JP2015102683A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、隣りあう画素間の光もれを防止する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持され、対向基板２００における隣り合う画素の境界において、ブラックマトリクス２０２と２層以上のカラーフィルタ２０１が積層して映像信号線の延在方向に延在する突起を形成している。この突起によって画素と画素の境界における液晶層の層厚は、画素の中央部における液晶層の層厚の２/３以下となっている。これによって、画素と画素の境界における液晶のスレッショルド電圧を上げることが出来、液晶層を遮光領域として使用することが出来、画素間の光漏れを防止することが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は表示装置に係り、特に視野角特性の優れた、かつ、信頼性の高い横電界方式の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置はフラットで軽量であることから、色々な分野で用途が広がっている。携帯電話やスマートフォン、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ）等には、小型の液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置では視野角特性が問題である。視野角特性は、画面を正面から見た場合と、斜め方向から見た場合に、輝度が変化したり、色度が変化したりする現象である。視野角特性は、液晶分子を水平方向の電界によって動作させるＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式が優れた特性を有している。

ＩＰＳ方式も種々存在するが、例えば、コモン電極を平面ベタで形成し、その上に、絶縁膜を挟んで櫛歯状の画素電極を配置し、画素電極とコモン電極の間に発生する電界によって液晶分子を回転させる方式が透過率を大きくすることが出来るので、現在主流となっている。

「特許文献１」には、液晶表示装置では、画素間の干渉をさけるために、画素間にブラックマトリクスを形成するが、ブラックマトリクスの代わりにカラーフィルタを積層して遮光膜とする構成が記載されている。また、「特許文献１」では、赤カラーフィルタと青カラーフィルタの積層構造が遮光特性に優れることが記載されている。

「特許文献２」には、液晶層の間隔を均一に保つために、画素領域は同色のカラーフィルタを重ねあわせ、ブラックマトリクスには赤色と青または緑色を重ね合わせ、カラーフィルタのブラックマトリクスの構造体の表面を平坦にする構成が記載されている。

「特許文献３」には、カラーフィルタの積層体を用いてＴＦＴ基板と対向基板の間隔を規定するためのサブスペーサとして用いることが記載されている。このサブスペーサの構成は、離散的に柱状に形成されている。

「特許文献４」には、ＩＰＳ方式において、隣接画素との境界部に映像信号線の両側から映像信号線を挟むようにして、ＴＦＴ基板と対向基板の間に高分子構造物を形成する構成が記載されている。「特許文献４」ではこれによって、画素の液晶分子が隣りの画素の液晶分子に影響を及ぼして、デスクリネーションを発生することを防止している。

「特許文献５」には、画素電極、コモン電極とも線状であるＩＰＳ方式の液晶表示装置において、映像信号線等とコモン電極等の間の寄生容量を低減するために映像信号線の上方に有機絶縁膜を形成する構成が記載されている。

「特許文献６」には、下方が平面状の画素電極で、上方がスリットを有するコモン電極であるＩＰＳ方式の液晶表示装置において、映像信号線の上方に突起状に絶縁膜を形成して、映像信号線とコモン電極との寄生容量を低減する構成が記載されている。この方式は、上層において画素間はコモン電極によって覆われているので、画素境界において、電界が液晶層に漏れて、これによって光が漏れるという問題は無い。

特開２０００−２９０１４号公報 特開平０２−２８７３０３号公報 特開２０１２−２９７５号公報 特開２０１２−７３４２１号公報 特開２００４−３０２４４８号公報 特開２００９−１９２９３２号公報

ＩＰＳ液晶表示装置は、従来のＴＮ方式等とは構造上異なっており、液晶表示装置を小型化、あるいは薄型化する場合に従来方式の液晶表示装置とは異なった問題点も発生する。ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式等では、画素電極がＴＦＴ基板に形成され、対向電極は対向基板の全面に渡って形成されている。これに対してＩＰＳ方式では、画素電極と対向電極はＴＦＴ基板に形成されるので、ＴＦＴ基板側の構成は従来のＴＮ方式に比べて複雑となる。

最近は、小型の液晶表示装置においても、ＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ、６４０×４８０ドット）のような高精細画面が要求されている。ここで、ドットとは、赤画素、緑画素、青画素の３ピクセルがセットになったものであるから、ピクセル数でいうと１９２０×４８０になる。３インチの画面でＶＧＡを可能にするには、ピクセルの短径は３２μｍというように、非常に小さなものになる。

