WO1995034021A1

WO1995034021A1 - Ecran a cristaux liquides dote d'une a matrice noire en grille

Info

Publication number: WO1995034021A1
Application number: PCT/JP1995/000975
Authority: WO
Inventors: Akiko Kubo; Takumi Kuji; Hiromasa Shimizu; Tomoyuki Sugitani; Tatuo Hamamoto; Akiya Izumi; Toru Machida; Satoshi Endou
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1995-12-14

Description

明細書

格子形状のブラックマトリックスを備えた液晶表示装置

〔技術分野〕

本発明は、格子形状のブラックマトリックスを備えた液晶表示装置に関し、特に、各画素毎に対応する三原色のカラ一フィルタを格子形状のブラックマトリックスにて区分けしたカラーフィルタ層を有する単純マトリックス駆動の液晶表示装置に関する。

〔背景技術〕

一般のカラ一用液晶表示装置は、その表示部においてマトリックス状に配置された微細な画素において、互いに隣接する 3個の画素を一個のカラー画素とし、それぞれの各画素に R (赤色）、 G (緑色）、 B (青色）の発色を担当させたものとなっている。

構造的にみれば、まず、液晶を介して互いに対向配置される透明基板のうちの一方の透明基板の液晶側の面に、マトリックス状に配置される各画素を形成するカラーフィルタと区画化された各領域を画するブラックマトリックス（以下、適宜 B M層と略す）とが形成されている。そして、たとえば、一方向（たとえば X方向）に順次隣接する 3個の画素形成領域にそれぞれ赤色フィルタ層、緑色フィルタ層、青色フィル夕層が形成され、さらに同方向（X方向）に順次隣接する 3個の画素形成領域にそれぞれ赤色フィル夕層、緑色フィルタ層、青色フィルタ層が形成されるというように繰り返されている。

この場合、従来では、上記各色フィルタは、その y方向にそのまま延在されて形成され、この結果、 y方向に順次隣接する画素形成領域には同色のフィルタが形成されていた。

し力、しなカら、このように構成された液晶表示基板は、上述したように、各色フィルタがその y方向にそのまま延在されて形成されていることから、必然的にその下層に形成されているブラックマトリックスを跨つて形成されることになり、これによる弊害が指摘されるに到った。すなわち、このように加工された透明基板の面、すなわち液晶と当接する面は、特にブラックマトリックスとカラ一フィルタとの重畳部にお I、て段差が大きくなつてしまうことになる。このようなブラックマトリックスとカラ一フィルタは L、ずれも塗布による合成樹脂膜で形成すること力、ら、その層厚を小さくするにも大幅な制限があり、この段差は無視できないものとなっている。

このことは液晶内に散在させて配置させるスぺーサ（ギヤップ材）を介して他方の透明基板と対向配置させる場合に、該重畳部に該スぺ一サが位置づけられてしまうような場合が生じると、このスぺ一ザのある部分において対向配置される各透明基板が互いに離間する方向に歪みが生じ、これにより、表示面において局所的な輝度むらが生じる原因となつていた。そこで、本願発明者らはカラ一フィルタ層の段差を小さく形成しこれによる局所的な輝度むらの発生を防止することを検討した。

また、近年の単純マトリックス液晶（特に、画素数が数十万ドット以上のカラ一 S T N型液晶）は、その駆動ドット数の多さを起因とするコントラストの低下を防ぐため、いわゆる上下画面分割をおこない信号線を上信号電極群と下信号電極群とに分け、各信号電極群を別々に駆動するようにしている。このような構成では、画面中央に上信号電極群と下信号電極群との境界が生じ、近接した上下信号電極間で電界が生じる。したがって、従来のストライプ状の B Mでは、画面中央に表示不良領域が水平線形状に生じることが課題となっていた。

また、上記課題とは異なる理由から、クロム等の金属遮蔽膜（B M) の形状を格子状にし、更に、ピンホール等を起因とする透明電極相互の短絡や透明電極に加えた電圧のリーク防止等のため、その金属遮蔽膜に切れ目をいれる技術が、特開平 4 - 3 4 9 4 2 7号公報ゃ特開平 4 - 5 6 9 2 1号公報に開示されている。

しかしながら、上記従来技術に開示される金属性のブラックマトリックスは製造プロセスが複雑および多くなるものの、その膜厚は合成樹脂性の B Mの膜厚と比較し、一桁薄い。したがって、合成樹脂で形成されたブラックマトリックスとカラーフィルタでは、その膜厚を小さくすることにある程度の限界がある。その膜厚の限界などの観点から、液晶層のギヤップを均一化するためには、ブラックマトリックスの幅やカラ一フィルタの幅を最適化する必要がある。また、従来技術では、ブラックマトリックス層とカラーフィルタ層とを理想的なプロセスによって完全に分離区画することを前提としているが、格子形状の B Mを使用する場合にはブラックマトリックスの上にカラ一フィルタが重畳されている部分があることが重要である。しかしながら、上述したように相互に隣接する画素ドッ卜の各カラーフィルタを無造作にブラックマトリックスの上で重ねると、製造プロセス上の原因からブラックマトリックスの上で隣接する画素ドット間の各カラーフィルタが連続してしまう。その連続した部分は急峻な山状の突起となり、その結果、各画素の中心部である谷部と B M上の上記連続した部分の山部との差が大きくなり、平坦化するための保護膜をカラ一フィルタの上に形成しても、上述した局所的な輝度むらを生じることとなる。

そこで、本発明の目的は、合成樹脂で形成された格子形状のブラックマトリックスと、各画素ごとに分離されたカラ一フィルタとから形成されるカラ一フィルタ層の平坦化を高めることにより、液晶層のギヤップの均一化による一層の表示品質を高めた液晶表示装置を提供することにある。

