JP5557177B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、一方の基板の柱状スペーサと他方の基板の段差膜とで両基板間のセルギャップが規定される液晶表示装置に関する。

液晶表示パネルでは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板と対向基板との間を球状スペーサや柱状スペーサで支持することで、規定の液晶層の厚さ（以降、セルギャップと呼ぶ。）を得ている。

球状スペーサ材によりギャップを支持する液晶表示装置においては、その固着性の低さにより、輸送等の振動により球状スペーサが移動しやすく、球状スペーサが移動することによる光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良が生じる。また、表示領域内に配置された球状スペーサは、その周辺部分で配向異常を生じさせるためにコントラストの低下が生じる。

更に、動画対応等で高速応答が要求される液晶表示パネルでは、その手法の一つとして狭ギャップ化による高速応答化が図られるが、十分に狭いセルギャップを形成するために必要な小さい粒径で且つ粒度バラツキの小さい球状スペーサの入手が容易でない。

これに対して、柱状スペーサを遮光部に配置した液晶表示装置においては、柱状スペーサはＣＦ基板に強固に固定されている為に振動によりスペーサが移動する等の問題が生じる事がない。更に、柱状スペーサは遮光部に配置されることによりパネルのコントラストも向上し、球状スペーサに比べて十分に低い高さの柱状スペーサの形成が可能になる為、近年の液晶表示装置の高コントラスト化や、高速応答の要求に伴い、柱状スペーサを用いる製品が増加してきている。

しかしながら、柱状スペーサの場合において、パネルに対して、パネル表面を擦る等の外部応力が加わった際には、いずれか一方の基板に固定された柱状スペーサは、対向するもう一方の基板表面をすべり運動により移動してしまう。ここで、一般的に柱状スペーサを数％圧縮した状態でセルギャップを形成するために、柱状スペーサ表面と柱状スペーサが接触する基板表面との間には、常に力が加わった状態となり、外部から加わっていた力が開放された場合においても、柱状スペーサと接触する基板表面の摩擦により、元の状態に戻ることが困難な場合が多い。この場合、対向する２枚の基板内に応力が残るために、黒画面状態でのもやつきが生じてしまう問題がある。

これを解決する手段の一つとして、下記特許文献１には図１５に示すような技術が開示されている。この液晶表示装置では、柱状スペーサに対応する位置に凸状の段差膜を形成することで柱状スペーサの摩擦力を低減させ、前記表示不具合を抑制している。

特開２００５−２４２２９７号公報

しかしながら、柱状スペーサの摩擦力を低減させて表示不具合を抑制する特許文献１の技術では、凸状の段差膜に関係した課題がある。それは、形成した柱状スペーサの先端部分の形状が必ずしも平坦とは限らないことに起因する。

図１６に柱状スペーサ形状の一例を示す。この柱状スペーサはスペーサの中央部分が最も高くなるように緩やかなカーブを描いた形状であり、先端部分で平坦な部分が存在しない。また、この他に柱状スペーサの中央部分が窪んだ凹形状となる柱状スペーサもある。これら形状は柱状スペーサの材料特性のほか、柱状スペーサ形成の塗布、露光、現像、焼成等の工程条件、下地の形状等により左右される。

このように、平坦ではない柱状スペーサの先端部分に、柱状スペーサよりも小さい凸状の段差膜が当接した場合の問題について、図１７を参照して説明する。

柱状スペーサの先端形状が、中央部分が最も高くなる「柱状スペーサ形状(1)（凸形状）」のような場合、ＴＦＴ基板と対向基板との重ねズレが無く、柱状スペーサの中央部分と段差膜の中央部分が当接した際に規定のギャップ（ｄ）が得られる（上段左参照）。しかしながら、ＴＦＴ基板と対向基板の重ねズレが生じると、段差膜は柱状スペーサ高さの頂点部ではなくテーパ部分に当接する為、規定のギャップ値よりも小さいギャップ値（ｄ−α）となる（上段中央及び右参照）。

また、柱状スペーサの中央部分が窪んだ「柱状スペーサ形状(2)（凹形状）」のような場合、ＴＦＴ基板と対向基板との重ねズレが無く、柱状スペーサの中央部分の凹んだ部分に、段差膜の中央部分が当接した際に規定のギャップ（ｄ）が得られる（下段左参照）。しかしながら、ＴＦＴ基板と対向基板の重ねズレが生じると、段差膜は窪んだ柱状スペーサ中央部分よりも高い部分に当接する為、規定のギャップ値よりも大きいギャップ値（ｄ＋α）となる（下段中央及び右参照）。

その他に、露光量バラツキや現像での液流れの不均一、焼成温度のバラツキ等により、柱状スペーサの形状がパネル面内で不均一となることがある。この場合も柱状スペーサ形状にバラツキが生じ、重ねズレが生じた際に柱状スペーサと段差膜の当接位置がずれることでギャップムラが生じ、輝度ムラ不良となる。

柱状スペーサの先端部分の平坦な部分にのみ段差膜が接触するようにするためには、柱状スペーサ先端部分の形状バラツキを考慮した十分に広い面積の柱状スペーサ設計とし、平坦な部分を広くとるようにすることが必要となるが、柱状スペーサ近傍の配向不良を遮光するためには、柱状スペーサを配置する部分のブラックマトリクス（ＢＭ）を大きく設計することが必要である。ＢＭより幅の広い柱状スペーサをＢＭの上に配置すると開口率の低下を生じると共に、柱状スペーサ周辺の配向異常を起因としたコントラスト低下が生じる。

その他に、柱状スペーサと段差膜の接触部分の違いにより生じるギャップムラを抑制する手段として、柱状スペーサに対して十分に大きな面積の段差膜を形成する方法があり、この場合は重ねズレが生じても、柱状スペーサの最も高い部分でギャップを支持することから均一なギャップを得ることが可能となる。しかしながら、この方法においても、段差膜の面積を大きくすることによる開口率の低下が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、ＴＦＴ基板と対向基板との重ねズレ、柱状スペーサの形状バラツキを生じても、ギャップムラを生じにくい、高開口率且つ高い表示品質の液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、表示面の法線方向から見た前記段差膜の外接円中心と前記柱状スペーサの外接円中心との座標位置ずれが、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内において、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする。

