JP2001281697A

JP2001281697A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001281697A
Application number: JP2000094675A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Morimoto; 浩和森本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高開口率を維持するとともに、液晶層の厚さ
の変動を防止し、それによって優れた表示性能を発揮す
ることを可能とする、ＣＯＡ方式のＩＰＳ型液晶表示装
置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】第１の基板と、この第１の基板上に形成
された画素電極および対向電極と、第１の基板上に形成
され、画素電極に接続された能動素子と、第１の基板上
の所定の領域に形成されたカラーフィルター層と、第１
の基板上に、能動素子を覆うように形成された遮光層
と、第１の基板に対向して配置された第２の基板と、第
１の基板と第２の基板間に保持された液晶層とを備える
液晶層に第１の基板の主面に略平行な電界を作用させる
液晶表示装置。カラーフィルター層および遮光層は、第
１の基板上に配置された染料受容樹脂層が、それぞれ所
定の色の染料により染色されてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置およ
びその製造方法に係り、特に、ＣＯＡ（ＣＦｏｎＡ
ｒｒａｙ）方式のＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔ
ｃｈｉｎｇ）型液晶表示装置およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＴＮ型液晶表示装置よりも表示コ
ントラスト比特性の視野角依存性が少ない、液晶材料の
複屈折効果を利用した液晶表示装置として、特に、ＩＰ
Ｓ型液晶表示装置の開発が、盛んにすすめられている。

【０００３】ＩＰＳ型液晶表示装置は、図５に示すよう
な構造を有している。即ち、対向基板１とアレイ基板２
との間に液晶５を挟持し、対向基板１とアレイ基板２の
対向面とは反対側には、それぞれ偏光板１５，２８を配
置した構造においては、ＴＮ型液晶表示装置と同様であ
るが、アレイ基板２に画素電極２１と対向電極２２の双
方を設けている点において、ＴＮ型液晶表示装置と異
なっている。

【０００４】このような構造のＩＰＳ型液晶表示装置で
は、ＴＦＴ素子を制御し、画素電極２１と対向電極２２
との間で、基板面に対し水平の横電界を発生させること
により、液晶分子５の配向を制御し、主に液晶分子５の
複屈折効果を利用して光スイッチングをさせている。

【０００５】即ち、初期状態の電圧無印加状態では、液
晶分子５は電圧が印加される方向とは垂直の方向に配列
しているが、画素電極２１と対向電極２２との間に電圧
が印加されると、液晶分子５は電圧が印加される方向と
は平行の方向に配列する。なお、図５に示す構成では、
電圧無印加状態で透過率が最小となり、電圧に比例して
透過率が増加し、最大電圧のときに透過率が最大となる
ように、２枚の偏光板１５，２８が配置されている。い
わゆるノーマリーブラックモードとされている。

【０００６】ＴＮ液晶の動作モードでは、液晶分子はオ
フ状態においては基板間でツイストし、電圧印可により
基板間で垂直方向に配向する。したがって、中間電位に
おいては過渡状態となり、見る角度により光学特性が異
なったものとなる。

【０００７】これに対し、ＩＰＳモードでは、複屈折効
果を利用する点ではＴＮモードと同様であるが、オフ状
態でもオン状態でも、液晶分子は基板面に平行を維持し
たまま回転するのみであり、視野角が変化しても液晶の
光学特性の変化は小さく、従って、広視野角が選られる
という利点を有する。

【０００８】しかし、ＩＰＳ型液晶表示装置では、上述
のように、液晶分子は常に基板面に平行であるので、基
板上の凹凸の影響で液晶層の厚さが変動すると、液晶分
子の配向が乱されて、これによって生じる表示性能の劣
化は、ＴＮ型より著しく大きいという問題がある。

【０００９】また、基板同士の組立時の合わせずれが生
じないため、高開口率が可能となる液晶表示装置とし
て、ＴＦＴ素子基板にカラーフィルタ層を積層配置した
ＣＯＡ（ＣＦｏｎＡｒｒａｙ）方式の液晶表示装置
の開発もすすめられている。

【００１０】一方、ＴＦＴ素子上には、誤動作を防止す
るために、外光を遮断する遮光層を設ける必要がある。
ＴＮ型液晶表示装置の場合、ＴＦＴ素子上に黒色樹脂層
を設けるかＴＦＴ素子基板と対向する基板に黒色樹脂層
または非透過金属層を設けるのが一般的である。

