JP2019062090A - Tft基板、tft基板を備えた走査アンテナ、およびtft基板の製造方法 - Google Patents

Tft基板、tft基板を備えた走査アンテナ、およびtft基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】走査アンテナのコストを低減させる、および、走査アンテナのコストを低減させることができるTFT基板を提供する。【解決手段】TFT基板(101)は、それぞれが、TFT(10)と、TFTのドレイン電極(7D)に電気的に接続されたパッチ電極(15)とを有する複数のアンテナ単位領域(U)を有する。TFT基板は、TFTのソース電極(7S)を含むソースメタル層(7)と、ソースメタル層上に形成され、TFTのゲート電極(3G)を含むゲートメタル層(3)と、TFTの半導体層(5)と、半導体層とゲートメタル層との間に形成されたゲート絶縁層(4)とを有し、ソースメタル層は、パッチ電極をさらに含む。TFT基板は、非送受信領域(R2)に配置されたソース端子部(ST)をさらに有し、ゲートメタル層は、ソース端子部のソース端子用上部接続部(3sA)をさらに含む。【選択図】図3

Description

本発明は、走査アンテナに関し、特に、アンテナ単位(「素子アンテナ」ということもある。)が液晶容量を有する走査アンテナ(「液晶アレイアンテナ」ということもある。)、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板、およびそのようなTFT基板の製造方法に関する。
移動体通信や衛星放送用のアンテナは、ビームの方向を変えられる(「ビーム走査」または「ビームステアリング」と言われる。)機能を必要とする。このような機能を有するアンテナ(以下、「走査アンテナ(scanned antenna)」という。)として、アンテナ単位を備えるフェイズドアレイアンテナが知られている。しかしながら、従来のフェイズドアレイアンテナは高価であり、民生品への普及の障害となっている。特に、アンテナ単位の数が増えると、コストが著しく上昇する。
そこで、液晶材料(ネマチック液晶、高分子分散液晶を含む)の大きな誘電異方性(複屈折率)を利用した走査アンテナが提案されている(特許文献1〜5および非特許文献1)。液晶材料の誘電率は周波数分散を有するので、本明細書において、マイクロ波の周波数帯における誘電率(「マイクロ波に対する誘電率」ということもある。)を特に「誘電率M(εM)」と表記することにする。
特許文献3および非特許文献1には、液晶表示装置(以下、「LCD」という。)の技術を利用することによって低価格な走査アンテナが得られると記載されている。
本出願人は、従来のLCDの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナを開発している。本出願人による特許文献6は、従来のLCDの製造技術を利用して量産することが可能な走査アンテナ、そのような走査アンテナに用いられるTFT基板ならびにそのような走査アンテナの製造方法および駆動方法を開示している。参考のために、特許文献6の開示内容の全てを本明細書に援用する。
特開2007−116573号公報 特開2007−295044号公報 特表2009−538565号公報 特表2013−539949号公報 国際公開第2015/126550号 国際公開第2017/061527号
R. A. Stevenson et al., "Rethinking Wireless Communications:Advanced Antenna Design using LCD Technology", SID 2015 DIGEST, pp.827−830. M. ANDO et al., "A Radial Line Slot Antenna for 12GHz Satellite TV Reception", IEEE Transactions of Antennas and Propagation, Vol. AP−33, No.12, pp. 1347−1353 (1985).
本発明者は、特許文献6に記載の走査アンテナのコストを低減させるために、種々の構造を検討した。本発明は、走査アンテナのコストを低減させること、および、走査アンテナのコストを低減させることができるTFT基板を提供することを目的とする。
本発明の実施形態によるTFT基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列された複数のアンテナ単位領域とを有し、前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれは、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有し、前記複数のアンテナ単位領域を含む送受信領域と、前記送受信領域以外の領域に位置する非送受信領域とを備えるTFT基板であって、前記誘電体基板に支持され、前記TFTのソース電極、前記ドレイン電極、および前記ソース電極に接続されたソースバスラインを含むソースメタル層と、前記ソースメタル層上に形成され、前記TFTのゲート電極および前記ゲート電極に接続されたゲートバスラインを含むゲートメタル層と、前記誘電体基板に支持された、前記TFTの半導体層と、前記半導体層と前記ゲートメタル層との間に形成されたゲート絶縁層とを有し、前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含み、前記非送受信領域に配置されたソース端子部をさらに有し、前記ソース端子部は、前記ソースメタル層に含まれ、前記ソースバスラインと電気的に接続されたソース端子用下部接続部と、前記ゲート絶縁層に形成され、前記ソース端子用下部接続部に達する第1開口部と、前記第1開口部内で前記ソース端子用下部接続部と接続されているソース端子用上部接続部とを有し、前記ゲートメタル層は、前記ソース端子用上部接続部をさらに含む。
ある実施形態において、前記ゲートメタル層は、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層、Ta層、およびTi層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている第1導電層と、前記第1導電層上に形成され、透明導電層を含む第2導電層とを含む。
ある実施形態において、前記ソース端子用上部接続部は、前記第1導電層と前記第2導電層とを含み、前記ソース端子用上部接続部の前記第1導電層の側面と、前記ソース端子用上部接続部の前記第2導電層の側面とは整合している。
ある実施形態において、前記TFT基板は、前記ゲート絶縁層に形成され、前記パッチ電極に達する第2開口部と、前記第2開口部内で露出されている前記パッチ電極を覆う接続部とをさらに有し、前記ゲートメタル層は、前記接続部をさらに含む。
ある実施形態において、前記接続部は、前記第1導電層と前記第2導電層とを含み、前記接続部の前記第1導電層の側面と、前記接続部の前記第2導電層の側面とは整合している。
ある実施形態において、前記TFT基板は、前記非送受信領域に配置されたゲート−ソース接続部をさらに有し、前記ゲート−ソース接続部は、前記ソースメタル層に含まれ、前記ソースバスラインと電気的に分離されたゲート下部接続配線と、前記ゲート絶縁層に形成され、前記ゲート下部接続配線に達する第3開口部と、前記ゲートメタル層に含まれ、前記ゲートバスラインと電気的に接続され、前記第3開口部内で前記ゲート下部接続配線と接続されているゲートバスライン接続部とを有する。
ある実施形態において、前記TFT基板は、前記非送受信領域に配置されたゲート端子部をさらに有し、前記ゲート端子部は、前記ソースメタル層に含まれ、前記ゲート下部接続配線と電気的に接続されたゲート端子用下部接続部と、前記ゲート絶縁層に形成され、前記ゲート端子用下部接続部に達する第4開口部と、前記ゲートメタル層に含まれ、前記第4開口部内で前記ゲート端子用下部接続部と接続されているゲート端子用上部接続部と
を有する。
本発明の実施形態による走査アンテナは、上記のいずれかのTFT基板と、前記TFT基板と対向するように配置されたスロット基板と、前記TFT基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、前記スロット基板の前記液晶層と反対側の表面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板とを備え、前記TFT基板は、前記ゲートメタル層を覆う第1配向膜をさらに有し、前記スロット基板は、さらなる誘電体基板と、前記さらなる誘電体基板の前記液晶層側の表面に形成されたスロット電極と、前記スロット電極を覆う第2配向膜とを有し、前記スロット電極は複数のスロットを有し、前記複数のスロットのそれぞれは、前記TFT基板の前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれにおける前記パッチ電極に対応して配置されている。
本発明の実施形態によるTFT基板の製造方法は、上記のいずれかのTFT基板の製造方法であって、前記誘電体基板上にソース用導電膜を形成する工程Aと、前記ソース用導電膜をパターニングすることにより、前記ソースメタル層を形成する工程Bと、前記ソースメタル層を覆うゲート絶縁膜を堆積する工程Cと、前記ゲート絶縁膜のエッチングを行うことによって、前記ゲート絶縁層を得る工程Dと、前記ゲート絶縁層上にゲート用導電膜を形成する工程Eと、前記ゲート用導電膜をパターニングすることにより、前記ゲートメタル層を形成する工程Fとを包含する、TFT基板の製造方法。
ある実施形態において、前記工程Eは、前記ゲート絶縁層上に第1導電膜を形成する工程と、前記第1導電膜上に第2導電膜を形成する工程とを包含し、前記工程Fは、前記第1導電膜および前記第2導電膜を同一のエッチングマスクを用いてエッチングする工程と包含する。
ある実施形態において、前記第1導電膜は、MoNbNi膜、MoNb膜、MoW膜、W膜、Ta膜、およびTi膜からなる群から選択される1つの膜または2以上の膜の積層から形成されており、前記第2導電膜は、透明導電膜を含む。
本発明の実施形態によると、走査アンテナのコストを低減させることができる、および、走査アンテナのコストを低減させることができるTFT基板が提供される。
本発明の実施形態による走査アンテナ1000の一部を模式的に示す断面図である。 (a)および(b)は、それぞれ、走査アンテナ1000が備えるTFT基板101およびスロット基板201を示す模式的な平面図である。 (a)は、TFT基板101の送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101の非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)は、TFT基板101の送受信領域R1の模式的な断面図であり、(b)〜(e)は、TFT基板101の非送受信領域R2の模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101の非送受信領域R2の模式的な断面図である。 走査アンテナ1000が備える液晶パネル100Aの構造を示す断面図である。 (a)は、スロット基板201を模式的に示す断面図であり、(b)は、TFT基板101の第1トランスファー端子部PT1と、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(e)は、TFT基板101の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101の製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、変形例1のTFT基板101aの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101aの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 (a)〜(d)は、TFT基板101aの模式的な断面図である。 TFT基板101aの第1トランスファー端子部PT1と、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101aの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、変形例2のTFT基板101bの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101bの非送受信領域R2の模式的な平面図である。 TFT基板101bの模式的な断面図である。 (a)〜(e)は、TFT基板101bの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)〜(c)は、TFT基板101bの製造方法を説明するための模式的な断面図である。 (a)は、変形例3のTFT基板101cの送受信領域R1のアンテナ単位領域Uの模式的な平面図であり、(b)および(c)は、TFT基板101cの非送受信領域R2の模式的な平面図である。
以下で、図面を参照しながら本発明の実施形態による走査アンテナ、走査アンテナの製造方法、および走査アンテナに用いられるTFT基板を説明する。なお、本発明は以下で例示する実施形態に限られない。また、本発明の実施形態は図面に限定されるものではない。例えば、断面図における層の厚さ、平面図における導電部および開口部のサイズ等は例示である。
<走査アンテナの基本構造>
液晶材料の大きな誘電率M(εM)の異方性(複屈折率)を利用したアンテナ単位を用いた走査アンテナは、LCDパネルの画素に対応付けられるアンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率M(εM)を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で2次元的なパターンを形成する(LCDによる画像の表示に対応する。)。アンテナから出射される、または、アンテナによって受信される電磁波(例えば、マイクロ波)には、各アンテナ単位の静電容量に応じた位相差が与えられ、静電容量の異なるアンテナ単位によって形成された2次元的なパターンに応じて、特定の方向に強い指向性を有することになる(ビーム走査)。例えば、アンテナから出射される電磁波は、入力電磁波が各アンテナ単位に入射し、各アンテナ単位で散乱された結果得られる球面波を、各アンテナ単位によって与えられる位相差を考慮して積分することによって得られる。各アンテナ単位が、「フェイズシフター:phase shifter」として機能していると考えることもできる。液晶材料を用いた走査アンテナの基本的な構造および動作原理については、特許文献1〜4および非特許文献1、2を参照されたい。非特許文献2は、らせん状のスロットが配列された走査アンテナの基本的な構造を開示している。参考のために、特許文献1〜4および非特許文献1、2の開示内容の全てを本明細書に援用する。
