CN107003569A - 液晶显示装置以及其制造方法 - Google Patents

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tft
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crystal display
light
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三宅敢
神崎庸辅
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Sharp Corp
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Abstract

本发明提供一种通过光配向处理防止TFT特性劣化而抑制显示不均匀的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置为具有薄膜晶体管基板以及液晶层的液晶显示装置，所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管和配向膜，所述薄膜晶体管依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极电极，所述配向膜含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种。

Description

液晶显示装置以及其制造方法
技术领域
本发明是关于液晶显示装置以及其制造方法。更详细而言，薄膜晶体管基板应用氧化半导体的液晶显示装置、以及这种液晶显示装置的制造。
背景技术
液晶显示装置是为了显示利用了液晶组合物的显示装置，其代表性的显示方式为，针对一对基板之间封入液晶组合物的液晶面板射入光，对液晶组合物施加电压使液晶分子的配向变化，因此控制透过液晶面板的光的量的方式。这样的液晶显示装置具有薄型、轻量以及低耗电的特长，因此使用于广泛的领域。
现有技术中，作为构成液晶显示装置的每一个像素设置的薄膜晶体管(TFT)的沟道层的材料，使用多晶硅、非晶硅等硅类材料。对此，近几年，通过沟道层使用氧化半导体，实现提高TFT的性能。
另外，近几年，发展液晶显示装置的高精细化，像素的面积逐渐变小。因此，要求减小像素驱动用的TFT，以提高像素的开口率。作为有利于TFT的小型化的结构，已知沟道蚀刻(CE)结构。
未施加电压的状态的液晶分子的配向一般通过实施配向处理的配向膜来控制。现有技术中，作为配向处理的方法，广泛使用摩擦法，但是近几年，在研究开发可以实施非接触的配向处理的光配向法(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/050177号
发明内容
本发明所要解决的技术问题
使用含有环丁烷结构的光分解型的光配向膜进行光配向处理的情况下，可能TFT阈值电压(Vth)下降(负漂移)。液晶显示装置的制造工序中，静电吸盘的使用以及搬运等时候可能发生静电，导致该静电通过负漂移的像素晶体管，非意图性地写入至每一个像素。其结果，通过施加于液晶的直流(DC)电位，液晶中发生残留的DC，导致引起显示不均匀(DC电荷不均匀)。
本发明是鉴于上述现状而完成的发明，其目的在于提供一种通过防止因光配向处理的TFT特性的劣化而抑制显示不均匀的液晶显示装置、以及这种液晶显示装置的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明者针对因光配向处理的TFT特性的劣化进行研究的过程中，发现TFT特性的劣化是在TFT具有沟道蚀刻(CE)结构，且沟道层使用氧化半导体的情况下引起。并且，针对TFT特性的劣化的原因进行检讨的结果发现，沟道层由氧化半导体构成的情况下，在形成CE结构的工序中氧化半导体会受到损害，受到损害的氧化半导体照射到光之后发生电子和正空穴对。因为发生该电子和正空穴对，TFT的电流电压特性(I-V特性)向负侧移动，导致引起显示不均匀。进一步经过反复的检讨结果获知，受到损害的氧化半导体照射到具有270nm未满的波长的光时会发生电子和正空穴对，而照射到具有270nm以上的波长的光时不会发生电子和正空穴对。
在此本发明者发现，作为配向膜的光官能团，不是针对具有270nm未满的波长的光(短波长紫外线)使用活性的环丁烷结构，而是针对具有270nm以上的波长的光使用活性的肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构中的至少一种，从而发现可以防止TFT特性的劣化。由此，本发明者想到能够很好地解决上述问题的方案，完成了本发明。
即，本发明的一个方面是一种含有薄膜晶体管基板以及液晶层的液晶显示装置，液晶显示装置也可以是，所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管和配向膜，所述薄膜晶体管依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极，所述配向膜含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种的液晶显示装置。
另外，本发明的另一个方面是一种具备具有底栅极型薄膜晶体管、以及配向膜的薄膜晶体管基板、和液晶层的液晶显示装置的制造方法，液晶显示装置的制造方法也可以是包括：形成栅极电极的工序(A)；形成栅极绝缘膜的工序(B)；形成含有氧化半导体的沟道层的工序(C)；在所述栅极绝缘膜以及所述沟道层上形成金属膜，所述沟道层上配置的所述金属膜的一部分通过蚀刻去除，而形成一对源极和漏极电极的工序(D)；形成含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种的上述配向膜的工序(E)；所述工序(E)中，照射具有270nm以上波长的光液晶显示装置的制造方法。
