JP2007140547A - Display device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射機能を備えた反射型あるいは半透過型表示装置などに関する。 The present invention relates to a reflective or transflective display device having a reflective function.
液晶表示装置(以下LCDという)は薄型で低消費電力であるという特徴を備え、現在、コンピュータモニターや、携帯情報機器などのモニターとして広く用いられている。このようなLCDは、一対の基板間に液晶が封入され、それぞれの基板に形成され電極によって間に位置する液晶の配向を制御することで表示を行うものであり、CRT(陰極線管)ディスプレイや、エレクトロルミネッセンス(以下、EL)ディスプレイ等と異なり、原理上自ら発光しないため、観察者に対して画像を表示するには光源を必要とする。 Liquid crystal display devices (hereinafter referred to as LCDs) are characterized by being thin and have low power consumption, and are currently widely used as monitors for computer monitors and portable information devices. In such an LCD, liquid crystal is sealed between a pair of substrates, and display is performed by controlling the orientation of the liquid crystal formed on each substrate and positioned between the electrodes, such as a CRT (cathode ray tube) display, Unlike an electroluminescence (hereinafter, EL) display or the like, since it does not emit light in principle, a light source is required to display an image to an observer.
そこで、透過型LCDでは、各基板に形成する電極として透明電極を採用し、液晶表示パネルの後方や側方に光源を配置し、この光源光の透過量を液晶パネルで制御することで周囲が暗くても明るい表示ができる。しかし、常に光源を点灯させて表示を行うため、光源による電力消費が避けられないこと、また昼間の屋外のように外光が非常に強い環境下では、十分なコントラストが確保できないという特性がある。 Therefore, in a transmissive LCD, a transparent electrode is adopted as an electrode formed on each substrate, a light source is disposed behind or on the side of the liquid crystal display panel, and the amount of light transmitted through the light source is controlled by the liquid crystal panel. Bright display is possible even in the dark. However, since the display is always performed by turning on the light source, power consumption by the light source is inevitable, and sufficient contrast cannot be secured in an environment where the outside light is very strong such as outdoors in the daytime. .
一方、反射型LCDでは、太陽や室内灯等の外光を光源として採用し、液晶パネルに入射するこれらの周囲光を、非観察面側の基板に形成した反射電極によって反射する。そして、液晶層に入射し反射電極で反射された光の液晶パネルからの射出光量を画素ごとに制御することで表示を行う。このように反射型LCDは、光源として外光を採用するため、外光がないと表示が見えないが、透過型LCDと異なり光源による電力消費がなく非常に低消費電力であり、また屋外など周囲が明るいと十分なコントラストが得られる。しかし、この反射型LCDは、従来においては、色再現性や表示輝度など一般的な表示品質の点で透過型と比較すると不十分であるという課題があった。 On the other hand, the reflective LCD employs external light such as the sun and room light as a light source, and reflects the ambient light incident on the liquid crystal panel by a reflective electrode formed on the substrate on the non-observation surface side. Then, display is performed by controlling the amount of light emitted from the liquid crystal panel, which is incident on the liquid crystal layer and reflected by the reflective electrode, for each pixel. As described above, since the reflective LCD employs external light as the light source, the display cannot be seen without external light. However, unlike the transmissive LCD, the power consumption by the light source is very low and the power consumption is very low. If the surroundings are bright, sufficient contrast can be obtained. However, this reflection type LCD has a problem that it is insufficient in comparison with a transmission type in terms of general display quality such as color reproducibility and display luminance.
他方で、機器の低消費電力化に対する要求が一段と強まる状況下では透過型LCDよりも消費電力の小さい反射型LCDは有利であるため、携帯機器の高精細モニター用途などへの採用が試みられており、表示品質の向上のための研究開発が行われている。 On the other hand, reflective LCDs with lower power consumption than transmissive LCDs are advantageous in situations where the demand for lower power consumption of devices is further strengthened, so attempts have been made to adopt them for high-definition monitor applications in portable devices. R & D is being conducted to improve display quality.
図8は、各画素ごとに薄膜トランジスタ(TFT:Thin film Transistor)を備えた従来のアクティブマトリクス型の反射型LCDの1画素あたりの平面構造(第1基板側)を示し、図9は、この図8のC−C線に沿った位置での反射型LCDの概略断面構造を示している。 FIG. 8 shows a planar structure (first substrate side) per pixel of a conventional active matrix reflective LCD having a thin film transistor (TFT) for each pixel. FIG. 8 shows a schematic cross-sectional structure of a reflective LCD at a position along line CC.
