JP2009025529A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】台座層の面積を制限することなく、任意の面積の台座層を形成することが可能な柱状スペーサを有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】第１の基板と、第２の基板と、前記第１および第２の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、前記第１の基板は、柱状スペーサを有し、前記柱状スペーサは、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に少なくとも１個の溝（前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に形成される複数の円形状の溝、または、複数の円弧状の溝、あるいは、複数の直線上の溝）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、第１の基板と第２の基板との間の間隔を一定に保持する柱状スペーサに関する。

現在、一般に用いられている液晶表示装置の多くは、一対の基板（例えば、ガラス基板）と、その間隙に封入された液晶組成物から構成される。具体的には、例えば、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であれば、一方の基板（以下、ＴＦＴ基板という）上にアモルファスシリコン等を半導体層とした薄膜トランジスタ、画素電極、信号線、ゲート電極、対向電極等が形成され、また、他方の基板（以下、ＣＦ基板という）上には、遮光膜、カラーフィルタ等が形成される。そして、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とを、スペーサにより一定の間隙を保持して対向配置するとともに、シール剤で封止し、その間に液晶組成物を封入して構成される。
この間隙を一定に保持するためのスペーサとしては、基板に均一に散布して用いる粒径の均一なプラスチックビーズに代わり、近年では、ＣＦ基板の非表示領域上に直接パターンを形成して構成される柱状スペーサが多用されている。（下記、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２０００−１２２０７１号公報 特開２００１−３３７９０号公報 特開２００２−２２９０４０号公報

前述の柱状スペーサにより、第１および第２の基板間の間隙を均一に保持して成る液晶表示装置において、その製造工程において、ＣＦ基板形成後に、柱状スペーサの上から、ポリイミド溶液からなる配向膜材料を塗布して配向膜を形成している。
そのため、柱状スペーサの第２の基板と対向する面（以下、対向面という）上に乾燥したポリイミドが残る場合が想定される。
しかしながら、柱状スペーサの対向面上に乾燥したポリイミドが残っていると、液晶表示パネルを組み立て後にＴＦＴ基板あるいはＣＦ基板が移動すると、柱状スペーサの対向面上に残されたポリイミドが、柱状スペーサの対向面から剥がれ落ち、液晶組成物内に混入し、液晶表示パネルに表示される表示画像の品質を劣化させるという問題点があった。
前述の問題点を解決するために、前述の特許文献１では、柱状スペーサの対向面に凹部（または、窪み）を形成し、当該凹部内にポリイミド溶液を留めるようにして、液晶表示パネルを組み立て後にＴＦＴ基板あるいはＣＦ基板が移動しても、柱状スペーサの対向面上に残されたポリイミドが、柱状スペーサの対向面から剥がれ落ちるのを防止している。