有益效果
根据本发明的液晶显示装置，作为含有配向膜的光官能团可以选择通过具有270nm以上的波长的光可以实施配向处理的，因此沟道蚀刻结构的薄膜晶体管中，不会光激发构成沟道层的氧化半导体的缺陷能级，可以实施光配向处理。因此，通过光配向处理，可以防止TFT的电流电压(I-V)特性劣化。由此，可以防止TFT特性所引起的DC电荷不均匀，可以实现良好的显示质量的液晶显示装置。
另外，根据本发明的液晶显示装置的制造方法，通过照射具有270nm以上的波长的光来实施配向处理，因此，针对沟道蚀刻结构的薄膜晶体管，可以防止光激发构成沟道层的氧化半导体的缺陷能级。因此，通过光配向处理，可以防止TFT的电流电压(I-V)特性劣化。由此，可以防止TFT特性所引起的DC电荷不均匀，可以实现良好的显示质量的液晶显示装置。
附图的简单说明
图1为示意性地示出第一实施例的液晶显示装置构成的截面图。
图2为示意性地示出第一实施例的薄膜晶体管基板的断面的图。
图3为示意性地示出第一实施例的薄膜晶体管基板的像素的俯视图。
图4为表示第一实施例的配向处理的照射光谱的图。
图5为表示在配向处理用的曝光前后测量的第一实施例的TFT的电流电压特性的框图。
图6为表示第一比较例的配向处理的照射光谱的图。
图7为表示在配向处理用的曝光前后测量的第一比较例的TFT的电流电压特性的框图。
图8为表示第二实施例的配向处理的照射光谱的图。
图9为表示在配向处理用的曝光前后测量的第二实施例的TFT的电流电压特性的框图。
图10是示意性地示出第三实施例的薄膜晶体管基板的截面的图。
图11是示意性地示出第三实施例的薄膜晶体管的像素的俯视图。
图12为表示第三实施例的配向处理的照射光谱的图。
图13为表示在配向处理用的曝光前后测量的第三实施例的TFT的电流电压特性的框图。
图14为表示第四实施例的配向处理的照射光谱的图。
图15为表示在配向处理用的曝光前后测量的第四实施例的TFT的电流电压特性的框图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容，满足本发明的构成的范围内，可以适当变更设计。
本实施方式的液晶显示装置具有薄膜晶体管基板以及液晶层的液晶显示装置，所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管和配向膜，所述薄膜晶体管依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极，所述配向膜可以为含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种。
所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管(TFT)。沟道蚀刻结构，在不设置用于保护沟道层的层(蚀刻阻挡物)，而是在将直接叠层于沟道层的导电膜通过沟道蚀刻分隔的方法来形成源极和漏极的情况下，是TFT具备的结构。即，沟道蚀刻结构中，在沟道层上不存在蚀刻阻挡物，源极以及漏极位于与沟道层相比接近配向膜的侧。这样的沟道蚀刻结构的TFT中，在沟道层含有氧化半导体的情况下，因沟道蚀刻，沟道层受到损害，从而在沟道层上容易发生光漏电流。
一方面，沟道蚀刻结构是有利于减短沟道长度的结构。即，沟道结构中，源极电极和漏极电极之间的间隔直接成为沟道长度，相对于此，在蚀刻阻挡物(ES)结构中，源极电极和漏极电极与沟道层接触的部分的距离为沟道长度，从而在使用相同的分辨率极限的光刻装置的情况下，沟道蚀刻结构必然可以减短沟道长度。若将减短沟道长度，则为了提高TFT驱动力，也可以减小沟道宽度。
另外，所述TFT依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极电极。即，所述TFT具有底栅极结构。底栅极结构中，栅极电极比沟道层早先形成，从而因沟道蚀刻受到损害的沟道层的表面不被栅极电极覆盖。因此，光配向处理时，不会被栅极电极遮光，光可以入射到受到损害的沟道层的表面。
作为所述氧化半导体，可以使用含有，例如，铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)、铝(Al)、铁(Fe)、锡(Sn)、镁(Mg)、钙(Ca)、硅(Si)、锗(Ge)、钇(Y)、锆(Zr)、镧(La)、铈(Ce)以及铪(Hf)中一种和氧的氧化半导体，其中，优选使用含有铟、镓、锌以及氧(In-Ga-Zn-O系氧化半导体)的。In-Ga-Zn-O系氧化半导体具有优异的电子迁移率的同时，可以实现光漏电流小的薄膜晶体管。
此外，所述TFT优选为位于显示区域的像素TFT。位于显示区域外的边框区域等的驱动TFT有通过在光配向处理时遮光，抑制光漏电流的发生的情况。另一方面，显示区域在光配向处理时不能遮光，从而要求通过使用本发明的配向膜以抑制光漏电流。
所述配向膜配置于TFT基板的液晶层侧的表面，具有控制液晶层中的液晶分子的配向的功能。对液晶层施加电压未满阈值电压(包含无施加电压)时，通过主要配向膜的作用，抑制液晶层中的液晶分子的配向。
本实施方式中，所述配向膜为含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种。这些结构通过具有270nm以上的波长的光来实施配向处理。因此，不会光激发构成沟道层的氧化半导体的缺陷能级，可以实施光配向处理。如上所述，可以防止TFT的电流电压(I-V)特性劣化，可以实现显示品质优异的液晶显示装置。此外，肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构在构成配向膜的聚合物中，也可以包含于主链，也可以包含于侧链。