反射型LCDは所定ギャップ隔てて貼り合わされた第1基板100と第2基板200との間に液晶層300が封入されて構成されている。第1及び第2基板100及び200としてはガラス基板やプラスチック基板などが用いられ、少なくともこの例では、観察面側に配置される第2基板200には透明基板が採用されている。
The reflective LCD is configured such that a
第1電極100の液晶側の面には、各画素ごとに薄膜トランジスタ(TFT:Thin film Transistor)110が形成されている。このTFT110の能動層120の例えばドレイン領域には、層間絶縁膜134に形成されたコンタクトホールを介して各画素にデータ信号を供給するためのデータライン136が接続され、ソース領域は、層間絶縁膜134及び平坦化絶縁膜138を貫通するように形成されたコンタクトホールを介して、画素ごとに個別パターンに形成された第1電極(画素電極)150に接続されている。
A thin film transistor (TFT) 110 is formed for each pixel on the liquid crystal side surface of the
上記第1電極150としては、反射機能を備えたAl、Agなどが用いられており、この反射電極150上に液晶層300の初期配向を制御するための配向膜160が形成されている。
As the
第1基板100と対向配置される第2基板200の液晶側には、カラー表示装置の場合カラーフィルタ(R,G,B)210が形成され、カラーフィルタ210の上に第2電極として、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料が用いられた透明電極250が形成されている。またこの透明電極250の上には、第1基板側と同様の配向膜260が形成されている。
In the case of a color display device, a color filter (R, G,
反射型LCDは、上述のような構成を備えており、液晶パネルに入射され、反射電極150で反射され、再び液晶パネルから射出される光の量を、画素ごと制御して所望の表示を行う。
The reflective LCD has the above-described configuration, and performs a desired display by controlling the amount of light incident on the liquid crystal panel, reflected by the
反射型に限らず、LCDにおいては、焼き付き防止のため液晶を交流電圧駆動している。透過型LCDでは、第1基板上の第1電極及び第2基板の第2電極のいずれも透明であることが求められており、双方とも電極材料としてITOが採用されている。従って、液晶の交流駆動に際して、第1及び第2電極は、互いに正、負電圧をほぼ同一の条件で液晶に印加することができる。 The LCD is not limited to the reflective type, and the liquid crystal is driven with an AC voltage to prevent burn-in. In the transmissive LCD, both the first electrode on the first substrate and the second electrode on the second substrate are required to be transparent, and both employ ITO as an electrode material. Therefore, when the liquid crystal is AC driven, the first and second electrodes can apply positive and negative voltages to the liquid crystal under substantially the same conditions.
しかし、上記図9のように、第1電極150として金属材料からなる反射電極、第2電極250としてITOなどの透明金属酸化材料からなる透明電極を用いた反射型LCDでは、駆動条件によっては、表示のちらつき(フリッカ)が発生したり、液晶の焼き付きの問題が起こることがあった。これは、例えば最近報告されている限界フリッカ周波数(CFF)以下で液晶を駆動した場合に顕著である。CFF以下での駆動とは、LCDにおける一層の低消費電力化を目的として、液晶の駆動周波数(≒第1及び第2電極との対向領域にそれぞれ形成された画素それぞれにおける液晶(液晶容量)へのデータ書き込み周波数)を、例えばNTSC規格などで基準とされている60Hzより低くするなど、人の目にフリッカとして感知され得るCFF以下、例えば40Hz〜30Hzとする試みである。ところが、従来の反射型液晶パネルの各画素をこのようなCFF以下の周波数で駆動したところ、上記フリッカや液晶の焼き付きの問題は顕著となり、表示品質の大幅な低下を招くことがわかったのである。
However, as shown in FIG. 9, in a reflective LCD using a reflective electrode made of a metal material as the
図8、図9に示すような反射型LCDのフリッカや液晶焼き付き発生の原因について、出願人の研究の結果、これらは上述のような液晶層300に対する第1及び第2電極の電気的性質についての非対称性が原因の一つであることが判明した。この非対称性は、第2電極250に用いられるITOなどの透明金属酸化物の仕事関数が4.7eV〜5.2eV程度であるのに対し、第1電極150に用いられるAlなどの金属の仕事関数が4.2eV〜4.3eV程度と差が大きいことに起因すると考えられる。仕事関数の相違は、同一電圧を各電極に印加した時に、実際に配向膜160,260を介して液晶界面に誘起される電荷に差を生じさせる。そして、このような液晶の配向膜界面に誘起される電荷の差により、液晶層内の不純物イオンなどが一方の電極側に偏り、結果として残留DC電圧が液晶層300に蓄積される。液晶の駆動周波数が低くなればなるほど、この残留DCが液晶に及ぼす影響が大きくなってフリッカや液晶の焼き付き発生が顕著となるため、特に、CFF以下での駆動は実質的には困難であった。
As a result of the applicant's research on the causes of flicker and liquid crystal burn-in of the reflective LCD as shown in FIGS. 8 and 9, these are the electrical properties of the first and second electrodes for the
なお、反射型LCDとしては、従来、第1第2電極に透過型LCDのようにITOを用い、第1基板の外側(液晶との非対向側)に別途反射板を設ける構造も知られている。し
かし、第1基板の外側に反射板を設けた場合、透明な第1電極150及び透明第1基板の厚さ分だけ光路長が伸び、視差による表示品質の低下が発生しやすい。従って、高い表示品質の要求されるディスプレイ用途の反射型LCDでは、画素電極として反射電極を用いており、上述のように駆動周波数を低くするとフリッカ等を生ずるため、低消費電力化のために駆動周波数を低下させることはできなかった。
As a reflection type LCD, a structure in which ITO is used for the first second electrode like a transmission type LCD and a reflection plate is separately provided outside the first substrate (on the side not facing the liquid crystal) is conventionally known. Yes. However, when a reflecting plate is provided outside the first substrate, the optical path length is increased by the thickness of the transparent
上記課題を解決するために本発明は、液晶層に対する第1及び第2電極の電気的特性をそろえ、フリッカや視差の影響がなく、表示品質が高くて低消費電力な反射機能を備えた表示装置を実現することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a display with a reflective function that matches the electrical characteristics of the first and second electrodes with respect to the liquid crystal layer, has no influence of flicker and parallax, has high display quality, and low power consumption. The object is to realize the device.
