(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を設け、そして、上部遮光層はスイッチング素子に対して凸形状になるよう上部斜面部を有する形状に、また、下部遮光層は平坦に、それぞれ形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ１、上部斜面部の水平方向長さをｌ１１とし、また、下部遮光層について、上部斜面部の起点から垂直方向に下ろした線が下部遮光層と交わる場所から下部遮光層端までの距離をｌ１２とし、そして、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα１、ただし、ｔａｎα１＜１、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ１、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ１とすると、前記θ１、ｌ１１及びｌ１２が、それぞれ
ｔａｎθ１＜１、
θ１＞β１、
ｌ１１＞（ｌ１２＋ｄ１・ｔａｎα１）／（１−ｔａｎθ１・ｔａｎα１）、
ｌ１２＞ｄ１・ｔａｎβ１、
を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、下部遮光層はスイッチング素子に対して凸形状になるよう下部斜面部を有する形状に、また、上部遮光層は平坦に、それぞれ形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ２、下部斜面部の水平方向長さをｌ２１とし、また、上部遮光層について、下部斜面部の起点から垂直方向に上げた線が上部遮光層と交わる場所から上部遮光層端までの距離をｌ２２とし、そして、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα２、ただし、ｔａｎα２＜１、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ２、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ２とすると、前記θ２、ｌ２１及びｌ２２が、それぞれ
ｔａｎθ２＜１、
θ２＞β２、
ｌ２１＞（ｌ２２＋ｄ２・ｔａｎα２）／（１−ｔａｎθ２・ｔａｎα２）、
ｌ２２＞ｄ２・ｔａｎβ２、
を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、上部遮光層及び下部遮光層は、スイッチング素子に対してそれぞれ凸形状になるよう上部斜面部及び下部斜面部を有する形状で、かつ、上部斜面部より下部斜面部が長く形成され、上部遮光層及び下部遮光層の端をそろえたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ３１、上部斜面部の水平方向の長さをｌ３１とし、また、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ３２、下部斜面部の水平方向の長さをｌ３２とし、そして、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα３、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ３、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ３とすると、前記θ３１、θ３２、ｌ３１及びｌ３２が、それぞれ
θ３１＞β３、
θ３２＞α３、
ｌ３１＞ｔａｎβ３・（ｄ３＋ｌ３２・ｔａｎθ３２）、
ｌ３２＞ｔａｎα３・（ｄ３＋ｌ３１・ｔａｎθ３１）、
を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、上部遮光層及び下部遮光層は、スイッチング素子に対してそれぞれ凸形状になるよう上部斜面部及び下部斜面部を有する形状で、かつ、下部斜面部より上部斜面部が長く形成され、上部遮光層及び下部遮光層の端をそろえたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、
上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ４１、下部斜面部の水平方向の長さをｌ４１とし、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ４２、上部斜面部の水平方向の長さをｌ４２とし、そして、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα４、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ４、下部遮光層と上部遮光層との間隔をｄ４とすると、前記θ４１、θ４２、ｌ４１及びｌ４２が、それぞれ
θ４１＞β４、
θ４２＞α４、
ｌ４１＞ｔａｎβ４・（ｄ４＋ｌ４２・ｔａｎθ４２）、
ｌ４２＞ｔａｎα４・（ｄ４＋ｌ４１・ｔａｎθ４１）、
を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
上部遮光層及び下部遮光層はＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉのいずれかの金属膜、ポリシリコンからなる単層膜、ＡｌＳｉ、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＷＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＰｔＳｉ、Ｐｄ２Ｓ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＴｉＢ２、又はこれらを積層した構造で構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置を製造する方法において、
