JP5255758B2 - 表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、表示装置に関し、特に、表示電極を駆動する薄膜トランジスタが形成された基板に、カラーフィルタを備えたアクティブマトリクス型の表示装置に関する。

液晶表示装置等のカラー表示装置に配置されるカラーフィルタの１つとして、オン・チップ・カラーフィルタ（On Chip Color Filter；以降、「ＯＣＣＦ」と略称する）が知られている。次に、従来例に係るＯＣＣＦを備えた液晶表示装置の製造方法について、その一例を示す。

図７、及び図８に示すように、ゲート線ＧＬ、表示信号線ＤＬ、保持容量線ＳＬに囲まれて、複数の画素１が形成されている。なお、図８は、図７のＸ−Ｘ線に沿った断面 図を示しており、複数の画素１の中から１つを示している。

ガラス等の第１の基板１０上には、不図示のバッファ膜を介して、画素選択用の薄膜トランジスタＴＲが形成される。即ち、能動層１１、それを覆うゲート絶縁膜１２、能動層１１のソース又はドレインと接続されたパッド電極１４、及び能動層１１を横断するゲート線ＧＬが、この順で形成される。次に、パッド電極１４及びゲート線ＧＬを覆う層間絶縁膜１５が形成される。さらに、層間絶縁膜１５の一部をエッチングして、パッド電極１４を露出するコンタクトホールＣＨ２を形成される。

次に、層間絶縁膜１５上に、顔料を含む感光性有機材料（ネガレジスト）が形成される。そして、ゲート線ＧＬ及び保持容量線ＳＬに囲まれた開口寄与部ＯＰ、及びゲート線ＧＬ及び保持容量線ＳＬの一部に重畳する領域における感光性有機材料に対して露光を行う。その際、図９の左図に示したようなマスク４４を介して感光性有機材料は露光される。マスク４４は、長方形の透過部４４Ｗ及びそれを囲む遮光部を有している。感光性有機材料はネガレジストであるため、この透過部４４Ｗを通して露光された領域が、後の現像によって残る。これにより、開口寄与部ＯＰを覆い、ゲート線ＧＬ及び保持容量線ＳＬの一部と重畳するＯＣＣＦ、即ちカラーフィルタ５６が形成される。

このカラーフィルタ５６には、図９の右図に示すように、大きな円弧状の角部が形成される。また、図１０に示すように、カラーフィルタ５６の角部は、ゲート線ＧＬ、表示信号線ＤＬ、保持容量線ＳＬ等の信号線の一部と、幅αを以って重畳している。一方、カラーフィルタ５６の直線部は、ゲート線ＧＬ、表示信号線ＤＬ、保持容量線ＳＬ等の信号線の一部と、幅β２を以って重畳している。これらの重畳領域は、露光のずれ等によるカラーフィルタ５６の形成誤差により、開口寄与部ＯＰから光漏れが生じることを抑止するものである。

また、カラーフィルタ５６は、パッド電極１４及びコンタクトホールＣＨ２から離間した位置に形成されている。コンタクトホールＣＨ２とカラーフィルタ５６との離間距離Ｌは、例えば約１μｍ〜３μｍである。これは、露光のずれ等によりカラーフィルタ５６がコンタクトホールＣＨ２に延びること、又はコンタクトホールＣＨ２内においてカラーフィルタ５６の形成時に生じた残渣が散在してしまうことにより、パッド電極１４と、後述する表示電極１８との接続不良を抑止するためである。

次に、カラーフィルタ５６を覆う平坦化膜１７が形成される。さらに平坦化膜１７の一部をエッチングして、コンタクトホールＣＨ２と連続するコンタクトホールＣＨ３が形成される。

次に、コンタクトホールＣＨ２，ＣＨ３を通してパッド電極１４と接続され、平坦化膜１７上に延びる表示電極１８が形成される。表示電極１８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明金属からなる。表示電極１８には、不図示の配向膜が形成される。

次に、第１の基板１０に、ガラス等の第２の基板２０が貼り合わされる。この第２の基板２０には、表示電極１８に対向して共通電極２１及び不図示の配向膜が形成されている。そして、第１の基板１０及び第２の基板２０の間に液晶層ＬＣが封止される。

