JP4122315B2 - 液晶表示器 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示器に関し、特にカラー・フィルタ層と金属層との間に両者間の隔離性を補強する絶縁膜を具備した液晶表示器に関する。

従来からカラー液晶表示器（liquid crystal display；ＬＣＤ）は薄膜トランジスタ・アレイを使用して対応画素電極を駆動するスイッチ素子としている。この種のカラー液晶表示器はトランジスタ・アレイ上方に「アレイ上カラー・フィルタ；ＣＯＡ」と称するカラー・フィルタ層があり、該トランジスタ・アレイ内のそれぞれのトランジスタにはいずれも１層の金属層があり、トランジスタのソース又はドレーン領域を一つの画素電極と電気的にカップリングさせることが出来る。そのうち、画素電極はインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）により製造された透明電極であり、画素電極はトランジスタのソース又はドレーン領域と接点を介して電気的にカップリングされ、カラー・フィルタ層と金属層との間に一層の絶縁膜を堆積させることによりこの両層を電気的に隔離している。アレイ上カラー・フィルタ構造を有する従来の液晶表示器は、米国特許第６，０３１，５１２号明細書、Ｋａｄｏｔａら、名称「カラーディスプレイ装置のためのカラー・フィルタ構造」（特許文献１）及び米国特許第６，１９８，５２０号明細書、Ｋｏｎｄｏら、名称「カラー液晶ディスプレイ」（特許文献２）において実施例が記載されている。

特許文献１において、無機絶縁膜はカラー・フィルタとソース又はドレーンとの間に位置しており、成分はホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、ノンドーピングシリケートガラス（ＮＳＧ）又はその他類似の材料である。特許文献２においては、無機絶縁層は窒化珪素が使用され、カラー・フィルタと共通電極との間に堆積している。また特許文献２に開示された無機絶縁膜を有するカラー液晶表示器はその製造プロセスが２個のフォトマスクを必要とし、特許文献１に開示された製造プロセスも２個のフォトマスクを必要とする。

図１Ａないし図１Ｅは２個のフォトマスクを使用した従来の製造プロセスを示す図である。この図１Ａに示すように、１個のカラー液晶表示器１０を製造する場合、始めに先ず透明基板１２を準備し、この透明基板１２上にトランジスタ・アレイ１４を形成し、次にトランジスタ・アレイのそれぞれのトランジスタ（図示せず）にいずれも金属層１４２、例えばドレーン電極を形成し、しかる後、トランジスタ・アレイ１４の上にさらに１層の無機材料により製造された絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６を形成した後、図１Ｂに示すように、この絶縁膜１６の上にフォトレジスト層１８を形成し、プレセット・パターンを具備した第１のフォトマスク１８２を利用して絶縁膜１６の未マスク部分を蝕刻し、金属層１４２を露出させる。図１Ｃに示すように、フォトレジスト層１８を除くとコンタクト・ウインドー２０が形成される。

その後、図１Ｄに示すように、再び絶縁膜１６の上にカラー・フィルタ層２２を形成すると同時にコンタクト・ウインドー２０をいっぱいに充填する。該カラー・フィルタ層２２はカラー樹脂（図示せず）及びその中に分散している顔料（図示せず）を含んでおり、プレセット・パターンを具備した第２のフォトマスク２２２を利用してカラー・フィルタ層２２の未マスク部分を除去し、コンタクト・ウインドーを露出させる。図１Ｅは最後に形成された画素電極２４を示し、金属層１４２とカラー・フィルタ層とを電気的にカップリングすることが出来る。

このように、無機材料を使用して絶縁膜１６を製作するには１つの成膜プロセス、２つのフォトマスク１８２及び２２２、及び１つの蝕刻プロセスを必要とし、これを経てカラー液晶表示器１０のカラー・フィルタ２２を形成することが出来る。このことから分るように、このような製造プロセス方法は余りにも複雑で不経済であり、かつ、製造プロセス中、カラー・フィルタ２２内の顔料フォトレジストがコンタクト・ウインドー２０内に残留して汚染を来す可能性がある。

したがって、本発明人はより簡単な方法により製造される液晶表示器を提供することに務めた。
米国特許第６，０３１，５１２号明細書 米国特許第６，１９８，５２０号明細書

