KR20000058018A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

스페이서를 산포(散布)하는 공정을 생략할 수 있고, 또한 셀 두께의 변화를 피할 수 있어, 표시 품질이 양호한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
TFT 기판(30)측에, 화소 전극(32) 및 돌기 패턴(35)을 형성하고, 화소 전극(32) 및 돌기 패턴(35)의 표면을 수직 배향막(36)으로 덮는다. 또한, CF 기판(40)측에, 대향 전극(44) 및 돌기 패턴(45)을 형성하고, 대향 전극(44) 및 돌기 패턴(45)의 표면을 수직 배향막(46)으로 덮는다. 그리고, CF 기판(40)의 돌기 패턴(45)의 선단부분을 TFT 기판(30)에 접촉시켜 배치하고, 양자간에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 봉입한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 수직 배향(Vertically Aligned)형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 화소(畵素)내에서 액정 분자의 배향방향을 복수로 분할한 구조의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액티브 매트릭스 방식의 액정 표시 장치는 비선택시에 오프 상태가 되어 신호를 차단하는 스위치를 각 화소에 설치함으로써 크로스토크(crosstalk)를 방지하는 것이며, 단순 매트릭스 방식의 액정 표시 장치에 비해 뛰어난 표시 특성을 나타낸다. 특히, 스위치로서 TFT(Thin Film Transistor: 박막 트랜지스터)를 사용한 액정 표시 장치는 TFT의 구동능력이 높기 때문에, CRT(Cathode-Ray Tube)에 필적할 정도로 뛰어난 표시 특성을 나타낸다. 도 43은 일반적인 TN(Twisted Nematic)형 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
TN형 액정 표시 장치는 대향하여 배치된 2매의 유리 기판(61, 71) 사이에 양의 유전율 이방성을 가지는 액정(69)을 봉입한 구조를 가지고 있다. 한쪽의 유리 기판(61)의 상면측에는 TFT(도시되지 않음), 화소 전극(62), 버스 라인(63), 평탄화층(64) 및 배향막(66)이 형성되어 있다. 화소 전극(62)은 투명 도전 재료인 ITO(indium-tin oxide: 인듐산화주석)로 이루어지고, 이들의 화소 전극(62)에는 화상에 응한 전압이 버스 라인(63) 및 TFT를 개재시켜 소정의 타이밍으로 공급된다. 평탄화층(64)은 절연 재료에 형성되어 있고, 화소 전극(62) 및 버스 라인(63)을 덮고 있다. 평탄화층(64)상에는 폴리이미드 등으로 된 수평 배향막(66)이 형성되어 있다. 이 배향막(66)의 표면에는, 전압을 인가하고 있지 않을 때의 액정 분자의 배향 방향을 결정하기 위해서, 배향 처리가 실시되고 있다. 배향 처리의 대표적인 방법으로서는, 포제(布製)의 롤러에 의해 배향막의 표면을 한 방향으로 문지르는 러빙(rubbing)법이 알려져 있다.
또한, 유리 기판(71)의 하면측에는 블랙 매트릭스(72), 컬러 필터(73), 평탄화층(74), 대향 전극(75) 및 배향막(76)이 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(72)는 화소간의 영역을 광이 투과되지 않도록 하기 위해, Cr(크롬) 등의 금속에 의해 형성되어 있다. 컬러 필터(73)에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색이 있고, 1개의 화소 전극(62)에 R·G·B 어느 1개의 컬러 필터(73)가 대향되어 있다. 평탄화층(74)은 블랙 매트릭스(72) 및 컬러 필터(73)를 덮도록 형성되고 있고, 이 평탄화층(74)의 하측에는 ITO로 된 대향 전극(75)이 형성되어 있다. 또한, 대향 전극(75)의 하측에는 수평 배향막(76)이 형성되어 있다. 이 배향막(76)의 표면도, 러빙 처리가 실시되어 있다. 단, 배향막(66)의 러빙 방향과 배향막(76)의 러빙 방향은 90°차이가 난다.
기판(61, 71)은 구형 또는 원주형의 스페이서(79)를 사이에 두어 배치되고, 이 스페이서(79)에 의해 액정(69)의 층 두께(이하,「셀 두께」라 함)가 일정하게 유지된다. 스페이서(79)는 예를 들면 플라스틱 또는 유리에 의해 형성되어 있다.
더우기, 유리 기판(61)의 하면측 및 유리 기판(71)의 상면측에는 각각 편광판(도시되지 않음)이 부착되어 있다. 노말리 화이트 모드의 액정 표시 장치에서는 2매의 편광판은 편광축이 서로 직교하도록 배치되고, 노말리 블랙 모드의 액정 표시 장치에서는 2매의 편광 판자는 편광축이 병행 배치된다.
이하, TFT, 화소 전극 및 배향막 등이 형성된 기판을 TFT 기판이라 칭하고, 컬러 필터, 대향 전극 및 배향막 등이 형성된 기판을 CF 기판이라 칭한다.
도 44는 노말리 화이트 모드의 TN형 액정 표시 장치의 동작을 나타내는 모식도이다. 이 도 44에 도시된 바와 같이, 노말리 화이트 모드의 액정 표시 장치에서는, 2매의 편광판(67, 77)은 편광축이 직교되도록 배치된다. TN형 액정 표시 장치에서는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정(69)과 수평 배향막(66, 76)을 이용하고 있으므로, 배향막(66, 76) 근방의 액정 분자(69a)는 배향막(66, 76)의 러빙 방향으로 배향된다. 도 44a에 도시된 바와 같이, 2매의 편광판(67, 77)을 편광축이 직교되도록 배치한 TN형 액정 표시 장치에서는, 2개의 배향막(66, 76) 사이의 액정 분자(69a)는 한쪽의 기판(61)측으로부터 다른 쪽의 기판(71)측으로 향함에 따라 나선상으로 배향 방향을 바꾸어 간다. 이 때, 편광판(67)을 통과한 광은 직선 편광이 되어 액정(69)의 층으로 입사한다. 액정 분자(69a)는 서서히 비틀려져 배향되어 있으므로, 입력한 광의 편광 방향도 서서히 비틀려지고, 광이 편광판(77)을 통과한다.
화소 전극(62)과 대향 전극(75) 사이의 전압을 서서히 올려 가면, 어떤 전압(임계치)을 경계로 액정 분자(69a)가 전계의 방향으로 상승하기 시작하고, 충분한 전압을 인가하면, 도 44b에 도시된 바와 같이, 액정 분자(69a)는 기판(61, 71)에 대해 거의 수직이 된다. 이 때, 편광판(67)을 통과한 광은 액정(69)의 층에서 편광축이 회전되지 않기 때문에, 편광판(77)을 통과할 수 없다.
즉, TN형 액정 표시 장치에서는, 인가 전압에 따라, 액정 분자가 기판(61, 71)에 대해 거의 평행한 상태로부터 거의 수직한 상태로 변화하고, 액정 표시 장치를 투과하는 광의 투과율도 이에 따라 변화한다. 각 화소마다 광의 투과율을 제어하므로써, 액정 표시 장치에 소망의 화상을 표시할 수 있다.
그런데, 상술한 구조의 TN형 액정 표시 장치에서는, 시야각 특성이 좋지 않다. 즉, 기판에 대해 수직한 방향으로부터 화상을 보면 양호한 표시 품질이 얻어지지만, 경사 방향으로부터 화상을 보면 콘트라스트가 현저하게 저하하거나, 농담(濃淡)이 반전되어 버린다.
TN형 액정 표시 장치의 시야각 특성을 개선하는 방법으로서, 배향 분할이 알려져 있다. 이것은 1개의 화소내에 배향 방향이 다른 2이상의 영역을 설치하므로써 달성된다. 구체적으로는, 1개의 화소 영역을 2이상의 영역으로 나누어, 배향막의 러빙 방향이 각각 다르도록 러빙한다. 이에 의해, 한쪽의 영역에서 누출된 광이 다른 쪽의 영역에서 차단되므로, 중간조 표시에 있어서의 콘트라스트의 저하가 개선된다.
또한, 최근에, TN형 액정 표시 장치보다도 시각 특성 및 표시 품질이 뛰어난 액정 표시 장치로서 수직 배향형 액정 표시 장치가 주목되고 있다. TN형 액정 표시 장치에서는 양의 유전율 이방성을 가지는 액정(포지티브형 액정)과 수평 배향막을 조합하여 사용하는 것에 대하여, 수직 배향형 액정 표시 장치에서는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(네거티브형 액정)과 수직 배향막을 조합하여 사용한다. 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 화소 전극과 대향 전극의 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서는 액정 분자가 기판에 대해 거의 수직한 방향으로 배향되고, 화소 전극과 대향 전극의 사이에 전압을 인가하면 액정 분자의 배향방향은 기판에 대해 수평한 방향으로 기울어 간다.
그렇지만, 종래의 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 도 43에 도시된 TN형 액정 표시 장치와 같이, 스페이서에 의해 셀 두께를 일정한 두께로 유지하고 있다. 스페이서는 전술한 바와 같이 구형 또는 원주형의 플러스 칩 또는 유리로 이루어지고, TFT 기판과 CF 기판을 부착할 경우에 어느 한쪽의 기판상에 산포된다.
따라서, 종래의 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 스페이서를 산포하는 공정이 필요하고 번잡하다. 또한, 스페이서의 산포 밀도의 불균일에 의해 셀 두께가 불균일해 지고, 표시 품질이 저하된다. 더우기, 진동이나 충격이 가해지면 스페이서가 이동하고, 셀 두께의 불균일의 원인이 된다. 또한 더우기, 유리 기판에 강한 압력이 가해지면 스페이서가 컬러 필터에 함몰되고, 셀 두께가 변화된다.
이상으로부터 본 발명의 목적은 스페이서를 산포하는 공정을 생략할 수 있고, 또한 셀 두께의 변화를 피할 수 있어, 표시 품질이 양호한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치는, 도 1에 예시된 바와 같이, 한쪽의 면측에 형성된 제 1 전극(32)과 상기 제 1 전극(32)을 덮는 제 1 수직 배향막(36)을 가지는 제 1 기판(30)과,
상기 제 1 기판(30)의 상기 한쪽의 면에 대향하는 면측에 형성된 제 2 전극(44)과, 상기 제 2 전극(44)상에 절연 재료에 의해 형성된 제 1 돌기 패턴(45)과, 상기 제 2 전극(44) 및 상기 제 1 돌기 패턴(45)을 덮는 제 2 수직 배향막(46)을 가지며, 상기 제 1 돌기 패턴(45)의 선단부분이 상기 제 1 기판(30)에 접촉한 제 2 기판(40)과,
상기 제 1 기판(30)과 상기 제 2 기판(40) 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 가지는 것을 특징으로 한다.
수직 배향형 액정 표시 장치는 TN형 액정 표시 장치에 비해 시야각 특성이 양호하지만, 배향 분할에 의해 시야각 특성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 전극(화소 전극(32) 및 대향 전극(44) 중 적어도 한쪽)의 위쪽에 돌기 패턴(35, 45)을 설치하여 배향 분할을 달성할 수 있다. 즉, 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 액정 분자는 수직 배향막의 표면에 대해 수직 방향으로 배향하므로, 전극(32, 45)의 위쪽에 돌기 패턴(33, 45)을 설치하면, 돌기 패턴(32, 45)의 한쪽의 사면과 다른 쪽의 사면에서 액정 분자의 배향 방향이 다르고, 배향 분할이 달성된다.
본 발명에서는, 전극의 위쪽에 절연체로 된 돌기 패턴(35, 45)을 설치하여 배향 분할을 달성함과 동시에, 적어도 돌기 패턴(45)의 일부를 한쪽의 기판(40)측으로부터 다른 쪽의 기판(30)측에 크게 돌출시켜 돌기 패턴(45)의 선단부분을 다른 쪽의 기판(30)에 접촉시켜, 이것에 의해 셀 두께를 일정하게 유지한다.
이와 같이, 본 발명에 있어서는, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(45)에 의해 셀 두께를 일정하게 유지하므로, 구형 또는 원주형의 스페이서를 산포하는 공정이 불필요함과 동시에, 스페이서의 이동이나 컬러 필터에의 함몰에 의한 표시 품질의 열화가 회피된다.
배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(화소 영역에 형성되는 돌기 패턴(35))의 패턴 폭이 너무 협소하면, 배향 분할의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 반대로, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(35)의 패턴 폭이 너무 넓으면, 개구율이 저하되어 밝은 화상을 표시할 수 없게 된다. 이 때문에, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(35)의 패턴 폭은 3 ~ 15 μm로 하는 것이 바람직하다.
또한, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(35)의 높이가 너무 낮으면, 배향 분할의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 이 때문에, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(35)의 높이는 차광막(42; 블랙 매트릭스)의 개구부에서의 셀 두께의 1/5이상으로 하는 것이 필요하다.
배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(35)에 대신하여, 도 4b, 도 5에 예시된 바와 같이, 전극(2b, 32)에 슬릿(6, 32a)을 형성해도 좋다. 이것에 의해, 전압을 인가했을 때에 슬릿(6, 32a)의 근방에서는 전계의 방향이 전극의 면에 대해 약간 경사지기 때문에, 돌기 패턴을 설치했을 때와 같이 배향 분할이 달성된다.
또한, 특개평7－311383호 공보에는, 기판상에 질화실리콘 또는 산화실리콘으로 된 돌기 패턴을 설치하고, 그 위에 투명 전극 및 배향막을 형성한 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 그러나, 특개평7－311383호 공보에 개시된 기술은 수평 배향형 액정 표시 장치에 관한 것이며, 본 발명과는 작용 및 효과가 다르다. 즉, 특개평7－311383호 공보에 개시된 기술에서는, 돌기 패턴상에 전극이 있으므로 전극이 기판에 대해 경사진 면을 가지는 것이 된다. 상기의 기술을 수직 배향형 액정 표시 장치에 적용하면, 전압을 인가하고 있지 않을 때는 액정 분자가 경사면에 대해 수직으로 배향하고, 전압을 인가하면, 액정 분자는 경사면에 평행한 방향으로 배향하려고 한다. 그러나, 전압을 인가했을 때에 경사면 근방의 액정 분자가 어느 측으로 회전할지는 불확실하고, 배향의 혼란의 원인이 된다. 한편, 본 발명에서는, 전극은 기판에 대해 평행하므로, 전압을 인가하면, 돌기 패턴의 경사면에 대해 수직한 방향에 대향하고 있는 액정 분자에 대해 경사 방향으로부터 전계가 가해진다. 따라서, 액정 분자의 회전 방향이 결정되고, 배향의 흐트러짐이 회피된다.
