(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明である第１基板および第２基板と、これらに挟まれた液晶層とカラーフィルタとを有する液晶表示装置であって、前記第１基板は複数の走査線と、それらにマトリクス状に交差する複数の信号線と、これらの配線のそれぞれの交点に形成された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、前記第２基板は対向電極を有し、前記画素電極と前記対向電極との間の電界により液晶分子を駆動することにより表示を行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは前記薄膜トランジスタを保護するパッシベーション膜上に形成され、前記画素電極は前記カラーフィルタ上に配置され、前記パッシベーション膜および前記カラーフィルタに設けられたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと接続しており、前記走査線および前記信号線に囲まれた画素開口部では前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜は除去されており、前記コンタクトホール部は前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜の両方が残されており、前記コンタクトホール部の前記カラーフィルタの膜厚は前記画素開口部の前記カラーフィルタの膜厚よりも薄いことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項２】
少なくとも一方が透明である第１基板および第２基板と、これらに挟まれた液晶層とカラーフィルタと、前記カラーフィルタを保護するオーバーコート層を有する液晶表示装置であって、前記第１基板は、複数の走査線と、それらにマトリクス状に交差する複数の信号線と、これらの配線のそれぞれの交点に形成された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、前記第２基板には対向電極を有し、前記画素電極と前記対向電極との間の電界により液晶分子を駆動することにより表示を行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは前記薄膜トランジスタを保護するパッシベーション膜上に形成され、前記オーバーコート層は前記カラーフィルタ上に形成され、前記画素電極は前記オーバーコート層上に配置され、前記パッシベーション膜と前記カラーフィルタおよび前記オーバーコート層に設けられたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと接続しており、前記走査線および前記信号線に囲まれた画素開口部では前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜は除去されており、前記コンタクトホール部は前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜の両方が残されており、前記コンタクトホール部の前記カラーフィルタの膜厚は前記画素開口部の前記カラーフィルタの膜厚よりも薄いことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【請求項３】
前記コンタクトホール周辺の前記カラーフィルタの膜厚は前記画素開口部の前記カラーフィルタの膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項１または２記載のアクティブマトリクス型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はアクティブマトリクス型液晶表示装置およびその製造方法に関し、特にスイッチング素子が形成された基板上にカラーフィルタを有するアクティブマトリクス型液晶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、薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）の開発が活発に行われている。このＡＭＬＣＤにおいて、ＴＦＴを形成した基板（以下ＴＦＴ基板）にカラーフィルタを作り込むオンチップカラーフィルタ構造を採用することにより、目合わせが容易になることが特開平８−１２２８２４（以下従来例１）  、特開平９−２９２６３３等に報告されている。図５は従来例１に開示されたオンチップカラーフィルタ構造を採用したＡＭＬＣＤの単位画素部であり、同図（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。ＴＦＴ基板２１は、ガラス基板９と、その上に形成され、信号を書き込む画素を選択するための走査線１と、書き込む信号を供給するための信号線２と、それらの交点に形成され画素を駆動するためのＴＦＴ３からなる。このうち、ＴＦＴ３はガラス基板９上に設けられたゲート電極１２と、ゲート電極１２を覆うようにして設けられたゲート絶縁膜１０と、ゲート絶縁膜１０上に形成された半導体層２４、ドレイン電極１３およびソース電極１４と、それらの全てを覆うようにして設けられたパッシベーション膜１１とを備えている。