JPWO2008001595A1 - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高画質の半透過型液晶表示装置および反射型液晶表示装置を低コストで提供することを目的としている。本発明の液晶表示装置は、入射光を表示面に向けて反射させる反射部を備えた液晶表示装置であって、反射部は、絶縁層と、絶縁層の上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成された反射層とを備え、反射層の表面には、第１凹部、および第１凹部の内側に位置する第２凹部が形成されており、反射部は、絶縁層の厚さと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。

Description

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。

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く、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いう特徴がある。

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。

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１１０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。
特開平９−５４３１８号公報

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。

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、表示面全体に渡って、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く、適度な凹凸を有しているほうが良い。

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く、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。

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×ｓｉｎα ＝ Ｎｂ×ｓｉｎβ

図１３（ｂ）は、ＬＣＤの表示面に垂直に入射した入射光が、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。

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。

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が２０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。

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２０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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ップを含む。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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く、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。

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。

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。 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。 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。 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。 実施形態１のＴＦＴ部の製造方法を示す平面図である。 実施形態１のＴＦＴ部の製造方法を示す断面図である。 実施形態１の反射部の製造方法を示す平面図である。 実施形態１の反射部の製造方法を示す断面図である。 実施形態１の半導体層の製造方法を示す断面図である。 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。 実施形態２の液晶表示装置を示す断面図である。 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。 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 液晶
１８ 液晶層
２２ 透明基板
２６ 層間絶縁層
２８ 画素電極
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 反射部
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 コンタクトホール
６１、６１Ｂ、６１Ｃ ゲート絶縁層
６２、６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ 半導体層
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

（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。

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。

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。

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、カラーフィルタ層（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が、ここでは図示を省略している。

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から入射した光が、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ＴＦＴ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。

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４６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いるが、層３１は対向電極３４の液晶層１８側の面に形成してもよい。

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。

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。

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が形成されている。

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を図示しているが、凹部４８の数は８つに限定されることはなく、さらに多くの凹部４８が形成されてよい。

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におけるＴＦＴ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。

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。

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。

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。

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く、後述するように、これらは様々な形状に形成され得る。

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。

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６８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。

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。

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が形成されているが、半導体層６２の形成過程において凹部の代わりに段差のついた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。

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５４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、ＴＦＴ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３０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。

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。

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。

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。

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ができる。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、これによっても有効反射面の面積を増やすことができる。

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。

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１０４、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。

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。

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。

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いる。

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（アルミニウム）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、Ａｌの他、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、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。

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、ドライまたはウェ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。

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。

次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂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、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）、Ｔａ₂Ｏ₅（酸化タンタル）、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）等によって形成されても良い。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６１も同時に形成される。

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２０〜１００ｎｍ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。

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Ａｌ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３０〜１０００ｎｍである。

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。

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０．３〜５μｍ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_x、ＳｉＯ₂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ている。保護膜の厚さは、例えば５０〜１０００ｎｍである。層間絶縁層２６および保護膜は、ＴＦＴ部３２だけでなく、反射部３０も含めた透明基板２２の上部全面に形成される。

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等の透明電極膜が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、フォトリソグ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だけでなく、反射部３０も含め、画素の上部全面に形成される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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６５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２〜１０μｍ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３〜１５μｍおよび２〜１０μｍである。

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。

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１６００〜２０００ｎｍの厚さに塗布する。

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が、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。

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べき部分）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。

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）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等が用いられ得る。

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が、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。

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に覆われていない、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、本エッチング処理、および、この後図９（ｄ）〜（ｅ）を用いて示す処理と同様の処理が施される。

次に、アッシング処理が施される。アッシング処理により、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。

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が、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。

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が、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。

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ニングを行い、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ニングを行う。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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エッチング工程、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６２Ａの厚さは、例えば４０〜３５０ｎｍである。

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が形成されているが、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８８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。

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５０〜５５０ｎｍであり、半導体層６２Ｂの厚さは、例えば４０〜３５０ｎｍである。

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６１Ｃ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。

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エッチング工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６２Ｃ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である。

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）よりも厚い。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。

（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。

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。

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６３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。

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。

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い。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、これによって有効反射面を広げることが可能となる。

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く、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。

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い。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が１つ以上形成される。このような反射層６３を有する反射部３０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。

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。

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。

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 (19)

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。
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のいずれか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１２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のいずれか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のいずれか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のいずれか１項に記載の製造方法。

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