JP2001174828A - 液晶表示装置とその作製方法 - Google Patents

液晶表示装置とその作製方法

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JP2001174828A
JP2001174828A JP35992599A JP35992599A JP2001174828A JP 2001174828 A JP2001174828 A JP 2001174828A JP 35992599 A JP35992599 A JP 35992599A JP 35992599 A JP35992599 A JP 35992599A JP 2001174828 A JP2001174828 A JP 2001174828A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール材のしみだし、注入不良による気泡、
ラビング筋、ギャップむらの発生をおさえ、表示品質の
良い狭ギャップパネルを作製する。 【解決手段】 アクティブマトリクスパネルにおいて、
層間絶縁膜158、160を2層にわけて形成し一層を
除去することで、シール材168の直下に段差を設け、
シール材のしみだしをおさえる。段差を必要最低限にお
さえた構成にするため、柱状スペーサー162塗布によ
りシール材168直下の段差を平坦化でき、均一なセル
ギャップを得る。また、ラビングの上流側をさけて段差
を形成することで、段差によるラビング筋をさけること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
その製造方法に関する。より詳細には、セルギャップの
狭い液晶表示装置を形成する時に液晶の表示品質を劣化
させるシール材のしみ出し、気泡、ラビング筋、セルギ
ャップむら等の不良を防ぎ、歩留まり良く液晶表示装置
の製造を行うものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ノートパソコンや液晶モニタ機器
などの、軽量で、コンパクトな液晶表示装置が注目され
てきている。特に、TFT(薄膜トランジスタ)、MI
M(メタル−インシュレーター−メタル)等の能動素子
を用いて液晶の配向制御を行うアクティブマトリクス型
表示装置は、高精細な表示ができ、プロジェクターや直
視型液晶表示装置に、広く使われている。
【0003】最近はバックライトがいらず薄型、軽量化
が可能な反射型液晶表示装置や、高速応答が可能な、自
発分極を有するスメクチック液晶(反強誘電性液晶、強
誘電性液晶、無しきい値液晶、反強誘電性液晶と強誘電
性液晶の混合物からなる液晶)を用いた液晶表示装置
が、盛んに開発が進められている。反射型液晶表示装置
や、強誘電性液晶等を用いた液晶表示装置などでは、表
示特性を最適化した結果、1〜3μm程度の狭いセルギ
ャップが必要となる場合が多い。
【0004】従来のTN(ツイステッドネマティック)
モードを利用した液晶表示装置では、セルギャップは3
〜5μmであり、液晶の応答速度は室温で5msec以
上かかる。しかし、動画を表示する場合や、フィールド
シーケンシャル方式を採用する場合には、この応答速度
では不充分なことがある。さらなる高速応答が望まれ、
開発が行われている。セルギャップを2μm前後に狭く
することで電界強度を強くし、高速応答をさせる試みが
ある。
【0005】また、液晶表示装置のセルギャップを制御
する材料として、球状のSiO2(二酸化珪素)やポリ
スチレンのような有機樹脂からなるスペーサーがある。
スペーサーの散布方式は窒素ガスの気流でスペーサーを
散布する乾式散布方式と、IPA(イソプロピルアルコ
ール)のような低沸点溶媒にスペーサーを混ぜて基板上
に散布する湿式散布方式がある。
【0006】最近は、感光性樹脂をフォトリソ工程にて
柱状にパターニングしたスペーサー(便宜的に柱状スペ
ーサーと称する)も用いられている。また、スメクチッ
ク液晶を使用する液晶表示装置においては、セルギャッ
プを制御する機能と、配向を制御する機能をあわせもつ
壁状のスペーサー(便宜的に壁スペーサーと称する)も
用いられている。
【0007】さらに、シール材中に混入して用いられる
フィラーもセルギャップ制御に用いられる。フィラーは
ガラスファイバーからなり、100〜500μm幅の大
きさである。フィラーはその大きさから、シール材を設
ける領域にあり、画素領域には使われないところが、ス
ペーサーと異なる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置のセルギ
ャップを狭くして、表示品質の良い液晶表示装置をつく
るにはいくつかの問題がある。
【0009】まず、シール材中の低粘度成分の画素領域
へのしみだしが問題となる。シール材にある充填剤の径
は4〜5μmであり、3μm以下にセルギャップを狭く
するためには、充填剤を圧縮することになる。充填剤を
大きく圧縮すると、シール材の低粘度成分や未硬化樹脂
が画素領域にまでとびだし、表示品質に影響する。
【0010】図17のように、シール材1301を熱
プレスにより硬化すると、シール材の未硬化樹脂や、低
粘度成分のしみだし1302があり、画素領域1303
にまでシール材がひろがる。
【0011】また、セルギャップが狭くなるほど液晶の
注入速度が遅くなる。それだけでなく、セルギャップの
狭い液晶表示装置では特に段差領域で液晶が入りにくく
なる傾向がある。液晶が注入されない部分は気泡となっ
て残り、長期信頼性に影響する。
【0012】気泡の例を図17に示す。注入口からは
なれた、シール材1301近くに気泡1304が残る。
【0013】また、セルギャップむらがあると、干渉
縞、色むらにより表示品質が損なわれる。特にセルギャ
ップの狭い液晶表示装置では、汎用されているセルギャ
ップ(4〜5μm)に比べ、屈折率異方性の大きい液晶
を使うため、セルギャップむらが色むらとなってでてき
やすい。精度の良いセルギャップ精度が求められる。
【0014】液晶表示装置の白レベルは、液晶層のリタ
デーションつまりΔn×d(Δn:液晶の屈折率異方
性、d:液晶層の厚さ)で決まる。セルギャップむらが
あると、リタデーションがばらつき、表示むらとなる。
セルギャップが狭いと液晶の屈折率異方性(Δn)を大
きくして白レベルをかせぐため、ちょっとしたセルギャ
ップ(d)のむらが、表示むらにつながりやすい。
【0015】3μm以下の液晶表示装置を作製する場
合、シール材に混合するフィラーの径が限られてきてし
まうため、セルギャップに合ったフィラーを使うのが難
しくなる。また、特殊な径のフィラーが必要となってく
るが、径が小さくなるにつれ価格が数倍にもなってしま
い、液晶表示装置の価格に合わなくなってしまう。
【0016】さらに、シール材中の充填剤の径が4〜5
μmとセルギャップに対して大きいため、充填剤の圧縮
にも限界があり、熱プレス等でシール材に荷重をかけた
としても、場合によってはシール材が潰れずに、所望の
セルギャップが得られないことがある。セルギャップを
狭くすると、シール材やフィラーの関係で精度の良いギ
ャップ形成が困難である。
【0017】液晶表示装置のギャップむらの例を図17
に示す。ギャップむらにより、中心付近の色目130
5と、中心から離れたところの色目1306が変わる。
【0018】また、液晶表示装置の問題点として、ラビ
ング筋の問題がある。ラビング工程のラビングロールの
毛先のほつれや、へたり具合によって、図17のよう
にラビング方向に平行なラビング筋1307ができる。
【0019】図16に示すように、配向膜をラビングす
るときに、液晶表示装置の基板1200に段差1201
があると、ラビングロールの毛先が段差によって乱れ
て、ラビング状態が変わってしまう。段差をラビング方
向1202の下流側にひきずって、ラビング筋1203
となってでやすくなる。特に垂直配向膜のように、プレ
チルトが高い配向膜はラビング筋がでやすい。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一の基板上
に絶縁膜を二層成膜し、シール材を形成する領域にあた
る絶縁膜をエッチングにより除去し、凹部あるいは段差
を設ける。さらにその上に有機樹脂膜を塗布し凹部ある
いは段差を平坦化し、有機樹脂膜をパターニングする。
そしてシール材を形成する領域と表示領域を含む部分に
スペーサーを形成する。スペーサーは有機樹脂膜の平坦
化効果により基板内において頂点が同一の高さとなるた
め、第二の基板と貼り合わせて液晶表示装置を形成した
ときにセルギャップむらがでにくい構成となる。また最
上層の絶縁膜をエッチングすると、さらにその上に設け
た絶縁膜により段差が平坦化されてしまうことがないた
め、段差の形成が精度良くできる。
【0021】、本発明は単純マトリクス型液晶表示装置
にもアクティブマトリクス型液晶表示装置にも使うこと
ができる。また第一の基板上に設けた絶縁膜のエッチン
グレートを変えるとエッチングが容易になる。凹部ある
いは段差の形成が容易になる。エッチングレートの違う
膜としてたとえば無機絶縁膜と有機絶縁膜を組み合わせ
て使うことができる。
【0022】スペーサーとなる有機樹脂材料はポリイミ
ド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシンナメートの
うちいずれか一つを主成分とするものを用いることが可
能である。
【0023】特にスペーサーとなる有機樹脂材料で良好
な平坦化をするためには、凹部ができるように絶縁膜を
エッチングし、絶縁膜をエッチングする領域の幅
(LA)がシール材の幅(LB)に対し、LB+0.1m
m≦LA≦LB+2mmとなるようにするとよい。
【0024】また、エッチングする絶縁膜の厚さを必要
最低限におさえることで、スペーサーとなる有機樹脂膜
を塗布するときの平坦化効果が高くなる。シール材は一
般に3.0μm以上あればしみだしのない良好な表示が
でき、2.5μm以上あれば良好なセルギャップ制御が
できる。シール形成領域のセルギャップを2.5μm〜
3.0μmと制限するようにして、エッチングする絶縁
膜の厚さを調節すると良い。
【0025】特に、液晶層が自発分極を有するスメクチ
ック液晶である場合に、エッチングする絶縁膜の厚さを
必要最低限におさえると、狭いセルギャップの液晶表示
装置において段差の形成をおさえることができる。これ
は段差による気泡の発生を抑えることにつながる。自発
分極を有するスメクチック液晶は気泡に起因した配向む
らができてしまうので、このように段差の形成をおさえ
ることは重要である。
【0026】またスペーサーを表示領域に設けないよう
にするとスペーサーに起因する配向欠陥をおさえること
ができる。
【0027】絶縁膜をエッチングして形成した凹部ある
いは段差の上に有機樹脂膜(A)を形成し、さらにその
上にスペーサーとなる有機樹脂膜(B)することもでき
る。有機樹脂膜(A)を形成すると、凹部あるいは段差
のテーパーが緩やかになりラビングをしたときに段差に
よる毛先の乱れをへらすことができる。有機樹脂膜
(A)は絶縁膜をエッチングしてできた段差を平坦化し
ない程度の膜厚にする。
【0028】また、段差を設ける基板としてカラーフィ
ルターを有する対向基板を用いることもできる。対向基
板のオーバーコート材あるいはオーバーコート材とカラ
ーフィルターをシール材を設ける領域において除去して
段差を形成しても良い。表示領域のセルギャップが2.
