JP4905261B2 - 反射板を有する表示パネルの製造方法 - Google Patents
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Description
に詳しくは、本発明は、層間膜上及びコンタクトホール内に形成された反射板形成材料に
対して同時にフォトリソグラフィー法を適用する際、一括して最適露光量で露光でき、し
かも短時間でマスク設計値に近い隣接する反射板間距離を実現できる反射板を有する表示
パネルの製造方法に関する。
る液晶表示パネルは、透明基板上に形成された薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor
:TFT)等のスイッチング素子と画素電極ないし反射板との間に層間膜が配置されてお
り、この層間膜に形成されたコンタクトホールを介して画素電極とスイッチング素子の電
極とが電気的に接続されている。
画素電極が層間膜を介して信号線及び走査線の一部と重複するように設けられている。こ
の場合、信号線と画素電極との間に生じる寄生容量が大きくなるとフリッカないしクロス
トークが生じることが知られているため、層間膜にはある程度の膜厚が必要である。そこ
で、下記特許文献1に開示されている反射部を有する液晶表示装置においては、画素電極
ないしは反射層が基板上の信号線と重なる領域の層間膜を凹凸構造のないほぼ平坦な状態
となし、この平坦な層間膜上に画素電極ないし反射層が位置するようにして、信号線と画
素電極との間に生じる寄生容量を抑制するようにしている。
表示画像の視認性を向上させるために、各画素部分の層間膜の表面に多数の散乱凹凸部が
形成されている。すなわち、反射板を有する液晶表示パネルにおいては、周囲の外光を利
用して明るい表示を行なう際には、あらゆる角度からの入射光に対して表示画面に垂直な
方向へ散乱する光の強度を増加させる必要がある。そのため、散乱凹凸部によってあらゆ
る角度からの入射光に対して観察者の方向へ散乱させるようにしている。
、凸部の裾の径は約10μm程度、凸部の高さは約0.5μm程度、また、凸部の傾斜角
度は10°以下、好ましくは7°程度に形成される。そして、コンタクトホールの深さは
約1〜4μm程度であり、散乱凹凸部の深さ(高さと同じ)よりも深いので、フォトレジ
スト材料からなる層間膜にコンタクトホールを形成するための最適な露光量と散乱凹凸部
を形成するための最適な露光量は異なる。そこで、露光装置上の制約や露光工程の時間短
縮の目的から、多階調マスクを使用してフォトレジスト材料からなる層間膜に対して一括
露光することによってそれぞれ深さの異なるコンタクトホールと散乱凹凸部とを同時形成
することが行われている(下記特許文献2参照)。
金属又はアルミニウム合金からなる反射板形成材料を所定のパターンに形成した後、IT
O(Indium Tin Oxide)ないしIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電性材料からな
る画素電極が形成される。このうち、アルミニウム金属又はアルミニウム合金からなる反
射板は、図6に示したように、層間膜51にコンタクトホール52及び散乱凹凸部53を
形成した後、これらの表面全体に亘ってスパッタリング法等によってアルミニウム金属又
はアルミニウム合金膜54を成膜し、フォトリソグラフィー法によって所定のパターンに
エッチングすることにより形成されている。なお、この反射板のパターニングのためのフ
ォトレジスト層55の露光は、画素間56及びコンタクトホール52部分に対して行われ
る。
断面図である。
板のパターンに高低差がある場合であっても、フォトレジスト材料が基板の表面に塗布さ
れた際に高低差がレベリングされてしまう。そのため、コンタクトホール52部分のフォ
トレジスト層の厚さL1と画素間56のフォトレジスト層の厚さL2とは大きく異なって
いる。この場合、コンタクトホール52部分のフォトレジストの完全露光には例えば約5
0mj程度の露光量が必要であるが、画素間56のフォトレジストの完全露光には例えば
約30mj程度の露光量ですむ。
