JP4315268B2

JP4315268B2 - Manufacturing method of liquid crystal display device

Info

Publication number: JP4315268B2
Application number: JP2000342295A
Authority: JP
Inventors: 哲也喜田; 徹也藤川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JP2002148646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射光及び透過光のいずれの光源も利用可能な液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く使用されている。
特に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）等の能動素子が画素毎に設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に匹敵するほど優れたものが得られるようになり、携帯テレビやノート型コンピュータ等のディスプレイにも使用されている。
【０００３】
液晶表示装置には、バックライトを内蔵し、画素毎に透過光の光量を制御する透過型液晶表示装置と、バックライトを内蔵せず、画素毎に反射光の光量を制御する反射型液晶表示装置とがある。透過型液晶表示装置は、バックライトを内蔵しているので、周囲の明暗に拘わらず鮮明な画像を得ることができる。一方、反射型液晶表示装置は、バックライトが不要であり、消費電力が少なくバッテリーの容量が小さくてすむので、携帯型の情報機器に適している。
【０００４】
一般的に、液晶表示装置は、２枚の基板の間に液晶を封入した構造を有している。それらの基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面側にはコモン電極、カラーフィルタ及び配向膜等が形成され、他方の面側にはＴＦＴ、画素電極及び配向膜等が形成されている。透過型液晶表示装置の場合は、各基板の対向面と反対側の面に、それぞれ偏光板が貼り付けられている。また、反射型液晶表示装置の場合は、一方の基板の対向面と反対側の面に偏光板が貼り付けられている。以下、ＴＦＴ及び画素電極等が形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、コモン電極及びカラーフィルタ等が形成された基板をＣＦ基板と呼ぶ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、透過型液晶表示装置では周囲の明暗の影響を受けにくく、常に鮮明な画像を得ることができるという利点がある反面、バックライトの消費電力が比較的多く、バッテリーによる長時間の使用に耐えられないという欠点がある。また、反射型液晶表示装置の場合は、消費電力が小さいのでバッテリーの容量が小さくてすむという利点がある反面、暗い場所では画像が見えにくくなるという欠点がある。そこで、暗い場所や電源コンセントが使用できる場所ではバックライトによって明るく鮮明な画像を得ることができ、屋外ではバックライトを使用しなくても反射光によって明るく鮮明な画像を得ることができる液晶表示装置が要望されている。
【０００６】
本発明は、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示できる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る反射光及び透過光のいずれの光源も利用可能な液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上にゲートバスライン及び薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記第１の基板上に前記ゲートバスライン及び前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第１の半導体膜を形成する工程と、前記ゲート電極の上方の前記第１の半導体膜の上にチャネル保護膜を形成する工程と、前記第１の半導体膜及び前記チャネル保護膜の上に第２の半導体膜を形成する工程と、前記第２の半導体膜の上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜、前記第２の半導体膜及び前記第１の半導体膜をパターニングして、前記チャネル保護膜の両端部に前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を形成すると共に、前記ドレイン電極に連続したデータバスラインと、前記絶縁膜が露出する開口部を備え前記ソース電極に連続した反射電極とを形成する工程と、前記開口部に露出した前記絶縁膜をエッチングして、前記開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する工程と、前記絶縁膜よりも屈折率が大きい絶縁材料により前記凹部を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、前記薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する工程と、前記開口部の上に透明電極を形成する工程と、前記第１の基板の上方に、光透過性材料からなる共通電極が設けられた第２の基板を配置し、それらの第１及び第２の基板間に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、反射電極を形成した後、反射電極の開口部から絶縁膜をエッチングして、開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する。そして、この凹部に絶縁膜を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する。
このように、本発明においては、集光レンズの形成と薄膜トランジスタの保護膜の形成とを同時に行うので、製造工程の増加を回避しつつ、反射光による明るく鮮明な画像の表示、及び透過光による明るく鮮明な画像の表示が可能な液晶表示装置を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の液晶表示装置の概要を示す模式断面図、図２は同じくその液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【００１２】
本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板１０と、ＣＦ基板３０と、これらの基板１０，３０間に封入された液晶４０とにより構成されている。また、ＴＦＴ基板１０の下には偏光板４１及びバックライト４２が配置され、ＣＦ基板２０の上には偏光板４３が配置される。これらの偏光板４１，４３は例えば偏光軸が平行になるように配置されている
