JP3920417B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、さらに詳しくは液晶表示装置の透明基板上に形成する表示用の表示電極と液晶駆動用の入力電極および引き出し電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は透明な導電膜からなる表示電極を形成した透明基板を相対し、相対した表示電極間に液晶を封じ込めて形成する。
そして相対する透明基板の表示電極間に電圧を印加して、液晶分子の向きを制御することにより明暗の表示をする。
【０００３】
この液晶表示装置の表示モードには、相対する透明基板間に封入する液晶分子を相対する透明基板間内でおおよそ９０度にねじって整列させるツイステッドネマチック（ＴＮ）方式と、おおよそ１８０度乃至２６０度にねじって整列させるスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）方式がある。
【０００４】
この表示モードのなかでＳＴＮ方式は著しい急峻なしきい値特性が得られるために、高マルチプレックス駆動による大容量の表示に適している特徴がある。
【０００５】
しかしながら、液晶分子のねじれ角度に基づく複屈折モードによる色変化を利用しているために着色している表示になる課題もある。
一般には表示の着色課題を解消する目的で、逆ねじれの液晶層を持つ補償液晶パネルや、補償フィルムを表示用液晶パネルに重ねて配置する。この手段により光学位相差補償をして表示画面を白黒表示とすることが可能となる。
【０００６】
一方、液晶表示装置の液晶を駆動する電圧信号を伝達する手段のひとつにチップ−オン−グラス（ＣＯＧ）方式がある。
このＣＯＧ方式は、液晶分子の向きを制御する駆動用の電圧信号を発生する駆動半導体装置を表示用の種々電極を形成している同一基板面に直接実装するものである。
【０００７】
そして、表示電極に接続している引き出し電極を介して液晶を駆動する電圧信号を表示電極へ伝達する方式であり、ＴＡＢ（tape-automated-bonding）方式に比べると、隣接する電極間ピッチの小さいパターンにも実装できる。
このためＣＯＧ方式は、小サイズの液晶表示装置や大容量表示の液晶表示装置に適している手段である。
【０００８】
図３はＣＯＧ方式の液晶表示装置の一部領域を示す図面であり、駆動半導体装置実装部を示す平面図である。
【０００９】
図３に示すように、透明基板１上に入力電極２と引き出し電極３および引き出し電極に接続する表示電極４が形成されていて、入力電極２と引き出し電極３はそれぞれ駆動半導体装置５に接続している。
【００１０】
大容量表示に利用される高マルチプレックス駆動の液晶表示装置では、駆動半導体装置から表示電極にオン、オフ信号を送り液晶分子の向きを制御する。
一般的には、１個の駆動半導体装置は数本の入力電極から供給される入力信号を変換して、表示画面を制御する出力信号としておおよそ１２０本の引き出し電極群および表示電極群に供給する。
【００１１】
おおよそ１２０本の引き出し電極群および表示電極群に、常時、オン、オフの出力信号を供給する。
このために、数本でまかなっている入力電極を形成する導電膜は極力電気抵抗を下げて配線抵抗による電圧降下を抑える必要がある。
【００１２】
またレイアウト上の制約としては、ＣＯＧ方式では表示電極群に接続しているおおよそ１２０本の引き出し電極群を、小サイズの駆動半導体装置に接続する。このために、引き出し電極の一部を表示電極に比べてより細いパターンで形成する必要がある。
【００１３】
この場合に、引き出し電極群の配線抵抗にばらつきがあると、表示電極群までの配線抵抗による電圧降下の差異によって、表示電極を介して液晶に印加される電圧差異となって表示ばらつきとなる。
【００１４】
この配線抵抗差異を小さくする目的で、表示電極までの距離が長い引き出し電極は太い配線でレイアウトし、表示電極までの距離が短い引き出し電極は細い配線でレイアウトする。
しかし、引き出し電極群全体の配線抵抗値が大きいと、駆動半導体装置からの矩形波である出力信号が矩形波でなくなる、いわゆる波形なまりとなって液晶分子向きの制御が充分になされなくなる。
【００１５】
したがって、入力電極と引き出し電極はシート抵抗値が低い材料選択と構造設計を採ることが望ましい。
