JP2008275758A

JP2008275758A - 液晶表示装置用反射板の製造方法、液晶表示装置及び液晶表示装置用アレイ基板

Info

Publication number: JP2008275758A
Application number: JP2007117028A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakurai; 洋桜井; Shusaku Kido; 秀作城戸
Original assignee: NEC LCD Technologies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JP5162952B2; US20080266489A1

Abstract

【課題】少ない工程数、且つ、低コストで、反射板の下側の凹凸形状を形成することが可能な液晶表示装置用反射板の製造方法を提供する。
【解決手段】島状又は網目状の有機膜パターン２１（又は２２）を形成する。有機膜パターン２１（２２）を有機溶剤の蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状の凹凸膜１１に加工する。加工された有機膜パターンを覆う反射電極１２を形成する。短い工程数で、精密なプロセス管理を行うことなく、良好な反射特性を持つ反射板を製造することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置用反射板の製造方法、液晶表示装置及び液晶表示装置用アレイ基板に関する。

携帯機器などの普及に伴って、外光が弱いところではバックライトからの光を透過させ、外光の強いところでは外光を反射電極で反射させて表示を行う半透過型液晶表示装置が実用化されている。

また、低消費電力化を狙って、バックライトを持たず、常に外光を反射電極で反射させて表示を行う反射型液晶表示装置も実用化されている。

これらの液晶表示装置は、外光を反射するための反射電極を各画素の全領域又は一部の領域に備えている。

その反射電極に良好な反射表示特性を持たせるために、反射電極は、凹凸形状の膜を覆うように形成されている。反射電極の下側の凹凸形状は、適度に外光を散乱するような良好な傾斜角分布のものとする必要がある。

このため、より良好な反射表示特性を得るため様々な凹凸形状の製法が提案されている。

図６は、凸パターン形成と層間膜パターン形成の２回のフォトリソ工程を経て凹凸形状を形成する例（特許文献１）を示す図である。

すなわち、特許文献１の技術では、先ず、図６（ａ）に示すように、１回目のフォトリソグラフィー工程（有機膜塗布、露光、現像及びエッチング）により、第１の有機膜パターン（凸パターン）１０１を形成し、次に、図６（ｂ）に示すように、第１の有機膜パターン１０１を覆う第２の有機膜パターン（層間膜パターン）１０２を２回目のフォトリソグラフィー工程（有機膜塗布、露光、現像及びエッチング）により形成する。これにより、第２の有機膜パターン１０２の表面形状を凹凸形状に形成する。

また、図７は、ハーフトーン露光又は２回露光により形成した２段階の厚さの有機膜を熱により変形させることによって凹凸形状を形成する例（特許文献２）を示す図である。

すなわち、特許文献２の技術では、先ず、図７（ａ）に示すように、ハーフトーン露光又は２回露光により、２段階の膜厚の有機膜パターン１０３を形成し、次に、有機膜パターン１０３を加熱することにより、図７（ｂ）に示すように凹凸形状に変形させる。
特開２００６−０５３３０３号公報（第５頁）特開２００２−１６９１７１号公報（第８頁）

しかしながら、図６に示す従来技術では、２回のフォトリソグラフィー工程を必要とするため工程数が多いという問題があった。

また、図７に示す従来技術では、ハーフトーン露光を行う場合には高価なハーフトーンマスクを必要とするため製造コストが高くなるという問題があった。

また、図７に示す従来技術において、２回の露光を行う場合には工程数が多いという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、少ない工程数、且つ、低コストで、反射板の下側の凹凸形状を形成することが可能な液晶表示装置用反射板の製造方法、液晶表示装置及び液晶表示装置用アレイ基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法は、反射型又は半透過型の液晶表示装置の反射板を製造する方法において、島状の複数の有機膜パターンを形成する第１の工程と、前記複数の有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状に加工する第２の工程と、前記第２の工程により加工された有機膜パターンを覆う反射板を形成する第３の工程と、を備えることを特徴としている。

本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記第１の工程では、１〜１０μｍ角の複数の有機膜パターンを２〜３０μｍの間隔でランダムな配置で形成することが好ましい。

また、本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法は、反射型又は半透過型の液晶表示装置の反射板を製造する方法において、網目状の有機膜パターンを形成する第１の工程と、前記有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状に加工する第２の工程と、前記第２の工程により加工された有機膜パターンを覆う反射板を形成する第３の工程と、を備えることを特徴としている。

