JP3277732B2 - カラー表示装置 - Google Patents

カラー表示装置

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JP3277732B2
JP3277732B2 JP31414694A JP31414694A JP3277732B2 JP 3277732 B2 JP3277732 B2 JP 3277732B2 JP 31414694 A JP31414694 A JP 31414694A JP 31414694 A JP31414694 A JP 31414694A JP 3277732 B2 JP3277732 B2 JP 3277732B2
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久志 門田
真治 中村
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祐子 井上
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカラー表示装置に関す
る。より詳しくは、画素電極を駆動するスイッチング素
子が形成された駆動基板側にカラーフィルタを備えた構
造を有するアクティブマトリクス型のカラー表示装置に
関する。さらに詳しくは、中央の表示領域を囲む周辺領
域の遮光構造に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタを画素電極駆動用のス
イッチング素子として用いるカラー液晶表示装置は近年
その開発が活発に行なわれている。従来、この種の液晶
表示装置としては、例えば図8に示す様な構成が知られ
ている。この従来例では、ガラス基板0上に画素電極1
を駆動する為の薄膜トランジスタ(TFT)が集積形成
されている。TFTは半導体薄膜2を素子領域とし、ゲ
ート絶縁膜を介してゲート電極3がパタニング形成され
ている。半導体薄膜2にはソース領域Sとドレイン領域
Dが設けられている。かかる構成を有するTFTは第1
層間絶縁膜4により被覆されている。この上には所定の
形状にパタニングされた配線電極6が設けられており、
コンタクトホールを介してソース領域Sに電気接続して
いる。この配線電極6は信号ラインの一部を構成する。
配線電極6は第2層間絶縁膜5により被覆されている。
この第2層間絶縁膜5の上には薄膜トランジスタの遮光
を兼ねた金属膜7が形成されており、第2層間絶縁膜5
及び第1層間絶縁膜4に開口したコンタクトホールを介
してTFTのドレイン領域Dに接続している。かかる構
成を有するTFTは平坦化膜11により被覆されてい
る。この平坦化膜11の上に前述した画素電極1がパタ
ニング形成されており、金属膜7を介してドレイン領域
Dに接続している。画素電極1とこれを駆動する薄膜ト
ランジスタとの組で画素が構成され、ガラス基板0の上
にマトリクス状に配列している。無数の画素を含む部分
が表示領域16になる。一方、これを囲む周辺領域15
にも駆動回路等が集積形成されており、同じく薄膜トラ
ンジスタ等を含んでいる。以下、この様な構成を有する
ガラス基板0を駆動基板と呼ぶ事にする。
【0003】この駆動基板0に対し所定の間隙を介して
対向基板12が接合している。両基板の間隙には液晶1
4が保持されている。対向基板12の内表面には駆動基
板0側の各画素に整合して、青色カラーフィルタ8、緑
色カラーフィルタ9、赤色カラーフィルタ10がセグメ
ント状に形成されている。又、駆動基板0の周辺領域1
5に整合して金属膜等からなる遮光マスク20が形成さ
れている。三色のカラーフィルタ8,9,10と遮光マ
スク20は平坦化膜21で被覆され、その表面に対向電
極13が形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図8に示した従来構造
では対向基板12側にカラーフィルタ8,9,10及び
遮光マスク20が形成されている。この構造では、駆動
基板0側に形成された画素電極1と対向基板12側に形
成されたカラーフィルタ8,9,10との精密なアライ
メントが必要になる。そこで、近年駆動基板0側にカラ
ーフィルタを集積形成した、所謂オンチップカラーフィ
ルタ構造が開示されており、例えば特開平2−5421
