JP2002182220A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP2002182220A JP2000379773A JP2000379773A JP2002182220A JP 2002182220 A JP2002182220 A JP 2002182220A JP 2000379773 A JP2000379773 A JP 2000379773A JP 2000379773 A JP2000379773 A JP 2000379773A JP 2002182220 A JP2002182220 A JP 2002182220A
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    • G02F1/13394—Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＴＦＴ−ＬＣＤ等で基板間隔を柱状のスペーサ
で保持する場合、大荷重によるスペーサの不可逆的な変
形を防ぐ為の補助スペーサを設ける。柱状のスペーサの
場合、基板間隔保持に必要以上のスペーサを設置すると
横方向の一時的なずれが摩擦により戻らなくなるが、ス
ペーサの本数が少ないと大きな外力に対してはその本数
では支えることが出来ない。 【解決手段】基板の基準面からの高さの異なるスペーサ
を２種類以上配置し、通常の基板間隔保持と大荷重が加
わった時にのみ機能するスペーサとを設ける。スペーサ
の高さを異ならせるために、段差用パターンをあらかじ
め形成しておく。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に一対の基板をスペーサ材を介して一定の間隙で
対向させ、当該間隙に液晶組成物を保持した液晶表示装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶表示装置は、小型表示装置か
ら所謂ＯＡ機器等の表示端末用に広く普及している。こ
の液晶表示装置は、基本的には少なくとも一方が透明な
ガラス板やプラスチック基板等からなる一対の基板の間
に液晶組成物の層（液晶層）を挟持して所謂液晶パネル
（液晶セルとも言う）を構成する。この液晶パネルは、
基板に形成した画素形成用の各種電極に選択的に電圧を
印加して所定画素部分の液晶組成物を構成する液晶分子
の配向方向を変化させて画素形成を行う形式（単純マト
リクス）と、基板に各種電極と画素選択用のアクティブ
素子を形成してこのアクティブ素子を選択することによ
り当該アクティブ素子に接続した画素電極と基準電極の
間にある画素の液晶分子の配向方向を変化させて画素形
成を行う形式（アクティブマトリクス）とに大きく分類
される。
【０００３】一般に、アクティブマトリクス型液晶表示
装置は、一方の基板に形成した電極と他方の基板に形成
した電極との間に液晶層の配向方向を変えるための電界
を印加する、所謂縦電界方式を採用している。
【０００４】一方、液晶層に印加する電界の方向を基板
面とほぼ平行な方向とする、所謂横電界方式（ＩＰＳ方
式とも言う）の液晶表示装置が実用化されている。この
横電界方式の液晶表示装置を開示したものとしては、二
枚の基板の一方に櫛歯電極を用いて非常に広い視野角を
得るようにしたものが知られている（特公昭６３−２１
９０７号公報、米国特許第４３４５２４９号明細書）。
【０００５】この種の液晶表示装置に使用される液晶パ
ネルは、その一対の絶縁基板間の液晶組成物を充填する
間隙にスペーサを介在させて当該間隙を所定値に保つよ
うにしている。
【０００６】従来のスペーサは、樹脂やガラス系の素材
からなる球状スペーサを用い、あるいはこれに着色剤や
接着剤、配向処理剤等の表面処理を施して、絶縁基板の
うち電極基板側の内面に静電散布法あるいはセミドライ
散布法等により散布しているのが一般的である。
【０００７】また、上記のような球状スペーサに替え
て、遮光部（遮光膜、ブラックマスク）で遮光される領
域（非画素部）の少なくとも一部にホトリソグラフィ技
術や印刷技術等により所定のパターンの柱状スペーサ
（突起）を形成することも提案されている（特開平７−
３２５２９８号公報、特開平８−２８６１９４号公報参
照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】基板上に柱状のスペー
サを形成する上記従来技術では、各画素に対応して１個
のスペーサを形成していた。スペーサは対向する基板の
一方に固定され、他方に一定の面積で接触しているが、
スペーサを多数設けると、この接触面積が広くなり摩擦
力が大きくなるといった問題を本願発明者は見出した。
すなわち、液晶パネルの対向する２枚の基板に、その面
が平行にずれるよう外部から力を加えると、基板同士は
外部よりの基板面に平行な外力により一時的に僅かなず
れを生じるが、スペーサの本数（接触面積）が多いと、
スペーサと基板間の摩擦により外力から解放されてもず
れが戻らなくなる。
【０００９】そこで上記問題を解決するため、接触面積
を狭くするようスペーサの本数を減少することが考えら
れる。しかしながら、スペーサの本数を減少すると、別
の問題が発生する。すなわち外部から基板面に対して垂
直方向に一時的な荷重を加わえると、限られた本数のス
ペーサでは塑性変形を起こし、不可逆的に局部的な基板
間隔小となり、表示不良となる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】液晶表示装置において、
基板間隔を保持する為に機能するスペーサに加え、外部
からの一時的に大きな荷重が加えられた場合には、それ
を分散して受け止めるように機能するスペーサを追加す
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を参照して詳細に説明する。