所述配向膜为由表示光配向性的材料构成的光配向膜。表示光配向性的材料指的是，通过照射紫外光、可见光等的光(电磁波)发生结构变化，发现抑制存在于其附近的液晶分子的配向的性质(配向限制力)的材料、变化配向限制力的大小以及/或者朝向的材料。
作为表示光配向性的材料例举，例如，通过照射具有270nm以上的波长的光，发生光二聚化(形成二聚)、光异构化、光弗莱斯重排等的反应的光官能团。肉桂酸酯结构、4-查耳酮结构、香豆素结构为，产生二聚化以及异构化的光官能团，或者该光官能团进行二聚化以及异构化之后的光官能团。偶氮苯结构是产生异构化的光官能团，或者该光官能团进行异构化之后的光官能团。偶氮苯结构是产生异构化的光官能团，或者该光官能团进行异构化之后的光官能团。苯酯结构是进行光弗莱斯重排的光官能团，或者该光官能团进行光弗莱斯重排之后的光官能团。
此外，所述配向膜可以是单层，也可以是叠层两个以上的层的结构。
在所述配向膜的液晶层侧的表面上，通过高分子稳定配向PSA(PolymerSustained Alignment)方式也可以形成聚合物层。在PSA方式中，在液晶面板中，封入含有光聚合性单体(前驱体)以及液晶分子的液晶材料之后，对液晶材料照射光，通过光聚合光聚合性单体，在配向膜上成膜聚合物。通过具有270nm以上的波长的光可以有效地自由基聚合，因此作为光聚合性单体，优选使用例如，丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体。通过丙烯酸酯单体以及/或甲基丙烯酸酯单体的聚合而形成的聚合物层含有丙烯酸酯结构以及/或甲基丙烯酸酯结构。
作为丙烯酸酯单体以及/或甲基丙烯酸酯单体，例举由下述式(C)表示的单体。
A1-(R1)n-Y-(R2)m-A2(C)
(式中，Y表示含有至少一个苯环以及/或者缩苯环的结构，所述苯环以及缩苯环中的氢原子也可以被卤素原子取代，A1以及A2中至少一方表示丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯，A1以及A2通过R1以及R2与所述苯环以及缩苯环结合。R1以及R2表示间隔物，具体地，碳原子数为10以下的烷基链，该烷基链中的亚甲基也可以被选自酯基、醚基、酰胺基以及酮基的光官能团取代，氢原子也可以被卤素原子取代。在n以及m分别为0或者1，n、m＝0的情况下没有间隔物。)
所述式(C)中的骨架Y为优选地由下述式(C-1)、(C-2)以及(C-3)表示的结构。此外，下述式(C-1)、(C-2)以及(C-3)中的氢原子为分别独立，也可以被卤素原子、甲基、乙基取代。
(化学式1)
作为所述式(C)中表示的单体的具体例子例举，例如，下述式(C-1-1)、(C-1-2)、(C-3-1)。
(化学式2)
通过所述配向膜(或者所述配向膜以及所述聚合物层)赋予的液晶分子的预倾角(相对于配向膜的表面液晶分子的长轴所形成的角度)的大小并没有特别限定，所述配向膜也可以为水平配向膜，也可以为垂直配向膜。IPS模式、FFS模式等横向电场模式所使用的水平配向膜的情况下，优选的预倾角为实际上的0°(例如，未满10°)，更优选为0°。另外，TN模式、ST模式等垂直电场模式所使用的水平配向膜的情况下，优选的预倾角实际为0.5°以上25°未满，更优选为1°以上10°未满。
作为所述液晶层，通过配向膜控制液晶的初期配向的方式的液晶显示装置中，可以使用通常所使用的液晶层。包含于液晶层的液晶分子为，由下述式(P)中定义的介电常数各向异性(Δε)具有负值的液晶分子，也可以具有正值的液晶分子。即，液晶分子也可以为具有负介电常数各向异性的液晶分子，也可以为具有正介电常数各向异性的液晶分子。作为具有负介电常数各向异性的液晶分子可以使用，例如Δε为-1～-20的液晶分子。作为具有正介电常数各向异性的液晶分子可以使用，例如Δε为1～20的液晶分子。
Δε＝(长轴方向的介电常数)-(短轴方向的介电常数) (P)
本实施方式的液晶显示装置的显示模式并没有特别限定，可以使用例如，边缘场开关(FFS：Fringe Field Switching)模式、面内开关(IPS：In－Plane－Switching)模式等水平配向模式；垂直配向扭转向列(VATN：Vertical Alignment Twisted Nematic)模式、多域垂直配向(MVA：Multi-domain Vertical Alignment)模式、图案垂直配向)(PVA：Patterned Vertical Alignment)模式等垂直配向模式；扭转向列(TN：Twisted Nematic)模式。
水平配向模式中，所述薄膜晶体管基板上设有对所述液晶层施加电场的一对电极。FFS模式中，薄膜晶体管基板上设有，含有面状电极、狭缝电极、配置于面状电极和狭缝电极之间的绝缘膜的结构(FFS电极结构)，与薄膜晶体管基板邻接的液晶层中形成有倾斜电场(边缘电场)。一般而言，从液晶层侧，依次配置有狭缝电极、绝缘膜、面状电极。作为狭缝电极可以使用，例如具备将其整个周围被电极围起来的线状的开口部作为狭缝的，具备多个梳部且梳部之间配置的线状的切入部构成为狭缝的梳型形状的。
IPS模式中，薄膜晶体管基板上设有一对梳型电极，与薄膜晶体管基板邻接的液晶层中形成有横向电场。作为一对梳型电极可以使用，例如，分别具备多个梳部，且梳部相互啮合的方式配置的电极组。
VATN模式的液晶显示装置中，对各像素实施多个方向上的配向处理，从而优选使用光的配向膜处理。这样的VATN模式的液晶显示装置也可以根据本发明可以得到防止TFT特性劣化的效果。
