JP2006078540A - 液晶表示装置及びその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 高コントラストのカラー表示を得られる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶表示装置は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であり、上基板２５の液晶層側にカラーフィルタ層２２が設けられるとともに、該カラーフィルタ層２２を部分的に除去してなる開口領域２２ｅが設けられており、前記開口領域２２ｅに、前記一対の基板の間隔を保持する柱状スペーサ１８１が立設されていることを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法、並びに電子機器に関するものである。

従来の液晶装置として、下側基板と上側基板とがそれぞれの基板の周縁部においてシール材を介して貼着され、これら一対の基板間に液晶層が封入された構成のものがある。この場合、基板間隔を基板面内において均一にし、もって液晶層厚（セルギャップ）を均一するために、一対の基板間にスペーサを配置する技術が知られている。例えば下記特許文献１では、一方の基板の液晶層側に、受容層をインクで膨潤させて形成した柱状スペーサを備えた液晶表示装置が開示されている。
特開平１１−３５２４９６号公報

ところで近年、液晶パネルの高画質化に対する要求が高まっており、広視角、高コントラストの高画質表示が得られる垂直配向モードの液晶表示装置の検討が進められている。例えば、垂直配向モードでは、液晶分子が基板面に対して垂直に配列された状態（法線方向から見た光学的リターデーションが無い）を黒表示として用いるため、黒表示の質が良く、高いコントラストが得られる。また、正面コントラストに優れる垂直配向型液晶表示装置では、一定のコントラストが得られる視角範囲は水平配向モードのＴＮ（Twisted Nematic）液晶に比較して広くなる。

しかしながら、垂直配向モードの液晶表示装置では、水平配向モードの液晶表示装置に比して、セルギャップをより高精度に制御する必要があり、上記特許文献１に記載のようにカラーフィルタの着色部や遮光部に形成したものでは柱状スペーサの高さの均一性や、着色部ないし遮光部の高さの均一性が十分ではなく、そのために表示コントラストの低下を招く場合があることが判明した。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、セルギャップを保持するための柱状スペーサを均一な高さに形成でき、高コントラストの表示を得られる液晶表示装置、及びその製造する方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するために、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、一方の前記基板の液晶層側にカラーフィルタ層が設けられるとともに、該カラーフィルタ層を貫通する開口領域が設けられており、前記開口領域内に、前記一対の基板の間隔を保持するスペーサが立設されていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
この構成によれば、基板間隔を一定に保持するためのスペーサが、カラーフィルタ層を貫通して設けられた開口領域内に立設されているので、基板面からのスペーサの突出高さが、カラーフィルタ層の層厚ばらつきに影響されることが無くなる。これにより、スペーサの突出高さを基板面内で均一化することができ、スペーサによって形成されるセルギャップを均一化できるので、高コントラストの表示を得ることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記カラーフィルタ層が、平面的に配列されてなる複数色の着色部を具備してなり、前記開口領域が、前記着色部同士の境界領域と平面的に重なる位置に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、ドット毎に異なる色光を出力可能にする着色部の境界に前記開口領域が設けられているので、係る開口領域にスペーサが立設される。したがって、画素の開口率を維持しつつセルギャップの均一化を実現でき、高輝度、高コントラストの表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液晶表示装置では、前記着色部が平面視略マトリクス状に配列されており、前記開口領域が、平面視略格子状を成す前記着色部の境界領域の交点に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、開口領域及びスペーサによる開口率の低下をさらに抑えることができ、表示輝度の向上を図ることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記開口領域が、前記着色部の行方向又は列方向に沿って並ぶ前記境界領域の各交点に設けられている構成とすることができる。
この構成によれば、カラーフィルタ層を横断する列を成して開口領域が配列形成されるので、当該開口領域にスペーサを設けることでセルギャップの均一性をさらに高めることができ、さらには、アライメントずれによって漏れ光が生じた場合にも表示むらを生じ難い液晶表示装置とすることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記一方向に配列形成された開口領域のそれぞれに、前記スペーサが立設されている構成とすることができる。この構成によれば、一列に配列されたスペーサによって基板間隔を保持するので、セルギャップの均一性をさらに良好なものとすることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記一方向に配列形成された開口領域に対して間欠的に前記スペーサが配置されている構成とすることもできる。スペーサを高密度に配置するならば、セルギャップの均一性を向上させる効果は大きくなるが、その一方で、液晶表示装置の製造時に対向配置した基板間に液晶を注入するのが困難になり、歩留まり低下や製造コストの上昇をまねくおそれがある。そこで本構成のように間欠的にスペーサを配置すれば、製造上の問題を効果的に防止しつつセルギャップの均一化を図ることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記スペーサが、前記開口領域の配列方向に沿って周期的に配置されていることが好ましい。スペーサを間欠的に配置するに際しても、セルギャップの均一性を保持するために、スペーサを一定の間隔で配置することが好ましい。

