JP2007279322A - 液晶パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化によるギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを抑制し、ギャップ変化に対するマージンを大きくし、振動、衝撃に対する信頼性を高め、スペーサの位置精度を高めることができる液晶パネル及びその製造方法の提供。
【解決手段】ＴＦＴ基板とＣＦ基板と間に液晶が挟持される液晶パネルに関し、ＴＦＴ基板又はＣＦ基板又はその双方の液晶挟持面かつ遮光領域に、複数の凹形状部１０１を形成し、その凹形状部１０１に、直径が相異なる複数種類の球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂを配置する。また、ＴＦＴ基板又はＣＦ基板の液晶挟持面かつ遮光領域に、深さが相異なる複数種類の凹形状部１０１ａ、１０１ｂを形成し、その複数種類の凹形状部に球状スペーサ１０３を配置する。また、凹形状部１０１周囲近傍を凹形状部１０１内面よりも接触角を大きくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネル及びその製造方法に関する。

ＡＶ機器やＯＡ機器の表示装置として、薄型、軽量、低消費電力等の利点から液晶表示装置が広く用いられている。この液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子がマトリクス状に形成された一方の基板（以下、ＴＦＴ基板と呼ぶ。）と、カラーフィルター（ＣＦ）やブラックマトリクス（ＢＭ）等が形成された他方の基板（以下、ＣＦ基板と呼ぶ。）との間に液晶が挟持された液晶パネルを備え、一方又は双方の基板に設けた電極間に生じる電界によって液晶分子の配向方向を制御することによって光の透過率を変化させている。

この液晶パネルの表示品位を向上させるためには、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間のギャップ（セルギャップ）を制御することが重要であり、通常、基板間に所定の形状及び大きさのスペーサ材（球状スペーサや柱状スペーサ）が配設される。特に、高応答速度、高精細、高コントラストといった高性能用途として、柱状スペーサを遮光部に定点配置した液晶表示装置が一般的に知られている（下記特許文献１乃至４参照）。

例えば、下記特許文献１には、画素領域に相当する領域にスペーサ粒子分散液に対する接触角がθａである配向膜が存在し、遮光領域に相当する領域にスペーサ粒子分散液に対する接触角がθｂである配向膜が存在し、θａ＜θｂを満たす基板を使用し、接触角がθａである部分にスペーサ粒子分散液を吐出することによって印刷位置精度を向上させる方法が開示されている。

特開２００４−０２１１９９号公報(第１７−１９頁、第１図) 特開平０６−０８８９６４号公報(第３−４頁、第１図) 特開平０６−３４７８０２号公報(第３−９頁、第１図) 特開２００１−１５４２０４号公報(第３−４頁、第１図)

上記柱状スペーサは一般的な球状スペーサに比べて弾性が小さく、温度変化による液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じやすいといった欠点を有し、狭ギャップ化が進んできている近年において、問題が生じやすくなってきている。

また、遮光部に球状スペーサ材を配置した構成の液晶表示装置においても、スペーサの位置精度のバラツキにより、遮光領域外にスペーサが配置されてしまうことで、光漏れ、ギャップムラ、コントラスト低下といった問題が生じてしまう。また、上記特許文献１では、接触角を変えることで印刷位置精度を向上させているが、パターン形状により表面状態が不安定となり、この構造だけではスペーサを精度よく配置することができない。

更に、初期表示状態では問題が無い場合においても、輸送等の振動や衝撃によりスペーサが遮光領域外に移動してしまう場合があり、上記と同様に光漏れやギャップムラ、コントラスト低下が生じてしまうといった問題もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、温度変化によるギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを抑制することができる液晶パネル及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、ギャップ変化に対するマージンを大きくすることができる液晶パネル及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、振動、衝撃に対する信頼性を高めることができる液晶パネル及びその製造方法を提供することにある。

また、本発明の第４の目的は、スペーサの位置精度を高めることができる液晶パネル及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルにおいて、少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、複数の凹形状部が形成され、前記複数の凹形状部に、直径が相異なる複数種類の球状スペーサが配置されているものである。

本発明においては、前記球状スペーサは、相対的に直径が大きい第１の球状スペーサと相対的に直径が小さい第２の球状スペーサとを含み、前記第２の球状スペーサが前記第１の球状スペーサよりも多い構成とすることができ、前記第１の球状スペーサと前記第２の球状スペーサの直径の差が、前記第１の球状スペーサの直径の略２乃至２０％の範囲であることが好ましい。

また、本発明は、対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルにおいて、少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、深さが相異なる複数種類の凹形状部が形成され、前記複数種類の凹形状部に、球状スペーサが配置されているものである。

本発明においては、前記凹形状部は、相対的に浅い第１の凹形状部と相対的に深い第２の凹形状部とを含み、前記第２の凹形状部が前記第１の凹形状部よりも多い構成とすることができ、前記第１の凹形状部と前記第２の凹形状部の深さの差が、前記球状スペーサの直径の略２乃至２０％の範囲であることが好ましい。

