JP4289812B2 - 液晶表示装置及びそのカラーフィルタ基板 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に液晶表示装置、特に、スペーサーによって均一かつ正確にセル間隙を保持してムラ欠陥(Mura defect)を実質的に低減する構造を有する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、一般に、相互に平行間隔をあけて保持される一対の基板を有する。これらの基板間に形成される空間は、通常、セル間隙と称される。基板間に形成されるセル間隙には、供給される電気信号に基づいて光学的性質を変える液晶表示材料が挿入されている。
【0003】
所望の電気信号を、制御しながら液晶材料に供給するため、基板の内面上に複数の電極が配置されている。いくつかのLCD装置は、所望の組の図形や記号を発生することができる電極配列を有し、他のLCD装置は、非常に多数の独立したアクセス可能な画素であって、それぞれ選択的に活性化され無限に変化できる画像を形成可能な画素からなる表示が可能な電極マトリックスを有する。
【0004】
液晶材料は、固有の電気―光学的性質によって、電気信号が供給されないときは一つの状態を取り、電気信号が付与されると他の状態を取る。例えば、いくつかの液晶材料は、電気信号が供給されないと光反射状態となり、電気信号が供給されると光透過状態となる。またいくつかの新規な液晶材料は多様な階調をも発揮することができる。
【0005】
液晶表示装置の適切な動作を確保するため、表示全体を通して、セル間隙が均一かつ適切に保持されることが重要である。セル間隙のわずかなズレも、表示の際に顕著な外観状の欠陥を生じる(ムラ欠陥)。このことは、従来のLCD表示パネルに指先でわずかな圧力をかけることによって容易に理解できる。即ち、圧力に応じて、圧力が印加された領域におけるセル間隙がわずかに狭くなり、その結果、表示された映像は、黒点や、コントラストの劣化や、その他の望ましくない欠陥を生じる。
【0006】
従来技術において、図1に示すように、LCD装置は、TFT基板61と、カラーフィルタ基板71と、両基板間に挟持される液晶材料とを有する。セル間隙は、両基板61,71間に複数のスペーサー79を設けることによって保持される。均一な高さを有するスペーサー79は、通常、スプレー技術等によって、セル間隙内にランダムに配置される。この場合,一般に、スペーサーは不均一に分布されることになる。適切なセル間隙を保持するため十分なスペーサー密度を表示の全領域において確保するには、スペーサーを過剰に用いる必要がある。さらに、そのような従来のスペーサー配置技術では、スペーサーは、表示の“インアクティブ”領域と“アクティブ”領域の両方に配置されている。“アクティブ”領域とは、液晶材料の領域であって、両基板上に設けた対向状態の電極間に位置することによって選択的に活性化される領域をいう。“インアクティブ”領域とは、液晶材料の領域であって、両基板上に対向状態に電極が設けられていないことによって選択的に活性化されない領域をいう。
【0007】
このような従来のスペーサー技術は、液晶表示装置の構造と性能とに関して、本来的に幾つかの望ましくない欠点を有する。アクティブ表示領域に配置されたスペーサー、特に過剰に配置されたスペーサーによって、コントラストの劣化や、スペーサーの端部周りの望ましくない光の放出等の欠陥を生じる。
【0008】
従って、参照文献としてここに紹介されるヨーロッパ特許1030211 A2では、図2に示すように、スペーサーの不均一な分布によるセル厚さの不均一を避けるため、スペーサーを散乱する工程を省略することができる液晶表示が開示されている。このLCD装置は、一般に、TFT(薄膜トランジスタ)基板30と、CF(カラーフィルター)基板40と、両基板間に封入されている液晶材料層49とを有する。図2に示すように、CF(カラーフィルター)基板40上に形成される突起パターン45は、均一なセル間隙を保持するため、約4.0μmの高さを有する。
【0009】
しかし、従来技術及び上記したヨーロッパ特許における両液晶表示で用いられるスペーサーは、ガラス基板上に配置され、カラーフィルター層はスペーサーと基板間に設けられている。
【0010】
次に、図4を参照すると、同図は、室温でガラス基板上に直接配置される20φμmの柱状スペーサー、及び、柱状スペーサーとガラス基板との間にカラーフィルターを挿入した場合の柱状スペーサーの応力―歪線図である。同図から分かるように、ガラス基板上に直接配置されているスペーサーは、曲線Aで示すように実質的に弾性であり、一方、カラーフィルターを柱状スペーサーとガラス基板との間に挿入した場合のスペーサーは、曲線Bで示すように部分的に弾性である。後者の場合、応力の付加が除去された後に、永久歪dが残る。このように、LCD上に負荷された圧力(応力)が永久歪を生じるほどに十分大きい場合は、ガラス基板上にカラーフィルタを配置したスペーサーの全体高さが変化することになる。即ち、LCDパネル上にかなりの圧力が付与された後は、セル間隙が不均一になり、ムラ欠陥が生じるおそれがある。
