CN100338519C - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

液晶显示装置，表面由垂直取向膜36覆盖的象素电极32和突起图形35形成于TFT衬底30上。表面由垂直取向膜46覆盖的相对电极44和突起图形45形成于CF衬底40上。CF衬底40上突起图形45的顶端部分与TFT衬底30相接触，将具有负介电各向异性的液晶49密封于其间。结果能够省去分布衬垫的步骤，且能够避免盒厚度发生变化，并能获得好的显示质量。

Description

液晶显示装置及其制造方法

本发明涉及一种垂直取向的液晶显示装置及其制造方法，特别是在一个象素内液晶分子的取向方向分裂成多个方向这种结构的液晶显示装置及其制造方法。

有源矩阵型液晶显示装置通过设置一个开关来避免串扰问题，该开关在非选时关闭以切断到每一象素的信号，因此与简单矩阵型液晶显示装置相比具有极好的显示特性。特别地，由于在采用TFT作为开关的液晶显示装置中TFT(薄膜晶体管)具有高驱动性能，因此这种液晶显示装置具有几乎等同于CRT(阴极射线管)的极好显示特性。

图1为一剖面图，所示的是普通TN(扭曲向列)液晶显示装置的结构。

TN液晶显示装置的结构为具有正介电各向异性的液晶69密封在互相相对排列的两层玻璃衬底61，71之间。TFT(未示出)，象素电极62，总线63，平面层64，以及取向膜66形成于玻璃衬底61的上表面侧上，象素电极62由透明导电材料ITO(氧化铟锡)制成。在预定时刻通过总线63及TFT将与图象相对应的电压施加到这些象素电极62上。平面层64由绝缘材料制成用以覆盖象素电极62及总线63。由聚酰亚胺等制成的水平取向膜66形成于平面层64上。在未施加电压时，对取向膜66的表面进行取向处理以确定液晶分子的取向方向。作为这种取向方法的代表，利用一布辊沿一个方向对取向膜表面进行摩擦的摩擦方法已为公众所知。

此外，黑底72，滤色片73，平面层74，相对电极75及取向膜76形成于玻璃衬底71的下表面侧上。黑底72由金属如Cr(铬)制成以使光线不能透入象素间区域。色片73包括红(R)，绿(G)及蓝(B)三种滤色片。R·G·B滤色片73中之一与一个象素电极62相对。所形成的平面层74用以覆盖黑底72及滤色片73。由ITO制成的相对电极75形成于平面层74之下。水平取向膜76形成于相对电极75之下。取向膜76的表面也经过摩擦处理。在这种情形下，取向膜66的摩擦方向与取向膜76的摩擦方向相差90°。

玻璃衬底61、71设置成其间放置球形或圆柱形衬垫79的形式。通过衬垫79使液晶69的层厚(在下文当中称作“盒厚”)保持不变。衬垫79例如可由塑料或玻璃制成。

此外，将偏振片(未示出)粘贴到玻璃衬底61的下表面侧及玻璃衬底71的上表面侧上。在白色常态液晶显示装置中，两偏振片设置成使其偏振轴相互垂直交叉的方式。在黑色常态液晶显示装置中，两偏振片设置成使其偏振轴相互平行的方式。

在此公开说明书中，其上形成有TFT，象素电极，取向膜等的衬底被称作“TFT衬底”，而其上形成有滤色片，相对电极，取向膜等的衬底被称作“CF衬底”。

图2A和2B的示意图给出了白色常态TN液晶显示装置的操作过程。如图2A和2B中所示，在白色常态液晶显示装置中，两偏振片67，77设置成使其偏振轴相互垂直交叉的方式。由于在此TN液晶显示装置中采用的是具有正介电各向异性的液晶69及水平取向膜66，76，因此取向膜66，76附近的液晶分子69a取向于取向膜66，76的摩擦方向。如图2A所示，在两偏振片67，77设置成其偏振轴相互垂直相交的TN液晶显示装置中，密封在二取向膜66，76之间的液晶分子69a螺旋式地改变其取向方向，其位置自一衬底61侧靠近另一衬底71侧。此时，穿过偏振片67的光线以线性偏振光状态进入液晶层69。由于液晶分子69a的取向逐渐扭曲，故入射光线的偏振方向也逐渐扭曲，从而使光线得以穿过偏振片77。

如果施加到象素电极62和相对电极75之间的电压逐渐增加，则当电压超过一定值(阈值)时，液晶分子69a开始沿电场方向上升。当施加的电压足够时，如图2B所示，液晶分子69a几乎垂直指向衬底61，71。此时，透过偏振片67的光线无法透过偏振片77，这是由于其偏振轴在液晶层69的作用下不能旋转而造成的。

换句话说，在TN液晶显示装置中，与所施加的电压相对应，液晶分子的方向从与衬底61，71几乎平行的状态一直变为几乎与与衬底61，71垂直的状态，并且从此液晶显示装置透射出的光线透射率也发生了相应的变化。因此，通过控制每一象素的光线透射率，便可以在液晶显示装置上显示出所要求图象。

但是，利用具有上述结构的TN液晶显示装置无法获得好的视角特性。也就是说，如果从衬底的垂直方向来看图象的话，能获得较好的显示质量，但如果从衬底的倾斜方向来看图象，则对比度大大降低，且同时色度也会发生转变。

作为提高TN液晶显示装置视角特性的方法，取向分割法已为公众所知。可通过在一个象素内设置两个以上具有不同取向方向的区域来实现。特别地，可将一个象素区域分为两个或更多个区域，相应地沿不同摩擦方向对其取向膜进行摩擦。因此，由于一个区域泄漏出来的光线能够在另一个区域内被截止，所以能改进半色调显示中对比度下降这一问题。

近年来，垂直取向液晶显示装置作为在视角特性及显示质量上都优于TN液晶显示装置的液晶显示装置而得以广泛关注。TN液晶显示装置中结合采用的是具有正介电各向异性的液晶(正液晶)及水平取向膜，而垂直取向液晶显示装置中结合采用的是具有负介电各向异性的液晶(负液晶)及垂直取向膜。在垂直取向液晶显示装置中，在象素电极和相对电极之间未施加电压的情况下，液晶分子取向于几乎垂直于衬底的方向，而当象素电极和相对电极之间施加电压时，液晶分子的取向方向相对于衬底逐渐水平倾斜。

顺便说一下，在已有技术的垂直取向液晶显示装置如图1中所示的TN液晶显示装置中，是利用衬垫来使盒厚度保持恒定厚度的。如上所述衬垫是由球形或圆柱形塑料或玻璃制成的，当TFT衬底和CF衬底粘结到一起时，将衬垫置设于任一衬底上。

因此，在已有技术的垂直取向液晶显示装置中，需要有置设衬垫的步骤，制作步骤比较复杂。而且，衬垫的置设密度不同，盒厚度也会变得不均匀，结果导致显示质量下降。此外，如果液晶显示装置受到振动或碰撞，衬垫发生移动也会引起盒厚度的改变。再者，如果有高压作用到玻璃衬底上，则衬垫可沉积到滤色片中，盒厚度也会发生变化。

由此，本发明的一个目的在于提供一种液晶显示装置及其制造方法，该液晶显示装置通过省略置设衬垫的步骤从而避免盒厚度发生变化而最终获得较好的显示质量。

本发明的液晶显示装置的特征在于包括：具有形成于其一表面侧的第一电极及用来覆盖该第一电极的第一垂直取向膜的第一衬底；具有形成于与第一衬底的一表面相对表面侧上的第二电极、在该第二电极上由绝缘材料制成的第一突起图形及用于覆盖第二电极和第一突起图形的第二垂直取向膜的第二衬底，其中第一突起图形的顶端与第一衬底相接触；以及密封在第一衬底和第二衬底之间且具有负介电各向异性的液晶。

垂直取向液晶显示装置具有优于TN液晶显示装置的视角特性，且通过取向分割还能够大大改进这种视角特性，在垂直取向液晶显示装置中，可通过在电极(至少是象素电极和相对电极中之一)上设置突起图形来获得这种取向分割。特别地，在垂直取向液晶显示装置中，由于液晶分子取向于与垂直取向膜表面相垂直的方向，如果电极上设置有突起图形，则突起图形一斜面上液晶分子的取向方向不同于其另一斜面上液晶分子的取向方向。结果便可实现取向分割。

根据本发明，通过在电极上设置由绝缘材料制成的突起图形可实现取向分割，且至少使突起图形的一部分由一个衬底侧伸至另一衬底侧以使突起图形顶端与另一衬底相接触，从而使盒厚度保持恒定。

如此，根据本发明，由于通过实现取向分割的突起图形可使盒厚度保持不变，因此可省略置设球形或圆柱形衬垫的步骤，且能够避免由于衬垫移动及沉积到滤色片中引起的显示质量下降问题。