本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記第１の工程では、幅が１〜１０μｍで長さが２〜３０μｍのライン状のパターンをランダムな網目状となるよう連結したような形状の有機膜パターンを形成することが好ましい。

本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記有機膜パターンは有機溶剤に溶解するものであり、前記第２の工程で用いる蒸気雰囲気は、有機溶剤の蒸気雰囲気であることが好ましい一例である。

或いは、本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記有機膜パターンは水溶性のものであり、前記第２の工程で用いる蒸気雰囲気は、水蒸気雰囲気、又は、水を主成分とする水溶液の蒸気雰囲気であることも好ましい。

本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記第２の工程では、有機膜パターンを平均傾斜角３〜１５°の凹凸形状に加工することが好ましい。

本発明の液晶表示装置用反射板の製造方法においては、前記第２の工程の前又は後の少なくとも一方に、前記有機膜パターンを熱により溶融させる工程を備えることも好ましい。

また、本発明の液晶表示装置は、反射型又は半透過型の液晶表示装置において、本発明の製造方法により製造された反射板を備えることを特徴としている。

また、本発明の液晶表示装置用アレイ基板は、反射型又は半透過型の液晶表示装置用アレイ基板において、本発明の製造方法により製造された反射板を備えることを特徴としている。

本発明によれば、島状又は網目状の有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状に加工し、この有機膜パターンを覆う反射板を形成することにより、反射型又は半透過型の液晶表示装置の反射板を製造することができる。よって、短い工程数で、精密なプロセス管理を行うことなく、良好な反射特性を持つ反射板、これを備える液晶表示装置又は液晶表示装置用アレイ基板を製造することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。

図１は実施形態に係る半透過型液晶表示装置の１画素を構成する半透過型ＴＦＴ１００の断面図である。

図１に示すように、半透過型ＴＦＴ１００は、ガラス基板１と、このガラス基板１上に形成されたゲート電極２と、このゲート電極２を覆うようにガラス基板１上に成膜されたゲート絶縁膜３と、このゲート絶縁膜３上に形成された、例えばａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）からなる半導体層４と、この半導体層４上に形成されたｎ^＋ａ−Ｓｉ層５と、これら半導体層４及びｎ^＋ａ−Ｓｉ層５を覆うようにゲート絶縁膜３上に形成されたソース電極６ａ及びドレイン電極６ｂと、このソース電極６ａ及びドレイン電極６ｂを覆うようにゲート絶縁膜３上に成膜されたパッシベーション膜７と、このパッシベーション膜７上に成膜された平坦化膜８と、パッシベーション膜７及び平坦化膜８を貫通するコンタクトホール９を介してドレイン電極６ｂと電気的に接続されているとともに、平坦化膜８上にも延在するように形成された透明電極１０と、平坦化膜８上における透明電極１０の形成領域を避けて形成された凹凸膜１１と、この凹凸膜１１を覆うとともに、透明電極１０に電気的に接続するよう該透明電極１１の端部を覆うように形成された反射電極（反射板）１２と、を備えて構成されている。

凹凸膜１１は、反射電極１２に適度な凹凸を与えるためのものである。すなわち、凹凸膜１１上に反射電極１２が形成されたことにより、該反射電極１２は、凹凸膜１１の凹凸形状を反映した形状となっている。

次に、凹凸膜１１の製造方法について詳細に説明する。

例えば、先ず、半透過型ＴＦＴ１００の各構成要素のうち、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、半導体層４、ｎ^＋ａ−Ｓｉ層５、ソース電極／ドレイン電極６ａ、６ｂ、パッシベーション膜７及び平坦化膜８をガラス基板１上に形成した後で、有機膜をスピンコート法などを用いて１〜３μｍの厚さで平坦化膜８上に塗布し、１００℃から１５０℃の温度でプリベークする。

ここで、有機膜としては、有機溶剤に溶解するものと水溶性のものとがある。

有機溶剤に溶解する有機膜としては、例えば、有機系材料と溶媒としての有機溶剤とを含有するものを用いることが挙げられるが、或いは、無機系材料と溶媒としての有機溶剤とを含有するものを用いても良い。

