JP2006072388A

JP2006072388A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2006072388A
Application number: JP2005322219A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Miyazaki; 大輔宮崎; Shoichi Kurauchi; 昭一倉内; Hitoshi Hado; 仁羽藤; Teruyuki Midorikawa; 輝行緑川
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】液晶表示素子の基板間距離を保持するスペーサとして複数積層型スペーサを用いるときに常に一定のスペーサ太さが得られるスペーサ構造を提供する。
【解決手段】着色層が形成された基板上に、着色層と同一工程で形成されるスペーサ層を積層してなるスペーサを有し、このスペーサが、液晶注入部付近に配置されている液晶表示素子。
【選択図】図４

Description

本発明はカラーフィルタ基板を用いた液晶表示素子に関する。

図１８に示すように、従来のカラー液晶表示素子２０は、カラーフィルタ基板１０と対向基板５０とが対向配置され、この２枚の基板間間隙に液晶層７が狭持されている。カラ−フィルタ基板１０は、透明基板１上に遮光膜４、この遮光膜４の間を埋めるように配置された赤（Ｒ）２Ｒ，緑（Ｇ）２Ｇ，青（Ｂ）２Ｂの３色からなる着色層２が形成され、この上に電極５、配向膜１４が順次形成されてなる。一方、対向基板５０は、透明基板１１上に電極１２、配向膜１４が順次形成されてなる。

この２枚の基板間には、２枚の基板間距離を保持するためにスペーサ３が配置され、これは着色層２の形成と同一の工程で形成されたスペーサ層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂを積層して形成されている。

また、２枚の基板は、基板の外周部を液晶注入部を残した形状のシール部によって貼り合わさっており、この液晶注入部より液晶が注入され、両基板間間隙に液晶層が形成される。液晶注入部付近には、液晶注入部付近の基板間距離を一定に保つために、島状スペーサがシール部と同じシール材料でディスペンサにより塗布、形成されている。

しかし、スペーサ層を積層してスペーサを形成した場合、図１９に示すようにスペーサ層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを積層する際に位置ずれが生じることがあった。この際、基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さは、３層のスペーサ層が重なり合った領域、即ち、断面からみた場合、ａのスペーサ幅をとることになる。このような位置ずれが基板面内で均一に生じれば良いが、基板が反っていたりした場合、このような位置ずれの度合いが基板面内で異なり、実効的なスペーサ太さのばらつきが生じる。また、ロット間を比較した場合でも、ロット間における位置ずれの度合いが異なる場合があり、同様に実効的なスペーサ太さのばらつきが生じる。

このように基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さのばらつきが基板面内あるいはロット間で生じると、２枚の基板を張り合わせる際の加圧時における耐圧性がスペーサにより異なり、基板間距離を基板面内あるいはロット間において、一定に制御することが困難であった。

また、液晶注入部の基板間距離を保持するために配置されている島状スペーサはディスペンサにより形成するため、厚さを一定に保つことが難しく、液晶注入部付近の基板間距離を一定に制御することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、品質が安定し、表示が良好な液晶表示素子を提供するものである。

本願発明の液晶表示素子は、第１の絶縁基板上に第１の電極が形成された第１の基板と、第２の絶縁基板上に第２の電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板が対向配置され、この２枚の基板間に狭持された液晶層と、前記２枚の基板間に、前記液晶層を注入するための液晶注入部を除いて前記基板の外周部に形成されたシール部と、前記２枚の基板のうちいずれか一方の基板上の有効画素領域に形成された複数の着色層と、前記着色層が形成された基板上に、前記着色層と同一工程で形成されるスペーサ層を積層してなるスペーサとからなる液晶表示素子において、前記スペーサが、前記液晶注入部付近に配置されていることを特徴とする。

このように、液晶注入部付近に、スペーサを着色層と同一工程で形成されるスペーサ層を積層してスペーサを形成するので、常に一定の高さのスペーサを液晶注入部に配置することができる。

本発明の液晶表示素子のスペーサは、スペーサ層が複数層積層されている。このスペーサ層のうちの１層を第１のスペーサ層、これ以外のスペーサ層を第２のスペーサ層とした時に、第２のスペーサ層の絶縁基板と概略平行な任意の断面は、第１のスペーサ層を断面へ投影した時の投影領域を含みかつ、この投影領域と同一平面でこの投影領域を延在した領域をも含んだ構造となる。言い換えれば、第２のスペーサ層の大きさが第１のスペーサ層の大きさより大きくなり、第２のスペーサ層の輪郭内に第１のスペーサ層の輪郭が完全に含まれることになる。

このような構造にすることにより、第２のスペーサ層が第１のスペーサ層よりも大きいため第２のスペーサ層は第１のスペーサ層の大きさを越えた領域を有することになり、例え、もしスペーサ層積層工程中の第１のスペーサ層と第２のスペーサ層との間の位置ずれが生じたとしても、この越えた領域部分が位置ずれを吸収して、第１のスペーサ層が完全に第２のスペーサ層上に形成される。

