JPH08179376A - カラー表示装置 - Google Patents

カラー表示装置

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JPH08179376A
JPH08179376A JP33589294A JP33589294A JPH08179376A JP H08179376 A JPH08179376 A JP H08179376A JP 33589294 A JP33589294 A JP 33589294A JP 33589294 A JP33589294 A JP 33589294A JP H08179376 A JPH08179376 A JP H08179376A
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JP
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film
pixel electrode
display device
pixel
color display
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JP33589294A
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Inventor
Hisashi Kadota
久志 門田
Shinji Nakamura
真治 中村
Takenobu Urazono
丈展 浦園
Yuko Inoue
祐子 井上
Masabumi Kunii
正文 国井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 オンチップカラーフィルタ構造の表示装置に
おいて、画素電極と薄膜トランジスタ間のコンタクト不
良を除去する。 【構成】 カラー表示装置は所定の間隙を介して接合し
た駆動基板0及び対向基板12と、該間隙に保持された
液晶14とを備えている。駆動基板0は格子配列した画
素開口部Aと、個々の画素開口部を囲む非開口部Bとを
有する。画素開口部Aには画素電極1が形成される一
方、非開口部Bには画素電極1を駆動する薄膜トランジ
スタTFTが形成される。対向基板12は画素電極1に
対面する対向電極13を有する。駆動基板0には着色膜
からなるカラーフィルタ8,9,10が形成されてい
る。この着色膜は格子状にパタニングされ、個々の画素
開口部Aのみに配置し、非開口部Bからは除去されてい
る。着色膜はTFTが属する下層と画素電極1が属する
上層との間に介在し、画素電極1は着色膜が除去された
非開口部Bに設けたコンタクトホールCONを通じて、
対応するTFTに電気接続している。

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。
【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、この種のカラ
ー表示装置としては、例えば図4に示す様な構成が知ら
れている。この従来例では、ガラス等からなる透明基板
0上に透明な画素電極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、その上にはゲート絶縁膜15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は信号線の一部を構成する。配線電極6は第2層
間絶縁膜5により被覆されている。第2層間絶縁膜5の
上には所定の形状にパタニングされた金属膜からなるブ
ラックマスク7が形成されている。これらTFT、配線
電極6、ブラックマスク7等は平坦化膜11により被覆
されており、その上に前述した画素電極1がパタニング
形成されている。なお、画素電極1は平坦化膜11、第
2層間絶縁膜5及び第1層間絶縁膜4に形成したコンタ
クトホールCONを介してTFTのドレイン領域Dに電
気接続している。以下、TFT等が集積形成された透明
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
ガラス等からなる他方の透明基板12が接合している。
以下、この透明基板12を対向基板と呼ぶ事にする。対
向基板12の内表面には透明な対向電極13が形成され
ている。両基板0,12の間に液晶14等の電気光学物
質が保持されている。対向基板12の内表面には画素電
極1をRGB三原色に着色する為カラーフィルタ8,
9,10が形成されている。カラーフィルタ8は例えば
赤色に着色され、カラーフィルタ9は緑色に着色され、
カラーフィルタ10は青色に着色されている。
【0004】図4に示す従来例では、駆動基板0側に画
素電極1が形成され、対向基板12側にカラーフィルタ
8,9,10が形成されている。この為、両基板を精密
にアライメントする必要がある。しかしながら、画素の
高精細化が進むにつれ精密なアライメントが困難になっ
ている。そこで、図5に示す様に、カラーフィルタ8,
9,10を駆動基板0側に形成した、所謂オンチップカ
ラーフィルタ構造が開発されている。このオンチップカ
ラーフィルタ構造は、例えば特開平2−54217号公
報、特開平3−237432号公報、特開平3−723
22号公報、特開平3−119829号公報、特開平4
−253028号公報、特開平2−153325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8,9,10が個々
の画素電極1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1とカ
ラーフィルタ8,9,10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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図6は、図5に示した
