JP2014238588A - 干渉型フィルタ層付基板及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない工程数で形成することが可能で光利用効率が高い干渉型フィルタ層付基板、およびそれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】干渉型フィルタ層付基板は、平板状の基板１と、基板上に設けられた光半透過性の第１の反射層２と、前記第１の反射層上に設けられた光透過性の第１のスペーサ層４と第１の反射層上の一部に設けられた光透過性の第２のスペーサ層５及び第３のスペーサ層６とから形成され、第１のスペーサ層を共通に有し第２のスペーサ層と第３のスペーサ層とによって光学膜厚がそれぞれ異なる第１の領域、第２の領域及び第３の領域とを有する透過層と、前記透過層上に設けられた光半透過性の第２の反射層３と、を備え、第１乃至第３の領域で異なる波長の光を透過させるフィルタ層と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は干渉型フィルタ層付基板及びそれを用いた表示装置に関する。

液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイを始めとする表示装置は、地上デジタル放送開始やインターネット、携帯電話の普及によりますます需要が高まっている。これらのディスプレイの一部は小型ディスプレイとしてモバイル機器へ搭載されているが、一方大画面テレビの需要も伸びている。

従来のディスプレイは、ガラス基板上にマトリクス配線を設け、特に液晶ディスプレイの場合はマトリクス配線の交点に薄膜トランジスタを設ける。このアレイ基板に微小な間隙を隔てて対向基板が配置される。アレイ基板と対向基板の間隙には液晶が注入され、液晶表示装置が構成される。

液晶表示装置のカラー表示は、一般に対向基板にカラーフィルタが配置され、赤、緑、青の光がそれぞれの光を透過させるカラーフィルタから出射することで、色を制御する。カラーフィルタは顔料や染料を用いた吸収型のものが用いられる。そのため、液晶表示装置の背面に設置されたバックライトから液晶表示装置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、赤の光は青フィルタで吸収されるため損失となる。緑、赤フィルタも同様であり、そのため、結局カラーフィルタにおける光の利用効率は３分の１になってしまう。

この問題を解決するために、特許文献１に示すように、干渉フィルタを用いた方式が提案されている。これは各画素の色に対応して設けられた干渉フィルタが、赤、緑または青の光を選択的に透過させ、干渉フィルタを通過できなかった光はバックライト側に戻すことで、光を再利用する方法である。

特表平８−５０８１１４号公報

しかしながら、上記のような表示装置では、赤、緑、青の色を透過するカラーフィルタ層を各画素ごとに形成する必要があるため、製造プロセスが極めて複雑になる問題がある。薄膜を多層重ねて干渉フィルタを形成する場合、各薄膜を精度良く多数重ねる工程、重ねた多層膜を画素毎に分離する工程を、赤、緑、青の各フィルタを形成するために３回繰返す必要がある。特許文献１では、リフトオフ工程を用いることで工程数の削減を試みているが、リフトオフ工程はレジスト除去と共に剥離する膜が基板に再付着し、歩留まりが低下する場合がある。そのため、液晶ディスプレイ製造工程に、新たにリフトオフ工程を入れることは困難な場合がある。

そこで本発明では、少ない工程数で形成することが可能で光利用効率が高い干渉型フィルタ層付基板、およびそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明の干渉型フィルタ層付基板は、平板状の基板と、基板上に設けられた光半透過性の第１の反射層と、前記第１の反射層上に設けられた光透過性の第１のスペーサ層と第１の反射層上の一部に設けられた光透過性の第２のスペーサ層及び第３のスペーサ層とから形成され、第１のスペーサ層を共通に有し第２のスペーサ層と第３のスペーサ層とによって光学膜厚がそれぞれ異なる第１の領域、第２の領域及び第３の領域とを有する透過層と、前記透過層上に設けられた光半透過性の第２の反射層と、を備え、第１乃至第３の領域で異なる波長の光を透過させるフィルタ層と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の表示装置は、平板状の第１の基板と、基板上に設けられた光半透過性の第１の反射層と、前記第１の反射層上に設けられた光透過性の第１のスペーサ層と第１の反射層上の一部に設けられた光透過性の第２のスペーサ層及び第３のスペーサ層とから形成され、第１のスペーサ層を共通に有し第２のスペーサ層と第３のスペーサ層とによって光学膜厚がそれぞれ異なる第１の領域、第２の領域及び第３の領域とを有する透過層と、前記透過層上に設けられ光を反射する第２の反射層と、を備え、第１乃至第３の領域で異なる波長の光を透過させるフィルタ層と、を備えることを特徴とするフィルタ層付基板と、前記第１の基板のフィルタ層が設けられた主面と対向する平板状の第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された光変調層と、を備えたことをと特徴とする。

