JP5084364B2 - 反射板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に使用される反射板に関する。

従来から、携帯型情報機器などに使用される表示装置として、軽量で薄型という特徴を有する液晶表示装置が使用されている。液晶表示装置では、屋内での視認性と、屋外における太陽光などの高輝度照明下での視認性とが求められる。外光を利用して表示を行う反射型液晶表示装置では、高輝度照明下では高い視認性を得ることはできるものの、低輝度照明下では視認性が低下する。そこで、反射機能と透過機能の両方を備え、高輝度照明下と低輝度照明下でともに良好な視認性を発揮する半透過型液晶表示装置が実用化されている。

反射機能を有する反射型及び半透過型液晶表示装置においては、液晶を狭持する一対のガラス基板の間に配置された、パネル内蔵型の反射膜が多く使用されている。この反射膜において、画面の斜め上方から入射される外光が正反射される場合には、画面正面に位置する観察者にはほとんど反射光が供給されず、観察者にとっては十分な視認性が得られない。そこで、非特許文献１に記載の技術では、反射膜の表面に、断面形状が線対称の凸面を複数形成し、入射光を反射膜で散乱反射することによって、画面正面に位置する観察者に対して供給される反射光の強度を向上させている。

さらに、特許文献１では、反射膜の表面に、緩斜面と急斜面とを有する凸面を複数形成し、緩斜面の面積を急斜面の面積よりも大きく設定する技術が提案されている。面積の大きい緩斜面で外光を反射することによって、観察者に対してより強度の強い反射光を供給することができ、表示内容に対する視認性が向上する。

亀谷 雅之、外１名、「ＰＤＡ用３．８インチ反射型カラーＴＦＴ−ＬＣＤ」、ＳＡＮＹＯ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ ＶＯＬ．３４ ＮＯ．１、２００２年６月、ｐ．１５−２３ 特開２００３−４３２３１号公報

上記特許文献１の技術では、感光性樹脂膜から成る複数の凸部を形成し、当該複数の凸部を覆って反射膜を形成することによって、反射膜の表面に複数の凸面を形成している。そして、反射膜の形成後、複数の凸部に対して熱処理を行うことによって、当該複数の凸部を硬化している。特許文献１の技術では、感光性樹脂膜から成る複数の凸部を形成した後に、当該複数の凸部に対して熱硬化処理を行っているため、熱硬化処理時に、凸部に熱リフローが生じて、凸部の形状が崩れてしまうことがある。その結果、凸部を覆って形成される反射膜表面の凸面の形状も崩れてしまい、反射膜において所望の反射特性が得られなくなることがある。

そこで、本発明は上記点に鑑みて成されたものであり、液晶表示装置に関して、反射膜の表面に所望の形状の凸面を形成することが可能な技術を提供することを目的とする。

この発明の反射板の製造方法は、液晶表示装置に使用される反射板の製造方法であって、（ａ）ポジ型の感光材料及びエポキシ樹脂を含む熱硬化型の感光性樹脂膜を形成する工程と、（ｂ）前記感光性樹脂膜をパターンニングして、前記感光性樹脂膜から成る複数の凸部を形成する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記複数の凸部に対して紫外線を照射する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、前記複数の凸部に対して熱処理を行う工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）の後に、前記工程（ｄ）での処理温度よりも高温で前記複数の凸部に対して熱処理を行う工程と、（ｆ）前記工程（ｃ）の後に、前記複数の凸部を覆う反射膜を形成する工程とを備える。

この発明によれば、複数の凸部が熱リフローすることを抑制できる。そのため、複数の凸部の形状を維持することができ、当該複数の凸部を覆って形成される反射膜の表面に所望の形状の凸面を形成することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す平面図である。本実施の形態に係る液晶表示装置は、例えば、アクティブマトリックス型の半透過型液晶表示装置であり、一対のガラス基板の間に配置された、パネル内蔵型の反射板を備えている。

図１に示されるように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶表示パネル１００と、液晶表示パネル１００に各種駆動電圧を出力して当該液晶表示パネル１００を駆動する駆動部（図示せず）とを備えている。液晶表示パネル１００は、平面視上で行列状に配列された複数の画素部１１０を備えている。

なお、図１中のＸ軸及びＹ軸は、本液晶表示装置の画面を装置外側から見た際の画面左右方向及び画面上下方向をそれぞれを示している。Ｘ軸の正の方向は、本液晶表示装置の画面を装置外側から見た際の画面右方向を示しており、Ｙ軸の正の方向は、本液晶表示装置の画面を装置外側から見た際の画面上方向を示している。

図２は図１に示される構造の矢視Ａ−Ａにおける断面構造を示す図であって、一つの画素部１１０の断面構造を示している。図２に示されるように、画素部１１０は、本液晶表示装置に入射される外光を前面方向に反射する反射領域Ｒｆと、液晶表示パネル１００の背面に配置されたバックライト（図示せず）からの光を透過して前面方向に取り出す透過領域Ｔｒとを備えている。本実施の形態では、図１に示されるように、平面視上では、反射領域Ｒｆは透過領域Ｔｒを取り囲んでいる。

