(57)【要約】【課題】  液晶層の厚さを規定するスペーサは、その近傍の液晶分子の配向方向を乱して光の漏れを生じさせた。【解決手段】  対向する２枚の基板２１、２２と、液晶層２３と、この液晶層の厚さを規定するスペーサ２と、基板のいずれかの内表面に形成された赤フィルター（Ｒ）、緑フィルター（Ｇ）及び青フィルター（Ｂ）と、これら各フィルターの間隙に形成された遮光層１とを備える液晶表示素子２０において、該スペーサ２は、該遮光層１の上部であって該青フィルター（Ｂ）の近傍に配置されようにした。【選択図】  図２
2008170531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と対向基板の間に挟持される液晶層と、前記液晶層の厚さを規定するためのスペーサと、前記基板の内表面に形成された赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターと、遮光層とを有する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の表示画面に画像を表示させるための駆動信号を前記液晶表示素子に供給する駆動回路を備えるとともに、
前記遮光層は、前記表示画面を構成するドットの周囲に設けられており、前記スペーサは、前記遮光層の上部であって前記青フィルターの近傍に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記スペーサと前記基板の内表面の間には前記青フィルターが設けられていない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】
前記青フィルターはストライプ状に形成されており、前記スペーサは、前記青フィルターに対応するドット間に存在する遮光層の上部に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記スペーサは、前記赤フィルターの近傍の前記遮光層の上部に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記スペーサが配置された領域の遮光層の幅は、前記スペーサの直径の２倍〜４倍の大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記スペーサは、前記赤フィルター、前記緑フィルター及び前記青フィルターからなる単位画素当たり平均０．３個〜２個形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶層内にカラーフィルターを形成したカラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶内にカラーフィルターを形成したカラー液晶表示装置は薄型テレビジョン、携帯電話等の表示画面に広く実用化されている。液晶表示装置は、内面に電極を形成して薄いギャップを介して互い対向させて張り合わされた２枚の基板と、この２枚の基板間に封入された液晶層と、いずれか一方の基板の内面に形成された赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターと、液晶層の厚さを制御するためのスペーサ等を備えた液晶セルと、この液晶セルを挟むようにして配置された２枚の偏光板等から構成されている。液晶層は、一方の基板表面から他方の基板表面に向けて約９０°又は約１８０°捩じれているツイステッド・ネマティック型（ＴＮ型）が一般的に使用されている。
【０００３】
この種の液晶セルは次のようにして動作する。液晶層を挟む電極に電圧を印加しないときは、下側偏光板を通過した偏光光線が捩じれ配向する液晶分子に沿って約９０°又は約１８０°回転して上側偏光板に入射する。上側偏光板に入射した光の偏光方向と上側偏光板の偏光軸とが平行の場合には光を透過し、直行する場合には光は透過しない。液晶層に電圧を印加すると液晶分子は電界方向に向こうとするので基板表面から垂直方向に立ち上がる。液晶分子が立ち上がると偏光特性が解消される。その結果、液晶層に入射した光の偏光軸は回転しないで上側偏光板に出射される。上側偏光板と下側偏光板とが直行する配置の場合には光は遮断され、平行な配置の場合には透過する。
【０００４】
