JP4318954B2 - 液晶パネル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の基板間に液晶を封入して構成される液晶パネル及びその製造方法に関し、特に柱状のスペーサにより一対の基板間の間隔を一定に維持した液晶パネル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルは、薄くで軽量であるとともに消費電力が小さいという長所があり、電卓、家庭用電化製品及びＯＡ（Office Automation ）機器等のディスプレイに使用されている。また、液晶パネルは、空間光変調素子（Spacial Light Modulator ）として、光情報処理システムの入力装置及び計算機ホログラムにも使用されている。
【０００３】
ＯＡ機器のディスプレイに使用される液晶パネルは、通常、一対の基板間に液晶を封入した構造を有している。一方の基板には画素毎にＴＦＴ（Thin Film Transistor）及び画素電極が形成されており、他方の基板には各画素共通のコモン電極が形成されている。以下、画素電極及びＴＦＴが設けられている基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。
【０００４】
ＴＦＴ基板と対向基板との間隔（セルギャップ）は、通常、樹脂又はセラミック等からなる球形のビーズにより一定に維持される。このビーズは、ＴＦＴ基板と対向基板とをシール剤で接合する際に、ＴＦＴ基板及び対向基板のいずれか一方の基板上に散布される。
【０００５】
しかしながら、基板上にビーズを散布する方法では、基板全体にわたってビーズが均一に分布するとは限らない。基板全体にわたってビーズが均一に分布していない場合は、セルギャップの面内ばらつきが発生して表示品質の低下の原因となる。また、液晶分子はビーズの表面に沿って配向する性質があるので、画素領域内にビーズが存在すると、配向異常が発生して表示品質が低下する。
【０００６】
特開平８−２２０５４６号公報、特開２００１−８３５１７号公報及び特開２００１−２０１７５０号公報には、感光性レジストを使用して、画素領域の間（例えば、データバスラインとゲートバスラインとが交差する部分）に柱状のスペーサを形成することが提案されている。
【０００７】
しかし、これらの公報に記載された液晶パネルでは、スペーサが一方の基板には接合されているものの他方の基板には接合されていないため、耐衝撃性が低いという欠点がある。即ち、図９に示すように、スペーサ５１間の点Ａに外圧が加えられて一対の基板５０，６０のうちの一方が変形した場合に、点Ａの周囲のセルギャップが大きく変動して、干渉縞が発生したり、色調のばらつき及び駆動電圧特性のばらつき等が発生する。
【０００８】
このような不具合を回避するためには、熱によりスペーサを軟化させた状態で圧力を加えてスペーサを一対の基板の両方に接合し、その後スペーサを硬化することが考えられる。しかし、この場合は、基板と接合する際にスペーサの高さが変化してしまうので、セルギャップを所望の値とすることが難しくなる。
【０００９】
特開２０００−１５５３２１号公報には、熱により変形しない材質のビーズを感光性材料に混入し、この感光性材料の膜を使用してビーズ入りの柱状スペーサを形成することによってセルギャップを所定の値とすることが提案されている。しかし、この方法では、粒径が均一なビーズは高価であるのにスペーサとなる部分以外の膜中のビーズを捨ててしまうので、ビーズの無駄が多く、製造コストが上昇する。また、この方法では、各スペーサ中に必ずビーズが存在しているとは限らず、パネルの全体にわたってセルギャップを均一に維持することが難しい。ビーズのないスペーサの割合を少なくするために、感光性材料に混入するビーズの量を増加することも考えられるが、そうすると、ビーズがフィラーとして作用し、感光性材料の膜を均一の厚さに形成することができず、その結果スペーサの高さにばらつきが発生する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２２０５４６号公報
【特許文献２】
特開２００１−８３５１７号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０１７５０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１５５３２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、感光性レジストによりスペーサを形成する従来の液晶パネルの製造方法には、耐衝撃性が十分でない、セルギャップを均一にすることができない、又は製造コストが高くなる等の問題点がある。
【００１２】
また、スペーサが一対の基板の両方に接合している場合、感光性レジストにより形成されたスペーサは一般的に柔軟性が低いため、環境温度の変化による液晶の体積変化に追従することができず、スペーサが基板から剥れてしまうこともある。このような不具合を回避するために、柔軟性が高い樹脂によりスペーサを形成することが考えられる。しかし、この場合は、大きな外力が加えられたときに一対の基板が接触して配向膜が損傷し、表示品質が著しく低下するという新たな問題点が発生する。
【００１３】
以上から、本発明の目的は、環境温度の変化による液晶の体積変化に追従できるスペーサを有し、耐衝撃性が高く、セルギャップが均一であり、製造コストが低い液晶パネル及びその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に対向して配置された一対の基板と、第１の樹脂と、硬化温度が前記第１の樹脂よりも高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂とが積層されて構成され、前記一対の基板の両方に接合して前記一対の基板の間隔を一定に維持する複数のスペーサと、前記一対の基板の間に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネルにより解決する。
【００１５】
また、上記した課題は、第１の基板上に第１の樹脂を塗布して第１の樹脂膜を形成する工程と、前記第１の樹脂膜の上に、前記第１の樹脂よりも硬化温度が高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂を塗布して第２の樹脂膜を形成する工程と、前記第１及び第２の樹脂膜をパターニングして前記第１及び第２の樹脂膜が積層された構造のスペーサを形成する工程と、シール剤と前記スペーサとにより前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記シール剤、前記第１及び第２の基板で囲まれる空間内に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法により解決する。
【００１６】
本発明においては、硬化温度（硬化開始温度）が相互に異なる複数の樹脂膜を積層してスペーサを形成する。一般的に、硬化温度が低い樹脂は柔軟性（弾力性）が低く、硬化温度が高い樹脂は柔軟性が高いという性質がある。
【００１７】
第１の基板上に第１及び第２の樹脂膜を積層して構成された複数のスペーサを形成し、これらのスペーサを挟んで第１の基板と第２の基板とを配置して加熱すると、まず下層の第１の樹脂膜が硬化する。そして、上層の第２の樹脂膜が熱により軟化して第２の基板に接合し、その後、第２の樹脂膜が硬化する。このようにして第１及び第２の樹脂膜が時間をずらして硬化するので、スペーサ全体が同時に軟化状態になった後に硬化する場合に比べて、セルギャップのばらつきが抑制される。
【００１８】
また、本発明においてはスペーサを介して第１及び第２の基板が接合されているため、外圧が加えられても第１及び第２の基板の間隔が大きく広がることが回避される。従って、耐衝撃性が向上する。また、第１の樹脂膜の柔軟性が低いため、大きな応力が加えられても、第１及び第２の基板が直接接触することがなく、信頼性が高い。更に、第２の樹脂膜の柔軟性が高いので、環境温度の変化により液晶の体積が変化しても第２の樹脂膜が伸縮して、スペーサが基板から剥れることが防止される。
【００１９】
第１及び第２の樹脂として感光性樹脂（フォトレジスト）を使用すると、第１及び第２の樹脂膜を通常のフォト工程で容易にパターニングすることができる。この場合に、第１の樹脂膜の露光感度は第２のパターニングの露光感度よりも高くすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
（液晶パネル）
図１は本発明の実施の形態の液晶パネルの１画素を示す平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線による断面図である。なお、本実施の形態は、本発明を透過型液晶表示パネルに適用した例について説明している。
【００２２】
本実施の形態の液晶表示パネルは、図２に示すように、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板１０及び対向基板２０と、これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の間に封入された液晶３０とにより構成されている。なお、ＴＦＴ基板１０の下、及び対向基板２０の上にはそれぞれ偏光板が配置される。また、ＴＦＴ基板１０の下方には、光源（バックライト）が配置される。
【００２３】
