JPH0784248A

JPH0784248A - 液晶表示装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0784248A
Application number: JP22992893A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kuji; 卓見久慈; Tatsuo Hamamoto; 辰雄濱本; Akiya Izumi; 章也泉; Kazumi Kanesaka; 和美金坂; Yoshihisa Watanabe; 芳久渡辺
Original assignee: Hitachi Device Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Consumer Electronics Co Ltd; Japan Display Inc
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【構成】透明ガラス基板（１）の面上に複数色のカラー
フィルタ（３、４、５）が隣接して形成された液晶表示
装置において、カラーフィルタ（３、４、５）の側面
に、透明ガラス基板（１）の面に向かって末広がりのテ
ーパが形成されている構成。【効果】カラーフィルタを形成した基板の表面を平坦に
することができ、液晶表示素子の両基板間のギャップの
差に起因して生じる表示むらを低減することができ、表
示品質の高い液晶表示装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタを有す
る液晶表示装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、例えば、透明導電膜か
らなる表示用電極と配向膜等をそれぞれ積層した面が対
向するように所定の間隙を隔てて２枚の透明ガラス基板
を重ね合わせ、該両基板間の縁部に枠状に設けたシール
材により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の一
部に設けた液晶封入口から両基板間のシール材の内側に
液晶を封入、封止し、さらに両基板の外側に偏光板を設
置または貼り付けてなる液晶表示素子（液晶表示パネ
ル）と、液晶表示素子の下に配置され、液晶表示素子に
光を供給するバックライトと、液晶表示素子の３辺の外
側またはバックライトの下に配置され、液晶駆動用の回
路が形成されたプリント基板と、これらの各部材を保持
するモールド成形品である枠状体と、これらの各部材を
収納し、液晶表示窓があけられた金属製フレーム等を含
んで構成されている。

【０００３】カラー表示用の液晶表示素子では、２枚の
透明ガラス基板の片方の面上に、各画素の輪郭をはっき
りとさせるために各画素の周囲に形成されたブラックマ
トリクスと、カラーフィルタが形成されている。

【０００４】カラーフィルタは、画素に対応する位置に
赤、緑、青の繰り返しでストライプ状に形成される。カ
ラーフィルタは次のように形成される。まず、透明ガラ
ス基板の表面にアクリル系樹脂等の染色基材を塗布形成
し、フォトリソグラフィー技術で赤色フィルタ形成領域
以外の染色基材を除去してパターニングする。この後、
この染色基材を赤色染料で染め、固着処理を施し、赤色
フィルタを形成する。次に、同様な工程を施すことによ
って、緑色フィルタ、青色フィルタを順次形成する。ま
た、このように染色基材を塗布形成し、パターニングし
た後、染色するのではなく、予め顔料を分散した基材を
塗布形成し、パターニングしてもよい。

【０００５】なお、カラーフィルタに関する技術文献と
しては、例えば特開平４−１３０４０１号、特開平４−
１５６４０３、特開昭６２−１４６２２号、特開昭５９
−１８８６９０号広報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ）、（ｂ）
は、従来のカラーフィルタの製造方法の一例を示す工程
断面図である。ブラックマトリクス２が形成された透明
ガラス基板１上にカラーフィルタを、基材塗布工程とパ
ターニング工程を繰り返して形成する場合、１層目のカ
ラーフィルタ３を形成した後、２層目のカラーフィルタ
４を形成するために、顔料を分散した基材層４′を塗布
形成すると、１層目のカラーフィルタ３の段差により該
基材層４′は図１０（ａ）に示すような形状となる。な
お、図の左端の符号６は、形成しようとするカラーフィ
ルタのパターン形状（断面形状が長方形、側面が基板面
に対して垂直）を示す。

【０００７】この後、基材層４′をパターニングして２
層目のカラーフィルタ４を形成すると、図１０（ａ）、
（ｂ）に示すように、１層目のカラーフィルタ３に近い
２層目のカラーフィルタ４の片側の端部の膜厚が厚くな
る傾向がある。次いで、同様な工程を繰り返して３層目
のカラーフィルタ５を同様に形成すると、図１０（ｂ）
に示すように、カラーフィルタ５の両側には隣接して１
層目と２層目のカラーフィルタ３、４が既に形成されて
いるので、同様の作用により３層目のカラーフィルタ５
の両側の端部の膜厚が厚くなる。従来は、このように、
カラーフィルタの端部が厚く形成されたまま、その上に
保護膜や配向膜（図示省略）を形成していたので、カラ
ーフィルタを形成した透明ガラス基板の表面が平坦でな
く、したがって、２枚の透明ガラス基板を組み合わせた
ときに、液晶が充填される両基板間のギャップが該液晶
表示素子内で均一でなくなり、その結果、液晶のしきい
値電圧に差が生じ、液晶表示画面に表示むらが生じる問
題があった。

【０００８】本発明の目的は、上述の隣接するカラーフ
ィルタの膜厚の厚い端部に起因する表面段差によって生
じる表示むらを低減することができる液晶表示装置およ
びその製造方法を提供することにある。

