JP2006258923A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 蓄積容量の容量値が大きく、製造コストが低い液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置の画素回路基板1上に複数のゲート線3を設ける。また、各画素にTFT6を設け、そのドレインにドレイン線4を接続し、そのソースに画素電極5を接続し、そのゲート電極3aにゲート線3を接続する。ゲート線3からは、下部電極3b及び3cを延出させる。そして、ドレイン線制御回路側からn本目のゲート線3に接続された下部電極3b及び3cの直上域に、(n+1)本目のゲート線3にTFT6を介して結合された画素電極5を配置する。これにより、n本目のゲート線3に接続された下部電極3b及び3cと、(n+1)本目のゲート線3に結合された画素電極5との間に、蓄積容量が形成される。
【選択図】 図1
【解決手段】 液晶表示装置の画素回路基板1上に複数のゲート線3を設ける。また、各画素にTFT6を設け、そのドレインにドレイン線4を接続し、そのソースに画素電極5を接続し、そのゲート電極3aにゲート線3を接続する。ゲート線3からは、下部電極3b及び3cを延出させる。そして、ドレイン線制御回路側からn本目のゲート線3に接続された下部電極3b及び3cの直上域に、(n+1)本目のゲート線3にTFT6を介して結合された画素電極5を配置する。これにより、n本目のゲート線3に接続された下部電極3b及び3cと、(n+1)本目のゲート線3に結合された画素電極5との間に、蓄積容量が形成される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、駆動素子に薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、各画素に蓄積容量を備えた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、画素回路基板及び対向基板が相互に平行に一定の間隔を隔てて設けられており、これらの基板の間に液晶が封入されている。画素回路基板においては、例えば透明基板上に、相互に平行な方向、例えば水平方向に延びる複数のゲート線(走査線)と、ゲート線が延びる方向に直交する方向、例えば垂直方向に延びる複数のドレイン線(データ線)とが設けられており、ゲート線とドレイン線との最近接点毎に画素が形成され、画素毎に画素回路が設けられている。そして、各画素回路においては、画素電極と、ドレイン線をこの画素電極に接続するか否かを切替える薄膜トランジスタ(以下、TFT(Thin Film Transistor)ともいう)が設けられている。このTFTのドレイン電極はドレイン線に接続されており、ソース電極は画素電極に接続されており、ゲート電極はゲート線に接続されている。また、画素回路基板における表示領域の外側に設けられた非表示領域(額縁領域)には、ゲート線及びドレイン線の電位を制御する制御回路が設けられている。一方、対向基板においては、透明基板上の表示領域に共通電極が設けられている。
液晶表示装置を高画質化するためには、画素電極の電位を安定化させることが重要である。画素電極の電位をVpとし、その変動量をΔVpとし、ゲート電極の電位をVgとし、その変動量をΔVgとし、ゲート電極(ゲート線)とソース電極(画素電極)との間の寄生容量をCpcとし、画素電極と対向電極との間の画素容量をClcとし、画素電極に付加される蓄積容量をCstとすると、画素電極電位の変動量ΔVpは、下記数式1によって表される。
また、図24は、横軸に時間をとり、縦軸にドレイン電極、ゲート電極及び画素電極の各電位をとって、画素回路のTFTとしてN型TFTを使用した場合の駆動電圧波形の一例を示すグラフ図である。以下、上記数式1及び図24を参照して、液晶表示装置の駆動方法の一例を説明する。ドレイン電極の電位(以下、ドレイン電圧Vdという)が画像データに応じた所定の値となっている状態で、ゲート電圧Vgがロウレベルからハイレベルに切替わると、TFTが導通し、ドレイン線が画素電極に接続される。これにより、画素電極電位Vpがドレイン電圧Vdと等しくなり、ドレイン電圧Vdに依存した電荷が画素電極に蓄積される。しかしながら、その後ゲート電圧Vgがハイレベルからロウレベルに切替わり、TFTが非導通になると、画素電極に蓄積された電荷が上述の寄生容量Cpc、画素容量Clc及び蓄積容量Cstに再分配され、画素電極電位VpがΔVpだけ変動する。この現象をフィードスルーという。
このとき、寄生容量Cpcが大きいと、ΔVpが大きくなり、画素電極電位Vpが大きく変動する。画素電極電位Vpと共通電極電位Vcomとの間の電圧差が液晶層の駆動電圧となるため、ΔVpが大きいと液晶層の透過率が安定せず、表示画質が低下してしまう。また、TFTのリーク電流量に応じて液晶容量Clcが変動し続けるため、表示画質は一層低下する。
液晶表示装置の高精細化、即ち表示画素の高密度化が進むと、寄生容量Cpcが増加すると共に液晶容量Clcの変動が大きくなるため、画素電極電位Vpの安定化はより困難になるが、一方で、表示品質を確保するために、画素電極電位Vpの安定化はより重要になる。そして、画素電極電位Vpを安定化するためには、TFTのリーク電流量を減らすと共に、蓄積容量Cstを大きくすることが効果的な対策となる。
従来より、TFTのリーク電流量を減らす方法として、Lightly Doped Drain(LDD)構造及びGate Over−Lapped Drain(GOLD)構造等が知られている。また、蓄積容量Cstを加える方法としては、例えば特許文献1に示されるように、TFTの能動層を下部電極として使用し、ゲート電極と同一工程で上部電極を形成し、この上部電極と下部電極との間のゲート絶縁膜を容量絶縁膜として利用することにより、蓄積容量を形成する技術が知られている。
特許文献1においては、TFTの能動層として多結晶シリコン膜(以下、p−Si膜という)を使用している。液晶表示装置の駆動素子、即ち、画素回路及び制御回路用の素子を構成するTFTの能動層として、非晶質シリコン膜(以下a−Si膜という)の替わりにp−Si膜を使用すると、一層の高精細化及び高画質化を実現できる。その理由は、p−Si膜がa−Si膜の数十倍から数百倍のキャリア(電子及び正孔)移動度を持つからである。
また、特許文献1においては、ガラス基板上にa−Si膜を形成し、このa−Si膜にエキシマレーザを照射することによって、a−Si膜を溶融させて結晶化させ、p−Si膜を形成している。また、このような低温p−Si型TFT製造工程では、平坦面にp−Si膜を形成することにより良質膜を得られるため、基板上にp−Si膜を形成し、このp−Si膜の上方にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成したトップゲート型のTFTを採用している。そして、特許文献1においては、能動層であるp−Si膜、即ち、P型又はN型の不純物を高濃度にドーピングして電気抵抗率を低減したp−Si膜をソース領域側から延出させて下部電極を形成している。また、下部電極の直上域にゲート電極と同一工程で上部電極を形成し、この上部電極と下部電極との間に位置するゲート絶縁膜を容量絶縁膜として利用することにより、蓄積容量を形成している。
しかしながら、特許文献1に記載された液晶表示装置においては、TFTのソース・ドレイン領域として電気抵抗率が低いp−Si膜を形成するためのイオンドーピングを、ゲート電極の形成前に行わなければならず、このイオンドーピング工程のためにフォトリソグラフィ工程を1回余分に設ける必要がある。また、イオンドーピング工程において、ゲート電極をマスクとして使用できないため、ソース・ドレイン領域を自己整合的に形成できないという問題もある。なお、ゲート電極形成工程後にイオンドーピングを行うと、上部電極がイオンドーピング時の障壁となって下部電極に使用するp−Si膜にイオンが到達し難くなり、p−Si膜の電気抵抗率を下げられないという問題がある。更に、p−Si膜及びゲート絶縁膜を形成した後イオンドーピングを行うと、注入イオン欠陥によってゲート絶縁膜の耐電圧が低下してしまう。
更にまた、特許文献1に記載されているように、能動層としてp−Si膜を使用すると、p−Si膜のSi粒界突起によって、蓄積容量の容量絶縁膜の耐電圧が更に低下するという問題がある。特許文献1に記載された技術では、p−Si膜のうち蓄積容量の下部電極として使用する部分の平均結晶粒径を、ゲート電極の直下域に相当する部分の平均結晶粒径よりも小さくすることにより、p−Si膜のSi粒界突起による容量絶縁膜の耐電圧の低下を改善しているが、Si粒界突起のサイズ制御が難しく、p−Si膜上のゲート絶縁膜を蓄積容量絶縁膜として利用する限り、統計的な耐電圧の低下は避けられない。
上述のような問題を避けるために、例えば特許文献2には、ゲート絶縁膜上に新たな蓄積容量絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜及び蓄積容量絶縁膜の積層膜を蓄積容量の容量絶縁膜として使用する技術が開示されている。特許文献2に記載の技術によれば、イオンドーピングによって耐電圧が低下したゲート絶縁膜上に、ダメージがない膜を新たに形成することによって、容量絶縁膜における耐電圧の低下を補うことができる。
しかしながら、特許文献2に記載の技術においては、ゲート絶縁膜とは別に蓄積容量絶縁膜を形成しているため、製造工程数が増加し、製造コストが増加してしまう。また、ゲート絶縁膜と蓄積容量絶縁膜とを積層することにより、結果的に蓄積容量における下部電極と上部電極との間の距離が大きくなり、蓄積容量の容量値が低下してしまう。
また、ゲート絶縁膜以外の絶縁膜、例えばゲート電極とドレイン電極とを電気的に分離するための層間絶縁膜を蓄積容量絶縁膜に利用することも考えられる。しかし、この場合も、蓄積容量の下部電極と上部電極との間の耐電圧を確保するために層間絶縁膜を厚くすると、十分な蓄積容量Cstを得ることができないという問題がある。逆に、十分な蓄積容量Cstを得るために層間絶縁膜を薄くすると、十分な耐電圧の確保ができない。即ち、十分な耐電圧と十分な蓄積容量Cstとを同時に得ることができない。
このため、例えば特許文献3には、TFTの能動層とは別に専用の下部電極を形成し、この下部電極上にTFTのゲート絶縁膜とは別に専用の容量絶縁膜を形成し、この容量絶縁膜上にソース電極から延出された上部電極を形成して、p−Si膜の直上域から外れた領域に蓄積容量を形成する技術が開示されている。
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献3に記載された技術においては、蓄積容量を形成するために専用の下部電極及び専用の容量絶縁膜を形成しているため、液晶表示装置を形成するための工程数が増加してしまう。この結果、液晶表示装置の製造コストが増加してしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、蓄積容量の容量値が大きく、製造コストが低い液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る液晶表示装置は、複数の画素を備えた液晶表示装置において、画素回路基板と、対向基板と、前記画素回路基板と前記対向基板との間に配置された液晶層と、を有し、前記画素回路基板は、基板と、この基板上に前記画素毎に設けられたトランジスタと、このトランジスタの能動層の直上域から外れた領域に設けられた下部電極と、この下部電極を覆うように設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上における前記下部電極の直上域を含む領域に設けられ前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続された画素電極と、を有し、前記下部電極と前記画素電極との間に蓄積容量が形成されることを特徴とする。
本発明においては、蓄積容量の下部電極がトランジスタの能動層とは別に設けられており、蓄積容量の容量絶縁膜としてトランジスタのゲート絶縁膜を利用する必要がないため、蓄積容量の容量値を大きくすることができる。また、本発明においては、画素電極の下地となる絶縁膜を利用して蓄積容量の容量絶縁膜を形成することができ、画素電極を利用して蓄積容量の上部電極を形成することができるため、容量絶縁膜及び上部電極を形成するために特別な工程を設ける必要がなく、製造コストが低い。
また、前記能動層が多結晶シリコンにより形成されていることが好ましい。これにより、トランジスタにおけるキャリアの移動度を向上させ、画像の高画質化を図ることができる。
更に、前記画素回路基板は、一方向に延び前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続された複数のデータ線と、前記一方向に交差する方向に延び前記トランジスタのゲート電極に接続された複数のゲート線と、を有し、一の前記下部電極の直上域を含む領域に設けられ前記一の下部電極との間で蓄積容量が形成される前記画素電極が、前記一の下部電極が接続された一の前記ゲート線とは異なる他の前記ゲート線がそのゲート電極に接続された前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続されていてもよい。これにより、下部電極に選択されていないゲート電極と同じ電位を印加することができる。