ＴＦＴ基板１０は、図１，図２に示すように、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成されたゲートバスライン１２、データバスライン１４、ＴＦＴ１５及び画素電極１８等により構成されている。ゲートバスライン１２は水平方向に延在しており、データバスライン１４は垂直方向に延在している。ゲートバスライン１２とデータバスライン１４との間にはゲート絶縁膜１３が形成されており、このゲート絶縁膜１３によりゲートバスライン１２とデータバスライン１４とは電気的に分離されている。これらのゲートバスライン１２及びデータバスライン１４により区画される領域がそれぞれ画素領域である。画素電極１８及びＴＦＴ１５は、各画素領域に１個づつ形成されている。
【００２４】
本実施の形態では、図１に示すように、ゲートバスライン１２の一部がＴＦＴ１５のゲート電極となっており、チャネル保護膜１６の幅方向の両側にはそれぞれＴＦＴ１５のソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄが配置されている。ソース電極１５ｓは絶縁膜１７に形成されたコンタクトホール１７ａを介して画素電極１８に電気的に接続され、ドレイン電極１５ｄはデータバスライン１４に電気的に接続されている。また、画素電極１８の上にはポリイミド等からなる配向膜１９が形成されている。この配向膜１９の表面には、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を決めるラビング処理が施されている。
【００２５】
一方、対向基板２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板２１の一方の面側（図２では下側）に形成されたブラックマトリクス２２、絶縁膜２３及びコモン電極２４とにより構成されている。ブラックマトリクス２２は、画素間の領域及びＴＦＴ形成領域を覆うように形成されている。また、絶縁膜２３は、ガラス基板２１の下側に、ブラックマトリクス２２を覆うようにして形成されている。絶縁膜２３の下にはコモン電極２４が形成されており、このコモン電極２４の下にはポリイミド等からなる配向膜２５が形成されている。この配向膜２５の表面にも、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を決めるラビング処理が施されている。
【００２６】
また、対向基板２０には、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との間隔を一定に維持するためのスペーサ２６が形成されている。このスペーサ２６は、硬化温度が低く柔軟性が低い樹脂により形成された第１の樹脂膜２６ａと、硬化温度が高く柔軟性が高い樹脂により形成された第２の樹脂膜２６ｂとの積層構造を有している。
【００２７】
これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０は、配向膜１９，２５が形成された面を相互に対向させて配置され、スペーサ２６及びシール剤（図示せず）により接合されている。
【００２８】
このように構成された液晶パネルにおいて、画像を表示する際には駆動回路（図示せず）から垂直方向に並ぶゲートバスライン１２に対し順番に走査信号を供給するとともに、データバスライン１４に表示信号を供給する。走査信号が供給されたゲートバスライン１２に接続しているＴＦＴ１５はオン状態となり、画素電極１８にはＴＦＴ１５を介して表示信号が書き込まれる。これにより、画素電極１８とコモン電極２４との間に表示信号に応じた電界が発生して液晶分子の向きが変化し、その結果、画素を透過する光の光量が変化する。各画素毎に透過光の光量を制御することにより、液晶パネルに所望の画像を表示することができる。
【００２９】
（液晶パネルの製造方法）
以下、本発明の実施の形態の液晶パネルの製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図１，図２に示すようなＴＦＴ基板１０及び対向基板２０をそれぞれ製造する。
【００３１】
ＴＦＴ基板１０の製造方法を簡単に説明する。まず、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法により、ガラス基板１１上に第１の金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法により第１の金属膜をパターニングしてゲートバスライン１２を形成する。次に、ガラス基板１１の上側全面にゲート絶縁膜１３を形成し、その上にＴＦＴ１５の動作層となる第１のシリコン膜と、チャネル保護膜１６となるＳｉＮ膜とを形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりＳｉＮ膜をパターニングして、ゲートバスライン１２の上方の所定の領域にチャネル保護膜１６を形成する。
【００３２】
次に、ガラス基板１１の上側全面に、オーミックコンタクト層となる不純物が高濃度に導入された第２のシリコン膜を形成し、続けて第２のシリコン膜の上に第２の金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法により第２の金属膜、第２のシリコン膜及び第１のシリコン膜をパターニングして、ＴＦＴ１５の動作層となるシリコン膜の形状を確定するとともに、データバスライン１４、ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを形成する。
【００３３】
次いで、ガラス基板１１の上側全面に絶縁膜１７を形成し、この絶縁膜１７の所定の位置にコンタクトホール１７ａを形成する。その後、ガラス基板１１の上側全面にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明導電体からなる膜を形成する。そして、この透明導電体の膜をパターニングすることにより、コンタクトホール１７ａを介しＴＦＴ１５のソース電極１５ｓに電気的に接続された画素電極１８を形成する。その後、ガラス基板１１の上側全面にポリイミドからなる配向膜１９を形成する。このようにして、ＴＦＴ基板１０が完成する。
【００３４】
以下、対向基板２０の製造方法について簡単に説明する。まず、ガラス基板２１の上にＣｒ等の金属膜を形成し、この金属膜をパターニングしてブラックマトリクス２２を形成する。その後、ガラス基板２１の上に絶縁膜２３を形成する。カラー型液晶表示パネルを製造する場合は、絶縁膜２３を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の樹脂により形成し、各画素毎に赤色、緑色及び青色のうちのいずれか１色の絶縁膜２３を配置する。
【００３５】
次いで、絶縁膜２３の上に、ＩＴＯ等の透明導電体によりコモン電極２４を形成する。その後、コモン電極２４の上にポリイミドからなる配向膜２５を形成する。このようにして、対向基板２０が完成する。
【００３６】
次に、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のうちのいずれか一方の側に柱状のスペーサ２６を形成する。本実施の形態では、前述したように、対向基板２０の側にスペーサ２６を形成している。
【００３７】
即ち、図３（ａ）に示すように、スピンコート法により、対向基板２０の上に硬化温度が例えば１５０℃の第１の感光性レジストを約１μｍの厚さに塗布してレジスト膜３５ａを形成し、このレジスト膜３５ａを１００℃の温度で１分間プリベーキングする。
【００３８】
次に、レジスト膜３５ａの上に硬化温度が例えば１７０℃の第２の感光性レジストを約２μｍの厚さに塗布してレジスト膜３５ｂを形成し、このレジスト膜３５ｂを１００℃の温度で１分間プリベーキングする。
【００３９】
なお、第１及び第２の感光性レジストの硬化温度は上述した温度に限定するものではないが、第１の感光性レジストは、第２の感光性レジストよりも硬化温度が低く、硬化後の柔軟性が低いことが必要である。
【００４０】
また、第１の感光性レジストは、第２の感光性レジストよりも光に対する感度が高いものであることが好ましい。第１の感光性レジストの感度が第２の感光性レジストよりも低いと、第２の感光性レジストに合わせて露光量を設定したときに、第１の感光性レジストに対する露光が不足してしまうことが考えられる。
【００４１】
更に、第１の感光性レジストの硬化温度は、第２の感光性レジストの軟化温度以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば直径が１０μｍの円形パターンが縦方向及び横方向にいずれも１００μｍのピッチで並んだ露光マスク４１を介してレジスト膜３５ａ，３５ｂに紫外線を露光する。次いで、現像処理を施すと、図３（ｃ）に示すように、第１の樹脂膜２６ａ（レジスト膜３５ａ）と第２の樹脂膜２６ｂ（レジスト膜３５ｂ）とが積層されてなる円柱状のスペーサ２６が形成される。その後、対向基板２０の表面を純水で洗浄した後、乾燥させる。
【００４３】
次に、図４に示すように、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のうちのいずれか一方に、表示領域を囲むようにしてシール剤３６を塗布する。但し、液晶注入口となる部分にはシール剤３６を塗布しないでおく。
【００４４】
