JP3933497B2 - 表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置をはじめとするフラットパネルディスプレイ(FPD)が広く利用されつつある。また、電子ペーパーと呼ばれるタイプのさらに薄い表示装置の開発も進んでいる。
【0003】
液晶表示装置は、液晶分子の配向方向が電界に応答して変化するのに伴う、液晶層の光学的な特性の変化を利用して表示を行う。液晶層への電界の印加は、典型的には、液晶層を介して互いに対向する一対の電極間に電圧を印加することによって行なわれる。この液晶層に電界を印加するための電極の構造は、液晶表示装置の仕様によって種々の形態をとる。
【0004】
反射型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を例に、典型的な電極構造を説明する。アクティブマトリクス型液晶表示装置において、液晶層に電界を印加する電極は、典型的には、アクティブマトリクス基板に設けられた画素電極と、画素電極と対向するように設けられた対向電極である。
【0005】
反射型液晶表示装置は、液晶層に入射した周囲光を液晶層で変調した後、反射することによって表示を行うための反射層を備えるが、画素電極に反射層を兼ねさせたものもある。すなわち、反射率の高い金属を用いて画素電極を形成することによって、反射機能を備えた画素電極(「反射画素電極」と呼ばれることもある。)を得ることができる。この反射電極は、例えば、散乱反射(拡散反射)特性(例えば特許第3187369号公報)や再帰反射特性(例えば特願2000−096075号)を有するように、その表面形状は種々の形状に加工される。
【0006】
また、透過型液晶表示装置においては、画素電極は典型的には透明電極であり、液晶層の層面に対して平行な平坦な層として形成されるが、液晶表示装置の視野角特性等を改善するために、液晶分子を多様な方向に配向させる方法の1つとして、画素電極の表面形状を制御し、形状効果あるいは斜め電界効果を利用する方法がある。
【0007】
上述した液晶表示装置の画素電極は、アクティブマトリクス基板に形成されており、その表面形状は、所定の表面形状を有する層間絶縁層を形成し、その上に画素電極を形成することによって制御されていた。また、画素電極とアクティブ素子との電気的な接続は、層間絶縁層中に形成されたコンタクトホールを介して行なわれていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の液晶表示装置には以下の問題があった。まず、図11(a)から(d)を参照しながら、従来の方法によって製造された再帰反射特性を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置の問題点を説明する。
【0009】
図11(a)に示すように、ガラス基板1101上にゲート電極・半導体層(チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を含む)1102と、ソース電極1103と、ドレイン電極1104と、接続電極1105とを有する基板1107を用意する。ゲート電極・半導体層1102、ソース電極1103およびドレイン電極1104はTFTを構成している。TFTのゲート電極およびソース電極1103にはそれぞれ走査線および信号線(いずれも不図示)が接続されている。接続電極1105はドレイン電極1104に電気的に接続されており、後に説明するコンタクトホール内で画素電極と接続される。なお、接続電極1105を省略し、ドレイン電極1104上にコンタクトホールを設けてドレイン電極1104と画素電極とを直接接続することもできる。
【0010】
次に、図11(b)に示すように、基板1107上に、例えば米国特許第4,601,861号に記載されている方法で形成された再帰反射層用下地膜1108を基板1107に貼り付ける。再帰反射用下地膜は絶縁材料(典型的には樹脂)で形成されている。
【0011】
その後、フォトリソグラフィ法等を用いて、図11(c)に示すように、接続電極1105の位置にあわせてコンタクトホール1109を形成する。すなわち、再帰反射層用下地膜1108に形成したコンタクトホール1109内に接続電極1105の一部を露出させる。
【0012】
次に、図11(d)に示すように、コンタクトホール1109内において接続電極1105と接続された画素電極1110を形成する。画素電極1110の形成は、例えば金属材料(例えばAl)をマスク蒸着することによって行うことができる。あるいは、基板1107のほぼ全面に金属膜を堆積し、フォトリソグラフィ法等を用いて、所定の形状にパターニングしても良い。画素電極1110は再帰反射層としても機能する再帰反射画素電極である。
【0013】
このようにして作製された再帰反射画素電極を有するアクティブマトリクス基板と別途作製された対向基板とを所定の間隙をあけて貼り合せることによって、液晶セルが得られる。対向基板は、例えばガラス基板上にR(赤)、G(緑)およびB(青)のカラーフィルタと必要に応じて設けられるブラックマトリクスとを備えるカラーフィルタ(CF)層と、その上に例えばITO(インジウム錫酸化物)で形成された対向電極とを有する。液晶セルの間隙に、例えば散乱型液晶層(例えば高分子分散型液晶)を形成することによって、再帰反射型液晶表示装置が得られる。
【0014】
理想的な再帰反射特性を得るためには、再帰反射層(再帰反射面)の表面形状は、図12(a)および(b)に模式的に示すように、基板1101の面(表示面に平行)に対して互いに異なる方向に傾斜した2種類の面が、規則正しく、繰り返し形成されていることが必要である。しかしながら、上述の従来の方法によって形成された画素電極1110は、コンタクトホール1109内に平坦部を有し、理想的な再帰反射層の凹凸構造とは異なる形状となる。
【0015】
さらに、理想的な再帰反射層が有する規則的な凹凸構造においては、図12(a)および(b)に示すように、凹凸構造の深さL(最頂部1101と最底部1102との高さの差)が、ピッチPをルート6倍し3で割ったものに等しい(L=SQRT(6)*P/3)。従って、理想的な再帰反射特性を得るためには、再帰反射層用下地膜1108の厚さは、凹凸構造の深さLよりも大きいことが必要となる。すなわち、再帰反射用下地膜1108の下に形成されている接続電極1105と再帰反射用下地膜1108上に形成される画素電極(再帰反射層を兼ねる)1110とを電気的に接続するためのコンタクトホール1109の深さは、凹凸構造の深さLよりも大きくなることになる。
【0016】