また、本発明は、ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置を複数有し、表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内で、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする。

また、本発明は、ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置を複数有し、表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方が一直線状に配置されず、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内の少なくとも一方向において、基準となる一直線上から、前記一直線と直交する方向に標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする。

本発明の第１の効果は、ＴＦＴ基板と対向基板との重ねズレ、柱状スペーサの形状バラツキを生じても、パネル面内のギャップムラを生じにくくできることである。

その理由は、通常、ＴＦＴ基板と対向基板との重ねズレ等が生じると、柱状スペーサの先端部分が完全に平坦ではない為、柱状スペーサと段差膜の接触する座標が変化し、ギャップ変化が生じる。しかしながら、本発明の構成では、柱状スペーサの外接円中心と、対向する段差膜の外接円中心との相対位置が複数あり、ＴＦＴ基板と対向基板が嵌合規格内で重ね合わせられたときに、この複数の相対位置のうちの何れかで、柱状スペーサの最も高い位置と段差膜が接触することにより、液晶表示パネルのギャップの均一性が常に一定に保たれるからである。

また、本発明の第２の効果は、高開口率且つ高い表示品質を達成できることである。

その理由は、段差膜は、前記対向基板側に形成された柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さいため、近傍のゲート配線やＣＯＭ配線を設計的に密集させることができ、高開口率設計が可能となるからである。

また、柱状スペーサの先端形状が平坦でない場合に段差膜を柱状スペーサよりも小さくすると、重ねズレが生じたときには段差膜と柱状スペーサの先端部分の接触位置がパネル面内でばらつき、このことによりギャップムラが生じるため、通常であれば柱状スペーサ先端の形状が不安定となる領域を加味して柱状スペーサを大きく設計する必要があり、開口率が小さくなる。しかしながら、本発明の構成では、前記第１の効果により前記段差膜が当接する前記柱状スペーサの先端部分が必ずしも平坦でなくても良いため、高開口率設計においてもギャップムラが生じないからである。

背景技術で示したように、液晶表示装置では、十分に狭いセルギャップを形成するために柱状スペーサが利用されるが、柱状スペーサでは、パネル表面を擦る等の外部応力が加わった際に、一方の基板に固定された柱状スペーサが他方の基板表面をすべり運動により移動してしまい、外部から加わっていた力が開放された場合に、対向する２枚の基板内に応力が残り、表示品位が低下する。

この問題に対して、柱状スペーサに対向する位置に凸状の段差膜を形成することで柱状スペーサの摩擦力を低減させる構造が提案されているが、柱状スペーサの先端部分の形状は中央部分が突出した凸状又は中央部分が窪んだ凹状になるため、対向する２枚の基板の重ねズレが生じた場合に、ギャップの変動、ムラが生じる。

また、これを防止するために、柱状スペーサ先端の平坦な部分を広くする方法があるが、そのためには柱状スペーサを配置する部分のブラックマトリクス（ＢＭ）を大きく設計しなければならず、開口率の低下が生じる。また、十分に大きな面積の段差膜を形成する方法もあるが、この方法でも、段差膜の面積を大きくすることによる開口率の低下が生じる。

そこで、本発明では、対向基板側に柱状スペーサが形成され、ＴＦＴ基板側の柱状スペーサと対向する位置に凸状の段差膜が形成される構成において、表示面の法線方向から見て、段差膜を、柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さくなるようにする。更に、表示面の法線方向から見た段差膜の外接円中心と柱状スペーサの外接円中心との座標位置ずれが、表示領域内の１０ｍｍ角の領域内において、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する柱状スペーサ配置構造としたり、段差膜と柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、表示領域内の１０ｍｍ角の領域内で、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する柱状スペーサ配置構造としたり、段差膜と柱状スペーサの少なくとも一方が一直線状に配置されず、表示領域内の１０ｍｍ角の領域内の少なくとも一方向において、基準となる一直線上から、この一直線と直交する方向に標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する柱状スペーサ配置構造とする。以下、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例のＴＦＴ基板の１画素の構造を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿ったパネルの構造を示す断面図である。また、図３は、本実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図であり、図４及び図５は、図３のＢ−Ｂ’線に沿ったパネルの構造を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施例の液晶表示装置は、少なくともＴＦＴ基板１００と、対向基板２００と、前記両基板間に挟持される液晶２０６とからなる。

前記ＴＦＴ基板１００は、例えばガラス基板１０１の上に同層に形成されるゲート配線１０２、ＣＯＭ配線１０３及びＣＯＭ電極１０４と、前記ゲート配線１０２、前記ＣＯＭ配線１０３及び前記ＣＯＭ電極１０４の表面を覆うゲート絶縁膜１０５と、前記ゲート絶縁膜１０５上にアイランド状に形成されるａ−Ｓｉ層１０６と、前記ゲート絶縁膜１０５またはａ−Ｓｉ層１０６上に形成され、前記ゲート配線１０２と直交するドレイン配線１０７と、前記ドレイン配線１０７と同層に形成される画素電極１０８と、同じく前記ドレイン配線１０７と同層且つ、前記ゲート配線１０２の上部に形成された柱状スペーサと当接可能な位置に配置された凸状の段差膜１０９と、前記ドレイン配線１０７及び前記画素電極１０８、前記段差膜１０９の表面を覆うパッシベーション膜１１０とからなる。

また、前記対向基板２００は、例えばガラス基板２０１上に形成された遮光膜であるブラックマトリクス（以降、ＢＭと略す。）２０２と、前記ＢＭ２０２及び透過部（ＢＭが配置されていない部分をさす。）を覆うように形成された色層２０３と、前記色層２０３を覆うように形成されたオーバーコート（以降、ＯＣと略す。）２０４と、前記ＯＣ２０４上部且つ、前記ＢＭ２０２上部に形成され、前記ＴＦＴ基板１００側に形成された前記段差膜１０９と当接可能な位置に配置された柱状スペーサ２０５とからなる。

