JP2002090774A - 液晶表示装置とその製造方法および装置 - Google Patents

液晶表示装置とその製造方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造工程数の増加なくゲート線等の配線パター
ンの絶縁劣化に起因する表示不良の発生を抑制する。 【解決手段】有効表示領域の端部側に形成したゲート端
子GTMがアルミニウム合金の薄膜g1の上層にモリブ
デン合金の薄膜g2を有する積層構造膜であり、有効表
示領域におけるゲート線GLがアルミニウム合金の薄膜
g1の上層にアルミニウム酸化物の薄膜AOFを有する
積層構造膜とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に一対の絶縁基板をスペーサを介して一定の間隙
で対向させ、当該間隙に液晶組成物を保持すると共に画
素領域内に保持容量部を形成した液晶表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ノート型コンピユータやコンピユータモ
ニター用の高精細かつカラー表示が可能な液晶表示装置
が広く普及している。
【0003】この液晶表示装置は、基本的には少なくと
も一方が透明なガラス板等からなる二枚の絶縁性基板の
間に液晶組成物の層(以下、単に液晶とも言う)を挟持
して所謂液晶パネルを構成し、この液晶パネルの絶縁性
基板に形成した画素形成用の各種電極に選択的に電圧を
印加して所定画素部分の液晶分子の配向方向を変化させ
て画素形成を行う形式(単純マトリクス)、上記各種電
極と画素選択用のアクティブ素子を形成してこのアクテ
ィブ素子を選択することにより所定画素の液晶分子の配
向方向を変化させて画素形成を行う形式(アクティブマ
トリクス)とに大きく分類される。
【0004】一般に、アクティブマトリクス型液晶表示
装置は、一方の基板に形成した電極と他方の基板に形成
した電極との間に液晶の配向方向を変えるための電界を
印加する、所謂縦電界方式(TN方式との言う)を採用
している。
【0005】一方、液晶に印加する電界の方向を絶縁性
基板の基板面とほぼ平行な方向とする、所謂横電界方式
(IPS方式とも言う)の液晶表示装置が実用化されて
いる。この横電界方式の液晶表示装置を開示したものし
ては、二枚の絶縁性基板の一方に電界形成用の櫛歯電極
等を用いて非常に広い視野角を得るようにしたものが知
られている。
【0006】横電界方式の液晶表示装置は、複数の走査
信号線(以下、ゲート線とも言う)および映像信号線
(以下、ドレイン線とも言う)と、前記ゲート線および
ドレイン線の交点近傍に形成したスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を介して駆動電圧が印加される画
素電極と、対向電圧信号線(以下、対向電極とも言う)
とを備えたアクティブマトリクス基板(薄膜トランジス
タ基板とも言う)と、樹脂組成物で形成したブラックマ
トリクスの開口領域に形成される各画素に対してそれぞ
れ配置したカラーフィルタ層を形成したカラーフィルタ
基板と、前記アクティブマトリクス基板とカラーフィル
タ基板の間に液晶を挟持して液晶パネルとし、この液晶
パネルの背面にバックライトを設置して上下のケースで
一体化して液晶表示装置を構成している。
【0007】そして、前記画素電極と対向電極との間に
前記各絶縁性基板の基板面と略平行に形成される前記電
界成分により前記液晶の光透過率を変化させて画像表示
を行うようにしている。
【0008】このような横電界方式の液晶表示装置は、
縦電界方式とは異なり、その表示面に対して大きな角度
視野から観察しても鮮明な映像(画像)を認識でき、所
謂角度視野に優れたものである。
【0009】なお、このような構成の液晶表示装置を開
示したものとしては、例えば特開平6−160878号
公報を挙げることができる。
【0010】図17は横電界方式の液晶表示装置の一例
における一画素とブラックマトリクスの遮光領域および
その周辺を示す平面図である。各画素はゲート線GL
と、対向電圧信号線CLと、隣接する2本のドレイン線
DLとの交差領域内(4本の信号線で囲まれた領域内)
に配置されている。
【0011】各画素はスイッチング素子である薄膜トラ
ンジスタTFT、蓄積容量(保持容量)部Cadd、画
素電極PX及び対向電極CTを含む。ゲート線GL、対
向電圧信号線CLは、図17では左右方向に延在し、上
下方向に複数本配置されている。また、ドレイン線DL
は上下方向に延在し、左右方向に複数本配置されてい
る。画素電極PXは薄膜トランジスタTFTと接続さ
れ、対向電極CTは対向電極信号線CLと一体になって
いる。薄膜トランジスタTFTは、ゲート線GLをゲー
ト電極とし、その上に形成した半導体層ASの上にドレ
イン線DLから延びるドレイン電極、および画素電極P
Xと接続するソース電極とから構成されている。
【0012】画素電極PXと対向電極CTは互いに対向
し、各画素電極PXと対向電極CTとの間の電界により
液晶の配向状態を制御し、透過光あるいは反射光を変調
して表示を制御する。画素電極PXと対向電極CTは櫛
歯状に構成され、それぞれ同図の上下方向に長細い電極
として示してある。
【0013】対向電極CTは、対向電圧信号線CLを介
して常に外部から電位を供給されているため、その電位
は安定している。そのため、ドレイン線DLに隣接して
も、電位の変動が殆どない。又、これにより、画素電極
PXのドレイン線DLからの幾何学的な位置が遠くなる
ので、画素電極PXとドレイン線DLの間の寄生容量が
大幅に減少し、画素電極電位の映像信号電圧による変動
も制御できる。
【0014】これらにより、上下方向に発生するクロス
トーク(縦スミアと呼ばれる画質不良)を抑制すること
ができる。
【0015】具体例として、画素電極PXと対向電極C
Tの電極幅はそれぞれ6μmとし、後述の液晶の最大設
定厚みを超える4.5μmよりも十分大きく設定する。
製造上の加工ばらつきを考慮すると20%以上のマージ
ンを持った方が好ましいので、望ましくは5.4μmよ
りも十分大きくしたほうが良い。
【0016】これにより、液晶に印加される基板面に平
行な電界成分が基板面に垂直な方向の電界成分よりも大