また走査線１はゲート電極１２と接続され、信号線２はドレイン電極１３と接続されている。パッシベーション膜１１上にはカラーフィルタ８、ブラックマトリクス４が設けられ、さらにこれらを保護するオーバーコート層１９が形成されている。カラーフィルタ８の形成は、顔料分散型の感光性ネガ型レジストをスピンコート法により塗布した後、露光、現像、焼成して行う。オーバーコート層１９上に画素電極７が設けられ、コンタクトホール５を介してＴＦＴのソース電極１４と接続されている。また、オーバーコート層１９および画素電極７上には、液晶分子を液晶の動作モードに適した配列や傾き（プレチルト）に制御するための配向膜（図示せず）が設けられている。ＣＦ基板２２は、ＣＦガラス基板１５上に、対向電極１６と、配向膜（図示せず）が設けられている。さらに、このＴＦＴ基板２１と、ＣＦ基板２２とこれらに挟まれた液晶層１７により液晶素子を
形成している。このようにオンチップカラーフィルタ構造は、カラーフィルタおよびブラックマトリクスがＴＦＴ基板上に形成されるため、ＴＦＴ基板２１とＣＦ基板２２の重ね合わせずれによる、カラーフィルタおよびブラックマトリクスの画素に対するアライメント誤差が小さくできるという効果を有していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、カラーフィルタとして用いるネガ型レジストは着色されており、一般に感度が低いため、膜厚が厚い場合は大きな露光量が必要となり、その結果微細化が困難、生産性が低いという問題が生じていた。さらに露光量が大きいために現像後に下地のパッシベーション膜やソース電極上に残さが発生しやすいという問題を有していた。また、顔料はアクリル樹脂に分散させて用いるが、このアクリル樹脂の感度を高くすると、カラーフィルタの表面付近（表面から０．３乃至０．５μｍの領域）でのみ光架橋による硬化が進むため、現像後のカラーフィルタの周辺部やコンタクトホール部の形状がアンダーカット状態となり、画素電極とソース電極との間でコンタクト不良が発生したり、カラーフィルタと基板との密着性が低下するという問題が生じていた。即ち、従来例１のオンチップカラーフィルタ構造の液晶表示装置では、コンタクトホール部および画素周辺部でカラーフィルタの膜厚が厚いために、カラーフィルタの光架橋が表面で行われていたために、微細化および高開口率化が困難であり、また生産性が低いという問題が生じてた。さらにオンチップカラーフィルタ構造において、カラーフィルタとして用いる顔料分散型の感光性ネガ型レジストは、ベース樹脂としてｉ線やｇ、ｈ線に感度をもつ感光性のアクリルを用いるが、この感度の高いカラーフィルタレジスト（例えば富士フィルムオーリン製ＣＭ−７０００）の膜厚と光架橋度の関係（図６）からわかるように、カラーレジストは着色しているためにｉ線などの透過率が低く、表面から０．３〜０．５μｍ付近で急激に光架橋度が低くなる。一般にカラーフィルタの膜厚は１．０〜１．５μｍであるが、以上の理由により現像時間が長いオーバー現像になると、光架橋度の低い底部では等方的に溶解が進み、逆テーパー形状となるという問題が生じていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明の目的は露光量が従来より少なくて済み、微細化および高開口率化が可能なオンチップカラーフィルタ構造を提供することある。本発明では、オンチップカラーフィルタ構造において、カラーフィルタを形成する画素開口部のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を除去する構造を採用することにより、ＴＦＴのソース電極などの段差部上のカラーフィルタ膜厚が画素開口部での膜厚より薄くなり、少ない露光量で現像可能となるために微細化および高開口率化が可能となる手段を提供する。
【０００５】
第１の発明によれば、少なくとも一方が透明である第１基板および第２基板と、これらに挟まれた液晶層とカラーフィルタとを有する液晶表示装置であって、前記第１基板は複数の走査線と、それらにマトリクス状に交差する複数の信号線と、これらの配線のそれぞれの交点に形成された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、前記第２基板は対向電極を有し、前記画素電極と前記対向電極との間の電界により液晶分子を駆動することにより表示を行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは前記薄膜トランジスタを保護するパッシベーション膜上に形成され、前記画素電極は前記カラーフィルタ上に配置され、前記パッシベーション膜および前記カラーフィルタに設けられたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと接続しており、前記走査線および前記信号線に囲まれた画素開口部では前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜は除去されており、前記コンタクトホール部は前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜の両方が残されており、前記コンタクトホール部の前記カラーフィルタの膜厚は前記画素開口部の前記カラーフィルタの膜厚よりも薄いことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。