(57)【要約】【課題】柱状スペーサを適切に配置することによりセルギャップを均一に保ち、表示品位の高いフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することである。【解決手段】ＬＣＤパネル１０の第２の基板側２２であって、ブラックマトリクス２３で隠れる位置に柱状スペーサ２１を設け、且つ隣り合う４つの柱状スペーサ２１で囲まれた面積が約２５００μｍ２以上、約１０００００μｍ２以下である。また、柱状スペーサ２１の高さは約２μｍ以下であり、幅は約５μｍ以上、約１５μｍ以下とし、第１の基板１１と第２の基板２２とを接着するシール材２６中にも柱状スペーサ２１を配設する構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタとゲート線とデータ線とを設けた第１の基板と、対向電極とブラックマトリクスとを設けた第２の基板と、第１及び第２の基板間のセルギャップを一定に保つ柱状スペーサとを備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、
前記柱状スペーサを前記ブラックマトリクスで隠れる位置に設け、且つ隣り合う４つの柱状スペーサで囲まれた面積が約２５００μｍ２以上、約１０００００μｍ２以下であることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項２】
前記柱状スペーサはフォトリソグラフィー法により、第２の基板側に形成することを特徴とする請求項１記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項３】
前記柱状スペーサの高さは約２μｍ以下であり、幅は約５μｍ以上、約１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載にフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項４】
第１の基板と第２の基板とを接着するシール材を設け、該シール材中に前記柱状スペーサを配設することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと記す）において、フィールドシーケンシャル方式が開発されている。この方式は、バックライトにＲＧＢ３原色ランプを持たせ、このＲＧＢ３原色ランプを時分割にて点灯、非点灯させることによってカラーフィルタ不要のＬＣＤパネルを提供するものである。この方式の特徴として、ＲＧＢ３原色ランプを持つバックライトと白黒ＬＣＤセルとの組み合わせによって実現し、カラーフィルタを必要とせず、また、１画素がＲＧＢによって３分割されないために高輝度（高開口率）であること、カラーフィルタを持つＬＣＤセルに比べて微細加工が緩やかであるために高解像度化しやすいこと、また、セル組立時にカラーフィルタとの貼り合わせ工程がないためにセル組立精度が緩和されること等がある。
【０００３】
一方、課題としては、ＲＧＢ３原色ランプを高速（約５ｍｓ）で切り換えるために、これに追従する高速動作のＬＣＤ材料が必要なこと、また、残存性の少ないＲＧＢ３原色ランプが必要であること、ＲＧＢ３原色ランプの切り換えの駆動回路（駆動ＬＳＩ）が必要になること、及び画質がＲＧＢ３原色ランプに依存すること等が挙げられる。
【０００４】
ここで、ＬＣＤの動作速度、つまり応答速度は、セルギャップの二乗に反比例する。即ち、セルギャップを半分にすれば応答速度は４倍速になる。従って、フィールドシーケンシャルの実現にはセルギャップを小さくする（約２μｍ）技術が必要である。
【０００５】
その際、セルギャップを均一に保つためにスペーサが設けられる。このスペーサは、カラーフィルタを用いた従来の液晶表示装置では一般的に、球状スペーサを基板上に散布する方法が採用されている。
【０００６】
また、特許文献１に示されるように、基板に柱状スペーサを形成する方法もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９５１９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィールドシーケンシャル液晶表示装置は約２μｍのセルギャップを実現しなければならないため、上記の散布方法を用いて２μｍの球状スペーサを散布するには、異物混入を厳しく管理する必要がある。従って、スペーサを散布するのは現実的ではない。
【０００９】
