(57)【要約】【課題】従来よりも簡単な製造方法で製造できる、低温気泡の発生が抑制される構造を有する液晶表示パネルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】第１基板１０と、液晶層３０と、液晶層を介して第１基板に対向するように配設された第２基板２０とを備える。第１基板は液晶層側の予め決められた所定の位置に設けられた、実質的に同じ高さの複数の柱状構造体１５ａおよび１５ｂを有し、第２基板は複数の柱状構造体の内の予め選択された一部１５ｂと対向する位置に複数の凹部２４ｂを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、液晶層と、前記液晶層を介して前記第１基板に対向するように配設された第２基板とを備え、複数の画素を含む表示領域を有する液晶表示パネルであって、
前記第１基板は前記液晶層側の予め決められた所定の位置に設けられた、実質的に同じ高さの複数の柱状構造体を有し、
前記第２基板は前記複数の柱状構造体の内の予め選択された一部と対向する位置に複数の凹部を有する、液晶表示パネル。
【請求項２】
前記複数の柱状構造体の内、前記複数の凹部に対向する位置に配置された柱状構造体は、室温で静置されている状態においては、前記第２基板に接触しない、請求項１に記載の液晶表示パネル。
【請求項３】
前記複数の凹部の深さは０．３μｍ以上である、請求項１または２に記載の液晶表示パネル。
【請求項４】
前記第２基板は、透明基板と、前記透明基板上に設けられた回路要素と、前記回路要素を覆う絶縁層とを有し、
前記複数の凹部は前記絶縁層に形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項５】
前記絶縁層は、感光性樹脂から形成されている、請求項４に記載の液晶表示パネル。
【請求項６】
前記複数の凹部は、前記表示領域内であって前記複数の画素の外側周辺部に設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項７】
前記第１基板は対向電極を有し、前記複数の柱状構造体は、前記対向電極上に形成された感光性樹脂層を含む、請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示パネル。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の液晶表示パネルを備えた表示装置。
【請求項９】
予め決められた所定の位置に実質的に同じ高さの複数の柱状構造体を有する第１透明基板を用意する工程（ａ）と、
後の工程（ｃ）において前記第１基板と貼り合わせる際に、前記複数の柱状構造体の内の予め選択された一部と対向する位置に複数の凹部を有する第２基板を用意する工程（ｂ）と、
前記複数の柱状構造体を介して前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる工程（ｃ）と
を包含する、液晶表示パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、小型、薄型、低消費電力、および軽量という特徴を有するため、現在、各種の電子機器に広く用いられている。特に、スイッチング素子を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置は、パソコン等のＯＡ機器、テレビ等のＡＶ機器や携帯電話、車載用途などに広く採用されている。また、近年、液晶表示装置の大型化や、高精細化、画素有効面積比率の向上（高開口率化）、広視野角化、または色純度向上などの表示品位の向上が急速に進んでいる。
【０００３】
液晶表示装置は、一般に、互いに対向するように配置された一対の基板（例えばアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板）と、これら一対の基板の間に配置された液晶層とを有する液晶表示パネルと、液晶表示パネルに所定の信号や電圧を供給する駆動回路とを有する。更に、透過型または半透過型の液晶表示装置は、バックライトなどの照明装置を有する。なお、駆動回路の一部は液晶表示パネルに一体に形成されることもある。最近は、更に、ＴＶ受信器を備えた液晶テレビが急速に普及しつつある。
【０００４】
