JP2003172921A - 液晶表示パネル用対向基板、及び液晶表示パネル - Google Patents
液晶表示パネル用対向基板、及び液晶表示パネルInfo
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Abstract
チング素子への光コンタミネーションの原因となる、対
向基板上に成膜された遮光性膜におけるピンホールの発
生を抑制する。 【解決手段】 液晶表示パネルに用いられる対向基板1
00において、透光性基板10上にマトリックス状に設
けられた遮光性膜20を構成する高反射膜21中へ、高
反射薄膜21を構成する金属薄膜のマイグレーションの
発生と進行とを抑制する元素を添加し、遮光性膜20に
おけるピンホールの発生を抑制した。
Description
等にライトバルブとして用いられる液晶表示パネル(以
下、液晶表示パネルと記載する。)に関し、更に詳しく
は、液晶表示パネルの対向基板に形成されている遮光性
膜に関するものである。
て用いられる液晶表示パネルにおいては、一般に、電気
光学物質である液晶相を挟んで駆動基板(TFTアレイ
基板)に対向配置される対向基板の側から強力な投射光
が入射される。
あるTFTのa−Si(アモルファスシリコン)膜やp
−Si(ポリシリコン)膜から構成されたチャネル形成
用の領域に入射すると、この領域において光電変換効果
により光電流が発生してしまいTFTのトランジスタ特
性を劣化させる。そこで、この現象を抑止するため、各
TFTに夫々対向する位置の対向基板上に、複数のブラ
ックマトリックスと呼ばれるマトリックス状に設けられ
た遮光性膜を形成することが一般的である。
遮光性膜として、通常の液晶表示装置においては、Cr
(クロム)などの金属材料や、カーボンをフォトレジス
トに分散した樹脂ブラックなどの材料が用いられ、上述
のa−Si膜やp−Si膜に対する遮光効果に加えて、
コントラストの向上、およびカラーフィルターにおける
色材の混色防止などの機能をも発揮している。
る液晶表示パネルに、Crや樹脂ブラックをマトリック
ス状に設けられた遮光性膜として使用した場合は、それ
自体の光の反射率が低いため、強力な投射光を吸収し液
晶表示パネル自体が高温となるため好ましくない。この
ため、液晶表示パネルの対向基板にマトリックス状に設
けられた遮光性膜には、Al、Ag等の高反射率を有す
る金属の薄膜を含む高反射率の膜が一般に使用されてい
る。さらに、特許文献1では、マトリックス状に設けら
れた遮光性膜としてガラス基板上に高反射率の膜を設
け、その上に黒色樹脂やCr酸化物からなる低反射率の
膜を設けることが開示されてなる。当該発明は、ガラス
基板のマトリックス状に設けられた遮光性膜が形成され
ていない側より入射してくる投射光は、高反射率の膜で
反射することにより液晶表示パネル温度の上昇を防止す
る一方、液晶セル内にて発生した迷光は、低反射率の膜
で吸収することで液晶表示パネルの誤作動を防止するこ
とが開示されている。
5頁、第1図)
た従来の技術には、以下の問題点がある。すなわち、投
射光を照射されている時間の経過とともに、前記マトリ
ックス状に設けられた遮光性膜にピンホールが形成さ
れ、そのピンホールを通過した投射光が、対向する駆動
基板上のTFTへ入射し、液晶表示パネルの誤作動を起
こしてしまうのである。
のであり、対向基板にマトリックス状に設けられた遮光
性膜のピンホールの形成を抑制し、液晶表示パネルの誤
作動を起さない信頼性の高い液晶表示パネル用対向基板
を提供する。
は、特に対向基板における光の入射側には一般に金属薄
膜が使用される。上記課題を解決するために、本発明者
らは、マトリックス状に設けられた遮光性膜に発生する
ピンホールの形成過程について検討した。その結果、投
射光の照射時間の経過とともに、遮光性膜において投射
光に照射される金属薄膜にかかる膜ストレスや熱によ
り、この金属薄膜中にてマイグレーションが発生し進行
する。そしてこのマイグレーションの発生と進行とが、
ピンホールの発生へとつながっているものと考えられ
た。そこで、マイグレーションの発生や進行を抑制する
効果を有する元素を、マトリックス状に設けられた遮光
性膜を構成する金属薄膜へ添加することで、ピンホール
の発生を抑制できることに想到し、本発明を完成したも
のである。
々にスイッチング駆動する複数のスイッチング素子を有
する駆動基板と、前記駆動基板より所定の間隙を介して
対向設置された対向基板と、前記所定の間隙に保持され
た液晶とを有する液晶表示パネルに用いられる前記対向
基板であって、前記対向基板は、透光性を有する基板上
に、少なくとも前記スイッチング素子に対応した領域、
前記液晶表示パネルを駆動する駆動回路に対応した領域
の何れか一方又は両方に遮光性膜が形成されており、前
記遮光性膜は、少なくとも前記透光性を有する基板側が
金属薄膜で構成されている液晶表示パネル用対向基板で
あって、前記金属薄膜には、マイグレーションの発生を
抑制する元素が含まれていることを特徴とする液晶表示
パネル用対向基板である。
膜ストレス、熱的負担等に起因する、金属薄膜における
マイグレーションの発生や進行を抑制することができ
る。この結果、液晶表示パネル用対向基板が、強力な投
射光に投射されても、マイグレーションの発生や進行が
抑制されるので、マトリックス状に設けられた遮光性膜
にピンホールが形成されず、液晶表示パネルの誤作動を
防止することができる。
ング素子に対応した領域、前記液晶表示パネルを駆動す
る駆動回路に対応した領域の何れか一方又は両方に形成
される。駆動基板には複数のスイッチング素子と、複数
のスイッチング素子を接続するため碁盤の目のように形
成された配線(データー線、走査線等)を有するが、複
数のスイッチング素子と配線に対し光が入射されないよ
うにマトリックス状に遮光性膜を形成してもよいし、ま
た、複数のスイッチング素子と一方向の配線に対し光が
入射されないようにストライプ状に遮光性膜を形成して
