JP2001183676A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板間隔を均一に精度良く設定して良好な表示
特性が得られる液晶表示素子を提供する。 【解決手段】一対の基板１ａ，１ｂを枠状のシール材２
を介して接合してなる液晶表示素子において、前記一方
の基板１ｂの内面に、前記シール材２の内側の領域に両
基板１ａ，１ｂの間隔を規制するための複数の柱状スペ
ーサ２０が突設されていると共に、さらに前記シール材
２の外側の領域に前記柱状スペーサ２０と同じ高さの複
数の柱状スペーサ２０′が突設されている。

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、画像等の表示に
用いられる液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の液晶表示素子は、それぞれ内面
に透明な電極が形成された一対の基板を枠状のシール材
を介して互いに対向するようにプレス装置を用いて接合
し、この接合後にその一対の基板とシール材とで囲まれ
た領域内に液晶を封入してなる。

【０００３】このような液晶表示素子の表示特性（電気
光学特性）は、液晶の複屈折性Δｎと液晶層厚ｄとの積
Δｎｄによって決まり、したがって良好な表示特性を得
るためには一対の基板の間隔、つまり液晶層厚を精度よ
く設定する必要がある。

【０００４】特に、強誘電性液晶や反強誘電性液晶を用
いた液晶表示素子においては、ＴＮ方式やＳＴＮ方式の
液晶表示素子に比べその液晶層厚が小さく、したがって
基板の間隔をより精度よく設定する必要がある。

【０００５】このため従来においては、一対の基板を枠
状のシール材を介して接合する際に、いずれか一方の基
板上に所定径のビーズ状のスペーサを散布し、これらス
ペーサで基板間隔を規制したり、或いは一方の基板上に
感光性樹脂により複数の柱状のスペーサを形成し、これ
らスペーサで基板間隔を規制するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の液
晶表示素子においては、スペーサがシール材の内側の領
域に設けられているだけで、シール材の外側に張り出し
た基板の周縁部は無支持の状態にあり、このため一対の
基板をプレス装置で加圧して接合する際に、そのシール
材の外側に張り出した基板の周縁部が撓むように変形
し、このような撓み変形の癖で加圧の解除後に基板の全
体が湾曲し、この湾曲で基板間隔の精度が低下し、良好
な表示特性が得られなくなるという問題がある。

【０００７】この発明は、このような点に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、基板間隔を均一
に精度良く設定して良好な表示特性が得られる液晶表示
素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明はこのような目
的を達成するために、一対の基板を枠状のシール材を介
して接合してなる液晶表示素子において、前記一方の基
板の内面には、前記シール材の内側の領域に両基板の間
隔を規制するための複数の柱状スペーサを突設すると共
に、さらに前記シール材の外側の領域に前記柱状スペー
サと同じ高さの複数の柱状スペーサを突設したものであ
る。

【０００９】そして請求項２の発明では、シール材の外
側に設けられた柱状スペーサと、シール材の内側に設け
られた柱状スペーサとが同一の工程により同時に形成さ
れていることを特徴としている。

【００１０】さらに、請求項３の発明では、一対の基板
と枠状のシール材とで囲まれた領域内には強誘電性液晶
または反強誘電性液晶が封入されていることを特徴とし
ている。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の液晶表示素子は、上記
のように、シール材を介して接合された一対の基板のう
ちの一方の基板の内面に、シール材の内側の領域に両基
板の間隔を規制するための複数の柱状スペーサが突設さ
れていると共に、さらに前記シール材の外側の領域に前
記柱状スペーサと同じ高さの複数の柱状スペーサが突設
されていることを特徴としている。

【００１２】一対の基板をシール材を介して接合すると
きにはプレス装置によりその基板を加圧するが、シール
材の内側の領域だけでなくシール材の外側の領域にも同
じ高さの柱状スペースが設けられていることにより、そ
の加圧時における基板の周縁部の撓みの変形が抑えら
れ、これにより基板間隔を均一に精度よく規制して良好
な表示特性が得られる。

