(57)【要約】【課題】コントラストを低下させることなく、画面の輝度を向上させる。【解決手段】配向膜を有する第１の基板とメイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０を有する第２の基板が液晶層を挟んで対向している液晶表示装置であって、前記メイン柱状スペーサ２０は前記第１の基板の前記配向膜に接触しており、前記サブ柱状スペーサは、前記第１の基板の前記配向膜に接触しておらず、前記メイン柱状スペーサは、第１の径を有する第１の部分２１と前記第１の部分２１の上に形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の部分２２を有し、前記第２の部分２２が前記第１の基板の前記配向膜に接触していることを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の映像信号線及び走査信号線を有する第１の基板と、第１のスペーサと第２のスペーサを有する第２の基板が液晶層を挟んで対向している液晶表示装置であって、
前記第１のスペーサの高さ、前記第２のスペーサの高さよりも高く形成され、
前記第１のスペーサは、第１の径を有する第１の部分と前記第１の部分の前記液晶層側に形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の部分を有し、前記第２のスペーサの径の大きさは、前記第１のスペーサの前記第１の径の大きさ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１のスペーサは、前記第１の部分から前記第２の部分にかけて段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】
前記第１のスペーサの前記第２の部分の高さは前記第１の部分の高さよりも低い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のスペーサの高さと前記第２のスペーサの高さの差が前記第１のスペーサの前記第２の部分の高さと同じ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２の基板において、前記第１のスペーサの形成位置には、第１のブラックマトリクスが形成され、前記第２のスペーサの形成位置に、第２のブラックマトリクス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６】
前記第１のブラックマトリクスの径は、前記第２のブラックマトリクスの径よりも大きい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２のスペーサの数は前記第１のスペーサの数よりも多い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】
平面視で視て、前記第１のスペーサの前記第２の基板と平行な面での断面は円形であり、前記第２のスペーサの前記第２の基板と平行な面での断面は円形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９】
前記液晶表示装置はＩＰＳ方式の液晶表示装置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に係り、特に、コントラストを維持しつつ、画面の輝度を向上させる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
【０００３】
ＴＦＴ基板と対向基板の間隔は柱状スペーサによって規定される。一方、最近は、液晶表示装置にタッチパネルを加え、表示画面を指等でタッチすることによって入力する方式が増加している。このような方式では、表示面側となる対向基板に圧力が加わるために、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔の維持が問題となる。
【０００４】
特許文献１には、第１の柱状スペーサと第２の柱状スペーサを対向基板に形成し、第１の柱状スペーサは通常状態で先端がＴＦＴ基板に接触し、第２の柱状スペーサは通常状態で先端がＴＦＴ基板に接触せず、対向基板に圧力が加わった場合にＴＦＴ基板に接触する構成の液晶表示装置が記載されている。また、特許文献１には、第２の柱状スペーサをスルーホール内に配置し、外部から圧力が加わった場合にスルーホールの壁に接触させることによって、反発力が徐々に大きくなる構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０６９３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＴＦＴ基板と対向基板の内側の液晶層と接する面には、液晶を初期配向させるための配向膜が形成されている。ＴＦＴ基板と対向基板の間隔を規定する柱状スペーサは対向基板に形成されており、その先端がＴＦＴ基板に接触する。ＴＦＴ基板の表面には、配向膜が形成されているので、柱状スペーサの先端が外部からの圧力によって、ＴＦＴ基板の配向膜に強く接触すると配向膜が削られることになる。  配向膜が削れた部分では液晶の配向ができないために、光漏れが生ずる。
また、配向膜は、液晶の配向方向を決定するために、ラビングや光配向法で配向膜を加工するが、柱状スペーサの存在により、柱状スペーサの周辺では他の画素領域とは異なる加工がなされる。このため、配向膜が削れなくとも、柱状スペーサの近辺では液晶の配向が乱れることによる光漏れも生ずる。
このような光漏れを防止するために、柱状スペーサが形成された位置にはブラックマトリクス（遮光膜）が形成される。光漏れの発生をなるべく抑えるためには、このブラックマトリクスの形成領域をなるべく広げることが考えられる。しかし、ブラックマトリクスはバックライトからの光を透過しないので、ブラックマトリクスの形成領域を広くすると液晶表示装置の開口率を減少させ、画面輝度を低下させることになる。
【０００７】
本発明の課題は、光漏れによるコントラストの低下を抑えつつ、柱状スペーサの部分のブラックマトリクスの面積をできるだけ小さくすることによって、画面輝度の低下を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
