JP3566874B2

JP3566874B2 - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP3566874B2
Application number: JP05955599A
Authority: JP
Inventors: 猛原; 明弘山本; 和樹小林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP2000258762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワードプロセッサやパーソナルコンピューターなどのＯＡ機器や、電子手帳などの携帯情報機器、あるいは液晶モニターを備えたカメラ一体型ＶＴＲなどに用いられる液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、ワードプロセッサやパーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、スチルカメラ、車載モニター、携帯ＯＡ機器、携帯ゲーム機などに広く用いられている。
【０００３】
このような液晶表示装置には、画素電極にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）などの透明電極を用いた透過型の液晶表示装置と、画素電極に金属などの反射電極を用いた反射型の液晶表示装置とがある。
【０００４】
本来、液晶表示装置はＣＲＴ（ブラウン管）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などとは異なり、自ら発光する自発光型の表示装置ではないため、透過型の液晶表示装置の場合には、液晶表示装置の背後に蛍光管などの照明装置、所謂バックライトを配置して、そこから入射される光によって表示を行っている。また、反射型の液晶表示装置の場合には、外部からの入射光を反射電極によって反射させることによって表示を行っている。
【０００５】
ここで、透過型の液晶表示装置の場合は、上述のようにバックライトを用いて表示を行うために、周囲の明るさにさほど影響されることなく、明るくて高コントラストを有する表示を行うことができるという利点を有しているものの、通常バックライトは液晶表示装置の全消費電力のうち５０％以上を消費することから、消費電力が大きくなってしまうという問題も有している。
【０００６】
また、反射型の液晶表示装置の場合は、上述のようにバックライトを使用しないために、消費電力を極めて小さくすることができるという利点を有しているものの、周囲の明るさなどの使用環境あるいは使用条件によって表示の明るさやコントラストが左右されてしまうという問題も有している。
【０００７】
このように、反射型の液晶表示装置においては、周囲の明るさなどの使用環境、特に外光が暗い場合には視認性が極端に低下するという欠点を有しており、また、一方の透過型の液晶表示装置においても、これとは逆に外光が非常に明るい場合、例えば晴天下などでの視認性が低下してしまうというような問題を有していた。
【０００８】
こうした問題点を解決するための手段として、透過型と反射型との両方の機能を合わせ持った液晶表示装置が、例えば特願平９−２０１１７６号などにより提案されている。この特許出願により提案された液晶表示装置は、１つの表示画素に外光を反射する反射領域とバックライトからの光を透過する透過領域とを作り込むことにより、周囲が真っ暗の場合には、バックライトからの透過領域を透過する光を利用して表示を行なう透過型液晶表示装置として、また、外光が暗い場合には、バックライトからの透過領域を透過する光と光反射率の比較的高い膜により形成した反射領域により反射する光との両方を利用して表示を行う両用型液晶表示装置として、さらに、外光が明るい場合には、光反射率の比較的高い膜により形成した反射領域により反射する光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置として用いることができるというような構成の透過反射両用型の液晶表示装置である。
【０００９】
このような構成の透過反射両用型の液晶表示装置は、外光の明るさに関わらず、常に視認性が優れた液晶表示装置の提供を可能にしたものであるが、透過型と反射型との両方で明るく色純度の高いカラー表示を実現するためには、あらゆる角度からの入射光に対し、表示画面に垂直な方向へ散乱する光の強度を増加させる必要がある。また、優れた表示を実現するためには、まず反射領域により反射する光を利用して表示を行う場合にペーパーホワイト表示を可能にする必要がある。そのため、あらゆる角度からの入射光に対して観測者方向へ散乱させるような最適な反射特性を有する光利用効率の高い反射手段を作製することが必要となっている。
【００１０】
