JP2002031805A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2002031805A JP2000213753A JP2000213753A JP2002031805A JP 2002031805 A JP2002031805 A JP 2002031805A JP 2000213753 A JP2000213753 A JP 2000213753A JP 2000213753 A JP2000213753 A JP 2000213753A JP 2002031805 A JP2002031805 A JP 2002031805A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温、高温に限らず、各透明基板のギャップ
を均一に保持する。 【解決手段】 液晶を介して対向配置された各透明基板
と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明
基板を支持する複数のスペーサと、を備え、前記各スペ
ーサは第1のスペーサと第2のスペーサからなり、第1
のスペーサは第2のスペーサに対して弾性が高い材料で
形成されているとともに、かつ、高さが大きく形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は、液晶を介して対向配置
される各透明基板を外囲器とし、該液晶の広がり方向に
多数の画素からなる表示部を備えて構成されている。
【0003】一方の透明基板に対する他方の透明基板の
固定は、該液晶を封止する機能を兼ねるシール材によっ
てなされ、また、各透明基板の表示部におけるギャップ
の保持は該液晶中に散在されるスペーサによってなされ
ている。
【0004】そして、このスペーサとしては、近年、一
方の透明基板側に形成された樹脂層をフォトリソグラフ
ィ技術による選択エッチングによって柱状に形成したも
のが知られるようになってきた。このように形成される
各スペーサは、表示部内の所定の位置に精度よく形成で
きるとともに、それぞれの高さを均一にできる効果を奏
する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな液晶表示装置は、例えばバックライト等からの熱に
よって高温になると、液晶が熱膨張し、一方の透明基板
に形成されているスペーサに対して他方の透明基板が離
れてしまうことが確認された。液晶の熱膨張に対してス
ペーサの熱膨張が追従できないからである。
【0006】このため、各透明基板のギャップ、すなわ
ち液晶の層厚を均一に維持できなくなり、少なくとも一
方の透明基板に撓みが生じてしまう。この透明基板の撓
みは、常温になっても容易に元に戻らず、表示むらを生
じさせる不都合をもたらす。
【0007】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、その目的は、常温、高温に限らず、各透明
基板のギャップを均一に保持できる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】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0009】すなわち、本発明による液晶表示装置は、
例えば、液晶を介して対向配置された各透明基板と、一
方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明基板を
支持する複数のスペーサと、を備え、前記各スペーサは
第1のスペーサと第2のスペーサからなり、第1のスペ
ーサは第2のスペーサに対して弾性が高い材料で形成さ
れているとともに、かつ、高さが大きく形成されている
ことを特徴とするものである。
【0010】このように構成された液晶表示装置は、各
透明基板は、温度が高くなる前において、第2のスペー
サの高さに応じたギャップが保持されるようになってい
る。この場合、第1のスペーサはその弾性によって縮ん
だ状態となっている。
【0011】温度が高くなり、液晶が熱膨張した場合、
各透明基板は、その一方において第2のスペーサから離
れるが、第1のスペーサからは離れないようになる。第
1のスペーサはその弾性によって膨らんだ状態となるか
らである。
【0012】そして、常温に戻った場合には、第1のス
ペーサはその弾性によって縮んだ状態となり、第2のス
ペーサの高さに応じたギャップが保持されるようにな
る。このことから、各透明基板には撓みが生じることは
なくなり、高温、常温に限らず、各透明基板のギャップ
を均一に保持できるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示装置
の実施例を図面を用いて説明をする。 実施例1. 《等価回路》図2は本発明による液晶表示装置の一実施
