JP2003186022A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対向基板にスペーサ突起を備える液晶表示
装置及びその製造方法において、外周部及び画素領域で
の基板間の間隔の不均一や歪みを防止できるものを提供
する。 【解決手段】切り出し前の対向原基板２００には、同一
の工程で作製された画素領域スペーサ突起２１０及び外
周部スペーサ突起２１１が備えられている。画素領域１
８にはカラーフィルタ層２０１，２０２が形成されてい
るが、対向電極２０５形成のためのプロセス上の要求か
ら外周部１９には、カラーフィルタ層２０１，２０２が
配されていない。外周部スペーサ突起２１１の突出高さ
は、このカラーフィルタ層２０１，２０２の分だけ画素
領域スペーサ突起２１０の突出高さよりも小さくなって
しまうので、画素領域スペーサ突起２１０に突き当てら
れる個所に、厚型樹脂膜１５０の凹部１２または抜き部
１３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の透過または反
射の状態を調整・制御するための液晶層が一対の基板の
間に保持された液晶表示装置及びその製造方法に関す
る。特には、一方の基板に厚型の樹脂膜が備えられ、他
方の基板にスペーサ突起が備えられる液晶表示装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＲＴディスプレイに代わる表示
装置として、平面型の表示装置が盛んに開発されてお
り、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等
の利点から注目を集めている。特には、各画素電極にス
イッチ素子が電気的に接続されて成るアクティブマトリ
クス型液晶表示装置は、隣接画素間でクロストークのな
い良好な表示画像を実現できることから、液晶表示装置
の主流となっている。

【０００３】以下に、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)を
スイッチ素子とする光透過型のアクティブマトリクス型
液晶表示装置を例にとり説明する。

【０００４】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
アレイ基板と対向基板との間に配向膜を介して液晶層が
保持されて成っている。アレイ基板においては、ガラス
や石英等の透明絶縁基板上に、複数本の信号線と複数本
の走査線とが絶縁膜を介して格子状に配置され、格子の
各マス目に相当する領域にＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide)等
の透明導電材料からなる画素電極が配される。そして、
格子の各交点部分には、各画素電極を制御するスイッチ
ング素子としてのＴＦＴが配置される。ＴＦＴのゲート
電極は走査線に、ドレイン電極は信号線にそれぞれ電気
的に接続され、さらにソース電極は画素電極に電気的に
接続されている。

【０００５】対向基板は、ガラス等の透明絶縁基板上に
ＩＴＯから成る対向電極が配置され、またカラー表示を
実現するのであればカラーフィルタ層が配置されて構成
されている。

【０００６】液晶表示装置の外周部では、アレイ基板が
対向基板から突き出して棚状の接続領域をなしており、
この接続領域に配列される接続パッドと、外部駆動系統
からの入力を行うための端子とが接続される。また、対
向基板の端縁の部分とアレイ基板との間にシール材が配
置されて、液晶層の四周を封止している。

【０００７】液晶層の配置領域内には、液晶層の厚みを
均一にするための多数のスペーサが配されている。スペ
ーサは、いずれかの基板に散布される非固定の球状タイ
プが用いられていたが、最近は、いずれかの基板上に成
膜及びパターニングにより形成された柱状スペーサや、
散布後に融着により位置が固定される球状タイプなども
用いられている。

【０００８】例えば、特願平1０−１９３３０３におい
ては、対向基板上に、樹脂層を領域ごとに染色してなる
カラーフィルタ層と、このカラーフィルタ層の上に配置
されるスペーサ突起とを備えるものが開示されている。
これにより、液晶層の厚さのばらつきを低減することが
でき、これにより、局所的なコントラスト比のずれ等に
起因する表示画像の劣化を防止することができる。

