CN102804046A - 液晶显示元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在液晶显示元件中，以简单的结构将一对基板间的间隙保持为一定，防止显示不均。在液晶显示元件(1)的彩色滤光片基板(2)上，设置将基板间的间隙(G)保持为均匀的多个柱状间隔物(4)。在该柱状间隔物(4)的与另一个基板即阵列基板(3)抵接的前端，设置在将一对基板(2、3)贴合时与该前端以外的部分相比容易变形的高度调整部(5)。

Description

液晶显示元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物的液晶显示元件及其制造方法。
背景技术
一直以来，在液晶显示元件中，使一对玻璃基板在间隙保持为一定的状态下贴合，在其间填充液晶材料，通过对该液晶材料施加电信号来实现显示功能。为了保持该间隙一定，已知使用塑料珠等间隙材料的方法。
近年来，使用柱状间隔物替代该间隙材料。柱状间隔物也称光阻间隔物(photospacer)，已知其与着色层重叠地形成，由感光性聚酰亚胺、感光性丙烯酸树脂、感光性着色树脂等专用的材料形成。
上述间隙，依赖于支承一对基板的柱状间隔物的高度，已知当该高度存在偏差时，会直接导致间隙的偏差，使显示品质恶化。
因此，例如像专利文献1那样，在两片基板中的任一个基板上具有用于将单元间隙保持为一定的柱状间隔物的图像显示装置中，已知在将两片基板贴合之前，形成边缘部的柱状间隔物的截面积或/和配置间隔与像素部的柱状间隔物的截面积或/和配置间隔不同的柱状间隔物，使贴合后的像素部的中央区域与像素部的端部区域的单元间隙均匀化而成的液晶显示元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-198847号公报
发明内容
发明要解决的问题
不过，在现有的液晶显示元件中，例如在基于使用感光性树脂的光刻法的制法中，在基板上涂敷感光性树脂时会发生涂敷不均，多个柱状间隔物间产生高度的差异。此外，由于柱状间隔物的基底的厚度不同，会导致多个柱状间隔物间产生高度的差异。
上述专利文献1中，对像素部和边缘部的边界部的间隙的差异，通过截面积或配置间隔进行调整，但在位于相同像素部的多个柱状间隔物间或位于相同边缘部的多个柱状间隔物间存在高度偏差的情况下，依然无法将间隙保持为一定。
像这样，存在当多个柱状间隔物间产生高度的差异时，仍然会在液晶显示元件中产生显示不均的问题。
本发明鉴于该问题而完成，其目的在于以简单的结构将一对基板间的间隙保持为一定，防止显示不均。
解决问题的方法
为实现上述目的，本发明在柱状间隔物的前端设置有高度调整部。
具体来说，本发明的第一方面或第二方面，以在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物的液晶显示元件为前提。
上述柱状间隔物，在与一对基板中的另一个抵接的前端，具备在使上述一对基板贴合时与上述柱状间隔物的其它部分相比容易变形的高度调整部，
或者，上述柱状间隔物在与上述一对基板中的另一个抵接的前端具备高度调整部，
在使上述一对基板贴合时，通过上述高度调整部变形，将上述间隙保持为均匀。
根据这种结构，即使设置在一对基板中的一个基板上的多个柱状间隔物间存在高度差异，形成在比其它柱状间隔物高的柱状间隔物的前端的高度调整部，在使一对基板贴合时首先与另一个基板抵接，容易变形。因此，多个柱状间隔物间的高度的差异得到缓和，一对基板间的间隙被均匀化。
本发明的第三方面，在本发明的第一方面或第二方面中，
在上述一对基板中的任一个的表面的基底形成有台阶，
设置于上述台阶中高的区域中的柱状间隔物的上述高度调整部的变形量，大于设置于上述台阶中低的区域中的柱状间隔物的上述高度调整部的变形量。
