半导体器件及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及具有利用薄膜晶体管(下文称为TFT)形成的电路的半导体器件及其制造方法。例如，本发明涉及其上安装了以液晶显示面板为代表的电光器件作为部件的电子器件。
在本说明书中，半导体器件指的是通过利用半导体特性起作用的所有类型的器件。电光器件、半导体电路以及电子器件都包含在半导体器件的类别中。
背景技术
近年来，一种利用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜(厚度约为数纳米到数百纳米)来制造薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起注意。薄膜晶体管被广泛应用于诸如IC和电光器件之类的电子器件，而且尤其被迅速开发为图像显示器件的开关元件。
如通常在液晶显示器件中所见到的那样，在诸如玻璃衬底之类的平板上形成的薄膜晶体管是使用非晶硅或多晶硅制造的。
此外，已经注意到使用氧化物半导体制造薄膜晶体管的技术，而且这样的晶体管被应用于电子器件或光学器件。例如，专利文献1和专利文献2公开了使用氧化锌或In-Ga-Zn-O基氧化物半导体作为氧化物半导体膜来制造薄膜晶体管的技术，而且用这样的晶体管作为图像显示器件的开关元件等。
此外，液晶显示器件中的呈现蓝相的液晶已经引起注意。Kikuchi等人公开了通过聚合物稳定化处理展宽了蓝相的温度范围(参见专利文献3)，这引领了实际应用呈现蓝相的液晶的方式。
[参考文献]
[专利文献1]日本公开专利申请No.2007-123861
[专利文献2]日本公开专利申请No.2007-096055
[参考文献3]PCT国际公开No.WO2005/090520
【发明内容】
在将呈现蓝相的液晶材料用于液晶层的情况下，在通过施加电压将显示器从未施加电压状态下的黑色显示设置成通过施加电压的白色显示之后，当再次停止施加电压时，显示器可能不会完全返回黑色，而且会产生漏光；因此，会引起图像质量和对比度降低的问题。一个目的是提供漏光减少的液晶显示器件。
为了在液晶显示器件中的运动图像显示的情况下提高子帧频率，优选用于读取和擦除数据的薄膜晶体管的开关速度更高。
此外，在使用冷阴极荧光灯作为背光的液晶显示器件中，即使在整个屏幕上执行黑色显示，也使冷阴极荧光灯处于发光状态；因此，难以实现低功耗。此外，因为冷阴极荧光灯的背光具有恒定的光量，所以峰值亮度不会改变，从而难以在运动图像显示中实现高图像质量。此外，在使用冷阴极荧光灯作为背光的情况下，从背光发出的光为白色；因此，设置了用于全彩显示的滤色器。一个像素被分成三个子像素：用于红色的子像素、用于蓝色的子像素以及用于绿色的子像素；因此，实现了全彩显示。液晶显示器件的这种方法称为空间混色，其中藉由改变通过用于红色的子像素、用于蓝色的子像素以及用于绿色的子像素的光的强度并混合这些光来获得期望色彩的光。
鉴于上述情况，一个目的是提供能利用多个发光二极管(以下称为LED)作为背光通过采用分时显示系统(也称为场序制系统)显示具有高图像质量的运动图像的液晶显示器。此外，一个目的是提供其中通过调节峰值亮度实现高图像质量、全彩显示或低功耗的液晶显示器件。
呈现出蓝相的液晶材料具有从未施加电压的状态到施加电压的状态的1毫秒或更短的响应时间，从而短时间响应成为可能。然而，当液晶从施加电压的状态返回未施加电压的状态时，液晶地取向变得部分未完成。
这种现象称为剩余双折射。通过施加电压，使液晶分子沿电压施加方向取向并引起光学双折射，而当停止施加电压时，液晶的一部分的取向未完全返回施加电压之前的状态的取向；因此，双折射剩余。
剩余双折射的原因之一在于一对衬底之间的液晶层中包括的聚合物的不均匀分布。
鉴于上述原因，在将液晶层密封在一对衬底之间之后，利用从该对衬底上方和下方同时的UV照射执行聚合物稳定化处理，藉此使夹在该对衬底之间的液晶层中包括的聚合物均匀分布。注意，聚合物稳定化处理是其中执行利用紫外光的照射、而且通过紫外光的能量促进液晶层中包括的未反应组分(低分子量组分或自由基)的反应的处理，或其中在加热下执行利用紫外光的照射、而且通过紫外光的能量和热能促进液晶层中所包括的未反应组分(低分子量组分或自由基)的反应的处理。
因为同时从该对衬底的上方和下方执行UV照射，所以优选未在该对衬底之间设置滤色器，而且将透射紫外光的材料用于层间绝缘膜和这些衬底。
注意，用于该UV照射的紫外光的波长是450nm或更短，而且在通过溅射法形成的In-Ga-Zn-O基非单晶膜具有光敏性的波长范围内；然而，因为设置了挡光层，所以薄膜晶体管的电特性不会受影响。因此，根据该工艺，通过将成为薄膜晶体管的沟道形成区的氧化物半导体层夹在栅电极与挡光层之间从而保护薄膜晶体管的氧化物半导体层免受光照的结构是有效的。
此外，虽然用于UV照射的紫外光在非晶硅具有光敏性的波长范围内，但因为设置了挡光层，所以薄膜晶体管的电特性不受影响。
在本说明书中，将在400nm到450nm的波长下透射率至少少于约50％、优选小于20％的材料用于该挡光层。例如，可将铬金属膜或氮化钛或黑色树脂用作挡光层的材料。在将黑色树脂用于挡光的情况下，随着光强越高，黑色树脂的膜需要越厚。因此，在黑色树脂膜需要较薄的情况下，优选使用具有高挡光性质、能经受精细蚀刻工艺且能被减薄的金属膜。
以此方式，能实现包括呈现蓝相的液晶层和适用于场序制系统的液晶显示器件。
本说明书中所公开的本发明的实施例的结构是半导体器件的制造方法，该方法包括以下步骤：在第一透光衬底上形成栅电极、挡光层以及薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括在栅电极与挡光层之间的氧化物半导体层；形成包括电连接至薄膜晶体管的像素电极的像素部分；将第一透光衬底与第二透光衬底彼此固定，并在它们之间插入包括光可固化树脂和光聚合引发剂的液晶层；用紫外光从第一透光衬底和第二透光衬底的上方和下方照射液晶层；在用紫外光照射液晶层之后将第一偏振板固定至第一透光衬底，并将第二偏振板固定至第二透光衬底；以及固定包括多种类型的发光二极管的背光部分，以使其与第一透光衬底的像素部分交迭。
除上述结构之外，可在与薄膜晶体管交迭的位置为第二透光衬底设置第二挡光层。该第二挡光层优选与氧化物半导体层交迭，而且具有比氧化物半导体层更大的上表面形状。
通过上述结构，可解决上述问题中的至少一个。
此外，也可为第二透光衬底设置挡光层，该挡光层用于阻挡诸如外部光或制造工艺中用于照射的紫外光之类的光，以使光不会进入设置在第一透光衬底上的氧化物半导体层。本发明的实施例的另一结构是半导体器件的制造方法，该方法包括以下步骤：在第一透光衬底上形成栅电极和薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括与栅电极交迭的氧化物半导体层；形成包括电连接至薄膜晶体管的像素电极的像素部分；将设置有挡光层的第二透光衬底与第一透光衬底彼此固定，并在它们之间插入包括光可固化树脂和光聚合引发剂的液晶层；用紫外光从第一透光衬底和第二透光衬底的上方和下方照射液晶层；在用紫外光照射液晶层之后将第一偏振板固定至第一透光衬底，并将第二偏振板固定至第二透光衬底；以及固定包括多种类型的发光二极管的背光部分，以使其与第一透光衬底的像素部分交迭。
在上述结构中，挡光层优选与氧化物半导体层交迭、至少覆盖氧化物半导体层、且具有比氧化物半导体层更大的上表面形状。除上述结构之外，可在与薄膜晶体管交迭的位置为第一透光衬底设置第二挡光层。为第一透光衬底设置的该第二挡光层优选与氧化物半导体层交迭，而且具有比氧化物半导体层更大的上表面形状。
通过上述结构，可解决上述问题中的至少一个。
在采用其中未使用滤色器的场序制系统的情况下，将红色LED、绿色LED、蓝色LED等用作背光，而且必须采用高速驱动(至少三倍速驱动)。
因为子帧频率在运动图像显示中被提高，所以优选将呈现蓝相的液晶材料用作用于液晶层的材料。如果使用了呈现蓝相的液晶材料，则能在1/180秒或更短时间内，即约5.6毫秒或更短时间内执行色彩切换以每个场显示一种颜色。呈现蓝相的液晶材料具有1毫秒或更短的响应时间，从而能实现高速响应，藉此液晶显示装置能表现出更高性能。呈现蓝相的液晶材料包括液晶和手性剂。采用手性剂以使液晶以螺旋结构取向，从而使液晶呈现蓝相。例如，可将其中混合了5％重量百分比或更多手性剂的液晶材料用于该液晶层。作为液晶，使用了热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。
