JP2005062589A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】アレイ基板１および対向基板２のいずれか一方の基板に凸部４０が形成されている。柱状スペーサ２５は、凸部４０の端縁４１に重ねて設けられ、この凸部に重なった重畳部２５ａと、この端縁から外れるとともにこの端縁の一側のみに位置した非重畳部２５ｂと、を有している。
【選択図】図１

Description

この発明は液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、アレイ基板と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板と、これら２枚の基板間に狭持された液晶層と、を備えている。２枚の基板は、両基板の周縁部に配設されたシール材により接合されている。２枚の基板間には、基板間の隙間を一定に保持するため、粒径の均一なプラスティックビーズが散在されている。また、カラー表示する場合、アレイ基板および対向基板の一方の基板には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）からなる着色層を有したカラーフィルタが配置されている。

上記のように構成された液晶表示装置において、プラスティックビーズは基板上に散布することで散在させるため、このプラスティックビーズの一部が製造ラインを汚染するパーティクルとなり不良発生の原因となる恐れがある。また、画素部に存在するプラスティックビーズは液晶分子の配向を乱し表示品位低下の原因となる。更に散布密度が不均一な場合、ギャップ不良を引き起す。

上記問題に対処する技術として、アレイ基板上に、複数の柱状スペーサを直接形成した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これらの柱状スペーサは、基板間の隙間を一定に保持するように形状が一定であることが望まれる。また、液晶表示装置の製造時および使用時において、柱状スペーサに作用する圧力を確実に支えるためには、対向基板と接触する柱状スペーサ延出端の面積が大きいことが望まれる。
特開平１１−９５１９４号公報

しかしながら、柱状スペーサの製造工程において、柱状スペーサはガラス転移点を超えた状態で溶けることが多く、焼成前のスペーサの形状、焼成条件、および材料のバラツキなどにより、焼成後の柱状スペーサの形状にバラツキが発生する。特に、柱状スペーサの延出端は溶けて丸くなり易い。この場合、基板に対する柱状スペーサ延出端の接触面積が小さくなり、その小さな接触部に大きな荷重が作用する。そのため、基板に外力が作用した際、柱状スペーサが変形する可能性がある。この場合、アレイ基板および対向基板の隙間を一定に保持することが困難となり、液晶表示装置の表示不良を生じる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明に係る液晶表示装置は、アレイ基板と、所定の隙間を保持して前記アレイ基板と対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板のいずれか一方の基板に配設された柱状スペーサと、を備え、前記柱状スペーサは、前記一方の基板に形成された凸部の端縁に重ねて設けられ、前記凸部に重なった重畳部と、前記端縁から外れて前記端縁の一側のみに位置した非重畳部と、を有していることを特徴としている。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、柱状スペーサの形状の変形を抑制し、アレイ基板および対向基板の隙間を一定に保持することができる。これにより、表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置を提供できる。

本発明によれば、表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置を提供できる。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る液晶表示装置について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、液晶表示装置は、アレイ基板１と、このアレイ基板に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板２と、これら両基板の基板間に狭持された液晶層３と、を備えている。

アレイ基板１は、透明な絶縁基板としてガラス基板１１を有している。ガラス基板１１上には、複数の走査線１５ａおよび複数の信号線２１がマトリクス状に設けられ、走査線と信号線との各交差部にスイッチング素子として、例えば薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）２０が設けられている。

ＴＦＴ２０は、走査線１５ａの一部を延在したゲート電極１５ｂと、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）あるいはポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）からなる半導体膜１２と、この半導体膜の一方の領域に接続されたドレイン電極１８と、他方の領域に接続されたソース電極１９と、を有している。本実施の形態では、半導体膜１２および後述する補助容量下部電極１３はｐ−Ｓｉで形成されている。

また、ガラス基板１１上には、補助容量素子３１を構成するストライプ状の補助容量線１６が複数配置され、走査線１５ａと平行に延びている。ソース電極１９は信号線２１と一体に形成され、ドレイン電極１８は、画素電極２４に接続されている。

