JP2006215522A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンデンサのキャパシタンスを維持し、コンデンサ構造範囲を縮小して各画素の開口率を高めた液晶表示装置の下基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の液晶表示装置の下基板の製造方法は、（ａ）表面に第１金属層と第１保護層を具えた透明基板を提供し、且つ該第１金属層は少なくとも一種類の軟性金属或いはその合金で形成する工程、（ｂ）ハーフトーンマスク工程を利用して第１パターンを第１金属層上に形成し、且つ第２パターンを金属保護層上に形成する工程、（ｃ）窒化アルミニウム層を第１金属層と金属保護層上に形成する工程、（ｄ）第１金属層と金属保護層上の窒化アルミニウム層を除去して第１金属層に凹凸状表面を呈させる工程、（ｅ）薄膜トランジスタとパターンを具えた画素電極を形成する工程、を包含する。
【選択図】 図４

Description

本発明は一種の液晶表示装置に係り、特にコンデンサのキャパシタンスが高い薄膜トランジスタ液晶表示装置に関する。

液晶ディスプレイは駆動方式によりパッシブマトリクス式（ＰＭＬＣＤ）とアクティブマトリクス（ＡＭＬＣＤ）に分けられ、いわゆるアクティブ式駆動液晶ディスプレイは、薄膜トランジスタをスイッチ素子とするディスプレイとされ、且つ通常は更に補助のストレージコンデンサが組み合わされることで、液晶ディスプレイの輝度表現が制御される。液晶ディスプレイ中、パネルの開口率（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ）の大きさは表示装置の輝度と設計に影響を与える重要な因子であり、これによりパネル上のスイッチ素子及びコンデンサ構造の締める範囲が小さいほど、開口率は高くなる。

トランジスタのサイズが縮小される時、技術上突き当たる最大の壁は、いかに極小の面積上で十分なストレージキャパシタンスを維持して装置を制御するか、ということである。このほか、コンデンサ構造に使用される誘電層の厚さ、属性及びコンデンササイズはいずれも電荷の保存効果、及び画素電極に印加される電圧に影響を与え、このため、いかにストレージコンデンサの保存電荷に影響を与えずにその面積を減らして、画素の開口率を増すかが、現在早急に解決しなければならない課題である。直接ストレージコンデンサの単位面積当たりのキャパシタンスを増すのが最も経済的であり、画素内のストレージコンデンサの面積を減らして開口率を増し、これによりディスプレイの表示品質を高めることができる。

現在表面積を増す方法として、最も効率的な方式は、もともと平坦な表面を高さが不平坦な表面に粗面化し、有限な空間中にあって、表面積を増す、というものである。特許文献１には有機層表面粗面化の方法が記載され、それはモールド方式により、図１に示されるように、もともと平坦な有機層１２０に対して凹凸面を具えた型１１０で圧力Ｐを印加して凹凸面を具えた有機層を形成する。或いは図２に示されるように、円筒型の凹凸表面を具えた型１３０で、もともと平坦な有機層１２０に対してロール方式で凹凸面を祖なせた有機層を形成する。モールド方式のほか、特許文献２には、基板５００上に複数の凸塊パターン５１０を形成し、更に基板と凸塊上に一層の樹脂層５２０、及び一層の金属層５３０をコーティングし、これにより凹凸表面を具えた金属層を完成する技術が記載されており、これは図３に示されるとおりである。しかし以上の方法はいずれも複数の工程を行わねばならず、全体工程の複雑度を増す。

米国特許第４，１０６，８５９号明細書 米国特許第４，５１９，６７８号明細書

本発明は一種の液晶表示装置を提供することを目的とし、それは、コンデンサ表面積増加方法を利用して、コンデンサのキャパシタンスを増し、コンデンサの占有する領域を減らしたものであり、それはコンデンサ構造上の第１金属層にあって凹凸表面を形成することにより、表面積を増したものとする。

