JP4050347B2 - カラーフィルター、液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
カラーフィルター、液晶表示装置およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパーソナルコンピュータやプロジェクターやビューファインダー等の機器に用いられるカラー液晶表示装置、それに使用可能なカラーフィルター、およびこのカラーフィルターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２枚の透明基板の間に封入した液晶を各透明基板に形成した共通電極と画素電極との間で駆動する液晶表示装置のうち、たとえばアクティブマトリックス型のカラー液晶表示装置では、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等から構成した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor／以下、ＴＦＴという。）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）素子等の非線形素子を介して液晶の駆動を行う。カラー液晶表示装置では、図９に示すように、液晶３０を封入した２枚の透明基板１０、２０のうち透明基板１０上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の着色層からなるカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによってカラーフィルター１３０Ｑが構成されている。３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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１２０Ｑが形成され、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ上には共通電極１１ＱとなるスパッタＩＴＯ膜が形成されている。一方、透明基板２０上には画素電極２２と、画素電極２２への信号電圧の供給を制御するＴＦＴ２２などの駆動素子が形成されている。
【０００３】
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１３０Ｑを製造する際には、透明基板１０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し、ブラックマトリックス１２０Ｑとする。次にカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを形成するが、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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る。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。
【０００４】
しかしながら、従来のいずれの方法を用いてカラーフィルター１３０Ｑを製造してもカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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であり、ブラックマトリックス１２０Ｑ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。従って、この方法ではカラーフィルター１３０Ｑの製造に多大な手間や時間がかかると同時に、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。
【０００５】
そこで、インクジェット法を用いてカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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、カラー印刷に広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１３０Ｑ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１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの形成が同時に行なえるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインクジェット法によるカラーフィルター１３０Ｑの形成は、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るため、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いという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記の問題点を解消することにあり、インクジェット法を用いて色素材を定着させてカラーフィルター層とするタイプのカラーフィルターにおいて、色にじみの発生しない構成を提供することにある。また、本発明の課題は、このようなカラーフィルターを用いた液晶表示装置およびカラーフィルターの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルターは、基板上で有色領域を区画形成する、遮光性導電膜と前記遮光性導電膜の下層に形成された酸化膜とを有する線状の突条部と、前記有色領域内にインクジェット法により定着された色素材と、該色素材および前記突条部を覆うように前記基板の表面側に塗布成膜された導電性透明塗布膜とを有し、前記突条部がテーパを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、基板上に突条部で区画形成された有色領域内に色素材を定着させているため、この色素材（インク）をインクジェット法で注入する際に突条部がダムとして機能する。従って、色素材が透光領域内からはみ出ないので、色にじみのないカラーフィルターを製造できる。また、突条部は遮光性導電膜から構成されているので、そのままブラックマトリックスとして用いることができる。ここで、突条部を色素材に対するダムとして用いる以上、所定の高さが必要である。従って、カラーフィルターを形成した後、その表面にスパッタ法でＩＴＯ膜などを共通電極として形成すると、突条部に起因する凹凸がそのまま共通電極の表面に現れてしまう。しかるに本発明では、カラーフィルターの表面に形成する共通電極を塗布成膜法で形成した導電性透明塗布膜から構成する。このような塗布成膜法で形成した共通電極であれば段差被覆性と平坦性に優れているため、ダムとして機能するのに十分な高さの突条部を形成しても、表面が平坦な共通電極を形成できる。それ故、セルギャップが小さくて表示品位が高い液晶表示装置を実現できる。但し、導電性透明塗布膜は段差被覆性に優れている代わりに、スパッタ法で成膜した導電膜と比較するとシート抵抗が高い。それでも本発明では、導電性透明塗布膜の下層側に遮光性導電膜が形成されているので、導電性透明塗布膜を共通電極として用いたときにシート抵抗が高いことを十分に補うことができる。
【００１０】
本発明では、前記色素材の下層はシリコン酸化膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、色素材をインクジェット法で塗布する際の下地は親水性のシリコン酸化膜である。これに対して、突条部として用いられるドープト半導体膜や表面を導電性撥水膜で覆われた金属膜は撥水性である。従って、突条部で区画形成された透光領域から水性の色素材がはみ出ようとするのを確実に防止できるので、カラーフィルターの色にじみをより確実に防止できる。
【００１１】
本発明では、前記導電性透明塗布膜は塗布ＩＴＯ膜から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、前記遮光性導電膜は、不純物が導入されたドープト半導体膜から構成されているか、又は金属膜から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、上記のいずれかに規定するカラーフィルターを備える第１の基板と、前記有色領域に対応する領域に画素電極が形成された第２の基板と、該第２の基板と前記第１の基板との隙間内に充填された液晶層とを有し、前記突条部をブラックマトリックスとして用いるとともに、前記導電性透明塗布膜を前記画素電極との間で前記液晶層を駆動するための共通電極として用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明のカラーフィルターは、透明基板上に少なくとも酸化膜と前記酸化膜の上層に形成された導電膜とを有し、テ−パ形状を有する突条部を形成する第一工程と、該突条部で区画形成された透光領域内にインクジェット法を用いて色素材を注入し乾燥させて該色素材を定着させる第二工程と、前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に導電性透明塗布膜を形成する第三工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この場合に前記第三工程では、前記導電性透明塗布膜を形成するための前駆体を前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に塗布成膜した後、前記前駆体に化学反応を生じさせて前記導電性透明塗布膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の代表的な実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用したカラーフィルターを備えた液晶表示装置の概略構成図、図２は、この液晶表示装置の概略断面図である。なお、本形態に係るカラーフィルターおよび液晶表示装置の説明において、図９に示した従来のカラーフィルターおよび液晶表示装置と共通する機能を有する部分には同一の符号を付して、説明の重複を避けてある。
