(57)【要約】      （修正有）【課題】狭セルギャップ化における柱状スペーサの厚膜化を実現する。【解決手段】柱状スペーサが設置されない画素Ｐ１には透過領域ＴＡと反射領域ＲＡを有し、ＴＡは透明画素電極ＰＸが配置され、ＲＡにはＰＸの上に有機保護膜ＰＡＳの段差の表面に成膜された金属電極とからなる拡散反射電極ＲＡＬが形成されている。柱状スペーサＳＯＣが設置された画素Ｐ２には透過領域ＴＡと柱状スペーサの台座ＳＯＣ−Ｂを有している。ＳＯＣ−Ｂは、透過領域ＴＡとは段差をもって第２基板側ＳＵＢ２側に突出して微細なドット状凹凸パターン表面形状を有する有機絶縁膜ＰＡＳと、この有機絶縁膜ＰＡＳの上層に成膜されて該有機絶縁膜の表面形状に倣った表面形状を有する金属電極ＭＴからなる柱状スペーサ台座ＳＯＣ−Ｂが形成されている。この台座の段差の大きさ（高さ）は柱状スペーサを設置しない反射領域で拡散反射電極ＲＡＬを形成する段差の大きさより小さい（低い）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板に挟持される液晶層と、複数の画素と、前記第１の基板と前記第２の基板の間隙を規制する柱状スペーサを有する液晶表示装置において、
前記複数の画素の各々は反射領域と透過領域を有し、
前記第１の基板は、前記反射領域に対応する部分の各々に、前記反射領域と前記透過領域とで前記液晶層の厚さを異ならせる段差部を有し、
前記柱状スペーサは、前記段差部の少なくとも１つに配置され、
前記柱状スペーサが配置される前記段差部の高さは、前記柱状スペーサが配置されない前記段差部の高さよりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記柱状スペーサは、前記第２の基板に一端を固定して形成され、他端を前記段差部に当接していることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記段差部は、表面にドット状の凹凸が形成され、
前記柱状スペーサが配置される前記段差部の前記凹凸のドット径は、前記柱状スペーサが配置されない前記段差部の前記凹凸のドット径よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記柱状スペーサが配置されない前記段差部は、表面にドット状の凹凸が形成され、
前記柱状スペーサが配置される前記段差部は、表面が平坦化されていることを特徴とする請求項項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記段差部は、有機絶縁膜と前記有機絶縁膜上に形成された反射電極で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に画素部に透過領域と反射領域を併せ持つ半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置として、反射型、透過型、および反射型と透過型を組み合わせた半透過型液晶表示装置が知られている。この半透過型液晶表示装置は、各画素部にバックライトからの光を透過する透過領域と外光を反射する反射領域を併せ持つことで、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の利点を一つの液晶表示装置で実現するものである。
【０００３】
半透過型液晶表示装置の１つに内蔵拡散板を備えたものがある。内蔵拡散板は１画素の基板内面における反射領域に、表示面側から入射した外光を該表示面方向に拡散反射させる金属膜を備える。図７は、内蔵拡散板を備えた半透過型液晶表示装置の一例を説明するも式断面図である。第１基板ＳＵＢ１には、走査信号配線（ゲート線）や表示信号配線（データ線）および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の画素選択回路や画素回路オン・オフ制御回路が作り込まれている。この第１基板ＳＵＢ１の内面には、薄膜トランジスタで駆動されるＩＴＯを好適とする透明導電膜の透明画素電極ＰＸを有している。第１基板ＳＵＢ１に形成される構造の詳細は図示していない。
