液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置及其制造方法。
背景技术：
具有液晶元件的液晶显示装置、具有自发光元件的发光装置、场致发射显示器(FED)等已经在薄且轻重量的显示装置(所谓的平板显示器)市场中被竞相开发。对于液晶显示装置需要增加液晶分子的响应速度。液晶的显示模式具有多种类型，并且其中，能给出铁电液晶(FLC)模式，光学补偿双折射(OCB)模式，以及使用呈现蓝相模式的液晶作为能够高速响应的液晶模式。具体地，借助于使用呈现蓝相的液晶模式，无需取向膜并且视角能加宽；因此，促进了针对实际使用的研究(例如，参见专利文献I)。专利文献I公布了液晶须经受聚合物稳定化处理，从而加宽了其中呈现蓝相的温度范围。[专利文献I]PCT国际公开号No.05/090520。

发明内容
液晶显示装置存在的问题是，为了获得高对比度必需高的白透射率(白色显示中的透光率)。因此，为了获得更高对比度，一个目的是提供液晶显示装置，其适于用液晶呈现蓝相的液晶显示模式。另一个目的是获得包括呈现蓝相的液晶的液晶显示装置的功率消耗的减少。在液晶显示装置中，在第一衬底与第二衬底之间插入呈现蓝相的液晶层，对在第一衬底与液晶层之间设置的具有开口图案(狭缝)的像素电极层(第一电极层)和具有开口图案(狭缝)的公共电极层(第二电极层)进行定位，以免互相重叠。像素电极层形成为覆盖拱形的(rib-shaped)第一结构体(stucture body)的顶面和侧面,该第一结构体设置成从第一衬底的液晶层侧的表面(面对液晶层的表面)突出至液晶层中。公共电极层形成为覆盖在拱形的第二结构体的顶面和侧面，该第二结构体设置成从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中。另一个公共电极层可在对置衬底(counter substrate)(第二衬底)侧设置,从而一对公共电极层互相面对。在此情况下，第一衬底侧的第一公共电极层和第二衬底侧的第二公共电极层(第三电极层)定位成互相重叠，其间插入有的液晶层。形成于第一衬底之上的像素电极层和第一公共电极层以及形成于第二衬底上的第二公共电极层，被用密封材料与插入其间的液晶层互相固定。像素电极层、第一公共电极 层以及第二公共电极层具有多种开口图案并且各具有包括弯曲部分或分支的类梳形的形状(branching com-like shape),而不是平板形状。此外,在形成第二公共电极层的情况下，第一公共电极层和第二公共电极层至少在平面图中的像素区域中具有大体相同的图案并且被定位成互相重叠，液晶层插入其间。第一公共电极层第二公共电极层至少部分地互相重叠。第一结构体和第二结构体是拱形的。该拱形的第一结构体和拱形的第二结构体形成于其顶面和侧面之上，反映了像素电极层和公共电极层的形状，并且各具有开口图案和包括弯曲部分或分支的类梳形的形状。设置像素电极层以覆盖第一结构体的顶面和侧面，以及设置公共电极层以覆盖第二结构体的顶面和侧面，由此像素电极层和公共电极层的形成区能在液晶层的厚度方向(三维地)增加。因此，在像素电极层与公共电极层之间施加电压时，能在像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。此外，在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分
子。 因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。另外，甚至能有效地施加电场至具有高粘度的呈现蓝相的液晶材料(液晶混合物)；因此，也能获得功率消耗的减少。能使用包括绝缘材料(有机材料或无机材料)的绝缘体和/或包括导电材料(有机材料或无机材料)的导体来形成结构体。典型地，优选使用可见光固化树脂、紫外线固化树脂或热固树脂。例如，能使用丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等。此外，能使用导电树脂或金属材料来形成结构体。注意结构体可各具有多个薄膜的叠层结构。各结构体能具有柱形形状，具有平坦顶面和梯形截面的截顶的圆锥形或棱锥形形状，具有球状圆顶的圆锥形或棱锥形形状等。在本说明书中，因为形成了像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)以覆盖结构体的表面(顶面和侧面)，所以优选结构体各具有粗糙度很小的曲面，以便被像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)顺利地覆盖。另外，优选将具有对于可见光的透光性质的材料用作结构体，因为可防止开口率和白透射率的减少。此外，每个结构体可以是从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的部分；因此，可通过处理层间膜形成突出的结构体，从而液晶层侧的表面是不平的。因此，每个结构体能使用设置有多个突出物的连续膜来形成，或第一结构体和第二结构体可作为连续膜而形成。在本说明书中，第一电极层(像素电极层)和第二电极层(公共电极层)或第三电极层(第二公共电极层)各具有类梳形的图案，该图案不形成封闭的空间而是开放的。第一电极层和第二电极层是不互相接触的，并且它们设置在相同的绝缘表面上(例如，相同的衬底或相同的绝缘膜)，这样它们的类梳形图案互相啮合。在本说明书中，设置有半导体元件(例如，晶体管)、像素电极层、第一公共电极层以及层间膜的衬底称为元件衬底(第一衬底)，而以其间插入有液晶层的方式面对元件衬底的衬底称为对置衬底(第二衬底)。与第一公共电极层重叠的第二公共电极层可在对置衬底(第二衬底)与液晶层之间形成。呈现监相的液晶材料用于液晶层。注意液晶材料涉及包括液晶和用于液晶层的混合物。呈现蓝相的液晶材料具有I毫秒或更少的短响应时间并且有高速响应能力。因此，可获得高性能的液晶显示装置。
呈现蓝相的液晶材料包括液晶和手性剂(chiral agent)。手性剂用于排列液晶，这样液晶形成螺旋结构并且呈现蓝相。例如，可将混合了 5 wt%或者更多的手性剂的液晶材料用于液晶层作为液晶，使用热致液晶、低分子液晶、闻分子液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。对于手性剂，使用具有与液晶的高相容性和强扭曲力的材料。此外，作为材料，R-对映体(enantiomer)或S-对映体的任何一个都是有利的，并且不使用其中R-对映体和
S-对映体以50:50比例混合的外消旋体(racemic body)。取决于条件，上述液晶材料呈现胆甾型相、胆甾型蓝相、近晶相(smectic phase)、近晶蓝相、立方相、手性向列相、各向同性相等。在带有500纳米或更小的相对较短螺距的具有胆留型相或近晶相的液晶材料中观察到作为蓝相的胆留型蓝相和近晶蓝相。液晶材料的排列具有双扭曲结构。由于具有小于或等于可见光波长的量级，液晶材料是透明的，并且通过利用电压施加改变排列次序来生成光学调制动作。蓝相是光学各向同性的并且因此没有视角依赖。因此，不需要形成取向膜；因此，可改进显示图像质量并且可减少成本。蓝相仅仅在狭窄的温度范围内呈现；因此，优选将光固化树脂(photocurableresin)和光聚合作用引发剂(photopolymerization initiator)加入液晶材料中并且执行聚合物稳定化处理，以加宽温度范围。以这样的方式执行聚合物稳定化处理，即用光照射包括液晶、手性剂、光固化树脂以及光聚合作用引发剂的液晶材料，该光具有使光固化树脂和光聚合作用引发剂起反应的波长。可在受控的温度下，通过用光照射在呈现各向同性相的状态下的液晶材料或通过用光照射在呈现蓝相的状态下的液晶材料来执行该聚合物稳定化处理。例如，以这样的方式执行聚合物稳定化处理，即控制液晶层的温度，并且以呈现蓝相的状态用光照射液晶层。注意聚合物稳定化处理不限于这一方式并且可以以这样的方式执行，即以在从蓝相与各向同性相之间的相变温度的+10°c (优选+5°C)内的温度下呈现的各向同性相的状态下用光照射液晶层。蓝相与各向同性相之间的相变温度是当温度升高时相从蓝相变化到各向同性相的温度，或是当温度降低时相从各向同性相变化到蓝相的温度。作为聚合物稳定化处理的示例，可采用下述方法在加热液晶层至呈现各向同性相之后，温度逐渐降低，从而相变化至蓝相，并且然后在保持呈现蓝相的温度的同时执行用光照射。备选地，在通过逐渐加热液晶层使相变化至各向同性相之后，在从蓝相与各向同性相(呈现各向同性相)之间的相变温度的+10°C (优选+5°C)内的温度下，可用光照射液晶层。此外，在紫外线固化树脂(UV固化树脂)用作包括在液晶材料中的光固化树脂的情况下，可用紫外线照射液晶层。甚至在未呈现蓝相的情况下，如果在从蓝相与各向同性相(呈现各向同性相)之间的相变温度的+10°C内(优选+5°C )的温度下，通过用光照射来执行聚合物稳定化处理，可使响应时间短至I毫秒或更少，并且因此可高速响应。在本说明书中公开的本发明的结构的实施例为液晶显示装置，包括在其间插入包括呈现蓝相的液晶材料的液晶层的第一衬底和第二衬底；从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的拱形的第一结构体；在拱形的第一结构体之间设置的并且从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的拱形的第二结构体；覆盖拱形的第一结构体的顶面和侧面的第一电极层；以及覆盖拱形的第二结构体的顶面和侧面的第二电极层。
在本说明书中公开的本发明的结构的另一个实施例为液晶显示装置，包括在其间插入包括呈现蓝相的液晶材料的液晶层的第一衬底和第二衬底；从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的拱形的第一结构体；在拱形的第一结构体之间设置的并且从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的拱形的第二结构体；覆盖拱形的第一结构体的顶面和侧面的第一电极层；覆盖拱形的第二结构体的顶面和侧面的第二电极层；以及具有开口图案的第三电极层，其与第二电极层重叠并且在第二衬底与液晶层之间设置。因为使用呈现蓝相的液晶层，所以无需形成取向膜。因此，获得一结构，其中像素电极层(第一电极层)与液晶层接触的，并且第二电极层(第一公共电极层)与液晶层接触。注意在提供第三电极层(第二公共电极层)的情况下，第三电极层(第二公共电极层)也与液晶层接触。注意为了方便而使用诸如“第一”和“第二”的序数，并不表示步骤次序和层的层 叠次序。此外，在本说明书中的序数不表示指定本发明的具体名称。注意在本说明书中，半导体装置涉及所有装置及通过利用半导体特性可起作用的所有装置，并且电光装置、半导体电路以及电子装置全部包括在半导体装置的类别中。设置像素电极层，以覆盖拱形的第一结构体的顶面和侧面，并且设置公共电极层，以覆盖拱形的第二结构体的顶面和侧面，由此能在液晶层的厚度方向(三维地)增加像素电极层和公共电极层的形成区。因此，在像素电极层与公共电极层之间施加电压时，能在像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。因此，能使用电场控制液晶分子。因此，能使厚度方向上的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。在包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置中，能增加对比率。另外，甚至可有效地施加电场至具有高粘度的呈现蓝相的液晶层；因此，也可获得液晶显示装置的功率消耗的减少。


在附图中
图I示出液晶显示装置的电场模式；
图2示出液晶显示装置的电场模式；
图3A和3B示出液晶显示装置；
图4A和4B示出液晶显示装置；
图5A和5B示出液晶显示装置；
图6A和6B示出液晶显示装置；
图7A至7D示出用于制造液晶显示装置的方法；
图8A和8B示出液晶显示装置的电极层；
图9A和9B示出液晶显示装置；
图IOA和IOB示出液晶显示装置；
图IIA和IlB不出可应用于液晶显不装置的晶体管；
图12A1U2A2和12B示出液晶显示装置；
图13A和13B是分别示出电视机的示例和数字相框的示例的外观 图14A和14B是示出游戏机的示例的外观图；图15A和15B是示出移动电话的示例的外观 图16示出液晶显示模块；
图17A至17D示出用于制造液晶显示装置的方法；
图18A至18E示出用于制造液晶显示装置的方法；
图19A至19C示出液晶显示装置；
图20A和20B分别示出示例I中样本I和样本2的结构；
图21A和21B是样本I的SEM图像；
图22示出比较样本的结构；
图23展示应用的电压与透射光的强度之间的关系；
图24是液晶显不装置的时间 图25A至25E示出能应用于液晶显示装置的晶体管和用于制造晶体管的方法；
图26A至26E示出能应用于液晶显示装置的晶体管和用于制造晶体管的方法；
图27示出能应用于液晶显示装置的晶体管和用于制造晶体管的方法；
图28A和28B示出计算液晶显示装置的电场模式的结果；
图29A和29B示出计算液晶显示装置的电场模式的结果；
图30A和30B示出计算液晶显示装置的电场模式的结果；
图31A和31B示出计算液晶显示装置的电场模式的结果；
图32A和32B示出计算液晶显示装置的电场模式的结果；以及 图33A和33B是示出液晶显示装置的框图。
具体实施例方式将参照附图详细地描述实施例。注意本发明不限制于下文的描述，并且本领域技术人员容易理解的是，在没有背离本发明的精神和范围的情况下，能用多种方式修改本发明的模式和细节。因此，本发明不应该被理解为限制于下文实施例的描述。在下文描述的结构中，将在不同的图中用相同的参考标号来表示相同的部分或具有类似功能的部分，并且将省略其重复的描述。(实施例I)
将参照图I来描述液晶显示装置，其为本说明书中公开的本发明的结构的实施例。图I是液晶显示装置的截面图。在包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置中，能使用如下的方法，即通过生成大体平行于(即，横向上)衬底的电场来移动平行于衬底的平面内的液晶分子而控制灰度。在这种方法中，能采用在面内开关(IPS in-plane switch)模式中使用的电极结构。在诸如IPS模式的横向电场模式中，具有开口图案的第一电极层(例如,其中逐个像素控制电压的像素电极层)和具有开口图案的第二电极层(例如，其中供给公共电压至所有像素的公共电极层)定位在液晶层之下。第一电极层和第二电极层具有多种开口图案并且各具有包括弯曲部分或分支的类梳形的形状 ，而不是平板形状。将第一电极层和第二电极层定位使得它们不互相重叠，以在其间生成电场。通过在像素电极层与公共电极层之间施加电场来控制液晶。施加横向上的电场至液晶，从而能使用电场控制液晶分子。即，能在平行于衬底的方向控制平行于衬底而排列的液晶分子；因此能加宽视角。图I示出液晶显示装置，其中第一衬底200和第二衬底201定位成相互面对，其间插入有包括呈现蓝相的液晶材料的液晶层208。在第一衬底200与液晶层208之间设置第一结构体233、像素电极层230、第二结构体235a和235b以及公共电极层232a和232b。第一结构体233以及第二结构体235a和235b设置成从液晶层208侧的第一衬底200的表面突出至液晶层208。形成像素电极层230以覆盖第一结构体233的顶面和侧面，该第一结构体233设置成从液晶层208侧的第一衬底200的表面(面对液晶层208的表面)突出至液晶层208。形成公共电极层232a和232b以覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面，该第二结构体235a和235b设置成从液晶层208侧的第一衬底200的表面突出至液晶层208。第一结构体和第二结构体是拱形的。拱形的第一结构体和拱形的第二结构体反映形成于其顶面和侧面之上的像素电极层和公共电极层的形状，并且各具有开口图案和包括 弯曲部分或分支的类梳形的形状。第一结构体233和第二结构体235a和235b是各具有圆顶的结构体，该圆顶具有圆形顶部和大体为半圆形的截面。在结构体具有这样曲面时，层叠于其上的像素电极层或公共电极层可形成为具有有利覆盖性的有利形状。像素电极层230以及公共电极层232a和232b各具有包括开口图案的形状，而不是平板形状；因此，在截面图中将它们作为多个分开的电极层示出。优选在像素区域中像素电极层230以及公共电极层232a和232b各具有不形成封闭的空间而是开放的类梳形图案。像素电极层230以及公共电极层232a和232b不互相接触，并且它们设置在相同的绝缘表面上，即，这样它们的类梳形图案在第一衬底200之上互相( 合。在图I的液晶显示装置中，设置像素电极层230，以覆盖第一结构体233的顶面和侧面，并且设置公共电极层232a和232b，以覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面，由此可在液晶层208的厚度方向(三维地)增加像素电极层230以及公共电极层232a和232b的形成区。因此，如图I所示，分别地在像素电极层230与公共电极层232a之间以及像素电极层230与公共电极层232b之间，在液晶层的厚度方向广泛地施加由箭头202a指示的电场和由箭头202b指示的电场。注意如由箭头202a和202b所指示，像素电极层230以及公共电极层232a和232b的顶面之上(其上部区域之间)的等势线是弯曲的。图28B、图29B和图32B示出计算在液晶显示装置中施加的电场的结果。图28A、图29A和图32A示出用于计算的液晶显示装置的结构。用由SHINTECH公司制造的“LCD-Master, 2s-Bench”来执行计算。使用介电常数为4的绝缘体作为结构体(第一结构体233以及第二结构体235a和235b)，并且其截面宽度各设为2. 5 y m。在图28A和28B中，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为I U m。图29A和图29B中，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为2 u m。这里，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为从下表面开始的最大厚度(高度)。在图28A和图28B以及图29A和图29B中，形成像素电极层230，以覆盖第一结构体233的顶面和侧面，并且以类似的方式，形成公共电极层232a和232b，以分别覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面。像素电极层230以及公共电极层232a和232b的厚度各为0. I i! m，并且第一结构体233与第二结构体235a和235b之间的距离是2. 5 y m。与单元间隙(液晶层的最大厚度)对应的第一衬底200与第二衬底201之间的距离为m。此外，图32A和图32B示出比较例，其中公共电极层832a和832b以及像素电极层830交替地设置在第一衬底800与液晶层808之间，并且用第二衬底801密封。在比较例的截面中，像素电极层830以及公共电极层832a和832b的宽度各为2. 5 ym，其厚度各为0. Ium,并且与单元间隙(液晶层的最大厚度)对应的第一衬底800与第二衬底801之间的距离为4 u m。图28B、图29B和图32B示 出在公共电极层被设为OV以及像素电极层被设为IOV的条件下在图28A、图29A和图32A的结构上执行计算的结果。在图28B、图29B和图32B中，实线代表等势线，并且将像素电极层或公共电极层定位在等势线的环形图案的中心。因为生成的电场垂直于等势线，能确认的是，电场施加在设置成覆盖第一结构体233的表面的像素电极层230与设置成覆盖第二结构体235a和235b的表面的公共电极层232a和232b之间的横向上，如图28B和图29B所示。特别地在图29A和图29B中，其中设置了具有大厚度的第一结构体233以及第二结构体235a和235b，在液晶层中广泛地形成了电场。因此，能在整个液晶层中广泛地形成电场。另一方面，在图32B中，出现等位线并且电场形成在第一衬底800附近的液晶层808中，在该衬底800上交替地形成了像素电极层830以及公共电极层832a和832b ;然而，在靠近第二衬底801的区域没有分布等势线并且没有生成电势差。因此，在第二衬底801附近的液晶层808中没有形成电场，并且能确认的是，在采用图32A和图32B中的结构时使液晶层中的所有液晶分子响应是困难的。设置像素电极层以覆盖第一结构体的顶面和侧面，并且设置公共电极层以覆盖第二结构体的顶面和侧面，由此可在液晶层的厚度方向(三维地)增加像素电极层和公共电极层的形成区。因此，在像素电极层与公共电极层之间施加电压时，能在像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。因此，在像素电极层230与公共电极层232a和232b之间施加电压时，能在液晶层208中的像素电极层230与公共电极层232a和232b之间广泛地形成电场。因此，能使用电场控制液晶分子。因此，能使厚度方向上的整个液晶层208中的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。另外，甚至能有效地施加电场至具有高粘度的呈现蓝相的液晶材料(液晶混合物)；因此，也能获得功率消耗的减少。 能用包括绝缘材料(有机材料或无机材料)的绝缘体和/或包括导电材料(有机材料或无机材料)的导体来形成结构体(第一结构体和第二结构体)。典型地，优选使用可见光固化树脂、紫外线固化树脂或热固树脂。例如，能使用丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等。此外，能使用导电树脂或金属材料来形成结构体。