JP2007183589A - 液晶表示装置用基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＶＡ−ＬＣＤの基板の製造コストを削減した簡易化されたプロセスを提供する。
【解決手段】 カラーフィルター基板の上にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する方法であって、基板を準備するステップと、前記基板の上に複数のサブピクセル域を定義する遮光層を形成するステップと、前記サブピクセル域に複数のカラーフィルターを形成するステップと、前記遮光層と前記カラーフィルターの上に透明電極層を形成するステップと、前記透明電極層の上に透明フォトレジスト層を形成するステップと、および前記透明フォトレジスト層をリソグラフィープロセスのハーフトーンマスクを用いることによって複数のスペーサと位置合わせ用突起部へ、同時にパターン形成するステップとを含む方法。
【選択図】 図２Ｅ

Description

本発明は、マルチドメイン垂直配向液晶ディスプレイ（以下、適宜ＭＶＡ−ＬＣＤという。）に関し、特に、基板に、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時形成し、ＭＶＡ−ＬＣＤの製造コストを削減する方法に関する。

ＬＣＤは、現在平面ディスプレイの主流である。ディスプレイの構造は、液晶分子の誘電異方性及び導電異方性の特性に基づいて設計されている。液晶の入力電圧の制御をするとき、液晶分子配列の配向及び方向を変え、それと同時に液晶を通過する光量も同時に変えるようにされている。

ＬＣＤパネルは、一般に、その間を複数のスペーサによって画定された間隙を有する基板を含む。液晶分子の層は、２つの基板の間に配置される。電極は、基板に対応して形成され、ねじれ角及び液晶分子の配列を制御する。基板は、一般にＴＦＴアレイ基板及びカラーフィルター基板を含む。

改善されたディスプレイ品質の大型画面のディスプレイの製造技術は、マルチドメイン垂直位置合わせ（ＭＶＡ）と横電界駆動（ＩＰＳ）を含む。ＭＶＡ技術は、サムスン（登録商標）社開発の、パターン化垂直位置合わせ技術（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ（ＰＶＡ））及びシャープ（登録商標）社開発の、改良超V技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖ（ＡＳＶ））を含む。一方、ＩＰＳ技術は、日立製作所（登録商標）社開発の、超ＩＰＳ（Ｓｕｐｅｒ ＩＰＳ）及びＩＰＳ技術、ヒュンダイ（登録商標）社開発の、フリンジフィールドスイッチング技術（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＦＦＳ））等を含む。開口率と視覚性を高め、視差を小さくし、応答時間も短縮するその他の技術は、松下電器産業（登録商標）社開発の光学補償複屈折（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ（ＯＣＢ））と、日本電気（登録商標）社開発の超精細ＴＦＴ(Ｓｕｐｅｒ−ｆｉｎｅ ＴＦＴ）を含む。ＭＶＡ−ＬＣＤは、広視覚化以外に高い開口率及び速い応答時間を有する。ＭＶＡ−ＬＣＤは、ＴＦＴアレイ基板及びカラーフィルター（ＣＦ）基板に画定された複数の位置合わせ用突起部を含む自動領域フォーメーション（ＡＤＦ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ））技術を用い、位置合わせ用突起部の傾斜（スロープ）によって液晶分子の配向を制御し、２又は４個のドメインを形成する。また、異なるパターン（例えば、リブ状、ジグザグ状、又は菱形状のパターン）を有する各種の位置合わせ用突起部が従来技術で提示されているが、すべての従来技術において、位置合わせ用突起部及びスペーサの形成に余分なコストがかかってしまう。