なお、本発明の実施形態による走査アンテナにおけるアンテナ単位はLCDパネルの画素に類似してはいるものの、LCDパネルの画素の構造とは異なっているし、複数のアンテナ単位の配列もLCDパネルにおける画素の配列とは異なっている。後に詳細に説明する第1の実施形態の走査アンテナ1000を示す図1を参照して、本発明の実施形態による走査アンテナの基本構造を説明する。走査アンテナ1000は、スロットが同心円状に配列されたラジアルインラインスロットアンテナであるが、本発明の実施形態による走査アンテナはこれに限られず、例えば、スロットの配列は、公知の種々の配列であってよい。特に、スロットおよび/またはアンテナ単位の配列について、特許文献5の全ての開示内容を参考のために本明細書に援用する。
図1は、本実施形態の走査アンテナ1000の一部を模式的に示す断面図であり、同心円状に配列されたスロットの中心近傍に設けられた給電ピン72(図2(b)参照)から半径方向に沿った断面の一部を模式的に示す。
走査アンテナ1000は、TFT基板101と、スロット基板201と、これらの間に配置された液晶層LCと、スロット基板201と、空気層54を介して対向するように配置された反射導電板65とを備えている。走査アンテナ1000は、TFT基板101側からマイクロ波を送受信する。
TFT基板101は、ガラス基板などの誘電体基板1と、誘電体基板1上に形成された複数のパッチ電極15と、複数のTFT10とを有している。各パッチ電極15は、対応するTFT10に接続されている。各TFT10は、ゲートバスラインとソースバスラインとに接続されている。
スロット基板201は、ガラス基板などの誘電体基板51と、誘電体基板51の液晶層LC側に形成されたスロット電極55とを有している。スロット電極55は複数のスロット57を有している。
スロット基板201と、空気層54を介して対向するように反射導電板65が配置されている。空気層54に代えて、マイクロ波に対する誘電率Mが小さい誘電体(例えば、PTFEなどのフッ素樹脂)で形成された層を用いることができる。スロット電極55と反射導電板65と、これらの間の誘電体基板51および空気層54とが導波路301として機能する。
パッチ電極15と、スロット57を含むスロット電極55の部分と、これらの間の液晶層LCとがアンテナ単位Uを構成する。各アンテナ単位Uにおいて、1つのパッチ電極15が1つのスロット57を含むスロット電極55の部分と液晶層LCを介して対向しており、液晶容量を構成している。また、各アンテナ単位Uは、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量(例えば図3参照)を有している。走査アンテナ1000のアンテナ単位Uと、LCDパネルにおける画素とは似た構成を有している。しかしながら、走査アンテナ1000は、LCDパネルと多くの相違点を有している。
まず、走査アンテナ1000の誘電体基板1、51に求められる性能は、LCDパネルの基板に求められる性能と異なる。
一般にLCDパネルには、可視光に透明な基板が用いられ、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板が用いられる。反射型のLCDパネルにおいては、背面側の基板には透明性が必要ないので、半導体基板が用いられることもある。これに対し、アンテナ用の誘電体基板1、51としては、マイクロ波に対する誘電損失(マイクロ波に対する誘電正接をtanδMと表すことにする。)が小さいことが好ましい。誘電体基板1、51のtanδMは、概ね0.03以下であることが好ましく、0.01以下がさらに好ましい。具体的には、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板はプラスチック基板よりも寸法安定性、耐熱性に優れ、TFT、配線、電極等の回路要素をLCD技術を用いて形成するのに適している。例えば、導波路を形成する材料が空気とガラスである場合、ガラスの方が上記誘電損失が大きいため、ガラスがより薄い方が導波ロスを減らすことができるとの観点から、好ましくは400μm以下であり、300μm以下がさらに好ましい。下限は特になく、製造プロセスにおいて、割れることなくハンドリングできればよい。
電極に用いられる導電材料も異なる。LCDパネルの画素電極や対向電極には透明導電膜としてITO膜が用いられることが多い。しかしながら、ITOはマイクロ波に対するtanδMが大きく、アンテナにおける導電層として用いることができない。スロット電極55は、反射導電板65とともに導波路301の壁として機能する。したがって、導波路301の壁におけるマイクロ波の透過を抑制するためには、導波路301の壁の厚さ、すなわち、金属層(Cu層またはAl層)の厚さは大きいことが好ましい。金属層の厚さが表皮深さの3倍であれば、電磁波は1/20(−26dB)に減衰され、5倍であれば1/150(−43dB)程度に減衰されることが知られている。したがって、金属層の厚さが表皮深さの5倍であれば、電磁波の透過率を1%に低減することができる。例えば、10GHzのマイクロ波に対しては、厚さが3.3μm以上のCu層、および厚さが4.0μm以上のAl層を用いると、マイクロ波を1/150まで低減することができる。また、30GHzのマイクロ波に対しては、厚さが1.9μm以上のCu層、および厚さが2.3μm以上のAl層を用いると、マイクロ波を1/150まで低減することができる。このように、スロット電極55は、比較的厚いCu層またはAl層で形成することが好ましい。Cu層またはAl層の厚さに上限は特になく、成膜時間やコストを考慮して、適宜設定され得る。Cu層を用いると、Al層を用いるよりも薄くできるという利点が得られる。比較的厚いCu層またはAl層の形成は、LCDの製造プロセスで用いられる薄膜堆積法だけでなく、Cu箔またはAl箔を基板に貼り付ける等、他の方法を採用することもできる。金属層の厚さは、例えば、2μm以上30μm以下である。薄膜堆積法を用いて形成する場合、金属層の厚さは5μm以下であることが好ましい。なお、反射導電板65は、例えば、厚さが数mmのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
パッチ電極15は、スロット電極55のように導波路301を構成する訳ではないので、スロット電極55よりも厚さが小さいCu層またはAl層を用いることができる。ただし、スロット電極55のスロット57付近の自由電子の振動がパッチ電極15内の自由電子の振動を誘起する際に熱に変わるロスを避けるために、抵抗が低い方が好ましい。量産性の観点からはCu層よりもAl層を用いることが好ましく、Al層の厚さは例えば0.3μm以上2μm以下が好ましい。
また、アンテナ単位Uの配列ピッチは、画素ピッチと大きく異なる。例えば、12GHz(Ku band)のマイクロ波用のアンテナを考えると、波長λは、例えば25mmである。そうすると、特許文献4に記載されているように、アンテナ単位Uのピッチはλ/4以下および/またはλ/5以下であるので、6.25mm以下および/または5mm以下ということになる。これはLCDパネルの画素のピッチと比べて10倍以上大きい。したがって、アンテナ単位Uの長さおよび幅もLCDパネルの画素長さおよび幅よりも約10倍大きいことになる。
もちろん、アンテナ単位Uの配列はLCDパネルにおける画素の配列と異なり得る。ここでは、同心円状に配列した例(例えば、特開2002−217640号公報参照)を示すが、これに限られず、例えば、非特許文献2に記載されているように、らせん状に配列されてもよい。さらに、特許文献4に記載されているようにマトリクス状に配列してもよい。
走査アンテナ1000の液晶層LCの液晶材料に求められる特性は、LCDパネルの液晶材料に求められる特性と異なる。LCDパネルは画素の液晶層の屈折率変化によって、可視光(波長380nm〜830nm)の偏光に位相差を与えることによって、偏光状態を変化させる(例えば、直線偏光の偏光軸方向を回転させる、または、円偏光の円偏光度を変化させる)ことによって、表示を行う。これに対して実施形態による走査アンテナ1000は、アンテナ単位Uが有する液晶容量の静電容量値を変化させることによって、各パッチ電極から励振(再輻射)されるマイクロ波の位相を変化させる。したがって、液晶層は、マイクロ波に対する誘電率M(εM)の異方性(ΔεM)が大きいことが好ましく、tanδMは小さいことが好ましい。例えば、M. Wittek et al., SID 2015 DIGESTpp.824−826に記載のΔεMが4以上で、tanδMが0.02以下(いずれも19Gzの値)を好適に用いることができる。この他、九鬼、高分子55巻8月号pp.599−602(2006)に記載のΔεMが0.4以上、tanδMが0.04以下の液晶材料を用いることができる。
一般に液晶材料の誘電率は周波数分散を有するが、マイクロ波に対する誘電異方性ΔεMは、可視光に対する屈折率異方性Δnと正の相関がある。したがって、マイクロ波に対するアンテナ単位用の液晶材料は、可視光に対する屈折率異方性Δnが大きい材料が好ましいと言える。LCD用の液晶材料の屈折率異方性Δnは550nmの光に対する屈折率異方性で評価される。ここでも550nmの光に対するΔn(複屈折率)を指標に用いると、Δnが0.3以上、好ましくは0.4以上のネマチック液晶が、マイクロ波に対するアンテナ単位用に用いられる。Δnに特に上限はない。ただし、Δnが大きい液晶材料は極性が強い傾向にあるので、信頼性を低下させる恐れがある。信頼性の観点からは、Δnは0.4以下であることが好ましい。液晶層の厚さは、例えば、1μm〜500μmである。
以下、本発明の実施形態による走査アンテナの構造および製造方法をより詳細に説明する。
まず、図1および図2を参照する。図1は詳述した様に走査アンテナ1000の中心付近の模式的な部分断面図であり、図2(a)および(b)は、それぞれ、走査アンテナ1000が備えるTFT基板101およびスロット基板201を示す模式的な平面図である。
走査アンテナ1000は2次元に配列された複数のアンテナ単位Uを有しており、ここで例示する走査アンテナ1000では、複数のアンテナ単位が同心円状に配列されている。以下の説明においては、アンテナ単位Uに対応するTFT基板101の領域およびスロット基板201の領域を「アンテナ単位領域」と呼び、アンテナ単位と同じ参照符号Uを付すことにする。また、図2(a)および(b)に示す様に、TFT基板101およびスロット基板201において、2次元的に配列された複数のアンテナ単位領域によって画定される領域を「送受信領域R1」と呼び、送受信領域R1以外の領域を「非送受信領域R2」と呼ぶ。非送受信領域R2には、端子部、駆動回路などが設けられる。
図2(a)は、走査アンテナ1000が備えるTFT基板101を示す模式的な平面図である。
図示する例では、TFT基板101の法線方向から見たとき、送受信領域R1はドーナツ状である。非送受信領域R2は、送受信領域R1の中心部に位置する第1非送受信領域R2aと、送受信領域R1の周縁部に位置する第2非送受信領域R2bとを含む。送受信領域R1の外径は、例えば200mm〜1500mmで、通信量などに応じて設定される。
TFT基板101の送受信領域R1には、誘電体基板1に支持された複数のゲートバスラインGLおよび複数のソースバスラインSLが設けられ、これらの配線によってアンテナ単位領域Uが規定されている。アンテナ単位領域Uは、送受信領域R1において、例えば同心円状に配列されている。アンテナ単位領域Uのそれぞれは、TFTと、TFTに電気的に接続されたパッチ電極とを含んでいる。TFTのソース電極はソースバスラインSLに、ゲート電極はゲートバスラインGLにそれぞれ電気的に接続されている。また、ドレイン電極は、パッチ電極と電気的に接続されている。
非送受信領域R2(R2a、R2b)には、送受信領域R1を包囲するようにシール領域Rsが配置されている。シール領域Rsにはシール材(不図示)が付与されている。シール材は、TFT基板101およびスロット基板201を互いに接着させるとともに、これらの基板101、201の間に液晶を封入する。
非送受信領域R2のうちシール領域Rsの外側には、ゲート端子部GT、ゲートドライバGD、ソース端子部STおよびソースドライバSDが設けられている。ゲートバスラインGLのそれぞれはゲート端子部GTを介してゲートドライバGDに接続されている。ソースバスラインSLのそれぞれはソース端子部STを介してソースドライバSDに接続されている。なお、この例では、ソースドライバSDおよびゲートドライバGDは誘電体基板1上に形成されているが、これらのドライバの一方または両方は他の誘電体基板上に設けられていてもよい。
非送受信領域R2には、また、複数のトランスファー端子部PTが設けられている。トランスファー端子部PTは、スロット基板201のスロット電極55(図2(b))と電気的に接続される。本明細書では、トランスファー端子部PTとスロット電極55との接続部を「トランスファー部」と称する。図示するように、トランスファー端子部PT(トランスファー部)は、シール領域Rs内に配置されてもよい。この場合、シール材として導電性粒子を含有する樹脂を用いてもよい。これにより、TFT基板101とスロット基板201との間に液晶を封入させるとともに、トランスファー端子部PTとスロット基板201のスロット電極55との電気的な接続を確保できる。この例では、第1非送受信領域R2aおよび第2非送受信領域R2bの両方にトランスファー端子部PTが配置されているが、いずれか一方のみに配置されていてもよい。
なお、トランスファー端子部PT(トランスファー部)は、シール領域Rs内に配置されていなくてもよい。例えば非送受信領域R2のうちシール領域Rsの外側に配置されていてもよい。
図2(b)は、走査アンテナ1000におけるスロット基板201を例示する模式的な平面図であり、スロット基板201の液晶層LC側の表面を示している。
スロット基板201では、誘電体基板51上に、送受信領域R1および非送受信領域R2に亘ってスロット電極55が形成されている。