【０００９】ところが、柱状スペーサを画像表示領域内
にのみ配列した場合には、基板間の間隔が不均一とな
り、液晶層の厚みの不均一に起因する表示不良を引き起
こすことがあった。これは、液晶表示装置を組み立てる
ための圧着の工程、または２枚重ねの大判の原基板から
各液晶表示装置に相当する部分を切り出す工程におい
て、周縁部にスペーサ等を配することなしに押圧を行う
と周縁部での基板間の間隔が小さくなる結果、基板に歪
みが生じ、シール材より内側の画像表示領域内において
もシール材に近接した個所では基板間の間隔が小さくな
るなど、基板間間隔の不均一に起因する画像品位の低下
を招く。

【００１０】そこで、周辺領域にも画像表示領域内と同
一の高さの柱状スペーサを配置することが行われている
（例えば特願平１０−１９３３０４）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一方、対向基板または
アレイ基板上の成膜パターンの中には、シール材より内
側の領域にのみ設けられるものもある。

【００１２】例えば、対向電極をなすＩＴＯ膜は、対向
電極のシール材より内側にのみ設けられて、特定の給電
経路を通じて外部からの給電が行われる。対向電極をな
すＩＴＯ膜は、対向電極の周縁部を遮蔽する金属板パタ
ーンの存在下に、ＩＴＯのスパッタリングを行って作製
している。

【００１３】また、このとき、対向基板上に設けられる
カラーフィルタ層もシール材より内側の領域にのみ配置
することが行われている。これは、カラーフィルタ層が
周縁部に配置されたままで上記金属板パターンをセット
した場合に、該金属板パターンにカラーフィルタ層の材
料が付着し汚染の原因となるためである。

【００１４】ところが、このようにカラーフィルタ層と
いった、ある程度の厚みのある層を周縁部で省くとする
と、この上に設ける柱状スペーサ突起の寸法が同じで
も、実際上の突出高さは、周縁部において、画像表示領
域におけるよりも小さくなってしまう。

【００１５】そのため、やはり、基板に歪みが生じ、シ
ール材より内側の画像表示領域内においてもシール材に
近接した個所では基板間の間隔が小さくなるなど、基板
間間隔の不均一、すなわち液晶層の厚みの不均一を引き
起こし、これが画像品位の低下を招く。

【００１６】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、一対の基板間に液晶材料が保持され、スペーサ
突起が少なくとも一方の基板に設けられた液晶表示装置
及びその製造方法において、外周部及び画素領域での基
板間の間隔の不均一や歪みを防止することのできるもの
を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶層と、この液晶層を挟み込んで保持する第１及
び第２の基板と、前記液晶層を四周から封止するととも
にこれら第１及び第２の基板を貼り合わせるシール材
と、前記第１基板上にて前記シール材より内側の画素領
域、及び前記シール材より外側の外周部にそれぞれ設け
られる画素領域スペーサ突起、及び外周部スペーサ突起
と、前記第１基板上にあって、前記画素領域スペーサ突
起に重ね合わされて前記画素領域における基板間間隔を
規制するとともに、前記外周部スペーサ突起を含む領域
にて省かれる第１の成膜パターンと、前記第２基板上に
あって、画素領域及び外周部に配される第２の成膜パタ
ーンとを備える液晶表示装置において、前記第２の成膜
パターンが、前記外周部スペーサ突起に重ね合わされて
前記外周部における基板間隔を規制しており、前記画素
領域スペーサ突起に突き当てられる個所には凹部又は抜
き部を備えることを特徴とする。

【００１８】上記構成により、外周部及び画素領域での
基板間の間隔の不均一や歪みを防止することができる。

【００１９】本発明の具体的な態様においては、前記第
２の成膜パターンが厚さ１μｍ以上の樹脂膜からなる。

【００２０】また、さらなる具体的な態様においては、
前記抜き部または凹部が、前記一対の基板を重ね合わせ
る際の位置合わせマージンを吸収する寸法だけ、例えば
４〜８μｍだけ、前記画素領域スペーサ突起の先端部よ
りも大きい寸法に形成される。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施例１の液晶表示装置及びその
製造方法について図１〜２を用いて説明する。