【００１８】
図１に示す液晶表示装置１は、アクティブマトリックス型のカラー液晶表示装置であり、溶融石英基板や無アルカリガラス等からなる第１の透明基板１０および第２の透明基板２０の間に封入した液晶３０を各透明基板１０、２０に形成した共通電極１１と画素電極２１との間で駆動するタイプのものである。この液晶表示装置１では、第２の透明基板２０上で多結晶シリコン等から構成したＴＦＴ２２を介して液晶３０の駆動を行う。
【００１９】
この液晶表示装置１では、図２に示すように、第１の透明基板１０上には下地層としてのシリコン酸化膜１６が形成されている。このシリコン酸化膜１６の表面には、線状にパターニングされた複数条のＰ型ドープト半導体膜（遮光性導電膜）からなる格子状の突条部１２と、これらの突条部１２で区画形成された透光領域１９（有色領域）内に定着された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のインク（色素材）からなるカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとが形成され、これらのカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによって第１の透明基板１０にはカラーフィルター１３０が構成されている。
【００２０】
突条部１２を構成する半導体膜は、膜厚が１μｍ以上あって可視光に対して遮光性を有しており、黒く見えることから、３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの間において色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス１２０として用いられる。突条部１２を構成する半導体膜は、可視光を遮光できる膜厚であればよい。但し、本形態では、後述するように、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを構成するためのインクをインクジェット法により透光領域１９内に注入する際に、突条部１２をインクが透光領域１９から流れ出すのを防止するためのダムとしても利用することから、１μｍ程度から５μｍの厚さに設定してある。
【００２１】
第１の透明基板１０の表面側全体には、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂおよび突条部１２を覆う共通電極１１として用いられるＩＴＯ膜が形成されている。このＩＴＯ膜は従来と違い、塗布成膜法で形成した導電性透明塗布膜（塗布ＩＴＯ膜）である。
【００２２】
第２の透明基板２０上には、第１の透明基板１０の透光領域１９に対応する領域に形成されたＩＴＯ膜からなる画素電極２１と、画素電極２１への信号電圧の供給を制御するＴＦＴ２２（駆動素子）が形成されている。このＴＦＴ２２としては周知の構造のものを用いることができる。従って、ＴＦＴ２２については、その詳細な説明を省略するが、ＴＦＴ２２は、第２の透明基板２０の表面側にシリコン酸化膜からなる下地保護膜２３を形成した後、この下地保護膜２３の表面にアモルファスシリコン膜を形成し、このアモルファスシリコン膜にレーザアニールや急速加熱処理などを施して多結晶化したものなどから構成される。
【００２３】
このような構成の液晶表示装置１の製造方法のうち、第１の透明基板１０にカラーフィルター１３０、ブラックマトリックス１２０、および共通電極１１を形成するまでの工程を、図３を参照して説明する。
【００２４】
図３は、ブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造方法を示す工程断面図である。
【００２５】
［下地膜形成工程］
まず、図３（Ａ）に示すように、第１の透明基板１０の表面にＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ）法を用いて膜厚が３６００オングストローム程度のシリコン酸化膜１６を形成する。この際のＰＥＣＶＤの条件は、原料ガスをＳｉＨ4 ／Ｎ2 Ｏ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、Ｎ2 Ｏガス流量７０００sccm、デポレート１２００オングストローム／分、デポ時間３分とする。なお、シリコン酸化膜１６の膜厚は２０００オングストローム〜２μｍ程度の範囲とすることができる。
【００２６】
［突条部形成工程／第一工程］
次にシリコン酸化膜１６表面全体にドープト半導体膜１２１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ドープト半導体膜１２１の表面に突条部形成用のレジストマスク４１を形成する。ドープト半導体膜１２１の形成にあたっては、ＰＥＣＶＤ法を用いて膜厚３μｍ程度のドープトアモルファスシリコン膜を形成し、それにレーザアニールまたは急速加熱処理を施して多結晶化したり、あるいはＮ型若しくはＰ型の不純物イオンをアモルファスシリコン膜に対して打ち込んでドープトシリコン膜を形成し、しかる後に結晶化を進める。この際のＰＥＣＶＤの条件としては、たとえば、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、水素中に１％希釈されたＢ2 Ｈ6 ガス５００sccm、Ａｒガス流量７０００sccm、デポレート１８００オングストローム／分とする。
【００２７】
しかる後にドープト半導体膜１２１に対してエッチングを行って、図３（Ｂ）に示すように、ドープト半導体膜１２１を格子状に残して突条部１２を形成する。その結果、突条部１２によって透光領域１９が区画形成される。その後、フォトレジスト４１を除去する。
【００２８】
この際には、ドープト半導体膜１２１のエッチングにＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法を用い、テーパエッチングを行ってもよい。この際のＣＤＥの条件としては、エッチングガスをＣＦ4 ／Ｏ4 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２５００オングストローム／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、図４（Ａ）に示すように、突条部１２はテーパ角が６０°〜８０°程度のテーパエッチングされた形状となる。このようにしてテーパエッチングを行うと、突条部１２で区画形成された透光領域１９は、底面側から開口側に向かって幅が拡張された形状となる。それ故、後述する色素材定着工程でインクを注入する際に透光領域１９内にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入しやすいという利点がある。
【００２９】
また、図３（Ｂ）に示す工程では、ドープト半導体膜１２１をエッチングして突条部１２を形成する際、ドープト半導体膜１２１だけでなく、下地のシリコン酸化膜１６をもエッチングしてよい。この場合には、図４（Ｂ）に示すように、深くエッチングした分だけ、突条部１２が相対的に高くなる。従って、後述する色素材定着工程においてインクを注入する際に、突条部１２で区画形成された透光領域１９内に注入したインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがさらにはみ出しにくいという利点がある。
【００３０】
さらに、図３（Ｂ）に示す工程では、ドープト半導体膜１２１をエッチングして突条部１２を形成する際、図４（Ｃ）に示すように、ドープト半導体膜１２１およびシリコン酸化膜１６に加えて、第１の透明基板１０の表面をもエッチングして、突条部１２をより相対的に高くし、後述する色素材定着工程においてインクを注入する際に、突条部１２で区画形成された透光領域１９内に注入したインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがそこからよりはみ出しにくくしてもよい。このような構成は、突条部１２を特にドープトシリコン膜から構成した場合に有利である。すなわち、アモルファスシリコン膜は、厚くなると剥がれやすくなるという性質をもっている。また、アモルファスシリコン膜は、成膜に比較的長い時間を要する。しかるに突条部１２を形成する際に、その下地にあるシリコン酸化膜１６、さらには第１の透明基板１０をもエッチングすると、突条部１２を相対的に高くできる分、ドープトシリコン膜（アモリファスシリコン膜）を薄くしてもよい。たとえば、４μｍ〜７μｍの突条部１２を形成するのに、シリコン酸化膜１６と第１の透明基板１０とを合わせて３μｍ〜６μｍエッチングすると、アモルファスシリコン膜の膜厚を１μｍ程度に抑えることができ、このような膜厚であれば、アモルファスシリコン膜の剥がれを防止できるとともに成膜時間を短縮できる。しかも、ドープトシリコン膜は１μｍあるので、遮光機能を充分に果たす。
【００３１】
［色素材定着工程／第二工程］
次に図３（Ｃ）に示すように、突条部１２によって区画形成されている透光領域１９内にＲ、Ｇ、Ｂの各インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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５０のＲ、Ｇ、Ｂの各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔は、隣接する透光領域１９の中心間の距離に一致するように調整しておく。
【００３２】
