JP2007164192A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップ維持カラムスペーサの配置の比率を減らすことによって、液晶マージンを増加させることができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向する第１基板１００及び第２基板２００と、第１基板１００上の所定部位に形成された段差部と、第２基板２００上に形成され、段差部と接触する第１カラムスペーサ２１０と、第１基板１００から離隔して第２基板２００上に形成され、第１カラムスペーサ２１０よりも形成比率が大きい第２カラムスペーサ２２０と、第１基板１００と第２基板２００との間に形成された液晶層とを備え、第１カラムスペーサ２１０の段差部と対応する面の面積が、段差部の第１カラムスペーサ２１０と接触する面の面積よりも大きいものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に関し、特に、ギャップ維持カラムスペーサの配置の比率を減らすことにより、液晶マージンを増加させることができる液晶表示装置及びその製造方法に関する。

情報化社会の発展に伴い、様々な表示装置に対する要求が増加している。この要求に応じて、近年、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、蛍光表示管（ＶＦＤ：Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）等、様々な平板表示装置が研究開発されている。その結果、これらの平板表示装置の一部は、既に各種機器において表示装置として活用されている。

なかでも液晶表示装置は、高画質、軽量、薄型及び低消費電力といった特徴を有することから、ブラウン管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に取って代わるものとしてモバイル型の画像表示装置に最も多用されている。さらには、ノート型コンピュータのモニタのようなモバイル型の表示装置の他に、放送信号を受信して表示するテレビ及びコンピュータのモニタなどとしても様々に開発されている。

液晶表示装置が一般の画面表示装置として様々な分野に利用されるには、軽量、薄型及び低消費電力という特徴を維持しながらも、大画面でかつ高解像度及び高輝度という高品位画像を実現できることが要件とされている。

一般的な液晶表示装置は、一定の間隔を保って互いに貼り合わせられた第１基板及び第２基板と、第１基板と第２基板との間に液晶が注入されて形成される液晶層とを含んでいる。

より具体的に説明すると、第１基板は、画素領域を画定するために所定の間隔を保って一方向に配列された複数のゲートラインと、ゲートラインと垂直な方向に所定の間隔を保って配列された複数のデータラインとを備えている。
また、各画素領域には画素電極が形成され、各ゲートラインと各データラインとが交差する部分には、それぞれ薄膜トランジスタが形成される。薄膜トランジスタは、ゲートラインに伝達される信号に応じてスイッチングされ、データラインのデータ信号を各画素電極に伝達する。

なお、第２基板には、第１基板の画素領域以外の部分からの光を遮断するためのブラックマトリクス層と、各画素領域に対応する部分に設けられ、種々の色を表示するための赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層上に画像を表示するための共通電極とが形成されている。

上記のような液晶表示装置において、第１基板と第２基板との間に形成された液晶層の分子は、画素電極と共通電極との間に発生する電界によって配向される。また、液晶層の分子の配向方向によって液晶層を透過する光の量が制御され、その結果、画像が表示される。

このような液晶表示装置をＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶表示装置というが、これは、視野角が狭いという欠点がある。そこで、ＴＮモード液晶表示装置の視野角が狭いという欠点を克服するために、横電界（ＩＰＳ：Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード液晶表示装置が開発された。

この横電界（ＩＰＳ）モード液晶表示装置では、第１基板の画素領域に、画素電極と共通電極とが所定の間隔を保って互いに平行に形成され、画素電極と共通電極とは、横電界（水平電界）を生成し、この横電界により液晶層の分子が配向される。

このような液晶表示装置では、第１基板と第２基板との間に、液晶層を形成するための一定のセルギャップを保つために複数のスペーサが形成される。

スペーサは、その形状によってボールスペーサとカラムスペーサとに区分される。

ボールスペーサは、第１基板上及び第２基板上の何れかに散布される球状のもので、第１基板と第２基板とが互いに貼り合わせられた後にも比較的自由に動くことができ、また、第１及び第２基板との接触面積が小さい。

これに対し、カラムスペーサは、第１基板または第２基板に対するアレイ工程で形成されるもので、所定の基板上に所定の高さを有する柱状に形成される。したがって、第１及び第２基板との接触面積がボールスペーサに比べて大きい。

次に、添付の図面を参照して、従来のカラムスペーサを備えた液晶表示装置について説明する。

図１２は、従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置の液晶パネル１０を示す断面図である。

図１２に示すように、カラムスペーサを含む液晶表示装置の液晶パネル１０は、互いに対向する第１基板３０及び第２基板４０と、第１基板３０と第２基板４０との間に形成されたカラムスペーサ２０と、第１基板３０と第２基板４０との間に形成された液晶層（図示せず）とを備えている。

第１基板３０は、画素領域を画定するためにデータライン（図示せず）と直交するゲートライン３１と、ゲートライン３１とデータラインとが交差する部分に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、各画素領域に形成された画素電極（図示せず）とを含んでいる。