一方、ＴＦＴ基板における、柱状スペーサの対向面に対向する領域には台座層が形成される。この台座層は、柱状スペーサの対向面における、実際にＴＦＴ基板と接触する面積を調整するために設けられる。
しかしながら、前述の特許文献１に記載されている方法では、柱状スペーサの対向面に形成される凹部の大きさにより、台座層の面積が制限されるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、台座層の面積を制限することなく、任意の面積の台座層を形成することが可能な柱状スペーサを有する液晶表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）第１の基板と、第２の基板と、前記第１および第２の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、前記第１の基板は、柱状スペーサを有し、前記柱状スペーサは、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に少なくとも１個の溝を有する。
（２）（１）において、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、複数の円形状の溝を有する。
（３）（１）において、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、複数の円弧状の溝を有する。
（４）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、中心から外側に向かって延びる複数の直線状の溝を有する。
（５）（１）ないし（４）の何れかにおいて、前記柱状スペーサは、感光性樹脂で構成される。
（６）（１）ないし（４）の何れかにおいて、前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、前記第２の基板は、前記複数のサブピクセルに走査電圧を入力する走査線を有し、前記柱状スペーサは、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面が、前記走査線上の位置となるように配置されている。
（７）（６）において、前記第２の基板は、前記走査線と、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面との間に配置される台座層（例えば、メタル層、あるいは、アモルファスシリコン層）を有する。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、台座層の面積を制限することなく、任意の面積の台座層を形成することが可能な柱状スペーサを有する液晶表示装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施例の液晶表示装置は、一対のガラス基板の一方のガラス基板に形成された画素電極と、対向電極との間で電界を印加して液晶分子を駆動する、所謂、ＩＰＳ（In-Plane-Switching）方式の液晶表示パネルを有する液晶表示装置である。
図１は、本発明の実施例の液晶表示パネルの電極構成を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ'切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施例の液晶表示パネルでは、液晶層（ＬＣ）を挟んで、ＴＦＴ基板（本発明の第２の基板）と、ＣＦ基板（本発明の第１の基板）とが設けられる。
図２に示すように、ＴＦＴ基板は、透明基板（例えば、ガラス基板）（ＳＵＢ１）を有し、透明基板（ＳＵＢ１）の液晶層側には、透明基板（ＳＵＢ１）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、走査線（ゲート線ともいう）（ＧＬ）、対向電極（ＣＴ；共通電極ともいう）、層間絶縁膜（ＰＡＳ２）、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）、画素電極（ＰＸ）、配向膜（ＡＬ１）が形成される。なお、透明基板（ＳＵＢ１）の外側には偏光板（ＰＯＬ１）が形成される。
また、透明基板（ＳＵＢ１）の液晶層側には、映像線（ソース線またはドレイン線ともいう）（ＤＬ）および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）も形成されるが、図３では図示を省略している。

ＣＦ基板は、透明基板（例えば、ガラス基板）（ＳＵＢ２）を有し、透明基板（ＳＵＢ２）の液晶層側には、透明基板（ＳＵＢ２）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、遮光膜（ＢＭ）、赤・緑・青のカラーフィルタ（ＣＦ）、平坦化膜（ＯＣ）、配向膜（ＡＬ２）が形成される。なお、透明基板（ＳＵＢ２）の外側には偏光板（ＰＯＬ２）が形成される。また、本実施例の液晶表示装置では、透明基板（ＳＵＢ２）の主表面側が観察側となっている。
また、本実施例では、対向電極（ＣＴ）は面状に形成され、画素電極（ＰＸ）には、複数のスリット（ＳＬＴ）が形成される。
本実施例の液晶表示装置では、画素電極（ＰＸ）と、対向電極（ＣＴ）とが、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）を介して積層されており、画素電極（ＰＸ）と対向電極（ＣＴ）との間に形成されるアーチ状の電気力線が液晶層（ＬＣ）を貫くように分布することにより液晶層（ＬＣ）を配向変化させる。
画素電極（ＰＸ）および対向電極（ＣＴ）は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜で構成される。さらに、画素電極（ＰＸ）と対向電極（ＣＴ）とが、層間絶縁膜（ＰＡＳ１，ＰＡＳ２）を介して重畳しており、これによって保持容量を形成している。尚、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）は、１層に限定されず、２層以上であっても良い。

図１に示すように、走査線（ＧＬ）と、映像線（ＤＬ）とで囲まれる矩形状の領域内に、１サブピクセルが形成される。この１サブピクセルが形成される領域は、ＣＦ基板（ＳＵＢ２）側に形成される遮光膜（ＢＭ）によって遮光されることから、実質的な１サブピクセルが形成される領域として機能する領域は、遮光膜（ＢＭ）の開口部（図２において太線で示している）となる。また、図１において、ＴＦＴは、アクティブ素子を構成する薄膜トランジスタである。
透明基板（ＳＵＢ２）の、図１の１０の位置には、一対の透明基板（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２）間のギャップを一定に保持するための柱状スペーサ（ＳＰＡ）が形成される。この柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、図２に示すように、透明基板（ＳＵＢ１）側では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成される位置を避けて、かつ、走査線（ＧＬ）上の位置となるように形成される。
柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、感光性樹脂で構成され、透明基板（ＳＵＢ２）の遮光膜（ＢＭ）上に形成される。なお、遮光膜（ＢＭ）上に形成される柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、実際の製品では複数個形成される。
また、透明基板（ＳＵＢ１）の、走査線（ＧＬ）上には、台座層（ＭＴＬ）が形成される。なお、この台座層（ＭＴＬ）は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜、あるいは、アモルファスシリコン層で形成される。