【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、本発明は、基板面上に複数色のカラーフィルタが隣
接して形成された液晶表示装置において、前記カラーフ
ィルタの側面に、前記基板面に向かって末広がりのテー
パが形成されていることを特徴とする。

【００１０】また、基板面上に複数色のカラーフィルタ
を順次隣接して形成する液晶表示装置の製造方法におい
て、前記カラーフィルタの側面に、前記基板面に向かっ
て末広がりのテーパを形成することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明では、隣接する複数色のカラーフィルタ
の側面に、基板面に向かって末広がりのテーパを形成す
ることにより、カラーフィルタの端部の膜厚を薄くする
ことができ、従来のように既に形成されたカラーフィル
タの隣に引き続いて形成するカラーフィルタ端部の膜厚
が厚くなることがなく、カラーフィルタを形成した基板
の表面を平坦にすることができ、その結果、液晶が充填
される両基板間のギャップの差に起因する表示むらを低
減することができる。

【００１２】

【実施例】図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施例の
カラーフィルタの製造方法を示す工程断面図である。

【００１３】まず、図１（ａ）に示すように、透明ガラ
ス基板１の面上にあらかじめ黒色の顔料を分散した基材
層を形成した後、公知のフォトリソグラフィー技術を利
用してパターニングして、所定の箇所にブラックマトリ
クス２を形成する。その後、１層目のカラーフィルタと
して赤色フィルタを形成するために、赤色顔料を分散し
た基材層３′を塗布形成する。

【００１４】次に、フォトリソグラフィー技術で基材層
３′の赤色フィルタ形成領域以外の部分を除去してパタ
ーニングし、図１（ｂ）に示すように、赤色フィルタ３
を形成する。このとき、赤色フィルタ３の側面に、透明
ガラス基板１の面に向かって末広がりのテーパが形成さ
れるようにする。このテーパを形成する方法については
後述する。なお、各図の左端の符号６は、形成しようと
するカラーフィルタのパターン形状（断面形状が上辺が
短く、下辺の長い略台形、側面に基板面に向かって末広
がりのテーパを形成する）を示す。

【００１５】次に、赤色フィルタ３を形成した透明ガラ
ス基板１の面上に、図１（ｃ）に示すように、２層目の
カラーフィルタとして緑色フィルタを形成するために、
緑色顔料を分散した基材層４′を塗布形成する。

【００１６】次に、フォトリソグラフィー技術で基材層
４′の緑色フィルタ形成領域以外の部分を除去してパタ
ーニングし、図１（ｄ）に示すように、側面に透明ガラ
ス基板１の面に向かって末広がりのテーパを有する緑色
フィルタ４を形成する。

【００１７】次に、赤色フィルタ３と緑色フィルタ４を
形成した透明ガラス基板１の面上に、図１（ｅ）に示す
ように、３層目のカラーフィルタとして青色フィルタを
形成するために、青色顔料を分散した基材層５′を塗布
形成する。

【００１８】次に、フォトリソグラフィー技術で基材層
５′の青色フィルタ形成領域以外の部分を除去してパタ
ーニングし、図１（ｆ）に示すように、側面に透明ガラ
ス基板１の面に向かって末広がりのテーパを有する青色
フィルタ５を形成する。

【００１９】最後に、図示は省略するが、この上に保護
膜と配向膜を順次形成した後、配向膜に公知の配向処理
を施して、カラーフィルタを有する基板（以下、カラー
フィルタ基板と称する）が完成する。

【００２０】本実施例では、ブラックマトリクス２およ
び赤、緑、青のカラーフィルタ３、４、５は富士ハント
テクノロジー株式会社製の顔料分散型ホトレジストを用
い、ブラックマトリクス２はＣＫ−２０００、赤色フィ
ルタ３はＣＲ−２０００、緑色フィルタ４はＣＧ−２０
７０、青色フィルタ５はＣＢ−２０００を用い、それぞ
れ酸素遮断膜ＣＰをその上に塗布しないで露光を行なっ
た。酸素遮断膜が無いために起こる感度の減少は、赤色
フィルタ３のＣＲ−２０００、青色フィルタ５のＣＢ−
２０００では問題とならなかったが、ブラックマトリク
ス２のＣＫ−２０００、緑色フィルタ４のＣＧ−２０７
０では露光量が不足となったため、露光機の出力を３０
ｍＷ／ｃｍ²まで上げ、露光量を１０００ｍＪ／ｃｍ²と
して露光した。露光機としてはプロキシミティアライナ
を用い、プロキシミティギャップを変えて焦点をぼかし
て（デフォーカスさせて）露光を行なった。すなわち、
パターン精度の要求されるブラックマトリクス２のプロ
キシミティギャップは５０μｍ、段差を軽減する必要の
ある各カラーフィルタ３、４、５のプロキシミティギャ
ップは５００μｍと大きくして露光し、各カラーフィル
タ３、４、５の側面に透明ガラス基板１の面に向かって
末広がりのテーパを形成した。本実施例で作製したカラ
ーフィルタ基板の表面段差は、０．３μｍとなり、従来
技術に比べて０．１μｍ段差が小さくなった。