また、本発明においては、前記凹形状部周囲近傍の領域は、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材で形成されている構成とすることができ、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域を無機膜で構成し、前記凹形状部周囲近傍の領域を光反応性を有する有機膜で構成することができる。

また、本発明においては、前記凹形状部周囲近傍の領域に、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材が配設されている構成とすることができ、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域を絶縁膜で構成し、前記凹形状部周囲近傍の領域を透明導電膜で構成することができる。

また、本発明においては、前記光が遮断される領域は、金属配線又はブラックマトリクスが形成されている領域とすることができる。

また、本発明は、対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルの製造方法において、少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、複数の凹形状部を形成する第１の工程と、前記複数の凹形状部に、直径が相異なる複数種類の球状スペーサを配置する第２の工程と、前記一対の基板を対向して配置し、直径が大きい前記球状スペーサと前記凹形状部とを係合させて、前記一対の基板を固定する第３の工程と、を少なくとも有するものである。

本発明においては、前記球状スペーサは、相対的に直径が大きい第１の球状スペーサと相対的に直径が小さい第２の球状スペーサとを含み、前記第２の球状スペーサを前記第１の球状スペーサよりも多く配置する構成とすることができ、前記第２の工程では、複数のインクジェットノズルヘッドを用い、各々の種類の前記球状スペーサを分散させたインクを各々の前記インクジェットノズルヘッドから吐出することが好ましい。

また、本発明は、対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルの製造方法において、少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、深さが相異なる複数種類の凹形状部を形成する第１の工程と、前記複数種類の凹形状部に球状スペーサを配置する第２の工程と、前記一対の基板を対向して配置し、前記球状スペーサと深さが浅い前記凹形状部とを係合させて、前記一対の基板を固定する第３の工程と、を少なくとも有するものである。

本発明においては、前記凹形状部は、相対的に浅い第１の凹形状部と相対的に深い第２の凹形状部とを含み、前記第２の凹形状部を前記第１の凹形状部よりも多く形成する構成とすることができる。

また、本発明においては、前記第１の工程では、前記凹形状部周囲近傍の領域が、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きくなるように、接触角が異なる複数の部材を用いる構成とすることができる。

また、本発明においては、前記第１の工程の後、前記凹形状部周囲近傍の領域に、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材を配設する構成とすることもできる。

このように、直径の異なる弾性力の高い球状スペーサを用い、また、深さの異なる凹形状部に球状スペーサを配置することにより、温度変化によるギャップ変化に対して球状スペーサの追従性を高めることが可能となり、これにより、ギャップムラを抑制することが可能となる。

また、凹形状部に球状スペーサを配置することにより、球状スペーサの直径をセルギャップよりも大きくすることができ、これにより、ギャップ変化に対するマージンを大きくすることができる。

また、光を遮断する領域に形成された凹形状部に球状スペーサを配置することで、基板を重ね合わせた際の球状スペーサスペーサの移動を制限し、振動や衝撃が加わっても球状スペーサが表示部に移動しないようにすることができるため、光漏れやギャップムラが生じにくくなり、信頼性を高めることができる。

また、凹形状部に球状スペーサを配置する製法を用いることで、最後まで乾燥しない凹形状部に球状スペーサを集合させることができ、自己整合的に球状スペーサの位置を規定することができる。また、球状スペーサを配置する凹形状部内面の少なくとも一部の領域に対して凹形状部周囲近傍の領域の接触角を大きくすることにより、球状スペーサを凹形状部に導くことができ、自己整合的に球状スペーサの位置を補正することができる。

本発明の液晶パネル及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。

本発明の第１の効果は、温度変化によるギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを抑制することができるということである。その理由は、対向する一対の基板の少なくとも一方に設けた凹形状部に、直径の異なる複数種類の球状スペーサを配置したり、深さの異なる複数種類の凹形状部を形成することにより、基板間を常に支持する部分と、普段はあまり支持しないが局部的な加重が加わった際に支持する部分とを形成し、温度変化によるギャップ変化に対してスペーサの追従性を高めることができるからである。

また、本発明の第２の効果は、ギャップ変化に対するマージンを大きくすることができるということである。その理由は、スペーサ材として柱状スペーサよりも弾性力の大きい球状スペーサを用いるからであり、また、凹形状部に球状スペーサを配置することにより、球状スペーサの直径をセルギャップよりも大きくすることができるからである。

また、本発明の第３の効果は、振動、衝撃に対する信頼性を高め、光漏れがなく、高コントラストな製品を提供することができるということである。その理由は、遮光領域に形成された凹形状部に球状スペーサを配置することにより、構造的に球状スペーサの移動を制約しているため、製品輸送などの振動や衝撃が加わった場合でも、球状スペーサが表示部に移動することが無いからである。

