WO2010146729A1 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

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中川朗
小原安弘
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display element provided with a plurality of columnar spacers on one of a pair of substrates to keep a gap between the pair of substrates uniform, and a method for manufacturing the same.
  • a liquid crystal display element performs a display function by bonding a pair of glass substrates while keeping a gap constant, filling a liquid crystal material therebetween, and applying an electric signal to the liquid crystal material.
  • a gap material such as plastic beads.
  • the columnar spacer is also called a photo spacer, and is known to be formed by overlapping colored layers, or formed from a dedicated material such as photosensitive polyimide, photosensitive acrylic resin, or photosensitive colored resin.
  • the gap depends on the height of the columnar spacers supporting the pair of substrates. If there is a variation in the height, the gap becomes a variation as it is and the display quality is deteriorated.
  • the gap difference at the boundary between the pixel portion and the edge portion is adjusted by the cross-sectional area or the arrangement interval. However, it is still between the plurality of columnar spacers in the same pixel portion or at the same edge portion. If the height varies among a plurality of columnar spacers, the gap cannot be kept constant.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to prevent display unevenness by keeping a gap between a pair of substrates constant with a simple configuration.
  • a height adjusting portion is provided at the tip of the columnar spacer.
  • the first or second invention is premised on a liquid crystal display element provided with a plurality of columnar spacers that keep a gap between the pair of substrates uniform on either one of the pair of substrates.
  • the columnar spacer includes a height adjusting portion that is easily deformed as compared to other portions of the columnar spacer when the pair of substrates is bonded to the tip of the columnar spacer, which is in contact with the other of the pair of substrates.
  • the columnar spacer includes a height adjustment portion at a tip that contacts the other of the pair of substrates, When the pair of substrates are bonded together, the height adjusting portion is deformed, so that the gap is kept uniform.
  • the height adjustment portion formed at the tip of the columnar spacer higher than the other columnar spacers When a pair of substrates are bonded together, they first come into contact with the other substrate and easily deform. For this reason, the difference in height between the plurality of columnar spacers is alleviated, and the gap between the pair of substrates is made uniform.
  • a step is formed on the base of either surface of the pair of substrates,
  • the amount of deformation of the height adjusting portion of the columnar spacer provided in the higher step region is as follows: It is larger than the deformation amount of the height adjusting portion of the columnar spacer provided in the lower step region.
  • the height of the columnar spacer provided in the higher step region is equal to the columnar spacer provided in the lower step region. Even when the pair of substrates are bonded together, the height adjusting portion provided at the tip of the columnar spacer having a high height is first brought into contact with the other substrate and deformed, and the difference in level is increased. It becomes almost equal to the height of the columnar spacer provided in the lower region. For this reason, the difference in height between the plurality of columnar spacers is alleviated, and the gap between the pair of substrates is made uniform.
  • the height of the height adjusting portion is greater than 0 and 1.0 ⁇ m or less
  • the width of the height adjusting portion is greater than 0 and equal to or less than 1 ⁇ 2 of the tip width of the columnar spacer.
  • the rigidity of the height adjusting portion and the rigidity of the tip surface of the columnar spacer are increased.
  • the rigidity of the height adjustment unit maintained at the minimum height and width and the rigidity of the end face of the columnar spacer Since the difference is kept moderate, the columnar spacers are not crushed more than necessary, and the height adjustment is easy.
  • the height adjusting portion is a plurality of protrusions protruding from the tip of the columnar spacer.
  • the height adjustment portion by configuring the height adjustment portion with a plurality of projections having a cross-sectional area smaller than the tip of the columnar spacer, the plurality of projections are more easily deformed than the other portions of the columnar spacer, and the columnar spacer Contributes to uniform height.
  • the plurality of protrusions are hemispherical.
  • the plurality of protrusions are column bodies.
  • the above configuration is suitable for molding by photolithography because there is little increase or decrease in cross-sectional area.
  • the plurality of protrusions are cones.
  • the plurality of protrusions are annular bodies.
  • a liquid crystal display element including a plurality of columnar spacers that keeps a gap between the pair of substrates uniform on either one of the pair of substrates
  • the above manufacturing method is Prepare a columnar spacer provided with a height adjustment portion at the tip that contacts the other of the pair of substrates, The substrate provided with the columnar spacers is bonded to the other of the pair of substrates while deforming the height adjusting portion to keep the gap uniform.
  • the height adjustment unit provided at the tip of the columnar spacer higher than the surrounding columnar spacers
  • the substrates are first deformed by coming into contact with the other substrate and deformed until the height becomes equal to that of the other columnar spacers, so that the gap between the pair of substrates is made uniform.
