JPH07239468A - カラーフィルタを有するアクティブマトリックス基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トランジスタ素子の動作に悪影響を与えるお
それのないカラーフィルタ層を形成したアクティブマト
リックス基板を提供する。 【構成】 ガラス基板１００上に、タンタルからなるス
トライプ状パターンの第１の金属層１１０を形成し、そ
の上に、タングステンからなる枠状パターンの第２の金
属層を形成する。第１の金属層１１０の表面は、枠状パ
ターンに形成された開口部から露出している。この状態
で、酸化用溶液に浸し、白金板を対極１３０とした陽極
酸化を行う。第１の金属層１１０は、開口部から露出し
た部分だけが酸化され、酸化層が形成される。各列ごと
に陽極酸化電圧を変えると、各列ごとに酸化層の厚みを
変えることができる。各酸化層は、厚みに応じた光干渉
色を呈し、無機材料からなるフィルタ層として利用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリック
ス基板およびその製造方法、特に、液晶表示装置の一方
の基板として用いられ、カラーフィルタを備えているア
クティブマトリックス基板およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】省電力型のディスプレイとして、液晶表
示装置は広範囲な用途に利用されている。一般的に用い
られている液晶表示装置は、２枚の基板の間に液晶を充
填し、両基板間に画素単位で電圧を印加して液晶の光学
的特性を制御することにより動作する。近年では、表示
特性を向上させるため、一方の基板として、アクティブ
マトリックス基板を用いた液晶表示装置が主流になりつ
つある。このアクティブマトリックス基板上には、複数
の画素電極が縦横に配列されており、しかも個々の画素
電極には、それぞれトランジスタ素子やダイオード素子
といった能動素子が接続されている。個々の能動素子を
ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、各画素電極ごとに電
荷の出し入れを制御することができる。

【０００３】また、近年はカラーの液晶表示装置も一般
的に普及している。このようなカラー表示を行う場合、
各画素ごとにフィルタ層を形成する必要がある。通常
は、ＲＧＢの三原色についてのフィルタ層が用意され
る。たとえば、アクティブマトリックス基板を用いた液
晶表示装置では、対向基板側にＲＧＢの三原色について
のフィルタ層が各画素ごとに用意されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、カラ
ー液晶表示装置では、能動素子と画素電極とが各画素ご
とに配列されたアクティブマトリックス基板と、ＲＧＢ
の三原色についてのフィルタ層が各画素ごとに配列され
た対向基板と、を対向させて配置し、両基板間に液晶を
充填することになる。このとき、両基板の位置合わせを
正確に行う必要がある。すなわち、アクティブマトリッ
クス基板側の画素電極と、対向基板側のフィルタ層とが
正しい位置に合っていないと、正しい画像表示を行うこ
とができない。このため、多少の位置合わせ誤差が生じ
ても問題が生じないように、ある程度の許容誤差を見込
んだ設計がなされるのが一般的である。しかしながら、
このような位置合わせ誤差を見込んだ場合、効率的な設
計を行うことができなくなり、実際の開口面積を理論値
よりも小さく設計せざるを得ないなどの弊害が生じる。

【０００５】このような位置合わせ誤差に関する問題
は、アクティブマトリックス基板側にフィルタ層を形成
することにより解決することはできる。しかしながら、
従来のフィルタ層をアクティブマトリックス基板側に形
成すると、別な問題が生じることになる。従来から、Ｒ
ＧＢの三原色についてのフィルタ層を形成するには、顔
料や染料といった有機材料を使うのが一般的である。と
ころが、このような有機材料を含むフィルタ層をアクテ
ィブマトリックス基板上に形成すると、アクティブマト
リックス基板上に形成された能動素子の正常な動作が阻
害されるおそれがある。トランジスタ素子やダイオード
素子といった能動素子は、シリコンなどの無機材料から
構成されているが、ここに、顔料や染料といった導電性
の物質が混入すると、能動素子の電気的特性に悪影響を
及ぼす可能性がある。特に、シリコンなどの半導体材料
に対する加工を行う場合、エッチング溶液に浸す工程
や、水で洗浄する工程などが繰り返し行われる。したが
って、基板上に有機材料が含まれていると、この有機材
料が種々の工程で溶液に溶け出て、本来は無機材料のみ
から構成されていなければならない領域に、有機物質の
分子が混入するような事態が生じる可能性が十分に予測
される。このような理由により、従来から一般に用いら
れている有機材料を含んだフィルタ層をアクティブマト
リックス基板側に形成することは非常に困難である。

【０００６】そこで本発明は、能動素子の動作に悪影響
を与えるおそれのないカラーフィルタ層を形成したアク
ティブマトリックス基板およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

(1) 本願第１の発明は、液晶表示装置の一方の基板と
して用いられるアクティブマトリックス基板において、
各画素ごとに設けられた画素電極と、この画素電極に対
して電荷を出し入れする制御を行う能動素子と、各画素
電極に対して積層されたフィルタ層と、を設け、このフ
ィルタ層を、光干渉色を呈する所定の厚みをもった金属
の酸化膜によって形成するようにしたものである。

【０００８】(2) 本願第２の発明は、上述の第１の発
明に係るアクティブマトリックス基板において、画素電
極を金属により構成し、フィルタ層をこの金属の酸化膜
によって構成するようにしたものである。

【０００９】(3) 本願第３の発明は、上述の第２の発
明に係るアクティブマトリックス基板において、基板上
に画素電極を、この画素電極の上面にフィルタ層を、そ
れぞれ形成し、更に、フィルタ層上に補助電極を形成
し、フィルタ層を挟んだ画素電極と補助電極とによって
容量素子を構成し、この容量素子により、画素電極に対
して電荷を出し入れする際の保持容量を確保できるよう
にしたものである。

