JP2013083716A - 薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機樹脂膜を有するTFTアレイ基板の製造工程において、ブラシ洗浄の際に異物が有機平坦化膜表面にキズを生じさせることがある。このようにキズが生じた有機平坦化膜上に、画素電極となる透明電極膜を成膜した場合、キズ上の透明電極膜も断線してしまい、画素電極に信号が伝わらず表示不良を引き起こすことがある。
【解決手段】 有機平坦化膜を塗布する工程と、中間調露光を用いて有機平坦化膜に凹凸を形成する工程と、凹凸が形成された有機平坦化膜表面をロールブラシを用いて洗浄する工程と、洗浄工程後に、有機平坦化膜上に画素電極を構成する透明導電膜を成膜する工程とを備えた薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を提供する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、液晶表示装置に用いられる薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)アレイ基板の製造方法に関するもので、特に洗浄ブラシを用いて有機平坦化膜表面を洗浄する工程を含むTFTアレイ基板の製造方法に関するものである。

液晶表示装置は、大別すると、バックライトユニットからの入射光を用いて画像を表示する透過型と、自然光のような外光を反射させて画像を表示する反射型と、反射型と透過型の両方の機能を兼ね備えた表示方式の半透過型がある。半透過型液晶表示装置は、周囲の明るさに応じて表示モードを切り替えることにより視認性の高い表示を常に提供することができる。その優れた表示特性から、半透過型液晶表示装置は、携帯機器や移動体機器等において広く適用されている。

半透過型や反射型液晶表示装置では反射領域において外光を効率よく散乱するために、反射画素電極の下層に凹凸表面を有する有機平坦化膜を配置する構造が多く用いられている。ロールブラシを用いて有機平坦化膜表面の洗浄を行うと、異物が押し付けられることにより有機平坦化膜表面にキズが発生してしまう。このようにキズが生じた有機平坦化膜上に、画素電極となる透明電極膜を成膜した場合、キズ上の透明電極膜も断線してしまい、画素電極に信号が伝わらず表示不良を引き起こすことがある。

有機平坦化膜のロールブラシ洗浄に関する問題を克服するための方法として、たとえば、特許文献１に記載されている方法がある。特許文献１に記載されている方法では、ロールブラシにより表示領域内に持ち込まれる異物を捕捉するための障壁を表示領域の近傍周辺に設けている。当該障壁は、TFTアレイ基板にTFTアレイを形成すると同時にTFTを構成する複数の材料と同一の材料により形成するので、追加の工程が不要となる。

また、特許文献２では、異物を捕捉する目的としてはロールブラシ洗浄とは異なるが、有機平坦化膜を有する素子にラビング処理を施す場合に生じるラビング屑を捕捉するために、表示領域の近傍にメッシュ状の有機膜の凹凸パターンを設けている技術についての記載がある。さらに、特許文献３では、表示領域の周辺部の有機樹脂膜をエッチングして凹状の凹溝部を形成して段差を設ける技術についての記載がある。

