JP2007178774A

JP2007178774A - 反射型液晶表示素子の製造方法

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Publication number: JP2007178774A
Application number: JP2005377997A
Authority: JP
Inventors: Hideo Oura; 秀男大浦; Takuya Kakinuma; 拓也柿沼
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】画像むらを低減し、生産性を良好にし、省資源化やコスト低減が図れ、透明電極膜の光透過率を９８％以上とする。
【解決手段】半導体基板１と透明基板１０とが所定の間隙ｄ１を有して対向しその所定の間隙に液晶２０が充填された反射型液晶表示素子５０を製造する反射型液晶表示素子の製造方法において、透明基板の半導体基板と対向する面側に第１のＩＴＯ膜１１ａを形成し、この第１のＩＴＯ膜上にＳｉＯ２膜１２ａを形成し、このＳｉＯ２膜上に第２のＩＴＯ膜１３ａを酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いこの混合ガスに対する酸素ガスの流量比を０．８〜５％の範囲内とする真空成膜法により形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、反射型液晶表示素子の製造方法に係る。

近年、反射型液晶表示素子は、プロジェクタやプロジェクションテレビなどの大画面ディスプレイ装置に用いられている。また、大画面ディスプレイ装置は、さらなる大画面化が進み、この大画面化に伴って画像を表示するための光源の高輝度化が望まれている。
そこで、この光源として、従来から用いられていたメタルハライドランプに加えて、このメタルハライドランプよりも低消費電力で高輝度が得られる超高圧水銀（ＵＨＰ：Ultra High Performance）ランプが多く用いられるようになった。
この超高圧水銀ランプは、周知のように、可視光域において特定波長の輝線を有しているため、この輝線による干渉が起こることによって、干渉縞（フリンジともいう）や輝度むらなどの表示不良が発生する場合がある。
ここで、特定波長とは、一般的に、約４４０ｎｍ、約５４０ｎｍ、及び約５８０ｎｍである波長を示す。

この表示不良は、反射型液晶表示素子の液晶層の厚さが１０ミクロン以下と薄いため、透明基板と液晶層との界面で反射が起こると、液晶層のわずかな厚みむらによって位相ずれが生じることにより発生するものと考えられる。特に反射型液晶表示素子の場合、液晶層を入射光及び反射光が通過するため、投射型液晶表示素子に比べ干渉縞が目立ちやすくなる。
この解決手段として光源の輝線を除去する方法が考えられるが、光量が減少するといった不具合が生じる。また、他の解決手段として液晶層の厚みむらをなくすことが考えられるが、透明基板の表面の平坦性を向上させるための工数等が増えるため、生産性が著しく低下するといった不具合が生じる。

そこで、上述した干渉縞を低減する他の手段の一つが特許文献１に記載されている。
この特許文献１の記載によれば、透明基板の一面側に、膜厚λ／４の第１のＡｌ_２Ｏ_３膜、膜厚λ／２のＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜、及び膜厚λ／４の第２のＡｌ_２Ｏ_３膜が順次積層されてなる３層構造の透明電極層を形成することにより、干渉縞の発生を抑えられるとするものである。なお、λは入射光及び反射光の中心波長である。
特開２０００−５６２９７号公報

ところで、ＩＴＯ膜は、一般的に、スパッタや蒸着などの真空成膜法をよって形成される。常温で成膜されたＩＴＯ膜は、アモルファス(非晶質ともいう)状態の膜であるため電気抵抗の大きい膜となってしまう。そこで、ＩＴＯ膜の結晶化温度（約１５０℃）以上の温度でＩＴＯ膜を成膜することが一般的に行われている。このようにして成膜されたＩＴＯ膜は多結晶状態の膜なので、アモルファス(非晶質ともいう)状態のＩＴＯ膜よりも電気抵抗の小さい膜となる。

また、一般的に、光学膜の物理膜厚Ｄを、Ｄ＝(λ／４)×（ＮＤ／ｎ）と表すことができる。ＮＤは光学膜厚であり、ｎは屈折率である。
この式を適用すると、特許文献１に記載のＩＴＯ膜の物理膜厚Ｄ_ＩＴＯは、Ｄ_ＩＴＯ＝(λ／４)×（ＮＤ／ｎ）＝(λ／４)×（２／ｎ）となり、ＩＴＯ膜の屈折率ｎを１．９４、可視光領域における中心波長λを５５０ｎｍとすると、このＩＴＯ膜の物理膜厚Ｄ_ＩＴＯは約１３０ｎｍとなる。

