JP4166849B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に関するもので、特に光照射により配向方法を決定することにより、機械的なラビング(rubbinng)によって遮光層近傍に発生するディスクリネーションを防止して画質が改善する液晶表示素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
テレビやパソコンの表示装置に主として使用されているCRTは大面積の画面を作ることができるという長所があるが、かかる大面積の画面を作るためには電子統と発光物質が塗布されたスクリーンとの距離が一定以上を保持しなければならないのでその嵩が大きくなる問題があった。従って、CRTは現在活発に研究されている壁掛用テレビ等に適用できないのみならず、近来に注目されている携帯用テレビやノートブックコンピューター等のように低消費電力を必要とし小型化を要求する電子製品にも適用することができなかった。
【0003】
かかる表示装置の要求に応えてLCD(liquid Cristal Display)、PDP(Plasma Display Panel),ELD(Electroluminescent Display),VFD(Vacuum Fluorescent Display)のような様々の平板表示装置(flat panel display)が研究されているが、その中でもLCDが様々の短所にも拘らず画質が優れ低電力を使用するという点で近来最も活発に研究されている。
【0004】
かかるLCDとしては単純マトリックス駆動方式LCD(SMLCD)とアクティブマトリックス駆動方式LCD(AMLCD)があるが、この中でもAMLCDがそれぞれの画素を独立的に駆動させることにより、隣接画素のデータ信号による影響を最小化させてコントラスト比を高めながら走査線数を増加させることができるため、近来のLCDに主として使用されている。
【0005】
図1は上記AMLCDの平面図を示す図面であり、図面符号1,2はそれぞれゲート配線及びデータ配線を示す。上記ゲート配線1及びデータ配線2はマトリックス状に縦横に交叉して画素領域を定義し、上記画素領域内のゲート配線1とデータ配線2の交叉点に薄膜トランジスタ(TFT)が形成されている。TFTのゲート電極3はゲート配線1に連結されソース/ドレイン電極4はデータ配線2に連結されて、液晶パネル外部に取り付けられたデータ配線駆動回路からデータ配線2に電圧が印加されるとTFTが作動すると同時にデータ配線駆動回路からデータ配線2に印加される信号がTFTを通して画素領域に形成された画素電極5に印加され所望の画像を得られることになる。
【0006】
このとき、実際に画像が現れる領域は画素電極5が形成された画素領域である。従って、その外の領域、即ちゲート配線lとデータ配線2及びTFTに光が漏洩されるのを防止するため遮光層6が必要になる。かかる遮光層6は一般的にカラーフィルター基板に形成されるが、この構造のLCDには重大な短所がある。即ち、カラーフィルターとTFTアレイ基板との貼り付けの際、カラーフィルター基板に形成された遮光層6がTFTアレイ基板に形成されたゲート配線l、データ配線2及びTFTを正確に覆わないと、光がその領域に漏洩されて画質が低下する。その上、上記したように正確でない貼り付けによって光が漏洩されるのを防止するため遮光層6の幅を光が漏洩される領域より大きくしているので、遮光層6が画素電極5の一部と重なるようになる場合にはLCDの開口率が低下する問題があった。そもそもカラーフィルター基板とTFTアレイ基板を正確に貼り付けするということ自体が極めて難しいことである。
【0007】
上記問題を解決するために提案される構造が、図2に示したように遮光層6がデータ配線1、データ配線2及びTFT上に直接形成された構造である。図面において、基板10はTFTアレイ基板であり、その上にゲート電極3及びゲート絶縁層llが形成されている。ゲート絶縁層11上には半導体層13が形成されており、その上にソース/ドレイン電極4が形成されている。画素領域には上記ソース/ドレィン電極4の一方と電気的に連結された状態で画素電極5が形成されており、その上に基板l0全体にわたって保護膜16が積層されている。
【0008】
上記保護膜16上のデータ配線1、データ配線2及びTFT領域に遮光層6が形成されており、その上に基板10全体にわたって配向膜18が形成されている。遮光層6がカラーフィルター基板に形成される構造の場合遮光層6にCrやCr0x等のような金属を使用することに対して、上記構造では黒色樹脂を使用する。従って、上記遮光層6がデータ配線1、データ配線2及びTFT上に直接形成されているため、光がこの領域に漏洩されるのを防止できることになる。かつ、上記構造のLCDにおいても遮光層6が画素電極5の一部と重なるが、その重なる程度が小さいので、開口率が大きく向上される。
