JPH08179252A - 液晶パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板（１８）上の絶縁膜（１５）上に、アル
ミニウムの配向度を向上させる第１の金属膜（１３１）
とアルミニウムからなる第２の金属膜（１３２）の二層
からなる反射電極（１３）を形成し、その上に液晶（１
２）、対向電極（１１）を設けた液晶パネル。 【効果】 高反射率の金属面を得ることができるため、
反射光量の大きい液晶パネルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射電極を用いた液晶
パネル及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示装置として軽量、薄型な
どの特徴のある液晶表示体を用いたディスプレイが脚光
を浴びている。このディスプレイには、高分子分散型液
晶を使用した高輝度液晶パネルを用いることが知られて
おり、例えば特開平５−３１３１５７号に記載されてい
る。

【０００３】以下、従来の高輝度パネルについて説明す
る。図２は高分子分散型液晶を用いた従来型液晶パネル
の断面図である。ただし、説明に不必要な箇所は省略し
てある。光透過性の対向電極１１と反射電極１３の間
に、高分子分散型液晶１２が封持してある。反射電極１
３とアレイ基板１８上に形成された薄膜トランジスタ１
７および画素電極１６は絶縁層１５に設けられた導電性
物質で埋め込まれた接続孔１４を介して電気的に接続さ
れている。この対向電極１１と反射電極１３により高分
子分散型液晶１２に電圧を印加すると、高分子分散型液
晶１２は光透過性になるので、対向電極１１を通して入
射した光は反射電極１３で反射されそのまま対向電極１
１から出射される。一方、高分子分散型液晶１２に電圧
を印加しないときは、高分子分散型液晶１２が光散乱性
を示すので、反射電極１３に到達する光量は少なく、対
向電極１１から出射される光量も少なくなり、画素とし
て機能する。つまり液晶パネルの輝度は反射電極１３か
ら反射される光量で決まる。

【０００４】反射電極１３の垂直方向の反射率を上げる
ため、塗布絶縁膜による絶縁層１５の平坦化や、反射電
極１３の材料として反射率の高いアルミニウム使用が試
みられている。なお、本明細書でアルミニウムとは、ア
ルミニウム自体の他アルミニウム合金をも含む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の液晶パネル
の反射電極であるアルミニウムは反射率が低い。その結
果液晶パネルの画像の輝度が低下する問題がある。

【０００６】本発明の目的は、高い反射率を持つ反射電
極及びそれを用いた液晶パネルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、反射電極
を、アルミニウムの配向度を向上させる第１の金属膜
と、前記第１の金属膜上にアルミニウムからなる第２の
金属膜からなる二層構造とすることにより達成される。

【０００８】また、上記目的は、反射電極と反射電極下
の絶縁膜との界面を凹凸形状とし、凹部及び凸部の長さ
が、反射電極の厚さの１／１０以上、３倍以下とするこ
とにより達成される。ここで、反射電極の厚さとは、反
射電極の上面から反射電極の凹部底面までの厚さをい
う。

【０００９】

【作用】基体上に例えばチタニウムなどの高融点金属膜
を形成し、その上にアルミニウム膜を形成して、二層構
造とすると反射率が高くなることがわかった。ここで、
膜厚を変化させたチタニウム膜の上にアルミニウム合金
膜を形成し、熱処理した後の反射率を測定した結果を図
３に示す。アルミニウム合金膜の反射率は直下に設けた
チタニウム膜厚に依存し、チタニウム膜厚が３ｎｍ以上
あればアルミニウム合金膜の反射率向上効果が著しく、
アルミニウム合金膜厚の１／４から１／５以上になると
その効果は飽和することがわかった。なお、チタニウム
膜厚がアルミニウム膜厚の３倍以上になると、チタニウ
ムとアルミニウムの反応が進みすぎて、むしろ反射率は
低下する傾向が有る。またチタニウム膜厚がアルミニウ
ム膜厚の１／３０程度以下であると、成膜後の熱処理に
よってチタニウム原子がアルミニウム膜中に完全に固溶
して、チタニウム膜が消失し、チタニウムの固溶した単
層のアルミニウム合金膜になることもあるが、その時で
も反射率向上効果がある。

