JP4703570B2 - 積層基板 - Google Patents

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Description

本発明は、積層基板、その製造方法、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関する。より詳しくは、高開口率化が図られた液晶表示装置において好適に用いられる積層基板、その製造方法、及び、それらを用いてなる液晶表示パネル、液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置は、液晶表示パネル内に充填された液晶材料等を利用して光源からの出射光の光学特性を制御することにより表示を行う装置であり、薄型・軽量・低消費電力といった特長を活かし、様々な分野で用いられている。
このような液晶表示装置の主要部材である液晶表示パネル(液晶表示素子)は、一般的に、1対のガラス基板の間に液晶材料が挟みこまれた構成を有し、2枚のガラス基板間のギャップ(間隔)を保持するために、主にプラスチックや無機材料からなる球状のスペーサが利用されている。
スペーサを基板上に配置する方法としては、スペーサを分散させた分散液を霧状にして散布する湿式散布法や窒素等の不活性ガスを用いた乾式散布法が一般的に利用されている。しかしながら、これらの散布方法では、スペーサを基板面内にランダムに配置することになるため、表示領域上にもスペーサが配置されてしまうことになり、表示特性には悪影響となってしまう。
そのため、非表示領域のみにスペーサを配置する方法が色々と検討されている。その一つとして、球状のスペーサを散布するのではなく、樹脂材料を利用し、フォトリソプロセスで目的の位置にスペーサを形成する技術が考案されている。しかしながら、フォトリソプロセスで形成される樹脂スペーサは、プラスチックスペーサ等と比較して、厚み方向のバラツキが大きいため、セル厚を均一に制御する点に関しては、プラスチックスペーサに対して劣っている。また、フォトリソプロセスを利用して、樹脂スペーサを形成するため、プラスチックスペーサを散布する方法と比較して、コストが大幅に上昇してしまうという点で改善の余地があった。
一方、球状のスペーサを非表示領域に選択的に配置する方法についても考案されており、例えば、基板全面にスペーサを配置した後、表示領域に配置されたスペーサを取り除く方法や、印刷法を用いて非表示領域にスペーサを印刷する方法等が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。しかしながら、前者の方法では、表示領域のスペーサを取り除く工程等の追加工程が必要となり、後者の方法では、配向処理を施した表示領域にも印刷用スクリーンが接触してしまうために、液晶材料の配向に対して悪影響となる点で改善の余地があった。
そこで、球状スペーサを非表示領域のみに簡便かつ非接触で配置する方法として、スペーサを分散媒中に分散させた分散液やスペーサの液状材料を用いてインクジェット装置により散布する方法が検討されている(例えば、特許文献3〜5参照。)。しかしながら、液晶表示装置では、画素領域(表示領域)を最大限まで広く確保することが求められ、非画素領域(非表示領域)が年々狭くされているため、高精度のインクジェット(IJ)装置を用いても、非画素領域内に完全に全てのスペーサを配置できていないのが現状である。
これに対して、非画素領域からスペーサがはみだすことを想定し、スペーサ自身を着色したり、表面に配向処理を施したりすることで、画素領域にスペーサがはみだした場合でも、表示特性の劣化を最小限に抑えることが提案されているが、スペーサ自身への処理工程が追加されることで、価格の上昇や信頼性への悪影響が懸念される。
また、電極間の凹部や着色層間(遮光層上)の凹部を利用する方法が提案されている(例えば、特許文献6参照。)。しかしながら、特許文献6では、凹部の形成に関して特に新しい提案はされておらず、従来から知られている構成と何ら変わりない構成で、絵素を形成した際に生じる凹部を主に利用するものであったため、この方法では、スペーサを完全に非表示領域内に配置することは困難であった。
更に、特許文献6では、基板を直接加工して凹部を深くする案が記載されているものの、詳細については記載されていない。基板を直接加工する方法は、単純マトリクスタイプのようなシンプルな構成の表示素子では有効な方法となり得るかもしれないが、薄膜トランジスタ(TFT)のようなスイッチング素子を設ける基板では、充分な効果を得ることができない。なぜなら、例えば、TFTアレイ基板は、ガラス基板上に様々な膜を積層して形成される積層基板であることから、ガラス基板に多少の凹凸が存在しても、積層プロセスが進むうちに凹凸が平坦化されていってしまう。この平坦化を考慮して、ガラス基板の凹部を大きく形成すると、ガラス基板の強度が低下してしまう。近年、加工用ガラス基板が大型化していることを考慮すると、ガラス基板に溝を形成し、ガラス基板自身の強度を落とすことは歩留り面で大きなデメリット(不利益)が生じてしまう。
一方、近年、液晶表示のモードとしては、一般的に用いられているTNモード以外に液晶表示の視野角特性改善のためにマルチドメイン垂直配向(MVA)型の表示モードや、液晶を横方向(基板面平行方向)に駆動させる横電界スイッチング(IPS)型の表示モードが広く利用されている。MVA型の表示モードでは、配向制御用にカラーフィルタ(CF)側基板には、線状(リブ状)の突起構造物が設けられ、TFT側基板には、絵素電極にスリットが設けられている(例えば、特許文献7、8参照。)。CF側基板のリブ状突起構造物は、非画素領域にも配置され、通常のCF側基板と違い、凹部が均一でない。また、TFT側基板にも絵素電極にスリットがあり、スリットも絵素電極間と同じ凹部となってしまうため、スペーサが絵素電極間だけでなく、スリット内にも配置される可能性があった。また、IPS型の表示モードでも、TNモードの場合と同様に、IJ装置の吐出精度と非表示領域の幅との関係で、全てのスペーサを非表示領域内に配置することは困難であった。
このように、既存の基板構成では、スペーサを非画素領域に選択的に配置することはより困難になっていた。
特開平5−333346号公報 特開平5−303102号公報 特開昭57−58124号公報 国際公開第97/36205号パンフレット 特開2002−372717号公報 特開2004−145102号公報 特開2001−83517号公報 特開2001−83522号公報
