液晶显示装置的制造方法

液晶显示装置的制造方法
【专利摘要】本发明的目的之一在于提供一种具有包括氧化物半导体层的薄膜晶体管的液晶显示装置。在具有包括氧化物半导体层的薄膜晶体管的液晶显示装置中，至少对覆盖该氧化物半导体层的层间膜使用可以减弱透过的可见光的光强度的膜。作为可以减弱透过的可见光的强度的膜，可以使用着色层，优选使用彩色的透光树脂层。采用包括彩色透光树脂层和遮光层的层间膜，并且作为能够减弱透过的可见光的光强度的膜也可以使用遮光层。
【专利说明】液晶显示装置
[0001 ] 本申请是申请日为2009年11月27日、申请号为“200910247186.乂”、发明名称为“液晶显示装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种使用氧化物半导体的液晶显示装置及其制造方法。
【背景技术】
[0003]以液晶显示装置为代表的形成在玻璃衬底等的平板上的薄膜晶体管使用非晶硅、多晶硅制造。使用非晶硅的薄膜晶体管具有如下特性:虽然其场效应迀移率低，但是可以对应于玻璃衬底的大面积化。另一方面，使用结晶硅的薄膜晶体管具有如下特性:虽然其场效应迀移率高，但是需要进行激光退火等的晶化工序，因此其不一定适合于玻璃衬底的大面积化。
[0004]另一方面，使用氧化物半导体制造薄膜晶体管，并将其应用于电子装置和光装置的技术受到注目。例如，专利文献I及专利文献2公开作为氧化物半导体膜使用氧化锌、In-Ga-Zn-O类氧化物半导体来制造薄膜晶体管，并将其用于图像显示装置的开关元件等的技术。
[0005]在氧化物半导体中设置有沟道形成区的薄膜晶体管可以实现比使用非晶硅的薄膜晶体管更高的场效应迀移率。可以利用溅射法等在300度以下的温度下形成氧化物半导体膜，其制造工序比使用多晶硅的薄膜晶体管的制造工序简单。
[0006]由于氧化物半导体为透过可见光区的波长的光的透明半导体，所以通过将其用于显示装置的像素可以实现高开口化。
[0007]可以期待使用这种氧化物半导体在玻璃衬底、塑料衬底等上形成薄膜晶体管，并将其应用于显示装置。
[0008][专利文献I]日本专利申请公开2007-123861号公报
[0009][专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报

【发明内容】

[0010]由此，本发明的目的在于提供一种适合于应用有氧化物半导体的薄膜晶体管的液晶显示装置。
[0011]在具有包括氧化物半导体层的薄膜晶体管的液晶显示装置中，至少对覆盖该氧化物半导体层的层间膜使用能过减弱透过的可见光的光强度的膜。能够减弱透过的可见光的光强度的膜比氧化物半导体层的可见光的透光率低。作为能够减弱透过的可见光的光强度的膜，可以使用着色层，优选使用彩色的透光树脂层。另外，采用包括彩色透光树脂层和遮光层的层间膜，并且作为能够减弱透过的可见光的光强度的膜也可以使用遮光层。
[0012]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0013]彩色是指除了黑、灰、白等的无彩色之外的颜色，因为将彩色的透光树脂层用作彩色滤光片，所以使用只透过被着色的彩色的光的材料来形成。至于彩色，可以使用红色、绿色、蓝色等。另外，还可以使用蓝绿色、紫红色、黄色等。只透过被着色的彩色的光意味着:在彩色透光树脂层中透过的光在其彩色光的波长中具有峰值。
[0014]作为彩色透光树脂层，因为将其用作彩色滤光层，所以可以考虑所包含的着色材料的浓度与光的透过率的关系以适当地控制最适合的厚度。当使用多个薄膜的叠层作为层间膜时，只要至少有一个层为彩色的透光树脂层，就可以起到作为彩色滤光片的功能。
[0015]当根据彩色的颜色而厚度不同或者具有起因于薄膜晶体管的凹凸时，可以层叠能够透过可见光区的波长的光的(即所谓的无色透明)绝缘层，而使层间膜表面平坦化。通过提高层间膜的平坦性，在其上形成的像素电极层、共同电极层的覆盖性提高，并可以使液晶层的间隙(厚度)均匀，由此可以进一步地提高液晶显示装置的可见度而实现高图像质量化。
[0016]当将遮光层(黑矩阵)用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，遮光层可以遮断向薄膜晶体管的半导体层的光的入射，因此具有可以防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，由于遮光层还可以防止向相邻的像素的漏光，所以可以进行更高对比度以及高清晰的显示。由此，可以实现液晶显示装置的高清晰、高可靠性。
[0017]在本说明书中，将形成有薄膜晶体管、像素电极层、共同电极层以及层间膜的衬底称作元件衬底(第一衬底)，并将隔着液晶层与该元件衬底相对的衬底称作对置衬底(第二衬底)。
[0018]遮光层可以形成在液晶显示装置的对置衬底一侧或元件衬底一侧。可以进一步地提高对比度或提高薄膜晶体管的稳定性的作用。通过将遮光层形成在对应于薄膜晶体管的区域(至少与薄膜晶体管的半导体层重叠的区域)上，可以防止由从对置衬底入射的光引起的薄膜晶体管的电特性的变动。当将遮光层形成在对置衬底一侧时，可以将其形成在隔着液晶层对应于薄膜晶体管的区域(至少与薄膜晶体管的半导体层重叠的区域)上。当将遮光层形成在元件衬底一侧时，可以将其直接形成在薄膜晶体管上(至少覆盖薄膜晶体管的半导体层的区域)，或者隔着绝缘层而形成。
[0019]当在对置衬底一侧也设置遮光层时，有时薄膜晶体管的半导体层通过遮光性的布线层或电极层等可以遮断来自元件衬底的光和来自对置衬底的光，所以不需要一定覆盖薄膜晶体管地形成遮光层。
[0020]本说明书所公开的发明的结构的一个方式，包括:将与栅电极层重叠的氧化物半导体层用作沟道形成区的薄膜晶体管；电连接到薄膜晶体管的像素电极层;设置在薄膜晶体管与像素电极层之间的层间膜；以及，设置在薄膜晶体管、像素电极层以及层间膜上的液晶层，其中，层间膜是透光率比氧化物半导体层低的彩色透光树脂层，并且，彩色透光树脂层在与像素电极层重叠的同时以覆盖氧化物半导体层的方式设置。
[0021]本说明书所公开的发明的结构的另一方式，包括:将与栅电极层重叠的氧化物半导体层用作沟道形成区的薄膜晶体管；电连接到薄膜晶体管的像素电极层;设置在薄膜晶体管与像素电极层之间的层间膜；以及，设置在薄膜晶体管、像素电极层以及层间膜上的液晶层，其中，层间膜包括透光率比氧化物半导体层低的彩色透光树脂层以及遮光层，并且，遮光层以覆盖氧化物半导体层的方式设置，而彩色透光树脂层以与像素电极层重叠的方式设置。
[0022]另外，在本说明书中为方便起见附加第一、第二等序数词。因此，它们不表示发明的工序顺序或层叠顺序。另外，其在本说明书中不表示特定发明的事项的固有名称。
[0023]另外，在本说明书中半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
[0024]在具有将氧化物半导体层用作沟道的薄膜晶体管的液晶显示装置中，通过至少对覆盖该氧化物半导体层的层间膜使用能够减弱透过的可见光的光强度的材料形成，可以在不影响开口率的情况下使该薄膜晶体管的工作特性稳定。
【附图说明】
[0025]图1是说明液晶显不装置的图；
[0026]图2是说明液晶显不装置的图；
[0027]图3A和3B是说明液晶显不装置的图；
[0028]图4A和4B是说明液晶显不装置的图；
[0029]图5A和5B是说明液晶显示装置的图；
[0030]图6A和6B是说明液晶显示装置的图；
[0031 ]图7A和7B是说明液晶显示装置的图；
[0032]图8A至8D是说明液晶显示装置的电极层的图；
[0033]图9A和9B是说明液晶显不装置的图；
[0034]图1OA和1B是说明液晶显示装置的图；
[0035]图1lA和IlB是说明液晶显示装置的图；
[0036]图12A1、12A2和12B是说明液晶显示装置的图；
[0037]图13A和13B是示出电视装置以及数码相框的例子的外观图；
[0038]图14A和14B是示出游戏机的例子的外观图；
[0039]图15A和15B是示出移动电话机的一个例子的外观图；
[0040]图16是说明液晶显不I旲块的图；
[0041 ]图17A和17B是说明液晶显示装置的图；
[0042]图18A和18B是说明液晶显不装置的图；
[0043]图19A至19D是说明液晶显示装置的制造方法的图。
【具体实施方式】
[0044]参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下被变换为各种形式。因此，不应该被解释为仅限于以下所示的实施方式的记载内容。注意，在以下说明的结构中，在不同的附图中对于相同部分或具有相同功能的部分使用相同的附图标记表示，而省略重复说明。
[0045]实施方式I
[0046I 参照图1、图2以及图17A和17B对液晶显示装置以及液晶显示装置的制造方法进行说明。
[0047]图1、图2以及图17A和17B是液晶显示装置的截面图。
[0048]在图1和图2中，在元件衬底的第一衬底200上形成有元件层203(参照图17A和17B)，在元件层203上形成有层间膜209，在层间膜209上设置有像素电极层230。像素电极层230与形成在对置衬底的第二衬底201上的对置电极层231以夹着液晶层208的方式被密封。
[0049]在图1的液晶显示装置的方式中，多个像素以矩阵状设置，在像素中包括:包括氧化物半导体层的薄膜晶体管;薄膜晶体管上的层间膜;层间膜上的像素电极层；以及像素电极层上的液晶层，其中层间膜为彩色透光树脂层。
[0050]元件层203(参照图17A和17B)设置有多个设置为矩阵状的像素，并且在该像素中具有包括氧化物半导体层的薄膜晶体管220。薄膜晶体管220是反交错型薄膜晶体管，在具有绝缘表面的衬底的第一衬底200上包括:栅电极层221、栅极绝缘层222、半导体层223、用作源区或漏区的η+层224a、224b以及用作源电极层或漏电极层的布线层225a、225b。另外，薄膜晶体管220被绝缘膜227覆盖。
[0051]在图1的液晶显示装置中，作为层间膜209，使用能够减弱透过的可见光的光强度的膜的彩色透光树脂层204。彩色透光树脂层204的可见光的透光率低于氧化物半导体层的半导体层223的可见光的透光率。
[0052]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管220上的层间膜209时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管220的半导体层223的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管220的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0053]彩色是指除了黑、灰、白等的无彩色之外的颜色，因为将着色层用作彩色滤光片，所以使用只透过被着色的彩色的光的材料来形成。至于彩色，可以使用红色、绿色、蓝色等。另外，还可以使用蓝绿色、紫红色、黄色等。只透过被着色的彩色的光意味着:在着色层中透过的光在其彩色光的波长中具有峰值。
[0054]作为彩色透光树脂层204，因为将其用作着色层(彩色滤光片)，所以可以考虑所包含的着色材料的浓度与光的透过率的关系以适当地控制最适合的厚度。当使用多个薄膜的叠层作为层间膜209时，只要至少有一个层为彩色的透光树脂层，就可以起到作为彩色滤光片的功能。
[0055]当根据彩色的颜色而彩色透光树脂层的厚度不同或者具有起因于遮光层、薄膜晶体管的凹凸时，可以层叠能够透过可见光区的波长的光的(即所谓的无色透明)绝缘层，而使层间膜表面平坦化。通过提高层间膜的平坦性，在其上形成的像素电极层、共同电极层的覆盖性提高，并可以使液晶层的间隙(厚度)均匀，由此可以进一步地提高液晶显示装置的可见度而实现高图像质量化。