【００１０】このように、アルミニウム膜の直下にチタ
ニウム膜を形成すると、反射率が向上するのは、チタニ
ウム膜がアルミニウム膜の配向度を向上させる機能を有
するからと考えられる。配向度が高ければ表面起伏が少
なくなり反射率が向上すると考えられる。一方、上記従
来技術の反射電極の構造では、絶縁膜上に形成されたア
ルミニウム膜はチタニウム膜を設けた場合に比べ、配向
度が低いため反射率が低いと考えられる。

【００１１】さらに、チタニウム膜のチタニウム原子
が、アルミニウム結晶粒界に偏析し、そのため、アルミ
ニウム結晶粒界の溝掘りが生じにくくなり、アルミニウ
ム合金膜の表面の荒れが抑えられる。

【００１２】また、製造工程では通常数百℃の熱処理が
数回繰り返されるが、熱処理を行なった場合でも、チタ
ニウム膜上に形成されたアルミニウム合金膜はヒロック
が形成されにくいこともわかった。

【００１３】また、本発明の光反射用電極は、高分子分
散型液晶を用いた液晶パネルへの適用に限定するもので
はなく、ツイストネマテック液晶パネル等の反射型液晶
パネルに適用可能であることは無論のことである。

【００１４】一方、反射電極と反射電極下の絶縁膜との
界面を凹凸形状とし、凹部及び凸部の長さが、反射電極
の厚さの１／１０以上、３倍以下とすると、例えばアル
ミニウム合金膜を反射電極として用いた場合、絶縁膜と
の接触面からアルミニウムの低指数面（（１１１）面な
ど）が方位を合わせて成長し、特定結晶面の配向度が上
がり、反射率が向上する。また、熱処理を行なっても結
晶粒界の溝掘りが起きにくいので、アルミニウム合金膜
の表面の荒れが抑えられ、高輝度の液晶パネルが得られ
る。

【００１５】なお、対向電極は表示したい光に対しでき
るだけ透過率の高い物質が好ましい。

【００１６】

【実施例】

＜実施例１＞以下、図４を用いて説明する。酸化シリコ
ン膜（１９）上に、膜厚２００ｎｍのチタニウム膜（１
３１）、膜厚８００ｎｍの１重量％のシリコンを含むア
ルミニウム膜（１３２）を順次、公知のスパッタ法（１
５０℃）で形成した。以降、１重量％のシリコンを含む
アルミニウムをＡｌ−Ｓｉと略す。このようにして形成
した金属膜の反射率を図５の光学系をもつ反射率測定装
置（光源は可視光源）を用いて測定したところ８７％で
あった。次にこの試料をアルゴン雰囲気中で４５０℃２
０分間の熱処理を行なった後、前記の反射率測定装置を
用いて再度反射率を測定すると、その反射率は８２％と
なった。これはチタニウム層を設けない従来構造と比較
すると、熱処理前で約５％、熱処理後で約１０％の反射
率向上効果がある。

【００１７】本実施例では高融点金属としてチタニウム
を用いたが、他にジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングス
テン、スカンジウム、イットリウム等の高融点金属で
も、またこれらを主成分とする合金でも同等の効果が得
られた。ここでいう合金とはアモルファス合金も含むの
は言うまでもない。

【００１８】Ａｌ−Ｓｉ膜の配向度が高いほど結晶粒界
での溝掘りが起きにくいので、配向度の高い膜ほど反射
率は高くなる。そこで本実施例の試料をＸ線回折法で測
定したところ、Ａｌ−Ｓｉ膜は（１１１）配向してお
り、（１１１）面の基板面からのずれは概ね３度以内で
あった。（１１１）面の基板面からのずれとは、（１１
１）面のロッキングカーブの半値幅のことである。一
方、従来の非晶質絶縁膜上に直接Ａｌ−Ｓｉ膜を形成し
た構造では、そのずれは５から８度であった。