根据上述结构，即使因在一对基板中的一个基板的基底形成有台阶而导致设置于台阶中高的区域中的柱状间隔物的高度高于设置于台阶中低的区域中的柱状间隔物的高度，在使一对基板贴合时，设置于高度高的柱状间隔物的前端的高度调整部首先与另一个基板抵接而发生变形，高度变得与设置于台阶中低的区域中的柱状间隔物的大致相等。因此，多个柱状间隔物间的高度的差异得到缓和，一对基板间的间隙被均匀化。
本发明的第四方面，在本发明的第一方面至第三方面中，
上述高度调整部的高度大于0且为1.0μm以下，
上述高度调整部的宽度大于0且为上述柱状间隔物的前端宽度的1/2以下。
即，当高度调整部的高度大于1.0μm，或宽度大于柱状间隔物的前端宽度的1/2时，高度调整部的刚性与柱状间隔物的前端面的刚性之差变小，难以进行间隙的均匀化，而根据上述结构，保持为最低限度的高度和宽度的高度调整部的刚性与柱状间隔物的前端面的刚性之差被保持为适度，因此也不会过度挤压柱状间隔物，高度调整容易。
本发明的第五方面，在本发明的第一方面至第四方面的任一方面中，
上述高度调整部是从上述柱状间隔物的前端突出的多个突起。
根据上述结构，通过采用截面积比柱状间隔物的前端小的多个突起来构成高度调整部，多个突起比柱状间隔物的其它部分容易变形，有助于柱状间隔物的高度的均匀化。
本发明的第六方面，在本发明的第五方面中，
上述多个突起是半球体。
根据上述结构，由于是半球体，所以容易通过干膜蚀刻方式、印刷成型等来成型。
本发明的第七方面，在本发明的第五方面中，
上述多个突起是柱体。
根据上述结构，由于截面积的增减少，所以适于利用光刻法来成型。
本发明的第八方面，在本发明的第五方面中，
上述多个突起是锥体。
根据上述结构，由于与半球体或柱体相比前端尖锐，所以能够获得在小的力下也容易变形的最佳的高度调整部。
本发明的第九方面，在本发明的第五方面中，
上述多个突起是环状体。
根据上述结构，能够通过利用光刻法就能够成型的简单的结构来获得容易变形的高度调整部。
本发明的第十方面，以制造在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物的液晶显示元件的方法为前提，
上述制造方法中，
准备在与上述一对基板中的另一个抵接的前端具备高度调整部的柱状间隔物，
通过一边使使上述高度调整部变形，一边使设置有上述柱状间隔物的基板贴合于上述一对基板中的另一个，将上述间隙保持为均匀。
根据上述结构，即使设置在一对基板中的一个基板上的柱状间隔物间存在高度差异，设置在比周围的柱状间隔物高的柱状间隔物的前端的高度调整部，在使一对基板贴合时首先与另一个基板抵接而发生变形，变形至与其它柱状间隔物相等的高度，因此一对基板间的间隙被均匀化。
本发明的第十一方面，在本发明的第十方面中，
在光刻法的曝光工序中，在使用负型感光抗蚀剂形成柱状间隔物的情况下，使曝光掩模的与上述高度调整部对应的部分为没有遮光膜的状态，并使与剩余的上述柱状间隔物对应的部分为半透过膜或完全透过膜，形成具有上述高度调整部的上述柱状间隔物。
根据上述结构，通过对透过率设置差来局部地调整感光光量，由此能够容易地使高度调整部从柱状间隔物的前端突出。此外，在使用正型感光抗蚀剂的情况下，掩模上的完全透过膜和完全遮光膜是反过来的。
本发明的第十二方面，在本发明的第十方面中，
通过在干膜抗蚀剂的保护膜上预先形成多个凹部而形成上述高度调整部。
根据上述结构，仅通过在保护膜的与高度调整部对应的部分预先形成多个凹部，无需对曝光掩模的与高度调整部对应的部分实施细加工，就能够简单地在合适的位置上可靠地形成期望的形状的高度调整部。
本发明的第十三方面，在本发明的第十方面中，
通过在印刷版的与上述柱状间隔物的前端对应的部分预先形成多个凹部，形成具有上述高度调整部的上述柱状间隔物。
根据上述结构，仅预先在印刷版的与高度调整部的前端对应的位置上形成多个凹部即可，所以能够容易地形成期望的形状的高度调整部。
发明的效果
如以上说明，根据本发明，在柱状间隔物设置高度调整部，在使一对基板贴合时使该高度调整部变形，由此能够通过简单的结构将一对基板间的间隙保持为一定，防止显示不均。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中使一对基板贴合的工序的液晶显示元件的一部分放大的截面图，(a)表示贴合前，(b)表示贴合后。