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置の表示品位や生産性を低下させることなく、スペーサを非表示領域に選択的に配置することが可能となった積層基板、その製造方法、及び、それらを用いてなる液晶表示パネル、液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、スペーサを非表示領域に選択的に配置する方法について種々検討したところ、高開口率化や平坦化を目的として薄膜トランジスタアレイ基板やカラーフィルタ基板等に形成される樹脂層間膜に着目した。そして、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造、又は、樹脂層間膜上に底面が粗面で構成される凹構造を形成することにより、液晶表示装置の表示品位に悪影響を及ぼすことなく、既存の工程を利用した簡便な方法により、スペーサを非表示領域に選択的に配置することが可能となることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、(A)基板上に少なくとも樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を有する積層基板、(B)基板上に少なくとも樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、上記樹脂層間膜上に、底面が粗面で構成される凹構造を有する積層基板である(これら(A)、(B)のいずれか一方、又は、これらの組み合わせによって本発明が構成されることになる)。
本発明の積層基板の好ましい形態としては、基板上に少なくとも配線、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する形態、基板上に少なくとも色層、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する形態が挙げられる。具体的には、(1)基板上に少なくとも配線、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を有する積層基板、(2)基板上に少なくとも配線、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、上記樹脂層間膜上に、底面が粗面で構成される凹構造を有する積層基板、(3)基板上に少なくとも色層、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を有する積層基板、(4)基板上に少なくとも色層、樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、上記積層基板は、上記樹脂層間膜上に、底面が粗面で構成される凹構造を有する積層基板、又は、これら(1)〜(4)の組み合わせが本発明において好適である。
上記(A)の本発明では、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造が形成されることにより、基板上に吐出されたスペーサ分散液の液滴は、表面積が大きくされた凹構造内に集まりやすくなり、スペーサの選択的な配置が可能となる。また、樹脂層間膜を利用して凹構造が形成されることで、凹構造の深さを充分に確保することができる。
上記(B)の本発明では、電極の非形成部分等により形成された樹脂層間膜上の凹構造は、上記(A)の本発明に比べて深さが浅いが、凹構造の底面を粗面にすることにより、スペーサ分散液の液滴を凹構造内に集めやすくする効果を得ることができる。この場合には、樹脂層間膜の表面が粗面化されることにより、当該樹脂層間膜上に位置する凹構造の底面が粗面化されることが好ましい。
本発明において、凹構造は、断面形状が凹形のみに特に限定されず、スペーサの配置が可能な窪みを形成する構造であればよく、例えば、断面形状がU字形状であってもよく、上記(A)の形態であれば、V字形状であってもよい。なお、樹脂層間膜を含んで構成される凹構造とは、樹脂層間膜とその上層とから構成されるものであり、樹脂層間膜の上層としては、例えば、上記(1)の形態であれば、絵素電極、配向膜等が形成され、上記(3)の形態であれば、共通電極、配向膜等が形成される。
また、本発明において、樹脂層間膜は、樹脂を含んで構成される絶縁性の膜であれば特に限定されるものではない。更に、色層は、通常では、画素毎にそれぞれ赤色、緑色及び青色の3色の着色層(カラーフィルタ)と、各着色層同士を隔てるブラックマトリクス(BM)とで構成される。但し、着色層の色数及び色の組み合わせは特に限定されるものではない。
上記(1)及び(2)の本発明の積層基板は、薄膜トランジスタアレイ基板であることが好ましい。この場合、樹脂層間膜を設けることにより、高開口率化を実現することができる。すなわち、上記(1)及び(2)の形態では、樹脂層間膜により、配線と電極との積層構造が可能となり、配線と電極とが異なる層に形成されることから、電極面積を広く確保して高開口率化を実現することが可能である。
また、上記(1)及び(2)の形態では、通常、TFTのドレイン配線等の配線と絵素電極等の電極とを接続させるために、樹脂層間絶縁膜にコンタクトホールが形成される。なお、コンタクトホールは、樹脂層間膜を貫通して設けられ、配線と電極とを電気的に接続するものである。上記(1)及び(2)の形態において、凹構造は、その底面側(下層)に樹脂層間膜の一部を有するものであり、樹脂層間膜を貫通して形成されるコンタクトホールとはその構成上、区別される。
上記(1)及び(2)の本発明の積層基板は、樹脂層間膜にコンタクトホールが形成される場合に、当該コンタクトホールと一括して凹構造を形成すれば、既存の製造プロセスをそのまま利用して製造することができるので、余分な製造プロセスをほとんど必要とせず、生産性においても優れている。なお、樹脂層間膜が感光性を有している場合には、コンタクトホールはフォトリソプロセス(露光・現像)を利用して形成することができる。
また、上記(3)及び(4)の本発明の積層基板は、カラーフィルタ基板であることが好ましい。この場合、樹脂層間膜を設けることにより、積層基板の表面の平坦化を実現することができる。すなわち、上記(3)及び(4)の形態では、樹脂層間膜により、色層により形成される段差を平坦化することができ、また、色層の表面を保護することができる。
このように本発明の手法によれば、高開口率化や平坦化に有効な手段である樹脂層間膜を利用して、製造プロセスを大きく変更することなく、非表示領域のみに凹構造を形成することができ、液晶表示装置の表示品位や基板強度の低下等を引き起こすことなく、スペーサを非表示領域に選択的に配置することができる。