ここで表示電極群については電極幅が太い配線でレイアウト可能であり、シート抵抗値は１００Ω程度の抵抗値でも問題はない。導電膜として一般に利用されるＩＴＯの場合には、厚さが０．０１μｍ以上となる。
【００１６】
このように表示電極に比べて少ない数の入力電極と多数の細い引き出し電極の配線抵抗値を極力小さくし、良好な液晶表示をするための手段として、入力電極と引き出し電極上にＩＴＯよりシート抵抗値をもつ金属クロム薄膜や金属アルミニウム薄膜などの金属薄膜を積層することも実施してみた。
【００１７】
しかしながらＩＴＯ上への金属薄膜積層手段においては、ＩＴＯと金属薄膜境界面に金属薄膜側には、ＩＴＯを構成する酸素が拡散して金属酸化物層が生じることと、ＩＴＯ側には酸素欠乏層が生じる結果、境界面の不導体化が起こり低抵抗化効果が期待されない。
【００１８】
さらに液晶表示装置が異種金属層を有する構造は異種金属層間で内部電池を構成することから、液晶表示装置の信頼性、とくに高温多湿環境において腐食の原因となり望ましくない。
【００１９】
これらの不具合を回避するために、一般的には、以下のような手段が採られている。
すなわち、表示電極に比べて少ない数の入力電極と多数の細い引き出し電極の配線抵抗値を極力小さく、し良好な液晶表示をする目的で、入力電極と引き出し電極および表示電極の導電膜にはシート抵抗値がおおよそ４Ω〜１０Ωのインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）からなる透明導電膜が利用されている。
【００２０】
このときＩＴＯ膜は、スパッタリングや真空蒸着により形成するが、シート抵抗値が４Ω〜１０Ωの膜にするにはいずれの膜形成手段においても、厚さがおおよそ０．１μｍ〜０．４μｍとなる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表示電極であるＩＴＯ膜を厚くすると、以下に記述する課題がある。
【００２２】
第１の課題はいわゆるペーパーホワイトの白表示ができなくなることである。
これは、ＩＴＯ膜の分光透過率特性によって表示電極が色を呈することに起因する。
ＩＴＯ膜には波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍに吸収領域があり、その膜厚によって淡黄色ないし淡い赤紫色を呈する。この呈色現象はＩＴＯ膜を通過する回数が多くなる反射型液晶表示装置において顕著に現れる。
【００２３】
第２の課題は表示特性であるコントラスト比にも影響する課題で、表示電極が視認されることである。
ＳＴＮ方式では、前述したように表示部に液晶層の厚さ差異があると光学補償がなされなくなる。
【００２４】
この理由は、補償液晶パネルによる光学補償の条件が、表示用液晶パネルと補償液晶パネルの液晶のねじれ角度が逆であること、液晶層の厚さ（ｄ）と液晶の屈折率異方性（Δｎ）との積であるリターデーションが同じであること、表示用液晶パネルと補償液晶パネルの互いに隣接する側の液晶分子の配向方向が互いに直交していることであるが、液晶層の厚さ差異はリターデーション差異となるためである。
【００２５】
相対する基板の一方の基板上に厚さのあるＩＴＯからなる表示電極を形成するには、一般的にフォトリソ方式による表示電極の非形成部をエッチング除去して形成する。その結果、隣接する表示電極間隙が形成される。
【００２６】
この表示電極部および隣接する表示電極間隙部との差は、相対する基板間との液晶層の厚さ差異、すなわち前述したリターデーション差異となり、補償液晶パネルや補償フィルムを設置して表示電極部において黒表示の補償をしたとしても表示電極間隙部においては色が呈し、表示コントラストを低下するとともに表示電極が視認されて表示品質が低下する。
【００２７】
以上説明したように、従来の液晶表示装置には、表示電極を形成する導電膜が厚いために表示電極自体の呈色によりペーパーホワイト表示ができなくなることと、表示電極部と隣接する表示電極間隙部とのリターデーション差異を補償できなくなる結果、表示電極が視認されてしまうという課題がある。