また、第２基板４０は、画素領域以外の領域に対応して形成されたブラックマトリクス層４１と、データラインに平行な縦方向の画素領域に対応した縞状のカラーフィルタ層４２と、カラーフィルタ層４２上の全面に形成された共通電極またはオーバーコート層４３とを含んでいる。

ここで、カラムスペーサ２０は、ゲートライン３１上部の所定位置に対応して形成される。

また、第１基板３０は、ゲートライン３１を含めた基板上の全面に形成されたゲート絶縁膜３６と、ゲート絶縁膜３６上に形成された保護膜３７とをさらに有している。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれタッチ不良が生じた従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置を示す平面図及び断面図である。

図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、上述した従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置において、液晶パネル１０の表面に手やその他の物を当てて所定方向に引きずると、タッチされた部分にむらができる。このようなむらは、タッチされることによって発生することから“タッチむら”といわれ、また、このむらが画面上においても観察されるので“タッチ不良”ともいわれる。

このようなタッチ不良は、ボールスペーサと比べて、第１基板３０と接触するカラムスペーサ２０の接触面積が大きく、それだけ摩擦力が増加することから発生するものと考えられる。すなわち、ボールスペーサと比べて、円柱状に形成されるカラムスペーサ２０は、図１３Ｂに示すように、第１基板３０との接触面積が大きいので、タッチすることによって第１及び第２基板３０、４０の間でシフトが発生すると、元の状態に戻るまでに長い時間がかかり、元の状態に戻るまでむらが残存することになる。

上記の従来液晶表示装置には、次のような問題点があった。
第一に、カラムスペーサ２０と対向する基板との接触面積が大きいために摩擦力が大きく、よって、タッチすることによって第１及び第２基板３０、４０の間でシフトが発生すると、元の状態に復元するまでに時間がかかり、この復元時間の間にタッチ不良が発生する。

第二に、カラムスペーサ２０を有する液晶パネル１０が立てられた状態で高温環境下に置かれると、液晶の熱膨張が発生し、温度が高すぎると、カラムスペーサ２０の高さｈ２よりも液晶パネル１０のセルギャップが厚く（ｈ１）なる。そのため、下側に液晶が流れて下端部が膨らみ、視覚的に不透明に見える現象が発生する。

第三に、このようなタッチ不良は、上述したカラムスペーサ２０と対向する基板との間の摩擦力の他、液晶パネル１０に充填される液晶量が不足することにも起因する。しかしながら、液晶量が必要量よりも多い場合には、重力不良が発生する。そこで、液晶の充填量を調節してタッチ不良や重力不良を防止しなければならないが、滴下工程では正確な液晶量の調節が難しい。

一方、タッチ不良及び重力不良のいずれも発生しない液晶量の範囲を“液晶マージン”といい、近来、液晶マージン領域を増やして、タッチ不良や重力不良などの表示不良を解決しようとする努力がされている。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ギャップ維持カラムスペーサの配置の比率を減らすことによって、液晶マージンを増加させることができる液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向する第１基板及び第２基板と、第１基板上の所定部位に形成された段差部と、第２基板上に形成され、段差部と接触する第１カラムスペーサと、第１基板から離隔して第２基板上に形成され、第１カラムスペーサよりも形成比率が大きい第２カラムスペーサと、第１基板と第２基板との間に形成された液晶層とを備え、第１カラムスペーサの段差部と対応する面の面積が、段差部の第１カラムスペーサと接触する面の面積よりも大きいものである。

本発明に係る液晶表示装置では、上述した従来のタッチ不良に対して、段差部構造を形成し、段差部に対向してセルギャップを維持するギャップ維持カラムスペーサ（第１カラムスペーサ）を配置することによって、接触面積を減らしてタッチ不良を解決している。
また、タッチ不良及び重力不良のいずれも発生しない液晶充填量の範囲（液晶マージン）を広くすることによって、タッチ不良及び重力不良などの表示不良を改善している。
また、押され防止用カラムスペーサ（第２カラムスペーサ）をさらに形成することにより、カラムスペーサに局所的な圧力がかけられることによって生じる塑性変形を防止して、押され不良を解決している。

本発明の液晶表示装置及びその製造方法によれば、下記の効果が得られる。
第一に、セルギャップを維持するギャップ維持カラムスペーサと、ギャップ維持カラムスペーサに接触する段差部とに関して、ギャップ維持カラムスペーサの段差部と対応する面の面積が、段差部のギャップ維持カラムスペーサと接触する面の面積よりも大きくなっているので、ギャップ維持カラムスペーサと段差部との総接触面積を低減できる。そのため、タッチ不良を容易に解決することが可能になる。その結果、ブラック輝度のバラツキが解決でき、これにより、コントラストを向上させることができる。

