DE69629966T2

DE69629966T2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69629966T2
Application number: DE69629966T
Authority: DE
Inventors: Uda Kouga-gun Mitsuru; Shinohara Yasu-gun Masami; Nishida Gamoh-gun Mamoru
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: EP0725303B1; KR960032048A; KR100227137B1; JP2694126B2; JPH08248425A; TW390968B; US5739890A; DE69629966D1; EP0725303A1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit und ihr Herstellungsverfahren und insbesondere eine Projektionsflüssigkristall-Anzeigeeinheit, die einen Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben verwendet sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten nutzt.
Stand der Technik
Aufgrund der Möglichkeit, dass sie Katodenstrahlröhren (CRTs) als äußerst hochauflösende Anzeigen ersetzen können, hat sich die Aufmerksamkeit in den letzten Jahren auf Projektionsflüssigkristall-Anzeigeeinheiten gerichtet. Projektionsflüssigkristall-Anzeigeeinheiten werden bereits in hochauflösenden Fernsehgeräten (HDTVs) und OHP-Bildschirmen eingesetzt.
Ein optisches Projektionssystem in einer Projektionsflüssigkristall-Anzeigeeinheit umfasst eine Lichtquelle, einen Lichtkolben, einen Bildschirm, ein optisches Filter und eine Projektionslinse. Eine Flüssigkristallanzeige wird für den Lichtkolben verwendet, und zu den Lichtkolben gehören Flüssigkristall-Lichttransmissionskolben, die Licht von der Lichtquelle durchlassen, um ein Bild auf den Bildschirm zu projizieren, und Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben, die Licht von der Lichtquelle reflektieren, um ein Bild auf den Bildschirm zu projizieren.
Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigeeinheiten einschließlich des Projektionstyps umfassen im Allgemeinen ein Matrixsubstrat, auf dem ein Schaltelement und eine an das Schaltelement angeschlossene Anzeigeelektrode gebildet werden, und ein gegenüberliegendes Substrat, auf dem eine gegenüber dem Matrixsubstrat liegende Elektrode in einem vorher festgelegten Abstand (Zellenzwischenraum) bereitgestellt wird, wobei Flüssigkristall in dem Bereich zwischen dem Matrixsubstrat und dem gegenüberliegenden Substrat versiegelt wird.
Um bestimmte elektrooptische Eigenschaften eines Flüssigkristallmaterials zu erzielen, müssen festgelegte Zellenabstände gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche der Anzeige vorgesehen werden. Manche Verfahren sehen folglich gleichmäßige Zellenabstände vor, indem eine große Zahl von Glas- oder Kunststoffkügelchen mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern als Abstandshalter verteilt sind. Diese verfahren, bei denen Abstandshalter verwendet werden, haben jedoch Nachteile, da es sehr schwierig ist, Kügelchen mit einem gleichmäßigen Durchmesser bereitzustellen und Abstandskügelchen gleichmäßig auf der Anzeige zu verteilen und weil die Abstandshalter, die sich auf Pixeln befinden, einen Lichtverlust verursachen.
Ein Verfahren, das dazu dient, Säulen von Isolierschichten in Zellenzwischenräumen zu bilden und sie als Abstandshalter zu verwenden, wurde vorgeschlagen, um das vorstehende Verfahren zur Verteilung der Abstandshalter zu ersetzen. Dieses Verfahren verwendet einen fotolithografischen Prozess, der gewöhnlich als Herstellungsprozess für Halbleiter-Bauelemente verwendet wird, und bildet in Zellenzwischenräumen Säulen aus einer Siliziumoxidschicht als Abstandshalter. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Position, die Anzahl und die Höhe der Abstandshalter im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die Abstandskügelchen verwenden, frei festgelegt werden können.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen herkömmlichen Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben, wobei Säulen aus Siliziumoxidschichten als Abstandshalter verwendet werden.
Ein Transistor 104, der nicht ausführlich gezeigt ist, wird auf einem Siliziumsubstrat 100 gebildet. Eine Siliziumoxidschicht 102 mit einer Dicke von ungefähr 2 μm wird sowohl auf dem Siliziumsubstrat 100 als auch auf dem Transistor 104 gebildet, und eine optische Absorbierschicht 106 wird auf der Siliziumoxidschicht 102 gebildet. Eine Siliziumnitridschicht 108 mit einer Dicke von 5.000 Å wird auf der optischen Absorbierschicht 106 gebildet, und darauf wird eine lichtreflektierende Al-Schicht 112 mit einer Dicke von 1500 Å gebildet.