一般に深さが1μm以上のコンタクトホール1109の内面全体を薄膜堆積プロセスを用いて金属材料(画素電極1110を形成する材料)で確実に被覆することは難しい。電気的な接続を十分に確保できるように、金属材料でコンタクトホール1109の内面を被覆するためには、コンタクトホール1109の内面にテーパ(傾斜)をつける必要が生じる。しかしながら、コンタクトホール1109の内面にテーパをつけると、コンタクトホール1109のサイズ(基板1101の表面へ射影したときの面積)が大きくなってしまうので、他の領域と表面形状が異なる領域の面積が増加することになる。
【0017】
ここで、図13(a)および(b)を参照しながら、従来の製造方法で作製した再帰反射画素電極の問題をさらに詳細に説明する。
【0018】
図13(a)に示した再帰反射画素電極1110aは、層間絶縁層1108aに形成されたコンタクトホール1109内において、接続電極1105と接続されている。従って、コンタクトホール1109の近傍およびその内部(「コンタクトホール部」ということもある。)において、反射電極1110aの表面形状が所定の形状1110aRと大きく異なっている。なお、本明細書において、画素電極と接続電極(ドレイン電極)とが接続された部分をコンタクト部と称し、コンタクト部をコンタクトホール内に形成した構成においては、コンタクトホールを含む、他の領域と表面形状が異なる部分をコンタクトホール部と称することにする。
【0019】
再帰反射画素電極1110aの表面の表示面(基板面)に対する傾斜角Φの分布をみると、図13(a)の下側に模式的に示したように、コンタクトホール1109の近傍において傾斜角Φが急激に変化しており、再帰反射電極1110aの理想的な表面の傾斜角ΦRから大きく崩れている。また、コンタクトホール1109の中央に平坦部(Φ=0°)の領域が形成されている。
【0020】
このように、コンタクトホール1109内で画素電極1110aと接続電極1105とを電気的に接続すると、画素電極1110aの表面形状が所定の形状から大きく崩れるので、所定の再帰反射特性が得られない。このことは、事実上、表示の有効面積を減少させてしまうことになり、コントラスト比を低下させる等、表示品位を低下させる原因となる。
【0021】
図13(b)に示すように、再帰反射画素電極111の凹凸面の最底部(図12中の1102)を含む領域に、図13(a)に示したコンタクトホール1109よりも小さなコンタクトホール1109を形成すると、平坦部(傾斜角Φ=0°)の占める割合は減少するが、コンタクトホール1109の近傍における傾斜角の変化は大きく、十分な再帰反射特性が得られない。
【0022】
上記の問題は、再帰反射層を利用する反射型表示装置だけなく、散乱反射層を利用する反射型表示装置においても問題になる。
【0023】
例えば、特許第3187369号公報には、散乱反射層の表面に形成される凹凸の形状をその表面の基板面に対する傾き角で規定しているが、このように散乱反射層の表面の形状を最適に設計しても、上述の従来の方法で製造する限り、コンタクトホール上の散乱反射層の形状は設計した形状から崩れていまい、所定の散乱反射特性が得られないことになる。
【0024】
図14(a)に模式的に示すように、コンタクトホール1109内に形成された散乱反射電極1110cの表面形状は殆ど平坦(Φ=0)で、コンタクトホール1109の近傍においては傾斜角Φが急峻に変化し、理想的な散乱反射特性を有する表面形状1110cRと大きく異なる。その結果、所定の散乱反射特性が得られないという問題が発生する。
【0025】
また、上述の反射型液晶表示装置に限られず、透過型液晶表示装置においても、例えば、開口率の向上等のために、透明な層間絶縁層1108d上に透明な画素電極1110dが形成されることがある。このような構成においては、図14(b)に示すように、画素電極1110dと接続電極1105との接続を確実にするために、コンタクトホール1109の内面にテーパ(Φ≦45°)を形成すると、コンタクトホール1109の近傍で傾斜角Φが他の領域と異なることとなるので、液晶分子の配向が他の領域と異なり、表示品位の低下を招くことがある。
【0026】
さらに、透過型液晶表示装置においても、液晶分子の配向方向を制御するために、画素電極の表面に凹凸を形成する場合があり、この場合にも、画素電極の表面形状がコンタクトホールの近傍で所定の形状から崩れると、表示品位の低下を招く。
【0027】
また、上述の問題は、例示したアクティブマトリクス型液晶表示装置に限られず、単純マトリクス型液晶表示装置においても発生することがある。また、液晶層以外の電気光学効果を有する表示媒体層を有する表示装置にも起こり得る。
【0028】
本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電極が層間絶縁層を介して回路要素と互いに電気的に接続された構造を有する表示装置の表示品位を向上することを目的とする。また、本発明の他の目的は、そのような表示装置を効率的に製造する方法を提供することにある。
【0029】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示装置の製造方法は、基板と、前記基板上に設けられた回路要素と、前記回路要素上に設けられ、層間絶縁層および前記層間絶縁層中に設けられた層間接続部を有する層間膜と、前記層間膜上に設けられた再帰反射特性を有する電極とを有し、前記電極と前記回路要素とが前記層間接続部を介して電気的に接続された、表示装置の製造方法であって、(a)前記層間絶縁層と、前記層間絶縁層中に設けられた前記層間接続部とを有する前記層間膜を形成する工程と、(b)工程(a)の後に、均一な凹凸形状の表面を有するマスタを押し付けることにより、前記層間絶縁層および前記層間接続部に前記マスタの均一な凹凸形状を転写して、前記層間絶縁層および前記層間接続部の表面形状を均一な凹凸形状に加工する工程と、(c)前記層間膜上に前記電極を形成する工程と、を包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。なお、本明細書において、回路要素とは、能動素子(TFTやMIM)や受動素子(抵抗素子や容量素子)などの回路素子および配線や電極を含むものとする。
【0042】
工程(a)および(b)は、前記回路要素が設けられた前記基板上以外の場所で実行され、工程(a)および(b)の後で前記層間膜を前記回路要素が形成された前記基板に転写する工程を包含してよい。
【0043】
工程(a)から(c)は、前記回路要素が設けられた前記基板上で実行されてもよい。
【0044】