75号公報、特開平3−237432号公報、特開平3
−72322号公報、特開平3−119829号公報、
特開平4−253028号公報、特開平2−15332
5号公報、特開平5−5874号公報等に開示されてい
る。駆動基板側にカラーフィルタを設けたオンチップカ
ラーフィルタ構造は、対向基板側にカラーフィルタを形
成した構造に比べ種々の利点を有している。例えば、カ
ラーフィルタが画素電極と重なっている為両者の間に視
差が生ぜず、画素部の開口率を大きくとれる。又、画素
電極とカラーフィルタのアライメント誤差が殆どなくな
るので、画素部が微細化しても高開口率を維持できる。
しかしながら、駆動基板と対向基板との間で完全にアラ
イメントを不要とする為には、カラーフィルタのみなら
ず周辺領域の遮光マスクも駆動基板側に形成する必要が
ある。一般に遮光マスクは金属膜又は黒色顔料を含有し
た有機膜で構成されている。しかしながら金属膜を用い
た場合、下層に位置する周辺駆動回路の配線電極との間
で短絡故障の危険性が大きくなり信頼性の点で課題が残
る。又、有機膜を用いた場合駆動基板の製造工程数が増
加するという課題がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明にか
かるカラー表示装置は基本的な構成として駆動基板と対
向基板と両者の間隙に保持された電気光学物質(例えば
液晶)とを有している。駆動基板は表示領域とこれを囲
む周辺領域とに分かれている。表示領域は画素電極及び
これを駆動するスイッチング素子を備えた画素がマトリ
クス状に配列している。一方周辺領域には例えばスイッ
チング素子を駆動する周辺回路が集積形成されている。
一方対向基板は対向電極を有し該駆動基板に所定の間隙
を介して接合している。特徴事項として、前記駆動基板
は該表示領域及び周辺領域に渡って形成された着色膜を
有する。該表示領域に配置した着色膜は画素単位で選択
的に赤、緑及び青に着色されたカラーフィルタを構成す
る。これに対し、該周辺領域に配置した着色膜は入射光
の少なくとも一部を吸収して該周辺回路に対する遮光マ
スクを構成する。例えば、前記遮光マスクは青に着色し
た単層構造の着色膜である。あるいは、前記遮光マスク
は赤と緑、緑と青又は青と赤に着色した二層構造の着色
膜であっても良い。さらには、前記遮光マスクは赤、緑
及び青に各々着色した三層構造の着色膜であっても良
い。場合によっては、前記遮光マスクを構成する着色膜
該周辺領域において該駆動基板と該対向基板の間に介
在して両基板の間隙寸法を制御する。
【0006】
【作用】本発明によれば、同一層に属する着色膜を表示
領域及び周辺領域の両者に渡って同時に形成している。
表示領域側の着色膜はカラーフィルタに加工され、周辺
領域側の着色膜は遮光マスクに加工される。換言する
と、カラーフィルタの形成時に、その一部又は全部を周
辺領域にも残す事により、工程数を増加させる事なく、
信頼性の面でも問題のない遮光マスクを形成する事が可
能になる。周辺領域の遮光マスクも駆動基板上に形成す
る事から、対向基板とのアライメントが不要となり、位
置合わせ誤差を見込んだマージンをとる必要がなくなり
その分画素の開口率を大きくとれる。これにより、カラ
ー表示装置の高開口率化及び高透過率化に寄与できる。
さらに、周辺領域に形成された遮光マスクを液晶の間隙
(ギャップ)制御に使用する事で、スペーサが不要にな
る。
【0007】
【実施例】以下、本発明にかかるカラー表示装置の好適
な実施例を詳細に説明する。図1は第1実施例の要部を
示す模式的な断面図である。図1において、0はガラス
等の絶縁材料からなる駆動基板、1は画素を構成する透
明な画素電極、2はTFTの活性層となる半導体薄膜、
3はゲート電極、4は第1層間絶縁膜、5は第2層間絶
縁膜、6はTFTのソース領域に電気接続する信号ライ
ン側の配線電極、7は同じくTFTのドレイン領域に電
気接続する画素電極1側の金属膜、8は青色のカラーフ
ィルタ、9は緑色のカラーフィルタ、10は赤色のカラ
ーフィルタ、11は平坦化膜、12は対向基板、13は
透明導電膜からなる対向電極、14は電気光学物質とし
て用いられる液晶である。なお、金属膜7はドレイン側
の配線電極であると共にTFTの遮光膜を兼ねている。
