JP2009069391A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶滴下封入方式の液晶表示装置において、衝撃気泡の発生を防止するために負圧で液晶を封入した場合に、外部から圧力が加わった場合の画像のムラ、および支柱の挫屈を防止する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔は第１の支柱３０によって設定されており、第２の支柱４０はコンタクトホール５０内に存在してＴＦＴ基板１０には接触していない。外部から圧力が加わると第２の支柱４０はＴＦＴ基板１０に形成されたコンタクトホール５０の側壁等に接触し、第２の支柱４０の反発力によってＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔が極端に小さくなることを防止する。これによって、外部から圧力が加わった時の画像のムラあるいは、第１の支柱３０が挫屈することを防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示装置に係り、液晶滴下封入方式によってＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶を充填する構成において、スペーサによってＴＦＴ基板と対向基板との間の間隔を適正化する技術に関する。

液晶表示装置では、画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたＴＦＴ基板と、カラーフィルタ等が形成された対向基板との間に液晶を充填し、この液晶の分子を電界によって制御することによって画像を形成する。ＴＦＴ基板と対向基板との間の間隔は数ミクロンと非常に小さい。従来の液晶の充填方法は、ＴＦＴ基板と対向基板との間をシール材でシールして内部を真空とし、シール材の一部に設けた液晶封入口から大気圧によって液晶を注入していた。

しかし、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が小さく、かつ、液晶表示装置の表示面積が大きくなると注入に多大の時間がかかり、製造のスループットを長くし、ひいては製造コストの上昇を招く。これを対策するために、例えば、周辺部にシール材を閉じた環状に形成した対向基板（またはＴＦＴ基板）上に液晶を必要量滴下し、その後、ＴＦＴ基板（または対向基板）を貼り合わせてして液晶を封止する技術が開発されている（液晶滴下封入方式）。

ＴＦＴ基板と対向基板との間隔は、従来は小さなビーズを分散することによって保たれてきた。しかし、液晶滴下封入方式等においては、ビーズを分散させる場合は、液晶を滴下する際に、ビーズが移動し、ビーズの多い場所と少ない場所が生ずる。そうすると、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔のムラが生ずる。ＴＦＴ基板と対向基板との間隔のムラが生ずると、液晶表示装置の画像のコントラストが低下したり、画素のムラが生じたりする問題が生ずる。

一方、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔を規定する方法として、対向基板上に有機膜による支柱を形成する方法（支柱方式）が開発されている。支柱は対向基板に固定されているために、液晶を滴下した場合も移動することは無い。したがって、支柱によって間隔を維持する方法は液晶を滴下する方式（液晶滴下封入方式）には好適である。

ＴＦＴ基板には、ＴＦＴ、映像信号線、走査線、電極等を形成するための複数の導体層が形成されており、導体層同士を互いに接続するためのコンタクトホールが形成されている。このコンタクトホールが形成された部分は凹部となっている。一方、支柱は対向基板に形成されている。支柱がコンタクトホール部に入ってしまうとＴＦＴ基板と対向基板を所定の間隔に維持することが出来なくなる。「特許文献１」には、コンタクトホールにはまる支柱と、はまらない支柱とが存在する構成が記載されている。「特許文献１」では、支柱はコンタクトホールに入らないほうが良いが、ＴＦＴ基板と対向基板との間の位置合わせずれにより一部の支柱がコンタクトホールに入るような場合であっても、コンタクトホールに入らない残りの支柱がＴＦＴ基板と対向基板との間隔を維持する構成が記載されている。「特許文献１」においては、コンタクトホール部には支柱が無いことが理想であるから、コンタクト部に支柱が存在する場合といっても、支柱はコンタクトホールの辺縁部に存在することになる。

ＴＦＴ基板上のコンタクトホール部以外の部分でも配線の交差部等では凸部が形成されており、表面は平らではない。「特許文献２」には、対向基板に一定の高さの支柱を形成しておき、一部の支柱はＴＦＴ基板の平坦部に接触させ、他の支柱は凸部に接触させる構成が記載されている。すなわち、他の支柱は配線等による凸部の高さ分だけ圧縮されており、この圧縮された量が、いわゆる重力マージンとして作用することが記載されている。この場合の他の支柱が圧縮される量は２００ｎｍから６００ｎｍ程度である。

特開２００５−３４５８１９号公報 特開２００５−２４２３１０号公報

液晶滴下封入方式では、滴下する液晶の量が非常に重要である。液晶を滴下する際は、ＴＦＴ基板の周辺にシール材によりシール部が形成されている。対向基板（またはＴＦＴ基板）のシール部内に液晶を滴下し、その後、ＴＦＴ基板（または対向基板）によって覆い、ＴＦＴ基板（または対向基板）と、シール部を介して貼り合わせて接着させる。以後、ＴＦＴ基板と対向基板とシール部および、液晶で形成されたものを液晶セルという。この時、滴下する液晶の量が多すぎると液晶がシール部とＴＦＴ基板あるいは対向基板との接着部に差し込んで、シール不良を生ずる。

