(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上にゲートバスライン及び薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記第１の基板上に前記ゲートバスライン及び前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第１の半導体膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の上方の前記第１の半導体膜の上にチャネル保護膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜及び前記チャネル保護膜の上に第２の半導体膜を形成する工程と、
前記第２の半導体膜の上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜、前記第２の半導体膜及び前記第１の半導体膜をパターニングして、前記チャネル保護膜の両端部に前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を形成すると共に、前記ドレイン電極に連続したデータバスラインと、前記絶縁膜が露出する開口部を備え前記ソース電極に連続した反射電極とを形成する工程と、
前記開口部に露出した前記絶縁膜をエッチングして、前記開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する工程と、
前記絶縁膜よりも屈折率が大きい絶縁材料により前記凹部を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、前記薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する工程と、
前記開口部の上に透明電極を形成する工程と、
前記第１の基板の上方に、光透過性材料からなる共通電極が設けられた第２の基板を配置し、それらの第１及び第２の基板間に液晶を封入する工程と
を有することを特徴とする反射光及び透過光のいずれの光源も利用可能な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、反射光及び透過光のいずれの光源も利用可能な液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く使用されている。
特に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）等の能動素子が画素毎に設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に匹敵するほど優れたものが得られるようになり、携帯テレビやノート型コンピュータ等のディスプレイにも使用されている。
【０００３】
液晶表示装置には、バックライトを内蔵し、画素毎に透過光の光量を制御する透過型液晶表示装置と、バックライトを内蔵せず、画素毎に反射光の光量を制御する反射型液晶表示装置とがある。透過型液晶表示装置は、バックライトを内蔵しているので、周囲の明暗に拘わらず鮮明な画像を得ることができる。一方、反射型液晶表示装置は、バックライトが不要であり、消費電力が少なくバッテリーの容量が小さくてすむので、携帯型の情報機器に適している。
【０００４】
一般的に、液晶表示装置は、２枚の基板の間に液晶を封入した構造を有している。それらの基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面側にはコモン電極、カラーフィルタ及び配向膜等が形成され、他方の面側にはＴＦＴ、画素電極及び配向膜等が形成されている。透過型液晶表示装置の場合は、各基板の対向面と反対側の面に、それぞれ偏光板が貼り付けられている。また、反射型液晶表示装置の場合は、一方の基板の対向面と反対側の面に偏光板が貼り付けられている。以下、ＴＦＴ及び画素電極等が形成された基板をＴＦＴ基板と呼び、コモン電極及びカラーフィルタ等が形成された基板をＣＦ基板と呼ぶ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、透過型液晶表示装置では周囲の明暗の影響を受けにくく、常に鮮明な画像を得ることができるという利点がある反面、バックライトの消費電力が比較的多く、バッテリーによる長時間の使用に耐えられないという欠点がある。また、反射型液晶表示装置の場合は、消費電力が小さいのでバッテリーの容量が小さくてすむという利点がある反面、暗い場所では画像が見えにくくなるという欠点がある。そこで、暗い場所や電源コンセントが使用できる場所ではバックライトによって明るく鮮明な画像を得ることができ、屋外ではバックライトを使用しなくても反射光によって明るく鮮明な画像を得ることができる液晶表示装置が要望されている。
【０００６】
