JP2004219528A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で製造歩留まりが高く、しかも表示品位の優れた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】アレイ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００を挟持して構成された液晶表示装置において、画像を表示する表示領域において、第１膜厚を有する赤色カラーフィルタ層２４Ｒと、第１膜厚より厚い第２膜厚を有する青色カラーフィルタ層２４Ｂと、赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置されアレイ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００を挟持するためのギャップを形成する柱状スペーサ３１と、を備え、表示領域１０２周辺の周辺領域において、表示領域周縁に沿って額縁状に配置された遮光層ＳＰを備え、柱状スペーサ３１及び遮光層ＳＰは、同一工程にて同一材料によって形成されたことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶層を通過する色毎に液晶層を挟持する基板間のギャップが異なるマルチギャップ構造のカラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般的に用いられている液晶表示装置は、電極を有する２枚のガラス基板の間に液晶層を挟持して構成されている。これら２枚の基板は、その周囲を液晶封入口を除いて塗布された接着剤によって固定されている。これらの２枚の基板間には、プラスティックビーズなどのスペーサが配置され、基板間のギャップを保持している。
【０００３】
この中でカラー表示用の液晶表示装置は、２枚のガラス基板のうちの一方の基板の画素毎に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層からなるカラーフィルタ層を備えている。
【０００４】
ところで、液晶表示装置の視野角特性は、液晶層を挟持する基板間のギャップに大きく依存している。すなわち、基板間のギャップをｄ、液晶層を構成する液晶組成物の屈折率異方性をΔｎ、液晶層を通過する光の波長をλ、ｕ＝２・ｄ・Δｎ／λとすると、光の透過率Ｔは、一般に、
Ｔ＝ｓｉｎ^２［（（１＋ｕ^２）^１／２・π／２）／（１＋ｕ^２）］
なる式によって与えられる。つまり、液晶層を通過する光の透過率Ｔが最大となる実効的な液晶層の厚さ（ｄ・Δｎ）は、液晶層を通過する光の波長に依存して異なる。
【０００５】
このため、カラーフィルタ層の膜厚を透過光の波長に合わせて異ならせることで、色毎に液晶層を挟持する基板間のギャップが異なるマルチギャップ構造の液晶表示装置が提案されている。このような構造の液晶表示装置では、スペーサは、プラスティックからなる複数種類の球状体または円柱状体を一方の基板上に散布することによって形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４７８０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されたマルチギャップ構造の液晶表示装置では、それぞれのギャップに合わせて直径の異なる複数種類のスペーサを用意するか、密度の異なる複数種類のスペーサを用意する必要がある。また、製造工程において、それぞれのギャップに適合したスペーサを別々の工程で散布する必要があり、工程数が増えてしまう。このように、複数種類のスペーサを用意したり、製造工程数が増えたりすることにより、製造コストが増大し、製造歩留まりが低下するといった問題がある。
【０００８】
また、仮に液晶材料にスペーサを分散させてスペーサの配置を液晶注入と同時に行うことで工程数を削減できたとしても、１画素あたりに散布されるスペーサの密度を厳密に制御することができない。このため、スペーサが一部に凝集してしまうこと（例えば球状体のスペーサが液晶層の厚さ方向に重なるなど）によって、所望のギャップが得られずに、表示不良を招くおそれがある。また、球状体または円柱状体のスペーサの周囲では、液晶組成物の配向不良を招くおそれがあり、表示不良の原因となる。
【０００９】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、安価で製造歩留まりが高く、しかも表示品位の優れた液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の様態による液晶表示装置は、
第１基板と第２基板との間に液晶層を挟持して構成された液晶表示装置において、
画像を表示する表示領域にマトリクス状に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間に前記液晶層を挟持するためのギャップが異なる複数種類の画素と、
前記複数種類の画素のうち、最も大きいギャップを有する画素において前記ギャップを形成するために前記第１基板と前記第２基板との間に配置された柱状スペーサと、
前記表示領域周辺の周辺領域に配置され、前記表示領域の周縁に沿って額縁状に配置された遮光層と、を備え、
前記柱状スペーサ及び前記遮光層は、同一材料によって形成されたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、この実施の形態に係る液晶表示装置、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置は、液晶表示パネル１０を備えている。この液晶表示パネル１０は、アレイ基板１００と、このアレイ基板１００に対向配置された対向基板２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間に配置された液晶層３００とを備えている。
