JP5193232B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2008年01月24日に、日本国に出願された特願2008−013680号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟持する一対の基板と、この一対の基板の液晶層側に重ねて形成される画素電極とを少なくとも備え、前記一対の基板のうち、少なくともいずれか一方の前記基板の画素電極が、酸化亜鉛を基本構成材料とする透明導電膜からなる液晶表示装置の製造方法であって、酸化亜鉛系材料からなるターゲットを用いて、スパッタ法により前記基板上に酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜することにより前記画素電極を形成する工程を備え、前記画素電極の形成工程では、水素ガス、酸素ガス、水蒸気の群から選択される2種または3種を含む雰囲気中にてスパッタを行い、前記水素ガスの分圧(P H2 )と前記酸素ガスの分圧(P O2 )との比R(=P H2 /P O2 )は、
15≧(R=P H2 /P O2 )≧5 ……(1)
を満たす。
上記(2)の場合、放電電圧を下げることにより、結晶格子の整った酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜できる。ゆえに、得られた透明導電膜の比抵抗は低くなる。
(3)前記スパッタ電圧は、直流電圧に高周波電圧を重畳する。
上記(3)の場合、直流電圧に高周波電圧を重畳することで、放電電圧をさらに下げられる。
(4)前記ターゲットの表面における水平磁界の強度の最大値は、600ガウス以上である。
上記(4)の場合、水平磁界の強度の最大値を、600ガウス以上とすることで放電電圧を下げられる。
(5)前記液晶表示装置は、前記液晶層と前記基板との間に、さらにカラーフィルタを備え、前記画素電極は、前記カラーフィルタと前記液晶層との間に形成する。
(6)前記酸化亜鉛系材料は、アルミニウム添加酸化亜鉛またはガリウム添加酸化亜鉛である。
そのため、酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜する際の雰囲気を、水素ガス、酸素ガス、水蒸気の群から選択される2種または3種を含む雰囲気、すなわち還元性ガスと酸化性ガスとの比が調和した雰囲気にできる。よって、この雰囲気下にてスパッタを行えば、得られた透明導電膜は、酸化亜鉛結晶中の酸素空孔の数が制御されて、所望の導電率を有する膜となる。そのため、その表面抵抗も低下し所望の表面抵抗の値となる。
なお、15≧(R=P H2 /P O2 )≧5を満たすことで、比抵抗1000μΩ・cm以下の透明導電膜が得られる。
したがって、電気抵抗値が低く、可視光線の透過性に優れた液晶表示装置の画素電極をなす酸化亜鉛系の透明導電膜を容易に成膜できる。これにより、低消費電力で、かつ透明度が高く視認性に優れた液晶表示装置の製造が可能になる。
51 液晶層
52,53 基板(ガラス基板)
54,55 画素電極(透明電極)
(スパッタ装置1)
図1は、第1の実施形態のスパッタ装置(成膜装置)を示す概略構成図である。図2は、同スパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。スパッタ装置1は、インターバック式のスパッタ装置である。このスパッタ装置1は、例えば、無アルカリガラス基板(図示せず)等の基板を搬入/搬出する仕込み/取り出し室2と、基板上に酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜する成膜室(真空容器)3と、を備えている。
電源14は、直流電圧に高周波電圧が重畳されたスパッタ電圧を、ターゲット7に印加する。この電源14は、直流電源と高周波電源(図示略)とを備えている。
図3は、本発明の液晶表示装置の製造方法に用いられる別なスパッタ装置の一例、即ちインターバック式のマグネトロンスパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。図3に示すマグネトロンスパッタ装置21が、図1、2に示すスパッタ装置1と異なる点は、成膜室3の他方の側面3bに、酸化亜鉛系材料のターゲット7を保持し所望の磁界を発生するスパッタカソード機構(ターゲット保持手段)22を縦型に設けた点である。
本実施形態で製造する液晶表示装置について、図4に基づいて説明する。図4は、透過型液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。液晶表示装置50は、液晶層51を挟持する一対の基板(ガラス基板)52,53と、それぞれの基板52,53の一面側(液晶層側)52a,53aに重ねて形成される画素電極(透明電極)54,55と、を備えている。基板53側には、図示しない薄膜トランジスタ(TFT)が形成され、電圧を印加する画素の画素電極55が選択される。
画素電極54と基板52との間には、カラーフィルタ58が形成されている。
基板52,53の他面側52b,53bには、偏光板61,62が形成されている。
液晶層51には、この液晶層51を所定の厚みに保つスペーサー63が散在している。