【００１９】＜実施例２＞図１は本発明の高反射率の電
極を有する投射型液晶パネルの製造工程断面図である。
説明に不要な部分は省略してある。アレイ基板１８上に
スイッチング素子である薄膜トランジスタ１７と画素電
極１６を形成した（図１(a)）。次に、薄膜トランジス
タ１７と画素電極１６の上に開口部を有する絶縁膜１５
を形成し、開口部に化学気相成長（ＣＶＤ）法によりタ
ングステンを埋め込んで、接続孔１４を形成した（図１
(b)）。さらに、絶縁膜１５上に、チタニウム金属膜１
３１とアルミニウム反射金属１３２からなる反射電極１
３を形成した。この反射電極１３上に高分子分散型液晶
１２と光透過性の対向電極１１を設けることで、投射型
液晶パネルを構成した（図１(c)）。このように、反射
電極１３を下地金属１３１と反射金属１３２と２層構造
にすることで、従来の液晶パネルに比べ輝度の向上が見
られた。

【００２０】本実施例では、反射電極をチタニウム膜に
Ａｌ膜を重ねた２層構造としたが、チタニウムのかわり
にジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タ
ンタル、クロム、モリブデン、タングステン、スカンジ
ウム、イットリウム等の高融点金属またはこれを主成分
とする合金（アモルファス合金も含む）、化合物を用い
ても良い。

【００２１】さらに反射電極１３を３層以上の薄膜（例
えば、上層よりＡｌ−Ｓｉ／Ｔｉ／ＴｉＮの３層薄膜な
ど）で構成すれば、反射電極１３と画素電極１６との反
応を抑えることも可能である。

【００２２】本実施例では、開口部にＣＶＤ法によりタ
ングステンを埋め込んだが、タングステンに限らずモリ
ブデン、またはこれらの合金等であっても良い。さら
に、ＣＶＤ法によらず、通常のスパッタ及びエッチング
を組み合わせることにより、開口部にアルミニウム等の
導電体を形成しても良い。

【００２３】＜実施例３＞図６は本発明の高反射率の電
極を有する投射型液晶パネルの製造工程断面図である。
説明に不要な部分は省略してある。まず、アレイ基板１
８上にスイッチング素子である薄膜トランジスタ１７と
画素電極１６を形成した（図６(a)）。次に、薄膜トラ
ンジスタ１７と画素電極１６の上に開口部を有する絶縁
膜１５を形成し、開口部から絶縁膜１５上にチタニウム
金属膜１３１とアルミニウム反射金属１３２からなる反
射電極１３を形成した（図６(b)）。この反射電極１３
上に高分子分散型液晶１２と光透過性の対向電極１１を
設けることで、投射型液晶パネルを構成した（図６
(c)）。このように、反射電極１３を下地金属１３１と
反射金属１３２と２層構造にすることで、従来の液晶パ
ネルに比べ輝度の向上が見られた。

【００２４】本実施例のように、反射電極１３を直接、
画素電極１６に接触させれると、上記実施例２の方法に
比較して製造工程はより簡単になる。

【００２５】＜実施例４＞図７は本発明の高反射率の電
極を有する投射型液晶パネルの製造工程断面図である。
説明に不要な部分は省略してある。まず、アレイ基板１
８上にスイッチング素子である薄膜トランジスタ１７と
画素電極１６を形成した（図７(a)）。次に、薄膜トラ
ンジスタ１７と画素電極１６の上に開口部を有する絶縁
膜１５を形成し、開口部から絶縁膜１５上に、開口部が
埋め込まれるようにＣＶＤ法を用いてタングステン金属
膜１３３を形成し、さらに、タングステン金属膜１３３
上に、チタニウム金属膜１３１とアルミニウム反射金属
１３２を形成することにより、反射電極１３を形成した
（図７(b)）。この反射電極１３上に高分子分散型液晶
１２と光透過性の対向電極１１を設けることで、投射型
液晶パネルを構成した（図７(c)）。このように、反射
電極１３を２種類の下地金属１３１、１３３と反射金属
１３２と３層構造にすることで、従来の液晶パネルに比
べ輝度の向上が見られた。

