JP3603496B2

JP3603496B2 - 液晶表示装置用電極板

Info

Publication number: JP3603496B2
Application number: JP22368596A
Authority: JP
Inventors: 健蔵福吉; 昭裕星野
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: JPH1062815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用電極基板に係わり、特に導電性、透明性、耐久性が高く、透明画素電極とゲート電極とを同じ材質で形成した薄膜トランジスタを持った電極基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス、プラスチックフィルム等の基板上に、可視光線を透過する電極形状の透明導電膜が設けられた電極板は、液晶表示装置等の各種表示装置の表示用電極やこの表示装置の表示画面から直接入力する入出力電極などに広く使用されている。
例えば、薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）方式液晶表示装置のＴＦＴ形成側電極板は、逆スタガード型の場合、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ガラス基板１（図示せず）と、ガラス基板１上に成膜された透明画素電極２′、ゲート電極３、ゲート絶縁膜４、アモルファスシリコン層５、オーミック層６、ソース電極７、ドレイン電極８、および前記回路上の全面に薄く成膜された配向膜（図示せず）とでその主要部が構成されている。ここで上記透明画素電極２′はスパッタリングにより成膜されたのち所定のパターンにエッチングされた透明導電膜により構成されている。この透明導電膜としては従来、例えばインジウム〜スズ酸化物（以下ＩＴＯという）からなる透明酸化物薄膜もしくは０．１〜３ａｔ％（原子％）銅を含有する銀系薄膜をＩＴＯ薄膜または酸化インジウム薄膜で挟持する３層構造の透明導電膜が提案されていた。また、ゲート電極３は、導電性やガラス基板１との密着性の良さから金属クロムや金属タンタルを用いたエッチングパターンの薄膜により形成していた。
【０００３】
ところで、上記ディスプレイ装置や入出力装置においては、近年、画素密度をの増大と表示画面の大型化が求められており、上記透明電極として面積抵抗率５Ω／□以下という高い導電性を備えた透明導電膜を適用する必要があった。また、これに加えて、スーパー・ツイスト・ネマティック（ＳＴＮ）液晶等を利用した単純マトリクス駆動方式の液晶表示装置において１６階調以上の多階調表示を行う場合には３Ω／□以下というさらに低い面積抵抗率が要求されている。
【０００４】
しかしながら、上記３層構造の透明導電膜においては、高々５Ω／□程度の面積抵抗率が得られるに過ぎず、十分な導電性が確保できないという問題点があった。銀薄膜の厚さを厚くすることによりその面積抵抗率を約３Ω／□に低下させることは可能であるが、可視光線透過率が低下し、透明導電膜としての機能が損なわれてしまう。
さらに、上記３層構造の透明導電膜においては、銀の薄膜が積層界面などから進入した空気中の水分と化合しやすく、その表面に反応物を生成してシミ状の欠陥を生じ表示欠陥となりやすいという耐久性のなさが問題点であった。
【０００５】
したがって、このような問題を抱えた透明電極は、その他のＴＦＴ回路内の電極に用いることはできず、図３（ａ）に示すようにゲート電極をクロム、タンタル、アルミニウムなどの金属膜で形成した後、図３（ｂ）に示すように透明画素電極をＩＴＯ膜で形成していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解消することを目的としたものであって、その課題とするところは、導電性、透明性、耐久性が高く、従って画素電極とゲート電極とを同じ材質で同時に形成した薄膜トランジスタを持った電極基板を提供することにある。ＩＴＯ膜では導電性が十分でなく、配線抵抗が高くなりすぎるため、ゲート電極と透明電極を兼用できなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板上に、少なくとも液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極を配置し、スイッチング素子としての逆スタガード型の薄膜トランジスタを存在させてなる透過型液晶表示装置用電極板または反射型液晶表示装置用電極板において、前記液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極を、透過型の場合は厚さ１５〜３０ｎｍ、反射型の場合は厚さ５０〜２００ｎｍの銀系薄膜を透明酸化物薄膜にて挟持した３層構造の透明導電膜とし、上記透明酸化物薄膜が、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上含む第１の基材と、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上含む第２の基材との混合酸化物であることを特徴とする液晶表示装置用電極板である。また、銀系薄膜が、金を０．１〜１０ａｔ％（原子％）含有する銀合金であることを特徴とする上記の液晶表示装置用電極板である。
【０００８】
