JP3843485B2 - カラーフィルター、カラー表示装置、カラー液晶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータ、プロジェクター、ビューファインダー等の機器に用いられるカラー液晶装置、ならびにこのカラー液晶装置を構成するカラーフィルター、カラー表示装置、およびこれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多結晶シリコン、非晶質シリコン等からなる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと記す）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）素子等の非線形素子を用いたアクティブマトリックス型液晶装置が広く知られている。この種の液晶装置、特に、カラー液晶装置の一般的な構造を図８を用いて説明する。
【０００３】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、２枚のガラス基板１、２の間に液晶３が封入されている。一方のガラス基板１上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のインクからなるカラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃが形成され、カラーフィルター５を構成している。そして、３色のカラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃの間には、色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス６が形成されている。また、カラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃ上には、液晶装置の共通電極となるＩＴＯ電極７が形成されている。そして、他方のガラス基板２上には、画素電極８と、画素電極８への信号電圧供給を制御する駆動素子が形成されている。
【０００４】
上記カラー液晶装置の構成要素のうち、カラーフィルターを製造する際には、まず、ガラス基板上に、例えばクロム等の金属からなる遮光膜を形成した後、周知のフォトリソグラフィー技術を用いてこれを格子状にパターニングすることにより、ブラックマトリックスを形成する。次に、カラーフィルター層を形成するが、カラーフィルター層の代表的な形成法としては、染色法、顔料分散法等がある。染色法は、染色基材となるレジストを塗布、パターニング後、染色液中に浸漬してレジストを染色する方法であり、顔料分散法は、予め着色した顔料レジストを塗布、パターニングする方法である。いずれの方法にしても、カラーフィルター層の形成には各色分、すなわち３回のフォトリソグラフィー工程が必要となり、ブラックマトリックスの形成も合わせると、４回のフォトリソグラフィー工程が必要である。したがって、この方法では、カラーフィルターの製造に多大な手間や時間が掛かると同時に、フォトリソグラフィー工程の設備コストが莫大なものとなる、という問題点を有している。
【０００５】
そこで、これらの問題点を解決し、カラーフィルターの製造工程をより簡略化することを目的として、インクジェット法を用いてフィルター層を形成する方法が、特開平１−２１７３０２号公報、特開平７−７２３２５号公報、特開平７−１４６４０６号公報等に開示されている。インクジェット法とは、カラー印刷に多く用いられるインクジェットプリンタをカラーフィルターの製造に応用したものであって、ノズル毎に異なる色のインクを噴出することで３色のカラーフィルター層の形成が同時に行なえる、という利点を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のインクジェット法によるカラーフィルターは、例えば各種の樹脂等からなるインク受容層を３色のインクで着色するものであり、そのため、各色毎の着色部を微細に加工することが不可能であり、色にじみが避けられなかった。さらに、カラーフィルター上でシリコン等の無機物を加工することができないため、駆動素子を作り込む基板とカラーフィルターを別の基板にしなければならなかった。
【０００７】
そのような構成の下で、従来のカラー液晶装置においては、各カラーフィルター層と画素電極をアライメントすると同時に、遮光用のブラックマトリックスと駆動素子を精度良くアライメントする必要がある。なぜならば、このアライメント精度が悪いと実質的な遮光部の寸法が大きくなって、開口率が低く、暗いカラー液晶装置となってしまうからである。しかしながら、従来のカラー液晶装置の構造では、カラーフィルター側と駆動素子側の２枚のガラス基板のアライメント精度に限界があるため、開口率の向上にも限界があり、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置の実現が望まれていた。また、インクジェット法を用いた際の製造上の大きな利点を維持しつつ、さらに、インクジェット法の使用を開口率の向上といったカラー液晶装置の性能面にも生かすことのできる製造方法の実現が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高い開口率と簡単な製造工程を有するカラー液晶装置、ならびにこのカラー液晶装置を構成するカラーフィルター、カラー表示装置、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、本発明の請求項１に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、該半導体膜と前記透明基板の間に酸化珪素膜が設けられ、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有するとともに、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有するとともに、前記透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜は、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で形成されることにより前記酸化珪素膜よりも撥水性を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６に記載のカラーフィルターは、請求項１ないし５のいずれかに記載のカラーフィルターにおいて、前記複数の線状遮光体と前記色素材を覆う透明保護膜が設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７記載のカラーフィルターは、請求項６に記載のカラーフィルターにおいて、前記透明保護膜が酸化珪素膜であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項８に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項９に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、該半導体膜と前記透明基板の間に酸化珪素膜が設けられ、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項１０に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項１１に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有し、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１２に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有し、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜は、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で形成されることにより前記酸化珪素膜よりも撥水性を有することを特徴とするものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本願発明の一例であるカラーフィルターを備えたカラー液晶装置１１を示す断面図であり、図中符号１２はカラーフィルター、１３はカラー表示装置、１４は液晶層、１５はＩＴＯ電極、１６は透明基板、である。