以下、凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の詳細構成に関して説明する。

［配置位置関係］
まず、前記した凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る対向基板側の柱状スペーサの繰り返し配置を示している。

対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５は、同一色層部分に配置することが望ましく、ここでは、２画素に１箇所の割合で、青色層に該当するＢＭ２０２上に千鳥配置とした。この柱状スペーサ２０５は、ＴＦＴ基板１００側に形成される段差膜１０９に対応する位置に配置される柱状スペーサ２０５ａと、段差膜１０９の無い位置に配置される柱状スペーサ２０５ｂとからなり、柱状スペーサ２０５ａは、１箇所／１６画素（４画素×４画素）の割合で配置した。対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５ａ及び２０５ｂは、４画素×４画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とした。

図３（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返し配置を示している。

ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、１箇所／１６画素（４画素×４画素）の割合で配置し、それぞれ前記柱状スペーサ２０５ａと対応する位置とした。つまり１２画素×１２画素の領域には、前記段差膜１０９は９箇所に配置される。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、１２画素×１２画素の領域に配置される９箇所で、いずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この１２画素×１２画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とした。なお、ここでいう前記段差膜１０９の中心座標と、前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、各々の外接円中心の事を言う。

具体的に説明すると、繰り返し配置の中心となる段差膜配置［５］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向ともにズレの無い位置に設計した。

これに対して、段差膜配置［５］の左斜め上側に配置される段差膜配置［１］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向をマイナス側（左側）に距離ａずらし、Ｙ方向をプラス側（上側）に距離ｂずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の左側に配置される段差膜配置［２］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向のみマイナス側（左側）に距離ａずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の左斜め下側に配置される段差膜配置［３］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向をマイナス側（左側）に距離ａずらし、Ｙ方向をマイナス側（下側）に距離ｂずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の上側に配置される段差膜配置［４］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｙ方向のみプラス側（上側）に距離ｂずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の下側に配置される段差膜配置［６］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｙ方向のみマイナス側（下側）に距離ｂずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の右斜め上側に配置される段差膜配置［７］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向をプラス側（右側）に距離ａずらし、Ｙ方向をプラス側（上側）に距離ｂずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の右側に配置される段差膜配置［８］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向のみプラス側（右側）に距離ａずらした設計とした。

次に、段差膜配置［５］の右斜め下側に配置される段差膜配置［９］に示す段差膜１０９の中心座標は、柱状スペーサ２０５が配置される部分の中心座標を基準として、Ｘ方向をプラス側（右側）に距離ａずらし、Ｙ方向をマイナス側（下側）に距離ｂずらした設計とした。

前記距離ａ及び距離ｂは各々、製品のＸ方向及びＹ方向の重ね合わせ規格以内の数値に設計することが望ましく、このような構成とすることで、重ね合わせの規格範囲内で柱状スペーサの当接位置がずれた場合において、繰り返し配置内の段差膜の何れかが、柱状スペーサの最も高い部分と当接することができる。本実施例においては前記距離ａ及び距離ｂ共に５μｍとした。

前記距離ａ及び距離ｂは製品のＸ方向及びＹ方向の重ね合わせ規格以内の数値であれば、必ずしも同じ値である必要性は無く、また、Ｘ方向のズレ量ａ、Ｙ方向のズレ量ｂも、各々繰り返し単位内においてすべて同じ値である必要性もない。

ここまでに説明したように、本実施例においては、１２画素×１２画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は９箇所あり、段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σが４．３μｍのバラツキを持たせる設計としている。

ここで、フォトリソグラフィによるパターニング位置精度は通常２μｍ以内であり、また、本実施例に示す１２画素単位の中のような極めて狭い領域内において、段差膜のピッチが２μｍを超えるような位置バラツキは自然発生することは無く、例えば１０ｍｍ角程度の狭い領域内でのバラツキが片側３μｍ（両側で６μｍ）以上となる設計とすることにより、製造誤差との差別化が可能となる。

本実施例において基準となる柱状スペーサの外接円中心からの、段差膜の外接円中心の位置ずれに関しては、ＴＦＴ基板側の段差膜と、対向基板側の柱状スペーサの、各々のピッチを連続的に測長し、その差分を計算することにより確認することができる。

更に、貼り合せ状態での歪み等の影響を排除し、貼り合せ状態での柱状スペーサ中心を基準とした、段差膜中心の位置ずれを確認したい場合は、例えば解体前に、ＴＦＴ基板と対向基板の双方にレーザーマーキングした後にパネル解体し、段差膜と柱状スペーサ各々のピッチを連続的に測長することにより確認することができる。

なお、本実施例では、等間隔で配置された柱状スペーサの中心座標を基準に、段差膜の中心座標を設計的にずらす構成として説明したが、等間隔で配置された段差膜の中心座標を基準に、柱状スペーサの中心座標を設計的にずらす構成としてもよく、更には段差膜と柱状スペーサの双方を設計的に動かすことで、当接位置をずらす配置としてもよい。

また、本実施例では、１２画素×１２画素の範囲内に形成される９箇所の段差膜に関して、柱状スペーサに対する段差膜の位置を、Ｘ方向とＹ方向の双方で周期的に変化させた繰り返し配置について説明をしたが、例えば段差膜のＹ方向の寸法のみが柱状スペーサよりも小さい場合には、柱状スペーサに対する段差膜の位置をＹ方向のみ変化させた繰り返し配置としても良く、段差膜のＸ方向の寸法のみが柱状スペーサよりも小さい場合には、柱状スペーサに対する段差膜の位置をＸ方向のみ変化させた繰り返し配置としても良い。

また、段差膜と柱状スペーサの少なくとも一方の配置を、繰り返し配置内でランダムに変化させた構成としても良く、この場合も繰り返し配置内の少なくともいずれか１箇所の段差膜と柱状スペーサの相対位置が、重ねズレが生じた場合においても適正位置となるように設計すれば良い。

