JP2009150916A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴ基板と対向基板の間隔を規定するスペーサをカラーフィルタによって形成するとともに、スペーサの高さを木目細かく制御する。
【解決手段】
青画素ＢＰと青画素ＢＰの間には、面積の大きい赤カラーフィルタＲと青カラーフィルタＢ（緑カラーフィルタG)の上に柱状の緑カラーフィルタＧを形成することによって第１のスペーサ１０を形成し、緑画素ＧＰと緑画素ＧＰの間には柱状の赤カラーフィルタＲの上に面積の大きい青カラーフィルタＢ（緑カラーフィルタG)と緑カラーフィルタＧを積層することによって第２のスペーサ２０を形成し、第２のスペーサ２０は、積層される青カラーフィルタＢ（緑カラーフィルタG)および緑カラーフィルタＧのレベリング効果によって第１のスペーサ１０よりも高さを低くする。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置において、支柱方式によってＴＦＴ基板と対向基板の間隔を規定する技術に関する。

液晶表示装置では画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたＴＦＴ基板とカラーフィルタ等が形成された対向基板との間に液晶を充填し、この液晶の分子を電界によって制御することによって画像を形成する。ＴＦＴ基板と対向基板の間の間隔は数ミクロンと非常に小さい。ＴＦＴ基板と対向基板の間の間隔を適切に設定することは、液晶による光の透過を制御するためには極めて重要である。

ＴＦＴ基板と対向基板の間隔は、従来は、ビーズ等を分散することによって行われてきた。しかし、ビーズを分散させると、画素電極が形成された領域にまで、ビーズが分散されることになり、この部分において光が散乱されてコントラストが低下するという問題があった。

一方、従来の液晶の充填方法は、ＴＦＴ基板と対向基板との間をシールし、シールの一部に開口を設け、そこから液晶を注入する方法、およびＴＦＴ基板上に液晶を必要量滴下し、その後対向基板をシールして液晶を封止する方法などが開発されている。何れの場合においても、ビーズを分散させる場合は、液晶を滴下する際に、ビーズが移動し、ビーズの多い場所と少ない場所が生ずる。また、ビーズはバックライトの光が透過する画素領域内にも分散され、開口率が低下し、開口率低下の原因となり得る。

以上のような問題を解決するために、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔を規定する方法として、対向基板上に有機膜による支柱を形成する方法（支柱方式）が開発されている。支柱は、画素電極が存在していない部分すなわち、バックライト等が透過しない部分に設置することが出来る。したがって、輝度（開口率）を低下させることはない。また、支柱は対向基板に固定されているために、液晶を滴下した場合も移動することは無い。したがって、支柱によって間隔を維持する方法は液晶を滴下する方式（液晶滴下封入方式）にも好適である。

この支柱は一般的には、対向基板のブラックマトリクス上に形成されている。支柱はアクリル等の樹脂によって形成されるが、従来は、この支柱を形成するために、フォトリソグラフィ工程を１回必要としていた。支柱のためのフォトリソグラフィ工程を無くすために、支柱をカラーフィルタを積層することによって形成する技術が「特許文献１」に記載されている。

一方、カラーフィルタを積層して支柱を形成する場合、支柱部分においては、各色のカラーフィルタの位置を正確に合わせないと支柱の高さがばらついてしまうことになる。この問題点を対策するために、支柱として使用する各カラーフィルタの平面形状を長方形とし、積層するカラーフィルタ毎に、平面形状の長方形の長軸の向きを９０度変えることによって、支柱の高さを一定に保つ技術が「特許文献２」に記載されている。

特開平９−４９９１４号公報 特開２００３−２３３０６４号公報

ＴＦＴ基板と対向基板の間隔は、駆動方式、液晶材料等によって最適な値が存在し、この値は製品毎に異なる、ＴＦＴ基板と対向基板間隔が適正でないとコントラストが低下する。従来のカラーフィルタを積層することでスペーサを形成する場合は、スペーサの高さは、カラーフィルタの厚さの倍数に固定され、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔を最適な値に設定することが難しかった。

また、表示装置では、画像を形成する表示領域の周辺の対向基板に、額縁状に、遮光膜であるブラックマトリクスが形成される。周辺のブラックマトリクスの部分に対応するＴＦＴ基板には、表示領域程には配線等が存在していないために、周辺部におけるスペーサは、表示領域におけるスペーサよりも高くしなければならない。しかし、従来技術でのカラーフィルタの積層によるスペーサでは、このように、高さの異なるスペーサを同一液晶表示パネル内に形成することは困難であった。

本発明は、以上のような、問題点を解決して、カラーフィルタをスペーサとして使用しつつ、スペーサの高さを必要に応じて細かく制御することが出来る技術を実現することである。

一方、液晶表示装置における液晶材料の値段は高く、液晶表示装置のコスト低減のためには、液晶の使用量を低減する必要がある。また、液晶はスペーサ、ガラス、配線等の固形物に比べて熱膨張係数が大きい。液晶表示装置は戸外でも使用されるために、使用温度範囲が広い。したがって、液晶の熱膨張あるいは収縮によって液晶表示パネルの内部は様々なストレスを受けることになる。このような液晶による熱ストレスを緩和するには液晶の量が少ないほうが良い。

本発明の他の課題は、液晶表示パネル内の液晶の量を低減することによって、液晶表示装置のコストの低減と、液晶表示パネルの、液晶の熱膨張によるストレスを緩和して液晶表示パネルの信頼性を向上させることである。

