JP2007199725A - 露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】反射領域と透過領域の色再現性の差を補償するためのカラーフィルタを形成するのに適した露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】入射光を制御して薄膜の一部領域が薄膜パターンとして残される第1領域と、前記第1領域と相反して前記入射光を制御して前記薄膜の残り領域が除去される第2領域と、前記第1領域の角部から延びて、前記薄膜パターンが前記第1領域に対応して形成されるようにするダミー領域とを備える。
【選択図】 図6

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に反射領域と透過領域の色再現性の差を補償するためのカラーフィルタを形成するのに適した露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
液晶表示装置は液晶の電気的及び光学的特性を用いて画像を表示する。このため、液晶表示装置は画素マトリックスを通じて画像を表示する液晶表示パネル(以下、液晶パネルと称する)と、液晶パネルを駆動する駆動回路と、液晶パネルに光を供給するバックライトユニットを備える。このような液晶表示装置は移動通信端末機、携帯用コンピュータ、モニター、液晶テレビなどのように小型表示装置から大型表示装置まで幅広く使われる。
液晶表示装置は光源を用いる方法によって内部光を用いた透過型と、外部光を用いる反射型と、内部光及び外部光を全て利用する半透過型とに大別される。これらのうち半透過型液晶表示装置は外部光が十分であれば反射モードで、不十分であればバックライトユニットを用いた透過モードで画像を表示することにより消費電力を削減できる反射型の長所と外部光の制約を受けない透過型の長所を全て有する。このため、半透過型液晶表示装置の画素マトリックスを構成する各サブ画素は反射領域と透過領域を含む。
ところが、半透過型液晶表示装置の各サブ画素において外部から反射領域に入射される外部光はカラーフィルタ基板→液晶層反射電極→液晶層→カラーフィルタ基板を経て出射され、バックライトユニットから透過領域に入射される内部光は薄膜トランジスタ基板→液晶層→カラーフィルタ基板を経て出射される。これにより、反射領域の外部光はカラーフィルタを2回経る一方、透過領域の内部光はカラーフィルタを1回通過するので反射領域と透過領域の色再現性の差が発生し、その結果、輝度差が発生する問題点がある。
そこで、本発明は上記従来の半透過型液晶表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、反射領域と透過領域の色再現性の差を補償するためのカラーフィルタを形成するのに適した露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による露光マスクは、入射光を制御して薄膜の一部領域が薄膜パターンとして残される第1領域と、前記第1領域と相反して前記入射光を制御して前記薄膜の残り領域が除去される第2領域と、前記第1領域の角部から延びて、前記薄膜パターンが前記第1領域に対応して形成されるようにするダミー領域とを備えることを特徴とする。
ここで、前記第1領域は入射光を透過する透過部であり、前記第2領域は前記入射光を遮断する遮断部であり、前記ダミー領域は前記透過部の角部から延びたダミー透過部であることが好ましい。
一方、前記第1領域は入射光を遮断する遮断部であり、前記第2領域は前記入射光を透過する透過部であり、前記ダミー領域は前記遮断部の角部から延びたダミー遮断部でありうる。
前記ダミー領域は前記第1領域の終端から一方向に延びて形成されることが好ましい。
隣接する前記第1領域それぞれから延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域はダミー領域の間に配置されることが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置の製造方法は、絶縁基板上にカラーフォトレジストを形成する段階と、入射光に対し相反する制御を行う第1領域及び第2領域と、前記第1領域の角部から延びたダミー領域とを有する露光マスクを用いて前記カラーフォトレジストを露光する段階と、前記カラーフォトレジストを現像して前記露光マスクの第1領域に対応するカラーフィルタを形成する段階とを有することを特徴とする。