したがって、滴下する液晶の量を少なくし、液晶セル内圧力が負圧条件となる領域で液晶セルを形成する。しかし、液晶量が不足する条件で液晶セルを形成した場合、製造ばらつきに起因して、低温および高温時における衝撃気泡発生が生ずる。この衝撃気泡発生の対策として、支柱の密度を低減する方法がある。支柱の密度を低減すれば、支柱が容易に大気圧によって圧縮され、気泡が出来にくい構成となるからである。

しかし、支柱の密度を低減するとＴＦＴ基板あるいは対向基板を押した場合、表示のムラが発生する。すなわち、支柱の密度が小さいために、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が容易に変化してしまうからである。さらに、ＴＦＴ基板あるいは対向基板を押した場合、支柱の密度が小さいと、支柱一本当たりの応力が大きくなるために、支柱が挫屈する場合もあり、この場合は、間隔がもとに戻らず、永久不良になる。

本発明の課題は、液晶滴下封入方式において、液晶量に関連するシール不良の防止、および、ＴＦＴ基板と対向基板を負圧条件でシールした場合の上記問題点を対策することである。

本発明は、対向基板に第１の支柱と第２の支柱を形成する。第１の支柱は、ＴＦＴ基板に接触させ、第２の支柱はＴＦＴ基板のコンタクトホール部に対応する位置に形成する。通常の状態では、第１の支柱によってＴＦＴ基板と対向基板との間隔を維持する。第１の支柱は通常の状態では圧縮されているために、負圧状態でのシールとなっており、衝撃による気泡発生等は防止することが出来る。

一方、第２の支柱はコンタクトホールと対応しているために、通常の状態ではＴＦＴ基板と接触していない。しかし、ＴＦＴの一部を押したような場合、コンタクトホールの壁部分と接触する。そうすると第２の支柱も圧縮されてそれによる反発力が生じ、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が過度に小さくなることが無い。したがって、表示ムラが生じたり、第１の支柱が挫屈したりすることが無い。具体的な構成は次のとおりである。

（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た液晶とを有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板は断面がすり鉢状のコンタクトホールを有し、
前記第２の基板は第１の支柱と第２の支柱とを有し、
前記第１の支柱は前記第１の基板に接触しており、
前記第２の支柱は前記第１の基板に非接触であり、
少なくとも１つの前記第２の支柱において、前記第２の支柱の先端は、平面的に見たときに、前記コンタクトホール内に存在し、前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの上端との最短距離は、平面的に見たときに、５μｍ以上離れており、
前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．３μｍから３μｍであることを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．５μｍから１μｍであることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）前記第２の支柱の数は前記第１の支柱の数よりも多いことを特徴とする（１）または（２）に記載の液晶表示装置。

（４）前記第１の支柱の径は前記第２の支柱の径よりも大きいことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の液晶表示装置。

（５）前記第２の支柱は、前記第１の基板あるいは前記第２の基板が外部から圧力を受けたときに、前記コンタクトホールの側部か下端に接触することを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の液晶表示装置。

（６）第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶滴下封入方式によって封入された液晶とを有する液晶表示装置であって、
前記第１の基板は断面がすり鉢状のコンタクトホールを有し、
前記第２の基板は第１の支柱と第２の支柱とを有し、
前記第１の支柱は前記第１の基板に接触しており、
前記第２の支柱は前記第１の基板に非接触であり、
少なくとも１つの前記第２の支柱において、前記第２の支柱の先端は、平面的に見たときに、前記コンタクトホール内に存在し、前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの上端との最短距離は、平面的に見たときに、５μｍ以上離れており、
前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．３μｍから３μｍであることを特徴とする液晶表示装置。

（７）前記第１の支柱は前記第１の基板と前記第２の基板とによって圧縮された状態になっていることを特徴とする（６）に記載の液晶表示装置。

（８）前記第２の支柱の高さは前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも大きいことを特徴とする（６）または（７）に記載の表示装置。

（９）前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．５μｍから１μｍであることを特徴とする（６）から（８）の何れかに記載の液晶表示装置。

（１０）前記第２の支柱の数は前記第１の支柱の数よりも多いことを特徴とする（６）から（９）の何れかに記載の液晶表示装置。

（１１）前記第１の支柱の径は前記第２の支柱の径よりも大きいことを特徴とする（６）から（１０）の何れかに記載の液晶表示装置。

（１２）前記第２の支柱は、前記第１の基板あるいは前記第２の基板が外部から圧力を受けたときに、前記コンタクトホールの側部か下端に接触することを特徴とする（６）から（１１）の何れかに記載の液晶表示装置。

本発明では、第１の支柱が圧縮されて液晶を負圧状態で封止することによって、衝撃による気泡の発生を防止することが出来る。また、外部から対向基板、あるいはＴＦＴ基板に圧力が加わった場合、第２の支柱がＴＦＴ基板に形成されたコンタクトホールの側部等に接触することによって反発力が増し、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が極端に小さくなることがなく、外部からの圧力による画像のムラを防止することが出来る。さらに同様な理由によって、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が極端に小さくなることがないので、第１の支柱が挫屈することを防止することが出来る。

