专利名称：滤色器阵列及其制造方法、显示装置、投影型显示装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及干涉型滤色器及其制造方法和具备该滤色器的直视型或者投影型的显示装置。
背景技术：
在以往，我们知道作为用于液晶等的滤色器有只透射预定的色光而吸收其他的色光的吸收型滤色器和只透射预定的色光而反射其他的色光的反射型滤色器(例如，参照特许文献1)。这种反射型的滤色器的其中一种为采用了电介质多层膜的干涉型滤色器。
上述的干涉型滤色器是通过电介质多层膜的层结构来改变透射光的波长，并将多个透射波长例如为R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的3种滤色器并列配置，从而可以形成滤色器阵列。
这种干涉型滤色器具有以下的特征，(1)色纯度非常高。
(2)因为由无机材料构成，所以没有由于光和热等带来的劣化。
(3)由于不需要的光被反射，所以可以通过光学系统下工夫进行该反射光的再利用。
专利文献1特开平9-325312号公报然而，在这样的干涉型滤色器中，由于例如红和绿等的不同颜色之间的膜材料没有太大的差别，因而在实际的图形化中无法确保刻蚀选择比。为此，在以往只能采用剥离法或者掩膜蒸镀法等的方法进行图形化。
但是，在采用剥离法或者掩膜蒸镀法任何一种方法时，很难形成间距为几十微米的图形，例如制造需要20μm以下间距的投影机用的光阀，或者移动电话以及PDA用等的高精密面板是很困难的。
发明内容
为解决上述的课题，本发明以提供可微细化的干涉型滤色器的制造方法以及用该方法制造的滤色器阵列，和具备该滤色器阵列的直视型或者投影型的显示装置为目的。
如上所述，在以往的干涉型滤色器的图形化的刻蚀中所未使用的是，在透射波长不同的多种的滤色层之间没有获得充分的刻蚀选择比，当进行其中的一种滤色层的图形化时，会刻蚀到图形化完了的其他的滤色层。也可以从反面来讲，如果可以分别形成互相不影响的各个滤色层的话，通过通常的刻蚀就可以制造微细的滤色器阵列。
为此，本发明者构想通过将以往在同一层内并列配置的多种的滤色层间隔层间膜进行层叠，就可以解除如此的制造上的问题。
也就是说，为了达到上述的目的，本发明的滤色器阵列是通过将透射不同的色光的多种干涉型滤色层间隔透光性的层间膜按顺序层叠而构成，其特征在于俯视为不同种类的干涉型滤色层是相互邻接地配置的。
例如可以通过以下的方法制造这样的滤色器阵列。首先，通过层叠不同折射率的多个电介质层，在基板上形成反射预定的色光而透射除此之外的色光的干涉型滤色层(滤色层形成工序)。接着，按预定的形状进行上述的干涉型滤色层的图形化(图形化工序)，接着，在基板上形成覆盖上述的干涉型滤色层的透光性层间膜(层间膜形成工序)。然后，通过按顺序反复进行上述的滤色层形成工序、图形化工序、层间膜形成工序，而在基板上依次地层叠形成透射不同色光的多种的干涉型滤色层。其中，在图形化工序中，是使得这些多种的干涉型滤色层俯视为相互邻接(具体是，透射不同色光的滤色层配置成矩阵状)配置地进行各个滤色层的图形化。
这样根据本发明，由于多种的干涉型滤色层是间隔层间膜而分别地配置在各个层，所以在进行各个滤色层的图形化时，作为衬底的层间膜发挥了刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能，而防止了对下层一侧的滤色层的影响。因此，滤色层的图形化工序可以采用干法刻蚀进行，而可以实现滤色器的微细化。
另外，在本发明中，由于不同种类的滤色层是在厚度方向层叠配置的，所以通过将这些滤色层中的一部分进行平面重叠可以很容易地形成遮光区域(黑色矩阵)。也就是说，在将透射不同色光的干涉型滤色层叠层的情况下，由于透射一个滤色层的色光被其他的滤色层反射，其结果在2种滤色层的平面重叠位置上呈现黑显示。由于采用这样的结构不用增加特别的层就可以形成遮光区域，从而可以减少工序而降低制造费用。
