JP2021117285A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴ基板と対向基板の横ずれを抑制することが出来る液晶表示装置を実現する。【解決手段】柱状スペーサ１５０と第１の配向膜２０４が形成された第１の基板２００と、第２の配向膜１１４が形成された第２の基板１００が柱状スペーサ１５０を介して重ねあわされた液晶表示装置であって、前記第１の配向膜２０４と前記第２の配向膜１１４は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、前記柱状スペーサ１５０の先端は、前記第２の配向膜１１４にめり込んでいることを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図８

Description

本発明は表示装置に係り、特に、フレキシブルに湾曲させることが出来る液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が変動すると、液晶の層厚が変動することになり、輝度むらや色むらの原因になる。通常は、対向基板に柱状スペーサを形成し、柱状スペーサによって、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔を一定に保っている。

一方、ＴＦＴ基板と対向基板との主面方向のずれも問題となる場合がある。これを対策するために、特許文献１には、柱状スペーサの表面に形成された配向膜と、対向する基板に形成された配向膜とを、シール材を硬化させると同時に加熱することによって、架橋し、柱状スペーサを対向する基板に化学結合及び分子間力による物理結合によって接着する構成が記載されている。また、特許文献１の実施例２には、柱状スペーサを対向する基板に形成された配向膜に押し込む構成が記載されている。

特許文献２には、柱状スペーサの表面に形成された配向膜を焼成処理した後、焼成処理された配向膜を有する対向する基板と貼り合わせ、再度加熱することによって軟化させ、柱状スペーサを対向する基板と接着する構成が記載されている。

特許文献３には、液晶表示パネルに対する外圧による変形を軽減するために、液晶表示パネルにおけるＴＦＴ基板と対向基板をあらかじめ内側に凸形状にする構成が記載されている。そして、このような形状を実現するために、柱状スペーサを対向する基板のオーバーコート膜にめり込ませる構成が記載されている。

特許文献４には、主鎖に光異性化構造を有するポリアミック酸またはその誘導体から得られる光配向膜について記載されている。

特開２００６−３３０４９０号公報 特開平９−１２７５２５号公報 特開２０１３−１３０７７５号公報 ＷＯ２０１４／０６９５５０

液晶表示装置は、ＴＦＴ基板及び対向基板を構成するガラス基板を薄くすることによって湾曲させて使用することが出来る。あるいは、ＴＦＴ基板及び対向基板をポリイミド等の樹脂で形成することによって、フレキシブルに湾曲させることが出来る。湾曲させた場合、ＴＦＴ基板と対向基板とで曲率半径が異なってくるので、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔及びＴＦＴ基板と対向基板の主面方向のずれ（以後横方向のずれという）が問題になる。
このうち、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔は柱状スペーサを適切に配置することによって対策することが出来る。しかし、ＴＦＴ基板と対向基板の横方向のずれは、通常の柱状スペーサでは防止することが出来ない。

特許文献１及び２には、対向基板に形成された柱状スペーサの表面に塗布された配向膜を対向する基板、すなわち、ＴＦＴ基板に形成された配向膜と接着することにより、ＴＦＴ基板と対向基板の横ずれを防止する構成が記載されている。特許文献１は、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示装置について記載しているが、ＭＶＡでは、配向膜の配向処理は必要としない。したがって、特許文献１には、どのような配向膜をどの時点でどのように配向するかについては記載がない。

一方、特許文献２には、その段落００２９に、配向膜を５０ｎｍになるように塗布し、約１８０℃で１時間の仮焼成を行ったあと、表面にラビング処理を施し、配向制御膜５ａを形成し（段落００２９）、その後、基板１０・２０を、約２００℃で１時間０．６ｋｇ／Ｃｍ２の圧力を加えて配向制御膜５ａ・５ｂを接着させる（段落００３１）ことが記載されている。つまり、特許文献２の発明では、ラビングによって配向処理を行うときは、配向膜はすでに架橋してポリマー化している。

また、特許文献３には、柱状スペーサを対向する基板のオーバーコート膜にめり込ませることによって、基板を内側に凸にすることによって、外部からの機械的ストレスに対して、液晶表示パネルを変形しにくくする構成が記載されている。このために、柱状スペーサの面積比率（対向する基板に接触している全柱状スペーサの面積の総和／表示領域の面積）を所定の範囲内に規定することが記載されている。しかし、特許文献３にも、光配向膜の配向処理プロセスについては、記載が無い。