図３は、本実施例の柱状スペーサ（ＳＰＡ）を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の上の方向（矢印Ａの方向）から柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面を見た図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ'切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図３に示すように、本実施例では、円柱状の柱状スペーサ（ＳＰＡ）の円形状の、透明基板（ＳＵＢ１）に対向する面（以下、対向面という）に、円形状の溝（ＭＺ１）が同心円状に複数（図３では、４個）形成される。
これにより、本実施例では、ＣＦ基板形成後に、ポリイミド溶液からなる配向膜材料を塗布して配向膜を形成するときに、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に滴下されたポリイミド溶液は、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面に形成された円形状の溝（ＭＺ１）の中に溜まり、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上にはほとんど残らなくなる。
このように、本実施例では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上には、配向膜材料がどの位置でもほぼ均等に「無い」状態になるので、液晶表示パネルを組み立て後にＴＦＴ基板あるいはＣＦ基板が移動しても、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に残された配向膜材料が、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面から剥がれ落ち、液晶層（ＬＣ）内に混入し、液晶表示パネルに表示される表示画像の品質を劣化させるリスクを低減することが可能となる。
なお、円形状の溝（ＭＺ１）の深さは、配向膜（ＡＬ２）の厚さと、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の高さ及び弾性定数と、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の組み立て時の柱状スペーサ（ＳＰＡ）の押し込み量の兼合いで決定される。

配向膜材料を柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に残さない構造として、前述の特許文献１に記載されている凹部（または、窪み）も考えられるが、特許文献１に記載されている凹部を使用すると以下のような問題点がある。
図６は、従来の柱状スペーサ（ＳＰＡ）の問題点を説明するための図であり、図６において、ＫＢは円柱状の柱状スペーサ（ＳＰＡ）の円状の対向面に形成された凹部、ＭＴＬは、円形状の台座層である。前述したように、台座層（ＭＴＬ）は、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面における、実際にＴＦＴ基板と接触する面積を調整するために設けられる。
なお、図２に示すように、台座層（ＭＴＬ）上には、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）と配向膜（ＡＬ１）が形成されるので、柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、配向膜（ＡＬ１）上に形成される凸部（台座層（ＭＴＬ）により生じる凸部）と対向することになる。
したがって、実際は、以下の説明における台座層（ＭＴＬ）の面積とは、配向膜（ＡＬ１）上に形成される凸部（台座層（ＭＴＬ）により生じる凸部）の面積を意味している。
ここで、台座層（ＭＴＬ）の面積＞柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合、図６（ｅ）に示すように、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無いとき、あるいは、図６（ｆ）に示すように、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれがある場合でも問題はない。
しかしながら、台座層（ＭＴＬ）の面積＜柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合には、図６（ｃ）に示すように、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無いときには問題はないが、図６（ｄ）に示すように、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれがある場合には、柱状スペーサ（ＳＰＡ）に歪みが生じ、一対の透明基板（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２）間のギャップ長を一定の値に保持することができなくなる。
これは、図６（ａ）、図（ｂ）に示すように、台座層（ＭＴＬ）の面積≪柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合にも同様である。
このように、前述の特許文献１に記載されている方法では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面に形成される凹部（ＫＢ）の大きさにより、台座層（ＭＴＬ）の面積が制限されるという問題点があった。