液晶表示装置では、ＴＦＴ基板と対向基板をシール材を介して重ね合わせて形成する。ＴＦＴ基板と対向基板を重ね合わせるときに合わせズレが生ずると、隣りの画素の色が混色しやすくなり、色純度を悪化させる。画面が高精細になるとこの問題が深刻化する。

図１５は、従来の液晶表示装置において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との合わせずれがない状態における任意の画素と隣りの画素の間の透過光の状況を示す断面図である。図１５において、画素と画素の境界は点線で記されている。左側の画素は赤画素（Ｒ）であり、右側の画素は緑画素（Ｇ）である。画素と画素の間には、画素間の干渉を避けるためにブラックマトリクス２０２が形成されている。図１５におけるＩＰＳ方式の液晶表示装置では、有機パッシベーション膜１０１の上に形成された平面状のコモン電極１０２の上に層間絶縁膜１０３が形成され、その上にスリットを有する画素電極１０４が形成されている構成である。

このようなＩＰＳ方式では、画素電極１０４からの電気力線が液晶層３０１を介して下方のコモン電極１０２に伸び、液晶層３０１中における横電界によって液晶分子が回転する。これによって液晶層の光の透過率を制御することにより、画素の透過率を制御して画像を形成する。画素と画素の境界では画素電極１０４が存在しないので、原理的には、液晶は回転することはないが、画素電極１０４からの電気力線が隣りの画素との境界に向かって伸びるために、画素と画素の境界部においても、光が僅かながら透過する現象が生ずる。この光もれは、画素の境界線に向かって除々に小さくなり、画素の境界部においてゼロになる。

図１５では、左側の赤画素（Ｒ）が透過（ＯＮ）であり、右側の緑画素（Ｇ）が非透過（ＯＦＦ）である。赤画素（Ｒ）と緑画素（Ｇ）画素の境界付近において、赤画素（Ｒ）からの光もれが除々に小さくなる様子を液晶層３０１における白抜きの部分が除々に小さくなる、あるいは、液晶層３０２において、非透過を示すハッチングが除々に大きくなる状態で表している。この領域は、図１５において、領域Ａとして示されている。なお、この領域Aにおけるハッチングは、対向基板側が暗く、TFT基板側が明るいという意味ではない。

このような構成において、赤画素（Ｒ）から斜め方向に向かう大部分の光である、太い矢印で記す光はブラックマトリクス２０２によって遮光される。しかし、境界部における、斜め方向の細い矢印で示す一部の光は隣りの緑画素（Ｇ）に入射し、混色の原因となる。画素の面積が小さくなると、このような、わずかな光もれであっても、色純度に影響を及ぼすことになる。なお、図１５における点線は斜め方向であっても透過しない光を示す。

以上で説明した画素間の斜め方向の光漏れはＴＦＴ基板１００と対向基板２００の合わせずれが生ずると、深刻な問題になる。図１６は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００のずれ量がｘである場合の隣りの画素への光もれの状態を示す断面図である。図１６において、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して右方向にずれている。すると、領域Ａで示す画素境界付近における部分的な光もれの部分が対向基板２００に形成されたブラックマトリクス２０２に対して右方向に移動する。したがって、斜め方向の光がブラックマトリクス２０２によって遮光される量が小さくなり、太い矢印で示すように、隣りの画素からの光漏れが大きくなる。その結果、混色が大きくなって、色純度が劣化することになる。なお、図１６の領域Aにおけるハッチングは、対向基板側が暗く、TFT基板側が明るいという意味ではない。

本発明の課題は、画素と画素の境界における斜め方向の光が隣りの画素に侵入することを防止して、混色を防止し、画面の色純度の低下を防止することである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域にスリットを有する画素電極が存在し、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板と、前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、前記対向基板において、前記異なる色のカラーフィルタの境界部には前記第２の方向に延在する突起が形成され、前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記対向基板に形成された前記突起は、カラーフィルタを２層以上積層したことによって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。

（３）前記カラーフィルタの上にはオーバーコート膜が形成され、前記カラーフィルタの前記突起は、前記オーバーコート膜の厚くなった部分によって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。

（４）前記対向基板と前記ＴＦＴ基板との間隔は柱状スペーサによって規定され、前記対向基板に形成された前記突起は、前記柱状スペーサと同じ材料によって、前記柱状スペーサと同時に形成されたものであることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（５）前記突起は、対向基板側ではなく、ＴＦＴ基板側に形成されている（１）に記載の液晶表示装置。

