(57)【要約】【課題】球状スペーサの移動を効果的に抑制し、光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良を確実に防止することができる液晶表示装置及びその製造方法の提供。【解決手段】ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に球状スペーサ１０１が配置され、球状スペーサ１０１で規定されるセルギャップに液晶材が挟持される液晶表示装置において、球状スペーサ１０１の表面と、少なくとも一方の基板の球状スペーサ１０１が接触する領域の表面とを粗面とし、摩擦力が大きくして球状スペーサ１０１の移動を生じにくくする。また、球状スペーサ１０１の表面及び基板の表面の粗さ（Rz jis)を、５０ｎｍ以上、且つ、球状スペーサ１０１の直径の５．５％以下の範囲とする。また、球状スペーサ１０１を、ＲＢＧの中で最も視認性の低い青色の表示領域に近接する遮光領域部に配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の基板の対向面に配向膜が配置され、その間隙に略球状のスペーサ材が配置され、前記スペーサ材で規定されるセルギャップに液晶材が挟持される液晶表示装置において、
前記スペーサ材の表面と、少なくとも一方の基板の少なくとも前記スペーサ材に接触する領域の表面とが、所定の粗さの粗面であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
双方の基板の少なくとも前記スペーサ材が接触する領域の表面が、所定の粗さの粗面であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記スペーサ材の表面の十点平均粗さ（Rz jis)は、５０ｎｍ以上、且つ、前記スペーサ材の直径の５．５％以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記基板の表面の十点平均粗さ（Rz jis)は、５０ｎｍ以上、且つ、前記スペーサ材の直径の５．５％以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記スペーサ材は、少なくとも一方の基板の遮光領域に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記スペーサ材は、青色表示領域に挟まれたブラックマトリクス遮光領域に配置されることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記スペーサ材は、青色表示領域と赤色表示領域とに挟まれたブラックマトリクス遮光領域に配置されることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項８】
少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される遮光領域に、前記遮光領域よりも幅が狭く、前記スペーサ材の直径よりも深さが浅く、側面部が前記スペーサ材に接しない凹形状部が形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域は、該領域に近接する領域に比べて、表面エネルギーが大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域は、選択的に配向膜が存在しないことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
対向する一対の基板間に略球状のスペーサ材が配置され、前記スペーサ材で規定されるセルギャップに液晶材が挟持される液晶表示装置の製造方法であって、
少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域の絶縁膜をプラズマ雰囲気中又はエッチングガス雰囲気中に暴露して、前記絶縁膜の表面を粗面化する工程と、
前記領域に、インクジェット法又は印刷法を用いて、予め表面が粗面化されたスペーサ材を配設する工程と、を少なくとも有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記一対の基板の対向面に配向膜を形成した後、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域の前記配向膜を除去して、前記領域に前記配向膜よりも表面エネルギーの大きい前記絶縁膜を露出させることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置の製造方法。
【請求項１３】
