JP3793402B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示技術に係り、特に、画素部に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）等のスイッチング素子とカラーフィルタを用いるアクティブマトリックス型のカラー液晶表示技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネルディスプレイとしてカラー液晶表示装置が注目されている。特にアクティブマトリックス型カラー液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は画質に優れているため、パーソナルコンピュータのディスプレイとして広く用いられるようになった。
このようなカラー液晶表示装置では、通常、一対の基板の片側内面にＴＦＴ素子が形成されたＴＦＴ基板と、他方の内面にカラーフィルタパターンが形成されたカラーフィルタ基板とを重ね合わせた後、基板間に液晶を封入して液晶表示装置としている。
最近、このような液晶表示装置には、さらなる画質向上が求められ、高精細化が必要とされている。一般的に画素サイズを小さくすると、同一画面サイズの基板で、高精細化が可能である。しかしながら、画素サイズに比例して配線幅や薄膜トランジスタの大きさを縮小できないため、１画素内で開口率が低下する。
また、近年生産性の観点から、大形のガラス基板を用い、一括で重ね合わせを行い、多面取りで液晶表示装置を製造する方法が採用されている。本方法では、上述のＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを重ね合わせるため、基板サイズが大きくなったり、ＴＦＴ側の画素とカラーフィルタの画素が小さくなったりすると、重ね合わせの寸法余裕度が減少し、開口率の低下や生産性の低下を招く。
このための対策としては、例えば特開平１０−３９２９２号公報記載のように、カラーＴＦＴ素子を設けた基板上にフィルタを形成するようにした構成が提案されている。本公報の記載では、スイッチング素子、信号線及び走査線が形成された上に保護膜を形成することで、カラーフィルタの形成に用いられる顔料または染料、インキ等に含まれているイオンまたは元素、例えば、銅イオンや亜鉛イオン等が、アレイ基板上のスイッチング素子の部分に浸入するのを防止してスイッチング素子の不良や誤動作を防止することができるとしている。保護膜は、有機材料あるいは無機材料で形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のいわゆるアクティブマトリクス型液晶表示素子では、以下の問題がある。つまり、
エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの有機材料で上記保護膜を形成した場合は、一般的にカラーフィルタを形成する際にアルカリ水溶現像液を用いるが、有機材料の保護膜は水分の遮蔽はできず、配線層の材料によっては、アルカリ成分や水分等により腐食されたり、侵入したアルカリ成分によってスイッチング素子が傷んだり誤動作を起したりする。
一方、無機材料で保護膜を形成した場合は平坦性が悪く、下部の素子構造の段差を解消できない。このため、その上に形成されるカラーフィルタパターンの厚さにばらつきが生じ、これがカラーフィルタの分光特性を劣化させる。
本発明が解決すべき課題点は、無機材料で保護膜を形成した場合も、カラーフィルタの分光特性が劣化しない技術を実現することにある。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、従来技術を改善して、高精細で、かつ画素の開口率を上げて明るさを向上させ、高画質としたカラー液晶表示技術を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、
（１）液晶を挟持した一対の基板の一方の該液晶に対向する内面上に、複数の画素に対応して複数のスイッチング素子がマトリックス状に配され、該複数の画素の各々には、該複数のスイッチング素子の一つの配線部に接続された画素電極と、該画素電極の長手方向に対し略平行に延在し且つ前記内面にて該画素電極と離間されて配される共通電極とが設けられ、上記スイッチング素子、上記画素電極、及び上記共通電極の上部にはカラーフィルタ層、及び上記液晶に接する配向膜がこの順に積層され、上記画素の各々において、上記画素電極と上記共通電極との間に発生される電界を上記液晶に上記一方の基板の上記内面にほぼ平行に印加することで画像を形成するカラー液晶表示装置であって、上記一方の基板の上記内面には、その全域において上記複数の画素の上記スイッチング素子、上記画素電極、及び上記共通電極を覆う無機絶縁層が形成され、上記カラーフィルタ層は、上記無機絶縁層上に有機材料で形成される光透過性平坦化層と、該光透過性平坦化層上に形成された原色形着色パターンとを有する構成とする。
（２）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層及び上記原色形着色パターンは、感光性樹脂で構成される。
（３）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層は、熱硬化性樹脂で構成される。
【０００５】
（４）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層は、分子末端がエンドキャプされたポリイミド前駆体が加熱硬化によりイミド化したポリイミド膜で構成される。
（５）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記カラーフィルタ層は、上記原色形着色パターン上に形成されたカラーフィルタ表面保護膜を有する。
（６）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記無機絶縁層は、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ ２ 膜のいずれかの単層膜、又はこれらの複数層から成る積層膜として形成される。
（７）上記（６）のカラー液晶表示装置において、上記原色形着色パターンは、上記光透過性平坦化層上に塗布されたフィルタ材料を有機アルカリ現像液で現像して成形される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、その参考として本発明者らが例示する９種類の参考例（カラー液晶表示装置の構造例）とともに、夫々に関連する図面を用いて説明する。
図１は、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する構造の一つである第１の参考例を示す図である。
１は基板、２はゲート電極、３は該ゲート電極２を被覆する無機絶縁膜、４はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、５はソース電極、６はドレイン電極、７は全体を被覆する無機絶縁膜、８は平坦化層、９はカラーフィルタ、１０は保護膜、１１は画素電極、１２はポリイミド配向膜である。基板１上にゲート電極２が形成され、その上にゲート電極２を被覆する無機絶縁膜３が形成されている。その上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４が形成され、これに接続するソース電極５とドレイン電極６が形成され、全体を被覆する無機絶縁膜７が形成されている。さらに、その上に可視光領域で透明な平坦化層８が形成され、その上に原色形のカラーフィルタ９が形成され、この表面を可視光領域で透明な保護膜１０で被覆してある。これに、無機絶縁膜７、平坦化層８、カラーフィルタ９、カラーフィルタ保護膜１０を貫通する開口１３が設けられ、該開口部を通してカラーフィルタ層上層に設けられた画素電極１１とソース電極とが接続されている。このような素子配線とカラーフィルタが形成された基板に対して、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２が表層に形成される。基板１’表面には表示領域に透明電極１１’が形成され、液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２’も表層に形成されている。この２つの基板は、周辺部をシール剤で封止され、液晶１４が封入されている。
【０００７】
以下、製作工程がらみで具体的に説明する。
