(57)【要約】【課題】ブラックマトリックスの存在とフォトリソグラフィーの位置合わせずれにより発生する諸問題を解決するためのカラーフィルター及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の液晶ディスプレー用カラーフィルター構造は、基板表面に着装され且つ互いに嵌り合う複数のカラーフィルターを含み、各カラーフィルターが隣接するカラーフィルターと重ね合う区域があり、その重ね合う区域の表面が重ね合う区域以外の各カラーフィルター表面とほぼ揃うことを特徴とする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面ディスプレー用カラーフィルター構造において、基板とその基板表面に着装され、且つ互いに嵌り合う複数のカラーフィルターを含み、各カラーフィルターが隣接するカラーフィルターと重ね合う区域があり、その重ね合う区域の表面が重ね合う区域以外の各カラーフィルター表面とほぼ揃うカラーフィルター構造。
【請求項２】
前記平面ディスプレーが、液晶ディスプレーであり、低温多結晶シリコンＴＦＴ液晶ディスプレーである請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項３】
前記嵌り合うカラーフィルターの下方に設けられる画素アレーと、当該嵌り合うカラーフィルターの上方に設けられる透明電極とを更に含んでなり、当該透明電極と画素アレーを結び付けるコンタクトが設けられ、なお前記基板が透明ガラス基板である請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項４】
前記平面ディスプレーが、カラーフィルターをＴＦＴ基板上に形成する液晶ディスプレーである請求項３に記載のカラーフィルター構造。
【請求項５】
前記嵌り合うカラーフィルターの重ね合う区域において、下層のカラーフィルター厚さが少なくとも重ね合う区域以外の各カラーフィルター厚さの半分である請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項６】
前記嵌り合うカラーフィルターの重ね合う区域をブラックマトリックスとして利用する請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項７】
各カラーフィルターが他のカラーフィルターと隣接する区域に別途ブラックマトリックスを設ける請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項８】
少なくとも第一カラーフィルター、第二カラーフィルターと第三カラーフィルターを含み、その内第一カラーフィルターの断面形状が「凸」字形で、第二カラーフィルターの断面形状が階段状で、第三カラーフィルターの断面形状が逆「凸」字形であることにより互いに嵌り合い、なお含まれるカラーフィルターに少なくとも赤色、緑色及び青色フィルターを有する請求項１に記載のカラーフィルター構造。
【請求項９】
ガラス基板を供給する工程と、そのガラス基板に第一カラーフィルターを形成する工程と、第一カラーフィルターと嵌り合う第二カラーフィルターを形成する工程とを含み、形成される第一カラーフィルターと第二カラーフィルターに重ね合う区域があり、その重ね合う区域の表面が重ね合う区域以外の第一カラーフィルター表面及び第二カラーフィルター表面とほぼ揃う平面ディスプレー用カラーフィルターの製造方法。
【請求項１０】
前記平面ディスプレーが、液晶ディスプレーであり、低温多結晶シリコンＴＦＴ液晶ディスプレーである請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１１】
少なくとも透明区域と半透明区域とを含む逓減型マスクを利用して、第一カラーフィルター及び第二カラーフィルターの形状を形成する請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１２】
ガラス基板に第一カラーフィルター材料層を形成する工程、少なくとも透明区域と半透明区域とを含む逓減型マスクを供給する工程、及び第一カラーフィルター材料層にマスクの透明区域と対応する第一形状とマスクの半透明区域と対応する第二形状を形成する第一フォトリソグラフィー工程を含み、形成される第一形状と第二形状の厚さが異なる第一カラーフィルターの形成方法を有する請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１３】