本発明の液晶表示装置では、前記着色部の境界領域に、非透光性の遮光部が延在していることが好ましい。この構成によれば、前記着色部と境界領域とのコントラストを高めることができ、鮮明な表示を得ることができる。

本発明の液晶表示装置では、前記開口領域が、前記遮光部の非形成領域であることが好ましい。すなわち、スペーサが立設される開口領域では、着色部と遮光部のいずれも設けられていないことが好ましい。スペーサの突出高さが、これらの膜厚のばらつきの影響を受けないようにでき、セルギャップの均一性向上に寄与するからである。

前記遮光部は、断面視で前記着色部を区画するようにカラーフィルタ層に設けられていてもよい。この場合、遮光部も着色部と同等の層厚を有するものとなるので、前記開口領域内には形成されない構成とする。あるいは、前記カラーフィルタ層が設けられた基板において、当該基板と着色部との間に設けられていてもよい。この場合、典型的には遮光部を遮光性材料の薄膜によって形成するが、その膜厚ばらつきがセルギャップに影響しないよう、前記開口領域には形成しないことが好ましい。

本発明の液晶表示装置では、前記遮光部が、前記カラーフィルタ基板に対向配置された基板の液晶層側に設けられている構成とすることもできる。すなわち遮光部の形成位置は、カラーフィルタ基板に限定されない。

本発明の液晶表示装置では、前記カラーフィルタ基板と対向配置された基板が、その液晶層側に液晶駆動用のスイッチング素子を有する素子基板であり、前記素子基板上のスイッチング素子に接続された信号配線が、前記遮光部を兼ねていることが好ましい。アクティブマトリクス方式の液晶表示装置において、前記遮光部をカラーフィルタ基板と反対側の素子基板に設ける場合、素子基板上の信号配線によって遮光部を形成することができる。

本発明の液晶表示装置の製造方法は、互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置の製造方法であって、一方の前記基板上に、自身を貫通する開口領域を有するカラーフィルタ層を形成するカラーフィルタ層形成工程と、前記開口領域内にスペーサを立設するスペーサ形成工程と、を含み、前記カラーフィルタ層形成工程において、前記開口領域が形成される領域を除く前記基板上の領域に、複数色の着色部をパターン形成することを特徴とする。
この製造方法によれば、カラーフィルタ層に設けられた開口領域内にスペーサを立設するので、カラーフィルタ層の層厚ばらつきに影響されることなく基板上にスペーサを立設できる。これにより、基板面からのスペーサの突出高さを均一化できるので、セルギャップが均一で、高コントラストの表示が可能な液晶表示装置を製造することができる。そして、前記カラーフィルタ層を構成する着色部をパターン形成する際に同時に前記開口領域を形成するので、工数の増加を伴うことなく容易かつ高精度に前記開口領域を形成することができる。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、前記カラーフィルタ層形成工程が、前記着色部の境界領域に延在する遮光部を設ける遮光部形成工程を含み、前記遮光部形成工程において、前記開口領域が形成される領域を除く前記基板上の領域に前記遮光部をパターン形成することが好ましい。この製造方法によれば、鮮明で高コントラストの表示を得られる液晶表示装置を製造することができる。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、前記カラーフィルタ層形成工程において、前記開口領域を前記着色部の境界領域の交点に設けることが好ましい。この製造方法によれば、明るく高コントラストの表示が可能な液晶表示装置を製造することができる。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、前記カラーフィルタ層形成工程において、前記複数色の着色部を平面視略マトリクス状に配列形成し、前記着色部の行方向又は列方向に沿う少なくとも一列の前記着色部の境界領域の各交点に前記開口領域を形成することが好ましい。
この製造方法によれば、一列に配列されたスペーサによって基板間隔を保持するので、セルギャップの均一性をさらに良好なものとすることができ、高コントラストの液晶表示装置を製造できる。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、前記着色部の行方向又は列方向に沿って連設された開口領域のうち、一部の開口領域にのみ前記スペーサを立設することもできる。
この製造方法によれば、スペーサの配置密度を小さくし、基板間への液晶の注入を円滑に行うことができるので、製造効率を向上させることができる。