又は、前記画素回路基板は、一方向に延び前記下部電極に接続された配線を有していてもよい。これにより、下部電極の電位をゲート線の電位とは独立して制御することができ、駆動の自由度が向上する。
また、前記下部電極と前記トランジスタのゲート電極とは、同一の導電膜がパターニングされて形成されたものであることが好ましい。これにより、製造コストをより一層低減することができる。
更に、前記絶縁膜における前記下部電極の直上域に相当する部分には凹部が形成されており、前記画素電極における前記下部電極の直上域に相当する部分は、前記凹部の底部に設けられていることが好ましい。これにより、蓄積容量の容量絶縁膜を薄くすることができ、容量値を増加させることができる。
このとき、前記絶縁膜は、前記トランジスタのゲート電極を覆うように設けられその上に前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続されたデータ線が配置された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上に前記データ線を覆うように設けられその上に前記画素電極が配置された平坦化膜と、を有し、前記凹部が前記平坦化膜を貫通し前記層間絶縁膜の途中まで形成されていてもよい。
又は、前記層間絶縁膜が、下層と、この下層上に形成された上層と、を有し、前記凹部が前記平坦化膜及び前記上層を貫通しており、前記下層は貫通していなくてもよい。このとき、前記凹部がエッチングにより形成されたものであり、前記エッチングにおける前記上層のエッチングレートが、前記エッチングにおける前記下層のエッチングレートの2倍以上であることが好ましい。これにより、下層をエッチングストッパ膜として上層をエッチングすることができる。
更にまた、前記平坦化膜が有機材料により形成されており、前記絶縁膜は、前記層間絶縁膜と前記平坦化膜との間に配置され、無機材料からなる保護絶縁膜を有することが好ましい。これにより、液晶表示装置の耐湿性を向上させることができる。
更にまた、前記画素電極が透明な導電性材料により形成されていてもよい。これにより、透過型の液晶表示装置を実現できる。このとき、前記下部電極に複数の開口部が形成されていることが好ましい。これにより、蓄積容量の容量値を大きく低下させずに、画素回路基板全体の透過光量を増加させることができる。
又は、前記画素電極の少なくとも表面が可視光を反射する導電性材料により形成されていてもよい。これにより、反射型の液晶表示装置を実現できる。このとき、前記下部電極に複数の開口部が形成されており、前記絶縁膜における前記画素電極の直下域に相当する部分の上面には、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、特別な工程を設けずに絶縁膜の上面に凹凸を形成し、光を乱反射させることができる。
又は、前記画素電極は、透明な導電性材料からなる透過領域と、少なくとも表面が可視光を反射する導電性材料からなる反射領域と、を有していてもよい。これにより、半透過型の液晶表示装置を実現できる。このとき、前記下部電極における前記反射領域の直下域に複数の開口部が形成されており、前記絶縁膜における前記画素電極の反射領域の直下域に相当する部分の上面には、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されていることが好ましい。
本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、画素回路基板を作製する工程と、対向基板を作製する工程と、前記画素回路基板と前記対向基板との間に液晶層を形成する工程と、を有し、前記画素回路基板を作製する工程は、基板上に局所的に半導体層を形成する工程と、この半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングすることによりゲート電極及び下部電極を形成する工程と、前記半導体層に不純物を導入して能動層とし、前記能動層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極からなるトランジスタを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記下部電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上における前記下部電極の直上域を含む領域に前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続されるように画素電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、蓄積容量の容量値が大きく、製造コストが低い液晶表示装置を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。以下に示す第1乃至第8の実施形態は液晶表示装置の実施形態であり、第9乃至第16の実施形態は、夫々第1乃至第8の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。なお、第1乃至第16の実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付している。
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図2(a)は図1に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。なお、図1においては、画素回路基板の表示領域における3画素、例えば、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の3画素及びその周辺に相当する領域のみを示している。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図2(a)は図1に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。なお、図1においては、画素回路基板の表示領域における3画素、例えば、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)の3画素及びその周辺に相当する領域のみを示している。
図1に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置においては、画素回路基板1と、対向基板(図示せず)が相互に平行に且つ離隔して設けられており、両基板の間に液晶(図示せず)が封入されて液晶層となっている。対向基板における画素回路基板1に対向する側の表面上には、共通電極が設けられている。
また、画素回路基板1においては、透明なガラス基板2(図2(b)参照)が設けられており、ガラス基板2における対向基板に対向する表面上には、一方向、例えば水平方向に延びる複数のゲート線3が設けられており、前記一方向に交差する方向、例えば垂直方向に延びる複数のドレイン線(データ線)4が設けられている。なお、上述の水平方向及び垂直方向とは、この液晶表示装置の表示画面における水平方向及び垂直方向であり、必ずしも重力の方向とは対応していない。水平方向及び垂直方向は、図1における横方向及び縦方向に相当する。また、画素回路基板1における図示の横方向左側に位置する非表示領域には、ゲート線3の電位を制御するゲート線制御回路(図示せず)が設けられており、画素回路基板1における図示の縦方向上側に位置する非表示領域には、ドレイン線4の電位を制御するドレイン線制御回路(図示せず)が設けられている。そして、ゲート線3とドレイン線4との最近接点毎に画素が設けられている。これにより、本実施形態の液晶表示装置においては、複数の画素がマトリクス状に配列されている。
各画素においては、例えばITO(Indium tin oxide film:酸化インジウム・スズ)等の透明導電材料からなる画素電極5が設けられており、ドレイン線4を画素電極5に接続するか否かを切替えるTFT(薄膜トランジスタ)6が設けられている。TFT6には、p−Si膜(多結晶シリコン膜)からなる能動層7が設けられており、この能動層7の一端部がTFT6のソース領域となっており、他端部がドレイン領域となっており、ソース領域とドレイン領域との間の領域がチャネル領域となっている。そして、ドレイン領域はドレイン線4に接続されており、ソース領域は画素電極5に接続されている。そして、TFT6のチャネル領域の直上域には、ゲート線3からドレイン線制御回路に向かう方向に延出したゲート電極3aが設けられている。
そして、ゲート線3には下部電極3b及び3cが接続されている。下部電極3bは、ゲート線3からゲート電極3aが延出する方向とは反対の方向、即ち、ドレイン線制御回路から遠ざかる方向に延出し、その水平方向における長さが画素の長さと略等しくなっている。このため、ドレイン線制御回路側から数えてn番目のゲート線3に接続された下部電極3b及び3cは、(n+1)番目のゲート線3にTFT6を介して接続される画素電極5の直下域に配置される。即ち、ガラス基板2の表面に垂直な方向から見て(以下、平面視で、という)、ドレイン線制御回路側からn番目の画素の下部電極3b及び3cと、(n+1)番目の画素の画素電極5とが重なり合う。これにより、n番目の画素の下部電極3b及び3cと、(n+1)番目の画素の画素電極5との間に、蓄積容量Cが形成される。
以下、各画素のTFT6及びその周辺部について詳細に説明する。図2(a)及び(b)に示すように、画素回路基板1においては、ガラス基板2上に、例えば酸化シリコン(以下、SiOという)からなり、厚さが例えば300nmの下地絶縁膜11が設けられている。下地絶縁膜11上には、p−Siからなり厚さが例えば50nmの能動層7が設けられている。能動層7の一端部はドレイン領域7aとなっており、他端部はソース領域7bとなっており、ドレイン領域7aとソース領域7bとの間の領域はチャネル領域7cとなっている。ドレイン領域7a及びソース領域7bには、N型の不純物が注入されている。そして、下地絶縁膜11上の全面に、能動層7を覆うように、例えばSiOからなり、厚さが例えば100nmのゲート絶縁膜12が設けられている。
ゲート絶縁膜12上には、例えばモリブデン(Mo)からなり、厚さが例えば300nmであるゲート線3、ゲート電極3a並びに下部電極3b及び3cが設けられている。ゲート線3、ゲート電極3a並びに下部電極3b及び3cは、パターニングされた単一の連続膜により一体的に形成されている。即ち、ゲート線3は水平方向(図示の横方向)に直線的に延びている。また、ゲート電極3aはゲート線3からドレイン線制御回路に向かう方向(図示の縦方向上側)に延出して能動層7のチャネル領域7cの直上域に達している。更に、下部電極3bはゲート線3からドレイン線制御回路から遠ざかる方向(図示の縦方向下側)に延出しており、下部電極3bの水平方向における長さは、画素の長さと略等しくなっている。更にまた、下部電極3cはゲート線3からドレイン線制御回路に向かう方向(図示の縦方向上側)に延出して能動層7間の領域の直上域に配置されている。下部電極3b及び3cは、能動層7の直上域から外れた領域に配置されている。
ゲート絶縁膜12上の全面には、ゲート線3、ゲート電極3a並びに下部電極3b及び3cを覆うように、SiOからなり、厚さが例えば400nmである層間絶縁膜13が設けられている。層間絶縁膜13における能動層7のドレイン領域7aの直上域の一部には、層間絶縁膜13及びゲート絶縁膜12を貫通するドレイン接続孔14が形成されており、ソース領域7bの直上域の一部には、層間絶縁膜13及びゲート絶縁膜12を貫通するソース接続孔15が形成されている。
層間絶縁膜13上には、ドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bが設けられている。ドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bは、厚さが50nmのMo膜4c、厚さが300nmのアルミニウム(Al)膜4d、厚さが100nmのMo膜4eがガラス基板2側からこの順に積層された三層膜により形成されている。ドレイン線4は垂直方向に直線状に延びており、ドレイン電極4aはドレイン線4におけるドレイン接続孔14に相当する部分であり、ドレイン接続孔14の側面上及び底面上に形成されており、能動層7のドレイン領域7aに接続されている。また、ソース電極4bは、ドレイン線4及びドレイン電極4aから離隔しており、ソース接続孔15を含む領域に形成されている。ソース電極4bの一部はソース接続孔15の側面上及び底面上に形成されており、能動層7のソース領域7bに接続されている。ドレイン電極4bの残部は層間絶縁膜13上に形成されている。
