JPH11212075A

JPH11212075A - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11212075A
Application number: JP1133698A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Iizuka; 塚哲也飯
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な製造工程でブラックマトリクスとスペ
ーサとを形成できる液晶表示装置の製造方法を提供す
る。【解決手段】ガラス基板１上に、カラーフィルタ用の
着色層３を色ごとに分離して形成した後、基板上面にネ
ガ型の黒色レジスト４を塗布する。次に、フォトリソグ
ラフィにより、ブラックマトリクス６と柱状スペーサ７
とを同一工程で形成する。具体的には、着色層３をマス
クとして、ガラス基板１の下面側から光を照射し、着色
層３の形成されていない部分を感光させる。また、フォ
トマスク５をガラス基板１の上面側に配置してその上方
から光を照射し、TFT アレイ基板内の信号線等に対向す
る位置付近のレジストを一部感光させる。その後、現像
およびエッチングを行って柱状スペーサ７と自己整合構
造のブラックマトリクス６を同一工程で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示装
置の製造技術に関し、特に、遮光用のブラックマトリク
スを製造する方法、および対向基板とアレイ基板のギャ
ップを保持する柱状スペーサを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置には、画素間の光漏
れを防ぐ目的で、ブラックマトリクスが設けられてい
る。ブラックマトリクスは、カラーフィルタ用の着色層
の間に形成されるのが一般的である。

【０００３】図１１は従来のカラーフィルタにおけるブ
ラックマトリクスの製造工程の一例を示す図である。ま
ず、ガラス基板１の上面に画素ITO 膜２を形成した後、
図１１（ａ）に示すように、画素ITO 膜２の一部をエッ
チングにより除去し、画素ITO 膜の上面に例えば電着法
によりカラーフィルタ用の着色層３を形成する。

【０００４】次に、図１１（ｂ）に示すように、基板上
面全体にブラックマトリクスの材料となる黒色樹脂層４
を形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、不要な
黒色樹脂層４をエッチングにより除去してブラックマト
リクス６を形成する。

【０００５】図１１の工程により形成された基板は、TF
T が形成されたTFT アレイ基板とスペーサを介して張り
合わされ、両基板間には液晶が注入される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来は、スペーサは球
状の樹脂（ミクロパール）を用い、散布機等により基板
に散布していた。スペーサ部分は光抜けを生じるため、
黒表示における輝度が十分に下がらないことにより、コ
ントラスト比の低下を引き起こすという表示品位上の問
題があった。また、散布不良によって、スペーサが塊状
になると画素欠陥となるため、製造歩留まり上の問題も
有していた。こうした問題点を回避する手段として、カ
ラーフィルタ基板あるいはTFT 基板の画素開口部以外の
領域に柱状のスペーサを形成する手法が提案されてい
る。しかしながら、この手法においては、スペーサを形
成する工程が必要となり、製造工程が複雑になるという
問題があった。

【０００７】また、図１１のように着色層３の間にブラ
ックマトリクス６を形成した場合には、カラーフィルタ
とTFT アレイ基板上の画素電極との重ね合わせのずれに
よる光抜けを考慮すると、画素開口率が低下するという
問題があった。このため、画素電極の端部を絶縁膜を介
して信号線および走査線に重ね合わせ、これら配線をブ
ラックマトリクスの代わりに利用して、画素開口率の向
上を図った液晶表示装置が提案されている。

【０００８】しかしながら、信号線層により遮光を行う
ようにすると、信号線層と画素ITO電極層との寄生容量
により、輝度ムラが生じるおそれがあり、表示品質向上
の観点からすれば、ブラックマトリクスを設けて画素電
極と信号線を所定の距離を隔てて配置するのが望まし
い。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、簡易な製造工程でブラックマ
トリクスとスペーサとを形成できる液晶表示装置の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、カラーフィルタが形成され
る第１の基板と、信号線層および走査線層が形成される
第２の基板とを、前記第１の基板と前記第２の基板との
少なくとも一方に形成された柱状スペーサを介して張り
合わせて、両基板間に液晶を注入して形成される液晶表
示装置の製造方法において、前記第１の基板は、透明絶
縁基板の上面に、カラーフィルタ用の着色層を、色ごと
に分離して形成する工程と、前記着色層の上面に、ブラ
ックマトリクスおよび前記スペーサの材料となるネガ型
感光膜を形成する工程と、前記ネガ型感光膜の上面側か
ら光を照射して、フォトリソグラフィにより前記着色層
の形成されている部分の前記ネガ型感光膜の一部を感光
して前記スペーサを形成し、かつ、前記透明絶縁基板の
下面側から光を照射して、フォトリソグラフィにより前
記着色層の形成されていない部分の前記ネガ型感光膜を
感光し、自己整合構造の前記ブラックマトリクスを形成
する工程と、を経て形成されるものである。

