JP2004361806A

JP2004361806A - 液晶装置、液晶装置の製造方法、電子機器

Info

Publication number: JP2004361806A
Application number: JP2003162105A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yasuda; 博史保田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】極めて簡便な方法により、液晶の吐出痕や配向の変化、画素の横方向の電界や光の影響が生じ難い、かつ製造工程の短縮や製造材料を削減したカラーフィルタを有する液晶装置を提供する。
【解決手段】一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置であって、前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、前記隔壁で形成される凹部内に、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層と、が前記一方の基板側から順次配置されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置、液晶装置の製造方法、及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶装置および液晶装置の製造方法として、下記の特許文献１及び特許文献２に記載されているような方法が知られている。
【０００３】
特許文献１では、スイッチング素子に電気的に接続される画素電極の形成領域に、色材と導電性材料が混合されたインクをインクジェット方式で吐出する工程により、導電性のカラーフィルタを形成するアクティブマトリクス基板の製造方法が開示されている。この方法によって、製造工程が簡略で、製造歩留まりの高い液晶表示装置が得られることが記載されている。
【０００４】
特許文献２では、一対の電極基板間に形成された規則的なパターンの高分子材料からなる堰に液晶が分割され独立して封入された構成で、異なる色のカラー液晶をインクジェット方法により該堰に囲まれたセルに充填して封入されるカラー液晶表示素子の製造方法が開示されている。この方法によって、高価なカラーフィルタを使用せずに、経済的に画質の優れたフルカラー液晶表示素子が製造できることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１４４２５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４２８２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の液晶装置では、遮光層であるブラックマトリクスの凹部、もしくはブラックマトリクス上に絶縁層を形成し、その凹部に溶媒と色材及び導電性材料を混合した液滴を吐出し、その後、乾燥、硬化が行われて導電性カラーフィルタが形成される。この導電性カラーフィルタの製造方法では、乾燥によって溶媒がなくなり導電性カラーフィルタの体積が減少し、その結果、導電性カラーフィルタと遮光層、もしくは導電性カラーフィルタと遮光層及びその上部の絶縁層の間に段差ができてしまうことになる。この状態で液晶を注入すると、この段差により液晶層の配向が変化してしまい、画質を低下させてしまうことになる。また、平坦化膜などを形成するか、あるいは液晶に接する配向膜にてこの段差の平坦化を行う場合、画素電極である導電性カラーフィルタと液晶間の膜厚が厚くなり、液晶に印加される電圧が減少し、画質低下の原因となってしまう。
【０００７】
さらに、上記特許文献１では、アクティブマトリクス基板に対向基板を張り合わせ、液晶が封入されて液晶装置が形成されることになるが、一対の基板を張り合わせた後、基板を貼り合せるシール材の一部などに設けられた注入口から液晶を注入する方法では、注入口から基板内部に液晶が広がっていく円弧状の吐出痕が残ってしまう。また、基板を張り合わせる前に、基板を貼り合せるシール材の内側に液晶を吐出する方法で、ディスペンサー法などにより基板の中央に吐出して基板全面に広げる場合であっても、吐出した後、円弧状に液晶が広がる吐出痕が残ってしまう。さらに、インクジェット装置などの液滴吐出装置で液晶を注入する場合においては、ライン状にインクジェットヘッドを移動させながら液晶を吐出することになり、その後、ライン状に吐出された液晶がライン間で移動して表面が均一な高さとなって液晶層を形成するが、この場合でもライン状の吐出痕が残ってしまう。その結果、吐出痕により液晶装置の画質を低下させてしまうことになる。
【０００８】