本発明の課題は、光配向処理を用いた液晶表示装置において、ＴＦＴ基板と対向基板の横ずれを防止することが出来る構成を実現することである。

本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）柱状スペーサと第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の配向膜が形成された第２の基板が柱状スペーサを介して重ねあわされた液晶表示装置であって、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、前記柱状スペーサの先端は、前記第２の配向膜にめり込んでいることを特徴とする液晶表示装置。

（２）柱状スペーサと第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の配向膜が形成された第２の基板が柱状スペーサを介して重ねあわされた液晶表示装置であって、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、前記柱状スペーサの前記第２の基板と対向する面には第１の配向膜が形成され、前記柱状スペーサの前記第２の基板と対向する面の第１の配向膜と、前記第２の基板に形成された前記第２の配向膜は接着していることを特徴とする液晶表示装置。

（３）第１の基板に柱状スペーサを形成し、前記第１の基板と前記柱状スペーサを覆って第１の配向膜を形成し、第２の基板に第２の配向膜を形成し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、前記第１の配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第１の配向膜に配向処理を行い、前記第２の配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第２の配向膜に配向処理を行い、前記第１の基板または前記第２の基板にシール材を形成し、前記シール材を形成した基板側に液晶を滴下し、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記シール材を介して重ね合わせ、その後、前記シール材を固化するとともに、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜を本焼成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

（４）第１の基板に柱状スペーサを形成し、前記第１の基板と前記柱状スペーサを覆って第１の配向膜を形成し、第２の基板に第２の配向膜を形成し、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、前記第１の配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第１の配向膜に配向処理を行い、前記第２の配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第２の配向膜に配向処理を行い、前記第１の基板または前記第２の基板にシール材を形成し、前記シール材はギャップを有し、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記シール材を介して重ね合わせ、その後、前記シール材を固化するとともに、前記第１の配向膜と前記第２の配向膜を本焼成し、その後、前記シール材の前記ギャップを介して液晶を注入し、その後、前記ギャップを封止することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

液晶表示装置の平面図である。 液晶表示装置の画素部の平面図である。 液晶表示装置の画素部の断面図である。 図３の柱状スペーサ付近の断面図である。 滴下方式で液晶を注入した場合の、従来例の、配向膜形成方法を示すプロセスチャートである。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図６の液晶表示装置を湾曲させた場合の断面図である。 本発明の実施例１による柱状スペーサ付近の断面図である。 滴下方式で液晶を注入した場合の、本発明による配向膜形成方法を示すプロセスチャートである。 配向膜を形成する、光異方化反応性高分子材料の例である。 配向膜を形成する、光二量化反応性高分子材料の例である。 仮焼成における配向膜の温度プロファイルである。 仮焼成時間と配向膜中の固形成分の比率を示すグラフである。 本発明の実施例２による柱状スペーサ付近の断面図である。 柱状スペーサの寸法定義を示す断面図である。 柱状スペーサの径と配向膜の上底面に形成される配向膜の厚さの関係を示すグラフである。 本発明の実施例２の第２の形態を示す柱状スペーサ付近の断面図である。 本発明の実施例２の第２の形態による柱状スペーサの寸法例を示す断面図である。 図１８Ａに対応する平面図である。 実施例３による液晶表示装置の平面図である。 図１９のＢ−Ｂ断面図である。 真空注入方式で液晶を注入した場合の、従来例の、配向膜形成方法を示すプロセスチャートである。 真空注入方式で液晶を注入した場合の、本発明による配向膜形成方法を示すプロセスチャートである。

以下に本発明の内容を、実施例を用いて説明する。

図１は、本発明が適用される１例としての液晶表示装置の平面図である。図１の液晶表示装置では、ＴＦＴ基板１００及び対向基板２００は、薄いガラスあるいはポリイミド等の樹脂で形成され、ｘ方向、ｙ方向いずれにも湾曲して使用することが出来る。

図１において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１６０によって接着し、内部に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がオーバーラップした部分に表示領域１０が形成されている。表示領域には、走査線１１が横方向（ｘ方向）に延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、映像信号線１２が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線１１と映像信号線１２で囲まれた領域に画素１３が形成されている。

図１において、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００とオーバーラップしていない部分は端子領域２０となっている。端子領域２０には、液晶表示パネルに電源や信号を供給するためにフレキシブル配線基板３０が接続している。液晶表示パネルを駆動するドライバＩＣ４０はフレキシブル配線基板３０に搭載されている。

