JP2000089212A

JP2000089212A - 遮光膜形成方法および液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000089212A
Application number: JP25297998A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yoshida; 正典吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクを用いることなく、高抵抗かつ高遮光
性のブラックマトリクスを、高い位置精度かつパターン
直線性でアレイ基板の電極配線上に形成する。【解決手段】スイッチング能動素子４、信号線および
走査線を形成したガラス基板３上に熱硬化性遮光膜材料
５０を塗布、乾燥した後、誘導加熱法によりソース電極
１５、ドレイン電極１６、ゲート電極１７を加熱し、ス
イッチング能動素子４、信号線および走査線上の熱硬化
性遮光膜材料５０を硬化し、未硬化部位を除去すること
により、遮光膜５を所要パタ−ン形状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
ている電極上に遮光膜を形成する遮光膜形成方法、およ
び、液晶表示装置の製造方法、特に、液晶表示装置の高
開口化、パネル組立容易化、高コントラスト化を目的と
して、画素電極を駆動するためのスイッチング素子が形
成されたアレイ基板の表面に遮光パターンを設けた、ブ
ラックマトリクスオンアレイ型の液晶表示装置の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦ
ｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ、以下「ＴＦＴ」と称す
る）型の液晶表示装置（以下「液晶パネル」と称する）
の断面構成を、図３に示す。このＴＦＴ型液晶パネル
は、アレイ基板１と、カラ−フィルタ基板２とを有す
る。このうちアレイ基板１は、ガラス基板３上に信号線
および走査線と共に形成されるスイッチング能動素子４
と、平坦化膜８と透明電極９とが形成されている。透明
電極９は、コンタクトホール７を介してスイッチング能
動素子４のドレイン電極と接続されている。対向基板２
は、ガラス基板３’上に遮光膜５と、カラ−フィルタ６
と、透明電極９’とが形成されている。これらアレイ基
板１と対向基板２との相対向する面には、配向膜１０、
１０’が形成されている。そして、ガラス基板３、３’
の周辺部がシ−ル材１１で固着され、球状のスペ−サ１
２を介して液晶１３が充填されることで、液晶パネルが
形成されている。なお、液晶パネルの用途に応じて、パ
ネル表裏面に偏光板１４、１４’が貼り付けられる。

【０００３】このような従来のＴＦＴ液晶パネルにおい
ては、アレイ基板１とカラ−フィルタ基板２とを組み合
わせる工程において、位置合わせ精度の問題が生じる。
このため、パタン設計の段階において、この位置合わせ
誤差を見込み、カラ−フィルタ２上に形成されている遮
光膜５のパタン幅を広くし、位置ズレ不良が発生しにく
い設計をしている。なお、遮光膜５のパタン幅を広くす
ることにより、画素開口率が小さくなり、液晶パネルの
表示品位として暗いものとなる。

【０００４】ところで、近年、液晶パネルの高輝度化の
実現のため、画素の高開口化が求められている。このた
め、画素の高開口化に伴って、製造設備における更なる
高精度アライメント技術の開発が行われている。しか
し、図３のような構成の液晶パネルでは、工法上、これ
以上の高開口化は困難な状況になっている。

【０００５】そこで、近年、アレイ基板上にブラックマ
トリクス、及び、カラ−フィルタを形成して組立時にア
ライメントを不要としたカラ−フィルタオンアレイ構造
の開発が行われ、またその技術開示が行われている。そ
の構造の一例を図４、図５に示す。図４は、カラ−フィ
ルタオンアレイ構造の液晶パネルの構成を示す断面図で
あり、図５は、そのアレイ電極およびスイッチング能動
素子の平面配置を示す平面図である。図５のＡ−Ａ’断
面が図４に相当する。なお、図４および図５において、
便宜上、図３で示した液晶パネルと同様の機能を持つ構
成部材については、図３と同一符号を付与している。