（６）前記突起は、対向基板側ではなく、ＴＦＴ基板側に形成され、前記有機パッシベーション膜と同じ材料で前記有機パッシベーション膜と同時に形成されたものであることを特徴とする（５）に記載の液晶表示装置。

（７）前記突起は、対向基板側ではなく、ＴＦＴ基板側に形成され、前記突起の高さの半分の位置における前記突起の側壁のテーパ角は２０度以上で４５度よりも小さく、前記突起の側壁には前記画素電極が延在させ、前記突起の側壁も透過領域として使用することを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（８）前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の１/２以下であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の液晶表示装置。

本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。 実施例１乃至３の液晶表示装置の画素部の平面図である。 実施例１の液晶表示装置の断面図である。 ＩＰＳ方式の液晶において、液晶層厚をパラメータとした場合の液晶層に印加される電圧と相対透過率を示すグラフである。 ＩＰＳ方式の液晶において、液晶層に５Ｖ印加した場合の液晶層厚と相対透過率の関係を示すグラフである。 実施例１のカラーフィルタの積層例である。 実施例１のカラーフィルタの他の積層例である。 実施例１のカラーフィルタのさらに他の積層例である。 実施例１の液晶表示装置の他の例の断面図である。 実施例２の液晶表示装置の断面図である。 実施例３の液晶表示装置の断面図である。 実施例４乃至５の液晶表示装置の画素部の平面図である。 実施例４の液晶表示装置の断面図である。 実施例５の液晶表示装置の断面図である。 従来例の液晶表示装置の断面図である。 従来例の他の例の液晶表示装置の断面図である。

図１は、本発明が適用される製品の例である、携帯電話等に使用される小型の液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴ基板１００の上に対向基板２００が配置されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に図示しない液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とは額縁部に形成されたシール材２０によって接着している。図１においては、液晶は滴下方式によって封入されるので、封入孔は形成されていない。

ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００よりも大きくなっている部分には、液晶セル１に電源、映像信号、走査信号等を供給するための端子部１２０が形成されている。端子部１２０には、走査信号線３０、映像信号線４０等を駆動するためのＩＣドライバに接続されている。

図１の表示領域１０において、横方向には走査信号線３０が延在し、縦方向に配列している。また、縦方向には映像信号線４０が延在し、横方向に配列している。走査信号線３０と映像信号線４０とで囲まれた領域が画素を構成する。以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図２は本実施例における画素領域を示す平面図である。図２において、走査信号線３０と映像信号線４０とで囲まれた領域に画素が形成されている。画素の下側にはＴＦＴが形成されている。ＴＦＴのゲート電極３１は走査信号線３０から分岐し、ゲート電極３１の上に半導体層５０が形成されている。半導体層の上には、映像信号線４０から分岐したドレイン電極４１が形成され、ドレイン電極４１に対向してソース電極６０が形成されている。ソース電極６０は画素電極側に延在している。

画素内にスリット１０４１を有する矩形の画素電極１０４が形成されている。画素電極１０４の下には、図示しない層間絶縁膜１０３を介して平面状にコモン電極１０２が形成されている。画素電極１０４から液晶層に進入する電気力線は、画素電極１０４のスリット１０４１あるいは画素電極１０４の端部を介して下方のコモン電極１０２に達する。液晶層内の電気力線の横成分によって、液晶が回転し、画素における光の透過率を制御する。映像信号はＴＦＴのソース電極６０からスルーホール７０を介して画素電極１０４に供給される。

図２の特徴は、映像信号線の上に対向基板側から突起２５０がストライプ状に延在し、この突起２５０によって、画素の境界部においては、液晶層の層厚が小さくなっている。このストライプ状の突起２５０は走査信号線の上には形成されていない。走査信号線の上にはＴＦＴ基板と対向基板の間隔を規定する柱状スペーサが形成される場合が多いからである。なお、柱状スペーサが存在しない場合は、ストライプ状の突起２５０は、走査信号線の上にも延在して形成してもよい。

図３は、図２のＡ−Ａ断面に対応する液晶表示装置の断面図である。図３において、ＴＦＴ基板の上に映像信号線４０が形成され、その上に有機パッシベーション膜が形成されている。有機パッシベーション膜の下にはＴＦＴが形成されているが、図３では省略されている。以下の実施例における断面図においても同様である。有機パッシベーション膜の上に平面状にコモン電極形成され、これを覆って層間絶縁膜が形成されている。層間絶縁膜の上には、スリットを有する画素電極が形成され、画素電極および層間絶縁膜を覆って液晶を初期配向させるための配向膜が形成されている。ＴＦＴ基板の下側には下偏光板が貼り付けられている。

