JP2024049705A - アレイ基板の製造方法、アレイ基板、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面視で重畳する電極と遮光部との位置合わせ精度を向上する。【解決手段】アレイ基板２１の製造方法は、複数のスイッチング素子２３の上層側に遮光膜４２を成膜し、遮光膜４２の上に、画素ＰＸ間を行き交う光を遮るための複数の遮光部３２のレイアウトパターンに対応する第１レジストパターン６０を形成し、遮光膜４２を第１レジストパターン６０をマスクとしてエッチングしてパターニングし、複数の遮光部３２の上層側に透明電極膜４４を成膜し、透明電極膜４４の上に、開口２５Ｓを有し所定の基準電位が印加される共通電極２５のレイアウトパターンに対応する第２レジストパターン６１を形成し、透明電極膜４４を第２レジストパターン６１をマスクとして第１腐食剤によってエッチングして共通電極２５を形成し、パターニングされた遮光膜４２を共通電極２５をマスクとして第２腐食剤によってエッチングして、遮光膜４２のうち開口２５Ｓとの重畳部４２Ａを除去する。【選択図】図２０

Description

本明細書に記載の技術は、アレイ基板の製造方法、アレイ基板、及び表示装置に関する。

従来、液晶表示装置の主要部品である液晶パネルは、一対の基板間に液晶層を封入した構成をなしており、一方の基板（アレイ基板、アクティブマトリクス基板）には、マトリクス状に配置される画素電極、及びスイッチング素子が形成される。また他方の基板（ＣＦ基板、対向基板）には、カラーフィルタ、及び混色を防ぐための遮光部（ブラックマトリクス）が形成される。

このアレイ基板の画素電極と、ＣＦ基板のブラックマトリクスとの位置合わせの困難度は、液晶パネルが高精細化し、画素ピッチが小さくなるほど増大する。特許文献１には、この対処法として、ブラックマスク（遮光部）を画素電極に対してセルフアライメントな関係で、駆動基板（アレイ基板）に形成する方法が開示されている。

特許文献１に記載の遮光部の形成方法は、透明導電膜をレジストを介してエッチングすることで画素電極を形成する。次に、その上層に遮光膜を成膜することで、透明導電膜が除去された部分に遮光膜を埋め込む。そして、当該レジストを除去して、レジストと共にその上層の遮光膜の不要部分を除去することで、遮光部を形成する。このようにすれば、遮光部用のフォトマスク、ひいては画素電極用のフォトマスクと遮光部用のフォトマスクとの間の位置合わせが不要となる。また遮光部は、位置合わせする相手である画素電極をマスクとしてエッチングされるため、セルフアライメントな関係となり、位置合わせ精度を向上できるとされている。

特開平７－１２８６８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の遮光部の形成方法は、レジスト上に遮光膜を成膜するため、遮光膜の成膜に際して、真空引きが必要となるスパッタリング法やＣＶＤ（chemical vapor deposition）法を使用しにくい。また、遮光部が電極と平面視で重畳しない位置に形成される場合に適用可能であり、両者が重畳する位置関係にある場合には適用できない。例えば液晶分子を基板の主面方向（水平方向）を含む方向にスイッチングさせるＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In Plane Switching)モードの場合、アレイ基板には一般に、画素電極だけでなく、基準電位が印加される共通電極も形成される。この共通電極に対して、遮光部を平面視で重畳する位置に形成しつつ、共通電極と遮光部との位置合わせ精度を向上することは難しいのが実情である。例えばＦＦＳモードで作動する超高精細機種（例えば、１０００ppi超のヘッドマウントディスプレイ用液晶パネル）では、共通電極に対する遮光部の位置ズレが１μm生じた場合であっても、電界方位が乱れたり、遮光効率が低下して混色が生じ、ひいては表示品位が低下してしまう。

本願明細書に記載の技術は上記のような実情に基づいて完成されたものであって、平面視で重畳する電極と遮光部との位置合わせ精度を向上することを目的とする。

（１）本願明細書に記載の技術に関わるアレイ基板の製造方法は、複数の画素がマトリクス状に配列されたアレイ基板の製造方法であって、絶縁性基板の上層側に、前記複数の画素を構成する複数のスイッチング素子を形成し、前記複数のスイッチング素子の上層側に遮光膜を成膜し、前記遮光膜の上に、隣り合う前記画素の間を行き交う光を遮るための複数の遮光部のレイアウトパターンに対応する第１レジストパターンを形成し、前記遮光膜を前記第１レジストパターンをマスクとしてエッチングしてパターニングし、前記複数の遮光部の上層側に透明電極膜を成膜し、前記透明電極膜の上に、複数の開口を有し所定の基準電位が印加される共通電極のレイアウトパターンに対応する第２レジストパターンを形成し、前記透明電極膜を前記第２レジストパターンをマスクとして第１腐食剤によってエッチングして、前記共通電極を形成し、前記パターニングされた遮光膜を前記共通電極をマスクとして第２腐食剤によってエッチングして、前記パターニングされた遮光膜のうち前記複数の開口との重畳部を除去する。

（２）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）に加え、前記第１レジストパターンは、前記共通電極の前記複数の開口と重畳する拡張部を有していてもよい。

（３）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）または（２）に加え、前記重畳部は、平面に視て前記開口内に向かう突出部であってもよい。

（４）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）から（３）のいずれか１つに加え、前記第２レジストパターンは、前記重畳部を除去した後に剥離されてもよい。

（５）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（４）に加え、前記第１腐食剤は蓚酸を主成分とする薬液であり、前記第２腐食剤は燐酸、硝酸、及び酢酸を混合した薬液であってもよい。

