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TWI390045B - A reflective electrode, a display device, and a display device - Google Patents

A reflective electrode, a display device, and a display device Download PDF

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TWI390045B
TWI390045B TW097151058A TW97151058A TWI390045B TW I390045 B TWI390045 B TW I390045B TW 097151058 A TW097151058 A TW 097151058A TW 97151058 A TW97151058 A TW 97151058A TW I390045 B TWI390045 B TW I390045B
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TW
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aluminum
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alloy layer
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TW097151058A
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Inventor
Mototaka Ochi
Hiroshi Goto
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Description

反射電極，顯示裝置，及顯示裝置之製造方法
本發明係關於被使用在以液晶顯示器或有機電致發光(EL)顯示器等為代表的顯示裝置之反射電極、及具備前述反射電極之顯示裝置及其製造方法。以下，舉液晶顯示器為代表例進行說明，但不以此為限。
液晶顯示器，大致可以區分為把來自設置在液晶面板的背後的照明裝置(背光)的光線作為光源使用的透過型顯示裝置，及使用周圍光的反射型顯示裝置，以及兼具透過型與反射型兩種形式的半透過型顯示裝置。
其中，透過型顯示裝置，係使由液晶面板的後面照射的背光通過液晶面板或彩色濾光片而進行顯示者，具有不受到使用環境的左右可以進行高對比的顯示之優點，泛用於電視或電腦螢幕等大型且必須要足夠亮度的電子機器。但是背光需要耗電，所以稍稍不適合行動電話等小型機器。
另一方面，反射型顯示裝置，使自然光或人工光等在液晶面板內反射，使其反射光通過液晶面板或彩色濾光片而進行顯示，因為不需要背光所以耗電量很小，其泛用以計算機或時鐘等為主。但是，反射型顯示裝置，顯示的亮度或對比會隨著使用環境不同而大受左右，特別是有在變暗時變得辨識不易的缺點。
對此半透過型顯示裝置，在白天利用反射電極節省耗電量，在室內或夜間應需要而點燈使用進行顯示，可以因應於使用環境而進行根據透過模式的顯示以及根據反射模式之顯示，所以不受到週邊環境的限制可以節省耗電量，而且還有可得明亮且高對比的顯示之優點。半透過型顯示裝置，最適於可攜機器，特別是泛用於彩色化的行動電話等。
參照圖1及圖2，同時說明代表性的半透過型液晶顯示裝置之構成及動作原理。圖1及圖2對應於後述之專利文獻3所揭示的圖1及圖2。
如圖1所示，半透過型液晶顯示裝置11，具備薄膜電晶體(Thin Film Transitor，以下稱為TFT)基板21、對向於TFT基板21而被配置之對向基板15、及被配置於TFT基板21與對向基板15之間，作為光調變層發揮功能之液晶層23。對向基板15含有包含黑矩陣16之彩色濾光片17，於彩色濾光片17上被形成透明的共通電極13。另一方面，TFT基板21，具有畫素電極19、開關元件T、以及包含掃描線或訊號線之配線部。於配線部，複數個閘極配線與複數個資料配線7相互垂直地被排列，在閘極配線5與資料配線7交叉的部分開關元件之TFT(圖中之T)被配置為矩陣狀。
如圖2所詳細顯示的，畫素電極19之畫素區域P，係由透過區域A與反射區域C所構成，透過區域A具備透明電極(畫素電極)19a，反射區域C具備透明電極19a及反射電極19b。透明電極19a與反射電極19b之間，被形成由Mo,Cr,Ti,W等高融點金屬所構成之障壁金屬層(Barrier Metal Layer)51(詳如後述)。
針對圖1所示之半透過型液晶顯示裝置11，參照圖2同時說明透過模式以及反射模式之動作原理。
首先，說明透過模式之動作原理。
在透過模式，被配置於TFT基板21的下部之背光41的光線F作為光源使用。由背光41射出的光，透過透明電極19a及透過區域A射入液晶層23，藉由被形成於透明電極19a與共通電極13之間的電場控制液晶層23之液晶分子的排列方向，通過液晶層23的來自背光41的入射光線F被調變。藉此，透過對向基板15的光的透過量被控制而顯示影像。
另一方面，在反射模式，外部之自然光線或人工光線B作為光源利用。入射至對向基板15的光線B，於反射電極19b被反射，藉由被形成於反射電極19b與共通電極13之間的電場而控制液晶層23之液晶分子的排列方向，通過液晶層23的光線B被調變。藉此，透過對向基板15的光的透過量被控制而顯示影像。
畫素電極19係由透明電極19a與反射電極19b所構成。其中，透明電極19a，具代表性者，係由氧化銦(In2 O3 )中含有10質量百分比的氧化錫(SnO)之銦錫氧化物(ITO)或者是氧化銦中含有10質量百分比的氧化鋅之銦鋅氧化物(IZO)等氧化物導電膜所形成。
