JP2004239982A

JP2004239982A - Image displaying apparatus

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Publication number: JP2004239982A
Application number: JP2003026441A
Authority: JP
Inventors: Chikatomo Takasugi; 親知高杉; Yasunobu Hiromasu; 泰信廣升; Yoshiharu Fujii; 良春藤井
Original assignee: Chi Mei Electronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26
Also published as: TWI230818B; TW200415392A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image displaying apparatus in which columnar spacers are prevented from inserting into hole structures in a temporary fixing process and in a positioning process. <P>SOLUTION: Out of the columnar spacers 3a-3l formed on a counter substrate 2, the columnar spacers 3a-3f are arranged on a pattern B (a pattern represented by alternate long and short dashed lines) and the columnar spacers 3g-3l are arranged on a pattern C (a pattern represented by chain double-dashed lines). A pattern A (a pattern represented by broken lines) shown in the figure is a pattern of arrangement of the hole structures on an array substrate to be stuck to the counter substrate 2 projected on the counter substrate 2. The patterns B and C are patterns formed by moving the pattern A in parallel respectively with different distances and/or with different directions. The number of the columnar spacers to be respectively arranged on the patterns B and C is one or more, and two-thirds or less, of the total number of the hole structures. Thereby the ratio of the columnar spacers inserting into the hole structures is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、柱状スペーサによって基板間隔を規定する画像表示装置に関し、特に仮固定工程時および位置あわせ工程時に柱状スペーサが穴構造に嵌り込むことを抑制した画像表示装置画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対向して配置した基板間に液晶層を配置し、かかる液晶層に含まれる液晶分子の配向性を制御することによって画像表示を行う液晶表示装置が知られている。液晶材料における光透過率は液晶分子の配向状態によって規定されることから、液晶分子の配向性を制御することによって液晶層の光透過率は制御され、かかる特性を利用して画像表示を可能としている。
【０００３】
図９は、従来技術にかかる液晶表示装置の断面構造を示す模式図である。図９に示すように、従来構造の液晶表示装置は、アレイ基板１０１と、アレイ基板１０１に対向して配置された対向基板１０２と、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間に液晶材料を封入して構成される液晶層１０３とを備えた構造を有し、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間の距離は、柱状スペーサ１０４によって規定されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
アレイ基板１０１は、表示画素に対応して画素電極１０５等の配線構造を備え、液晶層１０３に対して電位を供給可能な構造を有する。また、柱状スペーサ１０４は、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間隔を一定に保持し、液晶層１０３の厚みを均一化するためのものである。上記のように、液晶表示装置は、液晶層１０３の光学特性を利用して画像表示を行うことから、液晶層１０３の厚みを均一化する必要があるためである。柱状スペーサ１０４は、感光性樹脂等を材料として形成され、具体的には、例えば対向基板１０２の表面上にフォトリソグラフィ法によって形成されている。
【０００５】
ところで、液晶表示装置の組み立て工程は、アレイ基板１０１と対向基板１０２とを所定の間隔を維持して貼り合わせた後に、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間に液晶層１０３を構成する液晶材料を封入することによって行われる。ここで、アレイ基板１０１および対向基板１０２は、それぞれ表示画素に対応した配線構造等を有するため、張り合わせの際に位置あわせを精密に行う必要がある。従って、実際の組み立て工程では、まずアレイ基板１０１と対向基板１０２とを対向させた状態でプレスして仮固定した後、アレイ基板１０１または対向基板１０２を水平方向に移動させて位置あわせを行った後に本固定を行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−２２３９２２号公報（第４頁、第３図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アレイ基板１０１と対向基板１０２とを仮固定した後の位置あわせ工程において、柱状スペーサ１０４の存在が問題となる場合がある。具体的には、仮固定の後にアレイ基板１０１または対向基板１０２を水平方向に移動させる際に、柱状スペーサ１０４がアレイ基板１０１または対向基板１０２の移動を妨げることによって、位置あわせの精度が低下するという問題が存在する。以下、かかる問題について説明する。
【０００８】
図１０は、柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込んだ状態を示す模式図である。図１０に示すように、アレイ基板１０１は、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ１０７と、画素電極１０５とを有する。薄膜トランジスタ１０７と画素電極１０５の間には平坦化層１０８が配置され、平坦化層１０８の一部に設けられた穴構造１０９を介して画素電極１０５と薄膜トランジスタ１０７は電気的に接続されている。そして、画素電極１０５と、画素電極１０５の下層に位置する薄膜トランジスタ１０７等の配線構造との間に生じる寄生容量を低減するため、平坦化層１０８は２〜４μｍ程度の膜厚を必要とし、その結果、穴構造１０９の深さも２〜４μｍ程度となる。
【０００９】
アレイ基板１０１が穴構造１０９を有することによって、仮固定工程および位置あわせ工程の際に柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込む場合が存在する。穴構造１０９に嵌り込んだ柱状スペーサ１０４は、アレイ基板１０１または対向基板１０２を水平方向に移動する際に基板の移動を妨げる方向に力を及ぼすため、位置あわせ工程に支障を生じることとなる。
【００１０】
一般に、液晶層１０３の厚みを均一に保持するために、柱状スペーサ１０４は、設計上は対向して配置される基板表面に存在する穴構造１０９を避けるよう配置されている。しかし、仮固定工程の際にはアレイ基板１０１と対向基板１０２の位置関係を設計通りに貼り合わせることは困難であり、一定の位置ずれを生じることから、柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込む場合が生じる。また、仮固定工程の際に柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込まなくとも、位置あわせ工程の際にアレイ基板１０１または対向基板１０２を水平方向に移動する途中で柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込むこともあり、かかる場合には嵌り込んだ後における位置あわせが困難となる。
【００１１】
また、従来技術にかかる液晶表示装置では、画素電極１０５、薄膜トランジスタ１０７等の配線構造がそれぞれの表示画素内でほぼ同一の構造を有するため、穴構造１０９の表示画素内における位置もほぼ一定の位置となる。同様に、柱状スペーサ１０４についても、対向基板１０２の内表面上において、表示画素に対応して規則的に配置された構造を有する。従って、仮固定工程または位置あわせ工程の途中で一旦柱状スペーサ１０４が穴構造１０９に嵌り込む位置関係となった場合には、複数設けられたほぼすべての柱状スペーサが嵌り込むこととなり、位置あわせ工程を行うことが著しく困難となる。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、柱状スペーサによって基板間隔を規定する画像表示装置において、仮固定工程時および位置あわせ工程時に柱状スペーサが穴構造に嵌り込むことを抑制した画像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】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる画像表示装置は、複数の穴構造を内表面上に備え、該複数の穴構造が所定の配置パターンで配置される第１基板と、該第１基板と対向して配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置された液晶層と、該第２基板の内表面上であって、前記複数の穴構造の配置パターンを射影したパターンに異なる平行移動を施したパターン上に、それぞれ１以上であって総数の２／３以下の柱状スペーサを配置した２以上の柱状スペーサ群とを備えたことを特徴とする。なお、「異なる平行移動」とは、距離および／または方向が異なる平行移動のことをいう。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、第２基板上に、穴構造の配置パターンを射影したパターンに異なる平行移動を施したそれぞれのパターン上に１以上、総数の２／３以下の柱状スペーサを配置することで、第１基板と第２基板とについて仮固定および位置あわせを行う際に同時に穴構造に嵌り込む柱状スペーサの割合を低減し、位置あわせの際における基板の移動が妨げられることを抑制している。