本発明の電子機器は、先に記載の本発明の液晶表示装置を備えたことを特徴としている。この構成によれば、高コントラストの表示部を備えた電子機器が提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１（ａ）は、本実施形態の液晶表示装置１００のうち、主にカラーフィルタ層を示す部分平面構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）に対応する液晶表示装置１００の部分断面構成図である。
図１（ａ）に示すカラーフィルタ層２２は、平面視略格子状に延在する遮光部４５と、遮光部４５の間隙に形成された複数の平面視略矩形状の着色部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂとを備えている。遮光部４５の交点に対応して当該カラーフィルタ層２２を貫通する平面視略円形状の開口領域２２ｅが設けられており、各開口領域２２ｅの平面領域内に平面視円形状の柱状スペーサ１８１が配設されている。

上記開口領域２２ｅ…は、実際にはカラーフィルタ層２２を図示左右方向に横断するように連設されている。また表示領域全体では、図示左右方向に延びる列を成す開口領域２２ｅ…が、表示領域のドット数に応じて１列又は複数列形成されるようになっており、場合によっては、遮光部４５の全ての交点部に対応して開口領域２２ｅが設けられていてもよい。

図２（ｂ）に示す断面構造をみると、液晶表示装置１００は、下基板１０と、これに対向配置された上基板（カラーフィルタ基板）２５とを備え、前記両基板１０，２５間に液晶層５０が挟持されている。液晶層５０は、図に示す如く基板面内でほぼ一定の層厚に形成されている。下基板１０の外面側にあたる液晶パネルの背面側には、光源、リフレクタ、導光板などを有するバックライト（照明手段）６０が配設されている。

下基板１０は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体１０Ａを基体としてなり、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性導電材料からなる電極を含む電極層９が形成され、電極層９を覆うように配向膜１４が形成されている。基板本体１０Ａの外面側には、位相差板１６と偏光板１７とが、基板本体１０Ａ側から順に積層されている。

カラーフィルタ基板である上基板２５は、石英、ガラス等の透光性材料からなる基板本体２５Ａを基体として備え、基板本体２５Ａの内面側に、カラーフィルタ層２２と、透光性導電材料からなる電極を含む電極層２３と、配向膜２４とが順に積層形成されている。基板本体２５Ａの外面側には、位相差板３６と偏光板３７とが基板本体２５Ａ側から順に積層されている。そして、本実施形態の液晶表示装置１００では、カラーフィルタ層２２の開口領域２２ｅに立設された柱状スペーサ１８１が、素子基板１０とカラーフィルタ基板２５とを所定間隔に保持し、もって液晶層５０の層厚を一定に保持するようになっている。

上記偏光板１７，３７は、特定方向に振動する直線偏光のみを透過させる機能を有する。また位相差板１６，３６は、必要に応じて設けられ、例えば可視光の波長に対して略１／４波長の位相差を持つλ／４位相差板や、視角補償機能を有する位相差板が用いられる。

なお、本発明に係る液晶表示装置は、パッシブマトリクス方式、アクティブマトリクス方式のいずれにも適用でき、液晶層５０を構成する液晶材料についても、誘電率異方性を有する液晶材料であればその種類を問わず用いることができる。さらに、本実施形態では透過型の液晶表示装置を構成しているが、本発明に係る液晶表示装置は、下基板１０の内面側にアルミニウムや銀等の光反射性の金属膜からなる反射層が設けられた反射型や半透過反射型の液晶表示装置とすることもできる。

図１では、電極層９，２３を平面ベタ状の層として示しているが、例えばパッシブマトリクス方式の液晶表示装置を構成する場合には、電極層９，２３は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性導電材料からなる導電膜を平面視ストライプ状にパターン形成してなる電極を有し、これらの電極同士が平面視で交差するように配置される。
また例えば、画素スイッチング素子として２端子型非線形素子（例えばＴＦＤ（薄膜ダイオード）素子）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置を構成する場合には、下基板１０の電極層９は、対向側の着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂに相当する大きさの平面視略矩形状にパターニングされた透光性導電膜の画素電極を配列してなる構成とされ、上基板２５の電極層２３は、平面視ストライプ状にパターン形成された透光性導電膜からなるストライプ電極を有して構成されるとともに、前記ストライプ電極が、複数の画素電極に跨って対向配置される。さらに、画素スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置を構成する場合には、前記電極層９は、対向側の着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂに相当する大きさの平面視略矩形状にパターニングされた透光性導電膜の画素電極を配列してなる構成とされ、上基板２５の電極層２３は、平面ベタ状の透光性導電膜からなる電極を有して構成される。

ここで、図３は、カラーフィルタ基板２５の要部を拡大して示す部分断面構成図である。図３に示すように、基板本体２５Ａの液晶層５０側には、遮光部４５と着色部２２Ｒとが積層形成されており、着色部２２Ｒに貫設された開口領域２２ｅは、遮光部４５を部分的に除去してなる開口領域４５ｅに連続している。そして、着色部２２Ｒの表面と開口領域２２ｅの内面とを覆うように対向電極２３が形成されており、この対向電極２３上に円錐台状の柱状スペーサ１８１が立設されている。配向膜２４は、対向電極２３の表面と柱状スペーサ１８１の表面とを覆うようにして形成されている。