5μm以下である場合に、シール材のしみだしを防止で
き、このような構成は効果的である。シール材を形成す
る領域にスペーサー、フィラーを設けないようにする
と、シール材形成領域の凹凸をシール材がうまく吸収し
てくれる。
【0029】ラビングの上流側に段差を設けないように
すると、段差に起因するラビング筋をおさえることがで
きる。この場合もシール材を形成する領域にスペーサ
ー、フィラーを設けないようにすると、シール材形成領
域の凹凸をシール材がうまく吸収してくれる。
【0030】
【発明の実施の形態】[実施形態1]本実施形態では、
セルギャップの狭い液晶表示装置で、液晶表示装置の表
示品質に影響するシール材のしみだしを押さえている。
さらに液晶表示装置の構成を工夫することで微細な段差
に起因する気泡や、ラビング筋をおさえ、同時にセルギ
ャップむらをでにくくしている。
【0031】本実施形態の、液晶表示装置は垂直配向反
射型プロジェクターである。垂直配向反射型プロジェク
ターは反射型液晶表示装置のため、透過型液晶表示装置
に比べセルギャップを小さくする必要がある。液晶の屈
折率異方性の大きさにもよるが、2〜4μm、望ましく
は2〜3μmのセルギャップが求められる。
【0032】また、垂直配向膜は、配向膜のアンカリン
グエネルギーが弱いため、液晶注入に時間がかかる。特
にセルギャップの狭い液晶表示装置において、段差があ
るとその部分で液晶が注入されにくい。
【0033】また、垂直配向のような複屈折効果を利用
する表示モードはセルギャップむらが色目の変化となっ
て見えてくる。特にセルギャップの狭い液晶表示装置で
は、屈折率異方性が大きい液晶を使うため、小さなセル
ギャップむらが色目の変化となって強調される。
【0034】しかし、本実施形態の構成によって垂直配
向反射型液晶表示装置のような比較的、ラビング筋や段
差に起因する気泡がでやすく、セルギャップ均一性が必
要となる場合においても、表示品質の良い液晶表示装置
を提供することができる。
【0035】本実施形態の構成のうちアクティブ素子形
成方法を図1〜3を用いて説明する。ここでは画素部の
画素TFTと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のT
FTを同一基板上に作製する方法について工程に従って
詳細に説明する。
【0036】図1(A)において、基板101にはコー
ニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに
代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケ
イ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレ
フタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(P
EN)、ポリエーテルサルフォン(PES)など光学的
異方性を有しないプラスチック基板を用いることができ
る。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも
10〜20℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておい
ても良い。そして、基板101のTFTを形成する表面
に、基板101からの不純物拡散を防ぐために、酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜な
どの下地膜102を形成する。例えば、プラズマCVD
法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シ
リコン膜102aを10〜200nm(好ましくは50
〜100nm)、同様にSiH4、N2Oから作製される
酸化窒化水素化シリコン膜102bを50〜200nm
(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成す
る。
【0037】酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型の
プラズマCVD法を用いて形成する。酸化窒化シリコン
膜102aは、SiH4を10SCCM、NH3を100
SCCM、N2Oを20SCCMとして反応室に導入
し、基板温度325℃、反応圧力40Pa、放電電力密
度0.41W/cm2、放電周波数60MHzとした。
一方、酸化窒化水素化シリコン膜102bは、SiH4
を5SCCM、N2Oを120SCCM、H2を125S
CCMとして反応室に導入し、基板温度400℃、反応
圧力20Pa、放電電力密度0.41W/cm2、放電
周波数60MHzとした。これらの膜は、基板温度を変
化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成するこ
ともできる。
【0038】このようにして作製した酸化窒化シリコン
膜102aは、密度が9.28×1022/cm3であ
り、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13
%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む
混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)
の20℃におけるエッチング速度が約63nm/min
と遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に
用いると、この上に形成する半導体層にガラス基板から
のアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効であ
る。
【0039】次に、25〜80nm(好ましくは30〜
60nm)の厚さで非晶質構造を有する半導体層103
aを、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法
で形成する。例えば、プラズマCVD法で非晶質シリコ
ン膜を55nmの厚さに形成する。非晶質構造を有する
半導体膜には、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があ
り、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を
有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、下地膜
102と非晶質半導体層103aとは両者を連続形成す
ることも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シ
リコン膜102aと酸化窒化水素化シリコン膜102b
をプラズマCVD法で連続して成膜後、反応ガスをSi
4、N2O、H2からSiH4とH2或いはSiH4のみに
切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成
できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜102b
の表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFT
の特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させること
ができる。
【0040】そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体
層103aから結晶質半導体層103bを作製する。そ
の方法としてレーザーアニール法や熱アニール法(固相
成長法)、またはラピットサーマルアニール法(RTA
法)を適用することができる。前述のようなガラス基板
や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特
にレーザーアニール法を適用することが好ましい。RT
A法では、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンランプなどを光源に用いる。或い
は特開平7−130652号公報で開示された技術に従
って、触媒元素を用いる結晶化法で結晶質半導体層10
3bを形成することもできる。結晶化の工程ではまず、
非晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが
好ましく、400〜500℃で1時間程度の熱処理を行
い含有する水素量を5atom%以下にしてから結晶化
させると膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。
【0041】結晶化をレーザーアニール法にて行う場合
には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザ
ーやアルゴンレーザーをその光源とする。パルス発振型
のエキシマレーザーを用いる場合には、レーザー光を線
状に加工してレーザーアニールを行う。レーザーアニー
ル条件は実施者が適宣選択するものであるが、例えば、
レーザーパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネ
ルギー密度を100〜500mJ/cm2(代表的には
300〜400mJ/cm2)とする。そして線状ビー
ムを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重
ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98%として
行う。このようにして図1(B)に示すように結晶質半
導体層103bを得ることができる。
【0042】レーザー結晶化の条件は実施者が適宜選択
するものであるが、例えば、Nd:YAGレーザーのパ
ルス発振周波数を10kHzとし、レーザーエネルギー
密度を200〜500mJ/cm2(代表的には300
〜450mJ/cm2)として、線状レーザー光をその
長手方向に対し垂直な方向に走査して(或いは、相対的
に基板を移動させて)非晶質半導体層を結晶化させる。
線状レーザー光の線幅は100〜1000μm、例えば
400μmの線状レーザー光を照射する。基板101上
にはスリットが設けられ、線状レーザーの長手方向の長
さを調節している。このようなスリットを設けることに
より非晶質半導体層103aの一部のみを結晶化させる
こともできる。
【0043】このような線状ビームを用い、同じ場所を
複数回照射する。或いは線状ビームを走査しながら複数
回照射する。この時の線状ビームの重ね合わせ率(オー
バーラップ率)を90〜99%として行うと良い。実際
には照射パルスを10〜40パルスとすると良い。重ね
合わせ率を高くして同一の領域を繰り返し照射すること
により、非晶質半導体層103aの結晶性を高めること
に効果がある。通常、重ね合わせ率を高くすると処理時
間が長くなり、スループットが低下する。しかし、半導
体レーザー励起のYAGレーザー発振器を用いると発振
周波数を本実施形態のように高めることができるので、
スループットを悪くすることはない。このようにして結
晶質半導体層103bが形成される。
【0044】そして、結晶質半導体層103b上にフォ
トマスク1(PM1)を用い、フォトリソグラフィーの
技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチ
ングによって結晶質半導体層を島状に分割し、島状半導
体層104〜108を形成しする。ドライエッチングに
はCF4とO2の混合ガスを用いる。
【0045】このような島状半導体層に対し、TFTの
しきい値電圧(Vth)を制御する目的でp型を付与す
る不純物元素を1×1016〜5×1017atoms/c
3 程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良
い。半導体に対してp型を付与する不純物元素には、ホ
ウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)
など周期律表第一3族の元素が知られている。その方法
として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることが
できるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が
適している。イオンドープ法ではジボラン(B26)を
ソースガスとして用いホウ素(B)を添加する。このよ
うな不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても
差し支えないが、特にnチャネル型TFTのしきい値電
圧を所定の範囲内に収めるために好適に用いる手法であ
る。
【0046】ゲート絶縁膜109はプラズマCVD法ま
たはスパッタ法を用い、膜厚を40〜150nmとして
シリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、120nm
の厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。ま
た、SiH4とN2OにO2を添加させて作製された酸化
窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されてい
るのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲ
ート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定され
るものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または
積層構造として用いても良い(図1(C))。
【0047】図1(D)に示すように、ゲート絶縁膜1
09上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形
成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いが、必要
に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積
層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用
い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層
(A)110と金属膜から成る導電層(B)111とを
積層した構造とすると良い。導電層(B)111はタン
タル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、
タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素
を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜
(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形
成すれば良く、導電層(A)110は窒化タンタル(T
aN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(Ti
N)膜、窒化モリブデン(MoN)などで形成する。ま
た、導電層(A)110はタングステンシリサイド、チ
タンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良
い。導電層(B)111は低抵抗化を図るために含有す
る不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃
度に関しては30ppm以下とすると良かった。例え
ば、タングステン(W)は酸素濃度を30ppm以下と
することで20μΩcm以下の比抵抗値を実現すること
ができた。
【0048】導電層(A)110は10〜50nm(好
ましくは20〜30nm)とし、導電層(B)111は
200〜400nm(好ましくは250〜350nm)
とすれば良い。Wをゲート電極とする場合には、Wをタ
ーゲットとしたスパッタ法で、アルゴン(Ar)ガスと
窒素(N2)ガスを導入して導電層(A)111を窒化
タングステン(WN)で50nmの厚さに形成し、導電
層(B)110をWで250nmの厚さに形成する。そ
の他の方法として、W膜は6フッ化タングステン(WF
6)を用いて熱CVD法で形成することもできる。いず
れにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化
を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下に
することが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで
低抵抗率化を図ることができるが、W中に酸素などの不
純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化す
る。このことより、スパッタ法による場合、純度99.
