CN101529317B - 液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法。本发明提供一种反射效率高的高画质的半透过型和反射型液晶显示装置。本发明的液晶显示装置是具备反射区域的液晶显示装置，反射区域包括在具有多个凹部的金属层上形成的绝缘层、半导体层和反射层，在所述金属层的多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的所述金属层的凸部，在设所述多个凸部各自的底面的宽度为a，底面与上表面之间的厚度为x，斜面相对于底面的倾斜角为θ，所述绝缘层、所述半导体层和所述反射层合计的厚度为y时，所述金属层的所述多个凸部的至少1个的底面的宽度a满足a≤2(x+y)/tanθ。

Description

液晶显示装置和液晶显示装置的制造方法
技术领域
本发明涉及能够利用反射光进行显示的反射型或者半透过型的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置中，存在利用画面背面的背光源作为显示用的光源的透过型液晶显示装置、利用外部光的反射光的反射型液晶显示装置、和利用外部光和背光源双方作为光源的半透过型液晶显示装置。反射型液晶显示装置和半透过型液晶显示装置具有与透过型液晶显示装置相比消耗电力较小、在亮处画面易于观看的特征，半透过型液晶显示装置具有与反射型液晶显示装置相比，在暗处也易于观看的特征。
图13是现有的反射型液晶显示装置(例如，专利文献1)中的有源矩阵基板100的截面图。
如图13所示，有源矩阵基板100包括绝缘性基板101、在绝缘性基板101上叠层的栅极层102、栅极绝缘层104、半导体层106、金属层108和反射层110。栅极层102、栅极绝缘层104、半导体层106和金属层108在绝缘性基板101上叠层后，用1个掩模实施蚀刻，以具有岛状的叠层结构的方式形成。之后，通过在该叠层结构上形成反射层110，形成具有凹凸的反射面112。其中，在有源矩阵基板100的上部，尽管没有图示，但是形成有透明电极、液晶层、彩色滤光片基板(CF基板)等。
专利文献1：日本专利特开平9-54318号公报。
发明内容
上述有源矩阵基板100中，在没有形成栅极层102等的部分(岛之间的部分，以下称为“间隙部”)，反射层110的一部分以到达绝缘性基板101的方式形成。从而，在间隙部，反射面112的表面向绝缘性基板101的方向陷没，形成较深的凹陷(或者凹部)。
在反射型或半透过型的液晶显示装置中，为了利用反射光进行明亮的显示，需要将从各种方位入射的光通过反射面在显示面整体上更加均匀地有效地反射。为此，反射面最好不是完全的平面，而具有适度凹凸。
但是，因为上述有源矩阵100的反射面112具有较深的凹陷，所以光难以到达位于凹陷下部的反射面，或者，即使光到达，其反射光也难以向液晶面板一侧反射。从而，上述现有液晶显示装置中，存在没有将反射光有效地用于显示的问题。进而，因为反射面112的大部分相对于液晶显示装置的显示面具有较大的角度，所以也存在没有将来自该部分的反射光有效地用于显示的问题。
图14是表示反射面112的倾斜与反射光的关系的图。图14(a)表示光从具有折射率Na的介质a向具有折射率Nb的介质b入射时的入射角α与出射角β的关系。该情况下，根据斯涅尔定律，以下关系成立。
Na×sinα＝Nb×sinβ
图14(b)是表示垂直于LCD的显示面入射的入射光被相对于显示面(或者基板)倾斜θ的反射面反射的情况下的入射光与反射光的关系的图。如图所示，垂直于显示面入射的入射光，被相对于显示面倾斜角度θ的反射面反射，向出射角φ的方向出射。
将基于斯涅尔定律，按每个反射面的角度θ计算出的出射角φ的结果示于表1。
[表1]
  θ   φ   90-φ
  0   0   90
  2   6.006121   83.99388
  4   12.04967   77.95033
  6   18.17181   71.82819
  8   24.42212   65.57788
  10   30.86588   59.13412
  12   37.59709   52.40291
  14   44.76554   45.23446
  16   52.64382   37.35618
  18   61.84543   28.15457
  20   74.61857   15.38143
  20.5   79.76542   10.23458
  20.6   81.12757   8.872432
  20.7   82.73315   7.266848
  20.8   84.80311   5.19888
  20.9   88.85036   1.149637
  20.905   89.79914   0.200856
该表的值是设空气(air)的折射率为1.0、玻璃基板和液晶层的折射率为1.5计算而得的。如表1所示，当反射面的角度θ超过20度时，出射角φ变得非常大(90-φ变得非常小)，出射光几乎不会到达利用者。从而，即使在反射层的反射面加上凹凸，为了有效地利用反射光，也需要在反射面的较多部分上使角度θ在20度以下。
在上述有源矩阵基板100的反射面112上，因为相对于显示面角度大于20度的部分较多，所以没有将反射光有效地用于显示。为了解决该问题，考虑在反射层110下，以覆盖金属层108的方式形成绝缘层，使反射面变得平滑。但是，该情况下，需要形成绝缘层的工序，和在绝缘层上形成用于将反射层110与TFT的漏极连接的接触孔的工序等，会产生材料和工序数增加的问题。
此外，在现有的有源矩阵基板100中，使岛状的叠层结构的宽度比较宽的情况下，在叠层结构上形成没有凹凸的平坦的反射层110，由此，也存在反射光的利用效率降低的问题。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种具备具有高反射率的反射区域的高画质的反射型液晶显示装置、和半透过型液晶显示装置。
本发明的液晶显示装置，是一种具备使入射光向显示面反射的反射区域的液晶显示装置，上述反射区域包括金属层、在上述金属层上形成的绝缘层、在上述绝缘层上形成的半导体层、和在上述半导体层上形成的反射层，在上述金属层，形成有多个凹部，在上述反射区域的上述反射层，形成有反映上述金属层的形状的凹凸，在上述金属层的上述多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的上述金属层的凸部，在设上述多个凸部各自的上述底面的宽度为a，上述底面与上述上表面之间的厚度为x，上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为θ，上述绝缘层、上述半导体层和上述反射层的厚度的合计厚度为y时，上述金属层的上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