另外，为了提高各个滤色层的透射光的色纯度，在层间膜形成工序中，在形成了层间膜之后，优选通过CMP(化学机械研磨法)等进行该表面的平坦化。
这样的滤色器可以应用于直视型或者投影型的显示装置。即，本发明的显示装置的特征在于，具备光源、调制从上述光源射出的光的光调制装置、和配置在上述光源和光调制装置之间或者上述光调制装置的光射出侧的上述滤色器阵列。或者，本发明的投影型显示装置的特征在于，具备光源、调制从上述光源射出的光的光调制装置、投影由上述光调制装置调制的光的投影部件、和配置在上述光源和光调制装置之间或者上述光调制装置和投影部件之间的上述滤色器阵列。由此，可以提供光的利用效率高的高精密的直视型或者投影型的显示装置。
另外，构成滤色器阵列的滤色层的数量根据用于显示的光的原色的数量可以设为3种或者4种以上。具体说，可以最佳地选用红色用、绿色用、蓝色用的3种滤色层构成滤色器阵列。在这种情况下，为了提高视感度高的(即，对于亮度来说贡献率最高)绿色光的返回性，优选将从光源一侧开始按顺序配置的3个滤色层之中，透射绿色光的滤色层配置在距离光源最远的一侧。这是因为由配置在距离光源最远一侧的滤色层反射的光通过在光源一侧配置的2个层间膜被返回到光源，而在其通过这些层间膜的过程中就产生了光损耗。因此，将反射绿色光的2个滤色层配置在靠近光源一侧而使得绿色光的损耗降到最小，从而获得明亮的照明。
图1是表示本发明的一个实施方案的投影型显示装置的概要图。
图2是表示配备于同一投影型显示装置的滤色器阵列以及液晶装置的概要图。
图3是表示同一滤色器阵列以及液晶装置的扩大剖面图。
图4是说明同一滤色器阵列的制造方法的工序图。
图5是接续图4的工序图。
图6是接续图5的工序图。
符号说明10投影型显示装置，11光源，16液晶装置(光调制装置)，17投影透镜，31蓝色用滤色层，32红色用滤色层，33绿色用滤色层，35、36、37层间膜具体实施方式
下面参照图1-图6对本发明的一个实施方案的投影型显示装置进行说明。本实施方案的投影型显示装置10为在作为光阀的液晶装置16内具备滤色器阵列的单板式投影型彩色液晶显示装置。图1是表示该投影型显示装置的概要结构的图，图中的符号11为光源，12为棒式积分器，13为聚光透镜系统，16为液晶装置，17为投影透镜。
如图1所示，本实施方案的投影型显示装置10由射出白色光的光源11、使得从光源11射出的白色光的亮度均匀分布的棒式积分器12、将亮度均匀分布了的白色光变换为平行光的聚光透镜系统13、将变换的平行的白色光分解为RGB的色光并对分解的各色光进行调制的液晶装置16、将调制了的各色光投影到屏幕S的投影透镜17构成。
如图1所示，光源11具备射出白色光的金属卤化物等的灯21、反射射出的白色光的反射器22。
作为棒式积分器12是采用了透光性棒状导光体(例如，玻璃棒)，或者其内表面作为反射面的管状的导光体等。
聚光透镜系统13具备聚光透镜25a以及聚光透镜25b，它们将来自棒式积分器12的入射光变换为平行光向液晶装置16入射。
图2是本实施方案的液晶装置16的概要图，图3是表示其主要部分的扩大剖面图。
本实施方案的液晶显示装置16具备TFT阵列基板40、对向基板30、夹持在基板30与40之间作为光调制层的液晶层43。
在TFT阵列基板40中，在玻璃或石英等构成的基板主体40A上，呈矩阵状排列形成了多个由ITO等构成的透光性的像素电极41。在基板40A上，分别并列地配置了进行红色显示、绿色显示、蓝色显示的红色用像素电极41r、绿色用像素电极41g、蓝色用像素电极41b，由3个像素电极41r、41g、41b构成一个像素。另外，覆盖该像素电极41(41r、41g、41b)还设置了由聚酰亚胺等构成的取向膜42。另外，在图2、图3中，省略了对像素电极进行通电控制的开关元件、扫描线、信号线等的图示。
对向基板30则作为滤色器阵列基板构成，在基板30中，在由玻璃或者塑料等透光性基板构成的基板主体30A上，设置了透射不同的色光的多种(本实施方案为3种)滤色层31、32、33。