【００１５】
また、請求項２にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記穴構造は１μｍ以上の深さを有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記柱状スペーサの本数は、前記穴構造の数の３／２倍以上であることを特徴とする。
この請求項３の発明によれば、第２基板上に配置する柱状スペーサの本数を穴構造の数の３／２倍以上とすることで、任意の配置パターンに従って柱状スペーサを配置しても仮固定および位置あわせの際に穴構造に嵌り込む割合を総数の２／３以下に抑制することができる。
【００１７】
また、請求項４にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記第１基板または前記第２基板は、光の透過を抑制する遮光手段を一部領域上にさらに備え、前記２以上の柱状スペーサ群は、前記遮光領域に対応した領域上に形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基板は、スイッチング素子と、該スイッチング素子上に形成された平坦化層と、該平坦化層上に配置された画素電極とを表示画素ごとに備え、前記穴構造は、該画素電極と前記スイッチング素子とを電気的に接続するために表示画素ごとに前記平坦化層の一部領域に形成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記複数の穴構造は、それぞれが属する表示画素内においてほぼ同一の位置に設けられることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基板は、前記スイッチング素子の駆動状態を制御する走査線と、前記スイッチング素子を介して前記画素電極に対して電位を供給する信号線とをさらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項８にかかる画像表示装置は、上記の発明において、前記アレイ基板は、前記画素電極近傍に共通電極をさらに備え、前記液晶層に対して前記画素電極と前記共通電極との間の電位差に基づいて前記アレイ基板の内表面と平行方向に電界を印加することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である画像表示装置について説明する。また、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１にかかる画像表示装置について説明する。本実施の形態１にかかる画像表示装置は、アレイ基板と対向基板の間隔を対向基板の内表面上に形成された複数の柱状スペーサによって規定する構造を有する。そして、アレイ基板の内表面上には所定の配置パターンに従って複数の穴構造が存在し、対向基板上に形成された複数の柱状スペーサは、穴構造の配置パターンを対向基板の表面上に射影したパターンに対して異なる平行移動を施した２以上のパターン上に配置される。なお、各パターン上に配置される柱状スペーサの本数は１以上、全本数の２／３以下となるよう調整されている。柱状スペーサをかかる２以上のパターン上に配置することによって、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、アレイ基板と対向基板との仮固定および位置あわせを行う際に、同時に穴構造に嵌り込む柱状スペーサの割合を全本数の２／３以下に抑制している。以下、実施の形態１にかかる画像表示装置について詳細に説明する。
【００２４】
図１に示すように、実施の形態１にかかる画像表示装置は、所定の配線構造を備えたアレイ基板１と、アレイ基板１に対して対向配置された対向基板２とを有し、アレイ基板１と対向基板２の間隔は、柱状スペーサ３によって規定された構造を有する。アレイ基板１と対向基板２との間に生じる間隙には液晶層４が配置され、アレイ基板１の外表面および対向基板２の外表面上には偏光板５および偏光板６がそれぞれ配置された構造を有する。また、アレイ基板１と液晶層４の界面および対向基板２と液晶層４の界面には、配向膜７、配向膜８がそれぞれ配置されている。
【００２５】
アレイ基板１は、基板上に所定の配線構造を備えた構造を有する。図２は、アレイ基板１の構造を示す平面図である。アレイ基板１は、図２に示すように画素電極９と、画素電極９の周囲を覆うよう形成された共通電極１０と、画素電極９に対してスイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ１１と、薄膜トランジスタ１１の駆動状態を制御する走査線１２と、薄膜トランジスタ１１を介して画素電極９に対して所定の電位を供給する信号線１３とを備える。信号線からの電位を画素電極９に供給するために画素電極９と薄膜トランジスタ１１とは電気的に接続されており、具体的には、薄膜トランジスタ１１と画素電極９との間はコンタクトホールとして機能する穴構造１４を介して接続される。
【００２６】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図３に示すように、薄膜トランジスタ１１、走査線１２および信号線１３と画素電極９との間には平坦化層１８が介在している。平坦化層１８は、走査線１２、信号線１３等の配線構造における電位変動が画素電極９の電位に影響を与えることを抑制するため、１〜４μｍ程度の膜厚を有する必要がある。従って、画素電極９と薄膜トランジスタ１１とを電気的に接続する穴構造１４は１〜４μｍ程度の深さを有する。アレイ基板１上には図２、図３に示す回路構造が表示画素ごとに設けられ、かかる回路構造がマトリックス状に配置された構造を有する。従って、アレイ基板１上に形成される穴構造についても複数のものがマトリックス状のパターンに従って規則的な間隔で配列されている。
【００２７】
図２および図３に示した回路構造の動作について簡単に説明する。まず、走査線１２から薄膜トランジスタ１１のゲート電極に対して所定の電位が供給され、薄膜トランジスタ１１がオン状態となる。そして、オン状態となった薄膜トランジスタ１１に対して、信号線１３から所定の電位が供給され、薄膜トランジスタ１１のチャネル層を介して画素電極９に所定の電位が書き込まれる。一方、画素電極９の周囲に位置する共通電極１０はほぼ一定の電位に維持されるため、画素電極に電位が書き込まれることによって、画素電極９と共通電極１０との間に電位差が生じる。画素電極９と共通電極１０はアレイ基板１上に形成されているため、生じた電位差に基づく電界がアレイ基板１の表面に対して平行方向に生じ、電界強度に応じてアレイ基板１の上に配置された液晶層に含まれる液晶分子の配向状態が変化し、光透過率が変化する。かかる動作をそれぞれの表示画素において行い、光透過率が変化した液晶層に対して外部から光を透過させることによって画像表示が行われる。
【００２８】
次に、柱状スペーサ３の構造および配置パターンについて説明する。柱状スペーサ３は、対向基板２の内表面上に形成され、具体的には、対向基板２の内表面上に感光性樹脂を塗布した後、フォトリソグラフィ法等によってパターニングを行うことによって形成される。従って、柱状スペーサ３は、従来の球状スペーサと異なり、パターニングの際に使用するマスクパターンを調整することによってほぼ任意の配置パターンを実現することが可能である。なお、本実施の形態１における柱状スペーサの構造については上記のものに限定されず、具体的には基板上における配置パターンが可能なものであれば本実施の形態１における柱状スペーサとして使用することが可能である。
【００２９】
図４は、対向基板２および対向基板２の内表面上における柱状スペーサ３の配置パターンを示す模式図である。図４に示すように、対向基板２は、表示画素ごとに開口部１９ａ〜開口部１９ｒを備え、その他の領域を遮光部２０によって覆われた構造を有する。そして、対向基板２の内表面上には、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌが、図４に示すように形成されている。なお、図４において、複数の破線領域によって示すパターンＡは、アレイ基板１の内表面上に存在する穴構造１４の配置パターンを対向基板２に射影したものを示している。また、複数の一点鎖線領域によって示すパターンＢは、穴構造１４の射影領域を平行移動したものである。さらに、複数の二点鎖線領域によって示すパターンＣは、パターンＢの場合と異なる方向および／または異なる距離だけパターンＡを平行移動したものである。
【００３０】
まず、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌは、それぞれ開口部１９ａ〜１７ｒを避け、遮光部２０上に形成される。開口部１９ａ〜開口部１９ｒ上に配置されることによって、位置あわせ工程時に柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌの頂部がアレイ基板１上に配置された配向膜７の配向性を乱し、表示画像の品位が低下することを防ぐためである。
【００３１】
また、本実施の形態１において、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌは、それぞれ穴構造１４の配置パターンの射影を平行移動したパターン上に配置されている。具体的には、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｆは、パターンＢに従って配置される一方、柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌは、パターンＣに従って配置されている。
【００３２】
本実施の形態１にかかる画像表示装置では、図４に示すようなパターンで対向基板２の内表面上に柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌを形成している。かかるパターンに従うことにより、仮固定工程および位置あわせ工程時において穴構造１４に同時に嵌り込む柱状スペーサ３の割合を１／２以下に抑制し、柱状スペーサ３に起因した抗力の影響を抑制し、精密な位置あわせを可能としている。
【００３３】
図５、図６は、仮固定工程および位置あわせ工程の際におけるアレイ基板１上に存在する穴構造１４と、対向基板２上に形成された柱状スペーサ３との位置関係について説明するための模式図である。より具体的には、図５は穴構造１４の配置パターンと図４におけるパターンＢとが重なり合った状態を示し、図６は、穴構造１４の配置パターンと図４におけるパターンＣとが重なり合った状態を示す。
【００３４】