スロット基板201の送受信領域R1では、スロット電極55には複数のスロット57が配置されている。スロット57は、TFT基板101におけるアンテナ単位領域Uに対応して配置されている。図示する例では、複数のスロット57は、ラジアルインラインスロットアンテナを構成するように、互いに概ね直交する方向に延びる一対のスロット57が同心円状に配列されている。互いに概ね直交するスロットを有するので、走査アンテナ1000は、円偏波を送受信することができる。
非送受信領域R2には、複数の、スロット電極55の端子部ITが設けられている。端子部ITは、TFT基板101のトランスファー端子部PT(図2(a))と電気的に接続される。この例では、端子部ITは、シール領域Rs内に配置されており、導電性粒子を含有するシール材によって対応するトランスファー端子部PTと電気的に接続される。
また、第1非送受信領域R2aにおいて、スロット基板201の裏面側に給電ピン72が配置されている。給電ピン72によって、スロット電極55、反射導電板65および誘電体基板51で構成された導波路301にマイクロ波が挿入される。給電ピン72は給電装置70に接続されている。給電は、スロット57が配列された同心円の中心から行う。給電の方式は、直結給電方式および電磁結合方式のいずれであってもよく、公知の給電構造を採用することができる。
図2(a)および(b)では、シール領域Rsは、送受信領域R1を含む比較的狭い領域を包囲するように設けた例を示したが、これに限られない。特に、送受信領域R1の外側に設けられるシール領域Rsは、送受信領域R1から一定以上の距離を持つように、例えば、誘電体基板1および/または誘電体基板51の辺の近傍に設けてもよい。もちろん、非送受信領域R2に設けられる、例えば端子部や駆動回路は、シール領域Rsの外側(すなわち、液晶層が存在しない側)に形成してもよい。送受信領域R1から一定以上の離れた位置にシール領域Rsを形成することによって、シール材(特に、硬化性樹脂)に含まれている不純物(特にイオン性不純物)の影響を受けてアンテナ特性が低下することを抑制することができる。
以下で、走査アンテナ1000の構造をより詳しく説明する。
<TFT基板101の構造>
本発明の実施形態による走査アンテナに用いられるTFT基板は、トップゲート構造を有するTFTを有し、かつ、ソースメタル層で形成されたパッチ電極を有する。本発明の実施形態による走査アンテナに用いられるTFT基板は、特許文献6の走査アンテナのTFT基板よりも少ない製造工程数(例えばフォトマスク数)で製造することができる。本発明の実施形態による走査アンテナに用いられるTFT基板は、アンテナ性能の低下を抑制しつつ、走査アンテナのコストを低減することができる。
図3〜図5を参照して、走査アンテナ1000が備えるTFT基板101の構造を説明する。
図3(a)〜(c)は、TFT基板101の模式的な平面図であり、図4(a)〜(e)および図5(a)〜(c)は、TFT基板101の模式的な断面図である。図3(a)は、TFT基板101の送受信領域R1の模式的な平面図を示しており、図3(b)および図3(c)は、TFT基板101の非送受信領域R2の模式的な平面図を示している。図4(a)は、TFT基板101の送受信領域R1の模式的な断面図を示しており、図4(b)〜(e)および図5(a)〜(c)は、TFT基板101の非送受信領域R2の模式的な断面図を示している。
TFT基板101は、上述したように、複数のアンテナ単位領域Uが配列された送受信領域R1と、端子部などが設けられた非送受信領域R2とを有する。非送受信領域R2は、送受信領域R1を囲むように設けられたシール領域Rsを含んでいる。シール領域Rsは、例えば、端子部が配置される端子部領域と送受信領域R1との間に位置している。
図3(a)は、送受信領域R1のアンテナ単位領域Uを示し、図3(b)は、非送受信領域R2に設けられたゲート端子部GT、CS端子部CT、トランスファー端子部PT、ゲート−ソース接続部SG、および、CS−ソース接続部SCを示し、図3(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース端子部STを示している。トランスファー端子部(トランスファー部ともいう)PTは、シール領域Rsに位置する第1トランスファー端子部PT1と、シール領域Rsよりも外側(液晶層と反対側)に設けられた第2トランスファー端子部PT2とを含む。この例では、第1トランスファー端子部PT1は、シール領域Rsに沿って、送受信領域R1を包囲するように延びている。
一般に、ゲート端子部GTおよびソース端子部STはそれぞれゲートバスライン毎およびソースバスライン毎に設けられる。ゲート−ソース接続部SGは、一般に各ソースバスラインに対応して設けられる。図3(b)には、ゲート端子部GTと並べて、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2を図示しているが、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2の個数および配置は、それぞれゲート端子部GTとは独立に設定される。通常、CS端子部CTおよび第2トランスファー端子部PT2の個数は、ゲート端子部GTの個数より少なく、CS電極およびスロット電極の電圧の均一性を考慮して適宜設定される。また、第2トランスファー端子部PT2は、第1トランスファー端子部PT1が形成されている場合には省略され得る。
各CS端子部CTは、例えば、各CSバスラインに対応して設けられる。各CS端子部CTは、複数のCSバスラインに対応して設けられていてもよい。例えば、各CSバスラインにスロット電圧と同じ電圧が供給される場合、TFT基板101は、CS端子部CTを少なくとも1つ有すればよい。ただし、配線抵抗を下げるためには、TFT基板101は複数のCS端子部CTを有することが好ましい。なお、スロット電圧は、例えばグランド電位である。また、CSバスラインにスロット電圧と同じ電圧が供給される場合、CS端子部CTまたは第2トランスファー端子部PT2のいずれかは省略され得る。
図4(a)は、図3(a)中のA−A'線に沿ったアンテナ単位領域Uの断面を示しており、図4(b)は、図3(b)中のB−B'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示しており、図4(c)は、図3(b)中のC−C'線に沿ったゲート端子部GTの断面を示しており、図4(d)は、図3(c)中のD−D'線に沿ったソース端子部STの断面を示しており、図4(e)は、図3(b)中のE−E'線に沿った第2トランスファー端子部PT2の断面を示しており、図5(a)は、図3(b)中のF−F'線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示しており、図5(b)は、図3(b)中のG−G'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示しており、図5(c)は、図3(b)中のH−H'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示している。
・アンテナ単位領域U
図3(a)および図4(a)に示すように、TFT基板101の各アンテナ単位領域Uは、TFT10と、TFT10のドレイン電極7Dに接続されたパッチ電極15とを有する。
TFT基板101は、図3〜図5に示すように、誘電体基板1に支持されたソースメタル層7と、ソースメタル層7上に形成されたゲートメタル層3と、ソースメタル層7とゲートメタル層3との間に形成されたゲート絶縁層4と有する。パッチ電極15はソースメタル層7に含まれる。すなわち、パッチ電極15は、TFT10のソース電極7Sと同じ導電層から形成されている。
各アンテナ単位領域Uが有するTFT10は、ゲート電極3Gと、島状の半導体層5と、コンタクト層6Sおよび6Dと、ゲート電極3Gと半導体層5との間に配置されたゲート絶縁層4と、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dとを備える。TFT10は、トップゲート構造を有する。すなわち、ゲート電極3Gは、半導体層5上にゲート絶縁層4を介して配置されている。
ゲート電極3Gは、ゲートバスラインGLに電気的に接続されており、ゲートバスラインGLから走査信号電圧を供給される。ソース電極7Sは、ソースバスラインSLに電気的に接続されており、ソースバスラインSLからデータ信号電圧を供給される。この例では、ゲート電極3GおよびゲートバスラインGLは同じ導電膜(ゲート用導電膜)から形成されている。ここでは、ソース電極7S、ドレイン電極7DおよびソースバスラインSLは同じ導電膜(ソース用導電膜)から形成されている。ゲート用導電膜およびソース用導電膜は、例えば金属膜である。ゲート用導電膜を用いて形成された、ゲート電極3Gを含む層(レイヤー)を「ゲートメタル層」と呼ぶことがあり、ソース用導電膜を用いて形成された、ソース電極7Sを含む層を「ソースメタル層」と呼ぶことがある。
ソースメタル層7は、TFT10のソース電極7Sおよびドレイン電極7Dと、ソースバスラインSLと、パッチ電極15とを含む。ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dは、半導体層5の上面と接続されるように形成されている。すなわち、TFT10は、トップコンタクト構造を有する。ここでは、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dは、それぞれ、ソースコンタクト層6Sおよびドレインコンタクト層6Dを介して、半導体層5の上面と接続されている。
ゲート絶縁層4は、半導体層5とゲートメタル層3との間に形成されている。ゲート絶縁層4は、パッチ電極15に達する開口部4aを有する。
ゲートメタル層3は、TFT10のゲート電極3Gと、ゲートバスラインGLと、開口部4a内でパッチ電極15に接続される接続部3aを含む。接続部3aは、パッチ電極15の内、開口部4aによって露出されている部分を覆うように形成されていることが好ましい。
ゲートメタル層3は、例えば、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層、Ta層、およびTi層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている第1導電層L1と、第1導電層L1上に形成され、透明導電層(例えばITO)を含む第2導電層L2とを含む。ゲート電極3G、ゲートバスラインGL、および接続部3aは、それぞれ、第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。後述するように、第1導電層L1および第2導電層L2は、同じエッチングマスクを用いて形成されるので、ゲートメタル層3の第1導電層L1の側面と第2導電層L2の側面とは整合している。例えば、ゲート電極3G、ゲートバスラインGL、および接続部3aのそれぞれにおいて、第1導電層L1の側面と第2導電層L2の側面とは整合している。なお、簡単のために、第1導電層L1および第2導電層L2の図示を省略する場合がある。
ゲートメタル層3の第1導電層L1は、高融点金属含有層から形成されている。「高融点金属含有層」は、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)およびニオブ(Nb)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む層である。高融点金属含有層は積層構造であってもよい。例えば、高融点金属含有層は、Ti、W、Mo、Ta、Nb、これらを含む合金、およびこれらの窒化物、ならびに前記金属または合金と前記窒化物との固溶体のいずれかで形成された層を指す。
ゲートメタル層3の第1導電層L1の厚さは、例えば20nm以上500nm以下である。ゲートメタル層3の第2導電層L2の厚さは、例えば30nm以上200nm以下である。
ゲートメタル層3の構造は、上述の例に限られない。ただし、ゲートメタル層3は、液晶層LCに溶出しやすい金属(例えばCu、Al、Ag、またはAu)を含まないことが好ましい。ゲートメタル層3は、Cuを含まないことが特に好ましい。
TFT基板101において、パッチ電極15はソース電極7Sと同じ導電膜から形成されている(すなわち、パッチ電極15はソースメタル層7に含まれる)ので、製造コスト(例えばフォトマスク数)を削減することができる。TFT基板101は、走査アンテナのコストを低減させることができる。
特許文献6の走査アンテナが有するTFT基板の製造工程では、例えば7枚のフォトマスクを使用する(アライメントマーク21の形成を除く)。これに対して、本実施形態のTFT基板101は、4枚のフォトマスクを使用して製造することができる。詳細な製造プロセスは後述する。
また、TFT基板101を有する走査アンテナは、アンテナ性能の低下が抑制される。このことについて、以下で説明する。
図6は、走査アンテナ1000が備える液晶パネル100Aの構造を示す断面図である。液晶パネル100Aは、TFT基板101と、スロット基板201と、これらの間に設けられた液晶層LCとを有する。図6に示すように、TFT基板101は、TFT基板101の液晶層LC側の表面を覆う第1配向膜32Aを有する。第1配向膜32Aは、ゲートメタル層3および液晶層LCに接する。第1配向膜32Aは、ゲートメタル層3を覆うように形成されている。TFT基板101と対向するように配置されたスロット基板201は、スロット電極55を覆い、液晶層LCに接する第2配向膜42Aを有する。
例えば、第1配向膜32Aに接するゲートメタル層3がCu層を含むと、ゲートメタル層3からCuが液晶層LCに溶出するおそれがある。本発明者の検討によると、Cu層を含むゲートメタル層を配向膜で覆うのみでは、Cuが液晶層LCに溶出することを十分に防ぐことができないことがあった。Cuが液晶層LCに溶け出すことにより、液晶材料が劣化し、アンテナ特性が低下することがあった。
上述したように、走査アンテナは、アンテナ単位の各液晶層に印加する電圧を制御し、各アンテナ単位の液晶層の実効的な誘電率M(εM)を変化させることによって、静電容量の異なるアンテナ単位で2次元的なパターンを形成する。マイクロ波領域の誘電異方性ΔεM(可視光に対する複屈折率Δn)が大きい液晶材料の比抵抗は低いので、液晶容量に印加された電圧の保持率が低い。液晶容量の電圧保持率が低下すると、液晶層に印加される実効電圧が低下し、液晶層に目的の電圧が印加されない。その結果、アンテナ単位の液晶層がマイクロ波に与える位相差が所定の値からずれることになる。位相差が所定の値からずれると、アンテナ特性が低下する。実際には、走査アンテナは予め決められた共振周波数でゲインが最大となるように設計されるので、電圧保持率の低下は、例えば、ゲインの低下として現れる。
