(57)【要約】【課題】信頼性及び光利用効率に優れる液晶表示装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、液晶表示装置は、第１の反射層と、第２の反射層と、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間に配置されたスペーサ層とを有するファブリペロー型干渉フィルタを具備する。前記スペーサ層は、少なくとも第１の層と第２の層と第３の層とが積層されている第１の領域と、前記第２の層と前記第３の層とが積層されている第２の領域と、前記第３の層が設けられている第３の領域とを有する。前記スペーサ層は、前記第１の層と前記第２の層との間及び前記第２の層と前記第３の層との間のうち、少なくとも何れか一方に設けられた保護膜をさらに有する。【選択図】図１
2013190580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射層と、
第２の反射層と、
前記第１の反射層と前記第２の反射層との間に配置されたスペーサ層と、
を有するファブリペロー型干渉フィルタを具備する液晶表示装置であって、
前記スペーサ層は、少なくとも、
第１の層と第２の層と第３の層とが積層されている第１の領域と、
前記第２の層と前記第３の層とが積層されている第２の領域と、
前記第３の層が設けられている第３の領域と、
を有し、
前記第１の層と前記第２の層との間及び前記第２の層と前記第３の層との間のうち、少なくとも何れか一方に設けられた保護膜をさらに有する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記保護膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とは、窒化シリコンを含み、
前記保護膜は、前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とに含まれる窒化シリコンと比較してシリコンと窒素との原子数比がより３：４に近い窒化シリコンを含むシリコン窒化膜である、
ことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とは、窒化シリコンを含み、
前記保護膜は、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた第１の保護膜と、前記第２の層と前記第３の層との間に設けられた第２の保護膜とを含み、
前記第１の保護膜は、シリコン酸化膜であり、
前記第２の保護膜は、前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とに含まれる窒化シリコンと比較してシリコンと窒素との原子数比がより３：４に近い窒化シリコンを含むシリコン窒化膜である、
ことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とは、窒化シリコンを含み、
前記保護膜は、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた第１の保護膜と、前記第２の層と前記第３の層との間に設けられた第２の保護膜とを含み、
前記第１の保護膜は、前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とに含まれる窒化シリコンと比較してシリコンと窒素との原子数比がより３：４に近い窒化シリコンを含むシリコン窒化膜であり、
前記第２の保護膜は、シリコン酸化膜である、
ことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項６】
前記保護膜は、シリコン酸窒化膜であることを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
【請求項７】
前記保護膜の厚さは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記第１の層と前記第２の層と前記第３の層とは、シリコンと窒素との原子数比が３：４よりもシリコンが多い組成を有する窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタを用いた液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、地上デジタル放送の開始やインターネット及び携帯電話等の普及によりますます需要が高まっている。これらの需要に応えるため、ＴＦＴ−ＬＣＤは小型ディスプレイとしてモバイル機器に搭載されており、一方で大画面テレビの需要も伸びている。
【０００３】