反射領域Ｒｆでは、ガラス基板１上に、蓄積容量電極７とスイッチング素子１０のゲート電極２とが形成されている。スイッチング素子１０は、例えば、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。ガラス基板１上にはゲート電極２及び蓄積容量電極７を覆って絶縁膜３が形成されている。絶縁膜３のうちゲート電極２上の部分は、スイッチング素子１０のゲート絶縁膜として機能する。ゲート電極２の上方では絶縁膜３上に半導体層４が形成されている。半導体層４内には、スイッチング素子１０の２つのソース・ドレイン領域（図示せず）が形成されている。半導体層４上には、当該半導体層４内の２つのソース・ドレイン領域にそれぞれ接触して２つのソース・ドレイン電極５が形成されている。２つのソース・ドレイン電極５の一方は、蓄積容量電極７の上方まで延在している。絶縁膜３上には、半導体層４及び２つのソース・ドレイン電極５を覆って層間絶縁膜６が形成されている。層間絶縁膜６上には、すでに熱硬化している熱硬化型の感光性樹脂膜１１が形成されている。

反射領域Ｒｆでは、感光性樹脂膜１１及び層間絶縁膜６内に、それらの膜厚方向に貫通して、蓄積容量電極７上方のソース・ドレイン電極５に達する接続孔１４が形成されている。また透過領域Ｔｒでは、感光性樹脂膜１１、層間絶縁膜６及び絶縁膜３内に、それらの膜厚方向に貫通して、ガラス基板１に達する貫通孔２４が形成されている。

感光性樹脂膜１１上と、接続孔１４及び貫通孔２４内には、透明導電膜から成る画素電極１２が形成されている。反射領域Ｒｆでは、画素電極１２は蓄積容量電極７上方のソース・ドレイン電極５と接触しており、透過領域Ｔｒでは、画素電極１２はガラス基板１と接触している。各画素部１１０における画素電極１２は、他の画素部１１０の画素電極１２と電気的に分離している。

反射領域Ｒｆでは、金属薄膜から成る反射膜１３が画素電極１２上に形成されている。本実施の形態では、反射領域Ｒｆに形成された感光性樹脂膜１１、画素電極１２及び反射膜１３で反射板１６が構成されており、この反射板１６が、入射された外光を画面正面に位置する観察者に向けて反射する。感光性樹脂膜１１上と、接続孔１４及び貫通孔２４内には、画素電極１２及び反射膜１３を覆って、後述の液晶２０を配向させる配向膜１５が形成されている。

対向側ガラス基板３１上には、色材３２及びブラックマトリックス３３が形成されている。色材３２及びブラックマトリックス３３上にはオーバーコート膜３４が形成されている。オーバーコート膜３４上には、透明導電膜から成る共通電極３５が形成されている。そして、共通電極３５上には、液晶２０を配向させる配向膜３６が形成されている。

ガラス基板１と対向側ガラス基板３１とは、ガラス基板１の画素電極１２側の主面と、対向側ガラス基板３１の共通電極３５側の主面とが互いに向き合うように、所定距離を成して対向配置されている。ガラス基板１と対向側ガラス基板３１とは、それらの間に張り合わせスペーサ（図示せず）を挟持しており、この張り合わせスペーサによって、ガラス基板１と対向側ガラス基板３１との間が一定距離に維持されている。対向配置されたガラス基板１と対向側ガラス基板３１との間には液晶２０が注入されている。そして、液晶表示パネル１００は、ガラス基板３１が前面側となるように図示しない筺体内に配置されている。なお、ガラス基板１及び対向側ガラス基板３１のそれぞれでは、液晶２０側の主面とは反対側の主面に偏光板（図示せず）が張り合わされている。

以上のような構造を備える本液晶表示装置では、駆動部からゲート電極２に所定電位が印加されて、スイッチング素子１０がオン状態となると、駆動部から一方のソース・ドレイン電極５に印加された駆動電位が他方のソース・ドレイン電極５を介して画素電極１２に印加される。一方で、画素電極１２と対向配置された共通電極３５にも、駆動部から所定電位が印加される。その結果、画素電極１２と共通電極３５との間に電位差が生じて、それらの間の液晶２０には電界が印加される。これにより、液晶表示パネル１００での光の透過率が変化する。また、本液晶表示装置では、蓄積容量電極７と、その上方の画素電極１２と、それらの間の絶縁膜３とで蓄積容量が形成され、画素電極１２に印加された駆動電位は、当該蓄積容量で蓄積される。そのため、スイッチング素子１０がオフ状態になった場合であっても画素電極１２には駆動電位が印加される。

また、本液晶表示装置では、その表示面から入射された外光は、反射膜１３で反射されて、前面方向に取り出される。一方で、低輝度照明下においては、液晶表示パネル１００の背面に位置するバックライトが点灯し、当該バックライトからの光が透過領域Ｔｒを通って前面方向に取り出される。本実施の形態では、透過領域Ｔｒを通過する透過光が液晶２０内を進行する距離２２は、反射領域Ｒｆでの反射光が液晶２０内を進行する距離２１よりも大きく設定されている。したがって、反射光と透過光との間には液晶２０内で光路差２３が発生している。この光路差２３は例えば２．０μｍ程度に設定されている。

