JP2006323150A

JP2006323150A - 液晶表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP2006323150A
Application number: JP2005146473A
Authority: JP
Inventors: Koji Yonemura; 浩治米村; Yasuhiro Morii; 康裕森井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-11-30
Also published as: KR100812320B1; US20060262252A1; TW200702797A; CN100487534C; KR20060120419A; CN1866093A

Abstract

【課題】本発明は製造コストの増加を伴わずスペーサ周りの光抜けを防止でき、所定のコントラストを得ることができる液晶表示装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複数の画素電極が形成されているＴＦＴ基板２と、金属遮光膜５が形成されるカラーフィルタ基板１と、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１とで挟持する液晶と、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１との間隙に配置される多数のスペーサ３，４とを備え、画素電極間に電圧を印加することでＴＦＴ基板２面に対して略平行に電界を生じさせ、当該電界に基づいて液晶を面内方向に応答させる液晶表示装置であって、金属遮光膜５をパターニングする際のフォトレジスト６を用いて、金属遮光膜５上の少なくとも一部を厚膜化した凸部をさらに備え、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板１との間隙の大きさは、多数のスペーサのうち凸部とＴＦＴ基板２とに挟まれたスペーサ３により規定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係る発明であって、特に、面内方向に液晶が応答する液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。

液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力の特長を有するため、表示素子として広く用いられている。特にＴＦＴ（Thin Film Transistor）などを用いたアクティブ駆動のＴＮ型液晶表示装置はパーソナルコンピュータ等の表示素子として広く用いられている。しかしこのＴＮ型液晶表示装置は一般に視野角が狭く、斜め方向から見るとコントラスト低下、階調反転する問題があった。そこで、同一基板上に形成されたクシ型電極の間に電圧を印加し、基板に対して平行な方向に液晶を応答させる面内応答型液晶表示装置が考案されている。この面内応答型液晶表示装置の動作原理については、特許文献１に記載されている。

しかし、面内応答型液晶表示装置において、パネルに物理的な振動や荷重が加わると、パネル間隙を規定するスペーサに外力がかかり、スペーサが移動することがあった。この場合、スペーサ周りの液晶には―軸性の配向乱れが発生し、入射光は複屈折性が生じて楕円偏光となるため出射方向に設けた偏光板を透過することができ、黒（暗）状態での光抜けとして観察されるという問題があった。

さらに、スペーサ周りの液晶の流動性が悪いと、その後も液晶は配向膜に規制された配向方向に戻ることができず、光抜けとして観察されることになる。特に、黒表示時には顕著に観察されるため、液晶表示素子の表示特性の一つであるコントラスト比（白（明）状態での輝度（透過率））／（黒（暗）状態での輝度（透過率））は低下するという問題があった。また、光抜けが発生したパネルでは、目視観察において表示面がざらついた印象となるという問題もあった。

そこで、特許文献１や特許文献２では、表示エリア部における基板の間隙（以下、セルギャップともいう）をスペーサ径よりも大きくし、遮光膜部におけるセルギャップをスペーサ径と略同じ又は少し小さくしている。これにより、特許文献１や特許文献２では、遮光膜部において挟まれたスペーサが基板の間隙を規定し、他のスペーサはパネル内を自由に動くことができるため、スペーサ周りの液晶には―軸性の配向乱れが発生しても、すぐに元に戻ることができ光抜けを防止することができる。

特開２０００−２７５６４１号公報特開平１１−１４２８６３号公報

しかし、特許文献１では、遮光膜上又は配線上に凸部のパターンを設けて、凸部上のスペーサでセルギャップを規定しているため、凸部を形成するために新たな材料及び新たな工程が必要となり、製造コストが増加する問題があった。

また、特許文献２でも、画素部分におけるセルギャップをスペーサ径よりも大きくするためには、遮光膜をある程度の厚さで形成する必要があった。しかし、有機樹脂で遮光膜を形成する場合は遮光膜の厚膜化は容易であったが、ＣｒやＮｉなどの金属で遮光膜を形成する場合には、成膜やエッチングのタクトタイムが増加し製造コストが増加する問題や、基板と金属遮光膜との熱膨張率の違いから金属遮光膜を厚膜化すると基板に反りを生じる問題があった。そのため、金属遮光膜を厚膜化することは事実上困難であった。