【0008】駆動基板0上でTFTを構成する半導体薄
膜として、例えば多結晶シリコン薄膜が形成され、この
半導体薄膜2上にゲート絶縁膜を介してゲート電極3が
パタニング形成されている。かかる構成を有するTFT
はPSG等からなる第1層間絶縁膜4により被覆されて
いる。第1層間絶縁膜4の上にはソース領域に接続する
配線電極6がパタニング形成されている。この配線電極
6は同じくPSG等からなる第2層間絶縁膜5により被
覆されている。この上には金属膜7、カラーフィルタ
8,9,10、平坦化膜11、ITO等の透明導電膜等
からなる画素電極1がこの順序で形成されている。ドレ
イン領域側の金属膜7は画素電極1と電気的に接続して
いる。一方、対向電極13が全面に形成されたガラス等
からなる対向基板12は駆動基板0に対向して配置さ
れ、両基板0,12間に液晶14が保持されカラー表示
装置を構成する。
【0009】上述した駆動基板0は画素電極1、カラー
フィルタ8,9,10等が集積形成された表示領域16
と、これを囲む周辺領域15とに区分されている。周辺
領域15には同じくTFTが形成されており、周辺駆動
回路を構成する。本発明の特徴事項として、駆動基板0
は表示領域16及び周辺領域15の両者に渡って同一層
に属する着色膜が形成されている。表示領域に配置した
着色膜は画素単位で選択的に青、緑、赤に着色され、上
述したカラーフィルタ8,9,10を構成している。一
方、周辺領域15に配置した着色膜は入射光の少なくと
も一部を吸収して遮光マスク8aを構成する。本例では
遮光マスク8aは青に着色した単層構造の着色膜であ
り、青色カラーフィルタ8と同一層に属する。この遮光
マスク8aは少なくとも入射光の青色成分を吸収し所望
の遮光機能を奏する。外観的に見ると、表示領域16を
囲む様に青色に着色した周辺領域15が観察される事に
なる。
【0010】引き続き図1を参照して、本発明にかかる
カラー表示装置の製造方法を詳細に説明する。先ず、ガ
ラス等からなる駆動基板0の上に半導体薄膜2(例えば
多結晶シリコン)を70〜100nmの厚みで成膜する。
必要ならば、Si+イオンを打ち込み非晶質化した後、
600℃程度で加熱処理(アニール)して大粒径化す
る。あるいは、エキシマレーザ光を照射してアニールを
行なっても良い。この半導体薄膜2は所定の形状にパタ
ニングされる。この上に熱酸化法あるいはLPCVD法
等の手段を用いてゲート絶縁膜を10〜100nmの厚み
で成膜する。次いで、多結晶シリコンあるいはMoS
i,WSi,Al,Ta,Mo/Ta,Mo,W,T
i,Cr等の金属を成膜し、パタニングしてゲート電極
3に加工する。なお、ゲート電極3として多結晶シリコ
ンを用いた場合は低抵抗化を図る為、P等を熱拡散する
工程が入る事がある。この後、ゲート電極3をマスクと
してイオンインプランテーションあるいはイオンドーピ
ングにより不純物イオンを打ち込み、ソース領域及びド
レイン領域を形成する。多結晶シリコンからなるゲート
構造を採用した場合、1000℃程度の熱アニールを加
え不純物の活性化を図る。金属ゲート構造を採用した場
合、耐熱性の観点から低温アニール又はレーザアニール
を加え不純物の活性化を図る。
【0011】続いて、PSG,NSG等を約600nmの
厚みで常圧CVD法により成膜し、第1層間絶縁膜4と
する。これにソース領域に連通するコンタクトホールを
開口する。次いで、Al等の導電性薄膜をスパッタ等に
より400〜600nmの厚みで成膜する。これを所定の
形状にパタニングし、配線電極6に加工する。この上
に、例えばPSG等を常圧CVD法により約400nmの
厚みで堆積し、第2層間絶縁膜5を形成する。この後、
TFTの性能を改善する為水素化工程を行なう。この水
素化工程では、例えば水素プラズマ中に駆動基板0を曝
露する。あるいは、P−SiNx 膜を堆積し、アニール
して水素を半導体薄膜2に拡散させる。この水素化工程
後、画素電極との接続をとる為のコンタクトホールを第
2層間絶縁膜5及び第1層間絶縁膜4に開口する。この
上に、遮光性を有する金属膜7、例えばTi,Al,T
iNx ,Mo,Cr,W又はこれらのシリサイドをスパ
ッタ等の手段により50〜1000nm程度の厚みで成膜
し、所定の形状にパタニングする。
【0012】次に、駆動基板0の表示領域16及び周辺
