WO2008001595A1

WO2008001595A1 - Dispositif d'affichage à cristaux liquides et procédé de fabrication du dispositif d'affichage à cristaux liquides

Info

Publication number: WO2008001595A1
Application number: PCT/JP2007/061632
Authority: WO
Inventors: Yoshihito Hara; Tetsuo Kikuchi; Hideki Kitagawa; Hajime Imai
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-01-03
Also published as: CN101484839B; CN101484839A; US20090195741A1; JPWO2008001595A1

Description

明細書

液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、反射光を利用して表示を行うことのできる、反射型または半透過型の液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 液晶表示装置 (LCD)には、表示用の光源として画面背面のバックライトを利用する透過型 LCD、外光の反射光を利用する反射型 LCD、反射光とバックライトの両方を光源として利用する半透過型 (反射 ·透過型) LCDがある。反射型 LCDおよび半透過型 LCDには、透過型 LCDに比べて消費電力が小さぐ明るい場所で画面が見やすいという特徴があり、半透過型 LCDには、反射型 LCDに比べて暗い場所でも画面が見やすいとレ、う特徴がある。

[0003] 図 12は、従来の反射型 LCD (例えば、特許文献 1)が備えるアクティブマトリックス基板 100の構成を示す断面図である。

[0004] 図 12に示すように、このアクティブマトリックス基板 100は、絶縁性基板 101と、絶縁性基板 101の上に積層されたゲート層 102、ゲート絶縁層 104、半導体層 106、金属層 108、及び反射層 1 10とを備えている。ゲート層 102、ゲート絶縁層 104、半導体層 106、及び金属層 108は、絶縁性基板 101の上に積層された後、 1つのマスクを用いてエッチングが施されて、島状の積層構造を有するように形成される。その後、この積層構造の上に反射層 110が形成されることにより、凹凸を有する反射面 112 が形成される。なお、アクティブマトリックス基板 100の上部には、図示していないが、透明電極、液晶パネル、カラーフィルタ基板（CF基板）等が形成されている。

特許文献 1 :特開平 9一 54318号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 上述したアクティブマトリックス基板 100では、ゲート層 102等が形成されていない部分（島の間の部分、以下、「間隙部」と呼ぶ）において、反射層 110の一部が、絶縁性基板 101に到達するように形成されている。したがって、間隙部では、反射面 112 の表面は絶縁性基板 101の方向に陥没し、深い窪み（あるいは凹部）を形成する。

[0006] 反射型または半透過型の液晶表示装置において、反射光を利用して明るい表示を行うためには、さまざまな方位から入射する光を、反射面によって、表示面全体に渡つて、より均等に、効率的に反射させる必要がある。そのためには、反射面は完全な平面ではなぐ適度な凹凸を有しているほうが良い。

[0007] しかし、上述のアクティブマトリックス基板 100の反射面 112は深い窪みを有しているため、窪みの下部に位置する反射面には光が到達しにくぐまた、光が到達したとしても、その反射光は液晶パネル側に反射されにくい。したがって、上述した従来の液晶表示装置には、反射光が表示に有効に用いられないという問題があった。さらに、反射面 110の多くの部分が、液晶表示装置の表示面に対して大きな角度を有しているため、その部分からの反射光が表示に有効に利用されないという問題もあった

[0008] 図 13は、反射面 112の傾きと反射光との関係を示す図である。図 13 (a)は、光が屈折率 Naを有する媒質 aから屈折率 Nbを有する媒質 bに入射したときの入射角 _αと出射角 βとの関係を表している。この場合、スネルの法則により、次の関係が成り立つ。

Na X sin a = Nb X sin β

[0009] 図 13 (b)は、 LCDの表示面に垂直に入射した入射光力表示面（あるいは基板）に対して Θだけ傾いた反射面によって反射された場合の、入射光と反射光の関係を表した図である。図に示すように、表示面に垂直に入射した入射光は、表示面に対して角度 Θだけ傾いた反射面によって反射され、出射角 φの方向に出射される。

[0010] スネルの法則に基づいて、反射面の角度 Θ毎に出射角 φを計算した結果を表 1に示す。

[0011] [表 1] θ Φ 90-0

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

[0012] この表の値は、空気（air)の屈折率を 1. 0、ガラス基板および液晶層の屈折率を 1.

5として計算したものである。表 1に示すように、反射面の角度 Θ力 ¾0度を超えると、出射角 φが非常に大きくなり（90_ φが非常に小さくなり）、出射光のほとんどが利用者に届かなくなってしまう。したがって、反射層の反射面に凹凸をつけたとしても、反射光を有効に用いるためには、反射面のより多くの部分において角度 Θを 20度以下にする必要がある。

[0013] 上述のアクティブマトリックス基板 100の反射面 112には、表示面に対する角度が 2 0度より大きい部分が多いため、反射光が表示にあまり有効には利用されてはいない。この問題を解決するために、反射層 110の下に、金属層 108を覆うように絶縁層を形成して、反射面を滑らかにすることが考えられる。しかし、この場合、絶縁層を形成する工程、および絶縁層に反射層 110と TFTのドレインとを接続するためのコンタクトホールを形成する工程等が必要となり、材料および工程数が増えるという問題が発生する。

[0014] 本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで高画質の反射型または半透過型の液晶表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明による液晶表示装置は、入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置であって、前記反射領域は、絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成された反射層とを備え、前記反射層の表面には、第 1凹部、および前記第 1凹部の内側に位置する第 2凹部が形成されており

、前記反射領域は、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる第 1領域と第 2領域とを含み、前記第 1凹部及び前記第 2凹部が、前記絶縁層及び前記半導体層の少なくとも一方の断面形状に応じて形成されている。

[0016] ある実施形態において、前記第 1領域は、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが実質的に一定である平坦領域を含む。

