(57)【要約】【課題】ＣＯＡ型にできかつ球状スペーサが表示領域へ転動することによる画質の劣化を防止する。【解決手段】絶縁膜２８は、補助容量線２３に対応した凹部２４ａを有し、球状スペーサ３２は、凹部２４ａに配置されている。これにより、球状スペーサ３２が転動し、配線のない領域つまり表示領域に進入するのを防止でき、もって、画質の劣化を防止することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された配線と、
前記配線を被覆する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された画素電極と、
前記絶縁基板に対向して配置された対向基板と、
前記絶縁基板と前記対向基板との間に介在する球状スペーサと、
前記絶縁基板と前記対向基板に挟持された液晶層と、を備え、
前記絶縁膜は、前記配線に対応した凹部を有し、
前記球状スペーサは、前記凹部に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
さらに、前記絶縁基板上に着色層を有し、
前記絶縁膜は、前記着色層を被覆し、
前記着色層を有しない、若しくは薄く形成することにより前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、透明なアクリル樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記配線は、補助容量線であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記着色層の厚みから前記配線の厚みを引いた値は、前記球状スペーサの直径の１０分の１より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記球状スペーサは、インクジェット工法により配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯＡ型にできかつ球状スペーサが表示領域へ転動することによる画質劣化の防止を図れる液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、アレイ基板と対向基板の間に挟持される液晶層の厚み（以下、「ギャップ」という）を均一化するため、アクリル樹脂などからなる球（以下、「球状スペーサ」という）を用いた液晶表示装置が実用化されている。球状スペーサを配置する方法として、生産性、正確性の面から、インクジェット工法が検討されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
インクジェット工法では、複数のノズル孔を一列に並べたノズルヘッドが、アレイ基板に対して一定の距離ずつ移動しながら、所定の箇所（アレイ基板に形成された補助容量線の上など）に、球状スペーサを含む分散液を吐出する。分散液が蒸発すると、当該箇所に球状スペーサが配置されることとなる。
【０００４】
球状スペーサは球であり、また、分散液の表面張力により、分散液が広がるにしたがって、分散液に引っ張られるため、球状スペーサは転動しやすいという特徴がある。そのため、球状スペーサが、配置された場所から転動し、補助容量線などの配線のない領域つまり表示領域に進入し、画質を劣化させるという問題があった。また、表示領域は、配線がないため低くなっており、表示領域に進入した球状スペーサは、ギャップの均一化に寄与しないあるいは寄与が小さくなるという欠点があった。
【０００５】
この問題を解決すべく、アレイ基板などに段差を設け、球状スペーサの転動を抑制する技術が検討されている（特許文献２を参照）。段差は、アレイ基板上の走査線または信号線等の配線、または、ブラックマトリクス上での着色層（カラーフィルタともいう）間の凹部などを利用して設けられる。
【特許文献１】特開２００４−１４５１０１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４３７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の段差は、既に形成されている配線やブラックマトリクスを利用するものであり、球状スペーサが配置される非表示領域に意図的に段差を形成できない。また、この技術は、各着色層をブラックマトリクスで囲わないカラーフィルタ・オン・アレイ型（以下、ＣＯＡ型という）液晶表示装置には適用できないという欠点があった。
【０００７】
ＣＯＡ型液晶表示装置のように、アレイ基板に着色層を設けることは、アレイ基板と対向基板を組みあわせる際のずれを考慮しないで良く、かつ、開口率（表示領域の面積の比率）を向上させるのに有用な技術である。したがい、球状スペーサが表示領域に転動するのを抑制できるＣＯＡ型液晶表示装置が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＣＯＡ型にできかつ球状スペーサが表示領域へ転動することによる画質劣化の防止を図った液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された配線と、前記配線を被覆する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された画素電極と、前記絶縁基板に対向して配置された対向基板と、前記絶縁基板と前記対向基板との間に介在する球状スペーサと、前記絶縁基板と前記対向基板に挟持された液晶層と、を備え、前記絶縁膜は、前記配線に対応した凹部を有し、前記球状スペーサは、前記凹部に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、絶縁膜は、配線に対応した凹部を有し、球状スペーサは、凹部に配置されていることで、球状スペーサが転動し、配線のない領域つまり表示領域に進入するのを防止でき、もって、画質の劣化を防止することができる。
