JP5921787B1 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の液晶表示装置は、支持基板(10)上に設けられた電極構成層(7A)を有しており、当該電極構成層(7A)は、交互に配置された複数の電極領域(RE)と複数の絶縁体領域(RI)とを有するストライプ領域(SRA)を含むものであって、一の材料からなる層を部分的に還元または酸化処理して導電性を制御することにより、前記電極領域(RE)および前記絶縁体領域(RI)が作られている。さらに、前記電極領域(RE)は、液晶表示装置の画素電極および対向電極の少なくともいずれかに含まれるものである。

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に、液晶層を変調するための画素電極および対向電極を有する液晶表示装置およびその製造方法に関するものである。
インプレーンスイッチング(In-Plane Switching:IPS)(登録商標)モードは、対向する基板間に挟持された液晶層に横電界を印加することで表示を行う方式である。IPSモードは、TN(Twisted Nematic)モードと比較して視野角特性に優れていることから、画質をより高め得る表示方式であると考えられている。一方でIPSモードの液晶表示装置は、通常のTNモードのものと比べて画素開口率を大きくすることが困難であることから、光利用効率が低いという欠点を有する。これは、IPSモードの液晶表示装置の一般的な構成、すなわち、不透明の金属膜である画素電極および対向電極が同一の基板の同一階層に配置される構成に起因する。
上述した光利用効率の問題を改善し得るものとして、フリンジフィールドスイッチング(Fringe Field Switching:FFS)モードが提案されている。FFSモードの液晶表示装置では、IPSモードの液晶表示装置と同様に画素電極と対向電極とが同一の基板に配置されているが、画素電極と対向電極とを透明導電膜により形成しているため、光利用効率が改善される。また透明導電膜間の高い容量の存在により保持容量形成部を省略し得る。この場合、光の透過率が高められるので、光利用効率がより改善される。
一般にTNモードに用いられる画素電極および対向電極は単純な層構造を有している。これに対して、IPSモードに用いられる画素電極および対向電極は、隙間を空けて互いに噛み合うように同一階層上に配置された1対の櫛歯電極である。またFFSモードの液晶表示装置は、下部電極と、これに対向する多数のスリットが設けられた上部電極とを有する。これら櫛歯構造またはスリット構造の存在に起因して、液晶表示装置のアレイ基板の表面に凹凸が生じ得る。この凹凸に起因して、アレイ基板の表面上に設けられた配向膜のラビング処理が不均一となりやすい。この結果、液晶分子の配向が乱れることで、コントラストの低下または光漏れなど、液晶表示装置の表示不良が生じ得る。
このため表面の凹凸を抑制するための技術が提案されている。例えば特許文献1(特開2003−131248号公報)によれば、電極指の間を埋め込む絶縁膜が化学的機械研磨を用いて形成される。また例えば特許文献2(特開2010−2594号公報)によれば、層間絶縁膜の凹部に櫛歯状の画素電極がリフトオフ法を用いて形成される。
特開2003−131248号公報 特開2010−2594号公報
上記特許文献1の技術によると、製造工程上負担の大きい化学的機械研磨を行う必要がある。また化学的械研磨に起因して電極に傷または断線が生じることにより表示不良が生じ得る。
上記特許文献2の技術においては、層間絶縁膜の凹部の深さと画素電極の厚さとのずれを完全になくすのは困難であり、凹凸形状が残存し得る。またリフトオフ法の適用に起因して、画素電極の端部に突起(ばり)または凹みなどの形状異常が生じる可能性がある。この形状異常は、電界の局所集中または不均一化を生じることで、表示品質を低下させ得る。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡便な方法によって製造可能であり、かつ高い表示品質を有する液晶表示装置を提供することである。
本発明の液晶表示装置は、液晶層を変調するための画素電極および対向電極を有するものであって、支持基板および電極構成層を有する。電極構成層は、支持基板上に設けられており、金属酸化物から作られている。電極構成層は、交互に配置された複数の電極領域と複数の絶縁体領域とを有するストライプ領域を含む。電極領域は、金属酸化物が酸素欠陥を有することによって導電性を有し、絶縁体領域は、金属酸化物が電極領域の酸素欠陥濃度に比して低い酸素欠陥濃度を有することによって絶縁性を有する。電極領域は画素電極および対向電極の少なくともいずれかに含まれる。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を変調するための画素電極および対向電極を有する液晶表示装置の製造方法であって、次の工程を有する。支持基板上に一の酸化物材料を堆積することによって電極構成層が形成される。電極構成層上に、パターンを有するマスク層が形成される。マスク層が設けられた電極構成層に対して酸化および還元のいずれかの処理を行うことによって、電極構成層に、交互に配置された複数の電極領域と複数の絶縁体領域とを有するストライプ領域が形成される。電極領域は画素電極および対向電極の少なくともいずれかに含まれる。
本発明の液晶表示装置によれば、高い導電性を有する電極領域と、絶縁性を有する絶縁体領域とを有する電極構成層が設けられる。よってFFSまたはIPSのように表示品質を高め得る方式で必要とされる電極構造を設けることができる。また電極構成層は、異なる材料から作られた複数の膜が組み合わされたものではなく、一の材料から作られた層である。よって凹凸の少ない表面を有する電極構成層は、一の材料の堆積によって容易に得られる。このように凹凸の少ない表面が液晶層に対向することで、液晶分子の配向の乱れに起因した表示品質の低下が避けられる。以上から、簡便な方法によって製造可能であり、かつ高い表示品質を有する液晶表示装置が得られる。
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、マスク層を用いた選択的な酸化または還元によって、電極構成層に、高い導電性を有する電極領域と、絶縁性を有する絶縁体領域とを設けることができる。よって、FFSまたはIPSのように表示品質を高め得る方式で必要とされる電極構造を設けることができる。また電極構成層は、異なる材料から作られた複数の膜が組み合わされたものではなく、一の酸化物材料が堆積されることによって形成された層である。よって電極構成層の表面は、特段の加工を要することなく、凹凸の少ないものとし得る。このように凹凸の少ない表面が液晶層に対向することで、液晶分子の配向の乱れに起因した表示品質の低下が避けられる。以上から、簡便な方法によって製造可能であり、かつ高い表示品質を有する液晶表示装置が得られる。
本発明の実施の形態1における液晶表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図1のTFTアレイ基板の構成を模式的に示す平面図である。 図1のTFTアレイ基板の構成を示す概略的な部分平面図である。 図3の表面側の一部構造を省略して示す概略的な部分平面図である。 図3および図4の線VA−VA、線VB−VBおよび線VC−VCのそれぞれに沿った断面A、BおよびCを示す概略的な部分断面図である。 比較例の液晶表示装置における液晶層の変調の様子を模式的に示す部分平面図(A)、およびその線VIB−VIBに沿う部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶層の変調の様子を模式的に示す部分平面図(A)、およびその線VIIB−VIIBに沿う部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶表示の製造方法の第1工程を図5と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶表示の製造方法の第2工程を図5と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶表示の製造方法の第3工程を図5と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶表示の製造方法の第4工程を図5と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態1における液晶表示の製造方法の第5工程を図5と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 図12の変形例を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態2における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板の構成を示す概略的な部分平面図である。 図14の表面側の一部構造を省略して示す概略的な部分平面図である。 図14および図15の線XVIA−XVIA、XVIB−XVIBおよびXVIC−XVICのそれぞれに沿った断面A、BおよびCを示す概略的な部分断面図である。 比較例の液晶表示装置における液晶層の変調の様子を模式的に示す部分平面図(A)、およびその線XVIIB−XVIIBに沿う部分断面図である。 