(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタ構造を製造する方法であって、
第１の実質的に透明の基板上に厚いポリアミドのブラックマトリクスを形成し、
前記ブラックマトリクスの厚さと実質的に等しい厚さに前記ブラックマトリクスに渡って実質的に透明のポリアミド層を形成し、
前記基板を通して前記透明のポリアミド層を露光し、そして
前記ブラックマトリクスを覆う層部分を除去して実質的に平坦な表面を形成するよう前記透明のポリアミド層を現像し、
前記平坦な表面を覆って一組のカラーフィルタを形成することを備え、
前記透明のポリアミド層は、前記ブラックマトリクスの材料及び前記カラーフィルタ材料と同じポリアミド材料であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記カラーフィルタを覆って不活性化層を形成するようにした請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性化層を覆ってITO層を形成するようにした請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ITO層上に球体スペーサを追加しそして前記ITO層及び第２の基板間に液晶材料を追加することにより、ディスプレイ装置を形成するようにした請求項３に記載の方法。
【請求項５】
アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置を形成するようにした請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ブラックマトリクスの厚さよりも僅かに大きい厚さに、前記透明のポリアミド層を形成するようにした請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、改良されたカラーフィルタ構造、該カラーフィルタ構造を製造する方法、及び該カラーフィルタ構造を組み込んだディスプレイに関する。特に、本発明は、性能を高めそれから製造される装置の歩留まりもしくは産出高を増加するようカラーフィルタ構造を実質的に平坦にする、カラーフィルタ構造を製造する方法に向けられている。
背景技術
近年、薄膜トランジスタ、並びに斯かる薄膜トランジスタを取入れた、メモリアレイ、全てのタイプの集積回路、及び機械的スイッチやリレーの代替物などのデバイスに対する関心が高まっている。例えば、リードリレーは脆弱であり、MOSスイッチは漏出電流が大きすぎる。
薄膜トランジスタの特に代表的な用途は、従来の陰極線管（CRT）の代替物として液晶、電界放出、プラズマ、エレクトロクロミックまたはエレクトロルミネッセンスを採用した平面パネルディスプレイである。平面パネルディスプレイではCRTよりも確実に、重量が少なくなり、嵩張らず、かつ相当に電力消費が少なくなる。同様に、その動作態様の結果として、CRTでは殆ど定常的に一定の歪みが生ずる。CRTは、蛍光体が被覆された画面に対して電子ビームを発射することにより機能する。該ビームはビームの焦点が合わせられたスポットを該ビームの強度に比例した強度で発光せしめる。画面表示は、画面上の種々のスポットを種々の強度で発光せしめるべく定常的に移動するビームにより行われる。画面の縁部に対して電子ビームはその固定源から画面の中央までよりも長い距離を進むことから、ビームは画面の種々のスポットに対して異なる角度で衝当し、スポットのサイズおよび形状の変動（すなわち歪み）に帰着する。
然るに平面パネルディスプレイには本質的に斯かる歪みが無い、と言うのも、CRT電子ビームが画面上の蛍光体もしくは発光体に衝当する箇所により各ピクセルが形成されるのではなく、平面パネルディスプレイのピクセルの各々は基板上にフォトリソグラフィによりパターン化されるからである。平面パネルディスプレイの製造において、回路要素は、概して、ガラスなどの基板上にフォトリソグラフィにより沈積されてパターン化される。上記回路要素は種々の工程で沈積かつエッチングされ、制御ラインの行及び列の間にピクセル接点及び制御要素を備えた回路制御ラインの直交行列マトリクスを有するデバイスを構築する。ピクセル接点は該ピクセル接点上に媒体を有するが、該媒体は、媒体制御要素に亙りスレッショルド電圧が印加されたときに発光する（発光性）か又は周囲光の透過を変化させる（非発光性の）物質である。上記媒体は、液晶、硫化亜鉛などのエレクトロルミネッセンス性またはエレクトロクロミック性材料、例えばネオン及びアルゴンのガスプラズマ、二色性染料、または、電圧の印加に応じて発光しさもなくば光学特性が変化する適切な材料またはデバイスであり得る。上記媒体に印加された適切な電圧に応じ、光が生成されまたは他の光学的変化が生ずる。各接点上の光学的活性媒体は一般的に画素または“ピクセル”と称される。