此外，反射電極19b，係以反射率高的金屬材料所構成，具代表性者，使用純鋁或Al-Nd等鋁合金(以下將這些統稱為鋁系合金)。鋁因為電阻率很低，所以作為配線材料極為有用。
此處，如圖2所示，在構成反射電極19b的鋁系合金薄膜，與構成透明電極的ITO或IZO等氧化物導電膜之間形成鉬Mo等高融點金屬障壁金屬層51的理由，係因為直接連續此二材料而形成反射區域的話，會由於伽凡尼(galvanic，產生電流的)腐蝕而使接觸電阻上升，使得畫面的顯示品質降低。亦即，鋁是非常容易被氧化的，而且純鋁與氧化物導電膜，在鹼性電解質液(顯影液)中電極電位之差很大(純鋁的電極電位為-19而ITO的電極電位為-0.17V)，所以被認為是因為使鋁系合金直接接觸於氧化物導電膜時，在液晶面板的成膜過程所產生的氧氣或者在成膜時添加的氧氣，會在其界面產生鋁的氧化物之絕緣層，而招致前述的問題。
例如在專利文獻1～專利文獻3，基於這樣的觀點，在鋁系合金層與透明畫素電極(ITO等)之間中介著鉬或鉻等之障壁金屬層，藉此謀求接觸電阻值的減低。
[專利文獻1]日本專利特開2004-144826號公報
[專利文獻2]日本專利特開2005-91477號公報
[專利文獻3]日本專利特開2005-196172號公報
作為構成反射電極的配線材料所被要求的特性，可以舉出反射率要高，以及配線材料自身的電阻率要低。然而，鉬或鉻等高融點金屬的反射率非常低。因此，例如反射區域，係藉由透明畫素電極與鋁系合金層的界面之反射而構成的場合，為了進行根據反射模式之顯示，必須特地除去障壁金屬層而無遮蓋地露出鋁系合金層。
進而，由生產性或製造成本等觀點來看，即使省略障壁金屬層的形成，也可以減低接觸電阻之反射電極用配線材料的開發是被熱切期待的。因為，為了要形成障壁金屬層，除了透明畫素電極的形成所必要的成膜用濺鍍裝置以外，還必須另外裝設障壁金屬形成用之成膜真空室。伴隨著液晶面板的大量生產之低成本化，隨著障壁金屬層的形成而來的製造成本的上升以及生產性的降低變得無法輕視。
此外，為了以濕式蝕刻處理法斜面加工障壁金屬層與鋁系合金層之層積配線，必須分別準備障壁金屬用以及鋁系合金用之蝕刻劑(蝕刻液)，進而必須要準備分別適用之蝕刻用浴池，使得製造成本上升。
進而，於構成反射電極的配線材料，伴隨著最近之成膜溫度的低溫化，例如在約100～300℃程度之低的熱處理之下進行成膜，也要求在熱處理後要具有前述特性皆優異(高反射率、低電阻率、低接觸電阻)、且在配線表面不產生小丘(hillock)(帶狀突起物)具有優異的耐熱性。製造顯示裝置時之製程溫度，由生產率的改善或生產性等觀點來看，有越來越低溫化的傾向，隨著最近成膜技術的提升，例如在250℃之成膜也變成為可能。
然而，要兼備這些所有要求的特性，可以與透明畫素電極直接接續的反射電極用配線材料，仍然未被提供。
在前述，係以半透過型顯示裝置為例進行說明，但前述之要求不限於此，具備以反射模式進行顯示之反射區域的顯示裝置全種類都有此一要求。
本發明係著眼於前述情形，其目的在於提供構成反射電極的金屬層(鋁合金薄膜)，係不中介著障壁金屬層，而構成透明電極之與氧化物導電膜直接連接的反射電極，例如即使施以約100℃以上300℃以下的低的熱處理，也具有高反射率及低的接觸電阻，而且也不會產生小丘(hillock)等缺陷且耐熱性也優異之反射電極，以及具備該反射電極之顯示裝置及其製造方法。
可以解決前述課題知本發明的反射電極，係被形成於基板上之顯示裝置用之反射電極，其特徵為具有以下要旨：前述反射電極具有含0.1～2原子百分比之Ni及Co二者之至少一種，以及含0.1～2原子百分比之X(X為從La,Mg,Cr,Mn,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Ce,Pr,Gd,Tb,Dy,Nd,Ti,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,Y,Fe,Sm,Eu,Ho,Er,Tm,Yb,以及Lu所構成的群所選擇之至少一種元素)之第1 Al-(Ni/Co)-X合金層，及含Al與O之第2之鋁的氧化物層；前述第2之鋁的氧化物層，與透明畫素電極直接連接，前述第2之鋁的氧化物層中的氧原子數與鋁原子數之比[O]/[Al]為0.30以下，前述第2之鋁的氧化物層之最薄的部分的厚度，在10nm以下，前述反射電極，在前述第2之鋁的氧化物層與前述透明畫素電極直接連接的區域，被形成於前述透明畫素電極與前述基板之間。
於較佳之實施型態，前述第1 Al-(Ni/Co)-X合金層含有0.1～2原子百分比之Ni與Co之中至少一種，及0.1～2原子百分比之La。
於較佳之實施型態，前述第1 Al-(Ni/Co)-X合金層含有0.1～2原子百分比之Ni，及0.1～2原子百分比之La與Nd之中至少一種。
於較佳之實施型態，前述第1 Al-(Ni/Co)-X合金層進而含有由0.1～2原子百分比之Z(Z為Ge、Cu、及Si所構成之群中選擇之至少一種元素)。
於較佳之實施型態，前述第1 Al-(Ni/Co)-X合金層含有0.1～2原子百分比之Ni與Co之中至少一種，及0.1～2原子百分比之La，及0.1～2原子百分比之Ge與Cu之中至少一種。
於較佳之實施型態，前述第1 Al-(Ni/Co)-X合金層含有0.1～2原子百分比之Ni，及0.1～2原子百分比之La與Nd之中至少一種，及0.1～2原子百分比之Ge與Cu之中至少一種。
前述之透明畫素電極，最好係銦錫氧化物(ITO)及銦鋅氧化物(IZO)之中之至少一種。
於本發明，也包含具備前述任一記載之反射電極的顯示裝置。
具備前述之本發明的反射電極之顯示裝置，可以藉由下列3種方法來製造。
第1種製造方法，其要旨係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層之步驟，及將形成的Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層在真空或非活性氣體氛圍下以200℃以上之溫度進行熱處理之步驟，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟。
