JP2009237010A

JP2009237010A - 液晶パネル

Info

Publication number: JP2009237010A
Application number: JP2008079908A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Tanaka; 慎一郎田中; Hiroshi Wakaichi; 博若一; Yasuhiro Nakanishi; 康裕中西
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】スペーサの数を増やさずに、液晶の環境温度に追随し、所定の機械的強度を有し
、過度な圧力が掛かっても塑性変形しないスペーサを備えた液晶パネルを提供する。
【解決手段】液晶パネル１は、一対の第１、第２の基板２，１４の何れか一方の基板にシ
ール材が塗布され、何れか一方の基板２，１４に柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂが形成され
、柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂの先端部が他の基板面に接触し、シール材で囲まれた空間
内に液晶２４を封入して形成され、柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは、所定形状の柱状部２
０ａと、柱状部２０ａの頂部２０_２から立設された柱状部２０ａより細い所定形状の首部
２０ｂとを有し、柱状部２０ａと首部２０ｂとの境界部分に肩段部２０ｓを形成して、柱
状部２０ａの底部２０_１を一方の基板に固定し、首部２０ｂの頂部２０_２を他の基板に接
触させて両基板２，１４を貼り合せた。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネルに係り、詳しくは柱状スペーサを改良した液晶パネルに関するも
のである。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話機やその他の携帯情報端末などの電子機器は
その表示装置として、液晶パネルが多く使用されている。この液晶パネルは、互いに対向
する面にそれぞれ所定の電極パターンなどが形成された２枚の第１、第２基板を用いて、
これらの第１、第２基板にシール材を塗布して両基板間に所定大きさの空間を形成するよ
うに貼り合せて、シール材の一部に設けた液晶注入口から空間内に液晶を注入した後に、
この注入口を封止材で封止した構成となっている。

この液晶パネルは、また第１、第２基板間を所定の間隔、すなわちセルギャップを保持
するために両基板間にスペーサが介在されている。これまでのスペーサは、樹脂を球形状
に加工したビーズ型のものが使用されていたが、このような球状スペーサを使用すると、
散布時に被散布面に均一に散布されずに一部に偏在することがあり、またパネル開口率が
減少してしまう恐れがあるので、この球状スペーサに代えて柱状スペーサが使用されるよ
うになってきている（例えば、下記特許文献１、２参照）。

例えば、下記特許文献１に開示された液晶パネルは、対向基板に柱状のスペーサを立設
させて、ＴＦＴ基板との貼り合せ時に、このＴＦＴ基板に設けた薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）にスペーサの先端部を接触させて、両基板間のギャップを一定に保持するようにした
ものである。

また、下記特許文献２に開示された液晶パネルは、サブピクセル内に一対の柱状スペー
サを配設したものである。

図６は下記特許文献２に開示された液晶パネルを示し、図６ＡはＴＦＴ基板を対向基板
に設けた柱状スペーサとともに示した平面図、図６Ｂは液晶パネルのゲートバスラインを
通る一部断面図である。以下、図６を参照して、下記特許文献２に開示された液晶パネル
を説明する。

この液晶パネル３０は、ＴＦＴ基板３１と、ＣＦ基板３６と、これらの基板間に挿入さ
れた液晶４１とを有している。ＴＦＴ基板３１は、ゲートバスライン（以下、ゲートライ
ンという）３２、データバスライン（以下、データラインという）３３、ＴＦＴ３４およ
び画素電極３５を含む積層構造を有している。ＣＦ基板３６は、カラーフィルタ３７と共
通電極３８とを有し、また対向するＴＦＴ基板３１に向かって延びる複数の第１、第２の
柱状スペーサ３９、４０を備えている。第１の柱状スペーサ３９はゲートライン３２とデ
ータライン３３との交差部に相当する位置に配置されており、第２の柱状スペーサ４０は
、ゲートライン３２の一部に相当する位置に配置されている。これらの第１、第２の柱状
スペーサ３９、４０は、同じ高さで両基板を貼り合せたときに、第１の柱状スペーサ３９
はゲートライン３２とデータライン３３との交差部と接触し、第２の柱状スペーサ４０は
ＴＦＴ基板３１との間で隙間が空くように配置されている。

