JP2003302638A

JP2003302638A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003302638A
Application number: JP2002108665A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Konishi; 幸信小西; Yoshiro Okawa; 善郎大川; Masayuki Iida; 正幸飯田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ラビングむらやスペーサ倒れを防止しつつ視
認むらによる画質低下を防止した液晶表示装置の提供。【解決手段】薄膜スイッチング素子基板１と、液晶３
を挟んで対向側に位置する対向基板２とのギャップを柱
状のスペーサ４ａで支え、隣り合うスペーサ４ａの間
に、通常配置するスペーサ４ａに代えて、スペーサ４ａ
よりも背の低いダミースペーサ４ｂを薄膜スイッチング
素子基板１上に配置する。ダミースペーサ４ｂは背が低
いためラビングによる倒れが生じにくい。また、ダミー
スペーサ４ｂの周囲でも、スペーサ４ａの周囲と同様、
配向材料１０の液溜まりによる液晶３の配向不良が発生
し、スペーサ４ａを配置した部分とダミースペーサ４ｂ
を配置した部分とで均一な配向不良による光抜けが発生
するため、これらの部分間でコントラストを生じること
がなく、視認むらによる画質低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚の基板間に液
晶を挟んだ構造の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、２枚の基板間に液晶を挟んだ構
造の液晶表示装置においては、液晶を注入するための基
板間のギャップを均一にするために、図９に示すよう
に、駆動用の薄膜スイッチング素子基板１と、液晶３を
挟んで対向側に位置する対向基板２とのギャップを柱状
のスペーサ４ａで支える構造としている。このような液
晶表示装置の場合、スペーサ４ａは、表示エリア内にお
いて薄膜スイッチング素子基板１のバスライン６上に形
成される。あるいは、対向基板２側であれば、ブラック
マトリクス上もしくは薄膜スイッチング素子基板１のバ
スライン６に相当する位置に形成される。

【０００３】このスペーサ４ａには、薄膜スイッチング
素子基板１と対向基板２との間のギャップを支えるため
の強度が必要である。そのため、スペーサ４ａは、ある
程度の外径を必要とし、通常２μｍ以上の外径を有す
る。ところが、近年、薄膜スイッチング素子の微細化が
進むにつれて、スペーサ４ａの周囲で発生する液晶の配
向不良が表示エリアに現れ、画質が悪化するという問題
が発生している。

【０００４】配向不良は、スペーサ４ａ形成後に塗布す
る配向材料１０が、このスペーサ４ａの根元で液溜まり
を起こして均一に成膜されず、スペーサ４ａの周囲でア
ンカリング強度に乱れを生じるために発生する。そし
て、微細化が進んだ薄膜スイッチング素子では、スペー
サ４ａがある程度の外径を有するため、この配向不良が
表示エリアに現れることになる。

【０００５】図１０はバスライン６上に形成したスペー
サ４ａ周辺の液晶配向状態を示す図であって、（ａ）は
白表示状態を示す断面図、（ｂ）は黒またはグレイ表示
状態を示す断面図である。図１１はバスライン６上のス
ペーサを形成しない部分の液晶配向状態を示す図であっ
て、（ａ）は白表示状態を示す断面図、（ｂ）は黒また
はグレイ表示状態を示す断面図である。

【０００６】図１０（ａ）に示すように、液晶表示装置
のスペーサ４ａの周囲には、配向材料１０の塗布により
液溜まり部１１が形成される。通常、図１１（ａ）に示
すようにスペーサがない場合、液晶３に電界を印加する
と、同図（ｂ）に示すようにバスライン６上を除いて液
晶３が立ち並ぶ。このとき、バスライン６上の液晶３は
寝たままでもバスライン６の陰にあるため、光の抜けは
発生しない。

【０００７】ところが、図１０（ａ）に示すように配向
材料１０の液溜まり部１１が形成されている場合、液晶
３に電界を印加すると、この液溜まり部１１の影響によ
って同図（ｂ）に示すように液晶３の配向不良が発生す
る。この配向不良の発生部分は、バスライン６上にスペ
ーサ４ａが配置されているため、バスライン６の陰内に
収まらず、光の抜けが発生する。特に微細化が進んだ薄
膜スイッチング素子では、バスライン６が細くなること
から、この光抜け領域が発生しやすくなる。

【０００８】現在の技術では、このスペーサ６ａの周囲
に光抜け領域が発生することを防止することができな
い。しかしながら、表示エリアの全画素間にスペーサ４
ａを形成し、全画素間に配向不良が発生するようにすれ
ば、光抜け領域が表示エリア全体に一様に現れるため、
見かけ上問題はない。ところが、スペーサ４ａを表示エ
リアの全画素間に形成すると、配向材料１０塗布後のラ
ビング工程において、ラビングむらやスペーサ倒れの多
発といった別の問題が発生する。