图2(a)是将具有高度调整部的柱状间隔物及其周边放大表示的截面图，(b)是柱状间隔物的俯视图。
图3是表示液晶显示元件的边缘部及其周边的相当于图1的图。
图4表示通过印刷方式来形成高度调整部的其它实施方式，(a)是印刷版的截面图，(b)是柱状间隔物及其周边的截面图。
图5(a)是表示用于在柱状间隔物上形成高度调整部的掩模形状的俯视图，(b)是柱状间隔物的俯视图。
图6(a)是图5(a)的VIa-VIa线截面图，(b)是图5(b)的VIb-VIb线截面图。
图7是使用感光抗蚀剂形成高度调整部的其它实施方式的截面图。
图8是其它实施方式的相当于图2的图。
图9是其它实施方式的相当于图2的图。
图10是其它实施方式的相当于图2的图，(a)是(b)的Xa-Xa线截面图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的实施方式的液晶显示元件1，该液晶显示元件1具备一对基板2、3。例如，一对基板2、3包括彩色滤光片基板2和阵列基板3，在彩色滤光片基板2侧，设置有将该一对基板2、3间的间隙G保持为均匀的多个柱状间隔物4。在由该柱状间隔物4保持为均匀的间隙G中封入有液晶材料(未图示)。
作为本实施方式的特征，柱状间隔物4呈圆台形状，在与阵列基板3抵接的前端具备高度调整部5。关于柱状间隔物的形状，除此之外也可以是棱柱、圆柱等能够在上底形成高度调整部的形状。柱状间隔物4与着色层重叠地形成，使用感光性聚酰亚胺、感光性丙烯酸树脂、感光性着色树脂等专用材料，通过光刻法、干膜蚀刻、印刷等而成型，例如其高度为3～10μm、宽度为10～50μm。
具体而言，如图2中放大表示的那样，高度调整部5包括设置在柱状间隔物4的圆台的前端的平坦面4a上的多个(本实施方式中为2个)突起，该突起包括半球体6。例如，该半球体6的高度h大于0且为1.0μm以下(0＜h≤1.0μm)，半球体6的宽度w1(外径)大于0且为柱状间隔物4的前端宽度w2的1/2以下(0＜w1≤w2/2)。通过设置该半球体6，高度调整部5与圆台部分相比截面积减小，与圆台部分相比刚性降低，在使一对基板2、3贴合时变得容易变形。这样，由于与周围相比突出的高度调整部5发生变形，一对基板2、3间的间隙G被保持为均匀。
此外，如图3所示，彩色滤光片基板2的表面的基底，在其周缘部(边缘部2a，图3中表示为区域B)比其内侧的像素部2b(图3中表示为区域A)高，边缘部2a表面与像素部2b表面之间形成有台阶。其结果，设置于边缘部2a的柱状间隔物4的高度变得比设置于像素部2b的柱状间隔物4的高度高。例如设台阶的高度小于1.0μm。由于设置于边缘部2a的柱状间隔物4的高度调整部5的变形量，大于设置于像素部2b的柱状间隔物4的高度调整部5的变形量，一对基板2、3间的间隙G被保持为均匀。
-液晶显示元件的制造方法-
接着，对本实施方式的液晶显示元件1的制造方法进行说明。
首先，在彩色滤光片基板2上形成多个柱状间隔物4。本实施方式中，例如利用印刷法形成柱状间隔物4和高度调整部5。
作为印刷法存在丝网印刷、柔版印刷等方法，例如图4(a)所示，在印刷版10的柱状间隔物4的部分，形成与圆台对应的本体凹部11，并在与其前端的平坦面4a对应的部分，预先形成多个半球状凹部12。
然后，使用印刷版10在彩色滤光片基板2上进行丝网印刷或柔版印刷。在印刷部分硬化后，在与上述本体凹部11和半球状凹部12对应的部分，获得图4(b)所示的多个半球体6从平坦面4a突出的柱状间隔物4。
像这样，仅通过预先在印刷版10的与高度调整部5对应的位置上形成多个半球状凹部12即可，所以能够容易地形成期望的形状的高度调整部5。此外，本实施方式中多个突起为半球体6，所以成型容易。
然后，如图1(a)和图3(a)所示，一边对形成有在前端具备高度调整部5的柱状间隔物4的彩色滤光片基板2施加压力一边将其贴合到阵列基板3上。