有機溶剤に溶解する有機膜を構成する有機系材料としては、例えば、アクリル、ポリイミド、ポリアクリルアミドなどの樹脂或いは高分子有機材料を用いることができる。高分子有機材料としては他にも種々のものがあり、ポリビニル系ではポリビニルケイ皮酸エステルがある。ゴム系では、環化ポリイソプレンや環化ポリブタジエンにビスアジド化合物を混合したものがある。ノボラック樹脂系では、クレゾールノボラック樹脂とナフトキノンジアジド−５−スルフォン酸エステルを混合したものがある。アクリル酸の共重合樹脂系では、ポリアミド酸がある。

有機膜を構成する無機系材料としては、例えば、シロキサン、ポリシロキサン、ポリシラン、カルボシラン、シリコン、無機ガラスなどを用いることができる。

溶媒として用いられる有機溶剤としては、例えば、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類、グリコール類、アルキレングリコール類、アルコキシアルコール類、グリコールエーテル類などの各溶剤が挙げられる。

また、水溶性の有機膜の材料としては、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミドの何れか１種を用いるか、又は、これらのうちの何れか２種以上の混合物を用いることができる。

次に、この有機膜上にレジストを塗布した後、露光及び現像をこの順に行うことにより、島状、または網目状のレジストパターンを形成する。

島状のレジストパターンは、例えば、１〜１０μｍ角の複数のパターンが２〜３０μｍの間隔でにランダムな向きに配置されたものである。

また、網目状のレジストパターンは、幅が１〜１０μｍで長さが２〜３０μｍのライン状のパターンをランダムな網目状となるよう連結したような形状のものである。各網目の形状は、例えば、三角形、四角形、六角形或いはその他の多角形であることが好ましい一例であるが、曲線により囲まれた形状であっても良い。

各網目の形状を多角形状にする場合の各頂点の位置（ライン状のパターンの連結部の位置）は、網目を形成する多角形が正多角形にならないよう、ある程度ランダムに配置されることが望ましい。これは、各頂点が規則的な配置だと、反射光により干渉縞が生じてしまうためである。

次に、ドライエッチングなどにより、有機膜をレジストパターンと同じ形状に加工し、レジストを剥離する。これにより、島状の複数の有機膜パターン２１（図２）又は網目状の有機膜パターン２２（図３）が得られる。

次に、この基板を、有機膜パターン（有機膜パターン２１又は２２）を溶解させる蒸気雰囲気に曝すことにより、該有機膜パターン（有機膜パターン２１又は２２）を流動化させ、滑らかな凹凸形状に変形させる（図４（ａ）→図４（ｂ））。

すなわち、有機膜パターンが有機溶剤に溶解する場合には、該有機膜パターンを後述する何れかの有機溶剤の蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて、図４（ｂ）に示すような凹凸形状の凹凸膜１１に変形させる。

同様に、有機膜パターンが水溶性の場合には、該有機膜パターンを後述するように、水蒸気雰囲気、又は、水を主成分とする水溶液の蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて、図４（ｂ）に示すような凹凸形状の凹凸膜１１に変形させる。

島状の有機膜パターン２１の場合、このような蒸気雰囲気処理において溶融することにより隣のパターンと一体化する結果、図４（ｂ）に示す形状の凹凸膜１１となる。

同様に、網目状の有機膜パターン２２の場合も、このような蒸気雰囲気処理において溶融することにより、各ライン状の部分が隣のライン状の部分と一体化する結果、図４（ｂ）に示す形状の凹凸膜１１となる。