ＴＦＴ−ＬＣＤのカラー表示は、一般に対向基板にカラーフィルタが配置され、赤、緑、青の光が対応する画素から射出されることで制御される。このカラーフィルタには、顔料や染料を用いた吸収型のものが用いられている。そのため、液晶パネルの背面に設置されたバックライトから液晶パネルに入射した白色光が、例えば青フィルタを透過する場合、緑及び赤の光は青フィルタで吸収され光損失が発生する。緑、赤フィルタについても同様の光損失が発生し、カラーフィルタにおける光の利用効率は全体としてはおよそ３分の１になってしまう。
【０００４】
そこで、吸収型のカラーフィルタのみではなく、干渉型のカラーフィルタを用いた方式が提案されている。これは赤、緑、青の干渉フィルタが各画素の色に対応して設けられ、干渉フィルタを通過しなかった光がバックライト側に戻されることで、他の色の光が再利用されて光の利用効率が向上するというものである。
【０００５】
このような赤、緑、青の干渉フィルタを形成するには、一般にＣＶＤ法やスパッタリング法による成膜工程、及び、パターニングのためのフォトリソグラフィ工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等を組み合わせて、基板上に表示色ごとに構造の異なる干渉フィルタ層を形成する。この際、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程やレジスト剥離工程では、干渉フィルタ層の表面を各種の薬液や反応性ガス等で処理するため、アルカリ金属等の可動イオンが付着する可能性が高い。
【０００６】
一方、ＴＦＴ−ＬＣＤでは、ＴＦＴのソース−ドレイン間の抵抗の変化を利用して、各画素の輝度を調節する。ＴＦＴはゲート絶縁膜を介して半導体層とゲート電極が形成されており、半導体層とゲート電極の間の電圧を変えて、ソース−ドレイン間の抵抗を調節する。このため、半導体層中にアルカリ金属等の可動イオンがあると、ＴＦＴ−ＬＣＤの使用中にＴＦＴ特性が変化して、表示特性を劣化させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２５８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような干渉フィルタを用いた表示装置では、赤、緑、青の色を透過する干渉フィルタを画素ごとに形成する工程において、表面にアルカリ金属等の不純物が吸着してＴＦＴの信頼性が低下する恐れが増す。
【０００９】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、信頼性と光利用効率とに優れる液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によれば、液晶表示装置は、第１の反射層と、第２の反射層と、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間に配置されたスペーサ層とを有するファブリペロー型干渉フィルタを具備する。前記スペーサ層は、少なくとも、第１の層と第２の層と第３の層とが積層されている第１の領域と、前記第２の層と前記第３の層とが積層されている第２の領域と、前記第３の層が設けられている第３の領域とを有する。前記スペーサ層は、前記第１の層と前記第２の層との間及び前記第２の層と前記第３の層との間のうち、少なくとも何れか一方に設けられた保護膜をさらに有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係る干渉フィルタの構成の一例、及び干渉フィルタを構成する材料の光学特性の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る干渉フィルタの光学特性の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る吸収型フィルタの光学特性の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る液晶表示装置の色域を説明するための図。
【図６】第１の実施形態に係る干渉フィルタの製造プロセスの一例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る干渉フィルタを使用した液晶表示装置の断面の概略を示す。透明なガラス基板１上には、ファブリペロー型干渉型カラーフィルタ層２（干渉フィルタ２）が設けられている。干渉フィルタ２上には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ９が設けられている。透明なガラス基板１上に干渉フィルタ２とＴＦＴアレイ９とが形成された基板をアレイ基板２０と称することにする。液晶表示装置は複数の画素を有し、各画素は複数のサブ画素からなる。各サブ画素は、例えば赤、緑又は青などの色の光を他の色の光よりも高い透過率で透過する。
【００１３】
