JP2005215330A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｒ層、Ａｌ層からなる金属反射層で、Ａｌ層のパターン寸法をＣｒ層のパターン寸法よりが小さい形状の金属反射層を形成して、表示不良を防止し、高い動作信頼性を有する液晶表示装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、透明電極層１８および金属反射層８を積層してなる反射表示電極２０および配向膜９を有する一方の基板と、少なくとも透明表示電極５、配向膜６を有する他方の基板４とを、前記反射表示電極２０と透明表示電極５が互いに交差するようにして液晶層を介在させて貼り合わせてなる液晶表示装置において、前記金属反射層８は、透明電極層１８側からＣｒ層２７、Ａｌ層２８を順次積層した多層構造とし、Ａｌ層２８のパターン形状は、Ｃｒ層２７のパターン形状よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は一方の基板の内面側主面に、金属反射層を有する反射表示電極を形成した反射型または半透過型の液晶表示装置およびその製造方法に関する。

近年、一方の基板の内面側主面に、金属反射層を有する反射表示電極を形成した液晶表示装置は、反射型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置など例示できる。

液晶表示装置は、透明表示電極および配向膜を有する一対の基板を、夫々の基板に形成した透明表示電極が互いに直交するように液晶層を介在させて貼り合わせてなり、基板の外側主面に位相フィルム、偏光板を配置して構成されている。ここで、反射型液晶表示装置の１つのタイプとして、表示面と反対側の基板の内面に形成した透明表示電極上に、金属反射層を形成して、例えば、表示面側から入射された光を、この金属反射層で、表示面側基板に反射して液晶表示を行うものであった。ここで、この２つの透明表示電極が交差する領域を画素領域とすると、上述の金属反射層は、少なくとも画素領域に形成される。

また、半透過型液晶表示装置の１つのタイプとして、表示面と反対側の基板の内面に形成した透明表示電極の画素領域の一部に、金属反射層を形成するものである。即ち、各画素領域には、透明表示電極中に、金属反射層が形成された反射部と金属反射層が形成されていない透過部とを有することになる。そして、この基板の外方に、バックライトを配置することにより、表示面側から入射され光を、画素領域の反射部で反射し、また、バックライトの光を画素領域の透過部を介して表示面側の基板に透過させていた。即ち、各画素領域には、反射表示モードと、透過表示モードで表示可能な領域を具備している。このように、反射と透過の両表示モードを兼ね備えることで、半透過型液晶表示装置といわれる。（特開平１０−２８２４８８号公報）
また、このような液晶表示装置においては、表示面側と反対の基板の表面には、基板の内面側表面に、金属反射層の形状の差異はあるものの透明表示電極層上に金属反射層が積層されている。このように、透明表示電極層は金属反射層ととともに表示電極として機能するため、本発明では、合わせて反射表示電極といい、基板側に位置する透明表示電極を、透明電極層という。

一般に、透明電極層にはＩＴＯ（酸化インジウム・錫）が用いられ、金属反射層には反射効率を考慮して、Ａｌ（アルミニウム）が用いられている。この反射表示電極は、基板の表面に形成したＩＴＯ被膜を、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状にパターン化して透明電極層を形成し、つついて金属反射層をフォトリソグラフィ技術に基づいて形成する。このとき、透明電極層上Ａｌ（アルミニウム）を直接形成すると、ＩＴＯからなる透明電極層とＡｌ（アルミニウム）との接合強度が低下してしまう。このため、通常、ＩＴＯからなる透明電極層とＡｌ（アルミニウム）との間にＣｒ（クロム）からなる中間層を介在させている。