少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域を除いて、前記一対の基板の対向面に前記絶縁膜よりも表面エネルギーの小さい配向膜を配置することを特徴とする請求項１１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、液晶表示装置及びその製造方法に関し、特に、一対の基板間に球状スペーサを備える液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＶ機器やＯＡ機器の表示装置として、薄型、軽量、低消費電力等の利点から液晶表示装置が広く用いられている。この液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子がマトリクス状に形成された一方の基板（以下、ＴＦＴ基板と呼ぶ。）と、カラーフィルター（ＣＦ）やブラックマトリクス（ＢＭ）等が形成された他方の基板（以下、ＣＦ基板と呼ぶ。）との間に液晶が挟持された液晶表示パネルを備え、一方又は双方の基板に設けた電極間に生じる電界によって液晶分子の配向方向を制御することによって光の透過率を変化させている。
【０００３】
この液晶表示パネルの表示品位を向上させるためには、ＴＦＴ基板とＣＦ基板との間のギャップ（セルギャップ）を制御することが重要であり、通常、基板間に所定の形状及び大きさのスペーサ材（球状スペーサや柱状スペーサ）が配設される。例えば、下記特許文献１には柱状スペーサを備える液晶表示装置が開示されており、下記特許文献２には球状スペーサを備える液晶表示装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２１８５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２３５１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、図１２に示すように、柱状スペーサを遮光部に定点配置した液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置において、柱状スペーサはＣＦ基板に強固に固定されている為に振動により柱状スペーサが移動する等の問題が生じる事がなく、均一なギャップを安定的に得ることが可能である。更に、柱状スペーサを遮光領域部に配置することにより、コントラストも向上する。
【０００６】
しかしながら、柱状スペーサは一般的な球状スペーサに比べて弾性が小さく、温度変化による液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じやすいといった欠点を有し、また、パネル表面を擦る等の外部応力が加わった際には、いずれか一方の基板に固定された柱状スペーサは、対向するもう一方の基板表面をすべり運動により移動してしまう。
【０００７】
ここで、一般的に柱状スペーサを数％圧縮した状態でセルギャップを形成するために、柱状スペーサ表面と柱状スペーサが接触する基板表面との間には、常に力が加わった状態となっており、外部から加わっていた力が開放された場合においても、柱状スペーサと接触する基板表面の摩擦により、元の状態に戻ることが出来ない。この場合、対向する２枚の基板内に応力が残ってしまうために、黒画面状態でのもやつきが生じてしまうことがある。その他に、柱状スペーサの場合、ラビング時に配向屑が柱状スペーサに付着しやすく、輸送等の振動により、その配向屑が表示面内に移動してしまい、表示不良となる場合もある。
【０００８】
一方、球状スペーサ材によりギャップを支持する液晶表示装置においては、その優れた弾性特性とベアリング効果により、液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じにくいという効果を有する反面、柱状スペーサのように完全に固定されていないために、その固着性の低さにより、輸送等の振動により球状スペーサが移動しやすく、球状スペーサが移動することにより、光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良が生じてしまうといった問題が発生する。
【０００９】
この問題に対して、上記特許文献２には、図１３に示すように、球状スペーサを遮光領域部に設けた凹部に固定した液晶表示装置が開示されており、この構成では、黒画面状態でのもやつきといった柱状スペーサ製品固有の課題を生じずに、柱状スペーサと同様に高いコントラストを得ることが可能である。
【００１０】
しかしながら、球状スペーサを配置する凹部は、球状スペーサの大きさのばらつき、凹部の製造誤差、球状スペーサを凹部に配置する作業の容易性などを考慮して、ある程度大きく形成する必要があるため、段差の中に球状スペーサを配置するだけでは球状スペーサの移動を完全に抑制することは困難であり、光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良を確実に防止することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、球状スペーサの移動を効果的に抑制し、光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良を確実に防止することができる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】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、対向する一対の基板の対向面に配向膜が配置され、その間隙に略球状のスペーサ材が配置され、前記スペーサ材で規定されるセルギャップに液晶材が挟持される液晶表示装置において、前記スペーサ材の表面と、少なくとも一方の基板の少なくとも前記スペーサ材に接触する領域の表面とが、所定の粗さの粗面であることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、双方の基板の少なくとも前記スペーサ材が接触する領域の表面を、所定の粗さの粗面とすることができる。