図３において、対向基板の外側には上偏光板が下偏光板と透過軸を直交するように貼り付けられている。対向基板の内側において、左側の画素には赤カラーフィルタ２０１Rが形成され、右側の画素には緑カラーフィルタ２０１Gが形成され、画素と画素の間にはブラックマトリクス２０２が形成されている。画素と画素の境界において、ブラックマトリクスおよび赤カラーフィルタまたは緑カラーフィルタの上に青カラーフィルタ２０１Bが形成されている。赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、青カラーフィルタを覆ってオーバーコート膜２０３が形成され、オーバーコート膜の上に配向膜１０５が形成されている。

ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。液晶層の層厚は画素の中央における値でＤである。本発明の特徴は対向基板において、画素と画素の間において、対向基板側に青カラーフィルタを積層したことによる高さＨの突起２５０が形成されていることである。これによって、画素の境界部においては、液晶層の層厚はＤ−Ｈとなっている。

図３において、左側の赤カラーフィルタ側の画素においては、液晶は透過（ＯＮ）状態であり、右側の緑カラーフィルタ側は非透過（ＯＦＦ）状態である。また、図３において、ＴＦＴ基板は対向基板に対して右側にＸだけずれて配置されている。ＸはＴＦＴ基板と対向基板の貼り合わせ誤差に起因するものである。従来は、このようなＴＦＴ基板と対向基板との合わせずれが存在すると、図１６に示すような、斜め方向からの光漏れが存在し、混色を生じていた。

本発明は、画素境界部において、液晶の層厚が薄くなっているので、この部分では、液晶のスレッショルド電圧が高くなり、液晶が回転せず、光を透過しない。したがって、図の３の点線矢印で示すような、斜め方向からの光は境界部において液晶層が薄くなった部分において遮られる。したがって、緑画素（Ｇ）への赤画素（Ｒ）からの混色が生ずることを免れ、色純度を高く保つことが出来る。

液晶層において、液晶分子が回転する現象をフレデリクス転移というが、フレデリクス転移を起こすスレッショルド電圧Ｖｔは
Ｖｔ＝πｇ/（ｄ√（Ｋ２/Δε））
で表すことが出来る。ここで、ｇは電極端の間隔、ｄはセルギャップすなわち液晶層の層厚、Ｋ２はツイスト弾性定数、Δεは誘電率異方性である。

ここで、液晶特性や液晶セルのディメンジョンを一定とすると、Ｖｔは液晶層の層厚ｄに反比例することになる。つまり、Ｃを定数とすると、
Ｖｔ=Ｃ/ｄ
となる。したがって、液晶層の層厚が半分になるとスレッショルド電圧Ｖｔは２倍となり、液晶層は回転しづらくなる。

液晶のスレッショルド電圧Ｖｔが上がると、同じ電圧を印加しても液晶層の透過率は小さくなる。言い換えると、液晶層の層厚ｄを小さくすると、液晶層の透過率は小さくなる。複屈折モードであるＩＰＳ方式の液晶の透過率は下記の式で表すことが出来る。
Ｔ＝Ｔ_０ｓｉｎ^２（２φ（Ｅ））ｓｉｎ^２（π・ｄ・Δｎ/λ）
ここでＴ_０は係数で主として液晶表示装置に使用される偏光板の透過率で決まる。φ（Ｅ）は液晶分子の配向方向と偏光透過軸のなす角度、ｄは液晶層の層厚、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは光の波長を表す。

図４は、問題となる図１５の画素電極端部から画素境界に渡る領域Ａの透過率について、液晶層の層厚をパラメータにした場合の電圧（Ｖ）と液晶層厚3μｍに対する相対透過率Ｔ（％）を示すグラフである。図４から明らかなように、液晶層に同じ電圧を印加した場合は、液晶層の層厚が小さいほうが透過率は小さくなる。例えば、画素の中央における液晶層の層厚を３μｍとした場合、突起を形成することによって、液晶層の層厚を２μｍとすると、同じ電圧を印加した場合の透過率は約半分になる。

図５は、同じ現象を横軸に液晶層の層厚ｄ（μｍ）、縦軸に相対透過率Ｔ（％）をとった場合のグラフである。図５において、液晶層に印加する電圧は５Ｖである。図５からわかるように、例えば、画素の中央における層厚を３μｍとし、画素の境界において突起を形成して層厚を２μｍとした場合、液晶層の相対透過率は約５０％、突起を高くして層厚を１．５μｍとした場合、相対透過率は約３０％となり、突起をさらに高くして、層厚を１μｍとすると、相対透過率は約１０％となる。

