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JP4516466B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、特に、垂直配向型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。
垂直配向型の液晶表示装置では、負の誘電異方性を有する液晶を、垂直配向膜を用いて電圧無印加時に垂直配向させ、電圧印加時に傾斜配向させている。垂直配向型の液晶表示装置は、電圧無印加時に液晶分子を垂直配向させているため、黒表示品位が良好であり高コントラストの表示が可能であるとともに、視野角が広く応答性も速いという利点を有している。
このような垂直配向型の液晶表示装置において、液晶の配向規制を行う方法として、例えば特願2004−266560号の明細書に記載されているような画素構成が提案されている。図25は当該明細書に記載された画素構成を示す画素平面図である。図25において、ゲートバスライン14とドレインバスライン16とで画定される領域が画素領域であり、当該画素領域内に角部が丸みを帯びた長方形状の3つの電極ユニットを有する画素電極20が形成されている。また、画素中央にはゲートバスライン14にほぼ平行に蓄積容量バスライン22が形成され、不図示の絶縁膜を介して蓄積容量バスライン22上に蓄積容量電極34が形成されている。画素領域に液晶を介して対向する対向基板には、各電極ユニットのほぼ中心位置に点状の配向規制用構造物が形成されている。この構成により、図26に示すように、電圧印加時には電極ユニット端部で発生する電界の歪と、対向基板の配向規制用構造物とにより、基板に対して垂直配向の液晶分子が、電極ユニットの外周部から中心部に向かう方向に液晶分子76が傾斜して配向することとなる。
しかしながら図27に示すように、上記例の液晶表示装置における電極ユニット自体が全面ベタのパターンとなっているため、そのパターンが大きくなると、液晶分子の配向方向を電極ユニットでは制御することができない領域が大きくなってしまう。特に、電極ユニットの外側においては、液晶配向の特異点を固定する手段がないため、特異点の発生位置にばらつきが生じる。このため、液晶分子を電極ユニットの外側から中心部に向けて一律に配向させることが困難となり、図示のような配向異常領域が発生して表示にざらつきが生じてしまう。
また、指で押される等して外力が液晶表示装置のパネルに加わった場合には、一旦崩れた特異点を元の状態に戻すことが困難になってしまう。
さらに、電極ユニットのエッジがゲートバスラインやドレインバスラインに近くなるとバスラインとの電界の影響を受け、本来の液晶配向に影響を及ぼしてしまう。
また、特許文献1に記載のCF製造方法は、基板上に遮光層を形成し、該遮光層上に感光性レジスト層を形成し、次いで、前記感光性レジスト層を所定パターンで露光して現像し、露出した遮光層をエッチングして除去することにより所定のパターンの遮光層からなるブラックマトリックスを形成し、その後、該ブラックマトリックス上の感光性レジスト層を硬化してレジスト層とする第1の工程、前記基板上のブラックマトリックス非形成領域内の所定色の着色層形成領域と、前記レジスト層の柱状凸部形成領域とに着色層を形成する操作を、着色層の色数分繰り返す第2の工程、を有するような構成となっている。
しかしながら、本先行文献においては、ブラックマトリクス上のレジストに着色層を積層させて、セルギャップを保持するスペーサーを形成することが目的となっており、該明細書に開示されている構造は、画素電極ユニットの中央部に対向するCF基板の共通電極表面と、電極ユニット外周の非電極部に対向するCF基板の共通電極表面が同じ高さとなっており、このため、電極ユニットの外側において、液晶配向の特異点を固定する手段がないために、液晶分子の配向方向を制御することができない領域が大きくなってしまうという課題があった。
このように、電極ユニットの大きさを大きくした場合には、特異点の制御がさらに困難となる。このため、実際には、電極ユニットの大きさは所定の大きさに制限されている。
特開平10−177109号公報
