JP2000267082A

JP2000267082A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000267082A
Application number: JP11073069A
Authority: JP
Inventors: Takaomi Tanaka; 孝臣田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】表示品位の向上を図ることが可能な液晶表示装
置を提供することにある。【解決手段】液晶パネルの対向基板は、アレイ基板上の
走査線３４と対向する位置に設けられた複数の柱状スペ
ーサ６６を有を備え、各柱状スペーサは、対向電極６８
上に形成された樹脂層を加工して先細形状に形成されて
いるとともに、配向膜２４を介してアレイ基板の走査線
に当接している。対向基板表面に対する各柱状スペーサ
の側面の傾斜角は９０度以内に形成され、液晶組成物の
有するプレチルト角度の２倍以下に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、柱状のスペーサ
を備えた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光透過型のアクティブマトリク
ス型液晶表示装置は、所定の間隔をおいて対向配置され
たアレイ基板と対向基板との間に液晶組成物を保持して
構成されている。

【０００３】アレイ基板は、ガラス基板上に複数本の信
号配線と複数本のゲート配線とがマトリクス状に設けら
れ、これら配線の交差部にはスイッチング素子としての
薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと称する）が設けられて
いる。また、信号配線とゲート配線とにより囲まれた領
域には、それぞれインジウムティンオキサイド（以下Ｉ
ＴＯと称する）等の透明電極からなる画素電極が設けら
れ、各画素電極はスイッチング素子を介して配線に接続
されている。

【０００４】一方、対向基板は、ガラス基板上に、Ｃｒ
などの遮光性材料からなるブラックマトリクスパターン
が形成され、その上にカラーフィルタとして赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）および青（Ｂ）の着色層が形成され、更に、カ
ラーフィルタ上にＩＴＯなどの透明導電膜からなる対向
電極が形成されている。

【０００５】そして、アレイ基板と対向基板とを対向し
て貼り合わせ、その間隙に液晶組成物を封入することに
より、液晶表示装置が構成されている。また、この際、
アレイ基板と対向基板との間のギャップを所定の値に保
持するため、両基板間にはスペーサが配置されている。

【０００６】近年、スペーサとして、球状のスペーサに
代わって、柱状スペーサを用いた液晶表示装置が提供さ
れている。この液晶表示装置によれば、対向基板は、ア
レイ基板に向かって突出した多数の柱状スペーサを有
し、これら柱状スペーサの延出端をアレイ基板の配線、
例えば、ゲート配線上に当接させることにより、開口率
を損なうことなくアレイ基板と対向基板との隙間、つま
り、セルギャップを所定の値に保持している。

【０００７】これらの柱状スペーサは、例えば、カラー
フィルタの着色層を互いに積層することにより、製造工
程を増大させることなく形成することができる。

【０００８】上記のような構成とすることにより、スペ
ーサを選択的に任意の場所に設けることが可能となり、
球状のスペーサ材を散布する方法の場合に生じた不具
合、例えば、スペーサの凝集による表示不良の発生、を
効果的に回避することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
液晶表示装置の高精細化が進み、対向基板のブラックマ
トリックスおよび、柱状スペーサの延出端が当接するア
レイ基板上のゲート配線は、その幅が小さくなってい
る。そのため、上記構成の液晶表示装置において、柱状
スペーサの側面部分が画素領域に入ってしまう恐れがあ
り、特に、製造上のバラツキにより柱状スペーサの大き
さ、配置位置に誤差が生じた場合、柱状スペーサの側面
部分が、画素領域に入ってしまう恐れが高い。

【００１０】このように、柱状スペーサの側面が画素領
域に掛かった状態で柱状スペーサが配置されると、画素
電極上の液晶の配向状態と、画素電極上に位置した柱状
スペーサ上にける液晶の配向状態とが異なり、液晶表示
装置の表示上において、この配向の違いが濃淡となって
確認されてしまう。その結果、液晶表示装置の表示品位
を悪化させてしまう。