なお、関連する技術文献としては、例えば以下の特許文献が挙げられる。
特開平４−２５３０２８号公報

上述したカラーフィルタ５６、即ちＯＣＣＦを用いた表示装置では、図１０に示すように、感光性有機材料の露光及び現像の際に、カラーフィルタ５６の角部は半径ｒ２の大きな円弧状となる。これは上記露光時のいわゆる光近接効果によるものである。ここで、その角部とゲート線ＧＬ等の信号線との最低限必要な重畳領域の幅αを確保しようとすると、カラーフィルタ５６の直線部とゲート線ＧＬ等の信号線との重畳領域の幅β２は、半径ｒ２の増大に応じて大きくなる。この幅β２は冗長な幅も含むため、コンタクトホールＣＨ２とカラーフィルタ５６との離間距離Ｌを確保するためには、開口寄与部ＯＰを小さくするか、画素１のサイズを増大させる必要が生じる。そのため、高精細化によって画素１を微小化する場合には、開口寄与部ＯＰ、即ち画素１の開口率が低下するという問題が生じていた。

そこで本技術は、カラーフィルタを備えた表示装置及びその製造方法において、画素の開口率を高めるものである。

本技術の表示装置の製造方法は、基板上に、薄膜トランジスタに接続されたパッド電極を形成する工程と、パッド電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、パッド電極の一部を露出するコンタクトホールを絶縁膜に形成する工程と、絶縁膜上に、感光性有機材料を形成する工程と、頂点を共有する２辺が略直角に交差する角部を有する透過部及びその角部と連結された拡張透過部を有したマスクを介して、コンタクトホールと離間した領域の感光性有機材料を露光する工程と、感光性有機材料を現像し、コンタクトホールと離間したカラーフィルタを形成する工程と、絶縁膜及びカラーフィルタを覆う平坦化膜を形成する工程と、コンタクトホール上の平坦化膜を除去してパッド電極を露出する工程と、コンタクトホールを通してパッド電極と接続され平坦化膜上に延びる表示電極を形成する工程と、を含み、基板上に第１の信号線と第１の信号線に直交する第２の信号線とがそれぞれパッド電極と離間して形成される。また、このような製造方法におけるカラーフィルタの形成領域は、パッド電極と離間して、パッド電極側の側端部に第１の信号線の一部が重畳し、角部が第１の信号線と第２の信号線との直交領域の一部に重畳した領域であり、カラーフィルタの略直角に形成された矩形の角部は円弧状となっており、その円弧の半径ｒと、カラーフィルタの角部と第１の信号線と第２の信号線との重畳領域における第１の信号線の側端部と第２の信号線の側端部との交点からカラーフィルタの角部の外周縁までの幅αと、カラーフィルタと第１の信号線との重畳領域における第１の信号線の側端部からカラーフィルタの側端部までの幅βとの関係が以下の式（１）または式（２）で表される。
β＝ｒ−｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ≧α）・・・（１）
β＝ｒ＋｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ＜α）・・・（２）

また、本技術の表示装置は、基板上に、薄膜トランジスタに接続されたパッド電極と、パッド電極を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に形成され矩形の角部が略直角に形成されたカラーフィルタと、絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通してパッド電極と接続された表示電極と、を備えた表示装置であって、カラーフィルタの略直角に形成された矩形の角部は円弧状となっており、その円弧の半径ｒは２μｍ以下であり、基板上に第１の信号線と第１の信号線に直交する第２の信号線とがそれぞれパッド電極と離間して形成され、カラーフィルタの形成領域は、パッド電極と離間して、パッド電極側の側端部に第１の信号線の一部が重畳し、角部が第１の信号線と第２の信号線との直交領域の一部に重畳した領域であり、半径ｒと、カラーフィルタの角部と第１の信号線と第２の信号線との重畳領域における第１の信号線の側端部と第２の信号線の側端部との交点からカラーフィルタの角部の外周縁までの幅αと、カラーフィルタと第１の信号線との重畳領域における第１の信号線の側端部からカラーフィルタの側端部までの幅βとの関係が以下の式（１）または式（２）で表される。
β＝ｒ−｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ≧α）・・・（１）
β＝ｒ＋｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ＜α）・・・（２）

かかる構成によれば、カラーフィルタの冗長な形成領域が減少する。これにより、画素１の冗長な領域が減少し、開口率を従来例に比して高めることができる。又は、画素の小規模化が可能となり、表示領域の全体の小規模化を図ることができる。

本技術によれば、カラーフィルタを備えた表示装置及びその製造方法において、カラーフィルタの冗長な形成領域が減少するため、画素の開口率を高めることができる。

最初に、第１の実施形態に係る表示装置及びその製造方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の表示装置は、液晶層を備えた液晶表示装置であるものとして説明する。

図１は、この表示装置のカラーフィルタ及びその形成工程を説明する平面図である。なお、この表示装置には複数の画素が形成されるが、図１では、１つの画素１に形成される１つのカラーフィルタについて示している。また、図１では、図７及び図８に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して参照する。