【０００９】
（１）複数の映像信号線及び走査信号線を有する第１の基板と、第１のスペーサと第２のスペーサを有する第２の基板が液晶層を挟んで対向している液晶表示装置であって、前記第１のスペーサの高さ、前記第２のスペーサの高さよりも高く形成され、前記第１のスペーサは、第１の径を有する第１の部分と前記第１の部分の前記液晶層側に形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の部分を有し、前記第２のスペーサの径の大きさは、前記第１のスペーサの前記第１の径の大きさ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【００１０】
（２）前記メイン柱状スペーサは、前記第１の部分から前記第２の部分にかけて段部が形成されていることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。
【図２】液晶表示装置の表示領域の断面図である。
【図３】液晶表示装置の表示領域の他の断面図である。
【図４】液晶表示装置の対向基板を液晶層側から視た平面図である。
【図５】メイン柱状スペーサとサブ柱状スペーサの断面図である。
【図６】実施例１の液晶表示装置の表示領域の断面図である。
【図７】実施例１の液晶表示装置の表示領域の他の断面図である。
【図８】実施例１の液晶表示装置の対向基板を液晶層側から視た平面図である。
【図９Ａ】実施例１のメイン柱状スペーサの断面図である。
【図９Ｂ】実施例１のサブ柱状スペーサの断面図である。
【図１０】実施例１のメイン柱状スペーサの詳細断面図である。
【図１１】実施例２の液晶表示装置の対向基板を液晶層側から視た平面図である。
【図１２Ａ】実施例２のメイン柱状スペーサの断面図である。
【図１２Ｂ】実施例２のサブ柱状スペーサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の内容を、実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００がシール材１５０によって接着し、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間に液晶が挟持されている。ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００が重なっていない部分は端子部１７０となっている。端子部１７０には、液晶表示パネルを駆動するＩＣドライバ１６０が搭載され、また、液晶表示パネルに電源、映像信号、走査信号等を供給するためのフレキシブル配線基板を接続するための端子等が形成されている。
【００１４】
図１において、表示領域５００には走査線１０が横方向に延在し、縦方向に配列している。また、映像信号線１１が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１０と映像信号線１１とで囲まれた領域が画素１２となっている。各画素にはＴＦＴや画素電極が形成されている。画素の境界付近には、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定するための、メイン柱状スペーサが形成されている。また、タッチ入力をするために、対向基板２００が指等で圧力を受けた場合に、過度にＴＦＴ基板と対向基板が接近しないようにするためのサブ柱状スペーサが形成されている。
【００１５】
図２は表示領域５００の画素部分の断面図である。図２は、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置の断面構成を説明する図である。図２は、液晶表示装置の層構造を説明するためのものであり、特定の平面構造と対応しているものではない。
【００１６】
図２において、例えばガラスで形成されたＴＦＴ基板１００の上に下地膜１０１が形成されている。液晶表示装置を湾曲可能とするためには、ＴＦＴ基板１００を０．２ｍｍ以下に薄くするか、ＴＦＴ基板１００の材質をポリイミド等の樹脂で形成する。
【００１７】
下地膜１０１は、ガラスからの不純物が後で形成される半導体層１０２を汚染することを防止する役割を有する。下地膜１０１は一般には、窒化シリコン膜（以後ＳｉＮ膜という）と酸化シリコン膜（以下ＳｉＯ膜という）の２層膜から形成される。下地膜１０１の上に半導体層１０２が形成される。半導体層１０２は、まずＣＶＤによってａ−Ｓｉを形成し、その後、エキシマレーザを照射することによってＰｏｌｙ−Ｓｉに変換したものである。なお、下地膜１０１を構成するＳｉＮ、ＳｉＯ、半導体層となるａ−Ｓｉは、ＣＶＤによって連続して形成される。
【００１８】
半導体層１０２をパターニングした後、これを覆ってゲート絶縁膜１０３を形成する。ゲート絶縁膜１０３はＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料としたＳｉＯ膜である。ゲート絶縁膜１０３を覆ってゲート電極１０４が形成される。ゲート電極１０４は例えば、ＭｏＷ（モリブデンタングステン）合金で形成され、ＭｏＷ合金をスパッタリング等で成膜した後、パターニングして形成する。
【００１９】
ゲート電極１０４をパターニングした後、Ｐ（リン）、Ｂ（ボロン）等のイオンインプランテーションを行い、ゲート電極１０４で覆われた領域以外の半導体層１０２に導電性を付与する。これによって、半導体層１０２にドレイン領域１０２１及びソース領域１０２２を形成する。
【００２０】
その後、ゲート電極１０４を覆ってＳｉＮあるいはＳｉＯによって層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５はＣＶＤによって形成することが出来る。層間絶縁膜１０５およびゲート絶縁膜１０３にスルーホール１２１、１２２を形成し、半導体層１０２のドレイン領域１０２１とドレイン電極１０６の接続、及び、半導体層のソース領域１０２２とソース電極１０７の接続を可能にする。ドレイン電極１０６は映像信号線１１と接続し、ソース電極１０７は後で形成される、スルーホール１３０を介して画素電極１１１と接続する。なお、図２では、映像信号線１１がドレイン電極１０６を兼ねている。