본원 청구항 5에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법은 도 1에 예시된 바와 같이, 제 1 기판상(41)에 각 화소 영역 사이를 차광하는 차광막(42)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(41)상의 상기 화소 영역상에 컬러 필터(43)를 형성하는 공정과, 상기 컬러 필터(43)상에 대향 전극(44)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(44)상에 절연 재료로 된 제 1 돌기 패턴(45)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(41)의 상측에 상기 대향 전극(44) 및 상기 제 1 돌기 패턴(45)을 덮는 제 1 수직 배향막(46)을 형성하는 공정과, 제 2 기판(31)의 상측에 복수의 화소 전극(32)을 형성하는 공정과, 상기 제 2 기판(31)의 상측에 상기 화소 전극(32)을 덮는 제 2 수직 배향막(36)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(41)과 상기 제 2 기판(31)을 상기 제 1 수직 배향막(46) 및 상기 제 2 수직 배향막(36)이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 제 1 돌기 패턴(45)의 선단부분을 상기 제 2 기판(31)의 상기 제 2 수직 배향막(36)에 접촉시켜 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정을 봉입하는 방법으로서는, 제 1 기판과 제 2 기판을 봉입재로 접합한 뒤에 양 기판 사이에 액정을 주입하는 방법과, 제 1 기판 또는 제 2 기판 중 어느 한쪽에 액정을 적하(滴下)하고, 그 후 한쪽의 기판상에 다른 쪽의 기판을 배치하여, 이들의 기판을 접합하는 방법이 있다. 본 발명 방법에서는, 어느 쪽의 방법을 채용해도 좋다.
본 발명 방법에 의해 형성된 액정 표시 장치에서는, 돌기 패턴(45)에 의해 배향 분할이 달성됨과 동시에, 돌기 패턴(45)에 의해 셀 두께가 일정하게 유지된다. 이것에 의해, 스페이서를 산포하는 공정이 불필요함과 동시에, 스페이서의 이동이나 컬러 필터에의 함몰에 의한 표시 품질의 열화가 회피된다.
본원 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극(32)과 상기 제 1 전극(32)을 덮는 제 1 수직 배향막(36)을 가지는 제 1 기판(30)과,
상기 제 1 기판(30)의 상기 한쪽의 면에 대향하는 면측에 형성되어 상기 제 1 기판(30)의 상기 제 1 전극간(32)의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막(52)과, 상기 제 1 기판(30)의 각 제 1 전극(32)에 대향하여 배치된 복수의 컬러 필터(53)와, 상기 차광막(52) 및 상기 컬러 필터(53)의 위쪽에 형성된 제 2 전극(54)과, 상기 제 2 전극(54)상에 절연 재료에 의해 형성된 제 1 돌기 패턴(55)과, 상기 제 2 전극(54) 및 적어도 상기 제 2 전극(54)상의 상기 제 1 돌기 패턴(55)을 덮는 제 2 수직 배향막(56)을 가지며, 상기 차광막(52)의 위쪽의 상기 제 1 돌기 패턴(55)의 선단부분이 상기 제 1 기판(30)에 접촉한 제 2 기판(50)과,
상기 제 1 기판(30)과 상기 제 2 기판(50) 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 차광막(52)을 두껍게 형성하고, 그 위에 돌기 패턴(55)을 형성하여 다른 쪽의 기판에 접촉시킨다. 돌기 패턴 중 다른 쪽의 기판에 접촉하는 부분을 차광막상에 배치하므로써 개구율의 저하를 회피할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 차광막(52)은 적(R)·녹(G)·청(B)의 3색의 컬러 필터 중 2개 이상을 중첩하므로써 형성해도 좋다. 이 경우, 크롬(Cr) 등의 금속을 사용하여 차광막을 형성하는 방법에 비해, 제조 공정을 간략화할 수 있다.
본원 청구항 6에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(51)상의 각 화소 영역에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)의 어느 1개를 선택적으로 형성함과 동시에, 각 화소 영역 사이에 상기 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(53R, 53G, 53B) 중 적어도 2개의 컬러 필터를 중첩 형성하여 차광막(52)으로 하는 공정과, 상기 컬러 필터(53R, 53G, 53B)상에 대향 전극(54)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(54)상에 절연 재료로 된 제 1 돌기 패턴(55)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(51)의 상측에 상기 대향 전극(54) 및 상기 제 1 돌기 패턴(55)을 덮는 제 1 수직 배향막(56)을 형성하는 공정과, 제 2 기판(31)의 상측에 복수의 화소 전극(32)을 형성하는 공정과, 상기 제 2 기판(31)의 상측에 상기 화소 전극(32)을 덮는 제 2 수직 배향막(36)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(51)과 상기 제 2 기판(31)을 상기 제 1 수직 배향막(56) 및 상기 제 2 수직 배향막(36)이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 제 1 돌기 패턴(55)의 선단부분을 상기 제 2 기판(31)의 상기 수직 배향막에 접촉시켜 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 컬러 필터(53R, 53G, 53B) 중 적어도 2개의 컬러 필터를 중첩 형성하여 차광막(52)으로 하므로, Cr 등에 의해 차광막을 형성하는 공정이 불필요하게 된다. 또한, 차광막(52) 위쪽의 돌기 패턴(55)의 선단부분을 다른 쪽의 기판(30)에 접촉시켜 셀 두께를 일정하게 유지하므로, 스페이서를 산포하는 공정이 불필요하다. 이들에 의해, 제조 공정이 간략화된다.
본원 청구항 7에 기재된 액정 표시 장치는, 도 17, 도 18에 예시된 바와 같이, 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극(102)과 상기 제 1 전극(102)을 덮는 제 1 수직 배향막(106)을 가지는 제 1 기판(100)과, 상기 제 1 기판(100)의 상기 제 1 전극(102)에 대향해 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(113R, 113G, 113B)와, 이들의 컬러 필터(113R, 113G, 113B) 중 적어도 2개의 컬러 필터가 겹쳐 구성되고, 상기 각 제 1 전극(102)간의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막(112)과, 적어도 상기 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 덮는 제 2 전극(114)과, 상기 차광막(112)의 위쪽에 선택적으로 형성된 셀 두께 조정층(117)과, 상기 제 2 전극(114) 및 상기 셀 두께 조정층(117)의 위쪽에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴(115)과, 상기 제 2 전극(114) 및 적어도 상기 제 2 전극(114)상의 상기 돌기 패턴(115)을 덮는 제 2 수직 배향막(116)을 가지며, 상기 돌기 패턴(115)의 선단부분이 상기 제 1 기판(100)에 접촉한 제 2 기판(110)과,
상기 제 1 기판(100)과 상기 제 2 기판(110) 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 차광막(112)상에 설치된 셀 두께 조정층(117)에 의해,셀 두께를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)의 두께를 두껍게 하지 않아도, 최적인 셀 두께로 조정하는 것이 가능해진다.
이 경우, 제 2 기판은, 도 23에 예시된 바와 같이, 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(113R, 113G, 113B)와, 이들의 컬러 필터(113R, 113G, 113B) 중 적어도 2개의 컬러 필터가 겹쳐 구성되고, 상기 각 제 1 전극간의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막(112)과, 상기 컬러 필터(113R, 113G, 113B) 및 상기 차광막(112)을 덮는 제 2 전극(116)과, 상기 제 2 전극상에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴(117)과, 상기 차광막(112) 위쪽의 상기 돌기 패턴(117)상에 형성된 두께 조정층(118)과, 상기 제 2 전극 및 상기 셀 두께 조정층을 덮는 제 2 수직 배향막(116)을 가지는 기판을 사용해도 좋다.
본원 청구항 9에 기재된 액정 표시 장치는, 도 24에 예시된 바와 같이, 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극(102)과 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막(10)을 가지는 제 1 기판(100)과,
상기 제 1 기판(100)의 제 1 전극(102) 사이의 영역에 대응하는 영역에 배치된 비투광성 재료로 된 차광막(122)과, 상기 제 1 기판(100)의 상기 제 1 전극(102)에 대향하여 배치됨과 동시에, 적어도 1개가 상기 차광막(122)의 위를 덮는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(123R, 123G, 123B)와, 상기 컬러 필터(123R, 123G, 123B)를 덮는 제 2 전극(126)과, 상기 제 2 전극(126)상에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴(125)과, 상기 제 2 전극(126) 및 적어도 상기 제 2 전극(126)상의 상기 돌기 패턴(125)을 덮는 제 2 수직 배향막(126)을 가지며, 상기 돌기 패턴(125)의 선단부분이 상기 제 1 기판(100)에 접촉한 제 2 기판(120)과,
상기 제 1 기판(100)과 상기 제 2 기판(120) 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서도, 흑색 수지와 같은 비투광성 재료로 된 차광막(122)에 의해 셀 두께를 조정할 수 있으므로, 컬러 필터(123R, 123G, 123B)를 두껍게 하지 않아도, 최적인 셀 두께로 조정할 수 있다.
이 경우에, 도 25에 예시된 바와 같이, 상기 차광막이 금속 또는 금속 화합물로 된 막(차광막; 132)과 그 막(132)상에 형성된 레지스트(137)에 의해 구성되어 있어도 좋다.
본 발명에 있어서는, 차광막(132)의 패턴닝에 사용한 레지스트(137)를 남기고, 그 레지스트(137)상에 형성된 돌기 패턴(135)의 선단부분을 제 1 기판(100)에 접촉시켜 셀 두께를 일정하게 유지한다. 이것에 의해, 제조 공정이 간단하다는 이점이 있다.
본원 청구항 10에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법은, 도 17, 도 18, 도 20, 도 21에 예시된 바와 같이, 제 1 기판(111)상의 화소 영역에 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 형성함과 동시에, 화소 영역간의 영역에 상기 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 2층이상 중첩하여 차광막(112)을 형성하는 공정과, 적어도 상기 컬러 필터(113R, 113G, 113B)상에 대향 전극(114)을 형성하는 공정과, 상기 차광막(112) 위쪽의 소정 영역에 절연 재료로 된 셀 두께 조정층(117)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(114) 및 상기 셀 두께 조정층(117)상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴(115)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(114) 및 적어도 상기 대향 전극(114)상의 상기 돌기 패턴(115)을 덮는 제 1 수직 배향막(116)을 형성하는 공정과, 제 2 기판(101)의 상측에 복수의 화소 전극(102)을 형성하는 공정과, 상기 화소 전극(102)을 덮는 제 2 수직 배향막(106)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(111)과 상기 제 2 기판(101)을 상기 제 1 수직 배향막(116) 및 상기 제 2 수직 배향막(106)이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴(115)의 선단부분을 상기 제 2 기판(101)의 상기 제 2 수직 배향막(106)에 접촉시켜 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 셀 두께 조정층(117)에 의해 셀 두께를 조정할 수 있으므로, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)의 두께를 과잉으로 두껍게 할 필요가 없다.
본원 청구항 11에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법은, 도 25 ~ 도 27에 예시된 바와 같이, 제 1 기판에 금속막 및 감광성 레지스트막을 형성하고, 포토리소그래피법에 의해 상기 감광성 레지스트 및 상기 금속막을 패턴닝하여 화소간의 영역에 상기 금속막 및 상기 레지스트막을 남기고, 상기 금속막으로 된 차광막(132)와 상기 차광막(132)을 덮는 레지스트막(137)을 형성하는 공정과, 화소 영역에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(133R, 133G, 133B)를 형성함과 동시에, 상기 레지스트막(132)상에 1색이상의 컬러 필터(133R, 133G, 133B)를 형성하는 공정과, 상기 컬러 필터(133R, 133G, 133B)상에 대향 전극133을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(133)상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴(135)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(134) 및 적어도 상기 대향 전극(134)상의 상기 돌기 패턴(135)을 덮는 제 1 수직 배향막(136)을 형성하는 공정과, 제 2 기판(101)의 상측에 복수의 화소 전극(102)을 형성하는 공정과, 상기 화소 전극(102)을 덮는 제 2 수직 배향막(106)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(131)과 상기 제 2 기판(101)을 상기 제 1 수직 배향막(136) 및 상기 제 2 수직 배향막(106)이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴(135)의 선단부분을 상기 제 2 기판(101)측에 접촉시켜 배치하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 차광막(132)의 패턴닝에 사용한 레지스트막(137)에 의해 셀 두께를 조정하는 것이 가능하고, 비교적 용이하게 제조할 수 있다.
본원 청구항 12에 기재된 액정 표시 장치는, 도 28, 도 29에 예시된 바와 같이, 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극(102)과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막(106)을 가지는 제 1 기판100과,
상기 제 1 기판(100)의 상기 제 1 전극(102)에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(143R, 143G, 143B)와, 적색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터(143B)와 상기 청색 컬러 필터(143B)상의 적색 컬러 필터(143R)에 의해 구성되고, 녹색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터(143B)와 상기 청색 컬러 필터(143B)상의 녹색 컬러 필터(143G)에 의해 구성된 차광막(142)과, 상기 필터(143R, 143G, 143B) 및 상기 차광막(142)을 덮는 제 2 전극(144)과, 상기 제 2 전극(144)을 덮는 제 2 수직 배향막(146)을 가지는 제 2 기판(140)과,
상기 제 1 기판(100)과 상기 제 2 기판(140) 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 적색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터(143B)와 적색 컬러 필터(143R)의 2층의 컬러 필터에 의해 차광막(142)을 구성하고, 녹색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터(143B)와 녹색 컬러 필터(143G)에 의해 차광막(142)을 구성하고 있다. 이것에 의해, 적색 화소측의 단차의 경사 각도 및 녹색측의 단차의 경사 각도가 작게 되고, 액정 분자의 배향 이상에 기인하는 광 누출을 경감할 수 있다.
본원 청구항 14에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법은, 도 29 ~ 도 32에 예시된 바와 같이, 제 1 기판(141)상의 청색 화소 영역 및 차광 영역에 청색 컬러 필터(143B)를 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(141)상의 적색 화소 영역, 상기 적색 화소 영역 주위의 차광 영역 및 상기 청색 화소 영역 주위의 차광 영역의 일부의 상기 청색 컬러 필터(143B)상에 적색 컬러 필터(143R)를 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(141)상의 녹색 화소 영역, 상기 녹색 화소 영역 주위의 차광 영역 및 상기 청색 화소 영역 주위의 차광 영역의 잔부의 상기 청색 컬러 필터(143B)상에 녹색 컬러 필터(143G)를 형성하는 공정과, 상기 적색 컬러 필터(143R), 상기 청색 컬러 필터(143B) 및 상기 녹색 컬러 필터(143G)상에 대향 전극(144)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(144)상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴(145)을 형성하는 공정과, 상기 대향 전극(144) 및 상기 돌기 패턴(145)을 덮는 제 1 수직 배향막(146)을 형성하는 공정과, 제 2 기판(101)상에 복수의 화소 전극(102)을 형성하는 공정과, 상기 화소 전극(102)을 덮는 제 2 수직 배향막(106)을 형성하는 공정과, 상기 제 1 기판(141)과 상기 제 2 기판(101)을 상기 제 1 수직 배향막(146) 및 상기 제 2 수직 배향막(106)이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴(145)의 선단부분을 상기 제 2 기판(100)측에 접촉시켜 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 컬러 필터를 2층에 중첩하여 차광막을 형성하고, 그 위에 형성된 돌기 패턴(145)의 선단부분에서 셀 두께를 일정하게 유지하므로, 비교적 용이하게 제조할 수 있다.
적색 컬러 필터와 청색 컬러 필터를 중첩하여 차광막으로 하는 경우, 표시 영역의 외측 부분에서 청색광의 빛 누출이 발생되는 것이 있다. 이것을 방지하기 위해서, 청구항 15에 기재되고, 도 35에 예시된 바와 같이, 표시 영역의 외측 부분에, 청색광을 차단하는 용장(冗長) 차광막(152)을 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 표시 영역 외측 부분에서의 청색광의 빛 누출을 확실하게 방지할 수 있어, 표시 품질이 향상된다. 본 발명은 수직 배향막을 사용하는 VA(Vertically Aligned) 모드의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 수평 배향막을 사용하는 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도.