【００２１】本実施例では、隣接する複数色のカラーフ
ィルタ３、４、５の側面に、透明ガラス基板１の面に向
かって末広がりのテーパを形成することにより、カラー
フィルタ３、４、５の端部の膜厚を薄くすることができ
る。したがって、図１０（ａ）、（ｂ）に示した従来技
術のように既に形成されたカラーフィルタの隣に引き続
いて形成するカラーフィルタ端部の膜厚が厚くなること
がなく、表面段差を小さくすることができ、カラーフィ
ルタ基板の表面を平坦にすることができる。その結果、
液晶表示素子の液晶が充填される両基板間のギャップの
差に起因する表示むらを低減することができる。

【００２２】なお、上記実施例では、露光機としてプロ
キシミティアライナを用い、プロキシミティギャップを
大きくして焦点をはずして露光し、各カラーフィルタ
３、４、５の側面に透明ガラス基板１の面に向かって末
広がりのテーパを形成したが、焦点をぼかすのはこの方
法に限らず、露光機の光源の開口の寸法を大きくした
り、光源とコリメーションミラーとの距離を変えること
により、焦点の位置をシフトさせたり、光源の光線平行
度を下げることにより、同様のデフォーカス効果が得ら
れ、カラーフィルタの側面にテーパを付けることができ
る。

【００２３】また、上記実施例のように、カラーフィル
タ４、５、６の側面全体にテーパを付けるのではなく、
側面の上部のみに部分的に基板面に向かって末広がりの
テーパを付けてもよい。

【００２４】また、上記実施例では、あらかじめ顔料を
分散した基材層３′、４′、５′を塗布形成し、パター
ニングして各カラーフィルタ３、４、５を形成したが、
染色基材層を塗布形成した後、パターニングし、その
後、染色して形成してもよい。

【００２５】また、上記実施例では、ブラックマトリク
ス２を有機系樹脂膜で形成したが、Ｃｒ等の金属膜で形
成する場合も本発明を適用することができる。

【００２６】さらに、本発明は、単純マトリクス方式の
液晶表示装置にもアクティブ・マトリクス方式の液晶表
示装置にも適用することができる。

【００２７】次に、本発明が適応可能な単純マトリクス
方式の液晶表示装置について説明する。

【００２８】図２は、カラー液晶表示装置の液晶表示素
子の上電極基板部の一例の一部切欠斜視図である。１１
は上電極基板、３３Ｄは光遮光膜（ブラックマトリク
ス）、３３Ｒは赤フィルタ、３３Ｇは緑フィルタ、３３
Ｂは青フィルタ、２３は平滑層、３１はそれぞれ平行に
複数本配置形成された透明導電膜から成る帯状の上電
極、２１は液晶（図示省略）に接し、例えばポリイミド
等の有機高分子樹脂から成る配向膜で、例えば布などで
一方向にこする方法、いわゆるラビング法により配向処
理が施されている。なお、上電極基板１１は同様の構成
の図示しない下電極基板と、互いの配向膜が対向するよ
うに、所定の間隙を隔てて重ね合わせられ、両基板はそ
の縁周囲に設けたシール材により貼り合わせられると同
時に該シール材の内側の両基板間に液晶が封入、封止さ
れる。また、両基板面と垂直な方向から見た場合、一方
の基板に設けた電極と他方の基板に設けた電極とは互い
に直角に交差するように配置される。図２に示すよう
に、上電極基板１１上に赤、緑、青のカラーフィルタ３
３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、各フィルター同志の間に光遮光
膜３３Ｄを設けることにより、多色表示が可能になる。

【００２９】なお、各フィルタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３
Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これらの凹凸の影響を軽減
するため絶縁物からなる平滑層２３が形成された上に上
電極３１、配向膜２１が形成されている。

【００３０】図３は液晶表示素子６２と、この液晶表示
素子６２を駆動するための駆動回路と、光源をコンパク
トに一体にまとめた液晶表示モジュール６３を示す分解
斜視図である。液晶表示素子６２を駆動するＩＣ３４
は、中央に液晶表示素子６２を嵌め込むための窓部を備
えた枠状体のプリント基板３５に搭載される。液晶表示
素子６２を嵌め込んだプリント基板３５はプラスチック
モールドで形成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、
これに金属製フレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体
４２に形成されている切込み４４内に折り曲げることに
よりフレーム４１を枠状体４２に固定する。

【００３１】液晶表示素子６２の上下端に配置される冷
陰極蛍光灯３６、この冷陰極蛍光灯３６からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光体３７、金属板に白色塗料を塗布して形成され
た反射板３８、導光体３７からの光を拡散する乳白色の
拡散板３９が図３の順序で、枠状体４２の裏側からその
窓部に嵌め込まれる。冷陰極蛍光灯３６を点灯する為の
インバータ電源回路（図示せず）は枠状体４２の右側裏
部に設けられた凹部（図示せず。反射板３８の凹所４５
に対向する位置にある。）に収納される。拡散板３９、
導光体３７、冷陰極蛍光灯３６および反射板３８は、反
射板３８に設けられている舌片４６を枠状体４２に設け
られている小口４７内に折り曲げることにより固定され
る。

