JPH11337925A - 膜層形成方法および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】透明基板上に膜層を形成する際に、形成した膜
層上に異物が付着することを低減し、平坦性に優れた膜
層を形成する。 【解決手段】工程１において、透明基板１上に赤レジス
トＲを成膜した後、工程２において、赤レジストＲ上に
水溶性樹脂１７を塗布する。この後、図中矢印で示す方
向、すなわち透明基板１の裏面からフォトレジストを露
光する。そして、工程３で現像を行い、図示（工程３）
のように透明基板１上に赤レジストＲを形成する。工程
３における現像洗浄工程において、水溶性樹脂層１７が
溶解させられる。このとき、赤レジストＲ上に付着した
異物も水溶性樹脂層１７とともに除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置、な
らびにこれに用いられるカラーフィルター層や能動素子
などの複数の膜からなる膜層を基板上に形成する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置の高画質化のため
に、カラーフィルターに平滑性が要求されている。特
に、ＳＴＮ方式の液晶表示装置においてはカラーフィル
ターの表面平滑性は重要な要素となっている。このよう
なカラーフィルターの形成方法としては、印刷法、染色
法および電着法などが知られているが、これらの一般的
なカラーフィルター形成方法では、平坦性に優れたカラ
ーフィルターを形成することが困難であった。

【０００３】従って、カラーフィルターの平坦性を向上
させるためには、初期的には凹凸を有するカラーフィル
ター２ａを透明基板１上に形成した後、研磨などの平滑
処理を行う必要があり、工程が煩雑となっていた。

【０００４】このような問題を解決するために、特開平
４−２７８９０１号公報には、平滑性に優れたカラーフ
ィルターを形成する方法が開示されている。上記公報に
記載のカラーフィルター形成方法では、所定のパター
ン、ＲＧＢ各色のレジストを成膜する際に、いずれか２
色のレジストを形成した後、３色目を透明基板上に塗布
し、先に形成された２色のレジストをマスクとして透明
基板の裏面から露光を行い、３色目のレジストを形成し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した公報
に記載の方法および従来の一般的なカラーフィルター形
成方法では、図６に示すように、透明基板上にカラーレ
ジストを塗布したカラーフィルタ２ａ上に、異物Ｃが付
着することがあり、このようなカラーフィルター上の異
物のために、形成されるカラーフィルターの平面平滑性
が損なわれてしまう。このような平面平滑性に劣るカラ
ーフィルターを備えた液晶表示装置においては、配向安
定性の維持が困難となり、画質低下の要因となる。ま
た、カラーフィルター上に付着した有機物等の異物は、
光の散乱を生じさせカラーフィルターの色再現性低下の
要因ともなる。

【０００６】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
ものであり、基板上に膜層を形成する際に、形成した膜
層上に異物が付着することを低減することが可能な膜層
形成方法、およびこの方法により形成されたカラーフィ
ルター層または能動素子を備える液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載の膜層形成方法は、基板上
に、複数の膜からなる膜層を形成する方法であって、複
数の前記膜のいずれかを前記基板上に成膜した後、前記
基板上に形成された前記膜上に水溶性樹脂層を形成し、
この水溶性樹脂層を溶解させた後に、前記基板上に成膜
された前記膜と異なる膜を前記基板上に成膜することを
特徴とする。

【０００８】上記方法によれば、前記基板上に成膜され
た前記膜層上に異物が付着した場合にも、前記膜層上に
形成された水溶性樹脂層を溶解させる際に、異物も除去
されることになる。従って、例えば、この方法により液
晶表示装置などに用いられるカラーフィルター層を形成
した場合、カラーフィルター層上の色純度や透過率を阻
害する有機物などの異物が直接付着することなしに除去
することができ、平坦性に優れたカラーフィルター層を
形成することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の膜層形成方法は、
請求項１に記載の膜層形成方法において、前記水溶性樹
脂層を形成した後に、前記基板における前記膜が成膜さ
れた反対側の面から前記膜に光を照射することを特徴と
する。

【００１０】上記方法によれば、裏面から露光すること
により、水溶性樹脂を塗布後付着した異物が、透過性の
ないものであっても露光されることがないので、異物が
水溶性樹脂層の溶解とともに取れてしまうという効果が
ある。

【００１１】また、請求項３に記載の液晶表示装置は、
透光性を備える基板と、請求項１または２に記載の膜層
形成方法により、前記基板上に形成されたカラーフィル
ター層とを備えることを特徴とする。