上記(A)の本発明において、凹構造の深さは、0.05μm以上、2.0μm以下であることが好ましい。これにより、深さバラツキを抑制しつつ、本発明の作用効果をより充分に奏することができる。より好ましい下限は、0.1μmであり、より好ましい上限は、1.0μmであり、更に好ましい上限は、0.5μmである。なお、本願明細書における「以上」、「以下」は、当該数値を含むものである。
また、上記(A)の本発明において、凹構造は、底面に粗面を有するものであることが好ましい。これにより、スペーサ分散液の液滴を凹構造内により集めやすくすることができる。
上記凹構造の好ましい形態としては、ストライプ状(縞状)に形成された形態が挙げられる。この形態では、スペーサを基板面内に均一な間隔で配置することができ、セルギャップのバラツキを充分に抑制することができる。この場合、ストライプ状の凹構造は、不連続に形成されたものであることが好ましい。ストライプ状の凹構造に等間隔で節(区切り)を設けるような形態によれば、スペーサをより選択的に配置することが可能となる。
また、上記凹構造は、遮光領域(非表示領域)に形成されたものであることが好ましい。これにより、スペーサを非表示領域に選択的に配置させることができる。
本発明の積層基板の構成としては、上述した特徴を必須として積層基板が通常有する構成要素を備えたものであればよく、その他の構成において特に限定されるものではない。なお、本発明の積層基板は、液晶表示装置に用いられるもの(液晶表示装置用積層基板)であることが好ましい。
本発明は更に、基板上に少なくとも配線又は色層、樹脂層間膜、及び、電極をこの順に有する積層基板の製造方法であって、上記積層基板の製造方法は、少なくとも、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を形成する工程と、吐出装置を用いてスペーサを含む液状材料を凹構造に塗布する工程とを含む積層基板の製造方法でもある。このような方法によれば、高開口率化や平坦化に有効な手段である樹脂層間膜を利用して、液晶表示装置の表示品位や基板強度の低下等を引き起こすことなく、スペーサを非表示領域に選択的に配置することができる。なお、液状材料の塗布工程では、凹構造内にスペーサを配置することが可能であれば、凹構造内に入らない大きさの液滴により塗布を行ってもよい。
本発明では、上記樹脂層間膜は、感光性樹脂を含むものであり、上記凹構造形成工程は、表層の凹構造を形成する領域に対して、メッシュ又はスリットが設けられたマスク越しに光を照射して行うものであることが好ましい。これにより、凹構造をコンタクトホールと一括してフォトリソプロセスで形成することができる。また、メッシュ(網の目)又はスリット(溝)が設けられたマスクを用いることで、凹構造の少なくとも底面を粗面化することができ、スペーサ分散液(スペーサを含む液状材料)の液滴を凹構造内により集めやすくすることができる。
本発明はそして、基板上に少なくとも配線又は色層、樹脂層間膜、及び、電極をこの順に有する積層基板の製造方法であって、上記積層基板の製造方法は、少なくとも、樹脂層間膜の表面の一部又は全部を粗面化する工程と、樹脂層間膜上に凹構造を形成する工程と、吐出装置を用いてスペーサを含む液状材料を凹構造に塗布する工程とを含む積層基板の製造方法でもある。このような方法によっても、高開口率化や平坦化に有効な手段である樹脂層間膜を利用して、液晶表示装置の表示品位や基板強度の低下等を引き起こすことなく、スペーサを非表示領域に選択的に配置することができる。
本発明では、上記粗面化工程は、プラズマ処理により行うものであることが好ましい。これにより、樹脂層間膜の表面を選択的に粗面化することができる。
また、上記吐出装置は、インクジェット装置であることが好ましい。これにより、スペーサ分散液(スペーサを含む液状材料)を極微小な液滴にして基板上に精度よく着弾させることができ、スペーサを精度よく配置することができる。
本発明はまた、本発明の積層基板、又は、本発明の積層基板の製造方法により製造した積層基板を備えてなる液晶表示パネル及び液晶表示装置でもある。これらによれば、生産性を低下させることなく、液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。また、上記液晶表示パネルの好ましい形態としては、積層基板又は積層基板と対向する基板にリブ状配向制御用突起が設けられた形態が挙げられる。このような形態では、通常、リブ状配向制御用突起が非表示領域にも設けられるため、リブ状配向制御用突起の形成場所とスペーサの配置場所とが重複した場合には、セルギャップのバラツキが発生してしまうこととなる。しかしながら、本発明によれば、スペーサの配置場所を高精度で制御することができるので、このような形態においてもセルギャップのバラツキを効果的に防止することができる。
本発明の積層基板によれば、高開口率化や平坦化に有効な樹脂層間膜を利用して凹構造や粗面が形成されていることから、液晶表示装置の表示品位や生産性を低下させることなく、スペーサを非表示領域に選択的に配置することができる。これにより、表示品位に優れた液晶表示装置を作製することが可能となる。
以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
〔実施形態1〕
まず、本発明の積層基板の一例である実施形態1の薄膜トランジスタ(TFT)アレイ基板の構成について説明する。
図1(a)は、本発明の一実施形態である液晶表示パネルに搭載されたTFTアレイ基板の構成を示す平面模式図であり、(b)は、(a)に示すTFTアレイ基板の丸(点線)で囲んだ領域を拡大した模式図である。図2は、図1(a)に示すTFTアレイ基板の線分A−Bにおける断面模式図である。
本実施形態のTFTアレイ基板は、図1(a)に示すように、ゲート配線11とソース配線12とが互いに交差するように配置されており、その交差する部分には、スイッチング素子としてのTFT及びITO(酸化インジウム錫)絵素電極19が配置されている。TFTは、ゲート電極11aの上に、ゲート絶縁膜15を介してソース電極12a及びドレイン電極13aが配置されたボトムゲート構造を有する。本実施形態のTFTアレイ基板では、更に補助容量(Cs)配線14が設けられており、図2に示すように、Cs配線14とドレイン配線13とがゲート絶縁膜15を挟んで対向することで、補助容量(Cs)が形成されている。また、Cs配線14の形成領域において、図2に示すように、保護膜16及び樹脂層間絶縁膜17を貫通して形成されたコンタクトホール18を介し、ドレイン配線13とITO絵素電極19とが接続されている。