図３に示すように遮光部４５上に着色部２２Ｒ（又は２２Ｇ，２２Ｂ）が積層される構成の場合には、遮光部４５はクロムやタングステン合金等からなる金属膜により形成することができる。一方、断面視で着色部同士を区画するように遮光部４５を形成する場合、例えば遮光性の樹脂膜を平面視略格子状にパターニングしてなるものや、複数色の着色部を積層してなるものを用いることができる。

本実施形態の液晶表示装置１００は、カラーフィルタ層２２の開口領域に２２３ｅ内に設けられた柱状スペーサにより、液晶層５０の層厚（セルギャップ）を基板面内で均一な厚さに保持することができるようになっている。
従来の液晶表示装置では、カラーフィルタ層に開口領域を設けることなくカラーフィルタ基板を形成し、その表面に柱状スペーサを立設する構成が採用されていた。しかし、カラーフィルタ層を構成する着色部はその厚さが数μｍ程度もあるため、その層厚を高精度に制御するのが困難であり、このような着色部上に柱状スペーサを立設すると、柱状スペーサの高さばらつきと相まって、柱状スペーサの基板面からの突出高さが不均一になり、その結果セルギャップが面内で不均一になるという問題を有していた。そこで本発明では、層厚の不均一が生じやすいカラーフィルタ層２２を貫通して基板本体２５Ａに達する開口領域２２ｅを設け、その内部に柱状スペーサ１８１を立設することで、カラーフィルタ層２２の層厚ばらつきに影響されず、高度に均一化されたセルギャップを得られるようにした。特に本実施形態では、柱状スペーサ１８１の形成領域において遮光部４５が部分的に除去されているので、遮光部４５の膜厚のばらつきによる影響も排除することができるようになっている。

本発明者は、本発明に係る液晶表示装置の効果について実際に液晶表示装置を作製して検証した。その結果、カラーフィルタ層上に柱状スペーサを立設した従来構成の液晶表示装置では、液晶層厚の面内ばらつきが、設計値（２．７μｍ）に対し±０．３μｍであったのに対し、カラーフィルタ層２２に開口領域２２ｅを設け、その内部に柱状スペーサ１８１を立設した本実施形態の液晶表示装置では、液晶層厚の面内ばらつきが、設計値（２．７μｍ）に対して±０．１μｍの範囲であり、本発明がセルギャップの均一性向上に極めて有効であることが確認された。

また本発明者は、１ドット領域内に液晶層厚の異なる領域を設けたマルチギャップ構造の半透過反射型液晶表示装置を作製し、上記と同様のセルギャップの分布を検証しており、その結果、マルチギャップ構造を具備した液晶表示装置においても、本発明の構成を適用することでセルギャップの均一性向上を実現できることを確認した。

なお本実施形態では、図３に示すように、開口領域２２ｅ内にも電極層２３が形成され、この電極層２３上に柱状スペーサ１８１が立設されているが、電極層２３を構成する透光性導電膜の膜厚は通常150ｎｍ程度であるため、柱状スペーサ１８１の突出高さに大きく影響することはない。また先に記載のように液晶表示装置の形態によっては、電極層２３を構成する電極が島状や短冊状にパターニングされることとなるので、開口領域２２ｅ内に電極が成膜されていなくてもよい。

上記実施形態では素子基板１０とカラーフィルタ基板とを対向配置してなる構成としたが、上記カラーフィルタ層２２は、下基板１０側に設けることもでき、この場合、電極層９と基板本体１０Ａとの間にカラーフィルタ層２２を設けた構成が採用できる。

＜液晶表示装置の具体例＞
次に、図３から図５を参照して本発明に係る液晶表示装置の具体的な構成例について説明する。上述した液晶表示装置１００の液晶層５０は、水平配向モード、垂直配向モードを含む任意の形態の液晶層とすることが可能であるが、本実施形態では、本発明が特に有効である垂直配向モードの液晶表示装置について、その好適な形態を示しつつ説明する。なお、図３から図５において図１又は図２に示した液晶表示装置１００と共通の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略することとする。

図３は、本実施形態の液晶表示装置１００Ａの透過回路図である。本実施の形態の液晶表示装置において、画像表示領域を構成するマトリクス状に配置された複数のドットには、画素電極１０９と当該画素電極１０９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線（電極配線）６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給される。また、走査線（電極配線）３ａがＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極１０９はＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオンすることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極１０９を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークするのを防止するために、画素電極１０９と共通電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。尚、符号３ｂは容量線である。