本発明の実施の形態2における液晶層の変調の様子を模式的に示す部分平面図(A)、およびその線XVIIIB−XVIIIBに沿う部分断面図である。 本発明の実施の形態2における液晶表示の製造方法の第1工程を図16と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態2における液晶表示の製造方法の第2工程を図16と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態2における液晶表示の製造方法の第3工程を図16と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態3における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板の構成を図5と同様の視野で示す概略的な部分断面図である。 本発明の実施の形態3における液晶表示の製造方法の第1工程を図22と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態3における液晶表示の製造方法の第2工程を図22と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態3における液晶表示の製造方法の第3工程を図22と同様の視野で概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態4における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板の構成を図16と同様の視野で示す概略的な部分断面図である。 本発明の実施の形態5における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板の構成を図22と同様の視野で示す概略的な部分断面図である。 本発明の実施の形態6における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板の構成を図27と同様の視野で示す概略的な部分断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
<実施の形態1>
図1を参照して、本実施の形態における液晶表示装置200は液晶パネル100およびバックライトユニット90を有する。液晶パネル100は対向基板60と液晶層70とTFTアレイ基板101とを有する。
対向基板60はTFTアレイ基板101と対向している。対向基板60は、典型的にはカラーフィルタ基板であり、視認側(図1における手前側)に配置されている。カラーフィルタ基板にはカラーフィルタおよびブラックマトリクス(BM)が設けられている。
液晶層70はTFTアレイ基板101と対向基板60との間に挟持されている。すなわちTFTアレイ基板101と対向基板60との間には液晶が導入されている。なおTFTアレイ基板101および対向基板60の各々の、液晶層70に面する面には、配向膜(図示せず)が設けられている。またなおTFTアレイ基板101および対向基板60の各々の、液晶層70に面する面と反対の面には、偏光板および位相差板など(図示せず)が設けられている。
TFTアレイ基板101は、液晶層70を変調するための電界を発生するものであり、具体的には、FFSモードのものである。すなわち、TFTアレイ基板101は、表示電圧に応じた強度を有するフリンジ電界を発生することによって、液晶分子の配向方向を変化させる。これに伴い、液晶層70を通過する光の偏光状態が変化する。すなわち、液晶層70を通過する光の偏光状態が表示電圧に応じて変化させられる。
バックライトユニット90は液晶パネル100の反視認側(図1における奥側)に配設されている。バックライトユニット90からの光は、TFTアレイ基板101側の偏光板を通過すると直線偏光になる。この光がさらに液晶層70を通過すると上述したように偏光状態が変化する。液晶層70を通過した光のうち、さらに対向基板60側の偏光板を通過する光量は、液晶層70おける偏光状態の変化に依存する。すなわち、バックライトユニット90から液晶パネル100を透過する透過光のうち、視認側(対向基板60側)の偏光板を通過する光の光量が表示電圧に基づいて制御される。よって画素ごとに表示電圧を変えることにより、所望の画像を表示することができる。
図2を参照して、TFTアレイ基板101は、表示領域41と、表示領域41を囲む額縁領域42とを有する。対応して、TFT基板101が有する透明基板10(支持基板)も、表示領域41と、表示領域41を囲む額縁領域42とを有する。
表示領域41には、複数のゲート配線43(走査信号線)と複数のソース配線44(表示信号線)とが透明基板10上に設けられている。ゲート配線43は互いに平行に配設されている。またソース配線44は互いに平行に配設されている。ゲート配線43とソース配線44とは平面視(図2の視野)において互いに交差している。ただし後述するように、それらは断面視においてゲート絶縁膜により隔てられている。隣接する2つのゲート配線43と隣接する2つのソース配線44とで囲まれた領域の各々が画素47を構成している。従ってTFTアレイ基板101では画素47がマトリクス状に配列されている。
額縁領域42には走査信号駆動回路45(電気回路)および表示信号駆動回路46(電気回路)が透明基板10上に設けられている。ゲート配線43は、表示領域41から額縁領域42まで延設されており、TFTアレイ基板101の端部で走査信号駆動回路45と接続されている。ソース配線44も同様に、表示領域41から額縁領域42まで延設されており、TFTアレイ基板101の端部で表示信号駆動回路46と接続されている。TFTアレイ基板101には、走査信号駆動回路45の近傍領域に、走査信号駆動回路45と電気的に接続された外部配線48が設けられている。またTFTアレイ基板101には、表示信号駆動回路46の近傍領域に、表示信号駆動回路46と電気的に接続された外部配線49が設けられている。外部配線48および49のそれぞれは、走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46へ外部から信号を入力するための配線であり、支持基板10の前記額縁領域42上から支持基板10外へ延びている。外部配線48および49には、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)などの配線基板が用いられる。外部配線48および走査信号駆動回路45は、額縁領域42内の接続領域(図2における外部配線48および走査信号駆動回路45の間の領域)で互いに接続されている。また外部配線49および表示信号駆動回路46は、額縁領域42内の接続領域(図2における外部配線49および表示信号駆動回路46の間の領域)で互いに接続されている。
外部配線48および49のそれぞれを介して走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46に外部からの各種信号が供給される。走査信号駆動回路45は、外部からの制御信号に基づいてゲート配線43を順次選択し、当該選択したゲート配線43にゲート信号(走査信号)を供給する。表示信号駆動回路46は外部からの制御信号または表示データに基づいて表示信号をソース配線44に供給する。これにより、表示データに応じた表示電圧が各画素47に順次供給される。
画素47の各々にはスイッチング素子として、少なくとも1つの薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)50が設けられている。TFT50はアレイ状に設けられている。具体的には、TFT50はソース配線44およびゲート配線43の交差点近傍に配置されている。TFT50は、ゲート配線43からのゲート信号に応じてTFT50をオンまたはオフする。TFT50は、オンされている状態でソース配線44から表示電圧が供給されると、ドレイン電極に接続された対向電極に表示電圧を印加する。
次にTFTアレイ基板101がフリンジ電界を発生させるために有する電極構造について説明する。図3は、TFTアレイ基板101(図1)の構成を示す概略的な部分平面図である。図中、線VA−VAは、表示領域41(図2)内に位置しており、アレイ状に配列された多数の画素47のうちの1つを横断している。また線VB−VBおよび線VC−VCは額縁領域42に位置している。なお図3は平面図であるが、図を見やすくするためにハッチングが付されている。図4は図3の表面側の一部構造を省略して示す。図5は、線VA−VA、線VB−VBおよび線VC−VC(図3および図4)のそれぞれに沿った断面A、BおよびCを示す。
TFTアレイ基板101にはフリンジ電界を発生するために、図5に示すように、TFT50を介してソース配線44に接続された下部電極6d(本実施の形態における画素電極)と、共通配線9に接続された上部電極部7u(本実施の形態における対向電極)とが設けられている。フリンジ電界の大きさは、画素電極としての下部電極6dに印加された表示電圧の大きさに対応する。上部電極部7uは電極構成層7Aによって構成されている。つまり本実施の形態においては対向電極は電極構成層7Aに含まれる。電極構成層7Aはさらに、ストライプ状に配置された複数の絶縁体部7iも構成している。電極構成層7Aは、下部電極6dおよび電極間絶縁膜12を介して透明基板10(支持基板)上に設けられている。よって電極構成層7Aは電極間絶縁膜12を介して下部電極6d上に設けられている。言い換えると、透明基板10と電極構成層7Aとの間に画素電極が下部電極6dとして設けられている。
