説明

液晶表示装置の製造方法及び液晶表示装置

【課題】層数を低減し、製造コストを抑え、かつ点灯異常を抑制して製造歩留まりの向上を図ることのできる液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】画素部(a)と周辺部(c)とを有する基板を用いた液晶表示装置の製造方法において、ゲート絶縁膜3上に半導体層4と画素電極5を形成した後、基板上に導電膜を平面ベタに形成し、ホトレジストパターンをマスクとして、画素部(a)の半導体層4と画素電極5とを電気的に接続するドレイン電極を形成すると共に、画素部(a)と周辺部(c)における半導体層4を露出させ、周辺部の半導体層4をエッチング量の指標として用いて画素領域(a)の半導体層4をエッチングする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、横電界方式の液晶表示装置の製造方法及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示装置に使用される液晶表示パネルは、画素電極および薄膜トランジスタ(TFT)等を有する画素がマトリクス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して、TFT基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が配置され、TFT基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【0003】
液晶表示装置はフラットで軽量であることから、色々な分野で用途が広がっている。携帯電話やDSC(Digital Still Camera)等には、小型の液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界(横電界)によって動作させるIPS(In Plane Switching)方式が優れた特性を有している(例えば、特許文献1)。
【0004】
IPS方式も種々存在するが、例えば、コモン電極(共通電極)あるいは画素電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極あるいはコモン電極を配置し、画素電極とコモン電極の間に発生する電界によって液晶分子を回転させる方式が透過率を大きくすることが出来るので、現在主流となっている。
【0005】
以上のような方式のIPSは、従来は、まず、TFTを形成し、TFTをパッシベーション膜で覆い、その上に、上記コモン電極(あるいは画素電極)、絶縁膜、画素電極(あるいはコモン電極)等を形成している。しかし、製造コスト低減の要求があり、このために、TFT基板における導電膜、絶縁膜等の層数を低減することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2010−8999号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
図1は、従来のIPS方式の課題であるTFT基板における導電膜、絶縁膜等の層数の低減を含め、発明者等が検討した新規なTFT基板の製法及び構造を説明するための断面図であり、図4はTFT基板の平面図である。
【0008】
TFT基板は、図4に示すように基板1、製品部(液晶表示装置部)12、製品画素部13、製品配線部14、膜厚TEG部17を有する。本図では2つの製品部を含む。
【0009】
このTFT基板の製造方法について説明する。図1(a)に示すように、ガラスで形成された基板1の上にゲート電極2を形成する(ゲート電極形成工程)。ゲート電極2は例えば、Al(アルミニウム)やその化合物、合金の上にMo(モリブデン)やその化合物、合金が積層された構成となっている。
【0010】
次に、図1(b)に示すように、ゲート電極2が形成された基板1上にSiN(窒化シリコン)のCVD法によってゲート絶縁膜3を形成し、更に、ゲート絶縁膜3の上で、ゲート電極2の上方に半導体層4を形成する(ゲート絶縁膜形成工程、半導体層形成工程)。半導体層4としてCVD法によってa−Si膜を形成した。この半導体層4の所定の領域がTFTにおけるチャネル層となる。
【0011】
次に、図1(c)に示すように半導体層4が形成された基板1上にITO膜を平面ベタで形成後、ホトリソグラフィによって半導体層4上のITO膜が除去されるようにパターニングして画素電極5を形成する(画素電極形成工程)。
【0012】
次に、図1(d)に示すように、半導体層4及び画素電極5が形成された基板1上にMo膜又は、Al含有Mo膜やMo膜でAl膜を挟んだ多層膜を平面ベタで形成後、ホトレジスト膜7をエッチングマスクとして用いるホトリソグラフィにより、所定の領域の半導体層と画素電極が露出され、Mo等の膜が半導体層4上から画素電極上へ延伸して残るようにパターニングしてドレイン電極6を形成する(ドレイン電極形成工程)と共に、露出された半導体層4のチャネルエッチング8を行なう(チャネルエッチング工程)。半導体層4のエッチングはSFやCF等フッ素を含む反応ガスを用いて行なった。画素電極5の一部はドレイン電極6と重なっており、画素電極5とドレイン電極6とは電気的に接続されている。半導体層4とドレイン電極6との間にはオーミックコンタクトをとるために、図示しないn+Si層が形成されている。
