JP4258817B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、より詳細には、画素内で反射電極の突起の効率性を向上させ、工程を単純化することができる液晶表示装置の製造方法に関する。

当技術分野で一般的に知られているように、液晶表示装置は、使用する光源によって透過型と反射型とに分けられる。透過型液晶表示装置は、液晶パネルの後面に取り付けられた背面光源であるバックライトからの人工光を液晶に入射させ、液晶の配列によって光量を調節して色を表示する構造を有する。しかし、透過型液晶表示装置は人工的な背面光源を使用するので電力消費が多いという短所がある。

一方、反射型液晶表示装置は、光の大部分を外部の自然光や人工光源に依存する構造を有するので、透過型液晶表示装置に比べて電力消費が少ない。しかし、反射型液晶表示装置は、暗い場所や、天気が曇りの場合には外部光を利用できないという制約がある。

また、反射型及び半透過型液晶表示装置は、共に、下部基板上に反射物質の膜が形成されている。以下、このような反射物質の膜の形成過程に重点を置いて反射型液晶表示装置及びその製造方法について説明する。

図１は、従来の一般的な反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。

従来の一般的な反射型液晶表示装置は、図１に示すように、カラーフィルター層（図示せず）及び共通電極１７が形成された上部基板１３と、薄膜トランジスタ（図示せず）及び反射電極１６が形成された下部基板１１と、上部基板１３及び下部基板１１の間に介在された液晶１９とを備える。

液晶１９は電界により所定の方向に配列されて光の透過量を制御する光学的異方性媒質である。液晶１９に代りに、光学的異方性の特性を有し、液晶１９と同様に作用する他の媒質を使用することもできる。

上部基板１３と下部基板１１の外面には、光の偏光状態を人工的に制御できるように複数の光学的媒質が配置され、特に、上部基板１３上には、散乱フィルム２１、位相差板２３及び偏光板２５が順に積層されている。散乱フィルム２１は、光を散乱させて観測者により広い視野角を提供するものである。位相差板２３は、反射電極１６に入射する光に影響を及ぼすλ/４プレートの特性を有する第１位相差フィルムと、第１位相差フィルムに合着され、λ/２プレートの特性を有する第２位相差フィルムとを有し、電圧が印加されていないオフ状態では、入射する光の位相を反転させて位相差を与えることにより、より多量の光を外部に出射させ、高い輝度特性を有する液晶パネルの実現を可能にするものである。そして、偏光板２５は、透過軸方向に振動する光を透過させ、残りの成分を吸収するものである。

以下、添付の図面を参考しながら従来の液晶表示装置の製造方法を説明する。

図２は、突起が形成された反射電極を有する従来の液晶表示装置の構成を示す平面図であり、図３Ａ〜図３Ｅは、図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の工程別の断面図である。

図２及び図３Ｅに示すように、従来の技術では、下部基板１１上の所定の部分には薄膜トランジスタＴが形成され、この薄膜トランジスタＴ上には保護膜３６が形成されている。また、保護膜３６上には一定の間隔を有する複数のレジンの突起３７ａが形成されている。突起３７ａは、光の反射角を改善するために、薄膜トランジスタＴが形成された表面の全体に所定の間隔を置いて分布している。

突起３７ａが形成された保護膜３６上には、薄膜トランジスタＴのドレイン電極３１と電気的に接続された反射電極１６が形成されている。ここで、反射電極１６は、下の保護膜３６上に形成された突起３７ａにより表面に凹凸を有することになり、外部からの光を反射して再び外部に出射するとき、いろいろな角度で突起３７ａに入射してきた光を平行にし、一定の角度で外部に出射させることができる。

一方、突起３７ａを含む下部基板１１の全面に有機絶縁膜３８が形成されており、有機絶縁膜３８上に反射電極１６が形成されている。

以下、図３Ａ〜図３Ｅを参考しながら上述の従来の液晶表示装置を製造する方法について説明する。

図３Ａに示すように、薄膜トランジスタＴを備えた下部基板１１の全面に保護膜３６を形成してから、その上にレジン膜３７を形成する。図３Ａにおいて、参照符号２７はゲート電極を、２８はゲート絶縁膜を、２９及び３１はソース電極及びドレイン電極を、そして、３０は半導体層を各々表す。

次に図３Ｂに示すように、露光及び現像処理を行ってレジン膜をパターニングし、一定の間隔を有する複数のレジン膜パターン３７ｂを形成する。この際、代替的に、下部に支柱を形成してからレジン膜でその下部をオーバーコートすることによりレジン膜パターン３７ｂを形成することもできる。

