(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、製造コストや、良品に対する製造マージンの向上に配慮して、スペーサを形成することにある。【解決手段】第１の基板と第２の基板とを貼り合わせてなる液晶表示装置であって、第１の基板上の、第２の基板に対向する方向に盛り上がって形成された第１の部分に配され、かつ前記第２の基板と接する第１のビーズスペーサと、第１の基板上の、第１の部分より薄く形成された第２の部分に配された第２のビーズスペーサとを備える。【選択図】  図５
2008197505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と第２の基板とを貼り合わせてなる液晶表示装置であって、
前記第１の基板上の、前記第２の基板に対向する方向に盛り上がって形成された第１の部分に配され、かつ前記第２の基板と接する第１のビーズスペーサと、
前記第１の基板上の、前記第１の部分より薄く形成された第２の部分に配された第２のビーズスペーサと
を備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、
前記第１の基板には、薄膜トランジスタが形成されており、
前記第１の部分は、
前記薄膜トランジスタと同様な積層構造を有する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、
前記第２のビーズスペーサは、
前記第１の基板と前記第２の基板との距離が第１の距離である場合において、前記第２の基板と接せず、
前記第１の基板と前記第２の基板との距離が前記第１の距離より短い第２の距離である場合において、前記第２の基板と接する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、
前記第１のビーズスペーサが配された第１の部分、及び前記第２のビーズスペーサが配された第２の部分は、薄膜トランジスタのゲートに給電する信号配線上に、凹凸の繰り返しパターンにより形成されている
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液晶表示装置であって、
前記第１のビーズスペーサと前記第２のビーズスペーサは、弾力性のある同じ大きさのビーズスペーサである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
第１の基板と第２の基板とを貼り合わせてなる液晶表示装置の製造方法であって、
薄膜トランジスタの形成工程において、前記第１の基板の信号配線上に、前記第２の基板に対向する方向に盛り上がった層を形成し、
インクジェット方式のヘッドを用いて、前記盛り上がった層の在る部分と無い部分の両方に、ビーズスペーサを配置する
ことを特徴とする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、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板とカラーフィルタ基板とを液晶を挟んで貼り合わせてなる液晶表示装置がある。かかる液晶表示装置では、２枚の基板の間の距離を適切に保持すべく、２枚の基板の間にスペーサを配置している。例えば、一方の基板に、フォトリソグラフィにより、柱状のレジスト層を形成して、スペーサとする（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２８３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に開示された発明に拠れば、カラーフィルタ基板（ＣＦ基板）上にスペーサを成形するにあたり、その主面上に樹脂材料を塗布し、この樹脂材料からスペーサに成形すべき部分以外をフォトリソグラフィにより除去せねばならない。従って、このフォトリソグラフィに用いるフォトマスクを更に用意しなければならず、その価格が液晶パネルの製造単価を押し上げる。
【０００５】
また、上記公報に開示されたスペーサを、カラーフィルタ基板に代えて、薄膜トランジスタが形成されたもう一方の基板（ＴＦＴ基板）に形成するようにすると、ＴＦＴ基板の主面内において、その半導体層上の領域とこれ以外の領域にスペーサを確実に配置できる。しかし、ＴＦＴ基板の最上面には、当該ＴＦＴ基板主面に形成された薄膜トランジスタや配線層に起因する起伏が生じているため、この最上面に塗布された樹脂材料をフォトリソグラフィでスペーサに成形することは困難である。即ち、ＴＦＴ基板の最上面に応じた起伏がこの樹脂材料（膜）の表面にも生じることで、フォトマスクを通して樹脂材料表面に投影される光の強度及びスポット形状が不均一となり、所望のスペーサは形成できなくなる。
【０００６】
