JP4565572B2 - 液晶表示パネルの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、アクティブ・マトリクス型の液晶表示パネルの製造方法に関する。


この種の液晶表示装置は、液晶表示パネルPNLと駆動回路およびバックライト等の周辺装置を組み合わせて構成される。図8は、典型的な縦電界型(所謂TN型)の液晶表示装置の概略構成例を説明する断面模式図である。通常、アクティブ・マトリクス型の液晶表示装置を構成する液晶表示パネルは、第1基板(アクティブ・マトリクス基板あるいは薄膜トランジスタ基板)で構成される第1パネルPNL1と、第2基板(対向基板あるいはカラーフィルタ基板)で構成される第2パネルPNL2との間に液晶LCを封入して形成される。
第1パネルPNL1を構成する第1基板SUB1の内面には、薄膜トランジスタTFTと、この薄膜トランジスタTFTで駆動される画素電極PXを有し、最上層には第1配向膜ORI1が成膜され、液晶配向制御能が付与されている。また、外面(背面)には第1偏光板POL1が貼付されている。一方、第2パネルPNL2を構成する第2基板SUB2の内面には、カラーフィルタCF、隣接画素のカラーフィルタとの間を区画する遮光層(ブラックマトリクス)BM、対向電極CTを有し、最上層には第2配向膜ORI2が成膜され、液晶配向制御能が付与されている。また、外面(表面)には、偏光軸を第1偏光板POL1の偏光軸とはクロスニコル配置した第2偏光板POL2が貼付されている。なお、細かな構成は図示を省略した。
第1基板SUB1に薄膜トランジスタTFTを作り込む製造工程では、当該基板上に、先ず、クロム等の金属膜からなる平行配置された複数のゲート配線およびこの各ゲート配線から画素毎に延びるゲート電極が形成される。その後、絶縁層、能動層(シリコン半導体層)、データ配線、データ電極(ソース・ドレイン電極)、画素電極、保護膜、配向膜などを形成し、配向膜に液晶配向制御能を付与して第1基板が形成される。第1基板SUB1の背面には、バックライトBLKが設置されている。なお、この液晶表示パネルを駆動するための回路は図示していない。
図9は、図8で説明した液晶表示パネルの1画素の構成とこの画素を構成する薄膜トランジスタの構成を説明する図である。すなわち、図9(a)は画素の平面図、図9(b)は、図9(a)のD−D’線に沿った断面図である。図9(a)に示したように、薄膜トランジスタTFTがゲート配線GLとデータ配線DLとの交差部に画素が配置されている。また、画素を構成する画素電極PXがコンタクトホールTHを通して薄膜トランジスタTFTのソース電極(又はドレイン電極)SD1に接続され、また補助容量配線CLとの間で補助容量を形成している。
図9(b)において、薄膜トランジスタTFTは、第1基板SUB1の表面に形成された下地膜UWの上に、ゲート配線GLから延びるゲート電極GTと、このゲート電極GTを覆うようにゲート絶縁膜GIが形成されている。このゲート絶縁膜GI上に能動層としてのシリコン(Si)半導体層SIとオーミックコンタクト層(n+Si)NS、ソース電極SD1及びドレイン電極SD2が順次積層される。下地膜UWは、窒化シリコンと酸化シリコンの積層膜で形成される。
このゲート配線GLおよびゲート電極GTを覆ってシリコン・ナイトライド(SiNx)を好適とするゲート絶縁膜GIが成膜され、その上にゲート配線GLと交差する複数のデータ配線DLが形成される。なお、このデータ配線DLと同時にソース電極(又はドレイン電極)SD1とドレイン電極(又はソース電極)SD2が同層で形成される。
この画素はフルカラー表示の場合は各単色(赤、緑、青)の副画素となるが、ここでは単に画素と称する。画素を構成する薄膜トランジスタTFTは、上記したように、ゲート電極GTと、このゲート電極の上にパターニングされたシリコン半導体膜SIと、シリコン半導体膜の上層に分離して形成されたオーミックコンタクト層(n+シリコン)NSと、分離したオーミックコンタクト層のそれぞれに接続したソース電極(ドレイン電極)とドレイン電極(ソース電極)とで構成される。
この薄膜トランジスタの上層には保護膜PASが成膜され、その上にITOを好適とする画素電極PXがパターニングされて、保護膜PASに開けたコンタクトホールTHでソース電極(又はドレイン電極)SD1に接続している。なお、画素電極PXと保護膜PASを覆って第1配向膜(図8参照)が成膜されるが図示はしていない。
一方、図示しない他方の基板には、フルカラーの場合は3色のカラーフィルタと平滑層(オーバーコート層、図8には示していない)を介した対向電極(図8参照)が形成される。そして、対向電極を覆って第2配向膜(図8参照)が成膜され、上記した一方の基板であるアクティブ・マトリクス基板と重ねあわせ、その間隙に液晶が封入される。