【００１３】シール材の外側に設ける柱状スペーサは、
シール材の内側に設ける柱状スペーサの形成工程時に同
時に形成することにより、その高さを同一の寸法とする
ことができる。

【００１４】一対の基板と枠状のシール材とで囲まれた
領域内には強誘電性液晶または反強誘電性液晶を封入す
ることが可能である。強誘電性液晶または反強誘電性液
晶を用いた液晶表示素子においてはその液晶層厚が小さ
く、基板の間隔をより精度よく設定する必要があるが、
シール材の外側に設けた柱状スペーサにより基板間隔を
均一に精度よく規制してその要請に充分に応えることが
可能となる。

【００１５】

【実施例】図１にはこの発明の一実施例に係る液晶表示
素子の断面図を、図２にはその平面図を示してある。こ
の液晶表示素子は反強誘電性液晶を用いたアクティブマ
トリックス方式のものであり、互いに対向した一対の透
明な基板１ａ，１ｂが枠状のシール材２を介して互いに
接合され、そのシール材２と基板１ａ，１ｂとで囲まれ
た領域内に反強誘電性液晶ＬＣが封入されている。

【００１６】そして例えば基板１ｂの内面には、両基板
１ａ，１ｂ間の間隔を規制するための複数の柱状スペー
サ２０が前記シール材２の内側の領域において形成され
ていると共に、さらにシール材２の外側に張り出した周
縁部の領域においても複数の柱状スペーサ２０′が形成
されている。

【００１７】この液晶表示素子について図３〜図５を参
照してさらに詳しく述べる。図３は液晶表示素子の一部
分を拡大して示す平面図、図４は図３中のIV−IV線に沿
う拡大断面図、図５は図３中のV−V線に沿う拡大断面図
である。

【００１８】一方の基板１ａの内面には、マトリックス
状に配列する複数の透明な画素電極３と、これら画素電
極３にそれぞれ対応して配置された複数の薄膜トランジ
スタ（以下、ＴＦＴと記す）４と、前記行方向に配列す
る画素電極３の行ごとにその一側に沿って配線された複
数のゲートライン１０と、前記列方向に配列する前記画
素電極３の列ごとにその一側に沿って配線された複数の
データライン１１とが設けられ、また他方の基板１ｂの
内面には、前記複数の画素電極３に対向する透明な対向
電極１４が設けられている。

【００１９】前記ＴＦＴ４は、前記基板１ａ上に形成さ
れたゲート電極５と、このゲート電極５を覆うゲート絶
縁膜６と、前記ゲート絶縁膜６の上に前記ゲート電極５
と対向して設けられたｉ型半導体膜７と、このｉ型半導
体膜７の両側部の上に図示しないｎ型半導体膜を介して
形成されたソース電極８およびドレイン電極９とからな
る。

【００２０】前記ゲートライン１０は、前記基板１ａ上
に配線されており、前記ＴＦＴ４のゲート電極５に一体
につながっている。前記ゲート電極５とゲートライン１
０は、アルミニウム系合金等の低抵抗金属により形成さ
れており、その表面は、前記ソース電極８とドレイン電
極９およびデータライン１１との間の絶縁耐圧を高くす
るために、ゲートライン１０の端子部（図示せず）を除
いて、その表面が陽極酸化処理されている。図５におい
て、１０ａは前記ゲートライン１０の表面の陽極酸化膜
である。

【００２１】なお、前記ＴＦＴ４のゲート絶縁膜６は基
板１ａのＴＦＴ配列領域全体にわたって形成された一枚
膜状の透明絶縁膜であり、前記ゲートライン１０はその
端子部を除いて前記ゲート絶縁膜６により覆われてい
る。