在某个实施方式中，上述金属层的上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度在15.88μm以下。此外，在某个实施方式中，上述金属层的上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度在1.00μm以上。此外，在某个实施方式中，上述多个凸部的上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为10°以上不足90°。
在某个实施方式中，在上述金属层的上述多个凹部之间，形成有多个包括带台阶的斜面的上述金属层的凸状部分，上述带台阶的斜面包括上部斜面、平坦部和下部斜面，上述凸部的上述上表面是上述凸状部分的上表面，上述凸部的上述斜面是上述带台阶的斜面的上述上部斜面，上述凸部的上述底面与上述带台阶的斜面的上述平坦部大致在同一平面上形成。
在某个实施方式中，上述金属层的上述带台阶的斜面的上述下部斜面进一步包括带台阶的斜面。此外，在某个实施方式中，在上述反射层的表面，形成有反映上述金属层的上述带台阶的斜面的台阶。此外，在某个实施方式中，在上述反射层的表面，形成有第一凹部、和位于上述第一凹部的内侧的第二凹部。此外，在某个实施方式中，上述金属层的上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度在14.75μm以下。
在某个实施方式中，上述多个凸部的上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为10°以上20°以下，上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度为2.75μm以上15.88μm以下。此外，在某个实施方式中，上述金属层构成形成液晶显示装置的辅助电容的1对电极的一方。
本发明的液晶显示装置的制造方法，是具备使入射光向显示面反射的反射区域的液晶显示装置的制造方法，包括：在基板上形成金属膜的步骤；对上述反射区域的上述金属膜进行整形，形成具有多个凹部的金属层的步骤；在上述金属层上形成绝缘层的步骤；在上述绝缘层上形成半导体层的步骤；和在上述半导体层上叠层金属膜，形成具备反映上述金属层的上述多个凹部的形状的凹凸的反射层的步骤，在形成上述金属层的步骤中，在上述多个凹部之间，形成多个分别具有底面、上表面和斜面的上述金属层的凸部，在设上述多个凸部各自的上述底面的宽度为a，上述底面与上述上表面之间的厚度为x，上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为θ，上述绝缘层、上述半导体层和上述反射层的厚度的合计厚度为y时，在形成上述金属层的步骤中，以上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
的方式形成上述金属层。
在某个实施方式中，以上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度在15.88μm以下的方式形成上述金属层。此外，在某个实施方式中，以上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度在1.00μm以上的方式形成上述金属层。此外，在某个实施方式中，以上述多个凸部的上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为10°以上不足90°的方式形成上述金属层。
在某个实施方式中，形成上述金属层的步骤中，在上述多个凹部之间，形成具有带台阶的斜面且在上部包括上述多个凸部的多个凸状部分。此外，在某个实施方式中，形成上述金属层的步骤中，在上述多个凹部之间，形成具有包括多个台阶的带台阶的斜面且在上部包括上述凸部的凸状部分。此外，在某个实施方式中，形成上述反射层的步骤中，在上述反射层的表面，形成反映上述金属层的上述凸状部分的上述带台阶的斜面的台阶。
在某个实施方式中，形成上述反射层的步骤中，在上述反射层的表面，形成第一凹部、和位于上述第一凹部的内侧的第二凹部。此外，在某个实施方式中，形成上述金属层的步骤中，以上述金属层的多个上述凸部的至少1个的上述底面的宽度在14.75μm以下的方式形成上述金属层。
在某个实施方式中，形成上述金属层的步骤中，以上述多个凸部的上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为10°以上20°以下，上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度为2.75μm以上15.88μm以下的方式形成上述金属层。此外，在某个实施方式中，上述金属层，由与液晶显示装置的开关元件的栅极电极相同的金属，与上述栅极电极同时形成。
本发明的其他液晶显示装置，是一种具备使入射光向显示面反射的反射区域的液晶显示装置，上述反射区域包括金属层、在上述金属层上形成的绝缘层、和在上述绝缘层上形成的反射层，在上述金属层，形成有多个凹部，在上述反射区域的上述反射层，形成有反映上述金属层的形状的凹凸，在上述金属层的上述多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的上述金属层的凸部，在设上述多个凸部各自的上述底面的宽度为a，上述底面与上述上表面之间的厚度为x，上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为θ，上述绝缘层和上述反射层的厚度的合计厚度为y时，上述金属层的上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
本发明的液晶显示装置的制造方法，是一种具备使入射光向显示面反射的反射区域的液晶显示装置的制造方法，包括：在基板上形成金属膜的步骤；对上述反射区域的上述金属膜进行整形，形成具有多个凹部的金属层的步骤；在上述金属层上形成绝缘层的步骤；和在上述绝缘层上叠层金属膜，形成具备反映上述金属层的上述多个凹部的形状的凹凸的反射层的步骤，在形成上述金属层的步骤中，在上述多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的上述金属层的凸部，在设上述多个凸部各自的上述底面的宽度为a，上述底面与上述上表面之间的厚度为x，上述斜面相对于上述底面的倾斜角度为θ，上述绝缘层和上述反射层的厚度的合计厚度为y时，在形成上述金属层的步骤中，以上述多个凸部的至少1个的上述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
