JP2009204893A - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の反射特性を改善し、高品位の液晶表示装置を可能とする。
【解決手段】液晶層８を挟んで対向配置された第１及び第２の基板１、９と、前記第１の基板１の前記液晶層８側に配置された画素電極４と、この画素電極４の下層に配置された凹凸の反射膜６と、この凹凸の反射膜６の下層に配置され上面５５が凹凸形状の樹脂層５を備えた液晶表示装置であって、前記樹脂層５を化学増幅型樹脂材料で構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、凹凸の反射面を有する画素電極を備えた液晶表示装置に係り、特に反射面の反射特性の向上を図った液晶表示装置とその製造方法に関する。

下記特許文献１には、基板上に樹脂層を介して反射層（反射電極）が形成されてなる反射型液晶表示装置及びその製造方法が開示されている。

この特許文献１に示すような従来の反射型液晶表示装置では、反射層の下層に配置される樹脂層表面の凹凸形成が煩雑で工程短縮が求められている。
特開２００２−２９６５８５号公報

前記反射層の下層に配置される樹脂層表面の凹凸形成工程の短縮を図る一つの手段として、アクリルからなる感光性樹脂に代えて露光感度の高い感光性樹脂の使用が考えられる。
しかしながら、露光感度が高いことは露光量に対する膜残量の制御が困難であり、露光感度の高い感光性樹脂の使用には問題が有った。

本発明の目的は、露光感度の高い感光性樹脂を用い、この感光性樹脂層の下層に熱制御部材、例えば集熱部材又は熱遮蔽部材を介挿配置して膜残量を制御し、必要とする凹凸面を形成して反射特性の向上を図った液晶表示装置と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、本発明の液晶表示装置では、凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記反射層の下層の凹凸を化学増幅型樹脂層で構成してなることを特徴とする。

又、本発明の液晶表示装置の製造方法では、凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板の一部を構成する絶縁基板上に前記スイッチング素子を形成する工程と、このスイッチング素子の形成と同時或はその後に前記凹凸の反射面を形成する部位に集熱部材を分散配置する工程と、この集熱部材を含む表面を化学増幅型樹脂層で覆う工程と、この化学増幅型樹脂層を上面から露光する工程と、この露光された化学増幅型樹脂層を加熱し、その後現像して前記化学増幅型樹脂層上面を凹凸面に成形する工程と、この凹凸面を金属層で覆い反射層を形成する工程と、この反射層を含む表面を画素電極で覆う工程とを含むことを特徴とする。

更に、本発明の液晶表示装置の製造方法では、凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板の一部を構成する絶縁基板上に前記スイッチング素子を形成する工程と、このスイッチング素子の形成と同時或はその後に前記凹凸の反射面を形成する部位に熱遮蔽部材を分散配置する工程と、この熱遮蔽部材を含む表面を化学増幅型樹脂層で覆う工程と、この化学増幅型樹脂層を上面から露光する工程と、この露光された化学増幅型樹脂層を加熱し、その後現像して前記化学増幅型樹脂層上面を凹凸面に成形する工程と、この凹凸面を金属層で覆い反射層を形成する工程と、この反射層を含む表面を画素電極で覆う工程とを含むことを特徴とする。

反射面の反射層の下層に露光感度の高い感光性樹脂を用い、この感光性樹脂層の膜残量を制御して必要とする形状の凹凸面を生産効率よく形成し、反射特性の優れた液晶表示装置とその製造方法を可能とした。

以下、本発明の液晶表示装置及びその製造方法を実施例を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明による液晶表示装置の一実施例を説明する模式図で、図１は第１基板の要部平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図及び対向する第２基板の対応する部分の断面図である。
図１及び図２において、参照符号１は第１の基板、１ａは第１の基板１の一部を構成する絶縁基板、２は絶縁基板１ａ上に配置された下地膜、３はスッチング素子、４は画素電極、５は樹脂層、６は反射膜、７１は集熱部材、８は液晶層、９は第２の基板、９ａは第２の基板９の一部を構成する絶縁基板、１０は配向膜、１１はＢＭ膜、１２はカラーフィルタ、１３はコモン電極、１４はＯＣ膜、１５はコンタクトホール、１６はソース・ドレイン配線、１７はゲート配線である。