【００２１】
ドレイン電極１０６およびソース電極１０７を覆ってアクリル樹脂等によって、有機パッシベーション膜１０８を形成する。有機パッシベーション膜１０８は平坦化膜の役割を有しているので、２乃至４μｍと、厚く形成される。
【００２２】
有機パッシベーション膜１０８は感光性の樹脂で形成されるので、スルーホール１３０の形成に、別途レジストを形成する必要はない。有機パッシベーション膜材料はポジ型の感光性樹脂であり、光が照射された部分にスルーホール１３０が形成される。なお、有機パッシベーション膜１０８はアクリルの他、シリコン樹脂あるいはポリイミド等で形成することも出来る。
【００２３】
有機パッシベーション膜１０８の上に、平面状にコモン電極１０９がＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の酸化物透明導電膜によって形成される。コモン電極１０９は各画素共通に形成されるが、スルーホール１３０内には形成されない。コモン電極１０９をパターニング後、コモン電極１０９を覆って容量絶縁膜１１０がＳｉＮによって形成される。容量絶縁膜１１０はＣＶＤによって形成される。容量絶縁膜１１０は有機パッシベーション膜１０８を形成した後に形成されるので、高温で形成することが出来ず、２００℃程度の低温ＣＶＤによって形成される。
【００２４】
容量絶縁膜１１０の上に、櫛歯状、あるいはストライプ状に画素電極１１１がＩＴＯ等の酸化物透明導電膜によって形成される。コモン電極１０９と画素電極１１１との間の絶縁膜１１０は画素電極とコモン電極との間の保持容量を形成するものであるから、容量絶縁膜１１０と呼ばれる。
【００２５】
容量絶縁膜１１０には、有機パッシベーション膜１０８に形成されたスルーホール１３０内において、スルーホールが形成され、画素電極１１１とソース電極１０７が接続される。
【００２６】
画素電極１１１及び容量絶縁膜１１０を覆って配向膜１１２が形成される。配向膜１１２は液晶の初期配向を決めるものであり、配向処理はラビング処理か光配向処理によって行われる。ＩＰＳ方式では、光配向による配向処理が適している。画素電極１１１に映像信号が印加されると、コモン電極１０９との間に矢印のような電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転し、画素毎に液晶層３００の透過率を制御して画像を形成する。
【００２７】
図２において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置している。フレキシブル表示装置としたい場合は、対向基板２００をポリイミド等の樹脂で形成する。対向基板２００の内側にカラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２が形成される。バックライトからの光を制御して画像を形成したい部分にはカラーフィルタ２０１を配置し、カラー表示を可能にする。一方、バックライトからの光を制御することが難しい、例えば、後で説明する柱状スペーサ、スルーホール１３０等が形成された部分等にはブラックマトリクス２０２を形成し、光漏れを防止する。
【００２８】
カラーフィルタ２０１及びブラックマトリクス２０２を覆ってアクリル等の透明有機材料によってオーバーコート膜２０３が形成される。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を一定に保ち、液晶層３００の厚さを均一にするために、オーバーコート膜２０３の上にメイン柱状スペーサ２０が形成される。なお、メイン柱状スペーサ２０の他に、図３等で説明するように、対向基板２００が圧力を受けた場合に、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が過度に小さくならないようにするサブ柱状スペーサ３０が別な画素付近に存在する。
【００２９】
図２に示すように、メイン柱状スペーサ２０の先端はＴＦＴ基板１００側の配向膜１１２と接触している。対向基板２００に外部から圧力が加わったような場合、メイン柱状スペーサ２０の先端には強い圧力が加わり、メイン柱状スペーサ２０が変形するとともに、配向膜１１２がメイン柱状スペーサ２０によって削られる。ＩＰＳ方式では、配向膜１１２を光配向することが多いが、光配向処理された配向膜１１２は機械的に弱いので、配向膜の削れは、より深刻な問題になる。
【００３０】
配向膜１１２が削られると、その部分は黒表示をしても光が漏れるので、輝点として認識され、コントラストを低下させる要因となる。そこで、図２に示すように、平面で視て、柱状スペーサ２０から所定の距離ｄａまで、対向基板２００にブラックマトリクス２０２を形成して光漏れを防止する。距離ｄａは例えば１２μｍである。このようにすれば、仮に配向膜削れによる輝点が発生しても、ブラックマトリクスで隠せる領域が増えるため、コントラストの低下は免れるが、反面、ブラックマトリクスによって光の透過率は減少するので、画面輝度が低下する。
【００３１】
図３は、付近にサブ柱状スペーサ３０が配置された画素の断面図である。図３におけるＴＦＴ基板１００、対向基板２００に形成される層構成は図２と同じである。図３が図２と異なる点は、柱状スペーサの形状と対向基板２００に形成されたブラックマトリクス２０２の形成範囲である。サブ柱状スペーサ３０は通常はＴＦＴ基板１００側とは接触していない。つまり、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１２との間には、例えば０．４μｍ程度の間隔が存在している。
【００３２】
対向基板２００が外部から圧力を受けると対向基板２００が撓むが、サブ柱状スペーサ３０がＴＦＴ基板１００側と接触すると、これがストッパとなって、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の間隔がそれ以上小さくならないようにしている。従って、サブ柱状スペーサ３０はある程度の圧力に耐えるようにする必要があるので、メイン柱状スペーサ２０よりも大きな径で形成されている。また、後で説明するように、サブ柱状スペーサ３０の数は、メイン柱状スペーサ２０の数よりも多く配置されている。