（６）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）から（３）のいずれか１つに加え、前記第２レジストパターンは、前記透明電極膜をエッチングして前記共通電極を形成した後、前記重畳部を除去する前に剥離されてもよい。

（７）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（６）に加え、前記第１腐食剤は蓚酸を主成分とする薬液であり、前記第２腐食剤はオゾン水であってもよい。

（８）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（７）に加え、前記重畳部を除去した後、前記共通電極の上に絶縁膜が成膜されてもよい。

（９）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）から（８）のいずれか１つに加え、前記複数のスイッチング素子の上層側に、前記複数のスイッチング素子と接続される複数の画素電極をマトリクス状に形成し、前記遮光膜を前記複数の画素電極の上層側に成膜してもよい。

（１０）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１）から（９）のいずれか１つに加え、前記アレイ基板は、ヘッドマウントディスプレイに用いられる表示パネルのアレイ基板であってもよい。

（１１）また、上記アレイ基板の製造方法は、上記（１０）に加え、前記表示パネルは、液晶パネルであってもよい。

（１２）本願明細書に記載の技術に関わるアレイ基板は、絶縁性基板の上層側に設けられ、複数の画素を構成する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の上層側にマトリクス状に配列され、前記複数のスイッチング素子と接続される複数の画素電極と、前記複数の画素電極の上層側に設けられ、隣り合う前記画素の間を行き交う光を遮るための複数の遮光部と、前記複数の遮光部上に設けられ、複数の開口を有し、所定の基準電位が印加される共通電極と、を備え、前記複数の遮光部は、前記共通電極と重畳しており、前記絶縁性基板の主面方向について、前記複数の遮光部の外周縁部と、前記複数の開口の開口縁部との最短距離は０．００１μｍ以上、１μｍ未満である。

（１３）本願明細書に記載の技術に関わる表示装置は、上記（１２）のアレイ基板を有する表示パネルを備える、ヘッドマウントディスプレイ用の表示装置である。

（１４）また、上記表示装置は、上記（１３）に加え、前記表示パネルが液晶パネルであってもよい。

本願明細書に記載の技術によれば、平面視で重畳する電極と遮光部との位置合わせ精度を向上できる。

実施形態１に係るヘッドマウントディスプレイの使用状態を示す概略斜視図 ヘッドマウントディスプレイの液晶表示装置、レンズ部、及び使用者の眼球の光学的関係を示す概略側面図 液晶表示装置の概略平面図 アレイ基板の表示領域の等価回路図 ゲート配線、ソース配線、ＴＦＴ、及び画素電極（網掛状）のレイアウトパターンを示す平面図 図５に共通電極のレイアウトパターンを追加し、共通電極を網掛状に示す平面図 図５に第１遮光部のレイアウトパターンを追加し、第１遮光部を網掛状に示す平面図 図５に共通電極、第１遮光部、及び第２遮光部のレイアウトパターンを追加し、第２遮光部を網掛状に示す平面図 共通電極と近接する第２遮光部周辺を拡大した図８の拡大平面図 液晶パネルを図８のI－I線位置で切断した断面図 液晶パネルを図８のII－II線位置で切断した断面図 液晶パネルを図８のIII－III線位置で切断した断面図 第２遮光膜が成膜された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 第１レジストパターンが形成された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 第１レジストパターンの拡張部を示す平面図 第２遮光膜がパターニングされた状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） パターニングされた第２遮光膜の重畳部を示す平面図 第２透明電極膜が成膜された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 第２レジストパターンが形成された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 共通電極が形成された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） パターニングされた第２遮光膜の重畳部がエッチングされた状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 第２レジストパターンが剥離された状態を示す断面図（図９及び図１７のIV-IV線位置で切断したアレイ基板の製造工程） 比較例１に係るアレイ基板を示す断面図 比較例２に係るアレイ基板を示す断面図 評価実験１において撮影された電子顕微鏡写真（エッチング時間が２８秒の場合） 実施形態２に係るアレイ基板の製造工程において、第２レジストパターンが剥離された状態を示す断面図 実施形態２に係るアレイ基板の製造工程において、パターニングされた第２遮光膜の重畳部がエッチングされた状態を示す断面図 評価実験２において撮影された電子顕微鏡写真（エッチング時間が２７０秒の場合）

＜実施形態１＞
実施形態１に関わるアレイ基板２１の構成及び製造方法について、図１から図２５を参照して説明する。本実施形態では、アレイ基板２１を備える表示装置として、ゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ（HMD:Head-Mounted Display）１０ＨＭＤ用の液晶表示装置１０について例示する。なお、一部の図面にはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示しており、各軸方向が各図面で共通する方向となるように描かれている。また、Ｚ軸方向については、図の上側を表側とし、下側を裏側とする。

ヘッドマウントディスプレイ１０ＨＭＤは、図１に示すように、使用者の頭部１０ＨＤに装着される頭部装着器具１０ＨＭＤａを備える。頭部装着器具１０ＨＭＤａは、使用者の両方の眼を囲っている。

