专利名称：液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于显示彩色图象的液晶显示装置，且具体地涉及其中在阵列板上形成有黑矩阵(BM)的阵列上黑矩阵型液晶显示装置，以及用于制造这种装置的方法。
传统的液晶显示装置包括多种类型，诸如采用薄膜晶体管(TFT)等等作为开关器件的有源矩阵液晶显示装置，以及STN的简单矩阵液晶显示装置等等。虽然这些液晶显示装置在液晶的驱动方法上有所不同，但它们的共同之处是液晶被密封在彼此相对设置的玻璃板之间，信号线被以矩阵的形式设置在该玻璃板上，且在相交的信号线附近的液晶受到驱动以构成显示象素。
在这些液晶显示装置中，采用TFT作为开关器件的、用于彩色显示的液晶显示装置(TFT/LCD)的开发近来得到了广泛的采用。在这种TFT/LCD中，显示电极被构成矩阵的形式，且它具有阵列板和与该阵列板表面相对并彼此相距一定距离地设置的相对的板(彩色滤光板)。
在该阵列板的显示电极的附近，TFT被设置成开关器件，且这些TFT的源极与形成象素开放部分的显示电极相连。另外，TFT的栅极和漏极与矩阵的行和列信号线相连。
在TFT/LCD的相对板上，以矩阵的形式设置了三基色红(R)、绿(G)和蓝(B)的彩色滤光器。在各个彩色滤光器之间，设置了一个黑矩阵(例如，由包含用光刻方法形成的黑色素的合成树脂构成的)，以在各个彩色滤光器阻挡光。另外，在位于相对板上的彩色滤光器上，形成有普通的显示电极铟锡氧化物(ITO)。
在彼此相反地设置的两个上板上，形成有用于使液晶分子取向的一个层，例如沿着预定的方向摩擦的取向膜，以使液晶分子的阵列扭转90°。两个板的周边都由密封材料所密封，液晶被密封在两个板之间。
在传统的液晶显示装置中，例如，在两个板之间设置了大量的透明球形分隔物，以获得预定的单元间隙(单元厚度)。
在液晶显示装置中，重要的是使在相对的板之间的器件间隙d保持恒定。如果器件间隙d在板表面上的各个位置不同，则液晶层在各个位置的光程差Δn·d(液晶层的双折射折射率Δn与液晶层的厚度或器件间隙d的乘积)也将变化。由于液晶层的光程差Δn·d的变化将引起液晶的光响应速度和透射率的变化，如果器件间隙d在板表面上的各个位置处不均匀，则显示屏的色度和对比度将变化，这造成显示质量的降低，即显示屏的均匀性不能得到保持。
因此，在传统上，在两个板之间分散有玻璃或合成树脂的透明球形隔离球，以形成预定的器件间隙。
然而，形成具有均匀颗粒直径的隔离球是困难的，且将这些隔离球均匀地散布在板之间也是困难的。
在传统上，隔离球是用湿散布法散布的(在炉中将其中散布有隔离球的挥发液体介质喷涂在板上，并在该过程中使该介质蒸发以只让隔离球被淀积在板上的方法)。但在此散布方法中，不能避免使用氟利昂即一种氟化物，由于介质必须得到迅速的挥发。然而，从环境的观点考虑，采用这种湿散布方法已不再适当。
因此，考虑利用干散布方法来散布隔离球(一种借助静电力来进行散布的方法)，但这比利用湿散布方法散布隔离球更难以均匀地散布隔离球，并有板将由于多个固化的隔离球而出现点的问题。
另外，在液晶显示装置的显示质量方面，还必须注意所用的透明隔离球本身，以获得恒定的器件间隙。
即，一个问题是，由于隔离球是透明的球体，如果隔离球处于象素中，则当显示黑色时光将通过隔离球而被泄漏出来，且隔离球附近的液晶分子的排列由于隔离球在其中密封有液晶的板之间的存在而受到了干扰，且在排列被干扰的区域中将出现光的泄漏，黑度将被光的泄漏所降低，且对比度因此将被降低。
因此，在诸如日本专利申请公开号60—164723官方公告中，通过具有一个聚酰胺支撑物而消除了隔离球的散布，该支撑物具有与预定的用于驱动液晶的元件上的器件间隙相等的高度。
在上述公开中，采用聚酰胺作为隔离球材料的理由，是隔离球的厚度必须在5至10μm的量级，且如果用氧化硅膜或氮化硅膜来实现这一厚度，则在该形成过程和蚀刻方法中厚度的均匀性将难于实现。
