JP4333081B2

JP4333081B2 - フォトマスク、液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP4333081B2
Application number: JP2002146423A
Authority: JP
Inventors: 公高上條; 竜太岡田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: JP2003337328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク、及び液晶表示装置の製造方法に関し、特に、露光対象物に対し効果的に指向性のある面を形成することが可能なフォトマスクと、そのフォトマスクを用いた液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型の液晶表示装置は、バックライト等の光源を持たないために消費電力が小さく、従来から種々の携帯電子機器や装置の付属的な表示部等に多用されている。この種の液晶表示装置としては、基板間に反射膜と液晶層を挟持させた構成を具備するものが採用され、一方の基板側から入射した光は液晶層を通過した後に反射膜で反射され、再び反射光として液晶層を通過し表示に供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような反射型の液晶表示装置は、太陽光や照明光等の外光を利用して表示を行うため、室内等、外光の光量が限られた場所では表示の視認性が低下する場合がある。そこで、反射膜に多数の凹凸を形成し、反射光を拡散させることによって広い視野角で明るい表示を得る技術が提案されている。さらに、限られた光量の中でより有効に反射光を利用し、使用者の目にとって明るい表示を得るという観点から、反射膜に断面形状が非対称の凹凸、すなわち傾斜が緩い面と傾斜が急な面を有するような凹凸を形成し、光の拡散に異方性（本明細書では、以下、指向性という）を持たせることで反射光の向きを使用者の目の方向に合わせるという技術、いわゆる指向性反射板の技術が提案されている。
【０００４】
指向性反射板を得る方法としては、基材上に感光性樹脂を塗布した後、これに対し上下非対称の開口部を有したフォトマスクを用いて露光、現像を行い、上下方向に緩斜面と急斜面を備える散乱用樹脂層を得、この散乱用樹脂層上に反射膜を形成して指向性反射板を得る方法がある。このような方法においてはフォトマスクの開口部又は遮光部を介して露光が行われるが、回折により該開口部から光が漏れる場合があるため、散乱用樹脂層においてフォトマスクの開口部又は遮光部形状よりも膨らんだ形状のパターンが形成されてしまう場合がある。したがって、所望パターン（すなわち開口部形状に応じたパターン）の散乱用樹脂層を得ることができず、例えば傾斜面がダレてしまい、所望形状ないし所望傾斜角度の緩斜面又は急斜面が得られなくなる場合があり、ひいては反射膜に対して意図した指向性を付与できない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、所望形状の指向性反射板を効率良く得ることを可能にするフォトマスクと、そのフォトマスクを用いた液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のフォトマスクは、対象物に露光を行う開口部を備えたフォトマスクであって、当該フォトマスクの面内の一方向において非対称の形状を有する複数の前記開口部又は遮光部が前記一方向に向きを揃えて配置され、前記開口部又は前記遮光部が、平面視で三方に延びる先細りの鋭角部を有する凹状六角形状又は凹状五角形状であることを特徴とする。
【０００７】
このようなフォトマスクによると、開口部又は遮光部の縦方向が非対称に形成されているため、該フォトマスクを介して露光を施した例えばネガ型の感光性樹脂（露光対象物）において少なくとも縦方向に露光量の分布が生じ、露光が施された対象物を現像することにより該縦方向に傾斜角の異なる２以上の傾斜面を形成することが可能となる。さらに、本発明のフォトマスクにおいては、少なくとも１８０度を超える角を備えるものとしたため、１８０度を超える角の位置に対応した露光対象物において、形成される傾斜面がダレて広がることが防止ないし抑制されるようになる。