これに鑑み、本発明の目的は、上記先行技術の制限及び欠点によりもたらした複数個の問題を解決する液晶表示器及びその製造プロセスを提供することにある。

本発明の特徴及び利点は以下の発明の開示により明らかであり、かつ、添付図面を参照しながら本発明を実施することにより本発明の技術的手段をより深く理解できる。

これら及びその他利点を具備し且つ上記本発明の目的の達成に提供される液晶表示器を形成する製造プロセスは、基板を準備する工程と、前記基板上に、金属層を含んでなるトランジスタ・アレイを形成する工程と、前記トランジスタ・アレイの上に感光層を形成する工程と、前記感光層の上にカラー・フィルタ層を形成する工程と、プレセット・パターンのマスクを被せて前記カラー・フィルタ層及び前記感光層を露光する工程と、前記カラー・フィルタ層及び前記感光層を部分的に除去して、前記カラー・フィルタ層及び前記感光層下方の前記金属層を露出させる工程と、前記カラー・フィルタ層の上に前記金属層と電気的にカップリングする画素電極を形成する工程と、を備えてなることを特徴とする（請求項１に対応）。

上記本発明の製造プロセスにおいて、該感光層はフォトレジスト材を含んでなり、該カラー・フィルタ層は顔料フォトレジスト材を含んでなり、該フォトレジスト材と顔料フォトレジスト材とはほぼ同一の露光波長を有していることを特徴とする（請求項２に対応）。

また上記本発明の製造プロセスにおいて、該フォトレジスト材は露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲において７０％より高い透過率を有していることを特徴とする（請求項３対応）。

また上記本発明の製造プロセスにおいて、該顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の１．５倍よりも大きい、又は該フォトレジスト材の３倍よりも小さいことを特徴とする（請求項４に対応）。

さらには上記目的の達成に提供される液晶表示器は、基板と、前記基板の上に形成された金属層と、前記金属層の上に形成されたカラー・フィルタ層と、感光材からなり、前記金属層と前記カラー・フィルタ層との間に形成されることにより、物理的にかつ電気的に該金属層及び該カラー・フィルタ層を隔離する絶縁膜と、前記カラー・フィルタ層の上に形成された画素電極と、備えてなり、請求項１記載の製造プロセスにより製造されることを特徴とする（請求項５に対応）。

上記本発明の液晶表示器において、該感光材はフォトレジスト材を含んでなり、該カラー・フィルタ層は顔料フォトレジスト材を含んでなり、該フォトレジスト材と該顔料フォトレジスト材とはほぼ同一の露光波長を有していることを特徴とする（請求項６に対応）。

また上記本発明の液晶表示器において、該フォトレジスト材は露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲において７０％より高い透過率を有していることを特徴とする（請求項７に対応）。

また、上記本発明の液晶表示器において、該顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の１．５倍よりも大きい、又は該フォトレジスト材の３倍よりも小さいことを特徴とする（請求項８に対応）。

以下、図面を参照しながら、本発明の典型的な実施の態様を説明する。当該実施の態様は本発明をより具体的に説明するためのもので、当然本発明の技術的思想はこれに限定されるものでなく、添付クレームの範囲を逸脱しない限り、当業者による単純な設計変更、付加、置換などはいずれも本発明の技術的範囲に属する。

図２Ａ及び図２Ｂは本発明の実施態様に基づいた液晶表示器５０の断面図である。図２Ａに示すように、液晶表示器５０は、透明基板５２と、透明基板５２上方にあるトランジスタ・アレイ層５４と、トランジスタ・アレイ層５４上方にある有機絶縁層５６と、カラー・フィルタ層５８と、画素電極とを備えている。この実施例において、透明基板５２はガラス基板又は石英基板などであってもよく、トランジスタ・アレイ層５４は複数のトランジスタ（図示せず）を含んでおり、それぞれのトランジスタは更に、トランジスタのソース（図示せず）又はドレーン（図示せず）と電気的にカップリングする共通電極として用いられる金属層５４２を備えている。有機絶縁層５６は物理的に又は電気的に金属層５４２と画素電極６４とを隔離するためのものである。また、カラー・フィルタ層５８は顔料フォトレジスト材（図示せず）を含み、有機感光材料及びその内部に分散されている顔料により構成されている。