平面パネルディスプレイに対する回路は一般的に、全ての列ライン上でデータが所定電圧まで略々シフトインされる如く設計される。次にひとつの行が励起され、その行の全てのトランジスタが作動される（ひとつの行が一度に書き込まれる）。その行は次に遮断されると共に、次の行に対するデータは全ての列ラインにシフトインされ、その後に第２行が励起されて書き込まれる。このプロセスは、全ての行がアドレス指定されるまで反復される。全ての行は一般的には、典型的には約１／60秒すなわち約16.7msの１フレーム期間で書き込まれる。そのとき、データを表す電圧が特定の列に選択的に供給され、行が書き込まれるときに選択ピクセルは発光しまたはその光学特性が変化する。ピクセルは、大きな電圧もしくは電流、または、電圧もしくは電流の長パルスを印加することにより、強度を変化することも可能である。ツイスティッド・ネマティック活性材料を有する液晶ディスプレイ（LCD）を活用すると、起動されていないときにディスプレイは実質的に透明であるが、起動されたときは光を吸収し、或いは、極性配向に依ってはこの逆となる。従って、ディスプレイに亙り行毎に順次にピクセルを起動することにより、ディスプレイ上には画像が生成される。CRTに関して上述した幾何学的歪みは平面パネルディスプレイにおける要因では無い、と言うのも、各ピクセル位置はフォトリソグラフ的に決定されて固定されているからである。
（例えば各ピクセルにて薄膜トランジスタを採用したディスプレイのような）アクティブ・マトリクス・ディスプレイの構造を製造する先行技術の方法に関して生ずる主な問題のひとつは、集積回路のディスプレイと同様にそれらの方法が概して製造歩留りの問題を被るということである。即ち、製造されたデバイスの歩留りは100％ではないのが一般的であり、歩留り（欠陥の無いデバイスの百分率）は最悪の場合で０％にもなり得る。高品質のディスプレイは、欠陥のあるトランジスタまたは他の構成要素を殆ど許容しない。また、大型ディスプレイは一般的に小型ディスプレイよりも望ましいものである。故に製造業者は、大型且つ／又は高解像度のディスプレイを製造したいが、もし数個のトランジスタに欠陥があり故に数個のピクセルが欠陥を有すれば製品全体を廃棄せねばならない、というジレンマに陥る。換言すると、使用可能な製品の歩留りが低下すると製造業者はユニット当たりで極めて大きな製造コストを蒙るのである。
任意の型のディスプレイを製作する上で遭遇するひとつの問題は、全部でないにしても殆どの高品質のディスプレイにとって標準ディスプレイ型となりつつあるカラーディスプレイを製造する際に生じる。カラーフィルタ構造は、ブラックマトリクスに渡るディスプレイのバックプレーン上に形成される。ブラックマトリクスが非常に薄くないならば、ブラックマトリクスに渡るフィルタ媒体の段差被覆（ステップカバレージ）が、カラーフィルタ構造の表面に不均一さを生じる。不均一なカラーフィルタ構造基板に対してバックプレーンが一緒に置かれるとき、それらの間で用いられる空間は、欠陥ディスプレイもしくは時間の経過に渡って故障するディスプレイを生じ得る。
発明の開示
カラーフィルタ構造、例えばアクティブマトリクスディスプレイを組み込んだデバイスにおける欠陥を減らすためのカラーフィルタ構造を製造する改良された方法が提供される。カラーフィルタ基板は、その上に形成された一層厚いポリアミドブラックマトリクス、及びブラックマトリクスを覆って形成された透明のポリアミド層を有する。透明の層は、ブラックマトリクスを通して露光され、ブラックマトリクスを覆う露光されない部分を除去するよう現像される。結果として得られる表面は、実質的に平面であり、残りの層の形成を容易にして実質的に平面のカラーフィルタ構造を形成する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のカラーフィルタ構造を組み込み得るアクティブ・マトリクス・ディスプレイの概略平面図である。
図２は、図１のディスプレイのトランジスタ及び蓄電コンデンサの一実施形態の交互配置断面図である。
図３は、図２のトランジスタ実施形態の第２の断面図である。
図４は、完成ディスプレイの部分的概略図である。
図５及び図６は、従来技術のカラーフィルタ構造である。