また、本実施形態のTFTアレイ基板では、図1(a)に示すように、配向制御用ITOスリット19aが電極表面に設けられており、斜め方向の電界発生による液晶分子の配向制御が図られている。また、図2に示すように、各種配線とITO絵素電極19との間に樹脂層間絶縁膜17が設けられており、ITO絵素電極19の面積拡大による高開口率化が図られている。更に、図2に示すように、ソース配線12によって遮光される非表示領域(ITO絵素電極14間)に、ITO電極スリット19aよりも深く設計された凹部(凹構造)20が設けられている。従って、インクジェット(IJ)装置を用いてスペーサ22の分散液を吐出するという既存の方法により、図1(a)に示すように、非表示領域に位置する凹部20内にスペーサ22を選択的に配置することができる。本実施形態のTFTアレイ基板によれば、非表示領域内に略等間隔に配置されたスペーサ22により、基板全域に渡ってセルギャップ(セル厚)が安定に保持された高表示品位の液晶表示パネルを提供することができる。
次に、本実施形態のTFTアレイ基板及びそれを用いた液晶表示パネルの製造方法について、図1(a)及び図3−1〜3−10を参照しながら説明する。
(1)TFTアレイ基板の製造
(1−1)ゲート配線11(11a)等の形成〜保護膜16の形成
ガラス基板10上にゲート配線11(11aを含む。)及び補助容量(Cs)配線14を形成し、更にその上にゲート絶縁膜15、半導体層(図示せず)、ソース配線12(12aを含む。)、ドレイン配線13(13aを含む。)及び保護膜16を形成した。この形成プロセスについては、通常の薄膜トランジスタ(TFT)の作製プロセスと同じなので、説明を省略する。
(1−2)樹脂層間絶縁膜17の塗布
図3−1は、樹脂層間絶縁膜17の塗布工程を示す断面模式図である。
保護膜16を形成したTFTアレイ基板上に、アクリル樹脂からなる感光性の樹脂層間絶縁膜17を3.0μmの膜厚になるように塗布した(図3−1)。樹脂層間絶縁膜17の材質としては、アクリル樹脂等の感光性樹脂が好ましく、中でも、ポジ型感光性樹脂がより好ましい。また、樹脂層間絶縁膜17の膜厚は特に限定されず、2.0μm以上、5.0μm以下であることが好ましく、3.0μm以上、4.0μm以下であることがより好ましい。
(1−3)樹脂層間絶縁膜17の露光/現像、及び、保護膜のエッチング
図3−2及び3−3は、樹脂層間絶縁膜17の露光/現像工程及び保護膜16のエッチング工程を示す断面模式図である。
樹脂層間絶縁膜17のコンタクトホール18形成部を露光/現像することで(図3−2)、部分コンタクトホールを形成した。また、樹脂層間絶縁膜17のソース配線12形成領域(後のITO絵素電極19間)を露光/現像することで(図3−2)、スペーサ22配置用の凹部20を形成した(図3−3)。なお、凹部(スペーサ配置位置)20の形成に際しては、コンタクトホール部分よりも露光量を低減した。この凹部20の形成は、半露光(ハーフ露光)プロセスのように、マスク8にメッシュやスリット等を設けることで、面内の露光量を調整し、1枚のマスク8で部分コンタクトホールとスペーサ22配置用の凹部20とを同時に形成する手法で行ってもよいし、部分コンタクトホール及び凹部20形成用の2枚のマスクを用意し、それぞれを別々の工程で形成する手法で行ってもよい。
本実施形態では、図3−2に示すように、コンタクトホール形成部及びスペーサ22の配置部がそれぞれ全露光及び半露光されるように、所定の透過パターン8c及びメッシュパターン8bが形成されたマスク8を用いて、部分コンタクトホール及び凹部20を同時に形成した。このとき、深さが略0.3μm、幅が略10μmとなるように、線状の凹部20をソース配線12上の領域に形成した。なお、凹部20の深さは、浅すぎると本発明の作用効果を奏することができないおそれがあり、逆に、深すぎるとセル厚に対しての深さバラツキが大きくなるおそれがある。
また、本実施形態のように、スリットパターンやメッシュパターンで半露光して形成された凹部20の表面は、微細な凹凸形状になる。そこに液滴を滴下すると凹凸により接触面積が大きくなるため、接触角90°以下の液滴では、平坦な部分より接触角が低下する。そのため、更に液滴が集まりやすくなり、結果として、スペーサ22が凹部20内に選択的に配置されることになる。同様の理由から、凹部20の側面もまた、粗面化されていることが好ましい。なお、凹部20と配向制御用ITOスリット19aとの深さの差は顕著であることから、半露光プロセスを利用せずに凹部20を形成しても本発明の作用効果は充分に得ることができる。半露光プロセスにより、部分コンタクトホール、及び、スペーサ配置用の凹部20を形成した後、樹脂層間絶縁膜17をマスクとして、コンタクトホール18部分の保護膜16をエッチングした(図3−3)。
(1−4)ITO絵素電極19の形成
図3−4は、ITO膜19’の形成工程を示す断面模式図であり、図3−5は、フォトエッチングによるITO絵素電極19のパターニング工程を示す断面模式図である。
スパッタリング法でITO膜19’を形成した後(図3−4)、ITO膜19’のフォトエッチング(レジスト9の塗布、プリベーク、露光、現像、リンス、ポストベーク等)を行うことで、ITO絵素電極19のパターニングを行い、ITO絵素電極19及び配向制御用ITOスリット19aを完成させた(図3−5)。また、これにより、ドレイン配線13とITO絵素電極19とを接続するコンタクトホール18を完成させた。なお、ITO絵素電極19のパターニングの際には、凹部(スペーサ配置位置)20表面のITOも除去した。このとき、凹部(スペーサ配置位置)20は、樹脂層間絶縁膜17が凹形状になっていることから、配向制御用ITOスリット19a部分よりも深くなっている。配向制御用ITOスリット19aの深さ、すなわちITO膜19’の膜厚は、通常では、0.1〜0.2μmである。また、配向制御用ITOスリット19aは、その端部及び角部が遮光領域上又はその周辺に配置されるように形成した(図1(a))。
(1−5)レジスト9の剥離
図3−6は、レジスト9の剥離工程を示す断面模式図である。
先のフォトエッチング工程にて形成したレジスト9を剥離することにより、TFTアレイ基板が完成した(図3−6)。
(2)配向膜23の形成〜スペーサ22の配置
図3−7は、配向膜23の形成工程を示す断面模式図である。図3−8(a)は、スペーサ22の分散液の吐出工程を示す断面模式図であり、(b)は、(a)に示す凹部20の周辺領域を拡大して示す断面模式図である。図3−9は、スペーサ22の分散液の乾燥工程を示す断面模式図である。
