JP4523730B2

JP4523730B2 - 液晶表示装置とその製造方法

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Publication number: JP4523730B2
Application number: JP2001100022A
Authority: JP
Inventors: 康文金山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002296610A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置とその製造方法に係わり、特にスイッチ素子として用いる薄膜トランジスタの、マトリックス状に並設されたデータ信号線または走査信号線のパターン形状によって製造工程で生じる不具合を防止することができる液晶表示装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には液晶表示パネルが組み込まれている。この液晶表示パネルは、所定の厚みを有する液晶層を介して対向する一対の基板からなり、基板には液晶層に電界が印加されるように電極が設けられている。
【０００３】
液晶表示装置は、自ら発光しない受動型の表示装置である。従って、基板に設けられている電極は、透過型の場合にはどちらの基板もＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜などの透明電極で構成され、表示パネルの背面にバックライトと呼ばれる照明部材が配設されている。また、反射型の場合には、少なくとも外光が入出力する側の基板には透明電極が設けられ、表示パネルの背面は反射鏡面になるように処理されているので不透明な金属電極でもよい。さらに、カラー表示を行う場合には、カラーフィルタが組み込まれる。
【０００４】
ところで、液晶表示パネルの駆動方式は、液晶の化学的、電気的、光学的な特性によって異なる。固定したパターンを表示する場合には、少なくとも一方の電極をその形状にパターニングして液晶層に電界が掛かるようにすればよい。あるいは、電極をセグメントにパターニングし、セグメントを選択して簡単な英数仮名文字を表示するものもある。電卓の表示に多い。
【０００５】
ところが、最近では液晶材料の進歩や表示パネルの製造技術が進展し、表示するドットの数を多くすることができ、微小化も進んだことから、ドット構成で文字や画像を表示することが一般化している。
【０００６】
液晶表示パネルでドット表示をするには、直交するＸＹ方向に並設した多数の電極の交点が１画素となるように液晶層に電圧を印加して駆動する方法が採られており、単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式に大別できる。
【０００７】
単純マトリックス方式は、２枚の基板のそれぞれにＸ方向とＹ方向の複数本の縞状電極を設けて液晶層を挟んで対向させ、少なくとも一方の電極をマトリックス駆動して交点を順次走査して表示する。液晶層には、例えばＳＴＮ液晶が用いられる。
【０００８】
基板上には縞状に電極がパターニングされ、その上に配向膜が被覆される。パネルの製造工程においては、電極が縞状であるため、その縞と平行に処理液を噴出すれば洗浄やエッチングなどの工程は不具合が生じ難い。
【０００９】
アクティブマトリックス方式は、単純マトリックス方式では表示し難い階調表示やカラー表示を容易に可能にする方法として開発された。しかし、最近では携帯電話の小形表示装置からパソコンのモニタやＴＶなどの大形表示装置までアクティブマトリックス方式が用いられている。基板上に配設されるスイッチング用のアクティブ素子にはＭＩＭ（金属膜−絶縁膜−金属膜）構成の薄膜ダイオードなどを用いたものもあるが、大半がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたものになっている。
【００１０】
図４は液晶表示パネルの一例の一部切欠き断面斜視図、図５は従来のＴＦＴ基板の一例の平面図、図６はＴＦＴ基板の一例の断面図である。
【００１１】
図４に例示したものは、カラーを表示する液晶表示パネルの一例で、対向する２枚の基板のうち、ＴＦＴからなるスイッチ素子１が形成されている基板をＴＦＴ基板１０、カラーフィルタ２１が形成されている基板をＣＦ（カラー・フィルタ）基板２０と呼んで区別している。
【００１２】
ＴＦＴ基板１０もＣＦ基板２０も透過型の場合には透明で、一般にはガラス板が用いられるが、液晶表示パネルに柔軟性をもたせた特殊な用途には、例えばポリエステルのフィルムを用いたものなどもある。