的方式形成上述金属层。
根据本发明，能够提供一种具备具有高反射率的反射区域的高画质的反射型液晶显示装置、和半透过型液晶显示装置。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1的液晶显示装置的截面形状的图。
图2是用于具体说明实施方式1的像素区域和反射部的结构的图，(a)是从显示面上方观看像素区域的一部分的情况的平面图，(b)是示意性地表示液晶显示装置的反射部的结构的平面图。
图3是表示实施方式1的反射部和TFT部的结构的截面图，(a)表示反射部的结构，(b)表示TFT部的结构。
图4是用于说明实施方式1中求出Cs金属层的凸部的宽度的方法的图。
图5是表示实施方式1的TFT部的制造方法的平面图。
图6是表示实施方式1的TFT部的制造方法的截面图。
图7是表示实施方式1的反射部的制造方法的平面图。
图8是表示实施方式1的反射部的制造方法的截面图。
图9是表示实施方式2的反射部的结构的截面图。
图10是用于说明实施方式2中求出Cs金属层的凸部的宽度的方法的图。
图11是用于比较实施方式2的反射部与现有的液晶显示装置的反射部的结构的示意图，(a)表示反射部的截面，(b)表示现有的液晶显示装置的反射部的截面，(c)表示反射部的角部的表面的角度。
图12是表示实施方式3的液晶显示装置的截面图。
图13是表示现有的反射型LCD中的有源矩阵基板的截面图。
图14是表示液晶显示装置中的反射面倾斜与反射光的关系的图，(a)表示光从具有折射率Na的介质a向具有折射率Nb的介质b入射时的入射角α与出射角β的关系，(b)表示LCD的显示面的角度与入射光和反射光的关系。
符号说明
10液晶显示装置
12TFT基板
14相对基板
16液晶
18液晶层
22透明基板
26层间绝缘层
28像素电极
30，30’反射部
31层
32TFT部
34相对电极
36CF层
38透明基板
40显示面
42反射区域
44TFT区域
46透过区域
48凹部
50像素
52源极线
54栅极线
56，56’Cs线
57凹部(开口)
58接触孔
61栅极绝缘层
62半导体层
63反射层
64上部3层
65表面
66，66’上表面
67斜面
68，68’底面
69凸部
69’上部
70下部
85上部斜面
86平坦部
87下部斜面
89凸状部分
90斜面
91，92凸部
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的液晶显示装置的第一实施方式。
图1示意性地表示本实施方式的液晶显示装置10的截面结构。本实施方式的液晶显示装置10，是有源矩阵方式的反射透过型液晶显示装置。液晶显示装置10，如图1所示，具备TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)基板12、相对基板14、和包括在TFT基板12与相对基板14之间封入的液晶16的液晶层18。
TFT基板12具备透明基板22、层间绝缘层26、像素电极28，包括反射部30和TFT部32。在TFT基板12上，形成有如后所述的栅极线(扫描线)、源极线(信号线)和Cs线(辅助电容电极线)等。
相对基板14例如是彩色滤光片基板(CF基板)，具备相对电极34、彩色滤光片层(CF层)36、和透明基板38。透明基板38上部的面是液晶显示装置的显示面40。其中，TFT基板12和相对基板14分别具备取向膜和偏光板，此处省略图示。
在液晶显示装置10中，将形成反射部30的区域称为反射区域42，将形成TFT部32的区域称为TFT区域44。在反射区域42中，从显示面40入射的光，被反射部30反射，通过液晶层18和相对基板14从显示面40出射。液晶显示装置10进一步具有在反射区域42和TFT区域44以外的区域形成的透过区域46。在透过区域46中，从显示装置10的光源发出的光，通过TFT基板12、液晶层18和相对基板14从显示面40出射。
其中，如图1所示，在反射部30的上部的相对基板14一侧设置有透过性树脂等构成的层31，反射区域42中的液晶层18的厚度，是透过区域46中的液晶层18的厚度的一半。由此，使反射区域42和透过区域46中的光路长度(液晶层18内的光的通过距离)相等。其中，图1中，表示的是在相对电极34与CF层36之间形成层31，但层31也可以形成在相对电极34的液晶层18一侧的面上。
图2是更加具体地表示液晶显示装置10中的像素区域和反射部30的结构的平面图。
图2(a)是对液晶显示装置10的像素区域的一部分从显示面40的上方观看的情况的图。如该图所示，在液晶显示装置10上，以矩阵状配置有多个像素50(长方形的粗线所示的部分)。在各像素50形成有上述反射部30和TFT部32。
在像素50的边界部分，源极线52在列方向(图中上下方向)上延伸，栅极线(栅极金属层)54在行方向(图中左右方向)上延伸。此外，在像素50的中央部分，Cs线(Cs金属层)56在行方向上延伸。在反射区域30的层间绝缘层26，形成有用于将像素电极28与TFT的漏极电极连接的接触孔58。Cs线56与像素电极成对地形成辅助电容。
图2(b)是示意性地表示Cs线56的上部的反射部30的结构的平面图。该图中，对于图2(a)所示的接触孔58，省略图示。如图所示，在反射部30，形成有多个圆形的凹部48。如后所述，在反射部30的上部形成有反射层，将凹部48的表面作为该反射层的面而形成。该反射层63与TFT部32的TFT的漏极电极连接。这样，通过在反射部30形成多个凹部48，能够使反射面的更多部分中角度θ在20度以下。从而，能够提高反射部的反射效率。
其中，此处为了更清晰易懂地表示结构，仅图示了8个凹部48，但是凹部48的数量不限定于8个，能够形成更多的凹部48。此外，凹部48不需要如图所示纵横均等地排列，也可以随机或者隔开不规则间隔配置。根据本实施方式，通过如后所述的方法，能够尽可能密集地形成多个凹部48。
接着，参照图3，更加详细地说明反射部30和TFT部32的结构。
图3(a)表示反射部30中的凹部48的截面(图2(b)中箭头B所示的部分)。如图所示，在反射部30，叠层有Cs金属层(金属层)56、栅极绝缘层61、半导体层62、和反射层63。半导体层62由本征非晶硅层(Si(i)层)、掺入磷的n+非晶硅层(Si(n+)层)构成。