ここで、前記カラーフォトレジストを露光する段階は前記露光マスクの第1領域である透過部を通じて前記カラーフォトレジストの一部領域を露光し、前記第2領域である遮断部を通じて前記カラーフォトレジストの残り領域に対する露光を遮断し、前記ダミー領域であるダミー透過部を通じて前記第1領域である透過部の角部の露光量を増加させる段階を含むことが好ましい。
一方、前記カラーフォトレジストを露光する段階は前記露光マスクの第1領域である遮断部を通じて前記カラーフォトレジストの一部領域に対する露光を遮断し、前記第2領域である透過部を通じて前記カラーフォトレジストの残り領域を露光し、前記ダミー領域であるダミー遮断部を通じて前記第1領域である遮断部の角部に対する露光量を減少させる段階を含むこともまた好ましい。
前記露光マスクにおいて、隣接する前記第1領域それぞれから延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域はダミー領域の間に配置されることが好ましい。
前記カラーフィルタを形成する段階は、反射領域と透過領域を含む各サブ画素領域の内の対応するサブ画素領域にカラーフィルタを形成する段階と、前記カラーフィルタの反射領域に前記第2領域に対応するスリットを形成する段階とをさらに含むことが好ましい。
前記スリットを形成する段階において、スリットは前記サブ画素領域の短辺方向に長く形成されることが好ましい。
前記スリットを形成する段階において、スリットは前記サブ画素領域の長辺方向に長く形成されることが好ましい。
前記カラーフィルタが形成された絶縁基板上に配向膜を形成する段階をさらに有し、前記スリットを形成する段階において、スリットは前記配向膜のラビング方向に長く形成されることが好ましい。
前記露光マスクにおいて、前記カラーフィルタと対応する前記第1領域が前記カラーフィルタのスリットと対応し、前記第2領域が第1領域の間に配置される場合、前記第1領域それぞれの角部から第2領域側に延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域が孤立するようにすることが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、反射領域と透過領域を含む各サブ画素領域に対応する色別に形成されるカラーフィルタと、前記カラーフィルタが形成された絶縁基板上に形成される配向膜と、前記反射領域のカラーフィルタに、前記配向膜のラビング方向に沿って長く形成されるスリットとを備えることを特徴とする。
前記カラーフィルタのスリットは、前記各サブ画素領域の長辺方向に沿って長く形成されることが好ましい。
前記カラーフィルタ上に形成されるオーバコート層をさらに有することが好ましい。
本発明に係る露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法によれば、マスクの透過部(又は遮断部)に対応するカラーフィルタを形成するためにその透過部(又は遮断部)の角部から延びたダミー透過部(又はダミー遮断部)をさらに備えることをによりカラーフィルタの角部がエッチング過多されて除去されることを防止することができるという効果がある。
これにより、各サブ画素領域の反射領域にカラーフィルタのスリットを形成する場合にもそのスリットの間に存在するカラーフィルタが所望の形態に形成されることによりコラムスぺーサをカラーフィルタの境界部上に安定的に形成してセルギャップを均一に維持することができるという効果がある。
また、カラーフィルタの角部がエッチング過多で除去された場合よりカラーフィルタの段差部の面積が縮まるのでラビング不良が減少して画質を向上させることができ、反射領域のスリットの間に小幅で存在するカラーフィルタが所望の面積で形成されるため視認性を向上させることができるという効果がある。
また、反射領域に形成されるカラーフィルタのスリットをラビング方向に長く形成することによりカラーフィルタの段差によるラビング不良を最小化して画質をさらに向上させることができるという効果がある。
次に、本発明に係る露光マスクとこれを用いた液晶表示装置及びその製造方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
以下、図1〜図8に基づき本発明の望ましい実施形態を詳述する。
図1は本発明の一実施形態に係る半透過型液晶表示装置を示した断面図である。
