JP2551333B2 - アクティブマトリクス型液晶パネルおよびその製造方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶パネルおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリクス
型液晶パネルおよびその製造方法に関し、特にカラーフ
ィルタ基板の構成およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各表示画素に印加される電圧を、各表示
画素毎に設けられたスイッチング素子で制御するアクテ
ィブマトリクス型液晶パネルは、カラー化が可能なフラ
ットパネルディスプレイとして開発、商品化が進められ
ているが、特にスイッチング素子として薄膜トランジス
タを用いる液晶パネルは表示品位に優れていることから
アクティブマトリクス型液晶パネルの中核技術として注
目されている。図3は、薄膜トランジスタをスイッチン
グ素子とする従来のアクティブマトリクス型液晶パネル
の断面図である(但し、同図には説明の都合上バックラ
イト13も含めて示されている)。
【0003】同図に示されるように、液晶パネルは、薄
膜トランジスタ基板1とカラーフィルタ基板2とをスペ
ーサ3を挟んで重ね合わせ、両基板1、2間に液晶4を
充填し、さらに両基板1、2の外側の面に偏光板14、
15を配置して構成したものである。薄膜トランジスタ
基板1は、ガラス基板5上に、薄膜トランジスタ6、信
号配線7、透明導電膜からなる画素電極8等が形成され
て構成されたものである。もう一方のカラーフィルタ基
板2は、ガラス基板9上に、クロム等の金属膜からなり
マトリクス状に開口部10aの形成されているブラック
マトリクス10、赤色、緑色、青色の3色の何れかを選
択的に透過させる分光特性を有する着色層11および透
明導電膜からなる共通電極12が順次積層された構造を
持つ。また、カラーフィルタ基板2においては、膜表面
の平滑性を向上させる目的で着色層11と共通電極12
との間にオーバコートを設ける場合がある。
【0004】図4は、従来のカラーフィルタ基板2の平
面図である。図3は、図4のB−B′線に沿った線での
断面図である。図4に示されるように、着色層11は、
R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の繰り返しパター
ンで、ストライプ状に形成されている。図5は、図3に
示された液晶パネルの全体の構成を示す等価回路図であ
る。図5において破線にて囲まれた部分が液晶パネルの
構成部分であって、同図に示されるように、薄膜トラン
ジスタ6は、信号配線7と、走査配線16との交点に、
ソースが信号配線7に、ゲートが走査配線16に、ドレ
インが画素電極8に接続される態様にて形成されてい
る。画素電極8は、液晶4を挟んで対向している共通電
極12と共にキャパシタを構成している。信号配線7
は、信号配線駆動回路17から画像信号データの供給を
受け、走査配線16は、走査配線駆動回路18によって
駆動される。図5において、R、G、Bは、着色層11
の透過光を示すが、同図に示されるように、着色層11
は、同一の信号配線に繋がれた画素については同一種の
着色層が配置されている。
【0005】次に、このように構成された液晶パネルの
表示動作について説明する。バックライト13から放射
された光のうち特定の偏光面の光のみが偏光板14を透
過して液晶4内に入射する。いま、画素電極8と共通電
極12(通常、共通電位に保持される)との間に電位差
がないものとすると、入射光は液晶4により90°旋光
された後に着色層11を透過し偏光板15に入射する。
ここで、液晶パネルのモードがノーマリホワイトである
ものとすると、偏光板15に入射した光はそのまま透過
して着色層に応じた表示光として認識される。画素電極
8に電圧が印加され、共通電極12との間に電位差が生
じると、その電位差に応じて液晶4を通過する偏光の回
転角が変化する。すなわち、低電圧では90°近く偏光
面が回転し、最大の電位差が印加されるとき偏光は旋光
されることなく透過する。したがって、画素電極に印加
される電圧によって、偏光板15を透過する光の光量が
変化する。
【0006】図5に示す回路において、走査配線駆動回
路18は、順次走査配線16を選択し、その走査配線1
6に接続されている薄膜トランジスタ6をオン状態にす
る。信号配線駆動回路17は、走査配線16の選択に同
期して選択された走査配線に相当するラインの画像デー
タを信号配線7に出力する。この画像データは、薄膜ト
ランジスタ6がオン状態にあることにより、それぞれの
画素電極8に書き込まれる。そして、液晶パネルの各ピ
