液晶显示元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及液晶显示元件。
【背景技术】
[0002] 液晶显示元件从钟表、计算器开始，用于家庭用各种电器、测定仪器、汽车用面板、 文字处理器、电子记事本、打印机、电脑、电视等。作为液晶显示方式，可举出其代表性的TN (扭曲向列）型、STN(超扭曲向列）型，DS(动态光散射)型、GH(宾主）型、IPS(面内切换）型、 FFS(边缘场切换)型、OCB(光学补偿双折射)型、ECB(电压控制双折射)型、VA(垂直取向）型、 CSH(彩色超垂直取向）型、或化C(强介电性液晶）等。此外，作为驱动方式，从W往的静态驱 动变成多工驱动成为一般情况，单纯矩阵方式、最近是利用TFT(薄膜晶体管)或TFD(薄膜二 极管)等进行驱动的有源矩阵(AM)方式成为主流。
[0003] 作为可应用于有源矩阵方式的薄膜晶体管的半导体，已知娃系材料。此外，近年 来，制作使用氧化锋、In-Ga-化-0系等氧化物半导体的薄膜晶体管，应用于液晶显示元件的 技术受到注目（参照专利文献1)。使用氧化物半导体的薄膜晶体管与使用娃系材料的薄膜 晶体管相比，具有高的场效应迁移率，因此可W提高显示元件的性能，此外，可W省电。因 此，液晶元件厂商一直持续积极开发使用氧化物半导体的薄膜晶体管的阵列的采用等。
[0004] 然而，使用氧化物半导体的薄膜晶体管存在电特性容易变动且可靠性低的问题。 作为电特性的变动的一个原因，可举出氧从氧化物半导体膜脱离而产生氧缺陷所代表的晶 格缺陷。针对运种问题，研究有W下方法:通过控制氧化物半导体的成膜时的氧环境的条 件，减小电子载体浓度，难W产生氧缺陷(参照专利文献2)。
[0005] 另一方面，就构成液晶显示元件的液晶层的液晶组合物而言，若组合物中存在杂 质，则对显示元件的电的特性造成严重影响，因此一直进行对杂质的高度管理。此外，关于 形成取向膜的材料，也已知取向膜与液晶层直接接触，取向膜中存留的杂质移动至液晶层， 从而对液晶层的电的特性造成影响，正在进行关于取向膜材料中的杂质所引起的液晶显示 元件的特性的研究。
[0006] 然而，如专利文献2所记载，对氧缺陷所代表的晶格缺陷的问题进行研究，但无法 充分防止氧从氧化物半导体膜脱离。若氧从氧化物半导体膜脱离，则扩散至覆盖氧化物半 导体膜的绝缘膜，使该绝缘膜变质。液晶显示元件中，在薄膜晶体管的氧化物半导体膜与液 晶层之间，仅有薄的绝缘膜、或薄的绝缘膜和薄的取向膜等而没有间隔液晶组合物的部件， 因此若产生从氧化物半导体膜脱离的氧的扩散、伴随该扩散的绝缘膜的变质，则可设想氧 化物半导体膜与液晶层没有被充分截断，从氧化物半导体膜脱离的氧对液晶层造成影响。 若由从氧化物半导体膜脱离的氧等所致的杂质扩散至液晶层，则有可能显现由液晶层的电 压保持率(VHR)的下降、离子密度(ID)的增加所致的白斑（白抜巧）、取向不均，残影(焼香付 香）等显示不良。
[0007] 然而，W往，如专利文献2所公开，抑制氧从氧化物半导体脱离成为发明的本质，对 使用氧化物半导体的薄膜晶体管与液晶组成的直接关系并没有进行研究。
[000引现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特开2007-96055号公报
[0011] 专利文献2:日本特开2006-165528号公报
【发明内容】
[0012] 因此，本发明提供一种在使用氧化物半导体的液晶显示元件中，可防止液晶层的 电压保持率(VHR)的下降、离子密度(ID)的增加，解决白斑、取向不均、残影等显示不良的问 题的液晶显示元件。
