JP2010096993A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサとしての支持強度と低温気泡の発生防止のトレードオフを解消し、または、緩和する。
【解決手段】カラーフィルタ基板２０１とＴＦＴアレイ基板２０２間のスペーサ１０が、１つ以上の段差をもつ多段構造を有する。スペーサ１０は、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂを持ち、補助スペーサ１０Ｂの断面積が、スペーサ本体１０Ａのそれより小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる駆動基板と対向基板と称される２枚の基板間で液晶が封入されるギャップを保持するスペーサを有する液晶表示装置と、その製造方法に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有する。このため、液晶表示装置は、携帯電話、デジタルカメラなどのモバイル用途の電子機器において多く使用されている。
液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶が封入された液晶パネルを有している。液晶表示装置は、液晶パネルの背面に設けられたバックライトなどの平面光源から照射された光を、液晶パネルが変調する。そして、変調した光によって画像の表示が液晶パネルの正面（表示面を見る側）にて実施される。

近年、液晶表示装置において、液晶表示装置の画面上に表示されたアイコン等を利用してユーザの指示内容を示すデータを直接、入力する「タッチパネル」と呼ばれるセンサ機能を有する液晶表示装置が実現されている。
タッチパネルは、液晶表示装置の画面上に示す指示内容を人の手または物体（たとえばスタイラスペン）で選択できるように液晶表示装置の表示面側に設置される。人の手または物体がタッチパネルに直接接触すると、タッチパネルは手または物体が接触するパネル面内の位置を検出する。液晶表示装置は、接触が検出された位置に応じて指示された内容を入力信号として受け入れ、この入力信号に基づく動作を実行する。

タッチパネルを備える液晶表示装置は、コンピュータ等に使用される場合、キーボードやマウスのような、本体およびディスプレイとは別の付属部品としての入力装置を必要としない。あるいはタッチパネルが、これらの入力装置を補助する別の入力装置を提供する。また、携帯電話のようなモバイル製品にタッチパネルが使用される場合、キーパッドのような入力装置を必要としない、あるいは、キーの数を減らせる。
以上より、タッチパネルを液晶表示装置に実装すると、個別の付属部品点数が削減される。製品の提供側にとっては、付属部品点数が少ないと、製品設計の自由度が増し、小型化や利便性向上を進展させて商品力を高めるという利益をもたらす。このことは利用者側にも製品の低価格化、高機能化、利便性向上といった利益をもたらす。そのため、タッチパネルの使用が年々拡大している傾向にある。

タッチパネルの実装方法としては、タッチパネルを液晶表示パネルの表示面側に付加した液晶表示装置が知られている。
しかしながら、タッチパネルを外付けで付加することが表示装置の薄型化に不利であり、製造コスト増の要因になる。また、タッチパネルを外付けにした液晶表示装置は、屈折界面の影響により映像表示時の光学特性が変化し、画像の視認性が低下する。このため、液晶表示パネルとタッチパネルを一体化して形成することが検討されている。

しかし、このような液晶表示パネルを実際に使うとき、外部から圧力が加わること、ガラスが薄型化していることから、面押し等によるスペーサもしくはその支持体の変形が顕著となる。
その理由として、タッチパネルとして使用するとパネルへの荷重が大きいこと、ガラスが薄くなるとセルギャップを決定するスペーサへの圧力が分散せず、スペーサ１本あたりの荷重が大きくなることが挙げられる。

その対策として、スペーサの配置密度を上げることが、最も有効な対策である。
しかし、単位面積当たりのスペーサ面積の割合である、面積占有率を上げると、低温環境下で衝撃を与えると真空気泡（いわゆる低温気泡）が発生するという問題が生じる。
これは、低温下で衝撃を与えるとセルギャップが凹み、すぐに復元するが、ガラスなどの部材の復元速度に対し、液晶層の衝撃に対する復元速度が追随できずにセル内部に気泡が発生することに起因する。
この気泡はスペーサ面積占有率が高いとガラスの戻りが早いために生じ、スペーサ面積占有率と気泡とはトレードオフの関係にある。

低温気泡の対策として、スペーサの高さを変えることで、その対処をする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１２２１５０号公報

しかし、このような高さの異なるスペーサは製造上、工程数の増加につながり、また制御が難しく、量産性が低い。

本発明は、スペーサとしての支持強度と低温気泡の発生防止のトレードオフを解消し、または、緩和した構造のスペーサを有する液晶表示装置を提供するものである。また、本発明は、かかる構造のスペーサの形成ステップを含む液晶表示装置の製造方法を提供するものである。

本発明に関わる液晶表示装置は、第１基板と、第２基板と、複数のスペーサと、液晶層とを有する。
前記複数のスペーサは、前記第１基板と前記第２基板との間に配置されている。
前記液晶層は、前記複数のスペーサに支持された前記第１基板と前記第２基板との間に充填されている。
そして、前記スペーサが、１つ以上の段差をもつ多段構造を有する。

上記構成によれば、スペーサの高さ方向で段差より一方側の断面積が相対的に大きく、他方側の断面積が相対的に小さい。この大きな断面積の側を支持体（スペーサ）として機能させ、他方、より小さい断面積で低温気泡の復元力を調整するような断面積とすることができる。つまり、大きな外圧に押し込まれたときは、ある程度変形すると、それ以上は容易に変形しないことと、低温気泡の発生防止とがスペーサの構造によって実現可能となっている。なぜなら、外圧を解除したときは小さい断面積部分の結合力で基板の復元力が決まるため、その小さい断面積部分の結合力を低温気泡防止のために最適化することが可能だからである。

このような要請から、本発明では好適に、前記スペーサの前記多段構造は、前記第２基板に最も近い第２基板近接段の断面積が、前記第１基板に最も近い第１基板近接段の断面積より小さい。
また、本発明では好適に、前記スペーサの前記多段構造は、前記第１基板と前記第２基板との離間方向のサイズである高さに関し、前記第２基板近接段の高さが、他のどの段の高さよりも小さい。

本発明の好ましい形態では、前記スペーサは、前記第１基板に最も近いスペーサ本体の段と、前記スペーサ本体より断面積が小さく、前記第１基板を前記スペーサ本体と連結させ、連結力に応じて基板変形の復元を調整するための補助スペーサの段と、を有する。

本発明に関わる液晶表示装置の製造方法は、液晶層を挟む第１基板と第２基板の少なくとも一方に、前記第１基板と前記第２基板とを所定の対向間隔で保持するための複数のスペーサを形成するステップと、前記スペーサを挟んで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせ、形成された前記所定の対向間隔のギャップに液晶を封入するステップと、を有する。
前記スペーサを形成するステップが、当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、１つのレジスト塗布膜を異なる面積の露光領域で２度の多重露光を行うステップを含む。

本発明に関わる液晶表示装置の他の製造方法は、同様に、上記複数のスペーサを形成するステップと、液晶を封入するステップと、を有する。
前記スペーサを形成するステップが、当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、面積が異なる２層のレジストパターンを２回の露光と現像の繰り返しにより形成するステップを含む。

本発明に関わる液晶表示装置の、さらに他の製造方法は、同様に、上記複数のスペーサを形成するステップと、液晶を封入するステップと、を有する。
前記スペーサを形成するステップが、当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、核部となる第１のレジストパターンを前記第１基板に形成するステップと、形成した前記第１のレジストパターンを覆い、当該第１のレジストパターンの存在により外面に段差が形成される第２のレジストパターンを形成するステップと、を含む。

本発明によれば、スペーサとしての支持強度と低温気泡の発生防止のトレードオフを解消し、または、緩和することができる。また、その緩和のための製造を簡略化しコスト増加を極力抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