これらの柱状スペーサ３９、４０のうち、第１の柱状スペーサ３９は、液晶４１の熱膨
張および熱収縮に追随し、第２の柱状スペーサ４０は、基板に局部的に大きな力が掛かっ
たときに塑性変形を阻止する働きをしている。すなわち、第１の柱状スペーサ３９はゲー
トライン３２とデータライン３３との交差部と接触しているが、第２の柱状スペーサ４０
はＴＦＴ基板３１との間に間隔が空いている。したがって、例えばＣＦ基板３６に局部的
な大きな力が掛かったとしても、最初は第１の柱状スペーサ３９が圧縮されるが、やがて
第２の柱状スペーサ４０がＴＦＴ基板３１と接触し、第２の柱状スペーサ４０が大きな力
の大部分を受けもつようになる。そのため、第１の柱状スペーサ３９が過度に変形して塑
性変形するのが防止される。

この液晶パネル３０は、第１、第２の柱状スペーサ３９、４０をサブピクセル内に異な
る２つの配置パターンで設置して、この２つの配置パターンで基板間に段差を設け、この
段差を利用して２段クッション作用により、液晶４１の熱膨張或いは収縮、また基板間に
加わる圧力に対応できるようになっている。
特開２００１−２７７６２号公報（段落〔００２３〕、〔００２４〕、図３）特開２００３−１５６７５０号公報（段落〔００２０〕〜〔００２７〕、図３）

上記特許文献１に開示された液晶パネルは、従来技術のビーズ型スペーサに代えて柱状
スペーサを使用しているので、ビーズ型スペーサが抱える課題、例えば、パネル開口率の
減少および散布時に発生するビーズ型スペーサの偏在などを解消することができる。しか
しながら、この柱状スペーサは、ＣＦ基板からアレイ基板に向かって、断面視で頂点が鋭
角な三角形状をなしているので、両基板に大きな力が掛かると、柱状スペーサが潰れてし
まい両基板間の所定のギャップを保持できなくなる恐れがある。これに対して、上記特許
文献２に開示された液晶パネルは、柱状スペーサをサブピクセル内に異なる２つの配置パ
ターンで設置して、基板間に生じる段差で２段クッション作用が働くようにして、熱膨張
および収縮並びに機械的な圧力に対応できるようになっている。しかしながら、上記特許
文献２に開示された液晶パネルは、それぞれのサブピクセル内に異なる２つの配置パター
ンで２本の柱状スペーサを配置しなければならないので、各柱状スペーサに対してそれぞ
れ遮光手段が必要になるとともに、柱状スペーサを形成する工数が増えるなどの課題が潜
在している。

近年の液晶パネルは、小型化、高精細化の傾向にあり、これに伴って個々の画素領域が
極小化されて、この極小化された画素領域にスペーサの密度を高めて配設するのが極めて
困難になってきている。すなわち、近年、携帯端末などに使用される液晶パネルは、小型
化に加えて高解像度、高輝度、低消費電力が要求されていることから、パネルの開口率が
高くなっており、スペーサを配置する場所（非開口部）が不足している。このため、上記
特許文献２に開示された液晶パネルのように、スペーサの本数を増やすことができなくな
ってきている。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、本発
明の目的は、スペーサの本数を増大させることなく、液晶の環境温度に追随ししかも所定
の機械的強度を有し、過度な圧力が掛かっても塑性変形しないスペーサを備えた液晶パネ
ルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の液晶パネルは、マトリクス状に配設された第１、
第２配線が交差する箇所にアクティブ素子を設けた第１の基板と、前記第１の基板と対向
配置する第２の基板とを有し、前記第１、第２の基板のいずれか一方の基板にシール材が
塗布され、前記第１、第２の何れか一方の基板に柱状スペーサが形成され、前記柱状スペ
ーサの先端部が他の基板面に接触し、前記シール材で囲まれた領域に形成された空間内に
液晶が封入された液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、所定の高さおよび太さの柱
状部と、前記柱状部の頂部から立設された前記柱状部より細い所定高さの首部とを有し、
前記柱状部と前記首部との境界部分に肩段部を形成して、前記柱状部の底部を前記一方の
基板に固定し、前記首部の頂部を前記他の基板に接触させて両基板を貼り合せたことを特
徴とする。