Die lichtreflektierende Schicht 112 wird an eine Source-Elektrode (nicht gezeigt) im Transistor 104 über einen in einem Durchkontaktloch eingebetteten Wolframsteg 110 angeschlossen, das so geformt ist, dass es sowohl die Siliziumoxidschicht 102 als auch die Siliziumnitridschicht 108 durchdringt und als Anzeigeelektrode zur Ansteuerung des Flüssigkristalls dient. Eine einzelne lichtreflektierende Schicht 112 bildet ein einzelnes Subpixel. Es wird keine Al-Schicht in dem Bereich (der Abstand: ungefähr 1,7 μm) zwischen den benachbarten lichtreflektierenden Schichten 112 gebildet, und säulenförmige Abstandshalter 118 einer Siliziumoxidschicht mit einer Höhe von ungefähr 5 μm werden in den festgelegten Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 112 gebildet. In dem Querschnitt in 10 ist der säulenförmige Abstandshalter 118 so geformt, dass er auf beiden Seiten der lichtreflektierenden Schicht 112 über eine Länge von ungefähr 1 μm aufliegt. Ein Glasschutzsubstrat 116, das als gegenüberliegendes Substrat dient, wird über den Abstandshaltern 118 gebildet. Eine gegenüberliegende Elektrode 114 wird auf der gesamten Seite der lichtreflektierenden Schicht des Glasschutzsubstrats 116 gebildet. Flüssigkristall wird in Zellenzwischenräumen mit einer Dicke von ungefähr 5 μm versiegelt, die durch die Abstandshalter 118 erzeugt werden, um eine Flüssigkristallschicht 120 zu bilden.
Der Transistor 104 ist ein Feldeffekttransistor (FET) mit einer Source-Elektrode, einer an eine Datenleitung angeschlossenen Drain-Elektrode und einer an eine Abfrageleitung angeschlossenen Gate-Elektrode (diese Elektroden sind nicht gezeigt), der als Schaltelement dient, das die lichtreflektierende Schicht 112, die als Anzeigeelektrode dient, wenn das Gate eingeschaltet wird, mit einer an die Datenleitung angelegten Spannung beaufschlagt.
Die Anzeige wird ausgeführt, indem man durch das Glasschutzsubstrat 116 eintretendem Licht gestattet, zu der lichtreflektierenden Schicht 112 zu wandern und dann das Glasschutzsubstrat 116 mittels Reflexion zu verlassen oder indem man die Lichtdurchlässigkeit verhindert, indem man die Richtung der Flüssigkristallpartikel 122 entsprechend einer Spannung ändert, die beim Einschalten des Transistors 104 zwischen der lichtreflektierenden Schicht 112, die als Anzeigeelektrode dient, und der gegenüberliegende Elektrode 114 angelegt wird, wodurch der Lichtdurchlässigkeitsfaktor geändert wird.
Für eine solche Projektionsflüssigkristall-Anzeigeeinheit, die eine äußerst hochauflösende Anzeige auf einem großen Bildschirm ermöglicht, sind Verfahren zur Verbesserung der Leuchtstärke der Anzeige wichtig. Um die Leuchtstärke der Anzeige zu verbessern, kann beispielsweise die numerische Apertur des Subpixels erhöht werden. Bei dem in 10 gezeigten Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben liegt der säulenförmige Abstandshalter 118 jedoch auf beiden Seiten der lichtreflektierenden Schicht 112 auf, wodurch der lichtreflektierende Bereich der lichtreflektierenden Schicht 112 verringert wird, um die numerische Apertur des Subpixels zu verringern.
11 dient zur Beschreibung, weshalb herkömmliche Abstandshalter 118 so geformt werden, dass sie auf den lichtreflektierenden Schichten 112 aufliegen. Eine Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 5 μm wird auf die Siliziumnitridschicht 108 und die darauf gebildete lichtreflektierende Schicht 112 aufgebracht. Ein Resist wird ganzflächig aufgetragen und anschließend belichtet und so strukturiert, dass er an den Positionen der Abstandshalter, die an den Grenzen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 112 (11(a)) gebildet werden sollen, eine Resistschicht 132 als Maske bildet. Die Siliziumoxidschicht 130 wird unter Verwendung der Resistschicht 132 als Maske geätzt, damit man die gewünschten säulenförmigen Abstandshalter 118 (11(b) ) erhält.