本発明の目的は、特異点の制御を充分に行うことができ、良好な表示品質を得られる液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
この課題を解決するため、電気的に接続された1つ以上の電極ユニットから成る画素電極を持つ第一の基板と、前記画素に対向し、金属膜による遮光部と、その開口部に色分解フィルタ、その表面に 共通電極をを持つ第二の基板があり、前記第一の基板と前記第二の基板との間に封入され、負の誘電率異方性を有する液晶層とを有する液晶表示装置であって、電極ユニットのほぼ中央部分に対向する共通電極表面に比べ、電極ユニット外周の非電極部の少なくとも1/4に対向する、共通電極表面を0.2μm以上、できれば0.4〜1.5μm高く形成する。
さらに、前記電極ユニットのほぼ中央に対向する前記第二の基板上にある共通電極上に、液晶配向制御用突起を設けると効果的である。
また、金属遮光膜上に、フォトレジスト、色分解フィルタ層の順で積層させることで共通電極の下にこの段差を形成することが可能となる。
この場合、金属遮光膜の形成に、フォトリソグラフとエッチングを用い、パターニングに用いたフォトレジストを焼成し、金属遮光膜の上に残すことにより、共通電極の表面高さを調整することで、工程の簡略化が可能となる。
また、金属遮光膜上に、異なる色の色分解フィルタ層を積層させることでも同様の効果が期待できる。
本発明によれば、電極ユニットのほぼ中央部分に対向する共通電極表面に比べ、電極ユニット外周の非電極部に対向する、共通電極表面が0.2μm以上高いこと、できれば、0.4〜1.5μm高いことで電極ユニット外周の電界による液晶の配向規制力が強くなり、より安定な液晶配向が得られ、外力により発生する配向の乱れを補正することができ、表示品位の高い安定した液晶表示装置を実現することができる。
また、金属遮光膜上に、フォトレジスト、色分解フィルタ層の順で積層させたり、金属遮光膜上に、異なる色の色分解フィルタ層を積層させることで、透過部に不要パターンがはみ出すことなく共通電極の段差が形成することができ、形成プロセスを増加させること無く、安価で、高品位の液晶表示装置を提供することができる。
さらに、金属遮光膜の形成に、フォトリソグラフとエッチングを用い、パターニングに用いたフォトレジストを焼成し、金属遮光膜の上に残すことにより、理想的な位置で共通電極の表面高さを調整することで可能となり、プロセスの増加無く高精度で、高品位の液晶表示装置が提供可能となる。
〔第1の実施の形態〕
本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図1乃至図11を用いて説明する。
本実施の形態による液晶表示装置は、図1に示すように、TFT(Thin Film Transistor)等が形成されたTFT基板10とCF(Color Filter)等が形成されたCF基板12とを対向させて貼り合わせ、両基板10、12間に液晶を封止した構造を有している。
図2は、TFT基板10上に形成された素子の等価回路を模式的に示している。TFT基板10上には、図中左右方向に延びるゲートバスライン14が互いに平行に複数形成されている。絶縁膜を介してゲートバスライン14に交差して、図中上下方向に延びるドレインバスライン16が互いに平行に複数形成されている。複数のゲートバスライン14とドレインバスライン16とで囲まれた各領域が画素領域となる。マトリクス状に配置された各画素領域には、TFT18と画素電極20が形成されている。各TFT18のドレイン電極は隣接するドレインバスライン16に接続され、ゲート電極は隣接するゲートバスライン14に接続され、ソース電極は画素電極20に接続されている。各画素領域のほぼ中央には、ゲートバスライン14と平行に蓄積容量バスライン22が形成されている。