ＴＦＴ基板１０には、図２に示すように、複数本のゲートバスライン１２と、複数本のデータバスライン１７とが形成されている。ゲートバスライン１２及びデータバスライン１７は相互に直角に交差しており、これらのゲートバスライン１２及びデータバスライン１７により区画された各矩形の領域がそれぞれ画素となっている。
【００１３】
各画素にはＴＦＴ１８と反射電極（画素電極）１９とが形成されている。ＴＦＴ１８のゲート電極１８ａはゲートバスライン１２に接続され、ドレイン電極１８ｂはデータバスライン１７に接続されている。また、ＴＦＴ１８のソース電極１８ｃは反射電極１９に接続されている。本実施の形態においては、反射電極１９はＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）又はＣｒ（クロム）等の光を反射する金属により形成されている。また、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａが設けられている。これらの開口部１９ａの下方には窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる集光レンズ２０ｂがそれぞれ配置されている。この集光レンズ２０ｂの直径は、図３に示すように開口部１９ａの直径よりも大きく設定されている。
【００１４】
図３の断面図を参照して、ＴＦＴ基板１０の構成をより詳細に説明する。ガラス基板１１上には、ゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａが形成されている。これらのゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａは、ガラス基板１１上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ）からなるゲート絶縁膜１３に覆われている。
【００１５】
ゲート絶縁膜１３上の所定領域には、アモルファスシリコン膜１４が形成されている。そして、このアモルファスシリコン膜１４上の所定領域には、窒化シリコンのような絶縁材料によりＴＦＴ１８のチャネル保護膜１５が形成されている。
チャネル保護膜１５の両側部の上及びアモルファスシリコン膜１４の上にはｎ⁺型アモルファスシリコン膜（オーミックコンタクト層）１６が形成されており、このｎ⁺型アモルファスシリコン膜１６の上にはデータバスライン１７、ＴＦＴ１８のドレイン電極１８ｂ、ソース電極１８ｃ及び反射電極１９が形成されている。
【００１６】
前述したように、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａが形成されている。そして、この開口部１９ａの下方には、窒化シリコンからなる集光レンズ２０ｂがゲート絶縁膜１３に埋め込まれて配置されている。また、開口部１９ａの上には、ＩＴＯ（indium-tin oxide）からなる透明電極２１が形成されている。ＴＦＴ１８の上には、窒化シリコンからなる最終保護膜２０ａが形成されている。そして、これらの上には、図１に示すように、ポリイミドからなる配向膜２２が形成されている。
【００１７】
本実施の形態において、集光レンズ２０ｂの材料は窒化シリコンに限定するものではないが、ゲート絶縁膜１３と集光レンズ２０ｂとの屈折率の差によって、図４の模式図に示すように、裏面側の光を集光し開口部１９ａを通過させるので、集光レンズ２０ｂの屈折率は、ゲート絶縁膜１３の屈折率よりも大きいことが必要である。本実施の形態で使用した窒化シリコンの屈折率は約１．９〜２．０であり、酸化シリコンの屈折率は約１．４である。また、開口部１９ａの形状は円形に限定するものではなく、矩形やスリット状など、他の形状であってもよい。
【００１８】
一方、ＣＦ基板３０は以下のように構成されている。すなわち、図１に示すように、ガラス基板３１の下面側にはＣｒ（クロム）等からなるブラックマトリクス３２が形成されており、このブラックマトリクス３２により画素間の領域、及びＴＦＴ１８の形成領域が遮光されるようになっている。また、ガラス基板３１の下面側には、各画素毎に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれか１色のカラーフィルタ３３が形成されている。カラーフィルタ３３の下には、ＩＴＯ等の透明導電体からなるコモン電極３４が、ＴＦＴ基板１０の複数の反射電極１９に対向するように形成されている。コモン電極３４の表面はポリイミド等からなる配向膜３５に覆われている。
【００１９】
以下、本実施の形態の液晶表示装置の動作について説明する。反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加していない状態では、液晶４０中の液晶分子は、配向膜２２，３５によって決まる方向に配向している。反射型液晶表示装置として使用する場合は、バックライト４２はオフにする。液晶表示装置の表面側（図１では上側）から入射した光は、偏光板４３によって偏光され、液晶４０中を進む。そして、反射電極１９によって反射されて再び偏光板４３に到達する。
【００２０】
このとき、反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加すると、液晶４０中の液晶分子の配向方向が変化し、それに伴って光の振動方向が変化する。従って、反射電極１９とコモン電極３４との間の印加電圧を制御することにより、画素毎に反射光の光量を制御して所望の画像を表示することができる。
一方、透過型液晶表示装置として使用する場合は、バックライト４２をオンにする。バックライト４２から出射された光は、偏光板４１によって偏光された後、集光レンズ２０ｂを通って表面側の偏光板４３に到達する。
【００２１】
このとき、反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加すると、液晶４０中の液晶分子の配向方向が変化し、それに伴って光の振動方向が変化する。従って、反射電極１９とコモン電極３４との間の印加電圧を制御することにより画素毎の透過光の光量を制御して所望の画像を表示することができる。この場合、図４に示すように集光レンズ２０ｂによって光が集光されるので、集光レンズ２０ｂがない場合に比べてより多くの光が開口部１９ａを通過する。従って、明るく鮮明な画像を表示することができる。
【００２２】
このように、本実施の形態の液晶表示装置は、反射電極１９の面積（開口部１９ａを除く面積）を開口部１９ａの面積（開口部１９ａの総和の面積）よりも大きくしているので、反射型液晶表示装置として使用するときに反射電極１９による光の反射量が比較的多く、明るく鮮明な画像が得られる。また、反射電極１９の開口部１９ａの下方に集光レンズ２０ｂを設けているので、透過型液晶表示装置として使用するときでも、開口部１９ａを透過する光の光量が比較的多く、明るく鮮明な画像が得られる。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置は、反射型液晶表示装置として使用したとき、及び透過型液晶表示装置として使用したときのいずれの場合であっても、表示品質の良好な画像が得られる。
【００２３】
次に、本実施の形態の液晶表示装置の製造方法を説明する。
