JP2005078010A - 配線基板及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して一定のセルギャップを得ることが可能であるとともに表示品位が良好な構造を有した配線基板及び液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部に柱状スペーサを形成する工程は、スペーサ材料を成膜する工程と（ＳＴ１）、スペーサパターンを有するフォトマスクを介して成膜されたスペーサ材料を露光する工程と（ＳＴ３）、露光されたスペーサ材料を現像する工程と（ＳＴ４）、現像することによって基板上に残ったスペーサ材料を焼成する工程と（ＳＴ５）、備え、焼成工程では、基板上に残ったスペーサ材料の高さに応じて基板の昇温レートが異なることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、配線基板及び液晶表示装置の製造方法に係り、特に、一対の基板を支持するための柱状スペーサを有する配線基板及びこれを備えた液晶表示装置の製造方法に関する。

アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された画素を備え、電極を有する一対の基板間に液晶層を挟持して構成されている。すなわち、アレイ基板は、互いに直交するように配列された走査線及び信号線と、走査線と信号線との交差部近傍に配置された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、画素毎にＴＦＴに接続された画素電極と、を備えている。対向基板は、複数の画素に共通の対向電極を備えている。

また、カラー表示用液晶表示装置は、いずれか一方の基板に、画素毎に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）にそれぞれ着色された着色樹脂層（すなわちカラーフィルタ層）を備えている。このような構成の一対の基板は、粒径の均一なプラスティックビーズなどのスペーサを挟持した状態で貼り合わせられ、スペーサによって形成された基板間のセルギャップに液晶層を保持している。

このような液晶表示装置においては、着色樹脂層をアレイ基板上の各画素に配置することによって高い開口率を得る方式や、フォトリソグラフィプロセスによって樹脂層からなる柱状スペーサを一方の基板の一主面上に形成して均一なセルギャップを保つ方式などが提案されている。

また、これらの方式でさらなるコスト低減を図るために、有効表示部周辺に配置される黒色の着色樹脂層とともに柱状スペーサを形成する方式も提案されている。このような方式によれば、柱状スペーサを形成するためだけの工程が不要となり、工程数を削減できるといったメリットがある。

樹脂層からなる柱状スペーサは、概ね、スペーサ材料を成膜する工程、所定のスペーサパターンを有するフォトマスクを介して成膜されたスペーサ材料を露光する工程、露光されたスペーサ材料を現像する工程、現像することによって基板上に残ったスペーサ材料を焼成する工程などを経たフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

焼成工程にて基板を加熱する手法としては、加熱プレート方式、熱風炉方式、ＩＲ方式などが代表的であるが、装置コストを上げずに加熱処理のできる加熱プレート方式が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１４１２６３号公報

上述したようなフォトリソグラフィプロセスによって柱状スペーサを形成した場合、常に一定の高さを得ることが困難である。例えば、成膜工程にてスペーサ材料をスピンナーによって塗布する際、回転中心に近い部分の膜厚が周縁部分より厚くなる（膜厚ムラ）傾向にある。また、焼成工程にて基板を加熱する際、基板面内に不所望な温度分布（温度ムラ）が形成されることに起因して焼成後の最終的な柱状スペーサの高さにばらつきが生ずる場合もある。特に、大型の基板を用いて液晶表示装置を製造する場合には、成膜工程での膜厚ムラ及び焼成工程での温度ムラの影響が顕著となる。

このような柱状スペーサの高さのばらつきは、セルギャップの不均一性を招くことになり、表示品位が低下するおそれがある。また、大型基板から複数の液晶表示パネルを取り出すような製造方法の場合には、大型基板の中央部から取り出されたものと、大型基板の周辺部から取り出されたものとでセルギャップが異なる場合があり、安定して均一なセルギャップを得ることが困難となる。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、安定して一定のセルギャップを得ることが可能であるとともに表示品位が良好な構造を有した配線基板及び液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

この発明の第１の様態による配線基板は、
マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部と、
前記有効表示部に形成され、前記有効表示部を封止する封止基板を支持する柱状スペーサと、を備えた配線基板であって、
第１高さを有する第１柱状スペーサは、単位面積当たり前記封止基板を支持する第１支持面積を有し、
第１高さより大きな第２高さを有する第２柱状スペーサは、単位面積当たり前記封止基板を支持する第２支持面積を有し、しかも、第２支持面積が第１支持面積より小さいことを特徴とする。

この発明の第２の様態による液晶表示装置の製造方法は、
マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部に形成された柱状スペーサを備え、この柱状スペーサを介して貼り合わせた一対の基板間に液晶層を挟持して構成された液晶表示装置の製造方法であって、
基板上に前記柱状スペーサを形成する工程は、
スペーサ材料を成膜する工程と、
スペーサパターンを有するフォトマスクを介して、成膜された前記スペーサ材料を露光する工程と、
露光された前記スペーサ材料を現像する工程と、
現像することによって基板上に残った前記スペーサ材料を焼成する工程と、備え、
前記焼成工程では、基板上に残った前記スペーサ材料の高さに応じて基板の昇温レートが異なることを特徴とする。