また、コンタクトホールの断面をすり鉢状とし、第２の支柱とコンタクトホールの下部との距離を０．３μｍから３μｍ、好ましくは０．５μｍから１μｍとすることによって、外部からの圧力に対して徐々に反発力を増大させるための設計が容易になる。すなわち、コンタクトホールの側部のテーパ角と深さを設定することによって、対向基板あるいはＴＦＴ基板が、外部の圧力によってどの程度撓んだときに、第２の支柱による反発力をどの程度生じさせるかを設計することが可能になる。

図面を用いて、本発明の詳細な内容を開示する。図１および図２は本発明の原理を示す断面模式図である。図１において、ＴＦＴ基板１０の上にはＴＦＴ層１１５で代表される層が存在している。図１および図２におけるＴＦＴ層１１５とは下地膜、半導体層、絶縁層、ソースドレイン電極（ＳＤ電極）等を含む総称である。すなわち、平坦化膜１０９以下の層を全て含む総称である。ＴＦＴ層１１５の上には平坦化膜（絶縁膜）１０９が形成されている。ＴＦＴや映像信号線、走査線等の上には保護のためのパッシベーション膜（絶縁膜）が形成されているが、パッシベーション膜の上は凹凸となっている。画素電極等が形成される面を平坦とするために平坦化膜１０９が形成される。平坦化膜１０９は一般にはアクリルなどの有機絶縁膜で形成され、厚さは１μｍから３μｍ程度である。画素電極等は平坦化膜１０９の上に形成されるが、画素電極は下層の配線または電極と導通をとるために、平坦化膜１０９にはコンタクトホール５０が形成される。

ＴＦＴ基板１０に対向して、対向基板２０が設置される。対向基板２０にはブラックマトリクス（遮光膜）、カラーフィルタ、オーバーコート膜（絶縁膜）等が形成されているが、図１および図２ではブラックマトリクス、カラーフィルタ等は省略されてオーバーコート膜ＯＣのみが描かれている。オーバーコート膜ＯＣ上には第１の支柱３０と第２の支柱４０が形成されている。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間には液晶ＬＣが充填されている。

図１において、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔はｈ１である。この間隔は第１の支柱３０によって規定されている。第１の支柱３０の高さはもともと第２の支柱４０の高さｈ２と同じであるが、液晶セルを負圧条件で封止しているために、第１の支柱３０はｈ２からｈ１に圧縮されている。第２の支柱４０はコンタクトホール５０に対応する位置に設置されている。図１の状態においては、第２の支柱４０は圧縮されておらず、支柱の高さは当初の値であるｈ２を維持している。図１において、第２の支柱４０とＴＦＴ層１１５との距離は０．３μｍから３μｍであり、好ましくは０．５μｍから１μｍである。ここで、第２の支柱４０とＴＦＴ層１１５との距離とは、正確には、平坦化膜１０９のコンタクトホール５０の下部５０２までの距離を言う。

図２は図１の状態に対して、外部から圧力が加わり、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔が小さくなり、ｈ４になった場合である。この状態は第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側壁に接触した状態である。すなわち、図２は第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側壁に接触して、第２の支柱４０による反発力が生じ始めた状態である。図２において、第１の支柱３０の高さはｈ４となっている。すなわち、第１の支柱３０はｈ２からｈ４に圧縮されていることになる。もし、第２の支柱４０の反発力が加わらなければ、第１の支柱３０はさらに圧縮されて、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０の距離はさらに小さくなる。そして、第１の支柱３０の圧縮量が限度を超えると第１の支柱３０は挫屈し、液晶表示装置は永久不良となる。図２はコンタクトホール５０に設置された第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側壁に接触することによって、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間の間隔が過度に小さくなったり、第１の支柱３０が挫屈したりすることを防止できることを表している。

図１および図２は本発明の原理を示すものであり、第２の支柱４０はコンタクトホール５０の中央部に設置されている。また、コンタクトホール５０の径も実際よりは小さく書かれている。図３（ａ）は第２の支柱４０付近の、より現実に近いサイズの模式断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）をＡ−Ａ方向から見た平面図である。図３（ａ）において、ＴＦＴ基板１０では平坦化膜１０９以外は省略されて単純化している。また、対向基板２０ではオーバーコート膜ＯＣ等が省略されて単純化されている。図３において、平坦化膜１０９の膜厚は１μｍから３μｍである。平坦化膜１０９にはコンタクトホール５０が形成されており、コンタクトホール５０の上径は２０μｍから３０μｍであり、コンタクトホールの下部５０２の径は１０μｍ程度である。このように、コンタクトホール５０の断面はすり鉢状となっている。