【0009】
しかしながら、上記構造のLCDでも次のような問題があった。液晶分子を配向するために基板10をラビングするとき、図2に示したように高さHの段差Hにより画素領域の段差近傍にはラビングされない領域が発生することになる。図2でラビングされない領域の幅はLで表示されている。上記したようにラビングされない領域は液晶の注入時重大な欠陥をおこす。ラビングが施された領域では液晶分子がラビング方向に沿って一定の方向に配向する反面、ラビングが施されない領域では液晶分子が上記ラビング方向とは異なる方向に不規則に配向される。従って、ラビングが施された領域とラビングが施されない領域、即ち配向方向が決定された領域と配向方向が決定されない領域の境界線で光が漏洩されてディスクリネーションが発生する。かかるディスクリネーションは、例えば、黒色背景白表示モードで画面上に白線が生じる等のように画質を低下させる重要な要因として作用する。
【0010】
上記問題を解決するため、IBM社で図3のような構造のLCDを提案した(米国特許第5,345,324号)。上記特許は図3に示したように従来の構造とは全ての構成が同一であり、ただ画素電極5に不透明な金属層14が形成されているということだけがその差異点である。この金属層14上には保護膜16が積層されており、その上に遮光層6が形成されている。
【0011】
従って、上記金属層14が領域Lを通過する光を遮断することになり遮光層6の段差Hによるディスクリネーションが画面上に現れるのを除去する。しかし、上記構造のLCDでは遮光層6の幅Lだけ光が透過する領域が少なくなるので、開口率が低下するという間題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した点を鑑みてなされたもので、光照射により配向を決定して遮光層の段差によってディスクリネ一ションが発生するの防止することにより画質が向上された液晶表示素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
本発明の他の目的は付近の画素電極まで配向方向を決定することにより、開口率が向上された液晶表示素子の製造方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による液晶表示素子の製造方法は、第1基板上に縦横に交差して画素領域を定める複数のゲート配線及びデータ配線を形成する段階と、画素領域内のゲート配線とデータ配線の交差点に薄膜トランジスタを形成する段階と、画素領域に画素電極を形成する段階と、基板全体に亘って保護膜を形成する段階と、保護膜上のゲート配線、データ配線及び薄膜トランジスタ領域に遮光層を形成する段階と、遮光層及び保護膜上に第1配向膜を形成する段階と、第2基板にカラーフィルタ層、対向電極、及び第2配向膜を形成する段階と、配向方向を決定するために、第1及び第2配向膜の各々に光を照射する段階と、第1及び第2基板の間に液晶を注入する段階とを備え、第1配向膜に光を照射する段階は、第1配向膜に偏光した光を照射し、光の偏光方向と垂直な方向に2つの対称のプレチルト方向が縮退して形成される段階を含み、第2配向膜に光を照射する段階は、第2配向膜に光を照射し、第1配向膜のプレチルト方向とは異なる方向の二つの対祢のプレチルト方向を生成する段階を含む。
【0015】
薄膜トランジスタは基板上にゲート電極を形成する段階と、上記ゲート電極及び基板上にゲート絶縁膜を形成する段階と、上記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する段階と、上記半導体上にソース/ドレイン電極を形成する段階から構成される。
【0016】
ソース/ドレイン電極の一方は画素電極と重なるように形成され電気的に接続される。
【0017】
光の照射により配向方向が決定される光配向膜としてはポリシロキサン物質やPVCN‐Fを使用する。
【0018】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態1(参考発明)
以下、添付された図面を参照して本発明による液晶表示素子の製造方法を詳しく説明する。
【0019】
図4は本発明による液晶表示素子の製造方法の第1実施の形態を示す図面で、先ず図4(a)に示したように基板110にスパッタリング方法でCr,Mo,AlまたはTi等のような金属を積層した後、ホトエッチングしてゲート電極103及びデータ配線(図示せず)を形成する。次いでCVD(ChemicalVapor deposition)方法でSiNxやSiOx等を積層してゲート絶縁膜111を形成する。かつ、図面には示していないが、絶縁効果を高めるため上記ゲート電極103を陽極酸化して陽極酸化膜を形成することもできる。
【0020】
