JP5025719B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関する。より詳細には、セルギャップの狭い液晶表示装置を形成する時に液晶の表示品質を劣化させるシール材のしみ出し、気泡、ラビング筋、セルギャップむら等の不良を防ぎ、歩留まり良く液晶表示装置の製造を行うものである。 The present invention relates to a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof. More specifically, when a liquid crystal display device with a narrow cell gap is formed, manufacturing of a liquid crystal display device with a high yield is prevented by preventing the exudation of sealing materials, bubbles, rubbing streaks, cell gap unevenness, etc., which deteriorate the display quality of the liquid crystal. Is to do.
近年、ノートパソコンや液晶モニタ機器などの、軽量で、コンパクトな液晶表示装置が注目されてきている。特に、TFT(薄膜トランジスタ)、MIM(メタル−インシュレーター−メタル)等の能動素子を用いて液晶の配向制御を行うアクティブマトリクス型表示装置は、高精細な表示ができ、プロジェクターや直視型液晶表示装置に、広く使われている。 In recent years, light and compact liquid crystal display devices such as notebook personal computers and liquid crystal monitor devices have attracted attention. In particular, an active matrix display device that performs liquid crystal alignment control using active elements such as TFT (thin film transistor) and MIM (metal-insulator-metal) can perform high-definition display, and can be used in projectors and direct-view liquid crystal display devices. Widely used.
最近はバックライトがいらず薄型、軽量化が可能な反射型液晶表示装置や、高速応答が可能な、自発分極を有するスメクチック液晶(反強誘電性液晶、強誘電性液晶、無しきい値液晶、反強誘電性液晶と強誘電性液晶の混合物からなる液晶)を用いた液晶表示装置が、盛んに開発が進められている。反射型液晶表示装置や、強誘電性液晶等を用いた液晶表示装置などでは、表示特性を最適化した結果、1〜3μm程度の狭いセルギャップが必要となる場合が多い。 Recently, a reflective liquid crystal display device that can be reduced in thickness and weight without a backlight, and a smectic liquid crystal with spontaneous polarization capable of high-speed response (antiferroelectric liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, thresholdless liquid crystal, A liquid crystal display device using a liquid crystal composed of a mixture of antiferroelectric liquid crystal and ferroelectric liquid crystal) has been actively developed. In a reflection type liquid crystal display device, a liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal or the like, as a result of optimizing display characteristics, a narrow cell gap of about 1 to 3 μm is often required.
従来のTN(ツイステッドネマティック)モードを利用した液晶表示装置では、セルギャップは3〜5μmであり、液晶の応答速度は室温で5msec以上かかる。しかし、動画を表示する場合や、フィールドシーケンシャル方式を採用する場合には、この応答速度では不充分なことがある。さらなる高速応答が望まれ、開発が行われている。セルギャップを2μm前後に狭くすることで電界強度を強くし、高速応答をさせる試みがある。 In a liquid crystal display device using a conventional TN (twisted nematic) mode, the cell gap is 3 to 5 μm, and the response speed of the liquid crystal takes 5 msec or more at room temperature. However, when displaying a moving image or adopting a field sequential method, this response speed may be insufficient. A further high-speed response is desired and is being developed. There is an attempt to increase the electric field strength by narrowing the cell gap to around 2 μm and to achieve a high-speed response.
また、液晶表示装置のセルギャップを制御する材料として、球状のSiO2(二酸化珪素)やポリスチレンのような有機樹脂からなるスペーサーがある。スペーサーの散布方式は窒素ガスの気流でスペーサーを散布する乾式散布方式と、IPA(イソプロピルアルコール)のような低沸点溶媒にスペーサーを混ぜて基板上に散布する湿式散布方式がある。 As a material for controlling the cell gap of the liquid crystal display device, there is a spacer made of an organic resin such as spherical SiO 2 (silicon dioxide) or polystyrene. The spacer spraying method includes a dry spraying method in which spacers are sprayed with a stream of nitrogen gas, and a wet spraying method in which a spacer is mixed with a low boiling point solvent such as IPA (isopropyl alcohol) and sprayed on a substrate.
最近は、感光性樹脂をフォトリソ工程にて柱状にパターニングしたスペーサー(便宜的に柱状スペーサーと称する)も用いられている。また、スメクチック液晶を使用する液晶表示装置においては、セルギャップを制御する機能と、配向を制御する機能をあわせもつ壁状のスペーサー(便宜的に壁スペーサーと称する)
も用いられている。
Recently, a spacer obtained by patterning a photosensitive resin into a columnar shape by a photolithography process (referred to as a columnar spacer for convenience) is also used. Further, in a liquid crystal display device using a smectic liquid crystal, a wall-shaped spacer having a function of controlling a cell gap and a function of controlling orientation (referred to as a wall spacer for convenience)
Are also used.
さらに、シール材中に混入して用いられるフィラーもセルギャップ制御に用いられる。フィラーはガラスファイバーからなり、100〜500μm幅の大きさである。フィラーはその大きさから、シール材を設ける領域にあり、画素領域には使われないところが、スペーサーと異なる。 Further, fillers mixed and used in the sealing material are also used for cell gap control. The filler is made of glass fiber and has a width of 100 to 500 μm. The filler is different from the spacer in that it is in a region where a sealing material is provided and is not used in the pixel region because of its size.
液晶表示装置のセルギャップを狭くして、表示品質の良い液晶表示装置をつくるにはいくつかの問題がある。 There are several problems in producing a liquid crystal display device with good display quality by narrowing the cell gap of the liquid crystal display device.
まず、シール材中の低粘度成分の画素領域へのしみだしが問題となる。シール材にある充填剤の径は4〜5μmであり、3μm以下にセルギャップを狭くするためには、充填剤を圧縮することになる。充填剤を大きく圧縮すると、シール材の低粘度成分や未硬化樹脂が画素領域にまでとびだし、表示品質に影響する。 First, there is a problem of bleeding into the pixel region of the low viscosity component in the sealing material. The diameter of the filler in the sealing material is 4 to 5 μm. In order to narrow the cell gap to 3 μm or less, the filler is compressed. When the filler is greatly compressed, the low-viscosity component and the uncured resin of the sealing material extend to the pixel region, which affects the display quality.
図17(1)のように、シール材1301を熱プレスにより硬化すると、シール材の未硬化樹脂や、低粘度成分のしみだし1302があり、画素領域1303にまでシール材がひろがる。
As shown in FIG. 17A, when the sealing
また、セルギャップが狭くなるほど液晶の注入速度が遅くなる。それだけでなく、セルギャップの狭い液晶表示装置では特に段差領域で液晶が入りにくくなる傾向がある。液晶が注入されない部分は気泡となって残り、長期信頼性に影響する。 In addition, as the cell gap becomes narrower, the liquid crystal injection speed becomes slower. In addition, a liquid crystal display device having a narrow cell gap tends to make it difficult for liquid crystal to enter, particularly in a step region. The portion where the liquid crystal is not injected remains as bubbles, which affects long-term reliability.
気泡の例を図17(2)に示す。注入口からはなれた、シール材1301近くに気泡1304が残る。
An example of bubbles is shown in FIG.
また、セルギャップむらがあると、干渉縞、色むらにより表示品質が損なわれる。特にセルギャップの狭い液晶表示装置では、汎用されているセルギャップ(4〜5μm)に比べ、屈折率異方性の大きい液晶を使うため、セルギャップむらが色むらとなってでてきやすい。精度の良いセルギャップ精度が求められる。 In addition, if there is cell gap unevenness, display quality is impaired by interference fringes and color unevenness. In particular, in a liquid crystal display device with a narrow cell gap, since liquid crystal having a large refractive index anisotropy is used as compared with a widely used cell gap (4 to 5 μm), the cell gap unevenness tends to be uneven in color. Accurate cell gap accuracy is required.
液晶表示装置の白レベルは、液晶層のリタデーションつまりΔn×d(Δn:液晶の屈折率異方性、d:液晶層の厚さ)で決まる。セルギャップむらがあると、リタデーションがばらつき、表示むらとなる。セルギャップが狭いと液晶の屈折率異方性(Δn)を大きくして白レベルをかせぐため、ちょっとしたセルギャップ(d)のむらが、表示むらにつながりやすい。 The white level of the liquid crystal display device is determined by retardation of the liquid crystal layer, that is, Δn × d (Δn: refractive index anisotropy of liquid crystal, d: thickness of liquid crystal layer). If there is cell gap unevenness, retardation will vary and display unevenness will occur. If the cell gap is narrow, the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal is increased to increase the white level. Therefore, slight irregularities in the cell gap (d) tend to lead to display irregularities.
3μm以下の液晶表示装置を作製する場合、シール材に混合するフィラーの径が限られてきてしまうため、セルギャップに合ったフィラーを使うのが難しくなる。また、特殊な径のフィラーが必要となってくるが、径が小さくなるにつれ価格が数倍にもなってしまい、液晶表示装置の価格に合わなくなってしまう。 In the case of manufacturing a liquid crystal display device of 3 μm or less, the diameter of the filler mixed with the sealing material is limited, so that it becomes difficult to use a filler that matches the cell gap. In addition, a filler with a special diameter is required, but as the diameter decreases, the price increases several times, and the price of the liquid crystal display device cannot be met.
さらに、シール材中の充填剤の径が4〜5μmとセルギャップに対して大きいため、充填剤の圧縮にも限界があり、熱プレス等でシール材に荷重をかけたとしても、場合によってはシール材が潰れずに、所望のセルギャップが得られないことがある。セルギャップを狭くすると、シール材やフィラーの関係で精度の良いギャップ形成が困難である。 Furthermore, since the diameter of the filler in the sealing material is 4-5 μm, which is large with respect to the cell gap, there is a limit to the compression of the filler, and even if a load is applied to the sealing material by hot press or the like, depending on the case The sealing material may not be crushed and a desired cell gap may not be obtained. If the cell gap is narrowed, it is difficult to form an accurate gap due to the sealing material and filler.
液晶表示装置のギャップむらの例を図17(3)に示す。ギャップむらにより、中心付近の色目1305と、中心から離れたところの色目1306が変わる。
An example of gap unevenness of the liquid crystal display device is shown in FIG. Due to the gap unevenness, the
また、液晶表示装置の問題点として、ラビング筋の問題がある。ラビング工程のラビングロールの毛先のほつれや、へたり具合によって、図17(4)のようにラビング方向に平行なラビング筋1307ができる。
Further, as a problem of the liquid crystal display device, there is a problem of rubbing stripes. The
図16に示すように、配向膜をラビングするときに、液晶表示装置の基板1200に段差1201があると、ラビングロールの毛先が段差によって乱れて、ラビング状態が変わってしまう。段差をラビング方向1202の下流側にひきずって、ラビング筋1203となってでやすくなる。特に垂直配向膜のように、プレチルトが高い配向膜はラビング筋がでやすい。
As shown in FIG. 16, when the alignment film is rubbed, if there is a
本発明は、第一の基板上に絶縁膜を二層成膜し、シール材を形成する領域にあたる絶縁膜をエッチングにより除去し、凹部あるいは段差を設ける。さらにその上に有機樹脂膜を塗布し凹部あるいは段差を平坦化し、有機樹脂膜をパターニングする。そしてシール材を形成する領域と表示領域を含む部分にスペーサーを形成する。スペーサーは有機樹脂膜の平坦化効果により基板内において頂点が同一の高さとなるため、第二の基板と貼り合わせて液晶表示装置を形成したときにセルギャップむらがでにくい構成となる。また最上層の絶縁膜をエッチングすると、さらにその上に設けた絶縁膜により段差が平坦化されてしまうことがないため、段差の形成が精度良くできる。 In the present invention, two layers of insulating films are formed on the first substrate, and the insulating film corresponding to the region where the sealing material is formed is removed by etching to provide a recess or a step. Further, an organic resin film is applied thereon to flatten the recesses or steps, and the organic resin film is patterned. Then, a spacer is formed in a portion including the region where the sealing material is formed and the display region. Since the spacers have the same height in the substrate due to the planarization effect of the organic resin film, the cell gap is less likely to be uneven when the liquid crystal display device is formed by being bonded to the second substrate. Further, when the uppermost insulating film is etched, the step is not flattened by the insulating film provided on the uppermost insulating film, so that the step can be formed with high accuracy.
、 本発明は単純マトリクス型液晶表示装置にもアクティブマトリクス型液晶表示装置にも使うことができる。また第一の基板上に設けた絶縁膜のエッチングレートを変えるとエッチングが容易になる。凹部あるいは段差の形成が容易になる。
エッチングレートの違う膜としてたとえば無機絶縁膜と有機絶縁膜を組み合わせて使うことができる。
The present invention can be used for both a simple matrix type liquid crystal display device and an active matrix type liquid crystal display device. Etching is facilitated by changing the etching rate of the insulating film provided on the first substrate. Formation of a recess or a step is facilitated.
