JP2011070079A - Liquid crystal display device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置およびその製造方法に関し、より詳しくは、液晶層等を挟持する２枚の基板のうちの薄膜トランジスタを含む基板に形成される構造物に特徴を有する表示装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a display device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a display device characterized by a structure formed on a substrate including a thin film transistor of two substrates sandwiching a liquid crystal layer and the like, and a manufacturing method thereof. .
一般にアクティブマトリックス型の液晶表示装置では、液晶層を挟持する２枚の基板を含む表示部を備えており、当該２枚の基板のうち一方の基板には、映像信号線としての複数のデータ線と走査信号線としての複数のゲート線とが格子状に配置され、それら複数のデータ線とゲート線との交差点にそれぞれ対応してマトリクス状に配置された複数の画素形成部が設けられている。各画素形成部は、上記ゲート線にゲート端子が接続され上記データ線にソース端子が接続されたスイッチング素子であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）と、そのＴＦＴのドレイン端子に接続された画素電極とを含む。これら画素形成部を含む上記基板は、ＴＦＴ基板またはアクティブマトリクス基板と呼ばれる。 In general, an active matrix type liquid crystal display device includes a display unit including two substrates sandwiching a liquid crystal layer, and one of the two substrates has a plurality of data lines as video signal lines. And a plurality of gate lines as scanning signal lines are arranged in a lattice pattern, and a plurality of pixel forming portions are provided that are arranged in a matrix corresponding to the intersections of the plurality of data lines and the gate lines. . Each pixel forming portion includes a TFT (Thin Film Transistor) which is a switching element having a gate terminal connected to the gate line and a source terminal connected to the data line, and a pixel electrode connected to the drain terminal of the TFT. Including. The substrate including these pixel formation portions is called a TFT substrate or an active matrix substrate.
また、上記２枚の基板のうちＴＦＴ基板に対向する他方の基板には、上記複数の画素形成部に共通的に設けられた対向電極である共通電極と、加法混色により所望する色を表示するためのカラーフィルタ（ＣＦ：Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）とが設けられている。この基板はＣＦ基板または対向基板と呼ばれる。 In addition, the other substrate facing the TFT substrate out of the two substrates displays a common color which is a common electrode provided in common to the plurality of pixel forming portions and a desired color by additive color mixing. And a color filter (CF: Color Filter). This substrate is called a CF substrate or a counter substrate.
液晶層は、これらＴＦＴ基板における各画素電極とＣＦ基板における共通電極との間に挟持されており、これらの電極により印加される電圧に応じてその光透過率を制御され、所望の表示が行われる。したがって、この液晶層の厚みは光透過率を決定する重要な要素となる。そこで従来より、この液晶層を挟持するＴＦＴ基板とＣＦ基板との間隔（セルギャップと呼ばれる）を一定に保つため、スペーサという構造物が設けられる。特に、フォトリソグラフィ処理により形成されるものはフォトスペーサと呼ばれる。 The liquid crystal layer is sandwiched between each pixel electrode on the TFT substrate and the common electrode on the CF substrate, and the light transmittance is controlled in accordance with the voltage applied by these electrodes, so that a desired display is performed. Is called. Therefore, the thickness of the liquid crystal layer is an important factor that determines the light transmittance. Therefore, conventionally, a structure called a spacer is provided in order to keep a constant distance (called a cell gap) between the TFT substrate and the CF substrate sandwiching the liquid crystal layer. In particular, those formed by photolithography are called photo spacers.
このフォトスペーサは、一般的にはＣＦ基板に形成されることが多いが、ＴＦＴ基板に形成することもできる。例えば、特開２００６−２４３３２３号公報に開示されている液晶表示装置では、ＴＦＴ基板の層間絶縁層に対して３段階の多階調露光マスクを使用した１回の露光および現像が行われることにより、コンタクトホールとフォトスペーサとが同時に形成される。このことによりフォトスペーサを所定位置に高精度に形成することができる。 This photo spacer is generally often formed on a CF substrate, but can also be formed on a TFT substrate. For example, in the liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-243323, a single exposure and development using a three-stage multi-tone exposure mask is performed on an interlayer insulating layer of a TFT substrate. The contact hole and the photo spacer are formed at the same time. As a result, the photo spacer can be formed at a predetermined position with high accuracy.
しかし、上記特開２００６−２４３３２３号公報に開示されている従来の液晶表示装置に形成されるフォトスペーサは、３段階の多階調露光マスクにより形成されるため、基板面に対して垂直方向の側面のみで構成される簡単な形状の立体構造となる。したがって、表示品質が向上するようフォトスペーサを好適な立体形状に形成することができない。 However, since the photo spacer formed in the conventional liquid crystal display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-243323 is formed by a three-stage multi-tone exposure mask, it is perpendicular to the substrate surface. It becomes a simple three-dimensional structure composed only of side surfaces. Therefore, the photo spacer cannot be formed in a suitable three-dimensional shape so as to improve display quality.
また上記従来の液晶表示装置は、半透過型の液晶表示装置であって、ＣＦ基板側に光反射膜が形成されている。これは光反射膜が形成される基材となる樹脂膜をフォトエッチング処理することにより、ランダムな凹凸形状を簡単に得られるようにするためである。 The conventional liquid crystal display device is a transflective liquid crystal display device, and a light reflection film is formed on the CF substrate side. This is because a random uneven shape can be easily obtained by photo-etching a resin film that is a base material on which the light reflecting film is formed.