注意结构体可各具有多个薄膜的叠层结构。每一个结构体能具有柱形形状，具有平坦顶面和梯形截面的截顶的圆锥形或棱锥形形状，具有球状圆顶的圆锥形或棱锥形形状等。在本说明书中，因为形成了像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)以覆盖结构体的表面(顶面和侧面)，所以优选结构体各具有粗糙度很小的曲面，以便被像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)顺利地覆盖。另外，优选将具有对于可见光的透光性质的材料用作结构体，因为可防止开口率和白透射率的减少。此外，每个结构体可以是从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的部分；因此，可通过处理层间膜形成突出的结构体，从而液晶层侧的表面是不平的。因此，每个结构体可使用设置有多个突出部的连续膜来形成，或第一结构体和第二结构体可作为连续膜而形成。注意形成于结构体之上的像素电极层和公共电极层的形状反映结构体的形状，而且也受蚀刻工序方法影响。图19A至图19C示出结构体以及形成于结构体之上的像素电极层和公共电极层的形状的示例。图19A示出一示例，其中像素电极层240以及公共电极层242a和242b分别形成于第一结构体243以及第二结构体245a和245b之上。第一结构体243以及第二结构体245a和245b各具备具有平坦顶面和梯形截面的截顶的圆锥形或棱锥形形状，并且形成为覆盖结构体的像素电极层240以及公共电极层242a和242b的形状反映结构体的形状。另夕卜，尽管形成像素电极层240以及公共电极层242a和242b以便与第一衬底200接触，但能适当地设置它们与第一衬底200接触而形成的部分的面积，只要像素电极层240以及公共电极层242a和242b不互相接触。图19B示出一示例，其中像素电极层246以及公共电极层247a和247b分别形成于第一结构体248以及第二结构体249a和249b之上。第一结构体248以及第二结构体249a和24%各具备具有圆形顶部的圆锥形或棱锥形形状，并且形成为覆盖结构体的像素电极层246以及公共电极层247a和247b的形状反映结构体的形状。在这种圆锥形或棱锥形形状的情况下，可能在圆锥形或棱锥形形状(例如，在膜中形成开口(孔))的顶点附近部分地丧失像素电极层246以及公共电极层247a和247b的连续性；然而，只要像素电极层246以及公共电极层247a和247b可用于施加电压，就没有问题。图19C示出一示例，其中像素电极层230以及公共电极层232a和232b形成于具有不平的表面的结构体260的突出部之上。具有不平的表面的结构体260是结构体的示例，该结构体如下地形成，即将液晶层侧的绝缘层的表面处理成不平的形状，从而形成具有多个突出部的连续膜。因此，在与第一结构体和第二结构体对应的突出部之上分别形成像素电极层230以及公共电极层232a和232b。在本说明书的附图中，为了可区别，如图I那样，用不同于公共电极层232a和232b的阴影图案的阴影图案来示出像素电极层230。这样的目的是清楚地表示电极层具有不同的功能，并且能使用与公共电极层232a和232b相同的工序和类似的材料形成像素电极层230。图18A至图18E示出用于制造本实施例的液晶显示装置的方法的示例。之后要处理成结构体的膜261形成于第一衬底200之上(参见图18A)。在本实施例中，形成树脂绝缘层作为膜261。通过使用光刻工序的蚀刻来处理膜261，从而形成第一结构体233以及第二结构体235a和235b (参见图18B)。注意可通过诸如喷墨法的印刷方法形成第一结构体233以、及第二结构体235a和235b。通过诸如喷墨法的印刷方法的形成不需要光刻工序；因此，简化了工序而且可减少制造成本。接下来，在第一结构体233以及第二结构体235a和235b之上形成导电膜262 (参见图18C)。通过使用光刻工序的蚀刻来处理导电膜261，从而形成像素电极层230以及公共电极层232a和232b (参见图18D)。用作对置衬底的第二衬底201牢固地贴附于设置有第一结构体233、第二结构体235a和235b、像素电极层230以及公共电极层232a和232b的第一衬底200，在第一衬底与第~■衬底之间插入有液晶层208。因此，制造了液晶显不装置(参见图18E)。用上述方式，能使用相同的工序和类似的材料形成第一结构体233以及第二结构体235a和235b，并且可使用相同的工序和类似的材料形成像素电极层230以及公共电极层232a和232b。在图18E中，用相同的阴影图案示出像素电极层230以及公共电极层232a和232b，以清楚地表示它们是使用相同的工序和类似的材料形成。不用说，可使用不同的工艺或不同的材料形成第一结构体233以及第二结构体235a和235b，并且能使用不同的工艺或不同的材料形成像素电极层230以及公共电极层232a和232b ;能通过适当地组合这些示例的若干来制造液晶显示装置。图8A和图8B示出可适用于像素电极层230和公共电极层232 (232a和232b)的示例。图8A和图8B是像素电极层230和公共电极层232的平面图。像素电极层230和公共电极层232各为具有类梳形的形状的电极层，并且设置成使得它们的类梳形图案互相啮合。在图8A中，像素电极层230和公共电极层232各具有波浪形的形状。可分别在像素电极层和公共电极层的下面选择性地设置第一结构体和第二结构体。在像素电极层230和公共电极层232具有复杂的形状的情况下，选择性地设置第一结构体233以及第二结构体235a和235b，由此便于液晶材料的注入和填充液晶材料，并且缩短了处理时间。能用剂量器(dispenser)法(滴下法)或在第一衬底200贴附于第二衬底201之后通过利用毛细现象等注入液晶的注入法形成液晶层208。呈现蓝相的液晶材料用于液晶层208。呈现蓝相的液晶材料具有I毫秒或更少的短响应时间并且有高速响应能力。因此，能获得高性能的液晶显示装置。例如，有高速响应能力的呈现蓝相的液晶材料，能顺利地用于连续加色混合方法(场序制方法)，其中RGB等的发光二极管(LED)排列在背光源单元中并且时分地执行颜色显示，或用于使用快门眼镜系统的三维显示方法，其中时分地交替观看右眼的图像和左眼的图像。呈现蓝相的液晶材料包括液晶和手性剂。手性剂用于使得液晶取向，以形成螺旋结构并且呈现蓝相。例如，可将其中混合了 5 wt%或者更多的手性剂的液晶材料用于液晶层。作为液晶，使用热致液晶、低分子液晶、闻分子液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。对于手性剂，使用具有与液晶的高相容性和具有强扭力的材料。此外，作为材料，R-对映体或S-对映体是有利的，并且不使用其中R-对映体和S-对映体以50:50的比例混合的外消旋体。 取决于条件，上述液晶材料呈现胆留型相、胆留型蓝相、近晶相、近晶蓝相、立方相、手性向列相、各向同性相等。在带有500纳米或更小的相对较短螺距的具有胆留型相或近晶相的液晶材料中观察到作为蓝相的胆留型蓝相和近晶蓝相。液晶材料的排列具有双扭曲结构。由于具有小于或等于可见光波长的量级，液晶材料是透明的，并且通过利用电压施加改变排列次序来生成光学调制动作。蓝相是光学各向同性的并且因此没有视角依赖。因此，不需要形成取向膜；因此，能改进显示图像质量并且能减少成本。蓝相仅仅在狭窄的温度范围内呈现；因此，优选将光固化树脂和光聚合作用引发剂加入液晶材料中并且执行聚合物稳定化处理，以加宽温度范围。以这样的方式执行聚合物稳定化处理，即用光照射包括液晶、手性剂、光固化树脂以及光聚合作用引发剂的液晶材料，该光具有使光固化树脂和光聚合作用引发剂起反应的波长。可在受控的温度下，通过用光照射在呈现各向同性相的状态下的液晶材料或通过用光照射在呈现蓝相的状态下的液晶材料来执行该聚合物稳定化处理。例如，以这样的方式执行聚合物稳定化处理，即控制液晶层的温度，并且以呈现蓝 相的状态用光照射液晶层。注意聚合物稳定化处理不限于这一方式并且可以以这样的方式执行，即以在从蓝相与各向同性相之间的相变温度的+10°c (优选+5°C)内的温度下呈现各向同性相的状态用光照射液晶层。蓝相与各向同性相之间的相变温度是当温度升高时相从蓝相变化到各向同性相的温度，或是当温度降低时相从各向同性相变化到蓝相的温度。作为聚合物稳定化处理的示例，可采用下述方法在加热液晶层至呈现各向同性相之后，温度逐渐降低，从而相变化至蓝相，并且然后在保持呈现蓝相的温度的同时执行用光照射。备选地，在通过逐渐加热液晶层使相变化至各向同性相之后，在从蓝相与各向同性相(呈现各向同性相)之间的相变温度的+10°C (优选+5°C)内的温度下，能用光照射液晶层。此外，在紫外线固化树脂(UV固化树脂)用作包括在液晶材料中的光固化树脂的情况下，可用紫外线照射液晶层。甚至在未呈现蓝相的情况下，如果在从蓝相与各向同性相(呈现各向同性相)之间的相变温度的+10°C内(优选+5°C)的温度下，通过用光照射来执行聚合物稳定化处理，能使响应时间短至I毫秒或更少，并且因此可高速响应。光固化树脂可为单官能的单体(诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)、多官能的单体(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)或其混合物。另外，光固化树脂可具有结晶性、非结晶性或其两者。可选择用光来固化的树脂作为光固化树脂，该光具有使要使用的光聚合作用引发剂起反应的波长，并且典型地，能使用紫外线固化树脂。光聚合作用引发剂可为通过光照射生成自由基的自由基聚合引发剂、通过光照射生成酸的酸生成剂或通过光照射生成碱的碱生成剂。特别地，能使用JC-1041XX (由“ChissoCorporation”公司生产)的混合物和4_氰基-40 -戊基联苯作为液晶材料。能使用ZLI-4572 (由日本Merck有限公司生产)作为手性剂。作为光固化树脂，能使用2-乙基己基丙烯酸酯、RM257 (由日本Merck有限责任公司生产，日本)或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。作为光聚合作用引发剂，能使用2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。另外，尽管在图I中没有示出，可适当设置诸如偏振片、延迟片或抗反射膜的光学膜等。例如，可采用使用偏振片和延迟片的圆偏振。此外，能使用背光源等作为光源。在本说明书中，在液晶显示装置是透射液晶显示装置(或半透射式液晶显示装置)的情况下，其中通过来自光源的光的透射来执行显示，这需要至少在像素区域透射光。因此，存在于光透射的像素区中的第一衬底、第二衬底以及薄膜(诸如绝缘膜和导电膜)都具有对于可见波长范围内的光的透光性质。优选像素电极层和公共电极层各具有透光性质；然而，因为设置了开口图案，所以取决于形状，可使用诸如金属膜的非透光材料。可使用下面的任一种或多种来形成像素电极层和公共电极层氧化铟锡(IT0)、将氧化锌(ZnO)混合至氧化铟的氧化铟锌(IZ0)、将氧化硅(SiO2)混合至氧化铟的导电材料、有机铟、有机锡、包括氧化钨的氧化铟、包括氧化钨的氧化铟锌、包括氧化钛的氧化铟以及包括氧化钛的氧化铟锡；诸如钨(W)、钥(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)以及银(Ag)的金属；其合金；及其氮化物。作为第一衬底200和第二衬底201，能使用利用硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等形 成的玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底等。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。(实施例2)
将参照图2来描述液晶显示装置，其为本说明书中公开的本发明的结构的另一个实施例。图2是液晶显示装置的截面图，在该液晶显示装置中，在实施例I中描述的液晶显示装置中的对置衬底(第二衬底)侧还设置了公共电极层。注意能使用类似的材料和制造方法来形成与实施例I中的组件一样的组件，并且将省略对相同的部分和具有类似功能的部分的详细描述。图2示出液晶显示装置，其中第一衬底200和第二衬底201定位成相互面对，在第一衬底200与第二衬底201之间插入有包括呈现蓝相的液晶材料的液晶层208。在第一衬底200与液晶层208之间设置第一结构体233、像素电极层230、第二结构体235a和235b以及公共电极层232a和232b。第一结构体233以及第二结构体235a和235b设置成从第一衬底200的液晶层208侧的表面突出至液晶层208。另一个公共电极层可设置在对置衬底(第二衬底)侧，从而一对公共电极层互相面对。如图2所示，第一衬底200侧的公共电极层(也称为第一公共电极层)232a和232b和第二衬底侧的公共电极层(也称为第三电极层或第二公共电极层)231a和231b定位成互相重叠，在公共电极层232a和232b与公共电极层231a和231b之间插入有液晶层208。像素电极层230、公共电极层232a和232b以及公共电极层231a和231b具有多种开口图案并且各具有包括弯曲部分或分支的类梳形的形状，而不是平板形状。此外，在形成公共电极层231a和231b的情况下，公共电极层232a和232b以及公共电极层231a和231b至少在平面图中的像素区域中具有大体相同的图案并且被定位成互相重叠，其间插入有液晶层。尽管图2的截面图示出示例，其中公共电极层232a和232b的端部是与公共电极层231a和231b的端部是对准的，但端部不需要对准，只要公共电极层的至少一部分互相重叠(例如，公共电极层232a和232b的端部可定位在公共电极层231a和231b的端部的外侧或内侧)。
像素电极层230形成为覆盖第一结构体233的顶面和侧面，该第一结构体233设置成从第一衬底200的液晶层208侧的表面(面对液晶层208的表面)突出至液晶层208。公共电极层232a和232b形成为覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面，该第二结构体235a和235b设置成从第一衬底200的液晶层208侧的表面突出至液晶层208。
优选像素电极层230以及公共电极层232a和232b各具有不形成封闭的空间而是开放的类梳形图案。像素电极层230以及公共电极层232a和232b不互相接触，并且它们设置在相同的绝缘表面上，即第一衬底200之上，这样它们的类梳形图案互相啮合。在图2的液晶显示装置中，设置像素电极层230，以覆盖第一结构体233的顶面和侧面，并且设置公共电极层232a和232b，以覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面，由此能在液晶层208的厚度方向(三维地)增加像素电极层230以及公共电极层232a和232b的形成区。因此，如图2中所示，分别地在像素电极层230与公共电极层232a之间以及像素电极层230与公共电极层232b之间，在液晶层的厚度方向广泛地施加由箭头202a指示的电场和由箭头202b指示的电场。此外，如在本实施例中的那样，当在第二衬底201侧设置公共电极层231a和231b作为第二公共电极层时，能在像素电极层230与公共电极层231a和231b之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。图30B、图31B以及图32B示出计算在液晶显示装置中施加的电场的结果。图30A、图31A以及图32A示出用于计算的液晶显示装置的结构。用由SHINTECH公司制造的“LCDMaster,2sBench”来执行计算。使用介电常数为4的绝缘体作为结构体(第一结构体233以及第二结构体235a和235b)，并且其截面宽度各设为2. 5 y m。在图30A和30B中，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为I U m。在图31A和图31B中，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为2 u m。这里，第一结构体233以及第二结构体235a和235b的厚度(高度)各为从下表面开始的最大厚度(高度)。另外，在图30A和图30B以及图3IA和图3IB中，公共电极层231a和231b设置在第二衬底201与液晶层208之间，以便与公共电极层232a和232b重叠。在图30A和图30B以及图31A和图31B中，形成像素电极层230以覆盖第一结构体233的顶面和侧面，并且以类似的方式分别形成公共电极层232a和232b以覆盖第二结构体235a和235b的顶面和侧面。像素电极层230、公共电极层232a和232b以及公共电极层231a和231b的厚度各为0. I ii m，并且第一结构体233与第二结构体235a和235b之间的距离为2. 5 y m。与单元间隙(液晶层的最大厚度)相对应的第一衬底200与第二衬底201之间的距离为4iim。注意，公共电极层231a与公共电极层231b之间的距离为8 y m，并且公共电极层231a和231b的宽度各为I U m。此外，图32A和图32B示出比较例，其中公共电极层832a和832b以及像素电极层830交替地设置在第一衬底800与液晶层808之间，并且用第二衬底801密封。在比较例的截面中，像素电极层830以及公共电极层832a和832b的宽度各为2. 5 ym，其厚度各为0. Ium,并且与单元间隙(液晶层的最大厚度)对应的第一衬底800与第二衬底801之间的距离为4 u m。图30B、图31B以及图32B示出在公共电极层被设为OV以及像素电极层被设为IOV的条件下在图30A、图31A以及图32A的结构上执行计算的结果。
在图30B、图3IB以及图32B中，实线代表等势线，并且将像素电极层或公共电极层定位在等势线的环形图案的中心。因为生成的电场垂直于等势线，能确认的是，电场施加在设置成覆盖第一结构体233的表面的像素电极层230与设置成覆盖第二结构体235a和235b的表面的公共电极层232a和232b之间的横向上，如图30B和图31B中所示。此外，能在像素电极层230与公共电极层231a和231b之间的倾斜方向形成电场。因此，能在整个液晶层208中广泛地形成电场。特别地，在图31A和31B中，其中设置了具有大厚度的第一结构体233以及第二结构体235a和235b，在液晶层中广泛地形成了电场。因此，能在整个液晶层中广泛地形成电场。
另一方面，在图32B中，出现等位线并且电场形成在第一衬底800附近的液晶层808中，在该衬底800上交替地形成了像素电极层830以及公共电极层832a和832b ;然而，在靠近第二衬底801的区域没有分布等势线并且没有生成电势差。因此，在第二衬底801附近的液晶层808中没有形成电场，并且能确认的是，在采用图32A和图32B中的结构时使液晶层中的所有液晶分子响应是困难的。设置像素电极层以覆盖第一结构体的顶面和侧面，并且设置第一公共电极层以覆盖第二结构体的顶面和侧面，由此可在液晶层的厚度方向(三维地)增加像素电极层和第一公共电极层的形成区。另外，在第二衬底侧在不与像素电极层重叠的位置设置第二公共电极层，由此能在像素电极层与第二公共电极层之间形成倾斜的电场。因此，在像素电极层与第一公共电极层、像素电极层与第二公共电极层之间施加电压时，能在像素电极层与第一公共电极层、像素电极层与第二公共电极层之间广泛地形成电场。因此，在像素电极层230与公共电极层232a和232b、像素电极层230与公共电极层231a和231b之间施加电压时，电场能在液晶层208中广泛地形成。因此，能使用电场控制液晶分子。因此，能使厚度方向上的整个液晶层208中的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。另外，甚至能有效地施加电场至具有高粘度的呈现蓝相的液晶材料(液晶混合物)；因此，也能获得功率消耗的减少。作为第二公共电极层的公共电极层231a和231b，能使用和实施例I中描述的公共电极层232a和232b的类似的材料和方法来形成。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。(实施例3)
