JP2005345581A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示品位及び信頼性を向上できるとともに歩留りを向上できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 反射電極１６及び透明電極１７から成る画素電極１８と、液晶１２を介して画素電極１８に対向する対向電極１９とを有し、外部からの光を反射電極１７で反射して照明するとともに、透明電極１７でバックライト３の光を透過して照明する半透過型の液晶表示装置１において、透明電極１７をＩＴＯにより形成するとともに反射電極１６を銀合金により形成して、反射電極１６の標準電極電位と透明電極１７の標準電極電位との差を０．４５Ｖ以下にした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、周囲光の反射光若しくはバックライトの透過光により照明する液晶表示装置に関する。

従来の半透過型の液晶表示装置は、マトリクス状に配列された画素電極を半導体素子により駆動する素子側基板と画素電極に対向する対向電極を有した対向基板との間に液晶が封入される。画素電極は光を反射する反射電極及び光を透過する透明電極から成り、周囲光を反射電極で反射して照明するとともに、バックライトの出射光を透明電極で透過して照明する。

特許文献１の従来例には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）または酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）から成る透明電極と、アルミニウムから成る反射電極とを有した半透過型の液晶表示装置が開示されている。また、アルミニウムとＩＴＯの間のオーミック接触を確保するための下地膜形成による工数増加や、酸化インジウムのエッチング時のダメージを回避するため、透明電極をＩＴＯにより形成して反射電極を銀により形成する構成も開示されている。
特開２００１−３５０１５８号公報（第３頁−第５頁、第１図）

しかしながら、上記従来の液晶表示装置によると、透明電極と反射電極とが異なる材料から成るため、液晶内部に発生するバイアス電界を打ち消すために印加される直流オフセット電圧の最適値が透明電極と反射電極とで異なる。このため、一方の電極に最適な直流オフセット電圧を印加するとフリッカー（輝度変化）が発生して表示品位が低下する問題があった。また、直流電圧成分が長時間印加されることにより液晶の信頼性を低下させる問題もあった。

加えて、反射電極として銀を用いた場合には、銀の耐熱性が低いため製造工程中に特性劣化が生じ易くなるとともに、パターニング時のエッチングレートが高く線幅の制御が困難になる。このため、液晶表示装置の歩留りが低下する問題もあった。

本発明は、表示品位及び信頼性を向上できるとともに歩留りを向上できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、照明光を反射する反射電極及び照明光を透過する透明電極を有する画素をマトリクス状に配列して各画素を駆動する半導体素子を設けた素子側基板と、前記反射電極及び前記透明電極に対向する対向電極を有した対向基板との間に液晶を封入した液晶表示装置において、
前記反射電極及び前記透明電極は導電性の単層膜または積層膜から成り、前記反射電極の最上層の標準電極電位と前記透明電極の最上層の標準電極電位との差を０．４５Ｖ以下にしたことを特徴としている。

この構成によると、素子側基板に所定の画素の反射電極及び透明電極と、対向電極との間に印加される電圧に応じて液晶が暗状態または明状態になる。外部から入射して反射電極で反射した光若しくはバックライトから出射して透明電極を透過する光が液晶を透過して表示画面が照明される。この時、反射電極の最上層と透明電極の最上層の標準電極電位の差が０．４５Ｖになっている。このため、フリッカーを生じない反射電極に最適な直流オフセット電圧と透明電極に最適な直流オフセット電圧の差が小さくなる。反射電極及び透明電極は単層膜でも積層膜でもよく、最上層には単層膜の場合も含まれる。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極の最上層が銀を含む合金から成ることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極の最上層が、金、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかを含むことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極の最上層が、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかの酸化物、窒化物或いは塩類を含むことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極の最上層は、銅０．１〜３．０ａｔ％、サマリウム０．１〜２．０ａｔ％、残りが銀から成ることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記反射電極は、下層が高融点金属の２層膜から成ることを特徴としている。高融点金属としてモリブデンを用いることができる。

また本発明は、上記構成の液晶表示装置において、前記透明電極の最上層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛のいずれかから成ることを特徴としている。