As films having different etching rates, for example, an inorganic insulating film and an organic insulating film can be used in combination.
スペーサーとなる有機樹脂材料はポリイミド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシンナメートのうちいずれか一つを主成分とするものを用いることが可能である。 As the organic resin material used as the spacer, a material mainly containing any one of polyimide, polyamide, acrylic, and polyvinyl cinnamate can be used.
特にスペーサーとなる有機樹脂材料で良好な平坦化をするためには、凹部ができるように絶縁膜をエッチングし、絶縁膜をエッチングする領域の幅(LA)がシール材の幅(LB)に対し、LB+0.1mm≦LA≦LB+2mmとなるようにするとよい。 In particular, in order to satisfactorily flatten the organic resin material used as a spacer, the insulating film is etched so as to form a recess, and the width (L A ) of the region where the insulating film is etched is the width (L B ) of the sealing material. On the other hand, it is preferable that L B +0.1 mm ≦ L A ≦ L B +2 mm.
また、エッチングする絶縁膜の厚さを必要最低限におさえることで、スペーサーとなる有機樹脂膜を塗布するときの平坦化効果が高くなる。シール材は一般に3.0μm以上あればしみだしのない良好な表示ができ、2.5μm以上あれば良好なセルギャップ制御ができる。シール形成領域のセルギャップを2.5μm〜3.0μmと制限するようにして、エッチングする絶縁膜の厚さを調節すると良い。 In addition, by suppressing the thickness of the insulating film to be etched to the minimum necessary, the planarization effect when applying the organic resin film serving as the spacer is enhanced. In general, if the sealing material is 3.0 μm or more, good display without bleeding can be obtained, and if it is 2.5 μm or more, good cell gap control can be performed. It is preferable to adjust the thickness of the insulating film to be etched by limiting the cell gap of the seal formation region to 2.5 μm to 3.0 μm.
特に、液晶層が自発分極を有するスメクチック液晶である場合に、エッチングする絶縁膜の厚さを必要最低限におさえると、狭いセルギャップの液晶表示装置において段差の形成をおさえることができる。これは段差による気泡の発生を抑えることにつながる。自発分極を有するスメクチック液晶は気泡に起因した配向むらができてしまうので、このように段差の形成をおさえることは重要である。 In particular, when the liquid crystal layer is a smectic liquid crystal having spontaneous polarization, if the thickness of the insulating film to be etched is minimized, the formation of a step can be suppressed in a liquid crystal display device having a narrow cell gap. This leads to suppression of the generation of bubbles due to steps. Since smectic liquid crystals having spontaneous polarization can cause uneven alignment due to bubbles, it is important to suppress the formation of steps in this way.
またスペーサーを表示領域に設けないようにするとスペーサーに起因する配向欠陥をおさえることができる。 Further, if no spacer is provided in the display area, alignment defects caused by the spacer can be suppressed.
絶縁膜をエッチングして形成した凹部あるいは段差の上に有機樹脂膜(A)を形成し、さらにその上にスペーサーとなる有機樹脂膜(B)することもできる。
有機樹脂膜(A)を形成すると、凹部あるいは段差のテーパーが緩やかになりラビングをしたときに段差による毛先の乱れをへらすことができる。有機樹脂膜(A)は絶縁膜をエッチングしてできた段差を平坦化しない程度の膜厚にする。
An organic resin film (A) can be formed on a recess or a step formed by etching an insulating film, and an organic resin film (B) serving as a spacer can be further formed thereon.
When the organic resin film (A) is formed, the concave portion or the taper of the step becomes gentle, and when the rubbing is performed, disturbance of the hair tip due to the step can be reduced. The organic resin film (A) has a thickness that does not flatten the step formed by etching the insulating film.
また、段差を設ける基板としてカラーフィルターを有する対向基板を用いることもできる。対向基板のオーバーコート材あるいはオーバーコート材とカラーフィルターをシール材を設ける領域において除去して段差を形成しても良い。表示領域のセルギャップが2.5μm以下である場合に、シール材のしみだしを防止でき、このような構成は効果的である。シール材を形成する領域にスペーサー、フィラーを設けないようにすると、シール材形成領域の凹凸をシール材がうまく吸収してくれる。 Alternatively, a counter substrate having a color filter can be used as a substrate on which a step is provided. A step may be formed by removing the overcoat material of the counter substrate or the overcoat material and the color filter in the region where the seal material is provided. When the cell gap of the display area is 2.5 μm or less, the seepage of the sealing material can be prevented, and such a configuration is effective. If spacers and fillers are not provided in the region where the sealing material is to be formed, the sealing material will absorb unevenness in the sealing material forming region well.
ラビングの上流側に段差を設けないようにすると、段差に起因するラビング筋をおさえることができる。この場合もシール材を形成する領域にスペーサー、フィラーを設けないようにすると、シール材形成領域の凹凸をシール材がうまく吸収してくれる。 If no step is provided on the upstream side of the rubbing, the rubbing streaks due to the step can be suppressed. Also in this case, if the spacer and the filler are not provided in the region where the sealing material is formed, the sealing material absorbs unevenness in the sealing material forming region well.
本発明により、セルギャップを狭くすることにともなうシール材中の低粘度成分や未硬化樹脂の流出をおさえる。また、シール材を設ける領域のギャップを2.3〜2.5μm望ましくは2.9〜3.0μm以上にすることで良好なセルギャップを形成する。 By this invention, the low-viscosity component and uncured resin outflow in a sealing material accompanying narrowing of a cell gap are suppressed. In addition, a good cell gap is formed by setting the gap in the region where the sealing material is provided to 2.3 to 2.5 μm, preferably 2.9 to 3.0 μm or more.
また、本発明は、セルギャップを狭くすることにともなうシール形成領域の段差を必要最低限に小さくすることで、液晶注入にともなう気泡やラビング工程にともなうラビング筋をおさえることができる。このようにセルギャップ方向の段差の形成を抑えた構成で、柱状スペーサーを塗布して、シール材を設ける領域と画素領域の段差を平坦化することで、均一なセルギャップが得られる。 Further, according to the present invention, the bubbles in the liquid crystal injection and the rubbing streaks in the rubbing process can be suppressed by reducing the level difference in the seal formation region accompanying the narrowing of the cell gap to the minimum necessary. A uniform cell gap can be obtained by applying a columnar spacer and flattening the step between the region where the sealing material is provided and the pixel region with a configuration in which the formation of the step in the cell gap direction is suppressed in this way.
本発明のように、1μmの極端に小さなセルギャップを形成する場合は、対向基板のカラーフィルター、オーバーコート材をシール材を設ける領域のみエッチングすることでセルギャップを狭くすることに必要な段差をつくることができる。さらに、段差にともなうラビング筋が表示品質に影響する場合は、光配向のような非接触の配向手段をとることも可能である。 When an extremely small cell gap of 1 μm is formed as in the present invention, the step necessary for narrowing the cell gap is obtained by etching only the region where the color filter and overcoat material of the counter substrate are provided with the sealing material. Can be made. Further, when the rubbing streaks due to the steps affect the display quality, it is possible to take non-contact alignment means such as photo alignment.
さらに、セルギャップを狭くするために設けた段差によりラビング工程でラビング筋がでる場合は、対向基板、素子基板ともラビング方向の上流側をさけて段差を形成し、パネル組立することで、ラビング筋による表示品質の劣化のない液晶表示装置を作ることができる。 Furthermore, if the rubbing streak is generated in the rubbing process due to the step provided to narrow the cell gap, the rubbing streak is formed by assembling the panel by forming a step away from the upstream side in the rubbing direction for both the counter substrate and the element substrate. A liquid crystal display device without display quality degradation due to the above can be produced.
[実施形態1]
本実施形態では、セルギャップの狭い液晶表示装置で、液晶表示装置の表示品質に影響するシール材のしみだしを押さえている。さらに液晶表示装置の構成を工夫することで微細な段差に起因する気泡や、ラビング筋をおさえ、同時にセルギャップむらをでにくくしている。
[Embodiment 1]
In this embodiment, a liquid crystal display device with a narrow cell gap suppresses the oozing of the sealing material that affects the display quality of the liquid crystal display device. Further, by devising the configuration of the liquid crystal display device, bubbles caused by fine steps and rubbing streaks are suppressed, and at the same time, cell gap unevenness is made difficult to occur.
本実施形態の、液晶表示装置は垂直配向反射型プロジェクターである。垂直配向反射型プロジェクターは反射型液晶表示装置のため、透過型液晶表示装置に比べセルギャップを小さくする必要がある。液晶の屈折率異方性の大きさにもよるが、2〜4μm、望ましくは2〜3μmのセルギャップが求められる。 The liquid crystal display device of this embodiment is a vertical alignment reflection type projector. Since the vertical alignment reflection type projector is a reflection type liquid crystal display device, it is necessary to make the cell gap smaller than that of the transmission type liquid crystal display device. Although it depends on the refractive index anisotropy of the liquid crystal, a cell gap of 2 to 4 μm, preferably 2 to 3 μm is required.
また、垂直配向膜は、配向膜のアンカリングエネルギーが弱いため、液晶注入に時間がかかる。特にセルギャップの狭い液晶表示装置において、段差があるとその部分で液晶が注入されにくい。 Further, the vertical alignment film takes time to inject liquid crystal because the anchoring energy of the alignment film is weak. In particular, in a liquid crystal display device with a narrow cell gap, if there is a step, it is difficult to inject liquid crystal at that portion.
また、垂直配向のような複屈折効果を利用する表示モードはセルギャップむらが色目の変化となって見えてくる。特にセルギャップの狭い液晶表示装置では、屈折率異方性が大きい液晶を使うため、小さなセルギャップむらが色目の変化となって強調される。 Further, in a display mode using a birefringence effect such as vertical alignment, cell gap unevenness appears as a change in color. In particular, a liquid crystal display device with a narrow cell gap uses liquid crystal with a large refractive index anisotropy, and thus a small cell gap unevenness is emphasized as a change in color.
しかし、本実施形態の構成によって垂直配向反射型液晶表示装置のような比較的、ラビング筋や段差に起因する気泡がでやすく、セルギャップ均一性が必要となる場合においても、表示品質の良い液晶表示装置を提供することができる。 However, with the configuration of the present embodiment, a liquid crystal with a good display quality can be obtained even in the case where bubbles due to rubbing streaks or steps are relatively easily formed and the cell gap uniformity is required as in the vertical alignment reflective liquid crystal display device. A display device can be provided.
本実施形態の構成のうちアクティブ素子形成方法を図1〜3を用いて説明する。ここでは画素部の画素TFTと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のTFTを同一基板上に作製する方法について工程に従って詳細に説明する。 An active element formation method in the configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing the pixel TFT of the pixel portion and the TFT of the driver circuit provided around the pixel portion over the same substrate will be described in detail according to the process.
図1(A)において、基板101にはコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。ガラス基板を用いる場合には、ガラス歪み点よりも10〜20℃程度低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。そして、基板101のTFTを形成する表面に、基板101からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜102を形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜102aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコン膜102bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。
In FIG. 1A, a
酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型のプラズマCVD法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜102aは、SiH4を10SCCM、NH3を100SCCM、N2Oを20SCCMとして反応室に導入し、基板温度325℃、反応圧力40Pa、放電電力密度0.41W/cm2、放電周波数60MHzとした。
一方、酸化窒化水素化シリコン膜102bは、SiH4を5SCCM、N2Oを120SCCM、H2を125SCCMとして反応室に導入し、基板温度400℃、反応圧力20Pa、放電電力密度0.41W/cm2、放電周波数60MHzとした。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することもできる。
The silicon oxynitride film is formed by using a conventional parallel plate type plasma CVD method. The silicon oxynitride film 102a is introduced into the reaction chamber with SiH 4 as 10 SCCM, NH 3 as 100 SCCM, and N 2 O as 20 SCCM. The substrate temperature is 325 ° C., the reaction pressure is 40 Pa, the discharge power density is 0.41 W / cm 2 , and the discharge frequency. It was set to 60 MHz.
On the other hand, the silicon
このようにして作製した酸化窒化シリコン膜102aは、密度が9.28×1022/cm3であり、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)の20℃におけるエッチング速度が約63nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地膜に用いると、この上に形成する半導体層にガラス基板からのアルカリ金属元素が拡散するのを防ぐのに有効である。 The silicon oxynitride film 102a thus manufactured has a density of 9.28 × 10 22 / cm 3 , 7.13% ammonium hydrogen fluoride (NH 4 HF 2 ), and ammonium fluoride (NH 4 F ) Is a dense and hard film with a slow etching rate of about 63 nm / min at 20 ° C. of a mixed solution containing 15.4% (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation). When such a film is used for the base film, it is effective to prevent the alkali metal element from the glass substrate from diffusing into the semiconductor layer formed thereon.