図10は、第1パネルPNL1の薄膜トランジスタの製造工程の要部を従来のホトリソプロセスによるものと、ゲート電極およびソース・ドレイン電極をインクジェット直描プロセスに置き換えた場合の工程数を比較した説明図である。図10の上段は従来のホトリソプロセスによる薄膜トランジスタの形成工程図、下段は薄膜トランジスタの配線・電極部分にインクジェット直描法を導入した工程図である。先ず、上段に示した各工程について、その処理内容を順に説明する。
(1)薄膜トランジスタの「ゲート電極形成工程」:薄膜トランジスタ基板(の下地膜)の上にゲート電極となるメタルをスパッタしてメタル薄膜を成膜する。このメタルには、クロムやアルミニウムが好適である。この上に感光性レジストを塗布し、露光マスクを用いたパターン露光と現像でゲート電極となる部分を除いて当該メタル薄膜を露出させる。なお、このとき、ゲート配線となる部分も残す。感光性レジストから露出したメタル薄膜をエッチングしてゲート電極(および、ゲート配線)の部分以外を溶解する。そして、感光性レジストを剥離し、洗浄してゲート電極(およびゲート配線)を形成する。
(2)「アイランド形成工程」:先ず、ゲート形成後、ゲート絶縁膜、シリコン半導体層、コンタクト層となるn+シリコン層を、この順にCVD法で成膜する(3層CVD)。この上に感光性レジストを塗布し、露光マスクを用いた露光と現像を含むホトリソプロセスでレジストのアイランドパターンを形成し、エッチング処理し、レジスト剥離と洗浄にて所要のアイランドを形成する。
(3)「ソース・ドレイン電極形成工程(S―D形成工程)」:ソース電極、ドレイン電極形成用のメタルをスパッタし、メタル薄膜を形成し、上記と同様のホトリソプロセスでレジストのS―D電極パターンを形成し、エッチング処理してソース電極とドレイン電極を形成する。このとき、薄膜トランジスタのチャネル部のS―Dギャップ、すなわちソース電極とドレイン電極の対向間隙もエッチングにより形成する。そして、レジストを剥離し、洗浄する。
(4)「層間絶縁膜形成工程」:ソース・ドレイン電極を含む全域に層間絶縁膜を形成し、ホトリソプロセスで画素電極をソース・ドレイン電極の一方に接続するためのホール(コンタクトホール)部分のレジストを除去し、エッチングしてコンタクトホールを形成する。
(5)「画素電極形成工程」:コンタクトホールを形成した層間絶縁膜の上にITOを好適とする透明導電膜材料をスパッタし、透明導電薄膜を成膜する。この透明導電薄膜はコンタクトホールを通して薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極の一方に接続する。透明導電薄膜を覆って感光性レジストを塗布し、ホトリソプロセスで画素電極となる部分を残すパターニングを行う。露出した透明導電薄膜をエッチングで除去し残留レジストを除去し、洗浄して画素電極を形成する。
その後、配向膜を塗布し、液晶配向制御能を付与して図8で説明した第1パネルPNL1が完成する。この第1パネルにカラーフィルタと対向電極を有する第2パネルを重ね、その間隙に液晶を封入して液晶表示パネルとする。
次に、図10の下段に示した薄膜トランジスタの配線・電極部分にインクジェット直描法を導入した工程を説明する。図10の下段に示した工程では、前記した(1)「ゲート電極形成工程」に替えてインクジェット直描により薄膜トランジスタ基板にゲート電極およびゲート配線を直接形成する。また(3)「ソース・ドレイン電極形成工程(S・D形成工程)」ではインクジェット直描でソース電極およびドレイン電極となる金属膜を形成する。そして、この金属膜を、アイランドのチャネル部分でエッチングしてソース電極とドレイン電極の間にギャップを形成する。その後のプロセスは図10の上段と同様である。
上記した薄膜トランジスタ基板の配線等をインクジェット法で形成するものが特許文献1に開示されている。特許文献1では、薄膜トランジスタTFTのゲート電極を導電材料を含有する液体材料を用いて、インクジェット法によって形成し、また、薄膜トランジスタTFTのソース電極及びドレイン電極を、半導体材料を含有する液体材料を用いて、インクジェット法によって形成することが記載されている。また、特許文献2は光触媒層に露光を施して親液パターンを得ることを開示する。なお、特許文献3は後述するマスクレス露光を開示する文献例である。
特開2003−318193号公報 特開2000−249821号公報 特表2002−520840号公報
薄膜トランジスタ基板に薄膜トランジスタを作り込む際に、そのゲート電極あるいはソース・ドレイン電極を形成するパターニングは、メタルスパッタ工程、レジスト塗布とフォトリソ工程、エッチング肯定、レジスト剥離・洗浄工程の繰り返しで行われる。しかし、このような工程を繰り返す方法では、製造設備の削減、処理時間の大幅なコストダウンを実現することは難しい。