図１Ａ〜１Ｅは、ＭＶＡ−ＬＣＤ内のカラーフィルター基板を製造する従来のプロセスの概念図である。まず、図１Ａに示されるように、基板１００が準備され、遮光層１０５が基板１００の上に形成される。それから、第１マスクによって画定（本願で「画定」は、輪郭や形状を定めること、もしくは縁取りすることを意味するものとする。）され、複数のサブピクセル域１１０を形成する。次に、図１Ｂに示されるように、カラーフィルター１１５（Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色））は、第２、第３、第４マスクによってサブピクセル域に形成される。次に、図１Ｃに示されるように、透明電極層１２０は、遮光層１０５及びカラーフィルター１１５上に横たわるように形成される。次に、図１Ｄに示されるように、フォトレジストが透明電極層１２０上に形成される。次に、第５マスクによって画定されるスペーサ１３０を形成する。そして、図１Ｅに示されるように、もう１つのフォトレジストが透明電極層１２０上に形成され、最後に、第６マスクによって画定されて、位置合わせ用突起部１４０が形成される。

そして、アレイ基板がカラーフィルター基板１０に対向するように設置され、液晶がこれらの基板間の間隙に配置され、ＭＶＡ−ＬＣＤパネルの製造が完了する。

米国特許公報６１８７４８５号 米国特許公開公報２００２／００６７４５０号 米国特許公報６８０１２８６号

上述のように、カラーフィルター基板を製造する従来のプロセスは、６つのマスク（遮光層の画定に１つ、カラーフィルターの形成に３つ、スペーサの画定に１つ、位置合わせ用突起部の画定に１つ）を必要とする。よって、リソグラフィー又は蒸着等のプロセスの工数とコストを減少する方法を提供することが望ましい。

そこで、本発明は、ＭＶＡ−ＬＣＤ基板の製造コストを削減するべく、プロセスの簡易化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、スペーサ及び位置合わせ用突起部を、同一プロセスでカラーフィルター上に形成する方法を提供する。前記プロセスは、基板を準備するステップと、前記基板上に複数のサブピクセル域を画定する遮光層を形成するステップと、前記サブピクセル域に複数のカラーフィルターを形成するステップと、前記遮光層と前記カラーフィルター上に透明電極層を形成するステップと、前記透明電極層上に透明フォトレジスト層を形成するステップと、及び前記透明フォトレジスト層をリソグラフィープロセスのハーフトーンマスクを用いることにより複数のスペーサ及び位置合わせ用突起部へ同時にパターン形成するステップとを含む。

さらに、本発明は、マルチドメイン垂直配向液晶ディスプレイのアレイ基板上に、スペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する方法を提供する。前記プロセスは、アレイ基板を準備するステップと、前記アレイ基板の上に透明フォトレジスト層を形成するステップと、前記透明フォトレジスト層へリソグラフィープロセスを行い、複数のスペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成するステップと、を含む。

本発明の方法によれば、第５マスクを用いて、位置合わせ用突起部及びスペーサを同時に形成できることから、本発明は、従来技術に比べ、より少数のマスクと、より低いコストと、より短縮されたリソグラフィープロセスの時間とを提供することができる。

本発明についての目的、特徴、及び長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、添付された図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２Ａは、本発明の実施例１を表している。まず、基板２００が準備される。基板２００は、ガラス、プラスチック、又はプラスチック基板に接着されたガラス基板を含みうるが、これらに限定するものではない。遮光層２０５が基板２００の上に形成され、そして、第１マスクによって画定され、複数のサブピクセル域２１０を形成する。サブピクセル域は、続いて形成されるカラーフィルターを分離するように用いられ、コントラスト比を増す。遮光層は、約１〜２μｍの厚さの黒色感光樹脂、又は約１０００〜３０００Åの厚さの酸化クロムを含みうる。

次に、図２Ｂに示されるように、カラーフィルター（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、３つのマスクを用い、サブピクセル域２１０に形成される。赤色画素は、サブピクセル域２１０にスピンコーティングされ、リソグラフィー法（フォトリソグラフィー法）で既定の赤色サブピクセル域に赤色カラーフィルターを形成し、続いて、サブピクセル域の外側の赤色画素が除去される。このプロセスは、青色フィルター及び緑色フィルターが完成するまで繰り返される。カラーフィルター（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のそれぞれは、約１〜２.５μｍの厚さを有する。カラーフィルター形成順序は、上述の順序に限定するものではないことをここに注釈する。