また、上記液晶表示装置の力ラ一フィルタ層をガラス基板の上に形成する場合には、まず格子形状のブラックマトリックスを正確にガラス基板上に形成する必要がある。しかしながら、ストライプ形状の B Mとはことなり、格子形状の B Mを形成するためのマスクは回折露光による光の回り込みが生じるため、目的とする格子形状の B Mと全く同じ形状のマスクでは、最終的に形成される B Mのコーナ一部に不均一な突起状部分が生じ、開口率の微妙なゆらぎを起因とする皺状の表示むらを誘発する可能性がある。

そこで、本発明の他の目的は、合成樹脂で形成された格子形状のブラックマトリックスと、各画素ごとに分離されたカラ一フィルタとから形成される表示品質を高めた液晶表示装置を製造する液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

また、上述のような合成樹脂性の B Mやカラ一フィルタ（ C F )ではブラックマトリックスの幅やカラ一フィルタの幅を最適化することによってある程度の表示品質の向上は図れるものの、近年の単純マトリックスの多数ドット化がより進むと、需要者の要求に応えることは困難になることが予想される。更に、現在のプロセスでは B M層の膜厚に若干のばらつきが生じるため、隣接する B Mの膜厚差を起因とする "縦すじむら" による画質劣化が生じることとなった。した力つて、更なる改良の余地としては、ブラックマトリックスの幅やカラ一フィルタの幅の最適化に加え、 B Mを分断化することが考えられる。し力、しな力くら、本願発明の発明者らの実験によれば、金属の遮蔽膜を使つた従来技術の延長線的な考え方で単に分断するだけでは、ブラックマトリックスとカラ —フィルタから形成されるカラ一フィルタ層の平坦化の向上は困難であつ Ί乙。

そこで、本発明の他の目的は、ブラックマトリックスとカラ一フィル夕から形成されるカラーフィルタ層の平坦化のために、ブラックマトリックスの切り込み位置の最適化を図り、液晶層のギヤップの均一化による一層の表示品質を高めた液晶表示装置を提供することにある。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マトリックス型 S T N力ラーの液晶表示装置であって、表示窓側の第 1の透明基板であって、液晶と接する面に少なくとも走査電極群と合成樹脂で形成されたカラーフィルタ層とが形成された第 1の透明基板と、上記液晶と接する面に少なくとも上信号電極群及び下信号電極群からなる信号電極群が形成された第 2の透明基板とを具備し、上記カラ一フィルタ層は、格子形状のブラックマトリツクスと、各画素形成領域毎に独立して形成された複数のカラ一フィルタ部であって各カラ一フィルタの周辺が上記ブラックマトリツクスに重畳され、かつ、相互に隣接配置される各カラ一フィル夕が間隙を有して形成されているカラ一フィルタ部とから構成される。また、顔料や炭素等を所定の割合で混入させた合成樹脂からなる上記ブラックマトリックスの膜厚を例えば 0.7〜1.3〃m ( 特に、好ましくは 0.7〜1.2 ) とするようにし、上記カラーフィルタ部の膜厚を例えば 1·0〜2.0 βπι ( 特に、好ましくは 1·0〜1·6 urn とし、ブラックマトリックスの膜厚:カラーフィルタ部の膜厚 =1:1〜2 とすることが望ましい。もっとも、技術的に正確には膜厚の比というよりも、合成樹脂からなるブラックマトリックスの透過率が、製品レベルでの使用に耐えられる限界値である 4 %よりも低くなるような膜厚で決まる最小膜厚が重要であり、本発明による効果はブラックマトリックスの膜厚が最小限 0.7 mを越えれば越えるほど、また、そのようなブラックマトリックスと組み合わせて使われる力ラーフィルタ部の膜厚がブラックマトリックスの膜厚よりも厚くなる場合に顕著となる。したがって、上記膜厚比は現在において入手可能な合成樹脂で形成可能されるブラックマトリックスやカラ一フィルタ部を備えたカラ一フィルタ層において重要める。

また、上記力ラ一フィルタ層の格子形状のブラックマトリツクスの線は 20〜3 5 //m (特に好ましくは、 25〜3 0 m ) に対して、各格子に囲まれる各カラ一フィルタ部の開口部分の大きさカ、水平方向が約 6 0〜8 5 zm (つまり、画素ピッチが 9 0〜； L 1 0 m ) で垂直方向が約 2 3 5〜3 0 0 / m (つまり、画素ピッチが 2 6 5〜3 3 0 βτη ) 以上とすることが望ましい。上述したように、カラーフィルタ部を合成樹脂でつくることによる膜厚低減の限界から、ブラックマトリックスの間隔は、特に本願発明では最小値が重要であり、その間隔の最大値は液晶表示素子のドット数ゃパネルサイズ、コントラス卜から決定される。尚、カラーフィルタ層を走査線電極が形成される第 1の透明基板上に配置するのは、信号線電極の本数が走査電極よりも多いことによる製造プロセスにおける歩留まり面から考慮されたものであり、更に、そのような第 1の透明基板をォペレ一夕の観察側である表示窓側に配置するのは、逆に配置すると波長の異なる光を液晶層に通すことによる色毎の実質的なリタデーションの違、で光学的特性がことなり、 L、わゆる色ずれが生じる現象を代表とする光学的な表示劣化を防止するためである。

また、上記他の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置の製造方法は、液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マトリックス型 S T Nカラ一の液晶表示装置の製造方法であつて、表示窓側の第 1の透明基板の液晶と接する側に、透過率が 4 %以下の合成樹脂膜を形成する工程と、格子形状のブラックマトリックス用マスクを用いることによって上記合成樹脂膜から格子形状のブラックマトリックスを形成する工程と、該ブラックマトリックスが形成された面の上に染色用合成樹脂を形成する工程と、カラ一フィルタを形成するためのカラ一フィルタ用マスクであって、隣接する同色カラーフィルタが配置される画素間を区画する線幅が上記ブラックマトリックスの線幅のほぼ 3分の 1の線幅を有するカラ一フィルタ用マスクを用いることによって、各色ごとに順次 3色のカラ一フィルタを形成する工程とからなる。

