(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列し、前記走査線と前記映像信号線で囲まれた領域に画素が形成されたアレイ基板と、液晶層を介して、前記アレイ基板と対向して対向基板が配置された液晶表示装置であって、
前記アレイ基板の前記画素にはカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタの上にオーバーコート膜が形成され、前記オーバーコート膜の上に下層ＩＴＯが形成され、前記下層ＩＴＯを覆って層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上にスリットを有する上層ＩＴＯが形成され、
前記映像信号線は遮光膜となっており、
前記画素を区切る前記映像信号線と前記映像信号線の中心間の、前記第１の方向の距離をｗとし、
前記映像信号線の上から前記液晶層の下までの距離をｄとした場合、
ｄ≦０．３ｗ  であり、
前記映像信号線と重畳して、前記カラーフィルタを分離するように、透明なスペーサが形成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ｗと前記ｄの関係が、ｄ≦０．１５ｗ  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３】
前記スペーサの厚さが３μｍ以上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。
【請求項４】
前記スペーサに対応する部分の液晶層の層厚は、画素領域の液晶層の層厚の１/２以下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。
【請求項５】
前記スペーサに対応する部分の液晶層の層厚は、画素領域の液晶層の層厚の１/１０以下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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に係り、特にアクティブマトリクス方式の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、マトリクス状に形成された画素に対し、それぞれの画素に薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴ）からなる画素トランジスタを有し、書き込み時以外はＴＦＴ画素トランジスタをＯＰＥＮ状態すなわち電気的解放状態にして表示電荷を保持する、アクティブマトリクス液晶表示装置が一般的である。
【０００３】
特に近年では、IPS素子、特にFFS素子が広く用いられている。このFFSデバイスは、アレイ基板上に樹脂で平坦化層を形成し、その上にITO層、絶縁膜窒化膜層、ITO層と重ねて形成する。
【０００４】
携帯電話がスマートフォン化し、パソコンと同じ機能を持ち始め、その表示容量も飛躍的に増大が見込まれる。ただし画面サイズはそれほど大きくはできないため、その表示密度は極めて高いものが要求される。
【０００５】
表示密度は、ppi（ピクセル  パー  インチ：1インチ当たりのピクセル数）の表示単位で表現され、2013年現在で400ppi程度が商品化されている。
【０００６】
表示解像度としては、我々の検討では600ppiまでは確実に認識でき、さらに高精細化が求められている。また、明確なドット認識ができなくても、高い質感を要求するユーザーには高い高精細が求められるとも言われている。具体的には、500ppiは超え、高品位機種では700ppi、1000ppi、のものが要求されると考えられる。
【０００７】
高精細化を進めると、隣接する画素の異なる色調の光が漏れてくる現象が課題となる。単色の画面を表示したときに、他の光が混ざってくる「混色」と言う課題である。正面から混色が見えては、当然、不適であるが、パネルの左右斜め方向から見えても不適である。また、量産過程において、高い精度で、歩留りよく生産できるかも重要な観点である。
【０００８】
