(57)【要約】【課題】均一な狭セルギャップを有する表示パネルの提供。【解決手段】液晶パネルは、電極４を有する基板１００と、基板１００に対向する対向基板２００と、電極４上に形成された、亜鉛化合物（例えばＺｎＳ）を含む絶縁性スペーサ６と、基板１００と対向基板２００との間隙に介在する液晶層７とを有する。絶縁性スペーサ６は、塩酸にて容易にパターニングが可能なＺｎＳ膜から形成することができるので、セルギャップの制御性に優れる。【選択図】　図１
2004029386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する基板と、前記基板に対向する対向基板と、前記電極上に形成された、亜鉛化合物を含む絶縁性スペーサと、前記基板と前記対向基板との間隙に介在する表示媒体層とを有する表示パネル。
【請求項２】
前記亜鉛化合物は、硫化亜鉛である、請求項１に記載の表示パネル。
【請求項３】
前記電極との間に酸化亜鉛からなる層を有する、請求項１または２に記載の表示パネル。
【請求項４】
前記絶縁性スペーサは、蓄積容量の領域内に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の表示パネル。
【請求項５】
請求項１に記載の表示パネルを製造する方法であって、
前記電極上に、亜鉛化合物を含む絶縁性膜を形成する工程と、
前記絶縁性膜上に、所望のパターンを有するレジストを形成する工程と、
塩酸または塩酸を主成分とするエッチング液にてエッチングする工程とを含む、表示パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面ディスプレイとして用いられる表示パネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話の発達、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　）や電子ブックと一般に呼ばれる携帯情報端末の発達に伴い、中型・小型の高速応答液晶パネルの需要が高まってきている。図６は、一般的な液晶パネルを模式的に示す断面図である。液晶パネルは、一対の基板１，１６にて液晶層７を挟んで構成される。液晶層７の厚み、言い換えればセルギャップを一定に保つために、一対の基板１，１６間に球状のプラスチックビーズ１７が散布されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、高速応答液晶パネルの実現のためには、１μｍ〜２μｍのセルギャップを実現する必要がある。しかし、一般的なプラスチックビーズの粒径は、約３μｍ〜５μｍ程度であり、１μｍ〜２μｍのプラスチックビーズは入手が困難である。入手できたとしても、その直径の分布が±０．２μｍ以上あるので、セルギャップの制御が困難である。
【０００４】
球状のプラスチックビーズ１７を散布する代わりに、レジストを基板上に塗布し、円柱状にパターニングして、円柱状スペーサを形成する技術もある。しかし、レジスト塗布の膜厚分布が±０．２μｍ程度はあるので、この方法も２μｍ以下のセルギャップ制御が困難となる。
【０００５】
本発明は、均一な狭セルギャップを有する表示パネルの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示パネルは、電極を有する基板と、前記基板に対向する対向基板と、前記電極上に形成された、亜鉛化合物を含む絶縁性スペーサと、前記基板と前記対向基板との間隙に介在する表示媒体層とを有する。亜鉛化合物を含む絶縁性スペーサは、蒸着成膜によって形成することができるので、膜厚制御性が非常に良く、液晶パネルの精密なセル厚制御が実現できる。また、後述するように、蒸着成膜された亜鉛化合物の膜は、エッチング時の利点がある。ここで、「表示媒体層」とは、互いに対向する電極間の電位差により光透過率が変調される層、または互いに対向する電極間を流れる電流により自発光する層である。表示媒体層は、例えば液晶層、無機または有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層、発光ガス層、電気泳動層、エレクトロクロミック層などである。
【０００７】
前記亜鉛化合物は、硫化亜鉛であることが好ましい。硫化亜鉛は、絶縁破壊電圧１ＭＶ／ｃｍもの絶縁性を有しているので、両基板間の電気的な絶縁性は維持され、リークの問題が起こることもない。