一方、特許文献２に記載のカラー液晶表示素子では、異なるカラー液晶は独立して封入される必要があり、一対の基板を封止する際、空気の混入をさけるため、堰内に基準量、すなわち堰の体積と同じ体積のカラー液晶を注入することになり、異なるカラー液晶間の混入の可能性を高くしてしまう。カラー液晶の混入の結果、液晶表示素子の画質を低下させてしまうことになる。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、極めて簡便な方法により、液晶材料の吐出痕が発生せず、かつ隔壁間の液晶材料の混入による問題を発生させることなく、画質の安定したカラーフィルタを含む液晶装置と、容易な液晶装置の製造方法、及び該液晶装置を備えた電子機器とを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置であって、前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの隣接画素の異なる色に対応して前期画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、前記隔壁で形成される凹部内に、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層と、が前記一方の基板から順次配置されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明の液晶装置は、一方の基板にデータ線と走査線で構成され、その交点である画素領域のスイッチング素子、例えばトランジスタで形成されるＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子やＴＦＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＤｉｏｄｅ）素子などによって選択的、タイミング的に画素電極にデータ線が接続され、他方の基板に共通電極が形成されるアクティブ型の液晶装置を構成することが可能である。また、一方の基板にデータ電極が形成され、他方の基板で前記データ電極と直交する方向に配置された走査電極が形成され、その交点を画素領域として形成されるパッシブ型の液晶装置であっても同様に構成することが可能である。
【００１２】
本発明の液晶装置は、カラーフィルタの隣接画素の異なる色に対応して前期画素領域間に隔壁が形成されているが、液晶装置の画素領域の大きさは５０−５００μｍ平方程度であり、１辺の長さが１００μｍ以下程度の大きさとなっている。この画素領域の複数にわたって隔壁が形成されていることになるが、この隔壁で形成される凹部の大きさは、液晶装置の表示領域全体からすると非常に小さい領域に区画されていることになる。ここで、この凹部内に液晶を注入する場合、非常に小さい隔壁の凹部内の全面にわたるよう、凹部体積と同じ体積の液晶を注入することは容易に可能である。
【００１３】
このような液晶装置によると、隔壁で形成される凹部内にカラーフィルタ層、画素電極層、液晶材料層を順次配置することから、カラーフィルタ層は境界のない状態となり段差が発生することがない。複数の画素領域が隔壁で形成される凹部内に形成される場合は、前述のようにカラーフィルタ層は境界がなく、画素電極層のみに境界が発生し、段差が生じることになる。しかし、画素電極層は５０−５００μｍ平方程度の略矩形で形成されており、その比抵抗は動作上それほど問題にならず、層厚を薄くすることが可能である。従って、段差の平坦化膜を形成しても、平坦化膜による影響を最小限にすることが可能である。
画素領域に対応して隔壁を形成する方法はさらに好ましく、画素電極層とカラーフィルタ層には段差が発生せず、平坦化膜などを形成する必要がない。画素電極層上には直接液晶材料層が形成されるか、もしくは液晶材料層の配向を制御する配向膜だけとなり、画素電極への印加電圧の低下を最小限に液晶材料層に電圧を印加することができ、画質を悪化させることがない。
【００１４】
また、一方の基板の隔壁で形成される凹部内にカラーフィルタ層、画素電極層、液晶材料層が配置されることになり、画素領域の位置合わせが液晶材料層を介して対向する電極だけとなり、合わせずれを最小限にすることが可能である。その結果、位置合わせずれによる他画素電極からの横電界による画質の悪化を最小限にすることが可能であり、高画質な液晶装置を得ることができる。
【００１５】
さらに、隔壁で形成される凹部内に液晶材料層を形成することにより、液晶材料が注入されてから広がる事がなく吐出痕を発生させることがない。また、吐出痕が発生したとしても隔壁との境界であり、表示状態では隔壁に隠れてしまい、液晶装置の画質を低下させることがない。
加えて、液晶装置が完成した後においても、隔壁で形成される凹部内に液晶材料層が形成されているため、液晶装置に加えられた圧力などによって液晶材料が移動することがなく、その結果、液晶材料の移動による液晶材料の配向が変化することなく、画質の良い、信頼性の高い液晶装置が得られる。
【００１６】
本発明によれば、隔壁で形成される凹部内に液晶材料が注入されるが、それぞれの凹部内に注入される液晶材料は同じであり、混入による問題は発生しない。従って、隔壁で形成される凹部の体積と同じ体積の液晶を注入しても画質を悪化させる問題は発生せず、容易に一対の基板を貼り合せることが可能である。
また、隔壁が樹脂材料などで形成されている場合、一対の基板の張り合わせ時の圧力などで隔壁が極わずか変形することも想定されるが、液晶材料が隔壁で形成される凹部内からあふれる場合であって、それぞれの凹部間で液晶の移動が生じても、同じ液晶材料であり画質に影響を与えることがない。
【００１７】
本発明の他の液晶装置は、一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置であって、前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの隣接画素が異なる色に対応して前期画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、前記隔壁で形成される凹部内に、導電性カラーフィルタ層と液晶材料層と、が前記一方の基板から順次配置されることを特徴とする。
【００１８】