[0056]作为能够减弱透过的可见光的光强度的膜，可以使用用作遮光层的着色层。在图2的液晶显示装置中，在层间膜209中包含彩色透光树脂层204和遮光层205，并且作为设置在半导体层223上的能够减弱透过的可见光的光强度的膜使用遮光层205。遮光层205的可见光的透光率低于氧化物半导体层的半导体层223的可见光的透光率。
[0057]在图2的液晶显示装置的方式中，多个像素以矩阵状设置，在像素中包括:包括氧化物半导体层的薄膜晶体管;包括遮光层和彩色透光树脂层的层间膜;像素电极层；以及像素电极层上的液晶层，其中在层间膜中，在薄膜晶体管上设置遮光层，并在彩色透光树脂层上设置像素电极层。
[0058]作为彩色透光树脂层204，可以使用透光有机树脂、彩色颜料、染料，还可以将颜料或染料等混合在有机树脂中而使用。至于透光有机树脂，可以使用感光性或非感光性的树脂。
[0059]对于彩色透光树脂层204的形成方法没有特别的限制，可以根据其材料使用如旋转涂敷、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)等的湿式法，并根据需要通过蚀刻法(干蚀刻或湿蚀刻)加工成所希望的形状。
[0060]当使用遮光层205(黑矩阵)作为设置在薄膜晶体管220上的层间膜209时，遮光层205可以遮断向薄膜晶体管220的半导体层223的光的入射，因此具有防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管220的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，由于遮光层205还可以防止向相邻的像素的漏光，所以可以进行更高对比度以及高清晰的显示。由此，可以实现液晶显示装置的高清晰、高可靠性。
[0061]还可以在液晶显示装置的对置衬底一侧也形成遮光层。可以进一步地提高对比度或提高薄膜晶体管的稳定性的作用。当将遮光层形成在对置衬底一侧时，通过隔着液晶层地形成在对应于薄膜晶体管的区域(至少与薄膜晶体管的半导体层重叠的区域)上，可以进一步防止由从对置衬底入射的光引起的薄膜晶体管的电特性的变动。
[0062]当在对置衬底一侧形成遮光层的情况下，有时薄膜晶体管的半导体层通过遮光性的布线层或电极层等可以遮断来自元件衬底的光和来自对置衬底的光，所以不需要一定覆盖薄膜晶体管地形成遮光层。
[0063]遮光层205使用对光进行反射或吸收而具有遮光性的材料。例如，可以使用黑色的有机树脂，将颜料类的黑色树脂、碳黑、钛黑等混合到感光性或非感光性的聚酰亚胺等的树脂材料中形成即可。另外，还可以使用遮光性的金属膜，例如可以使用如铬、钼、镍、钛、钴、铜、妈或招等。
[0064]对于遮光层205的形成方法没有特别的限制，可以根据其材料使用如蒸镀法、溅射法、CVD法等的干式法，或如旋转涂敷、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)等的湿式法，并根据需要通过蚀刻法(干蚀刻或湿蚀刻)加工成所希望的形状。
[0065]在本说明书中作为氧化物半导体优选使用以InM03(Zn0)m(m>0)表示的薄膜。在薄膜晶体管220中，形成以InM03(Zn0)m(m>0)表示的薄膜作为半导体层223。另外，M表示选自镓(Ga)、铁(Fe)、镍(Ni)、锰(Mn)、铝(Al)及钴(Co)中的一种金属元素或多种金属元素。例如，除了有作为M而包含Ga的情况以外，还有作为M而包含Ga和Ni或Ga和Fe等包含Ga以外的上述金属元素的情况。另外，在上述氧化物半导体中，除了包含作为M的金属元素之外，有时还包含作为杂质元素的Fe、Ni以及其他过渡金属或该过渡金属的氧化物。例如，可以使用In-Ga-Zn-O类非单晶膜作为氧化物半导体层。但是，半导体层223不局限于以InM03(Zn0)m(m>0)表示的结构的氧化物半导体层，只要其包含铟、镓、锌和锡中的至少一种即可。例如，可以使用由氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锡(ITO)、包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)、包含氧化硅的氧化铟锌、添加有镓的氧化锌(GZO)等构成的氧化物半导体层。
[0066]在InM03(Zn0)m(m>0)膜(层)中，当M为镓(Ga)时，在本说明书中将该薄膜也称为In-Ga-Zn-O类非单晶膜。作为In-Ga-Zn-O类非单晶膜的结晶结构，即使在利用溅射法进行成膜后，以200度至500度，典型的是300度至400度进行10分至100分的加热处理，在XRD(X线衍射)的分析中也观察到非晶结构。另外，可以制造具有如下电特性得薄膜晶体管:栅极电压为±20V，导通截止比为109以上，且迀移率为10以上。此外，使用In203:Ga203:Zn0=l:l:1的靶通过溅射法形成的In-Ga-Zn-O类非单晶膜对波长为450nm以下的光具有光感度。
[0067]另外，对于形成在液晶显示装置中的薄膜晶体管的结构没有特别的限制。薄膜晶体管可以使用形成有一个沟道形成区域的单栅极结构、形成有两个沟道形成区域的双栅极结构或形成有三个沟道形成区域的三栅极结构。另外，外围驱动电路区域中的晶体管也可为单栅极结构、双栅极结构或三栅极结构。
[0068]薄膜晶体管可以应用于顶栅型(例如正交错型、共面型)、底栅型(例如，反交错型、反共面型)、具有夹着栅极绝缘膜配置在沟道区域上下的两个栅电极层的双栅型或其他结构。
[0069]另外，虽然在图1和图2中未图示，但是适当地设置取向膜、偏振片、相位差板、抗反射膜等的光学薄膜等。例如，也可以使用利用偏振片以及相位差板的圆偏振。此外，也可以使用背光灯或侧光灯等作为光源。
[0070]另外，可以在彩色透光树脂层的上面或下面层叠遮光层。图17A和17B示出遮光层与彩色透光树脂层的叠层结构。在图17A和17B中，在元件衬底的第一衬底200上形成有元件层203，并且在元件层203上形成有层间膜209。层间膜209包括彩色透光树脂层204a、204b、204c以及遮光层205a、205b、205c、205d，其中在彩色透光树脂层204a、204b、204c之间分别形成有遮光层205a、205b、205c以及205d。另外，在图17A和17B中省略所包括的像素电极层和共同电极层。
[0071]彩色可以使用多种颜色，例如在图17A和17B的液晶显示装置中，将彩色透光树脂层204a设定为红色，将彩色透光树脂层204b设定为绿色，将彩色透光树脂层204c设定为蓝色的着色层，使用多种颜色的彩色透光树脂层。
[0072]在图17A和17B中，使用比彩色透光树脂层的厚度薄的薄膜作为遮光层，并且在彩色透光树脂层的上方或下方层叠遮光层。作为这种遮光层，优选使用遮光性无机膜的薄膜(例如金属膜)。
[0073]在图17A中，元件层203上形成有薄膜的遮光层205a、205b、205c、205d，并且在遮光层205a、205b、205c、205d上层叠有彩色透光树脂层204a、204b、204c。另外，在图17B中，在元件层203上形成有彩色透光树脂层204a、204b、204c，在彩色透光树脂层204a、204b、204c上层叠有薄膜的遮光层205a、205b、205c、205d，并且在遮光层205a、205b、205c、205d上形成有用作外敷膜的绝缘膜211。作为其结构，既可以如图17B所示地将元件层、遮光层、彩色透光树脂层直接层叠，也可以分别在这些层的上面、下面或它们之间分别设置绝缘膜。
[0074]作为液晶层208的液晶材料，可以使用各种液晶，而适当地选择溶致液晶、热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、盘状液晶、铁电性液晶、反铁电性液晶等来使用即可。
[0075]作为密封剂202a、202b，通常优选使用可见光固化树酯、紫外线固化树酯或者热固化树酯。典型地，可以使用丙烯酸树脂、环氧树脂或氨基树脂(amine resin)等。另外，还可以含有光(典型的是紫外线)聚合引发剂(photopolymerizat1n initiator)、热固化剂、填充物、耦合剂。
[0076]在本说明书中，当液晶显示装置为通过透过光源的光来进行显示的透过型的液晶显示装置(或半透过型的液晶显示装置)时，至少需要在像素区中使光透过。因此，存在于光透过的像素区中的第一衬底、第二衬底以及元件层所包括的像素电极层、共同电极层、其他绝缘膜、导电膜等的薄膜全部对可见光的波长区的光具有透光性。
[0077]可以使用如硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃等的玻璃衬底、或石英衬底、塑料衬底等作为第一衬底200以及第二衬底201。在具有将氧化物半导体层用作沟道的薄膜晶体管的液晶显示装置中，通过至少对覆盖该氧化物半导体层的层间膜使用能够减弱透过的可见光的光强度的材料形成，可以在不影响开口率的情况下使该薄膜晶体管的工作特性稳定。由此，可以提高具有该薄膜晶体管的液晶显示装置的可靠性。
[0078]实施方式2
[0079]参照图18A和18B对液晶显示装置进行说明。
[0080]图18A示出液晶显示装置的平面图，其表示一个像素。图18B是沿着图18A的线Xl-X2的截面图。
[0081 ] 在图18A中，多个源布线层(包括布线层405a)以互相平行(在图中，在上下方向上延伸)且互相分离的状态配置。多个栅布线层(包括栅电极层401)在与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸且彼此分离地配置。共同布线层408配置在与多个栅极布线层的每一个相邻的位置，并在大致平行于栅极布线层的方向，即，与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸。由源极布线层、共同布线层408及栅极布线层围绕为大致矩形的空间，并且在该空间中配置有液晶显示装置的像素电极层以及共同布线层。驱动像素电极层的薄膜晶体管420配置在图中的左上角。多个像素电极层及薄膜晶体管配置为矩阵状。
[0082]在图18A和18B的液晶显示装置中，电连接到薄膜晶体管420的第一电极层447用作像素电极层，电连接到共同布线层408的第二电极层446用作共同电极层。另外，由第一电极层和共同布线层形成电容器。虽然共同电极层可以以浮动状态(电独立的状态)工作，但也可以将其设定为固定电位，优选为共同电位(作为数据发送的图像信号的中间电位)附近的不发生闪烁(flicker)的水平。
[0083]可以采用通过产生大致平行于衬底(S卩，水平方向)的电场来在平行于衬底的面内移动液晶分子以控制灰度的方式。作为这种方式，可以应用图18A和18B所示的使用IPS模式的电极结构。
[0084]作为如示出的IPS模式等的横向电场模式，在液晶层的下方配置具有开口图案的第一电极层(例如，电压根据每个像素被控制的像素电极层)以及第二电极层(例如，共同电压被提供给所有像素的共同电极层)。由此，在第一衬底441上形成一方为像素电极层而另一方为共同电极层的第一电极层447以及第二电极层446，并且至少第一电极层和第二电极层之一形成在层间膜上。第一电极层447及第二电极层446不是平面形状，而具有各种开口图案，包括弯曲部分或分叉的梳齿状。由于第一电极层447以及第二电极层446在其电极层间产生电场，所以将它们配置为相同形状且不互相重叠。