【００１０】(4) 本願第４の発明は、上述の第１の発
明に係るアクティブマトリックス基板を製造する方法に
おいて、主面にＸＹ平面が定義された基板上に第１の金
属層を形成する第１の段階と、この第１の金属層に対し
てパターニングを行い、Ｙ軸方向に伸びた帯状領域をＸ
軸方向に所定間隔をおいて複数配置したストライプ状パ
ターンを形成する第２の段階と、少なくとも、パターニ
ングされた第１の金属層の上面に、第２の金属層を形成
する第３の段階と、第２の金属層に対してパターニング
を行い、パターニングされた第１の金属層を覆うように
Ｙ軸方向に伸びた帯状領域に配置され、かつ、この帯状
領域内にＹ軸方向に所定間隔をおいて複数の開口部が形
成された枠状パターン、を形成する第４の段階と、所定
の酸化溶液中にこの基板全体と酸化用の対極とを浸し、
第１の金属層および第２の金属層に正の電圧を、対極に
負の電圧を、それぞれ印加することにより、第１の金属
層および第２の金属層の露出部分を陽極酸化し、それぞ
れ第１の酸化層および第２の酸化層を形成する第５の段
階と、第２の酸化層を除去する第６の段階と、第２の金
属層を除去する第７の段階と、第１の金属層に対して、
第１の酸化層をマスクとして用いたパターニングを行
い、マスクで覆われていない露出部分を除去する第８の
段階と、第１の酸化層の上面に画素電極を積層するとと
もに、この画素電極に対して電荷を出し入れする制御を
行う能動素子を形成する第９の段階と、を行い、第１の
酸化層が、フィルタ層として機能するような光干渉色を
呈する所定の厚みとなるような条件で、第５の段階にお
ける陽極酸化を行うようにしたものである。

【００１１】(5) 本願第５の発明は、上述の第２の発
明に係るアクティブマトリックス基板を製造する方法に
おいて、主面にＸＹ平面が定義された基板上に第１の金
属層を形成する第１の段階と、この第１の金属層に対し
てパターニングを行い、Ｙ軸方向に伸びた帯状領域をＸ
軸方向に所定間隔をおいて複数配置したストライプ状パ
ターン、を形成する第２の段階と、少なくとも、パター
ニングされた第１の金属層の上面に、第２の金属層を形
成する第３の段階と、第２の金属層に対してパターニン
グを行い、パターニングされた第１の金属層を覆うよう
にＹ軸方向に伸びた帯状領域に配置され、かつ、この帯
状領域内にＹ軸方向に所定間隔をおいて複数の開口部が
形成された枠状パターン、を形成する第４の段階と、所
定の酸化溶液中にこの基板全体と酸化用の対極とを浸
し、第１の金属層および第２の金属層に正の電圧を、対
極に負の電圧を、それぞれ印加することにより、第１の
金属層および第２の金属層の露出部分を陽極酸化し、そ
れぞれ第１の酸化層および第２の酸化層を形成する第５
の段階と、第２の酸化層を除去する第６の段階と、第２
の金属層を除去する第７の段階と、第１の金属層に対し
て、第１の酸化層をマスクの少なくとも一部分として用
いたパターニングを行い、マスクで覆われていない露出
部分を除去する第８の段階と、パターニングされた第１
の金属層に対して電荷を出し入れする制御を行う能動素
子を形成し、第１の金属層を画素電極として利用できる
ようにする第９の段階と、を行い、第１の酸化層が、フ
ィルタ層として機能するような光干渉色を呈する所定の
厚みとなるような条件で、第５の段階における陽極酸化
を行うようにしたものである。

【００１２】(6) 本願第６の発明は、上述の第３の発
明に係るアクティブマトリックス基板を製造するため
に、上述の第５の発明に係る製造方法において、フィル
タ層として機能する第１の酸化層上に補助電極を形成す
る第１０の段階を更に付加し、フィルタ層を挟んだ画素
電極と補助電極とによって容量素子を構成し、この容量
素子により、画素電極に対して電荷を出し入れする際の
保持容量を確保できるようにしたものである。

【００１３】(7) 本願第７の発明は、上述の第４〜第
６の発明に係る製造方法において、第５の段階における
陽極酸化を行う際に、Ｙ軸方向に伸びた複数の帯状領域
のうち、第（３ｎ＋１）列目（ただし、ｎ＝０，１，
２，…）に位置する第１属性の帯状領域に対応する金属
層に対しては第１の電圧Ｖ１を、第（３ｎ＋２）列目に
位置する第２属性の帯状領域に対応する金属層に対して
は第２の電圧Ｖ２を、第（３ｎ＋３）列目に位置する第
３属性の帯状領域に対応する金属層に対しては第３の電
圧Ｖ３を、それぞれ印加することにより酸化を行い、形
成される酸化層の厚みを帯状領域の属性によって異なら
せるようにし、それぞれ異なる光干渉色を呈する３色の
フィルタ層が形成されるようにしたものである。