液晶表示パネルにおいて、液晶層の厚さ（セルギャップと呼ばれることもある）は、スペーサと呼ばれる部材によって規定される。スペーサとしては、プラスチックビーズなどの粒状スペーサや、基板に感光性樹脂を用いて形成された柱状スペーサ（「ドット状スペーサ」あるいは「フォトスペーサ」と呼ばれることがある。）が用いられている。液晶層の厚さは、表示モードによるものの、例えば近年広く利用されている垂直配向モード（ＶＡモード）の液晶パネルにおいては、リタデーションに直接影響するため、高い表示品位を得るためには、所定の値に設定・維持することが重要である。また、携帯電子機器やタッチパネルを搭載した表示装置においては、液晶表示パネルの表示面に外部から力が掛かる場合が多く、このような場合にも、液晶層の厚さを維持する、あるいは、短時間で所定の厚さに復帰することが求められる。液晶表示パネルのこの特性は、「耐押圧性」と呼ばれることがある。特に薄型を特徴とした液晶パネルにおいては押圧に対する反応が顕著となる。
【０００５】
液晶表示パネルの耐押圧性は、スペーサの密度（単位面積あたりのスペーサの数）を高くすることによって向上させることができる。しかしながら、スペーサの密度を高くすると、「低温気泡」が発生するという問題がある。「低温気泡」とは、液晶表示パネルを低温下に置いた際に発生する気泡で、液晶材料の熱収縮による液晶層の体積減少にスペーサが追随できない、あるいは、基板が変形できないために発生する。
【０００６】
低温気泡の発生を抑制した液晶表示パネルが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の技術では、高さが異なる２種類の柱状スペーサ（本明細書の定義によると柱状構造体）を有し、且つ、高い方の柱状スペーサの弾性変形範囲内で低い方の柱状スペーサにも外部荷重が掛かるように柱状スペーサの高さ等が設定されている。高い方の柱状スペーサのみで温度変化に伴う液晶層の厚さの収縮を吸収し、低温気泡の発生を低減する。
【特許文献１】特開２００３-８４２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されているように高さが異なる柱状スペーサを形成する（正確には、「基板の表面から柱状スペーサの頂点までの距離を異ならせる」ことを意味している。）ためには、製造プロセスが複雑化し、製造効率の低下やコストが上昇するという問題がある。例えば、特許文献１の第１の実施形態として記載されているように、柱状スペーサの下地となるカラーフィルタ層の厚さを異ならせることによって、高さの異なる柱状スペーサを形成する場合には、カラーフィルタの色味が厚さの違いによって変わらないように、色材料濃度を調整する必要があり、カラーフィルタ基板の製造プロセスが複雑化する。また、特許文献１には、変形例として、感光性樹脂を用いて形成する柱状スペーサの長さ自体を異ならせてよいと記載されているが、そのような柱状スペーサを形成するための具体的な方法は記載されていない。高さの異なる柱状スペーサを個別に形成すると、当然に、フォトリソグラフィプロセスの回数が増加する。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、従来よりも簡単な製造方法で製造できる、低温気泡の発生が抑制される構造を有する液晶表示パネルおよ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】
【０００９】
本発明の液晶表示パネルは、第１基板と、液晶層と、前記液晶層を介して前記第１基板に対向するように配設された第２基板とを備え、複数の画素を含む表示領域を有する液晶表示パネルであって、前記第１基板は前記液晶層側の予め決められた所定の位置に設けられた、実質的に同じ高さの複数の柱状構造体を有し、前記第２基板は前記複数の柱状構造体の内の予め選択された一部と対向する位置に複数の凹部を有することを特徴とする。
ある実施形態において、前記複数の柱状構造体の内、前記複数の凹部に対向する位置に配置された柱状構造体は、室温で静置されている状態においては、前記第２基板に接触しない。
【００１０】
ある実施形態において、前記複数の凹部の深さは０．３μｍ以上である。
【００１１】
ある実施形態において、前記第２基板は、透明基板と、前記透明基板上に設けられた回路要素と、前記回路要素を覆う絶縁層とを有し、前記複数の凹部は前記絶縁層に形成されている。
【００１２】
ある実施形態において、前記絶縁層は、感光性樹脂から形成されている。
【００１３】
ある実施形態において、前記複数の凹部は、前記表示領域内であって前記複数の画素の外側周辺部に設けられている。
【００１４】
ある実施形態において、前記第１基板は対向電極を有し、前記複数の柱状構造体は、前記対向電極上に形成された感光性樹脂層を含む。
【００１５】