[0013] 本申请的发明人等为了解决上述课题，对最适合于具有使用氧化物半导体的薄膜 晶体管的液晶显示元件的各种液晶组合物的构成进行了深入研究，其结果发现，使用特定 的液晶组合物的液晶显示元件可防止液晶层的电压保持率(V皿)的下降、离子密度（ID)的 增加，解决白斑、取向不均、残影等显示不良的问题，且能够省电，完成了本申请发明。
[0014] 目P，本发明是一种液晶显示元件，
[0015] 具有对置配置的第一基板与第二基板，在上述第一基板与第二基板之间夹持有含 有液晶组合物的液晶层，
[0016] 且具有在上述第一基板上配置成矩阵状的多个栅极配线和数据配线、设置于上述 栅极配线与数据配线的交叉部的薄膜晶体管、W及利用该晶体管进行驱动且由透明导电性 材料构成的像素电极，
[0017] 上述薄膜晶体管具有栅极电极、与该栅极电极隔着绝缘层设置的氧化物半导体 层、W及与该氧化物半导体层导通而设置的源电极和漏电极，
[0018] 上述液晶组合物含有一种或二种W上的选自由通式化C3)~通式化巧）表示的化 合物中的化合物和一种或二种W上的选自由通式（Il-a)~通式（Il-f)表示的化合物中的 化合物，
[0019]
[0020] (式中，RLG"、RLC32、rLC"、RLC42、RLCS哺RLC52各自独立地表示碳原子数1~15的烷基， 该烷基中的1个或2个W上的-畑2-可WW氧原子不直接邻接的方式被-0-、-CH = 畑-、-C0-、-0C0-、-C00-或-C=C-取代，该烷基中的l个或2个W上的氨原子也可任意地被面素原 子取代，aLCSI - aL。32 - aLC" - aL。42 - aLC51巧aLC52么白細古+出亲志下冰件一结抬]-
[0021]
[0022] (该结构中，亚环己基中的1个或2个W上的-C出-也可被氧原子取代，1,4-亚苯基 中的1个或2个W上的-CH=也可被氮原子取代，此外，该结构中的1个或2个W上的氨原子也 可被氣原子、氯原子、-C的或-0CF3取代），ZLESl、ZLE 32、ZLW、ZLE42、ZLES哺ZLESl各自独立地表示 单键、-CH = CH-、-C = C-、-OfeC此-、-(邸2) 4-、-COO-、-OC此-、-OfeO-、-0CF2-或-CF20-，Z5 表 示-C此-或氧原子，XLG4嗦示氨原子或氣原子，mLGsi、mLG32、mLG 4i、mLG42、mLGs哺mLG52各自独立地 表示0 ~3，mLG31+mLG32、mLG"+mLG42和 mLC 日l+mLG 日 2为 1、2或3,在存在多个 ALG31 ~ALG 日2、zLG31~ZLC52 时，它们可相同或不同。）
[0023]
[0024] (式中，Ri9~RW互相独立地表示碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的烷氧基 或碳原子数2~10的締基，X 2I表示氨原子或氣原子。）
[0025] 本发明的液晶显示元件通过利用使用氧化物半导体的TFT和特定的液晶组合物， 可W防止液晶层的电压保持率(V皿)的下降、离子密度（ID)的增加，可W防止白斑、取向不 均、残影等显示不良的产生，且能够省电。
【附图说明】
[0026] 图1是示意地表示液晶显示元件的一个方式的结构的分解立体图。
[0027] 图2是将图1中的包含基板上形成的薄膜晶体管的电极层103的WlI线包围的区域 放大的俯视图。