本实施方式的液晶显示装置除了所述薄膜晶体管基板、所述液晶层之外，也可以具备彩色滤光片基板；偏光板；背光；相位差膜；视野角扩大膜；亮度增强膜等光学膜；TCP(Tape Carrier Package：载带封装)、PCB(印刷配线基板)等外部电路；外框(框)等元件。对于这些元件并没有特别限定，可以使用在液晶显示装置的领域中通常使用的，因此省略说明。
接着，对本实施方式的液晶显示装置的制造方法进行时说明。本实施方式的液晶显示装置的制造方法为，具备具有底栅极型薄膜晶体管以及配向膜的薄膜晶体管基板和液晶层的液晶显示装置的制造方法，包括：形成栅极电极的工序(A)；形成栅极绝缘膜的工序(B)；形成含有氧化半导体的沟道层的工序(C)；在所述栅极绝缘膜以及所述沟道层上形成金属膜，所述沟道层上配置的所述金属膜的一部分通过蚀刻去除，而形成一对源极和漏极电极的工序(D)；形成含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种的所述配向膜的工序(E)；所述工序(E)中，照射具有270nm以上的波长的光。
所述形成栅极电极的工序(A)中，例如通过溅射法等成膜金属膜之后，形成的膜通过光刻法图案化期望的形状。金属膜也可以是单层，也可以是两个以上的叠层的结构。作为金属膜的材质例举，例如，钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、钛(Ti)等高熔点金属、高熔点金属的氮化物等。
所述形成栅极绝缘膜的工序(B)中，例如通过溅射法、常压CVD法、低压CVD法、等离子CVD法、远程等离子CVD法等，成膜绝缘性材料。作为绝缘性材料例举，氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiNx)、氧化钽、氧化铝等。
所述形成沟道层的工序(C)中，例如，通过溅射法等成膜氧化半导体之后，成膜的膜通过光刻法图案化期望的形状。
所述形成所述一对源极以及漏极电极的工序(D)的第一阶段中，例如通过溅射法等，在栅极绝缘膜以及沟道层上形成金属膜。金属膜也可以是单层，也可以是两个以上的叠层的结构。作为金属膜的材质例举，例如，钛(Ti)、铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)等金属、它们的合金。所述工序(D)的第二阶段中，例如，形成通过光刻法不进行沟道蚀刻的一对源极以及漏极电极。具体地，按抗蚀剂涂布、预烘培(预烧结)、曝光、显影、后烘培(主烧结)、干蚀刻法、剥离抗蚀剂的顺序进行处理，图案化所述金属膜。
所述形成配向膜的工序(E)中，例如，按含有表示光配向性的材料的配向剂的涂布、预烧结、配向处理用的曝光、主烧结的顺序，或者按含有表示光配向性的材料的配向剂的涂布、预烧结、主烧结、配向处理用的曝光的顺序进行实施。所述配向处理用的曝光中使用具有270nm以上的波长的偏光或者无偏光。
如上所述，所述工序(E)中，通过使用具有270nm以上的波长的光，防止光激发构成TFT的沟道层的氧化半导体的缺陷能级。因此，可以防止TFT的电流电压(I-V)特性劣化，可以制造显示品质优异的液晶显示装置。
另外，通过PSA方式在配向膜上形成聚合物层时，液晶面板中封入含有光聚合性单体(前驱体)以及液晶分子的液晶材料之后，将具有270nm以上的波长的偏光或者无偏光照射于液晶材料，以光聚合光聚合性单体。此时，光从TFT基板侧照射到液晶材料。因为从彩色滤光片基板侧照射时，光会被彩色滤光片吸取。通过光聚合所产生的聚合物，为了对液晶材料的溶解度低于光聚合性单体，成膜于薄膜晶体管上，以成为聚合物层。
作为光聚合性单体，通过具有270nm以上的波长的光可以有效地自由基聚合，优选使用丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体。所述液晶材料根据需求也可以添加聚合引发剂，优选感光波长为270nm以上的聚合引发剂。
此外，通过PSA方式形成的聚合物层也可以是覆盖整个配向膜的膜，也可以是在配向膜上离散形成的膜。
以上，对本发明的实施方式进行说明，说明的各事项，都适用于本发明总体而得到的。
以下列举实施例以及比较例对本发明参照图示进一步详细进行说明，但是本发明并不仅限定于这些实施例。
(第一实施例)
第一实施例是关于作为水平配向模式一种的边缘场开关(FFS：FringeFieldSwitching)模式的液晶显示装置。图1为示意性地示出第一实施例的液晶显示装置构成的截面图，图2为示意性地示出第一实施例的薄膜晶体管基板的断面的图，图3为示意性地示出第一实施例的薄膜晶体管基板的像素的俯视图。
如图1所示，第一实施例的液晶显示装置具有从背面侧朝向观察者依次配置有背光10、薄膜晶体管(TFT)基板20、配向膜50、液晶层60、配向膜50、彩色滤光片(CF)基板40的构成。此外，图1中的空白箭头示意性地示出背光10发出的光的行进方向。
如图2所示，TFT基板20具有沟道蚀刻(CE)结构。具体地，在基板21上以规定的图案设置有，作为厚度为300nm的钨膜和厚度为20nm的氮化钽膜的沉积体(W/TaN)的栅极电极22g。如图3所示，栅极电极22g为从栅极配线22分支的部分。
在栅极电极22g上设有，覆盖整个基板，作为厚度为50nm的氧化硅膜和厚度为300nm的氧化硅膜的沉积体(SiO2/SiNx)的栅极绝缘膜23。
在栅极绝缘膜23上设有，由厚度为50nm的氧化半导体构成的沟道层24。作为氧化半导体使用含有铟、镓、锌以及氧的(In-Ga-Zn-O系氧化半导体)。作为形成沟道层24的方法使用，将氧化半导体通过溅射法成膜之后，形成的膜通过含有湿蚀刻法工序以及抗蚀剂剥离工序的光刻法图案化期望的形状的方法。