次に図３Ｃに示すように、レジン膜パターン３７ｂに対して熱処理によるリフローを行って半球形の突起３７ａを形成する。

次に図３Ｄに示すように、半球形の突起３７ａを含む下部基板１１の全面に有機絶縁膜３８を形成し、そして、保護膜３６及び有機絶縁膜３８をパターニングして薄膜トランジスタＴのドレイン電極３１の表面を所定部分だけ露出させるコンタクトホール３５を形成する。

次に図３Ｅに示すように、コンタクトホール３５を含む下部基板１１の全面に反射特性が優れる導電性不透明金属膜（図示せず）を蒸着してから、導電性不透明金属膜をパターニングして、画素領域上にドレイン電極３１と接続する画素電極である反射電極１６を形成する。この際、反射電極１６は、突起３７ａにより波形の形状を有する。

しかし、上述のような従来の技術では、レジンを用いて突起を形成することにより、所望の突起の角分布を得ることはできるが、突起の直径を１０μｍ以下に製作することは、非常に困難であった。従って、このような１０μｍ以上の直径を有する突起間の間隔を維持しなければならないことにより、画素内の空間を最大限に使用できないという問題がある。また、レジンを使用することに伴って追加的なフォト処理及び熱処理を行われなければならないので、工程が複雑になるだけでなく、レジン使用により製造コストが増加するという問題がある。

本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたもので、反射電極の形成の際、突起の角分布を一定に維持すると共に、突起の大きさと間隔を縮小して一定の大きさの画素空間を占める突起の密度を増大させることにより、反射モードにおける反射率及び視野角を改善することができる液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明の別の目的は、シャドウマスクを用いて突起を形成することにより、レジンを使用する場合に必要なフォト処理工程及び熱処理工程を省略して工程を単純化し、製造コストを削減することができる液晶表示装置の製造方法を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る第１の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、シャドウマスクを用い前記基板にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、前記シャドウマスクを除去するステップと、前記突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。

前記開口部は、シャドウマスクの全面に規則的に配置されるように形成されるか、或いは不規則に配置されるように形成され得る。または、前記開口部は、シャドウマスクの全面に同じ大きさで配置されるように形成されるか、或いは様々な大きさで混在して配置されるように形成され得る。

前記スパッタリング処理においては、基板に対する前記スパッタリングラジカルの蒸着方向の傾斜角度及び蒸着時間を調節して所望の形状で突起を形成することができる。

前記突起を形成するステップにおいては、シャドウマスク及び基板のいずれか１方を平面上で回転又は回動させて、前記開口部を通過し基板に蒸着する単位面積当たりのスパッタリングラジカルの密度を調節するか、或いはシャドウマスク及び基板のいずれか１方を平面上で振動させて、開口部を通過し基板に蒸着する単位面積当たりのスパッタリングラジカルの密度を調節することができる。一方、前記突起を形成するステップは、斜方蒸着法により行われることもできる。前記突起は、１０μｍ以下の直径を有することができる。

前記反射電極は、伝導性材料を用い、また、伝導性材料としては、アルミニウム及びアルミニウム合金のいずれか１方を用いることができる。

また、本発明に係る第２の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、前記シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を平面上で移動させながら前記シャドウマスクを用い、前記保護膜上にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、前記シャドウマスクを除去するステップと、前記突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係る第３の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を平面上で振動させながらシャドウマスクを用いて前記基板にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて突起を形成するステップと、シャドウマスクを除去するステップと、突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係る第４の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、シャドウマスクを用いて前記基板上に蒸着方向が前記基板と傾斜するように斜方蒸着処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、基板上に選択的に蒸着させて突起を形成するステップと、シャドウマスクを除去するステップと、突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、シャドウマスク、または、基板を平面にて移動させながら、基板にスパッタリングを行うことにより、スパッタリングラジカルがシャドウマスクの開口部を通過し基板上に選択的に蒸着して、所望の形状及び大きさを有する突起を形成することができる。この際、突起の形状及び大きさはシャドウマスクの開口部の形状、大きさ及び間隔により決まる。

即ち、本発明によれば、シャドウマスクを用いることにより、従来のレジンを使用して形成された突起より突起を小さく形成することができ、画素内の反射電極の使用効率を極大化することができる。また、従来のレジン使用の際に必要なフォト処理工程及び熱処理工程を省略することができるので、工程を単純化し、製造コストを削減することができる。

また、シャドウマスクを用いて蒸着方向が基板と傾斜する斜方蒸着を行うことにより、所望の形状及び大きさを有する突起を形成することができる。この場合、突起の形状及び大きさはシャドウマスクの開口部の形状、大きさ及び間隔により決まる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。 なお、以下の説明及び図面において、同じ参照符号は、同じ又は同様の構成成分を示しており、そのため、同じ又は同様の構成成分に関する説明を省略する。