上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ２により形成し、次に、レジストマスクを用いてＨＦで等方性エッチングし、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置を製造する方法において、
上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ２により形成し、次に、レジストマスクを用いて等方性のドライエッチングを行い、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する。）等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法に関するものであり、特にスイッチング素子を遮光するための遮光手段およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの利点を持つデイスプレイとして、注目され、研究開発が活発に行われているデバイスである。液晶表示装置の構造は、液晶分子を透明電極で挟んで構成された“画素”がマトリクス状に配置されたものであり、動作原理は、個々の画素の透明電極間に任意の電圧を加え、液晶分子の配向の状態を変化させることで、液晶中を通過する光の偏光度を変化させることにより、光の透過率を制御するものである。液晶表示装置は、その動作原理から単純マトリクス型と、アクティブマトリクス型に分けられ、特に、アクティブマトリクス型液晶表示装置は、各画素毎にＴＦＴのアクティブ素子をスイッチング素子として備えているため、各画素毎に独立に信号を送ることができるので、解像度が優れ、鮮明な画像が得られることから注目されている。アクティブマトリクス型液晶表示装置のスイッチング素子として現在、アモルファスシリコン薄膜を用いたＴＦＴが頻繁に用いられている。また、最近では、アモルファスシリコン薄膜を６００℃以上の温度で熱処理するかあるいは、エキシマレーザー等のパルスレーザー光を照射して再結晶化させるレーザー結晶化、等により形成するポリシリコン薄膜を用いたＴＦＴが提案されている。ポリシリコン薄膜の場合、アモルファスシリコン薄膜に比べて高移動度を有することから、画素のスイッチング素子に加えて、画素のスイッチング素子を駆動させるための駆動回路もポリシリコン薄膜を用いたＴＦＴで同一基板上に形成できるメリットがある。
【０００３】
ところで、先にも述べた様に、液晶表示装置は液晶中を通過する光の偏光度を変化させることにより光の透過率を制御する装置であり、それ自体は発光部分を備えていない。そのため、何らかの光源を用意する必要がある。例えば、透過型液晶表示装置の場合、液晶表示装置の背後に照明装置、所謂バックライトを配置して、そこから、入射される光によって表示を行う。あるいは、プロジェクター等では、光源としてメタルハライドランプ等を用い、レンズ系と液晶表示装置を組み合わせて投影する。また、反射型の場合、外部からの入射光を反射電極により反射させることで表示を行っている。
【０００４】
一般に、シリコン等の半導体に光が照射され、光吸収が起こると、導電帯に電子、価電子帯には正孔が励起されて電子−正孔対が生成され、いわゆる光電効果が起こる。前述した、画素のスイッチング素子等に用いられるアモルファスシリコン薄膜あるいはポリシリコン薄膜でも同様であり、光が照射されることにより、薄膜中に電子−正孔の対が生成される。従って、アモルファスシリコン薄膜あるいはポリシリコン薄膜を活性層に用いたＴＦＴにおいて、光が照射されると、電子−正孔対に起因した光電流が発生し、ＴＦＴのオフ時のリーク電流を増大させることになり、液晶表示のコントラスト等を劣化させる等の問題を引き起こす。
【０００５】
反射型液晶表示装置の場合は、ＴＦＴに接続される主に金属膜等からなる反射電極がＴＦＴ上を覆うように配置されるため、外部からの入射光が直接ＴＦＴに到達することが無い。そのため、ＴＦＴのリーク電流が増大する等の問題が起こりにくい。しかし、透過型液晶表示装置の場合、ＴＦＴはバックライトからの強い光に常に晒されるだけでなく、バックライト以外からの入射光もＴＦＴに達することがある。また、プロジェクター等の場合では、レンズから反射した光がＴＦＴに達することがある。従って、これらの入射光がＴＦＴに到達しないようにな色々な工夫が提案されている。
【０００６】
例えば、図１１に示すように、スイッチング素子６２の上下に絶縁層を挟んで遮光膜６３および遮光膜６４を配置することにより、スイッチング素子の上下から入射する光を遮ることにより、ＴＦＴのリーク電流を抑えることができ、表示特性を向上できるという提案（特開昭５８−１５９５１６号公報）がされている。
【０００７】
また、図１２に示すように、貼り合わせＳＯＩ基板においても、ＭＯＳＦＥＴ６５の上部および下部に上部遮光層６６および下部遮光層６７を設けることにより、上部および下部からの直接入射光を遮光すると共に、基板裏面で反射した光も遮光することができるため、ＴＦＴのリーク電流増大を防ぐことができるとの提案（特開平１０−２９３３２０号公報）がされている。
【０００８】
また、図１３に示すように、スイッチング素子６８の下部に遮光膜６９、対向基板側に設けられたブラックマトリクス７０をシリコン薄膜およびシリサイド膜によって形成することで、直接入射光の遮光だけでなく、その表面に形成された微細な凹凸による反射率の低減と光の散乱の効果により、液晶表示装置内部での光の反射を抑制することができるとの提案（特開平１０−３１９４３５号公報）がされている。
【０００９】
上述の方法によれば、ＴＦＴの活性層である半導体薄膜に外部からの光が入射するするのを防ぐためＴＦＴの上部および下部に遮光層が設けられるているため、入射光の大部分が半導体薄膜には到達しないと考えられる。しかし、液晶表示装置内に入射する光の入射角度は必ずしも基板に垂直とは限らず、ある程度のばらつきを持っていること、および、液晶表示装置内に入射した光が内部で反射を繰り返すことなどにより、光がＴＦＴに到達する場合があり、このような光がＴＦＴのリーク電流増大などの悪影響を及ぼすと考えられる。
【００１０】