電極構成層7Aはストライプ領域SRAを有する。ストライプ領域SRAは複数の電極領域REと複数の絶縁体領域RIとを有する。ストライプ領域SRAにおいて複数の電極領域REと複数の絶縁体領域RIとは交互に配置されている。電極領域REは上部電極部7uに含まれ、絶縁体領域RIは絶縁体部7iに含まれる。下部電極6dは電極構成層7Aの絶縁体領域RIに対向する部分を含む。これにより、電極領域REと絶縁体領域RIとの境界からフリンジ電界を発生させることができる。よって、FFSモードのような、フリンジ電界を用いた液晶層70(図1)の変調が可能となる。なお本実施の形態においては上部電極部7uが画素電極ではなく対向電極であることから、電極領域REは画素電極ではなく対向電極に含まれる。
電極構成層7Aは、金属酸化物(一の材料)から作られた金属酸化物膜7に含まれる。よって電極構成層7Aも上記金属酸化物(一の材料)から作られている。絶縁体部7iは上部電極部7uの酸素欠陥濃度に比して、低い酸素欠陥濃度を有する。これにより、絶縁体部7iおよび上部電極部7uが同じ材料によって作られつつも、絶縁体部7iが絶縁性を有しかつ上部電極部7uが導電性を有することが可能となる。つまり電極領域REと絶縁体領域RIとの導電性を、同じ金属酸化物を用いつつその酸素欠陥濃度の相違によって異ならしめることができる。金属酸化物はインジウム原子およびガリウム原子を含むことが好ましい。これにより金属酸化物を、酸素欠陥濃度によって導電性を調整するのに適した材料とすることができる。
上記金属酸化物としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)に酸化インジウム(In23)および酸化すず(SnO2)を添加したIn―Zn−Sn−O系の材料、または、酸化亜鉛(ZnO)に酸化ガリウム(Ga23)および酸化インジウム(In23)を添加したIn−Ga−Zn−O系の材料を用い得る。
電極構成層7Aのストライプ領域SRAの電極領域REおよび絶縁体領域RIは、図5に示すように、一の平坦な面をなしている。これによりストライプ領域SRAの凹凸をなくすことができる。上述したように電極領域REおよび絶縁体領域RIは、異なる酸素欠陥濃度を有するものの、同じ金属酸化物から作られている。よって平坦な表面を有するストライプ領域SRAは、平坦な表面を有する金属酸化物膜を形成することによって容易に得られる。なお詳しくは後述するが、金属酸化物膜7の酸素欠陥濃度は酸化または還元により調整し得る。
次にTFTアレイ基板101の構成の詳細について説明する。TFTアレイ基板101は、透明基板10と、ゲート配線43と、共通配線9と、ゲート絶縁膜11と、半導体層2と、オーミックコンタクト膜3sおよび3dと、ソース配線44と、下部電極6dと、電極間絶縁膜12と、金属酸化物膜7とを有する。
ガラスなどから作られた絶縁性の透明基板10上に、その一部がゲート電極1を構成するゲート配線43と、共通配線9とが形成されている。ゲート配線43は、透明基板10上において一方向に直線的に延在するように配設されている。ゲート電極1、ゲート配線43、および共通配線9は、例えばCr,Al,Ta,Ti,Mo,W,Ni,Cu,Au,Agの金属元素のいずれかから作られた金属膜、上記金属元素の1つまたはそれ以上の元素を主成分とする合金膜、またはこれらの膜を含む積層膜によって形成されている。
ゲート電極1、ゲート配線43、および共通配線9を覆うように、ゲート絶縁膜11が設けられている。ゲート絶縁膜11は、窒化シリコン、酸化シリコンなどの絶縁体により形成されている。
そして、TFT50の形成領域では、ゲート絶縁膜11を介してゲート配線43上に半導体層2が設けられている。ここでは、半導体層2は、平面視においてゲート配線43と重なるようゲート絶縁膜11の上に形成され、この半導体層2とほぼ重なる領域のゲート配線43がゲート電極1となる。半導体層2は、例えば非晶質シリコンにより形成されている。
また、半導体層2は、半導体層2の両端のそれぞれの上部に、導電性不純物がドーピングされたオーミックコンタクト膜3sおよび3dを含む。オーミックコンタクト膜3sおよび3dのそれぞれに対応する半導体層2の領域は、ソース領域およびドレイン領域となる。このように、半導体層2の両端にはソース・ドレイン領域が形成されている。そして、平面視において半導体層2のソース・ドレイン領域に挟まれた領域がチャネル領域となる。半導体層2のチャネル領域上には、オーミックコンタクト膜3sおよび3dは形成されていない。オーミックコンタクト膜3sおよび3dは、例えば、リン(P)などの不純物が高濃度にドーピングされた、n型の非晶質または多結晶シリコンにより形成されている。
オーミックコンタクト膜3s上には、ソース電極4の一部が配置されている。具体的には、オーミックコンタクト膜3s上から、チャネル領域と逆側に延在するソース電極4が形成されている。同様に、オーミックコンタクト膜3d上には、ドレイン電極5の一部が配置されている。具体的には、オーミックコンタクト膜3d上から、チャネル領域と逆側に延在するドレイン電極5が形成されている。すなわち、ソース電極4およびドレイン電極5のそれぞれは、オーミックコンタクト膜3sおよび3dと同様、半導体層2のチャネル領域上には形成されない。
以上のように、本実施の形態1に係るTFTアレイ基板101においては、チャネルエッチ型のTFT50が、透明基板10上に形成されることになる。
ソース電極4のうち、半導体層2のチャネル領域と逆側に延在した部分は、ソース配線44とつながっている。断面視においてソース配線44はゲート絶縁膜11上に形成されている。平面視においては、ソース配線44は、ゲート配線43と交差する方向に直線的に延在する本体部分と、当該交差近傍において本体部分から分岐してゲート配線43の延在方向と同じ方向に延在する分岐部分とを有する。この分岐部分がソース電極4に対応している。
ドレイン電極5は、半導体層2のチャネル領域と逆側に延在した延在部分を有している。このドレイン電極5の延在部分は、下部電極6dと電気的に接続されている。
ソース電極4、ソース配線44、およびドレイン電極5は、例えばCr,Al,Ta,Ti,Mo,W,Ni,Cu,Au,Agの金属元素のいずれかから作られた金属膜、上記金属元素の1つまたはそれ以上の元素を主成分とする合金膜、またはこれらの膜を含む積層膜によって形成されている。
下部電極6dはドレイン電極5と電気的に接続されている。これにより、下部電極6dに印加される表示電圧がTFT50によって制御可能となっている。下部電極6dは、例えばITO(インジウム・すず酸化物)またはIZO(インジウム・亜鉛酸化物)などの金属酸化物から作られた透明導電膜により形成されている。下部電極6dの材料は、電極構成層7Aの材料と同じであっても異なっていてもよい。
ソース電極4、ソース配線44、ドレイン電極5、半導体層2、下部電極6d、およびゲート絶縁膜11を覆うように、電極間絶縁膜12が設けられている。電極間絶縁膜12は、例えば窒化シリコン,酸化シリコンなどの絶縁膜により形成されている。
電極間絶縁膜12には、ソース配線44を部分的に露出するコンタクトホールCHsが設けられている。またゲート絶縁膜11および電極間絶縁膜12には、共通配線9を部分的に露出するコンタクトホールCHcと、ゲート配線43を部分的に露出するコンタクトホールCHgとが設けられている。
金属酸化物膜7は、電極構成層7Aをなす金属酸化物から作られており、電極構成層7Aに加えてゲート端子パッド7gおよびソース端子パッド7sを含む。ゲート端子パッド7gは、ゲート配線43を走査信号駆動回路45に接続するためのものである。ソース端子パッド7sは、ソース配線44を表示信号駆動回路46に接続するためのものである。ゲート端子パッド7gおよびソース端子パッド7sは、上部電極部7uと同様、絶縁体部7iの酸素欠陥濃度よりも高い酸素欠陥濃度を有することにより導電性を有する。ソース端子パッド7sはコンタクトホールCHsにおいてソース配線44に接続されている。ゲート端子パッド7gはコンタクトホールCHgにおいてゲート配線43に接続されている。上部電極部7uはコンタクトホールCHcにおいて共通配線9に接続されている。上部電極部7uは、表示領域41(図2)の外側まで延伸しているが、走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46を配置する領域までは延伸していない。よって電極構成層7Aは透明基板10上において、表示領域41から額縁領域42内へ延伸しているが、走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46を配置する領域までは延伸していない。よって電極構成層7Aは、前述した接続領域(外部配線48および走査信号駆動回路45の間の領域、および外部配線49および表示信号駆動回路46の間の領域)からは離れている。