例を示す等価回路図である。同図は回路図であるが、実
際の幾何学的配置に対応して描かれている。同図におい
て、透明基板SUB1があり、この透明基板SUB1は
液晶を介して他の透明基板SUB2と対向して配置され
ている。
【0014】前記透明基板SUB1の液晶側の面には、
図中x方向に延在しy方向に並設されるゲート信号線G
Lと、このゲート信号線GLと絶縁されてy方向に延在
しx方向に並設されるドレイン信号線DLとが形成さ
れ、これら各信号線で囲まれる矩形状の領域が画素領域
となり、これら各画素領域の集合によって表示部ARを
構成するようになっている。
【0015】各画素領域には、一方のゲート信号線GL
からの走査信号(電圧)の供給によって駆動される薄膜
トランジスタTFTと、この薄膜トランジスタTFTを
介して一方のドレイン信号線DLからの映像信号(電
圧)が供給される画素電極PIXが形成されている。
【0016】また、画素電極PIXと前記一方のゲート
信号線GLと隣接する他方のゲート信号線GLとの間に
は容量素子Caddが形成され、この容量素子Cadd
によって、前記薄膜トランジスタTFTがオフした際
に、画素電極PIXに供給された映像信号を長く蓄積さ
せるようになっている。
【0017】各画素領域における画素電極PIXは、液
晶を介して対向配置される他方の透明基板SUB2の液
晶側の面にて各画素領域に共通に形成された対向電極C
T(図示せず)との間に電界を発生せしめるようになっ
ており、これにより各電極の間の液晶の光透過率を制御
するようになっている。
【0018】各ゲート信号線GLの一端は透明基板の一
辺側(図中左側)に延在され、その延在部は該透明基板
SUB1に搭載される半導体集積回路からなる垂直走査
回路Vと接続されるようになっており、また、各ドレイ
ン信号線DLの一端も透明基板SUB1の一辺側(図中
上側)に延在され、その延在部は該透明基板SUB1に
搭載される半導体集積回路からなる映像信号駆動回路H
eと接続されるようになっている。
【0019】前記透明基板SUB2は、垂直走査回路V
および映像信号駆動回路Heを構成する半導体回路が搭
載される領域を回避するようにして透明基板SUB1と
対向配置され、該透明基板SUB1よりも小さな面積と
なっている。
【0020】そして、透明基板SUB1に対する透明基
板SUB2の固定は、該透明基板SUB2の周辺に形成
されたシール材SLによってなされ、このシール材SL
は透明基板SUB1、SUB2の間の液晶を封止する機
能も兼ねている。
【0021】《画素の構成》図3は透明基板SUB1の
一画素領域の構成を示す平面図であり、図2の点線枠A
に示す部分に相当する図面である。また、図4は図3の
IV−IV線における断面図を示し、透明基板SUB2の断
面図をも示している。
【0022】各図において、まず、透明基板SUB1の
液晶側の面に図中x方向に延在しy方向に並設されるゲ
ート信号線GLが形成されている。そして、このゲート
信号線GLをも被って透明基板SUB1の面に例えばS
iNからなる絶縁膜GIが形成されている。
【0023】この絶縁膜GIは、後述のドイレン信号線
DLに対してはゲート信号線GLとの層間絶縁膜として
の機能、後述の薄膜トランジスタTFTに対してはその
ゲート絶縁膜としての機能、後述の容量素子Caddに
対してはその誘電体膜としての機能を有するようになっ
ている。
【0024】画素領域の左下においてゲート信号線GL
と重畳する部分において、例えばa−Siからなるi型
(真性:導電型決定不純物がドープされていない)の半
導体層ASが形成されている。
【0025】この半導体層ASは、その上面にソース電
極およびドレイン電極を形成することによって、前記ゲ
ート信号線の一部をゲート電極とするMIS型の薄膜ト
ラシジスタTFTの半導体層となるものである。
【0026】この薄膜トランジスタTFTのソース電極
SD1およびドレイン電極SD2は、前記絶縁膜GI上
に形成されるドレイン信号線DLと同時に形成されるよ
うになっている。
【0027】すなわち、図中y方向に延在されx方向に
並設されるドレイン信号線DLが形成され、このドレイ
ン信号線DLの一部を前記半導体層ASの上面にまで延
在させて形成することにより、その延在部は薄膜トラン
ジスタTFTのドレイン電極SD2として形成される。
【0028】また、この時、前記ドレイン電極SD2と
離間させて形成された電極がソース電極SD1となる。
このソース電極SD1は後述の画素電極PIXと接続さ
れるもので、その接続部を確保するために、画素領域の
中央側に若干延在させた延在部を有するパターンとなっ
ている。
【0029】なお、ドレイン電極SD2、ソース電極S
D1の半導体層ASとの界面には不純物がドープされた
半導体層が形成され、この半導体層はコンタクト層とし