オンチップカラーフィルタ構造の模式的な平面図であ
る。信号線6aが垂直方向にパタニングされ、ゲート線
3aが水平方向にパタニングされている。信号線6aと
ゲート線3aの各交差部にTFTが形成されている。
又、補助容量Csも形成されている。対応する画素電極
(図示せず)はコンタクトホールCONを介してTFT
に接続している。赤色のカラーフィルタ8は垂直方向に
ストライプ状に形成されている。緑色のカラーフィルタ
9もストライプ状に形成されている。図示しないが、青
色のカラーフィルタもストライプ状である。この様に、
従来のカラーフィルタは垂直方向に沿って連続的に形成
されている為、コンタクトホールCONを覆っている。
その為、画素電極はカラーフィルタに形成したコンタク
トホールCONを貫通してTFTに電気接続する(図5
参照)。一般に、カラーフィルタは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用いて形成されてい
る。フォトリソグラフィによりカラーレジストをストラ
イプ状にパタニングする際、同時にコンタクトホールC
ONを開口している。しかしながら、カラーレジストに
はある程度の粒径を有する顔料が分散されている為、解
像度に不安があり微小なコンタクトホールCONを精密
にエッチングする事は困難である。コンタクトホールC
ON内にカラーレジストの残渣が残る為、接続不良とな
る可能性が高い。これを防ぐ為、コンタクトホールCO
Nの開口寸法を大きくとると、画素開口率が犠牲になる
為、オンチップカラーフィルタ構造としたメリットが失
われる。
【0006】
【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。本発明にかかるカ
ラー表示装置は所定の間隙を介して接合した一対の透明
基板と該間隙に保持された電気光学物質(例えば液晶)
とを備えている。一方の透明基板(駆動基板)は格子配
列した画素開口部と個々の画素開口部を囲む非開口部と
を有する。画素開口部には透明電極(画素電極)が形成
される一方、非開口部には画素電極を駆動するスイッチ
ング素子(例えば薄膜トランジスタ)及び必要な配線
(信号線、ゲート線等)が形成されている。他方の透明
基板(対向基板)は画素電極に対面する別の透明電極
(対向電極)を有する。特徴事項として、駆動基板には
着色膜からなるカラーフィルタが形成されており、且つ
該着色膜は格子状にパタニングされ個々の画素開口部の
みに配置し非開口部からは除去されている。具体的に
は、前記着色膜はスイッチング素子が属する下層と画素
電極が属する上層との間に介在し、該画素電極は着色膜
が除去された非開口部に設けたコンタクトホールを通じ
て対応するスイッチング素子に電気接続している。又、
駆動基板には非開口部に形成した薄膜トランジスタから
なるスイッチング素子を被覆する様に遮光膜(ブラック
マスク)がパタニング形成されている。
【0007】
【作用】ストライプ状にパタニングされた従来のカラー
フィルタと異なり、本発明ではカラーフィルタが格子状
にパタニングされている。換言すると、個々の画素開口
部のみに配置し、非開口部からは除去されている。この
非開口部には薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が
形成されている。画素電極はこの非開口部に設けたコン
タクトホールを介して薄膜トランジスタに接続する。こ
の際、非開口部にはカラーフィルタが存在しないので、
その解像度を問題にする事なく精密なコンタクトホール
を形成できる。従って、従来問題となっていた画素電極
と薄膜トランジスタ間のコンタクト不良を有効に防止で
きる。
【0008】
【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
等の透明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Sに電気接続する信
号線側の配線電極、7はTFTを被覆する遮光膜(ブラ
ックマスク)、8,9,10は各々赤色、緑色、青色に
着色したカラーフィルタ、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。
【0009】駆動基板0の上にTFTを構成する半導体
薄膜2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15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S
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。この上には遮光膜7、カラー
フィルタ8,9,10、平坦化膜11、ITO等の透明
導電膜からなる画素電極1がこの順序で形成されてい
る。TFTのドレイン領域Dは金属膜からなるブラック
マスク7を介して画素電極1と電気的に接続している。
ドレイン領域Dと画素電極1の間に介在するブラックマ
スク7はバリヤフィルムとして機能し、ドレイン領域D
と画素電極1との電気的な接触を良好なものとしてい
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。
【0010】以下、本発明の特徴点を説明する。駆動基
板0は格子配列した画素開口部Aと個々の画素開口部A
を囲む非開口部Bとを有する。画素開口部Aには画素電
極1が形成される一方、非開口部Bには画素電極1を駆
動するTFT及び必要な配線が形成されている。駆動基
板0には着色膜からなるカラーフィルタ8,9,10が
形成されている。この着色膜は格子状にパタニングさ
れ、個々の画素開口部Aのみに配置し、非開口部Bから
は除去されている。この着色膜はTFTが属する下層と
画素電極1が属する上層との間に介在し、画素電極1は
