JP4538111B2 - カラー液晶表示装置製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関係し、特に画素電極部に着色層を有するカラー液晶表示装置の製造方法に関係する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置の製造において、IBM Technical Disclosure Bulletin、RD v41 n409 05−98 article 40991における、Tsujimura他による「Self Align Patterning Method」において、TFTアレイ構造上に透明画素電極、例えばITO(Indium−Tin−Oxide)電極を、ネガレジストを使用して裏面露光を行なうことによって形成する方法が開示されている。図1aないし1dは、この既知の裏面露光方法によってITO電極を形成する工程を図式的に示す断面図である。まず、ガラスよりなる透明基板上1に、ゲート電極2をパターニング形成し、ゲート絶縁膜3、アモルファスシリコン(a−Si)膜4およびエッチング保護膜5を各々成膜し、前記エッチング保護膜5をパターニング形成し、n+a−Si膜およびソースおよびドレイン電極膜を成膜し、ソースおよびドレイン電極6および7とデータ線8とをパターンニング形成し、前記n+a−Si膜をエッチングして、図1aに示すように透明電極1上に薄膜トランジスタ(TFT)構造およびデータ線が形成された構造を得る。次に、図1bに示すように、図1aの構造上に層間ポリマ樹脂を塗布し、露光し、現像し、ベークして層間ポリマ樹脂層9を形成し、この上にITO導電膜10を全面形成し、この上にネガレジスト11を塗布する。次に、透明電極1の裏面から例えば超高圧水銀灯を光源としてネガレジスト11を露光する。このとき、不透明な金属であるゲート線2およびデータ線8をフォトマスクとして使用する。次にネガレジスト11を現像およびベークすると、図1cに示すように、ネガレジスト11の露光された部分11′のみが残る。この部分11′は、裏面露光時の光の回折により、フォトマスクとして使用したゲート線およびデータ線と一部オーバラップしている。次に、硝酸および塩酸の混合液でITO導電膜10をエッチングし、ネガレジスト11′を剥離すると、図1dに示すようにITO電極10′が得られる。
【0003】
このような裏面露光方法によれば、裏面露光時の光の回折によって生じる、ITO電極とデータ線とのオーバラップ長を均等にすることができるため、ITO電極−データ線間の容量を均等にすることができ、縦クロストークによる表示品質の劣化が起こらなくなる。また、ステッパ露光において生じる面継ぎの問題が無いためポリマを薄くすることが可能であり、プロセスが容易になる。さらに、ITO電極がデータライン線にオーバラップしているのでITO電極上の液晶分子に横向きの電界がかからず、ディスクリネーション線がデータ線上のみにとどまるため、隠す必要が無くなる。このために開口率が上昇する。
【0004】
このような裏面露光方法をいわゆるCFA(Color Filter onArray)構造に用いる場合、図2aに示すように着色層としてポリマ樹脂層の下部に例えば顔料分散型の赤、緑および青の各色のカラーレジスト層を埋め込む方法が、パネルの信頼性上有利である。
【0005】
超高圧水銀灯の光を用いて裏面露光する場合、各色画素上のネガレジストの露光量は次式のように表わされる。
Dosered=t∫M(λ)G(λ)Cred(λ)N(λ)dλ
Dosegreen=t∫M(λ)G(λ)Cgreen(λ)N(λ)dλ
Doseblue=t∫M(λ)G(λ)Cblue(λ)N(λ)dλ
ここで、tは露光時間であり、M(λ)は超高圧水銀灯の発光スペクトルであり、G(λ)はガラスの透過スペクトルであり、C(λ)は各色カラーレジストの透過スペクトルであり、N(λ)はネガレジストの吸収スペクトルである。各画素のネガレジストの露光量は、各色カラーレジストの透過スペクトルに依存することがわかる。
【0006】
図3は、各色カラーレジストおよびネガレジストの透過スペクトルと、超高圧水銀灯のスペクトルとを示すグラフである。代表的に光源として用いられる超高圧水銀灯は、i線(365nm)、g線(405nm)、h線(436nm)に鋭いピークを持つため、これらの線の近傍における各スペクトルの形状が問題になる。このグラフから分かるように、i線近傍において赤、緑および青の各色カラーレジストはほとんど同じ透過強度を持つのに対し、g線、h線に対しては、各色カラーレジストの透過強度は大幅に異なり、青色のカラーレジストの透過強度が非常に高く、また赤色は緑色より透過強度が高い。図4は、他の種々の各色カラーレジストの透過スペクトルを示すグラフである。このグラフからもカラーレジストの色によって透過強度が異なることがわかる。
【0007】
このように、画素に埋め込まれているカラーレジストの色によって光に対する透過特性が異なるため、光の回折によって生じるITO電極−データ線オーバラップは、図2bおよびcに示すように各カラーレジストの色によって変化してしまう。図5は、上述した従来の裏面露光方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。この例では、緑色の画素のネガレジストを十分に露光させたため、青色の画素のITO電極−データ線オーバラップが非常に大きくなってしまい、隣接する画素同士がショートしてしまっていることが分かる。このように、カラーレジストの色によるITO電極−データ線オーバラップ長の違いは、例えば、青色のクロストークとなって現れ、表示品質を悪化させる。
