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JP2547523B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示装置及びその製造方法

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JP2547523B2
JP2547523B2 JP6628494A JP6628494A JP2547523B2 JP 2547523 B2 JP2547523 B2 JP 2547523B2 JP 6628494 A JP6628494 A JP 6628494A JP 6628494 A JP6628494 A JP 6628494A JP 2547523 B2 JP2547523 B2 JP 2547523B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カラー画像を表示する
液晶表示装置に関し、特にブラックマトリクス（ＢＭ）
をアレイ基板側に形成したＢＭオンアレイ（BM on Arre
y ）タイプの液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶表示装置には、ＴＦＴ（薄膜
トランジスタ）等をスイッチング素子に用いたアクティ
ブ・マトリクス型の液晶表示装置や、ＳＴＮ等の単純マ
トリクス型の液晶表示装置等、種々のタイプのものが存
在する。これら液晶表示装置は、液晶の駆動方法に差異
を有するものの、いずれも対向配置されたガラス基板間
に液晶が封入され、ガラス基板上にマトリクス状に信号
線を配置して交差する信号線近傍の液晶を駆動させるこ
とにより表示画素を構成している点で共通する。
【０００３】これらの液晶表示装置においても、近年特
に、ＴＦＴをスイッチング素子に用いたカラー表示の液
晶表示装置（ＴＦＴ／ＬＣＤ）の開発が盛んになってき
ている。このＴＦＴ／ＬＣＤは、マトリクス状に表示電
極が形成されるがアレイ基板と、アレイ基板面に所定の
間隔で対向して配置された対向基板（カラーフィルタ基
板）とを有している。
【０００４】アレイ基板の表示電極近傍にはスイッチン
グ素子としてのＴＦＴがそれぞれ形成されており、これ
らのＴＦＴのソースは画素開口部に形成された表示電極
に接続されている。また、ＴＦＴのゲート及びドレイン
は、マトリクスの行及び列信号線にそれぞれ接続されて
いる。
【０００５】ＴＦＴ／ＬＣＤの対向基板側には赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色からなるカラーフ
ィルタが、アレイ基板の表示電極に対応してマトリクス
状に形成されている。各カラーフィルタ間にはブラック
マトリクス（一例として、フォトリソグラフィー法によ
って形成される黒色顔料入り合成樹脂製）が形成され、
これにより各カラーフィルタ間の遮光が為されるように
なっている。また、対向基板側のカラーフィルタ上には
ＩＴＯ（indium-tin-oxide) 等の表示用共通電極が形成
されている。
【０００６】対向して配置された両基板上層には液晶分
子を配向する層、例えば液晶の分子の配列を９０度ねじ
るようにするために所定の方向にラビングされた配向膜
が形成されている。両基板間の周囲はシール材で封止さ
れ、両基板間に液晶が封入されている。
【０００７】従来の液晶表示装置では、両基板間に一定
のセルギャップ（セル厚）を得るために例えば透明球状
体のスペーサが多数散布されている。
【０００８】液晶表示装置において、対向する基板間の
セルギャップｄを一定にすることは重要である。基板面
の各位置でセルギャップｄが変化していると、各位置で
の液晶層の光路長差Δｎ・ｄ（液晶層の複屈折率Δｎと
液晶層の厚さ、即ちセルギャップｄとの積）が変化する
ことになる。液晶層の光路長差Δｎ・ｄの変化は、液晶
の光学的応答速度や、透過率を変化させることになるの
で、基板面の各位置でのセルギャップｄが一様でない場
合には、表示画面のコントラスト比及び色度が変化し、
画面の均一性が保てないという表示品質の低下を招いて
しまう。
【０００９】従って、従来から両基板間には、所定のセ
ルギャップを形成するためにガラス又は合成樹脂の透明
球状体をしたスペーサを散布する方法が採られてきた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、粒径の
均一なスペーサを形成することは困難であり、加えてス
ペーサを基板間に均一に散布することにも困難が伴って
いた。
【００１１】従来、スペーサは、湿式散布法（スペーサ
を分散させた揮発性の液体媒体を炉の中で基板に向かっ
てスプレーし、媒体を途中で蒸発させてスペーサのみを
基板上に付着させる方法）により散布していた。この散
布方法は、スペーサに影響を与えることなく、かつ媒体
を即座に揮発させなければならないためにフロンの一種
であるフレオンを使用せざるを得ず、環境問題を考慮す
るとこのような湿式散布法を用いることは適用でない。
【００１２】そこで乾式散布法（静電気力で散布する方
法）を用いてスペーサを散布することが検討されている
が、均一に散布することが湿式散布法よりも難しく、複
数個のスペーサが凝固したものが基板状に点在するとい
う問題を有している。
【００１３】また、液晶表示装置の表示品質に関し、一
定のセルギャップを得るために用いる透明球形体のスペ
ーサ自体にも考慮すべき問題がある。
【００１４】即ち、スペーサが透明な球形体であるとこ
ろから、画素内にこのスペーサが入っていると、黒色表
示時にスペーサを介して光が漏れてしまい、また、液晶
が封入されている基板間にスペーサが存在することによ
ってスペーサ近傍の液晶分子の配列が乱され、配列が乱
された部分で光漏れを生じ、この光漏れによって黒レベ