その後、図５に示すように、真空チャンバ内でＴＦＴ基板１０と対向基板２０との位置合わせを行って重ね合わせ、セルギャップが例えば２μｍとなるように圧力を加えながらシール剤３６を熱処理して硬化させる。但し、シール剤３６は、配向膜１９，２５に施したラビング処理の効果が失われない程度の温度で硬化させることが必要である。
【００４５】
このときの熱及び圧力により、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０に接合される。この場合に、最初に第１の樹脂膜２６ａが硬化する。その後、第２の樹脂膜２６ｂが温度と圧力とにより変形してＴＦＴ基板１０に接合する。従って、第１の樹脂膜２６ａ及び第２の樹脂膜２６ｂの厚さはいずれも約１μｍとなる。以下、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０とを貼合わせてなる構造物（液晶封入前のパネル）を空パネルという。
【００４６】
一般的に、配向膜の温度が１８０℃を超えると、ラビング処理の効果が失われるため、１８０℃以下の温度でシール剤３６を硬化させることが必要である。但し、１８０℃以下の温度であっても、長時間熱処理すると配向膜に施したラビング処理の効果が失われることが考えられるため、シール剤３６を硬化させるための熱処理の時間は２時間以内、より好ましくは１時間以内とする。また、このとき同時にパネル内に封入した液晶を再配向させるためには、１１０℃以上の温度で熱処理することが必要である。なお、シール剤３６として光硬化型樹脂を使用してもよい。
【００４７】
このようにして空パネルを形成した後、真空注入法によりＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に液晶３０を封入する。即ち、図６に示すように、液晶３０を入れた容器３７と空パネル４０とを真空チャンバ（図示せず）内に入れ、真空チャンバ内を排気して真空状態とする。その後、空パネル４０の液晶注入口３９を液晶３０中に入れて、真空チャンバ内を大気圧に戻す。そうすると、空パネル４０の内部空間の圧力と大気圧との差により液晶３０が空パネル４０内に進入し、パネルの内部空間に液晶３０が充填される。その後、液晶３０が充填されたパネルを２枚の平板で挟んで余分な液晶３０を押し出し、液晶注入口３９を封止樹脂で封止する。このようにして、本実施の形態に係る液晶パネルが完成する。
【００４８】
なお、温度差を利用して空パネル内に液晶を注入してもよい。例えば、空パネルを十分に加熱した後に冷却してパネル内の空間を減圧状態にし、液晶をパネル内に注入することができる。
【００４９】
本実施の形態においては、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の両方に接合されているので、外圧に対する耐性（耐ストレス性）が高い。例えば、図７に示すように、スペーサ２６間の部分に外圧が加えられても、基板１０がスペーサ２６から離れることがなく、セルギャップの大きな変動が回避される。これにより、干渉縞の発生、色調のばらつき及び駆動電圧特性のばらつきが回避される。
【００５０】
また、本実施の形態においては、スペーサ２６を構成する第２の樹脂膜２６ｂの柔軟性が高いので、環境温度の変化により液晶の体積が変化して基板間のギャップを広げる方向に応力が発生しても、第２の樹脂膜２６ｂが伸びて体積の変化に追従する。これにより、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０又は対向基板２０から剥れてしまうことが回避される。
【００５１】
更に、本実施の形態では、第１の樹脂膜２６ｂの柔軟性が低いので、大きな外力が加えられてもＴＦＴ基板１０と対向基板２０とが直接接触することがなく、配向膜の破損等の不具合の発生が回避される。
【００５２】
なお、本発明は、ツイステッドネマティック（ＴＮ）型液晶、スーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶及び電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶等を用いた液晶パネルに適用することができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態では本発明を透過型液晶パネルに適用した場合について説明したが、これにより本発明の適用範囲が透過型液晶パネルに限定されるものではない。本発明は、透過型液晶パネルの他にも、反射型液晶パネルや空間光変調素子に適用することができる。
【００５４】
更に、上記の実施の形態ではスペーサ２６が２層の樹脂層２６ａ，２６ｂにより構成されている場合について説明したが、スペーサ２６が３層以上の樹脂膜により構成されていてもよい。
【００５５】
以下，本発明の実施例に係る液晶パネルを実際に製造し、外圧を加えたときの表示品質を調べた結果について、比較例と比較して説明する。
【００５６】
（実施例１）
長さが２００ｍｍ、幅が１００ｍｍ、厚さが１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意した。そして、これらのガラス基板の一方の面上にそれぞれＩＴＯ膜を形成し、透明電極とした。
【００５７】
次に、スピンコータを用いて、透明電極の上に、濃度が３ｗｔ％のポリイミド溶液を２０００ｒｐｍの回転数で塗布してポリイミド膜を形成した後、ポリイミド膜を２００℃の温度で３０分間焼成して配向膜とした。
【００５８】
このようにして透明電極及び配向膜を形成した２枚のガラス基板の一方に、スピンコータを用いて硬化温度が１５０℃のポジ型感光性レジスト（ＡＺ−５２００：クラリアント社製）を塗布し、厚さが１．０μｍの第１のレジスト膜を形成した。そして、ガラス基板をホットプレートの上に載せ、第１のレジスト膜を１００℃の温度で１分間プリベーキングした。
【００５９】
次に、第１のレジスト膜の上に、スピンコータを用いて硬化温度が１７０℃のポジ型感光性ポリシラン系レジスト（グラシア：日本ペイント（株）製）を塗布し、厚さが２．０μｍの第２のレジスト膜を形成した。そして、ガラス基板をホットプレートの上に載せ、第２のレジスト膜を１００℃の温度で１分間プリベーキングした。
【００６０】
次に、直径が１０μｍの円形のパターンが縦方向及び横方向にいずれも１００μｍのピッチで並んだ露光マスクを介して第１及び第２のレジスト膜を１０秒間露光し、その後現像処理を行って、硬化温度が相互に異なる第１及び第２の樹脂層からなるスペーサを形成した。その後、ガラス基板の表面を純水で洗浄した後、乾燥させた。
【００６１】
次に、両方のガラス基板の表面の配向膜をラビング処理した。その後、シール剤としてエポキシ樹脂を使用し、印刷法により一方のガラス基板の上にシール剤を塗布した。このとき、シール剤は、液晶注入口となる部分を除き、ガラス基板の縁部に沿って枠状に塗布した。なお、シール剤として使用したエポキシ樹脂は、１５０℃の温度で１時間で硬化するものである。
【００６２】
次に、この一対のガラス基板を、透明電極が向かい合うように貼り合わせた後、真空袋に入れた。そして、１７０℃の温度で１時間加熱して、シール剤であるエポキシ樹脂を硬化させた。
【００６３】
このようにしてシール剤及びスペーサにより固定された一対の基板（空パネル）の間に、真空注入法により強誘電性液晶を注入し、液晶注入口を封止して強誘電性液晶表示パネルとした。
【００６４】
この液晶表示パネルの上下にそれぞれ偏光板を配置した。偏光板は、偏光軸が直交するように（クロスニコルス）配置した。
【００６５】
その後、先端径が０．８ｍｍのペン先により、ペン荷重１００ｇで液晶表示パネルの中央を押した。しかし、ペン先の周囲に表示色の変化はみられず、セルギャップを小さくする外力に対して、耐ストレス性が認められた。
【００６６】
また、液晶表示パネルの中央部を支持し、両端に３００ｇの荷重を加えたが、画面全体にわたって表示色の変化は観察されなかった。
【００６７】
（実施例２）
第２のレジスト膜として硬化温度が１６０℃の感光性ソルダーレジスト（ＳＫ−６６：信越シリコーン社製）を使用したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００６８】
この液晶表示パネルを実施例１と同様に試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス性を有することが確認できた。
【００６９】
（実施例３）
基板間に封入する液晶としてツイステッドネマティック型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７０】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７１】
（実施例４）
基板間に封入する液晶としてスーパーツイステッドネマティック型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７２】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７３】
（実施例５）
基板間に封入する液晶としてネマティックコレステリック相転移型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７４】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７５】
（実施例６）
基板間に封入する液晶として反強誘電性液晶を使用したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７６】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７７】