将参照图3A和图3B来描述应用了本说明书中公开的本发明的有源矩阵液晶显示装置的示例。图3A是液晶显示装置的平面图并且示出一个像素。图3B是沿着图3A中的线X1-X2取得的截面图。在图3A中，互相平行(在附图中的垂直方向上延伸)并且互相离开地设置多个源极布线层(包括布线层405a)。多个栅极布线层(包括栅电极层401)在大体垂直于源极布线层的方向(附图中的水平方向)延伸并且设置成互相离开。电容器布线层408与多个栅极布线层邻接并且在大体平行于栅极布线层的方向延伸，该方向即大体垂直于源极布线层的方向(附图中的水平方向)。具有大体矩形形状的空间，其被源极布线层、电容器布线层408以及栅极布线层围绕，设置有液晶显示装置的像素电极层和公共电极层，其间插入有液晶层444。在附图的左上角设置用于驱动像素电极层的晶体管420。多个像素电极层和多个晶体管排列成矩阵。在图3A和图3B所示的液晶显示装置中，电连接至晶体管420的第一电极层447作为像素电极层起作用，第二电极层448作为公共电极层起作用。注意由第一电极层447和电容器布线层408形成电容器。尽管公共电极层能在浮动状态(电隔离状态)下工作，但其电势可设为固定的电势，优选设为不至于产 生闪烁的级别的公共电势(作为数据传输的图像信号的中间电势)附近的电势。注意在如实施例2中那样设置两种公共电极层的情况下，优选第一公共电极层和第二公共电极层具有相同的电势。作为像素电极层的第一电极层447形成为覆盖第一结构体449的顶面和侧面，该第一结构体449设置成从在第一衬底441 (也称为元件衬底)之上的液晶层444侧的层间膜413的表面突出至液晶层444。形成第二电极层448以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，该第二结构体445设置成从在第一衬底441之上的液晶层444侧的层间膜413的表面突出至液晶层444。此外，在图3B的截面图中，不互相重叠地交替地设置第一电极层447和第二电极层 448。第一电极层447和第二电极层448具有多种开口图案并且各具有包括弯曲部分或分支的类梳形的形状，而不是平板形状。第一结构体449和第二结构体445是拱形的。该拱形的第一结构体449和拱形的第二结构体445反映形成于其顶面和侧面之上的第一电极层447和第二电极层448的形状，并且各具有开口图案和包括弯曲部分或分支的类梳形的形状。设置第一电极层447以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，以及设置第二电极层448以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。注意如实施例2中那样，可在对置衬底(第二衬底)侧设置另一个公共电极层，使得一对公共电极层互相面对。在这种情况下，第一衬底侧的第一公共电极层和在第二衬底侧的第二公共电极层(第三电极层)定位成互相重叠，其间插入有液晶层。此外，在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。能使用包括绝缘材料(有机材料或无机材料)的绝缘体和/或包括导电材料(有机材料或无机材料)的导体来形成结构体。典型地，优选使用可见光固化树脂、紫外线固化树脂或热固树脂。例如，能使用丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等。此外，能使用导电树脂或金属材料来形成结构体。注意结构体可各具有多个薄膜的叠层结构。
各结构体能具有柱形形状，具有平坦顶面和梯形截面的截顶的圆锥形或棱锥形形状，具有球状圆顶的圆锥形或棱锥形形状等。在本说明书中，因为形成了像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)以覆盖结构体的表面(顶面和侧面)，所以优选结构体各具有粗糙度很小的曲面，以便被像素电极层和公共电极层(第一公共电极层)顺利地覆盖。另外，优选将具有对于可见光的透光性质的材料用作结构体，因为能防止开口率和白透射率的减少。此外，每个结构体可以是从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中的部分；因此，可通过处理层间膜形成突出的结构体，从而液晶层侧的表面是不平的。因此，每个结构体可以使用设置有多个突出物的连续膜来形成，或第一结构体和第二结构体可形成为连续膜。在用于形成结构体的方法上没有具体限制，并且根据材料可使用干法(诸如蒸镀法、溅射法或CVD法)，或湿法(诸如旋涂、浸溃涂布、喷涂、液滴排放法(喷墨法)、毫微压印或多种印刷方法(丝网印刷或平版印刷))。可根据需要采用蚀刻方法(干法蚀刻或湿法蚀刻)以形成期望的图案。优选其上形成了第一电极层447的第一结构体449和第二结构体445各具有渐窄的形状(tapered shape)，其中端部具有如图3B所示的曲率，因为第一电极层447和第二电极层448的覆盖性得到改进。在本实施例中描述了一示例，其中第一电极层447与晶体管420的布线层405b接触并且连续地形成于第一结构体449之上；然而，可通过形成与布线层405b接触的电极层形成第一电极层447，从而第一电极层447经过电极层电连接至布线层 405bo此外，在形成层间膜以覆盖晶体管以及在层间膜之上形成结构体的情况下，在通过蚀刻工序形成结构体之后，可在层间膜中打开用于晶体管的连接的接触孔。注意在图3A和图3B示出一示例，其中在层间膜和将成为结构体的绝缘膜中形成接触孔，并且然后通过蚀刻来处理绝缘膜从而形成结构体。晶体管420为反交错(inverted staggered)的薄膜晶体管,其中在具有绝缘表面的衬底的第一衬底441之上设置栅电极层401、栅极绝缘层402、半导体层403、以及作为源电极层和漏电极层起作用的布线层405a和405b。设置覆盖晶体管420并且与半导体层403接触的绝缘膜407以及绝缘层409。层间膜413层叠在绝缘层409之上。液晶显示装置能设置有着色层，该着色层作为滤色器层起作用。滤色器层可设置在第一衬底441和第二衬底442的外侧(与液晶层444相反的一侧)或第一衬底441和第二衬底442的内侧。滤色器可在液晶显示装置执行全色显示的情况下使用呈现红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的材料形成，并且在液晶显示装置执行单色显示的情况下可省略着色层或可使用呈现至少一种颜色的材料形成着色层。注意在RGB的发光二极管(LED)等排列在背光源单元以及采用通过时分执行颜色显示的连续加色混合方法(场序制方法)的情况下不总是设置滤色器。图3A和图3B示出液晶显示装置的示例，其中被用作层间膜413的有彩色透光树脂层417作为滤色器层起作用。
在将滤色器层设置于对置衬底侧的情况下，具有其上形成有晶体管的元件衬底的像素区域的精确的位置对准是困难的，并且因此有可能使图像质量降级。这里，因为在元件衬底侧直接将层间膜形成为滤色器层，所以能更加精确地控制形成区并且该结构可适应于具有微小图案的像素。此外，一个绝缘层作为层间膜和滤色器层两者起作用，由此能简化工序并且能以较低的成本制造液晶显示装置。作为有彩色(chromatic-color)透光树脂,能使用光敏有机树脂或非光敏有机树月旨。因为能减少抗蚀剂掩模的数目，所以优选使用光敏有机树脂层；因此，能简化工序。此夕卜，在层间膜中形成的接触孔的形状也为具有曲率的开口形状；因此，也能改进诸如在接触孔中形成的电极层的膜的覆盖性。有彩色是除了诸如黑色、灰色和白色的非彩色之外的颜色。为了作为滤色器起作用，使用仅仅透射有彩色光的材料形成着色层。作为有彩色，能使用红色、绿色、蓝色等。备选地，可使用青色、品红、黄色等。“仅仅透射有彩色光”意味着透射过着色层的光在有彩色光的波长处具有峰值。为了使有彩色透光树脂层417作为着色层(滤色器)起作用，优选考虑要包括的着色材料的浓度与光的透射率之间的关系，适当地控制有彩色透光树脂层417的厚度。在通过层叠多个薄膜形成层间膜413并且它们的至少一个层是有彩色透光树脂层的情况下，层间膜413能作为滤色器起作用。在有彩色透光树脂层的厚度根据有彩色的颜色而变化的情况下，或在由于遮光层或晶体管而产生粗糙度的情况下，可层叠透射可见波长范围内的光的绝缘层(所谓的无色和透明的绝缘层)，以用于层间膜的表面的平坦化(planarization)。层间膜的平坦化使得要在其上形成的像素电极层或第一公共电极层的有利覆盖，以及液晶层的均匀间隙(厚度)成为可能，由此增加了液晶显示装置的能见度并且能获得更高的图像质量。对用于形成层间膜413(有彩色透光树脂层417)的方法没有具体的限制，并且根据材料能采用下述任一种诸如旋涂、浸溃涂布、喷涂以及液滴排放法(诸如喷墨法、丝网印刷或平版印刷)的方法；诸如刮刀、辊式涂布机、帘式涂布机以及刮刀式涂布机的工具(设备);
坐坐寸寸o液晶层444设置在第一电极层447和第二电极层448之上，并且用作为对置衬底的第二衬底442密封。第一衬底441和第二衬底442是透光衬底并且在外侧(相相对液晶层444的相反侦1D分别设置有偏振片443a和443b。参照图7A至图7D描述在图3A和图3B中示出的液晶显示装置的制造工序。图7A至图7D是示出液晶显示装置的制造工序的截面图。注意在图7A至图7D中省略了所包括的像素电极层、第一公共电极层以及第二公共电极层。像素电极层和公共电极层能具有图3A和图3B中示出的结构，并且设置像素电极层和公共电极层，以覆盖液晶层中的结构体的顶面和侧面，由此能形成较宽的电场。在图7A中，元件层451形成于第一衬底441之上，第一衬底441为元件衬底，并且层间膜413形成于元件层451之上。层间膜413包括有彩色透光树脂层454a、454b和454c以及遮光层455a、455b、455c和455d，并且具有一结构，其中在遮光层455a与455b之间、在遮光层455b与455c之间以及在遮光层455c与455d之间分别形成有彩色透光树脂层454a、454b、和454c。注意在图7A至图7D中，省略了所包括的像素电极层和公共电极层。如图7B所示，第一衬底441和作为对置衬底的第二衬底442被用密封材料456a和456b牢固地互相贴附，在第一衬底441与第二衬底442之间插入有液晶层458。能通过剂量器法(滴下法)或在第一衬底441贴附于第二衬底442之后通过利用毛细现象等注入液晶的注入法形成液晶层458。呈现监相的液晶材料能用于液晶层458。使用包括液晶、手性剂、光固化树脂以及光聚合作用引发剂的液晶材料形成液晶层458。作为密封材料456a和456b，典型地，优选使用可见光固化树脂、紫外线固化树脂、或热固树脂。能典型地使用丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等。此外，密封材料456a和456b可包括光聚合作用引发剂(典型地，紫外线聚合作用引发剂)、热固剂、填充剂或偶联剂。如图7C所不,通过用光457照射液晶层458执行聚合物稳定化处理，由此形成液晶层444。光457是具有使包括在液晶层458中的光固化树脂和光聚合作用引发剂起反应的波长的光。通过使用光照射的聚合物稳定化处理，能加宽液晶层444呈现蓝相的温度范围。在例如将诸如紫外线固化树脂的光固化树脂用作密封材料并且通过滴下法形成液晶层的情况下，可在聚合物稳定化处理的光照射步骤中固化密封材料。如图7A至图7D所示，在液晶显示装置具有滤色器层和遮光层形成于元件衬底之上的结构时，来自对置衬底侧的光没有被滤色器层和遮光层吸收或阻挡；因此，整个液晶层能用光均匀地照射。因此，可防止由于不均匀的光聚合作用产生的液晶的取向无序，由于取向无序产生的显示不均匀等。此外，也能通过遮光层对晶体管遮光，由此能防止由于光照射产生的电特性的缺陷。如图7D所示，偏振片443a设置在第一衬底441的外侧(相对液晶层444的相反侧)，并且偏振片443b设置在第二衬底442的外侧(相对液晶层444的相反侧)。除了偏振片以外，可设置诸如延迟片或抗反射膜的光学膜。例如，可采用使用偏振片和延迟片(retardation plate)的圆偏光。经过上述工序,能完成液晶显示装置。此外，在借助于大尺寸的衬底制造多个液晶显示装置的情况下(所谓的多面板方法)，能在聚合物稳定化处理之前或提供偏振片之前执行分割步骤。考虑到分割步骤对液晶层的影响(诸如由于在分割步骤中施加力而产生的取向无序)，优选在第一衬底贴附于第二衬底之后以及在执行聚合物稳定化处理之前执行分割步骤。尽管没有示出，可使用背光源、侧光源等作为光源。来自光源的光从作为元件衬底的第一衬底441侧发射，从而穿过在观察侧的第二衬底442。能使用透光导电材料形成第一电极层447和第二电极层448，诸如包括氧化钨的氧化铟、包括氧化鹤的氧化铟锌、包括氧化钛的氧化铟、包括氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(ITO )、氧化铟锌或添加了氧化硅的氧化铟锡。能使用下面的一种或者多种形成第一电极层447和第二电极层448 :诸如鹤(W)、钥(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼、(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)以及银(Ag)的金属；其合金；及其氮化物。能使用包括导电高分子(也称为导电聚合物)的导电合成物形成第一电极层447和第二电极层448。优选用导电合成物形成的像素电极具有10000 Q/方块(Q/square)或更小的表面电阻(sheet resistance)和在550nm波长处的70%或更高的透光率。同样优选包括在导电合成物中的导电高分子具有0. IQ cm或更小的电阻率。作为导电高分子，能使用所谓的电子共轭导电高分子。例如，能给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、它们的两种或者更多种的共聚物等。可在第一衬底441与栅电极层401之间设置用作基底膜的绝缘膜。基底膜具有防止来自第一衬底441的杂质元素扩散的功能，并且能使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜和氧氮化硅膜的一种或多种形成为具有单层结构或叠层结构。能使用诸如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕或钪或包括任意这些作为主要成分的合金材料的金属材料，将栅电极层401形成为具有单个层结构或叠层结构。通过使用遮光导电膜作为栅电极层401，可防止来自背光源(经过第一衬底441而发射的光)的光进入半导体层403。例如，作为栅电极层401的两层结构，优选钥层层叠于铝层之上的两层结构、钥层层叠于铜层之上的两层结构、氮化钛层或氮化钽层层叠于铜层之上的两层结构或层叠了氮化钛层和钥层的两层结构。作为于三层结构，优选层叠了钨层或氮化钨层、铝和硅的合金层或铝和钛的合金层以及氮化钛层或钛层的叠层结构。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能将栅极绝缘层402形成为具有单层结构或叠层结构。备选地，通过其中使用有机硅烷气体的CVD法，能使用氧化硅层形成栅极绝缘层402。对于有机硅烷气体，能使用任意下面的包括硅的化合物四乙氧基硅烷(TEOS)(化学式Si (OC2H5)4),四甲基硅烷(TMS)(化学式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 )，三乙基氧基硅烷(SiH (OC2H5) 3)，三甲基二氨基硅烷(SiH (N (CH3) 2) 3)等。在形成半导体层和布线层的工序中，使用蚀刻步骤来处理薄膜至期望的形状。干法蚀刻或湿法蚀刻能用于蚀刻步骤。作为用于干法蚀刻的蚀刻设备，能使用利用反应离子蚀刻方法(RIE方法)的蚀刻设备，或利用高密度等离子体源(诸如电子回旋加速器谐振(ECR)或感应耦合等离子体(ICP))的干法蚀刻设备。作为干法蚀刻设备，其与ICP蚀刻设备相比在较大的区域之上能容易地获得均匀放电，存在增强型电容耦合等离子体(ECCP)模式的蚀刻设备，其中上部电极是接地的，13. 56MHz的第一高频电源连接至下部电极，并且另外3. 2MHz (其为比第一高频电源的频率更低的频率)的第二高频电源与下部电极连接。例如，即使在使用第十代的具有超过3米的尺寸的衬底作为衬底时，也能采用该ECCP模式蚀刻设备。在使用ICP干法蚀刻设备作为蚀刻设备时，适当地调整蚀刻条件(诸如施加至线圈形状电极的电功率的量、施加至衬底侧的电极的电功率的量以及衬底侧的电极的温度)，使得膜能蚀刻成具有期望的形状。依照材料适当调整蚀刻条件(诸如蚀刻剂，蚀刻时间，以及温度)，从而膜能蚀刻成 具有所期望的形状。作为布线层405a和405b的材料，能给出从Al、Cr、Ta、Ti、Mo和W选出的元素，包含任意这些元素作为成分的合金、包括任意这些元素的组合的合金膜等的元件。在执行热处理的情况下，优选导电膜具有足以耐受热处理的耐热性。例如，因为单独使用Al带来诸如低耐热性和腐蚀倾向的缺点，所以结合具有耐热性的导电材料来使用铝。作为与Al结合的具有耐热性的导电材料，使用从钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、和钪(Sc)中选择的元素,包括任意这些元素作为成分的合金,包括任意这些元素的组合的合金膜，或包括任意这些元素作为成分的氮化物。可不暴露至空气而相继形成栅极绝缘层402、半导体层403以及布线层405a和405b。通过不暴露至空气的相继形成，能形成叠层之间的每个界面而不被大气成分或空气中的污染物杂质元素污染；因此，能减少晶体管的特性的变化。注意半导体层403被部分地蚀刻并且具有凹槽(凹陷部)。作为覆盖晶体管420的绝缘膜407和绝缘层409，能使用通过干法或湿法形成的无机绝缘膜或有机绝缘膜。例如，能使用通过CVD法、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。此外，能使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂的有机材料。除了这些有机材料，也可能使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧 烷基树脂、磷硅酸盐玻璃(PSG )、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG )等。注意硅氧烷基树脂是包括Si-O-Si键的树脂，其使用硅氧烷基材料作为起始材料而形成。硅氧烷基树脂作为取代基可包括有机基(例如，烷基或芳基)或氟代基。有机基可包括氟代基。通过涂布方法涂敷硅氧烷基树脂并烘焙；因此，能形成绝缘膜407。备选地，可通过层叠使用任意这些材料形成的多个绝缘膜形成绝缘膜407和绝缘层409。例如，绝缘膜407和绝缘层409可各具有有机树脂膜层叠于无机绝缘膜之上的结构。另外，借助于具有不同厚度(典型地，两种厚度)的多个区域的抗蚀剂掩模，其使用多阶(multi-tone)掩模形成，能减少抗蚀剂掩模的数量，结果简化了工序和降低了成本。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。(实施例4)
图4A和图4B示出一示例，其中在实施例3中将滤色器设置于其间插入有液晶层的衬底的外侧。注意能使用类似的材料和制造方法来形成和实施例I至实施例3中的组件一样的组件，并且将省略对相同的部分和具有类似功能的部分的详细描述。图4A是液晶显示装置的平面图并且示出一个像素。图4B是沿着图4A中的线X1-X2取得的截面图。在图4A的平面图中，用与实施例2类似的方式，互相平行(在附图中的垂直方向上延伸)并且互相离开地设置多个源极布线层(包括布线层405a)。多个栅极布线层(包括栅电极层401)在大体垂直于源极布线层的方向(在附图中的水平方向)延伸，并且设置成互相离开。电容器布线层408邻接多个栅极布线层并且在大体平行于栅极布线层的方向，即在大体垂直于源极布线层的方向(附图中的水平方向)延伸。具有大体为矩形形状的空间，其被源极布线层、电容器布线层408以及栅极布线层围绕，设置有液晶显示装置的像素电极层(第一电极层447)、第一公共电极层(第二电极层448)以及第二公共电极层(第三电极层446)，其间插入有液晶层444。在附图的左上角设置用于驱动像素电极层的晶体管420。多个像素电极层和多个晶体管排列成矩阵。在图4A和图4B示出一示例，其中形成层间膜413以覆盖晶体管420，第一结构体449通过蚀刻工序形成于层间膜413之上，并且然后在层间膜413中打开用于晶体管420的连接的接触孔。连续地形成作为像素电极层的第一电极层447以覆盖第一结构体449和形成在层间膜413中的接触孔。作为像素电极层的第一电极层447形成为覆盖第一结构体449的顶面和侧面，第一结构体449设置成从第一衬底441之上的液晶层444侧的层间膜413的表面突出至液晶层444。第二电极层448形成为覆盖第二结构体445的顶面和侧面，第二结构体445设置成从第一衬底441之上的液晶层444侧的层间膜413的表面突出至液晶层444。在本实施例中，如实施例2那样，作为第一衬底441侧的第一公共电极层的第二电极层448，和作为第二衬底442侧的第二公共电极层的第三电极层446定位成互相重叠，其间插入有液晶层444。此外,在图4B的截面图中，交替地设置第一电极层447和第二电极层 448以及第三电极层446而不互相重叠。设置第一电极层447以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，并且设置第二电极层448以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。此外，在将第三电极层446设置于第二衬底442侧作为第二公共电极层时，能在作为像素电极层的第一电极层447与第三电极层446之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向上的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。能用与第一电极447或第二电极层448的形成类似的方式形成第三电极层446，并且能使用类似的材料和类似的方法。在图4A和图4B示出的液晶显示装置中，滤色器450设置在第二衬底442与偏振片443b之间。以这种方式，滤色器450可设置在其间插入有液晶层444的第一衬底441和第二衬底442的外侧。图17A至图17D示出图4A和图4B中液晶显示装置的制造工序。注意在图17A至图17D中省略了所包括的像素电极层、第一公共电极层、第二公共电极层、第一结构体以及第二结构体。例如，像素电极层、第一公共电极层、第二公共电极层、第一结构体以及第二结构体能具有在实施例I或2中描述的结构。如图17A所示，第一衬底441和作为对置衬底的第二衬底442被用密封材料456a和456b牢固地互相贴附，在第一衬底441与第二衬底442之间插入有液晶层458。能通过剂量器法(滴下法)或在第一衬底441贴附于第二衬底442之后通过利用毛细现象等注入液晶的注入法形成液晶层458。呈现监相的液晶材料用于液晶层458。使用包括液晶、手性剂、光固化树脂以及光聚合作用引发剂的液晶材料形成液晶层458。如图17B所示，通过用光457照射液晶层458执行聚合物稳定化处理，由此形成液晶层444。光457是具有使包括在液晶层中458的光固化树脂和光聚合作用引发剂起反应的波长的光。通过使用光照射的聚合物稳定化处理，能加宽液晶层458呈现蓝相的温度范围。在例如使用诸如紫外线固化树脂的光固化树脂作为密封材料并且通过滴下法形成液晶层的情况下，密封材料可固化在聚合物稳定化处理的光照射步骤。接下来，如图17C所示，滤色器450设置在第二衬底442侧(其为观察侧)。滤色器450包括作为滤色器层起作用的有彩色透光树脂层454a、454b和454c，和作为一对衬底459a与459b之间的黑底层起作用的遮光层455a、455b、455c和455d。有彩色透光树脂层454a、454b和454c分别形成在遮光层455a与455b之间、在遮光层455b与455c之间以及在遮光层455c与455d之间。如图17D所示，偏振片443a设置在第一衬底441的外侧(相对液晶层444的相反侧)，而偏振片443b设置在滤色器450的外侧(相对液晶层444的相反侧)。除了偏振片之外可提供光学膜，诸如延迟片或抗反射膜。例如，可采用使用偏振片和延迟片的圆偏振。经过上述工序，能完成液晶显示装置。此外，在借助于大尺寸的衬底(所谓的多面板方法)制造多个液晶显示装置的情况下，能在聚合物稳定化处理之前或提供偏振片之前执行分割步骤。考虑到分割步骤对液晶层的影响(诸如由于在分割步骤中施加的力而产生的取向无序)，优选在第一衬底贴附于第二衬底之后以及在执行聚合物稳定化处理之前执行分割步骤。尽管没有示出，可使用背光源、侧光源等作为光源。来自光源的光从作为元件衬底的第一衬底441侧发射，以便穿过在观察侧的第二衬底442。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。(实施例5)