本発明は、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示できる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る反射光及び透過光のいずれの光源も利用可能な液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上にゲートバスライン及び薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記第１の基板上に前記ゲートバスライン及び前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第１の半導体膜を形成する工程と、前記ゲート電極の上方の前記第１の半導体膜の上にチャネル保護膜を形成する工程と、前記第１の半導体膜及び前記チャネル保護膜の上に第２の半導体膜を形成する工程と、前記第２の半導体膜の上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜、前記第２の半導体膜及び前記第１の半導体膜をパターニングして、前記チャネル保護膜の両端部に前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極を形成すると共に、前記ドレイン電極に連続したデータバスラインと、前記絶縁膜が露出する開口部を備え前記ソース電極に連続した反射電極とを形成する工程と、前記開口部に露出した前記絶縁膜をエッチングして、前記開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する工程と、前記絶縁膜よりも屈折率が大きい絶縁材料により前記凹部を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、前記薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する工程と、前記開口部の上に透明電極を形成する工程と、前記第１の基板の上方に、光透過性材料からなる共通電極が設けられた第２の基板を配置し、それらの第１及び第２の基板間に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、反射電極を形成した後、反射電極の開口部から絶縁膜をエッチングして、開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する。そして、この凹部に絶縁膜を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する。
このように、本発明においては、集光レンズの形成と薄膜トランジスタの保護膜の形成とを同時に行うので、製造工程の増加を回避しつつ、反射光による明るく鮮明な画像の表示、及び透過光による明るく鮮明な画像の表示が可能な液晶表示装置を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の液晶表示装置の概要を示す模式断面図、図２は同じくその液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【００１２】
本実施の形態の液晶表示装置は、ＴＦＴ基板１０と、ＣＦ基板３０と、これらの基板１０，３０間に封入された液晶４０とにより構成されている。また、ＴＦＴ基板１０の下には偏光板４１及びバックライト４２が配置され、ＣＦ基板２０の上には偏光板４３が配置される。これらの偏光板４１，４３は例えば偏光軸が平行になるように配置されている
ＴＦＴ基板１０には、図２に示すように、複数本のゲートバスライン１２と、複数本のデータバスライン１７とが形成されている。ゲートバスライン１２及びデータバスライン１７は相互に直角に交差しており、これらのゲートバスライン１２及びデータバスライン１７により区画された各矩形の領域がそれぞれ画素となっている。
【００１３】
各画素にはＴＦＴ１８と反射電極（画素電極）１９とが形成されている。ＴＦＴ１８のゲート電極１８ａはゲートバスライン１２に接続され、ドレイン電極１８ｂはデータバスライン１７に接続されている。また、ＴＦＴ１８のソース電極１８ｃは反射電極１９に接続されている。本実施の形態においては、反射電極１９はＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）又はＣｒ（クロム）等の光を反射する金属により形成されている。また、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａが設けられている。これらの開口部１９ａの下方には窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる集光レンズ２０ｂがそれぞれ配置されている。この集光レンズ２０ｂの直径は、図３に示すように開口部１９ａの直径よりも大きく設定されている。
【００１４】
図３の断面図を参照して、ＴＦＴ基板１０の構成をより詳細に説明する。ガラス基板１１上には、ゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａが形成されている。これらのゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａは、ガラス基板１１上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ）からなるゲート絶縁膜１３に覆われている。
【００１５】
ゲート絶縁膜１３上の所定領域には、アモルファスシリコン膜１４が形成されている。そして、このアモルファスシリコン膜１４上の所定領域には、窒化シリコンのような絶縁材料によりＴＦＴ１８のチャネル保護膜１５が形成されている。