図２は、画素１３の平面図である。図２において、走査線１１が横方向（ｘ方向）に延在し、映像信号線１２が縦方向（ｙ方向）に延在している。走査線１１と映像信号線１２で囲まれた領域に画素電極１１３が形成されている。画素電極１１３は内側にスリット１１３１を有しており、櫛歯状となっている。画素電極１１３の下側には、容量絶縁膜を介してコモン電極１１１が形成されている。コモン電極１１１は、スルーホール１１０及びその周辺を除き、全面に形成されている。

映像信号線１２と画素電極１１３との間には、酸化物半導体１０３を有するＴＦＴが形成されている。ＴＦＴのゲート電極１０７は走査線１１が分岐したものであり、ドレイン電極１０４は映像信号線１２が分岐したものである。ソース電極１０５はＴＦＴから画素電極１１３側に延在し、スルーホール１１０を介して画素電極１１３と接続している。図２において、対向基板側に形成された柱状スペーサ１５０が走査線１１と映像信号線１２との交差点付近にＴＦＴ基板１００側に接触して配置している。

図３は、図２に対応した画素部分の断面図である。図３において、ＴＦＴ基板１００及び対向基板２００は、薄いガラスあるいはポリイミド等の樹脂で形成され、液晶表示パネルをフレキシブルに湾曲させることが出来るようになっている。ガラス基板も厚さが０．２ｍｍ以下になると、フレキシブルに湾曲することが出来る。ＴＦＴ基板１００の上において、上方に形成されるＴＦＴに対応する部分に金属による遮光膜１０１が形成されている。

図３において、遮光膜１０１を覆ってシリコン酸化膜（以後ＳｉＯ）とシリコン窒化膜（以後ＳｉＮ）の積層膜からなる下地膜１０２が形成されている。下地膜１０２は、ＴＦＴ基板１００からの不純物が半導体１０３を汚染することを防止する。下地膜１０２の上に半導体膜１０３が形成されている。半導体膜１０３のドレイン領域には、映像信号線から分岐したドレイン電極１０４が形成され、ソース領域には、ソース電極１０５が形成されている。

半導体膜１０３を覆ってゲート絶縁膜１０６が形成され、ゲート絶縁膜１０６の上にゲート電極１０７が形成されている。ゲート電極１０７は走査線１１が分岐したものである。ゲート電極１０７を覆って層間絶縁膜１０８が形成されている。層間絶縁膜１０８は、ＳｉＯ膜とＳｉＮ膜の積層構造であり、上側に形成される有機パッシベーション膜１０９からの不純物が半導体膜１０３を汚染することを防止する。

層間絶縁膜１０８を覆って有機パッシベーション膜１０９が形成されている。有機パッシベーション膜１０９は平坦化膜を兼ねているので、２乃至３μｍと、厚く形成される。有機パッシベーション膜１０９の上には、コモン電極１１１が平面状に形成されている。コモン電極１１１を覆って容量絶縁膜１１２が形成され、その上に画素電極１１３が形成されている。

有機パッシベーション膜１０９、無機パッシベーション膜１０８、ゲート絶縁膜１０６を貫通してスルーホール１１０が形成されている。また、スルーホール１１０内において、容量絶縁膜１１２にスルーホール１１２１が形成され、画素電極１１３とソース電極１０５との接続を可能にしている。画素電極１１３を覆って配向膜１１４が形成されている。この配向膜１１４には光配向処理が施されている。

ＴＦＴ基板１００に対して、液晶層３００を挟んで、対向基板２００が配置している。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２が形成されている。カラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。オーバーコート膜２０３はカラーフィルタ２０１からの色素が液晶３００中に析出することを防止する。

オーバーコート膜２０３の上には、対向基板２００とＴＦＴ基板１００との間隔を維持するための柱状スペーサ１５０が形成されている。柱状スペーサ１５０は各画素全てに形成されているのではなく、複数画素おきに形成されている。柱状スペーサ１５０及びオーバーコート膜２０３を覆って配向膜２０４が形成されている。配向膜２０４は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４と同じ材料で、同じ処理が施されている。

柱状スペーサ１５０の断面は台形となっており、図３では下面が上底面となっている。以下、柱状スペーサ１５０の上底面を下面と称することもある。配向膜２０４を塗布する時は、対向基板２００は図３とは上下逆となっている。したがって、レベリング効果によって、柱状スペーサ１５０の上底面の配向膜２０４は、図３においては、非常に薄くなっている。

図３において、画素電極１１３に電圧が印加されると、画素電極１１３からコモン電極１１１に向かって、液晶３００を通過する電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させ、液晶３００の光透過率を制御する。画素毎に光の透過率を制御して画像を形成する。