上記のような工程に替えて、インクジェットを用いた直描が提案されている。インクジェット直描を採用することにより、薄膜トランジスタ形成の簡素化が図られ、製造設備の削減と生産効率の大幅な向上が可能となり、液晶表示装置のコストダウンが期待されている。ソース電極とドレイン電極のギャップを図10で説明したインクジェット直描とパターンエッチングを組み合わせたものでは、依然としてホトリソプロセスが必要となり、コストダウンの障害となっている。
ソース・ドレイン電極をホトリソプロセス無しに直接分離してギャップ形成するためにインクジェット直描を用いることも考えられる。しかし、インクジェット直描の採用で薄膜トランジスタの形成は容易になるが、インクジェット直描によるパターニングでは、30μm以下の狭いスペースを持つパターンを形成することは困難である。液晶表示装置の高精細化に伴い、薄膜トランジスタの高精細構造化が必要となってくる。薄膜トランジスタの高精細構造化はチャネル部の狭小化すなわちソース電極とドレイン電極の対向部のギャップの狭小化が必然である。
インクジェット方式を用いたゲート配線やゲート電極の形成には、IJ直描に替えて、所謂撥親液コントラストパターン法も提案されている。この撥親液コントラストパターン法は、例えば、基板上のゲート配線形成部とゲート電極形成部とを親液性のパターンとし、それ以外の部分は撥液性としておき、親液性のゲート配線形成部とゲート電極形成部に導電性インクをIJ法で滴下して流し込むという手法である(前掲特許文献2)。なお、光触媒を塗布し、マイクロミラーを用いたマスクレス露光による親液化とIJ塗布を組合わせた手法も知られている(前掲特許文献3)。
しかし、撥親液コントラストパターン法では親液性パターン中に幅が異なるパターンがあると、狭い幅のパターンの先端に導電性インクが流れ込まない部分が発生したり、幅が狭いパターンの膜厚が薄くなるという現象が生じる。また、バンクを用いる方法では、バンク形成のためのホトリソプロセスと撥親性パターンの作製のためのプロセスが必要となり、工程数の削減が難しい。
本発明の目的は、薄膜トランジスタの電極や配線の形成にインクジェット直描を用い、かつソース電極とドレイン電極間のギャップをプロセスの増加なしに4μm以下の狭小化を実現することを可能とした液晶表示パネルとその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示パネルは、薄膜トランジスタのソース電極およびドレイン電極を、能動層の上層に第1の間隔で対向配置された導体層と、前記能動層の上層と該対向配置された導体層の各対向端のそれぞれを覆って導体層の各対向端の第1の間隔より狭い第2の間隔で対向する透明導電膜との積層で構成した。その製造では、導体層の形成にインクジェットの直描を用いることで薄膜トランジスタの形成のためのホトリソプロセス数を削減し、その上に透明導電膜を積層し、これをホトリソプロセスで分離することで、狭いチャネルのための精細ギャップを得る。
本発明によれば、液晶表示パネルを構成する薄膜トランジスタの形成に要するプロセス数が大幅に削減でき、低コストで高精細の液晶表示装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の液晶表示パネルを構成する第1基板(薄膜トランジスタ基板)の製造プロセスの要部を説明する工程図である。先ず、ガラス基板を好適とする第1基板(薄膜トランジスタ基板)の内面(下地膜の上)にインクジェットの直描でゲート電極とゲート配線を形成する。このゲート電極とゲート配線の直描は、図10の下段に示したゲート直描プロセスと同じである。
アイランド形成工程では、先ず、ゲート形成後、ゲート絶縁膜、シリコン半導体層、コンタクト層となるn+シリコン層を、この順にCVD法で成膜する(3層CVD)。この上に感光性レジストを塗布し、露光マスクを用いた露光と現像を含むホトリソプロセスでレジストのアイランドパターンを形成し、エッチング処理し、レジスト剥離と洗浄にて所要のアイランドを形成する。
ソース・ドレイン電極形成工程(S‐D形成工程)では、アイランド上でチャネルを形成するソース電極とドレイン電極の対向端部分に間隔を残してソース電極−ドレイン電極形成用の導電性インクをインクジェットの直描で形成する。
層間絶縁膜形成工程は、ソース・ドレイン電極を含む基板上の全域に層間絶縁膜を形成し、ホトリソプロセスでソース電極とドレイン電極の対向端部分を含む少なくともチャネル領域を露出させる。
画素形成工程では、先ず、露出したチャネル領域と層間絶縁膜を覆ってITOを好適とする透明導電膜TCFをスパッタにより形成する。スパッタで形成した透明導電膜TCFの上にホトレジストを塗布し、ホトリソプロセスでチャネル部分のレジストを除去してインクジェット直描で形成されたソース電極とドレイン電極の対向端の間隔よりも狭い間隔の溝を形成する。このとき、ホトレジストは画素電極をドレイン配線およびゲート配線から分離するようにドレイン配線、ゲート配線およびゲート電極の遊端部分でも除去される。