頭部装着器具１０ＨＭＤａには、図２に示すように、画像を表示する液晶表示装置１０と、液晶表示装置１０に表示された画像を使用者の眼球１０ＥＹに結像させるレンズ部１０ＲＥと、が内蔵されている。液晶表示装置１０は、液晶パネル（表示パネル）１１と、液晶パネル１１に光を照射する照明装置であるバックライト装置１２と、を備える。液晶パネル１１のうちの、レンズ部１０ＲＥ側の主面が、画像を表示する表示面１１ＤＳとされる。レンズ部１０ＲＥは、液晶表示装置１０と使用者の眼球１０ＥＹとの間に介在する。レンズ部１０ＲＥの焦点距離を調整することで、使用者は、眼球１０ＥＹの水晶体１０ＥＹａを介して網膜１０ＥＹｂに結像される像が、眼球１０ＥＹからの距離Ｌ２の位置に見かけ上存在する仮想ディスプレイ１０ＶＤに表示されている、と認識できる。この距離Ｌ２は、眼球１０ＥＹから液晶表示装置１０までの実際の距離Ｌ１よりも遙かに大きい。これにより、使用者は、液晶表示装置１０の画面サイズ（例えば０．数インチから数インチ程度）よりも遙かに大きな画面サイズ（例えば数十インチから数百インチ程度）の仮想ディスプレイ１０ＶＤに表示された虚像である拡大画像を視認することができる。

なお、頭部装着器具１０ＨＭＤａに液晶表示装置１０を１つ搭載し、その液晶表示装置１０に右目用画像と左目用画像とを表示させることが可能である。それ以外に、頭部装着器具１０ＨＭＤａに液晶表示装置１０を２つ搭載し、一方の液晶表示装置１０に右目用画像を、他方の液晶表示装置１０に左目用画像を、それぞれ表示させることも可能である。

液晶パネル１１には、図３に示すように、表示駆動を行うためのドライバ１３と、フレキシブル基板１４と、が実装されている。フレキシブル基板１４には、ドライバ１３に対して各種入力信号を外部から供給する制御回路基板（信号供給源）１５が接続されている。バックライト装置１２の構成は、既知の通りであり、例えば、ＬＥＤなどの光源や光源からの光に光学作用を付与することで面状の光に変換する光学部材などを有する。

液晶パネル１１の主面のうちの中央側部分は、図３に示すように、画像を表示可能な表示領域（アクティブエリア）ＡＡとされる。液晶パネル１１の主面のうちの表示領域ＡＡを取り囲む外周側部分は、平面に視て枠状をなす非表示領域（ノンアクティブエリア）ＮＡＡとされる。なお、図３では、一点鎖線が表示領域ＡＡの外形を表しており、当該一点鎖線よりも外側の領域が非表示領域ＮＡＡとなっている。液晶パネル１１は、一対の基板２０，２１を貼り合わせてなる。一対の基板２０，２１のうち、表側の基板が、対向基板（ＣＦ基板）２０とされ、裏側の基板が、アレイ基板（アクティブマトリクス基板）２１とされる。対向基板２０及びアレイ基板２１は、それぞれほぼ透明なガラス基板（絶縁性基板）２０ＧＳ，２１ＧＳを有しており、各ガラス基板２０ＧＳ，２１ＧＳの内面側に各種の膜が積層形成された構造を有する。なお、両基板２０，２１の外面側には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。

アレイ基板２１の表示領域ＡＡには、図４に示すように、格子状をなす複数本ずつのゲート配線（走査配線）２６及びソース配線（画像配線）２７が配されている。ゲート配線２６及びソース配線２７の交差部位付近には、ＴＦＴ（スイッチング素子、薄膜トランジスタ）２３が１つずつ設けられている。ゲート配線２６は、表示領域ＡＡを横断する形でＸ軸方向に沿って延在し、各ＴＦＴ２３のゲート電極２３Ｇに接続される。ソース配線２７は、表示領域ＡＡを縦断する形でＹ軸方向に沿って延在し、各ＴＦＴ２３のソース電極２３Ｇに接続される。ＴＦＴ２３は、ソース電極２３Ｓとドレイン電極２３Ｄとに接続され、チャネルが形成される半導体部２３Ｃを有する。

画素電極２４は、ＴＦＴ２３のドレイン電極２３Ｄに接続されている。ＴＦＴ２３がゲート配線２６に供給される走査信号に基づいて駆動されると、画素電極２４は、ソース配線２７に供給される画像信号（データ信号）に基づいた電位に充電される。ＴＦＴ２３及び画素電極２４は、複数ずつマトリクス状（行列状）に平面配置される。共通電極２５には、所定の基準電位（共通電位）が印加される。

続いて、アレイ基板２１の表示領域ＡＡの平面レイアウトパターンについて、図５から図９を参照して説明する。画素電極２４は、図５に示すように、Ｙ軸方向に間隔を空けた２つのゲート配線２６と、Ｘ軸方向に間隔を空けた２つのソース配線２７と、により囲まれた領域に配置されている。画素電極２４は、この領域の平面形状に合わせて、平面に視て縦長の方形状をなしている。ソース配線２７は、部分的に拡幅され、その拡幅部分がＴＦＴ２３のソース電極２３Ｓを構成している。ゲート配線２６のうち隣り合うソース配線２７間の中央部分は、ゲート電極２３Ｇを兼ねている。ドレイン電極２３Ｄは、画素電極２４と重畳し、ゲート電極２３と近い位置（図５における画素電極２４の下部）に設けられている。また、画素電極２４とドレイン電極２３Ｄとは、コンタクトホールによって層間接続されている（図１１参照）。半導体部２３Ｃは、一端部がソース電極２３Ｓに接続され、他端部がドレイン電極２３Ｄに接続されるように設けられている。半導体部２３Ｃは、ソース電極２３Ｓからドレイン電極２３Ｄに至る過程でゲート電極２３Ｇと重畳するように、略Ｊ字状に屈曲している。