その後、図4(b)に示したように上記ゲート絶縁膜111上にCVD方法で非晶質シリコン(amorphous silicon)を積層し、エッチング(etching)して半導体層113を形成した後、Cr,TiまたはAl等のような金属をスパッタリング方法で積層した後、ホトエッチング(photoetching)して上記半導体層113上にソース/ドレイン電極104及びデータ配線(図示せず)を形成する。図面に示していないが、上記半導体層113上にn+非晶質シリコンを積層した後、エッチングしてオーミックコンタクト(ohmic contact)層であるn+層(図示せず)を形成する。なお、図面では半導体層113及びソース/ドレイン電極104を各々の積層及びエッチングにより形成したが、非晶質シリコン層及び金属層を連続積層した後、金属層をエッチングしてソース/ドレイン電極104を形成し、上記ソース/ドレイン電極104をマスク(mask)に使用して非晶質シリコン層をエッチングすることも可能である。
【0021】
この後、ゲート配線及びデータ配線により限定される画素領域にIT0(indium tin oxide)等のような透明電極をスパッタリング方法で積層しエッチングすることにより、画素電極105は上記ソース/ドレイン電極104の一方と重なり、電気的に接続される。
【0022】
その後、図4(c)に示したようにSiNxやSiOx等をCVD(Chemical Vapor Deposition)方法で積層して保護膜116を形成した後、黒色樹脂を塗布して遮光層106、即ちブラックマトリックス(black matrix)を形成する。上記遮光層106は上記画素電極105の一部と重なるように形成され、光がゲート配線、データ配線及びTFTに漏洩されるのを防止する。このとき遮光層106は高さHの段差を有する。次いで、上記基板110全体に亘ってポリシロキサン(polysiloxane)系物質やPVCN−F(polyvinylfluorocinnamate)のような光配向物質を塗布して配向膜118を形成した後、図4(d)に示したように上記配向膜118に光を照射して配向方向を決定する。
【0023】
この時光配向物質として使用されるポリシロキサン物質は光が照射されることによって配向膜118に発生するプレチルト角の大きさが次第に小さくなる傾向を現す。
【0024】
かつ、配向膜118には偏光された光と非偏光された光が2回照射されるが、偏光された光の照射により配向膜118表面には光の偏光方向と垂直の方向に二つの対称のプレチルト方向が縮退されて生成される。この配向膜ll8に非偏光された光が照射されると、二つの対称のプレチルト方向のうち上記非偏光された光の照射方向と平行な方向のプレチルト方向のみが選択され、配向膜118表面には所望のプレチルト方向が生成される。このとき、上記光としては紫外線を使用する。
【0025】
発明の実施の形態2(請求項に係る発明)
図5は本発明による液晶表示素子の製造方法の第2実施の形態を示す図面である。
【0026】
第2実施の形態では1回の光照射後に、液晶を注入することにより配向方向を決定するものである。先ず、図5(a)〜図5(c)に示したように、第1実施の形態と同様に第1基板210aにゲート電極203及びデータ配線及び薄膜トランジスタを形成する。次いで、画素領域に画素電極205を形成した後、保護膜216を積層し、その上に遮光層206を形成する。そして、第l基板210a全体に亘ってPVCN−Fやポリシロキサン物質のような光配向物質を塗布して第1配向膜218aを形成した後、図5(d)に示したように偏光された光を1回照射する。この光の照射により第1配向膜218a表面には光の偏光方向と垂直の二つの対称のプレチルト方向が縮退されて生成される。この時にも、光として紫外線を使用する。
【0027】
次いで、第2基板210bにカラーフィルター層237、対向電極235及び第2配向膜218bを形成した後光を照射すると、第1配向膜218aのプレチルト方向とは異なる方向の二つの対祢のプレチルト方向が生成される。そして、上記第1基板210a及び第2基板210bを合着した後、両基板210a,210bの間に液晶を注入すると液晶の流れ効果(flowing effect)により対称の二つのプレチルト方向のうち液晶が流れる方のプレチルト方向が選択される。このとき、対向電極235としては画素電極と同様にITOを使用する。なお、第1配向膜218a及び第2配向膜218bに光を照射して配向方向を決定するに替えて一方の基板のみに光を照射してプレチルト方向を決定した後、カイラルドパント(chiral dopant)が添加された液晶を両基板210a,210bの間に注入して配向方向を決定することも可能である。
【0028】
【発明の効果】