第二に、ギャップ維持カラムスペーサと段差部との総接触面積の減少から、セルギャップを維持する一つのギャップ維持カラムスペーサが担当する圧力を増加させて、貼り合わせ時の弾性ギャップを増やすことができる。よって、ギャップ維持カラムスペーサが段差部に押されるので、液晶が高温で膨脹しても、膨脹した液晶の厚さが弾性ギャップに相当する厚さになるまでは、ギャップ維持カラムスペーサが対向する基板と離れずに接しており、液晶が下側に偏って重力不良が発生するのを防止することができる。

第三に、ギャップ維持カラムスペーサの他に、押され防止用カラムスペーサを配置することにより、局所的な圧力がかけられることによって生じるカラムスペーサの塑性変形を防止することが可能になる。これにより、押され不良（スタンプ不良）を防止することができる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る液晶表示装置の各実施の形態について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置を示す平面図であり、図２は、図１で示した液晶表示装置のＩ−Ｉ’線及びＩＩ−ＩＩ’線に沿った矢視断面図である。

図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、互いに対向する第１基板１００及び第２基板２００と、第１基板１００上に備えられた段差部（薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）」と略称する）または突起：図２では段差部をＴＦＴとした。）と、段差部に対応して形成された第１カラムスペーサ２１０（ギャップ維持カラムスペーサ）と、段差部以外の部位に対応して第２基板２００上に形成された第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）とを備えている。ここで、段差部は、図示のように、第１基板１００上に形成されたＴＦＴを用いるか、または、別の突起を薄膜トランジスタアレイ工程中に形成し、この突起を用いる。

このような段差部は、第１カラムスペーサ２１０の対応面（第１カラムスペーサ２１０が第２基板２００上に形成され、第２基板２００と接する面を第１カラムスペーサ２１０の下部面とする場合、第１カラムスペーサ２１０の上部面）と比べて相対的に小さい面積の上部面を有し、第１基板１００と第２基板２００とを貼り合わせる際に、段差部の上部面と第１カラムスペーサ２１０の上部面とが接触する。

このとき、図２に示すように、カラムスペーサ（実際には第１カラムスペーサ２１０のみ）と第１基板１００との間の接触面積は、段差部と第１カラムスペーサ２１０との間の接触面積Ａに限定され、第２カラムスペーサ２２０は、第１基板１００から所定間隔Ｈを隔てて設けられる。
そのため、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置は、手やその他の物によってタッチされた場合に、第１カラムスペーサ２１０と対向基板である第１基板１００との間の接触面積を減少させ、摩擦面積の減少によってタッチ不良を解決することができる。

また、第１及び第２基板１００、２００の表面に所定の圧力が加えられた場合に、第２カラムスペーサ２２０は、第１基板１００に接触し、第１カラムスペーサ２１０と共にセルギャップを維持する機能を分担する。これにより、局所的な圧力がかけられることによって生じるカラムスペーサの塑性変形（スタンプ不良、あるいは押され不良と呼ばれる）が起きるのを防止することができる。

一方、第１カラムスペーサ２１０は、段差部の上部面に接してセルギャップを維持しているが、この場合、第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積Ａが小さくなるほど、第１カラムスペーサ２１０にかかる力が大きくなり、段差部に対して押される第１カラムスペーサ２１０の厚さが次第に大きくなる。ここで、第１基板１００と第２基板２００とを貼り合わせる際に押される第１カラムスペーサ２１０の厚さを、弾性ギャップ（ｅｌａｓｔｉｃ ｇａｐ）という。

このような弾性ギャップは、その厚さの度合が重力不良を防止できる程度を表す。すなわち、高温環境下で液晶パネルが上下方向に膨脹しても、膨張した液晶の厚さが弾性ギャップに相当する厚さになるまでは、第１カラムスペーサ２１０が第１基板１００と離れずに接しており、液晶が下側に偏って重力不良が発生するのを防止することができるが、このとき、弾性ギャップの厚さが大きければ大きいほど、より重力不良を防止することができる。

したがって、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置は、セルギャップを維持する第１カラムスペーサ２１０の配置の比率を、第２カラムスペーサ２２０と比べて低くし、第１カラムスペーサ２１０がセルギャップを維持する際に担当する圧力を増やして弾性ギャップを増やすことによって、重力不良の防止度合を向上させることができる。また、第１基板１００と第１カラムスペーサ２１０との接触面積を減少させることによって、タッチ不良の防止度合も向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置についてより詳しく説明する。

第１基板１００は、図１及び図２に示すように、互いに交差して画素領域を画定するゲートライン１０１及びデータライン１０２と、ゲートライン１０１とデータライン１０２との交差部に形成されたＴＦＴと、ＴＦＴのドレイン電極１０２ｂと電気的に接続された第１ストレージ電極１０３ａと、第１ストレージ電極１０３ａから分岐して形成された画素電極１０３と、画素電極１０３と交互するように共通ライン１０４ａから分岐して形成された共通電極１０４と、画素領域内にゲートライン１０１と隣接してそれぞれ平行に形成された共通ライン１０４ａと、共通ライン１０４ａと共通電極１０４とに接続され、第１ストレージ電極１０３ａとオーバーラップする第２ストレージ電極１０４ｂとを備えている。