然而，根据上述公开的方法，消除了散布隔离球的过程，但一个问题是必须增加用于在液晶显示元件上形成聚酰胺支撑的过程(用于施加感光聚酰胺的过程)、用于有选择地留下聚酰胺的过程(光刻过程)、和用于对有选择地留下的聚酰胺进行热固化的过程，且这些将导致产量的下降。另外，还需要进行光刻过程的图形。
另外，还有一个问题，就是在施加取向膜的过程中，容易发生故障，且这些造成了液晶分子取向的错误。即，在一个液晶显示装置中，需要在与液晶接触的平面中提供使液晶分子按照预定的方向排列的取向膜。通常用聚酰胺来形成该取向膜，且在板上形成了预定厚度的取向膜(几百埃厚)，且随后进行一个摩擦处理(沿着预定方向摩擦表面的过程)。在此液晶显示装置中，滤色板是平的，而在排列板上形成了其高度等于器件间隙的聚酰胺支撑。然而，如果在阵列板上有高度为5μm或更大的突出部分(支撑物)，则这种高的突出部分(支撑物)将阻止用于摩擦处理的部件与在突出部分阴影中的部分(在突出部分周围)相接触，因而有液晶分子不能在该部分中沿着预定方向排列的问题，而在该部分中不能进行摩擦。
因此，另一方面，在上述公开中，在一定程度上解决了其中散布隔离球的传统方法的缺点，但还存在着其他的问题，即由于制作步骤的增加而导致的产量下降，和由于聚酰胺本身和用聚酰胺制成的支撑的结构所引起的问题。
另一方面，提出了一种液晶显示装置，其中R、G和B三种颜色的滤色器被一个在一个之上地放置在滤色板上，以形成一个隔离器(日本专利申请公开号5-196946)。在此液晶显示装置中，提供了一种三层结构，该结构是通过在滤色器之间从滤色器板至黑矩阵部分的位置按照R、G和B的顺序重叠各个颜色而构成的，且设置在滤色器和三层结构上的该黑矩阵部分被用作隔离器，从而消除了对隔离球的需要。
然而，在这种液晶显示装置中，有一个优点，就是不需要用于形成前述部分中描述的聚酰胺支撑的复杂过程，但由于有与滤色板上的器件间隙对应的三层高结构，其一个问题是在摩擦处理中在三层结构的阴影中的部分(在三层结构周围)没有被受到摩擦，且在该没有经历摩擦处理的部分中液晶分子不能沿着预定方向排列。
另外，还提出了一种液晶显示装置，其中在设置有作为阵列板的半导体的部分中设置了限定器件间隙的遮挡部件，从而形成了隔离器(日本专利申请公开号56—2577)，但这种隔离器太高，就象在上述日本专利申请公开号60—164723中描述的液晶显示装置那样，且在隔离器周围的部分不能得到摩擦，因而液晶分子不能沿着预定方向排列。
在上述的每一种现有技术例子中，在阵列板或滤色板中形成了与器件间隙对应的支撑等等，且一个问题是在该支撑等等附近的部分不能经历摩擦处理，因而造成该部分中的液晶不能进行取向。
本发明的一个目的，是提供一种液晶显示装置，它只需要最少的制造步骤，没有光的泄漏，并具有优异的显示特性；本发明还提供了制造该液晶显示装置的方法。
根据本发明的液晶显示装置的特征在于它包括一个阵列板，它具有设置成矩阵形式的象素开放部分、形成在象素开放部分附近的有源元件和多个第一突出部分，这些第一突出部分由黑矩阵形成以比其他部分高，而黑矩阵被形成以用于遮挡照射到象素开放部分以外的区域上的光；形成在阵列板的侧面的取向膜，在该阵列板上形成有黑矩阵；与阵列板相对地设置的滤色板，在该滤色板上形成有与象素开放部分相对应的滤色器并形成有高于其他部分的多个第二突出部分，该第二突出部分与第一突出部分相对以便用于与第一突出部分一起限定器件间隙；形成在其上形成有滤色器的滤色板的侧面上的取向膜；以及，夹在阵列板与滤色板之间的液晶。
根据本发明的第二种液晶显示装置的特征在于在上述液晶显示装置中的第二突出部分是由构成滤色器的材料形成的。
根据本发明的第三种液晶显示装置的特征在于在上述第二种液晶显示装置中第二突出部分具有多层结构，该多层结构由三种颜色即红、绿和蓝中任何两种颜色的滤色器形成材料构成。
根据本发明的第四种液晶显示装置的特征在于在上述第二种液晶显示装置中，第二突出部分具有由三种颜色即红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构。
本发明的第五种液晶显示装置的特征在于在上述第一至第四种液晶显示装置中，第一突出部分是在有源元件上形成的。