図５及び図６は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１１の上側全面にＡｌ、Ｔｉ又はＣｒ等の金属膜を形成し、フォトリソグラフィによって該金属膜をパターニングして、ゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａを形成する。その後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学的気相成長）法等により、ガラス基板１１の上側全面に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１３を形成する。
【００２４】
次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１３の上に、アモルファスシリコン膜１４を形成する。その後、アモルファスシリコン膜１４の上に窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜をパターニングして、ＴＦＴ１８のチャネル保護膜１５を形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の上側全面に、ＣＶＤ法により、オーミックコンタクト層となるｎ⁺型アモルファスシリコン膜１６を形成する。その後、ｎ⁺型アモルファスシリコン膜１６の上に、スパッタ法又は真空蒸着法によってＡｌ、Ｔｉ又はＣｒ等の金属膜１８を形成する。
【００２５】
次に、図６（ａ）に示すように、金属膜１８、ｎ⁺型アモルファスシリコン膜１６及びアモルファス膜１４をパターニングすることにより、ＴＦＴ１８のドレイン電極１８ｂ及びソース電極１８ｃを形成するとともに、データバスライン１７及び反射電極１９を形成する。このとき、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａを設けておく。
【００２６】
次に、図６（ｂ）に示すように、開口部１９ａの下のゲート絶縁膜１３を濃度が０．３％の希フッ酸でハーフエッチングして、球面状の凹部１３ａを形成する。このとき、サイドエッチングによって凹部１３ａの直径が開口部１９ａの直径よりも大きくなるようにする。また、このエッチング工程では、チャネル保護膜１５がエッチングにより除去されることがないようにする必要がある。本実施の形態では、チャネル保護膜１５の構成材料である窒化シリコンは、ゲート絶縁膜の構成材料である酸化シリコンに比べてエッチングレートが低いので、チャネル保護膜１５が除去されることを回避できる。
【００２７】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、ガラス基板１１の上側全面に窒化シリコンを堆積して凹部１３ａを埋め込むと共に、ＴＦＴ１９のドレイン電極１８ｂ、ソース電極１８ｃ及びチャネル保護膜１５を覆う絶縁膜を形成する。凹部１３ａに埋め込まれた窒化シリコンにより、集光レンズ２０ｂが形成される。そして、基板１１の上の絶縁膜をパターニングして最終保護膜２０ａを形成する。
【００２８】
なお、窒化シリコンに代えて、ＳＯＧ（Spin-On-Glass ：屈折率は約１．５〜１．６）やその他の液状の絶縁材料を塗布することにより保護膜２０ａ及び集光レンズ２０ｂとなる絶縁膜を形成してもよい。但し、凹部１３ａ内に埋め込む絶縁材料の屈折率は、ゲート絶縁膜１３の材料よりも大きいことが必要である。
次いで、基板１１の上側全面にＩＴＯ膜を形成し、このＩＴＯ膜をパターニングして開口部１９ａの上にのみＩＴＯ膜を残すことにより、透明電極２１を形成する。その後、全面に配向膜２２を形成し、配向膜２２にラビング処理等の配向処理を施す。これにより、ＴＦＴ基板が完成する。
【００２９】
一方、ＣＦ基板は公知の方法により製造する。図１に示す構造のＣＦ基板３０の場合、まず、ガラス基板３１の上（図１では下）にＣｒ等の遮光性材料によってブラックマトリクス３２を所定のパターンに形成する。その後、赤色感光性樹脂、緑色感光性樹脂及び青色感光性樹脂を使用して各色のカラーフィルタ３３を形成する。その後、カラーフィルタ３３の上側全面にＩＴＯ膜を形成してコモン電極３４とする。次いで、コモン電極３４の上に配向膜３５としてポリイミド膜を形成する。そして、この配向膜３５にラビング等の配向処理を施す。
【００３０】
このようにしてＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板３０を形成した後、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板３０をそれぞれ配向膜２２，３５を向い合わせて、スペーサによって一定の間隔を維持した状態で、両者の間に液晶４０を封入する。これにより、本実施の形態の液晶表示装置が完成する。
上記実施の形態の製造方法によれば、集光レンズ２０ｂは最終保護膜２０ａと同一材料により同時に形成するので、工程数の増加が回避される。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では一般的なＴＮ型液晶表示装置に本発明を適用した場合の例を示しているが、本発明はＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶表示装置及びＩＰＳ（In-Plane Switching）型液晶表示装置など、他の液晶表示装置にも適用できる。
また、上記の実施の形態では、ゲート絶縁膜１３は酸化シリコンにより形成するものとしたが、酸化シリコンと窒化シリコンとの積層膜としてもよい。この場合、酸化シリコン層の下に窒化シリコン層を配置すると、酸化シリコンと窒化シリコンとのエッチングレートの差を利用して、凹部１３ａの深さを均一に制御することが容易になる。但し、これに限定されるものではなく、酸化シリコン層の上に窒化シリコン層を配置してもよく、酸化シリコン層の上下に窒化シリコン層を配置してもよい。
【００３２】
（付記１）相互に対向して配置された第１の基板及び第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶とを有する液晶表示装置において、前記第１の基板は、開口部が設けられた複数の反射電極と、前記反射電極の開口部の下方に配置された集光レンズとを有し、前記第２の基板は、前記第１の基板の前記複数の反射電極に対向する共通電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【００３３】
（付記２）前記集光レンズは前記開口部よりもサイズが大きいことを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記３）前記反射電極の面積（但し、開口部の面積を除く）が、前記開口部の面積よりも大きいことを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置。
（付記４）前記第１の基板の下方に配置された光源を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【００３４】