【００１３】
図５と図６にはＴＦＴ基板の一例の平面図と断面図を示す。ＴＦＴ基板１０にはゲートバスラインとも呼ばれる走査信号線３と、ドレインバスラインとも呼ばれるデータ信号線２とが格子状に交差して形成されており、一つの格子３０ごとにα−ＳｉなどからなるＴＦＴのゲート電極１１とドレイン電極１２とがそれぞれの走査信号線３とデータ信号線２に接続されている。一対の走査信号線３と一対のデータ信号線２とに囲まれた各格子３０の中には、例えばＩＴＯ膜などの透明導電膜からなる画素電極４が設けられており、ＴＦＴのソース電極１３と接続されており、一つの格子３０が１画素に対応している。さらに、全面が配向膜４０で覆われている。画素電極４の中央部には補助容量電極５が設けられた構成になっている。
【００１４】
ＣＦ基板２０には全面に、例えばＩＴＯ膜からなる透明電極２１が設けられ、その上に対向するＴＦＴ基板１０の画素電極４に対応した位置にＲＧＢのカラーフィルタ２２が設けられている。さらに、全面が配向膜４０に覆われている。
【００１５】
ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とは、画素電極４とカラーフィルタ２２とがピクセルごとに対応するように図示してないスペーサを介して封着され、液晶が注入され封止されて液晶表示パネル５０が構成される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＴＦＴ基板は、例えばゲート電極や走査信号線（ゲートバスライン）、補助容量電極などの金属膜の成膜から始まってＴＦＴやデータ信号線（ドレインバスライン）の形成、画素電極の形成、配向膜の塗布までの一連の製造工程の中で、洗浄、成膜、ホトリソグラフィによるレジストマスクの形成、エッチング、レジスト除去といった一連のプロセスが通常５〜７回繰り返される。しかも、それぞれの工程間には必ず洗浄が入っている。
【００１７】
ところが、図４に示したような従来の走査信号線やデータ信号線、補助容量電極などのパターンが直交して格子状になっていると、ＴＦＴの製造工程における純水やＩＰＡ（イソプロピルアルコール）などによる洗浄、エッチング液によるウェットエッチングなどの液体処理液を用いた工程では、格子状のパターンが液体の流れに影響して、いわゆるウォータマーカやエッチング残渣などが生じて、特性不良などの製造歩留りを低下させる不具合が間々起こる。
【００１８】
こうした不具合は、従来、洗浄装置やエッチング装置の改良に頼っていた。例えば、エッチングの際のエッチング液のシャワーの噴射量や基板との角度といったハード面での検討によって不具合を解消しようとする試みがなされていた。
【００１９】
そこで本発明は、格子状に直交配列されているデータ信号線や走査信号線、補助容量電極などのパターンの直線形状を屈曲させて、水やエッチング液などの液体処理液の残渣が残らない液晶表示装置とその製造方法を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、〔請求項１〕において、対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも一方の基板上にマトリックス状に並設された複数のデータ信号線と走査信号線とに、スイッチ素子を介して接続された画素電極を有する液晶表示装置において、
該画素電極を囲む該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に屈曲している液晶表示装置によって解決できる。
【００２１】
また、〔請求項２〕においては、該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に湾曲している液晶表示装置によって解決できる。
【００２２】
また、〔請求項３〕においては、該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に折曲している液晶表示装置によって解決できる。
【００２３】
また、〔請求項４〕においては、該液晶層と並列に接続された補助容量電極を有し、該補助容量電極が該走査信号線と同一形状に屈曲している液晶表示装置によって解決できる。
【００２４】
さらに、〔請求項５〕においては、対向する一対の基板間に液晶が挟持され、少なくとも一方の基板上にマトリックス状に並設された複数のデータ信号線と走査信号線とに、画素電極がスイッチ素子を介して接続されており、該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に屈曲している液晶表示装置の製造方法であって、