发明的第六种液晶显示装置的特征在于在上述第一至第五种液晶显示装置中，第一和第二突出部分通过两个取向膜而彼此相对。
本发明的第七种液晶显示装置的特征在于在上述第一至第六种液晶显示装置中，从与滤色板中的象素开放部分对应的滤色器的表面至第二突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小。
本发明的第八种液晶显示装置的特征在于在上述第一至第七种液晶显示装置中，从阵列板中的象素开放部分的表面至第一突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小。
本发明的第九种液晶显示装置的特征在于在上述第六至第八种液晶显示装置中，在第二突出部分与取向膜之间设置有显示电极。
本发明的用于制造液晶显示装置的方法，通过以下步骤来制造液晶显示装置确定将要形成在一个阵列板上的第一突出部分的高度和将要形成在一个滤色板上的第二突出部分的高度，以使第一和第二突出部分的高度之和等于一个器件间隙；在带有设置成矩阵形式的象素开放部分和设置在这些象素开放部分附近的显示电极的一个阵列板上，借助用于遮挡照射到象素开放部分以外的区域上的光的黑矩阵，形成多个第一突出部分，以使第一突出部分的高度等于预定高度；在一个滤色板上，在与象素开放部分对应形成位置上形成滤色器，并形成多个第二突出部分以使它们的高度等于预定高度；在其上形成有第一突出部分的阵列板上和其上形成有第二突出部分的滤色板上，分别形成取向膜；将其上形成有取向膜的阵列板和滤色板中的一个叠置在另一个上，从而使第一和第二突出部分彼此相对，并密封它们的周边；以及，在将该阵列板与滤色板的周边密封之后，将液晶注入到它们之间。
最后，根据本发明的液晶显示装置制造方法的特征还在于第二突出部分是在形成滤色器的同时用滤色器形成材料制成的。
根据本发明的第一种液晶显示装置，通过使阵列板和滤色板彼此相对地设置，可以由第一和第二突出部分限定一个器件间隙。由于该器件间隙是第一和第二突出部分的和，例如，可以使第一和第二突出部分的高度分别等于器件间隙的一半，因此阵列板与滤色板的最高部分能够被保持在较低的高度，从而能够在整个表面上可靠地进行阵列板上的取向膜和滤色板上的取向膜的摩擦处理。因而，对应象素开放部分的液晶分子能够沿着预定方向排列。
在本发明的第二种液晶显示装置中，由于第二突出部分是由滤色器形成材料制成的，因而第二突出部分的形成可以与滤色器同时进行。另外，由于第二突出部分是用滤色器形成材料材料形成的，所以需要采用其他的单体材料，因而不需要增加滤色板的制造步骤。
在本发明的第三种液晶显示装置中，由于第二突出部分具有由三种颜色即红、绿和蓝的滤色器形成材料中的任何两种颜色构成的多层结构，所以第二突出部分能够由三种颜色即红、绿和蓝的滤色器形成过程中的任何两个来形成。因此，第二突出部分可以这样形成，即可以使其比对应于象素开放部分的滤色器部分高一个颜色。
在本发明的第四种液晶显示装置中，由于第二突出部分具有由三种颜色即红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构，该第二突出部分能够由三种颜色即红、绿和蓝滤色器形成过程形成。因此，该第二突出部分能够被形成得比象素开放部分的滤色器部分高两个颜色。
在本发明的第五种液晶显示装置中，由于由黑矩阵形成的第一突出部分被形成在有源元件上，因而保证了有源元件的遮挡，且防止了有源元件由于外部光而导致的故障。特别地，当第二突出部分具有由三种颜色红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构时，可以获得最佳的遮挡特性。另外，通过在阵列板上形成具有固定厚度的黑矩阵，可以在突出的有源元件上形成第一突出部分。
在本发明的第六种液晶显示装置中，由于在第一和第二突出部分之间形成了取向膜，器件间隙能够受到取向膜的厚度的补偿。另外，由于取向膜的厚度与黑矩阵相比很薄，所以能够对器件间隙进行精细的调节。