もよいし、スイッチング素子が形成されている領域に対
向するように島状に遮光性膜を形成してもよい。また
は、これら領域以外に液晶表示パネルを駆動する駆動回
路に対応した領域に遮光性膜を形成してもよい。もちろ
ん、駆動回路に対応した領域にのみ遮光性膜を形成して
も良い。
抑制する元素とは、Ti、Cu、Siのいずれかより選
ばれる少なくとも1つの元素であることを特徴とする構
成1に記載の液晶表示パネル用対向基板である。
有する元素において、Ti、Cu、Siは、遮光性膜を
構成する金属薄膜への添加が容易である。そして、T
i、Cu、Siのいずれかより選ばれる少なくとも1つ
の元素が添加された金属薄膜は、遮光性膜としての力学
的特性、光学的特性を十分に有している。この結果、液
晶表示パネル用対向基板の光学特性や生産性を低下させ
ることなく、遮光性膜を構成する金属薄膜へマイグレー
ションの発生を抑制する元素を添加することができる。
記マイグレーションの発生を抑制する元素の量は0.1
〜5at%であることを特徴とする構成1または2に記
載の液晶表示パネル用対向基板である。
る金属薄膜を例えばエッチングによってマトリックス状
に加工する際は、エッチング特性等を低下させることな
く、かつ投射光に投射される際は、マイグレーションの
発生と進行とを抑制することができる。この結果、液晶
表示パネル用対向基板の生産性を低下させることなく、
マイグレーションの発生を抑制する元素を添加すること
ができる。
射する入射光が前記遮光性膜に吸収することによる液晶
表示パネルの誤作動を抑制するように高い反射率を有す
る高反射膜であることを特徴とする構成1から3のいず
れかに記載の液晶表示パネル用対向基板である。液晶表
示パネルに入射する光が、対向基板に形成された遮光性
膜による吸収によって液晶表示パネルの誤作動の発生を
抑制するためには、少なくとも透光性を有する基板側に
形成された金属薄膜からなる高反射膜の反射率は、可視
光の波長領域において70%以上であることが好まし
く、さらに好ましくは80%以上、さらに好ましくは9
0%以上である。 (構成5)前記高反射膜は、Al合金および/またはA
g合金を含むことを特徴とする構成4記載の液晶表示パ
ネル用対向基板である。
gやAg合金の薄膜を用い、そこへマイグレーションの
発生を抑制する元素を添加すると、可視光の波長域であ
る380nmから700nm迄の波長域で光の反射率が
高く、また反射率の波長依存性が少なく均一な反射率を
有するとともに、投射光に投射されてもマイグレーショ
ンの発生と進行とが抑制された金属薄膜を得ることがで
きる。この結果、高特性を有する液晶表示パネル用対向
基板を、容易に作製できる。
動基板側には前記高反射膜よりも低い反射率を有する低
反射膜が成膜されていることを特徴とする構成4又は5
に記載の液晶表示パネル用対向基板である。
る際に迷光が発生するが、この迷光が駆動基板上のTF
T等へ照射されると、液晶表示パネルの誤作動の原因と
なる。そこで、この構成を採ることにより、遮光性膜
が、投射してきた迷光を駆動基板上のTFT等へ反射
し、液晶表示パネルが誤作動を起こすことを回避するこ
とができ、さらに、投影される画像のコントラストが低
下するのを防止することもできる。尚、低反射膜の反射
率は、低い方が液晶セル内における迷光の反射を少なく
することができることから30%以下が好ましく、さら
に好ましくは20%以下、さらに好ましくは10%以下
である。
W、Ta、Mo、Pb、またはこれらの酸化物、または
これらの窒化物、またはこれらの酸化窒化物、またはこ
れらの高融点金属シリサイドの酸化物、窒化物、酸化窒
化物であることを特徴とする構成6記載の液晶表示パネ
ル用対向基板である。
ル内における迷光の反射を少なくすることができること
から、Ti、Cr、W、Ta、Mo、Pb、またはこれ
らの酸化物、またはこれらの窒化物、またはこれらの酸
化窒化物、またはこれらの高融点金属シリサイドの酸化
物、窒化物、酸化窒化物、あるいは黒色の有機色素を有
する材料であることが好ましい。加えて、これらの部材
(低反射膜)は、前記金属薄膜である高反射膜形成後、
スパッタリング法や蒸着法等により、容易に対向基板上
へ形成することが可能なので、高特性を有する液晶表示
パネル用対向基板を、容易に作製できる。尚、前記低反
射膜としてCrやCrの酸化物、Crの窒化物、Crの
酸化窒化物を用い、前記金属薄膜としてAlTi合金と
組合せた遮光性膜は、両部材間相互の膜付着力が強い、
遮光性膜をエッチング加工する際のパターン断面特性が
シャープである、等の点から好ましい。
は、連続的に組成変化する連続膜であることを特徴とす
る構成4から7のいずれかに記載の液晶表示パネル用対
向基板である。
へ、また高温から常温へと温度が大きく変化する環境に
置かれた際、前記金属薄膜である高反射膜と、前記低反
射膜との熱膨張率差等の物理的性質に起因して発生する
応力を低減することができる。また、高反射膜と前記低
反射膜とが、連続的に組成変化する連続膜となっている
ので、遮光性膜をマトリックス状にエッチングする際の
形状安定性が優れている。
をスパッタリング法により連続して形成する際に、高反
射膜材料のスパッタ粒子と低反射膜材料のスパッタ粒子
が重なり合う部分が生じる様にスパッタリングする形成
方法を採ることもできる。この形成方法によれば、遮光
性膜の断面方向において高反射膜と低反射膜とを、段階
的または連続的かつ任意の割合で組成変化させることが
でき、高反射膜と低反射膜との界面での剥離がなく、耐
久性の良い遮光性膜が形成される上、微細なパターンの
マトリックス状に設けられた遮光性膜が形成できる。
て、対向基板に光が入射する側に、マイクロレンズを形
成した基板が設けられており、前記マイクロレンズは、
前記画素電極に前記光が投射されるように形成されてい
ることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載の液
晶表示パネル用対向基板である。
対向基板に入射する入射光は、例えば、マトリックス状
