(57)【要約】【課題】分割配向膜を形成し、この配向溝内にコラムスペーサーを形成することによって、コラムスペーサーと上下部基板との合着を強固にした液晶表示装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、相対向する第１基板及び第２基板と、該第２基板上に、所定部位に第１配向膜溝を有して形成された第１配向膜と、該第１配向膜溝内に対応して第１基板と第２基板との間に形成された第１スペーサーと、第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、を備えてなる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して設けられた第１基板及び第２基板と、
前記第２基板上の所定位置に第１配向膜溝を有して形成された第１配向膜と、
前記第１配向膜溝の位置に対応して前記第１基板と第２基板との間に形成された第１スペーサーと、
前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１スペーサーは、多角柱形状のコラムスペーサーであ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】
前記第１スペーサーは、ボールスペーサーであ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４】
前記第１スペーサーは、その内部にボールスペーサーが混合されたコラムスペーサーであ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５】
前記第１基板上に、第２配向膜がさらに形成された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６】
前記第２配向膜は、前記第１配向膜溝に対応する位置に第２配向膜溝を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１基板上には、薄膜トランジスタアレイが形成され、前記第２基板上には、カラーフィルタアレイが形成された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８】
前記薄膜トランジスタアレイは、
前記第１基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、
前記画素領域に形成された画素電極と
を備えたことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記画素領域において前記画素電極と交互に形成された共通電極をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記第１配向膜溝は、画素領域以外の領域のうち所定位置に対応して形成されたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記第１配向膜溝は、ゲートライン上に対応して形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記第１配向膜溝は、データライン上に対応して形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記画素領域以外の領域に対応して、前記第１配向膜溝が形成されていない第１配向膜上に第２スペーサーがさらに形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記第１スペーサーは、前記第２基板上に形成された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１５】
前記カラーフィルタアレイは、
前記第２基板上に、前記画素領域以外の領域に形成されたブラックマトリクス層と、
前記画素領域に対応して形成されたカラーフィルタ層と、
を備えてなることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に、共通電極層がさらに形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に、オーバーコート層がさらに形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記第１配向膜溝は、前記ブラックマトリクス層上部に対応して所定領域に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
相対向する第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
前記第２基板上に、前記画素領域以外の領域に対応して形成されたブラックマトリクス層と、
前記第２基板上に形成されたカラーフィルタ層と、
前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に形成されたオーバーコート層と、
前記所定のブラックマトリクス層上部に対応する前記オーバーコート層上に、第１配向膜溝を有して形成された第１配向膜と、
前記第１配向膜溝内に対応して前記第１基板と第２基板との間に形成された第１スペーサーと、
前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】
表示領域とその周辺の非表示領域が区分して定義される第１基板及び第２基板を準備する段階と、
前記第１基板上に薄膜トランジスタアレイを形成する段階と、
前記第２基板上にカラーフィルタアレイを形成する段階と、
前記第２基板上の表示領域に、所定部分が除去された第１配向膜溝を有する第１配向膜を形成する段階と、
前記第１基板上の表示領域内に液晶を滴下する段階と、
前記第２基板の第１配向膜溝内部の所定位置にスペーサーを形成する段階と、
前記第２基板の非表示領域にシールパターンを形成する段階と、
前記第２基板を反転する段階と、
前記第１基板と第２基板の表面を加圧して合着する段階と、
を備えてなることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２１】
前記スペーサー形成後に、前記スペーサーにＵＶ照射をする段階をさら備えることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２基板の合着後に、前記シールパターンにＵＶ照射をする段階をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２基板の合着後に、前記シールパターン及びスペーサーを熱硬化する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２４】
前記スペーサーは、感光性樹脂からなることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２５】
前記スペーサーは、感光性樹脂中に複数個のボールスペーサーが含まれていることを特徴とする請求項２４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２６】
前記スペーサーは、ボールスペーサーからなることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２７】
前記スペーサーは、インクジェット方式で形成したことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２８】
前記スペーサーは、オフセット印刷方式で形成したことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項２９】
前記第１配向膜は、インクジェット方式で形成したことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３０】
前記第１配向膜は、オフセット印刷方式で形成したことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３１】
前記第１配向膜は、ローラー表面に、前記第１配向膜溝に対応する部分が除去されるように配向膜物質を分割コーティングした後、前記ローラーを前記第２基板上に加圧して転がしながら前記配向膜物質を印刷して形成することを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３２】
前記第１基板上に第２配向膜を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３３】
前記第２配向膜は、前記第１配向膜に形成された溝に対応する位置に形成された第２配向膜溝を備えてなることを特徴とする請求項３２に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３４】
薄膜トランジスタアレイを、
前記第１基板上に、互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、
