(57)【要約】【課題】セル内に複数の固定スペーサを設けてセルギャップを制御する構造の液晶表示装置において、高さの低い副固定スペーサを併せて用いる必要が無く、複数の固定スペーサのみを配置する構造により、簡単な製造工程でセルギャップ制御の機能を実現できる安定した品質の液晶表示装置を提供すること。【解決手段】セルギャップを制御するための台状の複数の固定スペーサをセル内に配置した液晶表示装置であって、固定スペーサの上底部が窪みを有することを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルギャップを制御するための台状の複数の固定スペーサをセル内に配置した液晶表示装置であって、固定スペーサの上底部が窪みを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記固定スペーサの平面形状が、内接円の直径で２７μｍ以上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】
前記固定スペーサの断面形状が、窪みの深さ０．３〜０．７μｍであ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】
前記固定スペーサの材質がネガ型の透明感光性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置に用いるカラーフィルタであって、前記固定スペーサをカラーフィルタのブラックマトリクス上に配置したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタ。
【請求項６】
前記固定スペーサをフォトリソグラフィ法で形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に液晶セル形成のための固定スペーサを有する液晶表示装置、液晶表示装置用カラーフィルタ、ならびにカラーフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、平面型ディスプレイ装置が多く使われるようになってきており、中でもＬＣＤ（液晶表示装置）は、特にカラーフィルタによって色表示を行う多色カラータイプがテレビ、モニタ、携帯端末等の表示パネルに利用が進んでいる。多色カラー化のために一般にマイクロセル構造のカラーフィルタが多用され、カラーフィルタは液晶表示パネルの表示品質を決める上で重要な役割を担っている。
【０００３】
ＬＣＤ（液晶表示装置）は少なくとも一枚を光透過性とする一対の基板間に液晶を封入してなるセル構造を有し、前述の多色カラー表示の場合には、光透過性の基板のセル内面にカラーフィルタが形成される。カラーフィルタの一般的構成は、図２に示すように、透明基板１の片側（液晶セルの内面となる側）に遮光性のブラックマトリックスパターン２（ＢＭパターンと略称する。以下同様）とＢＭパターン２の隙間を規則的に満たすカラーフィルタ画素毎の着色パターン３０、３１、３２の繰り返し配列が正確な位置合わせで形成され、液晶表示方式により、例えばＴＮ（ねじれネマティック）タイプの場合は、ＢＭパターン２と着色パターン３０、３１、３２の繰り返し配列を覆うように透明電極層４を形成する。従来は、カラーフィルタとして、ここまでの構成物を指していたが、さらに近年は特に液晶セルの大型化、狭ギャップ化に伴って、セルギャップ制御用に従来はセル化工程で散布していたビーズスペーサに代わり、フォトスペーサ、ポストスペーサなどとも呼ばれる、感光性樹脂により選択的に形成される複数の固定スペーサ（ＰＳ部と略称する。以下同様）５を規則的に配することが多い。
【０００４】
ＰＳ部５はＢＭパターン２上に重なるよう、通常は同形のパターンを選択的に決められた規則的な配置で形成し、液晶セルギャップを保持する機能を有するものであり、様々な外部からの圧力に抗して液晶セルギャップを一定の範囲に保持する機能を充分に発揮することが重要である。液晶パネルは、パネル化工程後にも、例えば、パネルの薄型化のためにガラス基板を外側から研磨したり、タッチパネルと組み合わせ使用したり等で、外部から強い圧力を受ける機会が多い。そこで、このような強い圧力に対してもＰＳ部５が容易につぶれないように、ＰＳ部を構成する材料の強度や弾性特性を改善することが要請されている。
【０００５】