特開２００６−１７１４８５号公報 特開２００９−２８２３４２号公報 特開２０１０−７２５２８号公報（図３、第９頁）

しかし、特許文献１に記載の技術では、ブラシに付着している異物を十分に塞き止め捕捉するためには障壁の幅が広くなるため、面付けに余裕が無い場合はガラス基板１枚に対するパネルの取れ数が減少してしまう可能性がある。また、特許文献２や特許文献３には、ラビング処理を施す場合に生じるラビング屑を補足するために障壁を設ける旨の記載はあるものの、ロールブラシ洗浄の際に生じる異物による有機平坦化膜表面のキズに関する記載は無い。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、反射型又は半透過型液晶表示装置に用いられて、有機樹脂膜を有するTFTアレイ基板の製造工程において、ブラシ洗浄の際に異物が有機平坦化膜表面にキズを生じさせることを防止することにより、製造工程中の歩留り向上を図ることが可能であって、かつ、信頼性の高い反射型、又は半透過型液晶表示装置を製造することが可能な製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本特許においては、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に配置された、複数の走査信号線と、前記走査信号線と交差するように形成される表示信号線と、前記走査信号線と前記表示信号線との間に形成されるゲート絶縁膜と、前記走査信号線と前記表示信号線との交差部に形成されて、前記走査信号線と前記表示信号線とに接続する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタと接続する画素電極と、を有する表示領域と、前記走査信号線から前記表示領域外に延在する走査信号線引き出し領域と、前記表示信号線から前記表示領域外に延在する表示信号線引き出し領域と、対向基板上の対向電極と接続する対向電極接続端子と、駆動回路が実装されるＩＣ実装端子領域と、フレキシブルプリント回路基板が実装されるＦＰＣ端子領域と、対向基板と貼り合わされるために形成されるシール材を形成するシール領域と、を有する額縁領域と、前記表示領域と前記シール材領域と前記対向電極接続端子と、前記ＩＣ実装端子領域と、前記ＦＰＣ端子領域とを除いた領域に凹凸が形成された有機平坦化膜とを有する薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法であって、前記有機平坦化膜を塗布する工程と、中間調露光を用いて前記有機平坦化膜に前記凹凸を形成する工程と、前記凹凸が形成された前記有機平坦化膜の表面にロールブラシが接するように洗浄する工程と、前記洗浄後に、前記有機平坦化膜上に前記画素電極を構成する透明導電膜を成膜する工程とを備えた薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を提供する。

本発明によれば、製造工程中の歩留り向上を図ることが可能であって、かつ、信頼性の高い反射型、又は半透過型液晶表示装置を製造することが可能な製造方法を提供することができる。

実施の形態１に係るTFTアレイ基板の模式的平面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板において有機樹脂膜に凹凸形状を形成することが可能な領域である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の有機樹膜凹凸部の模式的断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 実施の形態１に係るTFTアレイ基板の製造工程断面図である。 別の形態に係るTFTアレイ基板の有機樹膜凹凸部の模式的断面図である。

実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るTFTアレイ基板８１の模式的平面図である。
TFTアレイ基板８１は、図１に示すように、矩形状に形成された表示領域５０と、この表示領域の外側に区画される額縁領域５１とに分かれる。表示領域５０には、複数の走査信号線１０と複数の表示信号線２０とが交差するように形成されている。走査信号線１０は、図１中の横方向に延在し、縦方向に複数並設されている。

走査信号線１０と表示信号線２０の交差点付近にはTFT４０が形成されており、TFT４０はマトリクス状に配置されている。そして、隣接する走査信号線１０と表示信号線２０とで囲まれた領域が画素領域５２として機能し、画素領域５２においては、TFT４０と接続して表示に寄与する画素電極も形成されている。換言すると、複数の画素領域５２が形成されている領域が、表示領域５０となる。ここで、TFT４０を構成するゲート電極（後述）は走査信号線１０に接続されている。同様にして、TFT４０を構成するソース電極（後述）は表示信号線２０に、ドレイン電極（後述）は、画素電極に接続されている。

額縁領域５１には、走査信号線引き出し領域５５、表示信号線引き出し領域５６、ＩＣ実装端子領域５７、ＦＰＣ端子領域５８、対向電極接続端子４１、シール領域５９等が形成される。

シール領域５９は、TFTアレイ基板８１と対向基板との間に液晶等の電気光学材料を介して貼り合わせる際に、液晶等の電気光学材料を封入するためのシールを形成する領域である。たとえば、電気光学材料として液晶を用い、TFTアレイ基板を液晶表示装置の構成部品とする場合、液晶表示装置においてはシール領域５９で囲まれた領域には液晶が満たされることになる。