【０００６】図４および図５において、ガラス基板３上
に、ソース電極１５の一部、ドレイン電極１６、ゲート
電極１７の一部から構成されるスイッチング能動素子
４、および、信号線および走査線（ソース電極１５およ
びゲート電極１７のスイッチング能動素子４を構成する
部分を除いた部分；図５の格子状の配線部）が形成され
ており、その上に、ブラックマトリックスである遮光膜
５が形成されている。また、ガラス基板３上の、前記信
号線、前記走査線およびスイッチング能動素子４が形成
されている以外の部分には、カラ−フィルタ６が形成さ
れており、コンタクトホール７が形成されている部分を
除き、遮光膜５の上面とカラ−フィルタ６の上面とが面
一になっている。遮光膜５およびカラ−フィルタ６の上
には、平坦化膜８が形成され、その上に形成された透明
電極９は、コンタクトホール７を介してスイッチング能
動素子４のドレイン電極１６と接続されている。以上に
よりアレイ基板１が構成されている。対向基板２は、ガ
ラス基板３’上に、透明電極９’が形成されたものであ
る。これらアレイ基板１と対向基板２との相対向する面
には、配向膜１０、１０’が形成されている。そして、
ガラス基板３、３’の周辺部がシ−ル材１１で固着さ
れ、球状のスペ−サ１２を介して液晶１３が充填される
ことで、液晶パネルが形成されている。

【０００７】このカラ−フィルタオンアレイ構造によ
り、カラ−フィルタが形成されたアレイ基板と全面に電
極が形成された対向基板とのアライメントが不要とな
り、基板を組み立てる際の位置ズレ不良が無くなると共
に、アライメント作業が不要になって、工程を簡略化で
きる。また、両基板を組み合わせる際の位置合わせ精度
の問題が生じないため、この位置合わせ誤差を見込まな
くてもよいパタン設計ができ、遮光膜のパタン幅を更に
狭くした究極の超高開口化が実現できる。

【０００８】ブラックマトリクスオンアレイ構成では、
ブラックマトリクス材料がアレイ基板上の電極に直接接
触するため、ブラックマトリクス材料には、電極間の導
通の防止のため体積抵抗１０¹⁰Ω・ｃｍ以上、好ましく
は１０¹²Ω・ｃｍ以上の高い電気抵抗特性が要求され
る。また、スイッチング能動素子の光劣化防止のため、
ブラックマトリクス材料にはＯＤ２．０以上、好ましく
は２．５以上の高い遮光性が要求される。

【０００９】これらカラ−フィルタオンアレイにおける
ブラックマトリクス形成方法について数多くの報告がな
されている。そのうち、マスクを用いることなく簡便に
ブラックマトリクスを形成する手法として、電着法を用
いる方法、及び、ポジ型感光性樹脂を用い背面露光を行
う手法の報告がなされている（例えば、特開昭６３−２
３７０３３号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た背面露光法では、遮光膜に高遮光性のレジストを用い
る場合、ＵＶ光が遮光膜裏面に到達しないためパターン
の形成が困難であるという問題がある。また、電着法で
は、原理上、高い絶縁特性を持つブラックマトリクス材
料のパターニングが困難であるという問題がある。

【００１１】本発明は、上述した従来の遮光膜形成方法
および液晶表示装置の製造方法の課題を考慮し、高抵抗
かつ高遮光性の遮光膜を、マスクを用いることなく、精
度よく、基板上の電極上に形成できる遮光膜形成方法お
よび液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とす
るものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、第１の本発明（請求項１に記載の本発明に対
応）は、電極が形成されている基板の前記電極が形成さ
れている面上に熱硬化性の遮光膜材料を形成する遮光膜
材料形成工程と、前記遮光膜材料形成工程の後、前記電
極を誘導加熱法を用いて加熱することによって、前記電
極上に形成された前記遮光膜材料を硬化させる遮光膜硬
化工程と、前記遮光膜硬化工程の後、前記遮光膜材料の
未硬化部を除去する未硬化部除去工程とを含むことを特
徴とする遮光膜形成方法である。第１の本発明により、
電極配線を誘導加熱法を用いて加熱することによって、
マスクを用いずに高い位置精度で遮光膜を形成すること
が可能である。

【００１３】また、第２の本発明（請求項２に記載の本
発明に対応）は、前記遮光膜材料が、体積抵抗１０¹⁰Ω
・ｃｍ以上、ＯＤ値２以上のものであることを特徴とす
る第１の本発明の遮光膜形成方法である。第２の本発明
は、液晶表示装置の製造に適用する場合に、特に有効で
ある。なお、液晶表示装置の信頼性をより高めるため
に、前記遮光膜材料は体積抵抗１０¹²Ω・ｃｍ以上、Ｏ
Ｄ値２．５以上であることがより好ましい。