図４に示すように、液晶表示装置１００Ａは、ＴＦＴアレイ基板（下基板）１０と、対向基板（上基板）２５とが、平面視略矩形枠状のシール材５２を介して貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層が封入された構成を備える。シール材５２の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）５３が矩形枠状に形成されている。シール材５２の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路２０１および外部回路実装端子２０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って配設されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路１０４，１０４が設けられている。ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺には、表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路１０４，１０４間を接続する複数の配線１０５が形成されている。また、対向基板２５の角部には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２５との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。

次に、図５（ａ）に基づいて、本実施形態の液晶表示装置１００Ａの画素構成について説明する。図５（ａ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００Ａでは、互いに平行に延在する走査線３ａと、これらの走査線に交差して延在するデータ線６ａとに囲まれた平面視矩形状の領域がドット領域Ｄ１〜Ｄ３とされ、１つのドット領域に対応して３原色のうち１色のカラーフィルタが形成され、３つのドット領域Ｄ１〜Ｄ３で３色の着色部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを含む画素領域を形成している。これらの着色部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、図１（ａ）に示したように表示領域内に周期的に配列されている。

ドット領域Ｄ１〜Ｄ３に設けられた画素電極１０９は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透光性の導電膜からなり、各ドット領域内に形成されたスリット１９により３個のサブピクセル（島状部）２９に分割され、各サブピクセルが中央部で連結されたものとなっている。それぞれのサブピクセル２９の中央部には、垂直配向液晶の配向状態を制御する配向制御手段である誘電体突起１８が設けられている。各サブピクセル２９の角部には面取り等が施され、サブピクセル２９は平面視で略八角形状又は略円形状を成している。

図５（ａ）下側のサブピクセル２９と、走査線３ａ、データ線６ａとの間に、ＴＦＴ３０が介挿されている。ＴＦＴ３０は、半導体層３３と、半導体層３３の下層側（基板本体１０Ａ側）に設けられたゲート電極部３２と、半導体層３３の上層側に設けられたソース電極部３４と、ドレイン電極部３５とを備えて構成されている。半導体層３３のゲート電極部３２と対向する領域にＴＦＴ３０のチャネル領域が形成されており、その両側の半導体層には、ソース領域、及びドレイン領域が形成されている。

ゲート電極部３２は、走査線３ａの一部をデータ線６ａ延在方向に分岐して形成されており、その先端部において、半導体層３３と図示略の絶縁膜を介して紙面垂直方向に対向している。ソース電極部３４は、データ線６ａの一部を走査線３ａ延在方向に分岐して形成されており、図示略のコンタクトホールを介して半導体層３３のソース領域と電気的に接続されている。ドレイン電極３５の一端側は、図示略のコンタクトホールを介して前記ドレイン領域と電気的に接続されており、ドレイン電極３５の他端側は、直接又はコンタクトホールを介してサブピクセル２９（画素電極１０９）と電気的に接続されている。
そして、ＴＦＴ３０は、走査線３ａを介して入力されるゲート信号により所定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａを介して供給される画像信号を、所定のタイミングで液晶に対して書き込むスイッチング素子として機能するようになっている。

図５（ｂ）に示す断面構造をみると、ＴＦＴアレイ基板１０は、基板本体１０Ａの内面側（液晶層側）に、回路層１１と、画素電極１０９と、配向膜１４とが形成された構成を備えている。回路層１１は、図５（ａ）に示した走査線３ａやデータ線６ａ、ＴＦＴ３０等を含んで構成されている。基板本体１０Ａの外面側には、偏光板１６と位相差板１７とが設けられている。

一方、対向基板２５は、基板本体２５Ａの内面側に、遮光部４５と、着色部２２Ｒと、平面ベタ状の透光性導電膜からなる対向電極３１と、３個の誘電体突起１８と、配向膜２４とが形成された構成を備えている。遮光部４５及び着色部２２Ｒは、先に記載のカラーフィルタ層２２を構成する。また誘電体突起１８は、樹脂材料や無機酸化物等の絶縁材料を対向電極３１上にパターン形成したものである。また図示は省略したが、対向基板２５の内面側には、図２に示したものと同様の柱状スペーサが設けられている。

本実施形態では、位相差板１６，３６は透過光に対して略１／４波長の位相差を有するλ／４板であり、偏光板１７，３７の透過軸と位相差板１６，３６の遅相軸とが約４５°を成すように配置され、偏光板１７，３７および位相差板１６，３６は協働して円偏光板として機能するようになっている。この円偏光板により、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換し得るようになっている。また、偏光板１７の透過軸および偏光板３７の透過軸は直交するように配置され、位相差板１６の遅相軸および位相差板３６の遅相軸も直交するように配置されている。