すなわち１８０度を超える角は内部に凹んだ角であって、その凹んだ位置は広がりシロの役目を担っており、当該フォトマスクを用いて対象物に露光を施す場合に、該フォトマスクの凹んだ角の形成位置に対応して、露光対象物に形成され得る傾斜面のダレ発生を防止ないし抑制できるようになる。したがって、露光対象物に対し本発明のフォトマスクを用いて露光を行い、現像することにより、縦方向に傾斜角の異なる２以上の傾斜面を形成するとともに、意図せぬ広がり（ダレ）が少ない樹脂層（散乱用樹脂層）を得ることが可能となる。なお、このような樹脂層に対して、全面ベタ状にＡｌ等の反射膜を形成することで指向性反射膜を得ることができるようになり、このような反射膜は優れた指向性を示し、意図した方向に反射光を向けることが可能となる。また、ポジ型の感光性樹脂を用いた場合も同様の効果を得ることができ、すなわち、樹脂層に凹んだ形状の傾斜面が形成されることとなる。
【０００８】
上記開口部又は遮光部は凹多角形にて形成されているものとすることができる。開口部又は遮光部を多角形にて形成することにより、フォトマスクを電子計算機で設計する際のデータ量が減り、処理速度が迅速化するとともに、バリエーションに富む形状の開口部又は遮光部を設計することが可能となる。
【０００９】
また、上記開口部の縦方向の一方の側には、先細りの鋭角部が形成されているものとすることができる。この場合、露光対象物においては、先細りの鋭角部に対応する位置にて相対的に露光量が少なくなり、これを現像することにより該鋭角部に対応する位置にて傾斜角の小さい緩斜面を確実に形成することが可能となる。
【００１０】
さらに、上記開口部又は前記遮光部が前記対称軸に対して略線対称に形成される一方、少なくとも１８０度を超える２以上の角を前記対称軸に対して略線対称位置に備えるものとすることができる。この場合、露光対象物において横方向に傾斜面の広がり（ダレ）が一層発生し難くなり、縦方向への指向性が一層強まることとなる。なお、その対称軸上で、且つ開口部の縦方向の一方の側に、先細りの鋭角部を形成することにより、本発明の効果が一層顕著となり、指向性の高い樹脂層を得ることが可能となる。
【００１１】
次に、上記課題を解決するために本発明の液晶表示装置の製造方法は、基材上に直接又は他部材を介して感光性樹脂層を形成する工程と、形成した感光性樹脂層に対して上記フォトマスクを用いて露光を行うことにより、該感光性樹脂層を所定形状にパターニングする工程と、パターニングされた樹脂層上に直接又は他部材を解して反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
このように基材上に形成した感光性樹脂層に対し上記フォトマスクを用いて露光を行うことにより、上述した通り傾斜角度の異なる２以上の傾斜面を備える樹脂層を形成することができ、これに反射膜を形成することで、指向性の反射膜を備えた液晶表示装置を製造することが可能となる。この場合、本発明のフォトマスクを用いているため、意図した指向性を備える樹脂層を得ることが可能となり、ひいては目的に合致した反射指向性を液晶表示装置に付与することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［フォトマスク］
以下、本発明のフォトマスクの一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のフォトマスクの部分拡大平面図、図２は図１のフォトマスクに形成された開口部の形状を拡大して示す説明図である。
【００１４】
図１に示したフォトマスク１００は、フォトリソグラフィ法等において露光を行う際に所定パターンの露光面を付与するためのマスクであって、透光性の低い部材にて構成されたマスク本体部１１０と、マスク本体部１１０に設けられた複数の開口部１１２とを備えて構成されている。具体的には、マスク本体部１１０は、石英を主体として構成された基材にクロム等の遮光性膜を形成した構成を備えてなり、開口部１１２は、そのマスク本体部１１０の所定位置に所定パターンで開口されたものである。本実施の形態では、図２に示したような形状の開口部１１２が複数形成されており、各開口部１１２は、隣接する開口部と部分的に重なり合う部分を含む構成とされている。
【００１５】
また、開口部１１２は縦方向（図示上下方向）に非対称に構成され、該縦方向において中心よりも上側１１３の開口面積が、下側１１４の開口面積よりも小さくされている。そして、開口部１１２は凹状の角１１５（１８０度を超える角）を含む凹状多角形の開口形状を有し、本実施形態の場合は凹状六角形とされており、また、中心よりも上側１１３が先細りの鋭角を含んで構成されている。