また、特許文献１では、柱状スペーサは薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）側の基板の酸化改質面上に形成されることが記載されているが、形成する場所と密度については記載されていない。柱状スペーサの密度が低すぎる場合、柱状スペーサから離れた領域のセルギャップが柱状スペーサの周囲のセルギャップよりも狭くなりやすいため、全体的にセルギャップが均一にならない。また、柱状スペーサの密度が高すぎる場合、各柱状スペーサの高さを精度よく均一にすることが難しいため、それだけセルギャップの安定性が悪くなる。つまりスペーサの密度は高すぎても低すぎてもセルギャップを均一に保つことができない。さらに、基板間を接着するシール材中に存在するスペーサについても記載されていない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑み、柱状スペーサを適切に配置することによりセルギャップを均一に保ち、表示品位の高いフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、薄膜トランジスタとゲート線とデータ線とを設けた第１の基板と、対向電極とブラックマトリクスとを設けた第２の基板と、第１及び第２の基板間のセルギャップを一定に保つ柱状スペーサとを備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、前記柱状スペーサを前記ブラックマトリクスで隠れる位置に設け、且つ隣り合う４つの柱状スペーサで囲まれた面積が約２５００μｍ２以上、約１０００００μｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
柱状スペーサの密度は高すぎても低すぎてもセルギャップを均一に保つことができないため、上記の範囲内で適当な間隔で柱状スペーサを配設することにより、セルギャップを均一に保ち、表示品位の高いフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することができる。
【００１３】
なお、前記柱状スペーサはフォトリソグラフィー法により、第２の基板側に形成することが望ましい。
【００１４】
柱状スペーサをＴＦＴなどが存在する第１の基板ではなく第２の基板側に形成することで、一方の基板に製造工程が集中することを防止できると共に、ＴＦＴを破損させる可能性も低下するため、歩留まりが向上する。
【００１５】
また、前記柱状スペーサの高さは約２μｍ以下とし、幅は約５μｍ以上、約１５μｍ以下とすることができる。
【００１６】
セルギャップは柱状スペーサの高さとほぼ同じになるためであり、また柱状スペーサの幅は強度を維持するためとブラックマトリクスで隠れるようにするためである。
【００１７】
更に上記のフィールドシーケンシャル液晶表示装置において、第１の基板と第２の基板とを接着するシール材を設け、該シール材中に前記柱状スペーサを配設してもよい。
【００１８】
このように、シール材中にも柱状スペーサを設けることにより、基板周縁部のセルギャップを均一に保つことができる。なお、この柱状スペーサは液晶領域の柱状スペーサを形成する工程で同時に形成することができ、工程数の増加には繋がらない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の第１の基板（アレイ基板）側の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はフィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板（対向基板）側の平面透過図、図４は図１及び図３のＢ−Ｂ線断面図を重ねた図である。図５は液晶注入前のＬＣＤの概略平面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図６においては説明の簡略化のため基板と柱状スペーサとブラックマトリクス以外は省略している。
【００２０】
本実施形態において、フィールドシーケンシャル液晶表示装置のＬＣＤパネル以外の部品は従来品を採用することができるため、その説明を省略する。
【００２１】
ＬＣＤパネル１０の第１の基板１１側の構成は、図１、図２に示すように、ガラスからなる第１の基板１１上に、ゲート線１２（ゲート電極２８を含む）、絶縁膜１３、半導体活性層１４、データ線１５（ソース電極１８及びドレイン電極１９を含む）、保護膜１６、画素電極１７が順に積層され、構成されている。ゲート線１２とデータ線１５とはマトリクス状に配置され、ゲート線１２とデータ線１５との交点にゲート電極２８とソース電極１８とドレイン電極１９とが設けられ、ＴＦＴ２０が形成される。また、２１ａは第２の基板側に設けられる柱状スペーサが接する位置を示す。