  • the columnar spacer In the photolithography exposure process, when the columnar spacer is formed of a negative photosensitive resist, the portion corresponding to the height adjustment portion of the exposure mask is made free of a light-shielding film, and the remaining portion corresponding to the columnar spacer is half-finished.
  • the columnar spacer having the height adjusting portion is formed as a permeable membrane or a completely permeable membrane.
  • the height adjustment portion can be easily protruded from the tip of the columnar spacer by providing a difference in transmittance and partially adjusting the amount of photosensitive light. Further, when a positive photosensitive resist is used, the complete transmission film and the complete light shielding film in the mask are reversed.
  • the height adjusting portion is formed by forming a plurality of concave portions in advance in the protective film of the dry film resist.
  • the above configuration it is possible to easily form a desired shape without crafting the portion corresponding to the height adjustment portion of the exposure mask only by providing a plurality of concave portions in advance in the portion corresponding to the height adjustment portion in the protective film.
  • the height adjusting portion can be reliably formed at an appropriate position.
  • the columnar spacer having the height adjusting portion is formed by forming a plurality of concave portions in advance in a portion corresponding to the tip of the columnar spacer in the printing plate.
  • the height adjusting portion is provided on the columnar spacer, and the height adjusting portion is deformed when the pair of substrates are bonded to each other. Display gaps can be prevented by keeping the gap between the substrates constant.
  • FIG. 2 is a view corresponding to FIG. 1 showing an edge portion of the liquid crystal display element and its periphery.
  • Other embodiment which forms a height adjustment part with a printing system is shown, (a) is a sectional view of a printing plate, (b) is a sectional view of a columnar spacer and its circumference.
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2 according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2 according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2 according to another embodiment, and
  • (a) is a cross-sectional view taken along line Xa-Xa of (b).
  • FIG. 1 shows a liquid crystal display element 1 according to an embodiment of the present invention
  • the liquid crystal display element 1 includes a pair of substrates 2 and 3.
  • the pair of substrates 2 and 3 includes a color filter substrate 2 and an array substrate 3, and a plurality of columnar spacers 4 that maintain a uniform gap G between the pair of substrates 2 and 3 are provided on the color filter substrate 2 side. Is provided.
  • a liquid crystal material (not shown) is sealed in the gap G that is uniformly maintained by the columnar spacers 4.
  • the columnar spacer 4 has a truncated cone shape, and includes a height adjusting portion 5 at the tip that contacts the array substrate 3.
  • the columnar spacer shape any other shape that can form the height adjusting portion on the upper bottom such as a rectangular column or cylinder may be used.
  • the columnar spacer 4 is formed by overlapping colored layers, or is a dedicated material such as photosensitive polyimide, photosensitive acrylic resin, photosensitive colored resin, and is formed by photolithography, dry film resist, printing, etc. Its height is 3-10 ⁇ m and its width is 10-50 ⁇ m.
  • the height adjusting portion 5 is composed of a plurality of (two in this embodiment) protrusions provided on the flat surface 4 a at the tip of the truncated cone in the columnar spacer 4.
  • the projection is formed of a hemisphere 6.
  • the height h of the hemisphere 6 is greater than 0 and 1.0 ⁇ m or less (0 ⁇ h ⁇ 1.0 ⁇ m), and the width w1 (outer diameter) of the hemisphere 6 is greater than 0 and columnar. It is 1/2 or less of the tip end width w2 of the spacer 4 (0 ⁇ w1 ⁇ w2 / 2).
  • the height adjusting unit 5 has a reduced cross-sectional area compared to the truncated cone part and is less rigid than the truncated cone part, and a pair of substrates 2 and 3 are bonded together. It is easy to deform. The height adjustment portion 5 that protrudes compared to the surroundings is deformed, so that the gap G between the pair of substrates 2 and 3 is kept uniform.
  • the base of the surface of the color filter substrate 2 is a pixel portion 2b (region in FIG. 3) inside the peripheral portion (the edge portion 2a, indicated by region B in FIG. 3).
  • a step is formed between the surface of the edge portion 2a and the surface of the pixel portion 2b.
  • the height of the columnar spacer 4 provided on the edge portion 2a is higher than the height of the columnar spacer 4 provided on the pixel portion 2b.
  • the step is assumed to be smaller than a height of 1.0 ⁇ m.
  • the amount of deformation of the height adjusting portion 5 in the columnar spacer 4 provided on the edge portion 2a is larger than the amount of deformation of the height adjusting portion 5 of the columnar spacer 4 provided in the pixel portion 2b.
  • the gap G between 2 and 3 is kept uniform.
  • a plurality of columnar spacers 4 are formed on the color filter substrate 2.
  • the columnar spacer 4 and the height adjusting unit 5 are formed by a printing method.