図6(A)および(B)は、比較例の液晶表示装置における液晶層70(図1)の変調の様子を模式的に示す。本比較例においては、電極間絶縁膜12上に上部電極7uZが設けられており、それによって表面に凹凸が形成されている。図中、「OFF」は下部電極6dおよび上部電極7uZ間にフリンジ電界EFが生じていない状態を示しており、「ON」は下部電極6dおよび上部電極7uZ間にフリンジ電界EFが生じている状態を示している。液晶分子LMは棒形状を有しており、ON状態の場合にはその長手方向がフリンジ電界EFに沿うように配向する。OFF状態の場合には液晶分子LMはその長手方向が面内の方向35aに沿うように配向する。方向35aは配向膜のラビング処理によって決定される。
OFF状態においては、より多くの液晶分子LMが、より精確に方向35aに沿う配向を有することが好ましい。しかしながら本比較例においては、図6(A)の破線部に示すように、液晶分子LMの配向の不規則性が上部電極7uZの縁において大きくなってしまう。これは、上部電極7uZの膜厚に対応した段差に起因して、配向膜においてラビング処理が不十分な箇所が生じるためである。この配向の不規則性、すなわち偏向軸の乱れ、は、OFF状態(黒表示状態)における透過率の増加につながる。その結果、表示のコントラストが低下したり、光の局所的な漏れが生じたりしてしまう。つまり液晶表示装置の表示品位が低くなる。この現象は垂直方向に電圧を印可する、TNモード、VA(Vertical Alignment)モードおよび強誘電液晶では生じず、IPSおよびFFSモードに特有な課題である。
図7(A)および(B)を参照して、これに対して本実施の形態によれば、上部電極部7uは、絶縁体部7iと共に、平坦な表面を有するストライプ領域SRA(図5)をなしている。これにより、上部電極部7uの縁、特にストライプ領域SRA(図5)における電極領域REおよび絶縁体領域RIの境界近傍部分、に段差が形成されない。よってこの部分においてもラビング処理を十分に行うことができる。よってOFF状態における液晶分子LMの配向の不規則性が抑制される。その結果、表示のコントラストを高めたり、光の局所的な漏れの発生を抑えたりすることができる。つまり液晶表示装置200(図1)の表示品位を高めることができる。
以上のように本実施の形態の液晶表示装置200が有するTFTアレイ基板101によれば、電極構成層7Aは、異なる材料から作られた複数の膜が組み合わされたものではなく、一の材料から作られた層である。よって凹凸の少ない表面を有する電極構成層7Aは、一の材料の堆積によって容易に得られる。このように凹凸の少ない表面が液晶層70に対向することで、液晶分子LMの配向の乱れに起因した表示品質の低下が避けられる。よって液晶表示装置200は、高い表示品質を有しつつ、簡便な製造方法によって製造可能である。
以下、液晶表示装置200のTFTアレイ基板101の製造方法について図8〜図12を用いて説明する。
図8を参照して、まず、透明基板10の上面全体に、Cr,Al,Ta,Ti,Mo,W,Ni,Cu,Au,Agの金属元素のいずれかから作られた金属膜、上記金属元素の1つまたはそれ以上の元素を主成分とする合金膜、またはこれらの膜を含む積層膜が成膜される。成膜方法としては、例えば、スパッタ法または蒸着法を用い得る。
その後、レジストの塗布と、フォトマスクを用いた露光と、現像とが行われる。これによりフォトレジストパターンが形成される。以後、これら一連の工程を写真製版と呼ぶ。その後、このフォトレジストパターンをマスクとして上述の膜(ここでは金属膜)がエッチングされ、そしてフォトレジストパターンが除去される。以後、このような工程を微細加工技術と呼ぶ。これにより、ゲート電極1、ゲート配線43および共通配線9がパターニングされる。
次に、ゲート電極1、ゲート配線43、および共通配線9などが設けられた透明基板10の上面全体を覆うように、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、常圧CVD、または減圧CVDなどを用いて、ゲート絶縁膜11となる絶縁体膜、半導体層2となる半導体膜、およびオーミックコンタクト膜3s,3dとなる半導体膜が、この順に成膜される。ゲート絶縁膜11となる材料には、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどを用いることができる。なお、ゲート絶縁膜11に、ピンホールなど、短絡の原因となる膜欠陥が形成されることを防止するため、上記絶縁体は複数回に分けて成膜されることが好ましい。その後、写真製版および微細加工技術により、半導体層2およびオーミックコンタクト膜3s,3dとなる上述の半導体膜に対する第1のパターニングが行われる。例えば、半導体層2およびオーミックコンタクト膜3s,3dとなる上述の半導体膜が、ゲート電極1上に島状にパターニングされる。
次に、上記半導体膜を覆うように、Cr,Al,Ta,Ti,Mo,W,Ni,Cu,Au,Agの金属元素のいずれかから作られた金属膜、上記金属元素の1つまたはそれ以上の元素を主成分とする合金膜、またはこれらの膜を含む積層膜が成膜される。成膜方法としては、例えば、スパッタ法または蒸着法を用い得る。その後、写真製版および微細加工技術により、ソース電極4、ソース配線44、およびドレイン電極5が形成される。
続いて、ソース電極4およびドレイン電極5をマスクとして、オーミックコンタクト膜3sおよび3dとなる膜がエッチングされる。すなわち、島状にパターニングされた、オーミックコンタクト膜3sおよび3dとなる膜のうち、ソース電極4またはドレイン電極5に覆われずに露出した部分がエッチングにより除去される。これにより、ソース電極4とドレイン電極5との間にチャネル領域が設けられた半導体層2と、オーミックコンタクト膜3sおよび3dとが形成される。以上により、透明基板10上にTFT50が形成される。
なお、上記説明では、ソース電極4およびドレイン電極5をマスクとしたエッチングが行われるが、ソース電極4およびドレイン電極5をパターニングする際に用いたレジストパターンをマスクとして、オーミックコンタクト膜3sおよび3dとなる半導体膜のエッチングを行ってもよい。その場合は、ソース電極4およびドレイン電極5上のレジストパターンを除去する前に、オーミックコンタクト膜3sおよび3dとなる半導体膜のエッチングが行われる。
上述の工程によりTFT50を形成した後、ソース電極4、ドレイン電極5、ソース配線44、およびゲート絶縁膜11などが設けられた透明基板10の上面全体を覆うように、例えばスパッタ法などにより、ITOやIZOなどの透明導電膜が成膜される。そして、写真製版および微細加工技術によりこの透明導電膜をパターニングすることで、下部電極6dが形成される。
図9を参照して、次に、図8に示された構造(下部電極6d、ソース電極4、ドレイン電極5ソース配線44、およびゲート絶縁膜11など)が設けられた透明基板10の上面全体を覆うように、電極間絶縁膜12が成膜される。例えば、CVD法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどの無機絶縁膜が透明基板10の上面全体に成膜される。これにより、半導体層2のチャネル領域および下部電極6dなどが電極間絶縁膜12に覆われる。そして、写真製版および微細加工技術により、この電極間絶縁膜12およびゲート絶縁膜11をパターニングすることで、コンタクトホールCHg、CHsおよびCHcが形成される。
図10を参照して、次に、図9に示された構造(コンタクトホールCHg、CHsおよびCHcが形成された電極間絶縁膜12など)が設けられた透明基板10上に、金属酸化物材料(一の酸化物材料)が堆積されることによって、電極構成層7Aとなる部分を含む金属酸化物膜7が形成される。金属酸化物材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)に酸化インジウム(In23)および酸化すず(SnO2)を添加したIn―Zn−Sn−O系の金属酸化物、または、酸化亜鉛(ZnO)に酸化ガリウム(Ga23)および酸化インジウム(In23)を添加したIn−Ga−Zn−O系の金属酸化物が挙げられる。次に、写真製版および微細加工技術により、金属酸化物膜7がパターニングされる。
図11を参照して、上記パターニングにより、金属酸化物膜7(図10)から、電極構成層7Aと、ソース端子パッド7sと、ゲート端子パッド7gとが形成される。
図12を参照して、写真製版技術を用いて、電極構成層7A上に、ストライプ状のパターンを有するレジストパターン59a(マスク層)が形成される。次に、レジストパターン59aが設けられた電極構成層7Aと、ゲート端子パッド7gと、ソース端子パッド7sとに対して還元処理が行われる。これにより、電極構成層7Aのうちレジストパターン59aで被覆されていない部分が還元される。具体的には、電極構成層7Aのうち上部電極部7uとなる部分と、ゲート端子パッド7gと、ソース端子パッド7sとが還元される。還元された部分は、シート抵抗が減少し、電極として十分な導電性を有する。なお還元処理が過剰となると金属酸化物膜7の透過率が低下(黒化)するため、最終的なシート抵抗を勘案して処理条件が設定される必要がある。
還元処理は、例えば水素プラズマ処理によって行われ得る。なお、水素プラズマ処理は、金属酸化物膜7へのダメージを抑えるために、水素とヘリウムの混合ガスを用い、比較的低パワーで行われることが望ましい。
次にレジストパターン59aが除去される。そしてアニール処理が行われる。アニール処理は、酸素を含有する雰囲気下で行われることが好ましい。
以上により、TFTアレイ基板101(図5)が得られる。TFTアレイ基板101の電極構成層7A(図3)において、還元処理が行われた上部電極部7uがその導電性によって電極として機能し、絶縁体部7iがなす絶縁体領域RIは、上部電極部7uに設けられたスリットとして機能する。