つまり、画素の境界において突起を形成することによって、問題となる領域Ａの液晶層の透過率を低下させ、その分、隣同士の画素からの光漏れによる混色を抑制することが出来る。

このように、本発明は、画素と画素の境界において、液晶層の層厚を小さくして液晶層を遮光領域として使用するものである。ところで、この遮光領域が大きいと、画素の透過率を低下させる。この遮光領域を必要な範囲に限定するために、本実施例では突起２５０の側面の角度を４５度以上としている。そうすれば、画素における遮光領域は、最悪でも、片側で突起２５０の高さだけ小さくなるだけすむ。突起２５０の側面の角度αは突起２５０の高さの半分の位置で測定すればよい。

図３の他の特徴は、画素と画素の境界部において、カラーフィルタ２０１を２層に重ねることによって、遮光膜を形成し、斜め方向からの光の遮光効果をさらに高めていることである。カラーフィルタ２０１は赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造とすると遮光効果は非常に大きい。表１はカラーフィルタの層構成と透過率の関係を示すものである。

表１に示すように、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造とすると、透過率は２％となり、他の場合の層構造に比較して非常に低くすることが出来る。つまり、図３の構成においては、画素と画素の境界においては、ブラックマトリクス２０２とカラーフィルタ２０１の積層構造の両方によって、高い遮光効果を得ることが出来る。その分、混色を軽減することが出来る。

図６は、液晶表示装置において、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）構成とした場合に、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造を示すものである。図６では、赤カラーフィルタ２０１Ｒを先に形成し、その後、青カラーフィルタ２０１Ｂを形成している。

図７は、液晶表示装置において、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）構成とした場合に、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの他の積層構造を示すものである。図７では、青カラーフィルタ２０２Ｂを先に形成し、その後、赤カラーフィルタ２０１Ｒを形成している。

図８は、液晶表示装置において、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）、および、白画素（Ｗ）構成とした場合に、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの他の積層構造を示すものである。白画素（Ｗ）は白色輝度を上げるために形成されているものである。図８においては、赤カラーフィルタ２０１Ｒを先に形成し、その後、青カラーフィルタ２０１Ｂを形成している。なお、白画素（Ｗ）を有する場合においても、図７に示すように、青カラーフィルタ２０１Ｂを先に形成し、その後、赤カラーフィルタ２０１Ｒを形成してもよい。

図３、図６乃至図８においては、カラーフィルタ２０１を２層重ねた例を示したが、これに限らず、カラーフィルタ２０１を３層あるいは４層重ねて突起２５０を形成してもよい。必要な突起２５０の高さによってカラーフィルタ２０１の積層数を変えればよい。

図９は本実施例における他の態様を示す断面図である。図９が図３と異なる点は、画素と画素の境界において、カラーフィルタ２０１を先に形成し、その後、ブラックマトリクス２０２を形成する構成となっていることである。図９において、画素と画素の境界には、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造と緑カラーフィルタ２０１Ｇと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造が形成されている。表１に示すように、赤カラーフィルタ２０１Ｒと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造での透過率は２％であり、緑カラーフィルタ２０１Ｇと青カラーフィルタ２０１Ｂの積層構造での透過率は１７％である。

図９の構成においても、図３の構成と同様、画素と画素の境界において、カラーフィルタ２０１の積層構造による遮光効果とブラックマトリクス２０２による遮光効果の両方を得ることが出来る。また、画素と画素の境界において、液晶層が薄くなったことによるスレッショルド電圧Ｖｔが高くなり、液晶層が遮光領域となり、斜め方向からの光に対する遮光効果が向上することは図３で説明したのと同様である。
また本実施例では、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板を用いているが、有機パッシベーション膜の上に画素毎に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して櫛歯状のスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板でも同様の効果を得ることが出来る。

図１０は本実施例を示す断面図である。図１０は、図２のＡ−Ａ断面に対応する液晶表示装置の断面図であり、基本的な構成は図３と同様である。図１０が図３と異なる点は、画素と画素の境界における対向基板２００側における突起２５０をカラーフィルタ２０１の積層構造によるのではなく、オーバーコート膜２０３を画素と画素の境界部で厚くすることによって形成している。オーバーコート膜２０３の本来の役割は、カラーフィルタ２０１あるいはブラックマトリクス２０２による凹凸を平坦化するために使用されるが、本実施例では、オーバーコート膜２０３を逆に対向基板２００に形成される突起２５０の形成のために使用している。