また、第２の発明によれば、少なくとも一方が透明である第１基板および第２基板と、これらに挟まれた液晶層とカラーフィルタと、前記カラーフィルタを保護するオーバーコート層を有する液晶表示装置であって、前記第１基板は、複数の走査線と、それらにマトリクス状に交差する複数の信号線と、これらの配線のそれぞれの交点に形成された複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、前記第２基板には対向電極を有し、前記画素電極と前記対向電極との間の電界により液晶分子を駆動することにより表示を行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは前記薄膜トランジスタを保護するパッシベーション膜上に形成され、前記オーバーコート層は前記カラーフィルタ上に形成され、前記画素電極は前記オーバーコート層上に配置され、前記パッシベーション膜と前記カラーフィルタおよび前記オーバーコート層に設けられたコンタクトホールを介して前記薄膜トランジスタと接続しており、前記走査線および前記信号線に囲まれた画素開口部では前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜は除去されており、前記コンタクトホール部は前記ゲート絶縁膜および前記パッシベーション膜の両方が残されており、前記コンタクトホール部の前記カラーフィルタの膜厚は前記画素開口部の前記カラーフィルタの膜厚よりも薄いことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。
【０００６】
前記第１または第２の発明の液晶表示装置において、前記コンタクトホール部のカラーフィルタ膜厚は前記光透過領域のカラーフィルタ膜厚よりも薄いことを特徴とする。
【０００７】
本発明のオンチップカラーフィルタ構造では、カラーフィルタを形成する画素開口部のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を除去することにより、カラーレジストが平坦性を有する性質を利用して、薄膜トランジスタの形成されたソース電極などの段差部上のカラーフィルタの膜厚が、開口部上のカラーフィルタの膜厚より薄い構造とする。具体的には、開口部のカラーフィルタ膜厚を１．２μｍとすると、薄膜トランジスタの段差部での全ての膜の合計膜厚も１．２μｍと等しくなり、カラーフィルタ以外の膜厚はおよそ１．０μｍとなるので、段差部上のカラーフィルタの膜厚は０．２μｍとなる。この膜厚は、十分に光架橋が行われる膜厚となるため、微細なパターン形成が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい態様を図面を参照して説明する。
（実施の形態１）図１は本実施例のオンチップカラーフィルタ構造を持つ液晶表示装置の単位画素部を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ‘における断面図である。同図（ａ）に示すようにＴＦＴ基板２１は、ガラス基板９上に、信号を書き込む画素を選択する走査線１と、書き込む信号を供給する信号線２と、それらの交点に設けられ画素を駆動するＴＦＴ３を有する。同図（ｂ）に示すように、このうち、ＴＦＴ３はガラス基板９上に設けられたゲート電極１２と、ゲート電極を覆うようにして設けられたゲート絶縁膜１０と、ゲート絶縁膜１０上に形成された半導体層２４、ドレイン電極１３およびソース電極１４と、それらの全てを覆うようにして設けられたパッシベーション膜１１とを備えている。また走査線１はゲート電極１２と接続され、信号線２はドレイン電極１３と接続されている。画素開口部６のパッシベーション膜１１およびゲート絶縁膜１０は除去されている。パッシベーション膜１１上にはカラーフィルタ８、ブラックマトリクス４が設けられており、画素電極７はそれらに形成されたコンタクトホール５を介してＴＦＴ３のソース電極１４と接続されている。また、画素電極７上には、液晶分子を液晶の動作モードに適した配列や傾き（プレチルト）に制御するための配向膜（図示せず）が設けられている。なお、ゲート電極膜厚を０．２μｍ、ゲート絶縁膜厚を０．５μｍ、半導体層膜厚を０．３μｍ、ドレイン電極膜厚を０．２μｍ、パッシベーション膜厚を０．３μｍとした。カラーフィルタ膜厚は十分な色度域を確保するため、画素開口部において１．２μｍとした。対向基板２２は、対向ガラス基板１５上に、対向電極１６と、配向膜（図示せず）が設けられている。このＴＦＴ基板２１と、対向基板２２とそれらに挟まれた液晶層１７により１つの液晶素子を形成している。ここで、カラーフィルタとして用いた高感度の顔料分散型ネガ型レジスト（例えば富士フィルムオーリン製ＣＭ−７０００）はスピン塗布により形成されるため、下地に段差があっても平坦な表面形状を有した膜で被覆できる。画素開口部のカラーフィルタ膜厚が１．２μｍとなるように塗布を行うと、コンタクトホール形成部のカラーフィルタ膜厚は、ゲート絶縁膜が０．５μｍ、パッシベーション膜が０．３μｍであるので、合計１．０μｍだけ従来より薄くすることができ、０．２μｍとすることができる。このため、光架橋が十分生じる０．３μｍ以下とすることができるため、十分に露光することができ微細なパターニングが実現可能となる。この結果、コンタクトホール径は５μｍ×５μｍの微細パターンが形成可能となった。