図４は、図３における配向膜１１４、２０４と柱状スペーサ１５０のみを取り出した断面図である。図４において、ＴＦＴ基板１００に配向膜１１４が形成され、対向基板２００に柱状スペーサ１５０と配向膜２０４が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶３００が挟持されている。図４において、液晶表示パネルのその他の構成は省略されている。図４の柱状スペーサ１５０の下面には、図３で説明したように、レベリング効果によって、配向膜２０４は殆ど形成されていない。

図５は、図４のような、柱状スペーサ１５０と配向膜２０４を形成するための、主に対向基板２００側における比較例を示すプロセスチャートである。図５において、柱状スペーサ１５０が形成されている対向基板２００に配向膜２０４を塗布する。比較例の配向膜材料は、光分解型のものが使用されている。その後、仮焼成して、配向膜の溶媒を飛散させて配向膜を乾燥させる。その後、本焼成を行う。その後、直線偏光した紫外線（ＵＶ）を照射して、特定方向を向いた分子の結合を選択的に切断して光学異方性を発現させる。

その後、対向基板２００にシール材１６０を塗布し、対向基板２００側に液晶３００を滴下する。その後、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ねあわせ、シール材１６０を焼成して固化する。

ところで、図４に示すような、比較例の構成では、光配向膜は、光分解反応を利用した配向処理を行っているので、柱状スペーサ１５０がＴＦＴ基板１００側の配向膜と接着することはない。つまり、柱状スペーサ１５０はＴＦＴ基板１００と対向基板２００の横ずれを防止する効果はない。

図６は、図１のＡ−Ａ断面に相当する液晶表示パネルの断面図である。図６において、シール材１６０の内側に液晶３００が封入されている。対向基板２００に形成された柱状スペーサ１５０によって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を維持している。図６では、液晶表示パネル内部の構成は、柱状スペーサ１５０以外は省略されている。

図７は、図６に示す液晶表示パネルを湾曲させた状態を示す断面図である。液晶表示パネルを湾曲させても、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は、柱状スペーサ１５０によって保たれている。しかし、湾曲したことによって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とが、主面方向にずれることになる。柱状スペーサ１５０は対向基板２００に形成されているので、柱状スペーサ１５０は、ＴＦＴ基板１００に対して、図５の矢印の方向にずれる。

これを言い換えると、ＴＦＴ基板１００に形成された画素と対向基板２００に形成された画素がずれることになる。そうすると、色むら、明るさむらが生じ、画質が低下する。柱状スペーサ１５０がＴＦＴ基板１００に対して動きが少なければ、色むらや明るさむらは軽減することが出来る。

図８は、柱状スペーサ１５０とＴＦＴ基板２００との間のずれを抑制するための、本発明の実施例１を示す断面図である。図８は、図４と対比した形における配向膜１１４、２０４と柱状スペーサ１５０の構成を示す断面図である。図８において、ＴＦＴ基板１００に配向膜１１４が形成され、対向基板２００に柱状スペーサ１５０と配向膜２０４が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶３００が挟持されている。図８において、液晶表示パネルのその他の構成は省略されている。

図８の特徴は、対向基板２００に形成された柱状スペーサ１５０の先端がＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４にめり込んでいることである。ここで、めり込んでいる状態とは、柱状スペーサ１５０の先端がＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４に覆われている状態と言い換えることが出来る。これによって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間の横方向のずれを抑制することが出来る。図８において、配向膜１１４の厚さは３０ｎｍ乃至２００ｎｍである。配向膜１１４への柱状スペーサ１５０のめり込み量は、５ｎｍ乃至２０ｎｍである。

図８のような構成とするためには、配向膜１１４、２０４の形成プロセスを比較例とは異ならせる必要がある。図９は、図８の構成を実現するための、対向基板２００における配向膜２０４の形成プロセスを示すフローチャートである。図９において、柱状スペーサ１５０が形成されている対向基板２００に配向膜２０４を塗布する。図９における配向膜２０４は、主鎖に光異性化構造を有するポリアミック酸またはその誘導体から得られる塗膜に対して、直線偏光紫外線を照射することによって、光学異方性を発現させるものである。

このような、光異性化反応を示す配向膜材料については、例えば、特許文献４に記載されている。このような例として、特許文献４には、光異性化構造を有するポリアミック酸またはその誘導体が、図１０に示す式から選択される光異性化構造を有するテトラカルボン酸二無水物またはジアミンの少なくとも１つを反応させて得られるポリアミック酸またはその誘導体であることが記載されている。