そこで、本発明は、製造コストの増加を伴わず、スペーサ周りの光抜けを防止でき、所定のコントラストを得ることができる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る解決手段は、複数の画素電極が形成されている第１基板と、第１基板と対向し、金属遮光膜が形成される第２基板と、第１基板と第２基板とで挟持する液晶と、第１基板と第２基板との間隙に配置される多数のスペーサとを備え、画素電極間に電圧を印加することで第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該電界に基づいて液晶を第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示装置であって、金属遮光膜をパターニングする際のフォトレジストを用いて、金属遮光膜上の少なくとも一部を厚膜化した凸部をさらに備え、第１基板と第２基板との間隙の大きさは、多数のスペーサのうち凸部と第１基板とに挟まれたスペーサにより規定される。

本発明に記載の液晶表示装置は、金属遮光膜をパターニングする際のフォトレジストを用いて、金属遮光膜上の少なくとも一部を厚膜化した凸部をさらに備え、第１基板と第２基板との間隙の大きさは、多数のスペーサのうち凸部と第１基板とに挟まれたスペーサにより規定するので、凸部を形成するために材料を追加したり、新たに工程を設ける必要がないため製造コストの増加を伴わずに、スペーサ周りの光抜けを防止でき、所定のコントラストを得ることができる効果がある。

（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る液晶表示装置の断面図を示す。図１に示す液晶表示装置では、カラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板２とが一定のセルギャップを保ちながら対向するように配置されている。カラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板２とのセルギャップは、スペーサ３，４により規定される。しかし、本実施の形態に係る液晶表示装置では、図１からも分かるように金属遮光膜５の下に位置するスペーサ３のみがセルギャップを規定している。金属遮光膜５の下以外に位置するスペーサ４は、ＴＦＴ基板２側とは接しているが、カラーフィルタ基板１とは接しておらず、セルギャップを規定していない。

金属遮光膜５をパターニングする際に使用されたポジ型のフォトレジスト６が剥離されずに、金属遮光膜５に積層されている。そのため、色材層７及びオーバーコート想８がカラーフィルタ基板１上に積層された場合、金属遮光膜５の部分だけが他の部分よりも厚く、凸部を有することになる。このように金属遮光膜５の部分だけがポジ型のフォトレジスト６により厚膜化され凸部を有しているので、当該凸部とＴＦＴ基板２とで挟まれるスペーサ３のみがセルギャップを規定することができる。ここで、図示しないが、色材層７は、赤（Ｒ），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの色を有し、画素単位で塗り分けられている。また、金属遮光膜５の領域と画素の領域（色材層７のみが形成されている領域）とを併せて表示領域という。また、オーバーコート層８は、一般的にアクリルやエポキシ樹脂で形成され、膜厚は１．０μｍ程度である。

一方、ＴＦＴ基板２には、走査配線９及び信号配線１０が設けられている。この走査配線９及び信号配線１０は、図示していないＴＦＴと接続され、当該ＴＦＴを制御することで図示していない画素電極に信号電圧を印加している。ＴＦＴ及び画素電極は、画素単位に設けられ、画素毎にカラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板２との挟持された液晶（図示せず）を制御している。なお、本実施の形態に係る液晶表示装置は、面内応答型の液晶表示装置を採用している。

面内応答型の液晶表示装置は、背景技術でも説明したように同一基板上に形成されたクシ型画素電極に電圧を印加し、基板に対して平行な方向に電界を発生させることで、液晶を面内方向に応答させる液晶表示装置である。そのため、カラーフィルタ基板１側に、ＴＮ型の液晶表示装置では一般的である対向電極が設けられていない。

次に、本実施の形態に係るカラーフィルタ基板１上に金属遮光膜５等を形成する製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、カラーフィルタ基板１上にＣｒやＮｉ等の金属遮光膜５をスパッタ法などで全面を成膜する。そして、図２（ｂ）に示すように、金属遮光膜５上にポジ型のフォトレジスト６を全面に塗布する。なお、本実施の形態に係る液晶表示装置では、金属遮光膜５上に残るポジ型のフォトレジスト６が凸部の高さ規定するため、所定の膜厚を有するポジ型のフォトレジスト６を全面に塗布する必要がある。

