JP4100053B2

JP4100053B2 - 液晶表示装置用電極板の製造方法

Info

Publication number: JP4100053B2
Application number: JP2002165360A
Authority: JP
Inventors: 真一喜多; 昭裕星野; 貴雄田口; 優一熊本; 和俊阿部
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004012753A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上のカラーフィルタ層、オーバーコート層上にＴＦＴ素子が形成された液晶表示装置用電極板に関するものであり、特に、ＴＦＴ素子の特性に悪影響を及ぼさないオーバーコート層を有する液晶表示装置用電極板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同一基板上にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子とカラーフィルタ層を形成することは、対向基板の簡略化や、双方の電極板を貼り合わせる際の位置ずれや寸法ずれを防ぐ意味からも望ましいことと考えられ、この構成を実現する試みが為されてきた。しかしながら、例えば、ＴＦＴ素子と透明画素電極が形成された電極板上にカラーフィルタ層を形成するといった構成の場合においては、カラーフィルタ層の存在に起因する諸々の不具合が発生していた。
【０００３】
例えば、透明画素電極と対向電極との間にカラーフィルタ層が加わるので新たな電圧損失が発生し、液晶駆動の応答性の劣化を招くという問題が生じる。
そこで、電圧損失を防ぐためカラーフィルタ層上に透明画素電極を設けると、透明画素電極とＴＦＴ素子との導通はスルーホールを介して行うことになり、工程が煩雑なものとなる。
【０００４】
一方、例えば、カラーフィルタ層が形成された電極板上にＴＦＴ素子と透明画素電極を形成するといった構成の場合においては、プラズマＣＶＤを用いてシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）やアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を成膜する際に、基板温度は通常３００℃〜３５０℃の高温で成膜するが、カラーフィルタ層が既に形成されてあるので、基板温度は２５０℃以上には上げないで成膜することになる。また、カラーフィルタ層やオーバーコート層の形成に用いる樹脂としては耐熱性樹脂、具体的には、耐熱温度２３０〜２５０℃のアクリレート樹脂やポリイミド樹脂を用いることになる。
【０００５】
また、オーバーコート層の下にあるブラックマトリックスにカラーフィルタ層の端部が重なった部分がオーバーコート層を形成しても平坦にならず、オーバーコート層の表面に段差として残されていたり、オーバーコート層の表面に微細な凹凸があって平坦性が悪いと、ＴＦＴ素子の特性にバラツキが生じたり、配線が断線するなどの不具合なことが発生する。
また、オーバーコート層の比抵抗が低かったり、比誘電率が高いと、ＴＦＴ素子の特性に悪影響を及ぼし、配線、透明画素電極などにリークを発生させることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものあり、カラーフィルタ層及びオーバーコート層が形成されたガラス基板上に、ＴＦＴ素子と透明画素電極を形成するといった構成の液晶表示装置用電極板において、ＴＦＴ素子の特性にバラツキを与えたり、配線が断線するなどの不具合なことを発生させない表面状態を有し、且つＴＦＴ素子の特性に悪影響を及ぼしたり、配線、透明画素電極などにリークを発生させることのない比抵抗及び比誘電率を有するオーバーコート層を具備する液晶表示装置用電極板、すなわち、上記構成による液晶表示装置用電極板として好適な液晶表示装置用電極板を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス基板上に、少なくともカラーフィルタ層と、該カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層と、該オーバーコート層上にＴＦＴ素子、透明画素電極を有する液晶表示装置用電極板の製造方法であって、該オーバーコート層が、耐熱性樹脂及び高沸点溶媒を含む塗布液を塗布した後、プリベークによりレベリングすることにより形成することを特徴とする液晶表示装置用電極板の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、前記高沸点溶剤は、前記塗布液中に１０％〜２０％含有することを特徴とする液晶表示装置用電極板の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による液晶表示装置用電極板の一実施例を示す部分断面図である。図１に示すように、この液晶表示装置用電極板は、ガラス基板（１１）上に、ブラックマトリックス（２１）、カラーフィルタ層（２０）、オーバーコート層（４１）が順次に形成され、オーバーコート層（４１）上にＴＦＴ素子（３０）、及び透明画素電極（３１）が形成されたものである。