【０００９】そこで、スペーサ４ａの配置数を減らすこ
とによって、ラビングむらやスペーサ倒れを抑制する解
決策が取られている。図１２（ａ）にスペーサ４ａの配
置を、図１２（ｂ）に同図（ａ）のスペーサ配置とした
場合の視認イメージをそれぞれ示す。図１２（ａ）の例
では、スペーサ４ａを４画素毎に１スペーサの割合で形
成している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１２
（ａ）に示すように、４画素に１個の割合でスペーサ４
ａを配置した場合、同図（ｂ）に示すように表示エリア
内に表示むらが視認される。これは、前述のように、ス
ペーサ４ａを配置した部分と配置していない部分とで
は、光の抜け方が異なり、画素間の見え方が異なるから
である。

【００１１】すなわち、スペーサ４ａ周囲に形成された
配向材料１０の液溜まりによる液晶配向不良により、こ
のスペーサ４ａ周囲は光りが抜けて白く視認されるが、
対照的にスペーサが形成されていない部分ではこの光抜
けが生じない。結果として、スペーサ４ａを配置した部
分と配置していない部分とでコントラストを生じ、マク
ロ的には図１２（ｂ）に示すように格子状のむらとして
視認されてしまう。

【００１２】そこで、本発明においては、ラビングむら
やスペーサ倒れを防止しつつ視認むらによる画質低下を
防止した液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、液晶を挟んだ２枚の基板間のギャップをスペーサで
支える構造を有する液晶表示装置において、スペーサの
配置位置の一部に、スペーサに代えて、スペーサよりも
背の低いダミースペーサを配置したことを特徴とするも
のである。ここで、ダミースペーサとは、通常のスペー
サとは異なり液晶を挟んだ２枚の基板間のギャップを支
えるものではなく、その周囲に配向材料の液溜まりを形
成するためのものである。

【００１４】本発明によれば、スペーサの周囲だけでな
く、スペーサに代えて配置されたダミースペーサの周囲
にも配向材料の液溜まりが形成されるため、ダミースペ
ーサの周囲でもスペーサの周囲と同様な配向不良による
光抜けが発生するようになる。したがって、スペーサを
配置した部分とダミースペーサを配置した部分とでコン
トラストを生じることがなく、視認むらを防止すること
ができる。

【００１５】また、ダミースペーサは背が低いことか
ら、このダミースペーサの周囲ではラビングむらが発生
しにくい。さらに、背が低いダミースペーサでは、ラビ
ングによる倒れが生じにくい。すなわち、本発明の液晶
表示装置では、スペーサに代えて背の低いダミースペー
サを配置したことで、ラビングむらやスペーサ倒れを防
止しつつ、視認むらの発生を防止することができる。

【００１６】また、スペーサとダミースペーサは、交互
に配置することが望ましい。これにより、隣り合うスペ
ーサ間に背の低いダミースペーサが配置されるため、ラ
ビング工程を行いやすくなり、ラビングむらをさらに防
止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態におけ
る液晶表示装置の断面図、図２は平面図である。図１お
よび図２に示すように、本発明の実施の形態における液
晶表示装置は、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表
示装置（ＴＦＴ；ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）であって、薄膜スイッチング素子基板１と、液晶
３を挟んで対向側に位置する対向基板２との間のギャッ
プを柱状のスペーサ４ａで支えたものである。また、隣
り合うスペーサ４ａの間には、通常配置するスペーサ４
ａに代えて、スペーサ４ａよりも背の低いダミースペー
サ４ｂを薄膜スイッチング素子基板１上に配置してい
る。

【００１８】薄膜スイッチング素子基板１は、アクティ
ブマトリクス基板５上にバスライン６としてのゲート配
線６ａおよびソース配線６ｂをマトリクス状配置となる
ように形成し、さらにこの上に平坦化膜７を形成したも
のである。また、ゲート配線６ａおよびソース配線６ｂ
により囲まれた矩形部分に形成される各セルには画素電
極８が形成されている。ゲート配線６ａには、この画素
電極８の駆動用の薄膜スイッチング素子９が形成されて
いる。

