JP3612529B2 - 半透過型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に半透過型の液晶表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置においては、液晶が自ら発光できないため、バックライトが用いられてきた。即ち、２枚の透明基板に挟まれ中に液晶が封入された液晶パネルの裏側にバックライトを配置し、このバックライトからの光を液晶パネルで透過させたり、遮断させたりして液晶パネル表面に文字や絵を表示させていた。このタイプの液晶表示装置を一般に透過型液晶表示装置と呼んでいる。
【０００３】
しかし、このバックライトの光源としては、蛍光管やＬＥＤを用いているが、バックライトを設けることで光源としての消費電力を消耗することになる。そこで、携帯機器など電池で動作する機器ではバクライトを使用しないで、液晶パネル表面から入射された外光を、反射板を用いて反射させた反射型液晶表示装置も提案されてきた。
【０００４】
この反射型液晶表示装置は、バックライトを使用しないので消費電力は削減出来るという利点はあるが、外光がないと使用できないという欠点がある。即ち、薄暗い所では反射光の強度が十分得られないので認視性が低下すると言う問題がある。
【０００５】
上述した両者の欠点を補うために、外光の一部を反射し、バックライトからの光の一部を透過させる半透過型液晶表示が提案されている（例えば、特許文献１参照）。同文献では、画素電極の下地層として凹凸構造の透明絶縁層を形成し、その凹凸絶縁層の全面上に透明電極を形成し、その透明電極の上にアルミの反射電極を選択的に蒸着している。とくに反射電極の蒸着位置は、凹凸構造のほぼ平坦な部分を避けて形成する、すなわち透明電極の平坦な部分が光透過部になるように配置する技術を提案している。
【０００６】
また、後述するように、本発明に採用される技術に関連するものもある（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７５０９１号公報（［００６３］、図１，図２）
【特許文献２】
特開平１１−３３７９７３号公報（［００２９］−［００３５］、図４）
【特許文献３】
特開平１１−２８１９９３号公報（［００７９］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射電極を選択的に蒸着する技術は、極めて高度な技術が要求され、しかも高精度な目合わせ技術が要求され、量産向きとは言えない。
選択蒸着の代わりに、全面蒸着後にエッチングで選択的に開口部を形成する量産向きの方法も考えられるが、高精度な目合わせが要求される点は同じである。
また、エッチング処理の新たな問題として、パターニング時のフォトレジストを除去する現像液が電解液として作用し、反射電極を構成するアルミニウムと透明電極を構成するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）との間で電池反応が生じる問題がある。つまり、透明電極の上に蒸着でアルミ膜を形成すると、アルミ膜にピンホールなどの欠陥が残るのは、現在の技術では避けられない。このピンホールに上記現像液が入り込むと、アルミと透明電極が電池反応を起こし、アルミのみならず、透明電極にも電蝕が発生し、生産歩留まりが低下する問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、製造時の目合わせ精度を緩和できる構成であり、電池反応を抑制しやすい構造の半透過型液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明における半透過型液晶表示装置では、画素電極領域が反射電極と透明電極とに分割されている。両電極は下地となる凹凸絶縁膜の表面改質層の表面に直接形成されている。表面改質層はヘリウムガスによるプラズマ処理によって凹凸絶縁膜の表面に形成されたものである。ＴＦＴとの電気的接続は、透明電極材料より抵抗率の低い反射電極材料により行われ、この反射電極を通じて透明電極と反射電極とは同一画素領域内において、同一電位に維持される。
【００１１】
本発明の画素電極は、上述のように一つの画素電極が反射電極領域と透明電極領域に分割され、かつ両電極が凹凸絶縁体の洗浄された表面改質層上に直接接するように形成されている。また、凹凸絶縁体の表面には、ヘリウムガスによるプラズマ処理によって表面改質層が形成されており、この表面改質層に反射電極と透明電極とが直接形成されているため、反射電極および透明電極と凹凸絶縁体との密着性が良い。とくに、透明電極および反射電極を形成する直前に、表面改質層の表面を洗浄液で洗浄しておくことにより、その上に成膜される透明電極および反射電極の結晶性が向上し、良品歩留まりが向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施の形態による半透過型液晶表示装置における各画素電極は、透過部（透明電極領域）と反射部（反射電極領域）とに二分割されている。各画素電極は、走査線１５とデータ線１６とで囲まれる各領域に対応している。１画素分の領域内には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部１７が配置され、コンタクトホール１３を介して反射電極１１は、ＴＦＴの電流電極（例えばドレイン電極６）と接続されている。参照数字１４は透明電極１０と反射電極１１との重なり部を示す。図示の例では、この重なり部１４は走査線１５の延在方向と同一方向に延在している。この重なり部１４により、透明電極１０と反射電極１１とが同電位に維持される。