次に、25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで非晶質構造を有する半導体層103aを、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。例えば、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜を55nmの厚さに形成する。非晶質構造を有する半導体膜には、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、下地膜102と非晶質半導体層103aとは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜102aと酸化窒化水素化シリコン膜102bをプラズマCVD法で連続して成膜後、反応ガスをSiH4、N2O、H2からSiH4とH2或いはSiH4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜102bの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFTの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
Next, a
そして、結晶化の工程を行い非晶質半導体層103aから結晶質半導体層103bを作製する。その方法としてレーザーアニール法や熱アニール法(固相成長法)、またはラピットサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。前述のようなガラス基板や耐熱性の劣るプラスチック基板を用いる場合には、特にレーザーアニール法を適用することが好ましい。RTA法では、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどを光源に用いる。或いは特開平7−130652号公報で開示された技術に従って、触媒元素を用いる結晶化法で結晶質半導体層103bを形成することもできる。結晶化の工程ではまず、非晶質半導体層が含有する水素を放出させておくことが好ましく、400〜500℃で1時間程度の熱処理を行い含有する水素量を5atom%以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。
Then, a crystallization step is performed to form a
結晶化をレーザーアニール法にて行う場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやアルゴンレーザーをその光源とする。パルス発振型のエキシマレーザーを用いる場合には、レーザー光を線状に加工してレーザーアニールを行う。レーザーアニール条件は実施者が適宣選択するものであるが、例えば、レーザーパルス発振周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜500mJ/cm2(代表的には300〜400mJ/cm2)とする。そして線状ビームを基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98%として行う。このようにして図1(B)に示すように結晶質半導体層103bを得ることができる。
When crystallization is performed by laser annealing, a pulse oscillation type or continuous light emission type excimer laser or argon laser is used as the light source. In the case of using a pulse oscillation type excimer laser, laser annealing is performed by processing laser light into a linear shape. The laser annealing conditions are appropriately selected by the practitioner. For example, the laser pulse oscillation frequency is 30 Hz, and the laser energy density is 100 to 500 mJ / cm 2 (typically 300 to 400 mJ / cm 2 ). Then, a linear beam is irradiated over the entire surface of the substrate, and the linear beam superposition ratio (overlap ratio) at this time is set to 80 to 98%. In this way, a
レーザー結晶化の条件は実施者が適宜選択するものであるが、例えば、Nd:YAGレーザーのパルス発振周波数を10kHzとし、レーザーエネルギー密度を200〜500mJ/cm2(代表的には300〜450mJ/cm2)として、線状レーザー光をその長手方向に対し垂直な方向に走査して(或いは、相対的に基板を移動させて)非晶質半導体層を結晶化させる。線状レーザー光の線幅は100〜1000μm、例えば400μmの線状レーザー光を照射する。基板101上にはスリットが設けられ、線状レーザーの長手方向の長さを調節している。このようなスリットを設けることにより非晶質半導体層103aの一部のみを結晶化させることもできる。
The conditions for laser crystallization are appropriately selected by the practitioner. For example, the pulse oscillation frequency of an Nd: YAG laser is 10 kHz, and the laser energy density is 200 to 500 mJ / cm 2 (typically 300 to 450 mJ / cm 2 ), the amorphous semiconductor layer is crystallized by scanning a linear laser beam in a direction perpendicular to the longitudinal direction (or relatively moving the substrate). The linear laser beam has a line width of 100 to 1000 μm, for example, 400 μm. A slit is provided on the
このような線状ビームを用い、同じ場所を複数回照射する。或いは線状ビームを走査しながら複数回照射する。この時の線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を90〜99%として行うと良い。実際には照射パルスを10〜40パルスとすると良い。重ね合わせ率を高くして同一の領域を繰り返し照射することにより、非晶質半導体層103aの結晶性を高めることに効果がある。通常、重ね合わせ率を高くすると処理時間が長くなり、スループットが低下する。しかし、半導体レーザー励起のYAGレーザー発振器を用いると発振周波数を本実施形態のように高めることができるので、スループットを悪くすることはない。このようにして結晶質半導体層103bが形成される。
Using such a linear beam, the same location is irradiated multiple times. Or it irradiates several times, scanning a linear beam. At this time, the linear beam superposition ratio (overlap ratio) is preferably 90 to 99%. Actually, the irradiation pulse is preferably 10 to 40 pulses. By repeatedly irradiating the same region with a high overlay ratio, there is an effect of increasing the crystallinity of the
そして、結晶質半導体層103b上にフォトマスク1(PM1)を用い、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶質半導体層を島状に分割し、島状半導体層104〜108を形成しする。ドライエッチングにはCF4とO2の混合ガスを用いる。
Then, a photomask 1 (PM1) is used over the
このような島状半導体層に対し、TFTのしきい値電圧(Vth)を制御する目的でp型を付与する不純物元素を1×1016〜5×1017atoms/cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。半導体に対してp型を付与する不純物元素には、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)
など周期律表第一3族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン(B2H6)をソースガスとして用いホウ素(B)を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にnチャネル型TFTのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために好適に用いる手法である。
In order to control the threshold voltage (Vth) of the TFT, such an island-shaped semiconductor layer is doped with an impurity element imparting p-type at a concentration of about 1 × 10 16 to 5 × 10 17 atoms / cm 3. It may be added to the entire surface of the semiconductor layer. Examples of impurity elements that impart p-type to semiconductors include boron (B), aluminum (Al), and gallium (Ga).
The elements of
ゲート絶縁膜109はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、膜厚を40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、120nmの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。また、SiH4とN2OにO2を添加させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い(図1(C))。
The
図1(D)に示すように、ゲート絶縁膜109上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層(A)110と金属膜から成る導電層(B)111とを積層した構造とすると良い。導電層(B)111はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形成すれば良く、導電層(A)110は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)などで形成する。また、導電層(A)110はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層(B)111は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては30ppm以下とすると良かった。例えば、タングステン(W)は酸素濃度を30ppm以下とすることで20μΩcm以下の比抵抗値を実現することができた。
As shown in FIG. 1D, a heat-resistant conductive layer for forming a gate electrode is formed over the
導電層(A)110は10〜50nm(好ましくは20〜30nm)とし、導電層(B)111は200〜400nm(好ましくは250〜350nm)とすれば良い。Wをゲート電極とする場合には、Wをターゲットとしたスパッタ法で、アルゴン(Ar)ガスと窒素(N2)ガスを導入して導電層(A)111を窒化タングステン(WN)で50nmの厚さに形成し、導電層(B)110をWで250nmの厚さに形成する。その他の方法として、W膜は6フッ化タングステン(WF6)を用いて熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度99.9%のWターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。 The conductive layer (A) 110 may be 10 to 50 nm (preferably 20 to 30 nm), and the conductive layer (B) 111 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). When W is a gate electrode, argon (Ar) gas and nitrogen (N 2 ) gas are introduced by sputtering using W as a target, and the conductive layer (A) 111 is made of tungsten nitride (WN) with a thickness of 50 nm. The conductive layer (B) 110 is formed to a thickness of 250 nm with W. As another method, the W film can be formed by thermal CVD using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by increasing the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in W, crystallization is hindered and the resistance is increased. Therefore, when sputtering is used, a W target having a purity of 99.9% is used, and the W film is formed with sufficient consideration to prevent impurities from entering the gas phase during film formation. 9-20 μΩcm can be realized.
一方、導電層(A)110にTaN膜を、導電層(B)111にTa膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。TaN膜はTaをターゲットとしてスパッタガスにArと窒素との混合ガスを用いて形成し、Ta膜はスパッタガスにArを用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のXeやKrを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のTa膜の抵抗率は20μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きであった。TaN膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にTa膜を形成すればα相のTa膜が容易に得られた。尚、図示しないが、導電層(A)110の下に2〜20nm程度の厚さでリン(P)をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層(A)110または導電層(B)111が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜109に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層(B)111は抵抗率を10〜50μΩcmの範囲ですることが好ましい。
On the other hand, when a TaN film is used for the conductive layer (A) 110 and a Ta film is used for the conductive layer (B) 111, it can be similarly formed by sputtering. The TaN film is formed using Ta as a target and a mixed gas of Ar and nitrogen as a sputtering gas, and the Ta film uses Ar as a sputtering gas. In addition, when an appropriate amount of Xe or Kr is added to these sputtering gases, the internal stress of the film to be formed can be relaxed and the film can be prevented from peeling. The resistivity of the α-phase Ta film is about 20 μΩcm and can be used as a gate electrode, but the resistivity of the β-phase Ta film is about 180 μΩcm and is not suitable for a gate electrode. Since the TaN film has a crystal structure close to an α phase, an α phase Ta film can be easily obtained by forming a Ta film thereon. Although not shown, it is effective to form a silicon film doped with phosphorus (P) with a thickness of about 2 to 20 nm under the conductive layer (A) 110. This improves adhesion and prevents oxidation of the conductive film formed thereon, and at the same time, an alkali metal element contained in a trace amount in the conductive layer (A) 110 or the conductive layer (B) 111 is added to the
次に、フォトマスク2(PM2)を用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク112〜117を形成し、導電層(A)110と導電層(B)111とを一括でエッチングしてゲート電極118〜122と容量配線123を形成する。ゲート電極118〜122と容量配線123は、導電層(A)から成る118a〜122aと、導電層(B)から成る118b〜122bとが一体として形成されている(図2(A))。
Next, using the photomask 2 (PM2), resist
導電層(A)および導電層(B)をエッチングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述のようにWを主成分とする材料で形成されている場合には、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用することが望ましい。高密度プラズマを得る手法の一つとして、誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)エッチング装置を用いると良い。ICPエッチング装置を用いたWのエッチング法は、エッチングガスにCF4とCl2の2種のガスを反応室に導入し、圧力0.5〜1.5Pa(好ましくは1Pa)とし、誘導結合部に200〜1000Wの高周波(13.56MHz)電力を印加する。この時、基板が置かれたステージには20Wの高周波電力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことができる。
ICPエッチング装置を使用することにより、Wなどの硬い金属膜も2〜5nm/秒のエッチング速度を得ることができる。また、残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。しかし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要がある。例えば、W膜に対する酸化窒化シリコン膜(ゲート絶縁膜109)
の選択比は2.5〜3であるので、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50nm程度エッチングされて実質的に薄くなった。
A method for etching the conductive layer (A) and the conductive layer (B) may be appropriately selected by a practitioner. However, when the conductive layer (A) and the conductive layer (B) are formed of a material containing W as a main component as described above, the method is fast and In order to perform etching with high accuracy, it is desirable to apply a dry etching method using high-density plasma. As one method for obtaining high-density plasma, an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus may be used. In the etching method of W using an ICP etching apparatus, two gases of CF 4 and Cl 2 are introduced into the reaction chamber as an etching gas, and the pressure is set to 0.5 to 1.5 Pa (preferably 1 Pa). 200 to 1000 W of high frequency (13.56 MHz) power is applied to At this time, high-frequency power of 20 W is applied to the stage on which the substrate is placed, and the negative ions are charged by self-bias, whereby positive ions are accelerated and anisotropic etching can be performed.
By using an ICP etching apparatus, a hard metal film such as W can obtain an etching rate of 2 to 5 nm / second. Further, in order to perform etching without leaving a residue, overetching is preferably performed by increasing the etching time at a rate of about 10 to 20%. However, it is necessary to pay attention to the etching selectivity with the base at this time. For example, a silicon oxynitride film (gate insulating film 109) for the W film
Therefore, the surface where the silicon oxynitride film was exposed was etched by about 20 to 50 nm and became substantially thin by such an over-etching process.