一般に、液晶表示装置においてＴＦＴアレイ９の下には、アンダーコート層としてシリコン酸化膜などが一層だけ形成されている。このアンダーコート層は、ガラス基板からの不純物の拡散の防止やガラス基板の平坦性の改善を目的としている。これに対して本実施形態では、このアンダーコート層の代わりにファブリペロー型干渉フィルタが形成されている。
【００１４】
干渉フィルタ２は、ガラス基板１側から順に、可視光領域に対して半透過・反射する第１の反射層３と、スペーサ層５と、可視光領域に対して半透過・反射する第２の反射層４とを有しており、ファブリペロー型干渉フィルタとなっている。すなわち、干渉フィルタ２は、主にスペーサ層５の光学厚さと第１の反射層３及び第２の反射層４の位相ずれで定まる所定の波長域の光を透過し、それ以外の波長域の光を反射する特性を有する。
【００１５】
図１に示すように、光路２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、それぞれ異なる厚さを有するスペーサ層５を通過する。すなわち、光路２４ａ、２４ｂ、２４ｃをそれぞれ透過波長域及び反射波長域は異なる。本実施形態では、干渉フィルタ２は各サブ画素に対応させて厚さが異なるように形成されており、各サブ画素には、赤、緑、青の何れかの光が選択的に透過するように設計されたスペーサ層５が設けられている。
【００１６】
第１の反射層３と第２の反射層４とはそれぞれ、例えば厚さ５８ｎｍのシリコン窒化膜（窒化シリコン）と厚さ９２ｎｍのシリコン酸化膜（酸化シリコン）とが交互に計４層積層されて形成されている。スペーサ層５は、シリコン窒化膜を含み、その厚さはサブ画素毎に異なっている。スペーサ層５は、例えば、主にシリコン窒化膜からなる。すなわち、例えば赤色に対応するサブ画素の位置ではシリコン窒化膜の膜厚は３０ｎｍであり、緑色に対応するサブ画素の位置ではシリコン窒化膜の膜厚は１１５ｎｍであり、青色に対応するサブ画素の位置ではシリコン窒化膜の膜厚は７８ｎｍである。このようにして、干渉フィルタ２には、赤フィルタ６、緑フィルタ７及び青フィルタ８として機能する部分が含まれる。なお、スペーサ層５には、後述する工程において必要となるシリコン酸化膜の層が含まれている。
【００１７】
ＴＦＴアレイ９は、ゲート線１５とゲート絶縁膜１６と信号線１９とを含む薄膜トランジスタ１８を備える。また、ＴＦＴアレイ９は、薄膜トランジスタ１８に接続された透明導電膜である画素電極１７を備える。画素電極１７はゲート絶縁膜１６上に形成される。画素電極１７の位置は、赤フィルタ６、緑フィルタ７及び青フィルタ８の位置とそれぞれ対応している。ガラス基板１の干渉フィルタ２が形成されている面と反対側の面には、第１の偏光板３０や図示しない各種光学フィルムが設けられている。
【００１８】
アレイ基板２０のＴＦＴアレイ９側には、液晶層２２を挟んで対向基板２１が対向配置されている。アレイ基板２０と対向基板２１とは、スペーサ等により適当な距離が設けられて固定されており、アレイ基板２０と対向基板２１との間には液晶層２２が設けられている。この液晶層２２は、液晶分子を含む。
【００１９】
対向基板２１は、ガラス基板２５を用いて形成されている。ガラス基板２５のアレイ基板２０と対向する面には、吸収型フィルタ３２が設けられている。吸収型フィルタ３２は、吸収型のカラーフィルタである赤フィルタ２６、緑フィルタ２７及び青フィルタ２８を含む。赤フィルタ２６は干渉フィルタ２の赤フィルタ６と対向して配置され、緑フィルタ２７は干渉フィルタ２の緑フィルタ７と対向して配置され、青フィルタ２８は干渉フィルタ２の青フィルタ８と対向して配置されている。吸収型フィルタ３２上の全面には、透明導電膜である共通電極２９が形成されている。ガラス基板２５の吸収型フィルタ３２が形成された面と反対側の面には、第２の偏光板３１や図示しない各種光学フィルムが設けられている。
【００２０】
アレイ基板２０の第１の偏光板３０が設けられている側には、バックライトユニット４０が配置されている。バックライトユニット４０は、導光板４１と反射板４２と導光板４１に入射される光を発生する発光ダイオード４３とを含む。導光板４１のアレイ基板２０と反対側の面には、反射板４２が設けられている。また、導光板４１の反射板４２が設けられている面には、溝４４が形成されている。また、導光板４１の例えば側面には、発光ダイオード４３が設けられている。発光ダイオード４３から発生した光は、導光板４１に入射して導光板４１内を全反射しながら進む。この光は、溝４４に当たったときに反射角度が変化し、導光板４１から射出してアレイ基板２０に入射する。バックライトユニット４０は、上記の構成に限らず、面光源として機能すればどのような構成でもよい。
【００２１】