図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、本発明の平坦なカラーフィルタ構造の実施形態である。
発明を実施するための最良の形態
本発明のカラーフィルタ構造は、任意の型のカラーディスプレイで用いることができるが、ここでは、薄膜トランジスタ（TFT）で形成されたアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（AMLCD）に用いるものとして説明する。図１を参照すると、従来技術のAMLCDの概略図が、1995年７月31日に出願された「改良されたTFT、製造方法及びTFTを組み込んだマトリクスディスプレイ」という名称の係属中の出願、米国特許シリアル第08/497,371号に開示されており、参照によりここに援用する。従来のTFTは総括的に参照数字10により示されている。
AMLCD10は、任意選択的な一群の外側短絡バー部材12、14、16及び18を含んで示されており、これは、1995年７月31日に出願された「アクティブ・マトリクスのESD保護および試験体系」という名称の係属中の出願、米国特許シリアル第08/497,372号中に充分に記載されており、参照によりここに援用する。外側短絡バー部材12、14、16及び18は、刻線20に沿ってそれらを分離または破断することにより処理中に除去され、これは援用した出願に一層充分に記載されている。
AMLCD10はまた、一群の内側短絡バー部材22、24、26及び28を含んで示される。援用した出願に更に十分に記述される如く、これらの内側短絡バー部材22、24、26及び28もまた処理中に活用される。但し、内側短絡バー部材22、24、26及び28はレーザなどによりライン30に沿ってAMLCD10から電子的に分離されるが、AMLCD10の物理的部分として残存する。
AMLCD10は、上述の如く刻線20に沿って破断されるガラスパネルから通常的に形成された基板32上に沈積もしくは析出される。基板32はまた、光非透過用途に対する絶縁被覆を備えた金属パネルなどの、他のタイプの絶縁材料からも形成され得る。AMLCD10には複数の行ライン34および複数の列ライン36が形成されて大寸マトリクスを形成しているが、その僅かな部分だけが示されている。行ライン34は該ライン34の各々に接続された複数のドライバ接点パッド38のひとつを含むと共に、列ライン36もまた該ライン36の各々に接続された複数のドライバ接点パッド40のひとつを含んでいる。
上記AMLCD10は行ライン34及び列ライン36の間に形成された複数の同一ピクセルを含むことから、単一個のピクセル42のみを詳細に記述する。行ライン34及び列ライン36が交差するマトリクス交差箇所44の各々においては、両ラインをピクセル接点48に接続するTFT46が形成される。少なくとも接点48上にはアクティブ液晶媒体が形成されるが、該媒体はピクセル42に印加されたバックプレーン電圧及びデータ電圧に応じて特性が変化する。AMLCD10の全体マトリクスにおいて上記ピクセル42上の媒体は、略々正方形またはドットの様に見える。トランジスタ46及び接点48の実際のサイズが一定割合で拡大されているようには記述されておらず、例示のためだけにのみ概略的に示されている。
尚、使用され得る行ライン34及び列ライン36の本数、および、AMLCD10の外側寸法に関する理論的制約は無いことを銘記されたい。処理設備は外側寸法に対して実際的な制限を課すが、この制限は設備が改良されるにつれて継続的に変化して行く。
AMLCDを製造する上で遭遇する問題は、もしAMLCD10が欠陥のあるTFTまたは他の回路要素を含んで数個のピクセルが作動しない場合には通常はディスプレイが廃棄されねばならないことである。欠陥のあるピクセル42を隠蔽もしくはマスキングするひとつの技術は、ピクセル42を隣接の行R1に連結すべくピクセル42と共に付加的（任意選択的）トランジスタ49を採用することである。而して、行R1が書き込まれたときにデータは先行ピクセル42’だけでなくトランジスタ49を介してピクセル42にも印加される。次に行R2が書き込まれるとき、ピクセル42に対するデータはトランジスタ46を介して先行ピクセルからのデータ上に書き込まれる。しかし乍ら、もしトランジスタ46に欠陥があった場合にはピクセル42は作動しない様に見えるのではなく、その代わりに先行行R1からのデータを保持する。これは、ピクセル42が正しく作動しないという事実を隠蔽もしくはマスキングする。