すなわち図５に、突条部１２で区画形成された透光領域１９の平面構造を拡大して示すように、透光領域１９の寸法はたとえば２５０μｍ×８０μｍ程度であり、突条部１２の幅は５μｍ〜２０μｍ程度である。従って、プリンタヘッド５０の各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔は８５μｍ〜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７０μｍ〜１００μｍ程度であるから、平面的な寸法だけから見ると、１つの透光領域１９内にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを３ドットずつ注入することができる。ここで、インク１ドットの占める体積は通常決まっているが、透光領域１９の平面寸法も液晶表示装置毎にたとえば２５０μｍ×８０μｍと定まっている。従って、インクが多過ぎたり、少な過ぎたりしないように、突条部１２の高さとインクの注入ドット数を適宜最適条件に設定する。但し、突条部１２からインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがはみ出ると、カラーフィルター１３０に色にじみが発生するため、本形態では、突条部１２を数μｍとやや厚めに形成してインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂのはみ出しを防止してある。
【００３３】
ここで用いることのできるインクの種類としては、たとえば表１に示すようなものがあげられる。
【００３４】
【表１】
【００３５】
この表１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、インクに色素材として求められる特性としては、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとなった時にその機能を満たすことは勿論、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。
【００３６】
図３（Ｃ）に示すようにインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を終えた後には、第１の透明基板１０全体をオーブン内で加熱して、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを乾燥、定着させる。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５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが乾燥すると、図３（Ｄ）に示すように、表面が平坦化した３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが形成される。
【００３７】
［導電性透明塗布膜形成工程／第三工程］
次に図３（Ｅ）に示すように、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂおよび突条部１２を覆うように第１の透明基板１０の表面側全体に塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１を塗布成膜する。
【００３８】
この塗布成膜にあたっては、各種の液状またはペースト状の塗布材（透明導電膜の前駆体）を用いることができる。これらの塗布材のうち、液状のものであればディップ法やスピンコート法などを用いることができ、ペースト状のものであればスクリーン印刷法などを用いることができる。本形態で用いた塗布材は、有機インジウムと有機スズとがキシロール中に９７：３の比率で８％配合された液状のもの（たとえば、旭電化工業株式会社製の商品名：アデカＩＴＯ塗布膜／ＩＴＯ−１０３Ｌ）であり、第１の透明基板１０の表面側全体にスピンコート法で塗布できる。ここで、塗布材としては、有機インジウムと有機スズとの比が９９／１から９０／１０までの範囲にあるものを使用することができる。
【００３９】
本形態では、第１の透明基板１０の表面側に塗布した液状またはペースト状の塗膜については、溶剤を乾燥、除去した後、熱処理装置内で熱処理を行う。このとき熱処理条件としては、たとえば、温度が２５０℃〜５００℃、好ましくは２５０℃〜４００℃の空気中あるいは酸素含有雰囲気中で３０分から６０分の第１の熱処理（焼成／化学反応）を行った後、温度が２００℃以上、好ましくは２００℃〜３５０℃の水素含有の非酸化性雰囲気中で３０分から６０分の第２の熱処理を行う。いずれの場合でも、第１の熱処理で安定化した皮膜が熱劣化しないように、第２の熱処理での処理温度は第１の熱処理での処理温度よりも低く設定する。このような熱処理を行うと、有機成分が除去されるとともに、塗膜はインジウム酸化物と錫酸化物の混合膜（塗布ＩＴＯ膜）となる。その結果、膜厚が約５００オングストローム〜約２０００オングストロームの塗布ＩＴＯ膜は、シート抵抗が１０2 Ω／□〜１０4 Ω／□で、光透過率が９０％以上となり、共通電極１１を構成することができる。
【００４０】
しかる後には基板温度が２００℃以下になるまで第１の透明基板１０を第２の熱処理を行った非酸化性雰囲気中、あるいはその他の非酸化性雰囲気中に保持し、基板温度が２００℃以下になった以降、第１の透明基板１０を熱処理装置から大気中に取り出す。このように第１の透明基板１０の温度が約２００℃以下に低下した後に大気にさらすのであれば、水素含有雰囲気下での第２の熱処理での還元により低抵抗化した皮膜が再び酸化してしまうことを防止できるので、シート抵抗の小さな塗布ＩＴＯ膜を得ることができる。
【００４１】
このようにして、第１の透明基板１０の表面側に、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂからなるカラーフィルター１３０、突条部１２からなるブラックマトリックス１２０、および塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１を形成する。しかる後、図２に示すように、第１の透明基板１０と、すでにＴＦＴ２２や画素電極２１を形成した第２の透明基板２０とを微小な隙間（セルギャップ）を保持して張り合わせ、その隙間に液晶３０を注入すると、液晶表示装置１が完成する。
【００４２】
以上詳述した本形態に係るカラーフィルター１３０およびその製造方法は、次のような利点を有している。
【００４３】
(1) カラーフィルター１３０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５０の各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔を、隣接する透光領域１９の中心間の距離に一致させたため、透光領域１９内にインクインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを高速で注入することができる。従って、カラーフィルター１３０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。また、完成したカラーフィルター１３０にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入することができ、欠陥を補修することが可能である。さらに、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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。すなわち、本形態によれば、カラーフィルター１３０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最大限活かすことができる。
【００４４】
(2) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を行う際に突条部１２が、いわゆるインクを収容するための槽を構成し、このインク収容槽内にインクを注入するようになっているので、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが他の透光領域１９にはみ出ない。従って、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ（カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ）が所定の透光領域１９内に各々閉じ込められた状態にあるため、色にじみのないカラーフィルター１３０を実現することができる。それ故、表示品位の高い液晶表示装置１を実現することができる。
【００４５】
(3) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を行う際のはみ出しを確実に防止するために突条部１２を高くしても、その表面側は段差被覆性や平坦性に優れた導電性透明塗布膜である塗布ＩＴＯ膜（共通電極１１）で覆われる。従って、共通電極１１の表面には突条部１２に起因する凹凸がない。それ故、セルギャップが５μｍ以下の液晶表示装置１にも適応することができる。
【００４６】
(4) 但し、導電性透明塗布膜（塗布ＩＴＯ膜）は段差被覆性に優れている代わりに、スパッタ法で成膜したＩＴＯ膜と比較するとシート抵抗が高い。それでも本形態では、導電性透明塗布膜から構成した共通電極１１の下層側にドープト半導体膜（遮光性導電膜）からなる突条部１２が形成されているので、塗布ＩＴＯ膜を共通電極１１として用いたときにシート抵抗が高いのを十分に補うことができる。
【００４７】
(5) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの成分の多くは溶媒である水であるが、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂをインクジェット法で注入する際の下地（底面側）は親水性のシリコン酸化膜１６である。これに対して、突条部１２として用いられるドープトシリコン膜は撥水性である。従って、突条部１２で区画形成された透光領域１９にはインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持され、他の透光領域１９にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがはみ出ることがない。それ故、カラーフィルター１３０の色にじみをより確実に防止できる。