【００１６】
さらに、開口部１１２は横方向（図示左右方向）に略対称に形成され、上述した凹状角１１５を少なくとも横方向に略対称に備えて構成されており、その対称軸１１９上に上述の先細り鋭角部が形成されてなる。このような構成の開口を有するフォトマスク１００によると、個々の開口部１１２において、開口面積の大きい図示下側１１４は露光量が相対的に多くなり、開口面積の小さい図示上側１１３は露光量が相対的に少なくなり、すなわち縦方向に露光量の分布を生じせしめることが可能となる。なお、図３に示すように開口部１２２を凹状五角形とすることも可能で、この場合も、凹状角１２５が対称軸１１９に対称に形成され、図示上側１１３が先細りの鋭角部を備えて構成されている。
【００１７】
以上のような構成を具備してなるフォトマスク１００を用い、ネガ型の感光性樹脂層に対してフォトリソグラフィを行った場合、図４に示すようなパターンの樹脂層２００を得ることができる。すなわち、開口部１１２を介して露光用の光が感光性樹脂層に照射されるが、開口部１１２から感光性樹脂層に達するまでの途上において光が拡散するため、開口形状（図４（ａ）中、破線で示す）よりも広がった形状（ダレた形状）パターンにて感光性樹脂層が露光され、これを現像した後の樹脂層２００は、開口部１１２の開口形状よりも多少広がりを持った形状パターンとなる。
【００１８】
また、フォトマスク１００の開口部１１２は縦方向に非対称に形成されているため、ネガ型感光性樹脂層において縦方向に露光量の分布が生じ、これを現像することにより、図４（ｂ）に示すような縦方向に傾斜角の異なる複数の傾斜面２１０，２２０を形成することが可能となる。さらに、フォトマスク１００は、凹状角１１５を備えるため、パターニングされる樹脂層２００においては、該凹状角１１５の位置にて当該樹脂層２００が外側に湾曲して広がることが生じ難くなっている。
【００１９】
また、図示上側１１３の先細り鋭角部に対応する位置において、縦方向に露光量が緩やかに変化する一方、図示下側１１４においては縦方向に露光量が急峻に変化する。したがって、傾斜面２１０は傾斜角度が小さい緩斜面２１０となり、傾斜面２２０は傾斜角度が大きい急斜面２２０となる。なお、露光量は、フォトマスク１００の開口部１１２の重心付近において最大となり、この開口部１１２の重心Ｇ（図４（ａ）参照）に対応する位置において、樹脂層２００の層厚が最大となる。
【００２０】
以上のように本実施形態のフォトマスク１００を用いてネガ型感光性樹脂を露光し、これを現像することにより、図４に示した所定パターンの樹脂層２００が得られ、その断面形状は緩斜面２１０と傾斜面２２０とを有するものとなる。また、特に開口部１１２の図示上側１１３を先細り鋭角状に構成したため、その先細り鋭角部に対応してなる緩斜面２１０が、図示下側１１４に対応してなる急斜面２２０よりも面積が大きくなる。なお、本実施の形態ではネガ型の感光性樹脂を用いた場合について説明したが、ポジ型の感光性樹脂を用いた場合も同様の効果を得ることができ、すなわち、樹脂層に凹んだ形状の傾斜面が形成されることとなる。また、本実施の形態では所望の形状を有する開口部を有するフォトマスクを用いた場合について説明したが、所望の形状を有する遮光部を有するフォトマスクを用いた場合も同様の効果を得ることができ、すなわち、ネガ型の感光性樹脂を用いた場合には、樹脂層に膨らんだ形状の傾斜面が形成されることとなる。
【００２１】
［液晶表示装置の製造方法］
次に、上記実施形態のフォトマスク１００を用いた液晶表示装置の製造方法についてその一実施例を説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、ガラス、プラスチック等の透明基材２上にネガ型感光性樹脂層１５０を形成し、その上方から図１に示したフォトマスク１００を用いて露光を行う。そして、露光した感光性樹脂層１５０に対して現像を行い、図５（ｂ）に示した傾斜面２１０，２２０を備える樹脂層２００を得る。さらに、その樹脂層２００に対して、図５（ｃ）に示すように全面ベタ状にＡｌ等の反射性材料を形成して指向性反射膜２６を形成する。この指向性反射膜２６は、樹脂層２００の傾斜面２１０（若しくは２２０）の角度に基づき、反射光を意図した方向に向けることが可能とされている。
【００２２】
続いて、指向性反射膜２６上に平坦化膜、透明電極、配向膜を形成する一方、異なる基材に対してカラーフィルタ及びブラックマトリクス、オーバーコート膜、透明電極、配向膜を形成し、これら各基材を液晶材料を介して貼り合わせ、封止材にて封止することにより液晶パネルを得る。そして、得られた液晶パネルに対して駆動装置等を具備させて液晶表示装置を得る。