しかし、上記従来の液晶表示装置のように光反射膜がＣＦ基板側に形成されている場合、ＣＦ基板とＴＦＴ基板とを貼り合わせる際に位置ずれが生じることにより、画素における反射領域の大きさが予め定めた大きさから変化することがある。この場合には液晶表示装置の表示品質が低下する。したがって、光反射膜はＴＦＴ基板側に形成されることが好ましい。 However, when the light reflection film is formed on the CF substrate side as in the above conventional liquid crystal display device, the size of the reflection region in the pixel is caused by a displacement when the CF substrate and the TFT substrate are bonded together. May change from a predetermined size. In this case, the display quality of the liquid crystal display device is degraded. Therefore, the light reflecting film is preferably formed on the TFT substrate side.
また上記従来の液晶表示装置のように光反射膜の凹凸形状がランダムに形成される場合、反射膜のカバレッジ性が部分的に低下したり、液晶の配向方向に悪影響を与えることがある。この場合には液晶表示装置の表示品質が低下する。したがって、光反射膜の凹凸形状もフォトスペーサと同様、表示品質が向上するよう好適な立体形状に形成することが好ましい。 In addition, when the uneven shape of the light reflection film is randomly formed as in the conventional liquid crystal display device, the coverage of the reflection film may be partially deteriorated or the liquid crystal alignment direction may be adversely affected. In this case, the display quality of the liquid crystal display device is degraded. Therefore, it is preferable to form the uneven shape of the light reflecting film in a suitable three-dimensional shape so as to improve the display quality, similar to the photo spacer.
そこで、本発明の目的は、凹凸形状を有する光反射部やフォトスペーサなどの立体構造物をＴＦＴ基板の絶縁膜における所定位置に好適な形状で形成した表示装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a display device in which a three-dimensional structure such as a light reflecting portion or a photo spacer having a concavo-convex shape is formed in a suitable shape at a predetermined position in an insulating film of a TFT substrate.
第１の発明は、画像を表示する電気光学素子と、当該電気光学素子を挟持する平面を有する第１および第２の基板とを備えるアクティブマトリクス型の表示装置であって、
前記第１の基板は、
画像を表示するための表示部において複数の映像信号線と複数の走査信号線との交差部にそれぞれ対応してマトリクス状に配置された複数の画素形成部および当該複数の画素形成部に設けられた複数の画素電極と、
表面の一部に前記複数の画素電極が形成されるとともに、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する傾斜平面また曲面を含む複数種類の立体構造がそれぞれ複数形成される、感光性の素材からなる絶縁層と
を含むことを特徴とする。
A first invention is an active matrix display device including an electro-optic element that displays an image, and first and second substrates having planes that sandwich the electro-optic element.
The first substrate is
Provided in a plurality of pixel forming portions arranged in a matrix corresponding to the intersections of the plurality of video signal lines and the plurality of scanning signal lines in the display portion for displaying an image, and the plurality of pixel forming portions. A plurality of pixel electrodes,
The plurality of pixel electrodes are formed on a part of the surface, and a plurality of types of three-dimensional structures including inclined planes or curved surfaces having normal lines that are not parallel or perpendicular to the plane are formed. And an insulating layer made of a material.
第２の発明は、第１の発明において、
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、前記第２の基板との距離を一定に保持するためのスペーサを複数含み、
前記スペーサは、前記第２の基板と接するべき面よりも、前記第１の基板における前記平面との接線で囲まれた面の方が大きくなるように、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The insulating layer includes a plurality of spacers for maintaining a constant distance from the second substrate as one of the plurality of types in the three-dimensional structure,
The spacer is a method that is not parallel or perpendicular to the plane so that the surface of the first substrate surrounded by the tangent to the plane is larger than the surface to be in contact with the second substrate. A surface having a line is formed.
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、前記複数の画素電極のうちの１つと当該画素電極に対応する画素形成部とを接続するためのコンタクトホールを複数含み、
前記コンタクトホールは、前記第１の基板における前記平面との接線で囲まれた面である開口面よりも、底面の方が大きくなるように、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする。
According to a third invention, in the first or second invention,
The insulating layer includes, as one of the plurality of types in the three-dimensional structure, a plurality of contact holes for connecting one of the plurality of pixel electrodes and a pixel formation portion corresponding to the pixel electrode,
The contact hole has a normal line that is not parallel or perpendicular to the plane so that a bottom surface is larger than an opening surface that is a surface surrounded by a tangent to the plane in the first substrate. A surface is formed.
第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、
前記電気光学素子は、液晶からなり、
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、表面の少なくとも一部に外光を反射するための金属反射膜または当該金属反射膜に接する前記画素電極を形成されるマルチギャップ部を含み、
前記マルチギャップ部は、複数の曲面となるよう、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The electro-optic element is made of liquid crystal,
The insulating layer is a multi-layer formed with a metal reflective film for reflecting external light on at least a part of the surface or the pixel electrode in contact with the metal reflective film as one of the plurality of types in the three-dimensional structure. Including gaps,
The multi-gap portion is characterized in that a surface having a normal line that is not parallel or perpendicular to the plane is formed so as to be a plurality of curved surfaces.
第５の発明は、第２から第４までのいずれか１つの発明において、
前記電気光学素子は、液晶からなり、
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、前記液晶の配向方向を規定するための構造物および前記配向方向の中心となる構造物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions,
The electro-optic element is made of liquid crystal,
The insulating layer includes at least one of a structure for defining an alignment direction of the liquid crystal and a structure serving as a center of the alignment direction as one of the plurality of types in the three-dimensional structure. It is characterized by.
第６の発明は、第１から第５までのいずれか１つの発明において、
前記絶縁層は、前記第１の基板に形成される層間絶縁膜であることを特徴とする。
A sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
The insulating layer is an interlayer insulating film formed on the first substrate.