こうした反射手段の作製方法としては、フォトリソ工程と熱処理工程とを併用する手法が知られており、これは、例えば基板上に感光性樹脂を塗布し、円形の遮光領域が配列された遮光手段を介して感光性樹脂を露光および現像した後に熱処理を行うことにより、複数の凹凸部を形成するものであり、この凹凸部の上に凹凸部の形状に沿って金属薄膜からなる反射板を形成することにより入射した光を散乱させるというものである。また、反射板を基板の外側（液晶層とは反対側）に形成することで問題となるガラス厚みの影響による二重映りの発生についても、反射板を基板の内部に形成して画素電極と兼ねる構造、つまり反射電極とすることで解決している。
【００１１】
このような反射手段の作製おける露光工程では、ステッパ露光機や大型一括露光機などの露光機が使用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の反射手段の作製方法には、以下に示すような問題があった。
【００１３】
上述した大型一括露光機は、一度で広い面積を露光することが可能であるが、ステッパ露光機に比べて、光線の照射強度や平行度の面内ばらつきが大きい。したがって、大型一括露光機を用いて反射板を作製すると、明るさが画面全体に一様でなく、例えば露光中心付近が明るく、端部が暗い反射特性となり、実用に供させる反射板を得ることは難しかった。このため、反射板の製造には、一般的には、レンズ系で光源光を平行光に近づけ、面内ばらつきを小さくしたステッパ露光機が使用されてきた。しかしながら、図８（ａ）に示すように、ステッパ露光機で一度で露光できる領域１１は直径６インチ程度であるため、凹凸が形成される領域１０は最大でも対角６インチ程度の正方形である。
【００１４】
そこで、例えば６インチ以上の露光する場合には、図８（ｂ）に示すように、第１領域１２ａを第１回目に露光（露光可能領域１３ａ、露光中心１４ａ）し、その後、第２領域１２ｂを第２回目で露光（露光可能領域１３ｂ、露光中心１４ｂ）する方法が用いられていた。しかしながら、ステッパ露光機を用いても、光線の面内ばらつき（像の歪み：中心部では光線の平行度が高いが、端部では光線の平行度が低下する）がどうしても存在するために、得られた反射板は干渉縞を発生し、第１回目と第２回目の露光の「継ぎ目（境界）」１５が観測されるという問題があった。
【００１５】
ステッパ露光機における光線の面内ばらつきをより小さくするためには、１ショットで露光される領域１２ａおよび１２ｂの面積を小さくすれば解決される。しかしながら、この方法では、より多くの露光工程とそれに伴う位置合わせ工程が増えるため、生産効率が著しく低下するという問題がある。
【００１６】
本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、露光の継ぎ目が表示品位を低下しない反射領域を有する液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するための本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟んで互いに対向して配置される一対の基板のうちの一方側の基板上に、反射領域と、感光性薄膜が局部的に除去された透過領域とを有する複数の画素電極が形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、前記複数の画素電極を構成する反射領域に、凹凸形状からなる感光性薄膜を形成する工程を有してなり、前記工程は、前記一方側の基板表面に感光性薄膜を形成する工程と、該感光性薄膜の互いに隣接する第１領域と第２領域とを、それぞれ所定のパターンを有するマスクを用いてそれぞれ独立に露光する第１および第２露光工程と、該露光された感光性薄膜を現像することによって所定のパターンを有する複数の凹凸を形成する工程と、を含有し、前記第１および第２露光工程は、前記第１領域と第２領域との境界領域に、前記透過領域が存在するように露光する工程であることを特徴としている。
【００１８】
また、上述した目的を達成するための本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟んで互いに対向して配置される一対の基板のうちの一方側の基板上に、反射領域を有する複数の画素電極と、該複数の画素電極にコンタクトホールを介して接続される複数のスイッチング素子とが形成されてなる液晶表示装置の製造方法において、前記複数の画素電極を構成する反射領域に、凹凸形状からなる感光性薄膜を形成する工程を有してなり、前記工程は、前記一方側の基板表面に感光性薄膜を形成する工程と、該感光性薄膜の互いに隣接する第１領域と第２領域とを、それぞれ所定のパターンを有するマスクを用いてそれぞれ独立に露光する第１および第２露光工程と、該露光された感光性薄膜を現像することによって所定のパターンを有する複数の凹凸を形成する工程と、を含有し、
前記第１および第２露光工程は、前記第１領域と第２領域との境界領域に、前記凹凸形状の所定のパターンを有する感光性薄膜が存在しない領域である前記コンタクトホールが存在するように露光する工程であることを特徴としている。
【００１９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２０】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、最適な反射特性を得るための凹凸を形成するために、感光性樹脂膜を塗布した後露光する工程において、露光のショットの継ぎ目を感光性薄膜が局部的に除去された透過領域もしくはコンタクトホール領域にすることによって、上述したような問題点を解決している。