次に、本実施の形態に係る反射板１６の構造について詳細に説明する。図２に示されるように、感光性樹脂膜１１の対向側ガラス基板３１側の主面１１１には、複数の凸部１１２が形成されている。そのため、感光性樹脂膜１１上に形成された反射膜１３の対向側ガラス基板３１側の主面１１３には、複数の凸部１１２の表面形状に応じて複数の凸面１１４が形成されている。

図３は反射板１６を拡大して示す断面図である。図４は反射膜１３の主面１１３に形成された一つの凸面１１４の形状を示す平面図である。なお、感光性樹脂膜１１の主面１１１に形成された凸部１１２の平面視上の形状も図４と同様の形状となる。感光性樹脂膜１１の凸部１１２の形状は、平面視上で略方形状となっている。凸部１１２の表面は、緩斜面１１２ａとそれと連続する急斜面１１２ｂとを含んでいる。緩斜面１１２ａ及び急斜面１１２ｂは、緩斜面１１２ａが画面上方側に位置するようにＹ軸方向に沿って並んで配置されている。緩斜面１１２ａは前面側の斜め上方に向いており、急斜面１１２ｂは前面側の斜め下方に向いている。そして、緩斜面１１２ａの面積は急斜面１１２ｂの面積よりも大きく設定されている。凸部１１２では、その表面にこのような緩斜面１１２ａ及び急斜面１１２ｂを有しているため、そのＹ軸方向に沿った断面形状が非対称の山形となっている。

反射膜１３の主面１１３に形成された凸面１１４も、感光性樹脂膜１１の凸部１１２の表面と同様の形状を有している。凸面１１４の形状は、平面視上で略方形状となっている。凸面１１４は、緩斜面１１４ａとそれと連続する急斜面１１４ｂとを含んでおり、緩斜面１１４ａ及び急斜面１１４ｂは、緩斜面１１４ａが画面上方側に位置するようにＹ軸方向に沿って並んで配置されている。緩斜面１１４ａは前面側の斜め上方に向いており、急斜面１１４ｂは前面側の斜め下方に向いている。そして、緩斜面１１４ａの面積は急斜面１１４ｂの面積よりも大きく設定されている。凸面１１４は、このような緩斜面１１４ａ及び急斜面１１４ｂを有しているため、そのＹ軸方向に沿った断面形状が非対称の山形となっている。

本実施の形態では、ガラス基板１の主面を基準とした際の緩斜面１１４ａの傾斜角αは、５°以上１５°以下に設定されている。一方で、ガラス基板１の主面を基準とした際の急斜面１１４ｂの傾斜角βは、３５°以上６０°以下に設定されている。このように、本実施の形態では、急斜面１１４ｂの傾斜角βが、従来技術では実現できない、３５°以上６０°以下という非常に大きな値に設定されている。この角度は、後述する本願発明の製造方法を使用することによって実現することができる。緩斜面１１４ａに外光が入射すると、当該外光は、画面正面に位置する観察者に向かって反射されるようになる。一方で、急斜面１１４ｂに外光が入射されると、当該外光は、本液晶表示装置の外部には出力されない。これは、急斜面１１４ｂで反射された光が対向側ガラス基板３１で全反射するように、急斜面１１４ｂの傾斜角βが設定されているからである。したがって、図３に示されるように、反射膜１３の主面１１３のうち急斜面１１４ｂが形成されている領域４９は、表示特性に寄与しない不要な領域となる。

また、本実施の形態では、感光性樹脂膜１１の平均膜厚が２．０μｍ±０．２μｍに設定されており、凸部１１２の高さが、感光性樹脂膜１１の平均膜厚の１／２倍以下であり、かつ１．０μｍ以下に設定されている。そして、感光性樹脂膜１１において最も厚さが小さい部分、つまり、スイッチング素子１０の上方における、主面１１１が最も凹んでいる部分での膜厚は１μｍ以上に設定されている。

図５は本実施の形態に係る反射膜１３での反射特性を示す図である。図５では、横軸及び縦軸に、反射膜１３での反射光の反射角Ｄｅｇ及び反射光強度Ｒをそれぞれ示している。図５は、図６に示される試料２００における反射膜１３での緩斜面１１４ａに、所定の入射角で光を入射した際の反射膜１３の反射特性を測定した結果を示している。試料２００では、図６に示されるように、ガラス基板１上に感光性樹脂膜１１が形成されており、当該感光性樹脂膜１１上に直接反射膜１３が形成されている。

図５中の実線５３は、本実施の形態に係る反射膜１３を想定して、緩斜面１１４ａの傾斜角αを１５°に、急斜面１１４ｂの傾斜角βを４０°にそれぞれ設定した際の反射膜１３の反射特性を示している。図５中の破線５４は、従来技術での反射膜を想定して、緩斜面１１４ａの傾斜角αを１５°に、急斜面１１４ｂの傾斜角βを２１°にそれぞれ設定した際の反射膜１３の反射特性を示している。

図５中の横軸では、反射光における、ガラス基板１の主面に対する正反射方向の反射角Ｄｅｇを０°とし、正反射方向よりも、画面上方側の反射角Ｄｅｇを負の値で示し、画面下方側の反射角Ｄｅｇを正の値で示している。また、図５中の縦軸では、緩斜面１１４ａでの反射光の強度を、標準白色板での反射光の強度で標準化した際の値をパーセント表示している。