きくなり、液晶を駆動する電圧の上昇を抑制することが
できる。又、各電極の電極幅の最大値は、画素電極PX
と対向電極CTの間の間隔Lよりも小さい事が好まし
い。
【0017】これは、電極の間隔が小さすぎると電気力
線の湾曲が激しくなり、絶縁性基板の基板面に平行な電
界成分よりも上記基板面に垂直な電界成分の方が大きい
領域が増大するため、当該基板面に平行な電界成分を効
率良く液晶に印加できないからである。
【0018】又、ドレイン線DLの電極幅は断線を防止
するために、画素電極PXと対向電極CTに比較して若
干広くし、ドレイン線DLと対向電極CTとの間隔は、
両者の短絡を防止するために約1μmの間隔を開けると
共に、ゲート線を覆うゲート絶縁膜の上側にドレイン線
DLを、下側に対向電極CTを形成して、異層になるよ
うに配置してある。
【0019】一方、画素電極PXと対向電極CTの間の
電極間隔は、用いる液晶材料によって変える。これは、
液晶材料によって最大透過率を達成する電界強度が異な
るため、電極間隔を液晶材料に応じて設定し、用いる映
像信号駆動回路(信号側ドライバ)の耐圧で設定される
信号電圧の最大振幅の範囲で、最大透過率が得られるよ
うにするためである。後述の液晶材料を用いると電極間
隔は、約15μmとなる。
【0020】本構成例では、平面的に見て、図示しない
カラーフィルタ基板に形成したブラックマトリクスBM
の開口縁がゲート線GL、対向信号配線CL、薄膜トラ
ンジスタTFT、ドレイン線DLの各上方でドレイン線
DLと対向電極CT間に形成している。
【0021】そして、上記付加容量Caddは、ブラッ
クマトリクスBMの開口縁の外側(画素領域外)におい
て、画素電極PXと対向電圧信号線CLおよび両電極間
に形成される絶縁膜で構成されている。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】特に、IPS方式の液
晶表示装置では、所謂“核しみ”と称する表示品質を劣
化させる現象が起こることがある。この“核しみ”は薄
膜トランジスタ基板に形成したゲート線あるいはドレイ
ン線や対向電圧信号線などの電極配線材料が液晶に滲み
出て、液晶の特性を変化させることによって生じると考
えられている。
【0023】そして、この“核しみ”はゲート線の部分
で発生することが多いことが指摘されている。
【0024】上記従来の液晶表示装置においては、その
薄膜トランジスタ基板(絶縁性基板)に形成するゲート
線として、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、タ
ンタル(Ta)等の導電性薄膜、またはそれらの合金が
多く用いられている。
【0025】特に、材料のコストと液晶表示装置の製造
時における加工性と低抵抗の配線材料として、現状では
アルミニウム若しくはその合金が適している。
【0026】また、薄膜トランジスタ基板では、ゲート
線とこの上に交差して配置されるドレイン線との間が短
絡を防止するために、アルミニウムまたはアルミニウム
合金からなるゲート線の表面を陽極酸化により生成した
アルミニウム酸化膜で被覆したものが提案されている
(特願平1−207792号)。
【0027】図18は上記従来の薄膜トランジスタ基板
におけるゲート線の構造を説明する要部断面図である。
この薄膜トランジスタ基板は、当該基板SUB1上に形
成したアルミニウム合金の薄膜からなるゲート線GL
と、このゲート線GLの端部にクロムの薄膜でゲート端
子GTMを形成してある。ゲート線GLの表面には陽極
酸化膜AOFが形成されている。
【0028】ゲート端子GTMの大部分を除いて絶縁膜
SINと保護膜PASが形成され、絶縁膜SINと保護
膜PASが形成されないゲート端子GTMの部分に透明
導電膜ITOを形成してある。この構造の薄膜トランジ
スタ基板を製造する工程は次のとおりである。
【0029】ガラス基板(絶縁性基板)SUB1上にア
ルミニウム合金の薄膜g1を形成し、ホトエッチングに
よりゲート線GLの下層導電膜を作る。この下層導電膜
の上にクロム薄膜g2を形成し、ホトエッチングにより
ゲート端子部GTMを作る。
【0030】その後、ゲート端子部GTMのクロム薄膜
g2の上をホトレジストで覆った後、前記のアルミニウ
ム合金g1の表面を陽極酸化してアルミニウム酸化物A
OF(AL2 3 )を形成し、ゲート線とする。
【0031】このアルミニウム酸化物AOFの上にプラ
ズマCVDで絶縁層SiN膜、アモルファス半導体層
(a−Si膜)ASIを形成し、薄膜トランジスタTF
Tのアイランドをパターニングで形成する。
【0032】その後、透明電極であるITO(インジウ
ム・錫酸化物)を形成し、ホトエッチングプロセスによ
りパターン化する。この時ゲート端子部のアルミニウム
合金薄膜g1の上にクロム薄膜g2を残す。
【0033】また、陽極酸化によりアルミニウム酸化物
を形成する方法として、特開平4−273480に記載
されているようなマスク装置を使用する方法がある。こ
の公報で提案された装置は、内部が空洞で排気が可能な
ドーナツ形状を有するマスク部材を有し、薄膜トランジ
スタ基板を真空吸着してその吸着時に有効表示領域のみ
を露出し、ゲート端子部の配線領域をマスキングして薄
膜トランジスタ基板上のマスク部材以外の素子部分に陽
極化成液を充填し陽極酸化する装置である。
【0034】しかし、上記従来の技術における課題とし
て、次の3点を挙げることができる。 (1)ゲート端子部の最上層には、耐腐食性導電膜であ
るITOが多用される。ITOはアルミニウム合金薄膜
とのコンタクト抵抗が高いという性質を有する。そのた
め、ITOとアルミニウム合金薄膜の両者とコンタクト
し易いクロム薄膜で端子を形成する必要が有る。その結
果、ゲート線とゲート端子とで、各々異なる材料を使用
することになり、製造工程数が多くなる。 (2)ゲート線とゲート端子を形成するために、アルミ
ニウム合金薄膜のパターン化と、クロム薄膜のゲート端
子のパターン化と、陽極酸化用レジストのパターン化の
3回のホトリソ工程が必要となる。 (3)配線領域をマスキングして陽極酸化処理する際
に、マスク装置と基板の境界に過電流が流れる可能性が
皆無でなく、この過電流で配線に穴が開く場合もある。