在反射部30的Cs金属层56上如图所示形成有凹部(或者开口)57，在凹部57之间形成有Cs金属层56的凸部69。反射层63的凹部48反映Cs金属层56的凹部57和凸部69的形状而形成。其中，在反射部30，也可以不形成半导体层62。
图3(b)是表示TFT部32中的栅极金属层(金属层)54、栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63的结构的截面图。TFT部32的栅极金属层54，与反射部30的Cs金属层56同时用相同材料形成。同样地，TFT部32的栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63，分别与反射部30的栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63同时用相同材料形成。
接着，用图4对本实施方式的反射部30的结构进行更加具体的说明。图4是为了说明Cs金属层56的凸部69的底面的宽度、膜厚、斜面倾斜角和反射层63中的平坦部的关系，更简略地表示图3(a)所示的反射部30的截面结构的图。图中，并不个别表示栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63，而将这3层合并表示为上部3层64。
如图所示，在反射部30中的上部3层64的表面(反射层的表面)65，形成有反映Cs金属层56的形状的凹凸。设凸部69的底面68的宽度为a，底面68与凸部69的上表面66之间的距离(凸部69的厚度)为x，凸部69的斜面67相对于底面68的倾斜角度为θ，上部3层64的厚度为y时，底面68的宽度a由下式(1)表达。
a＝2(x+y)/tanθ......(1)
此处，式(1)如下所述求得。首先，确定从斜面67的延长线与上部3层64的表面65相交的点向底面68引出的垂线的垂足b。在凸部69的上方叠层的上部3层64的表面65，形成有反映斜面67的形状的曲面，而此处，用截面曲线59表示该曲面的截面形状。以将该截面曲线59视为圆弧的情况下的包括该圆弧的圆的中心作为上部3层64的叠层中心，设该叠层中心的位置位于垂线的垂足b。此时，斜面67与底面68的交点c与垂线的垂足b之间的距离为(x+y)/tanθ。
接着，设凸部69上形成的上部3层64的表面65的平坦部分的距离为α。α也是凸部69上2个截面曲线59的上端之间的距离，而此处将该α设定为0，由此得到上述式(1)。
α为0，指的是在凸部69的上部的上部3层64的表面65上没有形成平坦部分。从而，如果按照式(1)设定凸部69的宽度a，就不会在表面65上形成平坦部。当然，即使采用比这样求得的宽度a更小的值，也能得到没有平坦部的表面65。即，即使在采用满足以下不等式(2)的a作为凸部69的宽度的情况下，也能得到没有平坦部的表面65。
a≤2(x+y)/tanθ......(2)
本实施方式的反射部30中，凸部69以宽度a满足不等式(2)的方式形成。由此，在凸部69上的反射层63的表面上不会形成平坦部，所以与形成有平坦部的液晶显示装置相比，能够提高反射部30的光的反射效率。其中，并不需要反射部30中所有的凸部69的宽度a都满足不等式(2)，即使至少1个的宽度a满足不等式(2)，也能够提高反射效率。此外，通过如此设定宽度a，能够使反射层63上形成的多个凹部48的相互间隔变窄。由此，能够密集地形成凹部48，能够在反射层63表面上较多地形成倾斜为20度以下的面。从而，能得到反射效率更高的反射部30。
在实施方式1中，凸部69的厚度x、上部3层64的厚度y和倾斜角度θ的优选范围，分别是200～500nm、500～900nm和10～90°。表2中，表示的是在设x＝200nm、y＝300nm、θ＝10～90°的情况(第一用例：MIN)、设x＝500nm、y＝900nm、θ＝10～90°的情况(第二用例：MAX)和设x＝350nm、y＝600nm、θ＝10～90°的情况(第三用例：MID)中分别用式(1)得到的宽度a的值。
[表2]
Figure G2007800387826D00131
第一用例将凸部69的厚度x和上部3层64的厚度y分别设定为能够适用于反射部30的最小的值，第二用例将x和y分别设定为能够适用的最大的值。此外，第三用例将x和y分别设定为第一用例与第二用例的中间值。
由表2可知，x＝500nm、y＝900nm、θ＝10°的情况下，a得到最大值15.88。从而，如果将凸部69的底面a的宽度设定在15.88μm以下，无论怎样选择各层的膜厚和斜面67的角度，都能够使反射层63的表面65上不形成平坦部。由此，能够提高反射层63的反射效率。此外，通过采用这样的宽度a，反射层63的凹部48相互的间隔变窄，所以能够更加密集地形成凹部48。从而，能够更加提高反射部30的反射效率。
表2中，x＝200nm、y＝300nm、θ＝50°以上的情况，x＝500nm、y＝900nm、θ＝80°以上的情况，或者x＝350nm、y＝600nm、θ＝70°以上的情况下的宽度a的值，小于1.00。但是，根据制造上的限制，适于使宽度a为1.00μm以上。从而，实施方式中优选宽度a的范围是1.00μm以上15.88μm以下。其中，如果适当选择x和y的值，能够使斜面67的倾斜角度为10°以上不足90°。
接着，表3中，表示的是在x＝200～500nm、y＝300～900nm、θ＝5～20°的范围中用式(1)得到的a的值。实施方式中Cs金属层56的厚度x的优选范围是200～500nm，上部3层64的厚度y的优选范围是300～900nm。此外，对Cs金属层56进行整形的情况下，使θ不足10°是不现实的。从而认为在x＝200～500nm、y＝300～900nm、θ＝10～20°的范围中计算的a的值是更加优选的a的值的范围。
[表3]
  x[nm]   y[nm]   θ[deg.]   θ[rad.] tanθ a[μm]
  200   300   5   0.087   0.087   11.43
  200   300   10   0.175   0.176   5.67
  200   300   15   0.262   0.268   3.73
  200   300   20   0.349   0.364   2.75
  200   900   5   0.087   0.087   25.15
  200   900   10   0.175   0.176   12.48
  200   900   15   0.262   0.268   8.21