【００２２】図１は、個々の液晶表示装置を切り出す前
であって周辺の不要部を切り落とす前の貼り合わせ後の
大判基板３００について示す積層断面図である。すなわ
ち、アレイ原基板１００と対向原基板２００とをそれぞ
れ作製した後、シール材４００を介して貼り合わせた際
の様子を模式的に示す。

【００２３】図１に示すように、対向原基板２００に、
画素領域スペーサ突起２１０及び外周部スペーサ突起２
１１が設けられている。これらは、同一の工程で形成さ
れ、基板の厚さ方向の寸法が等しい。

【００２４】シール材４００より内側の画素領域１８、
及び、シール材４００より外側の外周部１９のいずれに
おいても、対向原基板３００上のスペーサ突起２１０ま
たは２１１と、アレイ原基板１００上の厚型樹脂膜１５
０とが重ねられることにより、アレイ原基板１００と対
向原基板３００との間の間隔を規制している。

【００２５】対向原基板３００上にあって画素領域で
は、カラーフィルタ層２０２または２０３と、対向電極
をなすＩＴＯ膜２０５とが設けられ、さらには遮光層２
０１が設けられるのに対し、外周部ではこれらが設けら
れない。そのため、絶縁基板からの画素領域スペーサ突
起２１０の突出高さは、これらの分だけ、外周部スペー
サ突起２１１の突出高さよりも大きい。

【００２６】このため、実施例１においては、この突出
高さを打ち消すように、アレイ原基板１００上の厚型樹
脂膜１５０のパターンにスペーサ突起受け入れ用凹部１
２が設けられている。スペーサ突起受け入れ用凹部１２
の左右及び前後の寸法は、例えば、画素領域スペーサ突
起２１０の先端部の対応する寸法よりも、４〜８μｍだ
け、より詳しくは約６μｍといった寸法だけ大きく形成
される。このようにすることで、アレイ原基板１００と
対向原基板３００との位置合わせズレを吸収する位置合
わせマージンｄを設ける。

【００２７】図示の例で、外周部スペーサ突起２１１
は、アレイ基板の端縁に相当するスクライブ切断線１６
よりも内側であって、対向基板の端縁に相当するスクラ
イブ切断線１７よりも外側にある。

【００２８】以下に、実施例１の液晶表示装置の製造方
法について詳細に説明する。

【００２９】まず、アレイ原基板１００の製造工程につ
いて図２を用いて説明する。

【００３０】(1) 第１のパターニング ガラス基板１１８上に、スパッタ法によりモリブデン−
タングステン合金膜（ＭｏＷ膜）を２３０ｎｍ堆積させ
る。そして、第１のマスクパターンを用いるパターニン
グにより、対角寸法２．２インチ（５６ｍｍ）の長方形
領域ごとに、１７６本の走査線１１１、その延在部から
なるゲート電極１１１ａ、及び、走査線１１１と略同数
の幅の広い補助容量線を形成する。

【００３１】(2) 第２のパターニング まず、ゲート絶縁膜１１５をなす３５０ｎｍ厚の酸化・
窒化シリコン膜（ＳｉＯＮｘ膜）を堆積する。表面をフ
ッ酸で処理した後、さらに、ＴＦＴ１０７の半導体膜１
３６を作成するための５０ｎｍ厚のアモルファスシリコ
ン（ａ-Ｓｉ:Ｈ）層、及び、ＴＦＴ１０７のチャネル保
護膜１２１等を形成するための膜厚２００ｎｍの窒化シ
リコン膜（ＳｉＮｘ膜）を、大気に曝すことなく連続し
て成膜する。

【００３２】レジスト層を塗布した後、第１のパターニ
ングにより得られた走査線１１１等のパターンをマスク
とする裏面露光技術により、各ゲート電極１１１ａ上に
チャネル保護膜２１を作成する。

