JP2007121373A - 液晶表示パネル、カラーフィルタ、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ、アクティブデバイス基板、及び液晶層を備える液晶表示パネルを提供する。
【解決手段】液晶層は、カラーフィルタとアクティブデバイス基板との間に配される。カラーフィルタは基板、ブラックマトリクス、カラーフィルタ層、オーバーコート層、及び透明電極層を備える。ブラックマトリクスは基板上に配されて、カラーフィルタ層が配された複数のサブ画素領域を規定する。さらに、基板上にオーバーコート層が配されてブラックマトリクスとカラーフィルタ層とを被覆する。オーバーコート層は複数の配向パターンを有し、オーバーコート層上に透明電極層が配される。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示パネル、カラーフィルタ、及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明はマルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）液晶表示パネル、カラーフィルタ、及びその製造方法に関する。

半導体デバイス及びマンマシンインターフェース設計の急速な進歩とともに、マルチメディアシステムの使用が世界で急速に増加している。これまで、表示品質が高く単価が安いことからブラウン管（ＣＲＴ）が表示装置として選択されていた。しかし環境保護に対する我々の意識が高まるにつれて、かさ高く高消費電力で放射線放射の被害が疑われるブラウン管（ＣＲＴ）は、もはや我々の基準を満たさなくなっている。この問題を解決するために、薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）が開発されている。ＴＦＴ−ＬＣＤは軽量且つ小型で、電力を消費しすぎることがなく高い画像表示品質を有するので、市場においては表示装置製品の主流のひとつとなっている。

現在液晶表示装置に求められるものは、主に高コントラスト比、高速応答及び広視野角である。広視野角の液晶表示装置を提供するために、マルチドメイン垂直配向液晶表示（ＭＶＡ−ＬＣＤ）パネルの製造技法が用いられる。

図１Ａは、従来のＭＶＡ−ＬＣＤパネルの平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＭ−Ｍ’線に沿った概略断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤパネル１００は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）配列１１０、カラーフィルタ１３０、及び液晶層１５０を備える。ＴＦＴ配列１１０は、透明基板１１２、複数の走査線１１４ａ、複数の共通線１１４ｂ、絶縁層１１６、複数のデータ線１１８、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１２０、保護層１２２、及び複数の画素電極１２４を備える。

走査線１１４ａ及びデータ線１１８によって、透明基板１１２上の複数にサブ画素領域１２０ａが規定される。１つのサブ画素領域１２０ａの中には各薄膜トランジスタ１２０がそれぞれ配置されており、対応するデータ線１１８と走査線１１４ａとに接続されている。さらに、走査線１１４ａと共通線１１４ｂとをゲート絶縁層１１６が被覆しており、透明基板１１２の上には保護層１２２が形成されてデータ線を被覆している。その上、対応するサブ画素領域１２０ａ内には各画素電極１２４が配置され、対応する薄膜トランジスタ１２０に電気接続されている。各画素電極１２４は複数の配向スリット（alignment slits）１２６を有する。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、薄膜トランジスタ基板１１０の上にカラーフィルタ１３０が配されている。カラーフィルタ１３０は、透明基板１３２、カラーフィルタ層１３３ａ、ブラックマトリクス１３３ｂ、電極層１３４、及び複数の配向用突起１３６を備える。カラーフィルタ層１３３ａとブラックマトリクス１３３ｂとは透明基板１３２上に配されている。さらに、電極層１３４はカラーフィルタ層１３３ａとブラックマトリクス１３３ｂとを被覆し、配向用突起１３６は電極層１３４上に配置されている。さらに、ＴＦＴ配列１１０とカラーフィルタ１３０との間には、複数の液晶分子１５２を備える液晶層１５０が配されている。したがって、ＴＦＴ配列１１０とカラーフィルタ１３０との間に配された液晶分子１５２は、配向スリット１２６と配向用突起１３６とによってさまざまな傾斜方向を有することができ、ＭＶＡ−ＬＣＤパネル１００の視野角範囲を広くすることができる。

しかし広視野角を実現するために配向用突起を採用すると、以下の欠点を有する可能性がある。

１．工程（process）に制約があるために、配向用突起の幅は１０μｍよりも大きくてよく、高さは１．４μｍよりも大きくてよい。配向用突起の高さに制約があるために、ＴＦＴ配列とカラーフィルタとの間のセルギャップは３μｍよりも大きい必要がある。