本発明の表示装置は、上記のいずれかの液晶表示パネルを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の液晶表示パネルの製造方法は、予め決められた所定の位置に実質的に同じ高さの複数の柱状構造体を有する第１透明基板を用意する工程（ａ）と、後の工程（ｃ）において前記第１基板と貼り合わせる際に、前記複数の柱状構造体の内の予め選択された一部と対向する位置に複数の凹部を有する第２基板を用意する工程（ｂ）と、前記複数の柱状構造体を介して前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる工程（ｃ）とを包含することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、一方の基板（典型的にはカラーフィルタ基板）には実質的に同じ高さの複数の柱状構造体を形成するだけでよいので、柱状構造体の高さを異ならせるために特別なプロセスを必要としない。また、他方の基板（典型的にはＴＦＴ基板）に設ける凹部は、例えば、従来のＴＦＴ基板の製造プロセスにおいて形成される絶縁層をパターニングする際に凹部を形成するだけでよいので、例えばフォトマスクを変更するだけでよい。このように、本発明によると、従来よりも簡単な製造方法で製造できる、低温気泡の発生が抑制される構造を有する液晶表示パネルおよびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明による実施形態の液晶表示パネルの構造およびその製造方法を説明する。
【００１９】
図１は本発明による実施形態の液晶表示パネル１００の断面構造を模式的に示す図である。
【００２０】
液晶表示パネル１００は、カラーフィルタ基板１０と、液晶層３０と、液晶層３０を介してカラーフィルタ基板１０に対向するように配設されたＴＦＴ基板２０とを有し、複数の画素を含む表示領域を有する。表示領域外の周辺領域は額縁領域と呼ばれる。
【００２１】
複数の画素は、一般に、行および列を有するマトリクス状に配列される。図１には、行方向に互いに隣接する３つの画素を示している。ここでは、青カラーフィルタ１３Ｂを備える青を表示する画素と、赤カラーフィルタ１３Ｒを備える赤を表示する画素と、緑カラーフィルタ１３Ｇを備える緑を表示する画素とを有し、これら３つの画素が１つのカラー表示画素を構成する例を示している。もちろん、これら３原色に限らず他の色のカラーフィルタを備える画素を設けても良いし、カラーフィルタを省略しても良い。各画素１３は、対向電極１４と、画素電極２６と、これらの間に設けられた液晶層３０とを有しており、液晶層３０に印加される電圧を画素ごとに制御することによって表示を行う。画素電極２６は、ＴＦＴ基板２０に設けられており、ＴＦＴ（不図示）を介して表示信号電圧が供給される。対向電極１４には所定の共通電圧（対向電圧）が供給される。ＴＦＴ型液晶表示パネルの画素構成およびその駆動方法は良く知られているので詳細は省略する。以下に、液晶表示パネル１００の構成を詳細に説明する。
【００２２】
カラーフィルタ基板１０は、透明基板（例えばガラス基板）１１と、基板１１上に形成されたブラックマトリクス１２およびカラーフィルタ層１３と、ブラックマトリクス１２およびカラーフィルタ層１３を覆う対向電極１４とを有している。ブラックマトリクス１２は、例えば、黒色樹脂またはクロム（Ｃｒ）などの金属によって形成されている。対向電極１４はＩＴＯなどの透明導電材料によって形成されている。必要に応じて、対向電極１４の液晶層３０側の表面には配向膜（不図示）や配向規制構造体（例えば、ＭＶＡモードのためのリブ（突起））が設けられる。
【００２３】
対向電極１４の液晶層３０側には柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂが設けられている。ここでは、柱状スペーサ１５ａはＲ画素に対応して設けられており、柱状スペーサ１５ｂはＧ画素に対応して設けられている。Ｂ画素に対応する柱状スペーサは設けられていない。従って、表示領域内に設けられている柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂの合計の数は、画素数の２／３ということになる。
【００２４】
柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂはフォトリソグラフィプロセスを用いて感光性樹脂層をパターニングすることによって形成され、実質的に同じ大きさおよび形状を有している。ここで「実質的に同じ」とは、製造プロセスのばらつきの範囲内であることを意味し、柱状スペーサの位置に応じて柱状スペーサの高さや太さ（典型的には直径）などを積極的に違える製造プロセスを採用していないことを意味する。
【００２５】