共通電極２５は、少なくとも表示領域ＡＡのほぼ全域に形成されている。共通電極２５は、図６に示すように、全ての画素電極２４と重畳しており、各画素電極２４と重畳する部分に１つずつ開口２５Ｓを有する。各開口２５Ｓは、縦長状をなし、Ｙ軸方向に対して傾斜する方向に沿って延在している。開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１の大部分は、画素電極２４と重畳している。画素電極２４が充電されると、画素電極２４と共通電極２５の開口縁部２５Ｓ１との間には、アレイ基板２１の主面に沿う成分に加えて、アレイ基板２１の主面に対する法線方向の成分を含むフリンジ電界（斜め電界）が生じる。このフリンジ電界によって、液晶層２２に含まれる液晶分子の配向状態が制御される。つまり、本実施形態に係る液晶パネル１１は、動作モードがＦＦＳモードの一種とされる。

アレイ基板２１の表示領域ＡＡには、複数の第１遮光部３１、及び複数の第２遮光部３２が設けられている。第１遮光部３１は、図７に示すように、ゲート配線２６より幅広にＸ軸方向に沿って延在している。第１遮光部３１は、半導体部２３Ｃの大部分に対して重畳している。第１遮光部３１は、後述するように半導体部２３Ｃに対して下層側に配置され（図１０から図１２）、バックライト装置１２から照射される光を遮る。これにより、半導体部２３Ｃに光が照射された場合に生じ得るＴＦＴ２３の特性の変動を抑制できる。また第１遮光部３１は、対向基板２０の後述するスペーサ５０と重畳する部分に、スペーサ５０の大きさに合わせて円形状に膨出する膨出部３１Ａを有する。膨出部３１Ａは、スペーサ５０及びその周辺領域を遮光して、スペーサ５０を外部から視認されにくくするためのスペーサ遮光部としての機能も担っている。

第２遮光部３２は、図８に示すように、Ｙ軸方向に間隔を空けた２つの第１遮光部３１間を跨ぐように、Ｙ軸方向に沿う縦長状をなしている。第２遮光部３２は、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に間隔を空けて複数設けられている。第２遮光部３２は、ソース配線２７に対して重畳し、ソース配線２７に比べて幅広に形成されている。第２遮光部３２は、異なる色を呈する画素ＰＸ間を行き交う光を遮ぎることで、当該画素ＰＸ間に生じる混色を抑制している。第２遮光部３２は、遮光効率を向上するために、アレイ基板２１のできるだけ上層（対向基板２０に近い位置）に配置されることが好ましい。本実施形態に係る第２遮光部３２は、ＴＦＴ２３及び画素電極２４の上層側に設けられる共通電極２５の直下に配置されている（図１２）。

第２遮光部３２は、共通電極２５の隣り合う２つの開口２５Ｓの間に形成され、開口２５Ｓとは重畳していない。すなわち第２遮光部３２は、開口２５Ｓと重畳せず、共通電極２５の開口２５Ｓ以外の部分と重畳している。第２遮光部３２の外周縁部３２Ａのうち、開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１と近接する部分（図８において一点鎖線で囲んだ部分）は、後述する製造方法によって、開口２５Ｓ内に突出しないように高精度に位置合わせされている。より詳しくは、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口縁部２５Ｓ１とは略一致するように位置合わせされている。微視的には、両者のＸ－Ｙ面（ガラス基板２１ＧＳの主面方向）についての最短距離Ｌ３（図２４参照）は、少なくとも１μm未満となるように位置合わせされている。後述する評価実験１に示すように、当該最短距離Ｌ３は、製造方法に用いる材料等を調整することで０．１μm未満にすることが可能である。理論上は、当該最短距離Ｌ３は０μmとすることが可能であるが、実際には０．００１μm以上、０．１μm未満に調整可能である。

次に、液晶パネル１１の断面構成について図１０から図１２を参照して説明する。液晶パネル１１は、一対の基板２０，２１間に配されて電界印加に伴って光学特性が変化する物質である液晶分子を含む液晶層２２を有する。基板２０，２１間には液晶層２２を貫く形で柱状のスペーサ（フォトスペーサ）５０が設けられている。スペーサによって基板２０，２１間の間隔、すなわちセルギャップが面内にわたって一定に保持されている。

対向基板２０の表示領域ＡＡには、図１０から図１２に示すように、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）及び赤色（Ｒ）を呈する３色のカラーフィルタ２８が設けられている。異なる色のカラーフィルタ２８は、ソース配線２７の延在方向（Ｙ軸方向）に沿って延在し、ゲート配線２６の延在方向（Ｘ軸方向）に隣り合うよう並んで配置されている。カラーフィルタ２８は、アレイ基板２１側の各画素電極２４と平面に視て重畳し、その境界（色境界）はソース配線２７と重畳している。Ｘ軸方向に沿って並ぶＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ２８と、各カラーフィルタ２８と対向する３つの画素電極２４と、が液晶パネル１１の３色の画素ＰＸを構成している。そして、この３色の画素ＰＸによって所定の階調のカラー表示を可能な表示画素が構成されている。

本実施形態に係る液晶パネル１１は、上記したヘッドマウントディスプレイ１０ＨＭＤに用いられるものであることから、極めて高い精細度となっており、液晶パネル１１の画素密度は、例えば１２００ppi程度とされる。またＸ軸方向についての画素ＰＸの配列ピッチは、例えば７μm程度とされる。Ｙ軸方向についての画素ＰＸの配列ピッチは、例えばＸ軸方向の配列ピッチの３倍程度とされる。