《第１実施形態》
図１は、透過型液晶表示装置の概略的な断面図である。図２は、図１の透過型液晶表示装置が有する画素領域の一部を示す簡略化された平面透視図である。図２のＡ―Ｂ線に沿う断面が、ほぼ図１に示す断面に相当する。
図１に図解する液晶表示装置１００は、液晶パネル２００と、バックライト（不図示）と、液晶パネルやバックライトを駆動する駆動部（不図示）とを有する。
図１に示す断面で見ると、液晶パネル２００は、図の上側が「表示面側」、図の下側が「背面側」である。バックライトは背面側に液晶パネル２００と近接配置される。

液晶パネル２００においては、「第１基板」としてのカラーフィルタ基板２０１と、「第２基板」としてのＴＦＴアレイ基板２０２とが間にギャップを形成して対面している。ＴＦＴアレイ基板２０２は「駆動基板」とも呼ばれ、カラーフィルタ基板２０１は「対向基板」とも呼ばれる。

ＴＦＴアレイ基板２０２は、詳細は後述するが、画素電極、配線、トランジスタがマトリクス配置されている。これにより、液晶パネル２００を、例えば表示面側から見ると複数の画素ＰＩＸがマトリクス配置される。画素ＰＩＸは階調変化が可能な最小単位である。
図１および図２では、赤(Ｒ)を表示するＲ画素を符号“ＰＩＸ(Ｒ)”により示す。同様に、緑(Ｇ)を表示するＧ画素を符号“ＰＩＸ(Ｇ)”により、青(Ｂ)を表示するＢ画素を符号“ＰＩＸ(Ｂ)”により示す。

図１に示すように、カラーフィルタ基板２０１とＴＦＴアレイ基板２０２との間に挟まれるように、液晶層２０３が形成されている。
詳細は後述するが、カラーフィルタ基板２０１とＴＦＴアレイ基板２０２のそれぞれに所定の機能層を積層して形成した後に、互いに対向して２枚の基板を配置し、その間に液晶を注入して封止することで、液晶層２０３が形成される。

ＴＦＴアレイ基板２０２は、例えばガラスなどの透明度が高い材料から形成され、その上にトランジスタＴｒのゲート電極２０４が形成されている。ゲート電極２０４上に薄いゲート絶縁膜２０５を介して、トランジスタＴｒのボディ領域となるＴＦＴ層２０６が形成されている。図１および図２ではＴＦＴアレイ基板２０２上に直接、ゲート電極２０４が形成されている。しかし、絶縁層上にゲート電極２０４を形成してもよい。また、詳細は図示を省略しているが、ＴＦＴ層２０６に不純物を注入してソース領域とドレイン領域が形成されている。

なお、ゲート電極２０４は、図２に示すように画素境界に沿って長く配線されて走査線を兼用する。ゲート電極２０４はモリブデンなどの高融点金属材料からなるため、その配線抵抗を下げたい場合は、図示しない上層の配線に適宜接続されている。

このように形成されたトランジスタＴｒを埋め込むように多層絶縁膜２０７が、ＴＦＴアレイ基板２０２に形成されている。
多層絶縁膜２０７内に導電層、例えばトランジスタのプラグ２０８、あるいは、アルミニウム等の金属配線からなる信号線２０９が埋め込まれている。信号線２０９は、図２には示していないが、ゲート電極２０４（走査線）と直交する方向に長く配線されている。信号線２０９は、図２に現れない箇所でトランジスタＴｒと接続されている。

多層絶縁膜２０７上に、プラグ２０８上に接続する画素電極２１０が形成されている。画素電極２１０は透明電極材料からなる。
第１実施形態の液晶表示装置１００は、「ＶＡ ＥＣＢモード」の液晶表示装置である。このため、画素電極２１０は、画素ＰＩＸのほぼ全域に一枚の大きな面積の電極として配置されている。
なお、図１において、Ｒ画素ＰＩＸ(Ｒ)の画素電極２１０を符号“２１０(Ｒ)”により示す。同様に、Ｇ画素ＰＩＸ(Ｇ)の画素電極２１０を符号“２１０(Ｇ)”により示し、Ｂ画素ＰＩＸ(Ｂ)の画素電極２１０を符号“２１０(Ｂ)”により示す。図２において画素電極２１０は図示を省略している。

画素電極２１０は、画素ごとに液晶層２０３に対して電界を印加するための電極である。この電界印加時の画素電極２１０の電位（表示画素電位）は、画素階調を決めるため、表示画素電位を与えるために信号線２０９から映像信号が供給され、その映像信号の所定の電位をトランジスタＴｒでサンプリングする。
液晶層２０３に対して電界を印加するためのもう片方の電極は、後述するように、カラーフィルタ基板２０１側に形成されている。
画素電極２１０上に、第２配向膜２１２が形成されている。

カラーフィルタ基板２０１は、その液晶層側の面に、複数の機能膜が積層されている。
より詳細には、カラーフィルタ基板２０１は、例えばガラスなどの透明度が高い材料から形成され、その上にカラーフィルタ層２２０が形成されている。カラーフィルタ層２２０は、所定の色が染色されたフィルタ領域２２０Ａを有する。フィルタ領域２２０Ａの色は１画素に１色が指定され、その色配列は所定のパターンで決められている。例えば、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)の３色の配列を１単位として、この色配列がマトリクス状に繰り返されている。
本実施形態では、フィルタ領域間のカラーフィルタ層部分に、ブラックマトリクスＢＭが埋め込まれている。

カラーフィルタ層２２０上に平坦化膜２２１が形成され、その上に、さらに「対向電極」とも称せられる共通電極２２２が形成されている。共通電極２２２は透明電極材料からなり、複数の画素、例えば有効画素領域の全画素で共通な１枚のブランケット電極として形成されている。
共通電極２２２上に第１配向膜２２３が形成されている。
一方、カラーフィルタ基板２０１の裏面（表示面側）には、保護層２３０が形成されている。保護層２３０の最表面が、表示面２００Ａである。

本実施形態では、第１基板（カラーフィルタ基板２０１）に、多段構造を有するスペーサ１０が形成されている。スペーサ１０は、第１基板と第２基板（ＴＦＴアレイ基板２０２）との間に一定厚のギャップを形成して液晶層２０３の厚さを規定し、保持するための部材である。一般に、スペーサには機械的に強く容易に破壊されないこと、弾力性が高いこと、および、絶縁性が求められる。

本実施形態のスペーサ１０は、相対的に断面積が大きいスペーサ本体１０Ａと、スペーサ本体１０Ａより断面積が小さい補助スペーサ１０Ｂとが、同一材料から一体に形成されている。これにより、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂの境目に段差１０ｓが形成されている。
なお、本実施形態の変形例で後述するように、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂを別の材料から形成し、あるいは、スペーサ本体１０Ａの一部（外郭部）を補助スペーサ１０Ｂと同じ材料から形成することできる。

次に、このような２段構造のスペーサ１０について、その形状から得られる利点を検討した結果を、比較例とともに説明する。

図３（Ａ）は、２段目の補助スペーサ１０Ｂの高さと、基板変位量との関係を示すグラフである。
ここで「高さ」とは、図３（Ｂ）に示すように、「第１基板」としてのカラーフィルタ基板２０１と、「第２基板」としてのＴＦＴアレイ基板２０２との離間距離Ｈｔにおけるスペーサ１０のサイズである。