【００２２】
ゲート線１２は、第１のガラス基板１１上にスパッタリングにて金属膜を付け、パターニングすることで形成される。この金属には、タンタル（Ｔａ）、モリブデンタンタル（ＭｏＴａ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）等の合金やアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。
【００２３】
絶縁膜１３や保護膜１６は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）や窒化膜（ＳｉＮｘ）からなり、化学的気相成長（以下、ＣＶＤと記す）技術により形成され、パターニングされる。
【００２４】
半導体活性層１４は、アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ）と、接合抵抗を低減するためのリンを微量添加したｎ＋ａ−Ｓｉ層とからなり、ＣＶＤ技術により形成され、パターニングされる。
【００２５】
データ線１５（ソース電極１８及びドレイン電極１９を含む）は、Ａｌやチタン（Ｔｉ）等の金属をスパッタリング後にパターニングして形成される。
【００２６】
画素電極１７は、透明導電膜である酸化インジウムチタン膜（ＩＴＯ膜）等からなり、スパッタリング後にパターニングして形成される。
【００２７】
また、ＬＣＤパネル１０の第２の基板側の構成は、図３及び図４に示すように、ガラスからなる第２の基板２２に、ブラックマトリクス（以下、ＢＭと記す）２３、対向電極２４、柱状スペーサ２１が順に設けられ、構成されている。柱状スペーサ２１はＢＭ２３上であってゲート線１２とデータ線１５との交点に対向する位置に設けられている。なお、図４において第１の基板１１と第２の基板２２との間は液晶２５で充される。
【００２８】
ＢＭ２３は、光を遮蔽する金属クローム（Ｃｒ）等からなり、画素電極１７に対向しない部分に設けられている。
【００２９】
柱状スペーサ２１は、アクリル系樹脂等を用い、フォトリソグラフィー法により形成される。この方法により柱状スペーサの高さや密度の管理が容易にできる。柱状とは、円柱、四角柱などとすることができ、特に限定はない。セルギャップは柱状スペーサ２１の高さとほぼ同じになるため、柱状スペーサの高さは約２μｍとする。また幅は強度を維持するため約５μｍ以上とし、ゲート線１２やデータ線１５の幅（約１５μｍ）以下とする。柱状スペーサ２１の幅を約５〜１５μｍとすることで、高さが約２μｍ以下の低い柱状スペーサ２１の場合でも、安定して均一な高さの柱状スペーサ２１にすることができる。
【００３０】
なお、柱状スペーサ２１を第２の基板２２側に設けることで歩留まりが向上する。例えば、第１の基板１１側にはＴＦＴ２０などが形成されているため、柱状スペーサ２１を第１の基板１１に形成すると、第１の基板１１に各層を形成する製造工程が集中するため、第１の基板１１の歩留まりが低下する。さらにＴＦＴ２０を形成した後に柱状スペーサ２１を形成するため、柱状スペーサ２１の製造中にＴＦＴ２０が破損する可能性が高くなる。したがって柱状スペーサ２１を第２の基板２２に形成することで、第１の基板１１の不良を減らすことができ、全体的な歩留まりが向上する。
【００３１】
また、柱状スペーサ２１はＢＭ２３で隠れる位置に設けられるが、その密度は高すぎても低すぎてもセルギャップを均一に保つことができない。つまり密度が低すぎるときには柱状スペーサ２１の周辺と柱状スペーサ２１から離れた所のセルギャップの差が大きくなり、密度が高すぎると柱状スペーサ２１の高さのバラツキがそのままセルギャップに影響する。そこで様々な密度でセルギャップのバラツキを調べた結果、隣り合う４つの柱状スペーサ２１で囲まれた面積が約２５００μｍ２以上、１０００００μｍ２以下であればセルギャップを均一に保つことができ、特に、約１００００〜６５０００μｍ２が好ましい。この場合の柱状スペーサ２１は、例えば、１５０×１５０μｍや１００×３００μｍの四角形の頂点に配置することができる。
【００３２】
例えば、ゲート線間の距離が１５０μｍ、データ線間の距離が１５０μｍである場合、柱状スペーサ２１は、ゲート線１２とデータ線１５の隔交点（３００μｍ）毎に設けることが望ましい（図１参照）。また例えば、ゲート線間の距離が１８０μｍ、データ線間の距離が１８０μｍである場合、柱状スペーサ２１は、ゲート線１２とデータ線１５の隔交点（３６０μｍ）毎に設けるか、又は各交点（１８０μｍ）毎に設けることが望ましい。