ＴＦＴ素子（３０）は、ゲート電極（３３）、ゲート絶縁膜（３４）、アモルファスシリコン膜（３５）、パシベーション層（３６）、オーミック層（３７）、ソース電極（３８）、およびドレイン電極（３９）で構成されている。
また、ドレイン電極（３９）は透明画素電極（３１）に接続している。
【００１０】
本来、オーバーコート層は、カラーフィルタ層表面の段差や微細な凹凸を緩和するため、また、カラーフィルタ層からの溶出物を遮蔽するためのものであるが、本発明におけるオーバーコート層は、ＴＦＴ素子の特性にバラツキを与えたり、配線が断線するなどのことがないように表面状態を最適化したものである。また同時に、ＴＦＴ素子の特性、配線、透明画素電極に悪影響を及ぼすことのないように比抵抗及び比誘電率を最適化したものである。
これにより、このオーバーコート層上に形成されるＴＦＴ素子、配線、透明画素電極の特性に好結果をもたらす。
【００１１】
本発明におけるオーバーコート層の形成に用いられる耐熱性樹脂としては、比誘電率の低い耐熱性樹脂であり、例えば、特開平１０−３３２９２１号公報に開示されているように、「酸基を有するモノマーと他のモノマーとの共重合体、及びエポキシ基を１以上有する化合物」があげられる。
オーバーコート層の形成に用いる塗布液は、この比誘電率の低い耐熱性樹脂に熱硬化性を付与するためのエポキシ基やカルボキシル基を有するモノマーを添加し、更に塗布膜にレベリング性を付与するための高沸点溶剤を添加したものを使用する。
尚、オーバーコート層の形成は、例えば、印刷法、スピンコート法などによって行われる。
【００１２】
上記塗布液において、耐熱性樹脂の含有量は塗布液の固形分中５０％以上であることが好ましい。
耐熱性樹脂の含有量が少ないと、塗布膜の耐熱性が低くなり、シリコン窒化膜やアモルファスシリコン膜の成膜が困難なものとなり、ＴＦＴ素子を形成することが出来なくなる。
また、エポキシ基とカルボキシル基の量比は、モル比でカルボキシル基の量が多くなるようにする。エポキシ基をもつモノマーとカルボキシル基をもつモノマーの２種類を添加してもよいし、どちらかを添加してもよい。または、両方の基を耐熱性樹脂にもたせてもよい。
エポキシ基とカルボキシル基の量比において、エポキシ基が多いとエポキシ基が開いてＯＨ基となって比誘電率が高くなるので、エポキシ基がカルボキシル基の１／３以下、１／２０以上であることが好ましい。
【００１３】
エポキシ基、又はカルボキシル基をもつモノマーとしては以下のものがあげられる。
・エポキシ基をもつ化合物（モノマーとポリマー）
エポキシ化合物としては、ビスフエノールＡ型エポキシ化合物、ビスフエノールＦ型エポキシ化合物、フエノールノボラックエポキシ化合物、クレゾールノボラックエポキシ化合物、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、グリシジルエステル系エポキシ化合物、グリシジルアミン系工ポキシ化合物、複素環式エポキシ化合物などが使用できる。
【００１４】
市販のエポキシ化合物としては、例えば、エピコート１００１、１００２、１００３、１００４、１００７、１００９、１０１０、８２８（油化シェルエポキシ（株）製）等のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂市販品、エピコート８０７（油化シェルエポキシ（株）製）等のビスフエノールＦ型エポキシ樹脂市販品、エピコート１５２、１５４（油化シェルエポキシ（株）製）、ＥＰＰＮ２０１、２０２（日本化薬（株）製）等のフエノールノボラック型エポキシ樹脂市販品、ＥＯＣＮ−１０２、１０３Ｓ、１０４Ｓ、１０２０、１０２５、１０２７（日本化薬（株）製）、エビコート１８０Ｓ７５（油化シェルエポキシ（株）製）等のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂市販晶、ＣＹ−１７５、１７７、１７９（ＣＩＢＡ−ＧＥＩＧＹＡ．Ｇ．製）、ＥＲＬ−４２３４、４２９９、４２２１、４２０６（∪．Ｃ．Ｃ．社製）、ショーダイン５０９（昭和電工（株）製）、アルダライトＣＹ−１８２、１９２、１８４（ＣＩＢＡ−ＧＥＩＧＹＡ．Ｇ．製）、エピクロン２００、４００（大日本インキ（株）製）、エピコート８７１、８７２（油化シェルエポキシ（株）製）、ＥＤ−５６６１、５６６２（セラニーズコーティング（株）製）等の環式脂肪族エポキシ樹脂市販品、エポライト１００ＭＦ（共栄社油脂化学工業（株）製）、エピオールＴＭＰ（日本油脂（株）製）等の脂肪族ポリグリシジルエーテル市販品をあげることができる。