そして、nチャネル型TFTにLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物元素添加の工程(n-ドープ工程)を行った。ここではゲート電極118〜122をマスクとして自己整合的にn型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。n型を付与する不純物元素として添加するリン(P)の濃度は1×1016〜5×1019atoms/cm3の濃度範囲で添加する。このようにして、図2(B)に示すように島状半導体層に低濃度n型不純物領域124〜129を形成する。
Then, in order to form an LDD region in the n-channel TFT, an impurity element addition step for imparting n-type (n − doping step) was performed. Here, an impurity element imparting n-type in a self-aligning manner is added by ion doping using the
次に、nチャネル型TFTにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度n型不純物領域の形成を行った(n+ドープ工程)。まず、フォトマスク3(PM3)を用い、レジストのマスク130〜134を形成し、n型を付与する不純物元素を添加して高濃度n型不純物領域135〜140を形成した。n型を付与する不純物元素にはリン(P)を用い、その濃度が1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲となるようにフォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行った(図2(C))。
Next, in the n-channel TFT, a high-concentration n-type impurity region functioning as a source region or a drain region was formed (n + doping step). First, using the photomask 3 (PM3), resist
そして、pチャネル型TFTを形成する島状半導体層104、106にソース領域およびドレイン領域とする高濃度p型不純物領域144、145を形成する。ここでは、ゲート電極118、120をマスクとしてp型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高濃度p型不純物領域を形成する。このとき、nチャネル型TFTを形成する島状半導体膜105、107、108は、フォトマスク4(PM4)を用いてレジストマスク141〜143を形成し全面を被覆しておく。高濃度p型不純物領域144、145はジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン(B)濃度は3×1020〜3×1021atoms/cm3となるようにする(図2(D))。この高濃度p型不純物領域144、145には、前工程においてリン(P)が添加されていて、高濃度p型不純物領域144a、145aには1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度で、高濃度p型不純物領域144b、145bには1×1016〜5×1019atoms/cm3の濃度で含有しているが、この工程で添加するボロン(B)の濃度を1.5から3倍となるようにすることにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能する上で何ら問題はなかった。
Then, high-concentration p-type impurity regions 144 and 145 serving as a source region and a drain region are formed in the island-like semiconductor layers 104 and 106 forming the p-channel TFT. Here, an impurity element imparting p-type is added using the
その後、図3(A)に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜146を形成する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜146は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜146の膜厚は100〜200nmとする。ここで、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法で、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でSiH4、N2O、NH3から作製される酸化窒化シリコン膜、またはSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力20〜200Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(60MHz)電力密度0.1〜1.0W/cm2で形成することができる。また、SiH4、N2O、H2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン膜も同様にプラズマCVD法でSiH4、NH3から作製することが可能である。
After that, as shown in FIG. 3A, a protective
その後、それぞれの濃度で添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜600℃で行うものであり、本実施例では550℃で4時間の熱処理を行った。また、基板101に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザーアニール法を適用することが好ましい(図3(B))。
Thereafter, a step of activating the impurity element imparting n-type or p-type added at each concentration is performed. This step is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. In addition, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied. In the thermal annealing method, the oxygen concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less in a nitrogen atmosphere at 400 to 700 ° C., typically 500 to 600 ° C. In this example, the temperature is 550 ° C. for 4 hours. Heat treatment was performed. Further, in the case where a plastic substrate having a low heat resistant temperature is used for the
活性化の工程の後、さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体膜にある1016〜1018/cm3のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。 After the activation step, a heat treatment was performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor film. This step is a step of terminating dangling bonds of 10 16 to 10 18 / cm 3 in the island-like semiconductor film by thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
活性化および水素化の工程が終了したら、有機絶縁物材料からなる層間絶縁膜147を1.0〜2.0μmの平均厚を有して形成する。有機樹脂材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで300℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、2液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで80℃で60秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで250℃で60分焼成して形成することができる。
After the activation and hydrogenation steps are completed, an
このように、層間絶縁膜を有機絶縁物材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機樹脂材料は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減することができる。しかし、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施例のように、保護絶縁膜146として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いる必要がある。
Thus, the surface can be satisfactorily flattened by forming the interlayer insulating film with an organic insulating material. In addition, since organic resin materials generally have a low dielectric constant, parasitic capacitance can be reduced. However, it is hygroscopic and is not suitable as a protective film, and thus needs to be used in combination with a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like formed as the protective
その後、フォトマスク5(PM5)を用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形成はドライエッチング法により行う。この場合、エッチングガスにCF4、O2、Heの混合ガスを用い有機樹脂材料から成る層間絶縁膜をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをCF4、O2として保護絶縁膜146をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをCHF3に切り替えてゲート絶縁膜をエッチングすることにより、良好にコンタクトホールを形成することができる。
Thereafter, a resist mask having a predetermined pattern is formed using the photomask 5 (PM5), and contact holes reaching the source region or the drain region formed in each island-shaped semiconductor film are formed. Contact holes are formed by dry etching. In this case, an interlayer insulating film made of an organic resin material is first etched using a mixed gas of CF 4 , O 2 , and He as an etching gas, and then the protective
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、フォトマスク6(PM6)によりレジストマスクパターンを形成し、エッチングによってソース配線148〜151、157とドレイン配線153〜156、152を形成する。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ti膜を50〜150nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜400nmの厚さで形成して配線とした(図3(C))。
Then, a conductive metal film is formed by sputtering or vacuum deposition, a resist mask pattern is formed by a photomask 6 (PM6), and source wirings 148 to 151 and 157 and
その後、有機樹脂からなる第二の層間絶縁膜158を0.5〜1.5μmの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。本実施例では、アクリル樹脂を0.5μm塗布し、250℃で焼成する。
Thereafter, a second
その上に、無機絶縁膜159を10nm〜100nmの厚さで形成する。無機絶縁膜としては酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。本実施例では酸化シリコン膜を50nmの厚さで形成する。
An inorganic insulating
さらに、0.5μmの厚さになるように第三の層間絶縁膜160としてアクリル樹脂を塗布する。次にアクリル樹脂をドライエッチングして、シール材の形成領域に相当する第三の層間絶縁膜160を除去してしまう。無機絶縁膜159がドライエッチングのときのストッパーとなり、エンドポイントを検出する目安となる。有機層間膜を二層に分けて形成して、一層は除去してしまうのは、狭ギャップで段差が大きいと注入に時間がかかってしまうため、これを緩和するためである。層間膜の最上層のみエッチングすることで、段差が精度良く形成できる。
層間膜をさらに上から塗布すると段差が平坦化されてしまい所望の段差が形成できない。また、本実施形態では層間絶縁膜を一層除去したが、エッチングレートが同じなら複数層の層間絶縁膜を除去することもできる。
(図4(A))。
Further, an acrylic resin is applied as the third
If the interlayer film is further applied from above, the step is flattened and a desired step cannot be formed. In this embodiment, the interlayer insulating film is further removed. However, if the etching rate is the same, a plurality of interlayer insulating films can be removed.
(FIG. 4 (A)).
本実施形態では、ドレイン配線と画素電極の間の層間膜をエッチングしてシール形成領域に段差を形成するが、たとえばドレイン電極が画素電極の役割をかねるときは、ゲート電極とドレイン電極の間の層間膜をエッチング選択比の異なる二層以上の膜から形成し、最上層を除去することでシール形成領域の段差を形成しても良い。この場合も最上層の層間膜をエッチングすると、さらに層間膜を形成することにより段差が平坦化されてしまうことを防ぐことができる。 In this embodiment, the interlayer film between the drain wiring and the pixel electrode is etched to form a step in the seal formation region. For example, when the drain electrode also serves as the pixel electrode, the gap between the gate electrode and the drain electrode is formed. The interlayer film may be formed of two or more layers having different etching selection ratios, and the step in the seal formation region may be formed by removing the uppermost layer. Also in this case, if the uppermost interlayer film is etched, it is possible to prevent the step from being flattened by further forming the interlayer film.
そして、第二の層間絶縁膜158と第三の層間絶縁膜160および無機絶縁膜159にドレイン配線152に達するコンタクトホールを形成し、画素電極161を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ(ITO)
膜を100nmの厚さにスパッタ法で形成する(図4(B))。
Then, a contact hole reaching the
A film is formed to a thickness of 100 nm by sputtering (FIG. 4B).
TFT素子が形成された基板に柱状スペーサーを形成する様子を図5を用いて説明する。柱状スペーサー162形成のため感光性樹脂をスピン塗布する。ネガ型感光性材料のアクリル樹脂であるJSRの“NN700”を用いる。“NN700”をスピン回転数2000rpmで塗布することで、熱硬化後の柱状スペーサーの高さが画素領域で2.5μmとなる。
The manner in which the columnar spacer is formed on the substrate on which the TFT element is formed will be described with reference to FIG. A photosensitive resin is spin-coated to form the
もちろん柱状スペーサー162の材料は感光性である必要はなく、非感光性樹脂をパターニングしてスペーサーとすることも可能である。例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ポリビニルシンナメート等が使用可能である。いずれにせよ平坦化効果のある有機樹脂を使うことが望ましい。
Of course, the material of the
ところで、感光性樹脂を塗布したときに、第三の層間絶縁膜160の膜厚に起因する段差を平坦化し、画素領域、駆動回路領域及びシール材を設ける領域のセルギャップがほぼ等しくなるようにする方が、セルギャップむらを防ぐ上で望ましい。
By the way, when the photosensitive resin is applied, the step due to the film thickness of the third
図6を用いて説明すると、図6の201はガラス基板を示す。ガラス基板上の配線パターンは省略されている。ドライエッチングのストッパーとなる無機絶縁膜202の上に、第三の層間絶縁膜203、204がエッチングされている。205は感光性樹脂を示す。感光性樹脂はパターニング後に柱状スペーサーとなる。画素領域207に柱状スペーサー206がある。シール材を設ける領域208に柱状スペーサー209がある。
If it demonstrates using FIG. 6, 201 of FIG. 6 shows a glass substrate. The wiring pattern on the glass substrate is omitted. Third
本実施形態の第三の層間絶縁膜203、204をエッチングする領域210は、シール材を設ける領域208の周辺のみである。これは、感光性樹脂205を塗布するときに、エッチングによる段差211を平坦化しやすくするためである。
The
シール材を設ける領域とその周辺のみ有機樹脂膜をエッチングすることで、感光性樹脂の平坦度が高くなり、画素領域207に設けられた柱状スペーサー206と、シール材を設ける領域208に設けられた柱状スペーサー209の頂点の高さが、ほぼ等しくなる。
By etching the organic resin film only in and around the region where the sealing material is provided, the flatness of the photosensitive resin is increased, and the
本実施形態では、エッチングする領域(LA)210はシール材を設ける領域(LB)に対しLB+0.1mm≦LA≦LB+6mm望ましくはLB+0.1mm≦LA≦LB+2mmとする。たとえばシール材を設ける領域(LB)が1mmのとき、有機樹脂エッチングする領域610の幅(LA)をシール形成領域(LB)
に対し1mm大きくして2mmとする。
In this embodiment, the region to be etched (L A ) 210 is L B +0.1 mm ≦ L A ≦ L B +6 mm, preferably L B +0.1 mm ≦ L A ≦ L B with respect to the region (L B ) where the sealing material is provided. +2 mm. For example, when the region (L B ) where the sealing material is provided is 1 mm, the width (L A ) of the
1 mm larger than 2 mm.
比較のための構成を図7に示す。図7の301はガラス基板示す。ガラス基板上の配線パターンは省略されている。ドライエッチングのストッパーとなる無機絶縁膜302の上に、第三の層間絶縁膜303がエッチングしてある。304は感光性樹脂を示す。感光性樹脂はパターニング後に柱状スペーサーとなる。画素領域306に柱状スペーサー305がある。シール材を設ける領域307に柱状スペーサー310がある。308は画素領域に設けられた柱状スペーサー305とシール材を設ける領域に設けられた柱状スペーサー310の高さの差を示す。
セルギャップむらをでにくくするには、高さの差308はできるだけ小さいほうが望ましい。
A configuration for comparison is shown in FIG.
In order to make the cell gap unevenness difficult, the
図7では、エッチング工程後の第三の層間絶縁膜303が、画素領域306と駆動回路上にあり、シール材を設ける領域周辺から液晶表示装置外側にかけては、第三の層間絶縁膜をエッチングしている。第三の層間絶縁膜のエッチングする領域309で示す。
In FIG. 7, the third
つまり、図6、7の断面図の比較からわかるように、図6のように有機樹脂膜をエッチングする領域をできるだけ狭くするほうが、感光性樹脂を塗布したときに、より確実に段差の平坦化効果が高くなる。これにより画素領域、駆動回路領域とシール材を設ける領域でパターニング後の柱状スペーサーの高さを均一にできる。もちろん有機樹脂膜の粘度を低くすること、塗布回数を増やすことで図7の構成でも十分に平坦化をはかることができる。有機樹脂膜を二回にわけて塗布すると段差の平坦化効果が高くなる。 That is, as can be seen from the comparison of the cross-sectional views of FIGS. 6 and 7, the step of etching the organic resin film as narrow as possible as shown in FIG. 6 is more reliably flattened when the photosensitive resin is applied. Increases effectiveness. Thereby, the height of the columnar spacers after patterning can be made uniform in the pixel region, the drive circuit region, and the region where the sealing material is provided. Of course, by reducing the viscosity of the organic resin film and increasing the number of coatings, the structure of FIG. 7 can be sufficiently flattened. When the organic resin film is applied twice, the flattening effect of the step becomes high.