まず、仮固定工程または位置あわせ工程の際に、アレイ基板１と対向基板２の位置関係が図５に示す状態となった場合について説明する。図５に示す状態では、図４に示したパターンＢが穴構造１４の配置パターンと重なり合うため、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｆが同時に穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒのいずれかに嵌り込んでいる。柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｆは、対向基板２の内表面上であって、穴構造１４の配置パターンを平行移動したパターンＢ上にそれぞれ形成されている。従って、仮固定工程や位置あわせ工程時のようにアレイ基板１と対向基板２の位置あわせが完了していない段階では、パターンＢと穴構造１４の配置パターンとが一致する場合があり、かかる場合にはパターンＢ上に形成された柱状スペーサ３ａ〜３ｆはすべて穴構造に嵌り込むこととなる。
【００３５】
一方、柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌは、図５に示すように穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒのいずれにも嵌り込むことはない。上記のように、柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌは、パターンＢと異なる平行移動を施したパターンＣ上に形成される。このため、パターンＢと穴構造１４の配置パターンとが重なり合った状態では柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌは穴構造１４の配置パターン外に位置することとなる。従って、アレイ基板１と対向基板２とが図５に示す位置関係となった場合、穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒのいずれかに嵌り込む柱状スペーサ３の本数は、全本数の半分となる。
【００３６】
次に、アレイ基板１と対向基板２の位置関係が図６の状態となった場合について説明する。図６に示す状態では、柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌが穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒのいずれかに嵌り込む一方、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｆはそれぞれ穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒのいずれにも嵌り込むことがない。図６の場合には穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒの配置パターンとパターンＣとが重なり合うようアレイ基板１と対向基板２が位置する。従って、パターンＣ上に形成される柱状スペーサ３ｇ〜柱状スペーサ３ｌが穴構造に嵌り込む一方、パターンＣと異なるパターンＢ上に形成される柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｆは、穴構造１４ａ〜穴構造１４ｒの配置領域の外部に位置することとなるためである。
【００３７】
なお、仮固定工程および位置あわせ工程の際には、アレイ基板１と対向基板２とはほぼ任意の位置関係を取りうることから、図５、図６に示す状態以外の位置関係にもなりうる。かかる位置関係の場合には、柱状スペーサ３ａ〜柱状スペーサ３ｌのすべてが穴構造１４の外部に位置し、いずれの柱状スペーサについても穴構造１４に嵌り込むことはない。
【００３８】
既に説明したように、アレイ基板１上の穴構造１４の配置と、対向基板２上の柱状スペーサ３の配置は、従来から本固定時においては互いに重なり合うことがないよう設計されており、本固定後の画像表示装置において柱状スペーサ３の頂部が穴構造１４に嵌り込むことはない。しかしながら、アレイ基板１と対向基板２とを仮固定した段階および位置あわせを行っている途中では正確な位置あわせが完了していないため、柱状スペーサ３の一部が穴構造１４に嵌り込む可能性がある。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置では、仮固定工程および位置あわせ工程に柱状スペーサ３の一部が穴構造１４に嵌り込むことを前提とした上で、同時に嵌り込む柱状スペーサ３の割合を一定以下に抑制することによって、位置あわせ工程の際に穴構造１４に嵌り込んだ柱状スペーサ３によって生じる抗力の値を実用上問題が生じない程度に抑制することとしている。
【００３９】
具体的には、仮固定工程および位置あわせ工程の際に穴構造１４に嵌り込む柱状スペーサ３の本数が柱状スペーサ３全体の本数の２／３以下、より好ましくは１／２以下となるように柱状スペーサ３を形成する位置の分布を決定している。嵌り込む柱状スペーサ３の量を絶対数ではなく総数に対する割合によって規定した理由は以下の通りである。
【００４０】
仮固定工程および位置あわせ工程の際には、アレイ基板１と対向基板２とを近づける方向に圧力が印加されており、具体的には、柱状スペーサ３の先端とアレイ基板１の表面とが互いに押し合う状態となっている。そして、穴構造１４に嵌り込んだ柱状スペーサ３についても圧力が印加された状態となっており、位置あわせ工程の際に生じる抗力は、かかる圧力に応じて強くなることが知られている。一方、仮固定工程および位置あわせ工程時の圧力はアレイ基板１および対向基板２の表面全体にほぼ均一に印加され、柱状スペーサ３の１本あたりに印加される圧力は、全圧力を柱状スペーサ３の本数で割った値となる。従って、位置あわせ工程の際に穴構造１４に嵌り込んだ柱状スペーサ３に起因して生じる抗力は、嵌り込んだ本数の絶対値ではなく、柱状スペーサ３全体に対する嵌り込んだ本数の比が増加するにつれて大きくなる。かかる知見に基づいて本願発明者等は、柱状スペーサ３全体に対して同時に嵌り込む柱状スペーサ３の本数の比が２／３以下であれば抗力の大きさを位置合わせ工程時に事実上問題ない程度に抑制することが可能であることを見いだし、かかる比を実現する構造を実現している。
【００４１】
なお、本実施の形態１に示す配置で柱状スペーサ３を形成した場合であっても、従来に比べて製造が煩雑となることはない。上記のように、柱状スペーサ３は、対向基板２の内表面上に一様に感光性樹脂等によって形成される膜構造を形成した後、フォトリソグラフィ法によって形成される。本実施の形態１に示したような配置を実現するためにはフォトリソグラフィに使用するフォトマスクのパターンを工夫すればよく、使用材料、製造工程等については従来と同様のものを用いることが可能であるためである。従って、本実施の形態１にかかる画像表示装置は、製造上の負担を増すことなく精密な位置あわせを可能となるという利点を有する。
【００４２】
（変形例）
次に、実施の形態１にかかる画像表示装置の変形例について説明する。図７は、変形例にかかる画像表示装置において、対向基板２の内表面上に形成された柱状スペーサの配置パターンを示す図である。変形例にかかる画像表示装置では、図７に示すように柱状スペーサ２１ａ〜柱状スペーサ２１ｌについて、実施の形態１の条件を満たしつつ２本を対にした状態で対向基板２上に形成している。ここで、個々の対を配置する位置については任意のものとして良いが、本変形例では従来技術にかかる一般的な柱状スペーサの配置と同様のパターンで柱状スペーサの対を形成することとする。
【００４３】
図７からも明らかなように、本変形例では、破線で示した領域で示す穴構造１４の配置パターンを射影したパターンに対して、柱状スペーサ２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｇ、２１ｉ、２１ｋは所定の平行移動を施したパターンに属し、柱状スペーサ２１ｂ、２１ｄ、２１ｆ、２１ｈ、２１ｊ、２１ｌは異なる平行移動を施したパターンに属する。なお、本変形例では柱状スペーサの断面積は、従来一般に用いられる柱状スペーサの断面積のほぼ半分の値であるものとする。
【００４４】
すなわち、本変形例では穴構造１４の配置パターンを射影したパターンに対して異なる平行移動を施した複数のパターン上に柱状スペーサ２１を形成した構造を有する。従って、実施の形態１の場合と同様に、仮固定工程および位置あわせ工程の際に穴構造１４に嵌り込む柱状スペーサの割合を抑制し、位置あわせの際に問題が生じることを回避している。
【００４５】
また、本変形例では、従来構造において柱状スペーサを配置した位置に、半分の断面積の柱状スペーサを２本配置する構造としており、巨視的な観点からは柱状スペーサの分布は従来の画像表示装置とほぼ同様なものとみなすことが可能である。従って、完成後の画像表示装置における基板間の加重分布等の観点から最適化された従来の柱状スペーサの配置を流用することによって、完成後の画像表示装置において、従来と同等の特性を得ることが可能となる。
【００４６】
本来、柱状スペーサの配置パターンは、完成後の画像表示装置における特性を考慮して定められる必要がある。従って、実施の形態１で示した条件を満たすよう柱状スペーサを配置する場合、かかる条件に従った上で完成後の画像表示装置にとって最適な柱状スペーサの配置パターンを設計することとなり、設計が煩雑となる場合がある。本変形例では従来の半分の断面積を有する柱状スペーサ対を従来のパターンに従って配置することとしたため、設計上の負担を増加させることなく、実施の形態１に示す条件を満たす配置パターンに従った画像表示装置を実現することができるという利点を有する。
【００４７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる画像表示装置について説明する。実施の形態２にかかる画像表示装置は、アレイ基板と対向基板との間隔を規定する柱状スペーサが、アレイ基板上に存在する穴構造の数の３／２倍以上の本数となるよう形成されている。かかる構造とすることで、仮固定工程時および位置あわせ工程時において、同時に穴構造に嵌り込む柱状スペーサの全本数に対する割合を２／３以下に抑制している。なお、本実施の形態２にかかる画像表示装置の基本構造は実施の形態１で示すものと同様であって、実施の形態１にかかる画像表示装置との相違点は柱状スペーサの配置態様のみである。従って、以下では柱状スペーサの配置パターンおよびかかる配置パターンにすることの利点について説明を行う。
【００４８】
図８は、実施の形態２にかかる画像表示装置において、柱状スペーサの配置パターンを示す模式図である。なお、図８において、破線領域で示すパターンは図４と同様にアレイ基板上に存在する穴構造の配置パターンを射影したものである。実施の形態２にかかる画像表示装置は、図８に示すように表示画素数の３／２倍の柱状スペーサ３が形成されている。柱状スペーサ２２を形成する材料および形成する方法については実施の形態１と同様であるものとする。
【００４９】
本実施の形態２では、図８に示すように、柱状スペーサ２２の配置パターンについて特に制御しておらず、複数の柱状スペーサはいわばランダムに配置されている。以下、本実施の形態２にかかる画像表示装置において、穴構造１４に嵌り込んだ柱状スペーサが位置あわせ工程の阻害要因とならないことを説明する。