【0035】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を対策して高品質の画像表示を可能とした液晶表示装
置と、“核しみ”の発生を抑制した電極配線のパターニ
ングにおける工程数の増加を不要とした液晶表示装置の
製造方法を提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ゲート線、ドレイン線、対向電圧信号線
等の電極配線にアルミニウム合金薄膜とモリブデン合金
薄膜からなる積層構造膜を用い、薄膜トランジスタが配
列される有効表示領域の上記積層構造膜のモリブデン合
金薄膜をエッチングにより除去し、モリブデン合金薄膜
を除去して露呈したアルミニウム合金薄膜の表面を陽極
酸化して陽極酸化物で被覆する。このモリブデン合金薄
膜をエッチングと陽極酸化の工程を連続処理するように
した。
【0037】有効表示領域の外側、すなわちゲート線、
ドレイン線あるいは対向電圧信号線等の引出し線部分
(端子部)の上記積層構造膜を構成するモリブデン合金
薄膜は残留させる。そして、新規な構造の製造装置を用
いて上記の配線パターニング工程を容易に実行可能とし
た。
【0038】本発明は、薄膜トランジスタ方式の液晶表
示装置における各種の配線や電極、に適用できる外、他
の同様の半導体装置にも適用できる。
【0039】本発明は、特許請求の範囲に記載した構
成、および後述する実施例で説明する構成に限定される
ものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種
々の変更が可能である。
【0040】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、本発明を薄膜トランジスタ方式の液晶表示装置を構
成する薄膜トランジスタ基板のゲート配線部およびゲー
ト端子部に適用した実施例の図面を参照して詳細に説明
する。
【0041】図1は本発明による液晶表示装置の第1実
施例にかかる薄膜トランジスタ基板の構造を模式的に説
明する要部断面図である。図中、SUB1は薄膜トラン
ジスタ基板であり、ここでは透明ガラス基板である。
【0042】この薄膜トランジスタ基板SUB1上に
は、前記図20で説明した画素を多数配置した有効表示
領域/ゲート配線部と、このゲート配線部のゲート線を
外部に引き出すためのゲート端子部GTMを有する。図
1では、両者を縦の点線で区画して示す。
【0043】有効表示領域(ゲート配線部)に形成され
たゲート線GLは、アルミニウム合金薄膜g1とモリブ
デン合金薄膜g2の積層構造膜から、上層のモリブデン
合金薄膜g2を除去してなり、露呈したアルミニウム合
金薄膜g1の表面にアルミニウムの陽極酸化膜AOF
(酸化アルミニウムAl2 3 )が形成されている。
【0044】すなわち、有効表示領域にはモリブデン合
金薄膜g2はなく、ゲート端子部GTMはアルミニウム
合金薄膜g1とモリブデン合金薄膜g2の積層構造膜で
構成されている。
【0045】この構造のゲート配線部には、後述する薄
膜トランジスタ、その他の液晶表示装置のための機能を
実現するための各種構造膜等が形成されて薄膜トランジ
スタ基板を構成する。この薄膜トランジスタ基板と図示
しないカラーフィルタ基板との間に液晶を挟持して液晶
表示装置が構成される。
【0046】図2は本発明による液晶表示装置の製造方
法の第1実施例を説明するゲート配線部とゲート端子部
の形成工程図である。図中、図1と同一符号は同一部分
に対応し、GMは耐エッチング部材(または、絶縁体)
としての弾性材料である。
【0047】この弾性材料はエチレンプロピレンゴム、
バイトンゴムが適している。ここではエチレンプロピレ
ンゴムを用いた。
【0048】薄膜トランジスタ基板SUB1上にアルミ
ニウム合金としてアルミニウム−ネオジム合金(AlN
d合金)薄膜g1を形成し、その上層に連続してモリブ
デン合金としてモリブデン−ジルコニウム合金(MoZ
r合金)g2を形成して積層構造膜を形成する。この積
層構造膜にホトリソエッチングプロセスを施してゲート
線とゲート端子をパターニングする。・・・・図2
(a)次に、ゲート端子部となるモリブデン−ジルコニ
ウム合金(MoZr)薄膜の表面に絶縁体GMを押し当
ててマスキングする。その後、薄膜トランジスタ基板S
UB1を絶縁体GMで囲まれているゲート線の有効表示
領域に電解エッチング液を充填し、ゲート線/ゲート端
子のパターンに正極の電圧を印加する。電解液には図示
しない電極で負極が印加される。
【0049】モリブデン−ジルコニウム薄膜g2は電解
エッチングされるため、耐エッチング部材GMでマスキ
ングしていない部分のモリブデン−ジルコニウム薄膜g
2はは溶解されて除去される。・・・・図2(b)更に
ゲート線/ゲート端子のパターンに正極の電圧を印加す
ることにより、モリブデン−ジルコニウム薄膜g2が除
去されてアルミニウム−ネオジウム合金(AlNd合
金)薄膜g1の部分では陽極酸化が行われる。
【0050】この陽極酸化処理によってアルミニウム−
ネオジム合金薄膜g1の表面にアルミニウムの陽極酸化
膜AOF(酸化アルミニウムAl2 3 )が形成され
る。・・・・図2(c)その後、耐エッチング部材GM
をはずし、洗浄してゲート配線部とゲート端子部のパタ
ーンが得られる(図1参照)。
【0051】次に、本発明による薄膜トランジスタ基板
のゲート配線部とゲート端子部のパターンの電解エッチ
ング及び陽極酸化について、その処理装置(製造装置)
を参照して説明する。
【0052】図3は本発明による液晶表示装置の製造装
置の概略構成を模式的に説明する斜視図、図4は図3に
示した製造装置を構成するマスク盤の内面構成を説明す
る平面図である。図中、BSはベース盤、MSKはマス
ク盤、HLは開口部、GM1とGM2は耐エッチング部
材、CDHは電解液供給孔、PPHは電極設置孔を示
す。
【0053】処理対象となる薄膜トランジスタ基板SU
B1はベース盤S上に載置され、その上方からマスク盤
MSKを押圧して固定する。
【0054】薄膜トランジスタ基板SUB1にはゲート
配線部とゲート端子部となるアルミニウム合金としてア
ルミニウム−ネオジウム合金(AlNd合金)薄膜g1
とモリブデン−ジルコニウム合金(MoZr合金)g2