工程(a)は、あなを有する層間絶縁層を形成する工程と、前記あなに導電性材料を充填することによって前記層間接続部を形成する工程とを包含してもよい。前記回路要素は導電層を含む場合、前記導電材料を充填する工程は、前記導電層によって生成される電界を利用して行ってもよい。電界を利用する方法として、例えば、電解重合、電着(電気めっき)や電析を用いることができる。また、前記導電性材料を充填する工程は、インクジェット法で行なわれてもよい。
【0045】
工程(a)は、導電性材料を用いて層間接続部を形成する工程と、前記層間接続部以外の領域に前記層間絶縁層を形成する工程を包含してもよい。前記層間接続部の形成はフォトリソグラフィプロセスを用いて実行されてもよい。前記層間接続部の形成はディスペンサを用いて実行されてもよい。
【0046】
前記層間絶縁層および前記層間接続部は、樹脂を含む材料から形成されてもよい。
【0047】
ある実施形態において、工程(b)は、前記層間膜を加熱した状態で実行される。前記層間接続部は、前記層間絶縁層よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されていることが好ましい。
【0048】
前記樹脂は熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂であってもよい。前記層間接続部は、前記層間絶縁層よりも硬化収縮が小さい樹脂を含む材料で形成されることが好ましい。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の表示装置およびその製造方法を説明する。以下では、反射型液晶表示装置を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0050】
本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の反射画素電極構造を図1(a)および(b)を参照しながら説明する。図1(a)は再帰反射画素電極の構造を模式的に示す断面図であり、図1(b)は散乱反射画素電極の構造を模式的に示す図である。
【0051】
以下の説明においては、図11に示した従来の製造方法で作製されたアクティブマトリクス基板の構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素は同じ名称を使用し、その説明を省略する。
【0052】
図1(a)に示すように、本発明の実施形態による再帰反射画素電極112aの表面形状は実質的に均一であり、所定の形状を有しており、実質的に均一な再帰反射特性を有している。すなわち、反射画素電極112aの下地膜(再帰反射層用下地膜)である層間膜109は、反射画素電極112aと接続電極105とを電気的に接続する層間接続部111aと層間絶縁層108aとを有するが、その表面形状は実質的に均一であり、層間接続部111aと層間絶縁層108aの表面は実質的に連続して、所定の表面形状を構成している。
【0053】
反射画素電極112aの表面の表示面(基板面)に対する傾斜角Φの分布をみると、図1(a)の下側に示したように、傾斜角Φが異なる2種類の面が規則正しく形成されていることがわかる。すなわち、画素電極112aの表面の形状は、層間絶縁層108a上においても層間接続部111a上においても所定の形状を維持している。
【0054】
また、図1(b)に示すように、本発明の実施形態による散乱反射電極112bの表面形状も実質的に均一であり、所定の形状を有しており、実質的に均一な散乱反射特性を有している。すなわち、反射画素電極112bの下地膜である層間膜109は、反射画素電極112bと接続電極105とを電気的に接続する層間接続部111bと層間絶縁層108bとを有するが、その表面形状は実質的に均一であり、層間接続部111bと層間絶縁層108bの表面は実質的に連続して、所定の表面形状を構成している。
【0055】
反射画素電極112bの表面の表示面に対する傾斜角Φの分布をみると、図1(b)の下側に示したように、傾斜角Φが規則正しく変化していることが分かる。すなわち、画素電極112bの表面の形状は、層間絶縁層108b上においても層間接続部111a上においても所定の形状を維持しており、傾斜角Φは規則正しく周期的に変化している。
【0056】
なお、散乱反射特性を有する反射膜の表面形状は、図1(b)に示した例に限られず、種々の形状であってよい。特に、凹凸の周期が一定していると、光の干渉によって表示品位が低下することがあるので、むしろ、凹凸の周期はランダムな方が好ましい。本発明の実施形態によると、反射電極112bの全体に亘って均一にランダムな凹凸形状を得ることができる。従来の製造方法によると、コンタクトホールを形成することによる形状の歪みが周期的に現れるため、光の干渉によって表示品位が低下することがあったが、本発明によると、光の干渉を抑制した良好な散乱反射特性を有する反射電極を形成することができる。
【0057】
再帰反射電極または散乱反射電極の表面形状が実質的に均一であるということは、反射電極の再帰反射特性または散乱反射特性が、層間接続部上および層間絶縁層上において実質的に同じであり、それらの違いが表示品位に影響を与えないことを言う。以下に、層間接続部上の反射電極の表面形状の崩れの評価方法について説明する。
【0058】
図13および図14を参照しながら説明したように、従来の方法で形成した反射電極の傾斜角Φの分布において、コンタクトホール部での傾斜角(Φcと表記する)が理想的な傾斜角ΦR(コンタクトホール部以外の領域の傾斜角はΦRに近い)と大きく異なっている。ΦcとΦRとの差が大きいほど、その領域の光学特性は所定の光学特性(設計した光学特性(反射特性))からずれてしまい、ΦcとΦRとの差が小さければ小さいほど所定の光学特性に近い光学特性が得られる。傾斜角ΦRとΦcとの差が小さいということは、とりもなおさずそれぞれの部分、すなわちコンタクト部とそれ以外の部分の基板面に垂直な面における断面積の差が小さいということを示している。
【0059】
ここで、従来の方法によって形成されたコンタクト構造よりも所望の光学特性に近い光学特性を得るために必要な表面形状を上記断面積の差に基づいて評価する方法を説明する。好ましい表面形状を特徴付ける断面積の差の条件は、所望する電極の表面形状により異なるので、以下では、表面形状に応じて2つの場合に分けて説明する。
【0060】
まず、平坦は表面形状の画素電極について、好ましい表面形状を特徴付ける断面積の条件を説明する。
【0061】
図14(b)に示したように、層間絶縁層1108dにコンタクトホール1109を形成した場合、コンタクト部1401を含むコンタクトホール部1402において、画素電極1110dの表面の傾斜角Φcが他の部分(すなわち理想的な表面形状を)と異なる。