これにより、２枚の基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さは、第１のスペーサを絶縁基板に投影させた領域となり、常に一定の実効的なスペーサ太さを得ることができる。よって、液晶表示素子の基板間距離を基板面内及びロット間で常に一定に保つことができ、表示むらのない良好な液晶表示素子を得ることができる。また、液晶注入部にスペーサ層を積層したスペーサを配置するため、常に一定の高さのスペーサを液晶注入部に配置することができる。

（実施形態１）本発明の実施の形態をアクティブマトリクス型液晶表示素子を例にあげて以下に説明する。

まず、構造について説明する。図１に液晶表示素子の平面図、図３に図１の線Ａ−Ａで切った時の縦断面図を示す。

図２にアレイ基板５１の概略部分平面図を示す。図３は図２の線Ａ−Ａで切った時の縦断面図に相当する。図１、３に示すように、本実施例の液晶表示素子２０は、アレイ基板５０とカラーフィルタ基板１０とが対向配置され、この２枚の基板間に液晶層７が狭持されている。図１に示すように、液晶層７を注入するための液晶注入部６３を除いた基板の外周部に形成されたシール部６２により、２枚の基板は貼り合わさっている。

図２、図３に示すように、アレイ基板５０は、第１の絶縁基板１１上に交差するように配列された複数の走査線３２と複数の信号線３３とが形成されている。これら走査線３２と信号線３３の交差部には、走査線３２と信号線３３と接続してスイッチング素子３１が形成されている。このスイッチング素子３１毎に画素電極１３、補助容量線３４が形成され、これらはスイッチング素子に電気的に接続されている。更に、これらの上には配向膜１４が基板全面に形成されている。

一方、カラーフィルタ基板１０は、図１、図３に示すように、第２の絶縁基板１上に有効画素領域に対応してストライプ状のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の複数色の着色層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが形成されている。隣り合う有効画素領域間の非有効画素領域には遮光層４が形成されており、この遮光層４上に２枚の基板間距離を保持するためのスペーサ３が配置されている。更に、着色層とスペーサが形成された基板の全面に透明電極５、配向膜１４が順次形成されている。なお、有効画素領域とは液晶表示素子としたときの光が透過する領域をいい、非有効画素領域とは光が透過しない領域をいう。

スペーサ３は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の着色層と同一の工程で形成されるスペーサ層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが積層されて形成されている。図４（ａ）に、図１の線Ｂ−Ｂで切った時のカラーフィルタ基板１０上の着色層２、スペーサ３の形成状態を表す斜視図を示し、図４（ｂ）にスペーサの拡大図を示す。

図４（ａ）に示すように、着色層２とスペーサ３とは離間して配置され、かつ、スペーサ３は島状に配置されている。図４（ｂ）に示すように、スペーサは第１のスペーサ層である３Ｂ、第２のスペーサ層である３Ｒ、３Ｇが積層して形成されている。スペーサ層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、各々第１の主面である絶縁基板側の主面７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの面積が、第１の主面に対向する他の主面７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂの面積とほぼ同じであり、円柱状をしている。本実施形態の場合、第１のスペーサ層を基板に投影したときの投影領域は、第１のスペーサ層である３Ｂの第１の主面７１Ｂと同じ大きさの領域となる。第２のスペーサ層３Ｒ，３Ｇは、基板に対して概略平行な任意の断面を有し、この断面領域内に第１のスペーサ層を断面に投影した時の投影領域が含まれ、かつ、断面領域内には投影領域と同一の平面上であってこの投影領域を延在した領域である斜線部ｆの領域をも含んでいる。第２のスペーサ層３Ｒ，３Ｇの基板に対して概略平行な断面をどの箇所でとってもこのことは成立する。

ここで、液晶層の液晶分子は、配向処理された配向膜により配向が決まるが、スペーサの存在により、スペーサ付近の液晶分子は配向が一定でないため、配向不良となる。このため、有効画素領域の間隙、すなわち非画素領域に、スペーサを配置することによりスペーサ付近の配向不良が隠され、表示不良領域を隠すことができる。

更に、液晶表示素子は図１に示すように、２枚の基板間に液晶を注入する液晶注入部６３に複数色のスペーサ層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが積層された島状スペーサ６１が形成されている。図５に、図１の線Ａ−Ａで切った時の縦断面図を示す。島状スペーサ６１が形成された領域には、カラーフィルタ基板１１の有効画素領域の間隙に形成された遮光層４と同一工程で形成された遮光層４が形成されており、この遮光層４上に、島状スペーサ６１が形成されている。更に、液晶注入部６３付近に、カラーフィルタ基板及びアレイ基板各々の電極と同一工程で電極パターン６４、６５が形成され、この電極パターン領域内に島状スペーサ６１が配置されている。このように液晶注入部６３付近に、有効画素領域におけるスペーサの配置条件と同様に遮光層４、電極６４、６５を配置することにより、有効画素領域における基板間距離と同じ基板間距離を液晶注入部６３にも設定することができる。また、遮光層を液晶注入口付近に形成することにより、光を遮断することが可能となる。