離間距離Ｈｔを一定として、補助スペーサ１０Ｂの高さＨｂが０.５、１.０、２.０、３.３[μm]である４種類のサンプルを用意した。４種類のサンプルはスペーサ１０における、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂの高さの比率が異なる。
４種類のサンプルに、ある同じ大きさの外圧を基板に対し垂直方向に加えた。このとき、基板と垂直な方向の縮み量を、初期値が離間距離Ｈｔであるセルギャップの高さと、補助スペーサ１０Ｂの高さで測定した。
図３（Ａ）は、その２種類の高さにおける縮み量（変位量）と、補助スペーサ１０Ｂの、外圧なしの初期状態の高さＨｂとの関係を示す。

図３（Ａ）から、補助スペーサ１０Ｂの変位量とセルギャップの変位量はほぼ等しい。このことから、外圧によって、断面積が小さい補助スペーサ１０Ｂ（２段目部分）が主に潰れていくことが分かる。
また、補助スペーサ１０Ｂの高さＨｂが高いと変位量が大きいことも、図３（Ａ）からわかる。
さらに、スペーサ本体１０Ａの高さが高い、つまり、補助スペーサ１０Ｂの高さが低いほど、全体的に強度が強いスペーサ１０が得られることも、図３（Ａ）からわかる。

＜比較例＞
図４は、セル強度の強化のためのスペーサ形状と配置を示す比較例の断面図である。図４において、図１と同一構成には同一符号を付している。
液晶層２０３の厚さを決める第１スペーサ９０Ｈと、それより少し低い高さの第２スペーサ９０Ｌが所定の割合で配置されている。
このようなスペーサ形状と配置は、いわゆる低温気泡を防止し、かつ、外力に対する強度（面押し等の強度）を確保することが困難であるため、このトレードオフを解消する目的で考案されている。以下、このトレードオフについて説明する。

基板変形の復帰時に基板の弾性力（厳密には、復元力）が大きいと、低温においては液晶分子の動きが鈍く、その基板への追従が間に合わないため液晶層に気泡が発生する。
この低温気泡は、基板の復元力を弱めることで有効に防止できる。基板自体の剛性は、基板厚さや材料等によって決まり、それらは光学特性その他の要因から決められるので、基板自体の剛性を変化することは、低温気泡防止のためだけに容易に変更できるパラメータではない。

一方、スペーサの単位面積当たりの占有率、つまり、表示面から見た個々のスペーサのサイズと、その配置密度は、基板の復元力と大きく関係している。スペーサの単位面積当たりの占有率が大きいと、外圧によってセルギャップが縮みにくいため、この点からすると、当該スペーサの占有率は大きいほどよい。
しかし、スペーサがあまり大きいと画素表示で無駄な領域が増えてセル開口率が下がり、画像表示のセル内有効利用という点では、スペーサの大きさや配置密度にも限度がある。
また、単位面積当たりの占有率が大きすぎると、基板の復元力が大きいため低温気泡の発生の危険が高まる。

図４における構造では、外圧に対して基板が撓むと背が低いスペーサ９０Ｌの端面が基板に接触し、これを支えるようになる。したがって、外圧が大きい場合にその強度が必要な大きさで確保できる。
一方、外圧が開放されると、背が低いスペーサ９０Ｌの端面が基板から離れるため、基板の復元力はスペーサ９０Ｈの接触面積のみで決まる。そのため、スペーサ９０Ｈの接触面積の占有率をある程度小さくすると、低温気泡の発生が防止される。
以上より、図４に示す構造は、低温気泡の防止と、ギャップの安定性やセル強度の確保とを両立するための構造の１つと言える。

しかしながら、図４に示す構造において、スペーサ形成のためのプロセス数が、スペーサ９０Ｈのみの場合より２倍必要になる。
このためプロセスの共通化を進めると、スペーサ高さの制御性が落ちるため、第２スペーサ９０Ｌの高さがばらつく。
また、第２スペーサ９０Ｌを多くすることによりセル強度は強くなるが、セル開口率が減少し、このことが表示能力（画面の明るさ）に影響する。

ところで、第２スペーサ９０Ｌを数多く設置すると摺動試験や静荷重試験など、セルに外圧を与える試験において強くはなるが、第１スペーサ９０Ｈが微妙に凹み、ギャップムラになることも知られている。
その一方で、初期強度アップやギャップムラ防止のために、第１スペーサ９０Ｈの面積占有率を上げると、低温気泡の発生が生じる。

図４に示す構造では、第１スペーサ９０Ｈの大きさと面積占有率、第２スペーサ９０Ｌの面積占有率を、厳密に制御して最適化する必要がある。
しかし、この何れを変更する場合でも、パターンからやり直すため設計変更が大幅となる。また、低温気泡が問題とならない常夏の地域への限定機種などの開発で、その分、強度を上げようとしても、やはり大幅な設計変更とならざるを得ない。

このように、比較例の構造では、低温気泡防止と強度強化とのトレードオフの解消ができても厳密な制御を必要とする上、セル開口率が犠牲となる可能性がある。また、トレードオフの解消のために操作可能なパラメータが大幅な設計変更を伴うため、最適化が困難である。

本実施形態における多段構造のスペーサ１０は、このトレードオフや設計変更の困難さを、セル開口率を犠牲とすることなく解消または緩和するものである。
図１に図解するスペーサ１０は、低温気泡の発生に関係する補助スペーサ１０Ｂの断面積を、低温気泡の出方に応じて決定し、他の部分（補助スペーサ１０Ｂ）の断面積を大きくすることにより強度を確保している。また、このような面積的な要素が決定した後でも、補助スペーサ１０Ｂの高さをプロセスで調整することで、強度と低温気泡防止のバランス点を設計後でも調整できる。
さらに、強度確保のためにセルギャップの高さを有する１つのスペーサ１０の占有面積が、図４のスペーサ９０Ｈより大きくする必要があるとしても、背の低いスペーサ９０Ｌは不要であるため、全体としてはスペーサの占有面積率が低くできる。よって、その分、セル開口率を高くできる。

なお、図３（Ａ）に示す結果から類推すると、外圧を徐々に大きくした場合、スペーサ１０は断面積が大きな段から潰れてゆく。このことは３段以上でも同様である。
よって、本実施形態では、多段構成における各段の断面積の違い、さらには、各段の高さの違いを多様に組み合わせることによって、トレードオフ解消の最適範囲を大きくできる。

＜製造方法＞
図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に、第１実施形態で多段構造のスペーサ１０を製造する際のカラーフィルタ基板２０１の断面図を示す。
図５（Ａ）に示すように、カラーフィルタ基板２０１上に、カラーフィルタ層２２０を形成し、さらにカラーフィルタ層２２０上に平坦化膜２２１を形成する。

平坦化膜２２１上にポジレジストＰＲ１を所定の膜厚で形成する。つぎに、図５（Ｂ）に示すように、形成したポジレジストＰＲ１のスペーサ形成箇所を遮光するフォトマスクを用いて、当該スペーサ形成箇所の周囲のポジレジスト部分を露光する。これにより、フォトマスクの遮光パターンに対応した潜像１がポジレジストＰＲ１内に形成される。この潜像１は、最終的なスペーサの第１段（スペーサ本体）に対応する。

続いて、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ｂ）時の遮光領域を一回り狭くした遮光パターンを有するフォトマスクを用いて２回目の露光（多重露光）を行う。これによりポジレジストＰＲ１において、潜像２が潜像１内に形成される。潜像２は、最終的なスペーサの第２段（補助スペーサ）に対応する。潜像１は現像液に溶解しにくい。潜像２は、潜像１よりさらに現像液に溶解しにくい。このため、現像後は図５（Ｄ）に示すように、潜像１と潜像２の重なり具合を反映して、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂを有し、その境界部の外面に段差１０Ｃを有するスペーサ１０が形成される。
その後、別途形成したＴＦＴアレイ基板２０２とカラーフィルタ基板２０１を貼り合わせ、セルギャップに液晶を封入すると、図１に示す液晶層２０３が形成される。

