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

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２０^φμｍ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膜と、
   前記ブラックマトリックス膜の領域間に形成され、かつ前記ブラックマトリックス膜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膜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膜の領域内、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膜、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膜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膜を形成する工程と、
   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膜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膜の領域間に形成する工程と、
   前記ブラックマトリックス膜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膜の領域内、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膜、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膜、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膜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膜と、前記ブラックマトリックス膜の領域間に形成され、かつ前記ブラックマトリックス膜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膜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膜の領域内、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膜、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膜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膜を形成する工程と、
   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膜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膜の領域間に形成する工程と、
   前記ブラックマトリックス膜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膜の領域内、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膜、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膜、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膜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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