该液晶材料不限于呈现蓝相的液晶材料，只要短时间响应是可能的，而且能采用场序制驱动系统既可。例如，可采用其中液晶以弯曲状态取向的光学补偿弯曲(OCB)模式。
作为用于实现广视角的技术，使用了通过产生与衬底平行或基本平行(即沿横向)的电场以使液晶分子在平行于衬底的平面中移动来控制灰度的方法。在这样的方法中，可采用用于共面切换(IPS)模式的电极结构或用于边缘场切换(FFS)模式的电极结构。
当子帧频率在运动图像显示中被提高时，通过在某个帧或子帧周期中使所有LED处于不发光状态以实现整个屏幕上的黑色显示(所谓的黑色插入)，能减少由于运动图像中的运动模糊引起的图像质量降低。
一个场由在所选周期中向相应像素写入图像信号的周期和在未选周期中储存写入图像信号的周期组成。在每个像素中安排有具有完成所选周期内的写入所必需的导通电流的TFT。此外，为了在一个场周期中保持显示状态，优选未选周期或储存周期中的漏电流尽可能小。作为满足这些要求的TFT，优选使用利用以In-Ga-Zn-O基氧化物半导体为代表的氧化物半导体作为包括沟道形成区的半导体层。
此外，设置在薄膜晶体管上的挡光层(也称为黑色基质)具有防止薄膜晶体管的电特性因为氧化物半导体的光敏性而变化从而使该电特性稳定的效果。例如，通过溅射法利用靶(按照摩尔比In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)形成的In-Ga-Zn-O基非单晶膜对450nm或更短波长的光敏性；因此，设置阻挡波长为450nm或更短的光的挡光层是有效的。此外，挡光层能防止光向毗邻像素的泄漏，这样能实现更高对比度和更高清晰度的显示。因此，通过设置挡光层，能实现液晶显示器件的更高清晰度和更高可靠性。
此外，LED不限于红色LED、绿色LED以及蓝色LED，而且可使用青色LED、品红色LED、黄色LED或白色LED。注意LED具有数十纳秒到数百纳秒的短响应时间，该响应时间比液晶材料的响应时间短。
而且，背光不限于LED，而且如果它是点光源，则可使用无机EL元件或有机EL元件。
当将多种类型的发光二极管用作背光时，能调节相应LED的发光时间或亮度。作为对LED的发光时间或亮度的调节，设置了用于LED的驱动器电路。
此外，优选在液晶显示器件的显示区所划分成的多个区域的每一个中设置至少一个LED，而且设置根据相应视频信号按区域驱动的LED的LED控制电路。通过按区域驱动LED，能局部调节显示区域中的亮度。例如，按照使需要LED发光的第一区域处于发光状态而不需要LED发光的第二区域处于不发光状态的方式，有可能实现LED的选择性发光。因此，虽然取决于显示图像，但也能实现液晶显示器件的较低功耗。
通过按发光颜色单独地控制的LED，可根据外部照明环境调节显示屏的色温；因此，可提供具有高可视性的液晶显示器件。此外，如果为液晶显示器件设置了检测外部光的光传感器，则能根据外部照明环境自动调节相应颜色的LED的亮度。
此外，为使用场序制系统的液晶显示器件设置普通黑模式。工作于普通黑模式的液晶显示器件在未对液晶层施加电压的状态下在其屏幕上显示黑色。当对液晶层施加电压时，来自背光的光(从LED发出的光)透过，而且屏幕上显示所发出光的颜色。
此外，可在背光与其间夹有液晶层的该对衬底之间设置诸如棱镜或光漫射板之类的光学薄板。
在本说明书中，透光衬底指的是具有80％到100％的可见光透射率的衬底。
本说明书中指示诸如“在......之上”、“在......上方”、“在......之下”、“在......下方”、“侧面”、“水平”、或“垂直”之类的方向的术语是基于器件设置在衬底表面之上的假定。
能提供能显示更高图像质量的运动图像的场序制液晶显示器件。
【附图说明】
在附图中：
图1A到1C是示出液晶显示器件的制造工艺的示例的截面图；
图2是示出液晶显示模块的示例的分解立体图；
图3A和3B分别是示出像素的示例的俯视图和截面图；
图4A和4B分别是示出像素的示例的俯视图和截面图；
图5A1、5A2以及5B示出液晶显示器件；
图6示出液晶显示模块；
图7是示出电视机的示例的外部视图；
图8A和8B是示出游戏机的示例的外部视图；
图9A和9B是示出移动电话的示例的外部视图。
【具体实施方式】
以下描述本发明的实施例。
[实施例1]
这里，以下将参照图1A到1C描述使用场序制系统的液晶显示器件的制造示例。
首先，在第一透光衬底441上形成作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)420。将玻璃衬底用作第一透光衬底441。注意，可在第一透光衬底441上设置作为阻挡膜的基绝缘膜。此外，这里将描述在薄膜晶体管420中使用半导体层403用于形成沟道形成区的示例。
在第一透光衬底441上形成栅电极层401，形成覆盖栅电极层401的栅绝缘层402，然后在栅绝缘膜402上形成与栅电极交迭的半导体层403。栅电极层401的材料不受限制，只要它能形成挡光导电膜，而且可以是从铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)以及钪(Sc)中选择的元素或包括上述元素的合金。栅电极层401不限于包含上述元素的单层，而且可具有两层或多层。作为栅绝缘层402的材料，可使用透光无机材料(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)，而且栅绝缘层402可具有包括这些材料的任一种的单层结构或层叠结构。可通过溅射法或诸如等离子体CVD法或热CVD法之类的汽相沉积法形成栅电极和栅绝缘膜。
通过将由InMO3(ZnO)m(m＞0，m不是自然数)表示的薄膜形成图案可形成半导体层403。注意M代表从Ga、Fe、Ni、Mn以及Co中选择的一种或多种金属元素。除其中仅包含Ga作为M的情况之外，存在包含Ga和除Ga之外的任一种上述金属元素作为M的情况，例如Ga和Ni或Ga和Fe。而且，在该氧化物半导体中，在某些情况下，除包含金属元素作为M之外，还包含诸如Fe或Ni之类的过渡金属元素或过渡金属的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，此薄膜也称为In-Ga-Zn-O基非单晶膜。如下地形成氧化物半导体层：使用包括In、Ga以及Zn(In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)的氧化物半导体靶，在衬底与靶之间的距离为170mm、压力为0.4Pa以及直流(DC)电源为0.5kW、包含氧气的氩气气氛下的条件下进行膜沉积，并形成抗蚀剂掩模，而且所沉积的膜被选择性蚀刻以去除其不必要的部分。注意，优选使用脉冲直流(DC)电源，这样可减少灰尘并使厚度分布均匀。该氧化物半导体膜的厚度被设置为5nm到200nm。在本实施例中，氧化物半导体膜的厚度为100nm。
接着，在形成覆盖该氧化物半导体层的导电膜之后，将该导电膜形成图案以形成源电极层和漏电极层。作为导电膜的材料，可以是从Al、Cr、Ta、Ti、Mo以及W中选择的元素、包含上述元素中的任一种作为其组分的合金、包含上述元素中的任一种的组合的合金等。如果稍后执行200℃到600℃下的热处理，则优选该导电膜包括钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)等，以使其具有承受热处理的耐热性。
在蚀刻以形成源电极层和漏电极层时，可根据导电膜的材料部分蚀刻氧化物半导体膜的暴露区域；在这样的情况下，该氧化物半导体膜中不与源电极层或漏电极层交迭的区域比与源电极层或漏电极层交迭的区域更薄。
然后，优选在200℃至600℃下、通常在300℃至500℃下执行热处理。在这种情况下，在炉中在350℃下在空气气氛中执行热处理一小时。通过此热处理，在In-Ga-Zn-O基非单晶膜中发生原子级重排。因为该热处理减少了中断载流子转移的畸变，所以该热处理(包括光退火)是重要的。注意，对热处理的定时不存在特殊限制，只要在In-Ga-Zn-O基非单晶膜形成之后进行即可，而且例如，可在像素电极形成之后执行热处理。
接着，形成层间绝缘膜413。作为层间绝缘膜413的材料，可使用透光无机材料(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等)或透光树脂材料(聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、环氧树脂、硅氧烷基树脂等)，而且层间绝缘膜413可具有包括这些材料的任一种的单层结构或层叠结构。注意，硅氧烷基树脂是使用硅氧烷基材料作为起始材料形成且具有Si-O-Si键的树脂。硅氧烷基树脂可包括有机基(例如烷基或芳香基)或氟基作为取代基。该有机基可包括氟基。
