JPH09246559A

JPH09246559A - 薄膜トランジスタアレイ基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09246559A
Application number: JP5358396A
Authority: JP
Inventors: Ayako Yamaguchi; 彩子山口; Takashi Hirose; 貴司廣瀬; Hiroyuki Onishi; 博之大西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置の開口率を向上するとともに非
配向領域を十分に制御し優れた表示品位を実現する。【解決手段】薄膜トランジスタと画素電極をマトリク
ス状に配置したガラス基板１上に顔料およびカーボン粒
子を分散したネガ型着色感光性樹脂２を塗布し、フォト
マスク３を介して紫外光４で露光する。これを現像液５
中に浸漬し、現像の終点以前に現像液をリンス液に置換
して高圧噴射で置換洗浄を行い、ネガ型着色感光性樹脂
９を得る。これにより、遮光層となるネガ型着色感光性
樹脂パターン１１のエッジ部分２８を外向きのテーパー
状にパターン形成できて、非配向領域を十分に抑制でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
アレイ基板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は、薄型かつ軽量な
ディスプレイとして、ＯＡ用、ＡＶ用に限らずあらゆる
分野で使用されている。特に薄膜トランジスタを用いた
液晶表示装置は、階調表示に優れ、カラーディスプレイ
としてＣＲＴにせまる性能を実現している。

【０００３】現在、薄膜トランジスタを用いた液晶表示
装置の分野では、消費電力の低減および表示品位の向上
のための手段として、開口率の向上と、表示画面の外光
反射抑制との技術の確立が急がれている。

【０００４】開口率の向上のためには、バスライン線幅
の縮小、トランジスタ等の能動素子のサイズの縮小、自
己整合化、パターン合わせ精度の向上等が検討されてい
る。また、通常は対向基板側に設けるブラックマトリク
スを、薄膜トランジスタアレイに代表されるアクティブ
マトリクス基板側に移すことにより、対向基板とアクテ
ィブマトリクス基板との組立精度（約５〜８μｍ程度）
からアクティブマトリクス基板製造に用いる露光機のパ
ターン合わせ精度（約２〜３μｍ程度）へと合わせ精度
を向上させて、開口率の向上を図る試みがなされてい
る。

【０００５】表示画面の外光反射抑制については、通常
はＣｒ等の反射性の高い金属材料で形成していたブラッ
クマトリクスを有機系樹脂により形成することで、反射
率の低減を図る試みがなされている。このようにブラッ
クマトリクスをアクティブマトリクス基板側に移したア
クティブマトリクス基板は、一般にＢＭオンアレイと呼
ばれる。例えば、「日経マイクロデバイス」誌１９９４
年７月号６０〜６２ページには、有機顔料を分散したネ
ガ型感光製樹脂を用いて、反射率を従来の半分程度に抑
制し、かつ開口率を約２０％向上させる方法が記載され
ている。

【０００６】上述のＢＭオンアレイと呼ばれる従来の薄
膜トランジスタアレイ基板の製造方法を、図６（Ａ）〜
（Ｄ）を参照しながら以下に説明する。すなわち、図６
（Ａ）に示すように、まず、完成した薄膜トランジスタ
アレイ基板１上の全面に、有機顔料を分散したネガ型感
光性樹脂２を塗布し、フォトマスク３を介して紫外光４
で露光する。その後、図６（Ｂ）に示すように、露光後
の基板１を、現像液槽６に満たした現像液５中に浸漬し
て現像する。もしくは現像液を基板１上に滴下すること
で現像を行う。現像が終わったなら、図６（Ｃ）に示す
ように、シャワーノズル２１より流出するリンス液１９
でリンスして現像液を除去する。２２は、現像およびリ
ンスによって樹脂が除去された部分である。最後にポス
トベークを行い、図６（Ｄ）に示すようにネガ型感光性
樹脂パターン２３を得てＢＭオンアレイが完成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法でネガ型感光性樹脂を使用し遮光層を形成し
た薄膜トランジスタアレイ基板では、遮光層のエッジ部
分２４が内向きの逆テーパー状にパターン形成されるこ
とがある。これは、ネガ型感光性樹脂が有機顔料を分散
し黒色に着色されているため露光されにくく、表面層は
十分露光されていても、薄膜トランジスタアレイ基板と
の界面層まで十分に露光されず、現像液に浸漬したとき
に過現像の状態となって、薄膜トランジスタアレイ基板
との界面層が侵食されるためである。