【００３３】
図１に示すように、後述する色素材２３ａ、２３ｂ上に、透明保護膜１７が形成されてカラーフィルター１２が構成され、カラーフィルター１２上に、液晶駆動素子であるＭＩＭ素子１８（駆動素子）が形成されている。本明細書では、これらカラーフィルター１２からＭＩＭ素子１８までの部分を、カラー表示装置１３と称する。そして、カラー表示装置１３と対向するように、表面に共通電極となるＩＴＯ電極１５を有する透明基板１６が配置され、これらカラー表示装置１３とＩＴＯ電極１５の間には液晶層１４が設けられている。なお、本実施の形態のカラーフィルター１２は、請求項２に記載のカラーフィルターの基本構成に、請求項７に記載の透明保護膜を付加したものに対応している。また、本実施の形態のカラー表示装置１３は、請求項９に記載のカラー表示装置の基本構成に対応するものである。
【００３４】
カラーフィルター１２は、溶融石英基板や無アルカリガラス等の透明基板１９上に形成され、透明基板１９上には複数の線状遮光体２１が設けられている。この線状遮光体は基板表面に格子状に組まれることもあり、可視光の遮光能力を備えて黒く見えることから、ブラックマトリックスとも呼ばれる。これら複数の線状遮光体２１間の開口部２２は光が透過する部分であり、この開口部２２には、赤（Ｒ）２３ａ、緑（Ｇ）２３ｂ、青（Ｂ）２３ｃ等の色素材が定着されており、この構成により、色にじみを防止するいわゆるブラックマトリックスを備えたカラーフィルターとなっている。
【００３５】
本実施の形態において、線状遮光体２１はシリコン膜等の半導体膜から構成されている。線状遮光体２１と透明基板１９の間には酸化珪素膜２０が設けられており、この酸化珪素膜２０によって透明基板１９に対する線状遮光体２１の密着性が向上する。なお、線状遮光体２１を構成する半導体膜の膜厚は、光を完全に遮光するという観点からは、１μｍ程度以上の膜厚が望ましい。また、半導体膜の材質としては、シリコンの他、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム、ガリウム−ヒ素等、種々の材料が用いられる。さらに、その状態も非晶質、結晶質の他に、これらが混合した混晶質であってもよい。本発明の線状遮光体に求められる物性としては、膜厚が１〜５μｍ程度に堆積し得ること、その時に遮光能力を備えていること、３００〜５００℃程度の熱環境に対して安定であること、アクリルやエタノール等の有機溶剤に対して安定であること、ガラスや酸化珪素膜との密着性が良いこと、等が挙げられる。
【００３６】
複数の線状遮光体２１と、これら複数の線状遮光体２１間の開口部２２に定着された色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ上には、この両者を覆う透明保護膜１７が設けられている。透明保護膜１７としては、酸化珪素膜や窒化珪素膜等のシリコン含有無機化合物が用いられる。なお、透明保護膜１７の表面は、線状遮光体２１や色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等からなる段差を埋め、充分に平坦化されている。また、ＭＩＭ素子１８は従来一般に用いられている構造であり、Ｔａ（タンタル）−Ｔａ2Ｏ5（タンタルオキサイド）−ＩＴＯで構成されている。
【００３７】
以下、上記構成のカラー表示装置１３の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態のカラー表示装置１３の製造方法を順を追って示すプロセスフロー図である。なお、本方法のうち、カラーフィルター１２の部分の製造方法は、請求項１４に記載のカラーフィルターの製造方法の基本構成に、請求項１８に記載の透明保護膜成膜工程、請求項２０に記載の半導体膜のテーパエッチング、請求項２１に記載のインクジェットプリンタのノズル間ピッチの構成、を付加したものに対応している。
【００３８】
［酸化珪素膜成膜工程］
まず、図２（ａ）に示すように、例えば無アルカリガラスからなる透明基板１９上に、ＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ）法を用いて膜厚３６００Å程度の酸化珪素膜２０を形成する。この際、ＰＥＣＶＤの条件としては、原料ガスをＳｉＨ4／Ｎ2Ｏとし、平行平板型ＰＥＣＶＤ装置を用い、ＲＦ周波数１３．５６MHz、ＲＦパワー９００W、電極間間隔２４mm、圧力１．５Torr、ＳｉＨ4ガス流量２５０sccm、Ｎ2Ｏガス流量７０００sccm、デポレート１２００Å／分、デポ時間３分、とする。なお、この酸化珪素膜２０の膜厚は２０００Å〜２μｍ程度の範囲とすることができる。
【００３９】
［半導体膜成膜工程］
次に、酸化珪素膜２０上に、ＰＥＣＶＤ法を用いて膜厚３μｍ程度の非晶質シリコン膜２４（amorphous-Silicon,以下、ａ−Ｓｉと記す、半導体膜）を成膜する。この際、ＰＥＣＶＤの条件としては、原料ガスをＳｉＨ4 ／Ａｒとし、平行平板型ＰＥＣＶＤ装置を用い、ＲＦ周波数１３．５６MHz 、ＲＦパワー６００W、電極間間隔１２mm、圧力１．０Torr、ＳｉＨ4ガス流量５００sccm 、Ａｒガス流量７０００sccm、デポレート１８００Å／分、とする。
【００４０】
［線状遮光体形成工程］
その後、周知のフォトリソグラフィー技術を用いて、線状遮光体形成用のフォトレジストパターン２５をａ−Ｓｉ膜２４上に形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法を用いてａ−Ｓｉ膜２４のテーパエッチングを行う。この際、ＣＤＥの条件としては、エッチングガスをＣＦ4 ／Ｏ2とし、マイクロ波プラズマエッチング装置を用い、周波数２．５４GHz、マイクロ波パワー７００W、圧力３０Pa、ＣＦ4ガス流量９９０sccm 、Ｏ2ガス流量９０sccm、エッチングレート２５００Å／分、エッチング時間１２分、とする。この条件でエッチングを行うと、テーパ角が６０°〜８０°程度のテーパエッチングが可能となる。この工程により、ａ−Ｓｉからなる複数の線状遮光体２１が完成する。その後、フォトレジストパターン２５を除去する。
【００４１】
［色素材定着工程］
次に、図２（ｃ）に示すように、複数の線状遮光体２１間の開口部２２内にＲ、Ｇ、Ｂの各インク２６ａ，２６ｂ，２６ｃをそれぞれ注入する。この際には、一般のインクジェットプリンタを用いることができるが、プリンタヘッド２７のＲ、Ｇ、Ｂの各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃの間隔が、隣接する開口部２２、２２の中心間の距離に一致するように調整しておく。
【００４２】
図３は複数の線状遮光体２１の平面図であり、平面的な寸法は、開口部２２の寸法が２５０μｍ×８０μｍ程度、線状遮光体２１の幅が５〜２０μｍ程度である。したがって、プリンタヘッド２７の各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃの間隔は、８５〜１００μｍ程度とすればよい。また、使用するインクジェットプリンタの解像度が３６０dpi の場合、インク１ドットの径は７０〜１００μｍ程度であるから、平面的な寸法だけから見ると、１つの開口部２２内にインク２６ａ，２６ｂ，２６ｃを３ドット注入することができる。一方、インク１ドットの占める体積は通常決まっているため、開口部２２の平面寸法を２５０μｍ×８０μｍと固定した場合、インクが多過ぎたり、少な過ぎたりしないように、線状遮光体２１の高さとインクの注入ドット数を適宜調整すればよい。
【００４３】
また、ここで用いるインクの種類としては下表のようなものが挙げられる。
【表１】
この表に示すように、顔料系インク、染料系インクのいずれを用いてもよいが、用いるインクの特性としては、色素材となった時にその機能を満足することは勿論、インクジェットプリンタに適応できるように、粘度が１０cps 以下、表面張力が３０dyne/cm 前後の特性を有するものを選択する必要がある。なお、表１中の「湿潤剤」、「浸透剤」とは、インクの表面張力を低下させて濡れ性を高めるために含有させるものである。
【００４４】
その後、基板全体をオーブン内で加熱して、開口部２２内に注入したインク２６ａ，２６ｂ，２６ｃを乾燥させる。その条件としては、空気中雰囲気、温度１１０℃、時間１０分、とする。なお、雰囲気は窒素雰囲気でもよく、温度は８０〜１４０℃程度、時間は１０分〜１時間程度でよい。この工程を経て、インク２６ａ，２６ｂ，２６ｃが乾燥すると、図２（ｄ）に示すように、表面が平坦化した色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃが形成される。