ＴＦＴ基板に比べて最上面が平坦なカラーフィルタ基板には、斯様な問題に煩わせられることなくスペーサが形成できるが、カラーフィルタ基板上のスペーサをＴＦＴ基板の主面内の意図された位置に配置するには双方の基板の正確な位置合わせが必要である。しかし、液晶滴下法（One-Drop-Fillプロセス）による液晶パネルの組立工程では、貼り合わされる基板の一方の主面に滴下された液晶の挙動も基板間の位置合わせ（Alignment）を狂わせる要因となる。従って、位置合わせマーク等によるＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との位置合わせ精度のみならず、その一方に滴下された液晶の粘度や雰囲気温度並びに圧力の調整を最適化しないと、スペーサは上記公報に開示されたようにＴＦＴ基板の主面内に並ばず、故に良品の液晶パネルを得るための製造マージンも縮小する。また、液晶滴下法によらないプロセス、即ち、貼り合わされた一対の基板間に液晶を封入して得られた液晶パネルにおいても、その完成後の洗浄工程や搬送で一方の基板の面内に加わる外力が、基板間の位置合わせを狂わすこともある。
【０００７】
本発明の目的は、液晶表示装置において、製造コストや、良品に対する製造マージンの向上に配慮して、スペーサを形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明では、基板の間に、底上げしたビーズスペーサと、底上げしていないビーズスペーサが両方存在するようにする
例えば、本発明は、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせてなる液晶表示装置であって、
前記第１の基板上の、前記第２の基板に対向する方向に盛り上がって形成された第１の部分に配され、かつ前記第２の基板と接する第１のビーズスペーサと、
前記第１の基板上の、前記第１の部分より薄く形成された第２の部分に配された第２のビーズスペーサとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の一実施形態が適用された液晶表示装置について説明する。
【００１０】
液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されているＴＦＴ基板と、カラーフィルタが形成されているカラーフィルタ基板とが、液晶層を挟んで構成される。
【００１１】
図１は、本実施形態の液晶表示装置（９画素分）の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ方向断面図である。図３は、ＴＦＴ部分の断面図であり、図１のＢ−Ｂ方向断面図に相当する。
【００１２】
本実施形態の液晶表示装置は、その一対の基板１０，３０が液晶滴下法により貼り合わされてなる。かかる液晶滴下法では、基板１０，３０が貼り合わされる前に、その一方の主面に形成されたシール材の閉ループ内に、液晶層４０を成す液晶材料が滴下される。そのため、表示領域の外周に設けられた液晶封止のためのシール材には、液晶を注入するための注入口（Injection Port）は存在しない。すなわち、図１に示されるような複数の画素が二次元的に配置されて成る表示領域の外周のシール材は、連続的に（途切れることなく）形成され、閉ループ（Closed  Loop）を成している。この構造的な特徴は、液晶滴下法独特のプロセスを反映したものである。
【００１３】
カラーフィルタ基板３０の母基板３１は、イオン性不純物の少ないホウケイサンガラス製であり、厚さは０．５〜０．７ｍｍである。カラーフィルタ基板３０には、液晶層４０側に、カラーフィルタ３２と、平坦化層３３と、画素電極３４と、配向膜３５とが設けられている。
【００１４】
カラーフィルタ３２は、ブラックマトリックスと、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色レジスト層がストライプ状に繰り返して配列して構成されている。カラーフィルタ３２の着色レジストに起因する凹凸は、樹脂性の平坦化層３３で平坦化されている。画素電極３４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極である。
【００１５】
配向膜３５は、ポリイミド系有機膜であり、ラビング法により配向処理されており、近接する液晶層４０を配向処理方向に向けて配向させる。
【００１６】
ＴＦＴ基板１０の母基板１１は、カラーフィルタ基板３０の母基板３１と同様にホウケイサンガラス製であり、厚さは０．５〜０．７ｍｍである。
【００１７】
ＴＦＴ基板１０には、液晶層４０側に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配されている。薄膜トランジスタは、走査配線２３と信号配線２２とが交差する位置にあり、走査配線２３、信号配線２２、画素電極１７に接続している。