图1是一剖面图，所示的是一普通TN(扭曲向列)液晶显示装置的结构；

图2A和2B为示意图，给出了白色常态TN液晶显示装置的操作过程；

图3是一剖面图，所示的是根据本发明第一实施例的液晶显示装置；

图4是一平面图，给出了根据第一实施例的液晶显示装置的TFT衬底；

图5是一平面图，给出了根据第一实施例的液晶显示装置的CF衬底；

图6A的图形所示的是利用突起图形实现取向分割的原理；

图6B的图形所示的是利用突起图形及象素电极的缝隙来实现取向分割的原理；

图7的图形所示的是缝隙形成于TFT衬底侧象素电极中的实例；

图8的图形所示的是白色显示上突起图形高度和盒厚度比与光线透射率之间的关系；

图9的图形所示的是白色显示上突起图形的图形宽度与光线透射率之间的关系；

图10是一剖面图，所示的是根据本发明第二实施例的液晶显示装置；

图11是一平面图，给出了根据第二实施例的液晶显示装置的CF衬底图；

图12是一剖面图，所示的是根据本发明第三实施例的液晶显示装置；

图13是一平面图，所示的是CF衬底。显示了当将黑底上的突起图形宽度设置成与其他部分相同时出现的问题；

图14是一平面图，给出了根据本发明第三实施例的液晶显示装置的CF衬底；

图15A到15E为剖面图，给出了第三实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法；

图16是一剖面图，给出了根据本发明第三实施例的液晶显示装置的一个变形；

图17的图形给出了当采用红、绿及蓝色滤色片时盒厚度与透射率之间的关系；

图18是一剖面图，给出了根据本发明第四实施例的液晶显示装置；

图19是一剖面图，给出了图18中液晶显示装置的部分放大图；

图20是一平面图，给出了根据本发明第四实施例的液晶显示装置的CF衬底；

图21是一剖面图，给出了根据本发明第八实施例的液晶显示装置；

图22A到22F为剖面图，给出了第四实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法；

图23的图形给出了滤色片厚度与衬垫部分高度之间的关系；

图24是一剖面图，给出了根据本发明第四实施例的液晶显示装置的一个变形；

图25是一剖面图，给出了根据本发明第五实施例的液晶显示装置；

图26是一剖面图，给出了根据本发明第六实施例的液晶显示装置；

图27A到27F的图形给出了第六实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法；

图28是一剖面图，给出了根据本发明第七实施例的液晶显示装置；

图29A的剖面图所示的沿图15中B-B线剖开的剖视图；

图29B的剖面图所示的沿图15中C-C线剖开的剖视图；

图30A到30C为平面图，给出了第七实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法；

图31A到31C为剖面图，给出了第七实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法；

图32的图形所示的是象素区域边缘部分的高度差与对比度之间的关系；

图33的图形所示的是象素区域边缘部分的倾斜角与对比度之间的关系；

图34是一透视图，所示的是根据本发明第八实施例的液晶显示装置；

图35是一剖面图，所示的是无冗余光线屏蔽膜的液晶显示装置；

图36的图形所示的是蓝、绿及红色滤色片的波长光谱特性；

图37是一剖面图，给出了根据本发明第九实施例的液晶显示装置；

图38是一剖面图，给出了根据本发明第十实施例的液晶显示装置；

图39是一剖面图，给出了根据本发明第十一实施例的液晶显示装置；

图40A为一剖面图，所示的是根据本发明第十一实施例液晶显示装置显示区内的CF衬底；

图40B是一剖面图，所示的是显示区外侧的CF衬底。

下文将参考附图对本发明的实施例进行说明。

(第一实施例)

图3是一剖面图，所示的是根据本发明第一实施例的液晶显示装置。图4是一平面图，所示的是根据本发明第一实施例的液晶显示装置的TFT衬底30。图5是一平面图，所示的是根据本发明第一实施例的液晶显示装置的CF衬底40。在图5中，用点划线来表示形成于TFT衬底上的突起图形。

根据第一实施例的液晶显示装置的结构为具有负介电各向异性的液晶49密封于TFT衬底30和CF衬底40之间。偏振片(未示出)相应地设置在TFT衬底30的上侧和CF衬底40的下侧。这些偏振片如此设置可使它们的偏振轴互相交叉。

TFT衬底30包括玻璃衬底31，形成于玻璃衬底31下表面侧上的象素电极32，绝缘膜34a到34c，取向膜36等。特别地，如图4中所示，多条栅极总线33b平行形成于玻璃衬底31的下表面侧。此外，辅助电容电极33c相应地形成于栅极总线33b之间，栅极总线33b和辅助电容电极33c由形成于玻璃衬底31下表面侧上的绝缘膜(栅极绝缘膜)34a所覆盖(见图3)。用作TFT 37有源层的硅膜37b可选择形成于绝缘膜34a之下。硅膜37b由非晶硅或多晶硅构成。由栅极总线33b和漏极总线33a分割而成的矩形区域相应地可用作象素区域。

绝缘膜34b形成于绝缘膜34a和硅膜37a之下。多条漏极总线33a，以及TFT37的漏电极37a和源电极37c形成于绝缘膜34b之下。漏极总线33a与栅极总线33b垂直相交。漏电极37a电气连接到漏极总线33a上。漏极总线33a，漏电极37a和源电极37c由形成于绝缘膜34b之下的绝缘膜(最终抗蚀刻膜)34c覆盖。之后，由ITO制成的象素电极32形成于绝缘膜34c之下，以与象素一一对应。象素电极32经由形成于绝缘膜34c中的接触孔电气连接到源电极37c上。

突起图形35以锯齿形形成于象素电极32之下，如图4中的点划线所示。突起图形35由绝缘树脂制成，高度约为1.5μm。垂直取向膜36形成于玻璃衬底31下的整个表面上，且象素电极32及突起图形35的表面都由垂直取向膜36所覆盖。在图4中，漏极总线33a和栅极总线33b相交部分处虚线所示的截头锥体部分，代表与CF衬底40上的突起图形相接触的位置，这将在下文当中进行描述。

同时，CF衬底40包括玻璃衬底41，形成于玻璃衬底41上表面侧上的黑底42，滤色片43，相对电极44，垂直取向膜46等等。特别地，如图5中所示，由铬(Cr)薄膜制成的黑底42形成于玻璃衬底41的上表面。形成的黑底42用于覆盖TFT衬底30上的漏极总线33a，栅极总线33b，辅助电容电极33c以及TFT37。

此外，在玻璃衬底41上形成红(R)，绿(G)，及蓝(B)色滤色片43。这些滤色片43设置在与TFT衬底30的象素电极32相对的位置上，使得红，绿及蓝色滤色片43中任一个能够与一个象素电极32相对应。滤色片43的边缘部分与黑底42的边缘部分相重叠。

由ITO制成的相对电极44形成于黑底42和滤色片43之上。如图5中粗线所示，突起图形45以锯齿形式形成于相对电极44上。突起图形45由绝缘树脂制成，高度约为4.0μm。垂直取向膜46形成于相对电极44上。突起图形45的表面由垂直取向膜46所覆盖。如图5中所示，形成于CF衬底40侧上的突起图形45相应地位于形成于TFT衬底30侧上的突起图形35之间。

在第一实施例中，形成于TFT衬底30侧上的每一突起图形35的高度约为1.5μm，而形成于CF衬底40侧上的每一突起图形45的高度约为4.0μm。接下来，如图3中所示，形成于CF衬底40侧上的突起图形45的顶端部分与TFT衬底30相接触以使盒厚度保持恒定。因此，在第一实施例中，已有技术当中所必须的衬垫(球形或圆柱形构件)可以省略不用，且定能避免TFT衬底30上象素电极32与CF衬底40上相对电极44间发生短路。而且，如果象已有技术的液晶显示装置一样采用球形或圆柱形衬垫，则液晶分子的取向将发生混乱并导致不良显示，这是由于这些液晶分子在衬垫周围是沿衬垫表面取向所致。由于在第一实施例中并未使用球形或圆柱形衬垫，所以可获得很好的显示质量。

此外，在第一实施例中，通过形成于TFT衬底30侧上的突起图形35及形成于CF衬底侧40上的突起图形45可实现取向分割。图6A是一示意图，所示的是利用突起图形实现取向分割的原理。

在图6A所示的液晶显示装置中，电极2a形成于衬底1a上，由绝缘材料制成的突起图形3a形成于电极2a上。电极2a和突起图形3a的表面由垂直取向膜4a所覆盖。电极2b形成于另一衬底1b之下，由绝缘材料制成的突起图形3b形成于电极2b之下。电极2b和突起图形3b的表面由垂直取向膜4b所覆盖。

在垂直取向液晶显示装置中，为了使象素电极和相对电极之间施加电压时液晶分子的倾斜方向一致，通常运用摩擦法对取向膜的表面进行处理。而如图6B中所示，如果在电极2a和取向膜4a之间设置突起图形3a，且在电极2b和取向膜4b之间设置突起图形3b，则位于突起图形3a，3b附近的液晶分子取向于与突起图形3a，3b的表面相垂直的方向。若此时将电压施加到电极2a，2b之间，则密封在电极2a，2b之间的液晶分子5的倾斜方向由位于突起图形3a，3b附近的液晶分子的作用来确定。即在突起图形3a，3b的两侧液晶分子反向倾斜。结果，不用摩擦法对取向膜4a，4b进行处理也能够实现取向分割。

如图6B中所示，可通过在电极2b上设置缝隙来代替在衬底1b侧设置突起图形3b。在这种情况下，当将电压施加到电极2a，2b之间时，突起图形3a和缝隙6两侧的液晶分子也反向倾斜。结果也能够实现取向分割。