図1に戻り、TFT基板10には、複数のゲートバスライン14を駆動するドライバIC(Integrated Circuit)が実装されたゲートバスライン駆動回路24aと、複数のドレインバスライン16を駆動するドライバICが実装されたドレインバスライン駆動回路24bとが設けられている。これらの駆動回路24a、24bは、制御回路26から出力された所定の信号に基づいて、走査信号やデータ信号を所定のゲートバスライン14あるいはドレインバスライン16に出力するようになっている。TFT基板10の素子形成面と反対側の基板面には偏光板28が配置され、偏光板28のTFT基板10と反対側の面にはバックライトユニット30が取り付けられている。一方、CF基板12のCF形成面と反対側の面には、偏光板32が貼り付けられている。
以下、液晶表示装置を構成する基板及び、セルについて詳細を説明する。
図3は本実施例の液晶表示装置の画素部分についての正面図である。図4は図3のA−A線での断面を示している。図4に示すように、TFT等が形成されたTFT基板10とCF等が形成されたCF基板12とを対向させて貼り合わせ、両基板10、12間に液晶を封止した構造を有している。
TFT基板10は、絶縁膜84上にドレインバスライン16が形成され、ドレインバスライン16上の保護膜36上に最終保護膜105上に画素電極が形成されている。
本実施形態では、CF基板12作成工程において、BM層10をフォトリソグラフィ法によりBMパターンをパターニングする際に用いたフォトレジストを剥離せずに基板上に残し、さらにその上にCF層103を形成することで、BMパターン上の共通電極の高さが調整された構造となっている。CF層103条には共通電極104が形成されている。共通電極104上の画素中央には配向規制用構造物64が形成されている。
本実施形態におけるTFT基板10の構造について説明する。
図5及び図6は、本実施形態による液晶表示装置の1画素の構成を示している。図6(a)は、図5のA−A’線での断面を示し、図6(b)は、図5のB−B’線での断面を示し、図6(c)は、図5のC−C’線での断面を示している。図示するように、TFT基板10上には、図中左右方向に延びるゲートバスライン14が、互いにほぼ平行に例えば300μm間隔で複数形成されている(図5では2本示している)。例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜84を介してゲートバスライン14にほぼ垂直に交差して、図中上下方向に延びるドレインバスライン16が、互いにほぼ平行に例えば100μm間隔で複数形成されている(図5では2本示している)。ゲートバスライン14及びドレインバスライン16の幅は、それぞれ例えば10μmと7μmである。複数のゲートバスライン14とドレインバスライン16とで囲まれた領域が画素領域になっている。画素領域のほぼ中央を横切って、ゲートバスライン14にほぼ平行に延びる蓄積容量バスライン22が形成されている。蓄積容量バスライン22上には、絶縁膜を介して、画素毎に蓄積容量電極34が形成されている。ドレインバスライン、ドレイン電極、ソース電極、及び蓄積容量電極は同層で一括に形成されており、この層の上に例えばSiNを用いて保護膜36が形成されている。保護膜36の上には透明樹脂絶縁層105が例えば膜厚3μmで形成されており、保護膜36及び樹脂透明絶縁層105に設けられたコンタクトホール86を介して透明樹脂絶縁層上に設けられた画素電極20とドレイン電極が導通する。
次に本実施形態におけるCF基板の形成方法について、図7乃至図11を用いて説明する。図7乃至図11は、各工程におけるCF基板の断面図を示している。TFT基板10に対向配置されるCF基板12側には、色間を遮光する遮光層としてBM(Black Matrix)が形成されている。BMは例えば色間が幅10μmで格子状に形成されている。
まず、BM層の形成方法について、図7乃至図9を用いて説明する。ガラス等の透明絶縁基板60上にCr等の遮光金属101等を成膜する(図7)。次いで、ポジ型レジスト102を例えば1.5μmの膜厚で塗布し、フォトリソグライフィ法を用いて所望のBMパターンを形成する(図8)。次いで、硝酸等を用いて前記遮光金属膜をエッチングした後、220℃のオーブンで1時間焼成し、BM層が完成する(図9)。
次いで、BM層が形成された基板上に、R、G、Bの3色の顔料分散型レジストを用いて、それぞれ3色のCF層を、例えば1.8μmの膜厚で形成する(図10)。BM開口部には、R、G、BいずれかのCF層103が形成されている。