[0085]通过对像素电极层与共同电极层之间施加电场来控制液晶。由于对液晶施加水平方向的电场，因此可以使用该电场控制液晶分子。也就是说，由于可以在平行于衬底的方向上控制被取向为与衬底平行的液晶分子，因此能够扩大视角。
[0086]图8A至8D示出第一电极层447以及第二电极层446的其他例子。如图8A至8D的俯视图所示，第一电极层447a至447d以及第二电极层446a至446d交替地形成，在图8A中第一电极层447a及第二电极层446a为具有起伏的波浪形状，在图8B中第一电极层447b以及第二电极层446b为具有同心圆状的开口部的形状，在图8C中第一电极层447c以及第二电极层446c为梳齿状且一部分为彼此层叠的形状，在图8D中第一电极层447d及第二电极层446d为梳齿状且电极为彼此啮合的形状。另外，如图8A至8C所示，当第一电极层447a、447b、447c与第二电极层446a、446b、446c重叠时，在第一电极层447与第二电极层446之间形成绝缘膜，并在不同的膜上形成第一电极层447以及第二电极层446。
[0087]薄膜晶体管420为反交错型薄膜晶体管，并且在具有绝缘表面的衬底的第一衬底441上包括:栅电极层401、栅极绝缘层402、半导体层403、用作源区或漏区的η+层404a、404b以及用作源电极层或漏电极层的布线层405a、405b。
[0088]覆盖薄膜晶体管420地设置有与半导体层403接触的绝缘膜407。在绝缘膜407上设置有层间膜413，并且在层间膜413上形成有第一电极层447以及第二电极层446。
[0089]在图18A和18B的液晶显示装置中，使用能够减弱透过的可见光的光强度的膜的彩色透光树脂层417作为层间膜413。
[0090]当将彩色透光树脂层417的着色层用作设置在薄膜晶体管420上的层间膜413时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管420的半导体层403的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管420的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层417还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0091]作为彩色透光树脂，可以使用感光性或非感光性有机树脂。当使用感光性有机树脂层时，可以缩减抗蚀剂掩模数，从而简化工序，所以是优选的。另外，由于形成在层间膜中的接触孔也成为具有曲率的开口形状，所以也可以提高形成在接触孔中的电极层等的膜的覆盖性。
[0092]对层间膜413(彩色透光树脂层417)的形成法没有特别的限制，可以根据其材料使用旋转涂敷、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮刀、棍涂机、幕涂机、刮刀涂布机等来形成。
[0093]在第一电极层447以及第二电极层446上设置有液晶层444，且该液晶层444由对置衬底的第二衬底442密封。
[0094]第一衬底441以及第二衬底442是透光衬底，并且在它们的外侧(与液晶层444相反一侧)分别设置有偏振片443a、443b。
[0095]作为第一电极层447以及第二电极层446，可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ΙΤ0)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
[0096]此外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成第一电极层447以及第二电极层446。使用导电组成物形成的像素电极的薄层电阻优选为10000 Ω/口以下，并且其波长为550nm时的透光率优选为70%以上。另外，导电组成物所包含的导电高分子的电阻率优选为0.1Ω.cm以下。
[0097]作为导电高分子，可以使用所谓的电子共轭类导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的两种以上的共聚物等。
[0098]还可以将成为基底膜的绝缘膜设置在第一衬底441与栅电极层401之间。基底膜具有防止从第一衬底441的杂质的扩散的作用，可以由选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、或氧氮化硅膜中的一种或多种膜的叠层结构来形成。栅电极层401可以通过使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、钪等的金属材料或以这些为主要成分的合金材料的单层或叠层来形成。当将具有遮光性的导电膜用作栅电极层401时，可以防止来自背光灯的光(从第一衬底441入射的光)入射到半导体层403。
[0099]例如，作为栅电极层401的两层叠层结构，优选采用:在铝层上层叠有钼层的两层叠层结构；在铜层上层叠钼层的两层叠层结构；在铜层上层叠有氮化钛层或氮化钽层的两层叠层结构;或者层叠有氮化钛层和钼层的两层叠层结构。作为三层叠层结构，优选采用以下叠层:钨层或氮化钨层、铝和硅的合金或铝和钛的合金、以及氮化钛层或钛层。
[0100]可以通过利用CVD法或溅射法等并使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层或氮氧化硅层的单层或叠层，来形成栅极绝缘层402。另外，作为栅极绝缘层402，还可以通过使用有机硅烷气体的CVD法来形成氧化硅层。作为有机硅烷气体，可以使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TE0S:化学式为Si(0C2H5)4)、四甲基硅烷(TMS:化学式为Si(CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH(0C2H5)3)、三(二甲氨基)硅烷(SiH(N(CH3)2)3)等。
[0101]优选的是，在形成用作半导体层403的氧化物半导体膜之前进行引入氩气体生成等离子体的反派射(reverse sputter)，来去除附着在栅极绝缘层的表面上的尘肩。另外，还可以使用氮、氦等来代替氩气氛。此外，还可以在氩气氛中添加了氧、氢、N20等的气氛下进行。另外，还可以在氩气氛中添加C12、CF4等的气氛下进行。
[0102]作为用作半导体层403以及源区或漏区的η+层404a、404b，可以使用In-Ga-Zn-O类非单晶膜。η+层404a、404b是电阻比半导体层403低的氧化物半导体层。例如，η+层404a、404b具有η型导电型，且活化能(ΔΕ)为0.0leV以上且0.1eV以下。η+层404a、404b为In-Ga-Zn-O类非单晶膜，其至少含有非晶成分。η+层404a、404b有时在非晶结构中含有晶粒(纳米晶体)。该η+层404a、404b中的晶粒(纳米晶体)的直径为Inm至1nm，典型的为2nm至4nm左右。
[0103]通过设置η+层404a、404b，使金属层的布线层405a、405b与氧化物半导体层的半导体层403之间良好地接合，与肖特基接合相比在热方面上也可以具有稳定工作。另外，为了供给沟道的载流子(源极一侧)，稳定地吸收沟道的载流子(漏极一侧)，或者不在与布线层之间的界面产生电阻成分，积极地设置η+层是有效的。另外，通过低电阻化，即使在高漏极电压下也可以保持良好的迀移率。
[0104]用作半导体层403的第一In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件与用作η+层404a、404b的第二In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件不同。例如，采用以下条件:与第二In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件中的氧气体流量和氩气体流量的比相比，第一In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件中的氧气体流量所占的比率更多。具体地，将第二 In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件设定为稀有气体(氩或氦等)气氛下(或氧气体为10%以下、氩气体为90%以上)，并且将第一 In-Ga-Zn-O类非单晶膜的成膜条件设定为氧气氛下(或氧气体流量与氩气体流量相等或大于氩气体流量)。
[0105]例如，用作半导体层403的第一In-Ga-Zn-O类非单晶膜通过使用直径为8英尺的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体靶(In203:Ga203:ZnO= 1:1:1)，并将衬底与靶之间的距离设定为170mm、压力0.4Pa、直流(DC)电源0.5kW、并在氩或氧气氛下形成。另外，通过使用脉冲直流(DC)电源可以减少尘肩而使膜的厚度分布均匀，所以是优选的。将第一 In-Ga-Zn-O类非单晶膜的厚度设定为5nm至200nmo
[0106]另一方面，用作η+层404a、404b的第二氧化物半导体膜通过使用In203:Ga203:Zn0= 1:1:1的靶，并在如下成膜条件下利用溅射法形成:压力0.4Pa;电力为500W;成膜温度为室温;所引入的氩气体流量为40sCCm。有时在刚成膜后形成有包含尺寸为Inm至1nm的晶粒的In-Ga-Zn-O类非单晶膜。另外，可以通过适当地调整靶的成分比、成膜压力(0.1Pa至2.0?&)、电力(250￥至3000胃:8英寸(}))、温度(室温至100度)、反应性溅射的成膜条件等，可以调整晶粒的有无及晶粒的密度，并且还可以将晶粒的直径尺寸调整为Inm至1nm的范围内。第二In-Ga-Zn-O类非单晶膜的厚度为5nm至20nm。当然，当在膜中包括晶粒时，所包括的晶粒的尺寸不超过膜的厚度。将第二 In-Ga-Zn-O类非单晶膜的厚度设定为5nm。
[0107]溅射法包括作为溅射电源使用高频电源的RF溅射法、DC溅射法以及以脉冲方式施加偏压的脉冲DC溅射法。RF溅射法主要用于形成绝缘膜，而DC溅射法主要用于形成金属膜。
[0108]另外，也有可以设置材料不同的多个靶的多元溅射装置。多元溅射装置既可以在同一反应室中层叠形成不同的材料膜，又可以在同一反应室中同时对多种材料进行放电而进行成膜。
[0109]另外，也有使用磁控管溅射法的溅射装置和使用ECR溅射法的溅射装置。在使用磁控管溅射法的溅射装置中，在反应室内部具备磁铁机构，而在使用ECR溅射法的溅射装置中，不使用辉光放电而利用使用微波产生的等离子体。
[0110]另外，作为使用溅射法的成膜方法，还有反应溅射法、偏压溅射法。在反应溅射法中，当进行成膜时使靶物质和溅射气体成分起化学反应而形成这些化合物的薄膜，而在偏压溅射法中，当进行成膜时也对衬底施加电压。
[0111]在半导体层、η+层、布线层的制造工序中，采用蚀刻工序以将薄膜加工成所希望的形状。作为蚀刻工序，可以使用干蚀刻或湿蚀刻。
[0112]作为干蚀刻所使用的蚀刻气体，优选采用含有氯的气体(氯类气体，例如氯(C12)、氯化硼(BC13)、氯化硅(SiC14)、四氯化碳(CC14)等)。
[0113]另外，还可以使用含有氟的气体(氟类气体，例如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氟甲烷(CHF3)等)、溴化氢(HBr)、氧(02)、或对上述气体添加了氦(He)或氩(Ar)等的稀有气体的气体等。