次に、図２（ｃ）に示すようにフォトマスク１１を用いてＵＶ光で露光しエッチングすることで、金属遮光膜５をパターニングする。つまり、図２（ｃ）では、フォトリソグラフィー工程を用いて金属遮光膜５を所定のパターンにパターニングする。当該工程では、ポジ型のフォトレジスト６を用いているため、金属遮光膜５を残す部分をフォトマスク１１で覆って露光することになる。つまり、図２（ｃ）に示すように画素を形成する部分のポジ型のフォトレジスト６にだけＵＶ光を当て露光する。そして、図示していないが、露光したポジ型のフォトレジスト６をエッチングすることで、所定のパターンの金属遮光膜５を形成している。

所定のパターンの金属遮光膜５を形成した後、本実施の形態では残ったポジ型のフォトレジスト６を剥離せずに、その上に色材層７及びオーバーコート層８を形成する（図２（ｄ））。このように、本実施の形態では、ポジ型のフォトレジスト６を残すことで金属遮光膜５上の膜厚を厚膜化して凸部を形成している。なお、凸部は、金属遮光膜５の全部に形成しても、また一部に形成しても良い。

以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置では、金属遮光膜５をパターニングする際のポジ型のフォトレジスト６を用いて、金属遮光膜５上の少なくとも一部を厚膜化した凸部をさらに備え、カラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板２との間隙（セルギャップ）が、凸部とＴＦＴ基板２とに挟まれたスペーサ３により規定されるので、厚膜化困難な金属遮光膜５の場合であっても凸部を形成することができ、凸部を形成するために材料を追加したり、新たに工程を設ける必要がなく製造コストを増加させない。また、本実施の形態では、画素上のスペーサ４が、カラーフィルタ基板１又はＴＦＴ基板２のいずれか一方としか接触しないため、スペーサ周りの液晶の流動性が増し、振動等の配向の乱れが生じてもすぐに元の状態に戻り光抜けを防止し、所定のコントラストを得ることができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置を製造する方法では、カラーフィルタ基板１上に、所定の材料（ＣｒやＮｉなど）の金属遮光膜５を成膜する工程と、金属遮光膜５上にポジ型のフォトレジスト６を形成する工程と、ポジ型のフォトレジスト６を所定のフォトマスク１１で露光し、その後エッチングすることで金属遮光膜５をパターニングする工程と、金属遮光膜５上のポジ型のフォトレジスト６を剥離することなく、色材層７やオーバーコート層８等を積層する工程とを備えるので、凸部を形成するために材料を追加したり、新たに工程を設けたりする必要がなく、製造コストを増加させることがない。

（実施の形態２）
実施の形態１では、凸部を形成するためにポジ型のフォトレジスト６用いたが、本実施の形態に係る液晶表示装置では、色材層７を少なくとも二色以上積層させることで凸部を形成している。

液晶表示装置は、画素毎に色材層７の色を塗り分けることでカラー表示を行っている。そのため、カラーフィルタ基板１には、所定のパターンで各色の色材層７が形成される。図３（ａ）に各色の色材層７の形状を、図３（ｂ）に本実施の形態に係るカラーフィルタ基板１の平面図を示す。図３（ｂ）では、左から赤（Ｒ），Ｇ（緑），Ｂ（青）の順に、それぞれの色材層７がストライプ状に配列されている。

そして、本実施の形態では、それぞれの色材層７が図３（ａ）に示すような単純な矩形でない形状をしている。つまり、図３（ａ）に示す色材層７の形状は、金属遮光膜５と重なる位置に突起を設けた形状となっている。そして、この突起部分は、図３（ｂ）に示すように隣接する画素の色材層７と重なることになる。具体的に、Ｇの色材層７の金属遮光膜５上には、隣接する画素のＲ及びＧの色材層７が積層されている。これにより、金属遮光膜５上には、３層の色材層７で膜厚が厚膜化され凸部が形成されることになる。なお、カラーフィルタ基板１に形成する色材層７をＢ，Ｇ，Ｒの順で行っている場合は、金属遮光膜５上でもＢ，Ｇ，Ｒの順で色材層７が積層されることになる。