また、本発明の第４の効果は、球状スペーサの位置精度を高めることができるということである。その理由は、通常、インクジェット方式やオフセット印刷方式における印刷精度だけでは、所定の遮光領域内に球状スペーサを高精度に配置することが困難であるが、本発明では、凹形状部に球状スペーサを配置する製法を用いることにより、等方性に乾燥が進む際に、凹形状部が最後まで乾燥しにくく、最後まで乾燥しない凹形状部に球状スペーサが集合する効果が得られるからである。また、凹形状部内面に比べて凹形状部周囲近傍の領域の接触角を大きくすることにより、インクの乾燥時に接触角の小さい方にインクが集合する効果を利用して、自己整合的に球状スペーサの位置を補正することができるからである。

従来技術で示したように、液晶パネルの表示品位を向上させるためには、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間のギャップを制御することが重要であり、そのために基板間にスペーサが配設されるが、温度変化による液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じやすいという問題がある。

従って、温度上昇時にスペーサが追従できるように、弾性変形の範囲内でスペーサを圧縮した状態で液晶セルを形成する必要があるが、スペーサの密度を増やしすぎると所望のギャップが形成できないといった問題が生じたり、気泡を生じるなどの不具合が発生する。逆に、スペーサの密度が少なすぎて支持する力が小さすぎると、基板を縦置きにした際に液晶が自重で下方向に溜まってしまうことによって表示ムラが生じたり、局部的な加重が加わった際にスペーサが塑性変形を起こして表示ムラとなるなどの不具合が生じてしまう。

このようなギャップムラを抑制するためには、スペーサ密度を適正な範囲に設定する必要があることから、本発明では、対向する一対の基板の少なくとも一方に凹形状部を形成し、その凹形状部に直径の異なる複数種類の球状スペーサを配置、または深さの異なる複数種類の凹形状部を形成する。これにより、基板間を常に支持する部分と、普段はあまり支持しないが、局部的な加重が加わった際に支持する部分とを形成することができ、温度変化に対するギャップムラのマージンが大きく、局所加重に対する耐性の高い製品の供給が可能となる。以下、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の第１の実施例に係る液晶パネル及びその製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施例の液晶パネルを構成するＴＦＴ基板の構造を模式的に示す平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った液晶パネルの構造を示す断面図である。また、図３は、本実施例のＴＦＴ基板の他の構造を模式的に示す平面図である。

液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルを照明するバックライトユニットなどから構成され、液晶パネルは、ＴＦＴ等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたアクティブマトリクス基板（本実施例ではＴＦＴ基板）と、ＴＦＴ基板に対向する対向基板（本実施例ではＣＦ基板）と、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に配置される略球状のスペーサ材（以下、球状スペーサと呼ぶ。）と、球状スペーサで規定されるセルギャップに挟持される液晶材とで構成される。なお、セルギャップとは、一般的にアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）の画素電極表面と対向基板（ＣＦ基板）の対向電極表面との間の間隔であるが、本発明では少なくとも一方の基板の表面に凹部が形成されることから、説明の都合上、両基板の主たる面（凹部を除く略平坦な面）の間隔をセルギャップと呼ぶ。

図２に示すように、ＣＦ基板は、主に、ガラスやプラスチックなどの透明絶縁性基板（ガラス基板１１２とする。）と、フォトリソグラフィにより形成されるブラックマトリクス１１３及び色層１１４と、スパッタリングなどにより形成される対向電極１１５から構成される。

また、図１及び図２に示すように、ＴＦＴ基板は、主に、ガラスやプラスチックなどの透明絶縁性基板（ガラス基板１１２とする。）と、フォトリソグラフィにより形成されるゲート配線１０４（走査線）や画素周縁部の光を遮断するためのゲート遮光部と、真空蒸着法などにより形成されるゲート絶縁膜１０７と、フォトリソグラフィにより形成され、ＴＦＴの一方の電極に接続されるドレイン配線１０５（信号線）と、真空蒸着法などにより形成されるパッシベーション膜１０８と、アモルファスシリコンやポリシリコンなどで形成されるＴＦＴと、感光性有機膜などからなる平坦化膜１１１と、遮光領域（例えば、上記ドレイン配線１０５やゲート配線１０４など）の平坦化膜１１１を除去して形成される凹形状部１０１と、フォトリソグラフィにより形成され、ＴＦＴの他方の電極に接続される画素電極１０９と、インクジェット法などにより凹形状部１０１に配置される直径の異なる複数種類の球状スペーサ（相対的に直径が大きい球状スペーサ１０３ａ及び相対的に直径が小さい球状スペーサ１０３ｂ）から構成される。

上記液晶パネルを構成する各部材の膜厚、サイズは特に限定されないが、例えば、平坦化膜１１１の厚さを１．０μｍ、球状スペーサ１０３ａの直径を４．２μｍ、球状スペーサ１０３ｂの直径を３．８μｍ、セルギャップ（ここでは平坦化膜１１１の主たる面と対向電極１１５との間の間隔をセルギャップとする。）を３．０μｍとし、球状スペーサ１０３ａを０．２μｍ圧縮した状態でセルを形成すれば、球状スペーサ１０３ｂは０．２μｍフリーな状態となる。

