JPH11194335A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動基板側にカラーフィルタを形成すること
により駆動基板と対向基板との間の貼り合わせずれを低
減できると共にカラーフィルタの形成工程を簡略化でき
る液晶表示装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 駆動基板側のガラス基板２１上にＴＦＴ
２２を形成した後、感光性樹脂膜２３Ａを形成する。感
光性樹脂膜２３Ａを加熱して乾燥させた後、着色溶液噴
射ノズル７と駆動基板２との相対的な位置合わせを行
い、この着色溶液噴射ノズル７から、感光性樹脂膜２３
Ａに対して画素列毎に、赤色の着色液７ａ、緑色の着色
液７ｂおよび青色の着色液７ｃを同時に噴射し、更に加
熱する。これにより赤色フィルタ、緑色フィルタおよび
青色フィルタを含むカラーフィルタ層２３が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画素電極およびス
イッチング素子等が形成された駆動基板と対向基板とを
貼り合わせて構成される液晶表示装置の製造方法に係
り、特に、駆動基板側にカラーフィルタが形成された構
造を有する液晶表示装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等に代表される
液晶表示装置付きの電子機器の普及と共に、液晶表示装
置への高性能化の要求が高まり、液晶表示装置を高精細
化および高輝度化するための改良が種々なされている。
この液晶表示装置は、通常、各画素制御のためのＴＦＴ
(Thin Film Transistor, 薄膜トランジスタ）等のスイ
ッチング素子や保持容量等が形成された駆動基板（また
はＴＦＴ基板）と、ブラックマトリクス等が形成された
対向基板とを貼り合わせて作製される。

【０００３】カラー液晶表示装置の場合には、更に画素
電極を基本色（赤，緑，青）に着色するためのカラーフ
ィルタを備えており、一般に、このカラーフィルタは対
向基板の内表面に形成されている。しかしながら、対向
基板側にカラーフィルタを形成したカラー液晶表示装置
では、貼り合わせの誤差により、駆動基板側に形成され
た画素電極との間で色ずれが生じ、表示品位が劣化する
という問題がある。この色ずれを防止するためには、駆
動基板と対向基板との間において精密な位置合わせ（ア
ライメント）が必要であるが、画素の高精彩化が進むに
伴って精密な位置合わせが困難になっている。なお、遮
光領域を拡大して色ずれ部分を隠すことも考えられる
が、遮光領域の拡大は貼り合わせ後の光の透過率が低下
し、画素部の実効開口率の低下につながるという問題が
ある。

【０００４】このようなことから、カラーフィルタを駆
動基板側に形成する、所謂オンチップカラーフィルタ構
造が提案されている（例えば特開平２−５４２１７号公
報等）。このオンチップカラーフィルタ構造の液晶表示
装置では、カラーフィルタを対向基板側に形成した構造
に比べ、画素電極とカラーフィルタとの位置合わせ誤差
が殆どなくなり、画素部が微細化しても高開口率を維持
できると共に、カラーフィルタが個々の画素電極と重な
っているため、両者の間に視差が生ずることがなく、画
素部の実効開口率を大きくとることができるという利点
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
カラーフィルタを基板上に形成する従来の方法として
は、基板上に感光性樹脂膜を形成し、この感光性樹脂膜
をフォトリソグラフィ技術によりパターニングし、その
後、例えば赤に染色し、以後同様に緑および青に染色す
る方法（染色法）、予め顔料等の色素を分散した感光性
樹脂膜を使用してフォトリソグラフィ技術によりパター
ニングし、赤、緑および青の着色画素を順次形成する方
法（顔料分散法）、更には、オフセット印刷等による方
法方法（印刷法）などがある。