走査信号線引き出し領域５５は、走査信号線１０が表示領域５０の外に延在して引き回されてＩＣ実装端子領域５７に至る領域に相当する。図示しないがＩＣ実装端子領域５７には、走査信号線１０から延在された端にあるゲート端子１４を有するゲート端子部５３も形成されている。表示信号線引き出し領域５６は、表示信号線２０が表示領域５０の外に延在して引き回されてＩＣ実装端子領域５７に至る領域に相当する。

ＩＣ実装端子領域５７には、ゲート駆動回路やソース駆動回路(以降、これらを総称して「駆動回路」とも云う)がＣＯＧ(Chip On Glass)技術により直接実装されている。駆動回路と外部端子４２は、配線（図示せず）を介して接続されている。外部端子４２には、ＦＰＣ端子領域５８に実装されるフレキシブルプリント回路基板(ＦＰＣ:Flexible Printed Circuit)等から外部信号が供給される。そして、外部端子４２を介してＩＣ実装端子領域５７に配設された駆動回路に外部からの各種信号が供給される。なお、ＣＯＧ実装に代えて、駆動回路が搭載されたＴＣＰ(Tape Carrier Package)をTFTアレイ基板８１の外部端子４２に実装して、外部の制御基板と接続してもよい。

対向電極接続端子４１は、シール領域５９に形成されるシール材を介して、TFTアレイ基板８１と貼り合わされる対向基板上に形成される共通電極と電気的導通を取るための端子である。

本発明に係る、TFTアレイ基板をブラシ洗浄する際に生じた異物を表示領域５０の外で塞き止め捕捉するための有機樹脂膜による凹凸形状を形成することが可能な領域を図２に示す。図２中に斜線で示した領域は、図１のTFTアレイ基板８１のうち表示領域５０、シール領域５９、対向電極接続端子４１、外部端子４２、ＩＣ実装端子領域５７、ＦＰＣ端子領域５８を除いた領域である。この領域は有機樹脂膜５に凹凸形状を形成することが可能な領域であり、必ずしも領域全域に凹凸形状を形成する必要はなく、任意の領域に凹凸形状を形成することが可能である。

次に、TFTアレイ基板８１の構成について詳細に説明する。図３に、TFTアレイ基板８１の画素領域５２近傍、ゲート端子部５３、及び図２に示した領域に形成された有機樹脂膜凹凸部の模式的断面図を示す。図３は、半透過型液晶表示装置の場合である。図３中のＲは反射領域を、図３中のTは透過領域を示す(以降の図においても同様とする)。

実施形態１に係るTFTアレイ基板８１に形成されたTFT４０は、図３ではチャネルエッチ型の逆スタガ型を示しているが、これに限定されない。TFTアレイ基板８１は、同図に示すように、絶縁性基板1、ゲート絶縁膜２、半導体層３、層間絶縁膜４、有機平坦化膜５、ゲート電極１２、保持容量配線１３、ソース電極２２、ドレイン電極２３、画素電極３０等を有する。

具体的には、絶縁性基板１上のゲート電極１２や保持容量配線１３を覆うように形成されたゲート絶縁膜２上に半導体層３がゲート電極１２と対向するように形成されており、半導体層３上で対向するようにソース電極２２とドレイン電極２３とが形成され、それらを覆うようにして層間絶縁膜４と有機平坦化膜５が形成されている。有機平坦化膜５上の画素電極３０は、透明導電性薄膜３１又は、これと反射導電性薄膜３２との積層構造により構成される。

なお、説明の便宜上、ゲート絶縁膜２及び層間絶縁膜４を総称して「絶縁膜」とも云う。また、画素電極３０よりも下層に配置される配線や電極パターン(例えば、ゲート電極１２、ソース電極２２、ドレイン電極２３、走査信号線１０、表示信号線２０等)を総称して「下層配線層」とも云う。

図３において、有機樹脂膜凹凸領域の有機平坦化膜５の表面の凹凸形状５Ｃは反射領域Ｒの凹凸形状５Ａと同様の形状となっているが、有機樹脂膜凹凸領域では反射効率を考慮する必要はないため、必ずしも凹凸形状５Ａと同一形状である必要はない。