【００２２】一方、前記データライン１１は前記ゲート
絶縁膜６の上に配線されており、前記ＴＦＴ４のドレイ
ン電極９につながっている。図４および図５では、前記
データライン１１を単層膜として示しているが、このデ
ータライン１１と前記ＴＦＴ４のドレイン電極９および
前記ソース電極８は、前記ＴＦＴ４のｎ型半導体膜との
コンタクト性が良いクロム等のコンタクト金属膜の上に
アルミニウム系合金等の低抵抗金属膜を積層した積層膜
からなっている。

【００２３】なお、この実施例では、前記データライン
１１を前記ＴＦＴ４のドレイン電極９と一体に形成して
いるが、前記ＴＦＴ４を層間絶縁膜で覆ってその上に前
記データライン１１を形成し、このデータライン１１
を、前記層間絶縁膜に設けたコンタクト孔において前記
ＴＦＴ４のドレイン電極９に接続してもよい。

【００２４】また、前記ゲート絶縁膜６の上には、前記
ＴＦＴ４およびデータライン１１を覆って透明なオーバ
ーコート絶縁膜１２が設けられており、前記画素電極３
は前記オーバーコート絶縁膜１２の上に形成され、この
オーバーコート絶縁膜１２に設けられた図示しないコン
タクト孔において、前記ＴＦＴ４のソース電極８に接続
されている。

【００２５】なお、この実施例の液晶表示素子は、一般
にデルタ配列型と呼ばれるものであり、同じデータライ
ン１１から前記ＴＦＴ４を介してデータ信号を供給され
る各列の複数の画素電極３がそれぞれ各行ごとにほぼ1.
5ピッチずつ行方向に交互にずれて配列している。

【００２６】また、前記データライン１１は、ほぼ1.5
ピッチずつ行方向に交互にずれて配列している各列の複
数の画素電極３のうちの図３および図４において左方向
にずれた画素電極３の右側縁に沿う縦ライン部１１ａ
と、右方向にずれた画素電極３の左側縁に沿う縦ライン
部１１ｂと、これらの縦ライン部１１ａ，１１ｂをつな
ぐ、前記データライン１１のピッチのほぼ半分の長さの
横ライン部１１ｃとからなる蛇行ラインとされており、
前記横ライン部１１ｃは前記ゲート絶縁膜６を介して前
記ゲートライン１０の上に重なっている。

【００２７】さらに、前記基板１ａの内面つまり前記画
素電極３の形成面上には、所定の方向に配向処理が施さ
れたポリイミド等からなる水平配向膜１４が設けられて
いる。

【００２８】一方、基板１ｂの内面に設けられた対向電
極１４は、前記複数の画素電極３の全てに対向する一枚
膜状の電極であり、前記複数の画素電極３と前記対向電
極１４とが対向する領域がそれぞれマトリックス状に配
列する複数の画素領域Ａとなっている。

【００２９】また、この実施例の液晶表示素子は、フル
カラー画像等の多色カラー画像を表示するものであり、
基板１ｂの内面に各画素領域Ａにそれぞれ対応して複数
の色、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１５
Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが設けられている。

【００３０】前記赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ，
１５Ｇ，１５Ｂは、行方向に配列する複数の画素領域Ａ
に対して赤色フィルタ１５Ｒと、緑色フィルタ１５Ｇと
青色フィルタ１５Ｂとが交互に対応し、同じデータライ
ン１１からデータ信号を供給される画素電極３が対応す
る画素領域Ａに対して、同じ色のフィルタが対応するよ
うに配列形成されている。

【００３１】さらに、この基板１ｂの内面には、前記複
数の画素電極３とゲートライン１０およびデータライン
１１との間の領域を透過する光を遮るための遮光膜（ブ
ラックマスク）１６が設けられている。なお、図３で
は、遮光膜１６を判別しやすくするため、遮光膜部分に
平行斜線を施してある。