【００１４】
図１のＡ−Ａ断面を示す図２を参照して、画素電極の構成を次に詳細に説明する。透明基板１上には、ゲート電極２，ゲート絶縁膜３、半導体層４、ソース電極５およびドレイン電極６、パッシベーション膜７が設けられている。その上に、画素電極に凹凸を形成するための透明な下地膜が形成されている。この下地膜としては、レジストに使用するような透明な第１の有機膜８および透明な第２の有機膜９が形成されている。第２の有機膜９の表面は、プラズマ処理による表面改質層１２が形成されている。そして、表面改質層１２上に透明電極１０と反射電極１１とが形成される。反射電極１１は、後述する理由で２層構造を有する。ここで、透明電極１０としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用い、不透明な反射画素電極１１としては、モリブデン（Ｍｏ）膜１１１とアルミ（Ａｌ）膜１１２の２層の積層膜構造にしている。
【００１５】
このように、画素電極全体を２分割する形で透明部領域と不透明部領域に分けた構成にし、凹凸の各位置に対応させることをあえて行わないので、透明電極と反射電極を形成するリソグラフィ工程での精度マージンに余裕がでる。よって、高精度の目合わせ工程を必要としない半透過型液晶表示装置用のＴＦＴ基板が製造できる。
【００１６】
有機膜９にプラズマ処理を施して表面改質層１２を形成する理由は、画素電極と凹凸絶縁体との密着性を向上させるためである。さらに、有機膜の表面をプラズマ処理することでその上層に形成するＩＴＯ膜の結晶性が変わり、結晶性が改善されることがＴＥＭ（走査型顕微鏡）観察により確認された。したがって、密着力の改善はプラズマ処理をすることで改質層の表面粗さが粗くなることと膜の結晶性の改善の２点から起きることを今回突き止めた。またＩＴＯの結晶性が変わると、更に上層に形成されるＭｏ膜の結晶性も変わることがＸ線回折により確認された。すなわちプラズマ改質層を形成すると、ＩＴＯ上のＭｏの（１００）ピークの半値幅が狭くなり、結晶性が向上することがわかった。結晶性が向上するとＭｏ膜が緻密になり反射電極形成時の薬液のしみ込みを防止する効果が格段に向上する。なお、透明な有機膜の上に透明画素電極としてのＩＴＯ膜を形成する際に、両者の密着性を向上するために、有機膜表面をプラズマ処理して改質層を造る技術は、特許文献２（特開平１１−３３７９７３号公報）にも教示されている。だだし、同文献は、平坦な有機膜上に透明電極を形成する透過型の液晶表示装置を対象としており、凹凸を有する有機膜の言及はないし、反射型や半透過型を対象とする液晶表示装置への適用についても言及されていない。
【００１７】
また、反射画素電極としてはアルミ（Ａｌ）−モリブデン（Ｍｏ）の積層膜構造にした理由は、アルミのパターンニングに使用するレジスト形成工程に於いて、レジスト現像時にアルミとＩＴＯとの電池効果によりＩＴＯが消失することを避けるためである。アルミとＩＴＯとをモリブデンで隔離することにより、電池効果を防止することができ、かつアルミとモリブデンの積層膜は、同一のエッチング液（硝酸＋酢酸＋リン酸＋水）で、両方ともエッチングできる利点がある。このような技術は特許文献３（特開平１１−２８１９９３号公報）に開示されている。なお、同文献では、ＩＴＯ電極端子部の形成に適用する場合について開示しているものの、ＩＴＯ画素電極や反射画素電極の形成についての言及はない。よって、同文献の技術を本発明に適用することは、本発明を知らない限りは考えられないことである。
【００１８】
本実施の形態では走査線１５とデータ線１６とで囲まれた画素領域内において、画素電極は走査線に沿った方向に透明電極部と反射電極部に分割されている。そして、透明電極部と反射電極部とは、洗浄液で洗浄された表面改質層を有する同じ有機膜上に形成されている。以降、本実施の形態の製造方法を説明する。
【００１９】
先ず、図３に示すように、ガラスやプラスチック基板などの透明基板１上に、通常の方法で、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４、ソース／ドレイン電極５、６を形成した後、全面にパッシベーション膜７を形成して後、ＴＦＴのドレインコンタクト１３を開口する。各構成要素の具体例を挙げるならば、ゲート電極２およびソース／ドレイン電極５、６には、クロムなどを、ゲート絶縁膜３にはシリコン酸化膜などを用いる。半導体層４としては、アモルファスシリコンやポリシリコンなどが採用され、パッシベーション膜７としては、例えばシリコン窒化膜が使用される。
【００２０】
その後、感光性アクリル系レジストなどの透明な第１の有機膜を全面に塗布し所望の形状にパターンニングした後、焼成して、図４に示すように凸形（例えば円柱状突起が全面に点在する形状）の透明な有機膜層８を形成する。その後、この有機膜層８の全面を覆うように、感光性アクリル系レジストなどの透明な第２の有機膜９を塗布する。その後、ドレインコンタクト部１３を開口した後、有機膜８，９を焼成し、図５に示すように、表面に凹凸を有する透明な第２の有機膜８，９を形成する。