本発明によると、半導体素子を有する素子側基板の反射電極の最上層の標準電極電位と透明電極の最上層の標準電極電位との差を０．４５Ｖ以下にしたので、反射電極に最適な直流オフセット電圧と透明電極に最適な直流オフセット電圧との差を小さくすることができる。従って、一方の電極に最適な直流オフセット電圧を印加してもフリッカーが低減され、液晶表示装置の表示品位を向上することができる。また、他方の電極に大きな直流電圧成分が長時間印加されないので液晶の信頼性を向上することができる。

また本発明によると、反射電極の最上層が銀を含む合金から成るので、耐熱性が高く製造工程中の特性劣化を低減することができる。また、パターニング時のエッチングレートが純銀に比して低いため線幅の制御が容易になる。従って、液晶表示装置の歩留り向上を図ることができる。

また本発明によると、反射電極の最上層が、金、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかを含む銀合金から成るので、表示品位及び信頼性を向上するとともに歩留りを向上できる液晶表示装置を容易に実現することができる。

また本発明によると、反射電極の最上層が、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかの酸化物、窒化物或いは塩類のいずれかを含む銀合金から成るので、表示品位及び信頼性を向上するとともに歩留りを向上できる液晶表示装置を容易に実現することができる。

また本発明によると、反射電極の最上層は、銅０．１〜３．０ａｔ％、サマリウム０．１〜２．０ａｔ％、残りが銀から成るので、耐熱性、耐薬品性を高く維持できるとともに反射率の低下を防止することができる。

また本発明によると、反射電極は下層が高融点金属で上層が銀合金の２層膜から成るので、成膜後の熱処理を行わなくても銀合金の密着性を確保することができ、熱処理による特性劣化を更に低減するとともに工数を削減することができる。

また本発明によると、下層の高融点金属が低反射率を有するモリブデンから成るので、バックライトの照明光が反射して半導体素子を照射することによる半導体素子の劣化を防止することができる。また、銀合金とモリブデンを同じエッチング液でエッチングすることができるため製造工数増加を防止できるとともに、モリブデンの方が銀合金よりもエッチングレートが遅いため反射電極の断面形状が逆テーパー状になることを防止することができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の液晶表示装置の概略構成を示す側面断面図である。液晶表示装置１は表示パネル２の背面にバックライト３が配置されている。バックライト３は光源４及び導光板５を有し、光源４から出射した光は導光板５を導光して臨界角を超えた光が出射面５ａから出射する、これにより、表示パネル２が照明される。

表示パネル２は対向配置される素子側基板１０と対向基板１１との間に液晶１２がシール１３により封入されている。素子側基板１０はガラス基板８上にマトリクス状に配列された画素が設けられる。各画素は反射電極１６及び透明電極１７により構成される画素電極１８を有し、各画素電極１８にはスイッチングを行う半導体素子１５が接続されている。

対向基板１１は画素電極１８に対向する対向電極１９がガラス基板９上に形成されている。画素電極１８及び対向電極１９の表面には液晶１２を配向する配向膜（不図示）が設けられ、液晶１２が９０゜ツイスト配向されている。また、対向基板１１の上面には位相差板２０及び偏光板２１が設けられている。

図２は素子側基板１０上の一画素を示す平面図である。素子側基板１０には互いに直交するソースライン２２及びゲートライン２３が形成され、それぞれドライバー（不図示）に接続されている。半導体素子１５はソースライン２２とゲートライン２３が交差した位置に設けられ、半導体素子１５のソースＳがソースライン２２に接続される。半導体素子１５のゲートＧはゲートライン２３に接続される。半導体素子１５のドレインＤは画素電極１８に導通し、画素電極１８と対向電極１９により形成される液晶１２の容量に接続される。

ドライバーから各半導体素子１５のゲートＧにはＨｉレベルまたはＬｏｗレベルの信号が供給され、ソースＳには映像信号が供給される。ゲートＧがＨｉレベルになることにより、半導体素子１５が導通して映像信号が液晶１８の容量に書き込まれるようになっている。また、対向基板１１にはソースライン２２及びゲートライン２３に対向するブラックマトリクス２４が設けられている。ブラックマトリクス２４により画素間を遮光するようになっている。

図３は図２のＡ−Ａ’断面図であり、半導体素子１５の詳細を示している。ガラス基板８上に形成されるゲートライン２３はタンタル（Ｔａ）から成り、ゲートライン２３上に窒化珪素（ＳｉＮｘ）から成るゲート絶縁膜２９が形成される。ゲートライン２３の膜厚は約３０００Å、ゲート絶縁膜２９の膜厚は約４１００Åである。