【００３２】前記遮光膜１６は、例えば、酸化クロム膜
とクロム膜との積層膜からなっており、前記ゲートライ
ン１０をはさんで隣り合う画素電極３間の領域と、前記
データライン１１をはさんで隣り合う画素電極３間の領
域と、前記ＴＦＴ４の配置領域に対応させて、これらの
領域よりも若干幅広に形成されている。

【００３３】なお、前記遮光膜１６は基板１ｂ上に形成
され、前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂは前
記遮光膜１６を覆って基板１ｂ上に形成されており、こ
のカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの上に前記対
向電極１４が形成されている。

【００３４】そしてこの基板１ｂの内面（対向電極１４
の上）に、前記複数の画素領域Ａの間の領域に対応して
前述の複数の柱状スペーサ２０が点在状態に突設されて
おり、その上に、前記対向電極１４および柱状スペーサ
２０を覆って一方の基板１ａの配向膜１３の配向処理方
向とほぼ平行または若干斜めにずれた方向に配向処理が
施されたポリイミド等からなる水平配向膜１８が設けら
れている。

【００３５】前記柱状スペーサ２０は、例えば感光性樹
脂により所定の高さに形成されており、基板１ａと基板
１ｂとの間隔がこれら複数の柱状スペーサ２０の頂面を
基板１ａの内面に当接させることにより規制されてい
る。

【００３６】なお、この実施例では、前記柱状スペーサ
２０を基板１ａのゲートライン１０とデータライン１１
の横ライン部１１ｃとが重なる領域に部分的に対応させ
て、１つの画素領域Ａに１つの柱状スペーサ２０が対応
する分布状態で配置されている。

【００３７】すなわち、この実施例では、基板１ａの内
面のうちゲートライン１０とデータライン１１の横ライ
ン部１１ｃとが重なっている最も盛り上がり高さが大き
い領域を柱状スペーサ２０を受ける土台面として利用す
ることにより、柱状スペーサ２０の高さをできるだけ低
く抑えてその強度を充分に確保し得るようにしている。

【００３８】一方、図６に示すように、基板１ｂのシー
ル材２の外側に張り出した周縁部においては、その内面
に前記カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂのうちの
一つ、例えば赤のカラーフィルタ１５Ｒと同じ材料から
なるダミーのカラーフィルタ１５Ｒ′が形成され、この
カラーフィルタ１５Ｒ′の上に前記対向電極１４と同じ
材料からなるダミーの電極１４′が形成されている。そ
してこのダミーの電極１４′の上に前記柱状スペーサ２
０と同じ材料からなる柱状スペーサ２０′が形成されて
いる。

【００３９】また、これらダミーのカラーフィルタ１５
Ｒ′、電極１４′、柱状スペーサ２０に対応して基板１
ａのシール材２の外側に張り出した周縁部の内面には、
前記ゲートライン１０と同じ材料からなる金属膜１０′
と、前記ゲート絶縁膜６と同じ材料の絶縁膜６′と、前
記データライン１１と同じ材料の金属膜１１′と、前記
オーバーコート絶縁膜１２と同じ材料の絶縁膜１２′が
順次積層して形成されている。そして前記柱状スペーサ
２０′の頂面が前記絶縁膜１２′に当接する状態となっ
ている。

【００４０】カラーフィルタ１４Ｒに対応するダミーの
カラーフィルタ１４Ｒ′はそのカラーフィルタ１４Ｒの
形成工程時に同時に形成され、対向電極１４に対応する
ダミーの電極１４′はその対向電極１４の形成工程時に
同時に形成され、シール材２の外側の柱状スペーサ２
０′はシール材２の内側の柱状スペーサ２０の形成工程
時に同時に形成され、ゲートライン１０に対応する金属
膜１０′はそのゲートライン１０の形成工程時に同時に
形成され、ゲート絶縁膜６に対応する絶縁膜６′はその
ゲート絶縁膜６の形成工程時に同時に形成され、データ
ライン１１に対応する金属膜１１′はそのデータライン
１１の形成工程時に同時に形成され、オーバーコート絶
縁膜１２に対応する絶縁膜１２′はそのオーバーコート
絶縁膜１２の形成工程時に同時に形成されたものであ
る。