【０００８】このように過現像の状態となって遮光層の
エッジ部分２４が逆テーパー状にパターン形成される
と、このエッジ部分２４に配向膜が完全に塗布されなっ
かたり、このエッジ部分２４のラビング処理が不十分と
なったりして、液晶分子の非配向領域が発生し、それに
伴うコントラストの低下により、優れた表示品位が得ら
れない。

【０００９】そこで本発明は、液晶表示装置の開口率を
向上させたうえで、非配向領域を十分に抑制して、優れ
た表示品位を実現できるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の、透明基板上に画素電極および薄膜トラン
ジスタをマトリクス状に配置し、少なくとも前記薄膜ト
ランジスタを覆うように遮光層を選択的に形成した薄膜
トランジスタアレイ基板は、遮光層のエッジ部に外向き
のテーパーを形成したことを特徴とする。

【００１１】また本発明の、透明基板上に画素電極およ
び薄膜トランジスタをマトリクス状に配置し、少なくと
も前記薄膜トランジスタを覆うように遮光層を選択的に
形成する、薄膜トランジスタアレイ基板を製造方法は、
前記遮光層を形成するためのネガ型感光性樹脂を基板上
に塗布し、このネガ型感光性樹脂を選択露光し、この選
択露光したネガ型感光性樹脂を現像液で現像するととも
に、現像の終点以前に現像液をリンス液に置換する洗浄
を行ってパターン現像を完結することを特徴とする。

【００１２】さらに本発明の、薄膜トランジスタアレイ
基板と透明電極を形成した対向基板との間に液晶を挟持
した液晶表示装置は、上記本発明の薄膜トランジスタア
レイ基板を備えていること、または、上記本発明の方法
で製造された薄膜トランジスタアレイ基板を備えている
ことを特徴とする。

【００１３】ここで、本発明における「現像の終点」の
定義を、図３および図４を参照して説明する。この図３
は、線幅２３μｍのフォトマスクを使用してパターンを
形成する場合に、露光した基板を現像液中に浸漬させて
いる時間すなわち現像時間と、形成されたパターンの実
際の線幅との関係の具体例を示す。ここで、パターン形
成終了後の線幅が２３μｍとなり、遮光層のエッジ部分
の形状が垂直となる現像液中浸漬時間は、４８秒であ
る。本発明では、このようにパターン形成終了後にフォ
トマスクのパターン線幅と同等のパターン線幅が得ら
れ、かつ、図４（Ａ）に示すように遮光層の開口部２５
のエッジ部分２６の形状が垂直となる現像液中浸漬時間
を、「現像の終点」と定義する。

【００１４】現像の終点より長く現像液中に浸漬する
と、図４（Ｂ）に示すように、遮光層のエッジ部分２６
の形状が内向きの逆テーパーとなる。これは、図６
（Ｄ）に示した状況と同じである。

【００１５】本発明の方法によれば、現像の終点以前に
現像液をリンス液に置換することによって、遮光層のエ
ッジ部分に外向きの順テーパーを形成することができ
る。このようにすると、図示のように現像液中浸漬時間
のマージンを広げることができる。すなわち、エッジ部
分を垂直に形成するためには、現像液中に浸漬させてお
ける時間は４３秒から４８秒までであり、そのマージン
は５秒であるが、本発明のように順テーパーを形成する
場合には現像液中に３３秒から４３秒までの範囲で浸漬
させておくことができ、そのマージンは１０秒と倍増す
る。

【００１６】また本発明の方法によれば、置換洗浄に際
して、リンス液を高圧で噴射することにより、遮光層の
エッジ部分あるいは開口部に残ったネガ型感光性樹脂の
残さを確実に取り除くことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）〜（Ｃ）および図２
（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明にもとづく薄膜トランジスタ
アレイおよびその製造方法を説明するための、主要工程
ごとの概略断面図である。

【００１８】すなわち、まず、図１（Ａ）に示すよう
に、ガラス基板からなる基板１に薄膜トランジスタと画
素電極をマトリクス状に配置し、その上に、顔料および
カーボン粒子を分散したネガ型着色感光性樹脂２を塗布
する。具体的には、例えば、東京応化社製のネガ型着色
感光性樹脂「ＢＫ−５３０Ｓ」を、約１．５μｍの厚み
でスピナーで塗布する。そして、この樹脂２に対し、フ
ォトマスク３を介して紫外光４で露光する。その後、図
１（Ｂ）に示すように、基板１を現像液槽６に満たした
現像液５中に浸漬する。もしくは、現像液を基板１上に
滴下し、現像の終点以前に現像液をリンス液に置換し
て、パターン現像を完結する。

