CN1403861A - 反射器和液晶显示器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过涂覆和烘干在设有薄膜晶体管16的基片14上形成平坦的有机绝缘层18。接着，在有机绝缘层18上照射脉冲型激光束，通过烧蚀在有机绝缘层18上形成接触孔18a和波纹18b。形成的波纹18b具有至少四个高度等级。

Description

反射器和液晶显示器的制造方法
本发明领域
本发明涉及具有优良反射特性的反射器和设有这种反射器具有优良显示特性的液晶显示器，以及它们的制造方法。
现有技术说明
已知反射型的液晶显示器其内设有反射器，用于反射入射光提供显示的光。反射型液晶显示器不需要背光作光源。因此，反射型液晶显示器比透射型液晶显示器具有优点，如较低的电能消耗，较薄的尺寸。由于这些特点，反射型液晶显示器用于可移动式的终端等。既有反射型又有透射型功能的所谓的透射—反射型液晶显示器也用与可移动电话等。虽然下面说明反射型液晶显示器的问题，但是透射—反射型液晶显示器也具有相似的问题。
反射型液晶显示器具有：在液晶池中填充的液晶；驱动液晶的开关元件；和在液晶池内或外设置的反射器。反射型液晶显示器例如是，使用诸如薄膜晶体管等开关元件的有源矩阵型液晶显示器。
作为反射型液晶显示器，业已开发了具有在反射电极表面上形成的波纹形状以提高可见性的液晶显示器。反射电极在具有波纹表面而不是平的表面时，在多方向反射入射光。即，在反射电极的表面上形成波纹形状可以改善显示特性，如具有较宽的视角。
虽然反射电极的波纹形状可以增加反射光的散射特性，但是在波纹形状具高的规律性时，存在着反射光的干扰引起屏幕变暗的情况。因此，为了抑制光的干扰，希望形成具有尽可能低的规律性的波纹。
作为在反射电极的表面上形成波纹的一个方法，已经利用在绝缘膜的表面上形成波纹的方法。在这个方法中，首先形成感光性树脂，用曝光掩模进行曝光然后显影，形成不连续的凸起图形。然后，通过热处理熔化膜的表面，从而形成较平缓的形状。然后，在树脂膜上形成有机绝缘膜，然后腐蚀接触孔。最后，在绝缘膜上形成反射电极。从树脂膜和绝缘膜起始的波纹形状形成在获得的反射电极的表面上。
根据上述形成波纹形状的方法，绝缘膜的波纹带有大致恒定的高度，也就是说，波纹的高度基本具有两个值，因为树脂膜的所有凸起具有基本相同的高度(厚度)值。在此，波纹的高度是指在反射器的法线方向波纹的顶部和底部的高度水平(深度)之间的差。
在No.2000-250025日本未审查专利申请公开公报中说明了使用所谓的半色调掩模的另一种方法。根据此方法，树脂膜用在掩蔽区域中具有不同透射率的半色调掩模构图，使得各凸起带有不同高度的值。但是，高度值的数目基本是两个，因此在绝缘膜上形成的波纹的高度具有三个值。
如上所述，现有技术的情况是，波纹的高度是固定到最多三个值。因此，现有技术反射器的波纹形状具有相对较高的规律，是相当单调的。
波纹的高度的规律性不提供优良的反射特性和显示特性。因此，在绝缘膜的波纹的高度值受限制的现有技术的反射器，不能够充分地提高显示特性。
而且，上述在绝缘膜上形成波纹的方法要求相对较多的步骤，即，形成两个有机膜(树脂膜和绝缘膜)、曝光和显影。另外，使用光刻技术形成的波纹具有陡的形状，因此要求随后的热处理步骤，使得表面形状平缓。因此，使用光刻技术的现有技术的方法具有包括较多步骤的缺点。
如上所述，现有技术的反射器的问题是，反射电极的波纹形状，特别是高度，具有较高的规律性，使得不能够取得足够高的反射特性。而且，这种反射器制造方法要求较多的步骤。
本发明概述
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种具有优良的反射特性的反射器和液晶显示器，以及制造它们的方法。
本发明的另一个目的是提供一种能够用显著较少的步骤制造的反射器和显示器，以及制造它们的方法。