また、段差膜と柱状スペーサの少なくとも一方の配置を、繰り返し配置でなく、完全にランダムな配置としてもよく、この場合も、繰り返し配置する場合の繰り返し単位に相当する範囲内の少なくともいずれか１箇所の段差膜と柱状スペーサの相対位置が、重ねズレが生じた場合においても適正位置となるように設計すれば良い。

ここで、本発明の実施例においては、画素サイズ及び画素間隔が均一、且つ柱状スペーサの配列間隔が均等であり、この場合、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において１２画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた構成とも言える。

配列ピッチで考えた場合、本実施例では、１２画素×１２画素の範囲内に形成される９箇所の段差膜に関して、段差膜の配列ピッチを、Ｘ方向とＹ方向の双方で周期的に変化させた繰り返し配置について説明しているが、例えば段差膜のＹ方向の寸法のみが柱状スペーサよりも小さい場合には、段差膜の配列ピッチをＹ方向のみ変化させた繰り返し配置としても良く、段差膜のＸ方向の寸法のみが柱状スペーサよりも小さい場合には、段差膜の配列ピッチをＸ方向のみ変化させた繰り返し配置としても良い。

また、段差膜と柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチを、繰り返し配置内でランダムに変化させた構成としても良く、この場合も繰り返し配置内の少なくともいずれか１箇所の段差膜と柱状スペーサの相対位置が、重ねズレが生じた場合においても適正位置となるように設計すれば良い。

この繰り返し配置は、約１０ｍｍ角以下の単位が望ましく、更には６ｍｍ角以下とすることがより望ましい。その理由について説明する。

本実施例の液晶表示装置で用いた柱状スペーサを０．４μｍ潰すために必要な荷重は、柱状スペーサ１本あたり約２０ｍＮである。液晶表示パネルの基材に板厚０．５ｍｍのガラス基板を用い、柱状スペーサを０．４μｍ潰すようにセルを形成すると、常時当接する柱状スペーサの間隔が６ｍｍの際はガラスの最大たわみが約０．０６μｍとなる。

柱状スペーサの繰り返し配置が大きくなり、常時当接する柱状スペーサ同士の距離が広くなってしまうと、ガラスのたわみが大きくなり、ギャップムラが生じてしまう。たとえば、常時当接する柱状スペーサの間隔が７ｍｍの場合の最大たわみは約０．０８μｍ、間隔が８ｍｍの場合の最大たわみは約０．１μｍ、間隔が９ｍｍの場合の最大たわみは約０．１４μｍ、間隔が１０ｍｍの場合の最大たわみは約０．１７μｍとなる。

ＴＮ（Twisted Nematic）製品においては約０．２μｍ程度のギャップ変化、ＩＰＳ（In Plane Switching）製品においては約０．１５μｍ程度のギャップ変化により、輝度ムラとして視認されてしまう。従って、繰り返し配置を約１０ｍｍ程度以下とすることで、基板のたわみを輝度ムラとして問題の生じない範囲のガラスたわみ量に抑制することができ、更には６ｍｍ以下とすることで、輝度ムラとして問題となるギャップばらつきの５０％以下とすることができる。

ここで、スペーサ間のギャップはガラスの剛性により保持されることから、ガラス厚さが薄くなると繰り返し配置を小さくする必要性が生じ、たとえばガラス厚さが０．３ｍｍの場合においては、繰り返し配置は４ｍｍ角以下とすることが望ましい。

セルギャップは通常、段差膜１０９と接する柱状スペーサ２０５ａでのみ支持されるが、温度上昇による液晶の体積膨張を考慮すると、柱状スペーサ２０５ａが弾性変形で０．１μｍ〜０．４μｍ押しつぶされた状態となるようにセル形成を行うことが望ましい。このようにすることで、温度上昇により液晶材の体積膨張が生じても、柱状スペーサ２０５ａの先端がＴＦＴ基板に押し当てられる状態となり、液晶材が重力によりパネル下側に移動しギャップ大となることで生じる輝度ムラが生じない。

本実施例では、まず柱状スペーサ２０５の高さ測定を行い、その高さ測定結果に応じて滴下する液晶量を調整することで、安定的に柱状スペーサ２０５ａの潰れ量が０．２μｍ程度となるように制御している。

次に、図４及び図５を参照して、柱状スペーサ２０５と段差膜１０９の当接状態について説明する。

図４は、柱状スペーサ２０５の先端中央部が最も高くなるような凸形状の場合の、柱状スペーサ２０５と段差膜１０９の当接状態を示す概略図である。

図４（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の嵌合ズレが無い場合、段差膜配置［５］の部分で段差膜１０９の中央部と柱状スペーサ２０５の先端中央部の最も高い部分とが当接し、段差膜配置［４］、段差膜配置［６］に該当する部分では、段差膜１０９の中央部と、柱状スペーサ２０５の中央部から距離ａずれた部分とが重なり合う。

先に説明したように、柱状スペーサ２０５は０．１〜０．４μｍ押しつぶした状態となるようにセル形成を行うことから、段差膜配置［４］、段差膜配置［６］の部分においても段差膜と柱状スペーサは当接する場合があるが、柱状スペーサの最も高い位置で段差膜と当接する段差膜配置［５］の部分において主にギャップが決定される。

次に、図４（ｂ）、（ｃ）に示すようにＴＦＴ基板１００と対向基板２００に嵌合ズレが生じた場合は、段差膜配置［４］または段差膜配置［６］の部分において段差膜１０９の中央部と柱状スペーサ２０５の先端中央部の最も高い部分とが当接し、その部分において主にギャップが決定される。

図５は、柱状スペーサ２０５の先端中央部が窪んだような凹形状の場合の、柱状スペーサ２０５と段差膜１０９の当接状態を示す概略図である。

図５（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の嵌合ズレが無い場合、段差膜配置［５］に該当する部分で、柱状スペーサ２０５中央部の窪んだ部分と段差膜１０９の中央部とが重なり合い、段差膜配置［４］および段差膜配置［６］において段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の最も高い部分とが当接しギャップを決定する。