【００１５】
これらの化合物のうち、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フエノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族ポリグリシジルエーテル類が加熱処理後の着色の観点から本発明においては好適に用いられる。また、平滑性をより高めるためには、低分子量のエポキシ化合物が望ましい。
【００１６】
・カルボキシル基をもつ化合物（モノマー、ポリマー）
側鎖にカルボキシル基を有するポリマー、例えば、特開昭５９−４４６１５号公報、特公昭５４−３４３２７号公報、特公昭５８−１２５７７号公報、特公昭５４−２５９５７号公報、特開昭５９−５３８３６号公報、特開昭５９−７１０４８号公報に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等があり、また同様に側鎖にカルボキシルを有する酸性セルローズ誘導体がある。
【００１７】
高沸点溶剤としては、１８０℃以上の高沸点溶剤が好ましく、例えば、Ｎ一メチルー２−ピロリジノン（通称ＮＭＰ沸点２０２℃）、４−ブチロラクトン（沸点２０４℃）、酢酸２−（２−エトキシエトキシ）エチル（沸点２１８．５℃）、２−（２−エトキシエトキシ）エタノール（沸点１９６℃）、プロピレングリコール（沸点１８８．２℃）、イソホロン（沸点２１５．２℃）などがあげられる。
【００１８】
高沸点溶剤は、全溶剤に対し５％〜５０％、且つ塗布液中に１０％〜２０％含有することが好ましい。高沸点溶剤が少ないと塗布膜のレベリング性が悪化し、また、高沸点溶剤が多いと塗布膜の形成が困難となる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明による液晶表示装置用電極板の実施例を説明する。
＜実施例１＞
（感光性着色組成物の調製）
アクリル樹脂（メタクリル酸２０部、ブチルアクリレート３０部、ブチルメタクリレート５０部をエチルセロソルブ３００部に溶解し、窒素雰囲気下でアゾビスイソブチルニトリル０．７部を加えて７０℃、５時間反応により得られたアクリル樹脂）を樹脂濃度２０％になるようにエチルセロソルブで希釈した。
【００２０】
この希釈樹脂５０ｇに対し顔料１２．３ｇ、分散剤１．３ｇ、溶剤としてシへキサノン３６．４ｇを添加して３本ロールで十分混練して赤の着色樹脂（ペースト）を作製した。同様に希釈樹脂４５ｇに対して顔料１５ｇ、分散剤１．１ｇ、溶剤としてシクロへキサノン３８．９ｇを添加して３本ロールで十分混練して緑の着色樹脂（ペースト）を作製した。そして、さらに希釈樹脂５０ｇに対し顔料９．５ｇ、分散剤１．０ｇ、溶剤としてシクロへキサノン３９．５ｇを添加して３本ロールで十分混練して青の着色樹脂（ペースト）を作製した。
【００２１】
以下に顔料を示す。
［赤用］
顔料（チバスペシャルティ社製：クロモフタルレッドＡ３Ｂ（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７）１２．３ｇ。
［緑用］
顔料リオノールグリーン６Ｙ−５０１（東洋インキ製造（株）製：Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６）１５．Ｏｇ。
［青用］
顔料リオノールブルーＬ６７００Ｆ（ＢＡＳＦ社製：Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６）９．５ｇ。
【００２２】
各着色樹脂（ペースト）５０ｇに対してジペンタエリスリトールペンタアクリト５ｇ、２−メチルー１−（４−（メチルチオ）フエニル）−２−モルホリノープロパン−１−オン０．８ｇ、メトキシスチリルトリアジン０．２ｇ、さらに、先に合成した希釈樹脂３ｇ、さらにプロピレングリコールジメチルアセテート４１ｇを加えて良く攪拌し各色の感光性着色組成物とした。
【００２３】
（カラーフィルタ層の形成）
先ず、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板（１１）上に赤色の感光性着色組成物をスピンコートし乾燥させた。７０℃２０分プレベーク後、液晶表示素子の１画素と同じ画素サイズのマスクを用いて４００ｍＪ／ｃｍ²露光した。２．５％炭酸ナトリウムの水溶液で現像し水洗し、さらに水洗、乾燥後２３０℃３０分でベーク乾燥して赤色のパターンを得た。ベーク後の膜厚は１．２μｍであった。