本発明によれば、少ない工程数で形成することが可能で光利用効率が高い干渉型フィルタ層付基板、およびそれを用いた表示装置を提供することができる。

本発明に係る干渉型フィルタ層付基板の構造を示す断面図。 本発明に係る干渉型フィルタ層付基板の光学特性を示す図。 本発明に係る表示装置の構成を示す断面図。 カラーフィルタの光学特性を示す図 本発明に係る干渉型フィルタ層の特性と効率の関係を示す図。 干渉型フィルタ層付基板の光学特性の比較例を示す図。 図１の干渉型フィルタ層付基板の製造工程を示す図。 図１の干渉型フィルタ層付基板の製造工程を示す図。 図１の干渉型フィルタ層付基板の製造工程を示す図。 本発明に係る干渉型フィルタ層付基板の合わせマークの構造を示す図。 本発明に係る干渉型フィルタ層付基板の合わせマークの構造を示す断面図。 本発明に係る干渉型フィルタ層の構造の製造工程を示す図。 本発明に係る干渉型フィルタ層の構造の製造工程を示す図。 本発明に係る干渉型フィルタ層の構造の製造工程を示す図。 本発明に係る他の干渉型フィルタ層付き基板の構成を示す図。 本発明に係る他の表示装置の構成を示す図。 本発明に係る他の干渉型フィルタ層付き基板の構成を示す図。

以下に、本発明の実施の一形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施例に係るフィルタ層付基板２２の一主面に垂直な方向の断面図である。図３は、このフィルタ層付き基板２２を、液晶パネル２９の一部に用いた液晶表示装置の断面図である。このフィルタ層付基板２２は、図３に示すように液晶層１３を介して対向基板１７と対向させて、液晶表示装置の表示パネル２９として使用するアレイ基板である。対向基板１７には吸収型のカラーフィルタ２６が設けられている。先に図１を使ってフィルタ層付基板２２について説明する。

図１のフィルタ層付き基板２２は、ここでは、フィルタ層２５として干渉型のファブリペロー型フィルタを採用している。

具体的には、フィルタ層２５は、第１の反射層２と第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６と第２の反射層３とから形成される。フィルタ層２５は、光学膜厚が異なる３種類の領域を有している。フィルタ層２５は、２枚の平行な面（第１の反射層２と第２の反射層３）の間の光の多重反射による干渉を用いて、反射率や透過率に波長依存性を持たせた干渉型のフィルタである。すなわち、フィルタ層２５は、３種類の領域それぞれで異なる波長の光を透過する。

フィルタ層付基板２２の具体的な構成は図１に示すように、基板１と、基板１の一主面上に設けられたフィルタ層２５と、フィルタ層２５上に形成されたオーバーコート層８と、オーバーコート層８上に設けられたゲート絶縁膜２８と、ゲート絶縁膜２８上に設けられた画素電極９と、オーバーコート層８上の一部に設けられた薄膜トランジスタ１１と、から構成される。

透明なガラス基板１上にシリコン酸化膜によりアンダーコート層７が形成されている。アンダーコート層７上にフィルタ層２５が形成されている。すなわち、アンダーコート層７上に可視光領域に対して半透過、反射する第1の反射層２が形成されている。更に第1のスペーサ層４として、シリコン酸化膜が第１の反射層２上に形成されている。第２のスペーサ層５として、シリコン窒化膜が選択的に形成されている。

第３のスペーサ層６が第２のスペーサ層５、第１のスペーサ層４の上に成膜されている。第３のスペーサ層６には第２のスペーサ層５と同じシリコン窒化膜を用いる。第３のスペーサ層６は、第２のスペーサ層５と同様の工程で、一部が第２のスペーサ層５を覆うように選択的に形成されている。第１のスペーサ層４上に設けられた第３のスペーサ層６は、第２のスペーサ層５と光学膜厚が異なる。

第２の反射層３は第３のスペーサ層６と、第２のスペーサ層５と、第１のスペーサ層４上の全面に形成されており、第２の反射層３上にオーバーコート層８が成膜されている。このようにして、フィルタ付基板２２は構成される。第１のスペーサ層４、第２のスペーサ層５、第３のスペーサ層６を合わせて透過層と称する。

更にオーバーコート層８の上にはゲート線１０が設けられ、ゲート線１０とオーバーコート層８の上にゲート絶縁膜２８が設けられる。ゲート絶縁膜２８上には透明導電膜で画素電極９が設けられている。ゲート線１０が設けられた位置上のゲート絶縁膜２８上には半導体層１０１と、その両端に位置する信号線１２が設けられている。信号線１２の一部は半導体層１０１を覆っている。ゲート線１０と半導体層１０１と信号線１２とは薄膜トランジスタ１１を構成する。すなわち、隣り合う画素電極９それぞれの下には、光学膜厚が異なるフィルタ層２５が設けられている。