  200   900   20   0.349   0.364   6.04
  500   300   5   0.087   0.087   18.29
  500   300   10   0.175   0.176   9.07
  500   300   15   0.262   0.268   5.97
  500   300   20   0.349   0.364   4.40
  500   900   5   0.087   0.087   32.00
  500   900   10   0.175   0.176   15.88
  500   900   15   0.262   0.268   10.45
  500   900   20   0.349   0.364   7.69
该范围中的a的最大值是x＝500nm、y＝900nm、θ＝10°的情况下的15.88μm，最小值是x＝200nm、y＝300nm、θ＝20°的情况下的2.75μm。由此，a的更加优选的范围是2.75μm以上15.88μm以下。
在现有的液晶显示装置中，因为在除去栅极层102、栅极绝缘层104和半导体层106的部分形成凹部，所以凹部的底面在较深的位置形成。从而，凹部内面的倾斜角增大，难以在凹部内较多地形成倾斜20度以下的有效反射面。此外，该凹部在形成栅极层102、栅极绝缘层104、半导体层106之后通过将这些层一并除去而形成，所以不能控制凹部内面的形状和斜面的倾斜角，难以增加有效反射面。
根据本实施方式，反射层63的凹部48(凹陷)通过反映Cs金属层56的整形形状而形成，所以能够在反射层容易地形成比较浅的凹陷，能够提高反射层表面的反射效率。此外，因为能够容易地调节凹部48的形状、深度、斜面倾斜角等，所以易于使反射层63的凹部48的斜面的倾斜角度形成为20度以下。从而，能够不提高制造成本地增加有效反射面的面积。
此外，根据本实施方式，能够在实用的范围内尽可能窄地设定Cs金属层56的凸部69的宽度。由此，能够在反射部30更多地配置Cs金属层56的凹部57，所以能够在反射层63上形成更多凹部48。由此，反射层63的表面的倾斜20度以下的面的面积增加，反射效率提高。进而，能够减少反射层63的表面的平坦部的面积，所以能够进一步提高反射效率。
接着，说明本实施方式中的TFT基板12的制造方法。
图5是表示TFT部32中的TFT基板12的制造方法的平面图。此外，图6是表示TFT部32中的TFT基板12的制造方法的截面图，表示图2(a)的箭头A所示的部分的截面。
如图5(a)和图6(a)所示，首先，在洗净的透明基板22上用溅射法等使Al(铝)构成的金属薄膜成膜。其中，该金属薄膜，除Al以外，也能够用Ti(钛)、Cr(铬)、Mo(钼)、Ta(钽)、W(钨)或这些的合金等形成，也能够用这些材料构成的层与氮化膜的叠层物形成。
之后，在金属薄膜上形成抗蚀膜，通过曝光、显影工序制成抗蚀图案后，实施干式或湿式蚀刻，制成栅极金属层(金属层)54。栅极金属层54的厚度，例如为200～500nm。
如此用光刻法形成的栅极金属层54，成为TFT的栅极电极。其中，该工序中，也用相同金属同时形成图2(a)所示的栅极线(栅极金属层)54、和图3(a)所示的反射部30的Cs金属层56。
接着，如图5(b)和图6(b)所示，通过P-CVD法，使用SiH4、NH3、N2的混合气体，在基板整个面上制成SiN(氮化硅)构成的栅极绝缘膜61。栅极绝缘膜61也可以由SiO2(氧化硅)、Ta2O5(氧化钽)、Al2O3(氧化铝)等形成。栅极绝缘层61的厚度，例如是300～500nm。其中，该工序中，也同时形成图3(a)所示的反射部30的栅极绝缘层61。
接着，在栅极绝缘层61上，形成本征非晶硅(a-Si)膜(Si(i)膜)和在非晶硅中掺入磷(P)的n+a-Si膜(Si(n+)膜)。a-Si膜的厚度，例如为30～300nm，n+a-Si膜的厚度，例如为20～100nm。之后，通过用光刻法对这些膜进行整形，形成半导体层62。其中，该工序中，也同时形成图3(a)所示的反射部30的半导体层62。
接着，如图5(c)和图6(c)所示，用溅射法等在基板整个面上形成Al等构成的金属薄膜，实施光刻法，形成反射层63。其中，金属薄膜能够用以上列举的作为栅极金属层54的材料的材料。反射层63的厚度，例如是30～1000nm。
在TFT部32中，反射层63形成TFT的源极电极和漏极电极。此时，图2(a)中的源极线52也形成为反射层63的一部分，也同时形成图3(a)所示的反射部30的反射层63。
接着，如图5(d)和图6(d)所示，用旋涂法涂布感光性丙烯酸树脂，形成层间绝缘层(层间树脂层)26。层间绝缘层26的厚度，例如为0.3～5μm。其中，在反射层63与层间绝缘层26之间，能够用P-CVD法形成SiNx、SiO2等的薄膜作为保护膜，但是此处省略图示。保护膜的厚度，例如为50～1000nm。层间绝缘层26和保护膜，不仅在TFT部32，也在包括反射部30的透明基板22的上部整个面上形成。
接着，如图5(e)和图6(e)所示，在层间绝缘层26上，用溅射法等形成ITO、IZO等的透明电极膜。对该透明电极膜，用光刻法进行图案整形，形成像素电极28。像素电极28不仅在TFT部32，也在包括反射部30的像素的上部整个面上形成。
接着，用图7和图8，对反射部30的TFT基板12的制造方法进行说明。
图7是表示反射部30的TFT基板12的制造方法的平面图。图8是表示反射部30的TFT基板12的制造方法的截面图，表示图2(b)中箭头B所示的部分。图7和图8中的(a)～(e)工序，分别对应图5和图6中的(a)～(e)工序。
如图7(a)和图8(a)所示，用与TFT部32的栅极金属层54相同的金属同时通过同样的方法形成反射部30的Cs金属层56。此处，用光刻法对金属薄膜进行整形时，在Cs金属层56上形成多个凹部57。对于2个凹部57之间形成的凸部69的宽度a，应用根据上述式(1)计算出的值，或者根据式(2)求出的范围内的值。
接着，如图7(b)和图8(b)所示，用与TFT部32同样的方法，在Cs金属层56上形成栅极绝缘层61，之后，形成半导体层62。其中，虽然在TFT部32形成半导体层62，但是也可以在图案形成时除去半导体材料等，不在反射部30形成半导体层62。
接着，如图7(c)和图8(c)所示，用与TFT部32同样的方法，在半导体层62上(不形成半导体层的情况下在栅极绝缘层61上)形成反射层63。在反射层63的表面，反映Cs金属层56的凹部57和凸部69形成凹部48。