通常の単純マトリックス型液晶表示素子の場合には、２枚の基板の内面に多数のストライプ状の電極を互いに交差するように形成し、この交差部に画素を構成する。電圧平均化法やその他の駆動信号により各画素に必要な電圧を印加して画像を表示させる。そして、これらの画素に赤、緑、青のカラーフィルターを形成することにより、フルカラーの画像を表示させることができる。アクティブマトリックス型液晶表示素子の場合には、一方の基板の内表面に画素ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、対向側の電極と画素電極との間に与える電荷量を制御して、画像を表示させる。この場合も、各画素にカラーフィルターを形成してフルカラーの表示を行うことができる。
【０００５】
これらの液晶表示素子では、液晶層の厚さを高精度で制御する必要がある。大画面の液晶表示素子が開発されている一方で、小型液晶表示素子においては軽量化のために基板ガラスが薄くなってきている。大画面化あるいは薄型化の要請から液晶層の厚さにむらが生じやすくなっている。液晶層の厚さにむらが生ずるとコントラストや応答速度にむらが生ずることになる。特に、カラー表示の場合にはカラーバランスが崩れる原因となる。そこで、２枚の基板間に所定の粒径を有するスペーサを分散させて液晶セルのギャップを制御する対策が採られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００６】
図８（ａ）は、カラーフィルター上に粒子状のスペーサを分散させたカラーフィルター基板１００を表す上面図である。図８（ｂ）は、上記カラーフィルター基板を下側基板とする液晶セルの部分ＸＸ’での部分断面図、図８（ｃ）は部分ＹＹ’での部分断面図である。
【０００７】
下側基板１０５の表面には、赤フィルター層Ｒ、緑フィルター層Ｇ、青フィルター層Ｂの画素に対応しない部分から光が透過することを防止するため、遮光層１０１が格子状に形成されている。各フィルター層Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれは、遮光層１０１を跨いでストライプ状に形成されており、隣接するカラーフィルター層との間には遮光層１０１が設けられている。そして、各フィルター層Ｒ、Ｇ、Ｂの上には平坦化層１０４が形成され、その上に下側電極１０３がストライプ状に形成されている。また、上側基板１０６の内面には下側電極１０３と直交する方向にストライプ状の上側電極１０７が形成されている。上側基板１０６と下側基板１０５との間に液晶層１０８が形成され、この液晶層１０８の厚さを規定するためのスペーサ１０２が分散している。また、上側電極１０７と下側電極１０３とが交差する領域が画素を構成する。即ち、遮光層１０１により区画され、赤フィルター、緑フィルター、青フィルターが１個ずつ含まれる最小単位が単位画素を構成する。なお、上側電極１０７及び下側電極１０３の表面には図示しない配向膜が形成されている。
【０００８】
通常、スペーサ１０２には球状又は円筒状の透光性樹脂又は二酸化珪素が使用される。スペーサ１０２は基板表面の配向処理後に基板表面の上部からウエット又はドライ散布される。このため、スペーサ１０２を画素の特定の位置あるいは遮光層１０１の特定の位置に設置することができない。
【０００９】
スペーサ１０２を特定の位置に設置する方法として、フォトスペーサを用いる方法が知られている（例えば特許文献２を参照）。フォトスペーサをカラーフィルター基板表面に設ける場合、遮光層１０１、各フィルター層Ｒ、Ｇ、Ｂ、平坦化層１０４、下側電極１０３及び配向膜を基板表面に形成した後、フォトスペーサを形成する。すなわち、フォトスペーサとなる感光性樹脂層を配向膜の上全面に塗布する。次に、フォトファブリケーション法により、スペーサとするべき感光性樹脂層を所定の場所に所定の形状で残し、他の場所の感光性樹脂層を除去する。従って、この方法によれば、感光性樹脂層の厚さがスペーサとなり、またスペーサを形成すべき位置を特定することができる。
【特許文献１】特開平８−６９００１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基板表面にスペーサを散布して液晶層の厚さを規定する方法では、スペーサの位置を特定することができないために高精度にその厚さを制御することができない、という課題があった。即ち、遮光層１０１や各フィルター層Ｒ、Ｇ、Ｂは特定の厚さを有する。そのため、スペーサが遮光層の形成されていない場所に散布される場合と遮光層の上に散布される場合とではセルギャップに差異が生じることになり、ギャップを高精度に制御することが困難となる。また、スペーサが画素領域に散布されると、スペーサ近傍の液晶分子配向に乱れが生じた。これにより、スペーサ近傍から光が漏れ、コントラスト比が悪化した。
