CN101326462A - 滤色器基板和包括这种滤色器基板的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

提供一种可以任意控制柱状间隔器的高度的滤色器基板和包含这种滤色器基板的液晶显示装置。本发明的滤色器基板包括透明基板、设置在透明基板上的遮光层和滤色器层、从透明基板突出的多个柱状间隔器、以及控制液晶分子取向的突起。滤色器层包括透过互不相同颜色的光的第一滤色器、第二滤色器和第三滤色器，多个柱状间隔器包含高度互不相同的第一柱状间隔器和第二柱状间隔器。第一柱状间隔器具有第一下层结构体以及包含由与突起相同的膜形成的层的第一上层结构体。第二柱状间隔器包含第二下层结构体以及包含由树脂构成的层的第二上层结构体。

Description

滤色器基板和包括这种滤色器基板的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置用的滤色器基板，特别涉及包括柱状间隔器的滤色器基板。此外，本发明还涉及包括这种滤色器基板的液晶显示装置。

背景技术

现在广泛使用的彩色液晶显示装置设有与图像元素(点)对应的滤色器，典型地，与红(R)、绿(G)和蓝(B)的光的三基色对应的滤色器与图像元素相对应，并排列成预定图形。R、G、B三种图像元素(点)构成一个像素(像素单元)，一个像素可以进行彩色显示。

滤色器的颜色(图像元素的颜色)不限于R、G、B，也可以是蓝绿色(C)、深红色(M)、黄色(Y)的组合，或者是其它颜色的组合。此外，作为滤色器的排列，已知条形排列、三角形排列和镶嵌排列。

一般情况下，液晶显示装置构成为：在一对基板之间形成液晶层，上述多个滤色器与图像元素对应排列的滤色器层形成在任何一个基板上。例如，在TFT型液晶显示装置中，在形成有图像元素电极和TFT等的电路元件的TFT基板与形成有对置电极和滤色器层的对置基板之间形成液晶层。尽管已知在TFT基板上形成滤色器层的结构，但是现在市场上的液晶显示装置大多是在对置基板上形成滤色器层，并且具有这种滤色器层的对置基板也经常被称为滤色器基板。

在将滤色器基板和TFT基板互相贴合固定时，为了控制液晶层的厚度(还称为单元间隙)，设置间隔器。随着液晶显示装置的显示品质提高，由于间隔器而使显示品质下降就成为问题。

在现有技术中，由于在滤色器基板或TFT基板的表面上散布了具有预定直径的珠状或棒状的间隔器，因此难以将间隔器在整个显示面上以均匀的密度配置。结果是，产生单元间隙不均，由于间隔器凝集而产生显示不良。此外，当间隔器配置在图像元素内时，存在实质上降低了开口率，或者，这些间隔器作为亮点被观察到的问题。

因此，开发了一种将间隔器选择地配置在图像元素外的预定区域(典型地，在用黑底遮光的区域)上的方法。例如，已经实际采用了使用感光性树脂(还被称为光刻胶)，通过光刻工艺在预定区域上形成柱状间隔器的方法。

尽管通过使用柱状间隔器控制单元间隙，可以抑制上述那样的显示品质的下降，但是为了进一步提高显示品质，已经有人提出了涉及柱状间隔器的配置和形成方法的各种方案。

例如，在专利文献1中公开了一种通过在滤色器基板上设置高度不同的两种柱状间隔器，来获得在低温下控制液晶层的发泡和提高耐负荷特性的技术。

在图21(a)和(b)中，示出了专利文献1中公开的滤色器基板70。如图21(a)所示，这种滤色器基板70包括设置在图像元素以外的区域上的柱状间隔器76、77。在滤色器基板70的图像元素以外的区域上，如图21(b)所示，在透明基板71上层叠黑底72、滤色器73、74和共用电极75，并在其上形成柱状间隔器76、77。

滤色器73和与其相邻的滤色器74的厚度互不相同，因此设置在滤色器73上的柱状间隔器76的高度和设置在滤色器74上的柱状间隔器77的高度也不同。

通常，在使用柱状间隔器的方式的液晶显示装置中，在为了提高耐负荷特性而提高柱状间隔器的配置密度(每个单位面积的柱状间隔器的数量)时，由于在低温下液晶层收缩时，单元间隙难以跟随液晶层的收缩，因此存在在液晶层内产生发泡(被称为“低温发泡”)的问题。

如在专利文献1中公开的，当设置高度不同的两种柱状间隔器76、77，使得基本上只用较高的柱状间隔器76控制单元间隙时，由于有效的间隔器密度只由较高的柱状间隔器76规定，因此单元间隙容易跟随液晶层的收缩。此外，在液晶面板上施加负荷使单元间隙减小时，由于在较高的柱状间隔器76和较低的柱状间隔器77两者上支持两基板(此时有效的间隔器密度由柱状间隔器76和77两者规定)，因此可以实现高的耐负荷特性。

此外，为了实现更均匀的单元间隙，不只在显示区域内，在配置于显示区域的周围的非显示区域内也可以形成柱状间隔器，但是，由于在显示区域和非显示区域中基板上的结构不同，因此难以最佳地控制显示区域和非显示区域各自中的柱状间隔器的高度(例如使它们的高度相等)。

在专利文献2中，公开了一种在非显示区域中形成黑底和滤色器的叠层结构体、并在其上形成柱状间隔器的方法。使用这种方法时，通过调整叠层结构体的叠层数量，可以控制在非显示区域上形成的柱状间隔器的高度，并且可以控制显示区域和非显示区域上的不同的柱状间隔器的高度。

专利文献1：特开2003-84289号公报

专利文献2：特开2001-51266号公报

但是，如专利文献1公开的，在使用不同厚度的滤色器73、74时，由于一部分图像元素内的液晶层的厚度与其它图像元素内的液晶层的厚度不同，因此在一部分图像元素内液晶层对于光产生的延迟的大小与其它图像元素内的不同，在黑显示时和在中间色调显示时产生不希望的颜色，并使显示品质下降。

此外，在专利文献2的方法中，尽管通过调整叠层结构体的叠层数量来控制柱状间隔器的高度，但是在该方法中，由于只能将柱状间隔器的高度以叠层结构体的各层的平均厚度来改变，因此柱状间隔器的高度只能不连续地变化。