【００４１】したがって、シール材２の外側のダミーの
カラーフィルタ１４Ｒ′とシール材２の内側のカラーフ
ィルタ１４Ｒとの膜厚、シール材２の外側のダミーの電
極１４′とシール材２の内側の対向電極１４との膜厚、
シール材２の外側の柱状スペーサ２０′とシール材２の
内側の柱状スペーサ２０との高さ、シール材２の外側の
金属膜１０′とシール材２の内側のゲートライン１０と
の膜厚、シール材２の外側の絶縁膜６′とシール材２の
内側のゲート絶縁膜６との膜厚、シール材２の外側の金
属膜１１′とシール材２の内側のデータライン１１の膜
厚、シール材２の外側の絶縁膜１２′とシール材２の内
側のオーバーコート絶縁膜１２との膜厚はそれぞれ同じ
となっている。

【００４２】これらダミーのカラーフィルタ１５Ｒ′、
電極１４′、柱状スペーサ２０および金属膜１０′、絶
縁膜６′、金属膜１１′、絶縁膜１２′はシール材２の
外側に張り出した基板１ａ，１ｂの内面の複数箇所で、
かつ対向電極１４、ゲートライン１０、データライン１
１のそれぞれの端子部を避けた位置に点在するように均
等的に設けられ、その両基板１ａ，１ｂの接合に応じて
それぞれの柱状スペーさ２０′の頂面がその対応する絶
縁膜１２′にそれぞれ当接する構成となっている。

【００４３】なお、シール材２の内側の柱状スペーサ２
０の頂面およびオーバーコート絶縁膜１２の上にはそれ
ぞれ配向膜１８，１３が設けられているのに対して、シ
ール材２の外側の柱状スペーサ２０′の頂面および絶縁
膜１２′の上には配向膜が設けられていないが、配向膜
１８，１３は100ｎｍ以下と極めて薄い膜厚であるか
ら、その配向膜１８，１３の有無に拘らず、シール材２
の内側の柱状スペーサ２０の頂面がオーバーコート絶縁
膜１２の上に当接したときには、シール材２の外側の柱
状スペーサ２０′の頂面も絶縁膜１２′の上に当接する
状態となる。

【００４４】勿論、シール材２の内側の柱状スペーサ２
０の頂面およびオーバーコート絶縁膜１２の上と同様
に、シール材２の外側の柱状スペーサ２０′の頂面およ
び絶縁膜１２′の上にも配向膜を設けるようにしても何
ら差し支えない。

【００４５】この液晶表示素子の組立時の工程について
説明すると、まず、一方の基板１ａの内面の所定の領域
に例えば熱硬化性樹脂からなるシール材２を塗布する。
次に、内面に柱状スペーサ２０が突設された他方の基板
１ｂをその内面を下に向けて前記基板１ａの上に載置す
る。

【００４６】この後、載置した基板１ｂを上方からプレ
ス装置により所定の圧力で加圧し、この状態で前記シー
ル材２を熱硬化させて両基板１ａ，１ｂを接合する。こ
の接合時にはシール材２の内側に分布する柱状スペーサ
２０により両基板１ａ，１ｂの間隔が規制される。

【００４７】基板の加圧時にはシール材２の外側に張り
出した基板１ｂの周縁部が下方に押圧されるが、基板１
ａ，１ｂの周縁部間にはシール材２の内側の柱状スペー
サ２０と同じ高さの柱状スペーサ２０′が複数均等的に
設けられ、これら柱状スペーサ２０′を介しい基板１
ａ，１ｂの周縁部が支持された状態にあり、このため基
板１ａ，１ｂの周縁部の下方への撓み変形が抑えられ、
これにより基板１ａ，１ｂの全体の平坦性が良好に維持
され、両基板１ａ，１ｂの間隔がシール材２の内側の柱
状スペーサ２０で規定される所定の寸法に精度よく均一
に保持される。