接着，如图7(d)和图8(d)所示，用感光性丙烯酸树脂形成层间绝缘层26。之后，通过使用曝光装置的显影处理，在反射部30的中心附近形成接触孔58。
接着，如图7(e)和图8(e)所示，形成像素电极28。在反射部30中，像素电极28在层间绝缘层26和接触孔58上形成，像素电极28的金属部件通过接触孔58与反射层63相接。从而，TFT部32的TFT的漏极电极，通过接触孔58与像素电极28电连接。
上述实施方式中，也可以不在反射部30形成半导体层62。该情况下，将反射部30中的栅极绝缘膜61的厚度与反射层63的厚度的合计厚度作为上述值y。
(实施方式2)
接着，说明本发明的液晶显示装置的第二实施方式。第二实施方式将图1所示的液晶显示装置10中的反射部30，置换为以下说明的反射部30’，此外的结构与实施方式1相同。从而，以下仅对反射部30’的结构进行说明。其中，在以下说明中对于与实施方式1的结构要素相同的结构要素附加相同的参照符号，省略其说明。
图9表示实施方式2的反射部30’中的凹部48的截面(图2(b)中箭头B所示的部分的截面)。如图所示，在反射部30’中，叠层有Cs金属层(金属层)56’、栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63。
在反射部30’中的Cs金属层56’，如图所示形成有多个凹部(或者开口)57，在凹部57之间形成有Cs金属层56’的凸状部分89。在凸状部分89的斜面67上形成有台阶，斜面67由上部斜面85、平坦部86和下部斜面87构成。平坦部86与基板面大致平行地形成。凸状部分89的比包括平坦面86的面更上方的部分称为上部69’，更下方的部分称为下部70。反射层63的凹部48，与Cs金属层56’的开口57和凸状部分89的形状相应地形成。其中，在反射部30’，也可以不形成半导体层62。
反射部30’通过与用图7和图8说明的方法相同的方法制造。但是，在Cs金属层56的整形工序中，凸状部分89以其上部69’的底面的宽度成为满足与实施方式1的凸部69的底面的宽度相同条件的值的方式形成。对于该上部69’的底面的宽度的确定方法，用图10进行说明。
图10是为了说明Cs金属层56的凸状部分89的底面的宽度、膜厚、斜面倾斜角与反射层63的平坦部的关系，更简略地表示图9所示的反射部30’的截面结构的图。图中，并不个别表示栅极绝缘层61、半导体层62和反射层63，而将这3层合并表示为上部3层64。
如图所示，在反射部30’中的上部3层64的表面(反射层的表面)65，形成有反映Cs金属层56’的形状的凹凸。此处，设凸状部分89的上部69’的底面68’的宽度为a，底面68’与上部69’的上表面66’之间的距离(上部69’的厚度)为x，上部69’的斜面(上部斜面)85相对于底面68’的倾斜角度为θ，上部3层64的厚度为y的情况下，底面68’的宽度a，设定为满足上述式(1)的值，或者满足不等式(2)的值。式(1)和不等式(2)的求出方法，如实施方式1中说明所述。即，凸状部分89的上部69’的底面的宽度，通过与确定实施方式1的凸部69的底面的宽度的方法相同的方法而确定(确定底面的宽度时，认为凸状部分89的上部68’相当于实施方式1的凸部69)。
实施方式2中，上部69’的厚度x、上部3层64的厚度y和倾斜角度θ的优选范围，分别是50～400nm、300～900nm和10～90°。表4中，表示的是在设x＝50nm、y＝300nm、θ＝10～90°的情况(第一用例：MIN)、设x＝400nm、y＝900nm、θ＝10～90°的情况(第二用例：MAX)和设x＝225nm、y＝600nm、θ＝10～90°的情况(第三用例：MID)中分别用式(1)计算出的宽度a的值。
[表4]
Figure G2007800387826D00201
第一用例将上部69’的厚度x和上部3层64的厚度y分别设定为能够适用于反射部30’的最小的值，第二用例将x和y分别设定为能够适用的最大的值。第三用例将x和y分别设定为第一用例与第二用例的中间值。
由表4可知，x＝400nm、y＝900nm、θ＝10°的情况下，a得到最大值14.75。从而，通过以上部69’的底面a的宽度成为14.75μm以下的方式形成金属层56，则无论怎样选择x、y和θ，都能够使上部69’上的反射层63的表面65上不形成平坦部。由此，能够提高反射层63的反射效率。
表4中，x＝50nm、y＝300nm、θ＝40°以上的情况，x＝400nm、y＝900nm、θ＝70°以上的情况，或者x＝225nm、y＝600nm、θ＝60°以上的情况下的宽度a的值小于1.00。但是，根据制造上的限制，适于使宽度a为1.00μm以上。从而，实施方式2中优选宽度a的范围是1.00μm以上14.75μm以下。
根据本实施方式，反射层63的凹部48(凹陷)通过反映Cs金属层56的整形形状而形成，所以能够在反射层容易地形成比较浅的凹陷，能够提高反射层表面的反射效率。此外，因为能够容易地调节凹部48的形状、深度、斜面倾斜角等，所以易于使反射层63的凹部48的斜面的倾斜角度形成为20度以下。从而，能够不提高制造成本地增加有效反射面的面积。
此外，根据本实施方式，能够在实用的范围内尽可能窄地设定Cs金属层56的凸部69的宽度。由此，能够在反射部30更多地配置Cs金属层56的凹部57，所以能够在反射层63形成更多凹部48。由此，反射层63的表面的倾斜20度以下的面的面积增加，反射效率提高。进而，能够减少反射层63的表面的平坦部的面积，所以能够进一步提高反射效率。
进而，根据实施方式2，也能得到如下所述的优点。
图11是用于比较本实施方式的反射部30’和图13所示的现有的液晶显示装置中的反射部的结构的图。图11(a)示意性地表示本实施方式的反射部30’的截面结构，图11(b)示意性地表示现有的液晶显示装置的反射部的截面结构。如这些图所示，在本实施方式中的反射层63的表面，形成有反映Cs金属层56’的凸状部分89的斜面的带台阶的斜面90。由此，在反射层63形成凹部91、和位于凹部91内侧的凹部92。此处，图2(b)所示的凹部48，由凹部91和凹部92构成。
从截面形状来看的情况下，在1个凹部48中形成8个角部(图中虚线表示的部分)。另一方面，现有的液晶显示装置中，如图11(b)所示，在1个凹部中仅形成4个角部。在反射层的角部，如图11(c)所示，连续形成具有从与基板平行的面相对于基板成大于20度的角度(该图中，以30度为例表示)的面。从而，如果在反射部形成更多的凹部，就能够在反射层63的表面，形成更多的有效反射面(相对于基板的角度在20度以下的面)。