在沟道层24上以规定的图案设置有，作为厚度为10nm的钛膜、厚度为300nm的铝膜、以及厚度为30nm的钛膜的沉积体(Ti/Al/Ti)的源极电极25s以及漏极电极25d。如图3所示，源极电极25s为从源极配线25分支的部分，漏极电极25d为夹着沟道层24与源极电极25s相对设置。作为源极电极25s以及漏极电极25d的形成方法使用，通过溅射法在整个基板21上形成沉积体之后，将该沉积膜使用包含干蚀刻工序(沟道蚀刻)以及抗蚀剂剥离工序的光刻法图案化的方法。通过所述干蚀刻工序，沟道层24上形成的沉积体的一部分被去除，使得具有规定的沟道长度(L＝6μm)以及沟道宽度(W＝20μm)。此外，在干蚀刻工序中所发生的等离子体会对去除沉积体时露出的由氧化半导体构成的沟道层24带来损害。
源极电极25s以及漏极电极25d上设有，覆盖整个基板，作为厚度为300nm的氧化硅(SiO2)的沟道保护膜26。还有，在整个基板上设有厚度为2.0μm的丙烯酸树脂膜27。
本实施例的液晶显示装置为FFS模式，从而在丙烯酸树脂膜27上以规定的图案设置有，作为厚度为100nm的铟锌氧化物(IZO)的辅助电容电极28。还有，贯通沟道保护膜26以及丙烯酸树脂膜27形成开口，以露出漏极电极25d的一部分。
接着，露出漏极电极25d的一部分的区域之外，设有作为厚度为100nm的氮化硅膜(SiNx)的辅助电容绝缘膜29。还有，以规定图案设有作为厚度为100nm的铟锌氧化物(IZO)的像素电极30。如所述那样，制造具有图2以及图3所示的结构的TFT基板。
虽然图2图未示，像素电极30上设有配向膜50。还有，配向膜50也形成于CF基板40的与液晶层60相邻侧的表面上。配向膜50由以下顺序制造。首先，将偶氮苯结构包含于主链的聚酰亚胺聚合物作为固体成分含有的配向剂涂布于TFT基板20上。配向剂的组成为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)：丁基溶纤剂(BC)：固态成分＝66：30：4的重量比。CF基板40上也同样涂布有配向剂。
将涂布有配向剂的TFT基板20以及CF基板以70℃加热2分钟进行预烧结。预烧结之后形成的配向膜50的膜厚为100nm。预烧结之后，作为配向处理用的曝光，从基板法线方向照射偏光紫外线。图4为表示第一实施例的配向处理的照射光谱的图。偏光紫外线的光源使用高亮度点光源(牛尾电机(USHIO INC.)会社制，商品名“Deep UV灯”)，还使用波长为365nm的带通滤波器。由紫外线累积光量计(牛尾电机会社制，商品名“UIT-250”，光接收器形式“UVD-S365”)测量时，照射于配向膜50偏光紫外线的强度为1J/cm2。配向处理用曝光之后，作为主烧结，将配向膜50以110℃加热30分钟之后，以230℃加热30分钟。
接着，CF基板40上以规定的图案描画密封剂(协立化学产业会社制，商品名“WORLDROCK”)。之后，通过液晶滴下(ODF)方式在TFT基板20上滴下液晶。液晶使用默克会社制的MLC6610。并且CF基板40和TFT基板20通过与配向处理时所照射的偏光紫外线的偏光轴一致的方式贴合，TFT基板20和CF基板40之间封入液晶。之后，进行以130℃加热40分钟的热处理。形成的液晶层60的d·Δn(厚度d和折射率各向异性Δn的积)为330nm。并且，为了偏光轴成为正交尼科尔的关系，TFT基板20的背面侧以及CF基板40的观察面侧贴合有一对偏光板。还有，将具备发光二极管(LED)的背光10安装于TFT基板20的背面侧，以完成第一实施例的FFS模式的液晶装置。
(第一实施例的特性评价)
1)TFT的电流电压(I-V)特性
针对第一实施例的TFT，使用安捷伦(Agilent Technology)会社制的半导体参数分析仪4156C，配向处理用的曝光前后测量I-V特性。针对测量，源极电极25s-漏极电极25d之间的电压设定为10V(Vds＝10V)，变化栅极电极22g的电压(Vg)时测量流动于沟道层24的电流量(Id)。图5为表示在配向处理用的曝光前后测量的第一实施例的TFT的电流电压特性的框图。如图5所示，I-V特性在配向处理用的曝光前后几乎无变化。具体地，TFT的阈值电压在曝光后下降了0.04V(ΔVth＝-0.04V)。
2)31灰阶的显示不均匀
目视观察由31灰阶点亮的画面，进行显示不均匀的评价。31灰阶相当于电压透过率曲线(V-T线)的上升部分，针对电压变化表示透过率急变化的灰阶，因此显示不均匀容易显著。观察结果，第一实施例的液晶显示装置没有显示不均匀，有良好的显示质量。因此，可以确认不容易发生TFT特性所引起的DC电荷不均匀(charge unevenness)。
(第一比较例)
除了配向膜的形成之外，与第一实施例相同，制造FFS模式的液晶显示装置。配向膜由以下顺序制造。首先，将环丁烷结构包含于主链的聚酰亚胺聚合物作为固态成分含有的配向剂，涂布于TFT基板上。配向剂的组成为NMP：BC：固态成分＝66：30：4的重量比。CF基板上也同样涂布配向剂。
将涂布有配向剂的TFT基板以及CF基板间以70℃加热2分钟进行预烧结。预烧结之后形成的配向膜的膜厚为100nm。预烧结之后，作为主烧结，将配向膜以230℃加热30分钟。主烧结之后，作为配向处理用的曝光，从基板法线方向照射偏光紫外线。图6为表示第一比较例的配向处理的照射光谱的图。偏光紫外线的光源使用高亮度点光源(牛尾电机会社制，商品名“Deep UV灯”)，不使用带通滤波器。由紫外线累积光量计(牛尾电机会社制，商品名“UIT-250”，光接收器形式“UVD-S254”)测量时，照射于配向膜偏光紫外线的强度为0.6J/cm2。配向处理用曝光之后，作为后烧结，将配向膜以230℃加热30分钟。
(第一比较例的特性评价)
