JP2007047506A - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で製造歩留まりが高く製造することができる半透過型の液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】液晶層２０を挟んで互いに対向配置されたアレイ基板３０および対向基板６０を有し、前記アレイ基板３０は、絶縁基板３２上にマトリックス状に形成された複数の信号配線Ｘおよび複数の走査配線Ｙと、信号配線Ｘと走査配線Ｙとの交差部にそれぞれ接続されたスイッチング素子４０と、前記スイッチング素子４０上に形成された第１絶縁膜３８と、前記第１絶縁膜３８上に形成された第１画素電極５４と、前記第１画素電極５４上に第２絶縁膜３９を介して形成され第２画素電極５６とを備え、前記スイッチング素子４０に第１画素電極５４と前記第２画素電極５６とが接続された液晶表示装置１０において、前記信号配線Ｘと前記第２画素電極５６とは、同一材料により形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、バックライトからの光および外光を利用して画像表示を行う半透過型の液晶表示装置、及びその製造方法に関する。

薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと呼ぶ）を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、高画質、薄型、軽量、低消費電力などの理由から様々な表示装置に利用されている。このアクティブマトリクス型の液晶表示装置は、駆動回路をアレイ基板上に形成することができ、該表示装置の小型化を図りやすいため、携帯電話等にも好適に用いられている。

このような携帯電話等に用いられる液晶表示装置は、日中屋外で使用する場合、外光を利用することができる反射型の液晶表示装置が好ましく、一方、室内や夜間に使用する場合、バックライトの光を透過させる透過型の液晶表示装置表示が好ましい。そこで、バックライトの光と外光とを利用する半透過型の液晶表示装置が提案されている（例えば特許文献１及び２参照）。

この半透過型の液晶表示装置は、複数の配線および画素電極等がマトリックス状に形成されたアレイ基板と、このアレイ基板と対向配置された対向基板と、を備え、これらアレイ基板と対向基板との間には液晶層が封入されている。各画素電極は、透明電極および反射電極によって形成されている。そして、画像表示時、反射電極により外光等を反射するとともに、透明電極の領域では下方に設置されたバックライトからの光を透過させることにより表示を行うというものである。

しかしながら、上記の半透過型の液晶表示装置を製造するためには、１画素中に透過領域と反射領域を形成する必要があるため、反射型あるいは透過型の液晶表示装置の場合に比べ、製造工数が大幅に増加して製造コスト高となる問題がある。
特開平１１−２８１９９２号公報 特開２００２−３０３８７２

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、製造プロセスの工程短縮を図ることで、歩留まりを向上し製造コストを低減することができる液晶表示装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向配置されたアレイ基板および対向基板を有し、前記アレイ基板は、絶縁基板上にマトリックス状に形成された複数の信号配線および複数の走査配線と、この信号配線と走査配線との交差部にそれぞれ接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子上に形成された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成された第１画素電極と、前記第１画素電極上に第２絶縁膜を介して形成され第２画素電極と、この第２画素電極を介して前記第１画素電極と接続される前記スイッチング素子とを備え、前記信号配線と前記第２画素電極とは、同一材料により形成されることを特徴とする。

本発明によれば、画素電極、信号配線とを同一工程にて形成することができるため、製造工数を削減することができる。そのため、半透過型の液晶表示装置であっても歩留まりを向上でき製造コストを低減することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（１）液晶表示装置１０の構造について
本実施形態に係る液晶表示装置１０は、図１および図２に示すように、液晶層２０を挟んで互いに対向配置されたアレイ基板３０および対向基板６０を備えている。アレイ基板３０はガラス等からなる透明な絶縁基板３２を備え、この絶縁基板３２上には、複数の信号配線Ｘと複数の走査配線Ｙとがほぼ直交するようにマトリックス状に設けられており、信号配線Ｘは、第１絶縁膜である層間絶縁膜３８を介して走査配線Ｙ上に配設されている。走査配線Ｙと信号配線Ｘとの交差部近傍には、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）４０が設けられている。

