JP2001142081A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶注入時間を短縮する。 【解決手段】柱状スペーサ３１及び遮光パターンＳＰ
は、基板全面に塗布された黒色樹脂をパターニングし、
高温処理することによって黒色樹脂をメルトさせ、体積
収縮しながら硬化させることによって形成される。この
柱状スペーサ３１は、カラーフィルタ層２４上に形成さ
れている。液晶注入口付近の遮光パターンＳＰは、液晶
注入方向と略平行なストライプ状に形成されている。こ
の遮光パターンＳＰと平行に、遮光パターンＳＰのスト
ライプ間には、先に形成されたストライプ状のカラーフ
ィルタ層２４Ｂが形成されている。液晶注入口付近にお
いて、遮光パターンＳＰの高さは、カラーフィルタ層２
４Ｂの高さより高い。また、柱状スペーサ３１は、その
幅が遮光パターンＳＰより狭く、その高さが遮光パター
ンＳＰより高い。

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、液晶表示装置に
係り、特に、一対の基板間に所定のギャップを形成する
ための柱状スペーサの構造及び表示領域外周の遮光構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、電極を有する一対のア
レイ基板と対向基板との間に挟持された液晶組成物を備
えている。この一対の基板間の距離を一定に保持するた
めに、粒径の均一なプラスティックビーズをスペーサと
して基板間に散在させている。

【０００３】このような液晶表示装置では、スペーサを
基板上に散布して製造するため、スペーサが製造ライン
を汚染するパーティクルとなり、不良発生の原因とな
る。また、画素部に存在するスペーサは、配向不良発生
の原因となる。さらに、凝集したスペーサ塊または散布
密度の不均一は、一対の基板間に形成されるギャップを
不均一化する不具合を生じさせる。

【０００４】このため、アレイ基板上の所定位置に柱状
のスペーサをフォトリソグラフィ工程によって形成する
ことが提案されている。

【０００５】一方、液晶表示装置の表示領域を取り囲む
遮光領域に形成される遮光パターンは、遮光領域を透過
する光を遮る樹脂を用いて形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに遮光パターンが樹脂によって形成される場合、アレ
イ基板および対向基板間の実質的な間隔が遮光パターン
の厚さのために狭められ、液晶材料を注入しにくくす
る。すなわち、遮光パターンは、表示領域内の各画素ご
とにそれぞれ割り当てられた色成分の光を透過する色フ
ィルタより膜厚が厚く、液晶注入口付近において、液晶
組成物の注入を阻害する障害となる。したがって、短時
間で液晶材料の注入を完了できないという問題がある。

【０００７】この発明は、上述した問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、液晶注入時間を短縮する
ことが可能な液晶表示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項１に記載の液晶表示装置は、第
１基板と、前記第１基板に対向配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に所定のギャップを
形成する柱状スペーサと、前記柱状スペーサによって形
成された前記第１基板と前記第２基板との間の所定のギ
ャップに配置された液晶組成物と、表示領域の外周に配
置された、前記柱状スペーサと同一の材料によって形成
された遮光パターンと、を備えた液晶表示装置におい
て、前記柱状スペーサの厚さは、前記遮光パターンの厚
さより厚いことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の液晶表示装置の
一実施の形態について図面を参照して説明する。

【００１０】図１に示すように、液晶表示装置は、複数
の画素電極３０がマトリクス状に配置されたアレイ基板
１１０、このアレイ基板１１０に対向配置された対向基
板１２０、およびこれらアレイ基板１１０と対向基板１
２０との間に挟持される液晶セル７０を備えている。

【００１１】アレイ基板１１０は、透明基板１１、この
透明基板１１上に複数の画素電極３０にそれぞれ対応し
て形成されるスイッチング素子１４、これら画素電極３
０およびスイッチング素子１４を含む表示領域４０を覆
って形成される色フィルタ２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、これら
画素電極３０およびスイッチング素子１４が配置された
表示領域４０を取囲み、透明基板１１の遮光領域４１を
覆うように形成される遮光パターンＳＰ、色フィルタ２
４上に形成される複数の柱状スペーサ３１、および複数
の画素電極３０全体を覆って形成される配向膜１３Ａを
有している。