【００１４】
本発明において、前記スペーサ材の表面の十点平均粗さ（Rz jis)は、５０ｎｍ以上、且つ、前記スペーサ材の直径の５．５％以下の範囲とすることが望ましい。
【００１５】
また、本発明において、前記基板の表面の十点平均粗さ（Rz jis)は、５０ｎｍ以上、且つ、前記スペーサ材の直径の５．５％以下の範囲とすることが望ましい。
【００１６】
また、本発明において、前記スペーサ材は、少なくとも一方の基板の遮光領域に配置することができ、青色表示領域に挟まれたブラックマトリクス遮光領域、又は、青色表示領域と赤色表示領域とに挟まれたブラックマトリクス遮光領域に配置することもできる。
【００１７】
また、本発明において、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される遮光領域に、前記遮光領域よりも幅が狭く、前記スペーサ材の直径よりも深さが浅く、側面部が前記スペーサ材に接しない凹形状部が形成されている構成とすることもできる。
【００１８】
また、本発明において、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域は、該領域に近接する領域に比べて、表面エネルギーを大きくすることが望ましい。
【００１９】
また、本発明において、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域は、選択的に配向膜が存在しない構成としてもよい。
【００２０】
また、本発明は、対向する一対の基板間に略球状のスペーサ材が配置され、前記スペーサ材で規定されるセルギャップに液晶材が挟持される液晶表示装置の製造方法であって、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域の絶縁膜をプラズマ雰囲気中又はエッチングガス雰囲気中に暴露して、前記絶縁膜の表面を粗面化する工程と、前記領域に、インクジェット法又は印刷法を用いて、予め表面が粗面化されたスペーサ材を配設する工程と、を少なくとも有するものである。
【００２１】
本発明においては、前記一対の基板の対向面に配向膜を形成した後、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域の前記配向膜を除去して、前記領域に前記配向膜よりも表面エネルギーの大きい前記絶縁膜を露出させることができる。
【００２２】
また、本発明においては、少なくとも一方の基板の前記スペーサ材が配置される領域を除いて、前記一対の基板の対向面に前記絶縁膜よりも表面エネルギーの小さい配向膜を配置することもできる。
【００２３】
このように、略球状のスペーサ材の表面と、少なくとも一方の基板表面とを所定の粗さの粗面とすることにより、液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラ、黒画面状態でのもやつき等の問題を解決しつつ、球状スペーサが移動することによる光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の液晶表示装置及びその製造方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００２５】
本発明の第１の効果は、球状スペーサ移動による光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良が生じにくくなるということである。その理由は、球状スペーサを圧縮して用いるときにおいて、球状スペーサ表面と球状スペーサが接触する基板表面とを粗面とすることにより、摩擦力が大きくなるため、球状スペーサ移動が生じにくくなるからである。
【００２６】
また、本発明の第２の効果は、予期せず球状スペーサが表示領域に配置されてしまった場合や移動してしまった場合においても表示不良となりにくいということである。その理由は、ＲＢＧの中で最も視認性の低い青色の表示領域に近接する遮光領域部に球状スペーサを配置しているからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