[0017] ある実施形態では、前記第 1領域における前記半導体層の厚さが、前記第 2領域における前記半導体層の厚さよりも厚い。

[0018] ある実施形態では、前記第 1領域における前記絶縁層の厚さが、前記第 2領域における前記絶縁層の厚さと実質的に等しい。

[0019] ある実施形態では、前記第 1領域における前記絶縁層の厚さが、前記第 2領域における前記絶縁層の厚さよりも厚い。

[0020] ある実施形態において、前記第 1凹部には、第 1斜面が形成されており、前記第 2 凹部の内側には第 2斜面が形成されている。

[0021] ある実施形態では、前記第 1斜面および前記第 2斜面のそれぞれが、前記表示面に対して 20度以下の傾斜角を有する面を含む。

[0022] ある実施形態では、前記第 1斜面および前記第 2斜面のそれぞれの、前記表示面に対する平均傾斜角が 20度以下である。

[0023] ある実施形態では、前記第 1斜面と前記第 2斜面との間には前記表示面に実質的に平行な平坦面が形成されており、前記第 1斜面と前記平坦面と前記第 2斜面の、前記表示面に対する平均傾斜角が 20度以下である。

[0024] ある実施形態では、前記第 1凹部および前記第 2凹部が、それぞれ、前記反射領域に複数形成されている。

[0025] 本発明による液晶表示装置の製造方法は、入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置の製造方法であって、絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層の上に半導体層を形成するステップと、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる第 1領域と第 2領域とを形成するステップと、前記半導体層の上に反射層を形成するステップと、を含み、前記反射層の表面に、前記絶縁層及び前記半導体層の少なくとも一方の断面形状に応じて、第 1凹部及び第 1凹部の内側に位置する第 2凹部が形成される。

[0026] ある実施形態において、前記第 1領域には、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが実質的に一定である平坦領域が形成される。

[0027] ある実施形態において、前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記反射領域における前記半導体層に、互いに厚さの異なる 2つの領域を形成するステツプを含む。

[0028] ある実施形態において、前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記反射領域における前記絶縁層に互いに厚さの異なる 2つの領域を形成するステップを含む。

[0029] ある実施形態において、前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記半導体層に開口部を形成するステップを含む。

[0030] ある実施形態において、前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記第 1 領域における前記半導体層に第 1の斜面を形成するステップと、前記第 2領域における前記半導体層または前記絶縁層に第 2の斜面を形成するステップとを含む。

[0031] ある実施形態において、前記第 1領域および前記第 2領域は、ハーフトーン露光によって形成される。

[0032] ある実施形態において、前記第 1領域および前記第 2領域は、 2段階露光によって形成される。

[0033] ある実施形態において、前記液晶表示装置は半導体素子を備えており、前記半導体層を形成するステップにおいて、前記半導体素子の半導体部が形成され、前記金属層を形成するステップにおいて、前記半導体素子のソース電極およびドレイン電極が形成される。

発明の効果

[0034] 本発明によれば、半導体層又は絶縁層の段差又は断面形状に応じて反射層表面に多くの凹部、凸部、段差、及び角部を形成することができるので、反射効率の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。

[0035] また、反射領域の少なくとも半導体層及び金属層が、トランジスタを形成する層と同じ材料で同時に形成されるので、製造工程を増やすことなぐ優れた反射特性を有する反射領域を低コストで得ることができる。

[0036] よって、本発明によれば、反射領域における反射特性の高い高画質の半透過型および反射型の液晶表示装置が製造効率よく低コストで提供される。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明による実施形態 1の液晶表示装置の断面形状を模式的に示す図である

[図 2]実施形態 1の画素領域と反射部の構成を具体的に説明するための図であり、 (a )は画素領域の一部を表示面の上から見た場合の平面図、（b)は液晶表示装置の反射部の構成を模式的に示す平面図である。

[図 3]実施形態 1の反射部および TFT部の構成を表す断面図であり、 (a)は反射部の構成を、 (b)は TFT部の構成をそれぞれ表している。

[図 4]実施形態 1の反射部と、従来の液晶表示装置の反射部との構成を比較するための模式図であり、（a)は反射部の断面を、（b)は従来の液晶表示装置の反射部の断面を、（c)は反射部の角部における表面の角度を表した図である。

[図 5]実施形態 1の TFT部の製造方法を示す平面図である。

[図 6]実施形態 1の TFT部の製造方法を示す断面図である。

[図 7]実施形態 1の反射部の製造方法を示す平面図である。

[図 8]実施形態 1の反射部の製造方法を示す断面図である。

[図 9]実施形態 1の半導体層の製造方法を示す断面図である。

[図 10]実施形態 1の反射部の変形例を示す断面図であり、 (a)は第 1変形例による反射部、（b)は第 2変形例による反射部、（c)は第 3変形例による反射部をそれぞれ示している。

[図 11]実施形態 2の液晶表示装置を示す断面図である。

[図 12]従来の反射型 LCDにおけるアクティブマトリックス基板を示す断面図である。

[図 13]液晶表示装置における反射面の傾きと反射光との関係を示す図であり、 (a)は光が屈折率 Naを有する媒質 aから屈折率 Nbを有する媒質 bに入射したときの入射角 αと出射角 βとの関係を示しており、（b)は LCDの表示面の角度と入射光および反射光の関係を表している。

符号の説明

10 液晶表示装置

12 TFT基板

14 対向基板

16 W夂晶

18 彼晶層

22 透明基板

26 層間絶縁層

28 画素電極

30、 3 OA, 30B、 30C

32 TFT部

34 対向電極

36 CF層

38 透明基板

40 表示面

42 反射領域

44 TFT領域

46 透過領域

48 凹部

50 画素

52 ソースライン

54 ゲートライン

56 Csライン

58 コンタクトホーノレ

61、 61B、 61C ゲー 62、 62A、 62B、 62C 半導

63 反射層

65、 65B、 65C 開口部

67、 68 凹部

75、 85 上側斜面

76、 86 平坦部

77、 87 下側斜面

78 第 1領域

79 第 2領域

88 底面

90 レジスト

100 アクティブマトリックス基板

101 絶縁性基板

102 ゲート層

104 ゲート絶縁層

106 半導体層

108 金属層

110 反射層

112 反射面

発明を実施するための最良の形態

[0039] (実施形態 1)