【0013】
次に、図1(e)に示すように、チャネルエッチングされた半導体層4、画素電極、ドレイン電極6等を覆うように絶縁膜(パッシベーション膜)9を形成する(絶縁膜形成工程)。この絶縁膜9はSiN膜であり、CVD法によって形成した。
【0014】
次に、図1(f)に示すように、共通電極(画素電極5上部において櫛歯状)をITO膜により形成した(共通電極形成工程)。なお、パッシベーション膜9は本来TFTを保護するために形成されるが、図1においては、共通電極10と画素電極5の間の絶縁膜の役割を兼ねている。
【0015】
その後、(i)カラーフィルタ等が形成された対向基板の貼り合せ、(ii)液晶充填、(iii)貼り合せた基板の切断、(iv)駆動回路搭載、(v)バックライトの組み合せ等の工程を経て液晶表示装置が完成する。なお、上記(i)〜(iii)の順番は問わない。
上記工程により製造されたTFT基板は、従来のIPS方式の構造に比し、ドレイン電極と画素電極との間の絶縁膜の形成工程や加工工程が省略され、低コスト化を図れることが分かった。
しかしながら、更なる検討を進めた結果、上記プロセスで製造したTFT基板を備えた液晶表示装置において点灯異常の発生することが判明した。
【0016】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、層数を低減し、製造コストを抑え、かつ点灯異常を抑制して製造歩留まりの向上を図ることのできる液晶表示装置の製造方法及び信頼性の高い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】
【0017】
上記目的を達成するための一実施形態として、基板の第1領域に第1半導体層を、第2領域に第2半導体層を形成する第2工程と、前記第1領域に前記第1半導体層と離間して第1電極を、前記第2領域に前記第2半導体層と離間して第2電極を形成する第3工程と、前記第1領域の前記第1半導体層と前記第1電極とを電気的に接続する第3電極を形成すると共に、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を露出させる第4工程と、前記第2半導体層をエッチング量の指標として用いて露出された前記第1半導体層をエッチングする第5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とする。
また、基板上の第1領域に画素領域が設けられた液晶表示装置において、前記画素領域には、ゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極上部の前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層と、前記半導体層と離間して配置された画素電極と、前記半導体層と前記画素電極上に配置され前記半導体層と前記画素電極とを電気的に接続するドレイン電極と、前記画素電極の上部に配置された共通電極とが設けられ、前記基板上の第2領域には、前記画素電極と同時に形成された同一材料からなる電極が設けられていることを特徴とする液晶表示装置とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、画素領域において画素電極形成後にドレイン電極を形成し、膜厚TEG周辺にも画素電極を形成しておくことにより、層数を低減し、製造コストを抑え、かつ点灯異常を抑制して製造歩留まりの向上を図ることのできる液晶表示装置の製造方法及び信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係る検討結果を説明するための液晶表示装置のTFT基板の画素領域における製造工程を示す概略断面図であり、(a)はゲート電極形成工程、(b)はゲート絶縁膜及び半導体層形成工程、(c)は画素電極形成工程、(d)はドレイン電極形成及びチャネルエッチング工程、(e)は絶縁膜形成工程、(f)は共通電極形成工程である。
【図2】本発明に係る検討結果を説明するための液晶表示装置のTFT基板の膜厚TEG周辺における製造工程を示す概略断面図であり、(a)はゲート電極形成工程、(b)はゲート絶縁膜及び半導体層形成工程、(c)は画素電極形成工程、(d)はドレイン電極形成及びチャネルエッチング工程、(e)は絶縁膜形成工程、(f)は共通電極形成工程である。
【図3】本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置のTFT基板の膜厚TEG周辺における製造工程を示す概略断面図であり、(a)はゲート電極形成工程、(b)はゲート絶縁膜及び半導体層形成工程、(c)は画素電極形成工程、(d)はドレイン電極形成及びチャネルエッチング工程、(e)は絶縁膜形成工程、(f)は共通電極形成工程である。