【００１４】

【作 用】本発明の特徴は、光干渉色を呈する所定の厚
みをもった金属の酸化膜によって、アクティブマトリッ
クス基板側にフィルタ層を形成するようにした点にあ
る。金属の酸化膜からなるフィルタ層は、従来の顔料や
染料を用いたフィルタ層とは異なり、有機物質を含まな
いので、アクティブマトリックス基板上で能動素子と共
存させても問題は生じない。また、画素電極を金属によ
り構成し、この金属を酸化することによりフィルタ層を
形成すれば、製造プロセスを単純化することができる。
更に、フィルタ層を挟んで、画素電極と補助電極とを形
成した構造にすれば、保持容量が形成できるという付加
的なメリットも得られる。本発明では、フィルタ層とな
る酸化膜を形成する際に、陽極酸化法を利用している。
この陽極酸化法では、印加する電圧を変えることによ
り、酸化の進行状態を制御することができる。したがっ
て、種々の厚みの酸化膜を形成することが可能になり、
互いに呈示する光干渉色が異なるフィルタ層を容易に作
成することが可能である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。図１は、従来の一般的なカラー液晶表示装置の
動作原理を示すモデル図である（詳細な構造については
省略して示してある）。この表示装置では、アクティブ
マトリックス基板１０と対向基板２０とが平行に配置さ
れ、これら両基板間に液晶が充填される。アクティブマ
トリックス基板１０上には、各画素ごとに画素電極１１
が形成されている。すなわち、画素電極１１は、アクテ
ィブマトリックス基板１０の上面に二次元マトリックス
状に配列されている。これに対して、対向基板２０の下
面には、各画素ごとにフィルタ層２１が形成されてお
り、その下面には、共通電極２２が形成されている。フ
ィルタ層２１は、それぞれＲＧＢの三原色のいずれかの
色を呈する透光性の層である。アクティブマトリックス
基板１０上には、各画素電極１１ごとに、トランジスタ
素子やダイオード素子などの能動素子（図示されていな
い）が形成されており、この能動素子をＯＮ／ＯＦＦす
ることにより、各画素電極１１に対して電荷の出し入れ
を行うことができる。こうして、各画素電極１１と共通
電極２２との間の電圧を制御することにより、両者間に
充填された液晶の光学的特性を変化させ、各画素ごとに
観測される光量の制御を行う。このような構造の液晶表
示装置では、両基板の位置合わせ誤差に対する余裕を見
込んだ設計を行う必要があるため、実際の開口面積を理
論値よりも小さく設計せざるを得ない弊害が生じること
は、既に述べたとおりである。

【００１６】これに対して、図２は、本発明に係るアク
ティブマトリックス基板を用いたカラー液晶表示装置の
動作原理を示すモデル図である。この表示装置では、ア
クティブマトリックス基板１０側の各画素電極に積層し
た形でフィルタ層１２が形成されている。各各画素電極
１１と各フィルタ層１２との位置合わせは、アクティブ
マトリックス基板１０上において既に完了しているた
め、両基板の位置合わせ誤差を見込んだ設計を行う必要
はない。ただ、フィルタ層１２として、従来のように顔
料や染料などの有機物質を含んだ材料を用いると、アク
ティブマトリックス基板上に形成された能動素子の電気
的特性に悪影響を与えるおそれがあり、好ましくないこ
とは既に述べたとおりである。

【００１７】本発明では、フィルタ層１２を金属の酸化
膜によって構成することにより、このような問題を解決
したものである。一般に、Ｔａなどの金属の表面を酸化
し、Ｔａ_２Ｏ_５からなる酸化膜を形成した場合、この酸
化膜の厚みが０．０１〜０．２μｍ程度であると、その
厚みに応じた光干渉色を呈するフィルタ層として機能す
ることが知られている。たとえば、特開昭５０−８０７
９８号公報には、このような性質をもった酸化薄膜を、
カラー液晶表示装置に適用する基本的技術思想が開示さ
れており、また、特公昭５８−４８０９８号公報には、
このような性質をもった酸化薄膜を、単純マトリックス
方式のカラー液晶表示装置に適用する技術思想が開示さ
れている。本発明は、このような性質をもった酸化薄膜
を、アクティブマトリックス方式のカラー液晶表示装置
に適用するための技術思想に関するものである。

【００１８】以下、本発明に係るアクティブマトリック
ス基板の製造方法を、具体的な実施例に基づいて説明す
る。この製造方法は、以下の９段階の工程から構成され
る。

【００１９】＜第１の段階＞まず、基板上の全面に、第
１の金属層を形成する。この実施例では、ガラス基板の
上にスパッタ法にて、タンタル（Ｔａ）からなる金属層
を厚み０．１２μｍ程度堆積させている。

【００２０】＜第２の段階＞続いて、第１の金属層に対
してパターニングを行い、複数の帯状領域からなるスト
ライプ状パターンを形成する。図３は、ガラス基板１０
０上でパターニングされた第１の金属層１１０（Ｔａ）
のストライプ状パターンを示す平面図である（中央部分
のストライプは、図示を省略してある）。ここでは、便
宜上、図３に示す方向にＸ軸およびＹ軸をとり、ガラス
基板１００の主面にＸＹ平面を定義して以下の説明を行
うことにする。結局、このストライプ状パターンは、Ｙ
軸方向に伸びた帯状領域をＸ軸方向に所定間隔をおいて
複数配置したパターンということができる。金属層をこ
のようなストライプ状にパターニングする方法として
は、種々の方法が知られている。たとえば、金属層上に
レジスト層を形成し、図３に示すようなストライプ状パ
ターンのフォトマスクを用いてこのレジスト層を露光現
像した後、ドライエッチングを行えばよい。図３の切断
線Ａ−Ａにおける部分断面図を図４に示す。

【００２１】＜第３の段階＞次に、図３に示す基板の全
面に、第２の金属層１２０を形成する。図５は、このと
きの部分断面図である。この実施例では、タングステン
（Ｗ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなる第２の金属
層１２０を、スパッタ法にて厚み０．１μｍ程度堆積さ
せている。なお、第２の金属層１２０は、必ずしも基板
全面に形成する必要はなく、少なくとも、ストライプ状
パターンにパターニングされた第１の金属層１１０の上
面に形成されていればよい。

【００２２】＜第４の段階＞続いて、第２の金属層１２
０に対するパターニングを行い、図６にハッチングを施
して示すような形状の枠状パターンを形成する。この枠
状パターンは、上述したストライプ状パターンから、複
数の開口部１２１を除去することにより得られるパター
ンである。ここで、開口部１２１は、ストライプ状パタ
ーンを構成する各帯状領域内にＹ軸方向に所定間隔をお
いて設けられており、最終的に１つの画素を構成する閉
領域となる。以下、このように島状に縦横に配置された
開口部１２１からなるパターンを島状パターンと呼ぶこ
とにする。前段階で形成した第２の金属層１２０を、図
６にハッチングを施して示すような枠状パターンにパタ
ーニングする場合も、どのような方法を用いてもよい。
この実施例では、図６に示すようなフォトマスクを用い
たフォトリソグラフィ法を用いている。図６の切断線Ａ
−Ａにおける部分断面図を図７に示す。この段階では、
第１の金属層１１０は、図３に示すようなストライプ状
パターンであり、第２の金属層１２０は、図６に示すよ
うな枠状パターンであり、開口部１２１は、図６に示す
ような島状パターンである。