ここで、ＴＦＴは、チャネルが「Ｕ」字形状のソース電極１０２ａとドレイン電極１０２ｂとの間の領域に形成されるもので、チャネルも、ソース電極１０２ａの内部形状に沿って「Ｕ」字形状に形成される。このようなＴＦＴは、ゲートライン１０１から延びたゲート電極１０１ａと、データライン１０２から延びて形成された「Ｕ」字形状のソース電極１０２ａと、「Ｕ」字形状のソース電極１０２ａと所定間隔を隔てて設けられたドレイン電極１０２ｂとを備えている。そして、データライン１０２、ソース電極１０２ａ及びドレイン電極１０２ｂの下部、並びにソース電極１０２ａとドレイン電極１０２ｂとの間のチャネル領域の下部には、半導体層１０８がさらに形成される。

ここで、半導体層１０８は、下側から非晶質シリコン層（図示せず）とｎ＋層（不純物層）（図示せず）とが積層された積層体からなり、ソース電極１０２ａとドレイン電極１０２ｂとの間の領域に対応するチャネル領域では、ｎ＋層（不純物層）が除去されている。このような半導体層１０８は、ソース電極１０２ａの下部、ドレイン電極１０２ｂの下部及びソース電極１０２ａとドレイン電極１０２ｂとの間の領域の下部にのみ選択的に形成されてもよく、あるいは、チャネル領域以外の領域では、データライン１０２、ソース電極１０２ａ及びドレイン電極１０２ｂの下部に形成されてもよい。
一方、図１及び図２では、ソース電極１０２ａの形状を「Ｕ」字形状とし、「Ｕ」字形状チャネルを持つ液晶表示装置について説明したが、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置は、ソース電極１０２ａの形状を、データライン１０２からバー（−）形状に突出したものとしてもよく、あるいは、その他の形状にしてもよい。

ここで、ゲートライン１０１、共通ライン１０４ａ及び共通電極１０４は、同一層に同じ金属、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）などの金属で形成される。

そして、ゲートライン１０１と半導体層１０８との間には、ゲート絶縁膜１０５が挿入され、データライン１０２と画素電極１０３との間には、保護膜１０６が挿入されている。

一方、画素領域は、共通ライン１０４ａに接続された第２ストレージ電極１０４ｂと、第２ストレージ電極１０４ｂの上部に形成される第１ストレージ電極１０３ａと、第１ストレージ電極１０３ａと第２ストレージ電極１０４ｂとの間に挿入されたゲート絶縁膜１０５及び保護膜１０６とを有するストレージキャパシタ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を含んでいる。

ここで、異なる別の層間に形成されるドレイン電極１０２ｂと第１ストレージ電極１０３ａとは、ドレイン電極１０２ｂの所定部位の上部の保護膜１０６を除去して形成されたコンタクトホール１０６ａを介して互いに接触する。

第２基板２００は、画素領域以外の領域（ゲートライン１０１、データライン１０２及びＴＦＴ領域）に対応して形成されたブラックマトリクス層２０１と、少なくとも画素領域を含めた部位に対応して第２基板２００上に形成され、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタ層２０２と、第２基板２００の全面に形成されたオーバーコート層２０３とを備えている。

そして、オーバーコート層２０３の上部には、第１基板１００上に形成されたＴＦＴの中央部位に対応して第１カラムスペーサ２１０が形成され、ゲートライン１０１上またはデータライン１０２上の所定部位に対応して第２カラムスペーサ２２０が形成されている。ここで、第１及び第２カラムスペーサ２１０、２２０は、いずれも、感光性樹脂などの有機性の樹脂を材料として、ブラックマトリクス層２０１上部に対応するオーバーコート層２０３上に形成される。第１カラムスペーサ２１０は、第１基板１００上に形成されたＴＦＴの中央部位上部に対応する保護膜１０６の上部面と接するように形成され、第２カラムスペーサ２２０は、ゲートライン１０１上部の保護膜１０６の上部面から所定間隔Ｈを隔てて形成される。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置では、第１基板１００と第２基板２００との間に形成され、各基板と接触してセルギャップを維持する第１カラムスペーサ２１０と、第１基板１００から所定間隔Ｈを隔てて形成され、押され不良を防止する第２カラムスペーサ２２０との形成比率に特徴がある。
すなわち、第１カラムスペーサ２１０と第２カラムスペーサ２２０との配置比率に特徴があるもので、以下、第１カラムスペーサ２１０（ギャップ維持カラムスペーサ）と第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）との配置比率に対する液晶マージンについて説明する。

