JP2004093843A - Liquid crystal device, manufacturing method of liquid crystal device, and electronic device - Google Patents

Liquid crystal device, manufacturing method of liquid crystal device, and electronic device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal device having a structure by which a cell gap between substrates can be strictly controlled. <P>SOLUTION: In the liquid crystal device having the structure wherein an upper substrate 1 on which columnar spacers 11 are disposed and a lower substrate 2 on which columnar spacers 12 are disposed are disposed opposite to each other and a liquid crystal layer 3 is interposed between the substrates with a prescribed cell gap, the cell gap over the entire surface of the liquid crystal device can be strictly controlled by making the heights of the spacers different according to the laminated film thickness in the areas where the columnar spacers 11 and 12 are disposed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置、およびその製造方法、電子機器に関し、特に基板間隔の制御に好適な基板構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶に電圧を印加するとその光学的透過率が変化する現象を利用した表示素子である。液晶パネルは、画素電極を駆動するスイッチング素子等が配置された素子基板と、対向電極が配置された対向基板とが、所定間隔(基板間の距離)をもって配置され、これら基板間に液晶を封止して構成される。素子基板と対向基板とは、互いの電極形成面が対向するように、その周縁部においてシール材によって貼り合わされている。このシール材によって区画された基板間の領域内には液晶が封入されて液晶層とされる。従来、このような液晶パネルにおいて、液晶層の厚さ(セルギャップ)を所定の大きさに保持するには、液晶層中あるいはシール材中に各種のスペーサを分散させる方法が利用されている。これらスペーサとしては、ガラス製あるいはプラスチック製のビーズやフィラー等が用いられており、これらスペーサの粒径をもって、液晶パネルのセルギャップとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スペーサが液晶層中の表示領域内に存在すると、液晶層への入射光がスペーサによって散乱され、液晶パネルの表示コントラストが低下するという問題があった。また、スペーサが凝集して、セルギャップの制御を十分に行い難いという問題もあった。加えて、近年、液晶パネルの高品位表示を目的としてセルギャップを小さくすることが図られているが、セルギャップはスペーサの径に依存しているので、スペーサの径を小さくすると共に、その粒度分布を厳密に調整する必要性が高くなり、その実現には限界があった。さらに素子基板の液晶層側の面には、駆動回路となる半導体層や各種配線層などが積層されており、その表面には数μmオーダーの凹凸が存在する。液晶層内にスペーサを分散させる従来の構成によると、スペーサが基板面内のどの部位に位置するかを制御することが困難であり、基板上の凹部にスペーサが位置する場合と、凸部にスペーサが位置する場合とでは、そのセルギャップに微細な差異が生じることとなる。従来の液晶パネルにおいては、素子基板の半導体層の厚さに対して液晶層の厚さが十分に大きかったので、その差異は無視し得る範囲内であった。また、例えば、特開平9−73093号公報には、素子基板と対向基板のどちらか一方の基板上に、柱状スペーサを形成することが記載されているが、セルギャップが小さい場合には、スペーサの配設位置による差異は無視できない範囲となり、高品位の表示の実現に対してはスペーサの位置決めが重要となるという問題があった。スペーサを有する液晶パネルの構造等については、例えば、特開平9−73093号公報に記載されたものが知られている。
【0004】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、液晶装置における基板間距離を厳密に制御可能な構造を有する液晶装置とその製造方法、およびこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、互いに対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、前記一対の基板を構成する各基板の内面に、基板間を所定の距離に保持する柱状スペーサをそれぞれ設けたことを特徴とするものである。ただし、各基板の内面に柱状スペーサを設けたと言っても、柱状スペーサの両端は一対の基板に直接接しているので、その柱状スペーサがいずれの基板側に設けられたものであるかを判別するのは困難と考えられる。しかしながら、後述するように、樹脂材料等を用いてフォトリソグラフィー技術により柱状スペーサを形成した場合、エッチング時の特性により柱状スペーサを形成した基板側の面積(下面)が大きく、他方の基板側の面積(上面)が小さい錐台形状となる。これにより、柱状スペーサを形成した側の基板が判別できる。
本発明の構成によれば、柱状スペーサをそれぞれの基板に設けたので、所定位置に所望の高さでスペーサを配置することができ、液晶パネル中でのスペーサの偏在を防止することができる。仮に一方の基板にのみ柱状スペーサを形成しようとすると、所望の位置にスペーサを配置することはできたとしても、所望の高さ、例えば場所によって2種類の高さを有するようなスペーサを形成するのは、極めて困難だからである。これにより、セルギャップを厳密に制御することができ、高品質の表示が可能な液晶装置となる。
【0006】
本発明の液晶装置においては、前記一対の基板のうちの一方の基板の前記柱状スペーサと、他方の基板の前記柱状スペーサとは、それぞれの基板の互いに異なる領域に、それぞれ設けられることが望ましい。
このような構成とすれば、液晶装置のある特定領域の内外での柱状スペーサの密度や形状を自在かつ容易に異ならしめることができる。すなわち特定領域内のみにスペーサを多く配置する一方で、その特定領域外においてはスペーサを少なく配置することができるばかりでなく、その配置位置と形状をも異ならしめて制御することができる。よって表示領域やシール領域など各領域の特性に合わせた形状と密度で柱状スペーサを所定位置に配置することができるので、より均一なセルギャップの制御が可能となり、高品質の表示が可能な液晶装置とすることができる。
【0007】
前記一方の基板の柱状スペーサの高さと、前記他方の基板の柱状スペーサの高さとは、異なることが望ましい。さらに、前記一方の基板の柱状スペーサの高さと当該柱状スペーサが配置される領域における前記一方の基板上の積層膜の膜厚および前記他方の基板上の積層膜の膜厚との和と、前記他方の基板の柱状スペーサの高さと当該柱状スペーサが配置される領域における前記他方の基板上の積層膜の膜厚および前記一方の基板上の積層膜の膜厚との和を等しくすることが望ましい。
すなわち、各基板の液晶層側の表面には、駆動回路や電極、あるいはカラーフィルター等による各種の積層膜の凹凸が存在するので、この凹凸の高さを各基板の柱状スペーサの高さの差として設定すればよい。高さに差のある柱状スペーサをそれぞれの基板に設けることにより、液晶パネルのセルギャップには基板積層膜の凹凸の高さが反映されなくなるので、全面にわたって均一なセルギャップを有する液晶装置とすることができる。
【0008】
また前記一方の基板の柱状スペーサは、液晶層を基板間に封止するシール領域に設けられることが望ましい。シール領域は液晶装置の周縁部にあたり、基板積層膜の段差が大きい領域であるので、この段差に対応して柱状スペーサを配置することにより、セルギャップを均一に保つことができる。またシール領域は画像表示領域外であるので、多数の柱状スペーサを配設しても、液晶装置の表示特性を低下させることがないうえに、シール領域における応力潰れをも防止することができる。
【0009】
さらに前記一方の基板の柱状スペーサは、液晶層によって情報を表示する表示領域に設けられていてもよい。この表示領域には、駆動回路や電極、あるいはカラーフィルター等が形成されており、各基板の表面には積層膜による凹凸が存在する。この積層膜の凹凸部の高さとその形状とに対応するように、一方の基板の柱状スペーサの高さとその形状とを調整することにより、セルギャップに基板積層膜の凹凸部の高さが反映されることがなくなり、他方の基板の柱状スペーサの高さとの間に差が生じなくなるので、セルギャップを均一かつ厳密に保持できる。さらに積層膜の凹凸部の位置とその形状とに対応して、一方の基板の柱状スペーサの配設位置を調整すれば、散乱光の発生を極力抑えながら、より厳密にセルギャップの制御を行うことができ、表示品質の良好な液晶装置とすることができる。
【0010】
柱状スペーサは樹脂材料からなることが好ましい。この構成によれば、各基板に柱状スペーサを形成するに際して、基板と別の部材を特別に用意する必要がなく、製造コストを増大させることがない。また、素子基板や対向基板を構成する膜材料から柱状スペーサを形成可能であるので、通常の製造プロセス条件の若干の変更で形成が可能となる。
【0011】
さらに柱状スペーサはたとえばアクリル膜、ポリイミド膜のような樹脂材料からなることが好ましい。これらの感光性を有する熱硬化型の樹脂で柱状スペーサを構成すれば、フォトリソグラフィー技術等を利用して各基板上の所望領域内に所望形状の柱状スペーサを所望高さで容易に形成することができる。
【0012】
本発明の液晶装置の製造方法は、互いに対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、前記一対の基板のそれぞれに、基板間を所定の距離に保持する柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成する工程を有することを特徴とする。
この方法によれば各基板上に所望形状の柱状スペーサを所望の高さで所定位置に容易に形成することができるばかりでなく、通常の液晶装置の製造プロセスの若干の変更で柱状スペーサを容易に形成することができるので、高品質の液晶装置を安価で提供することができる。