第2種製造方法，其要旨係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層之步驟，及將形成的Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層上藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟，且於前述濺鍍之至少初期階段，係在含有氮氣成分的濺鍍氛圍中進行濺鍍的步驟。
第3種製造方法，其要旨係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層之步驟，及將形成的Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層進行逆濺鍍的步驟，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟。
於前述第1～第3之製造方法，前述Al-Ni-X合金層或者Al-(Ni/Co)-X合金層，最好進而含有由0.1～2原子百分比之Z(Z為Ge、Cu、及Si所構成之群中選擇之至少一種元素)。
本發明之反射電極，於與透明畫素電極之接觸區域，O(氧氣)很少且存在很薄的鋁的氧化物層，所以即使如從前那樣不中介著障壁金屬層，而使構成前述反射電極的鋁之氧化物層，與構成透明電極的氧化物導電膜直接接觸，反射特性、接觸電阻、電阻率、耐熱性等所有的特性也是很優異。具體而言，例如施以約100℃以上300℃以下之低溫熱處理，也具有高反射率及低的接觸電阻，而且不會產生小丘(hillock)等缺陷。因此，使用本發明之反射電極的話，可以提供生產性優異，廉價且高性能之顯示裝置。
本案之發明人銳意檢討了如何提供在構成透明畫素電極的氧化物導電膜與構成反射電極的金屬薄膜之間，即使不像從前那樣中介著障壁金屬層，也可以發揮優異的反射特性，進而施以低溫熱處理的場合，當然可以維持良好的反射特性，而且接觸電阻或電阻率等特性也很優異的反射電極。
結果，藉由使用以鋁一鎳系為中心的多元合金材，發現可得到即使不中介著障壁金屬層也有很低的接觸電阻值之反射電極，而先行提出專利申請(日本特願2007-268313)。更詳言之，發現了(i)作為鋁合金，使用含有0.1～2原子百分比的鎳之鋁一鎳合金的話，可以達成前述目的，(ii)進而，使用於前述之鋁一鎳合金，含有0.1～2原子百分比之由La,Mg,Cr,Mn,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Ce,r,Gd,Tb,Dy,Nd,Ti,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,Y,Fe,Co,Sm,Eu,Ho,Er,Tm,Yb,及Lu所構成的群(以下為了說明上的方便，亦稱其為X群)所選擇之至少一種元素之Al-Ni-X合金的話，可以提高耐熱性，(iii)或者是使用在Al-Ni-X合金含有0.1～2原子百分比之Si及/或Ge元素(以下為了說明上的方便，亦稱其為Z群)之Al-Ni-X-Z合金的話，可以更進一步提高反射率、接觸電阻、耐熱性等特性。
在前述申請案提出之後，本案發明人以更進一步減低接觸電阻為目標繼續進行銳意檢討。結果發現與Al2 O3 (AlO1.5 )相比氧較少的鋁的氧化物層(AlOx 、x≦0.30)，藉由把厚度薄者(最薄部的厚度≦10nm)形成於Al-Ni-X合金層上，可以得到比從前之鋁合金層更為減低接觸電阻值之反射電極，從而完成本發明。進而，於前述Al-Ni-X合金層，替代鎳而使用鈷亦可，也辨明了鈷係具有與鎳相同作用的同效元素。鎳與鈷可以單獨使用，亦可併用。此外，前述合金層，如前所述，亦可包含Z群元素(矽及/或鍺)，但也辨明了Z群亦可進而包含銅。亦即，前述合金層亦可進而含有由0.1～2原子百分比之Z群(Z群為Ge、Cu、及Si所構成之群中選擇之至少一種元素)，已發現藉此可以更進一步提高接觸電阻的減低作用。
以下，亦有把包含鎳及/或鈷，與X群之至少一種的鋁合金稱為Al-(Ni/Co)-X合金。此外，前述Al-(Ni/Co)-X合金中，把進而包含Z群之至少一種的鋁合金稱為Al-(Ni/Co)-X-Z合金。此外，作為這些鋁合金的總稱，亦有稱之為Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金。
如以下之實施例所示，藉由把氧很少，且最薄部很薄的鋁的氧化物層(AlOx ，x≦0.30，最薄部之厚度≦10nm)形成於Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層上，可以減低接觸電阻值。作為此推定機制，被認為是預先形成氧很少的鋁之氧化物層的話，於透明畫素電極(例如ITO等)與反射電極接觸之界面，抑制了鋁或氧之相互擴散所導致。結果，氧較多，且膜厚很後所以接觸電阻高的鋁的氧化物層(AlOx ，x>0.30，最薄部的厚度>10nm)的形成被阻礙了。但是本發明並不以此推定的機制為限。
於本說明書，「高反射率」或者「反射特性優異」係指以記載於後述的實施例之方法測定成膜之後以及加熱處理後的反射率時，在550nm之反射率均在90%以上。
進而，於本說明書，「接觸電阻低」係指以記載於後述的實施例之方法測定成膜之後以及加熱處理後的接觸電阻時(100μ正方接觸孔)，接觸電阻均在1kΩ以下。接觸電阻越低越好，較佳者為約500Ω以下，更佳者為約100Ω以下。
以下，參照圖3同時詳細說明本發明之反射電極。
如前所述，本發明之反射電極具有第1之Al-(Ni/Co)-X合金層2a，及含有鋁與氧之第2之鋁的氧化物層2b。第2之鋁的氧化物層2b，與透明畫素電極3直接連接。本發明之反射電極，於第2之鋁的氧化物層2b與透明畫素電極3直接連接的區域，被形成於透明畫素電極3與基板1之間。