【００１１】
本発明の液晶表示装置は、例えば、さらに、前記絶縁基板上に着色層を有し、前記絶縁膜は、前記着色層を被覆し、前記着色層を部分的に有しない、若しくは薄く形成することにより前記凹部が形成される。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、さらに、絶縁基板上に着色層を有する液晶表示装置つまりＣＯＡ型液晶表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液晶表示装置によれば、ＣＯＡ型にできかつ球状スペーサが表示領域へ転動することによる画質の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態を図面を参照し説明する。ここでは、ＣＯＡ型液晶表示装置を例に説明する。また、説明において、同一部分は同一符号で示すこととする。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿って切断してできた断面を概略的に示す拡大断面図である。また、図３は、図２の破線部Ｒを対向基板１１側から見た様子を示す拡大平面図である。図２は、概略的なものであり、例えば、図２、３では、球状スペーサ３２の位置が相違する。
【００１６】
液晶表示装置は、表示領域１２を有するアレイ基板１０と、アレイ基板１０に所定の間隔をもって対向配置された対向基板１１と、表示領域１２を駆動する図示しない集積回路とを備える。アレイ基板１０の下面には、光源となるバックライトユニット１３が配置される。バックライトユニット１３は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等を備えてなるものである。
【００１７】
アレイ基板１０は、絶縁性を有するガラス等からなる透明な絶縁基板２０ａと、絶縁基板２０ａの上に形成された多層薄膜２１と、図示しない配向膜を備えている。絶縁基板２０ａの上には、図３に示す複数本の信号線２２及び図示しない走査線が、多層薄膜２１を介して格子状に配置されている。また、各走査線に沿って補助容量線２３が配列され、補助容量線２３と信号線２２がなすマス目上の画素開口にほぼ対応するように、Indium-Tin-Oxide（以下、「ＩＴＯ」という）等の透明な導電材料からなる画素電極２４が配設される。
【００１８】
表示領域１２は、全ての画素電極２４により構成される領域をいう。
【００１９】
補助容量線２３は、画素電極２４の電位を保持するために、補助容量線２３と画素電極２４とで静電容量（一般的には補助容量という）を形成するためのものである。
【００２０】
走査線及び信号線２２の各交点の近傍には、画素電極２４を制御するためのスイッチング素子２６が形成される。
【００２１】
スイッチング素子２６上に、多層薄膜２１の一部である有機絶縁膜２５が形成される。  その際、まず、スイッチング素子２６が形成された絶縁基板２０ａの上に、例えば、緑色のレジスト液がスピンナ塗布され、約９０℃でプリベークされる。
【００２２】
次に、補助容量線２３の上を除く所定の位置にマスクパターンが配され、１５０ｍＪ／平方ｃｍの強度の紫外線による露光がなされる。次に、重量比で約０．１％のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いて約４０秒間現像がなされる。
【００２３】
次に、絶縁基板２０ａは、水洗いされ、約２００℃で１時間ほどポストベークされる。こうして、着色層２５ａが、例えば、緑の着色層として形成される。マスクパターンは、補助容量線２３の上に配していないので、着色層２５ａは、補助容量線２３の上には形成されない。
【００２４】
その後、同様に、着色層２５ｂ、着色層２５ｃが、例えば、青の着色層、赤の着色層として形成される。これらの着色層も、マスクパターンの配置により、補助容量線２３の上には形成されない。
【００２５】
なお、実際には、着色層を補助容量線２３に対し、例えば４μｍほど重ねるのが好ましい。これは、着色層と補助容量線２３に間隙ができて、光が間隙を抜けないようにするためである。
【００２６】
各着色層の上には、着色層の工程と同様な工程により、例えば透明なアクリル樹脂からなる絶縁膜２８が形成されている。絶縁膜２８は、補助容量線２３の上にも形成されている。
【００２７】
各着色層に隣接する補助容量線２３の部分の上にある絶縁膜２８が部分的に除去されてコンタクトホール２７が形成される。
【００２８】
各コンタクトホール２７の周囲における絶縁膜２８の上に画素電極２４が形成される。
【００２９】
ここでは、例えば、スパッタリングによりＩＴＯが堆積され、ＩＴＯがパターニングされ、画素電極２４が形成される。
【００３０】
画素電極２４は、コンタクトホール２７を介し、スイッチング素子２６と電気的に接続される。