以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の第 1の実施形態を説明する。

[0040] 図 1は、本実施形態の液晶表示装置 10の断面構造を模式的に示している。液晶表示装置 10は、アクティブマトリックス方式による反射透過型の液晶表示装置である。液晶表示装置 10は、図 1に示すように、 TFT (Thin Film Transistor)基板 12、対向基板 14、および TFT基板 12と対向基板 14との間に封入された液晶 16を含む液晶層 18を備えている。 [0041] TFT基板 12は、透明基板 22、層間絶縁層 26、画素電極 28を備えており、反射部 30と TFT部 32とを含んでいる。 TFT基板 12には、後述する、ゲートライン（走査線）、ソースライン (信号線）、および Csライン (補助容量電極線)等が形成されている。

[0042] 対向基板 14は、例えばカラーフィルタ基板（CF基板）であって、対向電極 34、カラ一フィルタ層（CF層） 36、および透明基板 38を備えている。透明基板 38の上部の面は、液晶表示装置の表示面 40となる。なお、 TFT基板 12および対向基板 14は、それぞれ、配向膜および偏光板を備えている力ここでは図示を省略している。

[0043] 液晶表示装置 10において、反射部 30が形成されている領域を反射領域 42と呼び、 TFT部 32が形成されている領域を TFT領域 44と呼ぶ。反射領域 42では、表示面 40から入射した光力反射部 30によって反射され、液晶層 18および対向基板 14を通って表示面 40から出射される。液晶表示装置 10は、さらに、反射領域 42および T FT領域 44以外の領域に形成された透過領域 46を有している。透過領域 46では、表示装置 10の光源から発せられた光が、 TFT基板 12、液晶層 18、および対向基板 14を通って表示面 40から出射される。

[0044] なお、図 1に示すように、反射部 30の上部の対向基板 14の側に、透過性樹脂等からなる層 31を設けることにより、反射領域 42における液晶層 18の厚さを、透過領域 4 6における液晶層 18の厚さの半分にすることも可能である。これにより、反射領域 42 と透過領域 46における光路長（液晶層 18内の光の通過距離）を同じにすることができる。なお、図 1には、層 31が対向電極 34と CF層 36との間に形成されるように示してレ、る力層 31は対向電極 34の液晶層 18側の面に形成してもよレ、。

[0045] 図 2は、液晶表示装置 10における画素領域と反射部 30の構成を、より具体的に示す平面図である。

[0046] 図 2 (a)は、液晶表示装置 10の画素領域の一部を、表示面 40の上から見た場合の図である。この図に示すように、液晶表示装置 10には、複数の画素 50 (長方形の太い線で示した部分）がマトリックス状に配置されている。それぞれの画素 50には、上述した反射部 30と TFT部 32が形成されており、 TFT部 32には TFTが形成されている。

[0047] 画素 50の境界部分には、列方向（図の上下方向）にソースライン 52が延びており、行方向（図の左右方向）にゲートライン (ゲートメタル層） 54が延びている。また、画素 50の中央部分には、行方向に Csライン（Csメタル層） 56が延びている。反射部 30の層間絶縁層 26には、画素電極 28と TFTのドレイン電極とを接続するためのコンタクトホール 58が形成されてレ、る。

[0048] 図 2 (b)は、 Csライン 56の上部における反射部 30の構成を模式的に示す平面図である。この図では、図 2 (a)にて示したコンタクトホール 58は、図示を省略している。図に示すように、反射部 30には、段差を有する円形の凹部（テーパー部、あるいは段差のついた凹部） 48が複数形成されている。なお、ここでは、構成を分かりやすく示すために、 8つの凹部 48を図示している力凹部 48の数は 8つに限定されることはなぐさらに多くの凹部 48が形成されてよい。

[0049] 後述するように、反射部 30の上部には反射層 63が形成されており、凹部 48の表面はこの反射層 63の面として形成されている。反射層 63は TFT部 32にぉける丁？丁のドレイン電極に接続されている。凹部 48は段差を有する凸部として形成され得る。

[0050] 次に、図 3を参照して、反射部 30および TFT部 32の構成をより詳細に説明する。

[0051] 図 3 (a)は、反射部 30における凹部 48の断面（図 2 (b)において矢印 Bで示した部分の断面）を表している。図に示すように、反射部 30には、 Csメタル層（金属層） 56、ゲート絶縁層 61、半導体層 62、および反射層 63が積層されている。半導体層 62は、真性アモルファスシリコン層（Si (i)層）と、リンがドープされた n⁺アモルファスシリコン層（Si (n⁺)層）とにより構成される。

[0052] 凹部 48の下部の半導体層 62には、図に示すように段差が形成されており、半導体層 62の表面には、上側斜面 75、平坦部 76、および下側斜面 77が形成されている。平坦部 76は、 Csライン 56の表面、あるいは図 1に示した表示面 40に対して、略平行に形成されている。また、半導体層 62は、凹部 48の中央部の下に開口部 65を有している。

[0053] 反射層 63の表面には、半導体層 62の段差又は断面形状に応じて凹部 67 (第 1凹部）および凹部 68 (第 2凹部）が形成されている。凹部 68は、凹部 67の内側に位置する。凹部 67と凹部 68は、透明基板 22の面（あるいは表示面 40)に対して垂直に見た場合、同心円形状に形成されている。なお、凹部 67と凹部 68の形状は同心円に限られることはなぐ後述するように、これらは様々な形状に形成され得る。

[0054] 凹部 67および凹部 68は、半導体層 62の上側斜面 75、平坦部 76、下側斜面 77、および開口部 65の上に反射層 63が形成されることにより、反射層 63が窪んでできたものである。そのため、凹部 67の内側における反射層 63の表面には、半導体層 62 の上側斜面 75、平坦部 76、下側斜面 77、および開口部 65のそれぞれに対応して、上側斜面 85、平坦部 86、下側斜面 87、および底面 88が形成されている。

