JP3896191B2 - カラーフィルタおよびカラー液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタおよびカラー液晶表示装置に係り、特に表示品質に優れ製造が容易なカラー液晶表示装置と、このようなカラー液晶表示装置を可能とするカラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックスおよび複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）等の半導体駆動素子を備えた半導体駆動素子アレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたものがある。したがって、この間隙部は液晶層の厚みそのものであり、液晶層の厚みにムラがあると、カラー液晶表示装置内で輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品位を著しく損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均一であることが望ましい。
【０００３】
従来、カラー液晶表示装置における液晶層の厚みを決定する方法として、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とを貼り合わせる時に、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして使用する方法がある。すなわち、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とを貼り合わせる前に、所定の直径で粒径の揃ったガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとしてカラーフィルタおよび半導体駆動素子アレイ基板のいずれか一方に散在させ、その後、両基板の貼り合わせを行い、ガラスビーズやプラスチックビーズの直径をもって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙部を形成する方法では、次のような問題点が生じる。
【０００５】
まず、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして用いる場合、基板面上に散在させる密度が適正で、かつ、基板面上に均一に分散されていなければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在量（密度）を増した場合、間隙部の大きさのばらつき偏差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画素部上に存在するスペーサーの数も増し、これによって、表示領域の面積の低下が生じる。すなわち、スペーサーが存在する部分が表示領域として無効となり、開口率が低下するという不都合が生じる。
【０００６】
さらに、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして用いる場合、液晶層の所望の厚みよりも直径の大きいスペーサーを使用し、間隙部が所定の大きさとなるまでカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とに圧力をかけてスペーサーを変形させる必要がある。しかし、上述のように間隙部の厚みのばらつき偏差を少なくするためにスペーサー散在量（密度）はある程度多くする必要があり、したがって、上記のスペーサー変形に要する圧力は大きなものとなり、装置が大がかりになるとともに、カラーフィルタや半導体駆動素子アレイ基板の破損が生じるという問題がある。
【０００７】
また、ガラスビーズやプラスチックビーズは凝集しやすく、散在させた時の分散度が悪いために偏在を生じ、画素領域に位置する偏在箇所では液晶分子の配向に支障を来すという問題もある。また、画素領域に存在するガラスビーズやプラスチックビーズは、黒表示を行った際に光を透過するので、これらのスペーサーが輝点となってコントラスト比を著しく低下させるという問題もある。
【０００８】
このような問題を解消するために、カラーフィルタに予め間隙（液晶層の厚み）を決定する柱状凸部を形成することが提案されている（特開平５−１９６９４６号）。これは、着色層の形成と同時に、ブラックマトリックス上の所定の複数箇所に着色層を形成することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層が積層された柱状凸部を形成しておき、この柱状凸部をスペーサーとして２枚の基板を貼り合わせるものである。
【０００９】
しかし、間隙部を所望の大きさとするためにカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とにかける圧力が小さいものであり、かつ、形成された間隙部の大きさが安定して維持されるような柱状凸部を備えたカラーフィルタは、未だ実現されておらず、カラー液晶表示装置の表示品質の更なる改善が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶層の厚み設定が容易かつ確実であるカラーフィルタと、このようなカラーフィルタを使用した表示品質に優れるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、前記基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備え、該柱状凸部は着色層が積層されたものであり、着色層からの柱状凸部の突出量は２〜１０μ m の範囲であり、各柱状凸部の横断面積は２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、柱状凸部の横断面積の総和は表示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内にあるような構成とした。
【００１２】
本発明のカラー液晶表示装置は、半導体駆動素子アレイ基板とカラーフィルタとの間隙部に液晶層を密封したＩＰＳ液晶モードのカラー液晶表示装置であって、カラーフィルタは請求項１に記載のカラーフィルタであり、かつ、各柱状凸部は半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置にあるような構成とした。
【００１３】
このような本発明では、カラーフィルタを半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた時に、複数の柱状凸部がカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間に所望の大きさの間隙部を形成し、かつ、形成された間隙部を高い精度で安定して維持する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明のカラーフィルタの第１実施形態
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には柱状凸部６が形成されている。
【００１５】
着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線で示される部分）を形成している。ブラックマトリックス３は各着色パターンからなる表示画素部の間および着色層５の形成領域の外側に設けられている。
【００１６】
柱状凸部６は、着色層５よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出しており、個々の柱状凸部６の横断面積（図１に斜鎖線で示される部分）ｓは２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、また、柱状凸部６の横断面積ｓの総和は各表示画素部（図１に斜線で示される部分）の面積Ｓの総和の０．０５〜１．５％の範囲内となるように設定されている。尚、柱状凸部６の横断面積ｓは、柱状凸部６の下地層（図示例ではブラックマトリックス３）に近接する横断面積である。上記の柱状凸部６の横断面積ｓが２５μｍ2 未満であると、柱状凸部６の機械的強度が不足してカラー液晶表示装置の液晶層の厚みを高い精度で維持できなくなり、また、１５００μｍ2 を超えると、表示画素部に柱状凸部６が一部はみ出すことがあり好ましくない。柱状凸部６の横断面積ｓの総和が各表示画素部面積Ｓの総和の０．０５％未満であると、個々の柱状凸部６の機械的強度不足あるいは柱状凸部６が存在しない領域が大きく（柱状凸部６の形成密度が小さく）なってカラー液晶表示装置の液晶層の厚みを高い精度で維持できなくなり、また、１．５％を超えると、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が大きくなり、カラー液晶表示装置の製造段階で基板破損等を生じ易くなり好ましくない。
