JP2022158302A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】各画素が反射領域を含む液晶表示装置において、反射電極がアルミニウムまたは銀を含んでいることおよび配線が銅を含んでいることに起因する表示品位の低下および信頼性の低下を比較的簡単な構造で抑制する。【解決手段】液晶表示装置の第1基板は、複数のゲート配線と、複数のソース配線と、各画素に設けられたTFTと、透明導電材料から形成されTFTに電気的に接続された画素電極と、反射領域内に位置する部分を含む反射電極と、非表示領域に配置された端子部とを有する。画素電極は、反射電極よりも上層に形成されており、反射電極は、画素電極に接していない。端子部は、ゲート配線と同層に形成された第1導電層およびソース配線と同層に形成された第2導電層の少なくとも一方と、画素電極と同層に形成された第3導電層とを含み、且つ、反射電極と同層に形成された導電層を含まない。【選択図】図2A

Description

本開示は、液晶表示装置に関し、特に、各画素が反射領域を含む液晶表示装置に関する。また、本開示は、液晶表示装置の製造方法にも関する。
液晶表示装置は、一般に、透過型液晶表示装置と、反射型液晶表示装置とに大別される。透過型液晶表示装置は、バックライトから出射された光を用いて透過モードの表示を行う。反射型液晶表示装置は、周囲光を用いて反射モードの表示を行う。
反射型液晶表示装置は、屋外で利用される表示装置として好適に用いられている。反射型液晶表示装置は、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されている反射型液晶表示装置では、凹凸状の表面を有する反射膜(反射電極)が画素電極として機能する。
特開平5-232465号公報
反射電極の材料としては、アルミニウムや銀が用いられることが多い。また、近年、配線の材料として低抵抗な銅を用いることが提案されている。しかしながら、アルミニウムや銀から形成された反射電極および銅から形成された配線を備えた液晶表示装置では、後に詳述するように、フリッカの発生による表示品位の低下や、反射電極の電食、端子部の腐食等による信頼性の低下が懸念される。そして、これらを抑制しようとすると製造プロセスや膜構成が複雑化するという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各画素が反射領域を含む液晶表示装置において、反射電極がアルミニウムまたは銀を含んでいることおよび配線が銅を含んでいることに起因する表示品位の低下および信頼性の低下を比較的簡単な構造で抑制することにある。
本明細書は、以下の項目に記載の液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法を開示している。
[項目1]
第1基板と、
前記第1基板に対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
を備え、
複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を含む表示領域と、前記表示領域の周辺に位置する非表示領域と、を有する液晶表示装置であって、
前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域を含み、
前記第1基板は、
行方向に延びる複数のゲート配線と、
列方向に延びる複数のソース配線と、
前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタと、
透明導電材料から形成され、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、
前記反射領域内に位置する部分を含む反射電極と、
前記非表示領域に配置された端子部と、
を有し、
前記反射電極は、アルミニウムまたは銀を含む金属層を有し、
前記複数のゲート配線および前記複数のソース配線の少なくとも一方は、銅を含む金属層を最上層として有し、
前記画素電極は、前記反射電極よりも上層に形成されており、
前記反射電極は、前記画素電極に接しておらず、
前記端子部は、前記複数のゲート配線と同層に形成された第1導電層および前記複数のソース配線と同層に形成された第2導電層の少なくとも一方と、前記画素電極と同層に形成された第3導電層とを含み、且つ、前記反射電極と同層に形成された導電層を含まない、液晶表示装置。
[項目2]
前記第2基板は、透明導電材料から形成され前記画素電極に対向する対向電極を有する、項目1に記載の液晶表示装置。
[項目3]
前記反射電極は、凹凸表面構造を有する、項目1または2に記載の液晶表示装置。
[項目4]
前記第1基板は、前記反射電極を覆う有機絶縁層をさらに有し、
前記画素電極は、前記有機絶縁層上に設けられている、項目3に記載の液晶表示装置。
[項目5]
前記第1基板は、
前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層と、
前記保護絶縁層上に設けられたさらなる有機絶縁層と、
をさらに有し、
前記反射電極は、前記さらなる有機絶縁層上に設けられている、項目4に記載の液晶表示装置。
[項目6]
前記第1基板は、前記非表示領域に配置された配線接続部をさらに有し、
前記配線接続部は、前記複数のゲート配線と同層に形成された第4導電層と、前記複数のソース配線と同層に形成された第5導電層と、前記反射電極と同層に形成された第6導電層とを含む、項目1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目7]
前記端子部は、前記第1導電層および前記第2導電層のうちの少なくとも前記第2導電層を含む、項目1から6のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目8]
前記端子部は、前記第1導電層および前記第2導電層のうちの前記第1導電層を含み、且つ、前記第2導電層を含まない、項目1から6のいずれかに記載の液晶表示装置。
[項目9]
項目7に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記第1基板を作製する工程は、
基板上に、前記薄膜トランジスタを形成する工程(a)と、
前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層を形成する工程(b)と、
前記保護絶縁層上に、第1有機絶縁層を形成する工程(c)と、
前記第1有機絶縁層上に、前記反射電極を形成する工程(d)と、
前記反射電極を覆うように第2有機絶縁層を形成する工程(e)と、
前記第2有機絶縁層上に、前記画素電極および前記第3導電層を形成する工程(f)と、
を包含し、
前記複数のソース配線は、銅を含む前記金属層を最上層として有し、
前記薄膜トランジスタを形成する前記工程(a)は、前記複数のソース配線と、前記第2導電層と、前記薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極とを形成する工程(a1)を含み、
前記第1有機絶縁層を形成する前記工程(c)および前記第2有機絶縁層を形成する前記工程(e)は、それぞれベークを行うベーク工程を含み、
前記工程(c)に含まれる前記ベーク工程および前記工程(e)に含まれる前記ベーク工程は、前記第2導電層および前記ドレイン電極が前記保護絶縁層によって覆われた状態で行われる、液晶表示装置の製造方法。
[項目10]
前記工程(e)の後で、前記工程(f)の前に、前記保護絶縁層に、前記第2導電層の少なくとも一部を露出させる開口部および前記ドレイン電極の少なくとも一部を露出させる開口部を形成する工程(g)をさらに包含する、項目9に記載の液晶表示装置の製造方法。
[項目11]
項目8に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記第1基板を作製する工程は、
基板上に、前記薄膜トランジスタを形成する工程(a)と、
前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層を形成する工程(b)と、
前記保護絶縁層上に、第1有機絶縁層を形成する工程(c)と、
前記第1有機絶縁層上に、前記反射電極を形成する工程(d)と、
前記反射電極を覆うように第2有機絶縁層を形成する工程(e)と、
前記第2有機絶縁層上に、前記画素電極および前記第3導電層を形成する工程(f)と、
を包含し、
前記複数のゲート配線および前記複数のソース配線の両方は、銅を含む前記金属層を最上層として有し、
前記薄膜トランジスタを形成する前記工程(a)は、前記複数のゲート配線、前記第1導電層および前記薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程(a1)と、前記複数のソース配線、前記薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成する工程(a2)とを含み、
前記第1有機絶縁層を形成する前記工程(c)および前記第2有機絶縁層を形成する前記工程(e)は、それぞれベークを行うベーク工程を含み、
前記工程(c)に含まれる前記ベーク工程および前記工程(e)に含まれる前記ベーク工程は、前記第1導電層および前記ドレイン電極が前記保護絶縁層によって覆われた状態で行われる、液晶表示装置の製造方法。