【００１１】この発明は以上の問題点に鑑みなされたも
ので、その目的は、製造工程において多少の位置精度、
寸法精度のばらつきが生じた場合や、高精細化に対して
も、柱状スペーサの影響を低減し、表示品位の向上を図
ることが可能な液晶表示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る液晶表示装置は、液晶層を挟んで対
向配置された一対の基板と、いずれか一方の基板上にマ
トリクス状に設けられた配線、およびそれぞれ上記配線
で囲まれる領域に設けられスイッチング素子を介して上
記配線に接続された複数の画素電極と、いずれか一方の
基板上に設けられたカラーフィルタ層と、いずれか一方
の基板上でそれぞれ上記配線と対向する位置に設けられ
他方の基板側へ突出し、上記一対の基板間に所定の隙間
を保持した複数の柱状スペーサと、を備え、各柱状スペ
ーサは、カラーフィルタ層上に形成された樹脂層を加工
して先細形状に形成されているとともに、上記一方の基
板の表面に対し９０度以内の傾斜角で交わった側面を有
していることを特徴としている。

【００１３】また、この発明に係る液晶表示装置は、マ
トリクス状に設けられた配線と、それぞれ上記配線で囲
まれる領域に設けられスイッチング素子を介して上記配
線に接続された複数の画素電極と、を有するアレイ基板
と、対向電極を有し上記アレイ基板と対向配置された対
向基板と、上記アレイ基板と対向基板との間に封入され
た液晶組成物と、を備え、上記対向基板は、カラーフィ
ルタ層と、それぞれ上記配線と対向する位置に設けられ
上記アレイ基板側へ突出し、上記一対の基板間に所定の
隙間を保持した複数の柱状スペーサと、を有している。
そして、各柱状スペーサは、カラーフィルタ層上に形成
された樹脂層を加工して先細形状に形成されているとと
もに、上記対向基板の表面に対し９０度以内の傾斜角で
交わった側面を有していることを特徴としている。

【００１４】上記構成の液晶表示装置において、上記各
柱状スペーサは、上記一方の基板表面から柱状スペーサ
の高さの１０％の範囲内における柱状スペーサ側面の傾
斜角θ１と、液晶組成物の有するプレチルト角度ψ１と
が、θ１≦２ψ１の関係を満たし、上記一方の基板表面
から高さＬ１μｍの位置における柱状スペーサ側面の傾
斜角θ２と、上記一方の基板表面から高さＬ１＋０．０
１μｍの位置における柱状スペーサ側面の傾斜角θ３
と、がθ２＜θ３の関係を満たしている。

【００１５】更に、上記対向電極は上記カラーフィルタ
層上に重ねて設けられ、上記各柱状スペーサは、上記対
向電極上に設けられていることを特徴としている。

【００１６】上記のように構成された液晶表示装置によ
れば、基板表面と柱状スペーサとの接触面から柱状スペ
ーサの１０％の高さ範囲において、柱状スペーサ側面の
傾斜角が液晶材料のプレチルト角の２倍以下に形成され
ていることから、組立誤差等により、柱状スペーサの側
面部が画素領域に入り込んだ場合でも、液晶組成物の配
向不良が発生せず、液晶表示装置の表示品位が低下する
事はない。また、柱状スペーサの高さＬ１μｍの位置に
おける側面の傾斜角よりも、Ｌ１＋０．０１μｍの位置
における側面の傾斜角の方が大きく、かつ９０度以下に
形成される。そのため、柱状スペーサは順テーパー形状
となり、画素領域および遮光層でマスクされる領域にお
いても配向不良の発生を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態に係るアクティブマトリクス型液晶表
示装置について詳細に説明する。

【００１８】図１に示すように、アクティブマトリクス
型液晶表示装置１０は、ノーマリーホワイト・モードの
光透過型の液晶表示装置として構成され、例えば、対角
１１．３インチの表示領域１２を備えている。