の積層構造膜がパターニングされている。なお、ゲート
端子部は、その有効表示領域と反対側の端部がその後の
基板切断で除去される図示しない配線で共通に接続され
ている。
【0055】ベース盤BSとマスク盤MSKは耐電解液
性をもつ硬質材料、例えばステンレス材またはセラミッ
クス材、もしくは硬質樹脂である。このマスク盤MSK
には有効表示領域を露呈させる当該有効表示領域と略同
一形状を持つ矩形開口HLを有し、この開口の周囲に電
解液供給孔CDHと電極設置孔PPHが形成されてい
る。
【0056】そして、このマスク盤MSKの裏面すなわ
ちベース盤と対向する面には、上記矩形開口HLの上記
有効表示領域の外側に当接する位置を同軸に周回する弾
性材料からなる耐エッチング部材であるエチレンプロピ
レンゴムGM1,GM2が取付けてある。
【0057】矩形開口HLの縁に近い側のエチレンプロ
ピレンゴムGM1と矩形開口HLの縁の間には2以上の
電解液供給穴CDHを有している。本実施例では、矩形
開口HLの一対の長辺側に上記電解液供給穴CDHが形
成されている。
【0058】また、一対のエチレンプロピレンゴムGM
1,GM2の外側には、ゲート端子部と電気的に接続す
るための一方の電極を設置する電極設置穴PPHを備え
ている。電極設置穴PPHの内面には図示しない電気絶
縁材が取付けてある。なお、一方の電極自体の当該電極
設置穴PPHと当接する部分に電気絶縁材を被覆した構
成としてもよい。
【0059】本実施例では、上記電極設置穴PPHは矩
形開口HLのコーナー部に設けているが、この電極設置
穴PPHは上記有効表示領域の外側で当該電極設置穴P
PHに設置する一方の電極がゲート端子部のショート配
線と電気的に接続する位置であれば、どの位置でもよ
く、また、その数も最小1つ(一方の電極が1本)あれ
ばよい。この電極設置穴PPHの位置とその数は加工す
る薄膜トランジスタ基板のサイズ、一つのマスク盤に形
成する矩形開口の個数と配列に応じて適宜決定する。
【0060】図5は本発明による液晶表示装置の製造装
置を用いて薄膜トランジスタ基板を加工する状態の説明
図である。図中、CDは電解液供給管、PPは電極、N
Pは電解液ECTに沈浸する他方の電極、図3および図
4と同一符号は同一機能部分に対応する。
【0061】この製造装置を用いたゲート配線部とゲー
ト端子部の加工方法は以下のとおりである。先ず、加工
する薄膜トランジスタ基板SUB1を上記積層構造膜を
パターニングした面を上にしてベース盤BSに載置す
る。
【0062】この薄膜トランジスタ基板SUB1に対し
て、その上方からマスク盤MSKを押圧し、耐エッチン
グ部材である一対のエチレンプロピレンゴムGM1,G
M2を薄膜トランジスタ基板に密着させる。このとき、
一方の電極PPは薄膜トランジスタ基板SUB1上のゲ
ート端子部のショート配線と電気的に接触が可能な状態
とする。
【0063】上記エチレンプロピレンゴムGM1,GM
2の断面形状は角型でも円形でも良いが、円形の方が接
触面積を小さくでき、より望ましい。ベース盤BSを薄
膜トランジスタ基板SUB1に押し付けた後、またはこ
の押し付け前に他方の電極NPを矩形開口HLに設置す
る。他方の電極NPは電解液中で薄膜トランジスタ基板
と平行になるように配置する。
【0064】そして、電解液供給管CDを介して開口H
Lに電解液ECTを供給する。この電解液は、3%酒石
酸:エチレングリコール=1:9の溶液を使用し、アン
モニア水でpH7.0に調整した溶液を使用した。この
電解液をマスク盤MSKの周囲に図示しない適宜の溝を
設け、そこから溢れるようにすることで、電解液の滞留
を防止し、均一な電解エッチングが得られるようにす
る。
【0065】なお、電解液の滞留を防止する手段として
は、上記の方法に限らず、例えば一方の電解液供給管C
Dを電解液の注入管とし、他方の電解液供給管CDを電
解液の排出管として、矩形開口内の電解液を循環または
流動させるようにしてもよい。
【0066】その後、一方の電極PPに正極電位を与
え、ショート配線を通して積層構造膜(g1,g2)に
給電する。同時に他方の電極NPに負極電位を与え、定
電圧・定電流を供給する。
【0067】定電圧としては40〜80Vを、定電流と
しては電解エッチングする配線面積当たり1mA/cm
2 の電流密度となるように電流を流す。この電圧印加で
電解液ECTに触れている積層構造膜(g1,g2)の
うち、上層のモリブデン−ジルコニウム合金薄膜g2の
部分が数分間で電解エッチングにより溶解し、除去され
る。
【0068】さらに電圧を印加すると、下層のアルミニ
ウム−ネオジム合金薄膜g1の表面で陽極酸化反応が生
じ、当該アルミニウム−ネオジム合金薄膜g1の表面に
アルミニウム酸化膜(Al2 3 )が形成される。
【0069】その後、電解液と電極を抜き取り、マスク
盤MSKを上方に移動させ、薄膜トランジスタ基板SU
B1をベース盤BSから外して水洗する。
【0070】以上の工程で有効表示領域のゲート線の形
成が終了する。このようにして、1回のホトリソ工程で
ゲート配線部とゲート端子部の形成工程を終了すること
ができる。
【0071】この電解エッチングと陽極酸化工程で重要
なポイントは以下の3点である。 (1)他方の電極NPと有効表示領域の積層構造膜との
間の電解加工が均一になる様にする。 (2)電解液の循環、特にエチレンプロピレンゴムGM
1,GM2近傍の攪拌あるいは流動を十分に行う。 (3)エチレンプロピレンゴムGM1,GM2を均一に
押圧する。押圧が不均一である場合、当該エチレンプロ
ピレンゴムGM1,GM2と薄膜トランジスタ基板SU
B1との間に隙間が生じ、電解液がゲート端子部にしみ
込み、ゲート配線部が溶解されてしまったり、有効表示
領域のモリブデン−ジルコニウム合金薄膜g2の溶解が
不十分となり、製品不良の原因となる。均一に押圧する
ためにはベース盤BSに真空吸着孔を設け、マスク盤M
SKを真空吸着する方法が有効である。
【0072】図6〜図8は本発明の液晶表示装置の第1
実施例を構成する薄膜トランジスタ基板の構造を模式的
に説明する断面図である。図6はゲート端子部と有効表
示領域(ゲート配線部)の断面、図7は薄膜トランジス
タ部と付加容量部の断面、図8はドレイン線端子部の断
面を示す。