  • a main body recess 11 corresponding to a truncated cone is formed in a portion of the columnar spacer 4 in the printing plate 10.
  • a plurality of hemispherical recesses 12 are formed in advance in a portion corresponding to the flat surface 4a at the tip.
  • the height adjusting portion 5 having a desired shape can be easily formed.
  • the plurality of protrusions are hemispherical bodies 6 and thus can be easily molded.
  • the color filter substrate 2 having the columnar spacer 4 provided with the height adjusting portion 5 at the tip is bonded to the array substrate 3 while applying pressure. .
  • the height of the columnar spacer 4 provided in the edge portion 2a is higher than the height of the columnar spacer 4 provided in the pixel portion 2b.
  • the height adjusting portion 5 of the columnar spacer 4 provided on the edge portion 2 a first comes into contact with the array substrate 3. Then, since the hemisphere 6 has lower rigidity than the truncated cone portion, it is crushed and deformed. At this time, the columnar spacer 4 provided in the pixel portion 2b is deformed more greatly than the height adjusting portion 5.
  • the height adjustment unit 5 at the tip of the high columnar spacer 4 is It deforms in contact with the surface of the array substrate 3. And a pair of board
  • the gap G between the pair of substrates 2 and 3 is kept uniform.
  • the height of the height adjuster 5 is greater than 0 and 1.0 ⁇ m or less, and the width w1 of the height adjuster 5 is greater than 0 and less than or equal to 1 ⁇ 2 of the tip width w2 of the columnar spacer 4. (0 ⁇ w1 ⁇ w2 / 2), the difference between the rigidity of the height adjusting portion 5 kept at the minimum height and width and the rigidity of the end face 4a of the columnar spacer 4 was kept moderate. Therefore, height adjustment is easy.
  • the uniform gap G is filled with a liquid crystal material.
  • the columnar spacer 4 is provided with the height adjusting portion 5, and the height adjusting portion 5 is deformed when the pair of substrates 2 and 3 are bonded together.
  • display gaps can be prevented by keeping the gap G between the pair of substrates 2 and 3 constant with a simple configuration.
  • Modification 1 of Embodiment— 5 and 6 show an exposure process for forming the liquid crystal display element 1 according to the first modification of the present embodiment, which is different from the above-described embodiment in that the method of forming the height adjusting unit 5 is different.
  • the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the columnar spacer is formed by photolithography using a negative photosensitive resist, in the exposure process, the portion 102 corresponding to the height adjusting portion 5 of the exposure mask 101 is made free of a light-shielding film, and the remaining columnar spacer 4 is formed.
  • the columnar spacer 4 having the height adjusting portion 5 is formed using the corresponding portion 103 as a semi-permeable membrane or a completely permeable membrane.
  • the height adjusting portion 5 can be easily protruded from the tip of the columnar spacer 4 by partially adjusting the amount of light received by providing a difference in transmittance.
  • FIG. 7 shows a cross section of a dry film resist 201 for forming the liquid crystal display element 1 according to the second modification of the embodiment of the present invention.
  • the columnar spacer 4 and the height adjusting portion 5 are formed by the dry film resist 201. Specifically, for example, it is formed by arranging a plurality of recesses 203 at equal intervals in advance on the protective film 202 of the dry film resist 201.
  • the dry film resist 201 is supported by the support film 204.
  • the height adjustment portion 5 is formed on the exposure mask 101 side as in the first modification.
  • the height adjusting part 5 having a desired shape can be easily and reliably formed at an appropriate position simply by exposing the columnar spacer 4 portion without any work.
  • the present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
  • the plurality of protrusions provided on the prismatic spacer 4 are two hemispheres 6, but the number is not limited.
  • the plurality of protrusions may be, for example, four quadrangular pyramids 106, or may be four triangular pyramids 206 as shown in FIG.
  • the plurality of protrusions are pyramids such as the quadrangular pyramid 106, the triangular pyramid 206, and the cone, the tip is sharper than the hemispherical body 6 or the columnar body, so that it is easy to deform with a small force.
  • the optimum height adjusting unit 5 is obtained.
  • the height of the protrusion may be greater than 0 and 1.0 ⁇ m or less, and the width may be greater than 0 and 1 ⁇ 2 or less of the tip width of the columnar spacer 4.
  • the plurality of protrusions may be a central hemisphere 6 and an annular body 306 surrounding it.
  • the hemisphere 6 may be a small annular body 306. In this case, it is possible to obtain the height adjusting portion 5 that can be easily deformed with a simple configuration that can be molded even by photolithography.
  • a plurality of protrusions may be used as the pillars.
  • the increase / decrease in the cross-sectional area is small, it is suitable for molding by photolithography.
  • the shape of the plurality of protrusions is not particularly limited, and is not particularly limited as long as the number is two or more.
