JP2007333809A - 半透過型液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、表示特性の劣化を防止することができる半透過型液晶表示装置を得ることを目的とする。
【解決手段】
本発明に係る半透過型液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板と、対向電極２８を有する対向基板とで液晶層２９を挟持するものである。ＴＦＴアレイ基板は、ゲート配線２と、ソース配線１０と、ＴＦＴとを備える。さらに、ゲート配線２と、ソース配線１０と、ＴＦＴとを覆い、少なくとも一部に凹凸形状１６を有する第１の層間絶縁膜１５を有する。さらに、第１の層間絶縁膜１５の凹凸形状１６の上に反射膜１７と、反射膜１７を覆うように形成された第２の層間絶縁膜１９とを備える。そして、第２の層間絶縁膜１９の反射膜１７が配置された領域の上に形成され、ＴＦＴと電気的に接続された画素電極２３が設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、反射膜を有する半透過型液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特長を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器や、電子手帳や携帯電話などの携帯情報機器、あるいは、液晶表示モニターを備えたカメラ、その他の電気製品などに広く用いられている。
従来の液晶表示装置に搭載される液晶表示パネルは、ＣＲＴ（ブラウン管）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示とは異なり、自らは発光しない。このため、バックライトと呼ばれる蛍光管からなる照明装置をその背面または側方に設置して、このバックライト光の透過量を液晶表示パネルで制御して画像表示を行ういわゆる透過型の液晶表示装置が主に用いられてきた。
しかしながら、このような透過型液晶表示パネルでは、通常、バックライトが全消費電力のうちの５０％以上を占めるため、消費電力を増大させる原因となっていた。
また、透過型液晶表示パネルは、周囲光が非常に明るい戸外のような環境下では、周囲光に比べてバックライト光が暗く見え、表示画像を認識することが困難であった。
以上のようなことから、戸外や常時携帯して使用する機会の多い携帯情報機器では、反射型液晶表示装置が採用されるようになってきている。これは、バックライト光の代わりに液晶表示パネルの画像表示部に反射板を設置し、周囲光をこの反射板表面で反射させることにより表示を行う液晶表示装置である。このような構造は、例えば特許文献１の図１、図２に開示されている。
しかしながら、周囲光の反射光を利用する反射型液晶表示装置は、上記透過型液晶表示装置とは逆に、周囲光が暗い場合には視認性が極端に低下するという欠点を有する。
以上のような透過型ならびに反射型液晶表示装置の問題点を解消するために、透過型表示と反射型表示の両方を一つの液晶表示パネルで実現するような半透過型液晶表示装置が用いられている。これは、画素部分に光を透過するＩＴＯ膜等からなる透過電極と、光を反射させるＡｌ膜等からなる反射電極との二種類の画素電極を形成している。そして、バックライト光の一部を透過させるとともに周囲光の一部も反射させるようにして表示する。このような構造は、例えば特許文献２の図１、図２に開示されている。
一つの画像表示領域に透過光と反射光による画像表示機能を有する液晶パネルの場合には、表示品質が低下するという問題がある。これは、画像表示面の背面のバックライト光から液晶パネルを透過する光、及び画像表示面から入射され光反射部で反射してくる光を利用して、表示を行うことに起因する。このことにより、液晶を挟んで対向する対向電極と透過電極との間、及び対向電極と反射電極との間で、液晶層に同じ電圧を印加しても、画像の明るさやコントラストが著しく異なってしまう。この原因の一つとして、透過光と反射光との光路長の違いがある。この間題を解決する方法として、上記特許文献２においては、透過電極部と反射電極部とで、対向する電極間の距離（セルギャップ長）を変えている。具体的には、反射電極の下層に有機樹脂膜を形成して、透過電極との段差（Δギャップ）を設けている。この段差の高さを調整することにより、反射光と透過光との光路差を最適化して好適な表示特性を得ている。このように電極間の液晶層の厚みを変えることによって両者の光路長をほぼ一致させる方法が開示されている。
特開平６−１７５１２６号公報 特開平１１−１０１９９２号公報
しかしながら、上記のように透過電極部と反射電極部とで光路長を一致させる構成においても、表示品質を最適にするのは難しい。さらには、前の画像が残像となって表示品質を低下させる、いわゆる焼きつきと呼ばれる現象が発生する場合がある。
半透過型液晶表示装置におけるＴＦＴアレイ基板の画素電極には、反射電極と透過電極とが混在する。また、ＴＦＴアレイ基板に対向して配置された対向基板の対向電極は、透過電極によって形成されている。ここで、反射電極は例えばＡｌであり、透過電極及び対向電極は例えばＩＴＯである。このため、液晶が介在したＩＴＯ−ＩＴＯ電極とＩＴＯ−Ａｌ電極とでは、局部電池効果による電位の違いが現れるために、表示特性が劣化する。
このように、液晶層を挟んで対向する対向電極と、透過電極及び反射電極に用いる材料の違いによる電位値の違いが焼きつきの主要因であると考えられる。そこで、本発明者らは、この電位値の違いを図８のセル試料を用いて測定した。画素電極２３と対向電極２８との間に液晶配向膜３０を介して液晶層２９を挟んでセル試料を作製した。ここで、対向電極２８には一般的に用いられる透過性導電材料であるＩＴＯ膜を用いた。そして、もう一方の電極である画素電極２３には、半透過型液晶表示装置の画素電極２３として一般的に用いられる数種類の導電材料を用いた。画素電極２３に、金属材料であるＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、及びＴａ、並びに対向電極２８と同じＩＴＯを用いた。そして、画素電極２３と対向電極２８との間に電池効果として現れる電位差をそれぞれの画素電極２３材料ごとに測定した。なお、電位差は、対向電極２８側を接地＝０Ｖとしたときのオフセット電位値として測定した。
