JPH112718A

JPH112718A - カラーフィルタおよびカラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH112718A
Application number: JP17109497A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Harada; 龍太郎原田; Hiroyuki Matsui; 博之松井; Seitaro Tsutsumi; 成太郎堤; Katsumi Fukaya; 勝美深谷
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: JP3896191B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶層の厚み設定が容易かつ確実であるカラ
ーフィルタと、このようなカラーフィルタを使用した表
示品質に優れるカラー液晶表示装置を提供する。【解決手段】カラーフィルタを、基板と、基板上に所
定のパターンで形成された複数色からなる着色層と、基
板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成された複数
の柱状凸部とを備えるものとし、かつ、各柱状凸部の横
断面積を２５μｍ² 〜１５００μｍ² の範囲内、柱状凸
部の横断面積の総和を表示画素部面積の総和の０．０５
〜１．５％の範囲内とし、このようなカラーフィルタに
おいて各柱状凸部を半導体駆動素子アレイ基板上の半導
体駆動素子と対向する位置に配設させ、半導体駆動素子
アレイ基板とカラーフィルタとの間隙部に液晶層を密封
してカラー液晶表示装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラーフィルタおよ
びカラー液晶表示装置に係り、特に表示品質に優れ製造
が容易なカラー液晶表示装置と、このようなカラー液晶
表示装置を可能とするカラーフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットディスプレイとして、カ
ラーの液晶表示装置が注目されている。カラー液晶表示
装置の一例として、ブラックマトリックスおよび複数の
色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）か
らなる着色層を備えたカラーフィルタと、薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ素子）等の半導体駆動素子を備えた半導体
駆動素子アレイ基板とを所定の間隙をもたせて向かい合
わせ、この間隙部に液晶材料を注入して液晶層としたも
のがある。したがって、この間隙部は液晶層の厚みその
ものであり、液晶層の厚みにムラがあると、カラー液晶
表示装置内で輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品位を著し
く損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均
一であることが望ましい。

【０００３】従来、カラー液晶表示装置における液晶層
の厚みを決定する方法として、カラーフィルタと半導体
駆動素子アレイ基板とを貼り合わせる時に、ガラスビー
ズやプラスチックビーズをスペーサーとして使用する方
法がある。すなわち、カラーフィルタと半導体駆動素子
アレイ基板とを貼り合わせる前に、所定の直径で粒径の
揃ったガラスビーズやプラスチックビーズをスペーサー
としてカラーフィルタおよび半導体駆動素子アレイ基板
のいずれか一方に散在させ、その後、両基板の貼り合わ
せを行い、ガラスビーズやプラスチックビーズの直径を
もって両基板の間隙部の大きさ、つまり、液晶層の厚み
が決定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との
間隙部を形成する方法では、次のような問題点が生じ
る。

【０００５】まず、ガラスビーズやプラスチックビーズ
をスペーサーとして用いる場合、基板面上に散在させる
密度が適正で、かつ、基板面上に均一に分散されていな
ければ、カラー液晶表示装置の全面に亘って大きさが均
一な間隙部は形成されない。一般に、スペーサーの散在
量（密度）を増した場合、間隙部の大きさのばらつき偏
差は少なくなるが、散在量（密度）が多くなると表示画
素部上に存在するスペーサーの数も増し、これによっ
て、表示領域の面積の低下が生じる。すなわち、スペー
サーが存在する部分が表示領域として無効となり、開口
率が低下するという不都合が生じる。

【０００６】さらに、ガラスビーズやプラスチックビー
ズをスペーサーとして用いる場合、液晶層の所望の厚み
よりも直径の大きいスペーサーを使用し、間隙部が所定
の大きさとなるまでカラーフィルタと半導体駆動素子ア
レイ基板とに圧力をかけてスペーサーを変形させる必要
がある。しかし、上述のように間隙部の厚みのばらつき
偏差を少なくするためにスペーサー散在量（密度）はあ
る程度多くする必要があり、したがって、上記のスペー
サー変形に要する圧力は大きなものとなり、装置が大が
かりになるとともに、カラーフィルタや半導体駆動素子
アレイ基板の破損が生じるという問題がある。