次にカラーフィルタ基板の製造方法について図６、７を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、絶縁基板１として１．１ｍｍの厚みの無アルカリガラス上にアルカリ現像可能な光硬化型アクリル樹脂にカーボンブラックを分散させた材料をスピンナーで塗布する。これを、９０℃、１０分の乾燥後、所定のパターン形状のフォトマスクを用いて３００ｍｊ／ｃｍ^２の露光量で露光したあとｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃、１時間の焼成にて膜厚２．０μｍの格子状パターンの遮光膜４を形成した。

この遮光膜４を形成したガラス基板１上に、図６（ｂ）に示すようにアルカリ現像可能な市販の赤色着色レジストＣＲ−２０００（富士ハントテクノロジー）６Ｒをスピンナーにより塗布、仮焼成後、図８に示すような着色層パターン３２、円形状のスペーサ層パターン３１、液晶注入口付近に対応した島状スペーサパターン（図示せず）が形成されたマスク３０を用いて、１００ｍｊ／ｃｍ^２の露光量で露光したあとｐＨ１１．５の現像液で現像する。その後、図６（ｃ）に示すように２００℃で１時間焼成し、膜厚２．０μｍの着色層２Ｒ、遮光膜４上に円柱状のスペーサ層３Ｒ、液晶注入口付近に対応した島状スペーサパターン着色層６１Ｒ（図示せず）を形成した。

次に、図６（ｄ）に示すように、アルカリ現像可能な市販の緑色着色レジストＣＧ−２０００（富士ハントテクノロジー）６Ｇをスピンナーにより塗布、仮焼成後、図８に示すような着色層パターン３２、スペーサ層パターン３１、液晶注入口付近に対応した島状スペーサパターン（図示せず）が形成されたマスク３０を用いて、１００ｍｊ／ｃｍ^２の露光量で露光したあとｐＨ１１．５の現像液で現像する。図６（ｅ）に示すように、その後、２００℃で１時間焼成し、膜厚２．０μｍの着色層２Ｇ、円柱状のスペーサ層３Ｒ上に積層するように円柱状スペーサ層３Ｇを形成する。この時用いるマスクの円形状のスペーサ層パターン３１の面積は、赤色着色層形成時に使用したマスクの円形状スペーサ層パターン３１の面積と異なる小さいものを使用した。

次に、図７（ａ）に示すように、アルカリ現像可能な市販の青色着色レジストＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジー）６Ｂをスピンナーにより塗布、仮焼成後、図８に示すような着色層パターン３２、円柱状スペーサ層パターン３１、液晶注入口付近に対応した島状スペーサパターン（図示せず）が形成されたマスク３０を用いて、１００ｍｊ／ｃｍ^２の露光量で露光したあとｐＨ１１．５の現像液で現像する。その後、図７（ｂ）に示すように、２００℃で１時間焼成し、膜厚２．０μｍの着色層２Ｂ、円柱状スペーサ層３Ｇ上に積層するようにスペーサ層３Ｂを形成し、カラーフィルタ基板１０を形成した。この時用いるマスクの円形状のスペーサ層パターン３１の面積は、緑色着色層形成時に使用したマスクの円形状スペーサ層パターン３１の面積と異なる小さいものを使用した。

この時、露光機の重ね合わせ精度は±２μｍであったので、スペーサ層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂの積層時の位置ずれによるスペーサ３の太さが変わらないように、円柱状スペーサ層３Ｒの直径を２０μｍ、円柱状スペーサ層３Ｇの直径を１６μｍ、円柱状スペーサ層３Ｂの直径を１２μｍとした。

このように形成されたスペーサ３は、赤色の円柱状スペーサ層３Ｒ上に緑色の円柱状スペーサ層３Ｇ、青色の円柱状スペーサ層３Ｂの３色の複数色のスペーサ層が積層された形状をしている。積層するにしたがってスペーサ層形成時のマスクの孔を小さくするため、図４（ｂ）に示すように、基板からの距離が離れるに従ってスペーサ層が小さくなるように積層される。言い換えれば、隣り合う２層のスペーサ層は、常にスペーサが形成される基板側からみて近いスペーサ層が、スペーサが形成される基板側からみて遠いスペーサ層の大きさより大きくなり、基板側に近いスペーサ層の輪郭内に基板側に遠いスペーサ層の輪郭が完全に含まれることになる。この２層の輪郭の大きさの差を露光機精度を考慮して設計すれば、スペーサ層積層工程中に位置ずれが生じたとしても、輪郭の大きさの差の部分でこの位置ずれが吸収されることになり、基板側に遠いスペーサ層が完全に基板側に近いスペーサ層上に形成される。これにより、２枚の基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さは、第１のスペーサを絶縁基板に投影させた領域となり、常に一定の実効的なスペーサ太さを得ることができる。

