JP5255875B2 - 液晶装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶装置に関するものである。

従来から、表示素子を備えた複数の画素がマトリクス状に配置された素子基板と、これら複数の画素の各々に対応するカラーフィルタ層を備えてその素子基板に対向配置された対向基板と、これら素子基板と対向基板との間に挟持された液晶層と、素子基板と対向基板との基板間隔を規定する複数の柱状スペーサと、を備えた液晶装置が知られている。
このような液晶装置として、一画素に対応して複数本の柱状スペーサを用い、スペーサの高さを変えて、高い方のスペーサが外部荷重により収縮したときに、低い方のスペーサもともに外部荷重を受けるようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、各画素の表示色に対応した色フィルタの厚さを異ならせることにより、各画素の液晶層の厚さを異ならせる液晶装置において、スペーサの高さを、スペーサの設置位置の液晶層の厚さと略等しくしたもの、が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−８４２８９号公報 特開２００６−９８８７０号公報

しかしながら、上記従来の液晶装置では、液晶の応答速度の向上等、液晶の表示特性向上の要求から、液晶を挟持して対向する一対の基板の基板間隔であるセルギャップを小さくした場合には、柱状スペーサの高さが十分に確保できなくなる。
このように、スペーサの高さが十分に確保できない状態で基板の外面を押す力（押圧力）が作用すると、柱状スペーサが弾性変形して圧縮され、基板の間隔を保持しきれなくなるという課題がある。基板間隔を保持しきれずに基板同士が接触すると、各基板が導通して輝点や液晶の配向の乱れが発生してしまう。

これを避けるために柱状スペーサの配置密度を増加させると、基板の外面に衝撃力を受けた場合に、液晶層に真空気泡が発生しやすくなるという課題がある。このような課題を解決するためには、特許文献１のように、柱状スペーサの配置密度を増加させるとともに、高さを異ならせることが有効である。
しかし、セルギャップが小さく、柱状スペーサの高さが十分に確保できない場合には、製造工程による制約や製造装置等の制約から、高さの異なる柱状スペーサを製造するのは困難である。

そこで、この発明は、従来よりもセルギャップが小さい場合であっても、基板の間隔を保持することができ、かつ液晶層に真空気泡が発生することを防止できる液晶装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の液晶装置は、表示素子を備えた複数の画素がマトリクス状に配置された素子基板と、前記画素の各々に対応するカラーフィルタ層を備えて前記素子基板に対向配置された対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、前記素子基板と前記対向基板との基板間隔を規定する複数の柱状スペーサと、を備えた液晶装置であって、前記柱状スペーサが前記素子基板及び前記対向基板の前記カラーフィルタ層における第一着色層形成領域の双方に接する第一領域と、前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における前記第一着色層形成領域よりも層厚の小さい第二着色層形成領域に接する第二領域と、前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における前記第二着色層形成領域よりも層厚の小さい第三着色層形成領域に接する第三領域と、前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における着色層非形成領域に接する第四領域と、を備えている。

このように構成することで、複数の柱状スペーサを配置したときに、カラーフィルタ層により、第一領域に配置された柱状スペーサは素子基板及び対向基板の双方に接し、その他の第二ないし第四領域に配置された柱状スペーサは素子基板または対向基板の一方に接する。そのため、いずれかの基板の外面に押圧力が作用すると、まず、双方の基板に接した第一領域の柱状スペーサが弾性変形して圧縮されて基板間隔が徐々に小さくなっていく。そして、第二領域、第三領域及び第四領域に配置された柱状スペーサと基板との間の間隙が順次無くなって双方の基板に接すると、これらの柱状スペーサによって双方の基板の液晶層側に基板の外面への押圧力に対する反力が作用する。
すなわち、所定値よりも小さい外力に対しては初期状態で双方の基板に接している第一領域の柱状スペーサのみによって反力を発生させ、所定値以上の外力に対しては初期状態で一方の基板のみに接していた第二領域、第三領域及び第四領域の柱状スペーサによっても補助的に反力を発生させることができる。
また、カラーフィルタ層において層厚の異なる第一ないし第三着色層形成領域を設けることにより柱状スペーサと素子基板または対向基板との間の間隔が調整されているので、すべての柱状スペーサの高さを異ならせる必要がない。したがって、柱状スペーサの製造を容易にすることができる。
したがって、本発明の液晶装置によれば、従来よりも基板間隔（セルギャップ）が小さい場合であっても、基板の間隔を保持し、かつ液晶層に真空気泡が発生することを防止できる。