【００１２】上記構成によれば、画素密度が高くなって
も、カラーフィルターの画素内に、異物等がないこと
で、透過率を劣化させない。また、カラーフィルター上
に、透過率や色純度を下げる有機膜等がないことで、表
示容量が大きくなっても、コントラストが高く、色再現
性の良い多色表示ができるという効果がある。

【００１３】また、請求項４に記載の液晶表示装置は、
請求項３に記載の液晶表示装置において、ねじれ角が９
０°以上３６０°以下であるネマチック液晶を備えるこ
とを特徴とする。

【００１４】上記構成によれば、カラーフィルター表面
上の異物等を除去された平坦性に優れたカラーフィルタ
ー層を有しているので、カラーフィルター層上に配向膜
を塗布した場合配向性が向上する。従って、安定した配
向性が要求されるねじれ角が９０°以上３６０°以下で
あるネマチック液晶に効果的である。

【００１５】また、請求項５に記載の液晶表示装置は、
基板と、請求項１または２に記載の膜層形成方法によ
り、前記基板上に形成された能動素子とを備えることを
特徴とする。

【００１６】上記構成によれば、有機物等の異物の付着
が少ない能動素子、すなわち素子特性の安定した能動素
子が形成されたアクティブマトリクス基板を有している
ので、表示むらや欠陥をなくすことができ、またコント
ラストが向上し、高画質化がはかれる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００１８】Ａ．第１実施形態 まず、図１は本発明の第１実施形態に係る膜層形成方法
により、透明基板上にカラーフィルター層を形成する過
程を示す。同図に示すように、工程１では、ガラス基板
等である透明基板１上にクロム等の金属膜からなるブラ
ックマトリクス４を額縁状に形成する。なお、ブラック
マトリクス４の形成方法としては、着色フォトレジスト
による方法など公知の他の方法を用いることもできる。
このように、額縁状にブラックマトリクス４が形成され
た透明基板１上に、スピンナーまたはロールコータによ
り赤レジストＲを塗布する。

【００１９】次に、工程２では、透明基板１上に塗布さ
れた赤レジストＲ上に水溶性樹脂を塗布した後、水溶性
樹脂を３０〜１１０℃程度の熱によって乾燥させる、ま
たは２０〜５０ｍｍＨ_２Ｏ程度で真空乾燥させて水溶性
樹脂層１７を形成する。この後、図中矢印で示す方向、
すなわち透明基板１の裏面からフォトレジストを露光す
る。そして、工程３で現像を行い、図示（工程３）のよ
うに透明基板１上に赤レジストＲを形成する。この現像
工程における洗浄の際に、水溶性樹脂層１７が溶解させ
られる。

【００２０】この後、工程４では、上述した赤レジスト
Ｒの形成と同様に、緑レジストＧを塗布後、水溶性樹脂
層１７を形成する。そして、透明基板１の裏面から露光
した後、工程５において現像を行い、緑レジストＧを形
成する。工程７および工程８でも、赤レジストＲおよび
緑レジストＧと同様に、透明基板１上に青レジストＢを
形成し、これにより透明基板１上にカラーフィルター層
２が形成される。

【００２１】上述の赤レジストＲ、緑レジストＧおよび
青レジストＢとしては、有機顔料または無機顔料などの
着色材を均質に分散させたものが用いられ、これらのレ
ジストのパターンニング方法としては、フォトリソグラ
フィー法を用いることができる。なお、各色レジストを
形成する方法としては、他にもゼラチン膜を染色する方
法、印刷法または電着法など公知の方法を用いることが
できる。また、カラーフィルター層２のパターンには、
ストライプ配列、モザイク配列またはトライアングル配
列などがあり、このカラーフィルター層２が用いられる
液晶装置の使用目的に応じて形成すればよい。また、一
般的な色純度および透過率を得るために、成膜される各
色レジストの膜厚は１．５〜２．５μｍ程度がよいが、
これに限定されるものではない。

【００２２】また、赤レジストＲ、緑レジストＧおよび
青レジストＢ上に塗布される水溶性樹脂は、ロールコー
タやスピンコータ等により塗布することができ、塗布す
る膜厚は、１〜１００μｍの間であればよく、任意であ
る。

【００２３】本実施形態に係る膜層形成方法によれば、
現像洗浄時に、赤レジストＲ、緑レジストＧおよび青レ
ジストＢをそれぞれ塗布したときに付着した異物が水溶
性樹脂層１７とともに除去されることになる。従って、
上面に異物等の付着がなく、平坦性に優れたカラーフィ
ルター層２を形成することができる。この方法により形
成されたカラーフィルター層２は、カラーフィルターの
画素内に点欠陥や異物等がないため、画素密度が高くな
っても透過率が劣化しない。また、カラーフィルター層
２上に、透過率や色純度を下げる有機膜等がないこと
で、色再現性の良くなり、表示容量が大きくなっても、
コントラストが高く、色再現性の良い多色表示が可能と
なる。