マイクロ波領域の誘電異方性ΔεMが大きい液晶材料は、例えば、イソチオシアネート基(−NCS)またはチオシアネート基(−SCN)を含む。イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は劣化しやすい。液晶材料が劣化すると、比抵抗がさらに低下し、電圧保持率がさらに低下する。イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、強い極性を有し、化学的な安定性が、現在LCDに用いられている液晶材料に比べて低い。イソチオシアネート基およびチオシアネート基は、強い極性を有するので、水分を吸収しやすく、また、金属イオン(例えばCuイオンまたはAlイオン)と反応することがある。また、直流電圧が印加され続けると、電気的な分解反応を起こすことがある。また、イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、紫外領域から430nm付近までの光を吸収し、光分解しやすい。また、イソチオシアネート基またはチオシアネート基を含む液晶材料は、熱にも比較的弱い。これらに起因して、液晶材料の比抵抗が低下する、および/または、イオン性不純物が増えるので、液晶容量の電圧保持率が低下する。
TFT基板101のゲートメタル層3は、上述したように、高融点金属含有層から形成された第1導電層L1と、透明導電層を含む第2導電層L2とを有する積層構造を有している。従って、アンテナ性能の低下が抑制される。
パッチ電極15を含むソースメタル層7は、アンテナ性能の観点から、低抵抗金属層を含むことが好ましい。ここで、「低抵抗金属層」は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)および金(Au)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む層である。なお、開口部4aおよび接続部3aは、省略され得る。ただし、パッチ電極15は、接続部3aまたはゲート絶縁層4の少なくともいずれか一方によって覆われていることが好ましい。パッチ電極15が接続部3aまたはゲート絶縁層4の少なくともいずれか一方によって覆われていると、パッチ電極15に腐食が生じることを抑制することができる。また、パッチ電極15が接続部3aまたはゲート絶縁層4の少なくともいずれか一方によって覆われていると、パッチ電極15から金属(特にCu)が液晶層LCに溶出することを抑制することができる。
図示する例では、パッチ電極15は接続部3aによって覆われ、かつ、絶縁層(配向膜を除く)で覆われていない。従って、高いアンテナ性能を実現し得る。
ソースメタル層7の厚さは、0.3μm以上1μm以下であることが好ましい。TFTの構成にも依存するが、例えば1μmを超える厚さを有するソースメタル層は、所望のパターニング精度が得られないことがある。例えば、ソース電極とドレイン電極との間隙(TFTのチャネル長に相当)の長さを高い精度で制御できないという問題が生じることがある。従って、ソースメタル層7の厚さは1μm以下であることが好ましい。
ソースメタル層7は、低抵抗金属層だけで形成されていてもよいし、低抵抗金属層を含む積層構造を有してもよい。低抵抗金属層を含む積層構造は、低抵抗金属層の上および/または下に、高融点金属含有層を有する。ソースメタル層7が有する低抵抗金属層の厚さは、例えば0.3μm以上0.9μm以下であってもよい。ソース電極7S、ドレイン電極7Dおよびパッチ電極15がAl層を含む場合(すなわち、ソースメタル層7がAl層を含む場合)、Al層の厚さは0.3μm以上0.9μm以下であることが好ましい。ソース電極7S、ドレイン電極7Dおよびパッチ電極15がCu層を含む場合(すなわち、ソースメタル層7がCu層を含む場合)、Cu層の厚さは0.3μm以上0.8μm以下であることが好ましい。
TFT基板101は、図示するように、誘電体基板1と半導体層5との間に下地絶縁層20をさらに有していてもよい。下地絶縁層20は、例えば誘電体基板1の全面に形成されている。なお、下地絶縁層20は、省略され得る。
各アンテナ単位領域は、液晶容量と電気的に並列に接続された補助容量を有していてもよい。この例では、補助容量は、ドレイン電極7Dと電気的に接続された下部補助容量電極7Cと、ゲート絶縁層4と、ゲート絶縁層4を介して下部補助容量電極7Cと対向する上部補助容量電極3Cとによって構成される。下部補助容量電極7Cはソースメタル層7に含まれ、上部補助容量電極3Cはゲートメタル層3に含まれる。ゲートメタル層3は、上部補助容量電極3Cに接続されたCSバスライン(補助容量線)CLをさらに含む。CSバスラインCLは、例えば、ゲートバスラインGLと略平行に延びている。この例では、上部補助容量電極3Cは、CSバスラインCLと一体的に形成されている。上部補助容量電極3Cの幅は、CSバスラインCLの幅よりも大きくてもよい。また、この例では、下部補助容量電極7Cは、ドレイン電極7Dから延設されている。下部補助容量電極7Cの幅は、ドレイン電極7Dから延設された部分のうち下部補助容量電極7C以外の部分の幅よりも大きくてもよい。この例では、パッチ電極15は、ドレイン電極7Dから延設された下部補助容量電極7Cから延設されている。なお、補助容量とパッチ電極15との配置関係は図示する例に限定されない。
・ゲート−ソース接続部SG
TFT基板101は、非送受信領域R2にゲート−ソース接続部SGを有する。ゲート−ソース接続部SGは、各ゲートバスラインGLをソースメタル層7内に形成された接続配線(「ゲート下部接続配線」ということがある。)に電気的に接続する。ゲート−ソース接続部SGを設けることによって、ゲート端子部GTの下部接続部をソースメタル層7で形成することができる。ソースメタル層7で形成された下部接続部を有するゲート端子部GTは、信頼性に優れる。詳細は後述する。
図3(b)、図4(b)、図5(b)および図5(c)に示すように、ゲート−ソース接続部SGは、ゲートバスラインGLと、ゲート下部接続配線7sgとを、ゲートバスライン接続部3sgAを介して電気的に接続する。
具体的には、ゲート−ソース接続部SGは、ゲート下部接続配線7sgと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1と、ゲートバスラインGLに接続されたゲートバスライン接続部3sgAとを有している。
ゲート下部接続配線7sgは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1は、ゲート下部接続配線7sgに達している。
ゲートバスライン接続部3sgAは、ゲートメタル層3に含まれ、ゲートバスラインGLに電気的に接続されている。この例では、ゲートバスライン接続部3sgAは、ゲートバスラインGLから延設され、ゲートバスラインGLと一体的に形成されている。ゲートバスライン接続部3sgAは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sg1内に形成され、開口部4sg1内でゲート下部接続配線7sgと接続されている。この例では、ゲートバスライン接続部3sgAは、開口部4sg1内でゲート下部接続配線7sgに接触している。
ゲートバスライン接続部3sgAは、後述する各端子部の上部接続部と同様に、ゲートメタル層3に含まれる。これにより、TFT基板101を、4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
ゲートバスライン接続部3sgAは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、ゲートバスライン接続部3sgAの第1導電層L1の側面と、ゲートバスライン接続部3sgAの第2導電層L2の側面とは整合している。
ゲートバスライン接続部3sgAの幅は、ゲートバスラインGLの幅よりも大きくてもよい。ここでは、ゲートバスライン接続部3sgAの幅は、ゲート下部接続配線7sgの幅よりも小さい。
・ゲート端子部GT
TFT基板101は、非送受信領域R2にゲート端子部GTを有する。ゲート端子部GTは、一般に、ゲートバスライン毎に設けられたゲート−ソース接続部SGに対応して設けられる。
ゲート端子部GTは、図3(b)および図4(c)に示すように、ゲート端子用下部接続部7gA(単に「下部接続部7gA」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4gと、ゲート端子用上部接続部3gA(単に「上部接続部3gA」ということもある。)とを有している。
下部接続部7gAは、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7gAは、ゲート−ソース接続部SGに形成されているゲート下部接続配線7sgと接続されている。この例では、下部接続部7gAは、ゲート下部接続配線7sgから延設され、ゲート下部接続配線7sgと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4gは、下部接続部7gAに達している。
上部接続部3gAは、ゲートメタル層3に含まれる。上部接続部3gAは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4g内に形成され、開口部4g内で下部接続部7gAと接続されている。ここでは、上部接続部3gAは、開口部4g内で下部接続部7gAに接触している。
上部接続部3gAがゲートメタル層3に含まれることにより、TFT基板101を、4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
上部接続部3gAは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、上部接続部3gAの第1導電層L1の側面と、上部接続部3gAの第2導電層L2の側面とは整合している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部3gAの全ては、下部接続部7gAと重なっていてもよい。
ゲート端子部GTは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7gAを有するので、例えば下部接続部がゲートメタル層3に含まれている場合に比べて、優れた信頼性を有する。
端子部、特にシール領域Rsよりも外側(液晶層と反対側)に設けられた端子部には、大気中の水分(不純物を含み得る。)によって腐食が生じることがある。また、誘電体基板としてガラス基板を有するTFT基板を作製する工程において、ガラス基板の破片や切り屑(カレット)によって、端子部の下部接続部にキズや断線が生じることがある。例えば、1つのマザー基板から複数のTFT基板が作製される。カレットは、例えば、マザー基板を切断する時、マザー基板にスクライブラインを形成する時、等に生じる。
下部接続部がゲートメタル層3に含まれている場合、下部接続部上に絶縁層が形成されていないので、下部接続部に上記の問題(すなわち腐食、キズ、断線等)が生じやすい。これに対して、TFT基板101のゲート端子部GTは、下部接続部7gAがソースメタル層7に含まれているので、上記の問題の発生が抑制される。このように、TFT基板101のゲート端子部GTは、下部接続部7gAがソースメタル層7に含まれているので、例えば下部接続部がゲートメタル層3に含まれている場合に比べて、優れた信頼性を有する。信頼性の観点からは、ゲート絶縁層4の厚さは大きいことが好ましい。
・ソース端子部ST
ソース端子部STは、図3(c)および図4(d)に示すように、ゲート端子部GTと同様の構成を有し得る。ソース端子部STは、一般に、ソースバスライン毎に設けられる。
ソース端子部STは、ソース端子用下部接続部7sA(単に「下部接続部7sA」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sと、ソース端子用上部接続部3sA(単に「上部接続部3sA」ということもある。)とを有している。
下部接続部7sAは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLに接続されている。この例では、下部接続部7sAは、ソースバスラインSLから延設され、ソースバスラインSLと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sは、下部接続部7sAに達している。
上部接続部3sAは、ゲートメタル層3に含まれる。上部接続部3sAは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4s内に形成され、開口部4s内で下部接続部7sAと接続されている。ここでは、上部接続部3sAは、開口部4s内で下部接続部7sAに接触している。
上部接続部3sAがゲートメタル層3に含まれることにより、TFT基板101を、4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。以下で説明する他の端子部の上部接続部も、同様にゲートメタル層3に含まれる。これにより、TFT基板101を、4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
上部接続部3sAは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、上部接続部3sAの第1導電層L1の側面と、上部接続部3sAの第2導電層L2の側面とは整合している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部3sAの全ては、下部接続部7sAと重なっていてもよい。
ソース端子部STは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7sAを有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。上述したように、ゲート端子部GTの下部接続部をソースメタル層7で形成するために、各ゲート端子部GTについて、ゲートメタル層3とソースメタル層7とを接続するゲート−ソース接続部SGが設けられている。これに対して、ソース端子部STについては、このような接続部を設ける必要がない。
・CS端子部CT、CS−ソース接続部SC