【００１２】図１は本発明による液晶表示装置の一実施
例を説明するカラーフィルタ基板の一部分を示した模式
図である。図１（ａ）は図１（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った
断面図である。また図１（ｂ）は平面図であり、図１
（ａ）の図中上側から見た図である。
【００１３】図１において、１はスペーサ、２はカラー
フィルタ、３はブラックマスク、４は保護膜（ただし図
１（ｂ）では図をわかり易くするため省略した）、５は
透明基板、６はスペーサ１の上面に設けられた凹みであ
る。なお、凹み６については後で詳述する。
【００１４】図１に示すように、透明基板５にブラック
マスク３が形成されている。ブラックマスク３は、黒色
樹脂や金属の膜で作られており、遮光する機能を有して
いる。ブラックマスク３の開口部にはカラーフィルタ２
が設けられる。カラーフィルタ２は樹脂に顔料または染
料を用いて着色したものであり、特定の波長の光を透過
するものである。
【００１５】カラーフィルタ２とブラックマスク３とを
覆うように、保護膜４が形成されている。保護膜４はオ
ーバーコート膜とも呼ばれており、カラーフィルタ２表
面及びブラックマスク３を保護するとともに、カラーフ
ィルタ成分の汚染から液晶組成物を保護するものであ
る。また、カラーフィルタ２の端部２Ｂはブラックマス
ク３と重なっており、さらにカラーフィルタ２とブラッ
クマスク３とは膜厚に差がある。そのためカラーフィル
タ２の端部２Ｂで段差が生じている。保護膜４はカラー
フィルタ２とブラックマスク３とを覆うことで、カラー
フィルタ２とブラックマスク３によりできる段差を埋め
て平坦化する効果も有している。
【００１６】保護膜４上にはスペーサ１が形成される。
スペーサ１はカラーフィルタ基板と、対向して設けられ
る後述するＴＦＴ基板（図示せず）との間に一定の間隔
を保つためのもので、このスペーサ１によって形成され
る隙間に液晶組成物が保持される。図１（ｂ）の平面模
式図に示すように、スペーサ１が形成される位置は、ブ
ラックマスク３上である。ブラックマスク３によりスペ
ーサ１が隠されるため、液晶表示装置が画像を表示する
際に、スペーサ１が目立たない。なお、図１ではスペー
サ１は１個のみ示しているが、一定の間隔を保つように
多数のスペーサがカラーフィルタ基板全面にマトリック
ス状に形成されている。
【００１７】スペーサの形成後、配向膜（図示せず）が
形成され、配向膜を布等でラビングする配向処理が行わ
れる。この配向処理においてスペーサ１の突起によりラ
ビングが均一にできないという問題がある。そのため、
スペーサ１の形成される位置は、配向膜のラビング処理
において、ラビングの不均一な部分をなるべくブラック
マスク３で隠す位置に形成される。
【００１８】また前述したように、スペーサ１は液晶組
成物が保持される間隔を一定に保つ役目をもつため、そ
の高さは高い精度が求められる。スペーサの高さが一定
でないと、液晶層の厚みにばらつきが生じることとな
る。液晶層の厚みにばらつきが生じると、液晶層を通過
する光の光路長にばらつきが生じことによる表示品質の
低下等の問題が生じる。そのため、スペーサ１の材料と
なる層を形成する際、層の厚さを均一に形成することが
必要である。
【００１９】これまで述べてきたように、スペーサ１を
形成するには、特定の位置に多数のスペーサを高精度の
高さで形成することが必要である。そのために、スペー
サ１の材料となる層を均一な厚みで形成し、特定の形状
にパターンニングする方法を用いる。
【００２０】スペーサ１の材料には樹脂材料を用いる。
樹脂材料として例えば、ＪＳＲ株式会社製のネガタイプ
レジストの感光性アクリル樹脂ワニス“オプトマーＮＮ
５００”（商品名）を用ることができる。ブラックマス
ク３、カラーフィルタ２、保護膜４が形成された透明基
板５上にスピンコート法等でレジスト材を塗布し、マス
クを用いてレジストをスペーサ１のパターンに露光す
る。その後除去剤を用いレジストを現像し、加熱硬化し
てスペーサ１を形成する。
【００２１】このスペーサ形成時に、レジスト材料の感
光特性、及び熱硬化時の硬化収縮の特性を適宜調整する
ことでスペーサ１の上面に凹み６を設ける。本実施例で
はネガタイプのレジスト材料を使用しているので、露光
量が多い部分が除去剤で現像除去され難く、露光量が少
ない部分では除去されやすくなる。そこで、フォトマス
クの開口部内で露光量に差が生じるようにすることで、
スペーサ１の上面に除去されやすい部分と除去されにく
い部分を形成することができる。本実施例ではスペーサ
１中央部の露光量を周辺部に比較して少なくした。この
ためスペーサ１の中央部は周辺部に比較して除去剤で除
去されやすく凹み６が形成される。
【００２２】スペーサ１上面に凹み６を設けたことによ
り、スペーサ１上面の最高部付近では対向するＴＦＴ基
板に接触して基板間隔保持を行い、凹面の低い領域では
大荷重が加わった時に接触して荷重を分散して受け止め
る。この場合、対向するＴＦＴ基板に接する面積として
凹の領域（接触しない面積）は凸の領域（接触する面
積）以上である必要がある。段差（凹部の深さ）の必要
量としてはスペーサ１が液晶パネルの組立時に潰される
分以上必要であり、通常では、＋０．２〜０．３μｍ程
度である。
【００２３】次に前述したスペーサ１の液晶パネル内で
の配置位置を説明するために、画素領域の説明を行う。
【００２４】図２は、本発明による液晶表示装置の一つ
の画素領域の構成を示す図で、前述したカラーフィルタ
基板に対して液晶を介して対向配置される基板の液晶側
の面を示した平面図である。なお、図２に示す画素領域
の構成は、液晶層に印加する電界の方向を基板面とほぼ
平行な方向とする、所謂横電界方式の画素構成を示して
いる。また本実施例の液晶表示装置において、液晶は正