Da die Ausrichtegenauigkeit eines Belichtungsgeräts, das zur Strukturierung der Resistschicht 132 verwendet wird, nicht ausreicht, darf die Positionierung zur Strukturierung bei diesem Fotoresist-Prozess nicht zu starr erfolgen, und eine etwas größere Strukturierungsmaske muss folglich zur Belichtung der Resistschicht 132 verwendet werden. Dadurch ist die strukturierte Resistschicht zwangsläufig breiter als der Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 112, das heißt ungefähr 1,7 μm. Die Breite kann beispielsweise 4 μm betragen. wenn der Abstandshalter 118 mit Hilfe dieser strukturierten Resistschicht als Maske gebildet wird, hat er eine Breite von ungefähr 4 μm, die größer als der Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 112 ist, und liegt somit auf einer Fläche von ungefähr 5,3 μm² auf beiden Seiten der lichtreflektierenden Schicht 112 auf. Folglich muss die numerische Apertur des Subpixels um ungefähr 5% verringert werden.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit bereitzustellen, wobei die Leuchtstärke der Anzeige verbessert wird, indem die numerische Apertur des Subpixels erhöht wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten vorzusehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird mit einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gelöst, die eine Vielzahl von lichtreflektierenden Schichten aufweist, die einfallendes Licht reflektieren und auch als Anzeigeelektroden dienen, eine gegenüberliegende Elektrode, die gegenüber den lichtreflektierenden Schichten auf der Seite des Lichteinfalls angebracht wird, eine Flüssigkristallschicht, die zwischen den lichtreflektierenden Schichten und der gegenüberliegenden Elektrode versiegelt wird, säulenförmige Abstandshalter, die in der Flüssigkristallschicht gebildet werden, um festgelegte Zellenzwischenräume aufrechtzuerhalten, und eine optische Absorbierschicht, die zumindest in Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten gebildet wird und die sich von der Seite des Lichteinfalls her gesehen hinter ihnen befindet, wobei die Abstandshalter auf den Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Schichten und nicht direkt auf den lichtreflektierenden Schichten gebildet werden, aufweist.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst, indem die optische Absorbierschicht dadurch gebildet wird, dass Ti mit einer Dicke von 100 Å, Al mit einer Dicke von ungefähr 1.000 Å und TiN mit einer Dicke von ungefähr 500 Å in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet werden.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst, indem eine optische Absorbierschicht auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird; eine Vielzahl von lichtreflektierenden Schichten auf der optischen Absorbierschicht mittels einer ersten Isolierschicht gebildet wird; eine zweite Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche gebildet wird; die zweite Isolierschicht ganzflächig mit positivem Fotoresist beschichtet wird, um eine Resistschicht zu bilden; die Resistschicht von oben belichtet und entwickelt wird, um eine Maske in der Weise zu bilden, dass die Resistschicht selbstausrichtend nur auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten verbleibt; und die Maske zum Ätzen der zweiten Isolierschicht verwendet wird, um säulenförmige Abstandshalter auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten zu bilden.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vielzahl von Schaltelementen auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird; eine erste Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche gebildet wird; eine optische Absorbierschicht auf der ersten Isolierschicht gebildet wird; eine zweite Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche gebildet wird; eine Vielzahl von leitfähigen Stegen gebildet wird, die von der optischen Absorbierschicht elektrisch isoliert und jeweils mit der Vielzahl der Schaltelemente elektrisch verbunden sind; auf der zweiten Isolierschicht eine Vielzahl von leitfähigen lichtreflektierenden Schichten gebildet wird, die mit den Stegen elektrisch verbunden sind und jeweils der Vielzahl der Schaltelemente entsprechen; auf der gesamten Oberfläche eine dritte Isolierschicht gebildet wird; die dritte Isolierschicht ganzflächig mit positivem Fotoresist beschichtet wird, um eine Resistschicht zu bilden; die Resistschicht von oben belichtet und entwickelt wird, um eine Maske in der Weise zu bilden, dass die Resistschicht selbstausrichtend nur auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten verbleibt; und die Maske zum Ätzen der dritten Isolierschicht verwendet wird, um säulenförmige Abstandshalter auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten zu bilden; dieses Substrat auf ein gegenüberliegendes Substrat geklebt wird, auf dem eine gegenüberliegende Elektrode, die von den Abstandshaltern getragen wird, gebildet wird; und Flüssigkristall in den durch die Abstandshalter gebildeten Zellenzwischenräumen versiegelt wird.
Die vorstehenden Aufgaben werden auch durch die vorstehend beschriebene Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gelöst, wobei diejenigen Stellen, an denen die Abstandshalter gebildet werden sollen, vor der Belichtung maskiert werden, wenn die Resistschicht belichtet wird.