【００１４】第３の本発明（請求項３に記載の本発明に
対応）は、前記遮光膜材料が、熱硬化性樹脂に、遮光性
材料を添加して得られるものであることを特徴とする第
１または第２の本発明の遮光膜形成方法である。

【００１５】第４の本発明（請求項４に記載の本発明に
対応）は、前記熱硬化性樹脂が、アクリル樹脂、ポリエ
ステル樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂
のいずれかであることを特徴とする第３の本発明の遮光
膜形成方法である。

【００１６】第５の本発明（請求項５に記載の本発明に
対応）は、前記遮光性材料が、カーボンブラック、有機
顔料、金属酸化物粉末のいずれかであることを特徴とす
る第３または第４の本発明の遮光膜形成方法である。

【００１７】また、第６の本発明（請求項６に記載の本
発明に対応）は、本発明の遮光膜形成方法を用いて、液
晶表示装置の遮光膜を形成することを特徴とする液晶表
示装置の製造方法である。

【００１８】第７の本発明（請求項７に記載の本発明に
対応）は、前記基板が、スイッチング能動素子が形成さ
れているものであり、前記電極が、ソース電極、ドレイ
ン電極およびゲート電極であることを特徴とする第６の
本発明の液晶表示装置の製造方法である。第７の本発明
により、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、及
び、画素電極を駆動するスイッチング能動素子の、電極
配線を誘導加熱法を用いて加熱することによって、マス
クを用いずに高い位置精度で、遮光膜であるブラックマ
トリクスを形成することが可能である。この際、画素電
極を駆動するスイッチング能動素子はアレイ電極配線の
交差部位に存在しているため、前記スイッチング能動素
子はブラックマトリクスに覆い隠され、遮光保護され
る。また、誘導加熱手法では短時間に高温加熱すること
が可能であるため、伝熱による非画線部の樹脂硬化が起
こらず、ブラックマトリクスのエッジ部の直線性が良好
であるという利点がある。

【００１９】すなわち、本発明は、高抵抗の遮光材料を
含有させた熱硬化性樹脂遮光膜を液晶表示装置のアレイ
基板上のソース電極、ドレイン電極、及び、ゲート電極
（以下、これらを総称し、「アレイ電極」と称する）に
形成する場合に、特に有効であり、アレイ電極を熱源と
することによって、前記熱硬化性樹脂遮光膜を加熱硬
化、現像することにより、マスクを使用することなく、
アレイ電極配線上に遮光膜であるブラックマトリクスを
形成するものである。この際、画素電極を駆動するスイ
ッチング能動素子はアレイ電極配線の交差部位に存在し
ているため、前記スイッチング能動素子はブラックマト
リクスに覆い隠される。

【００２０】アレイ電極配線を加熱する手法としては誘
導加熱法を利用する。誘導加熱法とは、導体に誘導コイ
ルを近づけ、電磁誘導作用により前記導体に誘導電流を
発生させ、渦電流とヒステリシス損により前記導体を加
熱する手法である。この加熱手法では、アレイ電極配線
の加熱温度の基板面内均一性が高いため、均一なブラッ
クマトリクス形成が可能であるという利点がある。ま
た、アレイ電極配線を短時間で高温加熱することが可能
であるため、伝熱による非画線部樹脂の硬化が生じにく
く、アレイ電極配線上のみの樹脂膜を選択的に硬化する
ことが可能である。従って、この手法では、高い直線性
のブラックマトリクス形成が可能である。

【００２１】この手法は、遮光層形成がアレイ電極配線
に対し、位置ズレなしに行えるため、高いパタニング精
度の要求されるブラックマトリクスオンアレイ形成に
は、有効である。また、使用する遮光膜材料も、熱硬化
性樹脂が幅広く利用でき、現像液もアルカリ溶液、水、
有機溶剤等、未硬化の遮光膜を溶解するものであれば幅
広く使用できる等、使用部材選択の幅が広いという利点
もある。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施の形態における液
晶表示装置（液晶パネル）の製造方法の工程を示す断面
図である。本実施の形態における液晶パネルの製造方法
は、図４および図５で示したカラ−フィルタオンアレイ
構造の液晶パネルを製造するものである。