干渉フィルタ２についてさらに説明する。干渉フィルタ２の構成の一例の模式図を図２（ａ）に示す。上述のとおり、干渉フィルタ２は、ガラス基板１側から順に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜からなる第１の反射層３と、シリコン窒化膜のスペーサ層５と、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる第２の反射層４とが積層されて形成されている。ここで、スペーサ層以外シリコン窒化膜の厚さは例えば５８ｎｍであり、シリコン酸化膜の厚さは例えば９２ｎｍである。また、スペーサ層はサブ画素の対応色に応じて厚さが異なる。すなわち、スペーサ層のシリコン窒化膜の厚さは、例えば赤フィルタ６の場合は３０ｎｍ、緑フィルタ７の場合は１１５ｎｍ、青フィルタ８の場合は７８ｎｍである。
【００２２】
図２（ｂ）は、本実施形態に係るシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の光学定数である屈折率ｎの波長に対する値を示す。ここで実線はシリコン窒化膜を示し、破線はシリコン酸化膜を示す。シリコン窒化膜の屈折率は、波長５５０ｎｍ付近で２．３となるように調整されている。図２（ｃ）は、本実施形態に係るシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の光学定数である消滅係数ｋの波長に対する値を示す。ここで実線はシリコン窒化膜を示し、破線はシリコン酸化膜を示す。この図に示すように、シリコン窒化膜では、短波長側で吸収が生じる。
【００２３】
本実施形態に係る干渉フィルタ２のカラーフィルタについての光学特性の一例を図３に示す。図３（ａ）は波長（横軸）に対する透過スペクトル（縦軸）を示し、図３（ｂ）は波長（横軸）に対する反射スペクトル（縦軸）を示す。図３（ａ）において、実線７０Ｒは赤フィルタ６の透過スペクトルを示し、破線７０Ｇは緑フィルタ７の透過スペクトルを示し、一点鎖線７０Ｂは青フィルタ８の透過スペクトルを示す。また、図３（ｂ）において、実線８０Ｒは赤フィルタ６の反射スペクトルを示し、破線８０Ｇは緑フィルタ７の反射スペクトルを示し、一点鎖線８０Ｂは青フィルタ８の反射スペクトルを示す。一般に干渉フィルタでは吸収はほとんど生じないため、反射スペクトルと透過スペクトルとの和はほぼ１となる。これに対して本実施形態では、誘電体多層膜の材料として図２（ｃ）に示したように、短波長側（青側）に吸収があるシリコン窒化膜を使用しているため、短波長側で光損失が生じる。その結果、本実施形態に係る干渉フィルタの反射スペクトルと透過スペクトルの和は１にならない。
【００２４】
吸収型フィルタ３２の光学特性の一例を図４に示す。この図において、縦軸は透過率を表し、横軸は波長を表す。実線９０Ｒは赤フィルタ２６の透過率を示し、破線９０Ｇは緑フィルタ２７の透過率を示し、一点鎖線９０Ｂは青フィルタ２８の透過率を示す。この図の吸収型フィルタは、一般的な液晶表示装置のカラーフィルタとして用いられているものである。各色の吸収型カラーフィルタを透過しない光は、吸収され損失となる。なお、図４に示したカラーフィルタのスペクトル特性は、低透過率の領域で重なっており、色再現性にとって好ましいものではない。
【００２５】
本実施形態に係る液晶表示装置の動作を図１を参照して説明する。バックライトユニット４０において発光ダイオード４３から射出された光は、導光板４１の底面（反射板４２と対向する面）と上面（対向基板２１と対向する面）とで全反射されて導光板４１内を伝播して広がる。これら光は、溝４４にあたると全反射条件が崩されてアレイ基板２０に入射する。すなわち、バックライトユニット４０からアレイ基板２０へ面状に光が入射する。
【００２６】
この光は、まず第１の偏光板３０を透過して偏光となり、ガラス基板１を透過して干渉フィルタ２に到達する。干渉フィルタ２は、図３（ａ）に示したように所定の波長の光を透過し、図３（ｂ）に示したようにその他の波長の光は反射する。例えば干渉フィルタ２の赤フィルタ６部分に入射した赤色の光は干渉フィルタ２を透過するが、緑フィルタ７又は青フィルタ８部分に入射した赤色の光は干渉フィルタ２で反射する。
【００２７】
干渉フィルタ２で反射した光は、バックライトユニット４０側に進み、反射板４２でほとんど損失無く反射する。反射板４２で反射した光は、再びアレイ基板２０に入射する。例えば赤フィルタ６部分で反射した緑色の光が、緑フィルタ７部分に入射したらこの光は干渉フィルタ２を透過する。
【００２８】
言い換えると、図１に示すように、赤フィルタ６部分に入射した赤色光５０は干渉フィルタ２を透過する。一方、赤フィルタ６部分に入射した緑色光５１は干渉フィルタ２で反射する。この緑色光５１は、反射板４２と干渉フィルタ２との間で反射を繰り返し、干渉フィルタ２の緑フィルタ７部分に到達したとき、干渉フィルタ２を透過する。バックライトユニット４０に戻った光のうち、例えば９０％以上は再度活用され得る。条件が適切に設定されると、９５％以上の光が再度活用され得る。
【００２９】
干渉フィルタ２を透過した光は、液晶層２２に入射して、液晶層２２を透過する。ここで、サブ画素毎に各画素電極１７と共通電極２９との間に印加される電圧は、薄膜トランジスタ１８によって選択的に制御されている。画素電極１７と共通電極２９との間の電界によって、液晶層２２内の液晶分子の配向は変化する。その結果、液晶層２２を透過する光の偏光面は画素毎に回転する。