カラーフィルタを対向基板に形成している従来の液晶表示装置では、混色の原因としては、対向基板とアレイ基板との合わせずれが最大の原因であった。特許文献１には、混色に対するアレイ基板と対向基板の合わせずれの影響を無くすために、カラーフィルタをアレイ基板上に形成する技術が記載されている。また、特許文献１には、アレイ基板上のカラーフィルタを島状に形成して、アレイ基板上において、電極間の導通をとるためのスルーホールを形成しやすくした構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第3738530号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の一般的な液晶表示装置は、TFTトランジスタを形成したアレイ基板と、カラーフィルタを形成した対向基板を貼り合せて構成されている。画素間の光学的な分離のために形成されているブラックマトリクスは対向基板側に形成されているが、それと同時に、アレイ基板側の映像信号線なども画素間の光学的な分離と言う意味ではブラックマトリクスとして作用している。
【００１１】
混色の原因は、プロセス的な要因としては「対向基板の合わせずれ」が最大である。従来の生産ラインでは、アレイ基板と対向基板の合わせ精度は3μｍまでが限度であった。
【００１２】
また、設計的な原因としては、色相を定めるカラーフィルタ、表示のON-OFFを定める液晶層、そして、画素間を分離するカラーフィルタのブラックマトリクス、アレイ基板の映像信号線等が厚み方向に離れて形成されていることにある。FFS素子では、平坦化層が2ミクロン程度と厚く、これが最大の課題である。
【００１３】
このように各層の遮光膜が厚さ方向に離れた状況下で、対向基板が3μｍずれたとした場合、図１２に示すように、斜めから見た際に隣接色の色が入ってしまう。これが混色課題である。
【００１４】
図１２において、アレイ基板１００に映像信号線２０が形成され、これを覆って平坦化膜１０２が形成されている。平坦化膜１０２の上に下層ＩＴＯ１０４が平面べたで形成され、その上に層間絶縁膜１０４を介して上層ＩＴＯ１０５が形成されている。上層ＩＴＯ１０５はスリットを有している。図１２において、対向基板２００にはブラックマトリクス２１とカラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇが形成されている。アレイ基板１００と対向基板２００の間に液晶層１５０が挟持されている。
【００１５】
図１２において、アレイ基板１００における画素境界は映像信号線２０の中央であり、対向基板２００の画素境界はブラックマトリクス２１の中央である。図１２においては、アレイ基板１００と対向基板２００とがｓだけ合わせズレが生じている状態である。このｓの値は、小さくしても、３μｍが限度である。図１２において、アレイ基板１００側からのバックライトからの光を示す３本の矢印のうち、右側２本の矢印が混色の原因となるものである。
【００１６】
カラーフィルタ１０１をアレイ基板１００側に配置することによってアレイ基板１００と対向基板２００の合わせズレによる混色への影響は除去できるが、画面が高精細になると、単にカラーフィルタ２０１をアレイ基板１００に配置しただけでは、十分な混色対策にはならない。すなわち、５００ppi以上の精細度になると、各画素の幅は１７μｍ以下となるので、アレイ基板１００と対向基板２００の合わせずれ以外の要因が混色に対して影響を与えることになる。
【００１７】
本発明の課題は、ＦＦＳ方式で、５００ppi以上というような高精細画面において、混色を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上述のような課題を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
【００１９】
（１）走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列し、前記走査線と前記映像信号線で囲まれた領域に画素が形成されたアレイ基板と、液晶層を介して、前記アレイ基板と対向して対向基板が配置された液晶表示装置であって、前記アレイ基板の前記画素にはカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタの上にオーバーコート膜が形成され、前記オーバーコート膜の上に下層ＩＴＯが形成され、前記下層ＩＴＯを覆って層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上にスリットを有する上層ＩＴＯが形成され、前記映像信号線は遮光膜となっており、前記画素を区切る前記映像信号線と前記映像信号線の中心間の、前記第１の方向の距離をｗとし、前記映像信号線の上から前記液晶層の下までの距離をｄとした場合、ｄ≦０．３ｗ  であることを特徴とする液晶表示装置。
【００２０】