【０００４】
この構成例では、薄膜トランジスタＴＦＴの領域に層間絶縁膜ＩＮＳ（あるいは、有機保護膜ＰＡＳ）を有し、この層間絶縁膜ＩＮＳの上面には微細な凹凸が形成されている。微細な凹凸表面はハーフ露光処理で形成される。この層間絶縁膜ＩＮＳなどの有機膜の上にはモリブデンを好適とする金属膜ＭＯが成膜され、さらにその上にアルミニウムを好適とする金属膜ＡＬが成膜されている。金属膜ＭＯと金属膜ＡＬの積層膜は下層の層間絶縁膜膜ＩＮＳ（あるいは、有機保護膜ＰＡＳ）の表面に倣った微細凹凸表面を有した内蔵拡散板を構成する。この内蔵反射板は薄膜トランジスタのソース電極（又は、ドレイン電極）ＳＤ１に接続した透明画素電極ＰＸと接続して拡散反射電極ＲＡＬとして機能し、反射領域ＲＡを構成している。透明画素電極ＰＸは透明基板である第１基板ＳＵＢ１の内面における透過領域ＴＡの全域に成膜される。そして、画素領域の全域を覆って第１の配向膜ＯＲＩ１が形成されている。
【０００５】
第２基板ＳＵＢ２の内面には、ブラックマトリクスＢＭで隣接画素と区画されたカラーフィルタＣＦ、対向電極（共通電極）ＣＴが形成され、その上に第２の配向膜ＯＲＩ２が形成されている。第１の配向膜と第２の配向膜の間に液晶層ＬＣは封入されている。なお、第２基板ＳＵＢ２の外面には偏光板ＰＯＬ２および、必要に応じて位相差板、反射防止膜が貼付されている。第１基板ＳＵＢ１の外面にも第１の偏光板ＰＯＬ１などが貼付されている。そして、背面には照明装置（バックライト）ＢＬＴが設置されている。
【０００６】
そして、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２の貼り合わせ間隙（セルギャップ）を規制するため、両者の間に図示しないスペーサが設置される。このスペーサとしては、第２基板（カラーフィルタ基板）側に固定的に作り込んだ柱状スペーサＳＯＣ（スペーサ・オン・カラーフィルタ）が用いられることが多い。なお、柱状スペーサＳＯＣは必ずしもカラーフィルタ基板側に作り込むものに限らず、第１基板（薄膜トランジスタ基板）側に形成する場合もある。このような柱状スペーサを用いたものとしては、特許文献１、特許文献２を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００２−７２２２０号公報
【特許文献２】特開２００３−９８５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
柱状スペーサＳＯＣはスピンコート法で有機レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法で形成している。柱状スペーサＳＯＣを立てる場所は第２基板側ではブラックマトリクスの上などの非表示部分とされる。第１基板側では次のような場所（台座）に設置される。図１は、第１基板側での柱状スペーサの設置場所を説明する模式断面図である。図１において、ＳＵＢ１は第１基板（薄膜トランジスタ基板。ＴＦＴ基板）、ＳＵＢ２は第２基板（カラーフィルタ基板、ＣＦ基板）、ＣＴは対向電極、ＲＡＬは内蔵の拡散反射電極、ＧＬはゲート線、ＳＯＣは柱状スペーサ、ＬＣは液晶層を示す。従来は、図１（ａ）のように、ゲート線ＧＬなどの配線上に設置されていた。
【０００８】
しかし、表示の高精細化に伴って画素ピッチや配線幅が狭くなり、フォトリソグラフィ法で形成可能な柱状スペーサＳＯＣの径が配線幅よりも大きくなる。よって、柱状スペーサＳＯＣをゲート線ＧＬなどの配線上に設置することができなくなり、結果として表示領域内に柱状スペーサＳＯＣを設置する必要性が生じている。具体的には、図１（ｂ）のように、反射領域の拡散反射電極ＲＡＬの上に設置する。このとき、柱状スペーサＳＯＣが設置される拡散反射電極ＲＡＬの部分を柱状スペーサＳＯＣの台座と称する。
【０００９】