【００３２】図４は液晶表示モジュール６３を表示部に
使用したラップトップパソコンのブロックダイアグラ
ム、図５は液晶表示モジュール６３をラップトップパソ
コン６４に実装した状態を示す図である。このラップト
ップパソコン６４においては、マイクロプロセッサ４９
で計算した結果を、コントロール用ＬＳＩ４８を介して
液晶駆動用ＩＣ３４で液晶表示モジュール６３を駆動す
るものである。

【００３３】次に、本発明が適用可能なアクティブ・マ
トリクス方式の液晶表示装置について説明する。なお、
以下説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号
を付け、その繰り返しの説明は省略する。

【００３４】《マトリクス部の概要》図６はこの発明が
適用されるアクティブ・マトリクス方式カラー液晶表示
装置の一画素とその周辺を示す平面図、図７はマトリク
スの画素部を中央に、両側にパネル角付近と映像信号端
子部付近を示す断面図である。

【００３５】図６に示すように、各画素は隣接する２本
の走査信号線（ゲート信号線または水平信号線）ＧＬ
と、隣接する２本の映像信号線（ドレイン信号線または
垂直信号線）ＤＬとの交差領域内（４本の信号線で囲ま
れた領域内）に配置されている。各画素は薄膜トランジ
スタＴＦＴ、透明画素電極ＩＴＯ１および保持容量素子
Ｃaddを含む。走査信号線ＧＬは図では左右方向に延在
し、上下方向に複数本配置されている。映像信号線ＤＬ
は上下方向に延在し、左右方向に複数本配置されてい
る。

【００３６】図７に示すように、液晶層ＬＣを基準にし
て下部透明ガラス基板ＳＵＢ１側には薄膜トランジスタ
ＴＦＴおよび透明画素電極ＩＴＯ１が形成され、上部透
明ガラス基板ＳＵＢ２側にはカラーフィルタＦＩＬ、遮
光用ブラックマトリクスパターンＢＭが形成されてい
る。透明ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の両面にはディ
ップ処理等によって形成された酸化シリコン膜ＳＩＯが
設けられている。

【００３７】上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の内側（液晶
ＬＣ側）の表面には、ブラックマトリクスＢＭ、カラー
フィルタＦＩＬ、保護膜ＰＳＶ２、共通透明画素電極Ｉ
ＴＯ２（ＣＯＭ）および上部配向膜ＯＲＩ２が順次積層
して設けられている。

【００３８】配向膜ＯＲＩ１、ＯＲＩ２、透明画素電極
ＩＴＯ１、共通透明画素電極ＩＴＯ２、それぞれの層
は、シールパターンＳＬの内側に形成される。偏光板Ｐ
ＯＬ１、ＰＯＬ２はそれぞれ下部透明ガラス基板ＳＵＢ
１、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の外側の表面に形成さ
れている。液晶ＬＣは液晶分子の向きを設定する下部配
向膜ＯＲＩ１と上部配向膜ＯＲＩ２との間でシールパタ
ーンＳＬで仕切られた領域に封入されている。下部配向
膜ＯＲＩ１は下部透明ガラス基板ＳＵＢ１側の保護膜Ｐ
ＳＶ１の上部に形成される。

【００３９】この液晶表示装置は、下部透明ガラス基板
ＳＵＢ１側、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２側で別個に種
々の層を積み重ね、シールパターンＳＬを基板ＳＵＢ２
側に形成し、下部透明ガラス基板ＳＵＢ１と上部透明ガ
ラス基板ＳＵＢ２とを重ね合わせ、シール材ＳＬの開口
部ＩＮＪから液晶ＬＣを注入し、注入口ＩＮＪをエポキ
シ樹脂などで封止し、上下基板を切断することによって
組み立てられる。

【００４０】《薄膜トランジスタＴＦＴ》次に、図６、
図７を用いて、ＴＦＴ基板ＳＵＢ１側の構成を詳しく説
明する。

【００４１】薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート電極Ｇ
Ｔに正のバイアスを印加すると、ソース−ドレイン間の
チャネル抵抗が小さくなり、バイアスを零にすると、チ
ャネル抵抗は大きくなるように動作する。

【００４２】各画素には複数（２つ）の薄膜トランジス
タＴＦＴ１、ＴＦＴ２が冗長して設けられる。薄膜トラ
ンジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２のそれぞれは、実質的に同
一サイズ（チャネル長、チャネル幅が同じ）で構成さ
れ、ゲート電極ＧＴ、ゲート絶縁膜ＧＩ、ｉ型（真性、
intrinsic、導電型決定不純物がドープされていない）
非晶質シリコン（Ｓｉ）からなるｉ型半導体層ＡＳ、一
対のソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２を有す。な
お、ソース、ドレインは本来その間のバイアス極性によ
って決まるもので、この液晶表示装置の回路ではその極
性は動作中反転するので、ソース、ドレインは動作中入
れ替わると理解されたい。しかし、以下の説明では、便
宜上一方をソース、他方をドレインと固定して表現す
る。