表１は、本発明者らによって測定された電極間のオフセット電位値の結果を示すものである。オフセット電位値は、対向電極２８を０Ｖとして、画素電極２３の対向電極２８からの電位差を示している。また、それぞれの画素電極２３材料の波長５５０ｎｍにおける反射率も示している。
Figure 2007333809
表１を参照すると、画素電極２３に反射電極であるＡｌ膜を用いた場合が最も電極間のオフセット電位値の絶対値が大きい。このことから、ＩＴＯ膜とＡｌ膜との間には最も大きい電位値差が生じることが分かる。つまり、半透過型液晶表示装置において、対向電極２８としてＩＴＯ膜、画素電極２３の透過電極としてＩＴＯ膜、画素電極２３の反射電極としてＡｌ膜を用いた構成は表示特性が劣化する。この場合、一つの画像表示領域の画素電極２３に同じ電位信号を印加しても、透過電極部と反射電極部とでは、液晶層に印加される電圧が約１Ｖ異なる。このために、透過電極部の透過光と反射電極部の反射光とでは、光特性の変化が異なり、表示品質の低下を招くことになる。
両電極間の電位差を小さくするためには、オフセット電位値がＩＴＯ膜に近いＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ膜などを反射電極材料として用いるとよい。しかし、これらの材料は表１に示すように、Ａｌ膜に比べ、光の反射率が小さい。このため、周囲光の反射効率が低く、明るい表示特性が得られないという問題がある。
反射膜材料としてＡｇ膜を用いる場合、オフセット電位値はＩＴＯ膜に近いので表示品質の低下対策については有効である。しかし、Ａｇ膜はプロセス工程間の大気中放置や、水洗浄により表面酸化してしまう。従って、反射特性が大きく変化し、反射率の低下や色特性を変化させやすい。このために、例えば上記特許文献２に示されるような反射電極部が基板の最上層面に形成される構成の場合には、Ａｇ膜のもつ優れた反射特性を維持するための製造工程管理が難しいという問題がある。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、表示特性の劣化を防止することができる半透過型液晶表示装置を得ることを目的とする。
本発明に係る半透過型液晶表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板と対向して配置され、対向電極を有する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板とで挟持された液晶とを有し、画素内に光反射部及び光透過部が設けられている半透過型液晶表示装置であって、前記第１の基板が複数のゲート配線と、前記ゲート配線と交差する複数のソース配線と、スイッチング素子とを有し、前記ゲート配線と、前記ソース配線と、前記スイッチング素子とを覆い、少なくとも一部に凹凸形状を有する第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜の凹凸形状の上に設けられた反射膜と、前記反射膜を覆うように形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間絶縁膜の前記反射膜が配置された領域の上に形成され、コンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された透明画素電極とを備え、前記透明画素電極が、前記反射膜が配置された領域からはみ出して形成され、前記透明画素電極の前記反射膜が配置された領域からはみ出した部分が光透過部となるものである。
本発明によって、表示特性の劣化を防止することができる半透過型液晶表示装置を得ることができる。
実施の形態１．
本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の構成及び製造工程について図１〜４を用いて説明する。図１は本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の第１の基板であるＴＦＴアレイ基板の画素の構成を示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面に加えてゲート端子部及びソース端子部の構成を示す断面図である。
図において、１は透明絶縁性基板、２はゲート配線、３はゲート電極、４は保持容量電極、５はゲート端子、６はゲート絶縁膜、７は半導体膜、８はオーミックコンタクト膜、９はソース電極、１０はソース配線、１１はソース端子、１２はドレイン電極、１３はＴＦＴチャネル部、１４は保護絶縁膜、１５は第１の層間絶縁膜、１６は凹凸形状、１７は反射膜、１８は遮光膜、１９は第２の層間絶縁膜、２０は第１のコンタクトホール、２１は第２のコンタクトホール、２２は第３のコンタクトホール、２３は画素電極、２４はゲート端子パッド、２５はソース端子パッド、２６は透明絶縁性基板、２７はカラーフィルタ、２８は対向電極、２９は液晶層、３１はギャップ制御層である。
ゲート配線（走査信号配線）２、ゲート電極３、保持容量電極４、及びゲート端子５はガラス等からなる透明絶縁性基板１上に形成される。ゲート配線２はゲート電極３を有し、ゲート配線２の端部にはゲート端子５がある。ゲート電極３は、スイッチング素子となるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を構成する。保持容量電極４はゲート配線２と平行に配置され、画素領域の中央近傍にある。保持容量電極４は画素電極２３に印加される電圧を一定時間保持するための保持容量を構成する。ＴＦＴアレイ基板には、外部からの各種信号が供給されるドライバＩＣが配置されている。そして、ドライバＩＣに設けられているパッドとゲート端子５は電気的に接続されている。これにより、外部からの画像走査信号をゲート端子５を通じてゲート配線２に入力する。そして、ゲート配線２はゲート電極３に画像走査信号を伝送する。
