JP2001324709A

JP2001324709A - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001324709A
Application number: JP2000143528A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamoto; 武志山本; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】歩留まりが高く、輝点欠陥等の表示不良が生じ
にくい液晶表示装置を提供する。【解決手段】この発明の液晶表示装置は、対向配置され
た２枚の基板１０，３０の間に液晶５０を挟持し、両基
板の何れか一方の液晶側の面に行駆動線と列駆動線をマ
トリクス状に配置し、それぞれの駆動線の交点にスイッ
チング素子２１を設け、スイッチング素子との間に着色
層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを介在させてスイッチング素
子と画素電極１２を、着色層に設けたコンタクトホール
１３ｔを介して接続したもので、着色層１３Ｒ，１３
Ｇ，１３Ｂのうちの少なくとも青色着色層１３Ｂのコン
タクトホール１３ｔの内壁は、着色層を現像した後のポ
ストベーク終了時点で、基板側の開口面積が画素電極側
の開口面積よりも小さい非円筒状であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラーフィルタ
（着色樹脂）を用いたカラー液晶表示装置およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータを中心とする情報機
器分野およびテレビ等を核とする映像機器分野におい
て、軽量、小型、高精細な液晶表示装置が開発されてい
る。

【０００３】例えば、アクティブマトリクス型のカラー
液晶表示装置は、対向配置された２枚の電極基板間に、
液晶層を配置したものである。第１の基板であるアレイ
基板上に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やポリシ
リコン（ｐ−Ｓｉ）を半導体層とした薄膜トランジスタ
と、それに接続された画素電極、走査線および信号線が
形成されている。また、第２の基板である対向基板上に
は、加法混色の３原色である赤色（Ｒ），緑色（Ｇ）お
よび青色（Ｂ）からなる着色層（樹脂）が設けられたカ
ラーフィルタおよび対向電極が形成されている。

【０００４】なお、近年では、２枚の基板を貼り合わせ
る際の位置ずれをなくすべくアレイ基板上のスイッチン
グ素子と画素電極の間に、カラーフィルタを形成する方
法が実用化されている。

【０００５】この場合、スイッチング素子と画素電極と
をコンタクトさせるために、カラーフィルタにコンタク
トホールが必要となるが、着色層材を配置した後の現像
工程において、コンタクトホールの内壁が、次の工程で
配置されるｌＴＯ電極の形成に必ずしも好適な形状に形
成されるとは限らないことが確認されている。なお、着
色層材の色によって、コンタクトホールの内壁の形状が
異なることが知られている。

【０００６】例えば、カラーフィルタのうちのＢ（青）
の着色層は、パターン形成のための露光に用いる露光光
を透過させにくく、露光光が着色層材の表面から照射さ
れたとしても基板面に近づくにつれて露光光が十分に届
かなくなるため、露光による硬化の程度（光硬化率）が
低くなることが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、コン
タクトホールがパターン露光された着色層材の光硬化が
不十分である場合には、引き続く現像工程において、コ
ンタクトホールの内壁のサイドエッチングが進行し、図
４に示すように、深くなるにつれて直径が大きな開口と
なる逆テーパ状になることがある。

【０００８】コンタクトホールの内壁が逆テーパ状に形
成された場合、図５に示すように、コンタクトホールに
形成されるＩＴＯ電極に断線を生じさせる原因となり、
輝点欠陥等に代表される表示不良が生じる問題がある。

【０００９】このことは、歩留まりの低下と、液晶表示
装置としてのコストを増大する問題を引き起こす。

【００１０】この発明の目的は、歩留まりが高く、輝点
欠陥等の表示不良が生じにくい液晶表示装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、第１基板上にスイッチン
グ素子を形成する工程と、前記スイッチング素子上に着
色層材を成膜する工程と、前記着色層材をパターン露光
し、前記スイッチング素子に貫通するコンタクトホール
を形成するための現像を行い、着色層を形成する工程
と、前記現像工程の後、５℃／分〜１１℃／分の昇温条
件でポストベークする工程と、前記着色層上に、画素電
極を前記スイッチング素子に接続するように形成する工
程と、第２基板を前記第１基板と貼り合わせ、その間隙
に液晶を封入する工程と、を有することを特徴とする液
晶表示装置の製造方法を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００１３】図１に示すように、液晶表示装置１は、後
段に詳細に説明するカラーフィルタ基板１０と対向基板
３０とからなり、両基板間に、液晶層５０を有してい
る。

【００１４】対向基板３０とカラーフィルタ基板１０
は、例えばガラスビーズ等である粒状スペーサ４１によ
って、両基板間距離が一定になるよう保持されている。
なお、対向基板３０とカラーフィルタ基板１０は、図示
しない液晶注入口を除いて、両基板の外周を囲むように
配置される図示しないシール材（接着剤）によって接着
されている。