図１０(ａ)に示すように、光（イ）及び光（ロ）は、上部遮光層５４及び下部遮光層５１により遮られるため、ＴＦＴ５５には到達しない。しかし、上部遮光層５４側から斜めに入射する光（ハ）は、下部遮光層で反射した後ＴＦＴ５５に到達する。また、上部遮光層５４側から斜めに入射した光（ニ）は、下部遮光層５１で反射した後、さらに上部遮光層５４で反射してＴＦＴ５５に達する。同様にして、下部遮光層５１側から入射した光（ホ）、光（へ）についても、1回以上の反射の後にＴＦＴ５５へと到達する。従って、従来例で示した特開昭５８−１５９５１６号公報では、上記に示すような光がトランジスタヘと届くため、リーク電流が増大すると考えられる。
【００１１】
また、図１０（ｂ）に示すように、下部遮光層５７に対して上部遮光層６０が大きい場合、上部遮光層６０側から斜めに入射する光（ハ）、光（ニ）、光（ト）は上部遮光層により遮られるが、逆に、下部遮光層５７側から入射する光（ホ）、光（へ）、光（リ）は依然としてＴＦＴ６１へと到達し、さらに、上部遮光層と下部遮光層が同じ大きさの場合にはＴＦＴへ到達することの無かった下部遮光層５７側からの入射する光（チ）も上部遮光層６０の裏面で反射してしまうことにより、ＴＦＴ６１へと到達する。従って、従来例の特開平１０−２９３３２０号公報では上記のような光がトランジスタヘ到達し、リーク電流が増大すると考えられる。
【００１２】
また、特開平１０−３１９４３５号公報に示される方法では、図１０(ａ)の上部遮光層４側から入射する光（ト）、あるいは図１０（ｂ）の下部遮光層５７側から入射する光（リ）が遮光層の表面に形成された微細な凹凸により乱反射することで、ＴＦＴに到達する光の一部を取り除くことができる一方で、遮光層表面で反射する光の方向がランダムなため、平坦な表面の場合に２回の反射によりＴＦＴへと到達する光が、１回の反射でＴＦＴへと到達してしまうため、逆にＴＦＴへと入射しやすくなる光も発生するため、上記２例同様にリーク電流が増大すると考えられる。
【００１３】
このように、従釆の技術では、上部、下部からの斜めに入射する光がＴＦＴに到達するのを防ぐことは難しい。上部および下部遮光膜の大きさを十分大きくすることにより、上下遮光膜間を反射しながらＴＦＴまで到達しようとする光は、上部、下部遮光膜各々の反射率および、上下遮光膜間での絶縁膜での光吸収により、その強度は次第に減少すると予想される。しかしながら、この方法では、遮光膜の面積が大きくなり、液晶表示装置の重要な要素の一つである開口率の低下という問題を引き起こす。また、ＴＦＴに到達する光を根本的に防ぐことはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、明るく高コントラストを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を設けたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、前記遮光層のうちのどちらか一方あるいは両方は、スイッチング素子に対して凸形状になるよう斜面部を有する形状である液晶表示装置に関する。
【００１６】
すなわち、本発明は、液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を設け、そして、上部遮光層はスイッチング素子に対して凸形状になるよう上部斜面部を有する形状に、また、下部遮光層は平坦に、それぞれ形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ１、上部斜面部の水平方向長さをｌ１１とし、また、下部遮光層について、上部斜面部の起点から垂直方向に下ろした線が下部遮光層と交わる場所から下部遮光層端までの距離をｌ１２とし、そして、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα１、ただし、ｔａｎα１＜１、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ１、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ１とすると、前記θ１、ｌ１１及びｌ１２が、それぞれｔａｎθ１＜１、θ１＞β１、ｌ１１＞（ｌ１２＋ｄ１・ｔａｎα１）／（１−ｔａｎθ１・ｔａｎα１）、ｌ１２＞ｄ１・ｔａｎβ１、を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用される液晶表示装置である。
【００１７】
そして、本発明は、液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、下部遮光層はスイッチング素子に対して凸形状になるよう下部斜面部を有する形状に、また、上部遮光層は平坦に、それぞれ形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ２、下部斜面部の水平方向長さをｌ２１とし、また、上部遮光層について、下部斜面部の起点から垂直方向に上げた線が上部遮光層と交わる場所から上部遮光層端までの距離をｌ２２とし、そして、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα２、ただし、ｔａｎα２＜１、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ２、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ２とすると、前記θ２、ｌ２１及びｌ２２が、それぞれｔａｎθ２＜１、θ２＞β２、ｌ２１＞（ｌ２２＋ｄ２・ｔａｎα２）／（１−ｔａｎθ２・ｔａｎα２）、ｌ２２＞ｄ２・ｔａｎβ２、を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用される液晶表示装置である。
【００１８】