即ち、反射表示電極は、基板側から、透明電極層上に、Ｃｒ（クロム）層、Ａｌ（アルミニウム）層を順次積層した構造となっていた。

そして、このようなに所定形状の透明電極層上に、Ｃｒ（クロム）層、Ａｌ（アルミニウム）層を形成する際には、所定形状にパターン化した透明電極層の全面にＣｒ被膜層、Ａｌ被膜層を被着し、このＡｌ被膜層上に、金属反射層の形状に合致したレジスト膜を形成し、Ａｌエッチング液を用いて前記Ａｌ被膜層をエッチングして、所定形状のＡｌ層を形成し、Ｃｒエッチング液を用いてエッチングしてＣｒ層を形成し、次いでフォトレジストを剥離していた。
特開平１０−２８２４８８号公報

液晶表示装置において、金属反射層に用いられるＡｌ層およびＣｒ層は、透明電極層の部分との段差を少なくする必要がある。これは、例えば、特に、半透過型の液晶表示装置において、透過表示モードと反射表示モードとで液晶層を通過する光路長が異なり、反射表示モードと透過表示モードにおける表示ムラが発生してしまうためである。このため、金属反射層は、１５００Å以下の膜厚で形成する必要がある。

しかしながら従来の製造方法では、Ｃｒをエッチングした際に、Ａｌ層に対してＣｒがオーバーエッチングされ、Ａｌパターンのエッジが、Ｃｒ層のエッヂより突出してしまい、その結果、Ａｌ層がひさし状の形状になってしまう。

このような形状になると、その後の工程で、ひさし状の部分が、剥れ落ち、電極パターン間をつないでショートが発生したり、また、液晶層に浮遊して表示を不良を発生させたり、また、ひさし状の部分を剥れないようにするため、超音波洗浄などの十分な洗浄が行えず、結果的に異物の付着が増えたりするなどの不具合が発生していた。

また、画素領域が縦横に配列された構成される表示領域には、ポリイミドなどからなる配向膜を形成し、配向膜表面をラビングすることにより液晶分子を配向させている。この金属反射層のＡｌ層の形状がひさし状になっていると、ポリイミドなどからなる配向膜がＡｌ層とＩＴＯの透明電極層との境界で塗布されない部分が発生する。そのため、Ａｌ層の端部ではラビングによる液晶分子の配向が起こらず、液晶層で光が抜けてしまう不具合が発生している。

これらの問題を解決するために、透明電極層のＩＴＯパターン上でＡｌ層とＣｒ層からなる２層構造の金属反射層のパターンを、上層のＡｌ層の形状よりも、下層のＣｒ層の形状が大きくなるように形成しなくてはならないが、Ｃｒ層のパターンは、Ａｌ層がレジストマスクとなってエッチングされるため、Ｃｒ層の形状をＡｌ層の形状よりも大きく形成することは困難であった。

また、ＩＴＯ膜上でＡｌとＣｒの多層構造からなる膜をＡｌ層に続きＣｒ層のエッチングを行った場合、Ｃｒ層のエッチング中にＩＴＯ膜面がエッチング液に露出すると、Ｃｒ層とＩＴＯ間で電池が形成され、Ｃｒ層が急激にエッチングされる現象が起こる。そのため、エッチング時間の管理により、Ａｌ層に対するＣｒ層のオーバーエッチング量を制御することは困難であった。

このＡｌ層のひさし状の形状をなくすためには、金属反射層となるＡｌ層、Ｃｒ層を、それぞれ別々にパターニングすることで可能であるが、例えば、Ａｌ層をエッチングした後、Ａl層用レジスト膜を剥離して、再びＣｒ層用レジスト膜を塗布し、Ａｌ層を隠すようにＣｒ層用レジストパターンを形成し、Ｃｒをエッチングするという工法を実施した場合には、工数の増加や、Ａｌ層とＣｒ層とでパターンの位置ズレが起きる等の問題が発生する。