到达上述目的，根据本发明的第一方面的反射器制造方法包括步骤：
形成绝缘层(18)；
用激光束照射所述的绝缘层(18)，从而通过烧蚀作用在绝缘层(18)表面上形成波纹(18b)；和
在绝缘层(18)上形成电极(19)。
此时，在所述烧蚀步骤，所述激光束可以以预定的强度分布照射在所述绝缘层(18)。
此时，所述激光束可以通过具有预定的透射率分布的掩模(43)照射在所述绝缘层(18)上。
此时，入射到所述掩模(43)上的所述激光束可以具有平坦的特性曲线。
此时，可以用点状的激光束进行扫描照射。
此时，在所述烧蚀步骤，可以以脉冲波形照射所述激光束。
此时，在所述烧蚀步骤，可以把所述波纹(18b)形成得具有四个以上的高度。
此时，开关元件(16)可以设置在所述绝缘层(18)下，并且
在所述烧蚀步骤形成接触孔(18a)，所述开关元件(16)的一端可以通过其底部露出。
此时，在所述烧蚀步骤，在所述绝缘层(18)上平坦部分可以与波纹部分一起形成。
上述制造方法还可以包括在所述平坦部分形成透明电极(52)的步骤。
上述的制造方法还可以含有在所述烧蚀步骤后退火所述绝缘膜(18)的步骤。
为了到达上述目的，根据本发明第二方面的反射器包括：
绝缘膜，形成在基片(14)上，具有在表面上带有至少四个高度的多级波纹(18b)；和
电极(19)，形成在所述绝缘层(18)上。
为了到达上述目的，根据本发明的第三方面的液晶显示器具有如上所述的反射器(11)。
附图简要说明
图1是本发明第一实施例的液晶显示器的剖视图；
图2A至2D表示根据此实施例的反射器的制造步骤；
图3是光学处理系统结构图；
图4是平顶型激光束的特性曲线；
图5是通过掩模的激光束特性曲线；
图6是点状激光束特性曲线；
图7是根据本发明第三实施例的反射器的剖视图；
图8A-8D表示图7所示的反射器制造步骤；和
图9是照射的激光束特性曲线。
优选实施例的详细说明
下面参照附图说明本发明的优选实施例。下面将说明本发明的一个实施例，此实施例是示范性的，而不是限制性的。(第一实施例)
根据本发明第一实施例的液晶显示器是有源矩阵型的液晶显示器，它具有逐像素的薄膜晶体管之类开关元件。
图1是该实施例的液晶显示器10的单元像素区的剖视图。如图所示，反射型液晶显示器10具有构成反射器的下基片11；对置基片12，它设置得面向下基片11；和液晶层12，它夹在下基片11和对置基片12之间。
下基片11具有绝缘基片14、绝缘保护膜5、薄膜晶体管16、钝化膜17、有机绝缘层18和反射电极19。
无机或有机绝缘材料的绝缘保护膜15沉积在绝缘基片14上。起开关元件作用的薄膜晶体管16形成在绝缘保护膜15上。
各薄膜晶体管16具有：栅极20，它形成在绝缘基片14上；半导体层21，它覆盖在栅极20上，中间有绝缘保护膜15；漏极22和源极23。漏极22和源极23分别连接到半导体层21的未示出的漏区和源区。
钝化膜17包括绝缘膜例如硅基的膜。设置钝化膜17使得在除了在要形成下面说明的接触孔的部分之外处覆盖每个薄膜晶体管16。
有机绝缘层18形成在钝化膜17上。有机绝缘层18包括容易用后文说明的激光烧蚀烧掉和升华的的有机材料。
所谓的激光烧蚀是这样一种现象，即，在具有预定波长范围的吸收波段的有机材料上，照射预定波长范围的激光束时，使得在有机材料中的化学键破裂，以致照射的表面层被汽化(除去)。
即，有机绝缘层18由这样的有机材料形成，它吸收在烧蚀中使用的波长的激光。下面说明的情况是有机绝缘层18是由聚酰亚胺树脂形成的。
在有机绝缘层18中形成通过其底部露出源极23的接触孔18a。在有机绝缘层18的表面形成波纹18b。波纹18b和接触孔18a通过下面说明的激光烧蚀形成。
形成有机绝缘层18的波纹18b使得其高度具有多个值。波纹18b的“高度”是，在反射器的的法线方向中，作为参照的预定位置的顶部或底部的高度。在此实施例中，取在波纹18b形成前的有机绝缘层18的位置(有机绝缘层18的厚度)作为参照。
