JP4021675B2 - 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、液晶表示装置に係り、特には、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層とスペーサとが設けられた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層やスペーサを形成した場合、表示性能に優れた液晶表示装置を容易且つ高い歩留まりで製造することが可能となる。すなわち、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層を形成した場合、カラーフィルタ層を構成している各着色層（例えば、ストライプパターン）の画素電極に対する相対位置は容易且つ高精度に制御可能である。また、アクティブマトリクス基板にスペーサを形成した場合、所望の位置にスペーサを配置することができるため光利用効率を向上させることが可能である。さらに、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層やスペーサを形成した場合、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせる際にそれらを高い精度で位置合わせを行う必要がない。しかしながら、このような構造を採用した場合、以下の問題を生ずることがある。
【０００３】
一般に、画素電極を形成するための導電性薄膜の成膜工程では、カラーフィルタ層の上面だけでなくスルーホールの側壁及び底部にも導電性材料をスパッタリングする。このような方法で得られる構造において、スルーホールの側壁及び底面に堆積した導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子とを電気的に接続する役割を担っている。そのため、上記導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子との間で連続していなければならない。したがって、スルーホールの断面形状は、上記導電性薄膜に不連続部を生じ難い順テーパ状であることが望まれる。
【０００４】
ところで、スルーホールが設けられたストライプパターンは、ネガ型の感光性樹脂と着色顔料或いは着色染料との混合物を用いて塗膜を形成し、この塗膜を露光・現像することによって形成している。着色顔料或いは着色染料を含有した感光性樹脂では、透明な感光性樹脂とは異なり、着色顔料或いは着色染料による光吸収が生じる。着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは、当然、着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっている。このような理由から、或る色のストライプパターンではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であっても、他の色のストライプパターンではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが困難となることがある。そのため、画素電極とスイッチング素子との間の接続不良及びそれに基づく表示不良が発生することがあった。
【０００５】
また、アクティブマトリクス基板にスペーサを形成した場合、以下の問題を生ずることがある。
図５（ａ−１）〜（ａ−５），（ｂ−１）〜（ｂ−５），（ｃ−１）〜（ｃ−５）は、スペーサの形成方法を概略的に示す断面図である。図５に示すプロセスでは、まず、感光性樹脂と赤色の顔料或いは染料とを含有した塗膜（図示せず）をパターニングして赤色のストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｃ2を形成する。次に、感光性樹脂と緑色の顔料或いは染料とを含有した塗膜８ｂ’を形成し、この塗膜８ｂ’をパターニングして緑色のストライプパターン８ｂ1及び柱状部８ｂ2を形成する。その後、感光性樹脂と青色の顔料或いは染料とを含有した塗膜８ａ’を形成し、この塗膜８ａ’をパターニングして青色のストライプパターン８ａ1及び柱状部８ａ2を形成する。以上のようにして、最下層としてストライプパターン８ｃ1または柱状部８ｃ2を、中間層としてストライプパターン８ｂ1または柱状部８ｂ2を、最上層としてストライプパターン８ａ1または柱状部８ａ2を順次積層した構造のスペーサ１１を得る。
【０００６】
この方法によれば、スペーサ１１とカラーフィルタ層と同時に形成することができ、工程数を削減することが可能となる。しかしながら、上述した方法では、ストライプパターンをスペーサ１１の最下層、中間層、最上層のいずれとして利用するかに依存してスペーサの高さが変化する。すなわち、図５（ａ−１）〜（ａ−５）に示すように、ストライプパターン８ｃ1をスペーサ１１の最下層とする場合、柱状部８ｂ2はほぼ狙い通りの膜厚に形成することができるが、柱状部８ｂ2は小面積であるため、塗膜８ａ’はレベリングの影響を受け、柱状部８ａ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。その結果、スペーサ１１の実効的な高さ（スペーサ１１のカラーフィルタ層からの高さ）も目標値よりも低くなる。
【０００７】
また、図５（ｂ−１）〜（ｂ−５）に示すように、ストライプパターン８ｂ1をスペーサ１１の中間層とする場合、最下層である柱状部８ｃ2は小面積であるため、塗膜８ｂ’はレベリングの影響を受け、ストライプパターン８ｂ1の中間層として用いられる部分の膜厚は目標値よりも薄くなる。これら柱状部８ｃ2及びストライプパターン８ｂ1が形成する凹凸表面は、図５（ａ−３）に示すストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面に比べればなだらかであるので、塗膜８ａ’は弱いレベリングの影響を受け、柱状部８ａ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。その結果、図５（ｂ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さは、図５（ａ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さよりも低くなる。
【０００８】
さらに、図５（ｃ−１）〜（ｃ−５）に示すように、ストライプパターン８ａ1をスペーサ１１の最上層とする場合、柱状部８ｃ2は小面積であるため、塗膜８ｂ’はレベリングの影響を受け、柱状部８ｂ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。これら柱状部８ｃ2及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面は、図５（ａ−３）に示すストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面に比べれて高低差が大きいので、塗膜８ａ’は非常に強いレベリングの影響を受け、ストライプパターン８ａ1の最上層として用いられる部分の膜厚は目標値よりも遥かに薄くなる。その結果、図５（ｃ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さは、図５（ｂ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さよりもさらに低くなる。
【０００９】
このように、ストライプパターン８ｃ1を最下層としたスペーサ１１の高さと、ストライプパターン８ｂ1を中間層としたスペーサ１１の高さと、ストライプパターン８ａ1を最上層としたスペーサの高さとを互いに等しくすることは困難である。スペーサ１１の高さがばらついている場合、当然、セルギャップが不均一となり、輝度ムラを生ずることとなる。
【００１０】