領域15に渡って青色の着色膜を形成する。本例では青
色顔料を分散した有機感光材料からなるカラーレジスト
を0.5〜3.0μm程度の膜厚で塗布した。この青色
着色膜を露光、現像、焼成し、表示領域16には青色カ
ラーフィルタ8を選択的に形成する。同時に、周辺領域
15には青に着色した単層構造の遮光マスク8aを形成
する。次に、緑色顔料を分散した有機感光材料からなる
カラーレジストを塗布し、同様に露光、現像、焼成を行
なって緑色カラーフィルタ9を選択的に形成する。さら
に、赤色顔料を分散した有機感光材料からなるカラーレ
ジストを同様に塗布し、露光、現像、焼成を行なって赤
色カラーフィルタ10を選択的に形成する。なお、これ
らカラーフィルタ8,9,10の形成工程は、金属膜7
のパタニング形成前に行なっても良い。
【0013】カラーフィルタ8,9,10及び遮光マス
ク8aの上に、有機透明材料からなる平坦化膜11をス
ピンコートし、1.0〜3.0μm程度の膜厚で塗布す
る。この有機透明材料としてはアクリル樹脂やポリイミ
ド樹脂を用いる事ができる。この工程で、駆動基板0上
の凹凸が平坦化され、液晶の配向性に優れた基板構造が
得られる。同時に、着色膜中に含まれる不純物が液晶1
4に拡散する事を防止できる。この後、平坦化膜11に
コンタクトホールを開口する。次いで、例えばITO等
からなる透明導電膜を50〜200nmの厚みでスパッタ
等により成膜し、所定の形状にパタニングして画素電極
1に加工する。以上で図1に示した駆動基板0の積層構
造が完成する。この後、配向膜を塗布しラビング処理
後、所定の間隙を介して対向基板12を接合する。この
間隙に液晶14を注入して、アクティブマトリクス型の
カラー表示装置が完成する。
【0014】図2は、本発明にかかるカラー表示装置の
第2実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的な
構成は図1に示した第1実施例と同様であり、対応する
部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしてい
る。異なる点は周辺領域15に形成された遮光マスクの
構造にある。第1実施例では遮光マスクが青に着色した
単層構造である。これに対し、第2実施例では遮光マス
クは緑と青に着色した二層構造となっている。青色の第
1層8aは青色カラーフィルタ8と同一層であり、緑色
の第2層9aは緑色カラーフィルタ9と同一層である。
なお、本実施例では緑と青の組み合わせを用いている
が、これに限られるものではなく赤と緑あるいは青と赤
の組み合わせを用いても良い。この様にすれば、所望の
色調に着色した周辺領域15の遮光マスクが得られる。
【0015】図3は、本発明にかかるカラー表示装置の
第3実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図1に示した第1実施例と同様であり、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
異なる点は、遮光マスクの構造にある。本実施例では駆
動基板0の周辺領域に形成された遮光マスクが青、緑、
赤に各々着色した三層構造となっている。青色の第1層
8aは青色カラーフィルタ8と同一層であり、緑色の第
2層9aは緑色カラーフィルタ9と同一層であり、赤色
の第3層10aは赤色カラーフィルタ10と同一層であ
る。この様に三色の着色膜を重ねて遮光マスクを構成す
ると、完全なブラックマスクを周辺領域15に形成でき
る。
【0016】図4は、本発明にかかるカラー表示装置の
第4実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図1に示した第1実施例と同様であり、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
異なる点はTFTのドレイン側電極構造にある。本実施
例では、ソース領域側と同様にドレイン領域側にも配線
電極6が第1層間絶縁膜4の上に形成されている。この
配線電極6は第2層間絶縁膜5の上に形成された金属膜
7を介して画素電極1と電気的に接続している。配線電
極6と画素電極1の間に介在するこの金属膜はバリヤフ
ィルムとして機能し、両電極6,1間の電気的な接触を