【０００７】また、ガラスビーズやプラスチックビーズ
は凝集しやすく、散在させた時の分散度が悪いために偏
在を生じ、画素領域に位置する偏在箇所では液晶分子の
配向に支障を来すという問題もある。また、画素領域に
存在するガラスビーズやプラスチックビーズは、黒表示
を行った際に光を透過するので、これらのスペーサーが
輝点となってコントラスト比を著しく低下させるという
問題もある。

【０００８】このような問題を解消するために、カラー
フィルタに予め間隙（液晶層の厚み）を決定する柱状凸
部を形成することが提案されている（特開平５−１９６
９４６号）。これは、着色層の形成と同時に、ブラック
マトリックス上の所定の複数箇所に着色層を形成するこ
とによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の着色層が積層された柱
状凸部を形成しておき、この柱状凸部をスペーサーとし
て２枚の基板を貼り合わせるものである。

【０００９】しかし、間隙部を所望の大きさとするため
にカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板とにかけ
る圧力が小さいものであり、かつ、形成された間隙部の
大きさが安定して維持されるような柱状凸部を備えたカ
ラーフィルタは、未だ実現されておらず、カラー液晶表
示装置の表示品質の更なる改善が要望されている。

【００１０】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、液晶層の厚み設定が容易かつ確実であ
るカラーフィルタと、このようなカラーフィルタを使用
した表示品質に優れるカラー液晶表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のカラーフィルタは、基板と、該基板
上に所定のパターンで形成された複数色からなる着色層
と、前記基板上の非表示画素部にほぼ均一な密度で形成
された複数の柱状凸部とを備え、各柱状凸部の横断面積
は２５μｍ² 〜１５００μｍ² の範囲内であり、柱状凸
部の横断面積の総和は表示画素部面積の総和の０．０５
〜１．５％の範囲内にあるような構成とした。

【００１２】本発明のカラー液晶表示装置は、半導体駆
動素子アレイ基板とカラーフィルタとの間隙部に液晶層
を密封したカラー液晶表示装置であって、カラーフィル
タは上述のようなカラーフィルタであり、かつ、各柱状
凸部は半導体駆動素子アレイ基板上の半導体駆動素子と
対向する位置にあるような構成とした。

【００１３】このような本発明では、カラーフィルタを
半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた時に、複数の
柱状凸部がカラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板
との間に所望の大きさの間隙部を形成し、かつ、形成さ
れた間隙部を高い精度で安定して維持する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の最良の実施形態に
ついて図面を参照して説明する。本発明のカラーフィルタの第１実施形態図１は本発明のカラーフィルタの実施形態の一例を示す
部分平面図であり、図２はＡ−Ａ線における縦断面図で
ある。図１および図２において、本発明のカラーフィル
タ１は、基板２と、この基板２上に形成されたブラック
マトリックス３および着色層５を備え、ブラックマトリ
ックス３の所定の複数の箇所（図１では５箇所）には柱
状凸部６が形成されている。

【００１５】着色層５は、赤色パターン５Ｒ、緑色パタ
ーン５Ｇおよび青色パターン５Ｂが所望のパターン形状
で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線で示され
る部分）を形成している。ブラックマトリックス３は各
着色パターンからなる表示画素部の間および着色層５の
形成領域の外側に設けられている。

【００１６】柱状凸部６は、着色層５よりも２〜１０μ
ｍ程度の範囲で突出しており、個々の柱状凸部６の横断
面積（図１に斜鎖線で示される部分）ｓは２５μｍ² 〜
１５００μｍ² の範囲内であり、また、柱状凸部６の横
断面積ｓの総和は各表示画素部（図１に斜線で示される
部分）の面積Ｓの総和の０．０５〜１．５％の範囲内と
なるように設定されている。尚、柱状凸部６の横断面積
ｓは、柱状凸部６の下地層（図示例ではブラックマトリ
ックス３）に近接する横断面積である。上記の柱状凸部
６の横断面積ｓが２５μｍ² 未満であると、柱状凸部６
の機械的強度が不足してカラー液晶表示装置の液晶層の
厚みを高い精度で維持できなくなり、また、１５００μ
ｍ² を超えると、表示画素部に柱状凸部６が一部はみ出
すことがあり好ましくない。柱状凸部６の横断面積ｓの
総和が各表示画素部面積Ｓの総和の０．０５％未満であ
ると、個々の柱状凸部６の機械的強度不足あるいは柱状
凸部６が存在しない領域が大きく（柱状凸部６の形成密
度が小さく）なってカラー液晶表示装置の液晶層の厚み
を高い精度で維持できなくなり、また、１．５％を超え
ると、カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との
間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が大きくな
り、カラー液晶表示装置の製造段階で基板破損等を生じ
易くなり好ましくない。