【００１９】この液晶表示装置１０は、液晶パネル１
４、液晶パネルを駆動するための号線駆動回路基板１
５、走査線駆動回路基板１６、各駆動回路基板と液晶パ
ネルとを電気的に接続した複数のテープキャリアパッケ
ージ（ＴＣＰと称する）１８を備えている。

【００２０】図１および図４に示すように、液晶パネル
１４はアレイ基板２０および対向基板（カラーフィルタ
基板）２２を備え、これら基板は、周縁部を図示しない
シール剤によって貼り合わせることにより、所定のギャ
ップをおいて対向配置されている。そして、アレイ基板
２０と対向基板２２との間には、それぞれ配向膜２３、
２４を介して、光変調層としてのツイスト・ネマチック
型の液晶組成物２６が封入されている。

【００２１】アレイ基板２０および対向基板２２の外表
面には、それぞれ偏光板２８、３０が、その偏光軸が直
交するように配置されている。なお、液晶組成物２６と
して、透明樹脂と液晶材料とを混合した高分子分散型の
液晶を用いる場合には、配向膜２３、２４、偏光板２
８、３０を省略してもよい。

【００２２】図２ないし図４に示すように、アレイ基板
２０はガラス基板３１を有し、このガラス基板上には、
配線として８００×３本の信号線３２と６００本の走査
線３４とがほぼ直交するようにマトリクス状に設けられ
ている。信号線３２と走査線３４とで囲まれる領域に
は、それぞれＩＴＯからなる画素電極３６が設けられ、
各画素電極は、スイッチング素子としての薄膜トランジ
スタ（以下ＴＦＴと称する）３８を介して、信号線３２
と走査線３４との交差部に接続されている。

【００２３】各画素電極３６はほぼ矩形状に形成され、
その外縁として、それぞれ信号線３２に隣接対向した一
対の側縁と、それぞれ走査線３４に隣接対向した一対の
側縁と、を有している。

【００２４】ガラス基板３１は、液晶パネル１４の薄型
化を図るため、例えば、０．７ｍｍ厚のものが使用され
ている。図１に示すように、信号線３２はアレイ基板２
０の長辺側に引き出され、ＴＣＰ１８を介して信号線駆
動回路基板１５に接続されている。また、走査線３４は
アレイ基板２０の短辺側に引き出され、ＴＣＰ１８を介
して走査線駆動回路１６に接続されている。

【００２５】図２および図３に示すように、各ＴＦＴ３
８は、走査線３４自体をゲート電極４０とし、ゲート電
極上に酸化シリコンと窒化シリコンとが積層されて成る
絶縁膜４２が配置され、更に、絶縁膜４２上にはａ−Ｓ
ｉ膜からなる半導体膜４３が形成されている。また、半
導体膜４３上には、走査線３４に自己整合されて成るチ
ャネル保護膜４４として窒化シリコン膜が配置されてい
る。

【００２６】そして、半導体膜４３は、低抵抗半導体膜
４６として配置されたｎ＋型ａ−Ｓｉ膜およびソース電
極４８を介して画素電極３６に電気的に接続されてい
る。また、半導体膜４３は、低抵抗半導体膜４６として
配置されるｎ＋型ａ−Ｓｉ膜および信号線３２から延出
したドレイン電極５０を介して信号線３２に電気的に接
続されている。

【００２７】一方、図３および図４に示すように、対向
基板２２は透明なガラス基板６０を備え、このガラス基
板上には、クロム（Ｃｒ）の酸化膜からなる第１遮光層
６２、および第１遮光層上に積層されたクロム（Ｃｒ）
から成る第２遮光層６３が形成されている。これら第１
および第２遮光層６２、６３は、アレイ基板２０上のＴ
ＦＴ３８、信号線３２と画素電極３６との間隙、および
走査線３４と画素電極３６との間隙をそれぞれを遮光す
るように、マトリクス状に形成されている。また、ガラ
ス基板６０上において、アレイ基板２０側の画素電極３
６と対向する位置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
のカラーフィルタ層６４が形成されている。なお、ガラ
ス基板６０は、液晶パネル１４の薄型化を図るため、例
えば、０．７ｍｍ厚のものが使用されている。