[0028] 图3是在图2中的III-HI线方向将薄膜晶体管层103切断的截面图的一个例子。
[0029] 图4是示意地表示液晶显示元件的一个方式的结构的分解立体图。
[0030] 图5是将图4中的包含基板上形成的薄膜晶体管的电极层3的II区域放大的俯视图 的一个例子。
[0031] 图6是在图5中的III-HI线方向将液晶显示元件切断的截面图的一个例子。
[0032] 图7是将图4中的包含基板上形成的薄膜晶体管的电极层3的II区域放大的俯视图 的其它例子。
[0033] 图8是在图5中的III-HI线方向将液晶显示元件切断的截面图的其它例子。
[0034] 图9是将液晶显示元件的电极构成放大的俯视图。是表示阵列上的滤色片（力弓一 夕才シアレ^ )的液晶显不兀件的截面图。
[0035] 图10是表示阵列上的滤色片的液晶显示元件的截面图。
[0036] 图11是表示阵列上的滤色片的其它方式的液晶显示元件的截面图。
【具体实施方式】
[0037] <第一实施方式>
[0038] 本发明所设及的液晶显示元件的第一优选实施方式是具有使用氧化物半导体的 薄膜晶体管和特定的液晶组合物，在液晶显示元件的第一基板与第二基板间产生大致垂直 方向的电场的液晶显示元件。第一优选实施方式是在第一基板和第二基板分别具有电极的 液晶显示元件，例如，是采用VA(Vertical Alignment:垂直取向）型的透射型的液晶显示元 件。
[0039] 本发明所设及的液晶显示元件的第一优选实施方式优选具有对置配置的第一基 板和第二基板，在上述第一基板与第二基板之间夹持有含有液晶组合物的液晶层，且具有 在上述第一基板上配置成矩阵状的多个栅极总线和数据总线、设置于栅极总线与数据总线 的交叉部的薄膜晶体管、W及利用该晶体管进行驱动且由透明导电性材料构成的像素电 极，上述薄膜晶体管具有栅极电极、与该栅极电极隔着绝缘层设置的氧化物半导体层、W及 与该氧化物半导体层导通而设置的源电极和漏电极，在第二基板上具有由透明导电性材料 构成的共通电极，液晶层在无施加电压时显示垂直取向。
[0040] 将第一实施方式的液晶显示元件的一个例子示于图1~图3。图1是示意地表示液 晶显示元件的一个方式的结构的分解立体图。此外，图1中，为了方便说明，将各构成要素间 隔而记载。图2是将该图1中的包含基板上形成的薄膜晶体管的电极层103(或也称为薄膜晶 体管层103)的WII线包围的区域放大的俯视图。图3是在图2中的III-III线方向将图2所示 的薄膜晶体管层103切断的截面图。W下，参照图1~3说明本发明所设及的液晶显示元件。
[0041] 如图1所记载，本发明所设及的液晶显示元件100的构成具有如下特征:该液晶显 示元件具有第二基板108、第一基板102和夹持于上述第一基板102与第二基板108之间的液 晶组合物(或液晶层105)，该第二基板108具备由透明导电性材料构成的透明电极(层）106 (或也称为共通电极106)，该第一基板102具备由透明导电性材料构成的像素电极和形成有 控制各像素所具备的上述像素电极的薄膜晶体管的薄膜晶体管层103,该液晶组合物中的 液晶分子在无施加电压时的取向相对于上述基板102、108大致垂直，利用使用了氧化物半 导体的TFT，使用如W下说明的特定的液晶组合物作为液晶组合物。另外，液晶组合物中的 液晶分子在无施加电压时的取向相对于上述基板102、108大致垂直是指在无施加电压时液 晶组合物显不垂直取向。