【0013】
さらに本発明の製造方法にあっては、一対の基板のそれぞれを特定領域と非特定領域とに区画するとともに、一方の基板の特定領域内と、他方の基板の非特定領域内とに、それぞれ柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成する工程を有することが好ましい。この方法は、一方の基板においては、ある特定領域に柱状スペーサを形成し、他方の基板においては、上述した一方の基板の柱状スペーサが形成された領域以外の領域に柱状スペーサを形成する工程を含むものであり、この工程をフォトリソグラフィーにより行うものである。この方法によれば、各基板の領域をマスクすることにより、容易に特定領域と非特定領域とに区分して柱状スペーサを形成することができる。さらには基板積層膜の凹凸に対応して、所望形状の柱状スペーサを所望の高さで形成可能であるので、セルギャップが厳密に調整された液晶装置を得られる。
【0014】
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、上記本発明の液晶装置を備えたことにより表示品位の高い表示部を備えた電子機器を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
[液晶装置]
図1は、スイッチング素子としてTFT(Thin Film Transistor)素子を用いたアクティブマトリクスタイプの半透過反射型液晶装置に本発明の構成を適用した一実施形態を示した部分断面図である。
図2は図1に示した液晶装置を構成するアレイ基板における画素の平面模式図であり、図3は図2のA−A’線に沿う断面図である。なお、各図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに平面寸法や膜厚等の縮尺を適宜異ならせてある。
【0016】
液晶パネル100は、上基板1と下基板2とが互いに対向して配置され、これら基板1、2間に液晶層3が挟持されるとともに、シール材により封止されて構成されている。
上基板1の内面側(液晶層3側)には、カラーフィルタ4と、このカラーフィルタ4を覆って形成されたインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)などの透明導電性材料からなる電極5とが備えられている。カラーフィルタ4は、光のR(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応し、各色材層4R、4G、4Bを平面視マトリクス状に配列して構成されている。さらに色材層4R、4G、4Bからなる画素毎の境界部分は、マトリクス状に設けられた遮光膜(図示せず)によってそれぞれ区画されている。
【0017】
一方、下基板2はスイッチング素子としてのTFTが形成されたアレイ基板となっており、その内面側(液晶層3側)には、下地絶縁層6が形成され、この下地絶縁層6上には例えば膜厚30〜100nm程度のポリシリコン膜からなる半導体層7が設けられ、この半導体層7を覆うように膜厚30〜150nm程度の絶縁薄膜8が全面に形成されている。この半導体層7は、図面では省略されているが、TFTのチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域を含み、TFTを駆動するための走査線、データ線がそれぞれ接続されてなるものである。さらに絶縁薄膜8上には平坦化膜9と画素電極10とが順次積層されている。平坦化膜9は絶縁膜としても用いられるものであり、たとえば平坦性が高い樹脂膜の一種であるアクリル樹脂膜が2μm程度に厚く形成されてなるものである。画素電極10はITO等の透明導電性膜からなり、前記TFTによってスイッチング制御されている。
【0018】
図2は、液晶パネル100の一画素の平面模式図であり、図3は図2のA−A’線に沿う断面図である。液晶パネル100の一方の基板をなす下基板2上には、画素電極10がマトリクス状に配置されている。画素電極10の紙面縦方向に延びる辺に沿ってデータ線13が設けられ、紙面横方向に延びる辺に沿って走査線14が設けられている。ポリシリコン膜からなる半導体層7は、データ線13と走査線14との交差点の近傍で概略U字状に形成され、その一端がデータ13の延長方向と走査線14の延長方向とにそれぞれ延長されている。さらに画素の約半分の面積を覆うように、容量電極15が配置されており、さらに容量電極15上には反射層16が配置されている。反射層16は、その表面に凹凸16aが設けられ、この凹凸16aにより液晶パネルへの入射光を反射させ、その領域において反射表示を行うものである。データ線13と走査線14との交差点であり、各画素間の境界となる位置には、下基板2側の柱状スペーサ12が設けられている。
【0019】
上基板1と下基板2との間には、液晶層3が挟持されているが、これら基板間の距離Rは、それぞれの基板1、2から互いの基板へ向かって設けられた柱状スペーサ11、12によって保持されている。柱状スペーサ11、12は、例えばアクリル樹脂等から形成されている。本実施の形態においては、上基板1の柱状スペーサ11は、カラーフィルタ4領域外で各画素を区画する遮光膜上に設けられており、下基板2の柱状スペーサ12は、半導体層7の領域内に設けられている。
【0020】
図1に示した本実施の形態の液晶パネル100においては、上基板1上に設けられた柱状スペーサ11の高さR1と、下基板2上に設けられた柱状スペーサ12の高さR2とは、R=R1+Δ11+Δ12=R2+Δ21+Δ22を満たすものである。Rは液晶パネル100の基板間の距離であり、Δ11は柱状スペーサ11が配設された領域における上基板1の積層膜厚、Δ12は同領域における下基板2の積層膜の膜厚である。Δ21は柱状スペーサ12が配設された領域における上基板1の積層膜の膜厚であって、Δ22は同領域における下基板2の積層膜の膜厚である。
【0021】
図1に示した液晶パネル100においては、Δ11は0であり、Δ12は下基板1上の下地絶縁層6と半導体層7と絶縁薄膜8と平坦化膜9の各膜厚の合計値である。また、Δ21は上基板1上のカラーフィルタ4の膜厚と電極5の膜厚との合計値であり、Δ22はΔ12と等しい。各基板1、2上に形成される各積層膜とは、液晶パネル100を構成する際に各基板の液晶層3側に形成され、かつ柱状スペーサ11、12の下地層あるいは突合せ状態で接触する膜の総称であって、図1ないし図3に示された各積層膜のほか、反射膜層、複数の半導体膜層、複数の絶縁膜層、複数の配線層、遮光膜等を含むものである。
【0022】
図1ないし図3に示した本実施の形態においてはR1とR2とは異なる値を示すものであるが、各柱状スペーサ11、12の配設領域においてΔ11+Δ12=Δ21+Δ22となる場合もあり、そのような場合には、柱状スペーサ11、12の高さであるR1とR2とは等しい値であっても良い。
【0023】
このように各柱状スペーサ11、12の高さR1、R2をそれぞれ設定することにより、基板間距離Rに対してΔ11+Δ12およびΔ21+Δ22の値が大きくなる狭セルギャップの液晶パネルにおいても、基板上の積層膜の厚さに影響を受けることなくセルギャップ(本実施の形態の場合、柱状スペーサ12の高さR2と一致する)を厳密に保持することができる。よって、セルギャップの不均一による表示ムラやコントラストの低下等を防止することができ、高品質の表示が可能な液晶パネルとすることができる。
【0024】
各柱状スペーサ11、12の配設位置は、上下基板1、2のいずれの領域であっても特に限定されるものではないが、画素開口領域外であることが好ましい。図1ないし図3に示した本実施の形態においては、上基板1の柱状スペーサ11は遮光膜領域に、下基板2の柱状スペーサ12は各画素の走査線14の電極領域に、それぞれ配設されており、いずれも画素の表示領域外となっている。このように、画素開口領域外に柱状スペーサを設ければ、柱状スペーサによる表示抜けや散乱光の発生が極力抑えられるので、液晶パネル100の表示特性を損なうことがなく好適である。
【0025】
さらに液晶パネル100の表示特性を損なわないという観点とパネルの均一なセルギャップの制御という両方の観点から、これら柱状スペーサ11、12は液晶パネル100の同じ領域ではなく、異なる領域において、それぞれの基板に設けられるのが好ましい。特に一方の基板の柱状スペーサを、積層膜による段差が大きなシール領域に形成すれば、セルギャップにこの段差が増減されることがなくなる。また、シール領域は液晶装置の周縁部の画像表示領域外であるので、画像特性を損なうこともない。
【0026】
また、両方の柱状スペーサがともに表示領域内であっても、たとえば半導体層の電極領域や各画素の境界となるブラックマトリクス領域などの領域内に選択的に配設されることにより、表示に影響を与えることなく、厳密なセルギャップの制御が可能となる。たとえば上基板1においては柱状スペーサ11の配設領域をブラックマトリクスの形状と一致させ、下基板2においては柱状スペーサ12の配設領域をストライプ状に形成された走査線上とするものである。
【0027】
柱状スペーサ11、12の配設個数は特に限定されるものではないが、基板への接触面積が同一である場合には、径が大きいものを数少なく配設するよりも、その径が小さいものを多数個配設することが好ましい。これは液晶層3への液晶材料の注入の問題、液晶層3への電圧印加を均一とするという点等において利点があるためである。
さらに、柱状スペーサ11、12の断面形状は図2に示したように正六角形に限定されるものではなく、断面矩形、円形、楕円形のほか種々の多角形であってもよい。
【0028】
これらの柱状スペーサ11、12は、1層または複数層の膜材料からなり、たとえばアクリル膜、ポリイミド膜のような感光性を有する熱硬化型の樹脂材料や、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の無機材料であってもよい。これらの材料を用いると、半導体の製造工程で一般に用いられる製膜技術、特にフォトリソグラフィー技術等を利用して基板上に所望形状の柱状スペーサを所望の高さで容易に形成することができるので好適である。さらに、基板1、2上に直接柱状スペーサ11、12を配設する構成の場合には、基板1、2と同材料であってもよい。この場合には、基板1、2の成形とともに柱状スペーサ11、12を一体成形できるので、特別の材料と製造プロセスとを用意する必要がなく、製造コストを増大させることがない。
【0029】
図1ないし図3に示したように、柱状スペーサ11、12をフォトリソグラフィー技術によって形成した場合、それらの縦方向の断面形状は、基板側を下底とした台形となる。たとえば上基板1に形成された柱状スペーサ11の底面積は上基板側が大きく、下基板側では小さくなる。下基板2の柱状スペーサ12についても同様であり、柱状スペーサが形成されている基板側の底面積が大きくなる。このような点を鑑みて、各柱状スペーサ11、12は、一方の基板上に形成するのではなく、それぞれ上下の基板上に分けて形成されることが好ましい。柱状スペーサの上下の底面積に差があっても、いずれも形成された基板側の底面積が大きいので、上下の基板の両方でそれぞれ柱状スペーサを形成し、これらを張り合わせると、それぞれの柱状スペーサの底面積が大きな側が互い違いとなり、液晶パネル全体としての柱状スペーサの底面積は上下の基板で差異が生じないこととなる。