在第一实施例中，如图3中所示，由于突起图形45，35以锯齿形式分别形成于相对电极44之上和象素电极32之下，因此一个象素区域内液晶分子的取向方向可分为两个或多个方向。因此，能够实现很好的视觉特性(包括对比度特性)。此外，在第一实施例中，利用设置在CF衬底40侧上的突起图形45可使盒厚度保持不变。由于突起图形45附于相对电极44之上，所以即使发生振动和碰撞，盒厚度也不会发生变化。从而能够避免显示质量下降这一问题的出现。

假如用于获得取向分割的突起图形(形成于象素区域中的突起图形35)的图形宽度太窄，则无法获得足够好的取向分割效果。相反如果用于获得取向分割的突起图形35的图形宽度太宽，则由于孔径比减少而无法显示较亮的图象。因此，实现取向分割的突起图形35的图形宽度最好设定在3-15μm。

此外，如果用于实现取向分割的突起图形35的高度太低，则无法获得足够好的取向分割效果。因而，必须将用于实现取向分割的突起图形35的高度设定为超过光线屏蔽膜42(黑底)开口部分处盒厚度的1/5。

如图6B及图7中所示，可在电极2b，32上形成缝隙6，32a来代替突起图形35实现取向分割。因此，当将电压施加到电极2b，32上时，电场方向相对于缝隙6，32a附近的电极表面稍微倾斜，所以如果以同样方式设置突起图形的话，也可以实现取向分割。

在日本专利申请公开平7-311383中，公开了一种液晶显示装置，其中由氮化硅或氧化硅制成的突起图形设置在衬底上，再在其上形成透明电极和取向膜。而在日本专利申请公开平7-311383中所公开的技术涉及的是水平取向液晶显示装置，因此其操作与优点不同于本发明。换句话说，由于电极形成于突起图形上，电极相对于衬底而言具有斜面，所以如果将上述技术用于垂直取向液晶显示装置，则当未加电压时，液晶分子的取向与该斜面相垂直，而当施加电压时，液晶分于的取向与该斜面相平行。而当施加电压时，无法确定斜面附近的液晶分子向哪一侧旋转，因此致使出现取向紊乱现象。相反地，在本发明中，由于电极与衬底相平行，电场沿着倾斜方向作用于液晶分子上，当施加电压时，这些液晶分子的取向垂直于突起图形斜面。因此，能够确定液晶分子的旋转方向并从而避免取向紊乱。

下面，在下文当中，将对第一实施例液晶显示装置的制造方法进行说明。

TFT衬底30的制作如下。首先，根据公知方法，在玻璃衬底31上(图1中下侧)形成漏极总线33a，栅极总线33b，辅助电容电极33c，TFT 37，象素电极32，以及绝缘膜34a到34c。在这种情形下，例如可将漏极总线33a，栅极总线33b以及辅助电容电极33c的厚度设定为0.15μm；例如将绝缘膜34a的厚度设定成约为0.35μm；将硅膜37b的厚度设定成约为0.03μm；如将象素电极32的厚度设定成0.07μm；如将绝缘膜34c的厚度设定成约为0.33μm。

之后，将约1.5μm厚的光刻胶涂覆于玻璃衬底31的整个上表面上，再用一具有预定图形的掩模对其进行曝光。接着利用显影法形成锯齿形的每个约1.5μm厚、10μm宽的突起图形35。在这种情况下，如图4中所示，一个象素区域可被突起图形35分割成至少两个区域。

同样地，由聚酰胺酸制成的垂直取向膜36以预定形状形成于玻璃衬底31上，其厚度约为0.1μm。如此便可制成TFT衬底30。在这种情形下，除了上述的聚酰胺酸膜，用斜向蒸镀法等制成的聚酰胺膜和无机膜也可用作垂直取向膜。

接下来，CF衬底40的制作如下。首先，在玻璃衬底41上形成约0.16μm厚的铬(Cr)膜，然后在该铬膜上形成具有预定图形的光刻胶，之后利用光刻胶作为掩模来对该铬膜进行蚀刻以形成黑底42。

然后，通过在玻璃衬底41上涂覆蓝色树脂，红色树脂及绿色树脂可分别形成红(R)，绿(G)及蓝(B)色滤色片43。如可将滤色片43的厚度设定成约为1.5μm。而且将滤色片43的边缘部分设置成与黑底42的边缘部分稍微重叠。

之后，例如可通过将ITO溅射到衬底41的整个上表面上来形成约0.15μm厚的相对电极44。再将约4.0μm厚的光刻胶涂覆于相对电极44上。再如图5中所示，通过对光刻胶进行曝光和显影便可形成锯齿形的约4.0μm厚、约10μm宽的突起图形45。

接着，在玻璃衬底41上形成约0.1μm厚的由聚酰胺酸制成的垂直取向膜46。从而便制成了CF衬底40。

按此方式制成TFT衬底30和CF衬底40之后，将其设置成使其上分别形成有取向膜36，46的表面相对的形式，再将TFT衬底30的边缘部分和CF衬底40的边缘部分除了液晶注入口之外粘结在一起。再将粘结在一起的TFT衬底30和CF衬底40视情况需要切割成所需大小。

然后将具有负介电各向异性的液晶49注入到TFT衬底30和CF衬底40之间的空间内，再将液晶注入口紧密封闭。接着将偏振片分别粘结到TFT衬底30和CF衬底40的外表面上。结果，可制作完成第一实施例的液晶显示装置。

在第一实施例中，由于是利用设置在CF衬底40上的突起图形45来使盒厚度保持不变，所以已有技术当中所需的放置球形或圆柱形衬垫的步骤在此不再需要。此外，由于可避免由于衬垫移动而引起的盒厚度的变化，故可避免产生不规则显示。而且由于可通过突起图形35，45来实现取向分割，所以不必对取向膜36，46进行摩擦取向处理，因此可省略摩擦步骤及摩擦步骤之后进行的清洁步骤。再者，由于突起图形45固定于相对电极44上，所以突起图形45不会由于振动和碰撞而发生偏移，因此可防止盒厚度发生变化。因此，能够提高液晶显示装置的可靠性。此外，在第一实施例中，由于液晶分子的取向与突起图形35，45的斜面垂直相交，液晶分子的取向方向在突起图形35，45的两侧上有所不同，因此可实现取向分割。结果能够获得好的视觉特性。

尽管第一实施例中所描述的只是在TFT衬底侧设置突起图形35的情形，但是在象素电极32中设置缝隙(见图6B)来代替突起图形35也是可以的。在这种情况下，也能够实现取向分割并可获得与上述第一实施例相同的效果。

图7给出了一个实例，其中在TFT衬底30侧的象素电极32中形成有缝隙。在此实例中，设置在象素电极32中的缝隙32a与形成于CF衬底40侧上的突起图形45相平行。据此结构，当施加电压时，缝隙附近的电场方向相对于衬底发生倾斜，结果液晶分子倾向突起图形方向。因此如上述第一实施例一样，也能够实现取向分割。

在本发明中，如果实现取向分割的突起图形的宽度或高度太大，则开口区域比减少从而导致光线透射率下降。相反地，如果突起图形的宽度或高度太小，则无法实现取向分割，此外在形成突起图形时易于出现图形断裂现象。因此，用于实现取向分割的突起图形的宽度及高度优选地应根据盒厚度适当地进行设定。

下文将对实现取向分割的突起图形(第一实施例中的突起图形35)的高度及宽度进行说明。

图8所示的图形给出了突起图形高度和盒厚度的比率与白色显示时光线透射率之间的关系，其中横坐标代表突起图形高度与盒厚度的比率，纵坐标代表白色显示时的光线透射率。由图8中可以看出，如果将突起图形高度与盒厚度比设定成大于0.2，则光线透射率超过3％，因此可显示高对比度的较亮图象。因此优选地是将用于实现取向分割的突起图形高度设定为盒厚度的两倍多。更优选地是将突起图形的高度范围设定成为盒厚度的0.2到0.8倍，且更为优选地是将其设定为盒厚度的0.3到0.5倍。

图9所示的图形给出了突起图形图形宽度与白色显示时光线透射率之间的关系。其中横坐标代表突起图形图形宽度，纵坐标代表白色显示时的光线透射率。由图9中可以看出，将突起图形的图形宽度设定在5μm到15μm，则光线透射率约超过约3％，因此可显示高对比度的较亮图象。因而优选地应将突起图形的图形宽度设定为5μm到15μm。

(第二实施例)

图10为一剖面图，给出了根据本发明第二实施例的液晶显示装置。图11是一平面图，所示的是根据第二实施例的液晶显示装置的CF衬底。由于第二实施例与第一实施例的区别就在于所用的CF衬底的结构不同，所以图10与图3中相同的结构元件都用相同的符号来表示，且在下文当中也不再对其进行详细说明。

黑底52形成于CR衬底50侧的玻璃衬底51上，以与TFT衬底30上的栅极总线33b，漏极总线33a，TFT及辅助电容电极相对应。此黑底52由黑色树脂制成，厚度约为4μm。红(R)，绿(G)及蓝(B)色滤色片53形成于黑底52的间隙部分处，每一滤色片的厚度约为1.5μm。之后，由ITO制成的相对电极54形成于黑底52及滤色片53上。再如图11中所示，约1.5μm高的突起图形55以锯齿形形成于相对电极54上。垂直取向膜56形成于相对电极54上，且突起图形55的表面被该取向膜56所覆盖。CF衬底50侧上的突起图形55在漏极总线33a与栅极总线33b相交的部分(图4中用虚线表示的截头锥体部分)与TFT衬底30相接触。