また、本発明の液晶装置は、前記素子基板と前記対向基板の少なくとも一方は複数の前記画素間に形成された遮光部を備え、前記柱状スペーサは前記遮光部の形成領域と平面的に重なる領域に配置されているとする。
また、本発明の液晶装置は、前記遮光部は、前記対向基板上に形成されて複数の前記画素を区画する遮光膜であるとする。
また、本発明の液晶装置は、前記遮光部は、前記素子基板上の前記表示素子であるか、または前記表示素子に接続された配線であるとする。

このように構成することで、柱状スペーサを画素間の遮光された領域に配置して表示に影響を与えることを防止できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。本実施形態の液晶装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１０の外側（液晶層５０の反対側）から入射した光が、ＴＦＴアレイ基板１０、液晶層５０及び対向基板２０を透過して対向基板２０の外側（液晶層５０の反対側）に射出される透過型の液晶装置である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態の液晶装置１００では、ＴＦＴアレイ基板（素子基板）１０と対向基板２０とがシール材５２を介して貼り合わされ、このシール材５２によって区画された領域内に液晶層５０が封入されている。シール材５２の外側の周辺回路領域には、データ信号駆動回路１０１及び外部回路実装端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査信号駆動回路１０４が形成されている。

液晶層５０を挟んで対向するようにして、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側に複数の画素電極９が形成され、対向基板２０の液晶層５０側に共通電極２１が形成されている。対向基板２０の角部においては、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための基板間導通材１０６が配設されている。

図２は、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を用いた液晶装置の等価回路図である。液晶装置の画像表示領域には、データ線６ａ及び走査線３ａが格子状に配置され、両者の交点付近には、画像表示単位であるサブ画素が配置されている。マトリクス状に配置された複数のサブ画素には、それぞれ画素電極９が設けられている。画素電極９の側方には、画素電極９への通電制御を行うためのスイッチング素子であるＴＦＴ３０が形成されている。このＴＦＴ３０のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。

各データ線６ａには画像信号Ｖ１、Ｖ２、‥、Ｖｎが供給される。ＴＦＴ３０のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｍが供給される。またＴＦＴ３０のドレインには、画素電極９が電気的に接続されている。
そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｓ１、Ｓ２、‥、Ｓｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｖ１、Ｖ２、‥、Ｖｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれるようになっている。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｖ１、Ｖ２、‥、Ｖｎは、画素電極９と後述する共通電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。また保持された画像信号Ｖ１、Ｖ２、‥、Ｖｎがリークするのを防止するため、画素電極９と容量線３ｂとの間に蓄積容量７０が形成され、液晶容量と並列に配置されている。そして、上記のように液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶の配向状態が変化する。
これにより、液晶に入射した光が変調されて階調表示が可能となっている。

図３は、液晶装置１００の画像表示領域におけるＴＦＴアレイ基板１０の一画素に相当する領域を対向基板２０側から見た拡大平面図である。
図３に示すように、液晶装置１００の画像表示領域には、一画素を構成するサブ画素Ｄ１、サブ画素Ｄ２、サブ画素Ｄ３が、平面視でマトリクス状に複数配置されている。

サブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の各々には、平面視で略矩形状の透明な画素電極９が形成されている。サブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の境界には、上述のように、ＴＦＴ３０に接続される配線であるデータ線（遮光部）６ａと走査線（遮光部）３ａとが、それぞれサブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２の縦横の境界に沿って延びるように配置されている。そして、データ線６ａと走査線３ａとの交差部の近傍には、液晶装置１００の表示素子の一部であるＴＦＴ（遮光部）３０が形成されている。

図４（ａ）は、液晶装置１００の画像表示領域における表示単位である画素Ａ１を対向基板２０の外側（液晶層５０の反対側）から見た拡大平面図である。
図４（ａ）に示すように、対向基板２０には、サブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を区画する遮光膜（遮光部）２２が格子状に形成され、液晶装置１００の画像表示領域の各画素を平面視でマトリクス状に区画している。遮光膜２２は、ＴＦＴアレイ基板１０においてサブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の境界に沿って縦横に延びるデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等の配線及び表示素子であるＴＦＴ３０と平面的に重なるように形成されている。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、ＴＦＴ３０及び容量線３ｂの表示を省略している
すなわち、本実施形態では、データ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等の配線、ＴＦＴ３０及び遮光膜２２が、ＴＦＴアレイ基板１０の外側から入射した光を遮光する遮光部として機能している。