本実施の形態に係るカラーフィルタ基板１の製造方法は、基本的に実施の形態１と同じであるが、色材層７を複数重ねることで凸部を形成するため、金属遮光膜５上のポジ型のフォトレジスト６は、色材層７を積層する前に剥離する点が異なる。その他の点については、実施の形態１と同じであるため、詳細については説明を省略する。

図３（ａ）に示した色材層７の形状以外に、図４（ａ）に示す色材層７の形状とすることも可能である。つまり、図３（ａ）では、色材層７の両側に突起が形成されていたが、図４（ａ）では、色材層７の右側のみに突起が形成されている。また、図３（ａ）では、１つの突起が隣接する１画素分の色材層７としか重ならない形状であったが、図４（ａ）では、１つの突起が隣接する２画素分の色材層７と重なる形状である。

図４（ａ）に示す色材層７で形成したカラーフィルタ基板１の平面図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すカラーフィルタ基板１は、基本的に図３（ｂ）に示すカラーフィルタ基板１と同じであるが、色材層７の突起が、右側に隣接する２画素分の金属遮光膜５上まで形成されている点で異なっている。その他の点については、図３（ｂ）と同じであるため、詳細については説明を省略する。

なお、本実施の形態では、金属遮光膜５上にＲ，Ｇ，Ｂ三色の色材層７を積層する例を説明したが、本発明はこれに限られず、金属遮光膜５上に二色以上の色材層７を積層して凸部を形成すれば良い。また、凸部は、金属遮光膜５の全部に形成しても、また一部に形成しても良い。

以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置では、金属遮光膜５上の少なくとも一部に、二色以上の色材層７を積層させて厚膜化した凸部をさらに備え、カラーフィルタ基板１とＴＦＴ基板２との間隙（セルギャップ）が、凸部とＴＦＴ基板２とに挟まれたスペーサ３により規定されるので、凸部を形成するために材料を追加したり、新たに工程を設ける必要がないため製造コストの増加を伴わずに、スペーサ周りの光抜けを防止でき、所定のコントラストを得ることができる。

また、本実施の形態に係る液晶表示装置を製造する方法であって、色材層７を画素に形成する際に、隣接する画素の金属遮光膜５上にも色材層７を形成するので、二色以上の色材層７を積層させて厚膜化した凸部を容易に形成することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、セルギャップは凸部とＴＦＴ基板２とで挟まれるスペーサ３のみで規定している。しかし、基板に圧力がかかる熱圧着等のパネル製作工程時、凸部上のスペーサ３の数が少ないと、１つのスペーサ３にかかる押し圧力が大きくなるために、オーバーコート層８を突き破って、スペーサ３がポジ型のフォトレジスト６や色材層７にめり込む問題があった。また、スペーサ３がポジ型のフォトレジスト６や色材層７にめり込むと、スペーサ３の径でセルギャップが規定できず、所望の構造が得られない問題もあった。

そのため、凸部上の面積（厚膜化した金属遮光膜５上の面積）と凸部上のスペーサ３の数との関係が重要な要因となる。本実施の形態では、凸部上の面積とスペーサ３の散布密度とスペーサ３の径とを変化させることで、凸部上のスペーサ３の数が異なる液晶パネルを製作し、それぞれ液晶パネルに対して色材層７へのめり込み程度とスペーサ周りの光抜けを評価した。その結果を、表１及び表２に示す。

表１では、スペーサ３の径を３．５μｍに固定して、スペーサ３の散布密度を２００個／ｍｍ²，３００個／ｍｍ²，４００個／ｍｍ²、凸部上の面積（表示領域の面積に対する凸部上の面積の割合で表す）を８％，１０％，１２％と変化させた場合について評価を行っている。なお、本実施の形態では、表示領域の面積を画素の面積（表１では０．０３ｍｍ²）と金属遮光層５（＝凸部）の面積との合計とし、スペーサ３の散布密度を１ｍｍ²の表示領域当たりに散布された個数とする。また、色材層７へのめり込み程度は、目視で「あり」，「なし」を判定し、スペーサ周りの光抜けは、かなり強い光抜けを「３」、強い光抜けを「２」、弱い光抜けを「１」、光抜け無しを「０」として判定している。