再び図1を参照して、次にセル工程が行われる。具体的には、TFTアレイ基板101と、別途作製された対向基板60とのそれぞれの上に配向膜が形成される。そして配向膜の表面に一方向にミクロな傷をつける配向処理(ラビング処理)が施される。次にTFTアレイ基板101と対向基板60との貼り合せが行われる。貼り合わせは、液晶注入口を除き、閉じた空間がそれら基板の間に形成されるように行われる。具体的には、TFTアレイ基板101と対向基板60との間にシール材が塗布され、両者がシール材により互いに固定される。この貼り合わせの後、真空注入法などを用いて液晶注入口から液晶が上記空間に注入される。そして液晶注入口が封止される。これにより液晶パネル100が得られる。次に液晶パネル100の両面に偏光板が貼り付けられる。次に液晶パネル100に駆動回路が接続される。次にバックライトユニット90が取り付けられる。以上により、液晶表示装置200が完成する。
本発明者らは、金属酸化物膜7の形成およびその導電性の制御について実験を行った。この結果の一例について、以下に説明する。
金属酸化物の組成としてはIn−Ga−Zn−O(組成比率1:1:1:4)を用いた。成膜装置としては、基板を加熱することができるDCマグネトロンスパッタ装置を用いた。透明基板10を150℃に加熱しつつ、酸素20%が混合されたArガスをプロセスガスとして用いて、厚さ40nmの金属酸化物膜7を成膜した。成膜直後の金属酸化物膜7のシート抵抗は、1×1010Ω/sqであった。
次に金属酸化物膜7上にレジストパターン59a(図12)が形成された。次に還元処理が行われた。具体的には、ヘリウムおよび水素を1対1で混合したガスを用い、40Wで120秒間、水素プラズマ処理が行われた。次にレジストパターン59aが除去された。次に酸素20%、窒素80%の雰囲気、240℃60minで、アニール処理が行われた。以上により、上部電極部7u、ゲート端子パッド7g、ソース端子パッド7s、および絶縁体部7iを得た。上部電極部7u、ゲート端子パッド7g、およびソース端子パッド7sのシート抵抗は0.01Ω/sqであり、絶縁体部7iのシート抵抗は1×1012Ω/sqであった。
ここで、絶縁体部7iのシート抵抗について説明する。絶縁体部7iは、各上部電極部7uを電気的に絶縁し、表示電圧を保持する必要がある。画素サイズおよび保持容量などの設計にもよるが、TFTを用いたアクティブマトリックス型のLCDにおいて、概ね表示電圧保持率95%以上、画素電極および対向電極間の間隔5μmの場合、絶縁体部7iのシート抵抗は、1×108Ω/sq以上が望ましく、5×108Ω/sq以上がより望ましい。上記実施例では、上部電極部7uのシート抵抗を0.01Ω/sqに抑えつつ、絶縁体部7iのシート抵抗を1×1012Ω/sqと高くすることできる。そのため、表示電圧保持率が高く、隣接画素のクロストークのない、良好な表示特性を得ることができる。
以上のように、金属酸化物膜7に必要な導電性の制御が還元処理によって可能であることが検証された。この導電性の制御は、還元処理に代わって酸化処理によっても可能である。まず、スパッタ法による金属酸化物膜7の成膜が、より低い酸素濃度を有するプロセスガスを用いて行われる。これにより金属酸化物膜7は、成膜直後から導体として機能する。図13を参照して、次にレジストパターン59b(マスク層)が形成される。レジストパターン59bのパターンは、レジストパターン59aのパターンを反転したものに相当する。次に、レジストパターン59bが設けられた、電極構成層7Aとなる部分を含む金属酸化物膜7に対して、酸化処理が行われる。これにより、電極構成層7Aに、交互に配置された複数の電極領域REと複数の絶縁体領域RIとを有するストライプ領域SRAが形成される。酸化処理としては、例えば、酸素プラズマ処理、N2Oプラズマ処理、水蒸気雰囲気中アニール、酸化溶液中処理、紫外線−オゾン処理、または酸素雰囲気中のレーザーアニールなどが挙げられる。
本実施の形態の製造方法によれば、レジストパターン59a(図12)またはレジストパターン59b(図13)を用いた選択的な酸化または還元処理によって、電極構成層7Aに、高い導電性を有する電極領域REと、絶縁性を有する絶縁体領域RIとを設けることができる。よって、FFSのように表示品質を高め得る方式で必要とされる電極構造を設けることができる。また電極構成層7Aは、異なる材料から作られた複数の膜が組み合わされたものではなく、一の酸化物材料が堆積されることによって形成された層である。よって電極構成層7Aの表面は、特段の加工を要することなく、凹凸の少ないものとし得る。このように凹凸の少ない表面が液晶層70に対向することで、液晶分子の配向の乱れに起因した表示品質の低下が避けられる。以上から、簡便な方法によって製造可能であり、かつ高い表示品質を有する液晶表示装置200が得られる。
還元処理が用いられる場合、電極領域REと絶縁体領域RIとの境界では、還元ガス(水素)の拡散によってシート抵抗が導体と絶縁体との間で変化している。つまり、導体部と絶縁体部の境界が正確に分離できない状態になっている。これにより、フリンジ電界の電界集中が緩和されるので、焼きつき現象が低減される。なお酸化処理が用いられる場合も、上記と同様、導体部と絶縁体部の境界が正確に分離できない状態となることで、フリンジ電界の電界集中が緩和されるので、焼きつき現象が低減される。
また本実施の形態における電極構成層7Aの絶縁体領域RIに相当する領域として、従来の製造方法では、エッチングによって電極層にスリット領域を形成するのが通常であった。この場合、エッチング残渣(インジウム残渣)に起因して、スリット領域での電気的短絡などに起因した表示不良が生じることがあった。この問題は、エッチング方法としてウェット法が用いられる場合、特に深刻であった。本実施の形態によれば、スリット領域に相当する絶縁体領域RIをエッチングなしに形成することができるので、この問題を避けることができる。
<実施の形態2>
本実施の形態の液晶表示装置は、実施の形態1の液晶表示装置200(図1)において、FFSモード用のTFTアレイ基板101の代わりに、IPSモード用のTFTアレイ基板102(図14〜図16)を有する。図14は、本実施の形態のTFTアレイ基板102の構成を示す概略的な部分平面図である。図中、線XVIA−XVIAは、表示領域41(図2)内に位置しており、アレイ状に配列された多数の画素47のうちの1つを横断している。また線XVIB−XVIBおよび線XVIC−XVICは、額縁領域42に位置している。なお図14は平面図であるが、図を見やすくするためにハッチングが付されている。図15は、図14の表面側の一部構造を省略して示す。図16は、線VA−VA、線VB−VBおよび線VC−VC(図3および図4)のそれぞれに沿った断面A、BおよびCを示す。
TFTアレイ基板102(図16)は、TFTアレイ基板101(図5)と同様に、透明基板10上にTFT50が設けられた構造を有する。TFTアレイ基板102においては、この構造を覆うように層間絶縁膜13が設けられている。層間絶縁膜13は、例えば窒化シリコン、酸化シリコンなどの絶縁体により作られている。層間絶縁膜13には、ドレイン電極5を部分的に露出するコンタクトホールCHpと、ソース配線44を部分的に露出するコンタクトホールCHsとが設けられている。またゲート絶縁膜11および層間絶縁膜13には、共通配線9を部分的に露出するコンタクトホールCHcと、ゲート配線43を部分的に露出するコンタクトホールCHgとが設けられている。
層間絶縁膜13が設けられた透明基板10に金属酸化物膜7が設けられている。金属酸化物膜7の材料は実施の形態1の場合と同様である。金属酸化物膜7は、本実施の形態においては、電極構成層7Bを含む。
電極構成層7Bは、画素電極7pと、対向電極7cと、絶縁体部7jとを有する。絶縁体部7jは、画素電極7pおよび対向電極7cの酸素欠陥濃度に比して、低い酸素欠陥濃度を有する。これにより、同じ材料を用いつつも、絶縁体部7jが絶縁性を有し、かつ画素電極7pおよび対向電極7cが導電性を有することが可能となる。絶縁体部7jのシート抵抗は、絶縁体部7i(実施の形態1)のシート抵抗に関してとほぼ同様の理由により、1×108Ω/sq以上が望ましく、5×108Ω/sq以上がより望ましい。
画素電極7pおよび対向電極7cは、共に電極構成層7Bによって構成されているので、同一層上に配置されている。画素電極7pおよび対向電極7c(図14)は、絶縁体部7jを介して互いに噛み合わされた櫛歯電極である。画素電極7pはコンタクトホールCHpにおいてドレイン電極5に接続されている。これにより、画素電極7pに印加される表示電圧がTFT50によって制御可能となっている。対向電極7cはコンタクトホールCHcにおいて共通配線9に接続されている。これにより、透明基板10の面内方向電界を発生させることができる。よって、IPSモードのような、面内方向電界を用いた液晶層70(図1)の変調が可能となる。
電極構成層7Bはストライプ領域SRB(図14)を含む。ストライプ領域SRBは、複数の絶縁体領域RIと、画素電極7pに含まれる複数の画素電極領域REpと、対向電極7cに含まれる複数の対向電極領域REcとを有する。画素電極領域REpおよび対向電極領域REcを総称して電極領域REともいう。ストライプ領域SRBは、交互に配置された複数の電極領域REと複数の絶縁体領域RIとを有する。電極領域REは、画素電極7pに含まれる部分と、対向電極7cに含まれる部分とを有する。電極領域REには画素電極7pおよび対向電極7cが交互に配置されている。言い換えれば、電極領域REには画素電極領域REpおよび対向電極領域REcが交互に配置されている。