図１及び図２において、前記絶縁基板１ａ上に成膜された下地膜２上に配置されたＴＦＴからなるスッチング素子３は、半導体層３１、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３３、層間絶縁膜３４、ソース・ドレイン電極３５、パッシベーション膜３６等から構成されている。
このスッチング素子３と接続された画素電極４は例えば透明導電膜から構成され、前記パッシベーション膜３６上に積層された平坦な透過画素部４１と、反射機能を有する凹凸形状の反射層上に設けられた反射画素部４２を備えた構成となっている。
この反射画素部４２は、前記パッシベーション膜３６で覆われた熱制御部材、この例では複数の集熱部材７１と、このパッシベーション膜３６上で前記複数の集熱部材７１を覆う位置関係で順次配置された上面５５に凹凸を有する樹脂層５及び前記上面５５を覆う反射膜６を画素電極４の下側に配置した構成である。
一方、前記スッチング素子３は前記樹脂層５と同一材料で覆われている。

前記集熱部材７１は前記パッシベーション膜３６に比べ熱伝導の良好な材料が選定され、この実施例１では３層の金属層からならソース・ドレイン電極３５と同一材料が選択されている。又、その形状は円板状としている。しかも、この集熱部材７１は前記ソース・ドレイン電極３５と同層に配置されている。この集熱部材７１の平面上の配置位置、個数等は必要とする凹凸数に応じて決定すればよい。

この様な反射画素部４２の構成で、前記樹脂層５は化学増幅型樹脂材料、例えばポリヒドロキシスチレン又はアクリル樹脂の一部をエトキシエチル基、ターシャリーブトキシカルボニル基等でキャップしたポリマーとＰＡＧ、ＰＧＭＥＡ等の溶媒からなる材料で構成されている。この材料の特性は後述する。又、前記反射膜６はモリブデン（Ｍｏ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなり、前記上面の凹凸に倣って配置されている。

次に、この反射画素部４２の構成で、前記複数の集熱部材７１と樹脂層５の上面５５の凹凸との相関関係は次の通りである。
すなわち、前記集熱部材７１が存在する部分の樹脂層５の上面５５は凹部５１となり、一方集熱部材７１が存在しない部分の上面５５は凸部５２となっており、これらの凹凸の組み合わせにより樹脂層５上面５５が凹凸形状を呈している。

この集熱部材７１の有無による凹凸の形成は、集熱部材７１がパッシベーション膜３６に比べ熱伝導の良好な材料が用いられるため、樹脂層５形成時のＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）工程で、集熱部材７１の有無により材料内に温度差を発生させ、樹脂層５内の残膜量を変化させることにより形成する。

上記実施例１では、従来のアクリル樹脂に比べ露光感度の高い化学増幅型樹脂を用い、この樹脂と集熱部材との組み合わせにより、所望の凹凸を効率よく形成でき、反射特性の優れた液晶表示装置を可能にした。

図３及び図４は、本発明による液晶表示装置の他の実施例を説明する模式図で、図３は第１基板の要部平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図及び対向する第２基板の対応する部分の断面図である。なお、図３及び図４において前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。
図３及び図４において、参照記号７２は熱制御部材の一例の熱遮蔽部材で、この熱遮蔽部材７２は樹脂層５の下層でソース・ドレイン電極３５の延在部上に接して点在配置されている。配置位置、個数等は必要とする凹凸数に応じて決定すればよい。
この実施例２では前記熱遮蔽部材７２はパッシベーション膜３６と同一材料が選択されている。又、その形状は円板状としている。しかも、この熱遮蔽部材７２は前記パッシベーション膜３６と同層に配置されている。

次に、この反射画素部４２の構成で、前記複数の熱遮蔽部材７２と樹脂層５の上面５５の凹凸との相関関係は次の通りである。
すなわち、前記熱遮蔽部材７２が存在する部分の樹脂層５の上面５５は凸部５２となり、一方熱遮蔽部材７２が存在しない部分の上面５５は凹部５１となっており、これらの凹凸の組み合わせにより樹脂層５上面５５が凹凸形状を呈している。