拡散反射電極ＲＡＬの本体部（有機層間絶縁層、あるいは有機保護層）の絶縁層は液晶層ＬＣ内に突出しているため、図１（ａ）に示す柱状スペーサＳＯＣと比べて、柱状スペーサＳＯＣの高さを拡散反射電極ＲＡＬの高さ分低く形成する必要がある。すなわち、スピンコート法で形成される膜の膜厚を薄くしなければならない。この柱状スペーサの膜厚の薄膜化は、図１（ｃ）に示すように、例えば液晶の高速応答化を目的としてセルギャップを狭くする（狭セルギャップ化）場合には、ますます必要となる。しかし、スピンコート法で形成される膜の膜厚を薄くすることは、膜厚の精度が劣化するなど、量産性の点で問題がある。従って、所定のセルギャップ（狭セルギャップ）に対して、柱状スペーサＳＯＣの高さは極力高く形成することが必要となった。
【００１０】
特許文献１、特許文献２には、凹凸を有する反射電極の凸部に柱状スペーサを配置した液晶表示装置が開示されている。しかし、狭セルギャップ化に対して該スペーサの高さを極力高くするための構成についての考慮はなされていない。
【００１１】
本発明の目的は、狭セルギャップ化における柱状スペーサの厚膜化を実現した高精細の半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟持される液晶層と、複数の画素と、前記第１の基板と前記第２の基板の間隙を規制する柱状スペーサを有する液晶表示装置において、
前記複数の画素の各々に反射領域と透過領域を有せしめ、
前記第１の基板には、前記反射領域に対応する部分の各々に、前記反射領域と前記透過領域とで前記液晶層の厚さを異ならせる段差部を設け、
前記柱状スペーサを、前記段差部の少なくとも１つに配置し、
前記柱状スペーサが配置される前記段差部の高さを、前記柱状スペーサが配置されない前記段差部の高さよりも小さくしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記柱状スペーサを、前記第２の基板に一端を固定して形成し、他端を前記段差部に当接させることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記段差部の表面にドット状の凹凸を形成し、前記柱状スペーサが配置される前記段差部の前記凹凸のドット径を、前記柱状スペーサが配置されない前記段差部の前記凹凸のドット径よりも小さくすることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記柱状スペーサが配置されない前記段差部の表面にドット状の凹凸を形成し、前記柱状スペーサが配置される前記段差部の表面を平坦化した構成とすることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記段差部を前記有機絶縁膜とこの有機絶縁膜上に形成された反射電極で構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、柱状スペーサの台座の高さが内蔵の拡散反射電極の最大高さ（ＴＦＴ基板内面の最大段差）より低くなり、柱状スペーサの厚膜化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本発明の発明者は、拡散反射電極の本体部を構成する絶縁層の、ハーフ露光によって形成される微細凹凸のドット径（すなわち、ハーフ露光マスクの開口部の径）と当該本体部の段差（高さ）との関係について、図２を用いて以下に説明する知見を得た。
【００２０】
図２（ａ）は、拡散反射電極の本体部を構成する絶縁層（ここでは、有機保護膜ＰＡＳ）の段差の最大値Ｈｍａｘ（μｍ）とドット径Ｄ（μｍ）の位置を示す。図２（ｂ）は、このドット径と段差の最大値（微細凹凸形成における焼成工程後の値）の関係を示す。図２（ｂ）に示すように、ドット径Ｄが小さいほど、焼成工程後の段差の最大値Ｈｍａｘは低くなる。
【００２１】
図３は、本発明による半透過型液晶表示装置の画素構成を説明する部分平面図である。図３（ａ）には４×２個のマトリクス配置された複数の画素を示し、図の左右方向に隣接する３個の画素で１つのカラー画素を構成する。図３（ｂ）は図３（ａ）の１画素の拡大図である。１つの画素は２本のゲート線ＧＬと２本のデータ線ＤＬで囲まれた領域に形成される。１つの画素は透過部ＴＡと反射領域ＲＡからなり、図３（ｂ）に示したように、ここでは透過領域ＴＡと反射領域ＲＡは画素の５０％ずつの面積を占めているように図示してあるが、透過領域ＴＡと反射領域ＲＡの明るさの差や、どちらの表示を重視するかでこの比率が設定され、必ずしも図示の構成に限られるものではない。