【００４８】
(6) カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、ドープト半導体膜からなる突条部１２や塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１に覆われ、外気と隔絶されているため、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの変色を防ぐことができる。
【００４９】
［その他の実施の形態］
なお、突条部１２については、その全体あるいは一部にクロム膜などの金属膜（導電性遮光膜）を用いてもよい。このような金属膜も可視光に対して遮光性を有しているから、３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの間において色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス１２０として用いることができる。
【００５０】
ここで、カラーフィルター１３０の配列には、図６（Ａ）〜（Ｅ）にそれぞれ示すように、縦ストライプ型、横ストライプ型、モザイク型、トライアングル型（カラーローテーション有り）、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はこれら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６（Ａ）〜（Ｅ）にそれぞれ示すように、本発明における突条部を、縦方向に長く延びた形状の突条部１２Ａ、横方向に長く延びた形状の突条部１２Ｂ、格子状の突条部１２Ｃ、（縦方向が横１列毎に交互に延びる突条部１２Ｄ、突条部１２Ｅとし、これらの突条部で区画形成された各領域のそれぞれに、Ｒ、Ｇ、Ｂの色素材を定着させればよい。
【００５１】
前記の実施の形態では、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂのはみ出し防止と、複数の突条部１２の第１の透明基板１０への密着性を高めることを目的に、第１の透明基板１０と突条部１２との間にシリコン酸化膜１６を設けたが、このシリコン酸化膜１６を省略することも可能である。
【００５２】
また、図７（Ａ）に示すように、第１の透明基板２０の方に形成する画素スイッチング用の駆動素子としては、ＴＦＴに代えて、ＭＩＭ素子２２Ａを形成してもよい。この場合の第１の透明基板１０には、第２の透明基板２０に形成してある信号線Ｓ（または走査線）と直交する方向に帯状に延びる複数本の共通電極１１Ａを形成する必要があり、第１の透明基板１０全面に共通電極を形成することができない。従って、この場合には、帯状に延びる各共通電極１１Ａの下層側に、図７（Ｂ）に示すように、隙間１２６Ｆにより共通電極毎に電気的に分離している突条部１２Ｆ（遮光性導電膜／ブラックマトリックス１２０Ｆ）を形成した後、突条部１２Ｆで区画形成されている各透光領域１９内にインクジェット法により各色のインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入してカラーフィルター１３０を形成する。
【００５３】
これに対して、図８（Ａ）に示すように、単純マトリックスタイプの液晶表示装置を構成する場合には、第２の透明基板２０に帯状に形成してある画素電極２１Ａと直交する方向に帯状に延びる複数本の共通電極１１Ｂを第１の透明基板１０に形成する必要があり、第１の透明基板１０全面に共通電極を形成することができない。従って、この場合にも、帯状の各共通電極１１Ｂの下層側に、図８（Ｂ）に示すように、隙間１２６Ｇによって共通電極毎に電気的に分離している突条部１２Ｇ（遮光性導電膜／ブラックマトリックス１２０Ｇ）を形成した後、突条部１２Ｇで区画形成されている各透光領域１９内にインクジェット法により各色のインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入してカラーフィルター１３０を形成する。
【００５４】
なお、カラーフィルター１３０や液晶表示装置１を構成する各膜の膜厚や突条部１２の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。また、本発明の液晶表示装置１については、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適用することができ、その用途に限定がないことも勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るカラーフィルターでは、透明基板上に形成された線状の遮光性導電膜からなる複数条の突条部と、該突条部で区画形成された透光領域内に定着された色素材と、該色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板上に形成された導電性透明塗布膜とを有することを特徴とする。従って、本発明によれば、色素材（インク）をインクジェット法で各透光領域に注入する際に突条部がダムとして機能し、色素材が透光領域内からはみ出ないので、色にじみのないカラーフィルターを製造できる。また、突条部は遮光性導電膜から構成されているので、そのままブラックマトリックスとして用いることができる。さらに、突条部をダムとして十分に機能するように厚くしてもその表面には、段差被覆性に優れた導電性透明塗布膜からなる共通電極が形成され、表面が平坦化されるので、セルギャップが小さくて表示品位が高い液晶表示装置を実現できる。しかも、導電性透明塗布膜の下層側に遮光性導電膜が形成されているので、導電性透明塗布膜を共通電極として用いたときにシート抵抗が高いことを十分に補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラーフィルターを備えた液晶表示装置の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した液晶表示装置の概略断面図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｅ）は、本発明を適用したブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（Ａ）ないし（Ｃ）は、それぞれ本発明の別の実施の形態に係るカラーフィルターに構成される突条部の説明図である。
【図５】本発明を適用したブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造工程において、突条部で区画形成された各透光領域へのインク注入の様子を示す説明図である。
【図６】（Ａ）ないし（Ｅ）は、それぞれ本発明の別の実施の形態に係るカラーフィルターに構成されるカラーフィルター層の配置を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は、ＭＩＭを駆動素子に用いた液晶表示装置に本発明を適用したときの説明図、（Ｂ）はこの液晶表示装置にカラーフィルターを構成するときに用いる突条部の平面形状を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は、単純マトリックスタイプの液晶表示装置に本発明を適用したときの説明図、（Ｂ）はこの液晶表示装置にカラーフィルターを構成するときに用いる突条部の平面形状を示す説明図である。
【図９】従来の液晶表示装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
１０ 第１の透明基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ 共通電極
１２、１２Ａ〜１２Ｇ 突条部
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ カラーフィルター層
１６ シリコン酸化膜
１９ 透光領域
２０ 第２の透明基板
２１ 画素電極
２２ ＴＦＴ
２２Ａ ＭＩＭ素子
２３ 下地保護膜
３０ 液晶
４１ レジストマスク
５０ プリンタヘッド
５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ インク
５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ ノズル
１２０、１２０Ｆ，１２０Ｇ ブラックマトリックス
１２１ クロム膜
１２０Ｆ、１２０Ｇ 突条部の隙間
１３０ カラーフィルター
Ｓ 信号線
【発明の属する技術分野】
本発明はパーソナルコンピュータやプロジェクターやビューファインダー等の機器に用いられるカラー液晶表示装置、それに使用可能なカラーフィルター、およびこのカラーフィルターの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２枚の透明基板の間に封入した液晶を各透明基板に形成した共通電極と画素電極との間で駆動する液晶表示装置のうち、たとえばアクティブマトリックス型のカラー液晶表示装置では、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等から構成した薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor／以下、ＴＦＴという。）やＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal ）素子等の非線形素子を介して液晶の駆動を行う。カラー液晶表示装置では、図９に示すように、液晶３０を封入した２枚の透明基板１０、２０のうち透明基板１０上には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の着色層からなるカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによってカラーフィルター１３０Ｑが構成されている。３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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１２０Ｑが形成され、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ上には共通電極１１ＱとなるスパッタＩＴＯ膜が形成されている。一方、透明基板２０上には画素電極２２と、画素電極２２への信号電圧の供給を制御するＴＦＴ２２などの駆動素子が形成されている。