そして、透明性無機絶縁材料からなるゲート絶縁膜６は、ゲート配線２、ゲート電極３、保持容量電極４、及びゲート端子５を覆うように形成されている。半導体膜７はゲート絶縁膜６を介してゲート配線２及びゲート電極３上に形成され、ＴＦＴを構成する。オーミックコンタクト膜８は半導体膜７上に形成される。また、ゲート電極３上の一部は、オーミックコンタクト膜８が除去されている。従って、オーミックコンタクト膜８は半導体膜７の両端に配置される。
ソース電極９はソース配線（表示信号配線）１０から延在して、ＴＦＴを構成する。また、ソース電極９は保持容量電極４とは反対側のオーミックコンタクト膜８の上に設けられている。ソース端子１１はソース配線１０の端部にある。また、ＴＦＴアレイ基板には、外部からの各種信号が供給されるドライバＩＣが配置されている。そして、ドライバＩＣに設けられているパッドとソース端子１１は電気的に接続されている。これにより、外部からの画像信号をソース端子１１を通じてソース配線１０に入力する。そして、ソース配線１０はソース電極９に画像信号を伝送する。ＴＦＴアレイ基板上には複数のソース配線１０が平行に設けられている。同様に複数のゲート配線２も平行に設けられている。そして、ゲート配線２とソース配線１０はゲート絶縁膜６を介して互いに交差するように形成されている。なお、ゲート配線２とソース配線１０との交差点近傍にはＴＦＴが形成されている。また、隣接するゲート配線２とソース配線１０とで囲まれた領域が画素となり、ＴＦＴアレイ基板上には画素がマトリクス状に配列される。
保持容量電極４側のオーミックコンタクト膜８の上にはドレイン電極１２が形成され、ＴＦＴを構成している。また、ドレイン電極１２の少なくとも一部はゲート絶縁膜６を介して下層の保持容量電極４とオーバーラップしている。これにより保持容量電極４とドレイン電極１２との間に電荷が蓄えられ、保持容量を形成できる。ＴＦＴのチャネル部１３は半導体膜７のうち、ソース電極９とドレイン電極１２に挟まれた領域である。
保護絶縁膜１４は透明性無機絶縁材料からなり、ＴＦＴ、ゲート配線２、及びソース配線１０を覆うように形成される。つまり、ソース電極９及びドレイン電極１２の上に保護絶縁膜１４が形成されている。第１の層間絶縁膜１５は透明性有機樹脂材料からなり、保護絶縁膜１４を覆うように形成される。
また、第１の層間絶縁膜１５の一部には、反射光を散乱させるための凹凸形状１６が複数個形成されている。各画素領域内のゲート配線２近傍から保持容量電極４までのうちＴＦＴを除く領域に凹凸形状１６が形成されている。これにより、第１の層間絶縁膜１５の表面が粗くなる。
そして、反射膜１７が第１の層間絶縁膜１５の凹凸形状１６の上に形成される。すなわち、反射膜１７は凹凸形状１６とほぼ同じ領域に設けられ、ＴＦＴを除いて各画素領域の略半分に形成される。反射膜１７が形成された領域が光反射部となる。これにより、視認側から入射してきた光が反射膜１７により反射され、視認側に出射する。また、遮光膜１８は第１の層間絶縁膜１５のＴＦＴ部の上に形成される。これにより、ＴＦＴに対する電荷による影響を防ぎ、ＴＦＴへの周囲光の入射を遮光する。反射膜１７と遮光膜１８とは、同じ材料により、形成されている。
第２の層間絶縁膜１９は透明性有機樹脂材料からなり、反射膜１７及び遮光膜１８を覆うとともに、基板全体を平坦化させる。つまり、第２の層間絶縁膜１９が反射膜１７の上に形成されている。従って、反射膜１７は第１の層間絶縁膜１５の凹凸形状１６のパターン上に成膜され、第２の層間絶縁膜１９によって、覆われている。このため、反射膜１７はドレイン電極１２や後述する画素電極２３とは接続されず、電気的にフローティング状態である。つまり、電極としては機能していない。
画素電極２３はＴＦＴを除いて各画素領域の略全体に設けられている。また、反射膜１７の上に画素電極２３が配置されている。画素電極２３の下層に反射膜１７が形成されている領域は光反射部、画素電極２３の下層に反射膜１７が形成されていない領域は光透過部である。具体的には、画素電極２３の一部が、反射膜１７が配置された領域からはみ出して形成されている。そして、反射膜１７が配置された領域からはみ出した画素電極２３の部分が光透過部となる。また、画素電極２３は透明性導電材料からなる透明画素電極であり、液晶層に信号電位を与える。
そして、ドレイン電極１２の上には、第１のコンタクトホール（画素ドレインコンタクトホール）２０が形成されている。第１のコンタクトホール２０は保護絶縁膜１４、第１の層間絶縁膜１５、及び第２の層間絶縁膜１９を貫通するように形成されている。そして、画素電極２３は第１のコンタクトホール２０を介して下層のドレイン電極１２に接続されている。第１のコンタクトホール２０が形成される領域が画素／ドレインコンタクト部になる。
そして、ゲート端子５の上には、第２のコンタクトホール（ゲート端子部コンタクトホール）２１が形成されている。第２のコンタクトホール２１はゲート絶縁膜６、保護絶縁膜１４、第１の層間絶縁膜１５、及び第２の層間絶縁膜１９を貫通するように形成されている。ゲート端子パッド２４は透明性導電材料からなり、第２のコンタクトホール２１を介して下層のゲート端子５に接続される。第２のコンタクトホール２１が形成される領域がゲート端子部になる。
さらに、ソース端子１１の上には、第３のコンタクトホール（ソース端子部コンタクトホール）２２が形成されている。第３のコンタクトホール２２は保護絶縁膜１４、第１の層間絶縁膜１５、及び第２の層間絶縁膜１９を貫通するように形成されている。ソース端子パッド２５は透明性導電材料からなり第３のコンタクトホール２２を介して下層のソース端子１１に接続される。第３のコンタクトホール２２が形成される領域がソース端子部になる。以上の構成により、ＴＦＴアレイ基板は構成されている。
