JP2009175493A - 液晶装置の製造方法及び液晶装置、並びに電子機器 - Google Patents

液晶装置の製造方法及び液晶装置、並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば、画素電極およびその周辺部の夫々の表面からなる平坦面を簡便な工程で形成する。
【解決手段】シリコン酸化膜(82)上からシリコン酸化膜(82)を研磨する。この際、除去されなかったシリコン酸化膜(82a)のうち画素電極(9a1)及び(9a2)間の電極間領域Rに残る残部(82b)の表面と、シリコン窒化膜(81)のうち画素電極(9a1)上に延びる第1部分(81a)の表面と、シリコン窒化膜(81)のうち画素電極(9a2)上に延びる第2部分(81b)の表面とが揃うように、言い換えれば、後述する配向膜16による液晶の配向規制力が少なくとも凹凸によって乱されないように、残部(82b)、並びに第1部分(81a)及び第2部分(81b)の夫々の表面が揃えられる。
【選択図】図5

Description

本発明は、例えば、液晶ライトバルブに用いられる液晶装置の製造方法、及びこのような液晶装置の製造方法によって製造された液晶装置、並びに液晶プロジェクタ等の電子機器の技術分野に関する。
この種の液晶装置に応用される半導体装置では、溝が作り込まれる絶縁物にパターンを先に形成し、その後、パターンに対応した溝にアルミニウム等の電極材料を埋め込み、その上側からCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等の研磨法を用いて、電極の表面をその周辺部の表面と共に平坦化するダマシン技術が多く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9−148329号公報
しかしながら、液晶装置の画素電極材料として用いられるITO等の透明電極上に複数種類の保護膜を順に形成した場合、上述のダマシン技術をそのまま応用して画素電極及びその周辺部の夫々の表面を含む平坦な面を形成することは技術的に困難である。加えて、これら保護膜の表面には透明電極の厚みに応じて凹凸が形成されるため、凹凸が形成された複数の保護膜をその上側からエッチングした場合、これら複数の保護膜及び画素電極の夫々に対するエッチングの選択比(エッチングのされ易さ)の違いに起因してエッチング面に凹凸が残り、平坦なエッチング面を形成することが困難である。特に液晶装置では、画素電極上の凹凸面に配向膜が形成された場合、配向膜の凹凸に起因して液晶に対する配向規制力を均一にすることが困難となり、画質を向上させることが困難となる技術的問題点が生じる。
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、画素電極およびその周辺部の夫々の表面からなる平坦面を簡便な工程で形成することによって画質を高めた液晶装置を製造可能な液晶装置の製造方法、及びそのような液晶装置の製造方法を用いて製造された液晶装置を提供することを課題とする。
本発明に係る液晶装置の製造方法は上記課題を解決するために、基板上の一の層上に一の画素電極及び他の画素電極を形成する第1工程と、前記一の画素電極から前記他の画素電極に渡って、前記一の画素電極及び前記他の画素電極を覆うように第1保護膜を形成する第2工程と、前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第3工程と、前記第2保護膜上から前記第2保護膜を研磨し、前記第2保護膜のうち前記一の画素電極及び前記他の画素電極間の電極間領域に残る残部の表面と、前記第1保護膜のうち前記一の画素電極を覆う第1部分の表面と、前記第1保護膜のうち前記他の画素電極を覆う第2部分の表面とが揃うように、前記残部、前記第1部分及び前記第2部分の夫々の表面からなる平坦なエッチング面を形成する第4工程と、前記エッチング面上から前記残部、前記第1部分及び前記第2部分をエッチングすることによって、前記第1保護膜のうち前記残部の下側に延びる電極間部分、並びに、前記一の画素電極及び前記他の画素電極の夫々の表面を含む平坦な平坦面を形成する第5工程と、前記平坦面に配向膜を形成する第6工程とを備える。
本発明に係る液晶装置の製造方法によれば、一の画素電極及び他の画素電極は、例えば、基板上にマトリクス状に形成された複数の画素電極のうち相互に隣り合う画素部の夫々に形成された画素電極である。第1工程では、例えば、スパッタ等の汎用の膜形成法を用いてITO等の透明導電材料を所定のパターンに成膜し、一の画素電極及び他の画素電極を形成される。一の層は、例えば、基板上に形成され、且つこれら画素電極の下地膜となる絶縁膜であり、単層の絶縁膜、或いは相互に積層された多層の絶縁膜から構成されている。
第2工程では、前記一の画素電極から前記他の画素電極に渡って、前記一の画素電極及び前記他の画素電極に重なるように、言い換えれば、一の画素電及び他の画素電極を覆うだけでなく、これら画素電極間の隙間を埋めるように、第1保護膜を形成する。
第3工程では、前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する。尚、第1保護膜及び第2保護膜は、半導体装置或いは液晶装置において層間絶縁膜として汎用される絶縁材料を、例えば、プラズマCVD法等の汎用の成膜法を用いて成膜することによって形成される。