なお、球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂの配置密度に関し、球状スペーサ１０３ａで対向する両基板間を主に支持し、球状スペーサ１０３ｂでギャップが変動した場合に対向する両基板間を支持することから、補助的に配置される球状スペーサ１０３ｂの配置密度は対向する両基板間を主に支持する球状スペーサ１０３ａの配置密度の数倍程度に設定することが望ましい。この配置密度は、配置するポイント数または１箇所に配置するスペーサの個数の何れにおいても調整が可能である。また配置場所で調整する場合は、インクジェットノズルを複数列用意し、各々の直径の球状スペーサが分散されたインクを各々のインクジェットノズルから吐出させることで、任意の凹形状部１０１に所望の球状スペーサを配置することが可能である。

また、球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂは厳密に球状である必要はなく、多少変形した楕円球状としてもよく、その材料もポリマービーズやシリカビーズに限定されない。また、球状スペーサ１０３ａは球状スペーサ１０３ｂよりもサイズが大きければよいが、球状スペーサ１０３ａと球状スペーサ１０３ｂの直径の差を球状スペーサ１０３ａの直径の略２％〜２０％とすると、ギャップ変化に対するスペーサの追従性を高め、ギャップムラを効果的に抑制できることを確認している。また、ここでは、相対的に直径が大きい球状スペーサ１０３ａと相対的に直径が小さい球状スペーサ１０３ｂの２種類の球状スペーサを用いたが、サイズの異なる３種類以上の球状スペーサを用いてもよい。また、図１では、図の上下に隣接する画素の間（ゲート配線１０４上）に球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂを配置しているが、例えば、図３に示すように、図の左右に隣接する画素の間（ドレイン配線１０５上）に配置してもよいし、その両方に配置してもよい。

また、図１では凹形状部１０１を矩形としているが、凹形状部１０１は球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂに係合する形状であればよく、例えば、三角形や多角形、円形、楕円形などとしてもよい。また、図２では、球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂが凹形状部１０１の底面にのみ接触するようにしているが、凹形状部１０１のサイズは適宜調整することができ、例えば、球状スペーサ１０３ａ又は球状スペーサ１０３ｂが凹形状部１０１の底面と側壁部とに接触するようにしてもよいし、凹形状部１０１の側壁部のみに接触するようにしてもよい。また、図２では、平坦化膜１１１を除去して凹形状部１０１を形成しているが、例えば、平坦化膜１１１を完全に除去せずに凹形状部１０１の底部に平坦化膜１１１を薄く残してもよい。また、凹形状部１０１の側壁部の傾斜角は任意であり、基板面に対して直角にしてもよいが、側壁部を傾斜させることによって、球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂを凹形状部１０１の側壁部に沿って落とし込みやすくすることができる。

また、図１及び図２では、ＴＦＴ基板に形成される画素電極１０９とＣＦ基板に形成される対向電極１１５との間の電界で液晶を駆動するＴＮ（Twisted Nematic）方式の液晶パネルを示しているが、ＴＮ方式と同様にＴＦＴ基板に形成される画素電極とＣＦ基板に形成される対向電極との間の電界で液晶を駆動するＶＡ（Vertical Alignment）モードや、ＴＦＴ基板に形成される電極間の電界で液晶を駆動するＩＰＳ（InPlane Switching）方式の液晶パネルとしてもよい。なお、ＩＰＳの場合はＣＦ基板の対向電極１１５は不要である。すなわち本発明は温度変化によるギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを抑制するのが目的であって、本発明の目的を逸脱しない範囲で液晶の駆動方式や表示モ−ドに限定されるものではない。また、ＴＦＴは逆スタガ型（ボトムゲート型）としてもよいし、正スタガ型（トップゲート型）としてもよく、球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂと凹形状部１０１以外の構成要素に関しては、その形状や配置、材料などは特に限定されない。

次に、上記構成の液晶パネルの製造方法について、図２を参照して説明する。

まず、ＣＦ基板は、ガラス基板１１２上の画素間の領域に、フォトリソグラフィによりブラックマトリクス１１３を形成した後、各々の画素領域にフォトリソグラフィによりＲＧＢ各色の色層１１４を形成し、スパッタリング法等を用いてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などからなる対向電極１１５を形成する。なお、ブラックマトリクス１１３や色層１１４、対向電極１１５の材料や形成方法、形成領域、厚さなどは図の構成に限定されない。

また、ＴＦＴ基板は、ガラス基板１１２上に、スパッタリング法等を用いてゲート配線１０４を形成すると共に、画素周縁部から漏れ出る光を遮断するためのゲート遮光部も同時に形成する。次に、真空蒸着法やプラズマＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなるゲート絶縁膜１０７を形成し、その上にアモルファスシリコンやポリシリコンなどからなる半導体層を形成した後、スパッタリング法等を用いてドレイン配線１０５を形成する。次に、塗布法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法等を用いて感光性有機層やシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などからなる平坦化膜１１１を形成し、フォトリソグラフィにより、遮光領域（ＴＦＴ基板のゲート配線１０４やドレイン配線１０５を形成する領域やＣＦ基板のブラックマトリクス１１３を形成する領域）に凹形状部１０１を形成する。その後、スパッタリング法等を用いてＩＴＯなどからなる画素電極１０９を形成する。なお、ゲート配線１０４やゲート遮光部、ゲート絶縁膜１０７、半導体層、ドレイン配線１０５、画素電極１０９の材料や形成方法、形成領域、厚さなどは特に限定されない。