ルが低下し、しいてはコントラストが低下してしまうと
いう問題を有している。
【００１５】このようなことから、例えば特開昭６０−
１６４７２３号公報では、液晶駆動用素子上に所定のセ
ルギャップに対応した高さの支柱をポリイミドによって
形成することにより球形体のスペーサの散布を無くした
液晶表示装置を実現している。
【００１６】当該開示でポリイミドをスペーサ材とした
理由は、スペーサの厚みが５〜１０μｍ程度は必要であ
り、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜でこの厚みを実現
するには形成工程における厚みの均一性やエッチング方
法にかなりの困難性が伴うからである。
【００１７】しかしながら、当該公報の方法によれば球
形体のスペーサを散布する工程は無くなったが、ポリイ
ミドの支柱を液晶駆動用素子上に形成する工程（感光性
ポリイミドの塗布工程、ポリイミドを選択的に残す工程
（フォトリソグラフィー工程）、選択的に残したポリイ
ミドを熱硬化させる工程等を余分に加えなければなら
ず、これらが製造の歩留りを低下させる原因となってし
まうという問題を有している。また、フォトリソグラフ
ィー工程用のパターンも必要である。
【００１８】また、別の問題として配向膜の塗布不良及
び液晶分子の配向不良を起こすといった問題を有してい
る。即ち、液晶表示装置においては、液晶に接する面に
液晶分子を所定方向に整列させる配向膜が必要不可欠で
ある。この配向膜は、一般にポリイミドが使用されてお
り、基板の上にポリイミドを所定の厚さ（数百オングス
トローム）に形成したのちにラビング処理（表面を所定
方向に擦る処理）を行っている。この液晶表示装置で
は、カラーフィルタ基板側はフラットな状態となってい
るものの、アレイ基板には、セルギャップに対応する高
さのポリイミドの支柱が形成されている。しかし、高さ
が５μｍ以上あるような突起部分（支柱）がアレイ基板
にあると、高い突起部分（支柱）に邪魔されてラビング
処理するための部材が突起部分の影になる部分（突起部
分の周囲）に接触せず、ラビング処理されなかった部分
で液晶分子が所定方向に整列できなくなるという問題が
ある。
【００１９】従って、当該開示では従来の球状体のスペ
ーサを散布する方法のデメリットはある程度解消されて
も、別の問題点即ち、製造工程の増加による製造歩留り
の低下及びポリイミド自体及びその支柱の構造に起因す
る問題点が残されている。
【００２０】一方、カラーフィルタの基板にＲ、Ｇ、Ｂ
の三色のフィルターを重ね合わせ、これをスペーサとし
た液晶表示装置が提案されている（特開平５−１９６９
４６号公報）。この液晶表示装置では、カラーフィルタ
間にカラーフィルタ側の基板からブラックマトリクス部
の位置にＲ、Ｇ、Ｂの順に各色を重畳して構成された三
層構造部を設け、カラーフィルタ側に設けられたブラッ
クマトリクス部及び三層構造部をスペーサとすることに
よって、球状のスペーサの散布を必要としていない。
【００２１】しかしながら、この液晶表示装置では、前
述のポリイミドの支柱を形成するといった複雑な工程を
必要としないというメリットはあるものの、カラーフィ
ルタ基板側にセルギャップに対応する高い三層構造部が
あるために、ラビング処理を行っても三層構造部の影に
なる部分（三層構造部の周囲）がラビングされず、ラビ
ング処理されなかった部分で液晶分子が所定方向に整列
できなくなるという問題がある。
【００２２】また、アレイ基板の半導体が設けられてい
る部分にセルギャップを規定する光遮蔽部材を設けて、
ここをスペーサとした液晶表示装置（特開昭５６−２５
７７号公報）が提案されているが、前述の特開昭６０−
１６４７２３号公報の液晶表示装置と同様に、スペーサ
の高さが高くなりすぎるため、同様にしてスペーサの周
囲がラビングされず、ラビング処理されなかった部分で
液晶分子が所定方向に整列できなくなるという問題があ
る。
【００２３】前述した何れの従来技術も、アレイ基板ま
たはカラーフィルタ基板の何れか一方にのみセルギャッ
プに対応する支柱等を形成しており、支柱等の付近がラ
ビング処理されずにその部分の液晶が配向不良を発生す
るという問題がある。
【００２４】本発明は上記事実を考慮し、製造時の工程
が必要最小限ですみ、光漏れのない表示特性に優れた液
晶表示装置及びその液晶表示装置の製造方法を提供する
ことが目的である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の液晶表
示装置は、マトリクス状に配置された画素開口部、前記
画素開口部近傍に形成されたアクティブ素子及び前記画
素開口部以外の領域を遮光するように形成されたブラッ
クマトリクスによって他の部分よりも高く形成された複
数の第１の突起部を有するアレイ基板と、前記アレイ基
板のブラックマトリクス形成側に形成された配向膜と、
前記アレイ基板に対向して配置され、前記画素開口部に
対応して形成されたカラーフィルタと前記第１の突起部
に突き合わされて前記第１の突起部と共にセルギャップ
を規定する他の部分よりも高く形成された複数の第２の
突起部とが形成されたカラーフィルタ基板と、前記カラ
ーフィルタ基板のカラーフィルタ形成側に形成された配
向膜と、前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板との
間に介在する液晶と、を有することを特徴としている。
【００２６】請求項２に記載の液晶表示装置は、請求項
１に記載の液晶表示装置において、前記第２の突起部
は、カラーフィルタ形成材料で形成されていることを特
徴としている。
【００２７】請求項３に記載の液晶表示装置は、請求項
２に記載の液晶表示装置において、前記第２の突起部
は、赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料のいず