【００１１】そして、ＣＯＡ方式の液晶表示装置では、
画素電極と重ねているカラーフィルタパターンをＴＦＴ
領域まで延長して遮光層とすることにより、同様な効果
を得ることが可能である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＦＴ
素子上に黒色樹脂層やカラーフィルタ層を積層させる場
合、顔料成分を含むペーストは、塗布時の粘度が高いた
め、ＴＦＴ素子を中心に基板に対し水平でない膜の傾斜
面が四方に拡がり、即ち、傾斜面を有する領域が拡大
し、一部は画素領域にまで及んでしまう。

【００１３】そのため、基板組立後の画素近傍の液晶層
の厚さが不均一となり、特に、複屈折効果を利用したＩ
ＰＳ型液晶表示装置では、配向不良によるコントラスト
比の低下をまねいてしまう。また、黒色樹脂層やカラー
フィルタ層を対向基板側に設けると、開口率が低下して
しまう。

【００１４】本発明は、このような事情の下でなされ、
高開口率を維持するとともに、液晶層の厚さの変動を防
止し、それによって優れた表示性能を発揮することを可
能とする、ＣＯＡ方式のＩＰＳ型液晶表示装置およびそ
の製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、第１の基板と、この第１の基板上に形成
された画素電極および対向電極と、前記第１の基板上に
形成され、前記画素電極に接続された能動素子と、前記
第１の基板上の所定の領域に形成されたカラーフィルタ
ー層と、前記第１の基板上に、前記能動素子を覆うよう
に形成された遮光層と、前記第１の基板に対向して配置
された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板間に
保持された液晶層とを備え、前記液晶層に前記第１の基
板の主面に略平行な電界を作用させる液晶表示装置であ
って、前記カラーフィルター層および前記遮光層は、前
記第１の基板上に配置された染料受容樹脂層が、それぞ
れ所定の色の染料により染色されてなることを特徴とす
る液晶表示装置を提供する。

【００１６】かかる液晶表示装置において、前記カラー
フィルター層は、前記染料受容樹脂層の所定の領域が、
カラーフィルターを構成する所望の色の染料により染色
されてなり、前記遮光層は、前記染料受容樹脂層の前記
能動素子を覆う領域が、黒色染料により染色されてなる
ものとすることが出来る。

【００１７】前記染料による染色は、インクジェット方
式により行われてなるものとするこ前記染料受容樹脂層
は、透明な光硬化性樹脂または透明な熱硬化性樹脂によ
り構成することが出来る。前記遮光層の光透過率は、６
０％未満であるのが望ましい。

【００１８】本発明の液晶表示装置において、前記液晶
層の液晶分子は、前記第１および第２の基板面に対して
略水平に、互いに略平行に配向され得る。

【００１９】また、前記画素領域ごとの前記画素電極
は、前記染料受容樹脂層に画素電極ごとに加工されたス
ルーホールを介して走査線および信号線によって制御さ
れる能動素子に電気的に接続されている構成とすること
が出来る。

【００２０】このような本発明の液晶表示装置は、画素
電極と対向電極との間の電位差がほぼ零の状態で黒表示
を行なう、ノーマリーブラックモードで駆動することが
出来る。

【００２１】本発明はまた、第１の基板上に、能動素子
を形成する工程と、前記第１の基板上に前記能動素子に
接続される画素電極および対向電極を形成する工程と、
前記第１の基板上に染料受容樹脂層を形成する工程と、
前記染料受容樹脂層の所定の領域をカラーフィルターを
構成する所定の色の染料により染色し、カラーフィルタ
層を形成する工程と、前記染料受容樹脂層の、前記能動
素子を覆う領域を所定の染料により染色し、遮光層を形
成する工程と、前記第１の基板に対向して第２の基板を
配置する工程と、前記第１の基板と第２の基板間に液晶
層を配置する工程とを備える、前記液晶層に前記第１の
基板の主面に略平行な電界を作用させる液晶表示装置の
製造方法を提供する。

【００２２】かかる液晶表示装置の製造方法において、
前記カラーフィルタ層を形成する工程は、前記カラーフ
ィルターを構成する所定の色の染料を、前記染料受容樹
脂層の所定の領域にインクジェットにより滴下し、前記
染料受容樹脂層内に浸透させることにより行い、前記遮
光層を形成する工程は、黒色染料を、前記染料受容樹脂
層の、前記能動素子を覆う領域にインクジェットにより
滴下し、前記染料受容樹脂層内に浸透させることにより
行うことが出来る。