（２）前記ｗと前記ｄの関係が、ｄ≦０．１５ｗ  であることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【００２１】
（３）表示画面の解像度が500ppi以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２２】
（４）前記オーバーコート膜が樹脂で形成され、前記オーバーコート膜の厚さは、前記カラーフィルタの厚みの５０％以上であり、１５０％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２３】
（５）前記カラーフィルタと、遮光膜として作用する前記映像信号線が接触して形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２４】
（６）前記オーバーコート膜が無機膜であることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２５】
（７）前記オーバーコート膜はＳｉＮまたはＳｉＯ２で形成されていることを特徴とする（６）に記載の液晶表示装置。
【００２６】
（８）前記カラーフィルタを前記画素に島状に形成したことを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２７】
（９）前記上層ＩＴＯが、コモン電極であることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２８】
（１０）前記オーバーコート膜はポジ型レジストであることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００２９】
（１１）前記映像信号線と重畳して、０．５μｍ以上の厚みを有するブラックマトリクスが形成されていること特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００３０】
（１２）前記ブラックマトリクスは、白色光の透過率が３０％以下であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置
（１３）前記ブラックマトリクスを多層とすることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置
（１４）平面で見て、前記映像信号線と重畳して、前記下層ＩＴＯまたは前記上層ＩＴＯに抵抗低減用金属配線が形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００３１】
（１５）前記ブラックマトリクスは、カラーフィルタを分離している構成であることを特徴とする（１１）に記載の液晶表示装置
（１６）前記映像信号線と重畳して、前記カラーフィルタを分離するように、透明なスペーサが形成されていること特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
【００３２】
（１７）前記スペーサの厚さが３μｍ以上であることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置。
【００３３】
（１８）前記スペーサに対応する部分の液晶層の層厚は、画素領域の液晶層の層厚の１/２以下であることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置。
【００３４】
（１９）前記スペーサに対応する部分の液晶層の層厚は、画素領域の液晶層の層厚の１/１０以下であることを特徴とする（１６）に記載の液晶表示装置。
【００３５】
（２０）走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列し、前記走査線と前記映像信号線で囲まれた領域に画素が形成されたアレイ基板と、液晶層を介して、前記アレイ基板と対向して対向基板が配置された液晶表示装置であって、前記アレイ基板の前記画素にはカラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタの上に下層ＩＴＯが形成され、前記下層ＩＴＯを覆って層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜の上にスリットを有する上層ＩＴＯが形成され、前記映像信号線は遮光膜となっており、前記画素を区切る前記映像信号線と前記映像信号線の中心間の、前記第１の方向の距離をｗとし、前記映像信号線の上境界から前記液晶層の下境界までの距離をｄとした場合、ｄ≦０．３ｗ  であることを特徴とする液晶表示装置。