図３は、第１カラムスペーサ２１０の密度に対する液晶マージンを示す説明図である。

図３に示すように、第１カラムスペーサ２１０の密度と液晶マージンとの関係は、セルギャップを維持する第１カラムスペーサ２１０の密度が小さいほど、液晶マージンが大きくなる傾向を見せる。

すなわち、ギャップ維持機能を担う第１カラムスペーサ２１０の場合には、密度が小さくなるほど、結果的に第１カラムスペーサ２１０と第１基板１００との接触面積Ａが小さくなるので、接触面積に反比例して、第１基板１００と第２基板２００とを貼り合わせる際に基板を押す力に比例する弾性ギャップ（ｅｌａｓｔｉｃ ｇａｐ）が大きくなり、同じ液晶量に対して液晶マージンが増えるという効果を有する。

しかしながら、第１カラムスペーサ２１０は、セルギャップを維持する機能を有するものであり、密度が無限に小さくなると、セルギャップを維持できなくなることにつながるので、第１カラムスペーサ２１０は、所定値ａ以上の密度で形成されなければならない。

図３に表示された○部は、適切な第１カラムスペーサ２１０の形成密度を指すものである。また、第１及び第２基板１００、２００の各上部面と接してセルギャップを維持する機能を担う第１カラムスペーサ２１０の形成密度は、液晶マージンが高くなるとしても「０」にすることはできず、所定値ａ以上の範囲であり、かつ工程上の誤差を考慮して液晶マージンは、約４ドット以上の範囲とならなければならない。液晶マージンが約４ドットのときの第１カラムスペーサ２１０の密度は、「ｂ」に該当する。
ここで、第１カラムスペーサ２１０の形成密度に対する液晶マージンは、２０．１インチモデルの液晶パネルにおいて、液晶滴下時に１ドットあたり約４ｍｇの液晶量で液晶を滴下して得た値であり、このとき、液晶マージンは、１６ｍｇ（４ドット）〜４０ｍｇ（１０ドット）となる。

もし、第１カラムスペーサ２１０の形成密度が同じであれば、液晶パネルが大面積化すると液晶パネル内に注入される液晶量も増え、液晶マージン量が増加する傾向が見られる。これは、相対的に液晶パネル内に注入される液晶量が増加し、１ドットあたりの液晶量が液晶パネル全体に及ぼす影響力が小さくなるためである。
実験上、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部（ＴＦＴまたは突起）との接触面積の比率が、３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍ（このとき、ｐｐｍは１０^−６を示す）となる場合に、液晶マージンが、タッチ不良や重力不良などの表示不良を解消することができる約４ドット〜１０ドットの範囲を示すことがわかる。

第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積は、一つの画素領域（ｐｉｘｅｌ）あたりの大きさ、すなわち、解像度とパネルの大きさとによって決定することができるが、以下で説明する第１カラムスペーサ２１０と段差部との対応関係において、段差部の対応面（上部面）の臨界寸法は、約５μｍ〜９μｍとし、第１カラムスペーサ２１０の対応面（上部面）の臨界寸法は、段差部の対応面の臨界寸法の２倍程度にする。
段差部の対応面の臨界寸法の大きさは、段差部を形成するために用いられる露光装置の解像度及び工程能力などに依るので、上述した値以下に小さくすることは困難である。

図４及び図５は、それぞれ一般的な液晶表示装置及び本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の第１カラムスペーサ２１０が配置された画素を示す平面図である。また、図６は、図４に示した液晶表示装置の重力不良及びタッチ不良の度合を示す説明図であり、図７は、図５に示した液晶表示装置の重力不良及びタッチ不良の度合を示す説明図である。
なお、図４及び図５は、一つの段差部とこれに対応する第１カラムスペーサ２１０との接触面積を同一値としたときの配置状態を示しており、このとき、第２カラムスペーサ２２０の密度も変化せず同一であるとする。

図４及び図６は、第１カラムスペーサ２１０を１２個の画素ごとに１つずつ配置した一般的な液晶表示装置３００ａ、及び液晶表示装置３００ａの不良度合を示すものであり、図５及び図７は、第１カラムスペーサ２１０を４８個の画素ごとに１つずつ配置した本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置３００ｂ、及び液晶表示装置３００ｂの不良度合を示すものである。

図４及び図５において、黒く表示された部分１２０ａ、１２０ｂは、第１カラムスペーサ２１０が形成される該当画素の部位で、第１カラムスペーサ２１０が形成される部位は、上述のように、黒く表示された画素内のＴＦＴの中央部位、あるいは、突起上部に対応する部位に限定される。

ここで、第１カラムスペーサ２１０が１２個の画素ごとに１つずつ配置される図４の液晶表示装置３００ａにおいては、第１及び第２カラムスペーサ２１０、２２０が形成される第２基板（図２の２００参照）の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率が、約１９０ｐｐｍ以上となる。このとき、図６を参照すると、重力不良は、液晶量が８６ドット以上のときに発生することがわかり、タッチ不良は、液晶量が８９ドット以下のときに発生することがわかる。