第１のスペーサ層４上の一部には、フィルタ層２５と画素電極９、薄膜トランジスタ１１等は、正確に位置合わせするために位置合わせマーク１８が設けられている。

基板１側のフィルタ層２５が設けれた主面と反対の主面には、ガラス基板１と対向するようにバックライト（不図示）が設けられている。

フィルタ層２５は、主に屈折率と膜厚の積で与えられる光学膜厚と、第１の反射層２、または第２の反射層３で反射する光の位相ずれで定められ、特定の波長域の光を透過し、それ以外の波長域を反射する特性を有する。

フィルタ層２５は、光学膜厚が異なる複数の領域を有する構成（光学薄膜群構成）である。第１のスペーサ層４が複数の領域すべてに共通に設けられており、第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６とが部分的に設けられていることによって、フィルタ層２５は、それぞれ光学膜厚が異なる少なくとも３種類の領域（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）を有する。すなわち、フィルタ層２５は、第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６のうち、第１のスペーサ層４のみを有する領域（Ｉ）、第１のスペーサ層4と第３のスペーサ層６を有する領域（ＩＩ）、第１のスペーサ層4と第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６を有する領域（ＩＩＩ）、の３種類の領域を有する。３種類の領域は、光学膜厚が異なる。基板１のフィルタ層２５が設けられていない側の主面から光が照射されると、３種類の領域はそれぞれ異なる波長の光を透過させ、透過させる波長以外の波長は主に反射する。

領域Ｉを通る光２７ａ、領域ＩＩを通る光２７ｂ、領域ＩＩＩを通る光２７ｃは、それぞれの光路でフィルタ層２５の光学膜厚が異なるため、前記光路を通過する光の透過波長域及び反射波長域は異なる。３種類の光路２７ａ、２７ｂ、２７ｃそれぞれの透過光が赤、緑、青になるようにフィルタ層２５は設計されている。そのため、フィルタ層２５は、カラー画像表示に適した赤、緑、青の光を透過する。

図２は、上述のフィルタ層２５において、３種類の透過光２７ａ、２７ｂ、２７ｃが青、緑、赤に相当するように形成した場合の波長と透過率Ｔの関係を示す図である。第１の反射層２、第２の反射層３として厚さ２５ｎｍの銀（Ａｇ）を用い、第１のスペーサ層４として厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜、第２のスペーサ層５として厚さ２５ｎｍのシリコン窒化膜、第３のスペーサ層６として厚さ１５ｎｍのシリコン窒化膜を用いた。

光学膜厚が最も厚い、第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６とが設けられた領域（透過光２７cが通る領域）は赤色の光を透過させた。光学膜厚が２番目に厚い、第１のスペーサ層４と第３のスペーサ層６が設けられた領域（透過光２７bが通る領域）は緑色の光を透過させた。光学膜厚が最も薄い、第１のスペーサ層４のみが設けられた領域（透過光２７aが通る領域）は青色の光を透過させた。

本実施の形態においては、３種類の光学膜厚を有するフィルタ層２５を２回のパターニング工程で形成しているため、非常に低コストである。第１のスペーサ層４を全てのフィルタで共通にしている点、さらに第１のスペーサ層４のエッチングレートを他のスペーサ層に比較して遅いものに選定しているため、製造が容易である。また、ファブリペロー型フィルタで反射層に金属を用いた場合は、従来の光学膜厚が波長の4分の１となるように設計され、屈折率の異なる多数の膜を積層した、多層膜型フィルタに比較して、膜厚制御がしやすく、工程数を削減できる。

なお、フィルタ層２５で透過しなかった光はほぼ全て反射され、バックライト側に戻され、再利用される。この機構を図３を用いて説明する。

図３に示す液晶表示装置は、液晶パネル２９と、プリズムシート３０と、バックライトユニット２０を有する。

液晶パネル２９はフィルタ層２５を有するアレイ基板２２（第１の基板）と、アレイ基板２２と対向する対向基板１７（第２の基板）と、アレイ基板２２と対向基板１７の間に保持される液晶層１３とから構成される。アレイ基板２２は図１のフィルタ層付基板と同じ構成である。対向基板１７にはカラーフィルタ２６と、カラーフィルタ２６上に配置された対向電極１５とが設けられている。カラーフィルタ２６は３種類の周期的に並ぶ着色層１６と着色層１６それぞれの境界に設けられたブラックマトリクス１４で構成されている。