２．配向用突起はバックライトの一部を弱めてしまうので、液晶表示パネルの輝度が低下してしまう。

３．配向用突起の構造は液晶分子の配列に影響を与える。具体的に言うと、配向用突起近傍の液晶分子が不正常配列になるので、光漏れを招き表示コントラストに影響を与える可能性がある。

さらに、図２を参照して、特開２００１−２０９０６５はさらに、広視野角を実現するためにカラーフィルタ層６１に溝８１を形成する技法を提供している。溝８１があるためにカラーフィルタ層６１の厚さは一様ではなく、また溝８１によって光漏れが生じる可能性もある。したがって、ブラックマトリクスの製造工程によって溝８１に対応して遮光層７０を形成し、光漏れを防止する。しかし、遮光層７０は液晶表示パネルの開口率に影響しその輝度を低下させる。

したがって、本発明はより薄くより透過率が高いカラーフィルタに関し、これにより広視野角を実現する配向効果が得られる。

本発明はまた、さらなる工程又はマスクなしに上述のカラーフィルタを製造する方法に関する。

本発明はさらに、より薄くより透過率が高く広視野角の液晶表示パネルに関する。

本発明は、基板、ブラックマトリクス、カラーフィルタリング層、オーバーコート層及び透明電極層を備えるカラーフィルタを提供する。ブラックマトリクスは基板上に配され、複数のサブ画素領域を規定する。カラーフィルタ層はサブ画素領域に配される。オーバーコート層は基板上に配され、ブラックマトリクスとカラーフィルタ層とを被覆する。オーバーコート層は複数の配向パターンを有する。透明電極層はオーバーコート層上に配される。

本発明はまた、アクティブデバイス配列基板、液晶層、及び上述のカラーフィルタを備える液晶表示パネルを提供する。アクティブデバイス配列基板はカラーフィルタに対向して配され、液晶層はカラーフィルタとアクティブデバイス配列基板との間に配置される。

本発明の一実施形態によれば、オーバーコート層の厚さは０．５μｍよりも大きい。

本発明の一実施形態によれば、配向パターンは複数の溝を備える。それぞれの溝の幅は１μｍから２０μｍの間であってもよい。さらに、それぞれの溝の深さは０．１μｍよりも大きくてもよい。

本発明の一実施形態によれば、オーバーコート層の材料はアクリル樹脂又はノボラック樹脂である。

本発明の一実施形態によれば、アクティブデバイス配列基板は薄膜トランジスタ配列基板である。また、液晶表示パネルはさらに、カラーフィルタとアクティブデバイス配列基板との間に配された複数のスペーサを備えてもよい。

本発明はさらに、カラーフィルタの製造方法を提供する。まず基板が設けられる。次に基板上にブラックマトリクスが形成されて、複数のサブ画素領域を規定する。次にサブ画素領域にカラーフィルタ層を形成する。次に基板上にオーバーコート層が形成されて、ブラックマトリクスとカラーフィルタ層とを被覆する。次にオーバーコート層をパターニングして複数の配向パターンを形成する。その後オーバーコート層上に透明電極層が形成される。

本発明の一実施形態によれば、オーバーコート層はフォトリソグラフィ及びエッチングを用いる工程によってパターニングされる。

したがって、本発明はカラーフィルタのオーバーコート層上に配向パターンを形成して、広視野角を実現する配向効果を得る。カラーフィルタ上に配向用突起が形成されないので、液晶表示パネルの輝度を高め光漏れを効果的に防止することができる。

添付図面は本発明をさらに理解するために含あり、本明細書に組み込まれその一部を構成する。図面は本発明の実施形態を説明し、本説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。

次に、本発明の好ましい実施形態を添付図面に示し詳細に説明する。可能な場合には、図面及び説明において同一又は同様の部分を同じ参照符号を用いて示す。

図３Ａないし図３Ｆは、本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。

まず図３Ａを参照して、基板３１０が設けられる。基板はガラス基板であっても、プラスチック基板であっても、その他の透明基板であってもよい。

次に図３Ｂを参照して、基板３１０上にブラックマトリクス材料層（図示せず）が形成される。次に、このブラックマトリクス材料層にフォトリソグラフィを用いる工程又はフォトリソグラフィ及びエッチングを用いる工程が適用されて、ブラックマトリクス３２０を形成する。ブラックマトリクス３２０は、基板３１０上に複数のサブ画素領域３１２を規定する。例えば、ブラックマトリクス３２０の材料は透光性樹脂であってもよく、したがってブラックマトリクス３２０はフォトリソグラフィを用いる工程によって形成することができる。さらに、ブラックマトリクス３２０の材料はクロム等の金属であってもよい。したがって、ブラックマトリクス３２０は、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いる工程によって形成することができる。