図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る反射型液晶表示装置の製造方法を説明する工程別の断面図である。また、図５は、シャドウマスクの移動を示す平面図である。そして、図６は、図５の一部を拡大して示す平面図であり、図７は、図６の開口部の位置に対応する突起の蒸着の厚さを示す断面図である。

本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法は、図４Ａに示すように、薄膜トランジスタを備えた下部基板４１の全面に保護膜５１を形成する。図４Ａにおいて、参照符号４３はゲート電極を、４５はゲート絶縁膜を、４８、４９はソース電極及びドレイン電極を、そして、４７は半導体層を各々表している。

図４Ｂに示すように、保護膜５１の上に突起が形成される部位を露出させる複数の開口部５３ａを有するシャドウマスク５３を位置させる。次に、シャドウマスク５３及び下部基板４１のいずれか１方を、シャドウマスク５３及び下部基板４１と平行な平面にて回転又は回動、即ち、各開口部５３ａの中心が円又は円弧を描くように平行移動させながら、シャドウマスク５３を用いて保護膜５１上にスパッタリング処理６１を行う。ここで、シャドウマスク５３及び下部基板４１のいずれか１方を平面上で回転又は回動させる理由は、開口部５３ａを通過して保護膜５１に蒸着する、単位面積当たりのスパッタリングラジカルの密度を調節するためである。

また、シャドウマスク５３及び基板のいずれか１方を平面上で回転又は回動させる代わりに、いずれか１方を平面上で振動させて開口部５３ａを通過するスパッタリングラジカルの密度を調節することもできる。

上記スパッタリング処理６１において、スパッタリングラジカルが、図５に示すように、回転又は回動、または、振動するシャドウマスク５３の開口部５３ａを通過し、保護膜５１上に選択的に蒸着して半球形の突起５５を形成する。この際、突起５５は１０μｍ以下の直径を有する。

また、突起５５は、図６及び図７に示すように、移動するシャドウマスク５３の開口部５３ａと重なる時間がより長い部位（ｂ）が、重なる時間がより短い部位（ａ）、（ｃ）に比べて突起５５の厚さがより厚いことが分る。

次に、シャドウマスク５３を除去した後、図４Ｃに示すように、基板の全面に有機絶縁膜５７を形成してから、保護膜５１及び有機絶縁膜５７をパターニングして薄膜トランジスタのドレイン電極４９の表面を所定部分だけ露出させるコンタクトホール５０を形成する。

図４Ｄに示すように、コンタクトホール５０を含む下部基板４１の全面にアルミニウム、または、アルミニウム合金などの反射特性が優れる導電性不透明金属膜（図示せず）を蒸着してから、導電性不透明金属膜をパターニングして、画素領域上にドレイン電極４９と接続する画素電極である反射電極５９を形成する。この際、反射電極５９は、複数の突起５５により波形の形状を有する。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る反射型液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。

本発明の第２の実施の形態に係る反射型液晶表示装置の製造方法は、図８に示すように、先ず、トランジスタ（４３、４７、４８、４９）及び保護膜５１を備えた下部基板４１を提供する。次に、基板の上に突起が形成される部位を露出させる複数の開口部５３ａを有するシャドウマスク５３を位置させる。次に、シャドウマスク５３を用いて基板の保護膜５１上に斜方蒸着処理７１を行う。ここで、斜方蒸着処理７１とは、酸化物（場合によっては、金属やフッ化物であることもある）を基板に対して斜め方向から蒸着させる処理であって、そして蒸着物質はＳｉＯｘが一般的である。この際、蒸着方向の角度、蒸着速度、蒸着時間、真空度、基板温度、及び膜厚などの蒸着条件や蒸着物質が異なると、蒸着した薄膜の断面形状や薄膜の特性が異なってくる。一般的に、斜方蒸着の膜は、セルフシャドウイング効果（ｓｅｌｆ-ｓｈａｄｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）のため、等方性でなく、表面形状を始めとする色々な物理的性質が異方性を呈する。

本第２の実施の形態では、斜方蒸着処理７１の結果、スパッタリングラジカルが開口部５３ａを通過し基板上の保護膜５１に選択的に蒸着して、半球形の突起５５を形成する。この際、突起５５の形状及び大きさはシャドウマスクの開口部の形状、大きさ及び間隔により決まる。

