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
【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
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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