【００１１】請求項３の発明は、共通電極が形成される
第１の基板と、信号線層および走査線層が形成される第
２の基板とを、前記第１の基板と前記第２の基板との少
なくとも一方に形成された柱状スペーサを介して張り合
わせて、両基板間に液晶を注入して形成される液晶表示
装置の製造方法において、前記第２の基板は、透明絶縁
基板の上面に、信号線層、走査線層および画素電極層を
それぞれ分離して形成し、かつ、信号線層および画素電
極層を同層に形成する工程と、カラーフィルタ用の着色
層を色ごとに分離して形成する工程と、前記着色層の上
面に、ブラックマトリクスおよび前記スペーサの材料と
なるネガ型感光膜を形成する工程と、前記ネガ型感光膜
の上面側から光を照射して、フォトリソグラフィにより
前記ネガ型感光膜の一部を感光して前記スペーサを形成
し、かつ、前記透明絶縁基板の下面側から光を照射し
て、フォトリソグラフィにより前記着色層、前記信号線
および前記走査線が形成されていない部分のネガ型感光
体膜を感光し、自己整合構造の前記ブラックマトリクス
を形成する工程と、を経て形成されるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した液晶表示
装置の製造方法について、図面を参照しながら具体的に
説明する。

【００１３】〔第１の実施形態〕第１の実施形態は、TF
T アレイ基板と張り合わされる対向基板にブラックマト
リクスとスペーサを形成するものである。図１は液晶表
示装置の第１の実施形態の製造工程を示す図であり、対
向基板の製造工程を図示している。

【００１４】まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基
板１上に、分離して形成された画素ITO 膜２を介し、電
着法を用いてカラーフィルタ用の着色層３を色ごとに分
離して形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、基板
上面にネガ型の黒色レジスト４を塗布する。

【００１５】次に、フォトリソグラフィにより、ブラッ
クマトリクス６と柱状スペーサ７とを同一工程で形成す
る。具体的には、着色層３をマスクとして、ガラス基板
１の下面側から光を照射し、レジストの一部（着色層３
の形成されていない部分）を感光させる。それと同時
に、あるいはその前後に、フォトマスク５をガラス基板
１の上面側に配置してその上方から光を照射し、レジス
トの一部（フォトマスク５の窓部分）を感光させる。そ
の後、現像およびエッチングを行って、図１（ｃ）に示
すような形状のブラックマトリクス６と柱状スペーサ７
を形成する。

【００１６】ブラックマトリクス６は、着色層３をマス
クとしてフォトリソグラフィにより形成されるため、必
ず着色層３の間に形成され、自己整合構造になる。ま
た、柱状スペーサ７は、画素表示の妨げにならないよう
に、張り合わされるTFT アレイ基板内の信号線や走査線
に対向する位置に形成される。図１（ｃ）の工程の後、
基板上面に配向膜を形成して対向基板が完成される。

【００１７】このように、第１の実施形態では、ネガ型
黒色レジスト４をガラス基板１に塗布した後、基板の両
面から光を照射してフォトリソグラフィを行うため、レ
ジストを材料として、ブラックマトリクス６と柱状スペ
ーサ７とを同一工程で形成でき、製造工程を簡略化する
ことができる。

【００１８】第１の実施形態においては、電着法を用い
たカラーフィルタの製造工程を例に説明したが、着色層
を各色ごとにフォトリソグラフィ工程により形成し、着
色層の上面にITO の共通電極を形成してもよい。この場
合、ブラックマトリクスおよび柱状スペーサの形成は、
着色層の形成後、あるいはITO の形成後のどちらでもよ
い。例えば、図２は着色層３の上面に画素ITO 膜２を形
成した後にブラックマトリクス６と柱状スペーサ７を形
成する例、図３はブラックマトリクス６と柱状スペーサ
７を形成した後に画素ITO 膜２を形成する例を示してい
る。