そして、図5に示すように感光性樹脂に紫外線を照射して、フォトリソグラフィーにより柱状スペーサー162を形成する。柱状スペーサー162の直径は1〜10μmが望ましい。本実施形態では柱状スペーサー162の直径を2〜3μmとする。
Then, as shown in FIG. 5, the photosensitive resin is irradiated with ultraviolet rays, and
柱状スペーサー162は画素領域では、保持容量の上に形成する。駆動回路領域では、走査線上に形成する。また、シール材を設ける領域にも柱状スペーサー162を形成し、フィラーの替わりとする。
The
柱状スペーサーをパターニング後、ポストベークにより熱硬化する。ポストベーク温度は250℃とする。こうして、直径2〜3μmの柱状スペーサーが形成される。柱状スペーサーの高さは、画素領域、駆動回路領域で2.5μm、シール材を設ける領域で3μmである。素子基板のシール材を設ける領域と、画素領域、駆動回路領域上に柱状スペーサーを設け、頂点の高さがほぼ均一になるようにしている。 After patterning the columnar spacer, it is thermally cured by post-baking. Post bake temperature shall be 250 degreeC. Thus, a columnar spacer having a diameter of 2 to 3 μm is formed. The height of the columnar spacer is 2.5 μm in the pixel region and the drive circuit region, and 3 μm in the region where the sealing material is provided. Columnar spacers are provided on the element substrate sealing material area, the pixel area, and the drive circuit area so that the heights of the apexes are substantially uniform.
以下に対向基板の作製工程を示す。図5を用いて説明する。 A manufacturing process of the counter substrate is described below. This will be described with reference to FIG.
ガラス基板163上にスパッタ法で無機材料のブラックマトリクス164としてCr(クロム)を120nmに成膜する。ブラックマトリクスは液晶のディスクリネーションによる光漏れや、スイッチング素子が光反応により劣化することを防ぐ。ブラックマトリクスの材料は金属だけでなく、金属酸化物、金属窒化物でも良い。無機材料のブラックマトリクスとしては、クロムのほかに、タンタルや、酸化クロム、窒化タンタルなどがある。無機材料のブラックマトリクスは90〜300nmのような薄い膜厚でも、4〜6、あるいはそれ以上の高いOD値(Optical Density;光学濃度)を示す。ブラックマトリクスの厚みによる段差の形成を押さえられる。
On the
次に透明導電膜165として酸化インジウム・スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜する。光の干渉効果によりITO膜の透過率を高めるため、ITO膜の膜厚は100〜140nmが望ましい。こうして、本実施形態の対向基板が完成する。
Next, an indium tin oxide (ITO) film is formed as a transparent
素子基板と、対向基板に配向膜印刷法により配向膜166が形成されている。
本実施形態では、日産化学の垂直配向膜“SE1211”を60nm印刷する。
印刷後配向膜をプリベーク、ポストベークする。
An
In the present embodiment, a vertical alignment film “SE1211” of Nissan Chemical Industries is printed at 60 nm.
After printing, the alignment film is pre-baked and post-baked.
垂直配向膜はラビングをしなくても、液晶のプレチルト角を90°とすることができ、液晶は配向膜にたいし垂直配向する。 Even if the vertical alignment film is not rubbed, the pretilt angle of the liquid crystal can be 90 °, and the liquid crystal is vertically aligned with respect to the alignment film.
しかし、プレチルト角が90°では、アクティブマトリクス型表示装置をライン反転駆動したときに、隣接する画素間において、電圧の極性が反転しているため、横方向電界によりディスクリネーションがでやすくなる。ディスクリネーションをおさえるためには、ラビングをしてプレチルト角85°〜89°にしたほうが良い。 However, when the pretilt angle is 90 °, when the active matrix display device is driven by line inversion, the polarity of the voltage is inverted between adjacent pixels, so that the disclination is easily caused by the lateral electric field. In order to suppress disclination, it is better to rub and set the pretilt angle to 85 ° to 89 °.
ただし、垂直配向膜はラビングによるラビング筋がでやすく、ラビング筋により、表示品質が損なわれやすい。特に、ラビング面に段差があると段差をひきずったラビング筋がでてしまう。 However, the vertical alignment film is likely to have rubbing lines due to rubbing, and the display quality is easily impaired by the rubbing lines. In particular, if there is a step on the rubbing surface, a rubbing streak that has pulled the step will appear.
本実施形態では、素子基板のシール材を設ける領域の有機樹脂膜をエッチングして段差を設けているが、有機樹脂膜を二層にわけて形成し、一層のみエッチングすることで段差の形成を必要最低限におさえている。また、対向基板は100〜120nmの無機材料からなるため段差は少ない。このため、段差に起因するラビング筋がでにくい構造となっている。 In this embodiment, the step is provided by etching the organic resin film in the region where the sealing material of the element substrate is provided, but the step is formed by etching the organic resin film into two layers and etching only one layer. I keep it to the minimum necessary. Moreover, since the counter substrate is made of an inorganic material having a thickness of 100 to 120 nm, there are few steps. For this reason, it has a structure in which the rubbing streaks due to the steps are difficult to come out.
本実施形態では、対向基板と素子基板をラビングし、液晶表示装置を形成したときのラビング方向が反平行になるようにする。 In this embodiment, the counter substrate and the element substrate are rubbed so that the rubbing direction when the liquid crystal display device is formed is antiparallel.
一対の基板間にシール材168が形成されている。本実施形態ではシール材は熱硬化型エポキシ樹脂の三井化学のストラクトボンド“XN−21S”を用いる。充填剤の直径は最大5μmである。実験ではXN−21Sは、充填材の直径の関係でシール材が2.5μmまでしかつぶれなかった。かつ、2.5μmにまでセルギャップを小さくすると、シール材中の低粘度成分が画素領域に流出しやすくなった。“XN−21S”で形成できるセルギャップは2.5μm以上、表示品質を考えるとシール材の低粘度成分の流出をおさえるためには3.0μm以上が望ましいことがわかった。
A
本実施形態では、画素領域のセルギャップが2.5μmであり、0.5μmの厚さで有機樹脂膜をエッチングしているため、シール材は3.0μmとすることができる。このためシール材中の未硬化樹脂や低粘度成分の流出が抑えられ、かつ、所望のセルギャップを形成できる。段差を必要最低限におさえた構成にするため、シールを3.0μmとし、段差を低粘度成分の流出しない0.5μmとしている。 In this embodiment, since the cell gap of the pixel region is 2.5 μm and the organic resin film is etched with a thickness of 0.5 μm, the sealing material can be 3.0 μm. For this reason, the outflow of the uncured resin and the low viscosity component in the sealing material can be suppressed, and a desired cell gap can be formed. In order to achieve a configuration in which the level difference is minimized, the seal is set to 3.0 μm and the level difference is set to 0.5 μm so that the low viscosity component does not flow out.
シール材を90℃30分で仮焼成後、対向基板と素子基板を貼り合わせ、熱プレスを行う。熱プレスの圧力は0.3kgf/cm2とする。熱プレス後にスクライバー、ブレーカーで分断を行う。 After pre-baking the sealing material at 90 ° C. for 30 minutes, the counter substrate and the element substrate are bonded together and hot pressing is performed. The pressure of the hot press is 0.3 kgf / cm 2 . After hot pressing, cut with a scriber or breaker.
垂直配向反射型液晶表示装置では、環境温度にもよるが、液晶層のリタデーション(Δnd)は0.2〜0.3が望ましい。本実施形態ではセルギャップが2.5μmのため、液晶の屈折率異方性(Δn)が0.1のメルクのネガ型液晶“MLC2038”を注入する。 In the vertical alignment reflection type liquid crystal display device, the retardation (Δnd) of the liquid crystal layer is preferably 0.2 to 0.3 although it depends on the environmental temperature. In this embodiment, since the cell gap is 2.5 μm, Merck negative liquid crystal “MLC2038” having a refractive index anisotropy (Δn) of 0.1 is injected.
液晶167注入後、注入口をUV硬化型樹脂(図示せず)で封止した後、液晶を等方相以上の温度に加熱して、再配向処理を行う。
After the
フレキシブルプリント配線板(FPC:Frexible Printed Circuit)(図示せず)を取り付け、外部信号を入力し液晶表示装置を駆動する。TFTに接続した画素電極161と、対向基板に設けられた画素電極165で液晶167、配向膜166に電界がかかる。
A flexible printed circuit (FPC) (not shown) is attached, and an external signal is input to drive the liquid crystal display device. An electric field is applied to the
以上のようにしてアクティブマトリクス型表示装置が完成する。 The active matrix display device is completed as described above.
垂直配向反射型液晶表示装置の表示品質を確認する。垂直配向反射型プロジェクター液晶表示装置はPBS(Polarized Beam Splitter;偏光ビームスプリッター)を用いた光学系が必要となる。図15(3)に示すように、偏光ビームスプリッター1103に入射する光のうち、偏光ビームスプリッター1103のスプリッター面1104に水平に振動する光(S偏光1105)が反射し、S偏光1105と振動方向が垂直な光(P偏光1106)が透過する。
Check the display quality of the vertical alignment reflective LCD. The vertical alignment reflection type projector liquid crystal display device requires an optical system using a PBS (Polarized Beam Splitter). As shown in FIG. 15 (3), of the light incident on the
図15(1)、(2)に垂直配向反射型プロジェクターの光学系を示す。光源1101は白色光のメタルハライドランプを用いた。光源1101から出た光は、リフレクター1102より反射され平行光線となり、偏光ビームスプリッター1103に入射する。偏光ビームスプリッターに入射した光のうち、S偏光がスプリッター面で反射され、ダイクロイックプリズム1105に入射する。ダイクロイックプリズムにより入射した白色光が赤、緑、青の3色の光に分光し、垂直配向反射型液晶表示装置1106〜1108に入射する。液晶表示装置を三枚用いてカラー表示を行う三板式の光学系のため、解像度の高い表示ができる。
FIGS. 15A and 15B show an optical system of a vertical alignment reflection type projector. The
黒表示では、液晶は垂直配向をしており、垂直配向反射型液晶表示装置1106〜1108に入射した光は液晶により光学変調をうけない。図15(1)に示すように液晶表示装置から反射された光はS偏光のままであるため、偏光ビームスプリッターのスプリッター面によってS偏光が光源側に反射する。このためスクリーン1109に光は入射しない。
In black display, the liquid crystal is vertically aligned, and light incident on the vertically aligned reflective liquid
白表示のときは、液晶表示装置には所定階調に対応した電圧が印可されている。図15(2)に示すように、垂直配向反射型液晶表示装置1106〜1108に入射した光は液晶により光学変調をうけて、偏光状態を変えるため、液晶表示装置から反射された光は、円偏光、楕円偏光、あるいはP偏光となる。偏光状態に応じた明るさで偏光ビームスプリッター1103からスクリーン1109側へ光が出射する。偏光ビームスプリッターから出射した光は投射レンズ1110によりスクリーン1109に投影される。
During white display, a voltage corresponding to a predetermined gradation is applied to the liquid crystal display device. As shown in FIG. 15 (2), the light incident on the vertical alignment reflection type liquid
図15の光学系で表示の評価をする。セルギャップむら、ラビング筋は表示において問題がない。液晶表示装置を観察してもシール材付近の段差の形成を必要最低限におさえる構造のためシール材周辺の気泡は見られない。 The display is evaluated with the optical system of FIG. Cell gap unevenness and rubbing stripes have no problem in display. Even when the liquid crystal display device is observed, bubbles around the sealing material are not seen because of the structure that can minimize the formation of a step near the sealing material.
本実施形態の特徴はまず、シール材を設ける領域の有機樹脂膜をエッチングすることでセルギャップを狭くすることにともなうシール材の未硬化樹脂、低粘度成分の流出をおさえることである。 The feature of this embodiment is to first suppress the outflow of uncured resin and low-viscosity components of the sealing material accompanying the narrowing of the cell gap by etching the organic resin film in the region where the sealing material is provided.
また、本実施形態の特徴は、シール材を設ける領域の段差を、柱状スペーサーにより平坦化し、柱状スペーサーの頂点の高さを均一にすることである。対向基板も膜厚が90〜300nmと薄いクロム、ITO膜のような無機膜を使っているため平坦性が良い。平坦性の良い2枚の基板を用いてパネル組立することで均一なセルギャップが得られる。 In addition, the feature of the present embodiment is that the step in the region where the sealing material is provided is flattened by the columnar spacer, and the height of the apex of the columnar spacer is made uniform. Since the counter substrate also uses an inorganic film such as a chromium or ITO film having a thin film thickness of 90 to 300 nm, the flatness is good. A uniform cell gap can be obtained by assembling a panel using two substrates having good flatness.
また本実施形態の特徴は、有機樹脂膜を二層に分けて形成し、一層のみエッチングすることで、段差の形成を必要最低限におさえることである。これにより段差に起因する気泡や、ラビング筋をおさえることができる。さらに、段差の形成を必要最低限におさえているため、柱状スペーサーにより段差を平坦化しやすい。 In addition, the feature of this embodiment is that the organic resin film is formed in two layers and only one layer is etched to minimize the formation of the step. As a result, bubbles caused by steps and rubbing streaks can be suppressed. Furthermore, since the formation of the step is minimized, the step is easily flattened by the column spacer.