本発明の実施形態によると、各画素が反射領域を含む液晶表示装置において、反射電極がアルミニウムまたは銀を含んでいることおよび配線が銅を含んでいることに起因する表示品位の低下および信頼性の低下を比較的簡単な構造で抑制することができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置100を模式的に示す平面図である。 液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、表示領域DRの一部(各画素PにおいてTFT2が設けられている領域)を示している。 液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、非表示領域FRの一部(配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。 液晶表示装置100を模式的に示す断面図であり、非表示領域FRの他の一部(端子部Taが設けられている領域)を示している。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 比較例のTFT基板910を示す断面図であり、表示領域DRの一部(各画素においてTFT902が設けられている領域)を示している。 TFT基板910を示す断面図であり、非表示領域FRの一部(配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。 TFT基板910を示す断面図であり、非表示領域FRの他の一部(端子部Taが設けられている領域)を示している。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図である。 端子部Taにおいて下層導電層12が省略された構成を示す図である。 端子部Taにおいて中間導電層13が省略された構成を示す図である。 端子部Taにおいて中間導電層13が省略された構成を採用する場合に、ベーク工程が行われるときの端子部形成領域の構造を示す図である。 本発明の実施形態による他の液晶表示装置100Aを模式的に示す断面図であり、表示領域DRの一部(各画素PにおいてTFT2が設けられている領域)を示している。 液晶表示装置100Aを模式的に示す断面図であり、非表示領域FRの一部(配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。 液晶表示装置100Aを模式的に示す断面図であり、非表示領域FRの他の一部(端子部Taが設けられている領域)を示している。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。 TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図である。
反射電極を備えた従来の液晶表示装置において生じる問題をあらためて説明する。
まず、アルミニウムや銀から形成された反射電極と、ITOのような透明導電材料から形成された対向電極とが液晶層を介して対向していると、アルミニウム(または銀)と透明導電材料との仕事関数の差に起因したフリッカが発生することがある。また、アルミニウムから形成された反射電極がITOから形成された導電層(電極)に接していると、電食が生じる。さらに、反射電極と同層に形成された(つまりアルミニウムや銀から形成された)導電層が端子部に存在していると、腐食が生じやすい。
また、アクティブマトリクス基板の製造時に、銅から形成された配線がむき出しの状態で熱処理(例えば有機絶縁層を形成する際のベーク工程)が行われると、配線の表面に酸化膜が形成されてしまう。
本発明の実施形態によれば、比較的簡単な構造(あるいは比較的簡単な製造プロセス)で上述したような問題の発生を抑制することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下では、本発明の実施形態として反射型の液晶表示装置を例示する。
図1を参照しながら、本発明の実施形態による液晶表示装置100を説明する。図1は、液晶表示装置100を模式的に示す平面図である。
液晶表示装置100は、図1に示すように、表示領域DRと、表示領域DRの周辺に位置する非表示領域(周辺領域)FRとを有する。表示領域DRは、複数の画素Pを含む。複数の画素Pは、複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列されている。各画素Pには、薄膜トランジスタ(TFT)2と、画素電極PEとが設けられている。
ここで、図2A、図2Bおよび図2Cも参照しながら、液晶表示装置100をより具体的に説明する。図2A、図2Bおよび図2Cは、液晶表示装置100を模式的に示す断面図である。図2Aは、表示領域DRの一部(より具体的には各画素PにおいてTFT2が設けられている領域)を示している。図2Bは、非表示領域FRの一部(より具体的には後述する配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。図2Cは、非表示領域FRの他の一部(より具体的には後述する端子部Taが設けられている領域)を示している。
液晶表示装置100は、図2A、図2Bおよび図2Cに示すように、アクティブマトリクス基板(以下では「TFT基板」と呼ぶ)10と、TFT基板10に対向する対向基板(「カラーフィルタ基板」とも呼ばれる)20と、TFT基板10と対向基板20との間に設けられた液晶層30とを備える。液晶表示装置100の各画素Pは、周囲光を用いて反射モードで表示を行う反射領域Rを含む。
TFT基板10は、図1および図2Aに示すように、行方向に延びる複数のゲート配線(走査配線)GLと、列方向に延びる複数のソース配線(信号配線)SLと、各画素Pに設けられたTFT2と、TFT2に電気的に接続された画素電極PEと、反射領域R内に位置する部分を含む反射電極REとを有する。上述したゲート配線GL等は、絶縁性を有する基板1によって支持されている。基板1は、例えばガラス基板である。ゲート配線GLおよびソース配線SLの少なくとも一方(ここでは両方)は、銅を含む金属層を最上層として有する。
TFT2は、ゲート電極3、ゲート絶縁層4、半導体層5、ソース電極6およびドレイン電極7を有する。ゲート電極3は、対応するゲート配線GLに電気的に接続されており、ゲート配線GLからゲート信号(走査信号)を印加される。ゲート絶縁層4は、ゲート電極3を覆うように形成されている。半導体層5は、ゲート絶縁層4上に設けられており、ゲート絶縁層4を介してゲート電極3に対向している。
ソース電極6は、ゲート絶縁層4および半導体層5上に設けられており、半導体層5の一部に接している。ソース電極6は、対応するソース配線SLに電気的に接続されており、ソース配線SLからソース信号(表示信号)を印加される。ドレイン電極7は、ゲート絶縁層4および半導体層5上に設けられており、半導体層5の他の一部に接している。ドレイン電極7は、画素電極PEに電気的に接続されている。
TFT2を覆うように保護絶縁層(パッシベーション層)8が設けられている。保護絶縁層8は、例えば無機絶縁層である。保護絶縁層8上に、第1有機絶縁層9が設けられている。第1有機絶縁層9の表面は、その一部(具体的には表示領域DR内に位置している部分)に凹凸形状を有する。つまり、第1有機絶縁層9は、凹凸表面構造を有する。凹凸表面構造を有する第1有機絶縁層9は、例えば、特許第3394926号公報に記載されているように感光性樹脂材料を用いて形成され得る。
反射電極REは、第1有機絶縁層9上に設けられている。反射電極REは、反射率の高い金属材料から形成されている。本実施形態では、反射電極REは、アルミニウムまたは銀を含む金属層を有する。反射電極REは、単一の層であってもよいし、複数の層を含む積層構造を有していてもよい。反射電極REの表面は、第1有機絶縁層9の凹凸表面構造が反映された凹凸形状を有する。つまり、反射電極REも凹凸表面構造を有する。反射電極REの凹凸表面構造は、周囲光を拡散反射してペーパーホワイトに近い表示を実現するために設けられている。凹凸表面構造は、例えば、隣り合う凸部pの中心間隔が5μm以上50μm以下、好ましくは10μm以上20μm以下となるようにランダムに配置された複数の凸部pで構成され得る。基板1の法線方向からみたとき、凸部pの形状は略円形または略多角形である。画素Pに占める凸部pの面積は、例えば約20%から40%である。凸部pの高さは、例えば1μm以上5μm以下である。
反射電極REを覆うように第2有機絶縁層(平坦化層)11が設けられている。第2有機絶縁層11は、第1有機絶縁層9と同様に、感光性樹脂材料を用いて形成され得る。
画素電極PEは、透明導電材料(例えばITO)から形成されている。画素電極PEは、第2有機絶縁層11上に設けられている。つまり、画素電極PEは、反射電極REよりも上層に形成されている。画素電極PEは、保護絶縁層8、第1有機絶縁層9および第2有機絶縁層11に形成されたコンタクトホールCHにおいて、TFT2のドレイン電極7に接続されている。また、画素電極PEと反射電極REとは、互いに接していない。
対向基板20は、遮光層(ブラックマトリクス)22と、カラーフィルタ層23と、対向電極CEとを有する。
遮光層22は、略格子状に形成されている。カラーフィルタ層23は、典型的には、赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタおよび青カラーフィルタを含む。
対向電極(共通電極)CEは、透明導電材料(例えばITO)から形成されている。対向電極CEは、画素電極PEに対向している。対向電極CEは、遮光層22およびカラーフィルタ層23上に設けられている。対向電極CEには、複数の画素Pで共通の電圧(共通電圧)が印加される。