将参照图5A和图5B来描述包括遮光层(黑底)的液晶显示装置。在图5A和图5B中示出一示例，其中在实施例3的图3A和图3B所示的液晶显示装置中，在作为对置衬底的第二衬底442侧进一步形成遮光层414。因此，能使用类似的材料和制造方法形成和实施例3中的组件一样的组件，并且将省略相同的部分以及具有类似的功能的部分的详细描述。图5A是液晶显示装置的平面图。图5B是沿着图5A中的线X1-X2取得的截面图。注意图5A的平面图仅仅示出元件衬底侧，而没有示出对置衬底侧。
遮光层414形成于第二衬底442的液晶层444侧，而绝缘层415形成为平坦化膜。优选在与晶体管420对应的区域(与晶体管的半导体层重叠的区域)中形成遮光层414，其间插入有液晶层444。第一衬底441和第二衬底442牢固地互相贴附，其间插入有液晶层444，从而遮光层414定位成至少覆盖晶体管420的半导体层403。在图5A和图5B中，形成遮光层414以覆盖接触孔，第一电极层447和布线层405b通过该接触孔互相连接。因此，能避免因由于液晶的取向缺陷(容易发生在接触孔之上)产生的漏光等引起的显示不均匀；因此，能抑制对比度的下降。使用反射或吸收光的遮光材料形成遮光层414。例如，能使用黑色有机树脂，并且可通过混合颜料材料的黑色树脂、碳黑、钛黑等至树脂材料(诸如光敏或非光敏聚酰亚胺)形成遮光层414。备选地，例如，能使用遮光金属膜，并且可使用铬、钼、镍、钛、钴、铜、钨、铝
坐寸O对用于形成遮光层414的方法没有具体的限制，并且根据材料可使用干法(诸如蒸镀法、溅射法或CVD法)，或湿法(诸如旋涂，浸溃涂布，喷涂，以及诸如喷墨法、丝网印刷、或平版印刷的液滴排放法)。可根据需要采用蚀刻方法(干法蚀刻或湿法蚀刻)以形成期望的图案。可使用诸如丙烯酸或聚酰亚胺的有机树脂等通过涂布的方法(诸如旋涂或多种印刷方法)形成绝缘层415。在以该方式将遮光层414进一步设置在对置衬底侧时，能增加对比度并且晶体管能更稳定。遮光层414能遮挡光入射在晶体管420的半导体层403上；因此，能防止晶体管420的电特性由于半导体的光敏性而变化，并且能进一步地稳定晶体管420的电特性。另夕卜，遮光层414能防止漏光至邻接的像素，其使更高的对比度和更高清晰度显示成为可能。因此，能获得液晶显示装置的高清晰度和高可靠性。设置第一电极层447以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，并且设置第二电极层448以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。用上述方式，可增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例6)
将参照图6A和图6B描述包括遮光层(黑底)的液晶显示装置。在图6A和图6B示出的液晶显示装置是一示例，其中在实施例3的图3A和图3B所示的液晶显示装置中，在作为元件衬底的第一衬底441侧形成遮光层414作为层间膜413的一部分。因此，能使用类似的材料和制造方法形成和实施例3中的组件一样的组件，并且将省略对相同的部分以及具有类似的功能的部分的详细描述。图6A是液晶显示装置的平面图。图6B是沿着图6A的线X1-X2取得的截面图。层间膜413包括遮光层414和有彩色透光树脂层417。遮光层414设置在作为元件衬底的第一衬底441侧，并且形成于晶体管420之上(至少在覆盖晶体管的半导体层的区域中)，其间插入有绝缘膜407和绝缘层409，以便作为用于半导体层的遮光层起作用。另一方面，形成有彩色透光树脂层417以便与第一电极层447、第二电极层448以及第三电极层446重叠并且作为滤色器层起作用。在图6B的液晶显示装置中，第二电极层448的一部分 形成于遮光层414之上，并且液晶层444设置在遮光层414之上。因为使用遮光层414作为层间膜，优选黑色有机树脂用于遮光层414。例如，可将颜料材料的黑色树脂、碳黑、钛黑等混合至诸如光敏或非光敏聚酰亚胺的树脂材料。对于形成遮光层414的方法，根据材料可使用湿法(诸如旋涂、浸溃涂布、喷涂、或诸如喷墨法、丝网印刷、或平版印刷的液滴排放法)。可根据需要采用蚀刻方法(干法蚀刻或湿法蚀刻)以形成期望的图案。在以这种方式设置遮光层414时，遮光层414能遮挡光入射在晶体管420的半导体层403上而不降低像素的开口率；因此，能防止晶体管420的电特性的变化，并且能稳定晶体管420的电特性。另外，遮光层414能防止漏光至邻接的像素，其使更高的对比度和更高清晰显示成为可能。因此，能获得高清晰度和高可靠性液晶显示装置。另外，有彩色透光树脂层417能作为滤色器层起作用。在将滤色器层设置在对置衬底侧的情况下，与其上形成有晶体管的元件衬底的、像素区域的精确位置对准是困难的，并且因此有可能使图像质量降级。这里，因为包 括在层间膜中的有彩色透光树脂层417在元件衬底侧直接地形成为滤色器层，所以能更加精确地控制形成区并且该结构可适应于具有微小图案的像素。此外，一个绝缘层作为层间膜和滤色器层两者起作用，由此能简化工序并且能以较低的成本制造液晶显示装置。设置第一电极层447，以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，并且设置第二电极层448，以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。此外，在将第三电极层446作为第二公共电极层设置在第二衬底442侧时，能在作为像素电极的第一电极层447与第三电极层446之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例7)
将描述晶体管的另一示例，其能应用于实施例I至实施例6中的液晶显示装置。注意能使用类似的材料和制造方法形成和实施例I至实施例6中的组件一样的组件，并且将省略对相同的部分以及具有类似的功能的部分的详细描述。图IOA是液晶显示装置的平面图并且示出一个像素。图IOB是沿着图IOA的线V1-V2取得的截面图。在图IOA的平面图中，以类似于实施例2的方式，互相平行(在附图中的垂直方向上延伸)并且互相离开地设置多个源极布线层(包括布线层405a)。多个栅极布线层(包括栅电极层401)在大体垂直于源极布线层(附图中的水平方向)的方向延伸，并且设置成互相离开。电容器布线层408邻接多个栅极布线层并且在大体平行于栅极布线层的方向，即，在大体垂直于源极布线层的方向(附图中的水平方向)延伸。具有大体为矩形形状的空间，其被源极布线层、电容器布线层408以及栅极布线层围绕，设置有液晶显示装置的像素电极层和公共电极层。在附图的左上角设置用于驱动像素电极层的晶体管422。多个像素电极层和多个晶体管排列成矩阵。第二衬底442和第一衬底441牢固地互相贴附，其间插入有液晶层444，该第一衬底441设置有晶体管422、作为有彩色透光树脂层的层间膜413、第一结构体449、第一电极层447、第二结构体445以及第二电极层448。图IOA和图IOB示出一结构的示例，在该结构中，源极区域(也称为具有一个导电型或缓冲层的半导体层)设置在半导体层403与源电极层之间，并且漏极区域(也称为具有一个导电型或缓冲层的半导体层)设置在半导体层403与漏电极层之间。例如，对于源极区域和漏极区域，使用具有η型导电型的半导体层。另外，在半导体层用于晶体管422的源极和漏极区域404a和404b时，优选半导体层比用作沟道形成区域的半导体层403更薄，并且优选具有比半导体层403更高的导电率(电传导率)。设置第一电极层447，以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，并且设置第二电极层448，以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448 之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透射率)之比。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例8)
将参照图9A和图9B描述晶体管的另一个不例,其能用于实施例I至实施例6中的液
晶显示装置。图9A是液晶显示装置的平面图并且示出一个像素。图9B是沿着图9A中的线Z1-Z2取得的截面图。在图9A的平面图中，用与实施例2类似的方式，互相平行(在附图中的垂直方向上延伸)并且互相离开地设置多个源极布线层(包括布线层405a)。多个栅极布线层(包括栅电极层401)在大体垂直于源极布线层的方向(在附图中的水平方向)延伸，并且设置成互相离开。电容器布线层408邻接多个栅极布线层并且在大体平行于栅极布线层的方向，即在大体垂直于源极布线层的方向(附图中的水平方向)延伸。具有大体为矩形形状的空间，其被源极布线层、电容器布线层408以及栅极布线层围绕，设置有液晶显示装置的像素电极层和公共电极层。在附图的左上角设置用于驱动像素电极层的晶体管421。多个像素电极层和多个晶体管排列成矩阵。第二衬底442和第一衬底441设置有晶体管421，作为有彩色透光树脂层的层间膜413，第一结构体449，第一电极层447，第二结构体445以及第二电极层448牢固地互相贴附，其间插入有液晶层444。晶体管421为底栅极薄膜晶体管，并且在作为具有绝缘表面的衬底的第一衬底441之上，包括栅电极层401，栅极绝缘层402，作为源电极层和漏电极层起作用的布线层405a和405b，以及半导体层403。此外，设置了覆盖晶体管421并且与半导体层403接触的绝缘膜407。
注意如实施例7中那样，缓冲层可设置在半导体层403与布线层405a与405b之间。备选地，缓冲层可在栅极绝缘层与布线层之间以及在布线层与半导体层之间都设置。栅极绝缘层402存在于包括晶体管421的整个区域，并且在栅极绝缘层402与作为具有绝缘表面的衬底的第一衬底441之间设置栅电极层401。布线层405a和405b设置在栅极绝缘层402之上。此外，半导体层403设置在栅极绝缘层402以及布线层405a和405b之上。注意在栅极绝缘层402之上的布线层405a和405b超过半导体层403的周边而延伸至外侧。设置第一电极层447以覆盖第一结构体449的顶面和侧面，并且设置第二电极层448以覆盖第二结构体445的顶面和侧面，由此能在液晶层444的厚度方向(三维地)增加第一电极层447和第二电极层448的形成区。因此，在第一电极层447与第二电极层448之间施加电压时，能在第一电极层447与第二电极层448之间广泛地形成电场。因此，能使厚度方向上的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例9)
作为能用于实施例3至实施例8中的晶体管420、421以及422的半导体层的材料，将描述氧化物半导体。特别地，将描述其中使用氧化物半导体层作为半导体层的晶体管1420和 1450。图IlA所示的晶体管1450为底栅极薄膜晶体管，并且在具有绝缘表面的衬底1400之上，包括栅电极层1401、栅极绝缘层1402、氧化物半导体层1403、源电极层1405a以及漏电极层1405b。另外，设置了覆盖晶体管1450并且层叠在氧化物半导体层1403之上的氧化物绝缘层1407。进一步在氧化物绝缘层1407之上设置使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层 1409。为了防止包括氧化物半导体层的晶体管的电特性的变化，有意地从氧化物半导体层去除引起变化的诸如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)的杂质。此外，通过供应作为氧化物半导体主要成分的之一并在去除杂质的步骤中同时被减少的氧，氧化物半导体层被纯化成为电学上的i型(本征的)。因此，优选氧化物半导体包括尽可能少的氢。优选包括在氧化物半导体中的氢设为小于I X IOlfVcm3，并且尽可能多地将包括在氧化物半导体中的氢去除至接近于零。此外，纯化的氧化物半导体包括极其少的载流子(接近于零)，并且其载流子浓度低于！※！(^/(^，优选低于^^^/^^更加优选低于 ^川11/。!!!3。因为氧化物半导体包括极其少的载流子，所以能减少晶体管的截止态电流。优选截止态电流为尽可能小。截止态电流(也称为漏电流)为在施加了一 IV至一 IOV之间的给定栅极电压的情况下，在晶体管的源极与漏极之间流动的电流。包括本说明书中公开的氧化物半导体的晶体管的沟道宽度(W)的每I μ m的电流值小于或等于IOOaA/ μ m，优选小于或等于IOaA/ μ m，更优选小于或等于IaA/ μ m。另外，因为没有pn结并且没有热载流子降级，所以对晶体管的电特性没有不利的影响。能通过二级离子质谱分析(SMS)或基于SMS的数据获得上述氢浓度范围。此外，能通过霍耳效应测量法来测量载流子浓度。作为用于霍耳效应测量法的设备的示例，能给出比电阻/霍尔测量系统ResiTest8310(由TOYO公司制造)。使用比电阻/霍耳测量系统ResiTest8310,以某一周期并且与其同步地改变磁场的方向和强度，仅仅检测在样本中引起的霍耳电动势，从而能执行AC (交流)霍耳测量。甚至在具有低迁移率和高电阻率的材料的情况下，能检测到霍耳电动势。另外，减少诸如不仅在氧化物半导体膜中而且也在栅极绝缘层中存在的水分的杂质，并且同样减少诸如存在于氧化物半导体膜与设置在氧化物半导体膜之上和之下的且与其接触的膜之间的界面的水分的杂质。在纯化氧化物半导体使得尽可能少地包括除了氧化物半导体的主要成分之外的杂质时，能有利于晶体管的工作。 作为氧化物半导体膜，能使用诸如In-Sn-Ga-Zn-O膜的四元金属氧化物，诸如 In-Ga-Zn-O U旲、In-Sn-Zn-O U旲、In-Al-Zn-O U旲、Sn-Ga-Zn-O U旲、Al-Ga-Zn-O U旲或Sn-Al-Zn-O膜的三元金属氧化物，诸如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜或In-Mg-O膜的二元金属氧化物，In-O膜，Sn-O膜，Zn-O膜等。另外,在上述氧化物半导体膜中可包括Si02。注意作为氧化物半导体膜，能使用由InM03 (ZnO) m (m>0)表达的薄膜。这里，M代表从Ga、Al、Mn和Co中选择的一种或多种金属兀素。例如，M可为Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。组成分子式表达为InMO3 (ZnO) m (m>0)并包括Ga作为M的氧化物半导体膜称为上述的In-Ga-Zn-O氧化物半导体，并且In-Ga-Zn-O氧化物半导体的薄膜也称为In-Ga-Zn-O非单晶膜。尽管晶体管1450为具有底栅极结构的反交错的薄膜晶体管的示例，包括能应用于在本说明书中公开的液晶显示装置的氧化物半导体层的晶体管可为沟道保护晶体管，其中沟道保护层设置在氧化物半导体层或具有顶栅极结构的晶体管之上。尽管使用单栅极晶体管作为晶体管1450给出了描述，但可根据需要形成包括多个沟道形成区的多栅极晶体管。图IlB示出在从其截面观察时氧化物半导体层被氮化物绝缘层围绕的示例。图IlB所示的晶体管1420为底栅极薄膜晶体管，并且在具有绝缘表面的衬底1400之上，包括栅电极层1401，使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432a、使用氧化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432b，氧化物半导体层1403，源电极层1405a以及漏电极层1405b。另夕卜，设置了覆盖晶体管1420并且层叠于氧化物半导体层1403之上的氧化物绝缘层1437。使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层1439设置在氧化物绝缘层1437之上。保护绝缘层1439与使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432a接触。在本实施例的晶体管1420中，栅极绝缘层具有叠层结构，在该结构中氮化物绝缘层和氧化物绝缘层以此次序层叠于栅电极层之上。另外，在形成使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层1439之前，有选择地去除氧化物绝缘层1437和栅极绝缘层1432b，从而露出使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432a。至少氧化物绝缘层1437和栅极绝缘层1432b的顶面形状大于氧化物半导体层1403的顶面形状，并且优选氧化物绝缘层1437和栅极绝缘层1432b的顶面覆盖晶体管1420。另外，形成 使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层1439，以覆盖氧化物绝缘层1437的顶面以及氧化物绝缘层1437和栅极绝缘层1432b的侧面，并且与使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432a接触。对于保护绝缘层1439和栅极绝缘层1432a，其各使用氮化物绝缘层形成，使用不包括诸如水分、氢离子以及0H —的杂质并且阻止这些从外侧进入的无机绝缘膜；使用通过溅射法或等离子体CVD法获得氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜等。在本实施例中，通过RF溅射法设置具有IOOnm厚度的氮化硅层作为使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层1439，以覆盖氧化物半导体层1403的下表面、顶面和侧面。用如图IlB所示的结构，由于设置成围绕并且与氧化物半导体层接触的栅极绝缘层1432b和氧化物绝缘层1437，所以减少了氧化物半导体层中的诸如氢、水分、羟基或氢化物的杂质，并且因为氧化物半导体层进一步被各使用氮化物绝缘层形成的栅极绝缘层1432a和保护绝缘层1439围绕，所以能防止在保护绝缘层1439形成之后的制造工序中水分从外侧进入。另外，甚至在装置完成为液晶显示装置之后，也能长期防止水分从外侧进入；因此，能改进装置的长期可靠性。在本实施例中，一个晶体管被氮化物绝缘层围绕；然而，本发明的实施例不限于该结构。备选地，多个晶体管可被氮化物绝缘层围绕，或在像素部分的多个晶体管可被氮化物绝缘层共同地围绕。可形成保护绝缘层1439和栅极绝缘层1432a互相接触的区域，以围绕有源矩阵衬底的至少像素部。可如实施例3中那样以下面的方式执行接下来的工序形成连接至晶体管1420或晶体管1450的像素电极层，以覆盖在绝缘表面(绝缘层)之上突出至液晶层中的第一结构体的表面，形成公共电极层，以覆盖设置成在相同的绝缘表面(绝缘层)之上突出至液晶层中的第二结构体的表面，并且第一衬底和第二衬底牢固地互相贴附，其间插入有液晶层。利用设置成覆盖第一结构体的顶面和侧面的像素电极层，以及设置成覆盖第二结构体的顶面和侧面的公共电极层，能在液晶层的像素电极层与公共电极层之间中广泛地形成电场。此外，当如实施例2中那样第二公共电极层设置在第二衬底侧时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向上的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。当使用蓝相液晶材料时，不需要在取向膜上进行研磨处理；因此，能防止由研磨处理引起的静电放电损伤，并且能减少在制造工序中的液晶显示装置的缺陷和损伤。因此，能增加液晶显示装置的生产率。包括氧化物半导体层的晶体管特别地具有以下的可能性，即晶体管的电特性由于静电的影响可能显著地波动并且偏离设计的范围。
监相液晶材料的响应速度大于或等于传统液晶材料的响应速度的闻达十倍；因此，通过将蓝相液晶材料与诸如包括氧化物半导体层的晶体管的具有双倍帧速(double-frame rate)(高速)驱动能力的装置组合,能实现具有更高功能和更高响应速度的液晶显示装置。因为包括氧化物半导体层的晶体管的截止态电流极其小，所以储能电容器可极其小或无需设置储能电容器；因此，能增加开口率。此外，甚至在由于蓝相液晶材料的使用而电容增加时，也能减小储能电容器并且因此能抑制功率消耗。因此，对于包括晶体管的液晶显示装置使用蓝相液晶材料是更有效的，该晶体管包括如本实施例中的氧化物半导体层。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例10)