図1に示す半透過型液晶表示装置は、薄膜トランジスタ(TFT)が形成された薄膜トランジスタ基板25とカラーフィルタ52が形成されたカラーフィルタ基板55が液晶層を挟んで合わされた構造を有する。
薄膜トランジスタ基板25はゲートライン(図示せず)及びデータライン(図示せず)と接続された薄膜トランジスタ(TFT)と、薄膜トランジスタ(TFT)と接続され、各サブ画素領域(SPA)に形成された画素電極36と、薄膜トランジスタ(TFT)と接続され、各サブ画素領域(SPA)の反射領域(RA)と透過領域(TA)を限定する反射電極38を備える。
具体的には、薄膜トランジスタ(TFT)はゲートラインと接続されたゲート電極22、ゲート絶縁膜24を挟んでゲート電極22と重畳した活性層26、データラインと接続され、活性層26の一側部と接続されたソース電極30、活性層26の他側部と接続されたドレイン電極32を備える。また、薄膜トランジスタ(TFT)はソース電極30及びドレイン電極32と活性層26との間のオーミックコンタクトのためのオーミックコンタクト層28をさらに備える。
ゲート電極22はゲートラインと共に絶縁基板20上に形成され、活性層26及びオーミックコンタクト層28はゲート絶縁膜24上に積層され、その上にソース電極30とドレイン電極32がデータラインと共に形成される。そして、薄膜トランジスタ(TFT)はその上に形成された有機絶縁膜34を貫通するコンタクトホール37を通じて画素電極36及び反射電極38と接続される。これにより、薄膜トランジスタ(TFT)はゲートラインのゲート信号に応答してデータラインのデータ信号を画素電極36及び反射電極38に供給する。
薄膜トランジスタ(TFT)上に形成された有機絶縁膜34はドレイン電極32を露出させるコンタクトホール37と共に透過領域(TA)に形成された透過ホール35を備える。透過ホール35は反射領域(RA)から液晶層を2回経て出射される外部光と、透過領域(TA)で液晶層を1回経由して出射される内部光の光経路差を補償する。このような透過ホール35は有機絶縁膜34を貫通してゲート絶縁膜24を露出させるか、ゲート絶縁膜24まで貫通して絶縁基板20を露出させる。又、有機絶縁膜34の上部及び/又は下部には無機絶縁膜がさらに形成される場合もある。
画素電極36は各サブ画素領域(SPA)に有機絶縁膜34と透過ホール35を経て形成され、コンタクトホール37を介してドレイン電極32と接続される。画素電極36は透過率の高い透明導電物質で形成されバックライトユニットからの内部光を透過させる。
反射電極38は各サブ画素領域(SPA)の反射領域(RA)に形成され、その下部の画素電極36を通じてドレイン電極32と接続される。各サブ画素領域(SPA)において反射電極38が形成された領域は反射領域(RA)で反射電極38が形成されていない領域、すなわち反射電極38の貫通孔を通じて画素電極36が露出された領域は透過領域(TA)に限定される。
反射電極38は反射率の高い導電物質で形成され外部光を反射させる。反射効率を高めるため、反射電極38がエンボシング表面を有するように有機絶縁膜34の表面がエンボシング表面を有するように形成される。又、反射電極38の外郭部が各サブ画素領域(SPA)を定義するゲートライン及びデータラインの一側部と重畳するように形成され、薄膜トランジスタ(TFT)と重畳するように形成され光漏れを遮断するので、光漏れ防止のためにカラーフィルタ基板25に形成されるブラックマトリックスを省略する場合もある。
カラーフィルタ基板55は絶縁基板50上(図1では下に、以下同様)に形成されたカラーフィルタ52と、カラーフィルタ52上に積層されたコラムスぺーサ58及び共通電極54を備える。また、カラーフィルタ基板55はカラーフィルタ52の平坦化のためのオーバコート層53をさらに具備することもある。
カラーフィルタ52は絶縁基板50上に赤色(以下、R)、緑色(以下、G)、青(以下、B)サブ画素領域(SPA)別に形成されR、G、Bサブ画素を限定する。各サブ画素領域(SPA)のカラーフィルタ52は反射領域(RA)と透過領域(TA)の色再現性の差を補償するために反射領域(RA)に形成された多数のスリット51を備える。
オーバコート層53はカラーフィルタ52上に形成され、スリット51によるカラーフィルタ52の段差とR、G、Bカラーフィルタ52間の段差を補償して平坦な表面を有するようにする。コラムスぺーサ58はオーバコート層53上に柱状に形成され薄膜トランジスタ基板25とカラーフィルタ基板55との間のセルギャップを一定に維持させる役割を果たす。コラムスぺーサ58が形成されたオーバコート層53上には透明導電物質で共通電極54が形成される。