クセルからは、対応する画素電極に書き込まれた電圧に
応じた光量の表示光が出力される。各画素電極は、書き
込まれた電圧を薄膜トランジスタがオフされた後も保持
し続けるが、この保持電圧は薄膜トランジスタのリーク
電流(オフ電流)によって徐々に低下する。したがっ
て、高い表示品位の液晶パネルを得るにはいかに薄膜ト
ランジスタのオフ電流を低下させるかが重要なポイント
になる。各画素電極の保持していた書き込み電圧は、次
に該当する走査配線が選択され、その画素電極に連なる
薄膜トランジスタがオンしたたときに新たな画像データ
によって書き換えられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のアクテ
ィブマトリクス型液晶パネルでは、図3を参照して説明
したように、バックライト光のうち出力光として利用さ
れるのは、2枚の偏光板、着色層等を透過したごく一部
にすぎないため、光の利用効率が低く、高輝度で視認性
の高い表示を得ることが困難である。この点に対処する
方策として、バックライトの光量を増加することが考え
られるが、この対策には、バックライトによる消費電力
が増加するという欠点がある外、以下のような問題点が
ある。すなわち、バックライト光量が増加すると、図3
中矢印で示す、薄膜トランジスタ基板の画素電極を透過
し、カラーフィルタ基板上のブラックマトリクス(通
常、金属膜で構成される)で反射された後に薄膜トラン
ジスタに入射する斜光成分も増加する。この反射光の入
射したトランジスタがオフ状態にある場合、オフ電流が
増加し、そのトランジスタに接続された画素電極の保持
電圧を低下させる。その結果、画素電極は書き込まれた
当初の電圧とは異なる電圧を保持するようになり、表示
出力光の強度に変動が起こり表示品位の低下を招く。こ
の不具合は、バックライトの光量を増加させるとより顕
著となる現象である。
【0008】一方、低バックライト光量で表示輝度を高
める方策としてカラーフィルタを構成する着色層の透過
率を上げる手段が採用されつつある。しかしながら、上
述した従来構造の液晶パネルでは、この手段を採用した
場合、入射斜光の着色層での減衰率が低下するため、結
局薄膜トランジスタに入射する光量が増加し、オフ電流
の増加による表示品位の低下を招くことになる。したが
って、この発明の目的とするところは、バックライトの
光量を増加させることなく、しかも、薄膜トランジスタ
のオフ電流の増加を招くことなく表示輝度を高めること
であり、このことにより、視認性が高く表示品位に優れ
た液晶パネルを提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、第1のガラス基板上にブラックマ
トリクス、複数の着色層および共通電極が形成されてな
る共通電極基板と、第2のガラス基板上に複数のスイッ
チング素子とそれぞれのスイッチング素子に接続された
複数の画素電極とが形成されてなる画素電極基板との間
に液晶を挟持したものにおいて、前記着色層は、前記
ブラックマトリクスの開口部上の部分が選択的に退色さ
れたことにより、染色法により形成され、ブラックマ
トリクス上の部分に追加の染色が行われたことにより、
あるいは、顔料を含む層と露光により光透過率の低下
する感光層との2層膜により構成されており、ブラック
マトリクス上の部分の感光層が選択的に露光されたこと
により、ブラックマトリクス上の光透過率が他の部分よ
り低くなされていることを特徴とするアクティブマトリ
クス型液晶パネルが提供される。
【0010】また、上記目的を達成するための本発明に
よるアクティブマトリクス型液晶パネルの製造方法は、
第1のガラス基板上にブラックマトリクスを形成する工
程と、前記ブラックマトリクス上に複数の着色層を形成
する工程と、前記着色層の前記ブラックマトリクスの開
口部の部分を選択的に退色させる工程と、を含むもので
ある。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例の薄膜トランジ
スタを用いたアクティブマトリクス型液晶パネルの断面
図である。同図に示されるように、液晶パネルは、薄膜
トランジスタ基板1とカラーフィルタ基板2とをスペー
サ3を挟んで重ね合わせ、両基板1、2間に液晶4を充
填し、さらに両基板1、2の外側の面に偏光板14、1
5を貼付して構成したものである。
【0012】薄膜トランジスタ基板1は、ガラス基板5
上に、薄膜トランジスタ6、信号配線7、透明導電膜か
らなる画素電極8等が形成されて構成されたものであ
る。もう一方のカラーフィルタ基板2は、ガラス基板9
上に、クロム等の金属膜からなりマトリクス状に開口部
10aの形成されているブラックマトリクス10、赤