【0062】
基板面に平行な面内に(x、y)座標をとり、第1座標(x1,y1)から第2座標(x2,y1)(ただしx1<x2とする)に至るコンタクトホール部1402の断面積を考える。ここでは、コンタクトホール部1402の断面積は、その部分の層間絶縁層1108dの断面積で近似して考える。
【0063】
層間膜(層間絶縁層と層間接続部を有する)が理想的な表面形状1110dRを有する場合、図14(b)から明らかなように、第1座標から第2座標に至る層間膜(図14および図15中では、層間接続部を省略し、層間絶縁層と同じ参照符号で示す。)の断面積(理想的な断面積SRと呼ぶ)は、(x2−x1)と層間膜1108dの厚さdとの積で表される。
【0064】
これに対し、コンタクトホール1109を形成した場合のコンタクトホール部の断面積Scは、少なくともコンタクト部1401の幅と厚さdとの積の分だけ、理想的な場合の断面積SRよりも小さくなる(Sc<SR)。図14(b)に示したように、コンタクトホール1109が傾斜した側面を有する場合には、側面含む区間の断面積、すなわち{(コンタクトホール部1402の幅−コンタクト部1401の幅)×厚さd}/2の分だけ、Scは理想的な断面積SRよりさらに小さくなる。
【0065】
傾斜角Φ90°の側面を有するコンタクトホール1109を形成し、且つ、断線を発生させずに画素電極1110dを形成することは困難であるので、従来の方法によって形成されたコンタクトホール部1402の断面積Scは、理想的な断面積SRの2分の1未満(Sc<SR/2)となり、理想的な断面積SRとの差は理想的な断面積SRの2分の1超(SR−Sc>SR/2)となってしまう。本発明によると、理想的な断面積を有するコンタクト部(層間接続部)を形成することができるが、少なくとも、理想的な断面積SRとの差がSR/2以下の断面積を有するコンタクト部(層間接続部)を形成すれば(SR−Sc≦SR/2)、従来よりも表示品位が優れた表示装置が得られる。本発明の効果を顕著に得るためには、理想的な断面積SRとの差がSR/4以下のコンタクト部を形成すことが好ましい(SR−Sc≦SR/4)。
【0066】
次に、図13や図14(a)に示したように凹凸形状の表面を有する画素電極について、好ましい表面形状を特徴付ける断面積の条件を図15(a)および(b)を参照しながら説明する。
【0067】
図15(a)は、従来の方法によって形成された、コンタクト部1501を有するコンタクトホール部1502の断面構造を模式的に示しており、図15(b)はコンタクトホール部1502を含まない部分の断面構造(理想的な断面構造と等価)を模式的に示している。図15(a)および(b)において、層間絶縁層(層間膜)1508の厚さD(x、y)は、凹凸形状を反映する部分の厚さL(x、y)と凹凸形状を反映しない部分の厚さδとしてあらわしている(D(x,y)=L(x,y)+δ)。
【0068】
コンタクトホール1509を形成すると、コンタクトホール部の断面積Sc(D(x、y)をx1〜x2の範囲で積分した面積)は、少なくとも、コンタクト部1501上の層間膜1508の厚さδを有する部分(コンタクト部1501の幅×δ)分だけ、理想的な断面積SRよりも小さくなる。すなわち、上述と同様の理由から、従来の方法によると、(SR−Sc)の値を(コンタクト部1501の幅×δ)以下にはできない。本発明によると、理想的な断面積を有するコンタクト部(層間接続部)を形成することができるが、少なくとも、理想的な断面積SRとの差が(コンタクト部1501の幅×δ)以下の断面積を有するコンタクト部(層間接続部)を形成すれば、従来よりも表示品位が優れた表示装置が得られる。本発明の効果を顕著に得るためには、理想的な断面積SRとの差が(コンタクト部1501の幅×δ)/2以下のコンタクト部を形成することが好ましい。
【0069】
勿論、上記いずれの場合においても、(SR−Sc)の値ができるだけ小さいことが好ましく、理想的には(SR−Sc)が零のコンタクト部(層間接続部)を形成することが好ましいが、量産性や表示品位を考慮して、ある程度のずれは許容される。
【0070】
次に、本発明の実施形態による表示装置の製造方法を説明する。上述した電極構造を有する表示装置は、以下に説明する製造方法を用いて効率良く製造することができる。
【0071】
図11を参照しながら説明した従来の製造方法では、再帰反射層用下地膜を形成した後、すなわち所定の表面形状を有する下地膜を形成した後、下地膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に露出された接続電極と反射電極との接続を行っていた。これに対し、本発明による表示装置の製造方法は、(a)層間絶縁層と、層間絶縁層中に設けられた層間接続部とを有する層間膜を形成した後、(b)少なくとも反射電極が設けられる領域の層間膜の表面形状を所定の形状に加工し、その後、(c)層間膜上に反射電極を形成する。すなわち、層間接続部は、再帰反射層用下地膜の一部であり、その表面は層間絶縁層の表面とともに所定の形状に加工されるので、層間膜の表面およびその上に形成される反射電極の表面の形状は、実質的に均一になる。
【0072】
図2を参照しながら、本発明の実施形態による再帰反射電極を備える表示装置の製造方法を説明する。
【0073】
図2(a)に示すように、ガラス基板201上にゲート電極・半導体層(チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を含む)202と、ソース電極203と、ドレイン電極204と、接続電極205とを有する基板207を用意する。
【0074】
次に、図2(b)に示すように、層間絶縁層210と、層間絶縁層210中に形成された層間接続部211を有する層間膜209を基板207上に設ける。層間接続部211は接続電極205に対して複数設けても良い。
【0075】
続いて、図2(c)に示すように、層間膜209の表面を所定の表面形状に加工し、再帰反射層用下地膜208を得る。
【0076】
その後、図2(d)に示すように、反射電極212を層間膜209上に形成する。反射電極212の形成は、図11(d)を参照しながら説明したように、種々の公知の方法で実行され得る。
【0077】