Da diese Erfindung die gesamte Oberfläche einer Isolierschicht mit positivem Fotoresist beschichtet, um eine Resistschicht zu bilden, und die Resistschicht von oben belichtet und entwickelt, damit die Schicht nur auf den Bereichen zwischen einer Vielzahl von lichtreflektierenden Schichten als Maske verbleiben kann, kann die Isolierschicht mit Hilfe dieser Maske geätzt werden, um nur auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten säulenförmige Abstandshalter zu bilden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Die Erfindung wird nun lediglich anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 den Aufbau einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
2 den Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
3 den Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
4 ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
5 das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
6 das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
7 das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
8 das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
9 ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
10 den Aufbau einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeeinheit zeigt; und
11 ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Eine Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch eine Reflexions-Flüssigkristallglühlampe für die Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß dieser Ausführungsform. Ein Feldeffekttransistor (FET) wird in jedem einer Vielzahl von Bereichen gebildet, die von Feldoxidschichten 12 auf einem Halbleitersubstrat, bei dem es sich beispielsweise um ein Siliziumsubstrat 1 handelt, festgelegt werden. Der FET ist wie folgt aufgebaut. Eine Gate-Isolierschicht aus beispielsweise SiO₂ mit einer Dicke von 150 Å bis 500 Å wird auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, und darauf wird eine Polysilizium-Gate-Elektrode 4 mit einer Dicke von beispielsweise 0,44 μm gebildet. Ein Drain-Bereich 6 und ein Source-Bereich 8 werden in denjenigen Bereichen des Siliziumsubstrats 1 gebildet, die sich auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 4 befinden. Ein Kanalbereich 10 wird in dem Siliziumsubstrat 1 unter der Gate-Elektrode 4 gebildet.
Anschließend wird mittels einer Siliziumoxidschicht 14 eine Speicherkapazitätsleitung 16 gebildet. Eine Datenleitung 20 und eine Source-Leitung 22, die beide aus Aluminium (Al) bestehen und eine Dicke von 0,7 μm aufweisen, werden auf den Siliziumoxidschichten 14, 18 gebildet, die als Zwischenschicht-Isolierschichten dienen, eine Datenleitung 20 ist an den Drain-Bereich 6 des FET angeschlossen, und die Source-Elektrode 22 ist an den Source-Bereich 8 angeschlossen.
Als Nächstes wird eine optische Absorbierschicht 26 mittels einer Siliziumoxidschicht 24 gebildet, die als Zwischenschicht-Isolierschicht dient. Die optische Absorbierschicht 26 hat vorzugsweise eine Dicke von 160 nm und umfasst eine Titan-(Ti-)Schicht mit einer Dicke von 100 Å, eine Al-Schicht mit einer Dicke von 1.000 Å und eine Titannitrid-(TiN-)Schicht mit einer Dicke von 500 Å, die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet werden. Indem diese Materialien übereinander geschichtet werden, um die vorstehende Dicke bereitzustellen, kann verhindert werden, dass in die optische Absorbierschicht 26 eintretendes Licht (Wellenlänge: 380 Å bis 700 Å) reflektiert (um einen Reflexionsfaktor von 25% zu erhalten) und an den FET durchgelassen wird (um einen Durchlässigkeitsfaktor von 0% zu erhalten). Die optische Absorbierschicht 26 dient zur Verbesserung des Kontrasts von Bildern und zur Verhinderung von Leckströmen im FET.
Eine Siliziumnitridschicht 28 mit einer Dicke von 400 nm bis 500 nm wird auf der optischen Absorbierschicht 26 gebildet, und darauf wird eine lichtreflektierende Al-Schicht 32 mit einer Dicke von 150 nm gebildet. Die Source-Elektrode 22 des FET und die lichtreflektierende Schicht 32 werden beispielsweise über einen Wolfram-(W-)Steg 30 miteinander verbunden, der mittels eines chemischen Aufdampfungs-(CVD-)Verfahrens in einem Durchkontaktloch so gebildet wird, dass er sowohl die Siliziumoxidschicht 24 als auch die Siliziumnitridschicht 28 durchdringt. Die optische Absorbierschicht 26 wird um den Wolframsteg 30 herum geöffnet, damit sie nicht elektrisch mit ihm verbunden wird.
Die lichtreflektierende Schicht 32 wird für jeden einer Vielzahl von FETs gebildet, und eine einzelne lichtreflektierende Schicht 32 stellt ein einzelnes Subpixel dar. Die lichtreflektierenden Schichten 32 werden in einem festgelegten Abstand von ungefähr 1,5 μm bis 1,7 μm aufgebracht, und die säulenförmigen Abstandshalter 34 aus beispielsweise SiO₂ mit einer Dicke von 2 μm bis 5 μm, die sich nach den gewünschten Zellenzwischenräumen bestimmt, werden so gebildet, wie es in der Figur gezeigt ist.