電極構成層7Bのストライプ領域SRBの電極領域REおよび絶縁体領域RIは、図16に示すように、一の平坦な面をなしている。これによりストライプ領域SRBの凹凸をなくすことができる。実施の形態1で説明したように、電極領域REおよび絶縁体領域RIは、異なる酸素欠陥濃度を有するものの、同じ金属酸化物から作られている。よって平坦な表面を有するストライプ領域SRBは、平坦な表面を有する金属酸化物膜を形成することによって容易に得られる。
電極構成層7Bの絶縁体部7jは、表示領域41(図2)の外側まで延伸しているが、走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46を配置する領域までは延伸していない。よって電極構成層7Bは透明基板10上において、表示領域41から額縁領域42内へ延伸しているが、走査信号駆動回路45および表示信号駆動回路46を配置する領域までは延伸していない。よって電極構成層7Bは、前述した接続領域(外部配線48および走査信号駆動回路45の間の領域、および外部配線49および表示信号駆動回路46の間の領域)からは離れている。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
図17(A)および(B)は、比較例の液晶表示装置における液晶層70(図1)の変調の様子を模式的に示す。本比較例においては、層間絶縁膜13上に画素電極7pおよび対向電極7cが設けられており、それによって表面に凹凸が形成されている。図中、「OFF」は画素電極7pおよび対向電極7cの間に横方向電界ELが生じていない状態を示しており、「ON」は画素電極7pおよび対向電極7cの間に横方向電界ELが生じている状態を示している。液晶分子LMは棒形状を有しており、ON状態の場合にはその長手方向が横方向電界ELに沿うように配向する。OFF状態の場合には液晶分子LMはその長手方向が面内の方向35aに沿うように配向する。方向35aは配向膜のラビング処理によって決定される。
OFF状態においては、より多くの液晶分子LMが、より精確に方向35aに沿う配向を有することが好ましい。しかしながら本比較例においては、図17(A)の破線部に示すように、液晶分子LMの配向の不規則性が画素電極7pおよび対向電極7cの各々の縁において大きくなってしまう。これは、画素電極7pおよび対向電極7cの膜厚に対応した段差に起因して、配向膜においてラビング処理が不十分な箇所が生じるためである。この配向の不規則性、すなわち偏向軸の乱れ、は、OFF状態(黒表示状態)における透過率の増加につながる。その結果、表示のコントラストが低下したり、光の局所的な漏れが生じたりしてしまう。つまり液晶表示装置の表示品位が低くなる。
図18(A)および(B)を参照して、これに対して本実施の形態によれば、画素電極7pおよび対向電極7cは、絶縁体部7jと共に、平坦な表面を有するストライプ領域SRB(図16)をなしている。これにより、画素電極7pおよび対向電極7cの各々の縁、特にストライプ領域SRB(図16)における電極領域REおよび絶縁体領域RIの境界近傍部分、に段差が形成されない。よってこの部分においてもラビング処理を十分に行うことができる。よってOFF状態における液晶分子LMの配向の不規則性が抑制される。その結果、表示のコントラストを高めたり、光の局所的な漏れの発生を抑えたりすることができる。つまり液晶表示装置の表示品位を高めることができる。
以上のように本実施の形態の液晶表示装置が有するTFTアレイ基板102によれば、電極構成層7Bは、異なる材料から作られた複数の膜が組み合わされたものではなく、一の材料から作られた層である。よって凹凸の少ない表面を有する電極構成層7Bは、一の材料の堆積によって容易に得られる。このように凹凸の少ない表面が液晶層70に対向することで、液晶分子LMの配向の乱れに起因した表示品質の低下が避けられる。よって液晶表示装置は、高い表示品質を有しつつ、簡便な製造方法によって製造可能である。
以下、液晶表示装置のTFTアレイ基板102の製造方法について、図19〜図21を用いて説明する。なおTFT50の形成までの工程は実施の形態1と同様であるためその説明を省略する。
図19を参照して、ソース電極4、ドレイン電極5、ソース配線44、およびゲート絶縁膜11などが設けられた透明基板10の上面全体を覆うように、層間絶縁膜13が成膜される。例えば、CVD法を用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどの無機絶縁体が透明基板10の上面全体に堆積される。これにより、半導体層2のチャネル領域などが層間絶縁膜13に覆われる。
図20を参照して、写真製版と微細加工技術とを用いて、ゲート絶縁膜11と層間絶縁膜13とをパターニングすることにより、コンタクトホールCHg、CHsおよびCHcが形成される。
図21を参照して、次に、図20に示された構造(コンタクトホールCHg、CHsおよびCHcが形成された層間絶縁膜13など)が設けられた透明基板10上に、金属酸化物材料(一の酸化物材料)が堆積されることによって、電極構成層7Bとなる部分を含む金属酸化物膜7が形成される。金属酸化物膜7の成膜条件としては実施の形態1と同様のものを用い得る。
それから、写真製版および微細加工技術により、金属酸化物膜7がパターニングされる。これにより、電極構成層7Bと、ソース端子パッド7sと、ゲート端子パッド7gとが形成される。
次に、金属酸化物膜7に対して、レジストパターン(図12:レジストパターン59a参照)を用いた還元処理が行われる。還元処理の方法自体は実施の形態1とほぼ同様であるが、レジストパターンは、絶縁体部7jを覆い、画素電極7p、対向電極7c、ゲート端子パッド7g、およびソース端子パッド7sを露出するパターン形状を有するものとされる。
以上により、TFTアレイ基板102(図16)が得られる。TFTアレイ基板102の電極構成層7B(図14)において、還元処理が行われた画素電極7pおよび対向電極7cがその導電性によって電極として機能し、絶縁体部7jがなす絶縁体領域RIは、画素電極7pおよび対向電極7cの間を絶縁する空間として機能する。
なおTFTアレイ基板102を用いて液晶表示装置を得る方法は実施の形態1におけるものと同様である。
本実施の形態の製造方法によっても、実施の形態1におけるものと同様に、簡便な方法によって製造可能であり、かつ高い表示品質を有する液晶表示装置が得られる。
また本実施の形態における電極構成層7Bの絶縁体領域RIに相当する領域として、従来の製造方法では、エッチングによって電極層にスリット領域を形成するのが通常であった。この場合、エッチング残渣(インジウム残渣)に起因して、スリット領域での電気的短絡などに起因した表示不良が生じることがあった。この問題は、エッチング方法としてウェット法が用いられる場合、特に深刻であった。本実施の形態によれば、スリット領域に相当する絶縁体領域RIをエッチングなしに形成することができるので、この問題を避けることができる。
<実施の形態3>
図22は、本実施の形態における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板103の構成を、TFTアレイ基板101を示す図5と同様の視野で示す。本実施の形態の液晶表示装置は、実施の形態1の液晶表示装置200(図1)においてTFTアレイ基板101(図5)の代わりにTFTアレイ基板103(図22)を有する。
TFTアレイ基板103は、TFT50が設けられた透明基板10を覆う、層間絶縁膜13(第1の層間絶縁膜)および層間絶縁膜14(第2の層間絶縁膜)を有する。透明基板10上において層間絶縁膜13および14はこの順に積層されている。層間絶縁膜14は、詳しくは後述するが、塗布型の絶縁膜である。層間絶縁膜14に覆われることで、TFT50の存在に起因した透明基板10上の隆起がTFTアレイ基板103の表面(図中、上面)の形状へおよぼす影響が緩和されている。すなわちTFTアレイ基板103の表面が平坦化されている。
層間絶縁膜13,14には、実施の形態1と同様の目的のコンタクトホールCHc、CHs、およびCHgに加えて、コンタクトホールCHpが設けられている。コンタクトホールCHpはドレイン電極5を部分的に露出している。コンタクトホールCHpにおいて下部電極6dはドレイン電極5に接続されている。また下部電極6dのうち電極構成層7Aのストライプ領域SRAに対向する部分は、下部電極6d上に配置されている。
またTFTアレイ基板103は、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cを有する。ゲート端子中間部6gはコンタクトホールCHgにおいてゲート配線43に接続されている。ソース端子中間部6sはコンタクトホールCHsにおいてソース配線44に接続されている。共通端子中間部6cはコンタクトホールCHcにおいて共通配線9に接続されている。本実施の形態においては、ゲート端子パッド7g、ソース端子パッド7s、および上部電極部7uのそれぞれは、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6c上に接続されている。