第７の発明は、画像を表示する電気光学素子と、当該電気光学素子を挟持する平面を有する第１および第２の基板とを備えるアクティブマトリクス型表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板上に前記電気光学素子を駆動するための薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記第１の基板面に沿って平坦となるよう、感光性を有する絶縁層を形成する工程と、
光透過度を少なくとも複数段階変化させる半透過部を含む多階調マスクを用いて、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する傾斜平面または曲面を含む複数種類の立体構造を前記絶縁層に形成する露光・現像工程と、
前記第２の基板の対向する面に設けられる共通電極との間に電圧を印加しまたは電流を流すための画素電極を形成する工程と
を備え、
前記傾斜平面または曲面は、前記多階調マスクに含まれる半透過部の光透過度に応じて前記絶縁層の感光が進むことにより形成されることを特徴とする。
A seventh aspect of the invention is a method of manufacturing an active matrix display device comprising an electro-optic element that displays an image and first and second substrates having planes that sandwich the electro-optic element.
Forming a thin film transistor for driving the electro-optic element on the first substrate;
Forming a photosensitive insulating layer so as to be flat along the first substrate surface;
Using a multi-tone mask including a semi-transparent portion that changes at least a plurality of steps of light transmittance, a plurality of types of three-dimensional structures including inclined planes or curved surfaces having normal lines that are not parallel or perpendicular to the plane are used as the insulating layer Exposure / development process to be formed on,
Forming a pixel electrode for applying a voltage or flowing a current between a common electrode provided on an opposing surface of the second substrate,
The inclined plane or the curved surface is formed by the light-sensitive progress of the insulating layer according to the light transmittance of the semi-transmissive portion included in the multi-tone mask.
第８の発明は、第７の発明において、
前記多階調マスクは、前記半透過部としてハーフトーンマスクを含むことを特徴とする。
In an eighth aspect based on the seventh aspect,
The multi-tone mask includes a halftone mask as the semi-transmissive portion.
第９の発明は、第７の発明において、
前記多階調マスクは、前記半透過部としてグレイトーンマスクを含むことを特徴とする。
According to a ninth invention, in the seventh invention,
The multi-tone mask includes a gray tone mask as the semi-transmissive portion.
上記第１の発明によれば、基板面に対して平行または垂直でない法線を有する傾斜平面また曲面を含む複数種類の立体構造がそれぞれ複数形成される、感光性の素材からなる絶縁層が備えられるので、例えば凹凸形状を有する光反射部やフォトスペーサなどの立体構造物を第１の基板の絶縁膜層における所定位置に傾斜平面や曲面を有する好適な形状で形成することができる。 According to the first aspect of the present invention, the insulating layer made of a photosensitive material is provided, in which a plurality of types of three-dimensional structures including inclined planes or curved surfaces having normal lines that are not parallel or perpendicular to the substrate surface are formed. Therefore, for example, a three-dimensional structure such as a light reflecting portion or a photo spacer having a concavo-convex shape can be formed in a suitable shape having an inclined plane or a curved surface at a predetermined position in the insulating film layer of the first substrate.
上記第２の発明によれば、フォトスペーサの形状に例えば先細りのテーパを付すことができるので、フォトスペーサの先端部分が第２の基板に形成されるブラックマトリクスなどの不透明な部分に隠れる程度の大きさに形成することができる。よって、表示装置の表示部において目立ちにくくすることができ、かつ構造的に安定させることができる。その結果、表示装置の表示品質を向上させることができる。 According to the second aspect, the shape of the photo spacer can be tapered, for example, so that the tip portion of the photo spacer is hidden by an opaque portion such as a black matrix formed on the second substrate. Can be formed in size. Therefore, the display portion of the display device can be made inconspicuous and can be structurally stabilized. As a result, the display quality of the display device can be improved.
上記第３の発明によれば、コンタクトホールの側面を傾け、テーパを付すことができるので、例えばコンタクトホール上に画素電極を形成したときにその側面に大きな段差が生じることがなくステップカバレッジ性を向上させることができる。その結果画素電極の切断や断裂を抑制することができるので、表示装置の表示品質を向上させることができる。 According to the third aspect of the invention, the side surface of the contact hole can be inclined and tapered, so that, for example, when a pixel electrode is formed on the contact hole, a large step does not occur on the side surface and step coverage is improved. Can be improved. As a result, cutting and tearing of the pixel electrode can be suppressed, so that display quality of the display device can be improved.
上記第４の発明によれば、マルチギャップ部の表面を曲面形状にすることができるので、その上に形成される反射膜を同じ曲面形状にすることができる。したがって、鏡面反射成分（すなわち基板面が平面である場合の反射光の成分）を少なくして良好な散乱反射特性を得ることができ、そのため高いコントラスト比を有し、紙に近い白（ペーパーホワイト）が表示可能な高い品位の表示特性を得ることができる。 According to the fourth aspect, since the surface of the multi-gap part can be curved, the reflective film formed thereon can be curved. Therefore, it is possible to obtain a good scattering reflection characteristic by reducing the specular reflection component (that is, the component of the reflected light when the substrate surface is a flat surface), and therefore, a white having a high contrast ratio and close to paper (paper white ) Can be displayed with high quality.
上記第５の発明によれば、例えば液晶の配向方向を規定するための土手として機能する立体構造物や、液晶の配向方向の中心となるリベットと呼ばれる立体構造物などを、同一のフォトリソグラフィ処理により形成することができるので、これらの立体構造物により表示装置の表示品質を向上させることができ、またこれらの立体構造物を別に形成する工程を省略することができる。 According to the fifth aspect of the invention, for example, a three-dimensional structure functioning as a bank for defining the alignment direction of liquid crystal or a three-dimensional structure called a rivet that is the center of the alignment direction of liquid crystal is subjected to the same photolithography process. Therefore, the display quality of the display device can be improved by these three-dimensional structures, and the step of separately forming these three-dimensional structures can be omitted.