の誘電率異方性を有するものが用いられるようになって
いる。
【００２５】図２では図の簡略化のために１画素を示し
ているが、液晶パネル内において、各画素はマトリック
ス状に配置されて表示部を構成している。このため、図
２に示す画素の左右および上下には、隣接する画素が存
在しその画素の構成は図２に示す画素の構成と同様とな
っている。
【００２６】図２において、１００ＡはＴＦＴ基板で、
表面にｘ方向に延在されｙ方向に並設されるゲート信号
線１０２が形成されている。これらゲート信号線１０２
はたとえばクロム（Ｃｒ）等の材料から構成されてい
る。
【００２７】各ゲート信号線１０２は、後述するドレイ
ン信号線１０３（ｙ方向に延在されｘ方向に並設され
る）とともに、矩形状の領域を囲むようにして形成さ
れ、該領域は一つの画素領域を構成するようになってい
る。
【００２８】また、画素領域のほぼ中央には図中ｘ方向
に延在する対向電圧信号線１０４がたとえばゲート線１
０２と同じ材料によって形成されている。
【００２９】対向電圧信号線１０４には対向電極１０４
Ａが一体的に形成され、この対向電極１０４Ａは画素領
域内で該対向電圧信号線１０４とともにほぼ’Ｈ’字状
のパターンで形成されている。
【００３０】この対向電極１０４Ａは、後述する画素電
極１０９に供給される映像信号に対して基準となる信号
が該対向電圧信号線１０４を介して供給されるようにな
っており、該画素電極１０９との間に前記映像信号に対
応した強度の電界を発生せしめるようになっている。
【００３１】この電界はＴＦＴ基板１００Ａの面に対し
て平行な成分をもち、この成分からなる電界によって液
晶の光透過率を制御するようになっている。
【００３２】なお、対向電圧信号線１０４には表示部外
から基準信号が供給されるようになっている。
【００３３】そして、このようにゲート信号線１０２お
よび対向電圧信号線１０４が形成されたＴＦＴ基板１０
０Ａの表面にはその全域にわたってたとえばシリコン窒
化膜ＳｉＮからなる絶縁膜１０５（図３参照）が形成さ
れている。
【００３４】この絶縁膜１０５は、後述のドレイン信号
線１０３のゲート信号線１０２に対する層間絶縁膜とし
ての機能、後述の薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に
おいてそのゲート絶縁膜としての機能、および、後述の
付加容量Ｃａｄｄの形成領域においてその誘電体膜とし
ての機能を有するものとなっている。
【００３５】薄膜トランジスタＴＦＴは、画素領域の図
中左下のゲート信号線１０２に重畳されて形成され、そ
の領域における絶縁膜上にはたとえばａ−Ｓｉ（アモル
ファスシリコン）からなる半導体層１０６が形成されて
いる。
【００３６】この半導体層１０６の表面にドレイン電極
１０３Ａおよびソース電極１０９Ａが形成されることに
より、ゲート信号線１０２の一部をゲート電極とし、絶
縁膜１０５の一部をゲート絶縁膜とする逆スタガ構造の
薄膜トランジスタが形成されるようになる。
【００３７】半導体層１０６上のドレイン電極１０３Ａ
およびソース電極１０９Ａは、たとえばドレイン線１０
３の形成時に画素電極１０９とともに同時に形成される
ようになっている。
【００３８】この画素電極１０９は、前述した対向電極
１０４Ａの間を走行するようにして図中ｙ方向に延在す
るようにして形成されている。換言すれば、画素電極１
０９の両脇にほぼ等間隔に対向電極１０４Ａが配置され
るようになっており、該画素電極１０９と対向電極１０
４Ａとの間に電界を発生せしめるようになっている。
【００３９】ここで、図中からも明らかとなるように、
画素電極１０９は、対向電圧信号線１０４を境にして屈
曲されたたとえば逆’く’字状のパターンに構成され、
これにともない、該画素電極１０９と対向する各対向電
極１０４Ａも画素電極１０９に対して平行に離間される
ようにその幅が変化するように構成されている。
【００４０】すなわち、屈曲された画素電極１０９がそ
の長手方向において、同図に示すように均一な幅を有し
ている場合、その両脇に位置づけられる対向電極１０４
Ａは、そのドレイン線１０３側の辺においては該ドレイ
ン線１０３と平行に、また、画素電極１０９側の辺にお
いては該画素電極１０９と平行になって形成されてい
る。
【００４１】これにより、画素電極１０９と対向電極１
０４Ａとの間に発生する電界Ｅの方向は、対向電圧共通
線１０４を境として、図中、その下側の画素領域におい
ては該対向電圧共通線１０４に対して（−）θとなって
おり、上側の画素領域においては該対向電圧共通線１０
４に対して（＋）θとなっている。
【００４２】このように、一画素の領域内（必ずしも一
画素の領域内に限らず、他の画素との関係であってもよ
い）において、電界Ｅの方向を異ならしめているのは、
一定の初期配向方向に対して液晶分子をそれぞれ逆方向
へ回転させて光透過率を変化させることにある。
【００４３】このようにすることによって、液晶表示パ
ネルの主視角方向に対して視点を斜めに傾けると輝度の
逆転現象を引き起こすという液晶表示パネルの視角依存
性による不都合を解消した構成となっている。
【００４４】なお、この実施例では、液晶分子の初期配
向方向Ｒはドレイン線１０３の延在方向とほぼ一致づけ
られており、後述する配向膜におけるラビング方向（初
期配向方向）はドレイン線１０３に沿ってなされるよう
になっている。
【００４５】このため、上述した電界方向θは、該初期
配向方向Ｒとの関係で適切な値が設定されるようになっ
ている。一般的には、このθは、電界Ｅのゲート線１０
２に対する角度の絶対値が電界Ｅのドレイン線１０３に
対する角度の絶対値より小さくなっている。
【００４６】そして、画素電極１０９において、その対
向電圧信号線１０４に重畳する部分はその面積を大なら
しめるように形成され、該対向電圧信号線１０４との間