基板１としてＴＦＴ用の厚さ略０．７ｍｍの無アルカリガラスを用い、この上にゲート電極となる電極材料を成膜し、ホトレジストを用いたホトリソグラフィーの技術によりパターン形成しゲート電極２を形成する。本参考例によるカラー液晶表示装置の構成では、ゲート電極２としてはスパッタ法にてクロム膜を用い、厚さ略１００ｎｍで形成してある。さらに、該ゲート電極を被覆するように基板全面に、プラズマＣＶＤ（化学的気層成長）法等により厚さ略３００ｎｍのＳｉＮ膜をゲート絶縁膜３として成膜してある。さらに、ゲート電極２上には、ゲート絶縁膜を介し薄膜トランジスタ４をホトリソグラフィー技術にて形成する。ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４は、本参考例による構成では、アモルファスシリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を用いて厚さ略３００ｎｍで形成してある。さらに、ソース電極５とドレイン電極６も該ＴＦＴのパターンの一部に重複するように形成されている。これらは、スパッタ法により厚さ略３００ｎｍのアルミニウム膜で形成されている。さらに、これらを被覆する絶縁膜７が形成されている。本参考例による構成の場合、該絶縁膜７は、プラズマＣＶＤ法により厚さ略５００ｎｍのＳｉＮ膜で形成される。また、カラーフィルタ層の下部平坦化膜８としては、例えば、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、所定のホトマスクを用いホトリソグラフィー技術によって露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成して下地絶縁膜７を露出させる開口を形成し、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させることで厚さ略０．８μｍの下部光透過性平坦化膜８を形成してある。また、素子基板の配線部を遮光するためのブラックマトリックスは厚さ略１．１μｍに形成されている。該ブラックマトリックスは、樹脂系の材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等により略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、ホトリソグラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成して、下地絶縁膜７を露出するための開口を含む配線遮光のためのパターンを形成し、再びオーブン炉等で略２１０°Ｃ、略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。また、赤色フィルタパターンは厚さ略１．５μｍに形成されている。該赤色フィルタパターンは、赤色フィルタ材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、所定のホトマスクにてホトリソグイラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成し、再びオーブン炉等にて略２１０°Ｃ、略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。緑色フィルタパターンも厚さ略１．５μｍで形成されている。該緑色フィルタパターンも、緑色フィルタ材料を用い、上記赤色フィルタパターンの場合と同様の工程で製作される。青色フィルタパターンも厚さ略１．５μｍで形成され、製作方法は上記赤色フィルタ、緑色フィルタの場合とほぼ同じである。カラーフィルタ層の上部保護膜１０は厚さ略０．３μｍに形成される。該保護膜１０は、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機系現像液にてパターン形成して、下地絶縁膜７を露出する開口１３を形成し、再びオーブン炉等で略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。
【０００８】
また、下地絶縁膜７を露出するためのカラーフィルタ層の開口部１３は、カラーフィルタ層をマスクとし、ＣＦ4とＯ2の混合系ガス（混合比ＣＦ4略９５％：Ｏ2略５％）により下地絶縁膜がドライエッチングにより除去され、ソース電極５を露出させるようになっている。画素電極層（ＩＴＯ膜）は基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層上に厚み略１３０ｎｍで成膜される。ソース電極５を露出させる上記開口部１３において、該画素電極とソース電極５とが接続される。次に、ポジ型ホトレジスト膜を画素電極層１１上にスピン塗布し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成し、ＩＴＯ膜を露出するパターンを形成する。ＨＢｒの２５％水溶液で、レジスト膜をマスクに露出しているＩＴＯ膜を溶解除去する。これにより、画素パターン上にＩＴＯ膜を形成する。ポリイミド配向膜材料を印刷手法によって塗布し、加熱硬化した後、ポリイミド配向膜表面をラビング処理して、洗浄してポリイミド配向膜１２とする。
基板１’側では、厚さ略０．７ｍｍの無アルカリガラスに画素電極層１１’（ＩＴＯ膜）を、マスクを用いて基板の表示領域全面にわたり厚さ略１３０ｎｍで成膜した構成となっている。この上にポリイミド等の配向膜材料を印刷手法等で塗布し加熱して硬化させた後、ラビング手法等で該配向膜表面をラビング処理し洗浄して配向膜１２’とする。基板１、基板１’の表面には、ミクロパールを分散させ加熱して固着させてある。これら両基板間には液晶が封入される。また、該基板の周辺部には電極駆動用のドライバＩＣが搭載される。
かかる構成により、ＴＦＴ等スイッチング素子とカラーフィルタを同一基板上に形成できる。また、ＴＦＴ素子や配線層を無機絶縁膜で保護して、カラーフィルタ層９を形成する際のアルカリ現像液等の侵入を防止でき、配線やスイッチング素子の損傷や誤動作を防止できる。さらに、無機絶縁膜上に有機の平坦化層を形成することで、その上に形成されたカラーフィルタパターンの厚さを均一にすることができ、カラーフィルタ分光特性の劣化を防止できる。このため、高精細で、かつ画素の開口率を高め、画質を向上させたカラー液晶表示装置を提供できるようになる。
【０００９】
図２は、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第２の参考例を示す図である。
本第２の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、カラーフィルタ９の上に上部保護膜１０を設けない点が異なる。他の各部の構成及び製法については、上記第１の参考例の場合と同様である。図２において、基板１上にゲート電極２が形成され、その上にゲート電極を被覆する無機絶縁膜３が形成されている。その上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４と、ソース電極５と、ドレイン電極６と、全体を被覆する無機絶縁膜７が形成されている。さらにその上に可視光領域で透明な平坦化層８が形成され、その上に原色形のカラーフィルタ９が形成されている。該カラーフィルタ９、上記無機絶縁膜７、及び上記平坦化層８には、貫通した開口１３が設けられ、該開口部を通して、カラーフィルタ層の上に設けられた画素電極１１が上記ソース電極５と接続される。このような素子配線とカラーフィルタ９が形成された基板に対して、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２を表層に形成する。また、基板１’の表面には表示領域に透明電極１１’が形成され、液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２’も表層に形成される。該２つの基板１、１’間は周辺部をシール剤で封止された状態で内部に液晶１４が封入されている。ゲート絶縁膜３や絶縁膜７には、ＳｉＮ膜やＳｉＯ２膜を単層で、あるいは複数層積層して用いることが可能である。
かかる第２の参考例の構成における作用及び効果も、上記第１の参考例の場合と同様である。
【００１０】
図３は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第３の参考例を示す。
本第３の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、着色パターン端部が上部保護膜層に被覆され、開口部において画素電極層に接触していない点が異なる。本第３の参考例も上記第１の参考例の場合と同様、カラーフィルタ層の下部平坦化膜８まで形成した基板１を用い、該第１の参考例の場合と同様の手法にて、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンを形成する。このとき、下部平坦化膜８の開口部に対して、該４つのパターンはさらに大きな開口を形成する。カラーフィルタ層９の上部保護膜１０は、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機系現像液にてパターン形成して下地絶縁膜７を露出する開口を形成し、オーブン炉等にて略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて、厚さ略０．３μｍの膜（上部保護膜１０）として形成する。カラーフィルタ層の開口部においては、該下地絶縁膜７をＣＦ4とＯ2の混合系ガスによるドライエッチングで除去し、ソース電極５を露出させる。画素電極（ＩＴＯ膜）１１は、マスクを用いて基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層９の上方及び開口部１３内に厚さ略１３０ｎｍの膜として形成し、該開口部１３を通してソース電極５と接続する。