半導体素子１５のゲートＧはゲート絶縁膜２９上に形成され、膜厚約１５００ÅのＰ型シリコン（Ｓｉ）から成っている。ソースＳ及びドレインＤはゲートＧ上に形成され、それぞれ膜厚約５００Åのｎ＋層から成っている。ソースＳ上にはソースライン２２（図２参照）と一体のソース電極２２ａが形成される。

ドレインＤ上には透明電極１７と一体のドレイン電極１７ａが形成される。ソース電極２２ａ、ドレイン電極１７ａ及び透明電極１７は膜厚約４５００ÅのＴａ／ＩＴＯから成り、同時に形成される。ソース電極２２ａ、ドレイン電極１７ａ及び透明電極１７上には層間絶縁膜２６が形成される。層間絶縁膜２６は膜厚約３０００ÅのＳｉＮｘ層から成っている。

層間絶縁膜２６上には厚さ約３μｍの有機膜層により凹凸に形成される凹凸形成絶縁膜２７が設けられる。凹凸形成絶縁膜２７上の一部には銀合金から成る膜厚が５００〜３０００Åの反射電極１６が形成される。反射電極１６は後述するコンタクトホール２８を介して透明電極１７と導通している。

図４（ａ）〜図４（ｆ）は反射電極１６の形成工程を示す工程図である。図４（ａ）に示す成膜工程では凹凸形成絶縁膜２７上に膜厚５００〜３０００ÅのＡｇ合金膜３０がＤＣマグネトロンスパッタ装置により成膜される。凹凸形成絶縁膜２７及び層間絶縁膜２６にはエッチング等により予めコンタクトホール２８が貫通して形成されている。銀合金膜３０はコンタクトホール２８を介して透明電極１７上にも成膜される。

銀合金膜３０はサマリウム（Ｓｍ）０．１〜２．０ａｔ％、銅（Ｃｕ）０．１〜３．０％、残りが銀から成っている。サマリウム及び銅が０．１ａｔ％未満では銀合金膜３０の耐熱性及び耐薬品性が低下する。サマリウムが２．０ａｔ％を超えた場合や銅が３．０ａｔ％を超えた場合は銀合金膜３０の反射率が低下する。また、銀合金膜３０の厚みが５００Å未満では反射率が低下し、３０００Åを超えると凹凸形成絶縁膜２７との密着性が低下する。

銀合金膜３０は成膜後、２００〜２２０℃で１０〜６０分間の熱処理が行われる。これにより、銀合金膜３０と凹凸形成絶縁膜２７との密着性をより向上させることができる。

図４（ｂ）に示すレジスト塗布工程では銀合金膜３０上にレジスト３１が塗布される。レジスト３１はノボラック樹脂を含む材料から成り、約２．０〜２．４μｍの厚みで塗布される。

図４（ｃ）に示す露光工程では所定のパターンが形成されたレチクル３２を介してレジスト３１に光を照射する。これにより、レジスト３１がポジ型の場合は透過部１４（図２参照）の形成のために除去される部分を露光する。レジスト３１がネガ型の場合は残す部分が露光される。

図４（ｄ）に示す現像工程ではワークを現像液に浸漬してレジスト３１の露光部分（ポジ型）または非露光部分（ネガ型）が除去される。現像液として、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）２．３８％のアルカリ溶液を用いる。これにより、銀合金膜３０の腐食を防止して精度のよいレジストパターンを形成することができる。

図４（ｅ）に示すエッチング工程では、銀合金膜３０をエッチング液に浸漬してエッチングする。エッチング液としてリン酸濃度５０〜８０ｗｔ％、硝酸濃度０．５〜１０ｗｔ％、酢酸濃度１０ｗｔ％以下及び水の混合液から成る。リン酸濃度が５０ｗｔ％未満では銀合金膜３０のエッチング速度が遅く工数が増大するとともに、８０ｗｔ％を超えるとエッチング速度が速くなり線幅の制御が困難になる。硝酸濃度が０．５％未満では銀合金膜３０のエッチング速度が遅く工数が増大するとともに、１０ｗｔ％を超えると銀合金膜３０の陸部の側面に凹凸が発生して線幅の制御が困難になる。