次に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すようにＴＦＴ基板１００と対向基板２００に嵌合ズレが生じた場合は、段差膜配置［５］の部分において段差膜１０９の中央部と柱状スペーサ２０５の最も高い部分とが当接し、その部分において主にギャップが決定される。

このように、柱状スペーサの先端形状に関係なく、また嵌合ズレの有無に関係なく、柱状スペーサ先端部の最も高い位置と段差膜とが繰返し配置の中のいずれかにおいて当接し、ギャップを決定するため、繰り返し単位毎でギャップは常に一定に保たれる。

［段差膜の厚さ］
段差膜１０９の無い部分に配置される柱状スペーサ２０５ｂは、通常時はＴＦＴ基板１００側と接触することなく、一時的に局部加重が加わった際などにのみＴＦＴ基板１００側と接触するように段差膜１０９の厚さを設定することが必要であり、段差膜１０５の厚さは１００ｎｍ〜６００ｎｍが好ましい。本実施例ではドレイン配線と同層で同じ材料を用いて形成し、段差膜１０５の厚さを３００ｎｍとした。その理由について説明する。

前述したように柱状スペーサは０．１〜０．４μｍ潰した状態として使用することから、段差膜の厚さの下限は少なくとも０．１μｍ以上であることが望ましい。

次に、液晶表示パネルの表面に局所的な荷重が加わり、柱状スペーサ２０５ｂの先端がＴＦＴ基板に接触するまで柱状スペーサ２０５ａが潰された際には、柱状スペーサ２０５ａは段差膜の厚さ分だけ更に潰された状態となる。

ここで段差膜の厚さを０．８μｍとし、柱状スペーサ２０５ｂが接触するまで柱状スペーサ２０５ａを潰した場合、柱状スペーサ２０５ａの塑性変形量は約０．２μｍとなり、荷重を加えた部分にはギャップムラが生じる。

段差膜の厚さが０．６μｍの場合では、柱状スペーサ２０５ｂが接触するまで柱状スペーサ２０５ａを潰したときの柱状スペーサ２０５ａの塑性変形量は約０．１４μｍとなり、段差膜の厚さが０．４μｍの場合では、柱状スペーサ２０５ｂが接触するまで柱状スペーサ２０５ａを潰したときの柱状スペーサ２０５ａの塑性変形量は約０．０９μｍ、段差膜の厚さが０．３５μｍの場合では、柱状スペーサ２０５ｂが接触するまで柱状スペーサ２０５ａを潰したときの柱状スペーサ２０５ａの塑性変形量は約０．０７μｍとなる。

すなわち段差膜の厚さを０．６μｍ以下とすることで、柱状スペーサ２０５ａの塑性変形量を輝度ムラとして問題の生じない範囲に抑制することができ、更には０．３５ｍｍ以下とすることで、輝度ムラとして問題となるギャップ変化の５０％以下にすることができる。

［柱状スペーサ及び段差膜の大きさ］
柱状スペーサ２０５ａの大きさは、段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の中心座標のずらし距離ａ及びｂを考慮し、且つ嵌合ズレが生じても段差膜１０９の半分以上が柱状スペーサ２０５ａと必ず接触するように設計することが望ましく、本実施例においては、φ２８μｍとした。

また、柱状スペーサ２０５ｂの大きさは、局部的に大きなストレスが加わった際の柱状スペーサの塑性変形によるギャップムラを抑制するために、柱状スペーサ２０５ｂの先端部分の面積（柱状スペーサ上底面積）を、パネル全体の面積の０．１％以上とする事で約５ｋｇ／φ１０ｍｍ程度の耐加重が得られることを実験的に確認しており、本実施例においてはφ２０μｍとし、パネル全体の面積の約０．２％とした。

ここで柱状スペーサ２０５の先端部分は完全に平坦ではないため、柱状スペーサの最大高さの９４％に相当する位置での断面の面積を柱状スペーサ上底面積と定義した。また、柱状スペーサの高さは、青色の開口部表面を基準とした。

次に、本実施例で柱状スペーサ２０５ｂの大きさを、柱状スペーサ２０５ａと比較して小さく設計した理由について説明する。

柱状スペーサを用いた対向基板表面にラビング処理を施すと、柱状スペーサの陰になる部分は、その他の部分と比較して配向がわずかに乱れ、スジ状の光漏れ不良が生じることがある。このため局部的なストレスによる柱状スペーサ材の塑性変形を生じない範囲内で柱状スペーサ２０５を小さくすることが望ましいことから、本実施例では柱状スペーサ２０５ｂの大きさをφ２０μｍとした。このほかに、柱状スペーサ２０５ｂの大きさは柱状スペーサａと同じ大きさのままとし、配置する柱状スペーサ２０５ｂの個数を少なくすることで、柱状スペーサの影の部分の光漏れを低減する方法を採用しても良い。

柱状スペーサ２０５ａと段差膜１０９の接触面積が大きくなると、基板間の摩擦力が大きくなり、ガラスに残留応力が生じるため、ガラスのリタデーションにより黒画面での光漏れが生じる。

このことから、柱状スペーサ２０５ａと重複する位置に形成される段差膜１０９の大きさは、黒もやつきの抑制を考慮し、極力少ない面積とすることが望ましい。なお、柱状スペーサ２０５ａと段差膜１０９の接触面積をパネル全体の面積の２００ｐｐｍ以下とする事で概ね良好な表示が得られることを実験的に確認しており、本実施例においては１０μｍ角の形状とし、パネル全体の面積の約９０ｐｐｍとした。

これまで述べたように本発明の柱状スペーサ２０５ａはφ２８μｍ、段差膜１０９を１０μｍ角、柱状スペーサ２０５ａの外接円中心と、段差膜１０９の外接円中心のズレは、最大で＋５μｍ、最小で−５μｍとした。

段差膜１０９の幅をＷ１、Ｗ１と同方向の柱状スペーサ２０５ａの幅をＷ２、段差膜１０９の外接円中心と柱状スペーサ２０５ａの外接円中心の座標位置ずれの最大値をＤ１、最小値をＤ２としたとき、以下の関係式を満たすこととなり、段差膜１０９は柱状スペーサ２０５ａの範囲内に収まる設計とした。

