CN1841144A - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垂直取向型的液晶显示装置及其制造方法，其目的在于可以充分进行奇点的控制，以获得良好的显示品质的液晶显示装置及其制造方法。该液晶显示装置包括：第一衬底，具有由电连接的1个或者1个以上电极单元构成的像素电极；第二衬底，具有与所述像素对置并且由金属膜构成的遮光部、在其开口部具有色分解滤光器、在其表面具有公共电极；封入到所述第一衬底和所述第二衬底之间并具有负介电常数各相异性的液晶层，其中，和电极单元外周的非电极部的至少1/4对置的公共电极表面，比和电极单元的大致中央部分时置的公共电极表面高0.2μm或者 0.2μm以上，可能的话，高出0.4～1.5μm。

Description

液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及液晶显示装置及其制造方法，特别涉及垂直取向型的液晶显示装置及其制造方法。

背景技术

在垂直取向型的液晶显示装置中，利用垂直取向膜使具有负介电常数各向异性的液晶在不施加电压时垂直取向，在施加电压时倾斜取向。由于垂直取向型的液晶显示装置在未施加电压时使液晶分子垂直取向，故黑显示品质良好，可以进行高对比度的显示，同时具有视角大、响应速度快的优点。

在上述垂直取向型的液晶显示装置中，作为液晶的取向控制的方法，例如有特愿2004-266560号的说明书中所记载的像素结构。图25为表示该说明书中记载的像素结构的平面图。在图25中，由栅极总线14和漏极总线16所划定的区域为像素区域，在该像素区域内形成具有长方形形状的3个电极单元的像素电极20，该长方形角部带有圆角。此外，在像素的中央与栅极总线14大致平行地形成存储电容总线22，经过图中未示出的绝缘膜在存储电容总线22上形成存储电容电极34。通过液晶与像素区域对置的对置衬底上，在各电极单元的大致中心位置上形成点状的取向控制用构造物。基于该结构，如图26所示，通过施加电压时电极单元端部产生的电场扭曲和对置衬底的取向控制用构造物，与衬底垂直取向的液晶分子76沿从电极单元的外周部向中心部的方向倾斜取向。

但是，如图27所示，由于上述例子的液晶显示装置中的电极单元本身是整个面的图形，因此如果图形变大，则不能由电极单元控制液晶分子的取向方向的区域将增大。特别是，在电极单元的外侧，由于没有固定液晶取向的奇点(特異点)的装置，故在奇点的产生位置上将产生偏差。因此，令液晶分子从电极单元的外侧向中心部一致取向较为困难，产生如图所示的取向异常区域，导致显示上产生不光滑。

此外，当如用手指按压等外力施加于液晶显示装置的面板上时，一经破坏的奇点很难回到原状态。

而且，一旦电极单元的边缘靠近栅极总线和漏极总线，就会受到与总线的电场的影响，影响原来的液晶取向。

此外，专利文献1中记载的CF制造方法包括如下工序：第1工序，在衬底上形成遮光层，在该遮光层上形成感光性抗蚀剂层，然后，以预定的图形对上述感光性抗蚀剂层进行曝光显影，通过刻蚀除去露出的遮光层，从而形成由预定图形的遮光层构成的黑矩阵，此后，固化该黑矩阵上的感光性抗蚀剂层并作为抗蚀剂层；第2工序，按着色层的色数重复进行在上述衬底上的非黑矩阵框形成区域内的规定颜色的着色层形成区域及上述抗蚀剂层的柱状凸部形成区域上形成着色层的操作。

然而，在该现有文献中，以在黑矩阵上的抗蚀剂层上层叠着色层，并形成保持单元间隙的间隔物为目的，该说明书中公开的结构具有以下课题：与像素电极单元的中央部对置的CF衬底的公共电极表面和与电极单元外周的非电极部对置的CF衬底的公共电极表面高度相同，因此，在电极单元的外侧，由于没有固定液晶取向的奇点的装置，故不能控制液晶分子的取向方向的区域很大。