このように積層時のマスクの位置ずれを考慮して、スペーサ層の太さを変えて形成することにより、スペーサ層のうち１層である３Ｂが、他のスペーサ層である３Ｒ，３Ｇが重なり合う領域内に配置されるようにスペーサを形成することができる。このため、実効的なスペーサ太さが３Ｂの太さになり、基板に反りがあっても、実効的なスペーサ太さを基板面内また、ロット間で一定とすることができる。また、ここでは、スペーサを３色積層して作成したが４層以上を積層しても良く、所定の基板間距離を得るために積層数を変えても良い。また、スペーサを着色層とは離間して配置し、第１のスペーサ層と第２のスペーサ層の２層を積層してスペーサを形成してもよい。この場合、第２のスペーサ層が、絶縁基板と概略平行な任意の断面を有し、この断面が、第１のスペーサ層を断面へ投影した時の投影領域を含みかつ、この投影領域と同一平面でこの投影領域を延在した領域をも含むようにすることにより、投影領域を延在した領域で、２層のスペーサ層を積層するときの位置ずれを吸収することができる。言い換えれば、いずれか１層のスペーサ層が、他のスペーサ層に完全に配置されるようにスペーサ層が形成されていれば良い。

更に、スペーサ層のうち主面の面積が最も大きいスペーサ層と遮光層との位置ずれさえ考慮すれば、最終的に形成されるスペーサは遮光層の主面内に配置されることになる。これにより、スペーサの存在により起こるスペーサ付近の液晶の配列の乱れによる表示の不良を遮光層によって隠すことができる。更に、遮光層を形成することにより、３色重ねスペーサのみの場合と比較して、遮光効果は格段に向上する。

次に、このカラーフィルタ基板１０上にＩＴＯからなる透明電極５を全面に形成した。そして、この透明電極５を形成したカラーフィルタ基板１０上にポリイミドを塗布、これを配向処理して配向膜１４を形成して、カラーフィルタ基板を形成した。

次に、アレイ基板５１を以下のように製造した。まず、絶縁基板１１上に交差するように複数の走査線３２と補助容量線３４を形成した。その上に、絶縁膜３５を形成し、走査線３２と直交するように複数の信号線３３を形成し、これら走査線３２と信号線３３の交差部毎にスイッチング素子３１を形成した。このスイッチング素子３１毎に画素電極１３を形成し、この上にポリイミドを塗布、これを配向処理をして配向膜１４を形成してアレイ基板５１を製造した。

次に、図３に示すように、このカラーフィルタ基板１０と、アレイ基板５１とを対向配置して、液晶注入部を残してシール剤を基板外周部にもうけて両基板を貼合わせた。その後、液晶注入部より液晶を注入して液晶層７を設け、液晶注入部を紫外線硬化樹脂で封止して液晶表示素子２０を形成した。

２枚の基板の貼合わせの際、カラーフィルタ基板側から最も遠いスペーサ層、すなわちアレイ基板側に接するスペーサ層を、アレイ基板側に形成される走査線、信号線、補助容量線の内、最もアレイ基板側に最も近くに形成される配線上である補助容量線上叉は走査線上の位置に配置されるように、２枚の基板の位置決めを行った。本実施形態の場合では、走査線上に配置されるようにスペーサを形成した。このように走査線上にスペーサを形成したため、図３に示すように、アレイ基板５１側の電極とカラーフィルタ基板側のスペーサ上に形成される電極との間に、下層配線である走査線３２の上方に形成される絶縁膜３５が存在することになり、アレイ基板側の走査線３２とカラーフィルタ基板側のスペーサ上に形成される電極との短絡を防止することができる。アレイ基板側に最も近く形成される配線とスペーサ上に形成される共通電極との距離は、他の配線である、本実施形態の場合、信号線とスペーサ上に形成される共通電極との距離よりも離れるため、アレイ基板側に最も近く形成される配線上にスペーサを形成することにより、アレイ基板上の導電膜である配線層叉は画素電極と、共通電極との短絡をより一層防止できる。

また、前記スペーサを補助容量線上に形成しても良い。この場合、補助容量線とスペーサ上の共通電極との間に形成される絶縁膜のピンホール等により両者が短絡する場合がある。しかし、補助容量線と共通電極とは、同じ電位が供給されているため、短絡が生じたとしても動作特性上問題はない。尚、スペーサのと配線との位置関係においては、本実施形態に限定されるものではない。

ここで、アレイ基板とカラーフィルタ基板の２枚を対向配置させて液晶表示素子を製造する際の２枚の基板の位置合わせの時に、走査線上に配置されるべきスペーサが、基板の位置ずれにより部分的に画素電極上に配置され、スペーサ上に形成された電極と画素電極とが短絡する可能性がある。しかし、カラーフィルタ基板側から最も遠いスペーサ層が、他のスペーサ層の重なり合う領域内に配置されるように形成した場合、カラーフィルタ基板側から最も遠いスペーサ層の太さが、他のスペーサ層よりも細くなる。このため、２枚の基板の位置合わせマージンを取ることができ、合わせずれによるスペーサ上に形成された電極と画素電極との短絡を防止することができる。