도 2는 제 1 실시형태의 액정 표시 장치의 TFT 기판의 평면도.
도 3은 제 1 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 평면도.
도 4a는 돌기 패턴에 의해 배향 분할이 달성되는 원리를 나타내는 도면, 도 4b는 돌기 패턴과 화소 전극의 슬릿에 의해 배향 분할이 달성되는 원리를 나타내는 도면.
도 5는 TFT 기판측의 화소 전극에 슬릿을 형성한 예를 나타내는 도면.
도 6은 돌기 패턴 높이/셀 두께와 백색표시시의 광의 투과율과의 관계를 나타내는 도면.
도 7은 돌기 패턴의 패턴 폭과 백색표시시의 광의 투과율과의 관계를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도.
도 9는 제 2 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 평면도.
도 10은 블랙 매트릭스상의 돌기 패턴의 폭을 다른 부분과 동일하게 했을 때의 문제점을 나타내는 CF 기판의 평면도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 12는 제 3 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 평면도.
도 13은 제 3 실시형태의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도.
도 14는 제 3 실시형태의 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도.
도 15는 제 3 실시형태의 변형예를 나타내는 단면도.
도 16은 적, 녹, 청의 각 컬러 필터를 이용했을 때의 셀 두께와 투과율의 관계를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도.
도 18은 도 17의 일부를 확대하여 나타내는 도면.
도 19는 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판을 나타내는 평면도.
도 20은 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 21은 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 22는 컬러 필터의 두께와 스페이서부의 높이의 관계를 나타내는 도면.
도 23은 제 4 실시형태의 변형예를 나타내는 단면도.
도 24는 본 발명의 제 5 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 25는 본 발명의 제 6 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 26은 제 6 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 27은 제 6 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 28은 본 발명의 제 7 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 평면도.
도 29a는 도 28의 B-B선에 의한 단면도, 도 29b는 도 28의 C-C선에 의한 단면도.
도 30은 제 7 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 평면도.
도 31은 제 7 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 평면도.
도 32는 제 7 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 나타내는 단면도.
도 33은 화소 영역 에지부의 단차와 콘트라스트의 관계를 나타내는 도면.
도 34는 화소 영역 에지부의 단차의 경사 각도와 콘트라스트를 취해 양자의 관계를 나타내는 도면.
도 35는 본 발명의 제 8 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 36은 제 8 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 사시도.
도 37은 용장(冗長) 차광막이 없는 액정 표시 장치의 단면도.
도 38은 청색, 녹색 및 적색의 각 컬러 필터의 파장 분광 특성을 나타내는 도면.
도 39는 본 발명의 제 9 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 40은 본 발명의 제 10 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도.
도 41은 본 발명의 제 11 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판을 나타내는 평면도.
도 42a는 제 11 실시형태의 액정 표시 장치의 표시 영역에서의 CF 기판의 단면도, 도 42b는 표시 영역의 외측에서의 CF 기판의 단면도.
도 43은 일반적인 TN(Twisted Nematic)형 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 44는 노말리 화이트 모드의 TN형 액정 표시 장치의 동작을 나타내는 모식도.
[부호의 설명]
1a, 1b, 31, 41, 51, 61, 71, 101, 111, 151, 161　 유리 기판,
3a, 3b, 35, 45, 55, 115, 125, 135, 145　 돌기 패턴,
4a, 4b, 36, 46, 56, 106, 116, 146, 156, 166, 176　 수직 배향막,
6, 32a, 102a 　슬릿,
30, 100, 150　 TFT 기판,
32, 62, 102　 화소 전극,
40, 50, 110, 120, 130, 160　 CF 기판,
42, 52, 72, 112, 122, 132, 142, 162　 블랙 매트릭스,
43, 53, 53R, 53G, 53B, 73, 113R, 113G, 113B, 143R, 143G, 143B, 173R, 173G, 173B 　컬러 필터,
44, 54, 75, 114, 124, 174 대향 전극,
49　 액정(네거티브형 액정),
66, 67　 수평 배향막,
69 　액정(포지티브형 액정),
70　 스페이서,
67, 77　 편광 판,
117, 118　 셀 두께 조정층,
137　 레지스트,
148　 스페이서부,
152, 163, 169　 용장 차광막.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도, 도 2는 마찬가지로 그 액정 표시 장치의 TFT 기판(30)의 평면도, 도 3은 마찬가지로 그 액정 표시 장치의 CF 기판(40)의 평면도이다. 또한, 도3에는, TFT 기판(30)측에 형성된 돌기 패턴(35)을 일점쇄선으로 나타낸다.
본 실시형태의 액정 표시 장치는 TFT 기판(30)과 CF 기판(40) 사이에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 봉입한 구조를 가지고 있다. 또한, TFT 기판(30)의 상측 및 CF 기판(40)의 하측에는 각각 편광판(도시도지 않음)이 배치되어 있다. 이들의 편광판은 편광축이 서로 직교하도록 배치되어 있다.
TFT 기판(30)은 유리 기판(31)과, 이 유리 기판(31)의 하측에 형성된 화소 전극(32), 절연막(34a ~ 34c) 및 배향막(36) 등에 의해 구성된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 유리 기판(31)의 하면측에는 복수개의 게이트 버스 라인(33b)이 서로 병행으로 형성되어 있다. 또한, 각 게이트 버스 라인(33b) 사이에는, 각각 보조 용량 전극(33c)이 형성되어 있다. 이들의 게이트 버스 라인(33b) 및 보조 용량 전극(33c)은 유리 기판(31)의 하면측에 형성된 절연막(게이트 절연막; 34a)에 피복되어 있다(도 1 참조). 이 절연막(34a)의 아래에는, TFT(37)의 활성층으로 되는 실리콘막(37b)이 선택적으로 형성되어 있다. 이 실리콘막(37b)은 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘으로 이루어져 있다. 게이트 버스 라인(33b)과 드레인 버스 라인(33a)에 의해 구획된 구형(矩形)의 영역이 각각 화소가 되는 영역이다.
절연막(34a) 및 실리콘막(37a)의 아래에는 절연막(34b)이 형성되어 있다. 이 절연막(34b)의 아래에는, 복수개의 드레인 버스 라인(33a)과, TFT(37)의 드레인 전극(37a) 및 소스 전극(37c)이 형성되어 있다. 드레인 버스 라인(33a)은 게이트 버스 라인(33a)에 직교하도록 형성되어 있다. 또한, 드레인 전극(37a)은 드레인 버스 라인(33a)에 전기적으로 접속되어 있다. 이들의 드레인 버스 라인(33a), 드레인 전극(37a) 및 소스 전극(37c)은 절연막(34b)의 아래에 형성된 절연막(최종 보호막; 34c)에 덮여져 있다. 그리고, 이 절연막(34c)의 하측에는, ITO로 된 화소 전극(32)이 1개의 화소마다 1개씩 형성되어 있다. 이 화소 전극(32)은 절연막(34c)에 형성된 접점 홀을 개입시켜 소스 전극(37c)과 전기적으로 접속되어 있다.
화소 전극(32)의 하측에는, 도 2에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 돌기 패턴(35)이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 이 돌기 패턴(35)은 절연성의 수지에 의해, 약 1.5 μm의 높이로 형성되어 있다. 또한, 유리 기판(31)의 하측의 전면에는 수직 배향막(36)이 형성되어 있고, 이 수직 배향막(36)에 의해 화소 전극(32) 및 돌기 패턴(35)의 표면이 덮여져 있다. 게다가, 도 2 중에서 데이터 버스 라인(33a)과 게이트 버스 라인(33b)이 교차하는 부분에 파선으로 나타낸 사다리꼴의 부분은 후술하는 CF 기판(40)의 돌기 패턴(45)이 접촉되는 위치를 가리키고 있다.
한편, CF 기판(40)은 유리 기판(41)과, 유리 기판(41)의 표면측에 형성된 블랙 매트릭스(42), 컬러 필터(43), 대향 전극(44) 및 수직 배향막(46) 등에 의해 구성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 기판(41)의 상면상에는, 크롬(Cr)의 박막으로 된 블랙 매트릭스(42)가 형성되어 있다. 이 블랙 매트릭스(42)는 TFT 기판(30)의 드레인 버스 라인(33a), 게이트 버스 라인(33b), 보조 용량 전극(33c) 및 TFT(37)를 덮는 형상으로 형성되어 있다.
또한, 유리 기판(41)상에는, 적(R), 녹(G) 및 청(B)의 컬러 필터(43)가 형성되어 있다. 이들의 컬러 필터(43)는 TFT 기판(30)의 화소 전극(32)에 대향하는 위치에 배치되고, 1개의 화소 전극(32)에 적, 녹 또는 청의 어느 1개의 컬러 필터(43)가 대응되어 있다. 또한, 컬러 필터(43)의 가장자리는 블랙 매트릭스(42)의 가장자리에 겹쳐 있다.
블랙 매트릭스(42) 및 컬러 필터(43)상에는, ITO로 된 대향 전극(44)이 형성되어 있다. 또한, 이 대향 전극(44)상에는 돌기 패턴(45)이 도 3에 굵은선으로 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 이 돌기 패턴(45)의 높이는 약 4.0 μm이고, 절연성 수지에 의해 형성되어 있다. 또한, 대향 전극(44)상에는 수직 배향막(46)이 형성되어 있고, 돌기 패턴(45)의 표면은 이 수직 배향막(46)에 덮여져 있다. 그리고, CF 기판(40)측의 돌기 패턴(45)은, 도 3에 도시된 바와 같이, TFT 기판(30)측의 돌기 패턴(35) 사이에 배치되어 있다.
본 실시형태에 있어서는, TFT 기판(30)측의 돌기 패턴(35)은 약 1.5 μm의 높이로 형성되어 있고, CF 기판(40)측의 돌기 패턴(45)은 약 4.0 μm의 높이로 형성되어 있다. 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이 CF 기판(40)측의 돌기 패턴(45)의 선단부분이 TFT 기판(30)에 접촉되고, 셀 두께를 일정하게 유지하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 종래에 필요로 했던 스페이서(구형 또는 원주형의 부재)가 불필요하고, TFT 기판(30)측의 화소 전극(32)과 CF 기판(40)측의 대향 전극(44)의 단락을 확실하게 회피할 수 있다. 또한, 종래의 액정 표시 장치와 같이 구형 또는 원주형의 스페이서를 사용한 경우는, 스페이서의 근방에서는 액정 분자가 스페이서의 표면을 따라 배향되기 때문에, 배향이 흐트러져서 표시 불량의 원인이 되는 일이 있다. 그러나, 본 실시형태에서는, 구형 또는 원주형의 스페이서를 사용하지 않기 때문에, 양호한 표시 품질이 얻어진다.
게다가, 본 실시형태에 있어서는, TFT 기판(30)측의 돌기 패턴(35)과 CF 기판(40)측의 돌기 패턴(45)에 의해 배향 분할이 달성된다. 도 4a는 돌기 패턴에 의해 배향 분할이 달성되는 원리를 설명하는 모식도이다.
도 4a에 도시된 액정 표시 장치에서는, 한쪽의 기판(1a)의 상측에 전극(2a)이 형성되어 있고, 이 전극(2a)상에 절연성 재료로 된 돌기 패턴(3a)이 형성되어 있다. 이들의 전극(2a) 및 돌기 패턴(3a)의 표면은 수직 배향막(4a)으로 덮여져 있다. 또한, 다른 쪽의 기판(1b)의 하측에 전극(2b)이 형성되어 있고, 이 전극(2b)의 아래에 절연성 재료로 된 돌기 패턴(3b)이 형성되어 있다. 이들의 전극(2b) 및 돌기 패턴(3b)의 표면은 수직 배향막(4b)으로 덮여져 있다.
일반적으로, 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 화소 전극과 대향 전극 사이에 전압을 인가했을 때에 액정 분자가 기우는 방향을 일정하게 하기 위해서, 배향막의 표면에 러빙 처리가 실시되고 있다. 그러나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전극(2a)과 배향막(4a) 사이에 돌기 패턴(3a)을 설치하고, 전극(2b)과 배향막(4b) 사이에 돌기 패턴(3b)을 설치한 경우, 돌기 패턴(3a, 3b)의 근방의 액정 분자(5)는 돌기 패턴(3a, 3b)의 표면에 대해 수직 방향으로 배향된다. 이 상태에서 전극(2a, 2b)간에 전압을 인가하면, 돌기 패턴(3a, 3b)의 근방의 액정 분자(5)의 영향에 의해, 전극(2a, 2b)간의 액정 분자(5)의 기우는 방향이 결정된다. 즉, 돌기 패턴(3a, 3b)의 양측에서 액정 분자(5)의 기우는 방향이 반대로 된다. 이것에 의해, 배향막(4a, 4b)에 러빙 처리를 실시하지 않아도, 배향 분할이 달성된다.
또한, 한쪽의 기판(1b)측에 돌기 패턴(3b)을 설치하는 대신에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극(2b)에 슬릿(6)을 설치해도 좋다. 이 경우도, 전극(2a, 2b)간에 전압을 인가했을 때에 액정 분자가 기우는 방향이 돌기 패턴(3a) 및 슬릿(6)의 양측에서 역방향이 되고, 배향 분할이 달성된다.
본 실시형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 대향 전극(44)의 상부 및 화소 전극(32)의 하부에 각각 지그재그 형상의 돌기 패턴(45, 35)이 형성되어 있으므로, 1개의 화소 영역내에서 액정 분자의 배향 방향이 2이상으로 분할된다. 이것에 의해, 양호한 시각 특성(콘트라스트 특성을 포함함)이 얻어진다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, CF 기판(40)측에 설치된 돌기 패턴(45)에 의해 셀 두께를 일정하게 유지한다. 이 돌기 패턴(45)은 대향 전극(44)상에 고정되어 있고, 진동이나 충격에 의해 셀 두께가 변화되는 일은 없다. 따라서, 표시 품질의 열화가 회피된다.
이하, 제 1 실시형태의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다.
TFT 기판(30)은 이하와 같이 형성된다. 먼저, 공지의 방법에 의해, 유리 기판(31)상(도 1에서는 하면측)에 드레인 버스 라인(33a), 게이트 버스 라인(33b), 보조 용량 전극(33c), TFT(37), 화소 전극(32) 및 절연막(34a ~ 34c)을 형성한다. 드레인 버스 라인(33a), 게이트 버스 라인(33b), 보조 용량 전극(33c)의 두께는 예를 들면 0.15 μm, 게이트 절연막(34a)의 두께는 예를 들면 약 0.35 μm, 실리콘막(37b)의 두께는 예를 들면 0.03 μm, 화소 전극(32)의 두께는 예를 들면 0.07 μm, 절연막(34c)의 두께는 예를 들면 0.33 μm로 한다.
다음에, 유리 기판(31)의 상측 전면에 포토레지스트를 약 1.5 μm의 두께로 도포한 뒤, 소정의 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 포토레지스트를 노광한다. 그 후, 현상처리를 실시하고, 두께가 약 1.5 μm, 폭이 약 10 μm로 지그재그 형상의 돌기 패턴(35)을 형성한다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 돌기 패턴(35)에 의해 1개의 화소 영역이 적어도 2개의 영역으로 분할되도록 한다.