良好なものとしている。
【0017】図5は、本発明にかかるカラー表示装置の
第5実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図1に示した第1実施例と同様であり、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
異なる点は、第1実施例がトップゲート型のTFTを採
用したのに対し、本実施例はボトムゲート型のTFTを
画素電極駆動用のスイッチング素子に用いている事であ
る。この構造を作成する場合には以下の工程を行なう。
先ず、基板0上に多結晶シリコンあるいはMoSi,W
Si,Al,Ta,Mo/Ta,Mo,W,Ti,Cr
等の金属を成膜し、所定の形状にパタニングしてゲート
電極3に加工する。このゲート電極形成後、SiO2
SiOx y 等をスパッタ法又はプラズマCVD法等に
より約100〜200nmの厚みで成膜し、ゲート絶縁膜
とする。場合によっては、金属ゲート電極3の陽極酸化
膜をゲート絶縁膜に用いても良い。あるいは、陽極酸化
膜とSiO2 ,SiOx y 等を重ねてゲート絶縁膜に
しても良い。続いて多結晶シリコン又は非晶質シリコン
等をスパッタ法、プラズマCVD法等により約30〜8
0nmの厚みで成膜し、活性層となる半導体薄膜2を設け
る。必要ならば、エキシマレーザ等を照射し結晶化させ
る。プラズマCVD法を用いる場合には、ゲート絶縁膜
と半導体薄膜2を連続的に成膜できる。半導体薄膜2を
形成した後、SiO2 を成膜し所定の形状にパタニング
してエッチングストッパとする。これをマスクとしてイ
オンドーピング又はイオンインプランテーションにより
不純物を半導体薄膜2に打ち込みソース/ドレイン領域
を形成する。イオン打ち込みに代え、プラズマCVDを
用いたドープト非晶質シリコン等を用い不純物拡散を行
なっても良い。この後常圧CVD法等により第1層間絶
縁膜4を形成する。さらにコンタクトホールを開口した
後、MoSi,WSi,Al,Ta,Mo/Ta,M
o,W,Ti,Cr等の金属膜を形成し、所定の形状に
パタニングして配線電極6に加工する。次いで、常圧C
VD法等により第2層間絶縁膜5を形成する。この上に
カラーフィルタ8,9,10を形成する。同時に、周辺
領域15にも遮光マスク8aを形成する。この方法は第
1実施例と同様である。さらに、カラーフィルタや遮光
マスクを被覆する様に平坦化膜11を成膜する。この上
に画素電極1をパタニング形成すれば良い。
【0018】図6は、本発明にかかるカラー表示装置の
第6実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図3に示した第3実施例と同様であり、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
第3実施例と同様に、周辺領域15に形成された遮光マ
スクは赤、緑及び青に各々着色した三層構造となってい
る。この遮光マスクは駆動基板0と対向基板12の間に
介在し、両基板の間隙寸法を制御している。これによ
り、間隙制御の為のスペーサを別途設ける必要がなくな
る。
【0019】図7は、本発明にかかるカラー表示装置の
第7実施例を示す模式的な部分断面図である。基本的に
は図3に示した第3実施例と同様であり、対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
異なる点は、表示領域16において遮光機能を有する金
属膜7に代え、三層の着色膜でTFTを被覆する遮光膜
を構成している事である。この関係で、画素電極1は直
接TFTのドレイン領域に電気接続している。例えば、
青色カラーフィルタ8の上に緑色層9bと赤色層10b
が重ねてパタニング形成されており、直下のTFTを遮
光している。同様に、緑色カラーフィルタ9の下には青
色層8bがパタニングされ、同じく緑色カラーフィルタ
9の上には赤色層10bがパタニングされている。これ
らにより、その直下に位置するTFTの遮光膜が形成で
きる。
【0020】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、カ
ラーフィルタの形成時にその一部又は全部を周辺領域に