その後図３Ｃを参照して、基板３１０上のサブ画素領域３１２にカラーフィルタ層３３０が形成されて、基板３１０とブラックマトリクス３２０の一部とを被覆する。カラーフィルタ層３３０は複数の赤フィルタブロック（red filtering blocks）（Ｒ）、緑フィルタブロック（Ｇ）、及び青フィルタブロック（Ｂ）を備えていてもよい。スピンコート又は焼成の各工程を採用して、異なるサブ画素領域３１２に連続して赤、緑、及び青のパターニングしたフォトレジスト層を形成してもよい。さらに、インクジェットプリント又はその他の適用可能な方法によってカラーフィルタ層３３０を形成してもよい。カラーフィルタ層３３０の赤、緑、及び青のフィルタブロックの配列は、モザイク配列、ストライプ配列、４画素配列（four pixels type）、デルタ配列、等であってもよい。

次に図３Ｄを参照して、基板３１０上にオーバーコート層３４０が形成されて、ブラックマトリクス３２０とカラーフィルタ層３３０とを被覆する。オーバーコート層３４０の材料は、アクリル樹脂又はノボラック樹脂であってもよい。カラーフィルタ層３３０を特定の厚さのオーバーコート層３４０で被覆することによって、異なるカラーのフィルタブロックの材料選択性が向上する、ということに留意されたい。例えば、異なるカラーフィルタブロックの厚さの違いを考慮することなく、高コントラスト及び高透過率の材料を選択することができる。本発明において、オーバーコート層３４０の厚さは０．５ μｍよりも大きくてもよい。好ましくは、オーバーコート層３４０の厚さは３μｍから４μｍであってもよい。

次に図３Ｅを参照して、オーバーコート層３４０をパターニングしてその上に複数の配向パターン３４２を形成する。一実施形態において、オーバーコート層３４０は、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いる工程によってパターニングされ、配向パターン３４２は溝であってもよい。広視野角の効果を明らかにするためには、それぞれの溝の幅は１μｍから２０μｍの間であってもよい。好ましくは、それぞれの溝の幅は６μｍから７μｍであってもよい。さらに、それぞれの溝の深さは０．１μｍよりも大きくてもよい。好ましくは、それぞれの溝の深さは１μｍから２μｍであってもよい。

その後図３Ｆを参照して、スパッタリング又はその他の膜形成法によって、オーバーコート層３４０上に等角（conformal）透明電極層３５０を形成する。本発明のカラーフィルタ３００の製造はほぼ実現されている。透明電極層３５０の材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電性材料であってもよい。

したがって、本発明は、従来の配向用突起の代わりにオーバーコート層上に配向パターンを形成する。本発明の製造工程が用いるマスクは従来の工程と同量であり、カラーフィルタ上に配向用突起を形成しない。したがって製造コストが上昇することはない。さらに、上述の製造工程後、このカラーフィルタをアクティブデバイス配列基板と組み立てて液晶表示パネルを形成することができる。

図４は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示パネルを示す概略断面図である。図４を参照して、液晶表示パネル４００は上述のカラーフィルタ３００、アクティブデバイス配列基板、及び液晶層３７０を備える。本実施形態において、アクティブデバイス配列基板はＴＦＴ配列基板３６０であってもよく、ＴＦＴ配列基板３６０の画素電極３６２は、複数の配向スリット３６４を有してもよい。さらに、液晶層３７０はＴＦＴ配列基板３６０とカラーフィルタ３００との間に配置され、液晶層３７０は複数の液晶分子３７２を有する。液晶層３７０内の液晶分子３７２は、配向スリット３６４と配向パターン３４２とによってさまざまな傾斜方向を有することができ、液晶表示パネル４００の視野角の範囲を広くすることができる。

さらに、液晶表示パネル４００の組立て前に、カラーフィルタ３００とＴＦＴ配列基板３６０との間に複数のスペーサ（図示せず）を形成して、液晶表示パネル４００のセルギャップを維持してもよい。