接着，在层间绝缘膜413中形成达到源电极层或漏电极层的接触孔，然后在层间绝缘膜413上形成第一电极层447和第二电极层446分别作为像素电极层和公共电极层。优选利用透明导电膜形成第一电极层447和第二电极层446。第二电极层446也称为公共电极，而且被固定于诸如例如GND或0V之类的预定电位。这里，以IPS模式液晶显示器件为例。利用薄膜晶体管驱动排列成矩阵的像素电极，从而在屏幕上形成显示图案。具体而言，当在选定的像素电极与对应于该选定像素电极的公共电极之间施加电压时，执行对设置在像素电极与公共电极之间的液晶层的光调制，而且此光调制被观看者识别为显示图案。
通过上述工艺，将第一电极层447和第二电极层446排列成矩阵以对应于相应的像素，从而形成像素部分。因此，能获得用于制造有源矩阵显示器件的衬底之一。为简便起见，在本说明书中将这样的衬底称为有源矩阵衬底。
接着，制备用于制造有源矩阵显示器件的另一衬底，即作为对衬底的第二透光衬底442。作为第二透光衬底442，使用了玻璃衬底。在第二透光衬底442上设置了用作黑色基质的挡光层414。将第一透光衬底441和第二透光衬底442固定成这样的状态：设置有挡光层414的第二透光衬底442的表面与设置有薄膜晶体管420的第一透光衬底441的表面彼此正对，而且在这两个衬底之间设置了第一液晶层450。此状态下的截面图对应于图1A。
通过使用用于固定衬底的密封剂中包括的填充物或距离保持工具(例如柱状隔离件或球状隔离件)，优选将第一透光衬底441与第二透光衬底442之间的距离保持恒定。通过注入法或分配器法(滴落法)在这两个衬底之间设置第一液晶层450，在注入法中，通过第一透光衬底441与第二透光衬底442之间的附连之后的毛细现象注入液晶。
第一液晶层450是包括介电常数各向异性为正的液晶、手性剂、光可固化树脂以及聚合引发剂的混合物。在本实施例中，可将JC-1041XX(Chisso公司生产)和4-氰基-4′-戊基联苯的混合物用作该液晶材料。可将ZLI-4572(Merck有限公司生产)用作手性剂。作为光可固化树脂，使用了丙烯酸2-乙基己酯、RM257(日本Merck有限公司生产)。作为光聚合引发剂，使用了2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。
采用手性剂以使液晶以螺旋结构取向，从而使液晶呈现蓝相。作为手性剂，使用了具有与液晶的高相容性和强扭转力的材料。使用了两种对映体R和S中的任一种，而且未使用其中R和S以50∶50混合的外消旋混合物。例如，可将其中混合了5％重量百分比或更多手性剂的液晶材料用于该液晶层。
作为介电常数各向异性为正的液晶，使用了热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。这些液晶材料根据条件呈现出胆甾相、胆甾蓝相、近晶相、近晶蓝相、立方相、手向列相、各向同性相等。
作为蓝相的胆甾蓝相和近晶蓝相在具有胆甾相或近晶相且具有小于或等于500nm的相对短螺旋间距的液晶材料中出现。液晶材料的取向具有双扭转结构。由于具有小于或等于光波长的量级，所以液晶材料是透明的，而且通过施加电压改变取向次序可产生光调制动作。蓝相是光学各向同性的，因此没有视角依赖性。因此，没有必要形成取向膜；从而能提高显示图像质量并降低成本。此外，因为不需要对取向膜进行摩擦处理，所以能防止摩擦处理引起的静电放电损伤，而且能减少制造过程中液晶显示器件的缺陷和损伤。因此，能提高液晶显示器件的生产率。使用氧化物半导体层的薄膜晶体管尤其可能出现薄膜晶体管的电特性受静电影响而显著波动从而偏离设计范围的情况。因此，将蓝相液晶材料用于包括使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的液晶显示器件是更有效的。
蓝相仅呈现于窄温度范围中；因此，对液晶材料添加光可固化树脂和光聚合引发剂，并执行聚合物稳定化处理以展宽该温度范围。光可固化树脂可以是：诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯之类的单官能单体；诸如二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯或三甲基丙烯酸酯之类的多官能单体；以及它们的混合物。例如，可给出丙烯酸2-乙基己酯、RM257(日本Merck有限公司生产)或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。此外，该光可固化树脂可具有液态结晶性、非液态结晶性，或这两种结晶性兼而有之。可选择用具有与光聚合引发剂起反应的波长的光可固化的树脂作为该光可固化树脂，而且在本实施例中使用了紫外可固化树脂(UV可固化树脂)。
作为光聚合引发剂，可使用通过光照产生自由基的自由基聚合引发剂、通过光照产生酸的酸生成剂、或通过光照产生碱的碱生成剂。
以这样的方式进行聚合物稳定化处理：用具有能与光可固化树脂和光聚合引发剂反应的波长的光照射包含液晶、手性剂、光可固化树脂以及光聚合引发剂的液晶材料。可通过用光照射呈现出各向同性相的液晶材料、或在温度控制下用光照射呈现蓝相的液晶材料来执行该聚合物稳定化处理。
这里，在将第一液晶层450加热成各向同性相之后，降低液晶层450的温度以使该相变成蓝相，从而当将温度保持与呈现蓝相的温度时，如图1B所示，从该对衬底的上方和下方同时执行UV照射以减少剩余双折射的产生。如果仅从一个衬底侧执行UV照射，则聚合物会不均匀地分布到UV照射方向附近的区域，而且可能引起剩余双折射。优选通过第一透光衬底441的第一紫外光451的量和通过第二透光衬底442的第二紫外光452的量几乎相同。通过第一透光衬底441的第一紫外光451被其中形成了薄膜晶体管420的区域阻挡，而通过第二透光衬底442的第二紫外光452被其中形成了挡光层414的区域阻挡。因此，能使在像素部分中与像素开口部分交迭的对显示有贡献的第二液晶层444暴露给来自上方和下方几乎相同量的紫外光。为了使液晶层444暴露给来自上方和下方几乎相同量的紫外光，第一透光衬底441中的第一透光区(除设置了金属引线和金属电极的区域之外的区域)和第二透光衬底442中的第二透光区(除设置了挡光层414的区域之外的区域)几乎相同是有效的。
因为设置了栅绝缘层402和层间绝缘膜413的第一透光衬底441与第二透光衬底442不同，所以根据栅绝缘层402和层间绝缘膜413的材料——即使这些材料具有透光性质，紫外光量的差别可能因为光吸收、膜界面处的折射、膜界面处的反射等而存在差别。因此，在光量可能出现差别的情况下，可调节来自第一紫外光451的光源和第二紫外光452的光源的光量，或第二透光衬底442可设置有与栅绝缘层402和层间绝缘膜413等价的膜以调节光量。
通过如上所述的其中从该对衬底的上方和下方同时执行UV照射的聚合物稳定化处理，能使加载该对衬底之间的第二液晶层444中包括的聚合物均匀地分布。通过该聚合物稳定化处理，在施加电压之后未引起剩余双折射；因此，能获得与施加电压之前相同的黑色显示，而且能减少光泄漏。因此，能制造具有高质量的聚合物稳定的蓝相显示元件。
此外，因为栅电极层401阻挡第一紫外光451而挡光层414阻挡第二紫外光452，所以半导体层403未暴露给UV照射，而且能防止薄膜晶体管的电特性的差别。
接着，在第一透光衬底(设置有像素电极的衬底)的外表面侧上设置不与液晶层毗邻的第一偏振板443a。在第二透光衬底(对衬底)的外表面侧上设置不与液晶层毗邻的第二偏振板443b。此状态下的截面图对应于图1C。包括设置有两个偏振板的一对衬底的处于图1C中所示状态的物体称为液晶面板。
在使用大尺寸衬底制造多个液晶显示器件的情况下(所谓的多面板法)，可在聚合物稳定化处理之前或提供偏振板之前执行分割步骤。考虑到分割步骤对液晶层的影响(诸如由分割步骤中施加的力的引起的取向无序)，优选在第一衬底与第二衬底结合之后和聚合物稳定化处理之前执行分割步骤。
最后，将背光部分固定至该液晶面板。
图2是其中在背光部分中使用了LED的液晶模块的分解立体图。在液晶面板302中，在元件衬底上设置了多个驱动器IC 305，而且还设置了电连接至元件衬底上设置的端子的FPC 307。
在液晶面板302下设置了背光部分303。
设置第一外壳301和第二外壳304以将液晶面板302和背光部分303夹在第一外壳301和第二外壳304之间，而且在外壳的周边部分处使它们结合到一起。这里，第一外壳301的窗口将成为液晶模块的显示表面。