【0030】
[液晶装置の製造プロセス]
次に、上記構成の液晶パネルの製造プロセスについて説明する。
まず透明基板を用意し、上下の基板とする。上基板1には、例えば金属クロムをスパッタリングした後、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を経て遮光膜を形成する。なおこの遮光膜は、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)、Al(アルミニウム)などの金属材料の他、カーボンやTiをフォトレジストに分散した樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。次に、カラーフィルタとなる色材層4を染色法、顔料分散法、印刷法などの周知の方法を用いて形成した後、上基板1の全面にスパッタリング等により、ITO等の透明導電性薄膜を約50〜200nmの厚さに堆積することにより電極5を形成する。
【0031】
一方、下基板2上には下地絶縁膜を形成し、その上にアモルファスのシリコン層を積層する。このアモルファスシリコン層に対して、例えばレーザアニール処理等の加熱処理を施すことにより、アモルファスシリコン層を再結晶させ、例えば膜厚30〜100nm程度の結晶性のポリシリコン層を形成する。次にこのポリシリコン層を半導体層7のパターンとなるようにパターニングし、その上に例えば膜厚30〜150nm程度のゲート絶縁膜となる絶縁薄膜を形成する。その後、表示領域のうち、TFTと蓄積容量部との接続部および蓄積容量部の下部電極となるべき領域以外の領域をポリイミド等のレジストでマスクした後、例えばドナーとしてのPH3/H2イオンを、絶縁薄膜を介してポリシリコン層にドーピングする。次に上記レジストを剥離した後、絶縁薄膜上に走査線および容量線を形成する。この走査線等の形成は、タンタルまたはAl等の金属をスパッタまたは真空蒸着した後、当該走査線等のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしたエッチングを行い、レジストパターンを剥離することにより行う。そして、当該走査線および容量線の形成後、蓄積容量部を覆うレジストパターンを形成した後、イオンを注入する。以上の工程により、TFTのソース領域およびドレイン領域が形成される。
【0032】
さらに絶縁薄膜を積層し、その後、ソースコンタクトホールおよびドレインコンタクトホールとなる位置を開口し、その後、アルミニウム等の金属をスパッタまたは蒸着し、データ線およびドレイン電極の形状をなすレジストパターンを形成し、これをマスクとしてエッチングすることにより、データ線とドレイン電極とを形成する。さらに平坦化膜を塗布した後、膜厚約50〜200nm程度のITO等の透明導電性薄膜を形成し、これをパターニングして画素電極を形成する。以上の工程により、本実施の形態の下基板2が完成する。
【0033】
次に、上述した各工程によって用意された上下基板1、2上にそれぞれ柱状スペーサ11、12を形成する。これには、各基板上にアクリル樹脂膜を形成した後、フォトレジストを形成し、マスク露光、現像、エッチング、レジスト剥離を行うことにより、所定領域に所望の高さ寸法を有するアクリル樹脂からなる柱状スペーサを配設することができる。また、アクリル樹脂が感光性を有する場合、フォトレジストを用いることなく、アクリル樹脂に対して直接、マスク露光、現像を行えばよい。
【0034】
たとえば図1ないし図3に示した本実施の形態の液晶パネル100において、上基板1の柱状スペーサ11を遮光膜上に、下基板2の柱状スペーサ12を液晶パネル100の各画素の境界領域となるTFTのデータ線7の配設領域上に、それぞれ形成してセルギャップを3.5μmに設定する場合には、柱状スペーサ11、12のそれぞれの高さは以下のように設定することができる。下基板2の平坦性が非常に良く、配線領域上と画素領域上との間において段差が生じていない場合には、セルギャップ3.5μmは柱状スペーサ12の高さR2と等しい。下基板2の下地絶縁膜6と絶縁薄膜8と平坦化膜9のそれぞれの膜厚の合計値Δ22と上基板1のカラーフィルター4と電極5の膜厚との和Δ21をセルギャップ(R2)に加算した値、すなわちR=R2+Δ21+Δ22とし、R=7.5μmを基板間距離とする。柱状スペーサ11の高さR1は、基板間距離Rから下基板2の膜厚Δ12を減じた値、すなわちR−Δ12=R1とし、ここで、Δ12が約3μmとすれば、R1=4.5μmとなり、このように求められた4.5μmを柱状スペーサ11の高さとする。これら柱状スペーサ11、12の形成位置とその高さとは、フォトリソグラフィー技術を利用することにより所望に変化させることができるのみならず、通常の液晶パネルの製造プロセスを若干変更するのみで充分に形成可能である。
【0035】
なお、基板上に柱状スペーサを直接形成する場合には、基板の成形時に一体成形してもよく、これにより製造工程の簡略化を図ることができる。また、柱状スペーサをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の無機材料から構成する場合には、半導体製造工程に一般に用いられる製膜技術等を利用することにより、容易かつ正確に所望膜厚のものを所望形状で製造可能である。さらに、必要に応じて柱状スペーサは複数の膜材料を積層して構成してもよい。
【0036】
最後に各層と各柱状スペーサとが形成された上基板1と下基板2とを対向させて配置し、シール材により貼り合わせ、空パネルを作製する。次いで、液晶を空パネル内に封入すれば、本実施の形態の液晶装置が作製される。
異なる高さの柱状スペーサを形成する場合、仮に上基板1、下基板2のいずれか一方にのみ柱状スペーサを形成することとすると、1枚の基板上に異なる高さの柱状スペーサを形成するのは、製造プロセス上極めて困難であり、可能であったとしてもプロセスが非常に複雑になる。その点、本実施の形態のように、上基板1、下基板2のそれぞれに柱状スペーサを形成する場合には、プロセス上の問題が生じることはない。
【0037】
[第2の実施の形態の液晶装置の構成]
以下、本発明の第2の実施形態を図4を参照して説明する。図4に示した液晶装置が第1図ないし第3図に示した液晶装置と異なるところは、上基板1の柱状スペーサ11をTFTのデータ線領域に設け、下基板2の柱状スペーサ12を遮光膜領域に設けたところである。上述したように各柱状スペーサ11、12の高さはR=R1+Δ11+Δ12=R2+Δ21+Δ22を満たすものである。従って、図1ないし図3に示した第1の実施の形態と全く同様にR2、Δ11、Δ12、Δ21、Δ22の各値を設定した場合には、R1=4.5μm、R=7.5μmとなる。このように柱状スペーサの配置関係が逆転した場合においても、本発明の効果は全く変わらず、全面にわたって厳密にセルギャップが制御された液晶装置とすることができるものである。
【0038】
[電子機器]
以下、本発明の液晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図5は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図5において、符号500は携帯電話本体を示し、符号501は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図6は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図6において、符号600は情報処理装置、符号601はキーボードなどの入力部、符号603は情報処理装置本体、符号602は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図7は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図7において、符号700は時計本体を示し、符号701は上記の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。
図5から図7に示す電子機器は、上記の液晶装置を用いた液晶表示部を備えたものであるので、表示品位の高い電子機器を実現することができる。
【0039】
以上、本発明の実施の形態においては一対の基板のそれぞれに設けられた柱状スペーサの構成が特徴的なものであるが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、たとえば本実施の形態においてはアクティブマトリクスタイプの半透過反射型の液晶装置を例示したが、そのほか単純マトリクスタイプの透過型あるいは反射型の液晶装置に本発明の構成を採用することも可能であり、カラーフィルタを具備しない白黒表示を行う液晶表示装置に本発明の構成を採用することも可能である。
【0040】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、基板間を所定の距離に保持する柱状スペーサを、一対の基板のそれぞれに設けたので、それぞれの基板の所定位置に所望の高さでスペーサを配置することができ、液晶パネル中でのスペーサの偏在を防止することができる。
さらにそれぞれの基板に配設する柱状スペーサの高さを異ならしめることにより、各基板上の積層膜の凹凸に対応して各柱状スペーサの高さを設定することができ、基板積層膜の凹凸がセルギャップに影響を及ぼすことがなくなり、液晶パネル全面にわたって厳密にセルギャップが制御された液晶装置を得ることができる。
また本発明の製造方法によれば、各基板に柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成するものであるので、所望高さで所望形状の柱状スペーサを所望の位置に正確に形成することができるばかりでなく、通常の製造工程の若干の変更により高品質な液晶装置を安価にて提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の液晶装置の概略断面図である。
【図2】同、液晶装置のTFTアレイ基板における画素の概略模式平面図である。
【図3】図2のA−A’線に沿う概略断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の液晶装置の概略断面図である。
【図5】本発明の液晶装置を用いた電子機器の一例を示す斜視図である。
【図6】本発明の液晶装置を用いた電子機器の他の例を示す斜視図である。
【図7】本発明の液晶装置を用いた電子機器のさらに他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 上基板
2 下基板
3 液晶層
11 柱状スペーサ