BM層はおよそ1.5μmの膜厚で形成されているため、このBM層の上に塗布されたCF層は、レベリングされ、開口部のCF層表面からおよそ0.8μmの段差で形成されている。
前記基板上に、例えばITO104を用いて基板全面に共通電極を設け、その上にレジストを用いて配向規制用の突起物64および、セルギャップを保持するスペーサー層(図示せず)をそれぞれ形成し、CF基板が完成する(図11)。
本実施例においては、BMパターンをパターニングする際に用いたフォトレジストを、そのまま遮光用金属膜上に残し、その上にCF層が形成することにより、電極ユニットのほぼ中央の対向する部分の共通電極表面に比べ、電極ユニット外周に対向する非共通電極表面が0.8μm高い構造となっている。これにより、電極ユニット外周と対向する共通電極との間により強い電界をかけることが可能となる。電極ユニット中央に設けられた配向規制突起は、電極ユニット外周付近では配向規制力が弱いので、本実施例のように電極ユニット外周付近の電界を強くすることで、この付近での液晶配向が安定する。これにより、ざらつき等の表示不良が改善され、高品位の液晶表示装置を実現できる。
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図12乃至図17を用いて説明する。本実施形態におけるTFT基板およびCF基板の構造は、第1の実施形態と同じである。但し、CF基板のBM層の製造方法が、第1の実施形態と異なる。そこで、本実施形態におけるCF基板の製造方法について、図12乃至図17を用いて説明する。
ガラス等の透明絶縁基板60上にCr等の遮光金属101等を成膜し、この基板上にポジ型レジストを膜厚1.5μmで塗布し、100℃程度の温度で塗膜を乾燥した後、プロキシミティ露光機を用い所望のBMパターン102を70mJ程度の露光量で露光し、アルカリ濃度2.38%のTMAH現像液を用いて該基板をシャワー現像し、純水を用いてリンスする(図12)。
次いで、例えば8:2の割合で純水と硝酸を混合したエッチング液に浸して、該遮光金属膜101をエッチングした後、剥離液を用いてレジスト102を剥離する(図13、図14)。
次に、この基板上に再びポジ型レジスト102−bを膜厚1.5μmで塗布し、乾燥ベークを施す(図15)。
基板上に形成されているBMパターンの金属膜をマスクにして、基板裏面より紫外線を100mJ程度照射する(図16)。次いでレジストを現像し、220℃程度の温度のオーブンで1時間焼成する。
その後、第1の実施形態と同様にして、CF層、共通電極層、配向規制突起、およびスペーサ層を形成し、CF基板が完成する。このようにして作成されたCF基板と、TFT基板を対向させて貼り合わせ、液晶を封入し、これに偏光板を貼り付けて、液晶表示用パネルが完成する(図17)。
本実施形態は、BM層の製造方法が第1の実施形態とは異なるだけで、構造は第1の実施形態と同じであるため、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
さらに、第1の実施形態では、BM層として基板上に形成されたレジストは、遮光膜の金属をエッチングする際にエッチング液にさらされているが、本実施形態ではBM層として形成されたレジスト膜は、エッチング液にはさらされておらず、第1の実施形態に比べて工数は増加するものの、より信頼性の高い液晶表示用パネルが実現できる。
〔第3の実施の形態〕
本発明の第3の実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図18乃至図24を用いて説明する。図18は、本実施例の形態の液晶表示装置の断面図を示している。第1の実施形態と同様に、TFT基板とCF基板とを対向して貼り合わせ、両基板間に液晶を封入した構造を有している。TFT基板は第1の実施の形態と同様の構造を有している。CF基板は以下に説明する構造を有している。すなわち、ガラス等の透明絶縁基板上に形成された金属遮光膜から成るBM層の上に、異なる色の色分解フィルタを積層させることにより、ドレイン配線部及び蓄積容量部の遮光領域上の共通電極の表面段差が0.4〜0.6μmに調整されている。