本実施例においても、対向基板２００側に形成された突起２５０によって画素と画素の境界における液晶層の層厚を小さくでき、液晶分子が回転を始めるスレッショルド電圧Ｖｔを上げることが出来るので、画素と画素の境界を液晶層によって遮光することが出来る。したがって、図１０の点線の矢印のような、斜め方向からの光を遮光することが出来、混色を防止することが出来る。なお、この場合も、突起２５０の側面の角度αは４５度以上とすることが好ましい。

本実施例によるオーバーコート膜２０３による突起２５０は、先ず、オーバーコート膜２０３を突起２５０部分を含む膜厚に塗布に、これに対して、ハーフ露光技術を用いて画素と画素の境界部分以外のオーバーコート膜２０３を薄く形成することによって形成することが出来る。オーバーコート膜２０３に例えば、ポジ型の感光性樹脂を使用した場合、画素と画素の間は露光せず、画素の境界以外の部分をハーフ露光することによって所定のオーバーコート膜２０３の膜厚とすることが出来る。逆にオーバーコート膜２０３にネガ型の感光性樹脂を使用した場合、画素と画素の境界をフル露光し、他の部分をハーフ露光することによって、画素と画素の境界部のみの膜厚を厚くすることが出来る。なお、オーバーコート膜２０３に感光性樹脂を用いず、フォトレジストを用いる場合も、同様に、ハーフ露光技術を使用することが出来るが説明は省略する。
また実施例１同様、本実施例では、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板を用いているが、有機パッシベーション膜の上に画素毎に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して櫛歯状のスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板でも同様の効果を得ることが出来る。

液晶表示装置の性能を安定させるためには、画素領域において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔すなわち、液晶層を一定に保つ必要がある。このために、一般には、透明樹脂であるアクリル樹脂等によって、柱状スペーサを対向基板に形成する。本実施例は、対向基板２００において、画素と画素の境界に形成する突起２５０を柱状スペーサの形成と同時のプロセスによって形成するものである。

図１１は、本実施例を示す断面図である。図１１において、画素と画素の境界における突起の構成以外は図３と同様である。図１１における画素と画素の境界における突起２５０は柱状スペーサと同じ材料によって同時に形成されている。しかし、画素と画素の境界の突起２５０の高さは柱状スペーサの高さよりも低い。

柱状スペーサは、まず、透明樹脂をオーバーコート膜上に形成し、その後フォトリソグラフィによって柱状スペーサの部分のみを残す。この時、画素と画素の境界部分において、ハーフ露光技術を用いて高さの低い柱状スペーサ２１０を形成する。この高さの低い柱状スペーサ２１０を画素と画素の境界における突起２５０の構成要素として使用する。

柱状スペーサの材料として、ネガ型の感光性樹脂を使用した場合、正規の柱状スペーサの部分にはフル露光を行い、画素と画素の境界における突起２５０用としての部分にはハーフ露光を行って、高さの低い柱状スペーサ２１０を形成することが出来る。画素と画素の境界における突起２５０として用いる柱状スペーサ２１０の高さはハーフ露光の強度を制御することによって変えることが出来る。

図１１においても、対向基板２００側に形成された突起２５０によって画素と画素の境界における液晶層の層厚を小さくでき、液晶分子が回転を始めるスレッショルド電圧Ｖｔを上げることが出来るので、画素と画素の境界を液晶層によって遮光することが出来る。したがって、図１１の点線の矢印のような、斜め方向からの光を遮光することが出来、混色を防止することが出来る。なお、この場合も、突起２５０の側面の角度αは４５度以上とすることが好ましい。

図１２は、実施例４および５の画素構成を示す平面図である。図１２は、画素と画素の境界におけるストライプ状の突起１５０が対向基板２００ではなく、ＴＦＴ基板１００側に形成されている点を除いては図２と同様である。すなわち、図１２に示す構成は全てＴＦＴ基板１００側の構造である。図１２において、ストライプ状の突起１５０は、走査信号線３０の上には形成されていないが、走査信号線３０上に柱状スペーサが形成されない場合は、ストライプ状の突起１５０を走査信号線３０上に延在させてもよい。

図１３は実施例４を示す断面図である。図１３は、図１２のＢ−Ｂ断面に相当する液晶表示装置の断面図である。図１３の特徴は、画素と画素の境界において、ＴＦＴ基板１００に形成されたストライプ状の突起１５０によって液晶層の層厚が小さくなっている他は実施例１の図３と同様である。図１３においても、対向基板２００に対してＴＦＴ基板１００がＸだけ合わせズレを生じていることも図３と同様である。