如图1所示，有机绝缘层18的波纹具有预定范围内的多个高度，具体是四个或四个以上的高度值。例如，在有机绝缘层18形成为3微米厚时，波纹18b的高度例如在0.04-2.1微米的范围内具有至少四个高度值。
在包括接触孔18a的有机绝缘层18上以预定的厚度由金属制造反射电极19，如铝或铬。通过接触孔18a反射电极19连接到薄膜晶体管16的源极23，并且反射电极19起像素电极和光反射层的作用。
在反射电极19的表面形成波纹形状，所述波纹形状从有机绝缘层18的表面上的波纹18b起始。因为有机绝缘层18的波纹具有多个高度并且形成得具有多个级，所以在反射电极19上形成的波纹同样形成得具有多个级和低的规律性。因此，反射电极19反射的光具有高的散射特性，使得下基片11具有高的反射特性，从而形成具有下基片11、显示特性优良的液晶显示器10。
对置基片12具有在透明绝缘基片29一个表面上的顺序分层的彩色滤光器30和透明电极31。在绝缘基片29的另一表面上形成薄膜偏振器32。
用TN(扭转向列)型、STN(超级扭转向列)型、单片偏振器型(single sheet polarizer)、GH型(宾—主)、PDLC(聚合物分散液晶)型、或胆甾醇型等形成液晶层13。对液晶层13给出预定的排列。
下面说明带有上述结构的液晶显示器10的工作。
在白模式，入射到显示器表面的光通过绝缘基片29、彩色滤光器30、透明电极31和液晶层13，到达反射电极19的表面。
因为在反射电极19上形成波纹，所以入射光被波纹散射和反射。反射的光通过液晶层13、透明电极31、彩色滤光器30、绝缘基片29和片状偏振器32，返回到外面成为显示光。
另一方面，在黑模式，虽然入射光与白色模式同样地在反射电极19上被反射，但是被薄膜偏振器32阻挡，因此不输出到外面。这样进行液晶显示器10的光的开/关操作。
下面说明液晶显示器的反射器的制造方法。图2A至2D示出制造步骤。
首先，在绝缘基片14上形成各个薄膜晶体管作为开关元件。即，在绝缘基片14上形成栅极20，然后形成覆盖栅极20的绝缘保护膜15。接着，在绝缘保护膜15上通过腐蚀、掺杂等形成具有未示出的漏区和源区的半导体层21。然后，在绝缘保护膜15上分别形成接触漏区和源区的漏极22和源极23。另外，钝化膜17形成在薄膜晶体管16上，并将其构图，以具有如图2所示的制成结构。
接下来，在制成的结构的表面上涂覆聚酰亚胺并烘干，因此形成例如3微米的厚度平坦的聚酰亚胺的膜35(图2B)。
例如，在90℃进行十分钟的烘干。
随后，在聚酰亚胺膜35上进行激光烧蚀，形成图2C所示的具有接触孔18a和波纹18b的有机绝缘层18。
图3示出在激光烧蚀中使用的光学处理系统40的结构。图3的光学处理系统40包括光源41、成形部分42和掩模43。
光源41照射脉冲波形的激光束，如KrF激发物激光束(248毫微米波长)。以能够确保优良烧蚀特性的预定脉冲数和强度照射激光束。例如，以这样的强度照射激光使得，照射到预定形成接触孔18a的聚酰亚胺膜35部分上的能量密度为300毫焦耳/平方厘米。
成形部分42包括蝇眼透镜、柱面透镜、镜等，将激光束的形状成形为图4所示的平顶型特性曲线。成形的激光束向着作为靶的聚酰亚胺膜35照射，例如大约垂直地照射。
掩模43设置在成形部分42和受照射的目标之间，使得从成形部分42发出的激光束经过掩模43照射到照射靶的聚酰亚胺膜35上。被激光束照射的聚酰亚胺膜35的表面部分被烧蚀去掉。
掩模43包括所谓的介电掩模，它能够将光的透射率调节到希望的程度。即，掩模43是通过，在石英等透明基片上形成构图成为预定形状的介电膜(未示出)构成的。