て機能するようになっている。
【0030】前記半導体層ASを形成した後、その表面
に不純物がドープされた膜厚の薄い半導体層を形成し、
ドレイン電極SD2およびソース電極SD1を形成した
後に、前記各電極をマスクとして、それから露出された
不純物がドープされた半導体層をエッチングすることに
より、上述した構成とすることができる。
【0031】そして、このようにドレイン信号線DL
(ドレイン電極SD2、ソース電極SD1)が形成され
た透明基板SUB1の表面には、該ドレイン信号線DL
等をも被って例えばSiNからなる保護膜PSVが形成
されている。
【0032】この保護膜PSVは薄膜トランジスタTF
Tの液晶との直接の接触を回避するため等に設けられる
もので、前記薄膜トランジスタTFTのソース電極SD
1の延在部の一部を露出させるためのコンタクトホール
CHが形成されている。
【0033】また、この保護膜PSVの上面には画素領
域の大部分を被って例えばITO(Indium-Tin-Oxide)
膜からなる透明の画素電極PIXが形成されている。
【0034】この画素電極PIXは、保護膜PSVの前
記コンタクトホールCHをも被うようにして形成され、
これにより薄膜トランジスタTFTのソース電極SD1
と接続されるようになっている。
【0035】さらに、このように画素電極PIXが形成
された透明基板SUB1の表面には、該画素電極PIX
をも被って配向膜ORI1が形成されている。この配向
膜ORI1は例えば樹脂からなり、その表面には一定方
向にラビング処理がなされている。この配向膜ORI1
は液晶LCと接触するようになっており、この配向膜O
RI1によって該液晶LCの初期配向方向を決定するよ
うになっている。そして、透明基板SUB1の液晶LC
と反対側の面には、偏光板POL1が被着されている。
【0036】一方、透明基板SUB2の液晶側の面に
は、各画素領域を画するようにしてブラックマトリック
スBMが形成されている。このブラックマトリックスB
Mは、外来の光が薄膜トランジスタTFTに照射するの
を回避させるためと、表示のコントラストを良好にする
ために設けられている。
【0037】さらに、ブラックマトリックスBMの開口
部(光が透過する領域となり、実質的な画素領域とな
る)には各画素領域に対応した色を有するカラーフィル
タFILが形成されている。
【0038】このカラーフィルタFILは、例えばy方
向に並設される各画素領域において同色のフィルタが用
いられ、x方向の各画素領域毎に例えば赤(R)、緑
(G)、青(B)のフィルタが順番に繰り返されて配列
されている。
【0039】このようにブラックマトリックスBMおよ
びカラーフィルタFILが形成された透明基板SUB2
の表面には該ブラックマトリックスBM等をも被って例
えば塗布等により形成された樹脂からなる平坦化膜OC
が形成され、その表面に該ブラックマトリックスBMお
よびカラーフィルタFILによる段差が顕在されないよ
うになっている。
【0040】平坦化膜OCの表面には、スペーサSOC
が形成されている。このスペーサSOCは表示部AR内
に散在されるようにして形成され(図4では、1つのス
ペーサを示している)、透明基板SUB2に対する透明
基板SUB1のギャップを均一に維持させるものであ
る。
【0041】このスペーサSOCは、透明基板SUB2
に固定された柱状の例えば樹脂体からなり、該透明基板
SUB2側の面に樹脂を塗布により形成して樹脂膜を形
成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングに
よって形成するようになっている。このことから、この
スペーサSOCは画素領域のうち光が透過する領域ある
いは透過しない領域に任意に形成できるようになってい
る。
【0042】このスペーサSOCについては後にさらに
詳述するが、図4に示した液晶表示装置は常温状態にな
っており、スペーサSOC(図に示されていない他のス
ペーサSOCも含む)の高さはh1となっている。
【0043】そして、前記平坦化膜OCの表面はスペー
サSOCの表面も被って各画素領域に共通に例えばIT
Oからなる対向電極CTが形成されている。
【0044】この対向電極CTは各画素領域における画
素電極PIXとの間に映像信号(電圧)に対応した電界
を発生せしめ、これら各電極との間の液晶LCの光透過
率を制御するようになっている。
【0045】さらに、このように対向電極CTが形成さ
れた透明基板SUB2の表面には、該対向電極CTをも
被って配向膜ORI2が形成されている。この配向膜O
RI2は例えば樹脂からなり、その表面には一定方向に
ラビング処理がなされている。この配向膜ORI2は液
晶と接触するようになっており、この配向膜ORI2に
よって該液晶LCの初期配向方向を決定するようになっ