【００３３】
つまり、対向基板２００が外部から圧力を受けた場合に対向基板２００の撓む量を抑制する能力は、対向基板２００におけるサブ柱状スペーサ３０の数ｎｓと各サブ柱状スペーサの断面積ｃｓの積、ｎｓ×ｃｓが支配的である。
対向基板２００に圧力が加わってサブ柱状スペーサ３０の先端がＴＦＴ基板１００側に接触すると、配向膜１１２がサブ柱状スペーサ３０によって削られる危険がある。配向膜１１２がサブ柱状スペーサ３０によって削られた場合の光もれを防止するため、及び、サブ柱状スペーサ３０近辺の液晶の配向乱れによる光漏れを防止するために、サブ柱状スペーサ３０に対応する部分の対向基板２００側にブラックマトリクス２０２が形成されている。ブラックマトリクス２０２は、平面で視て、サブ柱状スペーサ３０よりも外側に距離ｄｂまで形成されている。距離ｄｂは例えば６．８μｍである。
サブ柱状スペーサ３０は、基板の撓みを抑制するために、大きく弾性変形することは想定されていないので、メイン柱状スペーサ２０の場合に比べて配向膜１１２が削られる量は少ない。また、高さもメイン柱状スペーサ２０よりも低いことから配向乱れの範囲も狭いと考えられる。つまり、光漏れの危険もメイン柱状スペーサ２０の場合に比較して小さい。したがって、サブ柱状スペーサ３０に対するブラックマトリクス２０２の距離ｄｂはメイン柱状スペーサ２０に対するブラックマトリクス２０２の距離ｄａよりも小さい。
【００３４】
図４は、一般的な構造を示す一例であり、メイン柱状スペーサ２０およびサブ柱状スペーサ３０が形成された状態における対向基板２００を液晶層側から視た平面図である。図４において、ブラックマトリクス２０２が第１の方向（横方向）に延在し、第２の方向（縦方向）に配列している。横方向に延在するブラックマトリクス２０２は、ＴＦＴ基板１００側の走査線１０に対応し、かつ、画素内に形成されるＴＦＴやスルーホールを覆うような幅を持って形成されている。
【００３５】
また、ブラックマトリクス２０２は、縦方向に延在し、横方向に配列された領域も持つ。縦方向に延在するブラックマトリクス２０２は、第２の方向に対して所定の角度を持って延在している。縦方向に延在するブラックマトリクス２０２はＴＦＴ基板１００側の映像信号線１１に対応している。横方向に延在するブラックマトリクス２０２と縦方向に延在するブラックマトリクス２０２は連続して形成されている。但し、図４では、わかり易くするために、横方向のブラックマトリクスと縦方向のブラックマトリクスの間には線が入っており、また、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクスの部分は円で記載している。図８、図１１も同様である。
【００３６】
ブラックマトリクス２０２に囲まれた領域が透過領域であり、この部分に対応するＴＦＴ基板１００に画素電極１１１が形成され、画素を構成している。ブラックマトリクス２０２の透過領域すなわち、画素が第１の方向に延在するブラックマトリクス２０２に対して互いに傾きが反対になるように繰り返し配列しているのは、視野角特性を均一にするためである。
【００３７】
図４において、横方向に延在するブラックマトリクス２０２と縦方向に延在するブラックマトリクス２０２の交点に対応する部分にメイン柱状スペーサ２０あるいはサブ柱状スペーサ３０が形成されている。なお、この場所は、ＴＦＴ基板１００においては、走査線１１と映像信号線１２が交差する付近に対応する。
【００３８】
また、サブ柱状スペーサ３０は横方向には３画素毎に配置し、縦方向には画素毎に配置している。メイン柱状スペーサ２０は１６個のサブ柱状スペーサ毎に１個の割合で配置している。メイン柱状スペーサ２０の径φｓａはサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂよりも小さい。φｓａは例えば、８μｍで、φｓｂは例えば１１μｍである。
【００３９】
メイン柱状スペーサ２０は、外部から圧力が加わっていない状態におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定するものであり、外部から対向基板２００に圧力が加わった場合に、メイン柱状スペーサ２０が弾性変形によって変形し、圧力を吸収する役割を担う。外部からの対向基板２００への圧力が解除された場合は、メイン柱状スペーサ２０は弾性変形によって元の形状に戻る。サブ柱状スペーサ３０は、通常はＴＦＴ基板１００に接していないが、外部から対向基板２００に圧力が加わった場合は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が必要以上に狭くならないように、圧力に対抗する役割を担う。このため、サブ柱状スペーサ３０は、弾性変形によってあまり変形しない大きさ（具体的には径を大きくする）ことが必要になる。
【００４０】
図４において、メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂａはサブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクスの径φｂｂよりも大きい。径φｂａは例えば３２μｍであり、径φｂｂは２４．６μｍである。つまり、外部から圧力が加わった場合は、メイン柱状スペーサ２０が変形し、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１２を削る危険が大きいので、配向膜１１２剥がれに起因する光もれを防止するためである。一方、サブ柱状スペーサ３０は殆ど変形しないので、ＴＦＴ基板１００側の配向膜を削る危険が小さいため、対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂは小さくてよい。また、メイン柱状スペーサ２０の径φｓａよりも対応するブラックマトリクスの径φｂａを大きくとること、あるいは、サブ柱状スペーサの径φｓｂよりも対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂを大きくとることは、配向膜１１２の削れ対策のみでなく、メイン柱状スペーサ２０あるいはサブ柱状スペーサ３０の周辺において、液晶の配向が乱れることによる光漏れを対策するためでもある。