介电膜是例如是由SiO2、Al2O3、HfO2、YF3、MgF2、LaF3、和ThF4等的膜或这些膜的层状体构成，通过通常的膜淀积方法形成在基片上。通过通常的构图方法介电膜以预定形状在基片表面上形成岛状。介电膜例如具有近于平面的形状。介电膜岛形成预定厚度，以实现所希望的光透射率。以预定的分布，在掩模表面上设置各材料和厚度的介电膜，能够在照射表面中取得希望的光强度(能量密度)分布。
烧蚀的程度与能量密度的水平成比例地不同，从而可以在不同深度上去除介电膜。特别是，在与接触孔18a相对应的区域没有设置介电膜的同时，在预定形成波纹18b的部分相应的区域上将介电膜设置到预定的厚度。经由这样形成的掩模43照射激光束能够在聚酰亚胺膜35上形成接触孔18a和波纹18b。也能够通过要照射的激光束的脉冲数调节烧蚀的深度。
激光束通过掩模43，例如，从图4所示的特性成形为图5所示的特性。如图所示，照射成形的激光束能够在聚酰亚胺膜35上形成图1所示的接触孔18a和波纹18b。
在图5所示的特性曲线中，照射到预定形成接触孔18ad部分的激光束没有受介电膜衰减，并具有平坦的形状。如上所述，激光束的能量密封设定到能够充分成形预定厚度的聚酰亚胺膜35。与预定形成接触孔的部分相应的平坦部分的能量密度例如是300毫焦耳/平方厘米。
另一方面，与预定形成波纹的部分的相应的能量密度的特性曲线显示出在上述范围内的多个峰值，至少四个峰值(最大或最小值)。所述的峰值例如处在60-200毫焦耳/平方厘米范围。
特性曲线具有这样的多个峰值的激光束的照射形成波纹18b，它在聚酰亚胺膜35中具有与各峰值相对应的底部和顶部。由于在特性曲线具有四个或更多峰值时，形成的波纹具有四个或更多高度。
以上述方式通过掩模43向聚酰亚胺膜35照射带有预定强度分布的激光束时，则形成如图2C所示的具有多级波纹18b的有机绝缘层18。
用烧蚀作用构成的结构图，与用通常的光刻技术相比较，形成更平缓的形状。因此，与使用光刻技术不同，退火不是重要的。然而，如果需要的话，也可以在250℃进行1小时的退火，使得在表面上的波纹18b更平缓。
在形成有机绝缘层18后，在有机绝缘层18上形成例如铝膜，然后将其构图形成作为反射像素电极的反射电极(图2D)。以上述方式能够制造出作为反射器的下基片11。
在绝缘基片14上成层状的，这样形成的下基片11和具有彩色滤光器30等的对置的基片12之间设置未示出的垫片，液晶13填充和密封在所述垫片形成的空间中。然后，通过粘贴等方法安装薄膜偏振器32，从而产生图1所示的反射型液晶显示器10。
根据此实施例，如上所述，通过激光烧蚀在有机绝缘层18上形成具有至少四个高度的多级波纹18b。有机绝缘层18的多级波纹18b在覆盖的反射电极19上形成带有低规律性的波纹表面。这实现具有高光的散射特性和优良显示特性的反射器和液晶显示器10。
通过具有预定透射率分布的掩模43在有机膜上照射激光束，形成了有机绝缘层18的多级波纹18b。掩模43的透射率分布能够任意设定，通过调节透射率的分布和照射脉冲的数目，波纹18b的高度能够容易地设置到多个级。
因为直接用激光烧蚀作用处理聚酰亚胺膜35，所以能够用显著少的步骤制造反射器和液晶显示器。即，在使用通常的光刻技术时，需要这样的步骤，如形成抗蚀剂膜和在其上的有机膜，曝光和显影，而在使用烧蚀作用时，具有接触孔18a和波纹18b的有机绝缘层18等几乎能够用至少一个步骤形成。
另外，光刻过程中，波纹18b具有陡的形状，要求退火。但是，在烧蚀方法中，波纹18b的表面较平缓。因此，不一定进行退火，因此能够在少得多的步骤形成有机绝缘层18。
第一实施例使用具有介电膜的所谓的介电掩模。但是，掩模43并不限于此类型，只要是它能够按照希望地控制透射率就可以是任何类型的。
虽然接触孔18a和波纹18b在烧蚀步骤同时形成，但是也可以使用不同的掩模在分开的步骤中形成它们。(第二实施例)
下面说明根据本发明第二实施例的制造反射器的方法。为了方便理解第二实施例起见，与第一实施例相对应的部件用相同的符号表示，并省略相关的说明。