その結果、液晶表示装置においては、反射表示モードにおいて、金属反射層で反射される光にムラが発生して、表示不良が発生してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みて案出されたものであり、Ｃｒ層、Ａｌ層からなる金属反射層で、Ａｌ層のひさし形状を改善し、Ｃｒ膜のパターン寸法に対してＡｌ膜のパターン寸法が小さい形状の金属反射層を形成して、表示不良を防止し、高い動作信頼性を有する液晶表示装置を提供するものである。同時に、そのような金属反射層上で確実に形成される液晶表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明は、透明電極層および金属反射層を積層してなる反射表示電極および配向膜を有する一方の基板と、少なくとも透明表示電極、配向膜を有する他方の基板とを、前記反射表示電極と透明表示電極が互いに交差するようにして液晶層を介在させて貼り合わせてなる液晶表示装置において、 前記金属反射層は、透明電極層側からＣｒ（クロム）層、Ａｌ（アルミニウム）層を順次積層した多層構造であるとともに、Ａｌ層のパターン形状は、Ｃｒ層のパターン形状よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置である。

このような液晶表示装置の製造方法であって、
前記透明電極層の全面にＣｒ被膜層、Ａｌ被膜層を被着する工程
前記Ａｌ被膜層上に、前記金属反射層の形状に近似したレジスト膜を形成する工程、
Ａｌエッチング液を用いて前記Ａｌ被膜層をエッチングして、所定形状のＡｌ被膜層を形成する工程
Ｃｒエッチング液を用いて前記Ｃｒ被膜層をエッチングして、前記Ｃｒ層を形成する工程
Ａｌエッチング液を用いて前記所定形状のＡｌ被膜層を、再エッチングしてＡｌ層を形成する工程を含む液晶表示装置の製造方法である。

本発明では、一方の基板の透明電極上に、Ｃｒ層、Ａｌ層が順次積層され、しかも、それぞれの形状が、Ａｌ層のパターン寸法（形状）が、Ｃｒ層のパターン寸法（形状）よりも小さい形状の金属反射層とあっている。即ち、Ａｌ層がＣｒ層のエッヂより突出することがないため、反射効率のムラを防止し、また、配向膜の配向不良が発生することがなく、安定した液晶表示が可能となる。また、従来のように、Ａｌ層の一部が欠落してしまい、電極間のショートや液晶層に浮遊したりすることがないため、表示動作の信頼性が高い液晶表示装置となる。

また、所定形状にパターンした透明電極上に、Ｃｒ被着膜、Ａｌ被着膜を順次形成し、次いで、Ａｌ被着膜上に金属反射層の形状に相似したレジスト膜を形成し、Ａｌ被着膜をエッチングし、次いでＣｒ被着膜をエッチングし、次いで再びＡｌ被着膜をエッチングすることで、確実に、Ｃｒ層の形状に対してＡｌ層の形状が小さい形状の金属反射層を形成している。これにより、従来のようなひさし状の部分が形成されることがない。即ち、１つのレジスト膜（１回の露光処理）によって、単に、Ａｌ被着膜のエッチング工程を付加するだけで、非常に安定し、且つ動作信頼性の高い液晶表示装置が達成できるものとなる。

以下、本発明の液晶表示装置およびその製造方法を図面に基づいて詳説する。尚、液晶表示装置として、１つの画素領域に反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置を用いて説明する。

以下、本発明の半透過型液晶表示装置を図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の半透過型液晶表示装置の概略構造を示す断面図であり、図２は、一方の基板（表示面と反対側の基板）の構造を示す部分断面図である。 本発明の半透過型液晶表示装置は、液晶表示素子とバックライト手段とから構成されている。

液晶表示素子２２は、ストライプ状の透明表示電極５、配向膜６を有する表示側基板（他方の基板）４と、反射表示電極２０、配向膜９を有する裏面側基板（一方の基板）１２と、液晶層１６とから構成されている。尚、反射表示電極２０は、透明電極層１８と金属反射層８とが一部積層されて構成されている。