上述した遮光層22等は、透明で絶縁性を有する基板21によって支持されている。基板21は、例えばガラス基板である。
TFT基板10および対向基板20の液晶層30側の最表面には、一対の配向膜(不図示)が設けられている。一対の配向膜は、表示モードに応じて水平配向膜または垂直配向膜であり得る。
液晶層30の厚さは、複数の柱状スペーサ31によって規定されている。柱状スペーサ31は、感光性樹脂材料から形成される。
TFT基板10は、非表示領域FRに配置された複数の端子部Ta(図1および図2C参照)と、非表示領域FRに配置された複数の配線接続部Lc(図2B参照)とをさらに有する。各ゲート配線GLは、対応する端子部Taを介してゲートドライバ(不図示)に接続されている。各ソース配線SLは、対応する端子部Taを介してソースドライバ(不図示)に接続されている。
端子部Taは、図2Cに示すように、下層導電層(第1導電層)12と、中間導電層(第2導電層)13と、上層導電層(第3導電層)14とを含む。下層導電層12は、ゲート配線GLと同層に(つまりゲート配線GLと同じ導電膜から)形成されている。中間導電層13は、ソース配線SLと同層に(つまりソース配線SLと同じ導電膜から)形成されている。ゲート絶縁層4には、下層導電層12の一部を露出させる開口部が形成されており、中間導電層13は、この開口部内で下層導電層12に接続されている。上層導電層14は、画素電極PEと同層に(つまり画素電極PEと同じ導電膜から)形成されている。保護絶縁層8には、中間導電層13の一部を露出させる開口部が形成されており、上層導電層14は、この開口部内で中間導電層13に接続されている。従って、下層導電層12、中間導電層13および上層導電層14は、互いに電気的に接続されている。
また、端子部Taは、反射電極REと同層に形成された導電層を含まない。つまり、端子部Taには、反射電極REと同じ導電膜から形成された導電層は設けられていない。
配線接続部Lcは、図2Bに示すように、下層導電層(第4導電層)15と、中間導電層(第5導電層)16と、上層導電層(第6導電層)17とを含む。下層導電層15は、ゲート配線GLと同層に(つまりゲート配線GLと同じ導電膜から)形成されている。中間導電層16は、ソース配線SLと同層に(つまりソース配線SLと同じ導電膜から)形成されている。ゲート絶縁層4には、下層導電層15の一部を露出させる開口部が形成されており、中間導電層16は、この開口部内で下層導電層15に接続されている。上層導電層17は、反射電極REと同層に(つまり反射電極REと同じ導電膜から)形成されている)。保護絶縁層8には、中間導電層16の一部を露出させるように開口部が形成されており、上層導電層17は、この開口部内で中間導電層16に接続されている。従って、下層導電層15、中間導電層16および上層導電層17は、互いに電気的に接続されている。
例えば、配線接続部Lcの上層導電層17は、反射電極REから延設された(つまり反射電極REに電気的に接続された)配線であり、下層導電層15または中間導電層16は、対向電極CEと同じ電位が与えられる配線である。この場合、配線接続部Lcにおいて下層導電層15、中間導電層16および上層導電層17が電気的に接続されていることにより、反射電極REに対向電極CEと同じ電位を与えることができる。
上述したように、本実施形態における液晶表示装置100では、透明導電材料から形成された画素電極PEが、反射電極REよりも上層に形成されている。言い換えると、反射電極REと対向電極CEとの間には画素電極PEが介在している。これにより、フリッカの発生が抑制される。また、反射電極REは、画素電極PEに接していないので、反射電極REがアルミニウムから形成されていても電食が生じない。電食を防止するために反射電極REを積層構造にする必要がない(アルミニウム単層であってよい)ので、反射電極REの構成を簡略化することもできる。さらに、端子部Taが、反射電極REと同層に形成された導電層を含んでいないので、端子部Taの腐食が抑制される。また、反射電極RE上に第2有機絶縁層11が設けられており、この第2有機絶縁層11上に画素電極PEが設けられているので、画素電極PEの表面には、反射電極REの凹凸表面構造は反映されない(つまり画素電極PEの表面は実質的に平坦である)。そのため、凹凸に起因した液晶配向の乱れが発生しにくい。
[液晶表示装置100の製造方法]
液晶表示装置100の製造方法を説明する。まず、図3A~図3Lおよび図4A~図4Lを参照しながら、TFT基板10を作製する工程を説明する。
図3A~図3Lは、TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図であり、図中の左側、中央、右側には、それぞれ、TFT2が形成される領域(TFT形成領域)、配線接続部Lcが形成される領域(配線接続部形成領域)、端子部Taが形成される領域(端子部形成領域)を示している。また、図4A~図4Lは、TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図であり、図中の左側、中央、右側には、それぞれ、TFT形成領域、配線接続部形成領域、端子部形成領域を示している。
・STEP1:ゲートメタル層の形成(図3A、図4A)
まず、基板1上に、第1の導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成する。第1の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第1の導電膜のパターニングを行う。これにより、図3Aおよび図4Aに示すように、ゲート電極3、ゲート配線GL、下層導電層(第1導電層)12および下層導電層(第4導電層)15を形成する。ゲート電極3、ゲート配線GL、下層導電層12および下層導電層15を包括して「ゲートメタル層」と呼ぶこともある。
基板1としては、絶縁性を有する基板を用いることができる。基板1として、具体的には、ガラス基板、シリコン基板、耐熱性を有するプラスチック基板(樹脂基板)などを用いることができる。
第1の導電膜は、銅(Cu)を含む金属層を最上層として有する。第1の導電膜は、例えば、Cu層またはCu合金層の単層膜であってもよいし、下層としてチタン(Ti)層またはモリブデン(Mo)層を含み、上層としてCu層またはCu合金層を含む積層膜であってもよい。
・STEP2:ゲート絶縁層4の形成(図3B、図4B)
次に、図3Bおよび図4Bに示すように、ゲート電極3、ゲート配線GL、下層導電層12および15を覆うゲート絶縁層4(厚さ:例えば200nm以上600nm以下)を形成する。ゲート絶縁層4は、例えばCVD法により形成される。ゲート絶縁層4としては、例えば窒化珪素(SiNx)層を用いることができる。
・STEP3:半導体層5の形成(図3C、図4C)
続いて、ゲート絶縁層4上に酸化物半導体膜(厚さ:例えば15nm以上200nm以下)を形成する。この後、酸化物半導体膜のアニール処理を行ってもよい。次に、フォトリソグラフィプロセスにより酸化物半導体膜のパターニングを行う。これにより、図3Cおよび図4Cに示すように、TFT形成領域においてTFT2の活性層となる半導体層5を形成する。
酸化物半導体膜は、例えばスパッタリング法により形成される。酸化物半導体膜として、例えば、In、GaおよびZnを含むIn-Ga-Zn-O系半導体膜を用いることができる。
なお、半導体層5は、酸化物半導体膜から形成された酸化物半導体層でなくてもよい。例えば、半導体層5は、アモルファスシリコン(a―Si)層であってもよい。
・STEP4:ゲート絶縁層4への開口部4a、4bの形成(図3D、図4D)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、ゲート絶縁層4のパターニングを行う。これにより、図3Dおよび図4Dに示すように、端子部形成領域において下部導電層12の一部を露出させる開口部4aをゲート絶縁層4に形成し、配線接続部形成領域において下部導電層15の一部を露出させる開口部4bをゲート絶縁層4に形成する。
・STEP5:ソースメタル層の形成(図3E、図4E)
続いて、第2の導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成する。第2の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第2の導電膜のパターニングを行う。これにより、図3Eおよび図4Eに示すように、ソース電極6、ドレイン電極7、ソース配線SL、中間導電層(第2導電層)13および中間導電層(第5導電層)16を形成する。ソース電極6、ドレイン電極7、ソース配線SL、中間導電層13および16を包括して「ソースメタル層」とも呼ぶ。
ソース電極6は、半導体層5の一部に接しており、ドレイン電極7は、半導体層5の他の一部に接している。中間導電層13は、開口部4a内で下層導電層12に接しており、中間導電層16は、開口部4b内で下層導電層15に接している。
第2の導電膜は、Cuを含む金属層を最上層として有する。第2の導電膜は、例えば、Cu層またはCu合金層の単層膜であってもよいし、下層としてTi層またはMo層を含み、上層としてCu層またはCu合金層を含む積層膜であってもよい。
・STEP6:保護絶縁層8の形成(図3F、図4F)