【００２３】＜第５の段階＞次に、このような状態の基
板全体を、所定の酸化溶液中に浸して陽極酸化を行う。
すなわち、図８の原理図に示すように、酸化溶液中にこ
の基板と対極１３０とを浸し、対極１３０に対して第１
の金属層１１０側が正の電位になるように、所定電圧Ｖ
を印加して酸化を行う。この実施例では、対極１３０と
して白金板を用い、酸化溶液として５重量％のホウ酸ア
ンモニウム溶液を用いて陽極酸化を行った。このような
陽極酸化によって生じる現象を、図９および図１０を参
照しながら説明する。図９は、図７に示す第１の金属層
１１０とその上に形成された第２の金属層１２０とを、
１列分だけを拡大して示した断面図である。この図にお
いて、黒いドットを付した部分が上面の露出部分であ
る。すなわち、枠状パターンをもった第２の金属層１２
０については、その上面すべてが露出しているが、スト
ライプ状パターンをもった第１の金属層１１０について
は、開口部１２１が形成された島状パターンの部分だけ
が露出している。陽極酸化は、この露出部分についての
み進行する。したがって、図に黒いドットを付した部分
の金属材料が、それぞれ酸化物に変化してゆくことにな
る。こうして陽極酸化は、表面部分から深い部分へと順
に進行してゆき、露出部分に酸化層が成長してゆくこと
になる。

【００２４】図１０は、陽極酸化が進行した状態を示す
断面図である。酸化層は図の上下両方向に成長してゆく
ことになり、成長した酸化層の厚みは、印加電圧によっ
て制御することができる。こうして、第１の金属層１１
０の露出面から成長した第１の酸化層１１５は、島状パ
ターンとなり、第２の金属層１２０の上面から成長した
第２の酸化層１２５は、枠状パターンとなる。本実施例
の場合、第１の金属層１１０としてタンタル（Ｔａ）を
用いているため、形成される第１の酸化層１１５は酸化
タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）からなる層になる。また、第２
の金属層１２０としてタングステン（Ｗ）を用いた場合
には、形成される第２の酸化層１２５は酸化タングステ
ンからなる層になり、第２の金属層１２０としてアルミ
ニウム（Ａｌ）を用いた場合には、形成される第２の酸
化層１２５は酸化アルミニウムからなる層になる。

【００２５】結局、第２の金属層１２０は、この陽極酸
化工程においてマスクとして機能することになり、第１
の金属層１１０のうち、この枠状パターンをもったマス
クに覆われた部分については酸化が行われないことにな
る。なお、第２の金属層１２０の代わりにレジスト層を
マスクに用いることは、陽極酸化時に損傷を受けるため
好ましくない。陽極酸化によって酸化されるタングステ
ンやアルミニムなどの金属をマスクとして用いるのが好
ましい。

【００２６】＜第６の段階＞続いて、第２の酸化層１２
５を除去する。この実施例では、基板全体をアルカリ水
溶液中に浸すことにより、酸化タングステンあるいは酸
化アルミニウムからなる第２の酸化層１２５を除去して
いる。なお、酸化タンタルからなる第１の酸化層１１５
は、アルカリ水溶液に対しては非常に安定であり、その
まま残ることになる。図１１は、このときの状態を示す
断面図である。

【００２７】＜第７の段階＞続いて、第２の金属層１２
０を除去する。第２の金属層１２０がタングステンの場
合には、基板全体を過酸化水素水に浸すことにより除去
することができ、第２の金属層１２０がアルミニウムの
場合には、基板全体をリン酸系エッチング溶液に浸すこ
とにより除去することができる。図１２（破線で示すレ
ジスト層１１７は、後述する別な実施例の説明に用いる
ものである）は、このときの状態を示す断面図である。
ストライプ状パターンをもった第１の金属層１１０の上
面に、島状パターンをもった第１の酸化層１１５が点在
した状態になっている。

【００２８】＜第８の段階＞次に、第１の金属層１１０
に対して、第１の酸化層１１５をマスクとして用いたパ
ターニングを行い、露出部分を除去する。これは、たと
えば、ＣＦ_４やＳＦ_６といったエッチングガスを用いた
ドライエッチングを行えばよい。図１３は、このときの
状態を示す断面図である。これまでストライプ状パター
ンであった第１の金属層１１０は、その一部分が除去さ
れ、島状パターンになる。結局、ガラス基板１００上に
は、図１４の断面図に示すように、島状パターンをもっ
た第１の金属層１１０が残り、その上に同じ島状パター
ンをもった第１の酸化層１１５が積層した構造が得られ
る。図１５は、このときの基板の状態を示す上面図であ
る。

【００２９】＜陽極酸化の条件＞次の段階へ進む前に、
上述した第５の段階における陽極酸化工程の補足説明を
ここで行っておく。陽極酸化の大きなメリットは、印加
電圧によって形成される酸化層の厚みを制御することが
できる点である。上述の第５の段階の説明では、図８に
示すように、第１の金属層１１０に対して、どの列も一
律に同じ電圧Ｖを印加して陽極酸化を行っていた。この
場合は、図１４の断面図に示すように、最終的に得られ
る第１の酸化層１１５の厚みはすべての列について同じ
になる。後述するように、本発明では、こうして得られ
た第１の酸化層１１５をフィルタ層として用いることに
なる。すなわち、第１の酸化層１１５は、フィルタ層と
して機能するように、光干渉色を呈する所定の厚みとな
るような陽極酸化条件で形成する必要がある。しかも、
カラーフィルタとして用いる必要があるため、複数のフ
ィルタ層が互いに異なる光干渉色を呈する必要がある。