に容量素子Ｃａｄｄが形成されている。この場合の誘電
体膜は前述した絶縁膜１０５となっている。
【００４７】この容量素子Ｃａｄｄはたとえば画素電極
１０９に供給される映像信号を比較的長く蓄積させるた
めに形成されるようになっている。すなわち、ゲート線
１０２から走査信号が供給されることによって薄膜トラ
ンジスタＴＦＴがオンし、ドレイン線１０３からの映像
信号がこの薄膜トランジスタＴＦＴを介して画素電極１
０９に供給される。その後、薄膜トランジスタＴＦＴが
オフした場合でも、画素電極１０９に供給された映像信
号は該容量素子Ｃａｄｄによって蓄積されるようになっ
ている。
【００４８】そして、このように形成されたＴＦＴ基板
１００Ａの表面の全域には、たとえばシリコン窒化膜か
らなる保護膜１０８（図３参照）が形成され、たとえば
薄膜トランジスタＴＦＴの液晶への直接の接触を回避で
きるようになっている。
【００４９】さらに、この保護膜の上面には、液晶の初
期配向方向を決定づける配向膜１１１（図３参照）が形
成されている。この配向膜は、たとえば合成樹脂膜を被
覆し、その表面に前述したようにドレイン線１０３の延
在方向に沿ったラビング処理がなされることによって形
成されている。
【００５０】このように構成されたＴＦＴ基板１００Ａ
は液晶層９を介してカラーフィルタ基板１００Ｂが対向
配置されるようになっている。カラーフィルタ基板は、
前述したように、透明基板５の液晶側の面に、各画素領
域を画するブラックマスク３が形成され、このブラック
マスク３の開口部には所定の色のカラーフィルタ２が形
成されている。なお、図２中ＢＭはブラックマスク３の
開口部に対応する輪郭を示している。
【００５１】図３は、図２中のＡで示す場所にスペーサ
１を設けた場合の断面図である。また図３は図２中のＩ
Ｉ−ＩＩ線に沿った断面図を示している。図３に示すス
ペーサ１はカラーフィルタ基板１００Ｂのブラックマス
ク３と、ＴＦＴ基板１００Ａのドレイン信号線１０３と
の間に設けられている。カラーフィルタ基板１００Ｂに
形成されたスペーサ１は、ＴＦＴ基板１００Ａと接して
いるが、ＴＦＴ基板１００Ａと接する面には凹み６が形
成されている。
【００５２】一般に液晶パネルはＴＦＴ基板１００Ａと
カラーフィルタ基板１００Ｂの２枚の基板を貼り合わせ
て製造される。液晶パネルを製造する工程の中で、ＴＦ
Ｔ基板１００Ａとカラーフィルタ基板１００Ｂとは、間
に液晶層９を挟持する隙間を設けて対向配置される。ス
ペーサ１は液晶を封入する隙間を形成し、液晶層の層厚
を一定にするために、ＴＦＴ基板１００Ａとカラーフィ
ルタ基板１００Ｂとの間に設けられる。対向配置された
ＴＦＴ基板１００Ａとカラーフィルタ基板１００Ｂは、
その周辺に接着するためのシール剤が塗布され、その後
圧着され貼り合わされる。この圧着工程において、スペ
ーサ１はＴＦＴ基板１００Ａに押圧される。
【００５３】図３に示すように、スペーサ１には凹み６
が形成してあるので、ＴＦＴ基板１００Ａがカラーフィ
ルタ基板１００Ｂに圧着され液晶パネルが組み立てられ
ても、ＴＦＴ基板１００Ａに接する部分と接しない部分
とが生じている。このようにスペーサ１のＴＦＴ基板１
００Ａと対向する面に、ＴＦＴ基板１００Ａに接してい
る部分と、ＴＦＴ基板１００Ａに接してなく間に液晶９
を有する部分とを設けたことにより、通常基板間隔を保
持する為にＴＦＴ基板１００Ａに接している部分に加
え、外部からの一時的に大きな荷重が基板面に対し垂直
に加えられた場合に、それを分散して受け止めることが
可能である。また、通常はＴＦＴ基板１００Ａに接して
いる面積が少ないため、基板面に対して平行な外力が加
わった場合に、外力から解放されても摩擦によりずれが
戻らなくなるといった問題に対しても効果がある。
【００５４】次にスペーサ１の形成位置と配向乱れにつ
いて説明する。図３に示すスペーサ１は、図２のＡに示
す部分に形成されるが、Ａに示す部分はドレイン信号線
１０３とブラックマスク３との間に位置しており、スペ
ーサ１により生じる配向乱れを目立たなくするのに有効
である。すなわちドレイン信号線１０３は、図２に矢印
で示す初期配向方向と略平行であるため、ラビング処理
を行う際にスペーサ１により生じる配向乱れをブラック
マスク３で隠すことが可能である。
【００５５】図４を用いてスペーサ１により生じる配向
乱れについて説明する。図４に示すように、ラビング処
理は一般にローラ３００を回転させ、配向膜８に接触さ
せて、ローラ３００により配向膜８をこすることにより
行われる。この際、スペーサ１がカラーフィルタ基板よ
り突出しているため、ローラ３００が浮き上がり、該ス
ペーサ１の背面側において充分な配向ができない部分８
Ａが生じる。この充分に配向ができない部分８Ａでは、
他の部分に対して不均一な表示となり表示ムラが生じる
こととなる。
【００５６】そこで、初期配向方向と略平行なドレイン
信号線１０３上にスペーサ１を設けると、ローラ３００
はドレイン信号線１０３と略平行に移動するため、充分
に配向できない部分８Ａもドレイン信号線とブラックマ
スク３との間に生じる。そのため、充分に配向できない
部分８Ａによる表示ムラをブラックマスク３により隠す
ことが可能である。
【００５７】次に、図５に図２の中でＢで示す場所にス
ペーサ１を設けた場合の断面図を示す。図５は図２のＩ
ＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図５ではスペー
サ１はカラーフィルタ基板１００Ｂのブラックマスク３
と、ＴＦＴ基板１００Ａのドレイン線１０３と対向電圧
信号線１０４との交差部との間に設けられている。
【００５８】図５に示すようにドレイン線１０３と対向
電圧信号線１０４との交差部では段差が生じている。こ
の段差を利用すればスペーサ１側の上面が平坦であって
