JP2009058618A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柱状スペーサが小型化された場合でも、従来よりも小さな台座層で、しかも、安定した柱状スペーサとの接触面積を実現する。
【解決手段】第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との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２の基板は、柱状スペーサを有し、前記第１の基板は、前記柱状スペーサが形成される領域に台座層を有し、前記台座層は、第１の方向に延びる第１の層と、前記第１の層上に形成され、前記第１の方向に対して、７０°〜１１０°の角度で交差する第２の方向に延びる第２の層とを有し、前記柱状スペーサの前記第１の基板側の面は、前記台座層の前記第１の層と前記第２の層との重なった部分と対向する。前記台座層の前記第１層と前記第２層は、平面形状が長方形形状を有する。前記第１層は、半導体層であり、前記第２層は、金属層である。
【選択図】図４−２

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際に有効な技術に関する。

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２００５−３３８７７０号公報

液晶表示パネルが大画面になると、液晶表示パネルに「高温ギャップムラ」、「拭きムラ」、「押しムラ」の問題が発生する。
「高温ギャップムラ」は、高温時に液晶の熱膨張により液晶表示パネル内が膨れ、柱状スペーサが浮き上がることで、液晶が画面下方向に流れこみ画面下部にギャップ大のムラが発生する現象である。
「高温ギャップムラ」の対策には、液晶表示パネル形成時に柱状スペーサの変形量を大きくして液晶が熱膨張した場合でも柱状スペーサが浮き上がらないようにすることが有効である。しかし、柱状スペーサの変形量を大きくなるように液晶表示パネルの加圧力を大きくすると、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の摩擦力が大きくなり画面をこすった時のＴＦＴ基板とＣＦ基板のずれが元に戻らないことでムラ（拭きムラ）が発生する。
また、柱状スペーサの面積密度を小さくすることで、ＴＦＴ／ＣＦ基板の摩擦力を増やさずに柱状スペーサの変形量を大きくすることは可能であるが、液晶表示パネルを強く押すなどして柱状スペーサにかかる力が大きくなりすぎると、柱状スペーサが塑性変形を起こしギャップムラ（押しムラ）となってしまう。
このように、「高温ギャップムラ」、「拭きムラ」、「押しムラ」の裕度は、トレードオフの関係にあり大画面になるほどこの裕度が小さくなる傾向がある。

この各ムラ裕度を拡大する方法として柱状スペーサ部分のＴＦＴ基板側に台座層を設ける方法が考案されている。
ＴＦＴ基板側に台座層を設けることで、通常状態で液晶表示パネルを支持する柱状スペーサと、液晶表示パネルに外力が加わりセルギャップが小さくなったときのみ支持する柱状スペーサを形成する。
これにより、通常状態では、柱状スペーサ変形量を確保しつつ、ＴＦＴ／ＣＦ基板の摩擦力を小さくでき、押しムラの発生する危険があるような強い力が液晶表示パネルに加わった場合に支持する柱状スペーサを増やすことができる。
そして、「高温ギャップムラ」、「拭きムラ」、「押しムラ」の裕度を広げるためには、柱状スペーサがＴＦＴ基板に接触する面積を最適化する必要がある。そのため、ＴＦＴ基板の台座層の、柱状スペーサと接触する面積（以下、柱状スペーサ接触面積という。）はできるだけ面積バラツキが小さい方が望ましい。また、台座層の厚さは、柱状スペーサが塑性変形を起こさない程度の台座が必要であり、厚さを調整するために異なる２層を積層して形成することが望ましい。