【0008】
特公平7−104516では、ポジレジストを400nm以下の光で露光することにより、カラーフィルタをフォトマスクとしてセルフアラインメントで精度の高い透明電極パターンをカラーフィルター上に形成できる点が開示されている。図3において示されているような400nm以下では透過率がほぼ0のカラーフィルタをフォトマスクとして用いることで、セルフアラインメントを可能としている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、CFA構造において、ITO電極を、ネガレジストを使用した裏面露光によって形成しながら、ITO電極−データ線オーバラップ長を画素に埋め込まれているカラーレジストの色によらず均等にすることができる、カラー液晶表示装置製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によるカラー液晶表示装置製造方法は、
薄膜トランジスタ構造、ゲート線およびデータ線を形成した透明基板上に複数色の着色層を形成する工程と、
前記着色層を形成した透明基板上全面に透明導電膜を形成する工程と、
前記透明導電膜上全面にネガレジストを塗布する工程と、
前記ゲート線およびデータ線をフォトマスクとして前記透明基板の背面の光源より390nmないし440nmの波長帯を実際的に含まない光で前記ネガレジストを露光する工程と、
前記露光したネガレジストを現像およびベークする工程と、
前記ネガレジストが除去された部分の前記透明電極膜をエッチングして除去する工程とを含むことを特徴とする。
【0011】
図3および図4からもわかるように、これらの各色カラーレジストにおいて、390nm以下の吸収スペクトルは色によらずほぼ同じであるため、各色画素上のネガレジストの露光量が異なる原因となるg線、h線を含む390nmから440nmまでの光をブロックすることができれば、赤、緑および青の各色画素のITO電極−データ線オーバラップ長はほぼ同じになるはずである。
【0012】
本発明では、390nmないし440nmの波長帯を実際的に含まない光で裏面露光することによって、赤、緑および青の各色画素のITO電極−データ線オーバラップ長をほぼ均等にすることを可能にした。
【0013】
上述したように、前記着色層として顔料分散型のカラーレジストを使用することが好適である。また、波長365nmの光における前記各色カラーレジストの透過率を好適には15%以上60%以下とし、さらに好適には20%以上50%以下とする。また、波長365nmの光における前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差を好適には20%以内とし、さらに好適10%以内とする。
【0014】
また、390nmないし440nmの波長帯を実際的に含まない光を得るために、超高圧水銀ランプを光源として390nm〜440nmの波長帯において、例えば光学濃度0.7以上の吸収率を有する光学フィルタを使用してもよい。図6は、このような光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。また、前記複数の着色層を形成する工程の後に、前記着色層を形成した透明基板上に層間ポリマ樹脂層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図7aないし7dは、本発明によるカラー液晶表示装置製造方法の一実施形態の工程を示す断面図である。図1aないし1dと同様の構成要素は同じ符号で示した。まず、図1aを参照して上述したのと同様に、透明電極1上に薄膜トランジスタ(TFT)構造およびデータ線が形成された構造を得る。図7aに示すように、この構造の上に、各画素の色を決定するカラーフィルタとして機能する赤、緑および青の各色の顔料分散型カラーレジストを塗布し、露光し、現像し、ベークしてカラーレジスト層12を形成する。
【0016】
次に、図7bに示すように、図1aの構造上に層間ポリマ樹脂を塗布し、露光し、現像し、ベークして層間ポリマ樹脂層9を形成し、この上に500オングストローム厚のITO導電膜10を全面形成し、この上に2μm厚のネガレジスト層11を塗布する。
【0017】
次に、ネガレジスト層11を、裏面から高圧水銀ランプを光源として、390nm〜440nmの波長帯において、光学濃度0.7以上の吸収率を有する光学フィルタを通した光によって露光する。この際、ゲート電極2およびデータ線8、すなわち、不透明な金属部分をフォトマスクとして使用する。この際に用いる前記光学フィルタを、例えば、ヘキサフタロシアニン錯体混合物、アクリル系カラーレジストのヘキサフタロシアニン錯体混合物、フタロシアニン銅系緑色フィルタ、無機顔料系i線フィルタ、または、薄膜干渉系i線フィルタとしてもよい。次にネガレジスト11を現像およびベークすると、図7cに示すように、ネガレジスト11の露光された部分11′のみが残る。前記光学フィルタを通した光は、カラーレジスト層9を、その色によらずほぼ一様に透過するため、光の回折によって生じる、ネガレジスト層11′とデータ線8とのオーバラップもカラーレジスト層9の色によらず均等になる。