次に、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の各々を基板洗浄し、印刷装置などを用いて配向膜の材料となるポリイミドの溶液を塗布し、焼成した後、配向膜表面を回転金属ローラに巻き付けたバフ布などで一定方向に擦ってラビング処理を行う。次に、バフ布の繊維くずや配向膜の削りくずなどのラビング処理の残留物を除去するための基板洗浄、基板乾燥を行なう。

次に、凹形状部１０１に球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂを配置する。球状スペーサの定点配置の方法としてインクジェット法を用いる場合は、直径の異なる球状スペーサを各々分散させたインクを、複数のインクジェットノズルから凹形状部１０１に吐出し、球状スペーサを配置した基板に加熱処理を行い、球状スペーサを基板に固着させる。その後、いずれか一方の基板に光硬化性又は熱硬化性のシール材料の形成を行い、さらにもう一方の基板側に液晶滴下を行う。そして、重ね合わせ工程において対向する両基板を重ね合わせ、シール材のＵＶ硬化及び熱硬化を行うことで、液晶パネルが形成される。

また、インクジェット法に代えてオフセット印刷法を用いる場合は、球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂを所定の凹形状部１０１にオフセット印刷し、加熱固着する。その後、ＴＦＴ基板及びＣＦ基板は各々、基板線状、配向膜印刷、配向膜焼成、ラビング処理、ラビング後基板洗浄、基板乾燥といった配向処理までの一連の処理を行う。その後、いずれか一方の基板に光硬化性又は熱硬化性のシール材料の形成を行い、さらにもう一方の基板側に液晶滴下を行う。そして、重ね合わせ工程において対向する両基板を重ね合わせ、シール材のＵＶ硬化及び熱硬化を行うことで、液晶パネルが形成される。

このように、ＴＦＴ基板の平坦化膜１１１を除去して凹形状部１０１を形成し、この凹形状部１０１に直径の異なる球状スペーサ１０３ａ及び球状スペーサ１０３ｂを配置することにより、温度変化によるギャップ変化に対して球状スペーサの追従性を高め、ギャップムラを抑制することができる。また、球状スペーサの直径をセルギャップよりも大きくすることにより、ギャップ変化に対するマージンを大きくすることができる。また、凹形状部１０１により基板の重ね合わせや振動や衝撃による球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂの移動が制限されて光漏れやギャップムラが生じにくくなり、信頼性を高めることができる。更に、最後まで乾燥しない凹形状部１０１に球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂを集合させ、自己整合的に球状スペーサの位置を規定することができるため、球状スペーサの位置精度を高めることができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る液晶パネル及びその製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施例の液晶パネルの構造を示す断面図であり、図５は、本実施例の液晶パネルの他の構造を示す断面図である。

前記した第１の実施例ではＴＦＴ基板にのみ凹形状部１０１を形成したが、本実施例ではＴＦＴ基板及びＣＦ基板の双方に凹形状部１０１、１０２を形成することを特徴とする。

本実施例の液晶パネルは、前記した第１の実施例と概ね同じ構成であるが、図４に示すように、ＣＦ基板側の球状スペーサ１０３ａ、１０３ｂが配置される領域にも凹形状部１０２を設けている点が異なる。この凹形状部１０２は、フォトリソグラフィにより色層１１４を形成する際に、ＴＦＴ基板側の凹形状部１０１に対向する部分の色層１１４を除去、又は対向する部分に色層１１４を形成しないことにより容易に形成することができる。

なお、本実施例においても、凹形状部１０１、１０２は球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂに係合する形状であればよく、例えば、矩形や三角形、多角形、円形、楕円形など、任意の形状とすることができる。また、凹形状部１０２は、ＴＦＴ基板側の凹形状部１０１と同じ形状としてもよいし、異なる形状としてもよい。また、球状スペーサ１０３ａや球状スペーサ１０３ｂが凹形状部１０１、１０２の底面にのみ接触するようにしてもよいし、凹形状部の底面と側壁部とに接触するようにしてもよいし、凹形状部の側壁部のみに接触するようにしてもよい。また、図４では、色層１１４を除去して凹形状部を形成しているが、例えば、色層１１４を完全に除去せずに凹形状部１０２の底部に色層１１４を薄く残してもよい。また、凹形状部１０１、１０２の側壁部の傾斜角も任意であり、基板面に対して直角にしてもよいし、側壁部を傾斜させてもよい。