前記ゲートラインとデータラインとの交差部に形成された薄膜トランジスタと、
前記画素領域に形成された画素電極と、
を備えて形成したことを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３５】
前記第１配向膜溝は、画素領域以外の領域のうち所定位置に対応するように形成したことを特徴とする請求項３４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３６】
前記第１配向膜溝は、ゲートライン上に対応するように形成したことを特徴とする請求項３５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３７】
前記第１配向膜溝は、データライン上に対応するように形成したことを特徴とする請求項３５に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３８】
前記画素領域以外の領域に対応して、前記第１配向膜溝が形成されていない第１配向膜上に第２スペーサーをさらに形成したことを特徴とする請求項３４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項３９】
前記カラーフィルタアレイは、
前記第２基板上の前記画素領域以外の領域に形成されたブラックマトリクス層と、
前記画素領域に対応して形成されたカラーフィルタ層と、
を備えて形成したことを特徴とする請求項３４に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４０】
前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に、共通電極層をさらに形成したことを特徴とする請求項３９に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４１】
前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に、オーバーコート層をさらに形成したことを特徴とする請求項３９に記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項４２】
前記第１配向膜溝は、前記ブラックマトリクス層上部に対応して所定領域に形成されたことを特徴とする請求項３９に記載の液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、分割配向膜溝内にコラムスペーサーを形成することによって、基板間の合着を強固にした液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会への発展に伴い、表示装置も益々多様な形態のものが要求されてきている。かかる要求に応じて、近年は、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display Device)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、ＥＬＤ(Electro Luminescent Display)、ＶＦＤ(Vacuum Fluorescent Display)等、様々な平板表示装置が研究され、既に種々の装置における表示装置として用いられているものも出現した。
【０００３】
なかでも、ＬＣＤは、現在優れた画質・軽量・薄型・低消費電力の特長から、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)に取って代わるものとされ、移動型画像表示装置の用途に最も多用されている。ＬＣＤは、ノート型コンピュータのモニタのような移動型の用途の他にも、放送信号を受信して表示するテレビ及びコンピュータのモニタなどとしても様々に開発されている。
【０００４】
このような液晶表示装置が一般の画面表示装置として多様な部分に使用されるためには、軽量・薄型・低消費電力の特長を維持する一方で、高精細、高輝度、大面積などの高品位画像を実現しなければならない。
【０００５】
以下、添付の図面を参照しつつ、従来の液晶表示装置について説明する。
【０００６】
図１は、一般の液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【０００７】
一般の液晶表示装置は、図１に示すように、一定空間をおいて合着された第１及び第２基板１，２と、第１及び第２基板１，２の間に注入された液晶層３とで構成されている。
【０００８】
より具体的に説明すると、第１基板１には、画素領域Ｐを定義するために、一定の間隔をもって一方向に形成された複数本のゲートライン４と、これらゲートライン４に垂直な方向に一定の間隔をもって形成された複数本のデータライン５とが配列される。また、各画素領域Ｐには画素電極６が形成され、各ゲートライン４とデータライン５とが交差する部分に薄膜トランジスターＴが形成されて、ゲートライン４に印加される信号に応じてデータライン５のデータ信号を各画素電極６に印加する。
【０００９】
また、第２基板２には、画素領域Ｐ以外の部分の光を遮断するためのブラックマトリクス層７が形成され、各画素領域Ｐに対応する部分には色を表現するためのＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層８が形成され、このカラーフィルタ層８には、画像を表示するための共通電極９が設けられている。
【００１０】
このような液晶表示装置は、画素電極６と共通電極９との間の電界により、第１及び第２基板１，２間に形成された液晶層３の液晶が配向され、液晶層３の配向度合によって液晶層３を透過する光の量を調節して画像を表現することができる。
【００１１】
このように構成される液晶表示装置をＴＮ（Twisted Nematic）モード液晶表示装置というが、これは、視野角が狭いという弱点がある。そこで、かかるＴＮモード液晶表示装置の欠点を克服するための横電界（ＩＰＳ：In-Plane Switching）モード液晶表示装置が開発された。
【００１２】
この横電界（ＩＰＳ）モード液晶表示装置は、第１基板の画素領域に、画素電極と共通電極とを一定の距離をもって互いに平行になるように形成することによって、これら画素電極と共通電極間に横電界（水平電界）を生成し、この横電界により液晶層が配向されるようにしたものである。
【００１３】
このように形成される液晶表示装置の第１及び第２基板１，２間には、液晶層の一定間隔を保つためにスペーサーが形成される。
【００１４】
スペーサーは、その形状によってボールスペーサーとコラムスペーサーなどに区分される。
【００１５】
ボールスペーサーは、第１及び第２基板１，２上に散布される球状のもので、第１及び第２基板１，２の合着後にも動きが比較的自由であり、第１及び第２基板１，２との接触面積が小さい。これに対し、コラムスペーサーは、第１基板１または第２基板２上に行われるアレイ工程で形成されるもので、所定の基板上に所定の高さで柱状に固定されてなり、したがって、第１及び第２基板１，２との接触面積がボールスペーサーに比べて大きい。
【００１６】
液晶を滴下する方式で製造される液晶表示装置には主としてコラムスペーサーが使用されるが、これは、ボールスペーサーを使用すると液晶滴下時に次のような問題点が起きるためである。すなわち、滴下方式では、第１及び第２基板の合着に先立ち、液晶の滴下前または後にスペーサーを散布するが、まず液晶を滴下してからスペーサーを散布すると、液晶の流れによりスペーサーが適所に均一に散布されない問題点があり、一方、液晶を滴下する前にスペーサーを散布すると、初めのうちにはスペーサーが均一に散布していても、以降の液晶滴下によりスペーサーが移動してしまい、スペーサー分布の均一性が乱れてしまう。しかも、後者において、スペーサーの散布後には不均一な面に液晶の滴下がなされるため、液晶滴下後の液晶の流動性も落ちてしまう。この理由から、液晶滴下方式で製造される液晶表示装置は、コラムスペーサーを両基板間のセルギャップ維持手段として用いる。
【００１７】
次に、コラムスペーサーを備えた横電界モード液晶表示装置について説明する。
【００１８】
図２は、従来の横電界モード液晶表示装置を示す断面図である。
【００１９】
図２に示すように、従来の横電界モード液晶表示装置は、大きく分けて、薄膜トランジスタアレイが形成された薄膜トランジスタアレイ基板（以下、ＴＦＴ基板とする。）３０と、カラーフィルタアレイが形成されたカラーフィルタアレイ基板（以下、ＣＦ基板とする。）４０と、ＴＦＴ基板３０とＣＦ基板４０との間に充填された液晶層５０と、ＴＦＴ基板３０とＣＦ基板４０との間に形成されたコラムスペーサー４５と、を備えてなる。
【００２０】
ここで、ＴＦＴ基板３０には、図示していないが、第１基板上に画素領域を定義するためにゲートライン（図示せず）及びデータライン（図示せず）が相互垂直に交差して配列され、各ゲートラインとデータラインとが交差する部分に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成され、各画素領域には画素電極（図示せず）と共通電極（図示せず）が交互に形成されている。また、ゲートラインとデータライン間の層間にはゲート絶縁膜（図示せず）が形成され、データラインと画素電極の層間には保護膜（図示せず）がさらに形成される。