ガラス基板に第一カラーフィルター材料層表面と部分的に重ね合う第二カラーフィルター材料層を形成する工程、及び前記逓減型マスクを利用して行う第二フォトリソグラフィー工程を含み、当該第二フォトリソグラフィー工程において、第一フォトリソグラフィー工程と同じまたは異なるパラメータを選択、使用して、第一カラーフィルター材料層の第二形状の表面に重なる第二カラーフィルター材料層の第三形状、及び当該第三形状と異なる厚さを有すると共に表面が第三形状の表面とほぼ揃う第二カラーフィルター材料層の第四形状を形成する第二カラーフィルターの形成方法を有する請求項１２に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１４】
前記重ね合う区域において、第二カラーフィルターが第一カラーフィルターの表面に重なって形成され、当該第一カラーフィルターの厚さが少なくとも重ね合う区域以外の第一カラーフィルター厚さの半分である請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１５】
前記重ね合う区域をブラックマトリックスとして利用する請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【請求項１６】
前記ガラス基板において、第一カラーフィルターと第二カラーフィルターの隣接区域に別途ブラックマトリックスを設ける請求項９に記載のカラーフィルター製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルター及びその製造方法、特に液晶ディスプレー用カラーフィルター及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレーは、重量が軽く、消費電力が低く、放射線汚染がない等の特徴があるので、既にノート型パソコン、個人用携帯端末（ＰＤＡ）等の携帯電子情報製品に広く利用されている。
【０００３】
従来の薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴという）液晶ディスプレーにおけるカラーフィルターとＴＦＴは、異なる二枚のガラス基板にそれぞれ着装される。ＴＦＴは、数段階のフォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、下部ガラス基板の表面に形成される。一方、カラーフィルターは、フォトリソグラフィー法または印刷法により、上部ガラス基板の表面に形成され、液晶ディスプレーの各画素に綺麗で豊かな色彩をもたらす。なお、従来のＴＦＴ液晶ディスプレーにおいては、液晶ディスプレーのコントラストを向上させ、ＴＦＴにおける光電流誘起リーク電流を防ぎ、且つ液晶ディスプレーにおける光遮断時の光漏れを防ぐために、両隣接するカラーフィルターの間にブラックマトリックスが設けられる。
【０００４】
しかし、上下ガラス基板を組み合わせる時、上下基板の材質の違い及び熱膨張係数の違いにより、貼り合わせ工程で高温による位置合わせのずれが発生して、光漏れをもたらす虞がある。そこで、最近ＴＦＴ液晶ディスプレーの製造方法の多くは、カラーフィルターを直接ＴＦＴの上に形成する新技術を利用して、カラーフィルター構造におけるブラックマトリックスとデータラインのずれを防ぐ。更に、ガラス基板の寸法の増大と液晶ディスプレーの解像度の向上による基板画素数の増加に伴い、カラーフィルターと画素の位置合わせが益々重要視されている。
【０００５】
図１から図３は、従来のカラーフィルター構造２２の製造方法説明図である。図１に示された例では、まずガラス基板１０の上に黒色遮光層（不図示）を形成し、その遮光層をフォトリソグラフィー工程によりパターニングしてブラックマトリックス１２を形成する。ブラックマトリックスには、通常強い遮光性と低い反射率を持ち、且つガラス付着性のよい金属クロムまたは黒色樹脂を使用する。そして、ガラス基板１０に赤色フィルター層１４を形成し、フォトリソグラフィー工程により赤色フィルターアレー１６を形成する。赤色フィルター層１４は、約１０〜５０重量％の赤色染料を含むポジ型レジスト層または感光樹脂層である。
【０００６】
続いて、フィルターアレーのフィルター効果と信頼性を高めるために、赤色フィルターアレー１６を形成してから、波長約３２０ｎｍ、エネルギー約２０Ｊ／ｃｍ2以下の紫外光で照射し、窒素のような酸化防止用不活性ガス雰囲気にてベーキング（加熱）を行う。ベーキング開始温度範囲は６０〜１４０℃、昇温速度は１．５℃／ｓｅｃ、最終温度範囲は約１６０〜２２０℃である。上記工程を繰り返し、ガラス基板１０に順次緑色フィルターアレー１８と青色フィルターアレー２０も形成することによって、赤色フィルターアレー１６、緑色フィルターアレー１８と青色フィルターアレー２０で構成される赤／緑／青カラーフィルター構造２２が得られる。