対向基板２０には、バックライト装置１２から照射される光等を遮るために、遮光部であるブラックマトリクス２９が形成されている。ブラックマトリクス２９は、図１０に示すように、異なる色を呈する複数のカラーフィルタ２８を仕切るように設けられる。ブラックマトリクス２９は、遮光性を有する遮光性材料（例えばアクリルやポリイミドなどの感光性樹脂材料にカーボンブラックなどの顔料を含有させた材料等）からなる。ブラックマトリクス２９は、少なくともＹ軸方向に沿ってほぼ直線状に延在しており、異なる色のカラーフィルタ２８を挟むよう間隔を空けて複数設けられている。ブラックマトリクス２９は、アレイ基板２１のソース配線２７と重畳配置されている。ブラックマトリクス２９は、第２遮光部３２、及び遮光性を有する金属製のソース配線２７と共に、異なる色を呈する画素ＰＸ間に生じ得る混色を抑制する。また、カラーフィルタ２８の上層側（液晶層２２側）には、オーバーコート膜３０が設けられている。さらに両基板２０，２１のうち、液晶層２２に接する最内面（最上層）には、液晶層２２に含まれる液晶分子を配向させるための配向膜がそれぞれ形成されているものとされる。

アレイ基板２１には、図１０から図１２に示すように、下層側（ガラス基板２１ＧＳ側）から順に、第１遮光膜からなる第１遮光部３１、ベースコート膜３５、半導体膜からなる半導体部２３Ｃ、ゲート絶縁膜３６、ゲート金属膜からなるゲート電極２３Ｇ、及びゲート配線２６、第１層間絶縁膜３７、ソース金属膜からなるソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、及びソース配線２７、第２層間絶縁膜３８、平坦化膜３９、第１透明電極膜からなる画素電極２４、バンプ膜４０、第３層間絶縁膜４１、第２遮光膜４２からなる第２遮光部３２、第２透明電極膜４４からなる共通電極２５、並びに保護絶縁膜４５が積層形成されている。

第１遮光部３１は、ガラス基板２１ＧＳ上に成膜された第１遮光膜からなる。半導体部２３Ｃは、第１遮光部３１の上層側にベースコート膜３５を介して形成されている。ベースコート膜３５によって、第１遮光部３１と半導体部２３Ｃとが絶縁されている。半導体部２３Ｃは、半導体膜からなる。ゲート電極２３Ｇ、及びゲート配線２６は、ゲート金属膜からなる。ゲート金属膜は、半導体部２３Ｃの上層側にゲート絶縁膜３６を介して形成されている。ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、及びソース配線２７は、ソース金属膜からなる。ソース金属膜は、ゲート金属膜の上層側に第１層間絶縁膜３７を介して形成されている。従ってＴＦＴ２３は、トップゲート型のＴＦＴである。

画素電極２４は、ソース金属膜の上層側に、絶縁膜（第２層間絶縁膜３８、及び平坦化膜３９）を介して形成されている。画素電極２４は、第１透明電極膜からなる。画素電極２４の上には、絶縁膜であるバンプ膜４０が形成されている。バンプ膜４０は、コンタクトホール内を充填すると共に、対向基板２０に形成されたスペーサ５０を受けるようにＺ軸方向に突出している。バンプ膜４０は、ゲート配線２６よりも広い幅でＸ軸方向に沿って延在し、スペーサ５０との重畳位置では、スペーサ５０を受けるようにさらに拡幅されている。バンプ膜４０の平面形状は、大まかには第１遮光部３１に倣っている。

バンプ膜４０の上には、第３層間絶縁膜４１が形成されている。第３層間絶縁膜４１の上には、第２遮光膜４２からなる第２遮光部３２が形成されている。第３層間絶縁膜４１によって、画素電極２４と第２遮光部３２との間、及び画素電極２４と共通電極２５との間が絶縁されている。第２遮光部３２の上には、第２透明電極膜４４からなる共通電極２５が形成されている。共通電極２５の上には、保護絶縁膜４５が形成されている。

上記した第１遮光膜、及び第２遮光膜４２は、例えばモリブデン（Mo）とタングステン（W）の合金金属材料からなる。第１遮光膜及び第２遮光膜４２の材料は、同一であっても、異なっていても構わない。ベースコート膜３５、ゲート絶縁膜３６、第１層間絶縁膜３７、第２層間絶縁膜３８、第３層間絶縁膜４１、及び保護絶縁膜４５は、酸化シリコン（SiOx）、酸窒化シリコン（SiON）、窒化シリコン（SiNx）等の単層又はその積層である透明な無機絶縁材料からなる。平坦化膜３９、及びバンプ膜４０は、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ等）やポリイミド樹脂等の透明な有機絶縁材料からなる。なお、有機絶縁材料からなる各膜は、無機絶縁材料からなる各膜よりも膜厚が大きいのが通常である。半導体膜は、例えばアモルファスシリコン薄膜に金属材料を添加した多結晶シリコン薄膜からなる。ゲート金属膜及びソース金属膜は、銅（Cu）等の金属、合金の単層膜又はこれらの積層膜からなる。ゲート金属膜及びソース金属膜の材料は、同一であっても、異なっていても構わない。第１透明電極膜、及び第２透明電極膜４４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明電極材料からなる。

続いて、アレイ基板２１の製造方法について説明する。ガラス基板２１ＧＳ上に、上記した積層順で第１遮光部３１から第３層間絶縁膜４１までを形成する工程は、既知のフォトリソグラフィー法と同じ製造工程を適宜用いることができる。以下では、第３層間絶縁膜４１の形成後の製造工程について、図１３から図２２を参照して詳しく説明する。