次に、図２Ｃに示されるように、透明電極層２２０が、遮光層２０５及びカラーフィルター２１５に横たわるように形成される。約５００〜２０００Åの厚さの透明電極層に適する材料は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＳｎＯから構成される。

次に、図２Ｄに示すように、透明ポジ型フォトレジスト層２２５が、透明電極層２２０上に形成される。透明ポジ型フォトレジスト２２５を形成する典型的な方法はスピンコーティング法である。

本実施例の重要なプロセスは、ハーフトーンマスク２５０によって透明ポジ型フォトレジスト層２２５を形成するリソグラフィープロセスである。ハーフトーンマスク２５０は、スペーサに対応したマスク域２５０ｃ、位置合わせ用突起部に対応した半透過域２５０ｂと、位置合わせ用突起部及びスペーサ以外のフォトレジスト部分に対応した透過域２５０ａを有する。

当該リソグラフィープロセス後、図２Ｅに示されるような構造が形成される。すなわち、透過域２５０ａに対応したフォトレジスト層２２５の部分が完全に除去される。半透過域２５０ｂに対応したフォトレジスト層２２５の部分は、位置合わせ用突起部２２５ｂを形成するために一部除去され、マスク域２５０ｃに対応したフォトレジスト層２２５の部分は、スペーサ２２５ａを形成するために保持される。ハーフトーンマスクの半透過域２５０ｂが約０.５〜０.９の間の透過率を有する時、スペーサ２２５ａと位置合わせ用突起部２２５ｂとの高さ比（２２５ａ／２２５ｂ）は、約１０：１乃至２：１である。従来技術に比べ、本発明の重要なプロセスでは、図２Ｅに示されるように、複数のスペーサ２２５ａ及び位置合わせ用突起部２２５ｂ（約１〜１.５の高さ及び約６〜１２μｍの幅）を同時に形成する。

本発明の第５マスクが、位置合わせ用突起部及びスペーサを同時に形成する。よって、本発明によれば、従来技術より、少ないマスクと低コストと、リソグラフィープロセス時間の短縮を達成する。また、スペーサ２２５ａと位置合わせ用突起部２２５ｂとの高さ比は、ハーフトーンマスクの半透過域の透過率によって決まる。図２Ｅのスペーサ２２５ａと位置合わせ用突起部２２５ｂの形状と対応する位置は、一つの実施例であり、これに発明が限定されるものではなく、必要ならば様々な変更を加えることが可能である点をここに注釈する。

最後に、図２Ｆに示すように、アレイ基板２０’は、カラーフィルター基板２０上に横たわるようにかつ対向するように配置される。ゲートライン２９０のみが図２Ｆに示されているが、アレイ基板２０’が、基板２９５上に形成された薄膜トランジスタアレイを備える。また、透明誘電体層２９０及び透明電極２７０が、基板２９５上に形成される。透明電極２７０が、カラーフィルター基板上の位置合わせ用突起部２２５ｂを持つ、千鳥状（互い違い）に配列されたスリット２６５を有し、液晶分子２６０に、２つの基板間にマルチドメイン垂直配列（複数ドメインの垂直配列）を形成する。

図３Ａ及び３Ｂは、本発明の実施例２を示す。ネガ型フォトレジスト３２５が準備される。図３Ａは、図２Ａ〜２Ｃで示されたステップに次ぐステップを表しており、これらの図においては同素子に対応して同参照番号及び同符号が用いられている。

図３Ａに示すように、透明ネガ型フォトレジスト３２５は、透明電極３２０上に形成される。透明ネガ型フォトレジスト３２５を形成する典型的な方法は、スピンコーティング法である。