（実施例７）
基板間に封入する液晶としてツイストバウンダリ液晶を使用し、セルギャップを６μｍにした以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７８】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７９】
（実施例８）
基板間に封入する液晶としてスメクティックＡ相液晶を使用し、セルギャップを６μｍにした以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００８０】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００８１】
（実施例９）
滴下注入法により基板間に液晶を注入した以外は実施例１と同様と同じ条件で液晶表示パネルを製造した。即ち、図８に示すように、スペーサを形成した対向基板２０上に表示領域を囲むようにしてシール剤３６を塗布した。その後、ディスペンサーにより、対向基板２０の上に強誘電性液晶３０を滴下した。この場合、液晶３０の滴下量はパネルの大きさとセルギャップとに応じて決定し、対向基板２０上に分散させて滴下した。その後、対向基板２０の上にＴＦＴ基板（図示せず）を重ね合わせ、加熱によりシール剤３６を硬化させた。
【００８２】
このようにして製造した液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。なお、この実施例９では滴下注入法により基板間に液晶を封入しているので、実施例１に比べて製造に要する時間を大幅に短縮することができた。
【００８３】
（比較例１）
第１のレジスト膜を硬化温度が１７０℃のポジ型感光性レジスト（グラシア：日本ペイント社製）により形成し、第２のレジスト膜を硬化温度が１５０℃のポジ型感光性レジスト（ＡＺ−５２００：クラリアント社製）により形成したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００８４】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した。その結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。しかし、この液晶表示パネルではパネル全体に色むらが見られ、表示品質が大幅に低下した。これは、第１のレジスト膜の軟化温度が第２のレジスト膜の硬化温度よりも低いので、加熱加圧工程により第１のレジスト膜が潰れて変形し、その後に第２のレジスト膜が溶融硬化して他方の基板に接合したためにパネル内のギャップにばらつきが発生したことによると考えられる。
【００８５】
（比較例２）
実施例１と同様に柱状スペーサ（軟化温度１５０℃）を用い、シール剤の硬化温度を１９０℃で１時間で硬化させたこと以外は実施例１と同様にして液晶パネルを形成した。その結果、配向膜に熱によるダメージが見られ、表示品質が低下した。
【００８６】
（付記１）相互に対向して配置された一対の基板と、硬化温度が異なる複数の樹脂膜が積層されて構成され、前記一対の基板の両方に接合して前記一対の基板の間隔を一定に維持する複数のスペーサと、前記一対の基板の間に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネル。
【００８７】
（付記２）第１の基板上に第１の樹脂を塗布して第１の樹脂膜を形成する工程と、前記第１の樹脂膜の上に、第１の樹脂よりも硬化温度が高い第２の樹脂を塗布して第２の樹脂膜を形成する工程と、前記第１及び第２の樹脂膜をパターニングして前記第１及び第２の樹脂膜が積層された構造のスペーサを形成する工程と、シール剤と前記スペーサとにより前記第１の基板と第２の基板とを接合し、前記シール剤、前記第１及び第２の基板で囲まれる空間内に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【００８８】
（付記３）前記第１の樹脂の硬化温度が前記第２の樹脂の軟化温度以下であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００８９】
（付記４）前記第１の樹脂及び第２の樹脂がいずれも感光性樹脂であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９０】
（付記５）前記第１の樹脂の露光感度が前記第２の樹脂の露光感度よりも高いことを特徴とする付記４に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９１】
（付記６）前記第１及び第２の樹脂の硬化温度が前記第１及び第２の基板の表面に形成された配向膜のラビング効果を損なわない温度であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９２】
（付記７）前記シール剤の硬化温度が１１０乃至１８０℃であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９３】
（付記８）前記シール剤は、前記温度で２時間以内に硬化するものであることを特徴とする付記７に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９４】
（付記９）前記液晶を封入する工程は、真空注入法により実施することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９５】
（付記１０）前記液晶を封入する工程では、温度差を利用して前記第１及び第２の基板間に液晶を注入することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９６】
（付記１１）前記液晶を封入する工程は、滴下注入法により実施することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９７】
（付記１２）前記シール剤が光硬化型樹脂であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９８】
（付記１３）前記液晶として、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶、及びスメクティックＡ相液晶からなる群から選択されたいずれか一種を使用することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、硬化温度が相互に異なる複数の樹脂膜を積層してスペーサを形成するので、スペーサを挟んで第１及び第２の基板を接合する際に、セルギャップのばらつきが抑制される。また、本発明においては、スペーサを介して第１及び第２の基板が接合されるので、耐衝撃性が高い液晶パネルが得られる。更に、本発明においては、大きな外力が加えられても第１及び第２の基板が直接接触することが回避される。更にまた、本発明においては、環境温度の変化により液晶の体積が変化してセルギャップの大きくなる方向に応力が発生しても、硬化温度が高い樹脂のもつ柔軟性により、スペーサが基板から剥れることが防止される。これらにより、信頼性が高い液晶パネルが得られるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の液晶パネルの１画素を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線による断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）はスペーサの形成方法を示す模式図である。
【図４】図４は、基板上に塗布したシール剤を示す平面図である。
【図５】図５は、ＴＦＴ基板と対向基板とを接合する工程を示す模式図である。
【図６】図６は、真空注入法を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態の液晶パネルに外圧が加えられたとき載せるギャップの変化を示す模式図である。
【図８】図８は、滴下注入法を示す模式図である。
【図９】図９は、従来の液晶パネルに外圧が加えられたとき乗せるギャップの変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，６０…ＴＦＴ基板、
１１，２１…ガラス基板、
１２…ゲートバスライン、
１３…ゲート絶縁膜、
１４…データバスライン、
１５…ＴＦＴ、
１５ｄ…ドレイン電極、
１５ｓ…ソース電極、
１６…チャネル保護膜、
１７，２３…絶縁膜、
１７ａ…コンタクトホール、
１８…画素電極、
１９，２５…配向膜、
２０，５０…対向基板、
２２…ブラックマトリクス、
２４…コモン電極、
２６，５１…スペーサ、
２６ａ…第１の樹脂膜、
２６ｂ…第２の樹脂膜、
３０…液晶、
３５ａ…第１のレジスト膜、
３５ｂ…第２のレジスト膜、
３６…シール剤、
３９…液晶注入口、
４０…空パネル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の基板間に液晶を封入して構成される液晶パネル及びその製造方法に関し、特に柱状のスペーサにより一対の基板間の間隔を一定に維持した液晶パネル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルは、薄くで軽量であるとともに消費電力が小さいという長所があり、電卓、家庭用電化製品及びＯＡ（Office Automation ）機器等のディスプレイに使用されている。また、液晶パネルは、空間光変調素子（Spacial Light Modulator ）として、光情報処理システムの入力装置及び計算機ホログラムにも使用されている。