【００１２】色フィルタ２４は、約３．０μｍの厚さを
有し、緑色、青色、および赤色にそれぞれ着色され、画
素電極３０の列に対応してストライプ状に並び、緑色、
青色、および赤色という色成分の光をそれぞれ透過させ
る３色のカラーフィルタ層２４Ｇ，２４Ｂ，２４Ｒで構
成されている。

【００１３】画素電極３０は、これらに割当てられるカ
ラーフィルタ層２４Ｇ，２４Ｂ，２４Ｒ上にそれぞれ形
成されるＩＴＯ（インジウム・すず酸化物）等の透明電
極であり、これらカラーフィルタ層２４を貫通するスル
ーホール２６を介してスイッチング素子１４にそれぞれ
接続されている。

【００１４】各スイッチング素子１４は、画素電極３０
の行に沿って形成される走査線および画素電極３０の列
に沿って形成される信号線に接続され、走査線からの駆
動電圧により導通し、信号電圧を画素電極に印加する。

【００１５】遮光パターンＳＰは、遮光領域４１におい
て光を遮るために黒の着色層で構成されている。また、
各柱状スペーサ３１は、アレイ基板１１０および対向基
板１２０間に液晶収容空間を設けるために柱状に形成さ
れる黒の着色層で構成され、遮光パターンＳＰと同一の
材料によって同一の工程で形成される。例えば、柱状ス
ペーサ３１及び遮光パターンＳＰは、顔料を含有する感
光性のカーボンレス黒色樹脂によって形成されている。

【００１６】柱状スペーサ３１は、表示領域４０内にお
いては、遮光性を有する配線部、例えば、モリブデン−
タングステン合金膜で形成された走査線や補助容量線、
及び、アルミニウムで形成された信号線などに積層され
た各カラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に配置され
ている。また、遮光領域４１内においても、柱状スペー
サ３１は、カラーフィルタ層、例えば青色カラーフィル
タ層２４Ｂ上に配置されている。

【００１７】配向膜１３Ａは、各画素電極３０に隣接す
る液晶セル７０の液晶分子を第１方向に配向する。

【００１８】対向基板１２０は、透明基板２１、この透
明基板２１上に形成される対向電極２２、およびこの対
向電極２２を覆う配向膜１３Ｂを有している。

【００１９】対向電極２２は、アレイ基板１１０側の画
素電極３０全体に対向するよう配置されるＩＴＯ等の透
明電極である。配向膜１３Ｂは、対向電極２２に隣接す
る液晶セル７０の液晶分子を第１方向に対して例えば９
０度の角度だけずれた第２方向に配向する。

【００２０】液晶セル７０は、図２乃至図５に示す液晶
注入口３２（幅約２０ｍｍ）を残すように遮光領域４１
の外周に沿って形成されアレイ基板１１０および対向基
板１２０の外縁を接着する外縁シール部材２５、液晶収
容空間に液晶注入口３２から注入される液晶材料ＬＱ、
および液晶材料ＬＱを液晶収容空間に保つために液晶注
入口３２を封止する注入口シール部材３３を含む。

【００２１】なお、図２に示すように、遮光パターンＳ
Ｐは、こうして注入される液晶の液晶注入路（具体的に
は液晶セル７０における液晶注入断面）を拡大するため
に遮光領域４１の液晶注入口３２付近で色フィルタ２４
を選択的に露出させるストライプ状に形成される。

【００２２】次に、上述の液晶表示装置の製造方法につ
いて説明する。

【００２３】アレイ基板１１０の製造工程では、まず、
厚さ０．７ｍｍのガラス基板１１上に、成膜とパターニ
ングとを繰り返し、図示しない走査線と、図示しない信
号線と、ポリシリコン薄膜の半導体層を有するスイッチ
ング素子１４と、を形成する。