【００１９】この置換洗浄に際しては、図１（Ｃ）に示
すように、現像液５中から取り出した基板１上に高圧噴
射用ノズル２０よりリンス液７を高圧で噴射する。これ
により置換洗浄が行われ、同時に、開口部に残ったネガ
型着色感光性樹脂８が除去される。

【００２０】このとき、高圧で噴射されるリンス液７が
粒状で、その粒径を１０μｍ〜５０μｍとすることによ
り、数十μｍ角の開口部内や、微細な遮光層のエッジ部
分のネガ型感光性樹脂の８の残さが除去されやすくな
る。

【００２１】また噴射圧力は、３０kg/cm²〜１２０kg/c
m²とするのが好適である。こうすることにより、噴射圧
力が弱くて高圧噴射による置換洗浄の効果が得られなか
ったり、あるいは噴射圧力が強すぎてパターンの欠けや
剥離が発生したりすることを確実に防止するできる。

【００２２】その後、ポストベークを行って樹脂を硬化
させ、図２（Ａ）に示すネガ型着色感光性樹脂パターン
９を得る。１０は、置換洗浄の後もなお開口部に残った
残さである。

【００２３】その後、図２（Ｂ）に示すように、温度５
０℃、圧力０．６Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー４００Ｗの条件
で、２分〜５分程度、バレル型プラズマ装置で酸素プラ
ズマ処理２７を行い、ネガ型着色感光性樹脂パターン９
の置換洗浄で除去しきれなかった開口部表面の残さ１０
を除去する。これによって、図２（Ｃ）に示すネガ型着
色感光性樹脂パターン１１が得られる。

【００２４】得られた薄膜トランジスタアレイ基板は、
図２（Ｃ）に示すように、遮光層のエッジ部分２８に外
向きのテーパーが形成されたネガ型着色感光性樹脂パタ
ーン１１を有することにとなる。これは、前述のように
現像の終点以前に現像液をリンス液に置換して、パター
ン現像を完結したことにもとづく。

【００２５】そして、このようにして得られた薄膜トラ
ンジスタアレイ基板を用いて、後述の液晶表示装置を作
製すると、この液晶表示装置は、対抗基板側に遮光層を
設けたものよりも合わせ精度が向上し、開口率の向上を
図ることができる。また、遮光層（ネガ型着色感光性樹
脂パターン１１）のエッジ部分２８にテーパーを形成し
たことにより、表示画面における非配向領域を十分に抑
制することができ、このため優れた表示品位の液晶表示
装置を実現できる。

【００２６】なお、上記においては、東京応化社製のネ
ガ型着色感光性樹脂「ＢＫ−５３０Ｓ」を用いた例を説
明したが、他のネガ型着色感光性樹脂を用いてもよい。
また、上記においては、ネガ型着色感光性樹脂２を約
１．５μｍの厚みで塗布した例を説明したが、遮光層に
おける可視光の透過率が１％以下であればコントラスト
を１００以上得ることができるので、可視光の透過率と
して１％以下が得られる膜厚であれば適当な厚みでよ
い。

【００２７】また、上記においては、酸素プラズマ処理
の際に、温度５０℃、圧力０．６Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー
４００Ｗの条件で、２分〜５分程度とした例を説明した
が、これに限るものではなく、レジスト表面が数十〜数
百ｎｍエッチングされるように、温度、圧力、ＰＦパワ
ー、時間の各条件を適当に選択すればよい。

【００２８】図５は、本発明にもとづく液晶表示装置の
要部の概略断面を示す。この液晶表示装置は、ガラス基
板１２の外側に偏光板１３を有するとともに、その内側
に透明電極１４と配向膜１５とを形成した上部基板と、
上記のようにして基板１の上にネガ型着色感光性樹脂パ
ターン１１が形成された薄膜トランジスタアレイ基板１
６上に配向膜１５を形成した下部基板とを有する。そし
て、この液晶表示装置は、上部基板と下部基板とに形成
した配向膜１５に例えばラビング等で液晶分子の方向を
規定する処理を施し、次にこれら上部基板と下部基板と
を例えばエポキシ樹脂などのシール材１７で張り合わ
せ、その後、両基板間に液晶１８を封入することによっ
て組み立てられる。

【００２９】この図５の液晶表示装置では、遮光層のエ
ッジ部分２８に外向きのテーパーを形成したネガ型着色
感光性樹脂パターン１１が形成されている薄膜トランジ
スタアレイ基板１６を用いたことにより、対抗基板側に
遮光層を設けたものよりも合わせ精度が向上し、開口率
を２０％向上させることができる。