第4工程では、前記第2保護膜上から前記第2保護膜を研磨する。この際、前記第2保護膜のうち前記一の画素電極及び前記他の画素電極間の電極間領域に残る残部の表面と、前記第1保護膜のうち前記一の画素電極上を覆う第1部分の表面と、前記第1保護膜のうち前記他の画素電極を覆う第2部分の表面とが揃うように、言い換えれば、後述する配向膜による液晶の配向規制力が少なくとも凹凸によって乱されないように、残部、並びに第1部分及び第2部分の夫々の表面が揃えられる。尚、第2保護膜のうち一の画素電極及び他の画素電極の夫々に重なる部分が除去され、第1部分及び第2部分の夫々が露出するタイミングは、第1保護膜及び第2保護膜の夫々の材料の違いによる研磨レートの違いに応じて容易に特定でき、特定されたタイミングで研磨を止めることによって、前記残部、前記第1部分及び前記第2部分の夫々の表面からなる平坦なエッチング面を形成することが可能である。
第5工程では、前記エッチング面上から前記残部、前記第1部分及び前記第2部分をエッチングする。ここで、エッチング面は平坦な面であるため、前記第1保護膜のうち前記残部の下側に延びる電極間部分、並びに、前記一の画素電極及び前記他の画素電極の夫々の表面を含む平坦な平坦面を容易に形成できる。
第6工程では、前記平坦面に配向膜を形成する。したがって、配向膜は、画素電極と、隣り合う画素電極の間に隙間に生じた隙間との段差に起因して生じる凹凸を有することなく平坦な膜として形成されることになる。よって、配向規制力が基板上で均一になり、液晶装置の表示性能、より具体的には、配向規制力のばらつきに応じた表示むら等の表示不良を低減でき、画質を向上させることが可能である。
以上、説明したように、本発明に係る液晶装置の製造方法によれば、画素電極およびその周辺部の夫々の表面からなる平坦面を簡便な工程で形成することによって画質を高められた液晶装置を簡便に製造することが可能である。
本発明に係る液晶装置の製造方法の一の態様では、前記第4工程において、CMP法を用いて前記第2保護膜を研磨してもよい。
この態様によれば、前記残部の厚みと、前記電極間部分の厚みとを合わせた合計厚み、並びに、前記第1保護膜のうち前記一の画素電極及び前記他の画素電極の夫々の上に各々延びる第1部分及び第2部分の夫々の厚みとが揃うように、研磨を止めるタイミングを特定でき、そのタイミングで研磨を止めることによって、容易にこれら厚みを揃えることが可能である。
本発明に係る液晶装置の製造方法の他の態様では、前記第1保護膜の研磨レートは、前記第2保護膜の研磨レートより低くてもよい。
この態様によれば、シリコン酸化膜等の第2保護膜に対してCMP法等の研磨を進めていった場合、シリコン窒化膜等の第1保護膜に研磨が到達したタイミングで研磨を止めることが可能である。より具体的には、研磨レートの異なる深さまで研磨を進めていった際に、研磨レートの違いに応じて被研磨対象に対する研磨を進み具合が異なるため、そのタイミングを検知することによって研磨を止めるタイミングを正確に特定できる。したがって、そのタイミングで研磨を止めることによって、第1部分及び第2部分の表面が露出した段階で研磨を止めることが可能である。
本発明に係る液晶装置は上記課題を解決するために、上述の液晶装置の製造方法を用いて製造されている。
本発明に係る液晶装置によれば、上述の液晶装置の製造方法を用いて製造されているため、液晶に対する配向膜の配向規制力が均一に維持されており、液晶に印加される電圧に応じて高品位の画像を表示できる。
本発明に係る電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の液晶装置を具備してなる。
本発明に係る電子機器によれば、上述した本発明に係る液晶装置を具備してなるので、高品位の表示が可能な、プロジェクタ等の投写型表示装置、直視型ディスプレイ装置、携帯電話、カーナビゲーションシステムに適用されるディスプレイ装置、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ等の小型情報機器、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネル等の各種電子機器を実現できる。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る液晶装置の製造方法、及び液晶装置、並びに電子機器の各実施形態を説明する。
<1:液晶装置の構成>
先ず、図1及び図2を参照しながら、後述する液晶装置の製造方法で製造される、本実施形態に係る液晶装置の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る液晶装置を対向基板側から見た平面図であり、図2は、図1のII−II´断面図である。ここでは、液晶装置の一例である駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例に挙げている。このような液晶装置は、例えば、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置のライトバルブとして用いられる。