（付記５）基板上にゲートバスライン及び薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記ゲートバスライン及び前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上に導電膜を形成する工程と、前記半導体膜及び前記導電膜をパターニングして、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極、データバスライン並びに開口部を有する反射電極を形成する工程と、前記反射電極の前記開口部に露出した前記絶縁膜をエッチングして、前記開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する工程と、前記絶縁膜よりも屈折率が大きい絶縁材料により前記凹部を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、前記薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３５】
（付記６）前記絶縁膜を酸化シリコンにより形成し、前記第２の絶縁膜を窒化シリコンにより形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
（付記７）前記絶縁膜を酸化シリコンにより形成し、前記第２の絶縁膜を液状の絶縁体を塗布して形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３６】
（付記８）前記第２の絶縁膜を前記絶縁膜よりもエッチングレートが低い材料により形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、反射電極の開口部の下方に集光レンズを有しているので、反射型液晶表示装置として使用したときの表示品質を確保するために開口部の面積を小さく設定しても、透過型液晶表示装置として使用したときの表示品質が損なわれることが回避される。これにより、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示することができる。
【００３８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、反射電極を形成した後、反射電極の開口部から絶縁膜をエッチングして、開口部よりもサイズが大きい凹部を形成した後、この凹部に絶縁材料を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する。
このように、本発明においては、集光レンズの形成と薄膜トランジスタの保護膜の形成とを同時に行うので、製造工程の増加を回避しつつ、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示することができる液晶表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の液晶表示装置の概要を示す模式断面図である。
【図２】図２は同じくその液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【図４】図４は集光レンズの効果を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６】図６は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を示す断面図（その２）である。
【符号の説明】
１０…ＴＦＴ基板、
１１，３１…ガラス基板、
１２…ゲートバスライン、
１３…ゲート絶縁膜、
１４…アモルファスシリコン膜、
１５…チャネル保護膜、
１６…ｎ⁺型アモルファスシリコン膜、
１７…データバスライン、
１８…ＴＦＴ、
１８ａ…ゲート電極、
１８ｂ…ドレイン電極、
１８ｃ…ソース電極、
１９…反射電極、
１９ａ…開口部、
２０ａ…保護膜、
２０ｂ…集光レンズ、
２１…透明電極、
２２，３５…配向膜、
３０…ＣＦ基板、
３２…ブラックマトリクス、
３３…カラーフィルタ、
３４…コモン電極、
４０…液晶、
４１，４３…偏光板、
４２…バックライト。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for preparing any of the light sources available liquid crystal display equipment of the reflected and transmitted light.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display device is advantageous in that it is thin and lightweight, can be driven at a low voltage and consumes less power, and is widely used in various electronic devices.
In particular, an active matrix type liquid crystal display device in which an active element such as a TFT (Thin Film Transistor) is provided for each pixel is superior in terms of display quality to that of a CRT (Cathode-Ray Tube). As a result, it is also used in displays such as portable televisions and notebook computers.
[0003]
The liquid crystal display device has a built-in backlight, and a transmissive liquid crystal display device that controls the amount of transmitted light for each pixel, and a reflective liquid crystal display that does not have a built-in backlight and controls the amount of reflected light for each pixel. There is a device. Since the transmissive liquid crystal display device has a built-in backlight, a clear image can be obtained regardless of surrounding brightness. On the other hand, a reflective liquid crystal display device is suitable for portable information devices because it does not require a backlight, consumes less power, and requires less battery capacity.