ている。そして、透明基板SUB1の液晶LCと反対側
の面には、偏光板POL2が被着されている。
【0046】《スペーサ》図1は、前記スペーサSOC
が形成されている透明基板SUB2のみを示した図で、
換言すれば、透明基板SUB1がいまだ対向して配置さ
れていない状態を示した図である。なお、図4の場合の
透明基板2とは上下が逆に示されている。
【0047】透明基板SUB2側に形成される各スペー
サSOCは、2種の異なるスペーサから構成され、その
うちの一方のスペーサSOC(1)はその高さがh1
比較的弾性が少ない材料で形成され、他方のスペーサS
OC(2)はその高さがh2(>h1)で比較的弾性が大
きな材料で形成されている。
【0048】各種のスペーサSOC(1)、SOC
(2)はそれぞれ別の工程で形成されるようになってい
る。すなわち、平坦化膜OCの上面に樹脂(弾性率をE
1とする)を塗布して膜厚がh1の樹脂膜を形成し、それ
をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングにより
パターン化することにより、一方のスペーサSOC
(1)を形成する。そして、平坦化膜OCの上面に他の
樹脂(弾性率をE2(>E1)とする)を塗布して膜厚が
2の樹脂膜を形成し、それをフォトリソグラフィ技術
による選択エッチングによりパターン化することによ
り、他方のスペーサSOC(2)を形成する。
【0049】このようなスペーサを有する透明基板SU
B2に対して透明基板SUB1を対向配置(液晶セルの
形成)させた場合、各透明基板SUB1、SUB2のギ
ャップは、図4に示したように、一方のスペーサSOC
(1)の高さh1によって決定されることになる。
【0050】この場合、各透明基板SUB1、SUB2
側からの圧力によって、他方のスベーサSOC(2)は
その弾性が小さいことから縮み、その高さがh1の状態
で各透明基板の間に介在され、各透明基板はその表示部
ARの全域にわたってほぼh 1のギャップが保持される
ようになる。そして、常温から高温になって液晶が熱膨
張することにより、各透明基板のギャップはh1以上に
なり、一方のスペーサSOC(1)の頭部が透明基板S
UB1から離れてしまうが、他方のスペーサSOC
(2)がその弾性によって膨らみ透明基板SUB1に密
着されたままとなる。
【0051】この場合、各透明基板のギャップは変化す
ることになるが、表示部の各位置にわたってギャップが
ばらつくわけではないので(すなわち、透明基板に撓み
が生じないので)、表示のむらは発生しないことにな
る。
【0052】このことは、高温から常温に戻る際にも同
様であり、依然として表示のむらは発生しないことにな
る。このため、常温、高温に限らず、各透明基板のギャ
ップを均一に保持できるようになる。
【0053】図5は他の実施例を示した構成図で図1と
対応した図となっている。図5において、平坦化膜OC
の上面に対向電極CTが形成され、この対向電極CTの
面にスペーサSOCが形成された部分が図1と異なって
いる。
【0054】上述した実施例は、その画素構成として、
一方の透明基板SUB1側に画素電極が、他方の透明基
板SUB2側に対向電極が形成され、それらの間の液晶
に電界を印加する(これにより電界の方向は基板に対し
て垂直になる)構成のものについて示したものである。
【0055】しかし、一方の透明基板側に画素電極およ
び対向電極が形成され、それらの間の液晶に電界を印加
する(これにより基板とほぼ平行な電界成分によって液
晶を駆動する)構成のものにおいても適用できるもので
ある。
【0056】画素の構成がどのようなものであっても、
表示領域の各個所における各透明基板のギャップすなわ
ち液晶の層厚のばらつきをなくす要請はいずれも同じだ
からである。
【0057】図6は、後者の画素構成における図1と対
応する図である。透明基板SUB2側には対向電極CT
が形成されていないという点を除けば、図1と同様の構
成となっている。
【0058】実施例2.上述した実施例の場合、各種の
スペーサにおいて材料の異なるものを用いているため
に、その製造においてフォトリソグラフィ技術による選
択エッチングを2回行わなければならない。
【0059】しかし、スペーサを形成する下地となる層
に段差が形成されており、また、スペーサの平面形状
(中心軸を横切る断面形状)を異ならしめることによっ
てスペーサ自体の弾性を変えることができることから、
一回のフォトリソグラフィ技術による選択エッチングに
よって同様の効果を得ることができる。
【0060】図7は、このようにして形成した構成図
で、図6と対応した図となっている。図7図において、
平坦化膜OCは形成されておらず、これにより、ブラッ
クマトリックスBMに起因する段差を積極的に形成して
いる。
【0061】そして、段差の低い部分にスペーサSOC