本發明之反射電極，特徵係於Al-(Ni/Co)-X合金層(第1層)上，具有含氧少且最薄部很薄的鋁的氧化物層(第2層)。亦即，與透明畫素電極直接連接的反射電極之層，不是第1層之Al-(Ni/Co)-X合金層，而是第2層之鋁的氧化物層。
詳言之，前述第2之鋁的氧化物層，其鋁的氧化物層中之氧原子數與鋁原子數之比[O]/[Al]為0.30以下，較佳者為0.25以下，更佳者為0.20以下。此外，前述鋁的氧化物層的最薄部的厚度為10nm以下，較佳者為8nm以下，更佳者為6nm以下。
此外，於前述第1之Al-(Ni/Co)-X合金層，鎳及鈷對接觸電阻值的減低有用。這些元素(鎳、鈷)可以單獨含有，亦可包含雙方。但是這些元素的合計量(單獨含有的場合為單獨計算之量)如果過剩的話，鋁合金層的反射率會降低。在本發明，Al-(Ni/Co)-X合金層中的(鎳、鈷)的合計量(或者是單獨的鎳量或鈷量)定為0.1原子百分比以上(較佳者為0.3原子百分比以上，更佳者為0.5原子百分比以上)，2原子百分比以下(較佳者為1.5原子百分比以下，更佳者為1.0原子百分比以下)。
前述第1Al-(Ni/Co)-X合金層之X，係由La,Mg,Cr,Mn,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Ce,Pr,Gd,Tb,Dy,Nd,Ti,V,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,Y,Fe,Sm,Eu,Ho,Er,Tm,Yb,以及Lu所構成的群中所選擇之至少一種元素。這些，均有用於作為提高耐熱性之元素，可以有效地防止在鋁系合金薄膜表面產生小丘(hillock)(帶狀突起物)。
前述之X含量不滿0.1原子百分比的場合，無法有效發揮耐熱性提高的作用。僅從耐熱性的觀點來看，前述X含量越多越好，但是上限超過2原子百分比時，Al-(Ni/Co)-X合金膜自身的電阻率會上升。亦即，考慮到電阻率的減低以及耐熱性的提高作用，前述X的含量最好在原子百分比以上0.8原子百分比以下。這些元素可以單獨添加，也可以併用2種以上。添加2種以上元素時，各元素的合計含量只要以滿足前述範圍的方式來控制即可。
前述X之中，由提高耐熱性的觀點來看較佳者為Cr,Ru,Rh,Pt,Pd,Ir,Dy,Ti,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,W,Y,Fe,Co,Eu,Ho,Er,Tm,Lu，而以Ir,Nb,Mo,Hf,Ta,W尤佳。此外，不僅要提高耐熱性也要考慮電阻率降低化時較佳者為La,Cr,Mn,Ce,Pr,Gd,Tb,Dy,Nd,Zr,Nb,Hf,Ta,Y,Sm,Eu,Ho,Er,Tm,Yb,Lu，以La,Gd,Tb,Mn,Nd較佳，以La,Nd更佳。因而，在本發明，作為前述Al-(Ni/Co)-X合金層，最好使用包含0.1～2原子百分比之鎳及/或鈷，與0.1～2原子百分比之La及/或Nd之合金層。
於本發明，Al-(Ni/Co)-X合金層之其餘成分，實質上係由鋁以及不可避免的不純物所構成。
前述Al-(Ni/Co)-X合金層亦可進而含有由0.1～2原子百分比之Z(Z為Ge、Cu、及Si所構成之群中選擇之至少一種元素)，藉此，可以更進一步提升接觸電阻、電阻率、以及耐熱性等性能。
前述Z之含量不滿0.1原子百分比的場合，無法有效發揮前述作用。另一方面，前述Z的含量超過2原子百分比時，提升前述作用的同時，也招致了反射率的降低或電阻率的增大。Z的含量最好為.原子百分比以上，0.8原子百分比以下。屬於Z的Ge,Cu,Si等各元素可以單獨添加，也可以併用2種以上。添加2種以上元素時，各元素的合計量只要以滿足前述範圍的方式來控制即可。
前述Z之中，從提升與透明導電膜之接觸電阻的觀點來看，較佳者為Ge以及Cu。使用Ge以及Cu的話，也提升了耐鹼性。因而，在本發明，作為前述Al-(Ni/Co)-X-Z合金層，最好使用包含0.1～2原子百分比之鎳及/或鈷，與0.1～2原子百分比之La及/或Nd，與0.1～2原子百分比之Ge及/或Cu之合金層。
於本發明之較佳的實施型態，透明電極係於銦錫氧化物(ITO)(例如氧化銦(In2 O3 )中含有10質量百分比程度之氧化錫(SnO)者)，及/或氧化鋅(IZO)(例如含有10質量百分比程度之氧化鋅者)。特別以ITO為佳。
本發明之反射電極可以藉由以下詳述之第1～第3方法來製造。任一方法，基本上都包含藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X合金層之步驟(步驟I)，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)，但第1製造方法，在Al-Ni-X合金層之形成(工程I)後，透明畫素電極之形成(步驟II)前，另外設有熱處理Al-Ni-X合金層的步驟(步驟A)。對此，第2及第3製造方法，與前述第1製造方法不同，不進行前述之熱處理(步驟A)，在第2製造方法，特徵為控制透明畫素電極形成時之濺鍍氛圍(步驟IIa)，在第3製造方法，特徵為Al-Ni-X合金層形成(步驟I)之後透明畫素電極形成(步驟II)之前，將形成的Al-Ni-X合金層進行逆濺鍍(步驟B)。又，前述之Al-(Ni/Co)-X合金層，亦可為前述之Al-(Ni/Co)-X-Z合金層。在以下之製造方法說明，將本發明所使用的這些鋁合金層，通通簡略記載為為「Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層」。
以下，詳細說明各製造方法。
(1)第1製造方法