次に、図3Fおよび図4Fに示すように、TFT2を覆う保護絶縁層8(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)を形成する。保護絶縁層8は、例えばCVD法により形成される。保護絶縁層8としては、酸化珪素(SiOx)層、窒化珪素(SiNx)層等を適宜用いることができる。保護絶縁層8は、単層であってもよいし、積層構造を有していてもよい。
・STEP7:第1有機絶縁層9の形成(図3G、図4G)
続いて、図3Gおよび図4Gに示すように、保護絶縁層8上に第1有機絶縁層9(厚さ:例えば1~3μm)を形成する。第1有機絶縁層9は、例えば感光性樹脂材料から形成される。感光性樹脂材料として、例えばアクリル系樹脂材料を用いることができる。
表示領域DR内において、第1有機絶縁層9の表面には凹凸表面構造が形成されている。また、TFT形成領域において、第1有機絶縁層9には、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部9aが形成されている。さらに、配線接続部形成領域において、第1有機絶縁層9には、基板1の法線方向から見たときに中間導電層16に重なる開口部9bが形成されている。端子部形成領域には、第1有機絶縁層9は形成されていない。
第1有機絶縁層9を形成する工程は、例えば、感光性樹脂材料を塗布する工程、塗布された感光性樹脂材料をパターン露光する工程、露光後の感光性樹脂材料を現像する工程、および、現像後にベークを行う工程を含む。
・STEP8:保護絶縁層8への開口部8aの形成(図3H、図4H)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、保護絶縁層8のパターニングを行う。これにより、図3Hおよび図4Hに示すように、配線接続部形成領域において、保護絶縁層8に中間導電層16の一部を露出させる開口部8aを形成する。
・STEP9:反射電極REの形成(図3I、図4I)
続いて、第1有機絶縁層9上に、第3の導電膜(厚さ:例えば50nm以上300nm以下)を形成する。第3の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第3の導電膜のパターニングを行う。これにより、図3Iおよび図4Iに示すように、反射電極REおよび上層導電層17を形成する。このとき、端子部形成領域においては、第3の導電膜は除去され、反射電極REと同層の導電層は形成されない。反射電極REには、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部opが形成されている。上層導電層17は、保護絶縁層8の開口部8a内において中間導電層16に接している。
第3の導電膜は、アルミニウム(Al)または銀(Ag)を含む金属層を有する。第3の導電膜は、例えば、Al層、Al合金層、Ag層またはAg合金層の単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。積層膜としては、例えば、下層としてMo層、上層としてAl層を含む積層膜や、下層としてITO層、中間層としてAg層、上層としてITO層を含む積層膜を用いることができる。
・STEP10:第2有機絶縁層11の形成(図3J、図4J)
次に、図3Jおよび図4Jに示すように、反射電極REおよび上層導電層17を覆うように第2有機絶縁層11(厚さ:例えば1~3μm)を形成する。第2有機絶縁層11は、例えば感光性樹脂材料から形成される。感光性樹脂材料として、例えばアクリル系樹脂材料を用いることができる。
TFT形成領域において、第2有機絶縁層11には、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部11aが形成されている。端子部形成領域には、第2有機絶縁層11は形成されていない。
第2有機絶縁層11を形成する工程は、例えば、感光性樹脂材料を塗布する工程、塗布された感光性樹脂材料をパターン露光する工程、露光後の感光性樹脂材料を現像する工程、および、現像後にベークを行う工程を含む。
・STEP11:保護絶縁層8への開口部8b、8cの形成(図3K、図4K)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、保護絶縁層8のパターニングを行う。これにより、図3Kおよび図4Kに示すように、TFT形成領域において、ドレイン電極7の少なくとも一部を露出させる開口部8bを保護絶縁層8に形成するとともに、端子部形成領域において、中間導電層13の少なくとも一部を露出させる開口部8cを保護絶縁層8に形成する。
・STEP12:画素電極PEの形成(図3L、図4L)
その後、第2有機絶縁層11上に、透明導電膜(厚さ:例えば20nm以上300nm以下)を形成する。透明導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。透明導電膜の材料としては、例えばITOを用いることができる。次に、フォトリソグラフィプロセスにより透明導電膜のパターニングを行う。これにより、図3Lおよび図4Lに示すように、画素電極PEおよび上層導電層14を形成する。画素電極PEは、保護絶縁層8の開口部8b内においてドレイン電極7に接している。上層導電層14は、保護絶縁層8の開口部8c内において中間導電層13に接している。
このようにして、TFT基板10が作製される。対向基板20を作製する工程および液晶層30を形成する工程は、公知の種々の手法を用いて行われ得るので、ここではその説明を省略する。
上述した製造方法によれば、第1有機絶縁層9を形成する工程(図3G、図4G)に含まれるベーク工程および第2有機絶縁層11を形成する工程(図3J、図4J)に含まれるベーク工程は、中間導電層13およびドレイン電極7が保護絶縁層8によって覆われた状態で行われる。そのため、中間導電層13およびドレイン電極7の最上層(Cuを含む金属層)の表面に酸化膜が形成されることを防止できる。
また、反射電極REを形成する工程(図3I、図4I)において、端子部形成領域の中間導電層13は保護絶縁層8によって覆われているので、第3の導電膜をパターニングする際の薬液(エッチング液)によって中間導電層13がダメージを受けることが防止される。
[比較例のTFT基板910およびその作製工程]
図5A、図5Bおよび図5Cを参照しながら、比較例のTFT基板910を説明する。比較例のTFT基板910は、反射型の液晶表示装置に用いられる。図5A、図5Bおよび図5Cは、TFT基板910を示す断面図である。図5Aは、表示領域DRの一部(より具体的には各TFT902が設けられている領域)を示している。図5Bは、非表示領域FRの一部(より具体的には配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。図5Cは、非表示領域FRの他の一部(より具体的には端子部Taが設けられている領域)を示している。
TFT基板910は、図5Aに示すように、各画素に設けられたTFT902と、TFT902に電気的に接続された画素電極PEと、行方向に延びる複数のゲート配線および列方向に延びる複数のソース配線(いずれも不図示)とを有する。上述したTFT902等は、絶縁性を有する基板901によって支持されている。ゲート配線およびソース配線は、銅を含む金属層を最上層として有する。
TFT902は、ゲート電極903、ゲート絶縁層904、半導体層905、ソース電極906およびドレイン電極907を有する。ゲート電極903は、対応するゲート配線に電気的に接続されており、ゲート配線からゲート信号を印加される。ゲート絶縁層904は、ゲート電極903を覆うように形成されている。半導体層905は、ゲート絶縁層904上に設けられており、ゲート絶縁層904を介してゲート電極903に対向している。
ソース電極906は、ゲート絶縁層904および半導体層905上に設けられており、半導体層905の一部に接している。ソース電極906は、対応するソース配線に電気的に接続されており、ソース配線からソース信号を印加される。ドレイン電極907は、ゲート絶縁層904および半導体層905上に設けられており、半導体層905の他の一部に接している。ドレイン電極907は、画素電極PEに電気的に接続されている。
TFT902を覆うように保護絶縁層(パッシベーション層)908が設けられている。保護絶縁層908は、例えば無機絶縁層である。保護絶縁層908上に、有機絶縁層909が設けられている。有機絶縁層909の表面は、その一部(具体的には表示領域DR内に位置している部分)に凹凸形状を有する。つまり、有機絶縁層909は、凹凸表面構造を有する。凹凸表面構造を有する有機絶縁層909は、例えば感光性樹脂材料を用いて形成され得る。
画素電極PEは、有機絶縁層909上に設けられている。画素電極PEは、保護絶縁層908および有機絶縁層909に形成されたコンタクトホールCHにおいて、TFT902のドレイン電極907に接続されている。画素電極PEは、反射率の高い金属材料から形成されている。従って、画素電極PEは、反射電極としても機能する。画素電極PEは、アルミニウムまたは銀を含む金属層を有する。画素電極PEの表面は、有機絶縁層909の凹凸表面構造が反映された凹凸形状を有する。つまり、画素電極PEも凹凸表面構造を有する。
TFT基板910は、非表示領域FRに配置された複数の端子部Ta(図5C参照)と、非表示領域FRに配置された複数の配線接続部Lc(図5B参照)とをさらに有する。各ゲート配線は、対応する端子部Taを介してゲートドライバに接続されている。各ソース配線は、対応する端子部Taを介してソースドライバに接続されている。