また、本実施形態では、液晶注入部付近には着色層と同時に島状パターンのスペーサを形成したため、液晶注入口付近の基板間距離を一定に保つことができた。これにより、液晶注入部付近の基板間間距離の不均一による液晶の配向不良が無くなり、表示不良が無くなった。また、島状スペーサを１つ形成する場合は液晶注入部の中央部に配置すること望ましく、これにより液晶注入部付近の基板間距離の分布が一様になる。更に、複数の島状スペーサを形成する場合は液晶注入部に均一の間隔で配置することが望ましく、これにより液晶注入部付近の基板間距離の分布が一様になる。また、この液晶注入部付近に形成される島状スペーサは、有効画素領域に形成されるスペーサと比べ、スペーサ太さを大きく設定することができるため、積層の位置ずれによるスペーサ太さの影響が少ないので、積層するスペーサ層の形状を同一にしても良い。

このように液晶表示素子を形成することにより、基板面内の表示ムラもなく、また、ロット間の表示ムラも無くなり、品質の安定した表示が良好な液晶表示素子を得ることができた。

本実施形態では、スペーサ層を着色層の形成工程と同一工程で形成しているが、同一工程では行わず、別途スペーサ層工程をもうけても良い。しかし、本実施形態のように、スペーサ層を着色層の形成工程と同一の工程で形成することにより、スペーサ層を形成するための工程を別途設ける必要が無くなり、工程が大幅に削減できる。

（実施形態２）実施形態１において、アクテイブマトリクス型液晶表示素子の代わりに、シンプルマトリクス型液晶表示素子に適用した。

具体的には、実施形態１におけるアレイ板として、絶縁基板上にストライプ形状の電極、配向膜を形成した対向基板を用いた。カラーフィルタ基板としては、絶縁基板上に実施形態１と同様に形成したストライプ状の着色層及びスペーサを形成し、その上に着色層のストライプ形状と直交する形状のストライプ形状の電極、配向膜を形成したものを用いた。対向基板とカラーフィルタ基板は、両基板の電極が直交するように配置した。

尚、スペーサ上の電極と対向基板上の電極との短絡を考えた場合、２枚の基板が対向配置された時に、対向基板上の電極が形成されていない位置にスペーサ３を配置した方が好ましい。

（実施形態３）実施形態１において、スペーサの形状を断面から見た時に、積層するに従い、徐々にスペーサ幅が狭くなるように設定したが、必ずしもこの形状に限定されるものではない。スペーサが３層以上のスペーサ層が積層され、この積層されたスペーサ層のうちの１層を第１のスペーサ層、他の複数のスペーサ層を第２のスペーサ層とした場合、第１のスペーサ第２のスペーサ層が絶縁基板と概略平行な任意の断面を有し、この断面が第１のスペーサ層を断面へ投影した時の投影領域を含みかつ、この投影領域と同一平面でこの投影領域を延在した領域をも含んでいれば良い。このように形成することにより、第１の層の太さが、基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さとなる。

以下に、図９、図１０を用いてスペーサ形状の他の実施形態について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。図９、図１０に、スペーサの断面図及び斜視図を示す。

例えば、図９（ａ）では、スペーサ層３Ｂが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｒ、３Ｇが第２のスペーサ層に相当する。各々のスペーサ層は絶縁基板側の第１の主面と、この第１の主面に対向した第２の主面を有する。各々のスペーサ層は、第１の主面と第２の主面は同じ大きさになっており、絶縁基板側からみて１層目、２層目のスペーサ層３Ｒ、３Ｇは同じ大きさで、３層目のスペーサ層３Ｂは、スペーサ層３Ｒ、３Ｇより大きさが小さくなっている。スペーサ層３Ｒ、３Ｇは、各々絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、本実施例では、第２のスペーサ層は同じ太さの円柱であるため、どの箇所で絶縁基板と概略平行な断面をとってもその断面は同じ大きさとなる。例えば、この断面を線“ｇ”で切ったときの断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｂをこの断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ”を含むことになる。

図９（ｂ）では、スペーサ層３Ｒが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｇ、３Ｂが第２のスペーサ層に相当する。このスペーサは、絶縁基板側からみて積層するごとに徐々にスペーサ層の直径が大きくなって、スペーサ層の大きさが大きくなっている。スペーサ層３Ｇ、３Ｂは、各々絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、例えば、この断面を線“ｇ”で切ったときの断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｒを断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ”を含むことになる。このことは、第２のスペーサ層のどの断面をとっても同様のことが成立する。本実施例のように、スペーサ層を積層するごとに徐々にスペーサ層の大きさを大きくしていくと、対向基板にスペーサを形成する構造とするとき、スペーサを含む基板全面に共通電極を形成する際に、スペーサの側面には電極が形成されにくい。このようにスペーサの側面に共通電極が形成されない場合、アレイ基板側に形成される配線や画素電極と、対向基板側に形成される共通電極との短絡を防止することができる。