【０００８】
前記絶縁性スペーサは、前記電極との間に酸化亜鉛からなる層を有することが好ましい。前記電極がインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという。）などの酸化物からなる場合には、異種元素の硫化物と酸化物との密着性はそれほど良くない。ＩＴＯなどの酸化物の電極と、ＺｎＳなどの亜鉛化合物の膜との間に、ＺｎＯ膜を形成することにより、絶縁性およびエッチングの容易性を保ったまま、前記電極と亜鉛化合物膜との密着性をより向上させることができる。
【０００９】
前記絶縁性スペーサは、蓄積容量の領域内に形成されていることが好ましい。透過型の液晶パネルの場合、蓄積容量の領域は、遮光領域となるので、前記絶縁性スペーサの形成による開口率の低下を抑えることができる。また、蓄積容量の領域は、スペーサを形成するのに適当な程度の面積を有しており、また平面性が保たれているので、スペーサの形成に適している。
【００１０】
本発明の表示パネルを製造する方法は、前記電極上に、亜鉛化合物を含む絶縁性膜を形成する工程と、前記絶縁性膜上に、所望のパターンを有するレジストを形成する工程と、塩酸または塩酸を主成分とするエッチング液にてエッチングする工程とを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態を説明する。以下の実施形態では、液晶パネルを例に説明するが、本発明の表示パネルは、有機ＥＬパネル、無機ＥＬパネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、真空蛍光表示（ＶＦＤ）パネル、電子ペーパーなどの各種表示パネルにも適用可能である。
【００１２】
また、液晶パネルとして、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）駆動される透過型の液晶パネルについて説明するが、本発明の表示パネルは、これに限定されない。ＴＦＴ以外のアクティブ素子を用いた表示パネル、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他の３端子素子、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）　やＴＦＤ（薄膜ダイオード）などの２端子素子を用いた表示パネルにも適用することができる。アクティブ駆動型の表示パネルだけでなく、パッシブ（マルチプレックス）駆動型のＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）表示パネルにも適用することができる。さらに、透過型だけでなく、反射型や反射透過両用型表示パネルでも可能である。
【００１３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１の液晶パネルを模式的に示す断面図であり、図２は、平面図である。本実施形態の液晶パネルは、カラーフィルタ（以下、ＣＦという。）が形成されたＣＦ基板１００と、ＣＦ基板１００に対向するＴＦＴ基板（対向基板）２００と、ＣＦ基板１００およびＴＦＴ基板２００の間隙に介在するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）液晶層７を有する。
【００１４】
ＴＦＴ基板２００は、ガラス基板１６上に、シリコン（Ｓｉ）層１５、第１絶縁層１４、ゲートバスライン２５、蓄積容量線（Ｃｓライン）１３、第２絶縁層１２、ソースバスライン１１、第３絶縁層１０、ＩＴＯからなる画素電極９およびポリイミド膜８が形成されることによって、構成されている。なお、ガラス基板１６に代えて、プラスチック基板などの他の絶縁性基板を用いても良い。
【００１５】
詳細には、ガラス基板１６上に、互いに略平行な複数のゲートバスライン２５が列方向にそれぞれ延びている。複数のゲートバスライン２５に対して略直交する方向、すなわち行方向に、互いに略平行な複数のソースバスライン１１が、第２絶縁層１２を介して複数のゲートバスライン２５と交差して、延びている。複数のゲートバスライン２５と、複数のソースバスライン１１との各交差部近傍には、コプラナー型のＴＦＴ素子２４が形成されている。ＴＦＴ素子２４は、シリコン層１５と、ゲートバスライン２５から行方向に延びるゲート電極と、第１絶縁層１４を貫通するコンタクトホール２１を介して、ソースバスライン１１とシリコン層１５とを接続するソース電極と、ドレイン電極とを有する。複数のゲートバスライン２５と複数のソースバスライン１１とにより囲まれた領域には、複数の画素電極９がマトリクス状に配置されている。画素電極９は、第１絶縁層１４および第２絶縁層１２を貫通するコンタクトホール２２を介して、ＴＦＴ素子２４のドレイン電極に接続されている。