電極間絶縁膜12には、コンタクトホールCHg、CHs、およびCHcの各々に対応する位置に、コンタクトホールCS(第2のコンタクトホール)が設けられている。本実施の形態においては、ゲート端子パッド7g、ソース端子パッド7s、および上部電極部7uのそれぞれは、コンタクトホールCHg、CHs、およびCHc中へ、コンタクトホールCSを介して入り込んでいる。
以下、液晶表示装置のTFTアレイ基板103の製造方法について、図23〜図25を用いて説明する。なおTFT50の形成までの工程は実施の形態1と同様であるためその説明を省略する。
図23を参照して、ソース電極4、ドレイン電極5、ソース配線44、およびゲート絶縁膜11などが設けられた透明基板10の上面全体を覆うように、層間絶縁膜13が成膜される。例えば、CVD法を用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどの無機絶縁体が透明基板10の上面全体に堆積される。これにより、半導体層2のチャネル領域などが層間絶縁膜13に覆われる。
次に、層間絶縁膜13を覆うように、層間絶縁膜14となる樹脂層が形成される。例えば、スピンコート法またはスリットコート法などを用いて、アクリル、エポキシ、ポリイミドまたはポリオレフィンなどの樹脂が、透明基板10の上面全体に塗布される。例えば、層間絶縁膜14の膜厚が最も薄くなる部分(すなわち、TFT50上の部分)で厚さが2.0μm以上になるように、塗布条件が設定される。本実施の形態においては、塗布される樹脂は、感光性のものとされ、例えばポジ型の感光性樹脂が用いられる。
その後、上記感光性樹脂層の露光および現像(すなわち写真製版技術)により、コンタクトホールCHp、CHc、CHs、およびCHgを有する層間絶縁膜14が形成される。露光量は、コンタクトホールCHp、CHc、CHs、およびCHgが層間絶縁膜14を貫通することができる程度に十分なものとされる。
その後、層間絶縁膜14の全面に紫外線が照射される。次に層間絶縁膜14の熱処理が行われる。熱処理は、例えば、相対的に低温の熱処理と、その後の相対的に高温の熱処理(焼成)との組み合わせによって行われることが好ましい。例えば、前者が100℃程度であり、後者が230℃程度である。
次に、層間絶縁膜14をマスクとして用いた微細加工技術により層間絶縁膜14のパターンが層間絶縁膜13に転写されることで、層間絶縁膜13がパターニングされる。これにより、コンタクトホールCHp、CHc、CHs、およびCHgの各々が、層間絶縁膜14に加えて層間絶縁膜13も貫通する。以上により、図23に示される構造が形成される。
図24を参照して、層間絶縁膜13,14が設けられた透明基板10の上面全体の上に、例えばスパッタ法などにより、ITOまたはIZOなどの透明導電膜が成膜される。透明電極膜は、層間絶縁膜14上、および、コンタクトホールCHp、CHc、CHs、およびCHg内に形成される。
それから、写真製版および微細加工技術により、この透明導電膜がパターニングされる。これによりこの透明導電膜から、下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cが形成される。
図25を参照して、下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cなどが設けられた透明基板10の上面全体の上に、電極間絶縁膜12が成膜される。電極間絶縁膜12の成膜方法は、実施の形態1と同様のものを用い得る。
なお電極間絶縁膜12の成膜温度が層間絶縁膜14の焼成温度を超える場合には、層間絶縁膜14からより多くのガスが離脱しやすく、このガスが電極間絶縁膜12の膜中に取り込まれる結果、電極間絶縁膜12の絶縁性または被覆性が低下し得る。そのため、電極間絶縁膜12の成膜温度は層間絶縁膜14の焼成温度以下であることが好ましい。例えば、層間絶縁膜14が上述したように230℃で焼成され、その後、電極間絶縁膜12として厚さ300nmの窒化シリコン膜が成膜温度220℃で形成される。
次に、写真製版および微細加工技術により、電極間絶縁膜12にコンタクトホールCSが形成される。これにより、コンタクトホールCSを有し、かつ、下部電極6dの凹凸に対応した凹凸を有する電極間絶縁膜12が形成される。
以上により、図25に示される構造が得られる。この後の工程は実施の形態1とほぼ同様であるため(図10〜図12参照)、その説明を省略する。
本実施の形態によれば、上述したように、TFT50の存在に起因した透明基板10上の隆起がTFTアレイ基板103の表面(図22中、上面)の形状へおよぼす影響が、層間絶縁膜14が設けられることで緩和されている。すなわちTFTアレイ基板103の表面が平坦化されている。これにより、各画素47(図2)内においてTFT50の存在に起因して生じる表面段差が軽減される。よって、この表面上に設けられた配向膜に対してラビング処理が行われる際に、表面段差に起因してラビング処理が不十分となる箇所をより少なくすることができる。よって液晶表示装置の表示品位をより高めることができる。
また層間絶縁膜14が感光性樹脂から作られることにより、写真製版技術を用いることで層間絶縁膜14のパターニングが短時間で容易に行われる。なお層間絶縁膜14の材料は必ずしも感光性を有する必要はない。一般に感光性樹脂に比べて非感光性樹脂の方が透過率が高く、色づきが少なく、平坦性に優れている。よって非感光性樹脂を用いることで、液晶表示装置の表示時品位をより高めることができる。また、平坦化性が高い材料であれば、塗布材料は、液状である必要はなく、例えばポリシラザンなどでもよい。
<実施の形態4>
図26は、本実施の形態における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板104の構成を、TFTアレイ基板102を示す図16と同様の視野で示す。本実施の形態の液晶表示装置は、実施の形態1の液晶表示装置200(図1)においてTFTアレイ基板101(図5)の代わりにTFTアレイ基板104(図26)を有する。
TFTアレイ基板104は、層間絶縁膜13(第1の層間絶縁膜)上に設けられた層間絶縁膜14(第2の層間絶縁膜)を有する。層間絶縁膜13,14には、実施の形態2と同様の目的のコンタクトホールCHc、CHs、CHg、およびCHpが設けられている。本実施の形態においては、金属酸化物膜7は層間絶縁膜14上に設けられている。
層間絶縁膜14は、実施の形態3で説明したような、塗布型の絶縁膜である。層間絶縁膜14に覆われることで、TFT50の存在に起因した透明基板10上の隆起がTFTアレイ基板104の表面(図中、上面)の形状へおよぼす影響が緩和されている。すなわちTFTアレイ基板104の表面が平坦化されている。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態2の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
TFTアレイ基板104の製造方法において、図23に示す工程まで実施の形態3と同様の工程を用い得る。その後、電極構成層7Bを有する金属酸化物膜7を、実施の形態2と同様の工程により形成し得る。
本実施の形態によれば、液晶層70(図1)の変調に横方向電界を用いる液晶表示装置の表示品位を、実施の形態2および3と同様の理由で高めることができる。
<実施の形態5>
図27は、本実施の形態における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板105の構成を、TFTアレイ基板101を示す図5と同様の視野で示す。本実施の形態の液晶表示装置は、実施の形態1の液晶表示装置200(図1)においてTFTアレイ基板101(図5)の代わりにTFTアレイ基板105(図27)を有する。
TFTアレイ基板105は、一の金属酸化物材料から作られた金属酸化物膜6を有する。この材料としては、実施の形態1において例示した、金属酸化物膜7のための材料と同様のものを用い得る。ただしTFTアレイ基板105において、金属酸化物膜6と金属酸化物膜7とで異なる材料が用いられてもよい。
金属酸化物膜6は、前述した下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cに加えて、これらを一体の層とする絶縁体部6iを有する。金属酸化物膜6の表面(図中、上面)において、下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cの各々と、絶縁体部6iとは、段差なしにつながっている。
金属酸化物膜6において、下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cは電気的経路として用いられるのに十分な導電性を有し、絶縁体部6iは絶縁性を有する。金属酸化物膜6におけるこのような導電性の制御は、実施の形態1において説明した、金属酸化物膜7に対する導電性の制御と同様の方法により行うことができる。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態3の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
TFTアレイ基板105の製造方法としては、TFTアレイ基板103(実施の形態3)の製造方法における下部電極6dの形成工程において、微細加工の代わりに、上述した導電性の制御が行われればよい。