在本发明的第七种液晶显示装置中，由于从与象素开放部分对应地形成的滤色器的表面至第二突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小，因而能够在整个表面上有把握地对形成在滤色板上的取向膜进行摩擦处理。另外，如果至第二突出部分的顶部的高度超过了3.8μm，在第二突出部分周围的一个部分中就不能进行摩擦处理(因为用于进行摩擦处理的部件受到第二突出部分的阻止而不能与象素开放部分的取向膜相接触)，且在第二突出部分的周围液晶分子因而不能沿着预定方向排列。
在本发明的第八种液晶显示装置中，由于从象素开放部分的表面至第一突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小，因而能够在整个表面上有把握地进行对形成在阵列板上的取向膜的摩擦处理。另外，如果至第一突出部分的顶部的高度超过了3.8μm，则在第一突出部分周围的一个部分中将无法进行摩擦处理(因为第一突出部分阻止了用于进行摩擦处理的部件与象素开放部分相接触)，且在该第一突出部分周围液晶分子不能沿着预定方向排列。
在本发明的第九种液晶显示装置中，由于在第二突出部分的顶部与取向膜之间设置了一个显示电极层，器件间隙能够受到显示电极的厚度的补偿。由于显示电极的厚度与滤色器、黑矩阵等等相比很薄，所以器件间隙能够得到精细调节。
在根据本发明的液晶显示装置制造方法中，将要形成在阵列板上的第一突出部分的高度和将要形成在滤色板上的第二突出部分的高度得到了适当的确定，以使第一和第二突出部分的高度之和等于器件间隙。
此时，在带有设置成矩阵形式的象素开放部分和设置在象素开放部分附近的有源元件的阵列板上，借助用于遮挡光照射到象素开放部分以外的区域上的黑矩阵而形成了多个第一突出部分，从而使第一突出部分的高度等于预定高度，且在一个滤色板上，在与象素开放部分对应的位置上形成滤色器，并形成其高度等于预定高度的多个第二突出部分。随后，在其上形成有第一突出部分的阵列板和其上形成有第二突出部分的滤色板上分别形成取向膜。将其上形成有取向膜的阵列板和滤色板中的一个叠置在另一种之上并在它们的周边进行密封，并在密封了阵列板和滤色板之后将液晶注入到它们之间，从而完成该液晶显示装置。
最后，在本发明的液晶显示装置制造方法中，在制造滤色器的同时用滤色器形成材料形成第二突出部分。因此，不需要用于形成第二突出部分的特殊形成过程，因而用于形成滤色板的步骤不比传统方法中的多。
图1是根据本发明的一个实施例的液晶显示装置的剖视图；图2是阵列板的平面图；图3是从滤色板侧看的液晶显示装置的平面图；图4是黑矩阵与滤色器的光密度的曲线图；图5(A)至(C)是滤色板的平面图，显示了将滤色器一个设置在另一个之上的过程；图6(A)至(E)是滤色器的其他实施例。
现在按照图1至5来描述本发明的实施例的液晶显示装置10。
本实施例的液晶显示装置10是有源驱动液晶显示装置。
液晶显示装置10带有如图1所示的阵列板12和滤色板13。
阵列板12带有玻璃板14，在玻璃板14的顶部上形成有底覆层16且在其下侧接合有偏转板17。
在底覆层16的表面上，如图2所示，沿着图2中的横向以预定的间隔形成有在图2中沿着纵向延伸的数据线34(在图2中只显示了一条数据线34)，且沿着图2中的纵向以预定的间隔形成了在图2中沿着横向延伸的栅极线26(在图2中只显示了一条栅极线26)。
在由数据线34和栅极线26所围绕的矩形区中，设置了作为矩形透明显示电极层的显示电极18，且作为有源元件的TFT20被设置在数据线34与栅极线26的交点附近。
如图1所示，TFT20包括半导体层24(其中形成有沟道的层)、栅极电极26A、栅极绝缘膜28、绝缘膜30、源极电极32和漏极电极34A。
如图2所示，栅极电极26A是栅极线26的一个延伸部分(其中斜线向右上倾斜的区域)，且漏极电极34A是数据线34的一个延伸部分(其中斜线向左上倾斜的区域)。另外，源极电极32(其中斜线向左上倾斜的区域)与显示电极18相连。
如图1所示，TFT20的表面被一个保护膜36所覆盖，而在保护膜36上形成有黑矩阵38。
