(57)【要約】【課題】画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法を提供する。【解決手段】まず、複数の透光領域と複数の活性領域を具備する基板を提供する。画素駆動素子を各活性領域の基板上に形成し、絶縁層を各画素駆動素子間に形成する。次に、平坦化層を画素駆動素子と絶縁層上に形成してから、平坦化層の一部分を除去して、画素駆動素子の一部分を露出するコンタクトホールと透光領域内の絶縁層を露出する開口部を形成する。続いて、着色顔料を開口部に充填し、画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する。最後に、コンタクトホール内に、画素駆動素子と電気接続させると共に、カラーフィルタの一部分まで伸びるように透明画素電極を形成する。【選択図】　　　図２Ａ
2004070284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透光領域と複数の活性領域を具備する基板を提供するステップと、
各活性領域の前記基板上に画素駆動素子をそれぞれ形成して、各画素駆動素子の間であって透光領域内の前記基板上に絶縁層を形成するステップと、
前記画素駆動素子と前記絶縁層上に平坦化層を形成するステップと、
前記平坦化層の一部分を除去し、前記画素駆動素子の表面部分を露出させる複数のコンタクトホールと前記透光領域内の前記絶縁層の表面を露出させる複数の開口部を形成するステップと、
開口部に少なくとも一色の着色顔料を充填し、前記画素駆動素子を具備する前記基板上にカラーフィルタを形成するステップと、
前記コンタクトホール内に、前記画素駆動素子と電気接続させると共に、前記カラーフィルタの一部まで伸びるように透明画素電極を形成するステップと、
を含む画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法。
【請求項２】
複数の透光領域と複数の活性領域を具備する基板を提供するステップと、
各活性領域の前記基板上に画素駆動素子をそれぞれ形成して、各画素駆動素子の間であって前記透光領域内の前記基板上に絶縁層を形成するステップと、
前記画素駆動素子と前記絶縁層上に不透明な平坦化層を形成するステップと、
前記平坦化層の一部分を除去し、前記画素駆動素子の表面部分を露出させる複数のコンタクトホールと前記透光領域内の前記絶縁層の表面を露出させる複数の開口部を形成するステップと、
開口部に少なくとも一色の着色顔料を充填し、前記画素駆動素子を具備する前記基板上にカラーフィルタを形成するステップと、
前記コンタクトホール内に、前記画素駆動素子と電気接続させると共に、前記カラーフィルタの一部まで伸びるように透明画素電極を形成するステップと、
を含む画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法。
【請求項３】
複数の透光領域と複数の活性領域を具備する基板を提供するステップと、
各活性領域の前記基板上に画素駆動素子をそれぞれ形成して、各画素駆動素子の間であって前記透光領域内の前記基板上に絶縁層を形成するステップと、
透明画素電極を形成し、前記画素駆動素子と電気接続させるステップと、
前記画素駆動素子と前記透明画素電極上に不透明な平坦化層を形成するステップと、
前記平坦化層の一部分を除去し、前記透光領域内の前記透明画素電極の表面を露出させる複数の開口部を形成するステップと、
前記開口部に少なくとも一色の着色顔料を充填し、前記画素駆動素子を具備する前記基板上にカラーフィルタを形成するステップと、
を含む画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー表示装置の工程に関するもので、特に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを具備する基板上のカラーフィルタ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）を使用するアクティブマトリクスの液晶表示装置（ＬＣＤｓ）は、高品質の表示装置として魅力的になっている。ＬＣＤ内でカラー画像を表示するには、赤、緑、及び青（ＲＧＢ）のカラーフィルタを用い、３原色を生成する光源とする必要がある。
【０００３】
例えば、液晶プロジェクターに用いるカラーフィルタＬＣＤ或いは一つの画素を使用する単一平面液晶パネルの直視型カラーＬＣＤにおいては、各色のカラーフィルタが提供される。従って、ＲＧＢの各色は、一対一の方式で画素と対応する。
【０００４】