３種類の着色層１６は、対向するフィルタ層２５が透過させる波長と同程度の波長の光を透過させるが、その他の波長の光を吸収する。すなわち、フィルタ層２５の透過光２７cが透過する領域ＩＩＩと対向する着色層１６は赤色の光を透過させる。フィルタ層２５の透過光２７bが透過する領域ＩＩと対向する着色層１６は、緑色の光を透過させる。フィルタ層２５の透過光２７aが透過する領域Ｉと対向する着色層１６は、青色の光を透過させる。

アレイ基板２２と対向基板１７それぞれの外面には偏光板（不図示）が設けられている。

プリズムシート３０や、バックライトユニット２０とガラス基板１の間には光制御フィルム（不図示）が設けられている。

バックライトユニット２０は、冷陰極管、ＬＥＤなどの光源（不図示）と光源を覆う高反射率内面からなり、光源からの光を液晶パネル２９に出射する。途中光制御フィルム、偏光板等の光学フィルムを通過した後、アレイ基板２２に入射し、フィルタ層２５にて、それぞれの位置における光学膜厚に応じて選択された波長領域の光が液晶層１３を透過する。

ここでフィルタ層２５で選択されなかった光の大半は反射され、バックライトユニット２０側に戻される。バックライトユニット２０に到達したこのリサイクル光２４は、高反射率内面において、ほとんど光損失なく再度液晶パネル２９側に反射される。バックライトユニット２０に戻った光の内、９０％以上はリサイクルされて再び液晶パネル２９に入射する。

液晶層１３を透過した光は、着色層１６を透過する。着色層１６の赤、緑、青の透過特性を図４に示す。縦軸Ｔは透過率を表す。各色のスペクトルは、低透過率の領域で重なっており、本来は色再現性にとって好ましくない。

しかしながら、図３における液晶表示装置は着色層１６の光の入射面側にフィルタ層２５を有している。各着色層１６を透過する光は、予めフィルタ層２５で選択されている。着色層の低透過率の領域の光は、フィルタ層２５でかなりカットされるため、着色層１６の色再現性は従来に比較して改善する。従って、図４に示した着色層１６よりも色純度の低い着色層を用いても、フィルタ層２５との組み合わせで十分な色純度を得ることが出来、表示装置全体としての光利用効率は向上する。

着色層１６を透過した光は、対向基板１７の外面に設けられた偏光板と、光学制御フィルムを経て観察者に到達する。

ここで、入射光がアレイ基板２２に斜め方向から入射する場合は、フィルタ層２５における光路長さが膜厚より長くなるため、膜を透過・反射する光の相互の位相差は、アレイ基板２２に垂直な入射光の場合と異なる。すなわち、入射光がアレイ基板に対して斜め方向の場合、フィルタ層２５を透過する光は、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。これは液晶パネル２９を斜め方向から観察したとき、液晶パネル２９を基板１に対して垂直な方向から観察した時に比べて色が大きく変化することに相当する。これを解決するためには、上述したように対向基板１７側にカラーフィルタ２６を設けることが有効である。アレイ基板から出射した斜め光が青側にシフトしていても、カラーフィルタ２６で所望の波長領域のみ透過させれば、最終的な色の変化は十分に抑えられる。

さらに、バックライトユニット２０から出射される光の指向性を高め、アレイ基板２２のフィルタ層２５への斜め入射光成分を抑えることで、上記問題は解決される。この場合、液晶パネル２９の視野角が狭くなる問題が生じるが、例えば液晶表示装置前面に拡散板を貼るなど、対向基板の着色層１６通過後に十分な視野角になるよう光散乱材を設ければ良い。

フィルタ層２５は、各色に対応した波長域を再現することの他に、対応した波長域の光を効率よく透過すること、また透過波長域以外の光を効率よく反射することが求められる。上述したように、従来の、フィルタ層２５を透明膜のみで構成する場合は、フィルタ層２５での光損失はほとんど生じない。しかし透明膜のみで反射層を形成する場合は、一般に屈折率の異なる薄膜を多数積層して反射率を高めるため、工程数が多い。

一方、第１の反射層２、第２の反射層３を薄い金属で形成する場合は、容易に高い反射率が得られる。特に可視光領域での光学特性に優れる、すなわち反射率が高く光の損失が少ない銀で第１の反射層２、第２の反射層３を形成するのが好ましい。ただし金属層は光を吸収するため、若干の光損失が生じる。つまり、フィルタ層２５の透過性能、反射性能を両立することが出来ず、その結果十分な光リサイクルが達成できないおそれがある。