如图2所示，黑矩阵38(在图2中为带有纵向条的区域)覆盖着除了显示电极18(TFT20的一部分(带点的区域)、数据线34、栅极线26、和源极32)以外的区域。
另外，与显示电极18对应的区域(没有形成黑矩阵38的地方)是象素开放部分22。
黑矩阵38在施加的黑色光刻胶之后由选择蚀刻过程形成。在此实施例中的黑色光刻胶是通过在透明光刻胶中以预定的比例散布蓝色素、黄色素和紫色色素而制成的。
由于在部件的表面上形成了大体固定厚度的黑矩阵38，所以形成在阵列板12上的黑矩阵38具有不规则的表面。如图1所示，由于在形成黑矩阵38之前TFT20具有阵列板12上的最大高度，当形成黑矩阵38时在TFT20上形成了一个第一突出部分38A。即第一突出部分38A的顶部是阵列板12上的最高位置。
另一方面，在显示电极18和黑矩阵38的表面上形成了取向膜40。取向膜40的表面受到以众所周知的方法进行的摩擦处理，从而使液晶分子在没有施加电压时沿着预定方向排列。
另一方面，滤色板13带有玻璃板42，且一个偏转板44被接合在玻璃板42的顶部上。
在玻璃板42的下侧上形成有一个滤色器46。滤色器46包括红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B，且在与预定的象素开放部分22相对的位置上形成有一个层(见图3，它是图1所示的液晶显示装置10在从滤色板13看时的视图，其中省略了黑矩阵38)。在图3中，显示了一个象素开放部分22，且在图3中形成了例如一个红滤色器46R(带点的区域)。
如图1和3所示，在滤色板13上，在与阵列板12上的第一突出部分38A相对的位置上，形成有第二突出部分50，在第二突出部分50中红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B被一个在一个之上地设置。
图1所示，在滤色器46的整个表面上形成有透明公共电极52，且在公共电极52的表面上形成有取向膜54。
下面描述本实施例的液晶显示装置10的截面中各个部分的尺寸。
在阵列板12上，TFT20的保护膜36的高度，当从显示电极18的表面计算时，约为1μm。
液晶显示装置10的器件间隙Ga(见图1从形成在阵列板12上的象素开放部分22中的取向膜40的表面至与象素开放部分22相对的滤色板13的取向膜54的表面的尺寸)，是从形成在显示电极18的表面上的取向膜40的表面至形成在第一突出部分38A的顶部上的取向膜40的表面的高度Ha与从形成在滤色器13的公共电极52的表面上的取向膜54的表面至形成在第二突出部分50的顶部上的取向膜54的表面的高度Hc的和。
当采用TN液晶(它在不施加电压时变成白色的)时，适当的液晶显示装置10器件间隙Ga为4.5至7.1μm，因为适当的液晶层光程差Δn·d为0.45至0.5且TN液晶的Δn为0.07至0.10。
虽然使器件间隙Ga等于4.5至7.1μm有多个高度Ha与高度Hc的组合，但如果高度Ha超过3.8μm则在取向膜40中就会出现其中不能进行摩擦处理的部分(在突出部分的周围)，且如果高度Hc超过3.8μm在取向膜54中也会出现这样的部分，因此必须这样地形成黑矩阵38，即使高度Ha不超过3.8μm并适当设定滤色器46的厚度和一个在一个之上的层的数目，以使高度Hc不超过3.8μm。另外，如果高度Ha或高度Hc超过了3.8μm，则当形成(印刷)取向膜40或54时，就会出现故障。
在此实施例中，高度Ha被设定为3.0μm，且高度Hc被设定为2.2μm。
另外，由于TFT20的遮挡作用，黑矩阵部分的光密度(OD)的实际使用电平最好被保持在3.5或更高。
图4显示了红滤色器46R(膜厚度1.1μm)、绿滤色器46G(膜厚度1.1μm)、蓝滤色器46B(膜厚度1.1μm)和黑矩阵38(膜厚度2.0μm)单独时或在一个被叠置在另一个之上时的OD。
因此，为了获得3.5或更高的TFT 20阻挡效果，由于在此实施例中红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B的多层部分的OD是2.22，所以TFT 20上的黑矩阵38的膜厚度必须为1.0μm或更大。