  • the present invention provides a liquid crystal display element having a plurality of columnar spacers on one of a pair of substrates such as a color filter substrate and an array substrate, and a method for producing the same. Useful for the method.
  • Liquid crystal display element Color filter substrate (one of a pair of substrates) 2a Edge (step) 3 Array substrate (the other of a pair of substrates) 4 Columnar spacer 5 Height adjustment part 6 Hemisphere (protrusion) 12 hemispherical recess 101 exposure mask 106 square pyramid (protrusion) 201 Dry film resist 202 Protective film 203 Concave portion 206 Triangular pyramid (protrusion) 306 Toroidal body (projection)

Abstract

【課題】液晶表示素子において、簡単な構成で一対の基板間のギャップを一定に保って表示むらを防ぐ。 【解決手段】液晶表示素子１におけるカラーフィルタ基板２に、基板間のギャップＧを均一に保つ複数の柱状スペーサ４を設ける。この柱状スペーサ４における他方のアレイ基板３と当接する先端に、この先端以外の部分と比べ、一対の基板２，３を貼り合わせたときに変形しやすい高さ調整部５を設ける。

Description

液晶表示素子及びその製造方法
　本発明は、一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子及びその製造方法に関するものである。
　従来より、液晶表示素子では、一対のガラス基板のギャップを一定に保って貼り合わせ、その間に液晶材を充填させ、その液晶材に電気信号を印加することにより表示機能を果たしている。このギャップを一定に保つために、プラスチックビーズ等のギャップ材を用いることが知られている。
　近年、このギャップ材の代わりに柱状スペーサが用いられている。柱状スペーサは、フォトスペーサとも呼ばれ、着色層を重ねて形成したり、感光性ポリイミド、感光性アクリル樹脂、感光性着色樹脂などの専用の材料で形成したりすることが知られている。
　上記ギャップは、一対の基板を支持する柱状スペーサの高さに依存し、この高さにばらつきがあると、そのままギャップのばらつきとなって、表示品位を悪化させることが知られている。
　そこで、例えば特許文献１のように、二枚の基板のいずれか一方の基板上にセルギャップを一定に保持するための柱状スペーサを有する画像表示装置において、二枚の基板の貼り合わせ前において、縁辺部の柱状スペーサの断面積又は／及び配置間隔を、画素部の柱状スペーサの断面積又は／及び配置間隔と異なる値とする柱状スペーサを形成し、貼り合わせ後の画素部の中央領域と画素部の端部領域とのセルギャップを均一化した液晶表示素子は知られている。
特開２００４－１９８８４７号公報
　しかしながら、従来の液晶表示素子において、例えば、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーによる製法では、感光性樹脂を基板に塗布する際に塗布むらが発生し、複数の柱状スペーサ間で高さの相違が発生する。また、柱状スペーサの下地の厚さが異なることにより、複数の柱状スペーサ間で高さの相違が発生する。
　上記特許文献１では、画素部と縁辺部との境界部におけるギャップ差異を断面積や配置間隔で調整するようにしているが、依然として、同じ画素部にある複数の柱状スペーサ間又は同じ縁辺部にある複数の柱状スペーサ間で高さにばらつきがある場合には、ギャップを一定に保つことはできない。
　このように複数の柱状スペーサ間で高さの相違が発生すると、依然として液晶表示素子に表示むらが生じるという問題があった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で一対の基板間のギャップを一定に保って表示むらを防ぐことにある。
　上記の目的を達成するために、この発明では、柱状スペーサの先端に高さ調整部を設けた。
　具体的には、第１又は第２の発明では、一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子を前提とする。
　上記柱状スペーサは、一対の基板の他方と当接する先端に、上記一対の基板を貼り合わせたときに、上記柱状スペーサにおける他の部分と比べて変形しやすい高さ調整部を備え、
　又は、上記柱状スペーサは、一対の基板の他方と当接する先端に高さ調整部を備え、
　上記一対の基板を貼り合わせたときに、上記高さ調整部が変形することにより、上記ギャップが均一に保たれている。