また、この実施例においては、有機絶縁層５６は従来の無機絶縁層に代り、例えばフォトレジスト材である感光材を含み、これによりカラー液晶表示器の製造プロセスを簡単化する。下記において詳細に説明する。該フォトレジスト材及びカラー・フィルタ層５８の顔料フォトレジスト材はほぼ同一の露光波長を有している。また、本実施例においては、フォトレジスト材の露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲における透過率は７０％よりも高い。なお、別の実施例においては、フォトレジスト材はネガ型フォトレジスト材であり、露光後不可溶となり現像剤で洗浄できない。また別の実施例において、顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の１．５倍よりも大きい。また、別の実施例においては顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の３倍よりも小さい。

次に図２Ｂに示すように、液晶表示器５０はコンタクト・ウインドー６０内の画素電極６４と接触する金属層５４２’を備え、当業者であれば図２Ａ中の金属層５４２と図２Ｂ中の金属層５４２’とは、金属層５４２がカラー・フィルタ層５８の下方に位置し、金属層５４２’がコンタクト・ウインドー領域の下に位置していることを除いて、同一のソース又はドレーンに属することがわかるであろう。トランジスタ・アレイ５４内のトランジスタのソース又はドレーン用となる金属層５４２’は画素電極６４と電気的にカップリングし、絶縁層５６及びカラー・フィルタ層５８はいずれも有機感光材により形成されている。

図３Ａないし図３Ｄは本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図である。この図３Ａに示すように、先ず透明基板５２を準備し、しかる後、透明基板５２の上にトランジスタ・アレイ５４を形成する。当該トランジスタ・アレイ５４におけるそれぞれのトランジスタはいずれも金属層５４２’を備え、トランジスタ・アレイ５４の上に有機絶縁層５６、例えば感光層（実施例ではフォトレジスト材を含む）を形成する。

次に図３Ｂに示すように、有機絶縁層５６の上方に顔料フォトレジスト材が含まれているカラー・フィルタ層５８を形成する。この実施例においては、フォトレジスト材及びカラー・フィルタ層５８中の顔料フォトレジスト材はほぼ同一の露光波長を有している。又この実施例においてはフォトレジスト材の露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲における透過率は７０％よりも高い。また、別の実施例においては、フォトレジスト材はネガ型フォトレジスト材である。また別の実施例においては、顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の１．５倍よりも大きい。また、さらなる別の実施例においては顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の３倍よりも小さい。しかる後、プレセット・パターンのフォトマスク５８２を設け、現像するすなわちカラー・フィルタ層５８及び有機絶縁層５６のマスクしていない部分を除去することにより、金属層５４２’を露出させる（図３Ｃ参照）。

図１Ｂの無機絶縁層を利用する方法と比較すれば、本発明の方法は成膜プロセスと、１個のフォトマスクと、蝕刻プロセスとを省いて、コンタクト・ウインドーを限定することができる。

図３Ｃに示すように、金属層５４２’を露出させるようにコンタクト・ウインドー６０を形成する。しかる後、図３Ｄに示すように、金属層５４２’と電気的にカップリングする画素電極６４を形成する。

さらには図４Ａないし図４Ｆは本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図である。この図４Ａに示すように、先ず透明基板７２を準備し、しかる後、透明基板７２の上にトランジスタ・アレイ７４を形成する。当該トランジスタ・アレイ７４におけるそれぞれのトランジスタはいずれも金属層７４２を備え、トランジスタ・アレイ７４の上にフォトレジスト材が含まれている有機絶縁層７６を形成し、金属層７４２を露出させるためにプレセット・パターンを有するフォトマスク７８２を設ける。

次に図４Ｂに示すように、現像するすなわち有機絶縁層７６のマスクしていない部分を除去することにより、金属層７４２を露出させる。さらに図４Ｃに示すように、有機絶縁層７６の上方に顔料フォトレジスト材が含まれているカラー・フィルタ層７８を形成する。この実施例においては、有機絶縁層７６及びカラー・フィルタ層７８における顔料フォトレジスト材はほぼ同一の露光波長を有しており、有機絶縁層の露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲における透過率は約７０％よりも高い。また別の実施例においては、有機絶縁層７６はネガ型フォトレジスト材を含んでいる。また、別の実施例においては、顔料フォトレジスト材の熱硬化性は有機絶縁層７６の１．５倍よりも大きい。また、さらなる別の実施例においては、顔料フォトレジスト材の熱硬化性は有機絶縁層７６の３倍よりも小さい。