【００２３】
［液晶表示装置］
次に、上記実施例の製造方法により製造された液晶表示装置の構成について図面を参照しつつ説明する。
図６は本実施の形態の液晶表示装置の全体構成を示す平面図、図７は同、液晶表示装置の表示領域を示す図であって、図６のＢ−Ｂ’線に沿う断面図（横方向に切断した状態を示す断面図）である。本実施の形態は、パッシブマトリクス方式の反射型カラー液晶表示装置の例であり、下基板の内面側に上記指向性反射板を形成した内蔵反射板を備えた例である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２４】
本実施の形態の液晶表示装置１は、図６に示すように、平面視矩形状の下基板２（図５に示した基材２と同様のもの）と上基板３（他方の基板）とがシール材４を介して対向配置されている。シール材４の一部は各基板２，３の一辺（図６における上辺）側で開口して液晶注入口５となっており、双方の基板２，３とシール材４とに囲まれた空間内に液晶が封入され、液晶注入口５が封止材６によって封止されている。本実施の形態では、上基板３よりも下基板２の外形寸法の方が大きく、上基板３と下基板２の１辺（図６における上辺）では縁が揃っているが、上基板３の残りの３辺（図６における下辺、右辺、左辺）からは下基板２の周縁部がはみ出すように配置されている。そして、下基板２の下辺側の端部に上基板３、下基板２双方の電極を駆動するための駆動用半導体素子７が実装されている。なお、符号８は表示領域の周囲を遮光するための遮光層（周辺見切り）である。
【００２５】
本実施の形態の場合、図６に示すように、下基板２上に、図中縦方向に延在する複数のセグメント電極１０がストライプ状に形成されている。一方、上基板３上には、セグメント電極１０と直交するように図中横方向に延在する複数のコモン電極１１がストライプ状に形成されている。カラー表示を行うべく、カラーフィルターのＲ、Ｇ、Ｂの各色素層は各セグメント電極１０の方向に対応して配置（縦ストライプ／ＲＧＢのそれぞれがストライプ状に縦に同色で形成配置）されており、横方向に並んだＲ、Ｇ、Ｂの３個の画素で画面上の１個のドットが構成されている。なお、本実施の形態における「画素」とは、セグメント電極１０とコモン電極１１とが平面的に見て重なり合った各領域のことである。また、「表示領域」とは、遮光層８の内側の多数の画素がマトリクス状に配列された領域であって、実際に表示に寄与する領域のことを言う。
【００２６】
断面構造を見ると、図７に示すように、下基板２上に感光性樹脂からなる樹脂層２００が形成され、該樹脂層２００は多数の傾斜面２１０，２２０を備えており、この場合、傾斜面２１０，２２０は一つの画素内に多数配置されている。そして、これら傾斜面を備える樹脂層２００の表面に沿ってアルミニウム、銀等の光反射率の高い金属膜からなる反射層（指向性反射層）２６が形成され、樹脂層２００の傾斜面に沿って反射面が構成されている。この反射層２６は表示領域の縦方向において反射光の指向性があり、例えば縦方向上方から斜めに入射する光を、基材と垂直方向に指向させることが可能である。
【００２７】
また、反射層２６上にはアクリル、ポリイミド等の樹脂膜、シリコン酸化膜等の絶縁膜等からなる平坦化膜２７が形成され、平坦化膜２７上にインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）からなるセグメント電極１０が紙面を貫通する方向にストライプ状に形成されており、その上に例えば表面にラビング処理が施されたポリイミド等からなる配向膜２０が形成されている。
【００２８】
一方、ガラス、プラスチック等の透明基板からなる上基板３上に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色素層１３ｒ，１３ｇ，１３ｂからなるカラーフィルター１３が形成され、カラーフィルター１３上には各色素層間の段差を平坦化すると同時に各色素層の表面を保護するための樹脂製のオーバーコート膜２１が形成されている。さらに、オーバーコート膜２１上にＩＴＯ膜からなるコモン電極１１が紙面に平行な方向にストライプ状に形成されており、その上に例えば表面にラビング処理が施されたポリイミド等からなる配向膜２２が形成されている。
【００２９】