端子部Taは、図5Cに示すように、下層導電層912と、中間導電層913と、上層導電層914とを含む。下層導電層912は、ゲート配線と同層に(つまりゲート配線と同じ導電膜から)形成されている。中間導電層913は、ソース配線と同層に(つまりソース配線と同じ導電膜から)形成されている。ゲート絶縁層904には、下層導電層912の一部を露出させる開口部が形成されており、中間導電層913は、この開口部内で下層導電層912に接続されている。上層導電層914は、画素電極PEと同層に(つまり画素電極PEと同じ導電膜から)形成されている。保護絶縁層908には、中間導電層913の一部を露出させる開口部が形成されており、上層導電層914は、この開口部内で中間導電層913に接続されている。従って、下層導電層912、中間導電層913および上層導電層914は、互いに電気的に接続されている。
配線接続部Lcは、図5Bに示すように、下層導電層915と、上層導電層916とを含む。下層導電層915は、ゲート配線と同層に(つまりゲート配線と同じ導電膜から)形成されている。上層導電層916は、ソース配線と同層に(つまりソース配線と同じ導電膜から)形成されている。ゲート絶縁層904には、下層導電層915の一部を露出させる開口部が形成されており、上層導電層916は、この開口部内で下層導電層915に接続されている。従って、下層導電層915および上層導電層916は、互いに電気的に接続されている。
図6A~図6Hは、TFT基板910を作製する工程を説明するための工程断面図であり、図中の左側、中央、右側には、それぞれ、TFT形成領域、配線接続部形成領域および端子部形成領域を示している。
・STEP1A:ゲートメタル層の形成(図6A)
まず、基板901上に、例えばスパッタリング法により第1の導電膜を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第1の導電膜のパターニングを行う。これにより、図6Aに示すように、ゲートメタル層、具体的には、ゲート電極903、ゲート配線、下層導電層912および915を形成する。第1の導電膜は、Cuを含む金属層を最上層として有する。
・STEP2A:ゲート絶縁層904の形成(図6B)
次に、図6Bに示すように、例えばCVD法によりゲート電極903、ゲート配線、下層導電層912および915を覆うゲート絶縁層904を形成する。
・STEP3A:半導体層905の形成(図6C)
続いて、ゲート絶縁層4上に酸化物半導体膜を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより酸化物半導体膜のパターニングを行う。これにより、図6Cに示すように、TFT形成領域においてTFT902の活性層となる半導体層905を形成する。
・STEP4A:ゲート絶縁層904への開口部904a、904bの形成(図6D)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、ゲート絶縁層904のパターニングを行う。これにより、図6Dに示すように、端子部形成領域において下部導電層912の一部を露出させる開口部904aをゲート絶縁層904に形成し、配線接続部形成領域において下部導電層915の一部を露出させる開口部904bをゲート絶縁層904に形成する。
・STEP5A:ソースメタル層の形成(図6E)
続いて、例えばスパッタリング法により第2の導電膜を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第2の導電膜のパターニングを行う。これにより、図6Eに示すように、ソースメタル層、具体的には、ソース電極906、ドレイン電極907、ソース配線、中間導電層913および上層導電層916を形成する。
ソース電極906は、半導体層905の一部に接しており、ドレイン電極907は、半導体層905の他の一部に接している。中間導電層913は、開口部904a内で下層導電層912に接しており、上層導電層916は、開口部904b内で下層導電層915に接している。第2の導電膜は、Cuを含む金属層を最上層として有する。
・STEP6A:保護絶縁層908の形成(図6F)
次に、例えばCVD法により、TFT902を覆う保護絶縁層908を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、保護絶縁層908のパターニングを行う。これにより、図6Fに示すように、TFT形成領域において、ドレイン電極907の一部を露出させる開口部908aを保護絶縁層908に形成するとともに、端子部形成領域において、中間導電層913の一部を露出させる開口部908bを保護絶縁層908に形成する。
・STEP7A:有機絶縁層909の形成(図6G)
続いて、図6Gに示すように、保護絶縁層908上に有機絶縁層909を形成する。有機絶縁層909は、感光性樹脂材料から形成される。
表示領域DR内において、有機絶縁層909の表面には凹凸表面構造が形成されている。また、TFT形成領域において、有機絶縁層909には、ドレイン電極907の一部を露出させる開口部909aが形成されている。端子部形成領域には、有機絶縁層909は形成されていない。
有機絶縁層909を形成する工程は、感光性樹脂材料を塗布する工程、塗布された感光性樹脂材料をパターン露光する工程、露光後の感光性樹脂材料を現像する工程、および、現像後にベークを行う工程を含む。
・STEP8A:画素電極PEの形成(図6H)
続いて、例えばスパッタリング法により有機絶縁層9上に第3の導電膜を形成する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第3の導電膜のパターニングを行う。これにより、図6Hに示すように、画素電極PEおよび上層導電層914を形成する。画素電極PEは、保護絶縁層908の開口部908aおよび有機絶縁層909の開口部909aから構成されるコンタクトホールCH内においてドレイン電極907に接している。上層導電層914は、保護絶縁層908の開口部908b内において中間導電層913に接している。このようにして、TFT基板910が作製される。
比較例のTFT基板910を用いた液晶表示装置では、金属材料から形成された画素電極(反射電極)PEが、透明導電材料から形成された対向電極と液晶層を介して対向することになる。そのため、両者の仕事関数の差に起因したフリッカが発生する。また、ここでは図示しないが、画素電極REがITOから形成された導電層(電極)に接する場合には、電食を防止するために画素電極PEを積層構造にする必要がある(例えばAl層の下層にMo層を設ける必要がある)ので、画素電極PEの構成が複雑になる。さらに、端子部Taが、画素電極PEと同層に形成された上層導電層914を含んでいるので、端子部Taの腐食が懸念される。また、画素電極PEの凹凸表面構造に起因した液晶配向の乱れが発生するおそれがある。
また、上述したTFT基板910の製造方法によれば、有機絶縁層909を形成する工程(図6G)に含まれるベーク工程は、中間導電層913およびドレイン電極907がむき出しの状態で行われる。そのため、中間導電層913およびドレイン電極907の最上層(Cuを含む金属層)の表面に酸化膜が形成されてしまう。
さらに、画素電極PEを形成する工程(図6H)において、端子部形成領域の中間導電層913は保護絶縁層908によって覆われていないので、第3の導電膜をパターニングする際の薬液(エッチング液)によって中間導電層913がダメージを受けてしまう。
上述したことからわかるように、比較例のTFT基板910を用いた液晶表示装置では、表示品位の低下や信頼性の低下が懸念される。これに対し、本実施形態の液晶表示装置100およびその製造方法によれば、表示品位の低下および信頼性の低下を比較的簡単な構造および/または比較的簡単な製造プロセスで抑制することができる。
なお、上記の説明では、反射型の液晶表示装置を例示したが、本発明の実施形態による液晶表示装置は、反射型に限定されない。本発明の実施形態による液晶表示装置は、透過反射両用型(半透過型)であってもよい。透過反射両用型の液晶表示装置では、各画素Pは、反射領域に加えて、バックライト(照明装置)から出射した光を用いて透過モードで表示を行う透過領域を含む。
また、上記の説明では、端子部Taが、下層導電層(第1導電層)12と中間導電層(第2導電層)13と上層導電層(第3導電層)14とを含む構成を例示したが、下層導電層12および中間導電層13の一方が省略されてもよい。つまり、図7Aに示すように、端子部Taにおいて下層導電層12が省略されてもよいし、図7Bに示すように、端子部Taにおいて中間導電層13が省略されてもよい。中間導電層13が省略された構成においては、ゲート絶縁層4および保護絶縁層8に、下層導電層12の一部を露出させるように開口部が形成されており、上層導電層14は、これらの開口部内で下層導電層12に接続されている。このように、端子部Taは、下層導電層12および中間導電層13の少なくとも一方と、上層導電層14とを含んでいればよい。
図7Bに示したように、中間導電層13が省略される場合、第1有機絶縁層9を形成する工程に含まれるベーク工程および第2有機絶縁層11を形成する工程に含まれるベーク工程は、それぞれ図8に示すように、下層導電層12(およびドレイン電極7)が保護絶縁層8によって覆われた状態で行われる。そのため、下層導電層12(およびドレイン電極7)の最上層(Cuを含む金属層)の表面に酸化膜が形成されることを防止できる。また、第2有機絶縁層11を形成する工程の後で、画素電極PEおよび第3導電層14を形成する工程の前に、保護絶縁層8に、下層導電層12の少なくとも一部を露出させる開口部およびドレイン電極7の少なくとも一部を露出させる開口部を形成する工程が行われる。