12 柱状スペーサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal device, a method of manufacturing the same, and an electronic apparatus, and more particularly to a substrate structure suitable for controlling a substrate interval.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device is a display element utilizing a phenomenon that the optical transmittance of a liquid crystal changes when a voltage is applied to the liquid crystal. In a liquid crystal panel, an element substrate on which a switching element for driving a pixel electrode and the like are arranged and an opposing substrate on which an opposing electrode is arranged are arranged at a predetermined interval (distance between the substrates), and the liquid crystal is sealed between these substrates. Stopped and configured. The element substrate and the opposing substrate are bonded to each other with a sealing material at their peripheral edges so that the surfaces on which the electrodes are formed face each other. Liquid crystal is sealed in a region between the substrates partitioned by the sealing material to form a liquid crystal layer. Conventionally, in such a liquid crystal panel, in order to maintain the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer at a predetermined size, a method of dispersing various spacers in the liquid crystal layer or in a sealing material has been used. As these spacers, beads or fillers made of glass or plastic are used, and the particle size of these spacers is used as the cell gap of the liquid crystal panel.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the spacer is present in the display area in the liquid crystal layer, light incident on the liquid crystal layer is scattered by the spacer, causing a problem that the display contrast of the liquid crystal panel is reduced. There is also a problem that the spacers are aggregated and it is difficult to sufficiently control the cell gap. In addition, in recent years, it has been attempted to reduce the cell gap for the purpose of high-quality display of a liquid crystal panel. However, since the cell gap depends on the diameter of the spacer, the diameter of the spacer is reduced and the particle size is reduced. The need to strictly adjust the distribution has increased, and its implementation has been limited. Further, a semiconductor layer serving as a drive circuit, various wiring layers, and the like are laminated on the surface of the element substrate on the liquid crystal layer side, and the surface has irregularities on the order of several μm. According to the conventional configuration in which the spacers are dispersed in the liquid crystal layer, it is difficult to control where the spacers are located on the substrate surface. When the spacer is located, a slight difference occurs in the cell gap. In the conventional liquid crystal panel, the thickness of the liquid crystal layer was sufficiently large with respect to the thickness of the semiconductor layer of the element substrate, and the difference was within a negligible range. In addition, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-73093 describes that a columnar spacer is formed on one of an element substrate and an opposing substrate. There is a problem that the difference due to the arrangement position is in a non-negligible range, and positioning of the spacer is important for realizing high-quality display. As a structure of a liquid crystal panel having a spacer, for example, a structure described in JP-A-9-73093 is known.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a liquid crystal device having a structure in which the distance between substrates in a liquid crystal device can be strictly controlled, a method of manufacturing the same, and an electronic apparatus using the same. The purpose is to:
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid crystal device of the present invention is a liquid crystal device in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates facing each other, and an inner surface of each of the substrates constituting the pair of substrates, A columnar spacer for maintaining a predetermined distance between the substrates is provided. However, even though the columnar spacer is provided on the inner surface of each substrate, since both ends of the columnar spacer are in direct contact with the pair of substrates, it is determined on which side of the substrate the columnar spacer is provided. Is considered difficult. However, as described later, when the columnar spacer is formed by photolithography using a resin material or the like, the area (lower surface) on the substrate side where the columnar spacer is formed is large due to the characteristics at the time of etching, and the area on the other substrate side is large. (Upper surface) has a small frustum shape. Thereby, the substrate on which the columnar spacer is formed can be determined.