9%のWターゲットを用い、さらに成膜時に気相中から
の不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成す
ることにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現すること
ができる。
【0049】一方、導電層(A)110にTaN膜を、
導電層(B)111にTa膜を用いる場合には、同様に
スパッタ法で形成することが可能である。TaN膜はT
aをターゲットとしてスパッタガスにArと窒素との混
合ガスを用いて形成し、Ta膜はスパッタガスにArを
用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のXeや
Krを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して
膜の剥離を防止することができる。α相のTa膜の抵抗
率は20μΩcm程度でありゲート電極に使用すること
ができるが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程
度でありゲート電極とするには不向きであった。TaN
膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にTa膜を
形成すればα相のTa膜が容易に得られた。尚、図示し
ないが、導電層(A)110の下に2〜20nm程度の
厚さでリン(P)をドープしたシリコン膜を形成してお
くことは有効である。これにより、その上に形成される
導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層
(A)110または導電層(B)111が微量に含有す
るアルカリ金属元素がゲート絶縁膜109に拡散するの
を防ぐことができる。いずれにしても、導電層(B)1
11は抵抗率を10〜50μΩcmの範囲ですることが
好ましい。
【0050】次に、フォトマスク2(PM2)を用い、
フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク
112〜117を形成し、導電層(A)110と導電層
(B)111とを一括でエッチングしてゲート電極11
8〜122と容量配線123を形成する。ゲート電極1
18〜122と容量配線123は、導電層(A)から成
る118a〜122aと、導電層(B)から成る118
b〜122bとが一体として形成されている(図2
(A))。
【0051】導電層(A)および導電層(B)をエッチ
ングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述の
ようにWを主成分とする材料で形成されている場合に
は、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高
密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用するこ
とが望ましい。高密度プラズマを得る手法の一つとし
て、誘導結合プラズマ(Inductively Co
upled Plasma:ICP)エッチング装置を
用いると良い。ICPエッチング装置を用いたWのエッ
チング法は、エッチングガスにCF4とCl2の2種のガ
スを反応室に導入し、圧力0.5〜1.5Pa(好まし
くは1Pa)とし、誘導結合部に200〜1000Wの
高周波(13.56MHz)電力を印加する。この時、
基板が置かれたステージには20Wの高周波電力が印加
され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正
イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことがで
きる。ICPエッチング装置を使用することにより、W
などの硬い金属膜も2〜5nm/秒のエッチング速度を
得ることができる。また、残渣を残すことなくエッチン
グするためには、10〜20%程度の割合でエッチング
時間を増しオーバーエッチングをすると良い。しかし、
この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要が
ある。例えば、W膜に対する酸化窒化シリコン膜(ゲー
ト絶縁膜109)の選択比は2.5〜3であるので、こ
のようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリ
コン膜が露出した面は20〜50nm程度エッチングさ
れて実質的に薄くなった。
【0052】そして、nチャネル型TFTにLDD領域
を形成するために、n型を付与する不純物元素添加の工
程(n-ドープ工程)を行った。ここではゲート電極1
18〜122をマスクとして自己整合的にn型を付与す
る不純物元素をイオンドープ法で添加した。n型を付与
する不純物元素として添加するリン(P)の濃度は1×
1016〜5×1019atoms/cm3の濃度範囲で添
加する。このようにして、図2(B)に示すように島状
半導体層に低濃度n型不純物領域124〜129を形成
する。
【0053】次に、nチャネル型TFTにおいて、ソー
ス領域またはドレイン領域として機能する高濃度n型不
純物領域の形成を行った(n+ドープ工程)。まず、フ
ォトマスク3(PM3)を用い、レジストのマスク13
0〜134を形成し、n型を付与する不純物元素を添加
して高濃度n型不純物領域135〜140を形成した。
n型を付与する不純物元素にはリン(P)を用い、その
濃度が1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃
度範囲となるようにフォスフィン(PH3)を用いたイ
オンドープ法で行った(図2(C))。
【0054】そして、pチャネル型TFTを形成する島
状半導体層104、106にソース領域およびドレイン
領域とする高濃度p型不純物領域144、145を形成
する。ここでは、ゲート電極118、120をマスクと
してp型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に
高濃度p型不純物領域を形成する。このとき、nチャネ
ル型TFTを形成する島状半導体膜105、107、1
08は、フォトマスク4(PM4)を用いてレジストマ
スク141〜143を形成し全面を被覆しておく。高濃
度p型不純物領域144、145はジボラン(B26
を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン
(B)濃度は3×1020〜3×1021atoms/cm
3となるようにする(図2(D))。この高濃度p型不
純物領域144、145には、前工程においてリン
(P)が添加されていて、高濃度p型不純物領域144
a、145aには1×1020〜1×1021atoms/
cm3 の濃度で、高濃度p型不純物領域144b、14
5bには1×1016〜5×1019atoms/cm3
濃度で含有しているが、この工程で添加するボロン
(B)の濃度を1.5から3倍となるようにすることに
より、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン
領域として機能する上で何ら問題はなかった。
【0055】その後、図3(A)に示すように、ゲート
電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜146を形成
する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層
膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜146
は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜146の膜
厚は100〜200nmとする。ここで、酸化シリコン
膜を用いる場合には、プラズマCVD法で、オルトケイ
酸テトラエチル(Tetraethyl Orthos
ilicate:TEOS)とO2とを混合し、反応圧
力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波
(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm
2で放電させて形成することができる。酸化窒化シリコ
ン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でSiH4
2O、NH3から作製される酸化窒化シリコン膜、また
はSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜で
形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力20〜
200Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波
(60MHz)電力密度0.1〜1.0W/cm2で形
成することができる。また、SiH4、N2O、H2から
作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良
い。窒化シリコン膜も同様にプラズマCVD法でSiH
4、NH3から作製することが可能である。
【0056】その後、それぞれの濃度で添加されたn型
またはp型を付与する不純物元素を活性化する工程を行
う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニー
ル法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラ
ピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用すること
ができる。熱アニール法では酸素濃度が1ppm以下、
好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜
700℃、代表的には500〜600℃で行うものであ
り、本実施例では550℃で4時間の熱処理を行った。
また、基板101に耐熱温度が低いプラスチック基板を
用いる場合にはレーザーアニール法を適用することが好
ましい(図3(B))。
【0057】活性化の工程の後、さらに、3〜100%
の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12
時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を
行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半
導体膜にある1016〜1018 /cm3のダングリングボ
ンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、
プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用い
る)を行っても良い。
【0058】活性化および水素化の工程が終了したら、
有機絶縁物材料からなる層間絶縁膜147を1.0〜
2.0μmの平均厚を有して形成する。有機樹脂材料と
しては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミ
ドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用する
ことができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイ
プのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで
300℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる
場合には、2液性のものを用い、主材と硬化剤を混合し
た後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホット
プレートで80℃で60秒の予備加熱を行い、さらにク
リーンオーブンで250℃で60分焼成して形成するこ
とができる。
【0059】このように、層間絶縁膜を有機絶縁物材料
で形成することにより、表面を良好に平坦化させること
ができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いの
で、寄生容量を低減することができる。しかし、吸湿性
があり保護膜としては適さないので、本実施例のよう
に、保護絶縁膜146として形成した酸化シリコン膜、
酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせ
て用いる必要がある。
【0060】その後、フォトマスク5(PM5)を用
い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞ
れの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイ
ン領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタク
トホールの形成はドライエッチング法により行う。この
場合、エッチングガスにCF4、O2、Heの混合ガスを
用い有機樹脂材料から成る層間絶縁膜をまずエッチング
し、その後、続いてエッチングガスをCF4、O2として
保護絶縁膜146をエッチングする。さらに、島状半導
体層との選択比を高めるために、エッチングガスをCH
3に切り替えてゲート絶縁膜をエッチングすることに
より、良好にコンタクトホールを形成することができ
る。
【0061】そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真
空蒸着法で形成し、フォトマスク6(PM6)によりレ
ジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソ
ース配線148〜151、157とドレイン配線153
〜156、152を形成する。図示していないが、本実
施例ではこの電極を、Ti膜を50〜150nmの厚さ
で形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を
形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのTi膜上
に重ねてアルミニウム(Al)を300〜400nmの
厚さで形成して配線とした(図3(C))。
【0062】その後、有機樹脂からなる第二の層間絶縁
膜158を0.5〜1.5μmの厚さに形成する。有機
樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポ
リイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使
用することができる。本実施例では、アクリル樹脂を
0.5μm塗布し、250℃で焼成する。
【0063】その上に、無機絶縁膜159を10nm〜
100nmの厚さで形成する。無機絶縁膜としては酸化
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、ま
たはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。本
実施例では酸化シリコン膜を50nmの厚さで形成す
る。
【0064】さらに、0.5μmの厚さになるように第
三の層間絶縁膜160としてアクリル樹脂を塗布する。
次にアクリル樹脂をドライエッチングして、シール材の
形成領域に相当する第三の層間絶縁膜160を除去して
しまう。無機絶縁膜159がドライエッチングのときの
ストッパーとなり、エンドポイントを検出する目安とな
る。有機層間膜を二層に分けて形成して、一層は除去し
てしまうのは、狭ギャップで段差が大きいと注入に時間
がかかってしまうため、これを緩和するためである。層
間膜の最上層のみエッチングすることで、段差が精度良
く形成できる。層間膜をさらに上から塗布すると段差が
平坦化されてしまい所望の段差が形成できない。また、
本実施形態では層間絶縁膜を一層除去したが、エッチン
グレートが同じなら複数層の層間絶縁膜を除去すること
もできる。(図4(A))。
【0065】本実施形態では、ドレイン配線と画素電極
の間の層間膜をエッチングしてシール形成領域に段差を
形成するが、たとえばドレイン電極が画素電極の役割を
かねるときは、ゲート電極とドレイン電極の間の層間膜
をエッチング選択比の異なる二層以上の膜から形成し、
最上層を除去することでシール形成領域の段差を形成し
ても良い。この場合も最上層の層間膜をエッチングする
と、さらに層間膜を形成することにより段差が平坦化さ
れてしまうことを防ぐことができる。
【0066】そして、第二の層間絶縁膜158と第三の
層間絶縁膜160および無機絶縁膜159にドレイン配
線152に達するコンタクトホールを形成し、画素電極
161を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置と
する場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶
表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施
例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジ
ウム・スズ(ITO)膜を100nmの厚さにスパッタ
法で形成する(図4(B))。
【0067】TFT素子が形成された基板に柱状スペー
サーを形成する様子を図5を用いて説明する。柱状スペ
ーサー162形成のため感光性樹脂をスピン塗布する。
ネガ型感光性材料のアクリル樹脂であるJSRの“NN
700”を用いる。“NN700”をスピン回転数20
00rpmで塗布することで、熱硬化後の柱状スペーサ
ーの高さが画素領域で2.5μmとなる。
【0068】もちろん柱状スペーサー162の材料は感
光性である必要はなく、非感光性樹脂をパターニングし
てスペーサーとすることも可能である。例えば、ポリイ
ミド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシンナメート
等が使用可能である。いずれにせよ平坦化効果のある有
機樹脂を使うことが望ましい。
【0069】ところで、感光性樹脂を塗布したときに、
第三の層間絶縁膜160の膜厚に起因する段差を平坦化
し、画素領域、駆動回路領域及びシール材を設ける領域
のセルギャップがほぼ等しくなるようにする方が、セル
ギャップむらを防ぐ上で望ましい。
【0070】図6を用いて説明すると、図6の201は
ガラス基板を示す。ガラス基板上の配線パターンは省略
されている。ドライエッチングのストッパーとなる無機
絶縁膜202の上に、第三の層間絶縁膜203、204
がエッチングされている。205は感光性樹脂を示す。
感光性樹脂はパターニング後に柱状スペーサーとなる。
画素領域207に柱状スペーサー206がある。シール
材を設ける領域208に柱状スペーサー209がある。
【0071】本実施形態の第三の層間絶縁膜203、2
04をエッチングする領域210は、シール材を設ける
領域208の周辺のみである。これは、感光性樹脂20
5を塗布するときに、エッチングによる段差211を平
坦化しやすくするためである。
【0072】シール材を設ける領域とその周辺のみ有機
樹脂膜をエッチングすることで、感光性樹脂の平坦度が
高くなり、画素領域207に設けられた柱状スペーサー
206と、シール材を設ける領域208に設けられた柱
状スペーサー209の頂点の高さが、ほぼ等しくなる。
【0073】本実施形態では、エッチングする領域(L
A)210はシール材を設ける領域(LB)に対しLB
0.1mm≦LA≦LB+6mm望ましくはLB+0.1
mm≦LA≦LB+2mmとする。たとえばシール材を設
ける領域(LB)が1mmのとき、有機樹脂エッチング
する領域610の幅(LA)をシール形成領域(LB)に
対し1mm大きくして2mmとする。
【0074】比較のための構成を図7に示す。図7の3
01はガラス基板示す。ガラス基板上の配線パターンは
省略されている。ドライエッチングのストッパーとなる
無機絶縁膜302の上に、第三の層間絶縁膜303がエ
ッチングしてある。304は感光性樹脂を示す。感光性
樹脂はパターニング後に柱状スペーサーとなる。画素領
域306に柱状スペーサー305がある。シール材を設
ける領域307に柱状スペーサー310がある。308
は画素領域に設けられた柱状スペーサー305とシール
材を設ける領域に設けられた柱状スペーサー310の高
さの差を示す。セルギャップむらをでにくくするには、
高さの差308はできるだけ小さいほうが望ましい。
【0075】図7では、エッチング工程後の第三の層間
絶縁膜303が、画素領域306と駆動回路上にあり、
シール材を設ける領域周辺から液晶表示装置外側にかけ
ては、第三の層間絶縁膜をエッチングしている。第三の
層間絶縁膜のエッチングする領域309で示す。
【0076】つまり、図6、7の断面図の比較からわか
るように、図6のように有機樹脂膜をエッチングする領
域をできるだけ狭くするほうが、感光性樹脂を塗布した
ときに、より確実に段差の平坦化効果が高くなる。これ
により画素領域、駆動回路領域とシール材を設ける領域
でパターニング後の柱状スペーサーの高さを均一にでき
る。もちろん有機樹脂膜の粘度を低くすること、塗布回
数を増やすことで図7の構成でも十分に平坦化をはかる
ことができる。有機樹脂膜を二回にわけて塗布すると段
差の平坦化効果が高くなる。
【0077】そして、図5に示すように感光性樹脂に紫
外線を照射して、フォトリソグラフィーにより柱状スペ
ーサー162を形成する。柱状スペーサー162の直径
は1〜10μmが望ましい。本実施形態では柱状スペー
サー162の直径を2〜3μmとする。
【0078】柱状スペーサー162は画素領域では、保
持容量の上に形成する。駆動回路領域では、走査線上に
形成する。また、シール材を設ける領域にも柱状スペー
サー162を形成し、フィラーの替わりとする。
【0079】柱状スペーサーをパターニング後、ポスト
ベークにより熱硬化する。ポストベーク温度は250℃
とする。こうして、直径2〜3μmの柱状スペーサーが
形成される。柱状スペーサーの高さは、画素領域、駆動
回路領域で2.5μm、シール材を設ける領域で3μm
である。素子基板のシール材を設ける領域と、画素領
域、駆動回路領域上に柱状スペーサーを設け、頂点の高
さがほぼ均一になるようにしている。
【0080】以下に対向基板の作製工程を示す。図5を
用いて説明する。
【0081】ガラス基板163上にスパッタ法で無機材
料のブラックマトリクス164としてCr(クロム)を
120nmに成膜する。ブラックマトリクスは液晶のデ
ィスクリネーションによる光漏れや、スイッチング素子
が光反応により劣化することを防ぐ。ブラックマトリク
スの材料は金属だけでなく、金属酸化物、金属窒化物で
も良い。無機材料のブラックマトリクスとしては、クロ
ムのほかに、タンタルや、酸化クロム、窒化タンタルな
どがある。無機材料のブラックマトリクスは90〜30
0nmのような薄い膜厚でも、4〜6、あるいはそれ以
上の高いOD値(Optical Density;光
学濃度)を示す。ブラックマトリクスの厚みによる段差
の形成を押さえられる。
【0082】次に透明導電膜165として酸化インジウ
ム・スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜
する。光の干渉効果によりITO膜の透過率を高めるた
め、ITO膜の膜厚は100〜140nmが望ましい。
こうして、本実施形態の対向基板が完成する。
【0083】素子基板と、対向基板に配向膜印刷法によ
り配向膜166が形成されている。本実施形態では、日
産化学の垂直配向膜“SE1211”を60nm印刷す
る。印刷後配向膜をプリベーク、ポストベークする。
【0084】垂直配向膜はラビングをしなくても、液晶
のプレチルト角を90°とすることができ、液晶は配向
膜にたいし垂直配向する。
【0085】しかし、プレチルト角が90°では、アク
ティブマトリクス型表示装置をライン反転駆動したとき
に、隣接する画素間において、電圧の極性が反転してい
るため、横方向電界によりディスクリネーションがでや
すくなる。ディスクリネーションをおさえるためには、
ラビングをしてプレチルト角85°〜89°にしたほう
が良い。
【0086】ただし、垂直配向膜はラビングによるラビ
ング筋がでやすく、ラビング筋により、表示品質が損な
われやすい。特に、ラビング面に段差があると段差をひ
きずったラビング筋がでてしまう。
【0087】本実施形態では、素子基板のシール材を設
ける領域の有機樹脂膜をエッチングして段差を設けてい
るが、有機樹脂膜を二層にわけて形成し、一層のみエッ
チングすることで段差の形成を必要最低限におさえてい
る。また、対向基板は100〜120nmの無機材料か
らなるため段差は少ない。このため、段差に起因するラ
ビング筋がでにくい構造となっている。
【0088】本実施形態では、対向基板と素子基板をラ
ビングし、液晶表示装置を形成したときのラビング方向