図１３において、ＴＦＴ基板１００に形成された突起１５０は有機パッシベーション膜１０１によって形成されている。図１３における画素と画素の境界は有機パッシベーション膜１０１の突起１５０によって液晶層が薄くなっており、この部分の液晶分子が回転を始めるスレッショルド電圧Ｖｔが高くなり、その結果この部分の液晶層が遮光効果を持つ。これによって、図１３に示す斜め方向の光を遮光することが出来る。実施例１で説明したのと同様な理由によって、ＴＦＴ基板１００側に形成された突起１５０の側面の角度は４５度以上が望ましい。

有機パッシベーション膜１０１の突起１５０はハーフ露光技術を用いて形成することが出来る。有機パッシベーション膜１０１には、図示しない部分において、画素電極１０４とＴＦＴのソース電極６０を接続するためのスルーホール７０が形成されるので、本実施例においては、有機パッシベーション膜１０１は２段階のハーフ露光を行うことになる。

有機パッシベーション膜１０１にポジ型の感光性樹脂を使用する場合、まず、有機パッシベーション膜材料を、突起を含む厚さに厚く塗布する。そして、突起部１５０は露光をせず、画素の平坦部をハーフ露光する。そして、スルーホール部分をフル露光することによって、突起とスルーホールを有する有機パッシベーション膜を形成することが出来る。
また本実施例では、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板を用いているが、有機パッシベーション膜の上に画素毎に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して櫛歯状のスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板でも同様の効果を得ることが出来る。

図１４は実施例５を示す断面図である。図１４は、図１２のＢ−Ｂ断面に相当する液晶表示装置の断面図である。図１４の特徴は、画素と画素の境界において、ＴＦＴ基板１００に形成されたストライプ状の突起１５０によって液晶層の層厚が小さくなっているが、このストライプ状の突起１５０の側壁のテーパ角βが４５度より小さく、２０度以上である点である。また、このストライプ状の突起１５０の側壁には、画素電極１０４が延在している。その他の構成は実施例４である図１３と同様である。図１４においても、対向基板２００に対してＴＦＴ基板１００がＸだけ合わせズレを生じていることも図１３と同様である。

図１４において、突起１５０の側壁の角度βが４５度よりも小さく、２０度以上としているのは、画素における透過率の低下を防止するために、突起１５０の側壁も画素の透過領域として使用するためである。配向膜１０５にいわゆる光配向を用いることによって、突起１５０の側面に形成された配向膜１０５も良好に配向処理することができる。したがって、突起１５０の側面にも画素電極１０４を形成することによって、突起１５０の側面における液晶分子も制御可能になり、透過領域として使用することが出来る。

図１４においても、画素と画素の境界における突起１５０の頂点においては、液晶層の層厚が小さくなっており、この部分の液晶層を遮光領域として使用することが出来る。したがって、図１４の点線の矢印で示すような、斜め方向からの光を液晶の遮光領域によって遮光することが出来、光漏れ、あるいは、画素の混色を防止することが出来る。

本実施例においては、突起１５０の側面を透過領域として使用することが出来るので、他の実施例に比較して、画素の透過率を向上させることが出来る。本実施例においても、突起１５０は有機パッシベーション膜１０１を用いて形成することが出来る。本実施例における、側面のテーパ角の小さい突起１５０は、例えば、突起側面に対してグラデーションを有するハーフ露光を用いることによって形成することが出来る。すなわち、ポジ型の感光性樹脂を用いた場合、突起の頂点部は露光をせず、突起の側面部分には、有機パッシベーション膜の平坦部よりも弱いハーフ露光を用いることによって、平坦部よりも除々に厚くなる有機パッシベーション膜１０１を形成し、突起１５０の側壁とすることが出来る。

以上の実施例では、映像信号線の上に直接有機パッシベーション膜が形成されている構成であるが、映像信号線の上にＳｉＮ等による無機パッシベーション膜を形成し、その上に有機パッシベーション膜が形成されている場合も本発明は問題なく適用することが出来る。
また本実施例では、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板を用いているが、有機パッシベーション膜の上に画素毎に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して櫛歯状のスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板でも同様の効果を得ることが出来る。