【００５０】
上記したように、本実施の形態２にかかる画像表示装置では、穴構造１４の数の３／２倍以上の本数の柱状スペーサ２２が対向基板２の内表面上に形成されている。ところで、仮固定工程および位置あわせ工程において同時に穴構造１４に嵌り込む柱状スペーサ２２の最大本数は穴構造１４の数によって規定され、穴構造１４の数以上の本数の柱状スペーサ２２が穴構造１４に嵌り込むことはない。従って、本実施の形態２のように穴構造１４の数よりも多くの柱状スペーサ２２を形成した場合、すべての柱状スペーサ２２が穴構造１４に嵌り込むことは不可能であって、すべての穴構造１４に柱状スペーサ２２が嵌り込んだ場合であっても、穴構造１４に嵌り込まない柱状スペーサ２２が一定数存在する。特に、本実施の形態２の場合、柱状スペーサ２２が穴構造１４の数の３／２倍以上形成されることから、例え穴構造１４のすべてに柱状スペーサ２２が嵌り込んだ場合であっても、全本数に対する嵌り込んだ柱状スペーサ２２の割合は２／３以下となる。従って、嵌り込んだ柱状スペーサ２２が位置あわせ工程の妨げとなることは事実上なく、精密な位置あわせを行うことが可能となる。
【００５１】
ところで、別の観点から考えると、本実施の形態２における画像表示装置では、柱状スペーサ２２の本数を調整することによって、柱状スペーサ２２について実施の形態１で説明した条件を自動的に満たすと説明することも可能である。すなわち、本実施の形態２では、柱状スペーサ２２を任意に配置したにもかかわらず、穴構造１４の配置パターンを射影したパターンを平行移動した複数のパターン上に配置されることとなると解釈することができる。以下、本実施の形態２において、柱状スペーサ２２の配置が実施の形態１で示した条件を満たすことについて説明する。
【００５２】
極端な例として、柱状スペーサ２２のうち、穴構造１４の数と同じ本数だけ穴構造１４の射影パターンを所定の距離だけ平行移動した第１パターン上に配置され、残りの柱状スペーサ２２については異なる距離および／または方向に平行移動した第２パターン上に配置された状態を仮定する。本実施の形態２では柱状スペーサ２２の本数は穴構造１４の数の３／２倍以上であるため、第１パターン上に配置される柱状スペーサ２２の本数（＝穴構造１４の数）は、総数の２／３以下となる。従って、かかる第１パターン上に配置された柱状スペーサ２２については、実施の形態１に示す条件を満たす。そして、第２パターン上に配置された柱状スペーサ２２は、第１パターン上に配置されたものの残りであるから、配置された本数は総数の１／３以下となる。従って、第２パターン上に配置された柱状スペーサ２２についても、実施の形態１における条件を満たすこととなる。
【００５３】
柱状スペーサ２２の配置は実際には上記のような秩序に従うことはなく、それぞれの柱状スペーサ２２はばらばらに配置される。従って、実際の柱状スペーサ２２は多数のパターン上に配置され、穴構造１４に同時に嵌り込む柱状スペーサの割合は上記の例よりも低くなり、位置あわせ工程時に生じる抗力の値もより小さくなる。
【００５４】
以上、実施の形態１および実施の形態２に渡って本発明の内容について説明してきたが、本発明は上記の記載の内容に限定されることはなく、当業者であれば様々な実施例、変形例等に想到することが可能である。例えば、実施の形態１および実施の形態２では、柱状スペーサを対向基板２の内表面上に形成することとしたが、アレイ基板１上に形成することとしても良い。対向基板２の内表面上にも穴構造が存在し得るため、かかる穴構造に柱状スペーサが嵌り込む割合を抑制することで、嵌り込んだ柱状スペーサが位置あわせ工程の妨げとなることを防止し、精密な位置あわせを実現することが可能となるためである。
【００５５】
また、実施の形態１および実施の形態２では、穴構造の例として画素電極９と薄膜トランジスタ１１とを電気的に接続するためのスルーホールとして機能するものを用いたが、これはあくまで例示であって他の穴構造の配置パターンを考慮することとしても良い。例えば、ＭＶＡ型の液晶表示装置を形成する際に、液晶分子の傾斜角を制御するためにアレイ基板の内表面または対向基板の内表面に凹凸を設けた構造とする場合がある。かかる凹凸に柱状スペーサが嵌り込むことを抑制する観点で本発明を適用することが可能である。また、実施の形態１および実施の形態２では、表示画素ごとに規則的に穴構造が設けられた構造について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、穴構造がランダムに配置されたものについて適用することが可能である。穴構造がいずれのパターンで設けられた場合であっても、穴構造の配置パターンを把握した上で射影パターンに対して異なる平行移動を施した複数のパターン上に柱状スペーサを所定の割合で配置すれば本発明で示す利点を享受できるためである。
【００５６】
さらに、穴構造１４の配置パターンの射影パターンを平行移動したパターンの数について、実施の形態１では２つとしたが、２以上の数であれば、任意の数のパターン上に柱状スペーサ３を配置することが可能である。また、各パターン上に形成される柱状スペーサ３の本数についても、１以上であって、柱状スペーサ３の総本数の２／３以下であれば任意の数として良い。例えば、柱状スペーサ３の本数と等しい数のパターンを用意し、各パターン上に柱状スペーサ３を１本ずつ配置した構造としても良い。かかる構造とした場合には仮固定工程および位置あわせ工程の際に同時に穴構造１４に嵌り込む柱状スペーサが１本のみなので、位置あわせ工程の際に生じる抗力をほとんど無視することが可能である。
【００５７】
また、対向基板２の内表面上に形成する柱状スペーサ３の総本数についても、本発明の適用にあたっては限定する必要はない。柱状スペーサ３の本数は、柱状スペーサ３を形成する材料、柱状スペーサ３の断面積および高さ、さらには本固定工程時に印加する圧力等によって決定される。一般に現時点で使用される材料を用いた場合、柱状スペーサ３の総本数は表示画素数の１／３〜１／７程度であるが、本発明を適用する場合にはこれ以外の総本数としても良い。
【００５８】
また、本発明は、例えば画素電極と共通電極を異なる基板上に配置し、液晶層に対して基板と垂直方向に電界を印加する画像表示装置に適用することも可能である。いわゆる面内応答（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型の画像表示装置以外であっても、一方の基板上に柱状スペーサが形成され、他方の基板上に所定の配置パターンの穴構造を有するあらゆる画像表示装置に本発明を適用できるためである。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第２基板上に、穴構造の配置パターンを射影したパターンに異なる平行移動を施したそれぞれのパターン上に１以上、総数の２／３以下の柱状スペーサを配置する構成としたことで、第１基板と第２基板とについて仮固定および位置あわせを行う際に同時に穴構造に嵌り込む柱状スペーサの割合を低減し、位置あわせの際における基板の移動が妨げられることを抑制できるという効果を奏する。
【００６０】
また、この発明によれば、第２基板上に配置する柱状スペーサの本数を穴構造の数の３／２倍以上とすることで、任意の配置パターンに従って柱状スペーサを配置しても仮固定および位置あわせの際に穴構造に嵌り込む割合を総数の２／３以下に抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる画像表示装置の全体構造を示す模式図である。
【図２】アレイ基板上の配線構造について説明する平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】対向基板の内表面上に形成された柱状スペーサの配置パターンを説明する平面図である。
【図５】仮固定工程または位置あわせ工程時におけるアレイ基板と対向基板との位置関係の一例を示す模式図である。
【図６】仮固定工程または位置あわせ工程時におけるアレイ基板と対向基板との位置関係の他の例を示す模式図である。
【図７】実施の形態１の変形例にかかる画像表示装置において、対向基板上の柱状スペーサの配置パターンを説明する平面図である。
【図８】実施の形態２にかかる画像表示装置において、対向基板上の柱状スペーサの配置パターンを説明する平面図である。
【図９】従来技術にかかる画像表示装置の構造を示す断面図である。
【図１０】従来技術にかかる画像表示装置において、仮固定工程または位置あわせ工程時において柱状スペーサが穴構造に嵌り込んだ状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１アレイ基板
２対向基板
３ａ〜３ｌ柱状スペーサ
４液晶層
５偏光板
６偏光板
７配向膜
８配向膜
９画素電極
１０共通電極
１１薄膜トランジスタ
１２走査線
１３信号線
１４ａ〜１４ｒ穴構造
１５導電層
１６基板
１７絶縁層
１８平坦化層
１９ａ〜１９ｒ開口部
２０遮光部
２１ａ〜２１ｌ、２２柱状スペーサ
１０１アレイ基板
１０２対向基板
１０３液晶層
１０４柱状スペーサ
１０５画素電極
１０７薄膜トランジスタ
１０８平坦化層
１０９穴構造[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device in which a distance between substrates is defined by a columnar spacer, and more particularly to an image display device in which a columnar spacer is prevented from fitting into a hole structure during a temporary fixing step and an alignment step.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a liquid crystal display device in which a liquid crystal layer is disposed between substrates disposed to face each other and an image is displayed by controlling the orientation of liquid crystal molecules contained in the liquid crystal layer. Since the light transmittance of the liquid crystal material is determined by the alignment state of the liquid crystal molecules, the light transmittance of the liquid crystal layer is controlled by controlling the alignment of the liquid crystal molecules. I have.