【００２１】
また、ＴＦＴ基板３０に対向するＣＦ基板４０は、第２基板４１と、画素領域以外の非画素領域（ゲートライン、データライン及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）領域）を遮るためのブラックマトリクス層４２と、ブラックマトリクス層４２を含めた第２基板４１上に、各画素領域別に順にＲ、Ｇ、Ｂ顔料が対応して形成されたカラーフィルタ層４３と、ブラックマトリクス層４２とカラーフィルタ層４３を含めた第２基板４１の全面に形成されたオーバーコート層４４と、を備えてなる。
【００２２】
続いて、オーバーコート層４４上の所定領域には、コラムスペーサー４５が形成され、このコラムスペーサー４５を形成するまでのアレイ工程後に、セル工程の段階でＣＦ基板４０の表面に配向膜４６がさらに形成される。図示していないが、ＴＦＴ基板３０にも、セル工程段階の初期工程で配向膜がさらに形成される。
【００２３】
一方、このように、コラムスペーサーを含む（横電界モード）液晶表示装置の構造においては、次の理由からブラック輝度不均一現象が発生する。
【００２４】
図３ａ及び図３ｂは、タッチ不良が生じた液晶パネルの平面図及び断面図である。
【００２５】
図３ａに示すように、液晶パネル１０の表面（ＴＦＴ基板３０またはＣＦ基板４０の表面（背面））に指でタッチした状態で所定方向に引きずると、図３ｂに示すように、液晶パネルのＣＦ基板４０は、指が通った方向に所定間隔だけシフト（shift）することになる。このときに、コラムスペーサー４５同士間の液晶５０は元の状態に戻られずそのまま残っているため、継続して指に触れた部分がぼけているかのように見えるむらが、液晶パネル１０から観察される。また、所定方向に指を引きずった場合、図３ｂに示すように、指の通った部分は液晶５０が不足になり、最後の接触部位に液晶が集まることから、最後の接触部位が膨らんだ形状とされる。このように液晶が集まり膨らんだ部位は、コラムスペーサー４５の高さで定義される他の部位のセルギャップｈ２よりも高いセルギャップｈ１とされ、液晶５０の配列が不均一になるために光が漏れてしまう。したがって、タッチされた領域は、他の部位に比べて輝度が不均一になる問題点がある。
【００２６】
この問題は、ＣＦ基板４０上に形成される柱状のコラムスペーサー４５の上部面積がそのままＴＦＴ基板３０と接触しており、コラムスペーサー４５とＴＦＴ基板３０間に発生する摩擦力が大きいことに起因する。すなわち、ＣＦ基板４０は、ＴＦＴ基板３０に比べて、シフトが発生した後に手が離れても両基板間の表面張力による引力により自ら元の状態に戻られず、光漏れが持続される。
【００２７】
このようなタッチによる光漏れ現象は、第一に、コラムスペーサー４５がＴＦＴ基板３０に密着され、引力が、変形前の形状に戻ろうとする力よりも大きく働くことから生じ、第二に、液晶パネルに付着された偏光板が、周辺の湿度・温度変化により収縮・弛緩する際に、その変形する方向に基板（glass）を引っ張る力により基板撓みが生じ、液晶の配向が乱れたためである。
【００２８】
一方、パネルのタッチは、液晶表示装置のパネル面を拭くなどの軽い接触によっても起きるもので、液晶表示装置の製造工程あるいは使用段階でもパネルタッチによるブラック輝度不均一が発生する恐れがある。しかも、このタッチによるブラック輝度不均一は、液晶量の制御が難しくなる大画面においてより激しくなる傾向がある。
【００２９】
図４ａ及び図４ｂは、偏光板付着前後の基板撓み量をそれぞれ示すシミュレーション図である。
【００３０】
図４ａは、液晶パネルを構成する一基板への偏光板付着前の基板撓み状態を示す図で、図４ｂは、一基板への偏光板付着後の基板撓み状態を示す図である。
【００３１】
図４ａ及び図４ｂからわかるように、液晶パネルは、領域別に見て中央よりはエッジ（edge）側において撓み現象が相対的に大きい傾向を表した。
【００３２】
この傾向は、偏光板の付着前よりも付着後に、熱工程（加熱及び常温への温度上昇及び下降）などによる収縮及び弛緩現象により基板と偏光板間の熱膨張率の差が生じるため、フィルム形態の偏光板とガラス基板間の長さに差が生じ、液晶パネルの撓みがひどくなるからである。
【００３３】
以下、従来の横電界モード液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００３４】
図５は、従来の液晶表示装置のカラーフィルタアレイ製造方法の流れを示す工程図である。
【００３５】
まず、図５に示すように、第２基板を用意する（ステップＳ１０）。
【００３６】
次に、ブラックマトリクス層を形成する（ステップＳ１１）。
【００３７】
次に、このブラックマトリクス層を含めた第２基板上に、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層を形成する。この時、それぞれの色フィルムを領域別に区分しパターニングして形成する（ステップＳ１２）。
【００３８】
続いて、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層を含めた第２基板上に、オーバーコート層を形成する（ステップＳ１３）。
【００３９】
このオーバーコート層の全面に有機膜を塗布した後、これを選択的に除去してコラムスペーサーを形成する（ステップＳ１４）。
【００４０】
一方、図示してはいないが、これに対向するＴＦＴ基板（薄膜トランジスタアレイ基板）は、次の順序で形成される。
【００４１】
まず、第１基板上に金属物質を蒸着し、これを選択的に除去して、ゲート電極が突出して設けられたゲートラインを形成する。このような金属物質をパターニングする工程で、ゲートラインと同一方向に共通ラインを形成し、画素領域内で共通ラインから分岐する共通電極を形成する。
【００４２】
続いて、ゲート電極が突出しているゲートラインを覆うように、第１基板の全面にゲート絶縁膜を形成する。
【００４３】
このゲート絶縁膜上に、半導体層を蒸着し、これを選択的に除去してゲート電極上部に対応するゲート絶縁膜上に半導体層を形成する。
【００４４】
続いて、半導体層を含めたゲート絶縁膜上に、金属物質を蒸着し、これを選択的に除去することで、ゲートラインと交差し、ソース電極が突出したデータラインと、ソース電極と所定間隔だけ離間されたドレーン電極とを形成する。
【００４５】
その後、データライン及びソース／ドレーン電極を含めたゲート絶縁膜上に、保護膜を形成する。
【００４６】
この保護膜を選択的に除去しコンタクトホールを形成することによってドレーン電極の所定部位を露出させ、このコンタクトホールを含めた保護膜全面に透明電極を蒸着しこれを選択的に除去することによって、ドレーン電極と電気的に接続され、共通電極と交互する形状の画素電極を形成する。
【００４７】
図６は、従来の液晶表示装置のセル工程の流れを示す工程図である。
図６を参照すると、まず、複数個の薄膜トランジスタアレイが定義される第１基板と、複数個のカラーフィルタアレイが定義される第２基板とを準備する。ここで、それぞれの薄膜トランジスタアレイ及びカラーフィルタアレイは各単位パネルの表示領域に形成される。
【００４８】
続いて、第１基板と第２基板のそれぞれの単位パネルの表示領域に配向膜を形成する（ステップＳ２１）。
【００４９】
その後、第１基板と第２基板のいずれか一方の基板に液晶を滴下する（ステップＳ２２）。
【００５０】
続いて、第１基板と第２基板のいずれか一方の基板の非表示領域（アクティブ領域）以外の部分に、所定幅を持つシールパターンを形成する（ステップＳ２３）。
【００５１】
続いて、液晶の滴下されていない他方の基板を反転させた後（ステップＳ２４）、第１及び第２基板を合着する（ステップＳ２５）。同図では、第１基板上に液晶を滴下し、第２基板にシールパターンを形成するものとされているが、各々の工程を反対に適用することも可能である。あるいは、第１基板と第２基板のいずれか一方の基板に液晶滴下及びシールパターン形成の両工程を行っても良い。いずれの場合においても、反転される基板は、液晶が滴下されていない基板となる。
【００５２】
続いて、合着した第１基板または第２基板の背面に形成されたシールパターン部位に紫外線を照射し硬化させることで、液晶パネルを完成する（ステップＳ２６）。
【００５３】
この液晶パネルを単位パネル単位に切断／加工して複数枚の単位液晶パネルに分離する（ステップＳ２７）。
【００５４】
最後に、単位液晶パネルのパッド部（第１基板が第２基板よりも相対的に大きく形成されて合着後に露出される部分）の検査を行って良否を調べる（ステップＳ２８）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５５】
しかしながら、上記の従来液晶表示装置及びその製造方法には次の問題点があった。
【００５６】
その一つは、従来の液晶表示装置は、パネル表面に偏光板付着後に偏光フィルムの収縮・弛緩が起こり、この際の基板と偏光フィルム間の熱膨張率差によるストレスにより液晶パネルの撓み現象が生じてしまう。このパネル撓み現象は、パネルの大きさに比例して激しくなる。