1)TFT的电流电压(I-V)特性
针对第一比较例的TFT与第一实施例相同，在配向处理用的曝光前后测量I-V特性。图7为表示在配向处理用的曝光前后测量的第一比较例的TFT的电流电压特性的框图。如图7所示，I-V特性在配向处理用的曝光前后明显变化。具体地，TFT的阈值电压在曝光后下降了0.89V(ΔVth＝-0.89V)。
2)31灰阶的显示不均匀
目视观察由31灰阶点亮的画面，进行显示不均匀的评价。观察结果，第一比较例的液晶显示装置越过使10％的光透过的衰减滤光片(ND10滤光片)也可以观察到显示不均匀，不具有足够显示质量。可以想到该显示不均匀是由TFT特性所引起的DC电荷不均匀(chargeunevenness)。
3)关于评价结果的考察
第一比较例的TFT通过配向处理用的曝光大幅度下降阈值电压，其结果，发生显示不均匀。第一比较例的配向处理中所使用的光的光谱显著含有350nm以下的短波长的紫外线的方面与第一实施例不同。因此，可以获知，短波长紫外线会影响构成TFT的沟道层的氧化物半导体(In-Ga-Zn-O)的特性。沟道蚀刻(CE)结构的TFT中，在分离源极、漏极电极的干蚀刻法工序中，露出沟道层表面(背沟道侧)，导致受到因等离子体放电所引起的损害。因为该损害，沟道层上生成缺陷能级，照射光时，缺陷能级成为电子和空穴对的发生中心。其结构，可以想到，TFT的I-V特性为负漂移。另一方面，可以想到，第一实施例中，为了照射350nm以上的紫外线，不会发生从缺陷能级的光激发，可以抑制电子和空穴对的发生。
(第二实施例)
除了配向膜的形成之外，与第一实施例相同，制造FFS模式的液晶显示装置。配向膜由以下顺序制造。首先，将环丁烷结构包含于主链的聚酰亚胺聚合物作为固态成分含有的配向剂，涂布于TFT基板上。配向剂的组成为NMP：BC：固态成分＝66：30：4的重量比。CF基板上也同样涂布配向剂。
将涂布有配向剂的TFT基板以及CF基板间以70℃加热2分钟进行预烧结。预烧结之后形成的配向膜的膜厚为100nm。预烧结之后，作为配向处理用的曝光，从基板法线方向照射偏光紫外线。图8为表示第二实施例的配向处理的照射光谱的图。偏光紫外线的光源使用高亮度点光源(牛尾电机会社制，商品名“Deep UV灯”)，还使用不透过270nm以下的波长的光的短波滤光片(short-cut filter)。由紫外线累积光量计(牛尾电机会社制，商品名“UIT-250”，光接收器形式“UVD-S313”)测量时，照射于配向膜偏光紫外线的强度为1J/cm2。配向处理用曝光之后，作为主烧结，将配向膜以230℃加热30分钟。
(第二实施例的特性评价)
1)TFT的电流电压(I-V)特性
针对第二实施例的TFT，与第一实施例相同，配向处理用的曝光前后测量I-V特性。图9为表示在配向处理用的曝光前后测量的第二实施例的TFT的电流电压特性的框图。如图9所示，I-V特性在配向处理用的曝光前后小幅度变化。具体地，TFT的阈值电压在曝光后下降了0.24V(ΔVth＝-0.24V)。
2)31灰阶的显示不均匀
目视观察由31灰阶点亮的画面，进行显示不均匀的评价。观察结果，第二实施例的液晶显示装置中，显示不均匀(TFT特性所引起的DC电荷不均匀)越过使50％的光透过的衰减滤光片(ND2滤光片)观察不到，具有良好的显示质量。
3)关于评价结果的考察
第二实施例的TFT与第一比较例不同，通过配向处理用的曝光只能小幅度下降阈值电压。第二实施例的配向处理中所使用的光的光谱不含有270nm以下的短波长的紫外线的方面与第一比较例不同。因此，可以获知，使I-V特性移动的氧化物半导体(In-Ga-Zn-O)的缺陷能级是由未满270nm的波长的光所激发。
(第三实施例)
第三实施例是关于作为垂直配向模式一种的垂直配向扭转向列(VATN)模式的液晶显示装置。图10为示意性地示出第三实施例的薄膜晶体管基板的截面的图，图11为示意性地示出第三实施例的薄膜晶体管的像素的俯视图。此外，第三实施例的液晶显示装置还具有图1所示的构成。
第三实施例的薄膜晶体管基板(TFT基板)20在具有图10所示的沟道蚀刻(CE)结构，不设有辅助电容电极28以及辅助电容绝缘膜29的方面，具有与第一实施例的TFT基板20不同的截面结构。
虽然图10未图示，但是像素电极30上设有配向膜50。另外，配向膜50也形成在彩色滤光片基板(CF基板)40的相邻于液晶层60的侧的表面上。配向膜50由以下顺序制造。首先，将偶氮苯结构包含于侧链的聚酰亚胺聚合物作为固体成分含有的配向剂，涂布于TFT基板上。配向剂的组成为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)：丁基溶纤剂(BC)：固态成分＝66：30：4的重量比。CF基板40上也同样涂布有配向剂。
将涂布有配向剂的TFT基板20以及CF基板40以70℃加热2分钟进行预烧结。预烧结之后形成的配向膜50的膜厚为100nm。预烧结之后，作为主烧结，将配向膜50以200℃加热30分钟。主烧结之后，作为配向处理用的曝光，从相对于基板法线倾斜40度的方向照射p偏光紫外线。图12为表示第三实施例的配向处理的照射光谱的图。p偏光紫外线的光源使用高亮度点光源(牛尾电机会社制，商品名“Deep UV灯”)，还使用不透过270nm以下的波长的光的短波滤光片。由紫外线累积光量计(牛尾电机会社制，商品名“UIT-250”，光接收器形式“UVD-S313”)测量时，照射于配向膜50的p偏光紫外线的强度为40mJ/cm2。