[0003]
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a liquid crystal display device according to the related art. As shown in FIG. 9, a liquid crystal display device having a conventional structure includes an array substrate 101, an opposing substrate 102 disposed opposite to the array substrate 101, and a liquid crystal material sealed between the array substrate 101 and the opposing substrate 102. The distance between the array substrate 101 and the counter substrate 102 is defined by a columnar spacer 104 (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
The array substrate 101 has a wiring structure such as a pixel electrode 105 corresponding to a display pixel, and has a structure capable of supplying a potential to the liquid crystal layer 103. Further, the columnar spacers 104 are for maintaining a constant distance between the array substrate 101 and the counter substrate 102 and for making the thickness of the liquid crystal layer 103 uniform. As described above, since the liquid crystal display device performs image display using the optical characteristics of the liquid crystal layer 103, it is necessary to make the thickness of the liquid crystal layer 103 uniform. The columnar spacer 104 is formed using a photosensitive resin or the like as a material. Specifically, for example, the columnar spacer 104 is formed on the surface of the counter substrate 102 by a photolithography method.
[0005]
Incidentally, in the assembly process of the liquid crystal display device, the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 103 between the array substrate 101 and the opposing substrate 102 is formed after the array substrate 101 and the opposing substrate 102 are bonded to each other while maintaining a predetermined interval. Is carried out by encapsulating. Here, since the array substrate 101 and the counter substrate 102 each have a wiring structure or the like corresponding to a display pixel, it is necessary to perform precise alignment at the time of bonding. Therefore, in the actual assembling process, first, the array substrate 101 and the opposing substrate 102 were pressed and temporarily fixed in a state where they face each other, and then the array substrate 101 or the opposing substrate 102 was moved in the horizontal direction to perform positioning. Later, the book is fixed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2-223922 (page 4, FIG. 3)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the positioning process after the array substrate 101 and the counter substrate 102 are temporarily fixed, the presence of the columnar spacers 104 may cause a problem. Specifically, when the array substrate 101 or the opposing substrate 102 is moved in the horizontal direction after the temporary fixation, the columnar spacers 104 hinder the movement of the array substrate 101 or the opposing substrate 102, so that the positioning accuracy is reduced. The problem exists. Hereinafter, such a problem will be described.
[0008]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which the columnar spacer 104 has been fitted into the hole structure 109. As shown in FIG. 10, the array substrate 101 has a thin film transistor 107 functioning as a switching element and a pixel electrode 105. A flattening layer 108 is provided between the thin film transistor 107 and the pixel electrode 105, and the pixel electrode 105 and the thin film transistor 107 are electrically connected through a hole structure 109 provided in a part of the flattening layer 108. In order to reduce the parasitic capacitance generated between the pixel electrode 105 and the wiring structure such as the thin film transistor 107 located below the pixel electrode 105, the flattening layer 108 needs to have a thickness of about 2 to 4 μm. As a result, the depth of the hole structure 109 is also about 2 to 4 μm.
[0009]
When the array substrate 101 has the hole structure 109, the columnar spacer 104 may fit into the hole structure 109 during the temporary fixing step and the positioning step. The columnar spacer 104 fitted in the hole structure 109 exerts a force in a direction that hinders the movement of the array substrate 101 or the opposing substrate 102 when the array substrate 101 or the opposing substrate 102 is moved in the horizontal direction, and thus hinders the alignment process.
[0010]
Generally, in order to keep the thickness of the liquid crystal layer 103 uniform, the columnar spacers 104 are arranged so as to avoid the hole structure 109 existing on the surface of the substrate which is arranged to face the design. However, in the temporary fixing step, it is difficult to bond the positional relationship between the array substrate 101 and the counter substrate 102 as designed, and a certain positional shift occurs, so that the columnar spacer 104 fits into the hole structure 109. Cases arise. Further, even if the columnar spacer 104 does not fit into the hole structure 109 during the temporary fixing step, the columnar spacer 104 is inserted into the hole structure 109 during the horizontal movement of the array substrate 101 or the counter substrate 102 during the alignment step. In some cases, it may be fitted, and in such a case, it is difficult to perform positioning after the fitting.
[0011]
Further, in the liquid crystal display device according to the related art, since the wiring structures of the pixel electrode 105, the thin film transistor 107, and the like have substantially the same structure in each display pixel, the position of the hole structure 109 in the display pixel is also substantially constant. It becomes. Similarly, the columnar spacer 104 also has a structure on the inner surface of the counter substrate 102, which is regularly arranged corresponding to the display pixels. Therefore, if the columnar spacers 104 once enter the hole structure 109 during the temporary fixing step or the positioning step, almost all of the plurality of columnar spacers are fitted, and the positioning step is performed. Is extremely difficult to perform.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and in an image display device in which a substrate spacing is defined by a columnar spacer, the columnar spacer fits into a hole structure during a temporary fixing step and an alignment step. It is an object of the present invention to provide an image display device that suppresses this.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image display device according to claim 1, comprising a plurality of hole structures on an inner surface, wherein the first substrate has the plurality of hole structures arranged in a predetermined arrangement pattern; A second substrate disposed facing the substrate, a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate, and the plurality of hole structures on an inner surface of the second substrate. And two or more columnar spacer groups in which at least one and at most two-thirds of the total number of columnar spacers are arranged on a pattern obtained by performing different translations on a pattern obtained by projecting the above arrangement pattern. I do. Note that “different translation” refers to translation that differs in distance and / or direction.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, on the second substrate, one or more and two-thirds or less of the total number of columnar spacers are provided on each of the patterns obtained by performing different parallel movements on the pattern obtained by projecting the arrangement pattern of the hole structure. By arranging, when the first substrate and the second substrate are temporarily fixed and aligned, the ratio of the columnar spacers fitted into the hole structure at the same time is reduced, and the movement of the substrate during the alignment is prevented. Restrained.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the hole structure has a depth of 1 μm or more.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the number of the columnar spacers is at least 3/2 times the number of the hole structures.
According to the third aspect of the present invention, by setting the number of columnar spacers to be arranged on the second substrate to be 3/2 times or more of the number of the hole structures, even if the columnar spacers are arranged according to an arbitrary arrangement pattern, the provisional arrangement is possible. The ratio of fitting into the hole structure during fixing and positioning can be suppressed to 2/3 or less of the total number.
[0017]
Further, in the image display device according to claim 4, in the above invention, the first substrate or the second substrate further includes a light-blocking unit that suppresses transmission of light on a partial area, and the two or more columnar members are provided. The spacer group is formed on a region corresponding to the light shielding region.
[0018]
Further, in the image display device according to claim 5, in the above invention, the array substrate includes a switching element, a flattening layer formed on the switching element, and a pixel electrode disposed on the flattening layer. Is provided for each display pixel, and the hole structure is formed in a partial region of the flattening layer for each display pixel in order to electrically connect the pixel electrode and the switching element. .
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device described above, the plurality of hole structures are provided at substantially the same position in a display pixel to which each of the plurality of hole structures belongs.
[0020]
In the image display device according to claim 7, in the above invention, the array substrate supplies a scanning line for controlling a driving state of the switching element and a potential to the pixel electrode via the switching element. And a signal line to be provided.
[0021]
In the image display device according to claim 8, in the above invention, the array substrate further includes a common electrode near the pixel electrode, and the liquid crystal layer is provided between the pixel electrode and the common electrode. An electric field is applied in a direction parallel to an inner surface of the array substrate based on a potential difference.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an image display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are schematic and different from actual ones. Further, it goes without saying that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.
[0023]
(Embodiment 1)
First, an image display device according to a first embodiment of the present invention will be described. The image display device according to the first embodiment has a structure in which the distance between the array substrate and the opposing substrate is defined by a plurality of columnar spacers formed on the inner surface of the opposing substrate. A plurality of hole structures are present on the inner surface of the array substrate according to a predetermined arrangement pattern, and the plurality of columnar spacers formed on the counter substrate project the arrangement pattern of the hole structure on the surface of the counter substrate. It is arranged on two or more patterns that have been subjected to different translations with respect to the pattern. The number of columnar spacers arranged on each pattern is adjusted to be 1 or more and 2/3 or less of the total number. By arranging the columnar spacers on the two or more patterns, the image display device according to the first embodiment fits into the hole structure simultaneously when the array substrate and the counter substrate are temporarily fixed and aligned. The ratio of the columnar spacers is suppressed to 2/3 or less of the total number. Hereinafter, the image display device according to the first embodiment will be described in detail.