【０００６】しかしながら、これら染色法、顔料分散法
および印刷法によって３色のカラーフィルタを作製する
従来の方法では、いずれも、３色分の繰り返し工程が必
要であり、工程数が多くなるという問題があった。ま
た、染色法および顔料分散法では、フォトリソグラフィ
工程が３回必要であるため、工程が煩雑になる。更に、
印刷法では、印刷時の位置合わせ精度がよくないという
問題があった。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、駆動基板側にカラーフィルタを形成
することにより駆動基板と対向基板との間の貼り合わせ
ずれを低減できると共にカラーフィルタの作製工程を簡
略化できる液晶表示装置の製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置の製造方法は、支持基板の上に画素毎に対応して複数
のスイッチング素子を形成した後、これらスイッチング
素子上に、着色液の受容可能な材料によりカラーフィル
タ用膜を形成する工程と、カラーフィルタ用膜に対して
基本色それぞれに対応する色の着色溶液を直接導入させ
ることにより画素毎に整合した色のカラーフィルタを形
成する工程と、カラーフィルタの上に保護膜を介して画
素毎に対応する複数の画素電極を形成する工程とを含む
ものである。カラーフィルタ用膜は感光性樹脂により形
成することが望ましく、このカラーフィルタ用膜への着
色溶液の導入は、例えば着色溶液噴出ノズルにより着色
溶液を直接噴出させることにより行うことができる。

【０００９】本発明による液晶表示装置の製造方法で
は、着色溶液噴出ノズル等によって、カラーフィルタ用
膜に対して基本色それぞれに対応する色の着色溶液が直
接導入されることにより、駆動基板側にカラーフィルタ
層が形成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施の形態に係る液晶表
示装置１の断面構成を表し、図２はこの液晶表示装置１
の駆動基板２および対向基板３を取り出して、その要部
構成を示したものである。この液晶表示装置１は、駆動
基板２とこの駆動基板２に対向する対向基板３とを貼り
合わせ、これら駆動基板２と対向基板３との間隙に液晶
を注入して液晶層４を形成した後、シール剤５により液
晶層４を封止することにより製造される。

【００１２】駆動基板２は支持基板としてのガラス基板
２１を備え、このガラス基板２１上に複数の基本色（本
実施の形態では、赤、緑および青の３色）それぞれに対
応した複数の画素がマトリクス状に設けられ、これら画
素毎に対応して画素電極制御用のスイッチング素子とし
てのＴＦＴ２２が複数個設けられている。ＴＦＴ２２上
にはカラーフィルタ層２３が形成されている。このカラ
ーフィルタ層２３上に保護膜（図示せず）を介して各画
素に対応して透明の画素電極２４が形成され、更にこの
画素電極２４上に配向膜２５が形成されている。

【００１３】更に、この駆動基板２には、図２に示した
ように、マトリクス状の画素の行方向に沿ってゲート線
２６が配設されると共に列方向に沿って列単位でＴＦＴ
２２に対して画像信号を供給するための信号線２７が配
設されている。ゲート線２６は複数のＴＦＴ２２の各ゲ
ート電極に電気的に接続されている。カラーフィルタ層
２３は、赤色フィルタ２３ａ、緑色フィルタ２３ｂ（図
２では図示せず）および青色フィルタ２３ｃを含んで構
成されており、これら３色のフィルタが行方向に沿って
交互に繰り返し配列されている。カラーフィルタ層２３
は、後述のように、例えば感光性樹脂膜に対して染料ま
たは顔料などを含む着色溶液を直接噴射させることによ
って形成されたものである。

【００１４】一方、対向基板３では、図１に示したよう
にガラス基板３１上に、駆動基板２側の画素電極２４と
共に液晶層４に対して所定の電位を与えるための透明の
対向電極３２が形成されると共に、この対向電極３２上
に配向膜３３が形成されている。なお、図示しないが、
この対向基板３には画素と画素との間の領域に対応して
ブラックマトリクス部が形成されている。