【００１１】
図４は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第４の参考例を示す。
本第４の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を液晶封入部に形成した点が異なる。
本第４の参考例の構成によれば、所望の配置場所に固定した柱状スペーサにより、液晶層の厚さ（セルギャップという）を規定できるので、ミクロパールを用いた場合において該ミクロパールがカラーフィルタ層の上部画素電極と下部電極を接続する開口部に入ってしまって所望のセルギャップを形成できなくなる等の問題を回避できる。
【００１２】
図５は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第５の参考例を示す。
本第５の参考例は、上記第２の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を液晶封入部に形成した点が異なる。
本第５の参考例の構成でも、上記第４の参考例の場合と同様の効果が得られる。
図６は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第６の参考例を示す。
本第６の参考例は、上記第４の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を開口部に形成した点が異なる。
スペーサ形成後の工程内で汚染物や微小な異物等が開口部の底部に入り液晶が汚染された場合は表示不良等を引き起こすが、本第６の参考例の構成では、開口部がスペーサにより塞がれるので、この汚染物や微小な異物等の開口部への進入を防ぎ、これによる表示不良等の問題を回避できる。
【００１３】
図７は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第７の参考例を示す。
本第７の参考例は、上記第５の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を開口部上方に形成した点が異なる。
本第７の参考例の構成によれば、上記第６の参考例の場合とほぼ同じ効果が得られる。
図８は、ＴＦＴ周辺の平面構成を示す。
ＩＴＯ膜の開口部１３は、円形状としてある。円形状の場合には、開口部を容易にテーパ状にでき、開口部１３の上部と下部とでＩＴＯ膜の段切れが生じないようにできる。また、ブラックマトリックスパターン１６、１８、２０、２２とカラーフィルタパターン１７、１９、２１、２３の位置は、図８に示す平面構造に対応した図９、図１０、図１１、及び図１２に示す位置であり、このうち図１１はブラックマトリックスパターン２０が、ゲート電極とドレイン電極配線上にある場合の構成例である。
以下に、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第８の参考例を説明する。
上記第１の参考例で説明したような無機絶縁膜まで形成した基板１に、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱して硬化させ、厚さ略０．５μｍの下部平坦化膜を基板全面にわたって形成する。その上に、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンを形成する。さらに、カラーフィルタ層の上部保護膜として、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、これも略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱して硬化させ、厚さ略０．５μｍのカラーフィルタ層の上部保護膜を基板全面に形成する。次に、図１３に示す構造のベースポリマとナフトキノンアジド感光剤を組み合わせたポジ型有機ケイ素系レジスト膜をスリット塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱し、マスクを介して露光し、アルカリ現像液で現像し、露光部除去して、カラーフィルタ層を露出させる所望のパターンを形成する。このとき、有機ケイ素系レジスト膜は、略０．４μｍの厚みで形成される。次に、有機ケイ素系レジスト膜はＯ2ガスのドライエッチングに対して耐性があるので、これをマスクとして、等方的なＯ2アッシング処理にてカラーフィルタ層をドライエッチングして除去し開口を形成して無機絶縁膜を露出させる。次に、ＣＦ4とＯ2の混合系ガス（混合比率略９５％：略５％）にてドライエッチング処理を行う。このとき、有機ケイ素系レジスト膜はＣＦ4ガスに対しては耐性がないので、絶縁膜の除去とともに除去され、カラーフィルタ層がマスクとなって、下地絶縁膜をドライエッチングして除去し開口部を形成して、ソース電極５を露出させる。次に、画素電極層（ＩＴＯ膜）をマスクを用いて基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層上に成膜し（厚さ略１３０ｎｍ）、ソース電極を露出させる開口部において画素電極とソース電極とを接続する。
【００１４】
以下に、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第９の参考例を説明する。
上記第１の参考例で説明したような無機絶縁膜までを形成した基板に、図１４に示す基本構造を有し、図１３中のＡｒ1が図１５あるいは図１６に示す構造を有し、Ａｒ2が図１７あるいは図１８に示す構造を有し、図１３中のＥｃが図１９に示す構造を有するエンドキャップされたポリイミド前駆体のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液をスリット塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱後、窒素雰囲気中で略２００°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、さらに、略２５０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱して硬化させ、カラーフィルタ層の下部平坦化膜を０．８μｍの厚みで基板全面に形成する。本ポリイミドは、上述の基本骨格構造を有するために可視光領域では透明状であり、またエンドキャップ構造は高温で加熱硬化時に架橋する構造であり、架橋以前にポリマが溶融し得るもので、表面の平坦性に優れ、かつエンドキャップ構造が架橋することで物性的にも良好な膜を形成することができる。次に、第１の参考例と同様、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンをそれぞれ形成する。次に、カラーフィルタ層の上部保護膜として、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱した後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱して硬化させ、カラーフィルタ層の上部保護膜を０．３μｍの厚さでほぼ基板全面に形成する。
【００１５】
以下に、上記第１の参考例に基づいて、素子基板周辺部において配線毎に設けられる外部電極端子部の製作法について説明する。
図２０は、基板表面における外部端子領域の例を示す。上記第１の参考例で説明した無機絶縁膜をほぼ基板全面にわたり形成し、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子も被覆して保護する。また、カラーフィルタ層を形成する際には、下部平坦化膜層と上部保護膜層にて外部電極端子上も被覆し、開口を形成することにより外部電極端子を露出させる。画素領域で無機絶縁の開口を形成するときは、外部電極端子領域でも無機絶縁膜を除去し、ドライバＩＣ接続用の開口を形成する。カラーフィルタ層上にＩＴＯ画素電極を成膜する際は、マスクで外部電極端子領域を覆い、表示領域に成膜する。ＩＴＯ画素電極パターンを形成する際は、レジスト膜で外部電極端子領域を覆い、ＩＴＯのエッチング液に対して外部電極端子を保護する。その後、レジスト膜を除去することで、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子が、無機絶縁膜で被覆され、かつカラーフィルタ層を形成する下部平坦化膜層あるいは上部保護膜層に被覆されて、外部電極端子を露出する開口を有する基板が形成される。