TFTアレイ基板、及び、別途作製したカラーフィルタ(CF)基板に配向膜23、43をそれぞれ形成した後(図3−7)、TFTアレイ基板上に形成した凹部20に対し、インクジェット(IJ)装置を用いて、スペーサ22が分散した分散液を吐出した(図3−8(a))。1滴当たりの吐出量は60pl程度であり、配向膜23と液滴との接触角は略50°であった。本実施形態では、スペーサ22の分散液は、スペーサ22であるプラスチックビーズ(直径:4.0μm)と分散媒21であるエチレングリコールとからなるものを用いた。スペーサ22の材質としては、プラスチックビーズに限定されず、ガラスやシリカ等であってもよい。なお、スペーサ22の表面には、着色や配向処理が施されていてもよく、固着層が形成されていてもよい。また、分散液の分散媒21としては、エチレングリコールに限定されず、スペーサ22の材質に応じて適宜選択すればよく、複数の分散媒の混合であってもよい。更に、吐出装置としては、ディスペンサ装置等を用いてもよい。
オーブンを用いて吐出した液滴の乾燥を行うと、分散媒21が蒸発し、分散していたスペーサ22だけが基板上に残る。凹部20と配向制御用ITOスリット19aとの深さの差は顕著であり、凹部20の表面は微細な凹凸形状を有していることから(図3−8(b))、分散媒21は凹部20の形状に沿って乾燥していく。すなわち、同じ膜質の面であっても凹凸が形成されている部分の方が、平坦な部分よりも表面積が大きい分、接触角が低下して小さくなることから、液滴が集まりやすくなっている。そのため、分散媒21の蒸発後、スペーサ22はITO電極19間に形成した凹部20内に選択的に配置された(図3−9)。
(3)基板同士の貼り合せ
図3−10は、実施形態1のTFTアレイ基板を用いて製造された液晶表示パネルの構成を示す断面模式図である。
スペーサ22を凹部20に選択的に配置したTFTアレイ基板100と別途作製したCF基板300とをシール材(図示せず)等を用いて貼り合わせた後、液晶50を真空注入することで、液晶表示パネル(液晶表示素子)を作製した。このようにして作製された液晶表示パネルは、スペーサ22のほとんどが絵素間に形成された凹部20内に選択的に配置されているため、表示特性に優れていることが確認された。
本実施形態の手法では、高開口率化に有効な手段である樹脂層間絶縁膜17を用いて、追加工程なしに絵素電極19間のみに凹部20を形成することができた。すなわち、通常の樹脂層間絶縁膜17を用いる構成では、絵素電極19とドレイン配線13とを接続させるために、層間絶縁膜17にコンタクトホール18が設けられるが、一般的に、樹脂層間絶縁膜17は感光性材料からなるため、このコンタクトホール18は露光・現像によって形成されている。そこで、本実施形態では、コンタクトホール18の形成と併せて凹部20の形成を行うことで、従来技術とは違い、既存のプロセスをそのまま利用することができ、余分なプロセスをほとんど必要としなかった。
なお、本発明においては、層間絶縁膜17の厚さが薄い場合等には、保護膜16も利用して凹部20を形成することも可能である。
また、本実施形態では、絵素電極19間に対応する位置の樹脂層間絶縁膜17に凹部20を形成したことから、絵素電極(透明電極パターン)19を形成した後も、絵素電極19間が配向制御用スリット19aの部分の凹形状よりも深い凹形状となり、明確な差をつけることができた。そして、この深さ方向の差によって、スペーサ22を含む液滴を吐出した際に、絵素電極19間に選択的にスペーサ22を配置することが可能となった。
更に、本実施形態では、凹部(スペーサ配置箇所)20を形成する際、メッシュやスリットを有するマスク8等を用いたハーフ露光プロセスを利用することで、プロセスを増やすことなく、微細な凹凸形状を凹部20内に形成することができた。これによっても、スペーサ22を含有する液滴を吐出した際に、液滴が集まりやすくなる効果を得ることができた。なお、本実施形態において、ハーフ露光プロセスを利用せずに凹部(スペーサ配置箇所)20を形成した場合であっても本発明の作用効果を充分に得ることは可能である。
〔実施形態2〕
本発明の積層基板の別の一例である実施形態2のTFTアレイ基板の製造方法について説明する。
(1)TFTアレイ基板の製造
(1−1)ゲート配線11(11a)等の形成〜保護膜16の形成
(1−2)樹脂層間絶縁膜17の塗布
実施形態1の(1−1)、(1−2)と同様であるので、説明を省略する。
(1−3)樹脂層間絶縁膜17の露光/現像、及び、保護膜のエッチング
図4−1及び4−2は、樹脂層間絶縁膜17の露光/現像工程及び保護膜16のエッチング工程を示す断面模式図である。
本実施形態では、所定の透過パターン8cのみが形成されたマスク8を用いて、部分コンタクトホールのみを形成したこと以外は、実施形態1の(1−3)と同様である(図4−1、4−2)。
(1−4)ITO絵素電極19の形成
図4−3は、ITO膜19’の形成工程を示す断面模式図であり、図4−4は、フォトエッチングによるITO絵素電極のパターニング工程を示す断面模式図である。
本実施形態では、フォトエッチング工程において、配向制御用ITOスリット19aを形成しなかったこと以外は、実施形態1の(1−4)と同様である(図4−3、4−4)。
(1−5)樹脂層間絶縁膜17のプラズマ処理及びレジスト9の剥離
図4−5は、樹脂層間絶縁膜17のプラズマ処理工程を示す断面模式図であり、図4−6は、レジスト9の剥離工程を示す断面模式図である。
本実施形態では、ITO絵素電極19間の凹部20の底面を構成する樹脂層間絶縁膜17のみに対し、プラズマ処理を行った(図4−5)。プラズマ処理に用いる導入ガスとしては、酸素(O)、窒素(N)、アルゴン(Ar)等を用いることができる。これにより、樹脂層間絶縁膜17の表面が粗面化された。そのような凹凸形状の表面は液滴との接触面積が大きいため、スペーサ22の分散液を吐出した際に、スペーサ22が凹部20内に選択的に配置されることになる。プラズマ処理を行った後、先のフォトエッチング工程において形成したレジスト9を剥離することにより、TFTアレイ基板が完成した(図4−6)。
(2)配向膜23の形成〜スペーサ22の配置
(3)基板同士の貼り合せ
図4−7は、配向膜23の形成工程を示す断面模式図であり、図4−8及び4−9はそれぞれ、スペーサ22の分散液の吐出工程及び乾燥工程を示す断面模式図である。
実施形態1の(2)及び(3)と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態で作製された液晶表示パネルもまた、スペーサ22のほとんどが凹部20に選択的に配置されているため、表示特性に優れていることが確認された。