【００３１】
ここで、スイッチング素子２６は、ゲート電極２６ａ、ソース電極２６ｂ、ドレイン電極２６ｃから構成される薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）を用いる。ゲート電極２６ａは走査線と電気的に接続される。ソース電極２６ｂは信号線２２と電気的に接続される。ドレイン電極２６ｃは、コンタクトホール２７を介し、画素電極２４と電気的に接続される。
【００３２】
画素電極２４により構成される表示領域１２を囲むように、光を遮光するためのブラックマトリクス層（以下、「ＢＭ層」という）３１が形成される。ＢＭ層３１は、着色層の工程と同様な工程により、黒色樹脂を用いて形成される。
【００３３】
次に、絶縁基板２０ａの上に、例えば、ポリイミドからなる配向膜材料が塗布され、配向膜材料に対して配向処理がなされ、こうして配向膜（図示せず）が形成される。アレイ基板１０は、この配向膜形成後において、絶縁基板２０ａおよびその上に形成されたものの総称である。
【００３４】
アレイ基板１０の上には、インクジェット工法により、必要数の球状スペーサ３２が配される。球状スペーサ３２は、樹脂（透明なポリスチレン樹脂など）からなる球であり、球の直径は、例えば３〜６μmである。
【００３５】
対向基板１１は、絶縁性を有するガラス等からなる透明な絶縁基板２０ｂを有し、アレイ基板１０と対向して配置される。また、対向基板１１は、液晶層３０側にＩＴＯからなる透明電極３３と図示しない配向膜を有する。透明電極３３は、例えば、スパッタリングにより堆積されたＩＴＯをパターニングして形成される。また、絶縁基板２０ｂの全面に、例えば、ポリイミドからなる配向膜材料が塗布され、配向膜材料に対して配向処理がなされ、こうして配向膜が形成される。対向基板１１は、この配向膜形成後において、絶縁基板２０ｂおよびその上に形成されたものの総称である。
【００３６】
対向基板１１におけるＢＭ層３１を囲む額縁領域の一部を液晶注入口（図示せず）として残し、液晶注入口以外の額縁領域にシール材２９が塗布される。その後、対向基板１１は、シール材２９によりアレイ基板１０と貼り合わせられる。アレイ基板１０と対向基板１１は、枚葉方式の封着治具に装着され、排気され更に約１７０℃の硬化温度で３０分ほど焼成される。アレイ基板１０と対向基板１１間の距離は、球状スペーサ３２により、均一化される。
【００３７】
この状態のアレイ基板１０と対向基板１１は、セルと称される。セルが得られると、セルの中つまりアレイ基板１０と対向基板１１の間が真空状態とされ、液晶注入口から、例えば、カイラル剤を添加したネマティック液晶材料が注入される。その後、液晶注入口は、紫外線硬化樹脂などの封止材（図示せず）により塞がれ、封止材は紫外線により硬化される。
【００３８】
こうして、アレイ基板１０と対向基板１１の間に液晶層３０が挟持される。ギャップ（液晶層の厚み）は、球状スペーサ３２により、均一化される。
【００３９】
アレイ基板１０の液晶層３０側と反対の面には、図示しない偏光板が配設される。同様に、対向基板１１の液晶層３０側と反対の面にも、図示しない偏光板が配設される。
【００４０】
本実施の形態に係る液晶表示装置では、各走査線に与えられた走査信号により各ＴＦＴ２６がオンオフし、液晶層が光を遮断または透過させる。また、各信号線２２に与えられた映像信号がＴＦＴ２６を介して画素電極２４に与えられ、これにより、透過する光の強度が映像信号に応じたものとなる。こうして、各画素電極の領域が個別に点灯し、液晶表示装置は画像を表示する。
【００４１】
前述の、球状スペーサ３２をインクジェット工法により配置する方法について説明する。
【００４２】
インクジェット工法で用いるインクジェット装置には、横梁状のノズルヘッドが備えられており、ノズルヘッドの下面には一定の間隔でノズル孔が配列されている。ノズルヘッドは、アレイ基板１０の信号線２２または走査線の方向に沿って一定の距離ずつ移動し、移動しながら、球状スペーサ３２を含む分散液３２ａを吐出する。分散液３２ａは、後に蒸発する。
【００４３】
また、ノズルヘッドは、信号線２２または走査線の方向からアレイ基板１０の基板面と平行に任意の角度に傾斜させることができ、このように傾斜した状態で、アレイ基板１０上を一定の距離ずつ移動することで、アレイ基板１０の上に球状スペーサ３２を配置することができる。
【００４４】
ここで、球状スペーサ３２の配置について説明する。
【００４５】
図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿って切断してできた断面を示す拡大断面図である。
【００４６】
着色層２５ｃは、補助容量線２３の上を除いて形成されている。図示しないが、着色層２５ａ、２５ｂも同様である。着色層２５ｃ等の厚みは、例えば、３μｍである。補助容量線２３を厚みは、例えば、０．１μｍである。
【００４７】
よって、絶縁膜２８の厚みが均一であっても、絶縁膜２８の上面には高低差が生じる。つまり、絶縁膜２８の上面は、補助容量線２３に対応する部分だけが、低くなっており、その絶縁膜２８の凹部２４ａに配置されている。
【００４８】
凹部２４ａの深さは、着色層２５ｃ等の厚みから補助容量線２３の厚みを引いた値にほぼ等しく、例えば、ほぼ３μｍである。
【００４９】