チャネル保護膜１５の両側部の上及びアモルファスシリコン膜１４の上にはｎ+ 型アモルファスシリコン膜（オーミックコンタクト層）１６が形成されており、このｎ+ 型アモルファスシリコン膜１６の上にはデータバスライン１７、ＴＦＴ１８のドレイン電極１８ｂ、ソース電極１８ｃ及び反射電極１９が形成されている。
【００１６】
前述したように、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａが形成されている。そして、この開口部１９ａの下方には、窒化シリコンからなる集光レンズ２０ｂがゲート絶縁膜１３に埋め込まれて配置されている。また、開口部１９ａの上には、ＩＴＯ（indium-tin oxide）からなる透明電極２１が形成されている。ＴＦＴ１８の上には、窒化シリコンからなる最終保護膜２０ａが形成されている。そして、これらの上には、図１に示すように、ポリイミドからなる配向膜２２が形成されている。
【００１７】
本実施の形態において、集光レンズ２０ｂの材料は窒化シリコンに限定するものではないが、ゲート絶縁膜１３と集光レンズ２０ｂとの屈折率の差によって、図４の模式図に示すように、裏面側の光を集光し開口部１９ａを通過させるので、集光レンズ２０ｂの屈折率は、ゲート絶縁膜１３の屈折率よりも大きいことが必要である。本実施の形態で使用した窒化シリコンの屈折率は約１．９〜２．０であり、酸化シリコンの屈折率は約１．４である。また、開口部１９ａの形状は円形に限定するものではなく、矩形やスリット状など、他の形状であってもよい。
【００１８】
一方、ＣＦ基板３０は以下のように構成されている。すなわち、図１に示すように、ガラス基板３１の下面側にはＣｒ（クロム）等からなるブラックマトリクス３２が形成されており、このブラックマトリクス３２により画素間の領域、及びＴＦＴ１８の形成領域が遮光されるようになっている。また、ガラス基板３１の下面側には、各画素毎に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のいずれか１色のカラーフィルタ３３が形成されている。カラーフィルタ３３の下には、ＩＴＯ等の透明導電体からなるコモン電極３４が、ＴＦＴ基板１０の複数の反射電極１９に対向するように形成されている。コモン電極３４の表面はポリイミド等からなる配向膜３５に覆われている。
【００１９】
以下、本実施の形態の液晶表示装置の動作について説明する。反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加していない状態では、液晶４０中の液晶分子は、配向膜２２，３５によって決まる方向に配向している。反射型液晶表示装置として使用する場合は、バックライト４２はオフにする。液晶表示装置の表面側（図１では上側）から入射した光は、偏光板４３によって偏光され、液晶４０中を進む。そして、反射電極１９によって反射されて再び偏光板４３に到達する。
【００２０】
このとき、反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加すると、液晶４０中の液晶分子の配向方向が変化し、それに伴って光の振動方向が変化する。従って、反射電極１９とコモン電極３４との間の印加電圧を制御することにより、画素毎に反射光の光量を制御して所望の画像を表示することができる。
一方、透過型液晶表示装置として使用する場合は、バックライト４２をオンにする。バックライト４２から出射された光は、偏光板４１によって偏光された後、集光レンズ２０ｂを通って表面側の偏光板４３に到達する。
【００２１】
このとき、反射電極１９とコモン電極３４との間に電圧を印加すると、液晶４０中の液晶分子の配向方向が変化し、それに伴って光の振動方向が変化する。従って、反射電極１９とコモン電極３４との間の印加電圧を制御することにより画素毎の透過光の光量を制御して所望の画像を表示することができる。この場合、図４に示すように集光レンズ２０ｂによって光が集光されるので、集光レンズ２０ｂがない場合に比べてより多くの光が開口部１９ａを通過する。従って、明るく鮮明な画像を表示することができる。
【００２２】
このように、本実施の形態の液晶表示装置は、反射電極１９の面積（開口部１９ａを除く面積）を開口部１９ａの面積（開口部１９ａの総和の面積）よりも大きくしているので、反射型液晶表示装置として使用するときに反射電極１９による光の反射量が比較的多く、明るく鮮明な画像が得られる。また、反射電極１９の開口部１９ａの下方に集光レンズ２０ｂを設けているので、透過型液晶表示装置として使用するときでも、開口部１９ａを透過する光の光量が比較的多く、明るく鮮明な画像が得られる。すなわち、本実施の形態の液晶表示装置は、反射型液晶表示装置として使用したとき、及び透過型液晶表示装置として使用したときのいずれの場合であっても、表示品質の良好な画像が得られる。
【００２３】
次に、本実施の形態の液晶表示装置の製造方法を説明する。
図５及び図６は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基板１１の上側全面にＡｌ、Ｔｉ又はＣｒ等の金属膜を形成し、フォトリソグラフィによって該金属膜をパターニングして、ゲートバスライン１２及びゲート電極１８ａを形成する。その後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：化学的気相成長）法等により、ガラス基板１１の上側全面に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１３を形成する。