少なくとも洗浄またはウェットエッチングに際して、洗浄液またはエッチング液を該一方向と同じ方向に流す液晶表示装置の製造方法によって解決できる。
【００２５】
つまり、従来のＴＦＴ駆動型の液晶表示装置において、ＴＦＴを駆動するデータ信号線や走査信号線のパターン形状が直線形状で、しかも、ピクセルに対応した高密度で格子状に直交している。そして、データ信号線や走査信号線部分は幾つかの層が積層された構造であるため、それらに囲まれた内部の領域よりも基板に対する高さが高く、基板上ではデータ信号線や走査信号線に囲まれた多数の窪みが並んだ構成になっている。
【００２６】
そのために、ＴＦＴ基板の製造工程において、処理液に、例えば、純水やＩＰＡなどの洗浄液を用いて洗浄したり、エッチング液を用いてウエットエッチングしたりしたときに、ＴＦＴ基板上における処理液の流れがデータ信号線や走査信号線などの高い部分に遮られて円滑に流れ難い。
【００２７】
それに対して、本願発明では、マトリックス状に並設された画素電極を囲むように配置されているデータ信号線または走査信号線を一方向に屈曲させ、基板上を流れる処理液がデータ信号線あるいは走査信号線の屈曲した中央に集まるようにしている。そして、処理液ができるだけデータ信号線や走査信号線によって高くなった部分に遮られて滞ることがないようにしている。
【００２８】
この処理液の液流の振る舞いを模式的に図示した図３によって説明すると、ＴＦＴ基板１０の上に出っ張って設けられたデータ信号線または走査信号線、あるいは補助容量電極などのパターンは、あたかも多数の格子３０を格子状に配列した格子戸のような構成になっており、画素電極に相当する格子３０を取り囲むデータ信号線や走査信号線、あるいは補助容量電極は、格子３０の桟部分７に相当する。
【００２９】
この格子３０のそれぞれの桟部分７を〔請求項１または４〕で述べたように一方向に屈曲させる。こゝでは、〔請求項２〕で述べたように円弧状の湾曲形状に屈曲させているが、〔請求項３〕で述べたように山形状に突出した折曲形状に屈曲させてもよい。
【００３０】
次いで、〔請求項５〕で述べたように、ＴＦＴ基板１０に対して、大矢印３１で示した方向から処理液を流すと、屈曲した桟部分７では小矢印３２のように桟部分７の中央部に処理液が集まって乗り越え、中矢印３３の方向に滞りない液流を生ずる。
【００３１】
こうして本願発明では、ＴＦＴ型液晶表示装置のＴＦＴ基板の製造工程において、ＴＦＴ基板上でマトリックス状に設けられたデータ信号線または走査信号線、あるいは補助容量電極の桟部分を一方向に屈曲させたパターン形状にすることによって、洗浄やエッチングの際にウォータマーカや残渣が除き切れない不具合を防止することが可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明になるＴＦＴ基板の一実施例の平面図で、図２は本発明になるＴＦＴ基板の他の実施例の平面図である。
【００３３】
図において、１はスイッチ素子、２はデータ信号線、３は走査信号線、４は画素電極、５は補助容量電極、６は基板、７は桟部分、８は処理液、１０はＴＦＴ基板である。
〔実施例１〕
図１において、ＴＦＴ基板１０の製造工程そのものは本発明においても従来の製造工程と変わりがない。すなわち、透明なガラスなどの基板６の上にＴＦＴで構成されるスイッチ素子１と、データ信号線２と走査信号線３からなるバスラインが構成される。
【００３４】
まず、基板６上に例えばＴｉ膜を被着し、ホトリソグラフィによってエッチングしてゲートを設ける。同時に、複数のゲートを連設したゲートバスラインも設ける。このゲートバスラインが、図示してないが、ゲートを順次走査する走査回路につながっており、走査信号線３である。
【００３５】
次いで、基板６の全面に、例えばＳｉＮをゲート絶縁膜として被着し、その上に動作半導体層となる例えばα−Ｓｉ膜、チャンネル保護膜となる例えばＳｉＮ膜を順次成膜する。そして、ゲート電極上にチャンネル保護膜が残るようにパターニングする。
【００３６】
次いで、全面にコンタクト層となる例えばｎ⁺α−Ｓｉ膜、ソース／ドレイン電極となる例えばＴｉ膜を連続成膜し、マスクを用いてＴｉ膜、ｎ⁺α−Ｓｉ膜、α−Ｓｉ膜をエッチングし、ソース／ドレイン電極を形成して、素子分離を行う。Ｔｉ膜、ｎ⁺型α−Ｓｉ膜、α−Ｓｉ膜は、そのあとに形成するドレインバスラインに沿って展延するように残す。
【００３７】
次いで、全面に例えばＡｌ膜を被着してパターニングし、ドレイン電極につながるドレインバスラインを形成する。このドレインバスラインが、図示してない信号回路につながるデータ信号線２である。
【００３８】