図３は図２のＴＦＴアレイ基板を含む半透過型液晶表示パネルを示す断面図である。図３に示すように、上説のＴＦＴアレイ基板に第２の基板である対向基板が配置される。対向基板は、ＴＦＴアレイ基板に対向して配置されている。ここで、対向基板は透明絶縁性基板２６、カラーフィルタ層２７、対向電極２８、及びギャップ制御層３１を有している。カラーフィルタ層２７は、例えばブラックマトリクス（ＢＭ）と、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色層とを有している。カラーフィルタ層２７は、ガラス等からなる透明絶縁性基板２６の下面の画素領域に形成され、カラー表示を行う。対向電極２８は、対向基板の液晶層２９側に配置され、液晶層２９に信号電位を供給するための共通電位を与える。ギャップ制御層３１は、光反射部に対向する領域の対向電極２８の上層に形成される。これにより、ＴＦＴアレイ基板側の光反射部と対向する液晶層２９の厚さが、光透過部と対向する液晶層２９の厚さの約１／２になる。このような段差を設けておくことが好ましい。これにより、透過光と反射光の光路長をほぼ一致させることができ、透過光と反射光の位相差が揃うため、反射モードでも透過モードでも好適な表示特性を得ることができる。そして、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とをシール材を用いて対向して貼り合わせ、その間に液晶層２９を入れて封止する。
また、ＴＦＴアレイ基板と対向基板の表面には、液晶を配向させるための液晶配向膜（図示せず）が塗布形成されている。本実施の形態に係る半透過型液晶表示パネルは以上のように構成されている。
本実施の形態に係る半透過型液晶表示パネルは、透過電極から構成されている画素電極２３を駆動するため、それぞれの画素にはスイッチング素子であるＴＦＴが配置されている。そして、ＴＦＴのドレイン電極１２には、画素電極２３が電気的に接続されている。ＴＦＴのゲート電極３はゲート配線２に接続され、ゲート端子５から入力される信号によってＴＦＴのＯＮとＯＦＦを制御している。ＴＦＴのソース電極９はソース配線１０に接続されている。ゲート電極３に電圧を印加するとソース配線１０からＴＦＴのドレイン電極１２に接続された画素電極２３に表示電圧が印加される。
これにより、画素電極２３と、対向電極２８との間に、表示電圧に応じた電界が生じる。基板間で生じた電界によって、液晶は駆動される。すなわち、基板間の液晶の配向方向が変化し、液晶層２９を通過する光の偏光状態が変化する。また、ソース電極９に印加する表示電圧を任意に制御することにより液晶に実際にかかる電圧（駆動電圧）を変えることができる。液晶に加える電圧はソース電極９で制御できるため、液晶駆動状態については、液晶の中間的な透過率も自由に設定できる。
さらに、ＴＦＴアレイ基板と対向基板の外面には、偏光板、及び位相差板等が設けられる。また、液晶表示パネルの反視認側には、バックライトユニット等が配設される。偏光板は、一方向に振動する光を吸収し、他の一方向に振動する光だけを通過させ、直線偏光を作る。位相差板とは、主としてλ／２やλ／４のような特定な位相差を生じさせるものである。これらはそれぞれλ／２板、λ／４板と呼ばれる。このような位相差板は、光学補償のために用いられ、視野角拡大のためにも使われる。
光透過部では、バックライトから入射した光がＴＦＴアレイ基板側の偏光板を通過して直線偏光となり、位相差板を通過して特定の位相差が生じる。さらに、透明絶縁性基板１を通過し、液晶層２９に入射する。液晶層２９を通過することにより、光の偏光状態が変化する。その後、透明絶縁性基板２６、位相差板、及び偏光板を通過し、直線偏光となって視認側へ出射する。
光反射部では、視認側から入射した光が対向基板側の偏光板を通過して直線偏光となり、位相差板を通過して特定の位相差が生じる。さらに、透明絶縁性基板２６を通過し、液晶層２９に入射する。液晶層２９を通過することにより、光の偏光状態が変化する。そして、液晶層２９に入射した光は、反射膜１７で反射される。これにより、再び液晶層２９を通過し、光の偏光状態が変化する。その後、透明絶縁性基板２６、位相差板、及び偏光板を通過し、直線偏光となって視認側へ出射する。
また、偏光状態によって、対向基板側の偏光板を通過する光量が変化する。すなわち、バックライトユニットから液晶表示パネルを透過する透過光及び外部から入射した光の反射光のうち、視認側の偏光板を通過する光の光量が変化する。液晶の配向方向は、印加される表示電圧によって変化する。従って、表示電圧を制御することによって、視認側の偏光板を通過する光量を変化させることができる。すなわち、画素毎に表示電圧を変えることによって、所望の画像を表示することができる。
以下、図４を用いて、本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置の製造工程を詳しく説明する。図４は本実施形態に係るＴＦＴアレイ基板の製造工程を示す工程断面図である。
最初に、ゲート配線２、ゲート電極３、保持容量電極４、及びゲート端子５を形成する。まず、スパッタなどでガラスなどの透明絶縁性基板１上に第１の金属薄膜を形成する。本実施の形態では、第１の金属薄膜としてＣｒ（クロム）膜を用いている。そして、公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法でＣｒを２００ｎｍの厚さに成膜する。次に、第１の金属薄膜上に感光性樹脂であるレジストをスピンコートによって塗布し、塗布したレジストを露光、現像する第１回目の写真製版工程を行う。これにより、所望の形状にフォトレジストがパターニングされる。その後、Ｃｒ膜をエッチングし、フォトレジストパターンを除去することで、ゲート配線２、ゲート電極３、保持容量電極４、及びゲート端子５を形成する。なお、ゲート／ソース交差部にゲート配線２、ＴＦＴ部にゲート電極３、補助容量配線部に保持容量電極４、ゲート端子部にゲート端子５が形成される。本実施の形態では、エッチングに公知の硝酸セリウムアンモニウム＋過塩素酸を含む溶液を用いている。この工程により図４（ａ）に示すように、第１の金属薄膜のパターンが透明絶縁性基板１上に形成される。