に設けられた各遮光性膜の開口部に対応して設けられた
各マイクロレンズを通過する際に光束が絞られる。その
結果、大部分の入射光はマトリックス状に設けられた遮
光性膜の開口された位置を通過し、さらに駆動基板上に
形成されたTFT(スイッチング素子)等を照射するこ
となく駆動基板を通過する。従って、対向基板上に形成
されたマトリックス状に設けられた遮光性膜および駆動
基板上に形成されたTFTに掛かる入射光および迷光に
起因する熱的負担が削減され、誤作動が起きない信頼性
の高い液晶表示パネル用対向基板が得られるとともに、
投射光の利用効率を高めることができる。この結果、遮
光性膜に添加されたマイグレーションを抑制する元素の
効果と相俟って、この構成を有する液晶表示パネルは、
信頼性が高く、明るい良好な画像を投射することができ
る。なお、本発明によれば、上記構成1から構成9の何
れかに記載の液晶表示パネル用対向基板を用いて製造さ
れたことを特徴とする液晶表示パネルも提供される。
に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態であ
る対向基板の模式的な断面図である。まず、図1におい
て、対向基板100は、透光性基板10、遮光性膜20
を有している。尚、遮光性膜20を覆うように透明導電
膜を形成して対向基板としても良い。さらに遮光性膜2
0は、透光性基板10側に金属薄膜(以下、高反射膜と
記載する。)21と、図示していない駆動基板側に前記
金属薄膜よりも低い反射率を有する部材の薄膜(以下、
低反射膜と記載する。)25とを有している。遮光性膜
20は、対向基板100において、透光性基板10の図
示していない駆動基板における画素電極を個々にスイッ
チング駆動するスイッチング素子と、各スイッチング素
子を結ぶ配線に対向する面上に、マトリックス状に設け
られている。
に耐えられる透明材料であることが求められ、例えば、
透明な石英基板、無アルカリガラス基板等が好ましく用
いられる。遮光性膜20を構成する高反射膜21には、
Ni、Ag、Pt、Al等の金属および、Pd等の添加
金属を少量含んだAl合金、Ag合金が好ましく用いら
れ、さらにマイグレーションの発生と進行を抑制する元
素が添加されている。特に、高反射薄膜21に主成分と
してAlを含む材料を用いると、可視光の波長域である
380〜700nm迄の波長域で光の反射率が高く、反
射率の波長依存性が少なく均一な反射率を有し、さらに
後述する低反射膜25との密着性がよく、また、微細な
パターンのマトリックス状に設けられた遮光性膜が形成
できること、等から好ましい構成である。遮光性膜20
を構成する低反射膜25には、金属、金属酸化物、金属
窒化物、金属酸化窒化物、やTi、Cr、W、Ta、M
o及びPd等の高融点金属シリサイド、たとえばWSi
(タングステンシリサイド)やMoSi(モリブデンシ
リサイド)の酸化物、窒化物、酸化窒化物、あるいは黒
色の有機色素、等が好ましく用いられる。
で投射された際、マトリックス状に設けられた遮光性膜
20にピンホールが発生するのを抑制するため、高反射
膜21にはマイグレーションの発生と進行を抑制する元
素が添加されているが、この元素は、Ti、Cu、S
i、Pd、等から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
遮光性膜20の高反射膜21の材料としてAlを主成分
とする材料を使用し、低反射膜25の材料としてCrを
主成分とする材料を使用する場合、マイグレーションの
発生と進行を抑制する元素としてTiを選択すると、遮
光性膜20をパターニングしてマトリックス状の遮光性
膜を形成する際に、高反射膜21と低反射膜25との間
で界面剥離が発生しないなどの点で好ましい。
抑制する添加元素としてTiを選択し、高反射膜21は
主成分としてAlを含み、低反射膜25はCrを含む遮
光性膜20がマトリックス状に形成された対向基板10
0を例として、マイグレーションの発生を抑制する添加
元素の添加効果について説明する。
lを含む膜は、上述したように可視光の波長域である3
80nmから700nm迄の波長域で光の反射率が高
く、また反射率の波長依存性が少なく均一な反射率を得
ることができ、さらに後述する低反射膜25との密着性
がよく、また微細なパターンのマトリックス状の遮光性
膜が形成できる等、好ましい金属膜である。低反射膜2
5には、窒化Cr膜を用いる。低反射膜の反射率は、低
い方が液晶セル内における迷光の反射を少なくすること
ができることから30%以下が好ましく、さらに好まし
くは20%以下、さらに好ましくは10%以下である
が、窒化Cr膜は、低反射膜として好ましい光学特性を
有していると同時に、前記Al膜の上に形成された際、
相互間の膜付着力が強く、また、後述する遮光性膜をマ
トリックス状に形成する際の形状安定性が優れている、
などの点から好ましい。尚、Al膜中へのTiの添加方
法としては、スパッタリング法により透光性基板10上
へ主成分としてAlを含む膜を形成する際、Alまたは
Al合金のスパッタリングターゲット中に予め所望量の
Tiを添加しておく方法が作業性、コストの観点より好
ましい。
レーションの発生と進行とを抑制する添加元素としてT
iを、遮光性膜20へ添加して得られた効果について説
明する。図2は、対向基板における透光性基板上の遮光
性膜試料(1〜8)を構成する高反射膜の金属薄膜中に
おいて、マイグレーションの発生と進行とを抑制する元
素として添加したTiの添加量と、遮光性膜試料(1〜
8)におけるピンホールの発生率および遮光性膜エッチ
ング時の形状安定性との評価結果を示した表である。図
3は、前記遮光性膜試料をエッチングした後における形
状安定性の評価を行う際の、遮光性膜のエッチング形状
を模式的に記載した断面図である。以下、高反射膜の金
属薄膜へマイグレーションの発生と進行とを抑制する元
素を添加したことによるピンホール発生の抑制効果と、
遮光性膜のエッチング時の形状安定性とについて説明す
