JPH05289109A

JPH05289109A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05289109A
Application number: JP11419592A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamanaka; 英雄山中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】基板の所望の領域にスペーサーを配置すること
ができ、スペーサーの存在に起因した液晶表示装置の表
示品質の低下を招くことがなく、第１及び第２の基板間
を所定の間隔に容易に且つ正確に保持することができ、
高生産性にて製造できる液晶表示装置を提供する。【構成】液晶表示装置は、スイッチング素子１６と、ス
イッチング素子１６に接続された画素電極１８とがマト
リックス状に形成された第１の基板１０と、対向電極６
２を有し、第１の基板に対向して配された第２の基板１
２と、これらの基板の間に保持された液晶層１４とを有
し、第１の基板１０の表示に寄与する領域以外の領域に
形成された高分子膜２０を備え、この高分子膜２０によ
って第１及び第２の基板間を所定の間隔に保持すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には、一般に、高速応答
性、高コントラスト、広い視角、高信頼性等が要求され
る。応答速度やコントラスト、視角等は、液晶層の厚さ
と密接な関係がある。従って、液晶材料の光学的特性に
合わせて液晶層の厚さを厳密に設定しなければ高いコン
トラストを得ることができない場合がある。また、液晶
層の厚さのばらつきによって表示ムラが発生し視認性が
著しく低下する場合もある。

【０００３】アクティブマトリックス方式の液晶表示装
置は、通常、（Ａ）スイッチング素子と、スイッチング
素子に接続された画素電極とがマトリックス状に形成さ
れた第１の基板と、（Ｂ）対向電極を有し、第１の基板
に対向して配された第２の基板と、（Ｃ）これらの基板
の間に保持された液晶層、から構成される。また、単純マトリックス方式の液晶表示装置は、（ａ）
所定の間隔をおいて互いに平行に配列された複数本の信
号電極を有する第１の基板と、（ｂ）互いに平行に配列
され且つ信号電極と交差的に配列された複数本の走査電
極を有し、第１の基板に対向して配された第２の基板
と、（ｃ）これらの基板の間に保持された液晶層、から
構成される。

【０００４】図８に、従来のアクティブマトリックス方
式の液晶表示装置の模式的な一部断面図を示す。この液
晶表示装置は、第１の基板１０、第２の基板１２及びこ
れらの基板の間に保持された液晶層１４から成る。第１
の基板１０には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び画素
電極１８が形成されている。ＴＦＴは、ゲート電極領域
３６、ソース領域４０、ドレイン領域４２から成る。図
８中、５０はＩＴＯ膜、３４はゲート酸化膜、３８はＳ
ｉ₃Ｎ₄層、４４は第１の絶縁層、４６は配線、４８は第
２の絶縁層、５２は配向膜である。第２の基板１２に
は、配向膜６４、カラーフィルター６０、及び対向電極
６２が形成されている。また、第１に基板１０と第２の
基板１２の間隔はプラスチック製の球状のスペーサー７
０によって制御されている。

【０００５】スペーサーを混入した液体に第１又は第２
の基板を入れた後、液体のみを蒸発させ、あるいはこれ
らのスペーサーを拡散させた気体中に第１又は第２の基
板を入れ、第１又は第２の基板にスペーサーを付着させ
る方法が、特公昭５７−２１６９１号公報に開示されて
いる。スペーサーは、金属酸化物、金属炭化物、金属窒
化物、金属ハロゲン化物、ガラス粒子、ガラスファイバ
ー又は有機物から成る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示装置におい
て、ガラススペーサ、プラスチックスペーサー、シリカ
等のスペーサーを使用した場合、次のような問題があ
る。（１）スペーサーの粒度ばらつきが大きく、第１及び
第２の基板間を所定の間隔に保持することが困難であ
る。（２）スペーサーは液晶に対して異物であり、出来る
限り使用量を少なくすることが望ましいが、第１及び第
２の基板の間に少ない数のスペーサーを均一に分布させ
ることが困難である。（３）スペーサーは、光の散乱や液晶配向の乱れの原
因となり、液晶表示装置の表示品質の低下を招く。（４）スペーサーは、通常、空中散布又は液体中に分
散させて第１又は第２の基板に付着させるが、スペーサ
ーの散布条件が厳しく、液晶表示装置の生産性を悪くさ
せる。