第２の支柱４０の先端４０１の径は１０μｍ程度あり、第２の支柱４０の根元４０２の径は２０μｍ程度である。第２の支柱４０の中心とコンタクトホール５０の中心は、ずれている。図３（ｂ）に示すように、平面的に見て、コンタクトホールの上部５０１の端部から第２の支柱４０の先端４０１までの最短距離ｄは５μｍ以上である。ｄが５μｍよりも小さいと対向基板２０に圧力が加わった場合に第２の支柱４０と平坦化膜１０９がすぐに接触することになって、液晶セルを負圧に封止することが困難になる。あるいは、液晶セル封止後の衝撃気泡が出やすくなる。したがって、本発明の効果を得るためには、図３に示す最短距離ｄが５μｍ以上であるような第２の支柱が存在することが必要である。液晶セルには多くのコンタクトホール５０および第２の支柱４０が存在しているので、全ての第２の支柱４０でｄが５μｍ以上である必要はないが、少なくとも１つ、望ましくは半分以上、より望ましくは全ての第２の支柱において、ｄが５μｍ以上であることが必要である。

この状態において、第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの下部５０２との距離ｈ３は０．３μｍから３μｍであり、好ましくは０．５μｍから１μｍである。第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの下部５０２との距離を大きくとることによって、外部からの圧力の強さに応じて反発力を徐々に大きくすることが出来る。すなわち、製造ばらつきによって、第２の支柱４０とコンタクトホール５０との位置関係は場所によって異なる。そうすると、対向基板２０に特定の圧力が加わった場合に特定の第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側部等と接触し、対向基板２０への圧力がさらに増加した場合に他の第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側部あるいは底部等に接触することになる。

ここで、ｈ３の値は平坦化膜１０９の厚さと、どの程度第１の支柱３０を圧縮して負圧封止とするかによって決定される。また、コンタクトホール５０の断面をすり鉢状とし、コンタクトホール５０の側部のテーパ角と深さを設定することによって、対向基板２０あるいはＴＦＴ基板１０が外部の圧力によってどの程度撓んだときに第２の支柱４０による反発力を生じさせるかを設計することが可能になる。

第２の支柱４０とコンタクトホール５０の中心のずれ具合によって、どの程度対向基板２０を押したときに反発力が増すかが決まる。以後対向基板２０に圧力が加わった場合、あるいは対向基板２０が押された場合として説明するが、これは、ＴＦＴ基板１０に圧力が加わった場合、あるいはＴＦＴ基板１０が押された場合も同じである。図４および図５は第２の支柱４０とコンタクトホール５０のずれ量の差によって第２の支柱４０による反発力が加わる時点の差を示すものである。

図４は、平面的に見た場合に、第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの上部５０１の端部との最短距離がｄである場合に、対向基板２０が外部から圧力を受けていない状態と受けている状態を示すものである。図４（ａ）は対向基板２０が外部から圧力をうけていない状態であり、図３（ａ）と同様である。すなわち、この状態ではコンタクトホールの下部５０２から第２の支柱４０の先端４０１までの距離はｈ３である。

図４（ｂ）は対向基板２０に外部から圧力が加わり、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との距離が小さくなった場合である。図４（ｂ）において、第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側部に接触している。この場合は図示しない第１の支柱３０は図４（ａ）の場合よりも、（ｈ３−ｈ５）の量だけさらに圧縮されていることになる。この状態で、対向基板２０をさらに押そうとすると、第２の支柱４０による反発力が対向基板２０に加わることになる。したがって、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との間隔は極端に小さくなることは無い。また、第１の支柱３０が過度な圧縮を受けて挫屈することも無い。

図５は第２の支柱４０の中心とコンタクトホール５０の中心が一致する場合において、対向基板２０が外部から圧力を受けていない場合と受けている場合を示す図である。図５（ａ）は対向基板２０が外部から圧力を受けていない場合であり、第２の支柱４０の中心とコンタクトホール５０の中心が一致している他は図３（ａ）あるいは図４（ａ）と同様である。この状態において、第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの下部５０２の距離はｈ３である。

図５（ｂ）は対向基板２０に外部から圧力が加わって対向基板２０とＴＦＴ基板１０との距離が小さくなった場合である。この状態において、図示しない第１の支柱３０は、図５（ａ）の場合よりもさらにｈ３だけ圧縮を受けている。図５（ｂ）において、第２の支柱４０はコンタクトホールの下部５０２に接触している。この状態で、対向基板２０をさらに押すと第２の支柱４０による反発力が加わることになり、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との距離が極端に小さくなることが防止され、第１の支柱３０が挫屈することも免れる。