【００３３】(3) 第３のパターニング 良好なオーミックコンタクトが得られるように、アモル
ファスシリコン（ａ-Ｓｉ:Ｈ）層の露出する表面をフッ
酸で処理した後、低抵抗半導体膜１３７を作成するため
の５０ｎｍ厚のリンドープアモルファスシリコン（ｎ^＋
ａ-Ｓｉ:Ｈ）層を上記と同様のＣＶＤ法により堆積す
る。

【００３４】この後、スパッタ法により、２５ｎｍ厚の
ボトムＭｏ層、２５０ｎｍ厚のＡｌ層、及び、５０ｎｍ
厚のトップＭｏ層からなる三層金属膜（Mo／Al／Mo）を
堆積する。

【００３５】そして、第２のマスクパターンを用いて、
レジストを露光、現像した後、ａ-Ｓｉ:Ｈ層、ｎ^＋ａ-
Ｓｉ:Ｈ層、及び三層金属膜（Mo／Al／Mo）を一括して
パターニングする。この第３のパターニングにより、対
角寸法２．２インチ（５６ｍｍ）の長方形領域ごとに、
２２０×３本の信号線１３１と、各信号線１３１から延
在するドレイン電極１３２と、ソース電極１３３とを作
成する。

【００３６】(4) 第４のパターニング 上記のように得られた多層膜パターンの上に、２００ｎ
ｍ厚の窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜１４０を堆積
した後、ソース電極１３３上の層間絶縁膜１４０を除去
してコンタクトホール１４２を作成する。

【００３７】(5) 第５のパターニング 上記第４のパターニングに用いたレジストパターンを剥
離した後、アクリル樹脂からなるポジ型の感光性の硬化
性樹脂液１５０ａを、コーターにより、乾燥後膜厚が２
μｍとなるよう均一に塗布する。そして、以下に説明す
るような露光操作を行った後、現像、ポストベーク、及
び未硬化樹脂を除去する洗浄操作を行う。

【００３８】図２に示すように、所定の領域にて、画素
電極用凹部１５６やスペーサ突起用凹部１２を設けるた
めの弱い露光を行う。

【００３９】露光走査の際に、例えば、２枚重ねのマス
クパターンを用い、ある露光時間の経過後に一方のマス
クパターンを外すことにより、所定の領域で一方のマス
クパターンを外したときから露光が開始するようにする
ことができる。このように所定領域弱い露光を行うこと
により、例えば１μｍの深さをもつ、画素電極用凹部１
５６及びスペーサ突起用凹部１２が設けられる。

【００４０】上記コンタクトホール１４２に連続するコ
ンタクトホール１５２を設ける個所等では強い露光が行
われて、樹脂層が残らないこととなる。

【００４１】画素電極１６１を配置する領域では、多数
の画素電極用凹部１５６が設けられることにより、反射
型の画素電極１６１に光散乱機能をもたせるための凹凸
パターンが形成される。

【００４２】この厚型樹脂膜１５０は、図示の例で、液
晶表示装置に組み立てられた場合に液晶層の厚さを略均
一にする平坦化膜の役割を果たすとともに、画素電極を
信号線等に重ねられるようにすることで、光利用効率を
向上させる役割を果たす。

【００４３】上記の説明において、厚型樹脂膜１５０が
ポジ型の感光性樹脂により形成されるとして説明した
が、ネガ型の感光性樹脂を用いることも可能である。こ
の場合、露光を行わない領域と、強い露光を行う領域と
が入れ替わるが、弱い露光を行う領域は全く同様であ
る。

【００４４】また、上記の説明においては、２枚のマス
クパターンを用いることにより積算露光量に段差を設け
たが、所定領域にメッシュパターンを有するマスクパタ
ーンを用いる、いわゆるハーフトーンパターニングを採
用することにより積算露光量に段差を設けることもでき
る。