ここで、このように有機膜パターンを溶融させて凹凸形状に加工する蒸気雰囲気処理に用いられる蒸気雰囲気の材料の例を説明する。

１．有機溶剤に溶解する有機膜パターンに対する蒸気雰囲気処理に用いられる蒸気雰囲気の材料としての有機溶剤の例
以下では、上位概念としての有機溶剤と、具体的な下位概念の有機溶剤とに分けて示す。（Ｒはアルキル基又は置換アルキル基、Ａｒはフェニル基又はフェニル基以外の芳香環を示す）
・アルコール類（Ｒ−ＯＨ）
・アルコキシアルコール類
・エーテル類（Ｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ｒ、Ａｒ−Ｏ−Ａｒ）
・エステル類
・ケトン類
・グリコール類
・アルキレングリコール類
・グリコールエーテル類
上記有機溶剤の具体例（下位概念）としては、次のようなものがある。
・ＣＨ_３ＯＨ、Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ、ＣＨ_３（ＣＨ_２）ＸＯＨ
・イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）
・エトキシエタノール
・メトキシアルコール
・長鎖アルキルエステル
・モノエタノールアミン（ＭＥＡ）
・アセトン
・アセチルアセトン
・ジオキサン
・酢酸エチル
・酢酸ブチル
・トルエン
・メチルエチルケトン（ＭＥＫ）
・ジエチルケトン
・ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）
・メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）
・ブチルカルビトール
・ｎ−ブチルアセテート（ｎＢＡ）
・ガンマーブチロラクトン
・エチルセロソルブアセテート（ＥＣＡ）
・乳酸エチル
・ピルビン酸エチル
・２−ヘプタノン（ＭＡＫ）
・３−メトキシブチルアセテート
・エチレングリコール
・プロピレングリコール
・ブチレングリコール
・エチレングリコールモノエチルエーテル
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル
・エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノメチルエーテル
・エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・ポリエチレングリコール
・ポリプロレングリコール
・ポリブチレングリコール
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリジエチレングリコールモノエチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテル
・ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・ポリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル
・メチル−３−メトキシプロピオネート（ＭＭＰ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）
・プロピレングリコールモノプロピルエーテル（ＰＧＰ）
・プロピレングリコールモノエチルエーテル（ＰＧＥＥ）
・エチル−３−エトキシプロピオネート（ＦＥＰ）
・ジプロピレングリコールモノエチルエーテル
・トリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・ポリプロピレングリコールモノエチルエーテル
・プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート
・３−メトキシプロピオン酸メチル
・３−エトキシプロピオン酸エチル
・Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
２．水溶性の有機膜パターンに対する蒸気雰囲気処理に用いられる蒸気雰囲気の材料の例
（ａ）水
（ｂ）水を主成分とする水溶液
有機膜パターンを溶融させて凹凸形状に加工する蒸気雰囲気処理に用いられる蒸気雰囲気の材料としては、例えば、上記のものが挙げられる。

ここで、有機膜パターンの変形量は、有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝す時間を調節することによりで制御することができる。凹凸の平均傾斜角は３°〜１５°が望ましい。

また、有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝して凹凸形状に加工する工程の前又は後の一方又は両方において、有機膜パターンを熱により流動変形させる処理（熱により溶融させる処理）を行うこととしても良い。

次に、この基板をオーブンなどで２００℃〜２５０℃の温度で焼き固める。

次に、凹凸膜１１の上に、例えばＡｌなどの光沢のある導電性材料からなる反射電極１２（反射膜）を成膜する。

これにより、反射型または半透過型液晶表示装置の反射板を得ることができる。

なお、凹凸膜１１と透明電極１０の形成順序は、どちらが先でも良い。また、図１では反射電極１２を透明電極１０の後で形成した例（反射電極１２の端部が透明電極１０の端部を覆った例）を示しているが、反射電極１２を透明電極１０の前に形成しても良い（反射電極１２の端部が透明電極１０の端部に覆われても良い。）
ここで、有機膜パターンを上記のように蒸気雰囲気に曝して変形させる手法は、有機膜パターンを熱により変形させる手法に比べて有機膜パターンの変形量が大きく、蒸気雰囲気に曝す時間を調節することにより変形量も容易に制御できるため、凹凸形状の設計自由度が格段に大きい。

有機膜パターンを有機溶剤の蒸気雰囲気に曝す処理の実行時間の長さと有機膜パターンの変形量との関係を図５に示す。

図５から、有機膜パターンを有機溶剤の蒸気雰囲気に曝す時間を調節することにより、その変形量を線形的に制御できることが分かる。

以上のような実施形態によれば、１回のフォトリソグラフィー工程で島状又は網目状に形成した有機膜パターンを、有機溶剤の蒸気雰囲気に曝すことにより、有機膜パターンに有機溶剤を吸収させ流動性を与え、リフォームさせて、良好な傾斜角分布の凹凸形状を持つ反射板を得ることができる。

或いは、１回のフォトリソグラフィー工程で島状又は網目状に形成した有機膜パターンを、水蒸気雰囲気、又は、水を主成分とする水溶液の蒸気雰囲気に曝すことにより、有機膜パターンに流動性を与え、リフォームさせて、良好な傾斜角分布の凹凸形状を持つ反射板を得ることができる。

