(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に複数本の走査線と、この走査線と交差する複数本の信号線と、上記走査線及び上記信号線によって区画された個々の画素領域にスイッチング素子を形成する第１の工程、
上記基板上に、感光性を有する絶縁性樹脂を上記走査線、上記信号線及び上記スイッチング素子等に起因する段差を解消するように平坦に塗布し、露光、現像することにより、画素領域内に非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともに、上記スイッチング素子のドレイン電極上に分離パターンであるコンタクトホールを有する層間絶縁膜を形成する第２の工程、
上記層間絶縁膜上に光反射性金属膜を成膜後、パターニングし、個々の画素領域に整合した位置に上記層間絶縁膜による散乱用凹凸を有し、上記コンタクトホールを介して上記スイッチング素子と電気的に接続された反射画素電極を形成する第３の工程を含む反射型液晶表示装置の製造方法であって、
上記第２の工程において、上記絶縁性樹脂の露光に、紫外線を透過する基材に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層と、紫外線を完全に遮光する遮光膜を含む２層以上の遮光材を有し、上記コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部には上記遮光材を配置せず、上記画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部には上記紫外線フィルター層を配置し、さらに上記散乱用凹凸の凸部に整合した位置に上記遮光膜を配置したマスクを用いることを特徴とする反射型液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】
格子状に設けられた走査線及び信号線、スイッチング素子、層間絶縁膜及び反射画素電極を備えた第一の絶縁性基板と、カラーフィルター及び対向電極を備えた第二の絶縁性基板を対向させ、これらの基板間に液晶を配置してなる反射型液晶表示装置の製造において、画素領域内に非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともに上記スイッチング素子のドレイン電極上に分離パターンであるコンタクトホールを有する上記層間絶縁膜を形成するための絶縁性樹脂の露光に用いられる製造用マスクであって、
紫外線を透過する基材に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層と、紫外線を完全に遮光する遮光膜を含む２層以上の遮光材を有し、上記コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部には上記遮光材を配置せず、上記画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部には上記紫外線フィルター層を配置し、さらに上記散乱用凹凸の凸部に整合した位置に上記遮光膜を配置したことを特徴とする反射型液晶表示装置の製造用マスク。
【請求項３】
上記紫外線フィルター層としてａ−Ｓｉ膜、上記遮光膜としてＣｒ／ＣｒＯＸ膜を用いたことを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示装置の製造用マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部より入射した光を反射させ表示を行う反射型液晶表示装置の製造方法及び反射型液晶表示装置の製造用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、ＣＲＴに代わるフラットパネルディスプレイの一つとして活発に研究開発が行われており、特に消費電力が小さいことや薄型であるという特徴を生かして、電池駆動の小型ＴＶ、ノートブック型コンピュータ、カーナビゲーション及び携帯端末機器等として実用化されている。
液晶表示装置の駆動方法として、高品質表示であることから薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）をスイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型ＴＦＴアレイが主として用いられている。ディスプレイの構成としては、透過型と反射型のものがあり、反射型のものは透過型のようなバックライト光源が不要であることから低消費電力が実現でき、携帯端末等の用途として極めて適していると言える。この反射型液晶表示装置は、格子状に設けられた走査線及び信号線、ＴＦＴ、反射画素電極等を備えた第一の絶縁性基板と、カラーフィルタ、ブラックマトリクス及び対向電極等を備えた第二の絶縁性基板を対向させ、これらの基板間に液晶を配置するよう構成されている。
【０００３】