Ｄ１−Ｄ２ ≦ Ｗ２−Ｗ１

このように、本実施例においては、前記段差膜１０９は、前記対向基板２００側に形成された柱状スペーサ２０５よりも小さくすることにより、近傍のゲート配線１０２やＣＯＭ配線１０３を設計的に密集させることができ、高開口率設計とすることが出来る。

また、柱状スペーサ２０５の先端形状が平坦でない場合に段差膜１０９を柱状スペーサ２０５よりも小さくすると、重ねズレが生じたときには段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の先端部分の接触位置がパネル面内でばらつき、このことによりギャップムラが生じるため、通常であれば柱状スペーサ２０５の先端の形状が不安定となる領域を加味して、柱状スペーサ２０５を大きく設計する必要があり、開口率が小さくなる。しかしながら、本発明では、前記段差膜１０９が当接する前記柱状スペーサ２０５の先端部分が必ずしも平坦でなくても良いため、高開口率設計においてもギャップムラを生じない。

なお、柱状スペーサ２０５の高さは、製品のセルギャップ及び、柱状スペーサ２０５ａが当接するＴＦＴ基板側に配置される膜の厚さ、熱工程による柱状スペーサ２０５の収縮量を考慮してその高さを最適化すればよく、本実施例においては、約４μｍのセルギャップを得るために、画素部からの柱状スペーサ頂点部分までの高さが約３．５μｍのものを使用した。本実施例で使用した柱状スペーサ材料は、配向膜の焼成工程において、その高さが約３％収縮した。

また、本実施例では、段差膜１０５はドレイン配線１０７と同じ層で形成する構成として説明したが必ずしもその必要性は無く、ａ−Ｓｉ層１０６と同層で形成してもよく、またａ−Ｓｉ層１０６とドレイン配線１０７を形成する金属層との積層構造であっても良い。その他に、ゲートで配線１０２以外の部分に、ゲート配線１０２と同層で形成してもよく、更にはコンタクトエッチングにより形成したパッシベーション膜１１０の有無を段差膜１０９として用いても良い。

また、本実施例では、柱状スペーサ２０５は、ＴＦＴ基板１００側に形成される段差膜１０９に対応する位置に配置される柱状スペーサ２０５ａと、段差膜１０９の無い位置に配置される柱状スペーサ２０５ｂとからなる構成として説明したが、その構成に限られることはなく、柱状スペーサ２０５の全てが段差膜１０９のある位置に配置される構成であってもよい。

次に、本発明の実施例に係る液晶表示装置の製法について説明する。

ＴＦＴ基板１００側は、ガラス基板１０１の上に第１の導電材料をスパッタリング法にて成膜した後に、フォトリソグラフィによりゲート配線１０２、ゲート電極、ＣＯＭ配線１０３、ＣＯＭ電極１０４を同層にて形成する。第１の導電膜はＣｒ膜とＡｌ合金の積層構造とし膜厚は合計で５００ｎｍとする。

次に、酸化窒化珪素からなるゲート絶縁膜１０５、ａ−Ｓｉ層１０６をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法にて成膜した後に、フォトリソグラフィによりａ−Ｓｉ層１０６をパターニングし、アイランドを形成する。

次に、第２の導電材料をスパッタリング法にて成膜した後に、フォトリソグラフィによりドレイン配線１０７、ソース電極、ドレイン電極、画素電極１０８、柱状スペーサ設置用の段差膜１０９を同層にて形成する。第２の導電膜にはＣｒ膜を用い、膜厚は３００ｎｍとする。

次に、酸化窒化珪素からなるパッシベーション膜１１０をＣＶＤ法にて成膜した後に、フォトリソグラフィにより端子部分のコンタクトホールを形成する。

次に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜をスパッタリング法にて成膜した後に、フォトリソグラフィにより端子部分の表面をＩＴＯ膜で被覆する。

対向基板２００側は、ガラス基板２０１の上に黒色樹脂材料を塗布成膜した後に、フォトリソグラフィによりＢＭ２０２を形成する。

次に、赤色、緑色、青色各々の感光性顔料レジストの塗布成膜及びフォトリソグラフィにより色層２０３を形成する。

次に、アクリル系材料からなる熱硬化性オーバーコート（ＯＣ）材料を塗布成膜、焼成し、ＯＣ層２０４を形成する。

次に、アクリル系材料からなるに感光性柱状スペーサ材料の塗布成膜及びフォトリソグラフィにより柱状スペーサ２０５を形成する。

次に、前記ＴＦＴ基板１００及び前記対向基板２００各々に配向膜の印刷及び焼成により膜形成した後、ラビング処理を行う。ここで、配向膜の焼成は２３０℃で６０分間とした。

次に、ＴＦＴ基板の周辺部分にハイブリッド型（光硬化及び熱硬化）のシールを用いてシールパターンを形成する。

次に、ＴＦＴ基板もしくは対向基板の一方表面に液晶２０６を滴下した後、ＴＦＴ基板と対向基板とを真空中で所定の位置に重ね合わせ、近接させた後に、大気に開放し、両基板の貼り合わせを行う。なお、本発明の実施例では事前に柱状スペーサの高さ測定を行い、その高さ測定結果に応じて滴下する液晶量を調整することで、柱状スペーサの潰れ量が０．２μｍ程度となるように制御している。

次に、シールパターンにＵＶ光照射した後に加熱することでシール材を硬化させ、貼り合わせ基板を作成する。ここでシールへのＵＶ照射量は３０００ｍＪとし、硬化温度は１２０℃で６０分間とした。

次に、貼り合わせ基板をパネル単位に切断し、パネルの両面に偏光板の貼り付けを行うことで液晶表示パネルが完成する。

本発明は、ＴＮ方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ方式、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式等の液晶表示パネルの駆動方式に関係なく、柱状スペーサを用いる液晶表示パネルにおいて、ギャップムラを防止するのに有効な手段である。