なお、層間膜209は、基板207上で形成しても良いし、予め作製された層間膜209を基板上207に配置してもよい。また、層間膜209の表面形状を所定の形状に加工した後で基板207上に配置してもよい。すなわち、層間接続部211を有する再帰反射層用下地膜208を形成した後で、基板207上に配置してもよい。勿論、層間接続部211は、接続電極205に対応するように、画素ピッチに応じたピッチで形成される。更に、反射電極または反射電極を形成するための反射導電膜を層間膜上に形成した後で、基板207上に配置してもよい。また、延性を有する材料を用いて反射導電層を形成する場合には、層間膜209上に反射導電層(あるいは反射電極)を形成した後、その表面を所定の形状に加工することもできる。層間膜209の具体的な作製方法については後に詳述する。
【0078】
次に、図3から図8を参照しながら、アクティブマトリクス型反射基板とそれを用いた表示装置の製造方法を具体的に説明する。
【0079】
まず、図3および図4を参照しながら、アクティブマトリクス型液晶表示装置の一例を説明する。
【0080】
液晶表示装置300は、液晶パネル301と、液晶パネル301内のスイッチング素子を選択的に駆動するためのゲートドライブ回路302、液晶パネル301内の各画素電極に信号を与えるソースドライブ回路303、ゲートドライバ304およびソースドライバ305を有している。
【0081】
液晶パネル301は、図4に示すように、一対の絶縁基板401および402と、これらの基板401および402の間に設けられた液晶層403とを備えている。絶縁基板401は透明基板であり、典型的には、ガラス基板である。
【0082】
基板401の液晶層403側(内側)には複数の画素電極404がマトリクス状に配置されており、画素電極404およびもう一方の基板(対向基板)402の内側に形成された共通透明電極405とにより、所定の画素の液晶層403に所定の電圧が印加され、液晶分子の配向変化を利用した表示が可能となる。ここでは、画素電極404は反射電極であり、その表面形状は所定の形状を有しているが、図4中では簡単のために平坦に図示している。
【0083】
画素電極404は、基板401上に形成された薄膜トランジスタ406および信号配線407を介してソースドライバ回路303に接続されている。薄膜トランジスタ406のスイッチング動作は、基板401に形成された走査配線(不図示)によって制御される。この走査配線はゲートドライバ回路302に接続されている。
【0084】
一方、対向基板402の液晶層403側には、ブラックマトリクス408、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)からなるカラーフィルタ409、および共通透明電極405が設けられている。
【0085】
基板401と対向基板402の最も液晶層403側には配向処理を施した配向膜層410が形成される。また、基板401と対向基板402との間隙は、スペーサ411によって保持され、液晶層403の厚さを規定している。
【0086】
次に、液晶パネル301に用いられるアクティブマトリクス基板の例を図5(a)および(b)を参照しながら説明する。図5(a)は公知の単位画素領域のレイアウトを示しており、図5(b)は(a)中のA−A’断面図を示している。
【0087】
ガラス等の基板上に複数の走査配線501と、走査配線501に交差する複数の信号配線502とが設けられている。走査配線501と信号配線502とは絶縁層503を挟んで異なる層(レイヤー)に形成されている。走査配線501と信号配線502とで囲まれた領域内には画素電極(不図示)との電気的導通を実現するための接続電極504が、例えば透明導電膜で形成される。接続電極504は、走査配線501と信号配線502とが交差する部分の近傍に形成された薄膜トランジスタ505を介して信号配線502からの信号を受け取る。接続電極504の下には、走査配線501に平行な補助容量配線506が形成されており、画素電極との間に補助容量を形成する。
【0088】
薄膜トランジスタ505は、走査配線501から延びる支線(ゲート電極507)と、ゲート電極507を覆うゲート絶縁膜503と、ゲート絶縁膜503を介してゲート電極507と重なり合っている真性半導体層508と、真性半導体層508上に形成された不純物添加半導体層509と、不純物添加半導体層509を介して真性半導体層508のソース/ドレイン領域に接続されるソース電極510およびドレイン電極511を備えている。ソース電極510は信号配線502から延設されており、信号配線502と一体的に形成される。ドレイン電極511は薄膜トランジスタ505のドレイン領域と接続電極504とを電気的に接続するための導電部材であり、例えば、金属膜をパターニングすることによって、信号配線502およびソース電極510と同時に形成される。ここでドレイン電極511と接続電極504とは特別分けて形成する必要はなく、ドレイン電極510と接続電極504とを一体化して形成することも可能である。すなわち信号配線502、ソース電極510、ドレイン電極511および接続電極504は、同じ膜を例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって形成される。
【0089】
ソース電極510とドレイン電極511との間は、真性半導体層508のチャネル領域を介して接続されており、チャネル領域の導通状態はゲート電極507の電位によって制御される。薄膜トランジスタ505がnチャネル型である場合、ゲート電極507の電位をトランジスタの反転閾値以上に増加させれば、薄膜トランジスタ505はオン状態になる。このときソース電極510とドレイン電極511とは電気的に導通するため、信号配線502と接続電極504との間に電流が流れる。
【0090】
次に、図6および図7を参照しながら、再帰反射電極の形成方法の例を説明する。まず、図2で説明した層間膜209を転写可能な膜として形成する例を説明する。
【0091】
土台となるベース膜601上に、緩衝作用のある層602、離型作用のある層603、再帰反射層用下地膜となる層604、離型作用のある層605、緩衝作用のある層606、保護層607をこの順に形成した多層膜608を作製する。再帰反射層用下地膜(図2中の層間膜209)となる層604は、前述したように、絶縁性材料から形成されている層間絶縁層609と導電性材料から形成されている層間接続部610とを有している。層間接続部610はそれぞれの画素の接続電極に対応するように、規則的に形成されている。多層膜608を構成する各層は公知の転写用膜と同様の材料を用いて同様の方法で作製することができる。
【0092】
この転写可能な多層膜608を転写することによって、図2中の層間膜209が得られる。その後、後述する型押し等の方法によって、層間膜209の表面を所定の形状に加工することによって、再帰反射層用下地膜208が得られる。
【0093】
次に、図7を参照しながら、再帰反射層用下地膜208を転写可能な膜として形成する例を説明する。