ストの完全露光に必要な露光量は大きく相違している。そのため、従来は、コンタクトホ
ール52部分の露光用のバイナリーマスクと、画素間56の露光用のバイナリーマスクと
を使用する二重露光プロセスを採用しており、このフォトリソグラフィー工程は、1回の
露光で済むフォトリソグラフィー法に必要な時間の約1.5倍程度もの時間が必要であっ
た。従って、反射板を有する液晶表示パネル等の製造効率を向上させるためには、上述の
コンタクトホール52部分及び画素間56にそれぞれ存在するフォトレジストの同時露光
が要望されている。
54が存在しているため、一応フォトレジスト層55の厚さが薄い画素間56もフォトレ
ジストが厚く塗布されたコンタクトホール52部分を露光するために必要な露光量で露光
すれば、両者を同時に露光することは可能である。しかしながら、画素間56に存在する
フォトレジスト層は、完全露光された後にもコンタクトホール52部分のフォトレジスト
層が完全に露光されるまで露光光が照射されているため、露光光の散乱、反射等によって
オーバー露光されて、露光幅が広がってしまう。この露光幅の拡大は、画素間56の距離
の増大に繋がる。
間距離も約3μm程度以下と非常に狭くなっているので、上述のような画素間に存在する
フォトレジスト層のオーバー露光による露光幅の拡大は、反射板を有する液晶表示パネル
の高精細化の妨げとなっている。そのため、露光工程に必要な時間の短縮と画素間距離の
狭小化を達成するため、コンタクトホール52部分及び画素間56に存在するフォトレジ
ストを、一度の露光工程で、それぞれ最適な露光量で、完全露光できるようにすることが
要望されている。
は基板内で例えば表面に凹凸を形成するなど、異なる膜厚を残す目的で使用されている多
階調マスクを用いると、露光すべきフォトレジストの膜厚が下地の高低差によって大幅に
相違している場合であっても、一括して最適露光量で露光でき、しかも短時間でマスク設
計値に近い線幅を実現できることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
対して同時にフォトリソグラフィー法を適用した際、一括して最適露光量で露光でき、し
かも短時間でマスク設計値に近い画素間距離を実現できる反射板を有する表示パネルの製
造方法を提供することを目的とする。
基板上に画素毎にコンタクトホールが形成された層間膜を形成する工程、
前記層間膜が形成された基板の表面全体に亘ってアルミニウム又はアルミニウム合金か
らなる反射板形成材料を被覆する工程、
前記反射板形成材料の表面にフォトレジスト層を形成する工程、
全光量と中間光量を得る多階調マスクを用い、前記画素間のフォトレジスト層は中間光
量で、前記コンタクトホール内のフォトレジスト層は全光量で、一括露光する工程、
を有することを特徴とする。
ト膜厚を残す目的で使用されている多階調マスクを用いる。この多階調マスクを用い、前
記画素間の厚さが薄いフォトレジスト層は多階調マスクの中間光量を得る部分で、コンタ
クトホール内に形成された厚いフォトレジスト層は多階調マスクの全光量を得る部分で、
それぞれ一括して露光する。そうすると、画素間の厚さが薄いフォトレジスト層もコンタ
クトホール内の厚さが厚いフォトレジスト層も、多階調マスクの中間光量を得る部分の光
透過率を適宜に調整することにより、最適露光量で一括して露光させることができるよう
になる。そのため、本発明の反射板を有する表示パネルの製造方法によれば、短時間で設
計値に近い画素間距離を有する表示パネルが得られる。
前記中間光量透過部の透過率が20%〜60%であるハーフトーンマスクを使用すること
が好ましい。
光量透過部となり、このバイナリーマスクの光透過部に露光光の一部を吸収する光吸収部
材が設けられた部分が中間光量透過部となる。そして、中間光量透過部の透過率は、光吸
収部材の吸光度を変えることによって種々の数値をとることができる。この中間光量透過
部の吸光度が20%未満であると露光機の光源の輝度の変動を考慮すると実質的に全光量
透過と変わらなくなる。また、中間光量透過部の吸光度が60%以上であると透過する光