在本实施例中，将参照图25A至图25E详细描述在实施例9中描述的包括氧化物半导体层的晶体管的示例，以及其制造方法的示例。在本实施例中描述的晶体管390能用作包括上述实施例中的包含沟道形成区域的氧化物半导体层的晶体管1420和1450。能以类似于上述实施例的方式形成与上述实施例的部分相同的部分，或具有与上述实施例的部分类似的功能的部分，并且同样能以类似于上述实施例的方式执行与上述实施例的步骤类似的步骤；因此，将省略重复的描述。此外，将省略相同的部分的详细描述。图25A至图25E示出晶体管的截面结构的示例。在图25A至图25E中示出的晶体管390是底栅极晶体管之一，并且也称为反交错的薄膜晶体管。尽管给出了使用单栅极晶体管作为晶体管390的的描述，但可根据需要形成包括多个沟道形成区域的多栅极晶体管。下面参照图25A至图25E描述在衬底394之上的晶体管390的制造工序。
首先，导电膜形成于具有绝缘表面的衬底394之上，并且然后在第一光刻工序中形成栅电极层391。优选栅电极层具有渐窄的形状，因为能改进其上层叠的栅极绝缘层的覆盖性。注意可通过喷墨法形成抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。对于能用作具有绝缘表面的衬底394的衬底没有具体的限制，只要它至少具有足以耐受随后执行的热处理的耐热性。能使用利用硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等形成的玻璃衬底。当随后执行的热处理的温度较高时，优选将具有730°C或更高的应变点的衬底用作玻璃衬底。作为玻璃衬底的材料，例如，使用诸如铝硅酸玻璃、硼硅酸铝玻璃或硼硅酸钡玻璃的玻璃材料。优选使用包含BaO的量比B2O3的量更大的玻璃衬底，因为获得了实用的耐热性玻璃衬底。注意，代替上面描述的玻璃衬底，可使用利用诸如陶瓷衬底、石英衬底或蓝宝石衬底的绝缘体形成的衬底。备选地，能使用结晶玻璃衬底等。又备选地，能适当地使用塑料衬底等。用作基底膜的绝缘膜可设置在衬底394与栅电极层391之间。基底膜具有防止来自衬底394的杂质元素的扩散的功能，并且能使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的任意来形成为具有单层结构或叠层结构。
另外，栅电极层391能使用诸如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕和钪的任意金属材料以及包括其中的任意作为主要成分的合金材料形成为具有单层结构或叠层结构。
作为栅电极层391的两层结构，例如，优选钥层层叠于铝层之上的两层结构，钥层层叠于铜层之上的两层结构，氮化钛层或氮化钽层层叠于铜层之上的两层结构，层叠了氮化钛层和钥层的两层结构，或者层叠了氮化钨层和钨层的两层结构。作为于三层结构，优选钨层或氮化钨层，铝和硅的合金层或铝和钛的合金层，以及氮化钛层或钛层的层叠。注意可使用透光导电膜形成栅电极层。能给出透光导电氧化物作为透光导电膜的示例。然后，栅极绝缘层397形成于栅电极层391之上。使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层以及氧化铪层的任意，通过等离子体CVD法、溅射法等能将栅极绝缘层397形成为具有单层结构或叠层结构。在通过溅射法形成氧化硅膜的情况下，使用硅靶或石英靶作为靶，并且使用氧或氧和氩的混合气体作为溅射气体。这里，通过杂质的去除被制成为i型或基本i型的氧化物半导体(纯化的氧化物半导体)对界面电平和界面电荷是极其灵敏的；因此，氧化物半导体与栅极绝缘层之间的界面是重要的。因此，与纯化的氧化物半导体接触的栅极绝缘层(GI)需要具有高的质量。例如，优选采用使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD，因为可形成致密和高质量的、具有高耐压的绝缘层。当纯化的氧化物半导体和高质量的栅极绝缘层互相紧密接触时，能减小界面的电平并且界面特性能是有利的。不用说，能采用诸如溅射法或等离子体CVD法的另一沉积法，只要能形成高质量的绝缘层作为栅极绝缘层。此外，作为栅极绝缘层，可能使用如下的绝缘层，即其质量以及其与氧化物半导体的界面特性通过在绝缘层的形成之后执行的热处理而得到改进的绝缘层。在任何情况下，栅极绝缘层可为能减小与氧化物半导体的界面电平密度以形成有利的界面的绝缘层，以及具有如栅极绝缘层那样的有利的膜质量的绝缘层。在85°C下以2X 106V/cm进行12小时的栅极偏压温度应力测试(BT测试)中，如果添加杂质至氧化物半导体，由于高电场(B :偏压)和高温(T :温度)，在杂质与氧化物半导体的主要成分之间的键被破坏，并且生成的悬空键引起阈值电压(Vth)的偏移。相比之下，根据本说明书中公开的本发明的实施例，尽可能多地去除氧化物半导体的杂质(尤其氢和水)，并且如上所述地使在氧化物半导体与栅极绝缘层之间的界面特性有利，由此能获得在BT测试中稳定的晶体管。栅极绝缘层397可具有一结构，其中氮化物绝缘层和氧化物绝缘层以此次序层叠于栅电极层391之上。例如，通过溅射法将具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm的厚度的氮化硅层(SiN, Cf>0))形成为第一栅极绝缘层，并且将具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm的厚度的氧化硅层(SiOr Cr>0))在第一栅极绝缘层之上层叠为第二栅极绝缘层；因此，形成栅极绝缘层。可根据晶体管所需的特性适当地设置栅极绝缘层的厚度，并且可为大约IOOnm,或大约350nm至400nm。另外，为了使包括在栅极绝缘层397和氧化物半导体膜393中的氢、羟基以及水分尽可能的少，优选在溅射设备的预热室中，对其上形成有栅电极层391的衬底394或其上形成有直到栅极绝缘层397的层的衬底394进行预热，作为针对膜形成的预处理，从而消除吸附于衬底394的诸如氢和水分的杂质。用于预热的温度高于或等于100°C并且低于或等于400°C，优选高于或等于150°C并且低于或等于300°C。注意优选将设置在预热室中的低温泵作为排气单元(evacuation unit)。注意可省略该预热处理。另外，在氧化物绝缘层396的形成之前，可对其上形成有直到源电极层395a和漏电极层395b的层的衬底394类似地执行该预热。然后，在栅极绝缘层397之上将氧化物半导体膜393形成为大于或等于2nm并且小于或等于200nm的厚度(参见图25A)。注意在通过溅射法形成氧化物半导体膜393之前，优选通过导入氩气并且生成等离子体的反溅射去除贴附于栅极绝缘层397的表面的灰尘。反溅射指的是以下的方法，其中使用RF电源以施加电压至氩氛围中的衬底侧而不施加电压至靶侧，从而在衬底的附近生成等离子体以修整衬底的表面。注意可使用氮氛围、 氦氛围、氧氛围等代替氩氛围。通过溅射法形成氧化物半导体膜393。作为氧化物半导体膜393，能使用诸如In-Sn-Ga-Zn-O 膜的四元金属氧化物，诸如 In-Ga-Zn-O 膜、In-Sn-Zn-O 膜、In-Al-Zn-O月旲、Sn-Ga-Zn-O I旲、Al-Ga-Zn-O I旲或Sn-Al-Zn-O I旲的二兀金属氧化物，诸如In-Zn-O月旲、Sn-Zn-O 膜、Al-Zn-O 膜、Zn-Mg-O 膜、Sn-Mg-O 膜或 In-Mg-O 膜的二元金属氧化物，In-O 膜、Sn-O膜、Zn-O膜等。另外，在上述氧化物半导体膜中可包括Si02。在本实施例中，借助于In-Ga-Zn-O基的氧化物半导体靶，通过溅射法形成氧化物半导体膜393。另外，在稀有气体(典型地，氩)氛围、氧氛围或包括稀有气体(典型地，氩)和氧的氛围中通过溅射法能形成氧化物半导体膜393。作为用于通过溅射法形成氧化物半导体膜393的靶，能使用包括氧化锌作为主要成分的金属氧化物靶。作为金属氧化物靶的另一个示例，能使用包括In、Ga和Zn的氧化物半导体革巴(按组成比，In203:Ga203:ZnO=I: I: I [摩尔比]，In:Ga:Zn=I: 1:0. 5[原子比])。备选地，能使用包括In、Ga和Zn的氧化物半导体祀(In: Ga: Zn=I: 1:1或1:1:2[原子比]的组成比)。氧化物半导体靶的填充率高于或等于90%并且低于或等于100%，优选高于或等于95%并且低于或等于99. 9%。借助于具有高填充率的氧化物半导体靶，形成致密的氧化物半导体膜。在保持在降低的压力之下的处理室中支撑衬底，并且加热衬底至室温或低于400°C的温度。然后，在处理室中剩余的水分被去除时，向处理室导入去除了氢和水分的溅射气体，并且，借助于金属氧化物作为靶将氧化物半导体膜393形成于衬底394之上。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵(entrapment vacuum pump)。例如,优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中，去除了氢原子、诸如水(H2O)等的包括氢原子的化合物，(更优选地，还有包括碳原子的化合物)，由此能降低在沉积室中形成的氧化物半导体膜中的杂质的浓度。沉积条件的示例如下衬底与靶之间的距离为100mm，压力为O. 6Pa，DC功率为O. 5kW，并且氛围为氧氛围(氧流率(flow rate)为100%)。因为能减少灰尘并且膜厚能为均匀的，所以优选使用脉冲DC电源。优选氧化物半导体膜具有大于或等于5nm并且小于或等于30nm的厚度。注意适当的厚度取决于要使用的氧化物半导体材料，并且可根据材料设置厚度。溅射法的示例包括使用高频电源作为溅射电源的RF溅射法、DC溅射法和以脉冲的方式施加偏压的脉冲DC溅射法。在通过使用绝缘靶形成膜的情况下主要使用RF溅射法，而在通过使用诸如金属靶的导电靶形成膜的情况下主要使用DC溅射法。此外，还有多源溅射设备，在其中能设置多个不同材料的靶。用多源溅射设备，能形成在相同的腔中要层叠的不同材料的膜，或能在相同的腔中同时对膜形成物放电的多种材料。此外，有在腔内部设置有磁体系统的用于磁控溅射法的溅射设备，以及用于不使用辉光放电而使用借助于微波生成等离子体的ECR溅射法的溅射设备。此外，作为使用溅射法的沉积法，还有在沉积期间靶物质和溅射气体成分互相起化学反应以形成其薄化合物膜的反应溅射法，以及在沉积期间电压也施加至衬底的偏压溅射法。 然后，在第二光刻工序中，氧化物半导体膜被处理成岛形氧化物半导体层399 (参见图25B)。可通过喷墨法形成用于形成岛形氧化物半导体层399的抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。在形成氧化物半导体层399时，能在栅极绝缘层397中形成接触孔。注意氧化物半导体膜393的蚀刻可为干法蚀刻、湿法蚀刻，或它们两者。作为用于干法蚀刻的蚀刻气体，优选使用包含氯的气体(诸如氯(C12 )、氯化硼(BC13)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)的氯基气体)。备选地，能使用包含氟的气体(诸如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)或三氟甲烷(CHF3)的氟基气体);溴化氢(HBr );氧(O2);添加有诸如氦(He )或氩(Ar )的稀有气体的任意这些气体；等等。作为干法蚀刻法，能使用平行板反应离子蚀刻(RIE)法或电感耦合等离子体(ICP)蚀刻法。为了蚀刻膜至期望的形状，适当地调整蚀刻条件(诸如施加至线圈形电极的电功率的量、施加至衬底侧的电极的电功率的量以及衬底侧电极的温度)。作为用于湿法蚀刻的蚀刻剂，能使用磷酸、醋酸、以及硝酸的混合溶液，过氧化氨混合物(31 七％的过氧化氢溶液28 wt%的氨水水=5:2:2)等。备选地，可使用IT007N(由 KANTO CHEMICAL 公司生产)。通过连同蚀刻掉的材料一起清除来去除在湿法蚀刻中使用的蚀刻剂。可纯化包括蚀刻剂和蚀刻掉的材料的废液并且可重复利用该材料。当蚀刻之后从废液中收集包括在氧化物半导体层中诸如铟的材料并且重复利用时，能有效地使用资源并且能减少成本。根据材料适当地调整蚀刻条件(诸如蚀刻剂、蚀刻时间和温度)，从而膜能蚀刻至具有期望的形状。注意优选在下文步骤中的导电膜的形成之前执行反溅射，从而能去除贴附于氧化物半导体层399以及栅极绝缘层397的表面的抗蚀剂残余等。接下来，导电膜形成于栅极绝缘层397和氧化物半导体层399之上。可通过溅射法或真空蒸镀法形成导电膜。作为要成为源电极层和漏电极层(包括在与源电极层和漏电极层相同的层中形成的布线)的导电膜的材料，有从Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中选择的元素，包括任意这些元素作为成分的合金，包括任意这些元素的组合的合金，等等。备选地，可采用将Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属层层叠于Al、Cu等的金属层之上和/或金属层之下的结构。又备选地，在使用添加了诸如31、1^&、1、10、0、制、5(或￥的、防止在41膜中生成小丘(hillock)和须(whisker)的元素的Al材料时，能增加耐热性。
导电膜可具有单层结构或两个或更多个层的叠层结构。例如，能给出包括硅的铝膜的单层结构，钛膜层叠于铝膜之上的两层结构，Ti膜、铝膜和Ti膜以此次序层叠的三层结构，等等。备选地，可使用导电金属氧化物形成要成为源电极层和漏电极层(包括在与源电极层和漏电极层相同的层中形成的布线)的导电膜。作为导电金属氧化物，能使用氧化铟(Ιη203)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2,缩写为ΙΤ0)、氧化铟和氧化锌(In2O3-ZnO)的合金或包括硅或氧化硅的任意金属氧化物材料。执行第三光刻工序。抗蚀剂掩模形成于导电膜之上并且执行选择性的蚀刻，由此形成源电极层395a和漏电极层395b。然后，去除抗蚀剂掩模(参见图25C)。为了在第三光刻工序中形成抗蚀剂掩模，将紫外线、KrF激光束或ArF激光束被用 于曝光。随后要形成的晶体管的沟道长度L取决于在氧化物半导体层399之上互相邻接的源电极层的底部与漏电极层的底部之间的间隔的宽度。注意在沟道长度L短于25nm的情况下执行曝光时，将具有几纳米至几十纳米的极短波长的超紫外线用于曝光以在第三光刻工序中形成抗蚀剂掩模。用超紫外线曝光产生较高的分辨率和较大的聚焦深度。因此，随后要形成的晶体管的沟道长度Z能设为大于或等于IOnm并且小于或等于lOOOnm。因此，能增加电路的工作速度，并且进一步，截止态电流显著地小，从而能获得低的功率消耗。注意适当地调整材料和蚀刻条件，以便在蚀刻导电膜时不去除氧化物半导体层399。在本实施例中，使用Ti膜作为导电膜，并且将In-Ga-Zn-O基的氧化物半导体用于氧化物半导体层399。作为蚀刻剂，使用过氧化氢氨混合物(氨、水和过氧化氢溶液的混合溶液)。注意在第三光刻工序中，仅仅蚀刻氧化物半导体层399的一部分，由此可形成具有沟槽(凹陷部)的氧化物半导体层。可通过喷墨法形成用于形成源电极层395a和漏电极层395b的抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。为了减少在光刻工序中的光掩模和步骤的数目，可借助于使用多阶掩模形成的抗蚀剂掩模执行蚀刻步骤，该多阶掩模为使所透射过的光具有多个强度的曝光掩模。因为使用多阶掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度并且通过执行蚀刻能进一步改变形状，能在多个蚀刻步骤中使用抗蚀剂掩模以提供不同的图案。因此，能通过使用一种多阶掩模形成对应于至少两种不同的图案的抗蚀剂掩模。因此，能减少曝光掩模的数目，并且也能减少相应的光刻工序的数目，由此能实现工艺的简化。可通过使用诸如N20、N2或Ar的等离子体处理去除吸附于氧化物半导体层露出部分的表面的水等。备选地，可使用氧和氩的混合气体执行等离子体处理。在执行等离子体处理的情况下，不用暴露至空气而将氧化物绝缘层396形成为用作保护性绝缘膜和与氧化物半导体层的一部分接触的氧化物绝缘层(参见图25D)。在本实施例中，在氧化物半导体层399不与源电极层395a和漏电极层395b重叠的区域中与氧化物半导体层399接触地形成氧化物绝缘层396。在本实施例中，将其上形成有直到岛形氧化物半导体层399、源电极层395a以及漏电极层395b的层的衬底394加热至室温或低于100°C的温度，并且导入去除了氢和水分并且包括高纯度氧的溅射气体，并且使用硅半导体靶，由此具有缺陷的氧化硅层形为氧化物绝缘层396。
例如，通过脉冲DC溅射法形成氧化硅膜，其中，溅射气体的纯度为6N，使用掺硼的硅靶(电阻率为O. 01 Ω Cm)，衬底与靶(τ-s距离)之间的距离为89mm，压力为O. 4Pa，DC功率为6kW，并且氛围为氧氛围(氧流率为100%)。氧化硅膜的厚度为300nm。注意除了硅靶以夕卜，能使用石英(优选合成石英)作为在氧化硅膜形成时使用的靶。作为溅射气体，使用氧或氧和氩的混合气体。在该情况下，优选在去除处理室中剩余的水分的同时形成氧化物绝缘层396。这是为了防止在氧化物半导体层399和氧化物绝缘层396中包括氢、羟基以及水分。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中去除氢原子、诸如水(H2O)等的包括氢原子的化合物，从而能降低在沉积室中形成的氧化物绝缘层396中的杂质的浓度。注意作为氧化物绝缘层396，可使用氧氮化硅层、氧化铝层、氧氮化铝层等代替氧化娃层。另外，当氧化物绝缘层396和氧化物半导体层399互相接触时，可以在100°C至400°C执行热处理。因为本实施例中的氧化物绝缘层396具有许多缺陷，通过该热处理，包括在氧化物半导体层399的诸如氢、水分、羟基或氢化物的杂质能扩散至氧化物绝缘层396，从而能进一步减少在氧化物半导体层399中的杂质。经过上述工序，能形成包括降低了氢、水分、羟基或氢化物的浓度的氧化物半导体层392的晶体管390 (参见图25E)。在氧化物半导体膜的形成中以上面的方式去除了在反应氛围中剩余的水分，由此能降低氧化物半导体膜中的氢和氢化物的浓度。因此，能使氧化物半导体膜稳定。保护绝缘层可设置在氧化物绝缘层之上。在本实施例中，保护绝缘层398形成于氧化物绝缘层396之上。作为保护绝缘层398，使用氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氮氧化铝膜等。将其上形成有直到氧化物绝缘层396的层的衬底394加热到100°C至400°C的温度，并且导入去除了氢和水分并且包括高纯度氮的溅射气体，并且使用硅半导体靶，由此形成具有缺陷的氮化硅层作为保护绝缘层398。在这种情况下，类似于氧化物绝缘层396的情况，优选在去除处理室中剩余的水分的同时形成保护绝缘层398。在形成保护绝缘层398的情况下，在保护绝缘层398的形成期间加热衬底394到100°C至400°C，由此包括在氧化物半导体层中的氢或水分能扩散至氧化物绝缘层。在这种情况下，在氧化物绝缘层396的形成之后无需执行热处理。在氧化硅层形成为氧化物绝缘层396并且氮化硅层作为保护绝缘层398层叠于其上的情况下，能在相同的处理室中借助于公共硅靶形成氧化硅层和氮化硅层。在首先导入包括氧的蚀刻气体之后，使用设置在处理室中的硅靶形成氧化硅层，并且然后该蚀刻气体切换成包括氮的蚀刻气体，并且使用相同的硅靶以形成氮化硅层。因为能不用暴露至空气而相继地形成氧化硅层和氮化硅层，所以能防止杂质(诸如氢和水分)吸附至氧化硅层的表面之上。在这种情况下，在氧化硅层形成为氧化物绝缘层396并且氮化硅层作为保护绝缘层398层叠于其上之后，优选执行使包括在氧化物半导体层中的氢或水分扩散至氧化物绝缘层的热处理(在100°C至400°C的温度下)。在形成保护绝缘层之后，可在空气中持续长于或等于I小时并且短于或等于30小时、以高于或等于100°c并且低于或等于200°C进一步执行热处理。可以固定的加热温度执行该热处理。备选地，可重复多次进行下面的加热温度的变化加热温度从室温升高至高于或等于100°C并且低于或等于200°C的温度并且然后降低至室温。另外，可在氧化物绝缘层的形成之前在降低的压力之下执行该热处 理。在降低的压力之下执行热处理时，能缩短加热时间。通过该热处理，晶体管能处于常截止。因此，能改进显示面板的可靠性。在将包括沟道形成区的氧化物半导体层形成于栅极绝缘层之上时去除反应氛围中剩余的水分，由此能减少在氧化物半导体层中的氢和氢化物的浓度。上述工序能用于制造液晶显示装置的底板(其上形成有晶体管的衬底)等。上述工序也能应用于具有1_或更小的厚度和长于Im的边的玻璃衬底的制造工艺。可如实施例3那样以下面的方式执行接下来的工序形成连接至晶体管390的像素电极层，以覆盖向绝缘表面(绝缘层)之上的液晶层突出的第一结构体的表面，形成公共电极层以覆盖设置成在相同的绝缘表面(绝缘层)之上突出至液晶层中的第二结构体的表面，并且第一衬底和第二衬底牢固地互相贴附，其间插入有液晶层。利用设置成覆盖第一结构体的顶面和侧面的像素电极层，以及设置成覆盖第二结构体的顶面和侧面的公共电极层，能在液晶层中的像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。此外，在像实施例2中的那样在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。用上述方式，能增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能适当地与其它任何实施例组合。(实施例11)