【0011】
ヨーロッパ特許1030211 A2は、さらに、図3に示すように、LCDの他の構造を開示している。同図に示すように、ブラックマトリックス52は、ガラス基板51上のカラーフィルター基板50側に形成されており、ゲートバス線33b、ドレインバス線33a、TFT及びTFT基板30上の補助容量電極と整合した状態で設けられている。このブラックマトリックス52は、約4μmの厚さを有する黒樹脂より形成されている。カラーフィルター53(赤、緑及び青)は、約1.5μmの厚さで、ブラックマトリックス52の開口部に形成されている。その後、ITO(インジウム−錫酸化物)からなる対向電極54が、ブラックマトリックス52とカラーフィルター53上に形成される。約1.5μmの高さを有する突起パターン55が、対向電極54上にジグザグ状に形成されている。その結果、ブラックマトリックス52は、突起パターン55と共に、他の基板に対して均一なセル間隙を保持するための間隙構造を形成し、従来のスペーサーを置換することができる。しかし、黒樹脂からなるブラックマトリックス52は、負荷が除去された後に残る永久歪を、未だ防ぐことができなかった。
【0012】
従って、スペーサーが均一かつ正確なセル間隙を保持して、ムラ欠陥を実質的に削減できる構造を有する液晶表示装置を提供することが必要となる。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の目的は、LCD装置に圧力又は力が負荷された場合であっても、スペーサーがLCD装置のセル間隙を均一かつ正確に保持することができる構造を有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、スペーサーがLCD装置のセル間隙を均一かつ正確に保持することができ、実質的にムラ欠陥を低減することができる構造を有する液晶表示装置を提供することにある。
【0014】
上記した目的を達成するため、本発明はLCD装置用のカラーフィルター基板を提供する。カラーフィルター基板は、実質的に平坦な表面を有する透明基板と、ブラックマトリックスと、複数のカラーフィルターと、電極と、複数のスペーサーと、配向膜を有する。ブラックマトリックスは基板の所定領域に形成されている。複数のカラーフィルターは、端部を重合させた状態で、ブラックマトリックスの領域間に形成されている。電極はブラックマトリックスとカラーフィルター上に形成されている。複数のスペーサーが、カラーフィルターと重合することなく、ブラックマトリックスの領域に形成されている。液晶分子を配向するための配向膜がブラックマトリックスと、カラーフィルターと、電極と、スペーサーの領域上に形成されている。
【0015】
本発明は、以下の工程からなるLCD装置用のカラーフィルター基板を製造する方法を提供する。即ち、同方法は、実質的に平坦な表面を有する透明基板を設ける工程と、基板の所定領域にブラックマトリックスを形成する工程と、端部を重合させた状態でブラックマトリックスの領域間に複数のカラーフィルターを形成する工程と、ブラックマトリックスとカラーフィルター上に電極を形成する工程と、カラーフィルターと重合することなく、ブラックマトリックスの領域上に複数のスペーサーを形成する工程と、ブラックマトリックスと、カラーフィルターと、電極と、スペーサーの領域上に、液晶分子を配向するための配向膜を設ける工程とを具備する。
【0016】
従って、本発明では、スペーサーをガラス基板上に直接配置できるので、LCD装置は十分に回復でき、圧力や力を受けた後でもセル間隙を均一に保持することができ、ムラ欠陥を実質的に低減することができる。さらに、本発明に係るスペーサーはブラックマトリックス上に正確に位置づけられるので、LCD装置上に表示されている画像はスペーサーによって影響されない。
【0017】
【発明の実施の形態】
(好ましい実施例の説明)
以下、本発明を、薄膜トランジスタ液晶表示(TFTLCD)装置のカラーフィルター基板を参照して、より詳細に説明する。ただし、本発明の要旨及び範囲はそれらに限定されるものでない。図5a及び図5bは、本発明に係る薄膜トランジスタ液晶表示のCF(カラーフィルター)基板100を示す。
【0018】