【００１９】〔第２の実施形態〕以下に説明する第２〜
第７の実施形態は、TFT アレイ基板内にブラックマトリ
クス６と柱状スペーサ７を同一工程で形成するものであ
る。図４はTFT アレイ基板のレイアウト図である。図示
のように、信号線層８と走査線層９が縦横に形成され、
信号線層８と走査線層９の交点付近にはＴＦＴ１０が形
成され、走査線層９の上方に柱状スペーサ７が形成され
る。ＴＦＴ１０のソース／ドレイン端子の一端は信号線
層８に、他端は表示電極１１に接続され、信号線層８を
挟んでＲ画素領域１２、Ｇ画素領域１３およびＢ画素領
域１４が交互に設けられている。これら画素領域のそれ
ぞれに対応して、画素ITO(Indium Tin Oxide) 膜１５が
形成され、また、信号線層８に平行にシールド電極層１
６が形成されている。

【００２０】図５は液晶表示装置の第２の実施形態の製
造工程を示す図であり、図４のＡ−Ａ′線断面図を示し
ている。

【００２１】まず、図５（ａ）に示すように、ガラス基
板１上に、信号線層８、走査線層９、および画素ITO(In
dium Tin Oxide) 膜１５を形成する。信号線層８と画素
ITO膜１５は同層に形成され、信号線層８と走査線層９
は短絡を防止するため絶縁膜１７を介して異なる層に形
成される。画素ITO 膜１５は、信号線８との寄生容量に
よる表示特性劣化を防ぐため、所定の距離（通常は３〜
５μm ）を離して配置し、走査線９とは端部を重ね合わ
せる（画素ITO 膜１５は走査線の影響を受けにくいた
め）。また、信号線層８や走査線層９の上面に着色層１
８が形成される。着色層１８は、Ｒ画素領域１２、Ｇ画
素領域１３およびＢ画素領域１４にそれぞれ対応した色
が配置される。着色層１８は、信号線８と平行に画素IT
O 膜１５よりも細いストライプ状にする。次に、図５
（ｂ）に示すように、基板上面にネガ型の黒色レジスト
４を塗布する。

【００２２】次に、フォトリソグラフィにより、ブラッ
クマトリクス６と柱状スペーサ７とを同一工程で形成す
る。具体的には、信号線層８および走査線層９をマスク
５として、ガラス基板１の下面側から光を照射し、レジ
スト４の一部（信号線層８や走査線層９および着色層１
８が形成されていない部分）を感光させる。それと同時
に、あるいはその前後に、フォトマスク５をガラス基板
１の上面側に配置してその上方から光を照射し、レジス
ト４の一部を感光させる。その後、現像およびエッチン
グを行って、図５（ｃ）に示すようなブラックマトリク
ス６と柱状スペーサ７を形成する。

【００２３】ブラックマトリクス６は、信号線層８や走
査線層９をマスク５としてフォトリソグラフィにより形
成されるため、位置ずれが生じるおそれがなく、自己整
合構造になる。柱状スペーサ７は、画素表示の妨げにな
らないように、信号線層８や走査線層９の上方、かつ着
色層１８上に形成する。

【００２４】このように、第２の実施形態では、ネガ型
黒色レジスト４をガラス基板１に塗布した後、基板の両
面から光を照射してフォトリソグラフィを行うため、レ
ジストを材料としてブラックマトリクス６と柱状スペー
サ７とを同一工程で形成することができ、製造工程を簡
略化することができる。

【００２５】〔第３の実施形態〕第３の実施形態は、画
素ITO 膜１５を信号線層８の上方に形成するものであ
る。図６は液晶表示装置の第３の実施形態の製造工程を
示す図であり、図４のＡ−Ａ′線断面図を示している。

【００２６】まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基
板１上に、信号線層８、画素ITO 膜１５および走査線層
９を形成する。信号線層８と走査線層９は絶縁膜１７を
介して異なる層に形成され、画素ITO 膜１５は層間絶縁
膜１８を介して信号線層８の上方に形成される。

【００２７】その後、図５（ｂ）、図５（ｃ）と同様
に、基板上面にネガ型黒色レジスト４を形成した後、両
面から光を照射してフォトリソグラフィを行い、柱状ス
ペーサ７と自己整合構造のブラックマトリクス６とを形
成する。

【００２８】このように、第３の実施形態のTFT アレイ
基板は、画素ITO 膜１５の形成箇所が異なる他は、第２
の実施形態と同様の工程で形成されるため、第２の実施
形態と同様の効果が得られる。