【0094】
まず、緩衝層702、離型層703を形成した土台となるベース膜701上に、絶縁層709(図2中の層間絶縁層210に対応)を形成する。この絶縁層709のうち、導電部(図2中の層間接続部211に対応)を形成する部分の絶縁層を例えばフォトリソグラフィ法等を用いて除去し、導電部710を形成する。なお、絶縁層709と導電部710の形成順序はこれに限られず、先に導電部710を形成してから、絶縁層709を形成してもよい。この方法については後述する。
【0095】
上述のようにして得られた再帰反射層用下地膜を形成するための層間膜709’(図2中の層間膜209に対応)に、再帰反射パターンのマスタ711を用いて表面を所定の形状に加工することによって、再帰反射層用下地膜704を形成する。再帰反射機能を有する表面形状を形成するための方法として、層間膜709’を熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を用いて形成しておき、この層間膜709’に、マスタ(型)711を押し付けながら、層間膜709’を構成する樹脂を硬化させる方法がある。
【0096】
このようにして得られた再帰反射層用下地膜704上に、離型層705、緩衝層706、保護層707をこの順に形成し、転写用の再帰反射層用下地膜708が得られる。
【0097】
この転写用の再帰反射層用下地膜708は、図2に示したように、アクティブマトリクス基板207に対し、接続電極205上に導電部710(層間接続部211に対応)が重なるように位置合わせをして、貼り付けられる。このようにして作製された再帰反射層用下地膜708を用いると、アクティブマトリクス基板207のドレインと画素電極との電気的な接続が容易になるとともに、再帰反射機能を有する表面を無駄なく利用することが可能となる。
【0098】
上述したように形成された再帰反射電極を有するアクティブマトリクス基板を用いて、例えば、図8に示したようなアクティブマトリクス型再帰反射パネル812を作製することができる。
【0099】
再帰反射パネル812は、一対の絶縁基板801および802と、これらの基板801および802の間に設けられた液晶層803とを備えている。
【0100】
基板801の液晶層803側には複数の再帰反射画素電極804がマトリクス状に配置されており、画素電極804およびもう一方の基板(対向基板)802の内側に形成された共通透明電極805とにより、所定の画素の液晶層803に所定の電圧が印加される。再帰反射画素電極804は、基板801上に形成された薄膜トランジスタ806を介して信号配線807に接続されている。
【0101】
一方、対向基板802の液晶層803側には、ブラックマトリクス808、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)からなるカラーフィルタ809、および共通透明電極805が設けられている。
【0102】
基板801と対向基板802の最も液晶層803側には配向処理を施した配向膜層810が形成される。また、基板801と対向基板802との間隙は、スペーサ811によって保持され、液晶層803の厚さを規定している。
【0103】
液晶層803としては、散乱型液晶表示モード、特に前方散乱型表示モードを採用することが好ましい。具体的には、液晶性モノマーとネマチック液晶、光反応開始剤等を混合した材料を空隙に入れておき、紫外光等を照射することにより電圧無印加時には透明で、電圧を印加すると散乱(前方散乱)する前方散乱型液晶層が形成される。
【0104】
本実施形態のアクティブマトリクス型再帰反射装置では、反射画素電極804の全ての領域について良好な再帰反射特性を得ることができるので、明るくかつコントラスト比の高い表示を実現できる。
【0105】
なお、本実施形態では、反射画素電極に再帰反射特性を付与したが、マスタ(型)711の形状を変えることによって、例えば、散乱反射特性を付与することができる。
【0106】
次に、再帰反射電極(再帰反射層用下地膜)を形成する方法を更に詳細に説明する。
【0107】
先ず、層間接続部(図2中の参照符号211)を画素ピッチに対応するように形成した後で、層間絶縁層(図2中の参照符号210)を形成する方法について説明する。
【0108】
層間接続部を形成する導電性材料としては、導電性樹脂を使用する。ここでいう導電性樹脂とは、絶縁性樹脂に導電性材料を分散させた導電性材料分散樹脂や、高分子そのものが導電性を有する有機導電性化合物を用いても構わない。導電性材料分散樹脂に用いられる絶縁性のマトリクス樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂類、オレフィン類、ポリアミドあるいはポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂類、エポキシ樹脂類、ポリウレタン類等が上げられる。また、導電性分散材料としては、カーボン(C)あるいはアルミニウム(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、亜鉛(Zn)等の種々の導電性金属、あるいはそれら金属の合金等を微粒子にしたものが使用できる。また、有機導電性化合物としては、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピオール等が使用できる。
【0109】
マトリクス樹脂としてアクリル樹脂等の光硬化性の樹脂を用いると、フォトリソグラフィ法を利用したパターニングが可能であり、製造工程を簡略化することができる。なお、レーザアブレーションなどの方法を用いてパターニングしてもよい。導電性樹脂材料を用いて、画素ピッチに応じて、複数の導電部(層間接続部)を形成する。このとき、1つの接続電極上に少なくとも導電部の少なくとも1つの導電部が接触するように形成する。また、その厚みは、前述したように作製する再起反射電極の表面形状のピッチをルート6倍しさらに3分の1倍した値、つまり再起反射電極の表面形状の最大深さ以上になるようにする。なお、フォトリソグラフィ法を用いる代わりに、ディスペンサ等のパターン塗布装置を用いて、所定の位置に導電部を形成することもできる。
【0110】
フォトリソグラフィ法を利用して導電部を形成した場合は、導電部の表面を再帰反射機能を有する形状に加工するための型押し工程は、熱硬化性または熱可塑性を利用して行うことになり、他の方法で導電部を形成した場合は、表面形状の加工に、熱硬化性および光硬化性のいずれか一方を利用してもよいし、両方を組み合わせてもよい。
【0111】