図９における他の配向膜としては、光二量化反応を示す高分子材料を用いたものを使用することが出来る。すなわち、光二量化反応を示す高分子膜に直線偏光したＵＶを照射し、ある特定の方向を向いた分子のみを二量化反応させ、光学異方性を発現させるものである。光配向膜として用いる光二量化反応を示す高分子材料は種々のものが提案されている。図１１は、光配向膜をポリビニルシンナメート（PVCi）で構成した場合の、光二量化反応を示す例である。

その後、配向膜２０４を仮焼成する。しかし、図９における仮焼成は溶媒を揮発させるためのものであり、配向膜２０４のポリマー化は進行しない。配向膜２０４を乾燥させた後、偏光紫外線を照射して配向膜２０４に光学異方性を現出させる。図９において、配向処理の後、対向基板２００にシール材１６０を塗布し、その後、液晶を滴下する。

一方、ＴＦＴ基板１００側にも配向膜２０４と同じ材料によって配向膜１１４を形成し、配向膜２０４と同じ配向処理を行う。その後、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ね合わせる。その後、シール材１６０を硬化させるとともに、配向膜１１４、２０４の本焼成を行う。図９の特徴は、配向膜１１４、２０４を仮焼成（乾燥）した状態において光配向処理を行い、配向膜１１４、２０４の本焼成は、シール材１６０を硬化させるときと同時に行っている点である。

図９に示すような、プロセスによって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ね合すときは、配向膜１１４、２０４はまだ硬化していないので、柱状スペーサ１５０は比較的容易にＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４にめり込ませることが出来る。そして、柱状スペーサ１５０が配向膜１１４にめり込んだ状態で、配向膜１１４、２０４の本焼成を行うので、柱状スペーサ１５０は配向膜１１４に固着されることになる。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の主面方向のずれを抑制することが出来る。

柱状スペーサ１５０の径が大きすぎると、配向膜１１４にめり込ませることが困難になるので、柱状スペーサ１５０の径は小さいほうがよい。図１５に示すように柱状スペーサ１５０の径を定義した場合、実施例１においては、径は１０μm以下であることが望ましい。一方、径が３μmよりも小さくなると、柱状スペーサ１５０の座屈等が生じてＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔の維持が困難になる。したがって、実施例１においては、柱状スペーサ１５０の径は３μm乃至１０μmであることが望ましい。

なお、一般には、柱状スペーサ１５０の上底はフラットではないので、径の定義が困難である。したがって、本明細書では、図１５に示すように、柱状スペーサ１５０の高さｈ２の９０％の高さｈ１における柱状スペーサ１５０の径ｄ１を柱状スペーサ１５０の径と定義する。

また、本実施例では、配向膜１１４、２０４の仮焼成の条件が重要である。なお、本明細書における仮焼成は、塗布された配向膜１１４、２０４を乾燥させるものであり、ポリマー化は進行しない。配向膜１１４、２０４が完全に固化しないほうが、柱状スペーサ１５０を配向膜１１４にめり込ませやすいが、一方、含有溶媒量が多すぎると液晶３００を汚染してしまう。これらの条件を考慮すると、仮焼成後の配向膜１１４、２０４の溶媒含有量は２０％未満、あるいは、固形分濃度は８０％以上とすることが好ましい。ただし、固形分濃度が高すぎると、柱状スペーサ１５０を配向膜１１４にめり込ませることが困難になるので、９９％以下とすることが望ましい。

図１２は、配向膜が塗布された基板を加熱して温度を上げる場合のプロファイルである。図１２において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は基板の温度（℃）である。基板温度と配向膜温度は同じと考えてよい。図１３は、図１２と同じ温度プロファイルによって、配向膜を仮焼成した場合の配向膜における固形分の割合を示すグラフである。

図１３において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は配向膜中の固形分（％）である。配向膜溶液は、もともと５％程度の固形分を含んでいる。したがって、図１３において、時間がゼロの場合も固形分は５％となっている。時間が７０秒を超えると固形分は８０％以上となる。

図１３において、７０秒を超えても、固形分の割合は大きくは変化しない。したがって、仮焼成の温度は７０秒乃至１８０秒程度で比較的広い範囲で設定することが出来る。なお、固形分の割合を変化させるには、基板（配向膜）の最高温度を変化させることが効果的である。図１２では、配向膜の最高温度は７０℃であるが、この温度を変化させることによって固形分の制御を容易に行うことが出来る。