在背光部分303中使用了多种类型的LED(发光二极管)，而且利用LED控制电路308可调节各个LED的亮度。通过连接线306提供电流。通过LED控制电路308使LED单独地发光；因此，能实现场序制液晶显示器件。
此外，在液晶显示器件的显示区域所分成的多个区域中的每一个中设置了至少一个LED，而且LED控制电路根据相应的视频信号按区域驱动LED。通过按区域驱动LED，能局部调节显示区域中的亮度。例如，按照使需要LED发光的第一区域处于发光状态而不需要LED发光的第二区域处于不发光状态的方式，可能实现LED的选择性发光。因此，虽然取决于显示图像，但也能实现液晶显示器件的较低功耗。
此外，可将无机材料或有机材料用作LED的发光材料。
在场序制液晶显示器件中，高速驱动(至少三倍速度驱动)是必需的。在本实施方式中，通过使用响应时间充分短的呈现蓝相的液晶层和使用In-Ga-Zn-O基氧化物半导体的薄膜晶体管作为开关元件，实现了移动图像显示的高图像质量。
[实施例2]
将参照图3A和3B描述液晶显示器件。
图3A是示出一个像素的液晶显示器件的平面图。图3B是沿图3A的线X1-X2所取的截面图。
在图3A中，将多个源极引线层(包括引线层405a)设置成相互平行(按照附图中的垂直方向延伸)且彼此分开。设置了沿大致垂直于源极引线层(附图中的水平方向)的方向延伸而且相互分开的多个栅极引线层(包括栅电极层401)。毗邻多个栅极引线层设置了沿大致平行于栅极引线层的方向延伸，即沿大致垂直于源极引线层的方向(附图中的水平方向)延伸的公共引线层408。源极引线层、公共引线层408以及栅极引线层包围了大致矩形的空间，而且在这些空间中设置了液晶显示器件的像素电极层和公共引线层。在附图的左上角设置了用于驱动像素电极层的薄膜晶体管420。按照矩阵设置了多个像素电极层和薄膜晶体管。
在图3A和3B的液晶显示器件中，电连接至薄膜晶体管420的第一电极层447作为像素电极层，而电连接至公共引线层408的第二电极层446作为公共电极层。注意，电容器由第一电极层和公共引线层形成。
可使用通过产生大致平行于衬底(即沿横向方向)的电场以使面板中的液晶分子平行于衬底移动从而控制灰度的方法。对于这样的方法，可采用如图3A和3B所示的用于IPS模式的电极结构。
在诸如IPS模式之类的横向电场中，具有开口图案的第一电极层(例如像素电极层，其每个像素的电压均受控制)和第二电极层(例如公共电极层，其中对所有像素施加公共电压)位于液晶层下方。因此，在第一透光衬底441上形成了第一电极层447和第二电极层446，其中之一为像素电极层而另一个为公共电极层，而且在层间膜上形成第一电极层和第二电极层中的至少一个。第一电极层447和第二电极层446不具有平面形状，而是包括弯曲部分或分支梳状部分的多种开口图案。第一电极层447和第二电极层446被设置成不具有相同形状，而且彼此交迭以在它们之间产生电场。
第一电极层447和第二电极层446的上表面形状不限于图3A和3B中所示的结构，而且可以是带有弯曲的波浪形、具有同心圆形开口的形状、或其中电极相互咬合的梳状。
通过在像素电极层与公共电极层之间施加电场，可控制液晶。对液晶施加横向方向的电场，从而可利用该电场控制液晶分子。即，能沿平行于衬底的方向控制平行于衬底取向的液晶分子；因此，能展宽视角。
第二电极层446的一部分在层间绝缘膜413上形成，而且作为与薄膜晶体管420至少部分交迭的挡光层417。与薄膜晶体管420交迭的挡光层417可具有与第二电极层446相同的电位，或可以处于不与第二电极层446电连接的浮置状态。
薄膜晶体管420是倒交错薄膜晶体管，且包括在具有绝缘表面的衬底441上的栅电极层401、栅绝缘层402、半导体层403、分别作为源区或漏区的n+层404a和404b以及作为源电极层或漏电极层的引线层405a和405b。
绝缘膜407被设置成与半导体层403接触，以覆盖薄膜晶体管420。在绝缘膜407上设置了层间绝缘膜413，而且在层间绝缘膜413上形成了第二电极层446。
在图3A和3B的液晶显示器件的层间绝缘膜413中，透光树脂层被用作透射可见光的绝缘膜。
层间绝缘膜413(透光树脂层)的形成方法不是特别受限的，而且可根据材料采用以下方法：旋涂法、浸涂法、喷涂法、液滴排出法(例如喷墨法、丝网印刷法或胶版印刷法)、刮片法、辊涂法、幕涂法、刀涂法等。
液晶层444被设置在第一电极层447和第二电极层446上，并被作为对衬底的第二透光衬底442密封。
在第二透光衬底442侧上还设置了挡光层414。
在第二透光衬底442的液晶层444侧上形成了挡光层414，而且形成了绝缘层415作为平坦化膜。优选在对应于薄膜晶体管420的区域(与薄膜晶体管的半导体层交迭的区域)中形成挡光层414，而且在该挡光层414与该区域之间插入液晶层444。将第一透光衬底441和第二透光衬底442牢固地相互附连，且在它们之间插入了液晶层444，从而将挡光层414定位成至少覆盖薄膜晶体管420的半导体层403。
使用反射或吸收光的挡光材料形成挡光层414。例如，可使用通过将色素材料、炭黑、钛黑等黑色树脂混入诸如光敏或非光敏聚酰亚胺之类的树脂材料中形成的黑色有机树脂。在使用黑色树脂的情况下，挡光层414的厚度被设置为0.5μm到2μm。或者，可使用例如使用铬、钼、镍、钛、钴、铜、钨、铝等形成的挡光金属膜。
挡光层414的形成方法不受特别限制，而且可根据材料使用诸如汽相沉积、溅射、CVD等等之类的干法或诸如旋涂、浸涂、喷涂、液滴排出(例如喷墨、丝网印刷或胶版印刷)等等之类的湿法。如果需要，可采用蚀刻法(干法蚀刻或湿法蚀刻)形成期望图案。
还可通过诸如旋涂法之类的涂敷法或多种印刷法使用诸如丙烯酸或聚酰亚胺之类的有机树脂等形成绝缘层415。
当按照这种方式在对衬底侧上进一步设置挡光层414时，能进一步提高对比度，并能使薄膜晶体管进一步稳定化。挡光层414能阻挡入射到薄膜晶体管420的半导体层403上的光；因此，能防止薄膜晶体管420的电特性因为半导体的光敏性而变化，从而使其更稳定。此外，挡光层414能防止光向毗邻像素的泄漏，这样能实现更高对比度和更高的清晰度显示。因此，能实现液晶显示装置的高清晰度和高可靠性。
第一透光衬底441和第二透光衬底442是透光衬底，而且在它们的外侧(与液晶层444相反的侧)分别设置有偏振板443a和偏振板443b。
可使用诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化锌铟、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化锡铟、氧化锡铟(下文称为ITO)、氧化锌铟或添加了氧化硅的氧化锡铟之类的透光导电材料形成第一电极层447和第二电极层446。
可使用包含导电高分子的导电组合物(也称为导电聚合物)来形成第一电极层447和第二电极层446。使用该导电组合物形成的像素电极优选地具有10000欧姆每方块或更低的薄膜电阻和在550nm波长下的70％或更高的透射率。此外，导电组合物中包含的导电高分子的电阻率优选地为0.1Ω·cm或更低。
作为该导电高分子，可使用所谓的π电子共轭导电聚合物。例如，有可能使用聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、或它们中的两种或多种的共聚物。
可在第一透光衬底441与栅电极层401之间设置用作基膜的绝缘膜。基膜用于防止杂质元素从第一透光衬底441扩散，而且可使用从氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜以及氧氮化硅膜中选择的一层膜或层叠膜形成该基膜。可使用诸如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪之类的金属材料或包括这些材料中的任一种作为其主要组分的任何合金材料来形成具有单层或层叠结构的栅电极层401。通过将挡光导电膜用作栅电极层401，能防止来自背光的发光二极管的光(从第一透光衬底441侧进入而且通过第二透光衬底442出射的光)进入半导体层403。
例如，作为栅电极层401的两层结构，以下结构是优选的：铝层和层叠在铝层之上的钼层的两层结构、铜层和层叠在铜层之上的钼层的两层结构、铜层和层叠在铜层之上的氮化钛层或氮化钽层的两层结构、以及氮化钛层和钼层的两层结构。作为三层结构，优选钨层或氮化钨层的叠层、铝和硅的合金层或铝和钛的合金层、以及氮化钛层或钛层。