【図4】本発明に係る検討結果を説明するための液晶表示装置のTFT基板の概略平面図である。
【図5】本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置のTFT基板の概略平面図である。
【図6】チャネルエッチング工程におけるエッチング状況を説明するためのTFT基板の概略断面図であり、(a)はトランジスタ(TFT)を含む画素領域、(b)は膜厚TEGを含む周辺部で画素電極が形成されていない場合、(c)は膜厚TEGを含む周辺部で画素電極が形成されている場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
本発明者等は、図1に示した工程で製造した液晶表示装置のTFT基板で発生した点灯異常の原因について詳細に検討した。その結果、半導体層4がチャネルエッチングの際に異常に厚くエッチングされていることを見出した。一方、画素領域におけるチャネルエッチング量の指標として用いていた膜厚TEGでは異常エッチングが認められなかった。そこで、膜厚TEGの製造工程について調べた。図2に膜厚TEG周辺における製造工程を示す概略断面図を示す。図2(a)に示すゲート電極形成工程、図2(b)に示すゲート絶縁膜及び半導体層形成工程、図2(e)に示す絶縁膜形成工程は、図1(a)(b)(e)と同様にそれぞれの構成要素が形成されるが、画素電極工程において、図2(c)では画素電極が形成されず、共通電極形成工程において、図2(f)では共通電極が形成されない。特に、図2(c)において画素電極が形成されないため、チャネルエッチング工程において、画素領域では、エッチングガスに曝されるのは、図1(d)に示したように半導体層4、レジスト及び画素電極5であるが、膜厚TEG周辺では、図2(d)に示したように半導体層4とゲート絶縁膜である。エッチングガスに対してこれらを構成する材料のエッチング耐性を調べた結果、エッチングマスクとして用いたレジストの他、画素電極5を構成するITOの耐性が高いことが分かった。すなわち、図1(d)に示した工程においては、エッチング反応が供給律速となっており、被エッチング材料の領域が小さな画素領域では余剰エッチングガスが発生してチャネルエッチングが加速され、一方、被エッチング材料の領域が大きな膜厚TEG周辺ではエッチング速度が画素領域に比し、異なる(小さい)。そのために、膜厚TEGの値をエッチング量の指標として用いた場合、画素領域での半導体層のエッチング量が異常に大きくなると考えられた。
【0021】
図6を用いて更に説明する。図6は、チャネルエッチング工程におけるエッチング状況を説明するためのTFT基板の概略断面図であり、(a)はトランジスタ(TFT)を含む画素領域、(b)は膜厚TEGを含む周辺部で画素電極が形成されていない場合、(c)は膜厚TEGを含む周辺部で画素電極が形成されている場合を示す。チャネルエッチング工程において、画素領域では図6(a)に示すように、エッチングガス(F*)は画素領域全面に供給されるが画素電極5上やレジスト膜上のエッチングガスは消費されないため半導体層4上へ供給され、半導体層4のエッチングが加速され、異常に厚くエッチングされる。一方、膜厚TEG周辺では図6(b)に示すように、エッチングガス(F*)は膜厚TEG周辺全面に供給され、供給された領域で消費されるため、エッチング速度が画素領域におけるエッチング速度と異なり、遅くなる。そこで、画素領域と膜厚TEG周辺とにおいて半導体層4のエッチング量を揃えるためには、図6(c)に示すように膜厚TEG周辺のゲート絶縁膜3を画素電極5で覆い、エッチングガス(F*)のゲート絶縁膜3上での消費を抑制して画素領域と同等のエッチング条件となるようにすれば良いと考えた。
【0022】
本発明は上記知見に基づいて生まれたものであり、ITO膜を画素領域だけでなく、膜厚TEG周辺にも配置し、チャネルエッチング工程において、画素領域と膜厚TEG周辺における被エッチング膜の面積率を調整することを特徴とする。
以下に本発明について実施例を用いて詳細に説明する。
【実施例1】
【0023】
第1の実施例について、主に図3を用いて説明する。図3は液晶表示装置のTFT基板の膜厚TEG周辺における製造工程を示す概略断面図であり、(a)はゲート電極形成工程、(b)はゲート絶縁膜及び半導体層形成工程、(c)は画素電極形成工程、(d)はドレイン電極形成及びチャネルエッチング工程、(e)は絶縁膜形成工程、(f)は共通電極形成工程である。画素領域の製造工程は図1と同様である。なお、図1と図3に示す同一符号は同一の構成要素を示し、同一材料で同時に形成される。
【0024】
まず、ガラス基板1上の膜厚TEG部にゲート電極2を形成した(図3(a))。ゲート電極2は、下層が200nm厚のAlNd合金膜で、上層が40nm厚のMoCr合金膜の二層膜とした。MoCr合金膜は、例えばAlNd合金膜が他の用途(端子部等)に使用されたときに、AlNd合金とITOとの反応を防止することができる。
【0025】