【００１３】
これらアレイ基板１００と対向基板２００とは、液晶層３００を挟持するための所定のギャップを形成しつつシール部材１０６によって貼り合わせられている。液晶層３００は、アレイ基板１００と対向基板２００との間に封入された液晶組成物によって構成されている。
【００１４】
このような液晶表示パネル１０において、画像を表示する表示領域１０２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。表示領域１０２の周縁は、額縁状に形成された遮光層ＳＰによって遮光されている。
【００１５】
表示領域１０２において、アレイ基板１００は、図２に示すように、ｍ×ｎ個の画素電極１５１、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ、ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎ、ｍ×ｎ個のスイッチング素子１２１を有している。一方、表示領域１０２において、対向基板２００は、対向電極２０４を備えている。
【００１６】
画素電極１５１は、表示領域１０２においてマトリクス状に配置された画素ＰＸにそれぞれ対応して設けられている。走査線Ｙは、これら画素電極１５１の行方向に沿って配列されている。信号線Ｘは、これら画素電極１５１の列方向に沿って配列されている。
【００１７】
スイッチング素子１２１は、ポリシリコン半導体層を有するｎチャネル型の薄膜トランジスタすなわち画素ＴＦＴであり、画素電極１５１に対応して走査線Ｙ及び信号線Ｘの交差部近傍に配置されている。対向電極２０４は、すべての画素ＰＸに対して共通に配置されており、液晶層３００を介してｍ×ｎ個の画素電極１５１すべてに対向する。
【００１８】
表示領域１０２周辺の周辺領域１０４において、アレイ基板１００は、走査線Ｙ１〜Ｙｍを駆動する駆動ＴＦＴを含む走査線駆動回路１８、信号線Ｘ１〜Ｘｎを駆動する駆動ＴＦＴを含む信号線駆動回路１９などを有している。これら走査線駆動回路１８及び信号線駆動回路１９に含まれる駆動ＴＦＴは、ポリシリコン半導体層を有するｎチャネル型薄膜トランジスタ及びｐチャネル型薄膜トランジスタによって構成されている。
【００１９】
図１及び図２に示した液晶表示パネル１０は、例えばアレイ基板１００側から対向基板２００側に向けて選択的に光を透過する透過型である。このため、液晶表示装置は、図３に示すように、透過型の液晶表示パネル１０と、この液晶表示パネル１０を背面（アレイ基板１００の外面側）から照明するバックライトユニット４００と、を備えている。
【００２０】
図３に示した液晶表示装置の表示領域１０２において、アレイ基板１００は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板１１上に、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸにそれぞれ対応して形成された画素ＴＦＴ１２１、画素ＰＸ毎に画素ＴＦＴ１２１を覆うように形成されたカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、カラーフィルタ層２４上に画素ＰＸ毎に配置された画素電極１５１、カラーフィルタ層２４上に形成された柱状スペーサ３１、複数の画素電極１５１全体を覆うように形成された配向膜１３Ａなどを備えている。また、アレイ基板１００は、周辺領域１０４において、表示領域１０２の外周を取り囲むように配置された遮光層ＳＰを備えている。
【００２１】
カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、及び赤色（Ｒ）にそれぞれ着色され、対応する色の画素ＰＸ毎に配置されている。各カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、緑色、青色、及び赤色の各色成分の光をそれぞれ透過させる３色の着色樹脂層によって構成されている。
【００２２】
画素電極１５１は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透過性導電部材によって形成されている。各画素電極１５１は、これらカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を貫通するスルーホール２６を介して対応する画素ＴＦＴ１２１にそれぞれ接続されている。
【００２３】
各画素ＴＦＴ１２１は、図４に、より詳細な構造を示すように、ポリシリコン膜によって形成された半導体層１１２を有している。この半導体層１１２は、ガラス基板１１上に配置されたアンダーコーティング層６０上に配置され、チャネル領域１１２Ｃの両側にそれぞれ不純物をドープすることによって形成されたドレイン領域１１２Ｄ及びソース領域１１２Ｓを有している。
【００２４】
また、この画素ＴＦＴ１２１は、ゲート電極６３、ドレイン電極８８、及び、ソース電極８９を備えている。
【００２５】
ゲート電極６３は、走査線Ｙと一体に形成され、ゲート絶縁膜６２を介して半導体層１１２に対向して配置されている。ドレイン電極８８は、信号線Ｘと一体に形成され、ゲート絶縁膜６２及び層間絶縁膜７６を貫通するコンタクトホール７７を介して半導体層１１２のドレイン領域１１２Ｄに電気的に接続されることによって形成されている。
【００２６】