対向基板２０は、サブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のそれぞれに、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の異なる色の着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを備えている。着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、ＴＦＴアレイ基板１０上に配置されたデータ線６ａの延在方向に沿って、対向基板２０上に複数の画素Ａ１，・・・に跨ってストライプ状に形成されている。
これら異なる色の着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが、対向基板２０上に走査線３ａの延在方向へ周期的に配置されて、カラーフィルタ層２３が形成されている。そして、これら３つ異なる色の着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを備えたサブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３により、液晶装置１００の一つの画素Ａ１が構成されている。

また、図４（ａ）に示す画素Ａ１では、データ線６ａに沿ってストライプ状に形成された着色層２３Ｒが形成されている領域（第一領域）と、着色層２３Ｇ，２３Ｂが部分的に形成されていない領域、すなわち着色層２３Ｇ，２３Ｂの非形成領域（第四領域）Ｎｇ，Ｎｂとを有している。これら着色層２３Ｇ，２３Ｂの非形成領域Ｎｇ，Ｎｂは、それぞれ、遮光部である走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なるように形成され、対向基板２０の外側から見て遮光膜２２の形成領域の内側に完全に隠れるようになっている。また、走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なる領域には、柱状スペーサ４０が配置されている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩ−Ｉ’線に沿う部分断面図である。
図４（ｂ）に示すように、液晶装置１００は、液晶層５０を挟持して対向するＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とを備えている。
ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば、ガラスや石英、プラスチック等の透光性を有する材料により形成された基板本体１０Ａを備えている。図４（ｂ）では図示を省略するが、基板本体１０Ａの液晶層５０側には、酸化シリコン等からなる下地絶縁膜形成され、下地絶縁膜上には、上述のＴＦＴ３０が形成されている。また、基板本体１０Ａ上には、走査線３ａ、容量線３ｂ（図２参照）等の配線が形成され、層間絶縁膜１１を介してデータ線６ａが形成されている。

層間絶縁膜１１上には、データ線６ａを覆うように層間絶縁膜１２が形成されている。そして、層間絶縁膜１２上には、上述の画素電極９（図３参照）が形成されている。またＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０側の面には、画素電極９及び層間絶縁膜１２を覆うように、液晶分子の配向を規定する配向膜１３が形成されている。ＴＦＴアレイ基板１０の外側（液晶層５０の反対側）には、偏光板や位相差板等の光学フィルム１７が接合されている。また、ＴＦＴアレイ基板１０の外側には、ＬＥＤ等の光源６１、導光板６２、反射板６３等を備えたバックライト装置６０が配置されている。

対向基板２０は、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１０Ａと同様の基板本体２０Ａを備えている。基板本体２０Ａ上には、例えば、クロム等、遮光性を有する材料によって上述の遮光膜２２が形成されている。遮光膜２２上には、各々のサブ画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）のストライプ状の着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを有するカラーフィルタ層２３が形成されている。

また、遮光膜２２上には、カラーフィルタ層２３を覆うように共通電極２１が対向基板２０の液晶層５０側の面にベタ状に形成されている。共通電極２１上には、対向基板２０の液晶層５０側の面に、液晶分子の配向を規定する配向膜２４が形成されている。また、対向基板２０の外側（液晶層５０と反対側）には、偏光板や位相差板等の光学フィルム２５が接合されている。

また、対向基板２０の液晶層５０側には、カラーフィルタ層２３の形成領域である赤（Ｒ）の着色層２３Ｒの形成領域（第一領域）と、カラーフィルタ層２３の非形成領域（第四領域）である緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層２３Ｇ，２３Ｂの非形成領域Ｎｇ、Ｎｂとによって段差が形成されている。すなわち、画素Ａ１では、カラーフィルタ層２３の形成領域における基板間隔Ｃ２が、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｇ，Ｎｂにおける基板間隔Ｃ１よりも小さくなっている。