層間絶縁膜13上の全面には、感光性有機材料からなり、厚さが2乃至3μmである平坦化膜16が設けられている。平坦化膜16の上面は、それより下層側の構造物の形状を反映しておらず、平坦になっている。平坦化膜16におけるソース電極4bの層間絶縁膜13上に位置する部分の直上域の一部には、平坦化膜16を貫通する画素電極接続孔17が形成されている。また、平坦化膜16及び層間絶縁膜13における下部電極3b及び3cの直上域には、蓄積容量孔18が形成されている。蓄積容量孔18は平坦化膜16を貫通し、層間絶縁膜13の上部に食い込んだ凹部となっている。蓄積容量孔18の底部に残留した層間絶縁膜13の厚さは、例えば100nmである。層間絶縁膜13の全体の厚さは例えば400nmであるため、蓄積容量孔18は層間絶縁膜13に例えば300nmの深さまで形成されていることになる。蓄積容量孔18は、下部電極3b及び3cの直上域を含むように形成されているため、その形状は平面視で、下部電極3b及びゲート線3における下部電極3bに隣接した部分の直上域に相当する相対的に大きな矩形部から、下部電極3c及びゲート線3における下部電極3cに隣接した部分の直上域に相当する相対的に小さな矩形部が、ドレイン線駆動回路に向かって延出した形状となっている。
平坦化膜16上には、例えばITOからなり厚さが例えば100nmである画素電極5が設けられている。画素電極5は、画素電極接続孔17を含む領域に設けられており、従って、画素電極接続孔17の側面上及び底面上にも設けられており、画素電極接続孔17の底面においてソース電極4bに接続されている。また、画素電極5は、この画素電極5が属する画素の下部電極3b及び3c、即ち、この画素電極5がTFT6を介して接続された下部電極3b及び3cの直上域には形成されておらず、その替わり、この画素から見てドレイン線制御回路側(図示の縦方向上側)に隣接した画素の下部電極3b及び3cの直上域に延出している。一方、この画素電極5が属する画素の下部電極3b及び3cの直上域には、この画素から見てドレイン線制御回路から遠ざかる側(図示の縦方向下側)に隣接した画素の画素電極5が延出している。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。本実施形態に係る液晶表示装置においては、ドレイン線制御回路側からn番目の画素に形成された下部電極3b及び3cと、この下部電極3b及び3cの直上域に形成された蓄積容量孔18の底面上に配置された画素電極5、即ち、(n+1)番目の画素に形成された画素電極5との間で、蓄積容量Cが形成される。このとき、(n+1)番目の画素に形成された画素電極5が蓄積容量Cの上部電極として機能し、層間絶縁膜13における蓄積容量孔18の底部に位置する減厚された部分が、蓄積容量Cの容量絶縁膜19として機能する。これにより、画素電極5に蓄積容量が付加される。また、このとき、選択された画素(例えばn番目の画素)の下部電極に、選択されていない画素(例えば(n+1)番目の画素)のゲート電極と同じ電位、例えば、ロウレベルの電位を印加することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、蓄積容量Cが能動層7の直上域から外れた領域に配置されているため、能動層7としてキャリア移動度が高いp−Si膜を形成しても、p−Si膜の粒界突起により蓄積容量Cの容量絶縁膜の耐電圧が低下することがない。このため、能動層7としてp−Si膜を使用することにより、表示画像の高精細化及び高画質化を実現できると共に、容量絶縁膜19を薄膜化して蓄積容量Cの容量値を向上させることができる。
また、本実施形態においては、蓄積容量Cの下部電極がTFT6の能動層7とは別に設けられているため、蓄積容量Cの容量絶縁膜19としてTFT6のゲート絶縁膜12を利用する必要がない。このため、容量絶縁膜としてゲート絶縁膜を使用する場合のように、能動層への不純物の注入により容量絶縁膜の耐電圧が低下したり、不純物の注入の際にゲート電極をマスクとして使用できなかったりするといった問題が発生しない。また、蓄積容量Cの容量絶縁膜19の厚さを、TFT6のゲート絶縁膜12の厚さに制約されずに選択することができるため、蓄積容量Cの容量値を大きくすることができる。
更に、本実施形態においては、蓄積容量孔18が層間絶縁膜13の途中まで形成されていることにより、蓄積容量孔18の底部に位置する層間絶縁膜13が薄膜化されている。これにより、蓄積容量Cの容量絶縁膜19の厚さが層間絶縁膜13の厚さに制約されることがなく、容量絶縁膜19を薄膜化して蓄積容量Cの容量値を増大させることができる。
更にまた、本実施形態においては、蓄積容量Cの上部電極として透明な画素電極を使用しているため、上部電極により透過光が遮光されることがない。これにより、液晶表示装置の開口率を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、製造工程の簡略化と表示画質の向上とを両立させることができる。
なお、画素電極5として、ITO膜の替わりに、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする透明導電膜を設けてもよい。これにより、画素電極の材料コストを削減することができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3(a)は本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図3(a)に示す領域は、前述の第1の実施形態の図1における領域100に相当する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3(a)は本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図3(a)に示す領域は、前述の第1の実施形態の図1における領域100に相当する。
図3(a)に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置の平面構造は、図2(a)に示す構造と同じである。図3(b)に示すように、本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、層間絶縁膜13が二層構造になっている点が異なっている。本実施形態においては、層間絶縁膜13は下層13a及び上層13bが積層されて形成されており、下層13aのエッチングレートが上層13bのエッチングレートよりも小さく(遅く)なっている。即ち、(上層13bのエッチングレート)>(下層13aのエッチングレート)となっている。また、蓄積容量孔18は上層13bを貫通しているが、下層13aには食い込んでおらず、下層13aがそのまま容量絶縁膜19となっている。下層13aの膜厚は例えば100nmであり、上層13bの膜厚は例えば300nmである。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
下層13a及び上層13bの組成は、蓄積容量孔18を形成する際のエッチング条件に応じて適宜選択すればよい。例えば、下層13a及び上層13bを同種材料によって形成し、成膜条件を調整することでエッチングレートを相互に異ならせてもよい。下層13a及び上層13bを、PCVD法(Plasma Chemical Vapor Deposition法:プラズマ化学気相成長法)によって成膜されたSiO膜とする場合は、PCVD工程においてシラン(SiH4)ガス又は亜酸化窒素(N2O)ガスの流量比率を変えたり、成膜温度を変えたりすることで、形成された膜のエッチングレートを制御できる。また、下層13a及び上層13bをSiNによって形成する場合は、PCVD工程においてSiH4ガス、アンモニア(NH3)ガス、窒素(N2)ガス等の流量比率を変えたり、成膜温度を変えたりすることで、形成された膜のエッチングレートを制御できる。特にSiN膜は、SiO膜よりもエッチングレートをダイナミックに変化させることができる。
又は、下層13a及び上層13bを異種材料により形成してもよい。例えば、下層13aをエッチングレートが小さいSiN膜とし、上層13bをエッチングレートが大きい(速い)SiO膜としてもよい。若しくは、下層13aをエッチングレートが小さいSiO膜とし、上層13bをエッチングレートが大きいSiN膜としてもよい。但し、下層13a、即ち、容量絶縁膜19にSiN膜を用いれば、SiN膜の比誘電率はSiO膜の比誘電率の1.5倍程度と大きいため、容量絶縁膜19にSiO膜を用いた場合よりも大きな蓄積容量を得ることができる。また、SiN膜はSiO膜よりも水分阻止能が高いため、層間絶縁膜13を、SiN膜を含む二層膜にすると、SiO膜だけを用いて層間絶縁膜13を形成した場合よりも、耐湿信頼性が向上する。
このとき、上層13bと下層13aとのエッチングレートの比率は、2以上であることが好ましい。即ち、上層13bのエッチングレートをRt、下層13aのエッチングレートをRbとするとき、(Rt/Rb)≧2であることが好ましい。また、前記比率が4以上あれば、ガラス基板2の面内において蓄積容量Cの容量値の均一性を向上できるので、より好適である。
本実施形態においては、蓄積容量孔18をエッチングにより形成する際に、エッチングレートが相対的に小さい下層13aがエッチングストッパ膜として機能するため、蓄積容量絶縁膜19を形成する際のウェットエッチングの制御性、即ちエッチング量の制御性が向上する。この結果、前述の第1の実施形態と比較して、ガラス基板2の面内における蓄積容量Cの均一性を向上させることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、蓄積容量孔18を形成する際に上層13bをエッチングせず、容量絶縁膜19を下層13a及び上層13bからなる二層膜としてもよいが、上層13bエッチングして除去した方が、蓄積容量の容量値を大きくできるため好ましい。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4(a)は本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図4(a)に示す領域は、前述の第1の実施形態の図1における領域100に相当する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4(a)は本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図4(a)に示す領域は、前述の第1の実施形態の図1における領域100に相当する。
図4(a)に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置の平面構造は、図2(a)に示す構造と同じである。図4(b)に示すように、本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、層間絶縁膜13並びにドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bと、平坦化膜16との間に、保護絶縁膜21が形成されている点が異なっている。例えば、層間絶縁膜13が、厚さが400nmのSiO膜である場合は、保護絶縁膜21として例えば厚さが100nmのSiN膜を設ける。また、層間絶縁膜13が、厚さが400nmのSiN膜である場合は、保護絶縁膜21として例えば厚さが200nmのSiO膜を設ける。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、金属膜からなるゲート線3、ゲート電極3a、下部電極3b及び3c、並びにドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bの全てが、耐食性が高い無機膜(保護絶縁膜21)によって覆われるため、TFT6及び外部接続端子部(図示せず)の腐食寿命を改善することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、本実施形態に前述の第2の実施形態を組み合わせてもよい。これにより、両実施形態の効果を同時に得ることができる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図5は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図6(a)は図5に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。本実施形態においては、前述の第1の実施形態とは異なり、下部電極3b及び3c(図2(a)参照)が設けられていない。即ち、ゲート線3からは、ゲート電極3aのみが延出している。そして、ゲート線3とは別に、水平方向に直線状に延び、ゲート線3から絶縁された蓄積容量線22が設けられている。蓄積容量線22は、水平方向に配列された画素列毎に設けられており、その本数はゲート線3の本数と同じである。また、画素回路基板の非表示領域には、蓄積容量線22の電位を制御する蓄積容量線制御回路(図示せず)が設けられている。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図5は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図6(a)は図5に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。本実施形態においては、前述の第1の実施形態とは異なり、下部電極3b及び3c(図2(a)参照)が設けられていない。即ち、ゲート線3からは、ゲート電極3aのみが延出している。そして、ゲート線3とは別に、水平方向に直線状に延び、ゲート線3から絶縁された蓄積容量線22が設けられている。蓄積容量線22は、水平方向に配列された画素列毎に設けられており、その本数はゲート線3の本数と同じである。また、画素回路基板の非表示領域には、蓄積容量線22の電位を制御する蓄積容量線制御回路(図示せず)が設けられている。
