JP2004246289A - インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ディスプレイは、薄膜トランジスタアレイ、インク隔離壁、カラーフィルタおよびピクセル電極層を含む。インク隔離層は薄膜トランジスタアレイに形成され、電気制御回路上に透明領域および不透明領域のブラックマトリクスを構成する。透明領域の各々は、インク隔離壁により形成された密閉空間によって包囲されている。カラーフィルタは、インクジェット技術によって密閉空間の内側に注入される。カラーフィルタは薄膜トランジスタアレイに直接作製されるので、従って、ディスプレイアセンブリは容易にアラインメントが得られるようになり、開口率は増大し、ディスプレイの画質は改善される。
【選択図】 図１Ｂ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイ、特にインクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、光学技術および半導体技術の急速な進歩により電気製品に広く応用されている。さらに、高画質、小型な大きさ、軽量、低駆動電圧および低電力消費という利点により、ＬＣＤは、ポータブルコンピュータ、パーソナルディジタルアシスタント、カラーテレビにも導入され、従来の表示装置に使用されてきた陰極線管（ＣＲＴ）にしだいに取って代わっている。ＬＣＤは主流の表示装置になりつつある。
【０００３】
ＬＣＤの主要部品は、液晶が内部に密封された２つの平行な透明基板から構成される液晶（ＬＣ）装置である。ＬＣＤの主要な傾向は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶ディスプレイである。ＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程は４つの部分に分けることができる。すなわち、ＴＦＴアレイ工程、カラーフィルタ（ＣＦ）工程、ＬＣセル組立て工程、液晶モジュール（ＬＣＭ）工程。
【０００４】
ＴＦＴアレイ工程は、ＴＦＴ基板を製作するために使用される。個々のＴＦＴは、１個のピクセル電極とそれぞれアラインメントが取られる。ＣＦ工程は、カラーフィルタ基板を製作するために使用される。異なるカラーフィルタシートから構成されるカラーフィルタ層がカラーフィルタ基板に配置され、ブラックマトリクス層が各カラーフィルタシートを包囲する。
【０００５】
ＬＣセル組立て工程はＴＦＴ基板およびＣＦ基板を平行に組立てるために使用され、ビードスペーサがそれらの間に延展してＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に一定距離、すなわちセルギャップを維持する。ＬＣがセルギャップに注入されてから、注入開口は密閉される。基本的に、個々のピクセル電極はそれぞれ１枚のカラーフィルタシートと対応しており、ブラックマトリクス層は、ＴＦＴおよび、異なるＴＦＴを接続する金属線を被覆する。
【０００６】
ＬＣＭ工程は、偏光板をパネルに取り付けて、ドライバＩＣとパネル回路とを電気的に接続するために使用される。その後、反射板およびバックライトがパネルに組立てられる。バーンインステップの後、ＬＣＭ工程は終了する。
【０００７】
一般に、ＴＦＴによって制御される液晶分子軸の方向は、各ピクセルが光を透過させるか否かを決定する。各ピクセルの色はカラーフィルタシートの色によって決定される。例えば、光が赤のカラーフィルタシートを通過すると、赤のスポットがパネルに示される。赤色、緑色および青色を混ぜることにより、フルカラー画像を示すことができる。
【０００８】
ピクセル電極とカラーフィルタシートとの間にある液晶分子の分子軸は精確に制御されなければならないので、カラーフィルタおよびＴＦＴ基板も精確にアラインメントを得なければならない。アラインメントの許容誤差はわずか数マイクロメートル以内にすぎない。
【０００９】
カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との熱膨張率が異なるので、ピクセル電極とカラーフィルタシートとの精確なアラインメントは得にくい。この問題によって製品歩留りの減少および製造コストの増大が生じる。この問題はますます大きくなる基板のサイズによって悪化する。従って、光の漏れおよびパネルの「コインむら（ｃｏｉｎ ｍｕｒａ）」効果が発生する。
【００１０】
ブラックマトリクスのサイズを増大させると、アラインメント精度を高めるが、ＬＣＤのカラーコントラストおよび輝度を低下させる。すなわち、開口率が減少し、画像の品質は低下する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＣセル組立て工程の間に２つの基板のアラインメントを得る必要がなく、高開口率および高品質の画像を実現する改善された液晶ディスプレイを提供する必要性が存在する。従って、本発明の目的は、薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを直接形成し、カラーフィルタをピクセル電極と正確にアラインメントを得るために、アレイ技術のカラーフィルタを利用することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを直接作製し、製造コストを低減するために、カラー樹脂を伴うインク注ジェット技術を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を実現するために、本発明は、インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイを提供する。液晶ディスプレイは、薄膜トランジスタアレイ、インク隔離壁、カラーフィルタおよびピクセル電極層を含む。薄膜トランジスタアレイは、基板および制御回路を備える。インク隔離壁は、薄膜トランジスタアレイに形成され、透明領域およびブラックマトリクスを作成する。個々の透明領域は、インク隔離壁によって形成された密閉空間により包囲される。カラーフィルタは、インクジェット技術により密閉空間に注入されるカラーインクで作られる。ピクセル電極層は、液晶ディスプレイの液晶分子軸の方向を制御するためにインク隔離壁およびカラーフィルタに形成される。