Der Abstandshalter 34 wird zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 so angeordnet, dass er nicht auf den beiden Seiten der Schichten 32 aufliegt, und seine Breite ist nahezu gleich dem Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32. Damit soll verhindert werden, dass die numerische Apertur des Subpixels aufgrund des säulenförmigen Abstandshalters 34 abnimmt. Eine Vielzahl von Abstandshaltern 34 werden auf dem gesamten Substrat in einem festgelegten Abstand bereitgestellt, um vorher festgelegte Zellenzwischenräume zu erhalten.
Ein Glasschutzsubstrat 40, auf dem eine gegenüberliegende Elektrode gebildet wird, bei der es sich um eine transparente Elektrode aus Indiumtitanoxid (ITO) handelt, wird auf die säulenförmigen Abstandshalter 34 geklebt. Eine Flüssigkristallschicht 36, in der ein Flüssigkristallmaterial versiegelt wird, wird in dem Bereich (dem Zellenzwischenraum) zwischen der lichtreflektierenden Schicht 32 und der gegenüberliegenden Elektrode 38 gebildet. Flüssigkristallpartikel werden von einer Ausrichteschicht (nicht gezeigt) ausgerichtet.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch einen Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, werden die säulenförmigen Abstandshalter 34 in den Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 in einem festgelegten Abstand gebildet. In dieser Ausführungsform wird die lichtreflektierende Schicht 32, die ein Subpixel darstellt, als ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 17 μm gebildet. Die Subpixel werden in einer Matrix aus 1280 Zeilen und 1600 Spalten angeordnet, um eine Glühlampe zu bilden.
Bei dem Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben gemäß dieser Ausführungsform spiegelt die lichtreflektierende Schicht 32 Licht wider, das durch das Glasschutzsubstrat 40 eintritt, und dient auch als Anzeigeelektrode zum Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht 36. Der FET hat die Funktion eines Schaltelements, um eine der Datenleitung 20 zugeführte Signalspannung an die lichtreflektierende Schicht 32 anzulegen, die als Anzeigeelektrode dient, wenn das Gate 4 eingeschaltet wird. Die Anzeige wird ausgeführt, indem man durch das Glasschutzsubstrat 40 eintretendem Licht gestattet, zu der lichtreflektierenden Schicht 32 zu wandern und das Glasschutzsubstrat 40 dann mittels Reflexion zu verlassen oder indem man die Lichtdurchlässigkeit verhindert, indem man die Richtung der Flüssigkristallpartikel (nicht gezeigt) entsprechend einer Spannung ändert, die beim Einschalten des FET zwischen der lichtreflektierenden Schicht 32, die als Anzeigeelektrode dient, und der gegenüberliegenden Elektrode 38 angelegt wird, wodurch der Lichtdurchlässigkeitsfaktor geändert wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer Projektions-Flüssigkristallanzeigeeinheit, die den Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben gemäß dieser Ausführungsform verwendet.
Nachdem es von einer Lichtquelle 42 ausgesendet und dann linear polarisiert wurde, wird das Licht von einem polarisierten Lichtstrahlteiler 44 reflektiert und tritt in ein Farbtrennprisma 46 ein, wo das Licht in drei Primärfarben, d. h. Rot (R), Grün (G) und Blau (B), geteilt wird, die dann in den Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben 48, 50 beziehungsweise 52 eintreten. Die Helligkeit des Lichts wird von jedem Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben entsprechend einem jedem Subpixel moduliert, anschließend wird das Licht reflektiert und tritt wieder in das Farbtrennprisma 46 ein. Das Licht wird dann senkrecht zur ursprünglichen Polarisation linear polarisiert und tritt in den polarisierten Strahlteiler 44 ein. Das von den Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben 48, 50, 52 reflektierte Licht wandert durch den polarisierten Strahlteiler 44 und tritt in eine Projektionslinse 54 ein. Anschließend wird der Lichtstrahl vergrößert und auf einen Bildschirm 56 projiziert.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung wird mit Bezug auf die 4 bis 8 beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit gemäß dieser Erfindung ist durch einen Prozess zur Bildung der säulenförmigen Abstandshalter 34 gekennzeichnet, so dass die Schritte, die diesem Prozess vorausgehen, nur kurz beschrieben werden. Zuerst wird eine Feldoxidschicht 12 auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet, um eine Vielzahl von Bereichen, in denen Elemente gebildet werden, für einen FET festzulegen. Eine Siliziumoxidschicht wird in den Bereichen des Siliziumsubstrats 1, in denen Elemente gebildet werden, gebildet, und eine Polysiliziumschicht wird mittels eines CVD-Verfahrens darauf aufgewachsen. Anschließend erfolgt die Strukturierung, um eine Gate-Isolierschicht 2 und eine Gate-Elektrode 4 zu bilden.