【０００３】
ＯＡ機器のディスプレイに使用される液晶パネルは、通常、一対の基板間に液晶を封入した構造を有している。一方の基板には画素毎にＴＦＴ（Thin Film Transistor）及び画素電極が形成されており、他方の基板には各画素共通のコモン電極が形成されている。以下、画素電極及びＴＦＴが設けられている基板をＴＦＴ基板と呼び、ＴＦＴ基板に対向して配置される基板を対向基板と呼ぶ。
【０００４】
ＴＦＴ基板と対向基板との間隔（セルギャップ）は、通常、樹脂又はセラミック等からなる球形のビーズにより一定に維持される。このビーズは、ＴＦＴ基板と対向基板とをシール剤で接合する際に、ＴＦＴ基板及び対向基板のいずれか一方の基板上に散布される。
【０００５】
しかしながら、基板上にビーズを散布する方法では、基板全体にわたってビーズが均一に分布するとは限らない。基板全体にわたってビーズが均一に分布していない場合は、セルギャップの面内ばらつきが発生して表示品質の低下の原因となる。また、液晶分子はビーズの表面に沿って配向する性質があるので、画素領域内にビーズが存在すると、配向異常が発生して表示品質が低下する。
【０００６】
特開平８−２２０５４６号公報、特開２００１−８３５１７号公報及び特開２００１−２０１７５０号公報には、感光性レジストを使用して、画素領域の間（例えば、データバスラインとゲートバスラインとが交差する部分）に柱状のスペーサを形成することが提案されている。
【０００７】
しかし、これらの公報に記載された液晶パネルでは、スペーサが一方の基板には接合されているものの他方の基板には接合されていないため、耐衝撃性が低いという欠点がある。即ち、図９に示すように、スペーサ５１間の点Ａに外圧が加えられて一対の基板５０，６０のうちの一方が変形した場合に、点Ａの周囲のセルギャップが大きく変動して、干渉縞が発生したり、色調のばらつき及び駆動電圧特性のばらつき等が発生する。
【０００８】
このような不具合を回避するためには、熱によりスペーサを軟化させた状態で圧力を加えてスペーサを一対の基板の両方に接合し、その後スペーサを硬化することが考えられる。しかし、この場合は、基板と接合する際にスペーサの高さが変化してしまうので、セルギャップを所望の値とすることが難しくなる。
【０００９】
特開２０００−１５５３２１号公報には、熱により変形しない材質のビーズを感光性材料に混入し、この感光性材料の膜を使用してビーズ入りの柱状スペーサを形成することによってセルギャップを所定の値とすることが提案されている。しかし、この方法では、粒径が均一なビーズは高価であるのにスペーサとなる部分以外の膜中のビーズを捨ててしまうので、ビーズの無駄が多く、製造コストが上昇する。また、この方法では、各スペーサ中に必ずビーズが存在しているとは限らず、パネルの全体にわたってセルギャップを均一に維持することが難しい。ビーズのないスペーサの割合を少なくするために、感光性材料に混入するビーズの量を増加することも考えられるが、そうすると、ビーズがフィラーとして作用し、感光性材料の膜を均一の厚さに形成することができず、その結果スペーサの高さにばらつきが発生する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−２２０５４６号公報
【特許文献２】
特開２００１−８３５１７号公報
【特許文献３】
特開２００１−２０１７５０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１５５３２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、感光性レジストによりスペーサを形成する従来の液晶パネルの製造方法には、耐衝撃性が十分でない、セルギャップを均一にすることができない、又は製造コストが高くなる等の問題点がある。
【００１２】
また、スペーサが一対の基板の両方に接合している場合、感光性レジストにより形成されたスペーサは一般的に柔軟性が低いため、環境温度の変化による液晶の体積変化に追従することができず、スペーサが基板から剥れてしまうこともある。このような不具合を回避するために、柔軟性が高い樹脂によりスペーサを形成することが考えられる。しかし、この場合は、大きな外力が加えられたときに一対の基板が接触して配向膜が損傷し、表示品質が著しく低下するという新たな問題点が発生する。
【００１３】
以上から、本発明の目的は、環境温度の変化による液晶の体積変化に追従できるスペーサを有し、耐衝撃性が高く、セルギャップが均一であり、製造コストが低い液晶パネル及びその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に対向して配置された一対の基板と、第１の樹脂と、硬化温度が前記第１の樹脂よりも高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂とが積層されて構成され、前記一対の基板の両方に接合して前記一対の基板の間隔を一定に維持する複数のスペーサと、前記一対の基板の間に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネルにより解決する。
【００１５】
また、上記した課題は、第１の基板上に第１の樹脂を塗布して第１の樹脂膜を形成する工程と、前記第１の樹脂膜の上に、前記第１の樹脂よりも硬化温度が高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂を塗布して第２の樹脂膜を形成する工程と、前記第１及び第２の樹脂膜をパターニングして前記第１及び第２の樹脂膜が積層された構造のスペーサを形成する工程と、シール剤と前記スペーサとにより前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記シール剤、前記第１及び第２の基板で囲まれる空間内に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法により解決する。
【００１６】
本発明においては、硬化温度（硬化開始温度）が相互に異なる複数の樹脂膜を積層してスペーサを形成する。一般的に、硬化温度が低い樹脂は柔軟性（弾力性）が低く、硬化温度が高い樹脂は柔軟性が高いという性質がある。
【００１７】
第１の基板上に第１及び第２の樹脂膜を積層して構成された複数のスペーサを形成し、これらのスペーサを挟んで第１の基板と第２の基板とを配置して加熱すると、まず下層の第１の樹脂膜が硬化する。そして、上層の第２の樹脂膜が熱により軟化して第２の基板に接合し、その後、第２の樹脂膜が硬化する。このようにして第１及び第２の樹脂膜が時間をずらして硬化するので、スペーサ全体が同時に軟化状態になった後に硬化する場合に比べて、セルギャップのばらつきが抑制される。
【００１８】
また、本発明においてはスペーサを介して第１及び第２の基板が接合されているため、外圧が加えられても第１及び第２の基板の間隔が大きく広がることが回避される。従って、耐衝撃性が向上する。また、第１の樹脂膜の柔軟性が低いため、大きな応力が加えられても、第１及び第２の基板が直接接触することがなく、信頼性が高い。更に、第２の樹脂膜の柔軟性が高いので、環境温度の変化により液晶の体積が変化しても第２の樹脂膜が伸縮して、スペーサが基板から剥れることが防止される。
【００１９】
第１及び第２の樹脂として感光性樹脂（フォトレジスト）を使用すると、第１及び第２の樹脂膜を通常のフォト工程で容易にパターニングすることができる。この場合に、第１の樹脂膜の露光感度は第２のパターニングの露光感度よりも高くすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００２１】
（液晶パネル）
図１は本発明の実施の形態の液晶パネルの１画素を示す平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線による断面図である。なお、本実施の形態は、本発明を透過型液晶表示パネルに適用した例について説明している。
【００２２】
本実施の形態の液晶表示パネルは、図２に示すように、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板１０及び対向基板２０と、これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の間に封入された液晶３０とにより構成されている。なお、ＴＦＴ基板１０の下、及び対向基板２０の上にはそれぞれ偏光板が配置される。また、ＴＦＴ基板１０の下方には、光源（バックライト）が配置される。
【００２３】
ＴＦＴ基板１０は、図１，図２に示すように、ガラス基板１１と、ガラス基板１１上に形成されたゲートバスライン１２、データバスライン１４、ＴＦＴ１５及び画素電極１８等により構成されている。ゲートバスライン１２は水平方向に延在しており、データバスライン１４は垂直方向に延在している。ゲートバスライン１２とデータバスライン１４との間にはゲート絶縁膜１３が形成されており、このゲート絶縁膜１３によりゲートバスライン１２とデータバスライン１４とは電気的に分離されている。これらのゲートバスライン１２及びデータバスライン１４により区画される領域がそれぞれ画素領域である。画素電極１８及びＴＦＴ１５は、各画素領域に１個づつ形成されている。