も、基板側の段差を利用し大荷重が加わった時に、接触
する部分を増加させて、荷重を分散する構成とすること
が可能である。すなわち、通常の場合には、一本のスペ
ーサの一部が基板と接していることで基板間隔を保持
し、大きな荷重を受けた場合には弾性変形を起こし、段
差が有る為に接してはいなかった部分も基板と接し荷重
を受け止める。
【００５９】基板にある段差を利用する場合には、本来
基板にある段差、ＴＦＴ基板側では配線の重なり等や、
カラーフィルタ側では色パタンのＢＭパタンへの重なり
等に、スペーサの配置を選ぶことができる。
【００６０】次に、図６に図７の中でＤまたはＥで示す
場所にスペーサを設けた場合の断面図を示す。図６は図
７のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図６（ａ）で
は図７のＤで示す位置にスペーサ１ｂを設けた場合を示
し、図６（ｂ）では図７のＥで示す位置にスペーサ１ｃ
を設けた場合を示す。図６（ａ）ではスペーサ１ｂはカ
ラーフィルタ基板１００Ｂのブラックマスク３と、ＴＦ
Ｔ基板１００Ａのドレイン信号線１０３と対向電圧信号
線１０４との交差部との間に設けられている。図６
（ａ）ではスペーサ１ｂはドレイン信号線１０３と対向
電圧信号線１０４との交差部に設けられているため、対
向電圧信号線の厚さの分厚くなった位置にスペーサ１ｂ
は設けられている。対して図６（ｂ）では、スペーサ１
ｃはドレイン線１０３上に設けられ、スペーサ１ｃは図
６（ａ）で設けたスペーサ１ｂとほぼ同じ高さであるた
め、図６（ａ）に対してほぼ対向電圧信号線の厚さの
分、ＴＦＴ基板１００Ａとの間に隙間が生じており、そ
の隙間には液晶が存在している。すなわち、図６（ａ）
に示す位置に形成するスペーサ１ｂは、通常ＴＦＴ基板
１００Ａと接しており、ＴＦＴ基板１００Ａとカラーフ
ィルタ基板１００Ｂとの隙間を維持形成するように働い
ている。図６（ｂ）に示す位置に形成するスペーサ１ｃ
は、通常ＴＦＴ基板１００Ａに接していないが、両基板
に対して垂直な力が外部からかかった場合に、図６
（ａ）に示すスペーサ１ｂが押しつぶされ弾性変形し、
ＴＦＴ基板１００Ａとカラーフィルタ基板１００Ｂとの
隙間が狭まり、スペーサ１ｃもＴＦＴ基板１００Ａと接
触し荷重を受け止める。１つの液晶パネルのなかで、ス
ペーサの形成する位置を選ぶことで、適当にスペーサ１
ｂとスペーサ１ｃの数を調整することができ、液晶パネ
ルに対して垂直方向の外力にも、また水平方向の外力に
対しても問題ない液晶表示装置を実現できる。
【００６１】次に図８にカラーフィルタ基板１００Ｂ側
にスペーサ１の段差を設ける場合を示す。図８ではスペ
ーサ１の下に、ブラックマスク３又はカラーフィルタパ
ターン２の形成と同時に台座パターン１１を形成する。
図８ではカラーフィルタ２の形成と同時に台座パターン
１１を形成している。ただし、台座パターン１１の上に
は保護膜４（平坦化膜）が形成されるため、平坦化効果
で段差が小さくなる。そのため、台座パターンの大き
さ、形状を変化させて段差を調節する。
【００６２】図８ではスペーサ１ｂは台座パターン１１
の上に設けられているため、台座パターン１１の厚さの
分厚くなった位置にスペーサ１ｂは設けられている。対
してスペーサ１ｃは台座パターン１１が設けられてない
ブラックマスク３の上に設けられている。スペーサ１ｃ
はスペーサ１ｂとほぼ同じ膜厚の樹脂層をパターンニン
グしたものであるため、液晶パネルを組み立てた場合に
は、対向するＴＦＴ基板（図示せず）との間に隙間が生
じており、その隙間には液晶が存在することとなる。す
なわち、スペーサ１ｂは、通常ＴＦＴ基板と接してお
り、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板１００Ｂとの隙間
を維持形成するように働いている。対してスペーサ１ｃ
は、通常ＴＦＴ基板に接していないが、両基板に対して
垂直な力が外部からかかった場合に、スペーサ１ｂが押
しつぶされ弾性変形し、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基
板１００Ｂとの隙間が狭まり、スペーサ１ｃもＴＦＴ基
板と接触し荷重を受け止める。１つの液晶パネルのなか
で、台座パターン１１を形成する位置を選ぶことで、適
当にスペーサ１ｂとスペーサ１ｃの数を調整することが
できる。
【００６３】図９に台座パターン１１を形成する工程図
を示す。図９（ａ）では透明基板上にスパッタ法等によ
り、金属膜（クロムＣｒと酸化クロムの２層膜）を形
成、その後フォトリソ法等を用いて希望の形状にパター
ンニングしブラックマスク３を形成する。なお、金属膜
に換えて樹脂膜を用いる事も可能である。
【００６４】次に図９（ｂ）では、ブラックマスク３を
形成した基板上に、特定の波長の光を吸収する顔料を混
合したレジスト材１２を滴下し、均一な膜厚となるよう
に塗布し、乾燥させる。図９（ｃ）では、乾燥させたレ
ジスト材１２をフォトリソ法等を用いてパターンニング
してカラーフィルタ２を形成する。この時、台座パター
ン１１も同時にパターンニングし形成する。次に図９
（ｄ）では、カラーフィルタ２、台座パターン１１を被
って保護膜４が形成される。
【００６５】フォトマスクを用いて台座パターン１１を
パターンニングする際に、台座パターン１１の形状が小
さいと、フォトマスクと基板との距離によっては光の回
折により、露光量が減少する。ネガタイプのレジスト材
を使用しているので、露光量が少ないとレジスト材が除
去されやすく、台座パターンの高さを低くすることが可
能である。このため、台座パターン１１の形状を変化さ
せることで、台座パターン１１の高さを調整することが
可能となる。
【００６６】次に、図１０を用いてスペーサ１を形成す
る工程図を示す。図１０（ａ）では、まず保護膜４（平
坦化膜）がブラックマスク３とカラーフィルタ２の上に