如上述，能够以简便的工艺来任意控制柱状间隔器的高度的合适的方法尚未确立。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的。本发明的目的是提供一种通过简单的制造工艺可以任意控制柱状间隔器的高度的滤色器基板以及包括这种滤色器基板的液晶显示装置。

本发明的滤色器基板是液晶显示装置用的滤色器基板，其包括：透明基板；设置在所述透明基板上的遮光层和滤色器层；从所述透明基板突出的多个柱状间隔器；和用于控制液晶分子取向的突起，其特征在于，所述滤色器层包括透过互不相同颜色的光的第一滤色器、第二滤色器以及第三滤色器，所述多个柱状间隔器包括高度互不相同的第一柱状间隔器和第二柱状间隔器，所述第一柱状间隔器具有第一下层结构体和第一上层结构体，所述第一下层结构体包含由与所述第一滤色器、所述第二滤色器、所述第三滤色器以及所述遮光层中的至少一个相同的膜形成的至少一层，所述第一上层结构体包含由与所述突起相同的膜形成的层，所述第二柱状间隔器包含第二下层结构体和第二上层结构体，所述第二下层结构体包含由与所述第一滤色器、所述第二滤色器、所述第三滤色器和所述遮光层中的至少一个相同的膜形成的至少一层，所述第二上层结构体包含由树脂形成的层。通过上述结构实现上述目的。

在优选的实施例中，所述第一柱状间隔器比所述第二柱状间隔器高。

在另一优选实施例中，所述第二柱状间隔器比所述第一柱状间隔器高。

在另一优选实施例中，所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器的配置密度相比于较高的柱状间隔器的配置密度高。

在又一优选实施例中，所述第一上层结构体还包含由所述树脂形成的层。

在又一优选实施例中，所述第二上层结构体不包含由与所述突起相同的膜形成的层。

在另一优选实施例中，本发明的滤色器基板还包括在所述第二柱状间隔器的附近、由与所述突起相同的膜形成的结构体。

在另一优选实施例中，所述树脂是感光性树脂。

在又一优选实施例中，所述树脂是负性感光性树脂，所述突起由正性感光性树脂形成。

本发明的液晶显示装置，包括具有上述结构的滤色器基板、与所述滤色器基板对置设置的有源矩阵基板、以及在所述滤色器基板和有源矩阵基板之间配置的液晶层，由此实现本发明的上述目的。

在一优选实施例中，所述有源矩阵基板包括配置成矩阵状的多个开关元件、以及分别与所述多个开关元件电连接的多个图像元素电极，所述多个柱状间隔器设置成不与所述多个图像元素电极重叠。

在另一优选实施例中，所述有源矩阵基板还包括间隙调整层，所述间隙调整层选择地设置在与所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器相对置的位置上，并用于调整所述较低的柱状间隔器和所述有源矩阵基板表面之间的间隔。

在另一优选实施例中，所述有源矩阵基板包括多个扫描布线以及与所述多个扫描布线交叉的多个信号布线，所述间隙调整层由与所述多个扫描布线或所述多个信号布线相同的膜形成。

在另一优选实施例中，所述有源矩阵基板具有多个薄膜晶体管，并且所述间隙调整层由与在所述多个薄膜晶体管的每一个中包含的半导体层相同的膜构成。

本发明的另一液晶显示装置包括：具有排列成矩阵状的多个开关元件的有源矩阵基板；与所述有源矩阵基板对置设置的滤色器基板；设置在所述有源矩阵基板和所述滤色器基板之间的液晶层，特征在于，所述滤色器基板包括：透明基板；在所述透明基板上设置的滤色器层；以及从所述透明基板突出的多个柱状间隔器，所述多个柱状间隔器包含高度互不相同的第一柱状间隔器和第二柱状间隔器，所述有源矩阵基板还包括间隙调整层，所述间隙调整层选择地设置在与所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器相对置的位置上，并用于调整所述较低的柱状间隔器和所述有源矩阵基板表面之间的间隔。通过上述结构来实现上述目的。

在一优选实施例中，所述有源矩阵基板包括多个扫描布线和与所述多个扫描布线交叉的多个信号布线，所述间隙调整层由与所述多个扫描布线或所述多个信号布线相同的膜形成。

在另一优选实施例中，所述多个开关元件是多个薄膜晶体管，所述间隙调整层由在所述多个薄膜晶体管中分别包含的半导体层相同的膜形成。

根据本发明，提供一种通过简单的制造工艺可以任意控制柱状间隔器的高度的滤色器基板以及包括这种滤色器基板的液晶显示装置。根据本发明，不会导致开口率的不必要的降低。此外，根据本发明，在批量生产同一类型的显示面板时提高了选择滤色器材料的自由度，并可以稳定地生产。

附图说明

图1是示意性地表示根据本发明优选实施例的液晶显示装置100的剖面图。

图2是示意性地表示在液晶显示装置100上施加负荷时的样子的图。

图3(a)～(g)是示意性地表示制造液晶显示装置100的滤色器基板2的工序的工序剖面图。

图4(a)和(b)是示意性地表示实施例1中的主间隔器11的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的4B-4B’线截取的剖面图。

图5(a)和(b)是示意性地表示实施例1中的子间隔器12的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的5B-5B’线截取的剖面图。

图6是示意性地表示比较例1中的子间隔器12A的上面图。

图7是示意性地表示比较例2中的子间隔器12B的上面图。

图8是示意性地表示比较例3中的子间隔器12C的上面图。

图9是示意性地表示根据本发明优选实施方式的另一液晶显示装置200的剖面图。

图10(a)和(b)是示意性地表示实施例2中的主间隔器11的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的10B-10B’线截取的剖面图。

图11(a)和(b)是示意性地表示实施例2中的子间隔器12的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的11B-11B’线截取的剖面图。

图12(a)和(b)是示意性地表示在根据本发明的液晶显示装置中使用的主间隔器11的另一例子的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的12B-12B’线截取的剖面图。

图13(a)和(b)是示意性地表示在根据本发明的液晶显示装置中使用的子间隔器12的另一例子的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的13B-13B’线截取的剖面图。