그 다음에, 유리 기판(31)의 상측에, 소정의 패턴으로 폴리아믹산으로 된 수직 배향막(36)을 약 0.1 μm의 두께로 형성한다. 이것에 의해, TFT 기판(30)이 완성된다. 게다가, 수직 배향막으로서는, 상기한 폴리아믹산의 막이외에도 폴리이미드의 막이나, 사방(斜方) 증착 등에 의해 형성된 무기막을 사용할 수 있다.
CF 기판(40)은 이하와 같이 형성된다. 먼저, 유리 기판(41)상에 크롬(Cr)막을 약 0.16 μm의 두께로 형성하고, 상기 크롬막상에 소정의 패턴을 가지는 포트레지스트를 형성하고, 이 포토레지스트를 마스크로서 크롬막을 에칭하고, 블랙 매트릭스(42)를 형성한다.
다음에, 유리 기판(41)상에, 청색 수지, 적색 수지 및 녹색 수지를 각각 도포하여, 적(R)·녹(G)·청(B)의 컬러 필터(43)를 형성한다. 컬러 필터(43)의 두께는 예를 들면 약 1.5 μm로 한다. 또한, 각 컬러 필터(43)의 가장자리가 블랙 매트릭스(42)의 가장자리와 약간 겹치도록 한다.
다음에, 기판(41)의 상측 전면에 예를 들면 ITO를 스퍼터링하여, 두께가 약0.15 μm의 대향 전극(44)을 형성한다. 그 후, 대향 전극(44)상에 포토레지스트를 약 4.0 μm의 두께로 도포하고, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상 처리하여, 두께가 약 4.0 μm, 폭이 약 10 μm의 돌기 패턴(45)을, 도 3에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 형성한다.
그 다음에, 유리 기판(41)의 상측에, 폴리아믹산으로 된 수직 배향막(46)을 약 0.1 μm의 두께로 형성한다. 이것에 의해, CF 기판(40)이 완성된다.
이와 같이 하여 TFT 기판(30) 및 CF 기판(40)을 형성한 뒤, 배향막(36, 46)이 형성된 면을 대향시켜 배치하고, TFT 기판(30)의 가장자리와 CF 기판(40)의 가장자리를, 액정 주입구가 되는 부분을 남겨 접합한다. 그 후, 필요에 따라서 접합된 기판(30, 40)을 소정의 사이즈로 절단한다.
그 다음에, TFT 기판(30)과 CF 기판(40) 사이에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 주입하고, 액정 주입구의 부분을 밀봉한다. 그 후, TFT 기판(30) 및 CF 기판(40)의 외측에 각각 편광판을 부착한다. 이것에 의해, 본 실시형태의 액정 표시 장치가 완성된다.
본 실시형태에 있어서는, CF 기판(40)에 설치된 돌기 패턴(45)에 의해 셀 두께를 일정하게 유지하므로, 종래에 필요로 했던 구형 또는 원주형의 스페이서를 산포하는 공정이 불필요하다. 또한, 스페이서의 이동에 기인하는 셀 두께의 변화가 방지되므로, 표시 불균등의 발생이 회피된다. 더우기, 돌기 패턴(35, 45)에 의해 배향 분할을 실현하므로, 배향막(36, 46)에 러빙 처리를 실시할 필요가 없이, 러빙 공정 및 러빙 후의 세정 공정을 생략할 수 있다. 또한, 돌기 패턴(45)은 대향 전극(44)상에 고정되고 있으므로, 진동이나 충격에 의한 위치 엇갈림이 없이, 셀 두께의 변화가 방지된다. 이것에 의해, 액정 표시 장치의 신뢰성이 향상된다. 더우기, 본 실시형태에 있어서는, 돌기 패턴(35, 45)의 경사면에 직교하도록 액정 분자가 배향하므로, 돌기 패턴(35, 45)의 양측에서 액정 분자의 배향 방향이 다르고, 배향 분할이 실현된다. 이것에 의해, 양호한 시각 특성이 얻어진다.
그리고, 본 실시형태에서는 TFT 기판측에 돌기 패턴(35)이 설치되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 돌기 패턴(35)을 설치하는 대신에, 화소 전극(32)에 슬릿을 설치해도 좋다(도 4b 참조). 이 경우도, 배향 분할이 실현되고, 상기의 실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
도 5는 TFT 기판측의 화소 전극(32)에 슬릿을 형성한 예를 나타내는 도면이다. 이 예에서는, 화소 전극(32)에 CF 기판(40)측의 돌기 패턴(45)에 대해 평행이 되는 슬릿(32a)을 설치하고 있다. 이러한 구성으로 하면, 전압을 인가했을 때에 슬릿의 근방에서는 전계의 방향이 기판에 대해 기울어지고, 액정 분자는 돌기 패턴을 향하는 방향으로 경사진다. 이것에 의해, 상기의 실시형태와 같이, 배향 분할이 달성된다.
본 발명에 있어서, 배향 분할을 실현하기 위한 돌기 패턴의 폭이 너무 넓은 경우 및 돌기 패턴의 높이가 너무 높은 경우는 개구율이 감소하여 투과율의 저하를 초래한다. 반대로 돌기 패턴의 폭이 너무 협소한 경우 및 돌기 패턴의 높이가 너무 낮은 경우는 배향 분할의 효과가 얻어지지 않게 되거나, 돌기 패턴 형성시에 패턴 단절이 발생되기 쉬워 진다. 따라서, 배향 분할을 실현하기 위한 돌기 패턴의 폭 및 높이는 셀 두께에 따라 적당히 설정하는 것이 바람직하다.
이하, 배향 분할을 달성하기 위한 돌기 패턴(제 1 실시형태에서는, 돌기 패턴(35))의 높이와 폭에 대해서 설명한다.
도 6은 횡축에 돌기 패턴의 높이와 셀 두께의 비율(돌기 패턴 높이/셀 두께)을 취하고, 횡축에 백색표시시의 광의 투과율을 취하여, 양자의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 돌기 패턴의 높이와 셀 두께의 비율을 0.2이상으로 하면, 투과율이 약 3％이상이 되어, 밝고 콘트라스트가 높은 화상을 표시할 수 있다. 이 때문에, 배향 분할을 실현하기 위한 돌기 패턴의 높이는 셀 두께의 0.2배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 돌기 패턴의 높이보다 바람직한 범위는 셀 두께의 0.2 ~ 0.8배, 보다 바람직한 범위는 0.3 ~ 0.5배이다.
도 7은 횡축에 돌기 패턴의 패턴 폭을 취하고, 종축에 백색표시시의 광의 투과율을 취하여 양자의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 돌기 패턴의 패턴 폭을 5 μm ~ 15 μm로 함으로써, 투과율이 약 3％이상이 되어, 밝고 콘트라스트가 높은 화상을 표시할 수 있다. 이 때문에, 돌기 패턴의 패턴 폭은 5 ~ 15 μm로 하는 것이 바람직하다.
(제 2 실시형태)
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도, 도 9는 그 액정 표시 장치의 CF 기판의 평면도이다. 본 실시형태가 제 1 실시형태와 다른 점은 CF 기판의 구조가 다른 것에 있으므로, 도 8에서 도 1과 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
CF 기판(50)측의 유리 기판(51)상에는, TFT 기판(30)의 게이트 버스 라인(33), 드레인 버스 라인(33a), TFT 및 보조 용량 전극에 정합하는 위치에 블랙 매트릭스(52)가 형성되어 있다. 이 블랙 매트릭스(52)는 흑색 수지에 의해 약 4μm 두께로 형성되어 있다. 또한, 블랙 매트릭스(52)의 개구부에는, 적(R)·녹(G)·청(B)의 컬러 필터(53)가 형성되어 있다. 이들의 컬러 필터(53)의 두께는 모두 약 1.5 μm이다. 그리고, 블랙 매트릭스(52) 및 컬러 필터(53)상에는 ITO로 된 대향 전극(54)이 형성되어 있고, 그 대향 전극(54)상에는, 높이가 약 1.5 μm의 돌기 패턴(55)이 도 9에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 대향 전극(54)상에는 수직 배향막(56)이 형성되어 있고, 돌기 패턴(55)의 표면도 배향막(56)에 덮여져 있다. CF 기판(50)측의 돌기 패턴(55)은 데이터 버스 라인(33a)과 게이트 버스 라인(33b)이 교차하는 부분(도 2의 파선으로 도시된 사다리꼴의 부분)에서 TFT 기판(30)에 접촉된다.
이하, 본 실시형태의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서 설명한다. 단, TFT 기판 제조 방법은 제 1 실시형태와 동일함으로, 여기에서는 생략한다.
먼저, 유리 기판(51)상에, 두께가 약 4.0 μm의 블랙 매트릭스(52)를 흑색 수지에 의해 형성한다. 블랙 매트릭스(52)의 재료는 특히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면 카본 블랙을 혼입한 아크릴 수지를 사용할 수 있다. 이 경우, 카본 블랙을 혼입한 아크릴 수지를 기판(51)상에 도포함으로써 블랙 매트릭스(52)를 형성한다.
다음에, 유리판(51)상의 블랙 매트릭스(52)의 개구 부분에, 적색 수지, 녹색수지 및 청색 수지를 약 1.5 μm의 두께로 차례차례 도포하여, 각 화소 영역에, 적(R), 녹(G) 또는 청(B)의 컬러 필터(53)를 형성한다. 이것에 의해, 블랙 매트릭스(54)와 컬러 필터(53)의 사이에는 약 2.5 μm의 단차가 형성된다.
그 다음에, 유리 기판(51)의 상측 전면에, ITO를 스퍼터링하여, 두께가 약 0.15 μm의 대향 전극(54)을 형성한다. 그 후, 대향 전극(54)상에 높이가 약 1.5 μm, 폭이 약 10 μm의 돌기 패턴(55)을 지그재그 형상으로 형성한다. 이 돌기 패턴(55)은 제 1 실시형태와 같이, 포토레지스트를 사용하여 형성한다. 이 경우, 노광 마스크의 돌기 패턴의 폭이 균일하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 노광 및 현상 처리 후에 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)의 폭이 다른 부분보다도 좁게 되어, 스페이서로서 필요한 강도를 확보할 수 없게 되는 우려가 있다. 이 때문에, 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)의 폭은 도 9에 도시된 바와 같이 다른 부분보다도 넓게 하는 것이 바람직하다.
그 다음에, 대향 전극(54)의 상측에, 폴리아믹산으로 된 수직 배향막(56)을 약 0.15 μm의 두께로 형성하고, 이 수직 배향막(56)에 의해 대향 전극(54) 및 돌기 패턴(55)의 표면을 피복한다. 이것에 의해, CF 기판(50)이 완성된다.
그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 배향막(36, 56)이 형성된 면을 내측으로 하여 TFT 기판(30)과 CF 기판(50)을 중첩한다. 이 경우, 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)이 TFT 기판(30)에 접촉되고, CF 기판(50)과 TFT 기판(30) 사이의 간격(셀 두께)이 일정(약 4 μm)하게 유지된다.
그 다음에, TFT 기판(30) 및 CF 기판(50)의 가장자리를 접합하고, 양자간에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 봉입한다. 그 후, TFT 기판(30) 및 CF 기판(50)의 외측에 각각 편광판(도시되지 않음)을 배치한다. 이것에 의해, 본 실시형태의 액정 표시 장치가 완성된다.
본 실시형태에 있어서도, 돌기 패턴(35, 55)에 의해 배향 분할이 실현되고, 제 1 실시형태와 같이 양호한 시각 특성이 얻어진다. 또한, 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)에 의해 셀 두께가 일정하게 유지되고, 진동이나 충격이 가해져도 셀 두께가 변화되지 않기 때문에, 표시 품질의 열화가 회피된다. 더우기, 종래에 필요로 했던 구형 또는 원주형의 스페이서를 산포하는 공정이나 배향막을 러빙 처리하는 공정이 불필요하여, 액정 표시 장치의 제조 공정이 간략화된다는 이점도 있다. 또한, 돌기 패턴(35, 55)에 의해 액정 분자의 배향 방향을 정하기 때문에, CF 기판에 평탄화막(오버코트)을 형성할 필요가 없다. 또한, 본 실시형태에서는, 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)의 폭을 다른 부분보다도 넓게 하므로, 돌기 패턴(55)을 형성할 때에 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)의 패턴 폭이 좁게 되는 것이 회피된다. 이 때문에, 셀 두께를 유지하는 부분의 돌기 패턴(55)의 높이가 균일해져, 셀 두께의 변동이 억제된다.
게다가, 본 실시형태에 있어서도, 도 5에 도시된 바와 같이, TFT 기판(30)측에 돌기(35)를 형성하는 대신에, 화소 전극(32)에 슬릿을 설치해도 좋다.
(제 3 실시형태)
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도, 도 12는 그 CF 기판의 평면도이다. 본 실시형태가 제 2 실시형태와 다른 점은 CF 기판측의 구조가 다른 것에 있고, 기타의 부분은 기본적으로 제 2 실시형태와 같기 때문에, 도 11, 도 12에서, 도 8, 도 9와 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
CF 기판(50)측의 유리 기판(51)상에는, 적(R)의 컬러 필터(53R), 녹(G)의 컬러 필터(53G) 및 청(B)의 컬러 필터(53B)가 형성되어 있고, TFT 기판(30)의 게이트 버스 라인(33b), 드레인 버스 라인(33a), TFT 및 보조 용량 전극에 정합하는 위치에서는, 이들의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)가 3층으로 겹쳐 블랙 매트릭스(52)가 되어 있다. 각 컬러 필터(53R, 53G, 53B)의 두께는 모두 약 1.5 μm이다. 단, 이들의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)는 적색, 녹색 또는 청색의 수지를 도포함으로써 형성되지만, 그와 같이 하여 컬러 필터(53R, 53G, 53B)를 형성하면, 중첩 부분(블랙 매트릭스(52))에서의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)의 두께는 평탄 부분(화소 영역)의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)보다도 약간 얇게 된다.
이들의 컬러 필터(53R, 53G, 53B)상에는, ITO로 된 대향 전극(54)이 약 0.15 μm의 두께로 형성되어 있다. 이 대향 전극(54)상에는, 높이가 약 1.5 μm의 절연성 수지로 된 돌기 패턴(55)이 도12에 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 화소 영역의 네 귀퉁이의 부분에서는, 돌기 패턴(55)의 폭은 넓게 되어 있다. 더우기, 돌기 패턴(55)과 블랙 매트릭스(52)가 교차하는 부분에는, 도 12에 도시된 바와 같이 돌기 패턴(55a)을 설치하여, 돌기 패턴(55)의 강도를 보강하는 것이 바람직하다.
대향 전극(54)상에는 폴리아믹산으로 된 수직 배향막(56)이 형성되어 있고, 돌기 패턴(55, 55a)의 표면도 이 배향막(56)에 의해 덮여져 있다.
이하, 본 실시형태의 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서, 도 13, 도 14를 참조하여 설명한다. 단, TFT 기판의 제조 방법은 제 1 실시형태와 같기 때문에, 여기에서는 생략한다.
먼저, 도 13a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(51)상의 청의 화소 영역 및 블랙 매트릭스(52)가 되는 부분에 청색의 수지를 약 1.5 μm의 두께로 도포하여, 컬러 필터(53B)를 형성한다.