本発明は、複数のカラーフィルタを積層することによってスペーサを形成し、スペーサを構成する複数のカラーフィルタの面積を変化させることによってスペーサの高さを木目細かく制御することを特徴とする。

また、本発明は高さの異なる第１のスペーサと第２のスペーサを形成し、第１のスペーサまたは第２のスペーサを構成する複数のカラーフィルタの各面積を変化させ、または、複数のカラーフィルタの積層の順番を変化させることによって、第１のスペーサまたは第２のスペーサの高さに差を設けることを特徴とする。

さらに本発明は、画像形成に寄与しない画素と画素の間に、カラーフィルタを設置することによって液晶の使用量を減少させることを特徴とする。具体的な手段は次のとおりである。

（１）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記対向基板には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素と、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素と、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素とがマトリクス状に形成され、前記対向基板には、前記ＴＦＴ基板との間隔を規定する第１のスペーサと、前記第１のスペーサよりも高さが低い第２のスペーサが形成され、前記第１のスペーサは複数のカラーフィルタを積層することによって形成され、前記複数のカラーフィルタのうちの下側のカラーフィルタの面積は、前記上側のカラーフィルタの面積よりも大きく、前記第２のスペーサは、複数のカラーフィルタの積層によって形成され、前記複数のカラーフィルタのうちの下側のカラーフィルタの面積は、前記上側のカラーフィルタの面積よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記第１のスペーサは、３層のカラーフィルタによって形成され、最上層のカラーフィルタの面積が最も小さく、前記第２のスペーサは３層のカラーフィルタによって形成され、最下層のカラーフィルタの面積が最も小さいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）前記第２のスペーサは３層のカラーフィルタによって形成され、最下層の層のカラーフィルタが最も面積が小さく、最上層の層のカラーフィルタの面積が最も大きく、中間の層のカラーフィルタの面積は、最下層のカラーフィルタの面積よりも大きく、最上層のカラーフィルタの面積よりも小さいことを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（４）前記第１のスペーサは、縦方向に配列した前記第１の画素の間に形成され、前記第２のスペーサは、縦方向に配列した前記第２の画素の間に形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（５）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記対向基板には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素が縦方向に配列し、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素が縦方向に配列し、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素が縦方向に配列し、前記第１のカラーフィルタは前記第１の画素を覆って縦方向にストライプ状に延在し、前記第２のカラーフィルタは前記第２の画素を覆って縦方向にストライプ状に延在し、前記第３のカラーフィルタは前記第３の画素を覆って縦方向に延在し、前記第１の画素と前記第１の画素の間には、前記第１のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタが積層された第１のスペーサが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（６）前記第２の画素と前記第２の画素の間には前記第２のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタによって第２のスペーサが形成され、前記第１のスペーサの高さは、前記第２のスペーサの高さよりも大きいことを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（７）前記第１のカラーフィルタは、前記第２の画素と前記第２の画素の間と前記第３の画素と前記第３の画素の間をストライプ状に横方向に延在していることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（８）前記第１のスペーサは前記第１のカラーフィルタを含む３層のカラーフィルタによって形成され、前記第２のスペーサは前記第２のカラーフィルタを含む３層のカラーフィルタによって形成されていることを特徴とする（７）に記載の液晶表示装置。

（９）前記第３の画素と前記第３の画素の間には、複数のカラーフィルタが積層されていることを特徴とする（８）に記載の液晶表示装置。

（１０）ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記対向基板には、画像を表示する表示領域と、前記表示領域を囲んで額縁状の遮光領域が形成されており、前記対向基板の前記表示領域には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素と、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素と、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素とがマトリクス状に形成され、前記対向基板の前記額縁状の遮光領域には、前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔を規定するスペーサ形成されており、前記スペーサの高さは、前記遮光領域の外側程高さが高いことを特徴とする液晶表示装置。

（１１）前記スペーサを構成する前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタのうちのいずれかは、前記遮光領域の外側程面積が大きいことを特徴とする（１０）に記載の液晶表示装置。

（１２）前記スペーサは、前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタのうちの複数によって形成されていることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置。

本発明は、複数のカラーフィルタを積層することによってスペーサを形成するので、スペーサを形成するためのフォトプロセスを別途必要とせず、また、スペーサを構成する複数のカラーフィルタの面積を変化させるのでスペーサの高さを木目細かく制御することが出来る。

また、本発明は高さの異なる第１のスペーサと第２のスペーサを形成するにあたり、第１のスペーサまたは第２のスペーサを構成する複数のカラーフィルタの各面積を変化させ、または、複数のカラーフィルタの積層の順番を変化させることによって、第１のスペーサまたは第２のスペーサの高さに差を設けるので、第１のスペーサおよび第２のスペーサの高さを木目細かく制御することが出来る。

さらに本発明は、画像形成に寄与しない画素と画素の間に、カラーフィルタを設置するので、液晶の使用量を減少させることが出来、液晶表示装置の材料費を低減することが出来る。

図面を用いて、本発明の詳細な内容を開示する。図６は、本発明が適用される液晶表示装置に使用される液晶表示パネルの平面図である。図６において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が積層されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００は、周辺に形成されたシール部１５０によって接着しており、シール部１５０の内部に液晶が封入されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔はスペーサによって維持されている。なお、本明細書におけるスペーサは、対向基板に形成された支柱であるが、以後この支柱を単にスペーサと呼ぶ。