图14是示意性地表示根据本发明的优选实施方式的另一液晶显示装置300的剖面图。

图15是示意性地表示液晶显示装置300所具有的有源矩阵基板1A的上面图。

图16是示意性地表示根据本发明的优选实施方式的另一液晶显示装置300’的剖面图。

图17(a)和(b)是示意性地表示主间隔器11的一个例子的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的17B-17B’线截取的剖面图。

图18(a)和(b)是示意性地表示子间隔器12的一个例子的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的18B-18B’线截取的剖面图。

图19(a)和(b)是示意性地表示在主间隔器11附近设置的结构体14的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的19B-19B’线截取的剖面图。

图20(a)和(b)是示意性地表示在主间隔器11附近设置的结构体14的另一例子的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的20B-20B’线截取的剖面图。

图21(a)和(b)是示意性地表示现有技术的滤色器基板70的图，其中(a)是上面图，(b)是沿着(a)中的21B-21B’线截取的剖面图。

符号说明

1、  1A有源矩阵基板

2、  2A滤色器基板

3    液晶层

4    基板(透明基板)

5    遮光层(黑底)

5a   由与遮光层相同的膜形成的层

6    滤色器层

7    红色滤色器(第一滤色器)

7a   由与红色滤色器相同的膜形成的层

8    绿色滤色器(第二滤色器)

8a   由与绿色滤色器相同的膜形成的层

9    蓝色滤色器(第三滤色器)

9a   由与蓝色滤色器相同的膜形成的层

10   共用电极

11   柱状间隔器(主间隔器)

11L  下层结构体

11U   上层结构体

11U1  由与突起相同的膜形成的层

11U2  与突起分开由树脂形成的层

12    柱状间隔器(子间隔器)

12L   下层结构体

12U   上层结构体

12U1  由与突起相同的膜形成的层

12U2  与突起分开由树脂形成的层

13    突起(脊)

14    由与突起相同的膜形成的结构体

20    透明基板

21    扫描布线(栅极线)

22    辅助电容布线

23    栅极绝缘膜

24    信号布线(源极线)

25    层间绝缘膜

25a   接触孔

26    图像元素电极

27    TFT(薄膜晶体管)

28    间隙调整层

100、200、300、300’  液晶显示装置

具体实施方式

在日本专利申请2005-171390号公报中，本发明人提出一种方法，通过在柱状间隔器和基板之间设置由与黑底或滤色器相同的膜形成的“基底层”，并改变这个基底层的“面积”或“形状”，来控制其上形成的柱状间隔器的高度。这种方法利用了由树脂形成的柱状间隔器的高度取决于基底层的面积或形状的现象。例如，基底层的面积越大，柱状间隔器变得越高，基底层的面积越小，柱状间隔器变得越低。为此，通过在基板上设置面积相对大的基底层和面积相对小的基底层，并在其上形成柱状间隔器，可以在基板上简单地制作高度不同的两种柱状间隔器。

但是，在使用这种方法的情况下，在形成所希望高度的柱状间隔器时，存在基底层的面积和形状受到制约的问题。例如，为了充分增高柱状间隔器的高度，就必须使基底层的面积足够大，由此导致开口率下降。

本发明不仅克服了专利文献1和2的问题点，而且还解决了在上述专利申请2005-171390号中的问题。下面，参照附图说明本发明的实施方式。而且，下面，尽管将在有源矩阵型液晶显示装置中使用的滤色器基板及其制造方法作为例子来说明实施方式，但是本发明不限于此。

(实施方式1)

首先，参照图1，说明本实施方式的液晶显示装置100的结构。图1是示意性地表示液晶显示装置100的剖面图。液晶显示装置100是所谓的MVA(Multi-domain Vertical Alignment)型液晶显示装置。

液晶显示装置100包括有源矩阵基板1、与有源矩阵基板1对置的滤色器基板2、以及设置在其间的液晶层3。作为有源矩阵基板1，由于可以使用公知的有源矩阵基板，因此这里省略说明其结构。

液晶层3是垂直取向型液晶层。典型地，液晶层3包含负介电各向异性的液晶材料，通过在有源矩阵基板1和滤色器基板2的液晶层3一侧的表面上设置的垂直取向膜(这里图中未示出)，在不施加电压时，液晶层3相对于基板表面垂直取向。

滤色器基板2包括透明基板(例如玻璃基板)4、设置在基板4上的遮光层5和滤色器层6、以及从基板4突出的多个柱状间隔器11和12。另外，滤色器基板2还包括用于控制液晶分子取向的突起(脊)13。这个突起13通过其表面形状来使液晶层3的液晶分子倾斜取向。

另一方面，在有源矩阵基板1的图像元素电极上设置狭缝(图中未示出)，这个狭缝在施加电压时产生倾斜电场而使液晶分子倾斜取向。在滤色器基板2上设置的突起13以及在有源矩阵基板1上设置的狭缝配置得使取向调整力互相配合，在施加电压时，通过突起13和狭缝控制液晶层3的液晶分子的取向。结果是，由于形成了取向的方位角互相不同的多个液晶畴，因此液晶显示装置100可以进行宽视角的显示。

作为突起13和狭缝的配置，可以广泛地采用在公知的各种MVA型液晶显示装置(例如在特开平11-242225号公报中公开的)中使用的配置。此外，代替在有源矩阵基板1的图像元素电极上设置狭缝，在图像元素电极上设置突起(脊)，也可以通过滤色器基板2一侧的突起13和有源矩阵基板1一侧的突起进行取向控制。

下面更具体地说明滤色器基板2的结构。

遮光层5在图像元素以外的区域上形成为格栅状(或者条状)并被称为黑底(BM)。滤色器层6包括透过互不相同颜色的光线的第一滤色器7、第二滤色器8和第三滤色器9。在本实施方式中，第一滤色器7是红色滤色器，第二滤色器8是绿色滤色器，第三滤色器9是蓝色滤色器。按照覆盖遮光层5和滤色器层6的方式，设置由透明导电材料(例如ITO)形成的共用电极10。

在本实施方式中的滤色器基板2上，设置高度互不相同的两种柱状间隔器11和12。

较高的柱状间隔器11(如图1的左侧所示)构成为包括由与遮光层5、红色滤色器7、绿色滤色器8和蓝色滤色器9相同的膜形成的下层结构体11L、和由与取向控制用的突起13相同的膜形成的上层结构体11U。