この表示装置の製造方法では、薄膜トランジスタＴＲ及びそれを覆う層間絶縁膜１５の形成工程、第２の基板２０による液晶層ＬＣの封止工程については、図７及び図８に示した上記工程と同様である。次に、層間絶縁膜１５上に形成される本実施形態のカラーフィルタ１６の形成工程について説明する。

層間絶縁膜１５上に、カラーフィルタ１６の材料となる感光性有機材料が形成されると、図１の左図に示すマスク４１を介して、その感光性有機材料に対して露光が行われる。

マスク４１は、長方形又は略長方形の透過部４１Ｗ及びそれを囲む遮光部を有している。また、透過部４１Ｗの角部には、その角部と連結された拡張透過部４１Ｃが形成されている。拡張透過部４１Ｃは、正方形又は略正方形であり、透過部４１Ｗの角部に部分的に重なっている。透過部４１Ｗの角部と重ならない拡張透過部４１Ｃの領域において、その短辺をａとすると、それと直交する長辺の長さは２ａである。ここで、ａは約０．５〜３．０μｍである。

マスク４１は、拡張透過部４１Ｃの存在によって、いわゆる光近接効果を補正するマスク（以降、「光近接補正マスク」と略称する）として機能するため、上記露光、及びそれに続いて行われる現像により形成されるカラーフィルタ１６は、図１の右図に示すように、矩形の角部が略直角となる。ここで、略直角の角部は、円弧状に微小な丸みを帯びている。しかしながら、図２に示すように、その円弧の半径ｒ１は、図９及び図１０の従来例に示したカラーフィルタ５６の角部に形成された円弧の半径ｒ２に比して極めて小さい。

そのため、カラーフィルタ１６の角部とゲート線ＧＬ等の信号線との最低限必要な重畳領域を幅αとして確保するとき、カラーフィルタ１６の直線部とゲート線ＧＬの信号線との重畳領域の幅β１は、従来例に係る重畳領域の幅β２に比して小さくなる。ただし、ｒ１，ｒ２≧αであり、β１＝ｒ１−（ｒ１−α）／√２、β２＝ｒ２−（ｒ２−α）／√２であるものとする。なお、図示しないが、ｒ１，ｒ２＜αとなる場合、β１＝ｒ１＋（α−ｒ１）／√２、β２＝ｒ２＋（α−ｒ２）／√２であるものとする。図２及び図１０の例では、ｒ１，ｒ２≧αの場合を示している。

これにより、カラーフィルタ１６の冗長な形成領域を従来例に比して小さくすることができるため、その分、コンタクトホールＣＨ２との離間距離Ｌを確保しつつ、開口寄与部ＯＰの面積を広げて開口率を高めることができる。又は、開口率を高める必要が無ければ、画素１のサイズを従来例に比して小さくすることができる。

本技術の技術者らの行った実験によれば、従来例に比して小さくすることのできるカラーフィルタ１６の冗長な形成領域の幅（β２−β１）は、０．３×（ｒ２−ｒ１）程度である。従って、カラーフィルタ１６の上下方向又は左右方向において、０．６×（ｒ２−ｒ１）程度、そのサイズを小さくすることが可能となる。

また、図３に示すように、従来例に係るカラーフィルタ５６と比較すると、ｒ１はｒ２より小さいため、本実施形態のカラーフィルタ１６の角部１６Ｃの面積は、従来例に比して大きくなり、層間絶縁膜１５に対するカラーフィルタの密着性がよくなる。特に、カラーフィルタ１６の各辺の長さが１０μｍ以下である場合、この密着性の効果は顕著に現れる。そのため、カラーフィルタ１６は、各辺の長さが１０μｍ以下となるように形成されることが好ましい。

なお、透過部４１Ｗの形状は、頂点を共有する２辺が略直角に交差する角部を少なくとも１つ有していれば、長方形又は略長方形に限られることはない。例えば、直角三角形、台形、ホームベース形状、釣鐘形などであってもよい。

次に、第２の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る表示装置のカラーフィルタ３６及びその形成工程を説明する平面図である。図４では、第１の実施形態で示したものと同様の構成要素については、同一に符号を付して参照するものとし、その形成方法を省略する。

図４に示すように、本実施形態では、薄膜トランジスタＴＲと接続されたパッド電極を囲むようにしてカラーフィルタ３６が形成される点で第１の実施形態と異なる。本実施形態では、このパッド電極をパッド電極１４Ｍとして参照する。なお、カラーフィルタ３６は開口寄与部ＯＰを覆っているものとする。