这样，当电极单元的尺寸增大时，奇点的控制更加困难。因此，实际上，电极单元的大小被限制在规定的尺寸内。

[专利文献1]特开平10-177109号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够充分进行奇点的控制并得到良好的显示品质的液晶显示装置及其制造方法。

为了解决该课题，提供一种具有如下部分的液晶显示装置：第一衬底，具有由电连接的1个或者1个以上电极单元构成的像素电极；第二衬底，具有与所述像素对置并且由金属膜构成的遮光部和在其开口部具有色分解滤光器、在其表面具有公共电极；封入到上述第一衬底和上述第二衬底之间且具有负介电常数各向异性的液晶层，其中，与电极单元外周的非电极部的至少1/4对置的公共电极表面，比和电极单元的大致中央部分对置的公共电极表面高0.2μm或者0.2μm以上，可能的话，高出0.4～1.5μm。

另外，如果在公共电极上设置液晶取向控制用突起，将更有效果，该公共电极位于和上述电极单元的大致中央对置的上述第2衬底上。

此外，在金属遮光膜上依次层叠光致抗蚀剂、色分解滤光层，从而可以在公共电极的下面形成该台阶差。

这种情况下，在形成金属遮光膜时，利用光刻和刻蚀来烧制构图用光致抗蚀剂，并残留在金属遮光膜上，从而通过对公共电极的表面高度进行调整，可以简化工序。

此外，在金属遮光膜上，通过层叠不同颜色的色分解滤光层也可以得到同样的效果。

依据本发明，大致与电极单元外周的非电极部分对置的公共电极表面比与电极单元的大致中央部分对置的公共电极表面高0.2μm或者0.2μm以上，可能的话，高0.4～1.5μm，据此，由于电极单元外周的电场作用而引起的液晶取向控制力将增强，可以得到更稳定的液晶取向，并可以对因外力产生的取向混乱进行修正，能够实现显示品质较高的稳定的液晶显示装置。

此外，在金属遮光膜上依次层叠光致抗蚀剂、色分解滤光层，或者在金属滤光膜上对不同颜色的色分解滤光层进行层叠，据此，不要的图形不会露出而在透射部上形成公共电极的台阶差，并且不增加形成工序而可以提供廉价且高品质的液晶显示装置。

另外，可以在形成金属遮光膜过程中，利用光刻和刻蚀烧制构图用的光致抗蚀剂，并残留在金属遮光膜上，由此，可在理想的位置调整公共电极的表面高度，无需增加工序而提供高精度且高品质的液晶显示装置。

附图说明

图1是本发明第1实施方式的液晶显示装置的概要结构图。

图2是本发明第1实施方式的液晶显示装置的等效电路图。

图3是本发明第1实施方式的液晶显示装置(平面图)的示意图。

图4是本发明第1实施方式的液晶显示装置(剖面图)的示意图。

图5是本发明第1实施方式的TFT衬底(平面图)的示意图。

图6A至图6C是本发明第1实施方式的TFT衬底(剖面图)的示意图。

图7是本发明第1实施方式的CF制造方法的说明图(A-A’剖面图)。

图8是本发明第1实施方式的CF制造方法的说明图(A-A’剖面图)。

图9是本发明第1实施方式的CF制造方法的说明图(A-A’剖面图)。

图10是本发明第1实施方式的CF制造方法的说明图(A-A’剖面图)。

图11是本发明第1实施方式的CF制造方法的说明图(A-A’剖面图)。

图12是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图13是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图14是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图15是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图16是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图17是本发明第2实施方式的CF制造方法的说明图(剖面图)。

图18是本发明第3实施方式的液晶显示装置(剖面图)的示意图。

图19是本发明第3实施方式的液晶显示装置(平面图)的示意图。

图20是本发明第3实施方式的CF制造方法的说明图(B-B’剖面图)。

图21是本发明的第3实施方式的CF制造方法的说明图(B-B’剖面图)。

图22是本发明第3实施方式的CF制造方法的说明图(B-B’剖面图)。

图23是本发明第3实施方式的CF制造方法的说明图(B-B’剖面图)。

图24是本发明第3实施方式的CF剖面图液晶显示装置(A-A’剖面图)。

图25是表示现有液晶显示装置(TFT侧正面剖面图)的图。

图26是表示理想的液晶取向的图。

图27是表示异常的液晶取向的图。

具体实施方式

[第1实施方式]