こうした画素電極(透明電極)54,55の成膜にあたっては、スパッタ装置を用いて、水素ガス、酸素ガス、水蒸気の群から選択される2種または3種を含む雰囲気中にてスパッタを行う。その結果、酸化亜鉛系膜の中でも特に比抵抗が低く、かつ可視光域での光透過性の高い透明導電膜を得られる。これにより、透明度が高く視認性に優れ、かつ低抵抗な画素電極(透明電極)54,55をもつ液晶表示装置50を実現できる。
次に、本発明の液晶表示装置の製造方法の一例として、図1、2に示すスパッタ装置1を用いて、液晶表示装置の画素電極を成す酸化亜鉛系の透明導電膜を基板上に成膜する方法について例示する。
まず、ターゲット7をスパッタカソード機構12にロウ材等でボンディングして固定する。ターゲット材としては、酸化亜鉛系材料、例えば、アルミニウム(Al)を0.1〜10質量%添加したアルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、ガリウム(Ga)を0.1〜10質量%添加したガリウム添加酸化亜鉛(GZO)等が挙げられる。中でも、比抵抗の低い薄膜を成膜できる点で、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)が好ましい。
ここで、水素ガスと酸素ガスを選択した場合、水素ガスの分圧(PH2)と酸素ガスの分圧(PO2)との比R(PH2/PO2)は、
R=PH2/PO2≧5 ……(2)
を満たすことが好ましい。
これにより、成膜室3内の雰囲気は、水素ガス濃度が酸素ガス濃度の5倍以上の反応性ガス雰囲気となる。R=PH2/PO2≧5を満たすことで、比抵抗1000μΩ・cm以下の透明導電膜を得られる。液晶表示装置の画素電極(透明電極)は、比抵抗1000μΩ・cm以下であることが好ましい。
このようにして、比抵抗が低くかつ可視光線に対する透明性が良好な酸化亜鉛系の透明導電膜(54,55)が形成された基板6(52,53)が得られる。こうした酸化亜鉛系の透明導電膜(54,55)が形成された基板6(52,53)を液晶表示装置に用いる事で、低抵抗で、かつ可視光線の透過度が高い画素電極を形成できる。その結果、低コストで生産可能な酸化亜鉛系透明導電膜であっても、低消費電力で、かつ透明度が高く視認性に優れた液晶表示装置の製造が可能になる。
(実施例1)
図5は、無加熱成膜におけるH2Oガス(水蒸気)の効果を示すグラフである。図5中、Aは反応性ガスを導入しない場合の、酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図5中、BはH2Oガスの分圧が5×10−5Torrになるように、H2Oガスのみを導入した場合の、酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図5中、CはO2ガスの分圧が1×10−5Torrになるように、O2ガスのみを導入した場合の、酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。カソードとしては、直流(DC)電圧を印加する平行平板型のカソードを用いた。
H2Oガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は204.0nm、比抵抗は64464μΩcmであった。
O2ガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は208.5nm、比抵抗は2406μΩcmであった。
また、H2Oガスを導入した場合、比抵抗が高く、抵抗劣化が大きくなる。しかし、透過率が高く電極面積が大きいため、低抵抗性と高透過率とを両立させる必要のある液晶表示装置の画素電極として好適であることが分かった。
更に、H2Oガスの無導入と導入もしくは導入量を変化させた成膜条件を繰り返し行うことで、屈折率が変化した積層構造物を1枚のターゲットで得られることが分かった。
図6は、基板温度を250℃とした加熱成膜におけるH2Oガス(水蒸気)の効果を示すグラフである。図6中、Aは反応性ガスを導入しない場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図6中、BはH2Oガスの分圧が5×10−5Torrになるように、H2Oガスのみを導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図6中、CはO2ガスの分圧が1×10−5Torrになるように、O2ガスのみを導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。カソードとしては、直流(DC)電圧を印加する平行平板型のカソードを用いた。
H2Oガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は183.0nm、比抵抗は6625μΩcmであった。
O2ガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は197.3nm、比抵抗は2214μΩcmであった。
図7は、基板温度を250℃とした加熱成膜において、H2ガスとO2ガスとを同時に導入した場合の効果を示すグラフである。図7中、AはH2ガスの分圧が15×10−5Torr、O2ガスの分圧が1×10−5Torrになるように両者のガスを同時に導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図7中、BはO2ガスの分圧が1×10−5Torrになるように、O2ガスのみを導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。カソードとしては、直流(DC)電圧と高周波(RF)電圧を重畳可能な平行平板型のカソードを用いた。