【００２４】
次に、緑色の感光性着色組成物をスピンコートし乾燥させた。以下赤色と同様のプロセスにて膜厚１．２μｍの緑色のパターンを得た。さらに、青色の感光性着色組成物をスピンコートし乾燥させた。以下前色と同様のプロセスにて膜厚１．２μｍの青色のパターンを得、赤色、緑色、青色のパターンで構成するカラーフィルタ層（２０）をブラックマトリックス（２１）が形成されたガラス基板（１１）上に形成した。
得られたカラーフィルタ層（２０）は、その端部がブラックマトリックスに重なった部分の段差は、８００ｎｍ程度、その表面の平坦性は中心線平均粗さ（Ｒａ）で３０ｎｍ程度のものであった。
【００２５】
（液晶表示装置用電極板の作製）
次に、ガラス基板（１１）上のブラックマトリックス（２１）、及びアクリレート樹脂を樹脂成分とするカラーフィルタ層（２０）上に、下記に示すオーバーコート層用塗布液を塗布し、７０℃で２０分間プレベークし塗布膜のレベリングを行い、２３０℃で２０分間加熱硬化した。
得られたオーバーコート層の膜厚は２．０μｍ、表面の段差はブラックマトリックスに重なった部分において最高８０ｎｍ、表面の平坦性は中心線平均粗さ（Ｒａ）３ｎｍのものであった。
また、その比抵抗は８．５×１０⁹Ω・ｍ、周波数１ｋＨｚにおける比誘電率は３．８のものであった。
【００２６】
［オーバーコート層用塗布液］
メタアクリル共重合体（共重合モノマー重量比：メタクリル酸／メタクリル酸シクロヘキシル／メタクリル酸メチル＝５０／３０／２０、平均分子量５０万）２０ｇをシクロヘキサノンとＮ−メチルー２−ピロリジノンの混合溶液（重量比：７０／３０）の溶液に溶解させ、次に、この溶液１００ｇにエピオールＴＭＰ（日本油脂（株）製）を５ｇ添加し攪拌した塗布液。
尚、エピオールＴＭＰは、エポキシ基をもつポリマー（脂肪族ポリグリシジルエーテル）である。
【００２７】
次に、図３に示すブロック図に従い、第一成膜室（５２）にてシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）をプラズマＣＶＤで厚さ０．５μｍに成膜し、ゲート絶縁膜（３４）を形成した。
ここでは、基板温度は２３０℃、水素を１７０ｓｃｃｍ、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ₄：１０％、Ｈ₂：９０％）を流量５０ｓｃｃｍ、同じく水素希釈のアンモニアを流量３４ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力１８０Ｗ、堆積速度０．１ｎｍ／ｓｅｃにて８０分間の成膜を行った。
【００２８】
この際、２３０℃という低温成膜を実現するため、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ、４００Ｗ）により形成した水素ラジカル（Ｈ*）（水素２０ｓｃｃｍ）をＳｉＮｘのプラズマＣＶＤ中に導入した。これは、図２に示すように、発振器（７１）からのマイクロ波を導波管（７２）に導き、この導波管（７２）の途中から水素を供給することで水素ラジカルを生成し、これをＣＶＤチャンバー（７３）内で主にガラス基板に向けて供給するものである。
【００２９】
次に、第二成膜室（５３）にてアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）（３５）をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに成膜した。ここでは、基板温度は２３０℃、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ₄：１０％、Ｈ₂：９０％）を流量３００ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度０．１ｎｍ／ｓｅｃにて成膜を行った。
【００３０】
続いて、第三成膜室（５４）にてシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）のパシベーション層（３６）を同様にしてプラズマＣＶＤで厚さ０．５μｍに成膜した。この際にも、水素ラジカル（Ｈ*）（水素２０ｓｃｃｍ）をＳｉＮｘのプラズマＣＶＤ中に導入した。
ここでは、ＴＦＴ素子のゲート電極（３３）と、ソース電極（３８）、ドレイン電極（３９）が重なる部分の界面が特性上重要であるため、上記のようにゲート絶縁膜（３４）とアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）（３５）は必ず連続形成し、パシベーション層（３６）も続いて連続形成することが望ましい。