【００１１】
一方、フォトスペーサを使用する場合は、フォトスペーサを形成した後に配向処理を行う。そのため、フォトスペーサ近傍には配向処理が不十分となる領域が形成され、液晶分子配向に乱れが生じた。その分子配向の乱れにより光が漏れ、表示のコントラストを悪化させる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、基板と対向基板の間に挟持される液晶層と、液晶層の厚さを規定するためのスペーサと、基板の内表面に形成された赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターと、遮光層とを有する液晶表示素子と、液晶表示素子の表示画面に画像を表示させるための駆動信号を液晶表示素子に供給する駆動回路を備えるとともに、遮光層は、表示画面を構成するドットの周囲に設けられており、スペーサは、遮光層の上部であって青フィルターの近傍に配置されている。
【００１３】
すなわち、本発明の液晶表示装置に用いる液晶表示素子は、基板と、これに対向する対向基板と、これら一対の基板間に挟持される液晶層と、基板の内表面に形成された赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターと、各フィルターの間隙に形成されるとともに各フィルターを区画してドットを構成するように形成された遮光層を備えるとともに、液晶層の厚さを規定するためのスペーサを、青フィルターの近傍の遮光層の上部に配置している。
【００１４】
また、スペーサと基板の内表面の間には青フィルターが設けられていないこととした。すなわち、スペーサが設けられている部分の遮光層には、青フィルターが設けられていない部位が存在し、この部位の上方にスペーサが設けられている。
【００１５】
また、青フィルターがストライプ状に形成されている場合、スペーサを、青フィルターに対応するドット間に存在する遮光層の上部に配置することとした。すなわち、ドットを構成するために青フィルターを区画する遮光層の上部にスペーサを配置した。
【発明の効果】
【００１６】
スペーサを遮光層の上であって青カラーフィルター近傍に形成したことにより、液晶分子の配向乱れが生じても光の漏れを減少させることができ、また、光が漏れる場合でも視感度が低いため、コントラスト比を改善することができる、という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の液晶表示装置に用いる液晶表示素子は、２枚の基板間に挟持された液晶層と、この液晶層の厚さを規制するためのスペーサを備えている。一方の基板の内表面には赤フィルター、緑フィルター、青フィルターが形成され、表示画面を構成するドットに対応するように各フィルターを区画する遮光層が形成されている。すなわち、遮光層はドットの周囲に構成されている。そして、スペーサは、青フィルターの近傍の遮光層の上部に配置されている。即ち、スペーサが形成されている領域を、液晶層を通過する光が遮断される遮光層の上であり、かつ視感度の低い青フィルターに隣接する領域とした。そのため、スペーサの存在により配向処理が不十分な領域があっても、この配向処理が不十分な領域は青フィルターのドットにあることになる。そのため、液晶分子の配向乱れが生じても光の漏れを減少させることができ、また、光が漏れる場合でもその漏れ光の視感度が低い。そのために、黒レベルの透過光を減少させることができ、白レベルの透過光を黒レベルの透過光で除算したコントラスト比を改善することができる。
【００１８】
また、青フィルターがストライプ状に形成された構成では、青フィルターに対応するドット間に存在する遮光層、すなわち、ドットを構成するために青フィルターを区画する遮光層の上部に、スペーサを配置することとした。特に、この遮光層の中央部にスペーサを配置すれば、どのような配向方向であっても配向の不十分な領域は青フィルターに対応するドットにあることとなり、どのような配向仕様の液晶表示素子にもフィルター基板として用いることができる。
【００１９】