上記第６の発明によれば、第１の基板に形成される層間絶縁膜により各種立体構造物をフォトリソグラフィ処理により形成することができるので、これらの立体構造物を別に形成する工程を省略することができる。 According to the sixth aspect of the invention, various three-dimensional structures can be formed by the photolithography process using the interlayer insulating film formed on the first substrate, so that the step of separately forming these three-dimensional structures is omitted. be able to.
上記第７の発明によれば、多階調マスクを使用した露光・現像工程により、第１の発明と同様の効果を表示装置の製造方法において得ることができる。 According to the seventh aspect, the same effects as those of the first aspect can be obtained in the manufacturing method of the display device by the exposure / development process using the multi-tone mask.
上記第８の発明によれば、ハーフトーンマスクを使用した露光・現像工程により、第１の発明と同様の効果を表示装置の製造方法において得ることができる。 According to the eighth aspect of the invention, the same effects as those of the first aspect of the invention can be obtained by the exposure / development process using the halftone mask.
上記第９の発明によれば、グレイトーンマスクを使用した露光・現像工程により、第１の発明と同様の効果を表示装置の製造方法において得ることができる。 According to the ninth aspect, the same effects as those of the first aspect can be obtained in the manufacturing method of the display device by the exposure / development process using the gray tone mask.
＜１．液晶表示装置の構成＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半透過型液晶表示装置１０の概略構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、液晶表示装置１０に含まれるアクティブマトリクス基板１１の一部を示す概略平面図である。図１（ａ）に示す液晶表示装置１０は、データ信号線１３、画素電極１５等がガラス基板１２上に形成されたアクティブマトリクス基板１１と、アクティブマトリクス基板１１に対向して配置され、カラーフィルター２３、ブラックマトリクス２４、共通電極２５等がガラス基板２２上に形成された対向基板２１と、アクティブマトリクス基板１１と対向基板２１によって挟持された液晶層３０とを含む。なお、液晶層３０と接するアクティブマトリクス基板１１の面と反対側の面には、図示されないバックライトユニットが設けられている。
<1. Configuration of liquid crystal display device>
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a transflective liquid
図１（ｂ）に示すアクティブマトリクス基板１１には、データ信号線１３と走査信号線１４とが形成されている。データ信号線１３と走査信号線１４とは、互いに交差するように配置され、それらが交差する交差部毎に、スイッチング素子として機能するＴＦＴと画素電極１５とが設けられている。また対向基板２１と接する交差部直上にはアクティブマトリクス基板１１と対向基板２１との間隔であるセルギャップを正確に維持するためのフォトスペーサ５１が形成されている。走査信号線１４には、ＴＦＴのゲート電極１８１が接続され、データ信号線１３には、ＴＦＴのソース電極１８２が接続されている。また、画素電極１５は、コンタクトホール１６を介してＴＦＴのドレイン電極１８３に接続されている。ＴＦＴがオン状態になると、データ信号に応じた電圧がデータ信号線１３からＴＦＴを介して、画素電極１５と共通電極２５によって構成される画素容量に与えられる。この画素容量に与えられた電圧は、ＴＦＴがオフ状態にある間、画素容量に保持され、この電圧により液晶の光透過率が制御される。
A
また、ＴＦＴ近傍を含む画素電極の上には反射電極１７が形成されている。この反射電極１７へ入射しこれにより反射される外光、および図示されないバックライトユニットから出射され反射電極１７等が配置されていない光透過領域を透過する光のうちの一方または双方の光は、各画素毎に光透過率を制御された液晶層を介して外部に出射され、表示画像を形成する。なお、特に反射型の液晶表示装置では、透明電極である画素電極１５に代えて、外光を反射する金属製の画素電極を使用し、反射電極１７を省略してもよい。
A
＜２． 液晶表示装置の製造工程＞
図２は、本実施形態における液晶表示装置１０の部分断面図である。この図２は、説明の便宜のため、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面のうち、走査信号線１４に沿った方向の断面のみを示すものであって、かつ大きさや形状等が見やすくなるよう適宜変更して示されている。
<2. Manufacturing process of liquid crystal display device>
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the liquid
この図に示されるガラス基板１２上には、前述したコンタクトホール１６やフォトスペーサ５１、反射電極１７直下の複数の曲面を有するマルチギャップ部１７０などが形成されているが、これらの特徴的な立体形状は層間絶縁膜１９をフォトリソグラフィ処理により部分的に取り除くことにより形成される。このようにアクティブマトリクス基板１１を製造する際に一般的に使用される層間絶縁膜１９およびそれに対するフォトリソグラフィ処理を使用することにより、上記立体形状を形成するために新たな材料および工程を追加すること必要がなく、製造コストを下げることができる。ここで上記マルチギャップ部１７０の曲面は、基板面に対して凸の曲面であるが、凹の曲面であってもよいし、これらが複合されて構成されていてもよい。また多数の平面から構成されていてもよい。
On the
なお、このマルチギャップ部１７０により反射電極１７直上の液晶層の厚みｄ２は、（コンタクトホール１６を除く）それ以外の液晶層の厚みｄ１の半分となっている。これは液晶層を通って反射電極１７へ入射しこれにより反射されて液晶層を通過する外光の光路長を、図示されないバックライトユニットから出射され反射電極１７等が配置されていない光透過領域を透過する光の光路長と等しくするためである。この構成により、正確な階調を表現することができ、また色純度を向上させることができる。続いて、上記立体形状の形成過程を含む本液晶表示装置の製造工程について説明する。
Note that the thickness d2 of the liquid crystal layer immediately above the
まず、ガラス基板１２の表面に、例えばＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉからなる積層膜をスパッタ法により成膜する。なお、ガラス基板に代えて石英やプラスチック等の透明な絶縁体からなる絶縁性基板を使用してもよいし、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、および銅（Ｃｕ）などまたはこれらの物質に微量の不純物を添加した合金を単層でまたは積層させて使用してもよい。