【００２２】
各画素は、薄膜トランジスタの出力電極（ソース電極又はドレイン電極）に接続したＩＴＯを好適とする透明画素電極ＰＸを有し、透過領域ＴＡではこの透明画素電極ＰＸの部分をバックライトの光が透過する。一方、反射領域ＲＡでは、この透明画素電極ＰＸに電気的に接続して拡散反射電極ＲＡＬを構成する金属電極ＭＴが積層されている。拡散反射電極ＲＡＬを構成する金属電極ＭＴは、樹脂層に接する下層にモリブデンＭｏ膜を、その上にアルミニウム膜を各々スパッタ等で成膜してなる。これらの金属膜は、その下層にある樹脂層の表面状態に倣った微細な凹凸ＲＤ（以下、微細ドットＲＤとも称する）を有している。
【００２３】
透過領域ＴＡと反射領域ＲＡとの段差を形成するために、第２基板側に突出している有機絶縁膜の表面に形成された微細ドットＲＤの個々の径の大きさは、柱状スペーサＳＯＣの台座となる画素の反射領域ＲＡでは、他の画素（柱状スペーサＳＯＣを設置しない画素の反射領域）のそれより小さくなっている（細かな凹凸となっている）。図３（ａ）では、４×２画素マトリクスの右下の画素の反射領域ＲＡを、柱状スペーサＳＯＣを設置する台座ＳＯＣ−Ｂを設ける領域としている。
【００２４】
ここでは、柱状スペーサＳＯＣが円形断面を持っているものとして示しているが、四角形やその他の多角形、あるいは楕円形等の断面を持つ場合もある。そして、この柱状スペーサＳＯＣを設置する台座ＳＯＣ−Ｂとなる有機絶縁膜の第２基板方向への突出の大きさ（突出高さ）は、図２でも説明したように、有機保護膜ＰＡＳの表面にハーフ露光で加工し形成される微細ドットＲＤの径に依存する。
【００２５】
図４は、絶縁層としての有機保護膜の表面にハーフ露光で加工し形成される微細ドットＲＤの径に応じて当該有機保護膜の突出高さが制御される状態を説明する図である。図４では、第１基板ＳＵＢ１に有する透明画素電極ＰＸの上に有機保護膜ＰＡＳを塗布し、ハーフ露光でのマスクパターンの細かさの違い（マスクの開口部のサイズの違い）で、異なる径の微細ドットＲＤを形成し、突出高さＨを異ならせる方法を説明する。
【００２６】
図４の右側は柱状スペーサＳＯＣを設置する（台座となる）部分、左側は柱状スペーサＳＯＣを設置しない部分である。先ず、第１基板ＳＵＢ１に有する透明画素電極ＰＸの上に反射領域を構成する有機保護膜ＰＡＳのスラリを塗布する。塗布の膜厚は均一である。これを乾燥して高さがＨ０の有機保護膜ＰＡＳを得る。この有機保護膜ＰＡＳに開口サイズを台座となる部分とその他の部分とで異ならせた露光マスクを用いてハーフ露光を行う。
【００２７】
図４の右側に示した柱状スペーサＳＯＣの台座となる部分では開口サイズが細かい開口で細かいパターン（マスクの開口部のサイズが小さい）に露光が行われる。一方、左側に示した柱状スペーサＳＯＣを設けない画素の反射領域では、台座となる部分よりも粗いパターン（マスクの開口部のサイズが大きい）に露光が行われる。現像により透過領域等の不要部分の有機保護膜ＰＡＳとハーフ露光部分した領域の有機保護膜ＰＡＳの上層部分を除去する。ハーフ露光部分は幾何学的に除去されて、有機保護膜ＰＡＳの表面に断面が矩形状の凹凸が形成される。この状態を図４（a）に示す。
【００２８】
これを焼成すると、所謂リフロー現象により有機保護膜ＰＡＳは、表面に形成された矩形状の凹凸の角や隅に丸みが生じるとともに、全体の高さが低下する。図２での説明のように、この高さの低下はハーフ露光で表面に形成された凹凸の径（すなわち、ドット径、マスク開口部の径）に依存し、ドット径が小さいほど高さ（すなわち、段差）が小さくなる。この状態を図４（ｂ）に示す。
【００２９】
焼成した有機保護膜ＰＡＳを覆ってスパッタ等で金属を成膜して金属電極ＭＴを形成する。図４（ｃ）に示すように、右側に示した段差部分は柱状スペーサＳＯＣの台座ＳＯＣ−Ｂとなり、左側に示した段差部分は拡散反射電極ＲＡＬとなる。