そして、カラーフィルタ層２３の形成領域である着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０は、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との双方に接している。一方、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｇ，Ｎｂに配置された柱状スペーサ４０は対向基板２０のみに接し、ＴＦＴアレイ基板１０との間には間隙Ｇ１が形成されている。
ここで、本実施形態では、複数の柱状スペーサ４０の高さｈは、配置された領域にかかわらず、略等しく均一に形成されている。

図５（ａ）は、液晶装置１００の画像表示領域における画素Ａ１とは別の画素Ａ２を、対向基板２０の外側（液晶層５０と反対側）から見た拡大平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＪ−Ｊ'線に沿う部分断面図である。
図５（ａ）に示すように、画素Ａ２では、データ線６ａに沿ってストライプ状に形成された赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の着色層２３Ｒ，２３Ｂが部分的に形成されていない領域、すなわち着色層２３Ｒ，２３Ｂの非形成領域（第四領域）Ｎｒ，Ｎｂと、着色層２３Ｇが形成されている領域（第二領域）とを有している。

これらカラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｂは、それぞれ、遮光部である走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なるように形成され、対向基板２０の外側（液晶層５０と反対側）から見て遮光膜２２の形成領域の内側に完全に隠れるようになっている。
また、遮光部である走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なる領域には、柱状スペーサ４０が配置されている。

図５（ｂ）に示すように、対向基板２０の液晶層５０側には、カラーフィルタ層２３の形成領域である着色層２３Ｇの形成領域（第二領域）と、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ、Ｎｂとの間に段差が形成されている。すなわち、画素Ａ２では、カラーフィルタ層２３の形成領域における基板間隔Ｃ３が、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｂにおける基板間隔Ｃ１よりも小さくなっている。

ここで、図５（ｂ）に示す緑（Ｇ）の着色層２３Ｇの厚さＴｇは、図４（ｂ）に示す画素Ａ１の赤（Ｒ）の着色層２３Ｒの厚さＴｒよりも小さくなっている。すなわち、着色層２３Ｒと着色層２３Ｇとの関係では、着色層２３Ｒの形成領域が厚肉領域であり、着色層２３Ｇの形成領域が薄肉領域となっている。そのため、カラーフィルタ層２３において、画素Ａ１の着色層２３Ｒと画素Ａ２の着色層２３Ｇとの間には段差が形成される。このため、画素Ａ２のカラーフィルタ層２３の形成領域である着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０は対向基板２０のみに接し、ＴＦＴアレイ基板１０との間には間隙Ｇ２が形成されている。

また、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｂに配置された柱状スペーサ４０も対向基板２０のみに接し、ＴＦＴアレイ基板１０との間には間隙Ｇ１が形成されている。そして、この間隙Ｇ１は、着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ２よりも大きくなっている。

図６（ａ）は、液晶装置１００の画像表示領域における画素Ａ１，Ａ２とは別の画素Ａ３を、対向基板２０の外側（液晶層５０の反対側）から見た拡大平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＫ−Ｋ'線に沿う部分断面図である。
図６（ａ）に示すように、画素Ａ３では、データ線６ａに沿ってストライプ状に形成された赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）の着色層２３Ｒ，２３Ｇが部分的に形成されていない領域、すなわち着色層２３Ｒ，２３Ｇの非形成領域（第四領域）Ｎｒ，Ｎｇ、着色層２３Ｂが形成されている領域（第三領域）とを有している。

これらカラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇは、それぞれ、遮光部である走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なるように形成され、対向基板２０の外側から見て遮光膜２２の形成領域の内側に完全に隠れるようになっている。
また、遮光部である走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域と平面的に重なる領域には、柱状スペーサ４０が配置されている。

図６（ｂ）に示すように、対向基板２０の液晶層５０側には、カラーフィルタ層２３の形成領域である着色層２３Ｂの形成領域（第三領域）と、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ、Ｎｇとによって段差が形成されている。すなわち、画素Ａ３では、カラーフィルタ層２３の形成領域における基板間隔Ｃ４が、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇにおける基板間隔Ｃ１よりも小さくなっている。