色、緑色、青色の3色の何れかを選択的に透過させる分
光特性を有する着色層11および透明導電膜からなる共
通電極12が順次積層された構造を持つ。
【0013】着色層11は、薄膜トランジスタ基板1の
画素電極8に対向する部分11aと、それ以外の部分1
1bとに分けられ、そして後者の部分の光透過率が前者
の部分のそれより低くなるようになされている。図2
は、本実施例のカラーフィルタ基板2の平面図である。
図1は、図2のA−A′線に沿った線での断面図であ
る。図2において、ブラックマトリクス10の開口部1
0aは破線にて示されているが、同時にこの部分が、着
色層11の画素電極8に対向する部分11aに相当して
おり、着色層11のこの部分での光透過率は他の部分1
1bのそれより高くなされている。なお、着色層11
は、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の繰り返しパ
ターンで、ストライプ状に形成されている。
【0014】次に、本実施例のカラーフィルタ基板の製
造方法について説明する。ガラス基板9上にスパッタ法
によりクロムを膜厚1μmに堆積し、これをフォトエッ
チング法によりパターンニングしてブラックマトリクス
10を形成する。次に、光硬化性樹脂に顔料を分散させ
たいわゆる顔料分散型樹脂を塗付し、マスク露光の後現
像してストライプ形状の着色層11を形成する。ここ
で、着色層の顔料には、短波長紫外線の照射により分
解、退色するものが用いられている。着色層の形成工程
が3色について終了した後、ガラス基板側から短波長紫
外線を照射する。この工程において、ブラックマトリク
ス10がセルフアラインマスクとして機能し、その開口
部10a部分の着色層11aを所定の程度退色させその
部分の光透過率を増加させる。次に、ITO(Indium T
in Oxide)をスパッタ法により堆積し、所定のパターン
に加工して共通電極12を形成する。
【0015】部分的に光透過率に差のある着色層を形成
するのに上記の方法に代え以下の手法を用いることがで
きる。 着色層11の成膜は上記実施例と同様に行ない、各
色の着色層を形成する毎に退色作業を行なう。あるい
は、3色の着色層を形成した後、退色作業は各色毎に実
施する。各色によって退色の感度に差のあるときこの方
法を採ることが望ましい。 着色層11の成膜は上記実施例と同様に行ない、着
色層11の退色は、膜面側からのフォトマスクを介して
の露光によって行う。この場合、ブラックマトリクスを
形成する際に用いたフォトマスクを流用することができ
る。 着色層は印刷法によって形成し、その退色は、上記
実施例通り、あるいは上記、の手法を採用する。 ガラス基板上にブラックマトリクスを形成し、その
上にハロゲン化銀あるいはアゾベンゼン等の感光材を含
む樹脂からなる着色層を印刷法乃至マスク露光法により
形成した後、画素電極に対向する部分11aを覆うマス
クを用いて露光し、画素電極に対向する部分以外の部分
11bの光透過率を下げる。しかる後、その着色層上に
顔料を含む樹脂からなる着色層を形成する。 染色法を用いて着色層を形成した後、画素電極に対
向する部分11aを被覆するフォトレジストマスクを形
成し、黒色染料にて染色を行う。 なお、上記実施例では、ストライプ状着色層を持つもの
について説明したが、これに代えてモザイク状着色層を
用いてもよい。また、本発明は、薄膜トランジスタに代
えMIM等の他のスイッチング素子を用いたアクティブ
マトリクス型液晶パネルにも適用が可能である。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクティ
ブマトリクス型液晶パネルは、カラーフィルタを構成す
る着色層の光透過率を、ブラックマトリクスの開口部上
では高く、その他の部分では低くなるようにしたもので
あるので、本発明によれば、ブラックマトリクスの開口
部を透過する光の光量を下げることなく、ブラックマト
リクスでの反射光を低下させることができる。したがっ
て、本発明によれば、バックライトの出力を上げること
なく表示輝度を高く維持することができる。また、本発
明によれば、スイッチング素子に入射する反射光のレベ
ルを下げることができるため、スイッチング素子のオフ
電流を削減して良好な表示品位を確保することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の部分断面図。
【図2】本発明の一実施例に用いられるカラーフィルタ
基板の平面図。
【図3】従来例の部分断面図。
【図4】従来例に用いられるカラーフィルタ基板の平面
図。
【図5】アクティブマトリクス型液晶パネルの等価回路
図。
【符号の説明】