【００５７】
第二は、従来の液晶表示装置は、パネルを拭くなどの軽い接触によってもブラック輝度不均一が生じてしまう。
【００５８】
このブラック輝度不均一は、光漏れに起因するものであり、光漏れは、付着した偏光板か周辺の湿度・温度の変化により収縮、弛緩しながらその変形する力の方向に基板を引っ張る力により基板撓みが生じ、液晶の配向が乱れることから生じるか、基板のタッチにより生じる。すなわち、基板をタッチすると、上下基板（glass）間に２０〜１００μｍ程度のシフト（shift）が発生するが、タッチを解除しても２基板が相互間の表面張力による引力により元の状態に自ら戻られず、光漏れが持続される。すなわち、コラムスペーサーが対向基板に密着され、相互引力が変形前の形態に戻ろうとする力に勝つことにより光漏れが発生するのである。
【００５９】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、分割配向膜を形成し、分割配向膜間のスペース内にコラムスペーサーを形成することによって、コラムスペーサーと上下部基板との合着を強固にした液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、相対向する第１基板及び第２基板と、前記第２基板上に、所定部位に第１配向膜溝を有して形成された第１配向膜と、前記第１配向膜溝内に対応して前記第１基板と第２基板との間に形成された第１スペーサーと、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、を備えてなることを特徴とする。
【００６１】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、相対向する第１基板及び第２基板と、前記第１基板上に互いに交差して画素領域を定義するゲートライン及びデータラインと、前記第２基板上に、前記画素領域以外の領域に対応して形成されたブラックマトリクス層と、前記第２基板上に形成されたカラーフィルタ層と、前記ブラックマトリクス層及びカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面に形成されたオーバーコート層と、前記所定のブラックマトリクス層上部に対応する前記オーバーコート層上に、第１配向膜穴を有して形成された第１配向膜と、前記第１配向膜穴溝に対応して前記第１基板と第２基板との間に形成された第１スペーサーと、前記第１基板と第２基板との間に形成された液晶層と、を備えてなることを特徴とする。
【００６２】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、表示領域とその周辺の非表示領域が区分して定義される第１基板及び第２基板を準備する段階と、前記第１基板上に薄膜トランジスタアレイを形成する段階と、前記第２基板上にカラーフィルタアレイを形成する段階と、前記第２基板上の表示領域に、所定部分が除去された第１配向膜溝を有する第１配向膜を形成する段階と、前記第１基板上の表示領域内に液晶を滴下する段階と、前記第２基板の第１配向膜溝内部の所定部位にスペーサーを形成する段階と、前記第２基板の非表示領域にシールパターンを形成する段階と、前記第２基板を反転する段階と、前記第１基板と第２基板の表面を加圧して合着する段階と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の液晶表示装置及びその製造方法は、下記の効果を持つ。
【００６４】
第一、コラムスペーサーの形成を配向膜工程後に行い、また、コラムスペーサーの仮硬化後に合着工程を行い、合着工程のシールパターン工程で熱硬化により硬化を完了するため、完全にコラムスペーサーが硬くなる前にコラムスペーサーとその対向基板が合着され、合着後のシールパターン硬化工程と同時にコラムスペーサーの完全硬化がなされ、結果としてコラムスペーサーと対向基板間の固着が強固になる。
【００６５】
第二、第１及び第２基板がコラムスペーサーにより固着されるので、外部のストレス（フィルムの収縮あるいは基板タッチによるねじれ）を受けても第１及び第２基板がずれず、両基板が一体として力を受けるので、変形が起きても第１基板と第２基板との相対的シフト現象が防止される。
【００６６】
第三、大型液晶パネルにおいても、固定されたコラムスペーサーにより固着されたドメイン（配向膜塗布分割区域）の大きさにより、小さいパネルにおけると同様な特性を示し、結果として外部ストレスに耐えられる力が大きくなる。すなわち、配向膜溝により分けられた各配向膜領域がドメインとされ、各ドメインの面積別に、小さいパネルの特性と同様の特性を示すようになる。
【００６７】
第四、配向膜溝と配向膜溝との間、すなわち、各ドメイン内部にはコラムスペーサーが存在しないので、タッチなどによる変形後の復元が速く、既存のような輝度不均一問題は起きない。また、上記のように製造されたコラムスペーサーで上下基板を固定することによって基板の変形を低減させ、これにより、光漏れが改善され、大型画面におけるブラック輝度不均一が解消される。
【００６８】
第五、これまで重力不良に起因する液晶及び基板（glass）の熱膨張または過剰液晶注入による下部セルギャップ増加が、上下両基板が完全に合着している構造とされるので根本的に防止される。
【００６９】
第六、コラムスペーサー形成前に配向膜印刷及びラビングを行うため、コラムスペーサーのような突出部のラビング布によるダメージを低減し、ラビング均一度の向上で配向性を向上させることができる。
【００７０】
第七、コラムスペーサー現像過程が省かれるので、材料費の節減とコラムスペーサー臨界寸法及び高さ均一度を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施形態に係る液晶表示装置及びその製造方法について詳細に説明する。
【００７２】
図７ａは、本発明の液晶表示装置をＴＮモードに適用したときの１サブピクセルを示す平面図であり、図７ｂは、本発明の液晶表示装置をＩＰＳモードに適用した場合の１サブピクセルを示す平面図であり、図８は、本発明の液晶表示装置のカラーフィルタアレイを示す平面図であり、図９は、図７ａ及び図７ｂのＩ−Ｉ’線断面図である。
【００７３】
本発明の液晶表示装置をＴＮモードとＩＰＳモードに適用した場合についてそれぞれ説明すると、次の通りである。
【００７４】
−ＴＮモード−
まず、図７ａ、図８及び図９に示すように、ＴＮモード（Twisted Nematic mode）に適用された本発明の液晶表示装置を構成する液晶パネル５００は、大きく分けて、互いに対向して設けられ、それぞれ薄膜トランジスタアレイとカラーフィルタアレイが形成された第１基板１００及び第２基板２００と、第１基板１００と第２基板２００との間に充填された液晶２３０とを備えてなる。
【００７５】
第１基板１００上に形成される薄膜トランジスタアレイは、第１基板１００上に互いに交差形成されて画素領域を定義するゲートライン１０１及びデータライン１０２と、ゲートライン１０１とデータライン１０２の交差部に形成された薄膜トランジスタＴＦＴと、画素領域に形成された画素電極１０３とを備えてなる。
【００７６】
ここで、薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートライン１０１から突出したゲート電極１０１ａ、データライン１０２から突出したソース電極１０２ａ、ソース電極１０２ａと所定間隔だけ離間されたドレーン電極１０２ｂ、及び、ゲート電極１０１ａとドレーン電極１０２ｂ／ソース電極１０２ａの層間に形成された半導体層（図示せず）を備えてなる。ここで、半導体層は、ゲート電極１０１ａとの間にゲート絶縁膜１０４を介在して形成され、ソース電極１０２ａ及びドレーン電極１０２ｂは半導体層の両側に対応して形成される。
【００７７】
また、ゲートライン１０１とデータライン１０２の層間にはゲート絶縁膜１０４が形成され、前記データライン１０２と画素電極１０３の層間には保護膜１０５が形成される。ここで、前記保護膜１０５内には、ドレーン電極１０２ｂの所定部位を露出させるようにコンタクトホール１０５ａが形成され、コンタクトホール１０５ａを介して画素電極１０３はドレーン電極１０２ｂと電気的に接続される。
【００７８】
一方、上記のように構成される第１基板１００に対向している第２基板２００上には、画素領域以外の部分と薄膜トランジスタを遮る形状にブラックマトリクス層２０１が形成され、ブラックマトリクス層２０１を含めた第２基板２００上には、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層２０２が形成され、ブラックマトリクス層２０１及びカラーフィルタ層２０２を含めた第２基板２００の全面に、オーバーコート層２０３が形成される。ここで、図７ａに示すように、ＴＮモードでは、オーバーコート層２０３は共通電極に代えても良く、あるいは、オーバーコート層２０３の上部全面に共通電極（図示せず）をさらに形成してもよい。
【００７９】