Störatome werden eingebaut und diffundiert, indem Ionen injiziert werden, um einen Drain-Bereich 6 und einen Source-Bereich 8 zu bilden. Mittels des CVD-Verfahrens wird eine Siliziumoxidschicht 14 gebildet, die als Zwischenschicht-Isolierschicht dient, auf dieser wird eine Speicherkapazitätsleitung 16 gebildet, und anschließend wird eine Siliziumoxidschicht 18 als Zwischenschicht-Isolierschicht aufgebracht. Nachdem ein Kontaktloch geöffnet wurde, werden eine Datenleitung 20 und eine Source-Elektrode 22 gebildet.
Eine Siliziumoxidschicht 24 wird ganzflächig aufgebracht, und eine optische Absorbierschicht 26 mit einer Dicke von ungefähr 160 nm wird darauf gebildet, indem hintereinander eine Titan-(Ti-)Schicht mit einer Dicke von ungefähr 100 Å, eine Al-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1000 Å und eine Titannitrid-(TiN-)Schicht mit einer Dicke von ungefähr 500 Å übereinander geschichtet werden. Durchkontaktlöcher werden in bestimmten Bereichen der optischen Absorbierschicht 26 gebildet, die groß genug sind, damit später gebildete Stege 30 die Löcher berührungslos durchdringen können. Als Nächstes wird eine Siliziumnitridschicht 28 mit einer Dicke von beispielsweise 400 nm bis 500 nm auf der gesamten Oberfläche gebildet.
In den geöffneten Bereichen der optischen Absorbierschicht 26 werden Kontaktlöcher in der Weise gebildet, dass sie sowohl die Siliziumoxidschicht 24 als auch die Siliziumnitridschicht 28 durchdringen, und die Wolfram-(W-)Stege 30 werden mittels des CVD-Verfahrens gebildet. Als Nächstes wird beispielsweise Aluminium ganzflächig aufgebracht, das dann strukturiert wird, um quadratische lichtreflektierende Schichten 32 mit einer Dicke von jeweils ungefähr 150 nm und einer Breite von ungefähr 17 μm zu bilden, die mit den jeweiligen Stegen 30 verbunden und beispielsweise in einer Matrix aus 1280 Zeilen und 1600 Spalten angeordnet werden. In dieser Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 1,7 μm (4).
In einem nächsten Schritt wird mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens eine Siliziumoxidschicht 60 bis zu einer Dicke von 2 μm bis 5 μm aufgebracht, um die gewünschten Zellenzwischenräume zu erhalten (4). Die obere Fläche der Siliziumoxidschicht 60 wird dann mit Hilfe eines chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Verfahrens poliert, wobei beispielsweise 0,5 μm abgetragen werden, um sie zu ebnen.
Nachdem erneut eine Siliziumoxidschicht 62 bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,5 μm aufgebracht wurde, wird diese dann mit positivem Fotoresist bis zu einer Dicke von ungefähr 3,7 μm beschichtet, um eine Fotoresistschicht 64 zu bilden. Daraufhin wird die gesamte Oberfläche der Fotoresistschicht 64 belichtet (6).
Wenn eine Unterbelichtung von 60% der Belichtung, bei der die Größe eines Bildes auf einer Glasmaske gleich der eines Resistbildes ist (der 1 : 1-Belichtung; E_OP), und eine Belichtungswellenlänge von 320 Å bis 450 Å während der Belichtung verwendet werden, unterscheidet sich der Kontrast innerhalb des Substrats merklich, das heißt, es gibt einen deutlichen Unterschied zwischen der Belichtung für den Teil der Fotoresistschicht 64 über der lichtreflektierenden Schicht 32 und der Belichtung für den Teil der Fotoresistschicht 64 über dem Bereich zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32, was auf den Unterschied zwischen dem Reflexionsfaktor der lichtreflektierenden Schicht 32 (80% bis 90%) und dem Reflexionsfaktor der optischen Absorbierschicht 26 (10% bis 20%), die sich unter der lichtreflektierenden Schicht 32 befindet, zurückzuführen ist. Dieser Belichtungsunterschied bewirkt, dass die Fotoresistschicht 64 über der lichtreflektierenden Schicht 32 belichtet wird und die Fotoresistschicht 64 zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 mit Ausnahme der äußersten Fläche belichtet wird, was zu einer selbstausrichtenden Belichtung führt.