【００２９】〔第４の実施形態〕第４の実施形態は、シ
ールド電極層１６の周辺にブラックマトリクス６を形成
するものである。図７は液晶表示装置の第４の実施形態
の製造工程を示す図であり、図４のＢ−Ｂ′線断面図を
示している。

【００３０】まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基
板１上に、シールド電極層１６、信号線層８、画素ITO
膜１５および走査線層９を形成する。シールド電極層１
６は、画素ITO 膜１５と信号線層８とのカップリングを
防止するために形成され、通常は、前ライン（１ライン
上）の走査線層９をシールド電極層１６として利用す
る。シールド電極層１６は、画素ITO 膜１５の下面側に
絶縁膜１７を介して形成される。

【００３１】その後、図７（ｂ），図７（ｃ）と同様の
工程により、シールド電極層１６と信号線層８の間にブ
ラックマトリクス６を形成し、走査線層９の上方に柱状
スペーサ７を形成する。これにより、第２の実施形態と
同様の効果が得られる。

【００３２】〔第５の実施形態〕第５の実施形態は、ブ
ラックマトリクス６と柱状スペーサ７とを一体構造にし
たものである。図８は液晶表示装置の第５の実施形態の
製造工程を示す図であり、図４のＢ−Ｂ′線断面図を示
している。図８（ａ）の工程は図７（ａ）と同じであ
る。次に、図８（ｂ）に示すように、基板上面にネガ型
黒色レジスト４を塗布した後、信号線層８の真上付近に
光が当たるように基板上方にフォトマスク５を配置し、
ガラス基板１の両面から光を照射してフォトリソグラフ
ィを行う。これにより、図８（ｃ）に示すように、ブラ
ックマトリクス６と柱状スペーサ７とが一体に形成され
る。このような構造にすることにより、高密度実装が可
能となる。

【００３３】〔第６の実施形態〕第６の実施形態は、シ
ールド電極を有し、かつ、画素ITO 膜１５と信号線層８
とを異なる層に形成したものである。図９は液晶表示装
置の第６の実施形態の製造工程を示す図であり、図４の
Ｂ−Ｂ′線断面図を示している。第６の実施形態のTFT
アレイ基板は、信号線層８と画素ITO 膜１５とのカップ
リングを防止するためにシールド電極層１６を設ける他
は、図８と同様の工程で形成される。したがって、第３
の実施形態と同様の効果が得られる。

【００３４】〔第７の実施形態〕第７の実施形態は、第
６の実施形態の変形例であり、ブラックマトリクス６と
柱状スペーサ７とを一体構造にしたものである。図１０
は液晶表示装置の第７の実施形態の製造工程を示す図で
あり、図４のＢ−Ｂ′線断面図を示している。第７の実
施形態のTFT アレイ基板は、画素ITO 膜１５と信号線層
８とが異なる層に形成される他は、図６と同様の工程で
形成され、ブラックマトリクス６と柱状スペーサ７とを
一体に形成することで高密度実装が可能となる点も、第
５の実施形態と同じである。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ガラス基板上にネガ型感光膜を形成し、基板の両
面から光を照射してフォトリソグラフィによりブラック
マトリクスとスペーサとを同一工程で形成するようにし
たため、製造工程を簡略化することができる。特に、ガ
ラス基板の下面側から光を照射すれば、着色層や信号線
層などが形成されていない部分に自己整合構造のブラッ
クマトリクスを形成できる。このため、画素電極を信号
線と所定の距離を離して配置できることから、TFT アレ
イの配線をブラックマトリクスとして用いる構造と比較
して、ほぼ同等の画素開口率を得ながらも、信号線と画
素電極間の寄生容量による表示品位の劣化を抑えること
ができる。さらに、ブラックマトリクスとスペーサとを
一体構造にすることも可能で、信号線等の引き回しが容
易になり、画素開口率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示装置の第１の実施形態の製造工程を示
す図。