【００３６】
（２１）前記ｗと前記ｄの関係が、ｄ≦０．１５ｗ  であることを特徴とする（２０）に記載の液晶表示装置。
【００３７】
（２２）イオン析出低減材料を前記カラーフィルタに用いたことを特徴とする（２０）または（２１）に記載の液晶表示装置。
【００３８】
（２３）走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列し、前記走査線と前記映像信号線で囲まれた領域に画素が形成されたアレイ基板と、液晶層を介して、前記アレイ基板と対向して対向基板が配置された液晶表示装置の製造方法であって、前記映像信号線の上に第１の厚さを有するブラックマトリクスを形成し、前記ブラックマトリクス、及び、前記ブラックマトリクスと前記ブラックマトリクスの間を覆ってカラーフィルタ用レジストを第２の厚さに塗布し、前記第１の厚さは前記第２の厚さよりも厚く形成し、前記ブラックマトリクスと前記ブラックマトリクスの間の前記カラーフィルタ用レジストを、前記ブラックマトリクスと前記ブラックマトリクスの間の間隔よりも小さい径の開口を有する露光マスクを用いて露光し、その後、現像することによってカラーフィルタを形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の効果】
【００３９】
高精細画面でも混色の少ない液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１の断面図である。
【図２】従来例における色変化量と画素の開口率の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１の説明図である。
【図４】実施例１の作用を示すグラフである。
【図５】実施例１の色変化量と画素の開口率の関係を示すグラフである。
【図６】実施例１の画素の平面図である。
【図７】実施例２の断面図である。
【図８】実施例２の色変化量と画素の開口率の関係を示すグラフである。
【図９】実施例２の構成を実現するプロセス図である。
【図１０】実施例３の断面図である。
【図１１】実施例４の断面図である。
【図１２】従来例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図面は説明をより明確にするために、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【００４２】
図２は、対向基板にカラーフィルタを用いた場合における混色のシミュレーション結果であり、画素の開口率と色変化量の関係を示すグラフである。対向基板の合わせ精度は、年々良くなっているとはいえ、現実的にはその誤差を3μｍ以下にするのは困難であり、このシミュレーションでは最大3μｍずれた場合を想定した。また、混色の判断としては、左右斜め４５°方向から観察した時の正面の色からの色変化量を指標にとり、横軸においた。色変化量を表すΔu'v'の値が0.08以下であることを必須要件とした。図２における縦の点線Ａは色変化量が０．０８の場合の線である。
【００４３】
混色を抑えるためには、ブラックマトリクスを太くするのが最も現実的な設計手法である。しかし、これを用いると、画素部の開口部が減少し、明るさが低減する問題が発生する。そこでこれを縦軸にとり、総合的に判断するようにした。
【００４４】
図２に示すように、解像度が高くなると、色変化量、すなわち、混色が大きくなり、500ppi以上の高精細画面では、対向基板にカラーフィルタを形成する方式では、混色対策は困難である。以下に実施例を用いて、混色を対策することが出来る本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００４５】
本発明では、液晶表示装置のアレイ基板側にカラーフィルタを形成するＣＯＡ（Ｃｏｌｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒ  ｏｎ  Ａｒｒａｙ）方式を採用する。図１は、実施例１の液晶表示装置の断面構造を示すものである。上述のように、５００ppi以上の高精細画面では、カラーフィルタを対向基板に形成する方式では、混色の対策は困難と考えるからである。
【００４６】
