JP4117169B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性有機膜を絶縁膜として備える基板の構造及びその製造方法に関し、特に、液晶表示装置の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、携帯機器等の広い分野で実用化が進められている。この液晶表示装置は透過型と反射型に分類され、透過型の液晶表示装置は、ＣＲＴやＥＬ表示装置と異なり自ら発光する機能を有していないため、別途バックライト光源を設けており、液晶パネルでバックライト光の透過／遮断を切り替えることにより表示が制御される。
【０００３】
このような透過型液晶表示装置では、バックライト光により周囲環境によらず明るい画面を得ることができるが、一般にバックライト光源の消費電力は大きく、液晶表示装置の電力の半分近くがバックライト光源に消費されるため、消費電力増大の要因となってしまう。特に、液晶表示装置をバッテリーで駆動する場合には、動作時間の減少を招いてしまい、大型のバッテリーを搭載すると装置全体の重量が大きくなり小型化、軽量化の妨げとなってしまう。
【０００４】
上記バックライト光源の消費電力の問題を解決するために、周囲光を利用して表示する反射型液晶表示装置が提案されている。この反射型液晶表示装置は、バックライト光源の代わりに反射板を設け、反射板による周囲光の透過／遮断を液晶パネルで切り替えることにより表示が制御されるものであり、バックライト光源を設ける必要がないため、消費電力の低減、小型、軽量化を図ることができるが、一方、周囲が暗い場合には視認性が低下するという問題を有している。
【０００５】
そこで、バックライト光源の消費電力を抑え、かつ周囲の環境によらず視認性を担保することができる液晶表示装置として、各々の画素に透過領域と反射領域とを設け、透過型の表示と反射型の表示を一つの液晶パネルで実現することができる半透過型液晶表示装置が提案されている。この半透過型液晶表示装置では、周囲が明るい場合にはバックライトを消して反射型液晶表示装置として利用して低消費電力化を図り、周囲が暗い場合にはバックライトを点灯させて透過型液晶表示装置として利用して視認性向上を図ることができる。
【０００６】
上記反射型液晶表示装置や半透過液晶表示装置では、反射領域の反射特性を向上させるために、数μｍ程度の膜厚の感光性有機膜を塗布し、所定の条件で露光、現像を行ってその表面に適度な凹凸を形成し、その上に反射膜を形成している。
【０００７】
ここで、図４を参照して、特開２０００−２５００２５号公報記載の反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板の製造方法（１ＰＲプロセス）について説明する。
【０００８】
図４は、反射型液晶表示装置の製造工程における反射電極製造工程を示す説明図である。まず、図４（ａ）に示すように、透明絶縁基板１の上に、ゲート電極２、共通電極配線２ａを形成し、ゲート絶縁膜３を介して、ａ−Ｓｉ膜４ａ、ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜４ｂ、ソース電極５、ドレイン電極６をそれぞれ配設してＴＦＴ７を形成する。更に、ＴＦＴ７を覆ってパッシベーション膜８を積層する。
【０００９】
次に、反射電極膜を凹凸にする為の下地凹凸面の形成を行う。具体的には、図４（ｂ）に示すように、パッシベーション膜８の上に感光性の有機樹脂を塗布した後、凹凸部（図の中央を除く領域）とコンタクトホール部（図の中央部）とを異なるマスクを用い、コンタクトホール部の露光量（ＵＶ光１）に対し、凹凸部の露光量（ＵＶ光２）を１０〜５０％の範囲で露光する。
【００１０】
次に、ポジ型の感光性有機樹脂の溶解速度が感光剤の分解率に大きく依存することを利用し、画素領域内の凹凸部とコンタクトホール部の感光剤の分解率を変えて溶解速度に差を持たせ、コンタクトホール部が充分に解像できる時間で現像を行い、深さＡのコンタクトホール１１と深さＢの凹凸とをそれぞれ形成する（図４（ｃ）参照）。
【００１１】
なお、このような露光を行うには、例えば、凸部に対応する部分に反射膜、コンタクトホール１１、Ｇ−Ｄ変換部、端子部に対応する部分に透過膜、凹部に対応する部分に半透過膜が形成されたハーフトーン（グレートーン）マスクを用いてもよく、ハーフトーンマスクを用いることにより、１回の露光で凹凸部とコンタクトホール部とを同時に形成することができる。また、反射膜／透過膜のみで形成される通常のフォトマスクを用いても、コンタクトホール１１と凹部とを別々に露光し、その露光量を変えることによっても凹凸を形成することができる。また、この反射電極膜１２の凹凸面製造工程においては、反射電極膜１２とＴＦＴ基板間の感光性有機膜１０（凹凸層）は２層で作っても１層で作ってもよい。
【００１２】
その後、図４（ｄ）に示すように、スパッタ法又は蒸着法等を用いて全面にＡｌを成膜して反射電極膜１２を形成し、図示しないが、ポリイミドからなる配向膜を形成した後、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を挟持して、反射型液晶表示装置が形成される。
【００１３】
次に、従来の半透過型液晶表示装置について、図５を参照して説明する。半透過型液晶表示装置は、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成されるアクティブマトリクス基板１３と、カラーフィルタ１５、ブラックマトリクス等が形成される対向基板１７と、両基板に狭持される液晶層１８と、アクティブマトリクス基板１３の下方に配置されるバックライト光源２０とを備えている。
【００１４】
アクティブマトリクス基板１３には、ゲート線及びデータ線と、それらの交点近傍にＴＦＴ７が配設され、ＴＦＴ７のドレイン電極６はデータ線に、ソース電極５は画素電極に接続されている。そして、画素領域はバックライト光を透過する透過領域２２ｂと周囲光を反射する反射領域２２ａとに分割され、透過領域２２ｂには、パッシベーション膜８上にＩＴＯからなる透明電極膜９が形成され、反射領域２２ａには、凹凸状の感光性有機膜１０上にＡｌ又はＡｌ合金を含む反射電極膜１２が形成されている。
【００１５】
このような構造の半透過型液晶表示装置では、透過領域２２ｂではアクティブマトリクス基板１３の裏面から照射されるバックライト光が液晶層１７を通過して対向基板１６から出射され、反射領域２２ａでは対向基板１６から入射した周囲光が一旦液晶層１７に入射して、反射電極膜１２で反射されて再び液晶層１７を通って対向基板１６から出射される。そして、感光性有機膜１０の膜厚を、反射領域２２ａの液晶層１７のギャップが透過領域２２ｂの液晶層１７のギャップの約半分になるように設定し、各々の領域における液晶層１７の光路長を略等しくすることにより出射光の偏光状態を調整している。
【００１６】
この半透過型液晶表示装置の製造方法は、図４に示す反射型液晶表示装置の製造方法とほぼ同様であるが、感光性有機膜１０の凹凸形成工程において、反射領域２２ａのコンタクトホール部だけではなく、透過領域２２ｂの有機膜を全て除去する点が反射型液晶表示装置の製造方法とは異なる。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２５００２５号公報（第３−５頁、図２）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置の製造方法では、表示領域２２内の反射領域２２ａと、コンタクトホール１１及び透過領域２２ｂ（反射型液晶表示装置の場合はコンタクトホール１１）とを別々の光量で露光することになり、反射領域２２ａでは適度な凹凸を形成し、コンタクトホール１１及び透過領域２２ｂ（反射型液晶表示装置の場合はコンタクトホール１１）では感光性有機膜１０を除去することになる。
【００１９】
上記液晶表示装置は、図６に示すように表示領域２２の周囲には外部の回路と接続するための端子領域２３が形成されており、反射領域２２ａの凹凸やコンタクトホール１１形成時に端子領域２３上の感光性有機膜１０を除去する必要があり、従来の１ＰＲプロセスでは、表示領域２２のコンタクトホール１１や透過領域２２ｂの感光性有機膜１０除去のための光量と、端子領域２３の感光性有機膜１０除去のための光量は同じ量で設定していた。
【００２０】
ここで、液晶表示装置には電極配線やＴＦＴ７に起因する凹凸のみならず、ゲート絶縁膜３やパッシベーション膜８の有無による凹凸も存在し、基板上に感光性有機膜１０を一様に塗布すると、その凹凸に応じて感光性有機膜１０の膜厚が変化し、端子領域２３ではゲート絶縁膜３やパッシベーション膜８がない分、表示領域２２よりも感光性有機膜１０の塗布膜厚が厚くなる。
【００２１】