【００２４】Ｂ．第２実施形態 図２は、本発明の第２実施形態に係る膜層形成方法によ
り、ガラス等から形成される透明基板２０上にＴＦＤ
（Thin Film Diode）素子を形成する過程を示す。同図
に示すように、工程１では、下地膜２１として、タンタ
ル膜をスパッタリングにより堆積させた後、熱酸化させ
ることにより５０〜２００μｍ程度の酸化タンタル膜を
形成する。このように下地膜２１を形成することによ
り、透明基板２０と後述するＴＦＤ素子の構成要素であ
るタンタル膜との密着性を向上させることが可能とな
り、またタンタル膜への不純物の拡散を防止することが
できる。なお、タンタル膜への不純物の拡散が問題とな
らない場合には、下地膜２１の形成過程を省略してもよ
い。

【００２５】次に、工程２では、工程１において形成さ
れた下地膜２１上に、第１の導電膜として、タングステ
ンが０．１〜６原子％の割合で添加されたタンタルを用
い、スパッタリングにより１００〜５００ｎｍ程度の厚
さに成膜する。ここで、図３は図２に示す各工程毎の透
明基板２０の一部を示す平面図であり、上述のようにタ
ンタル膜を成膜した後、フォトエッチングにより図３に
示すようにパターニングし、素子部２２および配線部２
３を形成する。

【００２６】図２および図３に示すように、工程３で
は、陽極酸化法により、素子部２２および配線部２３上
に２０〜７０μｍ程度の厚さの絶縁膜２４を形成する。
ここで、陽極酸化法とは、透明基板２０を化成液（電解
液）に浸漬させて配線部２３に陽極を印加し、これに対
向する陰極が印加される電極を配置し、定電流密度で所
定電圧になるまで定電流電解を行い絶縁膜であるタンタ
ル酸化膜を形成する方法である。

【００２７】図２に示すように、工程４では、工程３で
形成された絶縁膜２４上に水溶性樹脂を塗布する。そし
て、第１実施形態と同様に、水溶性樹脂を熱によって乾
燥させる、または真空乾燥させて水溶性樹脂層２５を形
成した後、この水溶性樹脂層２５を溶解させる。このと
き、陽極酸化中の絶縁膜２４上に付着した異物が水溶性
樹脂層２５とともに除去され、つまり透明基板２０全域
の素子部２２上に付着した異物が除去されることにな
り、基板全域の素子特性を均質で安定したものとするこ
とができる。

【００２８】なお、この水溶性樹脂層２５の形成・溶解
過程は、工程２で行ってもよい。例えば、第１の導電膜
であるタンタル膜を成膜した上に水溶性樹脂２５を成膜
した後、フォト・エッチングにより、素子部２２および
配線部２３を形成する。そして、フォト・エッチングで
用いられたレジストを洗浄するときに、水溶性樹脂２５
も洗浄して除去する。このようにすると、以後の陽極酸
化工程では、異物が除去された素子部２２および配線部
２３上にタンタル酸化膜である絶縁膜２４を形成するこ
ととなり、膜厚・膜質ともに均質な絶縁膜２４を形成す
ることができる。従って、基板全域の素子特性を均質で
安定したものとすることが可能となる。

【００２９】図２および図３に示すように、工程５で
は、素子部２２上に形成された絶縁膜２４と一部分が重
なるように第２の導電膜２６を形成する。第２の導電膜
２６としては、クロム等が用いられ、膜厚は５０〜３０
０μｍ程度でよい。そして、工程６では、第２の導電膜
２６と、その一部分が重なるように画素電極２７を形成
する。画素電極２７としては、ＩＴＯ等を用い、３０〜
２００μｍ程度の膜厚で形成すればよい。このようにし
て、素子部２２と絶縁膜２４と第２の導電膜２６が積層
された部分、つまりＭＩＭ（Metal Insulator Metal）
構造のＴＦＤ素子２８が形成される。

【００３０】なお、第２の導電膜２６と画素電極２７と
を同じ材料、例えばＩＴＯを用いて一体でパターニング
すれば、工程５、６を一工程とすることができ、ＴＦＤ
素子２８の形成工程を簡略化することができる。