[0055] 本明細書では、上側斜面 85および平坦部 86が形成された領域（凹部 67に対応する領域）を第 1領域 78と呼び、下側斜面 87および底面 88が形成された領域（凹部 6 8に対応する領域）を第 2領域 79と呼ぶ。平坦部 86の下では、半導体層 62は一定の厚さを有している。ゲート絶縁層 61の厚さは反射部 30において一定である。

[0056] 本実施形態では、第 1領域 78における半導体層 62は、第 2領域 79における半導体層 62よりも厚く形成されている（開口部 65では、半導体層 62は零の厚さを有すると考える）。また、半導体層 62の厚さとゲート絶縁層 61の厚さを合計した厚さで比べた場合、第 1領域における厚さの方が第 2領域における厚さよりも大きい。

[0057] なお、反射部 30の反射層 63には、図 3 (a)に示すような凹部 67および凹部 68が形成されてレ、るが、半導体層 62の形成過程にぉレ、て凹部の代わりに段差のっレ、た 2重の凸部を形成し、それに対応させて、反射層 63の表面に段差のついた 2重の凸部を形成してもよい。

[0058] 図 3 (b)は、 TFT部 32におけるゲートメタル層（金属層） 54、ゲート絶縁層 61、半導体層 62、および反射層 63の構成を示す断面図である。 TFT部 32のゲートメタル層 5 4は、反射部 30の Csメタル層 56と同時に、同じ部材によって形成される。同様に、 T FT部 32のゲート絶縁層 61、半導体層 62、および反射層 63は、それぞれ、反射部 3 0のゲート絶縁層 61、半導体層 62、および反射層 63と同時に、同じ部材によって形成される。

[0059] 図 4は、本実施形態の反射部 30と、図 12に示した従来の液晶表示装置における反射部の構造を比較するための図である。図 4 (a)は、本実施形態の反射部 30の断面構造を、図 4 (b)は、従来の液晶表示装置の反射部の断面構造を、それぞれ、模式的に表している。これらの図に示すように、本実施形態における反射層 63の表面には、断面形状で見た場合、凹部 67および凹部 68に 8つの角部（図中、点線で示した部分）が形成される。一方、従来の液晶表示装置では、 1つの凹部に角部は 4つしか形成されない。

[0060] 反射層の角部には、図 4 (c)に示すように、基板に平行な面から基板に対して 20度よりも大きい角度（この図では、例として 30度として表している）を有する面が連続的に形成される。したがって、反射部により多くの凹部を形成すれば、反射層 63の表面に、より多くの有効反射面 (基板に対する角度が 20度以下である面）を形成することができる。

[0061] 図 4 (a)および (b)に比較して示すように、本実施形態の反射部 30には、段差を有する 2重の凹部が形成されているので、従来の反射部に比べて、より多くの角部が形成される。したがって、反射層 63の表面は、より多くの有効反射面を有することになる。また、凹部 67および凹部 68が、半導体層 62の整形形状に応じて形成されるので、凹部の形状、深さ、および斜面傾斜角を容易に調節することができる。

[0062] 反射層 63における上側斜面 85および下側斜面 87の傾斜角度を、それぞれ 20度以下に形成することも可能であり、これにより、より有効反射面の面積をさらに増やすこと力 Sできる。また、上側斜面 85と平坦部 86と下側斜面 87とを含めた面の平均傾斜角度を、 20度以下に形成することも可能であり、これによつても有効反射面の面積を増やすことができる。

[0063] また、反射層 63の底部 88は、ゲート絶縁層 61の上に形成されている。一方、従来の液晶表示装置では、凹部の底面の反射層 110は基板の上に形成されており、凹部における反射層 110と基板との間には、ゲート層 102もゲート絶縁層 104も半導体層 106も形成されていない。したがって、本実施形態における反射層 63の底部 88は、従来の液晶表示装置における凹部の底面よりも浅く形成されることになる。

[0064] 従来の液晶表示装置では、凹部がゲート層 102、ゲート絶縁層 104、および半導体層 106を除去した部分に形成されるので、凹部の底面は深い位置に形成されている。よって、凹部内面の傾斜角が大きくなり、凹部内に傾斜 20度以下の有効反射面を多く形成することが困難であった。また、この凹部は、ゲート層 102、ゲート絶縁層 1 04、半導体層 106を形成した後で、これらの層を一括して除去することにより形成されるため、凹部内面の形状や斜面の傾斜角をコントロールすることができず、有効反射面を増やすことは困難であった。

[0065] 本実施形態の表示装置では、半導体層 62の形状に応じて、反射層 63の表面に 2 重の凹部が形成されるため、半導体層 62の積層時に、その形状 (斜面の形状や角度、開口部の形状、大きさ、位置等を含む）を調整することができる。これにより、反射層 63の反射面の傾斜をコントロールして、傾斜が 20度以下の有効反射面を多く形成し、より多くの光を表示面側に反射させることが可能となる。

[0066] 次に、本実施形態における TFT基板 12の製造方法を説明する。

[0067] 図 5は、 TFT部 32における TFT基板 12の製造方法を示す平面図である。また図 6 は、 TFT部 32における TFT基板 12の製造方法を示す断面図であり、図 2 (a)の矢印 Aで示した部分の断面を表してレ、る。

[0068] 図 5 (a)および図 6 (a)に示すように、まず、洗浄した透明基板 22の上に Al (アルミ二ゥム）による金属薄膜をスパッタリング等の方法により成膜する。なお、この金属薄膜は、 A1の他、 Ti (チタン）、 Cr (クロム）、 Mo (モリブデン）、 Ta (タンタル）、 W (タンダステン）、あるいはこれらの合金等を用いて形成することもでき、これらの材料による層と窒化膜との積層物によって形成することもできる。

[0069] その後、金属薄膜の上にレジスト膜を形成し、露光 ·現像工程によりレジストパターンを作成した後、ドライまたはウエットエッチングを施して、ゲートメタル層（金属層） 54 を作成する。ゲートメタル層 54の厚さは、例えば 50〜1000nmである。