図４でさらに説明するように、ピクセル42はまた行R1に連結された蓄電コンデンサ50を含むが、該蓄電コンデンサは各フレームの間でピクセル42に書き込まれた電圧を維持かつ安定化する。
TFT46およびAMLCD10は、アクティブ・ピクセルの歩留りを高めるべく形成される。TFT46を、図２及び図３を参照して説明する。TFT46には、行ライン34として最初に沈積もしくは析出されるゲート52が形成される。完成されたTFT46は図２および図３に示しているが、種々のプロセス工程については、先に援用した係属中の米国出願に最も良く示されている。種々の層の厚みは重要では無いが、TFT46およびAMLCD10の好適な実施形態を形成すべく好適な厚みおよび材料が記述される。
ゲート52は好適には２つの金属層から形成される。好適にはアルミニウム／銅の合金である第１のアルミニウム層は、ライン要素54を形成すべく沈積（析出）かつパターン化される。冗長行ライン34を形成するために、タンタルの第２ゲート層は、アルミニウム要素54上に沈積（析出）されると共に、要素54を覆うライン要素56を形成すべくパターン化される。要素56はまた、個々のTFT46に対する実際のゲートを形成するフィンガ58も有している。ライン要素54は好適には、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。アルミニウムはその高導電性の故に長寸ラインに活用されるが、小型ディスプレイでは重要でなく、所望であれば小型ディスプレイでは省略され得る。アルミニウムは約1,200オングストロームまで沈積されて導電性を提供するが、依然として、要素54上の段状被覆問題を防止するに充分な薄さである。タンタル要素56または他の陽極耐火金属は好適には冗長性のために約2,000オングストロームまで別個に沈積される。TFT46に対するゲートを形成するフィンガ58はアルミニウム層を必要とせず、典型的にはタンタルのみから形成される。
次に、露出されたタンタル要素56を陽極処理することにより第１ゲート絶縁層60が形成されるが、該要素56は、硬質陽極処理されて酸化タンタルTa2O2から上記絶縁層60を形成するものである。硬質陽極処理は、脱イオン水中で約0.1乃至4.0％のクエン酸溶液を利用することで実施され得る。極めて精密で均一な酸化物層60を、ボルト当たり約15オングストローム、即ち約900オングストロームまでの厚みで形成すべく、約60ボルトの電圧が利用され得る。上記パッド38および40はフォトレジストにより覆われて該パッドの陽極化を防止することが可能であるし、または、陽極化された後で食刻（エッチング）することが可能である。
代替的に、第１ゲート絶縁層60は沈積誘電層により形成され得る。次に、好適には窒化ケイ素Si3N4である第２のまたは冗長ゲート絶縁体62が約3,000オングストロームの厚みに沈積される。ふたつの付加層が順次に沈積されるが、これは、非晶質シリコンの層64及び次のN+添加（ドーピング）された非晶質シリコンの層66である。N+層66および非晶質シリコン層64は選択的に食刻（エッチング）され、窒化物層62上でゲート部分58に亙り独立領域70を残す。非晶質シリコン層64は約1,500オングストロームの厚みまで沈積されると共に、N+層66は約300オングストロームの厚みまで沈積される。パターン化の後、残存するN+層は抵抗性接点部分68を形成する。次の金属層が沈積される前に再陽極化が実施され、特にゲート金属上にドレンまたはソース金属が被さる一切の箇所における潜在的短絡を防止する。斯かる再陽極化は、ソースラインおよびゲートラインの間に通常的に印加される最大電圧の少なくとも２倍の電圧で実施される。再陽極化はタンタルまたは下側のアルミニウム層に新たな酸化物を形成し、後で沈積された金属が、ゲート金属を露出したピンホールを介してゲートラインに短絡するのを防止する。
次に、大型ディスプレイに対する複数の金属層から好適に形成されたソース−ドレン（S-D）層72が沈積される。小型ディスプレイに対して層72はアルミニウムまたはモリブデンなどの単一金属層とされ得る。好適な大寸デバイス多重層72は、モリブデンの第１防壁層を500オングストロームのオーダーの厚みまで沈積することで形成される。次に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の第２導電性強化層が約5,000オングストロームの厚みに沈積される。次に、モリブデンまたはモリブデン合金の第３防壁層が約300オングストロームの厚みに沈積される。代替的に、最初のふたつの層のみが沈積される必要がある。