【００４５】(6) 第６のパターニング スパッタ法により１００ｎｍ厚のアルミニウム（Ａｌ）
層を堆積した後、第５のマスクパターンを用いてレジス
トパターンを形成後、アッシングによりレジストパター
ンを除去する。そして、ドライエッチングによるパター
ニングにより、画素電極１６１を作成する。

【００４６】次ぎに、対向原基板２００の製造工程につ
いて簡単に説明する。

【００４７】(2-1) ブラックマトリクスの形成 まず、遮光層２０１のパターンが形成される。遮光層２
０１は、シール材４００パターン内にあって各ＴＦＴ１
０７を遮光する個所と、柱状スペーサ２０１を設ける個
所とに設けられる。

【００４８】(2-2) カラーフィルタ層の形成 次いで、各画素ドットにレッド（Ｒ）、ブルー（Ｂ）、
グリーン（Ｇ）の原色を割り当てて配置するための堆積
及びパターニングが繰り返されて、各色のカラーフィル
タ層２０２，２０３が形成される。

【００４９】(2-3) 対向電極をなすＩＴＯ膜の形成 この後、シール材４００パターンの内側で対向電極をな
すＩＴＯ膜２０５が設けられる。この際、金属板パター
ンからなるマスクを、直接、基板上の所定個所に載置し
て、スパッタリングによるＩＴＯ膜２０５の堆積を行
う。この際、金属板パターンからなるマスクは、カラー
フィルタ層２０２，２０３の配置領域より外の個所を覆
うように載置されるので、カラーフィルタ層の材料によ
りマスクが汚染されるおそれがない。

【００５０】(2-4) スペーサ突起の形成 スピンコータまたはカーテンコーターを用いて、アクリ
ル系樹脂等の光硬化性樹脂を約３μｍの均一な厚さに塗
布する。そして、マスクパターンを用いる露光及び現像
の操作により、画素領域スペーサ突起２１０及び外周部
スペーサ突起２１１を形成する。

【００５１】このようにしてアレイ原基板１００及び対
向原基板２００を作成した後、いずれかの原基板にシー
ル材が塗布されて圧着、硬化を行った後、上記のような
スクライブによる切り出しが行われる。切り出しの後、
液晶材料の注入及び注入口の封止により表示パネル本体
１０が作成してから、ＴＣＰ及び駆動回路基板の装着、
及びフロントライト装置の組み付けを経て液晶表示装置
が完成される。

【００５２】次ぎに、図３を用いて実施例２について説
明する。

【００５３】実施例２においては、膜厚の大きいカラー
フィルタ層２０２’，２０３’が対向原基板２００に備
えられる。また、図示の例で、膜厚の、より大きい遮光
層２０１’が設けられている。そのため、画素領域スペ
ーサ突起２１０の突出寸法と、外周部スペーサ突起２１
１の突出寸法との差は、厚型樹脂膜１５０の厚みに略等
しい。

【００５４】そこで、画素領域スペーサ突起２１０が突
き当てられる個所には、実施例１の凹部１２に代えて、
樹脂膜が完全に省かれた抜き部１３が設けられている。
実施例２のように抜き部１３とする場合には、アレイ原
基板１００の製造工程において画素電極用凹部１５６を
設ける必要のない場合にも、工程負担を増加させること
がない。

【００５５】図４には比較例について示す。比較例で
は、実施例２と同様の構成において、抜き部１２が設け
られていない。そのため、外周部スペーサ突起２１１
と、厚型樹脂膜１５０との間には、比較的大きなギャッ
プＧが形成されている。

【００５６】実際に液晶表示装置を作成した場合にも、
実施例１及び実施例２では、基板間間隔の不均一に起因
する表示不良が全く見られなかったのに対し、比較例で
は、シール材の近傍で表示不良が認められた。

【００５７】以上に説明した実施例によると、外周部に
おける基板間隔保持構造と画素領域における基板間隔保
持構造とで、保持する間隔を等しくすることができる。
そのため、基板の歪み、及び液晶層の厚さのばらつきに
起因する表示性能の劣化を防止することができる。しか
も、製造工程を何ら増加させるものでないため、工程負
担や製造コストを何ら増大させるものでない。