【００１７】
このような柱状凸部６の高さ（突出量）は、カラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部６の形成密度はほぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層５を構成する赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂの１組に対して柱状凸部６が１〜３個の割合で存在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部６の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよく、例えば、ポジ型あるいはネガ型の感光性レジスト層を硬化させて形成することができる。
【００１８】
上記の柱状凸部６を備える本発明のカラーフィルタ１に、例えば、ブラックマトリックス３、着色層５および柱状凸部６を覆うように透明導電層と配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部６がカラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板との間に間隙を形成する。そして、従来のスペーサーとしてガラスビーズやプラスチックビーズを使用した場合に比べて、両基板の間隙を所望の大きさに設定することが容易であるとともに、間隙精度は極めて高いものとなり、また、画素部分には柱状凸部６が存在しないため、表示領域の面積低下による開口率の低下を生じることがない。
【００１９】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００２０】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００２１】
また、着色層５は、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パターン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることにより、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００２２】
尚、本発明のカラーフィルタ１に透明導電膜を形成する場合、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、およびその合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができ、透明導電膜の厚みは０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．５μｍ程度とすることができる。
【００２３】
また、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス３を備えず、例えば、基板２の着色層非形成領域の所定箇所に上述の柱状凸部６を直接形成したもの、非画素部分に位置する着色層上に上述の柱状凸部６を形成したもの等であってもよい。
【００２４】
さらに、本発明のカラーフィルタは、着色層５上に、酸素遮断性をもつ樹脂を用いて形成した酸素遮断層を備えるものでもよい。また、着色層を重ね合わせて柱状凸部を形成する場合には、酸素遮断性をもつ感光性樹脂を用いることが好ましい。これは、酸素遮断層を積層物として柱状凸部に残すことができるからである。酸素遮断性をもつ感光性樹脂としては、たとえば、ポリビニルアルコール、アクリレート系コポリマー等にスチリルピリジニウム基、スチルバゾール塩等をペンダント化させた樹脂等を使用することができる。
【００２５】
次に、上述の本発明のカラーフィルタ１の製造方法について、図３および図４を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、基板２上に遮光層３´を形成し、さらに、この遮光層３´上に感光性レジスト層４を形成する。遮光層３´は、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等いずれであってもよい。また、感光性レジスト層４は、公知のポジ型およびネガ型の感光性レジストを用いて形成することができる。図示例では、ポジ型感光性レジストを使用した場合について説明する。次に、上記の感光性レジスト層４をブラックマトリックス用のフォトマスクＭを介して露光し（図３（Ａ））、現像する。そして、現像により露出した遮光層３´をエッチングし、残存する感光性レジスト層４を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する（図３（Ｂ））。
【００２７】
次に、着色層５を形成する。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒが形成される（図３（Ｃ））。以下、同様に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成する（図３（Ｄ））。
【００２８】
次に、柱状凸部６を形成する。まず、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように感光性レジスト層６´を形成する。この感光性レジスト層６´は公知のポジ型およびネガ型の感光性レジストを塗布することにより形成することができ、厚みは柱状凸部６に要求される高さに応じて適宜設定することができる。図示例では、ネガ型感光性レジストを使用した場合について説明する。次に、上記の感光性レジスト層６´を柱状凸部形成用のフォトマスクＭ´を介して露光し（図４（Ａ））、現像する。これにより、ブラックマトリックス３上の所定箇所に柱状凸部６を形成して本発明のカラーフィルタ１が得られる（図４（Ｂ））。
【００２９】
尚、上述の例では、着色層５は顔料分散法により形成されるが、これに限定されるものではなく、例えば、印刷法、転写法、染色法等を用いることができ、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法を用いることもできる。
本発明のカラーフィルタの第２実施形態
図５は本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示す部分平面図であり、図６はＢ−Ｂ線における縦断面図である。図５および図６において、本発明のカラーフィルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および着色層１５を備え、ブラックマトリックス１３の所定の複数の箇所（図５では５箇所）には柱状凸部１６が形成されている。
【００３０】
着色層１５は、赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂが所望のパターン形状で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線で示される部分）を形成している。ブラックマトリックス１３は各着色パターンからなる表示画素部の間および着色層１５の形成領域の外側に設けられている。
【００３１】
そして、上記の柱状凸部１６は着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂが積層されたものであり、この柱状凸部１６は、着色層１５よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出しており、上述のカラーフィルタ１の柱状凸部６と同様に、個々の柱状凸部１６の横断面積（図５に斜鎖線で示される部分）ｓは２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、また、柱状凸部１６の横断面積ｓの総和は各表示画素部（図５に斜線で示される部分）の面積Ｓの総和の０．０５〜１．５％の範囲内となるように設定されている。柱状凸部１６の高さ（突出量）は、カラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部１６の形成密度はほぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層１５を構成する赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂの１組に対して柱状凸部１６が１〜３個の割合で存在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部１６の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００３２】