【００１７】このような柱状凸部６の高さ（突出量）
は、カラー液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等か
ら適宜設定することができる。また、柱状凸部６の形成
密度はほぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みム
ラ、開口率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜
設定することができるが、例えば、着色層５を構成する
赤色パターン５Ｒ、緑色パターン５Ｇおよび青色パター
ン５Ｂの１組に対して柱状凸部６が１〜３個の割合で存
在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現す
る。このような柱状凸部６の形状は、図示例では円柱形
状となっているが、これに限定されるものではなく、角
柱形状、截頭錐体形状等であってもよく、例えば、ポジ
型あるいはネガ型の感光性レジスト層を硬化させて形成
することができる。

【００１８】上記の柱状凸部６を備える本発明のカラー
フィルタ１に、例えば、ブラックマトリックス３、着色
層５および柱状凸部６を覆うように透明導電層と配向層
を設けて配向処理（ラビング）した後、半導体駆動素子
アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部６がカラーフ
ィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板との間に間隙を形
成する。そして、従来のスペーサーとしてガラスビーズ
やプラスチックビーズを使用した場合に比べて、両基板
の間隙を所望の大きさに設定することが容易であるとと
もに、間隙精度は極めて高いものとなり、また、画素部
分には柱状凸部６が存在しないため、表示領域の面積低
下による開口率の低下を生じることがない。

【００１９】上記のカラーフィルタ１を構成する基板２
としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英
板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹
脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフ
レキシブル材を用いることができる。この中で特にコー
ニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材で
あり寸法安定性および高温加熱処理における作業性に優
れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない無アルカ
リガラスであるため、アクティブマトリックス方式によ
るカラー液晶表示装置用のカラーフィルタに適してい
る。

【００２０】また、カラーフィルタ１を構成するブラッ
クマトリックス３は、スパッタリング法、真空蒸着法等
により厚み１０００〜２０００Å程度のクロム等の金属
薄膜を形成し、この薄膜をパターニングして形成したも
の、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子を含有
させたポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等
の樹脂層を形成し、この樹脂層をパターニングして形成
したもの、カーボン微粒子や金属酸化物等の遮光性粒子
を含有させた感光性樹脂層を形成し、この感光性樹脂層
をパターニングして形成したもの等、いずれであっても
よい。

【００２１】また、着色層５は、所望の着色材を含有し
た感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成すること
ができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色法等の
公知の方法により形成することができる。また、着色層
５を、例えば、赤色パターン５Ｒが最も薄く、緑色パタ
ーン５Ｇ、青色パターン５Ｂの順に厚くすることによ
り、着色層５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定する
ようにしてもよい。

【００２２】尚、本発明のカラーフィルタ１に透明導電
膜を形成する場合、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸
化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等、およびその
合金等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶ
Ｄ法等の一般的な成膜方法により形成することができ、
透明導電膜の厚みは０．０１〜１μｍ、好ましくは０．
０３〜０．５μｍ程度とすることができる。

【００２３】また、本発明のカラーフィルタは、ブラッ
クマトリックス３を備えず、例えば、基板２の着色層非
形成領域の所定箇所に上述の柱状凸部６を直接形成した
もの、非画素部分に位置する着色層上に上述の柱状凸部
６を形成したもの等であってもよい。

【００２４】さらに、本発明のカラーフィルタは、着色
層５上に、酸素遮断性をもつ樹脂を用いて形成した酸素
遮断層を備えるものでもよい。また、着色層を重ね合わ
せて柱状凸部を形成する場合には、酸素遮断性をもつ感
光性樹脂を用いることが好ましい。これは、酸素遮断層
を積層物として柱状凸部に残すことができるからであ
る。酸素遮断性をもつ感光性樹脂としては、たとえば、
ポリビニルアルコール、アクリレート系コポリマー等に
スチリルピリジニウム基、スチルバゾール塩等をペンダ
ント化させた樹脂等を使用することができる。