第３層間絶縁膜４１の形成後、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いて第２遮光膜４２を成膜する（図１３、第２遮光膜４２の成膜工程Ｓ１）。成膜した第２遮光膜４２の上に第１レジスト膜を塗布、露光、及び現像して、第１レジストパターン６０を形成する（図１４、第１レジストパターン６０の形成工程Ｓ２）。第１レジストパターン６０は、第２遮光部３２のレイアウトパターンに対応しつつ、その一部に拡張部６０Ａを有する。拡張部６０Ａは、図１５に示すように、開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１と近接する部分に設けられ、第２遮光部３２のレイアウトパターン（図８）より僅かに大きくなるように形成される部分である。既述したように、第２遮光部３２は、共通電極２５の開口２５Ｓ内に突出せず、開口２５Ｓと重畳しない平面形状を有するが、拡張部６０Ａは、後工程（共通電極の形成工程Ｓ６）で形成される開口２５Ｓ内に突出し、開口２５Ｓと重畳するものとなる。なお、第１レジスト膜の露光時に用いられるフォトマスクの形状は、第１レジストパターン６０が拡張部６０Ａを含むように設計されているものとされる。

第１レジストパターンの形成工程Ｓ２の後、第１レジストパターン６０をマスクとして第２遮光膜４２をエッチングする。エッチングによって第２遮光膜４２がパターニングされる（図１６、第２遮光膜４２のパターニング工程Ｓ３）。この際のエッチングに用いられる腐食剤は、特に限定されない。パターニングした遮光膜４２は、第２遮光部３２のレイアウトパターンに対応しつつ、その一部には、第１レジストパターン６０の拡張部６０Ａに覆われて残存する部分４２Ａが含まれる。この残存部分４２Ａは、図１７に示すように、後工程（共通電極２５の形成工程Ｓ６）で形成される共通電極２５の開口２５Ｓと重畳する重畳部４２Ａとなる。なお本実施形態では、重畳部４２Ａは、平面に視て庇状に開口２５Ｓ内に突出しているが、その形状は限定されない。

第２遮光膜のパターニング工程Ｓ３の後、第１レジストパターン６０を剥離（除去）する。剥離後、パターニングした第２遮光膜４２の上に、第２透明電極膜４４を成膜する（図１８、第２透明電極膜の成膜工程Ｓ４）。成膜した第２透明電極膜４４の上に第２レジスト膜を塗布、露光、及び現像して、第２レジストパターン６１を形成する（図１９、第２レジストパターン６１の形成工程Ｓ５）。第２レジストパターン６１は、共通電極２５のレイアウトパターンに対応している。次に、第２レジストパターン６１をマスクとして第２透明電極膜４４を第１腐食剤によってエッチングして、開口２５Ｓを有する共通電極２５を形成する（図２０、共通電極２５の形成工程Ｓ６）。第１腐食剤には、例えば蓚酸を主成分とする蓚酸系薬液が用いられる。

共通電極の形成工程Ｓ６の後、形成した共通電極２５をマスクとして、パターニングされた第２遮光膜４２を第２腐食剤によってエッチングする。エッチングによって、パターニングされた第２遮光膜４２のうち、共通電極２５の開口２５Ｓと重畳する重畳部４２Ａのみが選択的に除去される（図２１、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７）。これにより、第２遮光部３２は、図８及び図９に示す平面形状となり、第２遮光部３２は、開口２５Ｓと確実に重畳しないように位置合わせされたものとなる。第２腐食剤には、第１腐食剤とは異なる腐食剤であって、共通電極２５に比べて、第２遮光膜４２をより選択的にエッチングできる腐食剤（第２遮光膜４２の腐食速度が、第２透明電極膜４４の腐食速度よりも大きい腐食剤）が用いられる。第２腐食剤には、例えば燐酸、硝酸、及び酢酸を混合したＰＡＮ系薬液が用いられる。

重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７の後、第２レジストパターン６１を剥離する（図２２、第２レジストパターン６１の剥離工程Ｓ８）。その後、共通電極２５の上に、保護絶縁膜４５を形成する。保護絶縁膜４５の形成には、既知のフォトリソグラフィー法と同じ製造工程を適宜用いることができる。

続いて、上記したアレイ基板２１の製造方法の作用効果について説明する。第２遮光膜４２は、第２遮光膜４２のパターニング工程Ｓ３において、共通電極２５の開口２５Ｓとの重畳部４２Ａを有するようにパターニングされる（図１６）。この重畳部４２Ａは、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７において、共通電極２５をマスクとしてエッチングされることで除去される（図２１）。このように予め第２遮光膜４２に重畳部４２Ａを形成し、後工程で位置合わせする相手である共通電極２５をマスクとして重畳部４２Ａを除去すれば、共通電極２５の開口２５Ｓと、第２遮光部３２とはいわゆるセルフアライメントな関係となる。これにより、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａのうち、開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１と近接する部分（図８において一点鎖線で囲んだ部分）は、開口２５Ｓ内に突出しないように高精度に位置合わせされたものとなる。

仮に重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７が行われない場合、図２２に示す比較例１に係るアレイ基板８２１のように、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａは、開口２５Ｓ内に突き出てしまう。すなわち、第２遮光部３２は、開口２５Ｓと重畳する部分を含んでしまう。この場合、共通電極２５の開口縁部２５Ｓ１と、画素電極２４との間に生じる電界方位が乱れてしまう。その結果、液晶層２２に含まれる液晶分子の光学特性は設計通りに変化しなくなり、表示品位の低下を招く。

そこで、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａが、開口２５Ｓ内に突き出ないように形成しようとすると、仮に重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を行わない場合、図２４に示す比較例２に係るアレイ基板９２１に示すように、外周縁部３２Ａと開口縁部２５Ｓ１との最短距離Ｌ３が１μｍ以上と大きくなり過ぎてしまうことがある。これは製造バラつきによって、第１レジストパターン６０と第２レジストパターン６１との間には、Ｘ－Ｙ面方向について０．５μmから１．０μm程度の位置ズレが生じることに起因する。当該最短距離Ｌ３が１μｍ以上と大きくなり過ぎると、第２遮光部３２の遮光効率が低下し、混色が生じてしまう。