【０００３】
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１３０Ｑを製造する際には、透明基板１０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し、ブラックマトリックス１２０Ｑとする。次にカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを形成するが、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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る。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。
【０００４】
しかしながら、従来のいずれの方法を用いてカラーフィルター１３０Ｑを製造してもカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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であり、ブラックマトリックス１２０Ｑ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。従って、この方法ではカラーフィルター１３０Ｑの製造に多大な手間や時間がかかると同時に、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。
【０００５】
そこで、インクジェット法を用いてカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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、カラー印刷に広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１３０Ｑ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１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの形成が同時に行なえるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインクジェット法によるカラーフィルター１３０Ｑの形成は、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るため、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いという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記の問題点を解消することにあり、インクジェット法を用いて色素材を定着させてカラーフィルター層とするタイプのカラーフィルターにおいて、色にじみの発生しない構成を提供することにある。また、本発明の課題は、このようなカラーフィルターを用いた液晶表示装置およびカラーフィルターの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラーフィルターは、基板上で有色領域を区画形成する、遮光性導電膜と前記遮光性導電膜の下層に形成された酸化膜とを有する線状の突条部と、前記有色領域内にインクジェット法により定着された色素材と、該色素材および前記突条部を覆うように前記基板の表面側に塗布成膜された導電性透明塗布膜とを有し、前記突条部がテーパを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、基板上に突条部で区画形成された有色領域内に色素材を定着させているため、この色素材（インク）をインクジェット法で注入する際に突条部がダムとして機能する。従って、色素材が透光領域内からはみ出ないので、色にじみのないカラーフィルターを製造できる。また、突条部は遮光性導電膜から構成されているので、そのままブラックマトリックスとして用いることができる。ここで、突条部を色素材に対するダムとして用いる以上、所定の高さが必要である。従って、カラーフィルターを形成した後、その表面にスパッタ法でＩＴＯ膜などを共通電極として形成すると、突条部に起因する凹凸がそのまま共通電極の表面に現れてしまう。しかるに本発明では、カラーフィルターの表面に形成する共通電極を塗布成膜法で形成した導電性透明塗布膜から構成する。このような塗布成膜法で形成した共通電極であれば段差被覆性と平坦性に優れているため、ダムとして機能するのに十分な高さの突条部を形成しても、表面が平坦な共通電極を形成できる。それ故、セルギャップが小さくて表示品位が高い液晶表示装置を実現できる。但し、導電性透明塗布膜は段差被覆性に優れている代わりに、スパッタ法で成膜した導電膜と比較するとシート抵抗が高い。それでも本発明では、導電性透明塗布膜の下層側に遮光性導電膜が形成されているので、導電性透明塗布膜を共通電極として用いたときにシート抵抗が高いことを十分に補うことができる。
【００１０】
本発明では、前記色素材の下層はシリコン酸化膜が形成されていることが好ましい。このように構成すると、色素材をインクジェット法で塗布する際の下地は親水性のシリコン酸化膜である。これに対して、突条部として用いられるドープト半導体膜や表面を導電性撥水膜で覆われた金属膜は撥水性である。従って、突条部で区画形成された透光領域から水性の色素材がはみ出ようとするのを確実に防止できるので、カラーフィルターの色にじみをより確実に防止できる。
【００１１】
本発明では、前記導電性透明塗布膜は塗布ＩＴＯ膜から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、前記遮光性導電膜は、不純物が導入されたドープト半導体膜から構成されているか、又は金属膜から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の液晶表示装置は、上記のいずれかに規定するカラーフィルターを備える第１の基板と、前記有色領域に対応する領域に画素電極が形成された第２の基板と、該第２の基板と前記第１の基板との隙間内に充填された液晶層とを有し、前記突条部をブラックマトリックスとして用いるとともに、前記導電性透明塗布膜を前記画素電極との間で前記液晶層を駆動するための共通電極として用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明のカラーフィルターは、透明基板上に少なくとも酸化膜と前記酸化膜の上層に形成された導電膜とを有し、テ−パ形状を有する突条部を形成する第一工程と、該突条部で区画形成された透光領域内にインクジェット法を用いて色素材を注入し乾燥させて該色素材を定着させる第二工程と、前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に導電性透明塗布膜を形成する第三工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この場合に前記第三工程では、前記導電性透明塗布膜を形成するための前駆体を前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に塗布成膜した後、前記前駆体に化学反応を生じさせて前記導電性透明塗布膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の代表的な実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用したカラーフィルターを備えた液晶表示装置の概略構成図、図２は、この液晶表示装置の概略断面図である。なお、本形態に係るカラーフィルターおよび液晶表示装置の説明において、図９に示した従来のカラーフィルターおよび液晶表示装置と共通する機能を有する部分には同一の符号を付して、説明の重複を避けてある。
【００１８】
図１に示す液晶表示装置１は、アクティブマトリックス型のカラー液晶表示装置であり、溶融石英基板や無アルカリガラス等からなる第１の透明基板１０および第２の透明基板２０の間に封入した液晶３０を各透明基板１０、２０に形成した共通電極１１と画素電極２１との間で駆動するタイプのものである。この液晶表示装置１では、第２の透明基板２０上で多結晶シリコン等から構成したＴＦＴ２２を介して液晶３０の駆動を行う。
【００１９】
この液晶表示装置１では、図２に示すように、第１の透明基板１０上には下地層としてのシリコン酸化膜１６が形成されている。このシリコン酸化膜１６の表面には、線状にパターニングされた複数条のＰ型ドープト半導体膜（遮光性導電膜）からなる格子状の突条部１２と、これらの突条部１２で区画形成された透光領域１９（有色領域）内に定着された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のインク（色素材）からなるカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとが形成され、これらのカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂによって第１の透明基板１０にはカラーフィルター１３０が構成されている。