【００２３】前記カラーフィルタ層および遮光層は、前
記染料受容樹脂層を染色した後、熱処理または光の照射
により染料受容樹脂層を硬化させることにより形成する
ことが可能である。

【００２４】以上のように構成される本発明によると、
前記染料受容樹脂層は、染料を含まず、粘度が十分低
く、レベリング性が高い樹脂により構成することが出
来、樹脂層をＴＦＴ素子上に塗布した場合、ＴＦＴ素子
の凹凸近傍でも第１の基板に対し樹脂層塗布表面は平滑
となり、そのため液晶層の厚さが変動することはない。

【００２５】カラーフィルター用および遮光用の染料分
子は、このように表面が平滑な染料受容樹脂層中に浸透
するため、染色後も凹凸は生じない。従って、本発明の
液晶表示装置では、特に、基板面から突出するＴＦＴ素
子近傍にも凹凸のない遮光領域を実現することができ、
ＩＰＳ型液晶表示装置においても、より高開口率が実現
できるＣＯＡ方式を採用することが可能であり、このよ
うなＩＰＳ型とＣＯＡ方式の併用により、広視野角およ
び高輝度で、かつ良好な表示特性を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明の一実施形態に係るＩＰＳ
型液晶表示装置のアレイ基板を模式的に示す。図１にお
いて、透明樹脂基板２０上には、画素電極２１、対向電
極２２が設けられているとともに、走査線２３および信
号線２４が互いに交差して配設されている。走査線２３
および信号線２４の交差部近傍には、ＴＦＴ２６が配置
されている。このＴＦＴ２６のソース電極２１ａは画素
電極２１に接続され、ドレイン電極２４ａは信号線２４
に接続されている。

【００２８】このように構成されるアレイ基板におい
て、一点鎖線で囲まれた領域Ａは、遮光層が設けられる
遮光領域であり、一点鎖線で囲まれた領域Ｂは、カラー
フィルターが設けられるカラーフィルター領域である。

【００２９】図２は、ＩＰＳ型液晶表示装置の遮光領域
Ａとカラーフィルター領域Ｂを含む構造を示す断面図で
ある。図２において、アレイ基板２上には染料受容樹脂
層３１が形成され、この染料受容樹脂層３１の、ＴＦＴ
２６上を蔽う遮光領域Ａに対応する部分は、黒色顔料に
より染色されて、遮光層３１ａとされており、この樹脂
層３１のカラーフィルター領域Ｂに対応する部分は、赤
色染料、緑色染料、青色染料により染色され、赤色カラ
ーフィルター層、緑色カラーフィルター層、青色カラー
フィルター層とされている。なお、図２では、赤色カラ
ーフィルター層３１ｂのみ示されている。

【００３０】なお、図２において、赤色カラーフィルタ
ー層３１ｂ上には画素電極２１が形成され、この画素電
極は、スルーホール３２を介してＴＦＴ２６と接続され
ている。

【００３１】染料受容樹脂層３１としては、熱硬化性樹
脂または光硬化性樹脂を用いることが出来る。熱硬化性
樹脂としては、アクリルポリマーやエポキシポリマー等
を用いることが出来、光硬化性樹脂としては、アクリル
ポリマーやエポキシポリマー等を用いることが出来る。

【００３２】染料受容樹脂層３１の厚さは、０．１μｍ
〜４μｍであるのが好ましい。染料受容樹脂層３１の染
色は、インクジェット方式により行うことが好ましい。
インクジェット方式には、ピエゾ素子の振動を利用して
染料インク滴を吐出させるピエゾジェット方式、ヒータ
素子によって作られるバブル（気泡）を利用し、ノズル
内で圧力変化を起こし、染料インク滴を吐出するバブル
ジェット（登録商標）方式がある。

【００３３】染料受容樹脂層３１の染色に使用される黒
色染料としては、酸性染料等を用いることが出来、赤色
染料としては、酸性染料等を用いることが出来、緑色染
料としては、酸性染料等を用いることが出来、青色染料
としては、酸性染料等を用いることが出来る。

【００３４】なお、黒色染料の代わりに、赤色染料、緑
色染料、青色染料を用いることも可能である。即ち、遮
光層をカラーフィルター層の延長部とすることが出来
る。いずれにせよ、遮光層の透過率は、６０％未満であ
るのが好ましい。

【００３５】染料受容樹脂層３１の所定の領域に、イン
クジェット装置のヘッドからこれらの染料を滴下する
と、染料分子は染料受容樹脂層３１中に浸透し、遮光層
およびカラーフィルター層が形成される。