下层结构体11L是由与遮光层5相同的膜形成的层5a、由与红色滤色器7相同的膜形成的层7a、由与绿色滤色器8相同的膜形成的层8a、以及由与蓝色滤色器9相同的膜形成的层9a的叠层结构体。由于遮光层5、红色滤色器7、绿色滤色器8和蓝色滤色器9是由树脂形成的，因此下层结构体11L是层叠了树脂层的结构体。在该下层结构体11L上，设置上层结构体11U。由于本实施方式的取向控制用突起13由树脂形成，因此上层结构体11U是由树脂形成的结构体。

较低的柱状间隔器12(如图1的右侧所示)构成为包括由与遮光层5和蓝色滤色器8相同的膜形成的下层结构体12L、以及使用树脂并与取向控制用的突起13分开形成的上层结构体12U。

下层结构体12L是由与遮光层5相同的膜形成的层5b和由与绿色滤色器8相同的膜形成的层8b的叠层结构体，是层叠了树脂层的结构体。在这个下层结构体12L上设置上层结构体12U。在本实施方式中，上层结构体12U由感光性树脂形成。

如上所述，在本申请说明书中，将具有用于规定单元间隙之功能的柱状的叠层结构体整体称为“柱状间隔器”。而且，柱状间隔器不仅包括由与滤色器或遮光层、取向控制用突起等相同的膜形成的树脂层，而且还包括无机层(例如，如图所示的由ITO形成的共用电极的一部分)。此外，在遮光层由金属形成的情况下，还可以包含金属层。

这里，说明通过设置高度不同的两种柱状间隔器11和12所获得的效果。

如图1所示，较高的柱状间隔器11与有源矩阵基板11接触，而与此相对，较低的柱状间隔器12与有源矩阵基板1不接触。就是说，在这个状态下，只通过较高的柱状间隔器11来规定单元间隙。

在现有技术的液晶显示装置中，当为了提高耐负荷特性而提高柱状间隔器的配置密度(每单位面积上的柱状间隔器的数量)时，存在容易产生低温发泡的问题。在液晶显示装置100中，如图1所示，由于基本上只通过较高的柱状间隔器11来控制单元间隙，因此只通过较高的柱状间隔器11来规定有效的间隔器密度。为此，单元间隙容易追随液晶层3的收缩，可以抑制低温发泡的发生。此外，当在液晶显示装置100上施加负荷而使单元间隙变窄时，如图2所示，由于用较高的柱状间隔器11和较低的柱状间隔器12两者支持基板(此时有效的间隔器密度由柱状间隔器11和12两者来规定)，因此可以实现高的耐负荷特性。下面，将较高的柱状间隔器11称为“主间隔器”，将较低的柱状间隔器12称为“子间隔器”。

主间隔器11的高度通过调整用于构成下层结构体11L的层的数量(叠层数量)和上层结构体11U的厚度来控制。此外，子间隔器12的高度通过调整用于构成下层结构体12L的层的数量(叠层数量)和上层结构体12U的厚度来控制。

主间隔器11的上层结构体11U由与取向控制用的突起13相同的膜形成，而与此相对，子间隔器12的上层结构体12U由与主间隔器11的上层结构体11U或突起13不同的树脂形成。为此，在液晶显示装置100中，通过分别调整主间隔器11的上层结构体11U的厚度和子间隔器12的上层结构体12U的厚度，可以将主间隔器11的高度和子间隔器12的高度独立地设定为任意值。

在如日本专利申请2005-171390号公报公开的方法中，为使柱状间隔器的高度足够高，就必须增大基底层(相当于本发明中的下层结构体或下层结构体的一部分的层)的面积。与此相对，在本发明中，不受此制约。就是说，与构成下层结构体11L、12L的各层的面积无关，能够控制柱状间隔器11、12的高度。因此，为了提高耐负荷特性而可以增加子间隔器12的配置密度，并由此可以抑制开口率的降低。

在本实施方式中，尽管例示了主间隔器11的下层结构体11L具有4层结构、子间隔器12的下层结构体12L具有两层结构的构成，但是下层结构体11L和12L的叠层数量不限于此。主间隔器11的下层结构体11L的叠层数量和子间隔器12的下层结构体12L的叠层数量可以不同，也可以相同。

而且，在本发明中，尽管主间隔器11的上层结构体11U和子间隔器12的上层结构体12U由不同的膜形成，但是由于主间隔器11的上层结构体11U由与取向控制用的突起13相同的膜形成，因此通过使用本发明，不必增加新的制造工序。为了发现合适的取向调整力，取向控制用的突起13的高度优选在0.7μm～1.8μm范围内。

对于柱状间隔器11、12的高度和弹性特性而言，相对于从常温(例如23℃)到低温(例如-20℃)的温度变化，单元间隙的变化量优选地设定为比主间隔器11和子间隔器12之间的高度差更小。通过如此设定，在液晶显示装置100没有负荷的状态下，由于单元间隙只由主间隔器11来规定，因此通过调整主间隔器11的密度，可以使单元间隙追随液晶层3的收缩，可以抑制低温发泡的发生。此外，当用手指按压液晶显示装置100使单元间隙变窄时，如图2所示，由于在主间隔器11和子间隔器12两者上支持基板，因此获得高耐负荷特性。

为了使单元间隙追随液晶层3的收缩，并且，当施加负荷时发挥足够的耐性，例如，主间隔器11的配置密度设定为0.03％～0.07％左右，子间隔器12的配置密度设定为0.1％～0.6％左右。这里，柱状间隔器的配置密度，对于主间隔器11，定义为[(柱状间隔器与有源矩阵基板接触的面积×间隔器的个数)]/滤色器基板的面积×100(％)。此外，对于子间隔器12，定义为[(按压时柱状间隔器与有源矩阵基板接触的面积×间隔器的个数)]/滤色器基板的面积×100(％)。