ここで、図６（ｂ）に示す画素Ａ３の青（Ｂ）の着色層２３Ｂの厚さＴｂは、図４に示す画素Ａ１の赤（Ｒ）の着色層２３Ｒの厚さＴｒ及び図５（ｂ）に示す画素Ａ２の緑（Ｇ）の着色層２３Ｇの厚さＴｇよりも小さくなっている。すなわち、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）の着色層２３Ｒ，２３Ｇと、青（Ｂ）の着色層２３Ｂとの関係では、赤（Ｒ）及び緑（Ｇ）の着色層２３Ｒ，２３Ｇの形成領域が厚肉領域であり、青（Ｂ）の着色層２３Ｂの形成領域が薄肉領域となっている。そのため、カラーフィルタ層２３において、画素Ａ３の着色層２３Ｂと、画素Ａ１の着色層２３Ｒとの間には段差が形成されている。また、画素Ａ３の着色層２３Ｂと、画素Ａ２の着色層２３Ｇとの間にも比較的小さな段差が形成されている。

このため、画素Ａ３のカラーフィルタ層２３の形成領域である着色層２３Ｂ上に配置された柱状スペーサ４０は対向基板２０のみに接し、ＴＦＴアレイ基板１０との間には間隙Ｇ３が形成されている。また、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇに配置された柱状スペーサ４０も対向基板２０のみに接し、ＴＦＴアレイ基板１０との間には間隙Ｇ１が形成されている。そして、この間隙Ｇ１は、着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ３よりも大きくなっている。また、間隙Ｇ３は、図５（ｂ）に示す画素Ａ２において着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ２よりも大きくなっている。

すなわち、本実施形態の液晶装置１００では、画像表示領域において、上述のように異なる画素Ａ１，Ａ２，Ａ３がそれぞれ複数形成され、柱状スペーサ４０が配置される遮光部（走査線３ａ及び遮光膜２２の形成領域）にカラーフィルタ層２３の形成領域（着色層２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）と非形成領域Ｎｒ，Ｎｇ，Ｎｂとが形成されている。また、カラーフィルタ層２３は赤（Ｒ）の着色層２３Ｒの厚さＴｒが最も大きく形成され、次いで緑（Ｇ）の着色層２３Ｒの厚さＴｇが大きく形成され、青（Ｂ）の着色層２３Ｂの厚さＴｂが最も小さく形成されている。

そのため、最も厚さの大きい着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０はＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の双方に接し、その他の領域に配置された柱状スペーサ４０は対向基板２０のみに接している。また、画素Ａ１、Ａ２，Ａ３のカラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇ，Ｎｂに配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ１が最も大きく、次いで画素Ａ２の着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ２が大きく、画素Ａ３の着色層２３Ｂ上に配置された柱状スペーサ４０とＴＦＴアレイ基板１０との間の間隙Ｇ３が最も小さくなっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の液晶装置１００において、ＴＦＴアレイ基板１０または対向基板２０の外面（液晶層５０と反対側の面）に押圧力が作用すると、まず、図４（ｂ）に示す画素Ａ１の着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０が弾性変形して圧縮され、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４が徐々に小さくなっていく。このとき、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の液晶層５０側の面には、画素Ａ１の着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０により、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４を維持しようとする反力が作用する。

押圧力が所定の値を超えると、図５（ｂ）に示す画素Ａ２において間隙Ｇ２が無くなり、着色層２３Ｇ上の柱状スペーサ４０がＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の双方に接する。
押圧力がさらに大きくなると、着色層２３Ｇ上の柱状スペーサ４０が弾性変形して圧縮され、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４が徐々に小さくなっていく。このとき、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の液晶層５０側の面には、画素Ａ１の着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０と画素Ａ２の着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０とにより、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４を維持しようとする反力が作用する。

押圧力がさらに大きくなると、図６（ｂ）に示す画素Ａ３において間隙Ｇ３が無くなり、着色層２３Ｂ上の柱状スペーサ４０がＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の双方に接する。
押圧力がさらに大きくなると、着色層２３Ｂ上の柱状スペーサ４０が弾性変形して圧縮され、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４が徐々に小さくなっていく。このとき、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の液晶層５０側の面には、画素Ａ１の着色層２３Ｒ上に配置された柱状スペーサ４０と、画素Ａ２の着色層２３Ｇ上に配置された柱状スペーサ４０と、画素Ａ３の着色層２３Ｂ上に配置された柱状スペーサ４０とにより、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４を維持しようとする反力が作用する。

押圧力がさらに大きくなると、画素Ａ１〜Ａ３において間隙Ｇ１が無くなり、カラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇ，Ｎｂに配置された柱状スペーサ４０がＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の双方に接する。これにより、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の液晶層５０側の面には、液晶装置１００の画像表示領域に配置されたすべての柱状スペーサ４０により反力が作用する。