【００２０】
突条部１２を構成する半導体膜は、膜厚が１μｍ以上あって可視光に対して遮光性を有しており、黒く見えることから、３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの間において色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス１２０として用いられる。突条部１２を構成する半導体膜は、可視光を遮光できる膜厚であればよい。但し、本形態では、後述するように、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを構成するためのインクをインクジェット法により透光領域１９内に注入する際に、突条部１２をインクが透光領域１９から流れ出すのを防止するためのダムとしても利用することから、１μｍ程度から５μｍの厚さに設定してある。
【００２１】
第１の透明基板１０の表面側全体には、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂおよび突条部１２を覆う共通電極１１として用いられるＩＴＯ膜が形成されている。このＩＴＯ膜は従来と違い、塗布成膜法で形成した導電性透明塗布膜（塗布ＩＴＯ膜）である。
【００２２】
第２の透明基板２０上には、第１の透明基板１０の透光領域１９に対応する領域に形成されたＩＴＯ膜からなる画素電極２１と、画素電極２１への信号電圧の供給を制御するＴＦＴ２２（駆動素子）が形成されている。このＴＦＴ２２としては周知の構造のものを用いることができる。従って、ＴＦＴ２２については、その詳細な説明を省略するが、ＴＦＴ２２は、第２の透明基板２０の表面側にシリコン酸化膜からなる下地保護膜２３を形成した後、この下地保護膜２３の表面にアモルファスシリコン膜を形成し、このアモルファスシリコン膜にレーザアニールや急速加熱処理などを施して多結晶化したものなどから構成される。
【００２３】
このような構成の液晶表示装置１の製造方法のうち、第１の透明基板１０にカラーフィルター１３０、ブラックマトリックス１２０、および共通電極１１を形成するまでの工程を、図３を参照して説明する。
【００２４】
図３は、ブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造方法を示す工程断面図である。
【００２５】
［下地膜形成工程］
まず、図３（Ａ）に示すように、第１の透明基板１０の表面にＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ）法を用いて膜厚が３６００オングストローム程度のシリコン酸化膜１６を形成する。この際のＰＥＣＶＤの条件は、原料ガスをＳｉＨ4 ／Ｎ2 Ｏ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、Ｎ2 Ｏガス流量７０００sccm、デポレート１２００オングストローム／分、デポ時間３分とする。なお、シリコン酸化膜１６の膜厚は２０００オングストローム〜２μｍ程度の範囲とすることができる。
【００２６】
［突条部形成工程／第一工程］
次にシリコン酸化膜１６表面全体にドープト半導体膜１２１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ドープト半導体膜１２１の表面に突条部形成用のレジストマスク４１を形成する。ドープト半導体膜１２１の形成にあたっては、ＰＥＣＶＤ法を用いて膜厚３μｍ程度のドープトアモルファスシリコン膜を形成し、それにレーザアニールまたは急速加熱処理を施して多結晶化したり、あるいはＮ型若しくはＰ型の不純物イオンをアモルファスシリコン膜に対して打ち込んでドープトシリコン膜を形成し、しかる後に結晶化を進める。この際のＰＥＣＶＤの条件としては、たとえば、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、水素中に１％希釈されたＢ2 Ｈ6 ガス５００sccm、Ａｒガス流量７０００sccm、デポレート１８００オングストローム／分とする。
【００２７】
しかる後にドープト半導体膜１２１に対してエッチングを行って、図３（Ｂ）に示すように、ドープト半導体膜１２１を格子状に残して突条部１２を形成する。その結果、突条部１２によって透光領域１９が区画形成される。その後、フォトレジスト４１を除去する。
【００２８】
この際には、ドープト半導体膜１２１のエッチングにＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法を用い、テーパエッチングを行ってもよい。この際のＣＤＥの条件としては、エッチングガスをＣＦ4 ／Ｏ4 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２５００オングストローム／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、図４（Ａ）に示すように、突条部１２はテーパ角が６０°〜８０°程度のテーパエッチングされた形状となる。このようにしてテーパエッチングを行うと、突条部１２で区画形成された透光領域１９は、底面側から開口側に向かって幅が拡張された形状となる。それ故、後述する色素材定着工程でインクを注入する際に透光領域１９内にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入しやすいという利点がある。
【００２９】
また、図３（Ｂ）に示す工程では、ドープト半導体膜１２１をエッチングして突条部１２を形成する際、ドープト半導体膜１２１だけでなく、下地のシリコン酸化膜１６をもエッチングしてよい。この場合には、図４（Ｂ）に示すように、深くエッチングした分だけ、突条部１２が相対的に高くなる。従って、後述する色素材定着工程においてインクを注入する際に、突条部１２で区画形成された透光領域１９内に注入したインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがさらにはみ出しにくいという利点がある。
【００３０】
さらに、図３（Ｂ）に示す工程では、ドープト半導体膜１２１をエッチングして突条部１２を形成する際、図４（Ｃ）に示すように、ドープト半導体膜１２１およびシリコン酸化膜１６に加えて、第１の透明基板１０の表面をもエッチングして、突条部１２をより相対的に高くし、後述する色素材定着工程においてインクを注入する際に、突条部１２で区画形成された透光領域１９内に注入したインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがそこからよりはみ出しにくくしてもよい。このような構成は、突条部１２を特にドープトシリコン膜から構成した場合に有利である。すなわち、アモルファスシリコン膜は、厚くなると剥がれやすくなるという性質をもっている。また、アモルファスシリコン膜は、成膜に比較的長い時間を要する。しかるに突条部１２を形成する際に、その下地にあるシリコン酸化膜１６、さらには第１の透明基板１０をもエッチングすると、突条部１２を相対的に高くできる分、ドープトシリコン膜（アモリファスシリコン膜）を薄くしてもよい。たとえば、４μｍ〜７μｍの突条部１２を形成するのに、シリコン酸化膜１６と第１の透明基板１０とを合わせて３μｍ〜６μｍエッチングすると、アモルファスシリコン膜の膜厚を１μｍ程度に抑えることができ、このような膜厚であれば、アモルファスシリコン膜の剥がれを防止できるとともに成膜時間を短縮できる。しかも、ドープトシリコン膜は１μｍあるので、遮光機能を充分に果たす。
【００３１】
［色素材定着工程／第二工程］
次に図３（Ｃ）に示すように、突条部１２によって区画形成されている透光領域１９内にＲ、Ｇ、Ｂの各インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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５０のＲ、Ｇ、Ｂの各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔は、隣接する透光領域１９の中心間の距離に一致するように調整しておく。
【００３２】
すなわち図５に、突条部１２で区画形成された透光領域１９の平面構造を拡大して示すように、透光領域１９の寸法はたとえば２５０μｍ×８０μｍ程度であり、突条部１２の幅は５μｍ〜２０μｍ程度である。従って、プリンタヘッド５０の各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔は８５μｍ〜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７０μｍ〜１００μｍ程度であるから、平面的な寸法だけから見ると、１つの透光領域１９内にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを３ドットずつ注入することができる。ここで、インク１ドットの占める体積は通常決まっているが、透光領域１９の平面寸法も液晶表示装置毎にたとえば２５０μｍ×８０μｍと定まっている。従って、インクが多過ぎたり、少な過ぎたりしないように、突条部１２の高さとインクの注入ドット数を適宜最適条件に設定する。但し、突条部１２からインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがはみ出ると、カラーフィルター１３０に色にじみが発生するため、本形態では、突条部１２を数μｍとやや厚めに形成してインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂのはみ出しを防止してある。
【００３３】
ここで用いることのできるインクの種類としては、たとえば表１に示すようなものがあげられる。
【００３４】
【表１】