次に、実施形態１に係るTFTアレイ基板８１の製造方法について図４〜図９を用いて説明する。図４〜図９の(a)、(b)、(c)は、それぞれ有機樹脂膜凹凸部、ゲート端子部、画素領域５２近傍の製造工程断面図である。

まず、絶縁性基板１上にスパッタ装置などを用いて第１導電膜を成膜し、写真製版工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等を経て、走査信号線１０、ゲート電極１２、保持容量配線１３、ゲート端子１４等を形成する。第１導電膜としては、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗなどの金属やこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。また、これらの積層膜を用いてもよい。

次に、ゲート電極１２等のパターンの上にＣＶＤ装置等を用いて、酸化シリコンや窒化シリコン等のゲート絶縁膜２、半導体層３を成膜する。半導体層３としては、例えば、下層側に不純物の混在しないイントリンジックなアモルファスシリコンを、上層側にＰ(リン)などの不純物を含むｎ型のアモルファスシリコンを成膜する。そして、写真製版工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等を経て島状の半導体層３を得る。

続いて、スパッタ装置等を用いて第２導電膜を成膜し、写真製版工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等を経て、表示信号線２０、ソース電極２２、ドレイン電極２３等を形成する。また、この後、ソース電極２２、ドレイン電極２３をマスクとしてソース電極２２とドレイン電極２３間のチャネル領域を形成するためにチャネルエッチを行う。具体的には、半導体層３の上層の不純物を含むアモルファスシリコンをエッチングし、イントリンジックなアモルファスシリコンを残すようにエッチングを行う。上記工程によりTFT４０を含む下層配線層が形成される。その後、ＣＶＤ装置等を用いて、窒化膜(SiN)等からなる層間絶縁膜４を成膜する。

続いて、感光性有機樹脂膜である有機平坦化膜５をスピンコート法などにより塗布形成する。有機平坦化膜は、ポジ型であってもネガ型であってもよい。本実施の形態１においては、ポジ型の感光性有機樹脂膜を用いた例について説明する。

ここで、以下の４つの領域(第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４)に応じて、有機平坦化膜５に対して、公知のハーフトーン(又は、グレートーン)露光技術により露光を行い、現像により有機膜パターン５Ｂを形成する。有機平坦化膜５として感光性有機樹脂膜を用いた場合は、別途感光性のレジストを用いることなく、直接的にパターン形成を行うことができるので良い。

図４(a) 、(b)において、有機膜パターン５Ｂのうち、層間絶縁膜４を有機平坦化膜５により被覆して有機平坦化膜の表面に凹凸形状５Ｃを形成する領域が第４領域Ａ４である。

また図４(b)、(c)において、絶縁膜(層間絶縁膜４、又は層間絶縁膜４とゲート絶縁膜２の積層領域)に開口部を形成する領域が第１領域Ａ１である。

さらに図４(c)において、層間絶縁膜４を有機平坦化膜５により被覆して有機平坦化膜５の表面に凹凸形状５Ａを形成する領域が第２領域Ａ２である。

そして、層間絶縁膜４を有機平坦化膜５により被覆して有機平坦化膜５の表面をフラットとする領域が第３領域Ａ３である。

第１領域Ａ１には、現像により有機平坦化膜５の除去が可能な強度の露光光を照射する。第２領域Ａ２においては、有機平坦化膜５の表面に凹凸形状５Ａが形成されるように中間調露光を行う。一方、第３領域Ａ３は、未露光部となるようにする。第４領域Ａ４において、凹凸形状５Ｃが凹凸形状５Ａと同様な形状に形成されているが、この形状に限定せず、凹凸形状５Ｃの凹部では絶縁膜が露出するまで有機平坦化膜を除去してもよく、凹凸の大きさ、傾斜角、凹凸の個数等は限定されない。これにより、図４に示すような有機膜パターン５Ｂが得られる。