【００１８】
図３に示すように、薄膜トランジスタは、ゲート層１２、ゲート絶縁膜１３、アモルファスシリコン層１４、ソース／ドレイン層１５からなる逆スタガ型構造である。チャネル部は、アモルファスシリコン層１４で形成されている。ゲート層１２は、信号配線２２に接続している。ソース／ドレイン層１５のソース側は、走査配線２３に接続している。ドレイン側は、画素電極１７に接続している。画素電極１７は、対抗する画素電極３４と同様に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極である。
【００１９】
さらに、これらの層の上には、平坦化層（保護膜）１９と、配向膜２０とが積層している。配向膜２０は、カラーフィルタ基板３０の配向膜３５と同様に、液晶層４０に近接してその配向方向を規定する。
【００２０】
電圧印加時には、対向する画素電極３４と画素電極１７の間に、電界が形成され、液晶層４０に配向変化が生じる。
【００２１】
次に、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルタ基板３０の距離を適切に保持するためのスペーサについて説明する。
【００２２】
本実施形態の液晶表示装置では、２枚の基板の間に、球状の弾力性のあるスペーサであるビーズスペーサ５０を配している。
【００２３】
ビーズスペーサ５０は、画素の邪魔にならないように、信号配線２２上に配されている。ビーズスペーサ５０には、台座付きビーズスペーサ５０ａと、台座なしのビーズスペーサ５０ｂとがある。なお、ビーズスペーサ５０ａ、５０ｂの大きさ（直径）は同じである。
【００２４】
図４は、台座付きのビーズスペーサ部分に相当する断面図であり、図１のＣ−Ｃ方向断面図である。これは、図２の台座付のスペーサ５０ａの部分の拡大図に相当する。なお、図４では、台座層５２の幅がビーズスペーサ５０の約１個分になっているが、これに限定されない。台座層５２の幅は、複数のビーズスペーサ５０が配置可能な大きさがあってもよい。
【００２５】
図示するように、ＴＦＴ基板１０の信号配線２２の上には、ビーズスペーサ５０を底上げするための台座層５２が所定の間隔（例えば、ＲＧＢからなる３画素分の間隔）で設けられている。台座層５２は、周囲の部分に比べて、カラーフィルタ基板３０の方向に盛り上がって形成されている。この盛り上がりは、アモルファスシリコン層１４と、ソース／ドレイン層１５とに起因する。これらの層１４，１５は、薄膜トランジスタの形成工程において、アモルファスシリコン層１４と、ソース／ドレイン層１５とを形成する際に、同時に形成したものである。すなわち、台座層５２を構成する層は、薄膜トランジスタを形成する層の一部と同じ材料で構成されている。
【００２６】
上記の通り、ビーズスペーサ５ａ，５ｂは、ともに信号配線２２（ゲート層１２）に配置されるが、ビーズスペーサ５ａが配置される位置には、薄膜トランジスタを形成するためにゲート層１２上に設けられるアモルファスシリコン層１４（半導体層）とソース／ドレイン層１５（電極層，例えば金属や合金から成る）がこの順にゲート絶縁膜１３上に積層される。ＴＦＴ基板１０の主面内、特に図１に示される如き複数の画素が二次元的に配置される表示領域内において、薄膜トランジスタが形成される部分を除けば、アモルファスシリコン層１４やソース／ドレイン層１５を信号配線２２（ゲート層１２）の上部に形成する必要はないが、本実施形態では、これらが薄膜トランジスタを設ける部分以外にも設けられ、薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域（図３参照）に見られる積層構造が図４に示す如くビーズスペーサ５ａの台座層５２を成す。
【００２７】
なお、図４では、アモルファスシリコン層１４とソース／ドレイン層１５の厚さだけ、台座層５２が底上げされているが、これに限らず、アモルファスシリコン層１４、又はソース／ドレイン層１５のいずれかの分だけ底上げするようにしてもよい。
【００２８】
アモルファスシリコン層１４のみで底上げされた台座層５２は、薄膜トランジスタのチャネル領域（ソース領域とドレイン領域とに挟まれた領域）と同じ積層構造を有する（図３参照）。また、ソース／ドレイン層１５のみで底上げされた台座層５２は、薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域からチャネル領域の反対側に引き出された薄膜トランジスタのソース電極、又はドレイン電極（夫々は、信号配線２２又は画素電極１７に引き出される「引出し電極」とも呼ばれる）と同じ積層構造を有する。なお、図４に示された台座層５２を成す積層構造には、信号配線２２（ゲート層１２）とアモルファスシリコン層１４又はソース／ドレイン層１５とを電気的に分離するゲート絶縁膜１３、ソース／ドレイン層１５を覆い且つその上に画素電極１７が形成される層間絶縁膜１８、以上に述べた全ての膜を覆い且つこれらにより形成されるＴＦＴ基板１０の主面上の起伏を均す平坦化膜１９、平坦膜１９上に形成され液晶層１０に接する配向膜２０も含まれる。これらのゲート絶縁膜１３、層間絶縁膜１８、平坦化膜１９、及び配向膜２０の各々は、ビーズスペーサ５ｂが配置される位置を含む表示領域全域に亘り形成される。