S-D層72は次にパターン化され、ソース部分74、ドレン部分76及び頂部コンデンサ接点部分78を形成する。次に、接点部分68間のN+添加（ドーピング）層を除去することにより、ソース及びドレン部分74、76の間にトランジスタ・チャネル領域80が形成されるが；接点部分68はS-D金属部分74及び76の下方に残存する。この時点においてトランジスタ46は電気的に機能する。
蓄電コンデンサ50もまた電気的に機能すると共に、接点部分78並びに下側の、窒化物層62、酸化物層60及びゲート52の部分により形成される。所望であれば、現時点でトランジスタ46及びコンデンサ50は両者ともに電気的に試験され得る。
次に、好適にはSi3N4から形成された第１不活性化層82が約7,000オングストロームの厚みに沈積される。この誘電層もまた、沈積されたSiO2、ガラス上スピン（SOG）または他の有機誘電材料から形成され得る。上記層82はパターン化され、ドレン接点開口84及びコンデンサ接点開口86を形成する。冗長列ラインが形成されるべき場合は、通路88が（図３）が形成されて下側の列ライン36への接点を提供する。
次にピクセルITO層90が沈積されると共にパターン化され、開口84にドレン接点を形成し、開口86にコンデンサ接点を形成し、且つ、（該当する場合に）通路88及びピクセル48を通じて接触させることにより冗長列ラインを形成する。ピクセル48は一定の縮尺で示されておらず、且つ、その断面は相互に交互配置されたトランジスタ46及びコンデンサ構造50の両者を含めるべくオフセットされている。この断面は、列ITO及びピクセルITO48（図１参照）の間の電気的分離を完全に示してはいない。付加的トランジスタ49（図１）は示されていないが、トランジスタ構造46と同様にして形成される。
次に、最終不活性化層92を形成することにより上記TFT構造は完成される。不活性化層92は、層82と同一の手法により約2,000乃至3,000オングストロームの厚みに形成される。層92はカラーフィルタ基板上に形成しても良く、または、両者上に形成され得る。
ソースライン74は、ドレン76と互いにかみ合う。ドレン76は、少なくとも１つのフィンガを有するのが好ましく、ソースライン74は、一対のフィンガを含むのが好ましい。スロットもしくは開口が、フィンガに隣接するソースラインを通してエッチングされる。互いのかみ合い（interdigitization）は、幾つかの長所を提供する。第１に、チャンネル幅は最大にされ得、ドレン対ゲート容量は最小にされる。ソースフィンガの１つにおける短絡は、短絡されたフィンガを切断することにより電子検査中に除去され得るので、さらなる長所が与えられる。短絡は、短絡されたフィンガの両側上のスロットを切断することにより効果的に除去され得る。
ドレン対ゲート容量は、説明した互いにかみ合わせられた実施形態によって最小にされるけれども、一層高い駆動電流が、追加のフィンガを形成することにより得ることができ、例えば、ドレンが一対のフィンガを含み得、ソースが３つのつがいのフィンガを含む。
図４は、完成されたAMLCD10の一部と、蓄電コンデンサ50を利用する理由を示している。コンデンサ50は、ここでは行３であるピクセル行がアドレス指定されていないフレーム期間の間にピクセル42における液晶材料に亙る電圧を安定化する。フレーム期間の間において一度にアドレス指定されるのは１つの与えられたピクセル行のみであり、このフレームは一般的に1/60秒即ち16.7ミリ秒である。480行のAMLCD10に対しては、１つの与えられた行はフレーム期間の僅かに1/480即ち約34.7ミリ秒のみでアドレス指定される。ピクセル行がアドレス指定されないフレーム時間の間、TFT46はオフとされる。しかし乍ら、ピクセル電圧は液晶材料上で一定に残存せねばならない。液晶材料は静電容量CLC及び有限抵抗RLCを有している。トランジスタ46はドライバとソースとの間及び／または液晶材料抵抗RLCを通して漏電する可能性がある。液晶材料に亙る電圧降下（データ劣化）を最小化すべく、静電容量CSを有する蓄電コンデンサ50はCLCと並列に形成される。行３からのトランジスタ46により駆動されるピクセル42は、コンデンサ50により先行行２と連結される。これは、行２が行３の直前に駆動されることを前提としている。１つの与えられた行に対するトランジスタ46が作動するとき、該トランジスタ46はCLC及びCSを充電する、と言うのも、合計静電容量はCLC＋CSだからである。トランジスタ46及び液晶材料の両者の漏れ電流は、高い作動温度で高くなる（悪化する）。上記液晶材料はTFT基板32と、カラーフィルタまたはモノクロバックプレーン94の間に収納される。図５及び図６に示すように、バックプレーン94は基板32からスペーサにより離間される。