従来技術で示したように、液晶表示パネルのギャップを規定するために柱状スペーサや球状スペーサが用いられているが、柱状スペーサは一般的な球状スペーサに比べて弾性が小さく、温度変化による液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じやすいといった欠点を有し、狭ギャップ化が進んできている近年において、表示不良が生じやすくなってきている。
【００２８】
また、球状スペーサは、その優れた弾性特性とベアリング効果により、液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラを生じにくいという効果を有する反面、柱状スペーサのように完全に固定されていないために、輸送等の振動により球状スペーサが移動してしまい、球状スペーサが移動することによる光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良が生じてしまうといった問題が生じることがある。
【００２９】
そこで、本発明では、液晶体積変動等によりギャップムラや応力ひずみによる表示ムラ、黒画面状態でのもやつき等の問題を回避するために球状スペーサを利用し、かつ、球状スペーサが移動することによる光漏れやコントラスト低下、ギャップムラ等の表示不良を回避するために、球状スペーサ表面と、球状スペーサが接触する基板表面とを所定の粗さの粗面にする。これにより、球状スペーサの特徴を生かしつつ、球状スペーサの欠点を改善して、信頼性が高く、高品位な液晶表示装置を提供することができる。
【実施例１】
【００３０】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本実施例のＴＦＴ基板の構成を示す平面図であり、図２は、本実施例のＣＦ基板の構成を示す平面図である。また、図３は、図１及び図２のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【００３１】
図１及び図２、図３に示すように、本実施例の液晶表示パネルは、主に、ＴＦＴ等のスイッチング素子がマトリクス状に形成され、略球状のスペーサ材（以下、球状スペーサ１０１と称す。）が接触する部分が所定の粗さに粗面化されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向するＣＦ基板と、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の間に配置される、表面が所定の粗さに粗面化された球状スペーサ１０１と、球状スペーサ１０１で規定されるギャップに挟持される液晶材（図示せず）とで構成される。ここで、球状スペーサ１０１は、従来の柱状スペーサの様に、基板に強固に固定されてはいない。
【００３２】
ＴＦＴ基板側は、主に、ガラスやプラスチック等の透明絶縁性基板（以下、ガラス基板１０２と称す。）、ガラス基板１０２の上層に形成されたゲート電極に接続されるゲート配線１０８、ゲート配線１０８と同層に形成され、ＣＯＭ電位を供給するＣＯＭ配線、ゲート配線１０８の上層に形成された酸化窒化珪素等からなるゲート絶縁膜１０９、ゲート絶縁膜１０９を介して、ゲート電極上に形成されるアモルファスシリコンやポリシリコンからなる半導体層１１０、ソース電極に接続されるドレイン配線１１１、ドレイン配線１１１と同層に形成されるドレイン電極、ドレイン配線１１１上に形成された窒化珪素等からなるパッシベーション膜１１２、パッシベーション膜１１２の上層に形成され、少なくとも球状スペーサ１０１が配置される領域の表面が粗面化された、アクリル系有機膜等からなる平坦化膜１１３、パッシベーション膜１１２と平坦化膜１１３を貫通するコンタクトホールを介してドレイン電極に接続される透明導電膜からなる画素電極１１４、ゲート絶縁膜１０９とパッシベーション膜１１２と平坦化膜１１３を貫通するコンタクトホールを介してＣＯＭ配線に接続される、画素電極１１４と同層の対向電極１１５、画素電極１１４の上層に形成されたポリイミドからなる配向膜１０７から構成される。
【００３３】
ＣＦ基板は、主に、ガラスやプラスチック等の透明絶縁性基板（ガラス基板１０２と称す。）、ガラス基板１０２の上層に形成されたブラックマトリクス１０３、ブラックマトリクス１０３の形成されていない開口領域に形成され、その一部がブラックマトリクス１０３に重複するように形成される色層１０４〜１０６、色層１０４〜１０６の上層に形成されたポリイミドからなる配向膜１０７から構成される。
【００３４】
球状スペーサ１０１は、図１、図２に示すように、青色の表示領域に近接した遮光領域部（色層（青）１０６の間のブラックマトリクス１０３の領域）に配置した。ここで、球状スペーサ１０１を配置する遮光領域部はいずれの色層に隣接した領域であっても良いが、ＲＢＧの中で最も視認性の低い青色の表示領域に近接する遮光領域部に球状スペーサ１０１を配置することで、予期せず球状スペーサ１０１が表示領域に配置されてしまった場合や移動してしまった場合においても表示不良となりにくいといった効果が得られる。図１乃至図３では、また、青色の表示領域に近接した遮光領域部に一つの球状スペーサ１０１を配置しているが、複数の球状スペーサ１０１を配置してもよい。
【００３５】