また、液晶層５０は、初期配向が垂直配向を呈する負の誘電率異方性を有する液晶材料からなり、この液晶層５０当接する配向膜１４，２４はいずれも垂直配向膜である。これらの配向膜１４，２４にはラビング処理等の配向処理は施されていない。

図３から図５に示す液晶表示装置１００Ａでは、以下のようにして画像表示が行われる。バックライト６０から照射された光は、偏光板１７および位相差板１６を透過して円偏光に変換され、液晶層５０に入射する。電圧無印加時において基板と垂直に配向している液晶分子には屈折率異方性がほとんどないので、入射光は円偏光を保持したまま液晶層５０を進行する。さらに位相差板１６を透過した入射光は、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光に変換される。そして、この直線偏光は偏光板３７を透過しないので、本実施形態の液晶表示装置では、電圧無印加時において黒表示が行われる（ノーマリーブラックモード）。

一方、液晶層５０に電界を印加すると、液晶分子が基板面方向に倒れるように配向して、透過光に対する屈折率異方性を呈する。そのため、バックライト６０から液晶層５０に入射した円偏光は、液晶層５０を透過する過程で楕円偏光に変換される。この入射光が位相差板３６を透過しても、偏光板３７の透過軸と直交する直線偏光には変換されず、その全部または一部が偏光板３７を透過する。従って、本実施形態の液晶表示装置では、電圧印加時において白表示が行われる。また係る構成のもと液晶層５０に印加する電圧を調整することにより、階調表示を行うことが可能である。

また図４及び図５に示したように、画素電極１０９を平面的に分割してなるサブピクセル２９を備えるとともに、各サブピクセル２９の中央部に対応する対向電極３１上に誘電体突起１８が設けられている。そしてこのようなサブピクセルが形成された電極構造により、１つのドット領域内で複数の液晶ドメインを形成可能になっている。すなわち、液晶層に電界を印加すると、サブピクセル２９の輪郭に対して垂直方向に液晶分子５１が傾倒する。また誘電体突起１８の周辺では、電圧無印加時には液晶分子５１が誘電体突起１８の傾斜面と垂直に配向し、電圧印加時には図５に示すように誘電体突起１８から外側に向かって液晶分子５１が倒れ、それを中心とした平面放射状に液晶分子５１が配向する（図４参照）。従って、本実施形態の液晶表示装置１００Ａでは、電圧印加時に液晶分子５１のダイレクタが全方位に向くこととなり、視野角の極めて広い表示を得ることができる。なお、上記とは逆に、対向電極３１に、スリット１９を形成し、画素電極１０９上に誘電体突起１８を配置した構成であっても構わない。

垂直配向モードの液晶表示装置では、水平配向モードの液晶表示装置に比してセルギャップを高精度に制御する必要があるが、本発明に係る液晶表示装置では、先に記載のように、基板間隔を保持するための柱状スペーサ１８１がカラーフィルタ層２２の開口領域２２ｅに設けられているので、カラーフィルタ層２２の層厚のばらつきによって基板間隔が不均一になることがなく、基板面内で均一なセルギャップを得られるようになっており、広視角、高コントラストであって、表示むらの少ない、高画質のカラー表示を得られるようになっている。

＜他の実施形態＞
次に、図６を参照して本発明に係る液晶表示装置の他の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の液晶表示装置１００Ｂに備えられたカラーフィルタ層２２と柱状スペーサ１８１とを示す部分平面構成図である。液晶表示装置１００Ｂは、柱状スペーサ１８１の配置形態に特徴を有しており、その他の構成は図１から図３に示した液晶表示装置１００と同様である。

図６に示すように、液晶表示装置１００Ｂのカラーフィルタ層２２にも、図示左右方向に並ぶ遮光部４５の各交点に対応して開口領域２２ｅが設けられているが、本実施形態では、全ての開口領域２２ｅに柱状スペーサ１８１が設けられているのではなく、図示左右方向に並んだ開口領域２２ｅに対し１つおきに柱状スペーサ１８１が配置されている。

本発明に係る液晶表示装置では、基板面からの柱状スペーサ１８１の突出高さを均一にすることができるので、柱状スペーサ１８１を高密度に多数配置することで、セルギャップをより均一化することが可能である。しかしながら基板１０，２５を貼り合わせた後に液晶を基板間に注入する工程では、柱状スペーサ１８１は液晶の流動を阻害するため、柱状スペーサ１８１の密度が高くなると液晶の注入不足による真空気泡の発生率が上昇したり、液晶の注入時間が長くなる等の製造上の不具合を生じる可能性が高くなり、製造歩留まりの低下や製造コストの上昇を招くおそれがある。そこで本実施形態では、柱状スペーサ１８１を、一部の開口領域２２ｅにのみ設けることで、上述した製造上の不具合を防止できるようにした。