図１において、アレイ基板１００の上に映像信号線２０が配置し、その上にカラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇが形成されている。カラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇの上に平坦化膜１０２が形成される。平坦化膜１０２はアクリル等の有機材料によって、２μｍ程度と、厚く形成される。しかし、本発明では、後で述べるように、この平坦化膜１０２を薄く形成するために、ＳｉＮ等の無機材料で形成することもある。この場合は、平坦化膜という言葉は必ずしも適切ではないので、オーバーコート膜１０２と呼ぶこともある。
【００４７】
平坦化膜１０２の上に下層ＩＴＯ１０３が平面ベタで形成されている。下層ＩＴＯ１０３を覆って層間絶縁膜１０４が形成され、その上に櫛歯電極を有する上層ＩＴＯ１０５が形成されている。上層ＩＴＯ１０５と下層ＩＴＯ１０３の間に電圧が印加されると、上層ＩＴＯ１０５から液晶層１５０を介して電気力線が発生し、この電界によって液晶分子が回転して画素毎に液晶層の透過率を制御する。液晶層１５０を挟んで対向基板２００が配置している。
【００４８】
アレイ基板１００における画素境界は映像信号線２０の中央である。図１において、対向基板２００には、ブラックマトリクスもカラーフィルタも形成されていないので、仮に対向基板２００がＴＦＴ基板１００に対して合わせズレを生じても混色に対する影響は無い。
【００４９】
すなわち、COA構造を用いると、合わせ精度の問題は、アレイ基板１００に形成された電極層の合わせずれおよび電極あるいは絶縁膜の厚さの影響のみとなる。TFT工程の層間のずれは、ステッパで制御可能であるから、TFT基板１００にカラーフィルタ１０１を形成することで、合わせずれを小さくすることができる。ＣＯＡにおいては、各層間のズレは、±１．５μｍ以内とすることができる。
【００５０】
図３は、説明のための概念図である。ブラックマトリクスとして作用する映像信号線２０の幅が３μｍとし、カラーフィルタ１０１Ｒとカラーフィルタ１０１Ｇの境界の、映像信号線２０の中心からのずれＬは、１．５μｍであるとする。この場合、カラーフィルタ１０１が遮光膜としての映像信号線２０をはみ出すことはなく、正面からは混色はない。しかし、斜め光では、隣接画素のカラーフィルタ１０１を通り、混色が発生する。パネルへの入射光を４５°で考えると、内部での光線軌跡は約２８°となる。2本の矢印で示した光線軌跡が混色の原因になる。
【００５１】
図３において、線Ｂは、液晶層１５０において、赤カラーフィルタ１０１Ｒと青カラーフィルタ１０１Ｇの境界に対応する線である。赤画素がOFFで緑画素がONと仮定する。一部の光線は、赤画素に入射しながら、緑の液晶層を通過するため、緑画面に赤が混入する。2本の矢印の間の光は混色になる可能性がある。右側はブラックマトリクスエッジを通った光、左側は液晶層の表示画素エッジを通る光である。
【００５２】
この混色挙動は、各層の厚み構成が重要である。ブラックマトリクスとして働く映像信号線２０の上部から液晶層１５０の下部までの距離をｄとすると、この混色に関与する光量（２本の矢印の間隔）は、  L=０．５３ｄ  となる。通常に使われているオーバーコート膜の厚さが２μｍ、カラーフィルタの厚さが３μｍ程度であるとすると、ブラックマトリクス２０から液晶層１５０までの距離は、５μｍとなり、Lの長さは２．６μｍとなる。従来の画素の幅は、例えば４０μｍ程度であり、この混色光量はさほど問題ではなかった。
【００５３】
しかし、前述したように高精細化すると、画素サイズが小さくなる。500ppiではほぼ１７μｍとなり、混色量Lが問題になってくる。画素全体が小さくなるのに混色量が変わらないから、母数が小さくなるためである。よって、高精細パネルではｄを薄くしなければならない。通常のｄ＝５μｍでは５００ppi以下が限界であり、約600ppiでは、ｄ＝4μｍ以下、700ppiでは２．５μｍ以下にしなければならない。この関係は、画素サイズ、すなわち、映像信号線２０の中心線間の距離に対して、ブラックマトリクスとして働く映像信号線２０の上部から液晶層１５０の下部までの距離が、０．３倍以下であることが特徴となる。
【００５４】
ただし、この条件でも許容とはいえ色変化は０．０８程度あり、色変化量をさらに小さくしたい場合は、さらにｄを薄くすることが望ましい。色変化量を０．０２とした場合、ｄの値は、500ppiで2.6μｍ以下、700ppiで2μｍ以下、1000ppiでは1.3μｍ以下が望ましい。この関係は、ｄが画素サイズ、すなわち、映像信号線２０の中心線間の０．１５倍以下とすることが特徴である。
【００５５】