すなわち、液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極の間に逆スタガード型の薄膜トランジスタを配置してなる透過型液晶表示装置用電極板または反射型液晶表示装置用電極板において、液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極に関し、それらの導電性が高く（つまり抵抗値が低く）、かつ耐湿性などの耐環境性にすぐれた電極を実現するため、それらを下記の銀系薄膜を下記の透明酸化物薄膜にて挟持した３層構造の透明導電膜とする。このように本発明では、図３（ｃ）に示すように、薄膜トランジスタの製造工程においては、透明画素電極とゲート電極を同じ薄膜で同時に形成することができる。
【０００９】
すなわち上記銀系薄膜は、透過型液晶表示装置において高輝度の光源をバックライトとする構成では、厚さ１５〜３０ｎｍが適当である。これは、厚さ１ｎｍより薄くなると上記銀系薄膜のゲート線としての配線抵抗が大きくなって電極として正しく機能しなくなり、３０ｎｍを超えると必要な光透過率を維持することが難しくなるためである。一方、銀系薄膜の膜厚を５０ｎｍより厚く形成すると、光の反射率の高い反射電極となる。反射電極は、反射型液晶表示装置で反射板と駆動電極を兼ねた反射電極として用いることができる。この場合、厚さ５０〜２００ｎｍが適当である。これは、厚さが５０ｎｍを下回ると、反射板として充分な光反射率が得られず、また２００ｎｍより厚く形成しても無意味で材料の無駄であり、経済的理由から好ましくない。なお、反射電極を形成する基板は、透明であっても良いが、白、黒その他の色に着色された基板であっても良い。材質も、ガラス、プラスチックフィルム、あるいはセラミックなど種々のものが使用できる。
【００１０】
また、上記透明酸化物薄膜は、銀と固溶しやすい元素の酸化物、すなわちインジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムなどの酸化物のうち一種以上を含む第１の基材と、銀と固溶しにくい元素の酸化物、すなわちセリウム、チタン、ビスマス、クロム、ゲルマニウム、シリコン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタルなどの酸化物のうち一種以上を含む第２の基材との混合酸化物である。この混合酸化物の第１の基材と第２の基材の割合は、重量比（または原子量比）１００：５〜１００：１００の比率が最適である。透明酸化物は、３層構造の透明導電膜の耐湿性を上げるため非晶質であることが望ましい。さらに言えば、この混合酸化物の光屈折率は、３層構造の透明導電膜の光透過率を高める観点からは高屈折率であることが良く、例えば２．２以上であることが好ましい。なお、反射電極の場合、混合酸化物は高屈折率である必要はない。
また上記銀系薄膜は、望ましくは耐湿性の観点、Ａｇマイグレーションの抑制の点で金を０．１〜１０ａｔ％含有する銀合金であるほうが良い。
なお、本発明のＴＦＴ電極板の上に、遮光膜、もしくは遮光膜（ブラックマトリクス）とカラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂの３色）を重ねて形成することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は以下の通りである。
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１上に透明画素電極２とゲート電極３を以下に示す３層膜にてパターン形成する。ここで形成する３層膜は、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）や酸化スズ（ＳｎＯ_２）を含むものを第１の基材とし、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）や酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含むものを第２の基材とし、これら第１の基材と第２の基材を６０：４０の比率で混合した混合酸化物を膜厚３５〜６０ｎｍ程度に蒸着形成し、次いで金を０．１〜１０ａｔ％含有する銀合金を、透過型液晶表示装置の場合は厚さ１５〜３０ｎｍに、反射型液晶表示装置の場合には厚さ５０〜２００ｎｍ程度に形成し、さらに前記混合酸化物を同様に膜厚３５〜６０ｎｍ程度に形成したものである。
【００１２】
３層構成の透明電極は、フォトリソグラフィーの手法を用い、硫酸にごく少量のフッ酸を加えた混酸にてエッチングし、パターン形成した。パターン断面形状は、ゲート電極や画素電極として形成された透明電極とのコンタクトが十分に取れるように銀系薄膜端面が一部露出する図５の形状とした。
なお、当実施例で用いた混酸は、フッ酸の代わりに塩酸、過塩素酸、硝酸、硝酸第２セリウムアンモニウム、クロム酸塩などを加えても良い。加温した硫酸単体でも良い。また、界面活性剤を適当量加えても良い。あるいは塩酸と硝酸の混酸でも良い。
【００１３】
次いで、図４（ｂ）に示すようにゲート絶縁膜４をＳｉＮｘにて形成する。続いて図４（ｃ）に示すようにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層５を形成する。続いて図４（ｄ）に示すようにオーミック層６を形成する。次いで図４（ｅ）に示すようにソース電極７とドレイン電極８を金属アルミニウム膜にて形成する。
【００１４】