根据本发明，所形成的光线屏蔽膜52较厚，且形成于其上的第一突起图形55与另一衬底相接触。通过对光线屏蔽膜上与另一衬底相接触的突起图形的一些部分进行设置，可避免间隔区域比减少。

进而，如图12中所示，可通过使红(R)，绿(G)及蓝(B)三个滤色片中两个以上滤色片相重叠来形成光线屏蔽膜52。在这种情况下，制作步骤比用金属如铬(Cr)等形成光线屏蔽膜的方法要简单。

下文将对第二实施例液晶显示装置的制造方法进行描述。在此，由于TFT衬底的制造方法与第一实施例中的相同，因此不再对其进行描述。

首先，在玻璃衬底51上用黑色树脂制成约4.0μm厚的黑色衬底52。黑色衬底52的材料不受特殊限制，如可采用混合有碳黑的丙烯酸树脂。既然如此，可将混有碳黑的丙烯酸树脂涂覆到玻璃衬底51上来形成黑底52。

之后，通过将红色树脂，绿色树脂及蓝色树脂顺序地涂覆到玻璃衬底51上黑底52的间隔部分上以在相应的象素区域内形成厚度约为1.5μm的红(R)，绿(G)及蓝(B)色滤色片53。因此，在黑底52和滤色片53之间形成2.5μm的高度差。

接下来，通过将ITO溅射到玻璃衬底51的整个上表面上来形成约0.15μm厚的相对电极54。然后，在相对电极54上形成约1.5μm高、约10μm宽的锯齿形突起图形55。如第一实施例一样，突起图形55也是利用光刻胶制成的。既然是这样，如图13中所示，如果曝光掩模的突起图形宽度相一致，则经过曝光及显影过程之后，黑底52上突起图形55的宽度窄于其他部分，因此存在这种可能性即无法确保衬垫所需强度。因此如图11中所示，优选地应使黑底52上突起图形55的宽度宽于其他部分。

接着，约0.15μm厚的由聚酰胺酸制成的垂直取向膜56形成于相对电极54上。相对电极54和突起图形55的表面由该垂直取向膜56所覆盖。由此便制成了CF衬底50。

再如图10中所示，TFT衬底30和CF衬底50叠加在一起，其分别形成有取向膜36，56的表面指向内侧。在此情形下，黑底52上的突起图形55与TFT衬底30相接触，从而使得CF衬底50和TFT衬底30之间的间距(盒厚度)保持恒定(约4μm)。

然后，将CF衬底50和TFT衬底30的边缘部分接合在一起，并将具有负介电各向异性的液晶密封于其间隙内。再将偏振片(未示出)分别设置在CF衬底50和TFT衬底30的外侧上。如此便制作出了根据第二实施例的液晶显示装置。

在第二实施例中，利用突起图形35，55可实现取向分割，并因此可获得如第一实施例一样的极好的视觉特性。且由于可利用设置在黑底52上的突起图形55来使盒厚度保持不变，即使发生振动和碰撞盒厚度也不会发生变化，从而可避免显示质量下降。此外，已有技术当中所需的放置球形或圆柱形衬垫的步骤以及对取向膜进行摩擦处理的步骤都可略去，从而获得简化液晶显示装置制作步骤这一优点。进而由于液晶分子的取向方向可由突起图形35，55来确定，所以不需在CF衬底上再形成涂层抗蚀刻膜。此外，在第二实施例中，由于黑底52上突起图形55的宽度厚于其他部分，所以可避免在形成突起图形55时黑底52上突起图形55的图形宽度变窄这一问题。因而能够使用于保持盒厚度的突起图形55的高度均匀一致，并能由此抑制盒厚度的变化。

而且，在第二实施例中，如图7中所示，可通过在象素电极32中设置缝隙来取代在TFT衬底30侧上形成突起图形35。

(第三实施例)

图12为一剖面图，给出了根据本发明第三实施例的液晶显示装置。图14是一平面图，所示的是根据第三实施例的液晶显示装置的CF衬底。第三实施例与第二实施例的区别就在于CF衬底侧的结构不同。由于第三实施例的其余部分基本上与第二实施例相同，所以图12和图14中与图10和图11中相同的结构元件都用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行详细说明。

红色(R)滤色片53R，绿色(G)滤色片53G及蓝色(B)滤色片53B形成于CR衬底50侧的玻璃衬底51上。这些滤色片53R，53G及53B在与TFT衬底30上的栅极总线33b，漏极总线33a，TFT及辅助电容电极相应的位置处重叠成三层以形成黑底52。这些滤色片53R，53G及53B的厚度约为1.5μm。这些滤色片53R，53G及53B是通过涂覆红色树脂，绿色树脂及蓝色树脂而制成的。如此，如果按此方式来制作滤色片53R，53G及53B，则重叠区域(黑底52)上滤色片53R，53G及53B的厚度要稍薄于平面区域(象素区域)内滤色片53R，53G及53B的厚度。

由ITO制成的相对电极54形成于这些滤色片53R，53G及53B之上，厚度约为0.15μm。接下来如图14中所示，相对电极54上锯齿形的、约1.5μm高的突起图形55是由绝缘树脂制成的。在每一象素区四角处突起图形55的宽度变厚。进而，如图14中所示，位于突起图形55与黑底52相交位置处的突起图形55的强度优选地应通过设置突起图形55a来进行加强。

由聚酰胺酸制成的垂直取向膜56形成于相对电极54上，且突起图形55，55a的表面被取向膜56所覆盖。

下文将参考图15A到15E对根据第三实施例的液晶显示装置的制造方法进行描述。在此，由于TFT衬底的制造方法与第一实施例中的相同，故在此部分说明书中不再对其进行描述。

首先，如图15A中所示，在玻璃衬底51上的蓝色象素区域及用作黑底52的区域中涂覆蓝色树脂以形成约1.5μm厚的滤色片53B。

接下来如图15B中所示，在玻璃衬底51上的红色象素区域及用作黑底52的区域中涂覆红色树脂以形成约1.5μm厚的滤色片53R。再如图15C中所示，在玻璃衬底51上的绿色象素区域及用作黑底52的区域中涂覆绿色树脂来形成约1.5μm厚的滤色片53G。

然后，如图15D中所示，通过将ITO涂覆到玻璃衬底51的整个上表面上来形成约0.15μm厚的相对电极54。再如图15E中所示，通过在相对电极54上涂覆光敏树脂，再将此光敏树脂借助一具有突起图形的曝光掩模进行曝光，而后对其进行显影处理，以形成突起图形55。再将聚酰胺酸涂覆到玻璃衬底51上以形成约0.1μm厚的垂直取向膜。

然后，如图12中所示，TFT衬底30和CF衬底50叠加在一起，其分别形成有取向膜36，56的表面指向内侧，且具有负介电各向异性的液晶49密封于其间隙内。此时，TFT衬底30和CF衬底50通过黑底52上的突起图形55相接触，从而使得盒厚度保持恒定。如此便可制作完成根据第三实施例的液晶显示装置。

在第三实施例中，将三种颜色R、G、B的三个滤色片55R，55G，55B叠加在一起便可形成黑底52。因此，第二实施例中所需的通过涂覆黑色树脂来形成黑底52的步骤可以省略，且另外放置衬垫的步骤以及进行摩擦处理的步骤也可不要，因此制作步骤更加简化。此实例中是通过将三种颜色R、G、B的滤色片叠加在一起来形成黑底52，也可对包含蓝色滤色片的、具有高光线屏蔽性能的两个以上滤色片叠加起来形成黑底。例如，由于叠加红色和蓝色滤色片，光线屏蔽率(OD值)超过2.0(透射率小于1×10^-2)，所以仅仅叠加红色及蓝色滤色片55R，55B便可获得足够的光线屏蔽性能。

此外，在第三实施例中，叠加滤色片55R，55G，55B可使黑底部分52凸出其他部分，且突起图形55形成于其上以使CF衬底50借助该突起图形55与TFT衬底30相接触，从而使得盒厚度保持不变。因此，盒厚度即使受到振动和碰撞也不会发生改变，故可保持比较好的显示质量。

在上述实施例中，滤色片53R，53G，53B是通过在玻璃衬底上涂覆红色树脂，绿色树脂，蓝色树脂来形成的。这些滤色片也可以由热接合膜(干膜)形成。如果如上述实施例一样滤色片是通过涂覆树脂来形成的，则将出现所谓的流平现象即树脂由高处流向低处直至树脂干燥时止。由于此原因，根据盒厚度通过重叠滤色片难以形成具有预定高度的黑底。如此，便只能用热接合膜来形成具有预定高度的黑底。

例如，蓝色滤色片53B是通过将色层厚度为2.0μm的蓝色热接合膜经热力接合(层压)至玻璃衬底51的整个表面上、然后再进行曝光和显影处理而形成的。红色滤色片53R是通过将色层厚度为2.0μm的红色热接合膜经热力接合至玻璃衬底51的整个表面上、然后再进行曝光和显影处理而形成的。绿色滤色片53G是通过将色层厚度为2.0μm的绿色热接合膜经热力接合至玻璃衬底51的整个表面上、然后再进行曝光和显影处理而形成的。

根据该方法，由于色层是在暂时干燥的状态下接合到玻璃衬底51上的，所以在滤色片的重叠部分处不会产生流平现象。最后，每个滤色片53R，53G，53B的厚度都约为1.5μm。因此能形成总膜厚度约为4.5μm的黑底。