このように、液晶表示装置のカラーフィル夕部を形成することにより、膜厚の最小値が 1 m前後が限界である合成樹脂で形成される B Mを使っても、カラ一フィルタ層の段差を小さくでき、局所的な輝度むらの発生を防止できる。

また、上記ブラックマトリックス用マスクの矩形形状の各画素に対応する開口部は、コーナ部にカツトをいれることにより、八角形もしくは丸みを持つた四角形の形状にしてもよい。こうすると、格子形状のブラックマトリックス用マスクで問題となる回折露光光による影響を相殺でき、結果的に矩形形状の開口部を有するブラックマトリックスを形成することができる。

更に、上記他の目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マトリックス型 S T N力ラーの液晶表示装置であつて、表示窓側の第 1の透明基板であって、液晶と接する面に少なくとも走査電極群と合成樹脂で形成されたカラ一フィルタ層とが形成された第 1の透明基板と、上記液晶と接する面に少なくとも上信号電極群及び下信号電極群からなる信号電極群が形成された第 2の透明基板とを具備し、上記カラ一フィルタ層は、格子形状のブラックマ卜リックスであって、該ブラックマトリックスの少なくとも交差部が開口しているブラックマトリックスと、各画素形成領域毎に独立して形成された複数の力ラ一フィルタ部であつて各カラ一フィルタの周辺が上記ブラックマトリックスに重畳され、かつ、相互に隣接配置される各カラ一フィルタが間隙を有して形成されているカラ —フィルタ部とから構成される。

S T N方式力ラ一液晶表示素子の表示不良の一つである縦すじ状の白黒むら、いわゆる「縦すじむら」は、カラ一フィルタ層のブラックマトリックスの縦方向の 1ライン（あるいは数ライン）カ^隣接する他の縦方向のラインと一定の膜厚差（0.02 m以上）を生じており、その結果、表示部セルギャップが不均一となるため、 "しきい値電圧"分布が不均一となることが要因である。したがって、上述のように格子形状のブラックマ卜リックスであって、該ブラックマトリックスの少なくとも交差部が開口しているブラックマトリックスとすることにより、表示色むらを低減できる。換言すれば、ブラックマトリックスの構造を横（あるいは縦）方向を連続しな、破線構造とすることにより、表示色むらの低減が可能となるのである。

〔図面の簡単な説明〕

F i g . 1は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層の平面図である。

F i g . 2は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層と透明電極との対応関係を説明するための平面図である。

F i g . 3は、本発明による液晶表示装置の A— A' の断面図である c

F i g . 4は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層のブラックマトリックスを形成するためのマスクの一例を示す平面図である。

F i g . 5は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層のブラックマトリックスの第 1の変形例の平面図である。

F i g . 6は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層のブラックマトリックスの第 2の変形例の平面図である。

F i g . 7は、本発明を適用する液晶表示装置の斜視図である。

F i g . 8は、本発明が適用される液晶表示装置における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の第 1説明図である。

F i g . 9は、本発明が適用される液晶表示装置の構成材の積層関係を説明する要部斜視図である。

F i g . 1 0は、本発明が適用される液晶表示装置における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の第 2説明図である。

F i g. 11は、本発明が適用される液晶表示装置におけるコントラスト、透過光色一交角 α特性の説明図である。

F i g. 12は、本発明が適用される液晶表示装置における液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ方向、偏光板の軸の方向および複屈折部材の光学軸の関係の第 3説明図である。

F i g. 13 及び13 Bは、本発明による液晶表示装置における交角ひ， β, ァの測り方の説明図である。

F i g. 14は、本発明による液晶表示装置における走査電極基板部の構成を説明する一部切欠き斜視図である。

F i g. 15は、本発明による液晶表示装置をラップトップパソコンの表示部に使用した場合の機能プロック図である。

F i g. 16は、本発明による液晶表示装置における信号電極基板部の構成を説明するための斜視図である。

F i g. 17は、本発明による液晶表示装置をラップトップパソコンの表示部に使用した場合の外観図である。

F i g. 18は、本発明を適用した液晶表示装置の信号電極を横切る方向（A— A' と平行方向）のカラーフィルタ断面図である。

F i g. 19は、本発明を適用した液晶表示装置の走査電極を横切る方向（Α_Α' と垂直方向）のカラ一フィルタ断面図である。

F i g. 20A〜20Dは、本発明を適用した液晶表示装置のカラーフィルタ製造方法を説明するための図である。

F i g. 21は、本発明の効果を説明するための図である。〔発明を実施するための最良の形態〕

F i g. 1は本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層の平面図であり、 F i g. 2は本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層と透明電極との対応関係を説明するための平面図である。

カラ一フィルタ 40、 4 1、 42は画素に対向する位置に赤（40)、緑（41)、青（42)の繰り返しでストライプ状に配置される。カラ —フィルタは透明画素電極（走査電極 52および信号電極 53)の全てを覆うように大き目に形成され、遮光膜（BM) 43はカラ一フィルタ 40〜42および透明画素電極 52、 53のエッジ部分と重なるよう透明画素電極の周縁部より内側に形成されている。

本発明による液晶表示装置の A— A' 線における断面図は、後述する F i g. 3に示している。ここで、遮光膜 BM43は、上述したように、あるいは、 F i g. 5及び 6に示しているように、種々の条件によって一部規制された形状をなすが、基本的には F i g. 1に示すように格子状からなり、それぞれの開口部は画素形成領域を構成している。

そして、これらの各開口部毎にその開口部を被うようにしてカラーフィルタが形成されている。すなわち、各カラ一フィルタは、各画素形成領域毎に独立して形成され、それぞれの周辺が遮光膜 BMに重畳されているとともに、隣接する他のカラ一フィルタと間隙を有して形成されてい o