为了保证摩擦处理和TFT 20的阻挡效果，在本实施例的构成中，红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B各层的膜厚度最好为1.9μm或更小，且黑矩阵38的膜厚度为1.0至2.8μm。
在此实施例中，由于TFT20上的多层部分的光密度为4.44—它是红滤色器46R、绿滤色器46G蓝滤色器46B、和黑矩阵38的OD之和，TFT20的遮挡作用得到了保证。
下面描述本实施例的液晶显示装置10的制造过程。
首先，描述阵列板12的制造步骤。
第一步骤中，在玻璃板14上形成底覆层16在第二步骤中，在底覆层16上形成栅极电极26A和栅极线26。
在第三步骤中，形成栅极绝缘膜28。
在第四步骤中，形成TFT20的半导体层24。
在第五步骤中，形成显示电极18。
在第六步骤中，形成TFT20的源极电极32和漏极电极34A以及数据线34。
在第七步骤中，形成覆盖TFT20的保护膜36。
在第八步骤中，形成黑矩阵38以暴露显示电极18。
在第九步骤中，形成取向膜40，并进行取向膜40的摩擦处理。
下面描述滤色板13的制造步骤。
在第一步骤中，在玻璃板42上在与阵列板12相对的位置和与预定的象素区22相对的位置上形成红滤色器46R(其中有向左上倾斜的斜线的区域)(见图5(A))。
在第二步骤中，在形成在与阵列板12的黑矩阵38相对的位置和与预定象素区22相对的位置上的红滤色器46R上，形成绿滤色器46G(其中有向右上倾斜的斜线的部分)(见图5(B))。
在第三步骤中，在形成在与阵列板12的黑矩阵38相对的位置和与预定象素区22相对的位置上的绿滤色器46G上，形成蓝滤色器46B(带有横条的部分)(见图5(C))。
在第四步骤中，在滤色器46上形成公共电极52。
在第五步骤中，在公共电极52上形成取向膜54，并进行取向膜54的摩擦处理。
通过上述步骤而完成的阵列板12和滤色板13彼此相对，它们的周边被树脂所密封，一种TN液晶56被从一个注入孔(未显示)注入到内部，且从两侧将偏转板17和44接合到玻璃板14和42上，从而完成了液晶显示装置10。
下面描述本实施例的液晶显示装置10的作用。
在传统的液晶显示装置中，由于限定器件间隙的隔离器被形成在阵列板或滤色板中，所以隔离器的高度与器件间隙相等并因此而变得太高(例如5μm或更高)，这造成了在隔离器周围不能进行对取向膜进行摩擦的缺点；而在本实施例的液晶显示装置10中，由于起限定器件间隙的隔离器作用的突出部分分别被设置在阵列板12和滤色板13上，各个突出部分的高度能够被保持为传统的隔离器的高度的一半或更小，因而能够在整个表面上有把握地进行对取向膜40和54的摩擦处理。
在此实施例中，由于由滤色器46形成了第二突出部分50且由黑矩阵38形成了第一突出部分38A，所以不需要用于形成限定器件间隙的隔离器的特别处理。
另外，在象素区22中，没有干扰液晶的分子排列并造成光的泄漏或其本身泄漏光的透明隔离球，所以不会发生诸如黑电平下降或对比度下降的问题。
另外，在其中在滤色板上设置了黑矩阵的传统的液晶显示装置中，考虑到阵列板和滤色板中的可能的误差(组装中的误差、由于密封之后的偏转所引起的误差等等)黑矩阵是这样形成的，即使得该黑矩阵的边缘位于阵列板的象素开放部分内侧预定尺寸的位置处)。如果阵列板的象素开放部分和黑矩阵的开口具有相同的尺寸，则如果在阵列板和滤色板中出现了位置误差，阵列板的电极等等就会被暴露，从而降低显示质量。
然而，另一方面，以这样的方式形成黑矩阵，即光所透过的开口区将被减小，且因而难于获得光图象。另一方面，在本实施例的液晶显示装置10中，由于在阵列板12上形成黑矩阵38，即使出现了位置误差，也不会有光泄漏。另外，由于黑矩阵38能够通过光刻形成，TFT20与其他部件之间的相对位置误差的数目得到了极大的减小，黑矩阵的开口区不需要象在黑矩阵被形成在滤色板上时那样小。因此，本实施例的液晶显示装置10能够显示光图象。