このような液晶装置においても、吐出痕が発生しない、混色の問題がない、などの本発明の液晶装置と同様の効果を得ることができる。さらに、一方の基板の画素領域には導電性カラーフィルタ層のみ、もしくは導電性カラーフィルタ層と配向膜のみであり、容易にかつ安価に製造できることになる。
【００１９】
本発明における液晶装置では、液晶材料層を区画する隔壁が遮光性材料を含むことがより好ましい。このような構成は、従来のカラーフィルタの構成と同じであり、製造工程を増加することなく形成することができる。
この構成によれば、カラーフィルタの隣接画素が異なる色に対応して画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、その隔壁で形成される凹部内にカラーフィルタ層、画素電極層が形成されると共に、液晶材料層が隔壁内に区画されて形成されることになり、同じ色表示の画素で独立した構成の液晶装置を実現できることになる。その結果、液晶装置内部において、光の反射、他画素からの電界の影響の受けにくい、画質の安定した液晶装置を得ることができる。同色の画素は同一の隔壁で形成される凹部内に形成されており、その凹部内の他の画素電極からの電界の影響を受けても、表示する色は同じであり、表示画質に影響することはない。
加えて、隔壁を画素領域単位に区画することはさらに好ましく、光と電界に対して画素単位で独立した画素となり、画質の安定した液晶装置を得ることができる。
【００２０】
本発明の隔壁の高さは、前記一対の基板間隔と等しく設定されており、別途シール材を配置すること、あるいはスペーサ材を液晶材料層に分散させるなどを行うことなく基板間隔（セルギャップ）を形成し、液晶を封入することが可能であり、製造工程の短縮、材料の削減によって製造コストを安くすることができる。この場合、隔壁による一対の基板の張り合わせは、表示領域の最外周の隔壁だけ接着材を塗布する方法でも可能であり、他方の基板と隔壁が密着することによって同様の効果が期待できる。さらに、隔壁全体に接着材を塗布し、一対の基板を貼り合せることで、液晶装置の強度を向上することができる。その結果、基板の厚さを薄くすることができ、軽量かつ薄型の液晶装置を得ることができる。
【００２１】
次に、本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置の製造方法であって、前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁を少なくとも形成する工程と、前記隔壁で形成される凹部内に、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層と、を前記一方の基板側から順次形成する工程と、を含むことを特徴とする。
また、前記隔壁で形成される凹部内に、導電性カラーフィルタ層と液晶材料層と、が前記一方の基板から順次形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
このような液晶装置の製造方法によると、新たな製造工程や材料を用いることなく、前述のように製造工程、材料の削減を達成した液晶装置を製造することができる。
また、本発明の液晶装置の製造方法は、隔壁で形成される凹部内に導電性カラーフィルタ層と液晶材料層とが配置される構成を含み、製造工程のさらに削減された液晶装置を得ることができる。
【００２３】
本発明では、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層、または導電性カラーフィルタ層と液晶材料層、の少なくとも１層が液滴吐出装置により材料液を吐出することによって形成されることが含まれている。この場合、隔壁はカラーフィルタ層や画素電極層よりも充分高く、例えばカラーフィルタ層を液滴吐出装置で形成する場合、溶媒を混合することにより体積が増加しても、カラーフィルタ層の液滴の混入が発生せず、注入形成することが可能である。
【００２４】
特に、隔壁で形成される凹部内に配置される導電性カラーフィルタ層と液晶材料層が、液滴吐出装置によって形成されることが好ましい。本発明によれば、画素に対応した遮光性材料を含む隔壁を形成した後、導電性カラーフィルタ層及び液晶材料層は、隔壁内に液滴吐出装置によって材料を含む溶液を吐出し形成できることになる。即ち、隔壁内に導電性カラーフィルタ層を表示色に対応して順次、あるいは複数の異なる溶液に接続された吐出ヘッドから同時に決められたカラーフィルタ層配置になるよう吐出形成を行い、乾燥して硬化を行う。次に、液晶材料を異なる液滴吐出装置、もしくは導電性カラーフィルタの形成と同じ装置であって、吐出材料を導電性カラーフィルタ材から液晶材料に変更、あるいは同じ装置であって、他の吐出ヘッドから液晶材料を吐出することによって液晶材料層を形成することになる。その結果、隔壁の形成後は、乾燥装置を含む液滴吐出装置だけで液晶装置を製造できることになる。
加えて、液晶材料層を隔壁内に吐出することで、液晶材料層の層厚が均一に形成され、層厚均一化の時間が不要であり、連続して一対の基板の貼り合わせ工程が可能である。
【００２５】
このような本発明による液晶装置を表示装置として用いた場合には、表示画質を一層向上させることが可能となり、また安価な液晶装置を備えた電子機器となる。
【００２６】
以上のように本発明によれば、液晶材料層の吐出痕や液晶装置完成後の液晶材料の移動がなく、製造段階はもとより液晶装置の完成後であっても高画質が信頼性高く得られ、さらには、製造工程や材料の削減により容易に製造可能な製造コストの安い液晶装置、液晶装置の製造方法、液晶装置を備えた電子機器を得ることができる。