図４および、図５に示すように、第２の支柱４０とコンタクトホール５０の中心のずれ量によって、第２の支柱４０による反発力が加わる時点が異なる。第２の支柱４０の位置、あるいはコンタクトホール５０の位置は製造バラつきによって異なる。また、第２の支柱４０およびコンタクトホール５０はＴＦＴセル内に多数設置されている。そして製造ばらつきのために、第２の支柱４０とコンタクトホール５０との位置関係は同じ液晶セル内においても色々な値をとることになる。そうすると、対向基板２０に対して外部から圧力が加わった場合に第２の支柱４０による反発力は徐々に大きくなる。すなわち、コンタクトホール５０の中心と第２の支柱４０の中心が大きくずれた、第２の支柱４０の反発力がまず現れる。その後、コンタクトホール５０の中心と第２の支柱４０の中心のずれが小さい第２の支柱４０の反発力が加わることになり、最後にコンタクトホール５０の中心と第２の支柱の中心が一致した第２の支柱４０の反発力が加わることになる。

このように、第２の支柱４０の反発力の大きさが徐々に大きくなることは、液晶滴下封入方式における負圧封止の製造裕度を大幅に広げることが出来る。すなわち、負圧封止をするときは第１の支柱３０のみによって対向基板２０とＴＦＴ基板１０の間隔を維持することになるので、負圧封止を容易に行うことが出来る。したがって、衝撃気泡に対する裕度を大きくすることが出来る。一方、液晶セルが完成した後、対向基板２０に外部から圧力が加わった場合、外部からの反発力が徐々に増すために、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との距離の変化による画像のムラ、および、第１の支柱３０が挫屈する危険を大幅に減らすことが出来る。

以上は本発明の原理を説明したが、以下に実際の液晶セルの構造に即して本発明の実施例を詳細に説明する。

図６はＴＦＴ基板１０における走査線と映像信号線の配置に対して第１の支柱３０と第２の支柱４０がどのあたりに設定されるかを示す図である。図６において、走査線１０５１が横方向に延在し、縦方向に配列している。走査線１０５１の上には映像信号線１０７１が絶縁膜を挟んで縦方向に延在し、横方向に配列している。図６においては、ＴＦＴは省略されている。

図６において、第１の支柱３０は黒丸で示した部分に設定される。第１の支柱３０は対向基板２０に形成されるので、第１の支柱３０は図６の黒丸部分に接触するだけである。黒丸部分は走査線１０５１と映像信号線１０７１との交差部に位置している。後の図に示すように、ＴＦＴ基板１０には平坦化膜１０９が形成されているために、走査線１０５１と映像信号線１０７１との交差部であってもこの部分だけが大きく凸状となっていることは無い。

図６において、丸は第２の支柱４０が設定される部分である。第２の支柱４０は対向基板２０に形成されるために、図６では第２の支柱４０が丸部分に位置するという意味である。図６の丸部分には、平坦化膜１０９のコンタクトホール５０が存在しており、対向基板２０が圧力を受けると第２の支柱４０はコンタクトホール５０の側壁あるいは下部と接触することになる。

図７は対向基板２０におけるブラックマトリクスＢＭ、赤カラーフィルタＲＣＦ、緑カラーフィルタＧＣＦフィルタ、青カラーフィルタＢＣＦ等の配置に対して第１の支柱３０および第２の支柱４０の設置位置を示すものである。第１の支柱３０および第２の支柱４０は対向基板２０に形成されている。支柱はアクリル樹脂を対向基板２０に必要膜厚だけ塗付し、フォトリソグラフィを用い、支柱部分を残してエッチングすることによって形成される。

図７において、黒丸は第１の支柱３０の位置であり、丸は第２の支柱４０の位置である。第１の支柱３０と第２の支柱４０はいずれもブラックマトリクスＢＭ上に形成されている。支柱部分が画像に対して影響を与えることを防止するためである。第１の支柱３０と第２の支柱４０はブラックマトリクスＢＭ上での縦方向の位置は異なっている。第１の支柱３０はＴＦＴ基板１０の走査線１０５１と映像信号線１０７１の交点に対応させ、第２の支柱４０はＴＦＴ基板１０の平坦化膜１０９のコンタクトホール５０に対応させるためである。

図７において、領域Ａは８ピクセル分を示している。赤カラーフィルタＲＣＦ、緑カラーフィルタＧＣＦフィルタ、青カラーフィルタＢＣＦの各色はサブピクセルを示しており、３サブピクセルで１ピクセルを構成する。図６および図７において、８ピクセル毎に第１の支柱３０が１個、第２の支柱４０が２個形成されている。本実施例においては、第１の支柱３０よりも第２の支柱４０の数を多くすることによって、発明の効果を大きくしている。

図８はＴＦＴ基板１０の構成要素と第１の支柱３０および第２の支柱４０の位置関係を示す平面図である。図８はＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置におけるＴＦＴ基板１０である。図８において、走査線１０５１と映像信号線１０７１とで囲まれた領域がサブピクセルである。図８において、サブピクセル内には画素電極１１２とＴＦＴが形成されている。サブピクセルの横径は４０μｍ程度、縦径は１２０μｍ程度である。これに対して平坦化膜１０９に形成されたコンタクトホールの上部５０１の径は短径でも２０から３０μｍ程度である。したがって、サブピクセルに占める平坦化膜１０９のコンタクトホール５０の面積は大きな割合を占めている。