【００４５】
［透明保護膜成膜工程］
次に、全面にシリコンを含有した液体を塗布した後、温度１００〜２００℃でこれを焼結させると（Spin-On-Glass, 以下、ＳＯＧ法と記す ）、複数の線状遮光体２１と色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを覆う酸化珪素膜からなる透明保護膜１７が形成される。なお、ここで用いるシリコン含有液体（ＳＯＧ液）の種類としては、Silicate-type, hydrosilicate-type, perhydrosilazane-type等、種々のものを用いることができる。
【００４６】
［画素電極形成工程］
最後に、透明保護膜１７上に画素電極と必要に応じてＭＩＭやＴＦＴ等の駆動素子を形成する。本例では、ＭＩＭ素子１８を形成する。この具体的な方法は、まず、スパッタ法を用いて膜厚８０００ÅのＴａ膜を全面に成膜する。スパッタ条件は、基板温度を１５０〜１８０℃程度とする。そして、フォトリソグラフィー、エッチング法によりＴａ膜をパターニングするが、この際、フォトリソグラフィー工程における露光時のアライメントは線状遮光体２１に対して行う。次に、陽極酸化法によりＴａパターン２９の表面を酸化させて膜厚４００〜６５０Å程度のＴａ2Ｏ5膜３０を形成する。陽極酸化は、電圧２０〜４０Ｖ程度、温度４０℃以下、クエン酸水溶液を用いて行う。その後、スパッタ法を用いてＩＴＯ膜を形成し、これを画素電極３１とする。以上の工程により、本実施の形態のカラー表示装置１３が完成する。
【００４７】
その後、上記カラー表示装置１３と、ＩＴＯ共通電極１５を有する透明基板１６を微小な間隙を保持して張り合わせ、その間隙に液晶を注入すると、カラー液晶装置１１が完成する。
【００４８】
本実施の形態のカラーフィルター１２は、次のような利点を有している。
（１）複数の線状遮光体２１が、いわゆるインクを収容するための槽を形成し、このインク収容槽内にインクを注入、乾燥することによって色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成している。その結果、色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃが開口部２２内に完全に閉じ込められるため、色にじみが全くないカラーフィルターを実現することができる。
（２）インクの成分の多くは溶媒である水であるが、透明基板１９や酸化珪素膜２０は親水性、ａ−Ｓｉ膜２４は撥水性という性質を持っている。そこで、開口部２２内にインクを注入した場合、開口部２２の底面側が親水性、入口側が撥水性となるため、インクが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持されやすくなる。その結果、色にじみを抑えることができる。
【００４９】
（３）複数の線状遮光体２１および透明保護膜１７がともに無機物であるから、カラーフィルター１２上で無機物を加工することが可能になる。
（４）（３）に加えて、酸化珪素膜や半導体膜は１０００℃以上といった高温でも安定であり、優れた耐熱性を持っている。色素材はこのような酸化珪素膜や半導体膜によって外気と隔絶されているため、カラーフィルター完成後に３００〜５００℃程度の熱工程を加えても、色素材の変色を防ぐことができる。したがって、５００℃程度までの熱処理工程を要する駆動素子をカラーフィルター上に形成することが可能になる。
（５）透明保護膜１７で線状遮光体２１や色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等の段差を埋め込み、カラーフィルター１２の表面が充分に平坦化されているため、セルギャップを制御することができ、特にセルギャップが５μｍ程度の液晶装置に適応することができる。また、カラーフィルター上に駆動素子を形成することができる。
【００５０】
つまり、上記（１）、（２）によりインクジェット法を用いてカラーフィルターを作成することが可能になり、さらに、（３）、（４）、（５）によりカラーフィルター上に駆動素子を形成することが可能になる。上述したように、従来のカラー液晶装置では、カラーフィルターと駆動素子をそれぞれ別の基板上に形成しなければならず、それら２枚の基板間のアライメント精度に限界があるため、開口率をある値以上に高めることができない、という問題があった。これに対して、本実施の形態のカラー液晶装置１１では、１枚の透明基板１９上に複数の線状遮光体２１からＭＩＭ素子１８までを作り込むことができ、しかも、ＭＩＭ素子形成時には線状遮光体２１に対してアライメントを行うことができる。したがって、２枚の基板間の機械的なアライメントを行う従来の方法と比べると、本方法の場合、線状遮光体２１とＭＩＭ素子１８間のアライメント精度を半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー技術におけるアライメント精度にまで高めることができる。このように、線状遮光体とＭＩＭ素子間のアライメント精度が格段に向上するため、実質的な遮光部の寸法が小さくなり、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置を実現することができる。
【００５１】
また、本方法では、カラーフィルター１２の製造にインクジェット法を用い、しかも、プリンタヘッド２７の各ノズル間隔を隣接する開口部２２の中心間の距離に一致させたため、開口部２２内にインクを高速で注入することができ、カラーフィルター全体の製造に要する時間を見ても、４回のフォトリソグラフィー工程を要した従来の方法と比べて格段に短縮することができる。さらに、完成したカラーフィルター１２にインクが注入されていない部分、いわゆる欠陥があったような場合、インクジェット法であれば、その個所にのみ再度インクを注入することもでき、欠陥を補修することが可能である。また、色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃの形成に関しては、使用する装置がインクジェットプリンタとインク乾燥用のオーブンのみで済むため、設備コストを低く抑えることが可能となる。
【００５２】
このように、本方法によれば、カラーフィルターの製造にインクジェット法を応用した際の製造上の大きな利点を維持しつつ、性能的に優れたカラー液晶装置を実現することができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、線状遮光体形成工程のａ−Ｓｉ膜エッチング時に、テーパエッチングを行っているため、開口部２２は上方が開いた形状となり、インクが入りやすいという利点を有している。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施の形態のカラーフィルターは、透明基板上の全面に酸化珪素膜が形成され、その上に複数の線状遮光体が形成された構成であるが、これに代えて、次のような構成としてもよい。
【００５５】
すなわち、複数の線状遮光体２１を形成する際、図２（ａ）に示したように、フォトレジストパターン２５をａ−Ｓｉ膜２４上に形成した後、ａ−Ｓｉ膜２４のエッチングを行うが、その際、図４（ｂ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜２４だけでなく、その下地の酸化珪素膜２０もエッチングするようにしてもよい。その構成は、請求項３に記載のカラーフィルターの構成に相当する。また、図５（ｂ）に示すように、さらにその下地の透明基板１９もエッチングして透明基板１９の上部を掘り下げ、表面を凹凸形状としてもよい。その構成は、請求項５に記載のカラーフィルターの構成に相当する。
【００５６】