更に、本発明は、液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、上部遮光層及び下部遮光層は、スイッチング素子に対してそれぞれ凸形状になるよう上部斜面部及び下部斜面部を有する形状で、かつ、上部斜面部より下部斜面部が長く形成され、上部遮光層及び下部遮光層の端をそろえたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ３１、上部斜面部の水平方向の長さをｌ３１とし、また、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ３２、下部斜面部の水平方向の長さをｌ３２とし、そして、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα３、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ３、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ３とすると、前記θ３１、θ３２、ｌ３１及びｌ３２が、それぞれθ３１＞β３、θ３２＞α３、ｌ３１＞ｔａｎβ３・（ｄ３＋ｌ３２・ｔａｎθ３２）、ｌ３２＞ｔａｎα３・（ｄ３＋ｌ３１・ｔａｎθ３１）、を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用される液晶表示装置である。
【００１９】
また、本発明は、液晶セルとマトリクス状に配置したスイッチング素子とを具備し、該スイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層を備え、そして、上部遮光層及び下部遮光層は、スイッチング素子に対してそれぞれ凸形状になるよう上部斜面部及び下部斜面部を有する形状で、かつ、下部斜面部より上部斜面部が長く形成され、上部遮光層及び下部遮光層の端をそろえたアクティブマトリクス型液晶表示装置において、上部遮光層とスイッチング素子との間に層間絶縁膜とパッシベーション膜を設けており、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ４１、下部斜面部の水平方向の長さをｌ４１とし、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ４２、上部斜面部の水平方向の長さをｌ４２とし、そして、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα４、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ４、下部遮光層と上部遮光層との間隔をｄ４とすると、前記θ４１、θ４２、ｌ４１及びｌ４２が、それぞれθ４１＞β４、θ４２＞α４、ｌ４１＞ｔａｎβ４・（ｄ４＋ｌ４２・ｔａｎθ４２）、ｌ４２＞ｔａｎα４・（ｄ４＋ｌ４１・ｔａｎθ４１）、を満たす形状の上部遮光層及び下部遮光層を備えた構造であり、上部遮光層又は下部遮光層が配線層として併用される液晶表示装置である。
【００２０】
そして、本発明は、上記の液晶表示装置において、上部遮光層及び下部遮光層はＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉのいずれかの金属膜、ポリシリコンからなる単層膜、ＡｌＳｉ、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＷＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＰｔＳｉ、Ｐｄ２Ｓ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＴｉＢ２、又はこれらを積層した構造で構成される液晶表示装置である。
【００２１】
更に、本発明は、上記の液晶表示装置において、上部遮光層及び下部遮光層のうちのいずれか一方又は両方は、配線として併用する液晶表示装置である。
【００２２】
また、本発明は、上記の液晶表示装置を製造する方法において、上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ2により形成し、次に、レジストマスクを用いてＨＦで等方性エッチングし、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成する液晶表示装置の製造方法である。
【００２３】
そして、本発明は、上記の液晶表示装置を製造する方法において、上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ2により形成し、次に、レジストマスクを用いて等方性のドライエッチングを行い、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成する液晶表示装置の製造方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を説明する。
本発明の液晶表示装置及びその製造方法の実施例について、図１〜図９を用いて説明する。図１は、実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図である。図２は、実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子への入射光の反射の説明図である。図３は、実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子と遮光層の斜面部の説明図である。図４は、実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程前半の説明図である。図５は、実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程後半の説明図である。図６は、実施例２の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図である。図７は、実施例２の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程の説明図である。図８は、実施例３の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図である。図９は、実施例３の液晶表示装置におけるスイッチング素子への入射光の説明図である。