本発明の方法は、伝統的なマスクを利用して各構造を完成し、且つハーフトーンマスクを利用し、同一工程にあって、同時間にストレージコンデンサ構造と薄膜トランジスタ構造の形成を完成する。これにより、本発明は方法は、簡単な工程で、アルミニウム金属層と窒化アルミニウム層接触後に形成される凹凸表面により、コンデンサ構造の表面積を増し、周知のコンデンサ構造を具備するが、表面積が増された薄膜トランジスタ液晶表示装置の目的を達成する。

本発明は一種の液晶表示装置の下基板の製造方法を提供し、それは、（ａ）表面に第１金属層と第１保護層を具えた透明基板を提供し、該第１金属層は金属保護層と透明基板の間に挟設し、且つ第１金属層は少なくとも一種類の軟性金属或いはその合金で形成する工程、（ｂ）ハーフトーンマスク工程を利用して第１パターンを第１金属層上に形成し、且つ第２パターンを金属保護層上に形成する工程、（ｃ）窒化アルミニウム層を第１金属層と金属保護層上に形成する工程、（ｄ）第１金属層と金属保護層上の窒化アルミニウム層を除去して第１金属層に凹凸状表面を呈させる工程、（ｅ）ゲート、ソースパターン及びドレインパターンを金属保護層上に形成して薄膜トランジスタ領域となし、並びに導電性の第２金属層を該凹凸状表面の第１金属層上に形成して、ストレージコンデンサ領域となし、そのうち導電性の第２金属層をドレインと電気的に接触させる工程、（ｆ）パターンを具えた画素電極を形成する工程、を包含する。

本発明の方法中、（ｆ）の工程は更に、平坦層を、画素電極と第２金属層の間に挟まれるように形成する工程、を包含する。このほか、第１金属層と透明下基板の間の付着力を増すため、第１金属層と透明下基板の間にバッファ層を形成して、第１金属層の後続工程中に高温高圧により下基板と剥離する現象が発生するのを防止する。適用されるバッファ層材料は周知の材料、好ましくはチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金とされる。このほか、（ａ）の工程中の少なくとも一種類の軟性金属の種類に制限はなく、周知の反射特性を具えた任意の軟性金属とされ得るが、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、パラジウムとされるのがよい。（ａ）の工程中の金属保護層種類は周知の任意のものとされ得るが、チタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金とするのがよい。（ｂ）の工程中、ハーフトーンマスクは複数の棒状パターンの組合せ、網状、或いは任意の半透光率のパターンとされうる。（ｃ）の工程中、窒化アルミニウム層の形成方法は周知の任意の堆積方法とされうるが、アルミニウム含有表面に反応性スパッタを行うのがよい。窒化アルミニウム層の厚さ範囲に制限はないが、１５０Å〜１５００Åとされるのがよい。

本発明の方法中、（ｅ）の工程の薄膜トランジスタ領域内にあって、ゲート、ソース、ドレイン、及び金属保護層の間に、更に絶縁層、及び少なくとも一つの半導体層が包含され、ストレージコンデンサ領域内にあって、導電性の第２金属層及び凹凸状表面の第１金属層の間に、更に絶縁層が包含され、これにより第１金属層と第２金属層の間にキャパシタンス保存領域が形成される。

本発明はまた一種の液晶表示装置を提供し、それは、下基板、上基板、及び液晶層を包含し、該下基板は複数の画素ユニットを包含し、各画素ユニットは、薄膜トランジスタ、画素電極、及びコンデンサを包含し、該コンデンサはアルミニウム、銀、ニッケル、銅、パラジウム或いはその合金で形成され、並びに凹凸状表面を具え、該上基板は、その表面に少なくとも一つの透明補助電極を具え、該液晶層は、下基板と上基板の間に介装される。

本発明の方法中、上基板の構造は更にカラーフィルタを包含し、該カラーフィルタは上基板と透明補助電極の間に挟まれ、且つ透明補助電極の材料は周知の材料とされ、インジウム錫酸化物或いはインジウム亜鉛酸化物とされるのがよい。液晶層は周知の材料とされ、負の誘電異方性液晶或いは正の誘電異方性液晶とされるのがよい。