上記目的を達成するために、本発明は、第1電極を備える第1基板と第2電極を備える第2基板との間に液晶層が封入されて構成され画素ごとの表示を行う表示装置において、前記第1基板は、さらに、画素ごとに設けられたスイッチ素子と、前記スイッチ素子を覆う絶縁膜の上に前記スイッチ素子と絶縁されて形成され、前記液晶層に第2基板側から入射される光を反射する反射層を備え、前記第1電極は、前記反射層を直接覆って形成された透明導電材料から構成され、かつ前記スイッチ素子に電気的に接続されている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a display device configured to display each pixel, in which a liquid crystal layer is sealed between a first substrate including a first electrode and a second substrate including a second electrode. The first substrate is further formed on a switch element provided for each pixel and on the insulating film covering the switch element so as to be insulated from the switch element, and is incident on the liquid crystal layer from the second substrate side. The first electrode is made of a transparent conductive material formed directly covering the reflective layer, and is electrically connected to the switch element.
以上のように第1基板側において、液晶層側に第2基板の第2電極と同様の特性を備える透明な第1電極を配置し、この第1電極の下層であって、層間絶縁膜や平坦化絶縁膜などの絶縁膜の上に形成され、各画素のスイッチ素子とは絶縁された反射層を配置することで、液晶層を第1電極と第2電極とによって対称性よく駆動することができる。特に、各画素における液晶層の駆動周波数を例えば60Hzより低く設定した場合でも、フリッカなどを発生することなく高品質な表示が可能である。 As described above, on the first substrate side, the transparent first electrode having the same characteristics as the second electrode of the second substrate is disposed on the liquid crystal layer side, and the lower layer of the first electrode is an interlayer insulating film or A liquid crystal layer is driven with good symmetry by the first electrode and the second electrode by disposing a reflective layer formed on an insulating film such as a planarizing insulating film and insulated from the switch element of each pixel. Can do. In particular, even when the driving frequency of the liquid crystal layer in each pixel is set lower than 60 Hz, for example, high quality display is possible without causing flicker.
本発明の他の態様では、上記表示装置において、前記スイッチ素子を覆う前記絶縁膜に形成されたコンタクトホール内には接続用金属層が形成され、前記スイッチ素子と前記第1電極とは、該接続用金属層を介して電気的に接続される。 In another aspect of the present invention, in the display device, a connection metal layer is formed in a contact hole formed in the insulating film covering the switch element, and the switch element and the first electrode include It is electrically connected through a metal layer for connection.
本発明の他の態様では、上記表示装置において、前記接続用金属層には、少なくとも前記第1電極との接触面において、高融点金属材料が用いられている。 In another aspect of the present invention, in the above display device, the connection metal layer is made of a refractory metal material at least on the contact surface with the first electrode.
本発明の他の態様では、上記表示装置において、前記第1電極の前記透明導電性材料の仕事関数と、前記第2基板の液晶層側に形成される前記第2電極の透明導電性材料の仕事関数との差は、0.5eV以下である。 In another aspect of the present invention, in the display device, the work function of the transparent conductive material of the first electrode and the transparent conductive material of the second electrode formed on the liquid crystal layer side of the second substrate. The difference from the work function is 0.5 eV or less.
本発明の他の態様では、透明な第1電極を備える第1基板と透明な第2電極を備える第2基板との間に液晶層が封入されて構成された表示装置の製造方法であって、前記第1基板上に薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタを覆って少なくとも一層の絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタの能動層に対応する領域にコンタクトホールを形成し、前記コンタクトホール領域に接続用金属層を形成し、前記絶縁膜及び前記接続用金属層上を覆って反射材料層を形成し、前記接続用金属層上を除く所定画素領域に該材料層が残るようにパターニングして反射層を形成し、前記反射層及び前記接続用金属層を覆って透明導電材料からなる第1電極を形成し、前記薄膜トランジスタに前記接続用金属層を介して前記第1電極を電気的に接続する。 In another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a display device configured by enclosing a liquid crystal layer between a first substrate having a transparent first electrode and a second substrate having a transparent second electrode. Forming a thin film transistor on the first substrate, forming at least one insulating film covering the thin film transistor, forming a contact hole in a region of the insulating film corresponding to an active layer of the thin film transistor, and forming the contact hole region A connection metal layer is formed, a reflective material layer is formed over the insulating film and the connection metal layer, and patterning is performed so that the material layer remains in a predetermined pixel region except on the connection metal layer. Forming a reflective layer, covering the reflective layer and the connecting metal layer, forming a first electrode made of a transparent conductive material, and attaching the first electrode to the thin film transistor via the connecting metal layer. The gas to be connected.