一例を示すと、表示領域２２内のコンタクトホール形成部では塗布膜厚は２μｍ程度、端子領域２３では塗布膜厚は２．７５μｍ程度であり、コンタクトホール形成部と端子領域２３の感光性有機膜を同時に除去するためには膜厚の厚い端子領域２３にあわせて露光条件を決定しなければならない。そのため、端子領域２３よりも塗布膜厚の薄い表示領域２２では、コンタクトホール１１や半透過型液晶表示装置の透過領域２２ｂでオーバー露光となってしまう。そして、表示領域２２がオーバー露光されると、ステージ転写やマスク映り込みといった表示不良が発生してしまう。
【００２２】
すなわち、露光ステージには基板を固定するためのチャックやピンが設けられており、露光ステージ表面とチャックやピンとではその反射率が異なるために、過剰に照射された光が基板を透過し、ステージ又はチャックやピンで反射して感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらと露光ステージの跡が転写されてしまう。このような現象をステージ転写と呼ぶ。
【００２３】
また、一般に、ステッパ露光機では、マスクに複数の露光パターンを設け、所定のパターンを選びだし、その他のパターンはブラインドで隠しながらショットを行う。この時、隠されるべきパターンやブラインド端が反射し、さらにレンズ系などにより反射されて基板上に迷光が戻ってくる場合がある。この迷光が感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらと不用なパターンやブラインド端が映り込んでしまう。このような現象をマスク映り込みと呼ぶ。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、感光性有機膜のパターン形成時に、表示領域にステージ跡が転写されたり、不要なマスクパターンやブラインド端が写り込むという不具合を防止することができる液晶表示装置の構造及びその製造方法を提供することにある。
【００２５】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、周囲光を反射する反射膜を備える反射領域を有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法において、前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、前記反射領域と前記スイッチング素子の電極上のコンタクトホール形成領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、前記露光する工程では、前記反射領域と、前記コンタクトホール形成領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光するものである。
【００２８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、バックライト光を透過する透明電極膜を備える透過領域と周囲光を反射する反射膜を備える反射領域とを有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる半透過型液晶表示装置の製造方法において、前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、前記反射領域と前記透過領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、前記露光する工程では、前記反射領域と、前記透過領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光するものである。
【００２９】
本発明においては、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とにおける前記感光性有機膜を、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域の前記感光性有機膜の膜厚に対応する第１の光量で露光した後、前記端子領域のみ、前記感光性有機膜の膜厚の差分に対応する第２の光量で再度露光する構成、又は、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とで透過率の異なるハーフトーンマスクを用いて、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とを同時に露光する構成とすることができる。
【００３０】
また、本発明においては、前記マスクとして、金属膜を反射防止膜で挟んだ３層構造のマスクを用いることが好ましい。
【００３４】
このように、本発明は、感光性有機膜のパターン形成に際し、表示領域のコンタクトホール形成部や透過領域と、表示領域周囲の端子領域とを別々の露光条件で露光することにより、端子領域に比べて膜厚の薄い表示領域のオーバー露光を防止し、オーバー露光に起因する露光ステージ跡や不要なマスクパターン、ブラインド端の写り込みを防止することができる。
【００３５】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射してブラインド端で反射した迷光が表示領域に当たることにより生じる、マスクやブラインド端の転写を防止することができる。更に、マスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことにより転写防止効果をより高めることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る反射型又は半透過型液晶表示装置及びその製造方法の好ましい一実施の形態について以下に説明する。
【００３７】
「発明が解決しようとする課題」において示したように、反射型又は半透過型液晶表示装置の凹凸形成を１ＰＲプロセスにおいて行った場合、端子領域ではゲート絶縁膜やパッシベーション膜がない分、表示領域よりも端子領域の方が感光性有機膜の塗布膜厚が厚くなる。このため、コンタクトホール形成部と端子領域の感光性有機膜を同時に除去するためには膜厚の厚い端子領域にあわせて露光条件を決定しなければならならず、端子領域よりも塗布膜厚の薄い表示領域では、コンタクトホールや半透過型液晶表示装置の透過領域でオーバー露光となってしまう。そして、表示領域がオーバー露光されると、ステージ転写やマスク映り込みの表示不良が発生するという問題がある。
【００３８】
これらの問題を解決するためには、感光性有機膜除去のための透過領域の露光量を適性化することが最も効果がある。以下、発明者らが行った基礎実験結果について示す。なお、本例で用いた露光機はステッパである。
【００３９】
今、表示領域の凹凸形成部の露光量（図２（ｃ）の露光量３）を１００ｍＪで固定にし、表示領域のコンタクトホール形成部又は透過領域の除去露光量（図２（ｃ）の露光量２）を１５０ｍＪ〜４００ｍＪで振った時の、ステージ転写やマスク映り込みのレベルを表１に示す。なお、ここでは感光性有機膜は２μｍ塗布し、ゲート絶縁膜を５５０ｎｍ、パッシベーション膜を２００ｎｍとしているため、端子領域の感光性有機膜の膜厚は７５０ｎｍだけ表示領域より厚いと考えられる。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、ステージ転写レベルを〇にするためには表示領域除去露光量は２５０ｍＪ以下であるのに対し、表示領域に有機膜が残らないためには２００ｍＪ以上、端子領域に有機膜が残らないためには３００ｍＪ以上の除去露光量が必要である。これより、端子領域の有機膜残りがなく、かつステージ転写やマスク転写が生じない適性な露光量がないことがわかった。
【００４２】
ここで、露光ステージ映り込みのメカニズムについて図７を参照して説明する。図７は、露光ステージ上に設置した基板に露光の光を照射している状態を模式的に示す図である。図に示すように、露光ステージ２４には基板を固定するためのチャックやピン２４ａが設けられており、露光ステージ２４表面とチャックやピン２４ａとでは反射率が異なるために、過剰に光が照射されると、光が透明絶縁基板１を透過し、露光ステージ２４又はチャックやピン２４ａで反射して感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらとステージの跡が転写されてしまう。この問題は、特に表示領域除去露光量に依存し、除去露光量が２５０ｍＪ以下になると、露光ステージ２４で反射した反射光が感光性有機膜１０に有効に作用しなくなり、ステージ転写として見えなくなる。
【００４３】
発明者らは以上の実験結果を踏まえ、表示領域除去露光量と端子領域除去露光量とを異ならせることにした。具体的には、表示領域除去露光量を２００ｍＪで固定とし、端子領域除去露光量を３００ｍＪとすることにした。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２の条件で露光を行ったところ、端子領域の有機膜残りもなく、さらにステージ転写もない反射板形成が可能となったが、マスク転写に関しては依然なくなっていない。この転写パターンを詳細に調べたところ、本来ブラインドで隠されている、端子領域のパターンおよびブラインドの端が映り込んでいることがわかった。ここで、マスクには表示領域除去パターンおよび端子領域除去パターンが各々設けられており、それぞれブラインドで隠すことにより、別のショット（露光量も別）で行われている。これらから転写のメカニズムとしては以下の推測が成り立つ。