[0114]作为用于干蚀刻的蚀刻装置，可以采用使用反应离子刻蚀法(RIE法)的蚀刻装置、使用ECR(电子回旋共振)或ICP(感应耦合等离子体)等高密度等离子体源的干蚀刻装置。另夕卜，作为与ICP装置相比，容易获得在较广的面积上的均匀的放电的干蚀刻装置，可以举出ECCP(增大电容耦合等离子体)模式的蚀刻装置，在该蚀刻装置中，使上部电极接地，将13.56MHz的高频电源连接到下部电极，并将3.2MHz的低频电源连接到下部电极。若是采用该ECCP模式的蚀刻装置，就可以对应例如使用第十代的超过3m的尺寸的衬底作为衬底的情况。
[0115]适当地调节蚀刻条件(施加到线圈型电极的电力量、施加到衬底一侧的电极的电力量、衬底一侧的电极温度等)，以蚀刻成所希望的加工形状。
[0116]作为湿蚀刻所使用的蚀刻液，可以使用混合有磷酸、醋酸以及硝酸的溶液、过氧化氢氨水(过氧化氢:氨:水= 5:2:2)等。另外，还可以使用IT0-07N(日本关东化学株式会社制造)O
[0117]另外，进行完湿蚀刻后的蚀刻液与被蚀刻的材料一起通过清洗被去除。还可以对包含有被去除的材料的蚀刻液的废液进行纯化而对包含的材料进行再利用。通过从该蚀刻后的废液中回收氧化物半导体层所包含的铟等的材料而进行再利用，可以对资源进行有效活用而实现低成本化。
[0118]根据材料而适当地调节蚀刻条件(蚀刻液、蚀刻时间、温度等)，以蚀刻成所希望的加工形状。
[0119]作为布线层405a、405b的材料，可以举出选自Al、Cr、Ta、T1、Mo、W中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金膜等。另外，在进行200度至600度的热处理的情况下，优选使导电膜具有承受该热处理的耐热性。当仅采用Al单质时耐热性很低并有容易腐蚀等问题，所以将Al与耐热导电材料组合来形成。作为与Al组合的耐热导电材料，使用选自钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)中的元素、以上述元素为成分的合金、组合上述元素的合金膜或者以上述元素为成分的氮化物。
[0120]可以在不接触大气的情况下连续地形成栅极绝缘层402、半导体层403、n+层404a、404b以及布线层405a、405b。通过不接触于大气地连续进行成膜，可以不被大气成分或浮游在大气中的污染杂质元素污染地形成各叠层界面。因此，可以降低薄膜晶体管的特性的不均匀性。
[0121]另外，半导体层403仅被部分性地蚀刻，并具有槽部(凹部)。
[0122]对半导体层403、n+层404a、404b，在200度至600度，典型的是300度至500度的温度下进行热处理，即可。例如，在氮气氛下以350度进行一个小时的热处理。通过该热处理，进行构成半导体层403以及η+层404a、404b的In-Ga-Zn-O类氧化物半导体的原子级的重新排列。该热处理(也包括光退火等)在可以将阻碍半导体层403、n+层404a、404b中的载流子的迀移的应变释放这一点上，十分重要。此外，至于进行上述热处理的时序，只要是在形成半导体层403以及η+层404a、404b之后，就没有特别的限定。
[0123]另外，还可以对露出的半导体层403的凹部进行氧自由基处理。自由基处理优选在
02、N20、包含氧的N2、包含氧的He、包含氧的Ar等的气氛下进行。另外，还可以在上述气氛中添加了C12、CF4的气氛下进行。另外，优选在不对第一衬底441 一侧施加偏压的情况下进行自由基处理。
[0124]覆盖薄膜晶体管420的绝缘膜407可以使用利用干法或湿法形成的无机绝缘膜或有机绝缘膜。例如，可以使用利用CVD法或溅射法等形成的氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧化钽膜等。另外，可以使用如丙烯酸树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂等有机材料。另外，除了上述有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(low-k材料)、硅氧烷类树脂、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)等。
[0125]另外，硅氧烷类树脂相当于以硅氧烷类材料为起始材料而形成的包含S1-O-Si键的树脂。硅氧烷类树脂还可以使用有机基(例如烷基或芳基)或氟基作为取代基。此外，有机基也可以包括氟基团。利用涂敷法形成硅氧烷类树脂的膜，并通过对其进行焙烧来将其用作绝缘膜407。
[0126]另外，还可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜来形成绝缘膜407。例如，还可以采用在无机绝缘膜上层叠有机树脂膜的结构。
[0127]另外，通过采用使用多级灰度掩模形成的具有多种(典型的是两种)厚度的区域的抗蚀剂掩模，可以缩减抗蚀剂掩模数，而可以谋求工序的简化以及低成本化。
[0128]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0129]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0130]实施方式3
[0131]在实施方式3中，图3A和3B、图4A和4B以及图7A和7B示出像素电极层与共同电极层形成在不同的面上的例子。另外，与实施方式I以及实施方式2相同的部分可以使用相同的材料以及制造方法，而省略对同一部分或具有同样的功能的部分的详细说明。
[0132]图3A、图4A、图7A为液晶显示装置的平面图并表示一个像素。图3B、图4B、图7B是沿着图3A、图4A、图7A的线X1-X2的截面图。
[0133]在图3A、图4A、图7A的平面图中，与实施方式2同样地，多个源极布线层(包括布线层405a)以互相平行(在图中，在上下方向上延伸)且互相离开的状态配置。多个栅布线层(包括栅电极层401)在与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸且彼此分离地配置。共同布线层408配置在与多个栅极布线层的每一个相邻的位置，并在大致平行于栅极布线层的方向，即，与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸。由源极布线层、共同布线层408及栅极布线层围绕为大致矩形的空间，并且在该空间中配置有液晶显示装置的像素电极层以及共同布线层。驱动像素电极层的薄膜晶体管420配置在图中的左上角。多个像素电极层及薄膜晶体管配置为矩阵状。
[0134]在图3A和3B、图4A和4B以及图7A和7B的液晶显示装置中，如图3B、图4B、图7B的截面图所示，像素电极层的第一电极层447与共同电极层的第二电极层446分别设置在不同的膜上(不同的层上)。虽然在图3B、图4B、图7B中示出像素电极层的第一电极层447隔着绝缘膜形成在共同电极层的第二电极层446下方的例子，但还可以采用共同电极层的第二电极层446隔着绝缘膜形成在像素电极层的第一电极层447下方的结构。
[0135]在图3A、图4A、图7A的液晶显示装置中，与薄膜晶体管420电连接的第一电极层447用作像素电极层，并且与共同布线层408电连接的第二电极层446用作共同电极层。
[0136]在图3A和3B中，在第一衬底441上形成有第一电极层447，并在第一电极层447上层叠有栅极绝缘层402、布线层405b、绝缘膜407以及层间膜413，且在层间膜413上形成有第二电极层446。另外，在图3A和3B中，由与布线层405a、405b同一工序形成的布线层410和第一电极层447形成电容器。
[0137]在图4A和4B中，在绝缘膜407上形成有第一电极层447，并在第一电极层447上层叠有层间膜413，且在层间膜413上形成有第二电极层446。另外，在图4A和4B中，由第一电极层和共同布线层形成电容器。
[0138]在图7A和7B中，在层间膜413上形成有第一电极层447，并在第一电极层447上层叠有绝缘膜416，且在绝缘膜416上形成有第二电极层446。另外，在图7A和7B中，由第一电极层和共同布线层形成电容器。另外，在图7A和7B中第一电极层447以及第二电极层446为梳齿状的形状，其弯曲部的角度为90度。如此当第一电极层447以及第二电极层446的弯曲部的角度为90度时，可以使偏振片的偏振轴与液晶分子的取向角度的差成为45度，而使白色显示时的透过率最大。
[0139]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0140]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0141]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0142]实施方式4
[0143]参照图5A和5B对具有遮光层(黑矩阵)的液晶显示装置进行说明。
[OH4]图5A和5B所示的液晶显示装置是在实施方式2的图18A和18B所示的液晶显示装置中，在对置衬底的第二衬底442—侧还形成遮光层414的例子。所以，与实施方式2相同的部分可以使用相同的材料以及制造方法，而省略对同一部分或具有同样的功能的部分的详细说明。
[0145]图5A是液晶显示装置的平面图，图5B是沿着图5A的线X1-X2的截面图。另外，在图5A的平面图中仅对元件衬底一侧进行图示，而省略了对置衬底一侧的记载。
[0146]在第二衬底442的液晶层444一侧形成有遮光层414以及作为平坦化膜的绝缘层415。遮光层414优选隔着液晶层444形成在对应于薄膜晶体管420的区域(与薄膜晶体管的半导体层重叠的区域)上。以夹着液晶层444的方式固定第一衬底441以及第二衬底442，以便以至少覆盖薄膜晶体管420的半导体层403的上方的方式配置遮光层414。
[0147]遮光层414使用对光进行反射或吸收而具有遮光性的材料。例如，可以使用黑色的有机树脂，将颜料类的黑色树脂、碳黑、钛黑等混合到感光性或非感光性的聚酰亚胺等的树脂材料中形成即可。另外，还可以使用遮光性的金属膜，例如可以使用如铬、钼、镍、钛、钴、铜、妈或招等。
[0148]对遮光层414的形成方法没有特别的限制，可以根据其材料使用如蒸镀法、溅射法、CVD法等的干式法，或如旋转涂敷、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)的湿式法，并根据需要通过蚀刻法(干蚀刻或湿蚀刻)加工成所希望的形状。
[0149]绝缘层415也可以通过使用丙烯酸树脂或聚酰亚胺等的有机树脂等并利用旋涂或各种印刷法等的涂敷法来形成。
[0150]如此，通过在对置衬底一侧还设置遮光层414，可以进一步提高对比度以及提高薄膜晶体管的稳定性。由于遮光层414可以遮断向薄膜晶体管420的半导体层403的光的入射，从而防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管420的电特性的变动而使其更稳定。另外，由于遮光层414还可以防止向相邻的像素的漏光，所以可以进行更高对比度以及尚清晰的显不。由此，可以实现液晶显不装置的尚清晰、尚可靠性。
[0151]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0152]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0153]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0154]实施方式5
[0155]参照图6A和6B对具有遮光层(黑矩阵)的液晶显示装置进行说明。