この熱遮蔽部材７２の有無による凹凸の形成は、熱遮蔽部材７２がソース・ドレイン電極３５に比べ熱伝導の悪い材料で構成されているため、樹脂層５形成時のＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）工程で、熱遮蔽部材７２の有無により材料内に温度差を発生させ、樹脂層５内の残膜量を変化させることにより形成する。

上記実施例２では、従来のアクリル樹脂に比べ露光感度の高い化学増幅型樹脂を用い、この樹脂と熱遮蔽部材との組み合わせにより、所望の凹凸を効率よく形成でき、反射特性の優れた液晶表示装置を可能にした。

図５〜図９は図１及び図２に示す本発明の液晶表示装置のその製造方法を説明するための模式図で、図５（ａ）〜（ｃ）は製造工程図、図６（ａ）、（ｂ）は集熱部材の配列パターンの平面図、図７は露光用マスクの平面図、図８（ａ）〜（ｃ）は樹脂層の露光メカニズムを説明するための工程図、図９は露光量と膜残量の関係を示す図で、これら各図は前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。
先ず、図５（ａ）に示すように、絶縁基板１ａ上にスイッチング素子３を形成する工程で、図６（ａ）に示す素子状の集熱部材７１を点在配置する。又、この素子状の集熱部材７１に代え図６（ｂ）に示すように集熱膜７３に多数の開口７４を穿設した構成でも良い。
この集熱部材７１はソース・ドレイン電極３５と同材質で同時に形成する。配置位置は前記ソース・ドレイン電極３５と同層で、かつ平面的には将来凹凸の反射面を形成する前記反射画素部４２位置に対応している。
次に、前記集熱部材７１及び前記ソース・ドレイン電極３５上を含む表面をパッシベーション膜３６で覆う。
次に、このパッシベーション膜３６上に前述した化学増幅型樹脂層５を形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、この化学増幅型樹脂層５を図７に示す露光用マスク２８を介して露光する。

この露光用マスク２８は、図７にその一例を示すように前記透過画素部４１に対応し露光光線を全量透過する光透過部２８１と、前記反射画素部４２に対応し前記光透過部２８１に比して露光光線透過量を減少させる減光部２８２及び露光光線を全量遮断する光遮断部２８３を周辺に備えた構成となっている。

又、前記化学増幅型樹脂層５のパターン形成のための露光メカニズムは、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、露光用マスク２８の光透過部２８１を通過した光が照射された被露光部５３は前述したＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）工程で樹脂層の分解が進行し、現像後、被露光部５３部分が消失し、非露光部分５４はそのまま残存することで所望のパターンが形成される。

更に、この化学増幅型樹脂材料の露光量に対する膜残量の関係を図９に示す。図９において横軸は露光量Ｌｅ、縦軸は膜残量Ｓｒを示している。
図９において、曲線Ｃ１は化学増幅型樹脂材料特性、曲線Ｃ２は従来のアクリル樹脂材料特性をそれぞれ示す。
図９から明らかなように、曲線Ｃ１で示す化学増幅型樹脂材料は露光感度が高く、露光量に対する膜残量がデジタル的に変化する特徴を有する。

前述のような特性を持つ化学増幅型樹脂層５を、前述したように図５（ｂ）に示すように前記化学増幅型樹脂層５の上面５５側から露光マスク２８を介して露光する。
この露光により、露光マスク２８の前記光遮断部２８３に対応する部分では光は遮断され前記上面５５は露光されない。
一方、露光マスク２８の前記光透過部２８１に対応する部分では全露光量が前記上面５５に達して樹脂層５を露光する。
更に、前記露光マスク２８の前記減光部２８２に対応する部分では露光光線は減光され前記上面５５に達する露光量は全露光量の数分の一程度に設定される。
次に、前述したＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）工程の加熱を行う。この加熱をこの実施例３では絶縁基板１ａの外側から行っているが、種々の加熱方法が可能である。又、この加熱工程は前記露光工程より後工程で実施することが望ましい。
この加熱工程では、前記集熱部材７１が集熱機能を果たし、この部分が周辺に比べて温度上昇が大となり樹脂層５の分解が促進される。
次に、現像する。
この現像により、図５（ｃ）に示すように、前記光透過部２８１に対応する部分では樹脂層５は消失し、又、前記光遮断部２８３に対応する部分では樹脂層５はそのまま残存する。
一方、前記減光部２８２に対応する部分では樹脂層５に所望の凹凸が形成される。
更に、ソース・ドレイン電極３５の一部がコンタクトホール１５内に露呈する。