【００１５】対向基板３０は、透明基板３１と透明基板
３１上に設けられたＩＴＯからなる透明電極３２および
配向膜３３を有している。

【００１６】カラーフィルタ基板１０は、透明基板１
１、ｐ−Ｓｉ（多結晶（ポリ）シリコン）等の半導体材
料からなる半導体層１４、ＳｉＯｘ（酸化シリコン）や
ＳｉＮｘ（窒化シリコン）からなり全ての走査線および
ゲート電極１２を覆うように設けられたゲート絶縁膜１
３、Ｍｏ−Ｗ（モリブデン−タングステン合金）を所定
形状に加工して得られる複数の互いに平行な図示しない
走査線およびそれぞれの走査線に接続されたゲート電極
１２、Ｍｏ−Ａｌ（アルミニウム）−Ｍｏの３層構造の
ドレイン電極１５およびソース電極１６および複数の互
いに平行な図示しない信号線等を有している。なお、走
査線と信号線は、互いに交差して配置される。また、走
査線と信号線との交差部毎に、ゲート電極２２、ゲート
絶縁膜２３、半導体層２４、ドレイン電極２５およびソ
ース電極２６が設けられて、スイッチング素子（ＴＦ
Ｔ）２１が構成されている。

【００１７】スイッチング素子２１は、それぞれ、スト
ライプ状に設けられる緑色の着色層（Ｇ）１３Ｇ、青色
の着色層（Ｂ）１３Ｂおよび赤色の着色層（Ｒ）１３Ｒ
により覆われている。なお、着色層（Ｇ）１３Ｇのパタ
ーンの端は、それぞれ、着色層（Ｂ）１３Ｂと着色層
（Ｒ）１３Ｒのそれぞれが僅かに重なるように、形成さ
れている。これは、各着色層１３Ｇ，１３Ｂおよび１３
Ｒを加工する際に用いる露光マスクを、適合するように
作製することで達成される。

【００１８】スイッチング素子２１はまた、それぞれの
着色層１３Ｇ，１３Ｂおよび１３Ｒを介在させた状態で
画素電極１２に接続されている。

【００１９】画素電極１２は、着色層１３Ｇ，１３Ｂお
よび１３Ｒに形成されているスルーホール１３ｔを通じ
て、ソース電極１６と接続されている。

【００２０】ＴＦＴ２１のソース電極２５には、緑色の
着色層１３Ｇ、青色の着色層１３Ｂおよび赤色の着色層
１３Ｒを、それぞれ間に介在させた状態で、画素電極１
２に接続されている。なお、画素電極１２は、予め所定
の形状にパターニングされた３色の着色層１３Ｇ，１３
Ｂおよび１３Ｒの所定位置に設けられたスルーホール１
３ｔを通じて、ソース電極１５と接続されている。

【００２１】画素電極１２は、ＴＦＴ２１の半導体層２
４と重なり合う場合に、ＴＦＴ２１の特性に影響を与え
る可能性があるため、ＴＦＴ２１上に重なることのない
よう所定形状にパターニングされた所定厚さのＩＴＯか
らなり、着色層１３Ｇ，１３Ｂおよび１３Ｒのスルーホ
ール１３ｔの深さ方向においては、スルーホール１３ｔ
の内壁に沿って堆積され、ソース電極２５にコンタクト
される。

【００２２】配向膜２２は、画素電極１２および着色層
１３Ｇ，着色層１３Ｂおよび着色層１３Ｒのそれぞれす
なわち基板１１のほぼ全域を覆うように、所定の厚さに
形成される。なお、配向膜２２は、例えばポリイミドで
ある。

【００２３】図２は、図１に示した液晶表示装置に適用
可能なこの発明の実施の形態である製造方法により形成
されたコンタクトホールの断面の概略図である。

【００２４】スイッチング素子（ＴＦＴ）２１の領域を
含む透明基板１１上には、着色層として、赤色（Ｒ）の
顔料を分散させた感光性レジストを厚さ１．５μｍ程度
に設けた赤色着色層１８Ｒ、緑色（Ｇ）の感光性レジス
トを厚さ１．５μｍ程度に設けた緑色着色層１８Ｇ、お
よび青色（Ｂ）の感光性レジストを厚さ１．５μｍ程度
に設けた青色着色層１８Ｂ、所定の幅で、互いに平行
に、配列されている。

【００２５】詳細には、３色の着色層１３Ｇ，１３Ｂお
よび１３Ｒは、それぞれ、概ね同一の工程で、所定の順
に形成される。

【００２６】以下、赤色着色層１３Ｒを例に、製造工程
を説明する。

【００２７】第１に、スピンナーで、赤色の感光性レジ
ストを基板１１の全面に塗布し、９０℃で１０分乾燥す
る（プリベーク）。

【００２８】続いて、赤色の着色層１３Ｒとして要求さ
れる部分（赤色着色層を形成すべき部分）にのみ、所定
波長で所定エネルギー（２００ｍＪ／ｃｍ^２）の紫外線
を照射し、レジストを硬化させる。このとき、幅が概ね
１０μｍの外周部およびコンタクトホール１３ｔに対応
する概ね２０μｍｘ２０μｍを、紫外線を遮光するフォ
トマスクによりマスクして露光する。

【００２９】次に、水酸化カリウム１ｗｔ％水溶液を用
いて、２０秒間現像し、２００℃で６０分焼成（ポスト
ベーク）して、赤色の着色層１３Ｒを形成した。

【００３０】緑色の着色層１３Ｇは、赤色の着色層１３
Ｒと同一の工程で形成される。

【００３１】青色の着色層１３Ｂについては、レジスト
を塗布して現像する工程までは、前に説明した赤色着色
層１３Ｒおよび緑色着色層１３Ｇのそれぞれの工程と概
ね等しいが、現像後のポストベーク工程において、２０
０℃の焼成温度まで昇温する過程を、１０℃／分の温度
上昇条件に維持しながら２００℃に上昇させたのち、６
０分間焼成している。なお、各着色層の焼成には、図示
しないホットプレートを用いている。

【００３２】このように、温度上昇条件を１０℃／分と
すると、着色層１３Ｂを現像する際のサイドエッチング
によりコンタクトホール１３ｔの深さ方向において、開
口径（開口面積）がガラス基板１１側で大きく露光表面
側で小さくなっている着色層中の溶媒の蒸発と加熱によ
る溶媒（着色層材料）の流動化（メルトと称される）と
により、図４（従来の技術）に示した断面形状から図２
に示す断面形状に変化することから、引き続いてＩＴＯ
膜を形成する際に、ＩＴＯ膜が断線することが抑制でき
る。なお、温度上昇条件を９℃／分としても同様の効果
が得られた。

【００３３】次に、各着色層１３Ｇ，１３Ｂおよび１３
Ｒ上に、ＩＴＯを、約０．１μｍの厚さにスパッタリン
グして画素電極１２を形成する。このとき、ソース電極
１５と画素電極１２がコンタクトホール１３ｔを介して
接続される。なお、画素電極１２は、フォトリソグラフ
ィにより、所定の形状にパターニングされる。

【００３４】このようにして作製したアレイ基板１０の
青色着色層１３Ｂ３０点について、断面ＳＥＭにより、
コンタクトホール１３ｔの内壁の面内を観察したとこ
ろ、図１に示すような基板１１側の開口面積が画素電極
１２側の開口面積よりも小さい非円筒状の順テーパ状の
断面形状すなわちコンタクトホール１３ｔの深さ方向の
表面からの距離が大きな部分の面積が小さな面積となる
形状が得られており、図４に示したようなｌＴＯの断線
は、見られなかった。

【００３５】以下、対向基板３０の配向膜３３上に、直
径約５μｍの粒状スペーサ４１を、１平方ミリメートル
（ｍｍ^２）あたり約１００個の割合で散布し、対向基板
３０とアレイ基板１０のそれぞれを、エポキシ系の熱硬
化樹脂からなる接着剤により貼合わせ、液晶を注入し
て、注入口を紫外線硬化樹脂で封止して液晶セルを作製
した。

【００３６】この液晶セルについて、両面に偏光板１
５，３４を貼り付けてモジュールに組立てて、所定の駆
動装置により画像を表示させたところ、ＩＴＯ（画素電
極）１２が断線して輝点不良が生じることなく、表示む
らも無い高品位の表示が得られた。

【００３７】なお、ポストベーク工程において、熱風炉
を用いても、同様に輝点不良のない液晶表示装置が得ら
れた。

【００３８】また、ポストベーク工程において、赤外線
輻射炉を用いても、同様に輝点不良のない液晶表示装置
が得られた。

【００３９】比較のため、青色の着色層１３Ｂを形成す
る際のポストベーク工程において、昇温速度を１２℃／
分とし、できあがったアレイ基板を、断面ＳＥＭにより
観察したところ、３０点中２５点でコンタクトホール１
３ｔが画素電極１２側の開口面積が基板１１側の開口面
積よりも小さい非円筒状の逆テーパ状の断面形状を有
し、さらに３０点中５点でｌＴＯ（画素電極）が断線し
ていることが観察された。なお、このアレイ基板を用い
て作製した液晶表示装置を駆動評価したところ、ｌＴＯ
の断線による輝点不良が面内に８点発生し、製品として
利用できないことが認められた。