基板４に形成された透明表示電極５と、一方の基板１２の反射表示電極２０は互いに直交する方向に延びており、平面視したとき、両表示電極５、２０が互いに直交する。この表示電極５、２０が交差する領域が画素領域となる。

また、バックライト手段１５は、面発光される導光板と、冷陰極管、蛍光管、発光ダイオードなどからなる光源とから構成されている。

バックライト手段１５は、液晶表示素子２２の裏面側基板１２の外側に配置されている。

液晶表示素子２２を構成する他方の基板４の内面側主面には、カラーフィルタ１０、平滑層７、透明表示電極５、配向膜６が順次形成されている。このカラーフィルタは、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つ色素または顔料を有する樹脂膜からなり、夫々の１色のカラーフィルタ１０が、画素領域に対応して形成される。尚、カラーフィルタ１０は、例えば、画素領域間に埋設するように黒色のカラーフィルタを配置される場合がある。

また、平滑層７はアクリル樹脂などの透明樹脂からなり、主にカラーフィルタ１０の厚み方向のバラツキを緩和し、透明表示電極５、配向膜６を安定的に被着させるために形成されている。

また、透明表示電極５は図面の左右方向に延びるものであり、例えば、酸化インジウム・錫（ＩＴＯ）などから構成されている。この透明表示電極５の端部は、表示領域から延出され、引回し電極となり、電極引回し領域に形成される。

また、透明表示電極５を覆うように少なくとも表示領域には、配向膜６が形成されている。配向膜６は、ポリイミド樹脂などからなり、ラビングローラーなどを用いて配向処理されている。

一方の基板１２の内面側主面には、表示領域となる領域に各画素領域の一部にストライプ状の透明電極層１８、Ｃｒ層、Ａｌ層を順次に積層した金属反射層８が形成されている。この金属反射層８と透明電極層１８によって反射表示電極２０が構成され、反射表示電極２０の厚みは、０．０５〜１．０μｍ、好適には０．１〜０．４μｍであり、金属反射層８の厚みは、たとえば、金属反射層は、１５００Å以下である。

そして、この反射表示電極２０は、図面の奥行き方向に延びて形成されている。このような反射表示電極２０を覆うように、表示領域となる領域には、配向膜９が形成され、他方の基板４側と同様に、配向処理されている。

また、このような一対の基板４、１２の間には、たとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイラルネマチック液晶からなる液晶層１６を介して挟持される。具体的には、どちらかの基板４または１２の表示領域の一回り大きい形状に、開口を有し且つ例えば導電性フィラーを含有したシール部材２１を形成し、その基板のシール部２１内にスペーサを均一に散布し、両基板４、１２を貼り合わせる。そして、そのシール部２１の開口から液晶層１６を注入して、開口を封止する。

また、一方の基板４の外側主面にポリカーボネイト等からなる第１位相差フィルム３と第２位相差フィルム２とヨウ素系の偏光板１とを順次配設する。これらの配設については、アクリル系の材料からなる粘着材を介することで貼り付ける。また、必要に応じて光散乱層が形成される。

また、他方の基板１２の外側主面にポリカーボネイト等からなる位相差フィルム１３とヨウ素系の偏光板１４とを順次配設し、その下方にバックライト１５を配設する。

そして、液晶表示素子２２に対して、この他方の基板１２の外方領域には、バックライト１５を配設されて、液晶表示装置が完成する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、図１、２の液晶表示装置の製造方法の主要部分、即ち、基板１２の製造方法を示している。

図３（ａ）は、所定形状のＩＴＯからなる透明電極層１８が形成された基板１２に、スパッタリング等の成膜方法を用いて、Ｃｒ被着膜２３、Ａｌ被着膜２４を成膜する。そして、Ａｌ被着膜２４上、金属反射層８の形状に相似し、若干大きい形状のレジスト膜２５を形成する。このレジスト膜２５は、感光性樹脂を塗布し、所定形状に露光・現像することにより形成される。