この発明によれば、安定して一定のセルギャップを得ることが可能であるとともに表示品位が良好な構造を有した配線基板及び液晶表示装置の製造方法を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る配線基板及び液晶表示装置の製造方法について図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置は、液晶表示パネル１０を備えている。この液晶表示パネル１０は、アレイ基板１００と、このアレイ基板１００に対向配置された対向基板（封止基板）２００と、アレイ基板１００と対向基板２００との間に配置された液晶層３００とを備えている。

これらアレイ基板１００と対向基板２００とは、液晶層３００を挟持するための所定のセルギャップを形成しつつシール部材１１によって貼り合わせられている。液晶層３００は、アレイ基板１００と対向基板２００との間に封入された液晶組成物によって構成されている。

このような液晶表示パネル１０は、シール部材１１によって囲まれた内側に、画像を表示する有効表示部１２を備えている。この有効表示部１２は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって構成されている。これらの画素は、赤色用の画素ＰＸＲ、緑色用の画素ＰＸＧ、青色用の画素ＰＸＢを含んでいる。

各画素ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、基本的に同一構造であり、それぞれ対応する色の着色樹脂層２４を備えている。すなわち、画素ＰＸＲは、赤色に着色された赤色樹脂層２４Ｒを備えている。画素ＰＸＧは、緑色に着色された緑色樹脂層２４Ｇを備えている。画素ＰＸＢは、青色に着色された青色樹脂層２４Ｂを備えている。これらの着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、赤色、緑色、青色のそれぞれの顔料または染料を含有した感光性樹脂材料によって形成され、それぞれ、赤色、緑色、青色の各色成分の光を透過する。

また、液晶表示パネル１０は、有効表示部１２の外周に沿って額縁状の遮光部１３を備えている。この遮光部１３は、遮光性を有する着色樹脂層ＳＰを備えている。この着色樹脂層ＳＰは、有色樹脂であり、例えば黒色樹脂層である。この着色樹脂層ＳＰは、例えば、黒色の顔料または染料を含有した感光性樹脂材料によって形成されている。

さらに、液晶表示パネル１０は、有効表示部１２の周辺に回路部１４を備えている。この回路部１４は、アレイ基板１００は、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍに駆動信号（走査信号）を供給する走査線駆動回路１８、ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎに駆動信号（映像信号）を供給する信号線駆動回路１９などを有している。

有効表示部１２において、アレイ基板１００は、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ、ｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎ、ｍ×ｎ個のスイッチング素子１２１、ｍ×ｎ個の画素電極１５１などを備えている。また、有効表示部１２において、対向基板２００は、１個の対向電極２０４を備えている。

各走査線Ｙ（１〜ｍ）は、画素ＰＸの行方向に沿って延在されている。各信号線Ｘ（１〜ｎ）は、画素ＰＸの列方向に沿って延在されている。これら信号線Ｘや走査線Ｙなどの配線Ｗは、アルミニウムや、モリブデン−タングステンなどの遮光性を有する低抵抗材料によって形成されている。この実施の形態では、走査線Ｙはモリブデン−タングステンによって形成され、信号線Ｘは主にアルミニウムによって形成されている。

各スイッチング素子１２１は、各画素ＰＸにおいて、走査線Ｙと信号線Ｘとの交差部近傍に配置されている。スイッチング素子１２１は、例えばポリシリコン膜からなる半導体層を有するｎチャネル型の薄膜トランジスタである。

このスイッチング素子１２１のゲート電極１２１Ｇは、走査線Ｙに接続されている（あるいは走査線Ｙと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２１のドレイン電極１２１Ｄは、半導体層のドレイン領域にコンタクトするとともに信号線Ｘに接続されている（あるいは信号線Ｘと一体的に形成されている）。スイッチング素子１２１のソース電極１２１Ｓは、半導体層のソース領域にコンタクトするとともに画素電極１５１に接続されている。

画素電極１５１は、有効表示部１２においてマトリクス状に配置されている。各画素電極１５１は、各画素ＰＸにおいて、スイッチング素子１２１に接続されている。この画素電極１５１は、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）などの光透過性を有する導電部材によって形成されている。

対向電極２０４は、すべての画素ＰＸに対して共通に配置されており、液晶層３００を介してｍ×ｎ個の画素電極１５１すべてに対向する。この対向電極２０４は、例えばＩＴＯなどの光透過性を有する導電部材によって形成されている。

すなわち、図２に示した構造の液晶表示パネル１０では、アレイ基板１００は、ガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板１０１を用いて構成され、有効表示部１２において、走査線及び信号線などの各種配線Ｗ、スイッチング素子１２１、対応する色の画素ＰＸ毎にスイッチング素子１２１を覆うように配置された着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に配置され着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を貫通するスルーホール２６を介して対応するスイッチング素子１２１に接続された画素電極１５１、複数の画素電極１５１全体を覆うように配置された配向膜１０３などを備えている。また、アレイ基板１００は、遮光部１３において、黒色樹脂層ＳＰを備えている。