２本の走査配線Ｙと２本の信号配線Ｘとで囲まれる領域には、それぞれ画素電極５０が設けられ、各画素電極５０はほぼ矩形状に形成され、１画素を構成している。

各画素電極５０は、その中央部に位置した矩形状の透過領域５２ａに形成された第１画素電極としての透過電極５４と、該透過領域５２ａを囲むように位置した反射領域５２ｂに形成された第２画素電極としての反射電極５６とからなる。詳細には、透過電極５４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性導電部材からなり、層間絶縁膜３８上に形成されている。反射電極５６は、光反射効率の高いＭｏ、Ａｌなどからなり、層間絶縁膜３８上に形成された第２絶縁膜である有機絶縁膜３９の上に積層されている。この有機絶縁膜３９の表面は凹凸面をなしており、これにより反射電極５６の表面も凹凸面をなしている。また、透明電極５４は、有機絶縁膜３９を貫通するスルーホール５８ａに設けられたコンタクト部５８ｂを介して反射電極５６と電気的に接続されている。

ＴＦＴ４０は、ポリシリコン膜によって形成された半導体層４２を有している。この半導体層４２は、絶縁基板３２上に配置された窒化シリコンと酸化シリコンとを積層してなるアンダーコーティング層３４上に配置され、チャネル領域４２Ｃの両側にそれぞれ不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域４２Ｄ及びソース領域４２Ｓを有している。また、このＴＦＴ４０は、ゲート電極４４、ドレイン電極４６、及び、ソース電極４８を備えている。ゲート電極４４は、走査配線Ｙと一体に形成され、ゲート絶縁膜３６を介して半導体層４２に対向して配置されている。ドレイン電極４６は、信号配線Ｘと一体に形成され、有機絶縁膜３９に設けられた凹溝４１の底部に配置されており、ゲート絶縁膜３６及び層間絶縁膜３８を貫通するスルーホール４７ａに設けられたコンタクト部４７ｂを介して半導体層４２のドレイン領域４２Ｄに電気的に接続されることによって形成されている。ソース電極４８は、ゲート絶縁膜３６、層間絶縁膜３８及び有機絶縁膜３９を貫通するスルーホール４９ａに設けられたコンタクト部４９ｂ及び反射電極５６と同一材料によって一体に設けられており、半導体層４２のソース領域４２Ｓと画素電極５０の反射電極５６とを電気的に接続している。これにより、ＴＦＴ４０は、走査配線Ｙ及び信号配線Ｘに接続され、走査配線Ｙからの駆動電圧により導通し、信号配線Ｘからの信号電圧を画素電極５０に印加する。

また、画素電極５０は、半導体層７２と補助容量電極７４とを備える補助容量素子７０に電気的に接続されている。半導体層７２は、ＴＦＴ４０の半導体層４２のソース領域４２Ｓから一体に延設されており、ソース電極４８及び画素電極５０と同電位となっている。補助容量電極７４は、不図示の補助容量線に接続されており、ゲート絶縁膜３６を介して半導体層７２に対向配置され、所定電位に設定されている。

一方、対向基板６０は、図２に示すように、ガラス等からなる透明な絶縁基板６２を有し、この絶縁基板上にカラーフィルタ６４、ＩＴＯからなる対向電極６６等が形成されている。そして、アレイ基板３０および対向基板６０は、図示しないシール材により周縁部同士が接合され、両基板３０，６０の間に液晶層２０が封入されている。

（２）液晶表示装置１０の製造方法について
次に、上記のように構成される液晶表示装置１０の製造方法について図３に基づいて説明する。

アレイ基板３０の製造工程では、まず、絶縁基板３２の一主面上にプラズマＣＶＤ法により、膜厚が１０〜１００ｎｍの窒化シリコンを成膜し、その後、膜厚が５０〜５００ｎｍの酸化シリコンを成膜することで、アンダーコーティング層３４を形成する。