【００２８】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記の課題点を解消し、入力電極および引き出し電極の抵抗値を増大させずに、表示電極と隣接する表示電極間隙との色調差異による表示品質低下がない液晶表示装置を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置の製造方法は、下記記載の構成を採用する。
【００３０】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、相対向する透明基板間に液晶が封入され、透明基板上には導電膜からなる入力電極と引き出し電極と表示電極とが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、相対向する透明基板のうち、すくなくとも一方の透明基板上に透明導電性の酸化物である導電膜をスパッタリング手段にて形成する工程と、導電膜上に形成する第１のレジストパターンをマスクとして導電膜をエッチング処理した後に、第１のレジストパターンを除去して導電膜パターンを形成する工程と、導電膜パターン上に形成する第２のレジストパターンをマスクとして導電膜パターンの一部を所定の膜厚になるまでエッチングした後に、第２のレジストパターンを除去して、入力電極および引き出し電極と表示電極とを形成する工程とを有し、表示電極の膜厚を前記入力電極および引き出し電極の膜厚より薄く形成することを特徴とする。
【００３１】
本発明の液晶表示装置の製造方法においては、表示電極の導電膜の厚さは、０．０１μｍ〜０．１μｍで、かつ可視光領域における分光透過率が８５％以上であり、入力電極および引き出し電極の導電膜の厚さが０．１μｍ〜０．４μｍであることを特徴とする。
【００３２】
〔作用〕
図４は透明基板としてガラス上にスパッタリングで形成した各種厚さのＩＴＯ膜の分光透過率特性の例を示す図面である。
ＩＴＯ膜には、可視光領域内の波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ領域に吸収があるため、ＩＴＯ膜厚が０．１μｍ以上の厚さでは淡黄色や淡い赤紫色を呈することがわかる。
【００３３】
すなわち、表示電極を構成するＩＴＯ膜が色を呈することが原因で、表示用に用いるバックライト光源、あるいは反射表示用光源に白色光を用いても、光源と同様の分光特性を有する白表示ができなくなり、ＩＴＯ膜の分光特性に基づく着色した表示になる。
このような表示色が着色して白表示ができなくなる現象は、光源から発する光がＩＴＯ膜を４回通過する反射型液晶表示装置においてより顕著になる。
【００３４】
図４よりわかるように、表示電極のＩＴＯ膜が０．１μｍ以下の厚さであればＩＴＯ膜の分光特性が全可視光領域において均一になり、ほぼ光源と同様の白色表示が可能になる。
【００３５】
つぎに液晶表示装置の表示品質であるコントラストにも影響を及ぼす表示電極の視認課題について説明する。
【００３６】
図５は、逆ねじれＳＴＮ液晶パネルを光学補償セルに用いた白黒表示のＳＴＮ液晶表示装置を概念的に示す図面である。
【００３７】
図５に示すように、光源２１から発した光が偏光子２２を通過して生じる直線偏光は、ＳＴＮ液晶パネル２３を通過するときに液晶による複屈折効果で波長によって異なる楕円偏光に変わる。
【００３８】
このとき、光学補償をするための補償液晶パネルがない場合には、ＳＴＮ液晶パネルを通過して楕円偏光になった光は、出力側の検光子を通過するために波長によって透過光量差異が生じる。その結果、検光子を出た光は、着色された光となる。
そこで白黒表示にするためにＳＴＮ液晶パネル２３と検光子２５の間に光学位相差補償用の逆ねじれＳＴＮセルからなる補償液晶パネル２４を設置する。
その結果、ＳＴＮ液晶パネル２３を通過した楕円偏光は補償液晶パネル２４により直線偏光に変換補償されて検光子２５からの出射光は白黒表示になる。
【００３９】
ところが、液晶パネルの表示部においては、表示電極部と表示電極間隙部があるために、表示電極部と表示電極間隙部とでは液晶層の厚さが異なる。
一般に光学位相差補償は表示電極部に合わせて設計する。すなわち、表示電極部と表示電極間隙部とで液晶層の厚さが異なる結果、光学補償設計からずれている表示電極間隙部は表示電極部と異なる色調となり、表示電極が視認されてしまう。
【００４０】
この表示電極の視認は、前述の説明からわかるように、表示電極の構成材料であるＩＴＯ膜の膜厚が薄いほど、表示電極部と表示電極間隙部とのリターデーション差が小さくなるので表示電極の視認を回避することができる。
