CN103052908A - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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CN103052908A CN201280001341XA CN201280001341A CN103052908A CN 103052908 A CN103052908 A CN 103052908A CN 201280001341X A CN201280001341X A CN 201280001341XA CN 201280001341 A CN201280001341 A CN 201280001341A CN 103052908 A CN103052908 A CN 103052908A
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筱川泰治
佐藤荣一
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Abstract

本发明涉及的液晶显示装置，具备：一对透明基板，隔着液晶层彼此对置配置；栅极绝缘膜(3)，按照覆盖栅电极(2)的方式形成，该栅电极(2)形成在透明基板之中的一个透明基板(1)的液晶侧的像素区域；开关元件，设置在栅极绝缘膜(3)上、且由薄膜晶体管构成；第1电极(8)，在开关元件上隔着第1绝缘膜(6)以及第2绝缘膜(7)而设置；和第2电极(10)，在第1电极(8)上隔着第3绝缘膜(9)而设置，在第1电极(8)与第2电极(10)之间产生与一对透明基板平行的电场，第2绝缘膜(7)由具有Si-O键的SOG材料构成。

Description

液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，特别涉及被称为IPS(In-Plane-Switching)方式的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
被称为IPS方式的液晶显示装置构成为在隔着液晶而对置配置的一对透明基板之中的一个透明基板的液晶侧的各像素区域形成像素电极、和在与该像素电极之间产生平行于透明基板的电场(横向电场)的共用电极。并且，构成为通过电场来控制液晶的驱动，以便对透过像素电极与共用电极之间的区域的光的量进行调整。这种液晶显示装置作为即便从相对于显示面而倾斜的方向观察，显示也没有变化，即所谓的在宽视角特性方面优异的显示装置而被周知。
以往，在这种液晶显示装置中，像素电极和共用电极由不使光透过的导电层形成，但是，已知近年来出现了在除像素区域的周边以外的整个区域形成由透明电极构成的共用电极，并且在该共用电极上隔着绝缘膜形成了带状的像素电极的结构。
由于这种结构的液晶显示装置在像素电极与共用电极之间产生横向电场，因此具有在宽视角特性方面优异并且开口率得到提高的特征(例如，参照专利文献1)。
另一方面，开发出了倾斜电场方式的液晶显示装置。该液晶显示装置构成为将用于向液晶层施加电场的像素电极和共用电极分别隔着绝缘膜而配置在不同的层。该液晶显示装置与IPS方式的液晶显示装置相比，由于具有宽视角、高对比度，还能够进行更低的低电压驱动并且具有更高的高透过率，因此具有能够进行明亮显示的这一特征。
但是，由于因漏极信号线与像素电极的电位差而产生取向异常，因此信号线附近成为无助于显示的区域，从而开口率下降，此外因在信号线与像素电极所产生的耦合电容，还存在容易引起串扰等的显示品质下降的这一问题。
因此，为了减少这种信号线电位的影响，提出了使用层间树脂膜并在该层间树脂膜上配置了像素电极或共用电极的液晶显示装置(例如，参照专利文献2、3)。
但是，却进一步要求提供开口率(透过率)高且能够廉价制造的液晶显示装置及其制造方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-202356号公报