このように、液晶側に第1電極を配置した構成において、薄膜トランジスタと第1電極の間に接続用金属層を介在させることにより、第1電極の下層に形成される上記反射層のパターニング時に、薄膜トランジスタの電極や能動層などが劣化することを防止でき、反射層の上に形成される第1電極と薄膜トランジスタとを確実に接続することができる。 Thus, in the configuration in which the first electrode is disposed on the liquid crystal side, by interposing the connecting metal layer between the thin film transistor and the first electrode, the patterning of the reflective layer formed below the first electrode, It is possible to prevent deterioration of the electrode and active layer of the thin film transistor, and it is possible to reliably connect the first electrode formed on the reflective layer and the thin film transistor.
この発明では、反射型または半透過型LCDのように一方の基板側に射層を形成する必要がある場合においても、同等な特性を有する第1電極と第2電極とを液晶層に対して同等な位置に配置できる。従って、液晶を対称性よく交流駆動することができる。このため、液晶の駆動周波数を例えばCFF以下に設定したような場合であっても、フリッカの発生なく、また焼き付きを発生させることなく高品質な表示を行うことができる。 In the present invention, even when it is necessary to form a projecting layer on one substrate side as in the case of a reflective or transflective LCD, the first electrode and the second electrode having equivalent characteristics are connected to the liquid crystal layer. Can be placed in the same position. Therefore, the liquid crystal can be AC driven with good symmetry. For this reason, even when the driving frequency of the liquid crystal is set to CFF or less, for example, high-quality display can be performed without flickering and without causing burn-in.
以下、図面を用いて本発明の好適な実施の形態(以下実施形態という)について説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments (hereinafter referred to as embodiments) of the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る反射型LCDとして反射型アクティブマトリクスLCDの第1基板側の平面構成の一部、図2は、図1のA−A線に沿った位置におけるLCDの概略断面構成を示している。アクティブマトリクス型LCDでは、表示領域内にマトリクス状に複数の画素が設けられ、各画素に対してTFTなどのスイッチ素子が設けられる。スイッチ素子は、第1及び第2基板の一方、例えば第1基板100側に画素ごとに形成され、このスイッチ素子に個別パターンに形成された画素電極(第1電極)50が接続されている。
FIG. 1 is a part of a planar configuration on the first substrate side of a reflective active matrix LCD as a reflective LCD according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross section of the LCD at a position along the line AA in FIG. The configuration is shown. In an active matrix LCD, a plurality of pixels are provided in a matrix in a display area, and a switch element such as a TFT is provided for each pixel. The switch element is formed for each pixel on one of the first and second substrates, for example, the
第1及び第2基板100,200には、ガラスなどの透明基板が用いられ、第1基板100と対向する第2基板200側には、従来と同様に、カラータイプの場合にはカラーフィルタ210が形成され、このカラーフィルタ210上に透明導電材料からなる第2電極250が形成されている。第2電極250の透明導電材料としては、IZO(Indium Zinc Oxide)やITOなどが採用される。なお、アクティブマトリクス型では、この第2電極250は各画素に対する共通電極として形成されている。また、このような第2電極250の上には、ポリイミドなどからなる配向膜260が形成されている。
A transparent substrate such as glass is used for the first and
以上のような構成の第2基板側に対し、本実施形態では、第1基板側の液晶層300に対する電気的特性を揃えるような電極構造が採用されている。具体的には、図2に示すように、第1基板100上の配向膜の直下に、従来のような反射金属電極ではなく、第2電極250と仕事関数の類似した材料、即ち、IZOやITOなど、第2電極250と同様の透明導電材料からなる第1電極50を形成している。そして、反射型LCDとするため、この第1電極50の下層には、第2基板側からの入射光を反射する反射層44が形成されている。
In contrast to the second substrate side having the above-described configuration, in the present embodiment, an electrode structure is adopted so that the electrical characteristics of the