【００４３】《ゲート電極ＧＴ》ゲート電極ＧＴは走査
信号線ＧＬから垂直方向に突出する形状で構成されてい
る（Ｔ字形状に分岐されている）。ゲート電極ＧＴは薄
膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２のそれぞれの能動領
域を越えるよう突出している。薄膜トランジスタＴＦＴ
１、ＴＦＴ２のそれぞれのゲート電極ＧＴは、一体に
（共通のゲート電極として）構成されており、走査信号
線ＧＬに連続して形成されている。本例では、ゲート電
極ＧＴは、単層の第２導電膜ｇ２で形成されている。第
２導電膜ｇ２としては例えばスパッタで形成されたアル
ミニウム（Ａｌ）膜が用いられ、その上にはＡｌの陽極
酸化膜ＡＯＦが設けられている。

【００４４】このゲート電極ＧＴはｉ型半導体層ＡＳを
完全に覆うよう（下方からみて）それより大き目に形成
され、ｉ型半導体層ＡＳに外光やバックライト光が当た
らないよう工夫されている。

【００４５】《走査信号線ＧＬ》走査信号線ＧＬは第２
導電膜ｇ２で構成されている。この走査信号線ＧＬの第
２導電膜ｇ２はゲート電極ＧＴの第２導電膜ｇ２と同一
製造工程で形成され、かつ一体に構成されている。ま
た、走査信号線ＧＬ上にもＡｌの陽極酸化膜ＡＯＦが設
けられている。

【００４６】《絶縁膜ＧＩ》絶縁膜ＧＩは、薄膜トラン
ジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２において、ゲート電極ＧＴと
共に半導体層ＡＳに電界を与えるためのゲート絶縁膜と
して使用される。絶縁膜ＧＩはゲート電極ＧＴおよび走
査信号線ＧＬの上層に形成されている。絶縁膜ＧＩとし
ては例えばプラズマＣＶＤで形成された窒化シリコン膜
が選ばれ、１２００〜２７００Åの厚さに（本実施例で
は、２０００Å程度）形成される。

【００４７】《ｉ型半導体層ＡＳ》ｉ型半導体層ＡＳ
は、本例では薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２のそ
れぞれに独立した島となるよう形成され、非晶質シリコ
ンで、２００〜２２００Åの厚さに（本実施例では、２
０００Å程度の膜厚）で形成される。層ｄ０はオーミッ
クコンタクト用のリン（Ｐ）をドープしたＮ(＋)型非晶
質シリコン半導体層であり、下側にｉ型半導体層ＡＳが
存在し、上側に導電層ｄ２（ｄ３）が存在するところの
みに残されている。

【００４８】ｉ型半導体層ＡＳは走査信号線ＧＬと映像
信号線ＤＬとの交差部（クロスオーバ部）の両者間にも
設けられている。この交差部のｉ型半導体層ＡＳは交差
部における走査信号線ＧＬと映像信号線ＤＬとの短絡を
低減する。

【００４９】《透明画素電極ＩＴＯ１》透明画素電極Ｉ
ＴＯ１は液晶表示部の画素電極の一方を構成する。

【００５０】透明画素電極ＩＴＯ１は薄膜トランジスタ
ＴＦＴ１のソース電極ＳＤ１および薄膜トランジスタＴ
ＦＴ２のソース電極ＳＤ１の両方に接続されている。こ
のため、薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦＴ２のうちの
１つに欠陥が発生しても、その欠陥が副作用をもたらす
場合はレーザ光等によって適切な箇所を切断し、そうで
ない場合は他方の薄膜トランジスタが正常に動作してい
るので放置すれば良い。透明画素電極ＩＴＯ１は第１導
電膜ｄ１によって構成されており、この第１導電膜ｄ１
はスパッタリングで形成された透明導電膜（Indium-Tin
-Oxide ＩＴＯ：ネサ膜）からなり、１０００〜２００
０Åの厚さに（本実施例では、１４００Å程度の膜厚）
形成される。

【００５１】《ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ
２》ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２のそれぞれ
は、Ｎ(＋)型半導体層ｄ０に接触する第２導電膜ｄ２と
その上に形成された第３導電膜ｄ３とから構成されてい
る。

【００５２】第２導電膜ｄ２はスパッタで形成したクロ
ム（Ｃｒ）膜を用い、５００〜１０００Åの厚さに（本
実施例では、６００Å程度）で形成される。Ｃｒ膜は膜
厚を厚く形成するとストレスが大きくなるので、２００
０Å程度の膜厚を越えない範囲で形成する。Ｃｒ膜はＮ
(＋)型半導体層ｄ０との接着性を良好にし、第３導電膜
ｄ３のＡｌがＮ(＋)型半導体層ｄ０に拡散することを防
止する（いわゆるバリア層の）目的で使用される。第２
導電膜ｄ２として、Ｃｒ膜の他に高融点金属（Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｗ）膜、高融点金属シリサイド（ＭｏＳ
ｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂、ＷＳｉ₂）膜を用いてもよ
い。

【００５３】第３導電膜ｄ３はＡｌのスパッタリングで
３０００〜５０００Åの厚さに（本実施例では、４００
０Å程度）形成される。Ａｌ膜はＣｒ膜に比べてストレ
スが小さく、厚い膜厚に形成することが可能で、ソース
電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２および映像信号線ＤＬ
の抵抗値を低減したり、ゲート電極ＧＴやｉ型半導体層
ＡＳに起因する段差乗り越えを確実にする（ステップカ
バーレッジを良くする）働きがある。