【００３１】Ｃ．第３実施形態 図４は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を示
す。同図に示すように、この液晶表示装置は、第１実施
形態に係る膜層形成方法により、透明基板１上に形成さ
れたカラーフィルター層２を有している。このカラーフ
ィルター層２上（図では下面側）には、透明樹脂からな
る保護膜４ａが形成されており、この保護膜４ａ上にＩ
ＴＯからなる透明電極３が形成されている。さらに、透
明電極３上には、ポリイミド等からなる配向膜９が形成
されている。

【００３２】一方、透明基板１におけるカラーフィルタ
ー層２が形成された面と対向する位置には、透明基板５
が配置されている。透明基板５における透明基板１と対
向する面上には、ＩＴＯからなる透明電極７が形成され
ている。ここで、対向配置される透明電極３，７はそれ
ぞれ互いに交差する方向に形成されており、この液晶表
示装置では、透明電極３が図における紙面水平方向に形
成され、透明電極７が紙面垂直方向に形成されており、
こららの透明電極３，７は図示せぬ駆動回路に接続され
ている。

【００３３】透明電極７上には、配向膜９が形成されて
おり、透明基板１側および透明基板５側に形成された配
向膜９は、それぞれラビングにより所定の配向処理がな
されている。この配向処理において、ねじれ配向させる
場合には、コントラストや表示特性又製造上の安定性か
ら９０゜〜３６０゜が望ましいが、ねじれ角に制限があ
るわけではないので９０゜未満でもよい。

【００３４】透明基板１および透明基板５の周縁部には
シール部１０が設けられ、透明基板１、５およびシール
部１０により形成された空間内に液晶が注入され、液晶
層１２が構成されている。また、この液晶層１２内に多
数のスペーサ１１が分散配置されており、これによりセ
ルギャップが均一になされている。

【００３５】透明基板１におけるカラーフィルター層２
が形成された面の反対側の面、および透明基板５におけ
る透明電極７が形成された面の反対側の面には、それぞ
れ偏光板１４，１５が貼り付けられている。

【００３６】本実施形態に係る液晶表示装置は、カラー
フィルター層２の画素内に異物等がないため、画素密度
が高くなっても透過率が劣化しない。また、カラーフィ
ルター層２上に、透過率や色純度を下げる有機膜等の異
物がないことで、色再現性が良くなり、表示容量が大き
くなっても、コントラストが高く、色再現性の良い多色
表示が可能となる。また、表面上に異物がなく、平坦性
に優れたカラーフィルター層２を下地として透明電極３
が形成されているため、液晶層１２に安定した電圧印加
が行うことができる。また、透明電極３と対向する透明
基板５側に形成された透明電極７との間隙が均一になさ
れ、液晶へのより安定した電圧印加を行うことができ
る。さらに、配向膜９も平坦性に優れたカラーフィルタ
ー層２を下地として形成されているため、液晶の配向を
安定して行うことが可能となる。

【００３７】Ｄ．第４実施形態 図５は、本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置を示
す。同図に示すように、この液晶表示装置は、第２実施
形態に係る膜層形成方法により、ＴＦＤ素子２８が形成
された透明基板２０、いわゆるアクティブマトリクス基
板を有している。ＴＦＤ素子２８が形成された透明基板
２０に対向する位置には対向基板３１が配置されてい
る。この対向基板３１上（図では下面側）には、モザイ
ク型のカラーフィルター層２が形成されており、このカ
ラーフィルター層２のＲＧＢの各色間、つまり額縁状に
ブラックマトリクス４が形成されている。また、カラー
フィルター層２上に形成された図示せぬ保護膜上には、
ＩＴＯなどの透明電極３が紙面水平方向にストライプ状
に形成されている。

【００３８】透明電極３およびＴＦＤ素子２８上には、
図示はしないが配向膜が形成されており、これらの配向
膜の間に液晶層およびスペーサ等が配置されている。ま
た、対向基板３１および透明基板２０の互いに対向する
面と反対側の面には、それぞれ偏光板１４，１５が貼り
付けられている。

【００３９】この構成の下、図示せぬ駆動回路により透
明電極３およびＴＦＤ素子２８における配線部２３に電
圧が印加される。これにより、ＴＦＤ素子２８が駆動さ
れ、液晶の配向状態を制御して表示が行われる。

【００４０】本実施形態に係る液晶表示装置は、その構
成要素であるＴＦＤ素子２８の絶縁膜２４が膜厚・膜質
ともに均質になされているため、素子の特性、例えばス
イッチング特性が基板全域で安定、かつ均一なものとす
ることができ、画面全体にむらのない表示が可能となる
とともにコントラストが向上する。また、ＴＦＤ素子２
８の形成過程において、素子上の異物が除去される、つ
まり素子上に異物が残ることに起因する素子不良などを
大幅に低減できる。従って、このようなアクティブマト
リクス基板を備える液晶表示装置を製造工程における歩
留りを向上することができる。