Als Nächstes wird die Fotoresistschicht 64 mit einer Resist-Strukturierungsmaske 68, die in 9 bei A gezeigt ist, erneut belichtet, um ungefähr die 1 : 1-Belichtung zu erhalten. 9 ist eine Draufsicht auf das Substrat 1 von der Seite der lichtreflektierenden Schicht 32 her gesehen. Nach der erneuten Belichtung erfolgt die Entwicklung, um die Fotoresistschicht 64 über dem Bereich zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 längs des Bereichs zu strukturieren, wobei eine Maske 66 zur Bildung der Abstandshalter 34 mit einer festgelegten Länge in den festgelegten Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 gebildet wird. Die Breite der gebildeten Maske 66 ist fast auf 1,7 μm begrenzt, was gleich dem Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 ist.
Mit Hilfe der Maske 66 werden die Siliziumoxidschichten 60, 62 mittels des reaktiven Ionenätzens (RIE) geätzt, um die säulenförmigen Abstandshalter 34 fertigzustellen (8). Der säulenförmige Abstandshalter 34 befindet sich zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 und wird so geformt, dass seine Breite nahezu gleich dem Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 ist.
Danach wird dieses Substrat auf ein Glasschutzsubstrat 40 aufgeklebt, auf dem mittels eines herkömmlichen Prozesses eine gegenüberliegende Elektrode 38 gebildet wird, und anschließend wird Flüssigkristall in den Zellenzwischenräumen versiegelt, um einen Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben fertigzustellen.
Da, wie vorstehend beschrieben wurde, bei der Herstellung gemäß dieser Ausführungsform während des fotolithografischen Prozesses zur Bildung von Abstandshaltern der selbstausrichtende Prozess zur Anwendung kommt, der den Kontrastunterschied innerhalb des Substrats nutzt, kann der säulenförmige Abstandshalter 34 zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 angeordnet und so geformt werden, dass seine Breite nahezu gleich dem Abstand zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 ist.
Obgleich der Abstandshalter 34 mit einer bestimmten Länge in der vorstehenden Ausführungsform in dem Bereich zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 gebildet wurde, können gewünschte Abstandshalter 34 durch Verwendung einer Maske 68, die in 9 bei B und C gezeigt ist, in beliebigen Bereichen als weitere Ausführungsformen gebildet werden.
B in 9 zeigt den Fall, in dem die Maske 66 an dem durch die lichtreflektierenden Schichten 32, die sowohl in Zeilen- als auch Spaltenrichtung angeordnet sind, gebildeten Schnittpunkt gebildet wird. Die Fotoresistschicht 64, die auf allen Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 auf dem Substrat 1 verbleibt, wird überbelichtet und überentwickelt, wobei beispielsweise die in 9 bei B gezeigte quadratische Resist-Strukturierungsmaske 68 verwendet wird, um die Fotoresistschicht 64 zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32 zu strukturieren, wodurch an dem Schnittpunkt eine quadratische Maske 66 gebildet wird.
C in 9 wird über dem Schnittpunkt gebildet, der durch die lichtreflektierenden Schichten, die sowohl in Zeilen- als auch Spaltenrichtung angeordnet sind, gebildet wird, indem die Strukturierung unter Belichtungsbedingungen durchgeführt wird, die ähnlich denjenigen bei A in 9 sind, wobei die bei C gezeigte quadratische Resist-Strukturierungsmaske 68 verwendet wird, um eine Maske 66 mit einer Unterseite in Form von einem Kreuz zu bilden.
Der Abstandshalter 34, der unter Verwendung von B und C in 9 gebildet wird, ist großflächig und großvolumig und verfügt somit über einen verbesserten Gewichtswiderstand. Der mit Hilfe dieser Maske 66 gebildete Abstandshalter ist in 2 gezeigt. In dieser Figur werden die Abstandshalter 70, 72 und 74 mit Hilfe der in 9 bei A gezeigten Maske 66, der bei B gezeigten Maske 66 beziehungsweise der bei C gezeigten Maske 66 gebildet.