[0004]
In general, a liquid crystal display device has a structure in which liquid crystal is sealed between two substrates. A common electrode, a color filter, an alignment film, and the like are formed on one surface side of two surfaces (facing surfaces) facing each other on the substrate, and a TFT, a pixel electrode, and an alignment film are formed on the other surface side. Etc. are formed. In the case of a transmissive liquid crystal display device, a polarizing plate is bonded to the surface opposite to the facing surface of each substrate. In the case of a reflective liquid crystal display device, a polarizing plate is attached to the surface opposite to the facing surface of one substrate. Hereinafter, a substrate on which TFTs, pixel electrodes, and the like are formed is referred to as a TFT substrate, and a substrate on which common electrodes, color filters, and the like are formed is referred to as a CF substrate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the transmissive liquid crystal display device has the advantage that it is not easily affected by the surrounding light and dark and can always obtain a clear image. However, the backlight consumes a relatively large amount of power. There is a drawback that it cannot be used. In addition, the reflection type liquid crystal display device has an advantage that the battery capacity is small because of low power consumption, but there is a disadvantage that an image is difficult to see in a dark place. Therefore, a liquid crystal display device that can obtain a bright and clear image by a backlight in a dark place or a place where a power outlet can be used, and can obtain a bright and clear image by reflected light without using a backlight outdoors. Is desired.
[0006]
The present invention, when displaying an image by reflected light, and in any case when an image is displayed by the backlight, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a liquid crystal display equipment capable of displaying a bright and clear image .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention , there is provided a method of manufacturing a liquid crystal display device that can use either a reflected light source or a transmitted light source, a step of forming a gate bus line and a gate electrode of a thin film transistor on a first substrate, and the first substrate. Forming an insulating film overlying the gate bus line and the gate electrode; forming a first semiconductor film on the insulating film; and on the first semiconductor film above the gate electrode Forming a channel protective film on the first semiconductor film; forming a second semiconductor film on the first semiconductor film and the channel protective film; and forming a conductive film on the second semiconductor film. And patterning the conductive film, the second semiconductor film, and the first semiconductor film to form source and drain electrodes of the thin film transistor at both ends of the channel protective film, and Forming a data bus line continuous with a rain electrode and a reflective electrode including an opening through which the insulating film is exposed, and etching the insulating film exposed through the opening; A step of forming a recess having a size larger than the opening, and a condensing lens is formed by embedding the recess with an insulating material having a refractive index larger than that of the insulating film, and a protective film covering the thin film transistor is formed. A step of forming a transparent electrode on the opening, a second substrate provided with a common electrode made of a light-transmitting material is disposed above the first substrate; And a step of encapsulating liquid crystal between the second substrates .
[0010]
In the present invention, after forming the reflective electrode, the insulating film is etched from the opening of the reflective electrode to form a recess having a size larger than the opening. Then, a condensing lens is formed by embedding an insulating film in the recess, and a protective film covering the thin film transistor is formed.
As described above, in the present invention, the formation of the condenser lens and the formation of the protective film of the thin film transistor are performed at the same time, thereby avoiding an increase in the manufacturing process and displaying bright and clear images by reflected light and by transmitted light. A liquid crystal display device capable of displaying a bright and clear image can be manufactured.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic cross-sectional view showing an outline of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a TFT substrate of the liquid crystal display device, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is.
[0012]
The liquid crystal display device according to the present embodiment includes a TFT substrate 10, a CF substrate 30, and a liquid crystal 40 sealed between these substrates 10 and 30. A polarizing plate 41 and a backlight 42 are disposed below the TFT substrate 10, and a polarizing plate 43 is disposed on the CF substrate 20. These polarizing plates 41 and 43 are, for example, arranged on the TFT substrate 10 arranged so that the polarization axes are parallel to each other, as shown in FIG. 2, a plurality of gate bus lines 12 and a plurality of data bus lines 17. And are formed. The gate bus line 12 and the data bus line 17 intersect at right angles to each other, and each rectangular area defined by the gate bus line 12 and the data bus line 17 is a pixel.
[0013]
Each pixel is provided with a TFT 18 and a reflective electrode (pixel electrode) 19. The gate electrode 18 a of the TFT 18 is connected to the gate bus line 12, and the drain electrode 18 b is connected to the data bus line 17. The source electrode 18 c of the TFT 18 is connected to the reflective electrode 19. In the present embodiment, the reflective electrode 19 is formed of a metal that reflects light, such as Al (aluminum), Ti (titanium), or Cr (chromium). The reflective electrode 19 is provided with a plurality of circular openings 19a. Below these openings 19a, condenser lenses 20b made of silicon nitride (SiN) are respectively arranged. The diameter of the condensing lens 20b is set larger than the diameter of the opening 19a as shown in FIG.
[0014]
The configuration of the TFT substrate 10 will be described in more detail with reference to the cross-sectional view of FIG. On the glass substrate 11, a gate bus line 12 and a gate electrode 18a are formed. The gate bus line 12 and the gate electrode 18 a are covered with a gate insulating film 13 made of silicon oxide (SiO) formed on the glass substrate 11.
[0015]
An amorphous silicon film 14 is formed in a predetermined region on the gate insulating film 13. A channel protective film 15 of the TFT 18 is formed in a predetermined region on the amorphous silicon film 14 with an insulating material such as silicon nitride.