1 薄膜トランジスタ基板 2 カラーフィルタ基板 3 スペーサ 4 液晶 5、9 ガラス基板 6 薄膜トランジスタ 7 信号配線 8 画素電極 10 ブラックマトリクス 11 着色層 11a 着色層11の画素電極8に対応する部分 11b 着色層11の画素電極8に対応する部分以外の
部分 12 共通電極 13 バックライト 14、15 偏光板 16 走査配線 17 信号配線駆動回路 18 走査配線駆動回路

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のガラス基板上にブラックマトリク
    ス、複数の着色層および共通電極が形成されてなる共通
    電極基板と、第2のガラス基板上に複数のスイッチング
    素子とそれぞれのスイッチング素子に接続された複数の
    画素電極とが形成されてなる画素電極基板と、前記共通
    電極基板と前記画素電極基板との間に充填された液晶
    と、を備える液晶パネルにおいて、前記着色層は、前記
    ブラックマトリクスの開口部上における部分が選択的に
    退色されたことにより他の部分より光透過率が高くなさ
    れていることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶
    パネル。
  2. 【請求項2】 第1のガラス基板上にブラックマトリク
    ス、複数の着色層および共通電極が形成されてなる共通
    電極基板と、第2のガラス基板上に複数のスイッチング
    素子とそれぞれのスイッチング素子に接続された複数の
    画素電極とが形成されてなる画素電極基板と、前記共通
    電極基板と前記画素電極基板との間に充填された液晶
    と、を備える液晶パネルにおいて、前記着色層は、染色
    法によって形成されたものであり、前記ブラックマトリ
    クス上の部分は追加の染色が行われたことにより光透過
    率が他の部分より低くなされていることを特徴とする
    クティブマトリクス型液晶パネル。
  3. 【請求項3】 第1のガラス基板上にブラックマトリク
    ス、複数の着色層および共通電極が形成されてなる共通
    電極基板と、第2のガラス基板上に複数のスイッチング
    素子とそれぞれのスイッチング素子に接続された複数の
    画素電極とが形成されてなる画素電極基板と、前記共通
    電極基板と前記画素電極基板との間に充填された液晶
    と、を備える液晶パネルにおいて、前記着色層は、顔料
    を含む層および露光により光透過率の低下する感光材料
    を含む層の2層膜で構成されており、前記ブラックマト
    リクス部分の前記着色層は前記感光材料を含む層が露光
    されたことにより光透過率が他の部分より低くなされて
    いることを特徴とするアクティブマトリクス型液晶パネ
    ル。
  4. 【請求項4】 第1のガラス基板上にブラックマトリク
    ス、複数の着色層および共通電極を形成して共通電極基
    板を作製する過程と、第2のガラス基板上に複数のスイ
    ッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に接続され
    た複数の画素電極とを形成して画素電極基板を作製する
    過程と、前記共通電極基板と前記画素電極基板とを狭い
    間隙を介して貼り合わせ、前記狭い間隙中に液晶を注入
    して液晶パネルを組み立てる過程と、を備えるアクティ
    ブマトリクス型液晶パネルの製造方法において、前記共
    通電極基板を作製する過程には、第1のガラス基板上に
    ブラックマトリクスを形成する工程と、前記ブラックマ
    トリクス上に複数の着色層を形成する工程と、前記着色
    層の前記ブラックマトリクスの開口部の部分を選択的に
    退色させる工程と、が含まれていることを特徴とするア
    クティブマトリクス型液晶パネルの製造方法。
  5. 【請求項5】 着色層を選択的に退色させる前記工程
    が、前記第1のガラス基板側から前記ブラックマトリク
    スをマスクとして着色層に紫外線を照射するものである
    ことを特徴とする請求項記載のアクティブマトリクス
    型液晶パネルの製造方法。
  6. 【請求項6】 着色層を選択的に退色させる前記工程
    が、前記ブラックマトリクスを形成する際に用いたフォ
    トマスクをマスクとして着色層に紫外線を照射するもの
    であることを特徴とする請求項記載のアクティブマト
    リクス型液晶パネルの製造方法。
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