る。
カリガラス基板(NA35:NHテクノグラス社製)を
準備した。次に、遮光性膜成膜用のスパッタリングター
ゲットとして、異なる濃度のTiが添加量されたAlタ
ーゲットと、Crターゲットとを1インチの間隔で近接
させて設けたものを準備した。ここで、前記Alターゲ
ットに対するTiの添加量は、図2に示すように0〜
6.5at%の8段階で、各々、試料1〜8に対応する
ものである。
ス基板上へ、Ti含有量の異なるAlTi薄膜を厚さ1
00〜800Å、好ましくは200〜400Å成膜し、
次に窒化Cr薄膜を厚さ80〜2000Å、好ましくは
300〜1400Å成膜し、試料1〜8を調製した。
尚、スパッタリングの際は、インラインスパッタ装置の
基板搬出側から窒素を含むアルゴンガスを流しながら成
膜した。成膜後の試料1〜8に、感光性樹脂(レジス
ト)をスピーンコート法によって所定の厚み(例えば5
000Å)で塗布し、さらに、フォトマスクを用い、幅
4μm、ピッチ26μmのマトリックス状のレジスト膜
を作成した。このマトリックス状のレジスト膜が作成さ
れた試料1〜8へ、Crエッチング液(HY液:(和光
純薬製))を用いて窒化Cr薄膜をエッチングした後、
さらに、アルカリ水溶液中に浸漬し、レジスト膜を溶解
除去すると同時にAlTi合金薄膜をエッチングしてマ
トリックス状の遮光性膜とし液晶表示パネル用の試料1
〜8を得た。
マトリックス状に設けられた遮光性膜の形状安定性につ
いて、電子顕微鏡による評価をおこなった。この評価方
法について、図3を参照しながら説明する。図3は、エ
ッチング後におけるマトリックス状に設けられた遮光性
膜を、遮光性膜が形成された上面から電子顕微鏡により
観察を行った際の模式図で、マトリックス状の遮光性膜
パターンの境界にエッチングによって生じた凹部26と
凸部27とが観察される。この凹部26の底部と凸部2
7の頂部との間隔をZとする。そしてこの凸凹の高低差
の間隔Zが大きいほど、マトリックス状に設けられた遮
光性膜の形状安定性が悪く、後工程において液晶表示パ
ネルの誤作動の原因となるものである。この表面の凹凸
を粗さ(ギザ)と呼び、この凹部26の底部と凸部の頂
部との間隔Zを以て粗さ(ギザ)の程度を評価し、さら
にこの粗さ(ギザ)の程度を以て、遮光性膜をエッチン
グして、ブラックマトリクスにする際の形状安定性を評
価した。評価方式は、粗さ(ギザ)Zが1μmを超えた
場合を×、粗さ(ギザ)Zが0.1〜1μmの場合を
△、粗さ(ギザ)Zが0.1μm未満の場合を○として
評価し、その評価結果を図2に記載した。
ナル・オーブンに入れ、120℃、500時間加熱し
て、マトリックス状に設けられた遮光性膜におけるピン
ホール発生の有無を金属顕微鏡にて観察した。この加熱
試験の後、対向基板試料1〜8上にピンホールが発生し
ていた場合は、その発生個数を計測し、その個数を図2
に記載した。尚、ピンホールの発生個数は、対向基板試
料1〜8に形成された高反射膜表面5mm×5mmの領
域を金属顕微鏡で観察して計測した。
グの際の形状安定性による評価で、試料1〜6は得られ
たパターンにギザがなく、極めて良好なパターン形状を
有していることが判明した。一方、試料7は0.5μm
前後のギザが発生し、試料8では、さらに1μmを超え
るギザが発生し、パターン形状が極めて悪いことが判明
した。以上のことより、パターン形状、パターン精度が
良好な遮光膜を形成するためには、AlTi合金薄膜中
のTiの含有率が5at%以下であることが好ましい。
に、ピンホール発生個数の評価で、試料1、はピンホー
ル発生個数が20個以上で、これは液晶表示パネルを作
製した際、光コンタミネーションによる誤作動を起こす
レベルであることが判明した。試料2はピンホール発生
個数が9個で、これは液晶表示パネルを作製した際、光
コンタミネーションによる誤作動を起こす可能性のある
境界レベルであることが判明した。試料3〜8は、ピン
ホールの発生が0〜1個で、液晶表示パネルを作製した
際、光コンタミネーションによる誤作動を起こさないレ
ベルであることが判明した。以上のことより、光コンタ
ミネーションによる誤作動を起こさないためには、Al
薄膜中のTiの含有率が0.1at%以上であることが
好ましい。上述の結果より、Al膜中へのTiの添加量
は、0.1〜5.0at%が好ましく、さらに好ましく
は0.25〜2.0at%であることが判明した。
ーションの発生と進行とを抑制する添加元素としてTi
の代りにSi(1at%)、Cu(0.5at%)、S
i(0.5at%)+Ti(0.5at%)として、そ
れぞれ高反射膜をAlSi合金、AlCu合金、AlS
iTi合金として上述と同様にピンホール発生個数と形
状安定性の評価を行った。その結果、AlSi合金(S
i:1at%)、AlSiTi合金(Si:0.5at
%、Ti:0.5at%)の場合、ピンホール発生個数
は0個であったが、AlCu合金の場合、ピンホール発
生個数は2個であった。また、形状安定性においては、
AlSiTi合金(Si:0.5at%、Ti:0.5
at%)、AlCu合金(Cu:0.5at%)が粗さ
(ギザ)Zが0.1μm未満で良好であったが、AlS
i合金(Si:1at%)の場合、少し粗さ(ギザ)Z
が大きく、0.1〜1μmの範囲となった。これらの結
果から、AlTi合金の代りにAlSi合金、AlCu
合金、AlSiTi合金も適用できると考えるが、中で
もAlTi合金、次に、AlSiTi合金が好ましいと
考える。
を添加した高反射膜の上に形成する低反射膜、およびそ
の好ましい形成方法の実施の形態例について説明する。
上述したように、低反射膜には金属、金属酸化物、金属
窒化物、金属酸化窒化物、Ti、Cr、W、Ta、Mo
及びPd等の高融点金属シリサイド、たとえばWSi
(タングステンシリサイド)やMoSi(モリブデンシ
リサイド)の酸化物、窒化物、酸化窒化物、あるいは黒
色の有機色素が好適に用いられる。そして低反射膜とし