その次に、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でゲート絶縁膜６、半導体膜７、オーミックコンタクト膜８を順次成膜し、第２回目の写真製版工程、エッチング工程を通して半導体膜７及びオーミックコンタクト膜８のパターン形成を行う。半導体膜７及びオーミックコンタクト膜８のパターンは、スイッチング素子となるＴＦＴの形成領域のみならず、ゲート配線２とソース配線１０が交差する領域にも形成しておくのが好ましい。これにより、ゲート配線２パターンの段差が半導体膜７及びオーミックコンタクト膜８のパターンで緩和され、ソース配線１０が段差部分で断線されることを防止することができる。
また、ゲート絶縁膜６はＳｉＮｘやＳｉＯｙ等が用いられる。半導体膜７としては、例えばａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）が用いられる。オーミックコンタクト膜８は、ｎ型半導体であり、ａ−Ｓｉあるいはｐ−ＳｉにＰ（リン）等を微量にドーピングしたｎ＋ａ−Ｓｉ膜、ｎ＋ｐ−Ｓｉ膜等が用いられる。
本実施の形態では公知のＣＶＤ（化学気相成膜）法を用い、ゲート絶縁膜６としてＳｉＮｘ（ｘは正数）を４００ｎｍ、半導体膜７としてａ−Ｓｉを２００ｎｍ、オーミックコンタクト膜８としてａ−ＳｉにＰ（リン）を不純物としてドープしたｎ＋ａ−Ｓｉを５０ｎｍの厚さで順次成膜する。そして、弗素系ガスを用いた公知のドライエッチング法で半導体膜７及びオーミックコンタクト膜８のパターンを形成する。これにより、図４（ｂ）に示す構造が形成される。
その後、スパッタなどでソース配線材料となる第２の金属薄膜を成膜し、第３回目の写真製版工程、エッチング工程を実施する。これにより、ソース電極９、ソース配線１０、ソース端子１１、及びドレイン電極１２を形成する。そして、ソース電極９、ソース配線１０、及びドレイン電極１２のパターンをマスクとして、オーミックコンタクト膜８をエッチングなどで除去する。このプロセスにより、オーミックコンタクト膜８の中央部が除去され、半導体膜７が露出し、チャネル部１３が形成される。その後、フォトレジストパターンを除去して、ソース電極９、ソース配線１０、ソース端子１１、ドレイン電極１２、及びＴＦＴのチャネル部１３のパターンを形成する。
本実施の形態では、第２の金属薄膜としてＣｒ膜を用いている。まず、公知のＡｒガスを用いたスパッタリング法でＣｒを２００ｎｍの厚さに成膜する。次に第３回目の写真製版工程で所望の形状にフォトレジストをパターニングする。その後、公知の硝酸セリウムアンモニウム＋過塩素酸を含む溶液を用いてＣｒ膜をエッチングする。この工程により、基板上にソース電極９、ソース配線１０、ソース端子１１、及びドレイン電極１２のパターンが形成される。次に、弗素系ガスを用いた公知のドライエッチング法でソース電極９とドレイン電極１２で挟まれる領域のオーミックコンタクト膜８をエッチングする。この工程により、ＴＦＴのチャネル部１３のパターンが形成される。以上の工程により、図４（ｃ）に示す構造が基板上に形成される。
その後、プラズマＣＶＤ等の各種ＣＶＤ法でＳｉＮx、ＳｉＯx等あるいはそれらの混合物及び積層物からなる絶縁膜で形成した保護絶縁膜１４を形成する。その後、感光性有機樹脂膜からなる第１の層間絶縁膜１５を塗布形成し、第４回目の写真製版工程で第１の層間絶縁膜１５の一部に凹凸形状１６を形成する。また、凹凸形状１６が形成された領域は光反射部である。
本実施の形態では、まず公知のＣＶＤ法を用い、保護絶縁膜１４としてＳｉＮｘ（ｘは正数）を１００ｎｍの厚さに成膜する。その後、第１の層間絶縁膜１５として感光性有機樹脂膜をスピンコート法によって、１μｍ〜３．５μｍの膜厚になるように塗布形成する。ここで、感光性有機樹脂膜は光透過性のアクリル系有機樹脂であるＪＳＲ製ＰＣ３３５である。また、第１の層間絶縁膜１５として吸水性粒子を含ませてもよい。そして、第４回目の写真製版工程を用いて光反射部に反射光を任意の角度方向に散乱させるための凹凸形状１６のパターンを形成する。このような凹凸形状１６は、凹凸パターン形成用のフォトマスクを用いる。例えば、感光性有機樹脂膜を現像で完全に除去するのに必要なフォト露光量を１００％とした場合、光反射部に対して、その２０〜４０％程度の露光量で露光を行う。その後、例えばＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）濃度が０．４ｗｔ％程度の有機アルカリ現像液で現像することによって凹凸形状１６を形成することができる。さらに、凹凸形状１６を変えることによって、周囲から入射する外光の散乱角度方向が変わる。従って、表示装置に要求される所望の散乱角度特性が得られるように上記露光量や現像液のＴＭＡＨ濃度を最適化することが好ましい。また現像後に２００℃前後の温度でポストベークを行うことにより、リフロー効果によって凹凸を滑らかな形状にすることも可能である。以上の工程により、図４（ｄ）に示す構造が基板上に形成される。
次に高反射特性を有する第３の金属薄膜を成膜し、第５回目の写真製版工程、エッチング工程を行う。これにより、光反射部を形成する反射膜１７と、ＴＦＴの少なくとも一部領域または全領域を覆う遮光膜１８とを形成する。また、反射膜１７は、第１の層間絶縁膜１５の上に形成された凹凸形状１６の上に形成する。なお、反射膜１７及び遮光膜１８は、画素電極２３とは接続せず、電気的にフローティング状態である。遮光膜１８を形成することで、ＴＦＴのチャネル部１３の帯電を防ぎ、特性の劣化を防止できる。
本実施の形態では、この第３の金属薄膜としてＡｌ（アルミニウム）を公知のスパッタリング法を用いて１００ｎｍの厚さに成膜する。そして、第５回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成する。次に、公知のリン酸＋硝酸＋酢酸を含む溶液を用いて、エッチングを行う。その後、フォトレジストパターンを除去して光反射部を形成する反射膜１７を形成する。また同時に、ＴＦＴ上の少なくとも一部領域または全領域を覆うように遮光膜１８パターンを形成しておくのが好ましい。遮光膜１８を形成することにより、半導体膜７への外光の入射による光リーク起因を抑えることができる。さらに、第１の層間絶縁膜１５を形成する感光性有機樹脂膜に含まれる水分や他の荷動イオンによるＴＦＴの特性変動を抑えることができる。以上の工程により、図４（ｅ）に示す構造が基板上に形成される。