【０００７】特公昭５７−２１６９１号公報に開示され
たスペーサーの散布方法は、基板の所望の領域にスペー
サーを付着させることができない。従って、スペーサー
が画素表示部上に存在する場合、液晶表示装置の表示品
質の低下を招くという問題を有する。

【０００８】従って、本発明の目的は、基板の所望の領
域にスペーサーを配置することができ、スペーサーの存
在に起因した液晶表示装置の表示品質の低下を招くこと
がなく、第１及び第２の基板間を所定の間隔に容易に且
つ正確に保持することができ、高生産性にて製造できる
液晶表示装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
第１の態様にかかる液晶表示装置によって達成すること
ができる。この液晶表示装置は、スイッチング素子と、
スイッチング素子に接続された画素電極とがマトリック
ス状に形成された第１の基板と、対向電極を有し、第１
の基板に対向して配された第２の基板と、これらの基板
の間に保持された液晶層とを有する。そして、第１の基
板の表示に寄与する領域以外の領域に形成された高分子
膜を備え、この高分子膜によって第１及び第２の基板間
を所定の間隔に保持することを特徴とする。

【００１０】上記の目的は、更に、本発明の第２の態様
にかかる液晶表示装置によって達成することができる。
この液晶表示装置は、所定の間隔をおいて互いに平行に
配列された複数本の信号電極を有する第１の基板と、互
いに平行に配列され且つ信号電極と交差的に配列された
複数本の走査電極を有し、第１の基板に対向して配され
た第２の基板と、これらの基板の間に保持された液晶層
とを有する。そして、第１又は第２の基板のいずれか一
方の基板における電極の間の少なくとも一部分に形成さ
れた高分子膜を備え、この高分子膜によって第１及び第
２の基板間を所定の間隔に保持することを特徴とする。

【００１１】これらの液晶表示装置における好ましい態
様においては、高分子膜はポリイミド系高分子から成
る。ポリイミド系高分子を採用した場合、他の高分子材
料に比べて、ガラス転移点が高く、耐熱性、化学的安定
性、塗工性、配向制御性に優れており、また、現在配向
膜材料の主流となっているポリイミド系配向膜材料との
密着性に優れるという効果がある。しかし、本発明にお
いては、高分子膜は、ポリイミド系高分子材料に限られ
ず、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等、各種高分子材
料が適用できる。

【００１２】

【作用】本発明の液晶表示装置においては、スペーサー
は高分子膜から成る。高分子膜は、第１の基板又は第２
の基板全面に高分子材料を成膜した後、不要な部分を除
去することによって形成することができる。高分子膜の
厚さ制御は比較的容易でありしかも正確に行うことがで
きる。従って、第１及び第２の基板間の間隔は、高分子
膜によって容易に且つ正確に制御することができる。し
かも、高分子膜は、画素表示部以外の所望の領域に形成
されるので、従来のようにスペーサーの存在に起因した
液晶表示装置の表示品質の低下を招くことがない。しか
も、従来の配向膜の形成工程と概ね同様の工程でスペー
サーとなる高分子膜を形成することができるので、液晶
表示装置を高生産性にて製造できる。

【００１３】

【実施例】以下、図１乃至図７を参照して、本発明の液
晶表示装置を、実施例に基づき説明する。

【００１４】（実施例−１）実施例−１は、本発明の第
１の態様にかかる液晶表示装置、即ち、所謂アクティブ
マトリックス方式の液晶表示装置に関する。図１に模式
的な断面図を示すように、この液晶表示装置１は、第１
の基板１０と、この第１の基板に対向して配された第２
の基板１２と、これらの基板の間に保持された液晶層１
４とから成る。

【００１５】第１の基板１０上には、スイッチング素子
１６と、スイッチング素子１６に接続された画素電極１
８とがマトリックス状に形成されている。更に、第１の
基板の表示に寄与する領域以外の領域、例えばスイッチ
ング素子１６上には高分子膜２０が形成されている。ス
イッチング素子１６は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から
成り、画素電極１８はＩＴＯ膜から成る。スイッチング
素子１６は具体的には、ゲート電極領域３６、ソース・
ドレイン領域４０，４２、画素電極１８との接続部であ
るＩＴＯ膜５０から成る。