【００２５】
実施例１を説明する。本実施例において、スイッチング素子の配置方向を水平方向、液晶層側を下部側とそれぞれし、図１〜図３を用いて説明する。本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、液晶セル、マトリクス状に配置されたスイッチング素子等を具備しており、スイッチング素子１００は、絶縁膜３、活性層４、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、ソース領域７、ドレイン領域８、チヤネル領域９、層間絶縁膜１０、電極取り出し用のコンタクトホール１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３、窒化膜１４、酸化膜１５等からなる。スイッチング素子１００の上部側及び下部側には、図１(ａ)に示すように、透明基板１、下部遮光層２、上部遮光層１８等を設けている。上部遮光層１８は、スイッチング素子に対して凸形状になるよう上部斜面部１８１を有する形状であり、下部遮光層２は、平坦である。チャネル領域のソース端、あるいはドレイン端のチャネル幅方向の断面説明図を、図１（ｂ）に示す。
【００２６】
実施例１における遮光層２、１８について、詳細に説明する。上部遮光層１８について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ1、上面斜面部の水平方向長さをｌ11とし、また、下部遮光層２について、上部斜面部の起点から垂直方向に下ろした線が下部遮光層２と交わる場所から下部遮光層２の端までの距離をｌ13とし、そして、上部遮光層側から斜めに入射する光の入射角度をα、最大入射角度をα1、下部遮光層側から斜めに入射する光の入射角度をβ、最大入射角度をβ1、上部遮光層と下部遮光層との間隔をｄ1とすると、下部側からの入射光が上部遮光膜で反射した後、ＴＦＴへ到達せず、外側へと反射するには、以下の２式が成り立つ。
(π／２−θ1−β12）＋（２β12＋β）＝π／２
β12＞０
したがって、すべてのβ(β≦β1）について、β12(＝θ1−β）＞０であるためには、θ1について、
θ1＞β1・・・式（１−１）
が必要である。さらに、図２から分かるように、
ｌ12＞ｌ13
が必要である。そして、
ｌ13＝（ｄ1＋（ｌ12−ｌ13）・ｔａｎθ1）・ｔａｎβ1
であるから、
ｌ12−ｌ13＝（ｌ12−ｄ1・ｔａｎβ）／（１＋ｔａｎθ1・ｔａｎβ）
したがって、すべてのβ(β≦β1）について、ｌ12＞ｌ13であるためには、ｌ12については、
ｌ12＞ｄ1・ｔａｎβ1・・・式(１−２)
となる。さらに、上部側から斜めに入射する光が、平坦である下部遮光膜で反射しないためには、
ｌ11−ｌ12＞（ｄ1＋ｌ11・ｔａｎθ1）・ｔａｎα1
そして、通常、ｔａｎθ1＜１、ｔａｎα1＜１、であるといえるから、
ｌ11＞（ｌ12＋ｄ1・ｔａｎα1）／（1−ｔａｎθ1・ｔａｎα1）・・・式(１−３)
実施例１の液晶表示装置は、以上の条件である式（１−１）、式（１−２）、式（１−３）をすべて満たすように、上部遮光膜１８及び下部遮光膜２を形成することにより、上部遮光層１８及び下部遮光層２の大きさを最小限の大きさに抑えつつ、上部側及び下部側いずれから斜めに入射する光がＴＦＴへと到達することを防ぐことができる。
【００２７】
実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の製造方法の一例について、説明する。図４(ａ)に示すように、ガラス、あるいは石英などの透明基板１上にトランジスタの下部遮光層となる遮光膜をＣＶＤ法あるいはスパッタ法等により堆積させ、フォト／エッチングによりパターニングし、下部遮光膜２を形成する。遮光膜としては、金属膜（Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ）やポリシリコンなどの単層膜、ＡｌＳｉ、ＭｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2Ｓ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＴｉＢ2やそれらを組み合わせたものなど遮光効果のある材料が用いられる。
【００２８】
図４(ｂ)に示すように全面にＳｉＯ2膜等の絶縁膜３を堆積する。
【００２９】
図４(ｃ)に示すように、絶縁膜３上にトランジスタの活性層４を形成する。活性層はＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体であり、非晶質、多結晶、単結晶などである。例えば、多結晶シリコンの場合には、一般的に絶縁膜３上に非晶質シリコン薄膜を５０〜１５０ｎｍの膜厚で堆積させた後、高温での熱処理または、レーザー光照射により多結晶化させる。その後フォト／エッチングによりパターニングを行い、所定の形状の活性層４を形成する。この後、しきい値電圧制御のため不純物イオン注入を行っても良い。
【００３０】
図４(ｄ)に示すように、活性層４の上にゲート絶縁膜５を形成する。ゲート絶縁膜はＣＶＤによる堆積、あるいは酸化、またはその両方等により形成する。続いて、ゲート絶縁膜上にゲート電極６を形成する。
【００３１】
次いで、図４(ｅ)に示すように、ゲート電極をマスクとして、不純物イオン注入を行い、ソース領域７、ドレイン領域８を形成する。不純物イオン注入がされていない領域はチャネル領域９となる。
【００３２】
次いで、図４(ｆ)に示すように、全面に絶縁膜を堆積し、層間絶縁膜１０を形成する。次に、ソース領域７、ドレイン領域８上に電極取り出し用のコンタクトホールを開口し、Ａｌ等の金属材料からなるソース電極１２、ドレイン電極１３を形成する。
【００３３】
次いで、図５（ｇ）に示すように、全面に窒化膜１４および酸化膜１５を堆積させてパッシベーション膜を形成し、水素化処理を行う。次に、平坦化のために、エッチバック、あるいはＣＭＰ等を行う。