このため、従来の液晶表示装置では、第１の層と、第１の層上に形成される第２の層とで構成される台座層が使用されている。この場合には、第１の層と第２の層とは、ともに円板状に形成される。
しかしながら、第１の層と、第１の層上に形成される第２の層とで構成される台座層において、２層間のパターン重ね精度を考慮した場合、第１の層の面積を大きくする必要がある。そのため、従来の台座層を、サブピクセルピッチの小さな高精細な液晶表示パネルに適用することは難しい。
この場合に、台座層の第２層の面積を小さくすることで、ある程度の台座層の面積は縮小可能であるが、台座層の第２層のパターンが小さなドット形状となると、台座層の第２の層のコーナー部が丸くなり、プロセス変動の影響で寸法バラツキが大きくなるため、台座層の柱状スペーサ接触面積が変動してしまう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、液晶表示装置において、柱状スペーサが小型化された場合でも、従来よりも小さな台座層で、しかも、安定した柱状スペーサとの接触面積を実現することが可能となる技術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の基板と前記第２の基板との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２の基板は、柱状スペーサを有し、前記第１の基板は、前記柱状スペーサが形成される領域に台座層を有し、前記台座層は、第１の方向に延びる第１の層と、前記第１の層上に形成され、前記第１の方向に対して、７０°〜１１０°の角度で交差する第２の方向に延びる第２の層とを有し、前記柱状スペーサの前記第１の基板側の面は、前記台座層の前記第１の層と前記第２の層との重なった部分と対向する。
（２）（１）において、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して、９０°の角度で交差する。
（３）（１）または（２）において、前記台座層の前記第１層と前記第２層は、平面形状が長方形形状を有する。
（４）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記台座層の前記第１層は、半導体層であり、前記台座層の前記第２層は、金属層である。
（５）（１）ないし（３）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（５）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１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、前記台座層は、前記走査線上に配置されている。
（７）（１）ないし（５）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、前記複数のサブピクセルの各々は、対向電極を有し、前記台座層は、前記対向電極上に配置されている。
（８）（６）または（７）において、前記第１の基板は、前記液晶側の面に配向膜を有し、前記台座層は、第１の基板と、前記配向膜との間に配置される。

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。
本発明の液晶表示装置によれば、柱状スペーサが小型化された場合でも、従来よりも小さな台座層で、しかも、安定した柱状スペーサとの接触面積を実現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'切断線に沿った要部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１の基板）と、ＣＦ基板（本発明の第２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２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、面状の電極に複数のスリット（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、ブラックマトリックス（ＢＭ）の開口部（図１において点線で示している）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、対向電極（ＣＴ）上の位置に形成される。
柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、感光性樹脂で構成され、透明基板（ＳＵＢ２）の平坦化膜（ＯＣ）上に形成される。なお、平坦化膜（ＯＣ）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）の対向電極（ＣＴ）上には、台座層（ＭＴＬ）が形成される。なお、この台座層（ＭＴＬ）は、半導体層（アモルファスシリコン層、またはポリシリコン層）から成る第１の層と、アルミニウム（Ａｌ）等の金属層から成る第２の層で形成される。

図３は、本実施例の柱状スペーサ（ＳＰＡ）を示す斜視図である。
図３に示すように、本実施例の柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、円柱状に形成され、そのトップ面（面積が小さい部分）が、台座層（ＭＴＬ）と接触する。なお、実際は、台座層（ＭＴＬ）の上に形成される層間絶縁膜（ＰＡＳ１）や、配向膜（ＡＬ１）などを介して接触する。
図４−１は、本実施例の台座層を説明するための図であり、図４−２は、本実施例の台座層と従来の台座層と比較して示す図である。また、図５は、従来の台座層を説明するための図である。図４−１、図４−２、図５において、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は、平面図である。
なお、図２に示すように、台座層（ＭＴＬ）は対向電極（ＣＴ）上に形成され、かつ、台座層（ＭＴＬ）上には、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）と配向膜（ＡＬ１）が形成されるが、。図４−１、図４−２、図５では、台座層（ＭＴＬ）と透明基板（ＳＵＢ１）のみを図示している。
同様に、柱状スペーサ（ＳＰＡ）は、遮光膜（ＢＭ）、赤・緑・青のカラーフィルタ（ＣＦ）、および平坦化膜（ＯＣ）上に形成されるが、図４−１、図４−２、図５では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）と透明基板（ＳＵＢ２）のみを図示している。
また、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）の柱状スペーサ（ＳＰＡ）と接触する面積（以下、柱状スペーサ接触面積という。）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。

図４−１、図４−２、図５に示すように、本実施例でも、従来例でも、台座層（ＭＴＬ）は、半導体層から成る第１の層（ＭＴＬ１）と、金属層からなる第２の層（ＭＴＬ２）で形成される。
図５に示すように、従来の台座層（ＭＴＬ）では、第１の層（ＭＴＬ１）と第２の層（ＭＴＬ２）はともに円板状に形成される。しかしながら、第１の層（ＭＴＬ１）と、第２の層（ＭＴＬ２）との２層間のパターン重ね精度を考慮した場合、第１の層の面積を大きくする必要があり、従来の台座層（ＭＴＬ）を、サブピクセルピッチの小さな高精細な液晶表示パネルに適用することは難しい。
この場合に、台座層（ＭＴＬ）の第２層（ＭＴＬ２）の面積を小さくすることで、ある程度台座層（ＭＴＬ）の面積は縮小可能であるが、台座層（ＭＴＬ）の第２層（ＭＴＬ２）のパターンが小さなドット形状となると、第２の層（ＭＴＬ２）のコーナー部が丸くなり、プロセス変動の影響で寸法バラツキが大きくなるため、台座層（ＭＴＬ）の柱状スペーサ接触面積が変動してしまう。