図５に示されるように、反射光強度Ｒは反射角Ｄｅｇが−１６°あたりで最大値を示している。これは、緩斜面１１４ａの傾斜角αが１５°に設定されているからである。そして、実線５３で示される、傾斜角α及びβがそれぞれ１５°及び４０°に設定されている反射膜１３での反射光強度Ｒの最大値は、破線５４で示される、傾斜角α及びβがそれぞれ１５°及び２１°に設定されている反射膜１３での反射光強度Ｒの最大値の約１．２倍となっている。

このように、本実施の形態では、反射膜１３の主面１１３に形成された凸面１１４での急斜面１１４ｂが、３５°以上６０°以下という非常に大きな傾斜角βを有するため、凸面１１４において緩斜面１１４ａが占める面積を大きくすることができる。したがって、緩斜面１１４ａを利用して外光を反射することによって、図５に示されるように、反射膜１３での外光の反射量を大きくすることができる。よって、観察者での反射光の強度を向上することができ、表示内容に対する視認性が向上する。

また、本実施の形態では、凸部１１２の高さが、感光性樹脂膜１１の平均膜厚の１／２倍以下であり、かつ１．０μｍ以下に設定されている。このように、凸部１１２の高さを十分小さく設定することによって、絶縁膜たる感光性樹脂膜１１において厚さが最も大きい部分の膜厚を大きくすることなく、ソース・ドレイン電極５やゲート電極２などの導電膜と、反射膜１３との間の電気的絶縁性を十分に確保することができる。よって、絶縁膜の膜厚を厚くすることなく、反射膜１３と導電膜との間の電気的絶縁性を向上できる。また、導電膜と反射膜１３との間の寄生容量の増加も抑制できる。

次に、図１〜４に示される本実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法について説明する。図７〜１３は本実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す図である。なお、以下では、反射板１６の製造方法、特に感光性樹脂膜１１の製造方法を中心に説明するため、図７，９，１０，１１，１３に示される本液晶表示装置の断面構造では、ガラス基板１と感光性樹脂膜１１だけを示している。

まず、ガラス基板１上にスイッチング素子１０及び蓄積容量電極７を形成する。そして、スイッチング素子１０及び蓄積容量電極７を覆ってガラス基板１上に層間絶縁膜６を形成する。

次に図７に示されるように、ガラス基板１上に、例えば膜厚３．０μｍの感光性樹脂膜１１を形成する。ここで形成される感光性樹脂膜１１は、例えば、硬化剤としてエポキシ樹脂を含む、アクリルを主体とした熱硬化型樹脂膜であって、ポジ型の感光材料たるナフトキノンギアジドを含んでいる。本感光性樹脂膜１１の材料としては、例えば、ＪＳＲ株式会社製の型番ＰＣ−３３５を使用することができる。

図８は本実施の形態に係る感光性樹脂膜１１の露光光に対する感度特性を示す図である。図８では、横軸に露光光の露光エネルギー量Ｄｏｓｅを示し、縦軸に現像量ｄｖを示している。現像量ｄｖは現像される部分の膜厚を示している。図８中の実線５１は感光性樹脂膜１１の感度特性を示しており、一点鎖線５２は一般的に使用されるフォトレジストの感度特性を示している。

図８に示されるように、本実施の形態に係る感光性樹脂膜１１での現像量ｄｖは、露光エネルギー量Ｄｏｓｅに対して強い線形性を示す。そして、露光エネルギー量Ｄｏｓｅが変化した際の現像量ｄｖの変化の様子を示すグラフ（実線５１）の傾きは、感光性樹脂膜１１の方が、一般的なフォトレジストよりも小さくなっている。

このように、現像量ｄｖが露光エネルギー量Ｄｏｓｅに対して強い線形性を示し、かつ露光エネルギー量Ｄｏｓｅの変化に対してあまり現像量ｄｖが変化しない感光性樹脂膜１１を使用することによって、感光性樹脂膜１１に対する露光制御が容易となり、感光性樹脂膜１１を所望の形状にパターンニングしやすくなる。

次に、得られた構造に対して９０℃で２分間熱処理を行い、感光性樹脂膜１１に対してプリベークを行う。

次に図９に示されるように、所定のマスクパターンが形成されたフォトマスク４０を用いて、感光性樹脂膜１１に対して露光処理を行う。そして、現像液（ＴＭＡＨ ０．４ｗｔ％）を用いて、感光性樹脂膜１１のうち感光された部分２１１を常温で９０秒間現像する。その後、得られた構造に対して、超純水を使用したリンス処理を行って、エアナイフなどを用いて水切り処理を行う。これにより、図１０に示されるように、感光性樹脂膜１１の主面１１１には、緩斜面１１２ａと急斜面１１２ｂとを表面に有する凸部１１２が複数形成される。

図９に示されるように、フォトマスク４０では、感光性樹脂膜１１での複数の凸部１１２のそれぞれの形成位置に応じて、所定の回折格子パターンが形成された回折格子部４１と、露光光４５に対する透過率が約０％の遮光部分４２と、露光光４５に対する透過率が約１００％の透過部分４３とがこの順で並んで設けられている。感光性樹脂膜１１では、透過部分４３の下方に位置する部分は深い位置まで感光され、遮光部分４２の下方に位置する部分はほとんど感光されない。これにより、感光性樹脂膜１１における、透過部分４３と遮光部分４２との境界領域の下方に位置する部分では、形成すべき凸部１１２の急斜面１１２ｂの形状に応じて感光される。また、感光性樹脂膜１１における回折格子部４１の下方に位置する部分は、回折格子部４１が有する所定の回折格子パターンの影響によって、形成すべき凸部１１２の緩斜面１１２ａの形状に応じて、感光性樹脂膜１１の膜厚方向とは垂直な方向に沿って感光量が変化する。