[0156]图6A和6B所示的液晶显示装置是在实施方式2的图18A和18B所示的液晶显示装置中在元件衬底的第一衬底441 一侧形成遮光层414作为层间膜413的一部分的例子。所以，与实施方式2相同的部分可以使用相同的材料以及制造方法，而省略对同一部分或具有同样的功能的部分的详细说明。
[0157]图6A是液晶显示装置的平面图，图6B是沿着图6A的线X1-X2的截面图。另外，在图6A的平面图中仅对元件衬底一侧进行图示，而省略了对置衬底一侧的记载。
[0158]层间膜413包括遮光层414以及彩色透光树脂层417。遮光层414设置在元件衬底的第一衬底441 一侧，并以隔着绝缘膜407的方式形成在薄膜晶体管420上(至少覆盖薄膜晶体管的半导体层的区域)，而用作半导体层的遮光层。另一方面，彩色透光树脂层417形成在与第一电极层447和第二电极层446重叠的区域中，而用作彩色滤光层。在图6B的液晶显示装置中，第二电极层446的一部分形成在遮光层414上，并在其上设置有液晶层444。
[0159]由于遮光层414用作层间膜，所以优选使用黑色的有机树脂。例如，将颜料类的黑色树脂、碳黑、钛黑等混合到感光性或非感光性的聚酰亚胺等的树脂材料中形成即可。至于遮光层414的形成方法，可以根据其材料使用如旋转涂敷、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)等的湿式法，并根据需要通过蚀刻法(干蚀刻或湿蚀刻)加工成所希望的形状。
[0160]如此，通过设置遮光层414，遮光层414可以在不降低像素的开口率的情况下遮断向薄膜晶体管420的半导体层403的光的入射，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管420的电特性的变动而使其更稳定。另外，由于遮光层414还可以防止向相邻的像素的漏光，所以可以进行更高对比度以及高清晰的显示。由此，可以实现液晶显不装置的尚清晰、尚可靠性。
[0161 ]另外，彩色透光树脂层417还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将包括在层间膜中的彩色透光树脂层417作为彩色滤光层而直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0162]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0163]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0164]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0165]实施方式6
[0166]示出实施方式I至实施方式5中的可以用于液晶显示装置的薄膜晶体管的其他的例子。另外，与实施方式2至实施方式5相同的部分可以使用相同的材料以及制造方法，而省略对同一部分或具有同样的功能的部分的详细说明。
[0167]图1OA和1B示出具有源电极层以及漏电极层与半导体层以不隔着η+层的方式接触的结构的薄膜晶体管的液晶显示装置的例子。
[0168]图1OA是液晶显示装置的平面图且表示一个像素。图1OB是沿着图1OA的线V1-V2的截面图。
[0169]在图1OA的平面图中，与实施方式2同样地，多个源极布线层(包括布线层405a)以互相平行(在图中，在上下方向上延伸)且互相离开的状态配置。多个栅布线层(包括栅电极层401)在与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸且彼此分离地配置。共同布线层408配置在与多个栅极布线层的每一个相邻的位置，并在大致平行于栅极布线层的方向，即，与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸。由源极布线层、共同布线层408及栅极布线层围绕为大致矩形的空间，并且在该空间中配置有液晶显示装置的像素电极层以及共同布线层。驱动像素电极层的薄膜晶体管422配置在图中的左上角。多个像素电极层及薄膜晶体管配置为矩阵状。
[0170]设置有薄膜晶体管422、彩色透光树脂层的层间膜413、第一电极层447以及第二电极层446的第一衬底441与第二衬底442以中间夹着液晶层444的方式固定。
[0171]薄膜晶体管422具有以下结构:用作源电极层以及漏电极层的布线层405a、405b与半导体层403不隔着η+层地接触。
[0172]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0173]通过改善对比度及视角特性而实现高速响应，可以提供图像质量更高以及高性能的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0174]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0175]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0176]实施方式7
[0177]参照图9A和9B对实施方式I至实施方式5中的可以用于液晶显示装置的薄膜晶体管的其他的例子进行说明。
[0178]图9A是液晶显示装置的平面图且表示一个像素。图9B是沿着图9A的线Z1-Z2的截面图。
[0179]在图9A的平面图中，与实施方式2同样地，多个源极布线层(包括布线层405a)以互相平行(在图中，在上下方向上延伸)且互相离开的状态配置。多个栅布线层(包括栅电极层401)在与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸且彼此分离地配置。共同布线层408配置在与多个栅极布线层的每一个相邻的位置，并在大致平行于栅极布线层的方向，即，与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸。由源极布线层、共同布线层408及栅极布线层围绕为大致矩形的空间，并且在该空间中配置有液晶显示装置的像素电极层以及共同布线层。驱动像素电极层的薄膜晶体管421配置在图中的左上角。多个像素电极层及薄膜晶体管配置为矩阵状。
[0180]设置有薄膜晶体管421、彩色透光树脂层的层间膜413、第一电极层447以及第二电极层446的第一衬底441与第二衬底442以中间夹着液晶层444的方式固定。
[0181]薄膜晶体管421为底栅型的薄膜晶体管，并且其在具有绝缘表面的衬底的第一衬底441上包括:栅电极层401、栅极绝缘层402、用作源电极层或漏电极层的布线层405a、405b、用作源区或漏区的η+层404a、404b以及半导体层403。另外，覆盖薄膜晶体管421地设置有与半导体层403接触的绝缘膜407。半导体层403以及η+层404a、404b使用In-Ga-Zn-O类非单晶膜。这种结构的薄膜晶体管421具有以下特性:迀移率为20cm2/Vs以上，S值为0.4V/dec以下。由此，可以进行高速工作，并可以将移位寄存器等的驱动电路(源极驱动器或栅极驱动器)与像素部形成在同一衬底上。
[0182]另外，优选在利用溅射法形成半导体层403之前，进行对栅极绝缘层402、布线层405a、405b引入氩气体来产生等离子体的反溅射，去除附着在表面上的尘肩。
[0183]对半导体层403以及η+层404a、404b进行200度至600度，典型的是300度至500度的热处理即可。例如，在氮气氛下以350度进行一个小时的热处理。至于该热处理的时序，只要在形成用于半导体层403以及η+层404a、404b的氧化物半导体膜之后，就没有特别的限制。
[0184]另外，还可以对半导体层403进行氧自由基处理。
[0185]在薄膜晶体管421中，在包括薄膜晶体管421的所有区域中都存在栅极绝缘层402，并且在栅极绝缘层402与具有绝缘表面的衬底的第一衬底441之间设置有栅电极层401。在栅极绝缘层402上设置有布线层405a、405b以及η+层404a、404b。并且，在栅极绝缘层402、布线层405a、405b以及η+层404a、404b上设置有半导体层403。另外，虽然未图示，但是在栅极绝缘层402上，除了布线层405a、405b之外还具有布线层，并且该布线层延伸到半导体层403的外围部的外侧。
[0186]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0187]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0188]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0189]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0190]实施方式8
[0191]示出实施方式I至实施方式5中的可以用于液晶显示装置的薄膜晶体管的其他的例子。另外，与实施方式2至实施方式5相同的部分可以使用相同的材料以及制造方法，而省略对同一部分或具有同样的功能的部分的详细说明。
[0192]图1lA和IlB示出具有源电极层以及漏电极层与半导体层以不隔着η+层的方式接触的结构的薄膜晶体管的液晶显示装置的例子。
[0193]图1lA是液晶显示装置的平面图且表示一个像素。图1lB是沿着图1lA的线Υ1-Υ2的截面图。
[0194]在图1lA的平面图中，与实施方式2同样地，多个源极布线层(包括布线层405a)以互相平行(在图中，在上下方向上延伸)且互相离开的状态配置。多个栅布线层(包括栅电极层401)在与源极布线大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸且彼此分离地配置。共同布线层408配置在与多个栅极布线层的每一个相邻的位置，并在大致平行于栅极布线层的方向，即，与源极布线层大致正交的方向(图中，左右方向)上延伸。由源极布线层、共同布线层408及栅极布线层围绕为大致矩形的空间，并且在该空间中配置有液晶显示装置的像素电极层以及共同布线层。驱动像素电极层的薄膜晶体管423配置在图中的左上角。多个像素电极层及薄膜晶体管配置为矩阵状。
[0195]设置有薄膜晶体管423、彩色透光树脂层的层间膜413、第一电极层447以及第二电极层446的第一衬底441与第二衬底442以中间夹着液晶层444的方式固定。
[0196]在作为薄膜晶体管423中，在包括薄膜晶体管423的所有区域中都存在栅极绝缘层402，并且在栅极绝缘层402与具有绝缘表面的衬底的第一衬底441之间设置有栅电极层401。在栅极绝缘层402上设置有布线层405a、405b。并且，在栅极绝缘层402、布线层405a、405b上设置有半导体层403。另外，虽然未图示，但是在栅极绝缘层402上，除了布线层405a、405b之外还具有布线层，并且该布线层延伸到半导体层403的外围部的外侧。
[0197]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0198]通过改善对比度或视角特性，可以提供图像质量更高的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0199]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0200]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0201]实施方式9