ＴＦＴ基板１００は、対向基板２００より大きく形成されており、図６の左側および下側のＴＦＴ基板１００の周辺には、外部から液晶表示パネルに映像信号、電源等を供給するための端子部１３０が形成されている。対向基板２００の大部分には表示領域２１０が形成されている。表示領域２１０の周辺にはブラックマトリクスＢＭによる周辺遮光膜２２０が額縁状に形成されている。

図７は、対向基板２００の表示領域２１０における画素の配置を示す例である。図７において、横方向には、赤画素ＲＰ、青画素ＢＰ、緑画素ＧＰが一定ピッチＰｘで配置されている。なお赤画素ＲＰ、青画素ＢＰ、緑画素ＧＰ等は、正確には赤画素ＲＰ、青画素ＢＰ、緑画素ＧＰに対応するＢＭのホールであるが、複雑な呼称を避けるために、単に、赤画素ＲＰ、青画素ＢＰ、緑画素ＧＰと呼ぶ。縦方向には同じ色の画素が一定ピッチＰｙで配置されている。各画素の幅はＰｗで、各画素の縦径はＰｈである。横方向のピッチＰｘは、例えば１７０．２５μｍ、縦方向のピッチＰｙは例えば、５１０．７５μｍである。一方、画素の幅Ｐｗは１４３．２５μｍ、画素の縦径Ｐｈは４１０．７５μｍである。

スペーサは図７に示すように、縦方向の画素間のブラックマトリクスＢＭ上に形成されるので、スペーサの形成のために利用できる領域は、縦方向は１００μｍである。スペーサが横方向に利用できる幅は特に制約は無い。図７において、スペーサの平面は円形であるが、スペーサの面積を大きくしたい場合は、スペーサの平面形状を楕円形状あるいは、長方形状としても良い。図７においては、スペーサの平面形状のみ記載している。スペーサの縦方向の断面形状は厳密には台形となるが、台形の上部と下部とでは、面積に大きな差は無い。図７に示すスペーサの平面図は、スペーサの上部形状と考えてよい。

図７において、緑画素ＧＰと緑画素ＧＰの間には第１スペーサ１０が、青画素ＢＰと青画素ＢＰの間には第２スペーサ２０が形成されているが、赤画素ＲＰと赤画素ＲＰの間にはスペーサは形成されていない。また、第１スペーサ１０のほうが第２スペーサ２０よりも高さが高い。通常は、第１スペーサ１０によってＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が規定されている。外部から液晶表示パネルに圧力が加わった場合、第１スペーサ１０間のＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が小さくなるが、このときに、第２スペーサ２０はＴＦＴ基板１００と接触することによって、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００の過度の変形を防止する。

図８はＴＦＴ基板１００において、対向基板２００に形成されたスペーサが接触する部分を示す概略図である。図８において、横方向には走査線１０１が延在している。走査線１０１が存在する部分は、図７において、縦方向の画素と画素の間で横方向に延在するブラックマトリクスＢＭに対応している。図８において、映像信号線１０２１が縦方向に延在し、横方向に配列されている。映像信号線１０２１が形成されている部分は、図７における横方向の画素と画素の間で縦方向に延在するブラックマトリクスＢＭに対応している。走査線１０１および映像信号線１０２１によって区切られた部分に画素電極が形成されている。画素電極の配置位置は、図７における赤画素ＲＰ、青画素ＢＰ、緑画素ＧＰ等に対応している。

図８において、走査線１０１上には、第１ＴＦＴ１１０と第２ＴＦＴ１２０が形成されている。ＴＦＴが走査線１０１上に形成されているのは、走査線１０１をＴＦＴのゲート電極として利用するためである。映像信号線１０２１はＴＦＴのソース／ドレイン電極として使用される。図８において、ＴＦＴが２個存在している。通常は第１ＴＦＴ１１０を使用するが、製造過程において、第１ＴＦＴ１１０が不良になった場合に、第２ＴＦＴ１２０を使用するように、配線を修正する。なお、第２ＴＦＴ１２０は形成しない場合もある。図８に形成されたスルーホール１３０は、画素電極とＴＦＴを接続するためのものである。図８では、ＴＦＴ等の位置を示すための平面図であり、詳細配線等は省略されている。

図８において、第１ＴＦＴ１１０と第２ＴＦＴ１２０の間には、対向基板２００に形成された第１スペーサ１０と対応する位置に、スペーサ台座１５が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ね合わせると、ＴＦＴ基板１００に形成されたスペーサ台座１５が対向基板２００に形成された第１スペーサ１０と接触してＴＦＴ基板１００と対向基板２００の適正な間隔が規定される。

図９は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とを重ね合わせた場合の、スペーサ付近の断面図である。この断面は、例えば、図８のＡ−Ａ断面に対応する部分である。図９において、対向基板２００には、ブラックマトリクスＢＭが形成され、その上に赤カラーフィルタＲ、さらに緑カラーフィルタGが積層されている。緑カラーフィルタGの上には青フィルタによる柱状のスペーサが形成されている。緑カラーフィルタＧあるいは青カラーフィルタＢ等を覆って保護層であるオーバーコート膜ＯＣが形成されている。オーバーコート膜ＯＣの上には、液晶を配向させるための配向膜１０６が形成されている。