【００３４】
次いで、図５（ｈ）に示すようにレジスト１６をマスクにして、ＨＦ等によりウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは等方性エッチングのため、エッチングはレジスト１６の開口部分１７の大きさより広がり、図５（ｈ）に示すようになる。従って、レジストマスクの位置及び開口の大きさは前述の「問題を解決するための手段」手段のところで述べた考え方に基づき、さらに、フォトリソグラフィやエッチング等の加工精度や下部遮光層、ＴＦＴ活性層とのアライメント精度等を考慮してレジスト１６を形成する。なお、ウェットエッチングの代わりにＣＦ4あるいはＣＦ4＋ＣＨＦ3等のガスを用いたドライエッチングによりエッチングを行ってもよい。
【００３５】
次に、図５（ｉ）に示すように、レジスト１６を除去した後、トランジスタの上部遮光層となる遮光膜をＣＶＤ法あるいはスパック法等により堆積させ、上部遮光膜側から斜めに入射する光が下部遮光膜で反射しないようにフォト／エッチングによりパターニングし、上部遮光膜１８を形成する。遮光膜の材料は上部遮光膜と同様、色々な材料を使用できる。
【００３６】
この後、図示しないが、絶縁膜を形成した後、その絶縁膜にコンタクトホールを形成し、ドレイン電極１３にＩＴＯ等の透明電極を電気的に接続する。また、チャネル幅方向に対しても同様に上部および下部遮光膜を形成する。以上の方法により、上部側及び下部から入射する光がＴＦＴに到達することを防ぐことができる。
【００３７】
実施例２を説明する。本実施例の液晶表示装置におけるスイッチング素子１００付近の断面説明図を図６に示す。実施例１(図１)と同様に、透明基板１、下部遮光層２０、絶縁膜２１、活性層２２、ゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４、ソース領域２５、ドレイン領域２６、チヤネル領域２７、層間絶縁膜２８、電極取り出し用のコンタクトホール２９、ソース電極３０、ドレイン電極３１、窒化膜３２、酸化膜３３、上部遮光層３４、等からなり、マトリクス状に配置したスイッチング素子１００の上部側及び下部側に遮光層２０，３４を備えている。そして、実施例１と相違する点は、スイッチング素子１００に対して凸形状になるよう斜面部２０１を有する形状である遮光層２０は、下部側に設けている。
【００３８】
そして、下部遮光層２０について、下部斜面部２０１の水平方向となす角度をθ2、下部斜面部２０１の水平方向長さをｌ21とし、また、上部遮光層３４について、下部斜面部２０１の起点から垂直方向に上げた線が上部遮光層３４と交わる場所から上部遮光層３４端までの距離をｌ22とし、そして、下部遮光層２０側から斜めに入射する光の最大入射角度をα2、上部遮光層３４側から斜めに入射する光の入射角度をβ、最大入射角度をβ2、上部遮光層３４と下部遮光層２０との間隔をｄ2とすると、θ2、ｌ21及びｌ22が、それぞれ
θ2＞β2・・・式(２−１)
ｌ21＞（ｌ22＋ｄ2・ｔａｎα2）／（１−ｔａｎθ2・ｔａｎα2）・・・式(２−２)
ｌ22＞ｄ2・ｔａｎβ2・・・式(２−３)
実施例２の液晶表示装置は、実施例１と同様に、式（２−１）、式（２−２）、式（２−３）をすべて満たすように、上部遮光膜３４及び下部遮光膜２０を形成することにより、上部遮光層３４及び下部遮光層２０の大きさを最小限の大きさに抑えつつ、上部側及び下部側いずれから斜めに入射する光がＴＦＴへと到達することを防ぐことが可能な液晶表示装置を得ることができる。
【００３９】
実施例２の液晶表示装置の製造方法の一例について、図７を用いて説明すると、図７（ａ）に示すように、レジスト１９をマスクにして、ＨＦ等によりウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは等方性エッチングのため、下部遮光膜２０の斜面部２０１を形成できる。フォトリソグラフィやエッチング等の加工精度や上部遮光層３４、ＴＦＴ活性層２２とのアライメント精度等を考慮してレジスト１９を形成する。なお、ウェットエッチングの代わりにＣＦ4あるいはＣＦ4＋ＣＨＦ3等のガスを用いたドライエッチングによりエッチングを行つてもよい。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト１９を除去した後、トランジスタの下部遮光層２０となる遮光膜をＣＶＤ法あるいはスパック法等により堆積させ、下部遮光膜２０側から斜めに入射する光が後の工程で形成する上部遮光膜３４で反射しないようにフォト／エッチングによりパターニングし、下部遮光膜２０を形成する。遮光膜の材料は実施例1で述べたと同様、色々な材料を使用できる。
【００４１】
これ以降、実施例1と同様に全面にＳｉＯ2膜等の絶縁膜２１を堆積し、絶縁膜２１上にトランジスタの活性層２２を形成する。形成方法は実施例1と同様である。その後フォト／エッチングによりパターニングを行い、所定の形状の活性層２２を形成する。この後、しきい値電圧制御のため不純物イオン注入を行っても良い。次に、活性層２２の上にゲート絶縁膜２３を形成する。ゲート絶縁膜はＣＶＤによる堆積、あるいは酸化、またはその両方等により形成する。続いて、ゲート絶縁膜上にゲート電極２４を形成する。
【００４２】
次いで、ゲート電極をマスクとして、不純物イオン注入を行い、ソース領域２５、ドレイン領域２６を形成する。不純物イオン注入がされていない領域はチャネル領域２７となる。
【００４３】
次いで、全面に絶縁膜を堆積し層間絶縁膜２８を形成する。次に、ソース領域２５、ドレイン領域２６上に電極取り出し用のコンタクトホール２９を開口し、Ａｌ等の金属材料からなるソース電極３０、ドレイン電極３１を形成する。
【００４４】
次いで、全面に窒化膜３２及び酸化膜３３を堆積させてパッシベーション膜を形成し、水素化処理を行う。次に、平坦化のために、エッチバック或いはＣＭＰ等を行う。
【００４５】