その配列順序は、たとえば図中 X方向に赤色のカラ一フィルタ 40 (R)、緑色のカラ一フィルタ 41 (G)、青色のカラ一フィルタ 42 ( B )が順次繰り返して配置され、 y方向には全て同色のカラーフィル夕が配置されている。 F i g . 2に戻り、カラ一フィルタ層と透明電極との対応関係を説明一 9 。

図に示すように、ブラックマトリックス 4 3は格子形状となっており、その開口部には、各色のカラ一フィルタ 4 0、 4 1、 4 2が配置される c 例えば、開口部の垂直方向の大きさ 4 7は約 2 3 5〜3 0 O ^ mであり、水平方向の大きさ 4 6は約 6 0〜8 5 mである。一方、ブラックマトリックスの線幅 4 4及び 4 5は約 2 5〜3 0〃mであり、組立後の液晶表示素子を平面的に観察すると、上述のサイズで規定されるカラーフィルタ層が目視される。実際には、カラ一フィルタ層が形成されている面には、複数本の走査電極 5 2が積層されており、各走査透明電極 5 2のギヤップ幅 5 0が約 1 2〜 1 6〃mとブラックマトリックスの線幅の約半分であることから、幅 4 8は約 2 4 8〜3 1 6〃mとなる。

また、カラ一フィルタ層が形成されていな L、方の基板には信号透明電極 5 3が配置されている力そのギャップ幅 5 1が各走査透明電極 5 2 のギャップ幅 5 0と同様に約 1 2〜1 6〃mとブラックマトリックスの線幅の約半分であることから、幅 4 9は約 7 2〜1 0 1〃mとなる。尚、これらの数値の絶対値は必ずしも本願発明で規定しうる限界値ではない。重要なのは各部材の大きさの比であり、特に重要なのは、所定の条件のもと、次の F i g . 3で説明するブラックマトリックス層 4 3 の上に重畳される部分のカラ一フィルタのドット間ギヤップ 6 7の存在である。

F i g . 3は、 F i g . 1及び 2に示した本発明による液晶表示装置の A— A，の断面図である。

液晶表示素子を形成する一対の透明基板のうち、観察者側に配置される透明基板の内側（液晶側）は、 F i g . 3に示すように、硝子基板 6 3の上方に形成されたブラックマトリックス 4 3と各色カラ一フィル夕 4 0〜4 2とからなるカラーフィルタ層と、そのカラ一フィルタ層を保護するための保護膜（ォ一バーコ一ト層） 5 5と、その上に形成された走査透明電極 5 2と、配向膜 5 4と、他方の透明基板との間で液晶を閉じこめるためのシール材 6 2等とから構成される。

上述したように、上記ブラックマトリックス 4 3の膜厚 5 8は約 0 . 7〜1 . と金属性（クロム等）の遮蔽膜よりも 1 0倍程厚く、各カラ一フィルタの中央部分の膜厚 5 9はブラックマトリックス 4 3の膜厚 5 8よりも厚い範囲で約 1 . 0 - 2 . 0 、保護膜 5 5の膜厚 5 7は膜厚 5 9よりも厚、範囲で約 2 . 5 m近傍、走査透明電極 5 2の膜厚 5 6は約 0 . 2 6〃m近傍となっている。ここで、重要なことは、ブラックマトリックス 4 3の膜厚 5 8が約 0 . 7〜1 . 3〃mと金属性遮蔽膜よりも一桁程度厚いことを前提として、ブラックマトリックス層 4 3の上に重畳される部分のカラ一フィルタのドッ卜間ギヤップ 6 7 が生じるようにすることである。実際にはカラ一フィルタ形成後のドット間ギャップ 6 7の部分はくさび形状等となり、必ずしも B Mの層が露出していない状態でも、上述のカラ一フィルタの中央部の膜厚 5 9と隣接する画素間の力ラ一フィルタの重なりによって厚くなつた部分の膜厚 6 8との膜厚差（山谷段差）が表示劣化が許容できる範囲である約 0 . 3 m以下となることが確認されている。したがって、数値的には上述した山谷段差が表示劣化が許容できる範囲である約 0 . 3 m以下となるように、各画素のカラ一フィルタのドット間ギヤップを形成することが重要である。尚、本願発明者らは、山谷段差が約 0 . 以下となるようにカラ一フィルタを形成するためには、カラ一フィルタを形成するときに用いるカラ一フィルタ用マスクの隣接するドット間ギャップが少なくとも BM 43の幅 45の約 1/3以上〜 1Z 2程度あるようにすればよいことを見いだしている。

また、ブラックマトリックス用マスクの一例を F i g. 4に示す。格子形状のブラックマトリックスを形成するためには、当然にブラックマトリックス用マスクも格子形状にする。しかしながら、完全にブラックマトリックス用マスクを格子形状にすると、矩形のコーナ部において回折露光により、コーナ部に突起状の BMが形成される。そこで、 F i g. 4に示すように、ブラックマト.リックス用マスクの矩形形状の各画素に対応する開口部のコーナ部にカツトをいれることにより、八角形もしくは丸みを持った四角形の形状にする。例えば、 F i g. 4に示すようにコーナ部の斜めのカツト（69)が該当する。こうすると、格子形状のブラックマトリックス用マスクで問題となる回折露光光による影響を相殺でき、結果的に矩形形状の開口部を有するブラックマトリックスを形成することができる。

F i g. 5は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層のブラックマトリックスの第 1の変形例を説明するための平面図である。

膜厚ゃ部材相互の関係等の詳細な部分については、 F i g. 1〜3に示したものと同じであるので、省略する。

F i g. 5に示すように、第 1の変形では「縦すじむら」の解消をするために、ブラックマトリックスの交差部 60が取り除かれており、隣接するブ合成樹脂性のラックマトリックスの膜厚差による影響を低減できる。また、 F i g . 6は、本発明による液晶表示装置のカラ一フィルタ層のブラックマトリックスの第 2の変形例を説明するための平面図であ。