First, a laminated film made of, for example, Ti (titanium) / Al (aluminum) / Ti is formed on the surface of the
次に、積層膜上にレジストを塗布し、露光および現像を行うことによってゲート電極１８１のエッチング時のマスクとなるレジストパターンを形成する。形成したレジストパターンをマスクとして、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔｉの順にドライエッチングを行った後、レジストパターンを剥離する。この結果、ガラス基板１２上にゲート電極１８１が形成される。
Next, a resist is applied on the laminated film, and a resist pattern serving as a mask for etching the
さらにゲート電極１８１を覆うように、例えばＳｉＮｘ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。ＳｉＮｘ膜は、ＳｉＨ4（モノシラン）、ＮＨ3（アンモニア）およびＮ2（窒素）の混合ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）により成膜される。このゲート絶縁膜の表面に、非晶質シリコン膜を結晶化させた多結晶シリコン膜や微結晶シリコン膜などの半導体膜を成膜する。この半導体膜を積層した後、プラズマＣＶＤ法により、Ｎ型不純物として例えばＰ（リン）が高濃度にドーピングされた（微結晶）シリコン膜からなる高濃度不純物膜を積層する。
Further, a gate insulating film made of, for example, a SiNx film is formed so as to cover the
次に上記高濃度不純物膜の上面に、スパッタ法によって、例えばＭｏ（モリブデン）等からなる金属膜を形成する。この金属膜の上面にさらにレジストパターンを形成し、形成したレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行った後、レジストパターンを剥離する。この結果、ガラス基板１２上にソース電極１８２およびドレイン電極１８３が形成される。なお、これまでの製造工程は周知であるので詳しい説明は省略する。
Next, a metal film made of, for example, Mo (molybdenum) or the like is formed on the upper surface of the high concentration impurity film by sputtering. A resist pattern is further formed on the upper surface of the metal film. After the dry etching is performed using the formed resist pattern as a mask, the resist pattern is peeled off. As a result, the
続いて例えば有機樹脂からなる層間絶縁膜１９を例えば３〜４μｍ程度の膜厚で形成する。上記有機樹脂の組成や膜厚は、形成後の表面がほぼ平坦になるような条件に設定するのが好ましい。具体的には層間絶縁膜１９は、たとえばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるベースフィルム上に層状に形成された有機樹脂を基板に転写したのち、ベースフィルムを除去して形成する方法や、ノズルから有機樹脂を基板に吐出し、スピンコート法を用いて塗布する方法などの周知の方法で形成することができる。
Subsequently, an
ここで、上記有機樹脂には、感光性の素材が使用され、所定の膜厚になるように塗布および成膜された後、特徴的な構成を有するフォトマスクを使用することにより、特徴的な形状を有するフォトスペーサ５１、マルチギャップ部１７０、およびコンタクトホール１６を形成することができる。ここでは現像工程により感光部分が脱落する（溶解する）ポジ型の感光性素材が使用されるものとするが、現像工程により感光部分のみが脱落しない（溶解しない）ネガ型の感光性素材が使用されてもよい。以下、図３ないし図５を参照してその製造工程について詳しく説明する。
Here, a photosensitive material is used for the organic resin, and after applying and forming a film with a predetermined thickness, a characteristic photomask is used by using a photomask having a characteristic configuration. The
図３は、露光前の層間絶縁膜とフォトマスクとを示す断面図である。この図３では、露光後における層間絶縁膜１９の表面の位置が点線で示されており、図中上部の矢印方向に光源からフォトマスク６０を通して層間絶縁膜１９に対して光が照射される。ここで光源からフォトマスク６０には均等に光が照射されるにもかかわらず、層間絶縁膜１９は均等に感光が進まない。それは、層間絶縁膜１９が図３に示す点線の位置まで感光が進むように、言い換えればそれ以上は感光しないように、フォトマスク６０の光透過度は部分的に小さくなっている。このように（膜厚を調整するなどして）膜構造上光透過度が異なる部分を有するフォトマスクは、ハーフトーンマスクと呼ばれる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an interlayer insulating film and a photomask before exposure. In FIG. 3, the position of the surface of the
もっとも、ハーフトーンマスクとは、光透過率が１００％の透明部分、および遮光膜が形成されている光透過率が０％の不透明部分のほかに、典型的には所定の光透過率に調整された膜構造を有する半透明部分を含む、３段階の光透過率を有する部分を備えるフォトマスクを指すのが一般的である。なお、上記半透明部分の膜構造は、光をやや透過するように膜厚が調整された薄い遮光膜や、光を半透過する物質からなる半透過膜で形成されている。 Of course, a halftone mask is typically adjusted to a predetermined light transmittance in addition to a transparent portion having a light transmittance of 100% and an opaque portion having a light shielding film on which a light transmittance is 0%. Generally, it refers to a photomask including a portion having a three-stage light transmittance including a translucent portion having a patterned film structure. The film structure of the semi-transparent portion is formed of a thin light-shielding film whose film thickness is adjusted so that light is slightly transmitted, or a semi-transmissive film made of a material that is semi-transmissive to light.