【００４８】そして両基板１ａ，１ｂをシール材２を介
して接合した後に、そのシール材２と両基板１ａ，１ｂ
とで囲まれた領域内に液晶ＬＣを封入する。

【００４９】なお、前記実施例においては、柱状スペー
サ２０，２０′をカラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５
Ｂおよび対向電極１４を形成した基板１ｂの内面に設け
るようにしたが、画素電極３およびＴＦＴ４を形成した
基板１ａの内面に設けるような場合であってもよい。

【００５０】また、前記実施例においては、強誘電性液
晶表示素子を対象としたが、反強誘電性液晶表示素子あ
るいはＴＮ方式やＳＴＮ方式等の液晶表示素子にも適用
することができ、さらにカラーフィルタを備えない白黒
画像を表示する液晶表示素子にも適用することができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上の述べたようにこの発明の液晶表示
素子においては、シール材を介して接合された一対の基
板のうちの一方の基板の内面に、シール材の内側の領域
に両基板の間隔を規制するための複数の柱状スペーサが
突設されていると共に、さらに前記シール材の外側の領
域に前記柱状スペーサと同じ高さの複数の柱状スペーサ
が突設されており、このため一対の基板がプレス装置で
加圧されたときに基板の周縁部の撓みの変形が抑えら
れ、これにより基板間隔を均一に精度よく規制して良好
な表示特性を得ることが可能となる。

【００５２】そして、シール材の外側に設ける柱状スペ
ーサは、シール材の内側に設ける柱状スペーサの形成工
程時に同時に形成することにより、その高さを同一の寸
法とすることができる。

【００５３】一対の基板と枠状のシール材とで囲まれた
領域内には強誘電性液晶または反強誘電性液晶を封入す
ることが可能である。強誘電性液晶または反強誘電性液
晶を用いた液晶表示素子においてはその液晶層厚が小さ
く、基板の間隔をより精度よく設定する必要があるが、
シール材の外側に設けた柱状スペーサにより基板間隔を
均一に精度よく規制してその要請に充分に応えることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る液晶表示素子の断面
図。

【図２】その液晶表示素子の平面図。

【図３】その液晶表示素子の一部を拡大して示す平面
図。

【図４】図３中のIV−IV線に沿う拡大断面図。

【図５】図３中のV−V線に沿う拡大断面図。

【図６】その液晶表示素子におけるシール材の内側と外
側との境の部分を示す断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…基板 ３…画素電極 ４…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ） ５…ゲート電極 ６…ゲート絶縁膜 ６′…絶縁膜 ７…ｉ型半導体膜 ８…ソース電極 ９…ドレイン電極 １０…ゲートライン １０′…金属膜 １１…データライン １１′…金属膜 １２…オーバーコート絶縁膜 １２′…絶縁膜 １４…対向電極 １４′…ダミーの電極 １５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ…カラーフィルタ １５Ｒ′…ダミーのカラーフィルタ ２０，２０′…柱状スペーサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の基板を枠状のシール材を介して接合
   してなる液晶表示素子において、 前記一方の基板の内面に、前記シール材の内側の領域に
   両基板の間隔を規制するための複数の柱状スペーサが突
   設されていると共に、さらに前記シール材の外側の領域
   に前記柱状スペーサと同じ高さの複数の柱状スペーサが
   突設されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】シール材の外側に設けられた柱状スペーサ
   と、シール材の内側に設けられた柱状スペーサは同一の
   工程により同時に形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】一対の基板と枠状のシール材とで囲まれた
   領域内には強誘電性液晶または反強誘電性液晶が封入さ
   れていることを特徴とする請求項１または２に記載の液
   晶表示素子。