【００２１】
第１の有機膜８の粘度を第２の有機膜９の粘度より高くしておくことが、図に示す凹凸形状を造り易いという観点から、より好ましい。以降、単に有機膜という場合は、この２つの有機膜８，９を含めて意味することとする。
【００２２】
その後、図６に示すように、有機膜９の表面にプラズマ処理を施した。この条件は、例えば、Ｈｅガスを用い、その流量は１００ｓｃｃｍで、圧力は２０Ｐａ、パワー密度は０．９ｗ／ｃｍ^２である。
【００２３】
次の工程として、図７に示すように、上述のプラズマ処理で形成された改質層１２の表面を洗浄液で洗浄する。この洗浄液としては、純水またはアルカリ薬液（水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）＋界面活性剤）のいずれでも同等の効果があることが分かった。さらに、オゾン水や機能水、酸洗浄などでも同等の効果があると思われる。実際の洗浄はインライン工程での流れ作業の中に組み込まれ、シャワーによる薬液洗浄を行った。
【００２４】
この洗浄装置には紫外線ランプが付いているが、この照射の有無に関係なく、電池効果を抑えられた。従って、出願人は、この洗浄液による追加の洗浄も良品の再現性を向上させるという本発明の効果をもたらしたと考えている。
【００２５】
洗浄後の乾燥工程を経て、その後、図８に示すように、ＩＴＯ膜１０を全面に室温でスパッタして形成する。そして、レジストをマスクにしてＩＴＯ膜１０を図９に示すように、パターンニングし、その後、アニールのための焼成を行い透明電極部１０を形成する。このアニール焼成は、ＩＴＯ膜を室温でスパッタした場合に、そのＩＴＯ膜の抵抗を下げる効果がある。
【００２６】
その後、図１０に示すように、ＩＴＯ膜およびそこから露出する表面改質層の全面にモリブデン膜１１１とアルミ膜１１２を順次成膜する。成膜後、このアルミ−モリブデンの積層膜１１上の全面にレジストを塗布して、これを露光現像して図１１に示すような、透明電極を露出させるためのレジストパターン１８を形成する。
【００２７】
その後、このレジストパターン１８をマスクにアルミ−モリブデンの積層膜１１を公知の方法でエッチング（例えば、燐酸＋硝酸＋酢酸の混酸で一括エッチング）して、図１および図２に示す電極構造を形成した。
【００２８】
上記の実施の形態では、ＩＴＯ膜１０を室温でスパッタして形成した例を示したが、室温ではなく、２００℃でＩＴＯ膜を加熱成膜すれば、アニール工程を省くことが出来る利点があることを確認できた。
【００２９】
また、プラズマ処理をヘリウムガスで行うと、アルゴンガスなどの他の不活性ガスを使用する場合に比べて最適化が可能であることが判明した。
【００３０】
上記実施の形態における反射電極膜を構成する積層膜における各層の厚みの一例としては、下層のモリブデンが２００ｎｍであり、上層のアルミの厚みは１００ｎｍである。この実施の形態におけるＩＴＯの厚みは５０ｎｍとした。
【００３１】
また、上記アルミは、アルミを主成分とする合金、例えばアルミとネオジウム（Ｎｄ）の合金でも構わない。上記モリブデンもモリブデンを主成分とする合金で構わない。透明電極もＩＴＯ膜に限らず、他の透明電極材料でもよい。例えば、インジウム亜鉛酸化物なども使用できる。
【００３２】
上述のレジストパターン１８を形成する現像工程において、アルミとＩＴＯ間での電池効果は見られなかった。プラズマ処理後の改質層１２を洗浄液で洗浄すると何故良いのかの理由は今のところ分かってはいないが、再現性良く良品が取れた。
【００３３】
尚、上述の実施の形態では、画素電極の分割方向としては走査線１５方向に沿ったものを例に示したが、図１２に示すように、画素電極の分割方向をデータ線１６に沿った方向としてもよい。
【００３４】
また、上記では２分割になっているが、図１３に示すように、透明電極１０と反射電極１１がストライプ状に形成されて交互に配置、多分割構成としても良い。
【００３５】
さらには、図１４に示すように、透明電極１０と反射電極１１が市松模様になっていても良い。こうすると、バックライトを使用した時に透過部が分散される形になるので画像が綺麗に見えやすい。
【００３６】
また、透明電極部と反射電極部との面積は、略等しくするか、図１３に示すように、透明電極１０の方の面積を反射電極１１の面積よりも大きくするのが好ましい。その理由としては、野外などでは画像の綺麗さよりも単に情報を得るために表示が見られれば良く、一方、綺麗な画像を見るときはバックライトを使用して室内でみる、という要求があるためである。
【００３７】