【００２５】次に、上述の本発明のカラーフィルタ１の
製造方法について、図３および図４を参照しながら説明
する。

【００２６】まず、基板２上に遮光層３´を形成し、さ
らに、この遮光層３´上に感光性レジスト層４を形成す
る。遮光層３´は、スパッタリング法、真空蒸着法等に
より形成したクロム等の金属薄膜、カーボン微粒子等の
遮光性粒子を含有した樹脂層等いずれであってもよい。
また、感光性レジスト層４は、公知のポジ型およびネガ
型の感光性レジストを用いて形成することができる。図
示例では、ポジ型感光性レジストを使用した場合につい
て説明する。次に、上記の感光性レジスト層４をブラッ
クマトリックス用のフォトマスクＭを介して露光し（図
３（Ａ））、現像する。そして、現像により露出した遮
光層３´をエッチングし、残存する感光性レジスト層４
を除去することによって、ブラックマトリックス３を形
成する（図３（Ｂ））。

【００２７】次に、着色層５を形成する。まず、ブラッ
クマトリックス３を覆うように基板２上に赤色着色材を
含有した赤色感光性樹脂層を形成し、所定のフォトマス
クを介して上記の赤色感光性樹脂層を露光して現像を行
うことにより、基板２上の赤色パターン形成領域に赤色
パターン５Ｒが形成される（図３（Ｃ））。以下、同様
に、基板２上の緑色パターン形成領域に緑色パターン５
Ｇを形成し、さらに、基板２上の青色パターン形成領域
に青色パターン５Ｂを形成する（図３（Ｄ））。

【００２８】次に、柱状凸部６を形成する。まず、ブラ
ックマトリックス３および着色層５を覆うように感光性
レジスト層６´を形成する。この感光性レジスト層６´
は公知のポジ型およびネガ型の感光性レジストを塗布す
ることにより形成することができ、厚みは柱状凸部６に
要求される高さに応じて適宜設定することができる。図
示例では、ネガ型感光性レジストを使用した場合につい
て説明する。次に、上記の感光性レジスト層６´を柱状
凸部形成用のフォトマスクＭ´を介して露光し（図４
（Ａ））、現像する。これにより、ブラックマトリック
ス３上の所定箇所に柱状凸部６を形成して本発明のカラ
ーフィルタ１が得られる（図４（Ｂ））。

【００２９】尚、上述の例では、着色層５は顔料分散法
により形成されるが、これに限定されるものではなく、
例えば、印刷法、転写法、染色法等を用いることがで
き、また、基板２上に予め透明導電膜を形成して電着法
を用いることもできる。本発明のカラーフィルタの第２実施形態図５は本発明のカラーフィルタの実施形態の他の例を示
す部分平面図であり、図６はＢ−Ｂ線における縦断面図
である。図５および図６において、本発明のカラーフィ
ルタ１１は、基板１２と、この基板１２上に形成された
ブラックマトリックス１３および着色層１５を備え、ブ
ラックマトリックス１３の所定の複数の箇所（図５では
５箇所）には柱状凸部１６が形成されている。

【００３０】着色層１５は、赤色パターン１５Ｒ、緑色
パターン１５Ｇおよび青色パターン１５Ｂが所望のパタ
ーン形状で配列されてなり、これらが表示画素部（斜線
で示される部分）を形成している。ブラックマトリック
ス１３は各着色パターンからなる表示画素部の間および
着色層１５の形成領域の外側に設けられている。

【００３１】そして、上記の柱状凸部１６は着色層１７
Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂが積層されたものであり、この柱状
凸部１６は、着色層１５よりも２〜１０μｍ程度の範囲
で突出しており、上述のカラーフィルタ１の柱状凸部６
と同様に、個々の柱状凸部１６の横断面積（図５に斜鎖
線で示される部分）ｓは２５μｍ² 〜１５００μｍ²の
範囲内であり、また、柱状凸部１６の横断面積ｓの総和
は各表示画素部（図５に斜線で示される部分）の面積Ｓ
の総和の０．０５〜１．５％の範囲内となるように設定
されている。柱状凸部１６の高さ（突出量）は、カラー
液晶表示装置の液晶層に要求される厚み等から適宜設定
することができる。また、柱状凸部１６の形成密度はほ
ぼ均一であることが好ましく、液晶層の厚みムラ、開口
率、柱状凸部６の形状、材質等を考慮して適宜設定する
ことができるが、例えば、着色層１５を構成する赤色パ
ターン１５Ｒ、緑色パターン１５Ｇおよび青色パターン
１５Ｂの１組に対して柱状凸部１６が１〜３個の割合で
存在することにより、必要十分なスペーサー機能を発現
する。このような柱状凸部１６の形状は、図示例では円
柱形状となっているが、これに限定されるものではな
く、角柱形状、截頭錐体形状等であってもよい。

