JP4538111B2 - カラー液晶表示装置製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関係し、特に画素電極部に着色層を有するカラー液晶表示装置の製造方法に関係する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の製造において、ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、ＲＤ ｖ４１ ｎ４０９ ０５−９８ ａｒｔｉｃｌｅ ４０９９１における、Ｔｓｕｊｉｍｕｒａ他による「Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ」において、ＴＦＴアレイ構造上に透明画素電極、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）電極を、ネガレジストを使用して裏面露光を行なうことによって形成する方法が開示されている。図１ａないし１ｄは、この既知の裏面露光方法によってＩＴＯ電極を形成する工程を図式的に示す断面図である。まず、ガラスよりなる透明基板上１に、ゲート電極２をパターニング形成し、ゲート絶縁膜３、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜４およびエッチング保護膜５を各々成膜し、前記エッチング保護膜５をパターニング形成し、ｎ＋ａ−Ｓｉ膜およびソースおよびドレイン電極膜を成膜し、ソースおよびドレイン電極６および７とデータ線８とをパターンニング形成し、前記ｎ＋ａ−Ｓｉ膜をエッチングして、図１ａに示すように透明電極１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造およびデータ線が形成された構造を得る。次に、図１ｂに示すように、図１ａの構造上に層間ポリマ樹脂を塗布し、露光し、現像し、ベークして層間ポリマ樹脂層９を形成し、この上にＩＴＯ導電膜１０を全面形成し、この上にネガレジスト１１を塗布する。次に、透明電極１の裏面から例えば超高圧水銀灯を光源としてネガレジスト１１を露光する。このとき、不透明な金属であるゲート線２およびデータ線８をフォトマスクとして使用する。次にネガレジスト１１を現像およびベークすると、図１ｃに示すように、ネガレジスト１１の露光された部分１１′のみが残る。この部分１１′は、裏面露光時の光の回折により、フォトマスクとして使用したゲート線およびデータ線と一部オーバラップしている。次に、硝酸および塩酸の混合液でＩＴＯ導電膜１０をエッチングし、ネガレジスト１１′を剥離すると、図１ｄに示すようにＩＴＯ電極１０′が得られる。
【０００３】
このような裏面露光方法によれば、裏面露光時の光の回折によって生じる、ＩＴＯ電極とデータ線とのオーバラップ長を均等にすることができるため、ＩＴＯ電極−データ線間の容量を均等にすることができ、縦クロストークによる表示品質の劣化が起こらなくなる。また、ステッパ露光において生じる面継ぎの問題が無いためポリマを薄くすることが可能であり、プロセスが容易になる。さらに、ＩＴＯ電極がデータライン線にオーバラップしているのでＩＴＯ電極上の液晶分子に横向きの電界がかからず、ディスクリネーション線がデータ線上のみにとどまるため、隠す必要が無くなる。このために開口率が上昇する。
【０００４】
このような裏面露光方法をいわゆるＣＦＡ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ ｏｎＡｒｒａｙ）構造に用いる場合、図２ａに示すように着色層としてポリマ樹脂層の下部に例えば顔料分散型の赤、緑および青の各色のカラーレジスト層を埋め込む方法が、パネルの信頼性上有利である。
【０００５】
超高圧水銀灯の光を用いて裏面露光する場合、各色画素上のネガレジストの露光量は次式のように表わされる。
Ｄｏｓｅ_ｒｅｄ＝ｔ∫Ｍ（λ）Ｇ（λ）Ｃ_ｒｅｄ（λ）Ｎ（λ）ｄλ
Ｄｏｓｅ_{ｇｒｅｅｎ}＝ｔ∫Ｍ（λ）Ｇ（λ）Ｃ_{ｇｒｅｅｎ}（λ）Ｎ（λ）ｄλ
Ｄｏｓｅ_ｂｌｕｅ＝ｔ∫Ｍ（λ）Ｇ（λ）Ｃ_ｂｌｕｅ（λ）Ｎ（λ）ｄλ
ここで、ｔは露光時間であり、Ｍ（λ）は超高圧水銀灯の発光スペクトルであり、Ｇ（λ）はガラスの透過スペクトルであり、Ｃ（λ）は各色カラーレジストの透過スペクトルであり、Ｎ（λ）はネガレジストの吸収スペクトルである。各画素のネガレジストの露光量は、各色カラーレジストの透過スペクトルに依存することがわかる。
【０００６】
図３は、各色カラーレジストおよびネガレジストの透過スペクトルと、超高圧水銀灯のスペクトルとを示すグラフである。代表的に光源として用いられる超高圧水銀灯は、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｇ線（４０５ｎｍ）、ｈ線（４３６ｎｍ）に鋭いピークを持つため、これらの線の近傍における各スペクトルの形状が問題になる。このグラフから分かるように、ｉ線近傍において赤、緑および青の各色カラーレジストはほとんど同じ透過強度を持つのに対し、ｇ線、ｈ線に対しては、各色カラーレジストの透過強度は大幅に異なり、青色のカラーレジストの透過強度が非常に高く、また赤色は緑色より透過強度が高い。図４は、他の種々の各色カラーレジストの透過スペクトルを示すグラフである。このグラフからもカラーレジストの色によって透過強度が異なることがわかる。
【０００７】
このように、画素に埋め込まれているカラーレジストの色によって光に対する透過特性が異なるため、光の回折によって生じるＩＴＯ電極−データ線オーバラップは、図２ｂおよびｃに示すように各カラーレジストの色によって変化してしまう。図５は、上述した従来の裏面露光方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。この例では、緑色の画素のネガレジストを十分に露光させたため、青色の画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップが非常に大きくなってしまい、隣接する画素同士がショートしてしまっていることが分かる。このように、カラーレジストの色によるＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長の違いは、例えば、青色のクロストークとなって現れ、表示品質を悪化させる。