在第二实施例中，与第一实施例不同，不使用掩模43，而用具有点状的激光束进行扫描照射，以在有机绝缘层18上形成波纹18b等。下面说明第二实施例的制造方法。
应注意，在下面说明的实施例中，有机绝缘膜18是通过把厚度为3微米的聚丙烯树脂150℃烘干一小时制造的。
在第二实施例中使用的激光束具有点状的特性曲线，所述特性曲线表现如图6所示的高斯分布。在点状的特性曲线的顶部上的激光束的能量密度被设定在预定范围内。
使用与在第一实施例相似的装置，将点状的激光照射在靶(基片)上。基片被例如置于X-Y平台上，能够在平面上移动。在激光处理时，基片以预定的方式间歇地移动。与基片移动同步地以预定脉冲数目照射激光束。也可以使用另一种结构：固定靶基片用扫描激光束照射。
在用激光束照射的聚丙烯树脂的表面上，在照射部分中的聚丙烯树脂被烧蚀烧掉和升华。对于各预定区域调节要照射的激光束的能量密度和脉冲数目。在改变激光束强度时的照射能够在有机绝缘层18上形成接触孔18a和具有多级深度的波纹18b。
烧蚀聚丙烯树脂的此实施例中，例如，可以使用半宽直径5微米的断面的XeCl激发物激光束(308毫微米波长)。此时，通过照射带多值的激光束的预定数目的脉冲，使得在特性曲线的顶部上的能量密度，例如在40-190毫焦耳/平方厘米范围内，能够在聚丙烯树脂膜表面上形成，如图2C所示的具有四或更多高度值的多级波纹18b。另外，通过例如照射特性曲线的顶部的300毫焦耳/平方厘米能量密度的激光束的八个脉冲，能够形成接触孔18a。
根据第二实施例，如上所述，以预定图案相对移动激光束时照射点状的激光束预定数目的脉冲，能够在有机膜上形成多级波纹18b和接触孔18a。显然，第二实施例中能够提供与第一实施例相同的优点。
虽然在第二实施例中移动作为靶的基片，但是，也可以代之以移动激光束的照射口。(第三实施例)
下面参照附图说第三实施例。为了方便理解第三实施例，对与图1的部件相同的部件用相同的符号标示，并省略相关说明。
图7是根据第三实施例的反射器(下基片11)的结构图。根据第三实施例的反射器用在既具有反射型也具有透射型功能的所谓的透射—照射型液晶显示器中。
如图7所示，第三实施例的反射器11具有反射区域50和透射区域51。
反射电极19形成在有机绝缘层18的反射区域50。在反射区域50的表面形成多级波纹。
在透射区域51中的有机绝缘层18上形成ITO(铟锡氧化物)透明电极52。在透射区域51中的有机绝缘层8的表面形成为几乎是平的。透明电极52也是如此。透明电极52接触与它电连接的反射电极19。也可以使用设置得将透明电极52与反射电极19分开的绝缘膜，和经由接触孔18a将透明电极52和反射电极19彼此连接的结构。
液晶显示器10是既具有反射型也具有透射型功能的所谓的透射反射型的液晶显示器，它设有的反射器既具有反射电极19又具有透明电极52。
图7示出的反射器11能够用第一实施例使用的相同方法制造。下面参照图8A-8D说明这个方法。
首先制备如图8A所示的具有薄膜晶体管16的基片。接着，如图8B所示，在基片上将聚酰亚胺膜35例如形成到2微米厚度。例如，通过在110℃烘烤十分钟形成聚酰亚胺膜35。
然后，按第一实施例的方法，对聚酰亚胺膜35进行激光处理，形成如图8C所示的形状的有机绝缘层18。
在第三实施例中，照射具有图9特性曲线的激光束。激光束的能量密度例如设定在30-250毫焦耳/平方厘米范围，照射脉冲数例如为10。
如图9所示，通过掩模43的激光束的特性曲线具有平稳的能量部分和波纹部分。特性曲线具有波纹部分和平坦部分的激光束的照射，在聚酰亚胺膜35上形成，如图8C所示的波纹部分和平坦部分。
接下来，例如在有机绝缘层18上形成薄铬膜，然后进行如图8D所示的构图，除去在平坦部分上的薄铬膜。在有机绝缘层18的露出的平坦部分上形成ITO等的透明电极52。这样便完成图7所示的反射器。