可通过等离子体CVD法、溅射法等使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、或氮氧化硅层来形成具有单层结构或叠层结构的栅绝缘层402。或者，可通过CVD法使用有机硅烷气体用氧化硅层形成栅绝缘层402。作为有机硅烷气体，可使用诸如四乙氧基硅烷(TEOS：分子式Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(TMS：化学分子式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(OC2H5)3)或三二甲基氨基硅烷(SiH(N(CH3)2)3)之类的含硅化合物。
在形成作为半导体层403的氧化物半导体膜之前，优选执行其中引入了氩气以产生等离子体的反溅射，以去除附连至栅绝缘层的表面的灰尘。注意可使用氮气气氛、氦气气氛等代替氩气气氛。或者，可使用其中添加了氧气、N2O等的氩气气氛。再或者，可使用其中添加了Cl2、CF4等的氩气气氛。
可使用In-Ga-Zn-O基非单晶膜形成半导体层403和作为源区和漏区的n+层404a和404b。n+层404a和404b是具有比半导体层403更低电阻的氧化物半导体层。例如，n+层404a和404b具有n型导电性和0.01eV到0.1eV(含0.01eV和0.1eV)的激活能(ΔE)。n+层404a和404b是In-Ga-Zn-O基非单晶膜，而且包括至少非晶组分。n+层404a和404b在非晶结构中可包括晶粒(纳米晶体)。n+层404a和404b中的这些晶粒(纳米晶体)分别具有1nm到10nm的直径，通常为约2nm到4nm的直径。
通过设置n+层404a和404b，作为金属层的引线层405a和405b可具有与作为氧化物半导体层的半导体层403的良好的结，因此根据与肖特基结相比的热方面，能实现稳定工作。此外，主动设置n+层在向沟道提供载流子(在源侧)、稳定地吸收来自沟道的载流子(在漏侧)、或防止在与引线层与半导体层的界面处形成电阻分量方面是有效的。而且，因为减小了电阻，所以即使在高漏电压的情况下也能确保良好的迁移率。
在与用作n+层404a和404b的第二In-Ga-Zn-O基非单晶膜的沉积条件不同的沉积条件下形成用作半导体层403的第一In-Ga-Zn-O基非单晶膜。例如，在氧气流速与氩气流速比高于第二In-Ga-Zn-O基非单晶膜的沉积条件下的氧气流速与氩气流速比的条件下形成第一In-Ga-Zn-O基非单晶膜。具体而言，在稀有气体(例如氩气或氦气)气氛(或氧气少于或等于10％且氩气多于或等于90％的气氛)中形成第二In-Ga-Zn-O基非单晶膜，而在氧气气氛(或氧气流速等于或大于氩气流速的气氛)中形成第一In-Ga-Zn-O基非单晶膜。
例如，在氩气或氧气气氛中使用具有8英寸直径且包含In、Ga以及Zn(以摩尔比In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)的氧化物半导体靶、在衬底与靶的距离被设置成170mm、0.4Pa的气压下、以及直流(DC)功率源为0.5kW的情况下形成作为半导体层403的第一In-Ga-Zn-O基非单晶膜。注意，优选使用脉冲直流(DC)电源，这样可减少灰尘并使厚度分布均匀。第一In-Ga-Zn-O基非单晶膜具有5nm到200nm的厚度。
相反，利用靶(In2O3∶Ga2O3∶ZnO＝1∶1∶1)在压力为0.4Pa、功率为500W、沉积温度为室温以及引入氩气的流速为40sccm的沉积条件下通过溅射法形成作为n+层404a和404b的第二氧化物半导体膜。在某些情况下，在形成膜之后立刻形成包括尺寸为1nm到10nm的晶粒的In-Ga-Zn-O基非单晶膜。注意，可以认为通过适当调节诸如靶中的组分比、膜沉积压力(0.1Pa到2.0Pa)、功率(250W到3000W：8英寸)、温度(室温到100℃)等等之类的反应溅射沉积条件，可调节晶粒的存在与否或晶粒的密度，并可将其直径大小调节在1nm到10nm范围内。第二In-Ga-Zn-O基非单晶膜具有5nm到20nm的厚度。不言而喻，当膜包括晶粒时，晶粒的大小不会超过膜的厚度。第二In-Ga-Zn-O基非单晶膜具有5nm的厚度。
溅射法的示例包括其中将高频功率源用作溅射功率源的RF溅射法、直流溅射法以及以脉冲方式施加偏置的脉冲直流溅射法。在形成绝缘膜的情况下主要使用射频溅射方法，而在形成金属膜的情况下主要使用直流溅射方法。
此外，还存在可设置不同材料的多个靶的多源溅射装置。利用该多源溅射装置，可在同一室中形成层叠的不同材料膜，或可在同一室中通过放电同时形成多种材料的膜。
此外，存在室内设置有磁铁系统且用于磁控管溅射的溅射装置，且在不使用辉光放电的情况下使用微波产生等离子体的用于ECR溅射的溅射装置。
此外，作为通过溅射的沉积方法，还存在靶物质和溅射气体组分在沉积期间相互化学反应以形成它们的化合物薄膜的反应溅射方法，以及在沉积期间也对衬底施加电压的偏置溅射方法。
在半导体层、n+层以及引线层的制造步骤中，使用了蚀刻步骤以将薄膜加工成期望形状。可将干法蚀刻或湿法蚀刻用于该蚀刻步骤。
作为用于干法蚀刻的蚀刻气体，含氯的气体(诸如氯气(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)之类的氯基气体)是优选的。
或者，可使用含氟气体(诸如四氟化碳(CF4)、氟化硫(SF6)、氟化氮(NF3)或三氟甲烷(CHF3)之类的氟基气体)、溴化氢(HBr)、氧气(O2)、添加了诸如氦气(He)或氩气(Ar)之类的稀有气体的这些气体中的任一种等。
作为用于干法蚀刻的蚀刻装置，可使用利用反应离子蚀刻(RIE)的蚀刻装置、利用诸如电子回旋共振(ECR)源或感应耦合等离子体(ICP)源之类的高密度等离子体源的干法蚀刻装置。作为相比于ICP蚀刻装置容易在更大面积上获得均匀放电的这样的干法蚀刻装置，存在增强电容性耦合等离子体(ECCP)模式蚀刻装置，在该装置中，上电极接地，13.56MHz的高频功率源连接至下电极、而且3.2MHz的低频功率源连接至下电极。如果使用了该ECCP模式蚀刻装置，则即使使用具有超过第十代的3米的尺寸的衬底作为衬底，也能应用该ECCP蚀刻装置。
为蚀刻成期望形状，适当地控制蚀刻条件(例如施加给环形电极的电功率量、施加给衬底侧上的电极的功率量、或衬底侧上的电极温度)。
作为用于湿法蚀刻的蚀刻剂，可使用磷酸、醋酸以及硝酸的混合溶液、氨双氧水混合物(双氧水∶氨∶水＝5∶2∶2)等。或者，可使用ITO-07N(由KANTO化学公司(KANTO CHEMICAL CO.，INC.)制造)。
通过清洗去除湿法蚀刻之后的蚀刻剂以及被蚀刻掉的材料。可净化包括被蚀刻材料的蚀刻剂的废液，从而再利用其中包括的材料。如果在蚀刻之后收集来自废液的氧化物半导体层中包括的诸如铟之类的材料并且再利用时，可高效地使用资源且可降低成本。
为执行蚀刻成期望形状，根据材料适当地控制蚀刻条件(例如蚀刻剂、蚀刻时间、温度等)。
作为引线层405a和405b的材料，可以给出从Al、Cr、Ta、Ti、Mo以及W中选择的元素、包含这些元素中的任一种作为其组分的合金、包含这些元素中的任一种的组合的合金膜等。此外，在200℃到600℃下执行热处理的情况下，则该导电膜优选具有对抗这样的热处理的耐热性。因为单独使用Al带来了诸如耐热性低和容易被腐蚀之类的缺点，所以与具有耐热性的导电材料组合使用铝。作为与Al组合使用的具有耐热性的导电材料，可使用以下材料中的任一种：从钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)以及钪(Sc)中选择的元素、包含以上元素中的任一种作为组分的合金、包含以上元素中的任一种的组合的合金、以及包括以上元素中的任一种作为组分的氮化物。
可在不暴露给空气的情况下连续形成栅绝缘层402、半导体层403、n+层404a和404b以及引线层405a和405b。通过在不暴露给空气的情况下连续形成这些层，可以在不受空气中包含的大气组分或污染杂质污染的情况下形成叠层之间的各个界面；因此，能减少薄膜晶体管的特性变化。
注意，半导体层403被部分蚀刻且具有沟槽(凹陷部分)。
优选使半导体层403和n+层404a和404b在200℃到600℃下、通常在300℃到500℃下经受热处理。例如，在氮气气氛下、在350℃下执行热处理一小时。通过该热处理，在形成半导体层403和n+层404a和404b的In-Ga-Zn-O基氧化物半导体中引起原子级重排。该热处理(也包括光退火等)是重要的，因为能减少使半导体层403和n+层404a和404b中的载流子转移中断的畸变。注意，对何时执行热处理并无特殊限制，只要在形成半导体层403和n+层404a和404b之后执行该热处理即可。