ソース電極８９は、ゲート絶縁膜６２及び層間絶縁膜７６を貫通するコンタクトホール７８を介して半導体層１１２のソース領域１１２Ｓに電気的に接続されることによって形成されている。また、ソース電極８９は、層間絶縁膜７６、ドレイン電極８８、及び、ソース電極８９を覆うカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に形成されたスルーホール２６を介して画素電極１５１に電気的に接続されている。
【００２７】
これにより、画素ＴＦＴ１２１は、走査線Ｙ及び信号線Ｘに接続され、走査線Ｙからの駆動電圧により導通し、信号線Ｘからの信号電圧を画素電極１５１に印加する。
【００２８】
画素電極１５１は、液晶容量ＣＬと電気的に並列な補助容量ＣＳを形成する補助容量素子に電気的に接続されている。すなわち、補助容量電極６１は、不純物ドープされたポリシリコン膜によって形成されている。この補助容量電極６１は、半導体層１２１と同層のアンダーコーティング層６０上に配置されている。また、補助容量電極６１は、ゲート絶縁膜６２及び層間絶縁膜７６を貫通するコンタクトホール７９を介してコンタクト電極８０に電気的に接続されている。このコンタクト電極８０は、カラーフィルタ層２４を貫通するコンタクトホール８１を介して画素電極１５１に電気的に接続されている。これにより、画素ＴＦＴ１２１のソース電極８９、画素電極３０、及び補助容量電極６１は、同電位となる。一方、補助容量線５２は、その少なくとも一部がゲート絶縁膜６２を介して補助容量電極６１に対向配置され、所定電位に設定されている。
【００２９】
これら信号線Ｘ、走査線Ｙ、及び補助容量線５２等の配線部は、アルミニウムや、モリブデン−タングステンなどの遮光性を有する低抵抗材料によって形成されている。この実施の形態では、互いに略平行に配置された走査線Ｙ及び補助容量線５２は、モリブデン−タングステンによって形成されている。また、層間絶縁膜７６を介して走査線Ｙに対して略直交するように配置された信号線Ｘは、主にアルミニウムによって形成されている。また、信号線Ｘと一体のドレイン電極８８、ソース電極８９、及び、コンタクト電極８０も、信号線Ｘと同様にアルミニウムによって形成されている。
【００３０】
一方、図３に示すように、遮光層ＳＰは、光の透過を遮るために黒色樹脂などの有色樹脂によって形成されている。柱状スペーサ３１は、黒色樹脂などの有色樹脂によって形成されている。この柱状スペーサ３１は、遮光性を有する配線部上に位置するよう赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置されている。配向膜１３Ａは、液晶層３００に含まれる液晶分子をアレイ基板１００に対して所定方向に配向する。
【００３１】
対向基板２００は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板２１上に形成された対向電極２０４、この対向電極２０４を覆う配向膜１３Ｂなどを有している。対向電極２０４は、ＩＴＯ等の光透過性導電部材によって形成されている。配向膜１３Ｂは、液晶層３００に含まれる液晶分子を対向基板２００に対して所定方向に配向する。
【００３２】
液晶表示パネル１０におけるアレイ基板１００の外面には、偏光板ＰＬ１が設けられているとともに、対向基板２００の外面には、偏光板ＰＬ２が設けられている。
【００３３】
このような液晶表示装置において、バックライトユニット４００から出射された光は、液晶表示パネル１０をアレイ基板１００の外面側から照明する。液晶表示パネル１０におけるアレイ基板１００側の偏光板ＰＬ１を通過して液晶表示パネル１０の内部に入射した光は、液晶組成物３００を介して変調され、対向基板２００側の偏光板ＰＬ２によって選択的に透過される。これにより、液晶表示パネル１０の表示領域１０２に画像が表示される。
【００３４】
ところで、上述した液晶表示パネル１０は、液晶層３００を通過する光の色毎に液晶層３００を挟持する基板間のギャップが異なるマルチギャップ構造を有している。すなわち、各画素ＰＸにおける基板間のギャップ（アレイ基板１００の配向膜１３Ａと対向基板２００の配向膜１３Ｂとで挟持される液晶層３００の厚さに対応）は、各画素ＰＸに配置されたカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を透過する光の主波長に応じて決定される。つまり、液晶層３００の屈折率異方性を考慮した実効的な液晶層３００の厚さ（ｄ・Δｎ）は、液晶層３００を通過する光（各画素ＰＸに配置されたカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を透過する光の主波長）の透過率Ｔが最大となるように設定される。
【００３５】
図３に示した実施の形態では、アレイ基板１００と対向基板２００とを互いに平行に配置した場合、赤色カラーフィルタ層２４Ｒの膜厚が最も小さく、青色カラーフィルタ層２４Ｂの膜厚が最も大きい。
赤色カラーフィルタ層の膜厚＜緑色カラーフィルタ層の膜厚＜青色カラーフィルタ層の膜厚
これにより、表示領域１０２には、ギャップの異なる２種類以上の画素が形成される。つまり、赤色カラーフィルタ層２４Ｒを有する赤色画素でのギャップが最も大きく、青色カラーフィルタ層２４Ｂを有する青色画素でのギャップが最も小さいマルチギャップ構造が構成される。
赤色画素のギャップ＞緑色画素のギャップ＞青色画素のギャップ
柱状スペーサ３１は、最もギャップの大きい画素に配置されている。この実施の形態では、柱状スペーサ３１は、赤色画素における赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置されている。
【００３６】