なお、上記の実施形態では、レジストパターンを介して有機膜をエッチングすることにより該有機膜を有機膜パターンに加工する例を説明したが、有機膜として感光性機能を持つものを用いれば、有機膜を塗布後、露光、現像を行うことによって、島状又は網目状の有機膜パターンに加工することができ、その有機膜パターンを有機溶剤の蒸気雰囲気に曝すことにより、上記の実施形態と同様の凹凸膜１１を形成することができる。

また、図２には、島状の有機膜パターン２１として、正方形状のパターンを例示しているが、長方形状、ライン状（例えば、幅が１〜１０μｍで長さが２〜３０μｍ）或いはその他の形状の島状のパターンであっても良い。

また、上記の実施形態では、半透過型の液晶表示装置を説明したが、本発明は、この例に限らず、反射型の液晶表示装置に上記の実施形態で説明した凹凸膜１１及び反射電極１２を形成しても良い。

また、上記の実施形態では、半透過型の液晶表示装置を説明したが、本発明は、半透過型の液晶表示装置用アレイ基板（図１に示すような半透過型ＴＦＴ１００を複数備えてなるアレイ基板）にも適用可能であり、同様に、反射型の液晶表示装置用アレイ基板にも適用可能である。

実施形態に係る半透過型液晶表示装置の１画素を構成する半透過型ＴＦＴ１００の断面図である。島状の有機膜パターンを例を示す平面図である。網目状の有機膜パターンを例を示す平面図である。蒸気雰囲気に曝す前（ａ）と後（ｂ）の有機膜パターンの形状を示す断面図である。有機膜パターンを有機溶剤の蒸気雰囲気に曝す処理の実行時間の長さと有機膜パターンの変形量との関係を示す図である。凸パターン形成と層間膜パターン形成の２回のフォトリソ工程を経て凹凸形状を形成する従来技術（特許文献１）を示す図である。ハーフトーン露光又は２回露光により形成した２段階の厚さの有機膜を熱により変形させることによって凹凸形状を形成する従来技術（特許文献２）を示す図である。

符号の説明

１１凹凸膜（凹凸形状の有機膜パターン）
１２反射電極（反射板）
２１島状の有機膜パターン
２２網目状の有機膜パターン

Claims

反射型又は半透過型の液晶表示装置の反射板を製造する方法において、
島状の複数の有機膜パターンを形成する第１の工程と、
前記複数の有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状に加工する第２の工程と、
前記第２の工程により加工された有機膜パターンを覆う反射板を形成する第３の工程と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記第１の工程では、１〜１０μｍ角の複数の有機膜パターンを２〜３０μｍの間隔でランダムな配置で形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
反射型又は半透過型の液晶表示装置の反射板を製造する方法において、
網目状の有機膜パターンを形成する第１の工程と、
前記有機膜パターンを蒸気雰囲気に曝すことにより溶融させて凹凸形状に加工する第２の工程と、
前記第２の工程により加工された有機膜パターンを覆う反射板を形成する第３の工程と、
を備えることを特徴とする液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記第１の工程では、幅が１〜１０μｍで長さが２〜３０μｍのライン状のパターンをランダムな網目状となるよう連結したような形状の有機膜パターンを形成することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記有機膜パターンは有機溶剤に溶解するものであり、
前記第２の工程で用いる蒸気雰囲気は、有機溶剤の蒸気雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記有機膜パターンは水溶性のものであり、
前記第２の工程で用いる蒸気雰囲気は、水蒸気雰囲気、又は、水を主成分とする水溶液の蒸気雰囲気であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記第２の工程では、有機膜パターンを平均傾斜角３〜１５°の凹凸形状に加工することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
前記第２の工程の前又は後の少なくとも一方に、前記有機膜パターンを熱により溶融させる工程を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の液晶表示装置用反射板の製造方法。
反射型又は半透過型の液晶表示装置において、請求項１乃至８の何れか一項に記載の製造方法により製造された反射板を備えることを特徴とする液晶表示装置。
反射型又は半透過型の液晶表示装置用アレイ基板において、請求項１乃至８の何れか一項に記載の製造方法により製造された反射板を備えることを特徴とする液晶表示装置用アレイ基板。