【００１４】
基板は透明ガラス基板を利用し、制御回路は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極およびコンデンサよりなる。インク隔離壁は樹脂材料で作られる。個々の透明領域は、液晶ディスプレイのピクセルである。ブラックマトリクスは、光の漏れを防ぐために利用される。カラーフィルタは、赤、青および緑を含むカラー樹脂インクで作られる。ピクセル電極はインジウム−スズ酸化物で作られる。インクジェット技術は、圧電方式インクジェット技術またはサーマルバブル方式インクジェット技術を含む。
【００１５】
本発明の別の側面は、インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイを製造する方法を提供することである。方法は以下のステップを含む。第一に、液晶ディスプレイの基板および制御回路を含む薄膜トランジスタアレイを設ける。そして、薄膜トランジスタアレイにインク隔離壁を形成して、透明領域およびブラックマトリクスを作成する。個々の透明領域は、インク隔離壁により形成された密閉空間によって包囲されている。インクジェット技術を利用して、密閉空間にカラーインクを注入し、カラーフィルタを形成する。最後に、ピクセル電極層をインク隔離壁およびカラーフィルタに堆積させて、液晶ディスプレイの液晶分子軸の方向を制御する。
【００１６】
このようにして、本発明に従ったインクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイおよびその製造方法は、カラーフィルタとピクセル電極との間のアラインメントを増強し、画質を改善し、製造コストを低減する。
【００１７】
本発明の上述の態様および付随する効果の多くは、添付図面と連係してなされる以下の詳細な説明によってより本発明が良好に理解されると、いっそう容易に評価されるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下の説明は、本発明を実行する現に最良に想定される態様のものである。この説明は、限定的意味に取るべきではなく、単に本発明の一般原理を説明するためになされている。本発明の範囲は、添付請求項を参照することによって決定されなければならない。
【００１９】
図１Ａおよび１Ｂは、典型的な非晶質シリコン薄膜トランジスタアレイ構造である。ゲート電極１８０、コンデンサ１２０、第１の絶縁層１３０、第２の絶縁層１６０、ソース電極１５０、ドレイン電極１９０およびチャネル電極１４０が、透明ガラス基板１１０上に形成されている。ソース電極１５０を露出するために、第２の絶縁層１６０にコンタクトホール１７０が形成されている。
【００２０】
図２Ａおよび２Ｂに言及すれば、本発明に従ったＴＦＴアレイはさらに、その上にインク隔離壁２１０を形成する。インク隔離壁２１０は不透明材料で作られ、従ってＴＦＴアレイは、透明領域および不透明領域、すなわちブラックマトリクスになる。このようにして、インク隔離壁２１０は、インク隔離およびブラックマトリクスの機能を組み合わせる。インク隔離の機能は、インク隔離壁２１０がその中にインクを閉塞してピクセルのカラーフィルタを形成することを意味する。ブラックマトリクスの機能は光の漏れを防ぐことである。隔離壁２１０は、樹脂を含むいずれかの種類の不透明材料よりなる。本発明は、その材料が不透明で、内側にインクを閉塞できる限り、インク隔離壁の材料を限定しない。
【００２１】
図３Ａおよび３Ｂに言及すれば、インクが、赤、青および緑の各色を備えるすべてのピクセルの隔離壁２１０に注入される。本発明は、インクジェット技術を利用してＴＦＴアレイで直接隔離壁にインクを注入する。従って、ピクセル電極とカラーフィルタシートとの間のアラインメントの問題がまったく存在しない。カラーフィルタが完全にＴＦＴアレイに適合するので、画質は改善される。たとえＴＦＴ−ＬＣＤのサイズが増大しても、２つのガラス基板間のアラインメントの問題はまったくない。本発明は、カラーフィルタのために隔離壁に注入されるカラーインクとしてカラー樹脂を利用することができる。
【００２２】
図４Ａおよび４Ｂに言及すれば、インク３１０がインク隔離壁２１０に注入された後、ピクセル電極４１０が、インク３１０の上に直接基板１１０に形成される。ピクセル電極４１０はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）で作られており、従ってピクセル電極４１０は透明電極である。ピクセル電極４１０は液晶分子軸の方向を制御し、ピクセルが光を透過させるか否かを決定する。
【００２３】
本発明に従ったＴＦＴ−ＬＣＤは、ＴＦＴアレイにインクを直接注入する。アレイ技術のカラーフィルタの場合、他方の基板はコモン電極を必要とするだけである。従って、ＬＣセル組立て工程において、２つの基板は容易に組立てられ、開口率および画質は向上する。本発明は、より大型のＴＦＴ−ＬＣＤ製造の問題を解決するための良好な解決策を提供する。ＴＦＴ−ＬＣＤテレビといった大型のＴＦＴ−ＬＣＤがより容易に製造でき、画質はより良好になり得る。本発明は、インクを注入するために、圧電方式インクジェット技術およびサーマルバブル方式インクジェット技術といったインクジェット技術を利用する。本発明はさらに、インクのむだを可能な限り低減するために、ドロップ オン デマンド方式インクジェット技術を組み合わせる。
【００２４】
本発明は非晶質シリコン薄膜トランジスタアレイに限定されるものではなく、本発明はポリシリコン薄膜トランジスタアレイでも利用できる。また、カラーインクジェット技術は、製造コストを低減するためにポリマー発光ダイオード製造にも使用できる。本発明はＴＦＴ−ＬＣＤ製造に多大な貢献を付与する。当業者には理解される通り、本発明の上述の好ましい実施形態は、本発明の限定というよりもむしろ本発明の例示である。様々な修正および類似の構成が添付請求項の精神および範囲内に含まれ、その範囲はすべてのそうした修正および類似の構造を包含するように最も広範な解釈が与えられなければならないものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを形成するための連続工程を示す本発明に従った一実施形態の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの断面図である。