【００１６】
以下、上記第８の参考例に基づき、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子部の製作法を説明する。
上記第８の参考例で説明した無機絶縁膜でほぼ基板全面に被覆し、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子も被覆し保護する。次に、カラーフィルタ層を形成する際に、カラーフィルタ層の下部平坦化膜層と上部保護層にて、外部電極端子上も被覆する。その後、画素領域で有機ケイ素系レジストマスクにカラーフィルタ層を除去するとともに、外部電極端子領域でも該外部電極端子を露出するための開口を形成する。また、画素領域で無機絶縁膜の開口を形成するとともに、外部電極端子領域でも無機絶縁膜を除去し、ドライバＩＣ接続用の開口を形成する。カラーフィルタ層上にＩＴＯ画素電極を成膜する際は、マスクで外部電極端子領域を覆い、表示領域に成膜する。ＩＴＯ画素電極パターンを形成する際は、レジスト膜で外部電極端子領域を覆い、ＩＴＯのエッチング液に対して外部電極端子を保護する。その後、レジスト膜を除去することで、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子が、無機絶縁膜で被覆され、かつカラーフィルタ層を形成する下部透明平坦化層あるいは上部透明保護層に被覆されて、外部電極端子を露出する開口を有する素子基板が形成される。
【００１７】
図２４は、特許請求の範囲に記載された本発明によるカラー液晶表示装置の実施例を示す図で、同図（ａ）は、同図（ｂ）の構成のＡ−Ａ’における断面図である。
本実施例は、上記第１〜第９の参考例と異なり、開口部は設けず、かつ、共通電極を、液晶層に対し、画素電極（ソース電極）と同じ側に設けた構成である。
図２４において、基板１上に走査信号電極（ゲート電極）２と共通電極３１が形成され、その上にこれらの電極を被覆する絶縁膜３が形成されている。走査信号電極２上に絶縁膜３を介して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４が形成され、次いで映像信号電極（ドレイン電極）６と画素電極（ソース電極）５が形成され、全体を被覆する絶縁膜７が形成されている。その上に可視光領域で透明なカラーフィルタ層の下部平坦化層８が形成され、その上にカラーフィルタ９が形成され、さらにこの上に表面を被覆するカラーフィルタ表面保護膜１１が形成される。また、上記のように素子配線とカラーフィルタが形成された基板１、及び、液晶層１４をはさんでこれに対向配置された基板１’に対してはそれぞれ、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２、１２’が表層に形成される。画像形成のための電圧は、上記画素電極（ソース電極）５と上記共通電極３１との間に印加される。
本実施例の構成によれば、液晶に印加する電界の方向が基板１（または基板１’）の面にほぼ平行にできるので、上記第１〜第９の参考例に比べ、表示装置の視野角を拡大できる利点がある。
【００１８】
第１〜第９の参考例として上述したカラー液晶表示装置には、（１）カラーフィルタ層をマスクとしてドライエッチングにより無機絶縁層を除去して下部配線層を露出させ、該下部配線層と画素電極とを接続する開口部を形成する構成、（２）基板間に保持された液晶層とのギャップを柱状スペーサで制御する構成、（３）該柱状スペーサを、画素電極と下部配線層とを接続する開口部に形成した構成、（４）有機ケイ素系材料から成る感光性レジストをマスクにして、酸素系ドライエッチングでカラーフィルタ層を除去し、該カラーフィルタ層に上記開口を形成するようにした構成、等がある。
なお、上記参考例では、膜厚や、処理温度、処理時間等に具体的な数値をあてて説明したが、これらの範囲はかかる数値に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＦＴ素子や配線層を無機絶縁膜で保護して、カラーフィルタ層を形成する際に用いるアルカリ現像液を遮蔽して、配線材料等を保護し、スイッチング素子の不良や誤動作を防止できる。また、カラーフィルタパターンの厚さを均一にでき、カラーフィルタの分光特性の劣化を防止でき、形成する画像を高精細で高画質にできる。また、画素の開口率を高め、明るさも向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第１の参考例を示す図である。
【図２】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第２の参考例を示す図である。
【図３】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第３の参考例を示す図である。
【図４】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第４の参考例を示す図である。
【図５】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第５の参考例を示す図である。
【図６】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第６の参考例を示す図である。
【図７】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第７の参考例を示す図である。
【図８】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるＴＦＴ周辺の平面構成を示す図である。
【図９】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１０】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１１】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１２】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１３】 有機ケイ素系レジストのベースポリマの構造を示す図である。
【図１４】 エンドキャップされたポリイミドの基本骨格構造を示す図である。
【図１５】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ1構造例を示す図である。
【図１６】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ1構造例を示す図である。
【図１７】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ2構造例を示す図である。
【図１８】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ2構造例を示す図である。
【図１９】 エンドキャップされたポリイミドのＥｃ構造例を示す図である。
【図２０】 基板表面の表示領域（画素領域）と外部端子領域を示す図である。
【図２１】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２２】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２３】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２４】 本発明の実施例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示技術に係り、特に、画素部に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）等のスイッチング素子とカラーフィルタを用いるアクティブマトリックス型のカラー液晶表示技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネルディスプレイとしてカラー液晶表示装置が注目されている。特にアクティブマトリックス型カラー液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は画質に優れているため、パーソナルコンピュータのディスプレイとして広く用いられるようになった。
このようなカラー液晶表示装置では、通常、一対の基板の片側内面にＴＦＴ素子が形成されたＴＦＴ基板と、他方の内面にカラーフィルタパターンが形成されたカラーフィルタ基板とを重ね合わせた後、基板間に液晶を封入して液晶表示装置としている。