接着，CF基板40上以规定的图案描画密封剂(协立化学产业会社制，商品名“WORLDROCK”)。之后，通过液晶滴下(ODF)方式在TFT基板20上滴下液晶。液晶使用默克会社制的MLC6610。并且CF基板40和TFT基板20以与液晶的预倾方位的正交的方式贴合，TFT基板20和CF基板40之间封入液晶。因此，各像素内形成有液晶分子的配向的方向相互不同的四个区域。图11中的箭头表示各区域的液晶分子的配向的方向。之后，进行以130℃加热40分钟的热处理。形成的液晶层60的d·Δn(厚度d和折射率各向异性Δn的积)为340nm。并且，为了偏光轴成为正交尼科尔的关系，TFT基板20的背面侧以及CF基板40的观察面侧贴合有一对偏光板。还有，将具备LED的背光10安装于TFT基板20的背面侧，以完成第三实施例的VATN模式的液晶装置。
(第三实施例的特性评价)
1)TFT的电流电压(I-V)特性
第三实施例的TFT中，与第一实施例相同，在配向处理用的曝光前后测量I-V特性。图13为表示在配向处理用的曝光前后测量的第三实施例的TFT的电流电压特性的框图。如图13所示，I-V特性在配向处理用的曝光前后小幅度变化。具体地，TFT的阈值电压在曝光后下降了0.18V(ΔVth＝-0.18V)。
2)31灰阶的显示不均匀
目视观察由31灰阶点亮的画面，进行显示不均匀的评价。观察结果，第三实施例的液晶显示装置中，显示不均匀(TFT特性所引起的DC电荷不均匀)越过使50％的光透过的衰减滤光片(ND2滤光片)观察不到，具有良好的显示质量。
如上所述，液晶的配向模式为不仅如第一实施例以及第二实施例的水平配向模式(横向电场方式)的情况，对于VATN模式的情况，也确认了本发明的效果。
(第四实施例)
第四实施例是关于作为垂直配向模式一种的多域垂直配向(MVA)模式的液晶显示装置，其特征为应用聚合物稳定配向(PSA)模式的方面。第四实施例的TFT基板虽然具有图10所示的沟道蚀刻(CE)结构，具有与第三实施例的TFT基板相同的截面结构，但是在像素电极形成有电极狭缝的方面，具有与第三实施例的TFT基板不同的截面结构。
第四实施例中，在TFT基板的像素电极上也设有配向膜。另外，配向膜也形成在彩色滤光片基板(CF基板)的邻接于液晶层的侧的表面上。配向膜由以下顺序制造。首先，将胆固结构以及肉桂酸酯结构包含于侧链的聚酰亚胺聚合物作为固体成分含有的配向剂，涂布于TFT基板上。配向剂的组成为NMP：BC：固态成分＝66：30：4的重量比。CF基板40上也同样涂布有配向剂。
将涂布有配向剂的TFT基板以及CF基板以70℃加热2分钟进行预烧结。预烧结之后形成的配向膜的膜厚为100nm。预烧结之后，作为主烧结，将配向膜以200℃加热30分钟。
接着，CF基板上以规定的图案描画密封剂(协立化学产业会社制，商品名“WORLDROCK”)。之后，通过液晶滴下(ODF)方式在TFT基板20上滴下液晶。液晶使用了在默克会社制的MLC6610内，作为甲基丙烯酸酯聚合物的前驱体，添加0.3wt％的联苯-4，4’-二基双(2-甲基丙烯酸酯)的。并且贴合CF基板和TFT基板，液晶封入于两个基板之间。之后，进行以130℃加热40分钟的热处理。形成的液晶层的d·Δn(厚度d和折射率各向异性Δn的积)为340nm。
接着，作为配向处理用的曝光，设于TFT基板上的像素电极和设于CF基板的共用电极之间施加20V的直流(DC)电压的同时，从基板法线方向照射无偏光紫外线。图14为表示第四实施例的配向处理的照射光谱的图。无偏光紫外线的光源使用黑光荧光灯(东芝会社制，商品名“FHF32BLB”)，不使用短截止滤光片(short-cut filter)。由紫外线累积光量计(牛尾电机会社制，商品名“UIT-250”，光接收器形式“UVD-S365”)测量时，无偏光紫外线的强度为5J/cm2。通过无偏光紫外线的照射，联苯-4，4’-二基双(2-甲基丙烯酸酯)进行光聚合，配向膜上形成有甲基丙烯酸酯聚合物层。
并且，为了偏光轴成为正交尼科尔的关系，TFT基板的背面侧以及CF基板的观察面侧贴合一对偏光板。还有，将LED背光安装于TFT基板的背面侧，以完成应用第四实施例的PSA技术的MVA模式的液晶装置。
(第四实施例的特性评价)
1)TFT的电流电压(I-V)特性
第四实施例的TFT中，与第一实施例相同，配向处理用的曝光前后测量I-V特性。图15为表示在配向处理用的曝光前后测量的第四实施例的TFT的电流电压特性的框图。图15所示，I-V特性在配向处理用的曝光前后小幅度变化。具体地，TFT的阈值电压在曝光后下降了0.25V(ΔVth＝-0.25V)。
2)31灰阶的显示不均匀
目视观察由31灰阶点亮的画面，进行显示不均匀的评价。观察结果，第四实施例的液晶显示装置中，显示不均匀(TFT特性所引起的DC电荷不均匀)越过使50％的光透过的衰减滤光片(ND2滤光片)观察不到，具有良好的显示质量。
如上所述，对于并用PSA模式的情况，也确认了本发明的效果。
此外，本发明的各实施例所记载的技术特征可以相互组合形成新的本发明的实施方式。
(附记)
本发明的一个方面是一种具有薄膜晶体管基板以及液晶层的液晶显示装置，液晶显示装置也可以是，所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管和配向膜，所述薄膜晶体管依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极，所述配向膜含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、芪结构、香豆素结构以及苯酯结构构成的群中的至少一种的光官能团的液晶层的液晶显示装置。根据所述实施方式，选择作为被配向膜含有光官能团，通过具有270nm以上的波长的光可以实施配向处理，因此沟道蚀刻结构的薄膜晶体管中，不会光激发构成沟道层的氧化半导体的缺陷能级，可以实施光配向处理。因此，防止因配向处理TFT的电流电压(I-V)特性劣化。由此，可以防止TFT特性所引起的DC电荷不均匀，可以实现显示品质优异的液晶显示装置。