れか二色の積層構造であることを特徴としている。
【００２８】請求項４に記載の液晶表示装置は、請求項
２に記載の液晶表示装置において、前記第２の突起部
は、赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料の積層
構造であることを特徴としている。
【００２９】請求項５に記載の液晶表示装置は、請求項
１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置に
おいて、前記第１の突起部は前記アクティブ素子上に形
成されていることを特徴としている。
【００３０】請求項６に記載の液晶表示装置は、請求項
１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置に
おいて、前記第１の突起部と前記第２の突起部とは両配
向膜を介して突き合わされていることを特徴としてい
る。
【００３１】請求項７に記載の液晶表示装置は、請求項
１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置に
おいて、前記カラーフィルタ基板において前記画素開口
部に対応して形成されたカラーフィルタ表面から前記第
２の突起部の頂部までの高さを３．８μｍ以下に抑えた
ことを特徴としている。
【００３２】請求項８に記載の液晶表示装置は、請求項
１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液晶表示装置に
おいて、前記アレイ基板において前記画素開口部の表面
から前記第１の突起部の頂部までの高さを３．８μｍ以
下に抑えたことを特徴としている。
【００３３】請求項９に記載の液晶表示装置は、請求項
６乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置に
おいて、前記第２の突起部上と前記配向層との間に表示
用電極層が設けられていることを特徴としている。
【００３４】請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方
法発明は、アレイ基板に形成される第１の突起部の高さ
とカラーフィルタ基板に形成される第２の突起部の高さ
の和が、セルギャップに対応するように第１の突起の高
さと第２の突起部の高さを決定し、マトリクス状に配置
された画素開口部及び前記画素開口部近傍に配置された
アクティブ素子を有するアレイ基板に、決定された高さ
となるように前記画素開口部以外の領域を遮光するブラ
ックマトリクスによって複数の第１の突起部を形成し、
カラーフィルタ基板に前記画素開口部に対応した位置に
カラーフィルタを形成すると共に決定された高さとなる
ように複数の第２の突起部を形成し、前記第１の突起部
が形成されたアレイ基板及び前記第２の突起部が形成さ
れたカラーフィルタ基板の各々に配向膜を形成し、前記
第１の突起部と前記第２の突起部とが突き合わされるよ
うに配向膜が形成されたアレイ基板とカラーフィルタ基
板とを重ね合わせて周囲を封着し、周囲を封着した後の
アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を注入す
ることによって液晶表示装置を製造する。
【００３５】また、請求項１１の液晶表示装置の製造方
法は、前記第２の突起部を、カラーフィルタ形成材料で
カラーフィルタと同時に形成したことを特徴としてい
る。
【００３６】
【作用】請求項１に記載の液晶表示装置によれば、アレ
イ基板とカラーフィルタ基板とを突き合わせることによ
り、第１の突起部と第２の突起部とでセルギャップを規
定することができる。セルギャップは第１の突起部と第
２の突起部との和になるので、例えば、第１の突起部及
び第２の突起部の高さを各々セルギャップの半分の寸法
とすることが可能となり、アレイ基板及びカラーフィル
タ基板の最も高い部位を低く抑えることができ、アレイ
基板の配向膜及びカラーフィルタ基板の配向膜のラビン
グ処理を全面に渡って確実に行うことができる。これに
より、画素開口部に対応する液晶分子を所定方向に整列
させることができる。
【００３７】請求項２に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部をカラーフィルタ形成材料で形成したので、第
２の突起部をカラーフィルタの形成と同時に行うことが
できる。また、カラーフィルタ形成材料を使用して第２
の突起部を形成するので他の形成部材を使用する必要も
なく、カラーフィルタ基板の製造工程が増えることもな
い。
【００３８】請求項３に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部を赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料
のいずれか二色の積層構造としたので、赤、緑、青の三
色のカラーフィルタ形成工程のいずれか二つの形成工程
によって第２の突起部を形成することができる。これに
より第２の突起部を画素開口部に対応したカラーフィル
タ部分よりも一色分高く形成することができる。
【００３９】請求項４に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部を赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料
の積層構造としたので、赤、緑、青の三色のカラーフィ
ルタ形成工程によって第２の突起部を形成することがで
きる。これにより第２の突起部を画素開口部のカラーフ
ィルタ部分よりも二色分高く形成することができる。
【００４０】請求項５に記載の液晶表示装置では、ブラ
ックマトリクスによって形成された第１の突起部がアク