柱状スペーサ１５ａと１５ｂとは実質的に同じ高さ（長さ）を有しており、設けられている位置が異なるだけである。すなわち、柱状スペーサ１５ａと１５ｂとは、後述するＴＦＴ基板２０のこれらに対向する位置に凹部２４ｂが形成されている（１５ｂ）か、形成されていない（１５ａ）かによって区別される。柱状スペーサはカラーフィルタ基板１０とＴＦＴ基板２０とのギャップ（すなわち液晶層３０の厚さ）を制御するために設けられているが、柱状スペーサの高さだけでは、ギャップは決まらない。すなわち、特許文献１に記載されているように、柱状スペーサ自身の高さ（長さ）が同じであっても、下地層（特許文献１においてはカラーフィルタ）の厚さを異ならせることによって、基板１１の表面から柱状スペーサの頂点（液晶層側の端）までの高さを異ならせることができる。本明細書においては、基板１１の表面から柱状スペーサの頂点までに存在するものを柱状構造体と呼び、柱状構造体の高さが同じであるということは、基板１１の表面から柱状スペーサの頂点までの距離が同じであることを意味するものとする。
【００２６】
ここでは、柱状スペーサ１５ａと１５ｂとは同じ高さを有し、且つ、その下地の構造も同じであり、柱状スペーサ１５ａを含む柱状構造体と柱状スペーサ１５ｂを含む柱状構造体は同じ高さを有している。簡単のために、柱状構造体の参照符号として、それが含む柱状スペーサの参照符号を用いることもある。なお、柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂの下地は、対向電極１４、カラーフィルタ層１３およびブラックマトリクス１２である。もちろん、下地の構成はこれに限られず、柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂの下地の厚さ（高さ）が同じであれば良く、カラーフィルタ層の構成や、ブラックマトリクス１２の構成など、液晶表示パネルによって異なってよい。例えば、ブラックマトリクス１２を省略する、あるいは、ブラックマトリクス１２の幅を広くし、カラーフィルタ層１３が下地とならないようする、など種々の構成であり得る。また、図示していないが、額縁領域にも、柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂと同じ柱状スペーサが設けられ、その下地の構成も表示領域の柱状スペーサ１５ａおよび１５ｂと同じである。
【００２７】
このように、対向基板１０は実質的に同じ高さを有する柱状構造体１５ａおよび１５ｂを有するので、低温気泡の問題に対する対策を施していない従来の対向基板と同じ方法で製造され得る。柱状構造体（柱状スペーサ）の配置密度、高さ、大きさ（典型的には直径）、配置位置は、従来と同様に適宜設定できる。
【００２８】
ＴＦＴ基板２０は、透明基板（例えばガラス基板）２１と、透明基板２１上に形成された回路要素（ＴＦＴや配線を含む）２２と、回路要素２２を覆う絶縁層２４と、絶縁層２４上に形成された画素電極２６とを有している。必要に応じて、画素電極２６の液晶層３０側の表面には配向膜（不図示）が設けられる。画素電極２６は、ＩＴＯなどの透明導電材料によって形成されている。絶縁層２４は、例えば感光性樹脂から形成されている。画素電極２６は絶縁層２４に形成されたコンタクトホール２４ａ内で、回路要素２２（例えばＴＦＴのドレイン電極）と接続されている。
【００２９】
絶縁層２４の画素の外側周辺部（画素電極２６が存在しない部分）には、凹部２４ｂが設けられている。ここでは、Ｇ画素に対応して設けられている柱状スペーサ１５ｂに対向する位置にのみ凹部２４ｂが形成されている。この凹部２４ｂは、例えば、フォトグラフィプロセスを用いて感光性樹脂層をパターニングすることによって形成される。ここで示した例では、絶縁層２４のコンタクトホール２４ａを形成する際に、同じプロセスで、凹部２４ｂを形成することができるので、製造プロセスが複雑化することがない。ここで例示したように、感光性樹脂を用いて絶縁層２４を形成するプロセスの中で凹部２４ｂを形成することが最も好ましいが、この方法に限られず、ＴＦＴ基板２０の液晶層３０側の表面に所望の凹部を形成することが出来れば、カラーフィルタ基板１０を従来の製造方法で製造できるという利点が得られる。すなわち、カラーフィルタ基板１０を製造するプロセスを機種等によって特に変更する必要がない、また同じカラーフィルタを用いて耐押圧性の異なる液晶パネルを作製することができるという利点が得られる。
【００３０】
液晶表示パネル１００は、上述のように柱状構造体１５ａおよび１５ｂが形成されたカラーフィルタ基板１０と、凹部２４ｂが形成されたＴＦＴ基板２０とを貼り合せ、液晶材料を注入することによって得られる。凹部２４ｂを形成する工程以外は、公知なので説明を省略する。
【００３１】
図２に本発明による実施形態の液晶表示パネル２００の構成の模式的な平面図を示す。液晶表示パネル２００におけるスペーサ１５ａおよび１５ｂ並びに凹部２４ｂの配置は図１に示した液晶表示パネル１００とは異なるが、スペーサ１５ａおよび１５ｂ並びに凹部２４ｂを形成した部分の断面構造は液晶表示パネル１００と同じであってよいので、断面図は省略する。ここに示すスペーサ１５ａおよび１５ｂ並びに凹部２４ｂの配置は一例に過ぎず、液晶表示パネルの大きさや画素サイズさらには用途に応じて適宜変更できる。