このような問題は、例えば、ストライプパターン８ｃ1を最下層としたスペーサ１１のみを形成することにより回避可能である。しかしながら、この場合、スペーサの配置に関する制約が増加し、その結果、例えば、低温での真空泡や指押しによるギャップムラが発生し難いスペーサ配置を採用すると、スペーサ分布の偏りに起因して細かい輝度ムラが発生し表示品位が低下するといった新たな問題が発生する。この問題は、特に画素のサイズを大型化した場合に顕著である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタ層を構成する各着色層を部分的に積層し、それら積層部をスペーサとして利用した液晶表示装置であって、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つスペーサの高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサを配置することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向した第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、前記第１及び第２柱状部は前記第３着色層上に順次積層されているか、または、前記第３着色層は前記第１柱状部と前記第２柱状部との間に介在していることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
また、本発明は、互いに対向した第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、前記第１着色層は、前記複数の画素電極が形成する複数の列の３倍の周期で前記行方向に配列するとともに前記複数の画素電極が形成する複数の行と同じ周期で前記列方向に配列した複数の第１着色部で構成され、前記第２着色層は、前記複数の第１着色部と同じ周期で前記行方向及び前記列方向に配列するとともに前記複数の第１着色部と前記行方向にそれぞれ隣り合った複数の第２着色部で構成され、前記第３着色層は、前記複数の画素電極のそれぞれの前記列方向で対向した一対の端部の一方と重なり合うとともに前記複数の列と２つおきに重なり合うように格子状にパターニングされ且つ前記複数の第１着色部及び前記複数の第２着色部の前記行方向に隣り合ったそれぞれの２つを取り囲み、前記第３着色層には前記複数の画素電極の前記一方の端部の位置に前記複数のスルーホールが設けられていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同様の構成部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。
【００１５】
図１に示す液晶表示装置１は、ＴＮ駆動方式のカラー型液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とを対向させ、それら基板２，３間に液晶層４を介在させた構造を有している。これら基板２，３間の周縁部には、液晶材料を注入するための注入口（図示せず）を除いて接着剤層１６が設けられており、その注入口は封止剤を用いて封止されている。また、この液晶表示装置１の両面には偏光板５がそれぞれ貼り付けられており、その背面側には図示しない光源が配置されている。
【００１６】
図１に示す液晶表示装置１において、アクティブマトリクス基板２は、ガラス基板のような透明基板６を有している。透明基板６上には、配線及びスイッチング素子７が形成されている。また、透明基板６の配線及びスイッチング素子７が設けられた面には、カラーフィルタ層８、周縁遮光層９、及び柱状スペーサ１１が形成されている。カラーフィルタ層８上には画素電極１０が形成されており、画素電極１０上には配向膜１２が形成されている。一方、対向基板３は、ガラス基板のような透明基板１３を有している。透明基板１３上には、共通電極１４及び配向膜１５が順次積層されている。
【００１７】
アクティブマトリクス基板２に形成する配線は、透明基板６上で格子状に配列した走査線及び信号線などで構成されている。また、スイッチング素子７は、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）である。このスイッチング素子７は、走査線及び信号線などの配線並びに画素電極１０と接続されており、それにより、所望の画素電極１０に対して選択的に電圧を印加することを可能としている。
【００１８】
カラーフィルタ層８は、青色の着色層８ａ1と緑色の着色層８ｂ1と赤色の着色層８ｃ1とで構成されている。着色層８ａ1〜８ｃ1にはスルーホール２１がそれぞれ設けられており、これらスルーホール２１を介して、スイッチング素子７と画素電極１０とがそれぞれ電気的に接続されている。
【００１９】
スペーサ１１は、柱状部８ａ2と柱状部８ｂ2と着色層８ｃ1とを積層した構造を有している。柱状部８ａ2は着色層８ａ1と材料が同一であり、柱状部８ｂ2は着色層８ｂ1と材料が同一である。
【００２０】
着色層８ａ1〜８ｃ1並びに柱状部８ａ2及び８ｂ2は、感光性樹脂とそれぞれの色に対応した着色顔料或いは着色染料とを含有する混合物を用いて形成することができる。着色層８ａ1と柱状部８ａ2とは材料が同一であるので、それらを同時に形成することにより製造プロセスを簡略化することができる。また、同様に、着色層８ｂ1と柱状部８ｂ2とは材料が同一であるので、それらを同時に形成することにより製造プロセスを簡略化することができる。
【００２１】
周縁遮光層９は、一般には額縁層などと呼ばれ、画面の周縁部に形成される。周縁遮光層９は、例えば、カーボン微粒子のような黒色顔料や黒色染料と感光性樹脂との混合物を用いて形成することができる。
【００２２】
画素電極１０及び共通電極１４は、ＩＴＯのような透明導電材料で構成されている。電極１０，１４は、例えばスパッタリング法などにより形成することができる。
【００２３】
配向膜１２，１５は、ポリイミドなどの透明樹脂からなる薄膜にラビング処理等の配向処理を施すことにより形成され得る。
【００２４】
さて、上記液晶表示装置１では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を構成するうえで、図２に示す構造を採用している。このような構造によると、以下に説明するように、画素電極１０とスイッチング素子７との間で導通不良が発生するのを防止することができるのに加え、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００２５】
先に説明したように、着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっているため、或る色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状となり、他の色の着色層ではスルーホールの断面形状が逆テーパ状となることがある。ここでは、青、緑、赤色の着色層のそれぞれにスルーホールを設けた場合、青色の着色層ではスルーホールの断面形状は逆テーパ状となり、緑色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状と逆テーパ状とが混在した状態となり、赤色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状となることとする。なお、ここで、「順テーパ状の断面形状」は、「スルーホール」に関して使用する場合、その開口から底部に向けて幅が狭くなる断面形状を意味する。また、「逆テーパ状の断面形状」は、「スルーホール」に関して使用する場合、その開口から底部に向けて幅が広くなる断面形状を意味する。
【００２６】
図２に示す構造では、赤色の着色層８ｃ1を格子状にパターニングしており、その横方向に延在した部分に全てのスルーホール２１を設けている。そのため、スルーホール２１のいずれについても、断面形状を順テーパ状とすることができる。したがって、画素電極１０を構成する導電性材料をスルーホール２１の底面及び側壁上にも良好に堆積させることができ、画素電極１０とスイッチング素子７との間の導通不良の発生を防止することができる。
【００２７】
また、図２に示す構造では、全てのスペーサ１１に、大面積の赤色の着色層８ｃ1を最下層として、その上に柱状部８ｂ2，８ｃ2を順次積層した構造を採用している。すなわち、全てのスペーサ１１に同一の層構造を採用している。そのため、互いに異なる層構造を採用することに基づくスペーサ１１の高さのばらつきを抑制することができる。
【００２８】