【００５４】第２導電膜ｄ２、第３導電膜ｄ３を同じマ
スクパターンでパターニングした後、同じマスクを用い
て、あるいは第２導電膜ｄ２、第３導電膜ｄ３をマスク
として、Ｎ(＋)型半導体層ｄ０が除去される。つまり、
ｉ型半導体層ＡＳ上に残っていたＮ(＋)型半導体層ｄ０
は第２導電膜ｄ２、第３導電膜ｄ３以外の部分がセルフ
アラインで除去される。このとき、Ｎ(＋)型半導体層ｄ
０はその厚さ分は全て除去されるようエッチングされる
ので、ｉ型半導体層ＡＳも若干その表面部分がエッチン
グされるが、その程度はエッチング時間で制御すればよ
い。

【００５５】《映像信号線ＤＬ》映像信号線ＤＬはソー
ス電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２と同層の第２導電膜
ｄ２、第３導電膜ｄ３で構成されている。

【００５６】《保護膜ＰＳＶ１》薄膜トランジスタＴＦ
Ｔおよび透明画素電極ＩＴＯ１上には保護膜ＰＳＶ１が
設けられている。保護膜ＰＳＶ１は主に薄膜トランジス
タＴＦＴを湿気等から保護するために形成されており、
透明性が高くしかも耐湿性の良いものを使用する。保護
膜ＰＳＶ１はたとえばプラズマＣＶＤ装置で形成した酸
化シリコン膜や窒化シリコン膜で形成されており、１μ
ｍ程度の膜厚で形成する。

【００５７】保護膜ＰＳＶ１は図７に示すように、マト
リクス部ＡＲの全体を囲むように形成され、周辺部は外
部接続端子ＤＴＭ，ＧＴＭを露出するよう除去され、ま
た上基板側ＳＵＢ２の共通電極ＣＯＭを下側基板ＳＵＢ
１の外部接続端子接続用引出配線ＩＮＴに銀ペーストＡ
ＧＰで接続する部分も除去されている。保護膜ＰＳＶ１
とゲート絶縁膜ＧＩの厚さ関係に関しては、前者は保護
効果を考え厚くされ、後者はトランジスタの相互コンダ
クタンスｇｍを薄くされる。従って、図７に示すよう
に、保護効果の高い保護膜ＰＳＶ１は周辺部もできるだ
け広い範囲に亘って保護するようゲート絶縁膜ＧＩより
も大きく形成されている。

【００５８】《ブラックマトリクスＢＭ》上部透明ガラ
ス基板ＳＵＢ２側には、外部光又はバックライト光がｉ
型半導体層ＡＳに入射しないようブラックマトリクスＢ
Ｍが設けられている。図２に示すブラックマトリクスＢ
Ｍの閉じた多角形の輪郭線は、その内側がブラックマト
リクスＢＭが形成されない開口を示している。ブラック
マトリクスＢＭは光に対する遮蔽性が高いたとえばアル
ミニウム膜やクロム膜等で形成されており、本実施例で
はクロム膜がスパッタリングで１３００Å程度の厚さに
形成されている。

【００５９】従って、薄膜トランジスタＴＦＴ１、ＴＦ
Ｔ２のｉ型半導体層ＡＳは上下にあるブラックマトリク
スＢＭおよび大き目のゲート電極ＧＴによってサンドイ
ッチにされ、外部の自然光やバックライト光が当たらな
くなる。ブラックマトリクスＢＭは各画素の周囲に格子
状に形成され、この格子で１画素の有効表示領域が仕切
られている。従って、各画素の輪郭がブラックマトリク
スＢＭによってはっきりとし、コントラストが向上す
る。つまり、ブラックマトリクスＢＭはｉ型半導体層Ａ
Ｓに対する遮光とブラックマトリクスとの２つの機能を
もつ。

【００６０】透明画素電極ＩＴＯ１のラビング方向の根
本側のエッジ部分（図２右下部分）もブラックマトリク
スＢＭによって遮光されているので、上記部分にドメイ
ンが発生したとしても、ドメインが見えないので、表示
特性が劣化することはない。

【００６１】ブラックマトリクスＢＭは周辺部にも額縁
状に形成され、そのパターンはドット状に複数の開口を
設けた図２に示すマトリクス部のパターンと連続して形
成されている。周辺部のブラックマトリクスＢＭはシー
ル部ＳＬの外側に延長され、パソコン等の実装機に起因
する反射光等の漏れ光がマトリクス部に入り込むのを防
いでいる。他方、このブラックマトリクスＢＭは基板Ｓ
ＵＢ２の縁よりも約０．３〜１．０ｍｍ程内側に留めら
れ、基板ＳＵＢ２の切断領域を避けて形成されている。

【００６２】《カラーフィルタＦＩＬ》カラーフィルタ
ＦＩＬは画素に対向する位置に赤、緑、青の繰り返しで
ストライプ状に形成される。カラーフィルタＦＩＬは透
明画素電極ＩＴＯ１の全てを覆うように大き目に形成さ
れ、ブラックマトリクスＢＭはカラーフィルタＦＩＬお
よび透明画素電極ＩＴＯ１のエッジ部分と重なるよう透
明画素電極ＩＴＯ１の周縁部より内側に形成されてい
る。