(1)を形成し、このスペーサSOC(1)の面積(中
心軸を横切る面積)をS1とする。また、段差の高い部
分にスペーサSOC(2)を形成し、このスベーサSO
C(2)の面積をS2(<S1)とする。
【0062】このように形成することによって、各スペ
ーサSOCの材料が同一であるとしても、スペーサSO
C(2)は見かけ上の高さを大きくでき、しかもスペー
サSOC(2)自体の弾性を大きくすることができるよ
うになる。
【0063】同様の趣旨で、実施例1の構成において、
一方のスペーサの配置個所を他方のスペーサよりも段差
の高い部分に形成することによって、それら各スペーサ
の高さを同じに形成してもよいことはもちろんである。
【0064】以上、各実施例による液晶表示装置によれ
ば、常温、高温に限らず、各透明基板のギャップを均一
に保持できるようになる。
【0065】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による液晶表示装置によれば、常温、高温に限ら
ず、各透明基板のギャップを均一に保持できるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す要
部断面図である。
【図2】本発明による液晶表示装置の一実施例を示す等
価回路図である。
【図3】本発明による液晶表示装置の画素の一実施例を
示す平面図である。
【図4】図3のIV−IV線における断面図である。
【図5】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す
要部断面図である。
【図6】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す
要部断面図である。
【図7】本発明による液晶表示装置の他の実施例を示す
要部断面図である。
【符号の説明】 SUB……透明基板、LC……液晶、SOC……スペー
サ、BM……ブラックマトリックス、FIL……カラー
フィルタ、ORI……配向膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩壁 靖 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H089 LA01 QA14 TA01 TA09 TA12 TA15

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶を介して対向配置された各透明基板
    と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明
    基板を支持する複数のスペーサと、を備え、 前記各スペーサは第1のスペーサと第2のスペーサから
    なり、第1のスペーサは第2のスペーサに対して弾性が
    高い材料で形成されているとともに、かつ、高さが大き
    く形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 液晶を介して対向配置された各透明基板
    と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明
    基板を支持する複数のスペーサと、を備え、 前記各スペーサは第1のスペーサと第2のスペーサから
    なり、第1のスペーサは第2のスペーサに対して弾性が
    高い材料で形成されているとともに、かつ、一方の透明
    基板側の段差の高い部分に形成されていることを特徴と
    する液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 液晶を介して対向配置された各透明基板
    と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明
    基板を支持する複数のスペーサと、を備え、 前記各スペーサは第1のスペーサと第2のスペーサから
    なり、第1のスペーサは、第2のスペーサに対して弾性
    が高い形状で形成されているとともに、一方の透明基板
    側の段差の高い部分に形成されていることを特徴とする
    液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 第1のスペーサと第2のスペーサは同一
    の材料からなることを特徴とする請求項3に記載の液晶
    表示装置。
  5. 【請求項5】 第1のスペーサはその中心軸を横切る断
    面形状の面積が第2のスペーサの中心軸を横切る断面形
    状の面積よりも大きく形成されていることを特徴とする
    請求項3、4のうちいずれかに記載の液晶表示装置。
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