カラーフィルタ３６を形成する工程では、層間絶縁膜１５上に、カラーフィルタ３６の材料となる感光性有機材料が形成されると、図５（Ａ）に示すマスク４２を介して、その感光性有機材料に対して露光が行われる。

マスク４２は、パッド電極１４Ｍ上を露出する長方形又は略長方形の遮光部４２Ｗ及びそれを囲む透過部を有している。また、遮光部４２Ｗの角部には、その角部と連結された拡張遮光部４２Ｃが形成されている。拡張遮光部４２Ｃは、正方形又は略正方形であり、遮光部４２Ｗの角部に部分的に重なっている。遮光部４２Ｗの角部と重ならない拡張遮光部４２Ｃの領域において、その短辺をａとすると、それと直交する長辺の長さは２ａである。ここで、ａは約０．５〜３．０μｍである。

マスク４２は、拡張遮光部４２Ｃの存在により、いわゆる光近接補正マスクとして機能するため、上記露光、及びそれに続いて行われる現像により形成されるカラーフィルタ３６は、図５（Ｂ）に示すように、略直角の角部を有した開口部３６Ｗを有する。また、カラーフィルタ３６は、光漏れを防ぐため、パッド電極１４Ｍの一部と重畳して形成される。その重畳の幅を幅β３とする。また、開口部３６Ｗの直線部とコンタクトホールＣＨ２との間に必要な離間距離をＤ１する。このとき、開口部３６Ｗの角部とコンタクトホールＣＨ２との離間距離Ｄ２は、その角部が略直角に形成されているため、Ｄ２＞Ｄ１である。

もし仮に、図６（Ａ）のような単純な矩形の遮光部４３Ｗを有したマスク４３を用いて上記露光を行うと、いわゆる光近接効果により、現像されたカラーフィルタ６６の開口部６６Ｗに、大きく湾曲した角部が形成される。このとき角部におけるカラーフィルタ６６とコンタクトホールＣＨ２との距離をＤ３とすると、Ｄ１＞Ｄ３となってしまう。

しかしながら、プロセス上の誤差によりカラーフィルタ６６がコンタクトホールＣＨ２内に存在しないようにするためには、カラーフィルタ６６とコンタクトホールＣＨ２との離間距離は、コンタクトホールＣＨ２の周囲の全てにおいて少なくともＤ１だけ必要である。

そこで、開口部６６Ｗにおけるカラーフィルタ６６とコンタクトホールＣＨ２との距離を少なくともＤ１の分だけ確保するためには、（Ｄ１−Ｄ３）＝εとすると、開口部６６Ｗを、幅εの分だけコンタクトホールＣＨ２から遠ざかるように拡げる必要がある。従って、パッド電極１４Ｍとカラーフィルタ６６との重畳領域の幅β３を確保するためには、パッド電極１４Ｍを幅εの分だけ拡げる必要がある（図中の領域Ａ）。

これに対して、図５に示した本実施形態では、Ｄ２＞Ｄ１となっているため、パッド電極１４Ｍを幅εの分だけ拡げる必要がない。これを逆にいえば、パッド電極１４Ｍとカラーフィルタ６６との重畳領域の幅β３を確保すると共に、図６の場合に比して幅εの分だけパッド電極１４Ｍを小さく形成することができる。これにより、冗長なパッド電極の形成領域が減少するため、画素１の開口率が良好なものとなる。

なお、遮光部４２Ｗの形状は、頂点を共有する２辺が略直角に交差する角部を少なくとも１つ有していれば、長方形又は略長方形に限られることはない。例えば、直角三角形、台形、ホームベース形状、釣鐘形などであってもよい。

なお、本実施形態は液晶表示装置を例として説明したが、本技術は液晶表示装置以外の表示装置、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた表示装置についても適用することができる。

第１の実施形態に係る表示装置のカラーフィルタ及びその形成工程を説明する平面図である。 第１の実施形態に係る表示装置のカラーフィルタを説明する平面図である。 第１の実施形態に係る表示装置のカラーフィルタを説明する平面図である。 第２の実施形態に係る表示装置のカラーフィルタ及びその形成工程を説明する平面図である。 第２の実施形態に係る表示装置のカラーフィルタを説明する平面図である。 従来例に係る表示装置のカラーフィルタを説明する平面図である。 表示装置の画素を説明する平面図である。 従来例に係る表示装置を説明する断面図である。 従来例に係る表示装置のカラーフィルタ及びその形成工程を説明する平面図 である。 従来例に係る表示装置のカラーフィルタを説明する平面図である。