本發明之第1種製造方法，係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層的步驟(步驟I)，及將形成的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層在真空或非活性氣體氛圍下以200℃以上之溫度進行熱處理之步驟(步驟A)，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)。
(步驟I)
首先，藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層(第1層)。藉由濺鍍之成膜方法並沒有特別限定，只要是通常用於鋁合金膜等的成膜之方法即可沒有特別限定，例如，控制成為在真空氛圍或非活性氛圍下，使壓力大致為2mmTorr程度，使基板溫度為室溫～約250℃的範圍內較佳。鋁合金膜的厚度，大致成為50～300nm程度較佳。
(步驟A)
接著，把藉由前述步驟I形成的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層(第1層)，在真空或非活性氣體氛圍下以200℃以上的溫度進行熱處理。此熱處理，係使本發明之第1製造方法帶有特徵之步驟，藉此，可得所期待的第2之鋁的氧化物層(氧很少，最薄部的厚度很薄的鋁的氧化物層)。如在後述之實施例所實際證明的，省略熱處理或者熱處理溫度不在此範圍的話，無法得到所期待的第2層，接觸電阻之性能會降低。
作為熱處理所使用的非活性氣體，例如可以舉出氮氣以及氬氣。非活性氣體可以僅用1種，亦可併用2種以上。
此外，熱處理溫度係200℃以上(較佳者為250℃以上)，400℃以下(較佳者為350℃以下)，熱處理時間為0.5.小時以上(較佳者為1小時以上)，3.5小時以下(較佳者為3小時以下)。熱處理溫度太低，或者時間太少的話，鋁的氧化物層之氧量以及其最薄部的厚度都會增大。另一方面，熱處理溫度太高，或者時間太長，鋁系合金薄膜表面之小丘(hillock)(帶狀突起物)形成會增大。
(步驟II)
最後，藉由濺鍍形成透明畫素電極。濺鍍的條件，因應於使用的透明畫素電極的種類，採用習知的適切方法即可。例如，形成ITO膜的場合，在真空氛圍或氬等非活性氛圍下，使壓力大致為1mmTorr程度，把基板溫度控制為大致室溫～250℃，大致形成50～300nm程度的ITO膜較佳。
(2)第2製造方法
本發明之第2種製造方法，係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層的步驟(步驟I)，及在形成的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層上藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)，且於前述濺鍍的初期階段，在含有氮氣成分的濺鍍氛圍中進行濺鍍之步驟(步驟IIa)。
把第2製造方法與前述之第1製造方法對比時，在第2製造方法，不進行第1製造方法的特徵之熱處理步驟(步驟A)，取而代之的特徵是控制在藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)之濺鍍氛圍(特別是濺鍍初期階段的氛圍)。
於第2製造方法，藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層的步驟(步驟I)之詳細與前述之第1製造方法相同。
(步驟IIa)
接著，藉由步驟I形成的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層上藉由濺鍍形成透明畫素電極，但在此於濺鍍的初期階段，在含有氮元素成分(較佳者為N2 氣體)的濺鍍氛圍中進行濺鍍。在第2製造方法，特徵為適切地控制濺鍍氛圍而實施根據濺鍍之透明畫素電極之形成步驟，前述濺鍍氛圍以外的條件，採用通常使用的濺鍍條件即可。
如前所述藉由使在濺鍍氛圍中含有氧元素成分，可以減低鋁的氧化物層(第2層)中的氧量。通常，如同第1製造方法之(步驟II)之項也記載的，在氬等非活性氣體氛圍進行成膜而構成透明畫素電極之ITO膜等，但在非活性氣體氛圍下形成透明畫素電極的話，無法得到所要的第2層，接觸電阻性能降低(參照後述之實施例)。其理由並不清楚其細節，但根據本發明，推論是形成於初期成膜階段的含氮元素成分的ITO膜(ITO-N膜)，成為障壁層，而抑制成膜後之熱處理時之鋁與氧之相互擴散。
此處，「濺鍍的初期階段」係指構成透明畫素電極的氧化物透明導電膜的厚度約成膜至1/5～1/2程度的階段。例如，ITO膜的厚度約50nm的話，大致是成膜至10～25nm程度的階段。較佳者為，於濺鍍的所有階段，在含有氮元素成分的濺鍍氛圍下進行。此外，「氮元素成分」以N2 氣體較佳。使用N2 氣體的場合，其量對濺鍍氣體之氬的體積流量比，較佳者為5～25%(更佳者為12～18%)。
(3)第3製造方法
本發明之第3種製造方法，係依次包含：在基板上藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層的步驟(步驟I)，及將形成的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層進行逆濺鍍的步驟(步驟B)，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)。
第3製造方法，也與前述第2製造方法同樣，不進行第1製造方法之特徵之熱處理步驟(步驟A)。此外，在第3製造方法，與第2製造方法不同，特徵為在Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層之形成(步驟I)後透明畫素電極之形成(步驟II)前，將形成之(Ni/Co)-X-(Z)合金層進行逆濺鍍(步驟B)。
於第3製造方法，藉由濺鍍形成Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層的步驟(步驟I)，以及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟(步驟II)之詳細，與前述之第1製造方法相同。