上記の柱状凸部１６を備える本発明のカラーフィルタ１１に、例えば、ブラックマトリックス１３、着色層１５および柱状凸部１６を覆うように透明導電層と配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部１６によってカラーフィルタ１１と半導体駆動素子アレイ基板との間に間隙が形成される。そして、従来のスペーサーとしてガラスビーズやプラスチックビーズを使用した場合に比べて、両基板の間隙を所望の大きさに設定することが容易であるとともに、間隙精度は極めて高いものとなり、また、画素部分には柱状凸部６が存在しないため、表示領域の面積低下による開口率の低下を生じることがない。
【００３３】
上記のカラーフィルタ１１を構成する基板１２としては、上述のカラーフィルタ１を構成する基板２と同様の材料を用いることができる。
【００３４】
また、カラーフィルタ１１を構成するブラックマトリックス１３は、上述のカラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３と同様にして形成することができる。
【００３５】
着色層１５、および、柱状凸部１６を構成する着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色法等の公知の方法によっても形成することができる。例えば、顔料分散法の場合、アクリレート系コポリマーとアクリレート系モノマーと多官能アクリレートモノマーと光ラジカル発生剤との混合物からなる感光性樹脂等を使用することにより、ダレのないシャープな形状の柱状凸部１６を形成することができる。また、着色層１５を、例えば、赤色パターン１５Ｒが最も薄く、緑色パターン１５Ｇ、青色パターン１５Ｂの順に厚くすることにより、着色層１５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００３６】
尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス１３を備えず、例えば、基板１２の非画素領域の所定箇所に上述の柱状凸部１６を直接形成したもの、非画素領域に位置する着色層上に上述の柱状凸部１６を形成したもの等であってもよい。また、本発明のカラーフィルタは、着色層１５上に、酸素遮断性をもつ公知の感光性樹脂を用いて形成した酸素遮断層を備えるものでもよく、さらに、柱状凸部１６を構成する各着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に酸素遮断層を備えるものでもよい。
本発明のカラー液晶表示装置の第１実施形態
次に、本発明のカラー液晶表示装置の実施形態について説明する。
【００３７】
図７は本発明のカラーフィルタ１を用いた本発明のカラー液晶表示装置の実施形態を示す部分断面図であり、図８は図７のカラー液晶表示装置を構成する半導体駆動素子アレイ基板の部分回路構成図である。
【００３８】
図７および図８において、カラー液晶表示装置２１は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板３１とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６により両基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に捩れネマティック（ＴＮ）液晶を注入して液晶層５０としたものである。尚、カラーフィルタ１の外側および半導体駆動素子アレイ基板３１の外側には偏光板（図示せず）が配設されている。
【００３９】
カラー液晶表示装置２１を構成するカラーフィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィルタ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように保護層８と透明導電層９を設け、さらに、配向層１０を設けて配向処理（ラビング）したものである。そして、柱状凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板３１の半導体駆動素子３３に対向する位置にあり、柱状凸部６が半導体駆動素子３３に当接することにより両基板間に所望の大きさの間隙が形成されている。
【００４０】
カラー液晶表示装置２１を構成する半導体駆動素子アレイ基板３１は、透明基板３２上にマトリックス状に半導体駆動素子３３と透明画素電極４１（図８に斜線で示される部分）とを備え、各透明画素電極４１はカラーフィルタ１の着色層５の各パターン（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）に対応した位置に配設されており、また、カラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成位置に対応するように透明基板３２上には走査線（ゲート電極母線）４２およびデータ線４３が配設されている。
【００４１】
半導体駆動素子アレイ基板３１の半導体駆動素子３３は、ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層３６、ソース電極３７およびドレイン電極３８とから構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。また、ドレイン電極３８は一端を半導体層３６に接続され他端を透明画素電極４１に接続されている。そして、半導体駆動素子３３と透明画素電極４１とを覆うように配向膜４５が形成されている。
【００４２】
このようなカラー液晶表示装置２１では、各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導体駆動素子アレイ基板３１に配設した偏光板側から照明光を照射した状態で各画素に対応する透明画素電極４１をオン、オフさせることで液晶層５０がシャッタとして作動し、着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラー表示が行われる。そして、柱状凸部６により形成された間隙部が安定して維持されるので、液晶層５０の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置２１は表示品質に優れたものである。また、カラー液晶表示装置２１の製造段階において、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板３１との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が小さいため、カラーフィルタ１や半導体駆動素子アレイ基板３１の破損を大幅に低減することができる。
【００４３】
半導体駆動素子アレイ基板３１を構成する透明基板３２としては、カラーフィルタ１を構成する基板２として挙げたような材料等を用いることができる。特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置に適している。
【００４４】
ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、半導体層３６、ソース電極３７およびドレイン電極３８とから構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）３３は、従来公知の手段により形成することができる。
本発明のカラー液晶表示装置の第２実施形態
次に、本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態について説明する。
【００４５】
図９は本発明のカラーフィルタ１を用いた本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を示す部分断面図である。図９において、カラー液晶表示装置６１は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板７１とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６により両基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層９０としたＩＰＳ (In-Plane Switching) 液晶モードのカラー液晶表示装置である。尚、カラーフィルタ１の外側および半導体駆動素子アレイ基板７１の外側には偏光板（図示せず）が配設されている。