ここで、遮光層及びカラーフィルターは、顔料又は染料を分散させた感光性樹脂を基板上に塗布し、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを行って形成する。また、遮光層は、カラーフィルターを構成する赤フィルター層、緑フィルター層及び青フィルター層の３層を重ね合わせることにより形成することができる。あるいは、感光性樹脂に代えて光を通さない金属層により形成することができる。
【００２０】
スペーサとしてフォトスペーサを使用することができる。フォトスペーサは、感光性樹脂を基板表面に塗布し、フォトリソグラフィ工程によりスペーサとすべき領域以外の樹脂を除去して形成する。また、スペーサはカラーフィルター基板の表面に形成することができる。あるいは、カラーフィルターが形成されていない側の基板にスペーサを形成し、カラーフィルター基板と張り合わせるときに、当該スペーサがカラーフィルター基板の遮光層及び青フィルター近傍に配置されるように形成することができる。
【００２１】
また、遮光層の上部であって赤フィルターの近傍にもスペーサを配置する。即ち、液晶を通過する光が遮断される遮光層の上であって、視感度の低い赤フィルター層が形成されている領域にもスペーサを配置する。これにより、スペーサ近傍の液晶層に乱れが生じても、遮光層により光の透過が遮断されるので光の漏れが生じないし、光が漏れた場合でも漏れた光の視感度が低いため、コントラスト比を改善することができる。
【００２２】
また、スペーサが配置された領域の遮光層の幅を、スペーサの直径の２倍〜４倍の大きさになるようにした。そのために、スペーサ近傍の液晶層に配向乱れが生じてもスペーサ近傍の透過光は遮光層により遮蔽される。その結果、コントラストの低下を防止することができる。
【００２３】
また、スペーサを、赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターからなる単位画素当り平均０．３個〜２個形成することとした。単位画素は各色に対応する３つのドットで構成されている。即ち、スペーサは約３画素（３ドット）に１つから１画素に２つ形成される。これにより、スペーサを形成することによる透過光量の減少、漏れ光の増加を防止することができる。
【００２４】
また、青フィルターは、それぞれの単位画素を構成する一つのドットに対応するよう分離して形成されている。そして、遮光層の上下方向であって青フィルター層が形成されていない領域にスペーサを配置する。すなわち、スペーサと基板の内表面の間には青フィルターが設けられていない。これにより、フィルター層の厚さのばらつきに影響を受けずにスペーサの高さを設定することができる。特に、カラーフィルター層の上に平坦化層を形成する場合に、遮光層の上部に形成される平坦化層の平坦性は、遮光層の厚さとカラーフィルター層の厚さに影響を受ける。即ち、格子状に形成した遮光層の厚さが大きければ大きいほど、あるいはフィルター層の厚さが大きければ大きいほど、その上に形成される平坦化層は盛り上がり、平坦化は悪化する。一般に色濃度を大きくしたい場合にはカラーフィルター層の膜厚は大きくなり、それに伴って遮光層の膜厚も大きくする。そこで、遮光層の上部及び下部領域からフィルター層を除去し、この除去した領域にスペーサを配置する。これにより、フィルター層の厚さのばらつきの影響を受けず、また、幅の狭い遮光層でも平坦化層の表面の平坦性を確保できるので、スペーサの高さを高精度で設定することができる。
【００２５】
以下、図面を用いて具体的に説明する。
（実施例１）図１（ａ）は、本実施例の液晶表示素子に使用されるカラーフィルター基板１０を上方から見た状態を示す平面図であり、図１（ｂ）はスペーサが配置された領域の拡大図である。図１（ａ）に示すように、カラーフィルター基板１０の表面には、格子状の平面形状を有する遮光層１が形成され、更にストライプ状の赤フィルター層Ｒ、緑フィルター層Ｇ及び青フィルター層Ｂが互いに分離して形成されている。遮光層１は、各色のフィルター層の間隙に形成されているとともに、各フィルターを区画してドットを構成するために各色のフィルター層の下を横断するように形成されている。即ち、赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターは格子状の遮光層１の窓部に構成され、この窓部が表示画面を構成する一つのドットと対応している。各色のフィルター層の上には平坦化層が形成され、その上に、各色のフィルター層と直交する方向にストライプ状の透明電極３が形成されている。そして、スペーサ２は、遮光層１の上部であって青フィルター層Ｂに囲まれる領域に配置されている。すなわち、青色表示を行なうドットの間隙にスペーサが配置されている。また、単位画素は、格子状の平面形状を有する遮光層１の窓部に配置される赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターにより構成される。従って、本実施例では単位画素に１個のスペーサが形成されている。