【００４６】
図８にステッパの構造及びマスクパターンの位置関係を示す。表示領域をショットする時には端子領域パターンをブラインド２５で隠しているが、マスク（レチクル２６）の裏面反射や投影レンズ３０等のレンズ系の反射により、光が裏面反射する。さらにこれらがブラインド２５等で反射することで、表示領域内に映り込むことがわかった。
【００４７】
そこで、これらを抑制するために、ブラインド２５は用いず全開にし、かつ、表示領域除去パターンと端子領域除去パターンとを別マスクとした。さらにマスクのパターン以外の領域はＣｒのベタパターンとなっているが、反射を抑制するために基板側および照明側に反射防止膜を設け、３層Ｃｒマスクとしたところ表３に示すようにマスク転写の発生を防止することができた。また、反射防止膜ではなく、マスク表面に拡散フィルムを設けて乱反射層を形成させても同様の効果が得られた。
【００４８】
【表３】
【００４９】
【実施例】
以下、上述した本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構造及びその製造方法について、図面を参照にして具体的に説明する。なお、以下の実施例では半透過型液晶表示装置を例に説明を行うが、反射型液晶表示装置の場合も同様である。
【００５０】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス基板の製造方法を示す工程断面図であり、図２は、感光性有機膜の露光に用いるマスクの構成を示す図である。
【００５１】
まず、図１（ａ）に示すように、ガラス等の透明絶縁性基板１上にＣｒ等の金属を２００ｎｍ程度堆積し、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてゲート線、ゲート電極２、コモンストレージ線及び補助容量電極（図示せず）を形成する。次に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ等のゲート絶縁膜３を５５０ｎｍ程度、ａ−Ｓｉ等の半導体層４を２５０ｎｍ程度堆積して島状にパターニングした後、Ｃｒ等の金属を２００ｎｍ程度堆積、パターニングして、データ線、ドレイン電極６、ソース電極５及び容量用蓄積電極（図示せず）を形成する。その後、ＳｉＮｘ膜等をプラズマＣＶＤ法などにより２００ｎｍ程度堆積し、ＴＦＴ７を保護するパッシベーション膜８を形成する。
【００５２】
次に、図１（ｂ）に示すように、パッシベーション膜８の上に反射光の視認性を高める反射電極膜の凹凸を形成するために、感光性有機膜１０を形成する。この感光性有機膜１０は、感光性のアクリル樹脂、例えばＪＳＲ製ＰＣ４０３、４１５Ｇ、４０５Ｇ等をスピン塗布法により塗布して形成する。
【００５３】
ここで塗布した状態の感光性有機膜１０の表面は平坦になるため、透明絶縁基板１上の各構成部材の凹凸に応じて感光性有機膜１０の塗布膜厚が変化する。例えば、表示領域２２の透過領域２２ｂの塗布膜厚は２μｍ程度であるのに対し、端子領域２３の塗布膜厚はゲート絶縁膜３（５５０ｎｍ）とパッシベーション膜８（２００ｎｍ）がないため、約２．７５μｍとなる。
【００５４】
そこで、表示領域２２の透過領域２２ｂの露光量（露光量２）と端子領域２３の露光量（露光量１）を変えて露光する。この実施例の場合は反射領域２２ａの凹凸を同時に作るため、さらに感光性有機膜１０を半分程度除去できる程度の露光量（露光量３）にて露光すると、図１（ｃ）に示すように各々の領域に現像液可溶領域１０ａが形成される。
【００５５】
この露光工程は、具体的には、図２に示すように、表示領域２２の反射凹凸用パターンマスクＡと、表示領域２２の透過領域有機膜除去用マスクＢと、端子領域２３の有機膜除去用マスクＣを用いて行った。各領域のマスクを別マスクとしたのは、マスクやブラインドの映り込みを防止するためである。なお、それぞれのマスクは基板側および照明側への反射による迷光を抑えるため、マスクをＣｒパターンではなく、ＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯの反射防止膜付の３層Ｃｒマスクとした。また、露光はブラインドを全開にして行った。それぞれの領域の露光量は以下のようになる。
【００５６】
・表示領域（凹凸）＝凹凸ショット露光量＝１００ｍＪ
・表示領域（透過領域）＝凹凸ショット露光量＋透過領域ショット露光量＝１００ｍＪ＋１００ｍＪ＝２００ｍＪ
・端子領域＝凹凸ショット露光量＋透過領域ショット露光量＋端子領域ショット露光量＝１００ｍＪ＋１００ｍＪ＋１００ｍＪ＝３００ｍＪ
【００５７】
なお、表示領域２２や端子領域２３の露光量をそれぞれのショットのたし合わせとしたのは、露光機のタクトを考えてのことである。
【００５８】
次に、アルカリ現像液を用い、凹部、凸部、コンタクトホール等のそれぞれのアルカリ溶液への溶解速度の差を利用して凹凸を形成し、例えば、２２０℃で１時間程度キュアすることにより所望の形状の感光性有機膜１０が形成される。その後、図示しないが、スパッタ法又は蒸着法等を用いて全面にＭｏとＡｌを２００ｎｍと１００ｎｍ連続成膜した後、反射領域２２ａのみをレジストパターンで覆い、露出したＭｏ／Ａｌをドライ又はウェットでエッチングして反射電極膜を形成した。次に、ポリイミドからなる配向膜を形成し、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を挟持して、半透過型液晶表示装置を形成した。
【００５９】
このように、上記液晶表示装置の製造方法によれば、反射電極膜を形成するための感光性有機膜１０のパターン形成に際し、パッシベーション膜８、ゲート絶縁膜３（約０．７５μｍ）だけ塗布膜厚の薄い表示領域２２の露光量を端子領域２３よりも少なくすることにより、双方の領域の露光を最適条件で行うことができ、これにより、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みやマスク転写を防止することができる。
【００６０】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射し、さらにブラインドで反射した迷光が表示領域２２に入射することにより生じるマスクやブラインド端の転写を防止することができる。この効果はマスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことでさらに、一層有効となる。
【００６１】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。本実施例では、露光工程を削減するためにハーフトーンマスク（グレートーンマスク）を用いる場合について説明する。
【００６２】
前記した第１の実施例と同様に、ガラス、プラスチック等の透明絶縁性基板１上にゲート電極２、共通電極配線等を形成し、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ等のゲート絶縁膜３を介してａ−Ｓｉ等の半導体層４を堆積して島状にパターニングした後、ソース電極５、ドレイン電極６等を形成する。次に、ＳｉＮｘ膜等のパッシベーション膜８を形成し、ドレイン電極６上のコンタクトホール形成部及び端子領域のパッシベーション膜８を除去し、その上に反射電極膜の凹凸を形成するための感光性有機膜１０を形成する。
【００６３】
次に、感光性有機膜１０のパターン形成を行うが、第１の実施例では、端子領域２３とコンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと反射領域２２ａとを、各々、露光量１、露光量２、露光量３の３回に分けて露光を行ったが、本実施例では露光工程を削減するために、端子領域２３とコンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと反射領域２２ａのいずれか１つの領域を露光した後、残りの２つの領域をハーフトーンマスクを用いて露光量を変えて露光する。
【００６４】
例えば、反射領域用マスクを用いて反射領域２２ａを露光量３で露光し凹凸を形成した後、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂの透過光量を露光量２に減衰させるハーフトーンマスクを用いて露光量１で露光し、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと端子領域２３の感光性有機膜１０を除去する。
【００６５】