【００２８】更に、例えば、透明アクリル樹脂からなる
２μｍ厚程度の平滑層６７がカラーフィルタ層６４およ
び第２遮光層６３上に形成され、この平滑層６７上に、
ＩＴＯからなる対向電極６８が形成されている。また、
第２遮光層６３および対向電極６８上において、アレイ
基板２０側の走査線３４と対向する位置には、絶縁物か
らなる柱状スペーサ６６が設けられ、アレイ基板２０側
に延出している。

【００２９】各柱状スペーサ６６は、例えば、対向電極
６８上に形成された４．９μｍ厚程度の透明アクリル樹
脂層をパターニングすることにより形成されている。そ
して、これらの柱状スペーサ６６および対向電極６８に
重ねて配向膜２４が設けられている。

【００３０】図２および図４に示すように、アレイ基板
２０および対向基板２２を貼り合わせて対向配置した状
態において、各柱状スペーサ６６の延出端面は、廃鉱膜
２４を介してアレイ基板２０側の走査線３４上に当接し
ている。そして、これらの柱状スペーサ６６により、ア
レイ基板２０と対向基板２２との間のギャップは所定の
値に保持されている。

【００３１】本実施の形態において、各柱状スペーサ６
６は、上述したように、、カラーフィルタ層６４とは別
の樹脂層によって形成されているとともに、対向基板２
２からアレイ基板２０に向かって先細に形成されてい
る。

【００３２】柱状スペーサ６６の基端部の幅Ｗ１、先端
部の幅Ｗ２は、走査線３４の幅Ｌ、および組立装置の重
ね合わせ精度を十分考慮した寸法に設定、形成される
が、高精細表示および高輝度表示を実現するために、走
査線３４、信号線３２の幅Ｌは小さくなり、各柱状スペ
ーサの幅Ｗ１、Ｗ２と接近している。

【００３３】この際、アレイ基板２０と対向基板２２と
を貼りあわせる組立装置のバラツキにより、アレイ基板
２０と対向基板２２の重ね合わせ精度が悪い場合、およ
び柱状スペーサの位置精度、寸法精度が低い場合のいず
れにおいても、各柱状スペーサ６６の側面の一部が、画
素領域に入り込み、液晶組成物の異常配向が発生する恐
れがある。

【００３４】そこで、本実施の形態によれば、図４に示
すように、各柱状スペーサ６６の内、対向基板２２表面
からの柱状スペーサの高さの１０％までの部分における
側面は、対向基板表面に対する傾斜角θ１が、液晶組成
物９０のプレチルト角ψ１に対して、 θ１≦２ψ１の関係となるように形成されている。

【００３５】また、各柱状スペーサ６６は、対向基板２
２表面からＬ１μｍ離れた部分における側面の傾斜角を
θ２、Ｌ１＋０．０１μｍ離れた部分における側面の傾
斜角をθ３とした場合、 θ２＜θ３となるように形成されている。

【００３６】なお、θ１はできる限り小さく、また、θ
２、θ３は９０度に近い方が好ましいが、必要以上にθ
１を小さくすると、柱状スペーサ６６の高さを低下させ
ることとなり、液晶表示装置の特性を大幅に低下させて
しまう。

【００３７】更に、柱状スペーサ６６の延出端面の側縁
からアレイ基板２０に形成された画素電極３６までの距
離をＤ、アレイ基板２０と対向基板２２との重ね合わせ
寸法誤差をＥ、柱状スペーサの形成位置および幅の寸法
誤差をＢとした場合、柱状スペーサ６６上に形成された
ｌＴＯからなる透明電極２４と、アレイ基板２０上に形
成された画素電極３６とが接触、短絡しないように、Ｄ＞Ｅ＋Ｂ …（Ａ）に設定されている。本実施の形態では、Ｅ＝７μｍ、Ｂ
＝５μｍに設定され、上記（Ａ）式により、Ｄ＝１０μ
ｍに形成されている。