【００２６】
図１（ｂ）は、スペーサ２が配置される領域の拡大図である。基板の表面にはまず格子形状の遮光層１が形成され、その上に順に、ストライプ状の青フィルター層Ｂ、図示しない平坦化層２５、透明電極３、図示しない配向膜、スペーサ２が形成されている。ストライプ状の青フィルター層Ｂと遮光層１とは、青フィルター層Ｂのエッジ部において青フィルター層が上部に位置するように重なっている。また、遮光層１が青フィルター層Ｂを横断する領域では、青フィルター層Ｂが遮光層１を覆うように形成されている。即ち、スペーサ２は青フィルター層Ｂの上に形成した図示しない平坦化層の上に形成される。また、透明電極３も図示しない平坦化層の上に形成される。透明電極３は遮光層１のエッジ部４よりも遮光層１側に重なるように形成されている。青フィルター層Ｂを通過する透過光を損失なく利用することができるようにするためである。
【００２７】
スペーサ２は円柱状の形状を有し、スペーサ２が形成されている領域の遮光層１はスペーサ２と同心円状にその幅が広く形成されている。ここで、スペーサ２の直径に対して遮光層１の幅、即ち直径は略２倍以上であり４倍以下の大きさを有する。スペーサ２が形成された領域の遮光層１の幅が２倍以下となると、液晶層の配向乱れによる漏れ透過光が増加し、コントラストが低下する。４倍以上の大きさにすると、画素の開口率が低下し、表示の明るさが低下する。
【００２８】
なお、遮光層１をフィルター層の下側に形成したが、フィルター層の上側に形成することもできる。また、遮光層１をフィルター層とは別に形成しているが、これに代えて、赤フィルター層Ｒ、緑フィルター層Ｇ及び青フィルター層Ｂを重ねて遮光層１とすることができる。また、スペーサ２の位置を青フィルター層Ｂの幅方向の略中心部としたが、中心部から緑フィルター層Ｇ又は赤フィルター層Ｒ側に位置するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、上記カラーフィルター基板１０を使用して構成した液晶表示素子２０の部分断面図である。上記カラーフィルター基板１０の部分ＸＸ’の断面の一部を表す。同一の部分又は同一の機能を表す部分は同一の符号を付した。
【００３０】
カラーフィルター基板１０は、下側基板２１と、その内面に格子状に形成された遮光層１及びストライプ状に形成された青フィルター層Ｂと、遮光層１と青フィルター層Ｂの上に形成された平坦化層２５と、平坦化層２５の上に形成された透明電極３と、当該透明電極３の上に形成された図示しない配向膜と、遮光層１の上部であって平坦化層２５の上に形成されたスペーサ２で構成されている。また、上側基板２２の内面には透明電極３と直交する方向にストライプ状に対向電極２４が形成され、その上に図示しない配向膜が形成されている。そして、上側基板２２とカラーフィルター基板１０とが対向して配置され、これらの基板間に液晶層２３を挟持するようにして液晶セルが構成されている。更に、液晶セルを挟むようにして２枚の偏光板が設置されている。
【００３１】
本実施例の液晶表示素子２０は単純マトリックス型である。対向電極２４と透明電極３との各交差部に画素を構成している。これらの電極間に電圧を印加するとその間の液晶分子配向が変化して、液晶層２３を通過する光の偏光特性が変化する。この偏光特性の変化を液晶セルの外側に設けた図示しない２枚の偏光板により可視化する。
【００３２】
ここで、上側基板２２及び下側基板２１は透光性のガラスを使用している。遮光層１は黒色顔料を混入した樹脂層であり、フォトリソグラフィ工程により格子状パターンに形成されている。青フィルター層Ｂは、青色顔料を混入した感光性樹脂を基板表面に塗布し、フォトリソグラフィ工程によりストライプ状にパターン化している。他のフィルター層も同様の方法により形成している。平坦化層２５は、透光性の高分子材料、無機酸化物あるいは窒化物を使用することができる。遮光層やカラーフィルター層に水分等の不純物が混入するのを防止し、表面を平坦化して液晶層２３の厚さを均一にするために設けている。スペーサ２は平坦化層２５の上に配置している。従って、スペーサ２の高さは、対向電極２４の厚さを無視して、セルギャップから平坦化層２５、青フィルター層Ｂ及び遮光層１の厚さを差し引いた高さを有する。
