JP2007213104A

JP2007213104A - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法

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Publication number: JP2007213104A
Application number: JP2007140660A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kadota; 久志門田; Takuo Sato; 拓生佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP4655064B2

Abstract

【課題】柱状スペーサを備えながらも、配向膜の膜厚ムラやラビングムラを視認されにくく、高い画質品位を与える液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに独立した複数の柱状スペーサにより所定の間隔に調整された相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置において、該一対の基板の一方の基板上に柱状スペーサを、２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で配列する。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱状スペーサを備えながらも、配向膜の膜厚ムラやラビングムラが視認されにくく、高品位の画像を与える液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、相対向する一対の基板間に液晶物質を挟持した構造を有する。ここで、液晶表示装置による画像表示は、一対の基板間に電圧を印加し、液晶物質の複屈折特性に基づき光透過率を制御することにより行う。従って、相対向する基板の間隔が画面内で均一でない場合には対向する電極間にかかる電界強度が画面内で相違し、画質上大きな問題となる。このため、従来は間隔保持材として微細なガラスビーズを一方の基板上に所定量散布し、結果的に液晶物質内にガラスビーズが分散した状態とすることにより一対の基板間を所定の間隔に調整していた。

しかし、ガラスビーズを一方の基板上に均一に散布することは非常に困難であり、場合によりガラスビーズが画面内において偏在（局在化）し、画質の劣化を招くという問題があった。

そこで、近年ではガラスビーズを基板上に散布するのではなく、相対向する一対の基板の一方の基板上に、相対的に良好な位置精度と寸法精度と形状精度とを実現できるフォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて、感光性樹脂等の絶縁性樹脂やＳｉＯ₂等の酸化膜等の絶縁物を島状に形成した間隔保持材（即ち、互いに独立した柱状スペーサ）を設けることが行われている。

しかしながら、ポリイミド（ＰＩ）等の配向膜の形成及びラビング処理は、柱状スペーサの形成後に行われるため、柱状スペーサを無闇に形成すると、それ自体の凹凸形状に起因して配向膜形成時に視認できるような膜厚ムラやラビングムラが発生し、液晶の配向異常を引き起し、液晶表示装置で得られる画像品位が極端に劣化するという問題があった。

本発明は、従来の技術の問題点を解決しようとするものであり、柱状スペーサを備えながらも、配向膜の膜厚ムラやラビングムラが視認されにくく、高品位の画像を与える液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、柱状スペーサの配列を特定のパターンとすることにより、上述の問題点を解決又は軽減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、互いに独立した複数の柱状スペーサにより所定の間隔に調整された相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置において、前記柱状スペーサは、該一対の基板の一方の基板上に形成された遮光膜上に断面積が５〜２５μｍ²で形成され、２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で配列されていることを特徴とする液晶表示装置を提供する。

また、本発明は、相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置の製造方法において、該一対の基板の一方の基板上に遮光膜を形成し、該遮光膜の上に２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で断面積が５〜２５μｍ²の柱状スペーサを形成する工程を含む製造方法を提供する。

本発明の液晶表示装置によれば、柱状スペーサの配列パターンを特定のパターンとすることにより、液晶の配向乱れがなく、且つ配向膜の膜厚ムラやラビングムラを視認されにくくし、高品位の画像が得られる。

本発明の液晶表示装置は、互いに独立した複数の柱状スペーサにより所定の間隔に調整された相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有している。

本発明者らの知見によれば、柱状スペーサ上に塗布される配向膜が柱状スペーサ周りに溜まり、配向膜の膜厚ムラが生じ易く、また、柱状スペーサをランダムに配置すると、前述の膜厚ムラが視認されるようになるため、画質の劣化を招くという点から、図２（ａ）に示すように、基板２１にマトリックス状に配置された画素電極２２の間に、柱状スペーサ２３を１画素当たり一つで且つ各画素に対して等価となるように設けることが考えられるが、図２（ａ）の場合には、柱状スペーサ２３の配列密度が高過ぎて、液晶物質の配向が阻害され、ディスクリネーションと呼ばれる配向乱れが発生し易いことが分かった。