【００２４】
本実施の形態では、図１に示すように、ゲートバスライン１２の一部がＴＦＴ１５のゲート電極となっており、チャネル保護膜１６の幅方向の両側にはそれぞれＴＦＴ１５のソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄが配置されている。ソース電極１５ｓは絶縁膜１７に形成されたコンタクトホール１７ａを介して画素電極１８に電気的に接続され、ドレイン電極１５ｄはデータバスライン１４に電気的に接続されている。また、画素電極１８の上にはポリイミド等からなる配向膜１９が形成されている。この配向膜１９の表面には、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を決めるラビング処理が施されている。
【００２５】
一方、対向基板２０は、ガラス基板２１と、このガラス基板２１の一方の面側（図２では下側）に形成されたブラックマトリクス２２、絶縁膜２３及びコモン電極２４とにより構成されている。ブラックマトリクス２２は、画素間の領域及びＴＦＴ形成領域を覆うように形成されている。また、絶縁膜２３は、ガラス基板２１の下側に、ブラックマトリクス２２を覆うようにして形成されている。絶縁膜２３の下にはコモン電極２４が形成されており、このコモン電極２４の下にはポリイミド等からなる配向膜２５が形成されている。この配向膜２５の表面にも、電界が印加されていないときの液晶分子の配向方向を決めるラビング処理が施されている。
【００２６】
また、対向基板２０には、対向基板２０とＴＦＴ基板１０との間隔を一定に維持するためのスペーサ２６が形成されている。このスペーサ２６は、硬化温度が低く柔軟性が低い樹脂により形成された第１の樹脂膜２６ａと、硬化温度が高く柔軟性が高い樹脂により形成された第２の樹脂膜２６ｂとの積層構造を有している。
【００２７】
これらのＴＦＴ基板１０及び対向基板２０は、配向膜１９，２５が形成された面を相互に対向させて配置され、スペーサ２６及びシール剤（図示せず）により接合されている。
【００２８】
このように構成された液晶パネルにおいて、画像を表示する際には駆動回路（図示せず）から垂直方向に並ぶゲートバスライン１２に対し順番に走査信号を供給するとともに、データバスライン１４に表示信号を供給する。走査信号が供給されたゲートバスライン１２に接続しているＴＦＴ１５はオン状態となり、画素電極１８にはＴＦＴ１５を介して表示信号が書き込まれる。これにより、画素電極１８とコモン電極２４との間に表示信号に応じた電界が発生して液晶分子の向きが変化し、その結果、画素を透過する光の光量が変化する。各画素毎に透過光の光量を制御することにより、液晶パネルに所望の画像を表示することができる。
【００２９】
（液晶パネルの製造方法）
以下、本発明の実施の形態の液晶パネルの製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図１，図２に示すようなＴＦＴ基板１０及び対向基板２０をそれぞれ製造する。
【００３１】
ＴＦＴ基板１０の製造方法を簡単に説明する。まず、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法により、ガラス基板１１上に第１の金属膜を形成し、フォトリソグラフィ法により第１の金属膜をパターニングしてゲートバスライン１２を形成する。次に、ガラス基板１１の上側全面にゲート絶縁膜１３を形成し、その上にＴＦＴ１５の動作層となる第１のシリコン膜と、チャネル保護膜１６となるＳｉＮ膜とを形成する。その後、フォトリソグラフィ法によりＳｉＮ膜をパターニングして、ゲートバスライン１２の上方の所定の領域にチャネル保護膜１６を形成する。
【００３２】
次に、ガラス基板１１の上側全面に、オーミックコンタクト層となる不純物が高濃度に導入された第２のシリコン膜を形成し、続けて第２のシリコン膜の上に第２の金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法により第２の金属膜、第２のシリコン膜及び第１のシリコン膜をパターニングして、ＴＦＴ１５の動作層となるシリコン膜の形状を確定するとともに、データバスライン１４、ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを形成する。
【００３３】
次いで、ガラス基板１１の上側全面に絶縁膜１７を形成し、この絶縁膜１７の所定の位置にコンタクトホール１７ａを形成する。その後、ガラス基板１１の上側全面にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）等の透明導電体からなる膜を形成する。そして、この透明導電体の膜をパターニングすることにより、コンタクトホール１７ａを介しＴＦＴ１５のソース電極１５ｓに電気的に接続された画素電極１８を形成する。その後、ガラス基板１１の上側全面にポリイミドからなる配向膜１９を形成する。このようにして、ＴＦＴ基板１０が完成する。
【００３４】
以下、対向基板２０の製造方法について簡単に説明する。まず、ガラス基板２１の上にＣｒ等の金属膜を形成し、この金属膜をパターニングしてブラックマトリクス２２を形成する。その後、ガラス基板２１の上に絶縁膜２３を形成する。カラー型液晶表示パネルを製造する場合は、絶縁膜２３を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の樹脂により形成し、各画素毎に赤色、緑色及び青色のうちのいずれか１色の絶縁膜２３を配置する。
【００３５】
次いで、絶縁膜２３の上に、ＩＴＯ等の透明導電体によりコモン電極２４を形成する。その後、コモン電極２４の上にポリイミドからなる配向膜２５を形成する。このようにして、対向基板２０が完成する。
【００３６】
次に、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のうちのいずれか一方の側に柱状のスペーサ２６を形成する。本実施の形態では、前述したように、対向基板２０の側にスペーサ２６を形成している。
【００３７】
即ち、図３（ａ）に示すように、スピンコート法により、対向基板２０の上に硬化温度が例えば１５０℃の第１の感光性レジストを約１μｍの厚さに塗布してレジスト膜３５ａを形成し、このレジスト膜３５ａを１００℃の温度で１分間プリベーキングする。
【００３８】
次に、レジスト膜３５ａの上に硬化温度が例えば１７０℃の第２の感光性レジストを約２μｍの厚さに塗布してレジスト膜３５ｂを形成し、このレジスト膜３５ｂを１００℃の温度で１分間プリベーキングする。
【００３９】
なお、第１及び第２の感光性レジストの硬化温度は上述した温度に限定するものではないが、第１の感光性レジストは、第２の感光性レジストよりも硬化温度が低く、硬化後の柔軟性が低いことが必要である。
【００４０】
また、第１の感光性レジストは、第２の感光性レジストよりも光に対する感度が高いものであることが好ましい。第１の感光性レジストの感度が第２の感光性レジストよりも低いと、第２の感光性レジストに合わせて露光量を設定したときに、第１の感光性レジストに対する露光が不足してしまうことが考えられる。
【００４１】
更に、第１の感光性レジストの硬化温度は、第２の感光性レジストの軟化温度以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、例えば直径が１０μｍの円形パターンが縦方向及び横方向にいずれも１００μｍのピッチで並んだ露光マスク４１を介してレジスト膜３５ａ，３５ｂに紫外線を露光する。次いで、現像処理を施すと、図３（ｃ）に示すように、第１の樹脂膜２６ａ（レジスト膜３５ａ）と第２の樹脂膜２６ｂ（レジスト膜３５ｂ）とが積層されてなる円柱状のスペーサ２６が形成される。その後、対向基板２０の表面を純水で洗浄した後、乾燥させる。
【００４３】
次に、図４に示すように、ＴＦＴ基板１０及び対向基板２０のうちのいずれか一方に、表示領域を囲むようにしてシール剤３６を塗布する。但し、液晶注入口となる部分にはシール剤３６を塗布しないでおく。
【００４４】
その後、図５に示すように、真空チャンバ内でＴＦＴ基板１０と対向基板２０との位置合わせを行って重ね合わせ、セルギャップが例えば２μｍとなるように圧力を加えながらシール剤３６を熱処理して硬化させる。但し、シール剤３６は、配向膜１９，２５に施したラビング処理の効果が失われない程度の温度で硬化させることが必要である。
【００４５】
このときの熱及び圧力により、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０に接合される。この場合に、最初に第１の樹脂膜２６ａが硬化する。その後、第２の樹脂膜２６ｂが温度と圧力とにより変形してＴＦＴ基板１０に接合する。従って、第１の樹脂膜２６ａ及び第２の樹脂膜２６ｂの厚さはいずれも約１μｍとなる。以下、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０とを貼合わせてなる構造物（液晶封入前のパネル）を空パネルという。
【００４６】
一般的に、配向膜の温度が１８０℃を超えると、ラビング処理の効果が失われるため、１８０℃以下の温度でシール剤３６を硬化させることが必要である。但し、１８０℃以下の温度であっても、長時間熱処理すると配向膜に施したラビング処理の効果が失われることが考えられるため、シール剤３６を硬化させるための熱処理の時間は２時間以内、より好ましくは１時間以内とする。また、このとき同時にパネル内に封入した液晶を再配向させるためには、１１０℃以上の温度で熱処理することが必要である。なお、シール剤３６として光硬化型樹脂を使用してもよい。