そして、各画素においては、蓄積容量線22からドレイン線制御回路に向かって延出した下部電極22aが設けられている。また、蓄積容量線22からドレイン線制御回路から遠ざかる方向に延出した下部電極22bが設けられている。蓄積容量線22、下部電極22a及び22bは、単一の連続膜により一体的に形成されている。また、蓄積容量線22、下部電極22a及び22b、並びにゲート線3及びゲート電極3aは、その製造工程において同一の連続膜が同じ工程でパターニングされて形成されたものである。そして、層間絶縁膜13及び平坦化膜16における下部電極22a及び22bの直上域に相当する領域には、蓄積容量孔18が形成されている。また、蓄積容量孔18を含む領域には、この画素の画素電極5が設けられている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。本実施形態においては、下部電極22a及び22bとその直上域に配置された画素電極5との間に、蓄積容量Cが形成される。即ち、ドレイン線制御回路側からn番目の画素の下部電極22a及び22bと、同じn番目の画素の画素電極5との間に、蓄積容量Cが形成される。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、蓄積容量線制御回路及び蓄積容量線22により、蓄積容量Cの下部電極22a及び22bに、ゲート電極3aの電位とは無関係に任意の電位を印加することができる。即ち、下部電極の電位を独立して制御することができる。これにより、液晶表示装置の駆動方法の自由度が向上し、より高い表示画質を得ることができる。
なお、本実施形態に前述の第2の実施形態及び第3の実施形態を組み合わせてもよい。これにより、第2乃至第4の実施形態の効果を同時に得ることができる。
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図7は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図8(a)は図7に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図7並びに図8(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第4の実施形態と比較して、平坦化膜16上に透明な画素電極5(図2(b)参照)が設けられておらず、反射型の画素電極25が設けられている点が異なっている。画素電極25は、例えば厚さが50nmのMo膜である下層25aと、例えば厚さが100nmのAl膜である上層25bとが積層されて構成されている。また、平坦化膜16における画素電極25の直下域に相当する部分の上面には、凹凸が形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第4の実施形態と同様である。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図7は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図8(a)は図7に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図7並びに図8(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第4の実施形態と比較して、平坦化膜16上に透明な画素電極5(図2(b)参照)が設けられておらず、反射型の画素電極25が設けられている点が異なっている。画素電極25は、例えば厚さが50nmのMo膜である下層25aと、例えば厚さが100nmのAl膜である上層25bとが積層されて構成されている。また、平坦化膜16における画素電極25の直下域に相当する部分の上面には、凹凸が形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第4の実施形態と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。本実施形態においては、画素電極25の上層25bがAl膜により形成されているため、外部から対向基板を介して入射した可視光を高い反射率で反射することができる。また、このとき、平坦化膜16における画素電極25の直下域に相当する部分の上面に凹凸が形成されているため、光を乱反射させることができ、表示画像に外光が写り込むことを防止できる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、反射型の液晶表示装置を実現することができる。なお、本実施形態は、前述の第1乃至第4の実施形態のうち、任意の実施形態と組み合わせることができる。これにより、前述の第1乃至第4の実施形態を、反射型の液晶表示装置に適用することができる。また、Al膜からなる上層25bの下層にMo膜からなる下層25aが設けられているため、上層25bの電池腐食を抑制することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第4の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、画素電極25の上層25bをAl膜により形成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の材料により形成してもよい。例えば、上層25bとしては、Al合金膜、銀(Ag)膜、Ag合金膜が好適である。その理由は、これらの膜は可視光反射率が高いからである。また、画素電極25は、Al膜又はAg膜等の単層膜としてもよい。その場合は、十分な可視光反射率を得るために、膜厚を100nm以上とすることが好ましい。
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図9は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図10(a)は図9に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図9並びに図10(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第5の実施形態と比較して、画素電極を、透明な導電層と、この透明な導電体層上の一部の領域に積層され可視光を反射する導電層とにより形成し、画素電極内に透過型の領域と反射型の領域とを混在させている点が異なっている。即ち、本実施形態に係る液晶表示装置においては、前述の第5の実施形態における反射型の画素電極25(図8(b)参照)の替わりに、半透過型の画素電極26が設けられている。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図9は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図10(a)は図9に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。図9並びに図10(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第5の実施形態と比較して、画素電極を、透明な導電層と、この透明な導電体層上の一部の領域に積層され可視光を反射する導電層とにより形成し、画素電極内に透過型の領域と反射型の領域とを混在させている点が異なっている。即ち、本実施形態に係る液晶表示装置においては、前述の第5の実施形態における反射型の画素電極25(図8(b)参照)の替わりに、半透過型の画素電極26が設けられている。
そして、画素電極26は、例えば厚さが100nmのITO膜からなる下層26aと、例えば厚さが50nmのMo膜からなる中層26bと、例えば厚さが100nmのAl膜からなる上層26cとがガラス基板2側からこの順に積層されて構成されている。そして、各画素の中央に位置する矩形領域27においては、中層26b及び上層26cが設けられておらず、ITOからなる下層26aのみが設けられている。これに対して、矩形領域27以外の領域においては、下層26a、中層26b及び上層26cが積層されて画素電極26が構成されている。また、矩形領域27においては、平坦化膜16の上面に凹凸が形成されておらず平坦になっている。一方、画素電極26の直下域における矩形領域27を除く領域においては、平坦化膜16の上面に凹凸が形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。本実施形態においては、画素電極26が設けられている領域のうち矩形領域27においては、画素電極26がITOからなる下層26aのみによって構成されているため、ガラス基板2側から入射した光を、対向基板側に透過させることができる。即ち、透過領域となっている。また、画素電極26が設けられている領域のうち矩形領域27を除く領域においては、Al膜からなる上層25cが設けられているため、対向基板側から入射した外光を高い反射率で反射することができる。即ち、反射領域となっている。また、このとき、平坦化膜16における上層26cの直下域に相当する部分の上面に凹凸が形成されているため、光を乱反射させることができ、表示画像に外光が写り込むことを防止できる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第5の実施形態と同様である。
本実施形態においては、半透過型の液晶表示装置を実現することができる。なお、本実施形態は、前述の第1乃至第4の実施形態のうち、任意の実施形態と組み合わせることができる。これにより、前述の第1乃至第4の実施形態を、半透過型の液晶表示装置に適用することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第5の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、矩形領域27における液晶層(図示せず)の厚さ、即ち、セルギャップを、矩形領域27を除く領域における液晶層の厚さの2倍に設定してもよい。これにより、液晶層における後面透過光の光路長と、液晶層における前面反射光の光路長とを、相互に等しくすることができる。なお、後面透過光とは、例えばバックライトモジュールから出射され、ガラス基板2及び矩形領域27に位置する下層26aを透過してから液晶層を透過する光のことであり、前面反射光とは、対向基板側から入射し、液晶層を透過した後、画素電極26の上層26cにより反射されて再び液晶層を透過する光のことである。後面透過光及び前面反射光の光路長を揃えることにより、表示画質をより一層向上させることができる。
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。図11は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図12(a)は図11に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すB−B’線による断面図である。図11並びに図12(a)及び(b)に示すように、本実施形態において、前述の第4の実施形態と比較して、下部電極22aに開口部28が形成されており、下部電極22aがメッシュ状になっている点が異なっている。開口部28の形状は矩形状であり、水平方向に1列に配列されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第4の実施形態と同様である。
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。図11は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図12(a)は図11に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すB−B’線による断面図である。図11並びに図12(a)及び(b)に示すように、本実施形態において、前述の第4の実施形態と比較して、下部電極22aに開口部28が形成されており、下部電極22aがメッシュ状になっている点が異なっている。開口部28の形状は矩形状であり、水平方向に1列に配列されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第4の実施形態と同様である。
本実施形態においては、下部電極22aによって生じる漏れ電界によって、蓄積容量孔18内に配置された画素電極5との間に容量が形成されるため、単位面積の下部電極が形成する実効容量値が増加する。このため、下部電極22aに開口部28を形成しても、蓄積容量Cの容量値はほとんど減少しない。一方、下部電極22aに開口部28を形成することにより、この開口部28を光が透過するため、画素回路基板全体の透過光量は増加する。これにより、蓄積容量Cの容量値を維持したまま、より明るい透過型の液晶表示装置を実現することができる。