[0024]
As shown in FIG. 1, the image display device according to the first embodiment includes an array substrate 1 having a predetermined wiring structure, and a counter substrate 2 disposed to face the array substrate 1. The space between 1 and the counter substrate 2 has a structure defined by the columnar spacer 3. A liquid crystal layer 4 is disposed in a gap formed between the array substrate 1 and the counter substrate 2, and a polarizing plate 5 and a polarizing plate 6 are disposed on the outer surface of the array substrate 1 and the outer surface of the counter substrate 2, respectively. Having a structure. At the interface between the array substrate 1 and the liquid crystal layer 4 and at the interface between the opposing substrate 2 and the liquid crystal layer 4, an alignment film 7 and an alignment film 8 are disposed, respectively.
[0025]
The array substrate 1 has a structure having a predetermined wiring structure on the substrate. FIG. 2 is a plan view showing the structure of the array substrate 1. As shown in FIG. 2, the array substrate 1 includes a pixel electrode 9, a common electrode 10 formed so as to cover the periphery of the pixel electrode 9, a thin film transistor 11 functioning as a switching element for the pixel electrode 9, A scanning line 12 for controlling a driving state and a signal line 13 for supplying a predetermined potential to the pixel electrode 9 via the thin film transistor 11 are provided. The pixel electrode 9 and the thin film transistor 11 are electrically connected to supply a potential from the signal line to the pixel electrode 9, and specifically, the thin film transistor 11 and the pixel electrode 9 function as a contact hole. The connection is made through the hole structure 14.
[0026]
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 3, a flattening layer 18 is interposed between the thin film transistor 11, the scanning line 12, the signal line 13, and the pixel electrode 9. The flattening layer 18 needs to have a thickness of about 1 to 4 μm in order to suppress a potential variation in the wiring structure of the scanning line 12, the signal line 13, and the like from affecting the potential of the pixel electrode 9. Therefore, the hole structure 14 for electrically connecting the pixel electrode 9 and the thin film transistor 11 has a depth of about 1 to 4 μm. The circuit structure shown in FIGS. 2 and 3 is provided for each display pixel on the array substrate 1, and the circuit structure has a structure arranged in a matrix. Accordingly, a plurality of hole structures formed on the array substrate 1 are arranged at regular intervals according to a matrix pattern.
[0027]
The operation of the circuit structure shown in FIGS. 2 and 3 will be briefly described. First, a predetermined potential is supplied from the scanning line 12 to the gate electrode of the thin film transistor 11, and the thin film transistor 11 is turned on. Then, a predetermined potential is supplied from the signal line 13 to the turned-on thin film transistor 11, and a predetermined potential is written to the pixel electrode 9 via the channel layer of the thin film transistor 11. On the other hand, since the common electrode 10 located around the pixel electrode 9 is maintained at a substantially constant potential, a potential difference is generated between the pixel electrode 9 and the common electrode 10 by writing a potential to the pixel electrode. Since the pixel electrode 9 and the common electrode 10 are formed on the array substrate 1, an electric field based on the generated potential difference is generated in a direction parallel to the surface of the array substrate 1. The alignment state of the liquid crystal molecules included in the arranged liquid crystal layer changes, and the light transmittance changes. Such an operation is performed in each display pixel, and an image is displayed by transmitting light from the outside to the liquid crystal layer having changed light transmittance.
[0028]
Next, the structure and arrangement pattern of the columnar spacers 3 will be described. The columnar spacer 3 is formed on the inner surface of the opposing substrate 2, specifically, is formed by applying a photosensitive resin on the inner surface of the opposing substrate 2 and then performing patterning by photolithography or the like. . Therefore, unlike the conventional spherical spacer, the columnar spacer 3 can realize almost any arrangement pattern by adjusting the mask pattern used at the time of patterning. Note that the structure of the columnar spacer in the first embodiment is not limited to the above, and specifically, any structure that can be arranged on a substrate can be used as the columnar spacer in the first embodiment. Is possible.
[0029]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the arrangement pattern of the opposing substrate 2 and the columnar spacers 3 on the inner surface of the opposing substrate 2. As shown in FIG. 4, the opposing substrate 2 has a structure in which openings 19 a to 19 r are provided for each display pixel, and other regions are covered with the light shielding unit 20. The columnar spacers 3a to 3l are formed on the inner surface of the counter substrate 2 as shown in FIG. In FIG. 4, a pattern A indicated by a plurality of dashed areas indicates a pattern in which the arrangement pattern of the hole structures 14 present on the inner surface of the array substrate 1 is projected onto the counter substrate 2. A pattern B indicated by a plurality of alternate long and short dash lines is obtained by translating the projection area of the hole structure 14 in parallel. Further, a pattern C indicated by a plurality of two-dot chain lines is obtained by translating the pattern A in a different direction and / or a different distance from the case of the pattern B.
[0030]
First, the columnar spacers 3a to 3l are formed on the light shielding unit 20, avoiding the openings 19a to 17r, respectively. By being arranged on the openings 19a to 19r, the tops of the columnar spacers 3a to 3l disturb the orientation of the alignment film 7 arranged on the array substrate 1 during the alignment process, and This is to prevent the quality from lowering.
[0031]
In the first embodiment, the columnar spacers 3a to 3l are respectively arranged on a pattern obtained by translating the projection of the arrangement pattern of the hole structures 14 in parallel. Specifically, the columnar spacers 3a to 3f are arranged according to the pattern B, while the columnar spacers 3g to 31 are arranged according to the pattern C.
[0032]
In the image display device according to the first embodiment, the columnar spacers 3a to 3l are formed on the inner surface of the counter substrate 2 in a pattern as shown in FIG. By following such a pattern, the ratio of the columnar spacers 3 simultaneously fitted into the hole structure 14 in the temporary fixing step and the positioning step is suppressed to 以下 or less, the influence of the drag caused by the columnar spacers 3 is suppressed, and the precision is reduced. Alignment is possible.
[0033]
FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams for explaining the positional relationship between the hole structure 14 existing on the array substrate 1 and the columnar spacer 3 formed on the counter substrate 2 in the temporary fixing step and the alignment step. FIG. More specifically, FIG. 5 shows a state where the arrangement pattern of the hole structure 14 and the pattern B in FIG. 4 overlap, and FIG. 6 shows a state where the arrangement pattern of the hole structure 14 and the pattern C in FIG. Is shown.
[0034]
First, a case will be described in which the positional relationship between the array substrate 1 and the counter substrate 2 is in the state shown in FIG. 5 during the temporary fixing step or the positioning step. In the state shown in FIG. 5, since the pattern B shown in FIG. 4 overlaps the arrangement pattern of the hole structures 14, the columnar spacers 3a to 3f are simultaneously fitted into any of the hole structures 14a to 14r. The columnar spacers 3a to 3f are formed on the inner surface of the counter substrate 2 and on the pattern B obtained by moving the arrangement pattern of the hole structures 14 in parallel. Therefore, at the stage where the alignment between the array substrate 1 and the counter substrate 2 is not completed as in the temporary fixing step or the alignment step, the pattern B may coincide with the arrangement pattern of the hole structures 14. , All of the columnar spacers 3a to 3f formed on the pattern B fit into the hole structure.
[0035]
On the other hand, the columnar spacers 3g to 3l do not fit into any of the hole structures 14a to 14r as shown in FIG. As described above, the columnar spacers 3g to 3l are formed on the pattern C that has undergone a different translation from the pattern B. Therefore, when the pattern B and the arrangement pattern of the hole structures 14 overlap, the columnar spacers 3g to 3l are located outside the arrangement pattern of the hole structures 14. Therefore, when the array substrate 1 and the opposing substrate 2 have the positional relationship shown in FIG. 5, the number of columnar spacers 3 fitted into one of the hole structures 14a to 14r is half of the total number.
[0036]
Next, a case where the positional relationship between the array substrate 1 and the counter substrate 2 is in the state shown in FIG. 6 will be described. In the state shown in FIG. 6, the columnar spacers 3g to 3l fit into any of the hole structures 14a to 14r, while the columnar spacers 3a to 3f are respectively fitted to any of the hole structures 14a to 14r. It does not fit. In the case of FIG. 6, the array substrate 1 and the counter substrate 2 are positioned so that the arrangement pattern of the hole structures 14a to 14r and the pattern C overlap. Accordingly, the columnar spacers 3g to 3l formed on the pattern C fit into the hole structure, while the columnar spacers 3a to 3f formed on the pattern B different from the pattern C have the hole structure 14a to the hole structure. This is because it is located outside the arrangement area of 14r.