　これらの構成によると、一対の基板の一方に設けた複数の柱状スペーサ間で高さに相違があっても、他の柱状スペーサに比べて高い柱状スペーサの先端に形成した高さ調整部が、一対の基板を貼り合わせたときに、最初に他方の基板と当接して容易に変形する。このため、複数の柱状スペーサ間での高さの相違が緩和され、一対の基板間のギャップが均一化される。
　第３の発明では、第１又は第２の発明において、
　上記一対の基板のいずれか一方の表面の下地には、段差が形成され、
　上記段差の高い方の領域に設けた柱状スペーサの上記高さ調整部の変形量は、
　上記段差の低い方の領域に設けた柱状スペーサの上記高さ調整部の変形量よりも大きい。
　上記の構成によると、一対の基板の一方の下地に段差が形成されていることにより、段差の高い方の領域に設けた柱状スペーサの高さが、段差の低い方の領域に設けた柱状スペーサの高さよりも高くなっていても、一対の基板を貼り合わせるときに、高さの高い柱状スペーサの先端に設けた高さ調整部が、最初に他方の基板と当接して変形し、段差の低い方の領域に設けた柱状スペーサの高さとほぼ等しくなる。このため、複数の柱状スペーサ間での高さの相違が緩和され、一対の基板間のギャップが均一化される。
　第４の発明では、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、
　上記高さ調整部の高さは、０よりも大きくかつ１．０μｍ以下であり、
　上記高さ調整部の幅は、０よりも大きく上記柱状スペーサの先端幅の１／２以下である。
　すなわち、高さ調整部の高さが１．０μｍよりも大きかったり、幅が柱状スペーサの先端幅の１／２よりも大きかったりすると、高さ調整部の剛性と、柱状スペーサの先端面の剛性との差が小さくなってギャップの均一化を行いにくくなるが、上記の構成によると、最低限の高さと幅に保たれた高さ調整部の剛性と、柱状スペーサの先端面の剛性との差が適度に保たれるので、必要以上に柱状スペーサをつぶしてしまうこともなく、高さ調整が容易である。
　第５の発明では、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、
　上記高さ調整部は、上記柱状スペーサの先端から突出する複数の突起である。
　上記の構成によると、高さ調整部を柱状スペーサの先端よりも断面積の小さい複数の突起で構成することで、複数の突起が、柱状スペーサの他の部分よりも変形しやすくなり、柱状スペーサの高さの均一化に貢献する。
　第６の発明では、第５の発明において、
　上記複数の突起は、半球体である。
　上記の構成によると、半球体なので、ドライフィルムレジスト方式、印刷成形等により成形が容易である。
　第７の発明では、第５の発明において、
　上記複数の突起は、柱体である。
　上記の構成によると、断面積の増減が少ないので、フォトリソグラフィーによる成形にも適している。
　第８の発明では、第５の発明において、
　上記複数の突起は、錐体である。
　上記の構成によると、半球体や柱体に比べて先端が尖っているので、小さな力で変形しやすい、最適な高さ調整部が得られる。
　第９の発明では、第５の発明において、
　上記複数の突起は、環状体である。
　上記の構成によると、フォトリソグラフィーでも成形可能な簡単な構成で変形しやすい高さ調整部が得られる。
　第１０の発明では、一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子を製造する方法を前提とし、
　上記製造方法は、
　上記一対の基板の他方と当接する先端に高さ調整部を備える柱状スペーサを用意し、
　上記柱状スペーサを設けた基板を上記一対の基板の他方に、上記高さ調整部を変形させながら貼り合わせることにより、上記ギャップを均一に保つ構成とする。
　上記の構成によると、一対の基板の一方に設けた柱状スペーサ間で高さに相違があっても、周囲の柱状スペーサよりも高い柱状スペーサの先端に設けた高さ調整部が一対の基板を貼り合わせたときに、最初に他方の基板と当接して変形し、他の柱状スペーサと同等の高さになるまで変形するので、一対の基板間のギャップが均一化される。
　第１１の発明では、第１０の発明において、
　フォトリソグラフィーの露光工程において、柱状スペーサをネガ型感光レジストで形成する場合、露光マスクの上記高さ調整部に対応する部分を遮光膜のない状態とし、残りの上記柱状スペーサに対応する部分を半透過膜又は完全透過膜として上記高さ調整部を有する上記柱状スペーサを形成する。
　上記の構成によると、透過率に差を設けて感光光量を部分的に調整することにより、容易に高さ調整部を柱状スペーサの先端から突出させることができる。また、ポジ型感光レジストを用いる場合はマスクにおける完全透過膜と完全遮光膜が逆になる。
　第１２の発明では、第１０の発明において、
　上記高さ調整部を、ドライフィルムレジストの保護フィルムに予め複数の凹部を形成することで形成する。
　上記の構成によると、保護フィルムにおける高さ調整部に対応する部分に予め複数の凹部を設けるだけで、露光マスクの高さ調整部に対応する部分に細工を施すことなく、簡単に好みの形状の高さ調整部を適切な位置に確実に形成することができる。
　第１３の発明では、第１０の発明において、
　印刷版における上記柱状スペーサの先端に対応する部分に予め複数の凹部を形成することで、上記高さ調整部を有する上記柱状スペーサを形成する。