図４において、有機膜パターン５Ｂをマスクとして、露出している絶縁膜である層間絶縁膜４をエッチングにより除去する。また、層間絶縁膜４の直下層に配設されているゲート絶縁膜２も同時にエッチングにより除去する。これにより、図５に示すように下層配線層が露出したコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２が形成される。

図５において、コンタクトホールＣＨ１は、TFT４０の領域において、有機膜パターン５Ｂの表面からドレイン電極２３の表面まで貫通する開口部である。コンタクトホールＣＨ２は、ゲート端子部５３において有機膜パターン５Ｂの表面からゲート端子１４の表面まで貫通する開口部である。

図６において、有機平坦化膜５上に透明導電性薄膜３１と反射導電性薄膜３２を成膜する。透明導電性薄膜３１としては、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)、ＩＴＺＯ(Indium Tin Zinc Oxide)などを適用することができる。なお、透明導電性薄膜３１の成膜前に、ブラシ洗浄を行う。具体的には、水等の液体を吹付けつつ、ロールブラシを回転させながらアレイ基板に接触させて、アレイ基板の表面上の異物を除去する洗浄を行う。

透明導電性薄膜３１の成膜に続いて、反射導電性薄膜３２を成膜する。反射導電性薄膜３２としては、可視光領域で反射率が高い金属膜、例えば、ＡｌやＡｇ、若しくはこれらの積層膜や、これらを主成分とする合金を好適に用いることができる。焼きつきなどの表示の不具合を防止するために、反射導電性薄膜３２の上にさらに薄い透明導電性薄膜を積層してもよい。

次に、反射導電性薄膜３２上にレジスト６をスピンコート法などにより塗膜する。そして、図７において、写真製版工程により膜厚方向に段差構造を有するレジストパターン６Ａを形成する。膜厚方向に段差構造を有するレジストパターン６Ａは、公知のハーフトーンやグレートーンを用いた露光技術のように、多階調の露光を用いる技術を適用することにより得ることができる。

透明導電性薄膜３１と反射導電性薄膜３２を除去する領域には、現像によりレジスト６の除去が可能な強度の露光光を照射する。一方、反射導電性薄膜３２を除去して透明導電性薄膜３１のみ残存させたい領域においては、レジストの薄い膜厚が残存するように中間調露光を行う。そして、透明導電性薄膜３１と反射導電性薄膜３２を残す領域は、未露光部となるようにする。露光工程後、現像することにより、図７に示すようなレジストパターン６Ａを得る。

その後、レジストパターン６Ａをマスクとして反射導電性薄膜３２及び透明導電性薄膜３１をエッチングする(不図示)。これにより、レジストパターン６Ａに被覆されていない領域の有機平坦化膜５が露出する。

続いて、レジストパターン６Ａの膜厚をアッシング等により減じて、レジストパターン６Ｂを形成する(図８参照)。これにより、透過領域Ｔの反射導電性薄膜３２が露出する。同様に、ゲート端子部５３の反射導電性薄膜３２が露出する。そして、レジストパターン６Ｂをマスクとして、露出する反射導電性薄膜３２をエッチングする。これにより、反射領域Ｒを除く領域の反射導電性薄膜３２が除去される。また、ゲート端子部５３の反射導電性薄膜３２が除去される(図９参照)。その後、レジストパターン６Ｂを除去することにより、図３に示すようなTFTアレイ基板８１が得られる。

完成したTFTアレイ基板８１に配向膜を塗布しラビング処理を行った後、シール領域５９にシール材を塗布し、カラーフィルタや共通電極等が形成された対向基板との間に液晶を封入するように貼合わせることにより液晶表示装置が完成する。

図２に示すように、本実施の形態に係るアレイ基板上に形成される有機平坦化膜の凹凸は、TFTアレイ基板８１上において、表示領域５０と各種端子領域とシール領域とコンタクトホール開口部を除いた領域に任意に配設することができる。またその凹凸形状は、反射部の形状に限定されない。こうして配設した有機平坦化膜の凹凸によって、有機平坦化膜形成後の洗浄工程でロールブラシ等を用いる際に、ロールブラシにより表示領域内に持ち込まれる異物を捕捉することができ、異物が隣接間画素や対向電極基板と短絡して生じる欠陥を低減することができる。