上述のような構成で、前記樹脂層５の上面５５の凹凸上に反射膜６を形成し、更にスイッチング素子３上の樹脂層５の端部からコンタクトホール１５を通り前記反射膜６上を覆って前記透過画素部４１に対応する部分まで延在する画素電極４を被着形成する。これにより、ソース・ドレイン電極３５と画素電極４との導通も達成される。更に、画素電極４を含む表面に配向膜１０を成膜して第１の基板１が形成される。

図１０（ａ）〜（ｃ）は図３及び図４に示す本発明の液晶表示装置のその製造方法を説明するための製造工程図で、前述した図と同じ部分には同一記号を付してある。

先ず、図１０（ａ）に示すように、絶縁基板１ａ上にスイッチング素子３を形成する。
次に、ソース・ドレイン電極３５の延在部３５１上に素子状の熱遮蔽部材７２を点在配置する。配置位置は前記パッシベーション膜３６と同層で、かつ平面的には将来凹凸の反射面を形成する前記反射画素部４２位置に対応している。
この熱遮蔽部材７２はパッシベーション膜３６と同材質で、前記スイッチング素子３の形成時に同時に形成しても良い。
次に、前記熱遮蔽部材７２及び前記パッシベーション膜３６上に化学増幅型樹脂層５を形成する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、この化学増幅型樹脂層５の上面５５側から図７に示す露光用マスク２８を介して露光する。
この露光により、露光マスク２８の前記光遮断部２８３に対応する部分では光は遮断され前記上面５５は露光されない。
一方、露光マスク２８の前記光透過部２８１に対応する部分では全露光量が前記上面５５に達して樹脂層５を露光する。
更に、前記露光マスク２８の前記減光部２８２に対応する部分では露光光線は減光され前記上面５５に達する露光量は全露光量の数分の一程度に設定される。
次に、前述したＰＥＢ（ｐｏｓｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）工程の加熱を行う。この加熱は絶縁基板１ａの外側から行う。又、この加熱工程は前記露光工程より後工程で実施することが望ましい。
この加熱工程では、前記熱遮蔽部材７２が熱遮蔽機能を果たし、この部分が周辺に比べて温度上昇が小となり樹脂層５の分解が周辺より少なくなる。
次に、現像する。
この現像により、図１０（ｃ）に示すように、前記光透過部２８１に対応する部分では樹脂層５は消失し、又、前記光遮断部２８３に対応する部分では樹脂層５はそのまま残存する。
一方、前記減光部２８２に対応する部分では樹脂層５に所望の凹凸が形成される。
更に、ソース・ドレイン電極３５の一部がコンタクトホール１５内に露呈する。
以後前記実施例３と同様な工程を経て第１の基板１が形成される。

本発明による液晶表示装置の一実施例を説明するための模式平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った模式断面図及び対向する第２の基板の対応する部分の模式断面図である。 本発明による液晶表示装置の他の実施例を説明するための模式平面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った模式断面図及び対向する第２の基板の対応する部分の模式断面図である。 本発明による液晶表示装置の製造方法を説明する工程図である。 本発明に用いられる集熱部材の配列パターンの一例の模式平面図である。 本発明の製造方法で用いられる露光マスクの一例の模式平面図である。 本発明に用いられる化学増幅型樹脂材料の露光メカニズムを説明する工程図である。 本発明に用いられる化学増幅型樹脂材料の露光特性を示す図である。 本発明による液晶表示装置の他の製造方法を説明する工程図である。