図４に図式的に示すように、バックプレーン94は、カラーフィルタ構造を含み、カラーフィルタ構造に渡りITO層96を含む。従来技術のカラーフィルタ構造100が図５に示されている。バックプレーン94は、ガラス基板102を含む。ブラックマトリクス104は基板102上に形成される。AMLCD10は、矢印106で示されるように、通常、ガラス基板102を通して観察される。
使用される１つのブラックマトリクス材料は、クロムのような金属である。ラップトップのAMLCDのようなローエンドディスプレイに対し、金属ブラックマトリクスは満足なものである。というのも、それを、800から1000オングストロームのオーダで薄い層104で沈積しパターン化することができるからである。グリーン（緑）フィルタ108、ブルー（青）フィルタ110及びレッド（赤）フィルタ112のカラーフィルタがブラックマトリクス104に渡って形成される。ブラックマトリクス104は薄いので、カラーフィルタ構造100はまさしく平らである。不活性化層114は、カラーフィルタ108、110及び112の頂部に形成される。カラーフィルタ108、110及び112上に不活性化層114を流出させることができ、このことは、カラーフィルタの段差を平らにするのを助け、また、カラーフィルタ108、110及び112間に形成されるギャップ116をふさぐのを助ける。不活性化層114は、流出させることができ、沈積させることができ、もしくは通常の態様でオフセットプリントすることができる、本質的に透明の材料から形成される。不活性化層114は、例えば、酸化物、窒化物、スパンガラス（spun on glass）、またはアクリル樹脂から形成され得る。
不活性化層114は、次に、その上部に約1000オングストロームの厚さに沈積されるITO層118を有する。ITO層118は、AMLCDマトリクス全体に渡って沈積され、次に、パターン化され、基板32及びバックプレーン94が、シール、基板32及びバックプレーン94間に含まれるLCD基板（図示せず）と一緒にシールされ得る。基板32及びバックプレーン94は、基板32及びバックプレーン94間で圧縮される複数個のプラスチック球体スペーサ120によって離される。球体120は、所望に応じてクリアもしくはブラックでコーディングされて良い。
カラーフィルタ構造が有する幾つかの問題及び潜在的な問題がある。ブラックマトリクス104のために用いられるクロムのような金属は、高い反射率を有する。高い解像度のAMLCDに対して、反射率は、単に１パーセント以下の程度であり得る。カラーフィルタ108、110及び112の各々は、別々に形成される。例えば、Ｇカラーフィルタ108が最初に形成され得る。染めたポリアミドのようなカラーフィルタ材料が、流出され得、次に焼かれ得、フォトレジストもしくは光硬化性樹脂を沈積し得、露光し得、そしてフォトレジストを現像もしくはエッチングし得る。これらのステップが完了した後、Ｇカラーフィルタ108が次にAMLCDの３分の１に渡って形成される。Ｂカラーフィルタ110及びＲカラーフィルタ112が、次に、Ｇカラーフィルタ108と同様の態様で別々に形成され得る。カラーフィルタの２つがブラックマトリクス104に渡って重複するならば、次に、２つのカラー合計である高いスポットが見られる。ブラックマトリクス104のエッジが被覆されないままに残されたならば、カラーフィルタによって光が減衰されないので、次に、ディスプレイが削られる。
反射率を減少するために、他のブラックマトリクス材料が用いられ得るが、該材料は、図６にもう１つのカラーフィルタ構造160によって示されるように、より大きい厚さに沈積されるかもしくは形成されなければならない。ブラックマトリクス材料は、アクリル樹脂のような、色素もしくは染料を基にしたポリアミド材料であり得る。用いられ得る幾つかの異なったブラックマトリクス材料に関する明所視の反射率データが表Ｉに示される。（３０度の入射角において、偏光子無しで、基板94を通して取られた）
0004364309.tif 000002
一見して、ブラック金属は、アクリル被覆の低い反射率に接近し得るように見える。しかしながら、金属は鏡のような反射を提供する。このことは、偏光状態が変化しないということを意味する。しかしながら、アクリル材料は拡散反射を有する。このことは、光が偏光されないということを意味する。偏光されない光の場合、反射された光がAMLCDから出るので、前部偏光子を通して再度50％のロスがある。偏光子ロスを考慮することは、表ＩＩにおける反射率データをもたらす。