第 1の変形例との違いは、ブラックマトリックスの交差部を取り除くだけでなく、 F i g . 6に示すように、一つ置きごとに交差部と水平ラィンの一部とからなる B Mの除去部分 6 1を設けることである。

F i g . 5及び 6に関しては、そのブラックマトリックスの除去部分を少なくとも交差部を含むようにしている力、その位置や間隔には様々な変形が考えられる。但し、ブラックマトリックスの存在目的は遮光にあり、取り除く面積が大きくなればなるほどコントラスト低下の原因となるため、本願発明の適用に関してはカラ一フィルタ全体のコントラス卜が 3 0以上となるような範囲で B Mの交差部や水平ライン等を除去することが重要である。

尚、ブラックマトリックスの垂直ラインを除去しないのは、同色の力ラ一フィルタが垂直方向に並んでおり、ブラックマトリックスの垂直ラインを除去すると隣接する異色カラ一フィルタ間で透過光の色が混ざり、いわゆる「色ずれ」を生じるからである。

次に、 F i g . 7を参照して、本発明による液晶表示装置の全体構成を説明する。

図に示すように、本発明を適用した液晶表示装置 1は、表示画面側の金属フレーム 7 0と、プリント配線基板 7 5との接触防止を目的とした絶縁材からなる枠スぺ一サ 7 2と、シリコンスぺ一サ 7 3と、その下に設けられた液晶表示素子 1 8と、導光板 8 4と、中間モールドフレーム 7 6と、表示画面裏側の金属フレーム 7 1等から構成される。尚、 S T N液晶（ス一パーツイステツドネマテック液晶）においては信号電極駆動回路を搭載したテープキャリアパッケージあるいは T F T液晶（薄膜トランジスタ液晶）においてはドレイン電極駆動回路を搭載したテープキャリアパッケージ 7 4、、 S T N液晶（スーパーッイステツドネマテック液晶）においては走査電極駆動回路を搭載したテープキャリアパッケージあるいは T F T液晶（薄膜トランジスタ）においてはゲート電極駆動回路を搭載したテープキヤリアパッケージ 7 7力、上記液晶表示素子 1 8には搭載される。また、サイドエッジタイプのバックライトの光源部は、冷陰極線管蛍光灯 8 0、ゴムブッシュ 8 1等から構成される。

F i g . 8は、本発明による液晶表示素子 1 8を上側からみた場合の液晶分子の配列方向（例えばラビング方向）、液晶分子のねじれ方向、偏光板の偏光軸（あるいは吸収軸）方向、および複屈折効果をもたらす部材の光学軸方向を示し、 F i g . 9は本発明による液晶表示素子の要部斜視図を示す。

液晶分子のねじれ方向 3 1 0とねじれ角 0は、走査電極基板 6 3上の配向膜 3 2 1のラビング方向 6と信号電極基板 3 1 2上の配向膜 3 2 2のラビング方向 7及び走査電極基板 6 3と下電極基板 3 1 2との間に挟持されるネマチック液晶層 3 5 0に添加される旋光物質の種類とその量によって規定される。

F i g . 9において、液晶層 3 5 0を挟持する 2枚の上，下電極基板 6 3 , 3 1 2間で液晶分子がねじれた螺旋構造をなすように配向させるには、上，下電極基板 6 3， 3 1 2上の、液晶に接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂からなる配向膜 3 2 1 , 3 2 2の表面を、例えば布などで一方向にこする方法、所謂ラビング法が採られている。このときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極基板 6 3においてはラビング方向 6，下電極基板 3 1 2においてはラビング方向 7が液晶分子の配列方向となる。

このようにして配向処理された 2枚の上，下電極基板 6 3 , 3 1 2をそれぞれのラビング方向 6， 7が互いにほぼ 1 8 0度から 3 6 0度で交叉するように間隙 d 1をもたせて対向させ、 2枚の電極基板 6 3， 3 1

2を液晶を注入するための封入口 3 5 1を備えた枠状のシール材 6 2 により接着し、その間隙に正の誘電異方性をもち旋光物質を所定量添加したネマチック液晶を封入すると、液晶分子はその電極基板間で図中のねじれ角 0の螺旋状構造の分子配列をする。なお、 3 3 1、 3 3 2はそれぞれ上，下電極である。

このようにして構成された液晶セル 1 8の上電極基板 6 3の上側に複屈折効果をもたらす部材（以下、複屈折部材と称する） 3 3が配設されており、さらにこの部材 3 3および液晶セルを挟んで上，下偏光板 3

1， 3 2が設けられる。

液晶層 3 5 0における液晶分子のねじれ角 0は好ましくは 2 0 0度から 3 0 0度であるが、透過率-印加電圧カーブの閾値近傍の点灯状態カ光を散乱する配向となる現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実用的な観点からすれば、 2 3 0度から 2 7 0度の範囲がより好まこの条件は、基本的には電圧に対する液晶分子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現するように作用する。また、優れた表示品質を得るためには、液晶層 3 5 0の屈折率異方性 Δ η 1とその厚さ d 1との積 Δη 1 · d 1は好ましくは 0. 5〃mから 1. 0〃m、より好ましくは 0. 6 mから 0. 9 mの範囲に設定するのが望ましい。

複屈折部材 33は液晶セルを透過する光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル単体で着色した表示しかできなかったものを白黒の表示に変換するものである。このためには、複屈折部材 33の屈折率異方性△ n 2とその厚さ d 2の積 Δ n 2 · d 2が極めて重要であり、好ましくは 0. 4〃mから 0. 8〃m、より好ましくは 0. 5〃mから 0. 7〃mの範囲に設定する。

さらに、本発明になる液晶表示装置は複屈折による楕円偏光を利用しているので偏光板 31， 32の軸と、複屈折部材 33として一軸性の透明複屈折板を用いる場合はその光学軸と、液晶表示素子電極基板 63, 312の液晶配列方向 6， 7との関係が極めて重要である。