また、この有機平坦化膜の凹凸形状は有機平坦化膜形成工程以降の工程においても維持されるため、有機平坦化膜形成後の洗浄に限らず、以降に実施されるブラシ等による洗浄工程全てにおいて同様に異物捕捉の効果を得ることができる。

加えて、有機平坦化膜の表面の凹凸はTFTアレイ基板にTFTアレイを形成する工程と同時に形成されるので、新たな材料や工程の追加が不要である。また、特許文献１では障壁を設置するための領域が必要であるが、本発明では有機平坦化膜の表面に凹凸を配設するので、特許文献１のように異物を捕捉するための障壁配設用の領域を確保する必要はない。

実施の形態1の図４における第４領域Ａ４の凹凸形状５Ｃについてのその他の実施形態について図１０に示す。図１０の(d)は図４(a)の第４領域Ａ４と同様の形状であり、凹凸形状５Ｃについて図１０(d)の凹凸の高低差を大きくしたものを図１０(e)に示す。また、図１０(f)については、凹部で下層の絶縁膜が露出するまで有機平坦化膜５を除去した形状となっている。捕捉したい異物の寸法に応じて適宜選択することにより、異物の捕捉効率を高めることが可能である。

１：絶縁性基板、２：ゲート絶縁膜、３：半導体層、４：層間絶縁膜、
５：有機平坦化膜、６：レジスト、
１０：走査信号線、１１：走査引き出し配線、２０：表示信号線、２１：表示引き出し配線、
４０：TFT、４１：対向電極接続端子、４２：外部端子、
５０：表示領域、５１：額縁領域、５２：画素領域、５３：ゲート端子部、
５５：走査信号線引き出し領域、５６：表示信号線引き出し領域、
５７：IC実装端子領域、５８：FPC端子領域、５９：シール領域、８１：TFTアレイ基板、
ＣＨ１、ＣＨ２：コンタクトホール、
Ａ１：第１領域、Ａ２：第２領域、Ａ３：第３領域、Ａ４：第４領域、
５Ａ：反射領域凹凸形状、５Ｃ：有機樹脂膜凹凸形状

Claims (1)

1. 絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板上に配置された、複数の走査信号線と、
   前記走査信号線と交差するように形成される表示信号線と、
   前記走査信号線と前記表示信号線との間に形成されるゲート絶縁膜と、
   前記走査信号線と前記表示信号線との交差部に形成されて、前記走査信号線と前記表示信号線とに接続する薄膜トランジスタと、
   前記薄膜トランジスタと接続する画素電極と、
   を有する表示領域と、
   前記走査信号線から前記表示領域外に延在する走査信号線引き出し領域と、
   前記表示信号線から前記表示領域外に延在する表示信号線引き出し領域と、
   対向基板上の対向電極と接続する対向電極接続端子と、
   駆動回路が実装されるＩＣ実装端子領域と、
   フレキシブルプリント回路基板が実装されるＦＰＣ端子領域と、
   対向基板と貼り合わされるために形成されるシール材を形成するシール領域と、
   を有する額縁領域と、
   前記表示領域と前記シール材領域と前記対向電極接続端子と、前記ＩＣ実装端子領域と、前記ＦＰＣ端子領域とを除いた領域に凹凸が形成された有機平坦化膜とを有する
   薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法であって、
   前記有機平坦化膜を塗布する工程と、
   中間調露光を用いて前記有機平坦化膜に前記凹凸を形成する工程と、
   前記凹凸が形成された前記有機平坦化膜の表面にロールブラシが接するように洗浄する工程と、
   前記洗浄後に、前記有機平坦化膜上に前記画素電極を構成する透明導電膜を成膜する工程と
   を備えた薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。

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