このように、本実施形態の液晶装置１００は、ＴＦＴアレイ基板１０または対向基板２０の外面への押圧力が所定の値よりも小さい場合には、画素Ａ１のカラーフィルタ層２３の形成領域に配置された柱状スペーサ４０のみによって反力を発生させることができる。そして、所定の値以上の力に対しては、画素Ａ２のカラーフィルタ層２３の形成領域に配置された柱状スペーサ４０、画素Ａ３のカラーフィルタ層２３の形成領域に配置された柱状スペーサ４０、画素Ａ１〜Ａ３のカラーフィルタ層２３の非形成領域Ｎｒ，Ｎｇ，Ｎｂによって、補助的な反力を段階的に発生させることができる。

したがって、本実施形態の液晶装置１００によれば、画像表示領域における柱状スペーサ４０の配置密度を増加させても、ＴＦＴアレイ基板１０及び対向基板２０の法線方向における剛性が必要以上に大きくなることが防止できる。そのため、ＴＦＴアレイ基板１０または対向基板２０の外面に衝撃力が作用した場合であっても、液晶層５０に真空気泡が発生することを防止できる。

また、液晶層５０に真空気泡が発生することを防止しつつ、画像表示領域における柱状スペーサ４０の配置密度を増加させ、押圧力に対する反力を十分に発生させることができる。したがって、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４が小さい場合であっても、ＴＦＴアレイ基板１０または対向基板２０の外面に押圧力が作用した場合に、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが接触することを防止して、輝点の発生の防止及び液晶の配向が乱れることを防止できる。

また、カラーフィルタ層２３に設けられた着色層２３Ｒ、着色層２３Ｇ、着色層２３Ｂ、及び非形成領域Ｎｒ，Ｎｇ，Ｎｂにより段差が形成され、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４がそれぞれ異なるように調整されているので、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０の双方に接する柱状スペーサ４０の高さｈと、対向基板２０のみに接する柱状スペーサ４０の高さｈとを異ならせる必要がない。
したがって、基板間隔Ｃ１〜Ｃ４が従来の液晶装置と比較して小さい場合であっても、柱状スペーサ４０の製造を容易にすることができる。

また、柱状スペーサ４０が配置されている領域は、液晶装置１００の遮光部である遮光膜２２及び走査線３ａの形成領域と平面的に重なっているので、柱状スペーサ４０を画素Ａ１，Ａ２，Ａ３間の遮光された領域に配置して、液晶装置１００の表示に影響を与えることを防止できる。

以上説明したように、本実施形態の液晶装置１００によれば、従来よりも基板間隔（セルギャップ）Ｃ１〜Ｃ４が小さい場合であっても、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０の間隔を保持して表示不良を防止することができ、かつ液晶層５０に真空気泡が発生することを防止できる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態では、一画素内のサブ画素の全てに対応して柱状スペーサを配置しているが、柱状スペーサを配置しない画素やサブ画素があってもよい。具体的には、膜厚の大きい赤（Ｒ）の着色層上には柱状スペーサを配置せず、緑（Ｇ）と青（Ｂ）の着色層上のいずれか一方または双方に柱状スペーサを配置しても良い。また、カラーフィルタ層の非形成領域を形成せず、着色層の厚さの差異を利用して双方の基板に接する柱状スペーサと一方の基板のみに接する柱状スペーサを形成しても良い。

また、上述の実施形態では、３つの異なる画素において赤（Ｒ）の着色層の形成領域を柱状スペーサが素子基板と対向基板の双方に接する第一領域、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色層の形成領域および着色層の非形成領域を柱状スペーサが素子基板と対向基板のいずれか一方に接する第二乃至第四領域として、柱状スペーサと基板との間隔を４段階に調整した。しかし、第一領域は赤（Ｒ）の着色層の形成領域に限られない。また、基板間隔は一画素内で調整してもよい。
例えば、一つの画素内で、緑（Ｇ）の着色層の形成領域を、その領域に配置された柱状スペーサが双方の基板に接する第一領域とし、赤（Ｒ）及び青（Ｂ）の着色層の非形成領域を、その領域に配置された柱状スペーサが素子基板と対向基板のいずれか一方に接する第四領域として、一つの画素内で基板間隔を２段階に調整してもよい。
この場合には、カラーフィルタ層（緑（Ｇ）の着色層）の形成領域（第一領域）に配置された柱状スペーサが圧縮され、カラーフィルタ層（赤（Ｒ）と青（Ｂ）の着色層）の非形成領域（第四領域）に配置された柱状スペーサが双方の基板に接触すると、双方の柱状スペーサにより基板間隔を維持することができる。したがって、同一画素内で基板間隔を２段階に調整した場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
同様に、青（Ｂ）の着色層の形成領域を第一領域とし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）の着色層の非形成領域を第四領域とすることもできる。