ここで、' F i g. 8により上記の関係の詳細について説明する。同図は F i g. 9の構成の液晶表示装置を上から見た場合の偏光板の軸，一軸性の透明複屈折部材の光学軸，液晶表示素子電極基板の液晶配列方向の関係を示したものである。

F i g. 8において、 5は一軸性の透明複屈折部材 33の光学軸、 6 は複屈折部材 33とこれに隣接する上電極基板 63の液晶配列方向、 7 は下電極基板 312の液晶配列方向、 8は上偏光板 31の吸収軸あるいは偏光軸であり、角度は上電極基板 63の液晶配列方向 6と一軸性の複屈折部材 33の光学軸 5とのなす角度、角度 ^は上偏光板 31の吸収軸あるいは偏光軸 8と一軸性の透明複屈折部材 33の光学軸 5とのなす角度、角度ァは下偏光板 32の吸収軸あるいは偏光軸 9と下電極基板 312の液晶配列方向 7とのなす角度である。ここで、上記角度ひ， β, ァの測り方を定義する。 F i g. 1 3A及び Bにおいて、複屈折部材 33の光学軸 5と上電極基板 63の液晶配列方向 6との交角を例として説明する。

光学軸 5と液晶配列方向 6との交角は F i g. 1 3 A及び Bに示したごとく ø 1および ø 2で表すことができるカ^ ここでは ø 1， ø 2のうち小さい方の角度を採用する。

すなわち、 F i g. 1 3 Aにおいては ø 1< 02であるから、 φ 1を光学軸 5と液晶配列方向 6との交角とし、 F i g. 1 3 Bのにおいては Φ 1>Φ 2である力、ら、 φ 2を光学軸 5と液晶配列方向 6との交角とする。勿論 ø 1二 Φ 2の場合はどちらを採ってもよい。

この種の液晶表示装置においては、角度ひ， β, ₇が極めて重要である。角度は好ましくは 50度から 90度、より好ましくは 70度から 90度に、角度 /3は好ましくは 20度から 70度、より好ましくは 30 度から 60度に、角度ァは好ましくは 0度から 70度、より好ましくは 0度から 50度に、それぞれ設定することが望ましい。

なお、液晶表示素子の液晶層 350のねじれ角 0が 1 80度から 36 0度の範囲内にあれば、ねじれ方向 3 10が時計回り方向，反時計回り方向のいずれであっても上記角度ひ， β, ァは上記範囲内にあればよい _c

F i g. 9においては、複屈折部材 33が上偏光板 3 1と上電極基板 63の間に配設されている力これに代えて下電極基板 3 1 2と下偏光板 32との間に配設してもよい。この場合は F i g. 9の構成全体を倒立させたものとなる。

次に、 F i g. 1 0を用いて他の詳細を説明する力^基本構造は F i g. 8および 9に示したものと同様である。 F i g. 1 0において、液晶分子のねじれ角は 2 4 0度であり、一軸性の透明複屈折部材 3 3としては平行配向（ホモジェニァス配向）した、すなわちねじれ角が 0度の液晶セルを使用した。

ここで、液晶層の厚み d (μτη と旋光性物質が添加された液晶材料のらせんピッチ p ( zm)の比 dZpは約 0. 5 3とした。配向膜 3 2 1， 3 2 2はポリイミド樹脂膜で形成し、これをラビング処理したものを使用した。このラビング処理を施した配向膜がこれに接する液晶分子を基板面に対して傾斜配向させるチルト角（pretilt角）は約 4度である。上記一軸性透明複屈折部材 3 3の A n 2 * d 2は約 0. ら μ mである。一方、液晶分子が 24 0度ねじれた構造の液晶層 3 5 0の Δ η 1 · d 1は約 0. 8〃mである。

このとき、角度 αを約 9 0度、角度; Sを約 3 0度、角度 7を約 3 0度とすることにより、上，下電極 6 3, 3 3 2を介して液晶層 3 5 0に印加される電圧が閾値以下のときには光不透過すなわち黒、電圧がある閾値以上になると光透過すなわち白の白黒表示が実現できた。また、下偏光板 3 2の軸を上記位置より 5 0度から 9 0度回転した場合は、液晶層 3 5 0への印加電圧が閾値以下のときは白、電圧が閾値以上になると黒の、前記と逆の白黒表示が実現できた。

F i g. 1 1は F i g. 1 0の構成で角度 αを変化させたときの 1 Z 2 0 0デューティで時分割駆動時のコントラスト変化を示したものである。角度 αが 9 0度近傍では極めて高いコントラストを示していたものカ^ この角度からずれるにつれて低下する。しかも、角度 αが小さくなると点灯部，非点灯部ともに青味がかり、角度 αが大きくなると非点灯部は紫，点灯部は黄色になり、いずれにしても白黒表示は不可能となる。角度および角度ァについてもほぼ同様の結果となるカ^角度ァの場合は前記したように 50度から 90度近く回転すると逆の白黒表示となる。

次に、他の詳細を説明する。基本構造は上述の例と同様である。ただし、液晶層 350の液晶分子のねじれ角は 260度， Δη 1· d 1は約 0. 65 ^m〜0. 75 ^mt'ある点が異なる。一軸性透明複屈折部材 33として使用している平行配向液晶層の Δη 2· d 2は F i g. 10 で述べたものと同じ約 0. 58 mである。

このとき、角度ひを約 100度，角度 3を約 35度，角度ァを約 15 度とすることにより、前述したものと同様の白黒表示が実現できた。また、下偏光板の軸の位置を上記値より 50度から 90度回転することにより逆転の白黒表示が可能である点も F i g. 10で述べたものと同様である。角度ひ， β, ァのずれに対する傾斜も F i g. 10で述べたものとほぼ同様である。