しかも、図２に示す構造では、着色層８ｃ1を格子状にパターニングしているため、着色層８ｃ1の縦方向に延在した部分だけでなく、その横方向に延在した部分にもスペーサ１１を形成することができる。すなわち、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制しつつ、高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、赤色の着色層８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になり且つ緑及び青色の着色層８ｂ1，８ａ1ではスルーホール２１の断面形状が逆テーパ状になる場合について説明したが、いずれの着色層８ａ1〜８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になるかは着色層８ａ1〜８ｃ1を形成する条件や使用する材料などに応じて異なる。第２の実施形態では、緑色の着色層８ｂ1でスルーホールの断面形状が順テーパ状になる場合について説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図４は、図３に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。
【００３１】
本実施形態に係る液晶表示装置１は、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１の構造が異なること以外は、図１及び図２を参照して説明した液晶表示装置１とほぼ同様の構造を有している。したがって、ここでは、相違点のみ説明する。
【００３２】
図３に示す液晶表示装置１では、図４に示すように、緑色の着色層８ｂ1を格子状にパターニングしており、その横方向に延在した部分に全てのスルーホール２１を設けている。そのため、スルーホール２１のいずれについても、断面形状を順テーパ状とすることができる。したがって、第１の実施形態と同様に、画素電極１０を構成する導電性材料をスルーホール２１の底面及び側壁上にも良好に堆積させることができ、画素電極１０とスイッチング素子７との間の導通不良の発生を防止することができる。
【００３３】
また、図３及び図４に示す構造では、全てのスペーサ１１に、赤色の着色層８ｃ1と材料が同一な赤色の柱状部８ｃ1を最下層として、その上に緑色の着色層８ｂ1及び青色の柱状部８ｃ2を順次積層した構造を採用している。すなわち、全てのスペーサ１１に同一の層構造を採用している。そのため、第１の実施形態と同様に、互いに異なる層構造を採用することに基づくスペーサ１１の高さのばらつきを抑制することができる。
【００３４】
しかも、図４に示す構造では、着色層８ｂ1を格子状にパターニングしているため、着色層８ｂ1の縦方向に延在した部分だけでなく、その横方向に延在した部分にもスペーサ１１を形成することができる。すなわち、第１の実施形態と同様に、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制しつつ、高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００３５】
以上、第１及び第２の実施形態では、赤色の着色層８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合や緑色の着色層８ｂ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合について説明したが、青色の着色層８ａ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合は、青色の着色層８ａ1を格子状にパターニングし、スルーホール２１を着色層８ａ1に選択的に設けるとともに、全てのスペーサ１１に着色層８ａ1を利用することにより、接続不良やスペーサ１１の高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００３６】
また、第１及び第２の実施形態では、スペーサ１１の一部として利用する着色層８ｂ1，８ｃ1を格子状としたが、それらは必ずしも格子状である必要はなく、他の形状であってもよい。
【００３７】
また、第１の実施形態では着色層８ｃ1をスペーサ１１の最下層として利用し、第２の実施形態では着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用したが、着色層８ａ1をスペーサ１１の最上層として利用してもよい。なお、着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用した場合、着色層８ａ1をスペーサ１１の最上層として利用した場合に比べて、スペーサ１１の高さをより高くすることができる。また、着色層８ｃ1をスペーサ１１の最下層として利用した場合、着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用した場合に比べて、スペーサ１１の高さをより高くすることができる。
【００３８】
また、第１及び第２の実施形態では、赤色の層、緑色の層、青色の層を順次積層してスペーサ１１を構成したが、それら層の積層順に特に制限はない。
【００３９】
さらに、第１及び第２の実施形態では、ＴＮ型の液晶表示装置１について説明したが、表示方式は、ＧＨ型、ＥＣＢ型、或いは強誘電性液晶を利用したタイプ等であってもよい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４１】
（実施例１）
図１に示す液晶表示装置１を以下の方法により作製した。なお、本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を図２に示すように構成した。
【００４２】
まず、ガラス基板６上に通常の方法により配線及びＴＦＴ７を形成して、縦方向に７６８ピクセル及び横方向に１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ピクセルの画素数を有するＴＦＴアレイ基板とした。
【００４３】
次に、基板６のＴＦＴ７などを形成した面に赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン社製）をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、１％のＫＯＨ水溶液を用いて上記塗膜を１０秒間現像することにより赤色の着色層８ｃ1を形成した。なお、着色層８ｃ1は、その膜厚を３．０μｍとし、縦方向のストライプパターンの幅が７０μｍであり且つ補助容量線を被覆する横方向のストライプパターンの幅が３５μｍである格子状パターンとした。また、着色層８ｃ1の補助容量線上に位置した部分には、開口のサイズが１５μｍ×２０μｍのコンタクトホール２１を設けた。
【００４４】
次いで、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの緑色の着色層８ｂ1と柱状部８ｂ2とを同時に形成した。なお、着色層８ｂ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ｂ2のサイズは２５μｍ×２５μｍとした。
【００４５】
その後、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの青色の着色層８ａ1と柱状部８ａ2とを同時に形成した。なお、着色層８ａ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ａ2のサイズは１５μｍ×１５μｍとした。
【００４６】
次に、上述した方法で得られたカラーフィルタ層８上に、スパッタリング法を用いて厚さ１５００ÅのＩＴＯ膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてパターニングすることにより画素電極１０を得た。なお、これら画素電極１０は、それぞれ着色層８ｃ1に設けたスルーホール２１を介してＴＦＴのソース電極と接続されるように形成した。
【００４７】
その後、基板６の画素電極１０を形成した面に、感光性のカーボンレス黒色樹脂（富士フィルムオーリン社製）を３．０μｍの厚さに塗布した。これにより得られた塗膜を９０℃で１０分間乾燥させた後、塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が５００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液を用いて上記塗膜を現像し、さらに、２００℃で６０分間焼成することにより周縁遮光層９を形成した。
【００４８】