また、下部電極22aの断面形状をテーパ状にしてもよい。下部電極22aの膜厚は薄いため、その断面形状をテーパ状にしても、下部電極22aの表面積が増加する効果によって蓄積容量値が顕著に増加することはないが、下部電極22aの断面形状をテーパ状にすることにより、漏れ電界効果を高めることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第4の実施形態と同様である。
なお、本実施形態は、前述の第1乃至第3の実施形態と組み合わせることもできる。これにより、本実施形態の効果に加えて、第1乃至第3の実施形態の効果も得ることができる。
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。図13は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図14(a)は図13に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すB−B’線による断面図である。図13並びに図14(a)及び(b)に示すように、本実施形態において、前述の第5の実施形態と比較して、下部電極22aが画素全体に延出しており、且つ、下部電極22aに開口部28が形成されており、下部電極22aがメッシュ状になっている点が異なっている。開口部28の形状は矩形状であり、下部電極22a全体に渡って千鳥状に配列されている。層間絶縁膜13及び平坦化膜16における下部電極22aの直上域には蓄積容量孔18が形成されている。下部電極22aが画素全体に延出しているため、蓄積容量孔18も画素の略全体に形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。図13は、本実施形態に係る液晶表示装置の画素回路基板を示す平面図であり、図14(a)は図13に示す領域100を拡大して示す一部拡大平面図であり、(b)は(a)に示すB−B’線による断面図である。図13並びに図14(a)及び(b)に示すように、本実施形態において、前述の第5の実施形態と比較して、下部電極22aが画素全体に延出しており、且つ、下部電極22aに開口部28が形成されており、下部電極22aがメッシュ状になっている点が異なっている。開口部28の形状は矩形状であり、下部電極22a全体に渡って千鳥状に配列されている。層間絶縁膜13及び平坦化膜16における下部電極22aの直上域には蓄積容量孔18が形成されている。下部電極22aが画素全体に延出しているため、蓄積容量孔18も画素の略全体に形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第5の実施形態と同様である。
本実施形態においては、下部電極22aによって生じる漏れ電界によって、蓄積容量孔18内に配置された画素電極5との間に容量が形成されるため、単位面積の下部電極当たりの実効容量値が増加する。また、前述の第5の実施形態と比較して、下部電極22aの面積が大きい。このため、第5の実施形態と比較して、蓄積容量Cの容量値が増加する。また、蓄積容量孔18の底部において、平坦化膜16の形状にメッシュ状の下部電極22aの形状を反映させることにより、平坦化膜16の上面に凹凸が形成されている。これにより、平坦化膜16の上面に凹凸を形成するために特別な工程が不要となり、製造コストが減少する。なお、本実施形態に係る液晶表示装置は反射型の液晶表示装置であるため、下部電極22aの面積を増加させても、画像の明るさには影響しない。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第5の実施形態と同様である。
なお、前述の第6の実施形態に係る半透過型の液晶表示装置において、反射領域、即ち、画素電極26が設けられている領域のうち矩形領域27を除く領域に位置する下部電極のみに開口部を形成してメッシュ状としてもよい。これにより、反射領域の平坦化膜に凹凸を形成するための工程を省略することができる。
(第9の実施形態)
次に、本発明の第9の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図15乃至図19は本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法をその工程順に示す図であり、各図の(a)は平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。以下、図1、図2(a)及び(b)、図15(a)乃至図19(b)を参照して、本実施形態について説明する。
次に、本発明の第9の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図15乃至図19は本実施形態に係る液晶表示装置の製造方法をその工程順に示す図であり、各図の(a)は平面図であり、(b)は(a)に示すA−A’線による断面図である。以下、図1、図2(a)及び(b)、図15(a)乃至図19(b)を参照して、本実施形態について説明する。
先ず、図15(a)及び(b)に示すように、ガラス基板2上にPCVDによって酸化シリコン(SiO)膜を厚さ300nmまで成膜し、下地絶縁膜11とする。次に、下地絶縁膜11上にアモルファスシリコン(a−Si)膜を厚さ50nmまで成膜し、その上に保護用のSiO膜(図示せず)を厚さ10nmまで成膜する。次に、a−Si膜中の水素を熱離脱させた後、ウェットエッチングによって保護用のSiO膜を除去する。そして、a−Si膜にエキシマレーザを照射してa-Si膜を溶融させ、その後冷却させることによって結晶化させて多結晶シリコン(p−Si)膜とする。その後、ドライエッチングによってp−Si膜をパターニングして島状にし、能動層7を形成する。このとき、能動層7の形状は、平面視で水平方向に延びる略矩形状とし、水平方向中央部は両端部よりも細くする。
次に、図16(a)及び(b)に示すように、PCVDによって、下地絶縁膜11上に能動層7を覆うように、SiO膜を厚さ100nmまで成膜し、ゲート絶縁膜12とする。次に、スパッタリングによってモリブデン(Mo)膜を厚さ300nmに成膜した後、ドライエッチングによってMo膜をパターニングして、水平方向に延びるゲート線3、このゲート線3から能動層7の中央部の直上域に延出したゲート電極3a、ゲート線3から垂直方向に延出した下部電極3b及び3cを形成する。
次に、ゲート電極3aをマスクとして、能動層7に対してホスフィン(PH3)プラズマを用いたイオンドーピングを行い、能動層7中にリンイオンを加速電圧が70kV、ドーズ量が4×1015/cm2の条件で導入し、能動層7の両端部にN型の高濃度不純物領域を形成する。これにより、能動層7の一端部にドレイン領域7aを形成し、他端部にソース領域7bを形成する。また、能動層7におけるドレイン領域7aとソース領域7bとの間のリンイオンが導入されていない領域がチャネル領域7cとなる。なお、ゲート電極3a上にレジスト膜を形成し、ゲート電極3a及びレジスト膜をマスクとしてイオンドーピングを行ってもよい。
次に、図17(a)及び(b)に示すように、ゲート絶縁膜12上に、ゲート線3、ゲート電極3a、下部電極3b及び3cを覆うように、PCVDによってSiO膜を厚さ400nmまで成膜し、層間絶縁膜13とする。なお、層間絶縁膜13は、SiN膜又はSiNO膜により形成してもよい。この場合は、耐湿信頼性を向上させることができ、また、最終的に形成される蓄積容量の容量値を増加させることができる。
次に、瞬時熱アニール(RTA:Rapid Thermal Anneal)を行い、能動層7中に導入した不純物を活性化し、ドレイン領域7a及びソース領域7bを低抵抗化する。その後、水素(H2)プラズマを用いた水素化処理により、ダングリングボンド終端等の欠陥密度を低減する。
次に、ドライエッチングを行い、それに引き続いてウェットエッチングを行って、層間絶縁膜13及びゲート絶縁膜12におけるドレイン領域7aの直上域の一部に相当する部分及びソース領域7bの直上域の一部に相当する部分を選択的に除去する。これにより、ドレイン領域7aの直上域の一部にドレイン接続孔14を形成し、ソース領域7bの直上域の一部にソース接続孔15を形成する。
次に、図18(a)及び(b)に示すように、スパッタリングによってMo膜4cを厚さ50nmまで成膜し、アルミニウム(Al)膜4dを厚さ300nmまで成膜し、Mo膜4eを厚さ100nmまで成膜する。そして、ウェットエッチングによってMo膜4e、Al膜4d、Mo膜4cをパターニングして、ドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bを形成する。このとき、ドレイン線4は、垂直方向に配列された画素列毎に1本設け、ドレイン接続孔14を通り垂直方向に直線状に延びるものとする。また、ドレイン電極4aは、ドレイン線4におけるドレイン接続孔14に相当する部分とし、ドレイン接続孔14の底部において能動層7のドレイン領域7aに接続される。更に、ソース電極4bは、ソース接続孔15の直上域を含む領域に形成され、ソース接続孔15の底部において能動層7のソース領域7bに接続される。
次に、図19(a)及び(b)に示すように、層間絶縁膜13上に感光性有機膜をスピン塗布して、厚さが例えば2乃至3μm程度の平坦化膜16を形成する。このとき、平坦化膜16の上面は、それより下層の構成要素の形状が反映されずに平坦になる。次に、フォトリソグラフィによって平坦化膜16をパターニングして選択的に除去し、ソース電極4bの直上域にソース電極4bまで到達する画素電極接続孔17を形成すると共に、下部電極3b及び3cの直上域に層間絶縁膜13まで到達する蓄積容量孔18を形成する。そして、平坦化膜16をマスクとしたウェットエッチングによって、蓄積容量孔18の底部において層間絶縁膜13を300nmの深さまでエッチングして蓄積容量孔18を更に深くする。このとき、蓄積容量孔18の底部に残留した厚さが100nmの層間絶縁膜13が、後の工程において形成される蓄積容量の容量絶縁膜19になる。
なお、層間絶縁膜13の厚さを減少させずに、層間絶縁膜13をそのまま容量絶縁膜19としてもよいが、層間絶縁膜13の厚さを減少させた方が、蓄積容量の容量値を大きくできるため好ましい。また、容量絶縁膜19を形成する際には、生産性及びエッチング量の制御性を考慮し、層間絶縁膜13の成膜条件又はウェットエッチング条件、例えばフッ化水素酸(HF)若しくはフッ化アンモニウム(NH4F)の濃度若しくは処理温度を調整して、層間絶縁膜13のエッチングレートを例えば6nm/秒以下とする。但し、エッチングレートが0.2nm/秒未満になると、バッチ処理でも生産性が低下したり、平坦化膜16に劣化及び剥離等が生じたりするため、エッチングレートは0.2nm/秒以上とすることが好ましい。また、HF濃度を10質量%より高くすると、平坦化膜16をエッチングする際に、平坦化膜16だけではなくMo膜4eにも損傷が生じるので、HF濃度は10質量%以下とすることが好ましい。但し、生産性の点で、HF濃度は0.1質量%以上とすることが好ましい。
次に、図2(a)及び(b)に示すように、スパッタリングによってITO膜を厚さ100nmまで成膜する。次に、ウェットエッチングによってITO膜をパターニングして透過な画素電極5を形成する。このとき、画素電極5は、ある画素の画素電極接続孔17及びこの画素から見てドレイン線制御回路側に隣接する画素の蓄積容量孔18を含む領域に形成する。これにより、画素電極5は、画素電極接続孔17の側面上及び底面上にも設けられ、画素電極接続孔17の底面においてソース電極4bに接続される。また、画素電極5は、この画素電極5が属する画素の下部電極3b及び3c、即ち、この画素電極5がTFT6を介して接続された下部電極3b及び3cの直上域には形成せず、その替わり、この画素から見てドレイン線制御回路側に隣接した画素の下部電極3b及び3cの直上域に形成する。一方、この画素電極5が属する画素の下部電極3b及び3cの直上域には、この画素から見てドレイン線制御回路から遠ざかる側(図示の縦方向下側)に隣接した画素の画素電極5を形成する。