此外，可对半导体层403的暴露凹陷部分执行氧自由基处理。优选在O2或N2O的气氛、或包括氧气的N2、He、Ar等气氛下执行自由基处理。或者，可使用通过向上述气氛添加Cl2或CF4而获得的气氛。注意，优选在不对第一透光衬底441侧施加偏置电压的情况下执行自由基处理。
可使用通过湿法或干法形成的无机绝缘膜或有机绝缘膜形成覆盖薄膜晶体管420的绝缘膜407。例如，可通过CVD法、溅射法等使用氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧化钽膜等形成绝缘膜407。或者，可使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、或环氧树脂之类的有机材料。除这些有机材料之外，还有可能使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷基树脂、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)等。
或者，通过层叠使用这些材料中的任一种形成的多层绝缘膜形成绝缘膜407。例如，绝缘膜407可具有有机树脂膜层叠在无机绝缘膜上的结构。
此外，通过使用利用多色调掩模形成从而具有多种厚度(通常两种不同厚度)的区域的抗蚀剂掩模，能减少抗蚀剂掩模的数量，从而导致工艺简化和成本更低。
对比度和视角特性的提高能提供图像质量更高的液晶显示器件。此外，能以低成本和高生产率制造这样的液晶显示器件。
薄膜晶体管的特性得到稳定，而且液晶显示器件能具有更高的可靠性。
虽然在本实施例中描述了作为倒交错型结构的沟道蚀刻(channel-etch)型作为示例，但该薄膜晶体管的结构不受特殊限制，而且可以是沟道截断(channel-stop)型。或者，该薄膜晶体管的结构可以是底接触结构(也称为倒共面型)。
[实施例3]
在图4A和4B中示出了液晶显示器件的另一模式。具体而言，将描述其中在层间绝缘膜之下形成的具有平坦形状的第一电极层被用作公共电极层、而在层间绝缘膜上形成的具有开口图案的第二电极层被用作像素电极层的液晶显示器件的示例。
图4A是示出一个像素的液晶显示器件的平面图。图4B是沿图4A中的线Y1-Y2所取的截面图。
作为示例，在图4A和4B中所示的液晶显示器件中，在作为元件衬底的第一透光衬底541的一侧上形成了挡光层517作为层间绝缘膜513的一部分。电连接至薄膜晶体管520的第二电极层546作为像素电极层，而电连接至公共引线层的第一电极层547作为公共电极层。图4A和4B中所示的电极结构是用于FFS模式的电极结构。
在诸如FFS模式之类的横向电场中，具有开口图案的第二电极层(例如像素电极层，其每个像素的电压均受控制)和具有平坦形状的第一电极层(例如公共电极层，其中对所有像素施加公共电压)位于该开口图案下方。因此，在第一透光衬底541上形成了第一电极层和第二电极层，其中之一为像素电极层而另一个为公共电极层，而且像素电极层和公共电极层被设置成层叠，且在它们之间插入了绝缘膜(或层间绝缘层)。像素电极层和公共电极层中的一个在另一个下方形成且具有平坦形状，而另一个在一个上形成，且具有包括弯曲部或分支梳状部的多种开口图案。第一电极层547和第二电极层546被设置成不具有相同形状而且彼此交迭，以在它们之间产生电场。
注意，电容器由像素电极层和公共电极层形成。虽然公共电极层能工作于浮置状态(电绝缘状态)，但可将公共电极层的电位设置成固定电位，优选设置成处于不产生闪烁的电平的公共电位附近的电位(作为数据传输的图像信号的中间电位)。
层间绝缘膜513包括挡光层517和透光树脂层。挡光层517被设置在第一透光衬底541(元件衬底)侧而且在薄膜晶体管520上(至少在覆盖薄膜晶体管的半导体层的区域中)形成，其在挡光层517与绝缘膜507之间插入了绝缘膜507，因此挡光层517作为半导体层的挡光层。反之，形成透光树脂层以与第一电极层547和第二电极层546交迭，且该透光树脂层作为显示区。
挡光层517的可见光透射率低于作为氧化物半导体层的半导体层503的可见光透射率。
因为在层间膜中使用了挡光层517，所以优选将黑色有机树脂用于该挡光层517。例如，可将色素材料、炭黑、钛黑等的黑色树脂混入诸如光敏或非光敏的聚酰亚胺之类的树脂材料中。作为挡光层517的形成方法，可根据材料使用诸如旋涂、浸涂、喷涂、液滴排出(例如喷墨、丝网印刷或胶版印刷)等等之类的湿法。如果需要，可采用蚀刻法(干法蚀刻或湿法蚀刻)形成期望图案。挡光层517的厚度为0.5μm到2μm。如果注重层间绝缘膜513的平面度，则挡光层517的厚度优选为1μm或更小，因为设置了挡光层517的区域与薄膜晶体管交迭从而可能厚。
在本实施例中，还在液晶显示器件的第二透光衬底542(对衬底)侧上形成挡光层514。因为发光二极管具有比冷阴极管更高的零度，所以在背光部分使用发光二极管的情况下，优选将挡光层形成得厚。虽然通过一次成膜获得的挡光层的厚度有限，但当在每个衬底上形成挡光层时，挡光层的厚度能变成挡光层514和挡光层517的厚度之和，这种做法是优选的。例如，挡光层514的厚度被设置为1.8μm，而挡光层517的厚度被设置为1μm；在这种情况下，总厚度为2.8μm。通过使挡光层的总厚度大，能提高对比度，且能使薄膜晶体管更加稳定。在对衬底侧上形成挡光层514的情况下，如果在对应于薄膜晶体管的区域中形成挡光层且在它们之间插入了液晶层(至少在与薄膜晶体管的半导体层交迭的区域中)，能防止薄膜晶体管的电特性由于来自对衬底侧的入射光而变化。
在对衬底侧上形成挡光层514的情况下，存在从元件衬底侧透射的光和从对衬底侧透射至薄膜晶体管的半导体层的光被挡光引线层、电极层等阻挡的情况。因此，不一定需要形成挡光层514以覆盖薄膜晶体管。
当以此方式设置挡光层时，入射到薄膜晶体管的半导体层上的光能被挡光层阻挡，而不会减小像素的孔径比。因此，能防止薄膜晶体管的电特性因为氧化物半导体的光敏性而变化从而稳定。此外，挡光层能防止光向毗邻像素的泄漏，这样能实现更高对比度和更高的清晰度显示。因此，能实现液晶显示装置的高清晰度和高可靠性。
薄膜晶体管520是底栅型(也称为倒共面型)薄膜晶体管，且包括在具有绝缘表面的第一透光衬底541上的栅电极层501、栅绝缘层502、作为源电极层或漏电极层的引线层505a和503b、作为源区或漏区的n+层504a和504b以及半导体层503。此外，设置了覆盖薄膜晶体管520并与半导体层503接触的绝缘膜507。第一电极层547在第一透光衬底541上与栅电极层501相同的层上形成，而且是像素中的平坦电极层。
在通过溅射法形成半导体层503之前，优选对栅绝缘层502和引线层505a和505b执行其中引入氩气以产生等离子体的反溅射，以去除附连至表面的灰尘。
优选使半导体层503和n+层504a和504b在200℃到600℃下、通常在300℃到500℃下经受热处理。例如，在空气气氛或氮气气氛下、在350℃下执行热处理一小时。注意，对何时执行该热处理并无特殊限制，只要在形成用于半导体层503和n+层504a和504b的氧化物半导体膜之后执行该热处理既可。
将In-Ga-Zn-O基非单晶膜用于半导体层503和n+层504a和504b。具有这样的结构的薄膜晶体管520表现出20cm2/Vs或更高的迁移率和0.4V/dec或更小的亚阈值摆动(S值)。因此，该薄膜晶体管能高速地工作，而且能在与像素部分相同的衬底上形成诸如移位寄存器之类的驱动器电路(源驱动器或栅驱动器)。
可与其它实施例中公开的任一结构适当地组合而实现本实施例。
[实施例4]
制造了薄膜晶体管，而且在像素部分中并进一步在驱动器电路中利用该薄膜晶体管能制造具有显示功能的液晶显示器件。此外，利用薄膜晶体管能在与像素部分相同的衬底上形成驱动器电路的一部分或全部，藉此获得板上系统。
该液晶显示器件包括作为显示元件的液晶元件(也称为液晶显示元件)。
此外，液晶显示器件包括封装有显示元件的面板和其中将包括控制器的IC等安装至面板的模块。本发明还涉及在液晶显示器件的制造工艺中在完成显示元件之前的元件衬底的一种模式，而且该元件衬底设置有用于向多个像素中的每一个中的显示元件提供电流的装置。具体而言，该元件衬底可以处于仅形成显示元件的一个像素电极之后的状态、在形成作为像素电极的导电膜之后的状态、在该导电膜被蚀刻以形成像素电极之前的状态或任一其它状态。
注意，本说明书中的显示装置表示图像显示装置、显示装置或光源(包括发光装置)。此外，该液晶显示器件在其类别中还可包括以下模块：附连有诸如FPC(柔性印刷电路)、TAB(带式自动接合)带或TCP(带式载体封装)之类的连接器的模块；具有在其端部设置有印刷线路板的TAB带或TCP的模块；以及其中集成电路(IC)通过玻璃上芯片(COG)方法直接安装在显示元件上的模块。