用图1至图11对本发明第1实施方式的液晶显示装置及其制造方法进行说明。

本实施方式的液晶显示装置如图1所示，具有如下结构：形成TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)等的TFT衬底10和形成了CF(Color Filter：彩色滤光片)等的CF衬底12相对置地贴合，并在两衬底10、12间封入了液晶。

图2模式地示出TFT衬底10上形成的元件的等效电路。在TFT衬底10上相互平行地形成多个沿图中左右方向延伸的栅极总线14。经由绝缘膜与栅极总线14交叉，相互平行地形成多个沿图中的上下方向延伸的漏极总线16。由多个栅极总线14和漏极总线16包围的各区域为像素区域。在阵列状配置的各像素区域中形成TFT18和像素电极20。各TFT18的漏电极连接至相邻的漏极总线16，栅电极连接至相邻的栅极总线14，源电极连接至像素电极20。在各像素区域的大致中央处与栅极总线14平行地形成了存储电容总线22。

返回到图1，在TFT衬底10上设置了安装有驱动多个栅极总线14的驱动器IC(Integrated Circuit：集成电路)的栅极总线驱动电路24a和安装有驱动多个漏极总线16的驱动器IC的漏极总线驱动电路24b。这些驱动电路24a、24b根据控制电路26输出的预定信号，向预定的栅极总线14或者漏极总线16输出扫描信号或者数据信号。与TFT衬底10的元件形成面相反一侧的衬底面上配置偏光板28，偏光板28的与TFT衬底10相反一侧的面上安装有背光单元30。另一方面，CF衬底12的CF形成面相反一侧的面上粘贴有偏光板32。

以下对构成液晶显示装置的衬底及单元进行详细说明。

图3为本实施例的液晶显示装置的像素部分的正面图。图4表示图3的沿A-A’线的剖面图。如图4所示，具有如下结构：使形成了TFT等的TFT衬底10和形成了CF等的CF衬底12对置地贴合，并在两衬底10、12间封入液晶。

TFT衬底10在绝缘膜84上形成漏极总线16，在漏极总线16上的保护膜36上，在最终保护膜105上形成像素电极。

在本实施方式中，CF衬底12的制作工序中，不剥离在用光刻法对BM图形构图时使用的光致抗蚀剂而将BM层10残留在衬底上，进而在其上形成CF层103，从而调整BM图形上的公共电极的高度。CF层103上形成了公共电极104。在公共电极104上的像素中央形成了取向控制用构造物64。

对本实施方式中的TFT衬底10的结构进行说明。

图5至图6C表示基于本实施方式的液晶显示装置的一个像素的结构。图6A表示图5的A-A’线的剖面，图6B表示图5的B-B’线的剖面，图6C表示图5的沿C-C’线的剖面。如图所示，在TFT衬底10上，相互平行地以例如300μm的间隔形成多个沿图中左右方向延伸的栅极总线14(图5中表示出2条)。通过例如硅氧化膜等绝缘膜84与栅极总线14大致垂直地交叉，相互大致平行地以例如100μm的间隔形成多个沿图中上下方向延伸的漏极总线16(图5中表示出2条)。栅极总线14和漏极总线16的宽度分别为例如10μm和7μm。由多个栅极总线14和漏极总线16围成的区域为像素区域。穿过像素区域的大致中央，形成与栅极总线14大致平行延伸的存储电容总线22。在存储电容总线22上，通过绝缘膜在每个像素上形成了存储电容电极34。漏极总线、漏电极、源电极、以及存储电容电极一并形成在同一层上，在该层上使用例如SiN形成保护膜36。在保护膜36上形成例如3μm厚的透明树脂绝缘膜105，通过设置于保护膜36和透明树脂绝缘层105上的接触孔86使设置于透明设置绝缘层上的像素电极20和漏电极导通。