段差の形成をおさえた構成は、液晶注入という点では、垂直配向のように配向膜のアンカリングエネルギーが弱く液晶注入に時間がかかる表示モードや、液晶の粘性が高く液晶注入に時間がかかる表示モードに有用である。また気泡が残りやすい大型の液晶表示装置にも有用である。 In terms of liquid crystal injection, the structure that suppresses the formation of steps is a display mode in which the anchoring energy of the alignment film is weak and the liquid crystal injection takes a long time, such as vertical alignment, and the liquid crystal viscosity is high and the liquid crystal injection takes a long time Useful for mode. It is also useful for large liquid crystal display devices where bubbles are likely to remain.
また、自発分極を有するスメクチック液晶は、液晶が注入されにくく段差部で気泡となりやすい。そして気泡を起点として層方向に配向欠陥が広がり、液晶表示装置全面で均一な配向を得るのが難しくなる。実験では配向膜(30〜230nm)や透明電極(90〜140nm)に起因する30〜370nmの段差でさえ、液晶表示装置のサイズや注入条件によっては、液晶がうまく注入されず気泡となった。このため、段差の形成を必要最低限におさえた本実施形態の構成は、スメクチック液晶を使用する液晶表示装置において有用である。 In addition, smectic liquid crystals having spontaneous polarization are less likely to be injected with liquid crystal and easily form bubbles at the stepped portion. Then, alignment defects spread in the layer direction starting from bubbles, making it difficult to obtain uniform alignment over the entire surface of the liquid crystal display device. In the experiment, even the step of 30 to 370 nm caused by the alignment film (30 to 230 nm) and the transparent electrode (90 to 140 nm), the liquid crystal was not injected well and bubbles were formed depending on the size and injection conditions of the liquid crystal display device. For this reason, the configuration of the present embodiment in which the formation of the step is minimized is useful in a liquid crystal display device using a smectic liquid crystal.
本実施形態の段差の形成を必要最低限におさえた構成は、ラビング筋を防ぐという点では、垂直配向のようにプレチルトが高くラビング筋がでやすい表示モードや、ディスクリネーション対策に比較的プレチルトを高くした(5〜10°)
、ラビング筋がでやすい表示モードに有用である。
The configuration that minimizes the formation of the level difference in this embodiment is a relatively pre-tilt for display mode that has high pre-tilt and high rubbing stripes, such as vertical alignment, and for disclination measures, in terms of preventing rubbing stripes. (5-10 °)
This is useful for the display mode, where rubbing streaks are likely to occur.
またラビングによる段差を防ぐという点では、段差形成後に有機樹脂膜を塗布し、段差部に緩やかなテーパーをつけることも可能である。緩やかなテーパーをつけることでラビングロールの毛先の乱れが少なくなり、ラビング筋を減らすことができる。 In terms of preventing a step due to rubbing, it is also possible to apply an organic resin film after the step is formed, and to gently taper the step portion. By applying a gentle taper, the rubbing roll's hair tips are less disturbed and the rubbing streaks can be reduced.
駆動回路一体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置において、対角2〜3インチ以下の小型パネルの場合、駆動回路とシール材を形成する領域にのみスペーサーを設け、表示領域には設けないことも可能である。スペーサー周囲の液晶配向が乱れることによる光漏れを防止できる。石英基板を用いると表示領域にギャップを制御する材料を設けなくても精度の良いセルギャップ制御ができる。 In an active matrix liquid crystal display device integrated with a drive circuit, in the case of a small panel having a diagonal size of 2 to 3 inches or less, it is possible to provide a spacer only in the area where the drive circuit and the sealing material are formed, and not in the display area It is. Light leakage due to disorder of the liquid crystal alignment around the spacer can be prevented. When a quartz substrate is used, accurate cell gap control can be performed without providing a material for controlling the gap in the display region.
本実施形態を液晶表示装置に応用する場合は、本実施形態の構成の特徴をすべて備えている必要はなく、実施者が必要に応じて適宜選択すれば良い。本実施形態では素子基板の有機樹脂膜をエッチングしたが、無機膜をエッチングして段差を形成することも可能である。 When the present embodiment is applied to a liquid crystal display device, it is not necessary to have all the features of the configuration of the present embodiment, and the practitioner may select as appropriate as necessary. In this embodiment, the organic resin film of the element substrate is etched, but a step can be formed by etching the inorganic film.
[実施形態2]
本実施形態では、煩雑な工程をともなわず、均一なセルギャップの液晶表示装置を形成する方法を説明する。
[Embodiment 2]
In the present embodiment, a method for forming a liquid crystal display device having a uniform cell gap without complicated processes will be described.
液晶表示装置では、シール材を設ける領域と画素領域の段差から、シール材中のフィラー径と画素領域のスペーサーの径を設定するといった作業をするときがある。しかし、測定装置の精度の問題で段差測定値からフィラー径の最適化をしてもセルギャップむらがでてしまうことがある。 In a liquid crystal display device, there is a case where an operation of setting a filler diameter in a sealing material and a spacer diameter in a pixel region is performed based on a step between the region where the sealing material is provided and the pixel region. However, even if the filler diameter is optimized from the step measurement value due to the accuracy of the measuring apparatus, the cell gap may be uneven.
しかし、本実施形態では、シール材にフィラー、スペーサーを設けない。このためシール材のセルギャップは、画素領域、駆動回路領域に形成されたスペーサーにより決められる。このため、アクティブマトリクス型表示装置のシール下にあるFPC配線による段差により、セルギャップが局所的に厚くなることをおさえられる。 However, in this embodiment, no filler or spacer is provided on the sealing material. Therefore, the cell gap of the sealing material is determined by spacers formed in the pixel region and the drive circuit region. For this reason, the cell gap can be prevented from locally becoming thick due to the step caused by the FPC wiring under the seal of the active matrix display device.
図8に実施形態2の構成を示す。素子基板はガラス基板401、真性半導体層402、半導体nチャネル領域403、半導体pチャネル領域404、ゲート絶縁膜405、耐熱性導電体層406、保護膜407、第一の層間絶縁膜408、ソース配線409、411と、ドレイン配線410、412、第二の層間絶縁膜413、画素電極414、柱状スペーサー423からなる。
FIG. 8 shows the configuration of the second embodiment. The element substrate is a
実施形態2では対向基板にある有機樹脂膜をシール材を設ける領域においてエッチングしている。このため、素子基板の層間絶縁膜はシール材形成用にエッチングしていない。 In the second embodiment, the organic resin film on the counter substrate is etched in the region where the sealing material is provided. For this reason, the interlayer insulating film of the element substrate is not etched for forming the sealing material.
また、本実施形態では柱状スペーサーの高さを1.0μmとしている。柱状スペーサー材料としてはJSRの“NN700”を希釈して粘度を下げ、スピン塗布し、1.0μmのセルギャップ形成を行った。 In this embodiment, the height of the columnar spacer is 1.0 μm. As a columnar spacer material, JSR “NN700” was diluted to reduce the viscosity, and spin coating was performed to form a cell gap of 1.0 μm.
対向基板はガラス基板415、無機材料のブラックマトリクス416、カラーフィルター417、オーバーコート材418、透明導電膜419からなる。対向基板の特徴を図11を用いて説明する。
The counter substrate includes a
図11(1)のように、対向基板のガラス701には、無機材料のブラックマトリクス702が成膜されている。本実施形態ではクロム120nmが使われる。
As shown in FIG. 11A, a
無機材料のブラックマトリクス702の上にカラーフィルター703が形成されている。カラーフィルターは顔料が分散された有機樹脂からなる。カラーフィルターの厚さは反射型液晶表示装置で0.3μm〜1.5μmであり、透過型液晶表示装置で0.8μm〜2.0μmが望ましい。カラーフィルターは各色のカラーモザイクを組み合わせてカラー表示を行う。カラーモザイクとして用いる色の組み合わせは、赤、青、緑のような加法混色の三原色だけでなく、シアン、マゼンダ、イエローのような減法混色の三原色も可能である。
A
本実施形態では赤、青、緑の加法混色の三原色でカラー表示を行う。カラーフィルターとして感光性アクリル樹脂が緑、青、赤の順で、それぞれ1.4〜1.6μmの厚さでストライプ状に形成されている。図示してはいないが、ブラックマトリクスを隣接するカラーモザイクの間に設けると、カラーモザイクが重なることによる混色を防ぐことができる。 In the present embodiment, color display is performed with the three primary colors of additive color mixture of red, blue, and green. As the color filter, a photosensitive acrylic resin is formed in a stripe shape with a thickness of 1.4 to 1.6 μm in order of green, blue, and red. Although not shown, when a black matrix is provided between adjacent color mosaics, color mixing due to overlapping of color mosaics can be prevented.
本実施形態では、カラーフィルター703のカラーモザイク緑、赤、青のうち、少なくともいずれか一色が駆動回路708領域にも形成してあるのが特徴である。これにより、少なくとも、駆動回路領域708と画素領域706が同じ高さに平坦化され、セルギャップむらがでにくくなる。駆動回路一体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置のうち、デジタル駆動パネルのような、駆動回路領域の大きな液晶表示装置にこのような構成は特に有効である。
The present embodiment is characterized in that at least one of the color mosaic green, red, and blue of the
カラーフィルター703にオーバーコート材704を形成する。オーバーコート材の厚さは0.5〜5μmが望ましい。オーバーコート材はアクリル、ポリイミドのような透明な有機樹脂膜であり、隣接するカラーモザイクの重なりによってできる微細な段差の平坦化効果がある。本実施形態ではオーバーコート材の厚さを1μmとする。
An
透明導電膜705として酸化インジウム・スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜し、レジスト709をパターニングする。
An indium tin oxide (ITO) film is formed as a transparent
その後、図11(2)のようにドライエッチングにより、シール材を設ける領域707にあるオーバーコート材704を透明導電膜705と一緒にエッチングする。エッチング後に剥離液にてレジストを剥離する。
After that, as shown in FIG. 11B, the
図11と比較する構成を図12に示す。対向基板の駆動回路領域808にカラーフィルターがない。
A configuration to be compared with FIG. 11 is shown in FIG. There is no color filter in the
ガラス基板801があり、無機材料のブラックマトリクス802の上にカラーフィルター803が形成されている。本実施形態では赤、青、緑の加法混色の三原色でカラー表示を行う。カラーフィルターとして感光性アクリル樹脂が緑、青、赤の順で、それぞれ1.4〜1.6μmの厚さでストライプ状に形成されている。図示してはいないが、ブラックマトリクスを隣接するカラーモザイクの間に設けると、カラーモザイクが重なることによる混色を防ぐことができる。カラーフィルターは画素領域にある。
A
カラーフィルター803にオーバーコート材804を形成する。オーバーコート材の厚さは0.5〜5μmが望ましい。オーバーコート材はアクリル、ポリイミドのような透明な有機樹脂膜であり、隣接するカラーモザイクの重なりによってできる微細な段差の平坦化効果がある。本実施形態ではオーバーコート材の厚さを1μmとする。
An
透明導電膜805として酸化インジウム・スズ(ITO)膜をスパッタ法で100nmに成膜し、レジストによりパターニングする。
As the transparent
その後、ドライエッチングにより、シール材を設ける領域807にあるオーバーコート材804を透明導電膜805だけをエッチングする。
Thereafter, only the transparent
このように作製した対向基板では、画素領域806と駆動回路領域808の間にカラーフィルターの厚さ起因の段差809が残る。段差809に起因するセルギャップむらができやすい。図11では、画素領域706と駆動回路領域708は平坦である。
In the counter substrate manufactured in this way, a
図11の対向基板と素子基板を組み合わせてパネル組立をする。パネル組立工程を図8を用いて説明する。配向膜420は表示モードに応じて適宜選択する。
A panel is assembled by combining the counter substrate and the element substrate of FIG. The panel assembly process will be described with reference to FIG. The
シール材422は熱硬化型エポキシ樹脂の三井化学のストラクトボンド“XNー21F”を使う。ファインピッチ形成用に市販されている材料であり、充填材の最大径は4μmである。実験では、充填材の径の関係で、XN−21Fはシール材が2.3μmまでしかつぶれなかった。かつ2.5μmにまでセルギャップを小さくすると、シール材中の低粘度成分が画素領域に流出しやすくなった。つまり、“XN−21F”で形成できるセルギャップは2.3μm以上、表示品質を考えると2.9μm以上が望ましいことがわかった。
The
シール材を仮焼成後、対向基板と素子基板を貼り合わせ、熱プレスを行う。貼り合わせ後の対向基板と素子基板のラビング軸は90°に交差する。熱プレスの圧力は0.3kgf/cm2とする。熱プレス後にスクライバー、ブレーカーで分断を行う。液晶421は表示モードに応じて適宜選択し、液晶注入後にUV硬化樹脂で注入口を硬化する。
After pre-baking the sealing material, the counter substrate and the element substrate are bonded together, and hot pressing is performed. The rubbing axes of the counter substrate and the element substrate after bonding cross each other at 90 °. The pressure of the hot press is 0.3 kgf / cm 2 . After hot pressing, cut with a scriber or breaker. The
対向基板シール材を設ける領域の1.0μmのオーバーコート材418と1.5μmのカラーフィルター417をエッチングすることで、本実施形態ではシール材を設ける領域のセルギャップを画素領域のセルギャップに比べて2.5μm高くすることができる。1.0μmのセルギャップの液晶表示装置に対して、シール材を設ける領域は3.5μmのセルギャップとすることができる。これによりシール材の低粘度成分、未硬化樹脂の流出をおさえることができる。3.5μmのセルギャップなら、充填材がつぶれることができ、セルギャップ形成が可能である。
By etching the 1.0
本実施形態はシール材に特徴があり、シール材中にフィラー等のセルギャップ制御をする材料がないため、駆動回路領域と、画素領域のスペーサーの高さで液晶表示装置のセルギャップが決まる。このため、シール材を設ける領域に大きく段差を設けても、フィラー径の最適化という煩雑な作業がなくても、均一なセルギャップとなる。 This embodiment is characterized by a sealing material. Since there is no material for controlling the cell gap such as a filler in the sealing material, the cell gap of the liquid crystal display device is determined by the height of the spacer in the drive circuit region and the pixel region. For this reason, even if a large step is provided in the region where the sealing material is provided, even if there is no complicated work of optimization of the filler diameter, a uniform cell gap is obtained.