【００６３】カラーフィルタＦＩＬは次のように形成す
ることができる。まず、上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の
表面にアクリル系樹脂等の染色基材を形成し、フォトリ
ソグラフィ技術で赤色フィルタ形成領域以外の染色基材
を除去する。この後、染色基材を赤色染料で染め、固着
処理を施し、赤色フィルタＲを形成する。つぎに、同様
な工程を施すことによって、緑色フィルタＧ、青色フィ
ルタＢを順次形成する。

【００６４】《保護膜ＰＳＶ２》保護膜ＰＳＶ２はカラ
ーフィルタＦＩＬの染料が液晶ＬＣに漏れることを防止
するために設けられている。保護膜ＰＳＶ２はたとえば
アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料で形成さ
れている。

【００６５】《共通透明画素電極ＩＴＯ２》共通透明画
素電極ＩＴＯ２は、下部透明ガラス基板ＳＵＢ１側に画
素ごとに設けられた透明画素電極ＩＴＯ１に対向し、液
晶ＬＣの光学的な状態は各画素電極ＩＴＯ１と共通透明
画素電極ＩＴＯ２との間の電位差（電界）に応答して変
化する。この共通透明画素電極ＩＴＯ２にはコモン電圧
Ｖcomが印加されるように構成されている。本実施例で
は、コモン電圧Ｖcomは映像信号線ＤＬに印加される最
小レベルの駆動電圧Ｖｄminと最大レベルの駆動電圧Ｖ
ｄmaxとの中間直流電位に設定されるが、映像信号駆動
回路で使用される集積回路の電源電圧を約半分に低減し
たい場合は、交流電圧を印加すれば良い。

【００６６】《保持容量素子Ｃaddの構造》透明画素電
極ＩＴＯ１は、薄膜トランジスタＴＦＴと接続される端
部と反対側の端部において、隣りの走査信号線ＧＬと重
なるように形成されている。この重ね合わせは、透明画
素電極ＩＴＯ１を一方の電極ＰＬ２とし、隣りの走査信
号線ＧＬを他方の電極ＰＬ１とする保持容量素子（静電
容量素子）Ｃaddを構成する。この保持容量素子Ｃaddの
誘電体膜は、薄膜トランジスタＴＦＴのゲート絶縁膜と
して使用される絶縁膜ＧＩおよび陽極酸化膜ＡＯＦで構
成されている。

【００６７】保持容量素子Ｃaddは走査信号線ＧＬの第
２導電膜ｇ２の幅を広げた部分に形成されている。な
お、映像信号線ＤＬと交差する部分の第２導電膜ｇ２は
映像信号線ＤＬとの短絡の確率を小さくするため細くさ
れている。

【００６８】保持容量素子Ｃaddの電極ＰＬ１の段差部
において透明画素電極ＩＴＯ１が断線しても、その段差
をまたがるように形成された第２導電膜ｄ２および第３
導電膜ｄ３で構成された島領域によってその不良は補償
される。

【００６９】《表示装置全体等価回路》表示マトリクス
部の等価回路とその周辺回路の結線図を図８に示す。同
図は回路図ではあるが、実際の幾何学的配置に対応して
描かれている。ＡＲは複数の画素を二次元状に配列した
マトリクス・アレイである。

【００７０】図中、Ｘは映像信号線ＤＬを意味し、添字
Ｇ、ＢおよびＲがそれぞれ緑、青および赤画素に対応し
て付加されている。Ｙは走査信号線ＧＬを意味し、添字
１，２，３，…，endは走査タイミングの順序に従って
付加されている。

【００７１】映像信号線Ｘ（添字省略）は交互に上側
（または奇数）映像信号駆動回路Ｈｅ、下側（または偶
数）映像信号駆動回路Ｈｏに接続されている。

【００７２】走査信号線Ｙ（添字省略）は垂直走査回路
Ｖに接続されている。

【００７３】ＳＵＰは１つの電圧源から複数の分圧した
安定化された電圧源を得るための電源回路やホスト（上
位演算処理装置）からのＣＲＴ（陰極線管）用の情報を
ＴＦＴ液晶表示装置用の情報に交換する回路を含む回路
である。

【００７４】《保持容量素子Ｃaddの働き》保持容量素
子Ｃaddは、薄膜トランジスタＴＦＴがスイッチングす
るとき、中点電位（画素電極電位）Ｖlcに対するゲート
電位変化ΔＶgの影響を低減するように働く。この様子
を式で表すと、次のようになる。

【００７５】 ΔＶlc＝{Ｃgs/(Ｃgs+Ｃadd+Ｃpix)}×ΔＶg ここで、Ｃgsは薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極Ｇ
Ｔとソース電極ＳＤ１との間に形成される寄生容量、Ｃ
pixは透明画素電極ＩＴＯ１（ＰＩＸ）と共通透明画素
電極ＩＴＯ２（ＣＯＭ）との間に形成される容量、ΔＶ
lcはΔＶgによる画素電極電位の変化分を表わす。この
変化分ΔＶlcは液晶ＬＣに加わる直流成分の原因となる
が、保持容量Ｃaddを大きくすればする程、その値を小
さくすることができる。また、保持容量素子Ｃaddは放
電時間を長くする作用もあり、薄膜トランジスタＴＦＴ
がオフした後の映像情報を長く蓄積する。液晶ＬＣに印
加される直流成分の低減は、液晶ＬＣの寿命を向上し、
液晶表示画面の切り替え時に前の画像が残るいわゆる焼
き付きを低減することができる。