这样，设置于边缘部2a的柱状间隔物4的高度比设置于像素部2b的柱状间隔物4的高度高。因此，在贴合一对基板2、3时，设置于边缘部2a的柱状间隔物4的高度调整部5首先与阵列基板3抵接。这样，由于半球体6的刚性低于圆台部分，所以被挤压而变形。此时，其变形大于设置于像素部2b的柱状间隔物4的高度调整部5。而且，即使位于相同边缘部2a的柱状间隔物4彼此间高度存在差异，或位于相同像素部2b的柱状间隔物4彼此间高度存在差异，高的柱状间隔物4的前端的高度调整部5首先与阵列基板3的表面抵接而发生变形。然后，进一步按压一对基板2、3，与其它的柱状间隔物4相比突出的半球体6被依次挤压，直至整体的柱状间隔物4的高度均匀化。由此，一对基板2、3间的间隙G被保持为均匀。
此时，通过使高度调整部5的高度大于0且为1.0μm以下，并且高度调整部5的宽度w1大于0且为柱状间隔物4的前端宽度w2的1/2以下(0＜w1≤w2/2)，保持为最低限度的高度和宽度的高度调整部5的刚性与柱状间隔物4的前端面4a的刚性之差被保持为适度，高度调整容易。
接着，在该均匀化后的间隙G中填充液晶材料。
因此，根据本实施方式的液晶显示元件1，通过在柱状间隔物4上设置高度调整部5，在使一对基板2、3贴合时使该高度调整部5变形，能够以简单的结构将一对基板2、3间的间隙G保持为一定，而防止显示不均。
-实施方式的变形例1-
图5和图6表示用于形成本实施方式的变形例1的液晶显示元件1的曝光工序，与上述实施方式的不同之处在于高度调整部5的成型方法。此外，在以下的各变形例中，对与图1～图3相同的部分标记相同的符号省略详细说明。
在利用负型感光抗蚀剂，通过光刻法来形成柱状间隔物的情况下，在其曝光工序中，使曝光掩模101的与上述高度调整部5对应的部分102为没有遮光膜的状态，并使与剩余的上述柱状间隔物4对应的部分103为半透过膜或完全透过膜，形成具有高度调整部5的柱状间隔物4。
像这样，在曝光掩模101中，对透过率设置差来局部地调整感光光量，由此能够容易地使高度调整部5从柱状间隔物4的前端突出。
-实施方式的变形例2-
图7表示用于形成本发明的实施方式的变形例2的液晶显示元件1的干膜抗蚀剂201的截面。
本变形例中，利用干膜抗蚀剂201形成柱状间隔物4和高度调整部5。具体而言，例如通过在干膜抗蚀剂201的保护膜202上预先等间隔地配置多个凹部203而形成。此外，干膜抗蚀剂201由支承膜204支承。
像这样，若在保护膜的与高度调整部5对应的部分预先设置多个凹部203，则无需像上述变形例1那样在曝光掩模101侧为了形成高度调整部5而实施细加工，仅通过使柱状间隔物4局部曝光，就能够简单地在合适的位置上可靠地形成期望的形状的高度调整部5。
本变形例中多个突起为半球体6，所以成型容易。
(其它实施方式)
本发明也可以在上述实施方式中采用以下的结构。
即，上述实施方式中，设置于棱柱状间隔物4的多个突起为2个半球体6，但其个数并不限定。此外，如图8所示，多个突起例如也可以为4个四棱锥106，也可以如图9所示为4个三棱锥206。在像这样使多个突起为四棱锥106、三棱锥206、圆锥等锥体的情况下，由于与半球体6或柱体相比前端尖锐，所以能够获得在小的力下也容易变形的最佳的高度调整部5。其中，对于任一种形状，只要突起的高度大于0且为1.0μm以下，并且宽度大于0且为柱状间隔物4的前端宽度的1/2以下即可。
如图10所示，多个突起也可以为中心的半球体6和包围它的环状体306。该半球体6也可以为小环状体306。这种情况下，能够通过利用光刻法就能够成型的简单的结构来获得容易变形的高度调整部5。
多个突起也可以为柱体，对此并没有特别地图示。该情况下，由于截面的增减少，所以适于利用光刻法来成型。
如上所述，多个突起的形状并没有特别的限定，其个数只要为2个以上即可，也没有特别的限定。
此外，以上实施方式本质上只是优选的示例，本发明并不对其应用和用途的范围作任何限定。
工业可利用性