【００３６】染料により染色された染料受容樹脂層３１
は、次いで、硬化される。染料受容樹脂層３１が光硬化
性樹脂により構成される場合には、染料受容樹脂層３１
は光の照射により硬化され、染料受容樹脂層３１が熱硬
化性樹脂により構成される場合には、染料受容樹脂層３
１は熱処理により硬化される。

【００３７】この光の照射または熱処理により、染料受
容樹脂層３１中に浸透した染料が定着される。なお、染
料受容樹脂層３１を熱処理により硬化する場合、熱処理
温度は、１５０〜２５０℃、熱処理時間は数１０時間で
あるのが好ましい。

【００３８】ここで、インクジェット方式の染色方法に
よる遮光層とカラーフィルター層の形成プロセスについ
て、図３を参照して詳細に説明する。

【００３９】まず、図３（ａ）に示すように、透明樹脂
基板２０上にＴＦＴ素子２６を形成する。次いで、図３
（ｂ）に示すように、ＴＦＴ素子２６が形成された透明
樹脂基板２０上に、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を
被覆して、染料受容樹脂層層４１を形成する。

【００４０】次に、図３（ｃ）に示すように、インクジ
ェット装置４２を用いて、赤色染料Ｒ、緑色染料Ｇ、青
色染料Ｂを、順次、所定の染料受容樹脂層４１に滴下す
る。次いで、赤色染料Ｒ、緑色染料Ｇ、および青色染料
Ｂがそれぞれ滴下された領域の間の領域に、黒色染料Ｃ
を滴下する。滴下された各染料は、染料受容樹脂層４１
内に拡散・浸透する。

【００４１】その後、熱処理または光の照射により、染
料受容樹脂層４１内に浸透した染料を定着させるととも
に、染料受容樹脂層４１を硬化させる。その結果、図３
（ｄ）に示すように、黒色染料により染色された遮光層
３１a、赤色染料により染色された赤色カラーフィルタ
ー層３１ｂ、緑色染料により染色された緑色カラーフィ
ルター層３１ｂ、青色染料により染色された青色カラー
フィルター層３１ｄが形成される。

【００４２】このようにして形成された遮光層およびカ
ラーフィルター層は、染料が染料受容樹脂層４１内部に
浸透しているため、その表面が平滑であり、特に、基板
２０から突出するＴＦＴ２６上の領域に形成された遮光
層の表面も、カラーフィルター層の表面とほぼ同レベル
となる。

【００４３】これに対し、従来のＣＯＡ方式の液晶表示
装置のように、顔料を含む感光性樹脂のパターニングに
より遮光層およびカラーフィルター層を形成する方法で
は、図４に示すように、遮光層５１は突出し、カラーフ
ィルター層５２との間で大きな段差が生じてしまう。

【００４４】このような遮光層５１とカラーフィルター
層５２との間で大きな段差があると、図４に示すよう
に、液晶分子の配向が乱されてしまい、ＩＰＳ型液晶表
示装置では、表示性能の著しい劣化を生じてしまう。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、遮光層
およびカラーフィルター層を染料受容樹脂層の染色によ
り形成しているため、ＴＦＴ素子の凹凸近傍でも第１の
基板に対し表面は平滑となり、そのため液晶層の厚さが
変動することはない。

【００４６】従って、本発明の液晶表示装置では、特
に、基板面から突出するＴＦＴ素子近傍にも凹凸のない
遮光領域を実現することができ、ＩＰＳ型液晶表示装置
においても、より高開口率が実現できるＣＯＡ方式を採
用することが可能であり、このようなＩＰＳ型とＣＯＡ
方式の併用により、広視野角および高輝度で、かつ良好
な表示特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＩＰＳ型液晶表示装
置のアレイ基板を示す斜視図。