そこで、バックライトユニット２０を用いた光のリサイクルメカニズムを詳細に検討した結果、上記の問題を解決できる指針を得た。図５は、光利用効率が０．２、０．４、０．６、０．８それぞれのときの透過波長域の透過率Ｔと透過波長域以外の透過率Ｔ０の関係を示す。例えば光利用効率０．８を目指す場合、フィルタ層２５の透過波長域の透過率の許容範囲は０．５乃至１であり、一方透過波長域以外の透過率の許容範囲は０乃至０．１である。フィルタ層２５の透過波長域の透過率を高くすると、透過波長域の光については損失が低減する分、効率が高くなるが、透過波長域以外の光の透過率も高まる結果、フィルタ層２５を透過した後、カラーフィルタ２６で吸収される光成分が増えてしまう。逆にフィルタ層２５の透過波長域の透過率を低くすると、透過波長域の光の透過率は低下するが、透過波長域以外の光についてはフィルタ層２５でバックライト側に反射される割合が増え、リサイクルの効率が高まる結果、全体としての光利用効率が高まる。すなわち、高い光利用効率を目指すためには、フィルタ層２５の透過率向上より、透過波長域以外の透過率を下げること、すなわち反射率向上を目指す方が良い。

これはフィルタ層２５で透過する光は全体の約３分の１に過ぎず、残りはリサイクルされるため、リサイクルの効率が顕著になるためと考えられる。図５で、最終的に光利用効率を高める、例えば６０％程度の光利用効率を狙うためには、フィルタ層２５の透過波長域以外での反射率を８０％、すなわち透過波長域以外での透過率を２０％以下にすれば良い。

図２で示した特性を有するフィルタ層２５の最終的な光利用効率を求めた結果、透過波長域以外での光透過率を２０％未満であり、フィルタ層２５を用いない場合に比較して、１．９倍の光利用効率向上が得られた。

比較として、図６に、透過波長域以外での光透過率を２０％より大きくした特性の一例を示す。図の縦軸Ｔは透過率を表す。フィルタ層２５に用いるＡｇの反射層厚を、１５ｎｍと薄くしたため、透過波長域での透過率は、図２に比較して高くなっているが、透過波長域以外の透過率も高くなり、リサイクル効率が低下してしまう。これをフィルタ層２５に用いた液晶表示装置の最終的な光利用効率を求めた結果、フィルタ層２５を用いない場合に比較して、１．３倍の光利用効率向上にとどまった。

これより、透過波長域以外での光透過率を下げること、望ましくは２０％以下に下げることで、光吸収を有するフィルタ層２５を用いた場合でも、十分な光リサイクルを実現できることが分かった。

なお、本実施の形態ではアンダーコート層７を設けることとしたが、アンダーコート層7は設けない構造とすることも許容する。

また本実施の形態においてはプリズムシート３０を１層設けたが２層以上の複数設けることも許容する。

以下、具体的な実施形態を示す。

（第１の実施例）
図７は第１の実施形態に関する干渉型フィルタ層付基板の製造方法を示している。

図７（ａ）に示すように、ガラス基板１上にアンダーコート層７としてシリコン酸化膜をＣＶＤで１００ｎｍ成膜した。続いて第１の反射層２として、Ａｇを真空蒸着で２５ｎｍ全面に成膜した。続いて第１のスペーサ層４として、シリコン酸化膜をＣＶＤで１００ｎｍ成膜し、更に第２のスペーサ層５としてシリコン窒化膜をＣＶＤで２５ｎｍ成膜した。次に第２のスペーサー５上に感光性レジスト層２３をパターニングし、ケミカルドライエッチングを用いて第２のスペーサ層５をエッチングし、レジスト層２３を除去した。

エッチングの際、ケミカルドライエッチングのエッチング条件が、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と比較して十分に遅ければ、前記ドライエッチングにおいてシリコン窒化膜のみを選択的にエッチングし、下地であるシリコン酸化膜のエッチングダメージを抑えることが可能である。第２のスペーサ層５のエッチングレートは、第１のスペーサ層４のエッチングレートに比較して２０倍程度早い条件を得ることが出来たため、第１のスペーサ層４へのエッチングダメージは無視できる程度であった。

続いて図７（ｂ）に示すように、第３のスペーサ層６としてシリコン窒化膜をＣＶＤで１５ｎｍ成膜した。さらに感光性レジスト層２３を、第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６が重畳した領域と、第３のスペーサ層６のみの領域を選択的に覆うように形成した。レジスト層２３は、予め第２のスペーサ層５を形成する際に、表示領域以外に設けた位置合わせ用マークを基準にして、正確に位置を合わせた。その後上述のケミカルドライエッチングで第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６をエッチング除去した後、レジスト層２３を除去した。

続いて図７（ｃ）に示すように、全面に第２の反射層３として、Ａｇを真空蒸着で２５ｎｍ、第３のスペーサ層６及び第１のスペーサ層４上の全面に成膜し、更にオーバーコート層８としてシリコン酸化膜を第２の反射層３上にＣＶＤで１００ｎｍ成膜した。