接下来，利用图7至图11对本实施方式中CF衬底的形成方法进行说明。图7至图11表示各工序中的CF衬底的剖面图。在与TFT衬底10对置配置的CF衬底12侧形成BM(Black Matrix：黑矩阵)作为进行色间(色同)遮光的遮光层。BM例如以色间为10μm的宽度形成格子状。

首先，采用图7至图9对BM层的形成方法进行说明。在玻璃等透明绝缘衬底60上对Cr等遮光金属101等进行成膜(图7)。接下来以例如5μm的膜厚涂敷正型抗蚀剂102，用光刻法形成所希望的BM图形(图8)。然后，用硝酸等对上述遮光金属膜进行刻蚀后，在220℃的恒温器中烧制1小时，从而完成BM层(图9)。

继而，在形成了BM层的衬底上利用R、G、B3色的颜料分散型抗蚀剂以例如1.8μm的膜厚分别形成3色的CF层(图10)。在BM开口部形成R、G、B的任意一种CF层103。

由于以大约1.5μm的膜厚形成BM层，故该BM层上涂敷的CF层被抬高，形成距开口部的CF层表面约0.8μm的台阶差。

在上述衬底上，使用例如ITO104在整个衬底表面设置公共电极，其上使用抗蚀剂分别形成取向控制用突起物64及保持单元间隙的间隔层(图中未示出)，从而完成CF衬底(图11)。

在本实施例中，将BM图形构图时所使用的光致抗蚀剂原封不动地残留于遮光用金属膜上，并在其上形成CF层，从而形成如下结构：与电极单元外周对置的非公共电极表面比与电极单元的大致中央对置的部分的公共电极表面高0.8μm。据此，在电极单元外周和对置的公共电极间可以施加更强的电场。由于设置在电极单元中央的取向控制突起在电极单元外周附近的取向控制力较弱，故象本实施例那样增强电极单元外周附近的电场，从而该附近处的液晶取向稳定下来。据此，可以改善不光滑等显示不良现象，实现高品质的液晶显示装置。

(第2实施方式)

使用图12至图17对本发明第2实施方式的液晶显示装置及其制造方法进行说明。本实施方式中的TFT衬底及CF衬底的结构与第1实施方式相同。但是，CF衬底的BM层的制造方法与第1实施方式不同。因此，使用图12至图17对本实施方式中的CF衬底的制造方法进行说明。

在玻璃等透明绝缘衬底60上对Cr等遮光金属101等进行成膜，在该衬底上以膜厚1.5μm涂敷正型抗蚀剂，在100℃左右的温度下对涂膜进行干燥后，用接近式曝光机以70mJ左右的曝光量对所希望的BM图形102进行曝光，并以碱性浓度为2.38％的TMAH显影液对该衬底进行冲洗显影，并用纯水清洗。

然后，浸入到以例如8∶2的比例将纯水和硝酸混合而成的刻蚀液后，将该遮光金属膜101刻蚀后，利用剥离液剥离抗蚀剂层102(图13、图14)。

然后，在该衬底上再以1.5μm膜厚涂敷正型抗蚀剂102-b，并进行干燥烘干(图15)。

将形成在衬底上的BM图形的金属膜作为掩模，从衬底背面照射紫外线100mJ左右(图16)。继而对抗蚀剂进行显影，在220℃左右温度的恒温器中烧制1小时。

此后，与第1实施方式相同，形成CF层、公共电极层、取向控制突起及间隔层，从而完成CF衬底。将TFT衬底与按上述方式制作成的CF衬底对置地贴合，封入液晶，并在其上粘贴上偏光板，从而完成液晶显示用面板(图17)。

本实施方式与第1实施方式仅BM层的制造方法不同，结构与第1实施方式相同，因此，可以得到与第1实施方式相同的效果。

而且，在第1一实施方式中，形成在衬底上的作为BM层的抗蚀剂，在刻蚀遮光膜的金属时暴露于刻蚀液中，而本实施方式中作为BM层而形成的抗蚀剂膜未暴露于刻蚀液中，与第1实施方式相比，虽然工时增加，但是，可以实现可靠性更高的液晶显示用面板。

[第3实施方式]