【００４０】ここで、参考のため、温度上昇条件を１１
℃／分としたところ、上述の比較例に見られた断線は、
生じなかった。

【００４１】また、温度上昇条件を、５℃／分未満とし
た場合は、コンタクトホールがふさがってしまうなどの
不良がでた。

【００４２】このように、温度上昇条件によりコンタク
トホール（スルーホール）１３ｔの断面形状の開口方向
（開口部の大きな方が表面と基板側のどちらになるか）
と、その広がり角（基板側の開口が大きくなる場合には
透明基板１１の面方向に対して９０°以上で、表面側の
開口が大きくなる場合は９０°以下となる）が変化する
ことから、実験の結果、図３に示すように、温度上昇条
件と広がり角（基板に平行な面とコンタクトホールの稜
線との間の角度であって、図３に示すように、基板側の
開口部が着色層の表面側の開口部よりも小さい場合の角
度が９０°よりも小さくなる方向をΘとして捉える）と
の間の関係が確認された。なお、ＩＴＯ膜が断線するこ
となくコンタクトホールに形成される広がり角の限度を
７０°とすると、１１℃／分である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の液晶表
示装置によれば、カラーフィルタ層を形成する際に、光
硬化性の低い着色層にパターンを露光して現像した後の
ポストベーク時に、画素電極が断線しにくい形状のコン
タクトホールを形成することができ、画像表示不良が無
く、高い歩留まりで液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態である着色層の製造方法
が適用される液晶表示装置の例を示す概略断面図。

【図２】図１に示した液晶表示装置の着色層のコンタク
トホールの周囲を拡大して示した概略断面図。

【図３】図２に示した着色層のコンタクトホールの広が
り角と温度上昇条件との関係を説明するグラフ。

【図４】周知の製造方法によって形成された着色層のコ
ンタクトホールの周囲を拡大して示した概略断面図。

【図５】図４に示した周知の製造方法によって形成され
た着色層のコンタクトホールとＩＴＯ膜の関係を説明す
る概略図。

【符号の説明】

１・・・液晶表示装置、１０・・・アレイ基板、１１・・・透明基板、１２・・・画素電極、１３Ｒ・・・赤色着色層、１３Ｇ・・・緑色着色層、１３Ｂ・・・青色着色層、１３ｔ・・・コンタクトホール（スルーホール）、１４・・・配向膜、１５・・・偏光板、２１・・・ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、２２・・・ゲート電極、２３・・・ゲート絶縁膜、２４・・・半導体層、２５・・・ソース電極、２６・・・ドレイン電極、２１・・・対向電極、３０・・・対向基板、３１・・・透明基板、３２・・・対向電極、３３・・・配向膜、４１・・・スペーサ、５０・・・液晶材。

フロントページの続きＦターム(参考） 2H048 BA02 BA45 BB02 BB07 BB10 BB14 BB43 2H091 FA02Y FB04 FB13 FC10 FC23 FC26 FC29 FD04 FD17 FD24 GA03 GA13 LA12 LA15 2H092 JA25 JA29 JA38 JA42 JA46 JB13 JB23 JB32 JB38 KB14 MA05 MA13 MA17 NA15 NA25 PA08 5C094 AA42 BA03 BA43 CA19 CA24 DA13 EA02 EA04 EA05 EB02 ED03 5G435 AA17 BB12 EE11 GG12 KK05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１基板上にスイッチング素子を形成する
工程と、前記スイッチング素子上に着色層材を成膜する工程と、前記着色層材をパターン露光し、前記スイッチング素子
に貫通するコンタクトホールを形成するための現像を行
い、着色層を形成する工程と、前記現像工程の後、５℃／分〜１１℃／分の昇温条件で
ポストベークする工程と、前記着色層上に、画素電極を前記スイッチング素子に接
続するように形成する工程と、第２基板を前記第１基板と貼り合わせ、その間隙に液晶
を封入する工程と、を有することを特徴とする液晶表示
装置の製造方法。
【請求項２】前記着色層は、樹脂中に青色顔料を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方
法。
【請求項３】前記現像工程時には、前記コンタクトホー
ルは逆テーパ状をなしており、前記ポストベーク工程に
より、前記コンタクトホールを順テーパ状とすることを
特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】前記ポストベーク工程は、２００℃以上の
温度に昇温されることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置の製造方法。
【請求項５】前記ポストベーク工程は、６０分以上行わ
れることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製
造方法。