なお、本実施形態では、樹脂層間絶縁膜17のプラズマ処理工程を行った後に、レジスト9剥離工程を行ったが、レジスト剥離工程を行った後(図5−1)、プラズマ処理工程(図5−2)を行うことも可能である。
〔実施形態3〕
本発明の積層基板の一例である実施形態3のカラーフィルタ(CF)基板の構成について説明する。
図6は、本発明の一実施形態である液晶表示パネルに搭載されたCF基板の構成を示す平面模式図であり、図7は、図6に示すCF基板の線分C−Dにおける断面模式図である。
本実施形態のCF基板は、図6に示すように、ガラス基板30上に着色層(色層)31及びブラックマトリクス(BM、色層)32がそれぞれ縞(ストライプ)状に配置されており、図7に示すように、更にそれらを覆うようにオーバーコート層(樹脂層間膜)37及びITO電極39が設けられている。このように、着色層31等とITO電極39との間にオーバーコート層37を設けることで、CF基板の表面の平坦化が図られている。
また、本実施形態のCF基板では、図7に示すように、BM32上の非表示領域に、凹部(凹構造)20が設けられている。従って、IJ装置を用いてスペーサ22の分散液を吐出するという既存の方法により、図7に示すように、非表示領域に位置する凹部20内にスペーサ22を選択的に配置することができる。本実施形態のCF基板によれば、非表示領域内に略等間隔に配置されたスペーサ22により、基板全域に渡ってセルギャップ(セル厚)が安定に保持された高表示品位の液晶表示パネルを提供することができる。
以下、本実施形態のCF基板及びそれを用いた液晶表示パネルの製造方法について、図8−1〜8−9及び図9を参照しながら説明する。
(1)CF基板の製造
(1−1)BMパターン32の形成
図8−1は、BMパターン32の形成工程を示す断面模式図である。
ネガ型のBMレジスト材料を用いたフォトリソプロセス(露光・現像等)により、縞状のBM32をガラス基板30上に形成した。なお、BM32の形成に際し、BM32の材料及び形成プロセスは、特に限定されるものではなく、BM32のパターンも縞状に限定されるものではない。
(1−2)着色層パターン31の形成
図8−2は、着色層パターン31の形成工程を示す断面模式図である。
BMパターン32を形成した後、ネガ型のカラーレジスト材料を用いたフォトリソプロセスにより、図8−2に示すように、着色層パターン31(赤色層31a、緑色層31b及び青色層31c)をBM32間に形成した。なお、着色層31の形成に際し、着色層31の材料及び形成プロセスは特に限定されない。また、本実施形態では、着色層31の色の組み合わせとして光の3原色を用いたが、この3色に特に限定されず、3色以上用いてもよい。更に、着色層31のパターン配列としては特に限定されず、例えば、ドット配列、ストライプ配列、モザイク配列、デルタ配列等が挙げられる。
本実施形態では、BMパターン32を形成した後に着色層パターン31の形成を行ったが、形成の順序は逆であってもよい。
(1−3)オーバーコート層(樹脂層間膜)37及び凹部20の形成
図8−3は、オーバーコート層37の塗布工程を示す断面模式図であり、図8−4は、凹部20の形成工程を示す断面模式図である。
着色層パターン31及びBMパターン32を形成した後、それらを覆うようにオーバーコート層37を形成することにより、パターンの平坦化を行うことができる。このとき、オーバーコート層37の材料としてネガ型の感光性樹脂材料を用いれば、図9に示すように、BMパターン32をマスクとした裏面露光により、BMパターン32上に、スペーサ配置用の凹部20を形成することができる。また、ポジ型の感光性樹脂材料を用いれば、マスクを用いて表側から露光することにより、BMパターン32上に、スペーサ配置用の凹部20を形成することができる。なお、後者の露光法を用いる場合には、図8−4に示すように、前述したようなスリットパターン又はメッシュパターンが設けられたマスク8を用いることにより、底面に微細な凹凸形状を有する凹部20を形成することができる。更に、オーバーコート層37が感光性を有さない場合でも、エッチングマスク(レジスト)のパターニングを行った後、ドライエッチング装置等で処理することによって凹部20を形成したり、凹部20の表面を粗面にしたりすることができる。
本実施形態では、図8−3に示すように、ポジ型の感光性樹脂材料を塗布することでオーバーコート層37を形成した後、図8−4に示すように、スペーサの配置部が半露光されるように、所定のスリットパターン8bが形成されたマスク8を用いて、スペーサの配置用の凹部20を形成した。
(1−4)ITO電極(対向電極)39の形成
図8−5は、ITO電極39の形成工程を示す断面模式図である。
着色層パターン31、BMパターン32及びオーバーコート層37を形成した上に、スパッタリング法でITO電極39を形成した。
(2)配向膜43の形成〜スペーサ22の配置
図8−6は、配向膜43の形成工程を示す断面模式図であり、図8−7及び8−8はそれぞれ、スペーサ22の分散液の吐出工程及び乾燥工程を示す断面模式図である。
図8−6に示すように、CF基板、及び、別途作製したTFTアレイ基板に配向膜43、23をそれぞれ形成した後、図8−7に示すように、CF基板上に形成した凹部20に対し、インクジェット(IJ)装置を用いて、スペーサ22が分散した分散液を吐出した。その後、オーブンを用いて液滴の乾燥を行うことにより、図8−8に示すように、スペーサ22は凹部20内に選択的に配置された。以下、詳細については実施形態1の(2)と同様であるので、説明を省略する。
(3)基板同士の貼り合わせ
図8−9は、実施形態3のCF基板を用いて製造された液晶表示パネルの構成を示す断面模式図である。
スペーサ22を凹部20に選択的に配置したCF基板300と別途作製したTFTアレイ基板100とをシール材(図示せず)等を用いて貼り合わせた後、液晶50を真空注入することで、液晶表示パネル(液晶表示素子)を作製した。
本実施形態で作製された液晶表示パネルもまた、スペーサ22のほとんどが凹部20に選択的に配置されているため、表示特性に優れていることが確認された。
なお、本願は、2004年10月14日に出願された日本国特許出願第2004−300475号を基礎として、(合衆国法典35巻第119条に基づく)優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