形成された基板が用意される。次に、保護膜４が形成さ
れた基板に前洗浄、乾燥を行い、その後基板上に溶液状
のレジスト材１３を滴下、塗布し、さらにレジスト材を
乾燥させ、膜を形成する。次に図１０（ｂ）では、フォ
トマスク１４を配置し、スペーサ１を形成する部分１５
に光１６を照射し露光を行う。この時、フォトマスク１
４の形状と、フォトマスク１４とレジスト材１３との距
離の関係で光の回折により、露光量が不十分な部分１７
が、図１０（ｂ）に示すように生じる。次に図１０
（ｃ）に示すように、除去剤で感光していないレジスト
材１３を除去する。フォトマスク１４を用いて充分に感
光した部分１５は、レジスト材１３を構成する樹脂の重
合反応が進行して分子量が多くなっており、光が照射さ
れなかった部分に比較して除去剤により溶解されにくく
なっている。また、露光量が不十分な部分１７では、充
分に感光した部分１５に比較して若干ではあるが除去剤
に溶解されやすくなっている。そのため、感光していな
いレジスト材を除去する際に除去剤に浸されると、露光
量が不十分な部分１７の樹脂が少量溶解する。そのた
め、スペーサ１の上部に凹み６が生じることとなる。
【００６７】次に図１１を用いて２種類のフォトマスク
を用いて、露光量を変化させて凹み６を有するスペーサ
１を形成する工程図を示す。図１１（ａ）では、まずブ
ラックマスク３、カラーフィルタ２、保護膜４の形成さ
れた基板上に溶液状のレジスト材１３が塗布され、さら
にフォトマスク１４ａを配置し、スペーサ１を形成する
部分１５に光１６を照射し露光を行う。図１１（ｂ）で
は、その後もフォトマスク１４ｂを用いて光１６を照射
するが、その際、フォトマスク１４ａと１４ｂの形状の
違いにより、充分に感光されない部分１７が生じる。そ
の後、除去材で感光してないレジスト材を除去してスペ
ーサ１を形成する。図１１（ｃ）に示すように、充分に
感光されない部分１７は少量除去剤に溶解するため、ス
ペーサ１には凹み６（段差）が生じる。
【００６８】次に、図１２を用いて、対向する２枚の基
板の一方の基板に形成した電極と他方の基板に形成した
電極との間に設けた液晶層に電界を印加し配向方向を変
える、所謂縦電界方式の液晶表示装置にスペーサ１を設
ける場合の説明を行う。図１２は所謂縦電界方式の液晶
表示装置の一つの画素領域の構成を示す図で、前述した
カラーフィルタ基板１００Ｂに対して液晶を介して対向
配置されるＴＦＴ基板１００Ａの液晶側の面を示した平
面図である。
【００６９】また、液晶パネル内において、各画素はマ
トリックス状に配置されて表示部を構成している。この
ため、図１２では図の簡略化のために１画素を示してい
るが、画素の左右および上下には、隣接する画素が存在
しその画素の構成は図１２に示す画素の構成と同様とな
っている。
【００７０】図１２において、ＴＦＴ基板１００Ａの表
面に、まず、ｘ方向に延在されｙ方向に並設されるゲー
ト信号線１０２が形成されている。これらゲート信号線
１０２はたとえばクロム（Ｃｒ）等の材料から構成され
ている。
【００７１】各ゲート信号線１０２は、後述するドレイ
ン信号線１０３（ｙ方向に延在されｘ方向に並設され
る）とともに、矩形状の領域を囲むようにして形成さ
れ、該領域は一つの画素領域を構成するようになってい
る。
【００７２】また、画素領域内には該ドレイン信号線１
０３に並行に隣接配置される遮光膜１１４が形成され、
この遮光膜１１４はたとえば各ゲート信号線の形成時に
同時に形成されるようになっている。
【００７３】この遮光膜１１４は、カラーフィルタ基板
（図示せず）のブラックマスク３ととともに実質的な画
素領域を画する機能を有し、後述の画素電極１０９が形
成されるＴＦＴ基板１００Ａ側に形成しておくことによ
り、位置ずれの憂いなく形成できるようになる。
【００７４】そして、このようにゲート信号線１０２お
よび遮光膜１１４が形成されたＴＦＴ基板１００Ａの表
面にはその全域にわたってたとえばＳｉＮからなる絶縁
膜１０５（図１３参照）が形成されている。
【００７５】この絶縁膜１０５は、後述のドレイン信号
線１０３のゲート信号線１０２に対する層間絶縁膜とし
ての機能、後述の薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域に
おいてそのゲート絶縁膜としての機能、および、後述の
付加容量Ｃａｄｄの形成領域においてその誘電体膜とし
ての機能を有するものとなっている。
【００７６】薄膜トランジスタＴＦＴは、画素領域の図
中左下のゲート信号線１０２に重畳されて形成され、そ
の領域における絶縁膜１０５上にはたとえばａ−Ｓｉ
（アモルファスシリコン）からなる半導体層１０６が形
成されている。
【００７７】この半導体層１０６の表面にドレイン電極
１０３Ａおよびソース電極１０７Ａが形成されることに
より、ゲート信号線１０２の一部をゲート電極とし、絶
縁膜１０５の一部をゲート絶縁膜とする逆スタガ構造の
トランジスタが形成されるようになる。
【００７８】ドレイン信号線１０３はたとえばクロム
（Ｃｒ）によって形成され、このドレイン信号線１０３
はｙ方向に延在されｘ方向に並設されて形成されてい
る。
【００７９】このドレイン信号線１０３には、その一部
が薄膜トランジスタＴＦＴの形成領域における半導体層
１０６の表面にまで延在されて該薄膜トランジスタＴＦ
Ｔのドレイン電極１０３Ａが形成されている。
【００８０】また、該ドレイン信号線１０３の形成と同
時に該ドレイン電極１０３Ａと対向して配置される薄膜
トランジスタＴＦＴのソース電極１０７Ａが形成されて
いる。
【００８１】そして、各電極が形成されたＴＦＴ基板１
００Ａの全域にはたとえばＳｉＮからなる保護膜１０８
（図１３参照）が形成され、この保護膜１０８の前記ソ
ース電極１０７Ａの延在部１０７Ｂの中心部上にはコン
タクト孔１０８Ａが形成されている。