【００２７】
【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］
以下に示す本実施の形態の液晶装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子を用いたアクティブ型の透過型液晶装置である。図１は、本実施形態の透過型液晶装置であり、マトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線などの等価回路図である。図２はデータ線、走査線、画素電極などが形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構造を示す要部平面図である。図３は図２のＡ−Ａ’線断面図で、図４は本実施形態の他の構成を示す図２のＡ−Ａ’線断面図である。図２ないし図４は、画素領域単位に隔壁が形成された本実施形態を示している。また、各図においては、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、各層や各部材毎に縮尺を異ならせて模式的に示している。
【００２８】
本実施の形態の液晶装置において、図１に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極９と、当該画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ素子２０とがそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線６が、当該ＴＦＴ素子２０のソースに電気的に接続されている。データ線６に書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線６に対してグループ毎に供給される。
【００２９】
また、走査線３がＴＦＴ素子２０のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線３に対して走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴＦＴ素子２０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ素子２０を一定期間だけオンすることにより、データ線６から供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。
【００３０】
画素電極９を介して液晶材料に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する共通電極との間で一定期間保持される。液晶材料は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、図１では図示していないが、画素電極に書き込まれた画像データの保持期間を延長すべく、ＴＦＴ素子２０のドレイン端子に容量を付加しても良い。
【００３１】
次に、図２に基づいて、本実施形態の液晶装置の要部の平面構造について説明する。図２に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム錫酸化物（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ，以下、ＩＴＯと略記する）などの透明導電性材料からなる矩形状の画素電極９が複数、マトリクス状に設けられている。画素電極９は、隔壁２で形成される凹部内に形成されるため、画素電極９の輪郭は隔壁２と同じ線で示されている。画素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６、走査線３が設けられている。本実施の形態において、各画素電極９、各画素電極９を囲むように配設されたデータ線６、及び走査線３などが形成された領域が画素領域であり、マトリクス状に配置された各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。
【００３２】
データ線６は、ＴＦＴ素子２０を構成する例えばポリシリコン膜からなる半導体層１のうち、後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的に接続されており、画素電極９は、半導体層１のうち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して電気的に接続されている。また、データ線６に直交するように走査線３が配置され、半導体層１のチャネル領域に突出して対向する部分（図中上向き）でゲート電極として機能する。
【００３３】
次に、図３に基づいて、本実施の形態の液晶装置の断面構造について説明する。図３は、上述した通り図２のＡ−Ａ’線断面図であり、ＴＦＴ素子２０が形成された画素領域の構成を示す断面図である。本実施の形態の液晶装置１００において、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置される対向基板３０とが、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された隔壁２により基板間を一定の間隔に保った状態で配置され、その間に液晶材料層４０が挟持されている。
【００３４】