本実施形態における、CF基板の作成方法について、図20乃至図24を用いて説明する。まず、ガラス等の透明絶縁基板上に、Crと酸化Crの積層構造から成るBMパターンをフォトリソグラフィー法等を用いて形成する(図20)。
次に、顔料分散型フォトレジストを用いて、R、G、Bの3色からなるCF層を、フォトリソグラフィ法を用いて、前記BM基板上に順次形成する。図21は、着色層の第1層目のRed層形成後の断面を示す。これに第2層目のGreen層を形成後の断面図が図22である。図22に示すように、第1層目のRed層と重なるように第2層目のGreen層を形成したので、この2色のストライプの間に積層された部分の表面段差は、約0.4μmとなっている。次いで着色層の3層目としてBlue層を形成し、着色層が完成する。
なお、平面図19のA−A’線での断面図を図24に示す。
この基板全面を覆うようにITO等を用いて透明共通電極を形成し、これに配向規制突起物と、スペーサー層を順次形成して、CF基板が完成する。
以上説明したように、上記実施の形態によれば、電極ユニットのほぼ中央部分に対向する共通電極表面に比べ、電極ユニット外周の非電極部に対向する、共通電極表面が0.2μm以上高いこと、出来れば、0.4〜1.5μm高いことで電極ユニット外周の電界による液晶の配向規制力が強くなり、より安定な液晶配向が得られ、外力により発生する配向の乱れを補正することができ、表示品位の高い安定した液晶表示装置を実現することができる。
また、金属遮光膜上に、フォトレジスト、色分解フィルタ層の順で積層させたり、金属遮光膜上に、異なる色の色分解フィルタ層を積層させることで、透過部に不要パターンがはみ出すことなく共通電極の段差が形成することができ、形成プロセスを増加させること無く、安価で、高品位の液晶表示装置を提供することができる。
さらに、金属遮光膜の形成に、フォトリソグラフとエッチングを用い、パターニングに用いたフォトレジストを焼成し、金属遮光膜の上に残すことにより、理想的な位置で共通電極の表面高さを調整することで可能となり、プロセスの増加無く高精度で、高品位の液晶表示装置が提供可能となる。
以上説明した本実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。
(付記1)
電気的に接続された1つ以上の電極ユニットからなる画素電極を持つ第一の基板と、
前記画素に対向し、金属膜による遮光部と、その開口部に色分解フィルタ、その表面に共通電極を持つ第二の基板があり、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に封入され、負の誘電率異方性を有する液晶層とを有する液晶表示装置であって、
電極ユニットのほぼ中央部分に対向する共通電極表面に比べ、電極ユニット外周の非電極部の少なくとも1/4に対向する、共通電極表面が0.2μm以上高いこと
を特徴とする液晶表示装置。
(付記2)
付記1記載の液晶表示装置において、
前記電極ユニットのほぼ中央に対向する前記第二の基板上にある共通電極上に、液晶配向制御用突起を設けること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記3)
付記1記載の液晶表示装置において、
金属遮光膜上に、フォトレジスト、色分解フィルタ層の順で積層させること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記4)
付記3記載の液晶表示装置において、
金属遮光膜の形成に、フォトリソグラフとエッチングを用い、パターニングに用いたフォトレジストを焼成し、金属遮光膜の上に残すことにより、共通電極の表面高さを調整すること
を特徴とする液晶表示装置製造方法。
(付記5)
付記1記載の液晶表示装置において、
金属遮光膜上に、異なる色の色分解フィルタ層を積層させること
を特徴とする液晶表示装置。
(付記6)
付記1記載の液晶表示装置において、
電極ユニットのほぼ中央の対向する部分の共通電極表面に比べ、電極ユニット外周の少なくとも1/4に対向する、共通電極表面が0.4〜1.5μm高いこと
を特徴とする液晶表示装置。