本発明の液晶表示装置は選択的に更に機能性素子を設置してその機能を増加或いは改善することが可能であり、下基板表面に複数の画像信号線、走査信号線、コモン線、及び対向電極を設置するのがよい。そのうち、これら画像信号線とこれら走査信号線はマトリクス配列され、且つ各２本の隣り合う画像信号線と各２本の隣り合う走査信号線間に、一つの画素領域が規定され、同一画素領域内にあって、画素領域境界上のそのうち一つの画像信号線と、この画素領域内に位置する薄膜トランジスタのソースが接続され、且つ画素領域内の画素電極と同一画素領域内の薄膜トランジスタのドレインが接続され、該コモン線と該対向電極が接続されて電圧を制御し、該画素電極と該対向電極は交錯配列され、且つ画素電極と対向電極の終点と起点が画素領域の一側辺に位置する。

請求項１の発明は、液晶表示装置の下基板の製造方法において、
（ａ）表面に第１金属層と第１保護層を具えた透明基板を提供し、該第１金属層は金属保護層と透明基板の間に挟設し、且つ第１金属層は少なくとも一種類の軟性金属或いはその合金で形成する工程、
（ｂ）ハーフトーンマスク工程を利用して第１パターンを第１金属層上に形成し、且つ第２パターンを金属保護層上に形成する工程、
（ｃ）窒化アルミニウム層を第１金属層と金属保護層上に形成する工程、
（ｄ）第１金属層と金属保護層上の窒化アルミニウム層を除去して第１金属層に凹凸状表面を呈させる工程、
（ｅ）ゲート、ソースパターン及びドレインパターンを金属保護層上に形成して薄膜トランジスタ領域となし、並びに導電性の第２金属層を該凹凸状表面の第１金属層上に形成して、ストレージコンデンサ領域となし、そのうち導電性の第２金属層をドレインと電気的に接触させる工程、
（ｆ）パターンを具えた画素電極を形成する工程、
を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｆ）の工程が更に、平坦層を、画素電極と第２金属層の間に挟まれるように形成する工程、を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、第１金属層と透明基板の間にバッファ層を形成し、バッファ層材料はチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金とすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ａ）の工程中の少なくとも一種類の軟性金属を、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、或いはパラジウムとすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、金属保護層を、チタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金で形成することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、窒化アルミニウム層の厚さ範囲を、１５０Å〜１５００Åとすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｅ）の工程の薄膜トランジスタ領域内にあって、ゲート、ソース、ドレイン、及び金属保護層の間に、更に絶縁層、及び少なくとも一つの半導体層を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｅ）の工程のストレージコンデンサ領域内にあって、導電性の第２金属層及び凹凸状表面の第１金属層の間に、更に絶縁層を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法としている。
請求項９の発明は、液晶表示装置において、
複数の画素ユニットを具え、該画素ユニットが薄膜トランジスタ、画素電極、及び少なくとも一つのコンデンサ電極を包含し、且つ該コンデンサ電極がアルミニウム、銀、ニッケル或いはその合金で形成され、並びに凹凸状表面を具えている、下基板と、
表面に少なくとも一つの透明電極を具えた上基板と、
該下基板と該上基板の間に介装された液晶層と、
を包含したことを特徴とする、液晶表示装置としている。
請求項１０の発明は、請求項９記載の液晶表示装置において、上基板が更にカラーフィルタを包含し、該カラーフィルタは上基板と透明電極の間に挟まれたことを特徴とする、液晶表示装置としている。
請求項１１の発明は、請求項９記載の液晶表示装置において、透明電極の材料はインジウム錫酸化物或いはインジウム亜鉛酸化物とされることを特徴とする、液晶表示装置としている。
請求項１２の発明は、請求項９記載の液晶表示装置において、液晶層が負の誘電異方性液晶或いは正の誘電異方性液晶とされたことを特徴とする液晶表示装置としている。

本発明の方法を利用して、同一製造工程下で凹凸状表面金属層を具えたストレージコンデンサ構造及び薄膜トランジスタ構造を液晶装置の基板上に同時に形成でき、簡単な製造工程で構造領域が小さく、コンデンサのキャパシタンスを維持したコンデンサ構造を完成する目的を達成することができる。