(a)は、実施形態1のTFTアレイ基板の構成を示す平面模式図であり、(b)は、(a)に示すTFTアレイ基板の丸(点線)で囲んだ領域を拡大して示す断面模式図である。 図1(a)に示すTFTアレイ基板の線分A−Bにおける断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、樹脂層間絶縁膜17の塗布工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、樹脂層間絶縁膜17の露光/現像工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、保護膜16のエッチング工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、ITO蒸着膜19’の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、フォトエッチングによるITO絵素電極19のパターニング工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、レジスト9の剥離工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、配向膜23の形成工程を示す断面模式図である。 (a)は、実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の吐出工程を示す断面模式図であり、(b)は、(a)に示す凹部20の周辺領域を拡大して示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の乾燥工程を示す断面模式図である。 実施形態1のTFTアレイ基板を用いて製造された液晶表示パネルの構成を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、樹脂層間絶縁膜17の露光/現像工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、保護膜16のエッチング工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、ITO膜19’の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、フォトエッチングによるITO絵素電極のパターニング工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、樹脂層間絶縁膜17のプラズマ処理工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、レジスト9の剥離工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、配向膜23の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の吐出工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の乾燥工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程の別例における、レジスト9の剥離工程を示す断面模式図である。 実施形態2のTFTアレイ基板の製造工程の別例における、樹脂層間絶縁膜17のプラズマ処理工程を示す断面模式図である。 実施形態3のカラーフィルタ(CF)基板の構成を示す平面模式図である。 図6に示すCF基板の線分C−Dにおける断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、BMパターン32の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、着色層パターン31の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、オーバーコート層37の塗布工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、凹部20の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、ITO電極39の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、配向膜43の形成工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の吐出工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、スペーサ22の分散液の乾燥工程を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板を用いて製造された液晶表示パネルの構成を示す断面模式図である。 実施形態3のCF基板の製造工程における、凹部20の形成工程の別例を示す断面模式図である。
符号の説明
8:マスク
8a:マスクの遮光部
8b:マスクの半露光部
8c:マスクの全露光部
9:レジスト
10、30:ガラス基板
11:ゲート配線
11a:ゲート電極
12:ソース配線
12a:ソース電極
13:ドレイン配線
13a:ドレイン電極
14:補助容量(Cs)配線
15:ゲート絶縁膜
16:保護膜
17、37:樹脂層間絶縁膜
18:コンタクトホール
19:ITO(酸化インジウム錫)絵素電極
19’:ITO膜
19a:配向制御用ITOスリット
20:凹部(スペーサ配置用の凹構造)
21:スペーサ分散液の分散媒
22:スペーサ
23、43:配向膜
31:着色層
31a:第1色層
31b:第2色層
31c:第3色層
32:プラックマトリクス
37’:オーバーコート層
39:ITO(対向)電極
40:配向制御用リブ
50:液晶
100:薄膜トランジスタアレイ基板
300:カラーフィルタ基板

Claims (38)

  1. 基板上に少なくとも樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、
    該積層基板は、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を有し、
    該凹構造は、底面に粗面を有するものであり、
    該凹構造、及び、該底面は、スペーサを選択的に配置するために使用されるものである
    ことを特徴とする積層基板。
  2. 前記積層基板は、基板上に少なくとも配線、樹脂層間膜及び電極をこの順に有することを特徴とする請求項1記載の積層基板。
  3. 前記積層基板は、薄膜トランジスタアレイ基板であることを特徴とする請求項2記載の積層基板。