【００５８】上記実施例において、外周部スペーサ突起
２１１は、スクライブ除去される部分に設けられるもの
として説明したが、製品中に残留するものであっても全
く同様である。

【００５９】

【発明の効果】外周部及び画素領域での基板間の間隔の
不均一や歪みを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の液晶表示装置の製造方法について説
明するための、アレイ原基板と対向原基板とを貼り合わ
せた大判基板の模式的な積層断面図である。

【図２】実施例１の液晶表示装置の製造方法における、
厚型樹脂膜の形成工程について示す模式的な積層断面図
である。

【図３】実施例２の液晶表示装置の製造方法について説
明するための、図１に対応する積層断面図である。

【図４】比較例の液晶表示装置の製造方法について説明
するための、図１に対応する積層断面図である。

【符号の説明】

１２ 厚型樹脂膜のスペーサ突起受け入れ用凹部 １３ 厚型樹脂膜の抜き部 １８ 画素領域 １９ 外周部 １５０ 厚型樹脂膜 ２１０ 画素領域スペーサ突起 ２１１ 外周部スペーサ突起 ４００ シール材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶層と、この液晶層を挟み込んで保持す
   る第１及び第２の基板と、前記液晶層を四周から封止す
   るとともにこれら第１及び第２の基板を貼り合わせるシ
   ール材と、 前記第１基板上にて前記シール材より内側の画素領域、
   及び前記シール材より外側の外周部にそれぞれ設けられ
   る画素領域スペーサ突起、及び外周部スペーサ突起と、 前記第１基板上にあって、前記画素領域スペーサ突起に
   重ね合わされて前記画素領域における基板間間隔を規制
   するとともに、前記外周部スペーサ突起を含む領域にて
   省かれる第１の成膜パターンと、 前記第２基板上にあって、画素領域及び外周部に配され
   る第２の成膜パターンとを備える液晶表示装置におい
   て、 前記第２の成膜パターンが、前記外周部スペーサ突起に
   重ね合わされて前記外周部における基板間隔を規制して
   おり、前記画素領域スペーサ突起に突き当てられる個所
   には凹部又は抜き部を備えることを特徴とする液晶表示
   装置。
2. 【請求項２】前記第２の成膜パターンが厚さ１μｍ以上
   の樹脂膜からなることを特徴とする請求項１記載の液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】前記抜き部または凹部が、前記一対の基板
   を重ね合わせる際の位置合わせマージンを吸収する寸法
   だけ、前記画素領域スペーサ突起の先端部よりも大きい
   寸法に形成されることを特徴とする請求項１記載の液晶
   表示装置。
4. 【請求項４】第１の絶縁基板上に、走査線、信号線及び
   画素電極を含む導電層パターンを形成する一連の工程
   と、 前記第１の絶縁基板上に、前記一連の工程の途中または
   終了後に厚さ１μｍ以上の樹脂膜を形成する工程と、 第２の絶縁基板上の画素領域にカラーフィルタをなす着
   色膜のパターンを形成する工程と、 前記着色膜のパターンより外の個所に金属板パターンの
   マスクをあてがうことにより周縁部以外にて対向電極を
   なす導電膜を堆積する工程と、 前記第２の絶縁基板上に、前記着色膜に積層される画素
   領域スペーサ突起、及び前記着色膜のパターンの外に位
   置する外周部スペーサ突起を同時に形成する工程と、 これらの工程の後に、シール材を介して前記第１及び第
   ２の絶縁基板を貼り合わせる工程とを含む液晶表示装置
   の製造方法において、 前記樹脂膜が、前記画素領域スペーサ突起に突き当てら
   れる個所に抜き部または凹部を備えることを特徴とする
   液晶表示装置の製造方法。