【００１６】スイッチング素子１６を、以下の工程で作
製することができる。先ず、ガラスから成る基板３０の
上に、従来のプラズマＣＶＤ法によって約５０ｎｍの厚
さの第１のポリシリコン層３２を形成し、その上に従来
のプラズマＣＶＤ法で約５０ｎｍ厚さのゲート酸化膜３
４を形成する。更に、その上に従来のプラズマＣＶＤ法
で約４００ｎｍ厚さの第２のポリシリコン層を形成す
る。次に、第２のポリシリコン層を従来の方法でパター
ニングして、ゲート電極領域３６を形成する。

【００１７】次いで、第１のポリシリコン層３２にイオ
ン注入を行い、ソース・ドレイン領域４０，４２を形成
する。基板３０の表面に、保護膜として、従来のプラズ
マＣＶＤ法及びパターン形成法によって約３０ｎｍ厚さ
のＳｉ₃Ｎ₄層３８を形成する。その後、全面に、従来の
常圧ＣＶＤ法によって、例えばＰＳＧから成り厚さ５０
０ｎｍの第１の絶縁層４４を形成する。そして、ソース
領域４０上の第１の絶縁層４４及びゲート酸化膜３４
に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法にて開口部
を形成する。その後、かかる開口部及び第１の絶縁層４
４上に、例えばスパッタ法で厚さ５００ｎｍのアルミニ
ウムを堆積させ、このアルミニウムをパターニングする
ことによって、配線４６を形成する。

【００１８】次いで、全面に、例えばＰＳＧから成り厚
さ５００ｎｍの第２の絶縁層４８を常圧ＣＶＤ法で堆積
させる。そして、ドレイン領域４２上の第２の絶縁膜４
８、第１の絶縁層４４及びゲート酸化膜３４に、フォト
リソグラフィ法及びエッチング法にて開口部を形成す
る。その後、かかる開口部及び第２の絶縁層４８上に、
例えばスパッタ法で厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜５０を堆
積させ、このＩＴＯ膜５０をパターニングする。これに
よってＩＴＯ膜から成る画素電極１８が形成される。ま
た、この画素電極１８は、ＩＴＯ膜５０によって、スイ
ッチング素子１６であるＴＦＴのドレイン領域４２に接
続されている。尚、スイッチング素子と、画素電極と
は、第１の基板の上にマトリックス状に形成されてい
る。以上の工程によって、図２の（Ａ）に模式的な一部
断面図を示す第１の基板が形成される。

【００１９】こうして形成されたスイッチング素子１６
の上に、次に、本発明の液晶表示装置の特徴である高分
子膜２０の形成を行う。高分子膜２０はポリイミド系高
分子から成ることが好ましい。かかるポリイミド系高分
子材料として、例えば、日立化成工業株式会社製ＰＩ
Ｘ、ＰＩＱ、旭化成工業株式会社製パイメルを使用する
ことができる。

【００２０】高分子膜２０の形成は、以下の方法で行う
ことができる。即ち、スイッチング素子１６、画素電極
１８等が形成された第１の基板上に所定の厚さのポリイ
ミド系高分子材料２０Ａを塗布・乾燥した後（図２の
（Ｂ）参照）、フォトリソグラフィ法でポリイミド系高
分子材料にパターニングを施し、現像を行い、スイッチ
ング素子１６上以外のポリイミド系高分子材料を除去す
る。その後、ポリイミド系高分子材料を熱硬化させるこ
とによって、スイッチング素子１６上に、所定の厚さを
有する高分子膜２０を形成することができる（図３参
照）。

【００２１】こうして得られた第１の基板の全面に配向
膜材料を塗布し、配向膜材料をラビング処理すること
で、８０〜１００ｎｍ厚さの配向膜５２を形成する。

【００２２】第２の基板１２上には、カラーフィルター
６０、１５０ｎｍ程度の厚さを有するＩＴＯ膜から成る
対向電極６２、及び配向処理が施された８０〜１００ｎ
ｍ程度の厚さを有する配向膜６４が形成されている（図
１参照）。これらの形成は、従来の方法にて行うことが
できる。

【００２３】第１の基板と第２の基板を重ね合わせる
と、第１の基板に形成された高分子膜２０が第２の基板
と接触する（図１参照）。これによって、第１及び第２
の基板間を所定の間隔に保持することができる。かかる
所定の間隔は、高分子膜２０の膜厚を制御することによ
り、容易に所望の量に設定することができる。