以上の２回のスペーサ層パターニング工程により、３種類の光学膜厚を有するファブリペロー型のフィルタ層２５が形成された。

次に薄膜トランジスタ１１、画素電極９、信号線１２を含む配線群をフィルタ層２５の上に形成した。構造は図１に示すとおりであり、具体的な製造方法は一般的に知られているので詳細は省略する。オーバーコート層８上にゲート線１０を形成後、ゲート絶縁膜２８を形成し、更に薄膜トランジスタ１１を形成しパターニングした。透明導電膜により画素電極９を形成後、信号線１２を形成して薄膜トランジスタ１１が完成させ、薄膜トランジスタ１１と画素電極９も電気的に接続した。

フィルタ層２５と画素電極９、薄膜トランジスタ１１等は、正確に位置合わせする必要があるが、これはフィルタ層２５形成の際に予め設けた合わせマーク１８によって容易に達成可能である。

図８（ａ）は位置合わせマークの平面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’線断面を示す拡大図である。

すなわち、露光装置で合わせマークを検出する際、高い反射率が得られる構造を予めフィルタ層２５に設けておけば、合わせマークとして十分となる。露光装置では合わせマークの検出用に緑色の光を用いることが多いが、本実施例においても緑色を強く反射する緑色以外のフィルタ構成を図８（ｂ）に示す合わせマーク１８側に、また合わせマークの背景１９には緑色を透過するフィルタ構成とした。このようにして、コントラストの高い合わせマークを容易に形成することが出来た。

完成したアレイ基板２２に、カラーフィルタ２６を対向させる。カラーフィルタ２６は対向基板１７に設けられている。カラーフィルタ２６は、画素に対応して配置された着色層１６とブラックマトリクス１４を有している。カラーフィルタ２６上には対向電極１５が設けられている。アレイ基板２２とカラーフィルタ２６の間には液晶層１３があり、ここで液晶の偏光状態を制御する。

バックライト２０と液晶パネル２９との間にプリズムシート３０を挿入し、バックライトユニット２０から出た光の指向性を高めた。これにより一層の指向性が得られる。指向性を高めた結果、液晶パネル２９内に内蔵されたフィルタ層２５に斜め方向から入射した光に対する色シフトは大幅に抑制された。ただし観察者から見た場合、画面輝度の視野角依存性が高くなってしまう場合があるので、対向基板１７の観察者側に低散乱の散乱フィルムを配置した結果、視野角依存性の問題は改善された。

このようにして３種類の光学膜厚を有するファブリペロー型フィルタを少ない工程数で製造することができ、光利用効率の高い液晶ディスプレイを得ることができる。

（第２の実施例）
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、フィルタ層を構成する第１のスペーサ、第２のスペーサ、第３のスペーサのパターンが異なる点である。第１の実施例と同一の構造については同一の符号を付して、同一の構造についての説明は省略する。

図９は第２の実施形態に関するフィルタ層付基板及びその製造方法の別の例を示している。

製造された第２の実施例によるフィルタ層付基板は、図９（c）に示すように、フィルタ層２５の構造が第１の実施例と異なる。すなわち、第２の実施例によるフィルタ層２５は、第１のスペーサ層４上の一部に第２のスペーサ層５が設けられている。また、第１のスペーサ層４上の第２のスペーサ層５が設けられていない領域の一部に第３のスペーサ層６が設けられている。従って、フィルタ層２５は、第１のスペーサ層のみの領域Ｉと、第１のスペーサ層と第３のスペーサ層を有する領域ＩＩＩと、第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層６を有する領域ＩＩの３種類の領域を有する。

図９（a）に示すように、ガラス基板１上にアンダーコート層７としてシリコン酸化膜をＣＶＤで１００ｎｍ成膜した。続いて第１の反射層２として、Ａｇを真空蒸着で２５ｎｍ全面に成膜した。続いて第１のスペーサ層４として、シリコン酸化膜をＣＶＤで１００ｎｍ成膜し、更に第２のスペーサ層５としてシリコン窒化膜をＣＶＤで１５ｎｍ成膜した。次に感光性レジスト層２３をパターニングし、ケミカルドライエッチングを用いて第２のスペーサ層５をエッチングし、レジスト層２３を除去した。第２のスペーサ層５のエッチングレートは、第１のスペーサ層４のエッチングレートに比較して２０倍程度早い条件を得ることが出来るため、第１のスペーサ層４へのエッチングダメージは無視できる程度であった。