所述氧化半导体为优选使用含有铟、镓、锌以及氧(In-Ga-Zn-O系氧化半导体)的氧化半导体。这样的氧化半导体具有优异的电子迁移率的同时，可以实现光漏电流小的薄膜晶体管的氧化半导体。因此，具有这样的优异的TFT特性的氧化半导体和光官能团的组合使用时，防止TFT特性的劣化的效果显著。
所述配向膜和所述液晶层之间也可以具有含有所述丙烯酸酯结构以及所述甲基丙烯酸酯结构中至少一方的聚合物层。这样的聚合物层可以通过PSA方式制造。另外，优选的是，通过具有270nm以上的波长的光，将含有于液晶中的前驱体(单体等)有效地自由基聚合而形成所述聚合物层。
所述薄膜晶体管基板也可以是具有对所述液晶层施加电场的一对电极的薄膜晶体管基板。通过这样的构成，面内开关(IPS)模式、边缘场开关(FFS)模式等水平配向模式的液晶显示装置可以应用本发明。IPS模式中，作为所述一对电极，优选使用在同一个绝缘膜上配置的一对的梳状电极，液晶层中形成有横向电场。一方面，FFS模式的情况下，作为所述一对电极，优选使用配置于绝缘膜的上层的具有狭缝的电极和，配置于该绝缘膜的下层的面状的电极的组合，液晶层中形成有倾斜电场。
所述液晶显示装置的显示模式也可以是垂直配向扭转向列(VATN)模式。VATN模式的液晶显示装置中，针对各像素在多个方向上实施配向处理，因此优选使用光的配向处理。针对这样的VATN模式的液晶显示装置，根据本发明，可以得到防止TFT特性的劣化的效果。
本发明的另一个方面是一种具备具有底栅极型薄膜晶体管、以及配向膜的薄膜晶体管基板和液晶层的液晶显示装置的制造方法，液晶显示装置的制造方法也可以是，包括：形成栅极电极的工序(A)；形成栅极绝缘膜的工序(B)；形成含有氧化半导体的沟道层的工序(C)；在所述栅极绝缘膜以及所述沟道层上形成金属膜，所述沟道层上配置的所述金属膜的一部分通过蚀刻去除，而形成一对源极和漏极电极的工序(D)；形成含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种的所述配向膜的工序(E)；所述工序(E)中，照射具有270nm以上的波长的光的液晶显示装置的制造方法。根据所述实施方式，通过照射具有270nm以上的波长的光实施配向处理，因此沟道蚀刻结构的薄膜晶体管中，可以防止光激发构成沟道层的氧化半导体的缺陷能级。因此，通过光配向处理，可以防止TFT的电流电压(I-V)特性劣化。由此，可以防止TFT特性所引起的DC电荷不均匀，可以制造显示品质优异的液晶显示装置。
进一步，也可以包括工序(F)，工序(F)针对含有包含丙烯酸酯单体以及甲基丙烯酸酯单体中至少一方的前驱体、以及液晶分子的液晶材料，照射具有270nm以上的波长的光，使所述前驱体聚合而形成聚合物层的。这样的聚合层的制造方法称为聚合物稳定配向(PSA)模式。由于通过照射具有270nm以上的波长的光而有效地自由基聚合，因此优选所述前驱体。通过自由基聚合产生的聚合物，对液晶材料的溶解度低于所述前驱体，因此作为聚合物层，可以成膜于薄膜晶体管上。
以上所示的本发明的技术特征在不脱离本发明的主旨的范围内既可以适当组合。
符号说明
10 背光
20 薄膜晶体管(TFT)基板
21 基板
22 栅极配线
22g 栅极电极
23 栅极绝缘膜
24 沟道层
25 源极配线
25d 漏极电极
25s 源极电极
26 沟道保护膜
27 丙烯酸树脂膜
28 辅助电容电极
29 辅助电容绝缘膜
30 像素电极
40 彩色滤光片(CF)基板
50 配向膜
60 液晶层

Claims (7)

1.一种具有薄膜晶体管基板以及液晶层的液晶显示装置，其特征在于，所述薄膜晶体管基板具有沟道蚀刻结构的薄膜晶体管和配向膜，
所述薄膜晶体管依次具有栅极电极、栅极绝缘膜、含有氧化半导体的沟道层、一对源极以及漏极电极，
所述配向膜含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述氧化半导体为含有铟、镓、锌以及氧。
3.如权利要求1或者2所述的液晶显示装置，其特征在于，在所述配向膜和所述液晶层之间具有含有丙烯酸酯结构以及甲基丙烯酸酯结构中至少一方的聚合物层。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述薄膜晶体管基板具有对所述液晶层施加电场的一对电极。
5.如权利要求1至3中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置的显示模式是垂直配向扭转向列模式。
6.一种具备具有底栅极型薄膜晶体管、以及配向膜的薄膜晶体管基板、和液晶层的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包括：
形成栅极电极的工序(A)；
形成栅极绝缘膜的工序(B)；
形成含有氧化半导体的沟道层的工序(C)；
在所述栅极绝缘膜以及所述沟道层上形成金属膜，所述沟道层上配置的所述金属膜的一部分通过蚀刻去除，而形成一对源极和漏极电极的工序(D)；
形成含有选自由肉桂酸酯结构、查耳酮结构、偶氮苯结构、茋结构、香豆素结构、苯酯结构构成的群中的至少一种的所述配向膜的工序(E)；
所述工序(E)中，照射具有270nm以上的波长的光。
7.如权利要求6所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于，还包括工序(F)，所述工序(F)针对含有包含丙烯酸酯单体以及甲基丙烯酸酯单体中至少一方的前驱体、以及液晶分子的液晶材料，照射具有270nm以上的波长的光，使所述前驱体聚合而形成聚合物层。
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