て、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物や
高融点金属シリサイド、有機色素を用いる場合、透光性
基板に高反射膜を形成後、高反射膜上にスパッタリング
や蒸着により均一な薄膜を形成するのが好適である。
化物、金属酸化窒化物の薄膜を用いる場合、これら金属
化合物の成膜の際に、膜中へ酸素および/または窒素を
導入し、所望の組成を有する金属酸化物、金属窒化物、
金属酸化窒化物を形成する方法、あるいは金属を成膜
後、酸素及び/又は窒素雰囲気下で加熱して所望の金属
酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物を形成する方法、
さらには金属酸化物、金属窒化物、金属酸化窒化物のタ
ーゲット材を用いて、所望の金属酸化物、金属窒化物、
金属酸化窒化物の薄膜をスパッタリングにより形成する
方法が好適である。
ドを用いる場合、高融点金属シリサイド化合物のターゲ
ット材を用いて、所望の高融点金属シリサイド薄膜をス
パッタリングにより形成する方法、あるいは高融点金属
膜とSi膜を蒸着やスパッタリング法により形成後に加
熱して高融点金属シリサイド化合物薄膜へ形成すること
ができる。
金属窒化物や金属酸化窒化物の薄膜を用いると、膜厚が
薄くても遮光性が高く、かつ反射率を低くできる。さら
に、液晶表示パネルの駆動を妨害するアルカリ金属を含
んでいないので、液晶表示パネル用の遮光性膜として最
適である。また、低反射膜として用いた金属酸化物や金
属窒化物や金属酸化窒化物の薄膜は、高反射膜上におい
て金属膜の組成が連続して変化する様に形成することに
より低反射膜との密着性がさらに向上する。特に、金属
としてCrやNi、金属酸化物として酸化クロムや酸化
ニッケル、金属窒化物として窒化クロムや窒化ニッケ
ル、金属酸化窒化物として酸化窒化クロムや酸化窒化ニ
ッケルを用いると、マイグレーションを抑制する元素を
添加された高反射膜との密着性がよく、また、微細なパ
ターンを有するマトリックス状に設けられた遮光性膜が
形成でき好ましい。
を添加した高反射膜の膜厚は300Å以上で投射光に対
する十分な反射率を発揮し、低反射膜の膜厚は80Å以
上で液晶セル中の迷光を補足する効果を発揮する。ま
た、高反射膜と低反射膜の合計膜厚が2000Å以下で
あれば、遮光性膜上に形成される画素電極の断線を防止
できるとともに、遮光性膜にかかる熱応力が極端に大き
くなることもなく、好ましい構成である。ここで少なく
とも、高反射膜と、低反射膜とで構成される遮光性膜の
光学濃度は3以上、好ましくは4以上である。
は、高反射膜と低反射膜との界面において、剥離が起こ
るという問題点が発生することがある。特に、高反射膜
にAlまたはAlを主成分とする物質を用いた場合、A
lの酸化により剥離が発生することがある。その場合、
高反射膜と低反射膜との間に、高反射膜を構成する高い
反射率を有する部材と、低反射膜を構成する低い反射率
を有する部材とが混在する部分を形成することもでき
る。このような遮光性膜を形成する方法としては、ま
ず、高反射膜と低反射膜とを形成した後に高温で熱処理
し、高反射膜と低反射膜との界面において、高反射膜を
形成する物質と、低反射膜を形成する物質とを相互に熱
拡散させ、段階的または連続的な組成変化を実現する製
造方法を用いることができる。
に反応し化合物形成する物質で形成しておき、加熱等に
より、高反射膜と低反射膜との界面で反応させるにより
製造することができる。例えば、低反射膜をSi、また
はSi化合物で形成し、高反射膜をW、Ni、Cr、A
l等のSiと反応する物質で形成する。この方法によれ
ば、遮光性膜が、高温環境と常温環境とに置かれた際
に、高反射膜と低反射膜との熱膨張率差等の物理的性質
に起因して発生する応力が低減される。
タ法により透光性基板上に連続して形成する際に、高反
射膜材料のスパッタターゲットからたたき出された高反
射膜の構成物質からなるスパッタ粒子と、低反射膜材料
のスパッタターゲットからたたき出された低反射膜の構
成物質からなるスパッタ粒子とが、前記透光性基板上で
重なり合う(混ぜ合わさる)部分が生じる様にスパッタ
した製造方法がある。この製造方法によれば、遮光性膜
の断面方向において高反射膜の構成物質と低反射膜の構
成物質とを、段階的または連続的かつ任意の割合で組成
変化させることができ、高反射膜と低反射膜との界面で
の剥離がなく、耐久性の良い遮光性膜が形成される上、
微細なパターンのマトリックス状に設けられた遮光性膜
が形成できる。
成物質からなるスパッタ粒子と前記低反射膜の構成物質
からなるスパッタ粒子が重なり合う(混ぜ合わさる)部
分が生じる様にした製造方法として、例えば、高反射膜
を形成する材料のターゲット材と低反射膜を形成する材
料のターゲット材とを近接して載置する方法、またはタ
ーゲット材と基板間との距離を長くして、基板上でスパ
ッタ粒子が重なり合う部分が生じる様にした製造方法が
好適である。特に、1つのターゲット材に、高反射膜を
形成する材料と低反射膜とを形成する材料を並べて形成
する方法は、1つのターゲット材で高反射膜と低反射膜
とを形成でき、かつターゲット材において、高反射膜を
形成するターゲット材と低反射膜とを形成するターゲッ
ト材の幅を制御することにより高反射膜と低反射膜の膜
厚も制御できる極めて優れた製造方法である。
i、Ag、Pt等の金属または、これらの金属へPd等
の添加金属を少量添加した合金へ、マイグレーションを
抑制する元素を添加した金属薄膜が用いられる。そこで
低反射膜にはCrやNiの金属酸化物として酸化クロム
や酸化ニッケル、金属窒化物として窒化クロムや窒化ニ
ッケルを用いると、上述した高反射膜との密着性がよ
く、微細なパターンのマトリックス状に設けられた遮光
性膜が形成できる。ここで低反射膜の酸化物や窒化物に
おいて、高反射膜側より駆動基板側へ向けて、酸化度ま
たは窒化度が段階的に増加する構成が好ましい。
ーションを抑制する元素を添加したAlやAl合金薄膜