【００８２】さらに、保護膜１０８の上面には、たとえ
ばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）からなる透明の画素電極
１０９が形成されている。この画素電極１０９は、図１
２に示すように、隣接するゲート信号線１０２および隣
接するドレイン信号線１０３によって囲まれる領域に形
成されている。
【００８３】この場合、画素電極１０９は、その形成時
に前記コンタクト孔１０８Ａを通してソース電極１０７
Ａとの接続が図れるようになっている。
【００８４】そして、画素電極１０９のうち、この画素
電極１０９に映像信号を供給する薄膜トラシンジスタＴ
ＦＴ下のゲート信号線１０２と隣接する他のゲート信号
線２側の辺はその全域にわたって該他のゲート信号線２
の一部に重畳するようにして形成されて容量素子Ｃａｄ
ｄが構成されるようになっている。
【００８５】この容量素子Ｃａｄｄは前記ゲート信号線
１０２と画素電極１０９の間の絶縁膜１０５および保護
膜１０８を誘電体膜とするもので、その容量値はゲート
信号線２に対する画素電極１０９の重畳面積に関係して
くる。
【００８６】そして、この容量素子Ｃａｄｄは、薄膜ト
ランジスタＴＦＴがオフした際に、画素電極１０９に比
較的長く映像信号を蓄積させる等の機能を有するもので
ある。
【００８７】このように画素電極１０９が形成されたＴ
ＦＴ基板１００Ａの表面の全域には、液晶と当接する配
向膜１１１（図１３参照）が形成され、この配向膜１１
１によって該液晶の初期配向方向が決定されるようにな
っている。
【００８８】このように構成されたＴＦＴ基板１００Ａ
と液晶を介して前述したカラーフィルタ基板１００Ｂが
対向配置されるようになっている。
【００８９】図１３に、図１２のＶ−Ｖ線の断面図で図
１２のＦで示す位置に設けられたスペーサ１の断面を示
す。また、図１３ではカラーフィルタ基板１００Ｂも含
めて示しており、ＴＦＴ基板１００Ａとカラーフィルタ
基板１００Ｂとが組み合わされた状態での断面図を示し
ている。
【００９０】カラーフィルタ基板１００Ｂは、図１３に
示すように、液晶側の面に、各画素領域を画するブラッ
クマスク３が形成され、このブラックマスク３の開口部
には所定の色のカラーフィルタ２が形成されている。
そして、該ブラックマスク３およびカラーフィルタ２を
被って保護膜（平坦膜）４が形成され、この保護膜４の
面の全域に、各画素領域に共通な共通電極７がたとえば
ＩＴＯによって形成されている。そして、この共通電極
７上にスペーサ１が形成される。さらに、スペーサ１が
設けられた共通電極７の面の全域に液晶と当接する配向
膜８が形成されている。
【００９１】スペーサ１が形成される位置は、ブラック
マスク３とゲート信号線１０２との間である。ゲート信
号線１０２は線幅がドレイン信号線１０３に比較して広
いため、スペーサ１を平坦な位置に設けるための位置合
わせが、ドレイン信号線１０３上に設ける場合に比較し
て容易となっている。
【００９２】図１４に図１２のＦで示す位置にスペーサ
１を設けた場合のカラーフィルタ基板１００Ｂ側でのス
ペーサ１の位置を示す。スペーサ１はブラックマスク３
上に設けられており、液晶表示装置を観察する際には、
隠されており目立たなくなっている。さらに、縦電界方
式の液晶表示装置では初期配向方向が図１４の矢印Ｇで
示すように、ドレイン信号線１０３に対して斜めの方向
になっているため、ドレイン信号線上ではスペーサ１に
よる配向乱れを隠すことが困難である。そのため、スペ
ーサ１はドレイン信号線１０３とゲート信号線との交差
部付近に設けられおり、ブラックマスク３の斜め方向の
面積が広く利用できる位置にスペーサ１が設けられてい
る。
【００９３】次に図１５を用いて、液晶表示装置の画素
を含む表示部の等価回路とその周辺回路を説明する。な
お、図１５は回路図ではあるが、実際の幾何学的配置に
対応して描かれている。ＡＲは複数の画素を二次元状に
配列したマトリクス・アレイである。
【００９４】図１５中、Ｘはドレイン信号線１０３を意
味し、添字Ｇ、ＢおよびＲがそれぞれ緑、青および赤画
素に対応して付加されている。Ｙはゲート信号線１０２
を意味し、添字１，２，３，…，endは走査タイミング
の順序に従って付加されている。
【００９５】ゲート信号線Ｙ（添字省略）は垂直走査回
路Ｖに接続されており、ドレイン信号線Ｘ（添字省略）
は映像信号駆動回路Ｈに接続されている。ＳＵＰは１つ
の電圧源から複数の分圧した安定化された電圧源を得る
ための電源回路やホスト（上位演算処理装置）からのＣ
ＲＴ（陰極線管）用の情報を液晶表示装置用の情報に交
換する回路を含む回路である。
【００９６】次に図１６を用いて液晶表示装置の部品構
成を説明する。図１６は液晶表示装置の各構成部品を示
す分解斜視図である。ＳＨＤは金属板から成る枠状のシ
ールドケース（メタルフレーム）、ＬＣＷはその表示
窓、ＰＮＬは液晶パネル、ＳＰＢは光拡散板、ＬＣＢは
導光体、ＲＭは反射板、ＢＬはバックライト蛍光管、Ｌ
ＣＡはバックライトケースであり、図に示すような上下
の配置関係で各部材が積み重ねられて液晶表示装置が組
み立てられる。
【００９７】液晶表示装置は、シールドケースＳＨＤに
設けられた爪とフックによって全体が固定されるように
なっている。バックライトケースＬＣＡはバックライト
蛍光管ＢＬ、光拡散板ＳＰＢ光拡散板、導光体ＬＣＢ、
反射板ＲＭを収納する形状になっており、導光体ＬＣＢ
の側面に配置されたバックライト蛍光管ＢＬの光を、導
光体ＬＣＢ、反射板ＲＭ、光拡散板ＳＰＢにより表示面
で一様なバックライトにし、液晶表示パネルＰＮＬ側に
出射する。バックライト蛍光管ＢＬにはインバータ回路
基板ＰＣＢ３が接続されており、バックライト蛍光管Ｂ
Ｌの電源となっている。