0004364309.tif 000003
ブラックアクリルブラックマトリクス材料は、１ガロンにつき1500ドル以上の程度で非常に高価である。この材料が基板102上に流出されるならば、約90パーセントが無駄になる。従って、無駄にされた材料のすべてを事実上除去する基板102上のブラックアクリルブラックマトリクス材料をオフセットプリントすることが好ましい。金属ブラックマトリクスの長所は、それが非常に薄いということである。該長所は、高い反射率であり、それは基板102上にスパッタリングもしくは蒸着され、次にフォトリソグラフィ的に処理されなければならない。
ブラックアクリルブラックマトリクス材料が沈積されるが、それは一層小さい吸収定数を有するので、1.2ミクロン程度のより厚い層で沈積されなければならない。ブラックアクリルは露光されて現像され、ブラックマトリクス132を形成する。ブラックマトリクスは次に焼かれ、カラーフィルタ層と共に現像されない。Ｇ、Ｂ及びＲカラーフィルタ108、110及び112が次に、カラーフィルタ構造130を形成するのと同様の態様で別々に形成される。
ブラックマトリクス132は非常に厚いので、結果のカラーフィルタ108、110及び112は、厚いブラックマトリクス132によって生じる段差被覆のために非常に不均一である。不活性化層114及びITO層118が再度形成される。前述したように、カラーフィルタ108、110及び112、並びに層114及び118は平滑で実質的に平らであるのが理想的である。しかしながら、ブラックマトリクス132の増大した厚さでもって、この理想は明らかに結果となっていない。
基板32が今や基板102に適用されてシールされるとき、スペーサ球体120は一様に離間されない。図示のごとく、図６で左側の球体120はピークもしくは高い点134点にあるが、右側の球体120は谷もしくは低い点136点にある。これは、高い点134の球体120が低い点136の球体120以上に押しつぶされるので、幾つかの問題を引き起こす。事実、低い点136の球体120は押しつぶされないすなわち全く固定され得ず、上下方向及び横方向の双方に動くことができ、これにより、AMLCD10の劣化及び故障を引き起こすかもしれない。
ブラックマトリクス104、132は、低い側でマトリクス面積の２５％程度であり得、高い側でマトリクス面積の約５０％程度であり得る。従って、カラーフィルタ構造を平坦にして不均一不一様な層によって内在的に引き起こされる問題を避けることが望ましい。
さて、図７Ａを参照すると、本発明のカラーフィルタ構造の実施形態140が示されている。アクリルブラックマトリクス132が、再度1.2ミクロン程度の厚さに再度形成される。しかしながら、形成される次の層は、ブラックマトリクス132の材料及びカラーフィルタ材料と同じもしくは同様の型のクリアなポリアミド材料層142である。層142は、従来のように上部からではなく、矢印144で示されるように基板102を通して露光される。層142を基板102を通して露光することにより、ブラックマトリクス132は、自己整列マスクとして作用する。ブラックマトリクス132の各部上に横たわる層142の露光されない部分は、図７Ｂに示すように、現像除去される。
結果のクリア層142が図７Ｂに示されている。層142は、ブラックマトリクス132を本質的に平坦にして平坦な表面146を形成する。これは、図７Ｃに示すように、カラーフィルタ108、110及び112並びに層114及び118が、ブラックマトリクス132及びクリア層142によって今形成された平坦な表面146上に、本質的に平坦な表面層として塗布されるのを許容する。クリア層142は、ブラックマトリクス132の厚さと略同じもしくは僅かに大きい厚さであるように選択されるのが好ましい。スペーサ球体120は、次に、実質的に等しく圧縮され、完全なAMLCD150を形成する。本発明のカラーフィルタ構造140は、勿論、任意の型のカラーマトリクスに使用され得、説明のためにここに記載したAMLCD150に制限されるものではない。
上述の教示に鑑みて本発明の多くの変更及び変形が可能である。従って、添付の請求範囲内で、特定的に説明したものとは別の態様で本発明を実施し得ることが理解されよう。
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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