图16的剖面图所示的是根据第三实施例的液晶显示装置的一个变形。在此实例中，所形成的蓝色(B)滤色片53B的厚度厚于其他滤色片53G，53R的厚度，特别地，将蓝色(B)滤色片53B的厚度设定成约为2.0μm，将红色及绿色滤色片53R，53G的厚度设定成约为1.5μm。结果蓝色象素部分盒厚度约为3.5μm，红色及绿色象素部分盒厚度约为4.0μm。

图17所示的图形给出了相应颜色象素盒厚度(液晶层厚度)与光线透射率之间的关系，其中横坐标代表盒厚度，纵坐标代表光线透射率(相对值)。由图17显见，蓝色(B)象素时，透射率的峰值位于液晶层厚度约为3.5μm附近。相反地，红色(R)和绿色(G)象素时，透射率的峰值位于液晶层厚度约为4.0到4.5μm附近。

由此可见，调节每种颜色(每一象素)滤色片液晶层的厚度，便可以使光学特性Δnd得以优化。结果，在通常黑色液晶显示装置中，能够获得以下优点即色度特性，透射率特性及对比度特性等可得以改进。

(第四实施例)

图18为一剖面图，所示的是根据本发明第四实施例的液晶显示装置。图19的剖面图所示的是图18中液晶显示装置的部分放大图。图20的平面图给出的是根据本发明第四实施例的液晶显示装置的CF衬底110。在图18和19中，将上侧标记为CF衬底110，将下侧标记为TFT衬底100。而且在图18中，省略掉了图19中所示的取向膜106，116。此外，在图20中，用一点划线来表示设置在TFT衬底100上象素电极102内的缝隙102a。图21的剖面图给出了沿图20中A-A线进行剖切的剖面图形。

根据第四实施例的液晶显示装置，其结构为具有负介电各向异性的液晶49密封于TFT衬底100和CF衬底110之间。在TFT衬底100的下侧及CF衬底的上侧分别设置偏振片(未示出)。设置这些偏振片时，应使其偏振轴相互交叉。

TFT衬底100包括玻璃衬底101，形成于该玻璃衬底101上表面侧上的象素电极102，绝缘膜104a，104b，取向膜106，TFT等。特别地，如图19中所示，多条栅极总线103b，多条漏极总线103a，以及由ITO制成的象素电极102形成于玻璃衬底101的上表面侧。栅极总线103b和漏极总线103a相应地由绝缘膜104a进行绝缘。漏极总线103a和象素电极102则相应地由绝缘膜104b来进行绝缘。缝隙102a设置在象素电极102上用以确定液晶分子的取向方向(见图7)。如图20中所示，锯齿形的缝隙102a将象素区域划分为多个区域。且垂直取向膜106形成于玻璃衬底101的整个上表面上，象素电极102的表面由垂直取向膜106所覆盖。

同时，CF衬底110包括一个玻璃衬底111，形成于玻璃衬底111下表面侧的滤色片113R，113G，113B，相对电极114，垂直取向膜116等。特别地，如图19中所示，红(R)，绿(G)及蓝(B)色滤色片113R，113G，113B形成于玻璃衬底111的下表面上。红，绿及蓝色滤色片113R，113G及113B中任一滤色片设置于相应的象素电极中。滤色片113R，113G及113B在象素间区域内叠加为三层以形成黑底112。由ITO制成的相对电极114形成于玻璃衬底111的下表面侧上以便可以覆盖黑底112及滤色片113R，113G及113B。

由绝缘树脂制成的盒厚度调节层117形成于数据总线103a与栅极总线103b相交处的黑底112之下。

此外，如图20中所示，突起图形115以锯齿形式形成于相对电极114之上及盒厚度调节层117之下。进而，垂直取向膜116形成于相对电极114的整个下表面上。相对电极114及突起图形115的表面由垂直取向膜116所覆盖。

TFT衬底100和CF衬底110设置成使其上形成有垂直取向膜102，116的表面互相相对的形式。通过使形成于CF衬底110上盒厚度调节层117下侧的突起图形115与TFT衬底100上栅极总线103b和漏极总线103a间的交叉部分相接触，可使TFT衬底100和CF衬底110之间的距离(盒厚度)保持不变。其中使TFT衬底和CF衬底之间盒厚度保持恒定的部分在下文当中称作衬垫部分。

图22A到22F为剖面图，按步骤顺序给出了根据本发明第四实施例的液晶显示装置CF衬底的制造方法。在图22A到22F中，将其上向上地形成有滤色片的一面标记为CF衬底。

首先，如图22A中所示，1.5μm厚的蓝色滤色片113B形成于玻璃衬底111上的蓝色象素区域、黑底形成区域、掩模形成区域如取向掩模(未示出)内。其中分散有蓝色色素的光刻胶可用作制作蓝色滤色片113B的材料。可通过将光刻胶涂覆到玻璃衬底111上然后进行曝光及显影处理来制成蓝色滤色片113B。

接下来，如图22B中所示，1.5μm厚的红色滤色片113R利用分散有红色色素的光刻胶来形成于玻璃衬底111上的红色象素区域及黑底形成区域内。

再如图22C中所示，1.5μm厚的绿色滤色片113R利用分散有绿色色素的光刻胶来形成于玻璃衬底111上的绿色象素区域及黑底形成区域内。

在第四实施例中，黑底是通过叠加滤色片113R，113G，113B来形成的。在此，滤色片重叠部分中滤色片的厚度较之象素区域内滤色片的厚度要薄一些。如果如上所述将每个滤色片113R，113G，113B的厚度设定为1.5μm，则重叠部分(象素区域内凸出滤色片表面的高度)的高度约为1.8μm。

接下来如图22D中所示，通过在玻璃衬底111的整个上表面上形成ITO来形成150nm厚的相对电极114。

再如图22E中所示，约3.0μm高的盒厚度调节层117形成于相对电极114上的预定区域(间隔)内。例如，可用正向酚醛清漆树脂(感光抗蚀剂)来作为制作盒厚度调节层117的材料。既然如此，可通过将酚醛清漆树脂涂覆到玻璃衬底111的整个上表面上并对其进行曝光及显影处理来形成盒厚度调节层117。

如图22F中所示，约1.5μm高的突起图形115形成于玻璃衬底111的上表面上。既然如此，突起图形115的高度稍低于滤色片相叠部分。可用正向酚醛清漆树脂来形成突起图形115。

接着，在玻璃衬底111的整个上表面上形成取向膜116。结果，便制成了CF衬底110。在此实例中，衬垫部分的高度(象素区域内凸出滤色片表面的高度)约为4.0μm。

在上述实例中，已经对利用分散有色素的光刻胶来制作滤色片113R，113G，113B的情形进行了说明。但也可以用其他材料来制作滤色片113R，113G，113B。例如，通过涂覆含有染料或色素的树脂，然后借助蚀刻将此树脂成型为预定型面，也可制作出滤色片。此外，也可通过印刷等方法来制作出滤色片。

此外，在上述实例中，是通过涂覆酚醛清漆树脂来制成盒厚度调节层117的。而该盒厚度调节层117也可用其他材料如丙烯酸树脂，聚酰亚胺树脂，环氧树脂等制成。

下文将描述根据本发明第四实施例的液晶显示装置所获得的优越性。

在用作滤色片113R，113G，113B材料的光敏保护层中，是用丙烯酸树脂作为着色材料(色素)的粘结剂。在第四实施例中，用光敏酚醛清漆树脂作为制作突起图形115的材料。由于此材料具有良好的均匀性，所以滤色片重叠部分的厚度变得比象素区域中的部分(平面部分)薄。

通常，在用旋涂器、缝隙覆涂器等涂覆树脂时，在第二及第三叠层上将出现树脂流平现象直到树脂干燥为止，由此使得第二层滤色片的厚度降至约为第一层滤色片厚度的大约70％，且同时使得第三层滤色片的厚度降至约为第一层滤色片厚度的50％。

由于如果不设置盒厚度调节层117的话，盒厚度是由滤色片重叠部分的厚度来确定的，所以定会增大滤色片重叠部分的滤色片厚度。为了增大第二及第三滤色片厚度，例如可以考虑利用真空干燥法来加速干燥进程以降低流平性的方法以及增大所涂树脂膜厚度的方法。而采用这些方法又会出现涂覆不规则或干燥不均匀的现象，且能使产量降低。

图23所示的图形给出了滤色片的厚度与衬垫部分高度之间的关系，其中横坐标表示象素区域中滤色片的厚度，纵坐标表示衬垫部分高度，在此情形下，▲符号表示当每一滤色片厚度等于突起图形高度时衬垫部分的高度，□符号表示当将突起图形高度设定为2μm时衬垫部分的高度。由图23可以看出，为使盒厚度为4μm，必须将象素区域内每一滤色片厚度及突起图形高度设定为3μm。在此情形下，如果突起图形高度小于盒厚度的30％或大于盒厚度的50％，则会导致透射率下降或对比度下降。因此，优选地应将突起图形高度设定在1.2到2.0μm，而如此一来必须将滤色片的厚度设定得更厚一些。

通常，如果用作滤色片材料的散布有色素的抗蚀剂厚度超过3μm，则难以对这种抗蚀剂进行精细成型。此问题是由于涂覆抗蚀剂之后干燥速度下降、进而生产率下降引起的。因此，将滤色片的厚度设定成大于3μm是不实际的。