すなわち、上述したようなマルチギャップ構造においては、柱状スペーサ３１は、いずれか１色のカラーフィルタ層２４上に配置することが望ましい。これは、以下の理由によるものである。カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の膜厚が色毎に異なる構造においては、同一形状の柱状スペーサを配置した場合、いずれのカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に配置された柱状スペーサも同一の高さとなる。このような形状の柱状スペーサは、マルチギャップ構造のそれぞれのギャップを支持することができない。また、ギャップの異なる画素毎に、異なる高さの柱状スペーサを配置するためには、それぞれの柱状スペーサを別個に形成する必要がある。このため、同様の柱状スペーサ形成プロセスを３回繰り返さなければならない。これにより、製造工程数が大幅に増加してしまい、製造コストの増加に繋がる。
【００３７】
そこで、柱状スペーサ３１をいずれか１色のカラーフィルタ層２４上に配置する場合は、マルチギャップ構造のギャップを確実に支持できるとともに、製造工程数の大幅な増加がなく、製造コストを低減できる。さらに、遮光層ＳＰと柱状スペーサ３１とを同時に形成することにより、さらに製造工程数を削減することができる。
【００３８】
しかしながら、遮光層ＳＰに適用するような有色樹脂、特に黒色の感光性樹脂を用いた場合、フォトリソグラフィプロセスにおける露光工程において、感光性樹脂の深部まで露光できないことがある。すなわち、光の照射によって架橋して不溶化するネガ型の感光性樹脂材料で柱状スペーサを形成した場合、深部まで光架橋反応が進行せず、深部が現像液に溶解し、結果として柱状スペーサが逆テーパ形状になりやすい。このような形状の柱状スペーサは、支持強度が弱いばかりでなく、多少の衝撃によって欠落しやすい。したがって、ギャップの均一性が損なわれ、表示不良を招くおそれがある。
【００３９】
この実施の形態では、マルチギャップ構造において、遮光層ＳＰと柱状スペーサ３１とを同一工程にて同一材料によって形成することで、製造工程数を削減しつつ、柱状スペーサ３１を、ギャップの最も大きい画素すなわち赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置することによって、逆テーパ形状を起こりにくくしている。
【００４０】
以下に、この原理について黒色顔料を添加した感光性樹脂におけるフォトリソグラフィプロセスを例に説明する。図５は、黒色樹脂のプロセスマージンを説明するための図であり、（ａ）は比較的膜厚の厚い場合に対応し、（ｂ）は比較的膜厚の薄い場合に対応する。
【００４１】
すなわち、図５の（ａ）に示すように、膜厚の厚い黒色樹脂によって柱状スペーサ及び遮光層ＳＰを同時に形成する場合、感光性樹脂中に分散される黒色顔料の濃度を低くしても、遮光層ＳＰにおいて十分な遮光性を確保することができる。このように、黒色顔料濃度を低くすることにより、露光工程にて照射される光が深部まで到達し、光架橋反応が進行する。このため、現像工程において、柱状スペーサが逆テーパ形状になりにくくなる。
【００４２】
さらに、黒色顔料濃度が低いため、感光性樹脂とその下地層（基板など）との密着力が低下し、現像プロセスによって柱状スペーサ周辺の残渣が完全に消失するまでの所要時間が短くなる。このため、残渣が完全に消滅するまでの時間と、逆テーパ形状によって柱状スペーサとして十分な支持強度が得られなくなるまでの時間との間隔が長い。これは、現像工程におけるプロセスマージンが広いことを意味する。すなわち、逆テーパ形状の柱状スペーサが形成されにくくなって、上述した逆テーパ形状の柱状スペーサに起因した課題を解決することができる。
【００４３】
一方、図５の（ｂ）に示すように、膜厚の薄い黒色樹脂によって柱状スペーサ及び遮光層ＳＰを同時に形成する場合、感光性樹脂中に分散される黒色顔料の濃度を高くしなければ、遮光層ＳＰにおいて十分な遮光性を確保することができない。このように、黒色顔料濃度を高くすることにより、例え薄い膜厚であっても露光工程にて照射される光が深部まで到達しにくくなり、光架橋反応が進行しにくくなる。このため、現像工程において、柱状スペーサが逆テーパ形状になりやすい。
【００４４】
さらに、黒色顔料濃度が高いため、感光性樹脂とその下地層（基板など）との密着力が強く、現像プロセスによって柱状スペーサ周辺の残渣が完全に消失するまでの所要時間が長くなる。このため、残渣が完全に消滅するまでの時間と、逆テーパ形状によって柱状スペーサとして十分な支持強度が得られなくなるまでの時間との間隔が短い。これは、現像工程におけるプロセスマージンが狭いことを意味する。
【００４５】
また、黒色樹脂によって柱状スペーサを形成した場合、感光性樹脂に添加される黒色顔料の濃度は、２０〜３０ｗｔ％程度が生産性の観点から望ましいことが見出された。黒色樹脂によって形成した柱状スペーサにおいては、黒色顔料濃度が０．５ｗｔ％高くなると、逆テーパ形状によって柱状スペーサとして十分な支持強度が得られなくなるまでの時間が約１秒短くなるため、プロセスマージンが約１秒短縮することになる。
【００４６】
さらに、現像工程のプロセスマージンは、一般的なフォトリソグラフィプロセスの変動を考慮すると、１０秒以上必要であることが確認された。このような観点に基づいて十分なプロセスマージンを確保するように黒色樹脂の材料、現像条件など、種々の条件を調整する。
【００４７】
このとき、遮光層ＳＰは、柱状スペーサ３１と同一工程により同一材料によって形成されるため、柱状スペーサ３１の高さと同等の膜厚となる。したがって、上述した黒色顔料濃度において、柱状スペーサ３１の高さとして下限値が選択された場合であっても、それと同等の膜厚で形成された遮光層ＳＰは、当然のことながら十分な遮光性（光学濃度Ｏ．Ｄ．として４．０以上）を有する。
【００４８】