図９（ｃ）では、スペーサ層３Ｂが第１のスペーサ層、スペーサ層３Ｒ、３Ｇが第２のスペーサ層に相当する。各々のスペーサ層は、絶縁基板側の第１の主面と、この第１の主面に対向した第２の主面を有する。スペーサ層３Ｂの第１の主面と第２の主面とは同じ大きさで、スペーサ層３Ｇの第１の主面は第２の主面より小さく、スペーサ層３Ｒの第１の主面は第２の主面よりも大きくなっている。スペーサ層３Ｇ、３Ｒは、各々絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、例えば、この断面を線“ｇ”で切ったときの断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｂを断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ”を含むことになる。このことは、第２のスペーサ層のどの断面をとっても同様のことが成立する。このように個々のスペーサ層が円柱形状をとらなくても良い。また、３層のスペーサ層の内の中央のスペーサ層３Ｇの大きさが、下層のスペーサ層３Ｒと上層のスペーサ層３Ｂよりも大きくしても良い。このような形状のスペーサの場合、対向基板にスペーサを形成する構造とするとき、スペーサを含む基板全面に共通電極を形成する際に、スペーサの側面には電極が形成されにくい。このようにスペーサの側面に共通電極が形成されない場合、アレイ基板側に形成される配線や画素電極と、対向基板側に形成される共通電極との短絡を防止することができる。

図１０（ａ）では、スペーサ層３Ｇが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｒ、３Ｂが第２のスペーサ層に相当する。各々のスペーサ層は、絶縁基板側の第１の主面と、この第１の主面に対向した第２の主面を有する。スペーサ層３Ｇは第１の主面及び第２の主面は同じ大きさで円柱形状をとっており、スペーサ層３Ｒ、３Ｇは、スペーサ層３Ｂによって覆われている。スペーサ層３Ｒ、３Ｂは、絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、例えば、この断面を線“ｇ１”、“ｇ２”のそれぞれで切ったときを断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｇを断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ１”、“ｆ２”をそれぞれ含むことになる。このことは、第２のスペーサ層のどの断面をとっても同様のことが成立する。

図１０（ｂ）では、スペーサ層３Ｇが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｒ、３Ｂが第２のスペーサ層に相当する。各々のスペーサ層は、絶縁基板側の第１の主面と、この第１の主面に対向した第２の主面を有する。スペーサ層３Ｒ、３Ｇは、第１の主面及び第２の主面がそれぞれの層で同じ大きさで円柱形状をとっており、スペーサ層３Ｇのみがスペーサ層３Ｂによって完全に覆われている。スペーサ層３Ｒ、３Ｂは、絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、例えば、この断面を線“ｇ１”、“ｇ２”のそれぞれで切ったときを断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｇを断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ１”、“ｆ２”をそれぞれ含むことになる。このことは、第２のスペーサ層のどの断面をとっても同様のことが成立する。

上記実施例では、スペーサ層を３層積層した場合をあげたが、２層あるいは４層以上でも良い。２層積層してスペーサを形成する場合、図１１（ａ）に示すように、着色層２とスペーサ３とが離間して配置することが望ましい。例えば、図１１（ａ）に示すように、着色層２とスペーサ３とを離間して配置、すなわち着色層２と独立して２層のスペーサ層３Ｒ，３Ｇからなるスペーサ３を配置した場合と、図１１（ｂ）に示すように着色層２を重ねてスペーサとした場合を比較する。図１１R>１（ａ）に示すように、着色層２と独立してスペーサ３を配置した場合には基板面内において、基板間距離を保持する実効的なスペーサ太さを一定にすることができる。これに対し、着色層２を重ねてスペーサとした場合には、例えば、着色層形成時の位置ずれによりスペーサ部Ｃとスペーサ部Ｄでは、実効的なスペーサ太さが異なり、面内において実効的なスペーサの太さのばらつきが生じる。

スペーサ層を３層以上積層してスペーサを形成する場合、スペーサ層と着色層が接続されて形成されていても良い。この場合、少なくとも１層のスペーサ層は、着色層とスペーサ層とが離間して配置されていなければならない。例えば、図１１（ｃ）では、スペーサは、スペーサ層３Ｒ、３Ｇ、３Ｂが積層して形成されている。スペーサ層３Ｒは着色層２Ｒと接続しており、スペーサ層３Ｇは着色層２Ｇと接続しており、スペーサ層３Ｂは着色層２Ｂと離間して配置されている。この場合、スペーサ層３Ｂが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｒ、３Ｇが第２のスペーサ層に相当する。スペーサ層３Ｒ、３Ｂは、各々絶縁基板と概略平行な任意の断面を有しており、例えば、この断面を線“ｇ”で切ったときの断面とすると、この断面は、第１のスペーサ層３Ｂを断面に投影したときの投影領域を含み、かつ、投影領域と同一平面で投影領域を延在した領域である斜線部“ｆ”を含むことになる。このことは、第２のスペーサ層のどの断面をとっても同様のことが成立する。言い換えれば、第２のスペーサ層３Ｒ、３Ｇが重なり合う領域内に、第１のスペーサ層３Ｂが収まるように形成されている。この重なり合う領域と、第１のスペーサ層をこの重なり合う領域へ投影したときの投影領域との差の領域部分の寸法を、スペーサ層積層時の露光機精度に合わせて設定すれば、例え位置ずれが生じたとしても、基板間距離を保持するための実効的なスペーサ太さは、第１のスペーサ層の太さとなる。