ティブ素子上に形成されているため、アクティブ素子に
対する遮光が確実になり、外光によるアクティブ素子の
動作不良を防止することができる。特に、第２の突起部
が赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料の積層構
造となった時には、最も遮光性が良くなる。また、一定
厚さのブラックマトリクスをアレイ基板に形成すること
により、突出したアクティブ素子上に第１の突起部を形
成することができる。
【００４１】請求項６に記載の液晶表示装置では、第１
の突起部と第２の突起部との間に配向膜が形成されてい
るので、配向膜の厚さでセルギャップを補うことができ
る。また、配向膜の厚さはブラックマトリクスに比較し
て薄いので、セルギャップの微調整を行うことができ
る。
【００４２】請求項７に記載の液晶表示装置では、画素
開口部に対応して形成されたカラーフィルタ表面から第
２の突起部の頂部までの高さを３．８μｍ以下に抑えた
ので、カラーフィルタ基板に形成された配向膜のラビン
グ処理を全面に渡って確実に行うことが出来る。なお、
第２の突起部の頂部までの高さが３．８μｍを超える
と、第２の突起部の周囲でラビング処理が出来なくなる
部位が生じ（ラビング処理する部材が第２の突起部に邪
魔されて画素開口部の配向膜に接触できなくなるた
め）、第２の突起部の周囲で液晶分子を所定方向に配列
することが出来なくなる。
【００４３】請求項８に記載の液晶表示装置では、アレ
イ基板において画素開口部の表面から前記第１の突起部
の頂部までの高さを３．８μｍ以下に抑えたので、アレ
イ基板に形成された配向膜のラビング処理を全面に渡っ
て確実に行うことが出来る。なお、第１の突起部の頂部
までの高さが３．８μｍを超えると、第１の突起部の周
囲でラビング処理が出来なくなる部位が生じ（ラビング
処理する部材が第１の突起部に邪魔されて画素開口部に
接触できなくなるため）、第１の突起部の周囲で液晶分
子を所定方向に配列することが出来なくなる。
【００４４】請求項９に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部上と配向層との間に表示用電極層を設けたの
で、表示用電極の厚さでセルギャップを補うことができ
る。表示用電極の厚さはカラーフィルタ、ブラックマト
リクス等に比較して薄いので、セルギャップの微調整を
行うことができる。
【００４５】請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方
法では、先ず最初にアレイ基板に形成される第１の突起
部の高さとカラーフィルタ基板に形成される第２の突起
部の高さの和が、セルギャップに対応するように第１の
突起の高さと第２の突起部の高さが決定される。
【００４６】次に、マトリクス状に配置された画素開口
部及び前記画素開口部近傍に配置されたアクティブ素子
を有するアレイ基板に、決定された高さとなるように画
素開口部以外の領域を遮光するブラックマトリクスによ
って複数の第１の突起部が形成され、カラーフィルタ基
板に画素開口部に対応した位置にカラーフィルタが形成
されると共に決定された高さとなるように複数の第２の
突起部が形成される。次に、第１の突起部が形成された
アレイ基板及び第２の突起部が形成されたカラーフィル
タ基板の各々に配向膜が形成される。第１の突起部と前
記第２の突起部とが突き合わされるように、配向膜が形
成されたアレイ基板とカラーフィルタ基板とが重ね合わ
されて周囲が封着され、周囲が封着された後のアレイ基
板とカラーフィルタ基板との間に液晶が注入されて液晶
表示装置が完成する。
【００４７】また、請求項１１の液晶表示装置の製造方
法では、第２の突起部がカラーフィルタ形成材料でカラ
ーフィルタと同時に形成される。このため、第２の突起
部を形成するための特別な形成工程が要らず、カラーフ
ィルタ基板の工程としては従来比一切増加しない。
【００４８】
【実施例】本発明の一実施例に係る液晶表示装置１０を
図１乃至図５にしたがって説明する。
【００４９】本実施例の液晶表示装置１０は、アクティ
ブマトリック駆動方式の液晶表示装置である。
【００５０】図１に示すように、液晶表示装置１０は、
アレイ基板１２とカラーフィルタ基板１３とを有してい
る。
【００５１】アレイ基板１２はガラス基板１４を有して
おり、ガラス基板１４の上面にはアンダーコート層１６
が形成され、下面には偏光板１７が接着されている。
【００５２】アンダーコート層１６の上面には、図２に
示すように、図２上下方向に延びるデータ線３４が所定
間隔で図２左右方向に形成され（図２では１本のみ図
示）、図２左右方向に延びるゲート線２６が所定間隔で
図２上下方向に形成されている（図２では１本のみ図
示）。
【００５３】データ線３４とゲート線２６とで囲まれる
矩形の領域には、矩形状の透明な表示用電極層としての
表示電極１８が配置されており、データ線３４とゲート
線２６との交差部分近傍にはアクティブ素子としてのＴ
ＦＴ２０が配置されている。
【００５４】図１に示すように、ＴＦＴ２０は、半導体
層（チャンネル形成層）２４、ゲート電極２６Ａ、ゲー
ト絶縁膜２８、絶縁膜３０、ソース電極３２及びドレイ
ン電極３４Ａを備えている。
【００５５】図２に示すように、ゲート電極２６Ａはゲ
ート線２６（右上がりの斜線の領域）の一部が延長され
たものであり、ドレイン電極３４Ａはデータ線３４（左
上がりの斜線の領域）の一部が延長されたものである。
また、ソース電極３２（左上がりの斜線の領域）は表示
電極１８に接続されている。
【００５６】図１に示すように、ＴＦＴ２０は、表面が
保護膜３６で覆われており、保護膜３６の上にはブラッ
クマトリクス３８が形成されている。
【００５７】図２に示すように、ブラックマトリクス３
８（図２では、縦縞の領域）は表示電極１８を除いた領