[0037]
In the temporary fixing step and the positioning step, since the array substrate 1 and the counter substrate 2 can take almost any positional relationship, they may have a positional relationship other than those shown in FIGS. . In such a positional relationship, all of the columnar spacers 3a to 3l are located outside the hole structure 14, and none of the columnar spacers fits into the hole structure 14.
[0038]
As described above, the arrangement of the hole structures 14 on the array substrate 1 and the arrangement of the columnar spacers 3 on the opposing substrate 2 are conventionally designed so that they do not overlap with each other in the permanent fixing. In a later image display device, the top of the columnar spacer 3 does not fit into the hole structure 14. However, accurate alignment has not been completed during the stage where the array substrate 1 and the counter substrate 2 are temporarily fixed and during the alignment, so that there is a possibility that a part of the columnar spacer 3 may fit into the hole structure 14. There is. Therefore, in the image display device according to the first embodiment, on the assumption that a part of the columnar spacer 3 is fitted into the hole structure 14 in the temporary fixing step and the positioning step, the columnar spacer 3 that is simultaneously fitted is formed. By suppressing the ratio to a certain value or less, the value of the drag generated by the columnar spacer 3 fitted into the hole structure 14 during the alignment step is suppressed to a level that does not cause a practical problem.
[0039]
Specifically, the number of the columnar spacers 3 fitted into the hole structure 14 during the temporary fixing step and the positioning step is set to be 2/3 or less, more preferably 1/2 or less of the total number of the columnar spacers 3. The distribution of the positions where the columnar spacers 3 are formed is determined. The reason why the amount of the columnar spacer 3 to be fitted is specified not by the absolute number but by the ratio to the total number is as follows.
[0040]
During the temporary fixing step and the positioning step, pressure is applied in a direction to bring the array substrate 1 and the opposing substrate 2 closer. Specifically, the tip of the columnar spacer 3 and the surface of the array substrate 1 It is in a state of pushing. Also, pressure is applied to the columnar spacer 3 fitted in the hole structure 14, and it is known that the drag generated during the alignment step increases in accordance with the applied pressure. On the other hand, the pressure during the temporary fixing step and the positioning step is applied almost uniformly to the entire surface of the array substrate 1 and the counter substrate 2, and the pressure applied per one columnar spacer 3 is equal to the total pressure. Divided by the number of Therefore, the drag caused by the columnar spacers 3 fitted into the hole structure 14 during the alignment process is not the absolute value of the number of fitted columns, but the ratio of the number of fitted columns to the entire columnar spacer 3 increases. It gets bigger. Based on such knowledge, the inventors of the present application determined that if the ratio of the number of columnar spacers 3 simultaneously fitted into the entire columnar spacer 3 is 2/3 or less, the magnitude of the drag is practically no problem during the alignment step. It has been found that such a ratio can be suppressed, and a structure realizing such a ratio has been realized.
[0041]
Note that, even when the columnar spacers 3 are formed in the arrangement shown in the first embodiment, the production is not complicated as compared with the related art. As described above, the columnar spacer 3 is formed by photolithography after forming a film structure uniformly formed of a photosensitive resin or the like on the inner surface of the counter substrate 2. In order to realize the arrangement as shown in the first embodiment, a pattern of a photomask used for photolithography may be devised, and the same materials as those used in the related art can be used for the manufacturing process. Because it is. Therefore, the image display device according to the first embodiment has an advantage that precise positioning can be performed without increasing a manufacturing burden.
[0042]
(Modification)
Next, a modified example of the image display device according to the first embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram showing an arrangement pattern of columnar spacers formed on the inner surface of the counter substrate 2 in the image display device according to the modification. In the image display device according to the modified example, as shown in FIG. 7, the columnar spacers 21a to 211 are formed on the counter substrate 2 in a state of two pairs while satisfying the conditions of the first embodiment. . Here, the positions where the individual pairs are arranged may be arbitrary, but in this modification, the pairs of the columnar spacers are formed in the same pattern as the general arrangement of the columnar spacers according to the related art.
[0043]
As is clear from FIG. 7, in the present modification, the columnar spacers 21a, 21c, 21e, 21g, 21i, and 21k have a predetermined value with respect to the pattern obtained by projecting the arrangement pattern of the hole structure 14 indicated by the area indicated by the broken line. , And the columnar spacers 21b, 21d, 21f, 21h, 21j, and 21l belong to differently translated patterns. In this modification, the cross-sectional area of the columnar spacer is assumed to be substantially half the cross-sectional area of the columnar spacer generally used in the related art.
[0044]
That is, the present modification has a structure in which the columnar spacer 21 is formed on a plurality of patterns obtained by performing different parallel movements on a pattern obtained by projecting the arrangement pattern of the hole structures 14. Therefore, as in the case of the first embodiment, the ratio of the columnar spacer that fits into the hole structure 14 during the temporary fixing step and the alignment step is suppressed, thereby avoiding a problem during alignment. .
[0045]
In this modification, two columnar spacers having a half cross-sectional area are arranged at positions where the columnar spacers are arranged in the conventional structure. From a macroscopic viewpoint, the distribution of the columnar spacers is the same as that of the conventional image display device. Can be regarded as almost the same. Therefore, by diverting the conventional arrangement of the columnar spacers optimized from the viewpoint of the weight distribution between the substrates in the completed image display device, the same characteristics as the conventional one can be obtained in the completed image display device. Becomes possible.
[0046]
Essentially, the arrangement pattern of the columnar spacers needs to be determined in consideration of the characteristics of the completed image display device. Therefore, when arranging the columnar spacers so as to satisfy the conditions described in the first embodiment, the optimum arrangement pattern of the columnar spacers for the completed image display device is designed under such conditions, and the design is complicated. It may be. In this modification, the columnar spacer pairs having half the cross-sectional area of the related art are arranged according to the conventional pattern. Therefore, the arrangement pattern that satisfies the conditions described in the first embodiment is used without increasing the design burden. There is an advantage that an image display device can be realized.
[0047]
(Embodiment 2)
Next, an image display device according to a second embodiment will be described. In the image display device according to the second embodiment, the number of columnar spacers defining the distance between the array substrate and the counter substrate is formed to be at least 3/2 times the number of hole structures existing on the array substrate. I have. With this structure, in the temporary fixing step and the positioning step, the ratio of the columnar spacers fitted into the hole structure at the same time to the total number of column spacers is suppressed to 2/3 or less. The basic structure of the image display device according to the second embodiment is the same as that shown in the first embodiment, and the only difference from the image display device according to the first embodiment is the arrangement of the columnar spacers. is there. Therefore, the arrangement pattern of the columnar spacers and the advantages of using such an arrangement pattern will be described below.
[0048]
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an arrangement pattern of columnar spacers in the image display device according to the second embodiment. In FIG. 8, the pattern indicated by the broken line area is a projection of the arrangement pattern of the hole structures existing on the array substrate, similarly to FIG. In the image display device according to the second embodiment, as shown in FIG. 8, the columnar spacers 3 whose number is 3/2 times the number of display pixels are formed. The material for forming the columnar spacer 22 and the method for forming the same are the same as in the first embodiment.
[0049]
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the arrangement pattern of the columnar spacers 22 is not particularly controlled, and the plurality of columnar spacers are randomly arranged. Hereinafter, in the image display device according to the second embodiment, it will be described that the columnar spacer fitted into the hole structure 14 does not hinder the positioning process.
[0050]
As described above, in the image display device according to the second embodiment, the columnar spacers 22 of the number equal to or more than 3/2 times the number of the hole structures 14 are formed on the inner surface of the counter substrate 2. By the way, the maximum number of the columnar spacers 22 fitted into the hole structure 14 at the same time in the temporary fixing step and the positioning step is defined by the number of the hole structures 14. It does not fit. Therefore, when more columnar spacers 22 are formed than the number of hole structures 14 as in the second embodiment, it is impossible for all the columnar spacers 22 to fit into the hole structure 14, and all the hole spacers 22 cannot be fitted. Even when the columnar spacers 22 are fitted into the structure 14, a certain number of columnar spacers 22 are not fitted into the hole structure 14. In particular, in the case of the second embodiment, since the columnar spacers 22 are formed at least 3/2 times the number of the hole structures 14, even if the columnar spacers 22 are fitted into all of the hole structures 14. The ratio of the fitted columnar spacers 22 to the total number is 2/3 or less. Therefore, the fitted columnar spacer 22 does not hinder the positioning process, and precise positioning can be performed.
[0051]
By the way, from another viewpoint, it is described that the image display device according to the second embodiment automatically satisfies the condition described in the first embodiment for the columnar spacer 22 by adjusting the number of the columnar spacers 22. It is also possible. That is, in the second embodiment, it can be interpreted that, even though the columnar spacers 22 are arbitrarily arranged, the patterns obtained by projecting the arrangement patterns of the hole structures 14 are arranged on a plurality of parallelly moved patterns. Can be. Hereinafter, in the second embodiment, a description will be given of the case where the arrangement of the columnar spacers 22 satisfies the conditions described in the first embodiment.