以上のような従来のハーフトーンマスクとは異なり、本実施形態で使用されるフォトマスク６０は、上記透明部分および不透明部分以外の部分の光透過率は０％より大きく１００％より小さい透過率を複数（ここでは無段階に）有するハーフトーンマスクである。このフォトマスク６０は、典型的にはパターンの位置により連続的に光透過率が変化する半透明部分を含んでいる。さらに図４および図５を参照して詳しく説明する。
Unlike the conventional halftone mask as described above, the
図４は、露光途中のフォトスペーサ近傍の層間絶縁膜とフォトマスクとを示す断面図であり、図５は、露光および現像終了後のフォトスペーサ近傍の層間絶縁膜とフォトマスクとを示す断面図である。 4 is a cross-sectional view showing an interlayer insulating film and a photomask in the vicinity of a photo spacer during exposure, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing an interlayer insulating film and a photo mask in the vicinity of the photo spacer after exposure and development. It is.
図４および図５に示されるフォトマスク６０に付された範囲ｐ１〜ｐ５の色は、黒くなるほど（濃くなるほど）光透過率が小さくなることを意味している。したがって、その色が白の場合は光透過率１００％を意味し、黒の場合は光透過率０％を意味している。ここでは、範囲ｐ３が黒色で示されており、光透過率が０％の不透明部分であることがわかる。
The colors in the range p1 to p5 attached to the
また図４において、実線は、露光途中（ここでは露光開始から露光完了までのほぼ中間時点）での層間絶縁膜１９の感光されていない部分と既に感光された部分との境界部分を示し、点線は、露光終了時の上記境界部分を示している。したがって、もし図４に示す状態で露光を終了し現像すれば、実線の位置が層間絶縁膜１９の表面となる。
In FIG. 4, a solid line indicates a boundary portion between an unexposed portion of the
この図４と図５を参照すればわかるように、フォトマスク６０のうち、範囲ｐ１，ｐ５は、上記半透明部分であって比較的色が薄い、すなわち光透過率が大きく、かつこの範囲内では位置に応じて色が変化していない、すなわち光透過率が変化していない。したがって、対応する層間絶縁膜１９には比較的大きい強度の光が一様に照射されるため、感光が一様にかつ比較的進んでいる。そのため、現像液により感光部分が溶解された後は、平らでかつ低い（すなわちガラス基板１２に近い位置にある）領域を有する層間絶縁膜１９が形成される。
As can be seen from FIG. 4 and FIG. 5, the ranges p1 and p5 of the
また範囲ｐ３は、一様に上記不透明部分であるので、対応する層間絶縁膜１９には光が照射されず感光が全く進まない。したがって、現像後は平らでかつ高い（すなわちガラス基板１２から遠い位置にある）領域を有する層間絶縁膜１９が形成される。
In addition, since the range p3 is the opaque portion uniformly, the corresponding
さらに領域ｐ２は図の右へ行くほど、また領域ｐ４は図の左へ行くほど色が黒くすなわち光透過率が大きくなっているので、範囲ｐ３に近い層間絶縁膜１９の対応する領域ほど、強度が小さくなる光が照射されるため、感光が進まなくなる。そのため、現像後は斜めの（すなわちガラス基板１２の面に対して垂直方向から傾いている）平面領域を有する層間絶縁膜１９が形成されることになる。
Further, the region p2 goes to the right in the figure, and the region p4 goes to the left in the figure, the color is black, that is, the light transmittance increases. Since the light becomes smaller, the light exposure stops. Therefore, after development, an
このようにしてフォトスペーサ５１を形成すれば、フォトスペーサ５１の形状に先細りのテーパを付すことができる。そうすれば、フォトスペーサ５１の先端部分（範囲ｐ３に対応する部分）がブラックマトリクス２４に隠れる程度の大きさであれば表示部において目立ちにくくすることができ、かつ構造的に安定させることができる。その結果、本液晶表示装置の表示品質を向上させることができる。
If the
また、図３に示すフォトマスク６０の半透明部分を上記のように構成することにより、同様にコンタクトホール１６の側面を傾け、テーパを付すことができる。したがって、画素電極１５を形成したときにその側面に大きな段差が生じることがなくステップカバレッジ性を向上させることができるので、画素電極１５の切断や断裂を抑制することができる。その結果、本液晶表示装置の表示品質を向上させることができる。
Further, by configuring the translucent portion of the
さらに、図３に示すフォトマスク６０の半透明部分の光透過率を上記のように位置に対して一定の変化率で変化させるのではなく、その変化率を適宜変化させるように光透過率を変化させれば、現像後においてマルチギャップ部１７０の表面を曲面形状にすることができる。そうすれば反射電極１７を同じ曲面形状にすることができるので、鏡面反射成分（すなわち基板面が平面である場合の反射光の成分）を少なくして良好な散乱反射特性を得ることができ、そのため高いコントラスト比を有し、紙に近い白（ペーパーホワイト）が表示可能な高い品位の表示特性を得ることができる。
Further, instead of changing the light transmittance of the translucent portion of the
なお、このマルチギャップ部１７０の平面形状は、円形もしくは円形に近い多角形または楕円もしくは楕円に近い多角形とすれば良好な散乱反射特性が得られるが、これらの形状は規則的な配列パターンとすることが好ましい。もしランダムな配列パターンとすれば、反射電極のカバレッジ性が（その曲率によっては）低下したり、液晶の配向方向に悪影響を与えることがあるからである。
In addition, if the planar shape of the
以上のように適宜の形状になるよう層間絶縁膜１９を露光し現像したのち、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な金属膜をスパッタ法によって形成し、透明な金属膜をパターンニングして画素電極１５を形成する。さらにその上からスパッタ法などによって所定の位置に反射電極１７を形成する。なお、この反射電極１７は、反射率の高い物質、例えばＡｌ、Ａｇまたはこれらの物質に微量の不純物を添加した合金が使用される。また、密着力や画素電極１５である金属薄膜との電気的コンタクト特性を向上させるために、下層にＣｒ、Ｍｏ、Ｔａ、ＴｉまたはＷなどの金属薄膜を設けた積層構成としてもよい。
After exposing and developing the