　上記の構成によると、予め印刷版の高さ調整部に対応する位置に複数の凹部を形成するだけでよいので、好みの形状の高さ調整部を容易に形成することができる。
　以上説明したように、本発明によれば、柱状スペーサに高さ調整部を設け、この高さ調整部を一対の基板を貼り合わせたときに変形させるようにしたことにより、簡単な構成で一対の基板間のギャップを一定に保って表示むらを防ぐことができる。
本発明の実施形態にかかる一対の基板を貼り合わせる工程を示す液晶表示素子の一部拡大断面図であり、（ａ）が貼り合わせ前を示し、（ｂ）が貼り合わせ後を示す。 （ａ）が高さ調整部を有する柱状スペーサ及びその周辺を拡大して示す断面図であり、（ｂ）が柱状スペーサの平面図である。 液晶表示素子の縁辺部及びその周辺を示す図１相当図である。 印刷方式で高さ調整部を形成するその他の実施形態を示し、（ａ）が印刷版の断面図であり、（ｂ）が柱状スペーサ及びその周辺の断面図である。 （ａ）が柱状スペーサ上に高さ調整部を形成するためのマスク形状を示す平面図であり、（ｂ）が柱状スペーサの平面図である。 （ａ）は、図５（ａ）のVIa－VIa線断面図であり、（ｂ）は、図５（ｂ）のVIb－VIb線断面図である。 感光レジストで高さ調整部を形成するその他の実施形態にかかる断面図である。 その他の実施形態にかかる図２相当図である。 その他の実施形態にかかる図２相当図である。 その他の実施形態にかかる図２相当図であり、（ａ）は、（ｂ）のＸａ－Ｘａ線断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の実施形態の液晶表示素子１を示し、この液晶表示素子１は、一対の基板２，３を備えている。例えば、一対の基板２，３は、カラーフィルタ基板２とアレイ基板３とからなり、カラーフィルタ基板２側に、これら一対の基板２，３間のギャップＧを均一に保つ複数の柱状スペーサ４が設けられている。そして、この柱状スペーサ４で均一に保たれたギャップＧに液晶材（図示せず）が封入されている。
　そして、本実施形態の特徴として、柱状スペーサ４は、円錐台形状であり、アレイ基板３と当接する先端に高さ調整部５を備えている。柱状スペーサ形状についてはその他四角柱、円柱など上底に高さ調整部を形成できるものであればよい。柱状スペーサ４は、着色層を重ねて形成されたり、感光性ポリイミド、感光性アクリル樹脂、感光性着色樹脂などの専用材料で、フォトリソグラフィー、ドライフィルムレジスト、印刷等により成形されたりし、例えば、その高さは、３～１０μmで、幅は１０～５０μmである。
　具体的には、図２に拡大して示すように、高さ調整部５は、柱状スペーサ４における円錐台の先端の平坦面４ａに設けた複数の（本実施形態では２つの）突起よりなり、この突起は、半球体６よりなる。例えば、この半球体６の高さｈは、０よりも大きくかつ１．０μｍ以下であり（０＜ｈ≦１．０μｍ）、半球体６の幅ｗ１（外径）は、０よりも大きく柱状スペーサ４の先端幅ｗ２の１／２以下である（０＜ｗ１≦ｗ２／２）。この半球体６を設けることで、高さ調整部５は、円錐台部分に比べて断面積が減少して円錐台部分と比べて剛性が低くなり、一対の基板２，３を貼り合わせたときに変形しやすくなっている。そして、周囲に比べて出っ張った高さ調整部５が変形することにより、一対の基板２，３間のギャップＧが均一に保たれている。
　また、図３に示すように、カラーフィルタ基板２の表面の下地は、その周縁部（縁辺部２ａであり、図３に領域Ｂで示す）において、その内側の画素部２ｂ（図３に領域Ａで示す）に比べて高く、縁辺部２ａ表面と画素部２ｂ表面との間で、段差が形成されている。結果として、縁辺部２ａに設けた柱状スペーサ４の高さは、画素部２ｂに設けた柱状スペーサ４の高さよりも高くなっている。例えば、段差は、高さ１．０μｍよりも小さいものとする。縁辺部２ａに設けた柱状スペーサ４における高さ調整部５の変形量が、画素部２ｂに設けた柱状スペーサ４の高さ調整部５の変形量よりも大きくなっていることで、一対の基板２，３間のギャップＧが均一に保たれている。
　　－液晶表示素子の製造方法－
　次に、本実施形態にかかる液晶表示素子１の製造方法について説明する。
　まず、カラーフィルタ基板２に複数の柱状スペーサ４を形成する。本実施形態では、例えば、印刷法で柱状スペーサ４及び高さ調整部５を形成する。
　印刷法としては、スクリーン印刷、フレキソ印刷等の方法があるが、例えば、図４（ａ）に示すように、印刷版１０における柱状スペーサ４の部分に、円錐台に対応する本体凹部１１を形成すると共に、その先端の平坦面４ａに対応する部分に、予め複数の半球状凹部１２を形成しておく。
　そして、カラーフィルタ基板２上に印刷版１０を用いてスクリーン印刷又はフレキソ印刷を行う。印刷部分が硬化後、上記本体凹部１１及び半球状凹部１２に対応する部分において、図４（ｂ）に示すような平坦面４ａから複数の半球体６が突出した柱状スペーサ４が得られる。
　このように、予め印刷版１０の高さ調整部５に対応する位置に複数の半球状凹部１２を形成するだけでよいので、好みの形状の高さ調整部５を容易に形成することができる。また、本実施形態では、複数の突起は、半球体６であるので、成形が容易である。
　そして、図１（ａ）及び図３（ａ）に示すように、先端に高さ調整部５を備える柱状スペーサ４が形成されたカラーフィルタ基板２を圧力を加えながら、アレイ基板３に貼り合わせる。