図４（ｆ）に示すレジスト剥離工程ではワークを所定のアルカリ系の剥離液に浸漬してレジスト３１を剥離する。これにより、銀合金から成る反射電極１６と、透過部１４により露出した透明電極１７とが交互に形成される。尚、透明電極１７をドレイン電極１７ａと一体に形成しているが、コンタクトホールを介してドレイン電極１７ａと導通する透明電極を凹凸形成電極２７上に形成してもよい。

上記構成の液晶表示装置１において、各画素毎の画素電極１８と対向電極１９との間には映像信号に応じた電圧が印加され、液晶１２の配向状態が変化する。対向基板２側から入射した外光は反射電極１６で反射し、液晶１２の配向状態に応じた光量の照明光が対向基板１１側から出射される。これにより、画像を視認することができる。また、バックライト３を点灯すると素子側基板１０側から光が入射し、透明電極１７を透過して液晶１２の配向状態に応じた光量の照明光が対向基板１１側から出射される。これにより、画像を視認することができる。

この時、反射電極１６及び透明電極１７がそれぞれ銀合金及びＩＴＯから成り、これらの標準電極電位の差が約０．４Ｖになっている。これにより、反射電極１６に最適な直流オフセット電圧と透明電極１７に最適な直流オフセット電圧との差が約０．１５Ｖになっている。従来例に示す反射電極としてアルミニウムを用いた場合には、反射電極及び透明電極の標準電極電位の差は約１．１６Ｖになっている。これにより、反射電極１６に最適な直流オフセット電圧と透明電極１７に最適な直流オフセット電圧との差は約０．５Ｖになる。

このため、従来よりも反射電極１６と透明電極１７との直流オフセット電圧の差が小さくなり、一方の電極に最適な直流オフセット電圧を印加してもフリッカーを低減することができる。従って、液晶表示装置１の表示品位を向上することができる。また、他方の電極に大きな直流電圧成分が長時間印加されないので液晶１２の信頼性を向上することができる。

尚、上記の反射電極１６及び透明電極１７の標準電極電位の差は試料のバラツキや測定誤差を含んでいる。このため、これらの標準電極電位の差が０．４５Ｖ以下であれば従来よりもフリッカーを低減して液晶表示装置１の表示品位の向上及び信頼性の向上を図ることができる。

また、反射電極１６が銀合金から成るので、耐熱性が高く製造工程中の特性劣化を低減することができる。更に、パターニング時のエッチングレートが純銀に比して低いため線幅の制御が容易になる。従って、液晶表示装置１の歩留り向上を図ることができる。加えて、アルミニウムよりも反射率が高く表示品位が向上し、純銀よりも耐薬品性に優れている。

尚、標準電極電位の差は以下の２方法により測定した。第１の方法は、反射電極１６の材料及び透明電極１７の材料をそれぞれ標準液（３．３ｍｏｌ／Ｌの塩化カリウム水溶液）に浸漬し、両電極間を導線で接続してポテンシオスタットで電位差測定を行う。第２の方法は、反射電極１６及び透明電極１７の材料にそれぞれ針や導線を落下し、ポテンシオスタットで電位差測定を行う。

また、液晶表示装置１のバックライト３を点灯した場合と、バックライト３を消灯して対向基板１０側から蛍光灯を点灯した場合とで、反射電極１６と透明電極１７の間の印加電圧をフリッカーが発生しないレベルに可変して透過時と反射時の最適な直流オフセット電圧を測定している。

次に、図５は第２実施形態の液晶表示装置の半導体装置の詳細を示す断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は反射電極１６が２層膜から成り、下層１６ｂがモリブデン（Ｍｏ）から成るとともに、上層１６ａが第１実施形態と同一の銀合金から成っている。その他の部分は第１実施形態と同一である。

下層１６ｂのモリブデンの膜厚は２５０〜１０００Åになっている。モリブデンの膜厚が２５０Å未満では凹凸形成絶縁膜２６との追随性が低下し、１０００Åを超えると銀合金とのエッチングレートの違いからサイドシフト量の制御が困難になる。また、上層１６ａの銀合金の膜厚は５００〜３０００Åになっている。銀合金の膜厚が５００Å未満では反射率が低下し、３０００Åを超えるとモリブデン層（１６ａ）及び凹凸形成絶縁膜２６との密着性が低下する。