本実施の形態では、露光光４５の照射エネルギー量は、当該露光光４５を直接感光性樹脂膜１１に照射した際の現像量ｄｖが１μｍとなるような値に設定されている。したがって、凸部１１２の高さは１μｍ程度になる。

図１０に示されるように、形成直後の凸部１１２の表面には、現像液による表面荒れや、露光の際に発生する露光干渉縞や定在波の影響によって、微小突起４６が存在する。また、急斜面１１２ｂと緩斜面１１２ａとの境界領域や、急斜面１１２ｂと感光性樹脂膜１１の凸部１１２が形成されていない平坦面との境界領域には角部４７が形成される。微小突起４６は反射特性を劣化させ、角部４７には電界が集中しやすくなる。本実施の形態では、後の工程で実行される低温の熱処理によって、微小突起４６が無くなるとともに、角部４７が丸くなるため、反射特性の劣化を抑制でき、電界集中を緩和できる。その結果、画質が向上する。

なお、本実施の形態では、回折格子パターンを有するフォトマスク４０を使用したが、当該フォトマスク４０を使用した場合と同様の露光プロファイルが得られるのであれば、ハーフトーンマスクを使用して露光処理を行って良いし、複数回露光を行うステップ露光法を用いて露光処理を行っても良い。また、上記非特許文献１に記載されている、反射板の表面を凹凸形状にする技術を使用しても良い。

また、感光性樹脂膜１１に対する露光エネルギー量は、設定する緩斜面１１２ａの傾斜角に応じて調整されるが、感光性樹脂膜１１上に形成される反射膜１３と、下層の導電膜との電気的絶縁性や寄生容量を考慮すれば、現像量ｄｖが１μｍ以下となるような露光エネルギー量が望ましい。

次に、接続孔１４及び貫通孔２４を形成するために、フォトマスク４０を他のフォトマスクに交換し、当該他のフォトマスクを使用して、感光性樹脂膜１１を露光する。その後、感光性樹脂膜１１に対して現像処理を行う。これにより、感光性樹脂膜１１内には、蓄積容量電極７の上方に、接続孔１４の一部となる貫通孔が形成されるとともに、透過領域Ｔｒに貫通孔２４の一部となる貫通孔が形成される。感光性樹脂膜１１の膜厚は３．０μｍであるため、このときの露光エネルギー量は、現像量ｄｖが３．０μｍとなるような値に設定される。その後、接続孔１４の一部となる貫通孔によって露出した層間絶縁膜６を除去するとともに、貫通孔２４の一部となる貫通孔によって露出した層間絶縁膜６を除去し、その下の絶縁膜３を除去する。これにより、接続孔１４と貫通孔２４とが完成する。

次に図１１に示されるように、感光性樹脂膜１１の全面に対して、波長が１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を照射する。本実施の形態では、２種類の紫外線６３を感光性樹脂膜１１に照射する。まず、波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を感光性樹脂膜１１に照射し、その後、波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３を感光性樹脂膜１１に照射する。波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３としては、例えば、波長が３６５ｎｍ、４０５ｎｍ及び４３６ｎｍの少なくとも一つを含む紫外線が使用される。波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３としては、例えば、波長が１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの少なくとも一つを含む紫外線が使用される。以後、波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を「近紫外線６３」と呼び、波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３を「遠紫外線６３」と呼ぶことがある。

図１２は感光性樹脂膜１１に紫外線６３を照射することが可能な紫外線照射装置７０の構成を示す図である。図１２に示されるように、紫外線照射装置７０には、密閉構造となるチャンバ６７が設けられている。チャンバ６７は、容器６６と、当該容器６６にパッキン６５を間に挟んで取り付けられる蓋６４とで構成されている。チャンバ６７内においては、蓋６４の内壁に、紫外線６３を照射する紫外線ランプ６２が取り付けられており、当該紫外線ランプ６２に対向するように、冷却機能を備えたクーリングプレート６８が配置されている。またチャンバ６７内には、窒素やアルゴン等の不活性ガスＧＡＳがバルブ６１を介して供給される。これにより、チャンバ６７内を不活性ガス雰囲気にすることができる。そして、チャンバ６７内は排気管ＥＸＨを介して常に排気されている。

このような紫外線照射装置７０を使用して感光性樹脂膜１１に紫外線６３を照射する際には、まず、チャンバ６７内のクーリングプレート６８上に、ガラス基板１を感光性樹脂膜１１を上にして載置する。そして、チャンバ６７内に不活性ガスＧＡＳを供給して、チャンバ６７内を、例えば酸素濃度１０％以下の不活性ガス雰囲気にする。その後、紫外線ランプ６２から紫外線６３を出力する。これにより、紫外線ランプ６２からの紫外線６３が感光性樹脂膜１１の表面全面に照射される。このとき、クーリングプレート６８によって、ガラス基板１の温度は、当該ガラス基板１が熱リフローを生じない温度、例えば８０℃以下に保持されている。