【００４７】
このようにして空パネルを形成した後、真空注入法によりＴＦＴ基板１０と対向基板２０との間に液晶３０を封入する。即ち、図６に示すように、液晶３０を入れた容器３７と空パネル４０とを真空チャンバ（図示せず）内に入れ、真空チャンバ内を排気して真空状態とする。その後、空パネル４０の液晶注入口３９を液晶３０中に入れて、真空チャンバ内を大気圧に戻す。そうすると、空パネル４０の内部空間の圧力と大気圧との差により液晶３０が空パネル４０内に進入し、パネルの内部空間に液晶３０が充填される。その後、液晶３０が充填されたパネルを２枚の平板で挟んで余分な液晶３０を押し出し、液晶注入口３９を封止樹脂で封止する。このようにして、本実施の形態に係る液晶パネルが完成する。
【００４８】
なお、温度差を利用して空パネル内に液晶を注入してもよい。例えば、空パネルを十分に加熱した後に冷却してパネル内の空間を減圧状態にし、液晶をパネル内に注入することができる。
【００４９】
本実施の形態においては、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０及び対向基板２０の両方に接合されているので、外圧に対する耐性（耐ストレス性）が高い。例えば、図７に示すように、スペーサ２６間の部分に外圧が加えられても、基板１０がスペーサ２６から離れることがなく、セルギャップの大きな変動が回避される。これにより、干渉縞の発生、色調のばらつき及び駆動電圧特性のばらつきが回避される。
【００５０】
また、本実施の形態においては、スペーサ２６を構成する第２の樹脂膜２６ｂの柔軟性が高いので、環境温度の変化により液晶の体積が変化して基板間のギャップを広げる方向に応力が発生しても、第２の樹脂膜２６ｂが伸びて体積の変化に追従する。これにより、スペーサ２６がＴＦＴ基板１０又は対向基板２０から剥れてしまうことが回避される。
【００５１】
更に、本実施の形態では、第１の樹脂膜２６ｂの柔軟性が低いので、大きな外力が加えられてもＴＦＴ基板１０と対向基板２０とが直接接触することがなく、配向膜の破損等の不具合の発生が回避される。
【００５２】
なお、本発明は、ツイステッドネマティック（ＴＮ）型液晶、スーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶及び電傾効果を示すスメクティックＡ相液晶等を用いた液晶パネルに適用することができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態では本発明を透過型液晶パネルに適用した場合について説明したが、これにより本発明の適用範囲が透過型液晶パネルに限定されるものではない。本発明は、透過型液晶パネルの他にも、反射型液晶パネルや空間光変調素子に適用することができる。
【００５４】
更に、上記の実施の形態ではスペーサ２６が２層の樹脂層２６ａ，２６ｂにより構成されている場合について説明したが、スペーサ２６が３層以上の樹脂膜により構成されていてもよい。
【００５５】
以下，本発明の実施例に係る液晶パネルを実際に製造し、外圧を加えたときの表示品質を調べた結果について、比較例と比較して説明する。
【００５６】
（実施例１）
長さが２００ｍｍ、幅が１００ｍｍ、厚さが１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意した。そして、これらのガラス基板の一方の面上にそれぞれＩＴＯ膜を形成し、透明電極とした。
【００５７】
次に、スピンコータを用いて、透明電極の上に、濃度が３ｗｔ％のポリイミド溶液を２０００ｒｐｍの回転数で塗布してポリイミド膜を形成した後、ポリイミド膜を２００℃の温度で３０分間焼成して配向膜とした。
【００５８】
このようにして透明電極及び配向膜を形成した２枚のガラス基板の一方に、スピンコータを用いて硬化温度が１５０℃のポジ型感光性レジスト（ＡＺ−５２００：クラリアント社製）を塗布し、厚さが１．０μｍの第１のレジスト膜を形成した。そして、ガラス基板をホットプレートの上に載せ、第１のレジスト膜を１００℃の温度で１分間プリベーキングした。
【００５９】
次に、第１のレジスト膜の上に、スピンコータを用いて硬化温度が１７０℃のポジ型感光性ポリシラン系レジスト（グラシア：日本ペイント（株）製）を塗布し、厚さが２．０μｍの第２のレジスト膜を形成した。そして、ガラス基板をホットプレートの上に載せ、第２のレジスト膜を１００℃の温度で１分間プリベーキングした。
【００６０】
次に、直径が１０μｍの円形のパターンが縦方向及び横方向にいずれも１００μｍのピッチで並んだ露光マスクを介して第１及び第２のレジスト膜を１０秒間露光し、その後現像処理を行って、硬化温度が相互に異なる第１及び第２の樹脂層からなるスペーサを形成した。その後、ガラス基板の表面を純水で洗浄した後、乾燥させた。
【００６１】
次に、両方のガラス基板の表面の配向膜をラビング処理した。その後、シール剤としてエポキシ樹脂を使用し、印刷法により一方のガラス基板の上にシール剤を塗布した。このとき、シール剤は、液晶注入口となる部分を除き、ガラス基板の縁部に沿って枠状に塗布した。なお、シール剤として使用したエポキシ樹脂は、１５０℃の温度で１時間で硬化するものである。
【００６２】
次に、この一対のガラス基板を、透明電極が向かい合うように貼り合わせた後、真空袋に入れた。そして、１７０℃の温度で１時間加熱して、シール剤であるエポキシ樹脂を硬化させた。
【００６３】
このようにしてシール剤及びスペーサにより固定された一対の基板（空パネル）の間に、真空注入法により強誘電性液晶を注入し、液晶注入口を封止して強誘電性液晶表示パネルとした。
【００６４】
この液晶表示パネルの上下にそれぞれ偏光板を配置した。偏光板は、偏光軸が直交するように（クロスニコルス）配置した。
【００６５】
その後、先端径が０．８ｍｍのペン先により、ペン荷重１００ｇで液晶表示パネルの中央を押した。しかし、ペン先の周囲に表示色の変化はみられず、セルギャップを小さくする外力に対して、耐ストレス性が認められた。
【００６６】
また、液晶表示パネルの中央部を支持し、両端に３００ｇの荷重を加えたが、画面全体にわたって表示色の変化は観察されなかった。
【００６７】
（実施例２）
第２のレジスト膜として硬化温度が１６０℃の感光性ソルダーレジスト（ＳＫ−６６：信越シリコーン社製）を使用したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００６８】
この液晶表示パネルを実施例１と同様に試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス性を有することが確認できた。
【００６９】
（実施例３）
基板間に封入する液晶としてツイステッドネマティック型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７０】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７１】
（実施例４）
基板間に封入する液晶としてスーパーツイステッドネマティック型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７２】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７３】
（実施例５）
基板間に封入する液晶としてネマティックコレステリック相転移型液晶を使用し、セルギャップを６μｍにしたこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７４】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７５】
（実施例６）
基板間に封入する液晶として反強誘電性液晶を使用したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７６】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７７】
（実施例７）
基板間に封入する液晶としてツイストバウンダリ液晶を使用し、セルギャップを６μｍにした以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００７８】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００７９】
（実施例８）
基板間に封入する液晶としてスメクティックＡ相液晶を使用し、セルギャップを６μｍにした以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００８０】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。
【００８１】
（実施例９）
滴下注入法により基板間に液晶を注入した以外は実施例１と同様と同じ条件で液晶表示パネルを製造した。即ち、図８に示すように、スペーサを形成した対向基板２０上に表示領域を囲むようにしてシール剤３６を塗布した。その後、ディスペンサーにより、対向基板２０の上に強誘電性液晶３０を滴下した。この場合、液晶３０の滴下量はパネルの大きさとセルギャップとに応じて決定し、対向基板２０上に分散させて滴下した。その後、対向基板２０の上にＴＦＴ基板（図示せず）を重ね合わせ、加熱によりシール剤３６を硬化させた。