その後、基板６の画素電極１０を形成した面に、配向膜材料であるＡＬ−１０５１（ＪＳＲ社製）を５００Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜１２を形成した。以上のようにして、アクティブマトリクス基板２を完成した。
【００４９】
上述した方法でアクティブマトリクス基板２を作製する一方で、以下の方法により対向基板３を作製した。すなわち、まず、ガラス基板１３上に、スパッタリング法を用いて厚さ１５００ÅのＩＴＯ膜を形成して共通電極１４を得た。その後、基板１３の共通電極１４を形成した面に、配向膜材料であるＡＬ−１０５１（ＪＳＲ社製）を５００Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜１５を形成した。以上のようにして、対向基板３を完成した。
【００５０】
次いで、対向基板３の配向膜１５を形成した面の周縁部に接着剤１６を注入口が残されるように印刷した。さらに、アクティブマトリクス基板２から共通電極１４に電圧を印加するための電極転移材（図示せず）を接着剤１６の周辺部の電極転移材（図示せず）上に形成した。
【００５１】
その後、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とを、それらの配向膜１２，１５同士が対向するように及びそれらのラビング方向が直交するように貼り合わせ、さらに加熱して接着剤１６を硬化させることによりセルを形成した。このセル中に液晶材料としてＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１重量％の濃度で添加してなる組成物を通常の方法により注入して液晶層４を形成した。さらに、注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、ガラス基板６，１３のそれぞれに偏光板５を貼り付けた。
【００５２】
次に、以上のようにして得られた液晶表示装置１の表示性能などについて調べた。その結果、この液晶表示装置１では、ギャップムラや帯状ムラ並びに明点や半明点などの表示不良は観察されず、高コントラスト比で優れた表示品位が得られた。
【００５３】
（実施例２）
本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を図４に示すように構成するとともに以下の方法で形成したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図３に示す液晶表示装置１を作製した。
【００５４】
すなわち、本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を形成するに当り、まず、基板６のＴＦＴ７などを形成した面に赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン社製）をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、１％のＫＯＨ水溶液を用いて上記塗膜を１０秒間現像することにより赤色の着色層８ｃ1及び柱状部８ｃ2を同時に形成した。なお、着色層８ｃ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ｃ2のサイズは２５μｍ×２５μｍとした。
【００５５】
次いで、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの緑色の着色層８ｂ1を形成した。なお、着色層８ｂ1は、その膜厚を３．０μｍとし、縦方向のストライプパターンの幅が７０μｍであり且つ補助容量線を被覆する横方向のストライプパターンの幅が３５μｍである格子状パターンとした。また、着色層８ｂ1の補助容量線上に位置した部分には、開口のサイズが１５μｍ×２０μｍのコンタクトホール２１を設けた。
【００５６】
その後、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの青色の着色層８ａ1と柱状部８ａ2とを同時に形成した。なお、着色層８ａ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ａ2のサイズは１５μｍ×１５μｍとした。
【００５７】
以上の方法でカラーフィルタ層８及びスペーサ１１を形成した液晶表示装置１の表示性能などについて調べた。その結果、この液晶表示装置１では、ギャップムラや帯状ムラ並びに明点や半明点などの表示不良は観察されず、高コントラスト比で優れた表示品位が得られた。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、カラーフィルタ層を構成する第１乃至第３着色層のうち第３着色層に選択的にスルーホールを設けるとともに、スペーサのそれぞれを、第１着色層と材料が同一な第１柱状部、第２着色層と材料が同一な第２柱状部、及び第３着色層を積層した構造とする。そのため、全てのスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることやスペーサの高さのばらつきを抑制し且つ高い自由度でスペーサを配置することができる。
すなわち、本発明によると、カラーフィルタ層を構成する各着色層を部分的に積層し、それら積層部をスペーサとして利用した液晶表示装置であって、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つスペーサの高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサを配置することが可能な液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】図１に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図４】図３に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図５】（ａ−１）〜（ａ−５），（ｂ−１）〜（ｂ−５），（ｃ−１）〜（ｃ−５）は、スペーサの形成方法を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１…液晶表示装置
２…アクティブマトリクス基板
３…対向基板
４…液晶層
５…偏光板
６…透明基板
７…スイッチング素子
８…カラーフィルタ層
８ａ1〜８ｃ1…着色層
８ａ2〜８ｃ2…柱状部
８ａ’，８ｂ’…塗膜
９…周縁遮光層
１０…画素電極
１１…柱状スペーサ
１２…配向膜
１３…透明基板
１４…共通電極
１５…配向膜
１６…接着剤層
２１…スルーホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特には、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層とスペーサとが設けられた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層やスペーサを形成した場合、表示性能に優れた液晶表示装置を容易且つ高い歩留まりで製造することが可能となる。すなわち、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層を形成した場合、カラーフィルタ層を構成している各着色層（例えば、ストライプパターン）の画素電極に対する相対位置は容易且つ高精度に制御可能である。また、アクティブマトリクス基板にスペーサを形成した場合、所望の位置にスペーサを配置することができるため光利用効率を向上させることが可能である。さらに、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタ層やスペーサを形成した場合、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせる際にそれらを高い精度で位置合わせを行う必要がない。しかしながら、このような構造を採用した場合、以下の問題を生ずることがある。
【０００３】
一般に、画素電極を形成するための導電性薄膜の成膜工程では、カラーフィルタ層の上面だけでなくスルーホールの側壁及び底部にも導電性材料をスパッタリングする。このような方法で得られる構造において、スルーホールの側壁及び底面に堆積した導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子とを電気的に接続する役割を担っている。そのため、上記導電性薄膜は、画素電極とスイッチング素子との間で連続していなければならない。したがって、スルーホールの断面形状は、上記導電性薄膜に不連続部を生じ難い順テーパ状であることが望まれる。