凹部２４ａが深いほど、つまり、着色層２５ｃ等の厚みから補助容量線２３の厚みを引いた値が大きいほど、球状スペーサ３２の転動を抑制する効果が大きい。
【００５０】
しかし、実際には、値が直径の１０分の１より大きければ、球状スペーサ３２の転動を抑制するのに十分である。
【００５１】
ＣＯＡ型液晶表示装置においては、そもそも、開口率を高めるため、非表示領域を狭くしている。つまり、ＣＯＡ型液晶表示装置においては、ＣＯＡ型以外の液晶表示装置と比べ、球状スペーサ３２を配置できる領域が少なくなっている。
【００５２】
具体的には、補助容量線２３の上で、かつ、均一なギャップを維持するためには、球状スペーサ３２をコンタクトホール２７以外の場所に配置する必要がある。さらに、球状スペーサ３２は、補助容量線２３、信号線２２等の配線のない領域つまり表示領域に転動してしまうと、液晶の配向を乱すため、周囲で光漏れが生じ、画質の劣化につながる。
【００５３】
その点、本実施の形態においては、球状スペーサ３２が、補助容量線２３に対応した凹部２４ａに配置されているので、球状スペーサ３２は、凹部２４ａに留まり、表示領域に転動しない。よって、周囲での光漏れと、光漏れによる画質の劣化を防止することができる。
【００５４】
また、表示領域は、球状スペーサ３２が配置される凹部２４ａより高くなっているが、上記のように、球状スペーサ３２は、その表示領域には転動しないので、ギャップを均一化することができる。
【００５５】
したがって、本実施の形態に係る液晶表示装置によれば、絶縁基板２０ａと、絶縁基板２０ａ上に形成された信号線２２、補助容量線２３等の配線と、配線を被覆する絶縁膜２８と、絶縁膜２８上に形成された画素電極２４と、絶縁基板２０ａに対向して配置された対向基板１１と、絶縁基板２０ａと対向基板１１との間に介在する球状スペーサ３２と、絶縁基板２０ａと対向基板１１に挟持された液晶層３０と、を備え、絶縁膜２８は、補助容量線２３に対応した凹部２４ａを有し、球状スペーサ３２は、凹部２４ａに配置されていることで、球状スペーサ３２が転動し、配線のない領域つまり表示領域に進入するのを防止でき、もって、画質の劣化を防止することができる。
【００５６】
また、球状スペーサ３２は、凹部２４ａに留まるので、ギャップの均一化を図れるのは勿論である。
【００５７】
また、着色層２５ｃ等の厚みから補助容量線２３の厚みを引いた値を、球状スペーサ３２の直径の１０分の１より大きくすることで、凹部２４ａが十分に深くなり、球状スペーサ３２の転動を確実に抑制することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、凹部２４ａの位置が補助容量線２３に位置に対応しているが、凹部２４ａの位置を他の配線（走査線など）の位置に対応させてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、凹部２４ａを、その下に着色層を設けないことにより形成したが、凹部２４ａを、その下の着色層を薄く形成することにより形成してもよい。
【００６０】
着色層を薄くすること並びに薄い部分の着色層における厚みの調整は、上記のマスクパターンを補助容量線２３の上にも配し、そのマスクパターンの濃淡と、紫外線による露光量を調整することで行うことができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、絶縁膜２８が、透明なアクリル樹脂からなるとしたが、他の材料を用いても勿論よい。
【００６２】
また、球状スペーサ３２をインクジェット工法により配置したが、他の工法により球状スペーサ３２を配置してもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、ＣＯＡ型液晶表示装置を例に説明したが、本発明は、ＣＯＡ型液晶表示装置以外の液晶表示装置において実施してもよい。つまり、その液晶表示装置の絶縁膜に対し、配線に対応した凹部を設け、その凹部に球状スペーサを配置することで、球状スペーサが表示領域に転動するのを抑制でき、画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断してできた断面を概略的に示す拡大断面図である。
【図３】図２の破線部Ｒを対向基板１１側から見た様子を示す拡大平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断してできた断面を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０…アレイ基板
１１…対向基板
１２…表示領域
１３…バックライトユニット
２０ａ、２０ｂ…絶縁基板
２１…多層薄膜
２２…信号線
２３…補助容量線
２４…画素電極
２４ａ…凹部
２５…有機絶縁膜
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…着色層
２６…スイッチング素子（ＴＦＴ）
２６ａ…ゲート電極
２６ｂ…ソース電極
２６ｃ…ドレイン電極
２７…コンタクトホール
２８…絶縁膜
２８ａ…凹部
２９…シール材
３０…液晶層
３１…ＢＭ層
３２…球状スペーサ
３２ａ…分散液
３３…透明電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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