なお、本実施例では、有機層間構造のＩＰＳ（In Plane Switching）構造のボトムゲート形ＴＦＴカラー表示パネルにて図示説明しているが、本発明はＴＦＴの構造や液晶モードにより限定されるものではなく、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやＶＡ（Vertical Alignment）モードといった各種モード、モノクロ製品においても好適である。
【００３６】
また、本実施例では、窒化珪素膜からなるパッシベーション膜１１２の構成にて説明したが、酸化珪素膜からなるパッシベーション膜においても良好な結果が得られる。同じく、平坦化膜１１３についてもアクリル系有機膜からなる構成にて説明したが、スチレン系樹脂、ノボラック樹脂であってもよい。
【００３７】
次に、本実施例の液晶表示装置の製法について説明する。
【００３８】
ＴＦＴ基板側は、ガラス基板１０２の上に第１の導電材料を成膜した後にフォトリソグラフィによりゲート電極、ゲート配線１０８、ＣＯＭ配線を形成する。次に、酸化窒化珪素からなるゲート絶縁膜１０９、半導体層１１０を成膜した後にフォトリソグラフィにより半導体層１１０をパターニングし、アイランドを形成する。次に、第２の導電材料を成膜した後にフォトリソグラフィによりドレイン電極、ドレイン配線１１１を形成する。次に、酸化窒化珪素からなるパッシベーション膜１１２を成膜する。次に、感光性アクリル系有機膜を形成した後にフォトリソグラフィによりドレイン電極及びＣＯＭ電極まで達するコンタクトホールを形成する。次に、透明導電膜を成膜した後に、フォトリソグラフィにより画素電極１１４及び対向電極１１５を形成する。次に、Ｈｅプラズマ雰囲気中に平坦化膜１１３を暴露することで平坦化膜１１３の表面を粗面化する。なお、平坦化膜１１３は、少なくとも球状スペーサ１０１が配置される領域が粗面化されていればよく、全面を粗面化してもよいし、レジスト等をマスクとして球状スペーサ１０１が配置される領域のみを粗面化してもよい。次に、ポリイミドからなる配向膜１０７を成膜した後に配向処理を実施する。ここで、配向膜１０７を形成した後の球状スペーサ１０１が配置されるＴＦＴ基板表面の粗さ（Rz jis)は約２００ｎｍ程度とした。
【００３９】
ここでいう基板表面粗さ(Rz jis)とは、ＪＩＳ規格（JIS B0601等）で定められる表面粗さの指標であり、図１０に示すように、十点平均粗さを指しており、粗さ平均線を基準とした時に山の高い順に５番目までの平均と、谷の深い順に５番目までの平均の和で規定される。
【００４０】
なお、本実施例においては、平坦化膜１１３の表面を粗面化する工程が、画素電極１１４と対向電極１１５のパターニング後である液晶表示装置の製法を説明しているが、平坦化膜１１３の表面を粗面化する工程は、画素電極１１４と対向電極１１５のパターニング前であってもよく、この場合については後述する第２の実施例で説明する。
【００４１】
次に、インクジェット法により、予め表面が粗面化された球状スペーサを低沸点アルコール系の溶液中に分散させたインクを、表面を粗面化した遮光領域部上に印刷を行う。ここで、球状スペーサ１０１は表面粗さ（Rz jis)を約２００ｎｍとした直径４μｍのスチレン及びシロキサンを主成分とするポリマービーズを使用した。また、球状スペーサ１０１の表面を粗面化する方法は特に限定されない。
【００４２】
ここでいう球状スペーサ表面粗さ(Rz jis)とは、図１１に示すように、十点平均粗さを指しており、粗さ平均線を基準とした時に山の高い順に５番目までの平均と、谷の深い順に５番目までの平均の和で規定される。また、本発明で説明する球状スペーサ直径とは、粗さ平均線で示される大きさを指す。その後、基板を加熱処理させることで溶液を揮発させ、表面を粗面化した遮光領域部上に球状スペーサ１０１を配置した。
【００４３】
なお、ここではインクジェット法にて形成する方法を説明したが、印刷方法はインクジェット法に限るものではなく、凹版印刷法等であってもよい。また、本実施例では、球状スペーサ１０１を分散させる溶媒としてエタノールを用いたが、ここで用いることができる分散溶媒はメタノール、プロパノール、イソプロパノール等の炭素数４以下の低級アルコールや、それらの混合溶媒であってもよく、球状スペーサ材料の溶解性がなく、摂氏２００度以下で完全に揮発するような材料であれば、球状スペーサ１０１の分散溶媒として使用することが出来る。溶媒を揮発させた後の球状スペーサ１０１は、分子間力や静電気力等により、基板表面に付着した状態となっており、基板のハンドリングや液晶注入等で移動しない程度の付着力を有するが、液晶表示パネルとして形成された後の状態においては、対向する２枚の基板間で、ボールベアリングのように機能することができる。
【００４４】
一方、ＣＦ基板側は、ガラス基板１０２の遮光領域上にブラックマトリクス１０３を形成し、開口領域上に色層１０４〜１０６を形成し、ポリイミドからなる配向膜１０７を成膜した後に配向処理を実施する。
【００４５】