【００４６】
カラー液晶表示装置６１を構成するカラーフィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィルタ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように保護層８を設け、さらに、配向層１０を設けて配向処理（ラビング）したものである。そして、柱状凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆動素子７３に対向する位置にあり、柱状凸部６が半導体駆動素子７３に当接することにより両基板間に所望の大きさの間隙が形成されている。
【００４７】
カラー液晶表示装置６１を構成する半導体駆動素子アレイ基板７１は、透明基板７２上にマトリックス状に半導体駆動素子７３と対向電極８１とを備え、半導体駆動素子７３と対向電極８１との間の領域は、表示画素部であってカラーフィルタ１の着色層５の各パターン（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）に対応した位置にある。また、カラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成位置に対応するように透明基板７２上には走査線（ゲート電極母線）およびデータ線（図示せず）が配設されている。
【００４８】
半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆動素子７３は、ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層７６、ソース電極７７およびドレイン電極（画素電極）７８とから構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。そして、半導体駆動素子７３と透明絶縁膜７５および対向電極８１とを覆うように配向膜８５が形成されている。
【００４９】
このようなカラー液晶表示装置６１では、各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導体駆動素子アレイ基板７１に配設した偏光板側から照明光を照射した状態で、各画素に対応するドレイン電極（画素電極）７８と対向電極８１との間の横電界をオン、オフさせ液晶分子を水平面内で回転させることで液晶層９０がシャッタとして作動し、着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラー表示が行われる。そして、柱状凸部６により形成された間隙部が安定して維持されるので、液晶層９０の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置６１は表示品質に優れたものである。また、カラー液晶表示装置６１の製造段階において、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板７１との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が小さいため、カラーフィルタ１や半導体駆動素子アレイ基板７１の破損を大幅に低減することができる。
【００５０】
半導体駆動素子アレイ基板７１を構成する透明基板７２としては、カラーフィルタ１を構成する基板２として挙げたような材料等を用いることができる。特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置に適している。
【００５１】
ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、半導体層７６、ソース電極７７およびドレイン電極７８とから構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）７３は、従来公知の手段により形成することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればカラーフィルタは、基板と、基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備え、かつ、各柱状凸部の横断面積が２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内、柱状凸部の横断面積の総和が表示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内であり、カラー液晶表示装置は、各柱状凸部を半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置に配設した上記カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙部に液晶層を密封したものであるため、カラーフィルタを半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせて両基板間に小さい圧力を加えるだけで複数の柱状凸部によって所望の大きさの間隙部が形成され、かつ、形成された間隙部が安定して維持され、これにより、液晶層の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置の表示品質を優れたものとすることができるとともに、カラー液晶表示装置の製造段階においてカラーフィルタや半導体駆動素子アレイ基板の破損を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す部分平面図である。
【図６】図５に示された本発明のカラーフィルタのＢ−Ｂ線における縦断面図である。
【図７】本発明のカラー液晶表示装置の一実施形態を示す部分断面図である。
【図８】本発明のカラー液晶表示装置を構成する半導体駆動素子アレイ基板の一例を示す部分回路構成図である。
【図９】本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，１１…カラーフィルタ
２，１２…基板
３，１３…ブラックマトリックス
５，１５…着色層
６，１６…柱状凸部
１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ…柱状凸部を構成する着色層
２１，６１…カラー液晶表示装置
３１，７１…半導体駆動素子アレイ基板
３３，７３…半導体駆動素子
５０，９０…液晶層
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルタおよびカラー液晶表示装置に係り、特に表示品質に優れ製造が容易なカラー液晶表示装置と、このようなカラー液晶表示装置を可能とするカラーフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットディスプレイとして、カラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示装置の一例として、ブラックマトリックスおよび複数の色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）からなる着色層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ素子）等の半導体駆動素子を備えた半導体駆動素子アレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたものがある。したがって、この間隙部は液晶層の厚みそのものであり、液晶層の厚みにムラがあると、カラー液晶表示装置内で輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品位を著しく損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均一であることが望ましい。
【０００３】