【００４１】
サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂは、メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂａよりも小さいが、サブ柱状スペーサ３０の数はメイン柱状スペーサ２０よりもはるかに多いのが一般的であり、本実施例では１６倍の差がある。したがって、開口率への影響はサブ柱状スペーサ３０による影響が圧倒的に大きい。
【００４２】
図５はメイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０を比較する断面図である。図５Ａは図４のＡ−Ａ断面に対応する対向基板２００側の断面図であり、図５Ｂは図４のＢ−Ｂ断面に対応する対向基板２００側の断面図である。図５Ａ、図５Ｂにおいて、一部の層は省略されている。なお、メイン柱状スペーサ２０もサブ柱状スペーサ３０も、その径は、各スペーサの高さの頂点から９５％の位置を基準とする。
図５Ａと図５Ｂを比較すると、メイン柱状スペーサ２０の径φｓａはサブ柱状スペーサの径φｓｂよりも小さいが、メイン柱状スペーサ２０の高さｈａはサブ柱状スペーサ３０の高さｈｂよりもｄｈだけ高い。ｄｈは例えば、０．４μｍである。すなわち、外部から圧力が加わった場合、メイン柱状スペーサ２０は、サブ柱状スペーサ３０と同レベルとなる高さｄｈだけ押し潰されることになる。
【００４３】
メイン柱状スペーサ２０は押し潰されて弾性変形することが想定されているので、メイン柱状スペーサ２０付近における液晶の配向の乱れが大きいために、メイン柱状スペーサ２０の径φｓａとブラックマトリクス２０２の径φｂａの差である距離ｄａは、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂとブラックマトリクス２０２の径φｂｂの差である距離ｄｂよりも大きく設定される。これらの距離ｄａおよびｄｂは、メイン柱状スペーサ２０およびサブ柱状スペーサ３０に起因する光漏れに対する裕度を保障するものであるため、開口率向上のために安易に小さくすることは出来ない。
【００４４】
本発明は、光漏れに対する裕度、すなわち、メイン柱状スペーサ２０における距離ｄａ、サブ柱状スペーサ３０における距離ｄｂを変えずに、柱状スペーサ２０にも外圧への対抗力を分担させることによって、サブ柱状スペーサ３０の径を小さくする。これによって、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂａを小さくし、結果的に透過率を向上させるものである。
【００４５】
図６は実施例１の特徴を示す画素部の断面図である。図６におけるＴＦＴ基板１００、対向基板２００に形成される層構成は図２において説明したのと同様である。図６が図２と異なる点は、メイン柱状スペーサ２０の形状である。図６のメイン柱状スペーサ２０は、径の大きい第１の部分２１と、径が小さくＴＦＴ基板側と接触する第２の部分２２から構成されており、第１の部分２１と第２の部分２２の境界には段部２３が形成されている。
【００４６】
図６におけるメイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径は、後で説明するように、サブ柱状スペーサ３０の径と同じになっている。したがって、本実施例においては、メイン柱状スペーサ２０も、対向基板２００に圧力が加わったときに、サブ柱状スペーサ３０と同様に反発力として機能する。一方、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１２と接触するメイン柱状スペーサ２０の第２の部分２２の径及び高さは、図２に示すメイン柱状スペーサ２０と同じである。
【００４７】
したがって、図６のメイン柱状スペーサ２０の影響による光漏れを防止するために対向基板２００側に形成されるブラックマトリクス２０２の範囲は、図２の場合と同じである。具体的には、メイン柱状スペーサ２０の第２の部分２２がＴＦＴ基板１００の配向膜１１２と接する端からブラックマトリクス２０２の端までの距離ｄａは図２と同じである。したがって、メイン柱状スペーサ２０に対応する部分における開口率は、図２と同様である。
【００４８】
図７は実施例１におけるサブ柱状スペーサ３０が形成されている画素付近の断面図である。図７におけるＴＦＴ基板１００および対向基板２００の層構成は図３と同じである。図７が図３と異なる点は、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１が、図３におけるサブ柱状スペーサの径φｓｂよりも小さいことである。すなわち、本実施例においては、メイン柱状スペーサ２０にも外部からの圧力に対する反発力の機能を分担させるので、対向基板２００全体では、実質的にサブ柱状スペーサの数が増えたことになる。外部からの圧力に対する反発力は、サブ柱状スペーサの数と断面積の積で決められるため、サブ柱状スペーサの数が増えるということは、その分、各サブ柱状スペーサ３０の断面積、すなわち径を小さくすることが出来る。
【００４９】
一方、図７においても、サブ柱状スペーサ３０の端部から対応するブラックマトリクス２０２の端部までの距離ｄｂは図３の場合と同じである。つまり、サブ柱状スペーサ３０の配向乱れに対する影響は、高さが変わらない以上、図３の場合と同じだからである。したがって、サブ柱状スペーサ３０の中央から、ブラックマトリクス２０２の端部までの距離φｂｂ１／２は、サブ柱状スペーサの径φｓｂが小さくなっている分、図３における距離φｂｂ／２よりも小さくなる。その分、図７においては開口率が増加することになる。
【００５０】
図８は、実施例１における平面図である。図８において、メイン柱状スペーサ２０およびサブ柱状スペーサ３０の配置は図４で説明したのと同様である。図８が図４と異なる点は、メイン柱状スペーサ２０の形状及びメイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径、サブ柱状スペーサ３０の径及びサブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径である。