ただし、ｄが薄すぎると色純度が低下する問題がある。いわゆる高色純度色材を用いたとしても、カラーフィルタ１０１を0.5μｍ以下にすることはできなかった。有機膜で形成する平坦化膜１０２のかわりに、ＳｉＮ等の無機材料をオーバーコート膜１０２として使用したとしても、ｄは０．５μｍ以下は不可能であった。この領域を図示すると図４のようになる。
【００５６】
図４において、直線ＡＡは、許容色変化量が０．０８の場合、直線ＢＢは許容色変化量が０．０２とした場合の画素サイズ、すなわち、映像信号線の中心間の距離、とブラックマトリクスとして働く映像信号線と液晶層までの距離ｄとの関係である。点線ＣＣは、ブラックマトリクスと液晶層までの距離ｄの限界値である、０．５μｍを示す線である。
【００５７】
ｄについては、カラーフィルタの厚さとオーバーコート膜の厚さが支配的であるが、このバランスも重要な要素である。上層に感光樹脂によるオーバーコート膜１０２を用いたが、これが薄すぎると、カラーフィルタ１０１によって生ずる凹凸を十分に平坦化させることができなかった。我々の検討によれば、平坦化効果を得るためには、オーバーコート膜１０２の厚みは、カラーフィルタ１０１の厚みの５０％以上とし、１５０％以下とする必要があった。このように、カラーフィルタ１０１の上層に樹脂で形成されたオーバーコート膜１０２を用い、所定の厚みとすることで、平坦化し、その上に形成するFFS構造を適切に不良が少なく形成することができた。
【００５８】
本実施例の特徴は、アレイ基板１００上に形成されているブラックマトリクスとしての映像信号線２０に光学混色に問題ない程度に近接してカラーフィルタを形成することと、ブラックマトリクスとしての映像信号線２０の上部と液晶層１５０の下部の距離を所定の距離以下に設定することで、混色を低減することである。なお、ブラックマトリクス２０とカラーフィルタ１０１は、無機絶縁膜程度の厚みならば離れてもよいが、ブラックマトリクス２０とカラーフィルタ１０１は接触している構成が最も良い。
【００５９】
図５は、本実施例の構成において、画素の開口率と色変化量の関係を示すシミュレーション結果である。図５の横軸は色変化量であり、縦軸は画素の開口率である。図５における点線で示す縦線Ａは、色変化量が０．０８の線である。図５では、図１におけるｄを４μｍとして計算している。ここでは、ブラックマトリクスとして働くものは映像信号線のみであり、500ppiではブラックマトリクス（ここでは映像信号線）が3ミクロンでも十分目標値を達成し、700ppiでも映像信号線を5ミクロンにすれば目標値を達成できる。ここで、各カラーフィルタと映像信号線の合わせずれは１．５ミクロンとした。
【００６０】
この場合、カラーフィルタから液晶層への厚みは、4μｍとしたが、できるだけ近接させることが混色防止の観点からは望ましい。混色防止のためには、理想的にはオーバーコート膜無し、もしくはオーバーコート膜を無機膜で形成し、極薄膜とすることが望ましい。オーバーコート膜無しの構造ではカラーフィルタ形成後に直接、下層ITO層を形成するFFS構造とする。この場合、樹脂層からのイオンの析出を押さえることができれば可能である。図１では、カラーフィルタからのイオン析出を押さえるためのオーバーコート膜を形成してある。これにより、イオン析出を押さえる特殊な色剤を用いずともよい。
【００６１】
COA構造を高精細に形成するためには、他の問題も存在する。一般に、カラーフィルタ１０１はネガ型レジストで形成するが、カラーフィルタ１０１のように吸収体を含む材料で、感光反応を起こす場合、光が途中で減衰するなどしてパターン精度が甘くなる問題がある。そこで、その対策として、カラーフィルタ１０１は、図６の平面図のように、島状に形成した。カラーフィルタ１０１にスルーホールを形成する際に、顔料付きのネガレジストではスルーホールの直径が大きくなりすぎ、高精細のフォトプロセスが難しいためである。そこで、島状にカラーフィルタ１０１を形成し、カラーフィルタ１０１にスルーホールを形成する必要をなくした。
【００６２】
図６において、走査線１０と映像信号線２０で囲まれた領域が画素である。半導体層１１０は第１スルーホール１２０によって映像信号線２０と接続し、映像信号線２０の下を延在し、その後、屈曲して画素内のコンタクト電極１１１と第２スルーホール１３０を介して接続する。この間に半導体層１１０は走査線１０の下を２回通過するが、この部分においてＴＦＴが形成される。
【００６３】