従来、カラー液晶表示装置における液晶層の厚みを決定する方法として、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とを貼り合わせる時に、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして使用する方法がある。すなわち、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とを貼り合わせる前に、所定の直径で粒径の揃ったガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとしてカラーフィルタおよび半導体駆動素子アレイ基板のいずれか一方に散在させ、その後、両基板の貼り合わせを行い、ガラスビーズやプラスチックビーズの直径をもって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚みが決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙部を形成する方法では、次のような問題点が生じる。
【０００５】
まず、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして用いる場合、基板面上に散在させる密度が適正で、かつ、基板面上に均一に分散されていなければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在量（密度）を増した場合、間隙部の大きさのばらつき偏差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画素部上に存在するスペーサーの数も増し、これによって、表示領域の面積の低下が生じる。すなわち、スペーサーが存在する部分が表示領域として無効となり、開口率が低下するという不都合が生じる。
【０００６】
さらに、ガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサーとして用いる場合、液晶層の所望の厚みよりも直径の大きいスペーサーを使用し、間隙部が所定の大きさとなるまでカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とに圧力をかけてスペーサーを変形させる必要がある。しかし、上述のように間隙部の厚みのばらつき偏差を少なくするためにスペーサー散在量（密度）はある程度多くする必要があり、したがって、上記のスペーサー変形に要する圧力は大きなものとなり、装置が大がかりになるとともに、カラーフィルタや半導体駆動素子アレイ基板の破損が生じるという問題がある。
【０００７】
また、ガラスビーズやプラスチックビーズは凝集しやすく、散在させた時の分散度が悪いために偏在を生じ、画素領域に位置する偏在箇所では液晶分子の配向に支障を来すという問題もある。また、画素領域に存在するガラスビーズやプラスチックビーズは、黒表示を行った際に光を透過するので、これらのスペーサーが輝点となってコントラスト比を著しく低下させるという問題もある。
【０００８】
このような問題を解消するために、カラーフィルタに予め間隙（液晶層の厚み）を決定する柱状凸部を形成することが提案されている（特開平５−１９６９４６号）。これは、着色層の形成と同時に、ブラックマトリックス上の所定の複数箇所に着色層を形成することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層が積層された柱状凸部を形成しておき、この柱状凸部をスペーサーとして２枚の基板を貼り合わせるものである。
【０００９】
しかし、間隙部を所望の大きさとするためにカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とにかける圧力が小さいものであり、かつ、形成された間隙部の大きさが安定して維持されるような柱状凸部を備えたカラーフィルタは、未だ実現されておらず、カラー液晶表示装置の表示品質の更なる改善が要望されている。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、液晶層の厚み設定が容易かつ確実であるカラーフィルタと、このようなカラーフィルタを使用した表示品質に優れるカラー液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、前記基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備え、該柱状凸部は着色層が積層されたものであり、着色層からの柱状凸部の突出量は２〜１０μ m の範囲であり、各柱状凸部の横断面積は２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、柱状凸部の横断面積の総和は表示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内にあるような構成とした。
【００１２】
本発明のカラー液晶表示装置は、半導体駆動素子アレイ基板とカラーフィルタとの間隙部に液晶層を密封したＩＰＳ液晶モードのカラー液晶表示装置であって、カラーフィルタは請求項１に記載のカラーフィルタであり、かつ、各柱状凸部は半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置にあるような構成とした。
【００１３】
このような本発明では、カラーフィルタを半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた時に、複数の柱状凸部がカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間に所望の大きさの間隙部を形成し、かつ、形成された間隙部を高い精度で安定して維持する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明のカラーフィルタの第１実施形態
図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図である。図１および図２において、本発明のカラーフィルタ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラックマトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には柱状凸部６が形成されている。
【００１５】
着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線で示される部分）を形成している。ブラックマトリックス３は各着色パターンからなる表示画素部の間および着色層５の形成領域の外側に設けられている。
【００１６】
柱状凸部６は、着色層５よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出しており、個々の柱状凸部６の横断面積（図１に斜鎖線で示される部分）ｓは２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、また、柱状凸部６の横断面積ｓの総和は各表示画素部（図１に斜線で示される部分）の面積Ｓの総和の０．０５〜１．５％の範囲内となるように設定されている。尚、柱状凸部６の横断面積ｓは、柱状凸部６の下地層（図示例ではブラックマトリックス３）に近接する横断面積である。上記の柱状凸部６の横断面積ｓが２５μｍ2 未満であると、柱状凸部６の機械的強度が不足してカラー液晶表示装置の液晶層の厚みを高い精度で維持できなくなり、また、１５００μｍ2 を超えると、表示画素部に柱状凸部６が一部はみ出すことがあり好ましくない。柱状凸部６の横断面積ｓの総和が各表示画素部面積Ｓの総和の０．０５％未満であると、個々の柱状凸部６の機械的強度不足あるいは柱状凸部６が存在しない領域が大きく（柱状凸部６の形成密度が小さく）なってカラー液晶表示装置の液晶層の厚みを高い精度で維持できなくなり、また、１．５％を超えると、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が大きくなり、カラー液晶表示装置の製造段階で基板破損等を生じ易くなり好ましくない。
【００１７】
このような柱状凸部６の高さ（突出量）は、カラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部６の形成密度はほぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層５を構成する赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パターン５Ｂの１組に対して柱状凸部６が１〜３個の割合で存在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部６の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよく、例えば、ポジ型あるいはネガ型の感光性レジスト層を硬化させて形成することができる。