由图11(a)和(b)可知，因为在本实施方式的反射层63形成有具有台阶的2重凹部，所以反射层63的表面与现有的反射部相比，具有更多的角部。从而，因为在反射层63的表面形成更多的有效反射面，所以能够提高反射部30’的反射效率。此外，凹部91和凹部92与Cs金属层56’的整形形状相应地形成，所以能够容易地调节凹部的形状、深度和斜面倾斜角。
本实施方式中，使Cs金属层56’的凸状部分89成为上部69’和下部70构成的2重结构，但是也可以带3重以上的台阶而形成凸状部分89。在这样的情况下，也使实施方式2的上部69’位于凸状部分89的最上部。由此，该情况下，凸状部分89的下部70具有2重以上的台阶，下部斜面87进一步包括带台阶的斜面。此外在该情况下，在反射层63形成的凹部92的内侧进一步形成凹部。
上述实施方式中，在反射层63的表面形成的凹部91和凹部92，垂直于基板观看的情况下，以同心圆状形成。但是，并不限于此，也能够以凹部91和凹部92的中心不同的方式配置。此外，也可以凹部91和凹部92的周围的一部分不重合。这些情况下，也在反射层63的表面形成多个具有台阶的凹凸，由此能够扩大有效反射面。
其中，上述实施方式中，也可以不在反射部30’中形成半导体层62。该情况下，将反射部30’中的栅极绝缘膜61的厚度与反射层63的厚度的合计厚度作为上述值y。
(实施方式3)
以下，参照附图，说明本发明的液晶显示装置的第三实施方式。其中，对于与实施方式1和2的结构要素相同的元素附加相同的参照符号，省略其说明。
图12是示意性地表示本实施方式的液晶显示装置的截面形状的图。该液晶显示装置从实施方式1和2的液晶显示装置中除去了层间绝缘层26，除以下所述的点以外都与实施方式1和2的显示装置相同。其中，图12中，对于相对基板14的详细结构和TFT部32省略图示。
如图所示，在本实施方式的液晶显示装置中，因为不形成层间绝缘层，所以像素电极28隔着未图示的绝缘膜形成在反射部30和TFT部32的反射层63上。反射部30和TFT部32的结构和制造方法，除了除去层间绝缘层26这一点以外，都与实施方式1的液晶显示装置相同。此外，液晶显示装置中的像素配置和配线结构，与图2(a)所示的相同。
根据该结构，也与实施方式1同样，反射层63的有效反射面的面积扩大，能够使更多的光在显示面40上反射。
上述实施方式中，使Cs金属层56的凹部57形成为圆形，但是，凹部57也可以形成为椭圆形、三角形、四边形等多边形、凹部的边缘为锯齿状的形状、或者将这些形状组合而成的形状等各种形状。无论如何，Cs金属层56的凸部69(以及凸状部分89的上部68’)的底面的宽度a，都是相邻的凹部所夹的凸部的最窄部分的宽度。
本发明的液晶显示装置中，包括利用液晶面板的显示器装置、电视、便携式电话等。此外，本实施方式用半透过型液晶显示装置作为例子，但是具有与上述反射部相同方式的反射型液晶显示装置等也包括在本申请发明的一个方式中。
本申请发明的液晶显示装置，因为用上述制造方法形成，所以能够用与透过型液晶显示装置相同的材料和工序制造。从而，能够提供低成本、反射效率高的液晶显示装置。
产业上的可利用性
根据本发明，提供低成本且高画质的半透过型和反射型的液晶显示装置。本发明的液晶显示装置例如适用于便携式电话、汽车导航等车载显示装置、ATM和售货机等显示装置、便携式显示装置、笔记本型PC等利用反射光进行显示的半透过型和反射型的液晶显示装置。

Claims (24)

1.一种液晶显示装置，其具备使入射光向显示面反射的反射区域，其特征在于：
所述反射区域包括金属层、在所述金属层上形成的绝缘层、在所述绝缘层上形成的半导体层、和在所述半导体层上形成的反射层，
在所述金属层，形成有多个凹部，
在所述反射区域的所述反射层，形成有反映所述金属层的形状的凹凸，
在所述金属层的所述多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的所述金属层的凸部，
在设所述多个凸部各自的所述底面的宽度为a，所述底面与所述上表面之间的厚度为x，所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为θ，所述绝缘层、所述半导体层和所述反射层的厚度的合计厚度为y时，
所述金属层的所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ，
所述反射层的所述凹凸的斜面相对于所述显示面的倾斜角度为20度以下。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述金属层的所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度在15.88μm以下。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述金属层的所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度在1.00μm以上。
4.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述多个凸部的所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为10°以上不足90°。
5.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
在所述金属层的所述多个凹部之间，形成有多个包括带台阶的斜面的所述金属层的凸状部分，所述带台阶的斜面包括上部斜面、平坦部和下部斜面，所述凸部的所述上表面是所述凸状部分的上表面，所述凸部的所述斜面是所述带台阶的斜面的所述上部斜面，所述凸部的所述底面与所述带台阶的斜面的所述平坦部在同一平面上形成。
6.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述金属层的所述带台阶的斜面的所述下部斜面进一步包括带台阶的斜面。
7.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：
在所述反射层的表面，形成有反映所述金属层的所述带台阶的斜面的台阶。
8.如权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于：
在所述反射层的表面，形成有第一凹部、和位于所述第一凹部的内侧的第二凹部。
9.如权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述金属层的所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度在14.75μm以下。