本実施の形態では、近紫外線６３と遠紫外線６３とを、別々の紫外線照射装置７０を使用して感光性樹脂膜１１に照射する。つまり、近紫外線６３を発生する紫外線ランプ６２を備える紫外線照射装置７０を使用して、まず感光性樹脂膜１１に対して近紫外線６３を照射し、その後、遠紫外線６３を発生する紫外線ランプ６２を備える紫外線照射装置７０を使用して、感光性樹脂膜１１に対して遠紫外線６３を照射する。近紫外線６３の照射量は例えば５００〜７００ｍＪ／ｃｍ²であって、遠紫外線６３の照射量は例えば２０００〜３０００ｍＪ／ｃｍ²である。これらの照射量は積算照射量である。したがって、近紫外線６３及び遠紫外線６３のそれぞれを複数回に分けて感光性樹脂膜１１に照射し、近紫外線６３及び遠紫外線６３のそれぞれのトータルの照射量が上記値となれば良い。

このように、近紫外線６３と遠紫外線６３とを異なる光源から感光性樹脂膜１１に対して照射することによって、近紫外線６３の照射強度と遠紫外線６３の照射強度とを別個独立して調整することができる。

なお、遠紫外線６３の感光性樹脂膜１１に対する照射量が多くなりすぎると、当該照射量に応じて感光性樹脂膜１１が黄味に着色する。感光性樹脂膜１１が黄味に着色すると、画質の低下を招来することから、遠紫外線６３の感光性樹脂膜１１に対する照射量は上記の数値範囲に設定することが望ましい。

次に、クーリングオーブンを用いて、得られた構造に対して、例えば１００℃で３０分間、低温の第１の熱処理を行う。その後、得られた構造に対して、例えば２３０℃で６０分間、高温の第２の熱処理を行う。この第２の熱処理は、熱硬化型の感光性樹脂膜１１に対する熱硬化処理であって、第２の熱処理によって、感光性樹脂膜１１では、主剤であるアクリルと、硬化剤であるエポキシ樹脂との架橋反応が生じる。

以上のような第１及び第２の熱処理を行うことによって、図１３に示されるように、表面に微小突起４６の無い、表面がなめらかな凸部１１２を得ることができ、上記角部４７は丸くなる。一方で、第１及び第２の熱処理後の凸部１１２の緩斜面１１２ａ及び急斜面１１２ｂの傾斜角は、形成直後の値、つまり図１０に示される状態からほとんど変化しない。これは、第１及び第２の熱処理によっては、感光性樹脂膜１１では必要最小限の熱リフローしか発生しないからである。以下にこの理由について説明する。

本実施の形態では、ポジ型の感光材料とエポキシ樹脂とを含む感光性樹脂膜１１に対して、波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を照射している。これにより、ポジ型の感光材料（ナフトキノンジアジド）が分解してカルボン酸を生じ、当該カルボン酸とエポキシ樹脂とが架橋反応を生じる。その結果、感光性樹脂膜１１の大部分がある程度硬化される。紫外線照射後の低温の第１の熱処理は、このカルボン酸とエポキシ樹脂との架橋反応を促進するために行っている。第１の熱処理では、感光性樹脂膜１１の硬化が進行し、かつ低温であるため、感光性樹脂膜１１に発生する熱リフロー量を、微小突起４６が無くなり、角部４７が丸くなる程度に制御することができる。例えば、０．１〜０．２μｍの段差を０．０５μｍ以下にする程度の熱リフロー量に制御することができる。

さらに、本実施の形態では、熱硬化型の感光性樹脂膜１１に対して、波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３を照射している。当該紫外線６３は、波長が短いため、感光性樹脂膜１１の表層部にまでしか到達しない。したがって、感光性樹脂膜１１では、表層部にだけエネルギーが供給され、当該エネルギーによって、感光性樹脂膜１１の表層部では光架橋反応が生じて、当該表層部は硬化する。具体的には、当該表層部では、熱硬化処理を行った場合と同様に、主剤であるアクリルと、硬化剤であるエポキシ樹脂とが架橋反応を生じて、当該表層部が硬化する。その後、高温の第２の熱処理を行って感光性樹脂膜１１を熱硬化させることによって、感光性樹脂膜１１が完全に硬化するようになる。この高温の第２の熱処理を行う際には、感光性樹脂膜１１はある程度硬化しているため、第２の熱処理中に感光性樹脂膜１１が熱リフローすることはほとんど無い。感光性樹脂膜１１に対する遠紫外線６３の照射量が多いほど、感光性樹脂膜１１では熱リフローが生じにくくなる。

このように、感光性樹脂膜１１に対して、近紫外線６３を照射した場合と、遠紫外線６３を照射した場合とでは、感光性樹脂膜１１で生じる硬化反応が異なる。この硬化反応の相違は、熱昇華脱離ガス分析法（ＴＤＳ法）を用いて硬化後の感光性樹脂膜１１からの脱離ガスを分析し、その分析結果から判断することができる。遠紫外線６３を用いて硬化した感光性樹脂膜１１は、近紫外線６３と第１の熱処理とを用いて硬化した感光性樹脂膜１１と比較して、質量数が“１５”と“２９”の脱離ガスの検出量が２／３倍となる。