次に、上述のようにして、所定のパターンに形成された複数の導電部の隙間を絶縁性樹脂で埋める。この際、導電性樹脂と絶縁性樹脂を必ずしも同じタイプの樹脂を使用する必要はないものの、以降の熱履歴によるストレスや薬液等の耐プロセス性を考慮すると、同じタイプの樹脂を使用する方が好ましい。
【0112】
層間膜の表面に型押しすることよって再帰反射形状を作製する場合、その形状を固定するために、光硬化性および/または熱硬化性を利用するので、層間膜を構成する樹脂は硬化収縮を起こす。このとき、導電部を形成する樹脂と層間絶縁層を形成する樹脂の特性が極端に違うと、この境界で表面形状が崩れ、所望の再帰反射特性が得られ無いことがある。また、導電部の硬化収縮が層間絶縁層よりも大きいと、導電部の表面が層間絶縁層の表面よりも低くなり、これらの上に形成される電極との電気的な接続が不安定になることがあるので、導電部は層間絶縁層よりも硬化収縮の小さい材料で形成されることが好ましい。
【0113】
また、型押しによる表面形状の固定を樹脂の熱可塑性を利用して行なう場合や、熱硬化性を利用する場合は、特に冷却時の条件に注意する必要がある。同程度の熱膨張係数を持った材料の組み合わせにおいても、樹脂の熱膨張係数は大きいので急速な冷却を行うと収縮により形状が崩れてしまうばかりではなく、亀裂を生じてしまうことがある。従って、冷却はなるべく時間をかけて型押しされた状態のまま行うことが好ましい。また、使用する導電性樹脂材料および絶縁性樹脂材料の熱膨張係数は同程度(一方が他方の10倍以下)のものが好ましい。熱膨張係数が異なる材料を用いる場合には、導電性樹脂材料の方が絶縁性樹脂材料よりも熱膨張係数が小さいことが好ましい。導電部の表面が層間絶縁層の表面よりも低いと、これらの上に形成される電極との電気的な接続が不安定になることがある。例えば、アクリル系樹脂をベースに微粒子カーボンを分散させた導電性樹脂と、アクリル系絶縁性樹脂の熱膨張係数は、それぞれ、2×10-5および5×10-5(cm/cm・℃)であり、好適に用いることができる。
【0114】
薄膜トランジスタが形成された基板上に再帰反射層用下地膜を転写した後、洗浄、乾燥、焼成、塗布等、種々の公知のプロセスを経て、再帰反射電極を有するTFT液晶表示装置が完成することになる。従って、再帰反射層用下地膜はこれらのプロセスに対する耐性を有する必要がある。特に、再帰反射層用下地膜に要求される特性としては、膨潤率(吸水率)が低いこと、加熱により形状が変化しないこと、真空プロセスにおいて形状が変化しないこと、種々の溶剤に対して形状が変化しないこと等が挙げられる。吸水率については、プロセス環境を制御しておくことはもちろんのことではあるものの、0.5質量%以下、好ましくは0.2%質量以下であることが好ましい。耐熱温度(形状を保持するための温度)は、200℃以上であることが好ましく、少なくとも150℃以上は必要である。再帰反射層用下地膜が経る真空プロセスは、例えば、液晶材料の真空注入工程であり、10-3トール(torr)オーダーの真空度で形状が変化しなければよい。また、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類に対する耐性を有していることが好ましい。
【0115】
次に、図9を参照しながら、再帰反射層用下地膜を形成する他の方法を説明する。
【0116】
ベース膜901上に、緩衝層902、離型層903を形成した後、その上に、導電部910を形成するためのあな(開口部)を有する絶縁層909を形成する。
【0117】
絶縁層909の開口部に、インクジェット法を用いて導電性樹脂材料を充填する。このようにして、絶縁層909と導電部910が同一層に存在する再帰反射層用下地膜が得られる。この上に、さらに、離型層905、緩衝層906、保護層907を形成し、転写用膜908を作製する。以後のプロセスは、上述したのと同様の方法によって実行される。
【0118】
勿論、上記の形成方法は転写用膜の形成だけでなく、アクティブマトリクス基板上に直接再帰反射層用下地膜を形成する場合にも適用できる。また、導電部を形成するためのあなが形成された絶縁層909をアクティブマトリクス基板に転写してから、導電性材料をあなに充填しても良い。
【0119】
再帰反射層用下地膜を形成するための他の方法を図10を参照しながら説明する。
【0120】
ベース膜1001上に、緩衝層1002、離型層1003を形成した後、その上に、導電部1010を形成するためのあな(開口部)を有する絶縁層1009を形成する。
【0121】
絶縁層1009の開口部に導電材料を充填することなく、この上に、離型層1005、緩衝層1006、保護層1007を形成し、転写用膜1008を作製する。
【0122】
次に、絶縁層1009をアクティブマトリクス基板1012上に転写する。
【0123】
絶縁層1009が転写されたアクティブマトリクス基板1012を導電性樹脂を混入した電解重合液に浸し、信号配線1014から、トランジスタ素子1015、ドレイン電極1016を介して接続電極1017に電圧を印加する。そうすると、絶縁層1009から露出されている接続電極1017上に導電材料が電解重合によって形成され、導電部1010が形成される。このようにして、層間接続部と層間絶縁層とを有する層間膜が得られる。また、電解重合に限られず、電着(電気めっき)や電析などの、電界を利用して導電材料を堆積する方法を用いることができる。
【0124】
電界を利用して導電材料を堆積する方法を用いると、ドレイン電極1016あるいはコンタクト用の接続電極1017の表面から導電材料が堆積されるので、導電材料とドレイン電極1016あるいは接続電極1017との電気的な導通が確実に得られるといった利点がある。電界を利用する堆積方法は、アクティブマトリクス基板上にコンタクト部を形成する場合に特に有効である。
【0125】
このあと、モールド1018を用いて型押し法によって、層間膜の表面形状を所定の形状に加工することによって、再帰反射層用下地膜が形成される。
【0126】
なお、再帰反射画素電極を形成する実施形態を例示したが、形成する表面形状を変えるだけで、例えば散乱反射画素電極を形成することができる。さらに、反射電極に限られず、透明電極を形成してもよい。また、層間膜上に形成される電極は画素電極に限られず、液晶層などの表示媒体層に電圧を印加する電極であって、層間膜の下部に形成される回路要素と電気的に接続される電極であればよい。
【0127】
【発明の効果】