【００５１】
図８において、メイン柱状スペーサ２０の形状は図７の断面形状に示すように、径φｓａ１を有する第１の部分２１と径φｓａを有する第２の部分２２の２段構成になっている。径ｓａは図２におけるメイン柱状スペーサ２０の径と同じで、例えば８μｍである。一方、第１の部分２１の径φｓａ１はサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１と同じであり、例えば、１０．６μｍである。
【００５２】
メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂａは図４におけるブラックマトリクス２０２の径φｂａと同じで、例えば、３２μｍである。つまり、メイン柱状スペーサ２０は形状が異なるが、メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２に関係する開口率は図４と同じである。
【００５３】
図８において、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１は図４におけるサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂよりも小さく、例えば、１０．６μｍである。つまり、実施例１では、メイン柱状スペーサ２０にも外部からの圧力に対する反発力を分担させているので、その分、サブ柱状スペーサ３０の径を小さくすることが出来る。
【００５４】
しかし、平面で視て、サブ柱状スペーサ３０の端部からブラックマトリクス２０２の端部までの距離（φｂｂ１−φｓｂ１）／２は、図４におけるサブ柱状スペーサ３０の端部からブラックマトリクス２０２の端部までの距離（φｂｂ２−φｓｂ２）／２と同じｄｂである。その結果、図８におけるサブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂ１は、例えば２４．２μｍとなり、図４におけるサブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂとして示した２４．６μｍよりも小さくなっている。つまり、図８においては、サブ柱状スペーサ３０の径が小さくなった分、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂ１を小さくすることができたため、図４の場合よりも開口率が増大している。
【００５５】
図９Ａは図８のＣ−Ｃ断面であり、メイン柱状スペーサ２０の断面図である。図９Ｂは図８のＤ−Ｄ断面であり、サブ柱状スペーサ３０の断面図である。図９Ａにおいて、メイン柱状スペーサ２０は径の大きい第１の部分２１とその上に形成された径の小さい第２の部分２２で構成され、第１の部分２１と第２の部分２２には段部２３が形成されている。第１の部分２１の径φｓａ１は図９Ｂにおけるサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１と同じである。また、第２の部分２２の径φｓａは、図５Ａ等におけるメイン柱状スペーサ２０の径と同じである。
【００５６】
メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の高さｈｂは図９Ｂにおけるサブ柱状スペーサ３０の高さｈｂと同じである。メイン柱状スペーサ２０は第２の部分２２の高さｄｈだけ、サブ柱状スペーサ３０の高さよりも大きくなっている。第２の部分２２の高さは例えば０．４μｍである。メイン柱状スペーサ２０の全体の高さｈａは図５Ａにおけるメイン柱状スペーサ２０の高さｈａと同じである。対向基板２００が圧力を受けた場合、メイン柱状スペーサ２０の第２の部分２２が変形することになる。
【００５７】
図９Ａにおいて、メイン柱状スペーサ２０が変形することによる配向膜１１２の剥がれや液晶の配向乱れによる光漏れを防止するために、ブラックマトリクス２０２がメイン柱状スペーサ２０よりもｄａだけ余裕をもって大きく形成されている。図９Ａにおけるｄａの値は、図５Ａにおけるメイン柱状スペーサ２０に対するブラックマトリクス２０２の余裕ｄａと同じである。
【００５８】
図９Ｂにおいて、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１は図５Ｂにおけるサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂよりも小さい。実施例１では、メイン柱状スペーサ２０にもサブ柱状スペーサ３０の役割を持たせ、実質的にサブ柱状スペーサ３０の数を増やしているので、その分、サブ柱状スペーサ３０の径を小さくしている。図９Ｂにおいて、ブラックマトリクス２０２はサブ柱状スペーサ３０に対して余裕ｄｂだけ大きく形成されている。図９Ｂにおける余裕ｄｂは図５Ｂにおけるサブ柱状スペーサ３０に対するブラックマトリクス２０２の余裕ｄｂと同じである。
【００５９】
図９Ａ、図９Ｂにおける柱状スペーサの径は、柱状スペーサの高さの頂点から９５％における径を基準としている。但し、図９Ａにおいては、第１の部分２１の径は、第１の部分２１の高さから９５％に位置における径を言い、第２の部分２２の径は、メイン柱状スペーサ全体の頂点から９５％に位置における径をいう。また、図９Ｂにおいては、サブ柱状スペーサ３０の高さｈｂの頂点から９５％の位置における径をいう。
【００６０】
図１０はメイン柱状スペーサ２０の実際のアスペクト比に近い例における断面図である。図１０において、メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１と第２の部分２２の間には段部２３が形成されている。図１０における第１の部分２１の高さは、この段部２３を点線で結ぶ部分での高さと定義できる。また、第２の部分２２の高さは、段部２３を点線で結ぶ位置から、第２の部分２２の先端の位置までの高さと定義することが出来る。
【００６１】
上記で示した構造において、具体的な数値評価は次のようになる。尚、ここでは１６個（内、１個がメイン柱状スペーサ、１５個がサブ柱状スペーサ）の柱状スペーサ群で検討する。従来の例である図４では、サブ柱状スペーサの断面積（πｒ２＝π×（φｓｂ／２）２μｍ２）とサブ柱状スペーサの数（１５）の積は、φｓｂ＝１１μｍとすると、１４２５．５μｍ２となる。