しかしながら、物理膜厚が約１３０ｎｍの多結晶状態のＩＴＯ膜を有する反射型液晶表示素子を用いて画像を表示すると、画像むらが発生する場合がある。
これは、ＩＴＯ膜が厚くなると膜中の結晶粒の大きさのばらつきが大きくなるので、反射型液晶表示素子の液晶層に電圧を印加した際、この結晶粒の大きさのばらつきによりＩＴＯ膜内に電気抵抗の小さい領域と大きい領域とが生じるため、液晶の配向にばらつきが生じることが原因と考えられる。

また、特許文献１に記載の透明電極層において、外部からＩＴＯ膜に電源を供給するためには、ＩＴＯ膜の表面上に形成されている第２のＡｌ_２Ｏ_３膜に開口部を設けなければならず、工程が複雑になるため生産性が悪いという問題がある。

また、ＩＴＯ膜には、希少資源でありコストの高いＩｎ（インジウム）が含まれており、省資源化、コスト低減の観点から、ＩＴＯ膜の薄膜化が望まれている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、画像むらが低減され、生産性が良好であり、省資源化やコスト低減が図れる液晶表示素子を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願各発明は次の手段を有する。
１）半導体基板（１）と透明基板（１０）とが所定の間隙（ｄ１）を有して対向し、該所定の間隙に液晶（２０）が充填された反射型液晶表示素子（５０）を製造する反射型液晶表示素子の製造方法において、前記透明基板の前記半導体基板と対向する面側に、第１の屈折率（ｎ１）を有する第１の透明膜（１１）を形成する第１透明膜形成工程と、前記第１の透明膜上に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率（ｎ２）を有する第２の透明膜（１２）を形成する第２透明膜形成工程と、前記第２の透明膜上に、前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率（ｎ３）を有する第３の透明膜（１３）を、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いて該混合ガスに対する前記酸素ガスの流量比を０．８〜５％の範囲内とする真空成膜法により形成する第３透明膜形成工程と、を有することを特徴とする反射型液晶表示素子（５０）の製造方法である。
２）前記第１の透明膜及び前記第３の透明膜をＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜（１１ａ，１３ａ）とし、前記第２の透明膜をＳｉＯ２（酸化シリコン）膜（１２ａ）とすることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法である。

本発明によれば、半導体基板１と透明基板１０とが所定の間隙ｄ１を有して対向しその所定の間隙に液晶２０が充填された反射型液晶表示素子５０を製造する反射型液晶表示素子の製造方法において、透明基板の半導体基板と対向する側の面に第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明膜１１であるＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜１１ａを形成し、このＩＴＯ膜上に第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率ｎ２を有する第２の透明膜１２であるＳｉＯ２（酸化シリコン）膜１２ａを形成し、このＳｉＯ２膜上に第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率ｎ３を有する第３の透明膜１３であるＩＴＯ膜１３ａを、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いて該混合ガスに対する酸素ガスの流量比を０．８〜５％の範囲内とする真空成膜法により形成することによって、画像むらが低減され、生産性が良好であり、省資源化やコスト低減が図れ、透明電極層の光透過率を９８％以上とすることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図４を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の反射型液晶表示素子の製造方法の実施例における第１工程〜第３工程をそれぞれ説明するための模式的断面図である。

＜実施例＞
本発明の反射型液晶表示素子の製造方法の実施例を、第１工程〜第３工程として、図１〜図３を用いて以下に説明する。

（第１工程）［図１参照］
半導体基板であるシリコン基板１の表面及びその近傍に、後述する画素電極２への電源供給を制御するスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）３をマトリクス状に複数形成する。この薄膜トランジスタ３は、周知の半導体プロセス、例えばドーパント拡散により形成することができる。

次に、薄膜トランジスタ３と接続する画素電極２を、各薄膜トランジスタ３に対応してマトリクス状に複数形成する。この画素電極２はスパッタ法や蒸着法等の真空成膜法により形成することができる。また、この画素電極２の材料としてＡｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等を用いることができる。実施例では、Ａｌをスパッタ法を用いて成膜し、この成膜されたＡｌ膜をフォトリソ法を用いてパターン化することにより、複数の画素電極２を形成した。