その後、アルカリ現像液を用い、凹凸部、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂ、端子領域２３のそれぞれのアルカリ溶液への溶解速度の差を利用してパターンを形成し、Ａｌ又はＡｌ合金等の反射電極膜１２及びＩＴＯなどの透明性導電膜９を形成した後、ポリイミドからなる配向膜を形成し、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を狭持して半透過型液晶表示装置が形成される。
【００６６】
このように、上記液晶表示装置の製造方法によれば、ハーフトーンマスクを用いることにより、２回の露光で３つの領域に最適な光量で露光を行うことができ、露光工程を削減し、かつ、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。また、第１の実施例と同様にブラインドを全開にしたり、マスクのパターンを反射防止膜のついた３層構造とすることにより、マスクやブラインド端の写り込みを防止することができる。
【００６７】
なお、第１の実施例では感光性有機膜の１回塗布、３回露光方式、第２の実施例では感光性有機膜の１回塗布、２回露光方式について記載したが、基板全面に少ない光量（例えば、露光量２）で露光を行った後に露光量の多い部分（例えば、端子領域２３）のみ差分（例えば、露光量１−露光量２）の露光を追加する構成としたり、感光性有機膜１０を複数回塗布する場合にも適用化することができる。
【００６８】
また、上記各実施例では、散乱反射板を用いたものについて記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、少なくとも感光性有機膜の膜厚の異なる領域に対して各々に適した光量で露光を行う工程を含むものであればよく、有機層間分離方式のＴＦＴ全般に適用することが可能である。
【００６９】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の構造について図３を参照して説明する。図３は、第３の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。なお、本実施例は、アクティブマトリクス基板自体に転写防止構造を設けることを特徴とするものである。
【００７０】
上述のステージ転写は、画素部透過領域２２ｂに過剰に光が照射すると、基板を透過してステージ又はチャックやピンで反射した光が感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じ、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらとステージの跡が転写されてしまうために起こる。ここで転写されている部分は各々の画素の透過領域２２ｂと反射領域２２ａの境界部に形成された感光性有機膜１０の端で生じる。従ってこの部分を遮光することにより、ステージ転写の防止効果をさらに高めることができる。
【００７１】
そこで、本実施例では、図３に示すように、アクティブマトリクス基板１３の反射領域２２ａと透過領域２２ｂとの境界部分に、ゲート電極２と同層に形成される金属遮光膜３１を設けている。この金属遮光膜３１は、遮光のためのみに独立して形成してもよいが、液晶表示装置にはコモンストレージ線や補助容量電極等が形成されるため、これらの配線や電極を上記境界領域に形成して金属遮光膜３１として機能させても良い。また、この金属遮光膜３１は必ずしもゲート電極２と同層に形成する必要はなく、ソース／ドレイン電極と同層に形成したり、透明絶縁基板１の裏面側に形成することもできる。
【００７２】
このような構造の半透過型液晶表示装置を用いてステージ転写の防止効果を確認した。表４に、露光量３＝１００ｍＪ、露光量１＝露光量２＝３００ｍＪとした時のステージ転写の様子を示す。なお、表４中のパラメータは図３のように感光性有機膜１０の端部から、ストレージ電極等の金属遮光膜３１の端部までの距離である。
【００７３】
【表４】
【００７４】
表４より、ステージ転写を防止するためには、感光性有機膜１０の端部から金属遮光膜端部までの距離は５μｍ以上必要なことがわかる。
【００７５】
このように、反射領域２２ａと透過領域２２ｂの境にある感光性有機膜１０の端部をストレージ電極等の金属遮光膜で遮光することにより、前記した第１及び第２の実施例で示した３段階の露光を行うことなくオーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、端子領域の露光量と表示透過領域の露光量を分けることにより、双方の領域の露光を最適条件で行うことができ、これにより、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みやマスク転写を防止することができる。
【００７７】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射し、さらにブラインドで反射した迷光が表示部に当たり、マスクやブラインド端が転写されるという不具合を防止することができる。この効果はマスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことにより一層有効となる。
【００７８】
また、ハーフトーンマスクを用いることにより、２回の露光で３つの領域に最適な光量で露光を行うことができ、露光工程を削減し、かつ、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【００７９】
更に、反射領域と透過領域の境界にある感光性有機膜端部をストレージ電極等の金属遮光膜で遮光することにより、端子領域の露光量と表示領域の露光量を分けることなく、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造において使用するマスクの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図４】従来の反射型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来の半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図６】液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の液晶表示装置における問題点（ステージの写り込み）を説明するための図である。
【図８】従来の液晶表示装置における問題点（パターン又はブラインド端の写り込み）を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁性基板
２ ゲート電極
２ａ 共通電極配線
３ ゲート絶縁膜
４ 半導体層
４ａ ａ−Ｓｉ膜
４ｂ ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ ＴＦＴ
８ パッシベーション膜
９ 透明電極膜
１０ 感光性有機膜
１０ａ 現像液可溶領域
１１ コンタクトホール
１２ 反射電極膜
１３ アクティブマトリクス基板
１４ 透明絶縁基板
１５ カラーフィルタ
１６ 対向電極
１７ 対向基板
１８ 液晶層
１９ 配向膜
２０ バックライト光源
２１ チャネル部
２２ 表示領域
２２ａ 反射領域
２２ｂ 透過領域
２３ 端子領域
２４ ステージ
２４ａ チャック又はピン
２５ ブラインド
２６ レチクル
２７ 露光パターン
２８ レチクルマーク
２９ バーコードシャッタ
３０ 投影レンズ
３１ 金属遮光膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性有機膜を絶縁膜として備える基板の構造及びその製造方法に関し、特に、液晶表示装置の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力という特徴から、ＯＡ機器、携帯機器等の広い分野で実用化が進められている。この液晶表示装置は透過型と反射型に分類され、透過型の液晶表示装置は、ＣＲＴやＥＬ表示装置と異なり自ら発光する機能を有していないため、別途バックライト光源を設けており、液晶パネルでバックライト光の透過／遮断を切り替えることにより表示が制御される。
【０００３】
このような透過型液晶表示装置では、バックライト光により周囲環境によらず明るい画面を得ることができるが、一般にバックライト光源の消費電力は大きく、液晶表示装置の電力の半分近くがバックライト光源に消費されるため、消費電力増大の要因となってしまう。特に、液晶表示装置をバッテリーで駆動する場合には、動作時間の減少を招いてしまい、大型のバッテリーを搭載すると装置全体の重量が大きくなり小型化、軽量化の妨げとなってしまう。
【０００４】
上記バックライト光源の消費電力の問題を解決するために、周囲光を利用して表示する反射型液晶表示装置が提案されている。この反射型液晶表示装置は、バックライト光源の代わりに反射板を設け、反射板による周囲光の透過／遮断を液晶パネルで切り替えることにより表示が制御されるものであり、バックライト光源を設ける必要がないため、消費電力の低減、小型、軽量化を図ることができるが、一方、周囲が暗い場合には視認性が低下するという問題を有している。