(步驟B)
此處，逆濺鍍藉由步驟I所得到的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層(第1層)。於本發明，所謂逆濺鍍，係指使通常的濺鍍之施加於閘極側電極以及基板側電極的電壓相反，使離子化之非活性氣體(例如氬離子)，不與標靶衝撞，而使其衝撞於基板上的Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層。藉由如此般之逆濺鍍，除去被形成於Al-(Ni/Co)-X-(Z)合金層上的鋁的氧化物層，形成潔淨的Al-Ni-La合金層。接著於潔淨的Al-Ni-La合金層上藉由濺鍍形成透明畫素電極，可以使鋁的氧化物層(第2層)中的氧量降低。藉此，可以防止在界面之鋁與氧之相互擴散而且也可以除去合金層表面的污染。
於本發明的第3製造方法，逆濺鍍的條件，例如在真空氛圍或氬等非活性氛圍下，使壓力大致為1mmTorr程度，功率大致在10～100W的範圍，使基板溫度大致控制於室溫～250℃者較佳。
於本發明，也包含具備前述之反射電極的顯示裝置。圖顯示具備本發明的反射電極2之顯示裝置的重要部位剖面圖之一例。如圖3所示，本發明之反射電極2，於第2之鋁的氧化物層2b與透明畫素電極3直接連接的區域，被形成於透明畫素電極3與基板1之間。反射電極2與基板1之間，存在絕緣膜等亦可。右圖3係顯示本發明之1個實施態樣，但本發明之顯示裝置，並不以圖3之態樣為限。
[實施例]
以下，舉出實施例更具體說明本發明，但本發明並不受限於以下之實施例，在適合下述的要旨之範圍當然而以加上適當的變更而實施，這些也都包含於本發明的技術範圍。
<實施例1>
在本實施例，檢討前述之第1製造方法。
具體而言，首先，以無鹼玻璃板(板厚0.7mm)為基板，於其表面藉由濺鍍形成反射電極材之Al-Ni-La合金層。濺鍍條件，係在氬氛圍下，壓力：1mTorr，功率：100W。於各試料，Al-Ni-La合金層的厚度約為100nm。Al-Ni-La合金層中的鎳量以及La量顯示於表1。
接著，將前述之Al-Ni-La合金層，分為施加熱處理者，與不施加熱處理者。熱處理，係在真空氛圍(真空度≦3×10-4 Pa)或者N2 氛圍下以表1所示的溫度進行1小時。
接著，對無處理以及熱處理之Al-Ni-La合金層，藉由光蝕刻以及蝕刻圖案化後，於其上藉由濺鍍ITO膜而成膜。濺鍍條件，係在氬氛圍下，壓力：1mTorr，功率：100W。於各試料，ITO膜(透明畫素電極)的厚度約為50nm。
(接觸電阻值)
於如前所述形成的反射電極之試料，藉由光蝕刻以及蝕刻，在形成接觸電阻測定圖案(接觸區域：20、40、80μm□)後，在氮氣氛圍進行177℃(450K)×1小時之熱處理後，以四端子克爾文(Kelvin)法測定接觸電阻值。結果顯示於表1。
(鋁的氧化物層之[O]/[Al]比及最薄部的厚度)
(1)表1之試料No.2(無熱處理)以及No.27(在N2 氛圍下進行200℃熱處理)之第1層(Al-2.0原子百分比之Ni-0.35原子百分比之La合金層)與ITO膜之界面，以透過型電子顯微鏡(日立製作所，型號：HF2000)進行觀察，求出鋁的氧化物層的最薄部之厚度(觀察區域：約10um，觀察倍率：15萬倍)。進而，藉由電子激發型特性X線分析來測定這些試料之鋁的氧化物層之組成。這些之結果顯示於表1以及圖4及圖5。
(2)藉由X線光電子分光法(XPS)測定剩下的試料(表1之試料No.2以及27以外者)之鋁的氧化物層之組成([O]/[Al]比)以及最薄部的厚度。結果顯示於表。
由表1之結果清楚可知，在真空或非活性氣體(氮氣)氛圍下以200℃以上的溫度熱處理之試料No.13~21以及25～33，形成[O]/[Al]比在0.30以下，而且最薄部的厚度在10nm以下之鋁的氧化物層，顯示具有100μΩ/cm2 以下(在實施例1之本發明為70μΩ/cm2 以下)之良好的接觸電阻值。
另一方面，未進行熱處理的試料No.1~9以及熱處理溫度低的試料No.10~12以及22～24，氧化物層之[O]/[Al]比以及最薄部的厚度為過剩，顯示具有200μΩ/cm2 以上之高的接觸電阻值。
於透過型電子顯微鏡照片，熱處理之試料No.27(本發明例，圖4)與未施以熱處理之試料No.2(比較例，圖5)相比，鋁的氧化物層(AlOx )為平滑。這被認為是藉由形成[O]/[Al]比在0.30以下的鋁的氧化物層，而阻礙了ITO成膜時之鋁以及氧的相互擴散。
<實施例2>
在本實施例，檢討前述之第2製造方法。
具體而言，以與實施例1同樣的方法，在無鹼玻璃板(板厚0.7mm)上形成Al-Ni-La合金層(厚度：約100nm)以及ITO膜(厚度：約50nm)。但與實施例1不同，不進行熱處理。取代的是對濺鍍氣體之氬添加體積流量比為12%的N2 氣體而形成ITO膜，得到本發明例之試料。為了比較，也準備了僅在氬氣氛圍下進行ITO成膜的比較例之試料。
使用這些之本發明例以及比較例之試料，使與實施例1同樣，測定接觸電阻值以及鋁的氧化物層之[O]/[Al]比以及最薄部的厚度。
結果，添加N2 氣體形成ITO的本發明例之試料，氧化物層(第2層)最薄部的厚度為8nm，[O]/[Al]比為0.15，接觸電阻值為50～70μΩ/cm2 。對此，不添加N2 氣體形成ITO的比較例之試料，氧化物層(第2層)最薄部的厚度為18nm，[O]/[Al]比為0.35，接觸電阻值為500～800μΩ/cm2 。
<實施例3>
在本實施例，檢討前述之第3製造方法。
具體而言，以與實施例1同樣的方法，在無鹼玻璃板(板厚0.7mm)上形成Al-Ni-La合金層(厚度：約100nm)以及ITO膜(厚度：約50nm)。但與實施例1不同，不進行熱處理。取代的是在ITO膜的濺鍍裝置內設置試料之後，導入氬氣，改變濺鍍的極性以氬逆濺鍍試料表面10秒鐘。逆濺鍍條件，係在氬氛圍下，壓力：1mmTorr，功率：100W。其後，回復濺鍍的極性，使與實施例1同樣形成ITO膜，得到本發明例之試料。為了比較，也準備不進行逆濺鍍的比較例。