符号の説明

１ 画素 １０ 第１の基板 １１ 能動層
１２ ゲート絶縁膜 １３ 第１の電極 １４ 第２の電極
１５ 層間絶縁膜 １６，３６，５６，６６ カラーフィルタ
１７ 平坦化膜 １８ 表示電極 ２０ 第２の基板
２１ 対向電極
３６Ｗ，６６Ｗ 開口部 ４１，４２，４３，４４ マスク
４１Ｗ 透過部 ４２Ｗ，４３Ｗ 遮光部
４１Ｃ 拡張透過部 ４２Ｃ 拡張遮光部
ＧＬ ゲート線 ＤＬ 表示信号線 ＬＣ 液晶層

Claims (5)

1. 基板上に、
   薄膜トランジスタに接続されたパッド電極を形成する工程と、
   前記パッド電極を覆う絶縁膜を形成する工程と、
   前記パッド電極の一部を露出するコンタクトホールを前記絶縁膜に形成する工程と、
   前記絶縁膜上に、感光性有機材料を形成する工程と、
   頂点を共有する２辺が略直角に交差する角部を有する透過部及びその角部と連結された拡張透過部を有したマスクを介して、前記コンタクトホールと離間した領域の前記感光性有機材料を露光する工程と、
   前記感光性有機材料を現像し、前記コンタクトホールと離間したカラーフィルタを形成する工程と、
   前記絶縁膜及び前記カラーフィルタを覆う平坦化膜を形成する工程と、
   前記コンタクトホール上の前記平坦化膜を除去して前記パッド電極を露出する工程と、
   前記コンタクトホールを通して前記パッド電極と接続され前記平坦化膜上に延びる表示電極を形成する工程と、を含み、
   前記基板上に第１の信号線と前記第１の信号線に直交する第２の信号線とがそれぞれ前記パッド電極と離間して形成され、
   前記カラーフィルタの形成領域は、前記パッド電極と離間して、前記パッド電極側の側端部に前記第１の信号線の一部が重畳し、角部が前記第１の信号線と前記第２の信号線との直交領域の一部に重畳した領域であり、
   前記カラーフィルタの略直角に形成された矩形の角部は円弧状となっており、その円弧の半径ｒと、前記カラーフィルタの角部と前記第１の信号線と前記第２の信号線との重畳領域における前記第１の信号線の側端部と前記第２の信号線の側端部との交点から前記カラーフィルタの角部の外周縁までの幅αと、前記カラーフィルタと前記第１の信号線との重畳領域における前記第１の信号線の側端部から前記カラーフィルタの側端部までの幅βとの関係が以下の式（１）または式（２）で表される表示装置の製造方法。
   β＝ｒ−｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ≧α）・・・（１）
   β＝ｒ＋｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ＜α）・・・（２）
2. 前記拡張透過部は正方形であり、前記透過部の角部に部分的に重なっている請求項１に記載の表示装置の製造方法。
3. 前記カラーフィルタの形成領域は、前記パッド電極の一部と重畳する領域である請求項１又は請求項２に記載の表示装置の製造方法。
4. 基板上に、薄膜トランジスタに接続されたパッド電極と、前記パッド電極を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され矩形の角部が略直角に形成されたカラーフィルタと、前記絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通して前記パッド電極と接続された表示電極と、を備えた表示装置であって、
   前記カラーフィルタの略直角に形成された矩形の角部は円弧状となっており、その円弧の半径ｒは２μｍ以下であり、
   前記基板上に第１の信号線と前記第１の信号線に直交する第２の信号線とがそれぞれ前記パッド電極と離間して形成され、
   前記カラーフィルタの形成領域は、前記パッド電極と離間して、前記パッド電極側の側端部に前記第１の信号線の一部が重畳し、角部が前記第１の信号線と前記第２の信号線との直交領域の一部に重畳した領域であり、
   前記半径ｒと、前記カラーフィルタの角部と前記第１の信号線と前記第２の信号線との重畳領域における前記第１の信号線の側端部と前記第２の信号線の側端部との交点から前記カラーフィルタの角部の外周縁までの幅αと、前記カラーフィルタと前記第１の信号線との重畳領域における前記第１の信号線の側端部から前記カラーフィルタの側端部までの幅βとの関係が以下の式（１）または式（２）で表される表示装置。
   β＝ｒ−｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ≧α）・・・（１）
   β＝ｒ＋｛（ｒ−α）／√２｝、（ｒ＜α）・・・（２）
5. 前記カラーフィルタの形成領域は、前記パッド電極の一部と重畳する領域である請求項４に記載の表示装置。

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