另外，由于由滤色器46形成了第二突出部分50且由黑矩阵38形成了第一突出部分38A，器件间隙Ga可以由第二突出部分50和第一突出部分38A限定，所以能够消除用于形成树脂等等制成的、限定器件间隙Ga的隔离器的额外步骤和用于散布透明隔离球的复杂步骤，因而与传统的方法相比，处理步骤能够得到减小。
虽然在上述实施例中，第二突出部分50是红、绿和蓝的三层结构，但它们也可以是红、绿和蓝中的任何两个的两层结构。另外，红、绿和蓝颜色的设置顺序不限于本实施例的，而是可以根据需要而改变。另外，不一定需要与所有的第一突出部分38A相对应地设置第二突出部分50，而是它们能够以预定的间隔逐渐变薄至没有。
第二突出部分50的高度(所要重叠的步骤数目和各层的厚度)和第二突出部分50的设置位置，可以根据阵列板12和滤色板13的组装条件(例如，TN液晶56的注入条件和加压条件以及液晶显示装置10本身的各种特性)，而得到适当的改变。
在图6(A)至(E)中显示了用于一个在一个之上地设置红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B的其他实施例。另外，需要注意的是，颜色的设置顺序、相邻象素区的颜色等等，可以是与它们不同的。
另外，红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B各自的厚度，可以是相同或不同的。
虽然在上述实施例中，用TFT作为有源元件，但也可以采用其他类型的有源元件，诸如金属—绝缘物—金属(MIM)开关、非线性电阻、二极管等等。
另外，虽然在上述实施例中采用了TN液晶，但也可以采用其他类型的液晶。
在本发明的第一种液晶显示装置中，上述的结构保证了能够在整个表面上对阵列板的取向膜和滤色板的取向膜进行摩擦处理，从而防止了光的泄漏，因而防止了黑电平和对比度的下降。
在本发明的第二种液晶显示装置中，由于第二突出部分是由滤色器形成材料制成的，因而能够在形成滤色器的同时形成第二突出部分，且因而用于形成滤色板的处理步骤与现有技术相比不会增加，且所用的部件的类型也不会增加。
在本发明的第三种液晶显示装置中，由于第二突出部分是由三种颜色红、绿和蓝中的任何两种颜色的滤色器形成材料构成的多层结构，因而它们可以被做得比滤色器部分高至少一种颜色。另外，第二突出部分能够与滤色器同时地用滤色器形成材料制成，从而不增加形成滤色板的步骤数目。
在本发明的第四种液晶显示装置中，由于第二突出部分是由三种颜色红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构，因而它们能够被做得比象素开放部分的滤色器部分高至少两个颜色的高度。另外，该第二突出部分能够与滤色器同时地由滤色器形成材料制成，从而不增加形成滤色板的步骤数目。
在本发明的第五种液晶显示装置中，由于第一突出部分是在有源元件上形成的，因而能够防止由于外部光引起的有源元件故障。具体地，如果第二突出部分是由三色红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构，阻挡是最有效的。
在本发明的第六种液晶显示装置中，由于在第一和第二突出部分之间设置了取向膜，器件间隙能够由取向膜的厚度进行补偿，从而能够对器件间隙进行精细调节。
在本发明的第七种液晶显示装置中，由于从与象素开放部分相对应而形成的滤色器的表面至第二突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小，因而能够在滤色板的整个表面上充分地进行对取向膜的摩擦处理。以此方式，能够防止液晶分子的排列失败。
在本发明的第八种液晶显示装置中，在阵列板中从象素开放部分的表面至第一突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小，所以能够在阵列板的整个表面上充分进行对取向膜的摩擦处理。以此方式，能够防止液晶分子的排列失败。
在本发明的第九种液晶显示装置中，由于在取向膜与第二突出部分的顶部之间设置了显示电极，器件间隙能受到显示电极的厚度的补偿，从而能够对器件间隙进行精细调节。