着色膜が除去された非開口部Bに設けたコンタクトホー
ルCONを通じて対応するTFTのドレイン領域Dに電
気接続している。従って、コンタクトホールCONは平
坦化膜11にエッチング形成されており、着色膜の解像
度は何等関係しない。なお、駆動基板0には非開口部B
に形成したTFTを被覆する様にブラックマスク7がパ
タニング形成されている。以上の説明から明らかな様
に、画素開口部Aは光透過性であり、非開口部Bは光不
透過性である。
【0011】以上の特徴事項につき、図2を参照してさ
らに詳細に説明する。図示する様に、垂直方向に沿って
信号線6aがパタニング形成されており、個々のTFT
のソース領域に電気接続する。又、水平方向にゲート線
3aが形成されている。各信号線6aとゲート線3aの
交差部にTFTが形成されている。前述した様に、個々
の画素開口部Aは直交配置した信号線6a及びゲート線
3aにより仕切られる様に格子配列している。個々の画
素開口部Aを囲む様に非開口部Bが設けられている。画
素開口部Aには画素電極(図示せず)が形成される一
方、非開口部BにはTFT、信号線6a、ゲート線3a
等が形成されている。特徴事項として、カラーフィルタ
8,9も格子状にパタニングされ、個々の画素開口部A
のみに配置し、非開口部Bからは除去されている。従っ
て、画素電極は非開口部Bに設けたコンタクトホールC
ONを通じて、カラーフィルタ8,9を介する事なく、
TFTのドレイン領域に電気接続可能である。なお、フ
ォトリソグラフィのアライメントずれ等を考慮して、カ
ラーフィルタ8,9の端部からコンタクトホールCON
までは、1〜10μm離す事が好ましい。図6に示した
従来例では、カラーフィルタ8,9がストライプ状に形
成されていたのに対し、図2に示す本発明ではカラーフ
ィルタ8,9が格子状に配列されている。垂直方向に隣
接するカラーフィルタの間にはブラックマスク7が介在
する。
【0012】引き続き図1及び図2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、ガラス等からなる透明基板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
径化を図る。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LP
CVD法等の手段を用いてゲート絶縁膜15を10〜1
00nmの厚みで成膜する。次いで、多結晶シリコンある
いはMoSi,WSi,Al,Ta,Mo/Ta,M
o,W,Ti,Cr等の金属を成膜し、パタニングして
ゲート電極3及びゲート線3a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S及びドレイン領域D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、10
00℃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。
【0013】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S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や信号線6a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 膜を積層
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、画素電極との電気接続をとる為の開口
を第2層間絶縁膜5に設ける。この上に、遮光性を有す
る金属膜、例えばTi,Al,TiNx ,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5
0〜1000nm程度の厚みで成膜し、所定の形状にパタ
ニングしてブラックマスク7に加工する。
【0014】このブラックマスク7上に、例えば顔料を
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、露光、現像、焼成を
行ない、カラーフィルタ8,9,10を形成する。この
工程は赤、緑、青毎に異なったカラーレジストを用い、
上述した露光、現像、焼成を3回繰り返し、RGB三原
色のカラーフィルタ8,9,10を集積形成する。この
際、各カラーフィルタ8,9,10を格子状にパタニン
グし、画素開口部Aにのみ残している。従って、非開口
部Bからは除去されている。
【0015】このカラーフィルタ8,9,10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程度の膜厚で成膜する。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14の配向性に優れた基板構造が得られる。
同時に、カラーフィルタ8,9,10中に含まれる不純
物が液晶14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CONを開口する。前述し
た様に、このコンタクトホールCONはカラーフィルタ
から外れた位置に設けるので、微細化できる。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と接合する。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。
【0016】図3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。基本的に
は図1及び2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TF
Tを採用したのに対し、本実施例はボトムゲート型のT
FTを画素電極駆動用のスイッチング素子に用いてい