続いて図９（ｂ）に示すように、第３のスペーサ層６としてシリコン窒化膜をＣＶＤで４０ｎｍ成膜した。ただし、第３のスペーサ層６は、第２のスペーサ層に比較して成膜温度を低くした。具体的には、第２のスペーサ層５は２３０度、第３のスペーサ層は１７０度とした。さらに感光性レジスト層２３を、第３のスペーサ層６のみの領域を選択的に覆うように形成した。レジスト層２３は、予め第２のスペーサ層５を形成する際に、表示領域以外に設けた位置合わせ用マークを基準にして、正確に位置を合わせた。その後上述のバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で第３のスペーサ層６をエッチング除去した後、レジスト層２３を除去した。第２のスペーサ層５と第３のスペーサ層６のエッチング選択比が確保できれば、このように第２のスペーサ層、第３のスペーサ層を別に形成することも可能である。

続いて図９（c）に示すように、全面に第２の反射層３として、Ａｇを真空蒸着で２５ｎｍ全面に成膜し、更にオーバーコート層８としてシリコン酸化膜をＣＶＤで１００ｎｍ成膜した。

以上の２回のスペーサ層パターニング工程により、３種類の光学膜厚を有するファブリペロー型のフィルタ層２５が形成できた。

このようにして第２の実施例においても、３種類の光学膜厚を有するフィルタ層付基板２５を少ない工程数で製造することができ、このフィルタ層付基板２５を用いれば、光利用効率の高い液晶ディスプレイを得ることができる。

（第３の実施例）
更に、図１０のような構成とすることも可能である。すなわち、第２のスペーサ層５が第１の反射層２上に少なくとも２箇所設けられている。第２のスペーサ層５と第１の反射層２上に第１のスペーサ層４が設けられている。そして、２つの第２のスペーサ層５の一方の上に設けられた第１のスペーサ層４上には第３のスペーサ層６が設けられている。

また第３のスペーサ層６は、第１のスペーサ４上の、第２のスペーサ層５が設けられていない部分の一部にも設けられている。

従って、フィルタ層２５は以下の４つの領域を有している。すなわち、フィルタ層２５は、透過層として第１のスペーサ層４のみの領域Ｉ、第２のスペーサ層５上に第１のスペーサ層４が設けられた領域ＩＩ、第１のスペーサ層４上に第３のスペーサ層６が設けられた領域ＩＩＩ、第２のスペーサ層５、第１のスペーサ層４、第３のスペーサ層６が設けられた領域ＩＶ、を有する。図１０の構成の場合、それぞれの領域に、光路２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの４種類の光学膜厚が形成されており、２回のパターニングで４色の光を透過させるフィルタ付基板を形成することが可能である。

（第４の実施例）
第４の実施例が第１の実施例と異なる点はフィルタ層２５を、対向基板１７のカラーフィルタ２６の前面（光が入射する側）に配置した点である。第１の実施例と同一の構造については同一の符号を付して、同じ構造についての説明は省略する。

図１１は第４の実施形態に関するカラーフィルタの構造に関する例を示している。対向基板１７上にブラックマトリクス１４、画素の色に対応した着色層１６を有するカラーフィルタ２６が形成されている。カラーフィルタ２６上にはアンダーコート層7としてアクリル樹脂を１ミクロンが設けられている。以下、第１の実施形態と同様に、フィルタ層２５は、アンダーコート７上第１の反射層としてＡｇが２５ｎｍ、第１のスペーサ層４としてＣＶＤでシリコン酸化膜が１００ｎｍ成膜されている。更に第１のスペーサ４上に第２のスペーサ層５として２５ｎｍのシリコン窒化膜が、画素に対応する位置に選択的に形成されている。

第３のスペーサ層６として１５ｎｍのシリコン窒化膜が,、第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層３が重畳した領域と、第１のスペーサ層６のみの領域の一部に選択的に形成されている。第１のスペーサ層４、第２のスペーサ層５、第３のスペーサ層６上の全面に第２の反射層３として、Ａｇが２５ｎｍ成膜されている。第２の反射層３上に更にオーバーコート層８としてシリコン酸化膜が１００ｎｍ成膜されている。オーバーコート層８上に、対向電極として透明電極であるＩＴＯ（酸化インジウムスズ合金）が１００ｎｍ成膜されている。

以上のようなカラーフィルタ２６及びフィルタ層２５を備える対向基板１７と、別途作成した（フィルタ層２５を持たない）アレイ基板２２を貼り合せて、液晶パネル２９が形成されている。アレイ基板２２は、基板１上にゲート絶縁膜２８と、画素電極９と、薄膜トランジスタ１１とが形成されている。

アレイ基板２２の作成は一般的に高いプロセス温度になるため、予め作りこんだフィルタ層２５が高温に耐える必要があるが、対向基板１７の製造プロセスはプロセス温度が相対的に低いため、対向基板１７にフィルタ層２５を用いる場合には、フィルタ層２５に高温に弱い材料を用いることができる。なお、フィルタ層２５はカラーフィルタ２６よりもバックライト２０側に配置するならば、他の構成とすることも可能である。