このスペーサ製造方法は、２枚のフォトマスクを用いる多重露光を行うが、スペーサ１０の材料としてはポジレジストＰＲ１のみである。また、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂが一体として形成される。このため、比較的製造工程が簡素であり、極力コストが抑制される。

以下、第２および第３の実施形態として、図１および図２の構成を前提とするが、異なる他の製造手法を提示する。

《第２実施形態》
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に、第２実施形態に関わる、多段構造のスペーサ１０を製造する際のカラーフィルタ基板２０１の断面図を示す。
図６（Ａ）に示すように、カラーフィルタ基板２０１上に、カラーフィルタ層２２０を形成し、さらにカラーフィルタ層２２０上に平坦化膜２２１を形成する。

平坦化膜２２１上に第１層目のネガレジストＮＲ１を所定の膜厚で形成する。つぎに、図６（Ｂ）に示すように、形成したネガレジストＮＲ１のスペーサ形成箇所を露光し、周囲を遮光するフォトマスクを用いて、当該スペーサ形成箇所のネガレジスト部分を露光する。これにより、フォトマスクの開口パターンに対応した潜像がネガレジストＮＲ１内に形成される。
ネガレジストＮＲ１を現像すると、図６（Ｃ)に示すように、潜像が顕在化して、ほぼ最終的なスペーサの第１段（スペーサ本体１０Ａ）が形成される。

続いて、形成したスペーサ本体１０Ａを覆い、スペーサ本体１０Ａの上面で所定厚さとなる第２層目のネガレジストＮＲ２を形成する。そして、図６（Ｄ）に示すように、図６（Ｂ）時の開口領域を一回り狭くした開口パターンを有するフォトマスクを用いて２回目の露光を行う。
これによりネガレジストＮＲ２において、スペーサ本体１０Ａの上部に潜像が形成される。
ネガレジストＮＲ２を現像すると、図６（Ｅ）に示すように、潜像が顕在化して、最終的なスペーサ形状の第２段（補助スペーサ１０Ｂ）がスペーサ本体１０Ａ（ＮＲ１）上に形成される。これにより、スペーサ本体１０Ａと補助スペーサ１０Ｂを有し、その境界部の外面に段差１０Ｃを有するスペーサ１０が形成される。
その後、別途形成したＴＦＴアレイ基板２０２とカラーフィルタ基板２０１を貼り合わせ、セルギャップに液晶を封入すると、図１に示す液晶層２０３が形成される。

このスペーサ製造方法は、２枚のフォトマスクを用いる露光であり、かつ、レジストの成膜と現像を、それぞれ行う必要がある。そのため、図５に示す製造方法に比べると製造プロセスが若干複雑化している。
しかし、各段の高さをレジストの成膜時の厚さで制御できるため、その高さ、特に段差の位置が露光や現像の条件に依存する図５の製造方法より制御性がよいという利点がある。

《第３実施形態》
図７（Ａ）〜図７（Ｅ）に、第３実施形態に関わる、多段構造のスペーサ１０を製造する際のカラーフィルタ基板２０１の断面図を示す。
図７（Ａ）に示すように、カラーフィルタ基板２０１上に、カラーフィルタ層２２０を形成し、さらにカラーフィルタ層２２０上に平坦化膜２２１を形成する。

平坦化膜２２１上に第１層目のポジレジストＰＲ３を所定の膜厚で形成する。つぎに、図７（Ｂ）に示すように、形成したポジレジストＰＲ３のスペーサ形成箇所を遮光し、周囲を露光するフォトマスクを用いて、当該スペーサ形成箇所のポジレジスト部分の周囲を露光する。これにより、フォトマスクの遮光パターンに対応した潜像がポジレジストＰＲ３内に形成される。
ポジレジストＰＲ３を現像すると、図６（Ｃ)に示すように、潜像が顕在化して、「段差を規定する高さの段差調整層」としての機能をもつ核部１０ｃが、平坦化膜２２１上に形成される。

続いて、形成した核部１０ｃを覆い、核部１０ｃの頭部分に対応して所定の高さで平坦面から突出するように、ネガレジストＮＲ３を形成する。そして、図７（Ｄ）に示すように、図７（Ｂ）時の遮光領域を一回り狭くした開口パターンを有するフォトマスクを用いて２回目の露光を行う。
これによりネガレジストＮＲ３において、核部１０ｃの周囲を覆う、ネガレジストＮＲ３の潜像が形成される。露光の強さ等を調整すると、図７（Ｄ）に示す「コーナー部」がネガレジストＮＲ３内の潜像にも反映され、段差が形付けられる。
ネガレジストＮＲ３を現像すると、図７（Ｅ）に示すように、潜像が顕在化して、核部１０ｃの上に被さって、かつ、段差１０ｓを外面に有するキャップ部１０ｐが形成される。

核部１０ｃとキャップ部１０ｐは断面形状や材質による部分名称である。これに対し、外形を見ると、段差１０ｓより下のスペーサ本体１０Ａと、段差１０ｓより上の補助スペーサ１０Ｂとの２段構造でスペーサ１０が形成されている。
その後、別途形成したＴＦＴアレイ基板２０２とカラーフィルタ基板２０１を貼り合わせ、セルギャップに液晶を封入すると、図１に示す液晶層２０３が形成される。

なお、２回目の露光に変えて、異方性エッチングをネガレジストＮＲ３に対して実施してもよい。異方性エッチングにより、ネガレジストＮＲ３成膜時のコーナーが反映されて段差が形成される。

第３実施形態の製造方法は、レジストの成膜と露光がそれぞれ２回と、第２実施形態と同様なプロセス数である。なお、１回の露光は異方性エッチングで代替可能である。
また、制御性に関しては、段差位置が露光時のレジストコーナーを反映した潜像で規定されるため、第２実施形態より若干劣る。
しかし、外形的には、多段の段差がより滑らかにでき、そのため、セル強度としては強いものが作製できる。
また、後述する種々の実施形態のように、既存の構成を形成時に付随して形成される形成物を、段差上部、段差下部、さらには核部に流用できる。このため、スペーサの製造だけでは分からないが、液晶表示パネルの製造トータルで見ると、製造プロセスを簡略化できるという利点がある。

このスペーサ１０の一部分を同時形成できる他の構成や材料としては、セルギャップ調整層、アルミニウムからなる信号線、カラーレジスト、絶縁層、電極層などの種々が利用できる。また、高さ調整のために、このうち複数のものを重ねて利用することもできる。
以下、多段構造とする際に他の構造物の形成とプロセスを共通化することが可能なスペーサ構造の実施形態を、幾つか説明する。

《第４実施形態》
最初に、図７に示す製造方法を用いて可能なプロセスの共通化の例について、垂直配向突起（ＶＡＰ）を用いた液晶分子を垂直配向させる液晶表示装置を例として説明する。