しかしながら、本実施例のように、配向膜材料を柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に残さないための構造として、円形状の溝（ＭＺ１）を使用すると、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面に形成される円形状の溝（ＭＺ１）の大きさにより、台座層（ＭＴＬ）の面積が制限されることがない。
以下、この点について説明する。
図４は、本発明の実施例の柱状スペーサにより、従来の柱状スペーサの問題点が解決できることを説明するための図であり、図４（ａ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積≪柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無い場合を、図４（ｂ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積≪柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが有る場合を、図４（ｃ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積＜柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無い場合を、図４（ｄ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積＜柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが有る場合を、図４（ｅ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積＞柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無い場合を、図４（ｆ）が、台座層（ＭＴＬ）の面積＞柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面の面積の場合で、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが有る場合を示している。
この図４から分かるように、本実施例では、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との組み立て時の位置合わせにずれが無いとき、あるいは、位置合わせにずれがある場合のいずれの場合にも、柱状スペーサ（ＳＰＡ）に歪みが生じることがないので、台座層（ＭＴＬ）の面積に制限されることなく、一対の透明基板（ＳＵＢ１，ＳＵＢ２）間のギャップ長を一定の値に保持することができる。

図５は、本実施例の柱状スペーサ（ＳＰＡ）の変形例を示す図である。
図５（ａ）は、円形状の溝（ＭＺ１）に代えて、複数の円弧状の溝（ＭＺ２）を形成したものである。ここで、円弧状の溝（ＭＺ２）は、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に、同心円状に形成される複数の仮想円を想定したときに、少なくとも各仮想円中の１つの仮想円の円周上に形成される。
図５（ｂ）は、図５（ａ）において、複数の直線状の溝（ＭＺＴ）を追加したものである。ここで、複数の直線状の溝（ＭＺＴ）は、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の対向面上に、中心から外側に向かって延びるように形成される。なお、複数の直線状の溝（ＭＺＴ）は、図３の場合（円形状の溝（ＭＺ１））に適用することもできる。
なお、前述の説明では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、円柱状の柱状スペーサの場合について説明したが、四角柱や、多角柱の柱状スペーサを使用することも可能である。
また、前述の説明では、本発明を、ＩＰＳ方式の液晶表示装置に適用した実施例について説明したが、本発明は、これに限定されず、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式、あるいは、ＶＡ（Vertically Aligned）方式の液晶表示装置にも適用可能である。但し、本発明を、これらの液晶表示装置に適用する場合には、対向電極（ＣＴ）はＣＦ基板（ＳＵＢ２）側に形成される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例の液晶表示パネルの電極構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ'切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例の柱状スペーサを示す図である。 本発明の実施例の柱状スペーサにより、従来の柱状スペーサの問題点が解決できることを説明するための図である。 本発明の実施例の柱状スペーサの変形例を示す図である。 従来の柱状スペーサの問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０ 柱状スペーサの配置位置
ＴＦＴ 薄膜トランジスタ
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２ 透明基板（例えば、ガラス基板）
ＰＯＬ１，ＰＯＬ２ 偏光板
ＰＡＳ１〜ＰＡＳ３ 層間絶縁膜
ＯＣ 平坦化膜
ＡＬ１，ＡＬ２ 配向膜
ＬＣ 液晶層
ＢＭ 遮光膜
ＣＦ カラーフィルタ
ＰＸ 画素電極
ＳＬＴ スリット
ＣＴ 対向電極
ＧＬ 走査線（ゲート線）
ＳＰＡ 柱状スペーサ
ＭＺ１ 円形状の溝
ＭＺ２ 円弧状の溝
ＭＺＴ 直線上の溝
ＭＴＬ 台座層
ＫＢ 凹部

Claims (8)

1. 第１の基板と、
   第２の基板と、
   前記第１および第２の基板間に挟持される液晶とを有する液晶表示パネルを備え、
   前記第１の基板は、柱状スペーサを有し、
   前記柱状スペーサは、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に少なくとも１個の溝を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、複数の円形状の溝を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、複数の円弧状の溝を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面に、中心から外側に向かって延びる複数の直線状の溝を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記柱状スペーサは、感光性樹脂で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、
   前記第２の基板は、前記複数のサブピクセルに走査電圧を入力する走査線を有し、
   前記柱状スペーサは、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面が、前記走査線上の位置となるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記第２の基板は、前記走査線と、前記柱状スペーサの前記第２の基板に対向する面との間に配置される台座層を有することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記台座層は、メタル層、あるいは、アモルファスシリコン層で形成されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。

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