１０…表示領域、 ２０…シール材、 ３０…走査信号線、 ３１…ゲート電極、 ４０…映像信号線、 ４１…ドレイン電極、 ５０…半導体層、 ６０…ソース電極、 ７０…スルーホール、 ８０…ＩＣドライバ、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…有機パッシベーション膜、 １０２…コモン電極、 １０３…層間絶縁膜、 １０４…画素電極、 １０５…配向膜、 １２０…端子部、 １５０…ＴＦＴ基板側突起、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０１Ｒ…赤カラーフィルタ、 ２０１Ｇ…緑カラーフィルタ、 ２０１Ｂ…青カラーフィルタ、 ２０１Ｗ…白カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…高さの低い柱状スペーサ、 ２５０…対向基板側突起、 ３０１…透過液晶層、 ３０２…非透過液晶層、 １０００…下偏光板、 １０４１…画素電極のスリット、 ２０００…上偏光板、 Ｗ…ブラックマトリクスの幅、 Ｘ…対向基板とＴＦＴ基板とのズレ量

Claims (20)

1. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域にスリットを有する画素電極が存在し、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板と、
   前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板において、前記異なる色のカラーフィルタの境界部には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
   前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域に有機パッシベーション膜の上に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介してスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板と、
   前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板において、前記異なる色のカラーフィルタの境界部には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
   前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記対向基板に形成された前記突起は、カラーフィルタを２層以上積層したことによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記２層以上積層したカラーフィルタは、赤カラーフィルタおよび青カラーフィルタを含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記ブラックマトリクスは前記カラーフィルタに対して、前記液晶側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
6. 前記カラーフィルタの上にはオーバーコート膜が形成され、前記カラーフィルタの前記突起は、前記オーバーコート膜の厚くなった部分によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記対向基板と前記ＴＦＴ基板との間隔は柱状スペーサによって規定され、前記対向基板に形成された前記突起は、前記柱状スペーサと同じ材料によって、前記柱状スペーサと同時に形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２の方向に延在する前記対向基板に形成された前記突起は、前記ＴＦＴ基板の前記走査信号線に対応する部分には形成されていないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記対向基板に形成された前記突起の高さの半分の位置における前記突起の側壁のテーパ角は４５度以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の１/２以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
11. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域にスリットを有する画素電極が存在し、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板と、
    前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板において、前記映像信号線の上方には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
    前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
12. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域に有機パッシベーション膜の上に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介してスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板と、
    前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板において、前記映像信号線の上方には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
    前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
13. 前記ＴＦＴ基板に形成された前記突起は、前記有機パッシベーション膜と同じ材料で前記有機パッシベーション膜と同時に形成されたものであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記ＴＦＴ基板に形成された前記突起は、前記走査信号線の上には形成されていないことを特徴とする請求項１１または１２に記載の液晶表示装置。
15. 前記ＴＦＴ基板に形成された前記突起の高さの半分の位置における前記突起の側壁のテーパ角は４５度以上であることを特徴とする請求項１１または１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
16. 前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の１/２以下であることを特徴とする請求項１１または１５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
17. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域にスリットを有する画素電極が存在し、有機パッシベーション膜の上に平面状のコモン電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介して前記画素電極が形成されたＴＦＴ基板と、
    前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板において、前記映像信号線の上方には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
    前記突起の高さの半分の位置における前記突起の側壁のテーパ角は２０度以上４５度よりも小さく、
    前記突起の側壁には前記画素電極が延在し、
    前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
18. 第１の方向に延在し、第２の方向に配列した走査信号線と第２の方向に延在し、第１の方向に配列した映像信号線によって囲まれた領域に有機パッシベーション膜の上に平面状の画素電極が存在し、その上に層間絶縁膜を介してスリットを有するコモン電極が形成されたＴＦＴ基板と、
    前記画素電極に対応した部分にカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは前記第１の方向に前記画素電極毎に対応した異なる色のカラーフィルタが形成され、前記異なる色のカラーフィルタの境界にはブラックマトリクスが形成された対向基板と、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板において、前記映像信号線の上方には前記第２の方向に延在する突起が形成され、
    前記突起の高さの半分の位置における前記突起の側壁のテーパ角は２０度以上４５度よりも小さく、
    前記突起の側壁には前記画素電極が延在し、
    前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の２/３以下であることを特徴とする液晶表示装置。
19. 前記ＴＦＴ基板に形成された前記突起は、前記走査信号線の上には形成されていないことを特徴とする請求項１７または１８に記載の液晶表示装置。
20. 前記突起の形成された部分の液晶の層厚は、前記画素電極の中央部における液晶の層厚の１/２以下であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の液晶表示装置。

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