在根据本发明的液晶显示装置制造方法中，能够以最少的处理步骤来有效地制作没有光泄漏、没有黑电平降低，并具有优异的对比度的液晶显示装置。
另外，在本发明的另一种液晶显示装置制作方法中，由于第二突出部分能够与滤色器同时地用滤色器形成材料制成，因而与现有技术相比滤色板的制作步骤不会增加。
权利要求
1.液晶显示装置，包括阵列板，它具有设置成矩阵形式的象素开放部分、形成在所述象素开放部分附近的有源元件和多个第一突出部分，这些第一突出部分由黑矩阵形成以比其他部分高，而该黑矩阵被用于遮挡照射到所述象素开放部分以外的区域上的光；形成在其上形成有所述黑矩阵的所述阵列板一侧的取向膜；与所述阵列板相对地设置的滤色板，其上形成有滤色器以与所述象素开放部分相对应，且其上形成有多个第二突出部分以比其他部分高，所述第二突出部分与所述第一突出部分相对以与所述第一突出部分一起限定器件间隙；形成在其上形成有所述滤色器的所述滤色板一侧上的取向膜；以及在所述阵列板与所述滤色板之间的液晶。
2.根据权利要求1的液晶显示装置，其特征在于所述第二突出部分是用形成所述滤色器的材料制成的。
3.根据权利要求2的液晶显示装置，其特征在于所述第二突出部分具有由三种颜色红、绿和蓝中的任何两种滤色器形成材料构成的多层结构。
4.根据权利要求2的液晶显示装置，其特征在于所述第二突出部分具有由三种颜色红、绿和蓝的滤色器形成材料构成的多层结构。
5.根据权利要求1至4中的任何一项的液晶显示装置，其特征在于所述第一突出部分被形成在所述有源元件上。
6.根据权利要求1至5中的任何一项的液晶显示装置，其特征在于所述第一和第二突出部分通过两个取向膜而彼此相对。
7.根据权利要求1至6中的任何一项的液晶显示装置，其特征在于从为了与所述滤色板中的所述象素开放部分相对应而形成的滤色器的表面至所述第二突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小。
8.根据权利要求1至7中的任何一项的液晶显示装置，其特征在于在所述阵列板中，从所述象素开放部分的表面至所述第一突出部分的顶部的高度被限定为3.8μm或更小。
9.根据权利要求6至8中的任何一项的液晶显示装置，其特征在于在所述取向膜与所述第二突出部分的顶部之间设置有一个显示电极层。
10.一种液晶显示装置制造方法，包括确定将要形成在阵列板上的第一突出部分的高度和将要形成在滤色板上的第二突出部分的高度以使所述第一和第二突出部分的这些高度之和等于一个器件间隙；在具有设置成矩阵形式的象素开放部分的阵列板和设置在所述象素开放部分附近的有源元件上，由用于遮挡照射到所述象素开放部分以外的区域上的光的黑矩阵形成多个第一突出部分，从而使所述第一突出部分的高度与预定高度相等；在一个滤色板上，在与所述象素开放部分对应的位置上形成滤色器，并形成多个第二突出部分以使它们具有预定的高度；在其上形成有所述第一突出部分的所述阵列板和其上形成有所述第二突出部分的所述滤色板上，分别形成取向膜；将其上形成有所述取向膜的所述阵列板和所述滤色板中的一个设置在另一个之上，从而使所述第一和第二突出部分彼此相对，并密封它们的周边；以及在密封了所述阵列板与所述滤色器的周边之后，将液晶注入到它们之间。
11.根据权利要求10的制造方法，其特征在于所述第二突出部分是与所述滤色器同时用滤色器形成材料制成的。
全文摘要
本发明的目的是以最少的制作步骤获得没有光泄漏并具有优异的对比度的液晶显示装置。为了获得阵列板12上的器件间隙Ga，在黑矩阵38上形成了第一突出部分38A，并在滤色板13上形成了其中红滤色器46R、绿滤色器46G和蓝滤色器46B中的一个被设置在另一个之上的第二突出部分50。由于第一突出部分38A与第二突出部分50的高度能够被作成例如器件间隙Ga的一半，对取向膜40和54的摩擦处理能够有把握地进行。以此方式，液晶分子能够得到充分的排列，从而防止了光泄漏。
文档编号G02F1/1335GK1119743SQ9510249
公开日1996年4月3日 申请日期1995年3月16日 优先权日1994年4月4日
发明者永山和由, 植木俊博 申请人:国际商业机器公司