次に、ゲート電極2が形成されたガラス基板1上にゲート絶縁膜3を形成すると共に、膜厚TEG部のゲート電極2の上部に半導体層4を形成した(図3(b))。ゲート絶縁膜3は、350nm厚の窒化シリコン膜(SiN膜)をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成した。また、半導体層4は、150nm厚の非晶質シリコン膜(a−Si膜)をCVD法により形成し、ポジレジストを用いたホトリソグラフィによりパターニングした。
【0026】
次に、半導体層が形成された基板上の膜厚TEG部の周辺に半導体層4と離間して画素電極5を形成した(図3(c))。画素電極5は、目標厚さを77nmとして平面ベタに形成後、ホトリソグラフィによりパターニングし、た。電極のパターニングの際の画素電極の配置や面積は、画素領域における半導体層4のエッチング(チャネルエッチング)量と、膜厚TEG部の半導体層4のエッチング量とが同等となるように決定される。この面積や配置は実験的に求めることも出来るし、使用するエッチングガスの種類や濃度、各材料のエッチング速度を用いてシミュレーションにより求めることもできる。図5は膜厚TEG周辺に画素電極を配置した場合のTFT基板の平面図である。膜厚TEG周辺において画素電極を配置する領域としては、図5に示すように製品エリア内パターン配置例15や製品エリア外パターン配置例16があげられる。製品エリア内パターン配置例15の場合、この領域に配置された画素電極と共通電極とを電気的に接続することにより、ノイズを低減する効果がある。なお、製品部間の切断部には、異物発生防止の観点から画素電極を配置しないことが望ましい。
【0027】
次に、画素電極が形成された基板上にドレイン電極を形成後、チャネルエッチングを行う(図3(d))。本実施例では、Mo膜を平面ベタに形成後、ポジレジストを用いたホトリソグラフィにより、膜厚TEG部や膜厚TEG周辺のMo膜は全て除去した。但し、画素領域と同様にドレイン電極のパターニングに用いたレジスト膜と共に膜厚TEGが露出するように残しておくことも出来る。この場合、このレジスト膜はエッチングに対してマスクとして働くため膜厚TEG周辺において画素電極の代替物として用いることもできる。チャネルエッチングは、ドレイン電極形成に用いたレジストパターンを流用し、SFガスを用いて行なった。その際、画素領域における半導体層4のエッチング量は、膜厚TEGの半導体層4のエッチング量を指標とした。なお、エッチングガスとしてSFガスを用いたが、フッ素を含むガスであれば使用することができる。
【0028】
次に、チャネルエッチングが行なわれた基板上に平面ベタに絶縁膜9を形成した(図3(e))。絶縁膜9は、500nm厚のSiN膜をCVD法により形成した。この絶縁膜はTFTを保護するためのパッシベーション膜としても機能する。
【0029】
次に、絶縁膜が形成された基板上に共通電極を形成した(図3(f))。本実施例では、共通電極用のITO膜を平面ベタに形成後、膜厚TEG部や膜厚TEG周辺のITO膜を全て除去した。
【0030】
その後、(i)カラーフィルタ等が形成された対向基板の貼り合せ、(ii)液晶充填、(iii)貼り合せた基板の切断、(iv)駆動回路搭載、(v)バックライトの組み合せ等の工程を実施して液晶表示装置を作製した。
【0031】
上記実施例により作製した液晶表示装置を評価した結果、チャネル(半導体層)の異常エッチングを防止することにより点灯異常の発生を抑制することができた。また、信頼性を向上することができた。
【0032】
以上述べたように、本実施例によれば、層数を低減し、製造コストを抑え、かつ異常点灯を抑制して製造歩留まりの向上を図ることのできる液晶表示装置の製造方法及び信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。また、製品エリア内にエッチング量調整用の画素電極を配置することにより、ノイズ低減を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【0033】
1…基板、2…ゲート電極、3…ゲート絶縁膜、4…半導体層、5…画素電極、6…ドレイン電極、7…ホトレジスト膜、8…チャネルエッチング、9…絶縁膜(パッシベーション膜)、10…共通電極、12…製品部(液晶表示装置部)、13…製品画素部、14…製品配線部、15…製品エリア内パターン配置例、16…製品エリア外パターン配置例、17…膜厚TEG部。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の第1領域に第1半導体層を、第2領域に第2半導体層を形成する第2工程と、
前記第1領域に前記第1半導体層と離間して第1電極を、前記第2領域に前記第2半導体層と離間して第2電極を形成する第3工程と、
前記第1領域の前記第1半導体層と前記第1電極とを電気的に接続する第3電極を形成すると共に、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を露出させる第4工程と、
前記第2半導体層をエッチング量の指標として用いて露出された前記第1半導体層をエッチングする第5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。