一般に、ａ−Ｓｉ膜は、内部のストレスが大きく、膜厚が厚くなると剥がれやすくなるという性質を持っている。また、ａ−Ｓｉ膜の成膜には比較的長い時間を要する。上記実施の形態ではａ−Ｓｉ膜２４の膜厚を例えば３μｍとしたが、これらの観点から考えると、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚はできれば１μｍ程度に抑えることが望ましい。ａ−Ｓｉ膜２４が１μｍあれば、遮光機能を充分に果たすことができる。その一方、線状遮光体２１はインクを収容するものであるから、ある程度以上の高さは確保しなければならない。これらの点を考慮すると、ａ−Ｓｉ膜２４の下地の酸化珪素膜２０、さらには透明基板１９をエッチングして掘り下げれば、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚をそれ程厚くすることなく、ある程度の高さを持った線状遮光体２１を形成することができる。例えば、図５（ｂ）の構造の場合、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚を１μｍに抑えても、酸化珪素膜２０の膜厚を２０００Å、透明基板１９のエッチング量を３〜５μｍとすれば、線状遮光体２１全体の高さは４〜７μｍ程度となる。つまり、ａ−Ｓｉ膜の剥がれを防止し、成膜時間を短くすると同時に、インクを収容する槽の深さをかせぐことができる。
【００５７】
さらに、上記構造の線状遮光体２１は、図４（ｂ）や図５（ｂ）に示す構造の開口部２２内にインクを注入した場合、開口部２２の底面側が親水性、入口側が撥水性となるため、インクが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持されやすくなる。その結果、色にじみを抑える効果を向上させることができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、図２（ａ）に示すように、線状遮光体形成時にフォトレジスト２５のみをマスクとしてａ−Ｓｉ膜２４をエッチングしたが、この方法に代えて、図６（ａ）に示すように、フォトレジスト２５と酸化珪素膜３２の双方をマスクとしてａ−Ｓｉ膜２４をエッチングしてもよい。上述したように、ａ−Ｓｉ膜２４のエッチング時には、エッチングガスとしてＣＦ4／Ｏ2を用いるが、実際には、Ｏ2 によってマスクであるフォトレジストも徐々にエッチングされてしまう。そこで、ａ−Ｓｉ膜２４上に膜厚１０００Å程度の酸化珪素膜３２を形成した後、膜厚２〜３μｍ程度のフォトレジスト２５を形成する。そして、フォトレジスト２５をマスクとして酸化珪素膜３２をエッチングし、続いて、ａ−Ｓｉ膜２４をエッチングする。この方法を採ると、仮にフォトレジスト２５がエッチングされたとしても、酸化珪素膜３２がマスクとして残るため、ａ−Ｓｉ膜２４が確実にエッチングされ、適正な形状の線状遮光体２１を形成することができる。なお、この方法は、請求項１９に記載のカラーフィルターの製造方法の構成に相当する。
【００５９】
ところで、カラーフィルターの配列には、図７の左側に示すように、（ａ）縦ストライプ型、（ｂ）横ストライプ型、（ｃ）モザイク型、（ｄ）トライアングル型（カラーローテーション有り）、（ｅ）トライアングル型（カラーローテーション無し）、の５つの方式があり、本発明のカラーフィルターもこれら５つの方式をそれぞれ実現することができる。具体的には、図７の右側に示すように、本発明における複数の線状遮光体を（ａ）縦方向に長く延びた形状の線状遮光体２１ａ、（ｂ）横方向に長く延びた形状の線状遮光体２１ｂ、（ｃ）格子状の線状遮光体２１ｃ、（ｄ）縦方向が横１列毎に交互に延びる線状遮光体２１ｄ、（ｅ）（ｄ）と同様の線状遮光体２１ｅ、とし、各開口部に対して、図７に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの色素材を定着させればよい。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、複数の線状遮光体２１の透明基板１９への密着性を高めるために、透明基板１９と複数の線状遮光体２１との間に酸化珪素膜２０を設けたが、この酸化珪素膜２０はなくてもよい。また、駆動素子として、ＭＩＭ素子１８に代えて、ＴＦＴ素子を用いてもよい。
【００６１】
さらに、カラーフィルターやカラー表示装置を構成する各膜の膜厚や複数の線状遮光体の平面的な寸法等の具体的な数値、あるいは各製造工程における具体的な製造条件等に関しては、上記実施の形態に限らず、適宜設計変更が可能なことは勿論である。そして、本発明のカラー液晶装置を、例えばパーソナルコンピュータ、プロジェクター、ビューファインダー等の機器に適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明では、カラーフィルター自体に色にじみが生じないことに加えて、１枚の透明基板上に複数の線状遮光体から駆動素子までを作り込むことができ、特に、駆動素子形成の際には線状遮光体に対してアライメントを行うことができる。したがって、２枚の基板間での機械的なアライメントを行う従来の場合と比べて、本発明の場合、線状遮光体と駆動素子間のアライメント精度を半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー技術におけるアライメント精度にまで高めることができる。このように、複数の線状遮光体と駆動素子間のアライメント精度が従来に比べて格段に向上するため、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置を実現することができる。それと同時に、本発明では、カラーフィルターの製造にインクジェット法を用いるため、カラーフィルターの製造に要する時間を短縮できる、欠陥補修性が良い、設備コストが低減できる、といったインクジェット法を用いた場合特有の利点を得ることができる。このように、本発明によれば、カラーフィルターの製造にインクジェット法を応用した際の製造上の大きな利点を維持しつつ、性能的にも優れたカラー液晶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるカラー液晶装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】同、カラー液晶装置のうち、カラー表示装置の部分の製造工程を順を追って示すプロセスフロー図である。
【図３】同、カラー表示装置の複数の線状遮光体を示す平面図である。
【図４】図２に示した製造工程のうち、線状遮光体形成工程の他の方法を示す工程図である。
【図５】図２に示した製造工程のうち、複数の線状遮光体形成工程のさらに他の方法を示す図である。
【図６】図２に示した製造工程のうち、ａ−Ｓｉ膜エッチング時の他の方法を示す図である。
【図７】本発明のカラーフィルター配列の５つの方式を示す図である。
【図８】従来のカラー液晶装置の構造を示す、（ａ）斜視図、（ｂ）縦断面図である。
【符号の説明】
１１ カラー液晶装置
１２ カラーフィルター
１３ カラー表示装置
１４ 液晶層
１５ ＩＴＯ電極
１６，１９ 透明基板
１７ 透明保護膜
１８ ＭＩＭ素子（駆動素子）
２０，３２ 酸化珪素膜
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 複数の線状遮光体
２２ 開口部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 色素材
２４ ａ−Ｓｉ膜（非晶質シリコン膜）
２５ フォトレジストパターン
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ インク
２７ プリンタヘッド
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ ノズル
２９ Ｔａパターン
３０ Ｔａ2Ｏ5膜
３１ 画素電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータ、プロジェクター、ビューファインダー等の機器に用いられるカラー液晶装置、ならびにこのカラー液晶装置を構成するカラーフィルター、カラー表示装置、およびこれらの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、多結晶シリコン、非晶質シリコン等からなる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと記す）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）素子等の非線形素子を用いたアクティブマトリックス型液晶装置が広く知られている。この種の液晶装置、特に、カラー液晶装置の一般的な構造を図８を用いて説明する。