【００３２】上記の柱状凸部１６を備える本発明のカラ
ーフィルタ１１に、例えば、ブラックマトリックス１
３、着色層１５および柱状凸部１６を覆うように透明導
電層と配向層を設けて配向処理（ラビング）した後、半
導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせた場合、柱状凸部
１６によってカラーフィルタ１１と半導体駆動素子アレ
イ基板との間に間隙が形成される。そして、従来のスペ
ーサーとしてガラスビーズやプラスチックビーズを使用
した場合に比べて、両基板の間隙を所望の大きさに設定
することが容易であるとともに、間隙精度は極めて高い
ものとなり、また、画素部分には柱状凸部６が存在しな
いため、表示領域の面積低下による開口率の低下を生じ
ることがない。

【００３３】上記のカラーフィルタ１１を構成する基板
１２としては、上述のカラーフィルタ１を構成する基板
２と同様の材料を用いることができる。

【００３４】また、カラーフィルタ１１を構成するブラ
ックマトリックス１３は、上述のカラーフィルタ１を構
成するブラックマトリックス３と同様にして形成するこ
とができる。

【００３５】着色層１５、および、柱状凸部１６を構成
する着色層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、所望の着色材を
含有した感光性樹脂を使用した顔料分散法により形成す
ることができ、さらに、印刷法、電着法、転写法、染色
法等の公知の方法によっても形成することができる。例
えば、顔料分散法の場合、アクリレート系コポリマーと
アクリレート系モノマーと多官能アクリレートモノマー
と光ラジカル発生剤との混合物からなる感光性樹脂等を
使用することにより、ダレのないシャープな形状の柱状
凸部１６を形成することができる。また、着色層１５
を、例えば、赤色パターン１５Ｒが最も薄く、緑色パタ
ーン１５Ｇ、青色パターン１５Ｂの順に厚くすることに
より、着色層１５の各色ごとに最適な液晶層厚みを設定
するようにしてもよい。

【００３６】尚、本発明のカラーフィルタは、ブラック
マトリックス１３を備えず、例えば、基板１２の非画素
領域の所定箇所に上述の柱状凸部１６を直接形成したも
の、非画素領域に位置する着色層上に上述の柱状凸部１
６を形成したもの等であってもよい。また、本発明のカ
ラーフィルタは、着色層１５上に、酸素遮断性をもつ公
知の感光性樹脂を用いて形成した酸素遮断層を備えるも
のでもよく、さらに、柱状凸部１６を構成する各着色層
１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ上に酸素遮断層を備えるもので
もよい。本発明のカラー液晶表示装置の第１実施形態次に、本発明のカラー液晶表示装置の実施形態について
説明する。

【００３７】図７は本発明のカラーフィルタ１を用いた
本発明のカラー液晶表示装置の実施形態を示す部分断面
図であり、図８は図７のカラー液晶表示装置を構成する
半導体駆動素子アレイ基板の部分回路構成図である。

【００３８】図７および図８において、カラー液晶表示
装置２１は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ
基板３１とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６
により両基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に
捩れネマティック（ＴＮ）液晶を注入して液晶層５０と
したものである。尚、カラーフィルタ１の外側および半
導体駆動素子アレイ基板３１の外側には偏光板（図示せ
ず）が配設されている。

【００３９】カラー液晶表示装置２１を構成するカラー
フィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィル
タ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を
覆うように保護層８と透明導電層９を設け、さらに、配
向層１０を設けて配向処理（ラビング）したものであ
る。そして、柱状凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板
３１の半導体駆動素子３３に対向する位置にあり、柱状
凸部６が半導体駆動素子３３に当接することにより両基
板間に所望の大きさの間隙が形成されている。

【００４０】カラー液晶表示装置２１を構成する半導体
駆動素子アレイ基板３１は、透明基板３２上にマトリッ
クス状に半導体駆動素子３３と透明画素電極４１（図８
に斜線で示される部分）とを備え、各透明画素電極４１
はカラーフィルタ１の着色層５の各パターン（５Ｒ、５
Ｇ、５Ｂ）に対応した位置に配設されており、また、カ
ラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成位置に
対応するように透明基板３２上には走査線（ゲート電極
母線）４２およびデータ線４３が配設されている。