【００２１】
具体的は、ステッパ露光機の光線の歪みについて、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照しながら説明する。ステッパ露光機の光線は完全な平行光ではないので、ステッパ露光機によって投影された実際の像１８は、完全な平行光をマスクに照射して得られる理想の像１６から歪む。その歪みの程度は、周辺部ほど大きくなる。複数の円形の領域を照射するためのマスクを用いた場合、露光領域中央部では円形のパターン１８ａが露光されるが、周辺部では所定のパターンである円形は得られず楕円形１８ｂ〜１８ｅとなる。
【００２２】
露光機のレンズの歪み（倍率誤差を含む）はレンズ・ディストーションと呼ばれ、ディストーションは、複数の理想格子点（例えば、大きさの異なる正方形または矩形の頂点）パターンを有するマスク（レチクル）を用いて露光し、露光されたパターンと理想格子点とのずれを測定することによって求められる。
【００２３】
基板表面に形成した感光性薄膜を２回の露光工程で露光し現像することによって、図２（ａ）に示すように、複数の凹凸を形成した。第１の露光工程で第１の領域１２ａを露光し、第２の露光工程で第２の領域１２ｂを露光した。ここでは、所定の形状として円形を用い、それぞれの領域１２ａおよび１２ｂの重心位置をそれぞれの露光工程の中心位置とした。領域１２ａおよび１２ｂの重心位置とは、それぞれの領域が均一な厚さで均一な密度を有すると仮定した場合の重心の位置をいう。
【００２４】
露光の中心付近の領域１６ａおよび１６ｂでは、図２（ｂ）に示すように、得られた凹凸の形状は円形であった。しかしながら、露光の周辺部１７ａおよび１７ｂにおいては、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように、得られた凹凸の形状は楕円形であった。また、楕円の長軸は、露光中心を中心とする円の半径方向に配列し、外側ほど長軸の長い楕円形となった。したがって、隣接する第１領域１２ａと第２領域１２ｂとの境界１５の近傍の両側における凹凸の形状は大きく円形から歪む。さらに、最も歪みの大きいコーナー部１７ａ、１７ａ´、１７ｂ、および１７ｂ´における凹凸の楕円の長軸の方向は、境界１５に対して鏡像の関係にあり、境界１５の両側で不連続に大きく変化する。
【００２５】
すなわち、ステッパ露光機の光線の歪みを受けて、凹凸形状が形成される。等方的な円形状の凹凸部に入射光が当った場合と、異方性を有する楕円状の凹凸部に入射光が当った場合とでは、おのずと反射特性も変わってくる。凹凸形状が円形状のように等方的であれば、特定の方向で反射強度が強まるようなことがなく等方的な反射強度を有する反射特性となる。一方、凹凸形状が楕円状のように異方性であれば、特定の方向で反射強度が強くなり反射強度にも異方性を有する反射特性となる。そして、楕円の形状が細長くなり異方性が大きくなればなるほど方向における反射強度の差は大きくなる。
【００２６】
一回の露光領域内では、光線の歪み方が連続的であり、凹凸形状も徐々に変化し、それに伴う反射特性の変化も滑らかになるので、表示品位においてはさほど問題が起こらない。しかしながら、露光領域の境界では、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、露光中心から遠ざかっているゆえに歪みが大きく、しかも、歪む方向が不連続に変化しているため、異方性の大きい反射特性が不連続に変化することになり、反射特性の変化量が他の領域に比べて格段に大きくなってしまい、継ぎ目が観測されてしまう。
【００２７】
本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、例えば図５に示すように、最適な反射特性を得るための凹凸形状を形成するために、感光性樹脂膜に凹凸形状を形成するための露光工程において、露光のショットの継ぎ目１５を透過領域部分にすることによって、境界領域に凹凸形状を形成する感光性樹脂の存在領域を少なくすることが可能となる。よって、異方性の大きい反射特性を有する領域が低減するため、境界領域における反射特性の変化量を小さくすることができ、継ぎ目を目立たなくすることが可能となる。
【００２８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、例えば図３に示すように、最適な反射特性を得るための凹凸形状を形成するために、感光性樹脂膜に凹凸形状を形成するための露光をする工程において、露光のショットの継ぎ目１５をコンタクトホール部分にすることによって、境界領域に凹凸形状を形成する感光性樹脂の存在領域を少なくすることが可能となる。よって、異方性の大きい反射特性を有する領域が低減するため、境界領域における反射特性の変化量を小さくすることができ、継ぎ目を目立たなくすることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態で用いた透過反射両用型の液晶表示装置の画素部分における透過領域と反射領域およびスイッチング素子であるＴＦＴのプロセスを示した断面図である。