そして、薄膜トランジスタ基板25とカラーフィルタ基板55で液晶層と接する最上部層には液晶配向のために一定方向にラビングされた下部配向膜40と上部配向膜56がさらに形成される。
図2及び図3は、本発明の一実施形態によるサブ画素領域のカラーフィルタ構造を示した平面図である。
図2に示す一つのサブ画素領域(SPA)のカラーフィルタ52は反射領域(RA)から水平方向、すなわちサブ画素領域(SPA)の短辺方向に長く形成された多数のスリット51を備える。
図3に示す一つのサブ画素領域(SPA)のカラーフィルタ52は反射領域(RA)から配向膜のラビング方向である垂直方向、すなわちサブ画素領域(SPA)の長辺方向に長く形成された多数のスリット57を備える。
図2のようにカラーフィルタ52のスリット51が水平方向に長く形成され、それに対し図1に示した上部配向膜56のラビング方向が直交するの場合、スリット51によるカラーフィルタ52の段差部でラビング不良が発生して液晶配向が正しくなされなくて光漏れが発生する恐れがある。
これは、図1に示したオーバコート層53でカラーフィルタ52の段差部を補償するとしてもスリット51の幅が広くてカラーフィルタ52の段差部が完全に補償されない場合が発生しうるからである。
一方、図3のようにカラーフィルタ52のスリット57がラビング方向と同じ垂直方向に長く形成されると、スリット57によるカラーフィルタ52の段差部のうちラビング方向と直交する面積が著しく縮まるのでラビング不良を最小化することができる。また、カラーフィルタ52のスリット57がサブ画素領域(SPA)の長辺方向である垂直方向に長く形成されると、図2のように短辺方向に長く形成されたスリット51より面積が増加するので、図3のようにスリット57の幅を縮められる。
これにより、スリット57の幅が狭くなるとそのスリット57によるカラーフィルタ52の段差がオーバコート層53により十分に補償可能なので、オーバコート層53の平坦度が向上される。その結果、オーバコート層53上に積層された共通電極54と上部配向膜56の平坦度も向上され、段差によるラビング不良を防止できるようになる。また、平坦度が向上されたオーバコート層53上にコラムスぺーサ58が安定的に形成されるので、薄膜トランジスタ基板25とカラーフィルタ基板55との間のセルギャップを一定に維持できるようになる。
次に、図1に示したカラーフィルタ52の製造方法を図4〜図8を参照して具体的に説明する。説明の便宜上図2に示したカラーフィルタ52構造だけを例として説明する。
図4を参照すれば、絶縁基板50上にR、G、Bのうちいずれか一色で着色されたカラーフォトレジストを塗布し、マスク60を用いたフォトリソグラフィ(以下、フォトと称する)工程によりパターニングすることによりカラーフィルタ52を形成する。この際、各サブ画素領域(SPA)の反射領域(RA)にはカラーフィルタ52を貫通する多数のスリット51が形成される。
カラーフィルタ52を形成するためのマスク60は紫外線を遮断するためにマスク基板61上に遮断パターン63が形成された遮断部62と、基板60上に遮断パターンが形成されなくて紫外線を透過する透過部64とに区分される。カラーフォトレジストがネガティブタイプの場合マスク60の透過部64を通じて紫外線に露光された領域のカラーフォトレジストが残されてカラーフィルタ52になり、遮断部62により紫外線が遮断された領域のカラーフォトレジストは現像液により除去される。
ここで、マスク60の透過部64の角部で紫外線の回折により露光量が足りなくて図5に示すようにマスク60の透過部64に対応して形成されたカラーフィルタ52の角部がエッチング過多で除去されうる。この場合カラーフィルタ52の角部のエッチング過多でカラーフィルタ52の段差部が増加してラビング不良が増加する場合がある。特に、図5のように反射領域(RA)のスリット51の間に相対的に小幅で存在するカラーフィルタ52の両側境界部上にコラムスぺーサ58を形成すべき場合カラーフィルタ52の角部のエッチング過多による段差部にコラムスぺーサ58が不安定に形成されセルギャップが不均一になる場合がある。