図６において、コンタクト電極１１１は第３スルーホール１４０を介して画素電極と接続する。図６においては、下層ＩＴＯ１０３が画素電極となっている。画素電極１０３の上に層間絶縁膜１０４を介してスリット１０５１を有するコモン電極が形成されている。図６では上層ＩＴＯ１０５はコモン電極となっている。コモン電極はスリット１０５１部を除いては、他の画素と共通に形成されている。
【００６４】
図６において、カラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは画素電極に対応する領域のみに形成されている。スルーホール１２０、１３０、１４０の部分にはカラーフィルタは形成されていない。したがって、カラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂにスルーホールを形成する必要は無いので、パターニング精度を上げることができる。
【００６５】
図６では、カラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの上にオーバーコート膜を形成しているが、第３スルーホール１４０を小さくするために、コモン電極トップ構造のFFSを用いている。多くのFFSの場合、画素電極を上層にするが、その場合、下層のITO電極には大きめの貫通穴をあけておかねばならない。しかし、コモントップ、すなわち、画素電極を下層に配置すると、２層の無機絶縁膜に対して、二重穴構造を作らなくてもよいため、高精細FFSにはコモントップ構造が適している。この場合も、オーバーコート膜１０２にスルーホールを形成する必要があるが、オーバーコート膜１０２はポジ型レジストで形成してもよく、顔料も含んでいないので高精細加工が可能となる。
【００６６】
プロセス上の観点からは、このオーバーコート膜１０２は０．５μｍ以上の厚みが平坦化膜としての要請から望ましく、１〜２．５μｍが最適であった。なお、このオーバーコート膜１０２は、ＳｉＮ、ＳｉＯのような無機膜でもかまわないが平坦化膜としての役割には限界がある。
【実施例２】
【００６７】
カラーフィルタをTFT基板側に形成しただけでは混色を完全に除去することはできない。カラーフィルタ層を形成する際の他の層との位置ずれが存在し、ブラックマトリクスからカラーフィルタがはみ出してしまう場合があるからである。
【００６８】
そこで、図７のように、映像信号線２０上に樹脂により厚みを持ったブラックマトリクス層２１を形成した。ブラックマトリクスに厚みがあると、ブラックマトリクス２１から液晶層１５０までの距離を小さくすることができるとともに、厚みによって斜め光の低減の効果がある。本実施例ではブラックマトリクス２１として、黒色の樹脂レジストを用い、厚さ１μｍで形成した。厚さは０．５μｍ以上が望ましく、厚みが大きいほど混色防止の効果が高い。
【００６９】
本実施例の特徴は、ブラックマトリクス２１に厚みを持たせることである。よって、ブラックマトリクス２１を多層構造として、重ねることで実効的に厚みのあるブラックマトリクス２１を形成することができる。
【００７０】
ブラックマトリクス用レジストは、吸収体であれば黒色に限るものではない。白色に対する透過率が３０％以下であれば、多少のグレー材料でも実効的に問題なかった。吸収率が高いと、フォトリソグラフィによってパターニングする際、厚み方向の幅の均一性が保てない問題があるからである。図８は図７の構成において、画素の開口率と色変化量の関係を示すシミュレーション結果である。図８に示すように、評価した構成においては、色変化量０．０８以下はすべての場合でクリアしている。このように、本実施例においては、混色の程度は図５に示す実施例１の場合よりもさらに改善されている。
【００７１】
図９は実施例２の厚みを持ったブラックマトリクス２１を形成しながら、カラーフィルタ１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを形成するプロセスを示している。高精細画素になると、カラーフィルタのパターニングが難しくなる。パターンが細かいとネガレジストの剥離が発生したり、サイズが大きくなったりする。本実施例は、カラーフィルタを安定して作成することができるという利点も有する。
【００７２】
図９（ａ）に示すように、カラーフィルタを塗布する前に、厚みをもったブラックマトリクス２１を形成しておく。これをカラーフィルタを分離する遮蔽体とする。図９（a)は、ブラックマトリクスとしての映像信号線２０およびブラックマトリクス２１の積層体を形成したあと、青のレジスト１０１がパターニングされた後を示している。
【００７３】