域（ＴＦＴ２０（点々の領域）、データ線３４、ゲート
線２６及びソース電極３２の一部 ）を覆っている。
【００５８】なお、表示電極１８に対応したブラックマ
トリクス３８が形成されていない領域が画素開口部２２
となる。
【００５９】ブラックマトリクス３８は、黒色のフォト
レジストを塗布し、選択的にエッチングすることにより
形成されている。本実施例の黒色のフォトレジストは、
透明なフォトレジストに、青色顔料、黄色顔料、紫色顔
料を所定の割合で分散したものである。
【００６０】ブラックマトリクス３８は、部材の表面に
略一定の厚さに形成されるため、アレイ基板１２上に形
成されたブラックマトリクス３８は、表面が凸凹する。
図１に示すように、ブラックマトリクス３８を形成する
前のアレイ基板１２では、ＴＦＴ２０が最も高い部位で
あるため、ブラックマトリクス３８を形成するとＴＦＴ
２０の上に第１の突起部３８Ａが形成される。即ち、第
１の突起部３８Ａの頂部がアレイ基板１２の最も高い位
置となる。
【００６１】ブラックマトリクス３８及び表示電極１８
の表面には、配向膜４０が形成されている。配向膜４０
の表面は、電圧が印加されない時に液晶分子を一方向に
整列するために周知の方法によってラビング処理されて
いる。
【００６２】一方、カラーフィルタ基板１３は、ガラス
基板４２を有しており、ガラス基板４２の上面には偏光
板４４が接着されている。
【００６３】ガラス基板４２の下面には、カラーフィル
タ４６が形成されている。カラーフィルタ４６には、赤
色カラーフィルタ４６Ｒ、緑色カラーフィルタ４６Ｇ、
青色カラーフィルタ４６Ｂがあり、各々所定の画素開口
部２２に対向した位置に１層が形成されている（図３参
照。図３は図１に示す液晶表示装置１０をカラーフィル
タ基板１３側から見た図である（但しブラックマトリク
ス３８は図示を省略している。）。図３では、一つの画
素開口部２２が示されており、図３では例えば赤色カラ
ーフィルタ４６Ｒ（点々の領域）が形成されてい
る。）。
【００６４】図１及び図３に示すように、カラーフィル
タ基板１３には、アレイ基板１２の第１の突起部３８Ａ
に対向した位置に、赤色カラーフィルタ４６Ｒ、緑色カ
ラーフィルタ４６Ｇ及び青色カラーフィルタ４６Ｂを積
層した第２の突起部５０が形成されている。
【００６５】図１に示すように、カラーフィルタ４６の
表面には、全面に透明の共通電極５２が形成されてお
り、さらに共通電極５２の表面には配向膜５４が形成さ
れている。
【００６６】次に、本実施例の液晶表示装置１０の断面
における各部の寸法関係を説明する。
【００６７】アレイ基板１２においては、ＴＦＴ２０の
保護膜３６までの高さが表示電極１８の表面から計測し
て約１μｍある。
【００６８】液晶表示装置１０のセルギャップＧa （図
１参照：アレイ基板１２の画素開口部２２に形成された
配向膜４０の表面から該画素開口部２２に対向するカラ
ーフィルタ基板１３の配向膜５４の表面までの寸法）
は、表示電極１８の表面に形成された配向膜４０の表面
から第１の突起部３８Ａの頂部に形成された配向膜４０
の表面までの高さＨa とカラーフィルタ基板１３の共通
電極５２の表面に形成された配向膜５４の表面から第２
の突起部５０の頂部に形成された配向膜５４の表面まで
の高さＨc との和となっている。
【００６９】液晶表示装置１０の適正なセルギャップＧ
a は、電圧オフ時に白となる表示モードで、ＴＮ液晶を
使用する場合、最適な液晶層の光路長差Δｎ・ｄは０．
４５〜０．５であり、ＴＮ液晶のΔｎが０．０７〜０．
１０であることから、４．５〜７．１μｍとなる。
【００７０】セルギャップＧa を４．５〜７．１μｍと
するための高さＨa と高さＨc との組み合わせは種々考
えられるが、高さＨa が３．８μｍを超えると配向膜４
０に、高さＨc が３．８μｍを超えると配向膜５４にラ
ビング処理できなくなる部分（突起部の周辺）が生じる
ので、高さＨa が３．８μｍを超えないようにブラック
マトリクス３８を形成し、高さＨc が３．８μｍを超え
ないようにカラーフィルタ４６の厚さ、積層数を設定す
る必要がある。また、高さＨa 及び高さＨc が３．８μ
ｍを超えると、配向膜４０及び配向膜５４を形成（印
刷）する際に不良が発生する懸念もある。
【００７１】本実施例では、高さＨa が３．０μｍ、高
さＨc が２．２μｍに設定されている。
【００７２】なお、ＴＦＴ２０の遮光効果として、ブラ
ックマトリクス部分のＯＤ（OPTICAL DENSITY ：光学濃
度）を、実使用レベルにおいて３．５以上確保すること
が好ましいとされている。
【００７３】図４に、本実施例の赤色カラーフィルタ４
６Ｒ（膜厚１．１μｍ）、緑色カラーフィルタ４６Ｇ
（膜厚１．１μｍ）、青色カラーフィルタ４６Ｂ（膜厚
１．１μｍ）及びブラックマトリクス３８（膜厚２．０
μｍ）の単独及び積み重ね時のＯＤを示す。
【００７４】したがって、ＴＦＴ２０の遮光効果３．５
以上を得るには、本実施例の場合、赤色カラーフィルタ
４６Ｒ、緑色カラーフィルタ４６Ｇ及び青色カラーフィ
ルタ４６Ｂの積層部分のＯＤが２．２２であるので、Ｔ
ＦＴ２０上のブラックマトリクス３８の膜厚が１．０μ
ｍ以上は必要である。
【００７５】ラビング処理の確実性及びＴＦＴ２０の確
実な遮光効果を得るためには、本実施例の構成では赤色
カラーフィルタ４６Ｒ、緑色カラーフィルタ４６Ｇ及び
青色カラーフィルタ４６Ｂの各層の膜厚を１．９μｍ以
下とし、ブラックマトリクス３８の膜厚を１．０μｍ〜
２．８μｍとすることが好ましい。
【００７６】本実施例では、ＴＦＴ２０の上の積層部分
のＯＤ（光学濃度）が、赤色カラーフィルタ４６Ｒ、緑
色カラーフィルタ４６Ｇ、青色カラーフィルタ４６Ｂ及
びブラックマトリクス３８の各々のＯＤを合計した値の
４．４４となっており、ＴＦＴ２０に対する遮光は確実
である。