【００２９】
ビーズスペーサ５０は、台座層５２の存在する部分と、存在しない部分の両方の決められた位置に配されている。このようなビーズスペーサ５０は、インクジェット方式で塗布することにより形成することができる。塗出液としては、ビーズスペーサ５０の材料であるビーズが接着剤に分散したものを用いる。そして、配向膜２０を形成したＴＦＴ基板１０に、インクジェット方式のヘッドのノズルからスペーサ材料をドットで噴出して塗布する。インクジェット方式を採用することで、所望の位置にビーズスペーサ５０を容易に配置することができる。そして、図４に示すように、接着剤５１を硬化させると、ビーズスペーサ５０が固定される。
【００３０】
次に、図５を用いて、台座付きのビーズスペーサ５０ａと、台座なしのビーズスペーサ５０ｂの役割について説明する。
【００３１】
図５（Ａ）は、通常の状態（例えば、室温で、外部から過度の押圧のない状態）を示す。図５（Ｂ）は、過度の圧力が加わり、２枚の基板の間のギャップが狭くなった状態を示す。図５（Ｃ）は、熱による液晶の膨張により、２枚の基板の間のギャップが広がった状態を示す。
【００３２】
本実施形態の液晶表示装置は、ビーズスペーサ５０を配した後、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルタ基板３０とを、液晶を挟んで、貼り合わせて製造される。このとき、図５（Ａ）に示すように、通常状態において、台座付きのビーズスペーサ５０ａがカラーフィルタ基板に３０に接し、かつ少し潰れた状態となり、さらに、台座なしのビーズスペーサ５０ｂが、カラーフィルタ基板３０に接することなく元々の球形を維持できるように、２枚の基板の間の距離を調整して、基板を貼り合わせる。
【００３３】
例えば、元々のビーズの直径が４μｍ、台座の厚さが１μｍであるとすると、基盤の間の距離を４．２〜４．７μｍ程度にすれば、台座付きのビーズスペーサ５０ａは少し潰れた状態となる。また、台座なしのビーズスペーサ５０ｂと、カラーフィルタ基板３０との間には、０．２〜０．７μｍの隙間が確保され、台座なしのビーズスペーサ５０ｂは元々の球形を維持できる。
【００３４】
このように作成された液晶表示装置において、図５（Ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１０又はカラーフィルタ基板３０に過度の圧力がかかる場合がある。この場合、台座層５２の上に配置されたビーズスペーサ５０ａは弾性変形を起こし、さらに潰れる。そして、さらに押圧がかけられると、通常状態ではカラーフィルタ基板３０に接していなかった台座なしのビーズスペーサ５０ｂも、カラーフィルタ基板３０に接することになる。そして、台座付きのビーズスペーサ５０ａとともに、弾性変形をしながら、押圧に対抗することになる。かかる場合、周辺のビーズスペーサ５０ａ、５０ｂの全てが押圧に対抗することになる。すなわち、押圧に対する対抗力が増加し、極端に押しつぶされてしまうのを防止することができる。そして、基板間のギャップを十分に確保することができる。
【００３５】
なお、全てのビーズスペーサを台座付きにすれば、押す力に対する対向力を初めから強めることができるが、これでは２枚の基板が平面方向にずれるときの摩擦抵抗が過大となるので好ましくない。本実施形態によれば、通常は、台座付きのビーズスペーサ５０ａのみがギャップ確保の機能を果たすので、ＴＦＴ基板１０とカラーフィルタ基板３０との摩擦抵抗を大幅に低減できる。そして、ＴＦＴ基板１０に対して、カラーフィルタ基板１０がその平面方向にずれが生じても、それを復元する力があり、もとの位置に戻り易くなる。その結果、ずれたままの状態になって輝度ムラ（拭きムラ不良）が発生するのを回避することができる。
【００３６】
また、通常状態のように、過度の圧力がかかってない場合は、台座付きのビーズスペーサ５０ａの底上げ効果により、スペーサと接触する基板との接触点数が少なくなる。したがって、スペーサの高弾性の効果が拡大し、基板の貼り合わせ工程のプロセスマージンの拡大（高温ギャップ不良、拭きむら不良の抑制）が期待できる。
【００３７】