ＴＦＴ基板１００の上には、走査線１０１が形成され、この走査線１０１はＴＦＴ部分においてはゲート電極として作用する。走査線１０１の上には、ゲート絶縁膜１０３が形成されている。ＴＦＴが形成される部分には、ａ−Ｓｉ膜１０４が形成される。ａ−Ｓｉ膜１０４の上部には、チャネル部を挟んでソース／ドレイン電極（ＳＤ電極１０２）が形成される。ａ−Ｓｉ膜１０４の上にはＳＤ電極１０２が３個形成されている。この場合、両脇のＳＤ電極１０２をソースとすると、中央のＳＤ電極１０２がドレインとなる。あるいはその逆の言い方をする場合もある。ａ−Ｓｉ膜１０４のチャネル部は、ＴＦＴの特性を安定させるためのチャネルエッチングが施されている。

２個のＴＦＴの間で、対向基板２００に形成されたスペーサと対応する部分には、ＳＤ電極１０２と同じ材料、同じプロセスによって、スペーサ台座１５が形成される。このスペーサ台座１５には対向基板２００に形成された第１スペーサ１０が対応して設置される。ＴＦＴおよびスペーサ台座１５を覆って、パッシベーション膜１０５がＳｉＮによって形成される。パッシベーション膜１０５はＴＦＴを保護するための膜である。パッシベーション膜１０５を覆って配向膜１０６が形成される。

図９において、対向基板２００に形成された第１スペーサ１０とＴＦＴ基板１００に形成されたスペーサ台座１５が接触している。スペーサ台座１５はＳＤ電極１０２と同じプロセスで形成された台座メタル１０２２によって形成されている。第１スペーサ１０とスペーサ台座１５によってＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が規定される。

第１スペーサ１０に対応して、ＴＦＴ基板１００側にスペーサ台座１５を形成することは一例であり、第１スペーサ１０のみによってＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定する場合もあり得る。なお、図７に示す第２スペーサ２０に対応する部分のＴＦＴ基板１００には、図８に示すように、スペーサ台座１５は形成されていない。

図９において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が充填されている。図９に示すように、走査線１０１の形成された部分では、第１スペーサ１０以外の場所にも、対向基板２００にカラーフィルタが積層されているために、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の隙間は小さい。したがって、この領域においては、液晶が充填される量は非常に少ない。

液晶によって表示を行うためには、液晶層１０７は一定の厚みが必要である。このように、液晶層１０７が一定の厚さを必要とする部分は画素電極が形成された部分である。一方、ＴＦＴ基板１００の走査線１０１が形成された領域では、液晶層１０７は表示に寄与しない。したがって、この部分においては、液晶層１０７の厚さは薄いほうが液晶の使用量を少なく出来る。液晶材料は高価であるので、この部分において、液晶の使用を少なくすることによって材料費を抑制し、液晶表示装置の製造コストを抑えることが出来る。また、液晶の量が少ないことによって、液晶の熱膨張に起因するストレスを緩和することが出来る。

図９に記載した例では、対向基板２００には、対向電極は形成されていない。図９の実施例は、液晶分子１０７１を駆動するための画素電極と対向電極がＴＦＴ基板１００上に形成されている場合である。このような構成は、液晶分子１０７１の向きをＴＦＴ基板１００と平行な方向に回転させることによって制御するいわゆるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｈｃｉｎｇ）方式の駆動方法において取られている。しかし、以下に述べる本発明は、ＩＰＳ方式に限らず、対向基板２００に対向電極が形成された一般のＴＮ（Twisted Nematic）方式あるいは、ＶＡ（Vertical Alignment）方式等においても適用することが出来る。

図１は本発明の第１の実施例を示す図である。図１（ａ）は図７の領域Ａの詳細図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１−Ｘ２断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＲ１−Ｒ２断面図、図１（ｄ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ２断面図、図１（ｅ）は、図１（ａ）のＧ１−Ｇ２断面図である。図１に示す画素電極の形は、実際の画素電極に即して凹凸が記載されている。図１において、縦方向には同一色の画素が配列しており、横方向には異なる色の画素が配列している。

図１（ｂ）、図１（ｄ）、図１（ｅ）に示すように、緑画素GＰと緑画素GＰの間に第１スペーサ１０が、青画素BＰと青画素BＰの間に第２スペーサ２０が形成されている。これらのスペーサはカラーフィルタによって形成されている。図１（ｂ）に示すように、第１スペーサ１０のほうが第２スペーサ２０よりも高い。

図１（ｂ）に示すように、第１スペーサ１０では、ブラックマトリクスＢＭの上に、赤カラーフィルタＲが積層され、さらにその上に緑カラーフィルタGが積層されている。緑カラーフィルタGの上には青カラーフィルタBが柱状に積層されることでスペーサが形成されている。そしてその上にオーバーコート膜ＯＣが形成されている。

一方、図１（ｂ）に示すように、第２スペーサ２０部においては、ブラックマトリクスＢＭ上に、先ず、柱状に赤カラーフィルタＲによって形成され、その上に青カラーフィルタB、緑カラーフィルタGが積層される。そしてその上にオーバーコート膜ＯＣが形成されている。

第１スペーサ１０が第２スペーサ２０よりも高くなるのは次の理由による。第１スペーサ１０も第２スペーサ２０も３層のカラーフィルタが積層されて形成されることは同じである。第１スペーサ１０と第２スペーサ２０が異なる点は、第１スペーサ１０においては、柱上のスペーサは最後に形成されるのに対し、第２スペーサ２０は柱上のスペーサが最初に形成される点である。カラーフィルタは感光性の有機樹脂に顔料が分散されたものであるが、フォトリソグラフィによって加工する前は液体状である。第２スペーサ２０においては、下層に柱状の赤のカラーフィルタを形成するので、その上に緑および青のカラーフィルタを積層すると、レベリング効果によって柱状形状の上のカラーフィルタが薄くなる。一方、第１スペーサ１０においては、柱状形状を最後に形成するために、第２スペーサ２０で生じたような、上層膜のレベリング効果は生じない。このために、第１スペーサ１０のほうが第２スペーサ２０よりも高さが高くなる。