TFT基板101は、図3(b)に示すように、非送受信領域R2に、CS端子部CTおよびCS−ソース接続部SCを有する。CS−ソース接続部SCは、例えば、CSバスライン毎に設けられる。CS端子部CTは、例えばCSバスライン毎に設けられたCS−ソース接続部SCに対応して設けられている。CS端子部CTは、断面構造の図示を省略するが、図3(b)に示すように、ゲート端子部GTと同様の構成を有していてもよい。CS−ソース接続部SCについても断面構造の図示を省略するが、CS−ソース接続部SCは、この例ではゲート−ソース接続部SGと同様の構成を有している。
具体的には、CS−ソース接続部SCは、CS下部接続配線7scと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1と、CSバスラインCLに接続されたCSバスライン接続部3scAとを有している。
CS下部接続配線7scは、ソースメタル層7に含まれ、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1は、CS下部接続配線7scに達している。
CSバスライン接続部3scAは、ゲートメタル層3に含まれ、CSバスラインCLと電気的に接続されている。この例では、CSバスライン接続部3scAは、CSバスラインCLから延設され、CSバスラインCLと一体的に形成されている。CSバスライン接続部3scAは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4sc1内に形成され、開口部4sc1内でCS下部接続配線7scと接続されている。この例では、CSバスライン接続部3scAは、開口部4sc1内でCS下部接続配線7scに接触している。
CSバスライン接続部3scAは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、CSバスライン接続部3scAの第1導電層L1の側面と、CSバスライン接続部3scAの第2導電層L2の側面とは整合している。
CSバスライン接続部3scAの幅は、CSバスラインCLの幅よりも大きくてもよい。ここでは、CSバスライン接続部3scAの幅は、CS下部接続配線7scの幅よりも小さい。
CS−ソース接続部SCを設けることによって、CS端子部CTの下部接続部をソースメタル層7で形成することができる。これにより、TFT基板101のCS端子部CTは優れた信頼性を有する。
CS端子部CTは、CS端子用下部接続部7c(単に「下部接続部7c」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4cと、CS端子用上部接続部3c(単に「上部接続部3c」ということもある。)とを有している。
下部接続部7cは、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7cは、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scと接続されている。この例では、下部接続部7cは、CS下部接続配線7scから延設されている。この例では、CS下部接続配線7scから延設された部分は、後述する第1トランスファー端子部PT1の下部接続部7p1A、第2トランスファー端子部PT2の下部接続部7p2、および、CS端子用下部接続部7cを含んでいる。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4cは、下部接続部7cに達している。
上部接続部3cは、ゲートメタル層3に含まれる。上部接続部3cは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4c内に形成され、開口部4c内で下部接続部7cと接続されている。ここでは、上部接続部3cは、開口部4c内で下部接続部7cに接触している。
上部接続部3cは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、上部接続部3cの第1導電層L1の側面と、上部接続部3cの第2導電層L2の側面とは整合している。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部3cの全ては、下部接続部7cと重
なっていてもよい。
CS端子部CTは、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7cを有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
図示する例では、ゲート−ソース接続部SGおよびCS−ソース接続部SCは、シール領域Rsの内側(液晶層側)に設けられている。本実施形態はこれに限られず、ゲート−ソース接続部SGおよび/またはCS−ソース接続部SCは、シール領域Rsの外側(液晶層と反対側)に設けられていてもよい。
・トランスファー端子部PT
第1トランスファー端子部PT1は、図3(b)および図5(a)に示すように、第1トランスファー端子用下部接続部7p1A(単に「下部接続部7p1A」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1Aと、第1トランスファー端子用上部接続部3p1A(単に「上部接続部3p1A」ということもある。)とを有している。
下部接続部7p1Aは、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7p1Aは、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。下部接続部7p1Aは、CSバスラインCLに電気的に接続されている。この例では、下部接続部7p1Aは、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1Aは、下部接続部7p1Aに達している。
上部接続部3p1Aは、ゲートメタル層3に含まれる。上部接続部3p1Aは、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1A内に形成され、開口部4p1A内で下部接続部7p1Aと接続されている。ここでは、上部接続部3p1Aは、開口部4p1A内で下部接続部7p1Aに接触している。上部接続部3p1Aは、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用接続部と接続される(後述する図7(b)参照)。
上部接続部3p1Aは、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、上部接続部3p1Aの第1導電層L1の側面と、上部接続部3p1Aの第2導電層L2の側面とは整合している。
第1トランスファー端子部PT1は、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7p1Aを有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
この例では、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1Aは、下部接続部7p1Aの一部のみを露出するように形成されている。誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1Aは、下部接続部7p1Aの内側にある。従って、開口部4p1A内の全ての領域は、誘電体基板1上に下部接続部7p1Aおよび上部接続部3p1Aを有する積層構造を有する。第1トランスファー端子部PT1において、下部接続部7p1Aを有しない領域の全ては、ゲート絶縁層4を有する積層構造を有する。これにより、TFT基板101の第1トランスファー端子部PT1は優れた信頼性を有する。信頼性の観点からは、ゲート絶縁層4の厚さは大きいことが好ましい。
下部接続部7p1Aの内、開口部4p1A内にある部分は、上部接続部3p1Aで覆われている。
誘電体基板1の法線方向から見たとき、上部接続部3p1Aの全ては、下部接続部7p1Aと重なっていてもよい。
この例では、下部接続部7p1Aは、互いに隣接する2つのゲートバスラインGLの間に配置されている。ゲートバスラインGLを挟んで配置された2つの下部接続部7p1Aは、導電接続部(不図示)を介して電気的に接続されていてもよい。導電接続部は、ゲートメタル層3から形成されていてもよい。
なお、ここでは、下部接続部7p1Aは、1つの開口部4p1Aによって上部接続部3p1Aと接続されているが、1つの下部接続部7p1Aに対して複数の開口部が設けられていてもよい。
第2トランスファー端子部PT2は、シール領域Rsの外側(送受信領域R1と反対側)に設けられている。第2トランスファー端子部PT2は、図4(e)に示すように、第2トランスファー端子用下部接続部7p2(単に「下部接続部7p2」ということもある。)と、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2と、第2トランスファー端子用上部接続部3p2(単に「上部接続部3p2」ということもある。)とを有している。
下部接続部7p2は、ソースメタル層7に含まれる。下部接続部7p2は、ソースバスラインSLとは電気的に分離されている。下部接続部7p2は、CSバスラインCLに電気的に接続されている。この例では、下部接続部7p2は、CS−ソース接続部SCに形成されているCS下部接続配線7scから延設された第1トランスファー端子用下部接続部7p1Aから延設され、下部接続部7p1Aと一体的に形成されている。
ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2は、下部接続部7p2に達している。
上部接続部3p2は、ゲートメタル層3に含まれる。上部接続部3p2は、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p2内に形成され、開口部4p2内で下部接続部7p2と接続されている。ここでは、上部接続部3p2は、開口部4p2内で下部接続部7p2に接触している。
上部接続部3p2は、例えば、ゲートメタル層3に含まれる第1導電層L1と第2導電層L2とを含む。このとき、上部接続部3p2の第1導電層L1の側面と、上部接続部3p2の第2導電層L2の側面とは整合している。
第2トランスファー端子部PT2は、ソースメタル層7に含まれる下部接続部7p2を有するので、ゲート端子部GTと同様に、優れた信頼性を有する。
第2トランスファー端子部PT2においても、上部接続部3p2は、例えば導電性粒子を含むシール材によって、スロット基板側のトランスファー端子用接続部と接続されていてもよい。
<スロット基板201の構造>
図7(a)および図7(b)を参照しながら、スロット基板201の構造をより具体的に説明する。
図7(a)は、スロット基板201におけるアンテナ単位領域Uおよび端子部ITを模式的に示す断面図である。
スロット基板201は、表面および裏面を有する誘電体基板51と、誘電体基板51の表面に形成された第3絶縁層52と、第3絶縁層52上に形成されたスロット電極55と、スロット電極55を覆う第4絶縁層58とを備える。反射導電板65が誘電体基板51の裏面に誘電体層(空気層)54を介して対向するように配置されている。スロット電極55および反射導電板65は導波路301の壁として機能する。
送受信領域R1において、スロット電極55には複数のスロット57が形成されている。スロット57はスロット電極55を貫通する開口である。この例では、各アンテナ単位領域Uに1個のスロット57が配置されている。
第4絶縁層58は、スロット電極55上およびスロット57内に形成されている。第4絶縁層58の材料は、第3絶縁層52の材料と同じであってもよい。第4絶縁層58でスロット電極55を覆うことにより、スロット電極55と液晶層LCとが直接接触しないので、信頼性を高めることができる。スロット電極55がCu層で形成されていると、Cuが液晶層LCに溶出することがある。また、スロット電極55を薄膜堆積技術を用いてAl層で形成すると、Al層にボイドが含まれることがある。第4絶縁層58は、Al層のボイドに液晶材料が侵入するのを防止することができる。なお、Al層をアルミ箔を接着材により誘電体基板51に貼り付け、これをパターニングすることによってスロット電極55を作製すれば、ボイドの問題を回避できる。
スロット電極55は、Cu層、Al層などの主層55Mを含む。スロット電極55は、主層55Mと、それを挟むように配置された上層55Uおよび下層55Lとを含む積層構造を有していてもよい。主層55Mの厚さは、材料に応じて表皮効果を考慮して設定され、例えば2μm以上30μm以下であってもよい。主層55Mの厚さは、典型的には上層55Uおよび下層55Lの厚さよりも大きい。
図示する例では、主層55MはCu層、上層55Uおよび下層55LはTi層である。主層55Mと第3絶縁層52との間に下層55Lを配置することにより、スロット電極55と第3絶縁層52との密着性を向上できる。また、上層55Uを設けることにより、主層55M(例えばCu層)の腐食を抑制できる。
反射導電板65は、導波路301の壁を構成するので、表皮深さの3倍以上、好ましくは5倍以上の厚さを有することが好ましい。反射導電板65は、例えば、削り出しによって作製された厚さが数mmのアルミニウム板、銅板などを用いることができる。
非送受信領域R2には、端子部ITが設けられている。端子部ITは、スロット電極55と、スロット電極55を覆う第4絶縁層58と、上部接続部60とを備える。第4絶縁層58は、スロット電極55に達する開口部を有している。上部接続部60は、開口部内でスロット電極55に接している。本実施形態では、端子部ITは、シール領域Rs内に配置され、導電性粒子を含有するシール樹脂によって、TFT基板におけるトランスファー端子部と接続される(トランスファー部)。
・トランスファー部
図7(b)は、TFT基板101の第1トランスファー端子部PT1と、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。
トランスファー部では、端子部ITの上部接続部60は、TFT基板101における第1トランスファー端子部PT1の第1トランスファー端子用上部接続部3p1Aと電気的に接続される。本実施形態では、上部接続部60と上部接続部3p1Aとを、導電性ビーズ71を含む樹脂(シール樹脂)73(「シール部73」ということもある。)を介して接続する。