【００４１】
以上説明したように、表示電極と引き出し電極および表示電極の電圧降下を及ぼさない適正抵抗値を確保しながら、液晶表示がペーパーホワイト色を呈し、かつ表示電極が視認されない良質の表示を得るためには、導電膜としてのＩＴＯの厚さを、入力電極および引き出し電極については０．１μｍ〜０．４μｍとし、表示電極については０．０１μｍ〜０．１μｍとすることで実現可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の最適な実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態における液晶表示装置の表示用のＳＴＮ液晶パネルの断面図である。
【００４３】
図１に示すように、透明基板１の上面には導電膜として酸化イジンシウムスズ（ＩＴＯ）からなる厚さが０．２５μｍの入力電極２および引き出し電極３を形成していて、また引き出し電極３に接続する表示電極４を導電膜としてＩＴＯからなる０．０５μｍの厚さで形成している。
【００４４】
そして入力電極２と引き出し電極３を接続する駆動半導体装置５を実装している。
一方相対する側の透明基板１上にはＩＴＯからなる厚さが０．０５μｍの表示電極４を形成し、相対する透明基板をシール材６で接着した中に液晶７を封じ込めている。
【００４５】
図１には図示は省略するが、表示電極４上にはラビング等により配向処理された配向膜を形成する。
さらに、表示用パネルに隣接して逆ねじれ配向処理を施した補償パネルを配置し、表示用パネルおよび補償用パネルの外側に偏光板を配置する。
【００４６】
以下、本発明の液晶表示装置の表示用パネルについての製造手段の実施形態を図２を用いて説明する。
【００４７】
図２は液晶表示装置の相対する透明基板の一方の透明基板の断面図である。
図２において、透明基板１上にＩＴＯからなる厚さ０．２５μｍの導電膜をスパッタリング手段にて形成する。
導電膜上にポジレジストを塗布し、第１のフォトマスク（図示せず）を介して高圧水銀灯光源（図示せず）により露光した後に被露光部のポジレジストを現像液により現像除去して第１のレジストパターン１１を形成する。
【００４８】
つぎに塩化第二鉄と塩酸の混合溶液からなるエッチング液で導電膜をエッチングした後に、第１のレジストパターン１１を剥離液で除去して、入力電極と引き出し電極および表示電極を構成する第１の導電膜パターン１２を形成する。
【００４９】
続いて、第１の導電膜パターン１２上にポジレジストを塗布し、第２のフォトマスク（図示せず）を介して高圧水銀灯光源により露光した後に、被露光部のポジレジストを現像液により現像除去して、第２のレジストパターン１３を形成する。
【００５０】
つぎに塩化第二鉄と塩酸の混合溶液からなるエッチング液に浸漬でエッチング時間を調節して第１の導電膜パターン１２の一部を約０．０５μｍの厚さが残るまでハーフエッチングした後に第２のレジストパターン１３を除去して、入力電極２と引き出し電極３および表示電極４を形成する。
【００５１】
この結果、厚さが約０．２５μｍの入力電極２と引き出し電極３、および厚さが約０．０５μｍの表示電極４が形成される。
以下、図示は省略するが、相対する透明基板にも同様の処理をして表示電極を形成し、配向処理をした配向膜を形成し、だらにスペーサー配置の工程を経てシール材にて相対する透明基板間に液晶を封じ込めて液晶表示装置とする。
【００５２】
この実施形態では、入力電極と引き出し電極および表示電極を構成する導電膜パターンをあらかじめ形成した後に、表示電極をハーフエッチングして表示電極の膜厚を薄くした。
しかしながら、その他の手段として、あらかじめ入力電極と引き出し電極を構成する導電膜パターンを形成した基板上に、膜厚の薄いＩＴＯ膜を再度スパッタリングにて形成し、その後に表示電極を形成する手段でも作成可能である。
【００５３】
また、本発明の実施形態においては、相対する透明基板の双方の表示電極の厚さを薄く形成した例を示したが、一方だけの透明基板上の表示電極でも、以上の説明とおなじ効果を有する。
【００５４】
その他に、一方の透明基板の表示電極の導電膜を反射板を兼ねた金属アルミニウム等で形成し、表示画面側の透明基板の表示電極の膜厚を薄くした液晶表示装置でもよい。