次いで図３（ｂ）に示すように、この基板４を、リン酸、硝酸、酢酸、水からなるＡｌ用エッチング液にて処理し、レジスト膜２５から露出するＡｌ被着膜２４を除去し、水洗乾燥を行う。これにより、Ａｌ被着層２４は、レジスト膜２５の対応した形状のＡｌ被着膜２６となる。

次いで図３（ｃ）に示すように、硝酸セリウムアンモニウム、硝酸、過塩素酸、水等からなるＣｒ用エッチング液にて、レジスト膜２５（Ａｌ被着膜２６）から露出するＣｒ被着膜２３を除去し、水洗乾燥を行う。

このとき、Ｃｒ被着膜２３はＣｒ層２７となる。このＣｒ層２７の端面はオーバーエッチングにより、Ａｌ被着膜２６よりも端面厚み方向が凹んでしまい、Ａｌ被着膜２６のエッヂ部分がひさし状になる。

次いで、図３（ｄ）に、リン酸、硝酸、酢酸、水からなるＡｌ用エッチング液にて処理を行ない、Ａｌ被着膜を再度エッチング処理して、Ａｌ被着膜２６のエッジ部に形成されたひさし部が除去されて、同時にＣｒ膜２７よりも形状が小さくなるＡｌ層２８が形成される。その後、水洗乾燥を行ない、
最後に、レジスト膜２５を剥離する。これにより、所定形状、例えば、各画素領域を構成する透明電極層１８上に、Ｃｒ層２７、Ａｌ層２８からなる金属反射層８が形成される。この多層構造の金属反射層８は、透明電極層１８側のＣｒ層２７の形状が大きく、上層側のＡｌ層２８の形状が小さくなる。尚、レジスト膜２５の形状は、最終的に形成されるＡｌ層２８（金属反射層８）よりも若干大きい形状とするのは、Ａｌ被着膜２４を合計２回エッチング処理して、Ｃｒ層２７よりも小さくするため、金属反射層８の形状をこのＡｌ層２８の形状と規定したときである。

（実施例１）
ＩＴＯからなる透明電極１８が形成されたガラス基板１２に、スパッタリングにより、Ｃｒ被着膜２３（３５０Å）、次いでＡｌ被着膜２４（１１５０Å）を成膜した。

これに、ポジ型フォトレジスト膜２５（ＲＣ−３００；シプレイ）を２．４μｍ塗布し、露光・現像により金属反射層パターンよりも若干大きく形成し、ホットプレート上で、１４０℃２分間ベークした。

リン酸、硝酸、酢酸、水からなるＡｌ用エッチング液にて６０秒エッチングし、Ａｌ被着膜２３の一部を除去後、水洗しエアーナイフで乾燥した。次いで硝酸セリウムアンモニウム、硝酸、過塩素酸、水等からなるＣｒ用エッチング液にて、３５℃で６０秒エッチングし、Ｃｒ被着膜２４の一部を除去後、水洗しエアーナイフで乾燥した。次いでリン酸、硝酸、酢酸、水からなるＡｌ用エッチング液にて再度、Ａｌ被着膜２６を３０秒エッチングを行った。その後、レジスト膜２５を剥離後した。その結果、金属反射層パターンの形状は、Ｃｒ層パターンに対してＡｌ層２８パターンが０．５μｍ小さくなった形状であった。

この基板１２を、超音波洗浄行ったところ、Ａｌ層２８の剥れによるパターン間ショートの発生は無かった。

また、Ａｌ層２８とＩＴＯからなる透明電極１８の境界部で配向膜９が途切れることはなく、液晶が配向しないことによる光漏れの発生も見られなかった。

（比較例１）
ＩＴＯからなる信号側透明電極が形成された信号側ガラス基板に、スパッタリングにより、Ｃｒ被着膜（３５０Å）、次いでＡｌ被着膜（１１５０Å）を成膜した。