これにより、ドレイン線制御回路側からn番目の画素に形成された下部電極3b及び3cと、この下部電極3b及び3cの直上域に形成された蓄積容量孔18の底面上に配置された画素電極5、即ち、(n+1)番目の画素に形成された画素電極5との間で、蓄積容量Cが形成される。このとき、(n+1)番目の画素に形成された画素電極5が蓄積容量Cの上部電極として機能し、層間絶縁膜13における蓄積容量孔18の底部に位置する減厚された部分が、蓄積容量Cの容量絶縁膜19として機能する。これにより、画素電極5に蓄積容量が付加される。このようにして、前述の第1の実施形態における画素回路基板1が作製される。そして、この画素回路基板1と対向基板(図示せず)とを相互に平行に且つ離隔して配置し、両基板間に液晶を封入して液晶層を形成することにより、前述の第1の実施形態に係る液晶表示装置を製造することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、蓄積容量Cの下部電極3b及び3cを、ゲート線3及びゲート電極3aと同じ膜をパターニングすることにより同じ工程で形成している。また、蓄積容量Cの容量絶縁膜19を層間絶縁膜13の一部により形成している。更に、蓄積容量Cの上部電極を画素電極5の一部により形成している。このため、蓄積容量Cを形成するために特別な工程を設ける必要がなく、蓄積容量Cを形成することによって、液晶表示装置の製造コストが増大することがない。本実施形態により製造された液晶表示装置の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、能動層7におけるドレイン領域7a及びソース領域7bにN型の不純物を導入してN型のTFTを作製する例を示したが、P型の不純物を導入してP型のTFTを作製してもよい。この場合は、例えば、ダイボラン(B2H6)プラズマを用いたイオンドーピングによって、能動層7中にボロンイオンを加速電圧が80kV、ドーズ量が2×1015/cm2の条件で導入する。
また、本実施形態において、a−Si膜中の水素を熱離脱させる前に、閾値電圧を制御するためのイオンドーピングを行ってもよい。
次に、本実施形態の第1の変形例について説明する。本変形例においては、能動層7に低濃度不純物領域(LDD領域)を形成する。図20(a)及び(b)は、本変形例におけるLDD領域の形成方法をその工程順に示す断面図である。なお、図20(a)及び(b)は図16(b)と同じ断面を示している。
図20(a)に示すように、ゲート電極3aをマスクとしてイオンドーピングを行い、能動層7に高濃度不純物領域であるドレイン領域7a及びソース領域7bを形成する。次に、図20(b)に示すように、ドライエッチング又はウェットエッチングによってゲート電極3aの幅を縮小させ、この縮小されたゲート電極3aをマスクとして再びイオンドーピングを行い、ドレイン領域7aとチャネル領域7cとの間、及びソース領域7bとチャネル領域7cとの間にLDD領域31を形成する。これにより、フォトマスク数を増やさずにLDD領域を形成することができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本実施形態の第2の変形例について説明する。本変形例においても、前述の第1の変形例と同様に、能動層7にLDD領域を形成する。図21は、本変形例におけるLDD領域の形成方法を示す断面図である。なお、図21は図16(b)と同じ断面を示している。図21に示すように、本変形例においては、ゲート電極3aを階段状に形成する。即ち、ゲート電極3aを、下層3dと、この下層3d上の一部に形成された上層3eとの2層構造とする。そして、この階段状のゲート電極3aをマスクとしてイオンドーピングを行う。これにより、能動層7における下層3dの直下域であって上層3eの直下域を除く領域においては、イオンの一部が下層3dにより遮断され、下層3dの直下域を除く領域よりも少ない量のイオンが導入される。これにより、能動層7にLDD領域31が形成される。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本実施形態の第3の変形例について説明する。図22(a)乃至(c)は、本変形例における平坦化膜のパターニング方法をその工程順に示す断面図である。図22(a)に示すように、前述の第9の実施形態において、平坦化膜16をパターニングする際に、層間絶縁膜13の膜質及びウェットエッチング条件によっては、図22(b)に示すように、層間絶縁膜13がサイドエッチングされて、平坦化膜16における蓄積容量孔18の側面に突出部分16aが形成され、ひさし状になる場合がある。このような場合は、例えば図22(c)に示すように、平坦化膜16をリフローさせて、ひさし形状を改善する。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
(第10の実施形態)
次に、本発明の第10の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第2の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図3(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、層間絶縁膜13を形成する際に、先ず、厚さが例えば100nmである下層13aを形成し、その後、厚さが例えば300nmである上層13bを形成する。そして、蓄積容量孔18を形成する際には、平坦化膜16及び層間絶縁膜13の上層13bをエッチングにより選択的に除去して蓄積容量孔18を形成し、蓄積容量孔18の底部において層間絶縁膜13の下層13aを残留させる。
次に、本発明の第10の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第2の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図3(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、層間絶縁膜13を形成する際に、先ず、厚さが例えば100nmである下層13aを形成し、その後、厚さが例えば300nmである上層13bを形成する。そして、蓄積容量孔18を形成する際には、平坦化膜16及び層間絶縁膜13の上層13bをエッチングにより選択的に除去して蓄積容量孔18を形成し、蓄積容量孔18の底部において層間絶縁膜13の下層13aを残留させる。
下層13a及び上層13bの組成は、蓄積容量孔18を形成する際のエッチング条件に応じて適宜選択する。例えば、下層13a及び上層13bを同種材料によって形成し、成膜条件を調整することでエッチングレートを相互に異ならせる。下層13a及び上層13bを、PCVD法によって成膜されたSiO膜とする場合は、PCVD工程においてシラン(SiH4)ガス又は亜酸化窒素(N2O)ガスの流量比率を変えたり、成膜温度を変えたりすることで、形成された膜のエッチングレートを制御する。また、下層13a及び上層13bをSiNによって形成する場合は、PCVD工程においてSiH4ガス、アンモニア(NH3)ガス、窒素(N2)ガス等の流量比率を変えたり、成膜温度を変えたりすることで、形成された膜のエッチングレートを制御する。特にSiN膜は、SiO膜よりもエッチングレートをダイナミックに変化させることができる。
図23は、横軸にN2ガスの流量をとり、縦軸にエッチングレートをとって、SiN膜をPCVD法によって成膜するときのNH3ガス流量及びN2ガス流量が、成膜後のSiN膜のエッチングレートに及ぼす影響の一例を示すグラフ図である。このSiN膜の他の成膜条件は、SiH4ガス流量が60ミリリットル/分(sccm)、H2ガス流量が400ミリリットル/分、基板温度が350℃、高周波電力密度が950W/m2である。また、ウェットエッチング条件は、HF濃度、即ち、HF及びNH4Fの合計量に対するHF量の比率(HF/(HF+NH4F))が4質量%であり、処理温度が室温である。図23に示すように、例えばSiN膜のエッチングレートは、成膜時にN2ガス流量を増加させると増加し、また、NH3ガス流量を増加させると増加する。このように、PCVDの成膜条件を変えることによって、SiN膜のエッチングレートを広い範囲で制御することができる。
なお、本実施形態においては、下層13a及び上層13bを異種材料により形成してもよい。例えば、下層13aをエッチングレートが小さいSiN膜とし、上層13bをエッチングレートが大きいSiO膜としてもよい。又は、下層13aをエッチングレートが小さいSiO膜とし、上層13bをエッチングレートが大きいSiN膜としてもよい。但し、後の工程で容量絶縁膜19となる下層13aをSiN膜により形成すれば、SiN膜の比誘電率はSiO膜の比誘電率の1.5倍程度と大きいため、下層13aをSiO膜により形成した場合よりも、大きな蓄積容量値を得ることができる。
このとき、上層13bと下層13aとのエッチングレートの比率は、2以上であることが好ましい。また、前記比率が4以上あれば、ガラス基板2の面内において蓄積容量Cの容量値の均一性を向上できるため、より好適である。
本実施形態においては、蓄積容量孔18をエッチングにより形成する際に、エッチングレートが相対的に小さい下層13aがエッチングストッパ膜として機能するため、蓄積容量絶縁膜19を形成する際のウェットエッチングの制御性、即ちエッチング量の制御性が向上する。この結果、前述の第9の実施形態と比較して、ガラス基板2の面内における蓄積容量Cの均一性を向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
(第11の実施形態)
次に、本発明の第11の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第3の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図4(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、層間絶縁膜13を形成し、この層間絶縁膜13にドレイン接続孔14及びソース接続孔15を形成し、ドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bを形成した後に、保護絶縁膜21を形成する。例えば、層間絶縁膜13としてSiO膜を厚さ400nmに成膜した場合は、保護絶縁膜21としてSiN膜を厚さ100nmに成膜する。また、層間絶縁膜13としてSiN膜を厚さ400nmに成膜した場合は、保護絶縁膜21としてSiO膜を厚さ200nmに成膜する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本発明の第11の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第3の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図4(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、層間絶縁膜13を形成し、この層間絶縁膜13にドレイン接続孔14及びソース接続孔15を形成し、ドレイン線4、ドレイン電極4a及びソース電極4bを形成した後に、保護絶縁膜21を形成する。例えば、層間絶縁膜13としてSiO膜を厚さ400nmに成膜した場合は、保護絶縁膜21としてSiN膜を厚さ100nmに成膜する。また、層間絶縁膜13としてSiN膜を厚さ400nmに成膜した場合は、保護絶縁膜21としてSiO膜を厚さ200nmに成膜する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
(第12の実施形態)
次に、本発明の第12の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第4の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図5並びに図6(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、ゲート線3及びゲート電極3aを形成する際に、ゲート線3に接続された下部電極3b及び3c(図16(a)参照)を形成せずに、ゲート線3から離隔した蓄積容量線22並びにこれに接続された下部電極22a及び22bを形成する。具体的には、ゲート絶縁膜12を形成した後に、スパッタリングによってMo膜を厚さ300nmまで成膜する。次に、ドライエッチングによってMo膜をパターニングして、水平方向に延びるゲート線3及びこのゲート線3から能動層7の中央部の直上域に延出したゲート電極3aを形成すると共に、ゲート線3とは別に、水平方向に直線状に延びる蓄積容量線22、この蓄積容量線22からドレイン線制御回路に向かって延出した下部電極22a及び蓄積容量線22からドレイン線制御回路から遠ざかる方向に延出した下部電極22bを形成する。蓄積容量線22は、水平方向に配列された画素列毎に形成する。また、画素回路基板の非表示領域に、蓄積容量線22の電位を制御する蓄積容量線制御回路(図示せず)を形成する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本発明の第12の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第4の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図5並びに図6(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、ゲート線3及びゲート電極3aを形成する際に、ゲート線3に接続された下部電極3b及び3c(図16(a)参照)を形成せずに、ゲート線3から離隔した蓄積容量線22並びにこれに接続された下部電極22a及び22bを形成する。具体的には、ゲート絶縁膜12を形成した後に、スパッタリングによってMo膜を厚さ300nmまで成膜する。次に、ドライエッチングによってMo膜をパターニングして、水平方向に延びるゲート線3及びこのゲート線3から能動層7の中央部の直上域に延出したゲート電極3aを形成すると共に、ゲート線3とは別に、水平方向に直線状に延びる蓄積容量線22、この蓄積容量線22からドレイン線制御回路に向かって延出した下部電極22a及び蓄積容量線22からドレイン線制御回路から遠ざかる方向に延出した下部電極22bを形成する。蓄積容量線22は、水平方向に配列された画素列毎に形成する。また、画素回路基板の非表示領域に、蓄積容量線22の電位を制御する蓄積容量線制御回路(図示せず)を形成する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