この場合、第２基板２００、第２基板２００上に形成されるブラックマトリクス層２０１、カラーフィルタ層２０２、オーバーコート層２０３及び共通電極（図示せず）は、カラーフィルタアレイ工程で形成されるもので、カラーフィルタアレイ基板４００という。
【００８０】
−ＩＰＳモード−
図７ｂ、図８及び図９に示すように、ＩＰＳモード（In-Plane Switching mode：横電界モード）に適用された本発明の液晶表示装置は、第１基板１００上の画素領域を横切ってゲートライン１１１と同方向に共通ライン１１４が形成された点と、画素領域内に画素電極１１３と共通電極１１４ａが交互に形成された点と、第２基板２００上に共通電極が形成されず、オーバーコート層２０３まで形成された点を除けば、上述したＴＮモードにおける構造と略同様である。このようなＩＰＳモードでは、共通電極１１４ａは共通ライン１１４から分岐して形成され、画素電極１１３は、画素領域内の共通ライン１１４と所定部分オーバーラップされるストレージ電極１１３ａと一体に形成される。
【００８１】
このようなＩＰＳモードでは、第２基板２００上において共通電極が形成されない点を除けばＴＮモードと同様なので、第２基板２００上に形成されるカラーフィルタアレイについては説明を省略する。
【００８２】
一方、本発明の液晶表示装置において配向膜溝２１０（または、配向膜穴、配向膜間スペース）は、いずれのモードにおいても非画素領域、すなわち、ゲートライン（１０１または１１１）、データライン（１０２または１１２）または薄膜トランジスタＴＦＴ部位に対応して形成される。この場合、配向膜溝２１０は、形成工程の便宜のために１ライン方向に形成されることが好ましい。すなわち、ゲートライン（１０１または１１１）やデータライン（１０２または１１２）に対応して配向膜溝２１０が形成されるようにする。ここで、配向膜溝２１０は、図８及び図９に示すように、ゲートライン１０１または１１１に対応するブラックマトリクス層２０１上に形成されたり、データライン（１０２または１１２）に対応するブラックマトリクス層２０１上に形成されたり、あるいは、ゲートラインとデータライン両方に対応して形成されることができる。
【００８３】
配向膜２０４は、インクジェット印刷（inkjet printing）方式、オフセット印刷（offset printing）、あるいは、ローラーを用いる加圧工程により形成される。
配向膜２０４は、ＰＩ（Polyimide）などの物質からなる。また、配向膜２０４は、カラーフィルタアレイ工程後のセル工程で形成され、配向膜２０４と対向する第１基板１００上の表面（薄膜トランジスタアレイが形成された上部）にも配向膜１０８形成工程を並列に行う。この場合にも、配向膜１０８に、配向膜溝２１０に対応する部位に配向膜穴をさらに形成することも可能である（図９の例では配向膜溝なし）。
【００８４】
また、第１基板１００上部に配向膜溝を有する配向膜１０８を形成し、配向膜溝内にコラムスペーサーを形成することも可能である。こうなると、第２基板２００上の分割配向膜２０４は省略可能である。
【００８５】
一方、コラムスペーサー２２０は、配向膜溝２１０内部に形成され、その大きさは、配向膜溝２１０内部の所定部位に限定する。すなわち、コラムスペーサー２２０は、ゲートライン（１０１または１１１）、データライン（１０２または１１２）または薄膜トランジスタＴＦＴの全領域に形成されるのではなく、セルギャップ維持に必要な対向基板（第１基板１００）との接触密度に基づいて該当の部位にそれぞれ選択的に形成される。ここで、接触密度は、第１基板１００と第２基板２００間のセルギャップが維持されるように考慮した値である。図面では、コラムスペーサー２２０が少なくともゲートライン（１０１または１１１）に対応して形成されている。場合によって、コラムスペーサー２２０は、ゲートラインに相応する部位にそのまま置き、データラインに相応する部位にコラムスペーサーをさらに形成する方法も可能である。
【００８６】
次に、図８及び図９に示す配向膜溝２１０とコラムスペーサー２２０について説明する。図８及び図９に示すように、オーバーコート層２０３上部には第１基板のゲートライン（１０１または１１１）内に所定幅ａに配向膜溝２１０が定義される配向膜２０４が形成される。
【００８７】
この場合、コラムスペーサー２２０は、配向膜溝２１０内部に形成されるもので、配向膜２０４形成後に行われる。
【００８８】
ここで、ブラックマトリクス層２０１は、画素領域以外の部分と薄膜トランジスタＴＦＴ部位を遮るように形成される。すなわち、ブラックマトリクス層２０１は、横方向にはゲートライン（１０１または１１１）に対応する形状に且つゲートライン以上の幅で形成され、縦方向にはデータライン（１０２または１１２）に対応する形状に且つデータライン以上の幅で形成される。図面では、データライン（１０２または１１２）が斜め縦方向に形成されているので、これに対応してブラックマトリクス層２０１の縦線も斜めに形成されているが、データライン（１０２または１１２）がゲートライン（１０１または１１１）に垂直な方向に形成されると、これに対応するブラックマトリクス層の縦線もゲートラインに垂直な方向に形成される。
【００８９】
一方、配向膜２０４は、横線上のブラックマトリクス層２０１内に配向膜溝２１０が正義されるように形成されるもので、配向膜溝２１０は、ブラックマトリクス層２０１の境界から内側に所定間隔だけ入るように形成する。この場合、配向膜溝２１０の横線上の縦幅をａとし、ゲートライン上部に対応するブラックマトリクス層２０１の横線上の縦幅はｂとするときに、ａ＜ｂの条件として配向膜溝２１０を定義する。
【００９０】
コラムスペーサー２２０は、第１基板１００と第２基板２００間に円柱を含めた多角柱形状に形成することができる。このコラムスペーサー２２０は、その成分として光開始剤、熱開始剤、光反応性高分子、熱反応性高分子及び粘着促進剤（adhesion promoter）を含む。また、コラムスペーサー２２０中には、微細な球状のボールスペーサーがさらに含まれも良い。この場合、微細な球状のボールスペーサー物質は、コラムスペーサー２２０中で分散度（poly-dispersity）１程度にして含まれることができる。
【００９１】
あるいは、コラムスペーサー２２０に代えて、直径がセルギャップに対応するボールスペーサーが配向膜溝２１０の部位に形成されても良い。
【００９２】
このように、本発明の液晶表示装置は、配向膜２０４の形成後に、コラムスペーサー２２０あるいはボールスペーサーが配向膜溝２１０内に形成される。したがって、スペーサーの硬化が完全になされる前に、コラムスペーサーを含めた第２基板を反転して合着し、合着後にコラムスペーサー２２０の後硬化が進行されるため、コラムスペーサーと対向基板（第１基板）間の固着がより強固になる。すなわち、後硬化時に印加される熱によりコラムスペーサーを構成する物質の分子動きが増加することから、対向基板（第１基板）の表面との接着性が生成され、対向基板との合着が強固になる。
【００９３】
以下、本発明の液晶表示装置の製造方法について説明する。
【００９４】
図１０は、本発明のカラーフィルタアレイ工程の流れを順に示す工程図である。
【００９５】
まず、第２基板を準備する（ステップＳ１０１）。
【００９６】
準備した第２基板上にクロム（Ｃｒ）またはブラックレジン（Black resin）を塗布し、これを選択的に除去して画素領域以外の領域にブラックマトリクス層を形成する（ステップＳ１０２）。
【００９７】
ブラックマトリクス層を含めた第２基板上に、Ｒカラーフィルム、Ｇカラーフィルム、Ｂカラーフィルムをそれぞれパターニングして該当の領域に残すことによって、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層を形成する（ステップＳ１０３）。
【００９８】
最後に、ブラックマトリクス層及びＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ層を含めた第２基板の全面にオーバーコート層を形成する（ステップＳ１０４）。
【００９９】
このように、第２基板上にカラーフィルタアレイ工程を施し、これと並行して、第１基板上に薄膜トランジスタアレイ工程を施す（図７ａまたは図７ｂ及び図９参照）。この薄膜トランジスタアレイ工程は、次のように行われる。
【０１００】
まず、第１基板（図９の１００参照）を準備した後に、第１基板１００上に金属物質を蒸着し、これを選択的に除去してゲート電極（図７ａの１０１ａ参照）が突出したゲートライン１０１を形成する。ＩＰＳモードでは、このような金属物質をパターニングする工程と同時に、ゲートライン（図７ｂの１１１参照）と同一方向に共通ライン１１４を形成し、画素領域内で共通ライン１１４から分岐される共通電極１１４ａを形成する。
【０１０１】
続いて、ゲート電極１０１ａが突出しているゲートライン１０１を覆うように、第１基板１００の全面にゲート絶縁膜１０４を形成する。
【０１０２】
このゲート絶縁膜１０４上に半導体層物質を蒸着し、これを選択的に除去して、ゲート電極上部に対応するゲート絶縁膜上に半導体層（図示せず）を形成する。
【０１０３】