この表１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、インクに色素材として求められる特性としては、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとなった時にその機能を満たすことは勿論、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。
【００３６】
図３（Ｃ）に示すようにインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を終えた後には、第１の透明基板１０全体をオーブン内で加熱して、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを乾燥、定着させる。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５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが乾燥すると、図３（Ｄ）に示すように、表面が平坦化した３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが形成される。
【００３７】
［導電性透明塗布膜形成工程／第三工程］
次に図３（Ｅ）に示すように、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂおよび突条部１２を覆うように第１の透明基板１０の表面側全体に塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１を塗布成膜する。
【００３８】
この塗布成膜にあたっては、各種の液状またはペースト状の塗布材（透明導電膜の前駆体）を用いることができる。これらの塗布材のうち、液状のものであればディップ法やスピンコート法などを用いることができ、ペースト状のものであればスクリーン印刷法などを用いることができる。本形態で用いた塗布材は、有機インジウムと有機スズとがキシロール中に９７：３の比率で８％配合された液状のもの（たとえば、旭電化工業株式会社製の商品名：アデカＩＴＯ塗布膜／ＩＴＯ−１０３Ｌ）であり、第１の透明基板１０の表面側全体にスピンコート法で塗布できる。ここで、塗布材としては、有機インジウムと有機スズとの比が９９／１から９０／１０までの範囲にあるものを使用することができる。
【００３９】
本形態では、第１の透明基板１０の表面側に塗布した液状またはペースト状の塗膜については、溶剤を乾燥、除去した後、熱処理装置内で熱処理を行う。このとき熱処理条件としては、たとえば、温度が２５０℃〜５００℃、好ましくは２５０℃〜４００℃の空気中あるいは酸素含有雰囲気中で３０分から６０分の第１の熱処理（焼成／化学反応）を行った後、温度が２００℃以上、好ましくは２００℃〜３５０℃の水素含有の非酸化性雰囲気中で３０分から６０分の第２の熱処理を行う。いずれの場合でも、第１の熱処理で安定化した皮膜が熱劣化しないように、第２の熱処理での処理温度は第１の熱処理での処理温度よりも低く設定する。このような熱処理を行うと、有機成分が除去されるとともに、塗膜はインジウム酸化物と錫酸化物の混合膜（塗布ＩＴＯ膜）となる。その結果、膜厚が約５００オングストローム〜約２０００オングストロームの塗布ＩＴＯ膜は、シート抵抗が１０2 Ω／□〜１０4 Ω／□で、光透過率が９０％以上となり、共通電極１１を構成することができる。
【００４０】
しかる後には基板温度が２００℃以下になるまで第１の透明基板１０を第２の熱処理を行った非酸化性雰囲気中、あるいはその他の非酸化性雰囲気中に保持し、基板温度が２００℃以下になった以降、第１の透明基板１０を熱処理装置から大気中に取り出す。このように第１の透明基板１０の温度が約２００℃以下に低下した後に大気にさらすのであれば、水素含有雰囲気下での第２の熱処理での還元により低抵抗化した皮膜が再び酸化してしまうことを防止できるので、シート抵抗の小さな塗布ＩＴＯ膜を得ることができる。
【００４１】
このようにして、第１の透明基板１０の表面側に、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂからなるカラーフィルター１３０、突条部１２からなるブラックマトリックス１２０、および塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１を形成する。しかる後、図２に示すように、第１の透明基板１０と、すでにＴＦＴ２２や画素電極２１を形成した第２の透明基板２０とを微小な隙間（セルギャップ）を保持して張り合わせ、その隙間に液晶３０を注入すると、液晶表示装置１が完成する。
【００４２】
以上詳述した本形態に係るカラーフィルター１３０およびその製造方法は、次のような利点を有している。
【００４３】
(1) カラーフィルター１３０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５０の各ノズル５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの間隔を、隣接する透光領域１９の中心間の距離に一致させたため、透光領域１９内にインクインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを高速で注入することができる。従って、カラーフィルター１３０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。また、完成したカラーフィルター１３０にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ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５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入することができ、欠陥を補修することが可能である。さらに、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ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。すなわち、本形態によれば、カラーフィルター１３０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最大限活かすことができる。
【００４４】
(2) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を行う際に突条部１２が、いわゆるインクを収容するための槽を構成し、このインク収容槽内にインクを注入するようになっているので、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが他の透光領域１９にはみ出ない。従って、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ（カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ）が所定の透光領域１９内に各々閉じ込められた状態にあるため、色にじみのないカラーフィルター１３０を実現することができる。それ故、表示品位の高い液晶表示装置１を実現することができる。
【００４５】
(3) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの注入を行う際のはみ出しを確実に防止するために突条部１２を高くしても、その表面側は段差被覆性や平坦性に優れた導電性透明塗布膜である塗布ＩＴＯ膜（共通電極１１）で覆われる。従って、共通電極１１の表面には突条部１２に起因する凹凸がない。それ故、セルギャップが５μｍ以下の液晶表示装置１にも適応することができる。
【００４６】
(4) 但し、導電性透明塗布膜（塗布ＩＴＯ膜）は段差被覆性に優れている代わりに、スパッタ法で成膜したＩＴＯ膜と比較するとシート抵抗が高い。それでも本形態では、導電性透明塗布膜から構成した共通電極１１の下層側にドープト半導体膜（遮光性導電膜）からなる突条部１２が形成されているので、塗布ＩＴＯ膜を共通電極１１として用いたときにシート抵抗が高いのを十分に補うことができる。
【００４７】
(5) インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの成分の多くは溶媒である水であるが、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂをインクジェット法で注入する際の下地（底面側）は親水性のシリコン酸化膜１６である。これに対して、突条部１２として用いられるドープトシリコン膜は撥水性である。従って、突条部１２で区画形成された透光領域１９にはインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂが入りやすく、かつ、一旦入るとそのまま保持され、他の透光領域１９にインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂがはみ出ることがない。それ故、カラーフィルター１３０の色にじみをより確実に防止できる。
【００４８】
(6) カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、ドープト半導体膜からなる突条部１２や塗布ＩＴＯ膜からなる共通電極１１に覆われ、外気と隔絶されているため、カラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの変色を防ぐことができる。
【００４９】
［その他の実施の形態］
なお、突条部１２については、その全体あるいは一部にクロム膜などの金属膜（導電性遮光膜）を用いてもよい。このような金属膜も可視光に対して遮光性を有しているから、３色のカラーフィルター層１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの間において色と色の隙間を遮光するためのブラックマトリックス１２０として用いることができる。