次に、感光性有機樹脂膜からなる第２の層間絶縁膜１９を塗布形成する。本実施の形態では、第２の層間絶縁膜１９として感光性有機樹脂膜をスピンコート法によって、０．５μｍ〜２．５μｍの膜厚になるように塗布形成する。ここで感光性有機樹脂膜は光透過性のアクリル系有機樹脂であるＪＳＲ製ＰＣ３３５である。そして、第６回目の写真製版工程、エッチング工程を行う。この工程により、コンタクト部の第１の層間絶縁膜１５及び第２の層間絶縁膜１９が除去される。つまり、画素／ドレインコンタクト部、ゲート端子部、及びソース端子部で保護絶縁膜１４が露出する。以上の工程により、図４（ｆ）に示す構造が基板上に形成される。
その後、第１、第２、第３のコンタクトホール２０、２１、２２を形成する。本実施の形態では、第２の層間絶縁膜１９をマスクとして、弗素系ガスを用いた公知のドライエッチング法でＳｉＮｘからなるゲート絶縁膜６及び保護絶縁膜１４をエッチング除去する。この工程により、画素／ドレインコンタクト部では保護絶縁膜１４が除去され、第２の金属薄膜からなるドレイン電極１２が露出する。これにより、第１のコンタクトホール２０が形成される。また、同工程により、ゲート端子部では保護絶縁膜１４及びゲート絶縁膜６が除去され、第１の金属薄膜からなるゲート端子５が露出する。これにより、第２のコンタクトホール２１が形成される。さらに、同工程により、ソース端子部では保護絶縁膜１４が除去され、第２の金属薄膜からなるソース端子１１が露出する。これにより、第３のコンタクトホール２２が形成される。従って、後に成膜する画素電極２３を形成する透明導電膜と、ＴＦＴのドレイン電極１２、ゲート端子５、及びソース端子１１との導通がとれる。以上の工程により、図４（ｇ）に示す構造が基板上に形成される。
その後、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＩｎＺｎＯ等の透明導電膜をスパッタ、蒸着、塗布、ＣＶＤ、印刷法、ゾルゲル法等の手法で成膜する。この透明導電膜は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＩｎＺｎＯ等の積層、あるいは混合層からなる透明導電層でもよい。そして、第７回目の写真製版工程、エッチング工程を行う。この工程により、画素電極２３、ゲート端子パッド２４、及びソース端子パッド２５のパターンが形成される。
画素電極２３は各画素領域のＴＦＴを除いて略全体に形成される。また、画素電極２３は画素／ドレインコンタクト部の第１のコンタクトホール２０を介して、下層のドレイン電極１２と接続される。ゲート端子パッド２４は、ゲート端子部の第２のコンタクトホール２１に形成される。また、ゲート端子パッド２４はゲート端子部の第２のコンタクトホール２１を介して、下層のゲート端子５と接続される。ソース端子パッド２５は、ソース端子部の第３のコンタクトホール２２に形成される。また、ソース端子パッド２５はソース端子部の第３のコンタクトホール２２を介して、下層のソース端子１１と接続される。このように、透明導電膜は、第１、第２、第３のコンタクトホール２０、２１、２２によって、それぞれドレイン電極１２、ゲート端子５、ソース端子１１と導通がとられている。
本実施の形態では、透明導電膜としてＩＴＯを公知のスパッタリング法を用いて１００ｎｍの厚さに成膜し、第７回目の写真製版工程を用いてフォトレジストパターンを形成する。そして、公知の塩酸＋硝酸を含む溶液を用いてエッチングを行う。その後、フォトレジストパターンを除去して画素電極２３、ゲート端子パッド２４、及びソース端子パッド２５を形成する。以上の工程により、図４（ｈ）に示す構成となる。
これらの一連の工程を経ることで、液晶を駆動するためのＴＦＴアレイ基板を形成することができる。
なお、本実施の形態においては、反射膜１７としてＡｌ膜を用いたが、これに限らず、Ａｌに不純物を添加したＡｌ合金を用いてもよい。好適な例は、Ａｌに０．１〜０．５ｗｔ％のＣｕ（銅）を添加したＡｌＣｕ合金である。あるいは、ＡｌにＹ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）その他の希土類金属から選ばれる１種類以上を０．３〜１．０ｗｔ％の範囲で少なくとも添加したＡｌ合金を用いてもよい。これらの場合は、スパッタリング法による成膜時に結晶粒の成長を抑制し、緻密で平地な膜が得られるために、高い反射率を得ることができるので好ましい。またＡｌにＦｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）から選ばれる１種類以上の元素を１〜１０ｗｔ％の範囲で少なくとも添加したＡｌ合金を用いてもよい。この場合は、純Ａｌ合金に比べて４００ｎｍ以下の短波長の光の透過率を上げ、可視光領域の３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲で反射率特性を一様にすることができる。したがって、反射光のペーパーホワイト的な色特性が得られるので好ましい。
本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置は、各画素領域に光透過部と光反射部とを有する。この光反射部に形成される反射膜１７は、第２の層間絶縁膜１９によって覆われており、ドレイン電極とは接続されていない。そのため、液晶層２９に電位を印加する電極としての機能を有さない。つまり、反射膜１７は、液晶を駆動させる電極としては機能せず、外部から入射してきた光を反射させる機能のみを有している。よって、ＴＦＴアレイ基板液晶を駆動させる画素電極２３として機能するのは、反射膜１７の上部に成膜された透明導電膜からなる透過電極のみである。