したがって、マルチギャップ構造においては、遮光層ＳＰと同一材料からなる柱状スペーサ３１は、ギャップが最大の画素に配置することが効果的であり、上述した実施の形態では、赤色画素における赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置することが望ましい。これにより、各画素において、液晶層３００を通過する光の透過率Ｔが最大となるような所望のギャップを形成することができる。
上述したマルチギャップ構造について、さらに具体的に説明する。例えば、図３に示した構造において、赤色画素及び青色画素に着目する。
【００４９】
すなわち、画像を表示する表示領域１０２において、ギャップの異なる少なくとも２種類の画素がマトリクス状に配置され、第１基板としてのアレイ基板１００は、赤色画素（第１画素）に対応して赤色カラーフィルタ層（第１カラーフィルタ層）２４Ｒを有するとともに、青色画素（第２画素）に対応して青色カラーフィルタ層（第２カラーフィルタ層）２４Ｂ及び柱状スペーサ３１を有する。
【００５０】
赤色カラーフィルタ層２４Ｒは、例えば３．０μｍの第１膜厚を有する。これに対して、青色カラーフィルタ層２４Ｂは、第１膜厚より厚い第２膜厚を有し、例えば４．０μｍの膜厚を有する。
【００５１】
柱状スペーサ３１は、最も大きいギャップを有する画素として赤色画素のカラーフィルタ層２４Ｒ上に配置され、対向基板２００に接触してアレイ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００を挟持するためのギャップを形成し、赤色画素においては例えば約５．０μｍのギャップが形成される。すなわち、柱状スペーサ３１は、例えば約５．０μｍの高さを有する。また、青色画素においては、約４．０μｍのギャップが形成される。これによって、所望のマルチギャップが形成される。
【００５２】
この柱状スペーサ３１は、表示領域１０２の周縁に沿って額縁状に配置された光遮光性を有する遮光層ＳＰと同一工程にて同一材料によって形成される。柱状スペーサ３１及び遮光層ＳＰは、例えば黒色樹脂によって形成される。このように、表示領域１０２に配置されたギャップの異なる２種類以上の画素のうち、柱状スペーサ３１は、最もギャップの大きい画素のみに配置されるため、それぞれ高さの異なる柱状スペーサを個別に形成する工程が不要となるばかりでなく、遮光層ＳＰと同一材料によって形成されるため、さらに工程数を削減することができる。
【００５３】
次に、上述した液晶表示パネル１０の製造方法について説明する。
【００５４】
アレイ基板１００の製造工程では、まず、ガラス基板１１上にアンダーコーティング層６０を形成した後、画素ＴＦＴ１２１などのポリシリコン半導体層１１２及び補助容量電極６１を形成する。続いて、ゲート絶縁膜６２を形成した後、走査線Ｙ、補助容量線５２、及び、走査線Ｙと一体のゲート電極６３などの各種配線を形成する。
【００５５】
続いて、ゲート電極６３をマスクとして、ポリシリコン半導体層１１２に不純物を注入し、ドレイン領域１１２Ｄ及びソース領域１１２Ｓを形成した後、基板全体をアニールすることにより不純物を活性化する。続いて、層間絶縁膜７６を形成した後、ゲート絶縁膜６２及び層間絶縁膜７６を貫通して各コンタクトホール７７、７８、７９を形成する。続いて、信号線Ｘを形成するとともに、信号線Ｘと一体に画素ＴＦＴ１２１のドレイン電極８８、ソース電極８９、及びコンタクト電極８０を形成する。
【００５６】
続いて、各色の画素毎に対応する色のカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を形成する。すなわち、スピンナーにより、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）を基板全面に塗布する。そして、このレジスト膜を、赤色画素に対応した部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光する。そして、このレジスト膜をＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、さらに水洗した後、焼成する。これにより、３．０μｍの膜厚を有する赤色カラーフィルタ層２４Ｒを形成する。
【００５７】
続いて、同様の工程を繰り返すことにより、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）からなる３．４μｍの膜厚を有する緑色カラーフィルタ層２４Ｇ、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）からなる４．０μｍの膜厚を有する青色カラーフィルタ層２４Ｂを形成する。
【００５８】
これらのカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の形成工程では、スルーホール２６及びコンタクトホール８１も同時に形成する。
【００５９】
続いて、画素電極１５１を形成した後、赤色画素に所望のギャップを形成するための柱状スペーサ３１を形成すると同時に表示領域周縁の遮光層ＳＰを形成する。すなわち、スピンナーにより、例えば黒色顔料を２０ｗｔ％添加した紫外線硬化性アクリル樹脂レジストＮＮ６００（ＪＳＲ（株）製）を基板全面に所定の膜厚で塗布する。そして、この樹脂材料を９０℃で１０分間乾燥した後に、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて３６５ｎｍの波長で、１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光する。そして、この樹脂材料をｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃で６０分間焼成する。
【００６０】