一方で、対向基板２００は、ガラス基板などの光透過性を有する絶縁基板２０１を用いて構成され、有効表示部１２において、対向電極２０４、対向電極２０４全体を覆うように配置された配向膜２０５などを備えている。液晶表示パネル１０におけるアレイ基板１００の外面には、偏光板ＰＬ１が設けられているとともに、対向基板２００の外面には、偏光板ＰＬ２が設けられている。

このような液晶表示装置において、バックライトユニット４００から出射された光は、液晶表示パネル１０をアレイ基板１００の外面側から照明する。液晶表示パネル１０におけるアレイ基板１００側の偏光板ＰＬ１を通過して液晶表示パネル１０の内部に入射した光は、液晶組成物３００を介して変調され、対向基板２００側の偏光板ＰＬ２によって選択的に透過される。これにより、液晶表示パネル１０の表示領域１０２に画像が表示される。

ところで、アレイ基板１００は、対向基板２００との間に所定のセルギャップを形成するための柱状スペーサ３１を備えている。すなわち、柱状スペーサ３１は、配線Ｗ上に位置する所定のスペーサ部３２に配置されている。図２に示した例では、柱状スペーサ３１は、対向基板２００側に向かうにしたがって細くなるテーパ形状の単層の樹脂層によって形成されている。ここでは、柱状スペーサ３１は、各色の画素にそれぞれ配置された着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を下地としている。

なお、この柱状スペーサ３１は、必ずしも図２に示したような単層構造である必要はなく、複数の着色樹脂層を積層した積層体として構成してもよい。また、着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びＳＰは、アレイ基板１００に配置したが、対向基板２００に配置しても良い。この場合、柱状スペーサ３１は、対向基板２００において、アレイ基板１００側に向かうにしたがって細くなるテーパ形状の単層の樹脂層によって形成される。さらに、着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びＳＰと、柱状スペーサ３１とをそれぞれ別々の基板に配置しても良い。

このような構造の柱状スペーサ３１は、例えば感光性樹脂材料などのスペーサ材料のフォトリソグラフィプロセスにて形成される。すなわち、柱状スペーサ３１は、図３に示すように、スペーサ材料を成膜する工程（ＳＴ１）、スペーサパターンを有するフォトマスクを成膜されたスペーサ材料に対して位置合わせする工程（ＳＴ２）、成膜されたスペーサ材料を位置合わせされたフォトマスクを介して露光する工程（ＳＴ３）、露光されたスペーサ材料を現像する工程（ＳＴ４）、現像することによって基板上に残ったスペーサ材料を焼成する工程（ＳＴ５）などを経て形成される。

上述したようなフォトリソグラフィプロセスによって柱状スペーサを形成した場合、例えば、成膜工程（ＳＴ１）にてスペーサ材料を成膜する際に生ずる膜厚ムラや、焼成工程にて基板を加熱する際に生ずる温度ムラなどに起因して、焼成後の最終的な柱状スペーサの高さにばらつきが生ずることがある。特に、大型の基板を用いて液晶表示装置を製造する場合には、これらの膜厚ムラや温度ムラの影響が顕著となる。

一方で、柱状スペーサを形成するために用いられる感光性樹脂材料は、組成や分子量などによって、焼成工程での熱硬化に伴う収縮及びメルト性が異なる。すなわち、焼成工程での焼成条件、特に昇温レートが一定であっても、柱状スペーサを形成するために用いる感光性樹脂材料によっては、焼成後に得られる最終的な柱状スペーサの高さが異なる。ここで、昇温レートとは、基板を加熱する単位時間当たりに上昇した基板温度の差（上昇温度）に相当する。

例えば、図４に示したような感光性樹脂材料では、昇温レートが比較的大きい場合、硬化収縮及びメルトによってその高さが現像直後と比較して大幅に減少してしまう。これに対して、昇温レートが比較的小さい場合、硬化収縮及びメルトによる高さの減少が小さく、結果として、昇温レートが大きい場合よりも高くなる。つまり、図４に示したように、昇温レートが大きいほどその高さが収縮するような性質を有する感光性樹脂材料（スペーサ材料）を用いて柱状スペーサを形成した場合、昇温レートが比較的大きい場合には比較的低い高さの柱状スペーサが得られ、昇温レートが比較的小さい場合には比較的高い高さの柱状スペーサが得られる。

また、図５に示したような感光性樹脂材料では、昇温レートが比較的小さい場合、硬化収縮及びメルトによってその高さが現像直後と比較して大幅に減少してしまう。これに対して、昇温レートが比較的大きい場合、硬化収縮及びメルトによる高さの減少が小さく、結果として、昇温レートが小さい場合よりも高くなる。つまり、図５に示したように、昇温レートが小さいほどその高さが収縮するような性質を有する感光性樹脂材料（スペーサ材料）を用いて柱状スペーサを形成した場合、昇温レートが比較的大きい場合には比較的高い高さの柱状スペーサが得られ、昇温レートが比較的小さい場合には比較的低い高さの柱状スペーサが得られる。