詳細に述べると、ガラス基板１１上には、半導体膜１２と、補助容量素子３１を構成する補助容量下部電極１３と、が形成され、これら半導体膜、補助容量下部電極、およびガラス基板１１上にゲート絶縁膜１４が成膜されている。ゲート絶縁膜１４上には、走査線１５ａ、ゲート電極１５ｂ、および補助容量線１６が配設されている。補助容量下部電極１３および補助容量線１６はゲート絶縁膜１４を介し対向配置されている。

走査線１５ａ、ゲート電極１５ｂ、補助容量線１６、およびゲート絶縁膜１４上に、層間絶縁膜１７が成膜されている。層間絶縁膜１７上には、信号線２１およびコンタクト配線２２が配設されている。コンタクト配線２２は補助容量下部電極１３に接続され、信号線２１はソース電極１９に接続されている。

信号線２１、コンタクト配線２２、および層間絶縁膜１７上には、ＩＴＯ（インジウム・すず酸化物）等の透明な導電膜により形成された複数の画素電極２４が設けられている。各画素電極２４は、ソース電極１９に接続され、その周縁部は、補助容量線１６および信号線２１に重ねて位置している。また、アレイ基板１上には多数本の柱状スペーサ２５が所望の密度で立設されている。柱状スペーサ２５を除く画素電極２４、および信号線２１上には配向膜２６が形成されている。

次に、上記柱状スペーサ２５について詳しく説明する。図１および図５（ａ）、（ｂ）に示すように、各柱状スペーサ２５は、凸部４０を構成した信号線２１の端縁４１に重ねて設けられ、信号線に重なった重畳部２５ａと、端縁から外れてこの端縁の一側である層間絶縁膜１７上のみに重なって位置した非重畳部２５ｂと、を有している。柱状スペーサ２５の延出端の表面は、平坦な接触部４２ａと、この接触部の周囲に位置した非接触部４２ｂと、を有している。

対向基板２は、透明な絶縁基板としてガラス基板５１を備えている。ガラス基板５１上には、赤色の着色層５２Ｒ、緑色の着色層５２Ｇ、および青色の着色層５２Ｂが交互に並んで配設され、カラーフィルタ５２を形成している。カラーフィルタ５２上に、ＩＴＯ等の透明な導電膜からなる対向電極５３、および配向膜５４が形成されている。

アレイ基板１および対向基板２は、複数の柱状スペーサ２５により所定の隙間を保持して対向配置され、両基板の周縁部に配置された図示しないシール材により互いに接合されている。各柱状スペーサ２５の延出端は、その接触部４２ａが対向基板２に接触している。アレイ基板１および対向基板２の間に液晶層３が狭持されている。そして、液晶層３の捩れ角が９０°となるよう配向膜２６、５４に、配向（ラビング）処理が施されている。シール材付近のアレイ基板１および対向基板２には、アレイ基板から対向基板の対向電極５３に電圧を印加するための図示しない電極転移材が設けられている。

次に、上記液晶表示装置の一層詳しい構成を、その製造方法と併せて説明する。
まず、ガラス基板１１として、例えば０．７ｍｍのガラス基板を用意する。成膜およびパターニングを繰り返す等、通常の製造工程により、ガラス基板１１上にＴＦＴ２０を形成する。また、ガラス基板１１上には、走査線１５ａ、補助容量線１６、信号線２１、コンタクト配線２２、および層間絶縁膜１７を形成する。続いて、層間絶縁膜１７上に、ＩＴＯを堆積した後、ＩＴＯをパターニングすることにより、複数の画素電極２４を形成する。

その後、アレイ基板上に柱状スペーサを形成する。この場合、信号線２１を含むガラス基板１１全面に、紫外線硬化型のアクリル樹脂レジスト（以下、レジストと称する）を、例えば、６．０μｍの膜厚に塗布し、９０℃で１０分間乾燥させる。次に、所定のフォトマスクをレジストと対向して配置した後、フォトマスクを介して紫外線を照射し、レジストを露光する。紫外線の照射条件は、例えば、露光量を２００ｍＪ／ｃｍ^２、波長を３６５ｎｍとする。