【００４１】半導体駆動素子アレイ基板３１の半導体駆
動素子３３は、ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、ア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層３６、ソ
ース電極３７およびドレイン電極３８とから構成された
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。また、ドレイン電
極３８は一端を半導体層３６に接続され他端を透明画素
電極４１に接続されている。そして、半導体駆動素子３
３と透明画素電極４１とを覆うように配向膜４５が形成
されている。

【００４２】このようなカラー液晶表示装置２１では、
各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導
体駆動素子アレイ基板３１に配設した偏光板側から照明
光を照射した状態で各画素に対応する透明画素電極４１
をオン、オフさせることで液晶層５０がシャッタとして
作動し、着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画
素を光が透過してカラー表示が行われる。そして、柱状
凸部６により形成された間隙部が安定して維持されるの
で、液晶層５０の厚みを高い精度で制御することが可能
となり、カラー液晶表示装置２１は表示品質に優れたも
のである。また、カラー液晶表示装置２１の製造段階に
おいて、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板
３１との間隙を所望の大きさとするのに必要な圧力が小
さいため、カラーフィルタ１や半導体駆動素子アレイ基
板３１の破損を大幅に低減することができる。

【００４３】半導体駆動素子アレイ基板３１を構成する
透明基板３２としては、カラーフィルタ１を構成する基
板２として挙げたような材料等を用いることができる。
特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さ
い素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作
業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない
無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス
方式によるカラー液晶表示装置に適している。

【００４４】ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３５、半導
体層３６、ソース電極３７およびドレイン電極３８とか
ら構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）３３は、従
来公知の手段により形成することができる。本発明のカラー液晶表示装置の第２実施形態次に、本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態につ
いて説明する。

【００４５】図９は本発明のカラーフィルタ１を用いた
本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を示す部分
断面図である。図９において、カラー液晶表示装置６１
は、カラーフィルタ１と半導体駆動素子アレイ基板７１
とを対向させ、カラーフィルタ１の柱状凸部６により両
基板の間隙を所望の大きさとし、この間隙部に液晶材料
を注入して液晶層９０としたＩＰＳ (In-Plane Switchi
ng) 液晶モードのカラー液晶表示装置である。尚、カラ
ーフィルタ１の外側および半導体駆動素子アレイ基板７
１の外側には偏光板（図示せず）が配設されている。

【００４６】カラー液晶表示装置６１を構成するカラー
フィルタ１は、図１および図２に示されるカラーフィル
タ１であり、ブラックマトリックス３および着色層５を
覆うように保護層８を設け、さらに、配向層１０を設け
て配向処理（ラビング）したものである。そして、柱状
凸部６は、半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆動
素子７３に対向する位置にあり、柱状凸部６が半導体駆
動素子７３に当接することにより両基板間に所望の大き
さの間隙が形成されている。

【００４７】カラー液晶表示装置６１を構成する半導体
駆動素子アレイ基板７１は、透明基板７２上にマトリッ
クス状に半導体駆動素子７３と対向電極８１とを備え、
半導体駆動素子７３と対向電極８１との間の領域は、表
示画素部であってカラーフィルタ１の着色層５の各パタ
ーン（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）に対応した位置にある。ま
た、カラーフィルタ１のブラックマトリックス３の形成
位置に対応するように透明基板７２上には走査線（ゲー
ト電極母線）およびデータ線（図示せず）が配設されて
いる。

【００４８】半導体駆動素子アレイ基板７１の半導体駆
動素子７３は、ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、アモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の半導体層７６、ソー
ス電極７７およびドレイン電極（画素電極）７８とから
構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。そし
て、半導体駆動素子７３と透明絶縁膜７５および対向電
極８１とを覆うように配向膜８５が形成されている。