【００２４】
次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１３の上に、アモルファスシリコン膜１４を形成する。その後、アモルファスシリコン膜１４の上に窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜をパターニングして、ＴＦＴ１８のチャネル保護膜１５を形成する。
次に、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板１１の上側全面に、ＣＶＤ法により、オーミックコンタクト層となるｎ+ 型アモルファスシリコン膜１６を形成する。その後、ｎ+ 型アモルファスシリコン膜１６の上に、スパッタ法又は真空蒸着法によってＡｌ、Ｔｉ又はＣｒ等の金属膜１８を形成する。
【００２５】
次に、図６（ａ）に示すように、金属膜１８、ｎ+ 型アモルファスシリコン膜１６及びアモルファス膜１４をパターニングすることにより、ＴＦＴ１８のドレイン電極１８ｂ及びソース電極１８ｃを形成するとともに、データバスライン１７及び反射電極１９を形成する。このとき、反射電極１９には複数の円形の開口部１９ａを設けておく。
【００２６】
次に、図６（ｂ）に示すように、開口部１９ａの下のゲート絶縁膜１３を濃度が０．３％の希フッ酸でハーフエッチングして、球面状の凹部１３ａを形成する。このとき、サイドエッチングによって凹部１３ａの直径が開口部１９ａの直径よりも大きくなるようにする。また、このエッチング工程では、チャネル保護膜１５がエッチングにより除去されることがないようにする必要がある。本実施の形態では、チャネル保護膜１５の構成材料である窒化シリコンは、ゲート絶縁膜の構成材料である酸化シリコンに比べてエッチングレートが低いので、チャネル保護膜１５が除去されることを回避できる。
【００２７】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、ガラス基板１１の上側全面に窒化シリコンを堆積して凹部１３ａを埋め込むと共に、ＴＦＴ１９のドレイン電極１８ｂ、ソース電極１８ｃ及びチャネル保護膜１５を覆う絶縁膜を形成する。凹部１３ａに埋め込まれた窒化シリコンにより、集光レンズ２０ｂが形成される。そして、基板１１の上の絶縁膜をパターニングして最終保護膜２０ａを形成する。
【００２８】
なお、窒化シリコンに代えて、ＳＯＧ（Spin-On-Glass ：屈折率は約１．５〜１．６）やその他の液状の絶縁材料を塗布することにより保護膜２０ａ及び集光レンズ２０ｂとなる絶縁膜を形成してもよい。但し、凹部１３ａ内に埋め込む絶縁材料の屈折率は、ゲート絶縁膜１３の材料よりも大きいことが必要である。
次いで、基板１１の上側全面にＩＴＯ膜を形成し、このＩＴＯ膜をパターニングして開口部１９ａの上にのみＩＴＯ膜を残すことにより、透明電極２１を形成する。その後、全面に配向膜２２を形成し、配向膜２２にラビング処理等の配向処理を施す。これにより、ＴＦＴ基板が完成する。
【００２９】
一方、ＣＦ基板は公知の方法により製造する。図１に示す構造のＣＦ基板３０の場合、まず、ガラス基板３１の上（図１では下）にＣｒ等の遮光性材料によってブラックマトリクス３２を所定のパターンに形成する。その後、赤色感光性樹脂、緑色感光性樹脂及び青色感光性樹脂を使用して各色のカラーフィルタ３３を形成する。その後、カラーフィルタ３３の上側全面にＩＴＯ膜を形成してコモン電極３４とする。次いで、コモン電極３４の上に配向膜３５としてポリイミド膜を形成する。そして、この配向膜３５にラビング等の配向処理を施す。
【００３０】
このようにしてＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板３０を形成した後、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板３０をそれぞれ配向膜２２，３５を向い合わせて、スペーサによって一定の間隔を維持した状態で、両者の間に液晶４０を封入する。これにより、本実施の形態の液晶表示装置が完成する。
上記実施の形態の製造方法によれば、集光レンズ２０ｂは最終保護膜２０ａと同一材料により同時に形成するので、工程数の増加が回避される。
【００３１】
なお、上記の実施の形態では一般的なＴＮ型液晶表示装置に本発明を適用した場合の例を示しているが、本発明はＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶表示装置及びＩＰＳ（In-Plane Switching）型液晶表示装置など、他の液晶表示装置にも適用できる。
また、上記の実施の形態では、ゲート絶縁膜１３は酸化シリコンにより形成するものとしたが、酸化シリコンと窒化シリコンとの積層膜としてもよい。この場合、酸化シリコン層の下に窒化シリコン層を配置すると、酸化シリコンと窒化シリコンとのエッチングレートの差を利用して、凹部１３ａの深さを均一に制御することが容易になる。但し、これに限定されるものではなく、酸化シリコン層の上に窒化シリコン層を配置してもよく、酸化シリコン層の上下に窒化シリコン層を配置してもよい。