下面，说明液晶显示装置100的制造方法。由于有源矩阵基板1可以用公知的制造方法来制造，因此这里参照图3(a)～(g)说明滤色器基板2的制造方法。

首先，如图3(a)所示，在基板4上形成遮光层5。具体地说，在基板4上，使用狭缝涂敷机涂敷分散了黑色颜料的负型感光性树脂并干燥涂层后，通过将得到的感光性树脂膜进行曝光和显影，形成遮光层5。此时，还形成构成下层结构体11L和12L的最下层的层5a、5b。

然后，如图3(b)所示，形成红色滤色器7。具体地说，在基板4上，使用狭缝涂敷机涂敷分散了红色颜料的负型感光性树脂并干燥涂层后，通过将得到的感光性树脂膜进行曝光和显影，形成红色滤色器7。此时，在用与遮光层5相同的膜形成的层5a上，还形成了构成主间隔器11的下层结构体11L的第二层的层7a。

接着，如图3(c)所示，形成绿色滤色器8。具体地说，使用分散了绿色颜料的负型感光性树脂，与红色滤色器7相同地形成绿色滤色器8。此时，在用与红色滤色器7相同的膜形成的层7a上，也形成构成主间隔器11的下层结构体11L的第三层的层8a。此外，在用与遮光层5相同的膜形成的层5b上，还形成构成子间隔器12的下层结构体12L的第二层的层8b，由此完成包含两层5b和8b的下层结构体12L。

之后，如图3(d)所示，形成蓝色滤色器9。具体地说，使用分散了蓝色颜料的负型感光性树脂，与蓝色滤色器8相同地形成蓝色滤色器9。此时，在用与绿色滤色器8相同的膜形成的层8a上，也形成构成主间隔器11的下层结构体11L的第四层的层9a，由此完成包含四个层5a、7a、8a和9a的下层结构体11L。

接下来，如图3(e)所示，形成共用电极10。共用电极10可以使用透明导电材料(例如ITO)通过溅射法等方法形成。

之后，如图3(f)所示，在共用电极10上形成取向控制用的突起(脊)13。具体地说，通过狭缝涂敷机涂敷感光性树脂(例如苯酚酚醛清漆系的正型感光性树脂)并干燥之后，将得到的感光性树脂膜进行曝光和显影，形成突起13。此时，在下层结构体11L上，也形成上层结构体11U，完成主间隔器11。

接着，如图3(g)所示，在下层结构体12L上形成由树脂构成的上层结构体12U。具体地说，通过狭缝涂敷机涂敷感光性树脂(例如丙烯酸系的负型感光性树脂)并干燥后，将得到的感光性树脂膜进行曝光和显影，形成上层结构体12U。由此，完成子间隔器12。

之后，通过在一个基板的显示区域的外侧涂敷的密封剂，将如上所述形成的滤色器基板2和另外制备的有源矩阵基板1贴合在一起。此时，在滤色器基板2和有源矩阵基板1的表面上形成取向膜。之后，在两基板的间隙中注入液晶材料并密封，由此完成液晶显示装置100。此外，还可以通过涂敷密封材料并利用滴下法在一个基板上形成液晶层3，之后将两基板贴合在一起。

此外，优选地，柱状间隔器11、12配置成不与有源矩阵基板1上设置的图像元素电极重叠。通过采用这种结构，可以抑制位于柱状间隔器11、12下面的共用电极10和图像元素电极之间发生短路，并且可以提高显示装置的电可靠性。

这里，参照表1，更具体地说明本发明的效果。表1中，对于通过使用本发明来控制柱状间隔器的高度的例子(实施例1)和利用本发明以外的方法来控制柱状间隔器的高度的例子(比较例1、2和3)，示出了得到的柱状间隔器的数据。如表1中所示，即使在实施例1、比较例1、2和3的任何一个中，按照遮光层、红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器和取向控制用的突起的厚度(表1中表示作为通常部分膜厚)共用的方式来制造滤色器基板。

表1

如图4(a)和(b)所示，实施例1中的主间隔器11包括下层结构体11L和上层结构体11U，其中下层结构体11L包括由与遮光层5、红色滤色器7、绿色滤色器8和蓝色滤色器9相同的膜形成的层5a、7a、8a和9a，上层结构体11U是由与取向控制用的突起13相同的膜形成的。用与遮光层5相同的膜形成的最下层5a是一边为44μm的正方形状(表中用□表示)，用与红色滤色器7相同的膜形成的第二层7a设置成覆盖最下层5a(表中表示为“全部覆盖”)。用与绿色滤色器8相同的膜形成的第三层8a是直径为30μm的圆形(表中用“Φ”表示)，用与蓝色滤色器9相同的膜形成的第四层9a是直径为16μm的圆形。用与取向控制用突起13相同的膜形成的上层结构体11U(表中表示为“取向控制用突起层”)是直径为44μm的圆形。

另一方面，如图5(a)和(b)所示，实施例1中的子间隔器12包括下层结构体12L和上层结构体12U，其中下层结构体12L包含用与遮光层5和红色滤色器7相同的膜形成的层5b和7b，上层结构体12U是由感光性树脂形成的。用与遮光层5相同的膜形成的最下层5b是一边为44μm的正方形状，用与红色滤色器7相同的膜形成的第二层7b按照覆盖最下层5b的方式设置。用感光性树脂形成的上层结构体12U(表中记述为“感光性树脂层”)是直径为30μm的圆形。

在实施例1中，主间隔器11的高度(意味着距某个基准面的高度，以下表示的数值意味着距由与红色滤色器7相同的膜形成的层的上面的高度，但不特别限制)为3.5μm，并且沿着基板面内方向的有效尺寸(直径)为16μm，与此相对，子间隔器12的高度为3.1μm，有效尺寸(直径)为30μm。在实施例1中，主间隔器11和子间隔器12两者形成得具有所希望的高度，但是没有过分降低开口率。此外，由于子间隔器12的相对面积(将主间隔器11的面积作为1时的面积)为3.52，足够大，因此可以实现足够的耐按压性。

比较例1中的主间隔器具有与实施例1的主间隔器11相同的结构。另一方面，如图6所示，比较例1的子间隔器12A具有：由与遮光层、红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器相同的膜形成的层5c、7c、8c和9c；以及由与取向控制用突起相同的膜形成的层13c。就是说，在比较例1中，子间隔器12A具有与主间隔器相同的层叠结构。然而，子间隔器12A的第三层8c和第四层9c是表1中所示的直径分别为17μm、直径为10μm的圆形，比主间隔器的第三层和第四层小。就是说，在比较例1中，如在日本专利申请2005-171390号中公开的方法那样，通过改变作为基底层的层8c和9c的面积，可以降低形成在其上的层13c的高度。