第1電極50として用いる材料は、第2電極250の材料と同一とすることにより、液晶層300に対し、同一の仕事関数の電極が、間に配向膜60,260を介して配置されることになるため、第1電極50と第2電極250とにより液晶層300を非常に対称性よく交流駆動することが可能となる。但し、第1電極50と第2電極250とはその仕事関数が完全に同一でなくても、液晶層300を対称性よく駆動可能な限り近似していればよい。例えば、両電極の仕事関数の差を0.5eV程度以下とすれば、液晶の駆動周波数を上述のようなCFF以下とした場合であっても、フリッカや液晶の焼き付きなく、高品質な表示が可能となる。
The material used as the
このような条件を満たす第1電極50及び第2電極250としては、例えば、第1電極50にIZO(仕事関数4.7eV〜5.2eV)、第2電極250にITO(仕事関数4.7eV〜5.0eV)、あるいはその逆などが可能であり、材料の選択にあたっては、透過率、パターニング精度などプロセス上の特性や、製造コストなどを考慮して各電極に用いる材料をそれぞれ選択してもよい。
As the
反射層44としては、Al、Ag、これらの合金(本実施形態ではAl−Nd合金)など、反射特性に優れた材料を少なくともその表面側(液晶層側)に用いる。また、反射層44はAl等の金属材料の単独層であってもよいが、平坦化絶縁膜38と接する下地層としてMo等の高融点金属層を設けてもよい。このような下地層を形成すれば、反射層44と平坦化絶縁膜38との密着性が向上するため、素子の信頼性向上を図ることができる。なお、図2の構成では、平坦化絶縁膜38の各画素領域内に所望の角度の傾斜面が形成されており、この平坦化絶縁膜38を覆って反射層44を積層することで、反射層44の表面に同様な傾斜が形成されている。このような傾斜面を最適な角度、位置で形成すれば、各画素毎に外光を集光して射出することができ、例えばディスプレイの正面位置での表示輝度の向上を図ることが可能である。もちろん、このような傾斜面は必ずしも存在しなくてもよい。
As the
反射層44は以上のようにAlなど導電性材料によって構成されるが、この反射層44上に積層される第1電極50と、反射層44とは電気的に絶縁される。絶縁される理由は、第1電極50の材料としてIZOや、ITO等を採用する場合、これらがスパッタリングによって成膜されることによる。即ち、Alなどからなる反射層44は、スパッタリング雰囲気に晒されることで、表面で酸化反応が起き、自然酸化膜で覆われるためである。そこで、本実施形態では、この反射層44は従来の反射型LCDのように液晶を駆動するための第1電極としては利用せず、反射層44の上に形成した透明導電層を第1電極50として用いて液晶層300に表示内容に応じた電圧を印加することとしている。
The
ところで、最近、光透過機能と反射機能の両方を備えたいわゆる半透過型LCDが提案されており、この半透過型としては、透過型LCDと同様、ITOなどの画素電極が先に形成されて、この透明電極の一部領域を覆ってAlなどの反射電極を積層する構成が知られている。このような半透過型LCDでは、基板側から透明電極層/反射電極層を順に積層すれば2つの電極層は電気的に接続されて1つの画素電極として機能する。しかし、上述のように、液晶層側に反射電極が配置されるので、第2電極との仕事関数の相違から、液晶層300を対称性よく駆動できないという問題が生じてしまう。さらに、電気的な対称性を向上させるため、この電極の積層順を逆にすることが考えられるが、上述のように反射電極に用いられるAlやAg系の金属材料は、その表面に自然酸化膜が形成されやすく、特に、これらの金属層の形成後に、透明導電材料層を形成するためのスパッタリングなどに晒されることで自然酸化膜に表面が覆われ、金属層と透明電極とが絶縁されてしまう。従って、単に電極の積層順を変えただけでは、第1基板側では、透明電極によって液晶を駆動することができず、結局、第1基板側と第2基板側とで液晶に対する電気的特性を揃えることができないのである。
Recently, a so-called transflective LCD having both a light transmissive function and a reflective function has been proposed. As in the transmissive LCD, a pixel electrode such as ITO is formed first. A configuration is known in which a reflective electrode such as Al is laminated so as to cover a partial region of the transparent electrode. In such a transflective LCD, if a transparent electrode layer / reflective electrode layer are sequentially laminated from the substrate side, the two electrode layers are electrically connected to function as one pixel electrode. However, as described above, since the reflective electrode is disposed on the liquid crystal layer side, there is a problem that the
これに対し、本実施形態では、反射層44は第1電極50及びTFT110のいずれからも絶縁し、かつ接続用金属層42を第1電極50とTFT110(例えばTFT110のソース電極40)との間に介在させるので第1電極50とTFT110とを確実に接続できる。また、第2基板側と同様に、第1基板側でも液晶層に近接配置された透明導電材料からなる第1電極50によって、液晶を駆動することが可能となっている。
In contrast, in the present embodiment, the
ここで、第1電極50とTFT110とを接続するために本実施形態において採用する上記金属層42に求められる条件は、(i)IZOやITOなどからなる第1電極50との電気的接続がとれること、(ii)TFT110に図2のように例えばAlなどのソース電極40が設けられる場合、このソース電極40と電気的にコンタクトでき、ソース電極40が省略される場合には、半導体(ここでは多結晶シリコン)能動層と電気的接続できること、
(iii)画素ごとの個別形状に反射層44をパターニングする際に、この反射層44の
エッチング液によって除去されないこと、
などである。このような金属層42としては、Mo、Ti、Crなどの高融点金属材料を用いることが好適である。
Here, the conditions required for the
(Iii) When the
Etc. As such a
以下、本実施形態のような第1電極50と対応するTFT110とを確実に接続するための構造、及びこの構造を実現する製造方法について説明する。
Hereinafter, a structure for reliably connecting the