将参照图5A1、5A2以及5B描述作为液晶显示器件的一个实施例的液晶显示面板的外观和截面。图5A1和5A2是其中用密封剂4005在第一衬底4001与第二衬底4006之间密封了分别包括氧化物半导体膜作为半导体层的高可靠性薄膜晶体管4010和4011和液晶元件4013的面板的俯视图。图5B是沿图5A1和图5A2的线M-N所取的截面图。
密封剂4005被设置成包围设置在第一衬底4001上的像素部分4002和扫描线驱动器电路4004。在像素部分4002和扫描线驱动器电路4004之上设置了第二衬底4006。因此，通过第一衬底4001、密封剂4005以及第二衬底4006将像素部分4002和扫描线驱动器电路4004以及液晶层4008密封到一起。
在图5A1中，将使用单晶半导体膜或多晶半导体膜在单独制备的衬底上形成的信号线驱动器电路4003安装在第一衬底4001上与被密封剂4005包围的区域不同的区域中。相反，图5A2示出了其中使用薄膜晶体管在第一衬底4001上形成信号线驱动器电路的一部分的示例，该薄膜晶体管使用氧化物半导体。在第一衬底4001上形成了信号线驱动器电路4003b，而将使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的信号线驱动器电路4003a安装在单独制备的衬底上。
要注意，对于单独形成的驱动器电路的连接方法无特殊限制，而且可使用COG方法、引线接合方法、TAB方法等。图5A1示出通过COG方法安装信号线驱动器电路4003的示例，而图5A2示出通过TAB方法安装信号线驱动器电路4003的示例。
在第一衬底4001上设置的像素部分4002和扫描线驱动器电路4004包括多个薄膜晶体管。图5B示出像素部分4002中包括的薄膜晶体管4010和扫描线驱动器电路4004中包括的薄膜晶体管4011。在薄膜晶体管4010和4011上设置了绝缘层4020和层间膜4021。
可将在实施例1到8中描述的包括氧化物半导体膜作为半导体层的高可靠薄膜晶体管中的任一个用作薄膜晶体管4010和4011。薄膜晶体管4010和4011是n沟道薄膜晶体管。
在第一衬底4001上设置了像素电极层4030和公共电极层4031，而像素电极层4030电连接至薄膜晶体管4010。液晶元件4013包括像素电极层4030、公共电极层4031以及液晶层4008。注意，分别在第一衬底4001和第二衬底4006的外侧上设置了偏振板4032和偏振板4033。像素电极层4030和公共电极层4031可具有实施例2中描述的结构；在这样的情况下，可在第二衬底4006侧上设置公共电极层，而且可层叠像素电极层4030和公共电极层4031，并在它们之间插入液晶层4008。
作为第一衬底4001和第二衬底4006，能使用具有透光性质的玻璃、塑料等。作为塑料，能使用玻璃纤维增强的塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜、或丙烯酸树脂膜。此外，还可使用PVF膜或聚酯膜之间夹有铝箔的薄板。
通过对绝缘膜选择性蚀刻获得附图标记4035表示的柱状隔离件，而且设置该柱状隔离件用于控制液晶层4008的厚度(单元间隙)。注意，可使用球状隔离件。
图5A1、5A2以及5B示出了在一对衬底的外侧(观看侧)上设置偏振板的液晶显示器件的示例；然而，也可在该对衬底的内侧上设置该偏振板。可根据偏振板的材料和制造工艺的条件适当地确定在内侧还是外侧上设置偏振板。此外，可设置作为黑色基质的挡光层。
层间膜4021是透光树脂层，而且在层间膜4021的部分中形成了挡光层4012。挡光层4012覆盖薄膜晶体管4010和4011。在图5A1、5A2以及5B中，在第二衬底4006侧上设置了挡光层4034以覆盖薄膜晶体管4010和4011。通过挡光层4012和挡光层4034，能提高对比度，而且能使薄膜晶体管更稳定。
当设置了挡光层4034时，能衰减入射到薄膜晶体管的半导体层上的光的强度；因此，能防止薄膜晶体管的电特性因为氧化物半导体的光敏性而变化，从而使其稳定。
可用作为薄膜晶体管的保护膜的绝缘层4020覆盖薄膜晶体管；然而，对这样的结构没有特殊限制。
注意，设置该保护膜用于防止漂浮在空气中的诸如有机物质、金属物质或水汽之类的杂质进入，而且优选地该保护膜是致密膜。可通过溅射法将该保护膜形成为具有包括氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和/或氮氧化铝膜的单层结构或层叠结构。
在形成保护膜之后，可使半导体层经受退火(300℃到400℃)。
此外，在进一步形成透光绝缘层作为平坦化绝缘膜的情况下，可使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂之类的具有耐热性的有机材料形成该透光绝缘层。除这些有机材料之外，还有可能使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷基树脂、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)等。可通过层叠使用这些材料形成的多层绝缘膜来形成该绝缘层。
用于形成绝缘层的方法不受特别限制，而且可根据材料采用以下方法：溅射法、SOG法、旋涂法、浸涂法、喷涂法、液滴排出法(例如喷墨法、丝网印刷法或胶版印刷法)、刮片法、辊涂法、幕涂法、刀涂法等。在使用材料溶液形成该绝缘层的情况下，可在烘焙步骤同时对半导体层退火(在200℃到400℃下)。该绝缘层的烘焙步骤也用作半导体层的退火步骤，藉此能高效地制造液晶显示器件。
可使用诸如包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化锌铟、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化锡铟、氧化锡铟(下文称为ITO)、氧化锌铟或添加了氧化硅的氧化锡铟之类的透光导电材料制成像素电极层4030和公共电极层4031。
可将包含导电高分子(也称为导电聚合物)的导电组合物用于像素电极层4030和公共电极层4031。
此外，从FPC 4018对单独形成的信号线驱动器电路4003以及扫描线驱动器电路4004或像素部分4002提供多个信号和电位。
此外，因为薄膜晶体管容易被静电等损坏，所以优选在与栅线或源线相同的衬底上设置用于保护驱动器电路的保护电路。优选使用其中使用了氧化物半导体的非线性元件形成保护电路。
在图5A1、5A2以及5B中，使用与像素电极层4030相同的导电膜形成连接端子电极4015，且使用与薄膜晶体管4010和4011的源电极层和漏电极层相同的导电膜形成端子电极4016。
连接端子电极4015通过各向异性导电膜4019电连接至FPC 4018中包括的端子。
虽然图5A1、5A2以及5B示出了单独形成信号线驱动器电路4003且将其安装在第一衬底4001上的示例，但本发明不限于此结构。可单独形成扫描线驱动器电路然后安装，或仅单独形成信号线驱动器电路的一部分或扫描线驱动器电路的一部分然后安装。
图6示出液晶显示装置的截面结构的示例，在该液晶显示装置中，利用密封剂2602将元件衬底2600和对衬底2601附连到一起，而且在这些衬底之间设置了包括TFT等的元件层2603和液晶层2604。
在执行彩色显示的情况下，将发射多色光的发光二极管设置在背光部分中。在RGB模式的情况下，将红光二极管2910R、绿光二极管2910G以及蓝光二极管2910B设置在液晶显示装置的显示区所分成的相应区域中。
在对衬底2601的外侧上设置了偏振板2606，而在元件衬底2600的外侧上设置了偏振板2607和光薄板2613。使用红光二极管2910R、绿光二极管2910G和蓝光二极管2910B以及反射板2611形成光源。为电路衬底2612而设置的LED控制电路2912通过柔性线路板2609连接至元件衬底2600的引线电路部分2608，且进一步包括诸如控制电路或电源电路之类的外部电路。
通过该LED控制电路2912使LED单独地发光；因此形成了场序制液晶显示器件。
可与其它实施例中公开的任一结构适当地组合而实现本实施例。
[实施例5]
可将本说明书中公开的液晶显示器件应用于多种电子设备(包括游戏机)。电子设备的示例包括电视机(也称为电视或电视接收器)、计算机显示器等、诸如数码相机或数码摄像机之类的相机、数码相框、移动电话(也称为蜂窝电话或移动电话机)、便携式游戏控制台、便携式信息终端、音频再现设备、诸如弹球盘机之类的大尺寸游戏机等。