本実施例の重要なプロセスは、ハーフトーンマスク３５０により透明ネガ型フォトレジスト層３２５を形成するリソグラフィープロセスである。ハーフトーンマスク３５０が、スペーサに対応した透過域３５０a、位置合わせ用突起部に対応した半透過域３５０ｂと、位置合わせ用突起部及びスペーサ以外のフォトレジスト部分に対応したマスク域３５０ｃを有する。

リソグラフィープロセス後、図３Ｂに示されるような構造が形成され、この構造において、透過域３５０ａに対応したフォトレジスト層部分が、スペーサ３２５ａを形成するために保持され、半透過域３５０ｂに対応したフォトレジスト層の部分は、位置合わせ用突起部３２５ｂを形成するために一部除去され、マスク域３５０ｃに対応したフォトレジスト層の部分は、完全に除去される。

ハーフトーンマスクの半透過域３５０ｂが約０.１〜０.５の透過率を有する場合、スペーサ３２５ａと位置合わせ用突起部３２５ｂとの高さ比（３２５ａ／３２５ｂ）は、約１０：１乃至２：１である。よって、スペーサ３２５及び位置合わせ用突起部３２５ｂは、ネガ型フォトレジスト及び実施例１のポジ型フォトレジストを用いて同時に形成することができる。ポジ型フォトレジストに比べ、ネガ型フォトレジストは、比較的低コストである。しかし、ポジ型フォトレジストは、ネガ型フォトレジストより、限界寸法をより良く再現（画定）する。フォトレジスト材料のタイプをポジかネガにするかの選択は、実際の必要に応じて決定することができる。

最後に、図２Ｆに示されるように、アレイ基板は、カラーフィルター基板に横たわるようにかつ対向するように配置され、液晶が２つの基板の間隙中に充填され、ＭＶＡ−ＬＣＤパネルを形成する。

上述の実施例は、カラーフィルター基板上に、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成するが、本発明は、例えば、ＴＦＴアレイ基板又はＣＯＡ基板その他の基板に用いることもできる。当業者であれば、必要に応じ、どのタイプの基板にもスペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成することができる。

以上、本発明の好適実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

カラーフィルター基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する従来の方法のフローを示す断面図。 カラーフィルター基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する従来の方法のフローを示す断面図。 カラーフィルター基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する従来の方法のフローを示す断面図。 カラーフィルター基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する従来の方法のフローを示す断面図。 カラーフィルター基板にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する従来の方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の実施例に基づいて、ポジ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の他の実施例に基づいて、ネガ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。 本発明の他の実施例に基づいて、ネガ型フォトレジスト及びハーフトーンマスクを有するカラーフィルター基板へ、スペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成する方法のフローを示す断面図。

符号の説明

１０、２０ カラーフィルター基板
２０’ アレイ基板
１００、２００、２９５ 基板
１０５、２０５ ブラックマトリクス
１１０、２１０ サブピクセル域
１１５、２１５ カラーフィルター
１２０、２２０ 透明電極層
２２５ 透明ポジ型フォトレジスト層
３２５ 透明ネガ型フォトレジスト層
２２５ｂ、３２５ｂ 位置合わせ用突起部
１３０ スペーサ
１４０ 位置合わせ用突起部
２５０、３５０ ハーフトーンマスク
２５０ａ、３５０ａ 透過域
２５０ｂ、３５０ｂ 半透過域
２５０ｃ、３５０ｃ マスク域
２６０ 液晶層
２６５ スリット
２７０ 透明電極
２８０ 誘電体層
２９０ ゲートライン

Claims (21)