以上のように、感光性樹脂膜１１では、カルボン酸とエポキシ樹脂との架橋反応によってその大部分が硬化し、さらにその表層部はアクリルとエポキシ樹脂とが架橋して硬化する。本実施の形態では、このような異なる２種類の硬化反応を感光性樹脂膜１１に予め生じさせることによって、感光性樹脂膜１１を熱硬化させるための高温の第２の熱処理では、ほとんど熱リフローが発生せず、感光性樹脂膜１１の凸部１１２の形状は、形成直後の形状を維持し、熱硬化処理で凸部１１２の形状が崩れることを抑制できる。

なお、第１の熱処理での処理温度は、感光性樹脂膜１１において、カルボン酸とエポキシ樹脂とを架橋反応させる最適温度に設定され、この最適温度は感光性樹脂膜１１の材料によって異なる。第１の熱処理での処理温度が低すぎると、エポキシ樹脂とカルボン酸との架橋反応が不十分であり、第２の熱処理の際に感光性樹脂膜１１に熱リフローが生じやすくなる。また、第１の熱処理の処理温度が高すぎると、第１の熱処理の際に感光性樹脂膜１１に熱リフローが生じやすくなる。これらの観点から、第１の熱処理での処理温度は９５℃〜１０５℃が望ましい。

また、第２の熱処理での処理温度が低すぎると、感光性樹脂膜１１での熱硬化が不十分であり、高すぎると感光性樹脂膜１１が黄味に着色して画質が劣化する可能性がある。これらの観点から、第２の熱処理での処理温度は２２０〜２３０℃が望ましい。

次に、ＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜などの透明導電膜を全面に形成し、既存の写真製版技術及びエッチング技術を使用して、当該透明導電膜を島状にパターンニングする。これにより、透明導電膜から成る画素電極１２が完成する。そして、アルミニウム、アルミニウムを主体とする合金、銀あるいは銀合金などの反射率の高い材料から成る金属薄膜を全面に形成し、既存の写真製版技術及びエッチング技術を使用して、反射領域Ｒｆの部分だけが残るように当該金属薄膜を島状に加工する。これにより、金属薄膜から成る反射膜１３が完成する。その後、配向膜１５を全面に形成する。上述のように、感光性樹脂膜１１の凸部１１２の形状が崩れないことから、凸部１１２を覆って形成される反射膜１３の主面１１３には、上述の図３に示されるような所望の形状を有する凸面１１４を形成することができる。

次に、色材３２、ブラックマトリックス３３、オーバーコート膜３４、共通電極３５及び配向膜３６が形成された対向側ガラス基板３１を準備する。そして、上述の図２に示されるように、スペーサ等を利用して、ガラス基板１と対向側ガラス基板３１とを、それらの間に液晶２０を挟んで対向配置させる。

以上のように、本実施の形態に係る製造方法では、感光性樹脂膜１１に対する熱硬化処理である第２の熱処理の前に、複数の凸部１１２に対して、波長が１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を照射しているため、第２の熱処理の前に複数の凸部１１２がある程度硬化する。したがって、第２の熱処理によって、複数の凸部１１２が熱リフローすることを抑制できる。その結果、複数の凸部１１２の形状を維持することができ、当該複数の凸部１１２を覆って形成される反射膜１３の主面１１３に所望の形状の凸面１１４を形成することができる。

波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を複数の凸部１１２に照射した場合には、複数の凸部１１２では、ポジ型の感光材料が分解してカルボン酸が発生し、当該カルボン酸とエポキシ樹脂とが架橋反応を生じる。その結果、複数の凸部１１２がある程度硬化し、第２の熱処理によって、複数の凸部１１２が熱リフローすることを抑制できる。

また、波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３を複数の凸部１１２に照射した場合には、複数の凸部１１２の表層部では光架橋反応が生じて、当該表層部が硬化する。そのため、第２の熱処理によって複数の凸部１１２が熱リフローすることを抑制できる。

そして、波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３と、波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線６３との両方を複数の凸部１１２に照射することによって、当該複数の凸部１１２では飛躍的に熱リフローが生じにくくなり、従来技術では得られることのない、３５°以上６０°以下という非常に傾斜角の大きい急斜面１１４ｂを有する凸面１１４を反射膜１３の主面１１３に形成することが可能となる。

また、波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線６３を複数の凸部１１２に照射した後に、当該複数の凸部１１２に対して、低温の第１の熱処理を行うことによって、当該複数の凸部１１２でのカルボン酸とエポキシ樹脂との架橋反応が促進する。したがって、短時間で所望の硬さの複数の凸部１１２を得ることができる。

なお、本実施の形態では、感光性樹脂膜１１に対しては、近紫外線６３を照射した後に遠紫外線６３を照射しているが、近紫外線６３と遠紫外線６３とを同時に、あるいは、遠紫外線６３を照射した後に、近紫外線６３を照射しても良い。感光性樹脂膜１１に遠紫外線６３を照射した場合には、感光性樹脂膜１１の表層部は硬化し変質することから、その状態で、近紫外線６３を感光性樹脂膜に照射した場合には、近紫外線６３が感光性樹脂膜１１の内部にまで到達しにくくなる。この場合には、感光性樹脂膜１１では、表層部は硬化するものの、内部はあまり硬化せず、第２の熱処理時に感光性樹脂膜１１の主面１１１に皺が生じることがある。そのため、感光性樹脂膜１１上に形成される反射膜１３の主面１１３にも皺が形成され、反射板１６での反射特性が劣化することがある。したがって、感光性樹脂膜１１に対しては、本実施の形態のように、近紫外線６３を照射した後に遠紫外線６３を照射する方が好ましい。