【００１９】スペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂ
は、薄膜スイッチング素子基板１の平坦化膜７上に交互
に配置して形成されている。さらに平坦化膜７上には配
向材料１０が塗布されることにより、図１に示すように
スペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂの根元周囲に液
溜まり部１１が形成されている。また、配向材料１０の
塗布後にはラビングが行われるが、ダミースペーサ４ｂ
は背が低いためラビングによる倒れが生じにくい。さら
に、スペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂが交互に配
置されていることから、隣り合うスペーサ４ａ間に背の
低いダミースペーサ４ｂが配置されていることになるた
め、ラビング工程を行いやすく、ラビングによるむらは
発生しにくい。

【００２０】図３はダミースペーサ４ｂ周辺の液晶配向
状態を示す図であって、（ａ）は白表示状態を示す断面
図、（ｂ）は黒またはグレイ表示状態を示す断面図であ
る。ダミースペーサ４ｂの根元周囲には液溜まり部１１
が形成されているため、液晶３への電界印加により図３
（ａ）に示す状態から同図（ｂ）に示す状態へ変化させ
ても、この液溜まり部１１の影響によって液晶３の配向
不良が発生する。この状態は、図１０（ａ），（ｂ）に
示すようにスペーサ４ａの周辺で発生する配向不良と同
じ現象である。すなわち、ダミースペーサ４ｂは、スペ
ーサ４ａと同様の配向不良を引き起こし、かつラビング
工程に影響しないように最適化された高さを有する。

【００２１】図４（ａ）はスペーサ４ａおよびダミース
ペーサ４ｂの配置図、図４（ｂ）は視認イメージを示す
図である。図４（ａ）に示すように、ギャップ制御用の
スペーサ４ａは、４画素に１個の割合で配置されてい
る。また、配向乱し用のダミースペーサ４ｂは、４画素
に１個の割合で各スペーサ４ａ間の中心に配置されてい
る。すなわち、２画素に１個の割合でスペーサ４ａまた
はダミースペーサ４ｂのいずれか一方のスペーサが配置
されている。

【００２２】図４（ｂ）は、このような液晶表示装置に
おいて、中間調表示した場合に視認されるイメージを示
している。同図に示すように、スペーサ４ａの周囲で
は、従来と同様、配向材料１０の液溜まりによる液晶３
の配向不良が発生し、光が抜けて白く視認される。一
方、ダミースペーサ４ｂの周囲でも、スペーサ４ａの周
囲と同様、配向材料１０の液溜まりによる液晶３の配向
不良が発生し、光が抜けて白く視認される。

【００２３】この光抜けはギャップ制御用のスペーサ４
ａの周囲と配向乱し用のダミースペーサ４ｂの周囲との
両方に発生するため、光抜けが起こるピッチは従来の４
画素毎に比べて２画素毎となり短い。したがって、スペ
ーサ４ａの有無により生じるコントラストパターンも図
１２（ｂ）に示す従来例に比べて半分となり（図４
（ｂ）参照）、マクロ的に見ると従来の液晶表示装置よ
りも目立たなくなる。

【００２４】すなわち、本実施形態における液晶表示装
置では、スペーサ４ａの周囲だけでなく、スペーサ４ａ
に代えて配置されたダミースペーサ４ｂの周囲にも配向
材料の液溜まり部１１が形成されるため、図３（ｂ）に
示すようにダミースペーサ４ｂの周囲でも図１０（ｂ）
に示すようにスペーサ４ａの周囲と同様な配向不良によ
る光抜けが発生するようになる。その結果、スペーサ４
ａを配置した部分とダミースペーサ４ｂを配置した部分
とで均一な配向不良による光抜けが発生するため、これ
らの部分間でコントラストを生じることがなく、視認む
らによる画質低下を防止できる。

【００２５】次に、図５から図８を用いて、上記スペー
サ４ａおよびダミースペーサ４ｂの形成方法について説
明する。

【００２６】スペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂの
形成方法としては、印刷による方法や、フォトリソグラ
フィ技術を用いる方法などがある。ここでは、光感度を
持ったフォトレジストなどの材料を用いてスペーサ４ａ
およびダミースペーサ４ｂを形成する方法について説明
する。

【００２７】図５は光感度を持った材料によるスペーサ
４ａおよびダミースペーサ４ｂの形成方法を示す工程図
である。図５に示す例では、材料の塗布、露光、現像の
一連の作業を２回に分けて行い、高さの異なるスペーサ
を形成する。すなわち、始めにギャップ制御用のスペー
サ４ａを形成するための材料塗布を行い、スペーサ４ａ
を形成した後、配向乱し用のダミースペーサ４ｂを形成
するための材料塗布を行い、再度スペーサ４ｂを形成す
るというものである。