【０００５】
そこで、バックライト光源の消費電力を抑え、かつ周囲の環境によらず視認性を担保することができる液晶表示装置として、各々の画素に透過領域と反射領域とを設け、透過型の表示と反射型の表示を一つの液晶パネルで実現することができる半透過型液晶表示装置が提案されている。この半透過型液晶表示装置では、周囲が明るい場合にはバックライトを消して反射型液晶表示装置として利用して低消費電力化を図り、周囲が暗い場合にはバックライトを点灯させて透過型液晶表示装置として利用して視認性向上を図ることができる。
【０００６】
上記反射型液晶表示装置や半透過液晶表示装置では、反射領域の反射特性を向上させるために、数μｍ程度の膜厚の感光性有機膜を塗布し、所定の条件で露光、現像を行ってその表面に適度な凹凸を形成し、その上に反射膜を形成している。
【０００７】
ここで、図４を参照して、特開２０００−２５００２５号公報記載の反射型液晶表示装置におけるＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板の製造方法（１ＰＲプロセス）について説明する。
【０００８】
図４は、反射型液晶表示装置の製造工程における反射電極製造工程を示す説明図である。まず、図４（ａ）に示すように、透明絶縁基板１の上に、ゲート電極２、共通電極配線２ａを形成し、ゲート絶縁膜３を介して、ａ−Ｓｉ膜４ａ、ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜４ｂ、ソース電極５、ドレイン電極６をそれぞれ配設してＴＦＴ７を形成する。更に、ＴＦＴ７を覆ってパッシベーション膜８を積層する。
【０００９】
次に、反射電極膜を凹凸にする為の下地凹凸面の形成を行う。具体的には、図４（ｂ）に示すように、パッシベーション膜８の上に感光性の有機樹脂を塗布した後、凹凸部（図の中央を除く領域）とコンタクトホール部（図の中央部）とを異なるマスクを用い、コンタクトホール部の露光量（ＵＶ光１）に対し、凹凸部の露光量（ＵＶ光２）を１０〜５０％の範囲で露光する。
【００１０】
次に、ポジ型の感光性有機樹脂の溶解速度が感光剤の分解率に大きく依存することを利用し、画素領域内の凹凸部とコンタクトホール部の感光剤の分解率を変えて溶解速度に差を持たせ、コンタクトホール部が充分に解像できる時間で現像を行い、深さＡのコンタクトホール１１と深さＢの凹凸とをそれぞれ形成する（図４（ｃ）参照）。
【００１１】
なお、このような露光を行うには、例えば、凸部に対応する部分に反射膜、コンタクトホール１１、Ｇ−Ｄ変換部、端子部に対応する部分に透過膜、凹部に対応する部分に半透過膜が形成されたハーフトーン（グレートーン）マスクを用いてもよく、ハーフトーンマスクを用いることにより、１回の露光で凹凸部とコンタクトホール部とを同時に形成することができる。また、反射膜／透過膜のみで形成される通常のフォトマスクを用いても、コンタクトホール１１と凹部とを別々に露光し、その露光量を変えることによっても凹凸を形成することができる。また、この反射電極膜１２の凹凸面製造工程においては、反射電極膜１２とＴＦＴ基板間の感光性有機膜１０（凹凸層）は２層で作っても１層で作ってもよい。
【００１２】
その後、図４（ｄ）に示すように、スパッタ法又は蒸着法等を用いて全面にＡｌを成膜して反射電極膜１２を形成し、図示しないが、ポリイミドからなる配向膜を形成した後、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を挟持して、反射型液晶表示装置が形成される。
【００１３】
次に、従来の半透過型液晶表示装置について、図５を参照して説明する。半透過型液晶表示装置は、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成されるアクティブマトリクス基板１３と、カラーフィルタ１５、ブラックマトリクス等が形成される対向基板１７と、両基板に狭持される液晶層１８と、アクティブマトリクス基板１３の下方に配置されるバックライト光源２０とを備えている。
【００１４】
アクティブマトリクス基板１３には、ゲート線及びデータ線と、それらの交点近傍にＴＦＴ７が配設され、ＴＦＴ７のドレイン電極６はデータ線に、ソース電極５は画素電極に接続されている。そして、画素領域はバックライト光を透過する透過領域２２ｂと周囲光を反射する反射領域２２ａとに分割され、透過領域２２ｂには、パッシベーション膜８上にＩＴＯからなる透明電極膜９が形成され、反射領域２２ａには、凹凸状の感光性有機膜１０上にＡｌ又はＡｌ合金を含む反射電極膜１２が形成されている。
【００１５】
このような構造の半透過型液晶表示装置では、透過領域２２ｂではアクティブマトリクス基板１３の裏面から照射されるバックライト光が液晶層１７を通過して対向基板１６から出射され、反射領域２２ａでは対向基板１６から入射した周囲光が一旦液晶層１７に入射して、反射電極膜１２で反射されて再び液晶層１７を通って対向基板１６から出射される。そして、感光性有機膜１０の膜厚を、反射領域２２ａの液晶層１７のギャップが透過領域２２ｂの液晶層１７のギャップの約半分になるように設定し、各々の領域における液晶層１７の光路長を略等しくすることにより出射光の偏光状態を調整している。
【００１６】
この半透過型液晶表示装置の製造方法は、図４に示す反射型液晶表示装置の製造方法とほぼ同様であるが、感光性有機膜１０の凹凸形成工程において、反射領域２２ａのコンタクトホール部だけではなく、透過領域２２ｂの有機膜を全て除去する点が反射型液晶表示装置の製造方法とは異なる。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２５００２５号公報（第３−５頁、図２）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置の製造方法では、表示領域２２内の反射領域２２ａと、コンタクトホール１１及び透過領域２２ｂ（反射型液晶表示装置の場合はコンタクトホール１１）とを別々の光量で露光することになり、反射領域２２ａでは適度な凹凸を形成し、コンタクトホール１１及び透過領域２２ｂ（反射型液晶表示装置の場合はコンタクトホール１１）では感光性有機膜１０を除去することになる。
【００１９】
上記液晶表示装置は、図６に示すように表示領域２２の周囲には外部の回路と接続するための端子領域２３が形成されており、反射領域２２ａの凹凸やコンタクトホール１１形成時に端子領域２３上の感光性有機膜１０を除去する必要があり、従来の１ＰＲプロセスでは、表示領域２２のコンタクトホール１１や透過領域２２ｂの感光性有機膜１０除去のための光量と、端子領域２３の感光性有機膜１０除去のための光量は同じ量で設定していた。
【００２０】
ここで、液晶表示装置には電極配線やＴＦＴ７に起因する凹凸のみならず、ゲート絶縁膜３やパッシベーション膜８の有無による凹凸も存在し、基板上に感光性有機膜１０を一様に塗布すると、その凹凸に応じて感光性有機膜１０の膜厚が変化し、端子領域２３ではゲート絶縁膜３やパッシベーション膜８がない分、表示領域２２よりも感光性有機膜１０の塗布膜厚が厚くなる。
【００２１】
一例を示すと、表示領域２２内のコンタクトホール形成部では塗布膜厚は２μｍ程度、端子領域２３では塗布膜厚は２．７５μｍ程度であり、コンタクトホール形成部と端子領域２３の感光性有機膜を同時に除去するためには膜厚の厚い端子領域２３にあわせて露光条件を決定しなければならない。そのため、端子領域２３よりも塗布膜厚の薄い表示領域２２では、コンタクトホール１１や半透過型液晶表示装置の透過領域２２ｂでオーバー露光となってしまう。そして、表示領域２２がオーバー露光されると、ステージ転写やマスク映り込みといった表示不良が発生してしまう。
【００２２】
すなわち、露光ステージには基板を固定するためのチャックやピンが設けられており、露光ステージ表面とチャックやピンとではその反射率が異なるために、過剰に照射された光が基板を透過し、ステージ又はチャックやピンで反射して感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらと露光ステージの跡が転写されてしまう。このような現象をステージ転写と呼ぶ。
【００２３】
また、一般に、ステッパ露光機では、マスクに複数の露光パターンを設け、所定のパターンを選びだし、その他のパターンはブラインドで隠しながらショットを行う。この時、隠されるべきパターンやブラインド端が反射し、さらにレンズ系などにより反射されて基板上に迷光が戻ってくる場合がある。この迷光が感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらと不用なパターンやブラインド端が映り込んでしまう。このような現象をマスク映り込みと呼ぶ。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、感光性有機膜のパターン形成時に、表示領域にステージ跡が転写されたり、不要なマスクパターンやブラインド端が写り込むという不具合を防止することができる液晶表示装置の構造及びその製造方法を提供することにある。