液晶材料層４０は、例えば強誘電性液晶であるスメクティック液晶にて構成され、電圧変化に対する液晶駆動の応答性が速いものとされている。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英などの透光性材料からなる基板本体１１と、その液晶材料層４０側表面に形成されたＴＦＴ素子２０、ＴＦＴ素子２０上に形成されスペーサ機能と遮光層機能とを有する隔壁２が形成されている。その隔壁２で形成された凹部内には、それぞれ表示色に対応したカラーフィルタ層２２、２３、２４、画素電極層９及び液晶材料層４０を主体として配置されている。対向基板３０は、ガラスや石英などの透光性材料からなる基板本体３１と、その液晶材料層４０側表面に形成された共通電極３２を主体として構成されている。
【００３５】
ここで、カラーフィルタ層２２、２３、２４は、例えば表示色に対応して赤色系の表示を行うカラーフィルタ層２２、青色系の表示を行うカラーフィルタ層２３、緑色系の表示を行うカラーフィルタ層２４を示しており、異なる表示色に対応する隔壁２の凹部内に形成されている。
カラーフィルタ層２２、２３、２４の形成は、後述するように例えば液滴吐出装置などによって、それぞれの表示色に対応する顔料と溶媒の混合液を、隔壁２の凹部内に吐出し、乾燥して硬化することによって形成される。
【００３６】
ＴＦＴアレイ基板１０において、基板本体１１の液晶材料層４０側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御するスイッチング用ＴＦＴ素子２０が設けられている。スイッチング用ＴＦＴ素子２０は、走査線３、当該走査線３からの電界によりチャネルが形成される半導体層１のチャネル領域１ａ、走査線３と半導体層１とを絶縁するゲート絶縁膜１２、データ線６、半導体層１のソース領域１ｂおよび半導体層１のドレイン領域１ｃを備えている。
【００３７】
上記走査線３上、ゲート絶縁膜１２上を含む基板本体１１上には、ソース領域１ｂへ通じるコンタクトホール５、及びドレイン領域１ｃへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶縁膜１３が形成されている。つまり、データ線６は、第２層間絶縁膜１３を貫通するコンタクトホール５を介してソース領域１ｂに電気的に接続されている。また、ＴＦＴ素子２０の画素電極１７は、第２層間絶縁膜１３を貫通するコンタクトホール８によりドレイン領域１ｃに電気的に接続されている。
【００３８】
さらに、画素電極層９は、ＴＦＴアレイ基板１０上であって、隔壁２の凹部内に形成されるカラーフィルタ層２２、２３、２４をそれぞれ貫通するスルーホール２６によってＴＦＴ素子２０の画素電極１７に電気的に接続されている。スルーホール２６の形成は、一般的なフォトリソグラフィ法などによって形成することが可能であり、隔壁２の近傍に形成することによって液晶装置１００の表示画質に影響することなく形成することができる。
【００３９】
他方、対向基板３０には、基板本体３１の液晶材料層４０側表面であって、画素電極層９に対向する領域には、その略全面にわたって、ＩＴＯなどからなる共通電極３２が形成されている。
【００４０】
実施例ではＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板３０は、それぞれが液晶材料層４０に接する面に配向膜を図示していないが、液晶材料に応じて必要な場合には形成されることになる。配向膜としてはポリイミドなどが一般的であり、塗布した後、乾燥して薄膜を形成し、ラビング処理が実施され得られる。また、液滴吐出装置などで、配向膜材料と溶媒の混合液を吐出して形成しても、さらには、ＳｉＯあるいはＳｉＯ_２を斜め蒸着するなどの方法で形成可能である。
【００４１】
図３に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０上に形成された隔壁２の凹部内にカラーフィルタ層２２、２３、２４及び画素電極層９が形成されるが、画素電極層９の上、つまり液晶材料層４０と接する面は、隔壁２の凹部内を区分けする要素が存在せず、平坦な状態となっている。従って、平坦化膜などを必要とせず、その上に液晶材料層４０が形成でき、液晶材料層４０の配向が変化するなどの影響が発生しない。また、画素電極層９の表面は、液晶材料層４０に接することになり、画素電極層９と対向基板３０の共通電極３２の間に電界が印加されるが、電極間には液晶材料層４０のみであり、液晶材料層４０への印加電圧は低下することがない。液晶材料層４０に接する面に配向膜が必要な場合であっても、画素電極層９と共通電極３２の間には、配向膜と液晶材料層４０だけとなり、液晶材料層４０への電圧印加は最低限の電圧低下となる。
【００４２】
また、データ線６、走査線３で形成される画素領域の構成要素であるカラーフィルタ層２２、２３、２４と画素電極９とは、隔壁２の凹部内に形成され、その相互間の位置合わせずれが発生しない。位置合わせが行われるのは、ＴＦＴアレイ基板１０上に、隔壁２をフォトリソグラフィ法などで形成する場合であるが、フォトリソグラフィ法ではその合わせずれは、画素領域の５０−１００μｍ平方に比べ非常に小さく、隔壁２の幅を大きくするなどによって、画素電極層９の面積を低下することがない。
【００４３】
