JP2007226223A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は液晶表示装置の製造方法に関し、絶縁基板上に第1液状樹脂を含む第1インクをジェッティングして第1サブレンズ部を形成する工程と;前記第1サブレンズ部を硬化する工程と;硬化した前記第1サブレンズ部の間に第2液状樹脂を含む第2インクをジェッティングして第2サブレンズ部を形成する工程と;前記第2サブレンズ部を硬化してレンズ部を形成する工程と;前記レンズ部上に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
液晶表示装置は、光源の形態によって透過型と反射型に分けることができる。透過型液晶表示装置は、液晶パネルの背面にバックライトユニットを配置し、バックライトユニットからの光が液晶パネルを透過するようにする。反射型液晶表示装置は、自然光を利用することによって消費全力の約70%を占めるバックライトユニットの使用を制限することができるため、消費全力を節減することができる。一方、半透過型(transflective)液晶表示装置は、透過型及び反射型液晶表示装置の長所を生かしたものであって、自然光とバックライトユニットを利用することにより、周辺光度の変化に関わらず使用環境に合うように適切な輝度を確保することができる。
ところが、レンズ部の形成は、有機膜の塗布、露光、現像及びリフローなどを経なければならないため、工程が複雑で、時間が多く必要となるという問題がある。
前記第1サブレンズ部の形成前に、前記絶縁基板上に撥水層(hydrophobic layer)を形成する工程をさらに含み、前記レンズ部は前記撥水層と接することが好ましい。
前記撥水層は、シリコン系化合物、フッ素系化合物のうちの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。
前記レンズ部は、半球型であることが好ましい。
前記レンズ部は、複数の列に配置されることが好ましい。
前記レンズ部の隣接した一対の列のうちのいずれか一つは第1サブレンズ部であり、他の一つは前記第2サブレンズ部であることが好ましい。
前記第1サブレンズ部及び前記第2サブレンズ部は、互いに交差するように配置されていることが好ましい。
前記レンズ部は、ストライプ形状であることが好ましい。
前記レンズ部の横断面は、半円形であることが好ましい。
前記第1インクと前記第2インクとは、同一の組成であることが好ましい。
前記レンズ部の形成前に、スイッチング素子を形成する工程をさらに含み、前記撥水層は前記反射領域に形成されることが好ましい。
前記レンズ部の形成後に、スイッチング素子を形成する工程をさらに含み、前記撥水層は前記反射領域及び前記透過領域にかけて形成されることが好ましい。
前記スイッチング素子と接続される透明導電層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
前記スイッチング素子は、ソース電極とドレイン電極とを含み、前記ソース電極及びドレイン電極は前記撥水層に接することが好ましい。
前記レンズ部の形成前に、窒化シリコン層を形成する工程をさらに含み、前記レンズ部は前記窒化シリコン層に接することが好ましい。
色々な実施形態において、同一の構成要素について同一の参照番号を付けており、同一の構成要素については第1実施形態で代表的に説明し、他の実施形態では省略され得る。
以下の実施形態においては、半透過型液晶表示装置を例に挙げて説明するが、本発明は反射型液晶表示装置にも適用される。
液晶表示装置1は、薄膜トランジスタTが形成されている第1基板100、これに対面している第2基板200、及びこれらの間に位置している液晶層300を含む。
第1絶縁基板110上にゲート配線121、122が形成されている。ゲート配線121、122は横方向に伸びているゲート線121、及びゲート線121に接続されているゲート電極122を含む。
第1絶縁基板110上には、シリコン窒化物(SiNx)などからなるゲート絶縁膜130がゲート配線121、122を覆っている。
ゲート電極122のゲート絶縁膜130の上部には非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層140が形成されており、半導体層140の上部にはシリサイドまたはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質で作られた抵抗接触層145が形成されている。ソース電極152とドレイン電極153との間のチャネル部では抵抗接触層145が除去されている。
データ配線151、152、153及びこれらが覆わない半導体層140の上部には、保護膜160が形成されている。保護膜160は、シリコン窒化物(SiNx)などから形成されており、ドレイン電極153を露出する接触孔161が形成されている。
レンズ部170はドット形状で配置されており、複数の列を形成しながら規則的に配置されている。レンズ部170は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂または電子ビーム硬化樹脂を含んでいる。これら樹脂は、熱、紫外線または電子ビームが照射されれば、架橋反応などを経て硬化する樹脂である。
紫外線硬化樹脂としては、例えば、アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート系樹脂、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂、または紫外線硬化型エポキシ樹脂などを用いることができる。
レンズ部170は半球形状を有しているが、これはレンズ部170の上部に位置する反射膜185に適切な散乱異方性を付与するためである。各レンズ部170の直径は、特に限定されないが、例えば、約10μm程度とすることができる。反射膜185における散乱があまりにも多ければ、カラーフィルタ230などにおける光吸収が増加して暗くなる。反面、反射膜185における散乱が少なければ、特定方向だけに光が集中して視野角に問題が生じる。また、液晶表示装置1は屈折率の互いに異なる多層から形成されているため、反射膜185から反射されて出る光の角度が限界角度以上になれば、液晶表示装置1を抜け出ることができない。
レンズ部170は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂または電子ビーム硬化樹脂を含むインクを保護膜160上にジェッティングして形成される。詳しい形成方法は後述する。
保護膜160及びレンズ部170上には画素電極180が形成されている。画素電極180は、通常、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなる。画素電極180は、接触孔161を通じてドレイン電極153と電気的に接続されている。