図８に示すように、走査線１０５１と映像信号線１０７１との交差部に第１の支柱３０が設定される。一方、第２の支柱４０は平坦化膜１０９に形成されたコンタクトホール５０内に設定される。図８において、コンタクトホール５０は長方形となっている。ただし、図８は設計図であり、実際のコンタクトホール５０は角部が丸くなっており、実際の製品では円形または長円に近い形状となっている。図８において、長方形５０１はコンタクトホール５０の上部であり、長方形５０２はコンタクトホール５０の下部である。そしてさらに小さい四角である６０はＴＦＴのソース／ドレイン電極（ＳＤ電極１０７）と画素電極１１２とをコンタクトするＳＤコンタクトホール６０である。

図９は図８のＥ部の拡大図である。コンタクトホールの上部５０１を示す長方形５０１の短径Ｄ２は２０μｍから３０μｍの大きさである。一方、コンタクトホールの下部５０２を示す長方形５０２の短径Ｄ１は１０μｍ程度である。第２の支柱４０は長方形５０１の内部のどこかに位置することになる。図９において、画素電極１１２の下層には、パッシベーション膜（絶縁膜）１０８と平坦化膜１０９とを間に挟んでＳＤ電極１０７が形成されており、ＳＤ電極１０７と画素電極１１２とを導通するためにＳＤコンタクトホール６０が形成されている。ＳＤ電極１０７は比較的大きな長方形に形成されている。

図９において、映像信号線１０７１と画素電極１１２の間にはＴＦＴが直列に２個形成されている。ＴＦＴの一つはコンタクトホール５０の左側に半導体層１０３とゲート電極１０５によって形成され、他の一つは映像信号線１０７１の下に隠れている。すなわち、映像信号線１０７１の下層に映像信号線と平行に半導体層１０３が形成され、走査線１０５１がゲート電極１０５を兼用してＴＦＴを形成している。

図８および図９において、画素電極１１２にはスリットが形成されており、これによって画素電極１１２は線状部分を有する。そして、画素電極１１２の下層には、図示しない層間絶縁膜１１１を介して図示しないコモン電極（対向電極）１１０が面状に形成されている。そして、画素電極１１２とコモン電極１１０との間の電位差によって電界を発生させて液晶ＬＣを駆動する。

図１０は図８の第１の支柱３０が設置される部分の対向基板２０、およびＴＦＴ基板１０を含む断面図である。図１０（ａ）は図８のＡ−Ａ’断面に対応する部分である。図１０（ａ）において、ＴＦＴ基板１０にはＳｉＮからなる第１下地膜１０１とＳｉＯ_２からなる第２下地膜１０２が形成されている。ガラス基板からの不純物をブロックするためである。第２下地膜１０２上にはＴＦＴのアクティブ層である半導体層１０３が形成されている。半導体層１０３の上にはＳｉＯ_２によるゲート絶縁膜１０４を間に挟んでゲート電極１０５が形成されているが、この場合のゲート電極１０５は走査線１０５１が兼用している。ゲート電極１０５の上にはＳｉＯ_２による層間絶縁膜１０６が形成され、その上にはＳＤ電極１０７が形成されているが、この場合のＳＤ電極１０７は映像信号線１０７１が兼用している。ＳＤ電極１０７を覆ってＴＦＴ全体を保護するためのパッシベーション膜１０８がＳｉＮ膜によって形成されている。パッシベーション膜１０８の上にはアクリル樹脂からなる平坦化膜１０９が形成されている。平坦化膜１０９の膜厚は１μｍから３μｍ程度に厚く形成されている。平坦化膜１０９の上には、図示しないコモン電極１１０と図示しない画素電極１１２との間を絶縁するための層間絶縁膜１１１がＳｉＮによって形成されている。Ａ−Ａ’断面部には画素電極１１２もコモン電極１１０も存在していないので、層間絶縁膜１１１のみ現れている。

図１０（ａ）において、対向基板２０上にはブラックマトリクスＢＭが形成され、その上に緑カラーフィルタＧＣＦおよび青カラーフィルタＢＣＦが形成されている。第１の支柱３０はＢＭ上に形成されているために、カラーフィルタの下にブラックマトリクスＢＭが存在している。画素の部分では、ブラックマトリクスＢＭの窓部が存在し、対向基板２０上に直接カラーフィルタが形成されている。図１０（ａ）において、カラーフィルタの上にはオーバーコート膜ＯＣが形成され、その上に第１の支柱３０が形成されている。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔ｈ１は第１の支柱３０によって規定されている。第１の支柱３０は液晶を負圧で封止するために、この時点ですでに圧縮されている。すなわち、第１の支柱３０の元の高さはｈ１よりも若干高い。