【００７７】次に、本実施例の液晶表示装置１０の製造
工程を説明する。先ず最初にアレイ基板１２の製造工程
を説明する。
【００７８】第１工程において、ガラス基板１４の上に
アンダーコート層１６を形成する。第２工程において、
アンダーコート層１６の上にゲート電極２６Ａ、ゲート
線２６を形成する。
【００７９】第３工程において、ゲート絶縁膜２８を形
成する。第４工程において、ＴＦＴ２０の半導体層２４
を形成する。
【００８０】第５工程において、表示電極１８を形成す
る。第６工程において、ＴＦＴ２０のソース電極３２及
びドレイン電極３４Ａ並びにデータ線３４を形成する。
【００８１】第７工程において、ＴＦＴ２０を覆う保護
膜３６を形成する。第８工程において、表示電極１８を
露出するようにブラックマトリクス３８を形成する。
【００８２】第９工程において、配向膜４０を形成し、
配向膜４０のラビング処理を行う。次にカラーフィルタ
基板１３の製造工程を説明する。
【００８３】第１工程において、ガラス基板４２にアレ
イ基板１２のブラックマトリクス３８に対向する位置及
び所定の画素領域２２に対向する位置に赤色カラーフィ
ルタ４６Ｒ（左上がりの斜線部分）を形成する（図５
（Ａ）参照）。
【００８４】第２工程において、アレイ基板１２のブラ
ックマトリクス３８に対向する位置に形成された赤色カ
ラーフィルタ４６Ｒの上及び所定の画素領域２２に対向
する位置に緑色カラーフィルタ４６Ｇ（右上がりの斜線
部分）を形成する（図５（Ｂ）参照）。
【００８５】第３工程において、アレイ基板１２のブラ
ックマトリクス３８に対向する位置に形成された緑色カ
ラーフィルタ４６Ｇの上及び所定の画素領域２２に対向
する位置に青色カラーフィルタ４６Ｂ（横線部分）を形
成する（図５（Ｃ）参照）。
【００８６】第４工程において、カラーフィルタ４６の
上に共通電極５２を形成する。第５工程において、共通
電極５２の上に配向膜５４を形成し、配向膜５４のラビ
ング処理を行う。
【００８７】上記の工程を経て完成したカラーフィルタ
基板１３とアレイ基板１２とを向かい合わせ、周囲を樹
脂で封着して注入孔（図示せず）から内部にＴＮ液晶５
６を注入し、注入孔を封止し、両側のガラス基板１４，
４２に偏光板１７，４４を接着することによって液晶表
示装置１０が完成する。
【００８８】次に、本実施例の液晶表示装置１０の作用
を説明する。従来の液晶表示装置では、セルギャップを
規定するスペーサをアレイ基板またはカラーフィルタ基
板の何れか一方に形成されており、スペーサの高さがセ
ルギャップと対応していたため、スペーサの高さが高い
ものとなり（例えば５μｍ以上）、スペーサの周囲では
配向膜がラビングされないという不具合が発生したが、
本実施例の液晶表示装置１０では、アレイ基板１２とカ
ラーフィルタ基板１３とに、それぞれセルギャップを規
定するスペーサの役目をする突起部を設けたので、各々
の突起部を例えば、従来のスペーサの高さの半分に抑え
ることが可能となり、配向膜４０，５４のラビング処理
を全面に渡って確実に行うことができる。
【００８９】本実施例では、第２の突起部５０をカラー
フィルタ４６で、第１の突起部３８Ａをブラックマトリ
クス３８で形成したので、セルギャップを規定するスペ
ーサを形成するための特別な工程を必要としない。
【００９０】また、画素領域２２に、液晶の分子配列を
乱して光漏れを生じさせたり、それ自身によって光を漏
らすような透明球体状のスペーサが存在しないので、黒
レベルの低下、コントラストの低下といった問題が生じ
ない。
【００９１】また、カラーフィルタ基板側にブラックマ
トリクスを設けていた従来の液晶表示装置では、アレイ
基板とカラーフィルタ基板との誤差（組み立て時の誤
差、封着後の反り等による誤差等）を考慮し、ブラック
マトリクスの縁部分がアレイ基板の画素開口部よりも所
定寸法内側に位置するようにブラックマトリクスが形成
されている。仮に、ブラックマトリクスの開口部とアレ
イ基板の画素開口部とが同一寸法であると、アレイ基板
とカラーフィルタ基板とに位置誤差を生じた際に、アレ
イ基板の電極等が見えることになり表示品質が大幅に低
下する。
【００９２】しかしながら、このようにブラックマトリ
クスを形成すると、光の透過する開口面積が減少すると
になり、明るい画像を得難くなる。一方、本実施例の液
晶表示装置１０では、ブラックマトリクス３８をアレイ
基板１２に形成したので、アレイ基板とカラーフィルタ
基板とに位置誤差を生じても、光漏れが生じることはな
い。また、ブラックマトリクス３８はフォトリソグラフ
ィーによって形成できるので、ＴＦＴ２０や他の部材と
の相対位置を極めて少ない誤差にすることが可能であ
り、カラーフィルタ基板側にブラックマトリクスを形成
したように、ブラックマトリクスの開口面積を小さくす
る必要がない。したがって、本実施例の液晶表示装置１
０は、明るい画像を表示することができる。
【００９３】また、第２の突起部５０をカラーフィルタ
４６で、第１の突起部３８Ａをブラックマトリクス３８
で形成して、これら第２の突起部５０と第１の突起部３
８ＡとでセルギャップＧa を規定することができるの
で、セルギャップＧa を規定する樹脂等のスペーサを形
成するための特別な工程や、透明球体状のスペーサの散
布といった煩雑な工程をなくすことができ、従来よりも
工程数を減らすことができる。
【００９４】なお、セルギャップを規定するための第２
の突起部５０は、前述の実施例では、赤、緑、青の３層
構造であったが、赤、緑、青の何れか２層であっても良
い。また、赤、緑、青の色の積層の順番は実施例の順に
限定されるものではなく、適宜変更するとが可能であ
る。さらに、第２の突起部５０は、第１の突起部３８Ａ
の全てに対応して設ける必要はなく、所定間隔で間引い
ても良い。
【００９５】第２の突起部５０の高さ（重ねる段数、各