【００１８】
上記の柱状凸部６を備える本発明のカラーフィルタ１に、例えば、ブラックマトリックス３、着色層５および柱状凸部６を覆うように透明導電層と配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部６がカラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板との間に間隙を形成する。そして、従来のスペーサーとしてガラスビーズやプラスチックビーズを使用した場合に比べて、両基板の間隙を所望の大きさに設定することが容易であるとともに、間隙精度は極めて高いものとなり、また、画素部分には柱状凸部６が存在しないため、表示領域の面積低下による開口率の低下を生じることがない。
【００１９】
上記のカラーフィルタ１を構成する基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を用いることができる。この中で特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適している。
【００２０】
また、カラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を含有させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成したもの、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層をパターニングして形成したもの等、いずれであってもよい。
【００２１】
また、着色層５は、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色法等の公知の方法により形成することができる。また、着色層５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パターン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることにより、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００２２】
尚、本発明のカラーフィルタ１に透明導電膜を形成する場合、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、およびその合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成することができ、透明導電膜の厚みは０．０１〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．５μｍ程度とすることができる。
【００２３】
また、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス３を備えず、例えば、基板２の着色層非形成領域の所定箇所に上述の柱状凸部６を直接形成したもの、非画素部分に位置する着色層上に上述の柱状凸部６を形成したもの等であってもよい。
【００２４】
さらに、本発明のカラーフィルタは、着色層５上に、酸素遮断性をもつ樹脂を用いて形成した酸素遮断層を備えるものでもよい。また、着色層を重ね合わせて柱状凸部を形成する場合には、酸素遮断性をもつ感光性樹脂を用いることが好ましい。これは、酸素遮断層を積層物として柱状凸部に残すことができるからである。酸素遮断性をもつ感光性樹脂としては、たとえば、ポリビニルアルコール、アクリレート系コポリマー等にスチリルピリジニウム基、スチルバゾール塩等をペンダント化させた樹脂等を使用することができる。
【００２５】
次に、上述の本発明のカラーフィルタ１の製造方法について、図３および図４を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、基板２上に遮光層３´を形成し、さらに、この遮光層３´上に感光性レジスト層４を形成する。遮光層３´は、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の遮光性粒子を含有した樹脂層等いずれであってもよい。また、感光性レジスト層４は、公知のポジ型およびネガ型の感光性レジストを用いて形成することができる。図示例では、ポジ型感光性レジストを使用した場合について説明する。次に、上記の感光性レジスト層４をブラックマトリックス用のフォトマスクＭを介して露光し（図３（Ａ））、現像する。そして、現像により露出した遮光層３´をエッチングし、残存する感光性レジスト層４を除去することによって、ブラックマトリックス３を形成する（図３（Ｂ））。
【００２７】
次に、着色層５を形成する。まず、ブラックマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマスクを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色パターン５Ｒが形成される（図３（Ｃ））。以下、同様に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域に青色パターン５Ｂを形成する（図３（Ｄ））。
【００２８】
次に、柱状凸部６を形成する。まず、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように感光性レジスト層６´を形成する。この感光性レジスト層６´は公知のポジ型およびネガ型の感光性レジストを塗布することにより形成することができ、厚みは柱状凸部６に要求される高さに応じて適宜設定することができる。図示例では、ネガ型感光性レジストを使用した場合について説明する。次に、上記の感光性レジスト層６´を柱状凸部形成用のフォトマスクＭ´を介して露光し（図４（Ａ））、現像する。これにより、ブラックマトリックス３上の所定箇所に柱状凸部６を形成して本発明のカラーフィルタ１が得られる（図４（Ｂ））。
【００２９】
尚、上述の例では、着色層５は顔料分散法により形成されるが、これに限定されるものではなく、例えば、印刷法、転写法、染色法等を用いることができ、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法を用いることもできる。
本発明のカラーフィルタの第２実施形態
図５は本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示す部分平面図であり、図６はＢ−Ｂ線における縦断面図である。図５および図６において、本発明のカラーフィルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に形成されたブラックマトリックス１３および着色層１５を備え、ブラックマトリックス１３の所定の複数の箇所（図５では５箇所）には柱状凸部１６が形成されている。
【００３０】
着色層１５は、赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂが所望のパターン形状で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線で示される部分）を形成している。ブラックマトリックス１３は各着色パターンからなる表示画素部の間および着色層１５の形成領域の外側に設けられている。
【００３１】
そして、上記の柱状凸部１６は着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂが積層されたものであり、この柱状凸部１６は、着色層１５よりも２〜１０μｍ程度の範囲で突出しており、上述のカラーフィルタ１の柱状凸部６と同様に、個々の柱状凸部１６の横断面積（図５に斜鎖線で示される部分）ｓは２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内であり、また、柱状凸部１６の横断面積ｓの総和は各表示画素部（図５に斜線で示される部分）の面積Ｓの総和の０．０５〜１．５％の範囲内となるように設定されている。柱状凸部１６の高さ（突出量）は、カラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定することができる。また、柱状凸部１６の形成密度はほぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みムラ、開口率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、着色層１５を構成する赤色パターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂの１組に対して柱状凸部１６が１〜３個の割合で存在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現する。このような柱状凸部１６の形状は、図示例では円柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。