反射型液晶表示装置の表示特性向上には、液晶表示パネルの画素部の有効表示面積を大きくし、光の利用効率を高めること、すなわち画素の高開口率化が有効である。高開口率画素のＴＦＴアレイを得る方法としては、走査線、信号線及びＴＦＴに起因する段差を解消する十分な厚さのある絶縁性樹脂からなる層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に、前述の走査線及び信号線等と重畳させて広い面積で画素電極を形成し、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールにより画素電極とＴＦＴのドレイン電極とを接続する方法が有効である。この方法によれば、基板の凹凸に起因するラビング時の不良も防止することができる。
一方、光の利用効率を高める方法としては、入射光側に散乱フィルム（前方散乱板方式）を施さないで、前述の第一の絶縁性基板に良好な指向性を有する散乱光が得られる反射膜兼画素電極を設ける方法が提案されている。これは、反射膜兼画素電極の表面に適度な凹凸を設けることで良好な散乱光を得るものである。この構造を用い、フォトリソグラフィ法にて、感光性を有する絶縁性樹脂表面に凹凸を形成した反射型液晶表示装置が特開平９−９０４２６号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−９０４２６号公報では、凹凸用パターンとコンタクトホール用パターンの両方が形成されたマスクを用い、それらの寸法差で現像時の溶解速度を変えることにより凹凸パターンとコンタクトホールパターンを同時に形成する方法が記載されているが、コンタクトホールを形成するとともに樹脂表面に良好な散乱光が得られる反射膜用の凹凸を安定的に得ることは非常に難しい。さらに、鏡面反射が無い良好な散乱光を得るためには、凹凸パターンにある程度の大きさが必要であり、その溶解速度はコンタクトホールパターン溶解速度とほとんど差が無いため、凹凸パターンとコンタクトホールパターンを区別して形成することは非常に困難である。
【０００５】
また、特開平７−１９８９１９号公報では、光の透過量が制御された露光マスクを用い、光量を感光性膜の深さ方向で多段に変化させて露光し、表面に凹凸を有する反射板の形成方法が開示されている。しかしながら、良好な散乱特性を得るためには平らな部分を無くする必要があり、例えば１２.１ＳＶＧＡアレイの場合、１画素内に２００〜３００程度の凹凸が必要である。総画素数１４４万画素に対し、反射斑を無くすため凹凸の画素間形状を均一にする必要があり、上記の条件を満たす露光を行うことが可能なマスクは非常に高価であり、且つそのようなマスクを製造することは非常に困難である。さらに、露光現像された樹脂は熱処理されるが、この熱処理によって樹脂は流動化し、樹脂の物性値から決まる固有の形状になるため、多段に露光量を変えて凹凸を形成しても、隣接する微小な凹凸は淘汰されてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、低電力駆動が可能で表示品位に優れた高開口率ＴＦＴアレイ基板を、簡易なプロセスで安定的に得ることが可能な反射型液晶表示装置の製造方法及び反射型液晶表示装置の製造用マスクを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる反射型液晶表示装置の製造方法は、絶縁性基板上に複数本の走査線と、この走査線と交差する複数本の信号線と、走査線及び信号線によって区画された個々の画素領域にスイッチング素子を形成する第１の工程と、基板上に、感光性を有する絶縁性樹脂を走査線、信号線及びスイッチング素子等に起因する段差を解消するように平坦に塗布し、露光、現像することにより、画素領域内に非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともに、スイッチング素子のドレイン電極上に分離パターンであるコンタクトホールを有する層間絶縁膜を形成する第２の工程と、層間絶縁膜上に光反射性金属膜を成膜後、パターニングし、個々の画素領域に整合した位置に層間絶縁膜による散乱用凹凸を有し、コンタクトホールを介してスイッチング素子と電気的に接続された反射画素電極を形成する第３の工程を含む反射型液晶表示装置の製造方法であって、第２の工程において、絶縁性樹脂の露光に、紫外線を透過する基材に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層と、紫外線を完全に遮光する遮光膜を含む２層以上の遮光材を有し、コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部には遮光材を配置せず、画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部には紫外線フィルター層を配置し、さらに散乱用凹凸の凸部に整合した位置に遮光膜を配置したマスクを用いるものである。
【０００８】