다음에, 도 13b에 도시된 바와 같이, 유리 기판(51)상의 적의 화소 영역 및 블랙 매트릭스(52)가 되는 부분에 적색의 수지를 약 1.5 μm의 두께로 도포하여, 컬러 필터(53R)를 형성한다. 그 후, 도 13c에 도시된 바와 같이, 유리 기판(51)상의 녹의 화소 영역 및 블랙 매트릭스(52)가 되는 부분상에 녹색의 수지를 약 1.5 μm의 두께로 도포하여, 컬러 필터(53G)를 형성한다.
다음에, 도 14a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(51)의 상측 전면에 ITO를 약 0.15 μm의 두께로 피복하여 대향 전극(54)을 형성한다. 그 후, 대향 전극(54)상에 감광성 수지를 도포하고, 돌기 패턴을 가지는 노광 마스크를 개입시켜 감광성 수지를 노광한 뒤, 현상 처리를 실시함으로써, 도 14c에 도시된 바와 같이, 돌기 패턴(55)을 형성한다. 그 후, 유리 기판(11)의 상측에 폴리아믹산을 약 0.1 μm의 두께로 도포하여 수직 배향막(56)을 형성한다.
그 다음에, 도 11에 도시된 바와 같이, CF 기판(50)과 TFT 기판(30)을 배향막(36, 56)을 형성한 면을 내측으로 하여 중첩하고, 양자간에 음의 정전율 이방성을 가지는 액정(49)을 봉입한다. 이 때 CF 기판(50)과 TFT 기판(30)은 블랙 매트릭스(52)상의 돌기 패턴(55)의 부분에서 접촉하고, 셀 두께가 일정하게 유지된다. 이것에 의해, 본 실시형태의 액정 표시 장치가 완성된다.
본 실시형태에 있어서는, R·G·B의 3색의 컬러 필터(55R, 55G, 55B)를 중첩하여 블랙 매트릭스(52)를 형성하고 있다. 따라서, 제 2 실시형태에서 필요했던 흑색 수지에 의해 블랙 매트릭스를 형성하는 공정이 불필요하게 되어, 스페이서를 산포하는 공정 및 러빙 처리를 실시하는 공정이 불필요함과 동시에, 제조 공정이 보다 한층 간략화된다. 게다가, 이 예에서는, R·G·B의 3색을 중첩하여 블랙 매트릭스(52)를 형성하고 있지만, 가장 차광성이 높은 청색의 컬러 필터를 포함하는 2색 이상의 컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스로 하여도 좋다. 예를 들면, 적과 청을 중첩함으로써, 차광율(OD 값)이 2.0이상(투과율이 10-2이하)이 되기 위해, 적과 청의 컬러 필터(55R, 55B)를 중첩하는 것만으로도 충분한 차광성이 얻어진다.
또한, 본 실시형태에서는, 컬러 필터(55R, 55G, 55B)를 중첩함으로써 블랙 매트릭스(52)의 부분을 다른 부분으로부터 돌출시키고, 그 상에 돌기 패턴(55)을 형성하여, 상기 돌기 패턴(55)의 부분에서 CF 기판(50)과 TFT 기판(30)을 접촉시키고, 셀 두께를 일정하게 유지한다. 따라서, 진동이나 충격에 의해 셀 두께가 변동되는 우려가 없이, 양호한 표시 품질을 유지할 수 있다.
게다가, 상기 실시형태에서는 적색, 녹색 및 청색의 수지를 유리 기판상에 도포함으로써 컬러 필터(53R, 53G, 53B)를 형성하고 있지만, 열전사 필름(드라이 필름)에 의해 이들의 컬러 필터를 형성해도 좋다. 상기 실시형태와 같이 수지를 도포하여 컬러 필터를 형성하는 경우, 수지의 건조가 완료될 때까지 사이에 수지가 높은 곳으로부터 낮은 곳으로 흐르는 소위 레벨링이라는 현상이 발생된다. 이 때문에, 셀 두께에 의해서는, 컬러 필터를 중첩하여 소정의 높이의 블랙 매트릭스를 형성하는데 어려운 점이 있다. 이러한 경우, 열전사 필름을 사용함으로써, 소망의 높이의 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.
예를 들면, 착색층이 2.0 μm의 두께의 청색의 열전사 필름을 유리 기판(51)상의 전면에 열전사(라미네이트)한 뒤, 노광 및 현상 처리를 실시하여 청색의 컬러 필터(53B)를 형성한다. 다음에, 적색의 열전사 필름을 유리 기판상(51)상의 전면에 열전사한 후, 노광 및 현상 처리를 실시하여, 적색의 컬러 필터(53R)를 형성하고, 더우기 녹색의 열전사 필름을 유리 기판상(51)상의 전면에 열전사한 후, 노광 및 현상 처리를 실시하여 녹색의 컬러 필터(53G)를 형성한다.
이 방법에서는, 착색층이 가건조 상태로 유리 기판(51)에 전사되기 때문에, 컬러 필터의 중첩 부분에서도 레벨링이 일어나지 않고, 최종적으로 컬러 필터(53R, 53G, 53B)의 두께는 모두 약 1.5 μm가 되어, 합계 막 두께가 약 4.5 μm의 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.
도 15는 제 3 실시형태의 변형예를 나타내는 액정 표시 장치의 단면도이다. 이 예에서는, 청(B)의 컬러 필터(53B)의 두께를 다른 컬러 필터(53R, 53G)의 두께보다도 두껍게 하고 있다. 구체적으로는, 청의 컬러 필터(55B)의 두께를 약 2.0 μm로 하고, 적 및 녹의 컬러 필터(55R, 55G)의 두께를 약 1.5 μm로 하고 있다. 따라서, 청의 화소의 부분에서는 셀 두께가 약 3.5 μm이고, 적 및 녹의 화소의 부분에서는 셀 두께가 약 4.0 μm이다.
도 16은 횡축에 셀 두께를 취하고, 종축에 광의 투과율(상대값)을 취하여, 각 색의 화소에서의 셀 두께(액정층의 두께)와 투과율의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 청(B)의 화소의 경우는 액정층의 두께가 약 3.5 μm 부근에 투과율의 피크가 있고, 적(R) 및 녹(G)의 화소의 경우는 액정층의 두께가 약 4.0 ~ 4.5 μm의 지점에 투과율의 피크가 있다.
이와 같이, 컬러 필터의 색마다(화소마다) 액정층의 두께를 조정함으로써 광학 특성(Δnｄ)이 최적화되고, 노말리 블랙 모드의 액정 표시 장치의 경우, 색도 특성이나 투과율 특성 및 콘트라스트 등의 특성이 양호해진다는 효과가 얻어진다.
(제4의 실시형태)
도 17은 본 발명의 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 단면도, 도 18은 그 일부를 확대해 도시한 도면, 도 19는 그 액정 표시 장치의 CF 기판(110)을 도시한 평면도이다. 게다가, 도 17, 도 1에서는 CF 기판(110)을 상측에, TFT 기판(100)을 하측에 도시하고 있다. 또한, 도 17에서는 도 18에 도시한 배향막(106, 116)의 도시를 생략하고 있다. 더우기, 도 19에는, TFT 기판(100)측의 화소 전극(102)에 설치된 슬릿(102a)을 일점쇄선으로 도시하고 있다. 도 17은 도 19의 Ａ-Ａ선에 의한 단면도이다.
본 실시형태의 액정 표시 장치는 TFT 기판(100)과 CF 기판(110) 사이에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 봉입한 구조를 가지고 있다. 또한, TFT 기판(100)의 하측 및 CF 기판(110)의 상측에는 각각 편광판(도시되지 않음)이 배치되어 있다. 이들의 편광판은 편광축이 서로 직교하도록 배치되어 있다.
TFT 기판(100)은 유리 기판(101)과, 이 유리 기판(101)의 표면측에 형성된 화소 전극(102), 절연막(104a, 104b), 배향막(106) 및 TFT 등에 의해 구성된다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 유리 기판(101)의 표면측에는 복수 라인의 게이트 버스 라인(103b)과, 복수 라인의 드레인 버스 라인(103a)과, ITO로 된 화소 전극(102)이 형성되어 있다. 게이트 버스 라인(103b)과 드레인 버스 라인(103a) 사이는 절연막(104a)에 의해 절연되어 있고, 드레인 버스 라인(103a)과 화소 전극(102) 사이는 절연막(104b)에 의해 절연되어 있다. 화소 전극(102)에는 액정 분자의 배향 방향을 정하기 위한 슬릿(102a)이 설치되어 있다(도 5 참조). 슬릿(102)은 도 19에 도시된 바와 같이 화소를 복수의 영역에 분할하도록 지그재그 형상으로 설치되어 있다. 또한, 유리 기판(101)의 상측 전면에는 수직 배향막(106)이 형성되어 있고, 이 수직 배향막(106)에 의해 화소 전극(102)의 표면이 덮여져 있다.
한편, CF 기판(110)은 유리 기판(111)과, 유리 기판(111)의 하면측에 형성된 컬러 필터(113R, 113G, 113B), 대향 전극(114) 및 배향막(116) 등에 의해 구성된다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이, 유리 기판(111)의 하면에는 컬러 필터(113R(적), 113G(녹), 113B(청))가 형성되어 있다. 각 화소 영역에는, 이들의 컬러 필터(113R, 113G, 113B) 중의 어느 1색의 필터가 배치되어 있다. 또한, 화소와 화소 사이의 영역에서는 컬러 필터(113R, 113G, 113B)가 3층으로 겹쳐 블랙 매트릭스(112)가 되어 있다. 유리 기판(111)의 하면측에는, 이들의 컬러 필터(113R, 113G, 113B) 및 블랙 매트릭스(112)를 덮도록 하여, ITO로 된 대향 전극(114)이 형성되어 있다.
또한, 게이트 버스 라인(103b) 및 드레인 버스 라인(103a)이 교차되는 부분의 블랙 매트릭스(112)의 하부에는, 절연성 수지로 된 셀 두께 조정층(117)이 형성되어 있다.
더우기, 대향 전극(114)의 상부 및 셀 두께 조정층(117)의 하부에는, 도 19에 도시된 바와 같이, 돌기 패턴(115)이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 또한, 대향 전극(114)의 하측 전면에는 수직 배향막(116)이 형성되어 있고, 이 수직 배향막(116)에 의해 화소 전극(114)의 표면 및 돌기 패턴(115)의 표면이 덮여져 있다.
TFT 기판(100) 및 CF 기판(110)은 배향막(102, 116)이 형성된 면을 대향시켜 배치되어 있고, TFT 기판(100)의 게이트 버스 라인(103b) 및 드레인 버스 라인(103a)이 교차되는 부분에, CF 기판(110)의 셀 두께 조정층(117)의 하부의 돌기 패턴(115)이 접촉됨으로써, TFT 기판(100)과 CF 기판(110)의 간격(셀 두께)이 일정하게 유지되어 있다. 이하, TFT 기판과 CF 기판 사이의 셀 두께를 일정하게 유지하는 부분을 스페이서부라고 말한다.
도 20 및 도 21은 본 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 단면도이다. 게다가, 도 20, 도 21에서는, 컬러 필터를 형성하는 면을 상측으로 하여 CF 기판을 나타내고 있다.
먼저, 도 20a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(111)상의 청색 화소 영역, 블랙 매트릭스 형성 영역 및 위치 맞춤 마크(도시되지 않음) 등의 마크 형성 영역에, 청색 컬러 필터(113B)를 1.5 μm의 두께로 형성한다. 청색 컬러 필터(113B)의 재료로서는 청색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하고, 이 감광성 레지스트를 유리 기판(111)상에 도포한 뒤, 노광 및 현상 처리를 실시함으로써, 청색 컬러 필터(113B)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 20b에 도시된 바와 같이, 적색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(111)상의 적색 화소 영역 및 블랙 매트릭스 형성 영역에, 적색 컬러 필터(113R)를 1.5 μm의 두께로 형성한다.
다음으로, 도 20c에 도시된 바와 같이, 녹색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(111)상의 녹색 화소 형성 영역 및 블랙 매트릭스 형성 영역에, 녹색 컬러 필터(113G)를 1.5 μm의 두께로 형성한다.
본 실시형태에서는, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 중첩하여 블랙 매트릭스를 형성하지만, 필터의 중첩 부분에서는 화소 영역에 비해 필터의 두께가 얇게 된다. 상기와 같이 각 필터(113R, 113G, 113B)의 두께를 1.5 μm로 한 경우, 중첩 부분의 높이(화소 영역의 컬러 필터 표면에서의 돌출 높이)는 약 1.8 μm이 된다.
다음으로, 도 21a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(111)의 상측 전면에 ITO를 1500Å의 두께로 형성하여 대향 전극(114)으로 한다.
다음으로, 도 21b에 도시된 바와 같이, 대향 전극(114)상의 소정의 영역(스페이서부)에 높이가 약 3.0 μm의 셀 두께 조정층(117)을 형성한다. 셀 두께 조정층(117)의 재료로서는 예를 들면 포지티브형의 노볼락 수지(감광성 레지스트)를 사용할 수 있다. 이 경우, 유리 기판(111)의 상측의 전면에 노볼락 수지를 도포하고, 그 후 노광 및 현상 처리를 실시함으로써, 셀 두께 조정층(117)을 형성한다.
그 다음으로, 도 21c에 도시된 바와 같이, 유리 기판(111)의 상측에, 높이가 약 1.5 μm의 돌기 패턴(115)을 형성한다. 단, 컬러 필터의 중첩 부분에서는, 돌기 패턴(115)의 높이는 약간 낮게 된다. 돌기 패턴(115)도, 포지티브형 노볼락 수지를 사용하여 형성할 수 있다.
그 후, 유리 기판(111)의 상측 전면에 배향막(116)을 형성한다. 이것에 의해, CF 기판(110)이 완성된다. 이 예에서는, 스페이서부의 높이(화소 영역의 필터 표면으로부터의 돌출 높이)는 약 4.0 μm가 된다.
게다가, 상기의 예에서는 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 안료 분산형 감광성 레지스트를 사용하여 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 그것 이외의 재료를 사용하여 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 형성해도 좋다. 예를 들면, 염료 또는 안료를 함유하는 수지를 사용하고, 에칭에 의해 소정의 형상으로 패터닝하여 컬러 필터를 형성해도 좋다. 또한, 인쇄 등의 방법에 의해 컬러 필터를 형성할 수도 있다.
더우기, 상기의 예에서는, 셀 두께 조정층(117)을 노볼락 수지에 의해 형성했지만, 그것 이외의 재료, 예를 들면 아크릴, 폴리이미드 및 에폭시 수지 등에 의해 형성해도 좋다.
이하, 본 실시형태의 효과에 대해서 설명한다.
컬러 필터(113R, 113G, 113B)의 원료가 되는 감광성 레지스트에는, 착색 재료(안료)의 바인더로서 아크릴 수지가 사용되고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 돌기 패턴(115)의 재료로서 감광성 노볼락 수지를 사용하고 있다. 이들의 재료는 평탄성이 좋기 때문에, 컬러 필터의 중첩 부분에서의 두께는 화소 영역(평탄 부분)에서의 두께보다도 얇게 된다.
통상, 스피너나 슬릿 코터 등으로 이들의 수지를 도포한 경우, 수지가 건조될 때까지의 사이에, 위에 중첩된 2층, 3층의 수지 부분에서는 레벨링이 발생하고, 2층의 컬러 필터의 두께는 1층의 약 70％, 3층의 컬러 필터의 두께는 1층의 약 50％정도로 얇게 되어 버린다.