図1及び図2において、液晶装置1では、本発明の「基板」の一例である素子基板10と、対向基板20とが対向配置されている。素子基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されており、素子基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
液晶層50は、例えば、TN液晶を含んで構成されている。液晶層50は、その駆動時に応じて画像のコントラスト及び液晶装置1の透過率が可変となるように構成されている。
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて素子基板10上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、素子基板10と対向基板20との間隔(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材56が散布されている。
シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜53の一部又は全部は、対向基板20上において、電極より上層側に配置されて形成されてもよいし、素子基板10側に内蔵遮光膜として形成されてもよい。
画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101、及び外部回路接続端子102が素子基板10の一辺に沿って複数設けられている。液晶装置1を駆動させるための電源及び各種信号は、外部回路に電気的に接続された外部回路端子102を介して液晶装置1に供給される。これにより液晶装置1が動作状態となる。
走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺のいずれかに沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。尚、走査線駆動回路104を、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102が設けられた素子基板10の一辺に隣接する2辺に沿って設けるようにしてもよい。この場合、素子基板10の残る一辺に沿って設けられた複数の配線によって、二つの走査線駆動回路104は互いに接続されるようにする。
対向基板20の4つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材106が配置されている。他方、素子基板10にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、素子基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
図2において、素子基板10上には、画素スイッチング用のスイッチング素子としてのTFT(Thin Film Transistor;以下適宜、“TFT”と称する。)や走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、本発明の「配向膜」の一例である配向膜16が形成されている。他方、詳細な構成については省略するが、液晶装置1において、対向基板20に形成された電極が、画素電極9aと対向するように配置されており、この電極上には、配向膜22が形成されている。液晶装置1によれば、後述する液晶装置の製造方法によって配向膜16が画素電極9a上で平坦な膜として形成されているため、配向膜16が凹凸形状を有する場合に比べて、液晶層50に対する作用する配向規制力が均一となる。したがって、液晶装置1の表示性能、言い換えれば、表示される画像の画質が、配向膜16が凹凸形状を有する場合に比べて高められている。
<2:液晶装置の製造方法>
次に、図3乃至図5を参照しながら本実施形態に係る液晶装置の製造方法を説明する。図3は、本実施形態に係る液晶装置の製造方法における主要な工程を示したフローチャートである。図4及び図5は、本実施形態に係る液晶装置の製造方法の一部の工程、より具体的には素子基板形成工程の一部の工程を詳細に示した工程断面図である。
図3において、素子基板10の本体に画素回路部及び配向膜等を形成することによって素子基板10を形成する(ステップS1)。これと相前後して、或いは並行して、対向電極及び配向膜等が形成された対向基板20を形成する(ステップS2)。次に、素子基板10又は対向基板20上のシール領域に未硬化のシール材を塗布する(S3)。
ここで、図4及び図5を参照しながら、素子基板10の製造プロセスを詳細に説明する。
図4(a)に示すように、素子基板10上の、本発明の「一の層」の一例である絶縁層80上にスパッタ法等の汎用の成膜法及びパターニング法を用いてITO等の透明導電材料を所定のパターンに成膜し、複数の画素電極9aを形成する(第1工程)。本実施形態では、絶縁層80上に複数の画素部の夫々に対応して複数の画素電極9aがマトリクス状に形成されるが、説明の便宜上、複数の画素電極9aのうち相互に隣り合う2つの画素電極の図示している。したがって、図中、一方の画素電極9a1が、本発明の「一の画素電極」の一例であり、他方の画素電極9a2が、本発明の「他の画素電極」の一例である。絶縁層80は、素子基板10上に形成され、且つ画素電極9aの下地膜となる絶縁膜であり、単層の絶縁膜、或いは相互に積層された多層の絶縁膜から構成されている。また、絶縁層80は、研磨処理によりその表面が平坦化されている。