【特許文献１】特開平１１−３３７７２０号公報
【特許文献２】特開平１１−３１１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のカラーフィルター構造においては、ブラックマトリックスの作成時のクロム膜剥がれ、クロムの残留、位置合わせずれなどにより光漏れが発生して、ブラックマトリックスのＴＦＴに対する遮光効果が十分発揮できず、光電流誘起リーク電流をもたらす虞がある。今後液晶ディスプレーの高画質、高解像度に伴って、ブラックマトリックスの線幅が必ず狭くなるので、位置合わせの精度が一層重要視される。その他、従来の多段階フォトリソグラフィー工程により得られるカラーフィルター構造においては、常にフォトリソグラフィーの位置合わせ問題及びブラックマトリックスの存在によって、隣接するカラーフィルターの境界で突起が生じる。その突起により、液晶ディスプレーにおける液晶分子の排列方向が影響され、液晶ディスプレーの正常作動が妨げられるので、理想的な色彩の組み合わせが得られない。
【０００８】
従って、本発明の主な目的は、ブラックマトリックスの存在とフォトリソグラフィーの位置合わせずれにより発生する上記問題点を解決するカラーフィルター構造及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、逓減型マスクを利用するカラーフィルター構造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】
【００１０】
特許請求の範囲に開示した本発明の液晶ディスプレー用カラーフィルター構造は、基板とその基板表面に着装され、かつ互いに嵌り合う複数のカラーフィルターを含み、各カラーフィルターが隣接するカラーフィルターと重ね合う区域があり、その重ね合う区域の表面が重ね合う区域以外のカラーフィルター表面とほぼ揃うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液晶ディスプレー用カラーフィルター構造は、ブラックマトリックスを設けなくても、充分な遮光効果が得られるので、ブラックマトリックスの位置合わせずれと光漏れを防ぐことができる。なお、本発明のカラーフィルター構造の表面が平坦なので、透明電極の平坦化が実現でき、液晶ディスプレー開口率が上げられ、画素電極の位置合わせマージンを広げることができる。更に画素間の結合効果が軽減でき、且つ液晶分子の正常排列が影響されず、液晶ディスプレーの作動信頼性が高まるので、理想的な色彩が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
添付図面を参照して本発明を説明する。図４は本発明のカラーフィルター構造３８を説明する断面図である。本発明のカラーフィルター構造３８は、透明ガラス基板３０の表面に設けられる複数のアレーを成し且つ互いに嵌り合う赤／緑／青カラーフィルター３２、３４、３６を含んでなる。隣接するカラーフィルターの間に、例えば赤色フィルター３２と緑色フィルター３４の間に重ね合う区域Ａがあり、且つ重ね合う区域Ａにおいて、下層の赤色フィルター３２の厚さが少なくとも重ね合う区域以外の各カラーフィルター３２、３４、３６の厚さの半分であり、カラーフィルター構造３８全体の表面がほぼ平坦である。
【００１３】
図５〜図１０は本発明のカラーフィルター構造３８の製造方法の説明図である。図５（Ａ）と図５（Ｂ）は本発明の逓減型マスクの部分上面図である。図５において、先ずガラス基板３０の上面に赤色フィルター材料層４０を形成する。そして、逓減型マスク４２を使用して第一フォトリソグラフィー処理を行い、赤色フィルター材料層４０により複数の赤色フィルター３２を形成する。使用される逓減型マスク４２には、少なくとも透明区域４４、半透明区域４６及び不透明区域４５が含まれる。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、半透明区域４６には、半透明ガラスを用いても、疎密スリットを持つ透明ガラスを用いてもよい。本発明は、カラーフィルター構造及び実際製造工程の需要に合わせて、様様な光透過率を持つ逓減型マスク４２または通常マスクを作製することができる。本発明の最良の実施形態においては、半透明区域４６の光透過率が６％、透明区域４４の幅がＢ、半透明区域４６の幅がＣである。図６において、逓減型マスク各部分の光透過率が異なるので、形成される赤色フィルター３２は、「凸」字形を成し、マスクの透明区域４４に対応する第一部分３２Ａと半透明区域４６に対応する第二部分３２Ｂに分かれる。
【００１４】