【００４９】このようなカラー液晶表示装置６１では、
各着色パターン５Ｒ、５Ｇ、５Ｂが画素を構成し、半導
体駆動素子アレイ基板７１に配設した偏光板側から照明
光を照射した状態で、各画素に対応するドレイン電極
（画素電極）７８と対向電極８１との間の横電界をオ
ン、オフさせ液晶分子を水平面内で回転させることで液
晶層９０がシャッタとして作動し、着色パターン５Ｒ、
５Ｇ、５Ｂのそれぞれの画素を光が透過してカラー表示
が行われる。そして、柱状凸部６により形成された間隙
部が安定して維持されるので、液晶層９０の厚みを高い
精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装置
６１は表示品質に優れたものである。また、カラー液晶
表示装置６１の製造段階において、カラーフィルタ１と
半導体駆動素子アレイ基板７１との間隙を所望の大きさ
とするのに必要な圧力が小さいため、カラーフィルタ１
や半導体駆動素子アレイ基板７１の破損を大幅に低減す
ることができる。

【００５０】半導体駆動素子アレイ基板７１を構成する
透明基板７２としては、カラーフィルタ１を構成する基
板２として挙げたような材料等を用いることができる。
特にコーニング社製７０５９ガラスは、熱膨脹率の小さ
い素材であり寸法安定性および高温加熱処理における作
業性に優れ、また、ガラス中にアルカリ成分を含まない
無アルカリガラスであるため、アクティブマトリックス
方式によるカラー液晶表示装置に適している。

【００５１】ゲート電極７４、透明絶縁膜７５、半導体
層７６、ソース電極７７およびドレイン電極７８とから
構成された半導体駆動素子（ＴＦＴ素子）７３は、従来
公知の手段により形成することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればカ
ラーフィルタは、基板と、基板上に所定のパターンで形
成された複数色からなる着色層と、基板上の非表示画素
部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部とを備
え、かつ、各柱状凸部の横断面積が２５μｍ² 〜１５０
０μｍ² の範囲内、柱状凸部の横断面積の総和が表示画
素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内であり、
カラー液晶表示装置は、各柱状凸部を半導体駆動素子ア
レイ基板上の半導体駆動素子と対向する位置に配設した
上記カラーフィルタと半導体駆動素子アレイ基板との間
隙部に液晶層を密封したものであるため、カラーフィル
タを半導体駆動素子アレイ基板と貼り合わせて両基板間
に小さい圧力を加えるだけで複数の柱状凸部によって所
望の大きさの間隙部が形成され、かつ、形成された間隙
部が安定して維持され、これにより、液晶層の厚みを高
い精度で制御することが可能となり、カラー液晶表示装
置の表示品質を優れたものとすることができるととも
に、カラー液晶表示装置の製造段階においてカラーフィ
ルタや半導体駆動素子アレイ基板の破損を大幅に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーフィルタの一実施形態を示す部
分平面図である。

【図２】図１に示された本発明のカラーフィルタのＡ−
Ａ線における縦断面図である。

【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説
明するための工程図である。

【図４】本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を説
明するための工程図である。

【図５】本発明のカラーフィルタの他の実施形態を示す
部分平面図である。

【図６】図５に示された本発明のカラーフィルタのＢ−
Ｂ線における縦断面図である。

【図７】本発明のカラー液晶表示装置の一実施形態を示
す部分断面図である。

【図８】本発明のカラー液晶表示装置を構成する半導体
駆動素子アレイ基板の一例を示す部分回路構成図であ
る。

【図９】本発明のカラー液晶表示装置の他の実施形態を
示す部分断面図である。

【符号の説明】

１，１１…カラーフィルタ２，１２…基板３，１３…ブラックマトリックス５，１５…着色層６，１６…柱状凸部１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ…柱状凸部を構成する着色層２１，６１…カラー液晶表示装置３１，７１…半導体駆動素子アレイ基板３３，７３…半導体駆動素子５０，９０…液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者深谷勝美東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に所定のパターンで形
成された複数色からなる着色層と、前記基板上の非表示
画素部にほぼ均一な密度で形成された複数の柱状凸部と
を備え、各柱状凸部の横断面積は２５μｍ² 〜１５００
μｍ² の範囲内であり、柱状凸部の横断面積の総和は表
示画素部面積の総和の０．０５〜１．５％の範囲内にあ
ることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】半導体駆動素子アレイ基板とカラーフィ
ルタとの間隙部に液晶層を密封したカラー液晶表示装置
において、カラーフィルタは請求項１に記載のカラーフィルタであ
り、かつ、各柱状凸部は半導体駆動素子アレイ基板上の
半導体駆動素子と対向する位置にあることを特徴とする
カラー液晶表示装置。