第2絶縁基板210上にブラックマトリックス220が形成されている。ブラックマトリックス220は、一般に、カラーフィルタ230の間を区分し、第1基板100に位置する薄膜トランジスタTへの直接的な光照射を遮断する役割を果たす。ブラックマトリックス220は、通常、黒色顔料が添加された感光性有機物質からなっている。前記黒色顔料としては、カーボンブラックやチタンオキサイドなどを用いる。
カラーフィルタ230は、ブラックマトリックス220を境界として赤色フィルタ230a、緑色フィルタ230b及び青色フィルタ230cが繰り返されて形成される。カラーフィルタ230は、バックライトユニット(図示せず)からの光または反射膜185から反射された光に色相を付与する役割を果たす。カラーフィルタ230は、通常、感光性有機物質からなっている。
オーバーコート層240の上部には共通電極250が形成されている。共通電極250は、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなる。共通電極250は、第1基板100の画素電極180と共に液晶層300に直接電圧を印加する。
バックライトユニット(図示せず)から透過領域に進行された光は、第1基板100、液晶層300及び第2基板200を経て外部に出射する。この過程で液晶層300を通過しながら透過量が調節され、カラーフィルタ230を通過しながら色相が付与される。バックライトユニットから反射領域に進行された光は、反射膜185によって再びバックライトユニットに進行した後、リサイクリングされる。
外部から第2基板200を経て反射領域に入射した光は、反射膜185によって反射されて再び第2基板200を経て外部に出射する。この過程で液晶層300を通過しながら透過量が調節され、カラーフィルタ230を通過しながら色相が付与される。
先に、図4に示すように、第1絶縁基板110上に薄膜トランジスタT、ゲート絶縁膜130、データ線151及び保護膜160を形成する。保護膜160にはドレイン電極153を露出する接触孔161が形成されている。この過程までの製造方法は通常の方法によって行うことができ、具体的な説明は省略する。
図6aはインクジェットノズル10を利用して第1インク11をジェッティングして第1サブレンズ部170aを形成することを示す。第1サブレンズ部170aは一定の間隔を有して複数の列に形成される。第1インク11は紫外線硬化樹脂である第1液状樹脂を含み、溶媒をさらに含むことができる。第1インク11の固形分は約30%程度、粘度は20〜30cPとすることができ、各第1サブレンズ部170aの体積は約2〜6ピコリットルとすることができる。
第1インク11は、通常、極性を有しており、シリコン窒化物からなる保護膜160は疎水性を有している。したがって、第1サブレンズ部170aと保護膜160との間には表面エネルギーが低くてディウェッティング(dewetting)現象が発生する。ディウェッティング現象によって第1サブレンズ部170aは広がらず、半球形状を有するようになる。
次に、図6cに示すように、第1サブレンズ部170aの間に第2インク12をジェッティングして第2サブレンズ部170bを形成する。第2インク12は紫外線硬化樹脂の第2液状樹脂を含み、溶媒をさらに含むことができる。第2インク12の固形分は約30%程度、粘度は20〜30cPとすることができ、各第2サブレンズ部170bの体積は約2〜6ピコリットルとすることができる。第1実施形態においては、第1インク11と第2インク12とが同一の組成を有し、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとは同じ大きさに形成される。
反面、本実施形態において、第2サブレンズ部170bは既に硬化して固定している第1サブレンズ部170aの間に形成されるので、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとが流動によって互いに混じる問題が減少する。
以上のような製造方法によれば、レンズ部170を露光、現像せずに形成することができるので、製造過程が簡単になる。また、インク11、12の大部分がレンズ部170を形成することに用いられるので、材料の使用が節減される。
一方、本実施形態においては、レンズ部170を第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとに分けてジェッティングと硬化を進行させたが、必要に応じてジェッティングと硬化を3回以上に分けて進行させることも可能である。
また、図6A〜Dでは、第2サブレンズ部170bを、一方向において、第1サブレンズ部170aと交互になるように形成することを示しているが、一方向のみならず、他方向(例えば、一方向に直交する方向)にも、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとが交互に配置するように形成してもよい。これによって、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとが流動によって互いに混じることを確実に防止することができる。
反射金属層を蒸着してパターニングし、レンズ部170上に反射膜185を形成すれば、図2に示すような第1基板100が備えられる。
第1実施形態に示すレンズ部170は多様に変形でき、これについて第2実施形態及び第3実施形態を通じて説明する。
図8に示す第2実施形態によれば、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとは互いに交差するように配置されている。このような配置方式を採用すればレンズ部170をさらに緻密に形成することができる。
図9に示す第3実施形態によれば、レンズ部170はストライプ状に配置されている。レンズ部170はプリズム形状で一定の間隔で互いに平行して配置されており、横断面は半円形である。
第1実施形態〜第3実施形態においては、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとが同一の形状と組成を有している。必要に応じて、第1サブレンズ部170aと第2サブレンズ部170bとは形状、そして/または組成が互いに異なることがある。
図10は、本発明の第4実施形態によって製造された液晶表示装置の断面図であり、図11及び図12は本発明の第4実施形態による液晶表示装置の製造方法を説明するための図面である。
製造過程を示す図11を見れば、保護膜160上に撥水層190を形成する。撥水層190は、CF4またはシラン系化合物をプラズマを通じて保護膜160上に蒸着した後、パターニングして形成することができる。これとは異なって、撥水層190はプリンティング法などの方法によって反射領域にだけ形成され、別途のパターニングを経ないこともある。