次に、図4(b)に示すように、画素電極9a1から画素電極9a2に渡って、画素電極9a1及び9a2に重なるように、本発明の「第1保護膜」の一例であるSi3N4等のシリコン窒化膜81をプラズマCVD法を用いて形成する(第2工程)。第2工程では、画素電極9a1から画素電極9a2に渡って、画素電極9a1及び9a2を覆うだけでなく、これら画素電極間の隙間を埋めるように、シリコン窒化膜81を形成される。
次に、図4(c)に示すように、シリコン窒化膜81上に、本発明の「第2保護膜」の一例であるSiO2等のシリコン酸化膜82をシリコン窒化膜81と同様の成膜法を用いて形成する(第3工程)。
次に、図5(d)に示すように、シリコン酸化膜82上からシリコン酸化膜82を研磨する(第4工程)。この際、除去されなかったシリコン酸化膜82aのうち画素電極9a1及び9a2間の電極間領域Rに残る残部82bの表面と、シリコン窒化膜81のうち画素電極9a1を覆う第1部分81aの表面と、シリコン窒化膜81のうち画素電極9a2を覆う第2部分81bの表面とが揃うように、言い換えれば、後述する配向膜による液晶の配向規制力が少なくとも凹凸によって乱されないように、残部82b、並びに第1部分81a及び第2部分81bの夫々の表面が揃えられる。尚、シリコン酸化膜82のうち画素電極9a1及び9a2の夫々に重なる部分が除去され、第1部分81a及び第2部分81bの夫々が露出するタイミングは、シリコン窒化膜81及びシリコン酸化膜82の夫々の材料の違いによる研磨レートの違いに応じて容易に特定でき、特定されたタイミングで研磨を止めることによって、残部82b、第1部分81a及び第2部分81bの夫々の表面からなる平坦なエッチング面84sを形成することが可能である。
特に本実施形態では、シリコン窒化膜81の研磨レートは、シリコン酸化膜82の研磨レートより低いため、シリコン酸化膜82に対してCMP法等の研磨を進めていった場合、シリコン窒化膜81に研磨が到達したタイミングで研磨を正確に止めることが可能である。より具体的には、研磨レートの異なる深さまで研磨を進めていった際に、研磨レートの違いに応じて被研磨対象に対する研磨を進み具合が異なるため、そのタイミングを検知することによってシリコン窒化膜81に対する研磨を止めるタイミングを正確に特定できる。したがって、そのタイミングで研磨を止めることによって、第1部分81a及び第2部分81bの表面が露出した段階で研磨を正確に止めることが可能である。
次に、図5(e)に示すように、エッチング面84s上から残部82b、第1部分81a及び第2部分81bをウェットエッチングによりエッチングバックする(第5工程)。ここで、エッチング面84sは平坦な面であるため、シリコン窒化膜81のうち残部82bの下側に延びる電極間部分81c、並びに、画素電極9a1及び9a2の夫々の表面を含む平坦な平坦面85sを容易に形成できる。その後、平坦面85sに配向膜16を平坦に形成する(第6工程)。
このような素子基板形成工程によれば、配向膜16は、画素電極9a1及び9a2間の隙間と、これら画素電極との間に生じた段差に起因して生じる凹凸を有することなく平坦な膜として形成されることになる。したがって、配向規制力が素子基板10上で均一になり、液晶装置1の表示性能、より具体的には、配向規制力のばらつきに応じた表示むら等の表示不良を低減でき、画質を向上させることが可能である。
再び、図3において、真空中において、未硬化のシール材を介して素子基板10及び対向基板20を貼り合わせる(S4)。尚、素子基板10及び対向基板20を相互に貼り合わせる基板貼り合わせ工程は、素子基板10及び対向基板20の相対的な位置合わせを精度良く行うアライメント工程を含んでいる。ここで、シール材の塗布工程と、素子基板10及び対向基板20を貼り合せる基板貼り合せ工程とが真空中で行われているため、後述する硬化工程の前段階の工程で、シール材に空気が触れることない。したがって、塗布されたシール材に空気が含まれることがなく、空気に含まれる酸素によってシール材が変質することを低減できる。
次に、塗布されたシール材を硬化させ、素子基板10及び対向基板20を硬化したシール材52を介して相互に接着する(S5)。シール材52は、紫外線(UV光)等が照射されることによって硬化されていてもよいし、熱を加える熱硬化によって硬化されてもよい。また、UV硬化及び熱硬化を順次連続して行うことによって、硬化されてもよい。
次に、シール材52が部分的に形成されなった領域に位置する液晶注入口から素子基板10及び対向基板20間に液晶を注入する(ステップS6)。次に、液晶注入口に未硬化のUV硬化樹脂を充填し、UV光を照射することによって硬化させる。これにより、液晶注入口が封止され(ステップ7)、液晶装置1が組み上がる。
以上説明したように、本実施形態に係る液晶装置の製造方法によれば、画素電極およびその周辺部の夫々の表面からなる平坦面を簡便な工程で形成することによって配向膜を平坦に形成でき、画質が高められた液晶装置を簡便に製造することが可能である。