図７において、ガラス基板３０に緑色フィルター材料層４８を形成する。ガラス基板３０の上に既に複数の赤色フィルター３２が設けられたので、形成される緑色フィルター材料層４８の表面が平坦ではない。そして、同じ逓減型マスク４２を右方向に（Ｂ＋Ｃ）の距離をずらすか、または右方向に（Ｂ＋Ｃ）の距離がずらされたパターンを持つ他のマスクを使用して、本来赤色フィルター第一部分３２Ａの左側の第二部分３２Ｂに対応する逓減型マスク４２の半透明区域４６を３２Ａ右側の３２Ｂに対応する位置に移動して、第二フォトリソグラフィー処理を行う。第二フォトリソグラフィー処理では、第一フォトリソグラフィー処理と同じ工程パラメータを使用して、緑色フィルター材料層４８により複数の緑色フィルター３４を形成する。各緑色フィルター３４は、階段状を成し、部分的に各対応する赤色フィルター３２の表面に重なり、重なる部分の幅Ａが半透明区域の幅Ｃである。なお、各赤色フィルター３２の表面が嵌り合う緑色フィルター３４の表面と揃うので、従来のカラーフィルターのような境界突起が発生しない。本発明の最良の実施形態においては、逓減型マスク４２の半透明区域４６の光透過率が６％なので、図８のように、重ね合う区域Ａの下層に位置する赤色フィルター３２の厚さが、重ね合う区域Ａ以外の緑色カラーフィルター３４または赤色カラーフィルター３２の厚さの半分以上になる。
【００１５】
図９及び図１０において、ガラス基板３０に青色フィルター材料層４９を形成する。ガラス基板３０の上に既に複数の赤色フィルター３２と複数の緑色フィルター３４が設けられたので、形成される青色フィルター材料層４９の表面が平坦ではない。そして、同じ逓減型マスク４２を更に右方向に（Ｂ＋Ｃ）の距離をずらして、第三フォトリソグラフィー処理を行い、青色フィルター材料層４９により複数の青色フィルター３６を形成する。形成される青色フィルター３６が逆「凸」字形を成す。第三フォトリソグラフィー処理では、第二フォトリソグラフィー処理と同じ工程パラメータを使用する。各青色フィルター３６が隣接する赤色フィルター３２及び緑色フィルター３４の表面に部分的に重なり、且つ各青色フィルター３６の表面が各赤色フィルター３２及び各緑色フィルター３４の表面とほぼ揃うので、互いに嵌り合い平坦な表面を持つカラーフィルター構造３８が得られる。更に、カラーフィルターのフィルター効果と信頼性を高めるために、各カラーフィルター３２、３４、３６を形成してから、紫外光照射を行い、且つ酸化防止の不活性ガス雰囲気にてベーキング（加熱）を行ってもよい。
【００１６】
本発明の最良の実施形態においては、カラーフィルター構造３８が直接透明ガラス基板３０の表面に作製されるが、そのガラス基板３０はＴＦＴ液晶ディスプレーの上部ガラス基板と見なしてよい。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のカラーフィルター構造３８は、例えばトップゲート型低温多結晶シリコンＴＦＴ液晶ディスプレーなど、他の形式の液晶ディスプレーにも応用できる。
【００１７】
次に、図１１と図１２を参照して、カラーフィルターをＴＦＴ基板上に形成する液晶ディスプレーをもってその応用を説明する。図１１は本発明のカラーフィルター構造３８が利用された液晶ディスプレーの部分上面図である。図１２は図１１に示された切断面Ｉ−Ｉ’の断面図である。図１１と図１２において、本発明のカラーフィルター構造３８がガラス基板５０の上に形成される。ガラス基板５０がその上に設けられた画素アレー５２を含み、画素アレー５２が互いに隣接する複数の画素区域５４により構成される。本発明の低温多結晶シリコンＴＦＴ液晶ディスプレー９０の作製方法においては、先ずガラス基板５０の上面に、各画素区域５４の角にトップゲート型低温多結晶シリコンＴＦＴ５６を形成する。低温多結晶シリコンＴＦＴ５６は、多結晶シリコン層５８、トップゲート導電層６０、ゲート絶縁層６２、チャンネル層６４、ソース電極６６とドレイン電極６８を含む。そして、低温多結晶シリコンＴＦＴ５６の上に平坦層６９を形成し、その上に互いに嵌り合うカラーフィルター構造３８を形成する。カラーフィルター構造３８における各赤／緑／青カラーフィルター３２、３４、３６がそれぞれ異なる画素区域５４に対応し、隣接するカラーフィルターの重ね合う区域Ａが低温多結晶シリコンＴＦＴ５６の位置に対応する。重ね合う区域Ａは、ブラックマトリックスの役割を果たし、遮光効果をもたらす。後続工程により作製される透明電極７０と低温多結晶シリコンＴＦＴ５６のドレイン電極６８との導通を確保するために、先ずコンタクトホール（図１２に未表示）を開けた後、ＩＴＯ膜のような透明電極を形成することにより、コンタクト７２を形成する。その後、配向膜７４を作製する。