【００２５】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、周囲光を反射する反射膜を備える反射領域を有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法において、前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、前記反射領域と前記スイッチング素子の電極上のコンタクトホール形成領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、前記露光する工程では、前記反射領域と、前記コンタクトホール形成領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光するものである。
【００２８】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、バックライト光を透過する透明電極膜を備える透過領域と周囲光を反射する反射膜を備える反射領域とを有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる半透過型液晶表示装置の製造方法において、前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、前記反射領域と前記透過領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、前記露光する工程では、前記反射領域と、前記透過領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光するものである。
【００２９】
本発明においては、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とにおける前記感光性有機膜を、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域の前記感光性有機膜の膜厚に対応する第１の光量で露光した後、前記端子領域のみ、前記感光性有機膜の膜厚の差分に対応する第２の光量で再度露光する構成、又は、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とで透過率の異なるハーフトーンマスクを用いて、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とを同時に露光する構成とすることができる。
【００３０】
また、本発明においては、前記マスクとして、金属膜を反射防止膜で挟んだ３層構造のマスクを用いることが好ましい。
【００３４】
このように、本発明は、感光性有機膜のパターン形成に際し、表示領域のコンタクトホール形成部や透過領域と、表示領域周囲の端子領域とを別々の露光条件で露光することにより、端子領域に比べて膜厚の薄い表示領域のオーバー露光を防止し、オーバー露光に起因する露光ステージ跡や不要なマスクパターン、ブラインド端の写り込みを防止することができる。
【００３５】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射してブラインド端で反射した迷光が表示領域に当たることにより生じる、マスクやブラインド端の転写を防止することができる。更に、マスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことにより転写防止効果をより高めることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る反射型又は半透過型液晶表示装置及びその製造方法の好ましい一実施の形態について以下に説明する。
【００３７】
「発明が解決しようとする課題」において示したように、反射型又は半透過型液晶表示装置の凹凸形成を１ＰＲプロセスにおいて行った場合、端子領域ではゲート絶縁膜やパッシベーション膜がない分、表示領域よりも端子領域の方が感光性有機膜の塗布膜厚が厚くなる。このため、コンタクトホール形成部と端子領域の感光性有機膜を同時に除去するためには膜厚の厚い端子領域にあわせて露光条件を決定しなければならならず、端子領域よりも塗布膜厚の薄い表示領域では、コンタクトホールや半透過型液晶表示装置の透過領域でオーバー露光となってしまう。そして、表示領域がオーバー露光されると、ステージ転写やマスク映り込みの表示不良が発生するという問題がある。
【００３８】
これらの問題を解決するためには、感光性有機膜除去のための透過領域の露光量を適性化することが最も効果がある。以下、発明者らが行った基礎実験結果について示す。なお、本例で用いた露光機はステッパである。
【００３９】
今、表示領域の凹凸形成部の露光量（図２（ｃ）の露光量３）を１００ｍＪで固定にし、表示領域のコンタクトホール形成部又は透過領域の除去露光量（図２（ｃ）の露光量２）を１５０ｍＪ〜４００ｍＪで振った時の、ステージ転写やマスク映り込みのレベルを表１に示す。なお、ここでは感光性有機膜は２μｍ塗布し、ゲート絶縁膜を５５０ｎｍ、パッシベーション膜を２００ｎｍとしているため、端子領域の感光性有機膜の膜厚は７５０ｎｍだけ表示領域より厚いと考えられる。
【００４０】
【表１】
表１に示すように、ステージ転写レベルを〇にするためには表示領域除去露光量は２５０ｍＪ以下であるのに対し、表示領域に有機膜が残らないためには２００ｍＪ以上、端子領域に有機膜が残らないためには３００ｍＪ以上の除去露光量が必要である。これより、端子領域の有機膜残りがなく、かつステージ転写やマスク転写が生じない適性な露光量がないことがわかった。
【００４２】
ここで、露光ステージ映り込みのメカニズムについて図７を参照して説明する。図７は、露光ステージ上に設置した基板に露光の光を照射している状態を模式的に示す図である。図に示すように、露光ステージ２４には基板を固定するためのチャックやピン２４ａが設けられており、露光ステージ２４表面とチャックやピン２４ａとでは反射率が異なるために、過剰に光が照射されると、光が透明絶縁基板１を透過し、露光ステージ２４又はチャックやピン２４ａで反射して感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じる。その結果、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらとステージの跡が転写されてしまう。この問題は、特に表示領域除去露光量に依存し、除去露光量が２５０ｍＪ以下になると、露光ステージ２４で反射した反射光が感光性有機膜１０に有効に作用しなくなり、ステージ転写として見えなくなる。
【００４３】
発明者らは以上の実験結果を踏まえ、表示領域除去露光量と端子領域除去露光量とを異ならせることにした。具体的には、表示領域除去露光量を２００ｍＪで固定とし、端子領域除去露光量を３００ｍＪとすることにした。
【００４４】
【表２】
表２の条件で露光を行ったところ、端子領域の有機膜残りもなく、さらにステージ転写もない反射板形成が可能となったが、マスク転写に関しては依然なくなっていない。この転写パターンを詳細に調べたところ、本来ブラインドで隠されている、端子領域のパターンおよびブラインドの端が映り込んでいることがわかった。ここで、マスクには表示領域除去パターンおよび端子領域除去パターンが各々設けられており、それぞれブラインドで隠すことにより、別のショット（露光量も別）で行われている。これらから転写のメカニズムとしては以下の推測が成り立つ。
【００４６】
図８にステッパの構造及びマスクパターンの位置関係を示す。表示領域をショットする時には端子領域パターンをブラインド２５で隠しているが、マスク（レチクル２６）の裏面反射や投影レンズ３０等のレンズ系の反射により、光が裏面反射する。さらにこれらがブラインド２５等で反射することで、表示領域内に映り込むことがわかった。
【００４７】
そこで、これらを抑制するために、ブラインド２５は用いず全開にし、かつ、表示領域除去パターンと端子領域除去パターンとを別マスクとした。さらにマスクのパターン以外の領域はＣｒのベタパターンとなっているが、反射を抑制するために基板側および照明側に反射防止膜を設け、３層Ｃｒマスクとしたところ表３に示すようにマスク転写の発生を防止することができた。また、反射防止膜ではなく、マスク表面に拡散フィルムを設けて乱反射層を形成させても同様の効果が得られた。
【００４８】
【表３】
【実施例】
以下、上述した本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構造及びその製造方法について、図面を参照にして具体的に説明する。なお、以下の実施例では半透過型液晶表示装置を例に説明を行うが、反射型液晶表示装置の場合も同様である。