An n ⁺ -type amorphous silicon film (ohmic contact layer) 16 is formed on both sides of the channel protective film 15 and on the amorphous silicon film 14. A data bus is formed on the n ⁺ -type amorphous silicon film 16. A line 17, a drain electrode 18b of the TFT 18, a source electrode 18c, and a reflective electrode 19 are formed.
[0016]
As described above, the reflective electrode 19 has a plurality of circular openings 19a. A condensing lens 20b made of silicon nitride is buried in the gate insulating film 13 below the opening 19a. A transparent electrode 21 made of ITO (indium-tin oxide) is formed on the opening 19a. A final protective film 20 a made of silicon nitride is formed on the TFT 18. On these, as shown in FIG. 1, an alignment film 22 made of polyimide is formed.
[0017]
In the present embodiment, the material of the condenser lens 20b is not limited to silicon nitride, but due to the difference in refractive index between the gate insulating film 13 and the condenser lens 20b, as shown in the schematic diagram of FIG. Since the light on the back side is condensed and passed through the opening 19a, the refractive index of the condensing lens 20b needs to be larger than the refractive index of the gate insulating film 13. The refractive index of silicon nitride used in this embodiment is about 1.9 to 2.0, and the refractive index of silicon oxide is about 1.4. The shape of the opening 19a is not limited to a circle, and may be other shapes such as a rectangle or a slit.
[0018]
On the other hand, the CF substrate 30 is configured as follows. That is, as shown in FIG. 1, a black matrix 32 made of Cr (chromium) or the like is formed on the lower surface side of the glass substrate 31, and the black matrix 32 shields the area between pixels and the area where the TFT 18 is formed. It has come to be. On the lower surface side of the glass substrate 31, a color filter 33 of any one color of red (R), green (G), and blue (B) is formed for each pixel. A common electrode 34 made of a transparent conductor such as ITO is formed under the color filter 33 so as to face the plurality of reflective electrodes 19 of the TFT substrate 10. The surface of the common electrode 34 is covered with an alignment film 35 made of polyimide or the like.
[0019]
Hereinafter, the operation of the liquid crystal display device of the present embodiment will be described. In a state where no voltage is applied between the reflective electrode 19 and the common electrode 34, the liquid crystal molecules in the liquid crystal 40 are aligned in a direction determined by the alignment films 22 and 35. When used as a reflective liquid crystal display device, the backlight 42 is turned off. Light incident from the surface side (upper side in FIG. 1) of the liquid crystal display device is polarized by the polarizing plate 43 and travels through the liquid crystal 40. Then, the light is reflected by the reflective electrode 19 and reaches the polarizing plate 43 again.
[0020]
At this time, when a voltage is applied between the reflective electrode 19 and the common electrode 34, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 40 changes, and the vibration direction of the light changes accordingly. Therefore, by controlling the voltage applied between the reflective electrode 19 and the common electrode 34, it is possible to display a desired image by controlling the amount of reflected light for each pixel.
On the other hand, when used as a transmissive liquid crystal display device, the backlight 42 is turned on. The light emitted from the backlight 42 is polarized by the polarizing plate 41 and then reaches the polarizing plate 43 on the surface side through the condenser lens 20b.
[0021]
At this time, when a voltage is applied between the reflective electrode 19 and the common electrode 34, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 40 changes, and the vibration direction of the light changes accordingly. Therefore, by controlling the applied voltage between the reflective electrode 19 and the common electrode 34, the amount of transmitted light for each pixel can be controlled to display a desired image. In this case, as shown in FIG. 4, since the light is collected by the condenser lens 20b, more light passes through the opening 19a than in the case without the condenser lens 20b. Therefore, a bright and clear image can be displayed.
[0022]
Thus, in the liquid crystal display device of the present embodiment, the area of the reflective electrode 19 (the area excluding the opening 19a) is larger than the area of the opening 19a (the total area of the openings 19a). When used as a reflective liquid crystal display device, the amount of light reflected by the reflective electrode 19 is relatively large, and a bright and clear image can be obtained. Further, since the condensing lens 20b is provided below the opening 19a of the reflective electrode 19, even when used as a transmissive liquid crystal display device, the amount of light transmitted through the opening 19a is relatively large and bright and clear. An image is obtained. In other words, the liquid crystal display device of this embodiment can provide an image with good display quality when used as a reflective liquid crystal display device and when used as a transmissive liquid crystal display device. .
[0023]
Next, a method for manufacturing the liquid crystal display device of the present embodiment will be described.
5 and 6 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the TFT substrate of the liquid crystal display device of the present invention in the order of steps. First, as shown in FIG. 5A, a metal film such as Al, Ti, or Cr is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11, and the metal film is patterned by photolithography to form the gate bus line 12 and the gate electrode. 18a is formed. Thereafter, a gate insulating film 13 made of silicon oxide is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.