According to the configuration of the present invention, since the columnar spacers are provided on the respective substrates, the spacers can be arranged at predetermined positions at a desired height, and uneven distribution of the spacers in the liquid crystal panel can be prevented. If a columnar spacer is to be formed only on one substrate, even if the spacer can be arranged at a desired position, a spacer having a desired height, for example, two kinds of heights depending on the location is formed. For it is extremely difficult. Thereby, the cell gap can be strictly controlled, and a liquid crystal device capable of high-quality display can be obtained.
[0006]
In the liquid crystal device according to the aspect of the invention, it is preferable that the columnar spacer of one of the pair of substrates and the columnar spacer of the other substrate be provided in different regions of each substrate.
With such a configuration, the density and shape of the columnar spacers inside and outside a specific area of the liquid crystal device can be freely and easily varied. That is, while a large number of spacers are arranged only in the specific region, a small number of spacers can be arranged outside the specific region, and the arrangement position and shape can be controlled differently. Accordingly, the columnar spacers can be arranged at predetermined positions with a shape and density according to the characteristics of each region such as a display region and a seal region, so that a more uniform cell gap can be controlled and a liquid crystal capable of high quality display. It can be a device.
[0007]
It is preferable that the height of the columnar spacer on the one substrate is different from the height of the columnar spacer on the other substrate. Further, the sum of the height of the columnar spacer of the one substrate and the thickness of the stacked film on the one substrate and the thickness of the stacked film on the other substrate in a region where the columnar spacer is arranged, It is preferable that the sum of the height of the columnar spacer on the other substrate, the thickness of the stacked film on the other substrate, and the thickness of the stacked film on the one substrate in a region where the columnar spacer is arranged be made equal. .
In other words, the surface of each substrate on the liquid crystal layer side has irregularities of various laminated films due to drive circuits, electrodes, color filters, etc., and the height of these irregularities is determined by the difference in height between the columnar spacers of each substrate. It should just be set as. By providing columnar spacers having different heights on the respective substrates, the cell gap of the liquid crystal panel does not reflect the height of the unevenness of the substrate laminated film, so that the liquid crystal device has a uniform cell gap over the entire surface. be able to.
[0008]
Preferably, the columnar spacer of the one substrate is provided in a seal region for sealing the liquid crystal layer between the substrates. Since the sealing region corresponds to the peripheral portion of the liquid crystal device and is a region where the step of the substrate laminated film is large, the cell gap can be kept uniform by arranging the columnar spacer corresponding to the step. Further, since the seal area is outside the image display area, even if a large number of columnar spacers are provided, the display characteristics of the liquid crystal device are not degraded, and stress collapse in the seal area can be prevented.
[0009]
Further, the columnar spacer of the one substrate may be provided in a display area for displaying information by a liquid crystal layer. In this display area, drive circuits, electrodes, color filters, and the like are formed, and the surface of each substrate has unevenness due to a laminated film. By adjusting the height and shape of the columnar spacer on one substrate to correspond to the height and shape of the unevenness of the laminated film, the height of the unevenness of the substrate stacked film is reflected in the cell gap. And the difference between the height of the columnar spacer and the height of the columnar spacer on the other substrate does not occur, so that the cell gap can be uniformly and strictly maintained. Further, by adjusting the arrangement position of the columnar spacers on one of the substrates according to the position and the shape of the uneven portion of the laminated film, the cell gap can be more strictly controlled while minimizing the generation of scattered light. Thus, a liquid crystal device with good display quality can be obtained.
[0010]
The columnar spacer is preferably made of a resin material. According to this configuration, when forming the columnar spacer on each substrate, there is no need to specially prepare a member separate from the substrate, and the manufacturing cost does not increase. Further, since the columnar spacers can be formed from the film material constituting the element substrate and the counter substrate, they can be formed by slightly changing ordinary manufacturing process conditions.
[0011]
Further, the columnar spacer is preferably made of a resin material such as an acrylic film or a polyimide film. If the columnar spacers are made of a thermosetting resin having photosensitivity, a columnar spacer having a desired shape and a desired height can be easily formed in a desired region on each substrate by using photolithography technology or the like. Can be.
[0012]
The method for manufacturing a liquid crystal device according to the present invention is a method for manufacturing a liquid crystal device in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates facing each other, wherein each of the pair of substrates holds a predetermined distance between the substrates. Forming a columnar spacer to be formed by photolithography.
According to this method, not only can a columnar spacer having a desired shape be formed at a desired height on each substrate at a predetermined position, but also the columnar spacer can be easily formed by a slight change in a normal liquid crystal device manufacturing process. Therefore, a high-quality liquid crystal device can be provided at low cost.
[0013]
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, each of the pair of substrates is divided into a specific region and a non-specific region, and within a specific region of one substrate and a non-specific region of the other substrate, respectively. It is preferable to include a step of forming the columnar spacer by photolithography. This method includes a step of forming a columnar spacer in a specific region on one substrate and forming a columnar spacer in a region other than the region where the columnar spacer of the one substrate is formed on the other substrate on the other substrate. This step is performed by photolithography. According to this method, by masking the area of each substrate, the columnar spacer can be easily formed into the specific area and the non-specific area. Furthermore, since a columnar spacer having a desired shape can be formed at a desired height in accordance with the unevenness of the substrate laminated film, a liquid crystal device with a strictly adjusted cell gap can be obtained.
[0014]
An electronic apparatus according to the present invention includes the liquid crystal device according to the present invention.
According to the present invention, it is possible to realize an electronic apparatus including a display unit with high display quality by including the liquid crystal device of the present invention.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Liquid crystal device]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment in which the configuration of the present invention is applied to an active matrix type transflective liquid crystal device using a TFT (Thin Film Transistor) element as a switching element.