【００３０】本実施例では、図１５に示すように、島状
パターンをもって縦横に配列された第１の酸化層１１５
（すなわち、フィルタ層）のうち、整数ｎ（ｎ＝０，
１，２，…）についての第（３ｎ＋１）列目に位置する
第１属性のフィルタ層については赤色、第（３ｎ＋２）
列目に位置する第２属性のフィルタ層については青色、
第（３ｎ＋３）列目に位置する第３属性のフィルタ層に
ついては緑色、を呈するようにする必要がある。酸化タ
ンタルを用いた場合、赤色の光干渉色を呈するようにす
るには厚みを１６０ｎｍ程度とし、青色の光干渉色を呈
するようにするには厚みを２００ｎｍ程度とし、緑色の
光干渉色を呈するようにするには２６０ｎｍ程度とする
のがよい。したがって、図１５に示すような三原色ＲＧ
Ｂの３属性をもったフィルタ層を形成するためには、第
（３ｎ＋１）列目の酸化層の厚みを１６０ｎｍ、第（３
ｎ＋２）列目の酸化層の厚みを２００ｎｍ、第（３ｎ＋
３）列目の酸化層の厚みを２６０ｎｍ、というように厚
みを列ごとに変える必要がある。

【００３１】このように、列ごとに酸化層の厚みを変え
るには、図１６に示すように、陽極酸化時に印加する電
圧を各列ごとに変えればよい。すなわち、第（３ｎ＋
１）列目に位置する金属層１１０には第１の電圧Ｖ１
を、第（３ｎ＋２）列目に位置する金属層１１０には第
２の電圧Ｖ２を、第（３ｎ＋３）列目に位置する金属層
１１０には第３の電圧Ｖ３を、それぞれ印加して陽極酸
化を行えばよい。厚み１２０ｎｍ程度のタンタル層を第
１の金属層１１０として用い、対極１３０として白金板
を用い、酸化溶液として５重量％のホウ酸アンモニウム
溶液を用いて陽極酸化を行った実施例では、印加電圧
と、形成される酸化層の厚みと、残存タンタル層の厚み
と、について、次のような関係が得られた。

【００３２】 （印加電圧） （形成される酸化層厚）（残存タンタル層厚） １００Ｖ １６２ｎｍ（赤色） ５６ｎｍ １２０Ｖ １９４ｎｍ（青色） ４３ｎｍ １６０Ｖ ２５９ｎｍ（緑色） １７０ｎｍ ここで、各酸化層厚の数値に括弧書で示す色は、この酸
化層が呈する光干渉色である。したがって、図１６にお
ける印加電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３として、それぞれ１００
Ｖ，１２０Ｖ，１６０Ｖを与えれば、図１５に示すよう
な色配置をもったカラーフィルタ層が得られることにな
る。ただ、第８の段階におけるドライエッチング処理に
より、形成されたフィルタ層（第１の酸化層１１５）の
上面が若干除去されて薄くなるため、陽極酸化条件を決
定する場合には、この第８の段階における除去厚を考慮
する必要がある。

【００３３】図１７は、陽極酸化時の具体的な配線例を
示す図である。この陽極酸化時には、第１の金属層１１
０はまだストライプ状パターンを有しており（露出部分
は島状パターン）、１列全部が連続した状態となってい
る。したがって、図示するように、各列ごとに１本の配
線を用意し、これをその列の第１の金属層１１０に接続
するようにすればよい。第１の金属層１１０をストライ
プ状パターンに形成しておいたのは、このような陽極酸
化時の配線の便宜を配慮したためである。

【００３４】図１６に示すように、各列ごとに異なる電
圧を印加して陽極酸化を行うと、酸化層の成長は図１８
の断面図に示すように各列ごとに異なることになる。し
たがって、第８の段階を経て得られる酸化層は、図１９
の断面図に示すように、各列ごとに厚みが異なる。こう
して、第（３ｎ＋１）列目の酸化層１１５は赤色を呈す
るフィルタ層として機能し、第（３ｎ＋２）列目の酸化
層１１５は青色を呈するフィルタ層として機能し、第
（３ｎ＋３）列目の酸化層１１５は緑色を呈するフィル
タ層として機能する。

【００３５】＜第９の段階＞最後に、第１の酸化層１１
５（フィルタ層）の上面に画素電極を積層するととも
に、この画素電極に対して電荷を出し入れする制御を行
う能動素子を形成する。この実施例では、能動素子とし
て薄膜トランジスタ素子を形成している。図２０は、図
１５に示す基板上面図の部分拡大図であり、図２０の切
断線Ａ−Ａによる断面が図１９に対応する。このよう
に、上述した第８の段階までの工程により、既に、ガラ
ス基板１００上に第１の金属層１１０が形成され、その
上に積層された状態で、第１の酸化層１１５（フィルタ
層）が形成されている。そこで、この第１の酸化層１１
５（フィルタ層）の上面に、画素電極１４０を形成し、
更に、この画素電極に対して電荷を出し入れするための
薄膜トランジスタ素子を形成すれば、アクティブマトリ
ックス基板は完成である。この実施例では、各薄膜トラ
ンジスタ素子は、図２０に破線で示したトランジスタ素
子形成領域Ｔに形成される。このような薄膜トランジス
タ素子の形成方法としては、種々の方法が公知であるた
め、ここでは説明を省略する。

【００３６】図２０において、トランジスタ素子形成領
域Ｔ内に薄膜トランジスタを形成し、第１の酸化層１１
５上に画素電極を形成した後の、切断線Ｂ−Ｂによる断
面を図２１に示す（図示の便宜上、各部の寸法比を歪曲
させて描いてある）。第１の金属層１１０および第１の
酸化層１１５（フィルタ層）は、ＩＴＯからなる画素電
極によって覆われている。トランジスタ素子１５０は、
クロムなどの金属からなるゲート電極１５１と、金属の
酸化膜からなるゲート絶縁層１５２と、アモルファスシ
リコンなどの半導体からなるチャネル層１５３と、アル
ミニウムなどの金属からなるソース電極１５４と、ドレ
イン電極１５５と、保護膜として機能するパッシベーシ
ョン層１５６と、によって構成されている。ドレイン電
極１５５は画素電極１４０と電気的に接触しており、こ
のトランジスタ素子１５０をＯＮ／ＯＦＦすることによ
り、ソース電極１５４と画素電極１４０とを導通／非導
通の状態におくことができ、画素電極１４０に対する電
荷の出し入れを制御することができる。