図８は、ＶＡＰの作用を示す模式断面図である。図８では、図１と同一構成には同一符号を付す。
図８（Ａ）には、ＶＡＰが無い場合のＶＡ（垂直配向）液晶の分子配列を模式的に示す。このとき液晶分子２０３Ａは、基板とほぼ垂直に配向される。
この垂直配向液晶の応答速度と視野角を改善するために、例えばカラーフィルタ基板２０１側に、液晶層内に突出する垂直配向突起（ＶＡＰ）を、ある程度の密度で形成する。すると、図８（Ｂ）のように、狭さに難点がある改善のため、液晶分子２０３ＡがＶＡＰの斜面にほぼ垂直に配向される。ＶＡＰを、斜めの斜面を３６０度もつ略円錐、または、略円錐台の形状にすると、図８（Ｃ）のように、液晶分子２０３Ａを放射状に全方位に配向させることができる。このとき液晶分子２０３Ａは、様々な配向角度をもつため、視野角と応答速度がともに改善する。

図９に、ＶＡＰを有するＶＡ液晶装置に、図７に示す形状のスペーサ１０を配置した、本実施形態に関わる透過型液晶表示装置の概略的な断面図を示す。
図９において、図１と同一構成は同一符号により示す。

図９に示すスペーサ１０は、その核部１０ｃがＶＰＡと同時に形成される。ＶＰＡは、通常、ノボラック系のポジレジストを塗布し、露光後に現像することにより形成される。このときスペーサ形成箇所にも、ＶＰＡと同時に核部１０ｃを形成する。核部１０ｃの大きさは、フォトマスクのパターン上で決められ、ＶＡＰとは任意に設定できる。
その後、図７と同様に、例えばネガレジストの塗布と露光（または異方性エッチング）により、多段の柱（スペーサ１０）が形成される。

あるいは、図９とは異なり、核部１０ｃはスペーサの形成箇所のみ形成し、ノボラック系のポジレジストを塗布して露光、現像することにより、キャップ部１０ｐとＶＡＰを同時形成してもよい。

本実施形態では、既存の構造物としてＶＰＡを形成する際にスペーサ１０の一部を同時に形成する。よって、純粋にスペーサ１０の形成のためだけのプロセス数が少なく、その分、コストを低減できる。

《第５実施形態》
図１０は、反射型または半透過型液晶表示装置の概略的な断面図である。図１０において、図１と同一構成は同一符号を付している。
図解した液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板２０２側の多層絶縁膜２０７の一部に凹凸を形成して、その上に反射板としての反射電極２１７が形成されている。一方、画素の他の領域には、トランジスタＴｒにより駆動される画素電極２１０が配置されている。画素電極２１０と反射電極２１７の表面に第２配向膜２１２が形成されている。
一方、反射電極２１７と対向するカラーフィルタ基板２０１側には、平坦化膜２２１上に、高さでセルギャップを調整して光の反射光路長を最適化するギャップ調整層２１８が絶縁材料等から形成されている。また、ギャップ調整層２１８の上面（図では下面）および側面を通って画素のほぼ全面に、共通電極２２２が配置されている。

本実施形態では、このギャップ調整層２１８と共通電極２２２が形成する段を、スペーサ１０のスペーサ本体１０Ａとして利用する。ギャップ調整層２１８と共通電極２２２の面積は比較的広いので、スペーサとしての強度は十分確保される。
そして、この光の反射部分の一部を利用して、共通電極２２２上に（図では下向きに）、補助スペーサ１０Ｂを形成している。
これにより、スペーサ１０の一部（スペーサ本体１０Ａ）が、既存の構造物の一部を利用して、スペーサ１０が形成されている。そのため、純粋にスペーサ１０の形成のためのプロセス数が削減され、その分、低コストで液晶表示装置の製造を行うことができる。

なお、ここでは補助スペーサ１０Ｂの１段の高さを、反射部分の液晶層２０３の厚さと等しくしている。ただし、この反射部分の液晶層２０３の厚さに、図１のように、さらに２段以上のスペーサ１０を形成してもよい。
また、特に図示しないが、スペーサ本体１０Ａとして利用する他の構造物としては、例えば、信号線に用いるアルミニウムＡｌなどの厚みのある金属層でもよい。また、それでも高さが足りない場合、金属層と平坦化膜、その他の絶縁層を重ねてスペーサ本体１０Ａに用いることができる。

また、特に図示しないが、表面に凹凸を有する反射電極２１７の上にスペーサ１０を形成してもよい。このとき、図７の製造方法に類似した方法を好適に用いることができる。

図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に、表面に凹凸を有する反射電極２１７とスペーサ１０の同時加工方法を示す。
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）と同様な方法によって、ポジレジストＰＲ３からなる核部１０ｃをパターンニングして、その上を覆うキャップ部１０ｐとなるレジストを成膜する。図７では、このキャップ部１０ｐとなるレジストはネガレジストＮＲ３であったが、ここではポジレジストＰＲ４とする。また、この２層のレジスト構造体を形成するのは、図７ではカラーフィルタ基板２０１側の平坦化膜２２１上であったが、ここではＴＦＴアレイ基板２０２側の反射電極２１７となる導電膜上とする。

さらに、図７（Ｄ）の２回目の露光では、核部１０ｃとその周囲をマスクで開口させたが、図１１（Ａ）では、この部分を遮光させる。さらに用いるマスクには、無数のドット状の開孔孔を有している。
したがって、露光して現像後は、図１１のように、スペーサ１０の周囲の反射電極部分に無数の反射電極の凹凸となるレジストのドットパターン１０ｒが形成される。
このレジストのドットパターン１０ｒが形成された状態で下地の反射電極２１７の表面層をエッチングすると、レジストのドットパターン１０ｒがエッチバックされる過程で、反射電極２１７の表面に無数の凹凸２１７ｒが形成される。
一方、スペーサ１０も変形するが、この変形を防ぎたい場合は、スペーサ１０の上に保護層を形成してから反射電極２１７の表面層エッチングを行うとよい。

このように、図７の製造方法を反射電極の加工に応用すると、前述の図９のＶＡＰを有する場合と同様に、反射板の凹凸形成用のレジストで突起を形成して、そのとき同時にスペーサを形成することで、多段構造は作製できる。
また、下地の反射電極２１７は、信号線に使うＡｌなど、ある程度の厚みのあるものであればよく、反射電極２１７と信号線とを共用できる。つまり、反射電極２１７は信号線として用いてもよいし、また独立して形成しても良い。反射電極２１７と信号線を共用すると、反射電極２１７を設けることによるプロセスへの負担増はない。

《第６実施形態》
図１２（Ａ）、（Ｂ１）〜（Ｂ３）に、第６実施形態の概略的な断面構造図を示す。
図１２に示すスペーサ１０が、図１に示すスペーサ１０と異なる点は、スペーサ１０の補助スペーサ１０Ｂを、基板側の段差を利用している点である。
より詳細には、図１２（Ａ）では、多層絶縁膜２０７に凹部とその底面から突出する突起２０７Ａを形成している。この凹部とその底面の突起２０７Ａ上には、画素電極２１０(Ｂ)が配置されている。このとき画素電極２１０(Ｂ)の表面も下地の形状を反映して段差が形成される。
図１２（Ａ）に示すスペーサ１０は、補助スペーサ１０Ｂを、突起２０７Ａとその上に覆う画素電極２１０部分とから形成している。一方、スペーサ本体１０Ａは、液晶層２０３のギャップと同程度の高さに形成している。このスペーサ本体１０Ａは、従来のスペーサ形状を踏襲している。しかし、ＴＦＴアレイ基板２０２側を加工することで、ＴＦＴアレイ基板２０２との接触面積を、スペーサ本体１０Ａの断面積より十分小さくし、低温気泡の発生を有効に防止する。

高さが電極厚と同程度でよいなら、図１２（Ｂ１）のように、画素電極２１０(Ｂ)と同じ金属材料を、パターンニング時に分離した部分を補助スペーサ１０Ｂとして利用することができる。