【００３３】
図３は、上記カラーフィルター基板１０を使用した液晶表示素子２０の部分断面図であり、上記カラーフィルター基板１０の部分ＹＹ’の断面の一部を表す。同一の部分及び同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。カラーフィルター基板１０の部分ＹＹ’には透明電極３が形成されていない。また、青フィルター層Ｂの両側には赤フィルター層Ｒと緑フィルター層Ｇがそれぞれ形成されている。その他は、図２と同様である。なお、配向膜や偏光板は省略している。
【００３４】
このように、スペーサ２を遮光層１の上部であって周囲に青フィルター層Ｂが形成されている領域に配置することにより、液晶層２３の液晶分子配向の乱れが遮光層１により遮蔽されると共に、遮蔽されない場合でも周囲が視感度の低い青色の透過光が通過する領域である。その結果、黒レベルの透過光の漏れを減少させることができるため、白レベルの透過光量を黒レベルの透過光量で除算したコントラスト比を向上させることができる。
【００３５】
なお、本実施例では、スペーサ２を青フィルター層Ｂの領域の遮光層の上方に形成したが、青フィルター層Ｂの領域に加えて赤フィルター層Ｒの領域に形成してもよい。また、配向方向によっては、青フィルター層と隣接する色フィルター層の間隙にある遮光層の上方に形成してもよい。上側基板２２と下側基板２１とを重ね合わせて液晶セルを構成し、液晶を封入する際又は液晶を封入後に液晶セルを上下方向から加圧する。余分の液晶を排出して液晶セルのギャップをスペーサ２の高さに合わせるためである。この場合に、スペーサ２の数が不足すると、スペーサが形成されていない領域のセルギャップが薄くなり、表示にむらが生ずることになる。そこで、スペーサの数が１画素当り１個では不足する場合は、青フィルター層Ｂの領域の他に、赤フィルター層Ｒの領域にスペーサ２を設けてもよい。要は、視感度の高い緑フィルター層Ｇの領域をはずしてスペーサ２を形成するようにする。
【００３６】
また、本実施例では、スペーサ２をカラーフィルター基板１０の表面に形成したが、これを、反対側の上側基板２２の内表面に形成してもよい。また、単純マトリックス型の液晶表示素子の例で説明したが、いずれか一方の基板の内面に画素ごとに薄膜トランジスタや２端子薄膜ダイオード素子を構成したアクティブマトリックス型の液晶表示素子とすることができる。
【００３７】
また、本実施例では、スペーサ２は感光性樹脂を塗布してフォトリソグラフィ法により形成されているが、これに限定されない。例えば、スペーサをインクジェット方式により形成することができる。インクジェット方式では、必要な位置に樹脂を滴下するので、使用材料を節約することができる。また、インクジェット方式の他に、スクリーン印刷法等により、所定の位置に形成してもよい。
【００３８】
（実施例２）図４（ａ）は、本実施例のカラーフィルター基板３０の上面図であり、図４（ｂ）は、スペーサ２を形成した領域の拡大図である。同一の部分又は同一の機能を表す部分は同一の符号を付した。
【００３９】
図４（ａ）において、遮光層１は図示しない下側基板２１の上に格子状に形成されている。赤フィルター層Ｒ、緑フィルター層Ｇ及び青フィルター層Ｂはそれぞれ遮光層１の窓部に分離して形成され、赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターを構成している。遮光層１と各フィルター層はそのエッジ部分において重なり合っている。従って、格子状に形成された遮光層１の上面は、フィルター層が形成されていない領域が表出している。遮光層１及び各フィルター層Ｒ、Ｇ、Ｂの上には図示しない平坦化層２５が形成されている。平坦化層２５の上には透明電極３が横方向にストライプ状に形成されているが、図４（ａ）では省略した。図４（ｂ）において、スペーサ２は遮光層１の上部に形成されており、周囲は青フィルター層Ｂにより囲まれている。遮光層１のエッジ部４は青フィルター層Ｂの下部に入り込んでおり、遮光層１のエッジ部４と青フィルター層Ｂのエッジ部５との間は遮光層１と青フィルター層Ｂとが重なり合っている。透明電極３は図示しない平坦化層２５の上に横方向のストライプ状に形成されている。
【００４０】