【０００４】
ところで、スルーホールが設けられたストライプパターンは、ネガ型の感光性樹脂と着色顔料或いは着色染料との混合物を用いて塗膜を形成し、この塗膜を露光・現像することによって形成している。着色顔料或いは着色染料を含有した感光性樹脂では、透明な感光性樹脂とは異なり、着色顔料或いは着色染料による光吸収が生じる。着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは、当然、着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっている。このような理由から、或る色のストライプパターンではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であっても、他の色のストライプパターンではスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが困難となることがある。そのため、画素電極とスイッチング素子との間の接続不良及びそれに基づく表示不良が発生することがあった。
【０００５】
また、アクティブマトリクス基板にスペーサを形成した場合、以下の問題を生ずることがある。
図５（ａ−１）〜（ａ−５），（ｂ−１）〜（ｂ−５），（ｃ−１）〜（ｃ−５）は、スペーサの形成方法を概略的に示す断面図である。図５に示すプロセスでは、まず、感光性樹脂と赤色の顔料或いは染料とを含有した塗膜（図示せず）をパターニングして赤色のストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｃ2を形成する。次に、感光性樹脂と緑色の顔料或いは染料とを含有した塗膜８ｂ’を形成し、この塗膜８ｂ’をパターニングして緑色のストライプパターン８ｂ1及び柱状部８ｂ2を形成する。その後、感光性樹脂と青色の顔料或いは染料とを含有した塗膜８ａ’を形成し、この塗膜８ａ’をパターニングして青色のストライプパターン８ａ1及び柱状部８ａ2を形成する。以上のようにして、最下層としてストライプパターン８ｃ1または柱状部８ｃ2を、中間層としてストライプパターン８ｂ1または柱状部８ｂ2を、最上層としてストライプパターン８ａ1または柱状部８ａ2を順次積層した構造のスペーサ１１を得る。
【０００６】
この方法によれば、スペーサ１１とカラーフィルタ層と同時に形成することができ、工程数を削減することが可能となる。しかしながら、上述した方法では、ストライプパターンをスペーサ１１の最下層、中間層、最上層のいずれとして利用するかに依存してスペーサの高さが変化する。すなわち、図５（ａ−１）〜（ａ−５）に示すように、ストライプパターン８ｃ1をスペーサ１１の最下層とする場合、柱状部８ｂ2はほぼ狙い通りの膜厚に形成することができるが、柱状部８ｂ2は小面積であるため、塗膜８ａ’はレベリングの影響を受け、柱状部８ａ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。その結果、スペーサ１１の実効的な高さ（スペーサ１１のカラーフィルタ層からの高さ）も目標値よりも低くなる。
【０００７】
また、図５（ｂ−１）〜（ｂ−５）に示すように、ストライプパターン８ｂ1をスペーサ１１の中間層とする場合、最下層である柱状部８ｃ2は小面積であるため、塗膜８ｂ’はレベリングの影響を受け、ストライプパターン８ｂ1の中間層として用いられる部分の膜厚は目標値よりも薄くなる。これら柱状部８ｃ2及びストライプパターン８ｂ1が形成する凹凸表面は、図５（ａ−３）に示すストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面に比べればなだらかであるので、塗膜８ａ’は弱いレベリングの影響を受け、柱状部８ａ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。その結果、図５（ｂ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さは、図５（ａ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さよりも低くなる。
【０００８】
さらに、図５（ｃ−１）〜（ｃ−５）に示すように、ストライプパターン８ａ1をスペーサ１１の最上層とする場合、柱状部８ｃ2は小面積であるため、塗膜８ｂ’はレベリングの影響を受け、柱状部８ｂ2の膜厚は目標値よりも薄くなる。これら柱状部８ｃ2及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面は、図５（ａ−３）に示すストライプパターン８ｃ1及び柱状部８ｂ2が形成する凹凸表面に比べれて高低差が大きいので、塗膜８ａ’は非常に強いレベリングの影響を受け、ストライプパターン８ａ1の最上層として用いられる部分の膜厚は目標値よりも遥かに薄くなる。その結果、図５（ｃ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さは、図５（ｂ−５）に示すスペーサ１１の実効的な高さよりもさらに低くなる。
【０００９】
このように、ストライプパターン８ｃ1を最下層としたスペーサ１１の高さと、ストライプパターン８ｂ1を中間層としたスペーサ１１の高さと、ストライプパターン８ａ1を最上層としたスペーサの高さとを互いに等しくすることは困難である。スペーサ１１の高さがばらついている場合、当然、セルギャップが不均一となり、輝度ムラを生ずることとなる。
【００１０】
このような問題は、例えば、ストライプパターン８ｃ1を最下層としたスペーサ１１のみを形成することにより回避可能である。しかしながら、この場合、スペーサの配置に関する制約が増加し、その結果、例えば、低温での真空泡や指押しによるギャップムラが発生し難いスペーサ配置を採用すると、スペーサ分布の偏りに起因して細かい輝度ムラが発生し表示品位が低下するといった新たな問題が発生する。この問題は、特に画素のサイズを大型化した場合に顕著である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタ層を構成する各着色層を部分的に積層し、それら積層部をスペーサとして利用した液晶表示装置であって、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つスペーサの高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサを配置することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向した第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、前記第１及び第２柱状部は前記第３着色層上に順次積層されているか、または、前記第３着色層は前記第１柱状部と前記第２柱状部との間に介在していることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
また、本発明は、互いに対向した第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、前記第１着色層は、前記複数の画素電極が形成する複数の列の３倍の周期で前記行方向に配列するとともに前記複数の画素電極が形成する複数の行と同じ周期で前記列方向に配列した複数の第１着色部で構成され、前記第２着色層は、前記複数の第１着色部と同じ周期で前記行方向及び前記列方向に配列するとともに前記複数の第１着色部と前記行方向にそれぞれ隣り合った複数の第２着色部で構成され、前記第３着色層は、前記複数の画素電極のそれぞれの前記列方向で対向した一対の端部の一方と重なり合うとともに前記複数の列と２つおきに重なり合うように格子状にパターニングされ且つ前記複数の第１着色部及び前記複数の第２着色部の前記行方向に隣り合ったそれぞれの２つを取り囲み、前記第３着色層には前記複数の画素電極の前記一方の端部の位置に前記複数のスルーホールが設けられていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同様の構成部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。