続いて、露光されたレジストをｐＨ１１．５のアクリル水溶液により現像する。その後、レジストを２２０℃に昇温してレジストをメルトさせつつ、更に６０分間、２２０℃に保持してレジストを完全に硬化させる。これにより、層間絶縁膜１７および信号線２１の端縁４１に重ねて柱状スペーサ２５が形成される。上記のように柱状スペーサ２５を形成した後、図１に示すように、ガラス基板１１全面に配向膜材料を塗布し、膜厚５００Åの配向膜２６を形成する。そして、配向膜２６に、配向（ラビング）処理を施す。

一方、対向基板２用のガラス基板５１として、例えば０．７ｍｍのガラス基板を用意し、このガラス基板５１上に、カラーフィルタ５２および対向電極５３を形成する。対向電極５３を含む対向基板２全面に、配向膜材料を５００Åの膜厚で塗布し、配向膜５４を形成する。その後、配向膜５４に、配向処理を施す。

次いで、対向基板２の周縁部に、例えば熱硬化型のシール材を印刷した後、このシール材付近に電極転移材を形成する。続いて、アレイ基板１および対向基板２を複数の柱状スペーサ２５により所定の隙間を保持して対向配置し、アレイ基板１および対向基板２の周縁部同士をシール材により貼り合せる。その後、シール材を加熱して硬化させ、アレイ基板１および対向基板２を固定する。続いて、シール材の一部に形成された液晶注入口から液晶を注入した後、液晶注入口を、例えば紫外線硬化型樹脂により封止する。これにより、アレイ基板１および対向基板２の間に液晶が封入され、液晶層３が形成される。

上記のように構成された液晶表示装置によれば、柱状スペーサ２５は、凸部４０を構成する信号線２１の端縁４１に重なって設けられている。そのため、柱状スペーサを平坦な個所に設けられた場合に比較して、平坦な接触部４２ａの面積を拡大することができる。

従って、各柱状スペーサ延出端と対向基板２との接触面積が拡大し、荷重に対する柱状スペーサおよび基板の強度が向上する。これにより、柱状スペーサ２５の形状の変形を抑制し、アレイ基板１および対向基板２の隙間を一定に保持することができ、局所的なギャップ不良による表示不良を防止することが可能となる。以上のことから、表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置が得られる。

なお、柱状スペーサの重畳部２５ａは、信号線２１の端縁４１に重ねて設けられるとともに、この周縁部を信号線の他の端縁に重ねて設けても良い。この場合、柱状スペーサ２５は、耐荷重性に優れていることはいうまでもない。

上記実施の形態では、柱状スペーサ２５を凸部４０として信号線２１に重ねて形成したが、信号線に限らず走査線１５ａ、補助容量線１６、およびＴＦＴ２０等の凸部に重ねて形成しても良い。

次に、本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。
図３および図４に示すように、アレイ基板１は、ガラス基板１１を有している。ガラス基板１１上には、上述した実施の形態と同様、層間絶縁膜１７まで順次形成され、層間絶縁膜上に、信号線２１およびコンタクト配線２２が形成されている。

コンタクト配線２２、信号線２１、および層間絶縁膜１７上には、それぞれストライプ状の青色の着色層５２Ｂ、赤色の着色層５２Ｒ、および緑色の着色層５２Ｇが隣接し交互に並んで配設され、カラーフィルタ５２が形成されている。より詳しくは、これら隣接した着色層５２Ｂ、５２Ｒ、５２Ｇの周縁部同士は互いに重ねて配設されている。

着色層５２Ｂ、５２Ｒ、５２Ｇ上には、ＩＴＯ等の透明な導電膜により複数の画素電極２４が形成され、各画素電極２４は着色層に形成されたコンタクトホールを介してコンタクト配線２２に接続されている。画素電極２４および着色層５２Ｇ、並びに着色層５２Ｂ上に、多数本の柱状スペーサ２５が所望の密度で立設されている。柱状スペーサ２５を除く画素電極２４、および着色層５２Ｂ、５２Ｒ、５２Ｇ上には配向膜２６が形成されている。