(第13の実施形態)
次に、本発明の第13の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第5の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図7並びに図8(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、平坦化膜16を形成した後に、平坦化膜16における画素電極25が形成される予定の領域に対してハーフトーン露光を行い、平坦化膜16の上面に凹凸を形成する。なお、平坦化膜16における画素電極25が形成される予定の領域を柱状にパターニングして、再び感光性有機膜を塗布することにより、平坦化膜16の上面に凹凸を形成してもよい。次に、Mo膜を厚さ50nmに成膜した後、Al膜を厚さ100nmに成膜する。そして、ウェットエッチングによってAl膜及びMo膜をパターニングして、平坦化膜16における上面に凹凸が形成された領域にAl膜及びMo膜を残し、夫々画素電極25の上層25b及び下層25aとする。これにより、2層構造の反射型の画素電極25を形成する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本発明の第13の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第5の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図7並びに図8(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、平坦化膜16を形成した後に、平坦化膜16における画素電極25が形成される予定の領域に対してハーフトーン露光を行い、平坦化膜16の上面に凹凸を形成する。なお、平坦化膜16における画素電極25が形成される予定の領域を柱状にパターニングして、再び感光性有機膜を塗布することにより、平坦化膜16の上面に凹凸を形成してもよい。次に、Mo膜を厚さ50nmに成膜した後、Al膜を厚さ100nmに成膜する。そして、ウェットエッチングによってAl膜及びMo膜をパターニングして、平坦化膜16における上面に凹凸が形成された領域にAl膜及びMo膜を残し、夫々画素電極25の上層25b及び下層25aとする。これにより、2層構造の反射型の画素電極25を形成する。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においては、画素電極25の上層25bをAl膜により形成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、上層25bは可視光反射率が高い膜であればよく、例えば、Al合金膜、銀(Ag)膜、Ag合金膜であってもよい。また、画素電極25を、Al膜又はAg膜等の単層膜により形成してもよい。その場合は、十分な可視光反射率を得るために、膜厚を100nm以上とすることが好ましい。
(第14の実施形態)
次に、本発明の第14の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第6の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図9並びに図10(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第13の実施形態と同様な方法により平坦化膜16の上面に凹凸を形成する。次に、ITO膜を厚さ100nmに成膜した後、このITO膜をパターニングして、画素電極26における透明な下層26aを形成する。次に、Mo膜を厚さ50nmに成膜した後、Al膜を厚さ100nmに成膜する。そして、ウェットエッチングによってAl膜及びMo膜をパターニングして、平坦化膜16における上面に凹凸が形成された領域の直上域にAl膜及びMo膜を残留させ、夫々画素電極26の上層26c及び中層26bとする。このとき、画素の中央部に位置する矩形領域27においては、Al膜及びMo膜を除去し、透明な下層26aを露出させる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
次に、本発明の第14の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第6の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図9並びに図10(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、前述の第13の実施形態と同様な方法により平坦化膜16の上面に凹凸を形成する。次に、ITO膜を厚さ100nmに成膜した後、このITO膜をパターニングして、画素電極26における透明な下層26aを形成する。次に、Mo膜を厚さ50nmに成膜した後、Al膜を厚さ100nmに成膜する。そして、ウェットエッチングによってAl膜及びMo膜をパターニングして、平坦化膜16における上面に凹凸が形成された領域の直上域にAl膜及びMo膜を残留させ、夫々画素電極26の上層26c及び中層26bとする。このとき、画素の中央部に位置する矩形領域27においては、Al膜及びMo膜を除去し、透明な下層26aを露出させる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第9の実施形態と同様である。
(第15の実施形態)
次に、本発明の第15の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第7の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図11並びに図12(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、下部電極22aを形成する際に、下部電極22a内に開口部28を形成し、下部電極22aをメッシュ状に形成する。なお、この下部電極22a上に層間絶縁膜13を形成すると、層間絶縁膜13の形状は下部電極22aの形状を反映してその上面に凹凸が形成されるが、蓄積容量孔18を形成する際に、層間絶縁膜13に対するウェットエッチングのエッチングレートを小さくすると、層間絶縁膜13の上面がエッチバック作用によって平滑化される。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第12の実施形態と同様である。
次に、本発明の第15の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第7の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図11並びに図12(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、下部電極22aを形成する際に、下部電極22a内に開口部28を形成し、下部電極22aをメッシュ状に形成する。なお、この下部電極22a上に層間絶縁膜13を形成すると、層間絶縁膜13の形状は下部電極22aの形状を反映してその上面に凹凸が形成されるが、蓄積容量孔18を形成する際に、層間絶縁膜13に対するウェットエッチングのエッチングレートを小さくすると、層間絶縁膜13の上面がエッチバック作用によって平滑化される。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第12の実施形態と同様である。
(第16の実施形態)
次に、本発明の第16の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第8の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図13並びに図14(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、下部電極22aを形成する際に、下部電極22aを画素の略全体に形成すると共に、複数の開口部28を千鳥状に形成して、下部電極22aをメッシュ状にする。また、蓄積容量孔18を形成する際に、蓄積容量孔18を下部電極22aの直上域、即ち、画素の略全体に形成する。更に、蓄積容量孔18の底部において、層間絶縁膜13をウェットエッチングする際に、エッチングレートを大きくとる。これにより、層間絶縁膜13の上面がエッチバック作用によって平滑化されにくいため、前述の第15の実施形態とは異なり、層間絶縁膜13の上面に凹凸形状を残すことができる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第13の実施形態と同様である。
次に、本発明の第16の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第8の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法の実施形態である。図13並びに図14(a)及び(b)に示すように、本実施形態においては、下部電極22aを形成する際に、下部電極22aを画素の略全体に形成すると共に、複数の開口部28を千鳥状に形成して、下部電極22aをメッシュ状にする。また、蓄積容量孔18を形成する際に、蓄積容量孔18を下部電極22aの直上域、即ち、画素の略全体に形成する。更に、蓄積容量孔18の底部において、層間絶縁膜13をウェットエッチングする際に、エッチングレートを大きくとる。これにより、層間絶縁膜13の上面がエッチバック作用によって平滑化されにくいため、前述の第15の実施形態とは異なり、層間絶縁膜13の上面に凹凸形状を残すことができる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第13の実施形態と同様である。
本実施形態においては、蓄積容量孔18の底部において、平坦化膜16の形状にメッシュ状の下部電極22aの形状が反映され、平坦化膜16の上面に凹凸が形成される。これにより、平坦化膜16の上面に凹凸を形成するために特別な工程が不要となり、製造コストを低減することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第13の実施形態と同様である。
なお、上述の各実施形態において、ガラス基板2の替わりに透明なプラスチック基板を設けてもよい。また、下地絶縁膜11を二層構造とし、下層をSiN膜又は酸化窒化シリコン膜(SiON膜)等とし、上層をSiO膜としてもよい。これにより、ガラス基板からのアルカリイオンの拡散をより確実に防止することができる。更に、ゲート絶縁膜12を、SiON膜又はSiN膜により形成してもよい。又は、SiO膜、SiON膜、SiN膜等を積層した多層膜としてもよい。更にまた、上述の各実施形態においては、画素回路基板のガラス基板上にゲート線制御回路及びドレイン線制御回路等の制御回路を設ける例を示したが、画素回路基板にはこれらの制御回路を形成せず、これらの制御回路を、画素回路基板及び対向基板からなる液晶パネルの外部に設けてもよい。この場合は、前述のn番目のゲート線及びn番目の画素とは、例えば、ガラス基板上におけるドレイン線を外部のドレイン線制御回路に接続する接続端子が配置された側からn番目のゲート線及び画素を意味する。
本発明は、例えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置に好適に利用することができる。
1;画素回路基板
2;ガラス基板
3;ゲート線
3a;ゲート電極
3b、3c;下部電極
3d;下層
3e;上層
4;ドレイン線
4a;ドレイン電極
4b;ソース電極
4c;Mo膜
4d;Al膜
4e;Mo膜
5;画素電極
6;TFT
7;能動層
7a;ドレイン領域
7b;ソース領域
7c;チャネル領域
11;下地絶縁膜
12;ゲート絶縁膜
13;層間絶縁膜
13a;下層
13b;上層
14;ドレイン接続孔
15;ソース接続孔
16;平坦化膜
16a;突出部分
17;画素電極接続孔
18;蓄積容量孔
19;容量絶縁膜
21;保護絶縁膜
22;蓄積容量線
22a、22b;下部電極
25;画素電極
25a;下層
25b;上層
26;画素電極
26a;下層
26b;中層
26c;上層
27;矩形領域
28;開口部
31;LDD領域
100;領域
C;蓄積容量
2;ガラス基板
3;ゲート線
3a;ゲート電極
3b、3c;下部電極
3d;下層
3e;上層
4;ドレイン線
4a;ドレイン電極
4b;ソース電極
4c;Mo膜
4d;Al膜
4e;Mo膜
5;画素電極
6;TFT
7;能動層
7a;ドレイン領域
7b;ソース領域