【００２４】（実施例−２）実施例−２は、本発明の第
２の態様にかかる液晶表示装置、即ち、所謂単純マトリ
ックス方式の液晶表示装置に関する。図４の（Ａ）に模
式的な断面図を示すように、この液晶表示装置１００
は、第１の基板１１０と、この第１の基板に対向して配
された第２の基板１１２と、これらの基板の間に保持さ
れた液晶層１１４とから成る。この液晶表示装置１００
は、高分子膜１２０を更に具備する。

【００２５】図５の（Ａ）の模式的な一部断面図に示す
ように、第１の基板１１０上には、所定の間隔をおいて
互いに平行に配列された複数本の信号電極１３０が形成
されている。信号電極１３０は、例えば１５０ｎｍ厚さ
のＩＴＯ膜を従来のスパッタ法で第１の基板１１０上に
堆積させた後、エッチングを行うことによって形成する
ことができる。

【００２６】図６の模式的な一部断面図に示すように、
第２の基板１１２には、互いに平行に配列され且つ信号
電極と交差的に配列された複数本の走査電極１４０が形
成されている。走査電極１４０は、例えば１５０ｎｍ厚
さのＩＴＯ膜を従来のスパッタ法で第２の基板１１２上
に堆積させた後、エッチングを行うことによって形成す
ることができる。また、第２の基板１１２の全面にはラ
ビング処理が施された８０〜１００ｎｍ程度の厚さを有
する配向膜１４２が形成されている。配向膜の形成は、
従来の方法にて行うことができる。

【００２７】信号電極１３０が形成された第１の基板１
１０の上に高分子膜１２０を形成する。高分子膜１２０
は、信号電極１３０の間の少なくとも一部分に形成す
る。高分子膜２０はポリイミド系高分子から成ることが
好ましい。かかるポリイミド系高分子材料として、例え
ば、日立化成工業株式会社製ＰＩＸ、ＰＩＱ、旭化成工
業株式会社製パイメルを使用することができる。即ち、
先ず、図５の（Ｂ）に示すように、信号電極１３０が形
成された第１の基板１１０の上に、所定の厚さのポリイ
ミド系高分子材料１２０Ａを塗布・乾燥する。その後、
フォトリソグラフィ法でポリイミド系高分子材料１２０
Ａにパターニングを施し、現像を行い、信号電極１３０
上のポリイミド系高分子材料を除去する。その後、ポリ
イミド系高分子材料を熱硬化させることによって、図５
の（Ｃ）に示すように、信号電極１３０の間に、所定の
厚さを有する高分子膜１２０を形成することができる。

【００２８】こうして得られた第１の基板の全面に配向
膜材料を塗布し、配向膜材料をラビング処理すること
で、８０〜１００ｎｍ厚さの配向膜１３２を形成する
（図４の（Ａ）参照）。

【００２９】走査電極１４０が信号電極１３０と交差的
に配列されるように、第１の基板１１０と第２の基板１
１２を重ね合わせると、第１の基板に形成された高分子
膜１２０が第２の基板と接触する（図４の（Ａ）参
照）。これによって、第１及び第２の基板間を所定の間
隔に保持することができる。かかる所定の間隔は、高分
子膜１２０の膜厚を制御することにより、容易に所望の
量に設定することができる。

【００３０】以上、本発明の液晶表示装置を好ましい実
施例に基づき説明したが、本発明の液晶表示装置はこれ
らの実施例に限定されるものではない。本発明の第１の
態様に関する液晶表示装置においては、図７に模式的な
一部断面図を示すように、実施例−１における第２の絶
縁層４８を省略することができる。また、高分子膜２０
は、全てのスイッチング素子の上に形成する必要はな
く、一部のスイッチング素子の上に形成することができ
る。更には、高分子膜２０は、必ずしもスイッチング素
子の上に形成する必要はなく、第１の基板の表示に寄与
する領域以外の領域、例えば配線の上、あるいはスイッ
チング素子及び配線の上に形成することもできる。