【００３０】
液晶層２２を透過した光は吸収型フィルタ３２に入射する。サブ画素毎の吸収型フィルタ３２の色は、干渉フィルタ２の色と対応している。したがって、吸収型フィルタ３２に入射する光の波長は、干渉フィルタ２で選択されている。ここで、図３に示すように干渉フィルタ２の透過スペクトルの方が、図４に示す吸収型フィルタ３２の透過スペクトルよりもスペクトル幅が狭い。このため、吸収型フィルタ３２に入射した光は、その多くが透過する。図３に示されるように干渉フィルタ２の透過スペクトルには、各色のピークの他に裾の部分にも透過率が高くなっている波長帯域がある。吸収型フィルタ３２は、この裾の部分の波長帯域の光を吸収する。
【００３１】
吸収型フィルタ３２を透過した光は、ガラス基板２５を透過し、第２の偏光板３１に入射する。第２の偏光板３１の透過軸と一致する偏光面を有する光は第２の偏光板３１を透過して、この液晶表示装置から射出される。一方、その偏光面が第２の偏光板３１の透過軸と一致しない光は、第２の偏光板３１に吸収される。液晶層２２の液晶分子の配向の制御によって透過光の偏光面が制御されるので、第２の偏光板３１を透過してこの液晶表示装置から射出される光の量は、サブ画素毎に制御され得る。このようにして、液晶表示装置は画像を表示できる。
【００３２】
なお、仮に干渉フィルタ２が配置されていない場合、全ての色の光が吸収型フィルタ３２に直接入射するので、各色のフィルタが透過する波長域以外の波長の光は吸収型フィルタ３２に吸収される。その結果、光のおよそ３分の２は、吸収型フィルタ３２に吸収されることになる。これに対して、本実施形態では、吸収型フィルタ３２に吸収される光は少ないので、光の利用効率がよく、当該液晶表示装置はエネルギ効率がよい。
【００３３】
干渉フィルタ２と吸収型フィルタ３２とを組み合わせることによる色域について説明する。その波長特性を図３に示したファブリペロー型干渉フィルタ（干渉フィルタ２）を単独で用いたときの色域は、ＮＴＳＣ比が３０％程度である。また、その波長特性を図４に示した吸収型カラーフィルタ（吸収型フィルタ３２）を単独で用いたときの色域は、ＮＴＳＣ比が５５％程度である。本実施形態のように、干渉フィルタ２と吸収型フィルタ３２とを併用すると、干渉フィルタ２の透過スペクトルの裾の部分に認められる色純度を劣化させている光が吸収型フィルタ３２で吸収されるので、色域が改善される。
【００３４】
図５に吸収型フィルタ３２の色域（ＮＴＳＣ比（横軸））に対する干渉フィルタ２と吸収型フィルタ３２との併用による総合色域（ＮＴＳＣ比（縦軸））の関係を示す。吸収型フィルタ３２のＮＴＳＣ比が５５％程度のとき、総合のＮＴＳＣ比は９０％以上となる。一般的に綺麗に見えるといわれているＮＴＳＣ比７０％以上を実現するためには、吸収型フィルタ３２のＮＴＳＣ比を１７％程度とすればよい。吸収型フィルタにおいてＮＴＳＣ比が小さいことは、色が薄いフィルタであることを意味する。例えば、ＮＴＳＣ比が１７％のカラーフィルタの色材厚は、ＮＴＳＣ比が５５％のカラーフィルタの色材厚の２０％程度となる。薄いフィルタが使用されることで、吸収型フィルタ３２を透過する際の光損失は抑えられ、光の利用効率は向上する。したがって、吸収型フィルタ３２に図４に示した従来型のカラーフィルタよりも色純度の低いフィルタが用いられれば、干渉フィルタ２と吸収型フィルタ３２との併用により十分な色純度を得ることができ、かつ、液晶表示装置全体としては光の利用効率は向上する。
【００３５】
ファブリペロー型干渉カラーフィルタでは、光学薄膜群構成に基づく光の干渉が用いられている。そのため斜めに入射した光は、原理的に短波長、すなわち青側に透過波長域がシフトする。このことは液晶表示装置を斜め方向から観察したときに、色が大きく変化して見えることに相当する。本実施形態では吸収型フィルタ３２が設けられることで、この色の変化も解消される。すなわち、アレイ基板２０から斜めに射出された光が青側にシフトしていても、吸収型フィルタ３２が所望の波長領域のみを透過することで、上述の色の変化は十分に抑えられる。
【００３６】
このように、本実施形態の液晶表示装置は、干渉フィルタ２を用いた光リサイクルにより光の利用効率を増加させ、吸収型フィルタ３２により干渉フィルタ２では不十分な色域を改善する。
【００３７】
なお、上述の斜めに入射した光の干渉フィルタ２による色変化は、バックライトユニット４０から射出される光の指向性を高めて、干渉フィルタ２への斜め入射光成分を抑えることでも解消され得る。この場合、液晶表示装置の視野角は狭くなる。しかしながら、例えば第２の偏光板３１上に拡散板等の光散乱剤を設けるなどされてもよい。
【００３８】