したがって、図４に示した一般的な液晶表示装置３００ａでは、タッチ不良及び重力不良の両方が改善される液晶量が存在しないことがわかる。すなわち、液晶マージンは、０ドットとなる。したがって、このような第１カラムスペーサ２１０の配置を有する図４の液晶表示装置３００ａでは、構造的にタッチ不良及び重力不良の両方を防止できる適正な液晶量を求めることが困難である。

これに対し、第１カラムスペーサ２１０が４８個の画素ごとに１つずつ配置される図５の液晶表示装置３００ｂにおいては、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率が、約６０ｐｐｍとなる。このとき、図７を参照すると、重力不良は、液晶量が９４ドット以上のときに発生することがわかり、タッチ不良は、液晶量が８７ドット以下のときに発生することがわかる。
ここで、許容可能な不良の度合を１０％以内とすると、重力不良及びタッチ不良の両方を防止できる範囲の液晶量は、約８６ドット〜９４ドットであればよい。したがって、液晶マージンは、合計８ドット（３２ｍｇ）の範囲にわたっている。

このように本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置３００ｂにおいて、１２個の画素ごとに１つずつ第１カラムスペーサ２１０が配置される図４の液晶表示装置３００ａに比べて、タッチ不良が改善された理由は、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部（ＴＦＴまたは突起）との接触面積の比率が、約１９０ｐｐｍから６０ｐｐｍに低減されたためである。
また、重力不良が改善された理由は、第１カラムスペーサ２１０の配置比率（１／１２の配置から１／４８の配置へ変更）を小さくすることにより、第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積が減少して相対的に各第１カラムスペーサ２１０の担当する圧力が大きくなり、これにより弾性ギャップが大きくなるためである。

また、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置においては、局所的な圧力に対する押され不良を防止すべく、ゲートライン１０１上またはデータライン１０２上の所定部位に対応して、第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）が第２基板２００上に配置されている。
第２カラムスペーサ２２０は、第１基板１００と第２基板２００とを貼り合わせられる際に、第１基板１００の上部面から所定間隔Ｈが隔てられた状態を維持し、局所的な圧力がかけられた場合に、第２カラムスペーサ２２０が第１基板１００の上部面に接し、第１カラムスペーサ２１０と共にセルギャップを維持する機能を分担する。
そのため、第１カラムスペーサ２１０を小さい比率に配置しても、外部から局所的な圧力がかけられることによって生じるカラムスペーサの塑性変形を防止することができる。

このとき、図５の実験において、第２基板２００の全体面積に対する第２カラムスペーサ２２０の形成面積の比率を、約５００ｐｐｍ（０．５％）とした。しかし、これに限定されず、第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）の、第２基板２００の全体面積に対する形成面積の比率を、約２５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ（０．２５％〜１．０％）程度にしても、同一または類似の効果が得られる。いずれの場合も第２カラムスペーサ２２０の形成比率は、第１カラムスペーサ２１０の形成比率よりも大きくなるようにする。

一方、タッチ不良及び重力不良の両方を改善できる液晶マージンは、理論上は０ドット以上であればよいが、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置では、工程上の誤差、すなわち液晶滴下時のパネル間偏差及び装置偏差を考慮して、約４ドット〜１０ドット程度の値を確保するようにする。
このような液晶マージンを可能にする第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率は、３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとなり、第２基板２００の全体面積に対する第２カラムスペーサ２２０の形成面積の比率は、０．２５％〜１．０％（２５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ）となる。

なお、図６及び図７において、１ドットあたりの液晶量は４ｍｇであり、また、液晶マージンは、それぞれ図４及び図５の配置を有するときの液晶ドット量に従って示されたものである。

実施の形態２．
以下、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率が３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍである場合の他の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図８は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の画素の配置を示す平面図である。

図８に示すように、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置３００ｃは、第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）に対しては、本発明の実施の形態１と同じ第２カラムスペーサ２２０の形成比率を選択する。また、セルギャップを維持する第１カラムスペーサ２１０に対しては、第１カラムスペーサ２１０が形成される画素２１０ｃを、３６個の画素ごとに１つずつ配置（配置比率１／３６）して、配置比率が１／４８である上記実施の形態１と異ならせる。このとき、第１カラムスペーサ２１０が形成される個別画素において、段差部と第１カラムスペーサ２１０との接触面積は、実施の形態１と同一にする。

本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置３００ｃにおいては、３６個の画素ごとに１つずつ第１カラムスペーサ２１０が配置される。このような第１カラムスペーサ２１０は、ＴＦＴの中央部位（例えば、チャネル部位）の上部に対応して形成されるか、または、別にゲートライン１０１上に形成された突起の上部に対応して形成される。
このとき、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部（ＴＦＴまたは突起）との接触面積の比率は、約８０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとなり、この場合には、上記実施の形態１と比べて液晶マージンの範囲は小さいものの、上述のように定められた液晶マージンの範囲である４ドット（１６ｍｇ）〜１０ドット（４０ｍｇ）の範囲内には入っていることが分かる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の画素の配置を示す平面図である。