これを解決するため、本発明に係るマスク60は図6に示すように透過部64の四つの角部それぞれから上部又は下部に延びたダミー透過部65をさらに備える。一方、カラーフィルタ52のスリット51の幅が狭い場合、すなわち図7に示すように、マスク60の透過部64間の間隔が狭い場合ダミー透過部65は互いに連結される場合もある。この場合、カラーフィルタ52のスリット51を形成するための遮断部62はダミー透過部65を通じて連結された透過部64の間に孤立した形態に形成される。このようなマスク60の突出透過部65により透過部64に対応するカラーフィルタ52の角部に紫外線が十分に照射されるので、カラーフィルタ52の角部のエッチング過多を防止できるようになる。
その結果、図8に示すようにカラーフィルタ52はその角部がエッチング過多にならない状態で、すなわち図6及び図7に示したマスク60の透過部64に対応する所望の形態に形成されうるようになる。従って、反射領域(RA)のスリット51の間に相対的に狭い幅で存在するカラーフィルタ52の境界部上にもコラムスぺーサ58が安定的に形成されセルギャップを均一に維持できるようにする。又、カラーフィルタ52の角部がエッチング過多で除去された場合よりカラーフィルタ52の段差部面積が縮められるので、ラビング不良を減らすことができ、反射領域(RA)のスリット51の間に狭い幅に存在するカラーフィルタ52が所望の面積で形成されるのので視認性が向上される。
一方、カラーフォトレジストがポジティブタイプの場合は上述した実施形態のマスクにおいて、遮断部と透過部が互いに入れ変わった構造を用いれば良い。この場合、マスクの遮断部に対応するカラーフォトレジストだけ残存してカラーフィルタになるため、マスクは遮断部の角部から延びたダミー遮断部をさらに備える。ここで、ダミー遮断部は遮断部の角部が回折された紫外線により露光されることを遮断することによって、カラーフィルタの角部のエッチング過多を防ぐことができる。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明の一実施形態による半透過型液晶パネルの一部を示した断面図である。 本発明の一実施形態による一つのサブ画素領域のカラーフィルタを示した平面図である。 本発明の他の実施形態による一つのサブ画素領域のカラーフィルタを示した平面図である。 本発明の一実施形態によるカラーフィルタ形成方法を説明するための断面図である。 従来技術の実施形態のカラーフィルタ形成用露光マスクを示した平面図である。 本発明の一実施形態のカラーフィルタ形成用露光マスクを示した平面図である。 本発明の他の実施形態のカラーフィルタ形成用露光マスクを示した平面図である。 本発明の実施形態によるカラーフィルタの反射領域を拡大して示した平面図である。
符号の説明
20、50 絶縁基板
22 ゲート電極
24 ゲート絶縁膜
25 薄膜トランジスタ基板
26 活性層
28 オーミックコンタクト層
30 ソース電極
32 ドレイン電極
34 有機絶縁膜
35 透過ホール
36 画素電極
37 コンタクトホール
38 反射電極
40、56 配向膜
51、57 スリット
52 カラーフィルタ
53 オーバコート層
54 共通電極
55 カラーフィルタ基板
58 コラムスぺーサ
60 露光マスク
61 マスク基板
62 遮断部
63 遮断パターン
64 透過部
65 ダミー透過部
SPA サブ画素領域
TA 透過領域
RA 反射領域

Claims (17)

  1. 入射光を制御して薄膜の一部領域が薄膜パターンとして残される第1領域と、
    前記第1領域と相反して前記入射光を制御して前記薄膜の残り領域が除去される第2領域と、
    前記第1領域の角部から延びて、前記薄膜パターンが前記第1領域に対応して形成されるようにするダミー領域とを備えることを特徴とする露光マスク。
  2. 前記第1領域は入射光を透過する透過部であり、前記第2領域は前記入射光を遮断する遮断部であり、前記ダミー領域は前記透過部の角部から延びたダミー透過部であることを特徴とする請求項1に記載の露光マスク。
  3. 前記第1領域は入射光を遮断する遮断部であり、前記第2領域は前記入射光を透過する透過部であり、前記ダミー領域は前記遮断部の角部から延びたダミー遮断部であることを特徴とする請求項1に記載の露光マスク。
  4. 前記ダミー領域は、前記第1領域の終端から一方向に延びて形成されることを特徴とする請求項1に記載の露光マスク。