[0024]
Next, as shown in FIG. 5B, an amorphous silicon film 14 is formed on the gate insulating film 13. Thereafter, a silicon nitride film is formed on the amorphous silicon film 14, and this silicon nitride film is patterned to form a channel protective film 15 of the TFT 18.
Next, as shown in FIG. 5C, an n ⁺ -type amorphous silicon film 16 serving as an ohmic contact layer is formed on the entire upper surface of the glass substrate 11 by a CVD method. Thereafter, a metal film 18 such as Al, Ti or Cr is formed on the n ⁺ -type amorphous silicon film 16 by sputtering or vacuum deposition.
[0025]
Next, as shown in FIG. 6A, the metal film 18, the n ⁺ -type amorphous silicon film 16 and the amorphous film 14 are patterned to form the drain electrode 18b and the source electrode 18c of the TFT 18, and the data bus. A line 17 and a reflective electrode 19 are formed. At this time, the reflective electrode 19 is provided with a plurality of circular openings 19a.
[0026]
Next, as shown in FIG. 6B, the gate insulating film 13 below the opening 19a is half-etched with dilute hydrofluoric acid having a concentration of 0.3% to form a spherical recess 13a. At this time, the diameter of the recess 13a is made larger than the diameter of the opening 19a by side etching. In this etching step, it is necessary to prevent the channel protective film 15 from being removed by etching. In the present embodiment, silicon nitride, which is a constituent material of the channel protective film 15, has a lower etching rate than silicon oxide, which is a constituent material of the gate insulating film, so that the removal of the channel protective film 15 can be avoided. .
[0027]
Next, as shown in FIG. 6C, silicon nitride is deposited on the entire upper surface of the glass substrate 11 to fill the recess 13a by CVD, and the drain electrode 18b, source electrode 18c, and channel protective film 15 of the TFT 19 are filled. An insulating film is formed to cover. The condenser lens 20b is formed by silicon nitride embedded in the recess 13a. Then, the insulating film on the substrate 11 is patterned to form the final protective film 20a.
[0028]
Instead of silicon nitride, SOG (Spin-On-Glass: refractive index is about 1.5 to 1.6) or other liquid insulating material is applied to form the protective film 20a and the condenser lens 20b. An insulating film may be formed. However, the refractive index of the insulating material embedded in the recess 13 a needs to be larger than the material of the gate insulating film 13.
Next, an ITO film is formed on the entire upper surface of the substrate 11, and this ITO film is patterned to leave the ITO film only on the opening 19 a, thereby forming the transparent electrode 21. Thereafter, an alignment film 22 is formed on the entire surface, and the alignment film 22 is subjected to an alignment process such as a rubbing process. Thereby, the TFT substrate is completed.
[0029]
On the other hand, the CF substrate is manufactured by a known method. In the case of the CF substrate 30 having the structure shown in FIG. 1, first, a black matrix 32 is formed in a predetermined pattern on a glass substrate 31 (lower in FIG. 1) using a light-shielding material such as Cr. Then, the color filter 33 of each color is formed using a red photosensitive resin, a green photosensitive resin, and a blue photosensitive resin. Thereafter, an ITO film is formed on the entire upper surface of the color filter 33 to form the common electrode 34. Next, a polyimide film is formed as the alignment film 35 on the common electrode 34. Then, the alignment film 35 is subjected to an alignment process such as rubbing.
[0030]
After the TFT substrate 10 and the CF substrate 30 are formed in this way, the TFT substrate 10 and the CF substrate 30 face each other with the alignment films 22 and 35, and a constant interval is maintained by a spacer. Liquid crystal 40 is sealed. Thereby, the liquid crystal display device of the present embodiment is completed.
According to the manufacturing method of the above embodiment, the condensing lens 20b is formed of the same material as the final protective film 20a at the same time, so that an increase in the number of steps is avoided.
[0031]
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a general TN liquid crystal display device is shown. However, the present invention relates to an MVA (Multi-domain Vertical Alignment) liquid crystal display device and an IPS (In -Plane Switching) type liquid crystal display device and other liquid crystal display devices.
In the above embodiment, the gate insulating film 13 is formed of silicon oxide, but may be a stacked film of silicon oxide and silicon nitride. In this case, when a silicon nitride layer is disposed under the silicon oxide layer, it becomes easy to uniformly control the depth of the recess 13a by utilizing the difference in etching rate between silicon oxide and silicon nitride. However, the present invention is not limited to this, and a silicon nitride layer may be disposed on the silicon oxide layer, or silicon nitride layers may be disposed above and below the silicon oxide layer.
[0032]
(Supplementary note 1) In a liquid crystal display device having a first substrate and a second substrate arranged to face each other, and a liquid crystal sealed between the first substrate and the second substrate, The first substrate includes a plurality of reflective electrodes provided with openings, and a condensing lens disposed below the openings of the reflective electrodes, and the second substrate includes the first substrate A liquid crystal display device comprising a common electrode facing the plurality of reflective electrodes of a substrate.