【０００３】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、２枚のガラス基板１、２の間に液晶３が封入されている。一方のガラス基板１上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のインクからなるカラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃが形成され、カラーフィルター５を構成している。そして、３色のカラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃの間には、色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス６が形成されている。また、カラーフィルター層４ａ，４ｂ，４ｃ上には、液晶装置の共通電極となるＩＴＯ電極７が形成されている。そして、他方のガラス基板２上には、画素電極８と、画素電極８への信号電圧供給を制御する駆動素子が形成されている。
【０００４】
上記カラー液晶装置の構成要素のうち、カラーフィルターを製造する際には、まず、ガラス基板上に、例えばクロム等の金属からなる遮光膜を形成した後、周知のフォトリソグラフィー技術を用いてこれを格子状にパターニングすることにより、ブラックマトリックスを形成する。次に、カラーフィルター層を形成するが、カラーフィルター層の代表的な形成法としては、染色法、顔料分散法等がある。染色法は、染色基材となるレジストを塗布、パターニング後、染色液中に浸漬してレジストを染色する方法であり、顔料分散法は、予め着色した顔料レジストを塗布、パターニングする方法である。いずれの方法にしても、カラーフィルター層の形成には各色分、すなわち３回のフォトリソグラフィー工程が必要となり、ブラックマトリックスの形成も合わせると、４回のフォトリソグラフィー工程が必要である。したがって、この方法では、カラーフィルターの製造に多大な手間や時間が掛かると同時に、フォトリソグラフィー工程の設備コストが莫大なものとなる、という問題点を有している。
【０００５】
そこで、これらの問題点を解決し、カラーフィルターの製造工程をより簡略化することを目的として、インクジェット法を用いてフィルター層を形成する方法が、特開平１−２１７３０２号公報、特開平７−７２３２５号公報、特開平７−１４６４０６号公報等に開示されている。インクジェット法とは、カラー印刷に多く用いられるインクジェットプリンタをカラーフィルターの製造に応用したものであって、ノズル毎に異なる色のインクを噴出することで３色のカラーフィルター層の形成が同時に行なえる、という利点を持っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のインクジェット法によるカラーフィルターは、例えば各種の樹脂等からなるインク受容層を３色のインクで着色するものであり、そのため、各色毎の着色部を微細に加工することが不可能であり、色にじみが避けられなかった。さらに、カラーフィルター上でシリコン等の無機物を加工することができないため、駆動素子を作り込む基板とカラーフィルターを別の基板にしなければならなかった。
【０００７】
そのような構成の下で、従来のカラー液晶装置においては、各カラーフィルター層と画素電極をアライメントすると同時に、遮光用のブラックマトリックスと駆動素子を精度良くアライメントする必要がある。なぜならば、このアライメント精度が悪いと実質的な遮光部の寸法が大きくなって、開口率が低く、暗いカラー液晶装置となってしまうからである。しかしながら、従来のカラー液晶装置の構造では、カラーフィルター側と駆動素子側の２枚のガラス基板のアライメント精度に限界があるため、開口率の向上にも限界があり、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置の実現が望まれていた。また、インクジェット法を用いた際の製造上の大きな利点を維持しつつ、さらに、インクジェット法の使用を開口率の向上といったカラー液晶装置の性能面にも生かすことのできる製造方法の実現が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高い開口率と簡単な製造工程を有するカラー液晶装置、ならびにこのカラー液晶装置を構成するカラーフィルター、カラー表示装置、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、本発明の請求項１に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、該半導体膜と前記透明基板の間に酸化珪素膜が設けられ、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項４に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有するとともに、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載のカラーフィルターは、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有するとともに、前記透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜は、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で形成されることにより前記酸化珪素膜よりも撥水性を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項６に記載のカラーフィルターは、請求項１ないし５のいずれかに記載のカラーフィルターにおいて、前記複数の線状遮光体と前記色素材を覆う透明保護膜が設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項７記載のカラーフィルターは、請求項６に記載のカラーフィルターにおいて、前記透明保護膜が酸化珪素膜であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項８に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項９に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、該半導体膜と前記透明基板の間に酸化珪素膜が設けられ、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項１０に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項１１に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有し、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜がテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１２に記載のカラー表示装置は、透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、前記透明基板が凹凸形状の表面を有し、該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が半導体膜と酸化珪素膜で構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜は、フォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で形成されることにより前記酸化珪素膜よりも撥水性を有することを特徴とするものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本願発明の一例であるカラーフィルターを備えたカラー液晶装置１１を示す断面図であり、図中符号１２はカラーフィルター、１３はカラー表示装置、１４は液晶層、１５はＩＴＯ電極、１６は透明基板、である。
【００３３】
図１に示すように、後述する色素材２３ａ、２３ｂ上に、透明保護膜１７が形成されてカラーフィルター１２が構成され、カラーフィルター１２上に、液晶駆動素子であるＭＩＭ素子１８（駆動素子）が形成されている。本明細書では、これらカラーフィルター１２からＭＩＭ素子１８までの部分を、カラー表示装置１３と称する。そして、カラー表示装置１３と対向するように、表面に共通電極となるＩＴＯ電極１５を有する透明基板１６が配置され、これらカラー表示装置１３とＩＴＯ電極１５の間には液晶層１４が設けられている。なお、本実施の形態のカラーフィルター１２は、請求項２に記載のカラーフィルターの基本構成に、請求項７に記載の透明保護膜を付加したものに対応している。また、本実施の形態のカラー表示装置１３は、請求項９に記載のカラー表示装置の基本構成に対応するものである。