上記のようにして形成してできた図１に示すような液晶表示装置用電極板において、透明画素電極２とゲート電極３は、同時に同じ３層膜にて形成され、いずれも高い導電性、すなわち低い抵抗値（透過型電極で１〜２Ω／□、反射型電極で０．２Ω／□）、高い光透過率（全可視光波長で６０％以上）、高いガラス密着性、耐久性を備えている。
【００１５】
【実施例】
＜実施例１＞
本発明の、透過型ＴＦＴ方式液晶表示装置のＴＦＴ形成側電極板の製造プロセスを、以下に図面を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１上に透明画素電極２とゲート電極３を以下に示す３層膜にて厚さ約０．１１μｍにスパッタリングにて同時に成膜し、ウエットエッチングにてパターン形成した。ここで形成する３層膜は、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）を含むものを第１の基材とし、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）および酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含むものを第２の基材とし、これら第１の基材と第２の基材を６０：４０の比率で混合した混合酸化物を膜厚４０ｎｍに形成し、次いで金を１．５ａｔ％含有する銀合金を厚さ２５ｎｍに形成し、さらに前記混合酸化物を同様に膜厚４５ｎｍに形成したものである。
【００１６】
次いで図４（ｂ）に示すようにゲート絶縁膜４をＳｉＮｘにてプラズマＣＶＤで厚さ０．５μｍに形成した。ここで、基板温度は３００℃、水素を１７０ｓｃｃｍ、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量５０ｓｃｃｍ、同じく水素希釈のアンモニアを流量３４ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力１８０Ｗ、堆積速度１Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、パターンエッチングをＣＦ_４を用いた反応性イオンエッチングにて行った。続いて図４（ｃ）に示すようにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層５をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに形成した。ここで、基板温度は２５０℃、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量３００ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度１Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、同じく反応性イオンエッチングをＣＦ_４ガス中にて行ってアモルファスシリコン層５をパターン化した。続いて図４（ｄ）に示すようにオーミック層６をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに形成した。ここで、基板温度は２５０℃、水素を１５０ｓｃｃｍと、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量３００ｓｃｃｍ、水素希釈１０００ｐｐｍのＰＨ_３を流量９０ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度０．６Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチングにてオーミック層６をパターン化した。次いで図４（ｅ）に示すようにソース電極７とドレイン電極８を金属アルミニウム膜にて厚さ０．８μｍにスパッタリングにて成膜、ウエットエッチングにてパターン成膜した。得られた透明画素電極２の光透過率は可視全波長域で６０％以上であり、表面抵抗率は１．２Ω／□であった。ゲート電極もＴＦＴ用として正しく機能した。
【００１７】
＜実施例２＞
本発明の、反射型ＴＦＴ方式液晶表示装置のＴＦＴ形成側電極板の製造プロセスを、以下に図面を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１上に透明画素電極２とゲート電極３を以下に示す３層膜にて厚さ約０．２３μｍにスパッタリングにて同時に成膜し、ウエットエッチングにてパターン形成した。ここで形成する３層膜は、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）を含むものを第１の基材とし、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を含むものを第２の基材とし、これら第１の基材と第２の基材を６０：４０の比率で混合した混合酸化物を膜厚３０ｎｍに形成し、次いで金を０．３ａｔ％含有する銀合金を厚さ１５０ｎｍに形成し、さらに前記混合酸化物を同様に膜厚４５ｎｍに形成したものである。
【００１８】