使用這些之本發明例以及比較例之試料，使與實施例1同樣，測定接觸電阻值以及鋁的氧化物層之[O]/[Al]比以及最薄部的厚度。
在進行了逆濺鍍的本發明例之試料，氧化物層(第2層)最薄部的厚度為7nm，[O]/[Al]比為0.17，接觸電阻值為40～80μΩ/cm2 。對此，不進行逆濺鍍的比較例之試料，氧化物層(第2層)最薄部的厚度為18nm，[O]/[Al]比為0.55，接觸電阻值為2000～2800μΩ/cm2 。
<實施例4>
在本實施例，使用了僅鎳量不同的表1之下列試料。這些全部都是以本發明之第1製造方法所製造之本發明例。
‧作為Al-0.5% Ni-0.10% La之例，如No.22(熱處理溫度150℃)、No.25(熱處理溫度200℃)、No.28(熱處理溫度250℃)
‧作為Al-1.0% Ni-0.35% La之例，如No.23(熱處理溫度150℃)、No.26(熱處理溫度200℃)、No.29(熱處理溫度250℃)
‧作為Al-2.0% Ni-0.35% La之例，如No.24(熱處理溫度150℃)、No.27(熱處理溫度200℃)、No.30(熱處理溫度250℃)
使用前述試料，比較檢討成膜之後(加熱處理前)的反射率，與真空加熱後(於200℃、220℃、250℃加熱30分鐘)的反射率。反射率，係使用日本分光(股)製造之可見/紫外分光光度計「V-570」，於測定波長1000～250nm的範圍測定分光反射率。具體而言，對基準反射鏡之反射光強度，測定試料的反射光強度之值為「分光反射率」。
圖6～圖9分別係成膜之後，200℃之真空加熱後，220℃之真空加熱後，250℃之真空加熱後之各試料的反射率之變遷(波長：850～250nm)之圖。以550nm之反射率為基準來看時，滿足本發明的要件之前述試料全部在成膜之後以及真空加熱後，在550nm之反射率都是超過85%～90%附近，具有良好的反射特性。
<實施例5>
本實施例，係前述實施例1之改變例，作為鋁合金層，使用Al-Ni-La-Cu合金層之例。詳言之，取代使用前述實施例1之表1所示的組成之Al-Ni-La合金層，而使用表2所示的組成之Al-Ni-La-Cu合金層，除了進行表2所示之熱處理以外，均予實施例1同樣地製作反射電極之各試料。接著，與前述實施例1同樣，求出接觸電阻值、鋁的氧化物層之最薄部的厚度、以及氧與鋁之比([O]/[Al]比)。這些結果整理顯示於表2。
由表2之結果清楚可知，在真空或非活性氣體(氮氣)氛圍下以200℃以上的溫度熱處理之試料No.4~12以及16～24，形成[O]/[Al]比在0.30以下，而且最薄部的厚度在10nm以下之鋁的氧化物層。此外，任何試料接觸電阻值約為60μΩ/cm2 以下，可以抑制接觸電阻為很低。
另一方面，熱處理溫度低的試料No.1~3以及No.13~15，氧化物層之[O]/[Al]比以及最薄部的厚度為過剩。此外，任一試料，接觸電阻值均為100μΩ/cm2 以上，與進行了適切的熱處理之前述試料相比變高了。
<實施例6>
本實施例，係前述實施例1之再加以改變之例，作為鋁合金層，使用Al-(Ni/Co)-La-Ge合金層(Ge含有0原子百分比)之例。在本實施例，特別是為了顯示Ge的添加效果而設定鋁合金的組成，調查了(Ni/Co)含量為0.2原子百分比，及雖然在本發明的範圍內(0.1～2原子百分比)但是設定為較低的場合之，Ge的添加效果(具體而言，係接觸電阻的更為減低的作用)。
詳言之，取代使用前述實施例1之表1所示的組成之Al-Ni-La合金層，而使用表3所示的組成之Al-Ni-La-Ge合金層或者Al-Co-La-Ge合金層(於任一之合金層，Ge都含有0原子百分比)，除了進行表3所示之熱處理以外，均予實施例1同樣地製作反射電極之各試料。表3中，「Ni/Co」係顯示添加了Ni或者Co之任一。
接著，與前述實施例1同樣，求出接觸電阻值、鋁的氧化物層之最薄部的厚度、以及氧與鋁之比([O]/[Al]比)。這些結果整理顯示於表3。
如前所述，在本實施例，為了實證Ge之添加效果，也針對不含Ge之鋁合金進行實驗(例如表3之試料No.1等)，這些有一部份與前述表1之試料，在組成與熱處理溫度上重複。例如表3之No.2與前述表1之No.10在鋁合金的組成以及熱處理溫度是相同的。亦即，使用鋁合金的組成以及熱處理溫度相同的試料的場合，所得到的實驗結果(表中的氧化物層與接觸電阻值)，原本應該要完全相同，但是部分試料其接觸電阻值的範圍有若干偏移，並沒有完全一致。例如，表1的No.11與表3的No.4其接觸電阻值的範圍之上限並不相同。這是在本實施例的測定條件下，原本其接觸電阻值的範圍就會有若干偏移。但是即使考慮前述之實驗誤差，也可以藉由實驗確認滿足本發明的要件者必然可以得到良好的特性。
此外，於表3並沒有分別顯示Al-Ni-La-Ge合金層或Al-Co-La-Ge合金層之實驗結果，而是一起以「Ni/Co」顯示。這是因為限於表3所示之實驗結果(氧化物層之[O]/[Al]以及最薄部的厚度、以及接觸電阻值)，使用Ni或Co之任一均不會改變前述實驗結果。
由表3可知，在真空或非活性氣體(氮氣)氛圍下以200℃以上的溫度熱處理之試料No.6~20以及26～40，形成[O]/[Al]比在0.30以下，而且最薄部的厚度在10nm以下之鋁的氧化物層。此外，這些之接觸電阻值，最大也在1000μΩ/cm2 以下，顯示低的接觸電阻值。