【００３２】
（付記１）相互に対向して配置された第１の基板及び第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に封入された液晶とを有する液晶表示装置において、前記第１の基板は、開口部が設けられた複数の反射電極と、前記反射電極の開口部の下方に配置された集光レンズとを有し、前記第２の基板は、前記第１の基板の前記複数の反射電極に対向する共通電極を有することを特徴とする液晶表示装置。
【００３３】
（付記２）前記集光レンズは前記開口部よりもサイズが大きいことを特徴とする付記１に記載の液晶表示装置。
（付記３）前記反射電極の面積（但し、開口部の面積を除く）が、前記開口部の面積よりも大きいことを特徴とする付記１又は２に記載の液晶表示装置。
（付記４）前記第１の基板の下方に配置された光源を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【００３４】
（付記５）基板上にゲートバスライン及び薄膜トランジスタのゲート電極を形成する工程と、前記ゲートバスライン及び前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜上に導電膜を形成する工程と、前記半導体膜及び前記導電膜をパターニングして、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極、データバスライン並びに開口部を有する反射電極を形成する工程と、前記反射電極の前記開口部に露出した前記絶縁膜をエッチングして、前記開口部よりもサイズが大きい凹部を形成する工程と、前記絶縁膜よりも屈折率が大きい絶縁材料により前記凹部を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、前記薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３５】
（付記６）前記絶縁膜を酸化シリコンにより形成し、前記第２の絶縁膜を窒化シリコンにより形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
（付記７）前記絶縁膜を酸化シリコンにより形成し、前記第２の絶縁膜を液状の絶縁体を塗布して形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３６】
（付記８）前記第２の絶縁膜を前記絶縁膜よりもエッチングレートが低い材料により形成することを特徴とする付記５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、反射電極の開口部の下方に集光レンズを有しているので、反射型液晶表示装置として使用したときの表示品質を確保するために開口部の面積を小さく設定しても、透過型液晶表示装置として使用したときの表示品質が損なわれることが回避される。これにより、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示することができる。
【００３８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、反射電極を形成した後、反射電極の開口部から絶縁膜をエッチングして、開口部よりもサイズが大きい凹部を形成した後、この凹部に絶縁材料を埋め込んで集光レンズを形成すると共に、薄膜トランジスタの上を覆う保護膜を形成する。
このように、本発明においては、集光レンズの形成と薄膜トランジスタの保護膜の形成とを同時に行うので、製造工程の増加を回避しつつ、反射光により画像を表示したとき、及びバックライトにより画像を表示したときのいずれの場合も、明るく鮮明な画像を表示することができる液晶表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の液晶表示装置の概要を示す模式断面図である。
【図２】図２は同じくその液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【図４】図４は集光レンズの効果を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６】図６は本発明の液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造方法を示す断面図（その２）である。
【符号の説明】
１０…ＴＦＴ基板、
１１，３１…ガラス基板、
１２…ゲートバスライン、
１３…ゲート絶縁膜、
１４…アモルファスシリコン膜、
１５…チャネル保護膜、
１６…ｎ+ 型アモルファスシリコン膜、
１７…データバスライン、
１８…ＴＦＴ、
１８ａ…ゲート電極、
１８ｂ…ドレイン電極、
１８ｃ…ソース電極、
１９…反射電極、
１９ａ…開口部、
２０ａ…保護膜、
２０ｂ…集光レンズ、
２１…透明電極、
２２，３５…配向膜、
３０…ＣＦ基板、
３２…ブラックマトリクス、
３３…カラーフィルタ、
３４…コモン電極、
４０…液晶、
４１，４３…偏光板、
４２…バックライト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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