本発明の明細書において、「第１基板」と「第２基板」が入れ替わってもよい。
図１２（Ｂ２）と図１２（Ｂ３）は、カラーフィルタ基板２０１側に補助スペーサ１０Ｂを形成する場合の例である。
電極が共通電極２２２である以外、図１２（Ａ）と図１２（Ｂ１）の説明から類推可能であるため、ここでの説明は省略する。

このように、絶縁層や画素電極のパターニングなどでも、スペーサ１０の一部を形成可能である。この形成時に、画素電極のレイアウトを工夫してスペーサがかかる面積を制御してもよい。あるいは、画素電極のパターニングと同時に電極材料からなる補助スペーサ１０Ｂを形成し、補助スペーサ１０Ｂは電気的にフローティングにして、多段構造の一部としてのみ機能するようにしてもよい。
このほかにも、同様にカラーフィルタによる段差、ブラックマトリクスなどを利用しても良い。

《第７実施形態》
図１２のスペーサの多段構造は、カラーフィルタ基板２０１側の構造物と、ＴＦＴアレイ基板２０２側の構造物を合体して、１つのスペーサ１０を形成している。
この例から明らかなように、多段構造の全てを片方の基板側に形成する必要は必ずしもない。また、多段構造の各段の断面積は、一方の基板側から他方の基板側漸増または漸減する必要もない。

以上の合体によりスペーサ１０の形成を、図１３にまとめた。
今までの主なスペーサ１０の形成手法では、図１３（Ａ）のように片側の基板に全ての段を形成している。そして、他の基板と張り合わせるときに、黒塗りで示す接触段によって、２つの基板のスペーサ１０による連結構造が完成する。

これに対し、図１３（Ｂ）では、一方基板に形成したスペーサ本体１０Ａと、他方基板に形成した補助スペーサ１０Ｂとが、基板貼り合わせ時に合体する。

また、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）のように、３段構造の場合、どの段がどちらの基板に形成されるかは任意である。
また、特に図１３（Ｄ）のように、中間の段１０Ｍの断面積より、補助スペーサ１０Ｂの断面積が大きくてもよい。つまり、スペーサ本体１０Ａの断面積を超えなければ、補助スペーサ１０Ｂの断面積は任意に設定できる。これは、断面積が小さく、高さが高いスペーサの段から、順に外力によってつぶれてゆくが、低温気泡の原因である基板の復元力は、最も弱い連結部分で決まる。よって、中間の段１０Ｍが連結力を弱める作用をしているため、補助スペーサ１０Ｂの接触面積が大きくても低温気泡を防止する効果がある。

このように、多段構造の一部の段をアレイ側に、残りの段をカラー側に形成しておいて、その基板貼り合わせ時に多段構造が完成する方法が、種々採れる。
このどのような構造を採るかは、各段の材料や特性（力学的、電気的特性）に配慮して、工程の自由度や高さの制御性が所望の程度得られるものを選択するとよい。
また、片側の基板に多段構造を作りこむ図１３（Ａ）の手法では、一般に工程数が増え、制御性は良いが、生産性は悪化する。スペーサ１０の一部を２枚の基板に振り分けると、プロセスの共通性が高まり、全体の工程数削減、生産性の向上に有利である。例えば、スペーサ１０の一部を２枚の基板に振り分けると、予め段差のある場所に形成し、あるいは、既存の構造を利用できる可能性が広がる。

《第８実施形態》
以上のような様々な形態で多段構造を有するスペーサ１０は、いわゆる接触抵抗式タッチセンサのタッチ電極構造と兼用することも可能となる。
本実施形態は、このようなタッチ電極を兼ねるスペーサに関する。

図１４（Ａ）は、第７実施形態に関わるタッチセンサ付きの液晶表示装置の概略的な断面図である。
このタッチ電極を兼ねるスペーサ１０は、スペーサ本体１０Ａと、カラーフィルタ基板２０１のスペーサ本体１０Ａに乗り上げて形成されているセンサ電極２２４と、を有する。このセンサ電極２２４は、共通電極２２２を兼ねる。さらにスペーサ１０は、絶縁物からなる補助スペーサ１０Ｂをスペーサ本体１０Ａの突出端面側のセンサ電極２２４上に有する。補助スペーサ１０Ｂは、図１４（Ａ）の外圧がかかっていない状態では、ＴＦＴアレイ基板２０２側の画素電極２１０と、スペーサ本体１０Ａの突出端面上のセンサ電極部分との接触を防止する「接触防止絶縁層」として機能する。

しかしながら、補助スペーサ１０Ｂは、厚さが比較的薄く、また、面積的にもスペーサ本体１０Ａより小さいので、図１４（Ｂ）のように外圧がかかると容易に変形する。その結果、広い面積のスペーサ本体１０Ａ上の一部で、センサ電極２２４と画素電極２１０が接触する。この接触を、電気的に検出することにより、タッチ検出が可能である。このタッチ電極を兼ねるスペーサ１０は、画素ごと、あるいは、所定数の画素ごとに設けられる。

図１５に、画素の等価回路を、タッチ検出やデータ書き込みのための回路とともに示す。
図１５に図解する画素ＰＩＸの等価回路において、図１や図１４に図示して既に説明した構成を同一符号で示している。
ここで液晶層２０３をキャパシタ誘電体とするキャパシタの一方電極が画素電極２１０により形成され、他方電極が共通電極２２２により形成されている。
このキャパシタと等価回路上で並列にセンサスイッチＳＷｓが形成されている。このセンサスイッチＳＷｓは、制御端子がない２端子のスイッチであり、外から指などで押すときの圧力でオンし、圧力が解除されるとオフに復帰する。センサスイッチＳＷｓの一方電極が画素電極２１０、他方電極がセンサ電極２２４から形成されている。

トランジスタＴｒのソースとドレインの一方が画素電極２１０に接続され、ソースとドレインの他方が信号線２０９に接続されている。
トランジスタＴｒのゲートはゲート電極２０４に接続されている。不図示の垂直ドライバ等の走査回路からゲート電極２０４を介してゲート電圧Ｖgateが供給される。トランジスタＴｒはゲート電圧Ｖgateの電位によって制御される。
共通電極２２２とセンサ電極２２４は、共通電圧Ｖｃｏｍの供給線（Ｖｃｏｍ配線）に接続されている。

信号線２０９には、通常、駆動部内の１つの構成回路として、書き込み回路（ＷＲＩＴＥ.Ｃ）３０１がダイレクトに接続される。
本実施形態では、書き込み回路３０１とともに信号線２０９に読み出し回路（ＲＥＡＤ.Ｃ）２が設けられている。読み出し回路２と書き込み回路３０１は、差動的に（「同時にオンすることはない」との意味）動作するスイッチＳＷによって接続制御されてもよいが、このスイッチＳＷは設けなくてもよい。なぜなら、スイッチの押圧がユーザに許可される場合、動作中のアプリケーションソフトに応じて、画面にスイッチの押圧がどのような指令（意味）に相当するかを表示する所定の画面が表示されており、その表示時間はある程度長い。一時的にデータを書き込んで表示している最中に画面が押され、これによりセンサスイッチＳＷｓがオンして信号線２０９の電位が、例えば共通電圧Ｖｃｏｍに固定される。その場合、押圧が解除されると直ぐに同じ画面表示状態となり、押圧の前の状態が自動復帰する。これがスイッチＳＷを設けなくてもよい場合がある理由である。