7c;チャネル領域
11;下地絶縁膜
12;ゲート絶縁膜
13;層間絶縁膜
13a;下層
13b;上層
14;ドレイン接続孔
15;ソース接続孔
16;平坦化膜
16a;突出部分
17;画素電極接続孔
18;蓄積容量孔
19;容量絶縁膜
21;保護絶縁膜
22;蓄積容量線
22a、22b;下部電極
25;画素電極
25a;下層
25b;上層
26;画素電極
26a;下層
26b;中層
26c;上層
27;矩形領域
28;開口部
31;LDD領域
100;領域
C;蓄積容量
Claims (34)
- 複数の画素を備えた液晶表示装置において、画素回路基板と、対向基板と、前記画素回路基板と前記対向基板との間に配置された液晶層と、を有し、前記画素回路基板は、基板と、この基板上に前記画素毎に設けられたトランジスタと、このトランジスタの能動層の直上域から外れた領域に設けられた下部電極と、この下部電極を覆うように設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上における前記下部電極の直上域を含む領域に設けられ前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続された画素電極と、を有し、前記下部電極と前記画素電極との間に蓄積容量が形成されることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記能動層が多結晶シリコンにより形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記画素回路基板は、一方向に延び前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続された複数のデータ線と、前記一方向に交差する方向に延び前記トランジスタのゲート電極に接続された複数のゲート線と、を有し、一の前記下部電極の直上域を含む領域に設けられ前記一の下部電極との間で蓄積容量が形成される前記画素電極が、前記一の下部電極が接続された一の前記ゲート線とは異なる他の前記ゲート線がそのゲート電極に接続された前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記一のゲート線と前記他のゲート線とは、前記一方向において隣り合って配置されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶表示装置。
- 前記画素回路基板は、一方向に延び前記下部電極に接続された配線を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示装置。
- 前記下部電極と前記トランジスタのゲート電極とは、同一の導電膜がパターニングされて形成されたものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記絶縁膜における前記下部電極の直上域に相当する部分には凹部が形成されており、前記画素電極における前記下部電極の直上域に相当する部分は、前記凹部の底部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記絶縁膜は、前記トランジスタのゲート電極を覆うように設けられその上に前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続されたデータ線が配置された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上に前記データ線を覆うように設けられその上に前記画素電極が配置された平坦化膜と、を有し、前記凹部が前記平坦化膜を貫通し前記層間絶縁膜の途中まで形成されていることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記層間絶縁膜が、下層と、この下層上に形成された上層と、を有し、前記凹部が前記平坦化膜及び前記上層を貫通しており、前記下層は貫通していないことを特徴とする請求項8に記載の液晶表示装置。
- 前記凹部がエッチングにより形成されたものであり、前記エッチングにおける前記上層のエッチングレートが、前記エッチングにおける前記下層のエッチングレートの2倍以上であることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記平坦化膜が有機材料により形成されており、前記絶縁膜は、前記層間絶縁膜と前記平坦化膜との間に配置され、無機材料からなる保護絶縁膜を有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極が透明な導電性材料からなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記下部電極に複数の開口部が形成されていることを特徴とする請求項12に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極の少なくとも表面が可視光を反射する導電性材料からなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記下部電極に複数の開口部が形成されており、前記絶縁膜における前記画素電極の直下域に相当する部分の上面には、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されていることを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。
- 前記画素電極は、透明な導電性材料からなる透過領域と、少なくとも表面が可視光を反射する導電性材料からなる反射領域と、を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
- 前記下部電極における前記反射領域の直下域に複数の開口部が形成されており、前記絶縁膜における前記画素電極の反射領域の直下域に相当する部分の上面には、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されていることを特徴とする請求項16に記載の液晶表示装置。
- 画素回路基板を作製する工程と、対向基板を作製する工程と、前記画素回路基板と前記対向基板との間に液晶層を形成する工程と、を有し、前記画素回路基板を作製する工程は、基板上に局所的に半導体層を形成する工程と、この半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングすることによりゲート電極及び下部電極を形成する工程と、前記半導体層に不純物を導入して能動層とし、前記能動層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極からなるトランジスタを形成する工程と、前記ゲート電極及び前記下部電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上における前記下部電極の直上域を含む領域に前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続されるように画素電極を形成する工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
- 前記半導体層を多結晶シリコンにより形成することを特徴とする請求項18に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極及び下部電極を形成する工程において、前記導電膜をパターニングすることにより、一方向に延びる複数のゲート線を形成すると共に前記ゲート電極及び前記下部電極を前記ゲート線に接続されるように形成し、前記画素電極を形成する工程において、一の前記下部電極の直上域を含む領域に設けられる前記画素電極を、前記一の下部電極が接続された一の前記ゲート線とは異なる他の前記ゲート線がそのゲート電極に接続された前記トランジスタのソース・ドレインの一方に接続されるように形成することを特徴とする請求項18又は19に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記画素電極を形成する工程において、前記他のゲート線が前記一のゲート線の隣に配列されたゲート線となるように前記画素電極を形成することを特徴とする請求項20に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極及び下部電極を形成する工程において、前記導電膜をパターニングすることにより、一方向に延び前記下部電極に接続された配線を形成することを特徴とする請求項18又は19に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記絶縁膜における前記下部電極の直上域に相当する部分に凹部を形成する工程を有し、前記画素電極を形成する工程において、前記画素電極における前記下部電極の直上域に相当する部分を前記凹部の底部に設けることを特徴とする請求項18乃至22のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記絶縁膜を形成する工程は、前記ゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に前記トランジスタのソース・ドレインの他方に接続されるデータ線を覆うように平坦化膜を形成する工程と、を有し、前記凹部を形成する工程は、前記平坦化膜をエッチングして選択的に除去する工程と、前記平坦化膜をマスクとして前記層間絶縁膜をエッチングして選択的に除去する工程と、を有することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜を形成する工程は、下層を形成する工程と、この下層上に上層を形成する工程と、を有し、前記層間絶縁膜をエッチングして選択的に除去する工程は、前記下層をエッチングストッパ膜として前記上層をエッチングする工程であることを特徴とする請求項24に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜を形成する工程において、前記エッチングにおける前記上層のエッチングレートを、前記エッチングにおける前記下層のエッチングレートの2倍以上とすることを特徴とする請求項25に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記絶縁膜を形成する工程は、前記層間絶縁膜上に無機材料からなる保護絶縁膜を形成する工程を有し、前記平坦化膜を形成する工程において、前記平坦化膜を有機材料により形成することを特徴とする請求項24乃至26のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜をエッチングして選択的に除去する工程において、前記エッチングをフッ化水素酸を使用するウェットエッチングにより行い、そのエッチングレートを0.2乃至6nm/秒とし、前記フッ化水素酸の濃度を0.1乃至10質量%とすることを特徴とする請求項24乃至27のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記画素電極を形成する工程において、前記画素電極を透明な導電性材料により形成することを特徴とする請求項18乃至28のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極及び下部電極を形成する工程において、前記下部電極に複数の開口部を形成することを特徴とする請求項29に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記画素電極を形成する工程において、前記画素電極の少なくとも表面を可視光を反射する導電性材料により形成することを特徴とする請求項18乃至28のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極及び下部電極を形成する工程において、前記下部電極に複数の開口部を形成し、前記絶縁膜を形成する工程において、前記絶縁膜における前記画素電極の直下域に相当する部分の上面に、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されることを特徴とする請求項31に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記画素電極を形成する工程において、前記画素電極に、透明な導電性材料からなる透過領域と、少なくとも表面が可視光を反射する導電性材料からなる反射領域とを形成することを特徴とする請求項18乃至28のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極及び下部電極を形成する工程において、前記下部電極における前記反射領域の直下域に相当する部分に複数の開口部を形成し、前記絶縁膜を形成する工程において、前記絶縁膜における前記画素電極の反射領域の直下域に相当する部分の上面に、前記下部電極の形状を反映した凹凸が形成されることを特徴とする請求項33に記載の液晶表示装置の製造方法。
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