ホトレジストが除去された部分の透明導電膜TCFがエッチングにより加工される。その後、残留したホトレジストを剥離し、洗浄して、チャネル部分ではギャップエッチングがなされ、狭い間隔で対向した透明導電膜TCFのソース電極とドレイン電極の対向構造が得られる。このとき、ソース電極と接続した画素電極も形成される。その後、配向膜の成膜とラビング処理を行って薄膜トランジスタ基板が完成する。
図2〜図6は、上記した薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図で、図2〜図4の(a)は平面を、(b)はその点線に沿った要部断面を示す。先ず、図2のように、第1基板であるガラス基板SUB1の内面にインクジェット法により形成したゲート配線GLとゲート電極GTの上にゲート絶縁膜GIを形成する。このゲート絶縁膜GIの上にシリコン半導体層SIとn+コンタクト層nSIを成膜し、ホトリソプロセスで薄膜トランジスタの能動層を形成するアイランドを形成する。
この能動層の上を含み、薄膜トランジスタのチャネル部分を中心にしてソース電極SD1とドレイン配線DLおよびドレイン電極SD2となる導体層をインクジェット直描で形成する。このとき、ソース電極SD1の部分とドレイン電極SD2部分の間隙Dはインクジェット直描の限界である10μm以上となっている。なお、ソース電極とドレイン電極は動作中に切り替わる場合があるが、ここでは、図示のように固定して説明する。
図3では、ソース電極SD1とドレイン配線DLおよびドレイン電極SD2となる導体層を覆って層間絶縁層INSを成膜し、ホトリソプロセスでソース電極SD1とドレイン電極SD2の対向領域に形成されるチャネル部分の層間絶縁層INSを除去し、ソース電極SD1とドレイン電極SD2となる導体の端部およびn+コンタクト層nSIを露出させる。
ソース電極SD1とドレイン電極SD2となる導体の端部およびN+コンタクト層nSIの露出部分も含めて、基板表示の全域にITOを好適とする透明導電膜TCFをスパッタにより形成し、その上を覆ってホトレジストRGを塗布する。このホトレジストRGにホトリソプロセスでチャネル部分のホトレジストを除去してインクジェット直描で形成されたソース電極とドレイン電極の対向端の間隔よりも狭い間隔の溝Vを形成する。このとき、ホトレジストRGに対して、画素電極をドレイン配線およびゲート配線から分離するようにドレイン配線、ゲート配線およびゲート電極の遊端部分も除去するパターンの露光マスクを用いる(図4参照)。


ホトレジストRGが除去された部分の透明導電膜TCFがエッチングにより加工される。その後、図5に示したように、残留したホトレジストを剥離し、洗浄して透明導電膜を露出させる。ソース電極SD1層に積層した透明導電膜につながる部分画素電極PXを形成する。そして、チャネル部分の透明導電膜はギャップエッチングがなされ、インクジェット直描で設けられたソース電極部分SD1Aとドレイン電極部分SD2Aの対向部間隔Dよりも狭い間隔dで対向した透明導電膜TCFのソース電極SD1とドレイン電極SD2の対向構造が得られる。
その後、図6に示したように、n+コンタクト層nSIをエッチング加工して下層のシリコン半導体層SIにチャネルを形成する。その後、配向膜の成膜とラビング処理を行って薄膜トランジスタ基板が完成する。この薄膜トランジスタ基板に図示しないカラーフィルタ基板を貼り合わせ、液晶を封入して液晶表示パネルが得られる。この液晶表示パネルに駆動回路やバックライト、その他の構造部材を組み合わせて液晶表示装置が構成される。
図7は、アクティブ・マトリクス型液晶表示装置の等価回路を説明する図である。図7(a)は液晶表示パネル全体の回路図、図7(b)は図7(a)における画素部PXLの拡大図である。図7(a)において、表示パネルPNLには多数の画素部PXLがマトリクス配列されており、各画素部PXLはゲート配線駆動回路GDRで選択され、データ配線(ドレイン配線、ソース配線とも言う)駆動回路DDRからの表示データ信号に応じて点灯される。
すなわち、ゲート配線駆動回路GDRによって選択されたゲート配線GLに対応して、データ配線駆動回路DDRからデータ配線DLを通して液晶表示パネルPNLの画素部PXLにおける薄膜トランジスタTFTに表示データ(電圧)が供給される。
図7(b)に示したように、画素部PXLを構成する薄膜トランジスタTFTは、ゲート配線GLとドレイン配線DLとの交差部に設けられる。薄膜トランジスタTFTのゲート電極GTはゲート配線GLに接続し、薄膜トランジスタTFTのドレイン電極又はソース電極(この時点ではドレイン電極)SD2には、ドレイン配線DLが接続されている。