【００３８】一方、柱状スペーサ６６の先端部の幅Ｗ２
と、走査線３４と画素電極３６との間隔ａは、Ｌ＋２ａ−２Ｄ＞Ｗ２…（Ｂ）に設定されている。

【００３９】Ｗ１、Ｗ２が大きい方が柱状スペーサ６６
を形成し易いが、大きくしすぎると上記（Ｂ）式のａの
値が大きくなり、走査線３４と画素電極３６との間隔を
広げなければならず、液晶表示装置の開口率が低下して
しまう。また、開口率を大きくするために間隔ａを小さ
くすると、（Ｂ）式の右辺がマイナスとなり、柱状スペ
ーサ６６を形成することができなくなる。

【００４０】そこで、本実施の形態においては、開口率
を大きくするために間隔ａを３ないし５．３μｍ、Ｗ１
を１６μｍ、Ｗ２を１０μｍとして、エッチング条件を
工夫することにより、各柱状スペーサ６６は、側面の傾
斜角θ１が５０度、傾斜角θ２が６０度、傾斜角θ３が
８０度にそれぞれ形成されている。すなわち、各柱状ス
ペーサ６６の側面の傾斜角は９０度以内に設定されてい
る。また、アレイ基板２２の走査線３４の幅Ｌは２０μ
ｍに形成している。

【００４１】また、柱状スペーサ６６の大きさ、配設位
置および数は、液晶パネル１４の剛性に応じて決定す
る。柱状スペーサ６６の配設密度と液晶表示パネルの剛
性とは、ほぼ比例関係にあるが、液晶パネルの剛性があ
まり大きいと、低温環境下では、液晶パネルの収縮に比
較して液晶組成物の収縮が大きくなり、面内に真空泡が
発生してしまう。逆に、液晶パネル１４の剛性が低い
と、液晶表示装置に外力が作用した場合、柱状スペーサ
６６が潰れてギャップムラが生じてしまう。

【００４２】このような柱状スペーサ６６の配設密度
と、低温環境下での真空泡の発生およびギャッブムラ
と、の関係について調べたところ、低温環境下での真空
泡は、柱状スペーサの密度が１画素当たり９０μm²以上
の場合に発生し、また、外力が作用したときのギャップ
ムラは、柱状スペーサの配設密度が１画素当たり２５μ
m²以下の場合に発生することがわかった。

【００４３】そこで、本実施の形態では、上記の結果を
踏まえて、低温環境下でも真空泡が発生せず、かつ、外
力が作用した場合にもギャップムラが発生しないよう
に、延出端の面積が１００μm²の柱状スペーサ６６を３
画素に２個の密度で配置した。

【００４４】以上のように構成された液晶表示装置によ
れば、製造プロセスにおいて位置ずれ、合わせずれが生
じた場合でも、柱状スペーサ６６の側面部が画素領域に
おける液晶組成物の配向に影響を与えることがなく、良
好な表示品位を持った液晶表示装置を実現することでき
る。

【００４５】また、低温環境下においても真空泡の発生
を防止し、かつ、外力が作用した場合でもギャップムラ
の発生を防止でき、画像品位の優れた液晶表示装置を提
供することができる。更に、対向電極をパターニングし
たり、カラーフィルタ層の製造工程を変更する必要がな
く、上述した構成の液晶表示装置を安価で容易に製造す
ることができる。

【００４６】なお、この発明は上述した実施の形態に限
定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、上記実施の形態においては、柱状スペー
サは走査線に当接する構成としたが、信号線に当接する
構成としてもよい。また、各部の寸法は、上記実施の形
態い限定されることなく、必要に応じて種々変形可能で
ある。