【００２８】具体的には、（ａ）アクティブマトリクス
基板５上に駆動用薄膜スイッチング素子を形成する。
（ｂ）その上にスペーサ４ａの材料となるフォトレジス
ト２１を塗布し、スペーサ４ａ形成用のマスク２２を用
いて露光する。（ｃ）その後、フォトレジスト２１を除
去することで、ギャップ制御用のスペーサ４ａが形成さ
れる。（ｄ）次に、ダミースペーサ４ｂの材料となるフ
ォトレジスト２３を塗布し、ダミースペーサ４ｂ形成用
のマスク２４を用いて露光する。（ｅ）その後、フォト
レジスト２３を除去することで、配向乱し用のダミース
ペーサ４ｂが形成される。（ｆ）そして、配向材料１０
を塗布し、（ｇ）配向材料１０を塗布した対向基板３を
貼り合わせて、液晶３の注入を行う。

【００２９】上の例では、ギャップ制御用のスペーサ４
ａを先に形成する方法について説明したが、配向乱し用
のダミースペーサ４ｂを先に形成しても良い。図６は光
感度を持った材料によるスペーサ４ａおよびダミースペ
ーサ４ｂの別の形成方法を示す工程図である。

【００３０】図６の場合、（ａ）アクティブマトリクス
基板５上に駆動用薄膜スイッチング素子を形成する。
（ｂ）その上にダミースペーサ４ｂの材料となるフォト
レジスト２３を塗布し、ダミースペーサ４ｂ形成用のマ
スク２４を用いて露光する。（ｃ）その後、フォトレジ
スト２３を除去することで、配向乱し用のダミースペー
サ４ｂが形成される。（ｄ）次に、スペーサ４ａの材料
となるフォトレジスト２１を塗布し、スペーサ４ａ形成
用のマスク２２を用いて露光する。（ｅ）その後、フォ
トレジスト２１を除去することで、ギャップ制御用のス
ペーサ４ａが形成される。（ｆ）そして、配向材料１０
を塗布し、（ｇ）配向材料１０を塗布した対向基板２を
貼り合わせて、液晶３の注入を行う。

【００３１】なお、図５および図６に示すように、２度
に分けてスペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂを形成
する場合、先のスペーサ４ａまたはダミースペーサ４ｂ
の形成プロセスにおいて材料の焼成処理などを行い、次
のダミースペーサ４ｂまたはスペーサ４ａの形成におい
て先に形成したスペーサ４ａまたはダミースペーサ４ｂ
の形状が変化しないようにしておく必要がある。

【００３２】また、スペーサ４ａおよびダミースペーサ
４ｂは、写真製版工程における露光量を変えることで形
成することも可能である。図７はポジ型材料を用いたス
ペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂの形成方法を示す
工程図である。図７に示すように、ポジ型（光の当った
部分が除去できるものに変質する）材料を用いる場合、
ギャップ制御用のスペーサ４ａに相当する部分のマスク
は、光透過率を０に抑え、配向乱し用のダミースペーサ
４ｂに相当する部分のマスクは、露光量を制御してダミ
ースペーサ４ｂの高さが最適となるようにする。

【００３３】具体的には、（ａ）アクティブマトリクス
基板５上に駆動用薄膜スイッチング素子を形成する。
（ｂ）その上にスペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂ
の材料となるフォトレジスト２５を塗布し、ポジレジス
ト用ハーフトーンマスク２６を用いて露光する。（ｃ）
その後、フォトレジスト２５を除去すると、露光量の違
いによって、高さの異なるスペーサ４ａおよびダミース
ペーサ４ｂが形成される。（ｄ）そして、配向材料１０
を塗布し、（ｅ）配向材料１０を塗布した対向基板２を
貼り合わせて、液晶３の注入を行う。

【００３４】一方、ネガ型材料を用いた場合は逆に、ギ
ャップ制御用のスペーサ４ａに相当する部分のマスク
は、光透過率を最大にし、配向乱し用のダミースペーサ
４ｂに相当する部分のマスクは、露光量を制御してダミ
ースペーサ４ｂの高さが最適となるようにする。図８は
ネガ型材料を用いたスペーサ４ａおよびダミースペーサ
４ｂの形成方法を示す工程図である。

【００３５】図８の場合、（ａ）アクティブマトリクス
基板５上に駆動用薄膜スイッチング素子を形成する。
（ｂ）その上にスペーサ４ａおよびダミースペーサ４ｂ
の材料となるフォトレジスト２５を塗布し、ネガレジス
ト用ハーフトーンマスク２７を用いて露光する。（ｃ）
その後。フォトレジスト２５を除去すると、露光量の違
いによって、高さの異なるスペーサ４ａおよびダミース
ペーサ４ｂが形成される。（ｄ）そして、配向材料１０
を塗布し、（ｅ）配向材料１０を塗布した対向基板２を
貼り合わせて、液晶３の注入を行う。