【図２Ａ】薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを形成するための連続工程を示す本発明に従った一実施形態の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの断面図である。
【図３Ａ】薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを形成するための連続工程を示す本発明に従った一実施形態の平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの断面図である。
【図４Ａ】薄膜トランジスタアレイにカラーフィルタを形成するための連続工程を示す本発明に従った一実施形態の平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの断面図である。
【符号の説明】
１１０ 透明ガラス基板
１２０ コンデンサ
１３０ 第１の絶縁層
１４０ チャネル電極
１５０ ソース電極
１６０ 第２の絶縁層
１７０ コンタクトホール
１８０ ゲート電極
１９０ ドレイン電極
２１０ インク隔離壁
３１０ インク
４１０ ピクセル電極

Claims (22)

1. インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイであって、液晶ディスプレイは、
   液晶ディスプレイの基板および制御回路を備える薄膜トランジスタアレイと、
   透明領域およびブラックマトリクスを作成するために薄膜トランジスタアレイに形成されたインク隔離壁であって、個々の透明領域はインク隔離壁によって形成された密閉空間により包囲されているインク隔離壁と、
   インクジェット技術によって密閉空間に注入されたカラーインクで作られたカラーフィルタと、
   液晶ディスプレイの液晶分子軸の方向を制御するためにインク隔離壁およびカラーフィルタの上に形成しているピクセル電極層とを含む、液晶ディスプレイ。
2. 上記基板は透明ガラス基板により形成されている請求項１記載の液晶ディスプレイ。
3. 上記制御回路は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極およびコンデンサを含む、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
4. 上記インク隔離壁は樹脂材料で作られている、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
5. 上記透明領域の各々は液晶ディスプレイのピクセルである、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
6. 光の漏れを防ぐためにブラックマトリクスが利用されている、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
7. 上記カラーフィルタは、赤、緑および青のカラーフィルタよりなる、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
8. 上記カラーフィルタはカラー樹脂インクで作られている、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
9. 上記ピクセル電極はインジウム−スズ酸化物で作られている、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
10. 上記インクジェット技術は圧電方式インクジェット技術を含む、請求項１記載の液晶ディスプレイ、
11. 上記インクジェット技術はサーマルバブル方式インクジェット技術を含む、請求項１記載の液晶ディスプレイ。
12. インクジェット式カラーフィルタを備える液晶ディスプレイを製造する方法であって、方法は、
    液晶ディスプレイの基板および制御回路を含む薄膜トランジスタアレイを設けることと、
    個々の透明領域はインク隔離壁によって形成された密閉空間により包囲されている透明領域およびブラックマトリクスを作成するために薄膜トランジスタアレイにインク隔離壁を形成することと、
    カラーフィルタを形成するために密閉空間にカラーインクを注入するためにインクジェット技術を利用することと、
    液晶ディスプレイの液晶分子軸の方向を制御するためにインク隔離壁およびカラーフィルタの上にピクセル電極層を形成することとを含む、方法。
13. 上記基板は透明ガラス基板よりなる、請求項１２記載の方法。
14. 上記制御回路は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極およびコンデンサを含む、請求項１２記載の方法。
15. 上記インク隔離壁は樹脂材料で作られている、請求項１２記載の方法。
16. 上記透明領域の各々は液晶ディスプレイのピクセルである、請求項１２記載の方法。
17. 光の漏れを防ぐためにブラックマトリクスが利用されている、請求項１２記載の方法。
18. 上記カラーフィルタは、赤、緑および青のカラーフィルタよりなる、請求項１２記載の方法。
19. 上記カラーフィルタはカラー樹脂インクで作られている、請求項１２記載の方法。
20. 上記ピクセル電極はインジウム−スズ酸化物で作られている、請求項１２記載の方法。
21. 上記インクジェット技術は圧電方式インクジェット技術を含む、請求項１２記載の方法。
22. 上記インクジェット技術はサーマルバブル方式インクジェット技術を含む、請求項１２記載の方法。

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