【００１５】この液晶表示装置１では、駆動基板２側に
カラーフィルタ層２３を備えた、所謂オンチップカラー
フィルタ構造となっている。従って、駆動基板２に対し
て対向基板３を貼り合わせる際に、画素電極２４とカラ
ーフィルタ層２３との位置合わせ誤差が殆どなくなり、
画素部が微細化しても高開口率を維持できる。また、カ
ラーフィルタ層２３が個々の画素電極と重なっているた
め、両者の間に視差が生ずることがなく、画素部の実効
開口率を大きくとることができる。

【００１６】以下、図３（Ａ）〜（Ｃ）ないし図５
（Ａ），（Ｂ）、および図６〜図９を参照して上記液晶
表示装置１の製造方法について説明する。ここでは、本
発明の特徴である駆動基板２へのカラーフィルタの作製
方法を中心に説明し、その他の工程の具体的な説明は省
略する。なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）ないし図５（Ａ），
（Ｂ）はカラーフィルタの作製方法の工程毎の概略を表
しており、図６は図３（Ａ），（Ｂ）の工程、図７は図
３（Ｃ）の工程、図８は図５（Ａ）の工程、図９は図５
（Ｂ）の工程にそれぞれ対応して要部を拡大して表した
ものである。

【００１７】まず、図３（Ａ）に示したように、フォト
リソグラフィ技術等の公知の方法によって、ガラス基板
２１上に複数のＴＦＴ２２を画素毎に形成する。ＴＦＴ
２２は、図６に示したように、ガラス基板２１上に例え
ばモリブデン（Ｍｏ）により形成されると共にゲート線
２６の一部を構成するゲート電極２２ａと、このゲート
電極２２ａ上に形成された例えば窒化膜（ＳｉＮ_X ）と
酸化膜（ＳｉＯ₂ ）との積層膜からなるゲート絶縁膜２
２ｂと、このゲート絶縁膜２２ｂ上に形成された多結晶
シリコン膜２２ｃと、例えば酸化膜（ＳｉＯ₂ ）と窒化
膜（ＳｉＮ_X ）との積層膜により形成された保護膜２２
ｄとにより構成されている。多結晶シリコン膜２２ｃの
ゲート電極２２ａに対向する領域がＴＦＴ２２のチャネ
ル領域、また、このチャネル領域の両側の領域がソース
領域またはドレイン領域となっている。多結晶シリコン
膜２２ｃのソース領域は保護膜２２ｄに設けられた接続
孔（コンタクトホール）を介して例えばアルミニウム
（Ａｌ）により形成された信号線２７に電気的に接続さ
れている。なお、多結晶シリコン膜２２ｃのドレイン領
域は、後述のように接続孔（コンタクトホール）２０１
を介して画素電極２４と電気的に接続されるようになっ
ている。

【００１８】図３（Ａ）に戻って説明を続ける。この工
程では、ガラス基板２１上にＴＦＴ２２と同時にアライ
メントマーク２８ａ，２８ｂを形成する。このアライメ
ントマーク２８ａ，２８ｂは後述するようにカラーフィ
ルタ層２３の形成工程における位置合わせの基準とな
る。なお、これらのアライメントマーク２８ａ，２８ｂ
は駆動基板２と対向基板３との貼り合わせの基準となる
マークと兼用することもできる。アライメントマーク２
８ａ，２８ｂは、ＴＦＴ２２の製造プロセスにおいて配
線等の金属層や多結晶シリコン層を形成する際に、少な
くともその一層を利用して同一工程で形成することがで
きる。

【００１９】次に、ＴＦＴ２２およびアライメントマー
ク２８ａ，２８ｂが形成された駆動基板１１上に、図３
（Ｂ）および図６に示したように、スピンコート法やそ
の他の方法によって膜厚０．５〜５．０μｍ、例えば
１．０μｍの感光性樹脂膜２３Ａを形成する。この感光
性樹脂膜２３Ａが本発明のカラーフィルタ用膜に対応し
ている。感光性樹脂膜２３Ａの材料としては、例えばア
クリル系樹脂およびＰＶＡ（ポリビニルアルコール）に
既知の感光剤であるナフトキノンジアジド、トリアゾー
ル等をそれぞれ混合したものが挙げられる。