图7示出电视机9600的示例。在电视机9600中，显示部分9603被包括在外壳9601中。可在显示部分9603上显示图像。这里，外壳9601由支架9605支承。
可利用外壳9601的操作开关或独立的遥控器9610操作电视机9600。可利用遥控器9610的操作键9609控制频道和音量，从而控制显示部分9603上显示的图像。此外，遥控器9610可设置有用于显示从遥控器9610输出的数据的显示部分9607。
注意，电视机9600设置有接收器、调制解调器等。利用该接收器，可接收一般的电视广播。此外，当电视机9600经由调制解调器通过有线或无线连接连接至通信网络时，可执行单向(从发射器到接收器)或双向(发射器与接收器之间、接收器之间等)数据通信。
图8A示出包括外壳9881和外壳9891的便携式游戏机，其中外壳9881和外壳9891通过连接器9893接合到一起以便打开和闭合。显示部分9882和显示部分9883分别被包括在外壳9881和外壳9891中。图8A中所示的便携式游戏机还包括扬声器部分9884、存储介质插入部分9886、LED灯9890、输入装置(操作键9885、连接端子9887、传感器9888(具有测量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、旋转次数、距离、光、液体、磁性、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、射线、流速、湿度、倾角、振动、气味或红外线的功能的传感器)话筒9889)等。不言而喻，该便携式游戏机的结构不限于上述结构，而且可采用设置有本说明书中公开的至少一个液晶显示器件的其它结构。该便携式游戏机可适当地包括其它附加设备。图8A中所示的便携式游戏机具有读出存储在记录介质中的程序或数据以将其显示在显示部分上的功能，以及通过无线通信与另一便携式游戏机共享信息的功能。图8A中的便携式游戏机可具有不限于上述功能的多种功能。
图8B示出作为大尺寸游戏机的自动售货机9900的示例。在自动售货机9900中，显示部分9903被包括在外壳9901中。此外，自动售货机9900包括诸如起始杆或停止开关之类的操作装置、硬币槽、扬声器等。不言而喻，该自动售货机9900的结构不限于上述结构，而且可采用设置有本说明书中公开的至少一个液晶显示器件的其它结构。该自动售货机可适当包括其它附加设备。
图9A示出移动电话1000的示例。移动电话1000设置有包括在外壳1001中的显示部分1002、操作按钮1003、外部连接端口1004、扬声器1005、话筒1006等。
当用手指等触摸图9A中所示的移动电话1000的显示部分1002时，数据可被输入移动电话1000。此外，可通过手指等触摸显示部分1002来执行诸如打电话和编辑邮件之类的操作。
显示部分1002主要有三种屏幕模式。第一种模式是主要用于显示图像的显示模式。第二种模式是主要用于输入诸如文字之类的信息的输入模式。第三种模式是其中组合了显示模式和输入模式这两种模式的显示-输入模式。
例如，在打电话或编辑邮件的情况下，为显示部分1002选择主要用于输入文字的文字输入模式，从而可输入显示在屏幕上的文字。在该情况下，优选在显示部分1002的屏幕的几乎全部区域上显示键盘或数字按钮。
当诸如陀螺仪或加速度传感器之类的包括用于检测倾斜的传感器的检测设备被设置在移动电话1000内部时，可通过确定移动电话1000的方向(无论移动电话1000被放置成水平还是垂直以用于景色模式或肖像模式)自动切换显示部分1002的屏幕上的显示内容。
通过触摸显示部分1002或操作外壳1001的操作按钮1003可切换屏幕模式。或者，可根据显示部分1002上显示的图像类型切换屏幕模式。例如，当显示在显示部分上的图像信号是移动图像数据时，屏幕模式被切换成显示模式。当该信号是文字数据时，屏幕模式被切换成输入模式。
此外，在输入模式中，当未进行通过触摸显示部分1002的输入达一定时间，同时显示部分1002中的光传感器检测到信号时，可控制屏幕模式从输入模式切换至显示模式。
显示部分1002还能起图像传感器的作用。例如，通过用手掌或手指触摸显示部分1002采集掌纹、指纹等图像，藉此执行个人认证。此外，通过为显示部分提供背光或发射近红外光的感测光源，也能采集指纹、掌纹等图像。
图9B示出移动电话的示例。图9B中的移动电话包括：显示器件9410，其具有显示部分9412和外壳9411中的操作按钮9413；以及通信器件9400，其具有在外壳9401中的扫描按钮9402、外部输入端子9403、话筒9404、扬声器9405以及在接收到电话时发射光的发光部分9406。具有显示功能的显示器件9410可按照箭头表示的两个方向脱离或附连至具有电话功能的通信器件9400。因此，显示器件9410和通信器件9400可沿它们的短边或长边彼此附连。此外，当仅需要显示功能时，显示装置9410可从通信装置9400脱离并单独使用。可通过无线或有线通信在分别具有充电电池的通信装置9400和显示装置9410之间发送或接收图像或输入信息。
将在以下示例中更详细地描述包括上述结构的本发明。
[示例1]
在示例1中，将描述通过液晶注入方法制造场序制液晶显示器件的示例。
在第一透光衬底上形成了TFT，然后形成了黑色基质(BM)和保护膜。在开接触孔之后，形成像素电极。此外，以相似的方式在第一透光衬底上形成公共电极，从而像素电极和公共电极形成梳状。然后，在其中未形成开口的像素部分的区域中设置柱状隔离件。
然后，以与第一透光衬底相似的方式在第二透光衬底上形成透明导电膜，并形成柱状隔离件。确定隔离件的位置，以使当第一透光衬底和第二透光衬底彼此附连时，在第一透光衬底上形成的柱状隔离件和在第二透光衬底上形成的柱状隔离件彼此交迭。
这里，未形成用于控制液晶的取向的取向膜，且未对第一透光衬底和第二透光衬底执行诸如摩擦之类的取向处理。在该示例中，设置了RGB二极管(LED)作为背光而且采用了场序制系统；因此，未在第一透光衬底和第二透光衬底上设置滤色器。
接着，在第二透光衬底上涂敷热可固化密封剂，并使第一透光衬底和第二透光衬底彼此附连。附连的准确性在+1μm到-1μm的范围内。通过诸如柱状隔离件或球状隔离件之类的距离保持工具保持第一透光衬底与第二透光衬底之间的距离。然后，当施加压力(2.94N/cm2)时，将密封剂在烤箱中在160℃下烘焙3小时。
接着，利用划片器分割附连的第一和第二透光衬底，并附连FPC。
用于此示例的液晶混合物是包括介电常数各向异性为正的液晶、手性剂、光可固化树脂以及聚合引发剂的混合物。UV可固化树脂和聚合引发剂在UV照射之前可能经受自聚合。因此，首先混合液晶和手性剂以使其相成为胆甾相，然后加热至各向同性相以使间距变成400nm或更小。在充分搅拌之后，在室温下混合UV可固化树脂和聚合引发剂。然后，在比UV可固化树脂和聚合引发剂的熔点高2℃的温度下执行搅拌。
接着，在被加热的情况下真空注入该液晶混合物。在注入之后，密封注入孔，并执行聚合物稳定处理。例如，按照以下方式执行聚合物稳定化处理：将之间夹有液晶层的该对衬底置于烤箱中，并加热至各向同性相。然后，使温度以-0.5℃/分下降，从而使该相变成蓝相。接着，在温度下降停止于蓝相而且该温度被保持于某度的状态下，通过用UV光源(主波长为365nm，2mW/cm2)从该对衬底的上方和下方照射20分钟而执行聚合物稳定化。对该步骤采用了烤箱，因为不能在作为不透过可见光和紫外光的金属板的热板的情况下执行该步骤。此外，因为第二透光衬底未设置有BM，所以能用紫外光照射整个液晶层。另一方面，因为第一透光衬底设置有具有挡光性质等的BM，所以仅用紫外光照射液晶层与像素开口部分交迭的那部分。然而，因为采用了不需要设置滤色器的场序制系统，所以用几乎相同量的紫外光从第一透光衬底和第二透光衬底照射像素开口部分。因此，使聚合物均匀分布，而不会不均匀地分布到一个衬底侧，即第一透光衬底侧或第二透光衬底侧。此外，将两个偏振板附连至第一透光衬底和第二透光衬底的外侧，以使这两个偏振板被设置成与梳状电极形成45°。因此，制造了液晶面板。
在本示例中描述了在注入之后密封注入孔然后执行聚合物稳定化处理的示例。然而，在使用UV可固化树脂用于密封的情况下，优选在注入之后执行聚合物稳定化处理，然后执行密封，因为液晶混合物中所包括的UV可固化树脂可能会被用于密封的UV照射固化。
按照上述方式，通过同时从第一透光衬底和第二透光衬底执行聚合物稳定化处理的UV照射步骤，在停止施加电压之后不会引起剩余双折射；因此，能获得与施加电压之前相同的黑色显示，而且能减少光泄漏。因此，能制造具有高质量的聚合物稳定的蓝相显示元件。
本申请基于2008年12月25向日本专利局提交的日本专利申请S/N.2008-330915，该申请的全部内容通过引用结合于此。