突起５５を形成した以後の工程は、上記第１の実施の形態と同様に行われる。

図９及び図１０は、上記した第１及び第２の実施の形態で使用されるシャドウマスクの開口部の形状を示す平面図である。

図９に示すように、開口部５３ａをシャドウマスク５３の全面に同じ大きさで規則的に配置されるように形成することができる。また、代替的に、図１０に示すように、開口部５３ａをシャドウマスク５３の全面に様々な大きさで混在して不規則に配置されるように形成することもできる。

本発明は、シャドウマスクを用いて突起を形成することにより、希望する突起の角分布を得、かつ、画素内の空間を最大限に活用することができる。従って、従来のレジン工程が不要になることにより、工程が単純化され、レジンの導入に伴うコストが不要になる。

例示を目的に、上記のように本発明の好ましい実施の形態を説明したが、特許請求の範囲により開示される本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、当業者が上記の実施の形態に種々の変更を行うことが可能である。

従来の一般的な反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 突起が形成された反射電極を有する従来の液晶表示装置の構成を示す平面図である。 図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の断面図である。 図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の断面図である。 図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の断面図である。 図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の断面図である。 図２のＩ-II線に沿った従来の液晶表示装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 シャドウマスクの移動を示す平面図である。 図５の一部を拡大して示す平面図である。 図６の開口部位置に対応する蒸着により形成された突起の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明に係るシャドウマスクの開口部の形状を示す平面図である。 本発明に係るシャドウマスクの開口部の形状を示す平面図である。

符号の説明

１１、４１ 下部基板
１３ 上部基板
１６、５９ 反射電極
１７ 共通電極
１９ 液晶
２１ 散乱フィルム
２３ 位相差板
２５ 偏光板
２７、４３ ゲート電極
２８、４５ ゲート絶縁膜
２９、４８ ソース電極
３０、４７ 半導体層
３１、４９ ドレイン電極
３５、５０ コンタクトホール
３６、５１ 保護膜
３７ レジン膜
３７ａ、５５ 突起
３７ｂ レジン膜パターン
３８、５７ 有機絶縁膜
５３ シャドウマスク
５３ａ 開口部
６１ スパッタリング処理
７１ 斜方蒸着処理

Claims (15)

1. 薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、
   突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、
   前記シャドウマスクを用い前記基板にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、
   前記シャドウマスクを除去するステップと、
   前記突起を含む前記基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記開口部は、前記シャドウマスクの全面に規則的に配置されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記開口部は、前記シャドウマスクの全面に不規則に配置されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記開口部は、前記シャドウマスクの全面に同じ大きさで配置されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記開口部は、前記シャドウマスクの全面に様々な大きさで混在して配置されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記スパッタリング処理において、前記基板に対する前記スパッタリングラジカルの蒸着方向の傾斜角度及び蒸着時間を調節して、所望の形状に前記突起を形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記突起を形成するステップにおいて、前記シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を、前記シャドウマスク及び前記基板と平行な平面にて回転又は回動させて、前記開口部を通過し前記基板に蒸着する単位面積当たりのスパッタリングラジカルの密度を調節することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記突起を形成するステップにおいて、前記シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を、前記シャドウマスク及び前記基板と平行な平面にて振動させて、前記開口部を通過して前記基板に蒸着する単位面積当たりのスパッタリングラジカルの密度を調節することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記突起は、１０μｍ以下の直径を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の製造方法。
10. 前記突起を形成するステップは、斜方蒸着法により行われることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記反射電極は、伝導性材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記伝導性材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかの１方であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、
    突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、
    前記シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を、前記シャドウマスク及び前記基板と平行な平面にて移動させながら、前記シャドウマスクを用い、前記保護膜上にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、
    前記シャドウマスクを除去するステップと、
    前記突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
14. 薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、
    突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、
    前記シャドウマスク及び前記基板のいずれか１方を、前記シャドウマスク及び前記基板と平行な平面にて振動させながら、前記シャドウマスクを用い前記基板にスパッタリング処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記保護膜上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、
    前記シャドウマスクを除去するステップと、
    前記突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
15. 薄膜トランジスタ及び保護膜が順に形成された基板を提供するステップと、
    突起が形成される前記保護膜の部位を露出させる複数の開口部を有するシャドウマスクを前記保護膜の上に位置させるステップと、
    前記シャドウマスクを用い、前記基板上に蒸着方向が前記基板と傾斜するように斜方蒸着処理を行って、スパッタリングラジカルに前記開口部を通過させ、前記基板上に選択的に蒸着させて前記突起を形成するステップと、
    前記シャドウマスクを除去するステップと、
    前記突起を含む基板上に反射電極を形成するステップとを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
    

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