专利文献2：日本特开2009-122299号公报
专利文献3：日本特开2010-145449号公报
发明内容
本发明的液晶显示装置具备一对透明基板、栅极绝缘膜、开关元件、第1电极和第2电极。一对透明基板隔着液晶层彼此对置配置。栅极绝缘膜按照覆盖栅电极的方式形成，该栅电极形成在一对透明基板之中的一个透明基板的液晶层侧的像素区域。开关元件设置在栅极绝缘膜上、且由薄膜晶体管构成。第1电极在开关元件上隔着绝缘膜而设置。第2电极在第1电极上隔着绝缘膜而设置。液晶显示装置在第1电极与第2电极之间产生与一对透明基板平行的电场。设置在开关元件上的绝缘膜由具有Si-O键的SOG(Spin on Glass；旋涂玻璃)材料构成。
此外，本发明的液晶显示装置的制造方法是具备一对透明基板、栅极绝缘膜、开关元件、第1电极和第2电极，并在第1电极与第2电极之间产生与一对透明基板平行的电场的液晶显示装置的制造方法。
液晶显示装置的一对透明基板隔着液晶层彼此对置配置。栅极绝缘膜按照覆盖栅电极的方式形成，该栅电极形成在一对透明基板之中的一个透明基板的液晶层侧的像素区域。开关元件设置在栅极绝缘膜上、且由薄膜晶体管构成。第1电极在开关元件上隔着绝缘膜而设置。第2电极在第1电极上隔着绝缘膜而设置。液晶显示装置在第1电极与第2电极之间产生与一对透明基板平行的电场。
液晶显示装置的制造方法在开关元件上形成了由具有Si-O键的SOG材料构成的绝缘膜之后，在绝缘膜上以图案化的方式形成第1电极，然后在第1电极上形成了绝缘膜之后，在多个绝缘膜中一并形成接触孔而使开关元件的电极的一部分露出在外部，将开关元件的电极与第2电极相连接。
如上述，根据本发明，能够以低成本提供开口率(透过率)高的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的一像素份的主要部分构造的俯视图。
图2是在图1中在开关元件部分的2-2剖面处的示意剖面图。
图3是在图1中在液晶层部分的3-3剖面处的示意剖面图。
图4A是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
图4B是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
图4C是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
图4D是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
图4E是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
具体实施方式
(实施方式)
以下，利用图1～图4E的附图来说明本发明的一实施方式的液晶显示装置及其制造方法。
图1是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的一像素份的主要部分构造的俯视图。图2是在图1中在开关元件部分的2-2剖面处的示意剖面图。图3是在图1中在液晶层部分的3-3剖面处的示意剖面图。图示的液晶显示装置是有源矩阵方式的液晶显示装置，多个像素被配置成矩阵状。
如图1、图2、图3所示，一对透明基板1、12隔着液晶层13彼此对置配置。并且，在玻璃基板等绝缘性的透明基板1的液晶层13侧的像素区域，多个栅电极2直接或者隔着基底层而由规定的图案形成，栅极绝缘膜3以覆盖栅电极2的方式形成在透明基板1上。在栅极绝缘膜3上形成半导体膜4，之后在半导体膜4上形成源/漏电极5，由此构成作为开关元件的薄膜晶体管。
在此，作为半导体膜4，优选由包含In-Ga-Zn-O的InGaZnOx的非晶氧化物半导体构成。作为该包含In-Ga-Zn-O的InGaZnOx的非晶氧化物半导体膜的成膜方法，例如将具有InGaO3(ZnO)4组成的多结晶烧结体作为对象(target)，通过溅射法或激光蒸镀法等气相成膜法能够形成。