図９に示すように、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置３００ｄは、第２カラムスペーサ２２０（押され防止用カラムスペーサ）に対しては、本発明の実施の形態１と同じ第２カラムスペーサ２２０の形成比率を選択する。また、セルギャップを維持する第１カラムスペーサ２１０に対しては、第１カラムスペーサ２１０が形成される画素２１０ｄを、２４個の画素ごとに１つずつ配置して、画素比率を１／２４とする。したがって、配置比率が１／４８である上記実施の形態１と比べて、２倍程度の第１カラムスペーサ２１０が形成される。

上記実施の形態１と同様に、本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置３００ｄにおいては、２４個の画素ごとに１ずつ第１カラムスペーサ２１０が配置される。このような第１カラムスペーサ２１０は、ＴＦＴの中央部位（例えば、チャネル部位）の上部に対応して形成されるか、または、別にゲートライン１０１上に形成された突起の上部に対応して形成される。
このとき、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサ２１０と段差部（ＴＦＴまたは突起）との接触面積の比率は、約１１０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとなり、この場合には、上記実施の形態１と比べて液晶マージンの範囲は小さいものの、上述のように定められた液晶マージンの範囲である４ドット（１６ｍｇ）〜１０ドット（４０ｍｇ）範囲内には入っていることが分かる。

ここで、第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率が、第１カラムスペーサ２１０の配置比率（１／４８、１／３６、１／２４）に比例して定められない点（例えば、第１カラムスペーサ２１０の配置比率が１／４８である場合に、第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触面積の比率を１とすると、第１カラムスペーサ２１０の配置比率が１／３６である場合には、接触面積の比率が３／２となるが、第１カラムスペーサ２１０の配置比率が１／２４である場合には、接触面積の比率が２にならない点）について、その理由は、第１カラムスペーサ２１０の配置比率が１／４８である場合、貼り合わせ時に、第１カラムスペーサ２１０と段差部との接触部位にさらなる圧力がかけられることにより、相対的に接触面積の比率が高く判断されるためである。

実施の形態４．
図１０及び図１１は、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置において、第１カラムスペーサを突起と対応させた場合の平面図及び断面図である。

図１０及び図１１に示すように、本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置において、第１カラムスペーサ２３０は、図１及び図２に示した第１カラムスペーサ２１０の配置と違い、ゲートライン１０１上に形成された突起１１０に対応して形成されている。このとき、突起１１０は、下側から半導体層１０８と同一層の半導体層パターン１０８ａと、ソース電極１０２ａ及びドレイン電極１０２ｂと同一層のソース・ドレイン金属層パターン１０２ｄとが積層された積層体からなる。

本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置は、セルギャップを維持するための第１カラムスペーサ２３０と段差部との接触面積の、第２基板２００の全体面積に対する比率を３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとし、押され防止機能を持つ第２カラムスペーサ２２０の、第２基板２００の全体面積に対する形成面積の比率を０．２５％〜１．０％（２５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ）としている。このとき、液晶マージンが４ドット〜１０ドットと広範囲になるようにしたので、タッチ不良及び重力不良を防止することができる。

なお、図示された第１カラムスペーサの配置を説明する上記各実施の形態は、幾つかの場合のみを示したものであり、第２基板２００の全体面積に対する第１カラムスペーサと段差部との接触面積の比率を３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとし、第１カラムスペーサの配置比率を別にして第１カラムスペーサを形成しても良い。
例えば、第１カラムスペーサが形成された該当の画素において、第１カラムスペーサと段差部（ＴＦＴまたは突起）との接触面積が相対的に大きい場合には、第１カラムスペーサの配置比率を１／４８よりも小さくすることにより、より多くの画素ごとに１つずつ第１カラムスペーサを配置することができる。
また、第１カラムスペーサが形成された該当の画素において、第１カラムスペーサと段差部との接触面積が相対的に小さい場合には、第１カラムスペーサの配置比率を１／１２よりも大きくすることにより、より少ない画素ごとに１つずつ第１カラムスペーサを配置することができる。
ここで、第１カラムスペーサは、例えば約６〜９６画素領域ごとに形成される。

いずれの場合も、第１及び第２カラムスペーサを配置した後に液晶マージンは４ドット〜１０ドットの範囲内にあるようにし、第１カラムスペーサの形成比率は、第２基板の全体面積に対して約３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍとなるようにする。
また、第２カラムスペーサの形成比率は、第１カラムスペーサの形成比率よりも大きくなるようにし、かつ、第２カラムスペーサの数は、第１カラムスペーサの数の１６．７倍〜３３３倍になるようにする。このようにして、等間隔に第１及び第２カラムスペーサが配置される。