各个滤色层31-33为由电介质多层膜构成的干涉型滤色层，例如滤色层31为透射蓝色光(B)而反射除此之外的色光的蓝色用滤色层，滤色层32为透射红色光(R)而反射除此之外的色光的红色用滤色层，滤色层33为透射绿色光(G)而反射除此之外的色光的绿色用滤色层。
这样可以将高折射率的电介质材料和低折射率的电介质材料，通过调节层厚使得由折射率和层厚决定的光学厚度成为目的波长区域的中心波长的1/4波长的厚度，并通过蒸镀等的方法相互层叠数层或数十层来制造反射特定波长区域的光的电介质多层膜。也可以同时采用通过在层的中间等设置防反射层、1/2波长层等的间隔层、调整层来抑制反射透射特性的波动等周知的方法。另外，作为上述电介质材料，高折射率的可以采用ZnS、TiO2等，低折射率的可以采用MgF2、SiO2、Na3AlF6等周知的材料。还有，因为要改变目的波长只要调节电介质层的层厚就可以，所以没有必须改变电介质材料的必要。
在本实施方案中，这些干涉型滤色层31-33间隔层间膜层叠在基板30上。即，在基板30上形成蓝色用滤色层31的图形，并且覆盖该滤色层31层叠透光性的第1层间膜35。然后，在该第1层间膜35上形成红色用滤色层32的图形，并且覆盖该滤色层32层叠透光性的第2层间膜36。进而，在该第2层间膜36上形成绿色用滤色层33的图形，并且覆盖该滤色层33层叠透光性的第3层间膜37。
这些滤色层31、32、33分别与TFT阵列基板40上的蓝色用像素电极43b、红色用像素电极43r、绿色用像素电极43g相对应地设置着，俯视为这些滤色层31-33呈矩阵状邻接配置，图形化形成岛状图形。
然后，在基板30A上覆盖层间膜37全面地形成由ITO等构成的透光性共用电极38，并且，覆盖该共用电极38设置了由聚酰亚胺等构成的取向膜39。
该基板30是通过下面的方法进行制造的。
首先，如图4(a)所示，在由玻璃等构成的透光性基板主体30A上层叠折射率不同的15-25层电介质层而形成透射色为蓝色的蓝色用滤色层310(滤色层形成工序)。
接着，如图4(b)、图4(c)所示，在该滤色层310上形成抗蚀剂50，并通过干法刻蚀按预定的形状进行滤色层310的图形化(图形化工序)。在图4(c)中的符号31表示通过图形化而获得的各个蓝色用滤色层。在该图形化工序中，各个蓝色用滤色层31与TFT阵列基板40的各个蓝色用像素电极41b是对向配置的，并将各个滤色层31的尺寸制成为包含对应的蓝色用像素电极41b及其周围的非像素区域S的尺寸。
接着，如图4(d)所示，覆盖滤色层31在基板30A上形成了由SiO2等构成的透光性的第1层间膜35(层间膜形成工序)。该层间膜35在后述的红色用滤色层的图形化工序中发挥刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能。为此，该层间膜35的层厚制成为可以确保在红色用滤色层的图形化中具有足够刻蚀余量的厚度。
之后，根据需要通过CMP(化学机械研磨法)等进行层间膜35的表面平坦化。通过实施层间膜35的表面平坦化处理可以提高滤色层31的透射光的纯度。
接着，如图5(a)所示，在层间膜35上改变与上述的蓝色用滤色层同样的电介质材料的层厚层叠15-25层电介质层，形成透射色为红色的红色用滤色层320。然后，在该滤色层320上形成抗蚀剂51(参照图5(b))，通过干法刻蚀按预定的形状进行滤色层320的图形化(参照图5(c))。这时的刻蚀条件与上述的蓝色用滤色层的图形化工序一样。图5(c)中符号32表示通过图形化获得的各个红色用滤色层。在该图形化工序中，各个红色用滤色层32与TFT阵列基板40的各个红色用像素电极41r是对向配置的，并将各个滤色层32的尺寸制成为包含对应的红色用像素电极41r及其周围的非像素区域S的尺寸。