をスパッタリングまたは蒸着法により形成し、さらに、
このAlやAl合金薄膜の上に、Alと、低反射膜の成
分とが、段階的および/または連続的に組成が変化し混
在する領域を形成し、さらにその上に低反射膜を形成す
る構成もある。そして、この構成で得られた遮光性膜
を、レジスト膜として感光性樹脂を用いたフォトリソグ
ラフィおよびエッチングにより前記低反射膜をパターニ
ングし、アルカリ性水溶液で感光性樹脂を除去すると同
時に前記高反射膜であるAlやAl合金薄膜を、エッチ
ングしてマトリックス状に設けられた遮光性膜を形成す
る。このマトリックス状に設けられた遮光性膜の製造方
法は、高反射膜であるAlやAl合金薄膜をエッチング
する工程において、低反射膜をエッチングマスクとして
エッチングが進行するため、マトリックス状に設けられ
た遮光性膜のエッジ形状がシャープになり好ましい。そ
の上、高反射膜であるAlやAl合金薄膜のエッチング
とパターニングされた感光性樹脂の除去が同時に行える
等、利点の多い優れた方法である。
いて図面を参照しながら説明する。図4は、本発明の異
なる実施の形態に係る遮光性膜が高反射膜の1層を有す
る対向基板200の模式的な断面図であり、図5は、マ
イクロレンズ基板付き対向基板の模式的な断面図であ
る。尚、図1、4、5において相当する部分には、同一
の符号を付して示した。また、上述と同様に、遮光性膜
20を覆うように透明導電膜を形成して対向基板として
も良い。
高反射膜の1層を有するものであって、透光性基板1
0、遮光性膜20を有し、遮光性膜20を構成する高反
射膜21がある。対向基板200において、透光性基板
10上に高反射膜の遮光性膜20がマトリックス状に設
けられている。遮光性膜20において、上述したよう
に、強力な投射光が液晶表示パネル内へ入射した際に、
液晶表示パネルの温度上昇を抑制するためには、可視光
の波長領域において、遮光性膜20の反射率は70%以
上あることが好ましく、さらに好ましくは80%以上、
さらに好ましくは90%以上で、一般に、AlやAl合
金、又はAgやAg合金の薄膜が、高反射膜21として
好適に用いられる。本発明において、この高反射膜21
へ上述したマイグレーションの発生と進行とを抑制する
元素が添加されている。透光性基板10は透明な石英基
板、無アルカリガラス基板等が好適に用いられる。この
構成を有する対向基板200は、液晶セル内における迷
光の発生が少ない、または駆動基板上のTFT等が迷光
の影響を受けにくい構造を有している、等の液晶表示パ
ネルに好適に用いられる。
板300には、透光性基板10、遮光性膜20、透光性
基板31、高屈折率媒質33があり、遮光性膜20は高
反射膜21、低反射膜25より構成され、透光性基板3
1の透光性基板10に接する面には底壁面が曲面をなす
多数の凹部32がマトリックス状に設けられ、凹部32
と高屈折率媒質33とはマイクロレンズ35を形成しマ
イクロレンズアレイを構成している。マイクロレンズ基
板付き対向基板300において、透光性基板10、遮光
性膜20、透光性基板31、および高反射膜21、低反
射膜25は上述した対向基板100と同様の構成を有し
ている。透光性基板10と、凹部32が設けられた透光
性基板31との間には高屈折率媒質33が挟まれてお
り、この、凹部32と高屈折率媒質33とは凸レンズの
機能を有するマイクロレンズ35を構成している。この
マイクロレンズ35はその焦点が、マトリックス状に設
けられた遮光性膜20の開口の中心に位置するように、
位置、個数、および凹部32の底壁面の曲面が調整され
ているものである。
0を用いることにより、液晶表示パネル用対向基板に入
射する入射光は、まず透光性基板31を通過し、次にマ
イクロレンズ35を通過する際に光束が絞られる。その
結果、大部分の入射光はマトリックス状に設けられた遮
光性膜の開口部分を通過し、さらに駆動基板上に形成さ
れたTFTを照射することなく駆動基板を通過する。こ
の結果、遮光性膜20および駆動基板上に形成されたT
FTに掛かる入射光および迷光による熱的負担が削減さ
れるので、遮光性膜20に添加されたマイグレーション
を抑制する元素の効果と相俟って、誤作動が起きない信
頼性の高い液晶表示パネル用対向基板が得られるととも
に、光の利用効率を高めることができるので明るい良好
な画像を得ることができる。
説明する。 (実施例1)<AlTiのみ> 厚み1.1mmの石英ガラス基板上にスパッタリング法
によりTiを0.5at%含むAlTi合金薄膜を厚さ
500Åで成膜した。このAlTi合金薄膜上に感光性
樹脂(レジスト)をスピーンコート法により5000Å
の厚みで塗布し、フォトマスクを用い、幅4μm、ピッ
チ26μmのマトリックス状のレジスト膜を形成した。
次に、このマトリックス状のレジスト膜を形成したガラ
ス基板に対し、りん酸と硝酸の混合溶液を用いてAlT
i合金をエッチングし、次いでアルカリ水溶液中に浸漬
してレジスト膜を溶解除去した。更に、基板加熱温度1
50℃の条件下でAlTi合金パターン上にITO膜を
スパッタリング成膜して液晶表示パネル用対向基板を得
た。
基板は、ガラス面からの反射率が92%(即ち、対向基
板の入射光側表面(入射側のガラス基板表面反射+入射
側のAlTi合金薄膜表面反射))であった。また、1
20℃、500時間の耐熱試験後、金属顕微鏡による観
察の結果、AlTi合金薄膜には、ピンホールが発生し
ていないことが確認された。
法によりTiを0.5at%含むAlTi合金薄膜を厚
さ300Åで成膜し、さらに、スパッタリング法により
酸化Cr薄膜を800Åの厚みで成膜した。そして、こ
のガラス基板上に、感光性樹脂(レジスト)をスピーン
コート法により5000Åの厚みで形成し、フォトマス
クを用い、幅4μm、ピッチ26μmのマトリックス状
のレジスト膜を形成した。このマトリックス状のレジス
ト膜を形成したガラス基板を塩化第二鉄溶液に浸漬し酸
化Cr薄膜をエッチング後、りん酸と硝酸の混合溶液で
Al合金薄膜をエッチングし、 次いでアルカリ水溶液