【００３２】
液晶表示パネル２００においては、柱状構造体１５ａをＢ画素１３Ｂの半数に対して設け、柱状構造体１５ｂおよび凹部２４ｂをＲ画素１３Ｒの半数に対して設けている。また、柱状構造体１５ａと柱状構造体１５ｂとは行方向に互いに隣接するＢ画素１３ＢとＲ画素１３Ｒとに関連付けて設けている。Ｇ画素に関連付けられる柱状構造体１５ａ、１５ｂは設けていない。Ｂ画素１３ＢとＲ画素１３Ｒとに関連付けて設けられている柱状構造体１５ａおよび１５ｂはいずれもストライプ状に配列された画素列の画素と画素との間隙に配置されており、ＴＦＴ基板に設けられた回路要素（例えばバスライン）２２によって遮光される。
【００３３】
ある行について見ると、Ｂ画素１３Ｂ、Ｒ画素１３ＲおよびＧ画素１３Ｇが巡回的に配置されており、画素１３Ｂ、１３Ｒおよび１３Ｇの１組を１周期とすると、柱状構造体１５ａおよび１５ｂが関連付けて形成されているＢ画素１３ＢおよびＲ画素１３Ｒのペアは２周期ごとに現れる。列方向に隣接する行でも、柱状構造体１５ａおよび１５ｂが関連付けて形成されているＢ画素１３ＢおよびＲ画素１３Ｒのペアは２周期ごとに現れるが、位相が半周期ずれている。すなわち、ある行において柱状構造体１５ａおよび１５ｂが関連付けて形成されているＢ画素１３ＢおよびＲ画素１３Ｒの上下の列のＢ画素１３ＢおよびＲ画素１３Ｒには関連付けられる柱状構造体１５ａおよび１５ｂは設けられていない。このように、柱状構造体１５ａおよび１５ｂは表示領域の全体に亘って均一に配置されている。また、液晶表示パネル２００の表示領域における柱状構造体１５ａおよび１５ｂのそれぞれの密度は、画素数基準で１／６であり、柱状構造体１５ａおよび１５ｂの合計の密度は１／３である。
【００３４】
柱状構造体１５ｂに対向する位置には凹部２４ｂが設けられているので、室温の静置状態では、画素数の１／６の数の柱状構造体１５ａだけがスペーサとして機能する。また、低温（例えば−２０℃）で静置された場合には、液晶材料の体積減少に追随して、柱状構造体１５ａが弾性変形し、低温気泡の発生を抑制する。一方、液晶表示パネルの表示面に外部から力が掛かった場合、外力に応じて柱状構造体１５ａが弾性変形する。この変形量が大きくなると、柱状構造体１５ｂがＴＦＴ基板２０と接触し、スペーサとしての機能を発揮する。すなわち、ある程度以上の外力が掛かった場合には、柱状構造体１５ａだけでなく柱状構造体１５ｂがスペーサとして機能するので、液晶層の厚さを維持する、あるいは、短時間で所定の厚さに復帰することができる。
【００３５】
液晶表示パネル２００が、例えば、７．０型で、画素ピッチは行方向が６５．０μｍ、列方向が１７２．５μｍで、誘電率異方性が負のネマチック液晶材料からなる液晶層３０の厚さが約４．５μｍのＶＡモードの液晶表示パネルの場合、凹部２４ｂの深さが約０．３μｍ、円柱状の柱状スペーサ１５ｂの頂点の直径が約１２．０μｍとしたとき、低温気泡の発生は見られなかった。なお、柱状スペーサは市販されている光硬化性樹脂からなるスペーサ材料を用いて形成した。
【００３６】
上述したように、本発明の実施形態によると、従来よりも簡単な製造方法で製造できる、低温気泡の発生が抑制される構造を有する液晶表示パネルおよびその製造方法が提供される。
【００３７】
ここでは、透過型液晶表示パネルを例示するが、本発明はこれに限られず、反射型や、半透過型（透過反射両用型）の液晶表示パネルにも適用できる。また、液晶層を介して互いに対向するように配置された一対の電極（画素電極および対向電極）によって液晶層面に垂直な電界を印加する構造を例示するが、液晶層面内に平行な横電界を生成する構成にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、液晶表示パネルに利用される。特に、耐押圧性が要求される表示装置に用いられる液晶表示パネルに好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による実施形態の液晶表示パネル１００の模式的な断面図である。
【図２】本発明による実施形態の液晶表示パネル２００の模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  第１基板（カラーフィルタ基板）
１１  透明基板
１２  ブラックマトリクス
１３  カラーフィルタ層
１４  対向電極
１５ａ、１５ｂ  柱状スペーサ（柱状構造体）
２０  第２基板（ＴＦＴ基板）
２２  回路要素（例えばＴＦＴ、配線）
２４  絶縁層
２４ａ  コンタクトホール
２４ｂ  凹部
２６  画素電極
３０  液晶層
１００、２００  液晶表示パネル
【図１】
2008242035.tif 000003
【図２】
2008242035.tif 000004