図１４は本発明の実施例２における柱状スペーサ１５０付近の断面図である。図１４に示すように、柱状スペーサ１５０の上底面には配向膜２０４が形成されており、この配向膜２０４とＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４とを接着させて、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の横方向のずれを防止している。

実施例２で使用されている配向膜１１４、２０４も、光配向処理されるものであるが、この配向膜材料は、光異性化反応を示す高分子材料か、光二量化反応を示す高分子材料であり、光分解型の高分子材料ではない。実施例２における配向膜１１４、２０４の形成プロセスも図９で説明したのと同じである。

すなわち、光配向処理は、配向膜１１４、２０４が仮焼成された時点で行う。そして、シール材１６０の硬化と同時に配向膜１１４、２０４の本焼成を行う。配向膜１１４、２０４を本焼成するときに、配向膜２０４と配向膜１１４との間で架橋反応を起こし、柱状スペーサ１５０とＴＦＴ基板１００とが強く接着する。つまり、実施例２においては、柱状スペーサ１５０の上底面に配向膜が形成されていることが必要である。このためには、柱状スペーサ１５０の上底面の面積を大きくしておく必要がある。

図１５は、柱状スペーサ１５０の形状を定義する断面図である。図１５に示すように、柱状スペーサ１５０の高さｈ２の９０％の高さｈ１における柱状スペーサ１５０の径ｄ１を柱状スペーサ１５０の径と定義する。柱状スペーサ１５０の上底面は径の定義が困難だからである。

図１５において、柱状スペーサ１５０の上底面における配向膜の厚さｔ１は柱状スペーサ以外の領域に形成された配向膜の厚さｔ２よりも小さい。ｔ１／ｔ２の大きさは、柱状スペーサの径ｄ１が大きくなるほど大きくなる。つまり、実施例２では、柱状スペーサの径ｄ１はできるだけ大きくしておく必要がある。

図１６は、柱状スペーサ１５０の径と柱状スペーサ１５０の上底面に形成される配向膜２０４の厚さの関係を示すグラフである。図１６において、横軸は柱状スペーサ１５０の径であり、縦軸は、柱状スペーサ１５０の上底面に形成される配向膜２０４の厚さである。図１６の縦軸は、図１５において、柱状スペーサ１５０以外の領域における配向膜２０４の厚さを１００ｎｍとした場合における、柱状スペーサ１５０の上底面に形成される配向膜２０４の厚さである。

図１６に示すように、柱状スペーサ１５０の上底面の径が５μmよりも小さいと柱状スペーサ１５０の上底面には配向膜はほとんど残らない。したがって、実施例２においては、柱状スペーサ１５０の径は５μm以上とする必要がある。柱状スペーサ１５０の径の上限は特に規定する必要はない。しかし、画素領域のレイアウトの要請から、２０μm以下とすることが好ましい。図１６に示すように、柱状スペーサ１５０の径が２０μmであれば、配向膜の厚さは８０ｎｍ程度確保できるので、接着力は十分に確保することが出来る。

ところで、レイアウトの要請から、柱状スペーサ１５０の径ｄ１を大きく出来ない場合や、配向膜の粘度の関係で、柱状スペーサの上底面に十分な厚さの配向膜を確保できない場合がある。図１７は、このような場合を対策する実施例２の第２の形態を示す断面図である。

図１７において、柱状スペーサ１５０の上底面には凹部１５１が形成され、凹部１５１に配向膜２０４が形成されている。仮に、配向膜２０４の粘度が小さくて、柱状スペーサ１５０の上底面に配向膜２０４が残らない場合であっても、凹部１５１には、配向膜２０４を溜めることが出来る。この配向膜２０４とＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４を接着させることによって柱状スペーサ１５０とＴＦＴ基板１００とを接着させる。

図１８Ａ及び図１８Ｂは、このような柱状スペーサ１５０の形状を示す図であり、図１８Ａが断面図、図１８Ｂが平面図である。図１８Ａにおいて、柱状スペーサ１５０の径は便宜上、上底面の径ｄ２で規定している。また、凹部１５１の径ｄ３も柱状スペーサ１５０の上底面同じ面で規定している。図１８において、ｄ３／ｄ２は、例えば１／２である。図１８Ｂに示すように、本実施例では、柱状スペーサの平面図は円形である。