【００３３】
なお、隣り合う４つの柱状スペーサ２１とは、任意の４つの柱状スペーサを選択したときに、その４つの柱状スペーサで囲まれた領域内に他の柱状スペーサが存在しないことを指す。
【００３４】
柱状スペーサ２１はＢＭ２３で隠れる位置に設ければよく、ゲート線１２とデータ線１５の交差部以外に設けても良い。しかしゲート線１２やデータ線１５は、その交差部では断線防止のために線幅を広くとり、交差部以外ではできるだけ画素電極１７を大きくするために線幅を狭くすることがある。したがってゲート線１２とデータ線１５の交差部は広いスペースを確保でき、その交差部に柱状スペーサ２１を配置することで、例え両基板１１、２２の位置ズレが生じても柱状スペーサ２１を確実に配置することができる。
【００３５】
ところで、液晶２５の注入前は図５に示すように、第１の基板１１と第２の基板２２とは周縁に沿ってシール材２６で接着されているが、一部シールされていない開口部２７を有している。そして、この開口部２７から液晶が注入される。なお、シール材２６の幅は約１ｍｍである。またシール材２６は、熱硬化型のエポキシ樹脂、紫外線硬化型の樹脂であり、その樹脂の流れ防止のため充填剤（フィラー）を混入する。この充填剤には粒径１μｍのものを用いることができる。
【００３６】
図６に示すように、シール材２６中にも柱状スペーサ２１が設けられる。生産工程でシール材２６部分は液晶領域よりも大きな圧力で押下されるので、柱状スペーサ２１の密度を液晶領域よりも高くすることが望ましい。例えば、液晶領域の２倍の密度とすることができる。なお、ゲート線１２及びデータ線１５の厚みは柱状スペーサ２１の高さに比べて十分薄いので無視することができ、液晶領域及びシール材２６中には同一の柱状スペーサ２１を用いることができる。但し、柱状スペーサ２１が充填剤の上に乗ってしまう場合は柱状スペーサの幅を小さくする必要がある。
【００３７】
また、シール材２６中の柱状スペーサ２１は、液晶領域の柱状スペーサ２１を形成する工程で同時に形成することができ、工程数の増加には繋がらない。
【００３８】
以上より、ＬＣＤパネルのセルギャップをフィールドシーケンシャル液晶表示装置で必要とされる約２μｍとしても、均一なセルギャップを実現でき、表示品位の高いフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、柱状スペーサをブラックマトリクスで隠れる位置に設け、且つ隣り合う４つの柱状スペーサで囲まれた面積が約２５００μｍ２以上、約１０００００μｍ２以下になるように配設することにより、フィールドシーケンシャル液晶表示装置で必要とされる小さなセルギャップ（約２μｍ）を採用してもセルギャップを均一に保つことができる。その結果、表示品位の高いフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することができる。
【００４０】
また本発明によれば、柱状スペーサはフォトリソグラフィー法により、第２の基板側に形成することにより、歩留りの低下を防止できる。
【００４１】
また本発明によれば、柱状スペーサの高さは約２μｍ以下とし、幅は約５μｍ以上、約１５μｍ以下とすることにより、ＢＭに隠れる大きさでありながら強度を維持することができる。
【００４２】
また本発明によれば、第１の基板と第２の基板とを接着するシール材を設け、該シール材中に柱状スペーサを配設することにより、基板周縁部のセルギャップを均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィールドシーケンシャル液晶表示装置の第１の基板側の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】フィールドシーケンシャル液晶表示装置の第２の基板側の平面透過図である。
【図４】図１及び図３のＢ−Ｂ線断面図を重ねた図である。
【図５】液晶注入前のＬＣＤの概略平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１１    第１の基板
１２    ゲート線
１５    データ線
２０    薄膜トランジスタ
２１    柱状スペーサ
２２    第２の基板
２３    ブラックマトリクス
２４    対向電極
２６    シール材
【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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