【００３７】液晶表示装置は、このアクティブマトリッ
クス基板の上方に、対向基板を配置し、両基板間に液晶
を充填して構成される。本発明に係るアクティブマトリ
ックス基板を用いた液晶表示装置には、１／４波長板を
有するゲスト・ホスト型のＴＮ液晶のセル、あるいは、
ＰＤＬＣ（ポリマー分散型液晶）のセルを用いるのが好
ましい。

【００３８】反射型の液晶表示装置の場合は、対向基板
の上方からこの装置を観測することになる。各画素電極
１４０と対向基板との間に挟まれた液晶の光学的特性
は、各画素電極１４０の蓄積電荷量に基づいて決定され
る。したがって、各画素ごとに設けられたトランジスタ
素子１５０を制御することにより、各画素領域ごとに液
晶を光学的なシャッターとして動作させることができ
る。シャッターが開いた状態の画素については、第１の
酸化層１１５（フィルタ層）が呈する光干渉色が図の上
方で観測できる。また、透過型の液晶表示装置の場合に
は、図の下方からの透過光がフィルタ層により着色され
て、やはり図の上方で観測されることになる。ただ、透
過型の液晶表示装置にこのアクティブマトリックス基板
を利用する場合は、第１の金属層１１０によって下方か
らの光の透過が阻害されるため、できるだけ第１の金属
層１１０の厚みを薄くしておく必要がある。

【００３９】＜画素電極を省略する実施例＞上述の実施
例では、図２１に示すように、フィルタ層として機能す
る第１の酸化層１１５の上面に、ＩＴＯからなる画素電
極１４０を形成した。この場合、第１の金属層１１０
は、アクティブマトリックス基板の動作上は何ら機能を
果たしていない。そこで、この第１の金属層１１０に、
画素電極としての機能をもたせてやれば、ＩＴＯによる
画素電極１４０を省略することが可能である。図２２
は、このような実施例の構造を示す断面図である。図２
１に示す実施例との相違は、画素電極１４０が省かれて
いる点と、第１の金属層１１０の端部がトランジスタ素
子１５０のドレイン電極１５５に接続されている点であ
る。このように、第１の金属層１１０をドレイン電極１
５５に電気的に接続することにより、トランジスタ素子
１５０のＯＮ／ＯＦＦによって、第１の金属層１１０に
電荷の出し入れを行うことができるようになり、画素電
極としての機能を果たすことができるようになる。

【００４０】第１の金属層１１０の端部をドレイン電極
１５５に接続するためには、たとえば、次のようにすれ
ばよい。まず、図２３にハッチングを施して示したマス
ク領域Ｍをレジスト層などで覆い、第１の酸化層１１５
（フィルタ層）に対するエッチング処理を行う。する
と、第１の酸化層１１５の露出部がエッチング除去さ
れ、図２４に示すように、第１の金属層１１０の端部が
露出することになる。そこで、この露出した端部の上
に、ドレイン電極１５５を接触させるようにして形成す
れば、図２２に示す構造が得られる。

【００４１】あるいは、図１２に示す段階において、破
線で示すようなレジスト層１１７を形成し、第１の酸化
層１１５とレジスト層１１７との双方をマスクとして用
いたエッチングを行い、レジスト層１１７を除去すれ
ば、第１の金属層１１０の上面の一部分を露出させた構
造を得ることができ、ドレイン電極１５５と接続するこ
とができる。

【００４２】＜保持容量素子を形成する実施例＞図２５
は、一般的な液晶表示装置をトランジスタで駆動すると
きの１画素分の等価回路である。ここで、容量素子Ｃ
_ＬＣは、液晶を挟む２枚の電極によって構成される容量
素子であり、容量素子Ｃ_ＧＤは、トランジスタ素子１５
０についてのゲート・ドレイン間の寄生容量である。一
般に、薄膜トランジスタでは、ゲート電極とドレイン電
極とが平面的に重なりを生じているため、このようなゲ
ート・ドレイン間の寄生容量が存在する。この等価回路
では、トランジスタ素子１５０をＯＮ／ＯＦＦすること
により、容量素子Ｃ_ＬＣに保持される電荷量を変え、液
晶の光学的特性を変化させるわけであるが、寄生容量Ｃ
_ＧＤが存在すると、ＯＮ／ＯＦＦ切り替え時の応答性が
低下するという問題が生じる。そこで、高速な切り替え
動作を確保するために、図２６に示すように、容量素子
Ｃ_ＬＣに対して並列接続された保持容量素子Ｃ_ＳＴを構
成する方法が知られている。

【００４３】上述した画素電極を省略する実施例では、
このような保持容量素子Ｃ_ＳＴを容易に構成することが
できる。すなわち、図２７に示すように、第１の酸化層
１１５（フィルタ層）の上面の一部に、たとえばクロム
などの金属からなる補助電極１６０を形成しておけばよ
い。図２８は、図２７の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図で
ある。このような構造では、絶縁体である第１の酸化層
１１５（フィルタ層）を挟んで、第１の金属層１１０と
補助電極１６０とが対向し、保持容量素子Ｃ_ＳＴが形成
されることになる。しかも、上述した実施例のように、
第１の酸化層１１５として酸化タンタルを用いると、こ
の酸化タンタルの誘電率はかなり高いため、かなり大き
なキャパシタンスを有する保持容量素子Ｃ_ＳＴが形成可
能である。通常は、キャパシタンスの大きな保持容量素
子Ｃ_ＳＴを形成するためには、補助電極１６０の面積を
大きくとる必要があり、それだけ画素としての開口面積
が低下する弊害が生じるが、この実施例のように、誘電
率の大きな酸化タンタルを用いれば、補助電極１６０の
面積が比較的小さくても、ある程度のキャパシタンスを
もった保持容量素子Ｃ_ＳＴを形成することが可能であ
る。