O2ガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は208.9nmであった。
図7に示す実験結果によれば、H2ガスとO2ガスを同時に導入した場合、O2ガスのみを導入した場合と比べて、膜厚の干渉によるピーク波長のシフト以上に、ピーク波長がシフトしていることが分かった。また、透過率も向上していることが分かった。
図8は、基板温度を250℃とした加熱成膜において、H2ガスとO2ガスを同時に導入した場合の効果を示すグラフである。O2ガスの分圧を1×10−5Torr(流量換算の分圧)に固定し、H2ガスの分圧が0〜15×10−5Torr(流量換算の分圧)の間になるように変化させた場合の酸化亜鉛系透明導電膜の比抵抗を示している。カソードとしては、直流(DC)電圧と高周波(RF)電圧を重畳可能な平行平板型のカソードを用いた。透明導電膜の膜厚は概ね200nmであった。
さらに、図8に示すように、H 2 ガスの圧力が、少なくとも5.0×10 −5 Torr以上且つ15×10 −5 Torr以下の範囲であれば、透明導電膜の比抵抗は1000μΩ・cm以下となっている。そのため、比抵抗を1000μΩ・cm以下とするために、R=P H2 /P O2 ≧5を満たすことに加え、15≧R=P H2 /P O2 を満たせばよいことが分かる。
図9は、無加熱成膜におけるH2ガスの効果を示すグラフである。図9中、AはH2ガスの分圧が3×10−5Torrになるように、H2ガスのみを導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。図9中、BはO2ガスの分圧が1.125×10−5Torr以下になるように、O2ガスのみを導入した場合の酸化亜鉛系透明導電膜の透過率を示している。カソードとしては、直流(DC)電圧を印加する対向型のカソードを用いた。
O2ガスのみを導入した場合、透明導電膜の膜厚は206.4nm、比抵抗は3608μΩcmであった。
また、特に透過率と低抵抗を高いレベルで両立させたい場合には、酸素と水素を導入することが好ましい。
すなわち、本発明の製造方法によれば、スパッタガスの種類や圧力を適宜設定することで、透過率と低抵抗を高いレベルで実現できるとともに、透過率のピーク波長やピークのシフト量の調節が可能となる。
(参考例2)
図10は、ITOを成膜した基板と、実施例1と同様な条件でAZO(アルミニウム添加酸化亜鉛)を成膜した参考例2の基板とを用いて、波長400〜700nmの範囲の光の透過率を測定した結果を示すグラフである。図10中、AはAZOを50.5nmの厚みで成膜した参考例2の基板の透過率を示している。図10中、BはITOを56.0nmの厚みで成膜した基板の透過率を示している。
図11は、ITOを成膜した基板と、実施例1と同様な条件でAZO(アルミニウム添
加酸化亜鉛)を成膜した参考例3の基板とを用いて、波長400〜700nmの範囲の光の透過率を測定した結果を示すグラフである。図11中、AはAZOを183.0nmの厚みで成膜した参考例3の基板の透過率を示している。図11中、BはITOを173.0nmの厚みで成膜した基板の透過率を示している。
Claims (6)
- 液晶層を挟持する一対の基板と、この一対の基板の液晶層側に重ねて形成される画素電極とを少なくとも備え、前記一対の基板のうち、少なくともいずれか一方の前記基板の画素電極が、酸化亜鉛を基本構成材料とする透明導電膜からなる液晶表示装置の製造方法であって、
酸化亜鉛系材料からなるターゲットを用いて、スパッタ法により前記基板上に酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜することにより前記画素電極を形成する工程を備え、
前記画素電極の形成工程では、水素ガス、酸素ガス、水蒸気の群から選択される2種または3種を含む雰囲気中にてスパッタを行い、
前記水素ガスの分圧(P H2 )と前記酸素ガスの分圧(P O2 )との比R(=P H2 /P O2 )は、
15≧(R=P H2 /P O2 )≧5 ……(1)
を満たすことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記スパッタ電圧は340V以下であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記スパッタ電圧は、直流電圧に高周波電圧を重畳したことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記ターゲットの表面における水平磁界の強度の最大値は、600ガウス以上であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記液晶表示装置は、前記液晶層と前記基板との間に、さらにカラーフィルタを備え、前記画素電極は、前記カラーフィルタと前記液晶層との間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記酸化亜鉛系材料は、アルミニウム添加酸化亜鉛またはガリウム添加酸化亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
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