10.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述多个凸部的所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为10°以上20°以下，所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度为2.75μm以上15.88μm以下。
11.如权利要求1或2所述的液晶显示装置，其特征在于：
所述金属层构成形成液晶显示装置的辅助电容的1对电极的一方。
12.一种液晶显示装置的制造方法，所述液晶显示装置具备使入射光向显示面反射的反射区域，所述制造方法的特征在于，包括：
在基板上形成金属膜的步骤；
对所述反射区域的所述金属膜进行整形，形成具有多个凹部的金属层的步骤；
在所述金属层上形成绝缘层的步骤；
在所述绝缘层上形成半导体层的步骤；和
在所述半导体层上叠层金属膜，形成具备反映所述金属层的所述多个凹部的形状的凹凸的反射层的步骤，
在形成所述金属层的步骤中，在所述多个凹部之间，形成多个分别具有底面、上表面和斜面的所述金属层的凸部，
在设所述多个凸部各自的所述底面的宽度为a，所述底面与所述上表面之间的厚度为x，所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为θ，所述绝缘层、所述半导体层和所述反射层的厚度的合计厚度为y时，
在形成所述金属层的步骤中，以所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
的方式形成所述金属层，
所述反射层的所述凹凸的斜面相对于所述显示面的倾斜角度为20度以下。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于：
以所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度在15.88μm以下的方式形成所述金属层。
14.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
以所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度在1.00μm以上的方式形成所述金属层。
15.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
以所述多个凸部的所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为10°以上不足90°的方式形成所述金属层。
16.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
形成所述金属层的步骤中，在所述多个凹部之间，形成具有带台阶的斜面且在上部包括所述多个凸部的多个凸状部分。
17.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
形成所述金属层的步骤中，在所述多个凹部之间，形成具有包括多个台阶的带台阶的斜面且在上部包括所述凸部的凸状部分。
18.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于：
形成所述反射层的步骤中，在所述反射层的表面，形成反映所述金属层的所述凸状部分的所述带台阶的斜面的台阶。
19.如权利要求18所述的制造方法，其特征在于：
形成所述反射层的步骤中，在所述反射层的表面，形成第一凹部、和位于所述第一凹部的内侧的第二凹部。
20.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于：
形成所述金属层的步骤中，以所述金属层的多个所述凸部的至少1个的所述底面的宽度在14.75μm以下的方式形成所述金属层。
21.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
形成所述金属层的步骤中，以所述多个凸部的所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为10°以上20°以下，所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度为2.75μm以上15.88μm以下的方式形成所述金属层。
22.如权利要求12或13所述的制造方法，其特征在于：
所述金属层，由与液晶显示装置的开关元件的栅极电极相同的金属，与所述栅极电极同时形成。
23.一种液晶显示装置，其具备使入射光向显示面反射的反射区域，其特征在于：
所述反射区域包括金属层、在所述金属层上形成的绝缘层、和在所述绝缘层上形成的反射层，
在所述金属层，形成有多个凹部，
在所述反射区域的所述反射层，形成有反映所述金属层的形状的凹凸，
在所述金属层的所述多个凹部之间，形成有多个分别具有底面、上表面和斜面的所述金属层的凸部；
在设所述多个凸部各自的所述底面的宽度为a，所述底面与所述上表面之间的厚度为x，所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为θ，所述绝缘层和所述反射层的厚度的合计厚度为y时，
所述金属层的所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ，
所述反射层的所述凹凸的斜面相对于所述显示面的倾斜角度为20度以下。
24.一种液晶显示装置的制造方法，所述液晶显示装置具备使入射光向显示面反射的反射区域，所述制造方法的特征在于，包括：
在基板上形成金属膜的步骤；
对所述反射区域的所述金属膜进行整形，形成具有多个凹部的金属层的步骤；
在所述金属层上形成绝缘层的步骤；和
在所述绝缘层上叠层金属膜，形成具备反映所述金属层的所述多个凹部的形状的凹凸的反射层的步骤，
在形成所述金属层的步骤中，在所述多个凹部之间，形成多个分别具有底面、上表面和斜面的所述金属层的凸部，
在设所述多个凸部各自的所述底面的宽度为a，所述底面与所述上表面之间的厚度为x，所述斜面相对于所述底面的倾斜角度为θ，所述绝缘层和所述反射层的厚度的合计厚度为y时，
在形成所述金属层的步骤中，以所述多个凸部的至少1个的所述底面的宽度a满足：
a≤2(x+y)/tanθ
的方式形成所述金属层，
所述反射层的所述凹凸的斜面相对于所述显示面的倾斜角度为20度以下。
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