本実施形態に係る干渉フィルタ２の形成方法の一例について説明する。ガラス基板１上にまず第１の反射層３が形成される。このため、ガラス基板１上に、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）により、シリコン窒化膜が形成される。続いて、このシリコン窒化膜上にＣＶＤによりシリコン酸化膜が形成される。さらにこの上にＣＶＤにより、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜がこの順に形成される。これらの膜は、ＣＶＤにおいて各組成物のガス圧などが制御されることで、連続的に形成され得る。このようにして４層からなる第１の反射層３が形成される。
【００３９】
次に、スペーサ層５を構成するシリコン窒化膜がＣＶＤにより形成される。スペーサ層５の厚さは、上述のとおりサブ画素に対応する色によって異なる。このような場所によって厚さが異なるスペーサ層５は、例えば成膜とフォトリソグラフィを利用したエッチングとにより形成される。スペーサ層５の形成方法について図６を参照して説明する。
【００４０】
まず、図６（ａ）に示すように、第１の反射層３の形成に続いてＣＶＤによって第１の反射層３上の全面に厚さ３７ｎｍ程度のシリコン窒化膜１０（第１の層）が形成される。続いてＣＶＤによって、このシリコン窒化膜１０上に第１の保護膜としての厚さ５ｎｍ程度のシリコン酸化膜１０１が形成される。次に、図６（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ工程によりレジスト１１がパターニングされる。
【００４１】
その後、図６（ｃ）に示すように、例えばケミカルドライエッチングによりシリコン酸化膜１０１及びシリコン窒化膜１０がエッチングされてパターンが形成され、その後レジストが除去される。このエッチングによりシリコン窒化膜１０が残された部分が緑フィルタ７になる部分である。このようにして、第１の反射層３のシリコン酸化膜上に、スペーサ層５の一部が選択的に形成される。
【００４２】
ここでは、まずシリコン酸化膜１０１をケミカルドライエッチングする。このときのケミカルドライエッチング条件は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比が十分高い、すなわちシリコン窒化膜のエッチング速度が、シリコン酸化膜に比較して十分に遅くなるように設定されることで、このドライエッチングにおいてシリコン酸化膜のみが選択的にエッチングされ、下地であるシリコン窒化膜は、ほとんどエッチングされない。
【００４３】
次に、シリコン窒化膜１０をケミカルドライエッチングするために、ケミカルドライエッチングの条件をシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の選択比が十分高い、すなわちシリコン酸化膜のエッチング速度がシリコン窒化膜に比較して十分に遅くなるように変更することで、このドライエッチングにおいてシリコン窒化膜のみが選択的にエッチングされ、下地であるシリコン酸化膜のエッチングダメージが抑えられる。シリコン窒化膜１０をケミカルドライエッチングする場合のエッチング選択比は、２０程度が得られており、この場合シリコン酸化膜のエッチングダメージは無視され得る。
【００４４】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＣＶＤによって厚さ４８ｎｍ程度のシリコン窒化膜１２（第２の層）が全面に形成される。続いてＣＶＤによってこのシリコン窒化膜１２上に第２の保護膜としての厚さ５ｎｍ程度のシリコン酸化膜１０２が形成される。次に、図６（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１３がパターニングされる。その後、図６（ｆ）に示すように、ケミカルドライエッチングによりシリコン酸化膜１０２及びシリコン窒化膜１２がエッチングされてパターニングされ、その後レジストが除去される。最後に、図３（ｇ）に示すように、ＣＶＤによって厚さ３０ｎｍ程度のシリコン窒化膜１４（第３の層）が全面に形成される。
【００４５】
このようにしてスペーサ層５が形成される。ここでシリコン窒化膜が３層重なった部分が緑フィルタ７となる部分であり、そのシリコン窒化膜の厚さは３７＋４８＋３０＝１１５ｎｍである。シリコン窒化膜が２層重なった部分が青フィルタ８となる部分であり、そのシリコン窒化膜の厚さは４８＋３０＝７８ｎｍである。シリコン窒化膜が１層の部分が赤フィルタ６となる部分であり、そのシリコン窒化膜の厚さは３０ｎｍである。
【００４６】
シリコン窒化膜１４の成膜に連続してシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる第２の反射層４が形成される。すなわち、ＣＶＤによって、シリコン窒化膜１４の上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが順に成膜され４層からなる第２の反射層４が形成される。以上のようにして、ガラス基板１上に第１の反射層３とスペーサ層５と第２の反射層４とからなるファブリペロー型干渉カラーフィルタである干渉フィルタ２が形成される。