【０００８】
特公平７−１０４５１６では、ポジレジストを４００ｎｍ以下の光で露光することにより、カラーフィルタをフォトマスクとしてセルフアラインメントで精度の高い透明電極パターンをカラーフィルター上に形成できる点が開示されている。図３において示されているような４００ｎｍ以下では透過率がほぼ０のカラーフィルタをフォトマスクとして用いることで、セルフアラインメントを可能としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＣＦＡ構造において、ＩＴＯ電極を、ネガレジストを使用した裏面露光によって形成しながら、ＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長を画素に埋め込まれているカラーレジストの色によらず均等にすることができる、カラー液晶表示装置製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるカラー液晶表示装置製造方法は、
薄膜トランジスタ構造、ゲート線およびデータ線を形成した透明基板上に複数色の着色層を形成する工程と、
前記着色層を形成した透明基板上全面に透明導電膜を形成する工程と、
前記透明導電膜上全面にネガレジストを塗布する工程と、
前記ゲート線およびデータ線をフォトマスクとして前記透明基板の背面の光源より３９０ｎｍないし４４０ｎｍの波長帯を実際的に含まない光で前記ネガレジストを露光する工程と、
前記露光したネガレジストを現像およびベークする工程と、
前記ネガレジストが除去された部分の前記透明電極膜をエッチングして除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
図３および図4からもわかるように、これらの各色カラーレジストにおいて、３９０ｎｍ以下の吸収スペクトルは色によらずほぼ同じであるため、各色画素上のネガレジストの露光量が異なる原因となるｇ線、ｈ線を含む３９０ｎｍから４４０ｎｍまでの光をブロックすることができれば、赤、緑および青の各色画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長はほぼ同じになるはずである。
【００１２】
本発明では、３９０ｎｍないし４４０ｎｍの波長帯を実際的に含まない光で裏面露光することによって、赤、緑および青の各色画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長をほぼ均等にすることを可能にした。
【００１３】
上述したように、前記着色層として顔料分散型のカラーレジストを使用することが好適である。また、波長３６５ｎｍの光における前記各色カラーレジストの透過率を好適には１５％以上６０％以下とし、さらに好適には２０％以上５０％以下とする。また、波長３６５ｎｍの光における前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差を好適には２０％以内とし、さらに好適１０％以内とする。
【００１４】
また、３９０ｎｍないし４４０ｎｍの波長帯を実際的に含まない光を得るために、超高圧水銀ランプを光源として３９０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯において、例えば光学濃度０．７以上の吸収率を有する光学フィルタを使用してもよい。図６は、このような光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。また、前記複数の着色層を形成する工程の後に、前記着色層を形成した透明基板上に層間ポリマ樹脂層を形成する工程をさらに含んでもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図７ａないし７ｄは、本発明によるカラー液晶表示装置製造方法の一実施形態の工程を示す断面図である。図１ａないし１ｄと同様の構成要素は同じ符号で示した。まず、図１ａを参照して上述したのと同様に、透明電極１上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造およびデータ線が形成された構造を得る。図７ａに示すように、この構造の上に、各画素の色を決定するカラーフィルタとして機能する赤、緑および青の各色の顔料分散型カラーレジストを塗布し、露光し、現像し、ベークしてカラーレジスト層１２を形成する。
【００１６】
次に、図７ｂに示すように、図１ａの構造上に層間ポリマ樹脂を塗布し、露光し、現像し、ベークして層間ポリマ樹脂層９を形成し、この上に５００オングストローム厚のＩＴＯ導電膜１０を全面形成し、この上に２μｍ厚のネガレジスト層１１を塗布する。
【００１７】
次に、ネガレジスト層１１を、裏面から高圧水銀ランプを光源として、３９０ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯において、光学濃度０．７以上の吸収率を有する光学フィルタを通した光によって露光する。この際、ゲート電極２およびデータ線８、すなわち、不透明な金属部分をフォトマスクとして使用する。この際に用いる前記光学フィルタを、例えば、ヘキサフタロシアニン錯体混合物、アクリル系カラーレジストのヘキサフタロシアニン錯体混合物、フタロシアニン銅系緑色フィルタ、無機顔料系ｉ線フィルタ、または、薄膜干渉系ｉ線フィルタとしてもよい。次にネガレジスト１１を現像およびベークすると、図７ｃに示すように、ネガレジスト１１の露光された部分１１′のみが残る。前記光学フィルタを通した光は、カラーレジスト層９を、その色によらずほぼ一様に透過するため、光の回折によって生じる、ネガレジスト層１１′とデータ線８とのオーバラップもカラーレジスト層９の色によらず均等になる。