[0202]在上述实施方式中，作为液晶层可以使用呈现蓝相的液晶材料。参照图19A至19D对使用呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置进行说明。
[0203]图19A至19D是液晶显示装置及其制造工序的截面图。
[0204]在图19A中，在元件衬底的第一衬底200上形成有元件层203，并且元件层203上形成有层间膜209。
[0205]层间膜209包括彩色透光树脂层204a、204b、204c以及遮光层205a、205b、205c、205d，其中在彩色透光树脂层204a、204b、204c之间分别形成有遮光层205a、205b、205c以及205d。另外，在图19A和19D中省略所包括的像素电极层和共同电极层。例如，像素电极层以及共同电极层可以采用实施方式2至实施方式8的结构，可以应用横向电场模式。
[0206]如图19B所示，将第一衬底200与对置衬底的第二衬底201以夹着液晶层206的方式用密封剂202a、202b固定。作为形成液晶层206的方法，可以使用分配器法(滴落法)或在将第一衬底200与第二衬底201贴合之后利用毛细现象来注入液晶的注入法。
[0207]液晶层206可以使用呈现蓝相的液晶材料。由于呈现蓝相的液晶材料的响应速度快，为Imsec以下可以实现高速响应，因此可以实现液晶显示装置的高性能化。
[0208]作为呈现蓝相的液晶材料包括液晶和手性试剂。手性试剂用于使液晶取向为螺旋结构以呈现蓝相。例如，可以将混合有5重量以上的手性试剂的液晶材料用作液晶层。
[0209]液晶使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、铁电性液晶、反铁电性液晶等。
[0210]手性试剂使用与液晶的相溶性良好并且扭曲力(twistingpower)强的材料。另夕卜，优选使用R体或S体中的一方，而不使用R体与S体的比例为5 O: 5 O的外消旋混合物(racemic mixture)。
[0211]上述液晶材料根据条件呈现胆留相、胆留蓝相、近晶相、近晶蓝相、立方相、手性向列相、各向同性相等。
[0212]蓝相的胆留蓝相以及近晶蓝相呈现于具有螺距(helical pitch)为500nm以下的相对较短的胆留相或近晶相的液晶材料中。液晶材料的取向具有双重扭曲(double twist)结构。由于具有可见光的波长以下的秩序，因此液晶材料透明，通过施加电压而取向序列(alignment order)变化而产生光学调制作用。因为蓝相在光学上具有各向同性，所以没有视角依赖性，不需要形成取向膜，因此可以实现显示图像质量的提高及成本的缩减。另外，由于不需要对取向膜进行摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电放电(electrostatic discharge)，并可以降低制造工序中的液晶显示装置的不良及破损。从而，可以提高液晶显示装置的生产率。尤其是使用氧化物半导体层的薄膜晶体管具有以下忧虑:由于静电的影响导致薄膜晶体管的电特性大幅变动而超过设计范围。由此，将蓝相的液晶材料用于具有使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的液晶显示装置中更为有效。
[0213]另外，由于蓝相仅呈现于较窄的温度范围内，为了使温度范围改善而变得更宽，优选对液晶材料添加光固化树脂以及光聚合引发剂并进行高分子稳定化处理。高分子稳定化处理通过对包含液晶、手性试剂、光固化树脂以及光聚合引发剂的液晶材料照射光固化树脂以及光聚合引发剂能够发生反应的波长的光来进行。该高分子稳定化处理既可以通过对呈现各向同性相的液晶材料照射光而进行，也可以通过进行温度控制对呈现蓝相的液晶材料照射光而进行。例如，通过控制液晶层的温度，在呈现有蓝相的状态下对液晶层照射光来进行高分子稳定化处理。但不局限于此，还可以通过在蓝相与各向同性相间的相转变温度的+10度以内，优选为+5度以内的呈现各向同性相的状态下，通过对液晶层照射光来进行高分子稳定化处理。蓝相与各向同性相间的相转变温度是指当升温时从蓝相转变到各向同性相的温度、或者当降温时从各向同性相转变到蓝相的温度。作为高分子稳定化处理的一个例子，可以对液晶层进行加热直至其呈现各向同性相，然后逐渐降温直至其转变为蓝相，在保持呈现蓝相的温度的状态下对其照射光。此外，还可以逐渐对液晶层进行加热使其转变为各向同性相，然后在蓝相与各向同性相间的相转变温度的+10度以内，优选为+5度以内的状态(呈现各向同性相的状态)下对其照射光。另外，当将紫外线固化树脂(UV固化树脂)用作液晶材料所包含的光固化树脂时，对液晶层照射紫外线即可。另外，即使在不呈现蓝相的情况下，通过在蓝相与各向同性相间的相转变温度的+ 10度以内，优选为+5度以内的状态(呈现各向同性相的状态)下对其照射光来进行高分子稳定化处理，可以缩短响应速度而实现高速响应，即，响应速度为Imsec以下。
[0214]光固化树脂既可以使用如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等的单官能团单体(monofunct1nal monomer)，又可以使用如二丙稀酸酯、三丙稀酸酯、二甲基丙稀酸酯、三甲基丙稀酸酯等的多官能团单体(polyfunct1nal monomer)，还可以使用上述物质的混合。另外，光固化树脂也可以具有液晶性或非液晶性，或者两者兼具。光固化树脂只要选择能够根据使用的光聚合引发剂的反应波长的光进行固化的树脂即可，典型地可以使用紫外线固化树脂。
[0215]作为光聚合引发剂，可以使用:根据光的照射产生自由基的自由基聚合引发剂;产生氧的氧产生剂;产生碱的碱产生剂。
?02^6] 具体地，作为液晶材料可以使用JC_1041XX(日本智索公司(Chisso Corporat1n)制造)与4-氰基-4’-戊基联苯的混合物，而作为手性试剂可以使用ZL1-4572(日本默克公司制造)，作为光固化树脂可以使用丙稀酸-2-乙基己酯(2-EHA)(2_ethylhexyl acrylate)、RM257(默克公司制造)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，作为光聚合引发剂可以使用2，2_ 二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
[0217]液晶层206使用包含液晶、手性试剂、光固化树脂以及光聚合引发剂的液晶材料形成。
[0218]如图19C所示，对液晶层206照射光207来进行高分子稳定化处理来形成液晶层208。光207采用液晶层206所包含的光固化树脂以及光聚合引发剂对其发生反应的波长的光。通过利用该光照射进行高分子稳定化处理，可以改善液晶层208呈现蓝相的温度范围而使其更宽。
[0219]当使用如紫外线固化树脂等的光固化树脂作为密封剂并利用滴落法来形成液晶层时，还可以通过高分子稳定化处理的光照射工序进行密封剂的固化。
[0220]如图19A至19D那样，当液晶显示装置采用将彩色滤光层和遮光层形成在元件衬底上的结构时，由于不存在因为彩色滤光层和遮光层而使由对置衬底一侧射入的光被吸收或被遮断的问题，所以可以对液晶层的整体进行均匀的照射。由此，可以防止因为光聚合的不均匀而引起的液晶的取向混乱及因此而引起的显示不均匀等。此外，由于薄膜晶体管被遮光层遮光，所以其电特性保持稳定。
[0221 ]如图19D所不，将偏振片210a设置在第一衬底200的外侧(与液晶层208相反一侧)上，而将偏振片210b设置在第二衬底201的外侧(与液晶层208相反一侧)上。另外，除了偏振片之外还可以设置相位差板、抗反射膜等的光学薄膜等。例如，可以使用利用偏振片以及相位差板的圆偏振。根据上述工序可以完成液晶显示装置。
[0222]另外，当使用大型的衬底制造多个液晶显示装置时(S卩，将一个衬底分割成多个面板)，可以在进行高分子稳定化处理之前或者在设置偏振片之前进行分割工序。考虑到分割工序对液晶层的影响(由于进行分割工序时的施力等而引起的取向混乱等)，优选在第一衬底与第二衬底的贴合后且在进行高分子稳定化处理之前进行分割工序。
[0223]虽然未图示，但是可以使用背光灯、侧光灯等作为光源。光源以从元件衬底的第一衬底200—侧向可视侧的第二衬底201透过的方式进行照射。
[0224]通过改善对比度及视角特性而实现高速响应，可以提供图像质量更高以及高性能的液晶显示装置。此外，可以以更低成本且高生产率地制造该液晶显示装置。
[0225]另外，可以使薄膜晶体管的特性稳定，而使液晶显示装置的可靠性提高。
[0226]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0227]实施方式10
[0228]通过制造薄膜晶体管并将该薄膜晶体管用于像素部及驱动电路，可以制造具有显示功能的液晶显示装置。此外，可以通过将薄膜晶体管的驱动电路的一部分或整体一体形成在与像素部同一衬底上来形成系统型面板(878〖6!11-011-?31161)。
?0229] 液晶显示装置包括作为显示元件的液晶元件(也称为液晶显示元件)。
[0230]另外，液晶显示装置包括密封有显示元件的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。再者，本发明涉及一种元件衬底，该元件衬底相当于制造该液晶显示装置的过程中的显示元件完成之前的一个方式，并且它在多个像素的每一个中分别具备用来将电流供给到显示元件的手段。具体而言，元件衬底既可以是只形成有显示元件的像素电极的状态，又可以是形成成为像素电极的导电膜之后且通过蚀刻形成像素电极之前的状态，可以采用所有方式。
[0231]注意，本说明书中的液晶显示装置是指图像显示器件、显示器件、或光源(包括照明装置)。另外，液晶显示装置还包括安装有连接器诸如FPC(Flexible Printed Circuit；柔性印刷电路)、TAB(Tape Automated Bonding;载带自动键合)带或TCP(Tape CarrierPackage;载带封装)的模块;将印刷线路板设置于TAB带或TCP端部的模块;通过⑶G(ChipOn Glass;玻璃上芯片)方式将IC(集成电路)直接安装到显示元件上的模块。
[0232]参照图12A1、12A2和12B说明相当于液晶显示装置的一个方式的液晶显示面板的外观及截面。图12A1和12A2是使用密封剂4005将形成在第一衬底4001上的包括用作半导体层的氧化物半导体膜的可靠性高的薄膜晶体管4010、4011、以及液晶元件4013密封在第二衬底4006与第一衬底4001之间的面板的俯视图，图12B相当于沿着图12A1、12A2的线M-N的截面图。
[0233]以围绕设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004的方式设置有密封剂4005。此外，在像素部4002和扫描线驱动电路4004上设置有第二衬底4006。因此，像素部4002和扫描线驱动电路4004与液晶层4008—起由第一衬底4001、密封材料4005和第二衬底4006密封。
[0234]此外，在图12A1中，在第一衬底4001上的与由密封材料4005围绕的区域不同的区域中安装有信号线驱动电路4003，该信号线驱动电路4003使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成在另外准备的衬底上。另外，图12A2是在第一衬底4001上由使用氧化物半导体的薄膜晶体管形成信号线驱动电路的一部分的例子，其中在第一衬底4001上形成有信号线驱动电路4003b，并且在另外准备的衬底上安装有由单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的信号线驱动电路4003a。