TFT110としては、トップゲート型を採用しており、また、能動層20としてアモルファスシリコン(a−Si)をレーザアニールで多結晶化して得た多結晶シリコン(p−Si)を用いている。もちろん、TFT110は、トップゲート型p−Siに限定されるものではなく、ボトムゲート型でもよいし、能動層にa−Siが採用されていてもよい。TFT110の能動層20のソース・ドレイン領域20s、20dにドープされる不純物は、n導電型、p導電型のいずれでもよいが、本実施形態ではリンなどのn導電型不純物をドープし、n−ch型のTFT110を採用している。
As the
TFT110の能動層20はゲート絶縁膜30に覆われ、ゲート絶縁膜30上にCrなどからなりゲートラインを兼用するゲート電極32が形成されている。そして、このゲート電極32形成後、このゲート電極をマスクとして能動層20には上記不純物がドープされてソース及びドレイン領域20s、20d、そして不純物がドープされないチャネル領域20cが形成される。次に、このTFT110全体を覆って層間絶縁膜34が形成し、この層間絶縁膜34にコンタクトホールを形成した後、電極材料が形成され、このコンタクトホールを介して、それぞれ、上記p−Si能動層20のソース領域20sにソース電極40が接続され、ドレイン領域20dにドレイン電極36が接続される。なお、本実施形態では、ドレイン電極36は、各TFT110に表示内容に応じたデータ信号を供給するデータラインを兼用している。一方、ソース電極40は、後述するように画素電極である第1電極50に接続される。
The
ソース電極40及びドレイン電極36の形成後、基板全面を覆ってアクリル樹脂などの樹脂材料からなる平坦化絶縁膜38が形成され、ソース電極40の形成領域にコンタクトホールが形成され、ここに接続用金属層42が形成され、ソース電極40とこの金属層42とが接続される。ソース電極40としてAlなどが用いられている場合に、金属層42としてMo等の金属材料を採用することで、ソース電極40との接続は良好なオーミックコンタクトとなる。なお、図3に示すように、ソース電極40を省略することも可能であり、この場合、金属層42は、TFT110のシリコン能動層20と接することとなるが、Mo等の金属は、このような半導体材料との間でオーミックコンタクトを確立することができる。
After the
接続用金属層42の積層・パターニング後、基板全面に反射層44を構成する、Al−Nd合金や、Alなどの反射特性に優れた材料が蒸着やスパッタリングなどによって積層される。積層されたこの反射材料は、少なくとも、金属層42と後に形成される第1電極50とのコンタクトを妨げないようTFT110のソース領域付近(金属層42の形成領域)に残存しないようにエッチング除去され、図1に示すようなパターンの反射層44が各画素に形成される。なお、TFT110(特にチャネル領域20c)に光が照射されてリーク電流が発生してしまうことを防止し、かつ反射可能な領域(つまり表示領域)をできるだけ広くするために、本実施形態では、反射層44は、図1のように、TFT110のチャネル上方領域にも積極的に形成している。
After the
このような反射層44のパターニングに際し、上記Mo等からなる金属層42は、十分な厚さ(例えば0.2μm)を備え、かつエッチング液に対して十分な耐性を備える。従って、金属層42上の反射層44をエッチング除去した後もこの金属層42は完全に除去
されずにコンタクトホール内に残存することができる。また、多くの場合、ソース電極40等には、反射層44と同様な材料(Al等)から構成されるため、上記金属層42が存在しないと、ソース電極40が反射層44のエッチング液に浸食されて断線等が発生してしまう。しかし、本実施形態のように金属層42を設けることで、反射層44のパターニングに耐えて、ソース電極40との良好な電気的接続を維持することができる。
When the
反射層44のパターニング後、透明導電層がスパッタリングによって反射層44を含む基板全面を覆うように積層される。ここで、上述のようにAlなどからなる反射層44の表面は、このとき絶縁性の自然酸化膜(図3の符号46参照)で覆われるが、Mo等の高融点金属は、スパッタリング雰囲気に晒されても表面は酸化されない。従って、コンタクト領域において露出した金属層42は、この金属層42の上に積層される第1電極用の透明導電層との間でオーミックコンタクトすることができる。なお、透明導電層は、成膜後、図1に示すように画素毎に独立した形状にパターニングされ、これにより画素電極(第1電極)50が得られる。また、各画素領域に第1電極50が形成された後、基板全面を覆うようにポリイミドなどからなる配向膜60が形成され第1基板側が完成する。後は、配向膜260まで形成した第2基板200とこの第1基板100とを一定のギャップに離して基板の周辺部分で貼り合わせ、基板間に液晶を封入して、液晶表示装置を得る。
After patterning the
本実施形態の金属層42は、図4に示すように、ソース電極41がMo等の高融点金属層によってAl層が挟まれた多層構造を備える場合においても、ソース電極41と良好な接続を維持できる。図4に示すソース電極41(データラインを兼用するドレイン電極37も同様)は、能動層20側から順にMo層41a/Al層41b/Mo層41cが積層されて構成されており、p−Siからなる能動層20側にMo層41aが形成されていることで、Al層41b中にSi原子が移動して能動層に欠陥が生ずることを防止しており、また最上層にMo層41cが形成されていることで、コンタクト形成、金属層42の形成・エッチング工程を経ても、金属層42との間の電気的接続が良好に維持すること可能としている。もちろん、本実施形態では、金属層42として、ソース電極41の最上層と同様なMo等を用いるので、図4に示すようなソース電極41とも非常に良好にコンタクトすることができる。
As shown in FIG. 4, the
また、本実施形態の金属層42が、図4に示すソース電極41のような多層構造を備えていてもよい。このような金属層42の多層構造としては、例えば下層から順にMo等の高融点金属層/Al等の導電層/Mo等の高融点金属層の3層構造、あるいはAl等の導電層/Mo等の高融点金属層の2層構造が採用できる。このような多層の金属層42が採用される場合に、下に配置されるソース電極40としては、図4のような上記多層構造であってもよいし、Alなどの単層構造であってもよい。さらに、図3に示すように金属層43を能動層20と直接コンタクトさせる場合においては、金属層43として、上記同様の3層または2層構造を採用することも可能である。いずれの場合においても、金属層42,43は、反射層44のエッチングに耐え、かつ該第1電極50形成時に表面に絶縁膜が形成されずに安定かつ電気的接続特性を維持する必要があり、少なくとも、第1電極50と接する表面側に高融点金属層が形成されていることが好適である。
Further, the
次に、半透過型LCDについて説明する。以上では、反射層44が1画素領域内のほぼ全域に形成された反射型LCDを例に説明した。しかし本発明は反射型としてだけでなく半透過型LCDにも適用することが可能である。