【００４４】以上、本発明を図示するいくつかの実施例
に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能
である。たとえば、上述の実施例では、第１の金属層１
１０としてタンタルを用い、第１の酸化層１１５（フィ
ルタ層）として酸化タンタルを用いているが、第１の金
属層としてニオブや銅を用い、フィルタ層としてこれら
の酸化層を用いてもよい。また、上述の実施例では、ア
クティブマトリックス基板上の能動素子としてトランジ
スタ素子を用いた例を示したが、ダイオード素子を用い
てもかまわない。

【００４５】

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るアクティブ
マトリックス基板によれば、光干渉色を呈する所定の厚
みをもった金属の酸化膜によってフィルタ層を形成する
ようにしたため、能動素子の動作に悪影響を与えること
なしに、アクティブマトリックス基板側にフィルタ層を
形成することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一般的なカラー液晶表示装置の動作原理
を示すモデル図である（詳細な構造については省略して
示してある）。

【図２】本発明に係るアクティブマトリックス基板を用
いたカラー液晶表示装置の動作原理を示すモデル図であ
る（詳細な構造については省略して示してある）。

【図３】本発明において、ガラス基板１００上でパター
ニングされた第１の金属層１１０（Ｔａ）のストライプ
状パターンを示す平面図である（中央部分のストライプ
は、図示を省略してある）。

【図４】図３の切断線Ａ−Ａにおける部分断面図であ
る。

【図５】図３に示す基板の全面に、第２の金属層１２０
を形成した状態を示す部分断面図である。

【図６】図５に示す第２の金属層１２０に対するパター
ニングを行った状態を示す平面図である。

【図７】図６の切断線Ａ−Ａにおける部分断面図であ
る。

【図８】図７に示す構造体に対して陽極酸化を行う原理
図である。

【図９】図７に示す第１の金属層１１０とその上に形成
された第２の金属層１２０とを、１列分だけを拡大して
示した断面図である。

【図１０】図９に示す構造体に対して陽極酸化を行った
状態を示す断面図である。

【図１１】図１０に示す状態に続いて、第２の酸化層１
２５を除去した状態を示す断面図である。

【図１２】図１１に示す状態に続いて、第２の金属層１
２０を除去した状態を示す断面図である。

【図１３】図１２に示す状態に続いて、第１の金属層１
１０の露出部分を除去した状態を示す断面図である。

【図１４】島状パターンをもった第１の金属層１１０が
残り、その上に同じ島状パターンをもった第１の酸化層
１１５が積層した構造を示す断面図である。

【図１５】図１４の状態を基板上方から見た上面図であ
る。

【図１６】列ごとに酸化層の厚みを変える場合の陽極酸
化法を示す原理図である。

【図１７】図１６に示す原理に基づく陽極酸化時の具体
的な配線例を示す図である。

【図１８】図１６に示す原理に基づいて陽極酸化を行っ
た状態を示す断面図である。

【図１９】図１６に示す原理に基づいて陽極酸化を行
い、最終的にフィルタ層を形成した状態を示す断面図で
ある。

【図２０】図１５に示す基板上面図の部分拡大図であ
り、図２０の切断線Ａ−Ａによる断面が図１９に対応す
る。

【図２１】図２０において、トランジスタ素子形成領域
Ｔ内に薄膜トランジスタを形成し、第１の酸化層１１５
上に画素電極を形成した後の、切断線Ｂ−Ｂによる断面
図である。

【図２２】画素電極を省略する実施例の断面図である。

【図２３】図２２に示す実施例を実現する場合のパター
ニング処理を説明する平面図である。

【図２４】図２３に示すパターニング処理を行った状態
を示す平面図である。

【図２５】一般的な液晶表示装置をトランジスタで駆動
するときの１画素分の等価回路である。

【図２６】高速動作を確保するために、容量素子Ｃ_ＬＣ
に対して並列接続された保持容量素子Ｃ_ＳＴを構成した
回路図である。

【図２７】保持容量素子Ｃ_ＳＴを設けるために補助電極
１６０を構成した状態を示す平面図である。

【図２８】図２７の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…アクティブマトリックス基板 １１…画素電極 １２…フィルタ層 ２０…対向基板 ２１…フィルタ層 ２２…共通電極 １００…ガラス基板 １１０…第１の金属層 １１５…第１の酸化層（フィルタ層） １１７…レジスト層 １２０…第２の金属層 １２１…開口部 １２５…第２の酸化層 １３０…対極 １４０…画素電極 １５０…トランジスタ素子 １５１…ゲート電極 １５２…ゲート絶縁層 １５３…チャネル層 １５４…ソース電極 １５５…ドレイン電極 １５６…パッシベーション層 １６０…補助電極 Ｃ_ＧＤ…ゲート・ドレイン間の寄生容量 Ｃ_ＬＣ…液晶による容量 Ｃ_ＳＴ…保持容量 Ｄ…ドレイン電極 Ｇ…ゲート電極 Ｍ…マスク領域 Ｓ…ソース電極 Ｔ…トランジスタ素子形成領域