続いて、上記柱状スペーサ２５について詳しく説明する。図３および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、各柱状スペーサ２５は、凸部４０を構成した画素電極２４および着色層５２Ｇにそれぞれ重なった重畳部２５ａと、画素電極および着色層間の着色層５２Ｂ上に位置した非重畳部２５ｂと、を有している。柱状スペーサ２５の延出端の表面は、平坦な接触部４２ａと、この接触部の周囲に位置した非接触部４２ｂと、を有している。

対向基板２は、ガラス基板５１を備えている。ガラス基板５１上には、ＩＴＯ等の透明な導電膜からなる対向電極５３、および配向膜５４が順次形成されている。
アレイ基板１および対向基板２は、複数の柱状スペーサ２５により所定の隙間を保持して対向配置されている。

次に、上記液晶表示装置の一層詳しい構成を、その製造方法と併せて説明する。
まず、ガラス基板１１として、例えば０．７ｍｍのガラス基板を用意する。成膜およびパターニングを繰り返す等、通常の製造工程により、ガラス基板１１上にＴＦＴ２０を形成する。また、ガラス基板１１上には、走査線１５ａ、補助容量線１６、層間絶縁膜１７、信号線２１、およびコンタクト配線２２を形成する。

続いて、スピンナを用い、紫外線硬化型アクリル系緑色レジスト液（以下、緑色レジストと称する）をガラス基板１１全面に塗布する。次に、塗布した緑色レジストを、９０℃で約５分間プリベークした後、特定のフォトマスクを用い、緑色レジストにパターンを露光する。露光する際、緑色レジストには、露光量を１５０ｍＪ／ｃｍ^２として紫外線を照射する。ここで、特定のフォトマスクは、着色層５２Ｇに対応するストライプ形状パターンと、画素電極２４とＴＦＴ２０との接続のためのコンタクトホールとして、直径１５．０μｍの円形形状パターンと、を有している。

次いで、露光した緑色レジストを、約０．１重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）の水溶液で約６０秒間現像し、更に水洗いした後、約２００℃で１時間ほどポストベークする。このように、フォトリソグラフィ法を用い、コンタクトホールを有する着色層５２Ｇを形成する。その後、着色層５２Ｇと同様、フォトリソグラフィ法を用い、着色層５２Ｂ、および着色層５２Ｒを順次形成する。

続いて、コンタクトホールを含み、着色層５２Ｇ、５２Ｂ、５２Ｒ上に、例えばＩＴＯをスパッタリング法により堆積する。次いで、堆積されたＩＴＯをパターニングし、それぞれ着色層に重なった複数の画素電極２４を形成する。

その後、アレイ基板上に柱状スペーサ２５を形成する。柱状スペーサ２５を形成する際、上述した実施の形態と同様の条件で柱状スペーサを形成する。そして、柱状スペーサ２５は、画素電極２４および着色層５２Ｒにそれぞれ重なって形成される。

上記のように柱状スペーサ２５を形成した後、図３に示すように、ガラス基板１１全面にポリイミドからなる配向膜材料を塗布し、配向膜２６を形成する。そして、配向膜２６に、配向（ラビング）処理を施す。

一方、対向基板２用のガラス基板５１として、例えば０．７ｍｍのガラス基板を用意する。続いて、スパッタリング法により、ＩＴＯを膜厚１００ｎｍとしてガラス基板５１上に堆積し、対向電極５３を形成する。対向電極５３を含むガラス基板５１全面に、ポリイミドからなる配向膜材料を塗布し、配向膜５４を形成する。その後、配向膜５４に、配向処理を施す。