上記液晶パネルによれば、柱状スペーサは、第１、第２の基板間にあって、柱状部の底
部が一方の基板に固定され、首部の頂部が他の基板に接触しているので、第１、第２の基
板間に均一なギャップが保持される。したがって、液晶パネルの使用中に、パネル内の液
晶が熱膨張或いは熱収縮しても、柱状スペーサの首部がこの熱膨張或いは熱収縮に追随し
て伸縮するので、第１、第２の基板間のギャップが均一に保持される。また、液晶パネル
製造時などにおいて、基板に局部的な大きな力が掛かって、柱状スペーサの首部が潰れた
としても直ぐに首部基の肩段部が基板に突き当たって、それ以上の潰れが阻止されるので
、第１、第２の基板間に所定のギャップが保持される。すなわち、この柱状スペーサは、
首部と肩段部とで２段クッションの作用を有することになる。その結果、従来技術のよう
に一対の柱状スペーサをペアにして異なる２つの配置パターンで形成することなく、熱的
影響および機械的圧力に対応することが可能になる。また、１つの柱状スペーサが２段ク
ッション作用を有するので、従来のように２本の柱状スペーサをペアにしてそれぞれ遮光
するのに比べて、遮光面積を減少させることも可能になる。

また、上記液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、前記第１の基板の前記アクティ
ブ素子と重なる位置に配設されていると好ましい。

上記好ましい態様によれば、柱状スペーサの配置に自由度が増すので、柱状スペーサの
配設設計が容易になる。

また、上記液晶パネルにおいて、前記柱状スペーサは、前記第１の基板の前記第１、第
２の配線のいずれか一方の配線と重なる位置に配設されていると好ましい。

また、上記液晶パネルにおいて、前記第２の基板にはカラーフィルタ層を設け、前記柱
状スペーサは前記カラーフィルタ層で使用する材料と同一の材料からなる層を積層するこ
とにより形成すると好ましい。

上記好ましい態様によれば、カラーフィルタ基板を製造する際に、柱状スペーサを特別
な材料を用いることなく、カラーフィルタ層を形成する色材ですることなく簡単に作成で
きる。

また、上記液晶パネルにおいて、前記肩段部は、複数の階段状に形成されていると好ま
しい。

上記好ましい態様によれば、階段状に肩段部が形成されることにより基板に圧力が掛か
ったときには肩段部を段階的に基板に当接させることが可能になるので、過度な圧力が掛
かっても塑性変形しない柱状スペーサを提供できる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態
は、本発明の技術思想を具体化するための液晶パネルを例示するものであって、本発明を
この液晶パネルに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその
他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は本発明の液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の表示画素の一部を示した平面図である
。図１には説明の便宜上、カラーフィルタ基板に配置するスペーサを点線で示した。図２
は図１のＴＦＴ基板にカラーフィルタを貼り合せた状態でII―II線で切断した拡大断面図
である。図３は図１のIII―III線の拡大断面図である。図４Ａは柱状スペーサの斜視図、
図４Ｂは図４ＡのIVＢ―IVＢ線の断面図である。図５は柱状スペーサの変形例を示した断
面図ある。

液晶パネル１は、図１及び図２に示すように、マトリクス状に配設したゲート配線４と
ソース配線６とが交差する箇所にアクティブ素子としての電界効果型薄膜トランジスタ（
以下、ＴＦＴという）７を設けたＴＦＴアレイ基板（以下、アレイ基板という）２と、こ
のアレイ基板２と対向配置するカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板（以下、ＣＦ
基板という）１４とを備えている。ＣＦ基板１４には、柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂを配
置位置をそれぞれ異ならせて立設して、これらの柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂをアレイ基
板２とＣＦ基板１４との間に介在させて貼合わせて、両基板２、１４間に空間Ｓを形成し
て、この空間Ｓ内に液晶２４を封入した構成を有している。以下、具体的な構成を説明す
る。

図１において、アレイ基板２は、ガラス基板３の上にゲート配線４とソース配線６とを
所定の間隔をあけて互いにマトリクス状に配設して、このマトリクス状に配設したゲート
配線４とソース配線６とで囲んだ領域が表示画素Ｐとなっている。それぞれの表示画素Ｐ
には、ＴＦＴ７が配設されている。

このアレイ基板２は、ガラス基板３上にゲート配線４が形成され、その上にゲート絶縁
膜５を介し、その上に半導体層７ａが形成されている。この半導体層７ａは、ゲート電極
Ｇの真上のゲート絶縁膜５上に設けられ、ソース電極８およびドレイン電極９が接続され
ている。また、ドレイン電極９は画素電極１０に接続されている。そして、これらの半導
体層７ａ、ソース電極８およびドレイン電極９などは保護絶縁膜１１で覆われている。こ
の保護絶縁膜１１の上には、配向膜１２が形成されている。そして、上述したゲート電極
Ｇ、半導体層７ａ、ソース電極８及びドレイン電極９により、ＴＦＴ７が形成されている
。