【００５０】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置を構成するアクティブマトリクス基板の製造方法を示す工程断面図であり、図２は、感光性有機膜の露光に用いるマスクの構成を示す図である。
【００５１】
まず、図１（ａ）に示すように、ガラス等の透明絶縁性基板１上にＣｒ等の金属を２００ｎｍ程度堆積し、公知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてゲート線、ゲート電極２、コモンストレージ線及び補助容量電極（図示せず）を形成する。次に、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ等のゲート絶縁膜３を５５０ｎｍ程度、ａ−Ｓｉ等の半導体層４を２５０ｎｍ程度堆積して島状にパターニングした後、Ｃｒ等の金属を２００ｎｍ程度堆積、パターニングして、データ線、ドレイン電極６、ソース電極５及び容量用蓄積電極（図示せず）を形成する。その後、ＳｉＮｘ膜等をプラズマＣＶＤ法などにより２００ｎｍ程度堆積し、ＴＦＴ７を保護するパッシベーション膜８を形成する。
【００５２】
次に、図１（ｂ）に示すように、パッシベーション膜８の上に反射光の視認性を高める反射電極膜の凹凸を形成するために、感光性有機膜１０を形成する。この感光性有機膜１０は、感光性のアクリル樹脂、例えばＪＳＲ製ＰＣ４０３、４１５Ｇ、４０５Ｇ等をスピン塗布法により塗布して形成する。
【００５３】
ここで塗布した状態の感光性有機膜１０の表面は平坦になるため、透明絶縁基板１上の各構成部材の凹凸に応じて感光性有機膜１０の塗布膜厚が変化する。例えば、表示領域２２の透過領域２２ｂの塗布膜厚は２μｍ程度であるのに対し、端子領域２３の塗布膜厚はゲート絶縁膜３（５５０ｎｍ）とパッシベーション膜８（２００ｎｍ）がないため、約２．７５μｍとなる。
【００５４】
そこで、表示領域２２の透過領域２２ｂの露光量（露光量２）と端子領域２３の露光量（露光量１）を変えて露光する。この実施例の場合は反射領域２２ａの凹凸を同時に作るため、さらに感光性有機膜１０を半分程度除去できる程度の露光量（露光量３）にて露光すると、図１（ｃ）に示すように各々の領域に現像液可溶領域１０ａが形成される。
【００５５】
この露光工程は、具体的には、図２に示すように、表示領域２２の反射凹凸用パターンマスクＡと、表示領域２２の透過領域有機膜除去用マスクＢと、端子領域２３の有機膜除去用マスクＣを用いて行った。各領域のマスクを別マスクとしたのは、マスクやブラインドの映り込みを防止するためである。なお、それぞれのマスクは基板側および照明側への反射による迷光を抑えるため、マスクをＣｒパターンではなく、ＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯの反射防止膜付の３層Ｃｒマスクとした。また、露光はブラインドを全開にして行った。それぞれの領域の露光量は以下のようになる。
【００５６】
・表示領域（凹凸）＝凹凸ショット露光量＝１００ｍＪ
・表示領域（透過領域）＝凹凸ショット露光量＋透過領域ショット露光量＝１００ｍＪ＋１００ｍＪ＝２００ｍＪ
・端子領域＝凹凸ショット露光量＋透過領域ショット露光量＋端子領域ショット露光量＝１００ｍＪ＋１００ｍＪ＋１００ｍＪ＝３００ｍＪ
【００５７】
なお、表示領域２２や端子領域２３の露光量をそれぞれのショットのたし合わせとしたのは、露光機のタクトを考えてのことである。
【００５８】
次に、アルカリ現像液を用い、凹部、凸部、コンタクトホール等のそれぞれのアルカリ溶液への溶解速度の差を利用して凹凸を形成し、例えば、２２０℃で１時間程度キュアすることにより所望の形状の感光性有機膜１０が形成される。その後、図示しないが、スパッタ法又は蒸着法等を用いて全面にＭｏとＡｌを２００ｎｍと１００ｎｍ連続成膜した後、反射領域２２ａのみをレジストパターンで覆い、露出したＭｏ／Ａｌをドライ又はウェットでエッチングして反射電極膜を形成した。次に、ポリイミドからなる配向膜を形成し、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を挟持して、半透過型液晶表示装置を形成した。
【００５９】
このように、上記液晶表示装置の製造方法によれば、反射電極膜を形成するための感光性有機膜１０のパターン形成に際し、パッシベーション膜８、ゲート絶縁膜３（約０．７５μｍ）だけ塗布膜厚の薄い表示領域２２の露光量を端子領域２３よりも少なくすることにより、双方の領域の露光を最適条件で行うことができ、これにより、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みやマスク転写を防止することができる。
【００６０】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射し、さらにブラインドで反射した迷光が表示領域２２に入射することにより生じるマスクやブラインド端の転写を防止することができる。この効果はマスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことでさらに、一層有効となる。
【００６１】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。本実施例では、露光工程を削減するためにハーフトーンマスク（グレートーンマスク）を用いる場合について説明する。
【００６２】
前記した第１の実施例と同様に、ガラス、プラスチック等の透明絶縁性基板１上にゲート電極２、共通電極配線等を形成し、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ等のゲート絶縁膜３を介してａ−Ｓｉ等の半導体層４を堆積して島状にパターニングした後、ソース電極５、ドレイン電極６等を形成する。次に、ＳｉＮｘ膜等のパッシベーション膜８を形成し、ドレイン電極６上のコンタクトホール形成部及び端子領域のパッシベーション膜８を除去し、その上に反射電極膜の凹凸を形成するための感光性有機膜１０を形成する。
【００６３】
次に、感光性有機膜１０のパターン形成を行うが、第１の実施例では、端子領域２３とコンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと反射領域２２ａとを、各々、露光量１、露光量２、露光量３の３回に分けて露光を行ったが、本実施例では露光工程を削減するために、端子領域２３とコンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと反射領域２２ａのいずれか１つの領域を露光した後、残りの２つの領域をハーフトーンマスクを用いて露光量を変えて露光する。
【００６４】
例えば、反射領域用マスクを用いて反射領域２２ａを露光量３で露光し凹凸を形成した後、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂの透過光量を露光量２に減衰させるハーフトーンマスクを用いて露光量１で露光し、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂと端子領域２３の感光性有機膜１０を除去する。
【００６５】
その後、アルカリ現像液を用い、凹凸部、コンタクトホール形成部及び透過領域２２ｂ、端子領域２３のそれぞれのアルカリ溶液への溶解速度の差を利用してパターンを形成し、Ａｌ又はＡｌ合金等の反射電極膜１２及びＩＴＯなどの透明性導電膜９を形成した後、ポリイミドからなる配向膜を形成し、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極、配向膜が形成された対向基板との間に液晶を狭持して半透過型液晶表示装置が形成される。
【００６６】
このように、上記液晶表示装置の製造方法によれば、ハーフトーンマスクを用いることにより、２回の露光で３つの領域に最適な光量で露光を行うことができ、露光工程を削減し、かつ、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。また、第１の実施例と同様にブラインドを全開にしたり、マスクのパターンを反射防止膜のついた３層構造とすることにより、マスクやブラインド端の写り込みを防止することができる。
【００６７】
なお、第１の実施例では感光性有機膜の１回塗布、３回露光方式、第２の実施例では感光性有機膜の１回塗布、２回露光方式について記載したが、基板全面に少ない光量（例えば、露光量２）で露光を行った後に露光量の多い部分（例えば、端子領域２３）のみ差分（例えば、露光量１−露光量２）の露光を追加する構成としたり、感光性有機膜１０を複数回塗布する場合にも適用化することができる。
【００６８】
また、上記各実施例では、散乱反射板を用いたものについて記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、少なくとも感光性有機膜の膜厚の異なる領域に対して各々に適した光量で露光を行う工程を含むものであればよく、有機層間分離方式のＴＦＴ全般に適用することが可能である。