可以考虑用流平性不好的材料如聚酰亚胺树脂作为制作滤色片的材料。而由于聚酰亚胺树脂是光敏树脂，故在成型当中需要蚀刻步骤。于是存在这样的缺陷即由于步骤数增多而引起制作成本增大。如果制成的滤色片较厚，则由于衬垫部分中的相对电极与TFT衬底侧上的象素电极之间的距离变得极近而易于出现短路故障。

如上所述在第四实施例中，由于在滤色片113R，113G，113B的重叠部分与突起图形115之间设置有盒厚度调节层117，故可以利用盒厚度调节层117来调节盒厚度，即使将每一滤色片113R，113G，113B的厚度都设定成低于3μm，也能保持足够的盒厚度。结果，能够避免生产率及产量的下降。而且，由于滤色片由光刻胶制成，可避免步骤数多于用非光敏树脂如聚酰亚胺树脂来制作滤色片所需的步骤数。进而，由于用突起图形115相对来说易于将盒厚度调节到最佳优化值，所以能够同时避免透射率及对比度降低。此外，由于利用盒厚度调节层117能够确保TFT衬底100侧上的相对电极114与象素电极112之间有足够的间隔，所以即使取向膜106，116在相接触部分发生破损也不会出现短路故障。

在第四实施例中，先形成盒厚度调节层117，再形成突起图形115，但这些步骤也可反向实施。换句话说，如图24中所示，即在相对电极114上形成突起图形117，再在衬垫部分的突起图形117上形成盒厚度调节层118。在这种情况下，可得到与上述第四实施例相同的优点。

尽管在上述第四实施例中是通过将滤色片113R，113G，113B叠加成三层来形成黑底112的，但也可通过叠加任两层滤色片来形成此黑底。此外，鉴于在衬垫部分相对电极114与象素电极之间不会产生短路，故可在形成盒厚度调节层118之后再形成相对电极114。

根据第四实施例，利用设置在光线屏蔽膜112上的盒厚度调节层117调节盒厚度，因此，无需增大滤色片113R，113G，113B的厚度即可将盒厚度调节到最佳优化值。

在这种情况下，如图24中所示，第一衬底上的第一电极，通过叠加滤色片113R，113G，113B中的至少两个滤色片而形成的光线屏蔽膜112设置在与多个第一电极，用于覆盖滤色片113R，113G，113B及光线屏蔽膜112的第二电极116、在第二电极上由绝缘材料制成的突起图形117、形成于整个光线屏蔽膜112的突起图形117上的盒厚度调节层118及用于至少覆盖第二电极的第二垂直取向膜116间的区域相对应的区域内。

(第五实施例)

图25为一剖面图，给出了根据本发明第五实施例的液晶显示装置。由于TFT衬底侧的结构与第四实施例中相同，所以图25与图19中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行详细说明。

由黑色树脂制成的黑底122形成于CF衬底120侧玻璃衬底121的一个表面上(图25中的下表面)，并形成一预定形状。由黑色树脂制成的黑底122的厚度为3.5μm。而且黑底122是通过涂覆分散有黑色色素的光刻胶、然后再通过曝光和显影过程进行成型而形成的。

红(R)，绿(G)，蓝(B)色滤色片123R，123G，123B相应地形成于玻璃衬底121下表面的象素区域中。这些滤色片123R，123G，123B在黑底124的下表面上形成三层。

由ITO制成的相对电极124形成于玻璃衬底121的下表面侧上以覆盖滤色片123R，123G，123B。接着在相对电极124下形成突起图形125。如第四实施例，此突起图形125设置在TFT衬底110侧象素电极102的缝隙102a之间(见图20)。

垂直取向膜126形成于相对电极124的下表面上，且突起图形表面也被此垂直取向膜126所覆盖。

在第五实施例中，由于是利用树脂黑底124来调节盒厚度，所以如第四实施例中一样，无需增大滤色片厚度或突起图形高度即可获得最佳盒厚度。因此，由第五实施例可获得与第四实施例相同的优点。

尽管第五实施例中所描述的是在黑底124的下表面上使滤色片123R，123G，123B叠加成三层的情形，但是也可以在黑底124下形成一层或两层滤色片。如果相对电极124和象素电极102之间不会短路，则可以在形成突起图形125之后再形成相对电极124。

此外，滤色片除了在树脂黑底122的衬垫部分外不能在其他部分处重叠，或者可使滤色片重叠作为衬垫部分。而优选地，如果所形成的突起图形其高度在衬垫以外超过盒厚度的1/3，则应当用与突起图形125同时形成的绝缘层(由与突起图形125相同材料制成的绝缘层)来覆盖该突起图形125。结果，能够更好地防止TFT衬底100上象素电极102和CF衬底120上相对电极124之间发生短路。

根据第五实施例，由于可利用由不透光材料如黑色树脂制成的光线屏蔽膜122来调节盒厚度，所以无需增大滤色片123R，123G，123B的厚度即可将盒厚度调节为最佳数值。

在这种情况下，如图26中所示，光线屏蔽膜可包括由金属或金属化合物制成的膜(光线屏蔽膜)132及形成于膜132上的保护层137。

根据本发明，用于使光线屏蔽膜132成型的保护层137留作使形成于该保护层137上的突起图形135的顶端部分与第一衬底100相接触。因而，可使盒厚度保持恒定。结果，具有简化制作步骤的优越性。

(第六实施例)

图26为一剖面图，给出了根据本发明第六实施例的液晶显示装置。在此第六实施例中，由于TFT衬底侧的结构与第四实施例中相同，所以图26和图19中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中也不再对其进行详细说明。

由低反射性铬(Cr)制成的黑底132形成于CF衬底130侧玻璃衬底131的下表面上。之后与此黑底132具有相同形状的保护层137形成于该黑底132之下。

红(R)，绿(G)，蓝(B)色滤色片133R，133G及133B形成于玻璃衬底131下表面侧的象素区域内。这些滤色片133R，133G及133B在黑底132下叠加成三层。

由ITO制成的相对电极134形成于玻璃衬底131的下表面上用以覆盖滤色片133R，133G及133B。进而，突起图形135形成于相对电极134之下。如第四实施例中一样，此突起图形设置在TFT衬底110上象素电极102的缝隙102a之间(见图20)。

进而，垂直取向膜136形成于相对电极134之下，且突起图形135的表面由此垂直取向膜136所覆盖。

图27A到27F的剖面图给出了第六实施例液晶显示装置CF衬底130的制造方法。

首先，如图27A中所示，低反射性Cr膜形成于玻璃衬底131上，厚度约为0.16μm，厚度约为4.0μm、由正线型酚醛清漆树脂制成的光敏保护层137形成于其上。通过对此保护层137进行曝光和显影来制成预定的黑底模。再经过蚀刻除去未被保护层137所覆盖的Cr膜，只留下保护层137之下的Cr膜，因此，只有保护层137之下的Cr膜用作黑底132。

接下来，如图27B中所示，1.5μm厚的蓝色滤色片133B形成于玻璃衬底131上。利用分散有蓝色色素的光刻胶来作为蓝色滤色片133B的材料。蓝色滤色片133B可通过将光刻胶涂覆到玻璃衬底131上、再进行曝光和显影处理来形成。

再如图27C中所示，利用的是分散有红色色素的光刻胶，1.5μm厚的红色滤色片133R形成于玻璃衬底131上。

再如图27D中所示，利用的是分散有绿色色素的光刻胶，1.5μm厚的绿色滤色片133G形成于玻璃衬底131上。至此步骤所完成的低反射性Cr黑底132、黑底132上的保护层137及滤色片133R，133G，133B重叠部分的高度(象素区域内凸出滤色片表面的高度)约为3.8μm。

接下来如图27E中所示，由ITO制成的150nm厚的相对电极114形成于整个表面上。

如图27F中所示，锯齿形突起图形135形成于相对电极114上(见图20)。突起图形的高度设定为约1.5μm。在滤色片的重叠部分突起图形135的高度低于1.5μm。例如，可用正向酚醛清漆树脂作为制作突起图形135的材料。

取向膜136形成于玻璃衬底131的整个上表面上。如此便制作成了CF衬底。在此实例中，衬垫部分高度(象素区域内凸出滤色片表面的高度)约为4.0μm。

在第六实施例中，除了可获得与第四实施例相同的优点外，还有一个优点，即形成由低反射性Cr制成的黑底所用的抗蚀剂可用作盒厚度调节衬垫，所以可以避免增多步聚。

在第六实施例中，尽管是使RGB滤色片在保护层137上重叠成三层，但是也可以是一层或两层结构。而且，在第六实施例中，由于滤色片在保护层137上叠加在一起，所以保护层137上滤色片的厚度变薄。因此，优选地为了保持预定的盒厚度，应使黑底132及保护层137的总厚度大于象素区内滤色片133R，133G，133B的厚度。

(第七实施例)

图28的剖面图给出了根据本发明第七实施例的液晶显示装置。图29A所示的是沿图28中B-B线剖开的剖面图。图29B所示的是沿图28中C-C线剖开的剖面图。由于此第七实施例液晶显示装置的TFT衬底侧结构与第四实施例中的相同，所以图29与图19中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行详细说明。在图29中，将上侧标记为TFT衬底。将下侧标记为CF衬底。