柱状スペーサ１５０に形成された凹部１５１の深さｄｐは、５ｎｍ乃至１００ｎｍ、より好ましくは、５ｎｍ乃至５０ｎｍである。いずれにせよ、凹部１５１の深さｄｐは、柱状スペーサ１５０以外の部分に形成された配向膜２０４の厚さｔ２よりも小さいことが望ましい。つまり、凹部１５１の深さが深すぎると、凹部１５１に形成された配向膜２０４が柱状スペーサ１５０の上底面に達しないので、本実施例の効果を得ることが出来ない。一方、凹部１５１が浅すぎると、凹部１５１における配向膜２０４の厚さを確保できないので、本実施例の効果を確保することが出来ない。

柱状スペーサ１５０は対向基板２００に所定の膜厚でアクリル等の樹脂を塗布し、これをフォトリソグラフィによってパターニングして形成する。上底面に形成する凹部１５１は、柱状スペーサ１５０をパターニングするとき、ハーフ露光技術を用いることによって、同時に形成することが出来る。

以上のように、実施例２によれば、配向膜１１４、２０４の仮焼成後に光配向処理を行い、シール材１６０の硬化と同時に配向膜１１４、２０４の本焼成を行って、柱状スペーサ１５０の配向膜２０４とＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４を互いに架橋させることによって強固に接着する。これによって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の横ずれの小さい液晶表示装置を実現することが出来る。

実施例１及び実施例２では、液晶を滴下方式で封入した構成について説明した。液晶の封入方法として、この他に、真空吸入方式がある。実施例３の構成は、実施例１及び実施例２で説明した、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の横ずれを防止するための柱状スペーサ１５０及び配向膜１１４、２０４の構成を、真空吸入方式の液晶表示装置に適用した場合の例である。

図１９は、真空吸入方式を用いた液晶表示パネルの平面図である。図１９において、シール材１６０には切り欠きが存在し、この部分に吸入孔１８０が形成される。真空吸入によって液晶を液晶表示パネルの内部に吸入した後、封止材１７０によって吸入孔を封止する。その他の構成は図１で説明したのと同様である。

図２０は、図１９のＢ−Ｂ断面図である。図２０において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に挟持された液晶はシール材１６０と封止材１７０によって封止されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は柱状スペーサ１５０によって維持されている。端子領域２０にはフレキシブル配線基板３０が接続している。

図２１は、図１９に示す液晶表示パネルを比較例プロセスによって形成する場合の、対向基板側におけるプロセスチャートである。図２１において、対向基板２００に配向膜２０４を塗布し、これを仮焼成し、続いて本焼成を行う。その後、直線偏光した紫外線を照射して配向膜に光配向処理を行う。その後、対向基板２００にシール材１６０を塗布し、配向膜１１４が形成されたＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ね合わせ、その後、シール材１６０を硬化する。シール材１６０が硬化した後、シール材１６０の切り欠きから液晶を真空注入し、その後、封止材１７０によって液晶を封止する。

図２２は、図１９に示す液晶表示パネルを本発明の実施例３によって形成する場合のプロセスチャートである。図２２は、実施例１及び実施例２で説明した、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の横ずれを防止するための、柱状スペーサ１５０及び配向膜１１４、２０４の構成を、真空吸入方式の液晶表示装置に適用する場合のプロセスフローである。

図２２において、対向基板２００に配向膜２０４を塗布し、この配向膜２０４を仮焼成することによって、溶媒を飛散させる。仮焼成後の配向膜２０４における固形分は、実施例１及び実施例２では８０％以上であるが、実施例３では、液晶表示パネルの内部を真空排気するときにも溶媒は飛散するので、仮焼成後の配向膜の固形成分は７０％以上であればよい。

その後、直線偏光した紫外線を照射して配向処理を行う。すなわち、光配向処理は、配向膜２０４を仮焼成した時点で行う。光配向処理は実施例１で説明したのと同じである。一方、ＴＦＴ基板１００側にも配向膜１１４を、対向基板２００側における配向膜２０４と同じ材料で同じ配向処理を用いて形成する。

その後、対向基板２００にシール材１６０を形成し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００とを重ね合わせる。ここで、実施例１の構成を適用する場合は、対向基板２００に形成された柱状スペーサ１５０をＴＦＴ基板１００に形成された配向膜１１４にめり込ませる。また、実施例２の構成を適応する場合は、柱状スペーサ１５０の表面に配向膜２０４が形成されるように、柱状スペーサ１５０の径を大きくしておく、あるいは、柱状スペーサ１５０の上底面に凹部１５１を形成しておく。