  4. 前記積層基板は、基板上に少なくとも色層、樹脂層間膜及び電極をこの順に有することを特徴とする請求項1記載の積層基板。
  5. 前記積層基板は、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項4記載の積層基板。
  6. 前記凹構造の深さは、0.05μm以上、2.0μm以下であることを特徴とする請求項1記載の積層基板。
  7. 前記凹構造は、ストライプ状に形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の積層基板。
  8. 前記ストライプ状の凹構造は、不連続に形成されたものであることを特徴とする請求項7記載の積層基板。
  9. 前記凹構造は、遮光領域に形成されたものであることを特徴とする請求項1記載の積層基板。
  10. 基板上に少なくとも樹脂層間膜及び電極をこの順に有する積層基板であって、
    該積層基板は、樹脂層間膜上に、底面が粗面で構成される凹構造を有し、
    該凹構造、及び、該底面は、スペーサを選択的に配置するために使用されるものである
    ことを特徴とする積層基板。
  11. 前記積層基板は、基板上に少なくとも配線、樹脂層間膜及び電極をこの順に有することを特徴とする請求項10記載の積層基板。
  12. 前記積層基板は、薄膜トランジスタアレイ基板であることを特徴とする請求項11記載の積層基板。
  13. 前記積層基板は、基板上に少なくとも色層、樹脂層間膜及び電極をこの順に有することを特徴とする請求項10記載の積層基板。
  14. 前記積層基板は、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項13記載の積層基板。
  15. 前記凹構造は、ストライプ状に形成されたものであることを特徴とする請求項10記載の積層基板。
  16. 前記ストライプ状の凹構造は、不連続に形成されたものであることを特徴とする請求項15記載の積層基板。
  17. 前記凹構造は、遮光領域に形成されたものであることを特徴とする請求項10記載の積層基板。
  18. 前記凹構造は、プラズマ処理により粗面化されたものであることを特徴とする請求項1又は10記載の積層基板。
  19. 前記プラズマ処理は、導入ガスとして、酸素(O)、窒素(N)及びアルゴン(Ar)からなる群より選択される少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項18記載の積層基板。
  20. 基板上に少なくとも配線又は色層、樹脂層間膜、及び、電極をこの順に有する積層基板の製造方法であって、
    該積層基板の製造方法は、少なくとも、表層に樹脂層間膜を含んで構成される凹構造を形成する工程と、吐出装置を用いてスペーサを含む液状材料を凹構造に塗布する工程とを含み、
    該凹構造は、底面に粗面を有するものである
    ことを特徴とする積層基板の製造方法。
  21. 前記樹脂層間膜は、感光性樹脂を含むものであり、
    前記凹構造形成工程は、表層の凹構造を形成する領域に対して、メッシュ又はスリットが設けられたマスク越しに光を照射して行うものである
    ことを特徴とする請求項20記載の積層基板の製造方法。
  22. 前記吐出装置は、インクジェット装置であることを特徴とする請求項20記載の積層基板の製造方法。
  23. 基板上に少なくとも配線又は色層、樹脂層間膜、及び、電極をこの順に有する積層基板の製造方法であって、
    該積層基板の製造方法は、少なくとも、樹脂層間膜の表面の一部又は全部を粗面化する工程と、樹脂層間膜上に凹構造を形成する工程と、吐出装置を用いてスペーサを含む液状材料を凹構造に塗布する工程とを含む
    ことを特徴とする積層基板の製造方法。
  24. 前記粗面化工程は、プラズマ処理により行うものであることを特徴とする請求項23記載の積層基板の製造方法。
  25. 前記吐出装置は、インクジェット装置であることを特徴とする請求項23記載の積層基板の製造方法。
  26. 前記プラズマ処理は、導入ガスとして、酸素(O)、窒素(N)及びアルゴン(Ar)からなる群より選択される少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項24記載の積層基板の製造方法。
  27. 請求項1記載の積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示パネル。
  28. 前記液晶表示パネルは、積層基板又は積層基板と対向する基板にリブ状配向制御用突起が設けられたものであることを特徴とする請求項27記載の液晶表示パネル。
  29. 請求項10記載の積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示パネル。
  30. 前記液晶表示パネルは、積層基板又は積層基板と対向する基板にリブ状配向制御用突起が設けられたものであることを特徴とする請求項29記載の液晶表示パネル。
  31. 請求項20記載の積層基板の製造方法により製造した積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示パネル。
  32. 前記液晶表示パネルは、積層基板又は積層基板と対向する基板にリブ状配向制御用突起が設けられたものであることを特徴とする請求項31記載の液晶表示パネル。
  33. 請求項23記載の積層基板の製造方法により製造した積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示パネル。
  34. 前記液晶表示パネルは、積層基板又は積層基板と対向する基板にリブ状配向制御用突起が設けられたものであることを特徴とする請求項33記載の液晶表示パネル。
  35. 請求項1記載の積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
  36. 請求項10記載の積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
  37. 請求項20記載の積層基板の製造方法により製造した積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
  38. 請求項23記載の積層基板の製造方法により製造した積層基板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
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