만일, 셀 두께 조정층(117)이 없다고 하면, 셀 두께는 컬러 필터의 중첩 부분의 두께에 의해 결정되므로, 컬러 필터의 중첩 부분에서의 각 컬러 필터의 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 2층 및 3층의 컬러 필터의 두께를 두껍게 하기 위해서는, 예를 들면 진공 건조에 의해 건조를 앞당겨 레벨링을 적게 하는 방법이나, 수지의 도포막 두께를 두껍게 하는 방법이 생각된다. 그러나, 이들의 방법에서는, 도포나 건조가 발생하고, 제조 제품 비율이 저하되어 버린다.
도 22는 횡축에 화소 영역에서의 컬러 필터의 두께를 취하고, 종축에 스페이서부의 높이를 취하여, 양자의 관계를 나타낸 도면이다. 단, ▲기호는 각 컬러 필터의 두께와 돌기 패턴의 높이가 같은 경우, □기호는 돌기 패턴의 높이가 2 μm로 일정한 경우를 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 셀 두께를 4 μm로 하기 위해서는, 각 컬러 필터의 화소 영역에서의 두께 및 돌기 패턴의 높이를 모두 3 μm로 할 필요가 있다. 단, 돌기 패턴의 높이가 셀 두께의 30％이하 또는 50％이상이 되면, 투과율의 저하나 콘트라스트의 저하를 초래한다. 이 때문에, 돌기 패턴의 높이는 1.2 ~ 2.0 μm로 하는 것이 바람직하여, 그렇다면 컬러 필터의 두께를 더욱 두껍게 할 필요가 있다.
일반적으로, 컬러 필터의 재료가 되는 안료 분산형 레지스트는 두께가 3 μm를 넘으면 미세한 패터닝이 곤란해진다. 또한, 도포후의 건조 속도가 늦게 되어, 생산성이 저하된다는 문제도 발생한다. 따라서, 컬러 필터의 두께를 3 μm이상으로 하는 것은 현실적이 아니다.
컬러 필터의 재료로서, 폴리이미드와 같은 평탄성이 나쁜 재료를 사용하는 것도 생각된다. 그러나, 폴리이미드는 비감광성이므로, 패터닝에는 에칭 공정이 필요해지고, 공정수의 증가에 의해 제조 비용이 상승된다는 난점이 있다. 또한, 만일 컬러 필터를 두껍게 형성했다고 해도, 스페이서부의 대향 전극과 TFT 기판측의 화소 전극의 거리가 지극히 접근하는 것이 되어, 단락 불량이 발생되기 쉽게 된다.
본 실시형태에서는, 전술과 같고, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)의 중첩 부분과 돌기 패턴(115) 사이에 셀 두께 조정층(117)을 설치하고, 이 셀 두께 조정층(117)에서 셀 두께를 조정할 수 있음으로, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)의 두께를 3 μm이하로 하여도 충분한 셀 두께를 확보할 수 있다. 따라서, 생산성의 저하나 제조 제품 비율의 저하가 회피된다. 또한, 감광성 레지스트로 컬러 필터를 형성하므로, 컬러 필터를 폴리이미드 등의 비감광성 수지로 제조하는 경우에 비해, 공정수의 증가를 회피할 수 있다. 더우기, 돌기 패턴(117)에 의해 셀 두께를 최적값으로 조정하는 것이 비교적 용이할 수 있기 때문에, 투과율의 저하나 콘트라스트의 저하를 회피할 수 있다. 또한, 셀 두께 조정층(117)에 의해 대향 전극(114)과 TFT 기판(100)측의 화소 전극(102) 사이에 충분한 간격을 취할 수 있기 때문에, 만일 접촉 부분에서 배향막(106, 116)이 파손되었다고 해도, 쇼트 불량의 발생을 회피할 수 있다.
게다가, 상기의 실시형태에서는, 셀 두께 조정층(117)을 형성하고, 그 후 돌기 패턴(115)을 형성했지만, 이 공정은 역으로도 좋다. 즉, 도 23에 도시된 바와 같이, 대향 전극(114)상에 돌기 패턴(117)을 형성하고, 그 후, 스페이서부의 돌기 패턴(117)의 상에 셀 두께 조정층(118)을 형성한다. 이 경우도, 상기의 실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 컬러 필터(113R, 113G, 113B)를 3층 중첩하여 블랙 매트릭스(112)로 했지만, 어느 2층의 컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스로 해도 좋다. 더우기, 스페이서부에서 대향 전극(114)과 화소 전극(102)의 쇼트의 발생이 없는 경우는, 셀 두께 조정층(117)을 형성한 뒤에 대향 전극(114)을 형성해도 좋다.
(제5의 실시형태)
도 24는 본 발명의 제 5 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 게다가, TFT 기판측의 구조는 제 4 실시형태와 동일하므로, 도 24에서 도 18과 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
CF 기판(120)측의 유리 기판(121)의 한쪽의 면(도면에서는 하면)에는, 흑색 수지로 된 블랙 매트릭스(122)가 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 이 흑색 수지로 된 블랙 매트릭스(122)의 두께는 예를 들면 3.5 μm이다. 또한, 이 블랙 매트릭스(122)는 흑색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하고, 노광 및 현상 공정을 통해 패터닝된다.
유리 기판(121)의 하면의 각 화소 영역에는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터(123R, 123G, 123B)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(124)의 하측에는, 이들의 컬러 필터(123R, 123G, 123B)가 3층으로 적층되어 있다.
또한, 유리 기판(121)의 하면측에는, 컬러 필터(123R, 123G, 123B)를 덮도록 하여 ITO로 된 대향 전극(124)이 형성되어 있다. 그리고, 대향 전극(124)의 밑에는, 돌기 패턴(125)이 형성되어 있다. 이 돌기 패턴은 제 4 실시형태와 같이, TFT 기판(110)측에 설치된 화소 전극(102)의 슬릿(102a)에 배치되어 있다(도 19 참조).
대향 전극(124)의 하면에는, 수직 배향막(126)이 형성되어 있고, 돌기 패턴(125)의 표면은 이 수직 배향막(126)에 의해 덮여져 있다.
본 실시형태에 있어서는, 수지제의 블랙 매트릭스(124)에 의해 셀 두께를 조정하므로, 제 4 실시형태와 같이, 컬러 필터의 두께를 두껍게 하거나, 돌기 패턴의 높이를 높게 할 필요가 없이, 최적인 셀 두께에 조정할 수 있다. 이것에 의해 제 4 실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
게다가, 상기 실시형태에서는 블랙 매트릭스(124)의 밑에 컬러 필터(123R, 123G, 123B)를 3층으로 중첩한 경우에 대해서 설명했지만, 블랙 매트릭스(124)의 밑의 컬러 필터는 1층 또는 2층으로도 좋다. 또한, 대향 전극(124)과 화소 전극(102)이 쇼트할 우려가 없는 경우는, 돌기 패턴(125)을 형성한 뒤에 대향 전극(124)을 형성해도 좋다.
더우기, 스페이서부이외의 부분에서는 수지제 블랙 매트릭스(122)상에 컬러 필터를 중첩하지 않아도 좋고, 스페이서부와 같이 컬러 필터를 중첩하여 형성해도 좋다. 단, 스페이서부이외의 부분에서 셀 두께의 1/3을 넘는 돌기가 형성되는 경우는, 그 위를 돌기 패턴(125)과 동시에 형성된 절연층(돌기 패턴(125)과 같은 재료로 된 절연층)에 의해 피복하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, TFT 기판(100)측의 화소 전극(102)과 CF 기판(120)측의 대향 전극(124)의 쇼트의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
(제6의 실시형태)
도 25는 본 발명의 제 6 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 게다가, 본 실시형태에서도 TFT 기판측의 구조는 제 4 실시형태와 동일하므로, 도 25에서 도 18과 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
CF 기판(130)측의 유리 기판(131)의 하면측에는, 저반사 Cr(크롬)으로 된 블랙 매트릭스(132)가 소정의 패턴으로 형성되어고 있다. 또한, 블랙 매트릭스(132)의 밑에는, 블랙 매트릭스(132)와 같은 패턴으로 레지스트(137)가 형성되어 있다.
유리 기판(131)의 하면의 각 화소 영역에는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터(133R, 133G, 133B)가 형성되어 있다. 블랙 매트릭스(124)의 하측에는, 이들의 컬러 필터(133R, 133G, 133B)가 3층으로 적층되어 있다.
또한, 유리 기판(131)의 하면측에는, 컬러 필터(133R, 133G, 133B)를 덮도록 하여 ITO로 된 대향 전극(134)이 형성되어 있다. 더우기, 대향 전극(134)의 밑에는, 돌기 패턴(135)이 형성되어 있다. 이 돌기 패턴은 제 4 실시형태와 같이, TFT 기판(110)측에 설치된 화소 전극(102)의 슬릿(102a) 사이에 배치되어 있다(도 19 참조).
또한, 대향 전극(134)의 밑에는 수직 배향막(136)이 형성되어 있고, 돌기 패턴(135)의 표면은 이 수직 배향막(136)에 의해 덮여져 있다.
도 26, 도 27은 본 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판(130)의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 26a에 도시된 바와 같이, 유리 기판(131)상에 저반사 Cr막을 약 0.16 μm의 두께로 성막(成膜)하고, 그 상에 포지티브형 노볼락 수지로 된 감광성 레지스트(137)를 약 4.0 μm의 두께로 형성한다. 그리고, 이 레지스트(137)를 노광 및 현상 처리하여, 소정의 블랙 매트릭스 패턴으로 한다. 그 후, 레지스트(137)에 덮여져 있지 않은 부분의 Cr막을 에칭에 의해 제거하여, 레지스트(137)의 하부에만 Cr막을 잔존시킨다. 이 레지스트(137)의 하부에 잔존한 Cr막이 블랙 매트릭스(132)가 된다.
다음으로, 도 26b에 도시된 바와 같이, 유리 기판(131)상에, 청색 컬러 필터(133B)를 1.5 μm의 두께로 형성한다. 청색 컬러 필터(133B)의 재료로서는 청색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하고, 이 감광성 레지스트를 유리 기판(131)상에 도포한 뒤, 노광 및 현상 처리를 실시함으로써, 청색 컬러 필터(133B)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 26c에 도시된 바와 같이, 적색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(131)상에 적색 컬러 필터(133R)를 1.5 μm의 두께로 형성한다.
다음으로, 도 27a에 도시된 바와 같이, 녹색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(131)상에 녹색 컬러 필터(133G)를 1.5 μm의 두께로 형성한다. 여기까지의 공정에서, 저반사 Cr 블랙 매트릭스(132), 블랙 매트릭스(132)상의 레지스트(137), 각 컬러 필터(133R, 133G, 133B)의 중첩 부분의 높이(화소 부분의 필터 표면으로부터의 돌출 높이)는 약 3.8 μm이 된다.
다음으로, 도 27b에 도시된 바와 같이, 전면에 ITO로 된 대향 전극(114)을 예를 들면 1500Å의 두께로 형성한다.
그 다음으로, 도 27c에 도시된 바와 같이, 대향 전극(114)상에 돌기 패턴(135)을 지그재그 형상(도 19 참조)으로 형성한다. 돌기 패턴(135)의 높이는 약 1.5 μm로 한다. 컬러 필터의 중첩 부분에서는, 돌기 패턴(135)의 높이는 1.5 μm보다도 낮게 된다. 돌기 패턴(135)의 재료로서는, 포지티브형 노볼락 수지를 사용할 수 있다.
그 후, 유리 기판(131)의 상측 전면에 배향막(136)을 형성한다. 이것에 의해 CF 기판(130)이 완성된다. 이 예에서는, 스페이서부의 높이(화소 영역의 필터 표면으로부터의 돌출 높이)는 약 4.0 μm가 된다.
본 실시형태에 있어서는, 제 4 실시형태와 같은 효과가 얻어지는데 더하여, 저반사 Cr으로 된 블랙 매트릭스를 형성할 때에 사용한 레지스트를 그대로 남겨 셀 두께 조정용의 스페이서로 하기 때문에, 공정수의 증가를 회피할 수 있다는 이점이 있다.
그리고, 본 실시형태에서는 레지스트(137)상에 RGB의 컬러 필터를 3층으로 중첩했지만, 1층 또는 2층 중첩해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 레지스트(137)상에 컬러 필터를 중첩하기 때문에, 레지스트(137)상의 컬러 필터의 두께는 얇게 된다. 이 때문에, 소정의 셀 두께를 확보하기 위해서, 블랙 매트릭스(132)와 레지스트(137)의 합계의 두께를, 각 컬러 필터(133R, 133G, 133B)의 화소 영역에서의 두께보다도 두껍게 하는 것이 바람직하다.
(제7의 실시형태)
도 28은 본 발명의 제 7 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 평면도, 도 29a는 도 28의 B-B선에 의한 단면도, 도 29b는 도 28의 C-C선에 의한 단면도이다. 그리고, 본 실시형태의 액정 표시 장치의 TFT 기판측의 구조는 제 4 실시형태와 동일하기 때문에, 도 29에서 도 18과 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다. 또한, 도 29에서는, TFT 기판을 상측, CF 기판을 하측에 나타내고 있다.
본 실시형태의 액정 표시 장치는 TFT 기판(100)과 CF 기판(140)의 사이에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정(49)을 봉입한 구조를 가지고 있다. 또한, TFT 기판(100)의 상측 및 CF 기판(140)의 하측에는 각각 편광판(도시도지 않음)이 배치되어 있다. 이들의 편광판은 편광축이 서로 직교하도록 배치되어 있다.
CF 기판(140)은 유리 기판(141)과, 유리 기판(141)의 상측에 형성된 컬러 필터(143R(적), 143G(녹), 143B(청)), 대향 전극(144) 및 배향막(146) 등에 의해 구성된다. 즉, 도 29에 도시된 바와 같이, 유리 기판(141)상에는 컬러 필터(143R, 143G, 143B)가 형성되어 있다. 각 화소 영역에는 이들의 컬러 필터(143R, 143G, 143B) 중 어느 1색의 필터가 배치되어 있다. 또한, 화소와 화소 사이의 영역에서는 컬러 필터(143B)와, 컬러 필터(143R) 또는 컬러 필터(143G)의 어느 1개가 2층으로 중첩하여 블랙 매트릭스(142)가 되어 있다. 더우기, 게이트 버스 라인(103b)과 드레인 버스 라인(103a)이 교차하는 지점 근방의 스페이서부(148)에서는, 컬러 필터(143R, 143G, 143B)가 3층으로 중첩되어 있다.
이들의 컬러 필터(143R, 143G, 143B)상에는 ITO로 된 대향 전극(144)이 형성되어 있다. 또한, 대향 전극(144)상에는, 도 28에 도시된 바와 같이, 절연성 수지로 된 돌기 패턴(145)이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 더우기, 대향 전극(144) 및 돌기 패턴(145)의 표면을 덮도록 하여 수직 배향막(144)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 CF 기판(140)은 스페이서부(148)의 돌기(145)의 선단부분에서 TFT 기판(100)에 접촉되고, TFT 기판(100)과 CF 기판(140) 사이의 셀 두께를 일정하게 유지하도록 되어 있다. 그리고, 스페이서부(148)의 사이즈는 30 μm × 30 μm이다.