図5aに示すように、同図は、単一ユニットとしてのCF基板100上に形成される1画素(2つの半分画素)の長さと幅を表している。ここで、1画素はLCD装置のTFT基板(図示せず)上の薄膜トランジスタと対向している。さらに図5bについて説明すると、同図は図5aの切断線5b−5bによるCF基板100の断面図である。図示するように、CF基板100は、一般に、例えば実質的に平坦面を有するガラス基板120のような透明基板120と、ブラックマトリックス150と、カラーフィルター160と、ガラス基板120上に配置されているスペーサー180とを有する。
【0019】
ブラックマトリックス150は一般に薄膜形状を有するクロム(Cr)または酸化クロム(CrOx)のような金属からなり、LCD装置の不活性部分に対応するガラス基板120の部分に設けられる。ここで、LCD装置は、ドレインバス線と、ゲートバス線と、補助容量電極と、複数のTFTを、TFT基板上に有する。赤、緑及び青のカラーフィルターからなる複数のカラーフィルター160が、LCD装置の活性部分に対応して、ガラス基板120上に形成されている。ここで、カラーフィルター160はTFT基板上の画素電極と対向している。
【0020】
好ましい実施例として、ブラックマトリックス150、カラーフィルター160、電極層140及びスペーサー180はそれぞれ、約0.16μm、約1.5μm、約0.15μm及び約4μmの厚みを有する。
約0.1μmの厚みで、ポリイミドからなる配向膜170がさらにガラス基板120上に設けられることは当業者に理解できるであろう。配向膜170の表面は液晶分子を配向するためにラビング処理に付される。
【0021】
さらに、本発明に係るCF基板100が垂直配向(VA)型のLCDに適用される場合は、CF基板100上に形成される突起のような液晶の配向を規制するための領域(ドメイン)規制手段を有することができる。領域規制手段を有するVALCDは、この明細書において参考文献として含まれるヨーロッパ特許出願0884626−A2に開示されている。
【0022】
次に図6を参照して説明すると、同図は本発明に係るLCD装置200を表している。LCD装置200は本発明に係るCF基板100とTFT基板220とを有し、CF基板100とTFT基板220の端部は相互に接着されて液晶材料210を収容するための空所を形成する。空所は複数のスペーサー180によって規定される均一かつ正確な間隙(セル間隙)を有する。TFT基板220は以下に記述する構造を有する。ガラス基板222上には、ゲート224、ゲート線(走査線)225及び蓄積容量線226がそれぞれ形成されている。ゲート224、ゲート線225及び蓄積容量線226は絶縁膜233によって被覆されている。TFT(薄膜トランジスタ)のチャンネルとして用いられる半導体層227が絶縁膜233を介して各ゲート224に形成される。さらに、TFTのソース及びドレイン領域として用いられる金属層229a、229bが各半導体層227の上部に形成されかつソース線と画素電極228に接続されている。さらに、例えばITOからなる画素電極228は、絶縁膜223を介して蓄積容量線226を被覆するように形成されている。さらに、配向膜234がソース及びドレイン領域229a、229b及び画素電極228上に形成されている。
【0023】
本発明は、さらに、CF基板100と、CF基板100上に直接配置された複数のスペーサー180を有するLCD装置を製造するための方法を提供する。同方において、最初に、平坦な表面を有するガラス基板120を設ける。約0.16μmの厚みを有するクロム膜がガラス基板120上に形成され、次に所定のパターンを有するフォトレジストがクロム膜上に形成され、その後、フォトレジストをマスクとして用いながらクロム膜をエッチングすることによってブラックマトリックス150を形成する。
【0024】
赤、緑及び青からなるカラーフィルター160が、ガラス基板120上に、それぞれ青樹脂、赤樹脂及び緑樹脂を塗布することによって形成される。カラーフィルター160の厚さは約1.5μmに設定される。カラーフィルター160は、その端部においてブラックマトリックス150と重合している。カラーフィルター160はその下部に位置するブラックマトリックス150を露出するパターンとして形成されている。
【0025】
次に、約0.15μmの厚みを有する電極層140が、ガラス基板120の表面に、例えばITOをスパッターすることによって形成される。その後、約4μmの厚みを有するフォトレジストが電極層140に塗布され、それぞれ約4μmの厚みを有しかつ一般的に筒状をなす複数のスペーサー180が、フォトレジストを露光しかつ現像することによって形成される。最後に、配向膜がガラス基板120の表面を被覆するように形成される。
【0026】