この場合、ＲＧＢの各色のカラーフィルタが一つの画素領域内に提供される時、各色のカラーフィルタ間に遮光フィルタとなるブラックマトリクスを提供する必要がある。
【０００５】
公知のカラーフィルタは、液晶層を挟むように画素駆動素子が形成された第一基板に対向して配置される第二基板上に形成される。しかしながら、この構造を利用する時、第一基板と第二基板間の相対位置のずれを排除するのは困難である。それゆえ、第一基板と第二基板を精確に位置合わせできる分だけ、ブラックマトリクスの幅を増やさなければならない。結果として、カラーフィルタの面積は減らされ、表示に使われる表示電極の面積もまた減らされる。
【０００６】
従って、カラーフィルタが、画素駆動素子が形成された方の基板上に形成されるという構造が提案された。この構造のカラーフィルタは、オンチップカラーフィルタと呼ばれる。（又は、カラーフィルタ・オン・アレイ、ＣＯＡ構造と呼ばれる）このオンチップカラーフィルタを使用すれば、上述の基板の位置合わせによって生じる欠点が回避できる。
【０００７】
図１Ａから図１Ｃは既に開示されたオンチップカラーフィルタの例である（特許文献１参照）。図１Ａでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）構造１１０がガラス基板１００上に形成される。第一平坦化層１２０はＴＦＴ構造１１０上に形成される。コンタクトホール１３０は第一平坦化層１２０に形成され、ＴＦＴ構造１１０のドレイン電極１４０を露出させる。透明画素電極１５０はそれぞれのコンタクトホール１３０内に形成され、ドレイン電極１４０と電気接続する。また、透明画素電極１５０は第一平坦化層１２０の一部分まで伸びている。
【０００８】
図１Ｂでは、第二平坦化層１６０が形成され、透明画素電極１５０を覆っている。
【０００９】
図１Ｃでは、カラーフィルタ１７０が、例えば顔料分散方法により、第二平坦化層１６０上に形成されている。
【００１０】
しかしながら、公知の技術は以下の欠点を抱えている。
（１）コンタクトホール１３０、透明画素電極１５０、及びカラーフィルタ１７０の形成ステップは、フォトリソグラフィ工程が必要で、公知の製造方法はコストが高く、複雑である。
（２）第二平坦化層１６０はカラーフィルタ１７０をその上に形成させるので、透明でなくてはならず、且つカラーフィルタ１７０と透明画素電極１５０の間に結合容量が発生しないように、誘電率も低くなくてはならない。従って、第二平坦化層１６０の材料選びは難しく、材料コストもまた高くなる。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第６，１６２，５４４号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題を解決するために、本発明は、画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法を提供すること目的とする。
【００１３】
また本発明のもう一つの目的は、ＬＣＤ工程においてインクジェット法を使用する方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する方法を提供する。まず、複数の透光領域と活性領域を具備する基板が用意される。画素駆動素子は、各活性領域の基板上に形成され、その中で絶縁層は各画素駆動素子間と透光領域の基板上に形成される。そして、平坦化層は画素駆動素子と絶縁層上に形成される。平坦化層の一部分は除去され、複数のコンタクトホールと開口部が形成され、コンタクトホールは画素駆動素子の表面部分を露出し、また開口部も透光領域の絶縁層の表面を露出する。そして、少なくとも一つの着色顔料は開口部に充填され、画素駆動素子を具備する基板上にカラーフィルタを形成する。また透明画素電極は、コンタクトホール内に形成されて画素駆動素子と電気接続し、カラーフィルタの一部まで伸びる。
【００１５】
本発明は公知の技術を改善し、また本発明の方法は同時に、平坦化層内にコンタクトホールと開口部を形成し、それから開口部内に着色顔料を充填して、オンチップカラーフィルタを形成する。このように、本発明は、他にフォトリソグラフィ工程を行うことなくカラーフィルタを形成し、それゆえ生産コストを削減し、公知の技術のおける不便さを改善することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴、及び長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１７】
（第一実施例）