また、遠紫外線６３は２００ｎｍ以下の波長を有する方が好ましい。一般的に、遠紫外線６３を発生する紫外線ランプ６２での発熱量は大きいため、感光性樹脂膜１１に対して長時間遠紫外線６３を照射すると、紫外線ランプ６２の下方に位置するガラス基板１が加熱されてしまう。波長が２００ｎｍ以下の紫外線はエネルギーが大きいため、短時間で感光性樹脂膜１１を所望の硬さにすることができる。したがって、紫外線ランプ６２での発熱がガラス基板１に与える悪影響を低減することができる。

また、本実施の形態では、感光性樹脂膜１１に対して不活性ガス雰囲気中で紫外線６３を照射しているが、大気雰囲気中で紫外線６３を照射しても良い。感光性樹脂膜１１に対して大気雰囲気中で紫外線６３を照射した場合には、感光性樹脂膜１１が酸化して変色し、画質が劣化する可能があるため、これを防止するために、本実施の形態のように、不活性ガス雰囲気中で紫外線６３を照射する方が好ましい。

遠紫外線６３が２００ｎｍ以下の波長を含む場合には、感光性樹脂膜１１に対して不活性ガス雰囲気中で遠紫外線６３を照射することは特に有効である。大気雰囲気中で、波長が２００ｎｍ以下の紫外線を感光性樹脂膜１１に照射した場合には、大気中の酸素がオゾンに変化する。感光性樹脂膜１１ではこのオゾンによって酸化還元反応が生じ、感光性樹脂膜１１の表面がエッチングされるとともに、感光性樹脂膜１１が黄味に着色してしまう。不活性ガス雰囲気中で遠紫外線６３を照射することによって、これを防止することができる。

また、大気中で遠紫外線６３を照射する場合には、オゾンによる感光性樹脂膜１１での酸化還元反応を防止するために、波長が２００ｎｍ以下の紫外線が照射されないようにしても良い。この場合には、上述のように、大気中の酸素により感光性樹脂膜１１が酸化して黄味に着色するが、この着色量は、オゾンが発生した場合の着色量よりもかなり少ないため、問題とならない場合が多い。

また、本実施の形態では、本発明を透過型液晶表示装置に適用した場合について説明したが、本発明は反射型液晶表示装置にも適用することができる。その際には、画素電極１２を反射膜として使用できることから、感光性樹脂膜１１上に直接反射膜が形成されることになる。

また、スイッチング素子１０として、他のスイッチング素子、例えば、薄膜ダイオードやトップゲート型の薄膜トランジスタを使用しても良い。

また、本願発明は、スイッチング素子１０を備えていないパッシブマトリックス型の液晶表示装置にも適用することができる。

また、本実施の形態では、感光性樹脂膜１１の主面１１１に断面形状が非対称の山形である凸部１１２が形成された反射板１６を備える液晶表示装置の製造方法について説明したが、感光性樹脂膜１１の主面１１１に断面形状が線対称の山形である凸部１１２が形成された反射板１６を備える液晶表示装置を製造する場合にも、本発明に係る製造方法を使用することができる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る反射板の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る反射膜の凸面の形状を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る反射板の反射特性を示す図である。 図５の反射特性を求める際に使用した試料の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る感光性樹脂膜の感度特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１ ガラス基板、２ ゲート電極、５ ソース・ドレイン電極、１１ 感光性樹脂膜、１３ 反射膜、１６ 反射板、２０ 液晶、３１ 対向側ガラス基板、６３ 紫外線、１１１，１１３ 主面、１１２ 凸部、１１４ 凸面、１１４ａ 緩斜面、１１４ｂ 急斜面、α，β 傾斜角。

Claims (2)

1. 液晶表示装置に使用される反射板の製造方法であって、
   （ａ）ポジ型の感光材料及びエポキシ樹脂を含む熱硬化型の感光性樹脂膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記感光性樹脂膜をパターンニングして、前記感光性樹脂膜から成る複数の凸部を形成する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記複数の凸部に対して紫外線を照射する工程と、
   （ｄ）前記工程（ｃ）の後に、前記複数の凸部に対して熱処理を行う工程と、
   （ｅ）前記工程（ｄ）の後に、前記工程（ｄ）での処理温度よりも高温で前記複数の凸部に対して熱処理を行う工程と、
   （ｆ）前記工程（ｃ）の後に、前記複数の凸部を覆う反射膜を形成する工程と
   を備える、反射板の製造方法。
2. 請求項１に記載の反射板の製造方法であって、
   前記工程（ｃ）は、
   波長が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の紫外線を前記複数の凸部に照射する第１工程と、
   前記第１工程の後に、不活性ガス雰囲気中で波長が１５０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の紫外線を前記複数の凸部に照射する第２工程と
   を有する、反射板の製造方法。

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