一方、インクが疎水性物質の場合、反射領域の保護膜160上に親水性物質層を先に形成することができる。この時にも、レンズ部170はディウェッティング現象によって半球形状を有するようになる。本発明の一実施形態においては、インクが親水性物質である場合を基準として説明したが、本発明のインクは疎水性物質であっても良く、この時には撥水層の代わりに親水性物質層を形成することが好ましい。
図13に示すように、撥水層190は第1絶縁基板110と接しており、薄膜トランジスタTとレンズ部170は撥水層190上に形成される。撥水層190は別途にパターニングされておらず、反射領域から透過領域にかけて形成されている。
次に、撥水層190上に薄膜トランジスタTを形成し、画素電極180及び反射膜185を形成する。
図15は本発明の第6実施形態によって製造された液晶表示装置の断面図である。
図15に示すように、別途の保護膜160が形成されておらず、撥水層190が薄膜トランジスタTを覆っている。撥水層190は、反射領域から透過領域にかけて形成されており、ドレイン電極153を露出する接触孔191が形成されている。
本発明のいくつかの実施形態を図示し、説明したが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態を変形できることが分かる。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められなければならない。
170 レンズ部
180 画素電極
185 反射膜
190 撥水層
Claims (20)
- 絶縁基板上に第1液状樹脂を含む第1インクをジェッティングして第1サブレンズ部を形成する工程と;
前記第1サブレンズ部を硬化する工程と;
硬化した前記第1サブレンズ部の間に第2液状樹脂を含む第2インクをジェッティングして第2サブレンズ部を形成する工程と;
前記第2サブレンズ部を硬化してレンズ部を形成する工程と;
前記レンズ部上に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1液状樹脂及び前記第2液状樹脂は紫外線硬化樹脂を含み、
前記第1サブレンズ部及び前記第2サブレンズ部の硬化は、紫外線照射により行う請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1サブレンズ部の形成前に、
前記絶縁基板上に撥水層を形成する工程をさらに含み、
前記レンズ部は、前記撥水層と接する請求項1または2に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記撥水層は、シリコン系化合物、フッ素系化合物のうちの少なくともいずれか一つを含む請求項3に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部を、ドット形状で配置する請求項3に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部を、半球形とする請求項5に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部を、複数の列に配置する請求項5に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部の隣接した一対の列のうちのいずれか一つは第1サブレンズ部であり、他の一つは前記第2サブレンズ部である請求項7に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第1サブレンズ部及び前記第2サブレンズ部を、互いに交差するように配置する請求項8に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部を、ストライプ形状とする請求項3に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部の横断面を、半円形とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第1インクと前記第2インクとを、同一の組成とする請求項3に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 透過領域と反射領域とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
反射領域上に第1液状樹脂を含む第1インクをジェッティングして第1サブレンズ部を形成する工程と;
前記第1サブレンズ部を硬化する工程と;
前記第1サブレンズ部の間に第2液状樹脂を含む第2インクをジェッティングして第2サブレンズ部を形成する工程と;
前記第2サブレンズ部を硬化してレンズ部を形成する工程と;
前記レンズ部上に反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記レンズ部の形成前に、
撥水層を形成する工程をさらに含み、
前記レンズ部は、前記撥水層に接する請求項13に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記レンズ部の形成前に、
スイッチング素子を形成する工程をさらに含み、
前記撥水層を、前記反射領域に形成する請求項14に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記レンズ部の形成後に、
スイッチング素子を形成する工程をさらに含み、
前記撥水層を、前記反射領域から前記透過領域にかけて形成する請求項14に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記スイッチング素子と接続される透明導電層を形成する工程をさらに含む請求項15または16に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記レンズ部は複数の列に配置され、
前記第1サブレンズ部と前記第2サブレンズ部とは、交互に配置されている請求項15または16に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記スイッチング素子はソース電極とドレイン電極とを含み、
前記ソース電極及びドレイン電極は、前記撥水層に接する請求項13に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記レンズ部の形成前に、
窒化シリコン層を形成する工程をさらに含み、
前記レンズ部は、前記窒化シリコン層に接する請求項13に記載の液晶表示装置の製造方法。
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