その点、本実施形態では、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７によって、外周縁部３２Ａと開口縁部２５Ｓ１との最短距離Ｌ３を少なくとも１μm未満にできる。当該最短距離Ｌ３は、製造方法に用いる材料等を調整することで、後述する評価実験１に示すように０．１μｍ未満にすることも可能である。

また、上記した第１レジストパターン６０の形成工程Ｓ２において、第１レジストパターン６０は、共通電極２５の開口２５Ｓと重畳する拡張部６０Ａを有するように形成される。これにより、第２遮光膜４２のパターニング工程Ｓ３において、第２遮光膜４２が確実に重畳部４２Ａを含んだ形でパターニングされるようになる。

また、第２遮光膜４２の重畳部４２Ａは、図１７に示すように、平面に視て開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１から開口２５Ｓ内に向かって突き出る突出部である。このようにすれば、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７において、重畳部４２Ａを短時間で除去できる。

また、第２遮光膜４２の成膜工程Ｓ１において、第２遮光膜４２は、特許文献１のようにレジスト膜が残存した状態で成膜されることがない。このため、第２遮光膜４２の成膜に際して、真空引きが必要となるスパッタリング法やＣＶＤ法を使用しても懸念が生じることはない。

＜評価実験１＞
上記したアレイ基板２１の製造方法による位置合わせ精度を評価するため、評価実験１を行った。評価実験１では、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を行った後に、電子顕微鏡写真を撮影して、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１との最短距離Ｌ３を計測した。

＜条件＞
・第２透明電極膜４４（共通電極２５）の材料、膜厚：ＩＴＯ、７０nm
・第２遮光膜４２（第２遮光部３２）の材料、膜厚：MoとWの合金金属、５０nm
・第３層間絶縁膜４１の材料、膜厚：SiNx、８０nm
・第１透明電極膜（画素電極２４）の材料、膜厚：ＩＺＯ、７５nm
・平坦化膜３９の材料、膜厚：有機絶縁材料、２０００nm
・第１腐食剤：蓚酸系薬液
・第２腐食剤：ＰＡＮ系薬液
・エッチング装置：枚葉式ウエットエッチング装置
・重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７におけるエッチング時間：２８秒、３２秒、又は３６秒

評価実験１の結果について説明する。重畳部４２Ａは、図２５に示すように、使用したエッチング装置においてエッチング時間として設定可能な最短時間である２８秒において、適切に除去されていることが確認された。この場合の第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１との最短距離Ｌ３は、約０．０８μmと非常に小さいことが測定された。またエッチング時間を３２秒に長くすると、当該最短距離Ｌ３は約０．０５μmと減少することが確認された。一方で、エッチング時間を３６秒にさらに長くしても、当該最短距離Ｌ３は約０．０５μmのまま維持されることが確認された。従って、エッチング時間が所定の閾値以上（例えば、評価実験１における３２秒以上）になると、エッチング進度は飽和し、当該最短距離Ｌ３が一定値に安定することが確認できた。重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７において、エッチング時間を所定の閾値以上に設定することで、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１とは、非常に高精度に位置合わせすることができる。

＜実施形態２＞
実施形態２に係るアレイ基板２１の製造方法について、図２６から図２８を参照して説明する。本実施形態に係る製造工程は、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７、及び第２レジストパターン６１の剥離工程Ｓ８の順番、並びに第２腐食剤の種類が実施形態１と異なる。実施形態１と同様の構成、及び作用効果についての重複説明は省略する。

本実施形態では、共通電極の形成工程Ｓ６の後、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を行う前に、第２レジストパターン６１の剥離工程Ｓ８を実行する（図２６）。そして、第２レジストパターン６１の剥離後、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を実行する（図２７）。当該工程Ｓ７においては、第２腐食剤としてオゾン水を用いる。その後、共通電極２５の上に、保護絶縁膜４５を形成する。

第２腐食剤としてオゾン水を用いると、第２遮光膜４２がMo系金属材料からなる場合、第２遮光膜４２を酸化エッチング可能となる。酸化エッチングによれば、共通電極２５をエッチングせずに、第２遮光膜４２の重畳部４２Ａをより確実に選択エッチングできる。このため、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を行う前に、第２レジストパターン６１を剥離しても支障が生じることはない。

このようにすれば、保護絶縁膜４５を成膜する際に、通常前処理として行われるオゾン水洗浄処理によって、重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を実行できるようになる。その結果、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１とを、高精度に位置合わせするにあたって、追加で必要となる工程をなくすことができる。

＜評価実験２＞
上記したアレイ基板２１の製造方法による位置合わせ精度を評価するため、評価実験２を行った。評価実験２では、オゾン水によって重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７を行った後に、純水洗浄（２０秒程度）、スピン乾燥（４０秒程度）を順に行い、電子顕微鏡写真を撮影した。評価実験２において、評価実験１と重複する説明は省略する。

＜条件＞
・第２腐食剤：オゾン水（オゾン濃度 ２０ppm）
・エッチング装置：スピン洗浄装置
・重畳部４２Ａのエッチング工程Ｓ７におけるエッチング時間：１８０秒、２７０秒、又は３６０秒