次に、光＋熱硬化型シール材料を用い、ＴＦＴ基板側にシール描画及び液晶滴下後に、ＴＦＴ基板とＣＦ基板を真空重ね合わせ装置で精度よく重ね合わせ、ＵＶ照射及び熱硬化を行うことで液晶セルを形成する。ここで、温度変化が生じた際の液晶体積変動により生じるムラが生じないようにするために球状スペーサ１０１を圧縮変形させた状態でセル形成する必要があるため、球状スペーサ１０１が約０．２μｍ圧縮するように、液晶量を調整した。
【００４６】
球状スペーサ１０１は、柱状スペーサのように基板に強固に固定されていない為、球状スペーサ１０１を介して対向する２枚の基板間で、ボールベアリングのように機能することが出来るため、柱状スペーサを用いた製品のような基板応力ムラ（黒画面でのもやつき）が生じないが、そのためには球状スペーサ１０１を弾性変形領域内で使用することが必要となる。
【００４７】
スチレン及びシロキサンを主成分とするポリマービーズからなる球状スペーサ１０１は、１５％までの室温圧縮においては安定的に弾性変形することが確認されており、球状スペーサ１０１をボールベアリングのように機能させるためには、球状スペーサ変形量１〜１５％を採用することが望ましい。更には、一般的な液晶材料は±４０℃の温度変化により±３〜４％の体積変化を生じるため、製品の温度変化による液晶の体積膨張を考慮し、室温での球状スペーサ変形量５〜１１％程度を採用することがより望ましい。厳密には球状スペーサ材の熱膨張についても考慮すべきであるが、スペーサ材料の熱膨張係数は液晶材料の熱膨張係数に比べて約１桁小さいので、この場合無視することが出来る。
【００４８】
ここで、固体同士の表面が接触する際の摩擦力Ｆは、表面の凹凸が接触している面積（有効接触面積）をＡｒ、接触部分のせん断強度をτとしたとき、「Ｆ ＝ τ・Ａｒ」で表すことができ、表面が粗面である球状スペーサを圧縮した状態でギャップ形成するような弾性接触の場合、表面粗さを大きくすることにより接触時の有効接触面積Ａｒを大きくすることが可能となり、大きな摩擦力が得られる。
【００４９】
具体的には、一般的に使用される球状スペーサ表面及び球状スペーサが接する部分のＴＦＴ基板表面粗さ（Rz jis)は２０ｎｍ以下であるが、本発明において、球状スペーサ表面及び球状スペーサが接する部分のＴＦＴ基板表面粗さ（Rz jis)を５０ｎｍ以上とすることにより、球状スペーサ圧縮時の有効接触面積は表面粗さの比率に応じて広くなり、摩擦力は有効接触面積Ａｒに比例するので、この例では摩擦力を２倍以上に高めることができ、その結果、球状スペーサの横滑り動作を実質的に抑制できる。
【００５０】
上記表面粗さ(Rz jis)の下限を５０ｎｍとすることの意味について、以下に詳細に説明する。
【００５１】
下限条件の表面粗さ(Rz jis)は、一般の表面粗さ（２０ｎｍ相当）で、且つ、適切な球状スペーサの圧縮条件で最も高い摩擦力が得られる場合よりも、常に本発明の下限条件での摩擦力が大きくなるような臨界値以上の値である。
【００５２】
表面粗さが一定と考えた場合の球状スペーサと基板表面にかかる摩擦力は、スペーサを圧縮したときの潰れる接触面積に比例する。
【００５３】
球状スペーサを球状スペーサ直径のμ％圧縮した時の球状スペーサと基板の接触面積は、球状スペーサを、球状スペーサの頂点部からμ％の位置で輪切りにした断面積の２分の１と等しい。したがって、製造条件として望ましい球状スペーサの圧縮値の下限である直径に対して５％圧縮した場合を基準に考えると、圧縮値の上限である直径に対して１１％圧縮した状態では、接触面積が約２．１３（（１−０．８９２）／（１−０．９５２））倍となる。尚、球状スペーサを圧縮値の下限である５％圧縮した状態において、通常の表面粗さ（２０ｎｍ相当）を有するスペーサを望ましい圧縮値の上限である１１％まで圧縮した状態と同程度となる表面粗さは、約４３ｎｍ（２０ｎｍ×２．１３倍）となる。
【００５４】
一方、本発明の球状スペーサ表面粗さ(Rz jis)及び接触する基板表面粗さ(Rz jis)が５０ｎｍの条件では、球状スペーサを、製造条件として望ましい球状スペーサの圧縮値の下限である直径に対して５％圧縮した状態でのギャップ形成において、有効接触面積が表面粗さに比例するので前記基準の表面粗さ（２０ｎｍ相当）の少なくとも２．５倍（５０ｎｍ／２０ｎｍ）以上の有効接触面積を得ることが出来る。
【００５５】
従って、表面粗さが５０ｎｍの条件では、圧縮値の下限（５％圧縮）での有効接触面積が通常の表面粗さ（２０ｎｍ相当）を有する球状スペーサを望ましい圧縮値の上限である１１％まで圧縮した状態よりも常に広い有効接触面積となり、結果として摩擦力を臨界的に高めることが可能となる。
【００５６】
更に、球状スペーサ表面粗さ(Rz jis)及び接触する基板表面粗さ(Rz jis)を５０ｎｍとし、球状スペーサを、望ましい圧縮値の上限である１１％圧縮した状態でギャップ形成した場合は、前記基準の表面粗さ（２０ｎｍ相当）の下限圧縮値の条件に対して、約５．３倍（２．１３倍×２．５倍）の有効接触面積、つまりは摩擦力を得ることが可能となる。
【００５７】