【００６２】
実施例１を示す図８では、メイン柱状スペーサの第１の部分２１の径とサブ柱状スペーサ３０の径は同じである。このため、サブ柱状スペーサとして前提とする数は従来と比して一つ増え、１６個となる。このためφｓｂ１＝１０．６μｍとしたとしても、サブ柱状スペーサ３０の断面積（πｒ２＝π×（φｓｂ１／２）２μｍ２）とサブ柱状スペーサ３０の数（１６）の積は、１４１１．９μｍ２となり、図４の場合と同程度になる。
【００６３】
次に、ブラックマトリクス２０２の径が小さくなったことの開口率向上への効果を評価する。図４においては、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の面積はπ×（φｂｂ／２）２＝４７５．２９μｍ２（φｂｂ＝２４．６μｍ）であるのに対し、図８においては、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の面積はπ×（φｂｂ１／２）２＝４５６．１７μｍ２（φｂｂ１＝２４．２μｍ）である。これらを対比させると、４５６．１７／４７５．２９＝０．９６０、すなわち、約４％分ブラックマトリクス２０２の面積が減らせることとなり、開口率が向上し、画面輝度の上昇に寄与することになる。
【実施例２】
【００６４】
図１１は実施例２を示す平面図である。実施例２におけるメイン柱状スペーサ２０付近の画素部の断面図はメイン柱状スペーサ２０の形状を除いて実施例１の図６と同じである。また、実施例２のサブ柱状スペーサ３０付近の画素部の断面もサブ柱状スペーサ３０の形状および対応するブラックマトリクス２０２の径を除いて図７と同様である。
【００６５】
図１１において、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０の配置は実施例１の図８と同様である。図１１が図８と異なる点は、メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径φｓａ２が、図８におけるメイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径φｓａ１よりも大きいことである。メイン柱状スペーサ２０の第２の部分２２の径φｓａは実施例１と同じである。また、メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂａは実施例１の図８と同じである。
【００６６】
図１１が図８と異なる他の点は、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ２が図８のサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ１よりも小さく、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径φｂｂ２が図８のブラックマトリクス２０２の径φｂｂ１よりも小さいということである。つまり、実施例２では、実施例１よりもさらに開口率が増加している。
【００６７】
図１１の特徴は、メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径をサブ柱状スペーサ３０の径よりも大きくして、対向基板２００に圧力がかかったときの反発力をメイン柱状スペーサ２０により多く負担させている。これによって、メイン柱状スペーサ２０におけるサブ柱状スペーサの機能を向上させることで、他のサブ柱状スペーサ３０の個々の負荷を軽減し、サブ柱状スペーサ３０の径を小さくするようにしている。
【００６８】
図１１のメイン柱状スペーサ２０において、第１の部分２１の径φｓａ２は、図８における第１の部分２１の径φｓａ１よりも大きいが、第２の部分２２の径φｓａは、図８、あるいは、図４の径φｓａと同じである。したがって、配向膜剥がれによる影響あるいはメイン柱状スペーサ２０による液晶の配向乱れの影響は実施例１と同じであるので、メイン柱状スペーサ２０に対応するブラックマトリクス２０２の径は、実施例１と同じである。
【００６９】
一方、図１１では、サブ柱状スペーサ３０の径が小さくなっているので、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の径も小さくすることが出来る。そして、サブ柱状スペーサ３０に対応したブラックマトリクス２０２の径を小さくした分、開口率が大きくなる。
【００７０】
図１２Ａは図１１のＥ−Ｅ断面であり、実施例２におけるメイン柱状スペーサ２０に対応する部分の断面図である。図１２Ｂは図１１のＦ−Ｆ断面であり、サブ柱状スペーサ３０に対応する部分の断面図である。図１２Ａにおいて、メイン柱状スペーサ２０は径の大きい第１の部分２１とその上に形成された径の小さい第２の部分２２で構成され、第１の部分２１と第２の部分２２には段部２３が形成されている。第１の部分２１の径φｓａ２は図１２Ｂのサブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ２よりも大きい。したがって、実施例２ではメイン柱状スペーサ２０により多くの反発力を負担させている。一方、第２の部分２２の径φｓａは、図５Ａ等におけるメイン柱状スペーサ２０の径と同じである。
【００７１】
メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の高さｈｂは図１２Ｂにおけるサブ柱状スペーサの高さｈｂと同じである。メイン柱状スペーサ２０は第２の部分２１の高さｄｈだけ、サブ柱状スペーサ３０の高さよりも高くなっている。第２の部分２２の高さは例えば０．４μｍである。メイン柱状スペーサ２０の全体の高さｈａは図５Ａにおけるメイン柱状スペーサ２０の高さｈａと同じである。対向基板２００が圧力を受けた場合、メイン柱状スペーサ２０の第２の部分２２が変形することになる。
【００７２】
図１２Ａにおいて、メイン柱状スペーサ２０が変形することによる配向膜の剥がれや液晶の配向乱れによる光漏れを防止するために、ブラックマトリクス２０２がメイン柱状スペーサ２０よりもｄａだけ余裕をもって大きく形成されている。図１２Ａにおけるｄａの値は、図５Ａ、図９Ａにおけるメイン柱状スペーサ２０に対するブラックマトリクスの余裕と同じである。