另外，在红色用滤色层320的图形化工序中，第1层间膜35发挥刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能，使得处于下层一侧的蓝色用滤色层31不会受到该图形化工序的影响。
接着，如图5(d)所示，覆盖滤色层32在基板30A上形成了由SiO2等构成的透光性的第2层间膜36。该层间膜36在后述的绿色用滤色层的图形化工序中发挥刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能。为此，该层间膜36的层厚制成为可以确保在绿色用滤色层的图形化中具有足够刻蚀余量的厚度。之后，根据需要通过CMP等进行层间膜36的表面平坦化。
接着，如图6(a)所示，在层间膜36上改变与上述的蓝色用滤色层、红色用滤色层同样的电介质材料的层厚层叠27-40层电介质层，形成透射色为绿色的绿色用滤色层330。然后，在该滤色层330上形成抗蚀剂52(参照图6(b))，通过干法刻蚀按预定的形状进行滤色层330的图形化(参照图6(c))。这时的刻蚀条件与上述的蓝色用滤色层以及红色用滤色层的图形化工序一样。图6(c)中符号33表示通过图形化获得的各个绿色用滤色层。在该图形化工序中，各个绿色用滤色层33与TFT阵列基板40的各个绿色用像素电极41g是对向配置的，并将各个滤色层33的尺寸制成为包含对应的绿色用像素电极41g及其周围的非像素区域S的尺寸。
另外，在绿色用滤色层330的图形化工序中，第2层间膜36发挥刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能，使得处于下层一侧的红色用滤色层32不会受到该图形化工序的影响。
接着，如图6(d)所示，覆盖滤色层33在基板30A上形成了由SiO2等构成的透光性的第3层间膜37。之后，根据需要通过CMP方法等进行层间膜37的表面平坦化。然后，覆盖该层间膜37在基板30A上全面地形成由ITO等构成的透光性的共用电极，并覆盖该共用电极形成由聚酰亚胺等构成的取向膜。另外，该层间膜37为确保共用电极38的密合性以及可靠性的层，没有必要必须形成。还有，也可以在形成层间膜37之前形成共用电极38，这时层间膜37发挥共用电极38的保护膜的功能。
然后，通过衬垫(省略图示)使得如上所述构成的基板30、40相互保持一定的间距，并且通过在基板的边缘部呈框状涂布的密封材料(省略图示)粘接。然后，在通过基板30、40以及密封材料密封的空间中封入液晶而形成液晶层(光调制层)43。
这样根据本实施方案，分别间隔层间膜在各个层配置多种的干涉型滤色层，使得在进行各个滤色层的图形化时，作为衬底的层间膜发挥了刻蚀阻挡层或者刻蚀缓冲层的功能而防止了对处于下层一侧的滤色层的影响。为此，可以采用干法刻蚀来实施滤色层的图形化工序，例如，可以对应于光阀的像素间距为20μm以下的微细的图形。
另外，在本实施方案中，由于滤色层31-33是在厚度方向层叠配置的，所以通过将这些滤色层的一部分进行平面重叠可以很容易地形成遮光区域(黑色矩阵)。例如，在本实施方案中，因为各个滤色层俯视为其尺寸为包含像素电极41及其周围的非像素区域S的尺寸，所以对应于相互邻接的滤色层(滤色层31与滤色层32，滤色层32与滤色层33，滤色层33与滤色层31)的非像素区域S的部分是平面相互重叠地配置的。在这样层叠透射不同色光的滤色层的情况下，由于透射一个滤色层的色光被其他的滤色层反射，其结果在2种滤色层的平面重叠位置(非像素区域S)上呈现黑显示。在这样的本实施方案中，不用增加特别的层就可以形成遮光区域，从而可以减少工序而降低制造费用。
另外，在本实施方案中，由于将从光源11一侧开始按顺序配置的3个滤色层之中，透射绿色光的滤色层33作为距离光源11最远的层而提高了绿色光的返回性，从而使得视感度高的(即，对亮度的贡献率最大)绿色光的损耗变小。即，这是因为由配置在距离光源最远一侧的滤色层反射的光通过在光源一侧配置的2个层间膜被返回到光源，而在其通过这些层间膜的过程中产生了光损耗。因此，将反射绿色光的2个滤色层配置在靠近光源一侧而使得绿色光的损耗降到最小，从而获得明亮的照明。