最近、このような液晶表示装置には、さらなる画質向上が求められ、高精細化が必要とされている。一般的に画素サイズを小さくすると、同一画面サイズの基板で、高精細化が可能である。しかしながら、画素サイズに比例して配線幅や薄膜トランジスタの大きさを縮小できないため、１画素内で開口率が低下する。
また、近年生産性の観点から、大形のガラス基板を用い、一括で重ね合わせを行い、多面取りで液晶表示装置を製造する方法が採用されている。本方法では、上述のＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを重ね合わせるため、基板サイズが大きくなったり、ＴＦＴ側の画素とカラーフィルタの画素が小さくなったりすると、重ね合わせの寸法余裕度が減少し、開口率の低下や生産性の低下を招く。
このための対策としては、例えば特開平１０−３９２９２号公報記載のように、カラーＴＦＴ素子を設けた基板上にフィルタを形成するようにした構成が提案されている。本公報の記載では、スイッチング素子、信号線及び走査線が形成された上に保護膜を形成することで、カラーフィルタの形成に用いられる顔料または染料、インキ等に含まれているイオンまたは元素、例えば、銅イオンや亜鉛イオン等が、アレイ基板上のスイッチング素子の部分に浸入するのを防止してスイッチング素子の不良や誤動作を防止することができるとしている。保護膜は、有機材料あるいは無機材料で形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のいわゆるアクティブマトリクス型液晶表示素子では、以下の問題がある。つまり、
エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの有機材料で上記保護膜を形成した場合は、一般的にカラーフィルタを形成する際にアルカリ水溶現像液を用いるが、有機材料の保護膜は水分の遮蔽はできず、配線層の材料によっては、アルカリ成分や水分等により腐食されたり、侵入したアルカリ成分によってスイッチング素子が傷んだり誤動作を起したりする。
一方、無機材料で保護膜を形成した場合は平坦性が悪く、下部の素子構造の段差を解消できない。このため、その上に形成されるカラーフィルタパターンの厚さにばらつきが生じ、これがカラーフィルタの分光特性を劣化させる。
本発明が解決すべき課題点は、無機材料で保護膜を形成した場合も、カラーフィルタの分光特性が劣化しない技術を実現することにある。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、従来技術を改善して、高精細で、かつ画素の開口率を上げて明るさを向上させ、高画質としたカラー液晶表示技術を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、
（１）液晶を挟持した一対の基板の一方の該液晶に対向する内面上に、複数の画素に対応して複数のスイッチング素子がマトリックス状に配され、該複数の画素の各々には、該複数のスイッチング素子の一つの配線部に接続された画素電極と、該画素電極の長手方向に対し略平行に延在し且つ前記内面にて該画素電極と離間されて配される共通電極とが設けられ、上記スイッチング素子、上記画素電極、及び上記共通電極の上部にはカラーフィルタ層、及び上記液晶に接する配向膜がこの順に積層され、上記画素の各々において、上記画素電極と上記共通電極との間に発生される電界を上記液晶に上記一方の基板の上記内面にほぼ平行に印加することで画像を形成するカラー液晶表示装置であって、上記一方の基板の上記内面には、その全域において上記複数の画素の上記スイッチング素子、上記画素電極、及び上記共通電極を覆う無機絶縁層が形成され、上記カラーフィルタ層は、上記無機絶縁層上に有機材料で形成される光透過性平坦化層と、該光透過性平坦化層上に形成された原色形着色パターンとを有する構成とする。
（２）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層及び上記原色形着色パターンは、感光性樹脂で構成される。
（３）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層は、熱硬化性樹脂で構成される。
【０００５】
（４）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記光透過性平坦化層は、分子末端がエンドキャプされたポリイミド前駆体が加熱硬化によりイミド化したポリイミド膜で構成される。
（５）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記カラーフィルタ層は、上記原色形着色パターン上に形成されたカラーフィルタ表面保護膜を有する。
（６）上記（１）のカラー液晶表示装置において、上記無機絶縁層は、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ ２ 膜のいずれかの単層膜、又はこれらの複数層から成る積層膜として形成される。
（７）上記（６）のカラー液晶表示装置において、上記原色形着色パターンは、上記光透過性平坦化層上に塗布されたフィルタ材料を有機アルカリ現像液で現像して成形される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、その参考として本発明者らが例示する９種類の参考例（カラー液晶表示装置の構造例）とともに、夫々に関連する図面を用いて説明する。
図１は、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する構造の一つである第１の参考例を示す図である。
１は基板、２はゲート電極、３は該ゲート電極２を被覆する無機絶縁膜、４はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、５はソース電極、６はドレイン電極、７は全体を被覆する無機絶縁膜、８は平坦化層、９はカラーフィルタ、１０は保護膜、１１は画素電極、１２はポリイミド配向膜である。基板１上にゲート電極２が形成され、その上にゲート電極２を被覆する無機絶縁膜３が形成されている。その上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４が形成され、これに接続するソース電極５とドレイン電極６が形成され、全体を被覆する無機絶縁膜７が形成されている。さらに、その上に可視光領域で透明な平坦化層８が形成され、その上に原色形のカラーフィルタ９が形成され、この表面を可視光領域で透明な保護膜１０で被覆してある。これに、無機絶縁膜７、平坦化層８、カラーフィルタ９、カラーフィルタ保護膜１０を貫通する開口１３が設けられ、該開口部を通してカラーフィルタ層上層に設けられた画素電極１１とソース電極とが接続されている。このような素子配線とカラーフィルタが形成された基板に対して、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２が表層に形成される。基板１’表面には表示領域に透明電極１１’が形成され、液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２’も表層に形成されている。この２つの基板は、周辺部をシール剤で封止され、液晶１４が封入されている。
【０００７】
以下、製作工程がらみで具体的に説明する。
基板１としてＴＦＴ用の厚さ略０．７ｍｍの無アルカリガラスを用い、この上にゲート電極となる電極材料を成膜し、ホトレジストを用いたホトリソグラフィーの技術によりパターン形成しゲート電極２を形成する。本参考例によるカラー液晶表示装置の構成では、ゲート電極２としてはスパッタ法にてクロム膜を用い、厚さ略１００ｎｍで形成してある。さらに、該ゲート電極を被覆するように基板全面に、プラズマＣＶＤ（化学的気層成長）法等により厚さ略３００ｎｍのＳｉＮ膜をゲート絶縁膜３として成膜してある。さらに、ゲート電極２上には、ゲート絶縁膜を介し薄膜トランジスタ４をホトリソグラフィー技術にて形成する。ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）４は、本参考例による構成では、アモルファスシリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を用いて厚さ略３００ｎｍで形成してある。さらに、ソース電極５とドレイン電極６も該ＴＦＴのパターンの一部に重複するように形成されている。これらは、スパッタ法により厚さ略３００ｎｍのアルミニウム膜で形成されている。さらに、これらを被覆する絶縁膜７が形成されている。本参考例による構成の場合、該絶縁膜７は、プラズマＣＶＤ法により厚さ略５００ｎｍのＳｉＮ膜で形成される。