【図２】本発明の一実施形態に係るＣＯＡ方式ＩＰＳ型
液晶表示装置を示す断面図。

【図３】本発明の一実施形態に係るＣＯＡ方式ＩＰＳ型
液晶表示装置の遮光層およびカラーフィルター層の形成
プロセスを工程順に示す断面図。

【図４】従来のＣＯＡ方式ＩＰＳ型液晶表示装置を示す
断面図。

【図５】通常のＩＰＳ型液晶表示装置の原理を説明する
ための斜視図。

【符号の説明】

１…対向基板２…アレイ基板５…液晶分子１５，２８…偏光板２１…画素電極２２…対向電極２３…走査線２４…信号線２６…ＴＦＴ３１，４１…染料受容樹脂層３１ａ…遮光層３１ｂ…赤色カラーフィルター層３１ｃ…緑色カラーフィルター層３１ｄ…青色カラーフィルター層３２…スルーホール４２…インクジェット装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/30 ３３８Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９Ｂ３４９３４９ＣＧ０２Ｆ 1/136 ５００Ｆターム(参考） 2H048 BA19 BA25 BA27 BA64 BB02 BB44 2H091 FA02Y FA34Y FB04 FB12 FC05 FC22 FC23 GA01 GA13 KA10 LA15 LA19 2H092 GA14 JA24 JA46 JB05 JB51 MA37 NA04 NA07 PA08 PA09 5C094 AA03 AA08 AA10 AA12 AA25 AA43 AA55 BA03 BA43 CA19 CA24 DA13 DB01 DB04 EA04 EA07 EB02 ED03 ED15 FA01 FA02 FB01 FB15 GB10 5G435 AA01 AA03 AA17 BB12 BB15 CC09 CC12 FF13 GG12 HH20 KK05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と、この第１の基板上に形成された画素電極および対向電極
と、前記第１の基板上に形成され、前記画素電極に接続され
た能動素子と、前記第１の基板上の所定の領域に形成されたカラーフィ
ルター層と、前記第１の基板上に、前記能動素子を覆うように形成さ
れた遮光層と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板間に保持された液晶層とを
備え、前記液晶層に前記第１の基板の主面に略平行な電
界を作用させる液晶表示装置であって、前記カラーフィルター層および前記遮光層は、前記第１
の基板上に配置された染料受容樹脂層が、それぞれ所定
の色の染料により染色されてなることを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】前記カラーフィルター層は、前記染料受容
樹脂層の所定の領域が、カラーフィルターを構成する所
望の色の染料により染色されてなり、前記遮光層は、前
記染料受容樹脂層の前記能動素子を覆う領域が、黒色染
料により染色されてなることを特徴とする請求項１に記
載の液晶表示装置。
【請求項３】前記染料による染色は、インクジェット方
式により行われてなることを特徴とする請求項２に記載
の液晶表示装置。
【請求項４】前記染料受容樹脂層は、透明な光硬化性樹
脂からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
装置。
【請求項５】前記染料受容樹脂層は、透明な熱硬化性樹
脂からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
装置。
【請求項６】前記遮光層の光透過率は６０％未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記液晶層の液晶分子は、前記第１および
第２の基板面に対して略水平に、互いに略平行に配向さ
れることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記画素領域ごとの前記画素電極は、前記
染料受容樹脂層に画素電極ごとに加工されたスルーホー
ルを介して走査線および信号線によって制御される能動
素子に電気的に接続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。
【請求項９】前記画素電極と前記対向電極との間の電位
差がほぼ零の状態で黒表示を行なうことを特徴とする請
求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】第１の基板上に、能動素子を形成する工
程と、前記第１の基板上に前記能動素子に接続される画素電極
および対向電極を形成する工程と、前記第１の基板上に染料受容樹脂層を形成する工程、前記染料受容樹脂層の所定の領域をカラーフィルターを
構成する所定の色の染料により染色し、カラーフィルタ
層を形成する工程、前記染料受容樹脂層の、前記能動素子を覆う領域を所定
の染料により染色し、遮光層を形成する工程、前記第１の基板に対向して第２の基板を配置する工程
と、前記第１の基板と第２の基板間に液晶層を配置する工程
とを備える、前記液晶層に前記第１の基板の主面に略平
行な電界を作用させる液晶表示装置の製造方法。
【請求項１１】前記カラーフィルタ層を形成する工程
は、前記カラーフィルターを構成する所定の色の染料
を、前記染料受容樹脂層の所定の領域にインクジェット
により滴下し、前記染料受容樹脂層内に浸透させること
により行われ、前記遮光層を形成する工程は、黒色染料
を、前記染料受容樹脂層の、前記能動素子を覆う領域に
インクジェットにより滴下し、前記染料受容樹脂層内に
浸透させることにより行われる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。
【請求項１２】前記染料受容樹脂層は、透明な光硬化性
樹脂からなる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。
【請求項１３】前記染料受容樹脂層は、透明な熱硬化性
樹脂からなる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。
【請求項１４】前記遮光層の光透過率は６０％未満であ
ることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置の製
造方法。
【請求項１５】前記染料受容樹脂層を染色した後、熱処
理または光の照射により硬化させる工程を更に具備する
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。