量が減少しすぎて薄いフォトレジスト層であっても完全露光に時間がかかるようになる。
そのため、最適な中間光量透過部の吸光度は20%〜60%である。
して、前記中間光量透過部が解像限界以下のスリットを有し、前記中間光量透過部の幅が
0.5μm〜3μmのグレイトーンマスクを使用することが好ましい。
光量透過部となり、このスリットの幅や所定幅当たりのスリットの個数を変えることによ
り中間光量透過部の光透過率を変えることができる。このグレイトーンマスクの中間光量
透過部の最適な幅は、ハーフトーンマスクについて述べたのと同様の理由で、0.5μm
〜3μmである。
る。しかしながら、以下に示す実施例は、本発明をここに記載したものに限定することを
意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種
々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
板を透視して表した1画素分の平面図である。図2は図1のII−II線に沿った模式断面図
である。図3は実施例1の露光方法を採用した場合の図1のIII−III線に対応する部分の
模式断面図である。図4は比較例の露光方法を採用した場合の図1のIII−III線に対応す
る部分の模式断面図である。図5は実施例2の露光方法を採用した場合の図1のIII−III
線に対応する部分の模式断面図である。
て説明する。この半透過型液晶表示パネル10は互いに対向するアレイ基板AR及びカラ
ーフィルタ基板CFを備えている。アレイ基板ARはガラス基板等の透明基板11上にア
ルミニウムやモリブデン等の金属薄膜からなる複数の走査線12及び補助容量電極13が
平行になるように形成され、更に走査線12からTFT(Thin Film Transistor)のゲー
ト電極Gが延設されている。
電極Gを覆うようにして窒化ケイ素等からなるゲート絶縁膜14が積層されている。そし
て、ゲート電極Gの上にはゲート絶縁膜14を介して例えばアモルファスシリコン層又は
ポリシリコン層からなる半導体層15が形成されている。これらの半導体層15はゲート
絶縁膜14の表面全体に亘って半導体層を形成した後にドライエッチングすることにより
形成される。
号線16が走査線12と直交するように形成され、この信号線16からTFTのソース電
極Sが延設されてゲート電極G上の半導体層15の一部と接触されている。また、ゲート
絶縁膜14上には信号線16及びソース電極Sと同一の材料でかつ同時に形成されたドレ
イン電極Dが設けられており、このドレイン電極Dもゲート電極G上の半導体層15の一
部と接触されている。
電極G、ゲート絶縁膜14、半導体層15、ソース電極S、ドレイン電極Dによってスイ
ッチング素子となるTFTが構成され、それぞれの画素にこのTFTが形成されている。
この場合、ドレイン電極Dと補助容量電極13によって各画素の補助容量を形成すること
になる。
面全体にわたり、例えば窒化硅素等からなるパッシベーション膜17が積層され、このパ
ッシベーション膜17上に有機絶縁物層からなる層間膜18がアレイ基板ARの表面全体
にわたり積層されている。そして、パッシベーション膜17と層間膜18には、それぞれ
の画素毎にTFTのドレイン電極Dに対応する位置にコンタクトホール20が形成され、
この画素毎の層間膜18の表面には部分的に多数の散乱凹凸部19が形成されているとと
もに、散乱凹凸部19が形成されていない部分は表面が平らにされている。なお、層間膜
18の散乱凹凸部19はこの表面に形成される反射板21によって外光を拡散反射させて
表示画像の視認性を向上させるために設けられるものであるが、図1においてはこの散乱
凹凸部19は省略されている。
それぞれの画素毎に独立して例えばアルミニウム金属やアルミニウム合金(例えば、Al
−Nd合金。以下、両者を併せて「アルミニウム合金等」という。)等の反射性を有する
材料からなる反射板21が形成されている。なお、この反射板21の形成工程については
後述する。更に、それぞれの画素毎にこの反射板21の表面及び層間膜18の平らな表面