Obgleich die Fotoresistschicht 64 in der vorstehenden Ausführungsform mit Hilfe der beiden Schritte, des selbstausrichtenden Strukturierungsschritts und der Strukturierung mit der Resist-Strukturierungsmaske, strukturiert worden ist, können die Stellen zwischen den lichtreflektierenden Schichten 32, an denen die säulenförmigen Abstandshalter 34 gebildet werden sollen, während der Belichtung überbelichtet werden, nachdem die Fotoresistschicht 64 gebildet wurde, indem die in 9 gezeigten Resist-Strukturierungsmasken 68 gleichzeitig verwendet werden, um eine Belichtung von 160% im Verhältnis zu der normalen 1 : 1-Belichtung zu erreichen, um zu verhindern, dass der Abstandshalter auf der lichtreflektierenden Schicht 32 aufliegt, sowie mit 400% im Verhältnis zur Entwicklungszeit (T_OP) überentwickelt werden, die notwendig ist, um den belichteten Resist bis ganz unten zu entfernen. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der erforderlichen fotolithografischen Schritte verringert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, macht es diese Erfindung möglich, dass säulenförmige Abstandshalter nur auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Schichten gebildet werden, wobei die numerische Apertur der Subpixel des Flüssigkristall-Lichtreflexionskolben erhöht wird.

Claims

Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, die eine Vielzahl von lichtreflektierenden Dünnschichten (32), die einfallendes Licht reflektieren und auch als Anzeigeelektroden dienen, eine gegenüberliegende Elektrode (38), die gegenüber den reflektierenden Dünnschichten auf der Seite des Lichteinfalls angebracht wird, eine Flüssigkristallschicht (120), die zwischen den lichtreflektierenden Dünnschichten und der gegenüberliegenden Elektrode versiegelt wird, säulenförmige Abstandshalter (34), die in der Flüssigkristallschicht gebildet werden, um festgelegte Zellenzwischenräume aufrechtzuerhalten, und eine optische Absorbierschicht (26), die zumindest in Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Dünnschichten gebildet wird und die sich aus dem Betrachtungswinkel der Seite des Lichteinfalls hinter ihnen befindet, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Abstandshalter auf den Bereichen zwischen den lichtreflektierenden Dünnschichten und nicht direkt auf den lichtreflektierenden Dünnschichten gebildet werden.
Flüssigkristall-Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die optische Absorbierschicht (26) gebildet wird, indem Ti mit einer Dicke von ungefähr 100 Å, Al mit einer Dicke von ungefähr 1.000 Å und TiN mit einer Dicke von ungefähr 500 Å in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet werden.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Bilden einer optischen Absorbierschicht (26) auf einem Halbleitersubstrat; Bilden einer Vielzahl von lichtreflektierenden Dünnschichten (32) auf der optischen Absorbierschicht mittels einer ersten Isolierdünnschicht(28); Bilden einer zweiten Isolierdünnschicht (60) auf der gesamten Oberfläche; ganzflächiges Beschichten der zweiten Isolierdünnschicht mit positivem Fotoresist (64), um eine Resistschicht zu bilden; Belichten und Entwickeln der Resistschicht von oben, um eine Maske in der weise zu bilden, dass die Resistschicht selbstausrichtend nur auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Dünnschichten verbleibt; und Verwenden der Maske zum Ätzen der zweiten Isolierdünnschicht, um säulenförmige Abstandshalter auf den Bereichen zwischen der Vielzahl der lichtreflektierenden Dünnschichten zu bilden.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit nach Anspruch 3, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer Vielzahl von Schaltelementen auf dem Halbleitersubstrat; Bilden der ersten Isolierdünnschicht (24) auf der gesamten Oberfläche; Bilden einer Vielzahl von Stegen (30), die von der optischen Absorbierschicht elektrisch isoliert und jeweils mit der Vielzahl der Schaltelemente elektrisch verbunden sind; Bilden einer dritten Isolierdünnschicht (28) auf der gesamten Oberfläche, wobei die lichtreflektierenden Dünnschichten (32) mit den Stegen elektrisch verbunden sind und der Vielzahl der Schaltelemente entsprechen; Aufkleben dieses Substrats auf ein gegenüberliegendes Substrat, auf dem eine gegenüberliegende Elektrode, die von den Abstandshaltern getragen wird, gebildet wird; und Versiegeln des Flüssigkristalls in den durch die Abstandshalter gebildeten Zellenzwischenräumen.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass: die optische Absorbierschicht (26) gebildet wird, indem Ti mit einer Dicke von ungefähr 100 Å, Al mit einer Dicke von ungefähr 1.000 Å und TiN mit einer Dicke von ungefähr 500 Å in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet werden.
Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristall-Anzeigeeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: diejenigen Stellen, an denen die Abstandshalter (70, 72, 74) gebildet werden sollen, vor der Belichtung maskiert werden, wenn die Resistschicht (64) belichtet wird.