次に、トランジスタの上部遮光層３４となる遮光膜をＣＶＤ法あるいはスパッタ法等により堆積させ、フォト／エッチングによりパターニングし、上部遮光膜３４を形成する。遮光膜としては、金属膜（Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｉ）やポリシリコンなどの単層膜、ＭｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2Ｓ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＴｉＢ2やそれらを組み合わせたものなど遮光効果のある材料が用いられる。
【００４６】
この後、図示しないが、絶縁膜２８を形成した後、その絶縁膜にコンタクトホール２９を形成し、ドレイン電極３１にＩＴＯ等の透明電極を電気的に接続する。以上の方法により、上部側及び下部から入射する光がＴＦＴに到達することを防ぐ液晶表示装置を得ることができる。
【００４７】
実施例３を説明する。本実施例の液晶表示装置におけるスイッチング素子は、上部遮光層及び下部遮光層両方共に斜面部を有する形状であり、図８を用いて説明する。ここでは、上部及び下部遮光膜の端をそろえた場合を示す。上部遮光層４９について、上部斜面部４９１の水平方向となす角度をθ31、上部斜面部４９の水平方向の長さをｌ31、また、下部遮光層３５について、下部斜面部３５１の水平方向となす角度をθ32、下部斜面部３５１の水平方向の長さをｌ32、そして、上部遮光層４９側から斜めに入射する光の最大入射角度をα3、下部遮光層３５側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ3、上部遮光層４９と下部遮光層３５との間隔をｄ3とすると、下部側から斜めに入射する光が上部遮光層４９で反射してＴＦＴへ到達せず、外側に反射させるためには、以下の２式が成り立つ。
(π／２−θ31）＋（２β32＋β）＝π／２
β32＞０
従って、すべてのβ(β≦β3）について、β32（＝θ31−β）＞０であるためには、θ31について、
θ31＞β3・・・式(３−１)
が必要である。また、ｌ33は、ｌ33＜ｌ31が必要である。よって、
ｌ33＝（ｄ3＋ｌ32・ｔａｎθ32＋（ｌ31−ｌ33）・ｔａｎθ31）・ｔａｎβ
であるから、
ｌ31＞ｔａｎβ3・（ｄ3＋ｌ32・ｔａｎθ32）・・・式(３−２)
同様にして、上部側から斜めに入射する光が下部遮光層３５で反射してＴＦＴへ到達せず、外側に反射させるためには、下部遮光層３５の下部斜面部３５１の角度θ32は、
θ32＞α3・・・式(３−３)
が必要である。また、ｌ34は、ｌ34＜ｌ32が必要である。よって、
ｌ32＞ｔａｎα3・（ｄ3＋ｌ31・ｔａｎθ31）・・・式(３−４)
以上の条件、式(３−１)、式(３−２)、式(３−３)、式(３−４)をすべて満たすように、上部遮光層４９及び下部遮光層３５を形成することにより、上部遮光層４９及び下部遮光層３５の大きさを最小限の大きさに抑えつつ、上部側及び下部側いずれから斜めに入射する光がＴＦＴへと到達することを防ぐことができる。
【００４８】
実施例３の液晶表示装置の製造方法としては、実施例１及び実施例２の方法を組み合わせることで実現できる。
【００４９】
実施例３では、マトリクス状に配置したスイッチング素子の上部側及び下部側にそれぞれ遮光層４９，３５を設け、そして、上部遮光層４９及び下部遮光層３５は、スイッチング素子１００に対してそれぞれ凸形状になるよう上部斜面部４９１及び下部斜面部３５１を有する形状で、かつ、上部斜面部４９１より下部斜面部３５１が長く形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置であったが、下部斜面部より上部斜面部が長く形成されたアクティブマトリクス型液晶表示装置であっても可能であり、そのときには、下部遮光層について、下部斜面部の水平方向となす角度をθ41、下部斜面部の水平方向の長さをｌ41、上部遮光層について、上部斜面部の水平方向となす角度をθ42、上部斜面部の水平方向の長さをｌ42、下部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をα4、上部遮光層側から斜めに入射する光の最大入射角度をβ4、下部遮光層と上部遮光層との間隔をｄ4とすると、θ41、θ42、ｌ41及びｌ42が、それぞれ
θ41＞β4・・・式(４−１)
θ42＞α4・・・式(４−２)
ｌ41＞ｔａｎβ4・（ｄ4＋ｌ42・ｔａｎθ42）・・・式(４−３)
ｌ42＞・ｔａｎα4・（ｄ4＋ｌ41・ｔａｎθ41）・・・式(４−４)
以上の条件、式(４−１)、式(４−２)、式(４−３)、式(４−４)をすべて満たすように、上部遮光層及び下部遮光層を形成することにより、上部遮光層及び下部遮光層の大きさを最小限の大きさに抑えつつ、上部側及び下部側いずれから斜めに入射する光がＴＦＴへと到達することを防ぐことが可能なアクティブマトリクス型液晶表示装置とすることができる。
【００５０】
なお、実施例に示した上部遮光層あるいは下部遮光層はいずれも、ソース、ドレイン電極を形成する配線層として併用することもできる。また、各実施例は、スイッチング素子としてＬＤＤ構造のＴＦＴ、あるいはＭＩＭ等のスイッチング機能を持つ能動素子に使用できる。
【００５１】
以上の説明のように、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上部側及び下部側の遮光層のどちらか一方あるいは両方がスイッチング素子に対して凸形状になるような斜面部を有する形状に形成される構造を有していることにより、スイッチング素子に到達しようとする光を根本時に遮光できるため、オフ特性が良好なスイッチング素子を形成できるので、明るく高コントラストとすることができる。
【００５２】
また、上部及び下部の遮光層の大きさ及び斜面部の角度を特定な形状とすることによって、上部遮光層側あるいは下部遮光層側からの入射光はＴＦＴへと到達することができない。従つて、ＴＦＴのリーク電流は抑えられ、良好な液晶表示特性を得られる。加えて、遮光層の面積を小さく抑えられるので高開口率を得られる。
【００５３】