如上所述，第三实施例提供的反射器具有，多级波纹的反射电极19和平坦的透明电极52。通过激光烧蚀作用能够在单一步骤中分别形成反射电极19和透明电极52的有机绝缘层18的波纹部分和平坦部分。能够用明显减少的步骤制造图7示出的反射器和设有所述反射器的透射—反射型液晶显示器。
在第一到第三实施例中，有机绝缘层18是由聚酰亚胺或聚丙烯树脂制造的。但是，有机绝缘层18能够由具有预定的光吸收范围的树脂制造，如聚酰亚胺树脂，环氧树脂，聚丙烯树脂，环烯或线型酚醛树脂。
根据有机绝缘层18使用的有机材料类型选择使用的激光束能够进行激光烧蚀处理。可用的激光束是例如ArF激光(193毫微米)、KrF激光(248毫微米)、Xecl激光(308毫微米)或XeF激光(351毫微米)，或者例如YAG(钇铝榴石)激光(1.065微米)或二氧化碳激光(10.6微米)的红外线光束。
本发明能够相似地适用于，使用交错结构的薄膜晶体管的或所谓沟道保护型的薄膜晶体管的反射器和液晶显示器。
虽然薄膜晶体管16是用作开关元件，但是本发明不限于这种具体类型，而是也能够适用于，用其他开关元件的，如MIM(金属—绝缘体—金属)元件、二极管或压敏电阻，或有源矩阵型液晶显示器，或不使用开关元件的无源基体型液晶显示器。
不偏离本发明的范围和精神能够做出各种实施方式。上述的实施例是为了说明本发明，不是限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求限定。在本发明的权利要求的等同意义内形成的各种改型被认为是在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种制造反射器的方法，包括步骤：
形成绝缘层(18)；
用激光束照射所述的绝缘层(18)，从而通过烧蚀作用在绝缘层(18)表面上形成波纹(186)；和
在绝缘层(18)上形成电极(19)。
2.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，在所述烧蚀步骤中，所述激光束以预定的强度分布照射在所述绝缘层(18)上。
3.根据权利要求2的制造方法，其特征在于，所述激光束通过具有预定透射率分布的掩模(43)，照射到所述绝缘层(18)上。
4.根据权利要求3的制造方法，其特征在于，入射到所述掩模(43)上的所述激光束可以具有平坦的特性曲线。
5.根据权利要求2的制造方法，其特征在于，用点状的激光束进行扫描照射。
6.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，在所述烧蚀步骤中，用脉冲形照射所述激光束。
7.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，在所述烧蚀步骤中，把所述波纹(18b)形成得具有四个或更多的高度等级。
8.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，开关元件(16)设置在所述绝缘层(18)下，并且
通过在所述烧蚀步骤形成接触孔(18a)，所述开关元件(16)的一端穿过其底部露出。
9.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，在所述烧蚀步骤中，平坦部分与波纹部分一起形成在所述绝缘层(18)上，和
还包括在所述平坦部分上形成透明电极(52)的步骤。
10.根据权利要求1的制造方法，其特征在于，还包括在所述烧蚀步骤后对所述绝缘层(18)退火的步骤。
11.一种反射器，包括：
在基片(14)上设置的、在表面上具有至少四个高度等级的多级波纹(18b)的绝缘层(18)；和
在所述绝缘层(18)上设置的电极(19)。
12.一种液晶显示器，其特征在于，具有如权利要求11所述的反射器(11)。
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