在本实施例中，将参照图26A至图26E详细描述在实施例9中描述的包括氧化物半导体层的晶体管的示例，以及其制造方法的示例。在本实施例中描述的晶体管310能用作晶体管1420和1450，晶体管1420和1450包括上述实施例中的包含沟道形成区的氧化物半导体层。能以类似于上述实施例的方式形成与上述实施例的部分相同的部分或具有类似于上述实施例的部分的功能的部分，并且也能以类似于上述实施例的方式执行与上述实施例的步骤类似的步骤；因此，将省略重复的描述。此外，将省略相同的部分的详细描述。图26A至图26E示出晶体管的截面结构的示例。示出在图26A至图26E中的晶体管310是底栅极晶体管之一，并且也称为反交错的薄膜晶体管。尽管给出了使用单栅极晶体管作为晶体管310的描述，但可根据需要形成包括多个沟道形成区的多栅极晶体管。
下面参照图26A至图26E描述在衬底305之上的晶体管310的制造工序。首先,导电膜形成于具有绝缘表面的衬底305之上,并且然后在第一光刻工序中形成栅电极层311。注意可通过喷墨法形成抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。在能用作具有绝缘表面的衬底305的衬底上没有具体的限制，只要它至少具有足以耐受随后执行的热处理的耐热性。能使用利用硼硅酸钡玻璃、硼硅酸铝玻璃等形成的玻璃衬底。在随后执行的热处理的温度较高时，优选用具有730°C或更高的应变点的衬底作为玻璃衬底。作为玻璃衬底的材料，例如，使用诸如铝硅酸玻璃、硼硅酸铝玻璃或硼硅酸钡 玻璃的玻璃材料。通过包含氧化钡(BaO)的量比氧化硼(B2O3)的量更大的玻璃衬底，获得更实用的耐热性玻璃衬底。因此，优选使用包含BaO的量比B2O3的量更大的玻璃衬底。注意，可使用诸如陶瓷衬底、石英衬底或蓝宝石衬底的利用绝缘体形成的衬底来代替上述的玻璃衬底。备选地，能使用结晶玻璃衬底等。可在衬底305与栅电极层311之间设置用作基底膜的绝缘膜。基底膜具有防止来自衬底305的杂质元素扩散的功能，并且能使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜以及氧氮化硅膜的任意形成为具有单层结构或叠层结构。另外，使用任意诸如钥、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕和钪的金属材料，以及包括任意这些的作为主要成分的合金材料，能将栅电极层311形成为具有单层结构或叠层结构。作为栅电极层311的两层结构，例如，优选钥层层叠于铝层之上的两层结构、钥层层叠于铜层之上的两层结构、氮化钛层或氮化钽层层叠于铜层之上的两层结构、层叠有氮化钛层和钥层的两层结构或层叠有氮化钨层和钨层的两层结构。作为于三层结构，优选钨层或氮化钨层，铝和硅的合金层或铝和钛的合金层，以及氮化钛层或钛层的层叠。然后，在栅电极层311之上形成栅极绝缘层307。栅极绝缘层307能通过等离子体CVD法、溅射法等使用氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层以及氧化铪层的任意形成为具有单层结构或叠层结构。此外，可采用使用微波(2. 45GHz)的高密度等离子体CVD法。在本实施例中，通过等离子体CVD法形成IOOnm厚的氧氮化硅层作为栅极绝缘层307。然后，在栅极绝缘层307之上，氧化物半导体膜330形成为大于或等于2nm并且小于或等于200nm的厚度。注意在通过派射法形成氧化物半导体膜330之前，优选通过反派射(reversesputtering)去除贴附在栅极绝缘层307的表面的灰尘，在反溅射中采用氩气并且生成等离子体。注意可使用氮氛围、氦氛围、氧氛围等代替氩氛围。作为氧化物半导体膜330，能使用诸如In-Sn-Ga-Zn-O膜的四元金属氧化物，诸如 In-Ga-Zn-O U旲、In-Sn-Zn-O U旲、In-Al-Zn-O U旲、Sn-Ga-Zn-O U旲、Al-Ga-Zn-O U旲或Sn-Al-Zn-O膜的三元金属氧化物，诸如In-Zn-O膜、Sn-Zn-O膜、Al-Zn-O膜、Zn-Mg-O膜、Sn-Mg-O膜或In-Mg-O膜的二元金属氧化物，In-O膜，Sn-O膜，Zn-O膜等。另外,在上述氧化物半导体膜中可包括Si02。在本实施例中，借助于In-Ga-Zn-O基的氧化物半导体靶，通过溅射法形成氧化物半导体膜330。本阶段的截面图对应于图26A。另外，在稀有气体(典型地，氩)氛围、氧氛围或包括稀有气体(典型地，氩)和氧的氛围中通过溅射法能形成氧化物半导体膜330。作为用于通过溅射法形成氧化物半导体膜330的靶，能使用包括氧化锌作为主要成分的金属氧化物靶。作为金属氧化物靶的另一示例，能使用包括In、Ga和Zn的氧化物半导体革巴(按组成比，In2O3: Ga2O3: ZnO=I: I: I [摩尔比],In: Ga: Zn=I: I: O. 5 [原子比])。备选地，可使用包括In、Ga和Zn的氧化物半导体靶(In:Ga:Zn=l: I: I或1:1:2[原子比]的组成比)。氧化物半导体靶的填充率高于或等于90%并且低于或等于100% (优选高于或等于95%并且低于或等于99. 9%)0借助于有高填充率的氧化物半导体靶，形成致密的氧化物半导体膜。在形成氧化物半导体膜330时，优选使用诸如氢、水、羟基或氢化物的杂质被去除至由ppm级别或ppb级别所表示的浓度的高纯度气体作为所使用的派射气体。在保持降低的压力之下的处理室中支撑衬底，并且衬底温度设为高于或等于100°C并且低于或等于60(TC (优选高于或等于20(TC并且低于或等于400°0。当加热衬底 时执行膜形成，由此能减少包含在形成的氧化物半导体膜中的杂质的浓度。另外，减少由于溅射产生的损伤。然后，在处理室中剩余的水分被去除的同时，向处理室导入去除了氢和水分的溅射气体，并且，氧化物半导体膜330借助于将金属氧化物作为靶而形成于衬底305之上。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中去除氢原子、诸如水(H2O)的包括氢原子的化合物，(更优选，还有包括碳原子的化合物)，等等，从而能降低在沉积室中形成的氧化物半导体膜中的杂质的浓度。沉积条件的示例如下衬底与靶之间的距离为100mm，压力为O. 6Pa，DC功率为O. 5kW,并且氛围为氧氛围(氧流率为100%)。因为能减少灰尘并且膜厚能为均匀的,所以优选使用脉冲DC电源。优选具有大于或等于5nm并且小于或等于30nm的厚度的氧化物半导体膜。注意适当的厚度取决于要使用的氧化物半导体材料，并且可根据材料设置厚度。然后，在第二光刻工序中，氧化物半导体膜330被处理成岛形氧化物半导体层。可通过喷墨法形成用于形成岛形氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。接下来，氧化物半导体层经受第一热处理。通过第一热处理，能执行氧化物半导体层的脱水或脱氢作用。第一热处理的温度高于或等于400°C并且低于或等于750°C，优选高于或等于400°C并且低于衬底的应变点。这里，把衬底引入作为热处理设备之一的电炉，以450°C在氮氛围中对氧化物半导体层执行热处理I小时，并且然后氧化物半导体层不暴露至空气，以防止水和氢进入至氧化物半导体层；因此，获得氧化物半导体层331 (参见图26B)。热处理设备不限于电炉，并且可为设置有通过来自加热器(诸如电阻加热器)的热传导或热辐射来加热要处理的物体的装置的一种设备。例如，能使用快速热退火(RTA)设备，诸如气体快速热退火(GRTA)设备或灯快速热退火(LRTA)设备。LRTA设备是通过从灯发射出的光辐射(电磁波)来加热要处理的对象的设备，该灯诸如卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压镁灯。GRTA设备是使用高温气体进行热处理的设备。作为气体，使用不能由于热处理而与要处理的对象产生反应的惰性气体，诸如氮或诸如氩的稀有气体。例如，作为第一热处理，可以用下面的方式执行GRTA。移动衬底并且放入已经被加热至650°C至700°C的高温的惰性气体中，加热几分钟，然后移动并且从已经被加热至高温的惰性气体中取出。GRTA使得在短时间内的高温热处理成为可能。注意在第一热处理中，优选在氮或诸如氦、氖或氩的稀有气体中不包括水、氢等。备选地，优选将氮或诸如氦、氖或氩的稀有气体导入热处理设备中，该热处理设备具有6N(99. 9999%)或更高的纯度，优选具有7N (99. 99999%)或更高的纯度(即，杂质浓度为Ippm或更低，优选O. Ippm或更低)。备选地，可在还没有被处理成岛形氧化物半导体层的氧化物半导体膜330上执行氧化物半导体层的第一热处理。在那种情况下，在第一热处理之后，从加热设备中取出衬底并且执行光刻工序。 可在下面的任何一个定时对氧化物半导体层执行具有脱水或脱氢效果的热处理在形成氧化物半导体层之后；在将源电极和漏电极形成于氧化物半导体层之上后；以及在将保护性绝缘膜形成于源电极和漏电极之上后。在将接触孔形成于栅极绝缘层307中的情况下，可在氧化物半导体膜330的脱水或脱氢处理之前或之后执行该步骤。注意氧化物半导体膜的蚀刻不限于湿法蚀刻并且可为干法蚀刻。根据材料适当地调整蚀刻条件(诸如蚀刻剂、蚀刻时间和温度)，由此膜能蚀刻成具有期望的形状。接下来，要成为源电极层和漏电极层(包括在与源电极层和漏电极层相同的层中形成的布线)的导电膜形成于栅极绝缘层307和氧化物半导体层331之上。可通过溅射法或真空蒸镀法形成导电膜。作为要成为源电极层和漏电极层(包括在与源电极层和漏电极层相同的层中形成的布线)的导电膜的材料，存在从Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中选择的元素，包括任意这些元素作为成分的合金，包括任意这些元素的组合的合金，等等。备选地，可采用其中Cr、Ta、Ti、Mo、W等的高熔点金属层层叠于Al、Cu等的金属层之上和/或之下的结构。又备选地，在使用添加了诸如Si、Ti、Ta、W、Mo、Cr、Nd、Sc或Y的、防止在Al膜中生成小丘和须的元素的Al材料时，能增加耐热性。导电膜可具有单层结构或两个或更多层的叠层结构。例如，能给出包括硅的铝膜的单层结构，钛膜层叠于铝膜之上的两层结构，Ti膜、铝膜以及Ti膜以此次序层叠的三层结构等。备选地，可使用导电金属氧化物形成要成为源电极层和漏电极层(包括在与源电极层和漏电极层相同的层中形成的布线)的导电膜。作为导电金属氧化物，能使用氧化铟(Ιη203)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化铟和氧化锡的合金(In2O3-SnO2,缩写为ΙΤ0)、氧化铟和氧化锌(In2O3-ZnO)的合金或包括硅或氧化硅的任意金属氧化物材料。如果在导电膜的形成之后执行热处理，优选导电膜具有足以耐受热处理的耐热性。执行第三光刻工序。抗蚀剂掩模形成导电膜之上并且执行选择性的蚀刻，以便形成源电极层315a和漏电极层315b。然后去除抗蚀剂掩模(参见图26C)。
在第三光刻工序中，紫外线、KrF激光束或ArF激光束用于曝光，以形成抗蚀剂掩模。随后要形成的晶体管的沟道长度L取决于在氧化物半导体层331之上互相邻接的源电极层的底部与漏电极层的底部之间间隔的宽度。注意当在沟道长度L短于25nm的情况下执行曝光时，将具有几纳米至几十纳米的极短波长的超紫外线用于曝光以在第三光刻工序中形成抗蚀剂掩模。用超紫外线曝光产生较高的分辨率和较大的焦点深度。因此，随后要形成的晶体管的沟道长度Z能设为大于或等于IOnm并且小于或等于lOOOnm。因此，能增加电路的工作速度，并且进一步，截止态电流显著地小，从而能获得低的功率消耗。注意适当地调整材料和蚀刻条件，由此在蚀刻导电膜时氧化物半导体层331不被去除。在本实施例中，使用Ti膜作为导电膜，并且In-Ga-Zn-O基的氧化物半导体用于氧化物半导体层331。作为蚀刻剂，使用过氧化氢氨混合物(氨、水以及过氧化氢溶液的混合溶液)。注意在第三光刻工序中，仅仅蚀刻氧化物半导体层331的一部分，由此可形成具有沟槽(凹陷部)的氧化物半导体层。可通过喷墨法形成用于形成源电极层315a和漏电极层315b的抗蚀剂掩模。在通过喷墨法形成抗蚀剂掩模时，不使用光掩模；因此，能减少制造成本。另外，可在氧化物半导体层与源电极层以及漏电极层之间形成氧化物导电层。能相继地形成氧化物导电层和用于形成源电极层和漏电极层的金属层。氧化物导电层能作为源极区域和漏极区起作用。当在氧化物半导体层与源电极层以及漏电极层之间将氧化物半导体层设置为源极区和漏极区时，源极区和漏极区能具有较低的电阻并且晶体管能高速工作。为了减少在光刻工序中的光掩模和步骤的数目，可借助于使用多阶掩模形成的抗蚀剂掩模执行蚀刻步骤，该多阶掩模为使所透射过的光具有多个强度的曝光掩模。因为使用多阶掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度并且通过执行蚀刻能进一步改变形状，能在多个蚀刻步骤中使用抗蚀剂掩模以提供不同的图案。因此，能通过使用一种多阶掩模形成对应于至少两种不同的图案的抗蚀剂掩模。因此，能减少曝光掩模的数目，并且也能减少相应的光刻工序的数目，由此能实现工艺的简化。接下来，可通过使用诸如N20、N2或Ar的气体的等离子体处理去除吸附于氧化物半导体层的露出部分的表面的水等。在执行等离子体处理之后，不用暴露至空气而形成用作保护绝缘膜并且与氧化物半导体层的一部分接触的氧化物绝缘层316。能适当地通过溅射法等将氧化物绝缘层316形成为大于或等于Inm的厚度，该溅射法是诸如水或氢的杂质不进入氧化物绝缘层316的方法。在氧化物绝缘层316中包含氢时，发生氢进入氧化物半导体层或氢在氧化物半导体层中抽出氧的情况，由此引起氧化物半导体层的背沟道(back channel)具有较低的电阻(η型导电性)，从而可形成寄生沟道。因此，采用不使用氢的形成方法是重要的，从而形成包括尽可能少的氢的氧化物绝缘层316。
在本实施例中，通过溅射法，氧化硅膜作为氧化物绝缘层316形成为200nm的厚度。在膜形成中的衬底温度可高于或等于室温并且低于或等于300°C，并且在本实施例中为100°C。可在稀有气体(典型地，氩)氛围、氧氛围或包括稀有气体(典型地，氩)和氧的氛围中通过溅射法形成氧化硅膜。另外，能使用氧化硅靶或硅靶作为靶。例如，能在包括氧和氮的氛围中通过溅射法用硅靶形成氧化硅膜。形成为与减少了电阻的氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层316用无机绝缘膜形成，该无机绝缘膜不包括诸如水分、氢离子以及0H —的杂质并且阻止这些从外侧进入，典型地，为氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜或氧氮化铝膜。在该情况下，优选在处理室去除中剩余的水分的同时形成氧化物绝缘层316。这是为了防止在氧化物半导体层331和氧化物绝缘层316中包括氢、羟基以及水分。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中去除氢原子、诸如水(H2O)等的包括氢原子的化合物，从而能降低在沉积室中形成的氧化物绝缘层316中的杂质的浓度。 在形成氧化物半导体膜316时，优选使用诸如氢、水、羟基或氢化物的杂质被去除至由ppm级别或ppb级别所表示的浓度的高纯度气体作为所使用的派射气体。接下来，在惰性气体氛围中或氧气氛围中执行第二热处理(优选高于或等于200°C并且低于或等于400°C，例如，高于或等于250°C并且低于或等于350°C)。例如，以250°C持续I小时在氮氛围执行第二热处理。在第二热处理中，在氧化物半导体层的一部分(沟道形成区)与氧化物绝缘层316接触的同时执行加热。经过上述工序，在沉积之后对氧化物半导体膜执行用于脱水或脱氢的热处理，从而有意地从氧化物半导体层去除诸如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)的杂质。此夕卜，通过供应作为氧化物半导体主要成分并在去除杂质的步骤中同时被减少的氧，氧化物半导体层被纯化成为电学上的i型(本征的)。特别的，在诸如氮或稀有气体的惰性气体氛围中执行用于脱水或脱氢的热处理时，在热处理之后的氧化物半导体层的电阻减少。因此，如本实施例中的那样在与氧化物半导体层接触而设置氧化物绝缘层316以向那里提供氧时，能使与氧化物绝缘层316接触的氧化物半导体层的一部分选择性地进入过氧状态并且用作i型沟道形成区域。在这种情况下，不与氧化物绝缘层316直接接触并且与源电极层315a或漏电极层315b重叠的氧化物半导体层312的区域，能以自调整的方式作为高电阻源极区域或高电阻漏极区域起作用。利用这样的结构，即使在栅电极层311与漏电极层315b之间施加高电场，高电阻漏极区域用作缓冲区并且也未局部地施加高电场，从而能改进晶体管的耐压。经过上述工序，形成晶体管310 (参见图26D)。在使用具有许多缺陷的氧化硅层作为氧化物绝缘层时，通过氧化硅层的形成之后的热处理，包括在氧化物半导体层中的诸如氢、水分、羟基或氢化物的杂质扩散至氧化物绝缘层，从而能进一步减少氧化物半导体层中的杂质。保护绝缘层可形成于氧化物绝缘层316之上。例如，通过RF溅射法形成氮化硅膜。因为RF溅射法具有高生产率，所以优选用作保护绝缘层的形成方法。作为保护绝缘层，使用不包括诸如水分、氢离子以及0H —的杂质并且阻止这些从外侧进入的无机绝缘膜；使用氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜、氮氧化铝膜等。在本实施例中，使用氮化硅膜形成保护绝缘层306作为保护绝缘层(参见图26E)。在本实施例中，将其上形成有直到氧化物绝缘层316的层的衬底305加热到100°C至400°C温度，导入去除了氢和水分并且包括高纯度氮的溅射气体，并且使用硅半导体靶，从而氮化硅膜形成为保护绝缘层306。在这种情况下，优选在去除处理室中剩余的水分的同时形成保护绝缘层306，类似于氧化物绝缘层316的情况。在形成保护绝缘层之后，可在空气中持续长于或等于I小时并且短于或等于30小时、以高于或等于100°c并且低于或等于200°C执行热处理。可以在固定的加热温度执行该热处理。备选地，可重复多次进行下面的加热温度的变化加热温度从室温升高至高于或等于100°C并且低于或等于200°C的温度并且然后降低至室温。另外，可在氧化物绝缘层的形成之前在降低的压力之下执行该热处理。当在降低的压力之下执行热处理时，能缩短加热时间。用于平坦化的平坦化绝缘层可设置在保护绝缘层306之上。可如实施例3中那样以下面的方式执行接下来的工序形成连接至晶体管310的像素电极层，以覆盖向绝缘表面(绝缘层)之上的液晶层突出的第一结构体的表面，形成公共电极层，以覆盖设置在相同的绝缘表面(绝缘层)之上而突出至液晶层中的第二结构体的表面，并且第一衬底和第二衬底牢固地互相贴附，其间插入有液晶层。利用设置成覆盖第一结构体的顶面和侧面的像素电极层，以及设置成覆盖第二结构体的顶面和侧面的公共电极层，能在液晶层中的像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。此外，当如实施例2那样在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。本实施例能适当地与其它任何实施例组合。(实施例12)