また、本実施形態の構成は対向基板に特徴があり、図11のように駆動回路領域にもカラーフィルターを形成し、画素領域と駆動回路領域にあたる部分を平坦化してセルギャップむらを出にくくしている。さらに、対向基板のシール材を設ける領域の有機樹脂膜をエッチングしているためセルギャップを狭くすることにともなうシール材のしみ出しが見られない。 In addition, the structure of this embodiment is characterized by a counter substrate. As shown in FIG. 11, a color filter is also formed in the drive circuit area, and the pixel area and the drive circuit area are flattened to make it difficult to cause cell gap unevenness. ing. Furthermore, since the organic resin film in the region where the sealing material of the counter substrate is provided is etched, no seepage of the sealing material accompanying the narrowing of the cell gap is observed.
本実施形態ではスペーサーとして、柱状スペーサーを用いて説明したが、それに限るものでなく球状のSiO2、有機樹脂のスペーサー、壁スペーサーなど自由に使える。 In this embodiment, the columnar spacer is used as the spacer. However, the present invention is not limited thereto, and spherical SiO 2 , organic resin spacer, wall spacer, etc. can be used freely.
本実施形態の対向基板の構成は、アクティブマトリクス型表示装置だけでなく、単純マトリクス型表示装置にも適用できる。 The configuration of the counter substrate of this embodiment can be applied not only to an active matrix display device but also to a simple matrix display device.
[実施形態3]
本実施形態では、シール材の信頼性の関係でシール材を設ける領域の段差を大きく設けた基板において、段差に起因するラビング筋をおさえる方法を開示する。
[Embodiment 3]
In the present embodiment, a method is disclosed in which a rubbing streak caused by a step is suppressed in a substrate provided with a large step in the region where the seal material is provided due to the reliability of the seal material.
以下に本実施形態の構成を説明する。素子基板、対向基板は図8に示す基板を用いる。各構成要素の説明は実施形態2においてすでにした。対向基板はシール材を設ける領域のオーバーコート材、カラーフィルターがエッチングされ2.5μmの段差ができている。柱状スペーサー423としてはJSRの“NN700”が画素領域と駆動回路に1.0μmの高さで形成されている。本実施形態では実施形態2と異なる点を説明する。
The configuration of this embodiment will be described below. A substrate shown in FIG. 8 is used as the element substrate and the counter substrate. Each component has already been described in the second embodiment. The counter substrate has a step of 2.5 μm by etching the overcoat material and the color filter in the region where the seal material is provided. As the
本実施形態では、光配向により液晶の配向制御を行う。光配向は配向膜に対し非接触な工程で、配向膜に液晶の配向機能を発現させる。このため、シール材を設ける領域の段差に起因するラビングむらをおさえることができる。 In this embodiment, the alignment of the liquid crystal is controlled by photo-alignment. Photo-alignment is a non-contact process with respect to the alignment film, and causes the alignment film to exhibit the alignment function of the liquid crystal. For this reason, the rubbing nonuniformity resulting from the level | step difference of the area | region which provides a sealing material can be suppressed.
配向膜のラビング工程は、基板の段差を引きずったラビング筋が現われることがある。しかし、液晶の配向制御にラビングレスの表示モードを組み合わせて使うことで、段差によるラビング筋を防止する。 In the rubbing process of the alignment film, rubbing streaks that cause a step difference of the substrate may appear. However, by using a rubbing-less display mode in combination with liquid crystal orientation control, rubbing streaks due to steps are prevented.
配向膜は光配向機能を有する配向膜として感光性樹脂であるポリビニルシンナメート(PVCi)を用いる。膜厚は30nmとする。ポリビニルシンナメートはネガ型のフォトレジストであり、光反応により分子構造が変化し、二量化反応が起こる。 As the alignment film, polyvinyl cinnamate (PVCi) which is a photosensitive resin is used as an alignment film having a photo-alignment function. The film thickness is 30 nm. Polyvinyl cinnamate is a negative type photoresist, and its molecular structure is changed by a photoreaction to cause a dimerization reaction.
ポリビニルシンナメート(PVCi)の二量化反応を図13に示す。ポリビニルシンナメート900の側鎖のスチリル基901は、カルボニル基からベンゼン環にかけて二重結合の共役系が伸びており、紫外線を強く吸収する。
The dimerization reaction of polyvinyl cinnamate (PVCi) is shown in FIG. The
側鎖のスチリル基901に平行な紫外線の直線偏光902を照射すると、側鎖が紫外線を吸収して、スチリル基901の炭素−炭素二重結合が開環し、903のようにポリビニルシンナメートが二量化する。
When irradiated with linearly polarized ultraviolet light 902 parallel to the
二量化したポリビニルシンナメートは液晶の配向性を失う。液晶はポリビニルシンナメートの側鎖方向に配向するため、結果として照射した紫外線の偏光方向に対し直交する方向に液晶長軸が配向する。 Dimerized polyvinyl cinnamate loses the orientation of the liquid crystal. Since the liquid crystal is aligned in the side chain direction of the polyvinyl cinnamate, as a result, the major axis of the liquid crystal is aligned in a direction orthogonal to the polarization direction of the irradiated ultraviolet light.
ポリビニルシンナメートを光配向するには、図14に示すように配向膜に対し直線偏光を二回にわけて照射する。一回目の光照射は配向膜に対し、垂直方向から行い液晶長軸の配向方向を決める。 In order to photo-align polyvinyl cinnamate, linearly polarized light is irradiated twice on the alignment film as shown in FIG. The first light irradiation is performed from the perpendicular direction to the alignment film to determine the alignment direction of the major axis of the liquid crystal.
二回目の直線偏光の照射は配向膜に対し、斜め方向からする。二回目の光照射により液晶のプレチルト角が決まる。照射した直線偏光と同一平面で、照射した直線偏光に対し直行する方向に液晶の長軸が配向する。 The second irradiation of linearly polarized light is performed obliquely with respect to the alignment film. The pretilt angle of the liquid crystal is determined by the second light irradiation. The major axis of the liquid crystal is aligned in the direction perpendicular to the irradiated linearly polarized light and perpendicular to the irradiated linearly polarized light.
二回に分けて紫外領域の直線偏光を照射することで、液晶の配向軸1001とプレチルト角が決まる。液晶の配向方向は表示モードに応じて適宜選択する。
By irradiating the linearly polarized light in the ultraviolet region in two steps, the
紫外光の光源としては、水銀ランプ、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザー等がある。 Examples of ultraviolet light sources include mercury lamps, excimer lasers, and argon ion lasers.
光配向後、シール材を塗布する。シール材仮焼成、基板貼り合わせ、熱プレス、分断を行って液晶を注入する。液晶注入後に注入口に紫外線硬化材を塗布し、紫外線照射することで液晶注入口を封止する。フレキシブルプリント配線板をパネルにつけて、アクティブマトリクス型表示装置ができる。 After photo-alignment, a sealing material is applied. Liquid crystal is injected by performing sealing material temporary firing, substrate bonding, hot pressing, and cutting. After the liquid crystal is injected, an ultraviolet curable material is applied to the injection port, and the liquid crystal injection port is sealed by irradiating with ultraviolet rays. An active matrix display device can be formed by attaching a flexible printed wiring board to a panel.
本実施形態の特徴はセルギャップの狭い液晶表示装置におけるシール材のしみだしを防止するために、シール材を設ける領域をエッチングして段差を設けている。さらに段差によりラビング筋がでることを防ぐために光配向処理をほどこしている。 A feature of this embodiment is that a step is provided by etching a region where the sealing material is provided in order to prevent the sealing material from bleeding in a liquid crystal display device having a narrow cell gap. Furthermore, in order to prevent rubbing streaks from appearing due to a step, a photo-alignment process is performed.
素子基板には図8のように柱状スペーサー423が形成されているが、柱状スペーサーの高さが1.0μmと小さいので、柱状スペーサーの影による光照射むらはそれほど大きくなく、液晶の配向は液晶表示装置内で均一である。
As shown in FIG. 8,
ラビングレスの表示モードは、光配向法だけでなく、電界スリット制御法、垂直配向型液晶表示装置において微細突起で液晶を配向するMVA(Multi Vertical Align)モードがある。シール材を設ける領域をエッチングしたような段差の大きい基板では、これらのラビングレスモードもラビング筋の防止に有用である。 The rubbingless display mode includes not only a photo-alignment method but also an electric field slit control method and an MVA (Multi Vertical Align) mode in which liquid crystals are aligned with fine protrusions in a vertical alignment type liquid crystal display device. In the case of a substrate having a large step such as etching of the region where the sealing material is provided, these rubbing-less modes are also useful for preventing rubbing streaks.
[実施形態4]
配向膜のラビング工程は、基板上に基板の段差を引きずったラビング筋が現われることがある。本実施形態では、セルギャップを狭くするための段差が、ラビング工程に影響しない構成を開示する。
[Embodiment 4]
In the rubbing process of the alignment film, rubbing streaks that drag the steps of the substrate may appear on the substrate. In the present embodiment, a configuration in which a step for narrowing the cell gap does not affect the rubbing process is disclosed.
本実施形態では、対向基板、素子基板とも、ラビングの上流方向をさけて、有機樹脂膜のエッチングによる段差を設けて、段差に起因するラビング筋が画素領域にかからないようにすることを特徴とする。 In this embodiment, both the counter substrate and the element substrate are provided with a step by etching the organic resin film so as to avoid the upstream direction of the rubbing so that the rubbing streaks due to the step do not cover the pixel region. .
本実施形態の構成を図9を用いて説明する。図9において、対向基板501と配向膜のラビング方向502、シール材を設ける領域においてシール材のしみだし防止のために有機樹脂膜がエッチングされた領域503が図示されている。簡単のために対向基板の画素電極、ブラックマトリクス、カラーフィルター等は図示していない。段差によるラビング筋が画素領域にかかることを防ぐために、ラビング方向502の上流側をさけて有機樹脂膜をエッチングしていることが特徴である。本実施形態では、エッチングする領域503において、カラーフィルター1.0μmと、オーバーコート材1.0μmを取り去っており、2.0μmの段差がある。
The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, a rubbing
素子基板504に、FPC配線引出し線505、ゲートドライバー506、ソースドライバー507がある。素子基板の配向膜ラビング方向508の上流側をさけて、有機樹脂膜エッチングする領域509を設けている。素子基板では、FPC配線を保護するために、FPC配線側の有機樹脂膜は残してある。本実施形態では、エッチングする領域509において、有機樹脂膜を2.0μm取り去っており、対向基板と同じ段差がある。
The
対向基板にシール材511を形成し、対向基板と素子基板をパネル組立する。
パネル組立後のシール材511は、対向基板と素子基板に2.0μmの段差をもうけた領域512にある。本実施形態のラビング方向では左巻きのツイストのTN型液晶表示装置ができる。パネル組立後にFPC510の貼りつけを行い、アクティブマトリクス型表示装置が完成する。
A sealing
The sealing
本実施形態では、セルギャップを狭くすることによるシール材のしみだしを防ぐために、対向基板と、素子基板の有機樹脂膜をエッチングしている。さらに、エッチング後の段差に起因するラビング筋を防ぐために、ラビング方向の上流側をさけて有機膜をエッチングしている。これによりラビング筋のできにくい良好な表示品質の液晶表示装置を形成する。 In the present embodiment, the counter substrate and the organic resin film of the element substrate are etched in order to prevent the seal material from bleeding due to the narrowing of the cell gap. Furthermore, the organic film is etched away from the upstream side in the rubbing direction in order to prevent rubbing streaks due to the steps after etching. As a result, a liquid crystal display device with good display quality that is difficult to cause rubbing streaks is formed.