[トップゲート構造]
ここまでの説明では、TFT基板10がボトムゲート構造のTFT2を有する構成を例示したが、TFT基板10は、トップゲート構造のTFTを有していてもよい。
図9A、図9Bおよび図9Cを参照しながら、TFT基板10がトップゲート構造のTFT2Aを有する液晶表示装置100Aを説明する。図9A、図9Bおよび図9Cは、液晶表示装置100Aを模式的に示す断面図である。図9Aは、表示領域DRの一部(より具体的には各画素PにおいてTFT2Aが設けられている領域)を示している。図9Bは、非表示領域FRの一部(より具体的には配線接続部Lcが設けられている領域)を示している。図9Cは、非表示領域FRの他の一部(より具体的には端子部Taが設けられている領域)を示している。
液晶表示装置100Aは、図9Aに示すように、TFT基板10がトップゲート構造のTFT2Aを有する点において、図2Aなどに示した液晶表示装置100と異なっている。TFT2Aのゲート電極3は、ゲート絶縁層4を介して半導体層5の上方に位置している。半導体層5およびゲート電極3を覆うように上部絶縁層19が設けられており、上部絶縁層19上にソース電極6およびドレイン電極7が設けられている。上部絶縁層19には、半導体層5の一部を露出させる開口部および半導体層5の他の一部を露出させる開口部が形成されており、ソース電極6およびドレイン電極7は、これらの開口部において半導体層5に接続されている。
また、液晶表示装置100Aでは、半導体5よりも基板1側に、半導体層5のうちの少なくともチャネル領域に重なる遮光層SHが設けられている。遮光層SHを覆うように下部絶縁層18が設けられており、TFT2Aは下部絶縁層18上に設けられている。
端子部Taは、図9Cに示すように、下層導電層(第1導電層)12と、中間導電層(第2導電層)13と、上層導電層(第3導電層)14とを含む。下層導電層12は、ゲート配線GLと同層に形成されている。中間導電層13は、ソース配線SLと同層に形成されている。上部絶縁層19には、下層導電層12の一部を露出させる開口部が形成されており、中間導電層13は、この開口部内で下層導電層12に接続されている。上層導電層14は、画素電極PEと同層に形成されている。保護絶縁層8には、中間導電層13の一部を露出させる開口部が形成されており、上層導電層14は、この開口部内で中間導電層13に接続されている。従って、下層導電層12、中間導電層13および上層導電層14は、互いに電気的に接続されている。
また、端子部Taは、反射電極REと同層に形成された導電層を含まない。つまり、端子部Taには、反射電極REと同じ導電膜から形成された導電層は設けられていない。
配線接続部Lcは、図9Bに示すように、下層導電層(第4導電層)15と、中間導電層(第5導電層)16と、上層導電層(第6導電層)17とを含む。下層導電層15は、ゲート配線GLと同層に形成されている。中間導電層16は、ソース配線SLと同層に形成されている。上部絶縁層19には、下層導電層15の一部を露出させる開口部が形成されており、中間導電層16は、この開口部内で下層導電層15に接続されている。上層導電層17は、反射電極REと同層に形成されている)。保護絶縁層8には、中間導電層16の一部を露出させるように開口部が形成されており、上層導電層17は、この開口部内で中間導電層16に接続されている。従って、下層導電層15、中間導電層16および上層導電層17は、互いに電気的に接続されている。
上述した液晶表示装置100Aにおいても、液晶表示装置100と同様の効果が得られる。
続いて、図10A~図10Oおよび図11A~図11Nを参照しながら、液晶表示装置100AのTFT基板10を作製する工程を説明する。
図10A~図10Oは、TFT基板10を作製する工程を説明するための工程断面図であり、図中の左側、中央、右側には、それぞれ、TFT2が形成される領域(TFT形成領域)、配線接続部Lcが形成される領域(配線接続部形成領域)、端子部Taが形成される領域(端子部形成領域)を示している。また、図11A~図11Nは、TFT基板10を作製する工程を説明するための工程平面図であり、図中の左側、中央、右側には、それぞれ、TFT形成領域、配線接続部形成領域、端子部形成領域を示している。
・STEP1:遮光層SHの形成(図10A、図11A)
まず、基板1上に、遮光膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成する。遮光膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、遮光膜のパターニングを行う。これにより、図10Aおよび図11Aに示すように、遮光層SHを形成する。
遮光膜は、例えば、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)あるいはタングステン(W)から選ばれた元素を含む金属膜、またはこれらの元素を成分とする合金膜などを用いることができる。また、これらのうち複数の膜を含む積層膜を用いてもよい。
・STEP2:下部絶縁層18の形成(図10B、図11B)
次に、図10Bおよび図10Bに示すように、遮光層SHを覆う下部絶縁層18(厚さ:例えば200nm以上600nm以下)を形成する。下部絶縁層18は、例えばCVD法により形成される。下部絶縁層18としては、例えば窒化珪素(SiNx)層を用いることができる。
・STEP3:半導体層5の形成(図10C、図11C)
続いて、下部絶縁層18上に酸化物半導体膜(厚さ:例えば15nm以上200nm以下)を形成する。この後、酸化物半導体膜のアニール処理を行ってもよい。次に、フォトリソグラフィプロセスにより酸化物半導体膜のパターニングを行う。これにより、図10Cおよび図10Cに示すように、TFT形成領域においてTFT2の活性層となる半導体層5を形成する。
酸化物半導体膜は、例えばスパッタリング法により形成される。酸化物半導体膜として、例えば、In、GaおよびZnを含むIn-Ga-Zn-O系半導体膜を用いることができる。
なお、半導体層5は、酸化物半導体膜から形成された酸化物半導体層でなくてもよい。例えば、半導体層5は、アモルファスシリコン(a―Si)層であってもよい。
・STEP4:ゲート絶縁層4の形成(図10D、図11D)
その後、図10Dおよび図11Dに示すように、半導体層5を覆うゲート絶縁層4(厚さ:例えば80nm以上250nm以下)を形成する。ゲート絶縁層4は、例えばCVD法により形成される。ゲート絶縁層4としては、例えば酸化珪素(SiOx)層を用いることができる。
・STEP5:ゲートメタル層の形成(図10E、図11E)
次に、ゲート絶縁層4上に、第1の導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成する。第1の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第1の導電膜のパターニングを行う。これにより、図10Eおよび図11Eに示すように、ゲート電極3、ゲート配線GL、下層導電層(第1導電層)12および下層導電層(第4導電層)15を形成する。
第1の導電膜は、Cuを含む金属層を最上層として有する。第1の導電膜は、例えば、Cu層またはCu合金層の単層膜であってもよいし、下層としてチタン(Ti)層またはモリブデン(Mo)層を含み、上層としてCu層またはCu合金層を含む積層膜であってもよい。
・STEP6:ゲート絶縁層4のパターニング(図10F)
続いて、図10Fに示すように、ゲート絶縁層4のパターニングを行う。ここでは、第1の導電膜をパターニングする際と同一のレジストマスクを用いてパターニングを行うので、ゲート絶縁層4の側面とゲートメタル層の側面とが厚さ方向に整合する。つまり、基板面法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4の周縁は、ゲートメタル層の周縁と整合する。
・STEP7:上部絶縁層19の形成(図10Gおよび図11F)
続いて、図10Gおよび図11Fに示すように、ゲート電極3、半導体層5、下部導電層12および15を覆う上部絶縁層4(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)を形成する。上部絶縁層4として、酸化珪素層、窒化珪素層などの無機絶縁層を単層で、または積層させて形成することができる。その後、フォトリソグラフィプロセスにより上部絶縁層19のパターニングを行う。これにより、TFT形成領域において、半導体層5の一部を露出させる開口部19aおよび半導体層5の他の一部を露出させる開口部19bを上部絶縁層19に形成する。また、端子部形成領域において下部導電層12の一部を露出させる開口部19cを上部絶縁層19に形成するとともに、配線接続部形成領域において下部導電層15の一部を露出させる開口部19dを上部絶縁層19に形成する。
・STEP8:ソースメタル層の形成(図10H、図11G)
続いて、第2の導電膜(厚さ:例えば50nm以上500nm以下)を形成する。第2の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第2の導電膜のパターニングを行う。これにより、図10Hおよび図11Gに示すように、ソース電極6、ドレイン電極7、ソース配線SL、中間導電層(第2導電層)13および中間導電層(第5導電層)16を形成する。