中に浸漬してレジスト膜を溶解除去した。次に、基板加
熱温度150℃の条件下でこのAlTi合金/酸化Cr
パターン上にITO薄膜をスパッタリング成膜して液晶
表示パネル用対向基板を得た。
基板は、ガラス面からの反射率が87%(即ち、対向基
板の入射光側表面(入射側のガラス基板表面反射+入射
側のAlTi合金薄膜表面反射)),酸化Crを形成し
た面からの反射率は12%であった。また、120℃、
500時間の耐熱試験後、金属顕微鏡による観察の結
果、Al合金薄膜には、ピンホールが発生していないこ
とが確認された。
Hテクノグラス社製)上インラインスパッタ装置でTi
を0.5at%含むAlTi合金薄膜を厚さ300Å成
膜し、次に、Cr薄膜を800Åの厚みで成膜した。
尚、オージエ分析で組成変化を確認したとkろ、AlT
i合金薄膜とCr薄膜は連続的に組成変化している連続
膜であることが確認された。ここで、スパッタリングに
用いたターゲットは幅6インチのターゲットで、基板搬
入側でAlTi(Ti:0.5at%)を2インチの幅
に、基板搬出側でCrを4インチの幅に設けたターゲッ
トを用いた。成膜後のガラス基板上に、感光性樹脂(レ
ジスト)をスピーンコート法により5000Åの厚みで
塗布し、さらに、フォトマスクを用い、幅4μm、ピッ
チ26μmを有するマトリックス状のレジスト膜を作成
した。このマトリックス状のレジスト膜が作成されたガ
ラス基板を、Crエッチング液(HY液:(和光純薬
製))に浸漬しCrをエッチングした後、さらに、りん
酸と硝酸の混合溶液でAl合金をエッチングし、 最後
に、アルカリ水溶液中に浸漬してレジスト膜を溶解除去
した。このエッチングおよびレジスト膜除去の完了した
ガラス基板に基板加熱温度150℃の条件下でAlTi
合金/Crパターン上にITO膜をスパッタリングにて
成膜し液晶表示パネル用対向基板を得た。
基板は、ガラス面からの反射率が88%(即ち、対向基
板の入射光側表面(入射側のガラス基板表面反射+入射
側のAlTi合金薄膜表面反射)),Crを形成した面
からの反射率は36%であった。また、120℃、50
0時間の耐熱試験後、金属顕微鏡による観察の結果、A
l合金薄膜には、ピンホールが発生していないことが確
認された。さらに、得られたパターン断面には段差がな
く、極めて良好な断面を有していることが確認された。
Hテクノグラス社製)上に、インラインスパッタ装置を
用い、Tiを1.0at%含むAlTi合金薄膜を厚さ
100Å成膜し、次に、窒化Cr薄膜1200Åを成膜
した。このときスパッタリングに用いたターゲットは、
AlTi(Ti:1.0at%)ターゲットとCrター
ゲットとを1インチの間隔で近接させて設けたもので、
スパッタリングの際は、基板搬出側から窒素を含むアル
ゴンガスを流しながら成膜した。尚、オージエ分析で組
成変化を確認したとkろ、AlTi合金薄膜と窒化Cr
薄膜は連続的に組成変化している連続膜であることが確
認された。成膜後のガラス基板上に、感光性樹脂(レジ
スト)をスピーンコート法により5000Åの厚みで塗
布し、さらに、フォトマスクを用い、幅4μm、ピッチ
26μmを有するマトリックス状のレジスト膜を作成し
た。このマトリックス状のレジスト膜が作成されたガラ
ス基板を、Crエッチング液(HY液:(和光純薬
製))を用いて窒化Cr薄膜をエッチングした後、さら
に、アルカリ水溶液中レジスト膜を溶解除去すると同時
にAlTi合金薄膜をエッチングした。この、エッチン
グおよびレジスト膜除去の完了したガラス基板に基板加
熱温度150℃の条件下でAl合金/Crパターン上に
ITO膜をスパッタリングにて成膜し液晶表示パネル用
対向基板を得た。
基板は、ガラス面からの反射率が85%(即ち、対向基
板の入射光側表面(入射側のガラス基板表面反射+入射
側のAlTi合金薄膜表面反射)),窒化Crを形成し
た面からの反射率は12%であった。また、120℃、
500時間の耐熱試験後、金属顕微鏡による観察の結
果、Al合金薄膜には、ピンホールが発生していないこ
とが確認された。さらに、得られたパターン断面には段
差がなく、極めて良好な断面を有していることが確認さ
れた。
ガラス基板(NA35:NHテクノグラス社製)上にス
パッタリング法によりAl薄膜を厚さ100Å成膜し、
さらにスパッタリング法により、Cr薄膜を、厚さ12
00Å成膜した。成膜後のガラス基板上に、感光性樹脂
(レジスト)をスピーンコート法により5000Åの厚
みで塗布し、さらに、フォトマスクを用い、幅4μm、
ピッチ26μmを有するマトリックス状のレジスト膜を
作成した。このマトリックス状のレジスト膜が作成され
たガラス基板を、Crエッチング液(HY液:(和光純
薬製))を用いてCr薄膜をエッチングした後、さら
に、りん酸と硝酸の混合溶液でAl薄膜をエッチング
し、最後に、アルカリ水溶液中に浸漬してレジスト膜を
溶解除去した。この、エッチングおよびレジスト膜除去
の完了したガラス基板に基板加熱温度150℃の条件下
でAl/Crパターン上にITO膜をスパッタリングに
て成膜し液晶表示パネル用対向基板を得た。
基板は、ガラス面からの反射率が50%(即ち、対向基
板の入射光側表面(入射側のガラス基板表面反射+入射
側のAl薄膜表面反射)),Crを形成した面からの反
射率は60%であった。また、120℃、500時間の
耐熱試験後、金属顕微鏡による観察の結果、Al合金薄
膜には、直径0.5〜1.0μm程度のピンホールが多
発していることが確認された。また、電子顕微鏡により
パターン形状を観察したところ、1μm超のギザが発生
していた。
けられた遮光性膜の開口の中心に位置するように、予
め、位置、個数、および凹部の底壁面の曲面が調整され
ている凹部を等方エッチングにて形成したガラス基板と
カバーガラス基板とを準備した。前記凹部が設けられて
いるガラス面とカバーガラス基板との間に高屈折率樹脂
を充填して接合し、多数のマイクロレンズが形成されマ
イクロレンズアレイを構成したマイクロレンズ基板を作