図１０（ｂ）は図８のＢ−Ｂ’断面に対応する部分である。ＴＦＴの層構造は断面の位置は異なるが、図１０（ａ）で説明したと同様である。図１０（ｂ）においては、ＴＦＴの構成がより明確に描かれている。図１０（ｂ）における対向基板２０の層構造も図１０（ａ）で説明したのと基本的に同様であるが、図１０（ｂ）においては、断面の位置の関係から青カラーフィルタＢＣＦのみが描かれている。

図１１は図８の第２の支柱４０が設置される部分の対向基板２０、およびＴＦＴ基板１０を含む断面図である。第２の支柱４０に対応する部分のＴＦＴ基板１０には平坦化膜１０９のコンタクトホール５０が形成されている。図１１（ａ）は図８のＣ−Ｃ’断面に対応する部分である。図１１（ａ）に示すＴＦＴ基板１０において、断面部にはＴＦＴは形成されていないが、ＴＦＴのアクティブ層と同層の半導体層１０３が延在している。層構造は基本的には図１０（ａ）で説明したと同様であるが、図１１（ａ）には平坦化膜１０９のコンタクトホール５０が形成されており、また、平坦化膜１０９の上には層間絶縁膜１１１が形成され、その上に画素電極１１２が形成されている点が異なる。

図１１（ａ）において、パッシベーション膜１０８にはＳＤコンタクトホール６０が形成されてＳＤ電極１０７と画素電極１１２とを導通している。平坦化膜１０９が厚いために、コンタクトホール５０の上部５０１の径を大きくすることによってコンタクトホールのテーパ角を小さくしている。図１１（ａ）において、対向基板２０の構成は図１０（ｂ）と同様である。対向基板２０のオーバーコート膜ＯＣ上に設置された第２の支柱４０はコンタクトホール５０内に挿入される形になっている。第２の支柱４０の高さはｈ２であり、この高さは図１０に示すｈ１よりも大きい。図１０に示す第１の支柱３０の高さも圧縮されない状態では、第２の支柱４０の高さと同じｈ２である。すなわち、図１０の第１の支柱３０は（ｈ２−ｈ１）だけ圧縮されている。

図１１（ａ）において、平面的に見た場合、第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの上部５０１の端部との最短距離ｄは５μｍ以上である。また、第２の支柱４０の先端４０１とコンタクトホールの下部５０２との距離ｈ３は０．３μｍから３μｍで、好ましくは０．５μｍから１μｍである。図１１（ａ）において、コンタクトホールの上部５０１の径Ｄ２は２０μｍから３０μｍであり、コンタクトホールの下部５０２の径Ｄ１は約１０μｍである。なお、図１１（ａ）において、コンタクトホール５０より下に形成された径の小さいコンタクトホールはＳＤコンタクトホール６０である。

図１１（ｂ）は図８のＤ−Ｄ’断面に対応する部分である。図１１（ｂ）に示すＴＦＴ基板１０における断面構造は図１１（ａ）に示す構造と基本的には同じであるが、ＳＤ電極１０７がゲート絶縁膜１０４に形成されたＳＤコンタクトホール６０を介して半導体層１０３と接続されている状態が描かれている。また、図１０（ｂ）において、平坦化膜１０９の上にはコモン電極１１０が形成されている。コモン電極１１０の上には層間絶縁膜１１１が形成され、その上に画素電極１１２が形成されている。コモン電極１１０は透明導電膜によって面状に形成されている。一方画素電極１１２は図８に示すように間隔をおいたストライプ状に形成されている。画素電極１１２も透明導電膜で形成されている。画素電極１１２とコモン電極１１１との間に電圧を印加すると、横方向の電界を受けて液晶分子が回転し、バックライトからの光を制御して画像を形成することになる。

図１１（ｂ）において、対向基板２０の断面構成は図１１（ａ）と同様である。そして、対向基板２０のオーバーコート膜ＯＣ上には第２の支柱４０が形成されている。平面的に見た場合、コンタクトホールの上部５０１と第２の支柱４０の先端４０１との最短距離ｄは５μｍ以上である。そして、対向基板２０に圧力が加わって対向基板２０が押されると第２の支柱４０がコンタクトホール５０の側壁またはコンタクトホール５０の下部５０２に接触し、第２の支柱４０による反発力が生ずることになる。

以上の説明において、ＴＦＴ基板１０および対向基板２０の液晶ＬＣと接触する表面には配向膜が形成されているが、図示は省略した。また、位相差板や偏光板などについても図示を省略した。

以上の実施例では、第１の支柱３０と第２の支柱４０が同じ太さであるとして説明したが、第１の支柱３０と第２の支柱４０の太さは同じである必要は無い。第１の支柱３０は平坦化膜１０９のコンタクトホール５０内には挿入されないほうが良い。そのためには第１の支柱３０は太いほうが良い。一方、第２の支柱４０はコンタクトホール５０に挿入されやすいほうが良い。そのためには、第２の支柱４０は細いほうが良い。したがって、第１の支柱３０の径が第２の支柱４０の径よりも大きいほうが良い場合もある。第１の支柱３０も第２の支柱４０も同じアクリル系樹脂をフォトリソグラフィを用いたエッチングによって形成する。支柱の太さを変えるのは、フォトリソグラフィにおけるマスクを変更するだけで済むので、製造コストが上昇することは無い。