一方、下記の理由により、サブＰＳと称する複数の副固定スペーサ５５を前記固定スペーサとしてのＰＳ部５より若干低く形成して、ＰＳ部５と共に用いる方策が採られることが多くなってきた。サブＰＳ５５は上記外部からの圧力に対抗するためのセルギャップの下支えの意味と共に、下限のセルギャップを設定することにより、必要に応じてセルギャップを調節し易くする意味がある。例えば、低温時に液晶の体積収縮が生じた場合に、セルギャップが収縮に充分に追随できないと内圧変動により低温発泡という異常現象が発生する。しかし、少数の固定スペーサのＰＳ部５より低い多数の副固定スペーサのサブＰＳ５５を設けることによって、初期に実質的にセルギャップを保持している少数のＰＳ部が１箇所当たりに加わる大きな力で押されて変形し易く、一定の変形後に、副固定スペーサとなる多数のサブＰＳで下限のセルギャップが支えられる。その結果、低温発泡による表示不良を起こさずに液晶表示装置の耐荷重特性を向上させることができる（特許文献１参
照）。
【０００６】
前記ＰＳ部５やサブＰＳ５５は、上述のようにカラーフィルタ側に設けることが一般的である。しかし、図３に示す液晶表示装置の一構成例を断面構造で説明するための断面模式図のように、カラーフィルタ１０側にはＰＳ部５やサブＰＳ５５を設けずに、液晶セル構造を構成するカラーフィルタ１０とは対向側の画素電極基板１２上に設けることもできる。ＰＳ部５やサブＰＳ５５がいずれの側にあっても、液晶表示装置はセルギャップを制御するための固定スペーサや副固定スペーサをもち、液晶１６を封止するための封止剤１７で閉じたセル構造を作ることができる。
【０００７】
図３の液晶表示装置において、カラーフィルタ１０は、透明基板１のセル内部に向く面に、前述のＢＭパターン、着色パターン、透明電極層４、に加えて配向膜１５を有し、セル外部側の面に偏光板１８が貼り付けられている。また、カラーフィルタ１０に対向する画素電極基板１２は、透明基板４１のセル内部に向く面に、アクティブ駆動用スイッチング素子１３、画素電極１４、ＰＳ部５、サブＰＳ５５、に加えて配向膜１５を有し、セル外部側の面には、カラーフィルタ側のセル外部側偏光板１８と平行平面内にて直交する回転角度を設けた偏光板１８’が貼り付けられており、さらに外側には、液晶表示のための照明光源としてバックライト１９が設けてある。
【０００８】
前記ＰＳ部５やサブＰＳ５５を形成するにあたり、高さの異なる２つのパターンを別個の工程で順次作製することは可能であるが、フォトリソグラフィー法を繰り返すために製造工程が長くなり、製品を高品質に低コストで供給する上で不利になる。そのため、工程を短縮する目的で、同一の感光性樹脂を用い、フォトマスクパターンに工夫をすることにより、異なる高さのパターンを一括して同時に実現することが試みられている。具体的には、厚く塗布されたフォトレジスト膜の厚さの制御に関して、充分な露光量を与える領域と遮光する領域との中間の露光量を与えて、突起部の高さを中間レベルに作る方法を用いれば、ＰＳ部より低いサブＰＳのパターンをＰＳ部と一括して形成することができる。
【０００９】
フォトリソグラフィー工程で前記中間の露光量を与える目的で、フォトマスク上に中間濃度のパターンを形成する方法としては、ドット（網点）配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合により、微細パターン領域全体の平均として、半透光部に相当させる一般的なグレートーンマスクのタイプと、膜特性として半透過性を有する膜の直接成膜とパターニング手段で均一な半透光部を形成するハーフトーンマスクのタイプがあり、適宜利用されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−８４２８９号公報
【特許文献２】特開２００７−２４８９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、高さの異なるＰＳ部とサブＰＳとの２つのパターンを一括形成するためには、フォトリソグラフィー工程で使用するフォトマスクに中間濃度のパターンを有するものを用意する必要があり、そのために前記グレートーンマスクやハーフトーンマスクのように特別の加工を要するので、フォトマスクの製造に多大の負荷がかかる。まして、大型のワーク基板に適用させるための大型サイズのフォトマスクでは、作製のための難しさが著しく増大する。
【００１２】
また、ＰＳ部とサブＰＳとの２つのパターンをフォトリソグラフィー工程により一括形
成する場合、膜厚も平面サイズもＰＳ部より小さいサブＰＳのパターンは、ＰＳ部の大きいパターンより剥がれやすい。現像条件等を厳しく制御して行ったとしても、製造工程上の制約が多くなり、安定な品質を得る上で不利になる。