図４−１、図４−２に示すように、本実施例では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）が従来のものより小型化されている。図４−２では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の底辺部の面積が、矢印Ａに示す分だけ小さくなっている。
そして、本実施例の台座層（ＭＴＬ）は、平面形状が長方形形状の第１の層（ＭＴＬ１）と、第２の層（ＭＴＬ２）とで構成される。ここで、第１の層（ＭＴＬ１）と第２の層（ＭＴＬ２）とは交差し、上から見た場合十字形状となっている。
即ち、本実施例では、台座層（ＭＴＬ）は、第１の方向に延びる第１の層（ＭＴＬ１）と、第１の方向に対して、９０°の角度で交差する第２の方向に延びる第２の層（ＭＴＬ２）とで構成される。したがって、本実施例では、台座層（ＭＴＬ）の柱状スペーサ接触面積は、第１の層（ＭＴＬ１）と第２の層（ＭＴＬ２）の重複する部分となる。
一般に、第１の層（ＭＴＬ１）および第２の層（ＭＴＬ２）は、フォトリソグラフィ技術により形成されるが、フォトリソグラフィ技術により、小さな面積のパターンを形成する場合、円形パターンよりも長方形パターンの方が精度よく形成することができる。
したがって、本実施例では、第１の層（ＭＴＬ１）と第２の層（ＭＴＬ２）との寸法変動を小さくすることができるので、これにより、本実施例では、柱状スペーサ（ＳＰＡ）が小型化された場合でも、小さな台座層（ＭＴＬ）で、しかも、安定した柱状スペーサ接触面積を実現することが可能となる。

なお、本実施例において、第１の層（ＭＴＬ１）と、第２の層（ＭＴＬ２）とは、必ずしも直交する必要なく、第１の層（ＭＴＬ１）と、第２の層（ＭＴＬ２）とは、７０°〜１１０°の角度で交差するようにすればよい。
また、台座層（ＭＴＬ）の平面形状は、柱状スペーサ（ＳＰＡ）の平面形状より小さい方が望ましい。また、台座層（ＭＴＬ）の第１の層（ＭＴＬ１）、および、第２の層（ＭＴＬ２）の材料も、適宜変更可能である。
また、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、台座層（ＭＴＬ）は、透明基板（ＳＵＢ１）の走査線（ＧＬ）上に形成してもよい。
さらに、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。
以上説明したように、本実施例によれば、「高温ギャップムラ」、「拭きムラ」、「押しムラ」の裕度を十分に確保した高品位の液晶表示パネルを実現することが可能となる。
さらに、本実施例では、台座層（ＭＴＬ）の面積を縮小できるため、サブピクセルの開口部の面積を拡大でき、これにより、液晶表示パネルの透過率を上げることができるため、高輝度の液晶表示パネルを容易に実現することが可能となる。
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。 本発明の実施例の台座層を説明するための図である。 本発明の実施例の台座層と従来の台座層と比較して示す図である。 従来の台座層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，ＰＡＳ２ 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）
ＤＬ 映像線（ソース線またはドレイン線）
ＳＰＡ 柱状スペーサ
ＭＴＬ 台座層
ＭＴＬ１ 台座層の第１の層（半導体層）
ＭＴＬ２ 台座層の第２の層（金属層）

Claims (8)

1. 第１の基板と、
   第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との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２の基板は、柱状スペーサを有し、
   前記第１の基板は、前記柱状スペーサが形成される領域に台座層を有し、
   前記台座層は、第１の方向に延びる第１の層と、
   前記第１の層上に形成され、前記第１の方向に対して、７０°〜１１０°の角度で交差する第２の方向に延びる第２の層とを有し、
   前記柱状スペーサの前記第１の基板側の面は、前記台座層の前記第１の層と前記第２の層との重なった部分と対向することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の方向は、前記第１の方向に対して、９０°の角度で交差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. 前記台座層の前記第１層と前記第２層は、平面形状が長方形形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記台座層の前記第１層は、半導体層であり、
   前記台座層の前記第２層は、金属層であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項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１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、
   前記台座層は、前記走査線上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. 前記液晶表示パネルは、複数のサブピクセルを有し、
   前記複数のサブピクセルの各々は、対向電極を有し、
   前記台座層は、前記対向電極上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。
8. 前記第１の基板は、前記液晶側の面に配向膜を有し、
   前記台座層は、第１の基板と、前記配向膜との間に配置されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液晶表示装置。

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