本発明による液晶表示素子の製造方法は上記したようにデータ配線、データ配線及び薄膜トランジスタ上に黒色樹脂からなる遮光層が形成されているため、開口率が向上されるばかりでなく、ラビングを施すことなく、配向膜に光を照射したり液晶を注入して配向方向を決定するため、遮光層の段差にも拘わらず画素領域全体、即ち上記段差近傍にも配向方向が決定されるため画面にディスクリネーションが発生して画質が低下するのが防止される。その上、ラビング工程により配向方向が決定される場合、遮光層の段差近傍に発生するディスクリネーションが画面に現れるのを防止するための金属層が不要になるので開口率がさらに向上される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の液晶表示素子の平面図。
【図2】図1のA−A’線断面図。
【図3】従来の液晶表示素子の断面図。
【図4】本発明の第1実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図面。
【図5】本発明の第2実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図面。
【符号の説明】
103 ゲート電極
104、204 ソース/ドレイン電極
105、205 画素電極
106、206 遮光層
110、210 基板
111、211 ゲート絶縁層
113、213 半導体層
116、216 保護膜
118、218 配向膜
Claims (10)
- 第1基板上に縦横に交差して画素領域を定める複数のゲート配線及びデータ配線を形成する段階と、
上記画素領域内のゲート配線とデータ配線の交差点に薄膜トランジスタを形成する段階と、
上記画素領域に画素電極を形成する段階と、
上記基板全体に亘って保護膜を形成する段階と、
上記保護膜上のゲート配線、データ配線及び薄膜トランジスタ領域に遮光層を形成する段階と、
上記遮光層及び保護膜上に第1配向膜を形成する段階と、
第2基板にカラーフィルタ層、対向電極、及び第2配向膜を形成する段階と、
配向方向を決定するために、前記第1及び第2配向膜の各々に光を照射する段階と、
前記第1及び第2基板の間に液晶を注入する段階とを備え、
前記第1配向膜に光を照射する段階は、前記第1配向膜に偏光した光を照射し、光の偏光方向と垂直な方向に2つの対称のプレチルト方向が縮退して形成される段階を含み、
前記第2配向膜に光を照射する段階は、前記第2配向膜に光を照射し、前記第1配向膜のプレチルト方向とは異なる方向の二つの対祢のプレチルト方向を生成する段階を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、上記薄膜トランジスタを形成する段階が、
上記基板上にゲート電極を形成する段階と、
上記ゲート電極及び基板上にゲート絶縁層を形成する段階と、
上記ゲート絶縁層上に半導体を形成する段階と、
上記半導体層上にソース/ドレイン電極を形成する段階を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 請求項2記載の液晶表示素子の製造方法において、
上記半導体層上にオーミックコンタクト層を形成する段階が含まれることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 請求項2記載の液晶表示素子の製造方法において、上記ゲート電極に陽極酸化膜を形成する段階が含まれることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、上記画素電極がIT0(indium tin oxide)であることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、上記遮光層が黒色樹脂であることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、上記第1または第2配向膜がPVCN−F(polyvinylfluorocinnamate)及びポリシロキサン系物質からなる一群から選択されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項7記載の液晶表示素子の製造方法において、上記配向膜のプレチルト角の大きさが、光の照射エネルギーが増加するにつれて減少することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、上記光が紫外線であることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
- 請求項1記載の液晶表示素子の製造方法において、偏光された光と非偏光された光の照射が各々1回行われることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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