一方、図２（ｂ）のように、柱状スペーサ２３を４画素当たり一つの割合で、各画素に対し等価となる市松模様で配列すると、配向膜の膜厚ムラは均一化され、視認されにくくなることが分かったが、その効果が期待できるのは、画素電極２２の大きさが１８μｍ四方の半透過型の液晶表示装置の場合には、開口率が５４％程度までのものが限度であり、６６％程度以上の開口率を有する最近の半透過型の液晶表示装置に対しては期待できないことも分かった。

そこで、本発明では、図１に示すように、柱状スペーサ３を、２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で配列する。これにより、画面内の基板の間隙を一定に保つことができるとともに、柱状スペーサ３同士の過度の接近を防止し、また、配向膜の膜厚ムラを均一化してディスクリネーションの発生も防ぎ、画質の品位を上げる事が可能となる。

また、市松模様で形成した複数の柱状スペーサ３の中の任意の柱状スペーサ３を中心に考えた場合、その周囲に隣接して４つの柱状スペーサ３が存在するが、本発明ではその中心の柱状スペーサ３とその周囲に隣接する４つの柱状スペーサ３の距離をいずれも略同一とすることがより好ましい。

また、本発明において、複数の画素電極２は、図１のように、一対の基板の一方の基板１上にマトリックス状に形成されていることが好ましい。

なお、柱状スペーサ３は、できるだけ小さい方が液晶の配向の障害となりにくくなるので、その断面積が好ましくは１〜１００μｍ²、好ましくは５〜２５μｍ²である。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置は、柱状スペーサの配列様式に特徴を有するが、他の構成要素、一対の基板、液晶物質、電極等については公知の液晶表示装置と同様の構成を採用することができる。

本発明の液晶表示装置、即ち、相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置は、２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で柱状スペーサを形成する以外は、公知の製造方法に従って製造することができる。例えば、一対の基板の一方の基板上に感光性樹脂を塗布し乾燥して感光性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層をフォトリソグラフ法により柱状スペーサに加工すればよい。

図３に示す本発明の液晶表示装置（アクティブマトリックス型液晶表示装置）の製造例を以下に説明する。

先ず、ガラス等からなる駆動基板３１の上に、ＴＦＴを形成する半導体薄膜３２（例えば、多結晶シリコン）を５０〜１５０ｎｍの厚みで成膜する。必要ならばＳｉ⁺イオンを打ち込み非結晶化した後、６００℃程度で加熱処理し、あるいはエキシマレーザ等でアニールして大粒子化を図ってもよい。

この半導体薄膜３２を所定の形状にパターニングし、熱酸化法あるいはＬＰＣＶＤ法等の手段を用いてゲート絶縁膜３３ａを１０〜１００ｎｍの厚みで成膜する。

次いで、ゲート電極３３となる多結晶シリコンあるいはＭｏＳｉ、ＷＳｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ／Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属層を形成してパターニングする。なお、ゲート電極３３として多結晶シリコンを用いた場合は、低抵抗化を図るためにＰ⁺イオン等を熱拡散してもよい。

その後、ゲート電極３３をマスクとしてイオン打ち込み法あるいはイオンドーピング法等により不純物イオンを打ち込み、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。

続いて、ＰＳＧ、ＮＳＧ等で４００〜８００ｎｍの厚みで常圧ＣＶＤ法により成膜して第１層間絶縁膜３４とする。これにソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄに連通するコンタクトホールＣＯＮＳ及びＣＯＮＤを開口する。

次いで、Ａｌ等の導電性薄膜をスパッタ等により３００〜７００ｎｍの厚みで成膜する。これを所定の形状にパターニングし、ソース電極３６Ｓ、ドレイン電極３６Ｄに加工する。これらの上に、例えばＰＳＧ等を常圧ＣＶＤ法により３００〜２０００ｎｍの厚みで成膜し、第２層間絶縁膜３５とする。必要により、ＣＭＰ法等を用いて第２層間絶縁膜３５の表面平坦化処理を行ってもよい。