が反平行になるようにする。
【0089】一対の基板間にシール材168が形成され
ている。本実施形態ではシール材は熱硬化型エポキシ樹
脂の三井化学のストラクトボンド“XN−21S”を用
いる。充填剤の直径は最大5μmである。実験ではXN
−21Sは、充填材の直径の関係でシール材が2.5μ
mまでしかつぶれなかった。かつ、2.5μmにまでセ
ルギャップを小さくすると、シール材中の低粘度成分が
画素領域に流出しやすくなった。“XN−21S”で形
成できるセルギャップは2.5μm以上、表示品質を考
えるとシール材の低粘度成分の流出をおさえるためには
3.0μm以上が望ましいことがわかった。
【0090】本実施形態では、画素領域のセルギャップ
が2.5μmであり、0.5μmの厚さで有機樹脂膜を
エッチングしているため、シール材は3.0μmとする
ことができる。このためシール材中の未硬化樹脂や低粘
度成分の流出が抑えられ、かつ、所望のセルギャップを
形成できる。段差を必要最低限におさえた構成にするた
め、シールを3.0μmとし、段差を低粘度成分の流出
しない0.5μmとしている。
【0091】シール材を90℃30分で仮焼成後、対向
基板と素子基板を貼り合わせ、熱プレスを行う。熱プレ
スの圧力は0.3kgf/cm2とする。熱プレス後に
スクライバー、ブレーカーで分断を行う。
【0092】垂直配向反射型液晶表示装置では、環境温
度にもよるが、液晶層のリタデーション(Δnd)は
0.2〜0.3が望ましい。本実施形態ではセルギャッ
プが2.5μmのため、液晶の屈折率異方性(Δn)が
0.1のメルクのネガ型液晶“MLC2038”を注入
する。
【0093】液晶167注入後、注入口をUV硬化型樹
脂(図示せず)で封止した後、液晶を等方相以上の温度
に加熱して、再配向処理を行う。
【0094】フレキシブルプリント配線板(FPC:F
rexible PrintedCircuit)(図
示せず)を取り付け、外部信号を入力し液晶表示装置を
駆動する。TFTに接続した画素電極161と、対向基
板に設けられた画素電極165で液晶167、配向膜1
66に電界がかかる。
【0095】以上のようにしてアクティブマトリクス型
表示装置が完成する。
【0096】垂直配向反射型液晶表示装置の表示品質を
確認する。垂直配向反射型プロジェクター液晶表示装置
はPBS(Polarized Beam Split
ter;偏光ビームスプリッター)を用いた光学系が必
要となる。図15に示すように、偏光ビームスプリッ
ター1103に入射する光のうち、偏光ビームスプリッ
ター1103のスプリッター面1104に水平に振動す
る光(S偏光1105)が反射し、S偏光1105と振
動方向が垂直な光(P偏光1106)が透過する。
【0097】図15、に垂直配向反射型プロジェク
ターの光学系を示す。光源1101は白色光のメタルハ
ライドランプを用いた。光源1101から出た光は、リ
フレクター1102より反射され平行光線となり、偏光
ビームスプリッター1103に入射する。偏光ビームス
プリッターに入射した光のうち、S偏光がスプリッター
面で反射され、ダイクロイックプリズム1105に入射
する。ダイクロイックプリズムにより入射した白色光が
赤、緑、青の3色の光に分光し、垂直配向反射型液晶表
示装置1106〜1108に入射する。液晶表示装置を
三枚用いてカラー表示を行う三板式の光学系のため、解
像度の高い表示ができる。
【0098】黒表示では、液晶は垂直配向をしており、
垂直配向反射型液晶表示装置1106〜1108に入射
した光は液晶により光学変調をうけない。図15に示
すように液晶表示装置から反射された光はS偏光のまま
であるため、偏光ビームスプリッターのスプリッター面
によってS偏光が光源側に反射する。このためスクリー
ン1109に光は入射しない。
【0099】白表示のときは、液晶表示装置には所定階
調に対応した電圧が印可されている。図15に示すよ
うに、垂直配向反射型液晶表示装置1106〜1108
に入射した光は液晶により光学変調をうけて、偏光状態
を変えるため、液晶表示装置から反射された光は、円偏
光、楕円偏光、あるいはP偏光となる。偏光状態に応じ
た明るさで偏光ビームスプリッター1103からスクリ
ーン1109側へ光が出射する。偏光ビームスプリッタ
ーから出射した光は投射レンズ1110によりスクリー
ン1109に投影される。
【0100】図15の光学系で表示の評価をする。セル
ギャップむら、ラビング筋は表示において問題がない。
液晶表示装置を観察してもシール材付近の段差の形成を
必要最低限におさえる構造のためシール材周辺の気泡は
見られない。
【0101】本実施形態の特徴はまず、シール材を設け
る領域の有機樹脂膜をエッチングすることでセルギャッ
プを狭くすることにともなうシール材の未硬化樹脂、低
粘度成分の流出をおさえることである。
【0102】また、本実施形態の特徴は、シール材を設
ける領域の段差を、柱状スペーサーにより平坦化し、柱
状スペーサーの頂点の高さを均一にすることである。対
向基板も膜厚が90〜300nmと薄いクロム、ITO
膜のような無機膜を使っているため平坦性が良い。平坦
性の良い2枚の基板を用いてパネル組立することで均一
なセルギャップが得られる。
【0103】また本実施形態の特徴は、有機樹脂膜を二
層に分けて形成し、一層のみエッチングすることで、段
差の形成を必要最低限におさえることである。これによ
り段差に起因する気泡や、ラビング筋をおさえることが
できる。さらに、段差の形成を必要最低限におさえてい
るため、柱状スペーサーにより段差を平坦化しやすい。
【0104】段差の形成をおさえた構成は、液晶注入と
いう点では、垂直配向のように配向膜のアンカリングエ
ネルギーが弱く液晶注入に時間がかかる表示モードや、
液晶の粘性が高く液晶注入に時間がかかる表示モードに
有用である。また気泡が残りやすい大型の液晶表示装置
にも有用である。
【0105】また、自発分極を有するスメクチック液晶
は、液晶が注入されにくく段差部で気泡となりやすい。
そして気泡を起点として層方向に配向欠陥が広がり、液
晶表示装置全面で均一な配向を得るのが難しくなる。実
験では配向膜(30〜230nm)や透明電極(90〜
140nm)に起因する30〜370nmの段差でさ
え、液晶表示装置のサイズや注入条件によっては、液晶
がうまく注入されず気泡となった。このため、段差の形
成を必要最低限におさえた本実施形態の構成は、スメク
チック液晶を使用する液晶表示装置において有用であ
る。
【0106】本実施形態の段差の形成を必要最低限にお
さえた構成は、ラビング筋を防ぐという点では、垂直配
向のようにプレチルトが高くラビング筋がでやすい表示
モードや、ディスクリネーション対策に比較的プレチル
トを高くした(5〜10°)、ラビング筋がでやすい表
示モードに有用である。
【0107】またラビングによる段差を防ぐという点で
は、段差形成後に有機樹脂膜を塗布し、段差部に緩やか
なテーパーをつけることも可能である。緩やかなテーパ
ーをつけることでラビングロールの毛先の乱れが少なく
なり、ラビング筋を減らすことができる。
【0108】駆動回路一体型のアクティブマトリクス型
液晶表示装置において、対角2〜3インチ以下の小型パ
ネルの場合、駆動回路とシール材を形成する領域にのみ
スペーサーを設け、表示領域には設けないことも可能で
ある。スペーサー周囲の液晶配向が乱れることによる光
漏れを防止できる。石英基板を用いると表示領域にギャ
ップを制御する材料を設けなくても精度の良いセルギャ
ップ制御ができる。
【0109】本実施形態を液晶表示装置に応用する場合
は、本実施形態の構成の特徴をすべて備えている必要は
なく、実施者が必要に応じて適宜選択すれば良い。本実
施形態では素子基板の有機樹脂膜をエッチングしたが、
無機膜をエッチングして段差を形成することも可能であ
る。
【0110】[実施形態2]本実施形態では、煩雑な工
程をともなわず、均一なセルギャップの液晶表示装置を
形成する方法を説明する。
【0111】液晶表示装置では、シール材を設ける領域
と画素領域の段差から、シール材中のフィラー径と画素
領域のスペーサーの径を設定するといった作業をすると
きがある。しかし、測定装置の精度の問題で段差測定値
からフィラー径の最適化をしてもセルギャップむらがで
てしまうことがある。
【0112】しかし、本実施形態では、シール材にフィ
ラー、スペーサーを設けない。このためシール材のセル
ギャップは、画素領域、駆動回路領域に形成されたスペ
ーサーにより決められる。このため、アクティブマトリ
クス型表示装置のシール下にあるFPC配線による段差
により、セルギャップが局所的に厚くなることをおさえ
られる。
【0113】図8に実施形態2の構成を示す。素子基板
はガラス基板401、真性半導体層402、半導体nチ
ャネル領域403、半導体pチャネル領域404、ゲー
ト絶縁膜405、耐熱性導電体層406、保護膜40
7、第一の層間絶縁膜408、ソース配線409、41
1と、ドレイン配線410、412、第二の層間絶縁膜
413、画素電極414、柱状スペーサー423からな
る。
【0114】実施形態2では対向基板にある有機樹脂膜
をシール材を設ける領域においてエッチングしている。
このため、素子基板の層間絶縁膜はシール材形成用にエ
ッチングしていない。
【0115】また、本実施形態では柱状スペーサーの高
さを1.0μmとしている。柱状スペーサー材料として
はJSRの“NN700”を希釈して粘度を下げ、スピ
ン塗布し、1.0μmのセルギャップ形成を行った。
【0116】対向基板はガラス基板415、無機材料の
ブラックマトリクス416、カラーフィルター417、
オーバーコート材418、透明導電膜419からなる。
対向基板の特徴を図11を用いて説明する。
【0117】図11のように、対向基板のガラス70
1には、無機材料のブラックマトリクス702が成膜さ
れている。本実施形態ではクロム120nmが使われ
る。
【0118】無機材料のブラックマトリクス702の上
にカラーフィルター703が形成されている。カラーフ
ィルターは顔料が分散された有機樹脂からなる。カラー
フィルターの厚さは反射型液晶表示装置で0.3μm〜
1.5μmであり、透過型液晶表示装置で0.8μm〜
2.0μmが望ましい。カラーフィルターは各色のカラ
ーモザイクを組み合わせてカラー表示を行う。カラーモ
ザイクとして用いる色の組み合わせは、赤、青、緑のよ
うな加法混色の三原色だけでなく、シアン、マゼンダ、
イエローのような減法混色の三原色も可能である。
【0119】本実施形態では赤、青、緑の加法混色の三
原色でカラー表示を行う。カラーフィルターとして感光
性アクリル樹脂が緑、青、赤の順で、それぞれ1.4〜
1.6μmの厚さでストライプ状に形成されている。図
示してはいないが、ブラックマトリクスを隣接するカラ
ーモザイクの間に設けると、カラーモザイクが重なるこ
とによる混色を防ぐことができる。
【0120】本実施形態では、カラーフィルター703
のカラーモザイク緑、赤、青のうち、少なくともいずれ
か一色が駆動回路708領域にも形成してあるのが特徴
である。これにより、少なくとも、駆動回路領域708
と画素領域706が同じ高さに平坦化され、セルギャッ
プむらがでにくくなる。駆動回路一体型のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置のうち、デジタル駆動パネルの
ような、駆動回路領域の大きな液晶表示装置にこのよう
な構成は特に有効である。
【0121】カラーフィルター703にオーバーコート
材704を形成する。オーバーコート材の厚さは0.5
〜5μmが望ましい。オーバーコート材はアクリル、ポ
リイミドのような透明な有機樹脂膜であり、隣接するカ
ラーモザイクの重なりによってできる微細な段差の平坦
化効果がある。本実施形態ではオーバーコート材の厚さ
を1μmとする。
【0122】透明導電膜705として酸化インジウム・
スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜し、
レジスト709をパターニングする。
【0123】その後、図11のようにドライエッチン
グにより、シール材を設ける領域707にあるオーバー
コート材704を透明導電膜705と一緒にエッチング
する。エッチング後に剥離液にてレジストを剥離する。
【0124】図11と比較する構成を図12に示す。対
向基板の駆動回路領域808にカラーフィルターがな
い。
【0125】ガラス基板801があり、無機材料のブラ
ックマトリクス802の上にカラーフィルター803が
形成されている。本実施形態では赤、青、緑の加法混色
の三原色でカラー表示を行う。カラーフィルターとして
感光性アクリル樹脂が緑、青、赤の順で、それぞれ1.