図１６（Ａ）〜図１６（Ｅ）に接触検出時に印加されるパルス、および、信号線等の電圧の波形図を示す。図１６に示す接触検出は、図１５に示すようにスイッチＳＷが作動的な制御信号で制御される場合の例である。図１６（Ａ）はトランジスタＴｒのゲート電圧Ｖgateの波形図である。図１６（Ｂ）は信号線２０９の信号電圧Ｖsigの波形図である。図１６（Ｃ）は共通電圧Ｖｃｏｍの波形図である。図１６（Ｄ）はスイッチＳＷの書き込み側に印加される制御信号（Ｗｒｉｔｅ）の波形図である。図１６（Ｅ）はスイッチＳＷの読み出し側に印加される制御信号（Ｒｅａｄ）の波形図である。以下、制御信号（Ｗｒｉｔｅ）を“ライト信号（Ｗｒｉｔｅ）”と呼び、制御信号（Ｒｅａｄ）を“リード信号（Ｒｅａｄ）”と呼ぶ。

時間Ｔ１の前（初期状態）では、全ての信号および電圧がローレベルである。
時間Ｔ１にて、図１６（Ｄ）のようにライト信号（Ｗｒｉｔｅ）がハイレベルになるとともに、信号電圧Ｖsigが図１５の書き込み回路３０１によって信号線２０９に供給される。
時間Ｔ２にて、図１６（Ａ）に示すように、ゲート電圧Ｖgateがハイレベルに活性化される。このとき、あるいは、時間Ｔ２より前に図１６（Ｄ）のようにライト信号（Ｗｒｉｔｅ）がローレベルとなっている。このためスイッチＳＷの書き込み側が閉じて信号線２０９がフローティングとなる。そのため、時間Ｔ２でゲート電圧ＶgateがハイレベルになってトランジスタＴｒがオンすると信号電圧Ｖsigの電荷の放電経路が形成される。

時間Ｔ２の時点でタッチセンサがオンしている、つまり、図１４（Ｂ）に示すように画素電極２１０がセンサ電極２２４に接触しているとする。この場合、非常に大きな容量のＶｃｏｍ配線にフローティング状態の信号線２０９の電荷が放電されるため、図１６（Ｂ）に実線で示すように信号電圧Ｖsigが大きく低下する。
一方、時間Ｔ２の時点でタッチセンサがオフしている場合は、信号線２０９の電荷量が低下するときでも、比較的小さい画素電極２１０等の容量のみ充電するために用いられる。このため、図１６（Ｂ）に破線で示すように信号電圧Ｖsigは殆ど変化しない。

このようにタッチセンサのオンとオフで大きく変化する信号電圧Ｖsigの電位を、十分な電位変化が予想される時間Ｔ３のタイミングで検出する。具体的には、時間Ｔ３にて、図１６（Ｅ）に示すようにリード信号（Ｒｅａｄ）が活性化し、信号線２０９を図１５の読み出し回路２に接続する。読み出し回路２内にはセンスアンプ等の検出回路が内蔵されており、この検出回路により信号線２０９の電位が参照電位より大きいか小さいかを検出する。そして、信号線２０９の電位が参照電位より大きい場合は「センサオフ」、小さい場合は「センサオン」と判断する。
なお、参照電位を変化させて信号線２０９の電位を段階的に調べ、より詳細にセンサの接触状態を検出するようにしてもよい。また、接触時間等を検出してもよい。

その後は、リード信号（Ｒｅａｄ）をオフし（非活性レベルに戻し）、再び、ライト信号（Ｗｒｉｔｅ）をオンして（活性化して）信号線２０９を充電する。このとき以後は通常の表示が可能となる。その後、共通電圧Ｖｃｏｍを反転して表示制御を続行する。
なお、このセンサ手法は一例であり、この手法以外の採用も可能である。

タッチセンサ電極構造は、高弾性、絶縁性などが求められているが、多段構造にすることにより、その自由度が上がる。
また、電極間がショートしないように通常は絶縁物である補助スペーサ１０Ｂが形成されている。この補助スペーサ１０Ｂは、高弾性、高絶縁材料から形成されるが、その高さや面積が比較的小さいため、意図的な外圧によっては押しつぶされて電極間接触が、広い段差部分で生じる。また、タッチ検出の際に強く押しすぎても、スペーサ本体１０Ａの強度が十分であるため、それ以上変形しにくい。よって、このようなスペーサ１０は、基板変形を防止するスペーサとしてもタッチ電極としても機能し、さらに、補助スペーサ１０Ｂの面積が小さいため低温気泡も有効に防止される。

＜変形例１＞
補助スペーサ１０Ｂは、必ずしも、スペーサ本体１０Ａの突状端面の中央に位置している必要はない。図１７（Ｂ１）と図１７（Ｂ２）に示す、対称な配置の補助スペーサ１０Ｂを有する数種類のスペーサ１０を繰り返してもよい。図１７（Ａ）では、１行おきに、上下偏在の交互配置と、左右偏在の交互配置が繰り返されている。
このようにすると、多様な向きの力が加わっても、ある向きの力に弱いということがなく好ましい。

＜変形例２＞
図２および図１７では、スペーサ１０の断面形状が八角形等の円に近い形状であるが、この断面に限定されない。
例えば、図１８（Ａ）に示すように、補助スペーサ１０Ｂを、有効にブラックマトリクスＢＭ等に隠すため、その形状を長方形にしてもよい。もちろん、長細い楕円でもよいし、正方形、その他の矩形でもよい。
また、図１８（Ｂ）のように、スペーサ１０を完全に、ブラックマトリクスＢＭまたは信号線や走査線の影に隠すように配置して、可能な限りセル開口率を上げることが望ましい。

また、断面積の比に関しては、スペーサ本体１０Ａは、補助スペーサ１０Ｂの２倍以上の断面積を有していることが望ましい。なお、本明細書で「断面積」というとき、一例として、高さ方向のサイズ内における平均的な断面積とする。
補助スペーサ１０Ｂの断面積や基板との接触面積は、低温気泡がでない程度の面積とする。例えば、スペーサ１０が１つ当たりの面積をＳ、補助スペーサ１０Ｂの断面積をＳｂとすると、その比（Ｓｂ／Ｓ）が、５×１０^４以上、８×１０^２以下の範囲が望ましい。また、スタイラスペンによるラインティグ試験などのように、点加重が繰り返しかかる使用条件が想定される場合は、スペーサ１０の単独の大きさが１００[μm^２]以上が望ましい。

なお、段差同じ効果は、断面積が連続で変化するように、スペーサ形状が半円状である場合でも得られる。
半円状スペーサの製造方法としては、熱リフローを示すレジストを用いることで、ベーク工程にて、適当な温度を与えることで、その形状を半円状にすることができる。また、適当なレジストにて、孤立のドットパターンを作製後に平坦化膜を被せることで、なだらかな半円を作成できる。

以上のように、本発明の第１〜第８実施形態および変形例によれば、スペーサ１０の形状的な必要最小限の要件は「多段構造」を有することである。ここで言う「多段構造」には、それぞれ所定の機能層が形成された第１基板の面と第２基板の面との一方と他方に、互いに異なる接触面積で基板と接する部分が少なくとも２段が形成されている。その結果、ここで言う「多段構造」には、一方の基板接触面と他方の基板接触面との間に存在するスペーサ外周面において、その周回方向の少なくとも一部に１段以上の段差を有する構造を言う。
この多段構造を有する限り、スペーサ１０の形状は、上述した種々の実施形態や変形例では完全に表現できない、多様な実施形態を有するものである。