また、同一の昇温レート、例えば比較的高い昇温レートで現像直後の感光性樹脂材料を焼成した場合であっても、図４に示したような感光性樹脂材料を用いた場合には、図５に示したような感光性樹脂材料を用いた場合よりも低い高さの柱状スペーサが得られる。

そこで、このような感光性樹脂材料の特性を利用して、柱状スペーサの高さのばらつきに起因したセルギャップの不均一性を改善し、しかも、表示品位を良好に維持することが可能な柱状スペーサの構造及び柱状スペーサの形成方法について検討する。

（１）結果的に、高さの異なる柱状スペーサが形成されてしまうような場合には、次のような構造を採用することが望ましい。すなわち、有効表示部１２に形成され有効表示部１２を封止する封止基板（この実施の形態では対向基板２００）を支持する柱状スペーサは、少なくとも第１高さ（低）を有する第１柱状スペーサと、第１高さより大きな第２高さ（高）を有する第２柱状スペーサとを含む。この場合、第１柱状スペーサは、単位面積当たり封止基板を支持する第１支持面積を有する。また、第２柱状スペーサは、単位面積当たり封止基板を支持する第２支持面積を有する。このとき、第２支持面積が第１支持面積より小さくなるように設定される。

つまり、低い高さの柱状スペーサは、支持面積が大きく、比較的支持強度が高い、すなわち弾性が低い。これに対して、高い高さの柱状スペーサは、支持面積が小さく、比較的支持強度が低い、すなわち弾性が高い。このため、一対の基板を加圧しながら貼り合わせる際に、小さな支持面積を有する高い柱状スペーサは大きく潰れる一方で、大きな支持面積を有する低い柱状スペーサはあまり潰れることがなく、結果として一対の基板間に形成されるセルギャップを略一定とすることが可能である。

これは、有効表示部１２において、高い高さの柱状スペーサの密度が、低い高さの柱状スペーサの密度より小さいことを意味する。このスペーサ密度は、単位面積当たりの柱状スペーサによる支持面積によって定義される。したがって、有効表示部において、柱状スペーサを一定間隔で規則的に配置した場合であっても、低い高さの柱状スペーサを比較的太く形成して支持面積を大きくし、高い高さの柱状スペーサを比較的細く形成して支持面積を小さくすることで対応可能である。

また、この実施の形態において後述するように、有効表示部において、単位面積当たりに配置される低い高さの柱状スペーサの個数を、高い高さの柱状スペーサの個数より多くすることでも対応可能である。

すなわち、焼成工程における硬化収縮及びメルトによって、大幅に高さが減少するようなスペーサ材料を採用する場合には、スペーサ材料の高さが減少しやすい領域で柱状スペーサの個数を増やすことでスペーサ密度を高め、高さが減少しにくい領域とでセルギャップを均一化することができる。例えば、図４に示したような感光性樹脂材料の場合、比較的大きな昇温レートに設定したにもかかわらず、温度ムラによって昇温レートの小さな領域ができてしまった場合には、昇温レートの大きな領域で柱状スペーサを単位面積当たり密に配置し、昇温レートの小さな領域で柱状スペーサを単位面積当たり疎に配置することでセルギャップを均一化することができる。

また、焼成工程における硬化収縮及びメルトによって、高さが減少しにくいようなスペーサ材料を採用する場合には、スペーサ材料の高さが減少しにくい領域で柱状スペーサの個数を減らすことでスペーサ密度を小さくし、高さが減少しやすい領域とでセルギャップを均一化することができる。例えば、図５に示したような感光性樹脂材料の場合、比較的大きな昇温レートに設定したにもかかわらず、温度ムラによって昇温レートの小さな領域ができてしまった場合には、昇温レートの大きな領域で柱状スペーサを単位面積当たり疎に配置し、昇温レートの小さな領域で柱状スペーサを単位面積当たり密に配置することでセルギャップを均一化することができる。

以上説明したように、高さの異なる柱状スペーサが形成されてしまうような場合には、単位面積当たりの柱状スペーサの支持面積を適宜設定することにより、支持強度を制御することができ、高い柱状スペーサの支持強度を弱くして大きく潰し、低い柱状スペーサの支持強度を高くして潰れにくくすることで、均一なセルギャップを形成することが可能となる。

なお、このような柱状スペーサは、遮光部１３に配置された着色樹脂層ＳＰと同一材料によって形成しても良い。この場合、柱状スペーサ３１を形成するためだけの工程が不要となり、工程数を削減することができる。また、このような遮光性を有する着色樹脂層ＳＰと同一の感光性樹脂材料を用いた場合、露光工程において、深部まで十分露光することができず、光架橋反応が不十分となるため、焼成工程におけるメルト性がより高くなる。上述した（１）の特徴的な構造によれば、感光性樹脂材料のメルト性の影響を軽減できるため、柱状スペーサ３１と着色樹脂層ＳＰとを同時に形成する場合、より大きな効果を発揮することができる。