【００５０】
ここで、カラーフィルター１３０の配列には、図６（Ａ）〜（Ｅ）にそれぞれ示すように、縦ストライプ型、横ストライプ型、モザイク型、トライアングル型（カラーローテーション有り）、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はこれら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６（Ａ）〜（Ｅ）にそれぞれ示すように、本発明における突条部を、縦方向に長く延びた形状の突条部１２Ａ、横方向に長く延びた形状の突条部１２Ｂ、格子状の突条部１２Ｃ、（縦方向が横１列毎に交互に延びる突条部１２Ｄ、突条部１２Ｅとし、これらの突条部で区画形成された各領域のそれぞれに、Ｒ、Ｇ、Ｂの色素材を定着させればよい。
【００５１】
前記の実施の形態では、インク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂのはみ出し防止と、複数の突条部１２の第１の透明基板１０への密着性を高めることを目的に、第１の透明基板１０と突条部１２との間にシリコン酸化膜１６を設けたが、このシリコン酸化膜１６を省略することも可能である。
【００５２】
また、図７（Ａ）に示すように、第１の透明基板２０の方に形成する画素スイッチング用の駆動素子としては、ＴＦＴに代えて、ＭＩＭ素子２２Ａを形成してもよい。この場合の第１の透明基板１０には、第２の透明基板２０に形成してある信号線Ｓ（または走査線）と直交する方向に帯状に延びる複数本の共通電極１１Ａを形成する必要があり、第１の透明基板１０全面に共通電極を形成することができない。従って、この場合には、帯状に延びる各共通電極１１Ａの下層側に、図７（Ｂ）に示すように、隙間１２６Ｆにより共通電極毎に電気的に分離している突条部１２Ｆ（遮光性導電膜／ブラックマトリックス１２０Ｆ）を形成した後、突条部１２Ｆで区画形成されている各透光領域１９内にインクジェット法により各色のインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入してカラーフィルター１３０を形成する。
【００５３】
これに対して、図８（Ａ）に示すように、単純マトリックスタイプの液晶表示装置を構成する場合には、第２の透明基板２０に帯状に形成してある画素電極２１Ａと直交する方向に帯状に延びる複数本の共通電極１１Ｂを第１の透明基板１０に形成する必要があり、第１の透明基板１０全面に共通電極を形成することができない。従って、この場合にも、帯状の各共通電極１１Ｂの下層側に、図８（Ｂ）に示すように、隙間１２６Ｇによって共通電極毎に電気的に分離している突条部１２Ｇ（遮光性導電膜／ブラックマトリックス１２０Ｇ）を形成した後、突条部１２Ｇで区画形成されている各透光領域１９内にインクジェット法により各色のインク５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを注入してカラーフィルター１３０を形成する。
【００５４】
なお、カラーフィルター１３０や液晶表示装置１を構成する各膜の膜厚や突条部１２の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。また、本発明の液晶表示装置１については、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適用することができ、その用途に限定がないことも勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るカラーフィルターでは、透明基板上に形成された線状の遮光性導電膜からなる複数条の突条部と、該突条部で区画形成された透光領域内に定着された色素材と、該色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板上に形成された導電性透明塗布膜とを有することを特徴とする。従って、本発明によれば、色素材（インク）をインクジェット法で各透光領域に注入する際に突条部がダムとして機能し、色素材が透光領域内からはみ出ないので、色にじみのないカラーフィルターを製造できる。また、突条部は遮光性導電膜から構成されているので、そのままブラックマトリックスとして用いることができる。さらに、突条部をダムとして十分に機能するように厚くしてもその表面には、段差被覆性に優れた導電性透明塗布膜からなる共通電極が形成され、表面が平坦化されるので、セルギャップが小さくて表示品位が高い液晶表示装置を実現できる。しかも、導電性透明塗布膜の下層側に遮光性導電膜が形成されているので、導電性透明塗布膜を共通電極として用いたときにシート抵抗が高いことを十分に補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラーフィルターを備えた液晶表示装置の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した液晶表示装置の概略断面図である。
【図３】（Ａ）ないし（Ｅ）は、本発明を適用したブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造方法を示す工程断面図である。
【図４】（Ａ）ないし（Ｃ）は、それぞれ本発明の別の実施の形態に係るカラーフィルターに構成される突条部の説明図である。
【図５】本発明を適用したブラックマトリックス一体型カラーフィルターの製造工程において、突条部で区画形成された各透光領域へのインク注入の様子を示す説明図である。
【図６】（Ａ）ないし（Ｅ）は、それぞれ本発明の別の実施の形態に係るカラーフィルターに構成されるカラーフィルター層の配置を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は、ＭＩＭを駆動素子に用いた液晶表示装置に本発明を適用したときの説明図、（Ｂ）はこの液晶表示装置にカラーフィルターを構成するときに用いる突条部の平面形状を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は、単純マトリックスタイプの液晶表示装置に本発明を適用したときの説明図、（Ｂ）はこの液晶表示装置にカラーフィルターを構成するときに用いる突条部の平面形状を示す説明図である。
【図９】従来の液晶表示装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
１０ 第１の透明基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ 共通電極
１２、１２Ａ〜１２Ｇ 突条部
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ カラーフィルター層
１６ シリコン酸化膜
１９ 透光領域
２０ 第２の透明基板
２１ 画素電極
２２ ＴＦＴ
２２Ａ ＭＩＭ素子
２３ 下地保護膜
３０ 液晶
４１ レジストマスク
５０ プリンタヘッド
５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ インク
５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ ノズル
１２０、１２０Ｆ，１２０Ｇ ブラックマトリックス
１２１ クロム膜
１２０Ｆ、１２０Ｇ 突条部の隙間
１３０ カラーフィルター
Ｓ 信号線
Claims (7)
- 基板上で有色領域を区画形成する、遮光性導電膜と前記遮光性導電膜の下層に形成された酸化膜とを有する線状の突条部と、
前記有色領域内にインクジェット法により定着された色素材と、
該色素材および前記突条部を覆うように前記基板の表面側に塗布成膜された導電性透明塗布膜とを有し、
前記突条部がテーパを有することを特徴とするカラーフィルター。 - 請求項１において、前記導電性透明塗布膜は塗布ＩＴＯ膜から構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ないし２のいずれかにおいて、前記遮光性導電膜は不純物が導入されたドープト半導体膜から構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ないし２のいずれかにおいて、前記遮光性導電膜は金属膜から構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ないし４のいずれかに規定するカラーフィルターを備える
第１の基板と、前記有色領域に対応する領域に画素電極が形成された第２の基板と、該第２の基板と前記第１の基板との隙間内に充填された液晶層とを有し、
前記突条部をブラックマトリックスとして用いるとともに、前記導電性透明塗布膜を前記画素電極との間で前記液晶層を駆動するための共通電極として用いることを特徴とする液晶表示装置。 - 透明基板上に少なくとも酸化膜と前記酸化膜の上層に形成された導電膜とを有し、テ−パ形状を有する突条部を形成する第一工程と、
該突条部で区画形成された透光領域内にインクジェット法を用いて色素材を注入し乾燥させて該色素材を定着させる第二工程と、
前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に導電性透明塗布膜を形成する第三工程とを有することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。 - 請求項６において、前記第三工程では、前記導電性透明塗布膜を形成するための前駆体を前記色素材および前記突条部を覆うように前記透明基板の表面側に塗布成膜した後、前記前駆体に化学反応を生じさせて前記導電性透明塗布膜を形成することを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
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