<3:電子機器>
次に、図6を参照しながら、上述した液晶装置を用いた投写型表示装置の一例を説明する。本実施形態に係る投写型表示装置は、上述した液晶装置をライトバルブに用い、当該ライトバルブの光入射側及び光出射側の夫々の側に上述の位相差板を配置した光学系を有するプロジェクタである。図6は、本実施形態に係るプロジェクタの構成例を示す平面図である。
図6に示すように、プロジェクタ1100内部には、ハロゲンランプ等の白色光源からなるランプユニット1102が設けられている。このランプユニット1102から射出された投射光は、ライトガイド1104内に配置された4枚のミラー1106および2枚のダイクロイックミラー1108によってRGBの3原色に分離され、各原色に対応するライトバルブとしての液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gに入射される。
液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gの構成は、上述した液晶装置と同等であり、画像信号処理回路から供給されるR、G、Bの原色信号でそれぞれ駆動されるものである。そして、これらの液晶パネルに入射する光或いは出射される光は上述の位相差膜によって光学補償されている。液晶パネル及び位相差板を含む光学系から出射された光は、ダイクロイックプリズム1112に3方向から入射される。このダイクロイックプリズム1112においては、RおよびBの光が90度に屈折する一方、Gの光が直進する。したがって、各色の画像が合成される結果、投射レンズ1114を介して、スクリーン等にカラー画像が投写されることとなる。
ここで、各液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gによる表示像について着目すると、液晶パネル1110Gによる表示像は、液晶パネル1110R、1110Bによる表示像に対して左右反転することが必要となる。
尚、液晶パネル1110R、1110Bおよび1110Gには、ダイクロイックミラー1108によって、R、G、Bの各原色に対応する光が入射するので、カラーフィルタを設ける必要はない。
このようなプロジェクタは、ライトバルブとして上述の液晶装置を具備してなるので、スクリーン等の投写面に投写される投写画像の画質が高められており、高品位の画像を表示可能である。
尚、本実施形態に係る液晶装置は、上述した投写型表示装置に適用される場合に限定されるものではなく、直視型の液晶表示装置の一部を構成することも可能である。また、LCOS等の反射型の液晶装置を構成することも可能である。
本実施形態に係る液晶装置の平面図である。 図1のII−II´断面図である。 本実施形態に係る液晶装置の製造方法の主要な工程を順に示したフローチャートである。 本実施形態に係る液晶装置の製造方法の主要な工程の工程断面図(その1)である。 本実施形態に係る液晶装置の製造方法の主要な工程の工程断面図(その2)である。 本実施形態に係る電子機器の一例を示した平面図である。
符号の説明
1・・・液晶装置、10・・・素子基板、16・・・配向膜、20・・・対向基板、50・・・液晶層、82b・・・残部、81・・・シリコン窒化膜、81a・・・第1部分、81b・・・第2部分、82・・・シリコン酸化膜、84s・・・エッチング面。85s・・・平坦面

Claims (5)

  1. 基板上の一の層上に一の画素電極及び他の画素電極を形成する第1工程と、
    前記一の画素電極から前記他の画素電極に渡って、前記一の画素電極及び前記他の画素電極を覆うように第1保護膜を形成する第2工程と、
    前記第1保護膜上に第2保護膜を形成する第3工程と、
    前記第2保護膜上から前記第2保護膜を研磨し、前記第2保護膜のうち前記一の画素電極及び前記他の画素電極間の電極間領域に残る残部の表面と、前記第1保護膜のうち前記一の画素電極を覆う第1部分の表面と、前記第1保護膜のうち前記他の画素電極を覆う第2部分の表面とが揃うように、前記残部、前記第1部分及び前記第2部分の夫々の表面からなる平坦なエッチング面を形成する第4工程と、
    前記エッチング面上から前記残部、前記第1部分及び前記第2部分をエッチングすることによって、前記第1保護膜のうち前記残部の下側に延びる電極間部分、並びに、前記一の画素電極及び前記他の画素電極の夫々の表面を含む平坦な平坦面を形成する第5工程と、
    前記平坦面に配向膜を形成する第6工程と
    を備えたことを特徴とする液晶装置の製造方法。
  2. 前記第4工程において、CMP法を用いて前記第2保護膜を研磨すること
    を特徴とする請求項1に記載の液晶装置の製造方法。
  3. 前記第1保護膜の研磨レートは、前記第2保護膜の研磨レートより低いこと
    を特徴とする請求項1又は2に記載の液晶装置の製造方法。
  4. 請求項1から3の何れか一項に記載の液晶装置の製造方法によって製造されたこと
    を特徴とする液晶装置。
  5. 請求項4に記載の液晶装置を具備してなること
    を特徴とする電子機器。
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