ソース電極6は、開口部19a内で半導体層5に接しており、ドレイン電極7は、開口部19b内で半導体層5に接している。中間導電層13は、開口部19c内で下層導電層12に接しており、中間導電層16は、開口部19d内で下層導電層15に接している。
第2の導電膜は、Cuを含む金属層を最上層として有する。第2の導電膜は、例えば、Cu層またはCu合金層の単層膜であってもよいし、下層としてTi層またはMo層を含み、上層としてCu層またはCu合金層を含む積層膜であってもよい。
・STEP9:保護絶縁層8の形成(図10I、図11H)
次に、図10Iおよび図11Hに示すように、TFT2Aを覆う保護絶縁層8(厚さ:例えば100nm以上500nm以下)を形成する。保護絶縁層8は、例えばCVD法により形成される。保護絶縁層8としては、酸化珪素(SiOx)層、窒化珪素(SiNx)層等を適宜用いることができる。保護絶縁層8は、単層であってもよいし、積層構造を有していてもよい。
・STEP10:第1有機絶縁層9の形成(図10J、図11I)
続いて、図10Jおよび図11Iに示すように、保護絶縁層8上に第1有機絶縁層9(厚さ:例えば1~3μm)を形成する。第1有機絶縁層9は、例えば感光性樹脂材料から形成される。感光性樹脂材料として、例えばアクリル系樹脂材料を用いることができる。
表示領域DR内において、第1有機絶縁層9の表面には凹凸表面構造が形成されている。また、TFT形成領域において、第1有機絶縁層9には、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部9aが形成されている。さらに、配線接続部形成領域において、第1有機絶縁層9には、基板1の法線方向から見たときに中間導電層16に重なる開口部9bが形成されている。端子部形成領域には、第1有機絶縁層9は形成されていない。
第1有機絶縁層9を形成する工程は、例えば、感光性樹脂材料を塗布する工程、塗布された感光性樹脂材料をパターン露光する工程、露光後の感光性樹脂材料を現像する工程、および、現像後にベークを行う工程を含む。
・STEP11:保護絶縁層8への開口部8aの形成(図10K、図11J)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、保護絶縁層8のパターニングを行う。これにより、図10Kおよび図11Jに示すように、配線接続部形成領域において、保護絶縁層8に中間導電層16の一部を露出させる開口部8aを形成する。
・STEP12:反射電極REの形成(図10L、図11K)
続いて、第1有機絶縁層9上に、第3の導電膜(厚さ:例えば50nm以上300nm以下)を形成する。第3の導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、第3の導電膜のパターニングを行う。これにより、図10Lおよび図11Kに示すように、反射電極REおよび上層導電層17を形成する。このとき、端子部形成領域においては、第3の導電膜は除去され、反射電極REと同層の導電層は形成されない。反射電極REには、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部opが形成されている。上層導電層17は、保護絶縁層8の開口部8a内において中間導電層16に接している。
第3の導電膜は、AlまたはAgを含む金属層を有する。第3の導電膜は、例えば、Al層、Al合金層、Ag層またはAg合金層の単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。積層膜としては、例えば、下層としてMo層、上層としてAl層を含む積層膜や、下層としてITO層、中間層としてAg層、上層としてITO層を含む積層膜を用いることができる。
・STEP13:第2有機絶縁層11の形成(図10M、図11L)
次に、図10Mおよび図11Lに示すように、反射電極REおよび上層導電層17を覆うように第2有機絶縁層11(厚さ:例えば1~3μm)を形成する。第2有機絶縁層11は、例えば感光性樹脂材料から形成される。感光性樹脂材料として、例えばアクリル系樹脂材料を用いることができる。
TFT形成領域において、第2有機絶縁層11には、基板1の法線方向から見たときにドレイン電極7に重なる開口部11aが形成されている。端子部形成領域には、第2有機絶縁層11は形成されていない。
第2有機絶縁層11を形成する工程は、例えば、感光性樹脂材料を塗布する工程、塗布された感光性樹脂材料をパターン露光する工程、露光後の感光性樹脂材料を現像する工程、および、現像後にベークを行う工程を含む。
・STEP14:保護絶縁層8への開口部8b、8cの形成(図10N、図11M)
次に、フォトリソグラフィプロセスにより、保護絶縁層8のパターニングを行う。これにより、図10Nおよび図11Mに示すように、TFT形成領域において、ドレイン電極7の少なくとも一部を露出させる開口部8bを保護絶縁層8に形成するとともに、端子部形成領域において、中間導電層13の少なくとも一部を露出させる開口部8cを保護絶縁層8に形成する。
・STEP15:画素電極PEの形成(図10O、図11N)
その後、第2有機絶縁層11上に、透明導電膜(厚さ:例えば20nm以上300nm以下)を形成する。透明導電膜は、例えばスパッタリング法により形成される。透明導電膜の材料としては、例えばITOを用いることができる。次に、フォトリソグラフィプロセスにより透明導電膜のパターニングを行う。これにより、図10Oおよび図11Nに示すように、画素電極PEおよび上層導電層14を形成する。画素電極PEは、保護絶縁層8の開口部8b内においてドレイン電極7に接している。上層導電層14は、保護絶縁層8の開口部8c内において中間導電層13に接している。
このようにして、TFT基板10が作製される。
上述した製造方法によれば、第1有機絶縁層9を形成する工程(図10J、図11I)に含まれるベーク工程および第2有機絶縁層11を形成する工程(図10M、図11L)に含まれるベーク工程は、中間導電層13およびドレイン電極7が保護絶縁層8によって覆われた状態で行われる。そのため、中間導電層13およびドレイン電極7の最上層(Cuを含む金属層)の表面に酸化膜が形成されることを防止できる。
また、反射電極REを形成する工程(図10L、図11K)において、端子部形成領域の中間導電層13は保護絶縁層8によって覆われているので、第3の導電膜をパターニングする際の薬液(エッチング液)によって中間導電層13がダメージを受けることが防止される。
[酸化物半導体について]
酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、2層のうちゲート電極側に位置する層(ボトムゲート構造なら下層、トップゲート構造なら上層)に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、ゲート電極と反対側に位置する層(ボトムゲート構造なら上層、トップゲート構造なら下層)に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも小さくてもよい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、ゲート電極側に位置する層の酸化物半導体のエネルギーギャップが、ゲート電極と反対側に位置する層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014-007399号公報に記載されている。参考のために、特開2014-007399号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本発明の実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、In-Ga-Zn-O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In-Ga-Zn-O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
In-Ga-Zn-O系の半導体は、非晶質でもよいし、結晶質でもよい。結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体が好ましい。
なお、結晶質In-Ga-Zn-O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014-007399号公報、特開2012-134475号公報、特開2014-209727号公報などに開示されている。参考のために、特開2012-134475号公報および特開2014-209727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In-Ga-Zn-O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a-SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a-SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、複数の画素を含む表示領域の周辺に、表示領域と同じ基板上に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および画素TFT(画素に設けられるTFT)として好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In-Ga-Zn-O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn-Sn-Zn-O系半導体(例えばIn-SnO-ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In-Sn-Zn-O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In-Al-Zn-O系半導体、In-Al-Sn-Zn-O系半導体、Zn-O系半導体、In-Zn-O系半導体、Zn-Ti-O系半導体、Cd-Ge-O系半導体、Cd-Pb-O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg-Zn-O系半導体、In-Ga-Sn-O系半導体、In-Ga-O系半導体、Zr-In-Zn-O系半導体、Hf-In-Zn-O系半導体、Al-Ga-Zn-O系半導体、Ga-Zn-O系半導体、In-Ga-Zn-Sn-O系半導体、In-W-Zn-O系半導体などを含んでいてもよい。