本発明によると、電極が層間絶縁層を介して回路要素と互いに電気的に接続された構造を有する表示装置の表示品位を向上することができる。特に、再帰反射型表示装置や散乱反射型表示装置の表示品位を効果的に向上することができる。また、本発明によると、上述の表示装置を効率的に製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の反射画素電極構造を模式的に示す図であり、(a)は再帰反射画素電極の構造を模式的に示す断面図であり、(b)は散乱反射画素電極の構造を模式的に示す図である。
【図2】(a)〜(d)は、本発明による実施形態の表示装置の製造方法における再帰反射画素電極の形成方法を説明するための工程断面図である。
【図3】本発明による実施形態の液晶表示装置300を模式的に示す上面図である。
【図4】液晶表示装置300の液晶パネル301の模式的な断面図である。
【図5】液晶パネル301に用いられるアクティブマトリクス基板の画素構造を模式的に示す図であり、(a)は上面図、(b)は断面図である。
【図6】本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の製造に用いられる転写可能な下地膜を模式的に示す断面図である。
【図7】(a)〜(d)は、本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の製造に用いられる転写可能な再帰反射層用下地膜の作製方法を説明するための模式的な断面図である。
【図8】本発明による実施形態のアクティブマトリクス型再帰反射液晶パネルの模式的な断面図である。
【図9】(a)〜(c)は、本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の製造に用いられる他の転写可能な下地膜の作製方法を説明するための模式的な断面である。
【図10】(a)〜(d)は、本発明による実施形態の反射型液晶表示装置の製造方法における、再帰反射用下地膜の形成方法を説明するための模式的な断面である。
【図11】(a)〜(d)は、再帰性反射電極を形成する従来の方法を説明するための断面図である。
【図12】理想的な再帰反射層の構造を示す図であり、(a)は上面図、(b)は(a)中のB−B’およびC−C’断面図である。
【図13】(a)および(b)は、従来の方法で形成された再帰反射電極のコンタクト部近傍の断面形状と傾斜角度変化を示す図である。
【図14】(a)は、従来の方法で形成された散乱反射電極のコンタクト部近傍の断面形状と傾斜角度変化を示す図であり、(b)は、従来の方法で形成された透明な画素電極のコンタクト部近傍の断面形状と傾斜角度変化を示す図である。
【図15】(a)は、従来の方法によって形成された、コンタクト部1501を有するコンタクトホール部1502の断面構造を模式的に示す図であり、(b)はコンタクトホール部1502を含まない部分の断面構造(理想的な断面構造と等価)を模式的に示す図である。
【符号の説明】
105、205 接続電極
108 層間絶縁層(再帰反射層用下地膜)
109 層間膜
111a、111b、211 層間接続部
112a、212b 画素電極
201 基板
202 半導体・ゲート電極
203 ソース電極
204 ドレイン電極
207 アクティブマトリクス基板
208 再帰反射層用下地膜
209 層間膜
210 層間絶縁層
211 層間接続部
Claims (14)
- 基板と、前記基板上に設けられた回路要素と、前記回路要素上に設けられ、層間絶縁層および前記層間絶縁層中に設けられた層間接続部を有する層間膜と、前記層間膜上に設けられた再帰反射特性を有する電極とを有し、前記電極と前記回路要素とが前記層間接続部を介して電気的に接続された、表示装置の製造方法であって、
(a)前記層間絶縁層と、前記層間絶縁層中に設けられた前記層間接続部とを有する前記層間膜を形成する工程と、
(b)工程(a)の後に、均一な凹凸形状の表面を有するマスタを押し付けることにより、前記層間絶縁層および前記層間接続部に前記マスタの均一な凹凸形状を転写して、前記層間絶縁層および前記層間接続部の表面形状を均一な凹凸形状に加工する工程と、
(c)前記層間膜上に前記電極を形成する工程と、
を包含する、表示装置の製造方法。 - 工程(a)および(b)は、前記回路要素が設けられた前記基板上以外の場所で実行され、工程(a)および(b)の後で前記層間膜を前記回路要素が形成された前記基板に転写する工程を包含する、請求項1に記載の表示装置の製造方法。
- 工程(a)から(c)は、前記回路要素が設けられた前記基板上で実行される、請求項1に記載の表示装置の製造方法。
- 工程(a)は、あなを有する層間絶縁層を形成する工程と、前記あなに導電性材料を充填することによって前記層間接続部を形成する工程とを包含する、請求項1から3のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
- 前記回路要素は導電層を含み、前記導電材料を充填する工程は、前記導電層によって生成される電界を利用して行なわれる、請求項4に記載の表示装置の製造方法。
- 前記導電性材料を充填する工程は、インクジェット法で行なわれる、請求項4に記載の表示装置の製造方法。
- 工程(a)は導電性材料を用いて層間接続部を形成する工程と、前記層間接続部以外の領域に前記層間絶縁層を形成する工程を包含する、請求項1から3のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
- 前記層間接続部の形成はフォトリソグラフィプロセスを用いて実行される、請求項7に記載の表示装置の製造方法。
- 前記層間接続部の形成はディスペンサを用いて実行される、請求項7に記載の表示装置の製造方法。
- 前記層間絶縁層および前記層間接続部は、樹脂を含む材料から形成される、請求項1から9のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
- 工程(b)は、前記層間膜を加熱した状態で実行される、請求項10に記載の表示装置の製造方法。
- 前記層間接続部は、前記層間絶縁層よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されている、請求項11に記載の表示装置の製造方法。
- 前記樹脂は熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂である、請求項10から12のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
- 前記層間接続部は、前記層間絶縁層よりも硬化収縮が小さい樹脂を含む材料で形成される、請求項13に記載の表示装置の製造方法。
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