【００１８】
一方、他のガラス基板７６に順次透明電極７８と配向膜８０を作製する。続いて、ガラス基板５０とガラス基板７６を対向に組み合わせ、両基板の間に液晶を注入して、本発明の低温多結晶シリコンＴＦＴディスプレーを完成する。
【００１９】
本発明のカラーフィルター製造方法は、同じ逓減型マスクを使用して、それぞれ赤色、緑色と青色カラーフィルター材料層に対して、同じ工程パラメータのフォトリソグラフィー処理を行うことにより、互いに嵌り合い表面平坦な赤／緑／青カラーフィルターを作製することを特徴とする。そのため、製造工程が簡略化できるのみならず、隣接するカラーフィルターの重ね合う区域がブラックマトリックスとして利用でき、ＴＦＴに対する遮光効果があり、光電流誘起リーク電流を防ぐことができる。なお、本発明は、ブラックマトリックスを設けた液晶ディスプレーにも応用できる。
【００２０】
従来技術に比べて、本発明の液晶ディスプレー用カラーフィルター構造は、ブラックマトリックスを設けなくても、充分な遮光効果が得られるので、ブラックマトリックスによる位置合わせずれと光漏れを防ぐことができる。なお、本発明のカラーフィルター構造は、平坦な表面を持つので、透明電極の平坦化の実現、従来型カラーフィルターの境界突起の回避、液晶ディスプレー開口率の向上、画素電極の位置合わせマージンの拡大などができる。更に画素間の結合効果が軽減でき、且つ液晶分子の正常排列が影響されず、液晶ディスプレーの作動信頼性が高まるので、理想的な色彩が得られる。
【００２１】
以上、本発明を実施するための最良の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での変形は、全て本発明の範囲に含まれることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のカラーフィルター作製方法の説明図である。
【図２】従来のカラーフィルター作製方法の説明図である。
【図３】従来のカラーフィルター作製方法の説明図である。
【図４】本発明のカラーフィルター構造の断面図である。
【図５】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図５Ａ】本発明の逓減型マスクの部分上面図である。
【図５Ｂ】本発明の逓減型マスクの部分上面図である。
【図６】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図７】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図８】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図９】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図１０】本発明のカラーフィルター製造方法の説明図である。
【図１１】本発明のカラーフィルター構造を応用した液晶ディスプレーの部分上面図である。
【図１２】図１１に示された切断面Ｉ−Ｉ’の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０    ガラス基板
１２    ブラックマトリックス
１４    赤色フィルター層
１６    赤色フィルターアレー
１８    緑色フィルターアレー
２０    青色フィルターアレー
２２    カラーフィルター構造
３０    透明ガラス基板
３２    赤色フィルター
３４    緑色フィルター
３６    青色フィルター
３８    カラーフィルター構造
４０    赤色フィルター材料層
４２    逓減型マスク
４４    透明区域
４６    半透明区域
４８    緑色フィルター材料層
４９    青色フィルター材料層
５０    ガラス基板
５２    画素アレー
５４    画素区域
５６    低温多結晶シリコンＴＦＴ
５８    多結晶シリコン層
６０    トップゲート導電層
６２    ゲート絶縁層
６４    チャンネル層
６６    ソース電極
６８    ドレイン電極
６９    平坦層
７０    透明電極
７２    コンタクト
７４    配向膜
７６    ガラス基板
７８    透明電極
８０    配向膜
８２    液晶
９０    低温多結晶シリコンＴＦＴ液晶ディスプレー
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１２】
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