【００１６】
シリコン層１５上には、第１絶縁層１４を介して、蓄積容量線１３が形成されており、蓄積容量線（Ｃｓライン）１３と画素電極９との間に蓄積容量（ストレージキャパシタ）２３が形成される。蓄積容量線１３は、通常、ゲートバスライン２５と同じ膜から形成される。ゲートバスライン２５や蓄積容量線１３の材料としては、Ｔａ（タンタル）などの金属が用いられるので、蓄積容量１３の領域は、遮光領域となる。画素電極９上にはポリイミド膜８が形成され、ポリイミド膜８には、液晶分子を配向制御するために、ラビング処理が施されている。
【００１７】
ＣＦ基板１００は、ガラス基板１上に、ＣＦ３、ＩＴＯ膜４、絶縁性スペーサ６およびポリイミド膜５が形成されることによって、構成されている。なお、ガラス基板１６に代えて、プラスチック基板などの他の絶縁性基板を用いても良い。
【００１８】
詳細には、ゲートバスライン２５、ソースバスライン１１およびＴＦＴ素子２４に重畳する、ガラス基板１上の領域に、ブラックマトリクス４が形成されている。また、赤、緑、青の各ＣＦ３ａ，３ｂ，３ｃがストライプ状に形成され、ＣＦ３上の全面に、透明なＩＴＯ膜（ＩＴＯ電極）４が形成されている。ＩＴＯ電極４上には、円柱状の絶縁性スペーサ６が形成されている。絶縁性スペーサ６は、画素毎に形成された蓄積容量９の領域内に形成されている。厳密にいえば、絶縁性スペーサ６は、蓄積容量９に重畳する、ＩＴＯ電極４上の領域内に形成されている。さらにＩＴＯ電極４上にはポリイミド膜５が形成され、ポリイミド膜８には、液晶分子を配向制御するために、ラビング処理が施されている。
【００１９】
本実施形態では、絶縁性スペーサ６が蓄積容量９の領域内に形成されているが、絶縁性スペーサ６は、平面性が保たれている領域でさえあれば、基本的にはどの領域に配置しても良い。但し、光学特性の関係上、画素の有効駆動領域に配置するのは好ましくない。透過型液晶パネルの場合、蓄積容量１３の領域が遮光領域となるので、本実施形態のように、蓄積容量１３の領域内に絶縁性スペーサ６を形成することによって、開口率の低下を抑えることができる。また、蓄積容量の領域は、スペーサ６を形成するのに適当な程度の面積を有しており、また平面性が保たれているので、スペーサ６の形成に適している。スペーサ６は、画素面積にもよるが、各画素に一個づつ、直径１０μｍ〜２０μｍ程度に設定するのが望ましい。各画素の蓄積容量領域内にスペーサ６を設置することにより、さらに安定したセル厚分布を有する狭セルギャップの液晶パネルを得ることができる。
【００２０】
なお、本明細書においては、赤、緑、青の３つの画素が１つの絵素を構成することとする。本実施形態では、画素電極９とこれに対向するＩＴＯ電極（共通電極）４とが画素を規定する。単純マトリクス型液晶パネルにおいては、ストライプ状に設けられる列電極と列電極と直交するように設けられる行電極とが互いに交差するそれぞれの領域が画素を規定する。厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクス２の開口部に対応する領域が画素に対応することになる。
【００２１】
絶縁性スペーサ６は、硫化亜鉛、酸化亜鉛などの亜鉛化合物を含む。亜鉛化合物を含む絶縁性スペーサ６は、蒸着成膜によって形成することができるので、膜厚制御性が非常に良く、液晶パネルの精密なセル厚制御が実現できる。絶縁性スペーサ６は、ポリイミド膜８を介して画素電極９と物理的に接触している。しかし、例えば硫化亜鉛からなる絶縁性スペーサ６の場合、絶縁性スペーサ６は、十分大きな絶縁破壊電圧（１ＭＶ／ｃｍ）を有するので、電気的には絶縁されており、リーク問題が起こることはない。例えば、厚さ１μｍのＺｎＳ薄膜スペーサ６では１００Ｖ、２μｍで２００Ｖの耐圧特性がある。液晶パネル中に用いられるＴＦＴやＴＦＤの印加電圧は、１０Ｖ〜３０Ｖくらいであるので、ＺｎＳ薄膜スペーサ６の耐圧特性は十分である。
【００２２】