柱状スペーサ１８１を開口領域２２ｅに対して間欠的に配置することで液晶の注入は容易になるが、その一方で柱状スペーサ１８１の配置密度を小さくすると、セルギャップの均一性が低下するおそれがあり、ある程度の配置密度は維持する必要がある。そこで本発明者は、セルギャップの均一性を維持しつつ円滑に液晶を注入できる柱状スペーサ１８１の配置密度を得るために、柱状スペーサの配置密度を変えて複数の液晶表示装置を作製し、セルギャップの評価を行った。その結果、柱状スペーサ１８１の配置密度が、面積率で０．２５％以上であれば、セルギャップの面内ばらつきを設計値（２．７μｍ）に対して±０．１μｍ以下とすることができることが確認された。

このように本実施形態の液晶表示装置１００Ｂは、カラーフィルタ層２２に設けられた開口領域２２ｅに対して間欠的に柱状スペーサ１８１を配設した構成を具備したことで、良好な均一性のセルギャップを有し、かつ製造時の液晶注入を円滑に行うことができるものとなっており、したがって高画質表示が可能であるとともに、高効率、高歩留まりにて製造可能な液晶表示装置となっている。

また本実施形態の液晶表示装置１００Ｂでは、柱状スペーサ１８１が配設されない開口領域２２ｅがカラーフィルタ層２２に存在しているが、このように柱状スペーサ１８１の有無に関わらず開口領域２２ｅを設けることで、基板のアライメントずれによる光漏れが生じた場合に、表示むらを低減できるようになっている。つまり、柱状スペーサ１８１を設ける位置にのみ開口領域２２ｅが設けられている場合には、開口領域２２ｅが設けられている位置で漏れ光量が大きくなるため、パネル全体では表示むらとなって視認されるが、本実施形態では、漏れ光量が各ドットでほぼ一定になるため、表示むらとして視認され難くなる。

特にカラーフィルタ層が、図７に平面構造を示すカラーフィルタ層２２ＡのようにＲ，Ｇ，Ｂの着色部の位置を図示左右方向にずらして配置したデルタ構造である場合、柱状スペーサ１８１の位置にのみ開口領域２２ｅを設けた構成とすると、上記アライメントずれによる光漏れがより顕著に表示むらとして視認されやすくなるため、本実施形態のように開口領域２２ｅを連設する構成が有効である。

また本実施形態では、着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとともに、遮光部４５も開口領域２２ｅでは除去されているが、このように遮光部４５も部分的に除去された構成とすることで、より効果的に表示むらを低減することができる。図６に示すように遮光部４５は平面視略格子状に延在しているが、例えば金属膜をパターニングして遮光部４５を形成する場合、遮光部４５の交点部にあたる位置での露光精度が他の直線部分に比して低くなるため、交点部における平面形状にばらつきを生じやすくなる。すると、上記アライメントずれによる光漏れが生じた場合に、観察者に到達する漏れ光量が面内でばらつくため、表示むらとして視認されやすくなる。これに対して、本実施形態のように開口領域２２ｅの形成領域で遮光部４５も除去されていれば、上記のような漏れ光量のばらつきは生じないため、表示むらを効果的に防止できる構成となる。

（液晶表示装置の製造方法）
次に、先の実施形態の液晶表示装置１００Ａの好ましい製造方法について図８を参照しつつ説明する。図８は、液晶表示装置１００Ａの製造工程のうち、カラーフィルタ基板２５の製造工程を示す図であり、同図には、開口領域２２ｅとそれを取り囲む４個の着色部を含む基板本体２５Ａ上の領域を示している。

カラーフィルタ層２２を形成するには、まず、図８（ａ）に示すように、平面視略格子状の遮光部４５を基板本体２５Ａ上にパターン形成する。このとき、格子点にあたる部位は遮光部４５を形成しない領域（開口領域４５ａ）として形成する。
次に、図８（ｂ）に示すように、遮光部４５が形成された基板本体２５Ａ上に、各色の着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを順次パターン形成する。図８には着色部２２Ｒ、２２Ｇのみが示されているが、図１（ａ）に示したように着色部２２Ｂとともに周期的に形成する。このとき、図８（ａ）に示した開口領域４５ａに対応する平面視円形状の領域は、着色部２２Ｒ、２２Ｇを形成しない領域とし、もって開口領域２２ｅを形成する。以上の工程により、カラーフィルタ層２２を形成することができる。
なお、着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの形成に際して、遮光部４５の延在領域においては、隣接する着色部同士が重なっていてもよい。