一方、図５（Ｃ）に示すように、熱により液晶が膨張して、基板の間のギャップが通常状態よりも離れる場合がある。かかる場合でも、台座付きのビーズスペーサ５０ａは、潰れた状態から元々の球形に戻るまで、カラーフィルタ基板３０と接した状態となる。したがって、均一なギャップ幅を保つスペーサとしての役割を果たすことができる。
【００３８】
なお、かかる効果を達成するため、液晶表示装置の通常の使用における液晶の熱膨張を想定し、かかる場合に拡張される基板のギャップにおいても尚、台座付きビーズスペーサ５０ａがカラーフィルタ基板３０に接して、スペーサとしての役割を果たすべく、台座層５２の厚み、スペーサの大きさ、ギャップ幅を適宜調整するとよい。
【００３９】
以上、本発明の一実施形態について説明した。
【００４０】
上記実施形態によれば、製造コストや、良品に対する製造マージンの向上に配慮して、スペーサを形成することができる。
【００４１】
なお、本発明は、様々な変形が可能である。例えば、基板上の所定の範囲に、凹凸を所定のパターンで形成することにより、台座部分と台座なしの部分が接近して存在する領域を形成し、当該部分にインクジェット方式でスペーサを塗布する。こうすれば、パターンに応じて、台座付きのビーズスペーサと台座なしのビーズスペーサを所定の比率で形成することができる。
【００４２】
例えば、図６に示すように、信号配線２２上に、バー状の台座層５３を所定の間隔で設ける。台座層５３は、ビーズスペーサの直径に合わせたラインアンドスペースで凹凸状に配置する。すなわち、台座層５３の幅と、その間隔とを、およそ、ビーズスペーサ５０の直径の大きさとする。
【００４３】
また、図７に示すように、台座層５４を、ビーズスペーサ５０の直径に合わせたラインアンドスペースでチェック状のパターンに配置する。
【００４４】
図８は、かかる図６又は図７の液晶表示装置のＡ−Ａ方向断面図である。
【００４５】
台座層５３、５４が存在する部分においては、ビーズスペーサ５０ａは、アモルファスシリコン層１４、ソース／ドレイン層１５だけ底上げされた機能を発揮する。その機能については、上述した通りである。
【００４６】
なお、この台座層５３、５４は、アモルファスシリコン層１４、又はソース／ドレイン層１５のいずれかの分だけ底上げするようにしてもよい。
【００４７】
このように、凹部と凸部の比率を適宜調整したパターンを形成して、形成したパターン上にスペーサを配置するようにすれば、スペーサ部材の分散溶液をおおまかに塗布した場合でも、台座に載ったスペーサと、そうでないスペーサを、所望の割合で形成することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、ＴＦＴ基板１０側にスペーサを接着させたが、これに限らずカラーフィルタ基板３０側にスペーサを接着させてもよい。
【００４９】
また、本発明は、様々な方式の液晶表示装置に適用することができる。例えば、液晶層に横電界を印加するＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置に対しても適用することができる。また、１画素中に、透過表示部と反射表示部とが存在する半透過型ＩＰＳ方式の液晶表示装置に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】液晶表示装置の上面図。
【図２】図１のＡ−Ａ方向断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ方向断面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ方向断面図。
【図５】スペーサの役割を説明するための図。
【図６】液晶表示装置の上面図。
【図７】液晶表示装置の上面図。
【図８】液晶表示装置のＡ−Ａ方向断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ＴＦＴ基板
１１  母基板
１２  ゲート層
１３  ゲート絶縁膜
１４  アモルファスシリコン
１５  ソース／ドレイン層
１７  画素電極
１８  層間絶縁膜
１９  平坦化層
２０  配向膜
３０  カラーフィルタ基板
３１  母基板
３２  カラーフィルタ
３３  平坦化層
３４  画素電極
３５  配向膜
４０  液晶層
５０  スペーサ
５１  接着剤
５２、５３、５４台座層
【図１】
2008197505.tif 000003
【図２】
2008197505.tif 000004
【図３】
2008197505.tif 000005
【図４】
2008197505.tif 000006
【図５】
2008197505.tif 000007
【図６】
2008197505.tif 000008
【図７】
2008197505.tif 000009
【図８】
2008197505.tif 000010