このあと、図９（ｂ）に示すように、緑のレジストをスリットコーターで塗布する。これにマスクを当てて露光する。ネガ型レジストなので、光を当てたところが硬化するが、このとき、マスクパターンを、遮蔽体２１の間隔よりも少し小さ目にしておくのがよい。レジスト内の散乱により、遮蔽体までのレジストはある程度硬化するので十分であり、また、マスクの合わせずれが1.5ミクロン程度あったとしても壁側面のレジストを過剰に硬化させることはない。このようにして、図９（ｃ）に示すように、緑レジスト１０１Ｇのパターニングを行う。赤レジスト１０１Ｒの形成も同様にして行う。
【実施例３】
【００７４】
ＩＴＯで形成されるコモン電極に対し、電圧降下を防止するために、金属配線３０をコモン電極の上に抵抗低減用として配置することができる。図１０は、下層ＩＴＯ１０３がコモン電極であり、このコモン電極１０３に金属配線３０を重ねて形成した場合の構成を示す断面図である。下層ＩＴＯ１０３と金属配線３０を覆って層間絶縁膜１０４が形成されている。図１０のその他の構成は図１と同様である。
【００７５】
図１０において、映像信号線２０がブラックマトリクスとしての役割を持っている。また、平面で見て、映像信号線２０と同じ位置に、コモン電極の抵抗低減用の金属配線３０が形成されている。金属配線３０は遮光性があるので、ブラックマトリクスとして作用させることができる。
【００７６】
ブラックマトリクスを図１０に示すような２層構造とすることによって、混色の程度を軽減することができる。図１０では、金属配線３０が下層ＩＴＯ１０３に形成されているが、上層ＩＴＯ１０５がコモン電極場合は、上層ＩＴＯ１０５に金属配線を形成しても効果がある。
【実施例４】
【００７７】
ブラックマトリクスを形成する樹脂層は、透明でも実現可能である。図１１はその実施例を示す断面図である。図１１に示す構成は、ブラックマトリクスに対応する部分に透明スペーサ２２を使っているが、その部分の液晶層１５０を薄くすることで、液晶の変調を小さくすることが特徴である。
【００７８】
液晶ディスプレイは偏光板ではさんで構成し、間の媒体が複屈折を有することで白色化させている。透明スペーサ２２は、複屈折を持たない媒体であり、この壁状のスペーサ上の液晶の厚みを、本来の液晶層１５０の厚みの半分以下にすることで実効的に黒色と扱うことができる。より好ましくは、スペーサ部における液晶層の厚さが画素における液晶層の厚さの１０％以下にするとすることで、ほぼ完全な黒とすることができた。なお、理想的には透明スペーサ２２の高さを液晶層１５０の厚さと同じにし、透明スペーサの部分では液晶層を含まないようにすることが望ましい。
【００７９】
以上の実施例では、映像信号線をブラックマトリクスとして使用する例を説明したが、走査線も映像信号線と同様にブラックマトリクスとして使用することができる。この場合、実施例３におけるコモン電極の抵抗低減用金属配線を、平面で見て走査線と同じ位置に配置することによって、ブラックマトリクスとしての役割を増すことができる。しかし、走査線をブラックマトリクスとして使用しても、縦方向に同じ色のカラーフィルタが形成されている場合は、混色防止の効果は無い。
【符号の説明】
【００８０】
１０…走査線、  ２０…映像信号線、  ２１…ブラックマトリクス、  ２２…スペーサ、  ３０…金属配線、  １００…アレイ基板、  １０１…カラーフィルタ、  １０１Ｒ…赤カラーフィルタ、  １０１Ｇ…緑カラーフィルタ、  １０１Ｂ…青カラーフィルタ、  １０２…平坦化膜、オーバーコート膜、  １０３…下層ＩＴＯ、  １０４…層間絶縁膜、  １０５…上層ＩＴＯ、  １１０…半導体層、  １１１…コンタクト電極、  １２０…第１スルーホール、  １３０…第２スルーホール、  １４０…第３スルーホール、  １５０…液晶層、  ２００…対向基板、  ３００…マスク、  １０５１…上層ＩＴＯスリット、
【図１】
0006340269.tif 000002
【図２】
0006340269.tif 000003
【図３】
0006340269.tif 000004
【図４】
0006340269.tif 000005
【図５】
0006340269.tif 000006
【図６】
0006340269.tif 000007
【図７】
0006340269.tif 000008
【図８】
0006340269.tif 000009
【図９】
0006340269.tif 000010
【図１０】
0006340269.tif 000011
【図１１】
0006340269.tif 000012
【図１２】
0006340269.tif 000013