評価実験２の結果について説明する。重畳部４２Ａは、図２８に示すように、エッチング時間２７０秒において、適切に除去されていることが確認された。この場合の第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口２５Ｓの開口縁部２５Ｓ１との最短距離Ｌ３は、約０．１９μmと小さいことが測定された。エッチング時間を３６０秒と長くすると、第２遮光膜４２の選択エッチングが進むため、当該最短距離Ｌ３は約０．３１μmに増大することが確認された。一方で、エッチング時間が１８０秒では、重畳部４２Ａは完全に除去されず残存してしまうことが確認された。従って、実施形態２では、実施形態１に比べてエッチング速度が遅く、当該最短距離Ｌ３を所望の値に制御しやすいことが確認できた。これにより、第２遮光部３２の外周縁部３２Ａと、共通電極２５の開口縁部２５Ｓ１とは、非常に高精度に位置合わせすることができる。

＜他の実施形態＞
本願明細書に記載の技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）アレイ基板２１の層構成、及び各層の平面レイアウトパターンは、図示したものに限られない。例えば、ＴＦＴ２３はトップデート型やデュアルゲート型のＴＦＴであっても構わない。

（２）本願明細書に記載の技術は、液晶パネル１１以外の表示パネルにも適用可能である。例えば２つの基板２０,２１間に液晶層２２以外の機能性有機分子（媒質層）を挟持した表示パネル等にも適用できる。

１０…液晶表示装置（表示装置）、１０ＨＭＤ…ヘッドマウントディスプレイ、１１…液晶パネル（表示パネル）、２１…アレイ基板、２１ＧＳ…ガラス基板（絶縁性基板）、２３…ＴＦＴ（スイッチング素子）、２４…画素電極、２５…共通電極、３２…第２遮光部（遮光部）、３２Ｓ…開口、３２Ｓ１…開口縁部、４２…第２遮光膜（遮光膜）、４２Ａ…重畳部、４４…第２透明電極膜（透明電極膜）、４５…保護絶縁膜（絶縁膜）、６０…第１レジストパターン、６０Ａ…拡張部、６１…第２レジストパターン、ＰＸ…画素

Claims (14)

1. 複数の画素がマトリクス状に配列されたアレイ基板の製造方法であって、
   絶縁性基板の上層側に、前記複数の画素を構成する複数のスイッチング素子を形成し、
   前記複数のスイッチング素子の上層側に遮光膜を成膜し、
   前記遮光膜の上に、隣り合う前記画素の間を行き交う光を遮るための複数の遮光部のレイアウトパターンに対応する第１レジストパターンを形成し、
   前記遮光膜を前記第１レジストパターンをマスクとしてエッチングしてパターニングし、
   前記複数の遮光部の上層側に透明電極膜を成膜し、
   前記透明電極膜の上に、複数の開口を有し所定の基準電位が印加される共通電極のレイアウトパターンに対応する第２レジストパターンを形成し、
   前記透明電極膜を前記第２レジストパターンをマスクとして第１腐食剤によってエッチングして、前記共通電極を形成し、
   前記パターニングされた遮光膜を前記共通電極をマスクとして第２腐食剤によってエッチングして、前記パターニングされた遮光膜のうち前記複数の開口との重畳部を除去するアレイ基板の製造方法。
2. 前記第１レジストパターンは、前記共通電極の前記複数の開口と重畳する拡張部を有する請求項１に記載のアレイ基板の製造方法。
3. 前記重畳部は、平面に視て前記開口内に向かう突出部である請求項１または請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
4. 前記第２レジストパターンは、前記重畳部を除去した後に剥離される請求項１または請求項２記載のアレイ基板の製造方法。
5. 前記第１腐食剤は蓚酸を主成分とする薬液であり、前記第２腐食剤は燐酸、硝酸、及び酢酸を混合した薬液である請求項４に記載のアレイ基板の製造方法。
6. 前記第２レジストパターンは、前記透明電極膜をエッチングして前記共通電極を形成した後、前記重畳部を除去する前に剥離される請求項１または請求項２記載のアレイ基板の製造方法。
7. 前記第１腐食剤は蓚酸を主成分とする薬液であり、前記第２腐食剤はオゾン水である請求項６に記載のアレイ基板の製造方法。
8. 前記重畳部を除去した後、前記共通電極の上に絶縁膜が成膜される請求項７に記載のアレイ基板の製造方法。
9. 前記複数のスイッチング素子の上層側に、前記複数のスイッチング素子と接続される複数の画素電極をマトリクス状に形成し、
   前記遮光膜を前記複数の画素電極の上層側に成膜する請求項１または請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
10. 前記アレイ基板は、ヘッドマウントディスプレイに用いられる表示パネルのアレイ基板である請求項１または請求項２に記載のアレイ基板の製造方法。
11. 前記表示パネルは、液晶パネルである請求項１０に記載のアレイ基板の製造方法。
12. 絶縁性基板の上層側に設けられ、複数の画素を構成する複数のスイッチング素子と、
    前記複数のスイッチング素子の上層側にマトリクス状に配列され、前記複数のスイッチング素子と接続される複数の画素電極と、
    前記複数の画素電極の上層側に設けられ、隣り合う前記画素の間を行き交う光を遮るための複数の遮光部と、
    前記複数の遮光部上に設けられ、複数の開口を有し、所定の基準電位が印加される共通電極と、を備え、
    前記複数の遮光部は、前記共通電極と重畳しており、
    前記複数の遮光部の外周縁部と、前記複数の開口の開口縁部との最短距離は、前記絶縁性基板の主面方向について０．００１μｍ以上、１μｍ未満であるアレイ基板。
13. 請求項１２に記載のアレイ基板を有する表示パネルを備える、ヘッドマウントディスプレイ用の表示装置。
14. 前記表示パネルは液晶パネルである請求項１３に記載の表示装置。

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