【００２４】続いて、スピンナーにより、赤色の顔料を
分散させた紫外線硬化性アクリル樹脂レジストを基板全
面に塗布し、赤色画素に対応した部分に光が照射される
ようなフォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で１００
ｍＪ／ｃｍ^２照射し、所定の現像液によって５０秒間現
像し、赤色のカラーフィルタ層２４Ｒを形成する。

【００２５】続いて、同様に、緑色のカラーフィルタ層
２４Ｇ、青色のカラーフィルタ層２４Ｂを形成し、それ
ぞれ２３０℃で１時間焼成する。ここで、青のカラーフ
ィルタ層２４Ｂは、液晶注入口３２となる領域にストラ
イプ状に残すようにパターニングされる。このときのカ
ラーフィルタ層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の膜厚は、それぞれ
約３μｍである。このカラーフィルタ層２４の形成工程
では、スイッチング素子１４と画素電極３０とをコンタ
クトするスルーホール２６も同時に形成する。

【００２６】続いて、スパッタリング法により、ＩＴＯ
を成膜し、所定の画素パターンにパターニングすること
により、スイッチング素子１４にコンタクトした画素電
極３０を形成する。

【００２７】続いて、スピンナーにより、この基板表面
に、０．０５乃至０．２μｍの粒径の顔料粒子を含有す
る感光性のカーボンレス黒色樹脂を約６μｍの厚さに塗
布する。すなわち、この黒色樹脂は、カラーフィルタ層
２４上、画素電極３０上、及び液晶注入口３２付近にお
いてストライプ状に形成されたカラーフィルタ層２４Ｂ
の間に塗布される。

【００２８】そして、９０℃で１０分間乾燥した後、パ
ターニングする。すなわち、この黒色樹脂を、所定のパ
ターン形状フォトマスクを用いて、３６５ｎｍの波長
で、５００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光する。そして、
ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液により現像することによ
って、柱形状を形成する。

【００２９】そして、昇温速度２００℃／ｍｉｎで２２
０℃に昇温することで、柱を熱処理する。すなわち、柱
をメルトさせ、さらにこの温度を６０分間維持すること
によって完全に硬化させる。柱を硬化させる際に、例え
ば、昇温速度を制御することにより、柱のメルト性を制
御することが可能となる。

【００３０】これにより、画素電極３０上を避けてカラ
ーフィルタ層２４上の所定位置に、遮光性の柱状スペー
サ３１を形成する。また、表示領域４０の外側となる遮
光領域４１を枠状に覆い、液晶注入口３２付近でカラー
フィルタ層２４Ｂを露出するよう、遮光パターンＳＰを
形成する。

【００３１】具体的には、カラーフィルタ層２４Ｂは、
遮光パターンＳＰをカラーフィルタ層２４Ｂの間にスト
ライプ状に形成することにより露出される。ここで、遮
光パターンＳＰのストライプは、図５に示すように、幅
Ｗ１で液晶材料ＬＱの注入を妨げにくい向きに設定され
る。これにより、黒および青の２色ストライプが液晶注
入口３２付近に得られる。

【００３２】また、図５に示すように、遮光パターンＳ
Ｐの幅Ｗ１は、柱状スペーサ３１の幅Ｗ２に比べて十分
に大きい。例えば、遮光パターンＳＰの幅Ｗ１は、約５
０乃至２００μｍであるのに対して、柱状スペーサ３１
の幅Ｗ２は、約２０乃至４０μｍである。一方、パター
ニングした後の黒色樹脂を高温処理した際に、黒色樹脂
は、収縮しながら硬化する、すなわち黒色樹脂の体積が
わずかに減少する。このとき、柱状スペーサ３１は、幅
方向及び高さ方向に収縮するが、遮光パターンＳＰの幅
Ｗ１は、柱状スペーサ３１の幅Ｗ２に比べて十分に大き
いため、幅方向の収縮よりも高さ方向の収縮が大きく寄
与する。これを利用して、遮光パターンＳＰの高さＨ１
を、柱状スペーサ３１の高さＨ２より薄くする。この方
法によれば、例えば、黒色樹脂を基板全面に５．８２μ
ｍの膜厚で塗布した場合、硬化後の柱状スペーサ３１の
高さＨ２は、４．７９μｍとなり、硬化後の遮光パター
ンＳＰの高さＨ１は、４．２９μｍとなる。