また、本発明に係わる反射型液晶表示装置の製造用マスクは、格子状に設けられた走査線及び信号線、スイッチング素子、層間絶縁膜及び反射画素電極を備えた第一の絶縁性基板と、カラーフィルター及び対向電極を備えた第二の絶縁性基板を対向させ、これらの基板間に液晶を配置してなる反射型液晶表示装置の製造において、画素領域内に非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともにスイッチング素子のドレイン電極上に分離パターンであるコンタクトホールを有する層間絶縁膜を形成するための絶縁性樹脂の露光に用いられる製造用マスクであって、紫外線を透過する基材に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層と、紫外線を完全に遮光する遮光膜を含む２層以上の遮光材を有し、コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部には遮光材を配置せず、画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部には紫外線フィルター層を配置し、さらに散乱用凹凸の凸部に整合した位置に遮光膜を配置したものである。
さらに、紫外線フィルター層としてａ−Ｓｉ膜、遮光膜としてＣｒ／ＣｒＯＸ膜を用いたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
参考例１．
以下に、本発明の参考例を図面に基づいて説明する。図１は、本参考例における反射型液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板を示す部分平面図、図２は、本参考例におけるＴＦＴアレイ基板の製造工程の一部を示す部分断面図である。図において、１は例えばガラス基板等の絶縁性基板、２は絶縁性基板１上に行方向に形成された走査線であるゲート電極配線、２ａはゲート電極、３は共通電極配線、４はゲート絶縁膜、５はゲート電極配線２及び後述のソース電極配線によって区画された個々の画素領域に形成されたスイッチング素子であるＴＦＴの半導体層となるアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜と記す）、６は上記ＴＦＴのオーミックコンタクト層となる不純物をドープした低抵抗アモルファスシリコン膜（以下、ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜と記す）、７は絶縁性基板１上に列方向に形成された信号線であるソース電極配線、７ａはソース電極、８はドレイン電極、９はＴＦＴのチャネル部、１０はＴＦＴを保護するパッシベーション膜、１１はゲート電極配線２、ソース電極配線７及びＴＦＴに起因する段差を解消すると共に、表面に意図的に散乱用凹凸が形成された層間絶縁膜、１２は層間絶縁膜１１に設けられたコンタクトホール、１３は層間絶縁膜１１上に形成され、コンタクトホール１２を介してＴＦＴのドレイン電極８と接続される反射画素電極である。
【００１０】
次に、本参考例におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法を図２を用いて説明する。まず、絶縁性基板１上にスパッタ法等を用いてＣｒを成膜し、フォトリソグラフィ法にて複数本のゲート電極配線２及び共通電極配線３を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法等を用いて窒化シリコンからなるゲート絶縁膜４、ａ−Ｓｉ膜５、ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜６を順次成膜し、フォトリソグラフィ法を用いてａ−Ｓｉ膜５、ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜６をパターニングしてＴＦＴの半導体層を形成する。さらに、スパッタリング法、フォトリソグラフィ法により、ゲート電極配線２と交差する複数本のソース電極配線７、ドレイン電極８並びにＴＦＴのチャネル部９を形成し、ゲート電極配線２及びソース電極配線７によって区画された個々の画素領域にＴＦＴを形成する（第１の工程）。なお、ドレイン電極８の一端は、無機絶縁膜であるゲート絶縁膜４を挟み、後に形成される反射画素電極１３のエリア内で、下層に低抵抗金属で形成された共通電極配線３と対向し、容量（コンデンサ）を形成する構造である。さらに、ＴＦＴを保護するパッシベーション膜１０をＣＶＤ法等で成膜する（図２（ａ））。
【００１１】
次に、上記基板上に、感光性を有する絶縁性樹脂をゲート電極配線２、ソース電極配線７及びＴＦＴ等に起因する段差を解消するように平坦に塗布し、露光量を変えて露光、現像することにより、画素領域内に非分離パターンである適度な散乱用凹凸を有するとともに、ＴＦＴのドレイン電極８上に分離パターンであるコンタクトホール１２を有する層間絶縁膜１１を形成する（第２の工程）。ここでは、感光性を有する絶縁性樹脂として、低誘電率（＜４）でポジ型のアクリル系樹脂（JSR製PC-335、i線、h線感光品）を約４μｍ塗布した。また、散乱用凹凸は、ゲート電極配線２上、ソース電極配線７上及び上記容量形成位置の一部を除く画素領域内に形成した。なお、本参考例では、絶縁性樹脂の露光は、非分離パターンと分離パターンを異なるマスクに配置した分割露光により行い、非分離パターンを分離パターンの露光量に対して２０〜８０％内の所定の露光量で露光した。露光装置としては、ｈ線のステッパー露光機を用い、コンタクトホール１２部を４００mj／cm２（ＵＶ光１）で、画素内の凹凸を１６０mj／cm２（ＵＶ光２）で露光した（図２（ｂ））。