次いで、プラズマＣＶＤ法により、アンダーコーティング層３４上に、膜厚が３０〜１００ｎｍの非晶質シリコン層を成膜した後、エキシマレーザーアニール法により、非晶質シリコンを結晶化して多結晶シリコン層を形成する。そして、多結晶シリコン層をフォトリソグラフィ工程により島状パターニングすることで、半導体層４２，７２を形成した後、プラズマＣＶＤ法により、半導体層４２，７２を被覆する膜厚が５０〜５００ｎｍの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜３６を形成する。

次いで、スパッタリング法により、膜厚が１００〜３００ｎｍのモリブデン−タングステン（Ｍｏ−Ｗ）合金膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程によりモリブデン−タングステン合金膜をパターニングすることで、ゲート電極４４、補助容量電極７４、及びこれらそれぞれに接続された走査配線Ｙ、補助容量線を形成する。そして、走査配線Ｙをマスクとして、イオン注入法により半導体層４２の所定領域にリンなどの不純物をドーピングして、ドレイン領域４２Ｄ及びソース領域４２Ｓを形成する。

次いで、プラズマＣＶＤ法により、膜厚が１５０〜４００ｎｍの窒化シリコンを成膜し、更にその上に膜厚が１５０〜５００ｎｍの酸化シリコンを成膜することで、層間絶縁膜３８を形成する。

次いで、スパッタリング法により、層間絶縁膜３８の上に膜厚が２０〜２００ｎｍのＩＴＯ膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程により、このＩＴＯ膜をパターニングすることで、図３（ａ）に示すように、透過領域５２ａと反射領域５２ｂの一部に透明電極５４を形成する。なお、ＩＴＯ膜のスパッタリングの温度は特に限定されないが、パターニングを容易に行うため、２００℃以下の比較的低温であることが好ましく、かかる場合、パターニングされたＩＴＯ膜を２００℃以上でアニール処理を行い多結晶化することで透明電極５４の信頼性を高めてもよい。

次いで、フォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁膜３６及び層間絶縁膜３８をパターニングすることにより、図３（ｂ）に示すように、半導体層４２のドレイン領域４２Ｄ及びソース領域４２Ｓの上方にスルーホール４７ａ，４９ａ−１を形成する。

次いで、層間絶縁膜１４と透明電極２６の上に、膜厚が１〜５μｍのアクリル系の有機絶縁膜をスピンコーティング法等により成膜する。この有機絶縁膜を構成する樹脂は、フォトリソグラフィ工程で使用される感光性樹脂と同様に感光性を有しており、フォトリソグラフィ工程にて所望の形状にパターニングすることができる。そして、フォトリソグラフィ工程により、有機絶縁膜をパターニングすることで、図３（ｃ）に示すように、反射領域５２ｂに有機絶縁膜３９を形成するとともに、スルーホール４９ａ−１と連通するスルーホール４９ａ−２と、透明電極５４と反射電極５６を導通させるためのスルーホール５８ａと、スルーホール４７ａと連通する凹溝４１とを形成する。ここで、凹溝４１は、図１に示すように、信号配線Ｘが配される位置に形成されている。すなわち、アレイ基板３０上において、図１における縦方向に所定間隔毎に平行に凹溝４１が刻設される。

そして、ハーフ露光処理を行うことで、図３（ｄ）に示すように、有機絶縁膜３９の表面を凹凸面に形成する。そして、可視光を有機絶縁膜３９に照射することで、有機絶縁膜３９内の感光剤が分解され有機絶縁膜３９の光透過性を改善し、その後、２００℃前後でアニール処理することによって、有機絶縁膜３９をポリマー化させ、機械的にも電気的にも安定した絶縁膜を形成する。

次いで、スパッタリング法により、膜厚が１０〜１００ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）膜の上に、膜厚が５０〜３００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を積層させてなる二層金属膜（Ａｌ／Ｍｏ）を成膜した後、 フォトリソグラフィ工程により二層金属膜をパターニングすることで、図３（ｅ）に示すように、反射電極５６とこれに一体に設けられたソース電極４８及びコンタクト部４９ｂと、反射電極５６と透明電極５４を接続するコンタクト部５８ｂと、ドレイン電極４６とこれに接続された信号配線Ｘを同時に形成する。ここで、凹溝４１は信号配線Ｘが配される位置に形成されため、二層金属膜（Ａｌ／Ｍｏ）を成膜することで、凹溝４１と連通するコンタクトホール４７ａ内に配されたコンタクト部４７ａを介して半導体層のドレイン領域４２Ｄと接続された信号配線Ｘを凹溝４１の底部に形成されることができる。