このような構成にすることによって、球状スペーサの直径をより大きくすることができるため、ギャップ変化に対するマージンを更に大きくすることができる。また、基板の重ね合わせや振動や衝撃によるスペーサの移動がより制限されて光漏れやギャップムラが生じにくくなり、信頼性を更に高めることができる。

なお、前記した第１の実施例ではＴＦＴ基板側に凹形状部１０１を形成し、本実施例では、ＴＦＴ基板側に凹形状部１０１を形成すると共に、ＣＦ基板側に凹形状部１０２を形成したが、図５に示すように、ＣＦ基板側にのみ凹形状部１０２を形成してもよい。

次に、本発明の第３の実施例に係る液晶パネル及びその製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、本実施例の液晶パネルの構造を示す断面図であり、図７は、本実施例の液晶パネルの他の構造を示す断面図である。

前記した第１及び第２の実施例では、凹形状部１０１、１０２を同じ深さで形成したが、本実施例では凹形状部の深さを変えることを特徴とする。

図６に示すように、ＴＦＴ基板は、主に、ガラス基板１１２、フォトリソグラフィにより形成されるゲート配線１０４、真空蒸着法等により形成されるゲート絶縁膜１０７、フォトリソグラフィにより形成されるドレイン配線１０５、ドレイン配線１０５と同一材料で形成された間隔調整膜１０６、真空蒸着法等により形成されるパッシベーション膜１０８、感光性有機膜などからなる平坦化膜１１１、平坦化膜を除去して形成される、間隔調整膜１０６の有無により深さの異なる凹形状部（相対的に浅い凹形状部１０１ａと相対的に深い凹形状部１０１ｂ）、画素電極１０９、インクジェット法等により凹形状部１０１ａ及び凹形状部１０１ｂに配置される球状スペーサ１０３から構成される。

上記液晶パネルを構成する各部材の膜厚、サイズは特に限定されないが、例えば、平坦化膜１１１の厚さを１．０μｍ、球状スペーサ１０３の直径を３．８μｍ、ドレイン配線１０５及び間隔調整膜１０６の膜厚を０．４μｍ、セルギャップ（ここでも平坦化膜１１１の主たる面と対向電極１１５との間の間隔をセルギャップとする。）を３．０μｍとし、間隔調整膜１０６の有る凹形状部１０１ａで球状スペーサ１０３を０．２μｍ圧縮した状態でセルを形成すれば、間隔調整膜１０６の無い凹形状部１０１ｂでは、球状スペーサ１０３は０．２μｍフリーな状態となる。

なお、球状スペーサ１０３の配置密度に関し、間隔調整膜１０６の有る凹形状部１０１ａの球状スペーサ１０３で対向する両基板間を主に支持し、間隔調整膜１０６の無い凹形状部１０１ｂの球状スペーサ１０３でギャップが変動した場合に対向する両基板間を支持することから、補助的に形成される、間隔調整膜１０６の無い凹形状部１０１ｂに配置される球状スペーサ１０３の配置密度は、対向する両基板間を主に支持する、間隔調整膜１０６の有る凹形状部１０１ａに配置される球状スペーサ１０３の配置密度の数倍に設定することが望ましい。この配置密度は、凹形状部１０１ａと凹形状部１０１ｂの配置密度を変える（すなわち、間隔調整膜１０６の無い凹形状部１０１ｂを間隔調整膜１０６の有る凹形状部１０１ａの数倍形成する）ことによって調整してもよいし、配置するポイント数または１箇所に配置する球状スペーサ１０３の個数の何れにおいても調整が可能である。

また、凹形状部１０１ｂは凹形状部１０１ａよりも深ければよいが、凹形状部の深さの差を球状スペーサ１０３の直径の略２％〜２０％とすると、ギャップ変化に対するスペーサの追従性を高め、ギャップムラを効果的に抑制できることを確認している。また、ここでは、相対的に浅い凹形状部１０１ａと相対的に深い凹形状部１０１ｂの２種類の凹形状部を示したが、深さの異なる３種類以上の凹形状部を形成してもよい。

このように、ＴＦＴ基板に形成する凹形状部の深さを変えることによっても、第１の実施例と同様に、温度変化によるギャップ変化に対してスペーサの追従性を高め、ギャップムラを抑制することができる。また、凹形状部１０１ａ、１０１ｂにより基板の重ね合わせや振動や衝撃による球状スペーサ１０３の移動が制限されて光漏れやギャップムラが生じにくくなり、信頼性を高めることができる。更に、最後まで乾燥しない凹形状部１０１ａ、１０１ｂに球状スペーサ１０３を集合させ、自己整合的に球状スペーサの位置を規定することができるため、球状スペーサの位置精度を高めることができる。

なお、図６では、ドレイン配線１０５と同層に形成する間隔調整膜１０６で、凹形状部１０１の深さを変化させたが、凹形状部を図１の左右に隣接する画素間（すなわち、ドレイン配線１０５上）に形成する場合は、ゲート配線１０４と同層に形成する膜で間隔を調整してもよいし、間隔調整のための膜（金属膜でも絶縁膜でもよい。）を別途形成してもよい。また、間隔調整膜１０６を設ける代わりに、平坦化膜１１１の露光条件やエッチング条件を変えて、凹形状部１０１の深さを変化させてもよい。