1. カラーフィルター基板上に、スペーサと、位置合わせ用突起部と、を形成する方法であって、
   基板を準備するステップと、
   前記基板の上に複数のサブピクセル域を画定する遮光層を形成するステップと、
   前記サブピクセル域に複数のカラーフィルターを形成するステップと、
   前記遮光層及び前記カラーフィルターの上に透明電極層を形成するステップと、
   前記透明電極層上に透明フォトレジスト層を形成するステップと、
   リソグラフィープロセスで、ハーフトーンマスクを用いて複数のスペーサ及び位置合わせ用突起部が同時に形成されるように、前記透明フォトレジスト層にパターンを形成するステップと、を含む方法。
2. 前記遮光層が、黒色感光樹脂、又はクロムを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記黒色感光樹脂が１〜２μｍの厚さを有し、又は前記クロムが１０００〜３０００Åの厚さを有する請求項２に記載の方法。
4. 前記カラーフィルターが、１〜２.５μｍの厚さを有する請求項１に記載の方法。
5. 前記基板が、ガラス若しくはプラスチックからなる透明基板、又はプラスチック基板に接着するガラス基板を含む透明基板である請求項１に記載の方法。
6. 前記透明電極層が、ＩＴＯ、ＩＺＯ、又はＳｎＯを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記透明電極層が、５００〜２０００Åの厚さを有する請求項１に記載の方法。
8. 前記透明フォトレジスト層が、ポジ型フォトレジストであり、
   前記ハーフトーンマスクが、前記スペーサに対応したマスク域と、前記位置合わせ用突起部に対応した半透過域と、前記位置合わせ用突起部及び前記スペーサ以外の前記フォトレジストの部分に対応した透過域と、を含む請求項１に記載の方法。
9. 前記半透過域が、０.５〜０.９の透過率を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記透明フォトレジスト層が、ネガ型フォトレジストであり、
    前記ハーフトーンマスクが、前記スペーサに対応した透過域と、前記位置合わせ用突起部に対応した半透過域と、前記位置合わせ用突起部と前記スペーサ以外の前記フォトレジストの部分に対応したマスク域と、を含む請求項１に記載の方法。
11. 前記半透過域が、０.１〜０.５の透過率を有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記スペーサが、前記遮光層上に形成される請求項１に記載の方法。
13. マルチドメイン垂直配向液晶ディスプレイのアレイ基板上にスペーサ及び位置合わせ用突起部を形成する方法であって、
    アレイ基板を準備するステップと、
    前記アレイ基板の上に透明フォトレジスト層を形成するステップと、
    前記透明フォトレジスト層にリソグラフィープロセスを行い、複数のスペーサ及び位置合わせ用突起部を同時に形成するステップと、を含む方法。
14. 前記アレイ基板が、薄膜トランジスタアレイ基板を含み、又は前記アレイ基板上にカラーフィルターを含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記リソグラフィープロセスで、ハーフトーンマスクを用いる請求項１３に記載の方法。
16. 前記透明フォトレジスト層が、ポジ型フォトレジストであり、
    前記ハーフトーンマスクが、前記スペーサに対応したマスク域と、
    前記位置合わせ用突起部に対応した半透過域と、前記スペーサと前記位置合わせ用突起部以外の前記フォトレジストの部分に対応した透過域と、
    を含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記半透過域が、０.５〜０.９の透過率を有する請求項１６に記載の方法。
18. 前記透明フォトレジスト層が、ネガ型フォトレジストであり、
    前記ハーフトーンマスクが、
    前記スペーサに対応した透過域と、
    前記位置合わせ用突起部に対応した半透過域と、
    前記位置合わせ用突起部及び前記スペーサ以外の前記フォトレジストの部分に対応したマスク域と、
    を含む請求項１５に記載の方法。
19. 前記半透過域が、０.１〜０.５の透過率を有する請求項１８に記載の方法。
20. 前記スペーサと前記位置合わせ用突起部とが、１０：１乃至２：１の高さ比を有する請求項１又は１３に記載の方法。
21. 前記位置合わせ用突起部が、１〜１.５μｍの高さ及び６〜１２μｍの幅を有する請求項１又は１３に記載の方法。

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