図２Ａから図２Ｅは、本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【００１８】
図２Ａではまず、複数の透光領域２０１と活性領域２０２を具備する基板２００が提供される。基板２００は、透明ガラス基板か透明で可塑性のある基板が用いられる。それから、画素駆動素子２１０が各活性領域２０２内の基板２００上に形成され、絶縁層２４０が各画素駆動素子２１０間と透光領域２０１内の基板２００上に形成される。画素駆動素子２１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とすることができ、絶縁層２４０はＳｉＯ２かＳｉＮを用いることができる。
【００１９】
画素駆動素子２１０を基板２００上に形成する方法を以下に例示する。図２Ａによると、まずポリシリコン層２１１が基板２００の一部に形成される。それから、ゲート絶縁膜２２０はポリシリコン層２１１上に形成され、ゲート電極２２５は、ゲート絶縁膜２２０の一部に形成される。ゲート電極２２５をマスクとして使い、不純物をイオン注入によりポリシリコン層２１１の一部にドープし、ソース領域２１２とドレイン領域２１３を形成する。画素駆動素子２１０、例えばＴＦＴ２１０、はソース／ドレイン領域２１２、２１３及びゲート電極２２５によって構成される。また、符号２１４は、ソース領域２１２とドレイン領域２１３間のチャネルを示している。
【００２０】
層間絶縁膜２３０は、ＴＦＴ２１０の表面全体に亘って形成される。ソース領域２１２は、ゲート絶縁膜２２０と層間絶縁膜２３０に形成されたコンタクトホールを通り、ソース電極２３２に電気接続される。また、ドレイン領域２１３も、ゲート絶縁膜２２０と層間絶縁膜２３０に形成されたコンタクトホールを通り、ドレイン電極２３４に電気接続される。このように、絶縁層２４０は、ゲート絶縁膜２２０と層間絶縁膜２３０で構成される。
【００２１】
図２Ａでは、平坦化層２５０は、各画素駆動素子２１０と絶縁層２４０上に形成される。平坦化層２５０は、透明で、ＳｉＯ２か有機高分子ポリマーで構成されるものとすることができる。また平坦化層２５０は、光照射形成タイプかエッチング形成タイプ層になることができる。そして、平坦化層２５０は、感光性有機高分子ポリマーであるのが好ましい。もっと好ましいのは、例えば黒い樹脂のような遮光材料で、なぜならば、不透明な平坦化層２５０は、ブラックマトリクス層とすることができるからである。
【００２２】
図２Ｂでは、平坦化層２５０の一部分が除去され、複数のコンタクトホール２６０と開口部２６５が形成され、コンタクトホール２６０は、画素駆動素子２１０の表面部分を露出させ、また開口部２６５は、透光領域２０１内の絶縁層２４０の表面を露出させる。
【００２３】
図２Ｃでは、インクジェット法が用いられ、少なくとも一色の着色顔料（またはカラーレジストと呼ばれる）は、例えばノズルによって、開口部２６５に充填され、画素駆動素子２１０を具備する基板２００上にカラーフィルタ２７０が形成されることとなる。そして、着色顔料の色は、赤、緑、及び青が含まれる。この実施例では、平坦化層２５０が不透明の時に、カラーフィルタ２７０は、赤領域（Ｒ）、緑領域（Ｇ）、青領域（Ｂ）及び各色間のブラックマトリクスを含むことに注目すべきである。
【００２４】
図２Ｃにおけるプロセスでは、層２５０（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｌａｙｅｒ）にホール２６５を形成してから、このホールに顔料を充填することでカラーフィルタを形成しているが、このホール形成には、公知のフォトリソグラフィによるアライメントや露光プロセスを用いることもできる。
【００２５】
また、背面露光の方式によっても図２Ｃのホール２６５を形成することができる。カラーフィルタ用の顔料を注入する部分は、ちょうどＩＴＯの透光領域に来るため、光を透過させない金属のデータ線と走査線とフォトマスクとして用い、図５に示すように背面から直接露光する。こうすれば、フォトマスクにかかるコストを省くことができ、しかもアライメント精度を高めることができる。
【００２６】
さらに、図４に示すごとくボトムカラーフィルタ構造（ｂｏｔｔｏｍ　ＣＦ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）にあっても、同じように背面露光の方式によってホールを形成することが可能である。
【００２７】
図２Ｄでは、透明画素電極２８０は、コンタクトホール２６０内に形成され、画素駆動素子２１０と電気接続され、カラーフィルタ２７０の部分まで伸びている。また、透明画素電極２８０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）が用いられる。