一方、隔壁２の凹部内に形成される液晶材料層４０は、液晶装置１００内では同一であり、液晶材料の混入などによる問題が発生しない。液晶装置１００は、５０−５００μｍ平方の面積間隔で隔壁２により、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板３０とを密着封止されており、液晶装置１００の強度の向上が可能である。さらに、強度の向上によって、基板本体１１と３１の厚さを薄くすることが可能であり、液晶装置１００を軽量、かつ薄型化することができる。
加えて、本実施の形態では、隔壁２は遮光性材料を含有することが含まれており、この構成では、図３に示されるように、画素領域は横方向の光に対して隔壁２によって遮光されることになり、光の反射などによる影響がなくなる。
【００４４】
上述のように、画素領域を構成する要素の合わせずれが最小限となることから、また隔壁２によって各画素領域が区切られていることから、画素領域の横方向の画素からの横電界による影響もほとんど無視できる程度となる。液晶材料層４０は隔壁２の凹部内に配置されており、液晶装置１００の完成後も液晶材料層４０が移動することなく、配向の変化が発生することがない。
これらの結果、液晶材料層の配向の変化、他画素からの影響を受けにくい、画質の安定した良好な液晶装置を信頼性高く得ることができる。
【００４５】
次に、図４は、本実施の他の形態の液晶装置の断面構造であって、導電性カラーフィルタを備えた構成であり、図３と異なる部分についてのみ説明する。また、図３と同一の要素については同じ符号を用いて示している。導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４は、ＴＦＴアレイ基板１０上でＴＦＴ素子２０上に形成されており、液晶材料層４０と接する構成となっている。
【００４６】
ＴＦＴ素子２０の画素電極１７と導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４は接しており、それぞれの導電性により電気的に接続されている。図４における導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４は、図３の実施形態と同様に、表示色に対応して赤色系の表示を行う導電性カラーフィルタ層３２、青色系の表示を行う導電性カラーフィルタ層３３、緑色系の表示を行う導電性カラーフィルタ層３４を示しており、異なる表示色に対応する隔壁２の凹部内に形成されている。
【００４７】
ここで、導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４の電気的な特性は、面積で決まる静電容量値と、抵抗値とで決まる遅延時間が主となる。導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４は、５０−５００μｍ程度の大きさであり、静電容量としては小さいことから、必要な動作速度に対応する抵抗値の範囲で容易に形成することが可能である。また、導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４の形成は、例えば、透明導電膜の材料となるＩＴＯ、ＳｎＯ_２（酸化錫）などの微粒子をカラーフィルタの材料である顔料などの色素を混ぜ合わせることで形成できる。
【００４８】
図４で示す本実施形態の構成では、ＴＦＴアレイ基板１０上に導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４を形成し、液晶材料層４０を形成するだけでカラーフィルタを含む液晶装置１００を得ることができる。
【００４９】
［液晶装置の製造方法］
次に、本実施の形態に示した液晶装置１００の製造方法について、その一例を図面を参照しつつ説明する。図５は、本実施の形態の液晶装置１００の一製造方法、図６は本実施の他の形態の液晶装置１００の一製造方法であり、そのプロセスフローをそれぞれ示す説明図である。図７は、液晶材料の液滴を吐出した状態を説明する図である。
本製造方法は、基板本体１１上にＴＦＴ素子２０を形成した後に、ＴＦＴ素子２０上に隔壁２を形成し、その隔壁２で形成される凹部内にカラーフィルタ層２２、２３、２４、画素電極層９、液晶材料層４０を順次配置する工程であることを特徴としている。以下、各フローについて詳細を説明する。
【００５０】
まず、図５のステップＳ１に示すように、ガラスなどからなる下側の基板本体１１上に半導体層１、ゲート絶縁膜１２、チャネル領域１ａ、ソース領域１ｂ、ドレイン領域１ｃ、走査線３、第２層間絶縁膜１３、コンタクトホール５、コンタクトホール８、データ線６、ＴＦＴ素子２０の画素電極１７によって下基板（ＴＦＴアレイ基板）１０を作成する。また、上側の基板本体３１上にも対向電極３２を形成し、上基板（対向基板）３０を作成する。
【００５１】
次に、図５のステップＳ２において、上記下基板１０上に隔壁２を形成する。隔壁２は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性の樹脂材料をスピンコート法などにより基板間の間隔、つまり液晶材料層の厚さを決める高さに、ＴＦＴアレイ基板１０に塗布し、フォトリソグラフィ法などによって所定の形状に形成する。ＴＦＴアレイ基板１０はＴＦＴ素子２０が形成されているものの、略平面状態にあり、ＴＦＴアレイ基板１０上に均一の厚さで塗布することは容易である。また、遮光性材料を混入させるには、黒色の顔料などを上記樹脂材料と混合して形成することで可能である。
【００５２】