도 30, 도 31은 본 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 평면도, 도 32는 그 단면도이다. 그리고, 도 32는 도 28의 C-C선에서의 단면을 나타내고 있다.
먼저, 도 30a 및 도 32a에 도시된 바와 같이, 청색 안료를 분산한 감광성 레지스를 사용하여, 유리 기판(141)상의 청색 화소 형성 영역 및 블랙 매트릭스 영역에 청색 컬러 필터(143B)를 약 1.5 μm의 두께로 형성한다.
다음으로, 도 30b 및 도 32b에 도시된 바와 같이, 적색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(141)상의 적색 화소 형성 영역에 적색 컬러 필터(143R)를 약 1.5 μm의 두께로 형성한다. 이 때 동시에, 적색 화소의 주위의 블랙 매트릭스 형성 영역, 스페이서부 형성 영역 및 청색 화소의 주위의 블랙 매트릭스 형성 영역의 청색 컬러 필터(143B)상에, 적색 컬러 필터(143R)를 중첩하여 형성한다. 단, 적색 화소와 녹색 화소 사이의 블랙 매트릭스 형성 영역에서는, 적색 화소측의 절반의 영역에만 적색 컬러 필터(143R)를 형성한다. 또한, 녹색 화소와 청색 화소 사이의 블랙 매트릭스 형성 영역상에는, 적색 컬러 필터(143R)를 형성하지 않는다.
다음으로, 도 31, 도 32c에 도시된 바와 같이, 녹색 안료를 분산한 감광성 레지스트를 사용하여, 유리 기판(141)상의 녹색 화소 형성 영역에 녹색 컬러 필터(143G)를 약 15 μm의 두께로 형성한다. 이 때 동시에, 녹색 화소의 주위의 블랙 매트릭스 형성 영역 및 스페이서부 형성 영역의 청색 컬러 필터(143B) 또는 적색 컬러 필터(143R)상에, 녹색 컬러 필터(143G)를 중첩하여 형성한다. 단, 녹색 화소와 적색 화소 사이의 블랙 매트릭스 형성 영역에서는, 녹색 화소측의 절반의 영역에만 녹색 컬러 필터(143G)를 형성한다.
그 다음으로, 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(143R, 143G, 143B)상에 ITO를 약 1000Å의 두께로 형성하여 화소 전극(144)으로 한다. 그 후,화소 전극(144)상에 포지티브형 레지스트를 성막하고, 노광 및 현상 처리를 실시하여, 폭이 약 10 μm, 높이가 약 1.5 μm의 돌기 패턴(145)을 형성한다. 그리고, 유리 기판(141)의 상측 전면에 수직 배향막(146)을 약 800Å의 두께로 형성한다. 이것에 의해 CF 기판(140)이 완성된다. 이와 같이 하여 CF 기판(140)을 형성한 경우, 스페이서부(148)의 높이는 약 3.8 μm가 된다.
이하, 본 실시형태의 효과에 대해서 설명한다.
블랙 매트릭스를 RGB의 컬러 필터의 3층 구조로 한 경우, 블랙 매트릭스의 측벽 부분의 경사 각도가 크게 되고, 블랙 매트릭스의 측벽 부분의 근방에서는 액정 분자의 각도가 기판에 대해 거의 수평이 되어 버린다. 이러한 배향 이상은 전압 무인가시의 광의 누출의 원인이 됨과 동시에, 전압 인가시의 투과율의 저하의 원인이 되어, 콘트라스트의 대폭적인 저하를 초래한다.
도 33은 횡축에 화소 영역과 블랙 매트릭스의 단차를 취하고, 종축에 콘트라스트를 취하여, 화소 영역 에지부의 단차와 콘트라스트의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단차가 1.5 μm를 넘으면, 콘트라스트는 200미만이 되어 버린다.
거기서, 본 실시형태에서는, 청색 컬러 필터(143B)와 적색 컬러 필터(143R) 또는 녹색 컬러 필터(143G)의 2층에 의해 블랙 매트릭스142)를 구성하고 있다. 이것에 의해, 화소 영역과 블랙 매트릭스 사이의 단차는 3층 구조시의 약 2/3이 되고, 액정 분자가 기판에 대해 거의 수평으로 배향하는 영역은 셀 갭 방향에서 약 2/3으로 적게 되어, 광 누출이 저감된다.
또한, 블랙 매트릭스와 화소 영역 사이의 단차의 경사 각도가 크면, 액정 분자의 배향은 기판에 대해 수평에 가까워지고, 단차의 경사 각도가 작으면 액정 분자의 배향은 기판에 대해 수직에 가까워진다. 도 34는 횡축에 단차부의 경사 각도를 취하고, 종축에 콘트라스트를 취해 양자의 관계를 나타내는 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 경사 각도가 30도 이하의 경우는, 콘트라스트가 250이상이 되어, 충분한 콘트라스트가 얻어진다.
그런데, 각 컬러 필터의 밝기에의 기여를 생각한 경우, RGB의 밝기에의 기여도는 R:G:B = 3:3:1이 된다. 따라서, 청색 화소의 부분에서의 광 누출은 콘트라스트의 저하에는 영향이 적고, 적색 또는 청색 화소의 부분에서의 광 누출은 콘트라스트의 저하에 크게 영향을 준다.
본 실시형태에서는, 적색 화소의 주위에서는 블랙 매트릭스의 최상층을 적색 컬러 필터로 구성하고, 녹색 화소의 주위에서는 블랙 매트릭스의 최상층을 녹색 컬러 필터로 구성하고 있다. 이 때문에, 적색 화소와 그 주위의 블랙 매트릭스 사이, 및 녹색 화소와 그 주위의 블랙 매트릭스 사이의 경사가 완만해져, 배향 이상에 의한 콘트라스트의 저하를 저감할 수 있다. 그리고, 청색 화소의 주위에서는 경사 각도가 크게 되지만, 상술한 바와 같이 청색 화소의 밝기에의 기여도가 작기 때문에, 경사 각도가 크게 되는 것에 의한 청색 화소에서의 광 누출이 문제가 되지 않는다.
실제로 상기의 방법으로 액정 표시 장치를 작성하여 콘트라스트를 조사한 결과, 콘트라스트는 400이상이었다.
화소 영역과 블랙 매트릭스 사이의 단차의 경사 각도를 변화시키는 방법으로서는, 컬러 필터를 형성할 때의 노광 조건이나 현상 조건을 변화시키는 방법이나, 컬러 필터의 재료가 되는 수지를 바꾸는 방법이 있다. 이들의 방법을 사용함으로써, 화소 영역과 블랙 매트릭스 사이의 단차의 경사 각도를 30도 이하로 할 수 있다.
(제8의 실시형태)
도 35는 본 발명의 제 8 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 그리고, 본 실시형태는 액정 표시 장치의 표시 영역의 외측에 용장 차광막을 배치한 것이며, 기타의 부분의 구성은 예를 들면 전술의 제 1 ~ 제 7 실시형태에 도시된 구성을 적용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, TFT 기판(150)의 표시 영역의 외측의 유리 기판(151)상에 용장 차광막(152)이 형성되어 있다. 용장 차광막(152)은 광을 차단하는 예를 들면 Al(알루미늄)막과 Ti(티타늄)막의 다층 금속막, 또는 Cr막 등의 금속막 또는 금속 산화막에 의해 구성된다. TFT 기판(150)측의 수직 배향막(156)의 단부는 이 용장 차광막(152)의 표시 영역측 단부상에 중첩되어 있다. 본 실시형태에서는 용장 차광막(152)의 폭을 2.0 mm로 하고 있지만, 용장 차광막(152)의 폭은 패턴 형성시의 위치 결정 정밀도에 따라 결정되고, 배향막(156) 사이에 간격이 생기지 않도록 할 필요가 있다.
그리고, TFT 기판(150)의 표시 영역에는, 복수의 화소 전극(도시되지 않음)과, 각 화소 전극마다 배치된 TFT(도시되지 않음)와, 상기 TFT에 접속된 버스 라인(도시되지 않음)과, 화소 전극의 위를 덮는 수직 배향막(156)이 형성되어 있다.
CF 기판(160)에는, 제 1 ~ 제 7 실시형태와 같이, 각 화소 영역에 배치된 컬러 필터(도시되지 않음)와, 블랙 매트릭스(162)와, 표시 영역내에 존재하는 컬러 필터 및 블랙 매트릭스(162)의 위를 덮는 대향 전극(도시되지 않음)과, 대향 전극을 덮는 수직 배향막(166)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 블랙 매트릭스(162)가 청색 컬러 필터와 적색컬러 필터의 2층에 의해 구성되어 있다. 또한, 블랙 매트릭스(162)의 가장자리(표시 영역의 외측)는 배향막(166)으로 덮여져 있지 않다. TFT 기판(150)측의 용장 차광막(152)은 표시 영역의 외측의 블랙 매트릭스(162)에 대향하도록 배치되어 있다.
TFT 기판(150)측의 버스 라인(게이트 버스 라인 또는 드레인 버스 라인)은 외부 회로와 접속되기 때문에, 표시 영역으로부터 기판(151)의 단부까지 인출되어 있다. 이 때문에, 버스 라인과 같은 종류가 용장 차광막(152)을 개입시켜 전기적으로 접속하지 않도록, 용장 차광막(152)은 버스 라인간에 형성되거나, 또는 버스 라인과는 다른 층에 형성할 필요가 있다. 용장 차광막(152)을 버스 라인과 다른 층에 형성하는 경우는, 버스 라인과 같은 종류의 용량 커플링을 방지하기 위해서, 도 36에 도시된 바와 같이, 버스 라인(153)의 바로 위쪽 또는 바로 아래쪽에 용장 차광막(152)을 배치하지 않는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시형태의 효과에 대해서 설명한다.
컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스로 하는 경우, 컬러 필터를 3층 중첩하면 블랙 매트릭스의 두께가 두껍게 되어, 단차 부분에서 대향 전극의 단선(소위 단절)이 발생되기 쉬워진다. 이 때문에, 컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스로 하는 경우는, 컬러 필터의 층수는 2층으로 하는 것이 바람직하다. 컬러 필터를 2층 또는 3층으로 중첩한 경우의 투과율을 하기 표 1에 나타나 있다. 단, OD 값은 투과율의 로그값이다.
컬러 필터 OD 값
R+G 1.3
G+B 1.1
B+R 2.1
R+G+B 2.5
이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 2색의 컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스로 하는 경우, 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터의 조합이 가장 효율 좋게 광을 차단할 수 있다.
그러나, 실제로 블랙 매트릭스를 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터에 의해 구성한 액정 표시 장치를 작성하면, 표시 영역의 외측 부분에서 청색 광의 광 누출이 발생된다. 이것은 이하의 이유에 의한다고 생각된다.
도 37은 용장 차광막이 없는 액정 표시 장치의 단면도이다. 그리고, 도 37에서, 도 35와 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다. 이 액정 표시 장치에서는, 청색 컬러 필터상에 적색 컬러 필터를 중첩하여 블랙 매트릭스를 구성하고 있다.
일반적으로, 도 37에 도시된 바와 같이, CF 기판(160)측의 표시 영역 외측의 블랙 매트릭스(162)의 가장자리는 배향막(166)으로 덮여져 있지 않다. 이 부분에서는, 액정 분자가 랜덤하게 배향되기 때문에, 전압 무인가시의 광의 투과율이 높게 된다.
도 38은 청색, 녹색 및 적색의 각 컬러 필터의 파장 분광 특성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 청색 영역의 파장의 광에 대한 적색 컬러 필터의 투과율이 비교적 높기 때문에, 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터를 중첩해도, 단파장 영역의 광을 충분히 차단할 수 없다. 이 때문에, 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터에 의해 구성되는 블랙 매트릭스에서는, 단파장 측의 광(청색광)이 투과되고, 청색광 누출로서 관찰된다.
그러나, 본 실시형태에서는, 표시 영역의 외측에 용장 차광막(152)을 배치하고 있기 때문에, 표시 영역의 외측에 발생하는 청색광 누출을 확실하게 차단할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, CF 기판(160)측의 블랙 매트릭스(162)가 청색 및 적색의 컬러 필터에 의해 구성되어 있기 때문에, TFT 기판(150)측의 금속으로 된 용장 차광막(152)에 비해 반사율이 낮고, 외광 반사 방지막으로서의 효과도 있다. 이것에 의해, 표시 품질이 향상된다는 이점이 있다.
(제9의 실시형태)
도 39는 본 발명의 제 9 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 39서, 도 35와 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에 있어서는, CF 기판(160)에 형성된 컬러 필터(162)가 청색 컬러 필터 및 적색 컬러 필터를 적층하여 구성되어 있다. 또한, CF 기판(160)의 표면(TFT 기판(150)에 대향하는 면과 반대측의 면)이고, 표시 영역의 외측의 부분에, UV(ultraviolet) 코트막으로 된 용장 차광막(163)이 형성되어 있다. UV 코트막은 예를 들면 증착법에 의해 TiO2막과 SiO2막을 다층으로 적층하여 형성된 것이고, 컷오프 파장은 500 nm이하이다.
본 실시형태에 있어서는, 표시 영역의 외측 부분에서 청색 컬러 필터 및 적색 컬러 필터에 의해 구성된 블랙 매트릭스를 청색광이 투과되어도, 용장 차광막(163)에 의해 청색광이 차단되기 때문에, 청광 누출을 확실하게 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, CF 기판(160)측에 UV 코트막으로 된 용장 차광막(163)을 형성했지만, 용장 차광막은 TFT 기판(150)측에 형성해도 좋고, CF 기판(160) 및 TFT 기판(150)의 양방에 형성해도 좋다.
(제10의 실시형태)
도 40은 본 발명의 제 10 실시형태의 액정 표시 장치를 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 40에서도, 도 35와 동일물에는 동일 부호를 부여하여 그 자세한 설명은 생략한다.
TFT 기판(150) 및 CF 기판(160)을 접합하여 이루어진 액정 패널을 사이에 두어, 1대의 편광판(158, 168)이 배치된다. 이들의 편광판(158, 168)은, 편광축이 서로 직교하도록 배치된다. 본 실시형태에서는, 이들의 편광판(158, 168) 중 적어도 한쪽의 편광판에, 용장 차광막(169)으로서 UV 코트막을 형성하고 있다. 단, 용장 차광막(169)은 표시 영역의 외측 부분이고, 블랙 매트릭스(162)가 수직 배향막(166)에 덮여져 있지 않은 부분에 대응하는 영역에 형성한다.
본 실시형태에서는, 제 8 실시형태와 같은 효과가 얻어지는데 더하여, 액정 패널에 직접 용장 차광막(169; UV 코트막)을 형성하는 것이 아니기 때문에, UV 코트막의 형성이 용이하다는 이점이 있다.
(제11의 실시형태)
도 41은 본 발명의 제 11 실시형태의 액정 표시 장치의 CF 기판을 나타내는 평면도이다.
본 실시형태에 있어서, TFT 기판의 구조는 예를 들면 제 1 ~ 제 7 실시형태에 나타낸 구성을 적용할 수 있다. 도 41에서, 177은 표시 영역, 178은 표시 영역의 외측 부분, 179는 트랜스퍼 접속부를 가리킨다. 또한, 도 42a는 표시 영역(177)에서의 CF 기판의 단면도, 도 42b는 표시 영역의 외측에서의 CF 기판의 단면도이다.