にはITO(Indium Tin Oxide)ないしIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明導電性材
料からなる画素電極22が形成され、更に、画素電極22が形成された基板の表面全体を
覆うように配向膜(図示せず)が積層されている。この画素電極22のうち、反射板21
が形成された部分が反射部23を形成し、反射板21が形成されていない部分が透過部2
4を形成する。
けられたそれぞれの画素に対応して、例えば赤色(R)、緑色(G)、青色(B)からな
るカラーフィルタ層26がストライプ状に形成されるように設けられており、更に、この
カラーフィルタ層26の表面には共通電極及び配向膜(いずれも図示せず)が積層されて
いる。そして、アレイ基板AR及びカラーフィルタ基板CFの間に液晶27を封入するこ
とにより半透過型液晶表示パネル10が形成される。
程について説明する。まず、コンタクトホール20が形成された層間膜18の表面全体に
亘り、アルミニウム合金等からなる反射板形成材料21aをスパッタリング法によって所
定厚さに形成する。そうすると、層間膜18の表面のみならずコンタクトホール20の内
面もこのアルミニウム合金等からなる反射板形成材料21aによって被覆される。そこで
、フォトリソグラフィー法によってアルミニウム合金等からなる反射板形成材料21aを
パターニングして所定の形状の反射板21を形成する必要がある。なお、コンタクトホー
ル20内に形成されたアルミニウム合金等からなる反射板形成材料21aも、スイッチン
グ素子の電極(ドレイン電極D)の表面がパッシベーション膜17で被覆されているため
、所定パターンの反射板21の形成時に同時にエッチングによって除去する必要がある。
なお、コンタクトホール20内のパッシベーション膜17については、後の工程において
取り除かれる。
ル系のポジ型フォトレジスト層29を形成する。このフォトレジスト層29は、液状のフ
ォトレジスト形成材料を例えばスピンコーティング法によってアルミニウム合金等からな
る反射板形成材料21aの表面に塗布することにより形成される。このようにして塗布さ
れた液状のフォトレジスト材料は、コンタクトホール20内及び散乱凹凸部19の凹み内
にも入り込み、レベリングされて、図3に示したように、表面は実質的に均一な高さにな
る。このフォトレジスト層29が形成された基板を用いて、以下の実施例1及び2、比較
例1及び2の露光に使用した。
30を使用し、コンタクトホール20が形成された層間膜18の表面に反射板21を形成
する工程を図3を用いて説明する。なお、図3においては図1及び図2と共通する構成部
分には同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
ナリーマスク31において、一方の光透過部31bに所定の吸光度を有するハーフ膜32
が積層された構成を備えている。このハーフ膜32の吸光度は、露光機の光源の輝度の変
動及び画素間33の部分のフォトレジスト層29の厚さを考慮の上で、20%〜60%の
範囲で適宜選択されている。従って、ハーフトーンマスク30は、ハーフ膜32が積層さ
れた光透過部31bが中間光量透過部36となり、ハーフ膜32が被積層されていない光
透過部31aが全光透過部となる。
トホール20部分の露光幅は8〜10μm程度、画素間33の距離は、小型の高精細度の
液晶パネルの場合、2μm〜4μm程度が採用されている。
中間光量透過部36によって同時露光すると、コンタクトホール20内のフォトレジスト
層29a及び画素間33に存在するフォトレジスト層29bも最適な露光量で完全露光さ
せることができる。したがって、実施例1で採用した露光方法によれば、一度の露光で画
素間33の露光幅w1も中間光量透過部36の幅とほぼ同等となり、設計値に近い画素間
距離を有する反射板を形成できる。
実施例1ではハーフトーンマスク30を使用した例を示したが、比較例としては、図4
に示したように、従来のバイナリーマスク31を使用して露光を行った。なお、図4にお
いては、バイナリーマスク31にハーフ膜が形成されていないこと以外は図3に示した実
施例1の露光方法と実質的に同一であるので、図3と同一の構成部分には同一の参照符号