上記いずれの具体例においても、一軸性透明複屈折部材 33として、液晶分子のねじれのない平行配向液晶セルを用いたが、むしろ 20度ないし 60度程度液晶分子がねじれた液晶層を用いた方が角度による色変化が少ない。このねじれた液晶層は、前記の液晶層 350と同様、配向処理がなされた一対の透明基板の配向処理方向を所定のねじれ角に交差するようにした基板間に液晶を挟持することによって形成される。この場合、液晶分子のねじれ構造を挟む 2つの配向処理方向の挟角の 2 等分角の方向を複屈折部材の光軸として取り扱えばよ L、。

また、複屈折部材 33として透明な高分子フィルムを用いてもよい (この際、一軸延伸のものが好ましい）。この場合、高分子フィルムとしては、 PET (ポリエチレンテレフタレート），アクリル樹脂，ポリカーボネートが有効である。

さらに、以上の具体例においては、複屈折部材は単一であつたが、 F i g. 9において、複屈折部材 33に加えて、下電極基板 312と下偏光板 32との間にもう一枚の複屈折部材を揷入することもできる。この場合は、これらの複屈折部材の Δη 2 · d 2を再調整すればよい。

次に、走査電極基板 63の構造を、 F i g. 14の斜視図を用いて説明する。

基本構造は F i g. 10で述べたものと同様である。ただし、 F i g. 14に示すごとく、上電極基板 63上に赤，緑，青のカラ一フィルタ 4 0, 41, 42、各フィルタ同志の間に光遮光膜 43を設けることにより多色表示が可能になる。 F i g. 12に液晶分子の配列方向，液晶分子のねじれ方向，偏光板の軸に方向および複屈折部材の光学軸の関係を示すが、詳細については説明を省略する。

なお、 F i g. 14においては、各カラ一フィルタ 40、 41、 42、光遮光膜 43の上に、これらの凹凸の影響を軽減させるための絶縁物からなる平滑層 55が形成された上に上電極 52、配向膜 54が形成されている。

また、 F i g. 16は、 F i g. 14に示した走査電極基板 63と対向配置される信号電極基板 312の簡略斜視図である。

配向膜等は省略しているカ、 I、わゆる上下画面分割駆動するために、信号電極 53が上信号電極 53 - 1と下信号電極 53 - 2に分離している様子を示している。尚、上信号電極 53 - 1と下信号電極 53- 2 との間隔は、 F i g. 2の間隔 44と同じくする。 F i g. 15は F i g. 7に示した本発明による液晶表示装置 1をノートブックあるいはラップトップパソコンの表示部に使用したブ口ックダイヤグラムを、 F i g. 17にノートブックあるいはラップトップパソコン 360に実装した状態を示す。

F i g. 15において、マイクロプロセッサ 349で計算した結果をコントロール用 L S I 348を介して駆動用 I C 334で液晶表示モジュ一ルを駆動するものである。

F i g. 18及び 19は、それぞれ、本発明を適用して実際に製造した液晶表示素子を構成する基板の水平方向の断面図と垂直方向の断面図である。

各図に示すように、ブラックマトリックスの上にきれいにドット間ギャップが形成されている様子が理解できる。

F i g. 20 A〜Dは、上述のような構成からなるカラ一フィルタの形成方法の一実施例を示す工程図である。以下、工程順に説明する。工程 1. (F i g. 2 OA)

上ガラス基板 63の主表面、すなわち液晶側の面に S i 0264を形成し、この S i 0₂面にたとえば黒色顔料を分散した感光性樹脂膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて遮蔽膜 BMを形成する。

なお、この遮蔽膜 BMの材料としては、更に、黒色顔料とカーボンブラックとを所定の割合で混合したものを使用しても構わない。

工程 2. (F i g. 20 B)

遮蔽膜 BMをも被って上ガラス基板 63の主表面に感光性ァクリル系樹脂に安定顔料を分散した赤顔料レジスト層をスピンまたはロッドコ一タ法で形成し、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赤顔料レジストを除去する。これにより赤色カラフィルタ 40が形成される。

工程 3. (F i g. 20 C)

次に、感光性ァクリル系樹脂等に緑色顔料を分散した緑顔料レジスト層を同様に形成し、フォトリソグラフィ技術で緑色フィル夕形成領域以外の緑顔料レジスト層を除去する。これにより緑色カラーフィルタ 41 が形成される。

工程 4. (F i g. 20D)

次に、感光性ァクリル系樹脂等に青顔料を分散した青顔料レジスト層を同様に形成し、フォトリソグラフィ技術で緑色フィルタ形成領域以外の青顔料レジスト層を除去する。これにより青色カラーフィルタ 42が形成される。

このように形成することによって、画素形成領域毎の各力ラ一フィルタカ^遮蔽膜 BMに重畳されてはいるものの、隣接する他のカラーフィルタと間隙を有して形成されているようになつている。

すなわち、このように各画素形成領域毎に独立（形状的に）して形成されたカラ一フィルタは、その周辺がなだらかに形成される特性から、たとえこの部分において遮蔽膜 BMと重畳されて形成されていても、それによる段差は従来よりも大幅に小さくできるようになる。

尚、カラ一フィルタの製造プロセスは、 F i g. 20 A〜Dに示したものに限られるものではなく、特開平 2— 258081号公報等に開示されている方法等で、各カラ一フィルタを染色するごとに、余分な染色基材を除去するのではなく、ベースとなる染色基材をブラックマトリックスの上に全面に形成し、各色ごとにロッドバ一等で染色、固着するようにしたほうがベタ一である。この場合、正確には F i g . 4に例示したマスクでは説明不足であり、実際には一つの色に対応した部分のみ開口したマスクを位置をずらしながら、用いて染色、固着処理をするようにする。

F i g . 2 1はこのような状態を示す説明図であり、遮蔽膜 B M上でカラーフィルタを分断させて形成することにより、そうでな、場合（点線に示す 6 6 )と比較して大幅に段差を防止することができるようになる。実験によると約 3 5 %の低減が図れることが判明した。