々の層の厚み）及び第２の突起部５０の配置位置は、ア
レイ基板１２とカラーフィルタ基板１３とを組み立てる
際の条件（例えば、ＴＮ液晶５６の注入条件、加圧条件
や液晶表示装置１０自身の種々の特性）によって適宜変
えることができる。
【００９６】赤色カラーフィルタ４６Ｒ、緑色カラーフ
ィルタ４６Ｇ及び青色カラーフィルタ４６Ｂの積層の他
の実施例を図６（Ａ）乃至（Ｅ）に示す（なお、図中、
Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色を示す）。なお、色の積
層順序、隣接する画素領域の色等はこれら以外であって
も良いのは言うまでもない。
【００９７】また、赤色カラーフィルタ４６Ｒ、緑色カ
ラーフィルタ４６Ｇ、青色カラーフィルタ４６Ｂの各々
の厚さは、全て同一であっても良く、異なっていても良
い。
【００９８】また、前記実施例ではアクティブ素子とし
てＴＦＴを用いたが、他の種類のアクティブ素子、例え
ば、ＭＩＭ（metal-insulator-metal ）スイッチ、バリ
スタ、ダイオード等を用いても良いのは勿論である。
【００９９】また、前記実施例では液晶にＴＮ液晶を用
いたが、他の種類の液晶を用いても良いのは勿論であ
る。
【０１００】
【発明の効果】請求項１に記載の液晶表示装置では、上
記構成によりアレイ基板の配向膜及びカラーフィルタ基
板の配向膜のラビング処理を全面に渡って確実に行うこ
とができ、光漏れを防止して、黒レベルの低下、コント
ラストの低下を防止することができる。
【０１０１】請求項２に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部をカラーフィルタ形成材料で形成するようにし
たので、第２の突起部をカラーフィルタの形成と同時に
行うことが可能となり、カラーフィルタ基板の形成工程
を従来比増加させることがなく、使用部材の種類を増加
させることがない。
【０１０２】請求項３に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部を赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料
のいずれか二色の積層構造としたので、画素開口部に対
応したカラーフィルタ部分よりも少なくとも一色分の厚
さは高く形成することができる。また、第２の突起部は
カラーフィルタ形成材料でカラーフィルタと同時に形成
することができ、カラーフィルタ基板の形成工程を増や
すことがない。
【０１０３】請求項４に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部を赤、緑、青の三色のカラーフィルタ形成材料
の積層構造としてたので、画素開口部のカラーフィルタ
部分よりも少なくとも二色分の厚さは高く形成できる。
また、第２の突起部はカラーフィルタ形成材料でカラー
フィルタと同時に形成することができ、カラーフィルタ
基板の形成工程を増やすことがない。
【０１０４】請求項５に記載の液晶表示装置では、第１
の突起部をアクティブ素子上に形成したので、外光によ
るアクティブ素子の動作不良を防止することができる。
特に、第２の突起部が赤、緑、青の三色のカラーフィル
タ形成材料の積層構造とした時に、最も遮光が確実にな
る。
【０１０５】請求項６に記載の液晶表示装置では、第１
の突起部と第２の突起部との間に配向膜が形成されてい
るので、配向膜の厚さでセルギャップを補うことがで
き、セルギャップの微調整を行うことができる。
【０１０６】請求項７に記載の液晶表示装置では、画素
開口部に対応して形成されたカラーフィルタ表面から第
２の突起部の頂部までの高さを３．８μｍ以下に抑えた
ので、カラーフィルタ基板の全面に渡って配向膜のラビ
ング処理を確実に行うことができる。これによって、液
晶分子の整列不良を防止することができる。請求項８に
記載の液晶表示装置では、アレイ基板において画素開口
部の表面から第１の突起部の頂部までの高さを３．８μ
ｍ以下に抑えたので、アレイ基板の全面に渡って配向膜
のラビング処理を確実に行うことができる。これによっ
て、液晶分子の整列不良を防止することができる。
【０１０７】請求項９に記載の液晶表示装置では、第２
の突起部上と記配向層との間に表示用電極層を設けたの
で、表示用電極の厚さでセルギャップを補うことがで
き、セルギャップの微調整を行うことができる。
【０１０８】請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方
法では、光漏れ、黒レベルの低下がなく、コントラスト
に優れた液晶表示装置を煩雑な製造工程を経ることなく
最小限の工程で効率良く製造できる。
【０１０９】また、請求項１１の液晶表示装置の製造方
法では、第２の突起部をカラーフィルタ形成材料でカラ
ーフィルタと同時に形成することができるので、カラー
フィルタ基板の工程が従来比増加しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置の断面図
である。。
【図２】アレイ基板の平面図である。
【図３】液晶表示装置のカラーフィルタ基板側から見た
平面図である。
【図４】カラーフィルタ及びブラックマトリクスの光学
濃度を示すグラフである。
【図５】（Ａ）乃至（Ｃ）は、カラーフィルタの積層工
程を示すカラーフィルタ基板の平面図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｅ）は、カラーフィルタの他の実
施例である。
【符号の説明】
１０ 液晶表示装置 １２ アレイ基板 １３ カラーフィルタ基板 １８ 表示電極（表示用電極層） ２０ ＴＦＴ（アクティブ素子） ２２ 画素開口部 ３８ ブラックマトリクス ３８Ａ 第１の突起部 ４０ 配向膜 ４６Ｒ 赤色カラーフィルタ ４６Ｇ 緑色カラーフィルタ ４６Ｂ 青色カラーフィルタ ５０ 第２の突起部 ５４ 配向膜 ５６ ＴＮ液晶