[0070] このようにフォトリソグラフ法によって形成されたゲートメタル層 54は、 TFTのゲート電極となる。なお、この工程では、図 2 (a)で示したゲートライン (ゲートメタル層） 54、および図 3 (a)で示した反射部 30の Csメタル層 56も同一金属で同時に形成される。

[0071] 次に、図 5 (b)および図 6 (b)に示すように、 P— CVD法により、 SiH、 NH、 Nの混合ガスを使用して、 SiN (窒化シリコン)からなるゲート絶縁層 61を、基板全面に作成する。ゲート絶縁層 61は、 Si〇（酸化シリコン）、 Ta O (酸化タンタル）、 A1〇（酸化アルミニウム）等によって形成されても良レ、。ゲート絶縁層 61の厚さは、例えば 100 〜600nmである。なお、この工程では、図 3 (a)で示した反射部 30のゲート絶縁層 6 1も同時に形成される。 [0072] 次に、ゲート絶縁層 61の上に、真性アモルファスシリコン（a— Si)膜（Si (i)膜）、およびアモルファスシリコンにリン (P)をドーピングした n⁺a— Si膜（Si (n⁺)膜）を形成する。 a— Si膜の厚さは、例えば 30〜300nmであり、 n⁺a— Si膜の厚さは、例えば 20〜 lOOnmである。その後、これらの膜をフォトリソグラフ法により整形することにより、半導体層 62が形成される。なお、この工程では、図 3 (a)で示した反射部 30の半導体層 62も同時に形成される。

[0073] 次に、図 5 (c)および図 6 (c)に示すように、スパッタリング法等により A1等による金属薄膜を基板全面に形成し、フォトリソグラフ法を施して、反射層 63を形成する。なお、金属薄膜には、ゲートメタル層 54の材料として上に列挙した材料が用いられ得る。反射層 63の厚さは、例えば 30〜： !OOOnmである。

[0074] TFT部 32において、反射層 63は TFTのソース電極およびドレイン電極を形成する。このとき、図 2 (a)におけるソースライン 52も反射層 63の一部として形成され、図 3 (a)で示した反射部 30の反射層 63も同時に形成される。

[0075] 次に、図 5 (d)および図 6 (d)に示すように、感光性アクリル樹脂をスピンコートにより塗布して、層間絶縁層（層間樹脂層） 26が形成される。層間絶縁層 26の厚さは、例えば 0. 3〜5 /i mである。なお、反射層 63と層間絶縁層 26との間には、 P— CVD法によって SiN、 SiO等の薄膜が保護膜として形成され得るが、ここでは図示を省略し

2

ている。保護膜の厚さは、例えば 50〜： !OOOnmである。層間絶縁層 26および保護膜は、 TFT部 32だけでなぐ反射部 30も含めた透明基板 22の上部全面に形成される。

[0076] 次に、図 5 (e)および図 6 (e)に示すように、層間絶縁層 26の上に、 ITOや IZO等の透明電極膜力 Sスパッタリング法等により形成される。この透明電極膜を、フォトリソダラフ法によりパターン整形して、画素電極 28が形成される。画素電極 28は、 TFT部 32 だけでなぐ反射部 30も含め、画素の上部全面に形成される。

[0077] 次に、図 7および図 8を用いて、反射部 30における TFT基板 12の製造方法について説明する。

[0078] 図 7は、反射部 30における TFT基板 12の製造方法を示す平面図である。図 8は、反射部 30における TFT基板 12の製造方法を示す断面図であり、図 2 (b)における矢印 Bで示した部分の断面を表している。図 7および図 8における（a)〜（e)の工程は、それぞれ図 5および図 6における（a)〜（e)の工程に対応している。

[0079] 図 7 (a)および図 8 (a)に示すように、 TFT部 32のゲートメタル層 54と同一金属で同時に、同様の方法によって、反射部 30の Csメタル層 56が形成される。

[0080] 次に、図 7 (b)および図 8 (b)に示すように、 TFT部 32と同様の方法によって、 Csメタル層 56の上にゲート絶縁層 61が形成され、その後、半導体層 62が形成される。この後、半導体層 ₆2には、中心に開口部 65を有する段差のついた複数の凹部が形成されるが、この凹部の製造過程については、後に詳細に述べる。半導体層 62の厚さは、例えば 50〜400nmである。

[0081] 次に、図 7 (c)および図 8 (c)に示すように、 TFT部 32と同様の方法によって、半導体層 62の上に反射層 63が形成される。このとき、半導体層 62の開口部 65では、反射層 63はゲート絶縁層 61に接して形成される。半導体層 62の形状に応じて、反射層 63の表面には凹部 67および凹部 68が形成される。

[0082] 次に、図 7 (d)および図 8 (d)に示すように、感光性アクリル樹脂によって層間絶縁層 26が形成される。その後、露光装置を用いた現像処理により、反射部 30の中心付近にコンタクトホール 58が形成される。

[0083] 次に、図 7 (e)および図 8 (e)に示すように、画素電極 28が形成される。反射部 30では、画素電極 28は、層間絶縁層 26およびコンタクトホール 58の上に形成され、画素電極 28の金属部材はコンタクトホール 58を介して反射層 63に接する。したがって、 TFT部 32における TFTのドレイン電極は、コンタクトホール 58を介して画素電極 28 と電気的に接続される。

[0084] 凹部 67および凹部 68は、反射部 30の中に、できる限り多く形成することが好ましい。そのため、半導体層 62の上側斜面 75、平坦部 76、下側斜面 77、および開口部 6 5を、製造工程におけるマスク、フォト露光、エッチング等の技術限界内において、反射面上にできる限り多く形成することが好ましい。半導体層 62の開口部 65の好ましい大きさは、直径 2〜10 x mである。また、凹部 67および凹部 68の外周の好ましい大ききは、それぞれ、直径 3〜15 μ mおよび 2〜： 10 μ mである。

[0085] 次に、図 9を用いて、上述した半導体層 62の凹部の形成方法をより詳しく説明する。図 9は、半導体層 62の凹部の形成方法を説明するための断面図である。