次に、本実施形態の液晶パネルの製造方法について説明する。ＴＦＴ基板１６は、フォトリソ法によりゲートバスライン２５、蓄積容量線１３、ソースバスライン１１、ＴＦＴ素子２４および画素電極９等を形成し、印刷法によりポリイミド膜８を形成し、ラビング処理を行うことにより作製することができる。
【００２３】
図３を参照しながら、ＣＦ基板１００の製造工程について説明する。まず、印刷法などにより、ガラス基板１上にＣＦ３を形成し、ＣＦ３上にＩＴＯ電極４をマスク蒸着により成膜する（図３（ａ）参照）。ＩＴＯ電極４上にＺｎＳ膜３１を蒸着する（図３（ｂ）参照）。ＺｎＳ膜３１は、電子ビーム蒸着により基板温度約２００℃にて成膜形成される。ＺｎＳ膜３１は、１μｍ以上２μｍ以下程度の膜厚とする。その後、所望のパターン、一般には円状パターンを有するフォトレジスト３２を形成する（図３（ｃ）参照）。塩酸または塩酸を主成分とするエッチング液にて、露出したＺｎＳ膜３１をエッチングする（図３（ｄ）参照）。剥離液にてフォトレジスト３２を剥離して、円柱状の絶縁性スペーサ６を得る（図３（ｅ）参照）。
【００２４】
エッチングに使用する塩酸は、３７％程度のものが使用される。塩酸を主成分とするエッチング液は、３７％程度の塩酸を水で希釈したものであり、他に酢酸等を含有しても良い。厚さ１μｍのＺｎＳ薄膜３１の場合、塩酸：水＝１：１の希釈エッチング液にて１２０秒程度でエッチングできる。
【００２５】
本発明と同様に、薄膜からスペーサを作製する技術が、例えば特開平２−２３４１２０号公報や特開平８−２４８４２８号公報に開示されている。これらの公報に開示の方法では、真空蒸着やスパッタを用いて成膜するので、±０．０５μｍ未満の精度でスペーサの高さを決定でき、セルギャップを正確に制御することができる。薄膜としてはＳｉＯ２　膜やＳｉＮｘ　膜が使用され、エッチングにはフッ酸等のエッチング液が用いられる。
【００２６】
しかし、フッ酸はガラスを溶解するので、ガラス基板上にＳｉＯ２　膜等を成膜し、エッチングする際に、ガラス基板がダメージを受ける。また、ＩＴＯもフッ酸に溶解するので、ＩＴＯ電極上にＳｉＯ２　膜等を成膜し、エッチングした場合にも、ＩＴＯ電極がダメージを受ける。したがって、スペーサの形成位置を制限しなければならず、あるいはガラス基板やＩＴＯ電極に保護膜を形成するなどの何らかの対策が必要となる。
【００２７】
本実施形態では、ガラスやＩＴＯを殆ど溶解しない塩酸をエッチングに用いているので、ガラス基板１やＩＴＯ電極４が塩酸にてほとんどエッチングされない。したがって、ガラス基板１やＩＴＯ電極４にダメージはなく、またそれゆえに絶縁性スペーサ６の設置位置も自由に設定できる。
【００２８】
ＣＦ基板１００とＴＦＴ基板２００とに、それぞれポリイミド樹脂を塗布してポリイミド膜５，８を形成した後、ラビング処理を行う。一方の基板上の周辺にシール材をスクリーン印刷し、シール材を介して一対の基板１，１６を貼り合わせる。なお、本発明では、プラスチックビーズの散布は不要である。その後、貼り合わされた基板を分断し、シール材の開口部から液晶材料を注入し、開口部の封止工程を経て、液晶パネルを得る。
【００２９】
（実施形態２）
図４は、実施形態２の液晶パネルを模式的に示す断面図である。以下の図面においては、実施形態１の液晶パネルの構成要素と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００３０】
本実施形態の液晶パネルは、絶縁性スペーサ６がＺｎＳ薄膜３１とＺｎＯ膜３３との積層膜から形成されている点で、絶縁性スペーサ６がＺｎＳ薄膜３１から形成されている実施形態１の液晶パネルと異なる。絶縁性スペーサ６の高さや直径によっては、ＩＴＯ電極４とＺｎＳ膜３１との密着性が問題となることがある。その場合、ＩＴＯ電極４とＺｎＳ膜３１との間に、密着層としてＺｎＯ膜３３を３０ｎｍ〜３００ｎｍ程度形成し、密着性を向上させることも可能である。
【００３１】
図５を参照しながら、本実施形態におけるＣＦ基板１００の製造工程について説明する。まず、実施形態１と同様にして、ガラス基板１上にＣＦ３を形成し、ＣＦ３上にＩＴＯ電極４を成膜する（図５（ａ）参照）。ＩＴＯ電極４上にＺｎＯ膜３３およびＺｎＳ膜３１を順次蒸着する（図５（ｂ）参照）。ＺｎＯ膜３３は、電子ビーム蒸着により基板温度約１５０℃にて成膜形成され、ＺｎＳ膜３１は、電子ビーム蒸着により基板温度約２００℃にて成膜形成される。その後、実施形態１と同様に、円状パターンを有するフォトレジスト３２を形成し（図５（ｃ）参照）、塩酸または塩酸を主成分とするエッチング液にて、露出したＺｎＳ膜３１およびＺｎＯ膜３３をエッチングする（図５（ｄ）参照）。ＺｎＯ膜３４も塩酸を主成分とするエッチャントに対して可溶であり、良好なエッチングが可能である。剥離液にてフォトレジスト３２を剥離して、円柱状の絶縁性スペーサ６を得る（図５（ｅ）参照）。本実施形態では、絶縁性スペーサ６は、ＺｎＯ層３４およびＺｎＳ層３５から構成される。