【００３３】さらに、黒色樹脂のメルト性を制御するこ
とにより、図５に示すように、遮光パターンＳＰとカラ
ーフィルタ層２４Ｂとの重なり部分の高さを制御するこ
とが可能となり、液晶注入の障害とならないような高さ
に形成することが可能となる。

【００３４】続いて、基板全面に、配向膜材料を５００
オングストロームの膜厚で塗布し、焼成した後、ラビン
グ処理を行い、配向膜１３Ａを形成する。

【００３５】一方、厚さ０．７ｍｍのガラス基板２１上
に、対向電極２２と、配向膜１３Ｂとを備えた対向基板
１２０を形成する。

【００３６】液晶セル７０の製造工程では、外縁シール
部材２５が液晶注入口３２を残して液晶収容空間を囲む
ようアレイ基板１２０の外縁に塗布され、アレイ基板１
１０の外縁とこのアレイ基板１１０に貼り合される対向
基板１２０の外縁とを接着する。外縁シール部材２５
は、例えば熱硬化型エポキシ系接着剤である。続いて、
液晶材料ＬＱが液晶注入口３２から液晶収容空間に注入
され、さらに液晶注入口３２が紫外線硬化樹脂である注
入口シール部材３３により封止される。液晶材料ＬＱは
カイラル材が添加されたネマティック液晶で構成され
る。

【００３７】こうして液晶セル７０が完成すると、２枚
の偏光板ＰＬ１，ＰＬ２が液晶セル７０に対して反対側
においてアレイ基板１１０および対向基板１２０に貼付
けられる。

【００３８】以上のような製造方法によって液晶表示装
置が形成される。

【００３９】この液晶表示装置によれば、黒色樹脂によ
り、アレイ基板１１０と対向基板１２０との間のギャッ
プを形成する柱状スペーサ３１を形成するとともに、同
一の製造工程において、液晶注入口３２付近を含めた遮
光領域４１に遮光パターンＳＰを形成している。

【００４０】柱状スペーサ３１及び遮光パターンＳＰ
は、基板全面に塗布された黒色樹脂をパターニングし、
高温処理することによって黒色樹脂をメルトさせ、体積
収縮しながら硬化させることによって形成される。

【００４１】柱状スペーサ３１は、カラーフィルタ層２
４上に形成されている。また、液晶注入口３２付近の遮
光パターンＳＰは、液晶注入方向と略平行なストライプ
状に形成されている。この遮光パターンＳＰと平行に、
遮光パターンＳＰのストライプ間には、先に形成された
ストライプ状のカラーフィルタ層２４Ｂが形成されてい
る。

【００４２】液晶注入口３２付近において、遮光パター
ンＳＰの高さは、カラーフィルタ層２４Ｂの高さより高
い。また、柱状スペーサ３１は、その幅が遮光パターン
ＳＰより狭く、その高さが遮光パターンＳＰより高い。

【００４３】つまり、上述したような黒色樹脂を用いて
上述したような製造工程で柱状スペーサ３１及び遮光パ
ターンＳＰを形成することにより、カラーフィルタ層２
４上に配置された柱状スペーサ３１の高さが高くなるた
め、アレイ基板１１０と対向基板１２０との間のギャッ
プを十分に確保することができ、かつ、液晶注入口３２
付近のストライプ状に形成された遮光パターンＳＰの高
さが低くなるため、遮光パターンＳＰと対向基板１２０
とのギャップＨ３を拡大することが可能となる。

【００４４】この液晶表示装置によれば、液晶注入口付
近において遮光パターンＳＰがストライプ状になってい
ない場合に必要とされた２７０分の液晶注入時間が１２
０分に短縮された。