なお、アルミニウム膜の膜厚は、反射電極としては１００〜２００ｎｍまでの範囲であると良好な反射率を得られ好ましく、また、電気信号配線としては厚い方が電気抵抗が小さくなり好ましい。一方、生産性の観点からは、アルミニウム膜の膜厚は、薄ければ薄いほど、材料の使用量、スパッタ時間の短縮等によるスループットの向上に有利である。したがって、上記したような反射率や電気抵抗といった特性と生産性との兼ね合いから、アルミニウムの膜厚は、５０〜３００ｎｍの厚さの範囲が好ましく、１００〜２５０ｎｍの厚さがより好ましい。

また、外部回路との接続用パッドについても説明する。パッドの最表面の材料は、信号配線と同様にモリブデンとアルミニウムの積層膜でもよいが、外部回路の接続方法により、ゲート電極４４と同じモリブデン−タングステン合金膜とすることも可能である。この場合、ゲート電極４４を形成する際に同時にパッド部分を形成し、配線の途中で層間絶縁膜３８に形成されたコンタクトホールを介して信号配線Ｘを繋ぎかえれば良い。

次いで、画素電極５０、有機絶縁膜３９、ドレイン電極４６、信号配線Ｘを被覆するように、有機絶縁膜３９と同様の感光性樹脂からなる有機絶縁膜をスピンコーティング法等により成膜した後、フォトリソグラフィ工程にて、有機絶縁膜３９上の所定位置にスペーサー６８を形成する。このスペーサー６８は対向電極６６やカラーフィルター６４を具備した対向基板６０と張り合わせる際に、その間隔を調整するためのものである。

対向基板６０の製造工程では、スピンコーティングとフォトリソグラフプロセスを繰り返すことにより、ガラス等からなる透明な絶縁基板６２上にカラーフィルタ６４を形成し、スパッタリング法によりＩＴＯ膜を成膜し、パターニングすることで対向電極６６を形成することで、対向基板６０が製造される。

そして、不図示のシール材を液晶注入口を残してアレイ基板３０の外縁に沿って印刷塗布し、アレイ基板３０と対向基板６０とを対向配置し、加熱してシール材を硬化させて両基板を貼り合わせ、液晶注入口から液晶組成物を注入し、さらに液晶注入口を封止部材によって封止することで液晶層２０を形成し、図２に示すような液晶表示装置１０が製造される。

以上のように、本実施形態における液晶表示装置１０の製造方法では、反射電極５６、ドレイン電極４６とこれに接続された信号配線Ｘ、ソース電極４８、及びコンタクト部５８ｂが、第９工程において同時に同一材料によって形成されるため、成膜工程を２工程とフォトリソグラフィ工程を２工程削減できることにより、歩留まり向上と生産コスト削減が可能となる。

なお、本実施形態において製造されるアレイ基板は、画素電極５０が透明電極５４と反射電極５６とを有する半透過型のアレイ基板であるが、透明電極５４をモリブデンとアルミニウムの二層金属膜で構成することで、反射型のアレイ基板の製造においても、半透過型のアレイ基板の製造の場合と同様に、成膜工程とフォトリソグラフィ工程とを削減でき、歩留まり向上と生産コストを削減することができる。

本発明の一実施形態において製造対象とする液晶表示装置のアレイ基板の一部を拡大して示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面を含む液晶表示装置の断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は図２に示した液晶表示装置の製造方法を示す液晶表示装置の概略断面図である。