【００９８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、基板間
隔を保持するスペーサに加え、大荷重が加わった場合に
のみ荷重を分散して受けるスペーサを配置することによ
り、通常においては必要最小限のスペーサだけが機能し
ており、外部から一時的に加わる大荷重に対しては補助
のスペーサで荷重を分担し、スペーサの不可逆的な変形
を防ぐことが出来るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例の液晶表示装置の画素構造を
示す概略平面図である。
【図３】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施例のラビング方法を説明する概
略図である。
【図５】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施例の液晶表示装置の画素構造を
示す概略平面図である。
【図８】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサを
設ける台座部分を形成する工程を示す概略工程図であ
る。
【図１０】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサ
を形成する工程を示す概略工程図である。
【図１１】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサ
を形成する工程を示す概略工程図である。
【図１２】本発明の一実施例の液晶表示装置の画素構造
を示す概略平面図である。
【図１３】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサ
を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の一実施例の液晶表示装置のスペーサ
を設ける位置示すカラーフィルタ基板の概略平面図であ
る。
【図１５】本発明の一実施例の液晶表示装置の回路を示
す概略回路図である。
【図１６】本発明の一実施例の液晶表示装置の部品構成
を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１．スペーサ ２．カラーフィルタ ３．ブラックマスク ４．保護膜 ５．透明基板 ６．凹み ７．共通電極 ８．配向膜 ９．液晶層 １１．台座パターン １２．レジスト材（カラーフィルタ） １３．レジスト材 １４．フォトマスク １００Ａ．ＴＦＴ基板 １００Ｂ．カラーフィルタ基板 １０２．ゲート信号線 １０３．ドレイン信号線 １０４．対向電圧信号線 １０５．絶縁膜 １０６．半導体層 １０７Ａ．ソース電極 １０８．保護膜 １０９．画素電極 １１１．配向膜 １１４．遮光膜
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA10 LA16 MA04X MA05X NA14 PA06 QA03 QA14 RA04 TA02 TA09 TA12 2H092 GA14 JA24 JB14 JB22 MA13 PA03 PA08 PA09 QA06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の基板と、該第１の基板に対向して設
    けられた第２の基板と、上記第１の基板と第２の基板と
    の間に設けられた液晶層と、上記第１の基板に設けられ
    たスペーサとを有し、該スペーサと上記第２の基板との
    間に上記液晶層を有することを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項２】ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板と、該カ
    ラーフィルタ基板に形成された柱状スペーサと、上記Ｔ
    ＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に設けられた液晶
    層とを有し、上記柱状スペーサはＴＦＴ基板に接する面
    を凹面とし、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に
    加わる力により、スペーサが変形し凹面の下部分も基板
    に接することで接触面積を増加することを特徴とする液
    晶表示装置。
  3. 【請求項３】ＴＦＴ基板と、カラーフィルタ基板と、該
    基板間の間隔を保持する柱状スペーサとを有し、該柱状
    スペーサの上記基板への接触面を上記基板に設けた段差
    の境界位置に置き、上記柱状スペーサの接触面が、通常
    の基板間隔保持は段差の上側の部分で接触し、一時的に
    加わる外力に対しては上記柱状スペーサが弾性変形し段
    差の下側の部分にも接することを特徴とする液晶表示装
    置。
  4. 【請求項４】ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板より成る
    液晶表示装置において、基板間のギャップを保持する為
    の柱状スペーサを上記基板内にある段差の上側に配置
    し、一時的に加わる外力に対抗する為の補強用スペーサ
    を段差の下に設けた事を特徴とする液晶表示装置。
  5. 【請求項５】ＴＦＴ基板と、カラーフィルタ基板と、該
    基板間に設けられた柱状スペーサとを有し、上記柱状ス
    ペーサはカラーフィルタ基板に設けられた段差の上に配
    置され、上記段差はカラーフィルタ基板に遮光膜パタン
    または、色フィルタパタンを形成する工程と同工程で形
    成したことを特徴とする液晶表示装置。
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