次いで、画素電極４となるＩＴＯ膜を成膜してパターニングし、ソース電極に接続する。そのあと、全面に例えばＳｉＮ膜を被着して保護膜とする。
【００３９】
このような工程を経て、スイッチ素子１と、スイッチ素子１を駆動するデータ信号線２と走査信号線３、および画素電極４などが形成され、ＴＦＴ基板１０ができあがる。
【００４０】
この一連の工程の中で、最初の基板６上にＴｉ膜を被着してエッチングしゲートを設ける工程と同時に複数のゲートを連設したゲートバスライン、つまり走査信号線３を設ける工程において、データ信号線２と格子状に交差する桟部分７がすべて一方向に屈曲するようにマスクを構成する。
【００４１】
つまり、スイッチ素子１のゲートと同時に走査信号線３をパターニングする工程で用いるマスクパターンが予め桟部分７が屈曲するようになっていれば、ＴＦＴ基板１０の製造工程を従来の工程と全く変えることなく本発明を実施することができる。
【００４２】
また、画素電極４は、表示画面を明るくするためにもできるだけ大きい方が好ましい。従って、画素電極４となるＩＴＯ膜は、画素電極４を格子状に取り囲むデータ信号線２や走査信号線３の形状に倣って形成する。
【００４３】
図１ではデータ信号線２が湾曲しているので、画素電極４の形状もデータ信号線２の形状に倣って湾曲させる。走査信号線３が湾曲している場合には、走査信号線３の形状に倣って湾曲させる。画素電極４を過る補助容量電極５についても同様の形状についての配慮が可能である。
【００４４】
図１は走査信号線３の屈曲している桟部分７が円弧状に湾曲した形状になっている例である。従って、いろいろな成膜やパターンを行う工程間で洗浄やエッチングなどを行う際には、処理液８をデータ信号線２に沿った矢印の方向に噴出させればよいことになる。
【００４５】
さらに、ＴＦＴからなるスイッチ素子１の形状は、通常は、先ずゲート電極を方形に形成して順次工程を繰り返して方形に仕上がる。しかし、洗浄やエッチングなどの際の処理液８の流れを円滑にするためには、図１に示したように、スイッチ素子１の外形を円形にすることも効果的である。
【００４６】
このような画素電極４の形状を屈曲したデータ信号線２または走査信号線３の形状に倣った形状にしたり、スイッチ素子１の外形を円形にしたりする工程は、成膜の際のマスクパターンの変更のみで可能であることはいうまでもない。
〔実施例２〕
図２において、ＴＦＴ基板１０の製造工程は実施例１と同様であるが、一連の工程の中で、素子分離を行ったあと、Ｔｉ膜、ｎ⁺型α−Ｓｉ膜、α−Ｓｉ膜をその後の工程で形成するドレインバスライン、つまり、データ信号線２に沿って展延するように残す。このデータ信号線２をパターニングの際に用いるマスクを、走査信号線３と格子状に交差する桟部分７がすべて一方向に屈曲するように構成する。
【００４７】
つまり、スイッチ素子１のデータ信号線２をパターニングする工程で用いるマスクパターンが予め桟部分７が屈曲するようになっていれば、ＴＦＴ基板１０の製造工程を従来の工程と全く変えることなく本発明は実施することができる。
【００４８】
図２は、データ信号線２の屈曲している桟部分７が山形状に突出して折曲した形状になっている例である。従って、洗浄やエッチングなどを行う際には、処理液８を走査信号線３に沿った矢印の方向に噴出させればよいことになる。
〔実施例３〕
図１において、画素電極４の中間部を過るように補助容量電極５を設けた構成の場合には、補助容量電極５も一般には走査信号線３と平行に土手状に堤のように出っ張った構成になっている。
【００４９】
そこで、スイッチ素子１のゲート電極と同時に行う補助容量電極５の形成の際に用いるエッチング用のマスクパターンを、補助容量電極５がデータ信号線２と交差する桟部分７が走査信号線３に平行に屈曲するように構成する。
【００５０】
図１は補助容量電極５の屈曲している桟部分７が平行している走査信号線３と同様に円弧状に湾曲した形状になっている例である。従って、洗浄やエッチングなどを行う際には、処理液８をデータ信号線２に沿った矢印の方向に噴出させればよいことになる。
【００５１】
こゝでは、データ信号線と走査信号線、補助容量電極の交差する桟部分の何れか一方を一方向に屈曲させ、洗浄やエッチングに際しては、その方向に処理液を流せばよいことを例示した。ところで、ＸＹ方向に交差しているデータ信号線と走査信号線のどちらの桟部分７を屈曲させるかは、ＴＦＴ基板の形状、あるいは原基板からＴＦＴ基板を何枚取りするかといった条件によって種々の変形が可能である。
【００５２】
加えて、図１に示したようにスイッチ素子の外形を円形にするばかりでなく、スイッチ素子を構成するα−Ｓｉ膜とかデータ信号線からドレイン電極への接続経路、ソース電極と画素電極および補助容量電極と画素電極とのバイアホール接続のランドの形状などに丸みを付けて洗浄やエッチングの際の処理液の流れを円滑にすることも本発明の効果を倍加する。