【００３４】
カラーフィルター１２は、溶融石英基板や無アルカリガラス等の透明基板１９上に形成され、透明基板１９上には複数の線状遮光体２１が設けられている。この線状遮光体は基板表面に格子状に組まれることもあり、可視光の遮光能力を備えて黒く見えることから、ブラックマトリックスとも呼ばれる。これら複数の線状遮光体２１間の開口部２２は光が透過する部分であり、この開口部２２には、赤（Ｒ）２３ａ、緑（Ｇ）２３ｂ、青（Ｂ）２３ｃ等の色素材が定着されており、この構成により、色にじみを防止するいわゆるブラックマトリックスを備えたカラーフィルターとなっている。
【００３５】
本実施の形態において、線状遮光体２１はシリコン膜等の半導体膜から構成されている。線状遮光体２１と透明基板１９の間には酸化珪素膜２０が設けられており、この酸化珪素膜２０によって透明基板１９に対する線状遮光体２１の密着性が向上する。なお、線状遮光体２１を構成する半導体膜の膜厚は、光を完全に遮光するという観点からは、１μｍ程度以上の膜厚が望ましい。また、半導体膜の材質としては、シリコンの他、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム、ガリウム−ヒ素等、種々の材料が用いられる。さらに、その状態も非晶質、結晶質の他に、これらが混合した混晶質であってもよい。本発明の線状遮光体に求められる物性としては、膜厚が１〜５μｍ程度に堆積し得ること、その時に遮光能力を備えていること、３００〜５００℃程度の熱環境に対して安定であること、アクリルやエタノール等の有機溶剤に対して安定であること、ガラスや酸化珪素膜との密着性が良いこと、等が挙げられる。
【００３６】
複数の線状遮光体２１と、これら複数の線状遮光体２１間の開口部２２に定着された色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ上には、この両者を覆う透明保護膜１７が設けられている。透明保護膜１７としては、酸化珪素膜や窒化珪素膜等のシリコン含有無機化合物が用いられる。なお、透明保護膜１７の表面は、線状遮光体２１や色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等からなる段差を埋め、充分に平坦化されている。また、ＭＩＭ素子１８は従来一般に用いられている構造であり、Ｔａ（タンタル）−Ｔａ2Ｏ5（タンタルオキサイド）−ＩＴＯで構成されている。
【００３７】
以下、上記構成のカラー表示装置１３の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態のカラー表示装置１３の製造方法を順を追って示すプロセスフロー図である。なお、本方法のうち、カラーフィルター１２の部分の製造方法は、請求項１４に記載のカラーフィルターの製造方法の基本構成に、請求項１８に記載の透明保護膜成膜工程、請求項２０に記載の半導体膜のテーパエッチング、請求項２１に記載のインクジェットプリンタのノズル間ピッチの構成、を付加したものに対応している。
【００３８】
［酸化珪素膜成膜工程］
まず、図２（ａ）に示すように、例えば無アルカリガラスからなる透明基板１９上に、ＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ）法を用いて膜厚３６００Å程度の酸化珪素膜２０を形成する。この際、ＰＥＣＶＤの条件としては、原料ガスをＳｉＨ4／Ｎ2Ｏとし、平行平板型ＰＥＣＶＤ装置を用い、ＲＦ周波数１３．５６MHz、ＲＦパワー９００W、電極間間隔２４mm、圧力１．５Torr、ＳｉＨ4ガス流量２５０sccm、Ｎ2Ｏガス流量７０００sccm、デポレート１２００Å／分、デポ時間３分、とする。なお、この酸化珪素膜２０の膜厚は２０００Å〜２μｍ程度の範囲とすることができる。
【００３９】
［半導体膜成膜工程］
次に、酸化珪素膜２０上に、ＰＥＣＶＤ法を用いて膜厚３μｍ程度の非晶質シリコン膜２４（amorphous-Silicon,以下、ａ−Ｓｉと記す、半導体膜）を成膜する。この際、ＰＥＣＶＤの条件としては、原料ガスをＳｉＨ4 ／Ａｒとし、平行平板型ＰＥＣＶＤ装置を用い、ＲＦ周波数１３．５６MHz 、ＲＦパワー６００W、電極間間隔１２mm、圧力１．０Torr、ＳｉＨ4ガス流量５００sccm 、Ａｒガス流量７０００sccm、デポレート１８００Å／分、とする。
【００４０】
［線状遮光体形成工程］
その後、周知のフォトリソグラフィー技術を用いて、線状遮光体形成用のフォトレジストパターン２５をａ−Ｓｉ膜２４上に形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法を用いてａ−Ｓｉ膜２４のテーパエッチングを行う。この際、ＣＤＥの条件としては、エッチングガスをＣＦ4 ／Ｏ2とし、マイクロ波プラズマエッチング装置を用い、周波数２．５４GHz、マイクロ波パワー７００W、圧力３０Pa、ＣＦ4ガス流量９９０sccm 、Ｏ2ガス流量９０sccm、エッチングレート２５００Å／分、エッチング時間１２分、とする。この条件でエッチングを行うと、テーパ角が６０°〜８０°程度のテーパエッチングが可能となる。この工程により、ａ−Ｓｉからなる複数の線状遮光体２１が完成する。その後、フォトレジストパターン２５を除去する。
【００４１】
［色素材定着工程］
次に、図２（ｃ）に示すように、複数の線状遮光体２１間の開口部２２内にＲ、Ｇ、Ｂの各インク２６ａ，２６ｂ，２６ｃをそれぞれ注入する。この際には、一般のインクジェットプリンタを用いることができるが、プリンタヘッド２７のＲ、Ｇ、Ｂの各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃの間隔が、隣接する開口部２２、２２の中心間の距離に一致するように調整しておく。
【００４２】
図３は複数の線状遮光体２１の平面図であり、平面的な寸法は、開口部２２の寸法が２５０μｍ×８０μｍ程度、線状遮光体２１の幅が５〜２０μｍ程度である。したがって、プリンタヘッド２７の各ノズル２８ａ，２８ｂ，２８ｃの間隔は、８５〜１００μｍ程度とすればよい。また、使用するインクジェットプリンタの解像度が３６０dpi の場合、インク１ドットの径は７０〜１００μｍ程度であるから、平面的な寸法だけから見ると、１つの開口部２２内にインク２６ａ，２６ｂ，２６ｃを３ドット注入することができる。一方、インク１ドットの占める体積は通常決まっているため、開口部２２の平面寸法を２５０μｍ×８０μｍと固定した場合、インクが多過ぎたり、少な過ぎたりしないように、線状遮光体２１の高さとインクの注入ドット数を適宜調整すればよい。
【００４３】
また、ここで用いるインクの種類としては下表のようなものが挙げられる。
【表１】
【００４４】
その後、基板全体をオーブン内で加熱して、開口部２２内に注入したインク２６ａ，２６ｂ，２６ｃを乾燥させる。その条件としては、空気中雰囲気、温度１１０℃、時間１０分、とする。なお、雰囲気は窒素雰囲気でもよく、温度は８０〜１４０℃程度、時間は１０分〜１時間程度でよい。この工程を経て、インク２６ａ，２６ｂ，２６ｃが乾燥すると、図２（ｄ）に示すように、表面が平坦化した色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃが形成される。
【００４５】
［透明保護膜成膜工程］
次に、全面にシリコンを含有した液体を塗布した後、温度１００〜２００℃でこれを焼結させると（Spin-On-Glass, 以下、ＳＯＧ法と記す ）、複数の線状遮光体２１と色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを覆う酸化珪素膜からなる透明保護膜１７が形成される。なお、ここで用いるシリコン含有液体（ＳＯＧ液）の種類としては、Silicate-type, hydrosilicate-type, perhydrosilazane-type等、種々のものを用いることができる。
【００４６】
［画素電極形成工程］
最後に、透明保護膜１７上に画素電極と必要に応じてＭＩＭやＴＦＴ等の駆動素子を形成する。本例では、ＭＩＭ素子１８を形成する。この具体的な方法は、まず、スパッタ法を用いて膜厚８０００ÅのＴａ膜を全面に成膜する。スパッタ条件は、基板温度を１５０〜１８０℃程度とする。そして、フォトリソグラフィー、エッチング法によりＴａ膜をパターニングするが、この際、フォトリソグラフィー工程における露光時のアライメントは線状遮光体２１に対して行う。次に、陽極酸化法によりＴａパターン２９の表面を酸化させて膜厚４００〜６５０Å程度のＴａ2Ｏ5膜３０を形成する。陽極酸化は、電圧２０〜４０Ｖ程度、温度４０℃以下、クエン酸水溶液を用いて行う。その後、スパッタ法を用いてＩＴＯ膜を形成し、これを画素電極３１とする。以上の工程により、本実施の形態のカラー表示装置１３が完成する。