また、カラーフィルタ層の下部平坦化膜８としては、例えば、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、所定のホトマスクを用いホトリソグラフィー技術によって露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成して下地絶縁膜７を露出させる開口を形成し、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させることで厚さ略０．８μｍの下部光透過性平坦化膜８を形成してある。また、素子基板の配線部を遮光するためのブラックマトリックスは厚さ略１．１μｍに形成されている。該ブラックマトリックスは、樹脂系の材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等により略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、ホトリソグラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成して、下地絶縁膜７を露出するための開口を含む配線遮光のためのパターンを形成し、再びオーブン炉等で略２１０°Ｃ、略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。また、赤色フィルタパターンは厚さ略１．５μｍに形成されている。該赤色フィルタパターンは、赤色フィルタ材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、所定のホトマスクにてホトリソグイラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成し、再びオーブン炉等にて略２１０°Ｃ、略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。緑色フィルタパターンも厚さ略１．５μｍで形成されている。該緑色フィルタパターンも、緑色フィルタ材料を用い、上記赤色フィルタパターンの場合と同様の工程で製作される。青色フィルタパターンも厚さ略１．５μｍで形成され、製作方法は上記赤色フィルタ、緑色フィルタの場合とほぼ同じである。カラーフィルタ層の上部保護膜１０は厚さ略０．３μｍに形成される。該保護膜１０は、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機系現像液にてパターン形成して、下地絶縁膜７を露出する開口１３を形成し、再びオーブン炉等で略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて形成する。
【０００８】
また、下地絶縁膜７を露出するためのカラーフィルタ層の開口部１３は、カラーフィルタ層をマスクとし、ＣＦ4とＯ2の混合系ガス（混合比ＣＦ4略９５％：Ｏ2略５％）により下地絶縁膜がドライエッチングにより除去され、ソース電極５を露出させるようになっている。画素電極層（ＩＴＯ膜）は基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層上に厚み略１３０ｎｍで成膜される。ソース電極５を露出させる上記開口部１３において、該画素電極とソース電極５とが接続される。次に、ポジ型ホトレジスト膜を画素電極層１１上にスピン塗布し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機アルカリ現像液にてパターン形成し、ＩＴＯ膜を露出するパターンを形成する。ＨＢｒの２５％水溶液で、レジスト膜をマスクに露出しているＩＴＯ膜を溶解除去する。これにより、画素パターン上にＩＴＯ膜を形成する。ポリイミド配向膜材料を印刷手法によって塗布し、加熱硬化した後、ポリイミド配向膜表面をラビング処理して、洗浄してポリイミド配向膜１２とする。
基板１’側では、厚さ略０．７ｍｍの無アルカリガラスに画素電極層１１’（ＩＴＯ膜）を、マスクを用いて基板の表示領域全面にわたり厚さ略１３０ｎｍで成膜した構成となっている。この上にポリイミド等の配向膜材料を印刷手法等で塗布し加熱して硬化させた後、ラビング手法等で該配向膜表面をラビング処理し洗浄して配向膜１２’とする。基板１、基板１’の表面には、ミクロパールを分散させ加熱して固着させてある。これら両基板間には液晶が封入される。また、該基板の周辺部には電極駆動用のドライバＩＣが搭載される。
かかる構成により、ＴＦＴ等スイッチング素子とカラーフィルタを同一基板上に形成できる。また、ＴＦＴ素子や配線層を無機絶縁膜で保護して、カラーフィルタ層９を形成する際のアルカリ現像液等の侵入を防止でき、配線やスイッチング素子の損傷や誤動作を防止できる。さらに、無機絶縁膜上に有機の平坦化層を形成することで、その上に形成されたカラーフィルタパターンの厚さを均一にすることができ、カラーフィルタ分光特性の劣化を防止できる。このため、高精細で、かつ画素の開口率を高め、画質を向上させたカラー液晶表示装置を提供できるようになる。
【０００９】
図２は、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第２の参考例を示す図である。
本第２の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、カラーフィルタ９の上に上部保護膜１０を設けない点が異なる。他の各部の構成及び製法については、上記第１の参考例の場合と同様である。図２において、基板１上にゲート電極２が形成され、その上にゲート電極を被覆する無機絶縁膜３が形成されている。その上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４と、ソース電極５と、ドレイン電極６と、全体を被覆する無機絶縁膜７が形成されている。さらにその上に可視光領域で透明な平坦化層８が形成され、その上に原色形のカラーフィルタ９が形成されている。該カラーフィルタ９、上記無機絶縁膜７、及び上記平坦化層８には、貫通した開口１３が設けられ、該開口部を通して、カラーフィルタ層の上に設けられた画素電極１１が上記ソース電極５と接続される。このような素子配線とカラーフィルタ９が形成された基板に対して、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２を表層に形成する。また、基板１’の表面には表示領域に透明電極１１’が形成され、液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２’も表層に形成される。該２つの基板１、１’間は周辺部をシール剤で封止された状態で内部に液晶１４が封入されている。ゲート絶縁膜３や絶縁膜７には、ＳｉＮ膜やＳｉＯ２膜を単層で、あるいは複数層積層して用いることが可能である。
かかる第２の参考例の構成における作用及び効果も、上記第１の参考例の場合と同様である。
【００１０】
図３は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第３の参考例を示す。
本第３の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、着色パターン端部が上部保護膜層に被覆され、開口部において画素電極層に接触していない点が異なる。本第３の参考例も上記第１の参考例の場合と同様、カラーフィルタ層の下部平坦化膜８まで形成した基板１を用い、該第１の参考例の場合と同様の手法にて、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンを形成する。このとき、下部平坦化膜８の開口部に対して、該４つのパターンはさらに大きな開口を形成する。カラーフィルタ層９の上部保護膜１０は、アルカリ現像性の感光性材料をスリット方式にて塗布し、オーブン炉等にて略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱し、ホトマスクにてホトリソグラフィー技術により露光し、有機系現像液にてパターン形成して下地絶縁膜７を露出する開口を形成し、オーブン炉等にて略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し硬化させて、厚さ略０．３μｍの膜（上部保護膜１０）として形成する。カラーフィルタ層の開口部においては、該下地絶縁膜７をＣＦ4とＯ2の混合系ガスによるドライエッチングで除去し、ソース電極５を露出させる。画素電極（ＩＴＯ膜）１１は、マスクを用いて基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層９の上方及び開口部１３内に厚さ略１３０ｎｍの膜として形成し、該開口部１３を通してソース電極５と接続する。
【００１１】
図４は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第４の参考例を示す。