【００４５】なお、この発明は、上述した実施の形態に
限定されず様々に変形可能である。例えば遮光パターン
ＳＰについては、同様な効果を得るために様々なストラ
イプ、グラデーション、モザイクを組み合わせ、さらに
それらのピッチおよび向きを変更して任意の形状にする
ことが可能である。

【００４６】図２に示す遮光パターンＳＰでは、ストラ
イプ幅および間隔が２００μｍに設定されたが、例えば
１００μｍ、５０μｍのように任意に変更可能である。

【００４７】また、図６に示すように、ストライプ配置
にグラデーションを持たせて遮光パターンＳＰを形成し
てもよい。この場合にも、上述した実施の形態と同様
に、約１２０分で液晶の注入を完了できた。さらに、こ
のグラデーションにより、図２に示す遮光パターンＳＰ
よりも青色を目立たなくしてさらに見栄えを改善でき
た。

【００４８】なお、上述した実施の形態では、色フィル
タ２４が液晶注入口３２付近の遮光領域４１で青と黒の
組合わせを得るために青のカラーフィルタ層２４Ｂで構
成されたが、これを遮光パターンＳＰの黒に近い他の色
に変更してもよい。

【００４９】また、上述した実施の形態では、遮光パタ
ーンＳＰおよび色フィルタ２４がアレイ基板１１０側に
形成されたが、これらは対向基板１２０側に形成されて
もよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表示品位の低下を防止することが可能な液晶表示装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表
示装置の構造を概略的に示す断面図である。

【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置において液
晶注入口付近の遮光パターンの形状を概略的に示す平面
図である。

【図３】図３は、図２に示したＡ−Ａ線に沿って切断し
たときの概略的な断面を示し、色フィルタが遮光パター
ンにより覆われない液晶注入口付近部分の構造を示す図
である。

【図４】図４は、図２に示したＢ−Ｂ線に沿って切断し
たときの概略的な断面を示し、色フィルタが遮光パター
ンにより覆われた液晶注入口付近部分の構造を示す図で
ある。

【図５】図５は、図２に示したＣ−Ｃ線に沿って切断し
たときの概略的な断面を示す図である。

【図６】図６は、図２に示した遮光パターンの変形例を
概略的に示す平面図である。

【符号の説明】

１１…透明基板 １３Ａ，１３Ｂ…配向膜 １４…スイッチング素子 ２１…透明基板 ２２…対向電極 ２４…色フィルタ ２５…外縁シール部材 ２６…スルーホール ３０…画素電極 ３１…柱状スペーサ ３２…液晶注入口 ３３…注入口シール部材 ４０…表示領域 ４１…遮光領域 ７０…液晶セル １１０…アレイ基板 １２０…対向基板 ＬＱ…液晶材料 ＳＰ…遮光パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA19 LA28 MA04X NA43 NA45 QA12 QA16 SA17 TA09 TA12 TA13 TA15 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA34Y FC10 FC22 GA03 GA13 KA10 LA12 LA16

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１基板と、 前記第１基板に対向配置された第２基板と、 前記第１基板と前記第２基板との間に所定のギャップを
   形成する柱状スペーサと、 前記柱状スペーサによって形成された前記第１基板と前
   記第２基板との間の所定のギャップに配置された液晶組
   成物と、 表示領域の外周に配置された、前記柱状スペーサと同一
   の材料によって形成された遮光パターンと、を備えた液
   晶表示装置において、 前記柱状スペーサの厚さは、前記遮光パターンの厚さよ
   り厚いことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記遮光パターンの幅は、前記柱状スペー
   サの幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の液
   晶表示装置。
3. 【請求項３】前記柱状スペーサ及び前記遮光パターン
   は、遮光性の樹脂を成膜し、所定の形状にパターニング
   し、熱処理することによる同一工程で形成されることを
   特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記柱状スペーサ及び前記遮光パターン
   は、前記熱処理において、パターニングされた遮光性の
   樹脂をメルトし、体積収縮しながら硬化することによっ
   て形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表
   示装置。