これにより、遮光層ＳＰを形成するとともに、最も膜厚の小さなカラーフィルタ層である赤色カラーフィルタ層２４Ｒ上に底面が２０μｍ×２０μｍの大きさを有するとともに約５．０μｍの高さを有する柱状スペーサ３１を形成する。このときに形成された柱状スペーサ３１を走査型電子顕微鏡にて確認したところ、図６の（ａ）に示すように、良好な順テーパ形状となっており、しかも、その周辺の残渣が完全に消滅していた。
【００６１】
なお、このときの黒色樹脂の現像溶解速度は、生産性を考慮して毎秒０．１μｍとした。また、このときの現像工程のプロセスマージンは、１０秒であることが確認された。
【００６２】
続いて、基板全面に、垂直配向膜材料ＳＥ−７５１１Ｌ（日産化学工業（株）製）を塗布し、焼成し、配向膜１３Ａを形成する。
これにより、アレイ基板１００が製造される。
【００６３】
一方、対向基板２００の製造工程では、まず、ガラス基板２１上に対向電極２２した後、基板全体に垂直配向膜材料ＳＥ−７５１１Ｌ（日産化学工業（株）製）を塗布し、焼成し、配向膜１３Ｂを形成する。
これにより、対向基板２００が製造される。
【００６４】
液晶表示パネル１０の製造工程では、シール部材１０６を液晶注入口３２を残してアレイ基板１００の外縁に沿って印刷塗布し、さらに、アレイ基板１００から対向電極２００に電圧を印加するための電極転移材をシール部材１０６の周辺の電極転移電極上に形成する。続いて、アレイ基板１００の配向膜１３Ａと対向基板２００の配向膜１３Ｂとが互いに対向するようにアレイ基板１００と対向基板２００とを配置し、加熱してシール部材１０６を硬化させて両基板を貼り合わせる。続いて、ＭＬＣ−２０３９（ＭＥＲＣＫ社製）などの液晶組成物を液晶注入口３２から注入し、さらに液晶注入口３２を封止部材３３によって封止することによって液晶層３００を形成する。
【００６５】
以上のような製造方法によって液晶表示パネルが製造される。液晶表示装置における表示モードとしては、本実施形態の他に、例えばＴＮ（ツイステッド ネマティック）モード、ＳＴ（スーパー ツイステッド ネマティック）モード、ＧＨ（ゲスト−ホスト）モード、ＥＣＢ（電界制御複屈折）モード、強誘電性液晶などが適用可能である。
【００６６】
このようにして製造したカラー液晶表示装置は、液晶層３００を通過する光の主波長に応じて最大の透過率が得れるような所望のギャップを有するマルチギャップ構造を構成することができ、しかも、色視野角特性に優れ、良好な表示品位を得ることができる。
【００６７】
しかも、マルチギャップ構造を支持するために、最もギャップの大きい画素に柱状スペーサを配置することにより、形成すべき柱状スペーサの高さが高くなる分だけ添加される黒色顔料濃度を低く抑えることができる。これにより、柱状スペーサが遮光層を形成する遮光性材料を用いて形成される場合、比較的厚い膜厚の感光性樹脂層から形成されるが、黒色顔料が低いため、深部まで架橋反応が進行して不溶化し、逆テーパ形状になりにくい。つまり、この感光性樹脂層の現像工程におけるプロセスマージンを十分に確保することができる。
【００６８】
したがって、柱状スペーサ及び遮光層が同一工程にて同一材料で形成可能であるため、製造コストを低減することができるとともに、製造歩留まりを向上することができる。また、柱状スペーサの逆テーパ形状による支持強度の不足及び柱状スペーサの欠落を抑制することができ、ギャップ不良に起因した表示不良の発生を防止することができる。さらに、一方の基板側にカラーフィルタ層と柱状スペーサとを一体に形成したことにより、球状体または円柱状体のスペーサを用いたときに起こり得る課題を解消することができ、表示品位を改善することができる。
【００６９】
なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更が可能である。以下に、この発明の他の実施の形態について説明する。なお、上述した実施の形態と同一の構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７０】
すなわち、図７に示すように、他の実施の形態に係る液晶表示パネル１０のアレイ基板１００は、表示領域１０２において、ガラス基板などの透明な絶縁性基板１１上に、マトリクス状に配置された複数の画素にそれぞれ対応して形成されたスイッチング素子すなわち画素ＴＦＴ１２１、画素ＴＦＴ１２１を含む表示領域１０２を覆って形成される絶縁層２５、絶縁層２５上に画素毎に配置されスルーホール２６を介して画素ＴＦＴ１２１に接続された画素電極１５１、及び複数の画素電極１５１全体を覆うように形成された配向膜１３Ａを備えている。
【００７１】
対向基板２００は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板２１上の表示領域１０２内において画素毎に割り当てられて形成されたカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を備えている。また、対向基板２００は、カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に形成されたすべての画素に共通の対向電極２０４、及びこの対向電極２０４を覆う配向膜１３Ｂを有している。さらに、対向基板２００は、周辺領域１０４において、表示領域１０２の周縁に沿って配置された遮光層ＳＰを備えている。さらにまた、対向基板２００は、最もギャップの大きい画素に配置されたカラーフィルタ層２４Ｒ上にマルチギャップ構造に対応可能な柱状スペーサ３１を備えている。
【００７２】
上述したマルチギャップ構造について、さらに具体的に説明する。例えば、図７に示した構造において、赤色画素及び青色画素に着目する。
【００７３】