（２）次に、成膜工程にて膜厚ムラを生じてしまうような場合には、次のような柱状スペーサの形成方法を採用することが望ましい。すなわち、図６の（ａ）に示すように、成膜工程において、基板の中央部からスペーサ材料を滴下してスピンコートした場合、基板の中央部の膜厚が周辺部より厚くなる傾向にある。

このような成膜状態で露光工程及び現像工程を経た場合、図６の（ｂ）に示すように、スペーサ材料は、成膜時の膜厚分布が維持され、基板の中央部に残ったスペーサ材料の高さが周辺部に残ったスペーサ材料の高さよりも高くなる。そして、このような状態で焼成工程にて基板面全面で均一な昇温レートで焼成（基板を加熱）した場合、高さの不均一な柱状スペーサが形成されてしまう。

そこで、この焼成工程では、図６の（ｃ）に示すように、基板上に残ったスペーサ材料の高さに応じて基板の昇温レートが異なるように設定される。つまり、昇温レートの違いによる硬化収縮及びメルトの差を利用して、図６の（ｄ）に示すように、最終的に焼成後に得られる柱状スペーサの高さを均一化しようとするものである。

例えば、図５に示したような特性を有する感光性樹脂材料を用いた場合、昇温レートが大きいほど高さの減少が少ないことから、第１高さを有するスペーサ材料が残った基板部分の昇温レートを、第１高さより大きな第２高さを有するスペーサ材料が残った基板部分の昇温レートより大きく設定する。

つまり、図６の（ｃ）に示すように、比較的厚いスペーサ材料が残った基板中央部は昇温レートを小さく設定することで高さを大幅に減少させ、また、比較的薄いスペーサ材料が残った基板周辺部は昇温レートを大きく設定することで高さの減少を抑えることで、図６の（ｄ）に示すように、基板の全面において高さの均一な柱状スペーサを形成することができる。

また、図４に示したような特性を有する感光性樹脂材料を用いた場合でも同様に、昇温レートが小さいほど高さの減少が少ないことから、第１高さを有するスペーサ材料が残った基板部分の昇温レートを、第１高さより大きな第２高さを有するスペーサ材料が残った基板部分の昇温レートより小さく設定する。

つまり、比較的厚いスペーサ材料が残った基板中央部は昇温レートを大きく設定することで高さを大幅に減少させ、また、比較的薄いスペーサ材料が残った基板周辺部は昇温レートを小さく設定することで高さの減少を抑えることで、基板の全面において高さの均一な柱状スペーサを形成することができる。

以上説明したように、成膜工程にて膜厚ムラが生じてしまうような場合には、基板上に残ったスペーサ材料の高さに応じて基板の昇温レートを適宜設定することにより、焼成後に得られる柱状スペーサの高さを均一化することができ、均一なセルギャップを形成することが可能となる。

なお、このような柱状スペーサは、遮光部１３に配置された着色樹脂層ＳＰと同一材料によって形成しても良い。この場合も先に説明した場合と同様の効果が期待できることは言うまでもない。

次に、液晶表示パネル１０の製造方法について説明する。
アレイ基板１００の製造工程では、まず、ガラス基板１０１上に、走査線Ｙ及び信号線Ｘなどの各種配線Ｗやスイッチング素子１２１などを形成する。

続いて、各色の画素毎に対応する色の着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を形成する。すなわち、スピンナーなどにより、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）を基板全面に塗布する。そして、このレジスト膜を、赤色画素ＰＸＲに対応した画素パターンを有するフォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光する。そして、このレジスト膜をＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、さらに水洗した後、焼成する。これにより、３．２μｍの膜厚を有する赤色樹脂層２４Ｒを形成する。

続いて、同様の工程を繰り返すことにより、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＧ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）からなる３．２μｍの膜厚を有する緑色樹脂層２４Ｇ、青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストＣＢ−２０００（富士フィルムオーリン（株）製）からなる３．２μｍの膜厚を有する青色樹脂層２４Ｂを形成する。また、これらの着色樹脂層２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の形成工程では、各画素においてスルーホール２６も同時に形成する。

続いて、例えばスパッタ法により、５００オングストロームの膜厚を有するＩＴＯ膜を成膜した後に、所望の画素パターンにパターニングすることにより、画素電極１５１を形成する。

続いて、スピンナーなどにより、例えば黒色顔料を２０ｗｔ％添加した感光性アクリル樹脂レジストＮＮ６００（ＪＳＲ（株）製）を基板全面に所定の膜厚で塗布する。そして、この樹脂レジストを９０℃で１０分間乾燥した後に、遮光部１３に対応した遮光パターンを有するフォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で、１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光する。そして、この樹脂レジストをｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃で６０分間焼成する。これにより、遮光部１３に３．５μｍの膜厚を有する黒色樹脂層ＳＰを配置する。以上のような製造工程により、アレイ基板１００が製造される。

一方、対向基板２００の製造工程では、まず、ガラス基板２０１上に例えばスパッタ法により、１５００オングストロームの膜厚を有するＩＴＯ膜を成膜し、対向電極２０４を形成する。これにより、対向基板２００が製造される。