これに、ポジ型フォトレジスト（ＲＣ−３００；シプレイ）を２．４μｍ塗布し、露光・現像により金属反射層のパターンを形成し、ホットプレート上で、１４０℃２分間ベークした。

リン酸、硝酸、酢酸、水からなるＡｌ用エッチング液にて６０秒エッチングし、Ａｌ被着膜の一部を除去し、その後、水洗しエアーナイフで乾燥した。次いで硝酸セリウムアンモニウム、硝酸、過塩素酸、水等からなるＣｒ用エッチング液にて、３５℃で６０秒エッチングし、Ｃｒ被着膜を除去し、その後、水洗しエアーナイフで乾燥した。レジスト膜剥離後の金属反射層の形状は、０．５μｍから１μｍＡｌ層のエッヂにひさし状に飛び出した形状で有った。この基板を、超音波洗浄行ったところ、ひさし状の部分でＡｌ層エッヂの剥れが見られた。

また、ひさし状のＡｌ層が残った部分では、配向膜がないために、液晶が配向せず光り漏れの現象が見られた。

尚、上述の実施例では、各画素領域の一部に反射部を形成した半透過型液晶表示装置で説明したが、例えば、各画素領域を反射部として反射型液表示装置でもあっても構わない。

本発明の液晶表示装置の概略断面図である。 本発明に液晶表示装置の一方の基板の部分断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の液晶表示装置の製造方法を説明するための主要工程における一方の基板の断面図である。

符号の説明

１、１４・・・偏向板
２・・・第二位相差フィルム
３・・・第一位相差フィルム
４・・・他方の基板
１２・・一方の基板
５・・・透明表示電極
２０・・反射表示電極
８・・・金属反射層
１８・・透明電極
６、９・・・配向膜
７・・・・平滑層
１０・・・カラーフィルタ
１３・・・位相差フィルム
１５・・・バックライト
１６・・・液晶層
２１・・・シール部材
２３・・・Ｃｒ被着膜
２４・・・Ａｌ被着膜
２５・・・レジスト膜
２６・・・Ａｌ被着膜
２７・・・Ｃｒ層
２８・・・Ａｌ層

Claims (2)

1. 透明電極層および金属反射層を積層してなる反射表示電極および配向膜を有する一方の基板と、
   少なくとも透明表示電極、配向膜を有する他方の基板とを、
   前記反射表示電極と透明表示電極が互いに交差するようにして液晶層を介在させて貼り合わせてなる液晶表示装置において、
   前記金属反射層は、透明電極層側からＣｒ（クロム）層、Ａｌ（アルミニウム）層を順次積層した多層構造であるとともに、Ａｌ層のパターン形状は、Ｃｒ層のパターン形状よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 透明電極層上に、Ｃｒ（クロム）層、Ａｌ（アルミニウム）層を順次積層するとともに、該Ａｌ層のパターン形状をＣｒ層のパターン形状よりも小さくして積層した反射表示電極および配向膜を有する一方の基板と、少なくとも透明表示電極層、配向膜を有する他方の基板とを、前記反射表示電極と透明表示電極が互いに交差するようにして液晶層を介在させて貼り合わせてなる液晶表示装置の製造方法であって、
   前記透明電極層の全面にＣｒ被膜層、Ａｌ被膜層を被着する工程
   前記Ａｌ被膜層上に、前記金属反射層の形状に近似したレジスト膜を形成する工程、
   Ａｌエッチング液を用いて前記Ａｌ被膜層をエッチングして、所定形状のＡｌ被膜層を形成する工程、
   Ｃｒエッチング液を用いて前記Ｃｒ被膜層をエッチングして、前記Ｃｒ層を形成する工程、
   Ａｌエッチング液を用いて前記所定形状のＡｌ被膜層を、再エッチングしてＡｌ層を形成する工程、とを含む液晶表示装置の製造方法。

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