このように、液晶に電圧を印加するのは、ＴＦＴアレイ基板側の画素電極２３と、対向基板側の対向電極２８となり、どちらの電極も同じ材料の透明導電膜によって形成されている。つまり、ＴＦＴアレイ基板側の画素電極２３から液晶層２９への信号電位は、液晶層２９を挟んで対向する対向電極２８と同じ材料である透明導電膜のみで供給される。ここで、画素電極２３と対向電極２８とを構成する透明導電膜は、例えばＩＴＯ膜である。このため、液晶層２９を介して対向する画素電極２３と対向電極２８との間には、電池効果によるオフセット電位が原理上発生しない。よって、光透過部と光反射部との両方を含む各画素領域には、一様に信号電位が印加されることになる。つまり、従来のようなＩＴＯ−ＩＴＯ電極と、ＩＴＯ−Ａｌ電極との局部電池効果による電位の違いが現れず、光透過部の透過光と光反射部の反射光とは、光特性が一様となる。
したがって、本実施の形態のように、反射膜１７としてＡｌ膜を用いる場合でも、光透過部と光反射部で表示特性を低下させることがなく、良好な表示品質を得ることが可能となる。このように、光反射部にＡｌ膜を用いた場合でも光透過部とのオフセット電位値の差を無くすことができ、焼きつき等の表示特性の劣化が防止することができる。
さらに、本実施の形態において、反射膜１７は、第２の層間絶縁膜１９で覆われるので、外気から遮断された構成となる。したがって、反射膜１７としてＡｇまたはＡｇ系の合金膜を用いた場合でも、従来のような大気中での表面酸化が起こらない。このため、反射率低下等の反射特性の変化を防止できるので、良好な表示品質を得ることが可能となる。
またＴＦＴアレイ基板の光反射部表面に設けられた凹凸形状１６が第２の層間絶縁膜１９で平坦化されている。このため、従来の構成のように凹凸による液晶の配向の乱れを発生させることがない。また、画素電極２３の形成の際に、エッチング速度も一様にでき、生産能力を向上することができる。以上のことから、本実施の形態によれば、高い反射効率と良好な表示品質を同時に兼ね備えた半透過液晶表示装置を得ることが可能となる。
なお、本実施の形態においては、光透過性の無機系絶縁膜ＳｉＮｘからなる保護絶縁膜１４を形成しているが、これを省略することも可能である。しかし、本実施の形態のように、ＳｉＮｘ膜からなる保護絶縁膜１４を設けることにより、有機樹脂系の第１の層間絶縁膜１５及び第２の層間絶縁膜１９に含まれる水分や電荷性不純物による荷動イオンがＴＦＴのチャネル部１３に直接与える影響を防止することができる。したがって、これら起因によるＴＦＴの特性変動を抑えることができるので、保護絶縁膜１４を形成することが好ましい。
本実施の形態のように、表面に凹凸形状１６を有する第１の層間絶縁膜１５と、凹凸上に成膜された反射膜１７と、反射膜１７を完全に覆うとともに、表面を平坦化させるための第２の層間絶縁膜１９とを有することにより、優れた表示特性を有する半透過型液晶表示装置を得ることができる。
また、反射膜１７と下層の保持容量電極４とを接続して共通電位とし、電荷保持容量としてもよい。これにより、反射膜１７とドレイン電極１２との間に電荷が蓄えられ、保持容量を形成する。この構成にすることにより、より多くの保持容量を確保でき、ＴＦＴの保持特性が向上する。
また、図５は本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板の他の例を示す図である。図５の場合、遮光膜１８と画素電極２３とが接続されている。なお、その他の構成については、図２と同様である。図２では、遮光膜１８は画素電極２３と接続されず、電気的にフローティング状態である。しかし、図５に示すように、遮光膜１８を画素電極２３と電気的に接続するような構成とすることも可能である。具体的には、第２の層間絶縁膜１９の塗布形成後に、遮光膜１８上の第２の層間絶縁膜１９の一部を除去する。これにより、遮光膜１８が露出し、続いて形成される画素電極２３と接続される。そして、遮光膜１８と画素電極２３が接続されることで、遮光膜１８を画素電極２３電位に固定することができる。この場合、フローティング状態と比べ、ＴＦＴの特性変動をより抑えることができるので好ましい。
実施の形態２．
本実施の形態では、一画素内に互いに離間した反射膜１７を複数形成している。すなわち、光反射部に形成される反射膜１７は液晶層２９に電位を印加する電極としての機能を有さず、外光を反射させる機能のみを有する。したがって、反射膜１７パターンは、従来構造のように反射膜全体が電気的に接続されているような連続的なパターンである必要がない。よって、反射膜１７を複数個の孤立パターンの集合体として形成することが可能である。
図６、７を用いて本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置について説明する。図６は本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す平面図である。また、図７は本実施の形態に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す断面図である。本実施の形態は、反射膜１７の形状以外は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。本実施の形態では、反射膜１７が第１の層間絶縁膜１５の凹凸形状１６の上に島状に複数個設けられている。本発明のように、反射膜１７を液晶層２９に電位を印加する画素電極２３としては用いていない場合、図６及び図７に示すように、不連続的な複数個の反射膜１７を成膜できる。
本実施の形態によれば、反射膜１７のパターンは、第１の層間絶縁膜１５に形成された凹凸形状１６の凹部のみに形成され、第１の層間絶縁膜１５の平坦部には形成されない。このため、光反射部において画像の品質低下の主要因となる平坦部からの鏡面反射光成分を取り除き、凹凸からの散乱反射光のみを画像表示に利用することができる。従って、ペーパーホワイト様の優れた表示品質を得ることができ、さらに表示品質を向上させることができるので好ましい。このように、凹凸形状１６の凹部であれば、反射膜１７を任意の位置に、任意の形状で成膜することが可能であり、表示特性の優れた半透過型液晶表示装置を得ることができる。