【００２８】
更に、第一配向膜２９０は、カラーフィルタ２７０と透明画素電極２８０上に形成される。それから、例えばガラスのような透明絶縁上基板２９８が提供される。共通電極２９６は、透明絶縁上基板２９８の内側に形成される。また、第二配向膜２９４は共通電極２９６上に形成される。次ぎに、液晶が充填された液晶層２９２は、互いに対向する透明絶縁基板２９８と２００の間に形成される。つまり、液晶層２９２は、配向膜２９４と２９０間に挟まれるということである。このように、ＬＣＤ装置２９９は、図２Ｅに示される形成される。
【００２９】
（第二実施例）
図３Ａから図３Ｅは、本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【００３０】
図３Ａではまず、複数の透光領域３０１と活性領域３０２を具備する基板３００が提供される。基板３００は、透明ガラス基板か透明で可塑性のある基板が用いられる。それから、画素駆動素子３１０が各活性領域３０２内の基板３００上に形成され、絶縁層３４０が各画素駆動素子３１０の間であって透光領域３０１内の基板３００上に形成される。画素駆動素子３１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とすることができ、絶縁層３４０にはＳｉＯ２かＳｉＮを用いることができる。
【００３１】
画素駆動素子３１０を基板３００上に形成する方法を以下に例示する。図３Ａによると、まずポリシリコン層３１１が基板３００の部分上に形成される。それから、ゲート絶縁膜３２０はポリシリコン層３１１上に形成され、ゲート電極３２５は、ゲート絶縁膜３２０の部分上に形成される。ゲート電極３２５をマスクとして使い、不純物をイオン注入によりポリシリコン層３１１の一部にドープし、ソース領域３１２とドレイン領域３１３を形成する。画素駆動素子３１０、例えばＴＦＴ３１０、はソース／ドレイン領域３１２、３１３及びゲート電極３２５によって構成される。また、符号３１４は、ソース領域３１２とドレイン領域３１３間のチャネルを示している。
【００３２】
層間絶縁膜３３０は、ＴＦＴ３１０の表面全体に亘って形成される。ソース領域３１２は、ゲート絶縁膜３２０と層間絶縁膜３３０に形成されたコンタクトホールを通り、ソース電極３３２に電気接続される。また、ドレイン領域３１３も、ゲート絶縁膜３２０と層間絶縁膜３３０に形成されたコンタクトホールを通り、ドレイン電極３３４に電気接続される。このように、絶縁層３４０は、ゲート絶縁膜３２０と層間絶縁膜３３０で構成される。
【００３３】
図３Ａでは、透明画素電極３５０は絶縁層３４０の一部に形成され、画素駆動素子３１０と電気接続される。また、透明画素電極３５０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）が用いられる。
【００３４】
図３Ｂでは、平坦化層３６０は、画素駆動素子３１０と透明画素電極３５０上に形成される。平坦化層３６０は、透明で、ＳｉＯ２か有機高分子ポリマーで構成されるものとすることができる。また平坦化層３６０は、光照射形成タイプかエッチング形成タイプ層になることができる。そして、平坦化層３６０は、感光性有機高分子ポリマーであるのが好ましい。もっと好ましいのは、例えば黒い樹脂のような遮光材料で、なぜならば、不透明な平坦化層３６０は、ブラックマトリクス層とすることができるからである。
【００３５】
図３Ｃでは、平坦化層３６０の一部分が除去され、複数の開口部３７０が形成され、またその開口部３７０は、透光領域３０１内の透明画素電極３５０の表面を露出させる。
【００３６】
図３Ｄでは、インクジェット法が用いられ、少なくとも一色の着色顔料（またはカラーレジストと呼ばれる）は、例えばノズルによって、開口部３７０に充填され、画素駆動素子３１０を具備する基板３００上にカラーフィルタ３８０を形成する。そして、着色顔料の色は、赤、緑、及び青が含まれる。この実施例では、平坦化層３６０が不透明の時、カラーフィルタ３８０は、赤領域（Ｒ）、緑領域（Ｇ）、青領域（Ｂ）及び各色間のブラックマトリクスを含むこと注目すべきである。
【００３７】
更に、第一配向膜３９０は、カラーフィルタ３８０上に形成される。それから、例えばガラスのような透明絶縁上基板３９８が提供される。共通電極３９６は、透明絶縁上基板３９８の内側に形成される。また、第二配向膜３９４は共通電極３９６上に形成される。次ぎに、液晶が充填された液晶層３９２は、互いに対向する透明絶縁基板３９８と３００の間に形成される。つまり、液晶層３９２は、配向膜３９４と３９０間に挟まれるということである。このように、ＬＣＤ装置３９９は、図３Ｅに示されるように形成される。