前述例之中，特別著眼於「Ni/Co」的含量，檢討Ge的添加對接觸電阻值之影響。表3之試料No.6,11,16(以上為真空氛圍之例)，No.26,31,36(以上為N2 氛圍之例)其「Ni/Co」含量均為0.2原子百分比，即使在本發明所規定的範圍內也是控制在偏少的範圍，而且是使用不含Ge的鋁合金，適切控制熱處理條件之例。這些試料的接觸電阻值，如表3所示，滿足本實施例之合格基準，而接觸電阻值之下限最低者為約200μΩ/cm2 。對此，除了使用分別針對前述試料，添加0.5原子百分比之Ge之鋁合金以外，施以相同的熱處理條件之表3的試料No.8,13,18(以上為真空氛圍之例)、No.28,33,38(以上為N2 氛圍之例)，與不含Ge的前述各試料相比時，分別之接觸電阻值顯著減低，任一試料其接觸電阻值均為60μΩ/cm2 以下被抑制得相當低。
由前述實驗結果，證實了由於Ge的添加造成接觸電阻減低的作用，特別是在Ni/Co含量很少的場合有效地被發揮出來。
以上參照特定的實施樣態詳細說明本發明，但對於熟悉該項技藝者而言明顯可以在不逸脫本發明的精神與範圍的情況下再施以種種變更或修正，此亦應是為落入本發明之範圍。
本申請案係根據於2007年12月26日提出申請之日本申請案(特願2007-335003)、及於2008年12月19日提出申請之日本申請案(特願2008-324373)而提出者，在本說明書參照其內容而將其納入。
 [產業上利用可能性]
本發明之反射電極，於與透明畫素電極之接觸區域，O(氧氣)很少且存在很薄的鋁的氧化物層，所以即使如從前那樣不中介著障壁金屬層，而使構成前述反射電極的鋁之氧化物層，與構成透明電極的氧化物導電膜直接接觸，反射特性、接觸電阻、電阻率、耐熱性等所有的特性也是很優異。具體而言，例如施以約100℃以上300℃以下之低溫熱處理，也具有高反射率及低的接觸電阻，而且不會產生小丘(hillock)等缺陷。因此，使用本發明之反射電極的話，可以提供生產性優異，廉價且高性能之顯示裝置。
1．．．基板
2a．．．第1層(Al-Ni-La合金層)
2b．．．第2層(鋁的氧化物層：AlOx 、x≦0.30)
2．．．反射電極
3．．．透明畫素電極(ITO等)
5．．．閘極配線
7．．．資料配線
8．．．閘極電極
9．．．源極電極
10．．．汲極電極
11．．．半透過型液晶顯示裝置
13．．．共通電極
15．．．對向基板
16．．．黑矩陣
17．．．彩色濾光片
19．．．畫素電極
19a．．．透明電極(畫素電極)
19b．．．反射電極
21．．．TFT基板
23．．．液晶層
24．．．源極區域
25．．．汲極區域
26．．．通道層
27．．．閘極絕緣膜
51．．．障壁金屬層
T．．．開關元件(TFT)
圖1係表示代表性的半透過型液晶顯示裝置的構成之分解立體圖。
圖2係模式表示代表性的半透過型液晶顯示裝置的剖面。
圖3係具備本發明的反射電極之顯示裝置的重要部位剖面圖。
圖4係顯示實施例1之試樣No.27(在本發明例，有熱處理)之反射電極與ITO膜之界面之透過型電子顯微鏡照片。
圖5係顯示實施例1之試樣No.2(比較例，無熱處理)之反射電極與ITO膜之界面之透過型電子顯微鏡照片。
圖6係成膜之後的各種反射電極的反射率的變化之圖。
圖7係200℃之真空加熱後的各種反射電極的反射率的變化之圖。
圖8係220℃之真空加熱後的各種反射電極的反射率的變化之圖。
圖9係250℃之真空加熱後的各種反射電極的反射率的變化之圖。
1．．．基板
2a．．．第1層(Al-Ni-La合金層)
2b．．．第2層(鋁的氧化物層：AlOx 、x≦0.30)
2．．．反射電極
3．．．透明畫素電極(ITO等)
7．．．資料配線
8．．．閘極電極
9．．．源極電極
10．．．汲極電極
24．．．源極區域
25．．．汲極區域
26．．．通道層

Claims (6)

  1. 一種反射電極，係被形成於基板上之顯示裝置用之反射電極，其特徵為：前述反射電極具有含0.1~2原子百分比之Ni及/或Co，含0.1~2原子百分比之La，以及含0.1~2原子百分比之Ge及/或Cu，之第1之鋁合金層，及含Al與O之第2之鋁的氧化物層；前述第2之鋁的氧化物層，與透明畫素電極直接連接，前述第2之鋁的氧化物層中的氧原子數與鋁原子數之比[O]/[Al]為0.30以下，前述第2之鋁的氧化物層之最薄的部分的厚度，在10nm以下，前述反射電極，在前述第2之鋁的氧化物層與前述透明畫素電極直接連接的區域，被形成於前述透明畫素電極與前述基板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項之反射電極，其中前述透明畫素電極，係銦錫氧化物(ITO)及/或銦鋅氧化物(IZO)。
  3. 一種顯示裝置，其特徵為具備申請專利範圍第1或2項之反射電極。
  4. 一種顯示裝置之製造方法，係具備申請專利範圍第1或2項的反射電極之顯示裝置之製造方法，其特徵為依次包含：在基板上藉由濺鍍形成鋁合金層之步驟，及將形成的鋁合金層在真空或非活性氣體氛圍下以200℃以上之溫度進行熱處理之步驟，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟。
  5. 一種顯示裝置之製造方法，係具備申請專利範圍第1或2項的反射電極之顯示裝置之製造方法，其特徵為依次包含：在基板上藉由濺鍍形成鋁合金層之步驟，及在形成的鋁合金層上藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟，且於前述濺鍍之至少初期階段，係在含有氮氣成分的濺鍍氛圍中進行濺鍍形成透明畫素電極的步驟。
  6. 一種顯示裝置之製造方法，係具備申請專利範圍第1或2項的反射電極之顯示裝置之製造方法，其特徵為依次包含：在基板上藉由濺鍍形成鋁合金層之步驟，及將形成的鋁合金層進行逆濺鍍之步驟，及藉由濺鍍形成透明畫素電極的步驟。
TW097151058A 2007-12-26 2008-12-26 A reflective electrode, a display device, and a display device TWI390045B (zh)

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