【請求項2】
ガラス基板の画素領域に第1ゲート電極を、膜厚TEG部に第2ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記第1及び第2ゲート電極が形成された前記ガラス基板上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記画素領域の前記第1ゲート電極が形成された前記ゲート絶縁膜上に第1半導体層を、前記膜厚TEG部の前記第2ゲート電極が形成された前記ゲート絶縁膜上に第2半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記画素領域の前記ゲート絶縁膜上に前記第1半導体層と離間して第1画素電極を、前記膜厚TEG部の周辺の前記ゲート絶縁膜上に前記第2半導体層と離間して第2画素電極を形成する画素電極形成工程と、
前記ガラス基板上に導電膜を平面ベタに形成後、ホトレジストパターンをマスクとして、前記画素領域の前記第1半導体層と前記第1画素電極とを電気的に接続するドレイン電極を形成すると共に、前記第1半導体層及び前記第2半導体層を露出させるドレイン電極形成工程と、
引き続き、前記ホトレジストパターンをマスクとし、前記第2半導体層をエッチング量の指標として用いて露出された前記第1半導体層をエッチングするチャネルエッチング工程と、
その後、前記ガラス基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記第1画素電極上の前記絶縁膜上に共通電極を形成する共通電極形成工程と、
を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項3】
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第1及び前記第2半導体層は、非晶質シリコン層であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項4】
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第1及び前記第2電極は、ITO電極であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項5】
請求項1記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第2領域に形成される前記第2電極の面積や位置は、前記第5工程において前記第1半導体層と前記第2半導体層のエッチング量が同等となるように決定されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項6】
請求項2記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記導電膜は、Mo膜或いは、Mo膜やAl含有Mo膜でAl膜を挟んだ多層膜であ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2記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第1及び前記第2半導体層は非晶質シリコン層、前記第1及び前記第2画素電極はITO電極であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項8】
基板上の第1領域に画素領域が設けられた液晶表示装置において、
前記画素領域には、ゲート電極と、前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート電極上部の前記ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層および画素電極と、前記半導体層と前記画素電極上に配置され前記半導体層と前記画素電極とを電気的に接続するドレイン電極と、前記画素電極の上部に配置された共通電極とが設けられ、
前記基板上の第2領域には、前記画素電極と同時に形成された同一材料からなる電極が設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項9】
請求項8記載の液晶表示装置において、
前記ゲート絶縁膜は窒化シリコン膜、前記半導体層は非晶質シリコン層、前記画素電極はITO電極であることを特徴とする液晶表示装置。

【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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【公開番号】特開2012−220771(P2012−220771A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−87388(P2011−87388)
【出願日】平成23年4月11日(2011.4.11)
【出願人】(502356528)株式会社ジャパンディスプレイイースト (2,552)
【Fターム(参考)】