上基板３と下基板２との間にはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶等からなる液晶２３が挟持されている。また、例えば樹脂ブラックや比較的反射率の低いクロム等の金属などからなるブラックストライプ３３が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色素層１３ｒ，１３ｇ，１３ｂの間（境界）を区画するように設けられている。
【００３０】
本実施の形態の液晶表示装置１は、所定の傾斜角度の反射面を有する反射膜２６を具備しているため、反射光を所定方向に指向させることが可能となり、その結果、照明環境に依存することなく、明るい反射表示が得られるようになる。また、本実施の形態の反射膜２６は、上記実施の形態で示したフォトマスク１００を用いた方法により形成されてなるため、意図した指向性を反射膜２６に付与し易くなり、一層確実に明るい反射表示を提供することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば液晶表示装置の製造方法の実施例では、一括露光を行う例を示したが、ステッパー等により所定ステップ毎に露光を行うものとしてもよい。さらに、本実施の形態では、形成した樹脂層２００に直接反射膜２６を成膜するものとしているが、樹脂層２００の上層に更に薄膜樹脂層を形成し、その上に反射膜２６を形成してなるものとすることもでき、この場合、反射膜２６の表面を一層滑らかにすることが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のフォトマスクによれば、露光により意図した角度の緩斜面及び急斜面を備える樹脂層を形成することが可能となり、該樹脂層に反射膜を形成することにより、一層目的に合致した指向性を有する反射層を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のフォトマスクについて概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のフォトマスクの開口形状について示す説明図である。
【図３】フォトマスクの開口形状について変形例を示す説明図である。
【図４】ネガ型感光性樹脂層に対して図１のフォトマスクを用いて露光・現像を行った際の樹脂層の構成を示す平面図と断面図である。
【図５】図１のフォトマスクを用いた液晶表示装置の製造工程について示す説明図である。
【図６】図１のフォトマスクを用いた製造方法により得られた液晶表示装置の全体構成を示す平面図である。
【図７】同、液晶表示装置の表示領域を示す図であって、図６のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１液晶表示装置
２下基板（基材）
２６反射層
１００フォトマスク
１１２開口部
１５０感光性樹脂
２００樹脂層

Claims

対象物に露光を行う開口部を備えたフォトマスクであって、
当該フォトマスクの面内の一方向において非対称の形状を有する複数の前記開口部又は遮光部が前記一方向に向きを揃えて配置され、
前記開口部又は前記遮光部が、平面視で三方に延びる先細りの鋭角部を有する凹状六角形状又は凹状五角形状であることを特徴とするフォトマスク。
前記開口部又は前記遮光部が前記対称軸に対して略線対称に形成される一方、少なくとも１８０度を超える２以上の角を前記対称軸に対して略線対称位置に備えることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
前記開口部又は前記遮光部の対称軸上で、且つ前記開口部又は前記遮光部の前記一方向における一方の側に、先細りの鋭角部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスク。
前記開口部又は前記遮光部が平面視で不規則に配置されるとともに、隣り合う前記開口部同士又は前記遮光部同士が重なり合う部分を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフォトマスクを用いた液晶表示装置の製造方法であって、基材上に直接又は他部材を介して感光性樹脂層を形成する工程と、形成した感光性樹脂層に対して前記フォトマスクを用いて露光を行うことにより、該感光性樹脂層を所定形状にパターニングする工程と、パターニングされた樹脂層上に直接又は他部材を介して反射膜を形成する工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。