薄膜トランジスタTFTのドレイン電極又はソース電極(この時点ではソース電極)SD1は液晶(素子)LCの画素電極PXに接続される。液晶LCは、画素電極PXと共通電極CTとの間にあって、画素電極PXに供給されるデータ(電圧)により駆動される。なお、データを一時保持するための補助容量Caがドレイン電極SD2と補助容量配線CLとの間に接続されている。
図7におけるドレイン電極又はソース電極は、前記した本発明の実施例によって形成されたものである。
本発明の液晶表示パネルを構成する第1基板(薄膜トランジスタ基板)の製造プロセスの要部を説明する工程図である。 本発明の液晶表示パネルの実施例1を説明する薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図である。 本発明の液晶表示パネルの実施例1を説明する薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図2に続く図である。 本発明の液晶表示パネルの実施例1を説明する薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図3に続く図である。 本発明の液晶表示パネルの実施例1を説明する薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図4に続く図である。 本発明の液晶表示パネルの実施例1を説明する薄膜トランジスタの製造工程を具体的な構造として説明する図5に続く図である。 アクティブ・マトリクス型液晶表示装置の等価回路を説明する図である。 典型的は縦電界型(所謂TN型)の液晶表示装置の概略構成例を説明する断面模式図である。 図8で説明した液晶表示パネルの1画素の構成とこの画素を構成する薄膜トランジスタの構成を説明する図である。 第1パネルPNL1の薄膜トランジスタの製造工程の要部を従来のホトリソプロセスによるものと、ゲート電極およびソース・ドレイン電極をインクジェット直描プロセスに置き換えた場合の工程数を比較した説明図である。
符号の説明
SUB1・・・第1基板(薄膜トランジスタ基板)、SUB2・・・第2基板(カラーフィルタ基板)、GL・・・ゲート配線、GT・・・ゲート電極、GI・・・ゲート絶縁膜、nSI・・・n+コンタクト層、SI・・・シリコン半導体層、TCF・・・透明導電膜、RG・・・ホトレジスト、V・・・ソース−ドレイン間ギャップ形成用の溝。

Claims (4)

  1. 複数のゲート配線から能動層の領域に延びるゲート電極を有する薄膜トランジスタが形成された第1基板と、カラーフィルタ層と対向電極が形成された第2基板と、前記第1基板の内面の最上層に成膜された第1配向膜と前記第2基板の最上層に成膜された第2配向膜との間に封入された液晶層とを有し、インクジェット直描により得られる間隔よりも狭いソース電極―ドレイン電極間隔とした液晶表示パネルの製造方法であって、
    前記第1基板に形成されたゲート配線とゲート電極を覆うゲート絶縁膜の上に、半導体層およびコンタクト層を形成し、前記半導体層およびコンタクト層をパターニングして半導体アイランドとし、
    前記薄膜トランジスタの能動層となる前記半導体アイランドの上にインクジェット直描により第1の間隔でソース電極とドレイン電極を形成し、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極の上層および両電極の対向端を覆って透導電膜をスパッタにより形成し、前記ソース電極と前記ドレイン電極の対向端の間の前記透明電極膜をエッチングして前記第1の間隔よりも狭い第2の間隔のギャップを形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
  2. 請求項において、
    前記インクジェット直描により形成する前記第1の間隔を10μm以上とし、前記エッチングで形成する前記第2の間隔を4μm以下とすることを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
  3. 請求項において、
    前記ドレイン配線を前記ドレイン電極と同時にインクジェット直描により形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
  4. 請求項において、
    前記ドレイン配線を前記ドレイン電極と同時にインクジェット直描により形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
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