Next, a transflective LCD will be described. In the above description, the reflective LCD in which the
図5は、このような半透過型アクティブマトリクスLCDの一画素あたりの平面構成、図6は、図5のB−B線に沿った位置におけるLCDの概略断面構成を示している。上記図1及び図2に示した反射型LCDにおいて、反射層44は、1画素領域のほぼ全て(TFTとのコンタクト領域は除く)に形成されている。これに対し、図5及び図6に示すよ
うな半透過型LCDでは、1画素内に反射層44及び透明第1電極50が積層された反射領域と、反射層44が除去されて、透明第1電極50しか存在しない光透過領域とが形成されている。
FIG. 5 shows a planar configuration per pixel of such a transflective active matrix LCD, and FIG. 6 shows a schematic cross-sectional configuration of the LCD at a position along the line BB in FIG. In the reflective LCD shown in FIGS. 1 and 2, the
このような半透過型LCDにおいても、第1電極50を反射層44よりも液晶層側に配置しつつ、反射層44は、その直上に形成される第1電極50と自然酸化膜46によって絶縁し、またTFT110と第1電極50とのコンタクトを妨げないようこの領域から除去する。従って、この半透過型LCDによっても、仕事関数の近似した第1電極50及び第2電極250によって、それぞれ配向膜を間に挟んで液晶層300を対称性よく交流駆動でき、かつ、周囲光の強さ等に応じて光源を切り替えることで、反射表示、透過表示のいずれも行うことができる。
Also in such a transflective LCD, the
以上、反射層44を備える反射または半透過型のLCDについて説明したが、本発明に係るスイッチ素子(TFT)、接続用金属層、反射層及び透明第1電極の構成を、ELディスプレイに適用することで、反射機能を透明な第1電極の下部に設けつつ、この第1電極と下層のTFTとを確実に接続することができる。図7は本実施形態に係るアクティブマトリクス型のELディスプレイの各画素における部分断面構造を示す。
Although the reflective or transflective LCD including the
図7のELディスプレイにおいて採用された素子は、発光材料として有機化合物を用いた有機EL素子90であり、陽極80と陰極86との間に有機素子層88が形成されている。有機素子層88は、少なくとも有機発光機能分子を含む発光層83を備え、有機化合物の特性、発光色などにより単層構造、2層、3層またはそれ以上の多層構造から構成することができる。図7の例では、有機素子層88は、基板側100に配置される陽極80側から正孔輸送層82/発光層83/電子輸送層84がこの順に形成され、発光層83は陽極80と同様に画素ごとに個別パターンとされ、正孔輸送層82及び電子輸送層84が陰極86と同様に全画素共通で形成されている。なお、隣接する画素間で各陽極80を絶縁し、また陽極80のエッジ領域において上層の陰極86とのショートを防止する目的で、隣接画素の陽極間領域には平坦化絶縁膜39が形成されている。
The element employed in the EL display of FIG. 7 is an organic EL element 90 using an organic compound as a light emitting material, and an
以上のような構成の有機EL素子90は、陽極80から注入される正孔と陰極86から注入される電子とが発光層83で再結合して有機発光分子が励起され、これが基底状態に戻る際に光が放射される。このように有機EL素子90は電流駆動型の発光素子であり、陽極80は、有機素子層88に対して十分な正孔注入能力を備える必要があり、仕事関数の高いITO、IZOなどの透明導電材料が用いられることが多い。従って、多くの場合、発光層83からの光は、この透明な陽極80側から透明な基板100を透過して外部に射出される。しかし、図7に示すアクティブマトリクス型有機ELディスプレイでは、陰極側から光を射出することができる。
In the organic EL element 90 configured as described above, holes injected from the
このような図7のディスプレイは、上記有機EL素子90を駆動するためのTFT110、金属層42、反射層44、そして、有機EL素子90の陽極80は、例えば図2に示すような上述のTFT110、金属層42、反射層44及び第1電極50と同様の構成が採用されている。従って、陽極80に透明導電材料を用いた場合において、この陽極80の下層に、該陽極80と絶縁されたAlやAl−Nd合金など反射特性に優れた材料かからなる反射層44を設けることができる。このため、有機EL素子90の陰極86として、陽極80と同様にITOやIZOなどの透明導電材料を用いるか、または光を透過可能な程度薄くAl、Agなどの金属材料を用いて形成することで(開口部を設けてもよい)、発光層83からの光を陰極86側から外部に射出するトップエミッション型構造を容易に実現することができる。即ち、図7に示すように、陽極80の下層には反射層44が配置されているため、陽極80側に進んだ光は反射層44で反射され、結局発光層83で得られた光を陰極86側から射出することが可能となる。
In the display of FIG. 7, the
20 能動層(p−Si層)、30 ゲート絶縁膜、32 ゲート電極(ゲートライン)、34 層間絶縁膜、
36,37 ドレイン電極(データライン)、38,39 平坦化絶縁膜、40,41
ソース電極、
42、43 接続用金属層、44 反射層、46 自然酸化膜、50 第1電極、60,260 配向膜、
80 陽極(第1電極)、82 正孔輸送層、83 発光層、84 電子輸送層、86
陰極(第2電極)、
88 有機素子層、90 有機EL素子、100 第1基板、110 TFT、200
第2基板、
210 カラーフィルタ、250 第2電極、300 液晶層。
20 active layer (p-Si layer), 30 gate insulating film, 32 gate electrode (gate line), 34 interlayer insulating film,
36, 37 Drain electrode (data line), 38, 39 Planarization insulating film, 40, 41
Source electrode,
42, 43 Metal layer for connection, 44 Reflective layer, 46 Natural oxide film, 50 First electrode, 60, 260 Alignment film,
80 anode (first electrode), 82 hole transport layer, 83 light emitting layer, 84 electron transport layer, 86