【００３１】
本実施形態における液晶表示装置の画素部分を構成する透過領域と反射領域およびＴＦＴにおいては、まず、図４（ａ）に示すように、絶縁性基板１上にベースコート膜としてＴａ₂Ｏ₅、Ｓｉ０₂などの絶縁膜を形成し（図示せず）、その後、絶縁性基板１に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａなどからなる金属薄膜をスパッタリング法にて作成し、パターニングしてゲート電極２を形成する。
【００３２】
次に、上述したゲート電極２を覆って絶縁性基板１上にゲート絶縁膜４を積層する。本実施形態では、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＮｘ膜を３０００Å積層してゲート絶縁膜４とした。なお、絶縁性を高めるために、ゲート電極２を陽極酸化して、この陽極酸化膜を第１のゲート絶縁膜３とし、ＳｉＮなどの絶縁膜をＣＶＤ法により形成して、第２の絶縁膜４としてもよい。
【００３３】
次に、チャネル層５（アモルファスＳｉ）と電極コンタクト層６（リン等の不純物をドーピングしたアモルファスＳｉまたは微結晶Ｓｉ）とをゲート絶縁膜４上に連続してＣＶＤ法により、それぞれ１５００Åと５００Å積層し、電極コンタクト層６とチャネル層５との両Ｓｉ膜をＨＣｌ＋ＳＦ₆混合ガスによるドライエッチング法などによりパターニングして形成する。
【００３４】
その後、図４（ｂ）に示すように、スパッタリング法により透過領域を構成する電極材料として透明導電膜（ＩＴＯ）７、１０を１５００Å積層し、続いて、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａ膜等の金属薄膜８、９を積層する。そして、これらをパターニングすることにより、ソース電極７、８並びにドレイン電極９、１０を形成する。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、この絶縁性基板１上に感光性樹脂膜１１を塗布する。ここでは、ポジ型レジストであるＯＦＰＲ−８００（東京応化社製）を５００〜３００００ｒｐｍでスピンコートし、約３０秒間ホットプレートによりプリベークを行った。これにより、本実施形態では２μｍの膜厚の感光性樹脂膜１１が得られた。
【００３６】
ここで、画素部分における反射領域に存在する感光性樹脂膜１１に、凹凸パターンを形成する。この凹凸パターンを形成する工程について、図６、図７を用いて説明する。
【００３７】
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、ランダムな位置に配置された直径約６μｍの円形の遮光パターンを有する図７（ａ）に示すようなフォトマスク１３０を絶縁性基板１０１に平行に配置し、第１回目の露光を行う。なお、この図６では、１０１は絶縁性基板を示しており、１１０ａは感光性樹脂膜を示している。また、このとき第２回目の露光を行う領域には、光が当たらないようにブラインドを設置しておく。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１回目の露光領域と連続するようにフォトマスク１３０を配置し、第１回目の露光領域に光が当たらないようブラインドを設置してから第２回目の露光を行う。
【００３９】
このとき、各露光ショットの継ぎ目は、図５に示すように、透過領域１３もしくはコンタクトホール領域１２上に形成されるように設計されており、後述するように、透過領域１３もしくはコンタクトホール領域１２上の感光性樹脂は除去される。これにより、各露光ショットの継ぎ目上に存在する凹凸状の感光性樹脂が少ない状態で反射領域を構成する電極材料が形成されるため、各露光ショット毎の露光量や位置などの条件にばらつきがあっても、反射領域を構成する電極材料の反射特性の変化量を小さくすることができ、各露光ショットの継ぎ目を目立たなくすることが可能となっている。
【００４０】
続いて、透過領域１３およびコンタクトホール領域１２上に存在する感光性樹脂膜を除去するために、図７（ｂ）に示すようなフォトマスクを用いて、上述した凹凸パターンの形成時よりも強い照射の露光を行った後、現像を行う。
【００４１】
そして、図６（ｃ）に示すように、主に反射領域に対応する領域に、円形を有する複数の凹凸１１０ｂを形成した。
【００４２】
その後、図６（ｄ）に示すように、複数の凹凸１１０ｂに対して約１２０℃〜２５０℃で熱処理を行い、熱だれによって凹凸１１０ｂの形状を滑らかにするとともに熱硬化して、凹凸１１０を形成した。
【００４３】
このようにして形成した凹凸パターンを含む絶縁性基板１上に、図４（ｄ）に示すように、反射領域を構成する電極材料としてＡｌとＭｏとの積層膜１４（Ａｌ／Ｍｏ）をスパッタリング法により、１０００／５００Åの膜厚により成膜する。
【００４４】