4〜1.6μmの厚さでストライプ状に形成されてい
る。図示してはいないが、ブラックマトリクスを隣接す
るカラーモザイクの間に設けると、カラーモザイクが重
なることによる混色を防ぐことができる。カラーフィル
ターは画素領域にある。
【0126】カラーフィルター803にオーバーコート
材804を形成する。オーバーコート材の厚さは0.5
〜5μmが望ましい。オーバーコート材はアクリル、ポ
リイミドのような透明な有機樹脂膜であり、隣接するカ
ラーモザイクの重なりによってできる微細な段差の平坦
化効果がある。本実施形態ではオーバーコート材の厚さ
を1μmとする。
【0127】透明導電膜805として酸化インジウム・
スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜し、
レジストによりパターニングする。
【0128】その後、ドライエッチングにより、シール
材を設ける領域807にあるオーバーコート材804を
透明導電膜805だけをエッチングする。
【0129】このように作製した対向基板では、画素領
域806と駆動回路領域808の間にカラーフィルター
の厚さ起因の段差809が残る。段差809に起因する
セルギャップむらができやすい。図11では、画素領域
706と駆動回路領域708は平坦である。
【0130】図11の対向基板と素子基板を組み合わせ
てパネル組立をする。パネル組立工程を図8を用いて説
明する。配向膜420は表示モードに応じて適宜選択す
る。
【0131】シール材422は熱硬化型エポキシ樹脂の
三井化学のストラクトボンド“XNー21F”を使う。
ファインピッチ形成用に市販されている材料であり、充
填材の最大径は4μmである。実験では、充填材の径の
関係で、XN−21Fはシール材が2.3μmまでしか
つぶれなかった。かつ2.5μmにまでセルギャップを
小さくすると、シール材中の低粘度成分が画素領域に流
出しやすくなった。つまり、“XN−21F”で形成で
きるセルギャップは2.3μm以上、表示品質を考える
と2.9μm以上が望ましいことがわかった。
【0132】シール材を仮焼成後、対向基板と素子基板
を貼り合わせ、熱プレスを行う。貼り合わせ後の対向基
板と素子基板のラビング軸は90°に交差する。熱プレ
スの圧力は0.3kgf/cm2とする。熱プレス後に
スクライバー、ブレーカーで分断を行う。液晶421は
表示モードに応じて適宜選択し、液晶注入後にUV硬化
樹脂で注入口を硬化する。
【0133】対向基板シール材を設ける領域の1.0μ
mのオーバーコート材418と1.5μmのカラーフィ
ルター417をエッチングすることで、本実施形態では
シール材を設ける領域のセルギャップを画素領域のセル
ギャップに比べて2.5μm高くすることができる。
1.0μmのセルギャップの液晶表示装置に対して、シ
ール材を設ける領域は3.5μmのセルギャップとする
ことができる。これによりシール材の低粘度成分、未硬
化樹脂の流出をおさえることができる。3.5μmのセ
ルギャップなら、充填材がつぶれることができ、セルギ
ャップ形成が可能である。
【0134】本実施形態はシール材に特徴があり、シー
ル材中にフィラー等のセルギャップ制御をする材料がな
いため、駆動回路領域と、画素領域のスペーサーの高さ
で液晶表示装置のセルギャップが決まる。このため、シ
ール材を設ける領域に大きく段差を設けても、フィラー
径の最適化という煩雑な作業がなくても、均一なセルギ
ャップとなる。
【0135】また、本実施形態の構成は対向基板に特徴
があり、図11のように駆動回路領域にもカラーフィル
ターを形成し、画素領域と駆動回路領域にあたる部分を
平坦化してセルギャップむらを出にくくしている。さら
に、対向基板のシール材を設ける領域の有機樹脂膜をエ
ッチングしているためセルギャップを狭くすることにと
もなうシール材のしみ出しが見られない。
【0136】本実施形態ではスペーサーとして、柱状ス
ペーサーを用いて説明したが、それに限るものでなく球
状のSiO2、有機樹脂のスペーサー、壁スペーサーな
ど自由に使える。
【0137】本実施形態の対向基板の構成は、アクティ
ブマトリクス型表示装置だけでなく、単純マトリクス型
表示装置にも適用できる。
【0138】[実施形態3]本実施形態では、シール材
の信頼性の関係でシール材を設ける領域の段差を大きく
設けた基板において、段差に起因するラビング筋をおさ
える方法を開示する。
【0139】以下に本実施形態の構成を説明する。素子
基板、対向基板は図8に示す基板を用いる。各構成要素
の説明は実施形態2においてすでにした。対向基板はシ
ール材を設ける領域のオーバーコート材、カラーフィル
ターがエッチングされ2.5μmの段差ができている。
柱状スペーサー423としてはJSRの“NN700”
が画素領域と駆動回路に1.0μmの高さで形成されて
いる。本実施形態では実施形態2と異なる点を説明す
る。
【0140】本実施形態では、光配向により液晶の配向
制御を行う。光配向は配向膜に対し非接触な工程で、配
向膜に液晶の配向機能を発現させる。このため、シール
材を設ける領域の段差に起因するラビングむらをおさえ
ることができる。
【0141】配向膜のラビング工程は、基板の段差を引
きずったラビング筋が現われることがある。しかし、液
晶の配向制御にラビングレスの表示モードを組み合わせ
て使うことで、段差によるラビング筋を防止する。
【0142】配向膜は光配向機能を有する配向膜として
感光性樹脂であるポリビニルシンナメート(PVCi)
を用いる。膜厚は30nmとする。ポリビニルシンナメ
ートはネガ型のフォトレジストであり、光反応により分
子構造が変化し、二量化反応が起こる。
【0143】ポリビニルシンナメート(PVCi)の二
量化反応を図13に示す。ポリビニルシンナメート90
0の側鎖のスチリル基901は、カルボニル基からベン
ゼン環にかけて二重結合の共役系が伸びており、紫外線
を強く吸収する。
【0144】側鎖のスチリル基901に平行な紫外線の
直線偏光902を照射すると、側鎖が紫外線を吸収し
て、スチリル基901の炭素−炭素二重結合が開環し、
903のようにポリビニルシンナメートが二量化する。
【0145】二量化したポリビニルシンナメートは液晶
の配向性を失う。液晶はポリビニルシンナメートの側鎖
方向に配向するため、結果として照射した紫外線の偏光
方向に対し直交する方向に液晶長軸が配向する。
【0146】ポリビニルシンナメートを光配向するに
は、図14に示すように配向膜に対し直線偏光を二回に
わけて照射する。一回目の光照射は配向膜に対し、垂直
方向から行い液晶長軸の配向方向を決める。
【0147】二回目の直線偏光の照射は配向膜に対し、
斜め方向からする。二回目の光照射により液晶のプレチ
ルト角が決まる。照射した直線偏光と同一平面で、照射
した直線偏光に対し直行する方向に液晶の長軸が配向す
る。
【0148】二回に分けて紫外領域の直線偏光を照射す
ることで、液晶の配向軸1001とプレチルト角が決ま
る。液晶の配向方向は表示モードに応じて適宜選択す
る。
【0149】紫外光の光源としては、水銀ランプ、エキ
シマレーザー、アルゴンイオンレーザー等がある。
【0150】光配向後、シール材を塗布する。シール材
仮焼成、基板貼り合わせ、熱プレス、分断を行って液晶
を注入する。液晶注入後に注入口に紫外線硬化材を塗布
し、紫外線照射することで液晶注入口を封止する。フレ
キシブルプリント配線板をパネルにつけて、アクティブ
マトリクス型表示装置ができる。
【0151】本実施形態の特徴はセルギャップの狭い液
晶表示装置におけるシール材のしみだしを防止するため
に、シール材を設ける領域をエッチングして段差を設け
ている。さらに段差によりラビング筋がでることを防ぐ
ために光配向処理をほどこしている。
【0152】素子基板には図8のように柱状スペーサー
423が形成されているが、柱状スペーサーの高さが
1.0μmと小さいので、柱状スペーサーの影による光
照射むらはそれほど大きくなく、液晶の配向は液晶表示
装置内で均一である。
【0153】ラビングレスの表示モードは、光配向法だ
けでなく、電界スリット制御法、垂直配向型液晶表示装
置において微細突起で液晶を配向するMVA(Mult
iVertical Align)モードがある。シー
ル材を設ける領域をエッチングしたような段差の大きい
基板では、これらのラビングレスモードもラビング筋の
防止に有用である。
【0154】[実施形態4]配向膜のラビング工程は、
基板上に基板の段差を引きずったラビング筋が現われる
ことがある。本実施形態では、セルギャップを狭くする
ための段差が、ラビング工程に影響しない構成を開示す
る。
【0155】本実施形態では、対向基板、素子基板と
も、ラビングの上流方向をさけて、有機樹脂膜のエッチ
ングによる段差を設けて、段差に起因するラビング筋が
画素領域にかからないようにすることを特徴とする。
【0156】本実施形態の構成を図9を用いて説明す
る。図9において、対向基板501と配向膜のラビング
方向502、シール材を設ける領域においてシール材の
しみだし防止のために有機樹脂膜がエッチングされた領
域503が図示されている。簡単のために対向基板の画
素電極、ブラックマトリクス、カラーフィルター等は図
示していない。段差によるラビング筋が画素領域にかか
ることを防ぐために、ラビング方向502の上流側をさ
けて有機樹脂膜をエッチングしていることが特徴であ
る。本実施形態では、エッチングする領域503におい
て、カラーフィルター1.0μmと、オーバーコート材
1.0μmを取り去っており、2.0μmの段差があ
る。
【0157】素子基板504に、FPC配線引出し線5
05、ゲートドライバー506、ソースドライバー50
7がある。素子基板の配向膜ラビング方向508の上流
側をさけて、有機樹脂膜エッチングする領域509を設
けている。素子基板では、FPC配線を保護するため
に、FPC配線側の有機樹脂膜は残してある。本実施形
態では、エッチングする領域509において、有機樹脂
膜を2.0μm取り去っており、対向基板と同じ段差が
ある。
【0158】対向基板にシール材511を形成し、対向
基板と素子基板をパネル組立する。パネル組立後のシー
ル材511は、対向基板と素子基板に2.0μmの段差
をもうけた領域512にある。本実施形態のラビング方
向では左巻きのツイストのTN型液晶表示装置ができ
る。パネル組立後にFPC510の貼りつけを行い、ア
クティブマトリクス型表示装置が完成する。
【0159】本実施形態では、セルギャップを狭くする
ことによるシール材のしみだしを防ぐために、対向基板
と、素子基板の有機樹脂膜をエッチングしている。さら
に、エッチング後の段差に起因するラビング筋を防ぐた
めに、ラビング方向の上流側をさけて有機膜をエッチン
グしている。これによりラビング筋のできにくい良好な
表示品質の液晶表示装置を形成する。
【0160】[実施形態5]実施形態5では、ラビング
筋防止のため、ラビングの上流方向を避けるようにして
段差を設けた液晶表示装置の構成を説明する。本実施形
態では、一対の基板に反平行のラビング処理を施す。表
示モードとしては、垂直配向液晶表示装置、反強誘電性
液晶表示装置、強誘電性液晶表示装置のような反平行の
ラビング処理が必要な液晶表示装置に適用できる。
【0161】本実施形態では、対向基板、素子基板と
も、ラビングの上流方向に、有機樹脂膜のエッチングに
よる段差を設けないようにして、段差に起因するラビン
グ筋が画素領域にかからないようにすることを特徴とす
る。
【0162】本実施形態の構成を図10を用いて説明す
る。図10において、対向基板601と配向膜のラビン
グ方向602、シール材を設ける領域においてシール材
のしみだし防止のために有機樹脂膜がエッチングされた
領域603がある。簡単のために対向基板の画素電極、
ブラックマトリクス、カラーフィルター等は図示してい
ない。段差によるラビング筋が画素領域にかかることを
防ぐために、ラビング方向602の上流側をさけて有機
樹脂膜をエッチングしていることが特徴である。本実施
形態では、エッチングする領域603において、カラー
フィルター1.0μmと、オーバーコート材1.0μm