残す事により、工程数を増加させる事なく、信頼性の面
でも問題のない遮光マスクが駆動基板の周辺領域に形成
できる。遮光マスクを駆動基板上に形成する事から、対
向基板とのアライメントが不要になり位置合わせ誤差を
吸収するマージンをとる必要がない事から、その分画素
開口率を向上できる。これにより、カラー表示装置の高
開口率化及び高透過率化に大きな効果が得られる。さら
に、周辺領域に残された、カラーフィルタと同層の遮光
マスクをギャップ制御に使用する事によって、スペーサ
が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるカラー表示装置の第1実施例を
示す断面図である。
【図2】同じく第2実施例を示す断面図である。
【図3】同じく第3実施例を示す断面図である。
【図4】同じく第4実施例を示す断面図である。
【図5】同じく第5実施例を示す断面図である。
【図6】同じく第6実施例を示す断面図である。
【図7】同じく第7実施例を示す断面図である。
【図8】従来のカラー表示装置の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
0 駆動基板 1 画素電極 2 半導体薄膜 3 ゲート電極 4 第1層間絶縁膜 5 第2層間絶縁膜 6 配線電極 7 金属膜 8 青色カラーフィルタ 9 緑色カラーフィルタ 10 赤色カラーフィルタ 11 平坦化膜 12 対向基板 13 対向電極 14 液晶 15 周辺領域 16 表示領域 8a 遮光マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 祐子 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 国井 正文 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−167524(JP,A) 特開 平4−253028(JP,A) 特開 平5−181009(JP,A) 特開 平6−308318(JP,A) 特開 平6−118225(JP,A) 特開 平5−196946(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 505

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画素電極及びこれを駆動するスイッチン
    グ素子を備えた画素がマトリクス状に配列した表示領域
    と、これを囲むとともに該スイッチング素子を駆動する
    周辺回路を含む周辺領域とが形成された駆動基板と、対
    向電極を有し該駆動基板に所定の間隙を介して接合した
    対向基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを有す
    るカラー表示装置であって、 前記駆動基板は該表示領域及び周辺領域に渡って形成さ
    れた着色膜を有し、 該表示領域に配置した着色膜は画素単位で選択的に赤、
    緑及び青に着色されたカラーフィルタを構成し、 該周辺領域に配置した着色膜は入射光の少なくとも一部
    を吸収して該周辺回路に対する遮光マスクを構成する事
    を特徴とするカラー表示装置。
  2. 【請求項2】 前記遮光マスクは、青に着色した単層構
    造の着色膜である事を特徴とする請求項1記載のカラー
    表示装置。
  3. 【請求項3】 前記遮光マスクは、赤と緑、緑と青又は
    青と赤に着色した二層構造の着色膜である事を特徴とす
    る請求項1記載のカラー表示装置。
  4. 【請求項4】 前記遮光マスクは、赤、緑及び青に各々
    着色した三層構造の着色膜である事を特徴とする請求項
    1記載のカラー表示装置。
  5. 【請求項5】 前記遮光マスクを構成する着色膜は該周
    辺領域において該駆動基板と該対向基板の間に介在し両
    基板の間隙寸法を制御する事を特徴とする請求項1記載
    のカラー表示装置。
  6. 【請求項6】 前記電気光学物質は液晶である事を特徴
    とする請求項1記載のカラー表示装置。
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