その後、半導体層を含めたゲート絶縁膜１０４上に金属物質を蒸着し、これを選択的に除去して、ゲートライン１０１と交差し、ソース電極１０２ａが突出しているデータライン１０２と、ソース電極１０２ａと所定間隔だけ離間されるドレーン電極１０２ｂとを形成する。
【０１０４】
続いて、データライン１０２、ソース／ドレーン電極１０２ａ，１０２ｂを含めたゲート絶縁膜１０４上に保護膜１０５を形成する。
【０１０５】
この保護膜１０５を選択的に除去し、コンタクトホール１０５ａを形成してドレーン電極１０２ｂの所定部位を露出させ、続いて、コンタクトホール１０５ａを含めた保護膜全面に透明電極を蒸着しこれを選択的に除去して、ドレーン電極１０２ｂと電気的に連結される画素電極１０３を形成する。ＩＰＳモードでは、画素領域内に共通電極１１４ａと交互する形状の画素電極１１３を形成する。
【０１０６】
このように、第１基板と第２基板上にそれぞれ薄膜トランジスタアレイ工程とカラーフィルタアレイ工程を完了した後に、セル工程を行う。ここで、上述の工程はそれぞれ、表示領域とその周辺に非表示領域が定義された第１基板と第２基板を準備した後、それぞれの表示領域に進行されるものである。アレイ工程において、非表示領域に対応して第１基板上にはゲートライン及びデータラインのパッドが形成され、第２基板上にはブラックマトリクス層が形成される。
【０１０７】
一方、セル工程とは、互いに対向して設けられる第１及び第２基板上にそれぞれアレイ工程を進行した後に、それら２基板を組み合わせる工程のことをいう。
【０１０８】
図１１は、本発明のセル工程の流れを順に示す工程図である。
【０１０９】
まず、第１基板と第２基板のそれぞれの表示領域の所定部位に、配向膜溝を有する配向膜を形成する（ステップＳ１１１）。
【０１１０】
続いて、配向膜溝内部の所定部位に対応するコラムスペーサーを形成する（ステップＳ１１２）。この場合、コラムスペーサーの形成される部位は、ブラックマトリクス層の上部であり、ゲートラインまたはデータラインに対応する位置に限定する。ここで、コラムスペーサーは、インクジェット装置（図１３参照）を用いて望む領域にインクジェット方式で形成したり、オフセット印刷（図１４参照）して形成したり、あるいは、ローラーを用いて配向膜物質を基板表面に加圧して形成したりすることができる（図１２参照）。
【０１１１】
続いて、コラムスペーサーをＵＶ照射して仮硬化する（ステップＳ１１３）。この場合、コラムスペーサーの硬化率は、コラムスペーサーを構成する成分含量による。すなわち、光開始剤と光反応性高分子（光反応性アクリルモノマ、光反応性と熱反応性を同時に持つモノマ（monomer）、オリゴマー（oligomer）またはポリマ（polymer））の含量によって仮硬化時のコラムスペーサーの硬化率が決定される。このコラムスペーサーのＵＶ照射時の硬化率は５０％〜７０％程度となるように光開始剤と光反応性高分子の含量を調整する。
【０１１２】
その後、第１基板または第２基板上の非表示領域にシールパターンを形成する（ステップＳ１１４）。
【０１１３】
続いて、第１基板と第２基板のいずれか一方の基板に液晶を滴下する（ステップＳ１１５）。図１１では第１基板上に液晶が滴下された例が示されているが、第１基板や第２基板のいずれか一方に選択的に液晶を滴下すると良い。
【０１１４】
液晶が滴下されていない基板を反転し（ステップＳ１１６）、第１及び第２基板のそれぞれのアレイを対応させて合着し液晶パネルを形成する（ステップＳ１１７）。図１１では、第２基板に液晶が滴下されていないので、第２基板が反転基板となる。
【０１１５】
続いて、第１基板または第２基板の背面からＵＶを照射し、シールパターンを硬化（curing）しシール（sealing）する（ステップＳ１１８）。
【０１１６】
続いて、合着した第１及び第２基板をオーブンで熱処理してシールパターン及びコラムスペーサーを熱硬化させる。この工程において、合着された第１及び第２基板は、ガラス垂れ（sagging）が防止されるよう、穴がないか稠密に形成されたサポートトレー（support tray）を使用する。このときに、コラムスペーサーは、構成分子に熱硬化段階で熱により粘度が生成されながら対向する第１基板と接着され、熱硬化により完全に硬化する。
【０１１７】
その後、完成した液晶パネルを単位パネルの単位に切断／加工して複数枚の単位液晶パネルとする（ステップＳ１１９）。
【０１１８】
最後に、単位液晶パネルのパッド部（第１基板が第２基板よりも相対的に大きく形成されて合着後に露出される部分）の検査を行ない、良否を調べる（ステップＳ１２０）。
【０１１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の液晶表示装置の製造方法の各工程について詳細に説明する。
【０１２０】
図１２は、本発明の分割配向膜形成工程を示す概略図である。
図１２に示すように、本発明の液晶表示装置は、所定部位に配向膜溝２１０を有す配向膜を形成するために、ローラー３００の表面に所定の間隔に第１、第２及び第３配向膜物質２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃを分割コーティングして準備した後、このローラー３００を、カラーフィルタアレイ基板４００（ブラックマトリクス層、カラーフィルタ層を含めてオーバーコート層まで製造された第２基板）の表面に加圧して転がしながら配向膜物質を印刷して、オーバーコート層（図８の２０３参照）上に、配向膜溝２１０に対応する部位が除去されて配向膜溝が形成された配向膜２０４を形成する。このときに、配向膜２０４は、例えば、ブラックマトリクス層（図８の２０１参照）の横線幅が１４０μｍの場合、ブラックマトリクス層２０１の横線の両エッジ（edge）からブラックマトリクス層の横線中心方向に２０μｍ入った部分まで形成されるようにコーティングする。こうして配向膜穴２１０の横線の線幅は１００μｍとなる。
【０１２１】
図１２に示すように、ローラー３００の表面に第１〜第３配向膜物質２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃをつける場合、それらの離隔部位は、配向膜物質をローラー３００に被覆するマスクの穴数及び大きさを調整して形成することができる。
【０１２２】
図１３は、本発明のインクジェット工程に使用されるインクジェット装備を示す概略図である。
図１３に示すように、本発明のインクジェット工程に使用されるインクジェット装置３１０は、流入した溶液を収容するヘッド（head）３１１、ヘッド３１１の溶液を吐出す吐出部３１２、ヘッド３１１に供給する溶液を貯留するタンク３１３、及びタンク３１３からヘッド３１１に溶液を流入させる流入管３１４を備えてなる。また、インクジェット装置３１０は、制御部（図示せず）及び光学部（図示せず）をさらに備え、基板上におけるインクジェット装置３１０の対応位置を光学部により感知し、溶液を吐出すか否か及び吐出量を制御部により制御し、溶液の吐出を遂行する。
【０１２３】
このようなインクジェット装置３１０は、本発明の液晶表示装置の製造において配向膜２０４の形成やコラムスペーサー２２０の形成に使用される。
【０１２４】
例えば、インクジェット装置３１０を用いて配向膜２０４を形成する際には、溶液として配向膜物質をタンク３１３に入れておき、ヘッド３１１のノズル(nozzle)を開閉しながら、カラーフィルタアレイが形成されたカラーフィルタアレイ基板４００上の所定位置にＰＩ（Polyimide）などの配向膜物質を吐出す。この場合、カラーフィルタアレイ基板４００上の横線上のブラックマトリクス層（ゲートライン対応部位）を通過する際には、ヘッド３１１のノズルを閉じ配向膜がコーティングされないようにする。
【０１２５】
一方、インクジェット装置３１０を用いてコラムスペーサー２２０を形成する際には、ヘッド３１１を配向膜の形成されていない配向膜溝上部の所定部位に対応させ、ヘッド３１１のノズル（nozzle）を開き所定量のコラムスペーサー形成溶液を吐出す。この場合、コラムスペーサー２２０形成物質は、インクジェット装置３１０中で溶液状に存在し、吐出後に、仮硬化・後硬化の２重硬化工程により完全に硬化する。
【０１２６】
ここで、コラムスペーサー２２０形成溶液は、コラムスペーサーを構成する物質、例えば、光開始剤、熱開始剤、反応性モノマ（光反応性モノマ、熱反応性モノマ、光反応性と熱反応性を同時に持つモノマ、オリゴマーまたはポリマ、粘着促進剤（adhesion promoter））などの成分を含む。これら成分は、コラムスペーサー形成物質の主成分であり、インクジェット装置のヘッド中での粘度調節のために非反応性、揮発性溶媒が添加されることができる。
【０１２７】
一方、コラムスペーサー２２０がボールスペーサーを含む場合には、上述の溶液の成分に微粒子形態にボールスペーサーも一緒に含まれ、ヘッド３１１から吐出される。
【０１２８】