[0033]
(Supplementary note 2) The liquid crystal display device according to supplementary note 1, wherein the condenser lens is larger in size than the opening.
(Supplementary note 3) The liquid crystal display device according to supplementary note 1 or 2, wherein an area of the reflective electrode (excluding an area of the opening) is larger than an area of the opening.
(Additional remark 4) It has a light source arrange | positioned under the said 1st board | substrate, The liquid crystal display device of any one of Additional remark 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
[0034]
(Additional remark 5) The process of forming the gate electrode of a gate bus line and a thin-film transistor on a board | substrate, The process of forming the insulating film which covers the said gate bus line and the said gate electrode, The process of forming a semiconductor film on the said insulating film Forming a conductive film on the semiconductor film; and patterning the semiconductor film and the conductive film to form a reflective electrode having a source electrode and a drain electrode, a data bus line, and an opening of the thin film transistor. Etching the insulating film exposed in the opening of the reflective electrode to form a recess having a size larger than the opening; and forming the recess with an insulating material having a refractive index larger than that of the insulating film. Forming a condensing lens by embedding and forming a protective film covering the thin film transistor. Method of manufacturing a liquid crystal display device which.
[0035]
(Supplementary note 6) The method for manufacturing a liquid crystal display device according to supplementary note 5, wherein the insulating film is formed of silicon oxide, and the second insulating film is formed of silicon nitride.
(Supplementary note 7) The method for manufacturing a liquid crystal display device according to supplementary note 5, wherein the insulating film is formed of silicon oxide, and the second insulating film is formed by applying a liquid insulator.
[0036]
(Additional remark 8) The manufacturing method of the liquid crystal display device of Additional remark 5 characterized by forming the said 2nd insulating film with the material whose etching rate is lower than the said insulating film.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the liquid crystal display device of the present invention, since the condensing lens is provided below the opening of the reflective electrode, in order to ensure display quality when used as a reflective liquid crystal display device. Even if the area of the opening is set small, it is avoided that display quality is impaired when used as a transmissive liquid crystal display device. As a result, a bright and clear image can be displayed both when the image is displayed by reflected light and when the image is displayed by the backlight.
[0038]
According to the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention, after forming the reflective electrode, the insulating film is etched from the opening of the reflective electrode to form a recess having a size larger than the opening, and then the recess. A condensing lens is formed by embedding an insulating material in the film, and a protective film is formed to cover the thin film transistor.
As described above, in the present invention, the formation of the condenser lens and the formation of the protective film of the thin film transistor are performed at the same time, so that an image is displayed by reflected light and an image by a backlight while avoiding an increase in manufacturing steps. In any case when the is displayed, a liquid crystal display device capable of displaying a bright and clear image can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an outline of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a TFT substrate of the liquid crystal display device.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the effect of a condensing lens.
FIG. 5 is a sectional view (No. 1) showing the method for manufacturing the TFT substrate of the liquid crystal display device of the present invention.
6 is a sectional view (No. 2) showing the method for manufacturing the TFT substrate of the liquid crystal display device of the present invention; FIG.
[Explanation of symbols]
10 ... TFT substrate,
11, 31 ... glass substrate,
12 ... Gate bus line,
13: Gate insulating film,
14 Amorphous silicon film,
15 ... Channel protective film,
16 ... n ⁺ type amorphous silicon film,
17 ... Data bus line,
18 ... TFT,
18a ... gate electrode,
18b ... drain electrode,
18c ... source electrode,
19 ... reflecting electrode,
19a ... opening,
20a ... protective film,
20b ... Condensing lens,
21 ... Transparent electrode,
22, 35 ... alignment film,
30 ... CF substrate,
32 ... Black matrix,
33. Color filter,
34 ... Common electrode,
40 ... Liquid crystal,
41, 43 ... Polarizing plate,
42 ... Backlight.

Claims

Forming a gate bus line and a thin film transistor gate electrode on a first substrate;
Forming an insulating film covering the gate bus line and the gate electrode on the first substrate;
Forming a first semiconductor film on the insulating film;
Forming a channel protective film on the first semiconductor film above the gate electrode;
Forming a second semiconductor film on the first semiconductor film and the channel protective film;
Forming a conductive film on the second semiconductor film ;
The conductive film, the second semiconductor film, and the first semiconductor film are patterned to form a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor at both ends of the channel protective film, and continuous data to the drain electrode. Forming a bus line and a reflective electrode having an opening through which the insulating film is exposed and continuous to the source electrode ;
Etching the insulating film exposed in the opening, forming a recess in size than the opening is large,
Forming a condensing lens by embedding the concave portion with an insulating material having a refractive index larger than that of the insulating film, and forming a protective film covering the thin film transistor;
Forming a transparent electrode on the opening;
Disposing a second substrate provided with a common electrode made of a light-transmitting material above the first substrate, and enclosing a liquid crystal between the first and second substrates. A method of manufacturing a liquid crystal display device that can use any of the light sources of reflected light and transmitted light .