栅电极2和源/漏电极5分别连接于信号线2a、5a，各个信号线在被栅极绝缘膜3绝缘的状态下交叉地形成。栅电极2与成为扫描信号线的信号线2a一体地形成。源/漏电极5的信号线5a的一部分兼用于影像信号线，成为两者相连接的构造。在此，栅电极2、源/漏电极5以及各个信号线2a、5a由Al、Mo、Cr、W、Ti、Pb、Cu、Si的单体金属、或它们的复合层(Ti/Al等)或者金属化合物层(MoW、AlCu等)形成。在本实施方式中，都是由Cr构成，但是栅电极2和源/漏电极5也可以由不同的材料构成。
此外，在源/漏电极5即开关元件之上，依次叠层形成了第1绝缘膜6、第2绝缘膜7、作为共用电极的第1电极8、第3绝缘膜9及作为像素电极的第2电极10。即、第1电极8在开关元件上隔着作为绝缘膜的第1绝缘膜6、第2绝缘膜7而设置。此外，第2电极10在第1电极8上隔着作为绝缘膜的第3绝缘膜9而设置。第2电极10经由在3层、即第1绝缘膜6、第2绝缘膜7及第3绝缘膜9一并形成的接触孔11而与薄膜晶体管的源/漏电极5连接。接触孔11的壁面被第2电极10覆盖。
第2电极10和第1电极8由例如ITO(Indium Tin Oxide)等透明导电膜形成，向第1电极8供给与施加于第2电极10的电位不同的公共电位。因此，由第1电极8、第2电极10和第3绝缘膜9构成保持电容，并且能够形成透明的保持电容，因此能够增大透过显示时的开口率。
在此，作为第3绝缘膜9，通过等离子体CVD(Chemical VaporDeposition)法所成膜的氮化硅膜是合适的。如果使用氮化硅膜，则与使用涂敷型的有机或者无机材料的绝缘膜的情况、或使用氧化硅膜的情况相比，介电常数变高，因此能够提高保持电容。优选第3绝缘膜9通过高温而成膜，由此形成致密的膜。
第2绝缘膜7是由涂敷型的有机或者无机材料构成的绝缘膜，由具有Si-O键的SOG材料构成。通过在第2绝缘膜7中使用SOG材料，从而如后述那样，能够对第1绝缘膜6及第3绝缘膜9一并地进行干法蚀刻，可简化制造工序。再有，由于能够通过一般涂敷机的涂敷工序来进行成膜，因此与使用真空装置所成膜的第1绝缘膜6及第3绝缘膜9这种的无机绝缘膜相比，膜形成成本本身也低。此外，与使用无机绝缘膜的情况相比，容易形成得较厚，因此能够提高平坦性以及减小寄生电容。此外，第2绝缘膜7由具有Si-O键的SOG材料构成，耐热性高，能够在240℃以上进行第3绝缘膜9的高温成膜，可形成可靠性更高的第3绝缘膜。
如图3所示，在图像的显示侧，按照与透明基板1相对置的方式，配置作为由玻璃基板等构成的共同基板的绝缘性的透明基板12，在这些的透明基板1与透明基板12之间配置了液晶层13。在透明基板1的成为与液晶层13接触的面的第2电极10上，形成了取向膜14，此外在透明基板12的与液晶层13接触的面侧也配置了取向膜14。此外，在透明基板12的形成有取向膜14的内面，形成了滤色器15、黑色矩阵16，以覆盖它们的方式形成了保护层(overcoat)17，在该保护层17上形成了取向膜14。
此外，在透明基板1及透明基板12的外面配置了偏振板18。再者，在图1中没有图示偏振板18。此外，也可以根据需要在透明基板1、12之中的至少一方配置相位差板等。
在此，在本实施方式的液晶显示装置中，第2电极10具有线状的部分，形成为梳齿状。此外，第1电极8形成为面状。并且，液晶显示装置通过在第2电极10与第1电极8之间产生的平行于一对透明基板1、12的电场对液晶层13进行驱动来进行显示。
接下来，利用图4A～4E来说明本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法的一例。图4A～4E是表示本发明的一实施方式的液晶显示装置的制造方法中的制造工序的一例的剖面图。