図１（ｃ）は、図１（ａ）のＲ１−Ｒ２断面図である。図１（ｃ）に示すように、この部分では、ブラックマトリクスＢＭ上には赤カラーフィルタＲと緑カラーフィルタGの２層のみが積層されている。したがって、この部分の高さは、図１におけるＢ１−Ｂ２断面、Ｇ１−Ｇ２断面等に比して低い。

図１（ｄ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ２断面である。これは、第２スペーサ２０の断面形状である。この部分では、ブラックマトリクスＢＭ上に赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG、青カラーフィルタBの順に３層のカラーフィルタが形成されているが、赤カラーフィルタＲは柱状に形成されている。したがって、レベリング効果によって赤カラーフィルタＲ上の緑カラーフィルタG、青カラーフィルタB等は膜厚が小さくなっていることは、前述で説明したとおりである。

図１（ｅ）は、図１（ａ）のＧ１−Ｇ２断面図であり、第１スペーサ１０の断面形状を示している。図１（ｅ）において、ブラックマトリクスＢＭ上には、赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG、青カラーフィルタBの３層が形成されている。図１（ｅ）においては、最後に積層される青カラーフィルタBを柱状に形成するので、赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG等にはレベリング効果を生じない。したがって、図１（ｅ）に示す第１スペーサ１０の方が、図１（ｄ）に示す第２スペーサ２０よりも高さが高くなる。

図２〜図５は、図１に示す対向基板２００を形成するプロセスを示す図である。図２に示すように、先ず、ブラックマトリクスＢＭを形成して画素を規定する。ブラックマトリクスＢＭは対向基板２００全体に遮光膜を塗付した後、エッチングによって画素電極に対応する部分から遮光膜を除去することによって形成する。ブラックマトリクスＢＭの横方向に延在する帯状の部分に対応する部分には、ＴＦＴ基板１００において、走査線１０１が形成される。

図３は、Ｒ画素およびブラックマトリクスＢＭ上に赤カラーフィルタＲを形成した状況を示す。赤画素ＲＰ上に赤カラーフィルタＲが存在すれば、カラーフィルタ本来の役割を果たすことが出来るが、本実施例においては、赤カラーフィルタＲをスペーサとして、あるいは、液晶の材料節約のために使用するので、赤画素ＲＰ以外の部分にも赤カラーフィルタＲを形成している。すなわち赤カラーフィルタＲを縦方向にストライプ状に形成することによって、赤画素ＲＰ間の液晶の充填量を節約する。

また、青画素BＰ間の円形状の赤カラーフィルタＲと、緑画素GＰ間の、横に長い帯状の赤カラーフィルタＲは、各々、第２スペーサ２０、第１スペーサ１０の一部と成っている。図３において、青画素BＰ間の赤カラーフィルタＲの平面を円形状として、緑画素GＰ間の赤カラーフィルタＲの面積よりも小さくすることによって、青画素BＰ間に形成される第２スペーサ２０の高さを緑画素GＰ間に形成される第１スペーサ１０の高さよりも小さくする。

次に図４に示すように、緑カラーフィルタGを形成する。図が複雑になることを避けるために図４では赤カラーフィルタＲが省略されているが、緑カラーフィルタGは図３で形成された赤カラーフィルタＲの上に形成される。図４において、緑カラーフィルタGは緑画素GＰ間を連続して縦方向にストライプ状に形成される。さらに、緑カラーフィルタGは青画素BＰ間、および、赤画素ＲＰ間に形成されたブラックマトリクスＢＭを覆うように、横方向に延在するように形成される。青画素BＰと青画素BＰの間は第２スペーサ２０の一部となり、赤画素ＲＰと赤画素ＲＰの間は液晶材料を節約するための充填材となる。

最後に図５に示すように、青カラーフィルタBを形成する。図５では、図を複雑化しないために、赤カラーフィルタＲと緑カラーフィルタGが省略されているが、緑カラーフィルタＧは緑カラーフィルタGの上に形成される。図５において、青画素BＰ間のＢＭ上も青カラーフィルタBが覆うように、青カラーフィルタBは縦方向にストライプ状に形成されている。これによって、青画素BＰ間に充填されるはずの液晶材料を節約することが出来る。また、緑画素GＰと緑画素GＰの間には、青カラーフィルタBを円形状に形成することによって、青カラーフィルタBが第１スペーサ１０の一部となる。円形状の青カラーフィルタBを最上層に形成することによって、第１スペーサ１０は第２スペーサ２０よりも高くすることが出来ることは、前述の説明で述べたとおりである。

以上の例では、第１スペーサ１０と第２スペーサ２０の高さの差を、柱状形状のカラーフィルタの上層に形成されるカラーフィルタのレベリング効果を利用して形成した。スペーサの高さに差を持たせる方法として、上層のカラーフィルタのレベリング効果を用いる他に、カラーフィルタによって形成されるスペーサ自体の面積を変えることによって行うことも出来る。

すなわち、カラーフィルタは液状のものを塗付してこれを感光することによって、所定の形状に形成する。この場合、カラーフィルタの面積が大きいほうが加工後の高さが大きくなる。したがって、図３あるいは、図５に示す円形状のカラーフィルタの面積を変えることによって第１スペーサ１０あるいは第２スペーサ２０の高さを変化させることが出来る。このように、本発明によれば、スペーサの高さを変化させるための自由度を多く持つことが出来る。