第七实施例液晶显示装置的结构为具有负介电各向异性的液晶49封闭于TFT衬底100和CF衬底140之间。偏振片(未示出)相应地设置在TFT衬底100的上侧和CF衬底140的下侧。这些偏振片应设置成使其偏振轴相互交叉的形式。

CF衬底140包括玻璃衬底141，形成于玻璃衬底141上侧的滤色片143R(红)，143G(绿)，143B(蓝)，相对衬底144，垂直取向膜146等。特别地，如图29中所示，滤色片143R，143G，143B形成于玻璃衬底141之上。滤色片143R，143G，143B中之一设置在每一象素区域内。此外，蓝色滤色片143B和红及绿色滤色片143R，143B中之一在象素间区域上叠加成两层以形成黑底142。进而，滤色片143R，143G，143B在位于漏极总线33a和栅极总线33b交叉点附近的衬垫部分148处叠加成三层。

由ITO制成的相对电极144形成于这些滤色片143R，143G，143B上，如图20中所示，由绝缘树脂制成的突起图形145以锯齿形式形成于相对电极144上，所形成的垂直取向膜146用于覆盖相对电极144及突起图形145的表面。

上述结构的CF衬底140通过衬垫148上突起图形145的顶端部分与TFT衬底100相接触以使TFT衬底100和CF衬底140之间的盒厚度保持不变，衬垫148的尺寸为30μm×30μm。

图30A到30C为平面图，按制作步骤给出了第七实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法。图31A到31C的剖面图所示的是第七实施例液晶显示装置CF衬底的制造方法。图31A到31C是沿图28中的C-C线剖切所得的相应的剖面图。

首先，如图30A和图31A中所示，约1.5μm厚的蓝色滤色片143B利用分布有蓝色色素的光敏保护层形成于玻璃衬底141上的蓝色象素形成区域及黑底区域内。

再如图30B和31B中所示，约1.5μm厚的红色滤色片143R利用分布有红色色素的光敏保护层形成于玻璃衬底141上的红色象素形成区域内。此时，所形成的红色滤色片143R与红色象素周围的黑底形成区域、衬垫部分形成区域以及蓝色象素周围黑底形成区域内的蓝色滤色片143B相互叠加。如此，只是在红色象素侧红色象素和绿色象素之间的黑底形成区域的半个区域内形成红色滤色片143R。红色滤色片143R不能在绿色象素和蓝色象素之间的黑底形成区域内形成。

接着，如图30和图31C中所示，约1.5μm厚的绿色滤色片143G利用分布有绿色色素的光敏保护层形成于玻璃衬底141上的绿色象素形成区域内。此时，所形成的绿色滤色片143G与绿色象素周围的黑底形成区域以及衬垫部分形成区域中的蓝色滤色片143B和红色滤色片143R相叠加。如此，只是在绿色象素侧绿色象素和红色象素之间黑底形成区域中的半个区域内形成绿色滤色片143G。

再如图28和29中所示，由ITO制成的象素电极144形成于滤色片143R，143G，143B上，厚度约为1000埃。再通过在象素电极144上形成正向光敏保护层并对其进行曝光和显影处理来形成约10μm宽、1.5μm高的突起图形145。接着，在玻璃衬底141的整个上表面上形成约80nm厚的垂直取向膜146。如此便制作成了CF衬底140。如果以此方式来制作CF衬底140，则衬垫部分148的高度约为3.8μm。

下文将描述第七实施例液晶显示装置的优越性。

如果所形成的黑底为三层结构的RGB滤色片，则黑底侧壁部分的倾斜角变大。因此，在黑底侧壁部分周围，液晶分子的角度相对于衬底来说变为几乎是水平的。当未加电压时，这种异常取向会导致光线泄露，当施加电压时则会引起透射率下降并从而导致对比度大大降低。

图32所示的是象素区域边缘部分的高度差与对比度之间的关系，其中横坐标代表象素区域及黑底之间的高度差，纵坐标代表对比度。由图32中可以看出，如果高度差超过1.5μm，则对比度低于200。

因此在第七实施例中，黑底142由包括蓝色滤色片143B和红色滤色片143R与绿色滤色片143G中之一的两层滤色片构成。从而可使象素区域与黑底间的高度差降低为三层结构时的2/3。因此在盒间隔方向液晶分子平行于衬底取向的区域也能减少约2/3，并且能够减少光线的泄漏。

此外，如果象素区域和黑底之间的高度差的倾斜角较大，则液晶分子的取向接近于与衬底表面平行的方向，而如果高度差的倾斜角较小，则液晶分子的取向接近于与衬底表面垂直的方向。图33所示的是高度差部分的倾斜角与对比度之间的关系，其中横坐标代表高度差部分的倾斜角，纵坐标代表对比度。如图33中所示，如果倾斜角小于30度，则对比度超过250。因此，能够获得足够的对比度。

与此同时，如果考虑到各个滤色片对亮度的影响，则RGB对亮度的影响度为R∶G∶B＝3∶3∶1。因此，蓝色象素部分的光线泄漏对对比度下降的影响较小，而红或绿色象素部分对对比度下降的影响较大。

在第七实施例中，红色象素周围黑底的最上层由红色滤色片构成。绿色象素周围黑底的最上层由绿色滤色片构成。因而，红色象素与红色象素周围的黑底间以及绿色象素与绿色象素周围的黑底间的倾斜度变得较平和，因此可减少由于取向异常而引起的对比度下降问题。在此，蓝色象素周围的倾斜角增大，但在蓝色象素中不会出现由于倾斜角增大引起光线泄漏的问题，这是因为如上所述，蓝色象素对亮度的影响程度较小。

当切实地根据上述方法制成液晶显示装置之后检验对比度时，可发现对比度超过400。

改变象素区域与黑底之间高度差倾斜角的方法，有在形成滤色片时改变所用曝光条件及显影条件的方法和改变构成滤色片材料的树脂的方法。用这些方法可将象素区域和黑底间高度差的倾斜角设定在低于30度的范围上。

根据第七实施例，光线屏蔽膜142由红色象素周围的蓝色滤色片143B和红色滤色片143R这两层滤色片构成。结果，红色象素侧高度差的倾斜角及绿色象素侧高度差的倾斜角可以较小，因此能够减少由于液晶分子取向异常而引起的光线泄漏问题。

由于可通过将滤色片叠加成两层来形成光线屏蔽膜，并且可在其上形成突起图形以便能够借助该突起图形顶端部分来使盒厚度保持不变，所以此液晶显示装置相对来说易于制作。

如果是通过叠加红色滤色片和蓝色滤色片来形成光线屏蔽膜的话，则在显示区域外侧将出现光线泄漏。为了防止此光线泄漏，如权利要求15中所指出的及图21中所示的，优选地应在显示区域的外侧形成用于遮挡蓝光的光线屏蔽膜152。因此定能够避免显示区域外侧上的蓝光泄漏，并能因此提高显示质量。本发明不仅适用于VA(垂直取向)型液晶显示装置，而且也适用于利用水平取向膜的液晶显示装置。

(第八实施例)

图21的剖面图所示的是根据本发明第八实施例的液晶显示装置。在第八实施例中，在液晶显示装置显示区域的外侧上设置了一个冗余光线屏蔽膜。第八实施例其他部分的结构可利用上述第一到第七实施例中所示的结构。

在第八实施例中，在TFT衬底150显示区域的外侧上的玻璃衬底151上形成一冗余光线屏蔽膜152。该冗余光线屏蔽膜152由包括Al(铝)膜和Ti膜的多层金属膜形成，或者由一金属膜如Cr(铬)膜或金属氧化膜形成。TFT衬底150侧上垂直取向膜156的边缘部分与显示区域侧上冗余光线屏蔽膜152的末端部分相重叠。在第八实施例中，冗余光线屏蔽膜152的宽度设定为2.0mm。而冗余光线屏蔽膜152的宽度必须依据在形成突起图形时不会在垂直取向膜156和冗余光线屏蔽膜152之间产生间隙的取向精度来确定。

多个象素电极(未示出)，设置在每个象素电极上的TFT(未示出)，连接到TFT上的总线(未示出)，以及用于覆盖象素电极的垂直取向膜156都形成于TFT衬底150的显示区域中。

如第一到第七实施例，设置在象素区域中的滤色片(未示出)，黑底162，用于覆盖位于显示区域中的滤色片和黑底162的相对电极(未示出)，及垂直取向膜166形成于CF衬底160上。在第八实施例中，假设黑底162由包括蓝色滤色片和红色滤色片的两层滤色片构成。且假设黑底162的边缘部分(在显示区域的外侧)未被垂直取向膜166所覆盖。TFT衬底150侧上的冗余光线屏蔽膜152设置成与显示区域外侧上的黑底162相对的形式。

TFT衬底150上的总线(栅极总线或漏极总线)自显示区域延伸至衬底151的末端部分并连接到外部电路上。因此，为了不使总线之间通过冗余光线屏蔽膜152形成电气连接，则必须使冗余光线屏蔽膜152形成于总线之间或形成于该总线层的不同层上。优选地，如果冗余光线屏蔽膜152形成于不同于该总线层的另一层上，如图34中所示，为了避免总线之间的电容耦和，不应使冗余光线屏蔽膜152正好形成于总线153之上或之下。