また図４Ｄに示すように金属層７４２を露出させるために、プレセット・パターンを有する第２のフォトマスク７８４を設ける。

次に図４Ｅに示すように、現像するすなわちカラー・フィルタ層のマスクしていない部分を除去し、金属層７４２を露出させる。さらに図４Ｆに示すように、金属層７４２と電気的にカップリングした画素電極８０を形成する。

従来の製造プロセスと比較すれば、本発明による製造プロセスは成膜プロセス及び蝕刻プロセスを省くことができる。

上記製造プロセスは当業者であれば、本発明の範囲及びその技術的思想を逸脱しないかぎり、容易にその開示された製造プロセスを改変でき、本発明に開示の明細書及び実施の形態を利用してその他実施例を作成することが出来る。換言すれば、明細書及び実施例は説明のためのものであり、当然本発明の正確な範囲及び精神はいずれも添付のクレームで定義される。

カラー液晶表示器を製造する従来の製造プロセスを示す図。 カラー液晶表示器を製造する従来の製造プロセスを示す図。 カラー液晶表示器を製造する従来の製造プロセスを示す図。 カラー液晶表示器を製造する従来の製造プロセスを示す図。 カラー液晶表示器を製造する従来の製造プロセスを示す図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の断面図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の断面図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。 本発明の他の実施態様に基づいて製造されたカラー液晶表示器の製造プロセス図。

符号の説明

１０，５０…カラー液晶表示器、１２，５２，７２…透明基板、１４，５４，７４…トランジスタ・アレイ、１６…無機絶縁膜、１８…フォトレジスト層、２０，６０…コンタクト・ウインドー、２２，５８，７８…カラー・フィルタ、２４，６４，８０…画素電極、５６，７６…有機絶縁層、１４２，５４２，７４２…金属層、１８２，２２２，５８２，７８２，７８４…フォトマスク。

Claims (6)

1. 基板を準備する工程と、
   前記基板上に、金属層を含んでなるトランジスタ・アレイを形成する工程と、
   前記トランジスタ・アレイの上に、フォトレジスト材を含んでなる感光層を形成する工程と、
   前記感光層の上に、顔料フォトレジスト材を含んでなるカラー・フィルタ層を形成する工程と、
   プレセット・パターンのマスクを被せて前記カラー・フィルタ層及び前記感光層を露光する工程と、
   前記カラー・フィルタ層及び前記感光層を部分的に除去して、前記カラー・フィルタ層及び前記感光層下方の前記金属層を露出させる工程と、
   前記カラー・フィルタ層の上に前記金属層と電気的にカップリングする画素電極を形成する工程と、
   を備え、前記顔料フォトレジスト材の熱硬化性は、前記フォトレジスト材の１．５倍よりも大きいことを特徴とする、液晶表示器を形成する製造プロセス。
2. 前記フォトレジスト材と前記顔料フォトレジスト材とはほぼ同一の露光波長を有していることを特徴とする請求項１記載の製造プロセス。
3. 前記フォトレジスト材は露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲において７０％より高い透過率を有していることを特徴とする請求項１記載の製造プロセス。
4. 基板と、
   前記基板の上に形成された金属層と、
   前記金属層の上に形成された顔料フォトレジスト材を含んでなるカラー・フィルタ層と、
   フォトレジスト材を含んでなる感光材からなり、前記金属層と前記カラー・フィルタ層との間に形成されることにより、物理的にかつ電気的に該金属層及び該カラー・フィルタ層を隔離する絶縁膜と、
   前記カラー・フィルタ層の上に形成された画素電極と、
   を備え、前記顔料フォトレジスト材の熱硬化性はフォトレジスト材の１．５倍よりも大きい、請求項１に記載の製造プロセスにより製造されることを特徴とする液晶表示器。
5. 該フォトレジスト材と顔料フォトレジスト材とはほぼ同一の露光波長を有していることを特徴とする、請求項４記載の液晶表示器。
6. 前記フォトレジスト材は露光波長４００ないし７００ｎｍの範囲において７０％より高い透過率を有していることを特徴とする請求項４記載の液晶表示器。

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