次いで図４（ｂ）に示すようにゲート絶縁膜４をＳｉＮｘにてプラズマＣＶＤで厚さ０．５μｍに形成した。ここで、基板温度は３００℃、水素を１７０ｓｃｃｍと、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量５０ｓｃｃｍ、アンモニアを流量３４ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力１８０Ｗ、堆積速度１Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、ＣＦ_４ガスを用いる反応性イオンエッチングによりゲート絶縁膜４となるパターン化を行った。続いて図４（ｃ）に示すようにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層５をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに形成した。ここで、基板温度は２５０℃、水素を１５０ｓｃｃｍと、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量３００ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度１Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、ＣＦ_４ガスを用いる反応性イオンエッチングによりアモルファスシリコン層５のパターン化を行った。続いて図４（ｄ）に示すようにオーミック層６をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに形成した。ここで、基板温度は２５０℃、水素を１５０ｓｃｃｍ、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ_４：１０％、Ｈ_２：９０％）を流量３００ｓｃｃｍ、水素希釈１０００ｐｐｍのＰＨ_３を流量９０ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度１Å／ｓｅｃにて成膜を行った後、反応性イオンエッチングをＣＦ_４ガス中にて行った。次いで図４（ｅ）に示すようにソース電極７とドレイン電極８を金属アルミニウム膜にて厚さ０．６〜１．０μｍにスパッタリングにて成膜、ウエットエッチングにてパターン形成した。
【００１９】
【発明の効果】
以上のようにして液晶表示装置用電極基板を製造すれば、画素電極とゲート電極を同時に形成でき、煩瑣な薄膜トランジスタの製造工程の省略が可能になる。また、従来のＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯの３層膜に比べて極めて耐湿性に富んでおり、薄膜トランジスタとして充分な実用レベルの性能と耐久性が獲得される。加えて、銀系薄膜とガラス基板の間に酸化物層が介在するため、銀系薄膜とガラス基板との密着性が良く、耐久性の向上に寄与する。しかも、反射型電極基板によれば、銀系薄膜は表面反射率が高く、良好な反射型電極基板となる。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置用電極板の構成を示す説明図である。
【図２】従来の液晶表示装置用電極板の構成を、（ａ）は上面から、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′切断面から見た様子を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来の液晶表示装置用電極板の製造工程の一部を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の液晶表示装置用電極板の製造工程を順に示す説明図である。
【図５】本発明の３層構成の透明電極のパターン断面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２透明画素電極
３ゲート電極
４ゲート絶縁膜
５アモルファスシリコン層
６オーミック層
７ソース電極
８ドレイン電極
９銀系薄膜

Claims

透明基板上に、少なくとも液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極を配置し、スイッチング素子としての逆スタガード型の薄膜トランジスタを存在させてなる透過型液晶表示装置用電極板において、前記液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極を、厚さ１５〜３０ｎｍの銀系薄膜を透明酸化物薄膜にて挟持した３層構造の透明導電膜とし、上記透明酸化物薄膜が、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上含む第１の基材と、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上含む第２の基材との混合酸化物であることを特徴とする透過型液晶表示装置用電極板。
透明基板上に、少なくともゲート電極と液晶駆動用の透明画素電極を配置し、スイッチング素子としての逆スタガード型の薄膜トランジスタを存在させてなる反射型液晶表示装置用電極板において、前記液晶駆動用の透明画素電極とゲート電極を、厚さ５０〜２００ｎｍの銀系薄膜を透明酸化物薄膜にて挟持した３層構造の透明導電膜とし、上記透明酸化物薄膜が、銀と固溶しやすい元素の酸化物を一種以上含む第１の基材と、銀と固溶しにくい元素の酸化物を一種以上含む第２の基材との混合酸化物であることを特徴とする反射型液晶表示装置用電極板。
銀系薄膜が、金を０．１〜１０ａｔ％（原子％）含有する銀合金であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の液晶表示装置用電極板。