その後、硝酸＋酢酸＋リン酸＋水からなるエッチャントを使用して、反射領域を構成する電極材料であるＡｌ／Ｍｏを同時にエッチングして反射電極１４を形成した。以上のようにして、本実施形態における液晶表示装置のＴＦＴ部分と画素部分とは完成する。
【００４５】
最後に、配向膜塗布や対向基板との貼り合わせ、液晶の注入などの公知の液晶表示装置の製造方法を用い、背面にバックライトを設置して透過反射両用型の液晶表示装置を完成させた。
【００４６】
また、得られた液晶表示装置で表示を行ったところ、パネル全体にわたって反射特性にばらつきがなく、しかも露光ショット間における継ぎ目も目立たない均一な表示を実現することができた。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、最適な反射特性を得るための凹凸形状を形成するために、感光性樹脂膜に凹凸形状を形成するための露光工程において、露光のショットの継ぎ目を、感光性薄膜が局部的に除去された透過領域部分またはコンタクトホール部分にすることによって、境界領域に凹凸形状を形成する感光性樹脂の存在領域を少なくすることが可能となる。よって、異方性の大きい反射特性を有する領域が低減するため、境界領域における反射特性の変化量を小さくすることができ、継ぎ目を目立たなくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、ステッパ露光機の光線の歪みを模式的に示した図面であり、図１（ｂ）は、円形のマスクを用いたときの形状の変化を模式的に示した図面である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、２回露光を用いて反射板を形成した場合の凹凸形状の位置による変化を模式的に示した図面である。
【図３】図３は、本実施形態における液晶表示装置の画素部分の透過領域と反射領域およびスイッチング素子を示した平面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態における液晶表示装置の画素部分のプロセス断面を示した図面である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態における液晶表示装置の反射板の凹凸のプロセス断面を示した図面である。
【図６】図６は、本実施形態における液晶表示装置の画素部分の凹凸を示した平面図である。
【図７】図７（ａ）（ｂ）は、本実施形態における液晶表示装置のプロセスで用いるホトマスクを示した平面図である。
【図８】図８（ａ）は、ステッパ露光機を用いて１回で露光できる領域を模式的に示した図面であり、図８（ｂ）は、２回の露光で露光できる領域を模式的に示した図面である。
【符号の説明】
１ガラス基板
２ゲート電極
３陽極酸化膜
４絶縁膜
５チャネル層
６電極コンタクト層
７ソース電極（ＩＴＯ）
８ソース電極（Ｔａ）
９ドレイン電極（Ｔａ）
１０ドレイン電極（ＩＴＯ）
１１感光性樹脂膜
１２コンタクトホール
１３透過部分
１４反射電極（Ａｌ／Ｍｏ）
１５感光性樹脂を露光する際のショットの継ぎ目
１６反射電極の凹凸部

Claims

液晶層を挟んで互いに対向して配置される一対の基板のうちの一方側の基板上に、反射領域と、感光性薄膜が局部的に除去された透過領域とを有する複数の画素電極が形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
前記複数の画素電極を構成する反射領域に、凹凸形状からなる感光性薄膜を形成する工程を有してなり、
前記工程は、前記一方側の基板表面に感光性薄膜を形成する工程と、該感光性薄膜の互いに隣接する第１領域と第２領域とを、それぞれ所定のパターンを有するマスクを用いてそれぞれ独立に露光する第１および第２露光工程と、該露光された感光性薄膜を現像することによって所定のパターンを有する複数の凹凸を形成する工程と、を含有し、
前記第１および第２露光工程は、前記第１領域と第２領域との境界領域に、前記透過領域が存在するように露光する工程であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
液晶層を挟んで互いに対向して配置される一対の基板のうちの一方側の基板上に、反射領域を有する複数の画素電極と、該複数の画素電極にコンタクトホールを介して接続される複数のスイッチング素子とが形成されてなる液晶表示装置の製造方法において、
前記複数の画素電極を構成する反射領域に、凹凸形状からなる感光性薄膜を形成する工程を有してなり、
前記工程は、前記一方側の基板表面に感光性薄膜を形成する工程と、該感光性薄膜の互いに隣接する第１領域と第２領域とを、それぞれ所定のパターンを有するマスクを用いてそれぞれ独立に露光する第１および第２露光工程と、該露光された感光性薄膜を現像することによって所定のパターンを有する複数の凹凸を形成する工程と、を含有し、
前記第１および第２露光工程は、前記第１領域と第２領域との境界領域に、前記凹凸形状の所定のパターンを有する感光性薄膜が存在しない領域である前記コンタクトホールが存在するように露光する工程であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。