液晶表示パネル１０の製造工程では、上述した製造工程により製造されたアレイ基板１００及び対向基板２００の表面に、それぞれ配向膜材料ＡＬ−３０４６（ＪＳＲ（株）製）を８００オングストロームの膜厚で塗布し、焼成し、配向膜１０３及び２０５を形成する。

続いて、シール部材１１を液晶注入口を残して対向基板２００の外縁（配向膜２０５の周辺）に沿って印刷塗布し、さらに、アレイ基板１００から対向電極２０４に電圧を印加するための電極転移材をシール部材１１の周辺の電極転移電極上に形成する。続いて、アレイ基板１００の配向膜１０３と対向基板２００の配向膜２０５とが互いに対向するようにアレイ基板１００と対向基板２００とを配置し、加熱してシール部材１１を硬化させて両基板を貼り合わせる。続いて、ＺＬＩ−１５６５（ＭＥＲＣＫ社製）などの正の誘電率異方性を有する液晶組成物を液晶注入口から注入し、さらに液晶注入口を紫外線硬化型樹脂などの封止部材によって封止することによって液晶層３００を形成する。

以上のような製造方法によって液晶表示パネル１０が製造される。液晶表示装置における表示モードとしては、例えばＴＮ（ツイステッド ネマティック）モード、ＳＴ（スーパー ツイステッド ネマティック）モード、ＧＨ（ゲスト−ホスト）モード、ＥＣＢ（電界制御複屈折）モード、強誘電性液晶などが適用可能である。

（実施例１）
実施例１の液晶表示装置の製造方法によれば、透明な感光性アクリル樹脂レジストＮＮ６００（ＪＳＲ（株）製）によって柱状スペーサを形成する。すなわち、成膜工程において、スピンナーなどにより、感光性アクリル樹脂レジストを基板全面に塗布して、９０℃で１０分間乾燥する。そして、位置合わせ工程において、１５μｍ×１５μｍのサイズを有する正方形状のスペーサパターンを含むフォトマスクの位置合わせを行う。そして、露光工程において、フォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で樹脂レジストを露光する。そして、現像工程において、この樹脂レジストをｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、水洗する。そして、焼成工程において、熱風炉方式により、基板を２００℃の雰囲気で６０分間焼成する。

図７に示すように、熱風炉ＨＦ内では、一方向から所定温度に加熱された熱風が噴出す。柱状スペーサのパターンに対応して樹脂レジストが残った基板（例えばアレイ基板）ＳＵＢを図７に示すように熱風炉ＨＦ内に配置した場合、基板ＳＵＢの周辺部Ａは熱風の噴出し位置に最も近く、基板ＳＵＢの中央部Ｂは周辺部Ａより熱風の噴出し位置から離れ、基板ＳＵＢの周辺部Ｃは熱風の噴出し位置から最も遠い。

また、熱風噴出し位置に最も近い基板ＳＵＢの周辺部Ａでは、図８に示すように、中央部Ｂ及び周辺部Ｃと比較して最も昇温レートが大きく、約３分で設定温度２００℃に到達した。中央部Ｂでは、周辺部Ａより小さな昇温レートとなり、約８分で設定温度２００℃に到達した。周辺部Ｃでは、周辺部Ａ及び中央部Ｂと比較して最も昇温レートが小さく、設定温度２００℃に到達するまでに約１２分を要した。

このような熱風炉ＨＦにおいて焼成を行った基板ＳＵＢでは、周辺部Ａに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．０５μｍであり、中央部Ｂに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．２３μｍであり、周辺部Ｃに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．１８μｍであった。

このとき、スペーサ密度は、各位置での柱状スペーサの高さを考慮して、周辺部Ａでは１個／３画素とし、中央部Ｂでは１個／１５画素とし、周辺部Ｃでは２個／１５画素とした。つまり、樹脂レジストを露光する際に用いるフォトマスクは、低い高さ（第１高さ）の柱状スペーサが形成される領域に対してはスペーサパターンが単位面積当たり大きな面積（第１面積）を有し、また、第１高さより高い高さ（第２高さ）の柱状スペーサが形成される領域に対してはスペーサパターンが単位面積当たり第１面積より小さな面積（第２面積）を有している。このようなフォトマスクを適用することにより、スペーサ密度（ここでは単位画素数当たりのスペーサ個数）を自在に調整することが可能である。

このようにして形成された柱状スペーサを介して基板ＳＵＢと封止基板（例えば対向基板）とを貼り合わせて得られた液晶表示パネルでは、有効表示部１２内で４．８５±０．１μｍと極めて高いセルギャップ均一性が得られ、また、表示品位も非常に優れていることが確認できた。

（比較例１）
スペーサ密度を基板ＳＵＢのすべての位置で１個／１５画素に固定する以外は、実施例１で説明した同一の焼成条件で柱状スペーサを形成した。このようにして形成された柱状スペーサを介して基板ＳＵＢと封止基板とを貼り合わせて得られた液晶表示パネルを点灯評価したところ、セルギャップの不均一性に起因する表示ムラが発生し、視認性が劣化した。