【００１５】
図１に示す液晶表示装置１は、ＴＮ駆動方式のカラー型液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とを対向させ、それら基板２，３間に液晶層４を介在させた構造を有している。これら基板２，３間の周縁部には、液晶材料を注入するための注入口（図示せず）を除いて接着剤層１６が設けられており、その注入口は封止剤を用いて封止されている。また、この液晶表示装置１の両面には偏光板５がそれぞれ貼り付けられており、その背面側には図示しない光源が配置されている。
【００１６】
図１に示す液晶表示装置１において、アクティブマトリクス基板２は、ガラス基板のような透明基板６を有している。透明基板６上には、配線及びスイッチング素子７が形成されている。また、透明基板６の配線及びスイッチング素子７が設けられた面には、カラーフィルタ層８、周縁遮光層９、及び柱状スペーサ１１が形成されている。カラーフィルタ層８上には画素電極１０が形成されており、画素電極１０上には配向膜１２が形成されている。一方、対向基板３は、ガラス基板のような透明基板１３を有している。透明基板１３上には、共通電極１４及び配向膜１５が順次積層されている。
【００１７】
アクティブマトリクス基板２に形成する配線は、透明基板６上で格子状に配列した走査線及び信号線などで構成されている。また、スイッチング素子７は、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）である。このスイッチング素子７は、走査線及び信号線などの配線並びに画素電極１０と接続されており、それにより、所望の画素電極１０に対して選択的に電圧を印加することを可能としている。
【００１８】
カラーフィルタ層８は、青色の着色層８ａ1と緑色の着色層８ｂ1と赤色の着色層８ｃ1とで構成されている。着色層８ａ1〜８ｃ1にはスルーホール２１がそれぞれ設けられており、これらスルーホール２１を介して、スイッチング素子７と画素電極１０とがそれぞれ電気的に接続されている。
【００１９】
スペーサ１１は、柱状部８ａ2と柱状部８ｂ2と着色層８ｃ1とを積層した構造を有している。柱状部８ａ2は着色層８ａ1と材料が同一であり、柱状部８ｂ2は着色層８ｂ1と材料が同一である。
【００２０】
着色層８ａ1〜８ｃ1並びに柱状部８ａ2及び８ｂ2は、感光性樹脂とそれぞれの色に対応した着色顔料或いは着色染料とを含有する混合物を用いて形成することができる。着色層８ａ1と柱状部８ａ2とは材料が同一であるので、それらを同時に形成することにより製造プロセスを簡略化することができる。また、同様に、着色層８ｂ1と柱状部８ｂ2とは材料が同一であるので、それらを同時に形成することにより製造プロセスを簡略化することができる。
【００２１】
周縁遮光層９は、一般には額縁層などと呼ばれ、画面の周縁部に形成される。周縁遮光層９は、例えば、カーボン微粒子のような黒色顔料や黒色染料と感光性樹脂との混合物を用いて形成することができる。
【００２２】
画素電極１０及び共通電極１４は、ＩＴＯのような透明導電材料で構成されている。電極１０，１４は、例えばスパッタリング法などにより形成することができる。
【００２３】
配向膜１２，１５は、ポリイミドなどの透明樹脂からなる薄膜にラビング処理等の配向処理を施すことにより形成され得る。
【００２４】
さて、上記液晶表示装置１では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を構成するうえで、図２に示す構造を採用している。このような構造によると、以下に説明するように、画素電極１０とスイッチング素子７との間で導通不良が発生するのを防止することができるのに加え、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００２５】
先に説明したように、着色顔料或いは着色染料によって吸収される光の波長域と感光性樹脂に架橋反応を生じさせる光の波長域との重なりは着色顔料或いは着色染料の色に応じて異なっているため、或る色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状となり、他の色の着色層ではスルーホールの断面形状が逆テーパ状となることがある。ここでは、青、緑、赤色の着色層のそれぞれにスルーホールを設けた場合、青色の着色層ではスルーホールの断面形状は逆テーパ状となり、緑色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状と逆テーパ状とが混在した状態となり、赤色の着色層ではスルーホールの断面形状は順テーパ状となることとする。なお、ここで、「順テーパ状の断面形状」は、「スルーホール」に関して使用する場合、その開口から底部に向けて幅が狭くなる断面形状を意味する。また、「逆テーパ状の断面形状」は、「スルーホール」に関して使用する場合、その開口から底部に向けて幅が広くなる断面形状を意味する。
【００２６】
図２に示す構造では、赤色の着色層８ｃ1を格子状にパターニングしており、その横方向に延在した部分に全てのスルーホール２１を設けている。そのため、スルーホール２１のいずれについても、断面形状を順テーパ状とすることができる。したがって、画素電極１０を構成する導電性材料をスルーホール２１の底面及び側壁上にも良好に堆積させることができ、画素電極１０とスイッチング素子７との間の導通不良の発生を防止することができる。
【００２７】
また、図２に示す構造では、全てのスペーサ１１に、大面積の赤色の着色層８ｃ1を最下層として、その上に柱状部８ｂ2，８ｃ2を順次積層した構造を採用している。すなわち、全てのスペーサ１１に同一の層構造を採用している。そのため、互いに異なる層構造を採用することに基づくスペーサ１１の高さのばらつきを抑制することができる。
【００２８】
しかも、図２に示す構造では、着色層８ｃ1を格子状にパターニングしているため、着色層８ｃ1の縦方向に延在した部分だけでなく、その横方向に延在した部分にもスペーサ１１を形成することができる。すなわち、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制しつつ、高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、赤色の着色層８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になり且つ緑及び青色の着色層８ｂ1，８ａ1ではスルーホール２１の断面形状が逆テーパ状になる場合について説明したが、いずれの着色層８ａ1〜８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になるかは着色層８ａ1〜８ｃ1を形成する条件や使用する材料などに応じて異なる。第２の実施形態では、緑色の着色層８ｂ1でスルーホールの断面形状が順テーパ状になる場合について説明する。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図である。また、図４は、図３に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図である。
【００３１】
本実施形態に係る液晶表示装置１は、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１の構造が異なること以外は、図１及び図２を参照して説明した液晶表示装置１とほぼ同様の構造を有している。したがって、ここでは、相違点のみ説明する。
【００３２】
図３に示す液晶表示装置１では、図４に示すように、緑色の着色層８ｂ1を格子状にパターニングしており、その横方向に延在した部分に全てのスルーホール２１を設けている。そのため、スルーホール２１のいずれについても、断面形状を順テーパ状とすることができる。したがって、第１の実施形態と同様に、画素電極１０を構成する導電性材料をスルーホール２１の底面及び側壁上にも良好に堆積させることができ、画素電極１０とスイッチング素子７との間の導通不良の発生を防止することができる。
【００３３】
また、図３及び図４に示す構造では、全てのスペーサ１１に、赤色の着色層８ｃ1と材料が同一な赤色の柱状部８ｃ1を最下層として、その上に緑色の着色層８ｂ1及び青色の柱状部８ｃ2を順次積層した構造を採用している。すなわち、全てのスペーサ１１に同一の層構造を採用している。そのため、第１の実施形態と同様に、互いに異なる層構造を採用することに基づくスペーサ１１の高さのばらつきを抑制することができる。