を取り去っており、2.0μmの段差がある。
【0163】素子基板604に、FPC配線引出し線6
05、ゲートドライバー606、ソースドライバー60
7がある。素子基板配向膜のラビング方向608の上流
側をさけて、有機樹脂膜エッチングする領域609を設
けている。素子基板では、FPC配線を保護するため
に、FPC配線側の有機樹脂膜は残してある。本実施形
態では、エッチングする領域609において、有機樹脂
膜を2.0μm取り去っており、対向基板と同じ段差が
ある。
【0164】対向基板上にシール材611を塗布し、対
向基板と素子基板をパネル組立する。パネル組立後のシ
ール材611は、対向基板と素子基板の2.0μmの段
差をもうけた領域612にある。本実施形態では反平行
にラビング処理を施した液晶表示装置ができる。パネル
組立後にFPC610の貼りつけを行い、アクティブマ
トリクス型表示装置が完成する。
【0165】[実施形態6]本実施形態では、本発明の
アクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ半導
体装置について図18、図19、図20で説明する。
【0166】このような半導体装置には、携帯情報端末
(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビ
デオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、
テレビ等が挙げられる。それらの一例を図18と図19
に示す。
【0167】図18(A)は携帯電話であり、本体90
01、音声出力部9002、音声入力部9003、表示
装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ900
6から構成されている。本願発明は音声出力部900
2、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基
板を備えた表示装置9004に適用することができる。
【0168】図18(B)はビデオカメラであり、本体
9101、表示装置9102、音声入力部9103、操
作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部91
06から成っている。本願発明は音声入力部9103、
及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置910
2、受像部9106に適用することができる。
【0169】図18(C)はモバイルコンピュータ或い
は携帯型情報端末であり、本体9201、カメラ部92
02、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装
置9205で構成されている。本願発明は受像部920
3、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9
205に適用することができる。
【0170】図18(D)はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体9301、表示装置9302、アーム部
9303で構成される。本願発明は表示装置9302に
適用することができる。また、表示されていないが、そ
の他の信号制御用回路に使用することもできる。
【0171】図18(E)はテレビであり、本体940
1、スピーカー9402、表示装置9403、受信装置
9404、増幅装置9405等で構成される。実施例5
で示す液晶表示装置や、実施例6または7で示すEL表
示装置は表示装置9403に適用することができる。
【0172】図18(F)は携帯書籍であり、本体95
01、表示装置9502、9503、記憶媒体950
4、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成
されており、ミニディスク(MD)やDVDに記憶され
たデータや、アンテナで受信したデータを表示するもの
である。表示装置9502、9503は直視型の表示装
置であり、本発明はこの適用することができる。
【0173】図19(A)はパーソナルコンピュータで
あり、本体9601、画像入力部9602、表示装置9
603、キーボード9604で構成される。
【0174】図19(B)はプログラムを記録した記録
媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体9701、表示装置9702、スピーカ部97
03、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。
【0175】図19(C)はデジタルカメラであり、本
体9801、表示装置9802、接眼部9803、操作
スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成され
る。
【0176】図20(A)はフロント型プロジェクター
であり、表示装置3601、スクリーン3602で構成
される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適
用することができる。
【0177】図20(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体3701、投射装置3702、ミラー370
3、スクリーン3704で構成される。本発明は表示装
置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0178】なお、図20(C)は、図20(A)及び
図20(B)中における投射装置3601、3702の
構造の一例を示した図である。投射装置3601、37
02は、光源光学系3801、ミラー3802、380
4〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズ
ム3807、液晶表示装置3808、位相差板380
9、投射光学系3810で構成される。投射光学系38
10は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単
板式であってもよい。また、図20(C)中において矢
印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0179】また、図20(D)は、図20(C)中に
おける光源光学系3801の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクタ
ー3811、光源3812、レンズアレイ3813、3
814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で
構成される。なお、図20(D)に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光
学系を設けてもよい。
【0180】
【発明の効果】本発明により、セルギャップを狭くする
ことにともなうシール材中の低粘度成分や未硬化樹脂の
流出をおさえる。また、シール材を設ける領域のギャッ
プを2.3〜2.5μm望ましくは2.9〜3.0μm
以上にすることで良好なセルギャップを形成する。
【0181】また、本発明は、セルギャップを狭くする
ことにともなうシール形成領域の段差を必要最低限に小
さくすることで、液晶注入にともなう気泡やラビング工
程にともなうラビング筋をおさえることができる。この
ようにセルギャップ方向の段差の形成を抑えた構成で、
柱状スペーサーを塗布して、シール材を設ける領域と画
素領域の段差を平坦化することで、均一なセルギャップ
が得られる。
【0182】本発明のように、1μmの極端に小さなセ
ルギャップを形成する場合は、対向基板のカラーフィル
ター、オーバーコート材をシール材を設ける領域のみエ
ッチングすることでセルギャップを狭くすることに必要
な段差をつくることができる。さらに、段差にともなう
ラビング筋が表示品質に影響する場合は、光配向のよう
な非接触の配向手段をとることも可能である。
【0183】さらに、セルギャップを狭くするために設
けた段差によりラビング工程でラビング筋がでる場合
は、対向基板、素子基板ともラビング方向の上流側をさ
けて段差を形成し、パネル組立することで、ラビング筋
による表示品質の劣化のない液晶表示装置を作ることが
できる。
【0184】
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1のアクティブマトリクス型表示装
置の作製工程を示す断面図。
【図2】 実施形態1のアクティブマトリクス型表示装
置の作製工程を示す断面図。
【図3】 実施形態1のアクティブマトリクス型表示装
置の作製工程を示す断面図。
【図4】 実施形態1のアクティブマトリクス型表示装
置の作製工程を示す断面図。
【図5】 実施形態1のアクティブマトリクス型表示装
置の断面図。
【図6】 実施形態1の有機樹脂膜をエッチングする領
域。
【図7】 実施形態1で比較する有機樹脂膜をエッチン
グする領域。
【図8】 実施形態2のアクティブマトリクス型表示装
置の断面図。
【図9】 実施形態4のラビング方向と有機樹脂膜をエ
ッチングする領域の関係。
【図10】 実施形態5のラビング方向と有機樹脂膜を
エッチングする領域の関係。
【図11】 実施形態2の対向基板とそ。
【図12】 実施形態2で比較する対向基板とそ。
【図13】 光配向におけるポリビニルシンナメートの
二量化反応。
【図14】 光配向における光照射方向と液晶配向軸の
関係。
【図15】 垂直配向反射型プロジェクターの光学系。
【図16】 段差とラビング筋の関係。
【図17】 液晶表示装置の問題点。
【図18】 本発明のアクティブマトリクス型液晶表示
装置の応用例
【図19】 本発明のアクティブマトリクス型液晶表示
装置の応用例
【図20】 本発明のアクティブマトリクス型液晶表示
装置の応用例
【符号の説明】 162 柱状スペーサー 166 配向膜 167 液晶 168 シール材 201 ガラス基板 202 無機絶縁膜 203、204 エッチング工程後の第三の層間絶縁膜 205 感光性樹脂 206 画素領域に設けられた柱状スペーサー 207 画素領域 208 シール材を設ける領域 209 シール材を設ける領域に設けられた柱状スペー
サー 210 第三層間膜のエッチングする領域 211 第三層間膜による段差 301 ガラス基板 302 無機絶縁膜 303 エッチング工程後の第三の層間絶縁膜 304 感光性樹脂 305 画素領域に設けられた柱状スペーサー 306 画素領域 307 シール材を設ける領域 308 柱状スペーサーの高さの差 309 第三層間膜のエッチングする領域 310 シール材を設ける領域に設けられた柱状スペー