【００２０】続いて、３０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲の温
度、例えば６０°Ｃで熱処理を施すことにより感光性樹
脂膜２３Ａを乾燥させる。次に、フォトマスク（図示せ
ず）を介して感光性樹脂膜２３Ａに対して紫外線を照射
し、更に現像液により不要部を選択的に除去することに
より、多結晶シリコン膜２２ｃのドレイン領域に達する
接続孔（コンタクトホール）２０１を形成した後に水洗
いする。その後、感光性樹脂膜２３Ａの再流動（リフロ
ー）のために、１００°Ｃ〜３００°Ｃの範囲の温度、
例えば１５０°Ｃで加熱する。

【００２１】次に、図３（Ｃ）および図７に示したよう
に、アライメントスコープ６ａ，６ｂによりアライメン
トマーク２８ａ，２８ｂを検出することにより、着色溶
液噴射ノズル７と駆動基板２との位置合わせを行う。

【００２２】着色溶液噴射ノズル７は、駆動基板２上に
形成された画素列毎に対応して例えば赤色の着色液７
ａ、緑色の着色液７ｂおよび青色の着色液７ｃを噴出で
きるもので、そのピッチは各画素間のピッチよりも小さ
くなっている。着色液としては、染料または顔料含む溶
液が用いられる。図４はこのときの平面的構成を表した
ものである。この状態で、着色溶液噴射ノズル７から感
光性樹脂膜２３Ａの表面に対して画素列毎に、赤色の着
色液７ａ、緑色の着色液７ｂおよび青色の着色液７ｃが
同時に噴射される。このとき駆動基板２または着色溶液
噴射ノズル７の一方、例えば駆動基板２側を走査して、
駆動基板２上の感光性樹脂膜２３Ａの全面に着色液を噴
射させる。なお、このときの駆動基板２のｘ，ｙおよび
θ方向の位置は、例えば基板吸着ステージに設けられた
レーザ干渉計によって精度良く検出することができる。
また、駆動基板２の移動は例えばモータあるいはリニア
モータ等によって行うことができる。

【００２３】感光性樹脂膜２３Ａに対して各色の着色液
を噴出した後、この感光性樹脂膜２３Ａを例えば１２０
°Ｃの温度で加熱する。以上の工程によって、図５
（Ａ）および図８に示したように、感光性樹脂膜２３Ａ
に着色液が吸収される。これにより感光性樹脂膜２３Ａ
が、画素列毎に対応して赤色フィルタ２３ａ、緑色フィ
ルタ２３ｂおよび青色フィルタ２３ｃを含むカラーフィ
ルタ層２３となる。カラーフィルタ層２３の各フィルタ
間の領域は隣接する色の混合領域となるが、この領域は
信号線２７に対向した遮光領域であるため、特に品質上
支障はない。なお、この各フィルタ間の領域は着色され
ないようにしてもよい。

【００２４】続いて、例えばスピンコート法によって駆
動基板２上のカラーフィルタ層２３を覆うように、例え
ば膜厚０．３〜２．０μｍの保護膜としての感光性樹脂
膜２９を形成する。次いで、フォトマスク（図示せず）
を介して感光性樹脂膜２９に対して紫外線を照射し、更
に現像液によって接続孔２０１に対応する領域および不
要部を選択的に除去することにより、多結晶シリコン膜
２２ｃのドレイン領域に達する接続孔（コンタクトホー
ル）２０２を形成した後に水洗いする。その後、感光性
樹脂膜２９の再流動（リフロー）のために、１００°Ｃ
〜３００°Ｃの範囲の温度、例えば２００°Ｃで加熱す
る。次いで、コンタクトホール２０２内に堆積した染料
等の残渣および有機物を除去するために、酸素プラズマ
によるエッチングを行い、更に、酸素プラズマによって
形成された酸化膜を除去するために、例えば希ふっ酸に
よりエッチングする。