【００３４】
しかも、図４に示す構造では、着色層８ｂ1を格子状にパターニングしているため、着色層８ｂ1の縦方向に延在した部分だけでなく、その横方向に延在した部分にもスペーサ１１を形成することができる。すなわち、第１の実施形態と同様に、スペーサ１１の高さのばらつきを抑制しつつ、高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００３５】
以上、第１及び第２の実施形態では、赤色の着色層８ｃ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合や緑色の着色層８ｂ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合について説明したが、青色の着色層８ａ1でスルーホール２１の断面形状が順テーパ状になる場合は、青色の着色層８ａ1を格子状にパターニングし、スルーホール２１を着色層８ａ1に選択的に設けるとともに、全てのスペーサ１１に着色層８ａ1を利用することにより、接続不良やスペーサ１１の高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサ１１を配置することが可能となる。
【００３６】
また、第１及び第２の実施形態では、スペーサ１１の一部として利用する着色層８ｂ1，８ｃ1を格子状としたが、それらは必ずしも格子状である必要はなく、他の形状であってもよい。
【００３７】
また、第１の実施形態では着色層８ｃ1をスペーサ１１の最下層として利用し、第２の実施形態では着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用したが、着色層８ａ1をスペーサ１１の最上層として利用してもよい。なお、着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用した場合、着色層８ａ1をスペーサ１１の最上層として利用した場合に比べて、スペーサ１１の高さをより高くすることができる。また、着色層８ｃ1をスペーサ１１の最下層として利用した場合、着色層８ｂ1をスペーサ１１の中間層として利用した場合に比べて、スペーサ１１の高さをより高くすることができる。
【００３８】
また、第１及び第２の実施形態では、赤色の層、緑色の層、青色の層を順次積層してスペーサ１１を構成したが、それら層の積層順に特に制限はない。
【００３９】
さらに、第１及び第２の実施形態では、ＴＮ型の液晶表示装置１について説明したが、表示方式は、ＧＨ型、ＥＣＢ型、或いは強誘電性液晶を利用したタイプ等であってもよい。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４１】
（実施例１）
図１に示す液晶表示装置１を以下の方法により作製した。なお、本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を図２に示すように構成した。
【００４２】
まず、ガラス基板６上に通常の方法により配線及びＴＦＴ７を形成して、縦方向に７６８ピクセル及び横方向に１０２４×３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）ピクセルの画素数を有するＴＦＴアレイ基板とした。
【００４３】
次に、基板６のＴＦＴ７などを形成した面に赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン社製）をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、１％のＫＯＨ水溶液を用いて上記塗膜を１０秒間現像することにより赤色の着色層８ｃ1を形成した。なお、着色層８ｃ1は、その膜厚を３．０μｍとし、縦方向のストライプパターンの幅が７０μｍであり且つ補助容量線を被覆する横方向のストライプパターンの幅が３５μｍである格子状パターンとした。また、着色層８ｃ1の補助容量線上に位置した部分には、開口のサイズが１５μｍ×２０μｍのコンタクトホール２１を設けた。
【００４４】
次いで、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの緑色の着色層８ｂ1と柱状部８ｂ2とを同時に形成した。なお、着色層８ｂ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ｂ2のサイズは２５μｍ×２５μｍとした。
【００４５】
その後、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの青色の着色層８ａ1と柱状部８ａ2とを同時に形成した。なお、着色層８ａ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ａ2のサイズは１５μｍ×１５μｍとした。
【００４６】
次に、上述した方法で得られたカラーフィルタ層８上に、スパッタリング法を用いて厚さ１５００ÅのＩＴＯ膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてパターニングすることにより画素電極１０を得た。なお、これら画素電極１０は、それぞれ着色層８ｃ1に設けたスルーホール２１を介してＴＦＴのソース電極と接続されるように形成した。
【００４７】
その後、基板６の画素電極１０を形成した面に、感光性のカーボンレス黒色樹脂（富士フィルムオーリン社製）を３．０μｍの厚さに塗布した。これにより得られた塗膜を９０℃で１０分間乾燥させた後、塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が５００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液を用いて上記塗膜を現像し、さらに、２００℃で６０分間焼成することにより周縁遮光層９を形成した。
【００４８】
その後、基板６の画素電極１０を形成した面に、配向膜材料であるＡＬ−１０５１（ＪＳＲ社製）を５００Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜１２を形成した。以上のようにして、アクティブマトリクス基板２を完成した。
【００４９】
上述した方法でアクティブマトリクス基板２を作製する一方で、以下の方法により対向基板３を作製した。すなわち、まず、ガラス基板１３上に、スパッタリング法を用いて厚さ１５００ÅのＩＴＯ膜を形成して共通電極１４を得た。その後、基板１３の共通電極１４を形成した面に、配向膜材料であるＡＬ−１０５１（ＪＳＲ社製）を５００Åの厚さで塗布し、得られた塗膜にラビング処理を施して配向膜１５を形成した。以上のようにして、対向基板３を完成した。
【００５０】
次いで、対向基板３の配向膜１５を形成した面の周縁部に接着剤１６を注入口が残されるように印刷した。さらに、アクティブマトリクス基板２から共通電極１４に電圧を印加するための電極転移材（図示せず）を接着剤１６の周辺部の電極転移材（図示せず）上に形成した。
【００５１】
その後、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とを、それらの配向膜１２，１５同士が対向するように及びそれらのラビング方向が直交するように貼り合わせ、さらに加熱して接着剤１６を硬化させることによりセルを形成した。このセル中に液晶材料としてＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社製）にＳ８１１を０．１重量％の濃度で添加してなる組成物を通常の方法により注入して液晶層４を形成した。さらに、注入口を紫外線硬化樹脂で封止し、ガラス基板６，１３のそれぞれに偏光板５を貼り付けた。
【００５２】
次に、以上のようにして得られた液晶表示装置１の表示性能などについて調べた。その結果、この液晶表示装置１では、ギャップムラや帯状ムラ並びに明点や半明点などの表示不良は観察されず、高コントラスト比で優れた表示品位が得られた。
【００５３】
（実施例２）
本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を図４に示すように構成するとともに以下の方法で形成したこと以外は実施例１で説明したのと同様の方法により図３に示す液晶表示装置１を作製した。
【００５４】