[実施形態5]
実施形態5では、ラビング筋防止のため、ラビングの上流方向を避けるようにして段差を設けた液晶表示装置の構成を説明する。本実施形態では、一対の基板に反平行のラビング処理を施す。表示モードとしては、垂直配向液晶表示装置、反強誘電性液晶表示装置、強誘電性液晶表示装置のような反平行のラビング処理が必要な液晶表示装置に適用できる。
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, a configuration of a liquid crystal display device provided with a step so as to avoid the upstream direction of rubbing to prevent rubbing streaks will be described. In this embodiment, an antiparallel rubbing process is performed on a pair of substrates. The display mode can be applied to a liquid crystal display device that requires antiparallel rubbing treatment, such as a vertical alignment liquid crystal display device, an antiferroelectric liquid crystal display device, and a ferroelectric liquid crystal display device.
本実施形態では、対向基板、素子基板とも、ラビングの上流方向に、有機樹脂膜のエッチングによる段差を設けないようにして、段差に起因するラビング筋が画素領域にかからないようにすることを特徴とする。 The present embodiment is characterized in that both the counter substrate and the element substrate are not provided with a step due to the etching of the organic resin film in the upstream direction of the rubbing so that the rubbing streaks due to the step do not cover the pixel region. To do.
本実施形態の構成を図10を用いて説明する。図10において、対向基板601と配向膜のラビング方向602、シール材を設ける領域においてシール材のしみだし防止のために有機樹脂膜がエッチングされた領域603がある。簡単のために対向基板の画素電極、ブラックマトリクス、カラーフィルター等は図示していない。段差によるラビング筋が画素領域にかかることを防ぐために、ラビング方向602の上流側をさけて有機樹脂膜をエッチングしていることが特徴である。本実施形態では、エッチングする領域603において、カラーフィルター1.0μmと、オーバーコート材1.0μmを取り去っており、2.0μmの段差がある。
The configuration of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 10, there is a
素子基板604に、FPC配線引出し線605、ゲートドライバー606、ソースドライバー607がある。素子基板配向膜のラビング方向608の上流側をさけて、有機樹脂膜エッチングする領域609を設けている。素子基板では、FPC配線を保護するために、FPC配線側の有機樹脂膜は残してある。本実施形態では、エッチングする領域609において、有機樹脂膜を2.0μm取り去っており、対向基板と同じ段差がある。
The
対向基板上にシール材611を塗布し、対向基板と素子基板をパネル組立する。パネル組立後のシール材611は、対向基板と素子基板の2.0μmの段差をもうけた領域612にある。本実施形態では反平行にラビング処理を施した液晶表示装置ができる。パネル組立後にFPC610の貼りつけを行い、アクティブマトリクス型表示装置が完成する。
A
[実施形態6]
本実施形態では、本発明のアクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ半導体装置について図18、図19、図20で説明する。
[Embodiment 6]
In this embodiment, a semiconductor device incorporating the active matrix liquid crystal display device of the present invention will be described with reference to FIGS.
このような半導体装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図18と図19に示す。 Examples of such a semiconductor device include a portable information terminal (electronic notebook, mobile computer, mobile phone, etc.), a video camera, a still camera, a personal computer, a television, and the like. Examples of these are shown in FIGS.
図18(A)は携帯電話であり、本体9001、音声出力部9002、音声入力部9003、表示装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている。本願発明は音声出力部9002、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9004に適用することができる。
FIG. 18A illustrates a mobile phone, which includes a main body 9001, an
図18(B)はビデオカメラであり、本体9101、表示装置9102、音声入力部9103、操作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部9106から成っている。本願発明は音声入力部9103、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9102、受像部9106に適用することができる。
FIG. 18B illustrates a video camera which includes a main body 9101, a
図18(C)はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体9201、カメラ部9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装置9205で構成されている。本願発明は受像部9203、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9205に適用することができる。
FIG. 18C illustrates a mobile computer or a portable information terminal, which includes a main body 9201, a
図18(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体9301、表示装置9302、アーム部9303で構成される。本願発明は表示装置9302に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
FIG. 18D illustrates a head mounted display which includes a main body 9301, a
図18(E)はテレビであり、本体9401、スピーカー9402、表示装置9403、受信装置9404、増幅装置9405等で構成される。実施例5で示す液晶表示装置や、実施例6または7で示すEL表示装置は表示装置9403に適用することができる。
FIG. 18E illustrates a television set including a main body 9401,
図18(F)は携帯書籍であり、本体9501、表示装置9502、9503、記憶媒体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディスク(MD)やDVDに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置9502、9503は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。
FIG. 18F illustrates a portable book, which includes a main body 9501,
図19(A)はパーソナルコンピュータであり、本体9601、画像入力部9602、表示装置9603、キーボード9604で構成される。
FIG. 19A illustrates a personal computer which includes a
図19(B)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体9701、表示装置9702、スピーカ部9703、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
FIG. 19B shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a
図19(C)はデジタルカメラであり、本体9801、表示装置9802、接眼部9803、操作スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成される。
FIG. 19C illustrates a digital camera which includes a
図20(A)はフロント型プロジェクターであり、表示装置3601、スクリーン3602で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。 FIG. 20A illustrates a front type projector which includes a display device 3601 and a screen 3602. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits.
図20(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。 FIG. 20B illustrates a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, and a screen 3704. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits.
なお、図20(C)は、図20(A)及び図20(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図20(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。 Note that FIG. 20C is a diagram illustrating an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 20A and 20B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802 and 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. In addition, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.
また、図20(D)は、図20(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図20(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。 FIG. 20D illustrates an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 20D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
162 柱状スペーサー
166 配向膜
167 液晶
168 シール材
201 ガラス基板
202 無機絶縁膜
203、204 エッチング工程後の第三の層間絶縁膜
205 感光性樹脂
206 画素領域に設けられた柱状スペーサー
207 画素領域
208 シール材を設ける領域
209 シール材を設ける領域に設けられた柱状スペーサー
210 第三層間膜のエッチングする領域
211 第三層間膜による段差
301 ガラス基板
302 無機絶縁膜
303 エッチング工程後の第三の層間絶縁膜
304 感光性樹脂
305 画素領域に設けられた柱状スペーサー
306 画素領域
307 シール材を設ける領域
308 柱状スペーサーの高さの差
309 第三層間膜のエッチングする領域
310 シール材を設ける領域に設けられた柱状スペーサー
311 第三層間膜による段差
417 カラーフィルター
418 オーバーコート材
419 透明導電膜
420 配向膜
421 液晶
422 シール材
423 柱状スペーサー
501、601 対向基板
502、602 ラビング方向
503、603 有機樹脂膜がエッチングされた領域
504、604 素子基板
505、605 FPC配線引出し線
506、606 ゲートドライバー
507、607 ソースドライバー
508、608 配向膜のラビング方向
509、609 エッチングする領域
510、610 FPC
511、611 シール材
512、612 エッチングする領域
701、801 ガラス基板
702、802 無機材料のブラックマトリクス
703、803 カラーフィルター
704、804 オーバーコート材
705、805 透明導電膜
706、806 画素領域
707、807 シール材を設ける領域
708、808 駆動回路領域
709 レジスト
809 段差
1106〜1108 垂直配向反射型液晶表示装置
1200 素子基板
1201 段差
1202 ラビング方向
1203 ラビング筋
1301 シール材
1302 シール材のしみだし
1303 画素領域
1304 気泡
1305 中心付近の色調
1306 中心から離れたところの色調
1307 ラビング筋
162
511, 611
Claims (6)
前記第1の基板に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板間に設けられた一対の配向層と、
前記第1の基板に設けられた第1の絶縁膜と、
前記第2の基板に設けられた第2の絶縁膜と、を有し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜は、シール材形成領域の一部がラビング処理方向の上流側をさけて除去されていることを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate;
A second substrate facing the first substrate;
A pair of alignment layers provided between the first substrate and the second substrate;
A first insulating film provided on the first substrate;
A second insulating film provided on the second substrate,
The liquid crystal display device, wherein the first insulating film and the second insulating film are partly removed away from the upstream side in the rubbing treatment direction.
前記第1の基板に設けられた配向層のラビング処理方向の上流側と、前記第2の基板に設けられた配向層のラビング処理方向の上流側は、異なる位置にあることを特徴とする液晶表示装置。 In claim 1,
The liquid crystal characterized in that the upstream side in the rubbing treatment direction of the alignment layer provided on the first substrate is different from the upstream side in the rubbing treatment direction of the alignment layer provided on the second substrate. Display device.
前記第1の絶縁膜が除去された領域と、前記第2の絶縁膜が除去された領域は、互いに重なりあわないことを特徴とする液晶表示装置。 In claim 1 or claim 2,
Wherein a first insulating film is removed region, the region where the second insulating film is removed, the liquid crystal display device, characterized in that not-overlapping with each other.
前記第1の基板に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板間に設けられた一対の配向層と、
前記第1の基板に設けられた第1の絶縁膜と、
前記第2の基板に設けられた第2の絶縁膜と、を有し、
シール材形成領域は矩形を有し、
前記矩形の一辺が第1の領域であり、
前記矩形の一辺が第2の領域であり、
前記矩形の一辺が第3の領域であり、
前記矩形の一辺が第4の領域であり、
前記第1乃至前記第4の領域のそれぞれは、前記矩形の互いに異なる一辺であり、
前記第1の領域と前記第3の領域とは平行に配置されており、
前記第2の領域と前記第4の領域とは平行に配置されており、
前記第1の絶縁膜は前記第1乃至第3の領域が選択的に除去されており、
前記第2の絶縁膜は前記第4の領域が選択的に除去されており、
前記第1の基板に設けられた配向層は、前記第4の領域がラビング処理方向の上流側になるようにラビングされており、
前記第2の基板に設けられた配向層は、前記第1乃至第3の領域のいずれかがラビング処理方向の上流側になるようにラビングされていることを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate;
A second substrate facing the first substrate;
A pair of alignment layers provided between the first substrate and the second substrate;
A first insulating film provided on the first substrate;
A second insulating film provided on the second substrate,
The sealing material forming area has a rectangular shape,
One side of the rectangle is a first region,
One side of the rectangle is the second region,
One side of the rectangle is a third region,
One side of the rectangle is a fourth region,
Each of the first to fourth regions is a different side of the rectangle,
The first region and the third region are arranged in parallel,
The second region and the fourth region are arranged in parallel,
In the first insulating film, the first to third regions are selectively removed,
In the second insulating film, the fourth region is selectively removed,
The alignment layer provided on the first substrate is rubbed so that the fourth region is on the upstream side in the rubbing treatment direction,
The liquid crystal display device, wherein the alignment layer provided on the second substrate is rubbed so that one of the first to third regions is upstream in the rubbing treatment direction.
前記第1の基板に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板間に設けられた一対の配向層と、
前記第1の基板に設けられた第1の絶縁膜と、
前記第2の基板に設けられた第2の絶縁膜と、を有し、
シール材形成領域は矩形を有し、
前記矩形の一辺が第1の領域であり、
前記矩形の一辺が第2の領域であり、
前記矩形の一辺が第3の領域であり、
前記矩形の一辺が第4の領域であり、
前記第1乃至前記第4の領域のそれぞれは、前記矩形の互いに異なる一辺であり、
前記第1の領域と前記第3の領域とは平行に配置されており、
前記第2の領域と前記第4の領域とは平行に配置されており、
前記第1の絶縁膜は前記第1及び第2の領域が選択的に除去されており、
前記第2の絶縁膜は前記第3及び第4の領域が選択的に除去されており、
前記第1の基板に設けられた配向層は、前記第3の領域がラビング処理方向の上流側になるようにラビングされており、
前記第2の基板に設けられた配向層は、前記第1の領域がラビング処理方向の上流側になるようにラビングされていることを特徴とする液晶表示装置。 A first substrate;
A second substrate facing the first substrate;
A pair of alignment layers provided between the first substrate and the second substrate;
A first insulating film provided on the first substrate;
A second insulating film provided on the second substrate,
The sealing material forming area has a rectangular shape,
One side of the rectangle is a first region,
One side of the rectangle is the second region,
One side of the rectangle is a third region,
One side of the rectangle is a fourth region,
Each of the first to fourth regions is a different side of the rectangle,
The first region and the third region are arranged in parallel,
The second region and the fourth region are arranged in parallel,
In the first insulating film, the first and second regions are selectively removed,
In the second insulating film, the third and fourth regions are selectively removed,
The alignment layer provided on the first substrate is rubbed so that the third region is upstream in the rubbing treatment direction,
The liquid crystal display device, wherein the alignment layer provided on the second substrate is rubbed so that the first region is upstream in the rubbing treatment direction.
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