一方、本発明は、上述した各実施の形態及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者にとっては明白である。

本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置を表す平面図である。 図１で示した液晶表示装置のＩ−Ｉ’線及びＩＩ−ＩＩ’線に沿った矢視断面図である。 第１カラムスペーサの密度に対する液晶マージンを示す説明図である。 一般的な液晶表示装置の第１カラムスペーサが配置された画素を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の第１カラムスペーサが配置された画素を示す平面図である。 図４に示した液晶表示装置の重力不良及びタッチ不良の度合を示す説明図である。 図５に示した液晶表示装置の重力不良及びタッチ不良の度合を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の画素の配置を示す平面図である。 本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置の画素の配置を示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置において、第１カラムスペーサを突起と対応させた場合の平面図である。 本発明の実施の形態４に係る液晶表示装置において、第１カラムスペーサを突起と対応させた場合の断面図である。 従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置の液晶パネルを示す断面図である。 タッチ不良が生じた従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置を示す平面図である。 タッチ不良が生じた従来のカラムスペーサを含む液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１００ 第１基板、１０１ ゲートライン、１０１ａ ゲート電極、１０２ データライン、１０２ａ ソース電極、１０２ｂ ドレイン電極、１０３ 画素電極、１０３ａ 第１ストレージ電極、１０４ 共通電極、１０４ａ 共通ライン、１０４ｂ 第２ストレージ電極、１０５ ゲート絶縁膜、１０６ 保護膜、１５０ 液晶層、２００ 第２基板、２０１ ブラックマトリクス層、２０２ カラーフィルタ層、２０３ オーバーコート層、２１０ 第１カラムスペーサ２２０ 第２カラムスペーサ。

Claims (20)

1. 互いに対向する第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板上の所定部位に形成された段差部と、
   前記第２基板上に形成され、前記段差部と接触する第１カラムスペーサと、
   前記第１基板から離隔して前記第２基板上に形成され、前記第１カラムスペーサよりも形成比率が大きい第２カラムスペーサと、
   前記第１基板と前記第２基板との間に形成された液晶層とを備え、
   前記第１カラムスペーサの前記段差部と対応する面の面積が、前記段差部の前記第１カラムスペーサと接触する面の面積よりも大きいこと
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２基板の全体面積に対する前記第１カラムスペーサと前記段差部との接触面積の比率が、３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第２基板の全体面積に対する前記第２カラムスペーサの形成面積の比率が、０．２５％〜１．０％（２５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第２カラムスペーサの数は、前記第１カラムスペーサの数の１６．７倍〜３３３倍であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板上に設けられ、互いに交差して画素領域を画定するゲートライン及びデータラインと、
   前記画素領域に形成された画素電極と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記段差部は、前記ゲートラインと前記データラインとの交差箇所に形成されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記段差部は、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記段差部は、前記ゲートライン上または前記データライン上の所定部位に対応して形成されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
9. 前記第２カラムスペーサは、前記ゲートライン上または前記データライン上の所定部位に対応して形成されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
10. 前記第２基板上に設けられ、前記画素領域以外の領域に対応して形成されたブラックマトリクス層と、
    前記第２基板上に設けられ、前記画素領域を含む領域に対応して形成されたカラーフィルタ層と
    をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
11. 前記第１カラムスペーサ及び第２カラムスペーサは、前記ブラックマトリクス層の上部に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 前記第１カラムスペーサは、６画素領域〜９６画素領域ごとに形成されることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
13. 第１基板及び第２基板を用意する段階と、
    前記第１基板上の所定部位に段差部を形成する段階と、
    前記第２基板上に、第１カラムスペーサと、前記第１カラムスペーサよりも形成比率が大きい第２カラムスペーサとを形成する段階と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に液晶層を形成する段階と、
    前記第１基板上の前記段差部と前記第２基板上の前記第１カラムスペーサとが対向するように、前記第１基板と前記第２基板とを対向させて貼り合わせる段階とを含み、
    前記第１カラムスペーサの前記段差部と対応する面の面積が、前記段差部の前記第１カラムスペーサと接触する面の面積よりも大きいこと
    を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
14. 前記第２基板の全体面積に対する前記第１カラムスペーサと前記段差部との接触面積の比率が、３０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍであることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記第２基板の全体面積に対する前記第２カラムスペーサの形成面積の比率が、０．２５％〜１．０％（２５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ）であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記第２カラムスペーサの数は、前記第１カラムスペーサの数の１６．７倍〜３３３倍であることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 前記段差部は、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
18. 前記段差部は、金属線で形成されることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
19. 前記第１カラムスペーサ及び第２カラムスペーサは、前記第２基板上に設けられるブラックマトリクス層の上部に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
20. 前記第１カラムスペーサ及び第２カラムスペーサは、ゲートラインとデータラインとによって画定される画素領域のうち、６画素領域〜９６画素領域ごとに形成されることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。

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