図５は、上記カラーフィルター基板３０を用いた液晶表示素子４０の断面図であり、図４のＸＸ’断面での一部を示している。下側基板２１の表面には格子状の遮光層１が形成され、遮光層１の間には青フィルター層Ｂが形成され、その上には平坦化層２５が形成され、その上に透明電極３が形成されている。遮光層１のエッジ部４では青フィルター層Ｂが遮光層と重なるように形成されている。従って、遮光層１のエッジ部４では遮光層１の中心部よりも青フィルター層Ｂの厚さ分厚くなる。その上に平坦化層２５が形成されている。平坦化層２５は粘性のある透明樹脂を塗布した後に硬化して形成する。遮光層１の上面から青フィルター層Ｂを除去することにより、遮光層１の上部の平坦化層２５の表面をより一層平坦化することが可能となる。なお、透明電極３の上には液晶分子を配向させるための配向膜が形成されているが、図５では省略した。
【００４１】
通常、この種の表示素子は、開口率、即ち１画素の面積に対する光が透過する面積をできるだけ大きくとりたい。そのために、遮光層１の格子状の幅を狭くしたい。例えば遮光層１の格子の幅を２０μｍ以下、あるいは１０μｍ以下に形成したい。しかしながら、図２に示すように遮光層１の上の全面にフィルター層を形成し、その上に平坦化層２５を形成すると、遮光層１の上部の平坦化層２５は凸状の形状となる。そのため、下側基板面から凸部の頂点までの高さの制御性が悪化する。そこで、本実施例では遮光層１の上面からエッジ部４の領域を除いてフィルター層を除去した。これにより、遮光層１の上部に形成する平坦化層２５の上面の平坦性が向上し、当該上面の高さを高精度で制御することが可能となった。
【００４２】
対向する上側基板２２の内面にはストライプ状に形成した透光性の対向電極２４が形成され、上側基板２２と下側基板２１との間に液晶層２３が形成されている。平坦化層の段差をｆ１、透明電極３の厚さをｆ２、液晶層２３の厚さをｄとすれば、スペーサ２の高さｈは、ｈ＝ｄ−ｆ１＋ｆ２となる。
【００４３】
また、図６は、上記カラーフィルター基板３０を用いた液晶表示素子４０の断面図であり、図４のＹＹ’断面、すなわち、遮光層１の中央部分の部分断面を示している。図示するように、下側基板２１の上に遮光層１、平坦化層２５が順に形成され、青フィルター層Ｂの近傍にある平坦化層２５の上にスペーサ２が形成されている。その他の部分は図５と同様なので、説明を省略する。
【００４４】
なお、既に説明したように、本実施例の場合にも、青フィルター層Ｂに囲まれた領域にスペーサ２を形成することに加えて、赤フィルター層Ｒに囲まれる領域にスペーサ２を形成することができる。また、スペーサ２の直径に対して当該スペーサ２が配置される遮光層１の幅を２倍〜４倍の大きさに設定することが好ましい。スペーサ２近傍の液晶分子配向の乱れによる入射光の漏れを防止することができるからである。また、赤フィルター、緑フィルター及び青フィルターから構成される単位画素当りスペーサ２を平均して０．３個〜２個形成することが好ましい。単位画素当たり平均して１個以上のスペーサ２を形成する場合には、周囲を青フィルター層Ｂに加えて赤フィルター層Ｒとすることができる。また、スペーサ２をカラーフィルター基板３０に形成する場合の他に、スペーサ２を対向する上側基板２２上の内表面に形成して、２枚の基板を対向して張り合わせたときにスペーサ２が下側基板２１の遮光層１上に配置されるようにすることができる。
【００４５】
カラーフィルターのＮＴＳＣ比を変えて、本実施例に係る液晶表示素子と従来のスペーサ粒子を散布して構成した液晶表示素子とを比較した結果を表１及び表２に示す。
【表１】
2008170531.tif 000003
【表２】
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表１に示すＮｏ．１〜３の仕様で、本実施例のスペーサを用いた液晶表示素子と、粒子状スペーサを散布して形成した従来の液晶表示素子をそれぞれ作製した。すなわち、Ｎｏ．１では、ＮＴＳＣ比３０％のカラーフィルター基板を用い、液晶層２３の厚さｄを４．００μｍ、段差ｆ１を０．０５μｍ、透明電極３の厚さｆ２を０．１７μｍ、スペーサの高さ（または、粒子状スペーサの厚み方向の径）ｈを４．１２μｍとし、本実施例の液晶表示素子と、従来の液晶表示素子を作製した。この２つの液晶表示素子の特性の比較結果を表２のＮｏ．１に示す。本実施例の液晶表示素子の透過コントラスト比が８８であるのに対して、従来の液晶表示素子では透過コントラスト比が３９であり、本実施例の液晶表示素子はコントラスト比が大幅に改善されている。また、透過光の色濃度は、本実施例の液晶表示素子は２８であるが、従来の液晶表示素子では２４であり、色濃度も改善されている。