本発明の実施形態によると、各画素が反射領域を含む液晶表示装置において、反射電極がアルミニウムまたは銀を含んでいることおよび配線が銅を含んでいることに起因する表示品位の低下および信頼性の低下を比較的簡単な構造で抑制することができる。
1 基板
2、2A 薄膜トランジスタ(TFT)
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁層
5 半導体層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 保護絶縁層
9 第1有機絶縁層
10 TFT基板
11 第2有機絶縁層
12 下層導電層(第1導電層)
13 中間導電層(第2導電層)
14 上層導電層(第3導電層)
15 下層導電層(第4導電層)
16 中間導電層(第5導電層)
17 上層導電層(第6導電層)
18 下部絶縁層
19 上部絶縁層
20 対向基板
21 基板
22 遮光層(ブラックマトリクス)
23 カラーフィルタ層
30 液晶層
31 柱状スペーサ
100 液晶表示装置
P 画素
R 反射領域
DR 表示領域
FR 非表示領域
GL ゲート配線
SL ソース配線
PE 画素電極
RE 反射電極
CE 対向電極
CH コンタクトホール
Ta 端子部
Lc 配線接続部
SH 遮光層

Claims (11)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板に対向する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた液晶層と、
    を備え、
    複数の行および複数の列を含むマトリクス状に配列された複数の画素を含む表示領域と、前記表示領域の周辺に位置する非表示領域と、を有する液晶表示装置であって、
    前記複数の画素のそれぞれは、反射モードで表示を行う反射領域を含み、
    前記第1基板は、
    行方向に延びる複数のゲート配線と、
    列方向に延びる複数のソース配線と、
    前記複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタと、
    透明導電材料から形成され、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された画素電極と、
    前記反射領域内に位置する部分を含む反射電極と、
    前記非表示領域に配置された端子部と、
    を有し、
    前記反射電極は、アルミニウムまたは銀を含む金属層を有し、
    前記複数のゲート配線および前記複数のソース配線の少なくとも一方は、銅を含む金属層を最上層として有し、
    前記画素電極は、前記反射電極よりも上層に形成されており、
    前記反射電極は、前記画素電極に接しておらず、
    前記端子部は、前記複数のゲート配線と同層に形成された第1導電層および前記複数のソース配線と同層に形成された第2導電層の少なくとも一方と、前記画素電極と同層に形成された第3導電層とを含み、且つ、前記反射電極と同層に形成された導電層を含まない、液晶表示装置。
  2. 前記第2基板は、透明導電材料から形成され前記画素電極に対向する対向電極を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記反射電極は、凹凸表面構造を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第1基板は、前記反射電極を覆う有機絶縁層をさらに有し、
    前記画素電極は、前記有機絶縁層上に設けられている、請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第1基板は、
    前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層と、
    前記保護絶縁層上に設けられたさらなる有機絶縁層と、
    をさらに有し、
    前記反射電極は、前記さらなる有機絶縁層上に設けられている、請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第1基板は、前記非表示領域に配置された配線接続部をさらに有し、
    前記配線接続部は、前記複数のゲート配線と同層に形成された第4導電層と、前記複数のソース配線と同層に形成された第5導電層と、前記反射電極と同層に形成された第6導電層とを含む、請求項1から5のいずれかに記載の液晶表示装置。
  7. 前記端子部は、前記第1導電層および前記第2導電層のうちの少なくとも前記第2導電層を含む、請求項1から6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  8. 前記端子部は、前記第1導電層および前記第2導電層のうちの前記第1導電層を含み、且つ、前記第2導電層を含まない、請求項1から6のいずれかに記載の液晶表示装置。
  9. 請求項7に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第1基板を作製する工程は、
    基板上に、前記薄膜トランジスタを形成する工程(a)と、
    前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層を形成する工程(b)と、
    前記保護絶縁層上に、第1有機絶縁層を形成する工程(c)と、
    前記第1有機絶縁層上に、前記反射電極を形成する工程(d)と、
    前記反射電極を覆うように第2有機絶縁層を形成する工程(e)と、
    前記第2有機絶縁層上に、前記画素電極および前記第3導電層を形成する工程(f)と、
    を包含し、
    前記複数のソース配線は、銅を含む前記金属層を最上層として有し、
    前記薄膜トランジスタを形成する前記工程(a)は、前記複数のソース配線と、前記第2導電層と、前記薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極とを形成する工程(a1)を含み、
    前記第1有機絶縁層を形成する前記工程(c)および前記第2有機絶縁層を形成する前記工程(e)は、それぞれベークを行うベーク工程を含み、
    前記工程(c)に含まれる前記ベーク工程および前記工程(e)に含まれる前記ベーク工程は、前記第2導電層および前記ドレイン電極が前記保護絶縁層によって覆われた状態で行われる、液晶表示装置の製造方法。
  10. 前記工程(e)の後で、前記工程(f)の前に、前記保護絶縁層に、前記第2導電層の少なくとも一部を露出させる開口部および前記ドレイン電極の少なくとも一部を露出させる開口部を形成する工程(g)をさらに包含する、請求項9に記載の液晶表示装置の製造方法。
  11. 請求項8に記載の液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第1基板を作製する工程は、
    基板上に、前記薄膜トランジスタを形成する工程(a)と、
    前記薄膜トランジスタを覆う保護絶縁層を形成する工程(b)と、
    前記保護絶縁層上に、第1有機絶縁層を形成する工程(c)と、
    前記第1有機絶縁層上に、前記反射電極を形成する工程(d)と、
    前記反射電極を覆うように第2有機絶縁層を形成する工程(e)と、
    前記第2有機絶縁層上に、前記画素電極および前記第3導電層を形成する工程(f)と、
    を包含し、
    前記複数のゲート配線および前記複数のソース配線の両方は、銅を含む前記金属層を最上層として有し、
    前記薄膜トランジスタを形成する前記工程(a)は、前記複数のゲート配線、前記第1導電層および前記薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程(a1)と、前記複数のソース配線、前記薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極を形成する工程(a2)とを含み、
    前記第1有機絶縁層を形成する前記工程(c)および前記第2有機絶縁層を形成する前記工程(e)は、それぞれベークを行うベーク工程を含み、
    前記工程(c)に含まれる前記ベーク工程および前記工程(e)に含まれる前記ベーク工程は、前記第1導電層および前記ドレイン電極が前記保護絶縁層によって覆われた状態で行われる、液晶表示装置の製造方法。
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