【００２４】以下に、図１および図４、図５を参照し
て、本実施の形態における液晶パネルの製造方法につい
て説明する。

【００２５】まず、ガラス基板３上に、スイッチング能
動素子４（ソース電極１５の一部、ドレイン電極１６、
ゲート電極１７の一部を含む）、および、信号線および
走査線（ソース電極１５およびゲート電極１７のスイッ
チング能動素子４を構成する部分を除いた部分；図５の
格子状の配線部）を、一般的な半導体薄膜成膜と、絶縁
膜成膜と、フォトリソ法によるエッチングとを繰り返す
ことにより形成する（図１（ａ））。なお、ソース電極
１５、ドレイン電極１６およびゲート電極１７（アレイ
電極）は、本発明の電極に対応する。

【００２６】次に、信号線および走査線とスイッチング
能動素子４が形成されたガラス基板３上に熱硬化性遮光
膜材料５０を塗布し、乾燥させる（図１（ｂ）；本発明
の遮光膜材料形成工程に対応）。

【００２７】その後、誘導加熱法によりアレイ電極を加
熱し、アレイ電極上（信号線、走査線およびスイッチン
グ能動素子４上）の熱硬化性遮光膜材料を硬化し、未硬
化部位を除去することによって、遮光膜５がアレイ電極
配線パターン形状（図５）として形成される（図１
（ｃ）；本発明の遮光膜硬化工程および未硬化部除去工
程に対応）。

【００２８】次に、遮光膜５を含むガラス基板３上全面
に、カラーレジスト６０を塗布し（図１（ｄ））、露光
・現像を３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）について繰り返すことによ
って、カラ−フィルタ６を形成すると共に、ドライエッ
チ（０₂アッシング）により、コンタクトホール７を形
成する（図１（ｅ））。

【００２９】次に、遮光膜５およびカラ−フィルタ６の
上に、平坦化膜８をスピンコート法で全面塗布すること
によって、形成すると共に、露光・現像することによ
り、コンタクトホール７’を形成する（図１（ｆ））。

【００３０】次に、平坦化膜８の上、および、コンタク
トホール７、７’内にドレイン電極１６と接続するよう
に、透明電極９を形成する（図１（ｇ））。以上によ
り、図４の液晶パネルのアレイ基板１が得られる。

【００３１】対向基板２の製造工程、および、アレイ基
板１と対向基板２を組み合わせて液晶１３を充填する工
程については、従来用いられている製造方法と同様であ
る。

【００３２】ここで、図１（ｃ）の工程において、誘導
加熱法を使用する際の、誘導加熱装置の１例を図２に示
す。本誘導加熱装置は、アレイ基板１を設置するテフロ
ン製ステージ１９と、アレイ基板に磁界を与えるコイル
１８とからなる。尚、ここに示した、装置は１例であ
り、基板を保持するステージと、基板に磁界を与える装
置を備えており、本発明の電極を誘導加熱法を用いて加
熱できるものであれば、構成は問わない。

【００３３】上記の熱硬化性遮光膜材料は、その成膜後
の材料特性として、体積抵抗値が１０¹⁰Ω・ｃｍ以上、
好ましくは１０¹²Ω・ｃｍ以上、ＯＤ値２以上、好まし
くは２．５以上のものが好適である。使用樹脂は熱硬化
性のものであれば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、
アミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等幅広く使用
できる。遮光剤としては、前記熱硬化性樹脂に混合可能
で、高い遮光性を与える、カーボンブラック、有機黒顔
料または有機Ｒ、Ｇ、Ｂ顔料の混合顔料、酸化チタン等
の金属酸化物が使用できる。但し、誘導加熱により発熱
する金属粉末は使用できない。

【００３４】なお、本実施の形態では、カラ−フィルタ
オンアレイ構造の液晶パネルのアレイ電極上に遮光膜を
形成する場合の製造方法を例として説明したが、これに
限定されるものではなく、例えば、イメージセンサーの
ように、電極が形成されている基板の前記電極上に保護
膜を形成する場合であれば、本発明の形成方法は適用で
きる。