【００３１】
この後、フォトレジストをパターン耐蝕膜とする反応性イオンエッチングをＣＦ₄ガス中にて行ってゲート絶縁膜（３４）、アモルファスシリコン膜（３５）、およびパシベーション層（３６）を所望のパターンとした。
続いて、フォトレジストをパターン耐蝕膜とし、パシベーション層（３６）に、同様に反応性イオンエッチングをＣＦ₄ガス中にて行って長方形のスルーホールを２箇所形成し、ここにオーミック層（３７）をプラズマＣＶＤにて厚さ０．０５μｍに形成した。
【００３２】
ここで、基板温度は２３０℃、水素を１５０ｓｃｃｍと、水素で希釈した１０％シラン（ＳｉＨ₄：１０％、Ｈ₂：９０％）を流量３００ｓｃｃｍ、水素希釈１０００ｐｐｍのＰＨ₃を流量９０ｓｃｃｍで反応室内に供給し、圧力１ｔｏｒｒ、負荷電力６０Ｗ、堆積速度０．０６ｎｍ／ｓｅｃにて成膜を行った。
次いでソース電極（３８）とドレイン電極（３９）を金属アルミニウム膜にて厚さ０．８μｍにスパッタリングにて成膜し、ウエットエッチングにてパターン形成した。
【００３３】
このあと、全面にポリイミドの配向膜を塗布し、ラビング工程を経て、対向電極板と対向させて位置合わせをしながら貼り合わせ、液晶を両電極板の間に注入し、密封して液晶表示装置とした。得られた液晶表示装置は、欠陥画素や色ムラなどは発生せず高品位な画面が得られた。
【００３４】
＜比較例１＞
比較例１においては、実施例１におけるオーバーコート層用塗布液に対し、シクロヘキサノンとＮ−メチルー２−ピロリジノンの混合溶液を用いずに調製したオーバーコート層用塗布液を用いた以外は、実施例１と同様にして液晶表示装置用電極板を作製した。
【００３５】
得られた液晶表示装置用電極板は、カラーフィルタ層の端部が重なった部分がオーバーコート層を形成しても平坦にならず、オーバーコート層の表面の段差は１５０ｎｍであった。このためゲート電極に断線が発生した。
また、オーバーコート層の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ程度であった。このため１０ｎｍ以上の粗い部分に形成されたＴＦＴ素子のしきい電圧が高くなっていた。
得られた液晶表示装置用電極板を用いて作製した液晶表示装置は表示不良であった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、耐熱性樹脂からなり、その表面の段差が１００ｎｍ以下、表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であり、その比抵抗が１×１０⁸Ω・ｍ以上、周波数１ｋＨｚにおける比誘電率が４．０以下であるオーバーコート層を具備する液晶表示装置用電極板であるので、カラーフィルタ層及びオーバーコート層が形成されたガラス基板上に、ＴＦＴ素子と透明画素電極を形成するといった構成の液晶表示装置用電極板において、ＴＦＴ素子の特性にバラツキを与えたり、配線が断線するなどの不具合なことを発生させない、またＴＦＴ素子の特性に悪影響を及ぼしたり、配線、透明画素電極などにリークを発生させない液晶表示装置用電極板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置用電極板の一実施例を示す部分断面図である。
【図２】本発明に用いる水素ラジカル供給部を示す説明図である。
【図３】実施例１におけるＴＦＴ素子の形成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１１・・ガラス基板
２０・・カラーフィルタ層
２１・・ブラックマトリックス
３０・・ＴＦＴ素子
３１・・透明画素電極
３３・・ゲート電極
３４・・ゲート絶縁膜
３５・・アモルファスシリコン膜
３６・・パシベーション層
３７・・オーミック層
３８・・ソース電極
３９・・ドレイン電極
４１・・オーバーコート層
５０・・基板搬出入室
５１・・ロードロック室
５２・・第一成膜室
５３・・第二成膜室
５４・・第三成膜室
５５・・アンロードロック室
７１・・発振器
７２・・導波管
７３・・ＣＶＤチャンバー

Claims

ガラス基板上に、少なくともカラーフィルタ層と、該カラーフィルタ層上に形成されたオーバーコート層と、該オーバーコート層上にＴＦＴ素子、透明画素電極を有する液晶表示装置用電極板の製造方法であって、該オーバーコート層が、耐熱性樹脂及び高沸点溶媒を含む塗布液を塗布した後、プリベークによりレベリングすることにより形成することを特徴とする液晶表示装置用電極板の製造方法。
前記高沸点溶剤は、前記塗布液中に１０％〜２０％含有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電極板の製造方法。