【００５５】
さらには、一方の透明基板上の表示電極上または透明基板と表示電極との間にカラーフィルタを設置してカラー表示する液晶表示装置においても効果がある。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の実施形態の手段で作成した液晶表示装置と、従来技術の液晶表示装置との比較を図６に示す。
【００５７】
本発明の実施形態の手段で作成した液晶表示装置と比較のために作成した従来の液晶表示装置はともに反射型ＳＴＮ方式で、液晶のツイスト角は２６０度、液晶層の厚さは５．２μｍとし、デューティー比１／２００で、光学補償フィルムを使用している。
また、表示電極のＩＴＯ膜の厚さは従来の液晶表示装置については入力電極や引き出し電極の厚さと同じ０．４μｍとした。
【００５８】
図６からもわかるように、白背景に黒表示をした場合の背景色の白色の色度座標は本発明の液晶表示装置は、従来技術による液晶表示装置に比べてより純白に近いペーパーホワイト表示となった。
また、表示電極と表示電極間隙のリターデーション差異が小さいために、表示電極の視認がされず表示品質の向上が認められている。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、本発明における液晶表示装置は、表示電極の厚さが０．１μｍ以下であるために、ペーパーホワイトの白表示が可能となり、表示画面部における表示電極と表示電極間隙の色調差が視認され難いために、品質の高い表示が可能となる。
また、入力電極および引き出し電極の厚さが０．１μｍ以上であるために、入力電極および引き出し電極内での電圧降下を抑える入力電極および引き出し電極のパターンレイアウトが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における液晶表示装置を示す断面図であり、入力電極と引き出し電極および表示電極の関係を説明する図面である。
【図２】本発明の実施形態における液晶表示装置の構造を実現するための製造方法の例を説明する図面であり、液晶表示装置の製造工程を液晶表示装置の断面図を使用して説明している。
【図３】ＣＯＧ方式の液晶表示装置の平面図であり、入力電極と引き出し電極および表示電極の関係を説明する図面である。
【図４】透明基板上にスパッタリングにて形成したＩＴＯ膜の分光透過率特性の図であり、ＩＴＯ膜厚により着色現象があることを説明する図面である。
【図５】ＳＴＮ液晶パネルの光学補償を説明する図面である。
【図６】本発明の実施形態の手段で作成した液晶表示装置と従来の液晶表示装置との比較して示す図面である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ 入力電極
３ 引き出し電極
４ 表示電極
５ 駆動半導体装置
６ シール材
７ 液晶
１１ 第１のレジストパターン
１２ 第１の導電膜パターン
１３ 第２のレジストパターン
２１ 光源
２２ 偏光子
２３ ＳＴＮ液晶パネル
２４ 補償液晶パネル
２５ 検光子

Claims (1)

1. 相対向する透明基板間に液晶が封入され、透明基板上に導電膜からなる入力電極および引き出し電極と、導電膜からなる表示電極とが形成されてなる液晶表示装置の製造方法であって、
   前記相対向する透明基板のうち、すくなくとも一方の透明基板上に透明導電性の酸化物である導電膜を形成する工程と、
   前記導電膜上に形成する第１のレジストパターンをマスクとして前記導電膜をエッチング処理した後に、前記第１のレジストパターンを除去して前記入力電極および前記引き出し電極と前記表示電極とを構成する導電膜パターンを形成する工程と、
   前記導電膜パターン上に形成する第２のレジストパターンをマスクとして前記導電膜パターンの一部を所定の膜厚になるまでエッチングした後に、前記第２のレジストパターンを除去して、前記入力電極および前記引き出し電極と前記表示電極とを形成する工程とを有し、
   前記表示電極の膜厚を前記入力電極および引き出し電極の膜厚より薄く形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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