さらに、CF基板100はTFT基板に結合され、CF基板100とTFT基板の端部は相互に接着されて液晶材料を収容するための空所を形成する。空所は複数のスペーサー180によって決定される均一かつ正確な間隙(セル間隙)を有する。空所内には液晶材料が充填され、封止される。その後、配向板を、それぞれCF基板100とTFT基板に取り付けることによって、本発明に係るLCD装置を完成することができる。
【0027】
上述したように、本発明に係るスペーサー180は図4の曲線Aによって示されるように実質的に弾性を有するガラス基板上に直接配置されている。外部圧力又は力がLCD装置に負荷されると、スペーサー180のみが変形される。本発明に係るガラス基板上に直接配置されるスペーサー180は、実質的に弾性を有するので、外部圧力または負荷が除去されると、スペーサー180は元の寸法に戻り、ムラ欠陥を生じることなく均一かつ正確なセル間隙を維持する。
さらに、本発明に係るスペーサー180は、ブラックマトリックス上に正確に位置することができるので、LCD装置上に表示される画像はスペーサーによって影響されない。
【0028】
本発明を好ましい実施例を参照して説明してきたが、その他多くの変容例や変形例が、以下に請求する本発明の要旨及び範囲から逸脱することなくなしうることは理解できるであろう。
【発明の効果】
上述のように、本発明では、スペーサーをガラス基板上に直接配置できるので、LCD装置は十分に回復でき、圧力や力を受けた後でもセル間隙を均一に保持することができ、ムラ欠陥を実質的に低減することができる。さらに、本発明に係るスペーサーはブラックマトリックス上に正確に位置づけられるので、LCD装置上に表示されている画像はスペーサーによって影響されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボールスペーサーを有する従来のLCD装置の断面図である。
【図2】 突起パターンスペーサーを有する従来のLCD装置の断面図である。
【図3】ブラックマトリックススペーサーを有する従来のLCD装置の断面図である。
【図4】ガラス基板上に直接配置されているスペーサーと、スペーサーとガラス基板との間にカラーフィルター層を挿入しているスペーサーの応力−歪概略線図である。
【図5】aは、本発明に係るLCD装置のカラーフィルター基板の平面図である。
bは、図5aの切断線5b−5bによるカラーフィルター基板の断面図である。
【図6】本発明に係るLCD装置の部分断面図である。
【符号の説明】
100・・・CF(カラーフィルター)基板
120・・・透明基板
140・・・電極層
150・・・ブラックマトリックス
160・・・カラーフィルター
170・・・配向膜
180・・・スぺーサー
200・・・LCD装置
210・・・液晶材料
220・・・TFT基板
222・・・ガラス基板
224・・・ゲート
225・・・ゲート線(走査線)
226・・・蓄積容量線
227・・・半導体層
228・・・画素電極
229a・・・金属層
229b・・・金属層
233・・・絶縁膜
234・・・配向膜

Claims (10)

  1. 実質的に平坦な表面を有する透明基板と、
    前記基板の所定領域に形成されるブラックマトリックスと、
    前記ブラックマトリックスの領域間に形成され、かつ前記ブラックマトリックスの領域の端部と重合する複数のカラーフィルターと、
    前記ブラックマトリックス及び前記カラーフィルター上に形成される電極層と、
    前記カラーフィルターと重合することなく前記ブラックマトリックスの領域内、かつ前記電極層上に形成される複数のスペーサーと、
    前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター、前記電極層及び前記スペーサーの領域上に形成される液晶分子を配向するための配向膜と、
    を有する液晶表示装置用カラーフィルター基板であって、
    前記電極層は、前記ブラックマトリックス膜と直接接触している液晶表示装置用カラーフィルター基板
  2. 前記複数のスペーサーは筒状をなしていることを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルター基板。
  3. 前記ブラックマトリックスは金属膜を有することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルター基板。
  4. 実質的に平坦な表面を有する透明基板を設ける工程と、
    前記基板の所定領域にブラックマトリックスを形成する工程と、
    複数のカラーフィルターを、該カラーフィルターが前記ブラックマトリックスの領域の端部と重合するようにして前記ブラックマトリックスの領域間に形成する工程と、