【００４１】Ｅ．変形例 なお、第２実施形態においては、ＴＦＤ素子２８を形成
する方法について説明したが、これに限らず、ＴＦＴ素
子などの他の能動素子を形成する場合にも適用できる。

【００４２】

【実施例】次に、上述の第３実施形態に係る液晶表示装
置を実際に試作した例について述べる。

【００４３】まず、透明基板１上に第１実施形態に係る
膜層形成方法により膜厚１．２μｍのカラーフィルター
層２を形成した。カラーフィルター層２は、幅９５μｍ
で隣り合うＲＧＢ各色が重ならないようにストライプ状
に形成した。この後、カラーフィルター層２上に透明樹
脂からなる保護膜４ａを形成し、この保護膜４ａ上に幅
７５μｍ、電極間ギャップ２５μｍとしてＲＧＢ各色毎
に対応させて６４０本、つまり合計１９２０本の電極か
らなる透明電極３を膜厚１００ｎｍで形成した。さら
に、透明電極３上には、ポリイミドからなる配向膜９を
形成した。

【００４４】一方、透明基板５上の透明電極７は、膜厚
２００ｎｍ、面抵抗５Ω／□で幅２７５μｍ、電極間ギ
ャップ２５μｍとして４００本形成した。そして、透明
電極３，７上に膜厚３００〜４００μｍの配向膜９を各
々形成した。

【００４５】この後、透明基板１および透明基板５の周
縁部にはシール部１０を設け、透明基板１、５およびシ
ール部１０により形成された空間内に液晶を注入した。
このとき、液晶層１２の厚み（セルギャップ）は７．０
μｍとなるようにスペーサ１１を分散配置した。このよ
うにして液晶表示装置を作製した。従来の方法によりカ
ラーフィルター層を形成した液晶表示装置の表示画質と
比較すると、この液晶表示装置は色再現性が良く、かつ
コントラスト性に優れた画像を表示することができた。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上に膜層、例えばカラーフィルター層や能動素子等
を形成する場合に、形成した膜層上に異物が付着するこ
とを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る膜層形成方法に
より、透明基板上にカラーフィルターを形成する工程を
説明するための図である。

【図２】 本発明の第２実施形態に係る膜層形成方法に
より、透明基板上にＴＦＤ素子を形成する工程を説明す
るための図である。

【図３】 本発明の第２実施形態に係る膜層形成方法に
より、透明基板上にＴＦＤ素子を形成する工程を説明す
るための図である。

【図４】 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を
示す側断面図である。

【図５】 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置の
構造を示す図である。

【図６】 従来のカラーフィルター形成方法により、透
明基板上に形成されたカラーフィルターを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…透明基板 ２…カラーフィルター層 ２ａ…カラーフィルター ３…透明電極 ４…ブラックマトリクス ４ａ…保護膜 ５…透明基板 ７…透明電極 ９…配向膜 １０…シール部 １１…スペーサ １２…液晶層 １４…偏光板 １５…偏光板 １７…水溶性樹脂層 ２０…透明基板 ２１…下地膜 ２２…素子部 ２３…配線部 ２４…絶縁膜 ２５…水溶性樹脂層 ２６…第２の導電膜 ２７…画素電極 ２８…ＴＦＤ素子 ３１…対向基板 Ｃ…異物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、複数の膜からなる膜層を形成
   する方法であって、 複数の前記膜のいずれかを前記基板上に成膜した後、 前記基板上に形成された前記膜上に水溶性樹脂層を形成
   し、この水溶性樹脂層を溶解させた後に、前記基板上に
   成膜された前記膜と異なる膜を前記基板上に成膜するこ
   とを特徴とする膜層形成方法。
2. 【請求項２】 前記水溶性樹脂層を形成した後に、前記
   基板における前記膜が成膜された反対側の面から前記膜
   に光を照射することを特徴とする請求項１に記載の膜層
   形成方法。
3. 【請求項３】 透光性を備える基板と、 請求項１または２に記載の膜層形成方法により、前記基
   板上に形成されたカラーフィルター層とを備えることを
   特徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】 ねじれ角が９０°以上３６０°以下であ
   るネマチック液晶を備えることを特徴とする請求項３に
   記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 基板と、 請求項１または２に記載の膜層形成方法により、前記基
   板上に形成された能動素子とを備えることを特徴とする
   液晶表示装置。