符号の説明

１・・・第１の基板、１ａ・・・絶縁基板、２・・・下地膜、３・・・スッチング素子、３５・・・ソース・ドレイン電極、４・・・画素電極、４１・・・透過画素部、４２・・・反射画素部、５・・・樹脂層、５１・・・凹部、５２・・・凸部、５５・・・上面、６・・・反射膜、７１・・・集熱部材、７２・・・熱遮蔽部材、７３・・・集熱膜、７４・・・開口、８・・・液晶層、９・・・第２の基板、９ａ・・・絶縁基板、１０・・・配向膜、１１・・・ＢＭ膜、１２・・・カラーフィルタ、１３・・・コモン電極、１４・・・ＯＣ膜、１５・・・コンタクトホール、１６・・・ソース・ドレイン配線、１７・・・ゲート配線、２８・・・露光用マスク。

Claims (19)

1. 凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置であって、前記反射層の下層の凹凸を化学増幅型樹脂層で構成してなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１の基板は、前記化学増幅型樹脂層の下層に熱制御部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記熱制御部材は集熱部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の基板は、前記化学増幅型樹脂層の下層に複数の素子型の前記集熱部材を分散配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の液晶表示装置。
5. 前記集熱部材が配置された部位に対応する前記化学増幅型樹脂層の前記反射層側の上面は周辺より前記第１基板側に凹状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の液晶表示装置。
6. 前記集熱部材は前記スイッチング素子の一部を構成するソース・ドレイン電極構成部材と同一組成であることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の液晶表示装置。
7. 前記熱制御部材は熱遮蔽部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１の基板は、前記化学増幅型樹脂層の下層に複数の素子型の熱遮蔽部材を分散配置したことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記熱遮蔽部材が配置された部位に対応する前記化学増幅型樹脂層の前記反射層側の上面は周辺より前記第２基板側に凸状であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記熱遮蔽部材はパッシベーション膜と略同一組成であることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の液晶表示装置。
11. 前記熱制御部材は複数の開口を備えた集熱膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
12. 前記第１の基板は、前記化学増幅型樹脂層の下層に前記集熱膜を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記集熱膜の前記開口に対応する部位の前記化学増幅型樹脂層上面は周辺より前記第２基板側に凸状であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記集熱膜は前記スイッチング素子の一部を構成するソース・ドレイン電極構成部材と略同一組成であることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の液晶表示装置。
15. 前記スイッチング素子は前記化学増幅型樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の液晶表示装置。
16. 凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第１の基板の一部を構成する絶縁基板上に前記スイッチング素子を形成する工程と、
    このスイッチング素子の形成と同時或はその後に前記凹凸の反射面を形成する部位に対応する下層膜中に集熱部材を配置する工程と、
    この集熱部材を含む上面側を化学増幅型樹脂層で覆う工程と、
    この化学増幅型樹脂層を上面側から露光する工程と、
    この露光された化学増幅型樹脂層を加熱する工程と、
    前記露光及び加熱工程を経た化学増幅型樹脂層を現像し、上面側の一部に凹凸面を成形する工程と、
    この凹凸面を金属層で覆い反射層を形成する工程と、
    この反射層を含む表面を画素電極で覆う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。
17. 前記集熱部材は前記スイッチング素子の一部を構成するソース・ドレイン電極構成部材と同一組成からなり、かつ前記ソース・ドレイン電極形成と同時に形成することを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置の製造方法。
18. 凹凸の反射面を有する画素電極及びこの画素電極に導通するスイッチング素子を備えた第１の基板と、この第１の基板と対向配置され前記反射面の反射層からの光を透過する第２の基板と、この第２の基板と前記第１の基板間に配置された液晶層とを有する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記第１の基板の一部を構成する絶縁基板上に前記スイッチング素子を形成する工程と、
    このスイッチング素子の形成と同時或はその後に前記凹凸の反射面を形成する部位に対応する下層膜中に熱遮蔽部材を分散配置する工程と、
    この熱遮蔽部材を含む上面を化学増幅型樹脂層で覆う工程と、
    この化学増幅型樹脂層を上面から露光する工程と、
    この露光された化学増幅型樹脂層を加熱する工程と、
    この露光及び加熱工程を経た前記化学増幅型樹脂層を現像し、上面側の一部に凹凸面を成形する工程と、
    この凹凸面を金属層で覆い反射層を形成する工程と、
    この反射層を含む表面を画素電極で覆う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。
19. 前記熱遮蔽部材はパッシベーション膜と略同一組成からなり、かつ前記パッシベーション膜成膜と同時に形成することを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置の製造方法。