を付与してその詳細な説明は省略する。
bは、厚さが薄いために先に完全露光されるが、その後にもコンタクトホール20内のフ
ォトレジスト層29aが完全に露光されるまで露光光が照射され続けている。そのため、
画素間33に存在するフォトレジスト層29bは、露光光の散乱、反射等によってオーバ
ー露光されるので、例えば画素間33に対応する光透過部31bの幅が3μmであっても
露光幅w2は5μmにも広がってしまうことがある。このような露光幅の増大は、画素間
33の距離の増大に繋がるため、高精細化の達成が困難となる。
35を使用し、コンタクトホール20が形成された層間膜18の表面に反射板を形成する
工程を図5を用いて説明する。なお、図5においては図3と共通する構成部分には同一の
参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。
ナリーマスク31において、一方の光透過部31bに複数の解像限界以下の細いスリット
37が設けられた構成を備えている。この複数の解像限界以下の細いスリット37では露
光光は回折せずに直進する。そのため、この解像限界以下の細いスリット37の幅及びピ
ッチによってこの一方の光透過部31bの光透過率が定まり、解像限界以下の細いスリッ
ト37が形成された部分が中間光量透過部36を構成する。また、この複数の解像限界以
下の細いスリット37が形成されている部分の幅によって露光される分の幅が定まる。な
おスリット37は0.3〜3μmの程度のピッチのものを、光源との関係によって適宜使
い分ければよい。
合と同様に、画素間33を中間光量透過部36で露光し、コンタクトホール20の部分を
全光透過部である他方の光透過部31aによって同時露光すると、画素間33に存在する
フォトレジスト層29bもコンタクトホール20内のフォトレジスト層29aも共に最適
な露光量で完全露光させることができる。したがって、実施例2で採用した露光方法によ
れば、画素間33の露光幅w3も中間光量透過部36である一方の光透過部31bの幅と
ほぼ同等となり、一度の露光で設計値に近い画素間距離を有する反射板を形成できる。
明は、これに限らず、反射型液晶表示パネルの場合にも適用可能である。この反射型液晶
表示パネルの場合は、反射電極を層間膜の各画素部分の全面を被覆するように形成すれば
よい。更に、本発明は液晶表示パネルの場合だけでなく、層間膜の表面に反射板が形成さ
れているその他のパネル、例えば反射型プロジェクタ、反射型電子ペーパー等に対しても
等しく適用可能である。
14:ゲート絶縁膜 15:半導体層 16:信号線 17:パッシベーション膜 1
8:層間膜 19:散乱凹凸部 20:コンタクトホール 21:反射板 21a:反射
板形成材料 22:画素電極 23:反射部 24:透過部 25:透明基板 26:カ
ラーフィルタ層 27:液晶 29:フォトレジスト層 30:ハーフトーンマスク 3
1a,31b:光透過部 32:ハーフ膜 33:画素間 35:グレイトーンマスク
36a〜36c:中間光量透過部 37:解像限界以下の細いスリット
Claims (3)
- 基板上に画素毎にコンタクトホールが形成された層間膜を形成する工程、
前記層間膜が形成された基板の表面全体に亘って反射性の材料からなる反射板形成材料
を被覆する工程、
前記反射板形成材料の表面にフォトレジスト層を形成する工程、
全光量と中間光量を得る多階調マスクを用い、前記画素間のフォトレジスト層は中間光
量で、前記コンタクトホール内のフォトレジスト層は全光量で、一括露光する工程、
を有することを特徴とする、反射板を有する表示パネルの製造方法。 - 前記多階調マスクとして、前記中間光量透過部の透過率が20%〜60%であるハーフ
トーンマスクを使用したことを特徴とする請求項1に記載の表示パネルの製造方法。 - 前記多階調マスクとして、前記中間光量透過部に解像限界以下となるようなスリットを
有するグレイトーンマスクを使用したことを特徴とする請求項1に記載の表示パネルの製
造方法。
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