次に、図５のステップＳ３において、隔壁２を形成したＴＦＴアレイ基板１０上で、隔壁２で形成される凹部内に、表示色に対応したカラーフィルタ層２２、２３、２４を形成する。カラーフィルタ層２２、２３、２４は、例えば各色の顔料と溶媒を混合させたインクを液滴吐出装置、例えばインクジェット法などによって各色を順次、あるいは複数のインクジェットヘッドから各色同時に吐出して形成する。隔壁２の凹部内に液滴を吐出した後、乾燥して硬化させることで形成できる。
【００５３】
次に、図５のステップＳ４において、カラーフィルタ層２２、２３、２４にスルーホール２６を形成する。ＴＦＴ素子２０の画素電極１７と画素電極層９を接続するスルーホールの形成であり、フォトリソグラフィ法などでＴＦＴ素子２０の画素電極１７に対応する位置に形成する。
スルーホール２６の形成後、同様に隔壁２の凹部内に画素電極層９を形成する。この際、画素電極層９はスルーホール２６内にも形成され、ＴＦＴ素子２０の画素電極１７とスルーホール２６を介して電気的に接続した状態で、画素電極層９が形成されることになる。
画素電極層９の形成は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯ_２の微粒子と溶媒の混合液を液滴吐出装置、例えばインクジェット法などによって隔壁２の凹部内に吐出し、その後、乾燥して硬化することによって形成することができる。
【００５４】
次に、図５のステップＳ５において、隔壁２の凹部内に液晶材料の注入を行い、対向基板３０で封止する。
図７により、液晶材料の注入状態を説明する。図７は液滴吐出装置にて液晶材料を注入した例であり、隔壁２の凹部内に液晶材料の液滴の着弾状態７０が示されている。隔壁２の各凹部の体積と同じ体積の液晶材料を、隔壁２の形状に応じて吐出する。具体的には、隔壁２の凹部の一辺の大きさが、液滴吐出装置から吐出直後の液滴の大きさと、着弾状態の液滴７０の大きさとの間の大きさとなるよう、液滴量や吐出条件を設定する。図７では、隔壁２の凹部の一辺の大きさと液晶材料の液滴の着弾形状７０が同じ大きさである状態の例を示している。図７は、２滴が吐出された状態であり、隔壁２との間に隙間が発生しており、さらに追加して隔壁２の凹部内に液晶材料が充満するよう、すなわち凹部の体積と同じ体積の液晶材料になるよう、重ねて吐出することになる。このように液滴を吐出することによって、隔壁２の凹部内に液晶材料が充満するよう形成できることになる。
【００５５】
このとき、液晶材料の吐出は一滴で隔壁２の凹部内に充満させても、また数滴にて充満させても、隔壁２の凹部内で液晶材料が移動することは発生しない。これは、液晶材料の粘度が高く、通常のインクジェット法での吐出では、液晶材料が移動する前に吐出が終了してしまうことによる。
液晶材料を注入した後、隔壁２の上部に接着材を塗布し、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板３０を貼り合わせ液晶材料を封入する。
【００５６】
本実施の形態で隔壁２は、乾燥して硬化後のカラーフィルタ層２２、２３、２４の高さに対して、液晶材料層４０の隔壁ともなるために、充分高くなっている。従って、色材と溶媒の混合液を吐出するために粘度を下げ、すなわち色材の混入比を小さくした場合で、乾燥後においてカラーフィルタ層２２、２３、２４の体積が小さくなるような場合でも、充分隔壁としての機能を果たすことができる。その結果、吐出したカラーフィルタ層の混入などによる画質が低下することなく、容易に製造可能である。
【００５７】
また、本実施の形態では、図７に示したように液晶材料層４０は吐出後、移動することなく形成されるために、吐出痕の発生がない。吐出痕が発生したとしても、その大きさは画素領域の大きさである５０−５００μｍ平方であり、また、発生個所は隔壁２との境目付近の可能性が高く、隔壁２が遮光層材料を含む場合は全く表示画質に影響を与えないことになる。また、液晶材料層４０が移動しないことから、液晶材料層４０の吐出後、表面が均一になるのを待つ必要がなく、連続してＴＦＴアレイ基板１０と対向基板３０の貼り合わせが可能であり、製造時間の短縮ができる。
【００５８】
また、本実施の液晶装置の製造方法では、隔壁２の上部に接着材を塗布し、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板３０を接着封入して製造され、一般的に封入に用いられるシール材やスペーサ材などの必要がなく、製造工程の短縮と製造材料を削減することができる。
【００５９】
図６は、本発明の他の液晶装置の製造方法を示すフローである。
図６のステップＳ１１、ステップＳ１２、及びステップＳ１４は、図５におけるステップＳ１、ステップＳ２、及びステップＳ５とそれぞれ同じであり、説明を省略する。ステップ１２において、ＴＦＴアレイ基板１０のＴＦＴ素子２０上に隔壁２を形成した後、ステップＳ１３において、隔壁２の凹部内に導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４を形成する。
導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４は、透明電極材料であるＩＴＯあるいはＳｎＯ_２の微粒子と、顔料などの色材と、溶媒との混合液を液滴吐出装置、例えばインクジェット法などによって隔壁２の凹部内に吐出した後、乾燥し硬化させることによって形成できる。
【００６０】
次に、ステップ１４において、前述のようにＴＦＴアレイ基板１０の隔壁２の凹部内に液晶材料を注入して液晶材料層４０を形成、対向基板３０を接着し、液晶材料を封入することにより液晶装置１００を製造することができる。