  5. 隣接する前記第1領域それぞれから延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域はダミー領域の間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の露光マスク。
  6. 絶縁基板上にカラーフォトレジストを形成する段階と、
    入射光に対し相反する制御を行う第1領域及び第2領域と、前記第1領域の角部から延びたダミー領域とを有する露光マスクを用いて前記カラーフォトレジストを露光する段階と、
    前記カラーフォトレジストを現像して前記露光マスクの第1領域に対応するカラーフィルタを形成する段階とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記カラーフォトレジストを露光する段階は、前記露光マスクの第1領域である透過部を通じて前記カラーフォトレジストの一部領域を露光し、前記第2領域である遮断部を通じて前記カラーフォトレジストの残り領域に対する露光を遮断し、前記ダミー領域であるダミー透過部を通じて前記第1領域である透過部の角部の露光量を増加させる段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記カラーフォトレジストを露光する段階は、前記露光マスクの第1領域である遮断部を通じて前記カラーフォトレジストの一部領域に対する露光を遮断し、前記第2領域である透過部を通じて前記カラーフォトレジストの残り領域を露光し、前記ダミー領域であるダミー遮断部を通じて前記第1領域である遮断部の角部に対する露光量を減少させる段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記露光マスクにおいて、隣接する前記第1領域それぞれから延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域はダミー領域の間に配置されることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  10. 前記カラーフィルタを形成する段階は、反射領域と透過領域を含む各サブ画素領域の内の対応するサブ画素領域にカラーフィルタを形成する段階と、前記カラーフィルタの反射領域に前記第2領域に対応するスリットを形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  11. 前記スリットを形成する段階において、スリットは前記サブ画素領域の短辺方向に長く形成されることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記スリットを形成する段階において、スリットは前記サブ画素領域の長辺方向に長く形成されることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記カラーフィルタが形成された絶縁基板上に配向膜を形成する段階をさらに有し、
    前記スリットを形成する段階において、スリットは前記配向膜のラビング方向に長く形成されることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記露光マスクにおいて、前記カラーフィルタと対応する前記第1領域が前記カラーフィルタのスリットと対応し、前記第2領域が第1領域の間に配置される場合、前記第1領域それぞれの角部から第2領域側に延びた前記ダミー領域は互いに連結され、前記第2領域が孤立するようにすることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  15. 反射領域と透過領域を含む各サブ画素領域に対応する色別に形成されるカラーフィルタと、
    前記カラーフィルタが形成された絶縁基板上に形成される配向膜と、
    前記反射領域のカラーフィルタに、前記配向膜のラビング方向に沿って長く形成されるスリットとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
  16. 前記カラーフィルタのスリットは、前記各サブ画素領域の長辺方向に沿って長く形成されることを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。
  17. 前記カラーフィルタ上に形成されるオーバコート層をさらに有することを特徴とする請求項15に記載の液晶表示装置。
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