【００２６】本実施例の方法では、実施例３のように開
口部にアルミニウムを埋め込む必要がない。従って、開
口部に埋め込む方法よりも低温でアルミニウムを形成で
きるため、製造が簡便になりまた反射率がより向上す
る。

【００２７】＜実施例５＞図８を用いてグラフォエピタ
キシャル成長法を用いた実施例について説明する。スパ
ッタ法、ＣＶＤ法、フォトリソグラフィー法及びドライ
エッチ法を組み合わせることで、アレイ基板１８上に薄
膜トランジスタ１７、画素電極１６、絶縁膜１５、導電
性物質で埋め込まれた接続孔１４を形成した（図８
(a)）。さらにこの絶縁膜１５に５０ｎｍ深さの溝２０
を１μｍ間隔で形成した（図８(b)）。次に基板全体を
５５０℃に加熱しながら約８００ｎｍ厚さのＡｌ−Ｓｉ
膜をスパッタ法により形成した後、所定の反射電極パタ
ーン１３を形成した（図８(c)）。この他に、基板温度
を変えたものを数種類作成した。

【００２８】このようにして形成した反射電極の配向度
をＸ線回折法で測定すると、図９に示すように、Ａｌ−
Ｓｉ成膜時の基板温度が５５０℃の時には（１１１）面
の基板面からのずれ（半値幅）は約２度であった。ま
た、基板温度が５００℃の時には３度、４５０℃の時に
は４度ずれており、基板温度が高いほど反射電極を構成
する金属膜の配向度が向上した。しかし基板温度がアル
ミニウムの融点（６６０℃）より高くなると、絶縁膜１
５と反応して反射率が低下する傾向が見られた。

【００２９】このようにして形成した反射電極の反射率
を前記反射率測定装置（図５）を用いて測定したとこ
ろ、Ａｌ−Ｓｉ成膜時の基板温度が５５０℃では８５
％、５００℃では７２％、４５０℃では６７％となり、
反射電極であるＡｌ−Ｓｉ膜の配向度が高いほど、反射
電極の反射率が高くなり、この光反射用電極上に高分子
分散型液晶１２と光透過性の対向電極１１を設け、投射
型液晶パネルを作製すると、従来の液晶パネルに比べ輝
度の向上が見られた。

【００３０】＜実施例６＞図１０は反射型液晶パネルを
用いた液晶投射型プロジェクタの構成図である。説明に
不用な部分は省略してある。本発明の液晶投射型プロジ
ェクタは、本発明の反射型液晶パネル（２１）、光源
（２２）、ハーフミラー（２３）によって概略構成され
る。光源（２２）から射出された光はハーフミラー（２
３）で反射され、液晶パネル（２１）に入射する。液晶
パネル（２１）は印加された電気信号に応じたコントラ
ストを形成する。すなわち、液晶が光散乱性を示す場合
には入射した光は遮光され、液晶が光透過性を示す場合
にはハーフミラー（２３）より入射した光はそのまま液
晶パネルから射出される。液晶パネル（２１）から射出
された光はハーフミラー（２３）を透過する。この光を
スクリーン等に投影すると投射型プロジェクタとして機
能した。本発明の高分子分散型液晶パネルは、高開口
率、高指向性、高輝度を持つので、本発明の液晶投射型
プロジェクタは従来のものに比べ、コントラストと輝度
の向上が見られた。