更に、絶縁膜、例えば配向膜を、スペーサを覆うようにして形成することが望ましい。図１２に示すように、スペーサ上の電極５が、スペーサ３を覆うように形成されない場合があり、この場合、スペーサ３が直接液晶に接することがあるとスペーサ３を形成する着色層成分が液晶層に混入して誤動作の原因となることがある。これを防止するため、図１２に示すようにスペーサが絶縁膜１４、例えば配向膜により覆われることが望ましい。これにより、スペーサを形成する着色層成分が液晶層に混入されることが防止される。更に、スペーサ層のうち隣接する２層が、すべて、絶縁基板側のスペーサ層の絶縁基板側の主面と対向する他の主面内に、もう一方のスペーサ層の絶縁基板側の主面と対向する他の主面内に配置される、すなわち、絶縁基板側から順にスペーサ層の太さが徐々に細くなるようにスペーサを形成することが望ましい。これにより、絶縁基板側から順にスペーサ層の太さが徐々に太くなるようなスペーサを形成した場合と比較して、スペーサの側面部における電極または絶縁膜の段切れの発生を少なくすることができ、より一層、着色層成分の液晶層への混入を防止できる。

（実施形態４）実施形態１において、着色層とスペーサとは離間して配置し、かつ、スペーサは島状に配置されていたが、以下のように着色層とスペーサを配置しても良い。なお、これらの例に限定されるものではない。

例えば、図１１、図１５に示すように、着色層とスペーサとが離間して配置されていても良い。図１１１１では断面図、図１５では平面図を示す。図１１（ａ）に示すように、着色層２とスペーサ３とを離間して配置、すなわち着色層２と独立して２層のスペーサ層からなるスペーサ３を配置した場合と、図１１（ｂ）に示すように着色層２を重ねてスペーサとした場合を比較する。図１１（ａ）に示すように、着色層２と独立してスペーサ３を配置した場合には基板面内において、基板間距離を保持する実効的なスペーサ太さを一定にすることができる。これに対し、着色層２を重ねてスペーサとした場合には基板面内において、着色層形成時の位置ずれによりスペーサＣとスペーサＤでは、実効的なスペーサ太さが異なる場合がある。この場合、図１２（ｃ）に示すように、スペーサを形成するスペーサ層のうち少なくとも１層を、スペーサ層３Ｂとして着色層２Ｂと独立して形成すれば良く、着色層が重なり合う領域にこの独立したスペーサ層３Ｂが配置されれば良い。

図１５（ａ）〜図１５（ｃ）では、スペーサ層３Ｒと着色層２Ｒは接続しており、スペーサ層３Ｇと着色層２Ｇは接続しており、スペーサ層３Ｂは着色層２Ｂと離間して配置されている。この場合、スペーサ層３Ｂが第１のスペーサ層に相当し、スペーサ層３Ｒ、３Ｇが第２のスペーサ層に相当する。図１５（ｂ）、図１５R>５（ｃ）では着色層はストライプ形状を有し、図１５（ａ）では着色層は個々の画素電極形状に対応した形状を有している。ここで、着色層が画素毎に形成されていても、着色層の色の配列を列毎で異なるように配置すれば、ストライプ形状に色が配列していることになる。

また、実施形態１では画素ごとに着色層が形成されていたが、図１３に示すように、同じ色の同じ列の着色層が連なった形状の着色層２でも良く、各着色層の間にスペーサ３が着色層２と離間して配置されていても良い。また、図１４に示すように、同じ列のスペーサが連なった形状のスペーサ３でも良い。

ところで、対向電極と走査線、対向電極と信号線との電極間に発生する寄生容量は小さい事が望ましい。容量の大きさは、向かい合う２枚の電極の重なり合う面積を一定にしたとき、２枚の電極間距離に反比例する。ここで、図１４に示すような連なってスペーサ３が形成されている場合と、図１３に示すように島状にスペーサ３が形成されている場合との断面形状を比較する。この場合、ある一定領域内において、連なってスペーサが形成されている場合ではアレイ基板にスペーサが全て接触している状態であるのに対し、島状にスペーサが形成されている場合ではアレイ基板に部分的にスペーサが接触している、すなわちスペーサが部分的に凹んだ状態で接触している形状となる。このため、連なってスペーサが形成されている場合と比較して、島状にスペーサ３が形成された場合では、凹んだ部分で寄生容量を軽減できるので、島状にスペーサ３が形成される方がより好ましい。