[0086] まず、図 9 (a)に示すように、ゲート絶縁層 61の上に積層された、まだ凹部が形成されていない半導体層 62の上に、例えばポジ型の感光膜であるレジスト 90を、例えば 1600 2000 の厚さに塗布する。

[0087] 次に、図 9 (b)に示すように、ハーフトーン露光によりレジスト 90に凹部を形成する。

露光に用いるマスクとしては、例えば格子状のスリットによってパターンが形成されたマスクを用いる。ここでスリットは、その線幅が部分的に異なるように、あるいは隣り合うスリットの間隔が部分的に異なるように形成されている。このようなスリットによって、マスクにおける光の透過率を、所望のパターンに応じて異ならせることができる力ここでは、図に示すような段差のついたレジスト 90を残すためのパターンがマスクに形成されている。

[0088] マスクにおける光の透過率は、レジスト 90を完全に除去すべき部分（図 9 (b)の中央部分に対応）では、例えば 90%以上、レジストをほぼ全て残す部分（図 9 (b)の両端部分に対応）では、例えば 3%以下、これらの間の部分（レジストをある程度残すベき部分）では、例えば 20 60%である。なお、これら透過率は、マスクパターンに応じて段階的に異ならせてもよいし、連続的に変化させても良い。透過率を連続的に変化させた場合は、後に図 9 (b' )にて示すような、角部が取れた、なだらかに変化する斜面を有するレジストパターンが形成される。

[0089] ハーフトーン露光を行う場合、上述した方法の他、半透明膜の厚さを異ならせることによってパターンを形成したマスクを用いることもできる。また、互いに異なる透過率を有する複数の半透明膜によってマスクパターンを形成することもできる。半透明膜としては、クロム（Cr)、酸化マグネシウム（MgO)、モリブデンシリサイド（MoSi)、ァモルファスシリコン（a_Si)等が用いられ得る。

[0090] このようなマスクを通してレジスト 90に光を照射すると、レジスト 90の高分子が光によって分解される。レジスト 90において、より多くの光が照射された部分は、より多くの高分子が分解され、洗浄により除去される力マスクによって光の照射が遮られた部分では、高分子はほとんど分解されず初期状態の厚さのまま残される。その結果、マスクパターンの形状がレジスト 90に現像される。なお、光の照射時間が長すぎるとレジスト 90の全ての高分子が分解されるため、照射時間を適切に設定する必要がある

[0091] 次に、エッチング処理（以下、第 1エッチング処理と呼ぶ）が施され、図 9 (c)に示すように、レジスト 90に覆われていなレ、、半導体層 62の露出した部分の上部が除去される。なお、図 9 (b ' )に示すような形状のレジスト 90を形成した場合であっても、本ェツチング処理、および、この後図 9 (c！)〜（e)を用いて示す処理と同様の処理が施される。

[0092] 次に、アツシング処理が施される。アツシング処理により、レジスト 90のうち薄い膜厚部分は完全に除去され、厚い膜厚部分はその上部のみが除去される。その結果、図 9 (d)に示すような形状のレジスト 90が残される。

[0093] その後、再度エッチング処理（以下、第 2エッチング処理と呼ぶ）が施され、レジスト 90で覆われていない半導体層 62のうち、薄い膜厚部分は完全に除去され、厚い膜厚部分はその上部のみが除去される。その結果、図 9 (e)に示すような凹部を有する半導体層 62が形成される。残されたレジスト 90は、エッチング処理終了後に除去される。なお、半導体層 62の凹部には、実際には、図 8 (b)に示すような斜面が形成される力図 9では、凹部の形成方法を分かり易くするために、これらの斜面を基板に垂直な面として表している。

[0094] 本実施形態では、レジスト 90に凹部を形成する場合、上述したように、透過率が部分的に異なるマスクを用いてハーフトーン露光を行った力凹部の形成には、次のような第 2〜第 4の露光方法を用いることもできる。

[0095] 第 2の露光方法は、マスクの代わりに、互いに異なるパターンを有する 2つのマスクを用いて、いわゆる 2段階露光を行う方法である。この場合、まず、遮光部と透過部とによってパターンが形成された第 1マスクによってパターユングを行レ、、その後、第 1 マスクとは異なるパターンを有する第 2マスクを用いてパターユングを行う。この方法によっても、図 9 (b)に示すような凹部を形成することができる。

[0096] 第 3の露光方法は、マスクの厚さや、マスクとレジストの距離を適切に設定することにより、照射光の回折を利用して、あるいは、光の照射方向を変化させるなどしてパターニングを行う方法である。この場合、照射光は、マスクの遮光部の端で完全に遮られることはなく、遮光部の端から内側に進むにつれて徐々にその照射強度が落ちていく。その結果、図 9 (b' )に示すような、なだらかに膜厚が変化するレジスト 90が形成される。

[0097] 第 4の露光方法は、レジスト 90のリフローを用いる方法である。この場合、まず、半導体層 62の上に、マスクパターンに応じた形状のレジスト 90を一定の厚さで残す。その後、レジスト 90をリフローさせて、レジスト 90の面積を広げる。これにより、図 9 (b， )に示すような、連続的に厚さの異なるレジスト 90を形成することができる。

[0098] なお、上述した半導体層 62の製造工程では、半導体層 62に段差を有する同心円状の凹部を形成したが、上述のマスクパターンとは透過部と遮光部が反転したマスクパターンを用いるなどして、段差を有する同心円状の凸部を形成してもよい。

[0099] 次に、図 10を用いて、本実施形態の液晶表示装置 10における反射部 30の変形例について説明する。図 10の（a)〜（c)は、それぞれ、反射部 30の第 1〜第 3変形例を示す断面図である。

[0100] 第 1変形例の反射部 30Aは、図 10 (a)に示す形状の半導体層 62Aを備えている。

反射層 63の表面には、半導体層 62Aの段差又は断面形状に応じて、第 1凹部とその内側に位置する第 2凹部が形成されている。半導体層 62Aには、図 3 (a)に示したような開口部 65は形成されておらず、開口部 65に対応する部分にも半導体部材が残されている。したがって、反射層 63の底面 88は半導体層 62Aの上に形成されることになる。