【００５３】
また、桟部分の屈曲形状は、走査信号線と補助容量電極については湾曲形状、走査信号線については折曲形状を例示したが、これに限定するものではない。
【００５４】
また、桟部分の屈曲が円弧状の湾曲の場合でも山形状の折曲の場合でも、あまり曲率を大きくしたり鋭角にしたりすると相対的に経路が長くなり、データ信号線にしろ走査信号線にしろバスラインとしては好ましくない。そのことを配慮すると種々の変形が可能である。
【００５５】
（付記１）対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、少なくとも一方の基板上にマトリックス状に並設された複数のデータ信号線と走査信号線とに、スイッチ素子を介して接続された画素電極を有する液晶表示装置において、
該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に屈曲していることを特徴とする液晶表示装置。
【００５６】
（付記２）該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に湾曲していることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
【００５７】
（付記３）該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に折曲していることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
【００５８】
（付記４）該液晶層と並列に接続された補助容量電極を有し、該補助容量電極が該走査信号線と同一形状に屈曲していることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
【００５９】
（付記５）該画素電極が、周縁部が屈曲しているデータ信号線または走査信号線の形状に倣っていることを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
【００６０】
（付記６）該スイッチ素子が、外形が円形をなすことを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
【００６１】
（付記７）対向する一対の基板間に液晶が挟持され、少なくとも一方の基板上にマトリックス状に並設された複数のデータ信号線と走査信号線とに、画素電極がスイッチ素子を介して接続されており、該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に屈曲している液晶表示装置の製造方法であって、
少なくとも洗浄またはウェットエッチングに際して、洗浄液またはエッチング液を該一方向と同じ方向に流すことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＦＴ型液晶表示装置において、ホトリソグラフィのマスクパターンを変更するのみで、従来のＴＦＴ基板の製造工程を何ら変更することなく、洗浄やエッチングの際に生じるウォータマーカやエッチング残渣に起因する不具合を防止することができる。
【００６３】
その結果、本発明は、今後ますます展開が期待されるＴＦＴ型液晶表示装置の歩留りを向上させて価格を低下させることに寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるＴＦＴ基板の一実施例の平面図である。
【図２】本発明になるＴＦＴ基板の他の実施例の平面図である。
【図３】処理液の液流の振る舞いの模式図である。
【図４】液晶表示パネルの一例の一部切欠き断面斜視図である。
【図５】従来のＴＦＴ基板の一例の平面図である。
【図６】ＴＦＴ基板の一例の断面図である。
【符号の説明】
１スイッチ素子
２データ信号線
３走査信号線
４画素電極
５補助容量電極
６基板
７桟部分
８処理液
１０ＴＦＴ基板

Claims

対向する一対の基板間に液晶が挟持され、少なくとも一方の基板上にマトリックス状に並設された複数のデータ信号線と走査信号線とに、画素電極がスイッチ素子を介して接続されており、該画素電極を囲む該データ信号線または走査信号線の何れかが一方向に屈曲している液晶表示装置の製造方法であって、少なくとも洗浄またはウェットエッチングに際して、洗浄液またはエッチング液を該一方向と同じ方向に流すことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。