在比较例1中，减小作为基底层的层8c和9c的面积的结果是，子间隔器12A的有效尺寸(直径)变小为10μm，子间隔器12A的相对面积变小为0.39。因此，子间隔器12A的配置密度降低了，不能实现足够的耐按压特性。

比较例2中的主间隔器也具有与实施例1的主间隔器11相同的结构。另一方面，如图7所示，比较例2的子间隔器12B包括：由与遮光层、红色滤色器、绿色滤色器、和蓝色滤色器相同的膜形成的层5d、7d、8d和9d；以及由与取向控制用突起相同的膜形成的层13d。就是说，在比较例2中，子间隔器12B具有与主间隔器相同的叠层结构。然而，如表1所示，子间隔器12B的各层5d、7d、8d、9d和13d具有与构成比较例1的子间隔器12A的层5c、7c、8c、9c和13c相比横向加长的形状。这是为了在不改变子间隔器12B的高度的情况下增大子间隔器12B的二维尺寸。在比较例2中，由于可以确保子间隔器12B的尺寸足够大，因此可以确保足够的耐按压性。但是，增大层5c、7c、8c、9c和13c的尺寸的结果是，滤色器的开口面积降低2508μm²，开口率也下降。

比较例3的主间隔器也具有与实施例1的主间隔器11相同的结构。另一方面，如图8所示，比较例3的子间隔器12C包括：由与遮光层、红色滤色器和绿色滤色器相同的膜形成的层5e、7e和8e；以及由与取向控制用突起相同的膜形成的层13e。就是说，在比较例3中，子间隔器12C比主间隔器的叠层数量少一个。这是通过不包含在子间隔器12C上由与蓝色滤色器相同的膜形成的层，使子间隔器12C的高度比主间隔器的高度低。但是，这种情况下，子间隔器12C的高度很低为2.85μm，因此不能实现足够的耐按压性。

(实施例2)

参照图9，介绍本实施方式的液晶显示装置200的结构。图9是示意性地表示液晶显示装置200的剖面图。下面以液晶显示装置200与实施方式1的液晶显示装置100的不同点为中心进行说明。

液晶显示装置200的滤色器基板2A，其主间隔器11和子间隔器12的叠层结构与液晶显示装置100的滤色器基板2不同。

本实施方式的主间隔器11包括下层结构体11L和上层结构体11U，其中，下层结构体11L包含由与遮光层5相同的膜形成的层5a和由与红色滤色器7相同的膜形成的层7a，上层结构体11U是使用树脂并与取向控制用突起13分开形成的。

另一方面，本实施方式的子间隔器12包括下层结构体12L和上层结构体12U，其中，下层结构体12L包含由与遮光层5相同的膜形成的层5b、由与红色滤色器7相同的膜形成的层7b以及由与绿色滤色器8相同的膜形成的层8b，上层结构体12U是由与取向控制用突起13相同的膜形成的。

在实施方式1的液晶显示装置100中，主间隔器11的上层结构体11U由与取向控制用突起13相同的膜形成的，子间隔器12的上层结构体12U由树脂并与突起13分开形成。与此相对，在本实施方式中，如上所述，主间隔器11的上层结构体11U是由树脂并与取向控制用突起13分开形成的，子间隔器12的上层结构体12U是由与取向控制用突起13相同的膜形成的。即使采用这种叠层结构，也与实施方式1的液晶显示装置100一样，可以用简单的制造工艺任意控制柱状间隔器11、12的高度。

此外，根据本发明，还可以获得增加制造滤色器基板时的滤色器材料的选择自由度。在现有技术中，在批量生产相同类型的显示面板时，难以使用不同的滤色器材料。例如，在由某个公司制造的滤色器材料(以下称为“色彩材料A”)和由其他公司制造的滤色器材料(以下称为“色彩材料B”)中，用于实现相同色纯度的涂敷膜厚度是不同的。因此，例如在使用专利申请2005-171390号的方法并控制柱状间隔器的高度的情况下，在使用色彩材料A的量产(lot)和使用色彩材料B的量产时，必须通过改变基底层的面积来使柱状间隔器的高度相等。在量产期间改变基底层的面积时，在量产期间，滤色器的开口面积不同，各图像元素的透过率不同。因此，存在使用不同的色彩材料时显示品质不同的问题。

根据本发明，通过分别控制主间隔器11的上层结构体11U的厚度和子间隔器的上层结构体12U的厚度，在使用不同色彩材料进行量产时，由于可以使滤色器的开口面积不变而使柱状间隔器11、12的高度相等，因此可以防止上述显示品质有差别。因此，在量产相同种类的显示面板时，可以使用不同的滤色器材料，提高滤色器材料的选择自由度。结果是，可以提高生产的稳定性。

这里，参照表2更具体地说明本发明的效果。在表2中，对于利用本实施方式的叠层结构来控制柱状间隔器的高度的例子(实施例2)以及利用本发明以外的方法控制柱状间隔器的高度的例子(比较例4和5)，示出了所获得的柱状间隔器的数据。此外，在表2中还一并示出了表1所示的实施例1的数据。在实施例1和实施例2中，使用不同的滤色器材料，在表2中，将实施例1中的滤色器材料表示为色彩材料A，将实施例2中的滤色器材料表示为色彩材料B。

表2

如图10(a)和(b)所示，实施例2的主间隔器11包括下层结构体11L和上层结构体11U，其中，下层结构体11L包含由与遮光层5和红色滤色器7相同的膜形成的层5a和7a，上层结构体11U由感光性树脂形成。

另一方面，如图11(a)和(b)所示，实施例2的子间隔器12包括下层结构体12L和上层结构体12U，其中，下层结构体12L包含由与遮光层5、红色滤色器7和绿色滤色器8相同的膜形成的层5b、7b和8b，上层结构体12U由与取向控制用突起13相同的膜形成。