本実施形態によると、反射電極１６の上層１６ａが銀合金から成り、透明電極１７がＩＴＯから成るためこれらの標準電極電位の差が約０．４Ｖになっている。その結果、反射電極１６に最適な直流オフセット電圧と透明電極１７に最適な直流オフセット電圧との差が約０．１５Ｖになる。従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、下層１６ｂが高融点のモリブデンから成るため、反射電極１６の成膜後の熱処理を行わなくても銀合金の密着性を確保することができ、熱処理による特性劣化を低減するとともに工数を削減することができる。

下層１６ｂとしてモリブデンと異なる高融点金属を用いてもよいが、モリブデンは低反射率であるため、バックライト３の照明光が反射して半導体素子１５を照射することによる半導体素子１５の劣化を防止することができる。更に、銀合金とモリブデンを同じエッチング液でエッチングすることができるため製造工数増加を防止できるとともに、モリブデンの方が銀合金よりもエッチングレートが遅いため反射電極１６の断面形状が逆テーパー状になることを防止することができる。

第１、第２実施形態において、反射電極１６が単層膜または２層膜で透明電極１７が単層膜から成っているが、それぞれより多くの層を積層した積層膜から成っていてもよい。この時、それぞれの最上層の標準電極電位の差を０．４５Ｖ以下にすることにより、第１、第２実施形態の同様の効果を得ることができる。

また、反射電極１６の最上層の材料として銅０．１〜３．０ａｔ％、サマリウム０．１〜２．０ａｔ％、残りが銀の銀合金を用いているが、他の銀合金を用いてもよい。例えば、銅を含む銀合金や、サマリウム等の希土類元素を含む銀合金でもよい。また、銅に替えて金、ニッケル、パラジウムのいずれかを含む銀合金であってもよい。更に、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかの酸化物、窒化物或いは塩類のいずれかを含む銀合金であってもよい。

透明電極１７の最上層の材料として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用いているが、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）であってもよい。

本発明の第１実施形態の液晶表示装置を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の液晶表示装置の画素の要部を示す平面図 本発明の第１実施形態の液晶表示装置の半導体素子の詳細を示す断面図 本発明の第１実施形態の液晶表示装置の反射電極を形成する工程を示す工程図 本発明の第２実施形態の液晶表示装置の半導体素子の詳細を示す断面図

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ 表示パネル
３ バックライト
４ 光源
５ 導光板
８、９ ガラス基板
１０ 素子側基板
１１ 対向基板
１２ 液晶
１４ 透過部
１５ 半導体素子
１６ 反射電極
１７ 透明電極
１８ 画素電極
１９ 対向電極
２０ 位相差板
２１ 偏光板
２２ ソースライン
２３ ゲートライン
２４ ブラックマトリクス
２６ 層間絶縁膜
２７ 凹凸形成絶縁膜
２８ コンタクトホール
３０ 銀合金膜
３１ レジスト
Ｄ ドレイン
Ｇ ゲート
Ｓ ソース

Claims (8)

1. 照明光を反射する反射電極及び照明光を透過する透明電極を有する画素をマトリクス状に配列して各画素を駆動する半導体素子を設けた素子側基板と、前記反射電極及び前記透明電極に対向する対向電極を有した対向基板との間に液晶を封入した液晶表示装置において、
   前記反射電極及び前記透明電極は導電性の単層膜または積層膜から成り、前記反射電極の最上層の標準電極電位と前記透明電極の最上層の標準電極電位との差を０．４５Ｖ以下にしたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記反射電極の最上層が銀を含む合金から成ることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射電極の最上層が、金、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかを含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記反射電極の最上層が、銅、ニッケル、パラジウム、希土類元素のいずれかの酸化物、窒化物或いは塩類を含むことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記反射電極の最上層は、銅０．１〜３．０ａｔ％、サマリウム０．１〜２．０ａｔ％、残りが銀から成ることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記反射電極は、下層が高融点金属の２層膜から成ることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記高融点金属がモリブデンから成ることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記透明電極の最上層が、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛のいずれかから成ることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液晶表示装置。

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