本実施の液晶装置１００の製造方法によれば、ＴＦＴアレイ基板１０の上に隔壁２を形成した後、ステップＳ１３の導電性カラーフィルタ層３２、３３、３４とステップＳ１４の液晶材料層４０の形成は、乾燥装置を含む液滴吐出装置で製造することが可能である。導電性カラーフィルタ材と液晶材料との吐出材料の変更は、吐出ヘッドの液滴の変更、もしくは異なる吐出ヘッドにて吐出し製造することができる。加えて、液晶材料層４０の吐出後も表面均一化の時間を要することなく連続してＴＦＴアレイ基板１０と対向基板３０の貼りあわせ工程を行うことができる。
【００６１】
［電子機器］
次に、上記実施形態で示した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８は携帯電話の一例を示した斜視図である。図８において、符号５００は携帯電話本体を示し、符号５０１は上記実施の形態の液晶装置を備えた液晶表示部を示している。このように、図８に示すそれぞれの電子機器は、上記実施形態の液晶装置のいずれかを備えたものであるので、表示品位に優れた表示部を有する電子機器となる。
【００６２】
本発明は、各実施例に限るものではなく、本発明の要旨を変えない範囲で実施例を適宜変更して実施することができる。実施例では、アクティブ型の液晶装置について説明を行ったが、パッシブ型の液晶装置であっても同様に構成することが可能であり、透過型、反射型、半透過型のいずれでも可能である。また、実施例では、画素単位に隔壁を形成する構成について説明を行ったが、同じ色表示で複数の画素に対応して隔壁を形成する場合であっても、同様に構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液晶装置を示す等価回路図。
【図２】図１の液晶装置について画素群の構造を示す平面図。
【図３】図１の液晶装置の要部を示す断面図。
【図４】図１の他の実施形態の液晶装置の要部を示す断面図。
【図５】図１の液晶装置の製造方法について一例を示す工程説明図。
【図６】図１の他の実施形態の液晶装置の製造方法について一例を示す工程説明図。
【図７】滴下した液晶材料の具体的態様を示す説明図。
【図８】本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
２…隔壁、３…走査線、６…データ線、９…画素電極層、１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…スイッチング用ＴＦＴ素子、２２…カラーフィルタ層（赤色系）、２３…カラーフィルタ層（青色系）、２４…カラーフィルタ層（緑色系）、３０…対向基板、４０…液晶材料層。

Claims

一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置であって、
前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、
前記隔壁で形成される凹部内に、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層と、が前記一方の基板側から順次配置されることを特徴とする液晶装置。
一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置であって、
前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁が少なくとも形成され、
前記隔壁で形成される凹部内に、導電性カラーフィルタ層と液晶材料層と、が前記一方の基板側から順次配置されることを特徴とする液晶装置。
前記隔壁が遮光性材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
前記隔壁の高さが前記一対の基板間隔と等しく設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液晶装置。
一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置の製造方法であって、
前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁を少なくとも形成する工程と、
前記隔壁で形成される凹部内に、カラーフィルタ層と画素電極層と液晶材料層と、を前記一方の基板側から順次形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶装置の製造方法。
一対の基板間に液晶材料を挟持し、前記一対の基板にマトリックス状に形成された複数の画素領域と、前記画素領域に対応してそれぞれ特定の色表示を行うよう形成されるカラーフィルタとを有する液晶装置の製造方法であって、
前記一対の基板の一方の基板上で、前記カラーフィルタの異なる色に対応する前記画素領域間に隔壁を少なくとも形成する工程と、
前記隔壁で形成される凹部内に、導電性カラーフィルタ層と液晶材料層と、を前記一方の基板側から順次形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶装置の製造方法。
前記カラーフィルタ層と前記画素電極層と前記液晶材料層、または前記導電性カラーフィルタ層と前記液晶材料層、のそれぞれの積層配置される層のうち少なくとも一層を液滴吐出装置により形成することを特徴とする請求項５または６に記載の液晶装置の製造方法。
請求項１ないし４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。