【0073】前記した工程により形成したゲート線およ
びゲート端子の上にゲート絶縁膜となる絶縁膜SIN、
薄膜トランジスタTFTの半導体層となるASI、コン
タクト層となるASI(n+)を形成し、ホトリソエッ
チングプロセスでパターン化して図示した断面を有する
構造を得る。
【0074】そして、ゲート線と同様、または同等の導
電材料の金属膜を形成し、ホトリソエッチングプロセス
でパターン化し、ドレイン線(信号線)DLを形成す
る。この上に保護膜PASを形成する。
【0075】保護膜PASと絶縁膜SINを通してゲー
ト端子部の積層構造膜(g1,g2)まで達する開口を
開け、透明導電膜ITOを形成して透明導電膜ITOで
被覆した積層構造膜(g1,g2)でゲート端子を形成
する(図6)。
【0076】また、薄膜トランジスタTFTのソースS
D1の位置とドレイン線端子部の位置で保護膜PASに
当該開口の底部にソースSD1、ドレイン線が露呈する
開口を形成し、透明導電膜ITOを形成し、ホトリソエ
ッチングプロセスで加工してソースSD1に接続したI
TOを画素電極とし(図7)、ドレイン線DLに接続し
て当該ITOで被覆したドレイン線DLでゲート端子部
DTMを形成する(図8)。以上でTFT基板が完成す
る。
【0077】なお、前記耐エッチング部材である一対の
エチレンプロピレンゴムGM1,GM2はゲート線のゲ
ート端子部DTMのマスキング機能の他に、一方の電極
PPを電解エッチング液との接触から保護する機能も有
する。
【0078】透明導電膜ITOを形成し、これを画素電
極およびゲート端子/ドレイン端子にパターニングした
後、その全面に配向膜を塗布し、ラビング等で配向制御
能を付与する。これを後段のカラーフィルタ基板との貼
り合わせ工程に渡す。
【0079】また、本実施例はゲート線とゲート端子に
ついてのみ説明したが、IPS方式たTN方式のドレイ
ン線やドレイン端子、IPS方式の対向電圧信号線とそ
の端子の形成にも適用できる。
【0080】本実施例により、ゲート線のホトリソエッ
チングによるパターニングとアルミニウム酸化物の絶縁
層形成を同一の電解エッチング液で連続処理できるた
め、当該絶縁層による前記した“核しみ”などの表示不
良の発生を回避できると共に、工程数の増加がないこと
で低コスト化を実現できる。
【0081】図9は本発明による液晶表示装置の第2実
施例にかかる薄膜トランジスタ基板の製造工程の説明図
である。本実施例では、前記した実施例1における耐エ
ッチング材であるエチレンプロピレンゴムGM1,GM
2に代えてホトレジストを用いた。
【0082】実施例1と同様の方法でアルミニウム−ネ
オジム合金薄膜g1とモリブデン−ジルコニウム合金薄
膜g2の積層構造膜を形成し、これをホトリソエッチン
グ処理して有効表示領域/ゲート配線部とゲート端子部
からなるゲート線を形成する(図9の(a))。
【0083】その後、ホトレジストを塗布し、露光、現
像して、ゲート端子部にマスキングレジストREGを形
成する(図9の(b))。これを前記図3〜図5で説明
した製造装置により有効表示領域/ゲート配線部のモリ
ブデン−ジルコニウム合金薄膜g2を電解エッチングで
除去し、連続して前記一方の電極PPと他方の電極NP
にそれぞれ正極と負極の電圧を印加することでアルミニ
ウム−ネオジム合金薄膜g1の表面にアルミニウム酸化
膜(陽極酸化膜)Al2 3 を形成する(図9(c)q
その後、前記第1実施例と同様の電解エッチング液の抜
き取りと洗浄を行い、マスキングレジストREGを剥離
し洗浄してゲート端子と陽極酸化膜で被覆したゲート線
のパターンが得られる。
【0084】その後は実施例1と同様の工程を経て薄膜
トランジスタ基板が完成する。なお、本実施例ではマス
キングレジストREGのみでマスキングしたが、マスキ
ングレジストREGの上から実施例1で用いたものと同
様のエチレンプロピレンゴムGM1,GM2等の耐エッ
チング部材を併用しても良い。
【0085】また、本実施例はゲート線とゲート端子に
ついてのみ説明したが、IPS方式やTN方式のドレイ
ン線やドレイン端子、IPS方式の対向電圧信号線とそ
の端子の形成にも適用できる。
【0086】本実施例によっても、ゲート線の電解エッ
チングによるパターニングとアルミニウム酸化物の絶縁
層形成を同一の電解エッチング液で連続処理できるた
め、当該絶縁層による前記した“核しみ”などの表示不
良の発生を回避できると共に、工程数の増加がないこと
で低コスト化を実現できる。
【0087】上記本の第1実施例および第2実施例を実
際に液晶表示装置の製造に適用したところ、その製造コ
ストの面では30%の低コスト化が実現できた。また、
アルミニウム酸化物被覆アルミニウム配線を採用したこ
とにより、約10%の歩留り向上を図ることができた。
【0088】次に、本発明を適用した液晶表示装置の他
の構成例を図10〜図19を参照して説明する。
【0089】図10は本発明による液晶表示装置の要部
構造例を説明する一画素の平面構造の模式図である。表
示画素となる部分はブラックマトリクス(遮光膜)BM
(開口部を内縁で示す)で囲まれた部分である。
【0090】ドレイン線(映像信号線)DLの信号電圧
がドレイン線DLとゲート線(走査信号線)GLおよび
a−Si半導体膜ASIとで形成された薄膜トランジス
タFTFのオンにより画素電極PXに伝わり、対向電圧
信号線CLと画素電極PXとで形成される付加容量部C
addに保持される。
【0091】この付加容量部Caddに保持された信号
によって画素電極PXと対向電極CTとの間にある液晶
を駆動する。
【0092】このとき、対向電圧信号線CLはブラック
マトリクスBMの開口部(画素領域)の略中央にあり、
液晶は上記対向電圧信号線CLに対し、液晶の初期配向
方向の角度θRをもっている。なお、初期配向方向の角
度θRは一般に60°〜90°である。
【0093】図11は横電界方式の液晶表示装置で形成
される電界を説明する要部断面図である。この液晶表示
装置は一方の基板(薄膜トランジスタ基板)SUB1上
にドレイン線(映像信号線)DL、対向電極CT、画素
電極PXが形成され、これらの上層に成膜された保護膜
PSVおよび液晶LCの層との界面に形成された配向制
御層ORI1を有する。また、他方の基板(カラーフィ
ルタ基板)SUB2上にはブラックマトリクスBMで区
画されたカラーフィルタFIL、これらの上層を覆って
カラーフィルタやブラックマトリクスの構成材が液晶L
Cに影響を及ぼさないように成膜されたオーバーコート
層OC、および液晶LCの層との界面に形成された配向
制御層ORI2を有している。
【0094】薄膜トランジスタ基板SUB1上にあるド
レイン線DLは導電膜g1(アルミニウム合金薄膜)と
g2(モリブデン合金薄膜)の2層からなる。
【0095】なお、薄膜トランジスタ基板SUB1とカ
ラーフィルタ基板SUB2の間の距離(液晶の層の厚
み、または間隔:セルギャップ)は両基板の間に球状の
スペーサ(図示せず)、あるいは柱状のスペーサを配置
して所定値に設定するのが一般的である。基板SUB1
と基板SUB2の外面にはそれぞれ偏光板POL1、P
OL2が設置されている。
【0096】図12は本発明による液晶表示装置の全体
構成を説明する展開斜視図であり、液晶表示装置(以
下、2枚の基板SUB1,SUB2を貼り合わせてなる
液晶パネル、駆動手段、バックライト、その他の構成部
材を一体化した液晶表示モジュール:MDLと称する)
の具体的構造を説明するものである。
【0097】SHDは金属板からなるシールドケース
(メタルフレームとも言う)、WDは表示窓、INS1
〜3は絶縁シート、PCB1〜3は駆動手段を構成する
回路基板(PCB1はドレイン側回路基板:映像信号線
駆動用回路基板、PCB2はゲート側回路基板、PCB
3はインターフェース回路基板)、JN1〜3は回路基
板PCB1〜3同士を電気的に接続するジョイナ、TC
P1,TCP2はテープキャリアパッケージ、PNLは
液晶パネル、GCはゴムクッション、ILSは遮光スペ
ーサ、PRSはプリズムシート、SPSは拡散シート、
GLBは導光板、RFSは反射シート、MCAは一体化
成形により形成された下側ケース(モールドフレー
ム)、MOはMCAの開口、LPは蛍光管、LPCはラ
ンプケーブル、GBは蛍光管LPを支持するゴムブッシ
ュ、BATは両面粘着テープ、BLは蛍光管や導光板等
からなるバックライトを示し、図示の配置関係で拡散板
部材を積み重ねて液晶表示モジュールMDLが組立てら
れる。
【0098】液晶表示モジュールMDLは、下側ケース
MCAとシールドケースSHDの2種の収納・保持部材
を有し、絶縁シートINS1〜3、回路基板PCB1〜
3、液晶パネルPNLを収納固定した金属製のシールド
ケースSHDと、蛍光管LP、導光板GLB、プリズム
シートPRS等からなるバックライトBLを収納した下
側ケースMCAとを合体させてなる。
【0099】映像信号線駆動用回路基板PCB1には液
晶パネルPNLの各画素を駆動するための集積回路チッ
プが搭載され、またインターフェース回路基板PCB3
には外部ホストからの映像信号の受入れ、タイミング信
号等の制御信号を受け入れる集積回路チップ、およびタ
イミングを加工してクロック信号を生成するタイミング
コンバータTCON等が搭載される。
【0100】上記タイミングコンバータで生成されたク
ロック信号はインターフェース回路基板PCB3および
映像信号線駆動用回路基板PCB1に敷設されたクロッ
ク信号ラインCLLを介して映像信号線駆動用回路基板
PCB1に搭載された集積回路チップに供給される。
【0101】インターフェース回路基板PCB3および
映像信号線駆動用回路基板PCB1は多層配線基板であ
り、上記クロック信号ラインCLLはインターフェース
回路基板PCB3および映像信号線駆動用回路基板PC
B1の内層配線として形成される。
【0102】なお、液晶パネルPNLにはTFTを駆動
するためのドレイン側回路基板PCB1、ゲート側回路
基板PCB2およびインターフェース回路基板PCB3
がテープキャリアパッケージTCP1,TCP2で接続
され、各回路基板間はジョイナJN1,2,3で接続さ
れている。
【0103】液晶パネルPNLは前記した本発明を適用
した横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置
であり、その薄膜トランジスタ基板の配線/電極は前記
実施例で説明した製造装置および方法で形成した構造を
有する。
【0104】図13は本発明による液晶表示装置の等価
回路の説明図である。同図に示すように、液晶表示装置
を構成する液晶パネルは表示部がマトリクス状に配置さ
れた複数の画素の集合により構成され、各画素は液晶パ
ネルの背部に配置されたバックライトからの透過光を独
自に変調制御できるように構成されている。
【0105】液晶パネルの構成要素の1つであるTFT
基板SUB1上には、有効画素領域ARにx方向(行方
向)に延在し、y方向(列方向)に並設されたゲート配
線GLとコモン配線CL、およびy方向に延在し、x方
向に並設されたドレイン配線DLが形成されている。上
記ゲート配線GLとコモン配線CLは前記実施例の何れ
かの構成を有している。そして、ゲート配線GLとドレ
イン配線DLによって囲まれる矩形状の領域に単位画素
が形成されている。
【0106】液晶表示装置は、その液晶パネルの外部回
路として垂直走査回路V及び映像信号駆動回路Hを備
え、垂直走査回路Vによって複数のゲート配線GLのそ
れぞれに順次走査信号(電圧)が供給され、そのタイミ
ングに合わせて映像信号駆動回路Hからドレイン配線D
Lに映像信号(電圧)を供給するようになっている。
【0107】なお、垂直走査回路V及び映像信号駆動回
路Hは、液晶駆動電源回路POWから電源が供給される
とともにパソコンあるいはテレビ受信回路等のホストC
PUからの画像(映像)情報がコントローラCTLによ
ってそれぞれ表示データ及び制御信号に分けられて入力
される。
【0108】図14は本発明を適用する液晶表示装置の
駆動波形の一例の説明図である。同図では、対向電圧を
VCHとVCLの2値の交流矩形波にし、それに同期さ
せて走査信号VG(i−1)、VG(i)の非選択電圧
を1走査期間毎に、VCHとVCLの2値で変化させ
る。対向電圧の振幅幅と非選択電圧の振幅値は同一にす
る。
【0109】映像信号電圧は、液晶層に印加したい電圧
から対向電圧の振幅の1/2を差し引いた電圧である。
【0110】対向電圧は直流でも良いが、交流化するこ
とで映像信号電圧の最大振幅を低減でき、映像信号駆動
回路(信号側ドライバ)に耐圧の低いものを用いること
が可能になる。
【0111】図15は本発明による液晶表示装置を実装
したノートパソコンの一例を示す外観図である。このノ
ートパソコンの表示部には前記本発明による液晶表示装
置が実装されている。LPは表示部に設置される線状ラ
ンプLPを示す。
【0112】図16は本発明による液晶表示装置を実装
したディスクトップ型モニターの一例を示す外観図であ
る。このモニターの表示部に実装する液晶表示装置は、
前記本発明による液晶表示装置である。なお、LPは線
状ランプLPを示す。
【0113】本発明による液晶表示装置は、図11や図
12に示したようなノートパソコンやディスクトップ型
モニター、その他の機器の表示デバイスにも使用できる
ことは言うまでもない。
【0114】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲート配線部とゲート端子部を共通の積層構造膜のパタ
ーニングで形成した後、ホトリソ工程を用いることなく
電解エッチングと陽極酸化の連続処理でゲート配線部と
ゲート端子部を形成することが可能となり、低コスト、
かつ表示不良を抑制した高性能の薄膜トランジスタ型の
液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の第1実施例にかか
る薄膜トランジスタ基板の構造を模式的に説明する要部
断面図である。
【図2】本発明による液晶表示装置の製造方法の第1実
施例を説明するゲート配線部とゲート端子部の形成工程
図である。
【図3】本発明による液晶表示装置の製造装置の概略構
成を模式的に説明する斜視図である。
【図4】図3に示した製造装置を構成するマスク盤の内
面構成を説明する平面図である。
【図5】本発明による液晶表示装置の製造装置を用いて
薄膜トランジスタ基板を加工する状態の説明図である。
【図6】ゲート端子部と有効表示領域(ゲート配線部)
の断面図である。
【図7】薄膜トランジスタ部と付加容量部の断面であ
る。
【図8】ドレイン線端子部の断面である。
【図9】本発明による液晶表示装置の第2実施例にかか
る薄膜トランジスタ基板の製造工程の説明図である。
【図10】本発明による液晶表示装置の要部構造例を説
明する一画素の平面構造の模式図である。
【図11】横電界方式の液晶表示装置で形成される電界
を説明する要部断面図である。
【図12】本発明による液晶表示装置の全体構成を説明
する展開斜視図である。
【図13】本発明による液晶表示装置の等価回路の説明
図である。
【図14】本発明を適用する液晶表示装置の駆動波形の
一例の説明図である。
【図15】本発明による液晶表示装置を実装したノート
パソコンの一例を示す外観図である。
【図16】本発明による液晶表示装置を実装したディス
クトップ型モニターの一例を示す外観図である。
【図17】横電界方式の液晶表示装置の一例における一
画素とブラックマトリクスの遮光領域およびその周辺を
示す平面図である。
【図18】従来の薄膜トランジスタ基板におけるゲート
線の構造を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
SUB1・・・・薄膜トランジスタ基板、GL・・・・
ゲート配線(ゲート線)、GTM・・・・ゲート端子
(ゲート線引き出し端子)、AOF・・・・アルミニウ
ム合金の陽極酸化膜、PAS・・・・保護膜、g1・・
・・アルミニウム−ネオジム合金薄膜、g2・・・・モ
リブデン−ジルコニウム合金薄膜、SIN・・・・絶縁
膜(SiN膜)、ASI・・・・半導体層(a−Si
膜)、DL・・・・ドレイン線(映像信号線)、BS・
・・・ベース盤。MSK・・・・マスク盤、ECT・・
・・電解液(電解エッチング液)、GM・・・・耐エッ
チング部材。
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/3063 H01L 21/306 L 29/786 29/78 612C 21/336 627B (72)発明者 山本 英明 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 中谷 光雄 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 佐々木 寛 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H092 GA14 JA24 JA34 JA37 JB51 JB61 MA15 MA17 MA24 NA25 PA03 PA08 PA11 QA07 4K044 AA12 AB05 BA02 BA10 BB03 BC14 CA13 CA64 5C094 AA31 BA03 BA43 DA15 EA04 EA05 EA07 EB02 5F043 AA27 BB18 DD12 DD14 5F110 AA16 AA30 BB01 CC07 DD02 EE06 EE37 FF01 FF03 FF09 FF24 HL07 NN73 QQ05 QQ09

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本のゲート線と複数本の信号線と、前
    記ゲート線と信号線の交差部に配置した薄膜トランジス
    タと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続した画素電
    極とを少なくとも形成した絶縁性基板を具備し、前記ゲ
    ート線の前記画素電極の形成領域を有効表示領域とした
    液晶表示装置であって、 前記ゲート線の前記有効表示領域の端部側に形成したゲ
    ート端子が、アルミニウム合金の薄膜の上層にモリブデ
    ン合金の薄膜を有する積層構造膜であり、 前記有効表示領域における前記ゲート線が、アルミニウ
    ム合金の薄膜の上層にアルミニウム酸化物の薄膜を有す
    る積層構造膜であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記アルミニウム合金がアルミニウムとネ
    オジムの合金であり、前記モリブデン合金がモリブデン