尚、先に述べた球状スペーサの変形量５％とは、球状スペーサの中心と接触する基板表面との距離がスペーサ直径の４７．５％である状態を示しており、球状スペーサの変形量が１１％とは、球状スペーサの中心と接触する基板表面との距離がスペーサ直径の４４．５％である状態を示している。
【００５８】
次に、球状スペーサ表面が粗面であることが、セルギャップ均一性へ与える影響について説明する。
【００５９】
一般的に、表示特性として重要なパネル面内の輝度分布から要求される液晶セルギャップの変化は２〜５％程度が許容範囲である。ここで、一軸性の液晶媒質を直交した偏光子で挟んだ場合の透過光強度の変化はギャップ変動にほぼ比例するので、輝度分布の変化も２〜５％程度になる。
【００６０】
球状スペーサを圧縮した状態で使用する場合においては、球状スペーサ表面の凹凸部分の変形がしやすく、表面層が柔らかい球状スペーサと等価と考えてよい。
【００６１】
圧縮により変形しやすい球状スペーサ表面の凹凸部分が厚くなりすぎると、セルギャップ均一性の悪化により表示ムラが生じるため、球状スペーサ表面の凹凸部分の厚さは、圧縮により球状スペーサが変形する量よりも小さい範囲にとどめることが望ましい。
【００６２】
従って、球状スペーサを直径の５〜１１％の範囲で圧縮して使用する本発明においては、球状スペーサ表面粗さ(Rz jis)は、球状スペーサ直径の５．５％（凹凸がＴＦＴ基板側及びＣＦ基板側の双方にあるため、１１％／２）以下とすることが望ましい。
【００６３】
その他に、球状スペーサ約２ｗｔ％を含むインクを、１滴の吐出量を１０ｐｌとしてインクジェット法にて吐出したとき、着弾後のインクの液滴は数十μｍ程度となり、この液滴１箇所の中に平均で４個程度の球状スペーサが配置されることとなる。インクの乾燥に伴い、個々の球状スペーサは液滴のほぼ中央に集合するため、球状スペーサを配置するブラックマトリクス１０３の遮光領域は、４０μｍ角以上の領域を有していることが設計上望ましい。
【００６４】
なお、上記説明においては、球状スペーサ表面が粗面であり、更に球状スペーサを挟持するＴＦＴ基板側の表面が粗面である構成として説明したが、球状スペーサが接触するＣＦ基板側の表面が粗面である構成としてもよい。この場合、ＣＦ基板表面の凹凸は、有機膜表面をＨｅプラズマ雰囲気中に暴露することで得ることができる。
【実施例２】
【００６５】
次に、本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施例のＣＦ基板の構成を示す平面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示パネルの構造を示す断面図である。なお、本実施例は第１の実施例と概ね同じ構成であるが、柱状スペーサ１０１の配置領域、及び、平坦化膜１１３を粗面化する工程が異なる。
【００６６】
本実施例においては、平坦化膜１１３表面の粗面化処理を、画素電極１１４と対向電極１１５のパターニング前に実施することで、球状スペーサ１０１が配置される透明導電膜及びその上層の配向膜１０７を粗面化する。次に、球状スペーサ１０１は、青色表示領域と赤色表示領域に挟まれたＢＭ遮光領域部に配置した。
【００６７】
スペーサ１０１を配置する領域を２つの色層端部に挟まれた段差部分とすることで、第１の実施例の液晶表示装置よりも更に球状スペーサ１０１の移動を抑制できる。また、柱状スペーサ１０１が配置されるＢＭ遮光領域部は、何れの色層間に挟まれたＢＭ遮光領域部であってもよいが、ＲＧＢの中で視認性が最も高く、明点不良となりやすい緑色表示部にもっとも遠い位置に配置することで、予期せず球状スペーサ１０１が表示領域に配置されてしまった場合や移動してしまった場合においても表示不良となりにくいといった効果が得られる。
【実施例３】
【００６８】
次に、本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図６を参照して説明する。図６は、本実施例の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【００６９】
ここでは球状スペーサ表面を粗面とし、更に球状スペーサを挟持するＴＦＴ基板、対向基板の両基板において、球状スペーサが接触する領域の表面を粗面とした。ＣＦ基板表面の凹凸は、有機膜表面をＨｅプラズマ雰囲気中に暴露することで得ることができる。このような構成とすることにより、球状スペーサ１０１と双方の基板間に大きな摩擦力を得ることが可能となり、更に球状スペーサ移動が生じにくくなる。
【実施例４】
【００７０】
次に、本発明の第４の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図７を参照して説明する。図７は、本実施例の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【００７１】
球状スペーサ１０１が配置される領域を球状スペーサ直径よりも広く、遮光領域よりも狭く、球状スペーサ径よりも深さの浅い凹形状部とし、球状スペーサ１０１が接触する基板表面が粗面である構成とした。ここで、凹形状は感光性のアクリル系有機膜のフォトリソグラフィにより形成した。凹形状部の底面に位置する球状スペーサ１０１が接触する基板表面のパッシベーション膜１１２の表面の粗面化については、エッチングガス雰囲気中に短時間暴露することで得られる。