上部接続部60および上部接続部3p1Aの第2導電層L2は、いずれも、ITO膜、IZO膜などの透明導電層であり、その表面に酸化膜が形成される場合がある。酸化膜が形成されると、透明導電層同士の電気的な接続が確保できず、コンタクト抵抗が高くなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、導電性ビーズ(例えばAuビーズ)71を含む樹脂を介して、これらの透明導電層を接着させるので、表面酸化膜が形成されていても、導電性ビーズが表面酸化膜を突き破る(貫通する)ことにより、コンタクト抵抗の増大を抑えることが可能である。導電性ビーズ71は、表面酸化膜だけでなく、透明導電層である上部接続部60および上部接続部3p1Aの第2導電層L2をも貫通し、スロット電極55および上部接続部3p1Aの第1導電層L1に直接接していてもよい。
トランスファー部は、走査アンテナ1000の中心部および周縁部(すなわち、走査アンテナ1000の法線方向から見たとき、ドーナツ状の送受信領域R1の内側および外側)の両方に配置されていてもよいし、いずれか一方のみに配置されていてもよい。トランスファー部は、液晶を封入するシール領域Rs内に配置されていてもよいし、シール領域Rsの外側(液晶層と反対側)に配置されていてもよい。
<TFT基板101の製造方法>
図8(a)〜(e)および図9(a)〜(c)を参照しながら、TFT基板101の製造方法を説明する。
図8(a)〜(e)および図9(a)〜(c)は、TFT基板101の製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図は、それぞれ、図4(a)〜(c)および図5(a)に対応する断面を示している。なお、図4(d)、図4(e)および図5(b)に対応する断面については、図示を省略するが、図4(c)に対応する断面と同様の方法で形成される。
上述のように、本実施形態では、TFT基板101は、誘電体基板1上に、ソースメタル層7、ゲート絶縁層4およびゲートメタル層3をこの順で有している。
ソースメタル層7は、TFT10のソース電極7Sおよびドレイン電極7D、パッチ電極15、ソースバスラインSL、下部補助容量電極7C、各端子部の下部接続部7gA、7sA、7c、7p1Aおよび7p2、ゲート−ソース接続部SGのゲート下部接続配線7sg、ならびに、CS−ソース接続部SCのCS下部接続配線7scを含む。
ゲートメタル層3は、TFT10のゲート電極3G、ゲートバスラインGL、CSバスラインCL、接続部3a、上部補助容量電極3C、各端子部の上部接続部3gA、3sA、3c、3p1Aおよび3p2、ゲート−ソース接続部SGのゲートバスライン接続部3sgA、および、CS−ソース接続部SCのCSバスライン接続部3scAを含む。
まず、図8(a)に示すように、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、真性アモルファスシリコン膜5'およびn+型アモルファスシリコン膜6'をこの順で形成する。ここでは、下地絶縁層20として、例えば厚さ200nmの窒化珪素(Si)膜を形成する。さらに、例えば厚さ120nmの真性アモルファスシリコン膜5'および例えば厚さ30nmのn+型アモルファスシリコン膜6'を形成する。なお、半導体層5に用いる半導体膜はアモルファスシリコン膜に限定されない。
次いで、真性アモルファスシリコン膜5'およびn+型アモルファスシリコン膜6'をパターニングすることにより、図8(b)に示すように、島状の半導体層5およびコンタクト層6を得る。
次いで、図8(c)に示すように、下地絶縁層20上およびコンタクト層6上にソース用導電膜7'を形成する。ここでは、ソース用導電膜7'として、Ti(厚さ:例えば20nm)およびCu(厚さ:例えば500nm)をこの順で積層した積層膜(Cu/Ti)を形成する。
次いで、ソース用導電膜7'をパターニングすることによって、図8(d)に示すように、ソースメタル層7を得る。具体的には、アンテナ単位形成領域に、ソース電極7Sおよびドレイン電極7Dと、ドレイン電極7Dに接続されたパッチ電極15と、ソース電極7Sに接続されたソースバスラインSLと、ドレイン電極7Dに接続された下部補助容量電極7Cとを形成し、各端子部形成領域に下部接続部7gA、7sA、7c、7p1Aおよび7p2を形成し、ゲート−ソース接続部形成領域にゲート下部接続配線7sgを形成し、CS−ソース接続部形成領域にCS下部接続配線7scを形成する。このとき、コンタクト層6もエッチングされ、互いに分離されたソースコンタクト層6Sとドレインコンタクト層6Dとが形成される。ここでは、ソース用導電膜7'のパターニングは、ウェットエッチングおよびドライエッチングによって行う。例えば混酸水溶液を用いて、ウェットエッチングでCu膜をパターニングした後、ドライエッチングでTi膜およびコンタクト層(n+型アモルファスシリコン層)6を同時にパターニングしてもよい。
次に、図8(e)に示すように、ソースメタル層7および下地絶縁層20を覆うようにゲート絶縁膜4’を形成する。ゲート絶縁膜4’としては、酸化珪素(SiO)膜、窒化珪素(Si)膜、酸化窒化珪素(SiO;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiN;x>y)膜等を適宜用いることができる。ここでは、ゲート絶縁膜4’として、例えば厚さ350nmの窒化珪素(Si)膜を形成する。この例では、ゲート絶縁膜4’は、半導体層5のチャネル領域と接するように配置される。
なお、断面図では、簡単のために、ゲート絶縁膜4’またはゲート絶縁層4を平坦化層のように表している場合があるが、一般に、薄膜堆積法(例えばCVD法、スパッタ法、真空蒸着法)によって形成される層は、下地の段差を反映した表面を有する。
次いで、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、ゲート絶縁膜4’のエッチングを行うことにより、図9(a)に示すように、ゲート絶縁層4を得る。具体的には、アンテナ単位形成領域においてパッチ電極15に達する開口部4aを形成し、ゲート端子部形成領域において下部接続部7gAに達する開口部4gを形成し、ソース端子部形成領域において下部接続部7sAに達する開口部4sを形成し、CS端子部形成領域において下部接続部7cに達する開口部4cを形成し、第1トランスファー端子部形成領域において下部接続部7p1Aに達する開口部4p1Aを形成し、第2トランスファー端子部形成領域において下部接続部7p2に達する開口部4p2を形成し、ゲート−ソース接続部形成領域においてゲート下部接続配線7sgに達する開口部4sg1を形成しと、CS−ソース接続部形成領域においてCS下部接続配線7scに達する開口部4sc1を形成する。 ゲート絶縁膜4’は、例えば、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによってエッチングされる。
次いで、図9(b)に示すように、ゲート絶縁層4上およびゲート絶縁層4に形成された開口部内にゲート用導電膜3'を形成する。ここでは、ゲート用導電膜3'として、第1導電膜L1’および第2導電膜L2’をこの順で積層した積層膜を形成する。例えば、まず、ゲート絶縁層4上およびゲート絶縁層4に形成された開口部内に、第1導電膜としてMoNbNi膜(厚さ:例えば300nm)を形成し、その後、第1導電膜L1’上に、第2導電膜L2’としてITO膜(厚さ:例えば70nm)を形成することによって、ゲート用導電膜3’(ここではITO/MoNbNiの積層膜)を得る。第1導電膜L1’として、MoNbNi膜、MoNb膜、MoW膜、W膜、Ta膜、およびTi膜からなる群から選択される1つの膜または2以上の膜の積層膜を用いてもよい。
次いで、ゲート用導電膜3'をパターニングすることにより、図9(c)に示すように、ゲートメタル層3を得る。ここでは、ゲート用導電膜3'のパターニングは、例えばウェットエッチングによって行う。ここでは、第1導電膜L1’および第2導電膜L2’を、同一のエッチングマスクを用いてエッチングする。これにより、第1導電層L1および第2導電層L2を有するゲートメタル層3が得られる。得られたゲートメタル層3の第1導電層L1の側面と、第2導電層L2の側面とは整合している。
具体的には、アンテナ単位形成領域に、ゲート絶縁層4を介して半導体層5と対向する部分を含むゲート電極3Gと、ゲート電極3Gに接続されたゲートバスラインGLと、ゲート絶縁層4を介して下部補助容量電極7Cと対向する部分を含む上部補助容量電極3Cと、上部補助容量電極3Cに接続されたCSバスラインCLと、開口部4a内でパッチ電極15と接続される接続部3aとを形成する。ゲート端子部形成領域に、開口部4g内で下部接続部7gAと接続される上部接続部3gAを形成し、ソース端子部形成領域に、開口部4s内で下部接続部7sAと接続される上部接続部3sAを形成し、CS端子部形成領域に、開口部4c内で下部接続部7cと接続される上部接続部3cを形成し、第1トランスファー端子部形成領域に、開口部4p1A内で下部接続部7p1Aと接続される上部接続部3p1Aを形成し、第2トランスファー端子部形成領域に、開口部4p2内で下部接続部7p2と接続される上部接続部3p2を形成し、ゲート−ソース接続部形成領域に、開口部4sg1内でゲート下部接続配線7sgと接続されるゲートバスライン接続部3sgAを形成し、CS−ソース接続部形成領域に、開口部4sc1内でCS下部接続配線7scと接続されるCSバスライン接続部3scAを形成する。
このようにして、TFT10が得られ、アンテナ単位領域U、ソース端子部ST、ゲート端子部GT、CS端子部CT、第1トランスファー端子部PT1、第2トランスファー端子部PT2、ゲート−ソース接続部SG、およびCS−ソース接続部SCが得られる。
このようにして、TFT基板101が製造される。
上述したように、TFT基板101は4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
<スロット基板201の製造方法>
スロット基板201は、例えば以下の方法で製造され得る。
まず、誘電体基板上に第3絶縁層(厚さ:例えば200nm)52を形成する。誘電体基板としては、ガラス基板、樹脂基板などの、電磁波に対する透過率の高い(誘電率εMおよび誘電損失tanδMが小さい)基板を用いることができる。誘電体基板は電磁波の減衰を抑制するために薄い方が好ましい。例えば、ガラス基板の表面に後述するプロセスでスロット電極55などの構成要素を形成した後、ガラス基板を裏面側から薄板化してもよい。これにより、ガラス基板の厚さを例えば500μm以下に低減できる。
誘電体基板として樹脂基板を用いる場合、TFT等の構成要素を直接、樹脂基板上に形成してもよいし、転写法を用いて樹脂基板上に形成してもよい。転写法によると、例えば、ガラス基板上に樹脂膜(例えばポリイミド膜)を形成し、樹脂膜上に後述するプロセスで構成要素を形成した後、構成要素が形成された樹脂膜とガラス基板とを分離させる。一般に、ガラスよりも樹脂の方が誘電率εMおよび誘電損失tanδMが小さい。樹脂基板の厚さは、例えば、3μm〜300μmである。樹脂材料としては、ポリイミドの他、例えば、液晶高分子を用いることもできる。
第3絶縁層52としては、特に限定しないが、例えば酸化珪素(SiO)膜、窒化珪素(SiN)膜、酸化窒化珪素(SiO;x>y)膜、窒化酸化珪素(SiN;x>y)膜等を適宜用いることができる。
次いで、第3絶縁層52の上に金属膜を形成し、これをパターニングすることによって、複数のスロット57を有するスロット電極55を得る。金属膜としては、厚さが2μm〜5μmのCu膜(またはAl膜)を用いてもよい。ここでは、Ti(厚さ:例えば20nm)およびCu(厚さ:例えば3000nm)をこの順で積層した積層膜を用いる。なお、代わりに、Ti膜、Cu膜およびTi膜をこの順で積層した積層膜を形成してもよい。
この後、スロット電極55上およびスロット57内に第4絶縁層(厚さ:例えば100nmまたは200nm)58を形成する。第4絶縁層58の材料は、第3絶縁層の材料と同じであってもよい。この後、非送受信領域R2において、第4絶縁層58に、スロット電極55に達する開口部を形成する。
次いで、第4絶縁層58上および第4絶縁層58の開口部内に透明導電膜を形成し、これをパターニングすることにより、開口部内でスロット電極55と接する上部接続部60を形成する。これにより、端子部ITを得る。
(変形例1)
図10および図11を参照しながら、本実施形態の変形例1のTFT基板101aを説明する。図3〜図5に示したTFT基板101と共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図10(a)〜(c)は、TFT基板101aの模式的な平面図である。図10(a)は、送受信領域R1のアンテナ単位領域Uを示し、図10(b)は、非送受信領域R2に設けられたゲート端子部GT、CS端子部CT、トランスファー端子部PT、ゲート−ソース接続部SG、および、CS−ソース接続部SCを示し、図10(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース端子部STを示している。
図11(a)〜(d)は、TFT基板101aの模式的な断面図である。図11(a)は、図10(b)中のB−B'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示しており、図11(b)は、図10(b)中のF−F'線に沿った第1トランスファー端子部PT1の断面を示しており、図11(c)は、図10(b)中のG−G'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示しており、図11(d)は、図10(b)中のH−H'線に沿ったゲート−ソース接続部SGの断面を示している。なお、TFT基板101aの他の断面については、TFT基板101と同じであるので、図示および説明を省略する。以下では、TFT基板101と異なる点を主に説明する。
・第1トランスファー端子部PT1
図10(b)および図11(b)に示すように、TFT基板101aの第1トランスファー端子部PT1は、第1トランスファー端子用下部接続部7p1Bと、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1Bと、第1トランスファー端子用上部接続部3p1Bとを有している。
図3(b)および図5(a)に示したように、TFT基板101の第1トランスファー端子部PT1においては、誘電体基板1の法線方向から見たとき、開口部4p1Aは、下部接続部7p1Aの内側にある。すなわち、開口部4p1Aは、下部接続部7p1Aの一部のみを露出するように形成されている。従って、TFT基板101においては、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部接続部7p1Aのうちの一部が、開口部4p1A内で上部接続部3p1Aと重なっている。