본 실시형태에 있어서, CF 기판(170)측의 표시 영역(177)내의 블랙 매트릭스는 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터의 2층 구조에 의해 구성되어 있다. 또한, 표시 영역보다도 외측의 부분(178)에서는, 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터의 3층 구조에 의해 용장 차광막(175)이 구성되어 있다.
통상, 액정 표시 장치에서는, CF 기판측의 대향 전극과 TFT 기판측의 전압 인가부가 표시 영역의 외측의 부분에서 트랜스퍼라고 불리는 도전체를 개입시켜 전기적으로 접속된다. 트랜스퍼는 트랜스퍼 접속부(179)에 배치된다.
표시 영역의 외측 부분의 용장 차광막의 전부를 3색의 컬러 필터의 3층 구조로 해버리면, 표시 영역(177)과 그 외측의 부분(178)의 단차가 크게 되어, 대향 전극(ITO막)이 연속적으로 형성되지 않고, 단절(단선)이 발생되는 우려가 있다. 그러므로, 본 실시형태에 있어서는, 도 42b에 도시된 바와 같이, 트랜스퍼 접속부(179)의 컬러 필터를 2층 중첩하고, 접속 불량의 발생을 방지하고 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 표시 영역의 외측 부분의 용장 차광막(175)을, 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터의 3층에 의해 구성되어 있기 때문에, 표시 영역의 외측 부분의 청색광 누출을 확실하게 회피할 수 있다. 또한, 표시 영역의 외측이며 트랜스퍼에 의해 TFT 기판측의 전극과 전기적으로 접속하는 부분(트랜스퍼 접속부(179))의 컬러 필터를 2층 중첩으로 하고 있기 때문에, ITO막 형성시의 단절이 발생하기 어렵고, 제조 제품 비율의 저하가 회피된다.
(부기)
(1) 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극과 상기 제 1 수직 배향막 사이에, 상기 제 1 돌기 패턴보다도 낮은 제 2 돌기 패턴을 가지는 것이 바람직하다.
(2) 청구항 1에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 슬릿이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(3) 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 컬러 필터 중, 청색의 컬러 필터가 다른 색의 컬러 필터와 다른 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(4) 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 차광막은 흑색 수지에 의해 상기 컬러 필터보다도 두껍게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(5) 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 차광막은 상기 컬러 필터 중, 청색의 컬러 필터를 포함하는 적어도 2이상의 컬러 필터가 중첩하여 구성된 것인 것이 바람직하다.
(6) 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극과 상기 제 1 수직 배향막 사이에 제 2 돌기 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
(7) 청구항 2에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 슬릿이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(8) 청구항 5에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정의 뒤에, 상기 화소 전극의 위쪽에 절연 재료로 된 제 2 돌기 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것이 바람직하다.
(9) 청구항 5에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 차광막은 흑색 수지에 의해 형성되고, 상기 컬러 필터는 상기 차광막보다도 얇게 형성하는 것이 바람직하다.
(10) 청구항 5에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 컬러 필터 중 청색의 컬러 필터를 다른 색의 컬러 필터와 다른 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
(11) 청구항 6에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정의 뒤에, 상기 화소 전극의 위쪽에 절연 재료로 된 제 2 돌기 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것이 바람직하다.
(12) 청구항 6에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 적의 컬러 필터, 상기 녹의 컬러 필터 및 상기 청의 컬러 필터 중 적어도 1개는 다른 컬러 필터와 다른 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
(13) 청구항 9에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 차광막의 두께가 상기 컬러 필터의 두께보다도 두꺼운 것이 바람직하다.
(14) 청구항 9에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 차광막이 금속 또는 금속 화합물로 된 막과, 그 상에 형성된 레지스트로 되는 것이 바람직하다.
(15) 청구항 13에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 적색 화소 영역과 그 주위의 상기 차광막 사이의 경사 각도, 및 상기 녹색 화소 영역과 그 주위의 상기 차광막 사이의 경사 각도가 모두 30도이하인 것이 바람직하다.
(16) 청구항 13에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 적색 화소 영역과 그 주위의 상기 차광막 사이의 단차, 및 상기 녹색 화소 영역과 그 주위의 상기 차광막 사이의 단차가 모두 1.5 μm이하인 것이 바람직하다.
(17) 청구항 15에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 용장 차광막은 금속 또는 금속 화합물로 되는 것이 바람직하다.
(18) 청구항 15에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 용장 차광막은 커트 파장이 500 nm이하의 UV 코트막으로 되는 것이 바람직하다.
(19) 청구항 15에 기재된 액정 표시 장치에 있어서, 상기 용장 차광막은 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터의 3층구조로 되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 것처럼, 본원 발명의 액정 표시 장치에 의하면, 제 2 기판의 돌기 패턴의 선단부분이 제 1 기판에 접촉하여 셀 두께가 일정하게 유지되므로, 종래에 필요로 했던 구형 또는 원주형의 스페이서가 불필요하다. 이것에 의해, 충격이나 진동이 가해져도 셀 두께가 변화되지 않고, 표시 품질의 열화가 회피된다. 또한, 전극상에 형성된 절연성의 돌기 패턴에서 제 1 기판과 제 2 기판의 간격을 일정하게 유지하므로, 제 1 기판측의 전극과 제 2 기판측의 전극과 단락이 확실하게 회피된다. 더우기, 본 발명에 의하면, 돌기 패턴의 양측에서 액정의 배향 방향이 달라, 배향 분할이 달성된다. 이것에 의해, 시각 특성이 향상된다는 효과가 얻어진다.
또한, 본원 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 한쪽의 기판상에 대향 전극, 제 1 돌기 패턴 및 제 1 수직 배향막을 형성하고, 다른 쪽의 기판상에 화소 전극, 제 2 돌기 패턴 및 제 2 수직 배향막을 형성하여, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 제 1 돌기 패턴의 선단부분을 상기 제 2 기판의 상기 제 2 수직 배향막에 접촉시켜 배치하고, 양자간에 음의 유전율 이방성을 가지는 액정을 봉입하므로, 종래에 필요로 했던 스페이서를 산포하는 공정이나, 배향막을 러빙하는 공정 등이 불필요하고, 제조 공정이 간략화된다.
또한, 본원 발명의 다른 액정 표시 장치에 의하면, 셀 두께 조정층을 설치하므로, 컬러 필터의 두께를 과잉으로 두껍게 하지 않고, 셀 두께를 적정하게 조정할 수 있다.
본원 발명의 또 다른 액정 표시 장치에 의하면, 흑색 수지에 의해 차광막을 형성하고, 상기 차광막상에 1 또는 복수의 컬러 필터를 중첩하고 있기 때문에, 컬러 필터의 두께를 과잉으로 두껍게 하지 않고, 셀 두께를 적정하게 조정할 수 있다.
본원 발명의 또 다른 액정 표시 장치에 의하면, 차광막의 형성시에 사용하는 레지스트를 남기고, 상기 레지스트에 의해 셀 두께를 조정하므로, 컬러 필터의 두께를 과잉으로 두껍게 하지 않고, 셀 두께를 적정하게 조정할 수 있는 것과 동시에, 제조가 용이해진다.
본원 발명의 또 다른 액정 표시 장치에 의하면, 적색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터와 적색 컬러 필터에 의해 차광막을 구성하고, 녹색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터와 녹색 컬러 필터에 의해 차광막을 구성하므로, 적색 화소와 차광막 사이의 경사 각도 및 녹색 화소와 차광막 사이의 경사 각도가 완만해지고, 배향 이상에 의한 광 누출을 경감할 수 있다.
본원 발명의 또 다른 액정 표시 장치에 의하면, 표시 영역의 외측 부분에 청색광을 차단하는 용장 차광막을 설치하고 있으므로, 차광막을 적색 컬러 필터와 청색 컬러 필터를 중첩하여 구성한 경우에 표시 영역의 외측 부분에 발생하는 청색광의 광 누출을 확실하게 방지할 수 있다.

Claims (15)

  1. 한쪽의 면측에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 한쪽의 면에 대향하는 면측에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극상에 절연 재료에 의해 형성된 제 1 돌기 패턴과, 상기 제 2의 전극 및 상기 제 1 돌기 패턴을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지며, 상기 제 1 돌기 패턴의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉된 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 한쪽의 면에 대향하는 면측에 형성되어 상기 제 1 기판의 상기 제 1의 전극간의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막과, 상기 제 1 기판의 각 제 1 전극에 대향하여 배치된 복수의 컬러 필터와, 상기 차광막 및 상기 컬러 필터의 위쪽에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극상에 절연 재료에 의해 형성된 제 1 돌기 패턴과, 상기 제 2 전극 및 적어도 상기 제 2 전극상의 상기 제 1 돌기 패턴을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지며, 상기 차광막의 위쪽의 상기 제 1 돌기 패턴의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉된 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 차광막은 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 중 적어도 2개의 컬러 필터를 중첩시켜 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 돌기 패턴은 상기 차광막의 위쪽의 부분에서 상기 제 2 기판에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 기판상에 각 화소 영역 사이를 차광하는 차광막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판상의 상기 화소 영역상에 컬러 필터를 형성하는 공정과,
    상기 컬러 필터상에 대향 전극을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극상에 절연 재료로 된 제 1 돌기 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판의 상측에 상기 대향 전극 및 상기 제 1 돌기 패턴을 덮는 제 1 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 기판의 상측에 상기 화소 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 제 1 돌기 패턴의 선단부분을 상기 제 2 기판의 상기 제 2 수직 배향막에 접촉시켜 배치하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 1 기판상의 각 화소 영역에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 중 어느 하나를 선택적으로 형성함과 동시에, 각 화소 영역 사이에 상기 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 중 적어도 2개의 컬러 필터를 중첩시켜 형성하여 차광막으로 하는 공정과,
    상기 컬러 필터상에 대향 전극을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극상에 절연 재료로 된 제 1 돌기 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판의 상측에 상기 대향 전극 및 상기 제 1 돌기 패턴을 덮는 제 1 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정과,
    상기 제 2 기판의 상측에 상기 화소 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1의 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 제 1 돌기 패턴의 선단부분을 상기 제 2 기판의 상기 제 2 수직 배향막에 접촉시켜 배치하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터와, 이들 컬러 필터 중 적어도 2개의 컬러 필터가 중첩되어 구성되고 상기 각 제 1 전극간의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막과, 적어도 상기 컬러 필터를 덮는 제 2 전극과, 상기 차광막의 위쪽에 선택적으로 형성된 셀 두께 조정층과, 상기 제 2 전극 및 상기 셀 두께 조정층의 위쪽에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴과, 상기 제 2 전극 및 적어도 상기 제 2 전극상의 상기 돌기 패턴을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지며, 상기 돌기 패턴의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉된 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터와, 이들 컬러 필터 중 적어도 2개의 컬러 필터가 중첩되어 구성되고 상기 각 제 1 전극간의 영역에 대응하는 영역에 배치된 차광막과, 적어도 상기 컬러 필터를 덮는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극상에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴과, 상기 차광막의 위쪽의 상기 돌기 패턴상에 형성된 셀 두께 조정층과, 적어도 상기 제 2 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지며, 상기 셀 두께 조정층의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉된 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 제 1 전극 사이의 영역에 대응하는 영역에 배치된 비투광성 재료로 된 차광막과, 상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치됨과 동시에 적어도 1개가 상기 차광막의 위를 덮는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터와, 상기 컬러 필터를 덮는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극상에 절연 재료에 의해 형성된 돌기 패턴과, 상기 제 2 전극 및 적어도 상기 제 2 전극상의 상기 돌기 패턴을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지며, 상기 돌기 패턴의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉된 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 1 기판상의 화소 영역에 컬러 필터를 형성함과 동시에, 화소 영역간의 영역에 상기 컬러 필터를 2층 이상으로 중첩하여 차광막을 형성하는 공정과,
    적어도 상기 컬러 필터상에 대향 전극을 형성하는 공정과,
    상기 차광막의 위쪽의 소정 영역에 절연 재료로 된 셀 두께 조정층을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극 및 상기 셀 두께 조정층상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극 및 적어도 상기 대향 전극상의 상기 돌기 패턴을 덮는 제 1 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정과,
    상기 화소 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴의 선단 부분을 상기 제 2 기판측에 접촉시켜 배치하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제 1 기판에 금속막 및 감광성 레지스트막을 형성하고, 포토리소그래피법에 의해 상기 감광성 레지스트 및 상기 금속막을 패터닝하여 화소간의 영역에 상기 금속막 및 상기 레지스트막을 남기고, 상기 금속막으로 된 차광막과 상기 차광막을 덮는 레지스트막을 형성하는 공정과,
    화소 영역에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터를 형성함과 동시에, 상기 레지스트막상에 1색 이상의 컬러 필터를 형성하는 공정과,
    상기 컬러 필터상에 대향 전극을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극 및 적어도 상기 대향 전극상의 상기 돌기 패턴을 덮는 제 1 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    제 2 기판의 상측에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정과,
    상기 화소 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴의 선단부분을 상기 제 2 기판측에 접촉시켜 배치하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 수직 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터와, 적색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터와 상기 청색 컬러 필터상의 적색 필터에 의해 구성되고, 녹색 화소의 주위에서는 청색 컬러 필터와 상기 청색 컬러 필터상의 녹색 컬러 필터에 의해 구성된 차광막과, 상기 컬러 필터 및 상기 차광막을 덮는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 가지는 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 전극상에 형성되고 상기 제 2 수직 배향막에 덮여진 돌기 패턴을 가지며, 상기 돌기 패턴의 선단부분이 상기 제 1 기판에 접촉하여 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 간격이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 1 기판상의 청색 화소 영역 및 차광 영역에 청색 컬러 필터를 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판상의 적색 화소 영역, 상기 적색 화소 영역 주위의 차광 영역 및 상기 청색 화소 영역 주위의 차광 영역의 일부의 상기 청색 컬러 필터상에 적색 컬러 필터를 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판상의 녹색 화소 영역, 상기 녹색 화소 영역 주위의 차광 영역 및 상기 청색 화소 영역 주위의 차광 영역의 나머지 부분의 상기 청색 컬러 필터상에 녹색 컬러 필터를 형성하는 공정과,
    상기 적색 컬러 필터, 상기 청색 컬러 필터 및 상기 녹색 컬러 필터상에 대향 전극을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극상에 도메인 규제 수단으로서 절연 재료로 된 돌기 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 대향 전극 및 상기 돌기 패턴을 덮는 제 1 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    제 2 기판상에 복수의 화소 전극을 형성하는 공정과,
    상기 화소 전극을 덮는 제 2 수직 배향막을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 상기 제 1 수직 배향막 및 상기 제 2 수직 배향막이 형성된 면을 대향시키고, 또한 상기 돌기 패턴의 선단부분을 상기 제 2 기판측에 접촉시켜 배치하는 공정
    을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 한쪽의 면측에 형성된 복수의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 덮는 제 1 배향막을 가지는 제 1 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 제 1 전극에 대향하여 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터와, 적어도 2색의 컬러 필터를 중첩하여 구성된 블랙 매트릭스와, 상기 컬러 필터 및 상기 블랙 매트릭스를 덮는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극을 덮는 제 2 배향막을 가지는 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 봉입된 음의 유전율 이방성을 가지는 액정
    을 가지는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 복수의 제 1 전극이 배치되어 되는 표시 영역의 외측 부분에, 청색광을 차단하는 용장(冗長) 차광막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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