[0235]另外，对于另外形成的驱动电路的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG方法、引线键合方法或TAB方法等。图12A1是通过COG方法安装信号线驱动电路4003的例子，而图12A2是通过TAB方法安装信号线驱动电路4003的例子。
[0236]此外，设置在第一衬底4001上的像素部4002和扫描线驱动电路4004包括多个薄膜晶体管。在图12B中例示像素部4002所包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动电路4004所包括的薄膜晶体管4011。在薄膜晶体管4010、4011上设置有绝缘层4020以及层间膜4021。
[0237]薄膜晶体管4010、4011可以使用作为半导体层包括实施方式I至实施方式8所示的氧化物半导体膜的可靠性高的薄膜晶体管。薄膜晶体管4010、4011为η沟道型薄膜晶体管。
[0238]另外，在第一衬底4001上设置有像素电极层4030以及共同电极层4031，并且像素电极层4030与薄膜晶体管4010电连接。液晶元件4013包括像素电极层4030、共同电极层4031以及液晶层4008。另外，第一衬底4001、第二衬底4006的外侧分别设置有偏振片4032、4033。像素电极层4030以及共同电极层4031的结构可以使用实施方式I的结构，此时，可以采用以下结构，即:将共同电极层4031设置在第二衬底4006—侧，并隔着液晶层4008层叠像素电极层4030和共同电极层4031。
[0239]另外，可以使用具有透光性的玻璃、塑料等作为第一衬底4001、第二衬底4006。作为塑料，可以使用FRP(Fiberglass_Reinforced Plastics;纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜。另外，也可以采用由PVF薄膜或聚酯薄膜夹有铝箔的薄片。
[0240]另外，附图标记4035是通过选择性地对绝缘膜进行蚀刻而得到的柱状间隔物，其是为控制液晶层4008的厚度(单元间隙)而设置的。另外，还可以使用球状的间隔物。此外，使用液晶层4008的液晶显示装置优选将液晶层4008的厚度(单元间隔)设定为5μπι以上至20
Wn左右ο
[0241]另外，虽然图12Α1、12Α2和12Β示出透过型液晶显示装置的例子，但也可以使用半透过型液晶显示装置。
[0242]另外，在图12Α1、12Α2和12Β的液晶显示装置中，虽然示出在一对的衬底的外侧(可视侧)设置偏振片的例子，但也可以将偏振片设置在一对的衬底的内侧。根据偏振片的材料及制造工序的条件适当地进行设定即可。另外，还可以设置用作黑矩阵的遮光层。
[0243]层间膜4021为彩色透光树脂层并用作颜色滤光层。此外，还可以将层间膜4021的一部分用作遮光层。在图12AU12A2和12B中，遮光层4034以覆盖薄膜晶体管4010、4011上方的方式设置在第二衬底4006—侧。通过设置遮光层4034可以进一步地提高对比度及提高薄膜晶体管的稳定性。
[0244]当将彩色透光树脂层的着色层用作设置在薄膜晶体管上的层间膜4021时，可以在不降低像素的开口率的情况下，减弱入射到薄膜晶体管的半导体层的光的强度，从而可以起到防止由于氧化物半导体的光感度而引起的薄膜晶体管的电特性的变动而使其稳定的作用。另外，彩色透光树脂层还可以用作彩色滤光层。当在对置衬底一侧设置彩色滤光层时，虽然存在难以与形成有薄膜晶体管的元件衬底进行准确的像素区的对准而导致图像质量下降的忧虑，但通过将层间膜作为彩色滤光层直接形成在元件衬底一侧可以更精确地控制形成区，并能够对应微细的图形的像素。此外，由于使用同一绝缘层兼作层间膜和彩色滤光层，所以工序简化而可以以更低的成本制造液晶显示装置。
[0245]此外，还可以采用由用作薄膜晶体管的保护膜的绝缘层4020覆盖的结构，但并不限定于此。
[0246]另外，因为保护膜用于防止浮游在大气中的有机物、金属物、水蒸气等的污染杂质的侵入，所以优选采用致密的膜。使用溅射法等并利用氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜或氮氧化铝膜的单层或叠层而形成保护膜，即可。
[0247]另外，也可以在形成保护膜之后进行半导体层的退火(300度至400度)。
[0248]另外，当形成具有透光性的绝缘层作为平坦化绝缘膜时，可以使用具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂等。另外，除了上述有机材料之外，还可以使用低介电常数材料(1w-k材料)、硅氧烷基树脂、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)等。另外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜，来形成绝缘层。
[0249]对层叠的绝缘膜的形成方法没有特别的限制，而可以根据其材料利用溅射法、SOG法、旋涂、浸渍、喷涂、液滴喷射法(喷墨法、丝网印刷、胶版印刷等)、刮刀、辊涂机、帘涂机、刮刀涂布机等。在使用材料液形成绝缘层的情况下，也可以在进行焙烧的工序中同时进行半导体层的退火(200度至400度)。通过兼作绝缘层的焙烧工序和半导体层的退火，可以高效地制造液晶显示装置。
[0250]作为像素电极层4030、共同电极层4031，可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(下面表示为ΙΤ0)、氧化铟锌、添加有氧化硅的氧化铟锡等。
[0251]此外，可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组成物形成像素电极层4030、共同电极层4031。
[0252]另外，供给到另外形成的信号线驱动电路4003、扫描线驱动电路4004或像素部4002的各种信号及电位是从FPC4018供给的。
[0253]另外，因为薄膜晶体管容易由于静电等发生损坏，所以优选将栅极线或源极线与驱动电路保护用的保护电路设置在同一衬底上。保护电路优选由使用氧化物半导体的非线性元件构成。
[0254]在图12A1、12A2和12B中，连接端子电极4015由与像素电极层4030相同的导电膜形成，且端子电极4016由与薄膜晶体管4010、4011的源电极层和漏电极层相同的导电膜形成。
[0255]连接端子电极4015通过各向异性导电膜4019电连接到FPC4018所具有的端子。
[0256]此外，虽然在图12A1、12A2以及12B中示出另外形成信号线驱动电路4003并将其安装在第一衬底4001的例子，但是不局限于该结构。既可以另外形成扫描线驱动电路而安装，又可以另外仅形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分而安装。
[0257]图16示出作为本说明书所公开的液晶显示装置而构成液晶显示模块的一个例子。
[0258]图16是液晶显示模块的一个例子，利用密封材料2602固定元件衬底2600和对置衬底2601，并在其间设置包括TFT等的元件层2603、包括液晶层的显示元件2604、包括用作彩色滤光层的彩色透光树脂层的层间膜2605来形成显示区。在进行彩色显示时需要包括彩透光树脂层的层间膜2605，并且当采用RGB方式时，对应于各像素设置有分别对应于红色、绿色、蓝色的彩色透光树脂层。在元件衬底2600和对置衬底2601的外侧配置有偏振片2606、偏振片2607、漫射片2613。光源由冷阴极管2610和反射板2611构成，电路衬底2612利用柔性线路板2609与元件衬底2600的布线电路部2608连接，并组装有控制电路及电源电路等的外部电路。作为光源还可以使用白色的二极管。此外，还可以在偏振片和液晶层之间夹有相位差板的状态下进行层叠。
[0259]另外，根据实施方式I的液晶显示模块可以采用MVA(多畴垂直取向；Mult1-domainVertical Alignment)模式、PVA(垂直取向构型；Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(轴对称排列微单元;Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光学补偿弯曲；OpticalIy Compensated Birefringence)模式、FLC(铁电性液晶！FerroelectricLiquid Crystal)模式、AFLC(反铁电性液晶;Anti Ferroelectric Liquid Crystal)模式等。
[0260]通过上述工序，可以制造可靠性高的液晶显示面板作为液晶显示装置。
[0261]本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
[0262]实施方式11
[0263]本说明书所公开的液晶显示装置可以应用于各种电子设备(包括游戏机)。作为电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等的大型游戏机等。
[0264]图13A示出电视装置9600的一个例子。在电视装置9600中，框体9601组装有显示部9603。利用显示部9603可以显示映像。此外，在此示出利用支架9605支撑框体9601的结构。
[0265]可以通过利用框体9601所具备的操作开关、另外提供的遥控操作机9610进行电视装置9600的操作。通过利用遥控操作机9610所具备的操作键9609，可以进行频道及音量的操作，并可以对在显示部9603上显示的映像进行操作。此外，也可以采用在遥控操作机9610中设置显示从该遥控操作机9610输出的信息的显示部9607的结构。
[0266]另外，电视装置9600采用具备接收机及调制解调器等的结构。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而也可以进行单向(从发送者到接收者)或双向(在发送者和接收者之间或在接收者之间等)的信息通信。
[0267]图13B示出数码相框9700的一个例子。例如，在数码相框9700中，框体9701组装有显示部9703。显示部9703可以显示各种图像，例如通过显示使用数码相机等拍摄的图像数据，可以发挥与一般的相框同样的功能。
[0268]另外，数码相框9700采用具备操作部、外部连接用端子(USB端子、可以与USB电缆等的各种电缆连接的端子等)、记录介质插入部等的结构。这些结构也可以组装到与显示部同一个面，但是通过将其设置在侧面或背面上来提高设计性，所以是优选的。例如，可以对数码相框的记录介质插入部插入储存有使用数码相机拍摄的图像数据的存储器并提取图像数据，然后将所提取的图像数据显示于显示部9703。
[0269]此外，数码相框9700也可以采用以无线的方式收发信息的结构。还可以采用以无线的方式提取所希望的图像数据并进行显示的结构。
[0270]图14A示出一种便携式游戏机，其由框体9881和框体9891的两个框体构成，并且通过连接部9893可以开闭地连接。框体9881安装有显示部9882，并且框体9891安装有显示部9883。另外，图14A所示的便携式游戏机还具备扬声器部9884、记录介质插入部9886、LED灯9890、输入单元(操作键9885、连接端子9887、传感器9888(包括测定如下因素的功能:力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)以及麦克风9889)等。当然，便携式游戏机的结构不局限于上述结构，只要采用至少具备本说明书所公开的液晶显示装置的结构即可，且可以采用适当地设置有其它附属设备的结构。图14A所示的便携式游戏机具有如下功能:读出储存在记录介质中的程序或数据并将其显示在显示部上；以及通过与其他便携式游戏机进行无线通信而实现信息共享。另外，图14A所示的便携式游戏机所具有的功能不局限于此，而可以具有各种各样的功能。