【００３２】
（他の実施形態）
実施形態１および２では、絶縁性スペーサ６をＣＦ基板１００のＩＴＯ電極４に形成しているが、絶縁性スペーサ６をＴＦＴ基板２００の画素電極９に形成しても良い。また、実施形態１および２では、絶縁性スペーサ６の形状は円柱状であるが、これに限定されない。基板面と平行な平面で切断したスペーサ６の断面形状は、円形の他に、四角形、三角形、多角形などでも良い。また、基板面と垂直な平面で切断したスペーサ６の断面形状は、四角形の他に、テーパー形状を制御した台形状や逆台形状などでも良い。スペーサ６は、柱状でなく、壁状であっても良い。
【００３３】
本発明の表示パネルは、１μｍ〜２μｍの均一な狭セルギャップを実現することができるので、本発明を液晶パネルに適用した場合には、高速応答表示が可能となり、セル内の色味分布が改善される。したがって、本発明を適用した液晶パネルは、動画対応携帯電話や高速応答液晶テレビに好適に用いることができる。
【００３４】
（実施例）
実施形態１の表示パネルを作製した。画素数３２０×ＲＧＢ×２４０、画素外形４５μｍ×１３５μｍの画素を有する、対角２インチの透過型液晶パネルを作製した。全画素の蓄積容量２３の領域内に位置するように、直径１０μｍ、高さ１．２μｍのＺｎＳ薄膜スペーサ６を設けた。スペーサ６の直径および高さならびにセルギャップの各平均値および各ばらつきのデータを表１に示す。１０パネルについて各パネル面内で９ポイント測定した。なお、スペーサ高さよりもセルギャップの方が０．３μｍだけ大きいのは、他の画素領域よりもセルギャップの小さい蓄積容量２３の領域内にスペーサ６を配置しているからである。表１に示すように、１．５±０．０８μｍの均一な狭セルギャップを得ることができた。
【００３５】
【表１】
2004029386.tif 000003
【００３６】
【発明の効果】
本発明の表示パネルによれば、セル厚１μｍ〜２μｍ程度の均一な狭セルギャップを得ることができる。本発明の表示パネルの製造方法によれば、透明ＩＴＯ電極やガラス基板を傷めることなく良好なエッチングが可能となり、絶縁性スペーサを設置位置の制限なく任意の位置に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の液晶パネルを模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態１の液晶パネルを模式的に示す平面図である。
【図３】実施形態１におけるＣＦ基板１００の製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態２の液晶パネルを模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態２におけるＣＦ基板１００の製造工程を示す断面図である。
【図６】一般的な液晶パネルを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１　ガラス基板
２　ブラックマトリクス
３　カラーフィルタ（ＣＦ）
４　ＩＴＯ電極（共通電極）
５　ポリイミド膜
６　絶縁性スペーサ（ＺｎＳ薄膜スペーサ）
７　液晶層
８　ポリイミド膜
９　画素電極
１０　第３絶縁層
１１　ソースバスライン
１２　第２絶縁層
１３　Ｃｓライン
１４　第１絶縁層
２１　コンタクトホール
２２　　コンタクトホール
２３　　蓄積容量（Ｃｓ）
２４　　ＴＦＴ素子
２５　ゲートバスライン
３１　ＺｎＳ膜
３２　フォトレジスト
３３　ＺｎＯ膜
３４　ＺｎＯ層
３５　ＺｎＳ層
１００　ＣＦ基板
２００　ＴＦＴ基板
【図１】
2004029386.tif 000004
【図２】
2004029386.tif 000005
【図３】
2004029386.tif 000006
【図４】
2004029386.tif 000007
【図５】
2004029386.tif 000008
【図６】
2004029386.tif 000009