これに対して、TFT基板101aの第1トランスファー端子部PT1においては、図10(b)および図11(b)に示すように、上部接続部3p1Bは、誘電体基板1の法線方向から見たとき、ゲート絶縁層4に形成された開口部4p1B内において、下部接続部7p1Bと重ならない部分を含む。開口部4p1Bは、下部接続部7p1Bを全て露出するように形成されている。従って、TFT基板101aにおいては、誘電体基板1の法線方向から見たとき、下部接続部7p1Bの全てが、開口部4p1B内で上部接続部3p1Bと重なっている。
図12は、TFT基板101aの第1トランスファー端子部PT1と、スロット基板201の端子部ITとを接続するトランスファー部を説明するための模式的な断面図である。TFT基板101aにおいては、TFT基板101に比べて、導電性粒子と上部接続部3p1Bとの接触が安定しやすい。TFT基板101aは、TFT基板101に比べて液晶層の厚さ(セルギャップ)を制御しやすいという利点を有する。
なお、TFT基板101aは、第1トランスファー端子部PT1の信頼性の観点からはTFT基板101に劣ることがある。TFT基板101においては、開口部4p1A内の全ての領域は、誘電体基板1上に下部接続部7p1Aおよび上部接続部3p1Aを有する積層構造を有する。第1トランスファー端子部PT1において、下部接続部7p1Aを有しない領域の全ては、ゲート絶縁層4を有する積層構造を有する。これに対して、TFT基板101aにおいては、開口部4p1B内に、誘電体基板1上に上部接続部3p1Bのみを有し、下部接続部7p1Bを含まない積層構造を有する領域を含む。TFT基板101aの第1トランスファー端子部PT1は、下部接続部7p1Bおよびゲート絶縁層4のいずれも含まない積層構造を有する領域を含む。これにより、信頼性に劣ることがある。
・ゲート−ソース接続部SG、CS−ソース接続部SC
図10(b)および図11(c)に示すように、TFT基板101aのゲート−ソース接続部SGは、ゲートバスライン接続部3sgBの幅が、ゲート下部接続配線7sgの幅よりも大きい点において、TFT基板101と異なる。
図10(b)に示すように、TFT基板101aのCS−ソース接続部SGは、CSバスライン接続部3scBの幅が、CS下部接続配線7scの幅よりも大きい点において、TFT基板101と異なる。
なお、TFT基板101aの導電部および開口部の形状は図面に限定されず、適宜変更され得る。
このような構造を有するTFT基板101aにおいても、TFT基板101と同様の効果が得られる。
<TFT基板101aの製造方法>
図13(a)〜(c)を参照して、TFT基板101aの製造方法を説明する。図13(a)〜(c)は、TFT基板101aの製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図は、それぞれ、TFT基板101aのA−A’断面、B−B’断面、C−C’断面、およびF−F’断面を示している。以下では、TFT基板101の製造方法と異なる点を主に説明する。
まず、図8(a)〜(e)を参照して説明したのと同様に、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、島状の半導体層5、コンタクト層6S、6D、ソースメタル層7、ゲート絶縁膜4’、およびゲートメタル層3を形成する。ここでは、ソースメタル層7は、第1トランスファー端子部形成領域において、下部接続部7p1Bを含む。
次いで、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、ゲート絶縁膜4’のエッチングを行うことにより、図13(a)に示すように、ゲート絶縁層4を得る。この工程は、図9(a)を参照して説明した工程と同様に行われる。ここでは、第1トランスファー端子部形成領域において下部接続部7p1Bに達する開口部4p1Bが形成される。このとき、誘電体基板1の法線方向から見たとき、開口部4p1B内の領域の一部は、下部接続部7p1Bと重ならないように形成される。開口部4p1Bは、下部接続部7p1Bを全て露出させるように形成される。
次いで、図9(b)に示すように、ゲート絶縁層4上およびゲート絶縁層4に形成された開口部内にゲート用導電膜3'を形成する。この工程は、図9(b)を参照して説明した工程と同様に行われる。
次いで、ゲート用導電膜3'をパターニングすることにより、図13(c)に示すように、ゲートメタル層3を得る。この工程は、図9(c)を参照して説明した工程と同様に行われる。ここでは、ゲートメタル層3は、第1トランスファー端子部形成領域において、上部接続部3p1Bを含む。上部接続部3p1Bは、開口部4p1B内で下部接続部7p1Bと接続される。
このようにして、TFT基板101aが製造される。
このように、TFT基板101aは4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
(変形例2)
図14および図15を参照しながら、本実施形態の変形例2のTFT基板101bを説明する。図3〜図5に示したTFT基板101と共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図14(a)〜(c)は、TFT基板101bの模式的な平面図である。図14(a)は、送受信領域R1のアンテナ単位領域Uを示し、図14(b)は、非送受信領域R2に設けられたゲート端子部GT、CS端子部CT、トランスファー端子部PT、ゲート−ソース接続部SG、および、CS−ソース接続部SCを示し、図14(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース端子部STを示している。図15は、図14(a)中のA−A'線に沿ったアンテナ単位領域Uの断面を示している。なお、TFT基板101aの他の断面については、TFT基板101またはTFT基板101aと同じであるので、図示および説明を省略する。以下では、TFT基板101またはTFT101aと異なる点を主に説明する。
TFT基板101のTFT10の半導体層5の例として、例えばアモルファスシリコン層が用いられる。TFT基板101bの各アンテナ単位領域Uは、TFT10aを有する。TFT10aは、半導体層5とソース電極7Sおよびドレイン電極7Dとの間にコンタクト層を有しない。TFT10aの半導体層5として、例えば酸化物半導体層が用いられる。
このような構造を有するTFT基板101aにおいても、TFT基板101と同様の効果が得られる。
TFT基板101bのゲート−ソース接続部SGおよびCS−ソース接続部SCは、図14(b)に示すように、TFT基板101aと同様の構造を有する。ただし、これに限られず、例えばTFT基板101と同様の構造を有してもよい。
<TFT基板101bの製造方法>
図16(a)〜(e)および図17(a)〜(c)を参照して、TFT基板101bの製造方法を説明する。図16(a)〜(e)および図17(a)〜(c)は、TFT基板101bの製造方法を説明するための模式的な断面図である。これらの図は、それぞれ、TFT基板101bのA−A’断面、B−B’断面、C−C’断面、およびF−F’断面を示している。以下では、TFT基板101の製造方法と異なる点を主に説明する。
まず、図16(a)に示すように、誘電体基板1上に、下地絶縁層20、および酸化物半導体膜5'をこの順で形成する。ここでは、下地絶縁層20として、窒化珪素(Si)膜(厚さ:例えば200nm)および酸化珪素(SiO)膜(厚さ:例えば50nm)をこの順で積層した積層膜(SiO/Si)を形成する。また、酸化物半導体膜5'として、例えば厚さ70nmのIn−Ga−Zn−O系半導体膜を形成する。
次いで、酸化物半導体膜5'をパターニングすることにより、図16(b)に示すように、島状の半導体層5を得る。
次いで、図16(c)に示すように、下地絶縁層20上および半導体層5上にソース用導電膜7'を形成する。ここでは、ソース用導電膜7'として、Ti(厚さ:例えば20nm)およびCu(厚さ:例えば500nm)をこの順で積層した積層膜(Cu/Ti)を形成する。
次いで、ソース用導電膜7'をパターニングすることによって、図16(d)に示すように、ソースメタル層7を得る。ここでは、ソース用導電膜7'のパターニングは、ウェットエッチングおよびドライエッチングによって行う。例えば混酸水溶液を用いて、ウェットエッチングでCu膜をパターニングした後、ドライエッチングでTi膜をパターニングしてもよい。
次に、図16(e)に示すように、ソースメタル層7および下地絶縁層20を覆うようにゲート絶縁膜4’を形成する。ここでは、ゲート絶縁膜4’として、窒化珪素(Si)膜(厚さ:例えば350nm)および酸化珪素(SiO)膜(厚さ:例えば50nm)をこの順で積層した積層膜(SiO/Si)を形成する。この例では、ゲート絶縁膜4’は、半導体層5のチャネル領域と接するように配置される。
次いで、公知のフォトリソグラフィプロセスによって、ゲート絶縁膜4’のエッチングを行うことにより、図17(a)に示すように、ゲート絶縁層4を得る。
次いで、図17(b)に示すように、ゲート絶縁層4上およびゲート絶縁層4に形成された開口部内にゲート用導電膜3'を形成する。ここでは、ゲート用導電膜3'として、MoNbNi膜(厚さ:例えば300nm)およびITO膜(厚さ:例えば70nm)をこの順で積層した積層膜(ITO/MoNbNi)を形成する。
次いで、ゲート用導電膜3'をパターニングすることにより、図17(c)に示すように、ゲートメタル層3を得る。ここでは、ゲート用導電膜3'のパターニングは、ウェットエッチングによって行う。
このようにして、TFT10aが得られ、アンテナ単位領域U、ソース端子部ST、ゲート端子部GT、CS端子部CT、第1トランスファー端子部PT1、第2トランスファー端子部PT2、ゲート−ソース接続部SG、およびCS−ソース接続部SCが得られる。
このようにして、TFT基板101bが製造される。
上述したように、TFT基板101bは4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
(変形例3)
図18を参照しながら、本実施形態の変形例3のTFT基板101cを説明する。図14および図15に示したTFT基板101bと共通する構成には共通の参照符号を付し、説明を省略することがある。
図18(a)〜(c)は、TFT基板101cの模式的な平面図である。図18(a)は、送受信領域R1のアンテナ単位領域Uを示し、図18(b)は、非送受信領域R2に設けられたゲート端子部GT、CS端子部CT、トランスファー端子部PT、ゲート−ソース接続部SG、および、CS−ソース接続部SCを示し、図18(c)は、非送受信領域R2に設けられたソース端子部STを示している。なお、TFT基板101cの断面については、先に示したTFT基板101、101aまたは101bと同じであるので、図示および説明を省略する。
TFT基板101cのゲート−ソース接続部SGおよびCS−ソース接続部SCは、図18(b)に示すように、TFT基板101と同様の構造を有する。ただし、これに限られず、例えばTFT基板101bと同様の構造を有してもよい。
TFT基板101cの第1トランスファー端子部PT1は、図18(b)に示すように、TFT基板101aと同様の構造を有する。ただし、これに限られず、例えばTFT基板101bと同様の構造を有してもよい。
このような構造を有するTFT基板101cにおいても、TFT基板101と同様の効果が得られる。
このようなTFT基板101cは、TFT基板101bの製造方法から、ソースメタル層7、ゲート絶縁層4およびゲートメタル層3のパターニング形状を変更することによって、製造することができる。TFT基板101cも4枚のフォトマスクを用いて製造することができる。
<TFTの材料および構造>
本発明の実施形態では、各画素に配置されるスイッチング素子として、半導体層5を活性層とするTFTが用いられる。半導体層5はアモルファスシリコン層に限定されず、ポリシリコン層、酸化物半導体層であってもよい。
酸化物半導体層を用いる場合、酸化物半導体層に含まれる酸化物半導体は、アモルファス酸化物半導体であってもよいし、結晶質部分を有する結晶質酸化物半導体であってもよい。結晶質酸化物半導体としては、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質酸化物半導体などが挙げられる。
酸化物半導体層は、2層以上の積層構造を有していてもよい。酸化物半導体層が積層構造を有する場合には、酸化物半導体層は、非晶質酸化物半導体層と結晶質酸化物半導体層とを含んでいてもよい。あるいは、結晶構造の異なる複数の結晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。また、複数の非晶質酸化物半導体層を含んでいてもよい。酸化物半導体層が上層と下層とを含む2層構造を有する場合、上層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップは、下層に含まれる酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きいことが好ましい。ただし、これらの層のエネルギーギャップの差が比較的小さい場合には、下層の酸化物半導体のエネルギーギャップが上層の酸化物半導体のエネルギーギャップよりも大きくてもよい。
非晶質酸化物半導体および上記の各結晶質酸化物半導体の材料、構造、成膜方法、積層構造を有する酸化物半導体層の構成などは、例えば特開2014−007399号公報に記載されている。参考のために、特開2014−007399号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
酸化物半導体層は、例えば、In、GaおよびZnのうち少なくとも1種の金属元素を含んでもよい。本実施形態では、酸化物半導体層は、例えば、In−Ga−Zn−O系の半導体(例えば酸化インジウムガリウム亜鉛)を含む。ここで、In−Ga−Zn−O系の半導体は、In(インジウム)、Ga(ガリウム)、Zn(亜鉛)の三元系酸化物であって、In、GaおよびZnの割合(組成比)は特に限定されず、例えばIn:Ga:Zn=2:2:1、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:2等を含む。このような酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系の半導体を含む酸化物半導体膜から形成され得る。