【０００９】
図２は本実施例のオンチップカラーフィルタ構造を持つ液晶表示装置の製造方法を説明する図である。
【００１０】
まず図２（ａ）に示すようにガラス基板９上にＣｒなどの金属を０．２μｍ成膜し、パターニングして走査線１（図示せず）およびゲート電極１２を形成する。次にプラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜１０、半導体層２４をそれぞれ０．５μｍ、０．３μｍ成膜し、ＴＦＴ３の半導体層２４を島状構造にパターニングする。さらにＣｒなどの金属を０．２μｍ成膜し、パターニングして信号線２（図示せず）、ドレイン電極１３およびソース電極１４を形成する。さらにプラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜１１として、窒化シリコンＳｉＮを０．３μｍ成膜する。次にドライエッチングによりコンタクトホール部５および画素開口部６の不要なパッシベーション膜１１およびゲート絶縁膜１０を除去する。
【００１１】
次に同図（ｂ）に示すようにカーボン、顔料や酸化チタンなどを分散した感光性のブラックレジスト（例えば富士フィルムオーリン製ＣＫ−Ｓ−１７１）を塗布、パターニングすることによりＴＦＴ遮光部および光漏れ領域にブラックマトリクス４を１μｍ形成する。
【００１２】
次に同図（ｃ）に示すようにＲＧＢの顔料分散型レジスト（例えば富士フィルムオーリン製ＣＭ−７０００）をスピン塗布した後、露光、現像、焼成することによりカラーフィルタ８を形成する。ここではＲＧＢともに１．２μｍ塗布した。塗布はスピン塗布により行っているので、カラーフィルタ８は下地に段差があっても平坦な表面形状を有して被覆する。そのため前述の通り、コンタクトホール部およびカラーフィルタパターン外形部の膜厚は０．２μｍとなる。露光には微細なパターン形成を可能とするため、ｉ線ステッパを用いたが、高感度のカラーレジストを用いた点と、パターン形成部の膜厚が薄いため、１００ｍＪ程度の少ない露光量で５μｍ×５μｍのコンタクトホールのパターン形成が可能であり、また断面形状も順テーパー形状であり、望ましいものであった。現像はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロオキシド）０．１２％溶液にて６０〜１００秒行い、焼成は２２０℃にて１時間行った。
【００１３】
最後に同図（ｄ）に示すように透明電極である酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）を０．０５μｍ成膜、パターニングすることにより画素電極７を形成した。この後、配向膜を塗布し、ラビング処理後、所定の間隙を介して対向基板と接合した。この間隙に液晶を注入して、アクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【００１４】
本実施例により、画素開口部のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を除去したことにより、画素開口部のカラーフィルタ膜厚を厚く保ったまま、コンタクトホール部およびカラーフィルタパターン外形部のカラーフィルタ膜厚を薄くすることが可能となり、高感度のカラーレジストを用いることが可能となり、少ない露光量で微細なパターン形成が可能となった。これにより高精細で高開口率で、表示性能の良い液晶表示装置の作成が可能となった。
（実施の形態２）図３は本実施例のオンチップカラーフィルタ構造を持つ液晶表示装置の単位素子部を示す図であり、同図（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。ＴＦＴ基板２１は、ガラス基板９上に、信号を書き込む画素を選択する走査線１と、書き込む信号を供給する信号線２と、それらの交点に画素を駆動するＴＦＴ３を有する。このうち、ＴＦＴ３はガラス基板９上に設けられたゲート電極１２と、ゲート電極１２を覆うようにして設けられたゲート絶縁膜１０と、ゲート絶縁膜１０上に形成された半導体層２４、ドレイン電極１３およびソース電極１４と、それらの全てを覆うようにして設けられたパッシベーション膜１１とを備えている。また走査線１はゲート電極１２と接続され、信号線２はドレイン電極１３と接続されている。画素開口部６のパッシベーション膜１１およびゲート絶縁膜１０は除去されている。パッシベーション膜１１上にはカラーフィルタ８、ブラックマトリクス４が設けられており、さらにそれらを保護するために透明なオーバーコート層１９が設けられている。さらに画素電極７は、それらに形成されたコンタクトホール５を介してＴＦＴ３のソース電極１４と接続されている。また、画素電極７上には、液晶分子を液晶の動作モードに適した配列や傾き（プレチルト）に制御するための配向膜（図示せず）が設けられている。