また、図１６に示すような着色層形成用のマスク孔３６、スペーサ層形成用の異なる面積のマスク孔３５ａ，３５ｂ，３５ｃ部が形成されたマスクを用いることにより、１つのマスクで３色の着色層と異なる大きさのスペーサ層を積層したスペーサを形成することができる。具体的には、１色形成するごとにマスクを、１画素分ｃずつ右にずらしていけば良い。

（実施形態５）実施形態１において、一方の絶縁基板上に、着色層、スペーサ及び走査線、信号線、スイッチング素子、画素電極、補助容量線を、同一基板上に形成したものを用いた。

具体的には、図１７に示すように、絶縁基板１上に実施形態１と同様に、走査線３２、信号線（図示せず）、スイッチング素子（図示せず）、補助容量線（図示せず）を形成し、更に、着色層２Ｒ，２Ｇ，２Ｂとこの着色層２と同一工程で形成されたスペーサ層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが積層されてスペーサ３を形成した。画素電極１３は着色層２上に形成され、これらの上に、配向膜１４が形成されてカラーフィルタ基板１０が形成されている。

もう一方の基板は、絶縁基板１１上に全面に電極５、配向膜１４が順次形成されて、対向基板６０が形成されている。このように液晶表示素子２０を形成することにより、基板面内の表示ムラもなく、また、ロット間の表示ムラも無くなり、品質の安定した表示が良好な液晶表示素子を得ることができた。本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の組合せが可能である。

本発明の一実施形態を示す液晶表示素子の平面図。本発明の一実施形態を示す液晶表示素子のアレイ基板の平面図。図１及び図２の線Ａ−Ａで切ったときの液晶表示素子の断面図。（ａ）図１の線Ｂ−Ｂで切ったときの液晶表示素子の斜視図。（ｂ）スペーサの形状を示す図１の部分拡大斜視図。図１の線Ｃ−Ｃで切ったときの液晶表示素子の断面図。（ａ）本発明の一実施形態を示すカラーフィルタ基板の製造工程を示す断面図。（ｂ）図６（ａ）の次の製造工程を示す断面図。（ｃ）図６（ｂ）の次の製造工程を示す断面図。（ｄ）図６（ｃ）の次の製造工程を示す断面図。（ｅ）図６（ｄ）の次の製造工程を示す断面図。（ａ）図６（ｅ）の次の製造工程を示す断面図。（ｂ）図７（ａ）の次の製造工程を示す断面図。本発明の一実施形態を示すカラーフィルタ基板製造工程中に用いるフォトマスクの平面図。（ａ）本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図及び斜視図。（ｂ）本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図及び斜視図。（ｃ）本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図及び斜視図。（ａ）本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図及び斜視図。（ｂ）本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図及び斜視図。（ａ）本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略断面図。（ｂ）比較例を示すカラーフィルタ基板の概略断面図。（ｃ）本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略断面図及び平面図。本発明の他の実施形態を示すスペーサの断面図。本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略平面図。本発明の他の実施形態を示すスペーサ及び着色層の形状を現すカラーフィルタ基板の概略平面図。（ａ）本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略平面図。（ｂ）本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略平面図。（ｃ）本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板の概略断面図。本発明の他の実施形態を示すカラーフィルタ基板製造工程中に用いるフォトマスクの平面図。本発明の他の実施形態を示す液晶表示素子の断面図。従来の液晶表示素子の断面図。従来の複層積層型スペーサを示す断面図。

符号の説明

１…絶縁基板
２…着色層
３…スペーサ
３Ｒ…スペーサ層
３Ｂ…スペーサ層
３Ｇ…スペーサ層
４…遮光幕
５…共通電極
７…液晶層
１３…画素電極
１４…配向膜
２０…液晶表示素子
３１…スイッチング素子
３２…走査線
３３…信号線
３４…補助容量線
５０…アレイ基板
６１…注入口付近のスペーサ
６１Ｒ…スペーサ層
６１Ｇ…スペーサ層
６１Ｂ…スペーサ層
７０…第２の主面
７１…第１の主面

Claims

第１の絶縁基板上に第１の電極が形成された第１の基板と、第２の絶縁基板上に第２の電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板が対向配置され、この２枚の基板間に狭持された液晶層と、前記２枚の基板間に、前記液晶層を注入するための液晶注入部を除いて前記基板の外周部に形成されたシール部と、前記２枚の基板のうちいずれか一方の基板上の有効画素領域に形成された複数の着色層と、前記着色層が形成された基板上に、前記着色層と同一工程で形成されるスペーサ層を積層してなるスペーサとからなる液晶表示素子において、前記スペーサが、前記液晶注入部付近に配置されていることを特徴とする液晶表示素子。
前記液晶注入部付近に前記電極と同一工程で形成された電極パターンを有し、前記電極パターン領域内に前記スペーサが配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
前記有効画素領域及び前記液晶注入部付近に形成された遮光層を有し、前記遮光層の領域内にスペーサが配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。