如表2所示，由于在实施例1和实施例2中使用不同的滤色器材料，因此遮光层5、红色滤色器7、绿色滤色器8和蓝色滤色器9的厚度(通常部分膜厚度)在实施例1和实施例2中不同。但是，不用说，主间隔器11的高度和尺寸在实施例1和实施例2中可以相同，子间隔器12的高度和尺寸在实施例1和实施例2中也可以相同。这样，根据本发明，即使使用不同的色彩材料，也可以确保形成相同高度和尺寸的柱状间隔器。

在比较例4中，从表2可以看出，主间隔器的上层结构体和子间隔器的上层结构体由与取向控制用突起相同的膜形成。此外，在比较例4中，主间隔器包含由与蓝色滤色器相同的膜形成的层，而与此相对，子间隔器不包含这种层。这样，比较例4通过有无由与蓝色滤色器相同的膜形成的层而设有主间隔器的高度和子间隔器的高度的差。但是，由于滤色器的膜厚取决于要显示的颜色的色纯度，因此通过这种方法难以严格控制柱状间隔器的高度，如表2所示，主间隔器的高度高出3.8μm。

在比较例5中，尝试通过减小由与绿色滤色器相同的膜形成的层和由与蓝色滤色器相同的膜形成的层的面积来减小比较例4的主间隔器的额外高度。但是，在比较例5中，主间隔器的高度可以为希望的3.5μm，但是主间隔器的尺寸减小了。因此，降低了主间隔器的耐负荷特性，在向面板施加负荷时，在子间隔器与有源矩阵基板接触之前，主间隔器发生塑性变形。

在实施例1和2中，尽管说明了主间隔器11的上层结构体11U和子间隔器12的上层结构体12U分别为一层的情况，但是本发明不限于此。主间隔器11的上层结构体11U和子间隔器12的上层结构体12U也可以是两层结构。

例如，如图12(a)和(b)所示，主间隔器11的上层结构体11U可以包含由与取向控制用突起13相同的膜形成的层11U1以及由树脂并与突起13分开形成的层11U2。

或者，如图13(a)和(b)所示，子间隔器12的上层结构体12U可以包括由与取向控制用突起13相同的膜形成的层12U1以及由树脂并与突起13分开形成的层12U2。

然而，从独立地控制主间隔器11的高度和子间隔器12的高度两者为任意值的观点出发，在将主间隔器11的上层结构体11U和子间隔器12的上层结构体12U的一个设为两层结构的情况下，另一个优选为一层结构，并且另一个还优选包括由与突起相同的膜形成的层。

(实施例3)

参照图14和图15，说明本实施方式的液晶显示装置300的结构。图14是示意性地表示液晶显示装置300的剖面图，图15是示意性地表示液晶显示装置300的有源矩阵基板1A的平面图。下面以液晶显示装置300与实施方式2的液晶显示装置200的不同点为中心进行说明。

在液晶显示装置300的有源矩阵基板1A上，为每个图像元素设置TFT(薄膜晶体管)27。TFT 27的栅电极27G与在透明基板(例如玻璃基板)20上形成的扫描布线(栅极线)21电连接，TFT 27的源电极27S与通过介入栅绝缘膜23而与扫描布线21交叉的信号布线(源极线)24电连接。TFT 27的漏电极27D通过接触孔25a与图像元素电极26电连接，其中接触孔25a设置在被形成使得覆盖信号布线24或TFT 27的层间绝缘膜25中。这里，接触孔25a被设置在辅助电容布线22上。

层间绝缘膜25例如由感光性的丙烯酸树脂形成，如本实施方式那样，当在该层间绝缘膜25上设置图像元素电极26时，图像元素电极26可以配置成与扫描布线21和/或信号布线24部分重叠，由此可以获得提高开口率的效果。

本实施方式的有源矩阵基板1A包括选择地设置在与子间隔器12相对置的位置上的间隙调整层28。该间隙调整层28被设置用于调整子间隔器12和有源矩阵基板1A的表面之间的间隔，并且没有设置在与主间隔器11相对置的位置上。本实施方式的间隙调整层28由与信号布线24相同的膜(所谓的源金属)形成。

如果如本实施方式那样设置间隙调整层28，则很容易设定子间隔器12和有源矩阵基板1A的表面之间的间隔为优选值以提高耐负荷特性。换言之，即使在子间隔器12形成得不足够高的情况下，通过用间隙调整层28补偿不足的高度，也可以实现足够高的耐负荷特性。

而且，间隙调整层28不限于由与信号布线24相同的膜形成。例如，间隙调整层28还可以由与扫描布线21相同的膜(所谓的栅金属)形成，还可以由与TFT 27中包含的半导体层相同的膜形成。从电可靠性的观点出发，间隙调整层28优选与图15所示的布线等隔离并处于电浮置状态。

此外，在本实施方式中，如图15所示，设置与辅助电容布线22重叠的间隙调整层28，并且切开图像元素电极26使其不与该间隙调整层28重叠。这是为了使子间隔器12与图像元素电极26不重叠以及提高显示装置的电可靠性。辅助电容布线22上的区域不用于显示，因此即使这个区域的图像元素电极26存在切口，也不存在显示上的问题。

设置本实施方式的间隙调整层28的方法即使在如图16所示的液晶显示装置300’中也是有效的。在图16所示的液晶显示装置300’中，主间隔器11的上层结构体11U和子间隔器12的上层结构体12U两者都由与取向控制用突起13相同的膜形成。因此，与实施例1和2的液晶显示装置100和200相比，在液晶显示装置300’中，更难以独立控制主间隔器11的高度和子间隔器12的高度。但是，由于通过设置间隙调整层28可以补偿子间隔器12的高度，因此很容易实现优异的耐负荷特性。

(实施例4)

如上所述，通过设置高度不同的两种柱状间隔器，可以抑制低温发泡，并可以提高耐负荷特性。但是，如果这两种柱状间隔器的叠层结构互相不同，则会产生显示偏差。下面参照图17和图18具体地说明。

如图17(a)和(b)所示，主间隔器11包括下层结构体11L和上层结构体11U，其中，下层结构体11L包含由与遮光层5和红色滤色器7相同的膜形成的层5a和7a，上层结构体11U由树脂(典型为负型感光性树脂)形成。