次いで、対向基板２の周縁部に、例えば、所定の大きさを有するファイバを混入したシール材を液晶注入口を除いて塗布する。続いて、アレイ基板１および対向基板２を複数の柱状スペーサ２５により所定の隙間を保持して対向配置し、アレイ基板１および対向基板２の周縁部同士をシール材により貼り合せる。続いて、シール材の一部に形成された液晶注入口から液晶を注入した後、液晶注入口を、例えば紫外線硬化型樹脂により封止する。これにより、アレイ基板１および対向基板２の間に液晶が封入され、液晶層３が形成される。その後、アレイ基板１および対向基板２の外面に図示しない偏光板をそれぞれ配置する。

上記のように構成された他の実施の形態に係る液晶表示装置によれば、柱状スペーサ２５は、凸部４０を構成する画素電極２４および着色層５２Ｇにそれぞれ重なって設けられている。そのため、柱状スペーサを平坦な個所に設けた場合に比較して、平坦な接触部４２ａの面積を拡大することができる。従って、各柱状スペーサ延出端と対向基板２との接触面積が拡大し、荷重に対する柱状スペーサおよび基板の強度が向上する。

これにより、柱状スペーサ２５の形状の変形を抑制し、アレイ基板１および対向基板２の隙間を一定に保持することができ、局所的なギャップ不良による表示不良を防止することが可能となる。以上のことから、表示性能に優れ、製品歩留まりの高い液晶表示装置が得られる。なお、複数の凸部４０は、画素電極２４および着色層５２Ｇに限らず、柱状スペーサ２５の重畳部２５ａが所定の凸部に重ねて形成されれば良い。

この実施の形態において、他の構成は上述した実施の形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略した。
その他、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、柱状スペーサ２５は、アレイ基板１に形成された凸部４０に重ねて形成したが、対向基板２に形成された凸部に重ねて形成しても良い。その一例として、カラーフィルタ５２および柱状スペーサ２５を対向基板２側に形成し、このカラーフィルタの有する凸部に重ねて柱状スペーサ２５を形成することが挙げられる。

また、上記した実施の形態においては、例えば、凸部４０を着色層５２にて形成したが、着色層に替わり透明な平坦化膜で凸部を形成してもよい。その他、凸部４０は、各種配線を重ねて形成しても良く、また、２段階露光や階調マスクにより形成しても良い。柱状スペーサのサイズや形状は任意のものに適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。 図１の線Ａ−Ａに沿った平面図。 本発明の他の実施の形態に係る液晶表示装置の断面図。 図３の線Ｂ−Ｂに沿った平面図。 図１および図２に示した液晶表示装置におけるアレイ基板の一部を拡大して示す図。 図３および図４に示した液晶表示装置におけるアレイ基板の一部を拡大して示す図。

符号の説明

１…アレイ基板，２…対向基板，３…液晶層，１５ａ…走査線，２１…信号線，２４…画素電極，２５…柱状スペーサ，２５ａ…重畳部，２５ｂ…非重畳部，４０…凸部，４１…端縁，４２ａ…接触部，４２ｂ…非接触部，５２…カラーフィルタ，５２Ｂ、５２Ｒ、５２Ｇ…着色層

Claims (4)

1. アレイ基板と、所定の隙間を保持して前記アレイ基板と対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板のいずれか一方の基板に配設された柱状スペーサと、を備え、
   前記柱状スペーサは、前記一方の基板に形成された凸部の端縁に重ねて設けられ、前記凸部に重なった重畳部と、前記端縁から外れて前記端縁の一側のみに位置した非重畳部と、を有していることを特徴とする液晶表示装置。
2. アレイ基板と、所定の隙間を保持して前記アレイ基板と対向配置された対向基板と、前記アレイ基板および対向基板のいずれか一方の基板に配設された柱状スペーサと、を備え、
   前記柱状スペーサは、前記一方の基板に形成された複数の凸部にそれぞれ重なった重畳部と、前記凸部から外れて前記重畳部の間に位置した非重畳部と、を有していることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記凸部は、前記アレイ基板の有するアレイ配線またはスイッチング素子によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記凸部は前記一方の基板に設けられたカラーフィルタによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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