ここで、光開始剤や熱開始剤は、反応が始まる原因によって区分されるものでなく、コラムスペーサー形成溶液中にそれぞれ０．５〜２％の範囲で組成される。また、粘着促進剤は、１〜１０％の範囲で組成される。そして、残りの成分は反応性モノマが占め、この反応性モノマの組成物構成によってコラムスペーサーのタイプ（type）が区分される。例えば、第１タイプコラムスペーサーの反応性モノマには、光反応性アクリルモノマ（acryl monomer）３０〜６０％、熱反応性エポキシモノマ（epoxy monomer）４０〜７０％、光反応性と熱反応性を同時に持つモノマ、オリゴマー（oligomer）またはポリマ（polymer）５〜１５％が含まれる。
【０１２９】
また、第２タイプコラムスペーサーの反応性モノマには、自発反応型光反応性アクリルモノマ５〜１０％、光反応性アクリルモノマ４０〜６０％、熱反応性エポキシモノマ４０〜７０％、光反応性と熱反応性を同時に持つモノマ、オリゴマーまたはポリマ５〜１５％が含まれる。
【０１３０】
次に、光開始剤、熱開始剤及び反応性モノマなどの例を示す。
【０１３１】
第１タイプ及び第２タイプのコラムスペーサーを構成する物質のうち、光開始剤には、Irgacure-３６９（化１）、ＴＰＡ（化２）、Irgacure-９０７（化３）がある。
【０１３２】
【化１】
2006301575.tif 000003
【０１３３】
【化２】
2006301575.tif 000004
【０１３４】
【化３】
2006301575.tif 000005
【０１３５】
また、熱開始剤にはＡＩＢＮ（化４）がある。
【０１３６】
【化４】
2006301575.tif 000006
【０１３７】
また、粘着触媒剤（adhesion promoter）には、シラン結合剤（Ｓilane Coupling agent）がある。
【０１３８】
【化５】
2006301575.tif 000007
【０１３９】
また、光反応性アクリルモノマには、ジアクリレートモノマ（Diacrylate monomer）（化６、化７）がある。
【０１４０】
【化６】
2006301575.tif 000008
【０１４１】
【化７】
2006301575.tif 000009
【０１４２】
また、モノアクリレートモノマ（mono-acrylate monomer）には、イソボルニルメタクリレート（isobornyl methacrylate）（化８）がある。
【０１４３】
【化８】
2006301575.tif 000010
【０１４４】
そして、自発反応型アクリルモノマには、スチルベン（stilbene）（化９）がある。
【０１４５】
【化９】
2006301575.tif 000011
【０１４６】
また、光反応性と熱反応成分を同時に持つモノマ（化１０）と、オリゴマーまたはポリマ（化１１）（ｋ、ｌ、ｍ、ｎ−１以上）がある。
【０１４７】
【化１０】
2006301575.tif 000012
【０１４８】
【化１１】
2006301575.tif 000013
【０１４９】
また、熱反応型エポキシモノマ（epoxymonomer）（化１２）の化学構造は、次の通りである。
【０１５０】
【化１２】
2006301575.tif 000014
【０１５１】
図１４は、本発明のコラムスペーサーまたは配向膜をオフセット印刷する際の工程断面図である。
【０１５２】
図１４に示すように、コラムスペーサーや配向膜は、上述のインクジェット方式などの製造方法の他にも、オフセット（offset）印刷方式でも製造可能である。すなわち、パターン形成に対応する部分は陽刻３２１、それ以外の部分は陰刻３２２として基板３２０の表面を成形し、陽刻に対応する部分にのみ印刷物質３２５をつけた後、この基板の陽刻、陰刻の表面を、印刷するカラーフィルタアレイ基板４００の表面に対応させ、陽刻についた印刷物質を基板４００の表面に写す。
【０１５３】
以上では配向膜の製造方法について説明したが、カラーフィルタアレイ基板と対向する薄膜トランジスタ基板（薄膜トランジスタアレイが形成された第１基板）の表面にも、配向膜形成工程と同一の工程が適用可能である。
【０１５４】
図１５は、本発明の実施の形態１による液晶表示装置を示す平面図である。
図１５に示すように、本発明の実施の形態１による液晶表示装置では、配向膜２０４に、４つのブラックマトリクス層２０１横線（ゲートライン対応部位）ごとに、または５〜１０以上のブラックマトリクス層横線（ＢＭ line）ごとに配向膜溝２１０を形成する。このときに、コラムスペーサーは、縦線上には２ピクセルユニット（pixel unit、１pixel＝Ｒ、Ｇ、Ｂサブピクセルからなる１set）ごとに、またはそれ以上の周期で形成する。ここで、配向膜溝２１０の幅は、ブラックマトリクス層の横線幅に限定する。例えば、ブラックマトリクス層の横線幅が１４０μｍの時、配向膜溝２１０の幅は１００μｍとする。また、配向膜穴２１０の分布は、設計しようとするパネルの大きさ及び解像度によって定められる。ここで、配向膜２０４は、カラーフィルタアレイ基板４００に形成される。
【０１５５】
実施の形態１におけるコラムスペーサー２２０は、配向膜溝２１０の両エッジから中心側に所定間隔入って矩形（例えば長方形）の断面を持つように形成する。このときに、縦の長さは、配向膜溝２１０の幅に限定される。例えば、配向膜穴２１０の幅が１００μｍの時、コラムスペーサー２２０の断面である矩形の縦の長さは４０〜８０μｍ、横の長さは５０〜３００μｍとする。このような数値は、解像度及び液晶パネル大きさによって異なることもあるが、できるだけコラムスペーサー２２０を形成した後にもコラムスペーサー２２０が画素領域内に侵入しないように形成し、コラムスペーサー２２０による開口率損失を防止する。
【０１５６】
このように、本発明の実施の形態１による液晶表示装置は、配向膜の形成後に、コラムスペーサーの製造が行われ、コラムスペーサーの完全硬化前に対向基板との合着がなされる。したがって、コラムスペーサーの上部面がある程度の流動性を持つ状態で対向基板と合着された後、熱処理により硬化が進行されるため、対向基板との固着性が良好になる。
【０１５７】
図１６は、本発明の実施の形態２による液晶表示装置を示す平面図である。
図１６に示すように、実施の形態２による本発明の液晶表示装置で、実施の形態１のコラムスペーサー位置に第１コラムスペーサー２２０ａを形成し、データラインに対応する部位に第２コラムスペーサー２２０ｂを形成することによって、それぞれ異なる位置に２重にコラムスペーサーを形成した構造である。この場合、第１コラムスペーサー２２０ａは、配向膜２０４が形成されてない配向膜溝２１０に対応して形成され、第２コラムスペーサー２２０ｂは、配向膜２０４の上部に形成される。図１６は、データラインに対応するブラックマトリクス層の縦線（図にはやや斜めに形成した例を示しているが、ブラックマトリクス層を垂直方向に形成しても良い。）の線幅に余裕がなく配向膜領域分割が難しいために、配向膜上に形成した様子を示している。コラムスペーサーの形成時に使用される装置の解像度が充足されると、データラインに対応するブラックマトリクス上部の配向膜もまた除去して溝形態にすることも可能である。
【０１５８】
このような実施の形態２においては、ゲートラインに対向する第１コラムスペーサー２２０ａは、上記の実施の形態１のコラムスペーサーの周期で形成し、データラインに対向する第２コラムスペーサー２２０ｂは、１０〜３０ピクセルユニットごとに配置する。これは一例に過ぎなく、設計しようとするパネルの大きさ及び解像度によって変更可能である。例えば、第１コラムスペーサー２２０ａの断面である矩形の縦の長さは４０〜８０μｍ、横の長さは５０〜３００μｍとし、第２コラムスペーサー２２０ｂの横の長さは１０〜３０μｍ、縦の長さは５０〜１００μｍとする。
【０１５９】
実施の形態１と同様に、実施の形態２においても、第１及び第２コラムスペーサー２２０ａ，２２０ｂが完全に硬化する前に対向基板と合着されるため、第１及び第２コラムスペーサー２２０ａ，２２０ｂはある程度の流動性を持つ状態で対向基板に触れ、第１及び第２コラムスペーサー２２０ａ，２２０ｂと対向基板（第１基板１００）との接着性が良好になる。
【０１６０】
図１７ａ及び図１７ｂは、本発明の各実施の形態における液晶注入方式を示す平面図である。
図示のように、本発明の実施の形態１による液晶表示装置は、配向膜溝２１０と配向膜溝２１０間の配向膜２０４ａ，２０４ｂ上の中央部位に液晶２３０を滴下する。これは、液晶滴下後に対向基板（第１基板）を反転して合着し、液晶２３０が広がる間にコラムスペーサー２２０の硬化が進行されなから対向基板間の固着がなされるようにするためである。このときに、各配向膜溝２１０間の配向膜２０４ａ，２０４ｂは一種のドメイン（domain）として働き、ドメイン別に小さいパネルのような特性を持ち、外部ストレスに耐えられる力が大きくなる。
【０１６１】
図面では、液晶２３０が滴下される領域をカラーフィルタアレイ基板４００としたが、薄膜トランジスタアレイが形成された第１基板１００上に液晶を滴下しても良い。
【０１６２】
一方、コラムスペーサー２２０がコーティングされたブラックマトリクス層２０１の部分は、上部にオーバーコート層２０３が形成されている。このオーバーコート層２０３の表面エネルギーは、配向膜２０４の均一なコーティングのために５０mN/m以上の特性を持つように設計される。これにより、配向膜２０４は完成後の表面エネルギーがオーバーコート層２０３のそれと略同一の水準とされるが、配向による分子配向（orientation）及び液晶に対するアンカーリングエネルギー（anchoring energy）により、滴下された液晶２３０は配向膜２０４の表面に留まろうとする傾向を持つ。