【００２５】次に、図５（Ｂ）および図９に示したよう
に、感光性樹脂膜２９上に例えばスパッタリング法によ
り、透明導電材料、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide:
インジウムと錫の酸化物混合膜）を形成し、このＩＴＯ
膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチングによりパ
ターニングして、透明の画素電極２４を形成する。な
お、この画素電極２４は作製するデバイスによってはア
ルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）等の金属により形成す
るようにしてもよい。その後は、既知の方法により配向
膜を形成した後、この駆動基板２と対向基板３との貼り
合わせを行うことにより液晶表示装置１を製造すること
ができる。

【００２６】このように本実施の形態では、着色溶液噴
出ノズル７を用いて駆動基板２側にカラーフィルタ層２
３を形成することができるので、駆動基板２と対向基板
３との貼り合わせ工程における貼り合わせずれがなくな
り、よって色ずれの発生を防止することができる。ま
た、着色溶液噴射ノズル７から赤，緑，青の着色溶液
を、感光性樹脂膜２３Ａに対して、直接、かつ同時に噴
射するようにしたので、３色のカラーフィルタ層２３を
一工程で作製することができ、従来に比べて製造プロセ
スが簡略化される。

【００２７】更に、この方法では、着色溶液噴射ノズル
７から噴射させる溶液を任意に選択することができるの
で、色味の変更が容易である。また、着色溶液を吸収す
る感光性樹脂膜２３Ａの膜厚を変化させることにより、
光学濃度の調整が可能になる。更に、着色溶液噴射ノズ
ル７を用いて感光性樹脂膜２３Ａを着色させるようにし
たので、着色溶液を必要箇所に選択的に噴射でき、着色
溶液の使用量を大幅に削減することができる。

【００２８】また、本実施の形態では、カラーフィルタ
層２３およびその保護膜を感光性材料により形成するよ
うにしたので、画素電極２４とＴＦＴ２２との電気的な
接続のための接続孔２０１，２０２を容易に形成するこ
とができる。

【００２９】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、着色溶液噴射ノズル７を駆動基板２の画素の行方向
の全体に渡る長さのものとしたが、この着色溶液噴射ノ
ズル７の長さは任意であり、適宜短くしてもよい。ま
た、上記実施の形態では、アレイ状の着色溶液噴射ノズ
ル７により３色の着色溶液７ａ〜７ｃを同時に噴出させ
るようにしたが、各色毎に対応した個別のノズルを用い
て着色するようにしてもよい。また、各色の画素に対応
するノズル（の噴出口）の数は任意であり、１の画素に
対応して少なくとも１つあればよい。

【００３０】更に、上記実施の形態では、画素の色配列
をストライプ状にした構成の液晶表示装置について説明
したが、画素の色配列は、その他の構成、例えば列方向
および行方向共に隣接する画素同士毎に色が異なる構成
のものであってもよい。

【００３１】また、上記実施の形態では、感光性樹脂膜
によりカラーフィルタを構成するようにしたが、着色液
の受容可能な材料であれば、その他の材料を用いことも
可能である。但し、上記実施の形態のように画素電極と
ＴＦＴとの電気的な接続のための接続孔を形成するには
感光性樹脂を用いることが望ましい。

【００３２】更に、上記実施の形態では、ノズルを用い
て着色溶液を噴出し感光性樹脂膜を着色する構成とした
が、感光性樹脂膜等のカラーフィルタ用膜に対して着色
溶液を直接導入できるものであれば、ノズル以外の手段
でもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る液晶表
示装置の製造方法によれば、駆動基板側にカラーフィル
タを形成する際に、スイッチング素子上にカラーフィル
タ用膜を形成すると共に、このカラーフィルタ用膜に対
して基本色それぞれに対応する色の着色溶液をノズル等
によって直接導入させるようにしたので、画素毎に整合
した色のカラーフィルタ層を容易に形成することがで
き、よって製造プロセスを簡略化できるという効果を奏
する。また、着色の色味の変更が容易であると共に、カ
ラーフィルタ用膜の膜厚を変化させることにより、光学
濃度の調整が可能であり、しかも着色溶液を必要箇所に
選択的に導入することができるため、着色溶液の使用量
を大幅に削減することができ、製造コストの低減化を図
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の概
略構成を説明するための断面図である。