次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、本発明の第２の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示す。対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５は、全ての青色層に該当するＢＭ２０２上に配置した。

図６（ｂ）は、本発明の第２の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、３画素×３画素の領域に配置される９箇所で、いずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この３画素×３画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

３画素×３画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は９箇所あり、第１の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において３画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

本発明の第２の実施例のように全ての画素毎に柱状スペーサ２０５と、段差膜１０９を配置した構成としてもよく、このような構成の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第２の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図７を用いて説明する。

図７（ａ）は、本発明の第３の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、本発明の第２の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置と同様である。

図７（ｂ）は、本発明の第３の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。第２の実施例と同様にＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、第２の実施例と同様に、３画素×３画素の領域に配置される９箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この３画素×３画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

第２の実施例と同様に３画素×３画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は９箇所あり、第２の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において３画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

ここで、第３の実施例では、３画素×３画素の繰り返し範囲の中で、計９個の段差膜の格子ピッチが対応する柱状スペーサの格子ピッチよりも小さくなるように設計した点が第２の実施例との相違点である。このような構成の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第３の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第４の実施例に係る液晶表示装置について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図８を用いて説明する。

図８（ａ）は、本発明の第４の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、本発明の第２の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置と同様である。

図８（ｂ）は、本発明の第４の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。第２の実施例と同様にＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、第２の実施例と同様に、３画素×３画素の領域に配置される９箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この３画素×３画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

第２の実施例と同様に３画素×３画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は９箇所あり、第２の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において３画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

ここで、第４の実施例では、３画素×３画素の繰り返し範囲の中で、計９個の段差膜の格子ピッチが、対応する柱状スペーサの格子ピッチに対して、菱形に歪んだ形状となるように設計し、段差膜を一直線状に配置しない構成とした点が第２の実施例との相違点である。このような構成の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第４の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第５の実施例に係る液晶表示装置について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の第５の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図９を用いて説明する。

図９（ａ）は、本発明の第５の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、本発明の第２の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置と同様である。

図９（ｂ）は、本発明の第５の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。第２の実施例と同様にＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、第２の実施例と同様に、３画素×３画素の領域に配置される９箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この３画素×３画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

第２の実施例と同様に３画素×３画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は９箇所あり、第２の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において３画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

ここで、第５の実施例では、３画素×３画素の繰り返し範囲の中で、計９個の段差膜の配列は、繰り返し範囲内においてランダムとなるように設計し、段差膜を一直線状に配置しない構成とした点が第２の実施例との相違点である。このような構成の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第５の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第６の実施例に係る液晶表示装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の第６の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図１０を用いて説明する。

図１０（ａ）は、本発明の第６の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５は、全ての青色層に該当するＢＭ２０２上に配置したが、モザイク配列のカラーフィルタを用いた点が、ストライプ配列の第２の実施例と異なる。

図１０（ｂ）は、本発明の第６の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、近接する９箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この近接する９画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

第１の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

本発明の第６の実施例のように、カラーフィルタの配列に関係なく、モザイク配列のカラーフィルタの場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第６の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第７の実施例に係る液晶表示装置について、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の第７の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図１１を用いて説明する。

図１１（ａ）は、本発明の第７の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５は、全ての青色層に該当するＢＭ２０２上に配置したが、デルタ配列のカラーフィルタを用いた点が、ストライプ配列の第２の実施例と異なる。

図１１（ｂ）は、本発明の第７の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、近接する９箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この近接する９画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

第１の実施例と同様に段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．３μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

本発明の第７の実施例のように、カラーフィルタの配列に関係なく、デルタ配列のカラーフィルタの場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第７の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第８の実施例に係る液晶表示装置について、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の第８の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図１２を用いて説明する。

図１２（ａ）は、本発明の第８の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、本発明の第２の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置と同様である。

図１２（ｂ）は、本発明の第８の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。第２の実施例と同様にＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、上下左右に近接する５箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この５画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

近接する５画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は５箇所あり、段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで３．５μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

ここで第８の実施例は、繰り返し単位が、斜め方向に繰り返し配置されるような設計とした点が第２の実施例との相違点であり、このような構成の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第８の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第９の実施例に係る液晶表示装置について、図１３を参照して説明する。図１３は、本発明の第９の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図１３を用いて説明する。

図１３（ａ）は、本発明の第９の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、対向基板２００側に配置される柱状スペーサ２０５は、全ての青色層に該当するＢＭ２０２上に配置したが、デルタ配列のカラーフィルタを用いた点が、ストライプ配列の第２の実施例と異なる。

図１３（ｂ）は、本発明の第９の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、近接する４箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この４画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ａ＝５μｍ、ｂ＝５μｍとした。

近接する４画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は４箇所あり、段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、Ｘ方向、Ｙ方向共に、片側５μｍ、標準偏差σで４．１μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において３画素単位で周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

本発明の第９の実施例のように、近接する４画素からなる繰り返し配置の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第９の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

次に、本発明の第１０の実施例に係る液晶表示装置について、図１４を参照して説明する。図１４は、本発明の第１０の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。

本実施例における凸状の段差膜１０９と柱状スペーサ２０５の配置位置関係について、図１４を用いて説明する。

図１４（ａ）は、本発明の第１０の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置を示しており、本発明の第９の実施例の対向基板側の柱状スペーサ配置と同様である。

図１４（ｂ）は、本発明の第１０の実施例のＴＦＴ基板側の段差膜の繰り返しパターンを示す。ＴＦＴ基板１００に形成される段差膜１０９は、前記柱状スペーサ２０５と対向する位置全てに配置した。

ここで、前記段差膜１０９の中心座標と、対応する前記柱状スペーサ２０５ａの中心座標とは、近接する６箇所でいずれも異なる座標とし、ＴＦＴ基板側１００に配置される段差膜１０９は、この４画素の領域をひとつの単位としてパネル全面に繰り返し配置を行う構成とする。