上記カラーフィルタ層２２を形成したならば、必要に応じてカラーフィルタ層２２を覆う平坦化膜をアクリル樹脂等の透光性樹脂材料により形成し、さらにその上に図示略の電極層２３（図２参照）を形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、開口領域２２ｅ内に柱状スペーサ１８１を、樹脂材料等を用いてパターン形成し、電極層２３を覆うように図示略の配向膜２４（図２参照）を形成すれば、カラーフィルタ基板２５を作製することができる。
なお、カラーフィルタ層２２上に平坦化膜を形成する場合にも、開口領域２２ｅの平面領域は平坦化膜を設けない領域とすることが好ましい。平坦化膜は、数μｍの膜厚を有して形成されるものであるため、カラーフィルタ層２２が設けられていない開口領域２２ｅにおいては、その段差によって膜厚にばらつきを生じやすくなるからである。

本実施形態の製造方法では、カラーフィルタ層２２を形成するに際して、遮光部４５の形成工程、及び着色部２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂの形成工程において、開口領域２２ｅに対応する平面領域にて予め遮光部及び着色部を設けないようにしている。このような製造方法とすることで、数μｍ程度の膜厚を有するカラーフィルタ層２２に容易に開口領域２２ｅを形成することができる。また、着色部の形成に際しての位置精度が低く、遮光部４５の延在領域で隣接する着色部同士が重なって配置されるような場合には、遮光部の延在領域で着色部の膜厚がさらに厚くなって着色部形成後に一部を除去することが一層困難になるため、本実施形態の製造方法が特に有効である。

（電子機器）
図９は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、本発明の液晶表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、明るく、高コントラストの表示が可能である。

実施形態に係る液晶表示装置を示す図。 同、カラーフィルタ基板の要部を拡大して示す平面構成図。 実施形態に係る具体的構成例における等価回路図。 同、全体構成を示す平面図。 同、１画素領域の平面構成図（ａ）及び断面構成図（ｂ）。 他の実施形態における平面構成図（ａ）及び断面構成図（ｂ）。 カラーフィルタ層の他の形態を示す部分平面構成図。 液晶表示装置の製造方法を説明するための工程図。 電子機器の一例を示す斜視構成図。

符号の説明

１００，１００Ａ，１００Ｂ 液晶表示装置、１０ 下基板（素子基板、ＴＦＴアレイ基板）、２５ 上基板（カラーフィルタ基板、対向基板）、９，２３ 電極層、２２ カラーフィルタ層、２２ｅ 開口領域、１８１ 柱状スペーサ、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ 着色部、３０ ＴＦＴ（スイッチング素子）、４５ 遮光部

Claims (14)

1. 互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置であって、
   一方の前記基板の液晶層側にカラーフィルタ層が設けられるとともに、該カラーフィルタ層を貫通する開口領域が設けられており、
   前記開口領域内に、前記一対の基板の間隔を保持するスペーサが立設されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記カラーフィルタ層が、平面的に配列されてなる複数色の着色部を具備してなり、
   前記開口領域が、前記着色部の境界領域と平面的に重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記着色部が平面視略マトリクス状に配列されており、
   前記開口領域が、平面視略格子状を成す前記着色部の境界領域の交点に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記開口領域が、前記着色部の行方向又は列方向に沿って並ぶ前記境界領域の各交点に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記一方向に配列形成された開口領域のそれぞれに、前記スペーサが立設されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記一方向に配列形成された開口領域に対して間欠的に前記スペーサが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記スペーサが、前記開口領域の配列方向に沿って周期的に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記着色部の境界領域に、非透光性の遮光部が延在していることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記開口領域が、前記遮光部の非形成領域であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記遮光部が、前記カラーフィルタ基板に対向配置された基板の液晶層側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
11. 前記カラーフィルタ基板と対向配置された基板が、その液晶層側に液晶駆動用のスイッチング素子を有する素子基板であり、
    前記素子基板上のスイッチング素子に接続された信号配線が、前記遮光部を兼ねていることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 互いに対向して配置された一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶表示装置の製造方法であって、
    一方の前記基板上に、自身を貫通する開口領域を有するカラーフィルタ層を形成するカラーフィルタ層形成工程と、前記開口領域内にスペーサを立設するスペーサ形成工程と、を含み、
    前記カラーフィルタ層形成工程において、
    前記開口領域が形成される領域を除く前記基板上の領域に、複数色の着色部をパターン形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
13. 前記カラーフィルタ層形成工程が、前記着色部の境界領域に延在する遮光部を設ける遮光部形成工程を含み、
    前記遮光部形成工程において、前記開口領域が形成される領域を除く前記基板上の領域に前記遮光部をパターン形成することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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