なお、上記実施の形態１、２による半透過型液晶表示装置は、各画素領域に光透過部と光反射部とを有する。半透過型液晶表示装置以外にも、例えば光反射部を形成する面積を変えることによって、光透過部と光反射部の比率を任意に変えることが可能である。
各画素領域において、光反射部を形成する領域は、下層に保持容量電極４が形成されている領域の上であることが好ましい。保持容量電極４は金属薄膜であるため、外光を反射させる。従って、保持容量電極４が形成されている領域の上に反射膜１７を形成することで、光透過部の面積を効率良く利用できる。これは、実施の形態１においても同様である。また光反射部に形成される光散乱用の凹凸形状１６のパターンは、本実施の形態に示す形状に限られることはない。例えば、画像表示の視野角に指向性をもたせるために、細長いパターン形状の集合体にしたり、凹凸パターンの配列に規則性をもたせることも可能である。このように、要求される表示特性に応じて自由にレイアウトすることができる。また、本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、光反射部にＡｌ膜を用いた場合でも、光透過部とのオフセット電位値の差を無くすことができ、焼きつきによる表示特性の劣化の防止等の効果が得られる。
実施の形態１に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す平面図である。 実施の形態１に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す断面図である。 実施の形態１に係る半透過型液晶表示パネルを示す断面図である。 実施の形態１に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板の製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板の他の例を示す断面図である。 実施の形態２に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す平面図である。 実施の形態２に係る半透過型液晶表示装置用ＴＦＴアレイ基板を示す断面図である。 液晶層を挟んで対向する電極間に発生するオフセット電位を測定するセル試料を示す図である。
符号の説明
１ 透明絶縁性基板、２ ゲート配線、３ ゲート電極、４ 保持容量電極、
５ ゲート端子、６ ゲート絶縁膜、７ 半導体膜、８ オーミックコンタクト膜、
９ ソース電極、１０ ソース配線、１１ ソース端子、１２ ドレイン電極、
１３ ＴＦＴチャネル部、１４ 保護絶縁膜、１５ 第１の層間絶縁膜、
１６ 凹凸形状、１７ 反射膜、１８ 遮光膜、１９ 第２の層間絶縁膜、
２０ 第１のコンタクトホール、２１ 第２のコンタクトホール、
２２ 第３のコンタクトホール、２３ 画素電極、２４ ゲート端子パッド、
２５ ソース端子パッド、２６ 透明絶縁性基板、２７ カラーフィルタ層、
２８ 対向電極、２９ 液晶層、３０ 液晶配向膜、３１ ギャップ制御層

Claims (9)

  1. 第１の基板と、
    前記第１の基板と対向して配置され、対向電極を有する第２の基板と、
    前記第１の基板と前記第２の基板とで挟持された液晶とを有し、画素内に光反射部及び光透過部が設けられている半透過型液晶表示装置であって、
    前記第１の基板が複数のゲート配線と、前記ゲート配線と交差する複数のソース配線と、スイッチング素子とを有し、
    前記ゲート配線と、前記ソース配線と、前記スイッチング素子とを覆い、少なくとも一部に凹凸形状を有する第１の層間絶縁膜と、
    前記第１の層間絶縁膜の凹凸形状の上に設けられた反射膜と、
    前記反射膜を覆うように形成された第２の層間絶縁膜と、
    前記第２の層間絶縁膜の前記反射膜が配置された領域の上に形成され、コンタクトホールを介して前記スイッチング素子と電気的に接続された透明画素電極とを備え、
    前記透明画素電極が、前記反射膜が配置された領域からはみ出して形成され、前記透明画素電極の前記反射膜が配置された領域からはみ出した部分が光透過部となる半透過型液晶表示装置。
  2. 前記第１の層間絶縁膜と前記第２の層間絶縁膜のどちらか一方、あるいは両方が有機樹脂膜である請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
  3. 前記第１の層間絶縁膜の下に無機材料からなる保護絶縁膜が設けられている請求項１又は２に記載の半透過型液晶表示装置。
  4. 前記反射膜が一画素に複数設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置。
  5. 前記反射膜が前記第１の層間絶縁膜上に形成された凹凸形状の上のみに形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置。
  6. 前記スイッチング素子が形成されている領域上の少なくとも一部を覆うように遮光膜が形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置。
  7. 前記遮光膜が前記透明画素電極と電気的に接続されている請求項６に記載の半透過型液晶表示装置。
  8. 前記第２の基板にはカラー表示のためのカラーフィルタが形成されている請求項１乃至７のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置。
  9. 前記第１の基板の前記反射膜が設けられている領域に対向する領域と、
    前記第１基板の前記反射膜が設けられていない領域に対向する領域とで、
    異なる液晶層厚を生じさせる段差が前記第２の基板に設けられている請求項１乃至８のいずれかに記載の半透過型液晶表示装置。
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