実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上部及び下部遮光層が金属膜（Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉ）やポリシリコンなどの単層膜、ＡｌＳｉ、ＭｏＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ＷＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＰｔＳｉ、Ｐｄ2Ｓ、ＨｆＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＴｉＢ2やそれらを積層した構造で構成されるため、遮光効果が高く、良好なＴＦＴ特性を得ることができる。
【００５４】
実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上部及び下部遮光層の少なくともどちらか一方を配線として併用することにより、製造工程を簡略化できると共に、製造コストを抑えることができる。
【００５５】
実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ2により形成し、レジストマスクを用いてＨＦで等方性エッチングし、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成するため、比較的容易に制御性および再現性良く遮光層の斜め部分を形成できる。また、エッチング時の薬液やレジストマスクの材料あるいは、遮光層の下のエッチングを行う層の材料等を適当に選ぶことにより、任意の角度を持った斜め部分を含む遮光層を形成できる。
【００５６】
実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、上部遮光層あるいは下部遮光層の下の層をＳｉＯ2により形成し、レジストマスクを用いて等方性のドライエッチングを行い、レジストを除去した後、上部遮光層あるいは下部遮光層となる層を形成するため、比較的容易に制御性および再現性良く遮光層の斜め部分を形成できる。また、エッチング時のガスの種類やガス圧力等を適当に選ぶことにより、任意の角度を持った斜め部分を含む遮光層を形成できる。
【００５７】
また、一般に、入射光(光源から液晶表示装置に入射する光)のばらつきは最大±１５度、反射光(一旦液晶表示装置を通過した光が、ガラス基板の裏面やレンズ系の表面で反射して返ってくる光)のばらつきは最大±２０度である。従って、上部遮光層の斜面部の角度は、最大２０度、下部遮光層の斜面部の角度は最大１５度程度となる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、明るく高コントラストを有するアクティブマトリクス型液晶表示装置及びその製造方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【図２】実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子への入射光の反射の説明図。
【図３】実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子と遮光層の斜面部の説明図。
【図４】実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程前半の説明図。
【図５】実施例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程後半の説明図。
【図６】実施例２の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【図７】実施例２の液晶表示装置におけるスイッチング素子等の製造工程の説明図。
【図８】実施例３の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【図９】実施例３の液晶表示装置におけるスイッチング素子への入射光の説明図。
【図１０】従来例の液晶表示装置におけるスイッチング素子への入射光の説明図。
【図１１】従来例１の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【図１２】従来例２の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【図１３】従釆例３の液晶表示装置におけるスイッチング素子付近の断面説明図。
【符号の説明】
１、５０，５６  透明基板
２，２０，３５、５１、５７  下部遮光層
３，２１，３６  絶縁膜
４，２２，３７  活性層
５，２３，３８  ゲート絶縁膜
６，２４，３９  ゲート電極
７，２５，４０  ソース領域
８，２６，４１  ドレイン領域
９，２７，４２  チヤネル領域
１０，２８，４３  層間絶縁膜
１１，２９，４４  電極取り出し用のコンタクトホール
１２，３０，４５  ソース電極
１３，３１，４６  ドレイン電極
１４，３２，４７  窒化膜
１５，３３．４８  酸化膜
１６，１９  レジスト
１７  開口部分
１８，３４，４９，５４  上部遮光層
１００、５５  ＴＦＴ
５２，５３，５８，５９  絶縁層
【図１】
0003889533.tif 000002
【図２】
0003889533.tif 000003
【図３】
0003889533.tif 000004
【図４】
0003889533.tif 000005
【図５】
0003889533.tif 000006
【図６】
0003889533.tif 000007
【図７】
0003889533.tif 000008
【図８】
0003889533.tif 000009
【図９】
0003889533.tif 000010
【図１０】
0003889533.tif 000011
【図１１】
0003889533.tif 000012
【図１２】
0003889533.tif 000013
【図１３】
0003889533.tif 000014