【図２】図１に示した液晶表示装置の要部構成を表す分
解斜視図である。

【図３】図１に示した液晶表示装置におけるカラーフィ
ルタの作製工程を説明するための工程毎の断面図であ
る。

【図４】図３（Ｃ）の工程におけるノズルによる着色状
況を説明するための平面図である。

【図５】図３（Ｃ）の工程に続く工程毎の断面図であ
る。

【図６】図３（Ａ），（Ｂ）の工程に対応する要部拡大
図である。

【図７】図３（Ｃ）の工程に対応する要部拡大図であ
る。

【図８】図５（Ａ）の工程に対応する要部拡大図であ
る。

【図９】図５（Ｂ）の工程に対応する要部拡大図であ
る。

【符号の説明】

１…液晶表示装置、２…駆動基板、３…対向基板、４…
液晶層、２１…ガラス基板、２２…ＴＦＴ (スイッチン
グ素子）、２３…カラーフィルタ層、２３Ａ…感光性樹
脂膜（カラーフィルタ用膜）、２３ａ…赤色フィルタ、
２３ｂ…緑色フィルタ、２３ｃ…青色フィルタ、２４…
画素電極、２９…感光性樹脂膜（保護膜）、２０１，２
０２…接続孔

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基板上に複数の基本色それぞれに対
   応した複数の画素を含むと共にこれら画素毎に画素電極
   および画素電極制御用のスイッチング素子を有する駆動
   基板を備えた液晶表示装置の製造方法であって、 前記支持基板の上に画素毎に対応して複数のスイッチン
   グ素子を形成した後、これらスイッチング素子上に、着
   色液の受容可能な材料によりカラーフィルタ用膜を形成
   する工程と、 前記カラーフィルタ用膜に対して基本色それぞれに対応
   する色の着色溶液を直接導入させることにより画素毎に
   整合した色のカラーフィルタ層を形成する工程と、 前記カラーフィルタ層の上に保護膜を介して画素毎に対
   応する複数の画素電極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。
2. 【請求項２】 着色溶液噴射ノズルにより基本色それぞ
   れに対応する色の着色溶液を噴射させて前記カラーフィ
   ルタ用膜を着色することを特徴とする請求項１記載の液
   晶表示装置の製造方法。
3. 【請求項３】 基本色それぞれに対応する色の複数種類
   の着色溶液を同時に噴射させることを特徴とする請求項
   ２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】 カラーフィルタ用膜を感光性樹脂により
   形成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置
   の製造方法。
5. 【請求項５】 カラーフィルタ用膜として感光性樹脂膜
   を形成した後、この感光性樹脂に対してスイッチング素
   子との電気的接続用の接続孔を選択的に形成することを
   特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 【請求項６】 着色溶液噴射ノズルから噴出させる着色
   溶液の各色間のピッチを画素間のピッチよりも小さくし
   たことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の製造
   方法。
7. 【請求項７】 着色溶液噴射ノズルから噴出させる着色
   溶液は、染料または顔料を含む溶液であることを特徴と
   する請求項２記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 【請求項８】 更に、保護膜として感光性樹脂膜を形成
   したのち、この感光性樹脂膜に対してスイッチング素子
   との電気的接続用の接続孔を選択的に形成することを特
   徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記接続孔内に残存する着色液の残渣を
   酸素プラズマにより除去した後に画素電極を形成するこ
   とを特徴とする請求項８記載の液晶表示装置の製造方
   法。