【００３２】
上記の柱状凸部１６を備える本発明のカラーフィルタ１１に、例えば、ブラックマトリックス１３、着色層１５および柱状凸部１６を覆うように透明導電層と配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部１６によってカラーフィルタ１１と半導体駆動素子アレイ基板との間に間隙が形成される。そして、従来のスペーサーとしてガラスビーズやプラスチックビーズを使用した場合に比べて、両基板の間隙を所望の大きさに設定することが容易であるとともに、間隙精度は極めて高いものとなり、また、画素部分には柱状凸部６が存在しないため、表示領域の面積低下による開口率の低下を生じることがない。
【００３３】
上記のカラーフィルタ１１を構成する基板１２としては、上述のカラーフィルタ１を構成する基板２と同様の材料を用いることができる。
【００３４】
また、カラーフィルタ１１を構成するブラックマトリックス１３は、上述のカラーフィルタ１を構成するブラックマトリックス３と同様にして形成することができる。
【００３５】
着色層１５、および、柱状凸部１６を構成する着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、所望の着色材を含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成することができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色法等の公知の方法によっても形成することができる。例えば、顔料分散法の場合、アクリレート系コポリマーとアクリレート系モノマーと多官能アクリレートモノマーと光ラジカル発生剤との混合物からなる感光性樹脂等を使用することにより、ダレのないシャープな形状の柱状凸部１６を形成することができる。また、着色層１５を、例えば、赤色パターン１５Ｒが最も薄く、緑色パターン１５Ｇ、青色パターン１５Ｂの順に厚くすることにより、着色層１５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定するようにしてもよい。
【００３６】
尚、本発明のカラーフィルタは、ブラックマトリックス１３を備えず、例えば、基板１２の非画素領域の所定箇所に上述の柱状凸部１６を直接形成したもの、非画素領域に位置する着色層上に上述の柱状凸部１６を形成したもの等であってもよい。また、本発明のカラーフィルタは、着色層１５上に、酸素遮断性をもつ公知の感光性樹脂を用いて形成した酸素遮断層を備えるものでもよく、さらに、柱状凸部１６を構成する各着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に酸素遮断層を備えるものでもよい。
本発明のカラー液晶表示装置の第１実施形態
次に、本発明のカラー液晶表示装置の実施形態について説明する。
【００３７】
図７は本発明のカラーフィルタ１を用いた本発明のカラー液晶表示装置の実施形態を示す部分断面図であり、図８は図７のカラー液晶表示装置を構成する半導体駆動素子アレイ基板の部分回路構成図である。
【００３８】
図７および図８において、カラー液晶表示装置２１は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板３１とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６により両基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に捩れネマティック（ＴＮ）液晶を注入して液晶層５０としたものである。尚、カラーフィルタ１の外側および半導体駆動素子アレイ基板３１の外側には偏光板（図示せず）が配設されている。
【００３９】
カラー液晶表示装置２１を構成するカラーフィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィルタ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように保護層８と透明導電層９を設け、さらに、配向層１０を設けて配向処理（ラビング）したものである。そして、柱状凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板３１の半導体駆動素子３３に対向する位置にあり、柱状凸部６が半導体駆動素子３３に当接することにより両基板間に所望の大きさの間隙が形成されている。
【００４０】
カラー液晶表示装置２１を構成する半導体駆動素子アレイ基板３１は、透明基板３２上にマトリックス状に半導体駆動素子３３と透明画素電極４１（図８に斜線で示される部分）とを備え、各透明画素電極４１はカラーフィルタ１の着色層５の各パターン（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）に対応した位置に配設されており、また、カラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成位置に対応するように透明基板３２上には走査線（ゲート電極母線）４２およびデータ線４３が配設されている。
【００４１】
半導体駆動素子アレイ基板３１の半導体駆動素子３３は、ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層３６、ソース電極３７およびドレイン電極３８とから構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。また、ドレイン電極３８は一端を半導体層３６に接続され他端を透明画素電極４１に接続されている。そして、半導体駆動素子３３と透明画素電極４１とを覆うように配向膜４５が形成されている。
【００４２】
このようなカラー液晶表示装置２１では、各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導体駆動素子アレイ基板３１に配設した偏光板側から照明光を照射した状態で各画素に対応する透明画素電極４１をオン、オフさせることで液晶層５０がシャッタとして作動し、着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラー表示が行われる。そして、柱状凸部６により形成された間隙部が安定して維持されるので、液晶層５０の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置２１は表示品質に優れたものである。また、カラー液晶表示装置２１の製造段階において、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板３１との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が小さいため、カラーフィルタ１や半導体駆動素子アレイ基板３１の破損を大幅に低減することができる。
【００４３】
半導体駆動素子アレイ基板３１を構成する透明基板３２としては、カラーフィルタ１を構成する基板２として挙げたような材料等を用いることができる。特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置に適している。
【００４４】
ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、半導体層３６、ソース電極３７およびドレイン電極３８とから構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）３３は、従来公知の手段により形成することができる。
本発明のカラー液晶表示装置の第２実施形態
次に、本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態について説明する。
【００４５】