製した。このマイクロレンズ基板のカバーガラス基板側
に、実施例4と同様の方法によりマトリックス状に設け
られた遮光性膜とITO膜を形成して、マイクロレンズ
基板付き対向基板を作製した。上述の様に作製したマイ
クロレンズ基板付き対向基板において、120℃、50
0時間の耐熱試験後、金属顕微鏡による観察の結果、A
l合金薄膜には、ピンホールが発生していないことが確
認された。さらに、得られたパターン断面には段差がな
く、極めて良好な断面を有していることが確認された。
このマイクロレンズ基板付き対向基板を用いて、液晶表
示パネルを作製したところ、誤作動が起こらず、かつ明
るい良好な画面を有する液晶表示パネルを得ることがで
きた。
示パネル内の遮光性膜において、TFT等のスイッチン
グ素子への光コンタミネーションを低く抑えることで、
スイッチング素子の誤作動を防止し高いコントラストを
発揮する液晶表示パネルを作製するための、液晶表示パ
ネル用対向基板を提供するために、複数の画素電極と、
前記複数の画素電極を個々にスイッチング駆動する複数
のスイッチング素子を有する駆動基板と、前記駆動基板
より所定の間隙を介して対向設置された対向基板と、前
記所定の間隙に保持された液晶とを有する液晶表示パネ
ルに用いられる前記対向基板であって、前記対向基板
は、透光性を有する基板上に、少なくとも前記スイッチ
ング素子に対応した領域、前記液晶表示パネルを駆動す
る駆動回路に対応した領域の何れか一方又は両方に遮光
性膜が形成されており、前記遮光性膜は、少なくとも前
記透光性を有する基板側が金属薄膜で構成されている液
晶表示パネル用対向基板であって、前記金属薄膜には、
マイグレーションの発生を抑制する元素が含まれている
ことを特徴とする液晶表示パネル用対向基板を発明した
ものである。この発明の結果、マトリックス状に設けら
れた遮光性膜のピンホールは抑制され、液晶表示パネル
の誤作動を起こさない信頼性の高い液晶表示パネル用対
向基板を得ることができた。
ある。
れた遮光性膜パターン形状の評価結果を示した表であ
る。
ン形状を評価する方法について説明するための図であ
る。
反射膜の1層を有する対向基板の断面図である。
ズ基板付き対向基板の断面図である。
25…低反射膜、35…マイクロレンズ、100…対向
基板、300…マイクロレンズ基板付き対向基板。
Claims (10)
- 【請求項1】複数の画素電極と、前記複数の画素電極を
個々にスイッチング駆動する複数のスイッチング素子を
有する駆動基板と、前記駆動基板より所定の間隙を介し
て対向設置された対向基板と、前記所定の間隙に保持さ
れた液晶とを有する液晶表示パネルに用いられる前記対
向基板であって、 前記対向基板は、透光性を有する基板上に、少なくとも
前記スイッチング素子に対応した領域、前記液晶表示パ
ネルを駆動する駆動回路に対応した領域の何れか一方又
は両方に遮光性膜が形成されており、 前記遮光性膜は、少なくとも前記透光性を有する基板側
が金属薄膜で構成されている液晶表示パネル用対向基板
であって、 前記金属薄膜には、マイグレーションの発生を抑制する
元素が含まれていることを特徴とする液晶表示パネル用
対向基板。 - 【請求項2】前記マイグレーションの発生を抑制する元
素とは、Ti、Cu、Siのいずれかより選ばれる少な
くとも1つの元素であることを特徴とする請求項1に記
載の液晶表示パネル用対向基板。 - 【請求項3】前記金属薄膜中に含まれる、前記マイグレ
ーションの発生を抑制する元素の量は0.1〜5at%
であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶
表示パネル用対向基板。 - 【請求項4】前記金属薄膜は、対向基板に入射する入射
光が前記遮光性膜に吸収することによる液晶表示パネル
の誤作動を抑制するように高い反射率を有する高反射膜
であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
載の液晶表示パネル用対向基板。 - 【請求項5】前記高反射膜は、Al合金および/または
Ag合金を含むことを特徴とする請求項4記載の液晶表
示パネル用対向基板。 - 【請求項6】前記遮光性膜において、前記駆動基板側に
は前記高反射膜よりも低い反射率を有する低反射膜が成
膜されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の
液晶表示パネル用対向基板。 - 【請求項7】前記低反射膜は、Ti、Cr、W、Ta、
Mo、Pb、またはこれらの酸化物、またはこれらの窒
化物、またはこれらの酸化窒化物、またはこれらの高融
点金属シリサイドの酸化物、窒化物、酸化窒化物である
ことを特徴とする請求項6記載の液晶表示パネル用対向
基板。 - 【請求項8】前記高反射膜と、前記低反射膜は、連続的
に組成変化する連続膜であることを特徴とする請求項4
から7のいずれかに記載の液晶表示パネル用対向基板。 - 【請求項9】前記透光性を有する基板において、対向基
板に光が入射する側に、マイクロレンズを形成した基板
が設けられており、前記マイクロレンズは、前記画素電
極に前記光が投射されるように形成されていることを特
徴とする請求項1から8のいずれかに記載の液晶表示パ
ネル用対向基板。 - 【請求項10】請求項1から9の何れかに記載の液晶表
示パネル用対向基板を用いて製造されたことを特徴とす
る液晶表示パネル。
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JP2016533562A (ja) * | 2013-10-04 | 2016-10-27 | プランゼー エスエー | タッチセンサ装置 |
-
2002
- 2002-09-27 JP JP2002283799A patent/JP3735814B2/ja not_active Expired - Fee Related
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