【００３６】なお、ハーフトーンマスクを用いた露光量
の制御方法としては、フォトマスク遮光帯自体の透過率
を制御する方法や、露光量を抑える部分をスリット状、
メッシュ状またはドット状等にパターニングし、光の回
折を利用して露光量を抑制する方法などがある。これら
の方法により、スペーサパターニング時の露光量を制御
することで、スペーサの高さを制御することが可能であ
る。

【００３７】なお、本実施形態においては、スペーサ４
ａおよびダミースペーサ４ｂを柱状としているが、これ
らのスペーサの形状は、球状でもよい。要するに、ダミ
ースペーサをスペーサよりも背の低いものとすることに
よって、ダミースペーサの周囲とスペーサの周囲とで均
一な配向不良による光抜けを発生させ、ダミースペーサ
がラビング工程に影響しないような高さであればよい。

【００３８】また、本実施形態においては、アクティブ
マトリクス駆動方式の液晶表示装置（ＴＦＴ）を例にと
って説明したが、単純マトリクス駆動方式の液晶表示装
置（ＳＴＮ；ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔ
ｉｃ）でもよく、要するに２枚の基板間のギャップを柱
状のスペーサで支えた構造の液晶表示装置であれば本発
明は適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、以下の効果を奏すること
ができる。

【００４０】（１）スペーサの配置位置の一部に、スペ
ーサに代えて、スペーサよりも背の低いダミースペーサ
を配置したことにより、スペーサを配置した部分とダミ
ースペーサを配置した部分とで均一な配向不良による光
抜けが発生するため、これらの部分間でコントラストを
生じることがなく、視認むらによる画質低下が防止でき
る。また、ダミースペーサがスペーサよりも背が低いこ
とからラビング工程を行いやすく、ラビングむらやスペ
ーサ倒れを防止することができる。

【００４１】（２）スペーサとダミースペーサを交互に
配置したことにより、隣り合うスペーサ間に背の低いダ
ミースペーサが配置されるため、ラビング工程を行いや
すくなり、ラビングむらをさらに防止して画質のよい液
晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における液晶表示装置の
断面図である。

【図２】図１の液晶表示装置の平面透視図である。

【図３】ダミースペーサ周辺の液晶配向状態を示す図
であって、（ａ）は白表示状態を示す断面図、（ｂ）は
黒またはグレイ表示状態を示す断面図である。

【図４】（ａ）はスペーサとダミースペーサの配置
図、（ｂ）は視認イメージを示す図である。

【図５】光感度を持った材料によるスペーサおよびダ
ミースペーサの形成方法を示す工程図である。

【図６】光感度を持った材料によるスペーサおよびダ
ミースペーサの別の形成方法を示す工程図である。

【図７】ポジ型材料を用いたスペーサおよびダミース
ペーサの形成方法を示す工程図である。

【図８】ネガ型材料を用いたスペーサおよびダミース
ペーサの形成方法を示す工程図である。

【図９】従来の液晶表示装置の断面図である。

【図１０】スペーサ周辺の液晶配向状態を示す図であ
って、（ａ）は白表示状態を示す断面図、（ｂ）は黒ま
たはグレイ表示状態を示す断面図である。

【図１１】スペーサを形成しない部分の液晶配向状態
を示す図であって、（ａ）は白表示状態を示す断面図、
（ｂ）は黒またはグレイ表示状態を示す断面図である。

【図１２】（ａ）は表示エリア内のスペーサの配置
図、（ｂ）は（ａ）のスペーサ配置とした場合の表示エ
リアの視認イメージを示す図である。

【符号の説明】

１薄膜スイッチング素子基板２対向基板３液晶４ａスペーサ４ｂダミースペーサ５アクティブマトリクス基板６バスライン６ａゲート配線６ｂソース配線７平坦化膜８画素電極９薄膜スイッチング素子１０配向材料１１液溜まり部２１，２３，２５フォトレジスト２２，２４マスク２６ポジレジスト用ハーフトーンマスク２７ネガレジスト用ハーフトーンマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H089 LA01 LA09 NA24 QA16 RA10 TA04 TA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶を挟んだ２枚の基板間のギャップを
スペーサで支える構造を有する液晶表示装置において、前記スペーサの配置位置の一部に、前記スペーサに代え
て、前記スペーサよりも背の低いダミースペーサを配置
したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記スペーサとダミースペーサを、交互
に配置した請求項１記載の液晶表示装置。