本第４の参考例は、上記第１の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を液晶封入部に形成した点が異なる。
本第４の参考例の構成によれば、所望の配置場所に固定した柱状スペーサにより、液晶層の厚さ（セルギャップという）を規定できるので、ミクロパールを用いた場合において該ミクロパールがカラーフィルタ層の上部画素電極と下部電極を接続する開口部に入ってしまって所望のセルギャップを形成できなくなる等の問題を回避できる。
【００１２】
図５は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第５の参考例を示す。
本第５の参考例は、上記第２の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を液晶封入部に形成した点が異なる。
本第５の参考例の構成でも、上記第４の参考例の場合と同様の効果が得られる。
図６は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第６の参考例を示す。
本第６の参考例は、上記第４の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を開口部に形成した点が異なる。
スペーサ形成後の工程内で汚染物や微小な異物等が開口部の底部に入り液晶が汚染された場合は表示不良等を引き起こすが、本第６の参考例の構成では、開口部がスペーサにより塞がれるので、この汚染物や微小な異物等の開口部への進入を防ぎ、これによる表示不良等の問題を回避できる。
【００１３】
図７は本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第７の参考例を示す。
本第７の参考例は、上記第５の参考例の構成に比較して、柱状スペーサ１５を開口部上方に形成した点が異なる。
本第７の参考例の構成によれば、上記第６の参考例の場合とほぼ同じ効果が得られる。
図８は、ＴＦＴ周辺の平面構成を示す。
ＩＴＯ膜の開口部１３は、円形状としてある。円形状の場合には、開口部を容易にテーパ状にでき、開口部１３の上部と下部とでＩＴＯ膜の段切れが生じないようにできる。また、ブラックマトリックスパターン１６、１８、２０、２２とカラーフィルタパターン１７、１９、２１、２３の位置は、図８に示す平面構造に対応した図９、図１０、図１１、及び図１２に示す位置であり、このうち図１１はブラックマトリックスパターン２０が、ゲート電極とドレイン電極配線上にある場合の構成例である。
以下に、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第８の参考例を説明する。
上記第１の参考例で説明したような無機絶縁膜まで形成した基板１に、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱して硬化させ、厚さ略０．５μｍの下部平坦化膜を基板全面にわたって形成する。その上に、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンを形成する。さらに、カラーフィルタ層の上部保護膜として、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、これも略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱して硬化させ、厚さ略０．５μｍのカラーフィルタ層の上部保護膜を基板全面に形成する。次に、図１３に示す構造のベースポリマとナフトキノンアジド感光剤を組み合わせたポジ型有機ケイ素系レジスト膜をスリット塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱し、マスクを介して露光し、アルカリ現像液で現像し、露光部除去して、カラーフィルタ層を露出させる所望のパターンを形成する。このとき、有機ケイ素系レジスト膜は、略０．４μｍの厚みで形成される。次に、有機ケイ素系レジスト膜はＯ2ガスのドライエッチングに対して耐性があるので、これをマスクとして、等方的なＯ2アッシング処理にてカラーフィルタ層をドライエッチングして除去し開口を形成して無機絶縁膜を露出させる。次に、ＣＦ4とＯ2の混合系ガス（混合比率略９５％：略５％）にてドライエッチング処理を行う。このとき、有機ケイ素系レジスト膜はＣＦ4ガスに対しては耐性がないので、絶縁膜の除去とともに除去され、カラーフィルタ層がマスクとなって、下地絶縁膜をドライエッチングして除去し開口部を形成して、ソース電極５を露出させる。次に、画素電極層（ＩＴＯ膜）をマスクを用いて基板の表示領域全面にてカラーフィルタ層上に成膜し（厚さ略１３０ｎｍ）、ソース電極を露出させる開口部において画素電極とソース電極とを接続する。
【００１４】
以下に、本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第９の参考例を説明する。
上記第１の参考例で説明したような無機絶縁膜までを形成した基板に、図１４に示す基本構造を有し、図１３中のＡｒ1が図１５あるいは図１６に示す構造を有し、Ａｒ2が図１７あるいは図１８に示す構造を有し、図１３中のＥｃが図１９に示す構造を有するエンドキャップされたポリイミド前駆体のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液をスリット塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱後、窒素雰囲気中で略２００°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱し、さらに、略２５０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱して硬化させ、カラーフィルタ層の下部平坦化膜を０．８μｍの厚みで基板全面に形成する。本ポリイミドは、上述の基本骨格構造を有するために可視光領域では透明状であり、またエンドキャップ構造は高温で加熱硬化時に架橋する構造であり、架橋以前にポリマが溶融し得るもので、表面の平坦性に優れ、かつエンドキャップ構造が架橋することで物性的にも良好な膜を形成することができる。次に、第１の参考例と同様、ブラックマトリックスパターン、赤色フィルタパターン、緑色フィルタパターン、青色フィルタパターンをそれぞれ形成する。次に、カラーフィルタ層の上部保護膜として、熱硬化性材料をスリット方式にて塗布し、略９０°Ｃで略３０ｍｉｎ間加熱した後、略２３０°Ｃで略３０ｍｉｎ加熱して硬化させ、カラーフィルタ層の上部保護膜を０．３μｍの厚さでほぼ基板全面に形成する。
【００１５】
以下に、上記第１の参考例に基づいて、素子基板周辺部において配線毎に設けられる外部電極端子部の製作法について説明する。
図２０は、基板表面における外部端子領域の例を示す。上記第１の参考例で説明した無機絶縁膜をほぼ基板全面にわたり形成し、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子も被覆して保護する。また、カラーフィルタ層を形成する際には、下部平坦化膜層と上部保護膜層にて外部電極端子上も被覆し、開口を形成することにより外部電極端子を露出させる。画素領域で無機絶縁の開口を形成するときは、外部電極端子領域でも無機絶縁膜を除去し、ドライバＩＣ接続用の開口を形成する。カラーフィルタ層上にＩＴＯ画素電極を成膜する際は、マスクで外部電極端子領域を覆い、表示領域に成膜する。ＩＴＯ画素電極パターンを形成する際は、レジスト膜で外部電極端子領域を覆い、ＩＴＯのエッチング液に対して外部電極端子を保護する。その後、レジスト膜を除去することで、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子が、無機絶縁膜で被覆され、かつカラーフィルタ層を形成する下部平坦化膜層あるいは上部保護膜層に被覆されて、外部電極端子を露出する開口を有する基板が形成される。
【００１６】
以下、上記第８の参考例に基づき、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子部の製作法を説明する。
上記第８の参考例で説明した無機絶縁膜でほぼ基板全面に被覆し、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子も被覆し保護する。次に、カラーフィルタ層を形成する際に、カラーフィルタ層の下部平坦化膜層と上部保護層にて、外部電極端子上も被覆する。その後、画素領域で有機ケイ素系レジストマスクにカラーフィルタ層を除去するとともに、外部電極端子領域でも該外部電極端子を露出するための開口を形成する。また、画素領域で無機絶縁膜の開口を形成するとともに、外部電極端子領域でも無機絶縁膜を除去し、ドライバＩＣ接続用の開口を形成する。カラーフィルタ層上にＩＴＯ画素電極を成膜する際は、マスクで外部電極端子領域を覆い、表示領域に成膜する。ＩＴＯ画素電極パターンを形成する際は、レジスト膜で外部電極端子領域を覆い、ＩＴＯのエッチング液に対して外部電極端子を保護する。その後、レジスト膜を除去することで、素子基板周辺部に配線毎に設けられる外部電極端子が、無機絶縁膜で被覆され、かつカラーフィルタ層を形成する下部透明平坦化層あるいは上部透明保護層に被覆されて、外部電極端子を露出する開口を有する素子基板が形成される。