＜３． 効果＞
以上のように、本実施形態の液晶表示装置には、ハーフトーンマスク６０を使用したフォトリソグラフィ処理により、良好な散乱反射特性を有する所定の曲面形状を有するマルチギャップ部１７０上に形成される反射電極１７や、表示部において目立ちにくい立体形状を有するフォトスペーサ５１、ステップカバレッジ性を向上させることができるテーパ面を有するコンタクトホール１６を形成することができるので、液晶表示装置の表示品質を向上させることができる。
<3. Effect>
As described above, in the liquid crystal display device according to the present embodiment, the reflection formed on the
＜４． 変形例＞
＜４．１ 主たる変形例＞
図６は、上記一実施形態の変形例における露光および現像終了後のフォトスペーサ近傍の層間絶縁膜とフォトマスクとを示す断面図である。図６に示されるフォトマスクは、例えば図５に示されるハーフトーンマスク６０とは異なって、位置によって膜厚等の膜構造が異なることはなく、所定範囲内に存在する透明部分の面積と不透明部分との面積の割合が異なるものであり、グレイトーンマスクと呼ばれる。ここでは説明の便宜上、このグレイトーンマスク６５上の領域ｐ１〜ｐ５の各光透過率およびその位置に応じた変化量は、ハーフトーンマスク６０上の領域ｐ１〜ｐ５の各光透過率およびその位置に応じた変化量と同一であるものとする。
<4. Modification>
<4.1 Main modification>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an interlayer insulating film and a photomask in the vicinity of the photospacer after completion of exposure and development in a modification of the embodiment. The photomask shown in FIG. 6 is different from the
このグレイトーンマスク６５は、上記フォトリソグラフィ処理において使用される露光機の解像度限界以下の範囲内に透明部分と不透明部分とが所定の面積割合となるように構成されている。この面積割合は、１つの透明部分に対する１つの不透明部分の大きさにより規定されてもよいし、同一の大きさの不透明部分が形成される数により規定されてもよい。
The
このように露光機の解像度限界以下の範囲内に透明部分と不透明部分とが形成される場合、当該範囲に対応する層間絶縁膜１９の範囲内に感光される部分と感光されない部分とが生じることはなく、上記面積割合により規定される光透過量に対応する光透過度で、当該範囲に対応する層間絶縁膜１９の範囲内に一様に光が照射されることになり、その光強度に応じて感光が進むことになる。したがって、グレイトーンマスク６５は、ハーフトーンマスク６０と全く同一の機能を有していると言え、層間絶縁膜１９に形成したい上記立体形状に合わせて適宜に上記透明部分と不透明部分とを配置すればよい。このようにグレイトーンマスク６５は、ハーフトーンマスク６０と置き換えることができる。
As described above, when the transparent portion and the opaque portion are formed within the range below the resolution limit of the exposure apparatus, a portion that is exposed and a portion that is not exposed are generated within the range of the
また、このことから、上記フォトリソグラフィ処理に使用されるマスクは、例えばハーフトーンマスク６０の部分と、グレイトーンマスク６５の部分とが含まれる構成であってもよい。すなわち、上記フォトリソグラフィ処理に使用されるマスクは、層間絶縁膜１９に形成したい立体形状に合わせて適宜に設定される多数の階調を有する多階調マスクであればよい。
From this, the mask used for the photolithography process may include, for example, a
＜４．２ その他の変形例＞
上記実施形態では、層間絶縁膜１９に対するフォトリソグラフィ処理により複数の各種立体構造物が同時に形成される構成であるが、アクティブマトリクス基板１１において使用可能な層間絶縁膜１９以外の絶縁層であっても、一回の露光および現像工程により、上記複数の各種立体構造物が形成することができるものであればよい。
<4.2 Other Modifications>
In the above embodiment, a plurality of various three-dimensional structures are formed at the same time by photolithography processing on the
上記実施形態では、マルチギャップ部１７０上に形成される反射電極１７や、フォトスペーサ５１、コンタクトホール１６が所望の立体形状に形成されているが、その他の立体構造物、例えば液晶の配向方向を規定するための土手として機能する立体構造物や、液晶の配向方向の中心となるリベットと呼ばれる立体構造物を、同一のフォトリソグラフィ処理により形成してもよい。そうすれば、これらの立体構造物により表示装置の表示品質を向上させることができ、またこれらの立体構造物を別に形成する工程を省略することができる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態の液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板面に対して垂直方向から傾いた傾斜平面を有するフォトスペーサ５１やコンタクトホール１６、または曲面を有するマルチギャップ部１７０上に形成される反射電極１７を備えるが、これらの傾斜平面や曲面は、基板面に対して垂直な複数の平面と平行な複数の平面とにより、いわば階段状に形成されていもよい。このような構造は、微細に見れば階段状に形成されているとしても、全体として見れば傾斜平面や曲面としてよいし、反射電極１７の良好な散乱反射特性を有する面や、フォトスペーサ５１の表示部において目立ちにくい側面、またはコンタクトホール１６のステップカバレッジ性を向上させるテーパ面は、上記のような階段形状であっても実現することができるからである。
In the liquid crystal display device of the above embodiment, the reflective electrode formed on the
なお、上記実施形態における立体構造は、液晶表示装置だけでなく、２つの基板に間に有機ＥＬ（Organic Electro Luminescence）層が挟持される有機ＥＬ表示装置などにも使用することができる。 The three-dimensional structure in the above embodiment can be used not only for a liquid crystal display device but also for an organic EL display device in which an organic EL (Organic Electro Luminescence) layer is sandwiched between two substrates.