第１実施形態に関わる透過型液晶表示装置の概略的な断面図である。 第１実施形態に関わる透過型液晶表示装置において、６画素の境界付近の簡略化された平面図である。 （Ａ）は、第１実施形態で２段目のスペーサ部分の高さと変位量の関係を示すグラフである。（Ｂ）は、（Ａ）における高さの定義図である。 第１実施形態の比較例の、概略的な断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態に関わる液晶表示装置のスペーサの製造過程を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、第２実施形態関わる液晶表示装置のスペーサの製造過程を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、第３実施形態関わる液晶表示装置のスペーサの製造過程を示す断面図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、第４実施形態において、ＶＡＰの有無による液晶分子の様子を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）のＶＡＰ周囲を平面方向から見た図である。 第４実施形態に関わる液晶表示装置の概略的な断面図である。 第５実施形態に関わる液晶表示装置の概略的な断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第５実施形態に関わる断面図であり、反射電極とスペーサの同時加工の方法を示す図である。 （Ａ）は第６実施形態に関わる液晶表示装置の概略的な断面図である。（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、変形例を示す一部拡大図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第７実施形態に関わるスペーサの合体形成の態様を示す説明図である。 （Ａ）は、第８実施形態に関わる液晶表示装置の概略的な断面図である。（Ｂ）は、外圧による電極接触時の一部拡大図である。 第８実施形態に関わる、画素の等価回路を、タッチ検出やデータ書き込みのための回路とともに示す回路ブロック図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、第８実施形態に関わる接触検出時に印加されるパルス、および、信号線等の電圧の波形図である。 （Ａ）は、変形例１の平面図である。（Ｂ１）と（Ｂ２）は一部拡大したスペーサの断面構造図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、変形例２に関わるスペーサのパターン形状を含む平面図である。

符号の説明

２…読み出し回路、３…垂直駆動回路、１０…スペーサ、１０Ａ…スペーサ本体、１０Ｂ…補助スペーサ、１０ｃ…核部、１０ｐ…キャップ部、１０ｓ…段差、１００…液晶表示装置、２００…液晶パネル、２００Ａ…表示面、２０１…カラーフィルタ基板、２０２…ＴＦＴアレイ基板、２０３…液晶層、２０４…ゲート電極、２０６…ＴＦＴ層、２０９…信号線、２１０…画素電極、２１２…第２配向膜、２２０…カラーフィルタ層、２２３…第１配向膜、２２４…センサ電極、３０１…書き込み回路、ＰＩＸ…画素、ＳＷ…スイッチ

Claims (18)

1. 第１基板と、
   第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に配置されている複数のスペーサと、
   前記複数のスペーサに支持された前記第１基板と前記第２基板との間に充填されている液晶層と、
   を有し、
   前記スペーサが、１つ以上の段差をもつ多段構造を有する
   液晶表示装置。
2. 前記スペーサの前記多段構造は、
   前記第２基板に最も近い第２基板近接段の断面積が、前記第１基板に最も近い第１基板近接段の断面積より小さい
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スペーサの前記多段構造は、前記第１基板と前記第２基板との離間方向のサイズである高さに関し、前記第２基板近接段の高さが、他のどの段の高さよりも小さい
   請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記スペーサは、
   前記第１基板に最も近いスペーサ本体の段と、
   前記スペーサ本体より断面積が小さく、前記第１基板を前記スペーサ本体と連結させ、連結力に応じて基板変形の復元を調整するための補助スペーサの段と、
   を有する請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１基板と前記第２基板との離間方向のサイズである高さに関し、前記補助スペーサの高さが、前記スペーサ本体の高さより小さい
   請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記スペーサの多段構造の各段が、同じ材料で一体に形成されている
   請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記スペーサは、
   前記第２基板から前記液晶層内に突出する芯部と、
   前記芯部の上に被さるキャップ部と、
   を有し、
   前記キャップ部の外面に、前記芯部の突出端面エッジに対応した段差を有する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記第２基板から前記液晶層内に突出し、液晶分子を配向させる配向突起が、前記第２基板に設けられ、
   前記スペーサの芯部が、前記配向突起と同じ材質、同じ形状を有する
   請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記第２基板に形成され、突出端面が光を散乱させる反射面となっている反射板を有し、
   前記多段構造の前記スペーサが、前記反射板の反射面と前記第１基板との間に形成され、かつ、当該スペーサの最も断面積が大きい段が、反射型液晶の厚みを制限する高さ調整層を兼用する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記スペーサの一部の段が、カラーフィルタ層のカラーレジスト又はブラックレジストと同じ階層で同じ材料から形成されている
    請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 前記スペーサの一部の段が、セル駆動のための配線と同じ階層で同じ材料から形成されている
    請求項１に記載の液晶表示装置。
12. 前記スペーサの一部の段が、液晶駆動のための電極と同じ階層で同じ材料から形成されている
    請求項１に記載の液晶表示装置。
13. 前記スペーサの一部の段が、前記第１基板または第２基板に形成されている絶縁層の突部から形成されている
    請求項１に記載の液晶表示装置。
14. 前記スペーサは、
    前記第１基板に形成され、相対的に断面積が大きなスペーサ本体と、
    前記スペーサ本体の突出端面上まで乗り上げて前記第１基板側に配置されたセンサ電極と、
    前記スペーサ本体の突出端面上のセンサ電極部分に形成され、前記スペーサ本体より断面積が小さく、かつ、絶縁性物質からなる電極間ショート防止層と、
    を有し、
    電極接触式センサのセンサ電極の構造体を兼用する
    請求項１に記載の液晶表示装置。
15. 液晶層を挟む第１基板と第２基板の少なくとも一方に、前記第１基板と前記第２基板とを所定の対向間隔で保持するための複数のスペーサを形成するステップと、
    前記スペーサを挟んで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせ、形成された前記所定の対向間隔のギャップに液晶を封入するステップと、
    を有し、
    前記スペーサを形成するステップが、
    当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、１つのレジスト塗布膜を異なる面積の露光領域で２度の多重露光を行うステップを含む
    液晶表示装置の製造方法。
16. 液晶層を挟む第１基板と第２基板の少なくとも一方に、前記第１基板と前記第２基板とを所定の対向間隔で保持するための複数のスペーサを形成するステップと、
    前記スペーサを挟んで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせ、形成された前記所定の対向間隔のギャップに液晶を封入するステップと、
    を有し、
    前記スペーサを形成するステップが、
    当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、面積が異なる２層のレジストパターンを２回の露光と現像の繰り返しにより形成するステップを含む
    液晶表示装置の製造方法。
17. 液晶層を挟む第１基板と第２基板の少なくとも一方に、前記第１基板と前記第２基板とを所定の対向間隔で保持するための複数のスペーサを形成するステップと、
    前記スペーサを挟んで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせ、形成された前記所定の対向間隔のギャップに液晶を封入するステップと、
    を有し、
    前記スペーサを形成するステップが、
    当該スペーサの形成後または基板貼り合わせ後に、１つ以上の段差をもつ多段構造が形成されるように、核部となる第１のレジストパターンを前記第１基板に形成するステップと、
    形成した前記第１のレジストパターンを覆い、当該第１のレジストパターンの存在により外面に段差が形成される第２のレジストパターンを形成するステップと、
    を含む液晶表示装置の製造方法。
18. 前記第１のレジストパターンの形成と同時に、当該第１のレジストパターンと同じ材料から、前記液晶層の有効表示領域に、液晶分子の垂直配向角度を調整する垂直配向突起を規則的に配置する
    請求項１７に記載の液晶表示装置の製造方法。

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