【００４７】また、上述した実施の形態では、柱状スペ
ーサを対向電極上に形成し、対向電極と画素電極との短
絡を防止する構成としたが、柱状スペーサを形成した後
に、これらの柱状スペーサに重ねて対向電極を設ける構
成としてもよい。更に、この発明は、画素電極および対
向電極を同一基板上に形成したＩＰＳ（イン−プレン−
スイッチング）モードの液晶表示装置にも適用すること
ができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、柱状スペーサの高さが基板面から１０％の高さ範囲
における柱状スペーサ側面の傾斜角が、液晶分子のプレ
チルト角の２倍以下とし、柱状スペーサの形状を順テー
パー形状にすることで、柱状スペーサの側面が、画素領
域にはいる場合でも液晶組成物の配向不良を防止し、表
示品位の向上した液晶表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るアクティブマトリ
クス型液晶表示装置を概略的に示す斜視図。

【図２】上記液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的
に示す平面図。

【図３】図２の線Ａ−Ａに沿った断面図。

【図４】図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図および柱状スペ
ーサの概略図。

【符号の説明】

１４…液晶パネル２０…アレイ基板２２…対向基板２６…液晶組成物３２…信号線３４…走査線３６…画素電極３８…ＴＦＴ６６…柱状スペーサ６８…対向電極９０…液晶分子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶層を挟んで対向配置された一対の基板
と、いずれか一方の基板上にマトリクス状に設けられた配
線、およびそれぞれ上記配線で囲まれる領域に設けられ
スイッチング素子を介して上記配線に接続された複数の
画素電極と、いずれか一方の基板上に設けられたカラーフィルタ層
と、いずれか一方の基板上でそれぞれ上記配線と対向する位
置に設けられ他方の基板側へ突出し、上記一対の基板間
に所定の隙間を保持した複数の柱状スペーサと、を備
え、各柱状スペーサは、カラーフィルタ層上に形成された樹
脂層を加工して先細形状に形成されているとともに、上
記一方の基板の表面に対し９０度以内の傾斜角で交わっ
た側面を有し、上記一方の基板表面から柱状スペーサの
高さの１０％の範囲内における柱状スペーサ側面の傾斜
角θ１と、上記液晶層における液晶組成物の有するプレ
チルト角度ψ１とが、θ１≦２ψ１の関係を満たしてい
ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】上記各柱状スペーサは、上記一方の基板表
面から高さＬ１μｍの位置における柱状スペーサ側面の
傾斜角θ２と、上記一方の基板表面から高さＬ１＋０．
０１μｍの位置における柱状スペーサ側面の傾斜角θ３
と、がθ２＜θ３の関係を満たしていることを特徴とす
る請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項３】マトリクス状に設けられた配線と、それぞ
れ上記配線で囲まれる領域に設けられスイッチング素子
を介して上記配線に接続された複数の画素電極と、を有
するアレイ基板と、対向電極を有し上記アレイ基板と対向配置された対向基
板と、上記アレイ基板と対向基板との間に封入された液晶組成
物と、を備え、上記対向基板は、カラーフィルタ層と、それぞれ上記配
線と対向する位置に設けられ上記アレイ基板側へ突出
し、上記一対の基板間に所定の隙間を保持した複数の柱
状スペーサと、を有し、各柱状スペーサは、カラーフィルタ層上に形成された樹
脂層を加工して先細形状に形成されているとともに、上
記対向基板の表面に対し９０度以内の傾斜角で交わった
側面を有し、上記一方の基板表面から柱状スペーサの高
さの１０％の範囲内における柱状スペーサ側面の傾斜角
θ１と、上記液晶層における液晶組成物の有するプレチ
ルト角度ψ１とが、θ１≦２ψ１の関係を満たしている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】上記各柱状スペーサは、上記アレイ基板の
表面から高さＬ１μｍの位置における柱状スペーサ側面
の傾斜角θ２と、上記アレイ基板の表面から高さＬ１＋
０．０１μｍの位置における柱状スペーサ側面の傾斜角
θ３と、がθ２＜θ３の関係を満たしていることを特徴
とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】上記対向電極は上記カラーフィルタ層上に
重ねて設けられ、上記各柱状スペーサは、上記対向電極
上に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の
液晶表示装置。