【００６９】
［実施例３］
次に、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の構造について図３を参照して説明する。図３は、第３の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。なお、本実施例は、アクティブマトリクス基板自体に転写防止構造を設けることを特徴とするものである。
【００７０】
上述のステージ転写は、画素部透過領域２２ｂに過剰に光が照射すると、基板を透過してステージ又はチャックやピンで反射した光が感光性有機膜１０に作用し、それにより感光性有機膜１０の溶解度に変化が生じ、現像後の出来上がった感光性有機膜１０にはうっすらとステージの跡が転写されてしまうために起こる。ここで転写されている部分は各々の画素の透過領域２２ｂと反射領域２２ａの境界部に形成された感光性有機膜１０の端で生じる。従ってこの部分を遮光することにより、ステージ転写の防止効果をさらに高めることができる。
【００７１】
そこで、本実施例では、図３に示すように、アクティブマトリクス基板１３の反射領域２２ａと透過領域２２ｂとの境界部分に、ゲート電極２と同層に形成される金属遮光膜３１を設けている。この金属遮光膜３１は、遮光のためのみに独立して形成してもよいが、液晶表示装置にはコモンストレージ線や補助容量電極等が形成されるため、これらの配線や電極を上記境界領域に形成して金属遮光膜３１として機能させても良い。また、この金属遮光膜３１は必ずしもゲート電極２と同層に形成する必要はなく、ソース／ドレイン電極と同層に形成したり、透明絶縁基板１の裏面側に形成することもできる。
【００７２】
このような構造の半透過型液晶表示装置を用いてステージ転写の防止効果を確認した。表４に、露光量３＝１００ｍＪ、露光量１＝露光量２＝３００ｍＪとした時のステージ転写の様子を示す。なお、表４中のパラメータは図３のように感光性有機膜１０の端部から、ストレージ電極等の金属遮光膜３１の端部までの距離である。
【００７３】
【表４】
表４より、ステージ転写を防止するためには、感光性有機膜１０の端部から金属遮光膜端部までの距離は５μｍ以上必要なことがわかる。
【００７５】
このように、反射領域２２ａと透過領域２２ｂの境にある感光性有機膜１０の端部をストレージ電極等の金属遮光膜で遮光することにより、前記した第１及び第２の実施例で示した３段階の露光を行うことなくオーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示装置の製造方法によれば、端子領域の露光量と表示透過領域の露光量を分けることにより、双方の領域の露光を最適条件で行うことができ、これにより、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みやマスク転写を防止することができる。
【００７７】
また、それぞれの領域のマスクを別マスクとし、ブラインドを全開にすることにより、マスク裏面から反射し、さらにブラインドで反射した迷光が表示部に当たり、マスクやブラインド端が転写されるという不具合を防止することができる。この効果はマスクのパターンを金属（例えばＣｒ）ではなく、上下に反射防止膜のついた（例えばＣｒＯ／Ｃｒ／ＣｒＯ）３層マスクで行うことにより一層有効となる。
【００７８】
また、ハーフトーンマスクを用いることにより、２回の露光で３つの領域に最適な光量で露光を行うことができ、露光工程を削減し、かつ、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【００７９】
更に、反射領域と透過領域の境界にある感光性有機膜端部をストレージ電極等の金属遮光膜で遮光することにより、端子領域の露光量と表示領域の露光量を分けることなく、オーバー露光に起因する露光ステージの写り込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半透過型液晶表示装置の製造工程の一部を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造において使用するマスクの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図４】従来の反射型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来の半透過型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図６】液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の液晶表示装置における問題点（ステージの写り込み）を説明するための図である。
【図８】従来の液晶表示装置における問題点（パターン又はブラインド端の写り込み）を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 透明絶縁性基板
２ ゲート電極
２ａ 共通電極配線
３ ゲート絶縁膜
４ 半導体層
４ａ ａ−Ｓｉ膜
４ｂ ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ ＴＦＴ
８ パッシベーション膜
９ 透明電極膜
１０ 感光性有機膜
１０ａ 現像液可溶領域
１１ コンタクトホール
１２ 反射電極膜
１３ アクティブマトリクス基板
１４ 透明絶縁基板
１５ カラーフィルタ
１６ 対向電極
１７ 対向基板
１８ 液晶層
１９ 配向膜
２０ バックライト光源
２１ チャネル部
２２ 表示領域
２２ａ 反射領域
２２ｂ 透過領域
２３ 端子領域
２４ ステージ
２４ａ チャック又はピン
２５ ブラインド
２６ レチクル
２７ 露光パターン
２８ レチクルマーク
２９ バーコードシャッタ
３０ 投影レンズ
３１ 金属遮光膜
Claims (5)
- 第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、周囲光を反射する反射膜を備える反射領域を有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる反射型又は半透過型液晶表示装置の製造方法において、
前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、
前記反射領域と前記スイッチング素子の電極上のコンタクトホール形成領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、
前記露光する工程では、前記反射領域と、前記コンタクトホール形成領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 第１の基板上に、互いに略直交する複数の走査線及び複数の信号線と、前記走査線と前記信号線との交点近傍に配設されるスイッチング素子とを備え、前記走査線と前記信号線とで包囲される各々の画素に、バックライト光を透過する透明電極膜を備える透過領域と周囲光を反射する反射膜を備える反射領域とを有し、前記第１の基板と該第１の基板に対向配置される第２の基板とのギャップに液晶が狭持されてなる半透過型液晶表示装置の製造方法において、
前記第１の基板上に感光性有機膜を塗布する工程と、
前記反射領域と前記透過領域と表示領域外周の端子領域とにおける前記感光性有機膜を、各々異なる光量で露光する工程と、を含み、
前記露光する工程では、前記反射領域と、前記透過領域と、前記端子領域とを、各々異なるマスクを用い、かつ、ステッパ装置の、選択パターン以外のパターンを遮光するためのブラインドを開放した状態で露光することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とにおける前記感光性有機膜を、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域の前記感光性有機膜の膜厚に対応する第１の光量で露光した後、前記端子領域のみ、前記感光性有機膜の膜厚の差分に対応する第２の光量で再度露光す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の製造方法。
- 前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とで透過率の異なるハーフトーンマスクを用いて、前記コンタクトホール形成領域又は前記透過領域と前記端子領域とを同時に露光す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の製造方法。
- 前記マスクとして、金属膜を反射防止膜で挟んだ３層構造のマスクを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の液晶表示装置の製造方法。
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