その後、シール材１６０を硬化させるとともに、配向膜１１４、２０４の本焼成を行う。この本焼成において、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４と対向基板２００側の配向膜２０４の間で、互いに架橋反応を生じさせ、柱状スペーサ１５０とＴＦＴ基板１００を強固に固定する。その後、真空吸入によって液晶を封入孔１８０から液晶表示パネル内部に吸入し、その後、封止材１７０によって封止する。

このように、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の横ずれを防止するための、実施例１及び実施例２の構成、具体的には、柱状スペーサ１５０、対向基板２００側の配向膜２０４、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１４の構成をそのまま実施例３に適用することが出来る。実施例１及び実施例２と、実施例３との差は、液晶を注入する方法が異なるだけである。

以上のように、液晶の注入方法にかかわらず、本発明を適用することが出来、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の横ずれを防止した、かつ、光配向処理を行った配向膜１１４、２０４を有する液晶表示装置を実現することが出来る。

以上の説明では、柱状スペーサ１５０及びシール材１６０は対向基板２００側に形成されるとしたが、柱状スペーサ１５０及びシール材１６０のいずれか一方あるいは両方をＴＦＴ基板１００側に形成することもできる。この場合も本発明を適用できることに変わりはない。

１０…表示領域、 １１…走査線、 １２…映像信号線、 １３…画素、 ２０…端子領域、 ３０…フレキシブル配線基板、 ４０…ドライバＩＣ、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…遮光膜、 １０２…下地膜、 １０３…半導体膜、 １０４…ドレイン電極、 １０５…ソース電極、 １０６…ゲート絶縁膜、 １０７…ゲート電極、 １０８…層間絶縁膜、 １０９…有機パッシベーション膜、 １１０…スルーホール、 １１１…コモン電極、 １１２…容量絶縁膜、 １１３…画素電極、 １１４…配向膜、 １５０…柱状スペーサ、 １５１…柱状スペーサの凹部、 １６０…シール材、 １７０…封止材、 １８０…吸入孔、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２０４…配向膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １１２１…容量絶縁膜スルーホール、 １１３１…画素電極スリット

Claims (12)

1. スペーサと第１配向膜が形成された第１基板と、画素電極と第２配向膜が形成された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に位置する液晶層と、を備え、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、
   前記スペーサの先端は、前記第２配向膜に覆われており、
   前記スペーサと前記第２基板との間の前記第２配向膜の厚さは、前記画素電極と前記液晶層との間の前記第２配向膜の厚さより小さいことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記スペーサの高さ方向において、５ｎｍ乃至２０ｎｍの範囲で前記先端は前記第２配向膜によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記スペーサの高さの９０％の位置における前記スペーサの径は、３μｍ乃至１０μｍ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。
4. スペーサと第１配向膜が形成された第１基板と、第２配向膜が形成された第２基板と、を備え、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、
   前記スペーサの前記第２基板と対向する面には第１配向膜が形成され、
   前記スペーサの前記第２基板と対向する面の第１配向膜と、前記第２基板に形成された前記第２配向膜は接着していることを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記スペーサの高さの９０％の位置における前記スペーサの径は、５μｍ乃至２０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記スペーサの前記第２基板と対向する面には凹部が形成され、前記凹部には、前記第１配向膜が形成され、前記凹部に形成された前記第１配向膜は、前記第２基板に形成された前記第２配向膜と接着していることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記凹部の深さは、前記スペーサ以外の領域に形成された前記第１の配向膜の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記凹部の深さは、５ｎｍ乃至１００ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 前記凹部の深さは、５ｎｍ乃至５０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
10. 第１基板にスペーサを形成し、前記第１基板と前記スペーサを覆って第１配向膜を形成し、
    第２基板に第２配向膜を形成し、
    前記第１配向膜と前記第２配向膜は、光異方化反応性高分子材料、または、光二量化反応性高分子材料によって構成され、
    前記第１配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第１配向膜に配向処理を行い、
    前記第２配向膜に対して仮焼成を行った後、偏光紫外線を用いて前記第２配向膜に配向処理を行い、
    前記第１基板または前記第２基板にシール材を形成し、前記シール材を形成した基板側に液晶を滴下し、
    前記第１基板と前記第２基板を、前記シール材を介して重ね合わせ、
    その後、前記シール材を固化するとともに、前記第１配向膜と前記第２配向膜を本焼成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
11. 前記第１基板と前記第２基板を重ね合わせるときに、前記スペーサの一部を前記第２配向膜内にめり込ませることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記第１配向膜と前記第２配向膜を前記本焼成するときに、前記スペーサの表面に形成された前記第１配向膜と前記第２基板に形成された第２配向膜と接着することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。

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