また、基板に作用する押圧力の大きさや範囲によっては、カラーフィルタ層の非形成領域は設けなくても良い。この場合には、カラーフィルタ層の薄肉領域と圧肉領域との厚さの差により段差を形成し、厚肉領域に配置された柱状スペーサが双方の基板に接し、薄肉領域に配置された柱状スペーサが一方の基板のみに接するようにすることで、上述の実施形態で説明した液晶装置と同様の効果を得ることができる。

また、柱状スペーサは、データ線、容量線、ＴＦＴ等を遮光部として、これらと平面的に重なるように配置しても良い。
また、各基板の材料は、上述の材料に限られない。また、初期状態において一方の基板のみに接している柱状スペーサは、対向基板ではなく、素子基板であるＴＦＴアレイ基板側に接していてもよい。

本発明の実施の形態における液晶装置を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における液晶装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態における液晶装置の一画素を示す拡大平面図である。 本発明の実施の形態における液晶装置の拡大図であり、（ａ）は画素の平面図、（ｂ）はＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における液晶装置の拡大図であり、（ａ）は画素の平面図、（ｂ）はＪ−Ｊ’線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態における液晶装置の拡大図であり、（ａ）は画素の平面図、（ｂ）はＫ−Ｋ’線に沿う断面図である。

符号の説明

３ａ 走査線（遮光部、配線）、３ｂ 容量線（遮光部、配線）、６ａ データ線（遮光部、配線）、９ 画素電極（表示素子）、１０ ＴＦＴアレイ基板（素子基板）、２０ 対向基板、２２ 遮光膜（遮光部）、２３ カラーフィルタ層、３０ ＴＦＴ（表示素子、遮光部）、４０ 柱状スペーサ、５０ 液晶層、Ａ１，Ａ２，Ａ３ 画素、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ 基板間隔、ｈ 高さ、Ｎｂ，Ｎｇ，Ｎｒ 非形成領域（カラーフィルタ層が形成されていない領域）、Ｔｒ，Ｔｇ，Ｔｂ 厚さ（層厚）

Claims (5)

1. 表示素子を備えた複数の画素がマトリクス状に配置された素子基板と、前記画素の各々に対応するカラーフィルタ層を備えて前記素子基板に対向配置された対向基板と、前記素子基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、前記素子基板と前記対向基板との基板間隔を規定する複数の柱状スペーサと、を備えた液晶装置であって、
   前記柱状スペーサが前記素子基板及び前記対向基板の前記カラーフィルタ層における第一着色層形成領域の双方に接する第一領域と、
   前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における前記第一着色層形成領域よりも層厚の小さい第二着色層形成領域に接する第二領域と、
   前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における前記第二着色層形成領域よりも層厚の小さい第三着色層形成領域に接する第三領域と、
   前記柱状スペーサが前記素子基板または前記対向基板の前記カラーフィルタ層における着色層非形成領域に接する第四領域と、
   を備えた液晶装置。
2. 前記画素は、前記第一領域及び前記第四領域を有する第一画素と、前記第二領域及び前記第四領域を有する第二画素と、前記第三領域及び前記第四領域を有する第三画素とを有している請求項１記載の液晶装置。
3. 前記素子基板と前記対向基板の少なくとも一方は複数の前記画素間に形成された遮光部を備え、前記柱状スペーサは前記遮光部の形成領域と平面的に重なる領域に配置されている請求項１記載の液晶装置。
4. 前記遮光部は、前記対向基板上に形成されて複数の前記画素を区画する遮光膜である請求項３記載の液晶装置。
5. 前記遮光部は、前記素子基板上の前記表示素子であるか、または前記表示素子に接続された配線である請求項３または請求項４に記載の液晶装置。

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