【００１３】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、セル内に複数の固定スペーサを設けてセルギャップを制御する構造の液晶表示装置において、高さの低い副固定スペーサを併せて用いる必要が無く、複数の固定スペーサのみを配置する構造により、簡単な製造工程でセルギャップ制御の機能を実現できる安定した品質の液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、セルギャップを制御するための台状の複数の固定スペーサをセル内に配置した液晶表示装置であって、固定スペーサの上底部が窪みを有することを特徴とする液晶表示装置である。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、前記固定スペーサの平面形状が、内接円の直径で２７μｍ以上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である。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記固定スペーサの断面形状が、窪みの深さ０．３〜０．７μｍであ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である。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、前記固定スペーサの材質がネガ型の透明感光性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置である。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の液晶表示装置に用いるカラーフィルタであって、前記固定スペーサをカラーフィルタのブラックマトリクス上に配置したことを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタである。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、前記固定スペーサをフォトリソグラフィ法で形成することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置用カラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、セル内に複数の固定スペーサを設けてセルギャップを制御する構造の液晶表示装置において、高さの低い副固定スペーサを併せて用いる必要が無く、形状を工夫した複数の固定スペーサのみの配置により、簡単な製造工程でセルギャップ制御の機能を実現できる安定した品質の液晶表示装置を提供することができる。即ち、本発明の液晶表示装置は、グレートーンマスクやハーフトーンマスクのように特別の加工を要する製造負荷の大きいフォトマスクを使用する必要が無く、簡単な構造のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法による製造工程で実現でき、膜厚も平面サイズもＰＳ部より小さくて工程中に剥がれやすいサブＰＳのパターンが無いので、品質の安定性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に使用される固定スペーサの形状を説明するための断面模式図である。
【図２】液晶表示装置用カラーフィルタの一般的な構成を説明するための断面模式図である。
【図３】液晶表示装置の一構成例を説明するための断面模式図である。
【図４】本発明の固定スペーサをカラーフィルタ上に形成する一方法を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の固定スペーサをカラーフィルタ上に形成した状態を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明に使用される固定スペーサの形状を説明するための断面模式図である。ＰＳ部と称する固定スペーサ６は、液晶表示装置のセルギャップを制御するための台状の突起物であり、セル内に複数配置される。本発明において、固定スペーサ６の上底部６１が窪み６３を有することを特徴とする。突起物の高さａは、下底部６２から上底部６１の最頂点までの距離で表し、液晶表示装置のセルギャップを制御する目的から、１〜７μｍ、好ましくは２〜５μｍとする。窪みの深さはｂで表すように、上底部６１の最頂点と窪み６３の最深部との距離で表す。
【００２４】
固定スペーサ６の平面形状は、円形、楕円形、多角形等、多様な形状が可能であり、特に限定されないが、カラーフィルタ１１または画素電極基板１２の特定箇所に選択的に設けることによって、画素単位の表示を著しく妨げることがないことが前提となる。液晶表示装置の用途によって画素サイズが異なるため、一律の上限サイズは決められないが、画素サイズと同等以上ではあり得ない。一方、下底部６２が一定の面積以上を有することによって、下地との密着性を強く保つことができるので、本発明では用いないサブＰＳ５５よりは大きいサイズとする。また、本発明の特徴である上底部の窪み６３は、一定の平面サイズを有する固定スペーサ６で顕著に形成できることが判明した。具体的には、前記固定スペーサの平面形状が、内接円の直径で２７μｍ以上である場合に、窪み６３を形成し易いことが明らかになった。