【００１７】
図２４は、特許請求の範囲に記載された本発明によるカラー液晶表示装置の実施例を示す図で、同図（ａ）は、同図（ｂ）の構成のＡ−Ａ’における断面図である。
本実施例は、上記第１〜第９の参考例と異なり、開口部は設けず、かつ、共通電極を、液晶層に対し、画素電極（ソース電極）と同じ側に設けた構成である。
図２４において、基板１上に走査信号電極（ゲート電極）２と共通電極３１が形成され、その上にこれらの電極を被覆する絶縁膜３が形成されている。走査信号電極２上に絶縁膜３を介して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４が形成され、次いで映像信号電極（ドレイン電極）６と画素電極（ソース電極）５が形成され、全体を被覆する絶縁膜７が形成されている。その上に可視光領域で透明なカラーフィルタ層の下部平坦化層８が形成され、その上にカラーフィルタ９が形成され、さらにこの上に表面を被覆するカラーフィルタ表面保護膜１１が形成される。また、上記のように素子配線とカラーフィルタが形成された基板１、及び、液晶層１４をはさんでこれに対向配置された基板１’に対してはそれぞれ、表示領域に液晶を配向させるためのポリイミド配向膜１２、１２’が表層に形成される。画像形成のための電圧は、上記画素電極（ソース電極）５と上記共通電極３１との間に印加される。
本実施例の構成によれば、液晶に印加する電界の方向が基板１（または基板１’）の面にほぼ平行にできるので、上記第１〜第９の参考例に比べ、表示装置の視野角を拡大できる利点がある。
【００１８】
第１〜第９の参考例として上述したカラー液晶表示装置には、（１）カラーフィルタ層をマスクとしてドライエッチングにより無機絶縁層を除去して下部配線層を露出させ、該下部配線層と画素電極とを接続する開口部を形成する構成、（２）基板間に保持された液晶層とのギャップを柱状スペーサで制御する構成、（３）該柱状スペーサを、画素電極と下部配線層とを接続する開口部に形成した構成、（４）有機ケイ素系材料から成る感光性レジストをマスクにして、酸素系ドライエッチングでカラーフィルタ層を除去し、該カラーフィルタ層に上記開口を形成するようにした構成、等がある。
なお、上記参考例では、膜厚や、処理温度、処理時間等に具体的な数値をあてて説明したが、これらの範囲はかかる数値に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＦＴ素子や配線層を無機絶縁膜で保護して、カラーフィルタ層を形成する際に用いるアルカリ現像液を遮蔽して、配線材料等を保護し、スイッチング素子の不良や誤動作を防止できる。また、カラーフィルタパターンの厚さを均一にでき、カラーフィルタの分光特性の劣化を防止でき、形成する画像を高精細で高画質にできる。また、画素の開口率を高め、明るさも向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第１の参考例を示す図である。
【図２】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第２の参考例を示す図である。
【図３】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第３の参考例を示す図である。
【図４】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第４の参考例を示す図である。
【図５】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第５の参考例を示す図である。
【図６】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第６の参考例を示す図である。
【図７】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する第７の参考例を示す図である。
【図８】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるＴＦＴ周辺の平面構成を示す図である。
【図９】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１０】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１１】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１２】 本発明によるカラー液晶表示装置に関連する参考例におけるブラックマトリックスパターンとカラーフィルタパターンの配置例の図である。
【図１３】 有機ケイ素系レジストのベースポリマの構造を示す図である。
【図１４】 エンドキャップされたポリイミドの基本骨格構造を示す図である。
【図１５】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ1構造例を示す図である。
【図１６】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ1構造例を示す図である。
【図１７】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ2構造例を示す図である。
【図１８】 エンドキャップされたポリイミドのＡｒ2構造例を示す図である。
【図１９】 エンドキャップされたポリイミドのＥｃ構造例を示す図である。
【図２０】 基板表面の表示領域（画素領域）と外部端子領域を示す図である。
【図２１】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２２】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２３】 柱状スペーサの位置を示す図である。
【図２４】 本発明の実施例を示す図である。
Claims (7)
- 液晶を挟持した一対の基板の一方の該液晶に対向する内面上に、複数の画素に対応して複数のスイッチング素子がマトリックス状に配され、
前記複数の画素の各々には、前記複数のスイッチング素子の一つの配線部に接続された画素電極と、該画素電極の長手方向に対し略平行に延在し且つ前記内面にて該画素電極と離間されて配される共通電極とが設けられ、
前記スイッチング素子、前記画素電極、及び前記共通電極の上部にはカラーフィルタ層、及び前記液晶に接する配向膜がこの順に積層され、
前記画素の各々において、前記画素電極と前記共通電極との間に発生される電界を前記液晶に前記一方の基板の前記内面にほぼ平行に印加することで画像を形成するカラー液晶表示装置であって、
前記一方の基板の前記内面には、その全域において前記複数の画素の前記スイッチング素子、前記画素電極、及び前記共通電極を覆う無機絶縁層が形成され、
前記カラーフィルタ層は前記無機絶縁層上に有機材料で形成される光透過性平坦化層と、該光透過性平坦化層上に形成された原色形着色パターンとを有することを特徴とするカラー液晶表示装置。 - 前記光透過性平坦化層及び前記原色形着色パターンは、感光性樹脂で構成される請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記光透過性平坦化層は、熱硬化性樹脂で構成される請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記光透過性平坦化層は、分子末端がエンドキャプされたポリイミド前駆体が加熱硬化によりイミド化したポリイミド膜で構成される請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記カラーフィルタ層は、前記原色形着色パターン上に形成されたカラーフィルタ表面保護膜を有する請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記無機絶縁層は、ＳｉＮ膜及びＳｉＯ ２ 膜のいずれかの単層膜、又はこれらの複数層から成る積層膜として形成される請求項１に記載のカラー液晶表示装置。
- 前記原色形着色パターンは、前記光透過性平坦化層上に塗布されたフィルタ材料を有機アルカリ現像液で現像して成形される請求項６に記載のカラー液晶表示装置。
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