１０…液晶表示装置
１１…アクティブマトリクス基板
１２…ガラス基板
１５…画素電極
１６…コンタクトホール
１７…反射電極
１９…層間絶縁膜
２１…対向基板
３０…液晶層
５１…フォトスペーサ
６０…ハーフトーンマスク
６５…グレイトーンマスク
１７０…マルチギャップ部
１８１…ゲート電極
１８２…ソース電極
１８３…ドレイン電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第１の基板は、
画像を表示するための表示部において複数の映像信号線と複数の走査信号線との交差部にそれぞれ対応してマトリクス状に配置された複数の画素形成部および当該複数の画素形成部に設けられた複数の画素電極と、
表面の一部に前記複数の画素電極が形成されるとともに、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する傾斜平面また曲面を含む複数種類の立体構造がそれぞれ複数形成される、感光性の素材からなる絶縁層と
を含むことを特徴とする、アクティブマトリクス型表示装置。 An active matrix display device comprising: an electro-optic element that displays an image; and first and second substrates having planes that sandwich the electro-optic element,
The first substrate is
Provided in a plurality of pixel forming portions arranged in a matrix corresponding to the intersections of the plurality of video signal lines and the plurality of scanning signal lines in the display portion for displaying an image, and the plurality of pixel forming portions. A plurality of pixel electrodes,
The plurality of pixel electrodes are formed on a part of the surface, and a plurality of types of three-dimensional structures including inclined planes or curved surfaces having normal lines that are not parallel or perpendicular to the plane are formed. An active matrix display device comprising an insulating layer made of a material.
前記スペーサは、前記第２の基板と接するべき面よりも、前記第１の基板における前記平面との接線で囲まれた面の方が大きくなるように、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアクティブマトリクス型表示装置。 The insulating layer includes a plurality of spacers for maintaining a constant distance from the second substrate as one of the plurality of types in the three-dimensional structure,
The spacer is a method that is not parallel or perpendicular to the plane so that the surface of the first substrate surrounded by the tangent to the plane is larger than the surface to be in contact with the second substrate. 2. The active matrix display device according to claim 1, wherein a surface having lines is formed.
前記コンタクトホールは、前記第１の基板における前記平面との接線で囲まれた面である開口面よりも、底面の方が大きくなるように、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアクティブマトリクス型表示装置。 The insulating layer includes, as one of the plurality of types in the three-dimensional structure, a plurality of contact holes for connecting one of the plurality of pixel electrodes and a pixel formation portion corresponding to the pixel electrode,
The contact hole has a normal line that is not parallel or perpendicular to the plane so that a bottom surface is larger than an opening surface that is a surface surrounded by a tangent to the plane in the first substrate. The active matrix display device according to claim 1, wherein a surface is formed.
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、表面の少なくとも一部に外光を反射するための金属反射膜または当該金属反射膜に接する前記画素電極を形成されるマルチギャップ部を含み、
前記マルチギャップ部は、複数の曲面となるよう、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する面が形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のアクティブマトリクス型表示装置。 The electro-optic element is made of liquid crystal,
The insulating layer is a multi-layer formed with a metal reflective film for reflecting external light on at least a part of the surface or the pixel electrode in contact with the metal reflective film as one of the plurality of types in the three-dimensional structure. Including gaps,
4. The surface according to claim 1, wherein the multi-gap portion has a surface having a normal line that is not parallel or perpendicular to the plane so as to form a plurality of curved surfaces. The active matrix display device according to item.
前記絶縁層は、前記立体構造における前記複数種類のうちの１つとして、前記液晶の配向方向を規定するための構造物および前記配向方向の中心となる構造物のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のアクティブマトリクス型表示装置。 The electro-optic element is made of liquid crystal,
The insulating layer includes at least one of a structure for defining an alignment direction of the liquid crystal and a structure serving as a center of the alignment direction as one of the plurality of types in the three-dimensional structure. The active matrix display device according to any one of claims 2 to 4, wherein
前記第１の基板上に前記電気光学素子を駆動するための薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記第１の基板面に沿って平坦となるよう、感光性を有する絶縁層を形成する工程と、
光透過度を少なくとも複数段階変化させる半透過部を含む多階調マスクを用いて、前記平面に対して平行または垂直でない法線を有する傾斜平面または曲面を含む複数種類の立体構造を前記絶縁層に形成する露光・現像工程と、
前記第２の基板の対向する面に設けられる共通電極との間に電圧を印加しまたは電流を流すための画素電極を形成する工程と
を備え、
前記傾斜平面または曲面は、前記多階調マスクに含まれる半透過部の光透過度に応じて前記絶縁層の感光が進むことにより形成されることを特徴とする、アクティブマトリクス型表示装置の製造方法。 A method of manufacturing an active matrix display device comprising: an electro-optic element that displays an image; and first and second substrates having planes that sandwich the electro-optic element,
Forming a thin film transistor for driving the electro-optic element on the first substrate;
Forming a photosensitive insulating layer so as to be flat along the first substrate surface;
Using a multi-tone mask including a semi-transmission portion that changes at least a plurality of steps in light transmittance, a plurality of types of three-dimensional structures including inclined planes or curved surfaces having normal lines that are not parallel or perpendicular to the plane are provided in the insulating layer Exposure / development process to be formed on,
Forming a pixel electrode for applying a voltage or allowing a current to flow between a common electrode provided on an opposing surface of the second substrate,
The manufacturing method of an active matrix display device, wherein the inclined flat surface or the curved surface is formed by light exposure of the insulating layer in accordance with light transmittance of a semi-transmissive portion included in the multi-tone mask. Method.
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|---|---|---|---|---|
| US9377649B2 (en) | 2014-01-10 | 2016-06-28 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device and method of manufacturing the same |
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