なお、それぞれのカラ一フィルタを遮蔽膜 B Mと重畳させているのは、そのカラ一フィルタの形成の際に、遮蔽膜 B Mと離間して形成されバックライト（8 0、 8 4等）からの出射される光の光漏れが生じるのを完全に防ぐための余裕度をもたせる趣旨からである。

した力つて、このように段差が少なくなることによって、液晶内に散在させて配置させるスぺ一サを介して下ガラス基板 3 1 2と対向配置させる場合に、各ガラス基板を互いに離間する方向に生じさせる要因がなくなり、したがって、それによるガラス基板の歪みに原因する局所的な輝度むらの発生を防止することができるようになる。

なお、上述した実施例では、カラ一フィルタの配列順序を F i g . 1 に示すように赤、緑、青の順にしたものである力、必ずしもこれに限定されることはないことはもちろんである。

以上説明したことから明らかなように、本発明による液晶表示基板によれば、カラ一フィルタ層の段差を小さく形成しこれによる局所的な輝度むらの発生を防止することができる。

なお、本発明は、上記した S T N方式の液晶表示装置に限るものではなく、ブラックマトリックスに合成樹脂を使用した例えば T F T液晶等の液晶表示装置にも同様に適用できるものである。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、上述したように単純マトリックス液晶の代表である S T N 液晶等に適用され、液晶製造産業において実用可能性がある。

Claims

請求の範囲

1 .液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マ卜リックス型 S T N力ラーの液晶表示装置であつて、表示窓側の第 1の透明基板であつて、液晶と接する面に少なくとも走査電極群と合成樹脂で形成されたカラ一フィルタ層とが形成された第 1の透明基板と、上記液曰曰曰と接する面に少なくとも上信号電極群及び下信号電極群からなる信号電極群が形成された第 2の透明基板とを具備し、上記カラ一フィルタ層は、格子形状のブラックマトリックスと、各画素形成領域毎に独立して形成された複数のカラ一フィルタ部であって各カラ一フィルタの周辺が上記ブラックマトリックスに重畳され、かつ、相互に隣接配置される各カラ一フィルタが間隙を有して形成されているカラーフィルタ部とから構成されることを特徴とする液晶表示装置。

2 . 前記ブラックマトリックスの膜厚を 0.7〜： 1.3 〃mとするようにし、前記カラ一フィルタ部の膜厚を 1.0〜2.0 mとし、上記カラ一フィルタ部の膜厚を上記ブラックマトリックスの膜厚に対して、 1〜2倍とすることを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。

3 . 前記ブラックマトリックスの膜厚を 0.9〜1.2 〃mとするようにし、前記カラ一フィルタ部の膜厚を 1.0〜1.6 / mとし、上記カラ一フィル夕部の膜厚を上記ブラックマトリックスの膜厚に対して、 1〜1.5 倍とすることを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。

4 . 前記ブラックマトリックスの膜厚は、該ブラックマトリックスの透過率が約 4 %よりも低くなるような膜厚以上の厚みを有することを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。

5 . 前記ブラックマトリックスの膜厚は、 0.7 n m以上であり、かつ、前記カラ一フィルタ部の膜厚がブラックマトリックスの膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。

6 .前記カラ一フィルタ部の前記ブラックマトリックス上に配置された部分の膜厚と各カラーフィルタの中央部の膜厚との差が、 0 . 3〃m 以下となるように、各カラ一フィルタが上記ブラックマトリックスの上で所定の間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項第 1項記載の液晶表示装置。

7 ·前記カラ一フィルタ部の隣接する画素の各力ラーフィルタが前記ブラックマトリツクスの上で、該ブラックマトリックスの線幅の約 1 / 3〜 1 / 2の間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項第 1 項記載の液晶表示装置。

8 .液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マトリックス型 S T N力ラーの液晶表示装置の製造方法であつて、表示窓側の第 1の透明基板の液晶と接する側に、透過率が 4 %以下の合成樹脂膜を形成する工程と、格子形状のブラックマトリックス用マスクを用いることによって上記合成樹脂膜から格子形状のブラックマトリックスを形成する工程と、該ブラックマトリックスが形成された面の上に感光性顔料レジスト層を形成する工程と、カラ一フィルタを形成するためのカラ —フィルタ用マスクであって、隣接する同色カラ一フィルタが配置される画素間を区画する線幅が上記ブラックマトリックスの線幅のほぼ 3 分の 1の線幅を有するカラ一フィルタ用マスクを用いることによって、各色ごとに順次 3色のカラ一フィルタを形成する工程とからなることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

9 .前記ブラックマトリックス用マスクの矩形形状の各画素に対応する開口部は、コーナ部に力ット部分を有した八角形もしくは丸みを持つた四角形の形状であることを特徴とする請求項第 8項記載の液晶表示装置の製造方法。

1 0 .液晶を介して相互に対向する一対の透明基板を備えた単純マトリックス型 S T N力ラーの液晶表示装置であつて、表示窓側の第 1の透明基板であつて、液晶と接する面に少なくとも走査電極群と合成樹脂で形成されたカラーフィルタ層とが形成された第 1の透明基板と、上記液晶と接する面に少なくとも上信号電極群及び下信号電極群からなる信号電極群が形成された第 2の透明基板とを具備し、上記カラ一フィルタ層は、格子形状のブラックマトリックスであって、該ブラックマトリックスの少なくとも交差部が開口しているブラックマトリックスと、各画素形成領域毎に独立して形成された複数の力ラーフィルタ部であつて各カラーフィルタの周辺が上記ブラックマトリックスに重畳され、かつ、相互に隣接配置される各カラ一フィルタが間隙を有して形成されているカラ一フィルタ部とから構成されることを特徴とする液晶表示装置。

1 1 . 前記ブラックマトリツクスの水平方向の部分は、水平方向に連続しない波線構造とすることを特徴とする請求項第 1 0項記載の液晶