ＣＦ基板１４は、ガラス基板１５の上にアレイ基板２のゲート配線４、ソース配線６、
およびＴＦＴ７を覆うようにブラックマトリクス１６がマトリクス状に形成されている。
また、このブラックマトリクス１６に囲まれた領域には所定色からなるカラーフィルタ１
７が形成されている。このカラーフィルタ１７の上には、絶縁保護膜１８および共通電極
１９が順に積層されている。この共通電極１９上には、アレイ基板２に向けて立設するよ
うに、それぞれ異なる位置に柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂが形成されている（図２及び図
３参照）。これらの柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは、配設する場所が異なるのみで同じ形
状となっている。

柱状スペーサ２０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、所定の高さおよび太さの柱状部
２０ａと、この柱状部２０ａの頂部に立設された柱状部２０ａより細い所定高さの首部２
０ｂとを有し、これらの柱状部２０ａと首部２０ｂとの間の境界部分に肩段部２０ｓが形
成された構成となっている。

この柱状スペーサ２０は、柱状部２０ａの基底面２０_１がＣＦ基板１４側に固定されて
おり、両基板２、１４の貼り合わせ時には首部２０ｂの頂部２０_２をアレイ基板２側に接
触させる。すなわち、この柱状スペーサ２０は、アレイ基板２とＣＦ基板１４との間にあ
って、柱状部２０ａの底部２０_１を一方のＣＦ基板１４に固定し、首部２０ｂの頂部２０
_２を他のアレイ基板２に接触されるので、両基板２、１４間のセルギャップが均一に保持
される。

この柱状スペーサ２０は、ＣＦ基板１４の共通電極１９面からアレイ基板２に向かって
突出させて形成される。すなわち、各柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂのうち、一方の柱状ス
ペーサ２０ＡはＴＦＴ７と対向する位置に配設され、他の柱状スペーサ２０Ｂはゲート配
線４と対向する位置に配設される（図１〜図３参照）。

両柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは、共通電極１９上に感光性樹脂、例えばアクリル系透
明感光材料が所望の厚膜に塗布されて、所定のマスクを使用して露光および現像並びに熱
処理などを行って所定の形状に形成される。また、この柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは、
ＣＦ基板１４上に形成するので、このＣＦ基板１４に設けるカラーフィルタ層と同一の材
料を使用、例えば、赤色、青色、緑色のうち、いずれか２つの色層を選択して重ねる方式
で形成してもよい。

なお、この柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは図４に図示した形状に限定されない。具体的
に言えば、例えば、図５Ａに示すように、頂部および肩段部に所定のＲを付けたものや、
図５Ｂ〜図５Ｄに示すような山型形状のものにしてもよい。これらの形状により、柱状部
および首部に掛かる圧力などの調節が可能になる。さらに、図示しないが、肩段部を複数
段で構成される階段状にしてもよい。このように階段状に肩段部を形成することにより、
基板に圧力が掛かったときに肩段部を段階的に基板に当接させることが可能になる。

また、この実施形態では、柱状スペーサ２０Ａ、２０ＢをＣＦ基板１４側に設けたが、
アレイ基板２側に設けてもよい。このように柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂの配設が変更可
能であれば、その配設設計が容易になる。

このＣＦ基板１４は、それぞれ柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂを形成した後に、アレイ基
板２と対向する表面および各柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂの外面を含めて配向膜２１が塗
布されて、この配向膜２１は所定方向にラビング処理される。その後、アレイ基板２は、
その表示領域の周囲にシール材（図示省略）を塗布して、ＣＦ基板１４と貼り合わせされ
る。この貼り合せ時に、一方の柱状スペーサ２０Ａは、図２に示すように、首部２０ｂの
頂部２０_２をＴＦＴ７の頂部に設けた配向膜１２と接触させ、また、他方の柱状スペーサ
２０Ｂは、図３に示すように、首部２０ｂの頂部２０_２を、ゲート配線４を間にゲート絶
縁膜５を介して覆う保護絶縁膜１１に接触させて、これらの基板２、１４間に所定大きさ
の空間Ｓが形成されるようにして貼り合せる。両基板２、１４を貼り合わせた後に、空間
Ｓ内に不図示の注入口から液晶２４が注入される。その後、ガラス基板３、１５の外表面
に入射光を偏光する偏光板１３、２３を配置して液晶パネル１の組立が完了する。