その後、各画素電極２を覆うように、シリコン基板１の表面上に、後述する液晶２０を安定的に配向させるための第１の配向膜４を形成する。この第１の配向膜４はスパッタ法や蒸着法等の真空成膜法により形成することができる。また、この第１の配向膜４の材料として、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等を用いることができる。実施例では、Ａｌ_２Ｏ_３をスパッタ法を用いて成膜することにより、第１の配向膜４を形成した。

（第２工程）［図２参照］
まず、ＡＲ（Anti Reflection）膜（反射防止膜ともいう）１７が一面側に形成されており光透過性を有する透明基板であるガラス基板１０を準備する。
次に、このガラス基板１０の他面側に、第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明膜１１と、第１の屈折率ｎ１よりも小さい第２の屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する第２の透明膜１２と、第２の屈折率ｎ２よりも大きい第３の屈折率ｎ３（ｎ２＜ｎ３）を有する第３の透明膜１３とを順次積層して、透明多層膜１５を形成する。

実施例では、第１の透明膜１１及び第３の透明膜１３の材料としてＩＴＯ(Indium Tin Oxide)を、第２の透明膜１２の材料としてＳｉＯ_２（酸化シリコン）を用いた。
ここで、ＩＴＯ及びＳｉＯ_２の屈折率をそれぞれ１．９４及び１．４６とすると、実施例における第１の透明膜１１、第２の透明膜１２、第３の透明膜１３のそれぞれの屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は、ｎ１＝１．９４、ｎ２＝１．４６、ｎ３＝１．９４となり、ｎ２＜ｎ１＝ｎ３と表すことができる。
また、実施例では、第１の透明膜１１の光学膜厚ＮＤ１を０．２６、第２の透明膜１２の光学膜厚ＮＤ２を０．５６、透明電極１３の光学膜厚ＮＤ３を０．２６とした。
また、第１の透明膜１１、第２の透明膜１２、第３の透明膜１３の各物理膜厚は、中心波長λが５００ｎｍの場合、上述した式から、それぞれ約１７ｎｍ、約４８ｎｍ、約１７ｎｍとなる。

次に、この透明多層膜１５の形成方法について、以下に詳述する。

まず、第１の透明膜１１である第１のＩＴＯ膜１１ａの形成方法について説明する。実施例では、この第１のＩＴＯ膜１１ａを、真空成膜法の一手段であるスパッタ法を用いて形成することとした。

ＩＴＯからなるスパッタターゲットを用いると共に、Ｏ_２（酸素）ガスとＡｒ（アルゴン）ガスとの混合ガスを用いて、上述したガラス基板１０の他面側に、物理膜厚が約１７ｎｍとなるように第１のＩＴＯ膜１１ａを成膜する。
実施例では、混合ガスのガス圧を約０．４Ｐａとし、混合ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比（酸素ガス流量／混合ガス流量）を０．２４±０．１６％の範囲内、換言すれば、０．０８〜０．４０％の範囲内とした。

次に、第２の透明膜１２であるＳｉＯ_２膜１２ａの形成方法について説明する。実施例では、このＳｉＯ_２膜１２ａを、スパッタ法を用いて形成することとした。

ＳｉＯ_２からなるスパッタターゲットを用いると共に、Ｏ_２（酸素）ガスとＡｒ（アルゴン）ガスとの混合ガスを用いて、上述した第１のＩＴＯ膜１１ａ上に、物理膜厚が約４８ｎｍとなるように、ＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する。
実施例では、混合ガスのガス圧を約０．４Ｐａとし、混合ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比（酸素ガス流量／混合ガス流量）を２．９±２．１％の範囲内、換言すれば、０．８〜５．０％の範囲内とした。
このＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比を０．８〜５．０％の範囲内とした理由については、後で詳述する。

次に、第３の透明膜１３である第２のＩＴＯ膜１３ａの形成方法について説明する。実施例では、この第２のＩＴＯ膜１３ａを、スパッタ法を用いて形成することとした。

ＩＴＯからなるスパッタターゲットを用いると共に、Ｏ_２（酸素）ガスとＡｒ（アルゴン）ガスとの混合ガスを用いて、上述したＳｉＯ_２膜１２ａ上に、物理膜厚が約１７ｎｍとなるように第２のＩＴＯ膜１３ａを成膜する。
実施例では、混合ガスのガス圧を約０．４Ｐａとし、混合ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比（酸素ガス流量／混合ガス流量）を０．２４±０．１６％の範囲内、換言すれば、０．０８〜０．４０％の範囲内とした。