【００４７】
その後、上記カラー表示装置１３と、ＩＴＯ共通電極１５を有する透明基板１６を微小な間隙を保持して張り合わせ、その間隙に液晶を注入すると、カラー液晶装置１１が完成する。
【００４８】
本実施の形態のカラーフィルター１２は、次のような利点を有している。
（１）複数の線状遮光体２１が、いわゆるインクを収容するための槽を形成し、このインク収容槽内にインクを注入、乾燥することによって色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成している。その結果、色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃが開口部２２内に完全に閉じ込められるため、色にじみが全くないカラーフィルターを実現することができる。
（２）インクの成分の多くは溶媒である水であるが、透明基板１９や酸化珪素膜２０は親水性、ａ−Ｓｉ膜２４は撥水性という性質を持っている。そこで、開口部２２内にインクを注入した場合、開口部２２の底面側が親水性、入口側が撥水性となるため、インクが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持されやすくなる。その結果、色にじみを抑えることができる。
【００４９】
（３）複数の線状遮光体２１および透明保護膜１７がともに無機物であるから、カラーフィルター１２上で無機物を加工することが可能になる。
（４）（３）に加えて、酸化珪素膜や半導体膜は１０００℃以上といった高温でも安定であり、優れた耐熱性を持っている。色素材はこのような酸化珪素膜や半導体膜によって外気と隔絶されているため、カラーフィルター完成後に３００〜５００℃程度の熱工程を加えても、色素材の変色を防ぐことができる。したがって、５００℃程度までの熱処理工程を要する駆動素子をカラーフィルター上に形成することが可能になる。
（５）透明保護膜１７で線状遮光体２１や色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ等の段差を埋め込み、カラーフィルター１２の表面が充分に平坦化されているため、セルギャップを制御することができ、特にセルギャップが５μｍ程度の液晶装置に適応することができる。また、カラーフィルター上に駆動素子を形成することができる。
【００５０】
つまり、上記（１）、（２）によりインクジェット法を用いてカラーフィルターを作成することが可能になり、さらに、（３）、（４）、（５）によりカラーフィルター上に駆動素子を形成することが可能になる。上述したように、従来のカラー液晶装置では、カラーフィルターと駆動素子をそれぞれ別の基板上に形成しなければならず、それら２枚の基板間のアライメント精度に限界があるため、開口率をある値以上に高めることができない、という問題があった。これに対して、本実施の形態のカラー液晶装置１１では、１枚の透明基板１９上に複数の線状遮光体２１からＭＩＭ素子１８までを作り込むことができ、しかも、ＭＩＭ素子形成時には線状遮光体２１に対してアライメントを行うことができる。したがって、２枚の基板間の機械的なアライメントを行う従来の方法と比べると、本方法の場合、線状遮光体２１とＭＩＭ素子１８間のアライメント精度を半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー技術におけるアライメント精度にまで高めることができる。このように、線状遮光体とＭＩＭ素子間のアライメント精度が格段に向上するため、実質的な遮光部の寸法が小さくなり、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置を実現することができる。
【００５１】
また、本方法では、カラーフィルター１２の製造にインクジェット法を用い、しかも、プリンタヘッド２７の各ノズル間隔を隣接する開口部２２の中心間の距離に一致させたため、開口部２２内にインクを高速で注入することができ、カラーフィルター全体の製造に要する時間を見ても、４回のフォトリソグラフィー工程を要した従来の方法と比べて格段に短縮することができる。さらに、完成したカラーフィルター１２にインクが注入されていない部分、いわゆる欠陥があったような場合、インクジェット法であれば、その個所にのみ再度インクを注入することもでき、欠陥を補修することが可能である。また、色素材２３ａ，２３ｂ，２３ｃの形成に関しては、使用する装置がインクジェットプリンタとインク乾燥用のオーブンのみで済むため、設備コストを低く抑えることが可能となる。
【００５２】
このように、本方法によれば、カラーフィルターの製造にインクジェット法を応用した際の製造上の大きな利点を維持しつつ、性能的に優れたカラー液晶装置を実現することができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、線状遮光体形成工程のａ−Ｓｉ膜エッチング時に、テーパエッチングを行っているため、開口部２２は上方が開いた形状となり、インクが入りやすいという利点を有している。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本実施の形態のカラーフィルターは、透明基板上の全面に酸化珪素膜が形成され、その上に複数の線状遮光体が形成された構成であるが、これに代えて、次のような構成としてもよい。
【００５５】
すなわち、複数の線状遮光体２１を形成する際、図２（ａ）に示したように、フォトレジストパターン２５をａ−Ｓｉ膜２４上に形成した後、ａ−Ｓｉ膜２４のエッチングを行うが、その際、図４（ｂ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜２４だけでなく、その下地の酸化珪素膜２０もエッチングするようにしてもよい。その構成は、請求項３に記載のカラーフィルターの構成に相当する。また、図５（ｂ）に示すように、さらにその下地の透明基板１９もエッチングして透明基板１９の上部を掘り下げ、表面を凹凸形状としてもよい。その構成は、請求項５に記載のカラーフィルターの構成に相当する。
【００５６】
一般に、ａ−Ｓｉ膜は、内部のストレスが大きく、膜厚が厚くなると剥がれやすくなるという性質を持っている。また、ａ−Ｓｉ膜の成膜には比較的長い時間を要する。上記実施の形態ではａ−Ｓｉ膜２４の膜厚を例えば３μｍとしたが、これらの観点から考えると、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚はできれば１μｍ程度に抑えることが望ましい。ａ−Ｓｉ膜２４が１μｍあれば、遮光機能を充分に果たすことができる。その一方、線状遮光体２１はインクを収容するものであるから、ある程度以上の高さは確保しなければならない。これらの点を考慮すると、ａ−Ｓｉ膜２４の下地の酸化珪素膜２０、さらには透明基板１９をエッチングして掘り下げれば、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚をそれ程厚くすることなく、ある程度の高さを持った線状遮光体２１を形成することができる。例えば、図５（ｂ）の構造の場合、ａ−Ｓｉ膜２４の膜厚を１μｍに抑えても、酸化珪素膜２０の膜厚を２０００Å、透明基板１９のエッチング量を３〜５μｍとすれば、線状遮光体２１全体の高さは４〜７μｍ程度となる。つまり、ａ−Ｓｉ膜の剥がれを防止し、成膜時間を短くすると同時に、インクを収容する槽の深さをかせぐことができる。
【００５７】
さらに、上記構造の線状遮光体２１は、図４（ｂ）や図５（ｂ）に示す構造の開口部２２内にインクを注入した場合、開口部２２の底面側が親水性、入口側が撥水性となるため、インクが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持されやすくなる。その結果、色にじみを抑える効果を向上させることができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、図２（ａ）に示すように、線状遮光体形成時にフォトレジスト２５のみをマスクとしてａ−Ｓｉ膜２４をエッチングしたが、この方法に代えて、図６（ａ）に示すように、フォトレジスト２５と酸化珪素膜３２の双方をマスクとしてａ−Ｓｉ膜２４をエッチングしてもよい。上述したように、ａ−Ｓｉ膜２４のエッチング時には、エッチングガスとしてＣＦ4／Ｏ2を用いるが、実際には、Ｏ2 によってマスクであるフォトレジストも徐々にエッチングされてしまう。そこで、ａ−Ｓｉ膜２４上に膜厚１０００Å程度の酸化珪素膜３２を形成した後、膜厚２〜３μｍ程度のフォトレジスト２５を形成する。そして、フォトレジスト２５をマスクとして酸化珪素膜３２をエッチングし、続いて、ａ−Ｓｉ膜２４をエッチングする。この方法を採ると、仮にフォトレジスト２５がエッチングされたとしても、酸化珪素膜３２がマスクとして残るため、ａ−Ｓｉ膜２４が確実にエッチングされ、適正な形状の線状遮光体２１を形成することができる。なお、この方法は、請求項１９に記載のカラーフィルターの製造方法の構成に相当する。