【００３１】本発明の第１の態様に関する液晶表示装置
においては、走査電極１４０及び配向膜１４２が形成さ
れた第２の基板１１２の上の走査電極１４０の間に高分
子膜１２０を形成してもよい。また、高分子膜１２０
は、信号電極１３０あるいは走査電極１４０の間の全て
に形成する必要はなく、図４の（Ｂ）に示すように、一
部分であってもよい。更に、高分子膜１２０は、信号電
極１３０あるいは走査電極１４０の間の長手方向（図４
の紙面と垂直方向）の全てに形成する必要はなく、長手
方向の一部分に形成してもよい。

【００３２】スイッチング素子として、ＴＦＴ以外に、
ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）素子、ダイオード素
子、バリスタ等の二端子素子を挙げることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置においては、スペ
ーサーは高分子膜から成り、その厚さの制御は比較的容
易に且つ正確に行うことができる。従って、第１及び第
２の基板間の間隔は、高分子膜によって正確に制御する
ことができる。第１及び第２の基板間の間隔を均一にす
ることができるので、液晶表示装置の光応答性が向上
し、視野依存性が少なくなる。また、大面積の液晶表示
装置においても、第１及び第２の基板間の間隔を均一に
することができるので、液晶表示装置の色むらが減少す
る。しかも、高分子膜は、画素表示部以外の所望の領域
に形成されるので、スペーサーの存在に起因した光の散
乱や液晶配向の乱れが生じることがなく、液晶表示装置
の表示品質の低下を招くことがない。

【００３４】また、スイッチング素子等の上あるいは信
号電極等の上に高分子膜が形成されているので、後の工
程で配向膜を形成するためにラビング処理を行う場合、
基板に損傷（ＴＦＴの破壊、配線の断線等）が発生する
ことを少なくすることができる。更に、高分子膜は、不
透明の材料で構成されているため、光の散乱を防止で
き、液晶表示装置における色むらが減少する。しかも、
従来の配向膜の形成工程と概ね同様の工程でスペーサー
となる高分子膜を形成することができるので、液晶表示
装置を高生産性にて製造できる。また、スペーサーの散
布工程が無くなり、しかもスペーサーが不要であるた
め、液晶表示装置の製造工程及び製造コストを低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の態様にかかる液晶表示装置の模
式的な一部断面図である。

【図２】本発明の第１の態様にかかる液晶表示装置の製
造工程の一部分を説明するための、液晶表示装置の模式
的な一部断面図である。

【図３】図２に引き続く製造工程を説明するための、液
晶表示装置の模式的な一部断面図である。

【図４】本発明の第２の態様にかかる液晶表示装置の模
式的な一部断面図である。

【図５】本発明の第２の態様にかかる液晶表示装置にお
ける第１の基板の模式的な図である。

【図６】本発明の第２の態様にかかる液晶表示装置にお
ける第２の基板の模式的な一部断面図である。

【図７】図１とは別の本発明の第１の態様にかかる液晶
表示装置の模式的な一部断面図である。

【図８】従来の液晶表示装置の模式的な一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１，１００液晶表示装置１０，１１０第１の基板１２，１１２第２の基板１４，１１４液晶層１６スイッチング素子１８画素電極２０，１２０高分子膜３０基板３６ゲート電極領域４０ソース領域４２ドレイン領域４４第１の絶縁層４６配線４８第２の絶縁層５０ＩＴＯ膜５２，６４，１３２，１４２配向膜６０カラーフィルター６２対向電極７０プラスチック製の球状スペーサー１３０信号電極１４０走査電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子と、このスイッチング素
子に接続された画素電極とがマトリックス状に形成され
た第１の基板と、対向電極を有し、第１の基板に対向し
て配された第２の基板と、これらの基板の間に保持され
た液晶層とを有する液晶表示装置であって、第１の基板の表示に寄与する領域以外の領域に形成され
た高分子膜を備え、この高分子膜によって第１及び第２
の基板間を所定の間隔に保持することを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】所定の間隔をおいて互いに平行に配列され
た複数本の信号電極を有する第１の基板と、互いに平行
に配列され且つ信号電極と交差的に配列された複数本の
走査電極を有し、第１の基板に対向して配された第２の
基板と、これらの基板の間に保持された液晶層とを有す
る液晶表示装置であって、第１又は第２の基板のいずれか一方の基板における電極
の間の少なくとも一部分に形成された高分子膜を備え、
この高分子膜によって第１及び第２の基板間を所定の間
隔に保持することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】前記高分子膜は、ポリイミド系高分子から
成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液
晶表示装置。