【０１６３】
上述の如く、コラムスペーサーは成形された後に、一次にＵＶ照射し仮硬化するが、このときに、コラムスペーサーを成形する反応器の種類によって、３００〜４００ｎｍの波長の光を５０〜８０ｍＷ/μｍの強度で１５０〜２４０秒間照射する。３５０ｎｍ近傍の照射光を使用する場合には、その強度はより低く、例えば５〜２０ｍＷ/μｍに、照射時間はより長く、例えば３分以上に調節する。
【０１６４】
このような光硬化は、引き続き進行される合着工程でコラムスペーサーがパネル内の液晶などと反応するのを防止するために、流動性を有さない程度ではあるが、熱が加えられた際に軟性を持てるような水準に行う。
【０１６５】
光硬化段階において、ＵＶ強度及び硬化時間は、コラムスペーサーの分子のガラス転移温度（Ｔｇ：Glass Transition Temperature）が５０℃以下３５℃以上となるように決定される。すなわち、室温ではコラムスペーサが硬い状態とされ、対向基板に触れてセルギャップを維持しながら液晶と混ざらないように調節する。ここで、セルギャップは、コラムスペーサーの高さ（液晶の滴下量）により決定される。
【０１６６】
図１８は、本発明の液晶表示装置のセル工程において、合着後の熱硬化工程を示す斜視図である。
図１８に示すように、本発明の液晶表示装置の第１及び第２基板１００，２００を液晶パネル５００として合着後に、コラムスペーサーの後硬化とされる熱硬化工程は、非表示領域（点線（表示領域）外部の領域）に形成されたシールパターン２４０を硬化させる工程と同時に行われる。
【０１６７】
この場合、熱硬化工程は、２段階（two step）に亘って行う必要がある。第１段階で、５０℃で３〜５分間置き、コラムスペーサーを構成する分子の接着性が生成されるようにした後、第２段階で、７０℃〜１２０℃の温度で３０〜５０分間加熱しなから熱硬化反応を完了する。
【０１６８】
このようなコラムスペーサーの後硬化が行われる熱硬化段階で、コラムスペーサー分子は、既に光硬化段階で架橋されたので流れない状態であり、単に運動性が増加して対向基板に対する分子接着性が増加し、この状態で、熱反応による追加架橋反応により、コラムスペーサーが第１及び第２基板との固着されるのである。このコラムスペーサーの後硬化は、コラムスペーサーを構成する組成のうち３０〜５０％を占める熱硬化高分子成分によるものである。
【０１６９】
図１９は、図１８の熱硬化工程に使用される装備を示す斜視図である。
図１９に示すように、液晶パネルの熱硬化時には、液晶パネルをサポートトレー（support tray）に入れた後、このサポートトレー３５０をオーブン３６０上に置いて熱処理を行う。
【０１７０】
シールパターンの硬化及びコラムスペーサーの後硬化が行われる熱硬化反応時に液晶パネル５００にガラス垂れ（glass aging）現象が起きないように、液晶パネル５００に熱を供給するための穴が全くないか稠密に形成されたサポートトレーを使用する。
【０１７１】
このような本発明による液晶表示装置の製造方法と従来の製造方法との相異は、下記の通りである。
第一に、コラムスペーサー工程がセル工程で行われる。すなわち、アレイ工程後に、配向膜を形成してからコラムスペーサーの製造が行われる。
第二に、コラムスペーサーの製造前に配向膜の印刷、焼成工程が行われる。
第三に、配向膜の印刷工程が基板全面に行われるのではなく、分割印刷とされる。
第四に、コラムスペーサーの本硬化反応がセル合着後に行われる。
第五に、コラムスペーサーが液晶パネルの第１及び第２基板ともに固着される。
【０１７２】
上述した本発明の液晶表示装置及びその製造方法は、それぞれ薄膜トランジスタアレイ及びカラーフィルタアレイが形成された第１基板及び第２基板を準備した後、セル工程で第１及び第２基板の所定部位に溝（スペース）が形成される分割配向膜を形成し、該分割配向膜の溝中にコラムスペーサーが形成されるようにする。
【０１７３】
したがって、コラムスペーサーの形成を配向膜工程後に行い、また、コラムスペーサーの仮硬化後に合着工程を行い、合着工程のシールパターン工程で熱硬化により硬化を行うので、完全にコラムスペーサーが硬くなる前にコラムスペーサーとその対向基板が合着され、合着後のシールパターン硬化工程と同時にコラムスペーサーの完全硬化ができ、コラムスペーサーと対向基板間の固着が強固になる。その結果、コラムスペーサーが上下部基板間に拘束され、外部のストレス（フィルムの収縮あるいは基板タッチによるねじれ）を受けても上下基板がずれず、両基板が一体として力を受けるので、歪みが起きても両基板間の液晶に対する変形は少なく済むと予想される。
【０１７４】
したがって、液晶パネルを拭くなどのタッチ動作により第１基板または第２基板が対向基板からシフトする現象が防止される。したがって、タッチによる不良及びシフトによるセルギャップ不均一を根本的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１】従来の液晶表示装置を示す分解斜視図である。
【図２】従来の横電界モード液晶表示装置を示す断面図である。
【図３】タッチ不良の生じた従来の液晶パネルを示す（ａ）平面図及び（ｂ）断面図である。
【図４】偏光板付着前後の基板撓み量を示すシミュレーション図である。
【図５】従来の液晶表示装置のカラーフィルタアレイ製造方法を順に示す工程図である。
【図６】従来の液晶表示装置のセル工程を順に示す工程図である。
【図７】本発明の液晶表示装置を（ａ）ＴＮモードに適用した場合の１サブピクセルを示す平面図、および、（ｂ）ＩＰＳモードに適用した場合の１サブピクセルを示す平面図である。
【図８】本発明による液晶表示装置のカラーフィルタアレイを示す平面図である。
【図９】図７のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図１０】本発明のカラーフィルタアレイ工程を順に示す工程図である。
【図１１】本発明のセル工程を順に示す工程図である。
【図１２】本発明の分割配向膜形成工程を示す概略図である。
【図１３】本発明のインクジェット工程に使用されるインクジェット装備を示す概略図である。
【図１４】本発明のコラムスペーサーまたは配向膜をオフセット印刷する際の工程断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１による液晶表示装置を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２による液晶表示装置を示す平面図である。
【図１７】本発明の各実施の形態による液晶注入方式を示す平面図である。
【図１８】本発明の液晶表示装置のセル工程において合着後の熱硬化工程を示す斜視図である。
【図１９】図１８の熱硬化工程に使用される装備を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１７６】
１００  第１基板、１０１  ゲートライン、１０１ａ  ゲート電極、１０２  データライン、１０２ａ  ソース電極、１０２ｂ  ドレーン電極、１０３  画素電極、１０４  ゲート絶縁膜、１０５  保護膜、１０５ａ  コンタクトホール、１０８  配向膜、１１１  ゲートライン、１１１ａ  ゲート電極、１１２  データライン、１１２ａ  ソース電極、１１２ｂ  ドレーン電極、１１３  画素電極、１１３ａ  第１ストレージ電極、１１４  共通ライン、１１４ａ  共通電極、１１６ａ  コンタクトホール、１５０  表示領域、２００  第２基板、２０１  ブラックマトリクス層、２０２  カラーフィルタ層、２０３  オーバーコート層、２０４  配向膜、２１０  配向膜溝、２２０  コラムスペーサー、２２０ａ  第１コラムスペーサー、２２０ｂ  第２コラムスペーサー、２３０  液晶、２４０  シールパターン、３００  ローラー、３１０  インクジェット装置、３１１  ヘッド、３１２  供給液、３１３  圧力タンク、３１４  供給管、３２０  基板、３２１  陽刻、３２２  陰刻、３２５  印刷物質、３５０  サポートトレー、３６０  オーブン、４００  カラーフィルタアレイ基板、５００  液晶パネル。
【図１】
2006301575.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006301575.tif 000021
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006301575.tif 000028
【図１５】
2006301575.tif 000029
【図１６】
2006301575.tif 000030
【図１７】
2006301575.tif 000031
【図１８】
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【図１９】
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