すなわち、本実施例では、カラーフィルタ層８及びスペーサ１１を形成するに当り、まず、基板６のＴＦＴ７などを形成した面に赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン社製）をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2となるように波長３６５ｎｍの紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、１％のＫＯＨ水溶液を用いて上記塗膜を１０秒間現像することにより赤色の着色層８ｃ1及び柱状部８ｃ2を同時に形成した。なお、着色層８ｃ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ｃ2のサイズは２５μｍ×２５μｍとした。
【００５５】
次いで、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの緑色の着色層８ｂ1を形成した。なお、着色層８ｂ1は、その膜厚を３．０μｍとし、縦方向のストライプパターンの幅が７０μｍであり且つ補助容量線を被覆する横方向のストライプパターンの幅が３５μｍである格子状パターンとした。また、着色層８ｂ1の補助容量線上に位置した部分には、開口のサイズが１５μｍ×２０μｍのコンタクトホール２１を設けた。
【００５６】
その後、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン社製）を用いて、赤色の着色層８ｃ1に関して説明したのと同様の方法により、厚さが３．０μｍの青色の着色層８ａ1と柱状部８ａ2とを同時に形成した。なお、着色層８ａ1はサイズが７０μｍ×１８５μｍの長方形状とし、柱状部８ａ2のサイズは１５μｍ×１５μｍとした。
【００５７】
以上の方法でカラーフィルタ層８及びスペーサ１１を形成した液晶表示装置１の表示性能などについて調べた。その結果、この液晶表示装置１では、ギャップムラや帯状ムラ並びに明点や半明点などの表示不良は観察されず、高コントラスト比で優れた表示品位が得られた。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、カラーフィルタ層を構成する第１乃至第３着色層のうち第３着色層に選択的にスルーホールを設けるとともに、スペーサのそれぞれを、第１着色層と材料が同一な第１柱状部、第２着色層と材料が同一な第２柱状部、及び第３着色層を積層した構造とする。そのため、全てのスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることやスペーサの高さのばらつきを抑制し且つ高い自由度でスペーサを配置することができる。
すなわち、本発明によると、カラーフィルタ層を構成する各着色層を部分的に積層し、それら積層部をスペーサとして利用した液晶表示装置であって、カラーフィルタ層に設けられるスルーホールの断面形状を順テーパ状とすることが容易であり且つスペーサの高さのばらつきを抑制すること及び高い自由度でスペーサを配置することが可能な液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】図１に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図４】図３に示す液晶表示装置のカラーフィルタ層を概略的に示す平面図。
【図５】（ａ−１）〜（ａ−５），（ｂ−１）〜（ｂ−５），（ｃ−１）〜（ｃ−５）は、スペーサの形成方法を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
１…液晶表示装置
２…アクティブマトリクス基板
３…対向基板
４…液晶層
５…偏光板
６…透明基板
７…スイッチング素子
８…カラーフィルタ層
８ａ1〜８ｃ1…着色層
８ａ2〜８ｃ2…柱状部
８ａ’，８ｂ’…塗膜
９…周縁遮光層
１０…画素電極
１１…柱状スペーサ
１２…配向膜
１３…透明基板
１４…共通電極
１５…配向膜
１６…接着剤層
２１…スルーホール
Claims (6)
- 互いに対向した第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、
前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、
前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、
前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、
前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、
前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、
前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、
前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、
前記第１及び第２柱状部は前記第３着色層上に順次積層されているか、または、前記第３着色層は前記第１柱状部と前記第２柱状部との間に介在していることを特徴とする液晶表示装置。 - 互いに対向した第１及び第２基板と、
前記第１及び第２基板間に介在して前記第１及び第２基板間の距離を一定に保つ複数のスペーサと、
前記第１基板の前記第２基板との対向面上で行方向と列方向とに配列した複数の画素電極と、
前記第１基板と前記複数の画素電極との間に介在し且つ吸収波長域が互いに異なる第１乃至第３着色層を備えたカラーフィルタ層と、
前記第１基板と前記カラーフィルタ層との間に介在した複数のスイッチング素子と、
前記第２基板の前記第１基板との対向面に設けられた共通電極と、
前記複数の画素電極と前記共通電極との間に介在した液晶層とを具備し、
前記カラーフィルタ層には第１及び第２着色層に対し前記第３着色層に選択的に複数のスルーホールが設けられ、前記複数の画素電極は前記複数のスルーホールを介して前記複数のスイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、
前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１着色層と材料が同一な第１柱状部と、前記第２着色層と材料が同一な第２柱状部と、前記第３着色層とを積層した構造を有しており、
前記第１着色層は、前記複数の画素電極が形成する複数の列の３倍の周期で前記行方向に配列するとともに前記複数の画素電極が形成する複数の行と同じ周期で前記列方向に配列した複数の第１着色部で構成され、
前記第２着色層は、前記複数の第１着色部と同じ周期で前記行方向及び前記列方向に配列するとともに前記複数の第１着色部と前記行方向にそれぞれ隣り合った複数の第２着色部で構成され、
前記第３着色層は、前記複数の画素電極のそれぞれの前記列方向で対向した一対の端部の一方と重なり合うとともに前記複数の列と２つおきに重なり合うように格子状にパターニングされ且つ前記複数の第１着色部及び前記複数の第２着色部の前記行方向に隣り合ったそれぞれの２つを取り囲み、
前記第３着色層には前記複数の画素電極の前記一方の端部の位置に前記複数のスルーホールが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記複数のスペーサのそれぞれは前記複数のスルーホールの前記行方向に隣り合う２つの間に位置し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。
- 前記複数のスペーサの少なくとも１つは前記第３着色層の前記列と重なり合った部分に位置し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。
- 前記複数のスペーサの１つは前記複数の第１着色部の前記列方向に隣り合ういずれか２つの間に位置し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。
- 前記複数のスペーサの１つは前記複数の第２着色部の前記列方向に隣り合ういずれか２つの間に位置していることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
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