組立てられた液晶パネル１は、ＣＦ基板１４側に設けた各柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂ
のそれぞれの頂部２０_２、２０_２がＴＦＴ７およびゲート配線４を覆う保護絶縁膜１１に
接触した状態で固定される。この固定状態で、液晶パネル１の使用中に液晶２４が熱膨張
或いは熱収縮すると各柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂの首部２０ｂ、２０ｂがこの熱膨張或
いは熱収縮に追随して伸縮することで両基板２、１４間のセルギャップが均一に保持され
る。また、液晶パネル製造時などにおいて、基板に局部的に過度な大きな力が掛かって、
柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂの首部２０ｂ、２０ｂが潰れたとしても、直ぐに首部２０ｂ
、２０ｂの基部に位置する肩段部２０ｓ、２０ｓが基板に突き当たって、それ以上の潰れ
が阻止されるので所定のセルギャップは保持される。

したがって、この柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂは、首部２０ｂ、２０ｂと肩段部２０ｓ
、２０ｓとで２段クッションの作用を有することになり、その結果、従来技術のように一
対の柱状スペーサをペアにして異なる２つの配置パターンで形成することなく、熱的影響
および機械的圧力に対応することが可能になる。また、１つの柱状スペーサで２段クッシ
ョン作用を有するので、従来のように２本のスペーサをペアにしてそれぞれ遮光するのに
比べて、遮光面積を減少させることも可能になる。

この実施形態の液晶パネル１では、各柱状スペーサ２０Ａ、２０Ｂのうち、一方の柱状
スペーサ２０ＡはＴＦＴ７と対向する位置に配設し、他の柱状スペーサ２０Ｂはゲート配
線４と対向する位置に配設したが、このように配置位置を異ならせることなく、いずれか
一方の位置のみに配設するようにしてもよい。特にＴＦＴ７と対抗する位置にだけ配設し
ておけば、もともとＴＦＴ７によって遮光されるので、ゲート配線と対抗する位置に配設
するよりも表示画素の開口率に与える影響を抑えることができる。

本発明の液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の表示画素の一部を示した平面図である。図１のＴＦＴアレイ基板にカラーフィルタを貼り合せた状態でII―II線で切断した拡大断面図である。図１のIII―III線の拡大断面図である。図４Ａは柱状スペーサの斜視図、図４Ｂは図４ＡのIVＢ―IVＢ線の断面図である。柱状スペーサの変形例を示した断面図ある。従来技術の液晶パネルを示し、図６ＡはＴＦＴ基板を対向基板に設けた柱状スペーサとともに示した平面図、図６Ｂは液晶パネルのゲートバスラインを通る一部断面図である。

符号の説明

１：液晶パネル２：ＴＦＴアレイ基板（第１の基板）３：ガラス基板４：ゲート配
線５：ゲート絶縁膜６：薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）７ａ：半導体層８：ソース
電極９：ドレイン電極１０：画素電極１１：保護絶縁膜１２：液晶配向膜１３
：偏光板１４：カラーフィルタ基板（第２の基板）１５：ガラス基板１６：ブラッ
クマトリクス１７：カラーフィルタ１８：保護絶縁膜１９：共通電極２０Ａ２
０Ｂ：柱状スペーサ２０ａ：柱状部２０ｂ：首部２０ｓ：肩段部２３：偏光板
２４：液晶Ｐ：表示画素Ｓ：空間

Claims

マトリクス状に配設された第１、第２配線が交差する箇所にアクティブ素子を設けた第
１の基板と、前記第１の基板と対向配置する第２の基板とを有し、
前記第１、第２の基板のいずれか一方の基板にシール材が塗布され、
前記第１、第２のいずれか一方の基板に柱状スペーサが形成され、前記柱状スペーサの
先端部が他の基板面に接触し、前記シール材で囲まれた領域に形成された空間内に液晶が
封入された液晶パネルにおいて、
前記柱状スペーサは、所定の高さおよび太さの柱状部と、前記柱状部の頂部から立設さ
れた前記柱状部より細い所定高さの首部とを有し、前記柱状部と前記首部との境界部分に
肩段部を形成して、前記柱状部の底部を前記一方の基板に固定し、前記首部の頂部を前記
他の基板に接触させて両基板を貼り合せたことを特徴とする液晶パネル。
前記柱状スペーサは、前記第１の基板の前記アクティブ素子と重なる位置に配設されて
いることを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
前記柱状スペーサは、前記第１の基板の前記第１、第２の配線のいずれか一方の配線と
重なる位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
前記第２基板にはカラーフィルタ層を設け、前記柱状スペーサは前記カラーフィルタ層
で使用する材料と同一の材料からなる層を積層することにより形成したことを特徴とする
請求項３に記載の液晶パネル。
前記肩段部は、複数の階段状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の液晶パネル。