【００４６】
同様に、ＮＴＳＣ比を５０％にしたＮｏ．２、ＮＴＳＣ比７０％にしたＮｏ．３のそれぞれのカラーフィルターを用いて、本実施例の構成の液晶表示素子と従来法による液晶表示素子を構成して特性を比較した。Ｎｏ．２及びＮｏ．３のいずれも液晶層の厚さｄを４．００μｍ、透明電極の厚さを０．１７μｍと一定とした。また、段差ｆ１は、Ｎｏ．２が０．０７μｍであり、Ｎｏ．３が０．１０μｍである。また、スペーサの高さ又はスペーサの粒子径を、Ｎｏ．２が４．１０μｍ、Ｎｏ．３が４．０７μｍとした。表２に示すように、ＮＴＳＣ比５０％のＮｏ．２では、本実施例に係る液晶表示素子のコントラスト比が８７であるのに対して、従来の液晶表示素子では３４であり、ＳＴＳＣ比７０％のＮｏ．３では、本実施例に係る液晶表示素子のコントラスト比が８５であるのに対して従来の液晶表示素子では３３であり、いずれも本実施例に係る液晶表示素子のコントラスト比は従来の液晶表示素子と比較して２倍以上となった。また、透過光の色濃度についても、本実施例に係る液晶表示素子のほうが従来の液晶表示素子よりも高い値を示しており、色純度も向上している。このように、本実施例に係る液晶表示素子では、スペーサ２自体及びスペーサ２の近傍からの透過光の漏れが減少している。
【００４７】
（実施例３）図７に、本実施例の液晶表示素子に用いるスペーサ近傍のカラーフィルター基板の平面図であり、前述の実施例１、２とはスペーサの形状が異なっている。図７（ａ）は、スペーサ２’の断面が四角形の形状を有する場合である。スペーサ２’の形状に伴って、スペーサ２’が形成されている遮光層１も矩形状の形状としている。その他の部分は図４（ｂ）と同様なので、説明を省略する。図７（ｂ）は、スペーサ２”の断面が六角形の形状を有する場合を示している。この場合も、スペーサ２”近傍の遮光層１はスペーサ２”の形状に添ってスペーサ２”を覆い隠すように形成されている。即ち、スペーサ２”の直径に対して遮光層１の幅は２倍〜４倍の大きさを有する。なお、スペーサ２の形状はこれらの形状に限定されるものではなく、断面が３角形や楕円形、あるいは更に多角形の形状とすることができる。
【００４８】
なお、上述の各実施例において、スペーサ２、２’、２”を青フィルター層Ｂの幅の中心部を形成した例について説明してきたが、これに限定されない。青フィルター層Ｂの幅方向において、隣接する緑フィルター層Ｇに接近するように配置してもよい。ただし、隣接する緑フィルター層Ｇの光を透過するフィルター部のエッジがスペーサ２、２’、２’’の半径よりも離間するようにスペーサ２、２’、２’’を設置することが望ましい。青色よりも視感度の高い緑フィルター層Ｇの領域の液晶分子に分子配向の乱れが生じないようにするためである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る液晶表示素子に使用されるカラーフィルター基板の平面図である。
【図２】本発明の実施例に係る液晶表示素子の断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る液晶表示素子の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る液晶表示素子に使用されるカラーフィルター基板の平面図である。
【図５】本発明の実施例に係る液晶表示素子の断面図である。
【図６】本発明の実施例に係る液晶表示素子の断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る液晶表示素子に使用されるカラーフィルター基板の平面図である。
【図８】従来液晶表示素子を表す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  遮光層
２、２’、２”  スペーサ
３  透明電極
４  遮光層のエッジ部
５  青フィルター層のエッジ部
１０、３０  カラーフィルター基板
２０  液晶表示素子
２１  下側基板
２２  上側基板
２３  液晶層
２４  対向電極
２５  平坦化層
Ｒ  赤フィルター層
Ｇ  緑フィルター層
Ｂ  青フィルター層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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