[0271]图14B示出大型游戏机的一种的自动赌博机9900的一个例子。在自动赌博机9900的框体9901中安装有显示部9903。另外，自动赌博机9900还具备如起动杆或停止开关等的操作手段、投币口、扬声器等。当然，自动赌博机9900的结构不局限于此，只要采用至少具备本说明书所公开的液晶显示装置的结构即可，且可以采用适当地设置有其它附属设备的结构。
[0272]图15A示出移动电话机1000的一个例子。移动电话机1000除了安装在框体1001的显示部1002之外还具备操作按钮1003、外部连接端口 1004、扬声器1005、麦克风1006等。
[0273]图15A所示的移动电话机1000可以用手指等触摸显示部1002来输入信息。此外，可以用手指等触摸显示部1002来打电话或制作电子邮件等的操作。
[0274]显示部1002的画面主要有三种模式。第一是以图像的显示为主的显示模式，第二是以文字等的信息的输入为主的输入模式，第三是显示模式和输入模式的两种模式混合的显示+输入模式。
[0275]例如，在打电话或制作电子邮件的情况下，将显示部1002设定为以文字输入为主的文字输入模式，并进行在画面上显示的文字的输入操作，即可。在此情况下，优选的是，在显示部1002的画面的大部分中显示键盘或号码按钮。
[0276]此外，通过在移动电话机1000的内部设置具有陀螺仪、加速度传感器等检测倾斜度的传感器的检测装置，来判断移动电话机1000的方向(竖向还是横向)，从而可以对显示部1002的画面显示进行自动切换。
[0277]通过触摸显示部1002或利用框体1001的操作按钮1003进行操作，切换画面模式。还可以根据显示在显示部1002上的图像种类切换画面模式。例如，当显示在显示部上的图像信号为动态图像的数据时，将画面模式切换成显示模式，而当显示在显示部上的图像信号为文字数据时，将画面模式切换成输入模式。
[0278]另外，当在输入模式中通过检测出显示部1002的光传感器所检测的信号得知在一定期间中没有显示部1002的触摸操作输入时，也可以以将画面模式从输入模式切换成显示模式的方式来进行控制。
[0279]还可以将显示部1002用作图像传感器。例如，通过用手掌或手指触摸显示部1002，来拍摄掌纹、指纹等，而可以进行个人识别。此外，通过在显示部中使用发射近红外光的背光灯或发射近红外光的感测光源，也可以拍摄手指静脉、手掌静脉等。
[0280]图15B也是移动电话机的一个例子。图15B的移动电话机包括:在框体9411中具有显示部9412以及操作按钮9413的显示装置9410，以及在框体9401中具有操作按钮9402、夕卜部输入端子9403、麦克9404、扬声器9405以及来电话时发光的发光部9406的通信装置9400，并且具有显示功能的显示装置9410与具有电话功能的通信装置9400可以沿着箭头所指的两个方向分离。所以，可以将显示装置9410和通信装置9400的短轴互相连接，或将显示装置9410和通信装置9400的长轴互相连接。另外，当仅需要显示功能时，也可以将通信装置9400和显示装置9410分开而单独使用显示装置9410。通信装置9400和显示装置9410可以通过无线通信或有线通信来进行图像或输入信息的收发，并分别具有可进行充电的电池。
[0281 ] 本说明书根据2008年11月28日在日本专利局受理的日本专利申请编号2008-304243而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
【主权项】
1.一种液晶显示装置，包括: 多个薄膜晶体管，在每个薄膜晶体管中，与各个栅电极重叠的各个氧化物半导体层用作沟道形成区，其中所述薄膜晶体管设置在衬底上； 每个薄膜晶体管电连接至各个像素电极； 设置在所述薄膜晶体管和所述像素电极之间的层间膜；以及 设置在所述薄膜晶体管、所述像素电极和所述层间膜上的液晶层， 其中，所述层间膜包括多个遮光元件和多个彩色滤光元件，每个彩色滤光元件由彩色透光树脂层形成且具有低于所述氧化物半导体层的透光率， 其中，所述遮光元件形成在所述彩色滤光元件的边界， 其中，所述彩色滤光元件中的每一个设置为与各个像素电极重叠，且其中设置所述彩色滤光元件或所述遮光元件中的每一个以覆盖各个氧化物半导体层， 其中，所述遮光元件被设置为相对于所述衬底在所述彩色滤光元件下方层叠，且 其中，所述遮光元件中的每一个由遮光金属膜形成。2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述多个彩色滤光元件具有多种颜色，且其中每个像素包括具有所述多种颜色中的一种颜色的彩色滤光元件。3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述氧化物半导体层包括铟、镓和锌中的至少一种。4.一种显示装置，包括: 薄膜晶体管，包括: 栅电极层； 在所述栅电极层上的第一绝缘层；包含氧化物半导体的沟道形成区，该沟道形成区在所述第一绝缘层上并与所述栅电极层重叠； 包括源区和漏区之一的η型区；和 在所述沟道形成区上的第二绝缘层； 电连接至所述薄膜晶体管的像素电极层； 在所述薄膜晶体管和所述像素电极层之间的彩色透光树脂层； 在所述薄膜晶体管、所述像素电极层和所述彩色透光树脂层上的显示层；以及 在所述第二绝缘层上且与所述栅电极层和所述沟道形成区重叠的电极层， 其中，所述沟道形成区包括在半导体层中， 其中，所述η型区包括各自具有Inm到1nm直径的晶体， 其中，所述彩色透光树脂层具有比所述半导体层低的透光性， 其中，所述彩色透光树脂层覆盖所述沟道形成区和所述η型区， 其中，所述栅电极层包含铜， 其中，所述第一绝缘层是包括第一层和第二层的叠层， 其中，所述第一层是不同于所述第二层的层， 其中，所述第一层包含硅和氮， 其中，所述第二层包含硅和氧， 其中，所述氧化物半导体包含铟、镓和锌， 其中，所述第二绝缘层包含硅和氧，且 其中，在平行于所述薄膜晶体管的沟道长度方向的方向上，所述栅电极层的长度大于所述半导体层的长度。5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于， 所述彩色透光树脂层具有多种颜色，且 其中，所述显示装置中的每个像素包括具有所述多种颜色中的一种颜色的所述彩色透光树脂层。6.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，遮光层隔着所述显示层在所述薄膜晶体管上。7.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于， 所述电极层是公共电极层，且 其中，所述公共电极层包括在所述彩色透光树脂层和所述显示层之间。8.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于， 所述电极层是公共电极层， 其中，所述公共电极层包括在所述彩色透光树脂层和所述显示层之间，且 其中，所述像素电极层和所述公共电极层具有开口图案。9.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于， 所述电极层是公共电极层， 其中，所述公共电极层包括在所述彩色透光树脂层和所述显示层之间，且 其中，所述像素电极层和所述公共电极层具有梳齿状。10.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示层是液晶层。11.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述液晶层包括呈现蓝相的液晶材料。12.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述液晶层包括手性试剂。13.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述液晶层包括光固化树脂和光聚合引发剂。14.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述彩色透光树脂层与所述像素电极层重叠。15.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括在所述彩色透光树脂层上的透明绝缘层。16.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述η型区包括在所述半导体层上的η型层中。17.—种显示装置，包括: 薄膜晶体管，包括: 栅电极层； 在所述栅电极层上的第一绝缘层； 沟道形成区，该沟道形成区在所述第一绝缘层上并与所述栅电极层重叠； 包括源极和漏极之一的η型区； 在包括氧化物半导体的所述沟道形成区上的源电极和漏电极；以及 在所述沟道形成区上的第二绝缘层； 在所述第二绝缘层上的彩色透光树脂层； 在所述彩色透光树脂层上且与该彩色透光树脂层直接接触的第三绝缘层； 电连接至所述薄膜晶体管的所述源电极和所述漏电极之一的像素电极层；以及 在所述第二绝缘层上且与所述栅电极层和所述沟道形成区重叠的电极层， 其中，所述沟道形成区包括在半导体层中， 其中，所述η型区包括各自具有Inm到1nm直径的晶体， 其中，所述彩色透光树脂层具有比所述半导体层低的透光性， 其中，所述彩色透光树脂层覆盖所述沟道形成区和所述η型区， 其中，所述第一绝缘层是包括第一层和第二层的叠层， 其中，所述第一层是不同于所述第二层的层， 其中，所述第一层包含硅和氮， 其中，所述第二层包含硅和氧， 其中，所述氧化物半导体包含铟、镓和锌， 其中，所述第二绝缘层包含硅和氧， 其中，所述像素电极层包含氧化铟锡， 其中，在平行于所述薄膜晶体管的沟道长度方向的方向上，所述栅电极层的长度大于所述半导体层的长度。18.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，该显示装置还包括在所述第三绝缘层上的显示层。19.如权利要求18所述的显示装置，其特征在于，所述显示层是液晶层。20.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，所述栅电极层包含铜。21.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，所述源电极和所述漏电极包含钼和钛。22.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于， 所述彩色透光树脂层具有多种颜色，且 其中，所述显示装置中的每个像素包括具有所述多种颜色中的一种颜色的所述彩色透光树脂层。23.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于， 所述电极层是公共电极层，且 其中，所述公共电极层在所述第三绝缘层上。24.如权利要求17所述的显示装置，其特征在于，所述η型区包括在所述半导体层上的η型层中。
【文档编号】H01L27/12GK106066552SQ201610603055
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2009年11月27日
【发明人】石谷哲二, 久保田大介
【申请人】株式会社半导体能源研究所