【００３０】さらに、この図５の液晶表示装置では、遮
光層（ネガ型着色感光性樹脂パターン１１）のエッジ部
分２８にテーパーを形成したことにより、表示画面にお
ける非配向領域を十分に抑制することができる。すなわ
ち、遮光層のエッジ部分２８の形状が本発明にもとづき
外向きのテーパー状とされた薄膜トランジスタアレイ基
板と、比較のために垂直状とされた薄膜トランジスタア
レイ基板と、さらに比較のために内向きの逆テーパー状
とされたの薄膜トランジスタアレイ基板とを準備し、こ
れらの基板を用いて上記の形態で液晶表示装置を作製
し、コントラストの測定を行ったところ、現像の終点よ
り長く現像液中に浸漬して逆テーパーとなった薄膜トラ
ンジスタアレイ基板を用いた液晶表示装置のコントラス
トは４０であり、現像の終点まで現像液中に浸漬して垂
直の薄膜トランジスタアレイ基板を用いた液晶表示装置
のコントラストは１００であった。これに対し、本発明
にもとづきエッジ部を外向きのテーパー状とした薄膜ト
ランジスタアレイ基板を用いた液晶表示装置のコントラ
ストは１５０となって、コントラストを向上させること
ができた。

【００３１】したがって本発明によれば、高開口率で、
コントラストの高い優れた表示品位の液晶表示装置を実
現可能となった。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エッジ部
分に外向きのテーパーを形成した遮光層を設けたため、
その薄膜トランジスタアレイ基板を用いた液晶表示装置
は、対抗基板側に遮光層を設けたものよりも合わせ精度
が向上し、開口率の向上を図ることができるとともに、
表示画面における非配向領域を十分に抑制することがで
きる。したがって本発明によれば、高開口率で表示品位
の優れた液晶表示装置を実現でき、その実用上の効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく薄膜トランジスタアレイ基板
の製造工程を説明するための概略断面図である。

【図２】図１に続く製造工程を説明するための概略断面
図である。

【図３】現像液中浸漬時間と遮光層のエッジ部分の形状
との関係を示す図である。

【図４】図３に対応した遮光層のエッジ部分の形状を示
すための概略断面図である。

【図５】本発明にもとづく液晶表示装置の要部の概略断
面図である。

【図６】従来の薄膜トランジスタアレイ基板の製造工程
を説明するための概略断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２ネガ型着色感光性樹脂１１ネガ型着色感光性樹脂パターン（遮光層）２８エッジ部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に画素電極および薄膜トラン
ジスタをマトリクス状に配置し、少なくとも前記薄膜ト
ランジスタを覆うように遮光層を選択的に形成した薄膜
トランジスタアレイ基板であって、遮光層のエッジ部に
外向きのテーパーを形成したことを特徴とする薄膜トラ
ンジスタアレイ基板。
【請求項２】遮光層は可視光の透過率が１％以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタア
レイ基板。
【請求項３】遮光層が遮光性を有するネガ型感光性樹
脂にて形成されていることを特徴とする請求項２記載の
薄膜トランジスタアレイ基板。
【請求項４】透明基板上に画素電極および薄膜トラン
ジスタをマトリクス状に配置し、少なくとも前記薄膜ト
ランジスタを覆うように遮光層を選択的に形成して薄膜
トランジスタアレイ基板を製造するに際し、前記遮光層
を形成するためのネガ型感光性樹脂を基板上に塗布し、
このネガ型感光性樹脂を選択露光し、この選択露光した
ネガ型感光性樹脂を現像液で現像するとともに、現像の
終点以前に現像液をリンス液に置換する洗浄を行ってパ
ターン現像を完結することを特徴とする薄膜トランジス
タアレイ基板の製造方法。
【請求項５】加圧状態で噴射されるリンス液により置
換洗浄を行うことを特徴とする請求項４記載の薄膜トラ
ンジスタアレイ基板の製造方法。
【請求項６】加圧状態で噴射されるリンス液が、粒径
が１０μｍ〜５０μｍの粒状であることを特徴とする請
求項５記載の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
【請求項７】リンス液を３０kg/cm²〜１２０kg/cm²の
圧力で噴射することを特徴とする請求項５または６記載
の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
【請求項８】薄膜トランジスタアレイ基板と透明電極
を形成した対向基板との間に液晶を挟持した液晶表示装
置であって、請求項１から３までのいずれか１項に記載
の薄膜トランジスタアレイ基板を備えていることを特徴
とする液晶表示装置。
【請求項９】薄膜トランジスタアレイ基板と透明電極
を形成した対向基板との間に液晶を挟持した液晶表示装
置であって、請求項４から７までのいずれか１項に記載
の方法で製造された薄膜トランジスタアレイ基板を備え
ていることを特徴とする液晶表示装置。