図１０は本発明の第２の実施例を示す図である。図１０（ａ）は、図７の領域Ａの詳細図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸ１−Ｘ２断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＲ１−Ｒ２断面図、図１０（ｄ）は、図１０（ａ）のＢ１−Ｂ２断面図、図１０（ｅ）は、図１０（ａ）のＧ１−Ｇ２断面図である。図１０の画素電極の形は、実際の画素電極に即して凹凸が記載されている。図１０において、縦方向には同一色の画素が配列しており、横方向には異なる色の画素が配列している。

図１０（ｂ）、図１０（ｄ）、図１０（ｅ）に示すように、緑画素GＰと緑画素GＰの間に第１スペーサ１０が、青画素BＰと青画素BＰの間に第２スペーサ２０が形成されている。これらのスペーサはカラーフィルタによって形成されている。図１（ｂ）に示すように、第１スペーサ１０のほうが第２スペーサ２０よりも高い。

本実施例が実施例１と異なる点は、第２スペーサ２０の高さと第１スペーサ１０の高さとの差を、実施例１におけるよりも大きくしたことである。これは、第２スペーサ２０を実施例１とは異なる方法で形成し、第２スペーサ２０の高さをより小さくしていることによる。図１０において、緑画素GＰ間に形成されている第１スペーサ１０の形状と構成は実施例１と同様である。これに対して本実施例では、図１０（ａ）に示すように、青画素BＰ間の第２スペーサ２０は、平面が円形上の赤カラーフィルタＲに平面が円形状の緑カラーフィルタGを積層した上に、青カラーフィルタBを積層して形成されている。

図１０（ｂ）および図１０（ｄ）に示すように、第２スペーサ２０では、円柱状に形成された赤カラーフィルタＲ上に、やはり円柱上に緑カラーフィルタGを形成する。本実施例において、青画素BＰ間の円柱状の緑カラーフィルタGの面積は、実施例１における緑カラーフィルタGの面積よりも小さいために、緑カラーフィルタGの厚さは実施例１の場合よりも小さくなる。

図１１〜図１４は、図１０に示す対向基板２００を形成するプロセスを示す図である。

図１１および図１２は、実施例１における図２および図３と同様である。本実施例が実施例１と異なる点は、図１３における緑カラーフィルタGの形状である。図１３に示すように、青画素BＰ間に形成される緑カラーフィルタGの平面図は円形であり、実施例１における緑カラーフィルタGよりも面積が小さい。したがって、本実施例において形成される緑カラーフィルタGの高さは実施例１で形成される緑カラーフィルタGの高さよりも小さくなる。その後、図１４に示すように、青カラーフィルタBを形成することは実施例１と同様であるので説明は省略する。

なお、赤画素ＲＰと赤画素ＲＰ間のブラックマトリクスＢＭの上には、赤カラーフィルタＲのみが形成されている点は実施例１と異なる。その他の構成および効果は実施例１において説明したのと同様である。

このように、本実施例においては、最初に円柱状のカラーフィルタを形成することによる上層のカラーフィルタのレベリング効果に加え、積層されるカラーフィルタの面積を変えることによって第２スペーサ２０の最終的な高さを変えている。一方、第１スペーサ１０の高さをさらに大きくしたい場合は、最上層に形成される円柱状の緑カラーフィルタＧの面積を大きくすれば良い。

図６に示すように、液晶表示パネルの対向基板２００における表示領域２１０の外側には、額縁状に周辺遮光膜２２０がブラックマトリクスＢＭによって形成されている。周辺遮光膜２２０に対応するＴＦＴ基板１００側は、ＴＦＴあるいはそのための配線等が形成された配線領域１４０の外側となっており、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隙は表示領域２１０に比べて大きい。したがって、周辺遮光膜２２０の部分に表示領域２１０と同じ高さのスペーサを形成すると、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の距離が小さくなり、例えば、図１５に示すように、周辺部において、ＴＦＴ基板１００が変形する。図１５は、周辺スペーサ３０をストライプ状、またはベタ状に形成された赤カラーフィルタＲと柱状に形成された青カラーフィルタBによって構成している例である。図１５においては、赤カラーフィルタＲと青カラーフィルタBの厚さは表示領域における厚さと同じである。図１５は、ＴＦＴ基板１００が変形する場合を示しているが、図１５とは逆に、対向基板２００側が変形する場合もある。

このように、基板が周辺において、変形すると、その影響が表示領域２１０におよび、表示領域２１０周辺において、コントラストが低下するという現象を生ずる。このような現象を防止するためには、周辺遮光膜２２０部において、周辺スペーサ３０の高さを表示領域２１０のスペーサよりも大きくしてやるのが良い。この場合、周辺遮光膜２２０のスペーサの高さを表示領域２１０に対して急に変化させると、ガラス基板に対するストレス等が発生する。

本実施例では、図１６に示すように、周辺遮光膜２２０の部分に形成される周辺スペーサ３０において、柱状に形成されるスペーサの面積を周辺に行くほど大きくすることによって、周辺に行くほど柱状スペーサの高さを大きくしている。すなわち、図１６においては、周辺スペーサ３０はストライプ状に形成された赤カラーフィルタＲとその上に形成された緑の柱状カラーフィルタによって構成されているが、緑の柱状カラーフィルタの面積を周辺に行くほど大きくすることによって、結果的に、周辺に行くほど周辺スペーサ３０の高さを高くしている。本実施例よって容易に周辺スペーサ３０の高さを変化させることができ、表示領域２１０の周辺部におけるコントラストの低下を防止するとともに、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００の機械的なストレスを緩和することが出来る。