フロントページの続き (72)発明者 植木 俊博 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本 アイ・ビー・エム株式会社 大和事業所 内 (56)参考文献 特開 平４−212930（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301624（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196946（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリクス状に配置された画素開口部、
    前記画素開口部近傍に形成されたアクティブ素子及び前
    記画素開口部以外の領域を遮光するように形成されたブ
    ラックマトリクスによって他の部分よりも高く形成され
    た複数の第１の突起部を有するアレイ基板と、 前記アレイ基板のブラックマトリクス形成側に形成され
    た配向膜と、 前記アレイ基板に対向して配置され、前記画素開口部に
    対応して形成されたカラーフィルタと前記第１の突起部
    に突き合わされて前記第１の突起部と共にセルギャップ
    を規定する他の部分よりも高く形成された複数の第２の
    突起部とが形成されたカラーフィルタ基板と、 前記カラーフィルタ基板のカラーフィルタ形成側に形成
    された配向膜と、 前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板との間に介在
    する液晶と、 を有することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記第２の突起部は、カラーフィルタ形
    成材料で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。
  3. 【請求項３】 前記第２の突起部は、赤、緑、青の三色
    のカラーフィルタ形成材料のいずれか二色の積層構造で
    あることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の突起部は、赤、緑、青の三色
    のカラーフィルタ形成材料の積層構造であることを特徴
    とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の突起部は前記アクティブ素子
    上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求
    項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の突起部と前記第２の突起部と
    は両配向膜を介して突き合わされていることを特徴とす
    る請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表
    示装置。
  7. 【請求項７】 前記カラーフィルタ基板において前記画
    素開口部に対応して形成されたカラーフィルタ表面から
    前記第２の突起部の頂部までの高さを３．８μｍ以下に
    抑えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれ
    か１項に記載の液晶表示装置。
  8. 【請求項８】 前記アレイ基板において前記画素開口部
    の表面から前記第１の突起部の頂部までの高さを３．８
    μｍ以下に抑えたことを特徴とする請求項１乃至請求項
    ７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項９】 前記第２の突起部上と前記配向層との間
    に表示用電極層が設けられていることを特徴とする請求
    項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装
    置。
  10. 【請求項１０】アレイ基板に形成される第１の突起部の
    高さとカラーフィルタ基板に形成される第２の突起部の
    高さの和が、セルギャップに対応するように第１の突起
    の高さと第２の突起部の高さを決定し、 マトリクス状に配置された画素開口部及び前記画素開口
    部近傍に配置されたアクティブ素子を有するアレイ基板
    に、決定された高さとなるように前記画素開口部以外の
    領域を遮光するブラックマトリクスによって複数の第１
    の突起部を形成し、 カラーフィルタ基板に前記画素開口部に対応した位置に
    カラーフィルタを形成すると共に決定された高さとなる
    ように複数の第２の突起部を形成し、 前記第１の突起部が形成されたアレイ基板及び前記第２
    の突起部が形成されたカラーフィルタ基板の各々に配向
    膜を形成し、 前記第１の突起部と前記第２の突起部とが突き合わされ
    るように配向膜が形成されたアレイ基板とカラーフィル
    タ基板とを重ね合わせて周囲を封着し、 周囲を封着した後のアレイ基板とカラーフィルタ基板と
    の間に液晶を注入することによって液晶表示装置を製造
    する液晶表示装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記第２の突起部をカラーフィルタ形成
    材料でカラーフィルタと同時に形成したことを特徴とす
    る請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
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