上述した工程により、ガラス基板１０の他面側に、第１のＩＴＯ膜１１ａ、ＳｉＯ_２膜１２ａ、及び第２のＩＴＯ膜１３ａが順次成膜されてなる透明多層膜１５ａを形成した。
また、実施例では、成膜時の加熱温度をＩＴＯ膜の結晶化温度（約１５０℃）以上の温度である２２０℃として、ガラス基板１０を２２０℃に加熱した後、上述した第１のＩＴＯ膜１１ａ、ＳｉＯ_２膜１２ａ、及び第２のＩＴＯ膜１３ａを真空中で連続して成膜した。

さらに、この透明多層膜１５上に、後述する液晶２０を安定的に配向させるための第２の配向膜１６を形成する。この第２の配向膜１６はスパッタ法や蒸着法等の真空成膜法により形成することができる。また、この第２の配向膜１６の材料として、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等を用いることができる。実施例では、Ａｌ_２Ｏ_３をスパッタ法を用いて成膜することにより、第２の配向膜１６を形成した。

（第３工程）［図３参照］
上述した第１工程を経たシリコン基板１と第２工程を経たガラス基板１０とを、第１の配向膜４と第２の配向膜１６とが所定の間隙ｄ１を有して互いに向き合うように、図示しないシール材を用いて貼り合わせる。
その後、周知の液晶注入方法により、この間隙ｄ１に負の誘電異方性を有するネマティック液晶２０を充填することにより、反射型液晶表示素子５０を得る。

そして、この反射型液晶表示素子５０は、上述した透明多層膜１５ａの第２のＩＴＯ膜１３ａを透明電極とし、薄膜トランジスタ３により各画素電極２への電源供給を制御して、所定の画素電極２と透明電極とが対抗する範囲における液晶２０に電圧を印加することによってその範囲における液晶２０を駆動させ、外部からＡＲ膜１７を透過して入射した読み出し光Ｌ１を、この所定の画素電極２で反射させて表示光Ｌ２とすることによって、所定の画像を得ることができる。

そこで、上述した反射型液晶表示素子５０を用いて画像を表示し、この画像を評価した結果、画像むらが低減したことを確認した。これは、波長５５０ｎｍにおいて、従来のＩＴＯ膜の物理膜厚Ｄ_ＩＴＯは約１３０ｎｍであったのに対し、実施例における透明多層膜を、第１の屈折率ｎ１を有する第１の透明膜１１と、第１の屈折率ｎ１よりも小さい第２の屈折率ｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する第２の透明膜１２と、第２の屈折率ｎ２よりも大きい第３の屈折率ｎ３（ｎ２＜ｎ３）を有する第３の透明膜１３とが順次積層されてなる構成とすることにより、透明電極である第２のＩＴＯ膜１３ａの物理膜厚を約１７ｎｍと薄くすることが可能になるので、膜中の結晶粒の大きさのばらつきが低減することにより、反射型液晶表示素子の液晶層に電圧を印加した際の液晶の配向のばらつきが低減したためと考えられる。

また、本発明によれば、第１の透明膜１１と第３の透明膜１３とを同じＩＴＯ膜としたので、段取り替え等の工数を削減できるため、良好な生産性が得られる。
また、本発明によれば、第３の透明膜１３を透明電極とすることにより、透明多層膜１５ａに開口部を設ける必要がないので、透明多層膜１５ａを形成する際の開口部形成工程を削減することができるため、良好な生産性が得られる。

また、本発明によれば、ＩＴＯ膜の厚さを、従来は約１３０ｎｍであったのに対し、第１の透明膜１１である第１のＩＴＯ膜１１ａ及び第３の透明膜１３である第２のＩＴＯ膜１３ａの膜厚の合計を３４ｎｍと薄くすることができるので、省資源化やコスト低減が図れる。

ここで、上述した第２工程において、第２の透明膜１２であるＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比を０．８〜５．０％の範囲内とした理由について、図４を用いて以下に説明する。図４は、ＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比（酸素ガス流量／混合ガス流量）と透明多層膜１５ａの波長５５０ｎｍにおける光透過率との関係を示す図である。