在本实施例中，将参照图27详细描述在实施例9中描述的包括氧化物半导体层的晶体管的示例，以及其制造方法的示例。在本实施例中描述的晶体管380能用作晶体管1420和1450，晶体管1420和1450包括上述实施例中的包含沟道形成区的氧化物半导体层。在本实施例中，参照图27描述在晶体管的制造工序中部分不同于实施例9的示例。因为除了一部分工序外，图27与图26A至图26E是相同的，所以省略相同的部分的详细描述。根据实施例9，栅电极层381形成于衬底370之上，并且将第一栅极绝缘层372a和第二栅极绝缘层372b层叠于其上。在本实施例中，栅极绝缘层具有两层结构，其中使用氮化物绝缘层和氧化物绝缘层分别作为第一栅极绝缘层372a和第二栅极绝缘层372b的。作为氧化物绝缘层，能使用氧化硅层、氧氮化硅层、氧化铝层、氧氮化铝层、氧化铪层等。作为氮化物绝缘层，能使用氮化硅层、氮氧化硅层、氮化铝层、氮氧化铝层等。栅极绝缘层具有氮化硅层和氧化硅层以此次序层叠于栅电极层381之上的结构。例如，通过派射法形成具有大于或等于50nm并且小于或等于200nm (在本实施例中，50nm)的厚度的氮化硅层(SiN, Cf>0))作为第一栅极绝缘层，并且层叠具有大于或等于5nm并且小于或等于300nm (在本实施例中，IOOnm)的厚度的氧化硅层(SiOr Cr>0))作为在第一栅极绝缘层372a之上的第二栅极绝缘层372b ;因此，形成具有150nm厚度的栅极绝缘层。接下来，在光刻工序中形成氧化物半导体膜并且然后处理成岛形氧化物半导体层。在本实施例中，借助于In-Ga-Zn-O基的氧化物半导体靶通过溅射法形成氧化物半导体、膜。在这种情况下，优选在去除处理室中剩余的水分的同时形成氧化物半导体膜。这是为了防止在氧化物半导体膜中包括氢、羟基以及水分。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中去除氢原子、诸如水(H2O)等的包括氢原子的化合物，从而能降低在沉积室中形成的氧化物绝缘层中的杂质的浓度。在形成氧化物半导体膜时，优选使用诸如氢、水、羟基或氢化物的杂质被去除至由ppm级别或ppb级别所表示的浓度的高纯度气体作为所使用的派射气体。接下来，氧化物半导体层经受脱水或脱氢。用于脱水或脱氢的第一热处理的温度高于或等于400°C并且低于或等于750°C，优选高于或等于425°C。注意在温度为425°C或更高的情况下，热处理的时间可为I小时或更短。在温度低于425°C的情况下，热处理的时间长于I小时。这里，把衬底引入作为热处理设备之一的电炉，在氮氛围中对氧化物半导体层执行热处理，并且然后氧化物半导体层不暴露至空气，以防止水和氢进入至氧化物半导体层。因此，获得氧化物半导体层。在此之后，高纯度的氧气、高纯度的N2O气或超干空气(具有_40°C或更低，优选_60°C或更低的露点)导入至同样的炉子并且执行冷却。优选水、氢等不包括在氧气或N2O气中。备选地，优选导入至热处理设备的氧气或N2O气的纯度为6N (99. 9999%)或更高，更加优选7N (99. 99999%)或更高(即，氧气或N2O气的杂质的浓度为Ippm或更低,优选O. Ippm或更低)。执行脱水或脱氢处理，从而有意地从氧化物半导体层去除诸如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)的杂质。此外，通过供应作为氧化物半导体主要成分并在去除杂质的步骤中同时被减少的氧，氧化物半导体层被纯化成为电学上的i型(本征的)。注意热处理设备不限于电炉，并且例如，可为诸如气体快速热退火(GRTA)设备或灯快速热退火(LRTA)设备的快速热退火(RTA)设备。LRTA设备是通过从诸如卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压镁灯的灯发射出的光辐射(电磁波)来加热要处理的对象的设备。LRTA设备可不仅设置有灯而且有用于通过来自加热器(诸如电阻加热器)的热传导或热辐射来加热要处理的对象的装置。作为气体，使用不会由于热处理而与要处理的对象产生反应的惰性气体，诸如氮或诸如氩的稀有气体。可通过RTA法以600°C至750°C持续几分钟执行热处理。此外，在用于脱水或脱氢的第一热处理之后，可在氧气氛围或N2O气氛围中以高于或等于20(TC并且低于或等于40(TC，优选高于或等于200°C并且低于或等于300°C来执行热处理。可对还没有被处理成岛形氧化物半导体层的氧化物半导体膜执行氧化物半导体层的第一热处理。在此情况下，在第一热处理之后，从加热设备中取出衬底并且执行光刻工序。经过上述工序，氧化物半导体膜的整个区域进入过氧状态；因此，氧化物半导体膜具有更高的电阻，即，氧化物半导体膜变成i型。因此，氧化物半导体层382被纯化并且得到电学上的i型(本征的)。 接下来，在光刻工序中抗蚀剂掩模形成于氧化物半导体层382之上，并且执行选择性蚀刻，由此形成源电极层385a和漏电极层385b。然后，通过溅射法形成氧化物绝缘层386。在这种情况下，优选在去除处理室中剩余的水分的同时形成氧化物绝缘层386。这是为了防止在氧化物半导体层382和氧化物绝缘层386中包括氢、羟基以及水分。为了去除在处理室中剩余的水分，优选使用捕集真空泵。例如，优选使用低温泵、离子泵或钛升华泵。另外，排气单元可为设置有冷阱的涡轮泵。在使用低温泵抽空的沉积室中去除氢原子、诸如水(H2O)等的包括氢原子的化合物，从而能降低在沉积室中形成的氧化物绝缘层386中的杂质的浓度。在形成氧化物绝缘层386时，优选使用诸如氢、水、羟基或氢化物的杂质被去除至由ppm级别或ppb级别所表示的浓度的高纯度气体 作为所使用的派射气体。经过上述工序，可形成晶体管380。接下来，为了减少晶体管的电特性变化，可在惰性气体氛围或氮气氛围中执行热处理(优选在高于或等于150°C并且低于350°C)。例如，在250°C持续I小时在氮氛围中执行热处理。保护绝缘层373形成于氧化物绝缘层386之上。在本实施例中，通过溅射法借助于氮化硅膜将保护绝缘层373形成为IOOnm的厚度。各自用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层373和第一栅极绝缘层372a不包括诸如水分、氢、氢化物以及氢氧化物的杂质并且具有阻止这些从外侧进入的效果。因此，在保护绝缘层373形成之后的制造工序中，能防止来自外侧的诸如水分的杂质的进入。另外，甚至在将装置完成为包括显示面板的半导体装置(诸如液晶显示装置)之后，能长期防止来自外侧的诸如水分的杂质的进入；因此，能改进装置的长期可靠性。另外，可去除在各使用氮化物绝缘层形成的保护绝缘层373与第一栅极绝缘层372a之间的绝缘层，从而保护绝缘层373和第一栅极绝缘层372a互相接触。因此，减少尽可能多地减少在氧化物半导体层中的诸如水分、氢、氢化物以及氢氧化物的杂质并且防止这种杂质的进入，从而能将氧化物半导体层中的杂质的浓度维持为较低。注意用于平坦化的平坦化绝缘层可设置在保护绝缘层373之上。可如实施例3那样以下面的方式执行接下来的工序形成连接至晶体管380的像素电极层，以覆盖向绝缘表面(绝缘层)之上的液晶层突出的第一结构体的表面，形成公共电极层，以覆盖设置在相同的绝缘表面(绝缘层)之上而突出至液晶层中的第二结构体的表面，并且第一衬底和第二衬底牢固地互相贴附，其间插入有液晶层。利用设置成覆盖第一结构体的顶面和侧面的像素电极层，以及设置成覆盖第二结构体的顶面和侧面的公共电极层，能在液晶层中的像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。此外，如实施例2那样在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。本实施例能适当地与其它任何实施例组合。(实施例13)将描述能用于实施例3至实施例12中的晶体管的半导体层的另一种材料的示例。作为用于包括在半导体元件中的半导体层的材料，有可能使用非晶形半导体(下文中也称为AS)，其利用以硅烷或锗烷为代表的半导体材料气体通过溅射法或气相生长法形成；多晶半导体，其通过利用光能或热能使非晶形半导体结晶化而获得；微晶半导体(也称为半非晶半导体或微晶体半导体，并且在下文中也称为SAS)等。能通过溅射法、LPCVD法、等离子体CVD法等形成半导体层。考虑吉布斯自由能(Gibbs free energy),微晶半导体膜是作为非晶状态与单晶状态之间的中间态的亚稳状态。即，微晶半导体是自由能上稳定的第三状态，并且具有短程有序和晶格扭曲。柱状的或针状的晶体关于衬底表面垂直的方向上生长。作为微晶半导体的典型示例的微晶硅的拉曼频谱偏移至低于表示单晶硅的520cm — 1的波数侧。换句话说，微晶娃的拉曼频谱具有在表不非晶娃的480cm 1与表不单晶娃的520cm 1之间的峰值。此夕卜，微晶半导体膜包括至少I原子百分比的氢或卤素以消除悬空键。微晶半导体膜可包括诸如氦、氩、氪或氖的稀有气体元素以进一步提高晶格扭曲，由此能获得具有改进的稳定性的有利的微晶半导体膜。

能使用频率为几十兆赫至几百兆赫的高频等离子体CVD法或频率为IGHz或者更高的微波等离子体CVD设备形成该微晶半导体膜。典型地，能使用用氢稀释的诸如SiH4、Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3、SiCl4或SiF4的硅烷形成微晶半导体膜。备选地，除了硅烷和氢之夕卜，能使用从氦、氩、氪和氖中选择的一种或多种稀有气体元素用于稀释来形成微晶半导体膜。在这种情况下，氢的流率比硅烷的流率更高，大于或等于5倍并且小于或等于200倍，优选大于或等于50倍并且小于或等于150倍，更加优选100倍。非晶形半导体以氢化的非晶硅为代表，并且结晶半导体以多晶硅等为代表。多晶硅(多晶体硅)包括所谓的高温多晶硅，其包括以800°C或更高的处理温度形成的多晶硅作为主要成分；所谓的低温多晶硅，其包括以600°C或更低的处理温度形成的多晶硅作为主要成分；通过借助于例如促进结晶化的元素使非晶硅结晶化来形成的多晶硅，等等。不用说，如上所述，也能使用在半导体层中部分包括结晶相的微晶半导体或半导体。此外，作为用于半导体的材料，能使用诸如GaAs、InP、SiC、ZnSe、GaN或SiGe的化合物半导体，以及诸如娃(Si)或锗(Ge)的元素。在使用结晶半导体膜作为半导体层的情况下，可通过多种方法(例如，激光结晶化法、热结晶化法或使用促进结晶化的诸如镍的元素的热结晶化法)形成结晶半导体膜。备选地，可使作为SAS的微晶半导体通过激光照射结晶以增加结晶度。在不导入促进结晶化的元素的情况下，在用激光照射之前，在氮氛围中以500°C持续I小时加热非晶硅膜，由此包括在非晶硅膜中的氢释放至I XlO2tl原子/cm3或更低的浓度。这是因为，如果非晶硅膜包括许多氢，非晶娃膜由于激光照射而被破坏。在导入金属元素至非晶半导体膜的方法上没有具体的限制，只要金属元素能存在于非晶半导体膜的表面或内部。例如，能采用溅射法、CVD法、等离子体处理法(包括等离子体CVD法)、吸附法或应用金属盐溶液的方法。在它们之中，使用溶液的方法简单而且容易，并且在易于进行金属元素的浓度调节方面是有用的。此时，为了改进非晶半导体膜的表面的浸润性并且为了在非晶半导体膜的整个表面之上涂水状溶液，优选通过在氧氛围中的UV光照射、热氧化、利用臭氧水或包括羟基的过氧化氢的处理等来形成氧化膜。
在使非晶半导体膜结晶化的结晶化步骤中，可向非晶半导体膜添加促进结晶化的元素(也称为催化元素或金属元素)，并且可通过热处理(以550°C至750°C持续3分钟至24小时)执行结晶化。作为促进(加速)结晶化的元素，有可能使用从铁(Fe )、镍(Ni )、钴(Co )、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钼(Pt)、铜(Cu)和金(Au)中选择的一种或多种元素。
为了从结晶半导体膜去除或减少促进结晶化的元素，形成与结晶半导体膜接触的包括杂质元素的半导体膜以作为吸除槽(gettering sink)起作用。作为杂质元素,能使用赋予η型导电性的杂质元素、赋予P型导电性的杂质元件、稀有气体元素等。例如，有可能使用从磷(P)、氮(N)，砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硼(B)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)中选择的一种或多种元素。包括稀有气体元素的半导体膜形成在包括促进结晶化的元素的结晶半导体膜上，并且然后执行热处理(以550°C至750°C持续3分钟至24小时)。包括在结晶半导体膜中的促进结晶化的元素移动至包括稀有气体元素的半导体膜，并且因此去除或减少在结晶半导体膜中的促进结晶化的元素，在那之后，去除具有作为吸除槽的功能的包括稀有气体元素的半导体膜。可通过组合热处理和激光照射来使非晶半导体膜结晶。备选地，可多次执行热处理或激光照射。也可通过等离子体法在衬底之上直接形成结晶半导体膜。备选地，可通过等离子体法在衬底之上选择性地形成结晶半导体膜。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例14)
在本实施例中，将参照图33A和图33B的框图和图24的时间图描述液晶显示装置的一个实施例。图33A和图33B是示出液晶显示装置结构的框图，图33A示出显示部1301和驱动部1302的结构。驱动部1302包括信号线驱动电路1303、扫描线驱动电路1304等。在显示部1301中，多个像素1305设置成矩阵。在图33A中，从扫描线驱动电路1304提供扫描信号至扫描线1306。此外，从信号线驱动电路1303提供数据至信号线1308。从扫描线1306提供信号，以便从扫描线1306的第一行顺序地选择像素1305。注意在图33A中，/ 条(从G1至匕)扫描线1306连接至扫描线驱动电路1304。考虑到图像的最小单元用三个像素R、G和B (R :红，G :绿以及B :蓝)形成的情况，，信号线驱动电路1303连接至总共Zm条信号线条(从Ski至SeJ信号线对应R， 条(从Sgi至ScJ信号线对应G，以及《条(从Sbi至Sta)信号线对应B。S卩，如图33B所示，对每个颜色要素设置信号线，并且从信号线提供数据至对应于颜色要素的像素，由此像素1305可表示期望的颜色。图24的时间图示出扫描信号，其用于在一个帧期间中的各行选择期间(液晶显示装置的像素的一行的扫描期间)中选择扫描线1306 (典型地，Gl和Gn)，并且示出信号线1308的数据信号(典型地，SK1)。注意在图33A和图33B中的电路图示出使用η沟道晶体管作为对每一个像素设置的晶体管的情况。图24示出在η沟道晶体管的开和关受控制的情况下的像素的驱动。注意在图33A和图33B的电路图中使用P沟道晶体管时，可适当地改变扫描信号的电势，从而能以相同的方式打开或关闭晶体管。在图24的时间图中，对应于其中显示一个屏幕图像的期间的一个帧期间设为至少8.3ms)(优选1/240秒),从而在显示活动的图像时观看者不会感知余像。在扫描线的数目为/ ，行选择期间对应于I/ (120X/7)秒。例如，在液晶显示装置包括2000扫描线(假设所谓的诸如4096X2160像素或3840X2160像素的4k2k图像)并且不考虑由于布线等产生的信号延迟的情况下，行选择期间对应于1/240000秒( 4. 2 μ S)。蓝相液晶元件在施加电压时具有I毫秒或更少的响应时间(改变液晶分子的取向的时间)。另一方面，VA模式液晶元件在施加电压时具有大约 几毫秒的响应时间，即使采用过驱动法。因此，在VA模式液晶元件的工作中，使一个帧期间的长度不短于响应时间以维持有利的显示。另一方面，在本实施例的液晶显示装置中，使用蓝相液晶元件并且使用诸如Cu布线的低阻材料形成布线，从而能减少由于布线等产生的信号延迟；因此，能获得液晶元件的响应时间的足够余裕，并且能高效地获得基于在行选择期间中施加至液晶元件的电压的液晶元件的期望的取向。类似地，在参照图33Α和33Β以及图24描述的在液晶显示装置中，具有设置成覆盖第一结构体的顶面和侧面的像素电极层，以及设置成覆盖第二结构体的顶面和侧面的公共电极层，可在液晶层中的像素电极层与公共电极层之间广泛地形成电场。此外，如实施例2那样在第二衬底侧设置第二公共电极层时，能在像素电极层与第二公共电极层之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。用上述方式，可增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例15)
制造晶体管，并且能在像素部以及进一步在驱动电路中使用晶体管制造具有显示功能的液晶显示装置。另外，驱动电路的一部分或整个能借助于晶体管作为像素部形成于相同的衬底之上，由此能获得面板上系统(system-on-panel)。液晶显示装置包括液晶元件(也称为液晶显示元件)作为显示元件。另外，液晶显示装置包括其中显示元件被密封的面板、以及其中包括控制器的IC等被安装在面板上的模块。本发明的实施例涉及在制造液晶显示装置的工序中的、完成显示元件之前的元件衬底的一种模式，并且元件衬底设置有提供电流至多个像素的每一个中的显示元件的手段。特别地，元件衬底可为仅仅形成显示元件的像素电极之后的状态、形成要成为像素电极的导电膜之后以及蚀刻导电膜来形成像素电极之前的状态，或任意其它状态。注意在本说明书中的液晶显示装置意味着图像显示装置、显示装置或光源(包括照明装置)。另外，液晶显示装置包括在它的类别内的任意以下模块诸如柔性印刷电路(FPC)、带式自动接合(TAB)带或带载封装(TCP)的连接器所附属的模块，具有TAB带或在其尖端设置了印刷布线板的TCP的模块，以及通过玻璃板上芯片(COG)法在显示元件上直接安装集成电路( IC)的模块。参照图12A1、图12A2以及图12B描述作为液晶显示装置的一个实施例的液晶显示面板的外观和截面。图12A1和图12A2是在第一衬底4001与第二衬底4006之间用密封材料4005密封了形成于第一衬底4001之上的晶体管4010和4011以及液晶元件4013的面板的顶视图。图12B是在图12A1和图12A2中沿着线M-N取得的截面图。设置密封材料4005，以围绕设置在第一衬底4001之上的像素部4002和扫描线驱动电路4004。第二衬底4006设置在像素部4002和扫描线驱动电路4004之上。因此，像素部4002和扫描线驱动电路4004连同液晶层4008 —起由第一衬底4001、密封材料4005以及第二衬底4006密封。在图12A1中，使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成于单独准备的衬底之上的信号线驱动电路4003安装在第一衬底4001之上的与被密封材料4005围绕的区域不同的区域中。图12A2示出其中借助于设置在第一衬底4001之上的晶体管形成了信号线驱动电路的一部分的示例。信号线驱动电路4003b形成于第一衬底4001之上，并且使用单晶半导体膜或多晶半导体膜形成的信号线驱动电路4003a安装在单独准备的衬底之上。注意对于单独形成的驱动电路的连接方法没有具体的限制，并且能使用COG法、引线接合法、TAB法等。图12A1示出通过COG法安装信号线驱动电路4003的示例，并且图12A2示出通过TAB法安装信号线驱动电路4003a的示例。设置在第一衬底4001之上的像素部4002和扫描线驱动电路4004包括多个晶体管。图12B示出包括在像素部4002中的晶体管4010和包括在扫描线驱动电路4004中的晶体管4011作为示例。绝缘层4020和层间膜4021设置在晶体管4010和4011之上。能使用实施例3至实施例12中描述的任意的晶体管作为晶体管4010和4011。晶体管4010和4011是η沟道薄膜晶体管。另外，导电层可设置在层间膜4021或绝缘层4020之上，以便与用于驱动电路的晶体管4011的半导体层的沟道形成区域重叠。导电层可具有与晶体管4011的栅电极层相同的电势或与其不同的电势，并且能作为第二栅电极层起作用。另外，导电层的电势可为GND或0V，或导电层可为浮动状态。此外，在第一衬底4001之上，像素电极层4030形成于在设置于层间膜4021上的突出至液晶层4008的第一结构体4037之上，并且像素电极层4030电连接至晶体管4010。在层间膜4021之上，第一公共电极层4036设置在设置成突出至液晶层4008的第二结构体4038之上。液晶元件4013包括像素电极层4030、第二公共电极层4031、第一公共电极层4036以及液晶层4008。注意偏振片4032和偏振片4033分别设置在第一衬底4001和第二衬底4006的外侧。在本实施例中，描述了在第二衬底4006侧进一步设置第二公共电极层4031的示例，并且第二公共电极层4031层叠于像素电极层4030和第一公共电极层4036之上，其间插入有液晶层4008。可采用如实施例I那样不设置第二公共电极层4031的结构。利用设置成覆盖第一结构体4037的顶面和侧面的像素电极层4030，并且设置成覆盖第二结构体4038的顶面和侧面的第一公共电极层4036，可在液晶层4008中的像素电极层4030与第一公共电极层4036之间广泛地形成电场。
此外，在第二公共电极层4031设置在第二衬底4006侧时，能在像素电极层4030与第二公共电极层4031之间的倾斜方向(相对衬底倾斜的方向)施加电场至液晶；因此，能更高效率地控制液晶分子。因此，能使厚度方向的整个液晶层的液晶分子响应并且能改进白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率之比。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衬底、塑料衬底 等。作为塑料衬底，能使用玻璃纤维增强塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)膜、聚酯膜或丙烯酸树脂膜。另外，也能使用在PVF膜之间或聚酯膜之间夹有铝箔的片材。通过绝缘膜的选择性蚀刻获得由参考标号4035表示的柱状隔离件，并且设置成控制液晶层4008的厚度(单元间隙)设置。注意也可使用球形的隔离件。在包括液晶层4008的液晶显示装置中，优选作为液晶层的厚度的单元间隙大于或等于Iym并且小于或等于20μπι。在本说明书中，单元间隙的厚度指的是液晶层的最厚一部分(膜厚度)的长度。尽管图12Α1、图12Α2和图12Β示出透射式液晶显示装置的示例，但本发明的实施例也能应用于半透射式液晶显示装置。另外，图12Α1、图12Α2和图12Β示出偏振片设置于衬底的外侧(观察侧)的液晶显示装置的示例；然而，偏振片可设置在衬底的内侧。偏振片设置在内侧还是外侧可取决于偏振片的材料和制造工序的条件而适当地决定。此外，可设置作为黑底层起作用的遮光层。层间膜4021是有彩色透光树脂层并且作为滤色器层起作用。另外，层间膜4021的一部分可作为遮光层起作用。在图12Α1、图12Α2和图12Β中，遮光层4034设置在第二衬底4006侧，以覆盖晶体管4010和4011。由于遮光层4034的提供，能增加对比度并且能使晶体管稳定化。晶体管可用作为晶体管的保护膜起作用的绝缘层4020覆盖；然而，没有具体的限制。注意设置保护膜以防止在空气中漂浮的诸如有机物质、金属物质或水分的污染物杂质的进入，并且优选为致密膜。保护膜可通过溅射法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、氧氮化铝膜以及氮氧化铝膜中的任意的单层结构或叠层结构。在形成保护膜之后，半导体层可经受退火(以300°C至400°C)。另外，在进一步形成透光绝缘层作为平坦化绝缘膜的情况下，能使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺或环氧树脂的具有耐热性的有机材料形成透光绝缘层。除了这些有机材料之外，也可能使用低介电常数材料(低k材料)、硅氧烷基树脂、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)等。可通过层叠使用任意这些材料形成的多个绝缘膜而形成绝缘层。对于形成要层叠的绝缘层的方法没有具体的限制，并且能根据材料采用以下任意方法诸如溅射法、SOG法、旋涂、浸溃涂布、喷涂以及液滴排放法(诸如喷墨法、丝网印刷或平版印刷)的方法；诸如刮刀、辊式涂布机、帘式涂布机以及刮刀式涂布机的工具(设备);等等。在使用材料溶液形成绝缘层的情况下，可与烘焙步骤同时对半导体层退火(以200°C至400°C)。