【００３８】
以上本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変形や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は特許請求の範囲を基準とする。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、平坦化層内にコンタクトホールと開口部を同時に形成し、それから開口部内に着色顔料を充填し、オンチップカラーフィルタを形成するという方法を用いることで従来の技術を改善させることができる。
【００４０】
また、上記のように、本発明によれば以下のような効果が得られる。
（１）カラーフィルタは透明画素電極と隣接しているので、結合容量の問題は生じない。これにより、平坦化層の材料選びは公知の技術よりも簡単になり、それゆえコスト削減できる。
（２）本発明の平坦化層は、透明でも不透明でもよい。平坦化層が不透明な場合は、本発明のカラーフィルタにはブラックマトリクスが含まれる。
（３）本発明によれば、フォトリソグラフィ工程を行うことなく、インクジェット法を用い、平坦化層内に形成された開口部に着色顔料を充填することができる。これにより、製造工程を簡単化させ、コスト削減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】公知技術のオンチップカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】公知技術のオンチップカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】公知技術のオンチップカラーフィルタの製造工程を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【図２Ｅ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【図３Ｂ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【図３Ｃ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【図３Ｄ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【図３Ｅ】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第二実施例を示す断面図である。
【図４】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例のボトムカラーフィルタを示す。
【図５】本発明におけるオンチップカラーフィルタの製造工程の第一実施例のトップカラーフィルタを示す。
【符号の説明】
２００、３００　基板
２１０、３１０　画素駆動素子
２１１、３１１　ポリシリコン層
２１２、３１２　ソース領域
２１３、３１３　ドレイン領域
２１４、３１４　符号
２２０、３２０　ゲート絶縁膜
２３０、３３０　層間絶縁膜
２３２、３３２　ソース電極
２３４、３３４　ドレイン電極
２４０、３４０　絶縁層
２５０、３６０　平坦化層
２６０　コンタクトホール
２６５，３７０　開口部
２７０、３８０　カラーフィルタ
２８０、３５０　透明画素電極
２９０、３９０　第一配向膜
２９２、３９２　液晶層
２９４、３９４　第二配向膜
２９６、３９６　共通電極
２９８、３９８　透明絶縁層
２９９、３９９　液晶表示装置
【図１Ａ】
2004070284.tif 000003
【図１Ｂ】
2004070284.tif 000004
【図１Ｃ】
2004070284.tif 000005
【図２Ａ】
2004070284.tif 000006
【図２Ｂ】
2004070284.tif 000007
【図２Ｃ】
2004070284.tif 000008
【図２Ｄ】
2004070284.tif 000009
【図２Ｅ】
2004070284.tif 000010
【図３Ａ】
2004070284.tif 000011
【図３Ｂ】
2004070284.tif 000012
【図３Ｃ】
2004070284.tif 000013
【図３Ｄ】
2004070284.tif 000014
【図３Ｅ】
2004070284.tif 000015
【図４】
2004070284.tif 000016
【図５】
2004070284.tif 000017