本実施の形態5によれば、下部電極6d、ゲート端子中間部6g、ソース端子中間部6s、および共通端子中間部6cの各々と、絶縁体部6iとが段差なしにつながっている。これにより、表面段差に起因してラビング処理が不十分となる箇所をより少なくすることができる。よって液晶表示装置の表示品位をより高めることができる。
<実施の形態6>
図28は、本実施の形態における液晶表示装置が有するTFTアレイ基板106の構成を、TFTアレイ基板101を示す図5と同様の視野で示す。本実施の形態の液晶表示装置は、実施の形態1の液晶表示装置200(図1)においてTFTアレイ基板101(図5)の代わりにTFTアレイ基板106(図28)を有する。
本実施の形態においては、ゲート端子パッド7gと、ソース端子パッド7sと、電極構成層7Aとが、絶縁体部7iによって、一体の金属酸化物膜7を構成している。これにより、ゲート端子パッド7g、ソース端子パッド7s、および電極構成層7Aの各々の端部で、表面形状に影響を及ぼす段差が構成されなくなる。これにより、表面段差に起因してラビング処理が不十分となる箇所をより少なくすることができる。よって液晶表示装置の表示品位をより高めることができる。
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態5の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
TFTアレイ基板106の製造方法としては、TFTアレイ基板103(実施の形態3)の製造方法における電極構成層7Aの形成工程において、微細加工の代わりに、導電性の制御が行われればよい。すなわち、ゲート端子パッド7g、ソース端子パッド7s、および電極構成層7Aの電気的な分離が、微細加工によってではなく、絶縁体部7iを設けることによって行われればよい。
<実施の形態1〜6の変形例>
電極構成層7Aまたは7Bを含む金属酸化物膜7の導電性の制御が還元処理によって行われる場合、その具体的な方法は、上述した水素プラズマ処理に限定されるものではない。例えば、水素雰囲気または他の還元ガス雰囲気中の熱処理が行われてもよい。あるいは、水素含有量の多い窒化シリコン膜が酸化物半導体のうち還元されることになる領域上に選択的に形成され、その後にアニール処理が行われてもよい。あるいは還元溶液中の浸漬がおこなわれてもよい。
また電極構成層7Aまたは7Bのうちその導電性が相対的に高くされる部分のシート抵抗について0.01Ω/sqを例示したが、このシート抵抗は、電極に用いられるのに十分低く、かつ、透過率の低下が問題とならない程度に高いものであればよい。また電極構成層7Aまたは7Bを含む金属酸化物膜7の材料についてIn−Ga-Zn−O(1:1:1:4)を例示したが、この材料はこれに限定されるものではなく、例えば、In―Zn−Sn−OまたはIn−Ga−Zn−Hf−Oなどであってもよい。
また下部電極6dがTFT50を介してソース配線44に接続された画素電極であり上部電極部7uが共通配線に接続された対向電極であるが、電気的接続を逆にすることによって、上部電極部7uを画素電極とし、かつ下部電極6dを対向電極としてもよい。この場合、対向電極は、透明基板10と電極構成層7Aとの間に下部電極6dとして設けられたものとなる。またこの場合、電極領域REは、対向電極には含まれずに画素電極に含まれる。言い換えると、本実施の形態においては電極構成層7Aは画素電極および対向電極のうち対向電極を含むものであるが、逆に画素電極を含むものであってもよい。
またゲート端子パッド7gおよびソース端子パッド7sは、必ずしも金属酸化物膜7によって構成されている必要はなく、例えば金属膜から構成されていてもよい。
またTFTアレイ基板103〜106(図22、および図26〜図28)において、層間絶縁膜14(第2の層間絶縁膜)は必ずしも層間絶縁膜13(第1の層間絶縁膜)上に設けられる必要はなく、層間絶縁膜13が省略されてもよい。
またTFT50の半導体層2の材料として非晶質シリコンを例示したが、多結晶シリコンまたは金属酸化物が用いられもよい。また各画素のスイッチング素子としてのTFTとしてチャネルエッチ型のTFT50を例示したが、トップゲート型など他のTFTが形成されてもよい。
またストライプ領域SRAまたはSRBについて絶縁体領域RIの延在方向がソース配線44の延在方向と垂直の場合について図示したが、両方向の関係はこれに限定されるものではない。例えば絶縁体領域RIの延在方向がソース配線44の延在方向に対して平行または斜めであってもよい。また絶縁体領域RIの延在方向とソース配線44の延在方向との角度が異なる構成が組み合わされてもよい。
またストライプ領域SRAまたはSRBにおいてストライプ形状のピッチが一定である場合について例示したが、ストライプ領域SRAまたはSRB内においてストライプ形状のピッチが異なっていてもよい。
また透明基板10(支持基板)を有するTFTアレイ基板101(アレイ基板)が液晶層70の反視認側(図1における奥側)に配置される場合について図示したが、アレイ基板は液晶層の視認側に配置されてもよい。その際にはアレイ基板に、ブラックマトリックおよびRGBなどの色材(いわゆるカラーフィルタ)の構造を併設することが望ましい。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
7A,7B 電極構成層、RE 電極領域、RI 絶縁体領域、SRA,SRB ストライプ領域、REc 対向電極領域、REp 画素電極領域、4 ソース電極、5 ドレイン電極、6,7 金属酸化物膜、6c 共通端子中間部、6d 下部電極、6g ゲート端子中間部、6i,7i,7j 絶縁体部、6s ソース端子中間部、7c 対向電極、7g ゲート端子パッド、7p 画素電極、7s ソース端子パッド、7u 上部電極部、9 共通配線、10 透明基板(支持基板)、12 電極間絶縁膜、13,14 層間絶縁膜、43 ゲート配線、44 ソース配線、50 TFT、59a,59b レジストパターン、101〜106 TFTアレイ基板、200 液晶表示装置。

Claims (7)

  1. 液晶層を変調するための画素電極および対向電極を有する液晶表示装置であって、
    支持基板と、
    前記支持基板上に設けられ金属酸化物から作られた電極構成層とを備え、前記電極構成層は、交互に配置された複数の電極領域と複数の絶縁体領域とを有するストライプ領域を含み、前記電極領域は、前記金属酸化物が酸素欠陥を有することによって導電性を有し、前記絶縁体領域は、前記金属酸化物が前記電極領域の酸素欠陥濃度に比して低い酸素欠陥濃度を有することによって絶縁性を有し、前記電極領域は前記画素電極および前記対向電極の少なくともいずれかに含まれる、
    液晶表示装置。
  2. 前記支持基板は、表示領域と、前記表示領域を囲む額縁領域とを有し、
    前記液晶表示装置は、前記支持基板上の前記額縁領域に設けられた電気回路と、前記支持基板の前記額縁領域上から前記支持基板外へ延びる外部配線とをさらに備え、前記電気回路と前記外部配線とは前記支持基板上の前記額縁領域内において前記電気回路と前記外部配線との間に位置する接続領域で互いに接続されており、
    前記電極構成層の前記ストライプ領域の前記電極領域および前記絶縁体領域は一の平坦な面をなしており、
    前記電極構成層は前記支持基板上において、前記表示領域から前記額縁領域内へ延伸しており、かつ前記接続領域には設けられていない、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記電極構成層の前記絶縁体領域は1×108Ω/sq以上のシート抵抗を有する、請求項1または2に記載の液晶表示装置。

  4. 前記金属酸化物はインジウム原子とガリウム原子とを含む、請求項3に記載の液晶表示装置。
  5. 前記電極構成層は前記画素電極および前記対向電極の一方のみを含み、
    前記支持基板と前記電極構成層との間に、前記画素電極および前記対向電極の他方である下部電極をさらに備え、前記下部電極は前記電極構成層の前記絶縁体領域に対向する部分を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  6. 前記電極構成層の前記ストライプ領域の前記電極領域は、前記画素電極に含まれる部分と、前記対向電極に含まれる部分とを有し、前記電極領域には前記画素電極および前記対向電極が交互に配置されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
  7. 液晶層を変調するための画素電極および対向電極を有する液晶表示装置の製造方法であって、
    支持基板上に一の酸化物材料を堆積することによって電極構成層を形成する工程と、
    前記電極構成層上に、パターンを有するマスク層を形成する工程と、
    前記マスク層が設けられた前記電極構成層に対して酸化および還元のいずれかの処理を行うことによって、前記電極構成層に、交互に配置された複数の電極領域と複数の絶縁体領域とを有するストライプ領域を形成する工程とを備え、前記電極領域は前記画素電極および前記対向電極の少なくともいずれかに含まれる、
    液晶表示装置の製造方法。
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