JP2009069391A - 液晶表示装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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SiO2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SiO2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SiO2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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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