另外，本发明的技术范围并不限于上述的实施方案，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变更。
例如，在上述的实施方案中，滤色层的种类数量为3种，该数量也可以对应于显示原色的数量设为4种以上，对应于此，一个像素由4个以上的像素电极构成。
另外，在上述的实施方案中作为投影型显示装置是将透射型的液晶装置作为光调制装置使用为例。但本发明的技术范围并不局限于这样的透射型的液晶装置，例如，采用了LCOS等的反射型的投影型显示装置，或者采用了基于MEMS技术的反射镜方式的空间光调制器的投影型显示装置也可以应用本发明的滤色器阵列。
而且，虽然在上述的实施方案中是将本发明的滤色器阵列应用于投影型显示装置的光阀(液晶装置)的例子，本发明的滤色器阵列不仅可以应用于投影型显示装置，而且还可以应用于直视型的显示装置。
权利要求
1.一种滤色器阵列，其特征在于间隔透光性的层间膜地依次层叠有透射相互不同的色光的多种干涉型滤色层，上述不同种类的干涉型滤色层俯视为相互邻接地配置。
2.如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于上述不同种类的干涉型滤色层，其邻接的端部彼此平面重叠地配置。
3.一种滤色器阵列的制造方法，其特征在于具备通过层叠折射率不同的多个电介质层，在基板上形成反射预定的色光而透射除此之外的色光的干涉型滤色层的滤色层形成工序；按预定的形状进行上述干涉型滤色层的图形化的图形化工序；在基板上形成覆盖上述干涉型滤色层的透光性的层间膜的层间膜形成工序；通过依次地反复进行上述的滤色层形成工序、图形化工序、层间膜形成工序，使得透射相互不同的色光的多种干涉型滤色层俯视为相互邻接配置地在基板上依次地层叠形成这些多种的干涉型滤色层。
4.如权利要求3所述的滤色器阵列的制造方法，其特征在于上述层间膜形成工序包括进行上述层间膜的表面平坦化的工序。
5.如权利要求3或者4所述的滤色器阵列的制造方法，其特征在于上述不同种类的干涉型滤色层，其邻接的端部彼此平面重叠地配置。
6.一种显示装置，其特征在于具备光源、对从上述的光源射出的光进行调制的光调制装置、和在上述光源和光调制装置之间或者上述光调制装置的光射出一侧配置的如权利要求1或者2所述的滤色器阵列。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于上述多种的干涉型滤色层由透射红色光的红色用滤色层、透射绿色光的绿色用滤色层、透射蓝色光的蓝色用滤色层构成；在上述3种滤色层之中上述绿色用滤色层配置在距离光源最远的一侧。
8.一种投影型显示装置，其特征在于具备光源、对从上述光源射出的光进行调制的光调制装置、投影由上述光调制装置调制的光的投影透镜、和在上述光源和光调制装置之间或者上述光调制装置和投影部件之间配置的如权利要求1或者2所述的滤色器阵列。
9.如权利要求8所述的投影型显示装置，其特征在于上述多种的干涉型滤色层由透射红色光的红色用滤色层、透射绿色光的绿色用滤色层、透射蓝色光的蓝色用滤色层构成；在上述3种滤色层之中上述绿色用滤色层配置在距离光源最远的一侧。
全文摘要
分别对应于(B)用的像素电极(41b)、(R)用的像素电极(41r)、(G)用的像素电极(41g)，形成(B)、(R)、(G)用的干涉型滤色层(31)、(32)、(33)的图形，并分别间隔层间膜(35)、(36)、(37)层叠配置这些滤色层，从而可以实现干涉型滤色器阵列的微细化。
文档编号G03B21/14GK1573466SQ20041003164
公开日2005年2月2日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年6月17日
发明者饭坂英仁 申请人:精工爱普生株式会社