【００２５】
前記窪みの深さｂは、フォトリソグラフィー法で感光性樹脂を加工する場合に、その工程条件、特に露光条件に影響される。例えば、カラーフィルタの着色感光性樹脂から色材成分を除いたネガタイプの透明感光性樹脂を使用した場合、露光量を少ない方向に変化させると窪みの深さｂが大きくなる傾向が認められる。一定の平面サイズ以上では、光硬化の不足の影響がパターンの中央部付近で周縁部より顕著に現れて、現像後の膜厚が周縁部より減少するので、この現象を利用する。
【００２６】
サブＰＳを用いずにサブＰＳの有する副固定スペーサとしての下支えと下限のセルギャップを与える機能を代替させるためには、固定スペーサ６における窪みの深さｂを０．３〜０．７μｍとする。具体的に設計するｂの数値は、材料特性およびパターンのサイズや配置により個別に考慮するが、上記の範囲とすれば、液晶表示装置におけるセルギャップの制御に対して、サブＰＳを有する場合と同等の機能を得ることができる。即ち、液晶表示装置のセルギャップが通常時には、固定スペーサ６の上底部６１の上部のみに対向側の基板が接し、窪み６３の底には接しないで均衡したセルギャップを保つが、セルの内外の圧力バランスでセルギャップを小さくする時点では、固定スペーサが押し潰されて窪み６３の底に対向側の基板がほぼ接する状態になるため、対向側の基板を支える面積が増大し、セルギャップの下限を保つ力が大きくなる。上記の挙動は、サブＰＳを有する場合と極めて類似したものとすることができる。
【００２７】
前記固定スペーサとして機能するＰＳ部をフォトリソグラフィー法によりカラーフィルタ上に形成する場合の一例を図４に示す。従来の限定的な機能を有するカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０に、新たなＰＳ部を付加した構成物全体としてのカラーフィルタ基板（ＰＳ部形成）１１を形成する一例であって、ＰＳ部５が形成された後の断面模式図を図５に示す。
【００２８】
フォトマスク２０は透明基板２１に形成された遮光部８がカラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０上に作る新たなＰＳ部のパターンとは逆パターンに対応しており、透明基板
２１の遮光部８とは反対側から照射される照射光４０が遮光部８の無い開口部９を通って、カラーフィルタ基板（ＰＳ部未形成）１０上に塗布されたネガ型透明感光性樹脂７を選択的に露光して光硬化性を選択的に与える。その後、現像、洗浄、ベイクの工程を経て、開口部パターンがカラーフィルタ１０上に焼き付け固定されＰＳ部５が形成されることによってカラーフィルタ基板（ＰＳ部形成）１１が作られる。
【００２９】
前記ＰＳ部５は、形成後の突起物が液晶表示装置の中にあって画素単位の表示をあまり妨げないように、ＢＭパターン２に対応する位置を選択的に定めることが望ましい。図４に示すフォトリソグラフィー法の露光工程において、フォトマスク２０とカラーフィルタ１０との位置合わせにより、開口部９をＢＭパターン２の所定の位置に合わせることができる。
【００３０】
特に、ネガ型透明感光性樹脂７を使用してＰＳ部５をカラーフィルタ上に形成する場合は、カラーフィルタの着色感光性樹脂からほぼ色材成分を除いた材料がカラーフィルタの着色パターン近傍に配置されることになり、液晶表示装置としての信頼性を確保する上でも好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１、２１、４１・・・透明基板
２・・・ＢＭパターン
４・・・透明電極層
５、６・・・ＰＳ部（固定スペーサ）
７・・・ネガ型透明感光性樹脂
８・・・遮光部
９・・・開口部
１０・・・カラーフィルタ（ＰＳ部未形成）
１１・・・カラーフィルタ（ＰＳ部形成）
１２・・・画素電極基板
１３・・・アクティブ駆動用スイッチング素子
１４・・・画素電極
１５・・・配向膜
１６・・・液晶
１７・・・封止剤
１８、１８’・・・偏光板
１９・・・バックライト
２０・・・フォトマスク
３０、３１、３２・・・着色パターン
４０・・・レジスト感光用の照射光
５５・・・サブＰＳ（副固定スペーサ）
６１・・・上底部
６２・・・下底部
６３・・・窪み
【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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