本実施例は実施例３で説明した、表示領域２１０の外側の周辺遮光膜２２０部分においてＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隙が大きくなることによる表示領域２１０における周辺のコントラストの低下と、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００のストレスを防止する他の構成を与えるものである。

図１７に本実施例の構成を示す。図１７において、対向基板２００の周辺遮光膜２２０には、３層のカラーフィルタからなる周辺スペーサ３０が形成されている。３層のカラーフィルタを使用することによって、本実施例における周辺スペーサ３０の高さは実施例３における周辺スペーサよりも高くなっている。また、本実施例において、緑カラーフィルタGおよび青カラーフィルタBを柱状スペーサとしている。そして、柱状の緑カラーフィルタGの面積を周辺に行くほど大きくすることによって、基板周辺側のスペーサの高さを徐々に大きくしている。

図１７は、緑カラーフィルタGの面積および高さを変化させているが、スペーサの高さを周辺部においてより大きく変化させたい場合は、柱状の青カラーフィルタBの面積を変えることも出来る。したがって、本実施例においては、周辺のスペーサの高さを変えたい場合に、より設計の自由度を持つことが出来る。

実施例１〜実施例４は対向基板２００に液晶を駆動する対向電極２０１が形成されていない場合を例にとって説明した。しかし、本発明は、対向基板２００に対向電極２０１が形成されている場合の構成に対しても適用できることは先に述べたとおりである。図１８はこの構成の例を示す。図１８は説明のために、スペーサが形成された部分の断面のみを示す。また、図１８は、図７における第１スペーサ１０の部分のみを取り出したものである。図１８に示す部分以外の構成は、実施例１または、実施例２で説明したものと同様である。

図１８では、対向基板２００が下側で、ＴＦＴ基板１００が上側に配置されている。ＴＦＴ基板１００に形成された配線、ＴＦＴ等は省略されている。図１８において、対向基板２００にはブラックマトリクスＢＭが形成され、ブラックマトリクスＢＭの両側には青画素ＢＰあるいは赤画素ＲＰが形成されている。ブラックマトリクスＢＭの上には、赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG、青カラーフィルタBが積層されている。スペーサの高さは、スペーサの面積を変えることによって調整できることは実施例１および実施例２で説明したとおりである。

本実施例では、対向基板２００のオーバーコート膜ＯＣの上に対向電極２０１が形成されている。対向電極２０１が柱状スペーサの上にまで形成されていると、ＴＦＴ基板１００とスペーサが接触した際、配向膜１０６が破壊したりすると、対向電極２０１とＴＦＴ基板１００に形成された配線とが接触して、対向電極２０１とＴＦＴ基板１００に形成された配線とがショートする可能性がある。本実施例ではこの危険を防止するために、図１８に示すように、対向電極２０１を、スペーサの部分には形成しないようにしている。このように構成することによって、対向基板２００に対向電極２０１を形成する場合にも本発明を実施することが出来る。

以上は、対向基板２００に対向電極２０１が形成されている場合の、第１スペーサ１０について本発明を適用する場合を説明したが、第２スペーサ２０に適用する場合も同様である。すなわち、第２スペーサ２０は第１スペーサ１０よりも高さを低くするが、これは、第２スペーサ２０においては、カラーフィルタの層を２層にする、あるいは、柱状カラーフィルタの面積を第１スペーサ１０の場合よりも小さくすること等によって実現することが出来る。

図１９は本発明をいわゆるＶＡ方式の液晶表示装置に適用する例である。図１９は説明のために、スペーサが形成された部分の断面のみを示している。また、図１９は、図７における第１スペーサ１０の部分のみを取り出したものである。図１９に示す部分以外の構成は、実施例１または、実施例２で説明したものと同様である。

図１９では、対向基板２００が下側で、ＴＦＴ基板１００が上側に配置されている。ＴＦＴ基板１００に形成された配線、ＴＦＴ等は省略されている。図１９において、対向基板２００にはブラックマトリクスＢＭが形成され、ブラックマトリクスＢＭの両側には緑画素GＰあるいは赤画素ＲＰが形成されている。ブラックマトリクスＢＭの上には、赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG、青カラーフィルタBが積層されている。スペーサの高さは、スペーサの面積を変えることによって調整できることは実施例１および実施例２で説明したとおりである。

本実施例では、スペーサの上にリブ２０５が設けられている。このリブ２０５は、画素電極上にも延設して形成され、画素電極上では、液晶分子を傾むかせ、視野角を広げる機能を有する。図１９において、スペーサの高さは赤カラーフィルタＲ、緑カラーフィルタG、青カラーフィルタBを積層することによって形成されていることは実施例１等と同様である。また、スペーサの高さは、スペーサを構成するカラーフィルタの面積を制御する、あるいは、カラーフィルタの積層の方法によるレベリングを利用して制御することが出来ることは実施例１で説明したとおりである。

本実施例が実施例５と異なる点は、対向基板２００に形成された対向電極２０１をカラーフィルタによるスペーサの上にまで形成している点である。すなわち、本実施例においては、カラーフィルタによるスペーサの上に対向電極２０１を形成しても、ＴＦＴ基板１００との間に、配向膜１０６に加えて、リブ２０５が存在しているために、対向電極２０１とＴＦＴ基板１００に形成された配線とがショートする確率は非常に小さいために、このような構成をとることが出来る。