その後、ドレイン電極３６Ｄと遮光膜３７を兼ねた金属膜との電気接続をとるためのコンタクトホールＣＯＮ２を第２層間絶縁膜３５に開口する。この上に、ブラックマスクを兼ねる遮光膜３７となる金属薄膜、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、ＴｉＮｘ、又はこれらの金属のシリサイド等をスパッタ等の方法で５〜５００ｎｍ程度の厚みで成膜し、所定の形状にパターニングする。

この遮光膜３７の上に、例えばＰＳＧ等を常圧ＣＶＤ法により３００〜２０００ｎｍの厚みで成膜し、第３層間絶縁膜３８とする。液晶の配向性を向上させるため、必要に応じてＣＭＰ法等を用いて第３層間絶縁膜３８の表面平坦化処理を行ってもよい。また第２層間絶縁膜３５及び第３層間絶縁膜３８には、スピンコーティング法によりＳＯＧや有機膜等を用いて平坦化してもよい。

その後、画素電極３９と電気接続をとるためのコンタクトホールＣＯＮ３を第３層間絶縁膜３８に開口する。この上に、画素電極３９となる金属又は金属酸化膜（透過型液晶表示装置の場合にはＩＴＯ膜等の透明導電膜、反射型液晶表示装置の場合にはＡｇ、Ａｌ等からなる光反射性導電膜）をスパッタ法等で３０〜１０００ｎｍ程度の厚みで成膜し、所定の形状にパターニングする。その後、必要であれば約２００〜４００℃でアニール処理してもよい。

この上に、例えば感光性樹脂塗料等を２〜６μｍ程度塗布した後、フォトリソグラフィー技術を用いて、図１に示すように島状にパターニングし、柱状スペーサ４０を市松模様で形成する。この柱状スペーサ４０は、感光性樹脂の他、ＳｉＯ₂等の無機膜をＣＶＤ法で形成した後、あるいは非感光性樹脂塗料をスピンコート法もしくは印刷法で形成した後にパターニングして形成してもよい。また、柱状スペーサ４０の断面積は１〜１００μｍ²にする。

その後は常法に従って駆動基板１にＰＩ等からなる配向膜（図示せず）を形成し、コットン等のバフ材にて液晶を配向させるためのラビング処理を施し、同様に処理された対向電極４１を備えた対向基板４２と重ね合わせ固定し液晶セルを構成する。その後、液晶セル中に液晶４３を注入し、必要に応じて熱処理を施し、液晶表示素子が完成する。

このようにして得られる液晶表示装置においては、駆動基板３１と対向基板４２との間の距離は、柱状スペーサ４０の高さにより均一に保たれており、配向膜の膜厚ムラやラビングムラの視認性も低く、しかもディスクリネーションも生じにくい。従って、高品位の画像が得られる。

本発明における柱状スペーサの配列パターンの説明図である。比較のための柱状スペーサの配列パターンの説明図である。本発明の液晶表示装置の断面概略図である。

符号の説明

１，２１基板、２，２２画素電極、３，２３柱状スペーサ

Claims

互いに独立した複数の柱状スペーサにより所定の間隔に調整された相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置において、
前記柱状スペーサは、該一対の基板の一方の基板上に形成された遮光膜上に断面積が５〜２５μｍ²で形成され、２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で配列されていることを特徴とする液晶表示装置。
任意の柱状スペーサと、その周囲に隣接して存在する４つの柱状スペーサとの間の距離が、互いに略同一である請求項１記載の液晶表示装置。
該一対の基板の一方の基板にマトリックス状に複数の画素電極が形成されている請求項１記載の液晶表示装置。
相対向する一対の基板間に液晶物質が挟持された構造を有する液晶表示装置の製造方法において、該一対の基板の一方の基板上に遮光膜を形成し、該遮光膜の上に２画素に一つの割合で且つ各画素に対し等価となるように市松模様で断面積が５〜２５μｍ²の柱状スペーサを形成する工程を含む製造方法。
該一対の基板の一方の基板上に感光性樹脂を塗布し乾燥して感光性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層をフォトリソグラフ法により柱状スペーサに加工する請求項４記載の製造方法。