    にクロム、ジルコニウム、ハフニウムの中の少なくとも
    1つを添加した合金であることを特徴とする請求項1記
    載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】複数本のゲート線と複数本の信号線と、前
    記ゲート線と信号線の交差部に配置した薄膜トランジス
    タと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続した画素電
    極とを少なくとも形成した絶縁性基板を具備し、前記ゲ
    ート線の前記画素電極の形成領域を有効表示領域とした
    液晶表示装置の製造方法であって、 前記絶縁性基板の上にアルミニウム合金の薄膜とモリブ
    デン合金の薄膜をこの順で連続形成してアルミニウム合
    金層とモリブデン合金層の積層構造膜を形成する工程
    と、 ホトリソグラフィー技法を用いて前記アルミニウム合金
    層とモリブデン合金層の積層構造膜をパターニングして
    前記ゲート線部と前記ゲート端子部を形成する工程と、 前記アルミニウム合金層とモリブデン合金層の積層構造
    膜の前記ゲート線部のモリブデン合金層を電解エッチン
    グで除去すると共に、 モリブデン合金層を除去した前記ゲート線部のアルミニ
    ウム合金層の表面を陽極酸化してアルミニウム酸化膜を
    形成する工程と、を含む液晶表示装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記電解エッチングで前記ゲート線部のモ
    リブデン合金層を電解エッチングすると共に、モリブデ
    ン合金層を除去した前記ゲート線部のアルミニウム合金
    層の表面を陽極酸化する工程は、 前記有効表示領域の外周を耐エッチング部材で被覆する
    工程と、 前記外周を前記耐エッチング部材で被覆した前記有効表
    示領域を電解液に浸す工程と、 前記電解液に一方の極の電位を印加する電極を設置し、
    前記ゲート線部に他方の極の電位を印加する工程と、を
    含む請求項3記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 【請求項5】前記耐エッチング部材が弾性材料であるこ
    とを特徴とする請求項4記載の液晶表示装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】前記耐エッチング部材がホトレジスト材料
    であることを特徴とする請求項4記載の液晶表示装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】複数本のゲート線と複数本の信号線と、前
    記ゲート線と信号線の交差部に配置した薄膜トランジス
    タと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続した画素電
    極とを少なくとも形成した絶縁性基板を具備し、前記ゲ
    ート線の前記画素電極の形成領域を有効表示領域とした
    液晶表示装置の製造方法であって、 前記絶縁性基板の上に陽極酸化が可能な第1の導電体薄
    膜を形成する工程と、 前記第1の導電体薄膜の上に電解エッチングが可能な第
    2の導電体薄膜を形成する工程と、 前記第1の導電体薄膜と前記第2の導電体薄膜との積層
    構造膜をホトエッチングにより前記ゲート線部と前記ゲ
    ート端子部を形成する工程と、 前記ホトエッチングで形成した前記ゲート線の有効表示
    領域の外周を耐エッチング部材で被覆する工程と、 前記積層構造膜の前記ゲート線部の前記第2の導電膜を
    電解エッチングで除去する工程と、 前記第2の導電膜を除去した前記ゲート線部の前記第1
    の導電膜の表面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工
    程と、 前記耐エッチング部材を除去する工程と、を含む液晶表
    示装置の製造方法。
  8. 【請求項8】前記第1の導電体薄膜がアルミニウムにチ
    タン、タンタル、ネオジムの少なくとも1つを添加した
    合金であり、前記第2の導電体薄膜がモリブデンにクロ
    ム、ジルコニウム、ハフニウムの少なくとも1つを添加
    した合金である請求項7記載の液晶表示装置の製造方
    法。
  9. 【請求項9】前記耐エッチング部材が弾性材料であるこ
    とを特徴とする請求項7記載の液晶表示装置の製造方
    法。
  10. 【請求項10】前記耐エッチング部材がホトレジスト材
    料であることを特徴とする請求項7記載の液晶表示装置
    の製造方法。
  11. 【請求項11】複数本のゲート線と複数本の信号線と、
    前記ゲート線と信号線の交差部に配置した薄膜トランジ
    スタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続した画素
    電極とを少なくとも形成した絶縁性基板を具備し、前記
    ゲート線の前記画素電極の形成領域を有効表示領域とし
    た液晶表示装置の製造装置であって、 前記絶縁性基板を載置するベース盤と、前記ベース盤に
    載置した前記絶縁性基板を押圧する如く配置したマスク
    盤で構成され、 前記マスク盤は、前記絶縁性基板の有効表示領域を露呈
    する略々前記有効表示領域の形状と略同一形状を持つ矩
    形開口と、この矩形開口の前記絶縁性基板の前記有効表
    示領域の外側に当接する位置を周回する弾性材料からな
    る耐エッチング部材を備え、前記耐エッチング部材より
    も前記矩形開口側かつ前記矩形開口の異なる辺に2以上
    の電解液供給穴を形成してなり、 前記絶縁性基板を前記ベース盤に載置し、その上に前記
    マスク盤を押接して前記耐エッチング部材で囲まれた前
    記絶縁性基板の有効表示領域に前記電解液供給穴を通し
    て電解液を供給することで、前記電解液を攪拌すること
    を特徴とする液晶表示装置の製造装置。
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