要するに、本発明の液晶表示パネル、カラーフィルタ、及び製造方法は少なくとも以下の特徴及び利点を有する。
１．カラーフィルタ上に配向用突起がないので、液晶表示パネルのセルギャップを最小限にすることができ、液晶表示パネルが薄型になる。
２．従来のＭＶＡ−ＬＣＤパネルの工程と比較して、本発明でさらなる工程又はマスクは不要であり、したがって製造コストが上昇することはない。
３．カラーフィルタに配向用突起がないので、高光透過率が実現され液晶表示パネルの輝度を高めることができる。
４．液晶分子の不正常配列や光漏れをなくして、表示コントラスト及び表示品質を向上することができる。
５．カラーフィルタ層上にオーバーコート層が形成されて、異なるカラーフィルタブロックの厚さの違いを克服する。したがって、フィルタブロックの材料選択性が向上しプロセスウインドウが改良される。

当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の構造にさまざまな変更及び変形を行うことができるということが明白である。以上のことに鑑みて、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にあるならば本発明の変更及び変形を包含するものである。

従来のＭＶＡ−ＬＣＤパネルの平面図である。 図１ＡのＭ−Ｍ’線に沿った概略断面図である。 別の従来のＭＶＡ−ＬＣＤパネルの概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明によるカラーフィルタの製造工程を示す概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態による液晶表示パネルを示す概略断面図である。

符号の説明

３００ カラーフィルタ
３１０ 基板
３１２ サブ画素領域
３２０ ブラックマトリクス
３３０ カラーフィルタ層
３４０ オーバーコート層
３４２ 配向パターン
３５０ 透明電極層
３６０ ＴＦＴ配列基板
３６２ 画素電極
３６４ 配向スリット
３７０ 液晶層
３７２ 液晶分子
４００ 液晶表示パネル

Claims (16)

1. 基板と、
   該基板上に配され、複数のサブ画素領域を規定するブラックマトリクスと、
   前記サブ画素領域に配されるカラーフィルタ層と、
   前記基板上に配され、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタ層とを被覆するオーバーコート層であって、複数の配向パターンを有するオーバーコート層と、
   該オーバーコート層上に配される透明電極層と
   を備える、カラーフィルタ。
2. 前記オーバーコート層の厚さは０．５μｍよりも大きい請求項１に記載のカラーフィルタ。
3. 前記配向パターンは複数の溝を備える請求項１に記載のカラーフィルタ。
4. それぞれの前記溝の幅は１μｍから２０μｍの間である請求項３に記載のカラーフィルタ。
5. それぞれの前記溝の深さは０．１μｍよりも大きい請求項３に記載のカラーフィルタ。
6. 前記オーバーコート層の材料はアクリル樹脂又はノボラック樹脂である請求項１に記載のカラーフィルタ。
7. カラーフィルタであって、
   基板と、
   該基板上に配置され、複数のサブ画素領域を規定する、ブラックマトリクスと、
   前記サブ画素領域に配置されるカラーフィルタ層と、
   前記基板上に配置され、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタ層とを被覆するものであって、複数の配向パターンを有するオーバーコート層と
   該オーバーコート層上に配置される透明電極層と、
   を備えるカラーフィルタと、
   該カラーフィルタに対向するアクティブデバイス配列基板と、
   前記カラーフィルタと前記アクティブデバイス配列基板との間に配置される液晶層と
   を備える液晶表示パネル。
8. 前記オーバーコート層の厚さは０．５μｍよりも大きい請求項７に記載の液晶表示パネル。
9. 前記配向パターンは複数の溝を備える請求項７に記載の液晶表示パネル。
10. それぞれの前記溝の幅は１μｍから２０μｍの間である請求項９に記載の液晶表示パネル。
11. それぞれの前記溝の深さは０．１μｍよりも大きい請求項９に記載の液晶表示パネル。
12. 前記オーバーコート層の材料はアクリル樹脂又はノボラック樹脂である請求項７に記載の液晶表示パネル。
13. 前記アクティブデバイス配列基板は薄膜トランジスタ配列基板である請求項７に記載の液晶表示パネル。
14. 前記カラーフィルタと前記アクティブデバイス配列基板との間に配置される複数のスペーサをさらに備える、請求項７に記載の液晶表示パネル。
15. 基板を設け、
    複数のサブ画素領域を規定して、該基板上にブラックマトリクスを形成し、
    該サブ画素領域にカラーフィルタ層を形成し、
    前記基板上にオーバーコート層を形成し、前記ブラックマトリクスと前記カラーフィルタ層とを被覆し、
    前記オーバーコート層をパターニングし、該オーバーコート層上に複数の配向パターンを形成し、及び
    前記オーバーコート層上に透明電極層を形成することよりなる、カラーフィルタの製造方法。
16. 前記オーバーコート層のパターニングはフォトリソグラフィ及びエッチングを用いる工程によって行われる、請求項１５に記載のカラーフィルタの製造方法。
    
    

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