[0101] このような形状の半導体層 62Aは、例えば、図 9 (c)を用いて説明した第 1エツチング工程、および図 9 (e)を用いて説明した第 2エッチング工程の一方、あるいは両方において、エッチング時間を短縮することによって得られる。この場合、半導体層 62 Aの厚さは、例えば 40〜350nmである。

[0102] 第 2変形例の反射部 30Bは、図 10 (b)に示す形状の半導体層 62Bとゲート絶縁層 61Bを備えている。反射層 63の表面には、半導体層 62B及び絶縁層 61Bの段差又は断面形状に応じて、第 1凹部とその内側に位置する第 2凹部が形成されている。半導体層 62Bには、開口部 65Bが形成されている力この変形例では、開口部 65Bの下のゲート絶縁層 61Bもその一部が除去されている。したがって、反射層 63の底面 8 8は、ゲート絶縁層 61Bの中に形成されており、反射層 63の下側斜面 87は、その上部が半導体層 62Bの上に形成され、下部がゲート絶縁層 61Bの上に形成されている

[0103] このような形状の半導体層 62Bとゲート絶縁層 61Bは、例えば、第 1エッチング工程および第 2エッチング工程の一方あるいは両方におけるエッチング時間を延ばし、第 2エッチング工程において半導体層 62Bのみならず、ゲート絶縁層 61Bの一部をも除去することによって得られる。この場合、ゲート絶縁層 61Bの厚さは、例えば 50〜5 50nmであり、半導体層 62Bの厚さは、例えば 40〜350nmである。

[0104] 第 3変形例の反射部 30Cは、図 10 (c)に示す形状の半導体層 62Cとゲート絶縁層 61Cを備えている。反射層 63の表面には、半導体層 62C及び絶縁層 61Cの段差又は断面形状に応じて、第 1凹部とその内側に位置する第 2凹部が形成されている。半導体層 62Cには、開口部 65Cが形成されており、開口部 65Cの下のゲート絶縁層 6 1Cもその一部が除去されている。反射層 63の底面 88はゲート絶縁層 61Cの中に形成され、反射層 63の下側斜面 87は、すべてゲート絶縁層 61Cの上に形成されている。反射層 63の上側斜面 85は、その上部が半導体層 62Cの上に形成され、その下部がゲート絶縁層 61Cの上に形成されている。

[0105] このような形状の半導体層 62Cとゲート絶縁層 61Cは、例えば、第 2エッチングェ程におけるエッチング時間を伸ばし、レジスト 90で覆われていない部分の半導体層 6 2Cを、第 2エッチング工程で全て除去することによって得られる。この場合、ゲート絶縁層 61Cの厚さは、例えば 50〜550nmであり、半導体層 62Cの厚さは、例えば 40 〜350nmでめる。

[0106] 上述した第 1〜第 3変形例の反射部 30A、 30B、 30Cのいずれにおいても、半導体層 62とゲート絶縁層 61とを合わせた厚さは、凹部 67の下（第 1領域）のほうが凹部 68の下（第 2領域）よりも厚レ、。これらの変形例を用いた場合であっても、図 3 (a)に示した反射層 63と同様の形状の反射層を形成することができる。よって、これらの変形例によっても有効反射面を増やして、より多くの光を表示面側に反射させることが可能となる。

[0107] (実施形態 2) 以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の第 2の実施形態を説明する。なお、実施形態 1における構成要素と同じ要素には同一の参照番号を付け、その説明を省略する。

[0108] 図 11は、本実施形態の液晶表示装置の断面形状を模式的に示す図である。この液晶表示装置は、実施形態 1の液晶表示装置から層間絶縁層 26を除いたものであり、以下に述べる点以外は実施形態 1の表示装置と同じである。なお、図 11では、対向基板 14の詳細な構造、および TFT部 32については図示を省略している。

[0109] 図に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、層間絶縁層が形成されないため、画素電極 28が図示しない絶縁膜を介して反射部 30および TFT部 32の反射層 6 3の上に形成される。反射部 30及び TFT部 32の構造および製造方法は、層間絶縁層 26が除かれる点以外は、実施形態 1の液晶表示装置と同様である。また、液晶表示装置における画素配置や配線構造も、図 2 (a)に示したものと同様である。

[0110] この構成によっても、実施形態 1と同様、反射層 63の有効反射面の面積が広がり、より多くの光を表示面 40に反射させることができる。

[0111] 上述の実施形態 1および実施形態 2では、反射部 30の反射層 63の表面に形成される凹部 67および凹部 68は、基板に垂直に見た場合、同心円状に形成されるとした。しかし、図 9を用いて示した半導体層 62のパターニング工程において、異なるマスクパターンを用いることにより、半導体層 62に形成される凹部の形状を変えて、凹部 67および凹部 68の中心が異なるように配置することも可能である。また、凹部 67と凹部 68の周囲の一部が重なっていてもよレ、。これらの場合も、反射層 63の表面には段差を有する凹部が多数形成され、これによつて有効反射面を広げることが可能となる。

[0112] また、上述の実施形態では、凹部 67および凹部 68が、それぞれ円形に形成されるとしていたが、それらの一方あるいは両方を、楕円形、三角形、四角形等の多角形、凹部の淵が鋸歯状であるもの、あるいは、それらを組み合わせたものなど、様々な形状に形成してもよい。また、一方の凹部の形状と他方の凹部の形状を異ならせてもよぐ両者の周囲の一部が重なるように形成してもよい。これらの場合でも、反射層 63 の表面には、円形、楕円形、多角形、あるいはそれらが重なり合った、段差を有する凹部が多数形成され、有効反射面を広げることが可能となる。