図４中、符号１００は薄膜トランジスタの形成領域を表示し、２００はストレージコンデンサの形成領域を示す。図４において、まず（ａ）に示されるように、透明ガラス基板１０を提供し、透明ガラス基板１０の表面に、チタン金属バッファ層１１、第１金属層とされるアルミニウム金属層２０、及び金属保護層とされるチタン金属層３０或いは窒化チタン金属層を順に形成する。２００の領域において、ハーフトーンマスクを利用して第１パターンをチタン金属層３０の上に形成し、ストレージコンデンサの形成領域２００の上方のレジスト厚さを薄膜トランジスタ形成領域１００上方のレジスト厚さより薄くする。続いて、１００の領域及び２００の領域上において、周知のリソグラフィー工程とエッチング工程を利用してゲートとストレージコンデンサ領域を規定し、並びにＯ₂ 灰化法とエッチング工程で、ストレージコンデンサ形成領域２００上のレジストを除去して、２００の領域のアルミニウム金属層２０を露出させ、この時、１００の領域にはチタン金属層３０がアルミニウム層２０の上に保留され、これは図４中、（ｂ）のようであり、後続工程中に１００の領域のアルミニウム金属層２０に対する保護機能を発揮する。

続いて、スパッタ方式で、窒化アルミニウム層４０を２００の領域のアルミニウム金属層２０、及び１００の領域のチタン金属層３０の上に形成し、図４中、（ｃ）に示されるようであり、窒化アルミニウム層４０中の窒素原子の存在によりアルミニウム原子の結晶格子を改変して窒化アルミニウム層４０自身の材料に押圧により凹凸状表面を形成させる。一部窒素原子は２００の領域のアルミニウム金属層２０に進入し、アルミニウム金属層２０材料に同様に押圧を受けさせて、凹凸状表面を形成させる。その後、更にエッチング工程により窒化アルミニウム層４０を除去すれば、アルミニウム金属層２０の凹凸状表面のストレージコンデンサの構造が露出する。１００の領域はチタン金属層３０がアルミニウム金属層２０上を被覆し、これにより窒化アルミニウム層４０はアルミニウム金属層２０と反応を発生せず、これにより窒化アルミニウム層４０の除去後に、１００の領域のアルミニウム金属層２０は平坦な表面を呈し、薄膜トランジスタ形成領域のゲート構造とされ、これは図４中、（ｄ）に示されるとおりである。

その後、１００の領域のゲート構造、及び２００の領域のストレージコンデンサのアルミニウム金属層２０の上方に、絶縁層５０と半導体層６０を堆積させる。該絶縁層５０は酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、或いはジルコンチタン酸鉛（ＰＺＴ）とされる。続いて更にスパッタ法を利用し、１００の領域の絶縁層５０及び半導体層６０の上に第２電極層５２を形成し、該第２電極層５２はインジウム錫酸化物、クロム、アルミニウム、モリブデン、金、白金、銀等の金属とし、並びにリソグラフィー工程とエッチング工程を利用し該第２電極層５２をパターン化し、ソース５１とドレイン５２ａの電極となす。また、第２電極層５２の堆積はストレージコンデンサ形成領域２００、表面に凹凸のあるアルミニウム金属層２０及び絶縁層５０の上まで延伸され、続いて全面的に保護層５３を薄膜トランジスタ形成領域１００中のソース５１とドレイン５２ａ、及びストレージコンデンサ形成領域２００中の第２電極層５２ｂと絶縁層５０の上方に形成し、第２電極層５２を保護する。

その後、平坦層７０を薄膜トランジスタ形成領域１００の保護層５３とストレージコンデンサ形成領域の保護層５３の上に形成し、並びに画素接触点領域を規定する。続いて、ＩＴＯで透明画素電極８０を平坦層７０の上に形成し、並びに画素電極８０を、画素電極接触点領域中にあって、ストレージコンデンサ領域２００の第２電極層５２ｂと接触させ、この時の構造は図４中、（ｅ）に示されるとおりである。

本発明に記載のコンデンサ構造形成方法は、簡単な工程で且つコンデンサのキャパシタンスに影響を与えずに、薄膜トランジスタ構造とコンデンサ構造を同時に完成でき、この構造範囲を縮小してパネルの開口率を高める。