首先，如图4A所示，准备透明基板1，在其整个表面例如通过溅射来形成由Cr等构成的金属膜。然后，利用光刻技术对金属膜进行选择蚀刻，与信号线一起形成栅电极2。
接下来，如图4B所示，在包含栅电极2的透明基板1的整个表面，例如利用等离子体CVD法或者溅射法等，形成由SiN膜构成的栅极绝缘膜3。此时的成膜条件设定成膜温度(基板温度)为380℃，膜厚为300nm。进而，在栅极绝缘膜3的整个表面，通过例如CVD法依次形成a-Si层、或者掺杂了n型杂质的a-Si层。然后，在该a-Si层的整个表面，例如通过溅射法形成Cr膜等的金属膜，采用光刻技术对该a-Si层及金属膜同时进行选择蚀刻，分别形成薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下简记为“TFT”)的半导体膜4、源/漏电极(包含信号线)5。
接下来，如图4C所示，在包含源/漏电极5(沟道区域)的透明基板1的整个表面，利用等离子体CVD法或者溅射法等形成由SiN构成的第1绝缘膜6。然后，在第1绝缘膜6的全部表面涂敷具有Si-O键的SOG材料，通过烤炉内的250℃的60分钟烘烤来进行热硬化处理，由此形成第2绝缘膜7。再者，优选在此所形成的第2绝缘膜7的厚度为1.5～4.0μm。如果第2绝缘膜7的厚度低于1.5μm，则在TFT等的存在位置产生高低差，进而在以下的工序中所形成的第1电极8、第2电极10产生高低差，因此并不希望第2绝缘膜7的厚度低于1.5μm。此外，如果第2绝缘膜7的厚度超过4.0μm，则由第2绝缘膜7引起的光吸收率变大从而显示区域的明亮度下降，因此不希望第2绝缘膜7的厚度超过4.0μm。
进而，在第2绝缘膜7的整个表面，通过例如溅射法来形成ITO膜。然后，采用光刻技术对ITO膜进行选择蚀刻，形成厚度为55nm的第1电极8。再者，第1电极8与在液晶显示装置的边缘区域布设的公共布线电连接。
接着，如图4D所示，在包含第1电极8的第2绝缘膜7的整个表面，利用等离子体CVD法或者溅射法等，形成例如由绝缘性良好的SiN构成的第3绝缘膜9。由于处于第3绝缘膜9的下层的第2绝缘膜7是耐热温度高的SOG材料，因此此时的成膜条件可以将成膜温度(基板温度)设为230℃～300℃，与第2绝缘膜为现有的树脂膜的情况相比，能够形成更加致密且可靠性更高的第3绝缘膜9。
此外，此时，在绝缘膜的通常的本体(bulk)层形成的情况下将基于等离子体CVD的成膜时的作为材料气体的(SiH4)和氨(NH3)的气体流量比设为1∶6，从中途开始增加氨(NH3)的气体流量设定为例如1∶16，由此绝缘膜的表面附近形成蚀刻速率比其他部分(本体层)还快的膜。优选绝缘膜的表面附近的蚀刻速率比其他部分还快的部分的膜厚为绝缘膜的膜厚的5％以上且30％以下(希望是从8％至12％的程度)。这样，在表面附近形成蚀刻速率快的膜(后退层)，由此能够在形成接触孔11时构成正锥形状。
为了确保TFT的沟道区域、源/漏电极的耐湿性及绝缘性，第3绝缘膜9的厚度可设定为100nm以上。再者，当第3绝缘膜9的厚度超过1000nm时，由于在第1电极8与第2电极10之间所产生的电容变小，因此无法向液晶施加足够的写入电压，并且为了驱动液晶分子所需的电压变高，因此不希望第3绝缘膜9的厚度超过1000nm。
接下来，通过干法蚀刻处理，按照使覆盖源/漏电极5的第1绝缘膜～第3绝缘膜的3层绝缘膜一并地贯通的方式，在各像素形成接触孔11，使源/漏电极5的一部分再次露出在外部。作为蚀刻气体使用SF6、CHF3、CF4等和O2的混合气体，来进行干法蚀刻。这样，通过对3层一并进行蚀刻，与作为第2绝缘膜使用感光性的树脂材料并通过光刻技术来进行图案化(形成接触孔)的现有的液晶显示装置相比，能够减少光刻工序、曝光工序负荷(曝光、光反应处理)等的制造工序，可实现低成本化。