【００７２】
球状スペーサ１０１が接触する基板表面部分を粗面化していることにより、同一材料であってもその部分の濡れ性は選択的に高くなる。このような構成とすることにより、球状スペーサ１０１をインクジェット法などにより印刷する際に、球状スペーサ１０１を分散させたインクの印刷位置精度が向上し、更に球状スペーサ移動が生じにくくなるといった効果も得られる。
【００７３】
なお、本実施例では凹形状を感光性のアクリル系有機膜で形成したが、それに限定されるものではなく、感光性を有さないアクリル樹脂でもよい。その他にスチレン系有機膜やノボラック樹脂であっても形成が可能である。また、パッシベーション膜表面を粗面化する方法としては有機膜のフォトリソグラフィ後に、フッ酸系溶液中に浸漬する方法であってもよい。尚、本実施例では、球状スペーサ１０１が配置される領域を球状スペーサ直径よりも広くする凹形状部を例示したが、凹形状部の大きさは液晶表示パネルに球状スペーサ１０１を配置した状態で、球状スペーサ１０１が凹形状部の底部と接し、凹形状部の側面部に接しない構成であれば良い。
【実施例５】
【００７４】
次に、本発明の第５の実施例に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図８を参照して説明する。図８は、本実施例の液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【００７５】
球状スペーサ１０１が接触する基板表面部分には選択的に配向膜１０７がなく、窒化珪素膜からなるパッシベーション膜１１２を最表面とする構成とし、その近接領域については、通常通り配向膜１０７が最表面に位置する構成とする。
【００７６】
ここで、球状スペーサ１０１が接触する基板表面部分の配向膜１０７はレーザー等で選択的に除去することが可能である。
【００７７】
その他の方法として、選択的に撥水処理をした表面上に配向膜１０７を印刷することによっても選択的に配向膜１０７のない領域を形成することも可能であるし、印刷法によって選択的に配向膜１０７を配置してもよい。
【００７８】
球状スペーサ１０１が接触する基板表面部分に配向膜１０７がないことで、下地の表面粗さが配向膜１０７でレベリングされることがないために、第４の実施例と比較して粗面化の処理時間を短縮することができる。
【００７９】
ここで、ポリイミドからなる配向膜の表面エネルギーが一般的に４０ｍＪ／ｍ２程度であるのに対して、窒化珪素膜の表面エネルギーが７０ｍＪ／ｍ２程度と大きく濡れ性が高い。インクジェット法により球状スペーサ１０１を分散させたインクを所定の位置に印刷したときの状態を図９に示す。濡れ性の違いから、印刷位置精度が向上するといった効果も同時に得ることが出来る。
【００８０】
なお、球状スペーサ１０１の印刷方法はインクジェット法に限られるものではなく、オフセット印刷法のように、球状スペーサ１０１を分散した液体の状態で印刷する方式においても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＴＦＴ基板の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るＣＦ基板の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るＣＦ基板の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る液晶表示パネルの構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例に係るＴＦＴ基板の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明における基板上の粗さを説明するための図である。
【図１１】本発明におけるスペーサ表面の粗さを説明するための図である。
【図１２】従来（特許文献１）の液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【図１３】従来（特許文献２）の液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０１  スペーサ
１０２  ガラス基板
１０３  ブラックマトリクス
１０４  色層（赤）
１０５  色層（緑）
１０６  色層（青）
１０７  配向膜
１０８  ゲート配線
１０９  ゲート絶縁膜
１１０  半導体層
１１１  ドレイン配線
１１２  パッシベーション膜
１１３  平坦化膜
１１４  画素電極
１１５  対向電極
１１６  スペーサ分散インク
【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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