护绝缘膜。
4.如权利要求1或2所述的半透过型液晶显示装置,其中,
上述反射膜在一个像素中设置有多个。
5.如权利要求1或2所述的半透过型液晶显示装置,其中,
以覆盖形成有上述开关元件的区域上的至少一部分的方式来形成遮光膜。
6.如权利要求5所述的半透过型液晶显示装置,其中,
上述遮光膜与上述透明像素电极电连接。
7.如权利要求1或2所述的半透过型液晶显示装置,其中,
在上述第2基板上形成有用于彩色显示的滤色层。
8.如权利要求1或2所述的半透过型液晶显示装置,其中,
在上述第2基板上,在与上述第1基板的设有上述反射膜的区域相对的区域、和与上述第1基板的未设有上述反射膜的区域相对的区域,设置有使不同的液晶层厚度产生的台阶差。
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