如以上说明，本发明可应用于在彩色滤光片基板和阵列基板等一对基板中的任一个基板上具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物的液晶显示元件及其制造方法。
附图标记说明
1       液晶显示元件
2       彩色滤光片基板(一对基板中的一个)
2a      边缘部(台阶)
3       阵列基板(一对基板中的另一个)
4      柱状间隔物
5      高度调整部
6      半球体(突起)
12     半球状凹部
101    曝光掩模
106    四棱锥(突起)
201    干膜抗蚀剂
202    保护膜
203    凹部
206    三棱锥(突起)
306    环状体(突起)

Claims (13)

1.一种液晶显示元件，其特征在于：
在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物，
所述柱状间隔物，在与一对基板中的另一个抵接的前端，具备在使所述一对基板贴合时与所述柱状间隔物的其它部分相比容易变形的高度调整部。
2.一种液晶显示元件，其特征在于：
在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物，
所述柱状间隔物在与所述一对基板中的另一个抵接的前端具备高度调整部，
在使所述一对基板贴合时，通过所述高度调整部变形，将所述间隙保持为均匀。
3.如权利要求1或2所述的液晶显示元件，其特征在于：
在所述一对基板中的任一个的表面的基底形成有台阶，
设置于所述台阶中高的区域中的柱状间隔物的所述高度调整部的变形量，大于设置于所述台阶中低的区域中的柱状间隔物的所述高度调整部的变形量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述高度调整部的高度大于0且为1.0μm以下，
所述高度调整部的宽度大于0且为所述柱状间隔物的前端宽度的1/2以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述高度调整部是从所述柱状间隔物的前端突出的多个突起。
6.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述多个突起是半球体。
7.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述多个突起是柱体。
8.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述多个突起是锥体。
9.如权利要求5所述的液晶显示元件，其特征在于：
所述多个突起是环状体。
10.一种液晶显示元件的制造方法，其特征在于：
所述液晶显示元件在一对基板中的任一个具备将该一对基板间的间隙保持为均匀的多个柱状间隔物，
所述液晶显示元件的制造方法中，
准备在与所述一对基板中的另一个抵接的前端具备高度调整部的柱状间隔物，
通过一边使所述高度调整部变形，一边使设置有所述柱状间隔物的基板贴合于所述一对基板中的另一个，将所述间隙保持为均匀。
11.如权利要求10所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于：
在光刻法的曝光工序中，使曝光掩模的与所述高度调整部对应的部分为没有遮光膜的状态，并使与剩余的所述柱状间隔物对应的部分为半透过膜或完全透过膜，形成具有所述高度调整部的所述柱状间隔物。
12.如权利要求10所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于：
通过在干膜抗蚀剂的保护膜上预先形成多个凹部而形成所述高度调整部。
13.如权利要求10所述的液晶显示元件的制造方法，其特征在于：
通过在印刷版的与所述柱状间隔物的前端对应的部分预先形成多个凹部，形成具有所述高度调整部的所述柱状间隔物。
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