サー 311 第三層間膜による段差 417 カラーフィルター 418 オーバーコート材 419 透明導電膜 420 配向膜 421 液晶 422 シール材 423 柱状スペーサー 501、601 対向基板 502、602 ラビング方向 503、603 有機樹脂膜がエッチングされた領域 504、604 素子基板 505、605 FPC配線引出し線 506、606 ゲートドライバー 507、607 ソースドライバー 508、608 配向膜のラビング方向 509、609 エッチングする領域 510、610 FPC 511、611 シール材 512、612 エッチングする領域 701、801 ガラス基板 702、802 無機材料のブラックマトリクス 703、803 カラーフィルター 704、804 オーバーコート材 705、805 透明導電膜 706、806 画素領域 707、807 シール材を設ける領域 708、808 駆動回路領域 709 レジスト 809 段差 1106〜1108 垂直配向反射型液晶表示装置 1200 素子基板 1201 段差 1202 ラビング方向 1203 ラビング筋 1301 シール材 1302 シール材のしみだし 1303 画素領域 1304 気泡 1305 中心付近の色調 1306 中心から離れたところの色調 1307 ラビング筋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09F 9/00 360 G09F 9/00 360D 360K 360N 9/30 320 9/30 320 338 338 Fターム(参考) 2H089 LA09 LA10 LA12 LA14 LA15 LA16 LA46 LA47 LA48 MA03X NA05 NA12 NA44 QA14 RA13 RA14 SA10 TA05 TA12 UA05 UA09 2H090 HA04 HA05 HB02X HB07X HC13 HD03 HD08 HD14 KA14 KA15 LA02 LA03 MA01 MA06 MA11 MB01 5C094 AA02 AA31 AA42 BA03 BA49 CA19 CA24 DA14 DA15 DB02 EA04 EA07 EB02 EC03 ED03 ED14 ED15 ED20 FB12 FB15 GB01 5G435 AA00 AA17 BB12 BB15 BB16 BB17 CC12 DD02 DD05 DD06 DD07 DD09 EE33 FF03 FF05 FF07 GG03 GG04 GG08 GG28 GG46 HH02 HH12 HH14 KK05 LL04 LL07 LL08 LL14

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の基板と、前記一対の基板に狭持され
    た液晶層と、前記一対の基板の一方の基板に形成され
    た、第一の絶縁層と、第二の絶縁層とを有し、前記第二
    の絶縁層が選択的に除去されて前記第一の絶縁層が露呈
    された領域に第一のスペーサーとシール材が設けられ、
    前記第二の絶縁層の上方に第二のスペーサーが設けら
    れ、前記第一のスペーサーと前記第二のスペーサーとは
    頂点が同一の高さを有して前記一対の基板間に形成され
    ていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第二の絶縁層上に
    ストライプ状の画素電極が形成されていることを特徴と
    する液晶表示装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記第二の絶縁層上に
    各画素に対応した画素電極が形成されていることを特徴
    とする液晶表示装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記第一の絶縁層と第
    二の絶縁層のいずれか一方が無機絶縁膜からなり、他方
    が有機絶縁膜からなることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記第一のスペーサー
    と前記第二のスペーサーはポリイミド、ポリアミド、ア
    クリル、ポリビニルシンナメートのうちいずれか一つを
    主成分とすることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 【請求項6】請求項1乃至5のいずれか一項において、
    前記前記第一の絶縁層が露呈された領域の幅(LA)が
    前記シール材の幅(LB)に対し、LB+0.1mm≦L
    A≦LB+2mmとなることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれか一項において、
    第一のスペーサーの高さ(HA)を2.5μm≦HA
    3.0μmとすることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 【請求項8】請求項7において、前記液晶層が自発分極
    を有するスメクチック液晶を含むことを特徴とする液晶
    表示装置。
  9. 【請求項9】請求項1乃至8のうちいずれか1項におい
    て、前記第二のスペーサーが表示領域にないことを特徴
    とする液晶表示装置。
  10. 【請求項10】一対の基板と、前記一対の基板に狭持さ
    れた液晶層と、前記一対の基板の一方の基板には、第一
    の絶縁層と、前記第一の絶縁層の上の第二の絶縁層と、
    第二の絶縁層の上の有機樹脂膜(A)があり、前記第二
    の絶縁層がシール材を形成する領域の下方において選択
    的に除去されて、第一の絶縁層と有機樹脂膜(A)が接
    しており、前記有機樹脂膜(A)の上に有機樹脂(B)
    からなるスペーサーが、前記シール材を形成する領域と
    表示領域に頂点が同一の高さで設けられていることを特
    徴とする液晶表示装置。
  11. 【請求項11】請求項10において、第二の絶縁層が選
    択的に除去された領域の幅(LA)が前記シール材を形
    成する領域の幅(LB)に対し、LB+0.1mm≦LA
    ≦LB+2mmとなることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 【請求項12】請求項10または11において、シール
    材を形成する領域の有機樹脂材料の頂点までの高さ(H
    A)を2.5μm≦HA≦3.0μmとすることを特徴と
    する液晶表示装置。
  13. 【請求項13】請求項12において、前記液晶層が自発
    分極を有するスメクチック液晶を含むことを特徴とする
    液晶表示装置。
  14. 【請求項14】請求項10乃至13のいずれか1項にお
    いて、前記有機樹脂(B)からなるスペーサーが前記表
    示領域にないことを特徴とする液晶表示装置。
  15. 【請求項15】一対の基板と、前記一対の基板に液晶層
    を狭持し、前記一対の基板のうち一方の基板に、第一の
    絶縁層を形成し、前記第一の絶縁層の上に第二の絶縁層
    を形成し、前記第一の絶縁層をエッチングのストッパー
    として前記第二の絶縁層を選択的に除去し、さらに有機
    樹脂膜を塗布しパターニングすることで前記第一の絶縁
    層を除去した領域と表示領域にスペーサーを形成し、前
    記第一の絶縁層を除去した領域にシール材を形成するこ
    とを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
  16. 【請求項16】請求項15において、前記有機樹脂膜は
    ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシンナ
    メートのうちいずれか一つを主成分とするものを用いる
    ことを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
  17. 【請求項17】請求項15乃至16のいずれか一項にお
    いて、第二の絶縁層を選択的に除去した幅(LA)が前
    記シール材の幅(LB)に対し、LB+0.1mm≦LA
    ≦LB+2mmとなるように形成することを特徴とする
    液晶表示装置の作製方法。
  18. 【請求項18】請求項15乃至17のいずれか一項にお
    いて、前記第一の絶縁層を除去した領域に形成する有機
    樹脂材料の頂点までの高さ(HA)が2.5μm≦HA
    3.0μmとなるように形成することを特徴とする液晶
    表示装置の作製方法。
  19. 【請求項19】請求項18において、前記液晶層を自発
    分極を有するスメクチック液晶で形成することを特徴と
    する液晶表示装置の作製方法。
  20. 【請求項20】一対の基板と、一対の基板に液晶層を狭
    持し、前記一対の基板の一方の基板に、第一の絶縁層を
    形成し、前記第一の絶縁層の上に第二の絶縁層を形成
    し、前記第一の絶縁層をエッチングのストッパーにして
    前記第二の絶縁層を選択的に除去し、さらに有機樹脂膜
    (A)を形成し、前記有機樹脂膜(A)の上に有機樹脂
    膜(B)を塗布し、前記有機樹脂膜(B)をパターニン
    グすることで、前記第一の絶縁層を除去した領域の上方
    と表示領域にスペーサーを形成することを特徴とする液
    晶表示装置の作製方法。
  21. 【請求項21】請求項20において、有機樹脂膜(B)
    はポリイミド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシン
    ナメートのうちいずれか一つを主成分とするものを用い
    ることを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
  22. 【請求項22】請求項20または21において、前記第
    一の絶縁層を除去した領域の幅(LA)が前記シール材
    の幅(LB)に対し、LB+0.1mm≦LA≦LB+2m
    mとなるように形成することを特徴とする液晶表示装置
    の作製方法。
  23. 【請求項23】請求項20乃至22のいずれか一項にお
    いて、シール材を設ける領域の有機樹脂材料の頂点まで
    の高さ(HA)を2.5μm≦HA≦3.0μmとなるよ
    うに形成することを特徴とする液晶表示装置の作製方
    法。
  24. 【請求項24】請求項23において、前記液晶層に自発
    分極を有するスメクチック液晶を用いることを特徴とす
    る液晶表示装置の作製方法。
  25. 【請求項25】少なくともいずれか一方が透明絶縁性を
    有する一対の基板と、前記一対の基板の少なくとも一方
    がカラーフィルターと、オーバーコート材を有し、前記
    オーバーコート材あるいは前記オーバーコート材と前記
    カラーフィルターをシール材を設ける領域において除去
    してあることを特徴とする液晶表示装置。
  26. 【請求項26】請求項25において、表示領域のセルギ
    ャップが2.5μm以下であることを特徴とする液晶表
    示装置。
  27. 【請求項27】請求項25または26において、シール
    材を形成する領域にスペーサー、フィラーを設けないこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  28. 【請求項28】一対の基板と、前記一対の基板に設けら
    れた一対の配向層と、前記一対の基板のうち第一の基板
    に設けられた第一の絶縁膜と、前記一対の基板のうち第
    二の基板に設けられた第二の絶縁膜と、第一の基板に設
    けられた配向層のラビング処理の下流側あるいは平行な
    領域と、第二の基板に設けられた配向層のラビング処理
    の下流側あるいは平行な領域において、シール材を形成
    する領域に段差を設けるように第一の絶縁膜と第二の絶
    縁膜が除去されていることを特徴とする液晶表示装置。
  29. 【請求項29】請求項28において、第一の基板に設け
    られた配向層のラビング処理の上流側と、第二の基板に
    設けられた配向層のラビング処理の上流側は一対の基板
    において、異なる位置にあることを特徴とする液晶表示
    装置。
  30. 【請求項30】請求項29において、前記一対の基板の
    第一の絶縁膜を除去する領域と、第二の基板を除去する
    領域は互いに重なりあわないことを特徴とする液晶表示
    装置。
  31. 【請求項31】請求項30において、前記表示領域のセ
    ルギャップが2.5μm以下であることを特徴とする液
    晶表示装置。
  32. 【請求項32】請求項31において、前記シール材を形
    成する領域のセルギャップを3μm以上とすることを特
    徴とする液晶表示装置。
  33. 【請求項33】請求項28乃至32のいずれか一項にお
    いて、シール材を形成する領域にスペーサー、フィラー
    を設けないことを特徴とする液晶表示装置。
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