绝缘层的烘焙步骤也用作半导体层的退火步骤，由此可高效地制造液晶显示装置。能使用透光导电材料形成像素电极层4030、第二公共电极层4031以及第一公共电极层4036，该透光导电材料诸如包括氧化钨的氧化铟、包括氧化钨的氧化铟锌、包括氧化钛的氧化铟、包括氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌或添加了氧化娃的氧化铟锡。备选地，能使用以下的任意一种或多种形成像素电极层4030、第二公共电极层4031以及第一公共电极层4036 :诸如钨(W)、钥(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钼(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)以及银(Ag)的金属；其合金；以及其氮化物。能使用包括导电高分子(也称为导电聚合物)的导电合成物作为像素电极层4030、第二公共电极层4031以及第一公共电极层4036。此外，从FPC 4018提供多种信号和电势至单独形成的信号线驱动电路4003、以及扫描线驱动电路4004或像素部4002。另外，因为晶体管容易由于静电等而损坏，所以优选在栅极线或源极线的相同衬底之上设置用于保护驱动电路的保护电路。优选使用非线性元件形成保护电路。在图12A1、图12A2和图12B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，并且使用与晶体管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经过各向异性的导电膜4019电连接至包括在FPC 4018中的端子。尽管图12A1、图12A2和图12B示出其中信号线驱动电路4003单独形成并且安装在第一衬底4001上的示例，但本发明的实施例不限于该结构。可单独形成然后安装扫描线驱动电路，或可仅单独形成然后安装信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分。图16示出作为在本说明书中公开的液晶显示装置的液晶显示模块的示例。图16示出其中元件衬底2600和对置衬底2601用密封材料2602和包括TFT等的元件层2603牢固地互相贴附的液晶显示模块的示例,包括液晶层的显示元件2604、以及包括作为滤色器起作用的有彩色透光树脂层的层间膜2605设置在衬底之间以形成显示区域。包括有彩色透光树脂层的层间膜2605需要执行彩色显示。在RGB系统的情况下，对相应的像素设置对应于红、绿和蓝的颜色的相应有彩色透光树脂层。偏振片2606、偏振片2607以及扩散片2613设置在元件衬底2600和对置衬底2601的外侧。光源包括冷阴极管2610和反射片2611。电路板2612经过柔性布线板2609连接至元件衬底2600的布线电路部2608并且包括诸如控制电路或电源电路的外部电路。作为光源，可使用白色二极管。可层叠偏振片和液晶层，其间插入有延迟片。用上述方式，可增加包括呈现蓝相的液晶层的液晶显示装置的对比率。此外，因为能用较低的电压获得高的白透射率，所以也能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。
本实施例能与在其它实施例中描述的任何结构适当地组合。(实施例16)
在本说明书中公开的液晶显示装置能应用于多种电子装置(包括游戏机)。电子装置的示例包括电视机(也称为电视或电视接收器)、计算机的监视器等，诸如数码相机或数字视频摄像机的摄像机、数码相框、移动电话(也称为便携电话或移动电话机)、便携式游戏机、便携式信息终端机、录音装置、诸如弹球盘机的大尺寸游戏机等。图13A示出电视机的示例。在电视机9600中，显示部9603嵌在外壳9601中。能在显示部9603上显示图像。这里，外壳9601由机座9605支撑。能用外壳9601的操作开关或单独的遥控器9610操作电视机9600。能用遥控器9610的操作键9609控制频道和音量，由此能控制显示在显示部9603上的图像。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9607。注意电视机9600设置有接收器、调制解调器等。利用接收器，能接收一般的电视广播。此外，在电视机9600通过经由调制解调器的有线或无线连接而连接至通信网络时，能执行单向的(从发送器至接收器)或双向的(发送器和接收器之间、接收器之间，等等)数据通信。
图13B示出数码相框的示例。例如,在数码相框9700中，显示部9703并入在外壳9701中。能在显示部9703上显示多种图像。例如,显示部9703能显示通过数码相机等拍摄的图像数据以作为普通相框起作用。注意数码相框9700设置有操作部、外部连接端子(USB端子、能连接至诸如USB线缆的多种线缆的端子等)、记录介质插入部等。尽管可将其设置于与显示部相同的表面上，但对于数码相框9700的设计，优选将其设置于侧面或后面。例如，将储存通过数码相机拍摄的图像数据的存储器插入在数码相框的记录介质插入部中，由此能在显示部9703下载和显示图像数据。数码相框9700可具有能无线地发送和接收数据的配置。通过无线通信，能下载并显示期望的图像数据。图14A示出包括用连接器9893可开闭地连结的外壳9881和外壳9891的便携式游戏机。显示部9882和显示部9883分别并入在外壳9881和外壳9891中。图14A中示出的便携式游戏机还包括扬声器部9884、记录介质插入部9886、LED灯9890、输入手段(操作键9885、连接端子9887、传感器9888 (具有测量以下量的功能的传感器力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转数、距离、光、液体、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电功率、辐射、流率、湿度、倾角、振动、气味或红外线)以及麦克风9889)等。不用说，便携式游戏机的结构不限于上述内容，并且可采用至少设置有在本说明书中公开的液晶显示装置的结构。便携式游戏机可适当地包括其它附属设备。图14A中示出的便携式游戏机具有读出储存在记录介质中的程序或数据以将其在显示部上显示的功能，以及通过无线通信与另一个便携式游戏机共享信息的功能。在图14A中的便携式游戏机能具有不限于上述的多种功能。图14B示出作为大尺寸的游戏机的投币式游戏机的示例。在投币式游戏机9900中，显示部9903并入外壳9901中。此外,投币式游戏机9900包括诸如启动杆或停止开关、投币口、扬声器等的操作手段。不用说，投币式游戏机9900的结构不限于上述内容并且可采用至少设置有在本说明书中公开的液晶显示装置的其它结构。投币式游戏机可适当地包括其它附属设备。图15A示出移动电话的示例。移动电话1000设置有并入外壳1001中的显示部1002、操作按钮1003a和1003b、外部连接端口 1004、扬声器1005、麦克风1006等。
在用手指等触摸图15A中示出的移动电话1000的显示部1002时，数据能输入至移动电话1000。此外，能通过用手指等触摸显示部1002来执行诸如打电话和写邮件的操作。显示部1002主要有三种屏幕模式。第一模式为主要用于显示图像的显示模式。第二模式为主要用于输入诸如文本的信息的输入模式。第三模式为混合显不模式和输入模式两种模式的显示及输入模式。例如，在打电话或写邮件的情况下，对显示部1002选择主要用于输入文本的文本输入模式，从而能输入在屏幕上显示的文本。在这种情况下，优选在显示部1002的屏幕的几乎整个区域显示键盘或数字按钮。当在移动电话1000的内部设置有包括用于检测倾斜的传感器(诸如陀螺仪或加速度传感器)的检测装置时，能通过确定移动电话1000的方向来自动地切换在显示部1002的屏幕上的显示(对于横向模式或肖像模式移动电话1000是水平放置还是垂直放置)。通过触摸显示部1002或操作外壳1001的操作按钮1003a和1003b来切换屏幕模式。另外，能取决于在显示部1002上显示的图像的种类切换屏幕模式。例如，当在显示部上显示的图像的信号为运动图像的数据信号时，屏幕模式切换成显示模式。当信号为文本数据的信号时，屏幕模式切换至输入模式。此外，在输入模式中，当通过触摸显示部1002的输入未执行某一期间而通过光学传感器在显示部1002中检测到信号时，可控制屏幕模式以从输入模式切换成显示模式。显示部1002也能作为图像传感器起作用。例如，通过用手掌或手指触摸显示部1002取得掌纹、指纹等的图像，由此能执行个人认证。此外，通过为显示部提供背光源或发射近红外光的感测光源，也能获得手指静脉、手掌静脉的图像等。图15B示出移动电话的另一个示例。在图15B中示出的移动电话包括在外壳9411中具有显示部9412和操作按钮9413的显示装置9410，以及在外壳9401中具有操作按钮9402、外部输入端子9403、麦克风9404、扬声器9405以及在接到电话时发光的发光部9406的通信装置9400。具有显示功能的显示装置9410能在由箭头指示的两个方向上从具有电话功能的通信装置9400卸下和连结到具有电话功能的通信装置9400。因此，显示装置9410和通信装置9400可沿着它们的短侧或长侧相互连结。此外，当仅需要显示器功能时，显示装置9410可从通信装置9400卸下并且单独使用。能通过无线或有线通信在通信装置9400与显示装置9410之间发送或接收图像或输入信息，通信装置9400和显示装置9410的每一个具有可充电的电池。[示例I]
在本示例中，制造具有在本说明书中公开的、图20A和图20B所示的结构的样本I和样本2，并且示出对施加电压与透射光强度之间的关系的评估结果。图20A为样本I的示意图，图20B是样本2的示意图。各示出其中第一衬底10和第二衬底11定位成相互面对的液晶显示装置，其间插入有包括呈现蓝相的液晶材料的液晶层24。在第一衬底10与液晶层24之间设置第一结构体23、像素电极层20、第二结构体 25a和25b、以及公共电极层22a和22b。第一结构体23以及第二结构体25a和25b设置成从液晶层24侧的第一基板10的表面突出至液晶层24。像素电极层20形成为覆盖第一结构体23的顶面和侧面，该第一结构体23设置成从液晶层24侧的第一衬底10的表面突出至液晶层24。公共电极层22a和22b形成为覆盖第二结构体25a和25b的顶面和侧面，第二结构体25a和25b设置成液晶层24侧的第一衬底10的表面突出至液晶层24。在图20B中，在图20A的结构中进一步在第二基板11侧设置公共电极层21a和21b作为第二公共电极层，以与第一衬底10侧的公共电极层22a和22b重叠，其间插入有液晶层24。第一结构体23和第二结构体25a和25b的厚度(高度)(Tr)各为O. 9 μ m，并且在其衬底表面方向(WLl)的宽度各为2. 6 μ m。第一结构体23与第二结构体25a之间的在衬底表面方向(Wsl)的宽度为2. 4 μ m，公共电 极层21a和21b在衬底表面方向(WL2)的宽度各为2. O μ m，并且公共电极层21a与公共电极层21b之间在衬底表面方向(Ws2)上的宽度为 8. O μ m。在每个样本I和2中，单元间隙(Dcg)为4. Ομπι。为了比较，也制造未设置结构体23和公共电极层21a和21b的比较样本，将像素电极层20和公共电极层22a和22b设置成与第一衬底10接触，并且单元间隙(Dcg)为4. O μ m，如图22所示。单兀间隙(Dcg)是如图20A和20B所不的液晶层24的最大厚度(I旲厚度)，并且是图20A和图20B中的第一衬底10与第二衬底11之间的距离。单元间隙的这种间隔可由间隔物或密封材料控制。在本示例中，单元间隙由密封材料控制。玻璃衬底用作第一衬底10和第二衬底11，并且通过在光刻工序中处理光敏丙烯酸树脂而获得的树脂层被用作第一结构体23以及第二结构体25a和25b。作为像素电极层20、公共电极层21a和21b以及公共电极层22a和22b，使用由以下的方式获得的IlOnm厚的导电层通过溅射法形成包括氧化硅的氧化铟锡(ITSO)的膜，然后在光刻工序中进行处理。另外，用扫描电子显微镜(SEM)观察样本I。图21A和图21B是观察样本I的第一衬底10侧的SEM图像。图21A和图21B是从上方倾斜地观察样本I的SEM图像，以及图21B是包括图21A中的第一结构体23和像素电极层20的部分的放大图。注意图21A是放大10000倍的图像，以及图21B是放大30000倍的图像。如图21A所示，交替地设置覆盖第一结构体23的顶面和侧面的像素电极层20，以及覆盖第二结构体25a和25b的顶面和侧面的公共电极层22a。从图21B可确认，形成了像素电极层20以覆盖第一结构体23的顶面和侧面并与第一衬底10部分接触。图23示出比较样本以及样本I和2中的施加电压(V)与透射光强度之间的关系。注意施加电压指的是像素电极层20与公共电极层21a和21b和/或公共电极层22a和22b之间的电势差。在本示例中，公共电极层21a和21b和/或公共电极层22a和22b连接到GND线(接地线)，并且对像素电极层20施加电压。此外，透射光的强度指的是已从光源透射过每个样本并被测量的光强度。在图23中，每个样本的结果展示如下黑圈代表比较样本；白方形代表样本I ;以及白菱形代表样本2。从图23可确认以下的结果在第一结构体23的顶面和侧面设置有像素电极层20并且在第二结构体25a和25b的顶面和侧面之上设置有公共电极层22a和22b的样本1，以及在作为对置衬底的第二衬底11侧进一步设置有公共电极层21a和21b的样本2，即使在低电压下也具有更高的透射光强度，并且因此具有与比较样本相比更高的白透射率。
因此，设置像素电极层20以覆盖第一结构体23的顶面和侧面，并且设置公共电极层22a和22b以覆盖第二结构体25a和25b的顶面和侧面，由此能在液晶层24的厚度方向(三维地)增加像素电极层20以及公共电极层22a和22b的形成区。因此，当电压施加到像素电极层20与公共电极层22a和22b之间时，可在像素电极层20与公共电极层22a和22b之间广泛地形成电场。
此外，当如样本2的情况那样在第二衬底11侧设置第二公共电极层21a和21b时，电场可在像素电极层20与第二公共电极层21a和21b的之间的倾斜方向(相对于衬底倾斜的方向)施加到液晶；因此，可更加有效地控制液晶分子。因此，使厚度方向的整个液晶层24的液晶分子有效地响应并且改进了白透射率。因此，也能增加对比率，其为白透射率与黑透射率(黑色显示中的透光率)之比。此外，因为能用较低的电压获得较高的白透射率(透射光的强度)，可确认的是能获得液晶显示装置的功率消耗的减少。本应用基于在2009年11月27日在日本专利局提出的序号为2009-270055日本专利申请，在此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1.一种液晶显示装置，包括 第一衬底； 第二衬底； 液晶层，在所述第一衬底与所述第二衬底之间，包含呈现蓝相的液晶材料； 第一结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面； 第二结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面，其中所述第二结构体的一部分设置在所述第一结构体的部分之间； 第一电极层，覆盖所述第一结构体的顶面和侧面，其中第一电势施加到所述第一电极层；以及 第二电极层，覆盖所述第二结构体的顶面和侧面，其中第二电势施加到所述第二电极层。
2.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层与所述液晶层接触。
3.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层各具有类梳形形状。
4.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括手性剂。
5.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括光固化树脂和光聚合作用引发剂。
6.根据权利要求I所述的液晶显示装置，在所述第一衬底与所述第一电极层和所述第二电极层之间还包括薄膜晶体管， 其中所述第一电极层电连接到所述薄膜晶体管。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其中所述薄膜晶体管包括氧化物半导体层。
8.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体由相同的材料形成。
9.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体包括树脂。
10.根据权利要求I所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层由相同的材料形成。
11.一种液晶显示装置,包括 第一衬底； 第二衬底； 液晶层，在所述第一衬底与所述第二衬底之间，包含呈现蓝相的液晶材料； 第一结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面； 第二结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面，其中第二结构体的一部分设置在第一结构体的部分之间； 第一电极层，覆盖第一结构体的顶面和侧面，其中第一电势施加到所述第一电极层； 第二电极层，覆盖第二结构体的顶面和侧面，其中第二电势施加到所述第二电极层；以及 第三电极层，具有开口图案，其中所述第三电极层与所述第二电极层重叠并设置在所述第二衬底与所述液晶层之间。
12.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层与所述液晶层接触。
13.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层各具有类梳形形状。
14.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括手性剂。
15.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括光固化树脂和光聚合作用引发剂。
16.根据权利要求11所述的液晶显示装置，在所述第一衬底与所述第一电极层和所述第二电极层之间还包括薄膜晶体管， 其中所述第一电极层电连接到所述薄膜晶体管。
17.根据权利要求16所述的液晶显示装置，其中所述薄膜晶体管包括氧化物半导体层。
18.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体由相同的材料形成。
19.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体包括树脂。
20.根据权利要求11所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层由相同的材料形成。
21.—种液晶显示装置,包括 第一衬底； 第二衬底； 液晶层，在所述第一衬底与所述第二衬底之间，包含呈现蓝相的液晶材料； 第一结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面； 第二结构体，在所述第一衬底与所述液晶层之间，具有拱形截面； 第一电极层，覆盖第一结构体的顶面和侧面，其中第一电势施加到所述第一电极层；以及 第二电极层，覆盖第二结构体的顶面和侧面，其中第二电势施加到所述第二电极层。
22.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层与所述液晶层接触。
23.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层各具有类梳形形状。
24.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括手性剂。
25.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述液晶层包括光固化树脂和光聚合作用引发剂。
26.根据权利要求21所述的液晶显示装置，在所述第一衬底与所述第一电极层和所述第二电极层之间还包括薄膜晶体管， 其中所述第一电极层电连接到所述薄膜晶体管。
27.根据权利要求26所述的液晶显示装置，其中所述薄膜晶体管包括氧化物半导体层。
28.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体由相同的材料形成。
29.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述第一结构体和所述第二结构体包括树脂。
30.根据权利要求21所述的液晶显示装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层由相同的材料形成。
全文摘要
在呈现蓝相的液晶层被插入第一衬底与第二衬底之间的液晶显示装置中，设置在第一衬底与液晶层之间的像素电极层(第一电极层)和公共电极层(第二电极层)定位成互相不重叠。像素电极层形成为覆盖拱形的第一结构体的顶面和侧面，该第一结构体从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中。公共电极层形成为覆盖拱形的第二结构体的顶面和侧面，该第二结构体从第一衬底的液晶层侧的表面突出至液晶层中。
文档编号G02F1/1368GK102640041SQ20108005326
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月10日 优先权日2009年11月27日
发明者久保田大介, 山下晃央, 田村智宏, 石谷哲二 申请人:株式会社半导体能源研究所