FIG. 2 is a schematic plan view of a pixel on an array substrate constituting the liquid crystal device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA 'in FIG. In addition, in each drawing, in order to make each layer and each member a size recognizable in the drawing, the scale such as a plane dimension and a film thickness is appropriately changed for each layer and each member.
[0016]
The liquid crystal panel 100 is configured such that an upper substrate 1 and a lower substrate 2 are arranged to face each other, a liquid crystal layer 3 is sandwiched between the substrates 1 and 2, and is sealed with a sealing material.
On the inner surface side (the liquid crystal layer 3 side) of the upper substrate 1, a color filter 4 and a transparent conductive material such as indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) formed so as to cover the color filter 4. And an electrode 5 made of a conductive material. The color filter 4 corresponds to R (Red), G (Green), and B (Blue) of light, and is configured by arranging the color material layers 4R, 4G, and 4B in a matrix when viewed in plan. Further, the boundaries between the pixels composed of the color material layers 4R, 4G, and 4B are defined by light-shielding films (not shown) provided in a matrix.
[0017]
On the other hand, the lower substrate 2 is an array substrate on which TFTs as switching elements are formed, and a base insulating layer 6 is formed on the inner surface side (the liquid crystal layer 3 side). For example, a semiconductor layer 7 made of a polysilicon film having a thickness of about 30 to 100 nm is provided, and an insulating thin film 8 having a thickness of about 30 to 150 nm is formed on the entire surface so as to cover the semiconductor layer 7. Although not shown in the drawing, the semiconductor layer 7 includes a channel region, a source region, and a drain region of the TFT, and is formed by connecting a scanning line and a data line for driving the TFT. Further, a planarizing film 9 and a pixel electrode 10 are sequentially laminated on the insulating thin film 8. The flattening film 9 is also used as an insulating film, and is formed, for example, by forming an acrylic resin film, which is a kind of resin film having high flatness, to a thickness of about 2 μm. The pixel electrode 10 is made of a transparent conductive film such as ITO, and the switching is controlled by the TFT.
[0018]
FIG. 2 is a schematic plan view of one pixel of the liquid crystal panel 100, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG. Pixel electrodes 10 are arranged in a matrix on the lower substrate 2 which is one of the substrates of the liquid crystal panel 100. The data lines 13 are provided along the sides of the pixel electrodes 10 extending in the vertical direction on the paper, and the scanning lines 14 are provided on the sides extending in the horizontal direction on the paper. The semiconductor layer 7 made of a polysilicon film is formed in a substantially U-shape near the intersection of the data line 13 and the scanning line 14, and one end thereof extends in the extending direction of the data 13 and the extending direction of the scanning line 14, respectively. Have been. Further, a capacitance electrode 15 is arranged so as to cover about half the area of the pixel, and a reflection layer 16 is arranged on the capacitance electrode 15. The reflective layer 16 is provided with irregularities 16a on the surface thereof, and reflects the light incident on the liquid crystal panel by the irregularities 16a to perform a reflective display in the area. The columnar spacers 12 on the lower substrate 2 side are provided at intersections between the data lines 13 and the scanning lines 14 and at positions that are boundaries between pixels.
[0019]
A liquid crystal layer 3 is sandwiched between the upper substrate 1 and the lower substrate 2. The distance R between the substrates is determined by the columnar spacers 11 provided from the respective substrates 1 and 2 toward each other. , 12. The columnar spacers 11 and 12 are formed of, for example, an acrylic resin or the like. In the present embodiment, the columnar spacers 11 of the upper substrate 1 are provided on a light-shielding film that partitions each pixel outside the color filter 4 region, and the columnar spacers 12 of the lower substrate 2 are It is provided in.
[0020]
In the liquid crystal panel 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, the height R1 of the column spacer 11 provided on the upper substrate 1 and the height R2 of the column spacer 12 provided on the lower substrate 2 are as follows. , R = R1 + Δ11 + Δ12 = R2 + Δ21 + Δ22. R is the distance between the substrates of the liquid crystal panel 100, Δ11 is the layer thickness of the upper substrate 1 in the region where the columnar spacers 11 are provided, and Δ12 is the layer thickness of the lower substrate 2 in the same region. Δ21 is the film thickness of the laminated film of the upper substrate 1 in the region where the columnar spacers 12 are provided, and Δ22 is the film thickness of the laminated film of the lower substrate 2 in the same region.
[0021]
In the liquid crystal panel 100 shown in FIG. 1, Δ11 is 0, and Δ12 is the total value of the thicknesses of the base insulating layer 6, the semiconductor layer 7, the insulating thin film 8, and the planarizing film 9 on the lower substrate 1. . Δ21 is the sum of the thickness of the color filter 4 and the thickness of the electrode 5 on the upper substrate 1, and Δ22 is equal to Δ12. When forming the liquid crystal panel 100, the laminated films formed on each of the substrates 1 and 2 are formed on the liquid crystal layer 3 side of each of the substrates and come into contact with the base layers of the columnar spacers 11 and 12 or in abutting state. It is a general term of a film, and includes a reflective film layer, a plurality of semiconductor film layers, a plurality of insulating film layers, a plurality of wiring layers, a light-shielding film, and the like, in addition to the laminated films shown in FIGS.
[0022]
In the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, R1 and R2 indicate different values. However, in the area where the columnar spacers 11 and 12 are provided, there may be a case where Δ11 + Δ12 = Δ21 + Δ22. In such a case, the heights R1 and R2 of the columnar spacers 11 and 12 may be equal.
[0023]
By setting the heights R1 and R2 of the columnar spacers 11 and 12 in this manner, even in a liquid crystal panel having a narrow cell gap in which the values of Δ11 + Δ12 and Δ21 + Δ22 become larger with respect to the distance R between the substrates, the lamination on the substrate can be achieved. The cell gap (corresponding to the height R2 of the columnar spacer 12 in the present embodiment) can be strictly maintained without being affected by the film thickness. Therefore, it is possible to prevent display unevenness and a decrease in contrast due to non-uniform cell gap, and to provide a liquid crystal panel capable of high-quality display.
[0024]
The position of the columnar spacers 11 and 12 is not particularly limited in any region of the upper and lower substrates 1 and 2, but is preferably outside the pixel opening region. In the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the columnar spacers 11 of the upper substrate 1 are disposed in the light-shielding film region, and the columnar spacers 12 of the lower substrate 2 are disposed in the electrode regions of the scanning lines 14 of each pixel. All of them are outside the display area of the pixel. As described above, if the columnar spacer is provided outside the pixel opening region, display omission and scattered light due to the columnar spacer can be suppressed as much as possible, which is preferable without impairing the display characteristics of the liquid crystal panel 100.
[0025]
Further, from the viewpoint of not impairing the display characteristics of the liquid crystal panel 100 and controlling the uniform cell gap of the panel, these columnar spacers 11 and 12 are provided not in the same region of the liquid crystal panel 100 but in different regions thereof. Is preferably provided. In particular, if the columnar spacer of one substrate is formed in a seal region having a large step due to the laminated film, the step does not increase or decrease in the cell gap. Further, since the seal area is outside the image display area at the periphery of the liquid crystal device, image characteristics are not impaired.
[0026]
In addition, even if both columnar spacers are in the display area, display is affected by being selectively disposed in an area such as an electrode area of a semiconductor layer or a black matrix area which is a boundary between pixels. Strict control of the cell gap becomes possible without giving the For example, in the upper substrate 1, the area where the columnar spacers 11 are arranged matches the shape of the black matrix, and in the lower substrate 2, the area where the columnar spacers 12 are arranged is on a scanning line formed in stripes.