以上の実施例では、本発明の効果を大きくするために第２の支柱４０の数が第１の支柱３０の数よりも多い場合について説明したが、これに限られず、求められる特性に応じて第２の支柱４０の数と第１の支柱３０の数とを等しくしても良いし、第２の支柱４０の数を第１の支柱３０の数よりも少なくしても良い。

以上説明したように、本実施例によれば、第１の支柱３０をＴＦＴ基板１０に接触させ、第２の支柱４０を平坦化膜１０９に形成されたコンタクトホール５０に対応する部分に配置することによって、液晶を容易に負圧によって封止をすることが出来る。そして、対向基板２０を押したとき、第２の支柱による反発力を徐々に増すことによって、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間隔が極端に小さくなることを防止して、画像のムラ、あるいは第１の支柱３０の挫屈を防止して、信頼性の高い液晶表示装置を実現することが出来る。

本発明の原理を示す断面図である。 本発明の原理を示す他の断面図である。 第２の支柱とコンタクトホールとの位置関係を示す断面図である。 本発明の一形態を示す断面図である。 本発明の他の形態を示す断面図である。 ＴＦＴ基板上で支柱の位置を表す平面図である。 対向基板上で支柱の位置を表す平面図である。 ＴＦＴ基板の詳細平面図である。 図８の一部の拡大平面図である。 第１の支柱付近の液晶表示装置の断面図である。 第２の支柱付近の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴ基板、２０…対向基板、 ３０…第１の支柱、 ４０…第２の支柱、 ５０…コンタクトホール、 ６０…ＳＤコンタクトホール、 １０１…第１下地膜、 １０２…第２下地膜、 １０３…半導体層、 １０４…ゲート絶縁膜、 １０５…ゲート電極、 １０６…層間絶縁膜、 １０７…ＳＤ電極、 １０８…パッシベーション膜、 １０９…平坦化膜、 １１０…コモン電極、 １１１…層間絶縁膜、 １１２…画素電極、 １１５…ＴＦＴ層、 ４０１…第２の支柱の先端、 ４０２…第２の支柱の根元、 ５０１…コンタクトホールの上部、 ５０２…コンタクトホールの下部、 １０５１…走査線、 １０７１…映像信号線、 ＢＭ…ブラックマトリクス、 ＲＣＦ…赤カラーフィルタ、 ＧＣＦ…緑カラーフィルタ、 ＢＣＦ…青カラーフィルタ、 ＯＣ…オーバーコート膜、 ＬＣ…液晶。

Claims (12)

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た液晶とを有する液晶表示装置であって、
   前記第１の基板は断面がすり鉢状のコンタクトホールを有し、
   前記第２の基板は第１の支柱と第２の支柱とを有し、
   前記第１の支柱は前記第１の基板に接触しており、
   前記第２の支柱は前記第１の基板に非接触であり、
   少なくとも１つの前記第２の支柱において、前記第２の支柱の先端は、平面的に見たときに、前記コンタクトホール内に存在し、前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの上端との最短距離は、平面的に見たときに、５μｍ以上離れており、
   前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．３μｍから３μｍであることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．５μｍから１μｍ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の支柱の数は前記第１の支柱の数よりも多いことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１の支柱の径は前記第２の支柱の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第２の支柱は、前記第１の基板あるいは前記第２の基板が外部から圧力を受けたときに、前記コンタクトホールの側部か下端に接触することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の液晶表示装置。
6. 第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶滴下封入方式によって封入された液晶とを有する液晶表示装置であって、
   前記第１の基板は断面がすり鉢状のコンタクトホールを有し、
   前記第２の基板は第１の支柱と第２の支柱とを有し、
   前記第１の支柱は前記第１の基板に接触しており、
   前記第２の支柱は前記第１の基板に非接触であり、
   少なくとも１つの前記第２の支柱において、前記第２の支柱の先端は、平面的に見たときに、前記コンタクトホール内に存在し、前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの上端との最短距離は、平面的に見たときに、５μｍ以上離れており、
   前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．３μｍから３μｍであることを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記第１の支柱は前記第１の基板と前記第２の基板とによって圧縮された状態になっていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２の支柱の高さは前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の表示装置。
9. 前記第２の支柱の先端と前記コンタクトホールの下端との距離は０．５μｍから１μｍであることを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第２の支柱の数は前記第１の支柱の数よりも多いことを特徴とする請求項６から９の何れかに記載の液晶表示装置。
11. 前記第１の支柱の径は前記第２の支柱の径よりも大きいことを特徴とする請求項６から１０の何れかに記載の液晶表示装置。
12. 前記第２の支柱は、前記第１の基板あるいは前記第２の基板が外部から圧力を受けたときに、前記コンタクトホールの側部か下端に接触することを特徴とする請求項６から１１の何れかに記載の液晶表示装置。

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