再有，由于被作为SiN等无机绝缘膜的第1绝缘膜及第3绝缘膜夹着的第2绝缘膜是具有Si-O键的SOG材料，因此在干法蚀刻处理后各层不会产生高低差，由于与光致抗蚀剂的选择比为2.5以上，蚀刻速率为500nm/min以上，也不会产生对由等离子体形成的绝缘膜的损伤，因此能够进行稳定的图案化。
如图4E所示，在接触孔11形成后，按照覆盖第3绝缘膜9的整个表面以及接触孔11的方式，由ITO包覆透明导电性材料，通过光刻法及蚀刻法形成第2电极(像素电极)10。膜厚设为75nm。此时，透明导电性材料的一部分在接触孔11内成膜，由此第2电极(像素电极)10与源/漏电极5即开关元件被电连接。
再者，在本实施方式中，作为第3绝缘膜9使用了SiN膜，但为了可靠地避免ITO上的白浊，至少与ITO接触的第3绝缘膜9可以使用SiO2、SiON等的包含氧的绝缘膜。
此外，说明了在源/漏电极5之上形成了第1绝缘膜6的情况，但根据可靠性的请求度等，第1绝缘膜6也不一定为必需的层，即便是在源/漏电极5之上直接形成了第2绝缘膜7的结构，通过本发明也能够达到增大保持电容的效果。再者，在这种构造的情况下，作为第2绝缘膜7通过使用SOG材料，能够获得比树脂材料时还高的可靠性。再有，说明了作为绝缘膜形成SiN的情况，但并不限于此，还能够形成包含SiO2、SiO或SiN在内的叠层膜、例如SiO2和SiN的双层构造。
(产业上的可利用性)
根据本发明，在以低成本提供开口率(透过率)高的液晶显示装置方面是有用的发明。
符号说明
1、12透明基板
2栅电极
3栅极绝缘膜
4半导体膜
5源/漏电极
6第1绝缘膜
7第2绝缘膜(具有Si-O键的SOG材料)
8第1电极
9第3绝缘膜
10第2电极
11接触孔
13液晶层

Claims (4)

1.一种液晶显示装置，具备：
一对的透明基板，隔着液晶层彼此对置配置；
栅极绝缘膜，按照覆盖栅电极的方式形成，所述栅电极形成在所述一对的所述透明基板之中的一个所述透明基板的所述液晶层侧的像素区域；
开关元件，设置在所述栅极绝缘膜上、且由薄膜晶体管构成；
第1电极，在所述开关元件上隔着绝缘膜而设置；和
第2电极，在所述第1电极上隔着绝缘膜而设置，
所述液晶显示装置在所述第1电极与所述第2电极之间产生与所述一对的所述透明基板平行的电场，
设置在所述开关元件上的所述绝缘膜由具有Si-O键的旋涂玻璃材料构成。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，
所述开关元件上的所述绝缘膜及所述第1电极上的所述绝缘膜具有在所述绝缘膜中一并形成的接触孔，
所述第2电极经由所述接触孔而与所述开关元件电连接。
3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，
所述开关元件上的所述绝缘膜及所述第1电极上的所述绝缘膜具有在所述绝缘膜中一并通过干法蚀刻所形成的接触孔，
所述接触孔内的壁面被所述第2电极覆盖。
4.一种液晶显示装置的制造方法，该液晶显示装置具备：
一对的透明基板，隔着液晶层彼此对置配置；
栅极绝缘膜，按照覆盖栅电极的方式形成，所述栅电极形成在所述一对的所述透明基板之中的一个所述透明基板的所述液晶层侧的像素区域；
开关元件，设置在所述栅极绝缘膜上、且由薄膜晶体管构成；
第1电极，在所述开关元件上隔着绝缘膜而设置；和
第2电极，在所述第1电极上隔着绝缘膜而设置，
所述液晶显示装置在所述第1电极与所述第2电极之间产生与所述一对的所述透明基板平行的电场，
在所述液晶显示装置的制造方法中，
在所述开关元件上形成了由具有Si-O键的旋涂玻璃材料构成的所述绝缘膜之后，
在所述绝缘膜上以图案化的方式形成所述第1电极，
然后，在所述第1电极上形成了所述绝缘膜之后，
在多个所述绝缘膜中一并形成接触孔而使所述开关元件的电极的一部分露出在外部，
将所述开关元件的电极与所述第2电极相连接。
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