    前記ブラックマトリックス及び前記カラーフィルター上に電極を形成する工程と、
    前記カラーフィルターと重合させることなく、前記ブラックマトリックスの領域内、かつ前記電極上に複数のスペーサーを形成する工程と、
    前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター、前記電極及び前記スペーサーの領域上に液晶分子を配向するための配向膜を付与する工程と、
    を有する液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法であって、
    前記電極は、前記ブラックマトリックス膜と直接接触するように形成される液晶表示装置用カラーフィルター基板の製造方法
  5. 前記複数のスペーサーは、所定の厚みを有するフォトレジストを前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター及び前記電極に付与する工程と、前記フォトレジストを露光かつ現像し、前記複数のスペーサーを前記カラーフィルターが存在しない前記ブラックマトリックスの領域に位置づける工程とにより形成されることを特徴とする請求項4に記載のカラーフィルター基板の製造方法。
  6. 薄膜トランジスター、ゲート及びソース線及び第一の配向膜を有する薄膜トランジスター基板と、カラーフィルター基板と、該カラーフィルター基板と前記薄膜トランジスター基板との間に挿入される液晶材料とを有し、該カラーフィルター基板は、実質的に平坦な表面を有する透明基板と、前記基板の所定領域に形成されるブラックマトリックスと、前記ブラックマトリックスの領域間に形成され、かつ前記ブラックマトリックスの領域の端部と重合する複数のカラーフィルターと、前記ブラックマトリックス及び前記カラーフィルター上に形成される電極と、前記カラーフィルターと重合することなく、前記ブラックマトリックスの領域内、かつ前記電極上に形成される複数のスペーサーと、前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター、前記電極及び前記スペーサー上の領域に形成される液晶分子を配向するための第二の配向膜とを有するカラーフィルター基板とを有する液晶表示装置であって、前記電極は、前記ブラックマトリックス膜と直接接触している液晶表示装置
  7. 前記複数のスペーサーは筒状をなしていることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  8. 前記ブラックマトリックスは金属膜を有することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
  9. 薄膜トランジスター、蓄積容量、ゲート及びソース線及び配向膜を有する薄膜トランジスター基板を設ける工程と、
    実質的に平坦な表面を有するカラーフィルター基板を設ける工程と、
    前記カラーフィルター基板の所定領域にブラックマトリックスを形成する工程と、
    複数のカラーフィルターを、該カラーフィルターが前記ブラックマトリックスの領域の端部と重合するようにして前記ブラックマトリックスの領域間に形成する工程と、
    前記ブラックマトリックス及び前記カラーフィルター上に電極を形成する工程と、
    前記カラーフィルターと重合させることなく前記ブラックマトリックスの領域内、かつ前記電極上に複数のスペーサーを形成する工程と、
    前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター、前記電極及び前記スペーサーの領域上に液晶分子を配向するための配向膜を設ける工程と、
    前記薄膜トランジスター基板と前記カラーフィルター基板とを接着して空所を形成する工程と、
    前記空所に液晶材料を封入する工程と、
    を有する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記電極は、前記ブラックマトリックス膜と直接接触している液晶表示装置の製造方法
  10. 前記複数のスペーサーは、所定の厚みを有するフォトレジストを前記ブラックマトリックス、前記カラーフィルター及び前記電極に付与する工程と、前記フォトレジストを露光かつ現像し、前記複数のスペーサーを前記カラーフィルターが存在しない前記ブラックマトリックスの領域に位置づける工程とによって形成されることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置の製造方法。
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