【図２】図１の変形例を示す製造工程図。

【図３】図１の他の変形例を示す製造工程図。

【図４】TFT アレイ基板のレイアウト図。

【図５】液晶表示装置の第２の実施形態の製造工程を示
す図。

【図６】液晶表示装置の第３の実施形態の製造工程を示
す図。

【図７】液晶表示装置の第４の実施形態の製造工程を示
す図。

【図８】液晶表示装置の第５の実施形態の製造工程を示
す図。

【図９】液晶表示装置の第６の実施形態の製造工程を示
す図。

【図１０】液晶表示装置の第７の実施形態の製造工程を
示す図。

【図１１】従来のブラックマトリクスの製造工程を示す
図。

【符号の説明】

１ガラス基板２画素ITO 膜３着色層４ネガ型黒色レジスト５マスク６ブラックマトリクス７柱状スペーサ８信号線層９走査線層１５画素ITO 膜１６シールド電極層１７絶縁膜１８層間絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルタが形成される第１の基板
と、信号線層および走査線層が形成される第２の基板と
を、前記第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一
方に形成された柱状スペーサを介して張り合わせて、両
基板間に液晶を注入して形成される液晶表示装置の製造
方法において、前記第１の基板は、透明絶縁基板の上面に、カラーフィルタ用の着色層を、
色ごとに分離して形成する工程と、前記着色層の上面に、ブラックマトリクスおよび前記ス
ペーサの材料となるネガ型感光膜を形成する工程と、前記ネガ型感光膜の上面側から光を照射して、フォトリ
ソグラフィにより前記着色層の形成されている部分の前
記ネガ型感光膜の一部を感光して前記スペーサを形成
し、かつ、前記透明絶縁基板の下面側から光を照射し
て、フォトリソグラフィにより前記着色層の形成されて
いない部分の前記ネガ型感光膜を感光し、自己整合構造
の前記ブラックマトリクスを形成する工程と、を経て形
成されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】前記柱状スペーサは、前記第２の基板に形
成される前記信号線層または前記走査線層に対向する位
置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶
表示装置の製造方法。
【請求項３】共通電極が形成される第１の基板と、信号
線層および走査線層が形成される第２の基板とを、前記
第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に形成
された柱状スペーサを介して張り合わせて、両基板間に
液晶を注入して形成される液晶表示装置の製造方法にお
いて、前記第２の基板は、透明絶縁基板の上面に、信号線層、走査線層および画素
電極層をそれぞれ分離して形成し、かつ、信号線層およ
び画素電極層を同層に形成する工程と、カラーフィルタ用の着色層を色ごとに分離して形成する
工程と、前記着色層の上面に、ブラックマトリクスおよび前記ス
ペーサの材料となるネガ型感光膜を形成する工程と、前記ネガ型感光膜の上面側から光を照射して、フォトリ
ソグラフィにより前記ネガ型感光膜の一部を感光して前
記スペーサを形成し、かつ、前記透明絶縁基板の下面側
から光を照射して、フォトリソグラフィにより前記着色
層、前記信号線および前記走査線が形成されていない部
分のネガ型感光体膜を感光し、自己整合構造の前記ブラ
ックマトリクスを形成する工程と、を経て形成されるこ
とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項４】共通電極が形成される第１の基板と、信号
線層および走査線層が形成される第２の基板とを、前記
第１の基板と前記第２の基板との少なくとも一方に形成
された柱状スペーサを介して張り合わせて、両基板間に
液晶を注入して形成される液晶表示装置の製造方法にお
いて、前記第２の基板は、透明絶縁基板の上面に、信号線層および走査線層をそれ
ぞれ分離して形成する工程と、カラーフィルタ用の着色層を色ごとに分離して形成する
工程と、前記着色層の上面に画素電極を形成する工程と、前記画素電極の上面に、ブラックマトリクスおよび前記
スペーサの材料となるネガ型感光膜を形成する工程と、前記ネガ型感光膜の上面側から光を照射して、フォトリ
ソグラフィにより前記ネガ型感光膜の一部を感光して前
記スペーサを形成し、かつ、前記透明絶縁基板の下面側
から光を照射して、フォトリソグラフィにより前記着色
層、前記信号線および前記走査線が形成されていない部
分のネガ型感光体膜を感光し、自己整合構造の前記ブラ
ックマトリクスを形成する工程と、を経て形成されるこ
とを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項５】前記柱状スペーサは、前記信号線層または
前記走査線層の形成箇所の真上付近に形成されることを
特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置の製
造方法。
【請求項６】前記画素電極層と前記透明絶縁基板との間
に、絶縁膜を介してシールド電極層を形成することを特
徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液晶表示装置
の製造方法。
【請求項７】前記柱状スペーサと前記ブラックマトリク
スとを一体構造にしたことを特徴とする請求項３〜６の
いずれかに記載の液晶表示装置。