本発明の第1実施形態による液晶表示装置の概略構成を図である。 本発明の第1実施形態による液晶表示装置の等価回路図である。 本発明の第1実施形態による液晶表示装置(平面図)を示す図である。 本発明の第1実施形態による液晶表示装置(断面図)を示す図である。 本発明の第1実施形態によるTFT基板(平面図)を示す図である。 本発明の第1実施形態によるTFT基板(断面図)を示す図である。 本発明の第1実施形態によるCF製造方法説明図(A−A’断面図)である。 本発明の第1実施形態によるCF製造方法説明図(A−A’断面図)である。 本発明の第1実施形態によるCF製造方法説明図(A−A’断面図)である。 本発明の第1実施形態によるCF製造方法説明図(A−A’断面図)である。 本発明の第1実施形態によるCF製造方法説明図(A−A’断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第2実施形態によるCF製造方法説明図(断面図)である。 本発明の第3実施形態による液晶表示装置(断面図)を示す図である。 本発明の第3実施形態による液晶表示装置(平面図)を示す図である。 本発明の第3実施形態によるCF製造方法説明図(B−B’断面図)である。 本発明の第3実施形態によるCF製造方法説明図(B−B’断面図)である。 本発明の第3実施形態によるCF製造方法説明図(B−B’断面図)である。 本発明の第3実施形態によるCF製造方法説明図(B−B’断面図)である。 本発明の第3実施形態によるCF断面図液晶表示装置(A−A’断面図)である。 従来の液晶表示装置(TFT側正面断面図)を示す図である。 理想的な液晶配向を示す図である。 異常な液晶配向を示す図である。
符号の説明
10 TFT基板
12 CF基板
14 ゲートバスライン
16 ドレインバスライン
18 TFT
20 画素電極
22 蓄積容量バスライン
24a ゲートバスライン駆動回路
24b ドレインバスライン駆動回路
26 制御回路
28 偏光板
30 バックライトユニット
32 偏光板
34 蓄積容量電極
36 保護膜
60 ガラス基板
64 配向制御用構造物
76 液晶分子
84 絶縁膜
86 コンタクトホール
101 遮光金属
102 ポジ型フォトレジスト
102−b ポジ型フォトレジスト
103 CF層
103−R CF−R層
103−G CF−G層
103 CF−B層
104 ITO
105 透明樹脂絶縁膜

Claims (4)

  1. 電気的に接続された1つ以上の電極ユニットからなる画素電極を持つ第一の基板と、
    前記画素電極に対向し、金属遮光膜による遮光部と、その開口部に色分解フィルタ、その表面に共通電極を持つ第二の基板
    前記第一の基板と前記第二の基板との間に封入され、負の誘電率異方性を有する液晶層と、
    前記電極ユニットのほぼ中央部分に対向する前記共通電極表面に比べ、前記電極ユニット外周の非電極部の前記共通電極表面が高くなるように、前記金属遮光膜上に積層されたフォトレジスト及び前記フォトレジスト上に積層された色分解フィルタ層と
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1記載の液晶表示装置において、
    前記電極ユニットのほぼ中央に対向する前記第二の基板上にある前記共通電極上に、液晶配向制御用突起を設けること
    を特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1記載の液晶表示装置において、
    前記電極ユニットのほぼ中央部分に対向する前記共通電極の表面に比べ、前記電極ユニット外周の前記非電極部の少なくとも1/4に対向する、前記共通電極の表面が0.2μm以上高いこと
    を特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項記載の液晶表示装置において、
    前記金属遮光膜の形成に、フォトリソグラフとエッチングを用い、パターニングに用いたフォトレジストを焼成し、前記金属遮光膜の上に残すことにより、前記共通電極の表面高さを調整すること
    を特徴とする液晶表示装置製造方法。
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