ところで、表示される画像が必要な明るさを得るためには、透明多層膜１５ａの光透過率は９８％以上が望ましく、９８．５％がより望ましい。
また、ＳｉＯ_２からなるスパッタターゲットを用いてＳｉＯ_２膜を成膜する場合、ＳｉＯ_２は酸化生成エネルギーが高いので、スパッタガスとして単体のＡｒガスを用いることが一般的である。
そこで、スパッタガスとして単体のＡｒガスを用いて第２の透明膜であるＳｉＯ_２膜を成膜し、それ以外は上述した工程と同様の工程に従って作製した反射型液晶表示素子の透明多層膜の光透過率を測定した結果、透明多層膜の光透過率は青色帯域において９８％未満であった。例えば、透明多層膜の光透過率は、青色帯域の代表波長値である５５０ｎｍにおいて約９５％であり、４４０ｎｍにおいて約９０％であった。

発明者が鋭意検討した結果、この透明多層膜の青色帯域における光透過率が低い原因は、第１の透明膜１１である第１のＩＴＯ膜１１ａの光透過率が低いためであることを見出した。これは、透明多層膜を形成する際、ガラス基板上に形成された第１のＩＴＯ膜１１ａ中の酸素の一部がガラス基板に拡散してしまい、その結果、第１のＩＴＯ膜１１ａの酸素比率が最適値よりも低くなったためと考えられる。

そこで、発明者は、スパッタガスをＡｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用いて、酸素リッチ状態のＳｉＯ_２膜を第２の透明膜として成膜することにより、酸素が不足した第１のＩＴＯ膜１１ａにこの酸素リッチのＳｉＯ_２膜から酸素が供給されるので、第１のＩＴＯ膜１１ａの酸素比率を最適値にできることを見出した。

即ち、図４から、第２の透明膜１２であるＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比を０．８〜５．０％の範囲内とすることにより透明多層膜１５ａの光透過率を９８％以上にすることが可能になり、また、この酸素ガスの流量比を１．０〜３．６％の範囲内とすることにより透明多層膜１５ａの光透過率を９８．５％以上にすることが可能になることを見出した。
そこで、上述の結果に基づいて、第２工程では、第２の透明膜１２であるＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比を０．８〜５．０％の範囲内に設定した。
また、第２工程で作製した透明多層膜１５ａの光透過率を測定した結果、透明多層膜１５ａの光透過率が９８％以上になっていることを確認した。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

本発明の反射型液晶表示素子の製造方法の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。本発明の反射型液晶表示素子の製造方法の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。本発明の反射型液晶表示素子の製造方法の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。ＳｉＯ_２膜１２ａを成膜する際の酸素ガスの流量比（酸素ガス流量／混合ガス流量）と透明多層膜１５ａの波長５５０ｎｍにおける光透過率との関係を示す図である。

符号の説明

１シリコン基板、２画素電極、３薄膜トランジスタ、４，１６配向膜、１０ガラス基板、１１，１２，１３透明膜、１１ａ，１３ａＩＴＯ膜、１２ａＳｉＯ_２膜、１５，１５ａ透明多層膜、１７ＡＲ膜、２０液晶、５０反射型液晶表示素子、ｎ１，ｎ２，ｎ３屈折率、ＮＤ１，ＮＤ２，ＮＤ３光学膜厚、 λ 波長、ｄ１間隙

Claims

半導体基板と透明基板とが所定の間隙を有して対向し、該所定の間隙に液晶が充填された反射型液晶表示素子を製造する反射型液晶表示素子の製造方法において、
前記透明基板の前記半導体基板と対向する面側に、第１の屈折率を有する第１の透明膜を形成する第１透明膜形成工程と、
前記第１の透明膜上に、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の透明膜を形成する第２透明膜形成工程と、
前記第２の透明膜上に、前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の透明膜を、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いて該混合ガスに対する前記酸素ガスの流量比を０．８〜５％の範囲内とする真空成膜法により形成する第３透明膜形成工程と、
を有することを特徴とする反射型液晶表示素子の製造方法。
前記第１の透明膜及び前記第３の透明膜をＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜とし、
前記第２の透明膜をＳｉＯ２（酸化シリコン）膜とすることを特徴とする請求項１記載の反射型液晶表示素子の製造方法。