【００１８】
次に、硝酸および塩酸の混合液でＩＴＯ導電膜１０をエッチングし、ネガレジスト１１′を剥離すると、図７ｄに示すようにＩＴＯ電極１０′が得られる。このように形成されたＩＴＯ膜１０′も、データ線８とのオーバラップがカラーレジスト層９の色によらず均等になる。
【００１９】
図８は、前記光学フィルタとして図６に示すような透過特性を有するフタロシアニン銅系緑色フィルタを使用した裏面露光の実験例を示す電子顕微鏡写真である。図５の写真の場合とは異なり、各色画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップは均等で、図５で見られたような隣接する画素同士のショートも見られない。
【００２０】
図５の実験において、赤、緑および青の各色画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長は、各々、２．５５７μｍ、１．１０５μｍおよび１２．１８６μｍとなったが、図８の実験においては、赤、緑および青の各色画素のＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長は、各々、１．６１０μｍ、１．１２９μｍおよび１．９８９μｍと大きく改善された。３６０ｎｍから４４０ｎｍまでの光をブロックする効果のある市販の無機顔料光学フィルタ、薄膜干渉光学フィルタでも同様の効果が得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＦＡ構造において、ＩＴＯ電極を、ネガレジストを使用した裏面露光によって形成しながら、ＩＴＯ電極−データ線オーバラップ長を画素に埋め込まれているカラーレジストの色によらず均等にすることができる。設計シミュレーションによれば、ＣＦＡ構造において通常のステッパ露光機でＩＴＯ電極を形成する場合、露光面継ぎ部を見えないようにするためにはデータ線とＩＴＯ電極との間に７μｍ以上の層間ポリマ層を形成する必要があり、実際にはプロセスが不可能である。一方、本発明のカラー液晶表示装置製造方法を行なう場合には２μｍ程度の層間ポリマ層を設ければよく、プロセスが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ａないしｄは従来の裏面露光方法によってＩＴＯ電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２】 ａないしｃは従来の裏面露光方法をＣＦＡ構造に用いた場合を示す断面図である。
【図３】 各色カラーレジストおよびネガレジストの透過スペクトルと、超高圧水銀灯のスペクトルとを示すグラフである。
【図４】 種々の各色カラーレジストの透過スペクトルを示すグラフである。
【図５】 従来の裏面露光方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。
【図６】 本発明に用いる光学フィルタの透過スペクトルの一例を示すグラフである。
【図７】 ａないしｄは本発明によるカラー液晶表示装置製造方法の一実施形態の工程を示す断面図である。
【図８】 本発明によるカラー液晶表示装置製造方法によって形成した画素電極の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 透明基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁膜
４ アモルファスシリコン層
５ エッチング保護膜
６ ドレイン電極
７ ソース電極
８ データ線
９ 層間ポリマ樹脂層
１０ ＩＴＯ導電膜
１０′ ＩＴＯ電極
１１、１１′ ネガレジスト層
１２ カラーレジスト層

Claims (4)

1. カラー液晶表示装置の製造方法において、
   薄膜トランジスタ構造、ゲート線およびデータ線を形成した透明基板上に複数色の着色層を形成する工程と、
   前記着色層を形成した透明基板上全面に透明導電膜を形成する工程と、
   前記透明導電膜上全面にネガレジストを塗布する工程と、
   前記ゲート線およびデータ線をフォトマスクとして前記透明基板の背面の光源から発光される光のうち３９０ｎｍないし４４０ｎｍの波長帯にて吸収率０．７以上の光学フィルタを介する光で前記ネガレジストを露光する工程と、
   前記露光したネガレジストを現像およびベークする工程と、
   前記ネガレジストが除去された部分の前記透明電極膜をエッチングして除去する工程とを含み、
   前記着色層を顔料分散型のカラーレジストとし、
   前記光源を超高圧水銀灯とし、
   波長３６５ｎｍの光における前記各色カラーレジストの透過率がすべて１５％以上６０％以下であって、前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差が２０％以内であることを特徴とするカラー液晶装置製造方法。
2. 前記波長３６５ｎｍの光における前記各色カラーレジストの透過率がすべて２０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶装置製造方法。
3. 前記波長３６５ｎｍの光における前記各色カラーレジストの透過率のうちで最大透過率と最小透過率の差が１０％以内であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー液晶装置製造方法。
4. 前記複数の着色層を形成する工程の後に、前記着色層を形成した透明基板上に層間ポリマ樹脂層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のカラー液晶装置製造方法。

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