なお、ゲート電極膜厚を０．２μｍ、ゲート絶縁膜厚を０．５μｍ、半導体層膜厚を０．３μｍ、ドレイン電極膜厚を０．２μｍ、パッシベーション膜厚を０．３μｍとした。カラーフィルタ膜厚は十分な色度域を確保するため、画素開口部において１．２μｍとした。またオーバーコート層１９の膜厚は０．３μｍとした。対向基板２２は、対向ガラス基板１５上に、対向電極１６と、配向膜（図示せず）が設けられている。ＴＦＴ基板２１と、対向基板２２とそれらに挟まれた液晶層１７により１つの液晶素子を形成している。ここで、カラーフィルタ８およびオーバーコート層１９のコンタクトホール径は共に５μｍ×５μｍとした。図４は本実施例のオンチップカラーフィルタ構造を持つ液晶表示装置の製造方法を説明する図である。まずガラス基板９上に走査線１、信号線２、ＴＦＴ３およびブラックマトリクス４を形成する工程は実施例１と同様である（図４（ａ））。次にＲＧＢの顔料分散型レジスト８（例えば富士フィルムオーリン製ＣＭ−７０００）をスピン塗布、露光、現像、焼成することにより画素パターン外形部のみパターニングする（図４（ｂ））。ここではＲＧＢともに１．２μｍ塗布した。塗布はスピン塗布により行っているので、カラーフィルタは十分に平坦化され、下地の段差を平坦に被覆する。そのため前述の通り、パターン外形部の膜厚は０．２μｍとなる。次にポジ型感光性アクリル樹脂（例えばＪＳＲ製ＰＣ−４０３）をオーバーコート層１９として、塗布、露光、現像、焼成し、コンタクトホールを形成した（図４（ｃ））。次にオーバーコート層１９をマスクとして、ＣＦ４／Ｏ2系のガスを用いてドライエッチングを行い、カラーレジスト上にコンタクトホール５をパターン形成した。コンタクト部のカラーレジストは０．２μｍと薄いため、ドライエッチングの処理時間が短くすみ、オーバーコート層表面を傷めることはなかった（図４（ｄ））。最後に透明電極であるＩＴＯを０．０５μｍ成膜、パターニングすることにより画素電極７を形成した（図４（ｅ））。この後、配向膜（図示せず）を塗布し、ラビング処理後、所定の間隙を介して対向基板と接合する。この間隙に液晶注入して、アクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【００１５】
本実施例では、ＴＦＴ基板上にカラーフィルタを形成する液晶表示装置において、カラーフィルタの上にオーバーコート層を設け、カラーフィルタを保護したことに特徴がある。また、画素開口部のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を除去したことによりコンタクト部のカラーフィルタ膜厚を薄くでき、オーバーコート層をマスクに、その表面を傷めることなく、ドライエッチングによりコンタクトホールを形成した点にある。これにより実施例１よりもさらに高精細かつ高開口率で、表示性能のよい液晶表示装置の形成が可能になった。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の効果は、ＴＦＴ基板上にカラーフィルタを設けるオンチップカラーフィルタ構造の液晶表示装置において、画素開口領域のゲート絶縁膜およびパッシベーション膜を除去したことにより、画素開口領域のカラーフィルタ膜厚を保ったまま、コンタクトホール部のカラーフィルタ膜厚を薄くでき、現像またはドライエッチングにより微細で良好な形状のコンタクトホールの形成が可能になった点にある。さらに微細化が可能となるので、高精細化および高開口率化が可能となる点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる液晶表示装置の第１の実施例を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図２】本発明にかかる液晶表示装置の第１の実施例の製造方法を示す図
【図３】本発明にかかる液晶表示装置の第２の実施例を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図
【図４】本発明にかかる液晶表示装置の第２の実施例の製造方法を示す図
【図５】従来の液晶表示装置の一例を示す図であり、（ａ）はその概略の平面図、（ｂ）はその単位画素部の断面図
【図６】カラーフィルタ（ＣＦ）膜厚と光架橋度との関係を示す図
【符号の説明】
１  走査線
２  信号線
３  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
４  ブラックマトリクス
５  コンタクトホール
６  画素開口部
７  画素電極
８、８‘  カラーフィルタ（ＣＦ）
９  ガラス基板
１０  ゲート絶縁膜
１１  パッシベーション膜
１２  ゲート電極
１３  ドレイン電極
１４  ソース電極
１８  対向ガラス基板
１６  対向電極
１７  液晶層
１９  オーバーコート層
２１  ＴＦＴ基板
２２  対向基板
２３  ＣＦ基板
２４  半導体層
【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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