符号の説明

１０…液晶表示装置
２０…液晶層
３０…アレイ基板
３２…絶縁基板
３８…層間絶縁膜（第１絶縁膜）
３９…有機絶縁層（第２絶縁膜）
４０…ＴＦＴ（スイッチング素子）
４１…凹溝
４４…ゲート電極
４６…ドレイン電極
４７ａ…スルーホール
４７ｂ…コンタクト部
４８…ソース電極
５０…画素電極
５４…透明電極（第１画素電極）
５６…反射電極（第２画素電極）
６０…対向基板
７０…補助容量素子
Ｘ…信号配線
Ｙ…走査配線

Claims (7)

1. 絶縁基板上にマトリックス状に形成された複数の信号配線および複数の走査配線、この信号配線と走査配線との交差部にそれぞれ接続されたスイッチング素子、前記スイッチング素子上に形成された第１絶縁膜、前記第１絶縁膜上に形成された第１画素電極、前記第１画素電極上に第２絶縁膜を介して形成され第２画素電極、この第２画素電極を介して前記第１画素電極と接続される前記スイッチング素子を有したアレイ基板と、
   液晶層を挟んでこのアレイ基板に対向配置された対向基板と、
   を具備し、
   前記信号配線と前記第２画素電極とは、同一材料により形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１画素電極が透明電極であり、前記第２画素電極が反射電極であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２絶縁膜は、前記第１絶縁膜を貫通するスルーホールと連通する凹溝を所定間隔毎に複数有し、
   前記スルーホールを介して前記スイッチング素子と接続される前記信号配線が、前記凹溝の底部に配設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。
4. 前記第１画素電極と前記第２画素電極は、前記第２絶縁膜に設けられたコンタクト部を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の液晶表示装置。
5. 絶縁性基板上にスイッチング素子を形成する工程と、
   前記絶縁性基板上およびスイッチング素子上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜上に画素電極を形成する工程と、
   前記画素電極をパターニングする工程と、
   前記層間絶縁膜および前記画素電極上に有機絶縁膜を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜をパターニングして前記画素電極を露出させる工程と、
   前記層間絶縁膜および前記有機絶縁膜にコンタクト部を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜及び前記画素電極及び前記コンタクト部を介して前記スイッチング素子電極部に反射電極を形成する工程と、
   前記反射電極をパターニングする工程と
   を具備し、
   前記反射電極をパターニングする工程にて、前記スイッチング素子間の配線および前記スイッチング素子と前記画素電極との間の配線を同時に形成することを特徴とする液晶表示装置のアレイ基板の製造方法。
6. 絶縁性基板上にスイッチング素子を形成する工程と、
   前記絶縁性基板上およびスイッチング素子上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜上に透明電極を形成する工程と、
   前記透明電極をパターニングする工程と、
   前記層間絶縁膜および前記透明電極上に有機絶縁膜を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜をパターニングして前記透明電極を露出させる工程と、
   前記層間絶縁膜および前記有機絶縁膜にコンタクト部を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜及び前記透明電極及び前記コンタクト部を介して前記スイッチング素子電極部に反射電極を形成する工程と、
   前記反射電極をパターニングする工程と
   を具備し、
   前記反射電極をパターニングする工程にて、前記スイッチング素子間の配線および前記スイッチング素子と前記透明電極との間の配線を同時に形成することを特徴とする液晶表示装置のアレイ基板の製造方法。
7. 絶縁性基板上にスイッチング素子を形成する工程と、
   前記絶縁性基板上およびスイッチング素子上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜上に画素電極を形成する工程と、
   前記画素電極をパターニングする工程と、
   前記層間絶縁膜および前記画素電極上に有機絶縁膜を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜をパターニングして前記画素電極を露出させる工程と、
   前記層間絶縁膜および前記有機絶縁膜にコンタクト部を形成する工程と、
   前記有機絶縁膜及び前記画素電極及び前記コンタクト部を介して前記スイッチング素子電極部に前記画素電極と同一材料である反射電極を形成する工程と、
   前記反射電極をパターニングする工程と、
   を具備し、
   前記反射電極をパターニングする工程にて、前記スイッチング素子間の配線および前記スイッチング素子と前記反射電極との間の配線を同時に形成することを特徴とする液晶表示装置のアレイ基板の製造方法。

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