【００４７】
このように、例えば第１の反射層３は、第１の反射層として機能する。例えば第２の反射層４は、第２の反射層として機能する。例えばスペーサ層５は、第１の反射層と第２の反射層との間に配置されたスペーサ層として機能する。例えばシリコン窒化膜１０は第１の層として機能し、シリコン窒化膜１２は第２の層として機能し、シリコン窒化膜１４は第３の層として機能する。例えば緑フィルタ７は、第１の層と第２の層と第３の層とが積層されている第１の領域として機能する。例えば青フィルタ８は、第２の層と第３の層とが積層されている第２の領域として機能する。例えば赤フィルタ６は、第３の層が設けられている第３の領域として機能する。例えばシリコン酸化膜１０１及びシリコン酸化膜１０２は、第１の層と第２の層との間及び第２の層と第３の層との間のうち、少なくとも何れか一方に設けられる保護膜として機能する。
【００４８】
本実施形態によれば、干渉フィルタ２の赤フィルタ６、緑フィルタ７及び青フィルタ８の３種類のフィルタは、２回のパターニング工程で形成されている。このため、干渉フィルタ２の製造コストは非常に低く抑えられる。さらにスペーサ層５にシリコン窒化膜を使用してこのエッチングレートを他のシリコン酸化膜に比較して速いものに選定しているため、エッチングがシリコン酸化膜で止まり易く製造が容易である。また、本実施形態のようにファブリペロー方式の反射層として誘電体多層膜を全面に共通に作製した場合は、従来の多層薄膜方式に比較して、膜厚制御、工程削減の点で有利である。
【００４９】
本実施形態では、スペーサ層５の形成において、シリコン窒化膜上に保護膜としてのシリコン酸化膜が形成されている。このシリコン酸化膜は、シリコン窒化膜の表面汚染を防止する。ＣＶＤによって薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程やケミカルドライエッチング工程に移る際には、シリコン窒化膜の表面が不純物で汚染されやすい。この汚染が起こりやすい一因は、シリコン窒化膜の組成が化学量論的に安定であるシリコン対窒素の原子数比が３：４よりもシリコンリッチに設定されているため、シリコン窒化膜の反応性が高いことであると考えられる。汚染物質には酸素や炭素の他ナトリウムやカリウムが含まれ得る。本実施形態では、シリコン窒化膜上に化学量論的に安定なシリコン酸化膜が保護膜として形成されている。シリコン酸化膜が化学的に安定であるため、このシリコン酸化膜の表面は汚染されにくい。したがって、本実施形態によれば、ＣＶＤによって薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程やケミカルドライエッチング工程に移る際に生じやすい表面の不純物による汚染が防止される。ＴＦＴアレイ９の下に不純物が混入すると、薄膜トランジスタ１８等の性能に悪影響を与える恐れがある。これに対して本実施形態では、シリコン酸化膜による製造工程中の汚染を防止することによって、薄膜トランジスタ１８等の高い性能が維持され得る。
【００５０】
なお、本実施形態では保護膜としてのシリコン酸化膜の厚さは５ｎｍ程度であるとしているが、１乃至２０ｎｍ程度でもよい。この程度の厚さのシリコン酸化膜がスペーサ層５内に挿入されたとしても干渉フィルタ２の光学特性は大きな影響を受けないことが確認されている。特に、緑フィルタ７においては、１０乃至１５ｎｍのシリコン酸化膜の存在は、緑フィルタ７の光学特性に影響がないことが確認されている。なお、このシリコン酸化膜が光学特性に与える影響は、緑フィルタ７に対するよりも青フィルタ８に対する方が大きいことが確認されている。本実施形態では、シリコン窒化膜１０の保護膜としてのシリコン酸化膜１０１と、シリコン窒化膜１２の保護膜としてのシリコン酸化膜１０２との両方が設けられているが、条件に応じて何れか一方が設けられるだけでもよい。
【００５１】
また、ファブリペロー型干渉カラーフィルタは、屈折率が異なる誘電体多層膜が積層されていることで実現される。本実施形態では、屈折率が大きい薄膜としてシリコン酸化膜が用いられ、屈折率が小さい薄膜としてシリコン窒化膜が用いられ、これらシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが積層されることで干渉フィルタ２が形成されている。屈折率が異なる材料が用いられれば干渉フィルタは形成されるので、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜に代えて、例えばチタン酸化膜やシリコン酸窒化膜が用いられても同様に干渉フィルタ２は形成され得る。