　すると、縁辺部２ａに設けた柱状スペーサ４の高さは、画素部２ｂに設けた柱状スペーサ４の高さよりも高くなっている。このため、一対の基板２，３を貼り合わせるときに、縁辺部２ａに設けた柱状スペーサ４の高さ調整部５が、最初にアレイ基板３と当接する。すると、半球体６は円錐台部分よりも剛性が低いので、押しつぶされて変形する。このとき、画素部２ｂに設けた柱状スペーサ４の高さ調整部５よりも大きく変形する。しかも、同じ縁辺部２ａにある柱状スペーサ４同士や、同じ画素部２ｂにある柱状スペーサ４同士で高さに相違があっても、高い柱状スペーサ４の先端の高さ調整部５が、先にアレイ基板３の表面に当接して変形する。そして、一対の基板２，３をさらに押圧し、他の柱状スペーサ４よりも出っ張った半球体６を、全体の柱状スペーサ４の高さが均一化されるまで順々に押しつぶしていく。このことで、一対の基板２，３間のギャップＧが均一に保たれる。
　このとき、高さ調整部５の高さを、０よりも大きくかつ１．０μｍ以下で、かつ高さ調整部５の幅ｗ１を０よりも大きく柱状スペーサ４の先端幅ｗ２の１／２以下としたことにより（０＜ｗ１≦ｗ２／２）、最低限の高さと幅に保たれた高さ調整部５の剛性と、柱状スペーサ４の先端面４ａの剛性との差が適度に保たれるので、高さ調整が容易である。
　そして、この均一にされたギャップＧに液晶材を充填する。
　したがって、本実施形態にかかる液晶表示素子１によると、柱状スペーサ４に高さ調整部５を設け、この高さ調整部５を一対の基板２，３を貼り合わせたときに変形させるようにしたことにより、簡単な構成で一対の基板２，３間のギャップＧを一定に保って表示むらを防ぐことができる。
　　－実施形態の変形例１－
　図５及び図６は、本実施形態の変形例１にかかる液晶表示素子１を形成するための露光工程を示し、高さ調整部５の成形方法が異なる点で上記実施形態と異なる。なお、以下の各変形例では、図１～図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
　ネガ型感光レジストにより柱状スペーサをフォトリソグラフィーにより形成する場合、その露光工程において、露光マスク１０１の上記高さ調整部５に対応する部分１０２を遮光膜のない状態とし、残りの上記柱状スペーサ４に対応する部分１０３を半透過膜又は完全透過膜として高さ調整部５を有する柱状スペーサ４を形成する。
　このように、露光マスク１０１において、透過率に差を設けて感光光量を部分的に調整することにより、容易に高さ調整部５を柱状スペーサ４の先端から突出させることができる。
　　－実施形態の変形例２－
　図７は本発明の実施形態の変形例２にかかる液晶表示素子１を形成するためのドライフィルムレジスト２０１の断面を示す。
　本変形例では、ドライフィルムレジスト２０１によって、柱状スペーサ４と高さ調整部５とを形成する。具体的には、例えば、ドライフィルムレジスト２０１の保護フィルム２０２に予め複数の凹部２０３を等間隔に配置することで形成する。なお、ドライフィルムレジスト２０１は、支持フィルム２０４に支持されている。
　このように、保護フィルムにおける高さ調整部５に対応する部分に予め複数の凹部２０３を設けておけば、上記変形例１のように露光マスク１０１側に高さ調整部５を形成するために細工をすることなく、柱状スペーサ４部分を露光させるだけで、簡単に好みの形状の高さ調整部５を適切な位置に確実に形成することができる。
　本変形例でも、複数の突起を半球体６としているので、成形が容易である。
　（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
　すなわち、上記実施形態では、角柱状スペーサ４に設ける複数の突起は、２つの半球体６としたが、その個数は限定されない。また、図８に示すように、複数の突起を、例えば、４つの四角錐１０６としてもよく、図９に示すように、４つの三角錐２０６としてもよい。このように複数の突起を、四角錐１０６、三角錐２０６、円錐等の錐体とする場合には、半球体６や柱体に比べて先端が尖っているので、小さな力で変形しやすく、最適な高さ調整部５が得られる。なお、いずれの形状でも、突起の高さを、０よりも大きくかつ１．０μｍ以下で、かつ幅を０よりも大きく柱状スペーサ４の先端幅の１／２以下とすればよい。
　図１０に示すように、複数の突起を、中心の半球体６と、それを囲む環状体３０６としてもよい。この半球体６を小さな環状体３０６としてもよい。この場合には、フォトリソグラフィーでも成形可能な簡単な構成で変形しやすい高さ調整部５が得られる。
　特に図示しないが、複数の突起を柱体としてもよい。この場合には、断面積の増減が少ないので、フォトリソグラフィーによる成形に適している。
　以上のように複数の突起の形状は特に限定されず、その個数も２個以上であれば、特に限定されない。
　なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
　以上説明したように、本発明は、カラーフィルタ基板及びアレイ基板等の一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子及びその製造方法について有用である。
　　１　　　液晶表示素子
　　２　　　カラーフィルタ基板（一対の基板の一方）
　　２ａ　　縁辺部（段差）
　　３　　　アレイ基板（一対の基板の他方）
　　４　　　柱状スペーサ
　　５　　　高さ調整部