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示装置の一方の基板として用いら
   れるアクティブマトリックス基板であって、 各画素ごとに設けられた画素電極と、この画素電極に対
   して電荷を出し入れする制御を行う能動素子と、前記画
   素電極に対して積層されたフィルタ層と、を備え、 前記フィルタ層が光干渉色を呈する所定の厚みをもった
   金属の酸化膜によって形成されていることを特徴とする
   カラーフィルタを有するアクティブマトリックス基板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアクティブマトリック
   ス基板において、 画素電極を金属により構成し、フィルタ層を前記画素電
   極を構成する金属の酸化膜によって構成したことを特徴
   とするカラーフィルタを有するアクティブマトリックス
   基板。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のアクティブマトリック
   ス基板において、 基板上に画素電極を、この画素電極の上面にフィルタ層
   を、それぞれ形成し、更に、前記フィルタ層上に補助電
   極を形成し、前記フィルタ層を挟んだ前記画素電極と前
   記補助電極とによって容量素子を構成し、この容量素子
   により、前記画素電極に対して電荷を出し入れする際の
   保持容量を確保できるようにしたことを特徴とするカラ
   ーフィルタを有するアクティブマトリックス基板。
4. 【請求項４】 液晶表示装置の一方の基板として用いら
   れるアクティブマトリックス基板を製造する方法におい
   て、 主面にＸＹ平面が定義された基板上に第１の金属層を形
   成する第１の段階と、 前記第１の金属層に対してパターニングを行い、Ｙ軸方
   向に伸びた帯状領域をＸ軸方向に所定間隔をおいて複数
   配置したストライプ状パターン、を形成する第２の段階
   と、 少なくとも、パターニングされた前記第１の金属層の上
   面に、第２の金属層を形成する第３の段階と、 前記第２の金属層に対してパターニングを行い、前記パ
   ターニングされた第１の金属層を覆うようにＹ軸方向に
   伸びた帯状領域に配置され、かつ、前記帯状領域内にＹ
   軸方向に所定間隔をおいて複数の開口部が形成された枠
   状パターン、を形成する第４の段階と、 所定の酸化溶液中に前記基板と酸化用の対極とを浸し、
   前記第１の金属層および第２の金属層に正の電圧を、前
   記対極に負の電圧を、それぞれ印加することにより、前
   記第１の金属層および第２の金属層の露出部分を陽極酸
   化し、それぞれ第１の酸化層および第２の酸化層を形成
   する第５の段階と、 前記第２の酸化層を除去する第６の段階と、 前記第２の金属層を除去する第７の段階と、 前記第１の金属層に対して、前記第１の酸化層をマスク
   として用いたパターニングを行い、前記マスクに覆われ
   ていない露出部分を除去する第８の段階と、 前記第１の酸化層の上面に画素電極を積層するととも
   に、この画素電極に対して電荷を出し入れする制御を行
   う能動素子を形成する第９の段階と、 を有し、前記第１の酸化層が、フィルタ層として機能す
   るような光干渉色を呈する所定の厚みとなるような条件
   で、前記第５の段階における陽極酸化を行うことを特徴
   とするカラーフィルタを有するアクティブマトリックス
   基板の製造方法。
5. 【請求項５】 液晶表示装置の一方の基板として用いら
   れるアクティブマトリックス基板を製造する方法におい
   て、 主面にＸＹ平面が定義された基板上に第１の金属層を形
   成する第１の段階と、 前記第１の金属層に対してパターニングを行い、Ｙ軸方
   向に伸びた帯状領域をＸ軸方向に所定間隔をおいて複数
   配置したストライプ状パターン、を形成する第２の段階
   と、 少なくとも、パターニングされた前記第１の金属層の上
   面に、第２の金属層を形成する第３の段階と、 前記第２の金属層に対してパターニングを行い、前記パ
   ターニングされた第１の金属層を覆うようにＹ軸方向に
   伸びた帯状領域に配置され、かつ、前記帯状領域内にＹ
   軸方向に所定間隔をおいて複数の開口部が形成された枠
   状パターン、を形成する第４の段階と、 所定の酸化溶液中に前記基板と酸化用の対極とを浸し、
   前記第１の金属層および第２の金属層に正の電圧を、前
   記対極に負の電圧を、それぞれ印加することにより、前
   記第１の金属層および第２の金属層の露出部分を陽極酸
   化し、それぞれ第１の酸化層および第２の酸化層を形成
   する第５の段階と、 前記第２の酸化層を除去する第６の段階と、 前記第２の金属層を除去する第７の段階と、 前記第１の金属層に対して、前記第１の酸化層をマスク
   の少なくとも一部分として用いたパターニングを行い、
   前記マスクに覆われていない露出部分を除去する第８の
   段階と、 パターニングされた前記第１の金属層に対して電荷を出
   し入れする制御を行う能動素子を形成し、前記第１の金
   属層を画素電極として利用できるようにする第９の段階
   と、 を有し、前記第１の酸化層が、フィルタ層として機能す
   るような光干渉色を呈する所定の厚みとなるような条件
   で、前記第５の段階における陽極酸化を行うことを特徴
   とするカラーフィルタを有するアクティブマトリックス
   基板の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の製造方法において、 フィルタ層として機能する第１の酸化層上に補助電極を
   形成する第１０の段階を更に付加し、フィルタ層を挟ん
   だ画素電極と補助電極とによって容量素子を構成し、こ
   の容量素子により、画素電極に対して電荷を出し入れす
   る際の保持容量を確保できるようにしたことを特徴とす
   るカラーフィルタを有するアクティブマトリックス基板
   の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれかに記載の製造方
   法において、 第５の段階における陽極酸化を行う際に、Ｙ軸方向に伸
   びた複数の帯状領域のうち、第（３ｎ＋１）列目（ただ
   し、ｎ＝０，１，２，…）に位置する第１属性の帯状領
   域に対応する金属層に対しては第１の電圧Ｖ１を、第
   （３ｎ＋２）列目に位置する第２属性の帯状領域に対応
   する金属層に対しては第２の電圧Ｖ２を、第（３ｎ＋
   ３）列目に位置する第３属性の帯状領域に対応する金属
   層に対しては第３の電圧Ｖ３を、それぞれ印加すること
   により酸化を行い、形成される酸化層の厚みを帯状領域
   の属性によって異ならせるようにし、それぞれ異なる光
   干渉色を呈する３色のフィルタ層が形成されるようにし
   たことを特徴とするカラーフィルタを有するアクティブ
   マトリックス基板の製造方法。