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、透明基板0上に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、所定の形状にパタニングし
てゲート電極3やゲート線に加工する。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15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
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、非晶質シリコン等をスパッタ法、プラズマCV
D法等により約30〜80nm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
場合は、ゲート絶縁膜15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保護膜16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で形成し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。この様にして完成し
たボトムゲート型のTFTを第1層間絶縁膜4で被覆す
る。これにコンタクトホールを開口した後、MoSi,
W,Si,Al,Ta,Mo/Ta,Mo,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CVD法等により
第2層間絶縁膜5を形成する。この層間絶縁膜5にも予
めコンタクトホールを開口する。次いで、金属膜、例え
ばTi,Al,TiNx ,Mo,Cr,W又はこれ等の
金属シリサイド等をスパッタ法により50〜1000nm
程度の厚みで成膜し、所定の形状にパタニングしてブラ
ックマスク7に加工する。このブラックマスク7の上に
カラーフィルタ8,9を格子状にパタニング形成する。
この形成方法は第1実施例と同様である。さらに、カラ
ーフィルタ8,9を被覆する様に平坦化膜11を成膜す
る。この平坦化膜11を透明な有機感光材料で構成した
場合、精密なフォトリソグラフィによりコンタクトホー
ルCONを開口できる。カラーフィルタ8,9を構成す
るカラーレジストと異なり、平坦化膜11を構成する有
機透明感光材料(例えばフォトレジスト)は顔料を含有
していない為解像度に何等問題はない。この後、透明導
電膜を成膜した後格子状にパタニングして画素電極1を
形成する。
【0017】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、カ
ラーフィルタは駆動基板上に格子状にパタニングされ、
個々の画素開口部のみに配置し、非開口部からは除去さ
れている。画素電極はカラーフィルタが除去された非開
口部に設けたコンタクトホールを通じて対応するスイッ
チング素子に電気接続している。従って、カラーフィル
タには何等コンタクトホールを開口する必要がないの
で、従来問題となっていた画素電極とスイッチング素子
との間のコンタクト不良を改善する事ができた。
【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
示す模式的な断面図である。
【図2】図1に示した第1実施例の模式的な平面図であ
る。
【図3】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。
【図4】従来のカラー表示装置の一例を示す模式的な部
分断面図である。
【図5】従来のカラー表示装置の他の例を示す模式的な
部分断面図である。
【図6】図5に示した従来のカラー表示装置の模式的な
部分平面図である。
【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 ブラックマスク 8 カラーフィルタ 9 カラーフィルタ 10 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
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の間隙を介して接合した一対の透明
    基板と該間隙に保持された電気光学物質とを備え、一方
    の透明基板は格子配列した画素開口部と個々の画素開口
    部を囲む非開口部とを有し、画素開口部には透明電極が
    形成される一方非開口部には該透明電極を駆動するスイ
    ッチング素子及び必要な配線が形成され、他方の透明基
    板は該透明電極に対面する別の透明電極を有するカラー
    表示装置であって、 前記一方の透明基板には着色膜からなるカラーフィルタ
    が形成されており、該着色膜は格子状にパタニングされ
    個々の画素開口部のみに配置し非開口部からは除去され
    ている事を特徴とするカラー表示装置。
  2. 【請求項2】 前記着色膜はスイッチング素子が属する
    下層と透明電極が属する上層との間に介在し、該透明電
    極は着色膜が除去された非開口部に設けたコンタクトホ
    ールを通じて対応するスイッチング素子に電気接続して
    い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】 前記一方の透明基板には非開口部に形成
    した薄膜トランジスタからなるスイッチング素子を被覆
    する様に遮光膜がパタニング形成されている事を特徴と
    する請求項1記載のカラー表示装置。
JP33589294A 1994-12-22 1994-12-22 カラー表示装置 Pending JPH08179376A (ja)

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