　　６　　　半球体（突起）
　１２　　　半球状凹部
１０１　　　露光マスク
１０６　　　四角錐（突起）
２０１　　　ドライフィルムレジスト
２０２　　　保護フィルム
２０３　　　凹部
２０６　　　三角錐（突起）
３０６　　　環状体（突起）

Claims (13)

  1. 　一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子において、
    　上記柱状スペーサは、一対の基板の他方と当接する先端に、上記一対の基板を貼り合わせたときに、上記柱状スペーサにおける他の部分と比べて変形しやすい高さ調整部を備えている
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  2. 　一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子において、
    　上記柱状スペーサは、上記一対の基板の他方と当接する先端に高さ調整部を備え、
    　上記一対の基板を貼り合わせたときに、上記高さ調整部が変形することにより、上記ギャップが均一に保たれている
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  3. 　請求項１又は２に記載の液晶表示素子において、
    　上記一対の基板のいずれか一方の表面の下地には、段差が形成され、
    　上記段差の高い方の領域に設けた柱状スペーサの上記高さ調整部の変形量は、
    　上記段差の低い方の領域に設けた柱状スペーサの上記高さ調整部の変形量よりも大きい
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液晶表示素子において、
    　上記高さ調整部の高さは、０よりも大きくかつ１．０μｍ以下であり、
    　上記高さ調整部の幅は、０よりも大きく上記柱状スペーサの先端幅の１／２以下である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１つに記載の液晶表示素子において、
    　上記高さ調整部は、上記柱状スペーサの先端から突出する複数の突起である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  6. 　請求項５に記載の液晶表示素子において、
    　上記複数の突起は、半球体である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  7. 　請求項５に記載の液晶表示素子において、
    　上記複数の突起は、柱体である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  8. 　請求項５に記載の液晶表示素子において、
    　上記複数の突起は、錐体である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  9. 　請求項５に記載の液晶表示素子において、
    　上記複数の突起は、環状体である
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  10. 　一対の基板のいずれか一方に該一対の基板間のギャップを均一に保つ複数の柱状スペーサを備えた液晶表示素子を製造する方法において、
    　上記一対の基板の他方と当接する先端に高さ調整部を備える柱状スペーサを用意し、
    　上記柱状スペーサを設けた基板を上記一対の基板の他方に、上記高さ調整部を変形させながら貼り合わせることにより、上記ギャップを均一に保つ
    ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
  11. 　請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法において、
    　フォトリソグラフィーの露光工程において、露光マスクの上記高さ調整部に対応する部分を遮光膜のない状態とし、残りの上記柱状スペーサに対応する部分を半透過膜又は完全透過膜として上記高さ調整部を有する上記柱状スペーサを形成する
    ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
  12. 　請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法において、
    　上記高さ調整部を、ドライフィルムレジストの保護フィルムに予め複数の凹部を形成することで形成する
    ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
  13. 　請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法において、
    　印刷版における上記柱状スペーサの先端に対応する部分に予め複数の凹部を形成することで、上記高さ調整部を有する上記柱状スペーサを形成する
    ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
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