【００８２】
このようにして製造した液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。なお、この実施例９では滴下注入法により基板間に液晶を封入しているので、実施例１に比べて製造に要する時間を大幅に短縮することができた。
【００８３】
（比較例１）
第１のレジスト膜を硬化温度が１７０℃のポジ型感光性レジスト（グラシア：日本ペイント社製）により形成し、第２のレジスト膜を硬化温度が１５０℃のポジ型感光性レジスト（ＡＺ−５２００：クラリアント社製）により形成したこと以外は実施例１と同一条件で液晶表示パネルを製造した。
【００８４】
この液晶表示パネルを実施例１と同様の方法で試験した。その結果、実施例１と同様に良好な耐ストレス特性を有することが確認できた。しかし、この液晶表示パネルではパネル全体に色むらが見られ、表示品質が大幅に低下した。これは、第１のレジスト膜の軟化温度が第２のレジスト膜の硬化温度よりも低いので、加熱加圧工程により第１のレジスト膜が潰れて変形し、その後に第２のレジスト膜が溶融硬化して他方の基板に接合したためにパネル内のギャップにばらつきが発生したことによると考えられる。
【００８５】
（比較例２）
実施例１と同様に柱状スペーサ（軟化温度１５０℃）を用い、シール剤の硬化温度を１９０℃で１時間で硬化させたこと以外は実施例１と同様にして液晶パネルを形成した。その結果、配向膜に熱によるダメージが見られ、表示品質が低下した。
【００８６】
（付記１）相互に対向して配置された一対の基板と、硬化温度が異なる複数の樹脂膜が積層されて構成され、前記一対の基板の両方に接合して前記一対の基板の間隔を一定に維持する複数のスペーサと、前記一対の基板の間に封入された液晶とを有することを特徴とする液晶パネル。
【００８７】
（付記２）第１の基板上に第１の樹脂を塗布して第１の樹脂膜を形成する工程と、前記第１の樹脂膜の上に、第１の樹脂よりも硬化温度が高い第２の樹脂を塗布して第２の樹脂膜を形成する工程と、前記第１及び第２の樹脂膜をパターニングして前記第１及び第２の樹脂膜が積層された構造のスペーサを形成する工程と、シール剤と前記スペーサとにより前記第１の基板と第２の基板とを接合し、前記シール剤、前記第１及び第２の基板で囲まれる空間内に液晶を封入する工程とを有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【００８８】
（付記３）前記第１の樹脂の硬化温度が前記第２の樹脂の軟化温度以下であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００８９】
（付記４）前記第１の樹脂及び第２の樹脂がいずれも感光性樹脂であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９０】
（付記５）前記第１の樹脂の露光感度が前記第２の樹脂の露光感度よりも高いことを特徴とする付記４に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９１】
（付記６）前記第１及び第２の樹脂の硬化温度が前記第１及び第２の基板の表面に形成された配向膜のラビング効果を損なわない温度であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９２】
（付記７）前記シール剤の硬化温度が１１０乃至１８０℃であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９３】
（付記８）前記シール剤は、前記温度で２時間以内に硬化するものであることを特徴とする付記７に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９４】
（付記９）前記液晶を封入する工程は、真空注入法により実施することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９５】
（付記１０）前記液晶を封入する工程では、温度差を利用して前記第１及び第２の基板間に液晶を注入することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９６】
（付記１１）前記液晶を封入する工程は、滴下注入法により実施することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９７】
（付記１２）前記シール剤が光硬化型樹脂であることを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９８】
（付記１３）前記液晶として、ツイステッドネマティック型液晶、スーパーツイステッドネマティック型液晶、ネマティックコレステリック相転移型液晶、ポリマー分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、ツイストグレインバウンダリ液晶、及びスメクティックＡ相液晶からなる群から選択されたいずれか一種を使用することを特徴とする付記２に記載の液晶パネルの製造方法。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、硬化温度が相互に異なる複数の樹脂膜を積層してスペーサを形成するので、スペーサを挟んで第１及び第２の基板を接合する際に、セルギャップのばらつきが抑制される。また、本発明においては、スペーサを介して第１及び第２の基板が接合されるので、耐衝撃性が高い液晶パネルが得られる。更に、本発明においては、大きな外力が加えられても第１及び第２の基板が直接接触することが回避される。更にまた、本発明においては、環境温度の変化により液晶の体積が変化してセルギャップの大きくなる方向に応力が発生しても、硬化温度が高い樹脂のもつ柔軟性により、スペーサが基板から剥れることが防止される。これらにより、信頼性が高い液晶パネルが得られるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の液晶パネルの１画素を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線による断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）はスペーサの形成方法を示す模式図である。
【図４】図４は、基板上に塗布したシール剤を示す平面図である。
【図５】図５は、ＴＦＴ基板と対向基板とを接合する工程を示す模式図である。
【図６】図６は、真空注入法を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態の液晶パネルに外圧が加えられたとき載せるギャップの変化を示す模式図である。
【図８】図８は、滴下注入法を示す模式図である。
【図９】図９は、従来の液晶パネルに外圧が加えられたとき乗せるギャップの変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１０，６０…ＴＦＴ基板、
１１，２１…ガラス基板、
１２…ゲートバスライン、
１３…ゲート絶縁膜、
１４…データバスライン、
１５…ＴＦＴ、
１５ｄ…ドレイン電極、
１５ｓ…ソース電極、
１６…チャネル保護膜、
１７，２３…絶縁膜、
１７ａ…コンタクトホール、
１８…画素電極、
１９，２５…配向膜、
２０，５０…対向基板、
２２…ブラックマトリクス、
２４…コモン電極、
２６，５１…スペーサ、
２６ａ…第１の樹脂膜、
２６ｂ…第２の樹脂膜、
３０…液晶、
３５ａ…第１のレジスト膜、
３５ｂ…第２のレジスト膜、
３６…シール剤、
３９…液晶注入口、
４０…空パネル。
Claims (5)
- 相互に対向して配置された一対の基板と、
第１の樹脂と、硬化温度が前記第１の樹脂よりも高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂とが積層されて構成され、前記一対の基板の両方に接合して前記一対の基板の間隔を一定に維持する複数のスペーサと、
前記一対の基板の間に封入された液晶と
を有することを特徴とする液晶パネル。 - 第１の基板上に第１の樹脂を塗布して第１の樹脂膜を形成する工程と、
前記第１の樹脂膜の上に、前記第１の樹脂よりも硬化温度が高く且つ硬化後の弾力性が前記第１の樹脂よりも高い第２の樹脂を塗布して第２の樹脂膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の樹脂膜をパターニングして前記第１及び第２の樹脂膜が積層された構造のスペーサを形成する工程と、
シール剤と前記スペーサとにより前記第１の基板と前記第２の基板とを接合し、前記シール剤、前記第１及び第２の基板で囲まれる空間内に液晶を封入する工程と
を有することを特徴とする液晶パネルの製造方法。 - 前記第１の樹脂の硬化温度が前記第２の樹脂の軟化温度以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶パネルの製造方法。
- 前記第１の樹脂及び第２の樹脂がいずれも感光性樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の液晶パネルの製造方法。
- 前記第１の樹脂の露光感度が前記第２の樹脂の露光感度よりも高いことを特徴とする請求項４に記載の液晶パネルの製造方法。
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