下文将对第八实施例的优点进行描述。

在通过叠加滤色片形成黑底时，可将滤色片叠加成三层来增加黑底厚度，但结果在高度差部分却易出现相对电极断裂的现象(所谓的由高度差引起的断裂)。于是，优选地如果通过叠加滤色片来形成黑底的话，应将滤色片的层数设定为两层。叠加两层或三层滤色片时的透射率如表1中所示。其中OD值为透射率的对数值。

                    表1

        滤色片                OD值

        R+G                   1.3

        G+B                   1.1

        B+R                   2.1

        R+G+B                 2.5

由表1可知，如果叠加两个滤色片来形成黑底的话，则蓝色滤色片和红色滤色片的结合能够最有效地截止光线。

而当实际制作的液晶显示装置中黑底由蓝色滤色片和红色滤色片组成时，在显示区域的外侧上将出现蓝光泄漏现象。这是由以下原因引起的。

图35的剖面图所示的是无冗余光线屏蔽膜的液晶显示装置。在图35中，与图21中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行描述。假设在此液晶显示装置中，是将红色滤色片叠加到蓝色滤色片上来形成黑底。

如图27中所示，通常CF衬底160显示区域外侧上黑底162的边缘部分未被取向膜166所覆盖。由于此部分上的液晶分子随机取向，所以在未加电压时，透射率能够得以增强。

图36的图形所示的是蓝色、绿色及红色滤色片的波长光谱特性。如图36中所示，由于红色滤色片对具有蓝色波长区域的光线的透射率相对来说大一些，所以即使将蓝色滤色片和红色滤色片相互叠加在一起，也不能充分地截止短波区域光线。由于此原因，短波光线(蓝色光线)自将蓝色滤色片和红色滤色片叠加到一起构成的黑底中透射出来，能够观察到蓝光泄漏。

而在第八实施例中，由于冗余光线屏蔽膜152设置在显示区域的外侧上，所以能够有效地截止显示区域外侧泄漏的蓝光。且在第八实施例中，由于CF衬底160侧上的黑底162由蓝色滤色片和红色滤色片构成，相对于TFT衬底150上由金属制成的冗余光线屏蔽膜152来说反射率较低，从而使得这种黑底162具有外部光线反射截止膜的效用。结果，能够实现提高显示质量这一优点。

(第九实施例)

图37的剖面图所示的是根据本发明第九实施例的液晶显示装置。图37中与图21中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行说明。

在第九实施例中，形成于CF衬底160上的滤色片162是通过将蓝色滤色片和红色滤色片层压在一起来形成的。且由UV(紫外线)涂膜形成的冗余光线屏蔽膜163形成于显示区域外侧上CF衬底160的上表面(与TFT衬底150表面相对侧上的表面)上。UV涂覆膜是用蒸发法将TiO₂膜和SiO₂膜层压成多层而形成的。其截止波长小于500nm。

在第九实施例中，即使包括蓝色滤色片和红色滤色片的黑底在显示区域的外侧可透射蓝光，这种蓝光也能够被冗余光线屏蔽膜163所截止。因而定能避免蓝光泄漏。

在第九实施例中，由UV涂覆膜构成的冗余光线屏蔽膜163形成于CF衬底160侧上。而该冗余光线屏蔽膜也可形成于TFT衬底150侧上，或者还可以形成于CF衬底160及TFT衬底150二者之上。

(第十实施例)

图38的剖面图所示的是根据本发明第十实施例的液晶显示装置。图38中与图21中相同的结构元件用相同的符号来表示，且在下文当中不再对其进行说明。

设置一对偏振片158，168，将通过耦和CF衬底160和TFT衬底150所形成的液晶面板置于其间。这些偏振片158，168设置成其偏振轴互相垂直相交的方式。在第十实施例中，至少在这些偏振片158，168的其中之一上形成用作冗余光线屏蔽膜169的UV涂覆膜，在此情形下，冗余光线屏蔽膜形成于与位于显示区域外侧的区域相对应的区域上且其中黑底162未被垂直取向膜166所覆盖。

根据第十实施例，除了与第八实施例相同的优点之外，还可实施这种优点即由于这种冗余光线屏蔽膜169(UV涂覆膜)并非直接形成于液晶面板上，所以这种涂覆膜易于形成。

(第十一实施例)

图39剖面图所示的是根据本发明第十一实施例的液晶显示装置。在第十一实施例中，第一到第七实施例中所示的TFT衬底的配置都适用。在图39中，标号177代表显示区域。标号178代表显示区域的外部，标号179表示转换连接部分。且图40A的剖面图所示的是第十一实施例液晶显示装置显示区域177中的CF衬底。图40B剖面图所示的是显示区域外侧的CF衬底。

在第十一实施例中，CF衬底170上显示区域177中的黑底是由蓝色滤色片和红色滤色片形成的双层结构。且在显示区域以外形成的冗余光线屏蔽膜175为红、绿及蓝滤色片的三层结构。

通常，在液晶显示装置中，CF衬底侧上的相对电极和TFT衬底侧上的电压施加部分通过显示区域外侧称作转换器的导体进行电气连接。此转换器设置在转换连接部分179中。

如果显示区域外侧部分上冗余光线屏蔽膜的所有区域都为三种滤色片的三层结构，则会增大显示区域177和外部178间的高度差。结果，无法形成连续的相对电极(ITO膜)，且可能会出现由于高度差而引起的断裂现象。因此，在第十一实施例中，如图40B中所示，将滤色片层压到转换连接部分179上形成双层结构便可避免产生连接错误。

如上一样，在第十一实施例中，由于冗余光线屏蔽膜175在显示区域外部为红、绿及蓝色滤色片的三层结构，所以必能避免蓝光自显示区域外部泄漏出来。此外，由于位于显示区域外部及借助转换器(转换连接部分179)电气连接到TFT衬底的电极上的区域内的滤色片层压成双层结构，故在形成ITO膜时不易出现由于高度差引起的断裂现象，且也能够避免制作量减少这一问题。

如上所述，根据本发明的液晶显示装置，由于能够通过使第二衬底上突起图形的顶端部分与第一衬底相接触来使盒厚度保持不变，所以可以不用已有技术中所必须的球形或圆柱形衬垫。因而，即使有碰撞或振动，盒厚度也不会改变，从而能够防止显示质量下降的问题。且由于利用形成于电极上的绝缘突起图形可使第一衬底和第二衬底间的间隔保持不变，所以第一衬衬底上的电极和第二衬衬底上电极间的短路也肯定能够避免。此外，根据本发明，在突起图形的两侧液晶的取向方向不同，所以能够实现取向分割。于是，能够获得提高视觉特性这一优点。

根据本发明的液晶显示装置的制造方法为：相对电极、第一突起图形及第一垂直取向膜形成于第一衬底上；之后象素电极、第二突起图形及第二垂直取向膜形成于第二衬底上；接下来将第一衬底和第二衬底设置成使其上形成有第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的表面互相相对并使第一突起图形的顶端部分与第二衬底上的第二垂直取向膜相接触，再将具有负介电各向异性的液晶封闭于其间。因而，已有技术中所必须有的配置衬垫的步骤及摩擦取向膜的步骤都可省略掉，所以能够简化制作步骤。

此外，根据本发明的液晶显示装置，由于设置有盒厚度调节层，所以能够准确地调节盒厚度而不会过多地增加滤色片厚度。

还有，根据本发明的液晶显示装置，由于光线屏蔽膜由黑色树脂制成且在光线屏蔽膜上叠加了一个或多个滤色片，所以不必过多地增加滤色片厚度即可准确地调节盒厚度。

根据本发明的液晶显示装置，由于盒厚度可用形成光线屏蔽膜的保护层来调节，所以在不过多的增加滤色片厚度的情况下即能准确地调节盒厚度。且因此能够简化制作步骤。

而且，根据本发明的液晶显示装置，光线屏蔽膜由红色象素周围的蓝色滤色片和红色滤色片构成，且光线屏蔽膜也可由绿色象素周围的蓝色滤色片和绿色滤色片构成。因此，由于红色象素和光线屏蔽膜之间的倾斜角及绿色象素和光线屏蔽膜之间的倾斜角能够变得平缓一些，所以能够减少由取向异常所引起的光线泄漏现象。

且根据本发明的液晶显示装置，由于将用于截止蓝光的冗余光线屏蔽膜设置于显示区域的外部，所以如果通过叠加红色滤色片和蓝色滤色片来形成光线屏蔽膜的话，定能避免在显示区域外侧产生蓝光泄漏。

Claims (3)

1.一种液晶显示装置，包括：

第一衬底，该第一衬底具有形成于一表面侧上的一象素电极，覆盖该象素电极的第一垂直取向膜，以及连接至所述象素电极的薄膜晶体管，其中所述象素电极设有缝隙；

第二衬底，该第二衬底具有形成于与第一衬底的一表面相对的表面侧上的相对电极，在该相对电极上由绝缘材料制成的第一突起图形及用于覆盖所述相对电极和第一突起图形的第二垂直取向膜，其中第一突起图形的顶端部分与第一衬底形成接触；以及

密封在所述第一衬底和第二衬底之间且具有负介电各向异性的液晶。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中进一步包括形成于所述相对电极和所述第二衬底上第二垂直取向膜之间的、高度低于所述第一突起图形的第二突起图形。

3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其中所述第二突起图形的图形宽度被设置为5μm到15μm且该第二突起图形的高度范围被设置为所述第一和第二衬底之间的盒厚度的0.2至0.8倍。

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