上述の通り、有機膜上にＩＴＯ膜とアルミ膜を重ねる場合は、その間にモリブデンを挿入し、更にＩＴＯを成膜する前に有機膜表面に改質層を形成し、この改質層を洗浄液で洗浄すれば、アルミパターンニングマスクに使用するレジストの現像工程での電池効果を抑えることができ、良品の再現性が向上した。現時点では、この電池効果の抑制効果が何故得られるかの理由は明確には分かっていないが、今後解明していく予定である。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように、有機膜表面をプラズマ処理による洗浄だけでなく、あえて洗浄液を用いた洗浄を行うことにより、レジスト現像工程でのアルミ−ＩＴＯの電池効果を効果的に抑止できるようになった。これにより、これまで使用してきた反射型液晶表示装置の製造方法をほぼそのまま流用できることができるようになり、開発コストの削減に大きな寄与ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａに沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法のフローを示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態によるの液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態によるの液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態によるの液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 透明電極
１１ 反射電極
１３ コンタクトホール
１４ 透明電極１０と反射電極１１との重なり部
１５ 走査線
１６ データ線
１７ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部

Claims (10)

1. 半透過型液晶表示装置の製造方法において、透明基板上に薄膜トランジスタを形成する工程と、前記基板上に有機膜を形成する工程と、ヘリウムガスを用いて前記有機膜をプラズマ処理して前記有機膜表面に改質層を形成する工程と、前記プラズマ処理による改質層の表面を、洗浄液を用いて洗浄する工程と、前記洗浄液で洗浄された前記改質層の表面にインジウム錫酸化物またはインジウム亜鉛酸化物からなる透明電極膜を形成する工程と、前記透明電極膜を所望の形状にパターンニングして、前記改質層を露出させる工程と、前記パターンニングされた透明電極膜の表面および前記透明電極膜から露出する前記改質層の表面とに反射電極膜を被着する工程と、前記反射電極膜から前記透明電極膜を露出させるために開口部を形成するためにレジスト膜を、前記反射電極膜の全面に被着して露光現像して前記開口部用のレジストマスクを形成するする工程と、前記レジストマスクをマスクにして、前記透明電極を前記反射電極膜の開口部から露出させるように前記反射電極膜をパターニングする工程と、前記レジストマスクを除去する工程と、を含むことを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。
2. 前記洗浄液はアルカリ薬液であることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法。
3. 前記反射電極は２層の積層膜で構成され、前記積層膜の下層がモリブデンおよびその合金のいずれか一方であり、上層がアルミニウムおよびその合金のいずれか一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法。
4. 前記透明電極膜はインジウム錫酸化物を２００℃以上の加熱成膜により形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法。
5. 請求項１に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法によって得られた半透過型液晶表示装置であって、走査線とデータ線に囲まれた領域に画素電極を備え、前記画素電極は前記透明電極膜からなる透明電極と前記反射電極膜からなる反射電極に分割され、それらの透明電極と反射電極は共に、洗浄液で洗浄された前記有機膜の改質層の上に形成されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
6. 前記画素電極は前記データ線方向に沿って分割された前記透明電極および前記反射電極を備えていることを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶表示装置。
7. 前記画素電極は前記走査線方向に沿って分割された前記透明電極および前記反射電極を備えていることを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶表示装置。
8. 前記画素電極は市松模様となるように配置された前記透明電極および前記反射電極で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶表示装置。
9. 前記透明電極の面積が前記反射電極の面積と実質同一であることを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶表示装置。
10. 前記透明電極の面積が前記反射電極の面積より大きいことを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶表示装置。

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