【００３５】

【実施例】以下に、本発明の具体的実施例について説明
する。

【００３６】熱硬化性アクリル樹脂中に高抵抗処理を施
したカーボンブラックを分散させ有機溶剤で希釈した熱
硬化性遮光材料をスピンコートでアレイ基板上に塗布し
た後、ホットプレート上でプリベイク処理し、前記熱硬
化性遮光性材料が膜厚み１μｍで全面に形成されたアレ
イ基板を得た。

【００３７】６ｍｍφの銅管を９ターンした蚊取り線香
型の誘導コイルを持つ高周波誘導加熱装置（図２）によ
り、周波数４００ｋＨｚ、出力５ｋＶで、該基板のアレ
イ電極部位を６０秒加熱し、該基板上に形成された遮光
性樹脂膜のうち、アレイ電極上に相当する部位のみを硬
化させた。

【００３８】硬化後、ジエタノールアミン水溶液でアレ
イ電極外の未硬化部位の遮光材を除去し、１４０ｋｇｆ
／ｃｍ²の高圧水リンスにより、パターンエッジ部の半
硬化樹脂膜を除去することにより、アレイ電極配線及び
スイッチング能動素子上を覆う厚み１μｍのブラックマ
トリクスパターンを±１μｍの良好な直線性で形成でき
た。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、高抵抗かつ高遮光性の遮光膜を、マスク
を用いることなく、精度よく、基板上の電極上に形成で
きる遮光膜形成方法および液晶表示装置の製造方法を提
供することができる。

【００４０】特に、ブラックマトリクスオンアレイ型の
液晶表示装置の製造方法に適用する場合は、高抵抗かつ
高遮光性のブラックマトリクスを、高い位置精度かつ直
線性で前記アレイ電極配線上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における液晶表示装置
（液晶パネル）の製造方法の工程を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態における液晶表示装置
（液晶パネル）の製造方法に用いる誘導加熱装置の構造
図である。

【図３】従来のＴＦＴ型の液晶パネルの構成を示す断面
図である。

【図４】カラ−フィルタオンアレイ構造の液晶パネルの
構成を示す断面図である。

【図５】カラ−フィルタオンアレイ構造の液晶パネルの
アレイ電極およびスイッチング能動素子の平面配置を示
す平面図である。

【符号の説明】

１アレイ基板２対向基板３、３’ ガラス基板４スイッチング能動素子５遮光膜６カラ−フィルタ７、７’ コンタクトホール８平坦化膜９、９’ 透明電極１０、１０’ 配向膜１１シ−ル材１２スペ−サ１３液晶１４、１４’ 偏光板１５ソース電極１６ドレイン電極１７ゲート電極１８コイル１９ステージ５０熱硬化性遮光膜材料６０カラーレジスト（Ｒ，Ｇ，Ｂ）

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極が形成されている基板の前記電極が
形成されている面上に熱硬化性の遮光膜材料を形成する
遮光膜材料形成工程と、前記遮光膜材料形成工程の後、
前記電極を誘導加熱法を用いて加熱することによって、
前記電極上に形成された前記遮光膜材料を硬化させる遮
光膜硬化工程と、前記遮光膜硬化工程の後、前記遮光膜
材料の未硬化部を除去する未硬化部除去工程とを含むこ
とを特徴とする遮光膜形成方法。
【請求項２】前記遮光膜材料は、体積抵抗１０¹⁰Ω・
ｃｍ以上、ＯＤ値２以上のものであることを特徴とする
請求項１に記載の遮光膜形成方法。
【請求項３】前記遮光膜材料は、熱硬化性樹脂に、遮
光性材料を添加して得られるものであることを特徴とす
る請求項１または２に記載の遮光膜形成方法。
【請求項４】前記熱硬化性樹脂は、アクリル樹脂、ポ
リエステル樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン
樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載
の遮光膜形成方法。
【請求項５】前記遮光性材料は、カーボンブラック、
有機顔料、金属酸化物粉末のいずれかであることを特徴
とする請求項３または４に記載の遮光膜形成方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の遮光膜
形成方法を用いて、液晶表示装置の遮光膜を形成するこ
とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項７】前記基板は、スイッチング能動素子が形
成されているものであり、前記電極は、ソース電極、ド
レイン電極およびゲート電極であることを特徴とする請
求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。