すなわち、第１基板としての対向基板２００は、赤色画素（第１画素）に対応して赤色カラーフィルタ層（第１カラーフィルタ層）２４Ｒを有するとともに、青色画素（第２画素）に対応して青色カラーフィルタ層（第２カラーフィルタ層）２４Ｂ及び柱状スペーサ３１を有する。
【００７４】
赤色カラーフィルタ層２４Ｒは、第１膜厚を有し、青色カラーフィルタ層２４Ｂは、第１膜厚より厚い第２膜厚を有する。柱状スペーサ３１は、最も大きいギャップを有する画素として赤色画素のカラーフィルタ層２４Ｒ上に配置され、アレイ基板１００に接触してアレイ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００を挟持するためのギャップを形成する。これによって、所望のマルチギャップが形成される。
【００７５】
この柱状スペーサ３１は、遮光層ＳＰと同一工程にて同一材料によって形成されるため、製造工程数を削減することができる。したがって、このような構成の液晶表示装置においても、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
また、図８に示すように、他の実施の形態に係る液晶表示パネル１０のアレイ基板１００は、表示領域１０２において、ガラス基板などの透明な絶縁性基板１１上に、マトリクス状に配置された複数の画素にそれぞれ対応して形成されたスイッチング素子すなわち画素ＴＦＴ１２１、画素毎に割り当てられて形成されたカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に画素毎に配置されスルーホール２６を介して画素ＴＦＴ１２１に接続された画素電極１５１、及び複数の画素電極１５１全体を覆うように形成された配向膜１３Ａを備えている。
【００７７】
対向基板２００は、ガラス基板などの透明な絶縁性基板２１上の表示領域１０２内において、すべての画素に共通の対向電極２０４、及びこの対向電極２０４を覆う配向膜１３Ｂを有している。また、対向基板２００は、カラーフィルタ層２４Ｒ上に配置されるようマルチギャップ構造に対応可能な柱状スペーサ３１（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を備えている。
【００７８】
上述したマルチギャップ構造について、さらに具体的に説明する。例えば、図８に示した構造において、赤色画素及び青色画素に着目する。
【００７９】
すなわち、第１基板としてのアレイ基板１００は、赤色画素（第１画素）に対応して赤色カラーフィルタ層（第１カラーフィルタ層）２４Ｒを備えるとともに青色画素（第２画素）に対応して青色カラーフィルタ層（第２カラーフィルタ層）２４Ｂを備えている。第２基板としての対向基板２００は、赤色画素に対応して柱状スペーサ３１を備えている。
【００８０】
赤色カラーフィルタ層２４Ｒは、第１膜厚を有し、青色カラーフィルタ層２４Ｂは、第１膜厚より厚い第２膜厚を有する。柱状スペーサ３１は、最も大きいギャップを有する画素として赤色画素のカラーフィルタ層２４Ｒに接触してアレイ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００を挟持するためのギャップを形成する。これによって、所望のマルチギャップが形成される。
【００８１】
この柱状スペーサ３１は、遮光層ＳＰと同一工程にて同一材料によって形成されるため、製造工程数を削減することができる。したがって、このような構成の液晶表示装置においても、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８２】
なお、図８に示した実施の形態では、アレイ基板１００にカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を形成し、対向基板２００に柱状スペーサ３１及び遮光層ＳＰを形成したが、対向基板２００にカラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を形成し、アレイ基板１００に柱状スペーサ３１及び遮光層ＳＰを形成しても良い。
【００８３】
また、上述した各実施の形態では、透過型液晶パネルを例に説明したが、反射型液晶パネルに適用した場合であっても上述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（比較例）
図３を用いて説明した実施の形態に係る液晶表示装置において、黒色の柱状スペーサを緑色画素のカラーフィルタ層２４Ｇ上のみに配置し、４．６μｍの高さに形成するとともに、遮光層ＳＰにおける遮光性を確保するために黒色顔料濃度を９％増加させる以外は全く同様に液晶表示装置を作製した。このような柱状スペーサを形成するに現像工程のプロセスマージンは、上述した実施の形態と比べて柱状スペーサの高さを０．４μｍ低くして、黒色顔料濃度を増加させたことによって３秒しか得られなかった。このときに形成された柱状スペーサを走査型電子顕微鏡にて確認したところ、図６の（ｂ）に示すような逆テーパに起因した欠落や、図６の（ｃ）に示すような逆テーパ形状が確認された。このようにして作製された液晶表示装置を評価したところ、局所的にギャップ不良を発生し、これに起因して表示不良を発生した。
【００８５】
以上説明したように、この発明の液晶表示装置によれば、各画素において、色毎に所定の膜厚のカラーフィルタ層を形成し、カラーフィルタ層の膜厚の差を補償するような高さを有する柱状スペーサを形成したことにより、液晶層を通過する光の透過率が最大となるような所望のギャップを有するマルチギャップ構造を実現することができる。これにより、色別の視野角特性を向上することができ、表示品位を向上することができる。
【００８６】