此外，如图18(a)和(b)所示的子间隔器12包括下层结构体12L和上层结构体12U，其中，下层结构体12L包含由与遮光层5、红色滤色器7和绿色滤色器8相同的膜形成的层5b、7b和8b，上层结构体12U由与取向控制用突起13相同的膜(典型的，正型感光性树脂)形成。

将图17(b)和图18(b)相比较，主间隔器11附近的阶梯差形状(图17(b)中的由点线包围的部分)和子间隔器12附近的阶梯差形状(图18(b)中的由点线包围的部分)彼此不同。因此，在主间隔器11附近和子间隔器12附近，液晶分子的取向状态不同。由于这种不同的取向状态，可能存在显示的非均匀性和非平滑性。

如图19(a)和(b)所示，如果在主间隔器11的附近设置由与突起13相同的膜形成的结构体14，由于主间隔器11附近的阶梯差形状与子间隔器12附近的阶梯差形状相类似，因此可以抑制由取向状态的不同引起的显示的非均匀性和非平滑性的发生。

此外，尽管在图19中例子示出了设置从基板面法线方向观看时形状为圆环状的结构体14的情况，但是结构体14的形状不限于此。例如，如图20(a)和(b)所示，还可以设置从基板面法线方向观看时形状为U字形状的结构体14。

工业实用性

本发明提供一种通过简单的制造工艺就可以任意控制柱状间隔器的高度的滤色器基板。根据本发明的滤色器基板适用于液晶显示装置。

Claims (17)

1、一种液晶显示装置用的滤色器基板，包括：

透明基板；

设置在所述透明基板上的遮光层和滤色器层；

从所述透明基板突出的多个柱状间隔器；和

用于控制液晶分子取向的突起，

特征在于：所述滤色器层包括透过互不相同颜色的光的第一滤色器、第二滤色器以及第三滤色器，

所述多个柱状间隔器包括高度互不相同的第一柱状间隔器和第二柱状间隔器，

所述第一柱状间隔器具有第一下层结构体和第一上层结构体，所述第一下层结构体包含由与所述第一滤色器、所述第二滤色器、所述第三滤色器以及所述遮光层中的至少一个相同的膜形成的至少一层，所述第一上层结构体包含由与所述突起相同的膜形成的层，

所述第二柱状间隔器包含第二下层结构体和第二上层结构体，所述第二下层结构体包含由与所述第一滤色器、所述第二滤色器、所述第三滤色器和所述遮光层中的至少一个相同的膜形成的至少一层，所述第二上层结构体包含由树脂形成的层。

2、根据权利要求1记载的滤色器基板，其特征在于，所述第一柱状间隔器比所述第二柱状间隔器高。

3、根据权利要求1记载的滤色器基板，其特征在于，所述第二柱状间隔器比所述第一柱状间隔器高。

4、根据权利要求1～3中任一项记载的滤色器基板，其特征在于，所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器的配置密度相比于较高的柱状间隔器的配置密度高。

5、根据权利要求1～4中任一项记载的滤色器基板，其特征在于，所述第一上层结构体还包含由所述树脂形成的层。

6、根据权利要求1～5中任一项记载的滤色器基板，其特征在于，所述第二上层结构体不包含由与所述突起相同的膜形成的层。

7、根据权利要求1～6中任一项记载的滤色器基板，其特征在于，还包括在所述第二柱状间隔器的附近、由与所述突起相同的膜形成的结构体。

8、根据权利要求1～7中任一项记载的滤色器基板，其特征在于，所述树脂是感光性树脂。

9、根据权利要求8记载的滤色器基板，其特征在于，所述树脂是负型感光性树脂，所述突起由正型感光性树脂形成。

10、一种液晶显示装置，其包括：权利要求1～9中任一项记载的滤色器基板；与所述滤色器基板对置设置的有源矩阵基板；以及在所述滤色器基板和有源矩阵基板之间配置的液晶层。

11、根据权利要求10记载的液晶显示装置，其特征在于，所述有源矩阵基板包括配置成矩阵形状的多个开关元件、以及分别与所述多个开关元件的每一个电连接的多个图像元素电极，

所述多个柱状间隔器设置成不与所述多个图像元素电极重叠。

12、根据权利要求10或11记载的液晶显示装置，其特征在于，所述有源矩阵基板还包括间隙调整层，所述间隙调整层选择地设置在与所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器相对置的位置上，并用于调整所述较低的柱状间隔器和所述有源矩阵基板表面之间的间隔。

13、根据权利要求12记载的液晶显示装置，其特征在于，所述有源矩阵基板包括多个扫描布线以及与所述多个扫描布线交叉的多个信号布线，

所述间隙调整层由与所述多个扫描布线或所述多个信号布线相同的膜形成。

14、根据权利要求12记载的液晶显示装置，其特征在于，所述有源矩阵基板具有多个薄膜晶体管，并且所述间隙调整层由与在所述多个薄膜晶体管的每一个中包含的半导体层相同的膜构成。

15、一种液晶显示装置，包括：

具有排列成矩阵状的多个开关元件的有源矩阵基板；

与所述有源矩阵基板对置设置的滤色器基板；和

设置在所述有源矩阵基板和所述滤色器基板之间的液晶层，

特征在于，所述滤色器基板包括透明基板、在所述透明基板上设置的滤色器层、以及从所述透明基板突出的多个柱状间隔器，

所述多个柱状间隔器包含高度互不相同的第一柱状间隔器和第二柱状间隔器，

所述有源矩阵基板还包括间隙调整层，所述间隙调整层选择地设置在与所述第一柱状间隔器和所述第二柱状间隔器中较低的柱状间隔器相对置的位置上，并用于调整所述较低的柱状间隔器和所述有源矩阵基板表面之间的间隔。

16、根据权利要求15记载的液晶显示装置，其特征在于，所述有源矩阵基板包括多个扫描布线和与所述多个扫描布线交叉的多个信号布线，

所述间隙调整层由与所述多个扫描布线或所述多个信号布线相同的膜形成。

17、根据权利要求15记载的液晶显示装置，其特征在于，所述多个开关元件是多个薄膜晶体管，

所述间隙调整层由在所述多个薄膜晶体管的每一个中包含的半导体层相同的膜形成。

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