使用图18至图24对本发明第3实施方式的液晶显示装置及其制造方法进行说明。图18表示本实施例的液晶显示装置的剖面图。与第1实施方式相同，具有将TFT衬底和CF衬底对置贴合，并在两衬底间封入液晶的结构。TFT衬底具有与第1实施方式相同的结构。CF衬底具有以下说明的结构。即：在由形成于玻璃等透明绝缘衬底上的金属遮光膜构成的BM层上，通过层叠不同颜色的色分解滤光器，栅极布线部及存储电容部的遮光区域上的公共电极的表面台阶差调整至0.4～0.6μm。

使用图20至图24对本实施方式中的CF衬底的制作方法进行说明。首先，在玻璃等透明绝缘衬底上用光刻法等形成由Cr和氧化铬层叠结构构成的BM图形(图20)。

然后，使用颜料分散型光致抗蚀剂，用光刻法依次在所述BM衬底上形成由R、G、B3色构成的CF层。图21是表示形成着色层的第1层Red层后的剖面。在此处形成第2层的Green层后的剖面图为图22。如图22所示，由于以与第1层的Red层重叠的方式形成第2层的Green层，故层叠在该2色条纹间的部分的表面台阶差约为0.4μm。继而形成Blue层作为着色层的第三层，从而完成着色层。

此外，图24示出平面图19的沿A-A’线的剖面图。

利用ITO等以覆盖该整个衬底表面的方式形成透明公共电极，在此基础上依次形成取向控制突起物和间隔层，从而完成CF衬底。

如以上所说明的那样，根据上述实施方式，与电极单元外周的非电极部对置的公共电极表面比与电极单元的大致中央部分对置的公共电极表面高0.2μm或者0.2μm以上，可能的话，高0.4～1.5μm，由此，电极单元外周的电场所引起的液晶取向控制力增强，可以得到更稳定的液晶取向，并可以修正因外力引起的取向混乱，从而能够实现显示品质较高的稳定的液晶显示装置。

此外，在金属遮光膜上依次层叠光致抗蚀剂、色分解滤光层，或在金属遮光膜上对不同颜色的色分解滤光层进行层叠，由此，不要的图形不会露出而在透过部上形成公共电极的台阶差，并且无需增加形成工序即可提供廉价且高品质的液晶显示装置。

此外，在形成金属遮光膜时，使用光刻和刻蚀，烧制用于构图的光致抗蚀剂，并将其残留于金属遮光膜上，从而可以在理想的位置调整公共电极表面的高度，并且无需增加工序，即可提供高精度且高品质的液晶显示装置。

Claims (6)

1.一种液晶显示装置，包括：第一衬底，具有由电连接的1个或者1个以上电极单元所构成的像素电极；第二衬底，具有与所述像素对置并由金属膜构成的遮光部、在其开口部具有色分解滤光器、在其表面具有公共电极；封入到所述第一衬底和所述第二衬底之间并具有负介电常数各向异性的液晶层，其特征在于：

和电极单元外周的非电极部的至少1/4对置的公共电极表面，比和电极单元的大致中央部分对置的公共电极表面高0.2μm或者0.2μm以上。

2.如权利要求1中记载的液晶显示装置，其特征在于：

在公共电极上设有液晶取向控制用突起，其中该公共电极位于与所述电极单元的大致中央对置的所述第二衬底上。

3.如权利要求1中记载的液晶显示装置，其特征在于：

在金属遮光膜上依次层叠光致抗蚀剂、色分解滤光层。

4.如权利要求3中记载的液晶显示装置，其特征在于：

在形成金属遮光膜时，利用光刻和刻蚀烧制用于构图的光致抗蚀剂，并残留在金属遮光膜上，从而对公共电极的表面高度进行调整。

5.如权利要求1中记载的液晶显示装置，其特征在于：

在金属遮光膜上层叠不同颜色的色分解滤光层。

6.如权利要求1中记载的液晶显示装置，其特征在于：

和电极单元外周的非电极部的至少1/4对置的公共电极表面，比和电极单元的大致中央部分对置的公共电极表面高0.4～1.5μm。

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