[0042] 此外，如图1所示，上述第一基板102和上述第二基板108可W利用一对偏振片101、 109夹持。进而，图1中，上述第二基板109与共通电极106之间设置有滤色片107。此外，也可 W进一步W与本发明所设及的液晶层105邻接且与构成该液晶层105的液晶组合物直接抵 接的方式将一对取向膜104形成于薄膜晶体管层103和透明电极(层)106表面。
[0043] 目P，本发明所设及的液晶显示元件100是将第一偏振片101、第一基板102、包含薄 膜晶体管的电极层(或也称为薄膜晶体管层）1〇3、取向膜104、包含液晶组合物的层105、取 向膜104、共通电极106、滤色片107、第二基板108W及第一偏振片109依次层叠而构成的。
[0044] 此外，如图2所示，对于包含形成于第一基板102的表面的薄膜晶体管的电极层 103,将用于供给扫描信号的栅极配线126与用于供给显示信号的数据配线125互相交叉，并 且在被上述多个栅极配线126和多个数据配线125包围的区域，像素电极121形成为矩阵状。 作为对像素电极121供给显示信号的开关元件，在上述栅极配线126与上述数据配线125互 相交叉的交叉部附近，包含源电极127、漏电极124和栅极电极128的薄膜晶体管与上述像素 电极121连结而设置。进而，在被上述多个栅极配线126和多个数据配线125包围的区域设置 有保存介由数据配线125供给的显示信号的存储电容器123。
[00例（基板）
[0046] 第一基板102和第二基板108可使用玻璃或如塑料的具有柔软性的透明材料，另一 方面，也可W是娃等不透明的材料。2片基板1102、108利用配置于周边区域的环氧系热固性 组合物等密封材料和封装材料而贴合，在其间，为了保持基板间距离，也可W配置例如玻璃 粒子、塑料粒子、氧化侣粒子等粒状间隔物或通过光刻法形成的由树脂构成的间隔柱。
[0047] (薄膜晶体管）
[0048] 本发明中，薄膜晶体管可很好地用于反交错型的液晶显示元件。如图3所示，反交 错型的薄膜晶体管的结构的优选的一个方式例如具有形成于基板102上的栅极电极111、W 覆盖该栅极电极111且覆盖上述基板102的大致整面的方式设置的栅极绝缘层112、W与上 述栅极电极111对置的方式形成于上述栅极绝缘层12的表面的半导体层113、W覆盖上述半 导体层113的一侧端部且与形成于上述基板102上的上述栅极绝缘层112接触的方式设置的 漏电极116、W覆盖上述半导体层113的另一侧端部且与形成于上述基板102表面的上述栅 极绝缘层112接触的方式设置的源电极117、W及W覆盖上述漏电极116和上述源电极117的 方式设置的绝缘保护层118。根据消除与栅极电极的等级差别等理由，可W在栅极电极111 的表面形成阳极氧化被膜(未图示）。
[0049] 应予说明，本说明书中的"基板上"不仅包含与基板直接抵接，也包含间接地抵接 的所谓的在基板上支撑的状态。
[0050] 本发明的半导体层113使用氧化物半导体。作为氧化物半导体，优选包含选自In、 Ga、化和Sn中的至少一个元素。此外，为了减少使用该氧化物的晶体管的电特性的偏差，除 上述元素 W外，也可W具有给化f)、错（Zr)、侣(Al)、铜化a)、姉（Ce)、错(Pr)、钦(Nd)、衫 (Sm)、館巧U)、礼(Gd)、铺(Tb)、铺(Dy)、铁化0)、巧化r)、镑(Tm)、镜(Yb)、错化U)中的任一种 或多种。