表１及び表２の結果を、横軸を凸部上のスペーサ３の数（１ｍｍ²の表示領域当たり）、縦軸をスペーサ周りの光抜けレベルで表したグラフを図５に示す。図５のグラフでは、白丸が径３．５μｍのスペーサ３を、黒菱形が径４．０μｍのスペーサ３をそれぞれ表している。

表１及び図５から、径３．５μｍのスペーサ３の場合、色材層７へのめり込み程度が「なし」で、スペーサ周りの光抜けが「０」となるためには、１ｍｍ²の表示領域当たり少なくとも３０個以上スペーサ３が凸部上に存在する必要があることが分かる。

同様に、表２及び図５から、径４．０μｍのスペーサ３の場合、色材層７へのめり込み程度が「なし」で、スペーサ周りの光抜けが「０」となるためには、１ｍｍ²の表示領域当たり少なくとも２５個以上凸部上にスペーサ３が存在する必要があることが分かる。

以上のように、本実施の形態に係る液晶表示装置では、径３．５μｍのスペーサ３の場合、１ｍｍ²の表示領域当たり少なくとも３０個以上スペーサ３を凸部上に設けること、径４．０μｍのスペーサ３の場合、１ｍｍ²の表示領域当たり少なくとも２５個以上スペーサ３を凸部上に設けることで、色材層７へのめり込み程度がなく、スペーサ周りの光抜けを抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の断面図である。本発明の実施の形態１に係るカラーフィルタ基板の製造方法を説明する図である。本発明の実施の形態２に係るカラーフィルタ基板の平面図である。本発明の実施の形態２に係るカラーフィルタ基板の平面図である。本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の凸部上のスペーサ数とスペーサ周りの光抜けレベルとの関係を示す図である。

符号の説明

１カラーフィルタ基板、２ＴＦＴ基板、３，４スペーサ、５金属遮光膜、６フォトレジスト、７色材層、８オーバーコート層、９走査配線、１０信号配線、１１フォトマスク。

Claims

複数の画素電極が形成されている第１基板と、
前記第１基板と対向し、金属遮光膜が形成される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とで挟持する液晶と、
前記第１基板と前記第２基板との間隙に配置される多数のスペーサとを備え、前記画素電極間に電圧を印加することで前記第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該前記電界に基づいて前記液晶を前記第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示装置であって、
フォトレジストを用いて、前記金属遮光膜上の少なくとも一部を厚膜化した凸部をさらに備え、
前記第１基板と前記第２基板との前記間隙の大きさは、前記多数のスペーサのうち前記凸部と前記第１基板とに挟まれた前記スペーサにより規定されることを特徴とする液晶表示装置。
複数の画素電極が形成されている第１基板と、
前記第１基板と対向し、金属遮光膜及び少なくとも二色以上の色材層が形成される第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板とで挟持する液晶と、
前記第１基板と前記第２基板との間隙に配置される多数のスペーサとを備え、前記画素電極間に電圧を印加することで前記第１基板面に対して略平行に電界を生じさせ、当該前記電界に基づいて前記液晶を前記第１基板面の面内方向に応答させる液晶表示装置であって、
前記金属遮光膜上の少なくとも一部に、二色以上の前記色材層を積層させて厚膜化した凸部をさらに備え、
前記第１基板と前記第２基板との前記間隙の大きさは、前記多数のスペーサのうち前記凸部と前記第１基板とに挟まれた前記スペーサにより規定されることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記凸部上に存在する前記スペーサは、直径が３．５μｍの場合、１平方ミリメートルの表示領域当たり３０個以上であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置であって、
前記凸部上に存在する前記スペーサは、直径が４．０μｍの場合、１平方ミリメートルの表示領域当たり２５個以上であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置を製造する方法であって、
前記第２基板上に、所定の材料の前記金属遮光膜を成膜する工程と、
前記金属遮光膜上に前記フォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジストを所定のフォトマスクで露光し、その後エッチングすることで前記金属遮光膜をパターニングする工程と、
前記金属遮光膜上の前記フォトレジストを剥離することなく、前記色材層を積層する工程とを備えることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項２に記載の液晶表示装置を製造する方法であって、
前記色材層を画素に形成する際に、前記画素に隣接する画素の前記金属遮光膜上にも前記色材層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。