【００３１】本発明では光学系にハーフミラー（２３）
を用いたが、レンズやミラーを組み合わせることによっ
ても同様の効果が得られる。

【００３２】また本発明の構成では単色の画像しか得ら
れないが、赤、緑、青の３色の光源を用いるなどすれ
ば、カラー画像を表示することも可能である。

【００３３】なお、本発明の液晶パネルは高開口率、高
指向性、高輝度であることより、投射型プロジェクタの
他大画面のテレビ等、投射型ディスプレイへの適用が好
ましい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、高反射率の金属面を得
ることができるため、反射光量の大きい液晶パネルを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２における本発明の光反射用電極を用い
た液晶パネルの製造工程の要部断面図である。

【図２】従来の液晶パネルの断面図である。

【図３】アルミニウム合金膜の反射率のチタニウム膜厚
依存性を示す図である。

【図４】実施例１における本発明の反射金属膜の断面図
である。

【図５】反射率測定装置の光学系を示す図である。

【図６】実施例３における本発明の光反射用電極を用い
た液晶パネルの製造工程の要部断面図である。

【図７】実施例４における本発明の光反射用電極を用い
た液晶パネルの製造工程の要部断面図である。

【図８】実施例５における本発明の光反射用電極を用い
た液晶パネルの製造工程を示す要部断面図である。

【図９】アルミニウム合金膜の配向度の基板温度依存性
を示す図である。

【図１０】実施例６における本発明の液晶パネルを用い
た液晶投射型プロジェクタの構成図。

【符号の説明】 １１…対向電極、１２…高分子分散型液晶、１３…反射
電極、１４…導電性物質で埋め込まれた接続孔、１５…
絶縁膜、１６…画素電極、１７…薄膜トランジスタ、１
８…アレイ基板、１９…酸化シリコン膜、１３１…下部
金属膜、１３２…反射金属膜、１３３…下部金属膜、２
０…溝、２１…液晶パネル、２２…光源、２３…ハーフ
ミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹本 一八男 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 山本 恒典 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体と、 前記基体上に形成された画素電極と、 前記画素電極が形成された前記基体上に設けられた、前
   記画素電極上に開口部を有する絶縁膜と、 前記開口部に充填された導電体層と、 前記導電体層及び前記絶縁膜上に形成された、アルミニ
   ウムの配向度を向上させる第１の金属膜と、 前記第１の金属膜上に直接形成されたアルミニウムから
   なる第２の金属膜と、 前記第２の金属膜上に形成された液晶の層と、 前記液晶の層上に形成された対向電極とを有することを
   特徴とする液晶パネル。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶パネルにおいて、前記
   第１の金属膜は、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウ
   ム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデ
   ン、タングステン、スカンジウム、イットリウムのいず
   れか、もしくはその化合物、合金であることを特徴とす
   る液晶パネル。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の液晶パネルにおい
   て、前記第１の金属膜の厚さは３ｎｍ以上前記アルミニ
   ウムの膜厚の３倍未満であることを特徴とする液晶パネ
   ル。
4. 【請求項４】基体と、 前記基体上に形成された画素電極と、 前記画素電極が形成された前記基体上に設けられた、前
   記画素電極上に開口部を有する絶縁膜と、 前記開口部から前記絶縁膜上に延伸して形成された、ア
   ルミニウムの配向度を向上させる第１の金属膜と、 前記第１の金属膜上に直接形成されたアルミニウムから
   なる第２の金属膜と、 前記第２の金属膜上に形成された液晶の層と、 前記液晶の層上に形成された対向電極とを有することを
   特徴とする液晶パネル。
5. 【請求項５】請求項４記載の液晶パネルにおいて、前記
   第１の金属膜は、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウ
   ム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデ
   ン、タングステン、スカンジウム、イットリウムのいず
   れか、もしくはその化合物、合金であることを特徴とす
   る液晶パネル。
6. 【請求項６】請求項４または５記載の液晶パネルにおい
   て、前記第１の金属膜の前記絶縁膜上の厚さは３ｎｍ以
   上前記アルミニウムの膜厚の３倍未満であることを特徴
   とする液晶パネル。
7. 【請求項７】基体と、 前記基体上に形成された画素電極と、 前記画素電極が形成された前記基体上に設けられた、前
   記画素電極上に開口部を有する絶縁膜と、 前記絶縁膜上及び前記開口部に、開口部における厚さが
   前記絶縁膜の厚さよりも厚く形成された第１の金属膜
   と、 前記第１の金属膜上に形成された、アルミニウムの配向
   度を向上させる第２の金属膜と、 前記第２の金属膜上に直接形成されたアルミニウムから
   なる第３の金属膜と、 前記第３の金属膜上に形成された液晶の層と、 前記液晶の層上に形成された対向電極とを有することを
   特徴とする液晶パネル。
8. 【請求項８】基体と、 前記基体上に形成された画素電極と、 前記画素電極が形成された前記基体上に設けられた、前
   記画素電極上に開口部を有する絶縁膜と、 前記開口部に充填された導電体層と、 前記絶縁膜上に直接形成されたアルミニウムからなる金
   属膜と、 前記金属膜上に形成された液晶の層と、 前記液晶の層上に形成された対向電極とを有する液晶パ
   ネルにおいて、 前記絶縁膜と前記金属膜との界面は凹部及び凸部を有し
   ており、 前記凹部及び凸部の長さが、前記金属膜の上面から凹部
   底面までの厚さに対して、１／１０以上もしくは３倍以
   下であることを特徴とする液晶パネル。
9. 【請求項９】請求項１乃至８何れかに記載の液晶パネル
   を用いた投射型ディスプレイ。
10. 【請求項１０】アルミニウムの配向度を向上させる第１
    の金属膜と、前記第１の金属膜上に形成されたアルミニ
    ウムからなる第２の金属膜とから構成されたことを特徴
    とする光反射用金属膜。
11. 【請求項１１】基体上に画素電極を形成する工程と、 前記画素電極が形成された前記基体上に、前記画素電極
    上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、 前記開口部に導電体を充填して、導電体層を形成する工
    程と、 前記導電体層及び前記絶縁膜上に、アルミニウムの配向
    度を向上させる第１の金属膜を形成する工程と、 前記第１の金属膜上に直接アルミニウムからなる第２の
    金属膜を形成する工程と、 前記第２の金属膜上に液晶の層を形成する工程と、 前記液晶の層上に対向電極を形成する工程とを有するこ
    とを特徴とする液晶パネルの製造方法。
12. 【請求項１２】基体上に画素電極を形成する工程と、 前記画素電極が形成された前記基体上に、前記画素電極
    上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、 前記開口部から前記絶縁膜上に延伸して、アルミニウム
    の配向度を向上させる第１の金属膜を形成する工程と、 前記第１の金属膜上に直接アルミニウムからなる第２の
    金属膜を形成する工程と、 前記第２の金属膜上に液晶の層を形成する工程と、 前記液晶の層上に対向電極を形成する工程とを有するこ
    とを特徴とする液晶パネルの製造方法。
13. 【請求項１３】基体上に画素電極を形成する工程と、 前記画素電極が形成された前記基体上に、前記画素電極
    上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、 前記開口部に導電体を充填して、導電体層を形成する工
    程と、 前記絶縁膜及び前記導電体層上に直接アルミニウムから
    なる金属膜を形成する工程と、 前記金属膜上に液晶の層を形成する工程と、 前記液晶の層上に対向電極を形成する工程を有する液晶
    パネルの製造方法において、 前記絶縁膜と前記金属膜との界面に凹部及び凸部を形成
    し、 前記凹部及び凸部の長さが、前記金属膜の上面から凹部
    底面までの厚さに対して、１／１０以上もしくは３倍以
    下であることを特徴とする液晶パネルの製造方法。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の液晶パネルの製造方法
    において、前記金属膜を形成する工程は、前記基体の温
    度が５５０℃以上６６０℃以下で形成する工程であるこ
    とを特徴とする液晶パネルの製造方法。