【００７６】前述したように、ゲート電極ＧＴはｉ型半
導体層ＡＳを完全に覆うよう大きくされている分、ソー
ス電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２とのオーバラップ面
積が増え、従って寄生容量Ｃgsが大きくなり、中点電位
Ｖlcはゲート（走査）信号Ｖgの影響を受け易くなると
いう逆効果が生じる。しかし、保持容量素子Ｃaddを設
けることによりこのデメリットも解消することができ
る。

【００７７】保持容量素子Ｃaddの保持容量は、画素の
書込特性から、液晶容量Ｃpixに対して４〜８倍（４・Ｃ
pix＜Ｃadd＜８・Ｃpix）、寄生容量Ｃgsに対して８〜３
２倍（８・Ｃgs＜Ｃadd＜３２・Ｃgs）程度の値に設定す
る。

【００７８】保持容量電極線としてのみ使用される初段
の走査信号線ＧＬ（Ｙ₀）は共通透明画素電極ＩＴＯ２
（Ｖcom）と同じ電位にする。初段の走査信号線は端子
ＧＴ０、引出線ＩＮＴ、端子ＤＴ０及び外部配線を通じ
て共通電極ＣＯＭに短絡される。或いは、初段の保持容
量電極線Ｙ₀は最終段の走査信号線Ｙendに接続、Ｖcom
以外の直流電位点（交流接地点）に接続するかまたは垂
直走査回路Ｖから１つ余分に走査パルスＹ₀を受けるよ
うに接続してもよい。

【００７９】《液晶表示モジュールの全体構成》図９
は、液晶表示モジュールＭＤＬの各構成部品を示す分解
斜視図である。

【００８０】ＳＨＤは金属板から成る枠状のシールドケ
ース（メタルフレーム）、ＬＣＷその表示窓、ＰＮＬは
液晶表示パネル、ＳＰＢは光拡散板、ＭＦＲは中間フレ
ーム、ＢＬはバックライト、ＢＬＳはバックライト支持
体、ＬＣＡは下側ケースであり、図に示すような上下の
配置関係で各部材が積み重ねられてモジュールＭＤＬが
組み立てられる。

【００８１】モジュールＭＤＬは、シールドケースＳＨ
Ｄに設けられた爪ＣＬとフックＦＫによって全体が固定
されるようになっている。

【００８２】中間フレームＭＦＲは表示窓ＬＣＷに対応
する開口が設けられるように枠状に形成され、その枠部
分には拡散板ＳＰＢ、バックライト支持体ＢＬＳ並びに
各種回路部品の形状や厚みに応じた凹凸や、放熱用の開
口が設けられている。

【００８３】下側ケースＬＣＡはバックライト光の反射
体も兼ねており、効率のよい反射ができるよう、蛍光管
ＢＬに対応して反射山ＲＭが形成されている。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラーフィルタを形成した基板の表面を平坦にすること
ができ、液晶表示素子の両基板間のギャップの差に起因
して生じる表示むらを低減することができ、表示品質の
高い液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のカラーフィルタの製造方法
を示す工程断面図である。

【図２】本発明が適用可能な単純マトリクス方式のカラ
ー液晶表示装置の上電極基板部の一例の一部切欠斜視図
である。

【図３】液晶表示モジュールの一例の分解斜視図であ
る。

【図４】ラップトップパソコンの一例のブロックダイア
グラムである。

【図５】ラップトップパソコンの一例の斜視図である。

【図６】本発明が適用可能なアクティブ・マトリックス
方式のカラー液晶表示装置の液晶表示部の一画素とその
周辺を示す要部平面図である。

【図７】マトリクスの画素部を中央に、両側にパネル角
付近と映像信号端子部付近を示す断面図である。

【図８】マトリクス部とその周辺を含む回路図である。

【図９】液晶表示モジュールの分解斜視図である。

【図１０】従来のカラーフィルタの製造方法の一例を示
す工程断面図である。

【符号の説明】

１…透明ガラス基板、２…ブラックマトリクス、３…赤
色フィルタ、４…緑色フィルタ、５…青色フィルタ、
３′、４′、５′…基材層、６…カラーフィルタのパタ
ーン形状。

フロントページの続き (72)発明者泉章也千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者金坂和美千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内 (72)発明者渡辺芳久千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板面上に複数色のカラーフィルタが隣接
して形成された液晶表示装置において、前記カラーフィ
ルタの側面に、前記基板面に向かって末広がりのテーパ
が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】基板面上に複数色のカラーフィルタを順次
隣接して形成する液晶表示装置の製造方法において、前
記カラーフィルタの側面に、前記基板面に向かって末広
がりのテーパを形成することを特徴とする液晶表示装置
の製造方法。