【００７３】
図１２Ｂにおいて、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ２はメイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径φｓａ２よりも小さい。実施例２では、メイン柱状スペーサ２０にも外部圧力に対する反発力の役割をより多く持たせるので、その分、サブ柱状スペーサ３０の径をさらに小さくできる。図１２Ｂにおいて、サブ柱状スペーサ３０に対するブラックマトリクス２０２の余裕ｄｂは図５Ｂ、図９Ｂにおけるサブ柱状スペーサ３０に対するブラックマトリクス２０２の余裕ｄｂと同じである。
【００７４】
図１２Ａ、図１２Ｂにおける、メイン柱状スペーサ、サブ柱状スペーサの径の定義は、図９Ａ、図９Ｂで説明したのと同じである。
【００７５】
本実施例における具体的な数値評価は次のようになる。尚、本実施例でも１６個（内、１個がメイン柱状スペーサ、１５個がサブ柱状スペーサ）の柱状スペーサ群で検討する。従来の例である図４では、１５個のサブ柱状スペーサ３０によって外部からの圧力に対向する。このとき、サブ柱状スペーサ３０の断面積（πｒ２＝π×（φｓｂ／２）２μｍ２）とサブ柱状スペーサ３０の数（１５）の積は、φｓｂ＝１１μｍとすると、１４２５．５μｍ２となる。
【００７６】
実施例２を示す図１１では、メイン柱状スペーサ２０の第１の部分２１の径φｓａ２を例えば、１８．０μｍとすると、（πｒ２＝π×（φｓａ２／２）２μｍ２）＝２５４．５μｍ２となる。一方、サブ柱状スペーサ３０の径φｓｂ２を９．９６μｍとすると、個々のサブ柱状スペーサ３０の断面積は、（πｒ２＝π×（φｓｂ２／２）２μｍ２）＝７７．９μｍ２となり、（πｒ２＝π×（φｓｂ１／２）２μｍ２）とサブ柱状スペーサの数（１５）の積は、１１６８．７μｍ２となる。これにメイン柱状スペーサ２０分を加えると、総面積は、１４２３．２μｍ２となり、図４の場合と同等になる。
【００７７】
次にブラックマトリクス２０２の径が小さくなったことの開口率向上への効果を評価する。図４においては、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の面積はπ×（φｂｂ／２）２＝４７５．２９μｍ２（φｂｂ＝２４．６μｍ）であるのに対し、図１１においては、サブ柱状スペーサ３０に対応するブラックマトリクス２０２の面積はπ×（φｂｂ２／２）２＝４３７．４４μｍ２（φｂｂ２＝２３．６μｍ）である。これらを対比させると、４３７．４４／４７５．２９＝０．９２０、すなわち、約８％分ブラックマトリクス２０２の面積が減らせることとなり、開口率が向上し、画面輝度の上昇に寄与することになる。
【００７８】
以上で説明した、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０は、対向基板２００にアクリル等による感光性樹脂を形成し、これをフォトリソグラフィによってパターニングする。感光性樹脂はネガ型を用い、露光した部分が硬化して、現像液に対して不溶となって、メイン柱状スペーサ２０、サブ柱状スペーサ３０が形成される。この時、ハーフ露光技術を用いることによって、メイン柱状スペーサ２０における第１の部分２１と第２の部分２２を形成することが出来る。また、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０の高さの違いも、ハーフ露光技術によって形成することが出来る。
【００７９】
また、以上の説明では、オーバーコート膜２０３の上に別途、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０を形成するとして説明したが、これに限らず、オーバーコート膜材料を厚くコーティングし、ハーフ露光技術を用いることによって、オーバーコート膜２０３、メイン柱状スペーサ２０、サブ柱状スペーサ３０を一括して形成することも出来る。
【００８０】
以上の説明では、メイン柱状スペーサ２０とサブ柱状スペーサ３０は全て円柱状であるとして説明したが、柱状スペーサの断面は円形である必要はなく、他の形状であっても本発明を適用することが出来る。
【００８１】
また、以上の説明では、メイン柱状スペーサ２０およびサブ柱状スペーサ３０の存在による液晶の配向乱れに起因する光漏れを防止するために、対向基板２００にブラックマトリクス２０２を形成しているが、これに限らず、ＴＦＴ基板２００側に形成した、遮光膜によって、光漏れを防止することも出来る。このような構成に対しても本発明を適用することが出来る。
【００８２】
以上のように、本発明は、コントラストの低下をきたすことなく、透過率を上げることが出来るので、画面の輝度を向上させることが出来る。
【符号の説明】
【００８３】
１０…走査線、  １１…映像信号線、  １２…画素、  ２０…メイン柱状スペーサ、  ２１…メイン柱状スペーサの第１の部分、  ２２…メイン柱状スペーサの第２の部分、  ２３…メイン柱状スペーサの段部、  ３０…サブ柱状スペーサ、  １００…ＴＦＴ基板、  １０１…下地膜、  １０２…半導体層、  １０３…ゲート絶縁膜、  １０４…ゲート電極、  １０５…層間絶縁膜、  １０６…ドレイン電極、  １０６…ドレイン電極、  １０７…ソース電極、  １０８…有機パッシベーション膜、  １０９…コモン電極、  １１０…容量絶縁膜、  １１１…画素電極、  １１２…配向膜、  １２１…スルーホール、  １２２…スルーホール、  １３０…スルーホール、１５０…シール材、  １６０…ＩＣドライバ、１７０…端子部、  ２００…対向基板、  ２０１…カラーフィルタ、  ２０２…ブラックマトリクス、  ２０３…オーバーコート膜、  ２０４…配向膜、  ３００…液晶層、  ３０１…液晶分子、  ５００…表示領域、  １０２１…ドレイン部、  １０２２…ソース部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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