また、図６では、ＴＦＴ基板側に凹形状部１０１ａ、１０１ｂを形成したが、図７に示すように、ＴＦＴ基板側に同じ深さの凹形状部１０１を形成し、ＣＦ基板側の凹形状部１０１の一部に対向する部分（図では、中央の凹形状部１０１に対向する部分）に凹形状部１０２を形成し、凹形状部１０１と凹形状部１０２とが対向する部分で基板の間隔を広く、凹気丈夫１０１のみを形成した部分で基板の間隔を狭くしても、図６と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第４の実施例に係る液晶パネル及びその製造方法について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、本実施例の液晶パネルの構造を示す断面図であり、図９は、製造途中の状態を示す断面図である。

前記した第１乃至第３の実施例のように、凹形状部にスペーサを配置することによって、最後まで乾燥しない凹形状部にスペーサを集合させ、自己整合的に球状スペーサの位置を規定することができるが、本実施例では更にスペーサの位置精度を高めることを特徴とする。

図８に示すように、ＴＦＴ基板は、主に、ガラス基板１１２、フォトリソグラフィにより形成されるゲート配線１０４、真空蒸着法等により形成されるゲート絶縁膜１０７、フォトリソグラフィにより形成されるドレイン配線１０５、ドレイン配線１０５と同一材料で形成された間隔調整膜１０６、真空蒸着法等により形成されるパッシベーション膜１０８、感光性有機膜などからなる平坦化膜１１１、平坦化膜を除去して形成される、間隔調整膜１０６の有無により深さの異なる凹形状部（相対的に浅い凹形状部１０１ａと相対的に深い凹形状部１０１ｂ）、フォトリソグラフィにより形成された高接触角膜１１０、画素電極１０９、インクジェット法等により凹形状部１０１ａ及び凹形状部１０１ｂに配置される球状スペーサ１０３から構成される。

前記した第３の実施例と異なる点は、凹形状部１０１ａ、１０１ｂ周囲近傍の領域に、凹形状部１０１ａ、１０１ｂよりも接触角の大きい高接触角膜１１０を配置していることである。この高接触角膜１１０は、凹形状部内面の露出している部分よりも接触角の大きい部材であればよく、例えば、画素電極１０９と同じ透明導電膜で形成することができる。また、凹形状部１０１ａ、１０１ｂをＳｉＮ膜、凹形状部１０１ａ、１０１ｂ周囲近傍領域を感光性有機膜とした構成の場合、ＳｉＮ膜に比べて感光性有機膜の接触角は大きいことから、凹形状部１０１ａ、１０１ｂの形成と同時に高接触角の領域を得ることができる。

なお、高接触角膜１１０を形成する領域、膜厚等は特に限定されないが、印刷位置精度を考慮して設定することが望ましく。例えば、図８では、高接触角膜１１０を凹形状部１０１の周囲及び側壁に形成しているが、周囲のみに形成してもよいし、周囲の一部に形成してもよい。

このように凹形状部１０１ａ、１０１ｂの周囲近傍に高接触角膜１１０を配置することにより、図９に示すように、球状スペーサ１０３を分散させたインクを、インクジェットノズルから凹形状部１０１ａ、１０１ｂに吐出し、基板に加熱処理を行うと、インクの乾燥時に接触角の低い凹形状部１０１ａ、１０１ｂにインクが集合するため、自己整合的に球状スペーサ１０３の位置を補正することができ、スペーサ１０３の位置精度を更に高めることができる。

なお、本実施例では、第３の実施例の構造に対して高接触角膜１１０を形成する場合を示したが、第１又は第２の実施例の構造に対して高接触角膜１１０を形成しても同様の効果を得ることができる。

また、前記した第１及び第２の実施例では、ＴＦＴ基板又はＣＦ基板又はその双方に複数の凹形状部１０１、１０２を形成し、直径が異なる複数種類の球状スペーサ（相対的に直径が大きい球状スペーサ１０３ａと相対的に直径が小さい球状スペーサ１０３ｂ）を分布させ、第３の実施例では、ＴＦＴ基板又はＣＦ基板に深さの異なる複数種類の凹形状部（相対的に浅い凹形状部１０１ａと相対的に深い凹形状部１０１ｂ）を形成、又は、ＴＦＴ基板及びＣＦ基板に一部が対向する凹形状部を形成し、同じサイズの球状スペーサ１０３を配置させ、第４の実施例では、凹形状部の近傍に高接触角膜を形成したが、これらを任意に組み合わせてもよい。