（実施例２）
実施例１の液晶表示装置の製造方法によれば、工程数削減のために、遮光部１３に配置する着色樹脂層ＳＰと同一の黒色感光性アクリル樹脂レジストによって柱状スペーサを形成する。この実施例２では、２５μｍ×２５μｍのサイズを有する正方形状のスペーサパターンを含むフォトマスクを用いて樹脂レジストを露光する。なお、他の工程での処理条件は実施例１と同一とする。

熱風炉において焼成を行った基板ＳＵＢでは、昇温レートの最も大きな周辺部Ａに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．４５μｍであり、中央部Ｂに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３０μｍであり、昇温レートの最も小さな周辺部Ｃに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３５μｍであった。

このとき、スペーサ密度は、各位置での柱状スペーサの高さを考慮して、周辺部Ａでは１個／１５画素とし、中央部Ｂでは１個／５画素とし、周辺部Ｃでは２個／１５画素とした。

このようにして形成された柱状スペーサを介して基板ＳＵＢと封止基板（例えば対向基板）とを貼り合わせて得られた液晶表示パネルでは、有効表示部１２内で５．０±０．１２μｍと極めて高いセルギャップ均一性が得られ、また、表示品位も非常に優れていることが確認できた。

（実施例３）
実施例３の液晶表示装置の製造方法によれば、実施例２と同様に、工程数削減のために、遮光部１３に配置する着色樹脂層ＳＰと同一の黒色感光性アクリル樹脂レジストによって柱状スペーサを形成する。すなわち、成膜工程において、スピンナーなどにより、感光性アクリル樹脂レジストを基板全面に塗布して、９０℃で１０分間乾燥する。この実施例３では、成膜工程において基板全面に成膜された樹脂レジストの膜厚分布は、図９に示すような基板ＳＵＢにおいて、周辺部Ａ及びＥでそれぞれ５．８０μｍ及び５．７９μｍであり、中央部Ｃで６．１２μｍであり、周辺部Ａと中央部Ｃとの間の中間部Ｂ及び周辺部Ｅと中央部Ｃとの間の中間部Ｄでそれぞれ５．９５μｍ及び５．９３μｍであった。

そして、位置合わせ工程において、２５μｍ×２５μｍのサイズを有する正方形状のスペーサパターンを含むフォトマスクの位置合わせを行う。このとき、基板面内で均一なスペーサ密度となるようなスペーサパターンを有するフォトマスクを適用する。この実施例３では、２個／１５画素とした。

そして、露光工程において、フォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で樹脂レジストを露光する。そして、現像工程において、この樹脂レジストをｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、水洗する。そして、焼成工程において、加熱プレート方式により、基板を２００℃で６０分間焼成する。

図１０に示すように、加熱プレートＨＰは、加熱対象としての基板ＳＵＢを加熱するためのヒータを内蔵した主面ＳＦを有している。加熱プレートＨＰは、主面ＳＦと基板ＳＵＢとの間にギャップを形成するスペーサピンＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤ、ＰＥを備えている。主面ＳＦの中央部に配置されたスペーサピンＰＣは、最も高く形成され、その周辺に配置されたスペーサピンＰＢ及びＰＤより高い高さを有している。主面ＳＦの周辺部に配置されたスペーサピンＰＡ及びＰＥは、最も低く形成されている。

これにより、加熱プレートＨＰに載置された基板ＳＵＢと主面ＳＦとの間のギャップは、中央部で最も大きく、周辺部で最も小さくなる。このような構造の加熱プレートＨＰでは、加熱プレートＨＰの主面ＳＦ上に載置された基板ＳＵＢの中央部は、周辺部より主面ＳＦからの距離が離れるため、加熱されにくくなる。したがって、基板中央部の昇温レートが基板周辺部より大きくなる。

この実施例３では、スペーサピンＰＡ及びＰＥの高さは０．３ｍｍであり、スペーサピンＰＢ及びＰＤの高さは１．０ｍｍであり、スペーサピンＰＣの高さは１．５ｍｍに設定されている。

このため、主面ＳＦに最も近い基板ＳＵＢの周辺部Ａ及びＥでは、図１１に示すように、中央部Ｃ、及び、中間部Ｂ及びＤと比較して最も昇温レートが大きく、約３分で設定温度２００℃に到達した。中間部Ｂ及びＤでは、周辺部Ａ及びＥより小さな昇温レートとなり、約８分で設定温度２００℃に到達した。主面ＳＦから最も離れた基板ＳＵＢの中央部Ｃでは、周辺部Ａ及びＥ、及び、中間部Ｂ及びＤと比較して最も昇温レートが小さく、設定温度２００℃に到達するまでに約１２分を要した。

このような加熱プレートＨＰにおいて焼成を行った基板ＳＵＢでは、周辺部Ａに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３２μｍであり、中間部Ｂに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３４μｍであり、中央部Ｃに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３０μｍであり、中間部Ｄに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３３μｍであり、周辺部Ｅに形成された柱状スペーサの高さの平均値は５．３４μｍであり、高い均一性が得られた。