[0113] また、上述の実施形態では、反射部 30に、半導体層の厚さとゲート絶縁層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる 2つの領域 (第 1領域 78および第 2領域 79)が形成されるものとした。しかし、半導体層およびゲート絶縁層に凹部を形成する工程において、マスクパターンを変えるなどして、反射部 30に、半導体層の厚さとゲート絶縁層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる 3つ、あるいはそれ以上の領域を形成してもよレ、。この場合、反射層 63の表面には、半導体層およびゲート絶縁層の形状に応じて、 3重あるいはそれ以上に重なった凹部が形成される。具体的には、凹部 67の外側、凹部 68の内側、あるいは凹部 67と凹部 68との間に、凹部 67および凹部 68とは異なる深さを有する凹部力 S1つ以上形成される。このような反射層 63を有する反射部 3 0を備えた液晶表示装置も、本願発明による液晶表示装置に含まれるものとする。

[0114] 本発明による液晶表示装置には、液晶パネルを利用したディスプレイ装置、テレビ、携帯電話等も含まれる。また、本実施形態は半透過型の液晶表示装置を例として用いたが、上述した反射部と同様の形態を有する反射型液晶表示装置等も本願発明の一形態に含まれる。

[0115] 本願発明の液晶表示装置は、上述した製造方法で形成されるため、透過型の液晶表示装置と同じ材料および工程で製造することができる。したがって、低コストで、反射効率の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。

産業上の利用可能性

[0116] 本発明によれば、低コストで高画質の半透過型および反射型の液晶表示装置が提供される。本発明による液晶表示装置は、例えば、携帯電話、カーナビ等の車載表示装置、 ATMや販売機等の表示装置、携帯型表示装置、ノート型 PCなど、反射光を利用して表示を行う半透過型および反射型の液晶表示装置に好適に用いられる。

Claims

請求の範囲

[1] 入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置であって、前記反射領域は、絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成された反射層とを備え、

前記反射層の表面には、第 1凹部、および前記第 1凹部の内側に位置する第 2凹部が形成されており、

前記反射領域は、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる第 1領域と第 2領域とを含み、前記第 1凹部及び前記第 2凹部が、前記絶縁層及び前記半導体層の少なくとも一方の断面形状に応じて形成されている液晶表示装置。

[2] 前記第 1領域は、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが実質的に一定である平坦領域を含む、請求項 1に記載の液晶表示装置。

[3] 前記第 1領域における前記半導体層の厚さが、前記第 2領域における前記半導体層の厚さよりも厚い、請求項 1または 2に記載の液晶表示装置。

[4] 前記第 1領域における前記絶縁層の厚さが、前記第 2領域における前記絶縁層の厚さと実質的に等しい、請求項 1から 3のいずれか 1項に記載の液晶表示装置。

[5] 前記第 1領域における前記絶縁層の厚さが、前記第 2領域における前記絶縁層の厚さよりも厚レ、、請求項 1から 3のレ、ずれか 1項に記載の液晶表示装置。

[6] 前記第 1凹部には第 1斜面が形成されており、前記第 2凹部の内側には第 2斜面が形成されている、請求項 1から 5のいずれか 1項に記載の液晶表示装置。

[7] 前記第 1斜面および前記第 2斜面のそれぞれが、前記表示面に対して 20度以下の傾斜角を有する面を含む、請求項 6に記載の液晶表示装置。

[8] 前記第 1斜面および前記第 2斜面のそれぞれの、前記表示面に対する平均傾斜角が 20度以下である、請求項 6または 7に記載の液晶表示装置。

[9] 前記第 1斜面と前記第 2斜面との間には前記表示面に実質的に平行な平坦面が形成されており、前記第 1斜面と前記平坦面と前記第 2斜面の、前記表示面に対する平均傾斜角が 20度以下である、請求項 6から 8のいずれ力 1項に記載の液晶表示装置

[10] 前記第 1凹部および前記第 2凹部が、それぞれ、前記反射領域に複数形成されている、請求項 1から 9のいずれか 1項に記載の液晶表示装置。

[11] 入射光を表示面に向けて反射させる反射領域を備えた液晶表示装置の製造方法であって、

絶縁層を形成するステップと、

前記絶縁層の上に半導体層を形成するステップと、

前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが互いに異なる第 1領域と第 2領域とを形成するステップと、

前記半導体層の上に反射層を形成するステップと、を含み、

前記反射層の表面に、前記絶縁層及び前記半導体層の少なくとも一方の断面形状に応じて、第 1凹部及び第 1凹部の内側に位置する第 2凹部が形成される、製造方法。

[12] 前記第 1領域には、前記絶縁層の厚さと前記半導体層の厚さとの合計の厚さが実質的に一定である平坦領域が形成される、請求項 11に記載の製造方法。

[13] 前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記反射領域における前記半導体層に、互いに厚さの異なる 2つの領域を形成するステップを含む、請求項 11または 12に記載の製造方法。

[14] 前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記反射領域における前記絶縁層に、互いに厚さの異なる 2つの領域を形成するステップを含む、請求項 11または 1

2に記載の製造方法。

[15] 前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記半導体層に開口部を形成するステップを含む、請求項 11から 14のレ、ずれか 1項に記載の製造方法。

[16] 前記第 1領域と第 2領域とを形成するステップは、前記第 1領域における前記半導体層に第 1の斜面を形成するステップと、前記第 2領域における前記半導体層または前記絶縁層に第 2の斜面を形成するステップとを含む、請求項 11から 15のいずれか 1項に記載の製造方法。

[17] 前記第 1領域および前記第 2領域は、ハーフトーン露光によって形成される、請求項 11から 16のいずれ力、 1項に記載の製造方法。

[18] 前記第 1領域および前記第 2領域は、 2段階露光によって形成される、請求項 11から 16のいずれか 1項に記載の製造方法。

[19] 前記液晶表示装置は半導体素子を備えており、

前記半導体層を形成するステップにおいて、前記半導体素子の半導体部が形成され、

前記金属層を形成するステップにおいて、前記半導体素子のソース電極およびドレイン電極が形成される、請求項 11から 18のいずれ力 4項に記載の製造方法。