【００５２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態ではスペーサ層５において、第１の保護膜及び第２の保護膜としてシリコン酸化膜が用いられている。これに対して、本実施形態では、第１の保護膜及び第２の保護膜として、シリコン酸化膜に代えてシリコンと窒素との原子数比が３：４に近いシリコン窒化膜を含む。例えば、第１の保護膜及び第２の保護膜として、シリコン酸化膜に代えてシリコンと窒素との原子数比が３：４に近いシリコン窒化膜が設けられている。ここで、原子数比が３：４に近いとは、上述のとおりスペーサ層５の保護膜以外のシリコン窒化膜はシリコンリッチな組成であり、このシリコンリッチな組成と比較して、第１の保護膜及び第２の保護膜としてのシリコン窒化膜は、シリコンと窒素との原子数比が３：４に近いことを意味する。その他の構成、アレイ基板２０の製造方法等は第１の実施形態と同様である。
【００５３】
本実施形態によれば、シリコン対窒素の原子数比が３：４に近いシリコン窒化膜はシリコンリッチなシリコン窒化膜よりも化学的に安定であるため、工程中に生じやすいシリコン窒化膜の表面汚染が防止される。すなわち、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
また、第１の保護膜及び第２の保護膜として、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜でなく、シリコン酸窒化膜も用いられ得る。シリコン酸窒化膜もシリコンリッチなシリコン窒化膜と比較して化学量論的に安定である。したがって、シリコン酸窒化膜も保護膜として上記第１の実施形態や第２の実施形態の場合と同様に機能し、その結果、同様の効果が得られる。
【００５５】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態ではスペーサ層５内の第１の保護膜及び第２の保護膜としてシリコン酸化膜が用いられている。これに対して、本実施形態では、第１の保護膜としてシリコン酸化膜が用いられ、第２の保護膜として第２の実施形態と同様にシリコンと窒素との原子数比が３：４に近いシリコン窒化膜が用いられる。その他の構成、アレイ基板２０の製造方法等は第１の実施形態と同様である。
【００５６】
上述のとおり保護膜が存在することによる青フィルタ８の光学特性への影響と緑フィルタ７の光学特性への影響とを比較すると、青フィルタ８への影響の方が大きい。そこで本実施形態では、青フィルタ８に含まれることになる第２の保護膜には、光学特性に対して比較的影響が小さいシリコン窒化膜が用いられる。一方、緑フィルタ７にのみ含まれることになる第１の保護膜には、より保護膜としての効果が大きいシリコン酸化膜が用いられる。
【００５７】
本実施形態によれば、第１の実施形態及び第２の実施形態の場合と同様に保護膜による汚染防止の効果が得られると共に、光学特性に与える影響が減少させられる。なお、本実施形態では第１の保護膜にシリコン酸化膜が用いられ、第２の保護膜にシリコン窒化膜が用いられているが、設計や光学特性への影響に応じて、第１の保護膜及び第２の保護膜に用いられるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等の組み合わせが変更されてもよい。例えば、赤フィルタ６と緑フィルタ７と青フィルタ８の厚みの関係によっては、第１の保護膜にシリコン窒化膜が用いられ、第２の保護膜にシリコン酸化膜が用いられても良い。このとき、第１の保護膜として第２の実施形態と同様にシリコンと窒素との原子数比が３：４に近いシリコン窒化膜が用いられても良い。
【００５８】
これら実施形態及びその変形例によれば、信頼性と光利用効率とに優れる液晶表示装置を提供できる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１…ガラス基板、２…ファブリペロー型干渉型カラーフィルタ層（干渉フィルタ）、３…第１の反射層、４…第２の反射層、５…スペーサ層、６…赤フィルタ、７…緑フィルタ、８…青フィルタ、９…薄膜トランジスタアレイ（ＴＦＴアレイ）、１０…シリコン窒化膜、１１…レジスト、１２…シリコン窒化膜、１３…レジスト、１４…シリコン窒化膜、１５…ゲート線、１６…ゲート絶縁膜、１７…画素電極、１８…薄膜トランジスタ、１９…信号線、２０…アレイ基板、２１…対向基板、２２…液晶層、２５…ガラス基板、２６…赤フィルタ、２７…緑フィルタ、２８…青フィルタ、２９…共通電極、３０…第１の偏光板、３１…第２の偏光板、３２…吸収型フィルタ、４０…バックライトユニット、４１…導光板、４２…反射板、４３…発光ダイオード、４４…溝、５０…赤色光、５１…緑色光、１０１…シリコン酸化膜、１０２…シリコン酸化膜。
【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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