本発明は、液晶パネルに限らず、第１の基板と第２の基板との間のギャップがスペーサによって規定される機器に適用することができる。

本発明の第１の実施例に係るＴＦＴ基板の構造を示す平面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶パネルの構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施例に係るＴＦＴ基板の他の構造を示す平面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶パネルの構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶パネルの他の構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係る液晶パネルの構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施例に係る液晶パネルの他の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施例に係る液晶パネルの構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施例に係る液晶パネルの製造段階の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０１ 凹形状部（ＴＦＴ基板側）
１０１ａ 凹形状部（相対的に浅い凹形状部）
１０１ｂ 凹形状部（相対的に深い凹形状部）
１０２ 凹形状部（ＣＦ基板側）
１０３ 球状スペーサ
１０３ａ 球状スペーサ（相対的に直径が大きい球状スペーサ）
１０３ｂ 球状スペーサ（相対的に直径が小さい球状スペーサ）
１０４ ゲート配線
１０５ ドレイン配線
１０６ 間隔調整膜
１０７ ゲート絶縁膜
１０８ パッシベーション膜
１０９ 画素電極
１１０ 高接触角膜
１１１ 平坦化膜
１１２ ガラス基板
１１３ ブラックマトリクス
１１４ 色層
１１５ 対向電極
１１６ スペーサインク

Claims (18)

1. 対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルにおいて、
   少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、複数の凹形状部が形成され、
   前記複数の凹形状部に、直径が相異なる複数種類の球状スペーサが配置されていることを特徴とする液晶パネル。
2. 前記球状スペーサは、相対的に直径が大きい第１の球状スペーサと相対的に直径が小さい第２の球状スペーサとを含み、前記第２の球状スペーサが前記第１の球状スペーサよりも多いことを特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
3. 前記第１の球状スペーサと前記第２の球状スペーサの直径の差が、前記第１の球状スペーサの直径の略２乃至２０％の範囲であることを特徴とする請求項２記載の液晶パネル。
4. 対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルにおいて、
   少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、深さが相異なる複数種類の凹形状部が形成され、
   前記複数種類の凹形状部に、球状スペーサが配置されていることを特徴とする液晶パネル。
5. 前記凹形状部は、相対的に浅い第１の凹形状部と相対的に深い第２の凹形状部とを含み、前記第２の凹形状部が前記第１の凹形状部よりも多いことを特徴とする請求項４記載の液晶パネル。
6. 前記第１の凹形状部と前記第２の凹形状部の深さの差が、前記球状スペーサの直径の略２乃至２０％の範囲であることを特徴とする請求項５記載の液晶パネル。
7. 前記凹形状部周囲近傍の領域は、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の液晶パネル。
8. 前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域は無機膜で構成され、前記凹形状部周囲近傍の領域は光反応性を有する有機膜で構成されていることを特徴とする請求項７記載の液晶パネル。
9. 前記凹形状部周囲近傍の領域に、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材が配設されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の液晶パネル。
10. 前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域は絶縁膜で構成され、前記凹形状部周囲近傍の領域は透明導電膜で構成されることを特徴とする請求項９記載の液晶パネル。
11. 前記光が遮断される領域は、金属配線又はブラックマトリクスが形成されている領域であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載の液晶パネル。
12. 対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルの製造方法において、
    少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、複数の凹形状部を形成する第１の工程と、
    前記複数の凹形状部に、直径が相異なる複数種類の球状スペーサを配置する第２の工程と、
    前記一対の基板を対向して配置し、直径が大きい前記球状スペーサと前記凹形状部とを係合させて、前記一対の基板を固定する第３の工程と、を少なくとも有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
13. 前記球状スペーサは、相対的に直径が大きい第１の球状スペーサと相対的に直径が小さい第２の球状スペーサとを含み、前記第２の球状スペーサを前記第１の球状スペーサよりも多く配置することを特徴とする請求項１２記載の液晶パネルの製造方法。
14. 前記第２の工程では、複数のインクジェットノズルヘッドを用い、各々の種類の前記球状スペーサを分散させたインクを各々の前記インクジェットノズルヘッドから吐出することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の液晶パネルの製造方法。
15. 対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなる液晶パネルの製造方法において、
    少なくとも一方の前記基板の前記液晶挟持面、かつ、前記基板の法線方向から見て光が遮断される領域に、深さが相異なる複数種類の凹形状部を形成する第１の工程と、
    前記複数種類の凹形状部に球状スペーサを配置する第２の工程と、
    前記一対の基板を対向して配置し、前記球状スペーサと深さが浅い前記凹形状部とを係合させて、前記一対の基板を固定する第３の工程と、を少なくとも有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
16. 前記凹形状部は、相対的に浅い第１の凹形状部と相対的に深い第２の凹形状部とを含み、前記第２の凹形状部を前記第１の凹形状部よりも多く形成することを特徴とする請求項１５記載の液晶パネルの製造方法。
17. 前記第１の工程では、前記凹形状部周囲近傍の領域が、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きくなるように、接触角が異なる複数の部材を用いることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一に記載の液晶パネルの製造方法。
18. 前記第１の工程の後、前記凹形状部周囲近傍の領域に、前記凹形状部内面の少なくとも一部の領域よりも接触角が大きい部材を配設することを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一に記載の液晶パネルの製造方法。

Images