[0051] 作为氧化物半导体，例如，可举出氧化铜、氧化锡、氧化锋、氧化嫁等。此外，作为包 含多种金属元素的氧化物，可使用In-Zn系、Sn-化系、A；L-ai系、Zn-Mg系、Sn-Mg系、In-Mg系、 In-Ga 系、In-Ga-Zn 系、In-Al-Zn 系、In-Sn-Zn 系、Sn_Ga-Zn 系、A1-Ga-Zn 系、Sn-Al-Zn 系、In-Hf-Zn 系、In-Zr-Zn 系、In-L 曰-Zn 系、In-Ce-Zn 系、In-Pr-Zn 系、In-Nd-Zn 系、In-Sm-Zn 系、In-Eu-Zn 系、In-Gd-Zn 系、In-Tb-Zn 系、In-Dy-Zn 系、In-Ho-Zn 系、In-Er-Zn 系、In-Tm-Zn 系、In- Yb-Zn 系、In-Lu-Zn 系、In-Sn-Ga-Zn 系、In-Hf -Ga-Zn 系、In-Al-Ga-Zn 系、In-Sn-Al-Zn 系、 In-Sn-Hf-化系、111-册-4^211系等氧化物。其中，包含111、(；曰和211的氧化物即111-6曰-化系氧 化物(IGZO)从使液晶元件的省电力化、透射率等液晶元件的性能提高的观点出发为优选。 [00对另外，例如，In-Ga-Zn系氧化物是指具有In、Ga和化的氧化物，In与Ga与Zn的比率 没有特别关联。此外，也可W加入除In、(ia和化W外的金属元素。
[0053]不限于它们，根据所需的半导体特性(迁移率、阔值、偏差等)使用适当组成的化合 物即可。此外，为了得到所需的半导体特性，优选使得载体密度或杂质浓度、缺陷密度、金属 元素与氧的原子数比、原子间距离、密度等适当。
[0化4] 氧化物半导体层113采用单晶、多晶、CAAC(C Axis Aligned化ys化1)或非晶质等 的状态。氧化物半导体层113优选设为CAAC-〇S(C Axis Aligned Oystalline Oxide Semiconductor)膜。构成氧化物半导体膜的氧的一部分可W被氮取代。
[0055] 使用氧化物半导体的薄膜晶体管可W减低关闭状态的电流值(关闭电流值），可增 长图像信号等电信号的保持时间，在电源开启状态下写入间隔也可W设定得较长。因此，可 W减少刷新操作的频率，因此取得抑制消耗功率的效果。此外，使用氧化物半导体膜的晶体 管可得到高的场效应迁移率，因此能够高速驱动。此外，与W往相比薄膜晶体管可小型化， 因此可W提高单位像素的透射量。因此，通过在液晶显示元件的像素部中利用使用了氧化 物半导体的晶体管，可W提供高画质的图像。进而，若使用透明半导体膜作为氧化物半导 体，则可W抑制光吸收所引起的光载体的弊病，因此从增大元件的开口率的观点出发也为 优选。
[0056] 进而，W减少肖特基势垒的宽度、高度为目的，可W在半导体层113与漏电极116或 源电极117之间设置欧姆接触层。欧姆接触层可W使用n型非晶娃、n型多晶娃等高浓度地添 加了憐等杂质的材料。
[0057] 栅极总线126、数据总线125优选为金属膜，更优选为Al、Cu、Au、Ag、Cr、Ta、Ti、Mo、 W、Ni或其合金，特别优选使用Al或其合金的配线的情况。栅极总线126和数据总线125介由 栅极绝缘膜重叠。此外，绝缘保护层118是具有绝缘功能的层，W氮化娃、二氧化娃、氮氧化 娃膜等形成。
[0化引（透明电极）
[0059] 本发明的液晶显示元件中，作为像素电极121、透明电极(层）106(或共通电极106) 中使用的透明电极的材料，可使用导电性的金属氧化物，作为金属氧化物，可使用氧化铜 (In2〇3)、氧化锡（&1〇2)、氧化锋（ZnO)、氧化铜锡（In2〇3 -Sn〇2)、氧化铜锋（In2〇3 -ZnO)、添加 有妮的二氧化铁(Tii-xNbx〇2)、渗杂氣的氧化锡、石墨締纳米带或金属纳米线等，优选为氧化 锋(ZnO