[0027]
The number of the columnar spacers 11 and 12 is not particularly limited. However, when the contact area with the substrate is the same, the number of the columnar spacers 11 and 12 is smaller than that having a large diameter. It is preferable to arrange a large number of them. This is because there are advantages in that the liquid crystal material is injected into the liquid crystal layer 3 and that the voltage application to the liquid crystal layer 3 is made uniform.
Further, the cross-sectional shapes of the columnar spacers 11 and 12 are not limited to regular hexagons as shown in FIG. 2, but may be various polygons other than rectangular, circular, and elliptical cross-sections.
[0028]
These columnar spacers 11 and 12 are made of one or more layers of a film material, for example, a thermosetting resin material having photosensitivity such as an acrylic film or a polyimide film, or a silicon oxide film or a silicon nitride film. It may be an inorganic material. When these materials are used, columnar spacers having a desired shape can be easily formed at a desired height on a substrate by using a film forming technique generally used in a semiconductor manufacturing process, in particular, a photolithography technique or the like. It is suitable. Further, in the case of a configuration in which the columnar spacers 11 and 12 are disposed directly on the substrates 1 and 2, the same material as the substrates 1 and 2 may be used. In this case, since the columnar spacers 11 and 12 can be integrally formed together with the formation of the substrates 1 and 2, there is no need to prepare a special material and a manufacturing process, and the manufacturing cost does not increase.
[0029]
As shown in FIGS. 1 to 3, when the columnar spacers 11 and 12 are formed by the photolithography technique, their vertical cross-sectional shapes are trapezoidal with the substrate side being the lower bottom. For example, the bottom area of the columnar spacer 11 formed on the upper substrate 1 is larger on the upper substrate side and smaller on the lower substrate side. The same applies to the columnar spacers 12 of the lower substrate 2, and the bottom area on the substrate side where the columnar spacers are formed increases. In view of such a point, it is preferable that the columnar spacers 11 and 12 are formed not on one substrate but separately on the upper and lower substrates. Even if there is a difference between the upper and lower bottom areas of the columnar spacers, since the bottom area on both sides of the formed substrate is large, the columnar spacers are formed on both the upper and lower substrates, and when these are laminated, each columnar spacer is formed. The side having the larger bottom area of the spacer is alternated, and the bottom area of the columnar spacer as the whole liquid crystal panel does not differ between the upper and lower substrates.
[0030]
[Manufacturing process of liquid crystal device]
Next, a manufacturing process of the liquid crystal panel having the above configuration will be described.
First, a transparent substrate is prepared and used as upper and lower substrates. After sputtering metal chromium, for example, on the upper substrate 1, a light shielding film is formed through a photolithography process and an etching process. The light-shielding film may be formed of a material such as resin black in which carbon or Ti is dispersed in a photoresist, in addition to a metal material such as Cr (chromium), Ni (nickel), and Al (aluminum). Next, a color material layer 4 serving as a color filter is formed by a known method such as a dyeing method, a pigment dispersion method, or a printing method, and then a transparent conductive thin film such as ITO is formed on the entire surface of the upper substrate 1 by sputtering or the like. Is deposited to a thickness of about 50 to 200 nm to form the electrode 5.
[0031]
On the other hand, a base insulating film is formed on the lower substrate 2, and an amorphous silicon layer is stacked thereon. The amorphous silicon layer is recrystallized by subjecting the amorphous silicon layer to a heat treatment such as a laser annealing process to form a crystalline polysilicon layer having a thickness of, for example, about 30 to 100 nm. Next, the polysilicon layer is patterned so as to have a pattern of the semiconductor layer 7, and an insulating thin film serving as a gate insulating film having a thickness of, for example, about 30 to 150 nm is formed thereon. Then, after masking a region of the display region other than a region to be a connection between the TFT and the storage capacitor portion and a region to be a lower electrode of the storage capacitor portion with a resist such as polyimide, for example, PH3 / H2 ions as donors are The polysilicon layer is doped via the insulating thin film. Next, after removing the resist, a scanning line and a capacitance line are formed on the insulating thin film. The formation of the scanning lines and the like is performed by sputtering or vacuum depositing a metal such as tantalum or Al, forming a resist pattern of the scanning lines or the like, performing etching using the resist pattern as a mask, and stripping the resist pattern. Do. Then, after forming the scanning line and the capacitor line, a resist pattern covering the storage capacitor portion is formed, and then ions are implanted. Through the above steps, a source region and a drain region of the TFT are formed.
[0032]
Furthermore, an insulating thin film is laminated, and thereafter, a position to be a source contact hole and a drain contact hole is opened, and thereafter, a metal such as aluminum is sputtered or vapor-deposited to form a resist pattern in the shape of a data line and a drain electrode, By etching using this as a mask, a data line and a drain electrode are formed. After a flattening film is further applied, a transparent conductive thin film such as ITO having a thickness of about 50 to 200 nm is formed, and this is patterned to form a pixel electrode. Through the above steps, the lower substrate 2 of the present embodiment is completed.
[0033]
Next, columnar spacers 11 and 12 are formed on the upper and lower substrates 1 and 2 prepared by the above-described steps, respectively. For this, after forming an acrylic resin film on each substrate, a photoresist is formed, and mask exposure, development, etching, and resist peeling are performed, so that a predetermined region is formed of an acrylic resin having a desired height dimension. Columnar spacers can be provided. When the acrylic resin has photosensitivity, mask exposure and development may be performed directly on the acrylic resin without using a photoresist.
[0034]
For example, in the liquid crystal panel 100 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the columnar spacer 11 of the upper substrate 1 is on the light-shielding film, and the columnar spacer 12 of the lower substrate 2 is in the boundary area of each pixel of the liquid crystal panel 100. When the cell gap is set to 3.5 μm by forming each on the area where the data lines 7 of the TFTs are arranged, the heights of the columnar spacers 11 and 12 can be set as follows. . When the flatness of the lower substrate 2 is very good and there is no step between the wiring region and the pixel region, the cell gap 3.5 μm is equal to the height R2 of the columnar spacer 12. The total value Δ22 of the film thicknesses of the base insulating film 6, the insulating thin film 8, and the planarizing film 9 of the lower substrate 2 and the sum Δ21 of the film thicknesses of the color filter 4 and the electrode 5 of the upper substrate 1 are represented by a cell gap (R2). , That is, R = R2 + Δ21 + Δ22, and R = 7.5 μm is the distance between the substrates. The height R1 of the columnar spacer 11 is a value obtained by subtracting the thickness Δ12 of the lower substrate 2 from the distance R between the substrates, that is, R−Δ12 = R1, where R1 = 4.5 μm if Δ12 is approximately 3 μm. The 4.5 μm obtained in this manner is defined as the height of the columnar spacer 11. The formation positions and heights of these columnar spacers 11 and 12 can be changed not only as desired by utilizing photolithography technology, but also can be sufficiently formed by only slightly changing a normal liquid crystal panel manufacturing process. It is possible.
[0035]
When the columnar spacers are formed directly on the substrate, they may be integrally formed at the time of molding the substrate, thereby simplifying the manufacturing process. When the columnar spacer is made of an inorganic material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, a desired thickness can be easily and accurately obtained by utilizing a film forming technique generally used in a semiconductor manufacturing process. It can be manufactured in a desired shape. Further, if necessary, the columnar spacer may be formed by laminating a plurality of film materials.