このように、ＶＡ方式においても、本発明を適用することが出来る。以上は、図７における第１スペーサ１０について説明したが、第２スペーサ２０についても同様に実現できることは実施例５で説明したとおりである。

実施例１の対向基板の要部を示す図である。 実施例１のブラックマトリクスの平面図である。 実施例１の赤カラーフィルタの平面図である。 実施例１の青カラーフィルタの平面図である。 実施例１の緑カラーフィルタの平面図である。 液晶表示パネルの平面図である。 対向基板における画素配置を示す図である。 図１に対応するＴＦＴ基板の平面模式図である。 図８のＡ−Ａ断面に対応する液晶表示パネルの断面図である。 実施例２の対向基板の要部を示す図である。 実施例２のブラックマトリクスの平面図である。 実施例２の赤カラーフィルタの平面図である。 実施例２の青カラーフィルタの平面図である。 実施例２の緑カラーフィルタの平面図である。 従来の液晶表示パネルの周辺部の断面である。 実施例３の液晶表示パネルの周辺部の断面である。 実施例４の液晶表示パネルの周辺部の断面である。 実施例５の液晶表示パネルの第１スペーサ部分の断面図である。 実施例６の液晶表示パネルの第１スペーサ部分の断面図である。

符号の説明

１０…第１スペーサ、 １５…スペーサ台座、 ２０…第２スペーサ、 ３０…周辺スペーサ、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…走査線、 １０２…ＳＤ電極、 １０３…ゲート絶縁膜、 １０４…ａ−Ｓｉ、 １０５…パッシベーション膜、 １０６…配向膜、 １０７…液晶層、 １３０…端子部、 １５０…シール部、 ２００…対向基板、 ２０１…対向電極、 ２０５…リブ、 ２１０…表示領域、 ２２０…周辺遮光、 １０２１…映像信号線、 １０２２…台座メタル、 Ｒ…赤カラーフィルタ、 Ｇ…緑カラーフィルタ、 Ｂ…青カラーフィルタ、 ＲＰ…赤画素、 ＧＰ…緑画素、 ＢＰ…青画素、 ＢＭ…ブラックマトリクス、 ＯＣ…オーバーコート膜。

Claims (12)

1. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素と、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素と、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素とがマトリクス状に形成され、
   前記対向基板には、前記ＴＦＴ基板との間隔を規定する第１のスペーサと、前記第１のスペーサよりも高さが低い第２のスペーサが形成され、
   前記第１のスペーサは複数のカラーフィルタを積層することによって形成され、前記複数のカラーフィルタのうちの下側のカラーフィルタの面積は、前記上側のカラーフィルタの面積よりも大きく、
   前記第２のスペーサは、複数のカラーフィルタの積層によって形成され、前記複数のカラーフィルタのうちの下側のカラーフィルタの面積は、前記上側のカラーフィルタの面積よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１のスペーサは、３層のカラーフィルタによって形成され、最上層のカラーフィルタの面積が最も小さく、
   前記第２のスペーサは３層のカラーフィルタによって形成され、最下層のカラーフィルタの面積が最も小さいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２のスペーサは３層のカラーフィルタによって形成され、最下層の層のカラーフィルタが最も面積が小さく、最上層の層のカラーフィルタの面積が最も大きく、中間の層のカラーフィルタの面積は、最下層のカラーフィルタの面積よりも大きく、最上層のカラーフィルタの面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１のスペーサは、縦方向に配列した前記第１の画素の間に形成され、前記第２のスペーサは、縦方向に配列した前記第２の画素の間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素が縦方向に配列し、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素が縦方向に配列し、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素が縦方向に配列し、
   前記第１のカラーフィルタは前記第１の画素を覆って縦方向にストライプ状に延在し、前記第２のカラーフィルタは前記第２の画素を覆って縦方向にストライプ状に延在し、前記第３のカラーフィルタは前記第３の画素を覆って縦方向に延在し、
   前記第１の画素と前記第１の画素の間には、前記第１のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタが積層された第１のスペーサが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記第２の画素と前記第２の画素の間には前記第２のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタによって第２のスペーサが形成され、前記第１のスペーサの高さは、前記第２のスペーサの高さよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１のカラーフィルタは、前記第２の画素と前記第２の画素の間と前記第３の画素と前記第３の画素の間をストライプ状に横方向に延在していることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１のスペーサは前記第１のカラーフィルタを含む３層のカラーフィルタによって形成され、前記第２のスペーサは前記第２のカラーフィルタを含む３層のカラーフィルタによって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記第３の画素と前記第３の画素の間には、複数のカラーフィルタが積層されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記対向基板には、画像を表示する表示領域と、前記表示領域を囲んで額縁状の遮光領域が形成されており、
    前記対向基板の前記表示領域には、第１のカラーフィルタによって第１の色を表示する第１の画素と、第２のカラーフィルタによって第２の色を表示する第２の画素と、第３のカラーフィルタによって第３の色を表示する第３の画素とがマトリクス状に形成され、
    前記対向基板の前記額縁状の遮光領域には、前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔を規定するスペーサ形成されており、前記スペーサの高さは、前記遮光領域の外側程高さが高いことを特徴とする液晶表示装置。
11. 前記スペーサを構成する前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタのうちのいずれかは、前記遮光領域の外側程面積が大きいことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記スペーサは、前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、または、前記第３のカラーフィルタのうちの複数によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。

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