【００１２】
ポジ型感光樹脂の溶解速度は、感光剤の分解率に大きく依存する（これをＳ字カーブ特性と称する）ことを利用し、画素領域内の凹凸部とコンタクトホール１２部の感光剤の分解率を変え、溶解速度に差を持たせ、コンタクトホール１２が十分に解像できる時間で現像を行い、深さＡのコンタクトホール１２と深さＢの凹凸をそれぞれ得た（図２（ｃ））。現像液は、弱アルカリ現像液（TMAH0.4wt%）を用いた。現像後、２００〜２３０℃で約１時間焼成し、画素領域内に適度な散乱用凹凸と、ＴＦＴのドレイン電極８上にコンタクトホール１２を有する層間絶縁膜１１を形成した。以上の工程によって得られた層間絶縁膜１１表面のプロファイルを触針式膜厚計で測定し、表面形状を確認した結果を図３に示す。図において、（ａ）はコンタクトホール部、（ｂ）は凹凸部の形状をそれぞれ示し、図中Ａは層間絶縁膜１１の底部である基板面を示している。このように、本参考例における製造方法によれば、良好な散乱用凹凸と底部まで分離されたコンタクトホール１２が形成されていることが確認できた。
【００１３】
次に、コンタクトホール１２部のパッシベーション膜１０をエッチングし、ドレイン電極８をコンタクトホール１２内に露出させる。同時に、トランスファー電極を含む端子コンタクト部（図示せず）のパッシベーション膜１０も除去する。さらに、層間絶縁膜１１上に光反射性金属膜であるＡｌ等の高反射膜を成膜後、パターニングし、個々の画素領域に整合した位置に層間絶縁膜１１による散乱用凹凸を有し、コンタクトホール１２を介してＴＦＴのドレイン電極８と電気的に接続された反射画素電極１３を形成した（第３の工程、図２（ｄ））。以上の工程により得られたＴＦＴアレイ基板と、対向電極等が形成された他の絶縁性基板の表面にそれぞれ配向膜を形成後、これらを対向させ基板間に液晶材料を注入することにより、本参考例における反射型液晶表示装置が完成する。
【００１４】
なお、本参考例では反射画素電極１３としてＡｌを用いたが、銀等の高反射膜を用いてもよい。また、層間絶縁膜１１を黒色等の有色樹脂で形成することにより、不要部からの反射を抑えることができる。さらに、層間絶縁膜１１の凹凸パターン寸法は、大小のものをランダムに配置しても良い。また、本参考例では、層間絶縁膜１１の下にパッシベーション膜１０を設けたが、パッシベーション膜１０は設けなくても良い。また、本参考例では、ステッパー方式を用いて、露光パターン割り当てを変えた分割露光を行うため、従来に比べて処理能力を低下させることはない。一括露光方式も適用可能であるが、処理能力を大きく低下させるため適さない。
【００１５】
以上のように、本参考例において製造されたＴＦＴアレイ基板によれば、層間絶縁膜１１が十分に厚く形成されているため、反射画素電極１３をゲート電極配線２及びソース電極配線７と重畳させて最上層に広い面積で形成することが可能であり、低電力で十分に液晶駆動が可能であると共に、コントラストの高い表示品位に優れた高開口率の反射型液晶表示装置を、簡易なプロセスで安定的に得ることが可能である。また、表示不良の削減による歩留まり向上のため、製造コストの低減も可能となる。
【００１６】
実施の形態１．
図４は、本発明の実施の形態１であるＴＦＴアレイ基板の製造方法の一部を示す部分断面図である。図において、１４は本実施の形態にて使用される反射型液晶表示装置の製造用マスクであり、１５は紫外線を透過する基材であるガラス材、１６は紫外線フィルター層である遮光材Ａ、１７は紫外線を完全にカットする遮光膜である遮光材Ｂを示している。また、図中、ａは画素パターンエリア、ｂはコンタクトホールパターンエリアを示している。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
本実施の形態では、格子状に設けられたゲート電極配線２及びソース電極配線７、ＴＦＴ、層間絶縁膜１１及び反射画素電極１３等を備えた第一の絶縁性基板と、カラーフィルター及び対向電極等を備えた第二の絶縁性基板を対向させ、これらの基板間に液晶を配置してなる反射型液晶表示装置の製造において、画素領域内の画素パターンエリアａに非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともに、ＴＦＴのドレイン電極８上のコンタクトホールパターンエリアｂに分離パターンであるコンタクトホールを有する層間絶縁膜１１を形成するための絶縁性樹脂の露光に、紫外線を透過する基材であるガラス材１５に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層である遮光材Ａ１６と、紫外線を完全に遮光する遮光膜である遮光材Ｂ１７を含む２層以上の遮光材を有し、コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部（図４中ｂで示す）には遮光材を配置せず、画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部（図４中ａで示す）には紫外線フィルター層である遮光材Ａ１６を配置し、さらに散乱用凹凸の凸部に整合した位置に遮光材Ｂ１７を配置したマスク１４を用いたものである。
【００１７】
本実施の形態におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法を説明する。なお、絶縁性基板１上にＴＦＴを保護するパッシベーション膜１０を成膜する工程までは、上記参考例１と同様であるため、説明を省略する。
パッシベーション膜１０形成後、感光性を有する低誘電率（＜４）でポジ型のアクリル系樹脂（JSR製PC-335、i線、h線感光品）を、ゲート電極配線２、ソース電極配線７及びＴＦＴに起因する段差を解消するように表面を平坦に塗布し、フォトリソグラフィ法にてマスク１４を用いて露光、現像し、ゲート電極配線２上、ソース電極配線７上及び上記容量形成位置の一部を除く画素領域内に適度の散乱用凹凸を形成し、且つドレイン電極８上にコンタクトホールを形成する（第２の工程）。
【００１８】
上記参考例１では、画素領域内の散乱用凹凸とドレイン電極８上のコンタクトホールを別マスクに配置し、露光量を変えた分割露光を行った。ｈ線の露光機を用い、コンタクトホール部を４００mj／cm２、画素領域内の散乱用凹凸を１６０mj／cm２で露光することにより、良好な凹凸とコンタクトホールが形成されることは確認されている。一方、本実施の形態では、画素領域内の散乱用凹凸パターンとコンタクトホールパターンを同一マスク１４内に配置したものである。
ａ−Ｓｉ膜厚に対するｈ線の透過率（計算値）を図５に示す。画素パターンエリアａの開口部に厚さ４nmの遮光膜Ａ１６を残すと、ｈ線は５９.８％吸収される。このとき、コンタクトホール部を十分に開口するために４００mj／cm２で露光すると、画素内の凹凸パターンエリア部の露光量は１６０mj／cm２となり、それぞれに適した露光量が得られる。なお、マスク１４は、ａ−Ｓｉ膜を一部の開口部に残すか否かの「１」「０」制御であるため、高い精度が要求されることなく、安価で歩留まり良く製造できる。また、マスク１４の構成は、紫外線フィルター機能を有する遮光材Ａ１６、紫外線を完全に遮光する遮光材Ｂ１７を配置する順序は問わない。また、紫外線フィルター機能を有する遮光材Ａとして、ａ−Ｓｉ膜の他の金属薄膜を用いても良い。さらに、紫外線を完全に遮光する遮光膜Ｂとしては、Ｃｒ／ＣｒＯＸ膜の他に、Ｍｏ、ＭｏＳｉ等の膜を用いることもできる。
【００１９】
以上のように、マスク１４を用いて露光した後、弱アルカリ現像液（TMAH0.4wt%）を用いて現像し、２００〜２３０℃で約１時間焼成し、画素領域内に適度な散乱用凹凸と、ドレイン電極８上にコンタクトホールを有する層間絶縁膜１１を形成した。これ以降の工程については、上記参考例１と同様であるので説明を省略する。
本実施の形態においても、上記参考例１と同様の効果が得られ、さらに、本実施の形態では、一括露光方式に適用した場合でも処理能力を低下させないため、プロセス装置の制約が緩和される。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、感光性を有する絶縁性樹脂を走査線、信号線及びスイッチング素子等に起因する段差を解消するように平坦に塗布し、露光、現像することにより、画素領域内に非分離パターンである散乱用凹凸を有するとともに、スイッチング素子のドレイン電極上に分離パターンであるコンタクトホールを有する層間絶縁膜を形成する工程において、絶縁性樹脂の露光に、紫外線を透過する基材に紫外線を２０〜８０％内の所定の値でカットする紫外線フィルター層と、紫外線を完全に遮光する遮光膜を含む２層以上の遮光材を有し、コンタクトホールに整合した位置のマスクパターン開口部には遮光材を配置せず、画素領域に整合した位置のマスクパターン開口部には紫外線フィルター層を配置し、さらに散乱用凹凸の凸部に整合した位置に遮光膜を配置したマスクを用いるようにしたので、低電力駆動が可能で表示品位に優れた高開口率の反射型液晶表示装置を簡易なプロセスで安定的に得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１である反射型液晶表示装置を構成するＴＦＴアレイ基板を示す部分平面図である。
【図２】  本発明の参考例１におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法の一部を示す部分断面図である。
【図３】  本発明の参考例１において作成された層間絶縁膜の表面形状を触針式膜厚計で測定した結果を示す図である。
【図４】  本発明の実施の形態１におけるＴＦＴアレイ基板の製造方法の一部を示す部分断面図である。
【図５】  ａ−Ｓｉ膜厚に対するｈ線の透過率（計算値）を示す図である。
【符号の説明】
１  絶縁性基板、２  ゲート電極配線、２ａ  ゲート電極、
３  共通電極配線、４  ゲート絶縁膜、５ ａ−Ｓｉ膜、
６  ｎ＋−ａ−Ｓｉ膜、７ ソース電極配線、７ａ  ソース電極、
８  ドレイン電極、９  チャネル部、１０ パッシベーション膜、
１１  層間絶縁膜、１２  コンタクトホール、１３ 反射画素電極、
１４  マスク、１５  ガラス材、１６ 遮光材Ａ、１７  遮光材Ｂ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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