第４の実施例においても、３種類の光学膜厚を有するファブリペロー型フィルタを少ない工程数で製造することができ、光利用効率の高い液晶ディスプレイを得ることができる。

（第５の実施例）
第５の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の反射層２と第１のスペーサ層４との間に微小凸凹を設けた点である。実施例１と同一構成については同一の符号を付して、同一の構造についての説明は省略する。

図１２は第５の実施形態に関する干渉型フィルタ層付基板の別の例を示している。

図１２に示すように、ガラス基板１上にアンダーコート層７として１００ｎｍのシリコン酸化膜が成膜されている。基板１上の全面に第１の反射層２として、２５ｎｍのＡｇが成膜されている。

第１の反射層３上に微小凹凸２１が一定間隔で形成されている。凹凸２１のサイズは通常のフォトリソグラフィ工程で形成できる程度の大きさであるが、画素サイズ（着色層の大きさ）よりは小さい。凸凹２１及び第１の反射層２上に、第１のスペーサ層４として、１００ｎｍのシリコン酸化膜が成膜されている。

第１のスペーサ層４上に２５ｎｍのシリコン窒化膜で第２のスペーサ層５が選択的に形成されている。第２のスペーサ層５及び第１のスペーサ層４上に、第３のスペーサ層６として１５ｎｍのシリコン窒化膜が、第１のスペーサ層４と第２のスペーサ層５が重畳した領域と、第１のスペーサ層４のみの領域の一部に、選択的に形成されている。第１のスペーサ層４、第２のスペーサ層５、第３のスペーサ層６上の全面に、第２の反射層３として、２５ｎｍのＡｇが成膜されている。更に第２の反射層３上にオーバーコート層８として１００ｎｍのシリコン酸化膜が成膜されている。

このような構成のフィルタ層付基板２５は、第１の実施例において第１の反射層４上に凸凹２１を形成する工程を加えることによって形成することができ、３回のパターニング工程によって形成できる。更に、各フィルタ層２５は、３種類の光学膜厚が異なる領域を有するが、１つの領域につき凸凹２１がある部分とない部分の２種類の小領域が形成される。各小領域はわずかに透過波長域が異なるため、フィルタ層の透過特性を広帯域化することが出来る。また、微小凹凸に規則性を持たせることで、光の回折現象の効果を付与することも可能である。

フィルタ層２５が透過させる光を広帯域化することにより、フィルタに斜めから入射した光に対して透過波長域が青色側にシフトしても、十分な透過率を維持することが出来るため、液晶表示装置の視野角特性上有利となる。

第５の実施例においても、３種類の光学膜厚を有するファブリペロー型フィルタを少ない工程数で製造することができ、光利用効率の高い液晶ディスプレイを得ることができる。

１ ・・・基板
２ ・・・第１の反射層
３ ・・・第２の反射層
４ ・・・第１のスペーサ層
５ ・・・第２のスペーサ層
６ ・・・第３のスペーサ層
７ ・・・アンダーコート層
８ ・・・オーバーコート層
９ ・・・画素電極
１０ ・・・ゲート線
１１ ・・・薄膜トランジスタ
１２ ・・・信号線
１３ ・・・液晶層
１４ ・・・ブラックマトリクス
１５ ・・・対向電極
１６ ・・・着色層
１７ ・・・対向基板（第２の基板）
１８ ・・・合わせマーク
１９ ・・・合わせマーク背景
２０ ・・・バックライトユニット
２１ ・・・微小凹凸
２２ ・・・フィルタ層付基板、アレイ基板（第１の基板）
２３ ・・・レジスト層
２４ ・・・リサイクル光
２５ ・・・フィルタ層
２６ ・・・カラーフィルタ
２７ ・・・光路
２８ ・・・ゲート絶縁膜
２９ ・・・液晶パネル
３０ ・・・プリズムシート

Claims (1)

1. 平板状の基板と、
   前記基板上に設けられ光半透過性の第１の反射層と、前記第１の反射層上に設けられた光透過性の第１のスペーサ層と第１の反射層上の一部に設けられた光透過性の第２のスペーサ層及び第３のスペーサ層とから形成され、第１のスペーサ層を共通に有し第２のスペーサ層と第３のスペーサ層とによって光学膜厚がそれぞれ異なる第１の領域、第２の領域及び第３の領域とを有する透過層と、前記透過層上に設けられた光半透過性の第２の反射層と、を備え、前記第1乃至第３の領域で異なる波長の光を透過させるフィルタ層と、
   を備えることを特徴とする干渉型フィルタ層付基板。

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