Cathode (second electrode),
88 organic element layer, 90 organic EL element, 100 first substrate, 110 TFT, 200
A second substrate,
210 color filter, 250 second electrode, 300 liquid crystal layer.
Claims (6)
前記第1電極と前記第2電極との間に形成された有機素子層とで構成され画素ごとの表示を行う表示装置であって、
前記第1基板は、さらに、
前記画素ごとに設けられたスイッチ素子と、
前記有機素子層からの光を反射する反射層を備え、
前記第1電極は光を透過可能な材料から構成され、かつ前記スイッチ素子に電気的に接続されていることを特徴とする表示装置。 A first electrode and a second electrode formed on the first substrate;
A display device configured to display each pixel, which includes an organic element layer formed between the first electrode and the second electrode;
The first substrate further includes:
A switch element provided for each of the pixels;
A reflective layer for reflecting light from the organic element layer;
The display device, wherein the first electrode is made of a material capable of transmitting light, and is electrically connected to the switch element.
前記光を透過可能な材料は、薄膜化したアルミニウムまたは薄膜化した銀であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device characterized in that the light-transmitting material is thinned aluminum or thinned silver.
前記第1電極は開口部が形成されていることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1 or 2,
The display device, wherein the first electrode has an opening.
前記光を透過可能な材料は、ITOまたはIZOであることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device, wherein the light transmissive material is ITO or IZO.
前記第1電極は前記反射層を覆って形成されていることを特徴とする表示装置。 The display device according to any one of claims 1 to 4,
The display device, wherein the first electrode is formed to cover the reflective layer.
前記第1電極と前記第2電極との間に形成された有機EL素子とで構成され画素ごとの表示を行う表示装置の製造方法であって、
前記第1基板上に薄膜トランジスタを形成し、
前記薄膜トランジスタを覆って絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の前記薄膜トランジスタの能動層に対応する領域にコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホール領域に接続用金属層を形成し、
前記絶縁膜及び前記接続用金属層上を覆って反射材料層を形成し、前記接続用金属層上を除く所定画素領域に該反射材料層が残るようにパターニングして反射層を形成し、
前記反射層及び前記接続用金属層を覆って光を透過可能な材料からなる第1電極を形成し、該第1電極は前記接続用金属層を介して前記薄膜トランジスタに電気的に接続することを特徴とする表示装置の製造方法。 A first electrode and a second electrode formed on the first substrate;
A method of manufacturing a display device configured to display each pixel, which is configured by an organic EL element formed between the first electrode and the second electrode,
Forming a thin film transistor on the first substrate;
Forming an insulating film covering the thin film transistor;
Forming a contact hole in a region of the insulating film corresponding to an active layer of the thin film transistor;
Forming a metal layer for connection in the contact hole region;
A reflective material layer is formed covering the insulating film and the connection metal layer, and a reflective layer is formed by patterning so that the reflective material layer remains in a predetermined pixel region except on the connection metal layer,
Forming a first electrode made of a material capable of transmitting light so as to cover the reflective layer and the connection metal layer, and the first electrode is electrically connected to the thin film transistor through the connection metal layer; A display device manufacturing method.
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