このようにして形成された柱状スペーサを介して基板ＳＵＢと封止基板（例えば対向基板）とを貼り合わせて得られた液晶表示パネルでは、有効表示部１２内で５．０±０．０８μｍと極めて高いセルギャップ均一性が得られ、また、表示品位も非常に優れていることが確認できた。

（比較例２）
加熱プレートＨＰにおけるスペーサピンの高さをすべて１ｍｍに固定する以外は、実施例３で説明した同一の焼成条件で柱状スペーサを形成した。このようにして形成された柱状スペーサを介して基板ＳＵＢと封止基板とを貼り合わせて得られた液晶表示パネルを点灯評価したところ、セルギャップの不均一性に起因する表示ムラが発生し、視認性が劣化した。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す等価回路である。 図２は、図１に示した液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。 図３は、図２に示した柱状スペーサを形成するためのフォトリソグラフィプロセスを説明するための図である。 図４は、柱状スペーサとして適用可能な材料の熱硬化に伴う収縮及びメルト性を説明するための図である。 図５は、柱状スペーサとして適用可能な他の材料の熱硬化に伴う収縮及びメルト性を説明するための図である。 図６の（ａ）乃至（ｄ）は、均一な高さの柱状スペーサの形成方法を説明するための図である。 図７は、実施例１及び２において焼成工程で適用される熱風炉の熱風噴出し方向と基板の位置関係を説明するための図である。 図８は、図７に示した基板の各位置での昇温レートの一例を示す図である。 図９は、実施例３における基板面内の各位置を説明するための図である。 図１０は、実施例３において焼成工程で適用される加熱プレートの構成を概略的に示す図である。 図１１は、図１０に示した基板の各位置での昇温レートの一例を示す図である。

符号の説明

１０…液晶表示パネル、１２…有効表示部、１３…遮光部、２４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…着色樹脂層、３１…柱状スペーサ、１００…アレイ基板、２００…対向基板、３００…液晶層、ＰＸ（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…画素、ＳＰ…着色樹脂層、Ｗ…配線、

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部と、
   前記有効表示部に形成され、前記有効表示部を封止する封止基板を支持する柱状スペーサと、を備えた配線基板であって、
   第１高さを有する第１柱状スペーサは、単位面積当たり前記封止基板を支持する第１支持面積を有し、
   第１高さより大きな第２高さを有する第２柱状スペーサは、単位面積当たり前記封止基板を支持する第２支持面積を有し、しかも、第２支持面積が第１支持面積より小さいことを特徴とする配線基板。
2. 前記第１柱状スペーサは、前記第２柱状スペーサより単位面積当たり密に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. さらに、前記有効表示部の外周に沿った遮光部に配置された遮光性を有する着色樹脂層を備え、
   前記第１柱状スペーサ及び前記第２柱状スペーサは、前記着色樹脂層と同一材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
4. マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部に形成された柱状スペーサを備え、この柱状スペーサを介して貼り合わせた一対の基板間に液晶層を挟持して構成された液晶表示装置の製造方法であって、
   基板上に前記柱状スペーサを形成する工程は、
   スペーサ材料を成膜する工程と、
   スペーサパターンを有するフォトマスクを介して、成膜された前記スペーサ材料を露光する工程と、
   露光された前記スペーサ材料を現像する工程と、
   現像することによって基板上に残った前記スペーサ材料を焼成する工程と、備え、
   前記焼成工程では、基板上に残った前記スペーサ材料の高さに応じて基板の昇温レートが異なることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 前記スペーサ材料は昇温レートが小さいほどその高さが収縮する性質を有し、
   第１高さを有する前記スペーサ材料が残った基板部分の昇温レートを、第１高さより大きな第２高さを有する前記スペーサ材料が残った基板部分の昇温レートより大きく設定したことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記スペーサ材料は昇温レートが大きいほどその高さが収縮する性質を有し、
   第１高さを有する前記スペーサ材料が残った基板部分の昇温レートを、第１高さより大きな第２高さを有する前記スペーサ材料が残った基板部分の昇温レートより小さく設定したことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
7. 前記柱状スペーサは、前記有効表示部の外周に沿った遮光部に遮光性を有する着色樹脂層を配置する工程で同時に形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. マトリクス状に配置された複数の画素からなる有効表示部に形成された柱状スペーサを備え、この柱状スペーサを介して貼り合わせた一対の基板間に液晶層を挟持して構成された液晶表示装置の製造方法であって、
   基板上に前記柱状スペーサを形成する工程は、
   スペーサ材料を成膜する工程と、
   スペーサパターンを有するフォトマスクを介して、成膜された前記スペーサ材料を露光する工程と、
   露光された前記スペーサ材料を現像する工程と、
   現像することによって基板上に残った前記スペーサ材料を焼成する工程と、備え、
   前記露光工程で用いるフォトマスクは、第１高さを有する前記スペーサ材料を露光するためのスペーサパターンが単位面積当たり第１面積を有し、第１高さより大きな第２高さを有する前記スペーサ材料を露光するためのスペーサパターンが単位面積当たり第１面積より小さな第２面積を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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