[0052]
As an extreme example, of the columnar spacers 22, the projection pattern of the hole structure 14 is arranged on the first pattern that is translated by a predetermined distance by the same number as the number of the hole structures 14, and the remaining columnar spacers 22 are different. It is assumed that the second pattern is arranged on the second pattern translated in the distance and / or the direction. In the second embodiment, since the number of the columnar spacers 22 is 3/2 times or more the number of the hole structures 14, the number of the columnar spacers 22 arranged on the first pattern (= the number of the hole structures 14) is It is 2/3 or less of the total number. Therefore, the columnar spacers 22 arranged on the first pattern satisfy the conditions described in the first embodiment. Since the columnar spacers 22 arranged on the second pattern are the rest of those arranged on the first pattern, the number of the arranged spacers is 1/3 or less of the total number. Therefore, the columnar spacers 22 arranged on the second pattern also satisfy the conditions in the first embodiment.
[0053]
The arrangement of the columnar spacers 22 does not actually follow the above order, and the columnar spacers 22 are arranged separately. Therefore, the actual columnar spacers 22 are arranged on a large number of patterns, the ratio of the columnar spacers simultaneously fitted into the hole structure 14 is lower than in the above example, and the value of the drag generated during the alignment process is smaller.
[0054]
As described above, the contents of the present invention have been described over the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the contents described above, and those skilled in the art can use various examples, Modifications and the like can be conceived. For example, in the first and second embodiments, the columnar spacer is formed on the inner surface of the counter substrate 2, but may be formed on the array substrate 1. Since a hole structure may also be present on the inner surface of the counter substrate 2, by suppressing the rate at which the columnar spacer is fitted into the hole structure, it is possible to prevent the fitted columnar spacer from hindering the alignment step. This is because precise positioning can be realized.
[0055]
In the first and second embodiments, a hole functioning as a through hole for electrically connecting the pixel electrode 9 and the thin film transistor 11 is used as an example of the hole structure. However, this is merely an example. In addition, other arrangement patterns of the hole structure may be considered. For example, when an MVA liquid crystal display device is formed, a structure may be employed in which irregularities are provided on the inner surface of an array substrate or the inner surface of a counter substrate in order to control the tilt angle of liquid crystal molecules. The present invention can be applied from the viewpoint of preventing the columnar spacer from being fitted into such irregularities. In the first and second embodiments, the structure in which the hole structure is regularly provided for each display pixel has been described. However, the application range of the present invention is not limited to this, and the hole structure is randomly arranged. It is possible to apply for Regardless of the pattern in which the hole structure is provided, the columnar spacers are arranged at a predetermined ratio on a plurality of patterns that have been subjected to different parallel movements with respect to the projected pattern after grasping the arrangement pattern of the hole structure. This is because the advantages shown by the present invention can be enjoyed.
[0056]
Further, the number of patterns obtained by translating the projection pattern of the arrangement pattern of the hole structure 14 is two in the first embodiment, but if the number is two or more, the columnar spacers 3 are arranged on an arbitrary number of patterns. It is possible to do. Also, the number of columnar spacers 3 formed on each pattern may be any number as long as it is 1 or more, and is 2/3 or less of the total number of columnar spacers 3. For example, a structure may be used in which patterns equal in number to the columnar spacers 3 are prepared, and one columnar spacer 3 is arranged on each pattern. In such a structure, since only one columnar spacer is fitted into the hole structure 14 at the same time in the temporary fixing step and the positioning step, the drag generated in the positioning step can be almost ignored.
[0057]
Further, the total number of the columnar spacers 3 formed on the inner surface of the counter substrate 2 does not need to be limited in applying the present invention. The number of the columnar spacers 3 is determined by the material for forming the columnar spacers 3, the cross-sectional area and height of the columnar spacers 3, the pressure applied during the main fixing step, and the like. Generally, when the material used at present is used, the total number of the columnar spacers 3 is about 1/3 to 1/7 of the number of display pixels. good.
[0058]
Further, the present invention can be applied to an image display device in which, for example, a pixel electrode and a common electrode are arranged on different substrates, and an electric field is applied to a liquid crystal layer in a direction perpendicular to the substrate. Any image display device other than the so-called in-plane response (In-Plane-Switching) type image display device has a columnar spacer formed on one substrate and a hole structure of a predetermined arrangement pattern on the other substrate. This is because the present invention can be applied to the device.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, one or more and ／ or less of the total number of columnar shapes are formed on each pattern obtained by performing different parallel movements on a pattern obtained by projecting the hole pattern arrangement pattern on the second substrate. With the configuration in which the spacers are arranged, the ratio of the columnar spacers fitted into the hole structure at the same time when the first substrate and the second substrate are temporarily fixed and aligned is reduced, and the movement of the substrate during the alignment is reduced. This has the effect that the hindrance can be suppressed.
[0060]
Further, according to the present invention, by setting the number of columnar spacers to be disposed on the second substrate to be at least 3/2 times the number of the hole structures, even if the columnar spacers are arranged according to an arbitrary arrangement pattern, the temporary fixing and the fixing can be performed. There is an effect that the ratio of fitting into the hole structure during alignment can be suppressed to 2/3 or less of the total number.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an entire structure of an image display device according to a first embodiment;
FIG. 2 is a plan view illustrating a wiring structure on an array substrate.
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view illustrating an arrangement pattern of columnar spacers formed on an inner surface of a counter substrate.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a positional relationship between an array substrate and a counter substrate in a temporary fixing step or a positioning step.
FIG. 6 is a schematic view showing another example of the positional relationship between the array substrate and the counter substrate during the temporary fixing step or the positioning step.
FIG. 7 is a plan view illustrating an arrangement pattern of columnar spacers on a counter substrate in an image display device according to a modification of the first embodiment.
FIG. 8 is a plan view illustrating an arrangement pattern of columnar spacers on a counter substrate in the image display device according to the second exemplary embodiment;
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of an image display device according to the related art.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which a columnar spacer is fitted into a hole structure in a temporary fixing step or a positioning step in an image display device according to the related art.
[Explanation of symbols]
1 Array board
2 Counter substrate
3a to 3l columnar spacer
4 Liquid crystal layer
5 Polarizing plate
6 Polarizing plate
7 Alignment film
8 Alignment film
9 Pixel electrode
10 Common electrode
11 Thin film transistor
12 scanning lines
13 signal line
14a-14r hole structure
15 Conductive layer
16 substrates
17 Insulating layer
18 Flattening layer
19a to 19r opening
20 Shading part
21a to 21l, 22 columnar spacer
101 Array substrate
102 Counter substrate
103 liquid crystal layer
104 pillar spacer
105 pixel electrode
107 thin film transistor
108 Flattening layer
109 hole structure

Claims

A first substrate comprising a plurality of hole structures on an inner surface, wherein the plurality of hole structures are arranged in a predetermined arrangement pattern;
A second substrate disposed opposite to the first substrate;
A liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate;
On the inner surface of the second substrate, on the pattern obtained by performing different parallel movements on the pattern obtained by projecting the arrangement pattern of the plurality of hole structures, one or more and two-thirds or less of the total number Two or more columnar spacer groups having columnar spacers arranged therein,
An image display device comprising:

The image display device according to claim 1, wherein the hole structure has a depth of 1 μm or more.

The image display device according to claim 1, wherein the number of the columnar spacers is 3/2 times or more of the number of the hole structures.

The first substrate or the second substrate further includes a light shielding unit that suppresses transmission of light on a partial area,
The image display device according to claim 1, wherein the two or more columnar spacer groups are formed on a region corresponding to the light-shielding region.

The array substrate includes a switching element, a planarization layer formed on the switching element, and a pixel electrode disposed on the planarization layer for each display pixel,
The said hole structure was formed in a partial area | region of the said planarization layer for every display pixel in order to electrically connect the said pixel electrode and the said switching element, The one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. An image display device according to one of the above.

The image display device according to claim 1, wherein the plurality of hole structures are provided at substantially the same position in a display pixel to which each of the plurality of hole structures belongs.

The array substrate,
A scanning line for controlling a driving state of the switching element;
A signal line for supplying a potential to the pixel electrode via the switching element;
The image display device according to claim 1, further comprising:

The array substrate further includes a common electrode near the pixel electrode, and applies an electric field to the liquid crystal layer in a direction parallel to an inner surface of the array substrate based on a potential difference between the pixel electrode and the common electrode. The image display device according to claim 1, wherein: