(57)【要約】【課題】少数のフォトリソグラフィー工程により製造でき、しかも適切な高さのスペーサ台座を備える液晶表示装置を提供すること。【解決手段】基板ＳＵＢ１と、液晶ＬＣを介して基板ＳＵＢ１と対向配置され、基板ＳＵＢ１側に延びる柱状のスペーサＰＳが形成される基板ＳＵＢ２と、を備え、基板ＳＵＢ１は、複数の下部層（ＴＲ，ＧＭ，ＧＩ）、該複数の下部層上に順に積層配置される半導体ＡＳ層、及び導電体層ＤＭを備え、前記複数の下部層のうちいずれか少なくとも１つにおける前記スペーサＰＳの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、開口パターンＯＰが形成されるとともに、前記半導体層ＡＳ及び前記導電体層ＤＭにおける前記スペーサＰＳの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、共に台座パターンＰＰ１，ＰＰ２が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、液晶を介して前記第１の基板と対向配置され、前記第１の基板側に延びる柱状のスペーサが形成される第２の基板と、を備え、
前記第１の基板は、複数の下部層、該複数の下部層上に順に積層配置される半導体層、及び導電体層を備え、
前記複数の下部層のうちいずれか少なくとも１つにおける前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、開口パターンが形成されるとともに、前記半導体層及び前記導電体層における前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、共に台座パターンが形成される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記開口パターンが形成される領域は、前記台座パターンが形成される領域と部分的に重なる、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記複数の下部層は、ゲート信号線が形成されるゲート信号線用導電体層と、共通電極が形成される共通電極用導電体層と、を備える、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記開口パターンは、前記ゲート信号線用導電体層及び前記共通電極用導電体層に形成される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記開口パターンは、前記ゲート信号線用導電体層に形成される、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
第１の基板と、液晶を介して前記第１の基板と対向配置され、前記第１の基板側に延びる柱状のスペーサが形成される第２の基板と、を含む液晶表示装置の製造方法であって、
前記第１の基板を構成する複数の下部層をガラス基板上に形成する第１工程と、
前記複数の下部層上に半導体層、及び導電体層を順に積層させる第２工程と、を含み、
前記第１工程では、前記複数の下部層のうちいずれか１つにおける前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部に開口パターンを形成し、
前記第２工程では、共通のフォトマスクにより、前記半導体層及び前記導電体層における前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部に台座パターンを形成する、
ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、液晶層を挟む基板間の距離を均一化するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は２枚の基板間に液晶を保持する構造を有しており、一方の基板に形成される薄膜トランジスタ配列により画素電極間に発生する電界を制御することで、液晶分子の局所的配向を制御し、これにより任意の画像表示を得るようになっている。この際、一方の基板に柱状スペーサを多数形成するとともに、他方の基板に各柱状スペーサの頂部に当接する台座を形成し、これらスペーサ及びスペーサ台座により基板間隔を均一化することが広く行われている。また、薄膜トランジスタが形成される基板側にスペーサ台座のパターンを形成する場合には、該薄膜トランジスタの電極を形成するための導電体層に台座パターンが形成されることがある（例えば下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３２８２４７号公報（図６参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明者らは、薄膜トランジスタを構成する半導体層及びその上に形成される導電体層のフォトリソグラフィー工程を共通化して、液晶表示装置の製造工程の簡略化を検討している。この製造方法によると、図１０に示すように導電体層の台座パターンＰＰ１の下に半導体層の台座パターンＰＰ２が残る。このため、スペーサ台座ＳＰの高さには導電体層及び半導体層の双方の厚さが影響し、スペーサ台座ＳＰが高くなりすぎてしまうという問題がある。
【０００４】
もちろん、いわゆるハーフトーンのフォトマスクによりレジストパターンに薄膜領域を形成し、この薄膜領域をレジストアッシングにより除去してからメタルエッチングを施すことにより、半導体層上に形成された導電体層のみを選択的に除去することも可能である。この場合、図１１に示すようにスペーサ台座ＳＰの領域には半導体層のパターンＰＰ２のみが残ることになるが、これではスペーサ台座が低くなりすぎてしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、少数のフォトリソグラフィー工程により製造でき、しかも適切な高さのスペーサ台座を備える液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、第１の基板と、液晶を介して前記第１の基板と対向配置され、前記第１の基板側に延びる柱状のスペーサが形成される第２の基板と、を備え、前記第１の基板は、複数の下部層、該複数の下部層上に順に積層配置される半導体層、及び導電体層を備え、前記複数の下部層のうちいずれか少なくとも１つにおける前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、開口パターンが形成されるとともに、前記半導体層及び前記導電体層における前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部には、共に台座パターンが形成される。
【０００７】
また、本発明の一態様では、前記開口パターンが形成される領域は、前記台座パターンが形成される領域と部分的に重なる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記複数の下部層は、ゲート信号線が形成されるゲート信号線用導電体層と、共通電極が形成される共通電極用導電体層と、を備える。このとき、前記開口パターンは、前記ゲート信号線用導電体層及び前記共通電極用導電体層に形成されてよい。或いは前記開口パターンは、前記ゲート信号線用導電体層に形成されてよい。
【０００９】
また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、第１の基板と、液晶を介して前記第１の基板と対向配置され、前記第１の基板側に延びる柱状のスペーサが形成される第２の基板と、を含む液晶表示装置の製造方法であって、前記第１の基板を構成する複数の下部層をガラス基板上に形成する第１工程と、前記複数の下部層上に半導体層、及び導電体層を順に積層させる第２工程と、を含み、前記第１工程では、前記複数の下部層のうちいずれか１つにおける前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部に開口パターンを形成し、前記第２工程では、共通のフォトマスクにより、前記半導体層及び前記導電体層における前記スペーサの頂部に対向する領域の少なくとも一部に台座パターンを形成する。
【００１０】
本発明によると、半導体層及び導電体層を共通のフォトリソグラフィー工程によりパターニングすることができ、液晶表示装置を少数のフォトリソグラフィー工程により製造できるようになる。また、半導体層及び導電体層に形成される台座パターンの下側の層に開口パターンが形成されるので、適切な高さのスペーサ台座を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、液晶層をカラーフィルタ基板ＳＵＢ２及びＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板ＳＵＢ１で挟んだ構造を有しており、図１はＴＦＴ基板ＳＵＢ１の等価回路図を示している。また、図２は、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１の１つの画素領域の拡大平面図である。
【００１３】
これらの図において、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１では、多数のゲート信号線ＧＬが互いに等間隔をおいて図中横方向に延びており、また、多数のドレイン信号線ＤＬが互いに等間隔をおいて図中縦方向に延びている。そして、これらゲート信号線ＧＬ及びドレイン信号線ＤＬにより碁盤状に並ぶ画素のそれぞれが区画されている。また、各ゲート信号線ＧＬの下方にはそれと平行にコモン信号線ＣＬが図中横方向に延びている。
【００１４】
ゲート信号線ＧＬ及びドレイン信号線ＤＬにより区画される画素領域の隅には、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）構造を有する薄膜トランジスタＴＦＴが形成されており、そのゲート電極はゲート信号線ＧＬに接続され、ドレイン電極はドレイン信号線ＤＬに接続されている。また、各画素領域には一対の画素電極ＰＸ及び対向電極ＣＴが形成されており、画素電極ＰＸは薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極に接続され、対向電極ＣＴはコモン信号線ＣＬに接続されている。
【００１５】
以上の回路構成において、各画素の対向電極ＣＴにコモン信号線ＣＬを介して基準電圧を印加し、ゲート信号線ＧＬにゲート電圧を印加することにより、画素行が選択される。また、その選択のタイミングにおいて、各ドレイン信号線に映像信号を供給することにより、各画素の画素電極ＰＸに映像信号の電圧が印加される。これにより、画素電極ＰＸと対向電極ＣＴの間に映像信号の電圧に応じた強度の横電界が発生し、この横電界の強度に応じて液晶分子の配向が決まるようになっている。
【００１６】
上述したようにカラーフィルタ基板ＳＵＢ２及びＴＦＴ基板ＳＵＢ１の間には液晶層ＬＣが挟まれており、カラーフィルタ基板ＳＵＢ２にはＴＦＴ基板ＳＵＢ１側に延びる柱状スペーサＰＳが多数形成されている（図３参照）。柱状スペーサＰＳは、例えばカラーフィルタを構成する樹脂膜により構成されるもので、頂部に向かって細くなる円柱状に形成されている。一方、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１における対向位置にはカラーフィルタ基板ＳＵＢ２側に立ち上がるスペーサ台座ＳＰが形成されている。ここでは、図２に示すように、ゲート信号線ＧＬ上にスペーサ台座ＳＰが形成されており、このスペーサ台座ＳＰの上面と柱状スペーサＰＳの頂部とが互いに当接し、それによりカラーフィルタ基板ＳＵＢ２とＴＦＴ基板ＳＵＢ１との間隔が一定に保たれるようになっている。
【００１７】
図３は、図２のIII−III切断線における縦断面図である。同図に示すように、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１を構成するガラス基板ＧＡ上には、例えばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明導電材料からなる透明導電体層ＴＲが形成されており、その上にはＡｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の金属からなる金属導電体層ＧＭが形成されている。また、ゲート信号線ＧＬの形成領域内には円形の開口パターンＯＰが形成される。この開口パターンＯＰは、柱状スペーサＰＳの頂部に対向する領域に形成され、これによりスペーサ台座ＳＰの高さに透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭの厚さが含まれないようにしている。その後、透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭの上には絶縁膜ＧＩが形成される。絶縁膜ＧＩは、薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域においてゲート絶縁膜として機能するものであり、それにより膜厚等が設定されている。
【００１８】
絶縁膜ＧＩの上面であって、ゲート信号線ＧＬ上においては、例えばアモルファスシリコンからなる半導体層ＡＳが部分的に形成される。この半導体層ＡＳは薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層、およびスペーサ台座ＳＰの台座パターンＰＰ２として用いられる。
【００１９】
薄膜トランジスタＴＦＴの半導体層となる半導体層ＡＳの上には、Ａｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ等の金属からなる金属導電体層ＤＭにより、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＤＴやソース電極ＳＴが形成され、またスペーサ台座ＳＰの台座パターンＰＰ２の上には、同金属導電体層ＤＭにより台座パターンＰＰ１が形成される。台座パターンＰＰ１，ＰＰ２は、いずれも柱状スペーサＰＳの頂部の対向領域にて円形に形成される。
【００２０】
その後、保護膜ＰＡＳにより全体が被覆され、これにより薄膜トランジスタＴＦＴと液晶層ＬＣとが直接接触しないようにしている。保護膜ＰＡＳ上における対向電極ＣＴと重なる領域には、さらに、例えばＩＴＯ等の透明導電材料により画素電極ＰＸが形成される。
【００２１】
本実施形態に係る液晶表示装置では、前述のように各画素領域のゲート信号線ＧＬ上に、開口パターンＯＰを形成している。
【００２２】
ここで、ゲート信号線ＧＬの作成工程について図４を用いて説明する。図４は、図２のIII−III線部分の断面を示す。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、ガラス基板ＧＡ上に順に積層された透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭの上には絶縁膜ＧＩが形成され、さらにその上には全域に、例えばＣＶＤ法を用いて半導体層ＡＳ及び金属導電体層ＤＭが順に積層される。尚、透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭには、スペーサ台座ＳＰの形成位置に、あらかじめ開口パターンＯＰが形成される。金属導電体層ＤＭの表面の全域にはフォトレジスト膜が塗布され、このフォトレジスト膜は公知のフォトリソグラフィー工程により選択的に除去され、パターニングされる（図４（ｂ））。そして、残存するレジストパターンＰＴＲをマスクとして、金属導電体層ＤＭに対してウェットエッチングが施される（図４（ｃ））。この選択エッチングにより、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＤＴやソース電極ＳＴ、台座パターンＰＰ１が半導体層ＡＳ上に形成される。
【００２４】
その後、レジストパターンＰＴＲをリフローさせて変形レジストパターンＰＴＲ２を形成する。例えば、レジストパターンＰＴＲを有機溶媒溶液の蒸気中に１〜３分曝し、これによってレジストパターンＰＴＲに有機溶媒溶液を徐々に浸透させ、該レジストパターンＰＴＲに溶解を起こさせるようにして形成する。このリフロー工程によって、変形レジストパターンＰＴＲ２は、ドレイン電極ＤＴ、ソース電極ＳＴ、台座パターンＰＰ１の頂部のみならず、その周囲をも覆うようになり、平面的に見た場合、これらの輪郭からはみ出した部分にまで変形レジストパターンＰＴＲ２が及ぶことになる（図４（ｄ））。
【００２５】
次に、この変形レジストパターンＰＴＲ２をマスクとして、半導体層ＡＳを選択エッチングする（図４（ｅ））。その後、変形レジストパターンＰＴＲ２を除去し（図４（ｆ））、その上に保護膜ＰＡＳ及び画素電極ＰＸを順に形成する。
【００２６】
以上の工程により、ゲート信号線ＧＬが形成された領域内において、透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭに開口パターンＯＰが形成され、さらに開口パターンＯＰの内部領域に、半導体層ＡＳからなる台座パターンＰＰ２及び金属導電体層ＧＭからなる台座パターンＰＰ１が形成される。こうして、図３に示すように、保護膜ＰＡＳ、金属導電体層ＧＭの台座パターンＰＰ１、半導体層ＡＳの台座パターンＰＰ２及び絶縁膜ＧＩから構成されるスペーサ台座ＳＰが形成される。こうして、共通のフォトマスクにより、薄膜トランジスタＴＦＴ等とともに、積層配置された台座パターンＰＰ１，ＰＰ２を形成することで、液晶表示装置の製造工程を簡略化することができる。また、このときスペーサ台座ＳＰが高くなりすぎてしまう不都合を、開口パターンＯＰを形成することにより、選択的に下部層の一部を除去することで解消することができる。これにより、少数のフォトリソグラフィー工程により製造することができ、しかも適切な高さのスペーサ台座ＳＰを有する液晶表示装置とすることができる。
【００２７】
なお、以上の説明では透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭの双方に開口パターンＯＰを形成するようにしたが、金属導電体層ＧＭのみに開口パターンＯＰを形成し、その下部に透明導電体層ＴＲを残すようにすることで、図５に示すように透明導電体層ＴＲの厚さの分だけ高いスペーサ台座ＳＰを作成するようにしてもよい。
【００２８】
また、上記の例では、レジストリフロープロセスを用いた例で説明したが、フォトマスクにメッシュ上の開口を開けることで光の透過量を制御するハーフ露光プロセスを用いても良い。
【００２９】
次に、台座スペーサＳＰの変形例を説明する。以上の説明では台座パターンＰＰ１、ＰＰ２よりも広い開口パターンＯＰを形成し、台座パターンＰＰ１，ＰＰ２の全体が開口パターンＯＰと重なるようにしたが、一部のみ重なるように、すなわち台座パターンＰＰ１，ＰＰ２の一部領域の下方にのみ開口パターンＯＰが位置するようにしてもよい。具体的には、図６（ａ）の平面図及び同図（ｂ）の断面図に示されるように、台座パターンＰＰ１，ＰＰ２の半分の領域の下方にのみ開口パターンＯＰが位置するようにすれば、頂部に段差のあるスペーサ台座ＳＰを形成することができる。こうしたスペーサ台座ＳＰを、樹脂材料により形成され頂部が若干変形しうる柱状スペーサＰＳに当接させることで、当該スペーサ台座ＳＰを、頂部の上段面と下段面の中間の高さを有する台座として機能させることができる。この場合も、図７に示すように、開口パターンＯＰを金属導電体層ＧＭのみに形成してよい。
【００３０】
さらに、図８（ａ）の平面図及び同図（ｂ）の断面図に示されるように、開口パターンＯＰの内部に、透明導電体層ＴＲ及び金属導電体層ＧＭを残存させる微少領域を作り、これにより微少突起ＩＬを形成してもよい。こうすれば、スペーサ台座ＳＰの頂部に微少な突起が形成されるようになり、スペーサ台座ＳＰの高さを僅かに高くすることができる。この場合も、図９に示すように、金属導電体層ＧＭのみによって開口パターンＯＰ及び微少突起ＩＬを形成してよい。
【００３１】
また、以上の説明では、いわゆるＩＰＳ（In-Plane Switching）方式の液晶表示装置に本発明を適用したが、本発明は他の方式、例えばＶＡ（Vertical Alignment）方式やＴＮ（Twisted Nematic）方式の液晶表示装置にも適用できる。このとき、対向電極ＣＴ（ＴＲ）及びコモン信号線ＣＬ（ＧＭ）をカラーフィルタ基板ＳＵＢ２側に形成してよい。この場合には、開口パターンＯＰを金属導電体層ＧＭに形成してよい。さらに、カラーフィルタはＴＦＴ基板ＳＵＢ１側に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】液晶表示装置を構成するＴＦＴ基板の等価回路図である。
【図２】ＴＦＴ基板の画素領域を示す拡大平面図である。
【図３】図２のIII−III切断線における断面図である。
【図４】半導体層及びドレイン電極層の製造工程を示す図である。
【図５】スペーサ台座の第１変形例を示す図である。
【図６】スペーサ台座の第２変形例を示す図である。
【図７】スペーサ台座の第３変形例を示す図である。
【図８】スペーサ台座の第４変形例を示す図である。
【図９】スペーサ台座の第５変形例を示す図である。
【図１０】下部層に開口パターンが形成されていないスペーサ台座の一例を示す図である。
【図１１】下部層に開口パターンが形成されていないスペーサ台座の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
ＳＵＢ１  ＴＦＴ基板、ＳＵＢ２  カラーフィルタ基板、ＧＡ  ガラス基板、ＬＣ  液晶層、ＰＡＳ  保護膜、  ＰＰ１，ＰＰ２  台座パターン、ＧＩ  絶縁膜、  ＡＳ  半導体層、ＴＲ  透明導電体層、ＤＭ，ＧＭ  金属導電体層、ＯＰ  開口パターン、ＳＰ  スペーサ台座、ＰＳ  柱状スペーサ、ＩＬ  微少突起、ＳＴ  ソース電極、  ＤＴ  ドレイン電極、  ＧＬ  ゲート信号線、ＤＬ  ドレイン信号線、ＣＬ  コモン信号線、ＰＸ  画素電極、ＣＴ  対向電極。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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