【００５９】
ところで、カラーフィルターの配列には、図７の左側に示すように、（ａ）縦ストライプ型、（ｂ）横ストライプ型、（ｃ）モザイク型、（ｄ）トライアングル型（カラーローテーション有り）、（ｅ）トライアングル型（カラーローテーション無し）、の５つの方式があり、本発明のカラーフィルターもこれら５つの方式をそれぞれ実現することができる。具体的には、図７の右側に示すように、本発明における複数の線状遮光体を（ａ）縦方向に長く延びた形状の線状遮光体２１ａ、（ｂ）横方向に長く延びた形状の線状遮光体２１ｂ、（ｃ）格子状の線状遮光体２１ｃ、（ｄ）縦方向が横１列毎に交互に延びる線状遮光体２１ｄ、（ｅ）（ｄ）と同様の線状遮光体２１ｅ、とし、各開口部に対して、図７に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの色素材を定着させればよい。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、複数の線状遮光体２１の透明基板１９への密着性を高めるために、透明基板１９と複数の線状遮光体２１との間に酸化珪素膜２０を設けたが、この酸化珪素膜２０はなくてもよい。また、駆動素子として、ＭＩＭ素子１８に代えて、ＴＦＴ素子を用いてもよい。
【００６１】
さらに、カラーフィルターやカラー表示装置を構成する各膜の膜厚や複数の線状遮光体の平面的な寸法等の具体的な数値、あるいは各製造工程における具体的な製造条件等に関しては、上記実施の形態に限らず、適宜設計変更が可能なことは勿論である。そして、本発明のカラー液晶装置を、例えばパーソナルコンピュータ、プロジェクター、ビューファインダー等の機器に適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明では、カラーフィルター自体に色にじみが生じないことに加えて、１枚の透明基板上に複数の線状遮光体から駆動素子までを作り込むことができ、特に、駆動素子形成の際には線状遮光体に対してアライメントを行うことができる。したがって、２枚の基板間での機械的なアライメントを行う従来の場合と比べて、本発明の場合、線状遮光体と駆動素子間のアライメント精度を半導体製造プロセスのフォトリソグラフィー技術におけるアライメント精度にまで高めることができる。このように、複数の線状遮光体と駆動素子間のアライメント精度が従来に比べて格段に向上するため、開口率がより高く、より明るいカラー液晶装置を実現することができる。それと同時に、本発明では、カラーフィルターの製造にインクジェット法を用いるため、カラーフィルターの製造に要する時間を短縮できる、欠陥補修性が良い、設備コストが低減できる、といったインクジェット法を用いた場合特有の利点を得ることができる。このように、本発明によれば、カラーフィルターの製造にインクジェット法を応用した際の製造上の大きな利点を維持しつつ、性能的にも優れたカラー液晶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるカラー液晶装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】同、カラー液晶装置のうち、カラー表示装置の部分の製造工程を順を追って示すプロセスフロー図である。
【図３】同、カラー表示装置の複数の線状遮光体を示す平面図である。
【図４】図２に示した製造工程のうち、線状遮光体形成工程の他の方法を示す工程図である。
【図５】図２に示した製造工程のうち、複数の線状遮光体形成工程のさらに他の方法を示す図である。
【図６】図２に示した製造工程のうち、ａ−Ｓｉ膜エッチング時の他の方法を示す図である。
【図７】本発明のカラーフィルター配列の５つの方式を示す図である。
【図８】従来のカラー液晶装置の構造を示す、（ａ）斜視図、（ｂ）縦断面図である。
【符号の説明】
１１ カラー液晶装置
１２ カラーフィルター
１３ カラー表示装置
１４ 液晶層
１５ ＩＴＯ電極
１６，１９ 透明基板
１７ 透明保護膜
１８ ＭＩＭ素子（駆動素子）
２０，３２ 酸化珪素膜
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ 複数の線状遮光体
２２ 開口部
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 色素材
２４ ａ−Ｓｉ膜（非晶質シリコン膜）
２５ フォトレジストパターン
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ インク
２７ プリンタヘッド
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ ノズル
２９ Ｔａパターン
３０ Ｔａ2Ｏ5膜
３１ 画素電極
Claims (6)
- 透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、
前記複数の線状遮光体が、撥水性を有する非晶質シリコンからなる半導体膜と、前記半導体膜の下層に形成された親水性を有する酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜が、前記透明基板の表面から離れるにつれて断面積が小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするカラーフィルター。 - 透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材を有し、
前記透明基板が凹凸形状の表面を有するとともに、
前記透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が、撥水性を有する非晶質シリコンからなる半導体膜と、前記半導体膜の下層に形成された親水性を有する酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜が、前記透明基板の表面から離れるにつれて断面積が小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするカラーフィルター。 - 請求項１または２に記載のカラーフィルターにおいて、 ０
前記複数の線状遮光体と前記色素材を覆う透明保護膜が設けられたことを特徴とするカラーフィルター。 - 請求項３に記載のカラーフィルターにおいて、
前記透明保護膜が酸化珪素膜であることを特徴とするカラーフィルター。 - 透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、
前記複数の線状遮光体が、撥水性を有する非晶質シリコンからなる半導体膜と、前記半導体膜の下層に形成された親水性を有する酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜が、前記透明基板の表面から離れるにつれて断面積が小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするカラー表示装置。 - 透明基板上に形成された複数の線状遮光体と、これら複数の線状遮光体間の開口部に形成された色素材と、これら複数の線状遮光体および色素材を覆う透明保護膜と、該透明保護膜上に形成された駆動素子を有し、
前記透明基板が凹凸形状の表面を有し、
該透明基板の凸部表面上に前記複数の線状遮光体が形成され、これら複数の線状遮光体が、撥水性を有する非晶質シリコンからなる半導体膜と、前記半導体膜の下層に形成された親水性を有する酸化珪素膜とで構成され、前記線状遮光体を構成する半導体膜が、前記透明基板の表面から離れるにつれて断面積が小さくなるテーパ状に形成されていることを特徴とするカラー表示装置。
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