[0036]
Finally, the upper substrate 1 and the lower substrate 2 on which the respective layers and the columnar spacers are formed are arranged so as to face each other, and are bonded to each other with a sealing material to produce an empty panel. Next, by enclosing the liquid crystal in the empty panel, the liquid crystal device of the present embodiment is manufactured.
When forming columnar spacers having different heights, if columnar spacers are formed only on one of the upper substrate 1 and the lower substrate 2, columnar spacers having different heights are formed on one substrate. Is extremely difficult in the manufacturing process, and the process becomes very complicated, if at all possible. In this regard, in the case where columnar spacers are formed on each of the upper substrate 1 and the lower substrate 2 as in the present embodiment, there is no process problem.
[0037]
[Configuration of Liquid Crystal Device of Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The liquid crystal device shown in FIG. 4 is different from the liquid crystal device shown in FIGS. 1 to 3 in that the columnar spacer 11 of the upper substrate 1 is provided in the data line region of the TFT, and the columnar spacer 12 of the lower substrate 2 is shielded from light. It is provided in the film area. As described above, the height of each columnar spacer 11, 12 satisfies R = R1 + Δ11 + Δ12 = R2 + Δ21 + Δ22. Therefore, when the values of R2, Δ11, Δ12, Δ21, and Δ22 are set in the same manner as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, R1 = 4.5 μm and R = 7.5 μm It becomes. Even when the arrangement relationship of the columnar spacers is reversed, the effect of the present invention is not changed at all, and a liquid crystal device in which the cell gap is strictly controlled over the entire surface can be obtained.
[0038]
[Electronics]
Hereinafter, specific examples of an electronic device including the liquid crystal device of the present invention will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a mobile phone. In FIG. 5, reference numeral 500 denotes a mobile phone main body, and reference numeral 501 denotes a liquid crystal display unit using the above-described liquid crystal device.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a portable information processing device such as a word processor or a personal computer. 6, reference numeral 600 denotes an information processing device, reference numeral 601 denotes an input unit such as a keyboard, reference numeral 603 denotes an information processing device main body, and reference numeral 602 denotes a liquid crystal display unit using the above liquid crystal device.
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a wristwatch-type electronic device. In FIG. 7, reference numeral 700 denotes a watch main body, and reference numeral 701 denotes a liquid crystal display unit using the above-described liquid crystal device.
Since the electronic devices illustrated in FIGS. 5 to 7 include the liquid crystal display portion using the above-described liquid crystal device, electronic devices with high display quality can be realized.
[0039]
As described above, the embodiment of the present invention is characterized by the configuration of the columnar spacers provided on each of the pair of substrates. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. In the embodiment, an active matrix type transflective liquid crystal device is exemplified, but the configuration of the present invention can also be applied to a simple matrix type transmissive or reflective liquid crystal device. It is also possible to adopt the configuration of the present invention to a liquid crystal display device that does not have a black and white display.
[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the columnar spacers for maintaining the distance between the substrates at a predetermined distance are provided on each of the pair of substrates. Spacers can be arranged, and uneven distribution of the spacers in the liquid crystal panel can be prevented.
Furthermore, by making the height of the columnar spacers arranged on each substrate different, the height of each columnar spacer can be set corresponding to the unevenness of the laminated film on each substrate, and the unevenness of the substrate laminated film can be reduced. The cell gap is not affected, and a liquid crystal device in which the cell gap is strictly controlled over the entire liquid crystal panel can be obtained.
According to the manufacturing method of the present invention, since the columnar spacers are formed on each substrate by photolithography, the columnar spacers having the desired height and the desired shape can be accurately formed at the desired positions. In addition, a high-quality liquid crystal device can be provided at low cost by slightly changing the normal manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a liquid crystal device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a pixel on a TFT array substrate of the liquid crystal device.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic sectional view of a liquid crystal device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view illustrating an example of an electronic apparatus using the liquid crystal device of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view illustrating another example of an electronic apparatus using the liquid crystal device of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing still another example of an electronic apparatus using the liquid crystal device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Upper substrate
2 Lower substrate
3 Liquid crystal layer
11 Column spacer
12 Column spacer

Claims (10)

互いに対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、
前記一対の基板を構成する各基板の内面に、基板間を所定の距離に保持する柱状スペーサをそれぞれ設けたことを特徴とする液晶装置。
A liquid crystal device having a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates facing each other,
A liquid crystal device, wherein columnar spacers for maintaining a predetermined distance between the substrates are provided on the inner surfaces of the respective substrates constituting the pair of substrates.
前記一対の基板のうちの一方の基板の前記柱状スペーサと、他方の基板の前記柱状スペーサとは、それぞれの基板の互いに異なる領域にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項1記載の液晶装置。2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the columnar spacer on one of the pair of substrates and the columnar spacer on the other substrate are provided in mutually different regions of the respective substrates. 3. 前記一方の基板の柱状スペーサの高さと、前記他方の基板の柱状スペーサの高さとが、異なることを特徴とする請求項2記載の液晶装置。3. The liquid crystal device according to claim 2, wherein the height of the columnar spacer on the one substrate is different from the height of the columnar spacer on the other substrate. 前記一方の基板の柱状スペーサの高さと当該柱状スペーサが配置される領域における前記一方の基板上の積層膜の膜厚および前記他方の基板上の積層膜の膜厚との和と、前記他方の基板の柱状スペーサの高さと当該柱状スペーサが配置される領域における前記他方の基板上の積層膜の膜厚および前記一方の基板上の積層膜の膜厚との和とが等しいことを特徴とする請求項3記載の液晶装置。The sum of the height of the columnar spacer of the one substrate, the thickness of the laminated film on the one substrate and the thickness of the laminated film on the other substrate in a region where the columnar spacer is arranged, and The height of the columnar spacer of the substrate is equal to the sum of the thickness of the laminated film on the other substrate and the thickness of the laminated film on the one substrate in a region where the columnar spacer is arranged. The liquid crystal device according to claim 3. 前記一方の基板の柱状スペーサは、液晶層を基板間に封止するシール領域に設けられることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の液晶装置。The liquid crystal device according to claim 2, wherein the columnar spacer of the one substrate is provided in a seal region that seals a liquid crystal layer between the substrates. 前記一方の基板の柱状スペーサは、液晶層によって情報を表示する表示領域に設けられることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の液晶装置。5. The liquid crystal device according to claim 2, wherein the columnar spacer of the one substrate is provided in a display area for displaying information by a liquid crystal layer. 6. 前記柱状スペーサが樹脂材料からなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の液晶装置。The liquid crystal device according to claim 1, wherein the columnar spacer is made of a resin material. 互いに対向する一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、
前記一対の基板のそれぞれに、基板間を所定の距離に保持する柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成する工程を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。
A method for manufacturing a liquid crystal device including a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates facing each other,
A method for manufacturing a liquid crystal device, comprising a step of forming, by photolithography, a columnar spacer for holding a predetermined distance between the substrates on each of the pair of substrates.
請求項8記載の液晶装置の製造方法であって、一対の基板のそれぞれを特定領域と非特定領域とに区画するとともに、一方の基板の特定領域内と、他方の基板の非特定領域内とに、それぞれ柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成する工程を有することを特徴とする液晶装置の製造方法。9. The method for manufacturing a liquid crystal device according to claim 8, wherein each of the pair of substrates is divided into a specific region and a non-specific region, and a specific region of one substrate and a non-specific region of the other substrate. And a step of forming columnar spacers by photolithography. 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。An electronic apparatus comprising the liquid crystal device according to claim 1.
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