図９は本発明のカラーフィルタ１を用いた本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を示す部分断面図である。図９において、カラー液晶表示装置６１は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板７１とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６により両基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層９０としたＩＰＳ (In-Plane Switching) 液晶モードのカラー液晶表示装置である。尚、カラーフィルタ１の外側および半導体駆動素子アレイ基板７１の外側には偏光板（図示せず）が配設されている。
【００４６】
カラー液晶表示装置６１を構成するカラーフィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィルタ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を覆うように保護層８を設け、さらに、配向層１０を設けて配向処理（ラビング）したものである。そして、柱状凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆動素子７３に対向する位置にあり、柱状凸部６が半導体駆動素子７３に当接することにより両基板間に所望の大きさの間隙が形成されている。
【００４７】
カラー液晶表示装置６１を構成する半導体駆動素子アレイ基板７１は、透明基板７２上にマトリックス状に半導体駆動素子７３と対向電極８１とを備え、半導体駆動素子７３と対向電極８１との間の領域は、表示画素部であってカラーフィルタ１の着色層５の各パターン（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）に対応した位置にある。また、カラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成位置に対応するように透明基板７２上には走査線（ゲート電極母線）およびデータ線（図示せず）が配設されている。
【００４８】
半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆動素子７３は、ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層７６、ソース電極７７およびドレイン電極（画素電極）７８とから構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。そして、半導体駆動素子７３と透明絶縁膜７５および対向電極８１とを覆うように配向膜８５が形成されている。
【００４９】
このようなカラー液晶表示装置６１では、各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導体駆動素子アレイ基板７１に配設した偏光板側から照明光を照射した状態で、各画素に対応するドレイン電極（画素電極）７８と対向電極８１との間の横電界をオン、オフさせ液晶分子を水平面内で回転させることで液晶層９０がシャッタとして作動し、着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラー表示が行われる。そして、柱状凸部６により形成された間隙部が安定して維持されるので、液晶層９０の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置６１は表示品質に優れたものである。また、カラー液晶表示装置６１の製造段階において、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板７１との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が小さいため、カラーフィルタ１や半導体駆動素子アレイ基板７１の破損を大幅に低減することができる。
【００５０】
半導体駆動素子アレイ基板７１を構成する透明基板７２としては、カラーフィルタ１を構成する基板２として挙げたような材料等を用いることができる。特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス方式によるカラー液晶表示装置に適している。
【００５１】
ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、半導体層７６、ソース電極７７およびドレイン電極７８とから構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）７３は、従来公知の手段により形成することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればカラーフィルタは、基板と、基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備え、かつ、各柱状凸部の横断面積が２５μｍ2 〜１５００μｍ2 の範囲内、柱状凸部の横断面積の総和が表示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内であり、カラー液晶表示装置は、各柱状凸部を半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置に配設した上記カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間隙部に液晶層を密封したものであるため、カラーフィルタを半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせて両基板間に小さい圧力を加えるだけで複数の柱状凸部によって所望の大きさの間隙部が形成され、かつ、形成された間隙部が安定して維持され、これにより、液晶層の厚みを高い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置の表示品質を優れたものとすることができるとともに、カラー液晶表示装置の製造段階においてカラーフィルタや半導体駆動素子アレイ基板の破損を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す部分平面図である。
【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−Ａ線における縦断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図５】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す部分平面図である。
【図６】図５に示された本発明のカラーフィルタのＢ−Ｂ線における縦断面図である。
【図７】本発明のカラー液晶表示装置の一実施形態を示す部分断面図である。
【図８】本発明のカラー液晶表示装置を構成する半導体駆動素子アレイ基板の一例を示す部分回路構成図である。
【図９】本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，１１…カラーフィルタ
２，１２…基板
３，１３…ブラックマトリックス
５，１５…着色層
６，１６…柱状凸部
１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ…柱状凸部を構成する着色層
２１，６１…カラー液晶表示装置
３１，７１…半導体駆動素子アレイ基板
３３，７３…半導体駆動素子
５０，９０…液晶層
Claims (2)
- 基板と、該基板上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、前記基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備え、該柱状凸部は着色層が積層されたものであり、着色層からの柱状凸部の突出量は２〜１０μｍの範囲であり、各柱状凸部の横断面積は２５μｍ2〜１５００μｍ2の範囲内であり、柱状凸部の横断面積の総和は表示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内にあることを特徴とするカラーフィルタ。
- 半導体駆動素子アレイ基板とカラーフィルタとの間隙部に液晶層を密封したＩＰＳ液晶モードのカラー液晶表示装置において、
カラーフィルタは請求項１に記載のカラーフィルタであり、かつ、各柱状凸部は半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置にあることを特徴とするカラー液晶表示装置。
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