また、ギャップの異なる複数種類の画素のうち、最もギャップの大きい画素に柱状スペーサを配置することにより、遮光層を形成する遮光性樹脂材料を用いて柱状スペーサを形成した場合であっても、良好な順テーパ形状を形成することができ、十分な支持強度を確保することができる。また、遮光層及び柱状スペーサを同一工程において同一材料で形成することができ、製造コストを低減することができるとともに製造歩留まりを向上することができる。
【００８７】
さらに、柱状スペーサ及び遮光層を同時に形成する場合において、柱状スペーサを最もギャップの大きい画素に配置する、すなわち、柱状スペーサの高さを高くすることは、遮光層の膜厚を厚くすることに対応する。遮光層の膜厚を厚くすることによって、遮光層として十分な光学濃度の遮光性を確保するために必要な黒色顔料濃度を低くすることができる。これにより、露光工程にて照射される光が感光性樹脂材料の深部まで到達しやすくなり、逆テーパ形状を形成しにくくすることができる。
【００８８】
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合組み合わせによる効果が得られる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、安価で製造歩留まりが高く、しかも表示品位の優れた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の液晶表示装置に適用される液晶表示パネルの構造を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した液晶表示パネルの構成を概略的に示す回路ブロック図である。
【図３】図３は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、図３に示した液晶表示装置を構成するアレイ基板の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】図５の（ａ）及び（ｂ）は、黒色樹脂の膜厚及び黒色顔料濃度に対する現像工程におけるプロセスマージンを説明するための図である。
【図６】図６の（ａ）は、この実施の形態で形成される柱状スペーサの形状を示す図であり、図６の（ｂ）及び（ｃ）は、比較例で形成される柱状スペーサの形状を示す図である。
【図７】図７は、この発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、この発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示パネル
２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…カラーフィルタ層
３１…柱状スペーサ
１００…アレイ基板
１０２…表示領域
２００…対向基板
３００…液晶層
ＰＸ…画素

Claims (8)

1. 第１基板と第２基板との間に液晶層を挟持して構成された液晶表示装置において、
   画像を表示する表示領域にマトリクス状に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間に前記液晶層を挟持するためのギャップが異なる複数種類の画素と、
   前記複数種類の画素のうち、最も大きいギャップを有する画素において前記ギャップを形成するために前記第１基板と前記第２基板との間に配置された柱状スペーサと、
   前記表示領域周辺の周辺領域に配置され、前記表示領域の周縁に沿って額縁状に配置された遮光層と、を備え、
   前記柱状スペーサ及び前記遮光層は、同一材料によって形成されたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記複数種類の画素は、前記液晶層を通過する光の主波長が異なり、
   第１画素は、第１膜厚を有する第１色の第１カラーフィルタ層を備え、
   第２画素は、第１膜厚より厚い第２膜厚を有する第２色の第２カラーフィルタ層を備え、
   前記柱状スペーサは、前記第１カラーフィルタ層上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記柱状スペーサ及び前記遮光層は、黒色樹脂によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１色の主波長は、前記第２色の主波長より長波長であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板は、前記第１カラーフィルタ層及び前記第２カラーフィルタ層と、前記柱状スペーサとを備え、
   前記柱状スペーサが前記第２基板に接触して前記ギャップを形成することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１基板は、前記第１カラーフィルタ層及び前記第２カラーフィルタ層を備え、
   前記第２基板は、前記柱状スペーサを備え、
   前記柱状スペーサが前記第２カラーフィルタ層に接触して前記ギャップを形成することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１基板は、行方向に配列された走査線と、列方向に配列された信号線と、前記走査線と前記信号線との交差部近傍に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続されマトリクス状に配置された画素電極と、を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１基板は、すべての画素に共通の対向電極を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の液晶表示装置。

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