上述の実施例は本発明の説明のために提示したものに過ぎず、本発明の主張する権利範囲は特許請求の範囲の記載に準じるものとする。

周知の技術の表示図である。 周知の技術の表示図である。 周知の技術の表示図である。 本発明の実施例の製造フロー表示図である。

符号の説明

Ｐ 圧力 １１０ 型 １２０ 有機層
１３０ 型 ５００ 基板 ５１０ 凸塊パターン
５２０ 樹脂層 ５３０ 金属層
１００ 領域 ２００ 領域
１０ 基板 １１ バッファ層
２０ アルミニウム金属層 ３０ チタン金属層
４０ 窒化アルミニウム層 ５０ 絶縁層
５１ ソース ５２ａ ドレイン（又は第２電極層）
５２ｂ 第２電極層 ５３ 保護層
６０ 半導体層 ７０ 平坦層
８０ 画素電極

Claims (12)

1. 液晶表示装置の下基板の製造方法において、
   （ａ）表面に第１金属層と第１保護層を具えた透明基板を提供し、該第１金属層は金属保護層と透明基板の間に挟設し、且つ第１金属層は少なくとも一種類の軟性金属或いはその合金で形成する工程、
   （ｂ）ハーフトーンマスク工程を利用して第１パターンを第１金属層上に形成し、且つ第２パターンを金属保護層上に形成する工程、
   （ｃ）窒化アルミニウム層を第１金属層と金属保護層上に形成する工程、
   （ｄ）第１金属層と金属保護層上の窒化アルミニウム層を除去して第１金属層に凹凸状表面を呈させる工程、
   （ｅ）ゲート、ソースパターン及びドレインパターンを金属保護層上に形成して薄膜トランジスタ領域となし、並びに導電性の第２金属層を該凹凸状表面の第１金属層上に形成して、ストレージコンデンサ領域となし、そのうち導電性の第２金属層をドレインと電気的に接触させる工程、
   （ｆ）パターンを具えた画素電極を形成する工程、
   を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
2. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｆ）の工程が更に、平坦層を、画素電極と第２金属層の間に挟まれるように形成する工程、を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
3. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、第１金属層と透明基板の間にバッファ層を形成し、バッファ層材料はチタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金とすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
4. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ａ）の工程中の少なくとも一種類の軟性金属を、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、或いはパラジウムとすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
5. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、金属保護層を、チタン、窒化チタン、モリブデン、クロム或いはその合金で形成することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
6. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、窒化アルミニウム層の厚さ範囲を、１５０Å〜１５００Åとすることを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
7. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｅ）の工程の薄膜トランジスタ領域内にあって、ゲート、ソース、ドレイン、及び金属保護層の間に、更に絶縁層、及び少なくとも一つの半導体層を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
8. 請求項１記載の液晶表示装置の下基板の製造方法において、（ｅ）の工程のストレージコンデンサ領域内にあって、導電性の第２金属層及び凹凸状表面の第１金属層の間に、更に絶縁層を包含することを特徴とする、液晶表示装置の下基板の製造方法。
9. 液晶表示装置において、
   複数の画素ユニットを具え、該画素ユニットが薄膜トランジスタ、画素電極、及び少なくとも一つのコンデンサ電極を包含し、且つ該コンデンサ電極がアルミニウム、銀、ニッケル或いはその合金で形成され、並びに凹凸状表面を具えている、下基板と、
   表面に少なくとも一つの透明電極を具えた上基板と、
   該下基板と該上基板の間に介装された液晶層と、
   を包含したことを特徴とする、液晶表示装置。
10. 請求項９記載の液晶表示装置において、上基板が更にカラーフィルタを包含し、該カラーフィルタは上基板と透明電極の間に挟まれたことを特徴とする、液晶表示装置。
11. 請求項９記載の液晶表示装置において、透明電極の材料はインジウム錫酸化物或いはインジウム亜鉛酸化物とされることを特徴とする、液晶表示装置。
12. 請求項９記載の液晶表示装置において、液晶層が負の誘電異方性液晶或いは正の誘電異方性液晶とされたことを特徴とする液晶表示装置。
    

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