柱状スペーサ２０５の外接円中心を基準とし、対向する段差膜１０９の配置［１］〜配置［９］の各々のＸＹ座標ズレについて、図中の表に記載した。ここで、ｂ＝５μｍ、ｃ＝４．３μｍ、ｄ＝２．５μｍとした。

近接する６画素の範囲内で対応する柱状スペーサと段差膜は６箇所あり、段差膜の外接円中心は、柱状スペーサの外接円中心を基準として、距離で５μｍ、Ｘ方向の標準偏差σで３．８μｍ、Ｙ方向の標準偏差σで３．４μｍのバラツキを持たせる設計であり、段差膜の配列ピッチは、Ｘ方向とＹ方向の双方向において周期的に繰り返し変化し、そのピッチを基準となる柱状スペーサの配列ピッチ±５μｍ（レンジ１０μｍ）の範囲で変化させた設計とした。

すなわち、本発明の第１０の実施例では、近接する３画素からなる繰り返しパターンを２つ並べ、一方を上下反転させた構成であり、このように近接する６画素からなる繰り返し配置の場合においても第１の実施例と同様の効果を得ることが可能であり、第１の実施例と同様の製法にて第１０の実施例の液晶表示装置を製造することが可能である。

本発明は、柱状スペーサと段差膜とでセルギャップが形成される液晶表示装置に利用可能である。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置のＴＦＴ基板の１画素の構造を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿ったパネルの構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 図３のＢ−Ｂ’線に沿ったパネルの構造を示す断面図であり、先端が凸状の柱状スペーサと段差膜との当接状態を示している。 図３のＢ−Ｂ’線に沿ったパネルの構造を示す断面図であり、先端が凹状の柱状スペーサと段差膜との当接状態を示している。 本発明の第２の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第３の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第４の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第５の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第６の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第７の実施例の柱状スペーサ及び段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第８の実施例の柱状スペーサの繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第８の実施例の段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第９の実施例の柱状スペーサの繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第９の実施例の段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第１０の実施例の柱状スペーサの繰り返しパターンを示す概略図である。 本発明の第１０の実施例の段差膜の繰り返しパターンを示す概略図である。 従来（特許文献１）の液晶表示装置の構成を示す断面図及び平面図である。 柱状スペーサの形状の一例を示す斜視図である。 従来技術の問題を説明する図であり、先端が凸状又は凹状の柱状スペーサと柱状スペーサよりも小さい凸状の段差膜との当接状態を示している。

符号の説明

１００ ＴＦＴ基板
１０１ ガラス基板
１０２ ゲート配線
１０３ ＣＯＭ配線
１０４ ＣＯＭ電極
１０５ ゲート絶縁膜
１０６ ａ−Ｓｉ層
１０７ ドレイン配線
１０８ 画素電極
１０９ 段差膜
１１０ パッシベーション膜
２００ 対向基板
２０１ ガラス基板
２０２ ＢＭ
２０３ 色層
２０４ ＯＣ
２０５ 柱状スペーサ
２０５ａ 段差膜に対応する位置に配置される柱状スペーサ
２０５ｂ 段差膜が無い位置に配置される柱状スペーサ
２０６ 液晶

Claims (19)

1. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、
   表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、表示面の法線方向から見た前記段差膜の外接円中心と前記柱状スペーサの外接円中心との座標位置ずれが、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内において、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記柱状スペーサ配置構造は、前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方を基準となる格子からずらしたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記柱状スペーサ配置構造は、一次元的に周期的に繰り返し配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記柱状スペーサ配置構造は、二次元的に周期的に繰り返し配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
5. 前記柱状スペーサ配置構造は、前記領域内の前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置の異なる配置の並びが、一次元的に前記領域間で異なるようなランダムに配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
6. 前記柱状スペーサ配置構造は、前記領域内の前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置の異なる配置の並びが、二次元的に前記領域間で異なるようなランダムに配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
7. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、
   前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置を複数有し、表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内で、少なくとも一方向において標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、Ｘ方向とＹ方向の双方で周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、Ｘ方向とＹ方向の何れか一方で周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
11. 前記段差膜の配列ピッチと前記柱状スペーサの配列ピッチとの差分が、周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一に記載の液晶表示装置。
12. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配列ピッチが、ランダムに変化することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
13. 前記段差膜の配列ピッチと前記柱状スペーサの配列ピッチとの差分が、ランダムに変化することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. ＴＦＴ基板と、対向基板と、前記対向基板側に形成された、平坦でない先端部分を有する複数の柱状スペーサと、前記柱状スペーサと対向する位置に配置される前記ＴＦＴ基板側の凸状の段差膜と、を含み、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封止されてなる液晶表示装置において、
    前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置を複数有し、表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサからはみ出さないように配置され、前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方が一直線状に配置されず、表示領域内の任意の１０ｍｍ角の領域内の少なくとも一方向において、基準となる一直線上から、前記一直線と直交する方向に標準偏差σが３μｍ以上のバラツキを有する、柱状スペーサ配置構造であることを特徴とする液晶表示装置。
15. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配置が、周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配置が、Ｘ方向とＹ方向の双方で周期的に繰り返し変化することを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 前記段差膜と前記柱状スペーサの少なくとも一方の配置が、前記領域内の前記段差膜と前記柱状スペーサの相対位置の異なる配置の並びが、前記領域間で異なるようなランダムに変化することを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
18. 表示面の法線方向から見て、前記段差膜は前記柱状スペーサよりも少なくとも一方向の寸法が小さく、前記柱状スペーサよりも小さい前記段差膜の幅をＷ１、前記段差膜の幅Ｗ１と同方向の前記柱状スペーサの幅をＷ２、前記段差膜の外接円中心と前記柱状スペーサの外接円中心の座標位置ずれの最大値をＤ１、最小値をＤ２としたとき、
    Ｄ１−Ｄ２ ≦ Ｗ２−Ｗ１
    の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一に記載の液晶表示装置。
19. 前記柱状スペーサは、前記段差膜と対向する位置に配置される第１の柱状スペーサと、前記段差膜のない位置に配置される第２の柱状スペーサと、からなることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一に記載の液晶表示装置。

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