In−Ga−Zn−O系の半導体は、アモルファスでもよいし、結晶質でもよい。結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体としては、c軸が層面に概ね垂直に配向した結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体が好ましい。
なお、結晶質In−Ga−Zn−O系の半導体の結晶構造は、例えば、上述した特開2014−007399号公報、特開2012−134475号公報、特開2014−209727号公報などに開示されている。参考のために、特開2012−134475号公報および特開2014−209727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。In−Ga−Zn−O系半導体層を有するTFTは、高い移動度(a−SiTFTに比べ20倍超)および低いリーク電流(a−SiTFTに比べ100分の1未満)を有しているので、駆動TFT(例えば、非送受信領域に設けられる駆動回路に含まれるTFT)および各アンテナ単位領域に設けられるTFTとして好適に用いられる。
酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系半導体の代わりに、他の酸化物半導体を含んでいてもよい。例えばIn−Sn−Zn−O系半導体(例えばIn23−SnO2−ZnO;InSnZnO)を含んでもよい。In−Sn−Zn−O系半導体は、In(インジウム)、Sn(スズ)およびZn(亜鉛)の三元系酸化物である。あるいは、酸化物半導体層は、In−Al−Zn−O系半導体、In−Al−Sn−Zn−O系半導体、Zn−O系半導体、In−Zn−O系半導体、Zn−Ti−O系半導体、Cd−Ge−O系半導体、Cd−Pb−O系半導体、CdO(酸化カドミウム)、Mg−Zn−O系半導体、In−Ga−Sn−O系半導体、In−Ga−O系半導体、Zr−In−Zn−O系半導体、Hf−In−Zn−O系半導体、Al−Ga−Zn−O系半導体、Ga−Zn−O系半導体などを含んでいてもよい。
図3に示す例では、TFT10は、トップゲート構造を有するチャネルエッチ型のTFTである。「チャネルエッチ型のTFT」では、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されておらず、ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、半導体層の上面と接するように配置されている。チャネルエッチ型のTFTは、例えば半導体層上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。ソース・ドレイン分離工程において、チャネル領域の表面部分がエッチングされる場合がある。
なお、TFT10、10aは、チャネル領域上にエッチストップ層が形成されたエッチストップ型TFTであってもよい。エッチストップ型TFTでは、ソースおよびドレイン電極のチャネル側の端部下面は、例えばエッチストップ層上に位置する。エッチストップ型のTFTは、例えば半導体層のうちチャネル領域となる部分を覆うエッチストップ層を形成した後、半導体層およびエッチストップ層上にソース・ドレイン電極用の導電膜を形成し、ソース・ドレイン分離を行うことによって形成される。ただし、エッチストップ型TFTを有するTFT基板は、エッチストップ層を形成するためのフォトマスクの分だけ、製造に必要なフォトマスク数が増える。
また、TFT10、10aは、ソースおよびドレイン電極が半導体層の上面と接するトップコンタクト構造を有するが、ソースおよびドレイン電極は半導体層の下面と接するように配置されていてもよい(ボトムコンタクト構造)。
<アンテナ単位の配列、ゲートバスライン、ソースバスラインの接続の例>
本発明の実施形態による走査アンテナにおいて、アンテナ単位は例えば、同心円状に配列される。
例えば、m個の同心円に配列されている場合、ゲートバスラインは例えば、各円に対して1本ずつ設けられ、合計m本のゲートバスラインが設けられる。送受信領域R1の外径を、例えば800mmとすると、mは例えば、200である。最も内側のゲートバスラインを1番目とすると、1番目のゲートバスラインには、n個(例えば30個)のアンテナ単位が接続され、m番目のゲートバスラインにはnx個(例えば620個)のアンテナ単位が接続されている。
このような配列では、各ゲートバスラインに接続されているアンテナ単位の数が異なる。また、最も外側の円を構成するnx個のアンテナ単位に接続されているnx本のソースバスラインには、m個のアンテナ単位が接続されているが、内側の円を構成するアンテナ単位に接続されているソースバスラインに接続されているアンテナ単位の数はmよりも小さくなる。
このように、走査アンテナにおけるアンテナ単位の配列は、LCDパネルにおける画素(ドット)の配列とは異なり、ゲートバスラインおよび/またはソースバスラインによって、接続されているアンテナ単位の数が異なる。したがって、全てのアンテナ単位の容量(液晶容量+補助容量)を同じにすると、ゲートバスラインおよび/またはソースバスラインによって、接続されている電気的な負荷が異なることになる。そうすると、アンテナ単位への電圧の書き込みにばらつきが生じるという問題がある。
そこで、これを防止するために、例えば、補助容量の容量値を調整することによって、あるいは、ゲートバスラインおよび/またはソースバスラインに接続するアンテナ単位の数を調整することによって、各ゲートバスラインおよび各ソースバスラインに接続されている電気的な負荷を略同一にすることが好ましい。
本発明の実施形態による走査アンテナは、必要に応じて、例えばプラスチック製の筺体に収容される。筺体にはマイクロ波の送受信に影響を与えない誘電率εMが小さい材料を用いることが好ましい。また、筺体の送受信領域R1に対応する部分には貫通孔を設けてもよい。さらに、液晶材料が光に曝されないように、遮光構造を設けてもよい。遮光構造は、例えば、TFT基板101の誘電体基板1および/またはスロット基板201の誘電体基板51の側面から誘電体基板1および/または51内を伝播し、液晶層に入射する光を遮光するように設ける。誘電異方性ΔεMが大きな液晶材料は、光劣化しやすいものがあり、紫外線だけでなく、可視光の中でも短波長の青色光も遮光することが好ましい。遮光構造は、例えば、黒色の粘着テープなどの遮光性のテープを用いることによって、必要な個所に容易に形成できる。
本発明による実施形態は、例えば、移動体(例えば、船舶、航空機、自動車)に搭載される衛星通信や衛星放送用の走査アンテナおよびその製造に用いられる。
1 :誘電体基板
3 :ゲートメタル層
3C :上部補助容量電極
3G :ゲート電極
3a :接続部
3c、3gA、3sA :上部接続部
3p1A、3p1B、3p2 :上部接続部
3scA、3scB :CSバスライン接続部
3sgA、3sgB :ゲートバスライン接続部
4 :ゲート絶縁層
4a、4c、4g、4s、4sc1、4sg1 :開口部
4p1A、4p1B、4p2 :開口部
5 :半導体層
6D :ドレインコンタクト層
6S :ソースコンタクト層
7 :ソースメタル層
7C :下部補助容量電極
7D :ドレイン電極
7S :ソース電極
7c、7gA、7sA :下部接続部
7p1A、7p1B、7p2 :下部接続部
7sc :CS下部接続配線
7sg :ゲート下部接続配線
15 :パッチ電極
20 :下地絶縁層
32A :第1配向膜
42A :第2配向膜
51 :誘電体基板
52 :第3絶縁層
54 :誘電体層(空気層)
55 :スロット電極
55L :下層
55M :主層
55U :上層
57 :スロット
58 :第4絶縁層
60 :上部接続部
65 :反射導電板
67 :接着層
68 :ヒーター用抵抗膜
70 :給電装置
71 :導電性ビーズ
72 :給電ピン
73 :シール部
101、101a、101b、101c :TFT基板
100A :液晶パネル
201 :スロット基板
301 :導波路
1000 :走査アンテナ
CL :CSバスライン
GD :ゲートドライバ
GL :ゲートバスライン
GT :ゲート端子部
SD :ソースドライバ
SG :ゲート−ソース接続部
SL :ソースバスライン
ST :ソース端子部
PT :トランスファー端子部
IT :端子部
LC :液晶層
R1 :送受信領域
R2 :非送受信領域
Rs :シール領域
U :アンテナ単位、アンテナ単位領域

Claims (11)

  1. 誘電体基板と、前記誘電体基板上に配列された複数のアンテナ単位領域とを有し、
    前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれは、TFTと、前記TFTのドレイン電極に電気的に接続されたパッチ電極とを有し、
    前記複数のアンテナ単位領域を含む送受信領域と、前記送受信領域以外の領域に位置する非送受信領域とを備えるTFT基板であって、
    前記誘電体基板に支持され、前記TFTのソース電極、前記ドレイン電極、および前記ソース電極に接続されたソースバスラインを含むソースメタル層と、
    前記ソースメタル層上に形成され、前記TFTのゲート電極および前記ゲート電極に接続されたゲートバスラインを含むゲートメタル層と、
    前記誘電体基板に支持された、前記TFTの半導体層と、
    前記半導体層と前記ゲートメタル層との間に形成されたゲート絶縁層と
    を有し、
    前記ソースメタル層は、前記パッチ電極をさらに含み、
    前記非送受信領域に配置されたソース端子部をさらに有し、
    前記ソース端子部は、
    前記ソースメタル層に含まれ、前記ソースバスラインと電気的に接続されたソース端子用下部接続部と、
    前記ゲート絶縁層に形成され、前記ソース端子用下部接続部に達する第1開口部と、
    前記第1開口部内で前記ソース端子用下部接続部と接続されているソース端子用上部接続部と
    を有し、
    前記ゲートメタル層は、前記ソース端子用上部接続部をさらに含む、TFT基板。
  2. 前記ゲートメタル層は、MoNbNi層、MoNb層、MoW層、W層、Ta層、およびTi層からなる群から選択される1つの層または2以上の層の積層から形成されている第1導電層と、前記第1導電層上に形成され、透明導電層を含む第2導電層とを含む、請求項1に記載のTFT基板。
  3. 前記ソース端子用上部接続部は、前記第1導電層と前記第2導電層とを含み、
    前記ソース端子用上部接続部の前記第1導電層の側面と、前記ソース端子用上部接続部の前記第2導電層の側面とは整合している、請求項2に記載のTFT基板。
  4. 前記ゲート絶縁層に形成され、前記パッチ電極に達する第2開口部と、
    前記第2開口部内で露出されている前記パッチ電極を覆う接続部とをさらに有し、
    前記ゲートメタル層は、前記接続部をさらに含む、請求項1から3のいずれかに記載のTFT基板。
  5. 前記接続部は、前記第1導電層と前記第2導電層とを含み、
    前記接続部の前記第1導電層の側面と、前記接続部の前記第2導電層の側面とは整合している、請求項2を引用する請求項4に記載のTFT基板。
  6. 前記非送受信領域に配置されたゲート−ソース接続部をさらに有し、
    前記ゲート−ソース接続部は、
    前記ソースメタル層に含まれ、前記ソースバスラインと電気的に分離されたゲート下部接続配線と、
    前記ゲート絶縁層に形成され、前記ゲート下部接続配線に達する第3開口部と、 前記ゲートメタル層に含まれ、前記ゲートバスラインと電気的に接続され、前記第3開口部内で前記ゲート下部接続配線と接続されているゲートバスライン接続部と
    を有する、請求項1から5のいずれかに記載のTFT基板。
  7. 前記非送受信領域に配置されたゲート端子部をさらに有し、
    前記ゲート端子部は、
    前記ソースメタル層に含まれ、前記ゲート下部接続配線と電気的に接続されたゲート端子用下部接続部と、
    前記ゲート絶縁層に形成され、前記ゲート端子用下部接続部に達する第4開口部と、
    前記ゲートメタル層に含まれ、前記第4開口部内で前記ゲート端子用下部接続部と接続されているゲート端子用上部接続部と
    を有する、請求項6に記載のTFT基板。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載のTFT基板と、
    前記TFT基板と対向するように配置されたスロット基板と、
    前記TFT基板と前記スロット基板との間に設けられた液晶層と、
    前記スロット基板の前記液晶層と反対側の表面に誘電体層を介して対向するように配置された反射導電板と
    を備え、
    前記TFT基板は、前記ゲートメタル層を覆う第1配向膜をさらに有し、
    前記スロット基板は、さらなる誘電体基板と、前記さらなる誘電体基板の前記液晶層側の表面に形成されたスロット電極と、前記スロット電極を覆う第2配向膜とを有し、
    前記スロット電極は複数のスロットを有し、前記複数のスロットのそれぞれは、前記TFT基板の前記複数のアンテナ単位領域のそれぞれにおける前記パッチ電極に対応して配置されている、走査アンテナ。
  9. 請求項1から7のいずれかに記載のTFT基板の製造方法であって、
    前記誘電体基板上にソース用導電膜を形成する工程Aと、
    前記ソース用導電膜をパターニングすることにより、前記ソースメタル層を形成する工程Bと、
    前記ソースメタル層を覆うゲート絶縁膜を堆積する工程Cと、
    前記ゲート絶縁膜のエッチングを行うことによって、前記ゲート絶縁層を得る工程Dと、
    前記ゲート絶縁層上にゲート用導電膜を形成する工程Eと、
    前記ゲート用導電膜をパターニングすることにより、前記ゲートメタル層を形成する工程Fと
    を包含する、TFT基板の製造方法。
  10. 前記工程Eは、前記ゲート絶縁層上に第1導電膜を形成する工程と、前記第1導電膜上に第2導電膜を形成する工程とを包含し、
    前記工程Fは、前記第1導電膜および前記第2導電膜を同一のエッチングマスクを用いてエッチングする工程と包含する、請求項9に記載のTFT基板の製造方法。
  11. 前記第1導電膜は、MoNbNi膜、MoNb膜、MoW膜、W膜、Ta膜、およびTi膜からなる群から選択される1つの膜または2以上の膜の積層から形成されており、
    前記第2導電膜は、透明導電膜を含む、請求項10に記載のTFT基板の製造方法。
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