【0018】
次に、硝酸および塩酸の混合液でITO導電膜10をエッチングし、ネガレジスト11′を剥離すると、図7dに示すようにITO電極10′が得られる。このように形成されたITO膜10′も、データ線8とのオーバラップがカラーレジスト層9の色によらず均等になる。
【0019】
図8は、前記光学フィルタとして図6に示すような透過特性を有するフタロシアニン銅系緑色フィルタを使用した裏面露光の実験例を示す電子顕微鏡写真である。図5の写真の場合とは異なり、各色画素のITO電極−データ線オーバラップは均等で、図5で見られたような隣接する画素同士のショートも見られない。
【0020】
図5の実験において、赤、緑および青の各色画素のITO電極−データ線オーバラップ長は、各々、2.557μm、1.105μmおよび12.186μmとなったが、図8の実験においては、赤、緑および青の各色画素のITO電極−データ線オーバラップ長は、各々、1.610μm、1.129μmおよび1.989μmと大きく改善された。360nmから440nmまでの光をブロックする効果のある市販の無機顔料光学フィルタ、薄膜干渉光学フィルタでも同様の効果が得られた。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、CFA構造において、ITO電極を、ネガレジストを使用した裏面露光によって形成しながら、ITO電極−データ線オーバラップ長を画素に埋め込まれているカラーレジストの色によらず均等にすることができる。設計シミュレーションによれば、CFA構造において通常のステッパ露光機でITO電極を形成する場合、露光面継ぎ部を見えないようにするためにはデータ線とITO電極との間に7μm以上の層間ポリマ層を形成する必要があり、実際にはプロセスが不可能である。一方、本発明のカラー液晶表示装置製造方法を行なう場合には2μm程度の層間ポリマ層を設ければよく、プロセスが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 aないしdは従来の裏面露光方法によってITO電極を形成する工程を示す断面図である。
【図2】 aないしcは従来の裏面露光方法をCFA構造に用いた場合を示す断面図である。
【図3】 各色カラーレジストおよびネガレジストの透過スペクトルと、超高圧水銀灯のスペクトルとを示すグラフである。
【図4】 種々の各色カラーレジストの透過スペクトルを示すグラフである。
【図5】 従来の裏面露光方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。
【図6】 本発明に用いる光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。
【図7】 aないしdは本発明によるカラー液晶表示装置製造方法の一実施形態の工程を示す断面図である。
【図8】 本発明によるカラー液晶表示装置製造方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 透明基板
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 アモルファスシリコン層
5 エッチング保護膜
6 ドレイン電極
7 ソース電極
8 データ線
9 層間ポリマ樹脂層
10 ITO導電膜
10′ ITO電極
11、11′ ネガレジスト層
12 カラーレジスト層
Claims (4)
- カラー液晶表示装置の製造方法において、
薄膜トランジスタ構造、ゲート線およびデータ線を形成した透明基板上に複数色の着色層を形成する工程と、
前記着色層を形成した透明基板上全面に透明導電膜を形成する工程と、
前記透明導電膜上全面にネガレジストを塗布する工程と、
前記ゲート線およびデータ線をフォトマスクとして前記透明基板の背面の光源から発光される光のうち390nmないし440nmの波長帯にて吸収率0.7以上の光学フィルタを介する光で前記ネガレジストを露光する工程と、
前記露光したネガレジストを現像およびベークする工程と、
前記ネガレジストが除去された部分の前記透明電極膜をエッチングして除去する工程とを含み、
前記着色層を顔料分散型のカラーレジストとし、
前記光源を超高圧水銀灯とし、
波長365nmの光における前記各色カラーレジストの透過率がすべて15%以上60%以下であって、前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差が20%以内であることを特徴とするカラー液晶装置製造方法。 - 前記波長365nmの光における前記各色カラーレジストの透過率がすべて20%以上50%以下であることを特徴とする請求項1に記載のカラー液晶装置製造方法。
- 前記波長365nmの光における前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差が10%以内であることを特徴とする請求項1または2に記載のカラー液晶装置製造方法。
- 前記複数の着色層を形成する工程の後に、前記着色層を形成した透明基板上に層間ポリマ樹脂層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のカラー液晶装置製造方法。
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