【実施例１】
【００３０】
図５は、本発明の実施例１を模式的に説明する要部断面図である。図５は図３Ａ−Ａ’線に沿った断面に相当する。なお、第１基板に有するゲート線、データ線、薄膜トランジスタ等の構成部材、第２基板に有するカラーフィルタ、ブラックマトリクス、あるいは配向膜等は図示を省略した。第１基板ＳＵＢ１の内面に有する透明導電膜で形成した透明画素電極ＰＸの上に柱状スペーサが設置されない画素Ｐ１と柱状スペーサＳＯＣが設置された画素Ｐ２を示す。
【００３１】
柱状スペーサが設置されない画素Ｐ１には透過領域ＴＡと反射領域ＲＡを有し、透過領域ＴＡは透明画素電極ＰＸが配置され、反射領域ＲＡには透明画素電極ＰＸの上に有機保護膜ＰＡＳの段差の表面に成膜された金属電極ＭＴとからなる拡散反射電極ＲＡＬが形成されている。
【００３２】
柱状スペーサＳＯＣが設置された画素Ｐ２には透過領域ＴＡと柱状スペーサの台座ＳＯＣ−Ｂを有している。この柱状スペーサの台座ＳＯＣ−Ｂは、第２基板側ＳＵＢ２側に突出して微細なドット状凹凸パターン表面形状を有する有機絶縁膜ＰＡＳと、この有機絶縁膜ＰＡＳの上層に成膜されて該有機絶縁膜の表面形状に倣った表面形状を有する金属電極ＭＴからなる柱状スペーサ台座ＳＯＣ−Ｂが形成されている。この台座の段差の大きさ（高さ）は柱状スペーサを設置しない反射領域で拡散反射電極ＲＡＬを形成する段差の大きさより小さい（低い）。
【００３３】
第２基板ＳＵＢ２の内面に一端を固定した柱状スペーサＳＯＣは、第１基板ＳＵＢ１の台座ＳＯＣ−Ｂに他端（遊端）を当接して液晶封止プロセスにおいて加えられる押圧力で台座ＳＯＣ−Ｂの頂部を一部押し潰して固着される。
【００３４】
台座ＳＯＣ−Ｂの表面にある微細なドット状凹凸パターンの径Ｄ１は拡散反射電極ＲＡＬに有する微細なドット状凹凸パターンの径Ｄ２より小さい。また、台座ＳＯＣ−Ｂの有機絶縁膜ＰＡＳのリフロー時の全体高さが拡散反射電極ＲＡＬを構成する有機絶縁膜ＰＡＳよりも小さくなることにより、拡散反射電極ＲＡＬの実効高さＨ２よりも台座ＳＯＣ−Ｂの実効高さＨ１が小さくなっている。したがって、実効高さＨ１と実効高さＨ２の差の分だけ、実効高さＨ２の拡散反射電極ＲＡＬに形成した場合の柱状スペーサの高さと比較して、実行高さＨ１の台座ＳＯＣ−Ｂに形成した柱状スペーサＳＯＣの高さを高くする（膜厚を厚くする）ことができる。すなわち、狭セルギャップ化に対しても十分な高さを確保した柱状スペーサＳＯＣを形成できる。
【実施例２】
【００３５】
図６は、本発明の実施例２を模式的に説明する要部断面図である。図６も図３Ａ−Ａ’線に沿った断面に相当する。なお、図５と同様に、第１基板に有するゲート線、データ線、薄膜トランジスタ等の構成部材、第２基板に有するカラーフィルタ、ブラックマトリクス、あるいは配向膜等は図示を省略した。第１基板ＳＵＢ１の内面に有する透明導電膜で形成した透明画素電極ＰＸの上に柱状スペーサが設置されない画素Ｐ１と柱状スペーサＳＯＣが設置された画素Ｐ２を示す。
【００３６】
柱状スペーサが設置されない画素Ｐ１に透過領域ＴＡと反射領域ＲＡを有し、透過領域ＴＡは透明画素電極ＰＸが配置され、反射領域ＲＡには透明画素電極ＰＸの上に有機保護膜ＰＡＳの段差の表面に成膜された金属電極とからなる拡散反射電極ＲＡＬが形成されている構成は図５と同様である。
【００３７】
柱状スペーサＳＯＣが設置された画素Ｐ２には透過領域ＴＡと柱状スペーサの台座ＳＯＣ−Ｂを有している。この柱状スペーサの台座ＳＯＣ−Ｂは、第２基板側ＳＵＢ２側に突出して平坦な表面形状を有する有機絶縁膜ＰＡＳと、この有機絶縁膜ＰＡＳの上層に成膜されて該有機絶縁膜の表面形状に倣った平坦な表面形状を有する金属電極ＭＴからなる柱状スペーサ台座ＳＯＣ−Ｂが形成されている。この台座の段差の大きさ（高さ）は柱状スペーサを設置しない反射領域で拡散反射電極ＲＡＬを形成する段差の大きさより小さい（低い）。
【００３８】
第２基板ＳＵＢ２の内面に一端を固定した柱状スペーサＳＯＣは、第１基板ＳＵＢ１の台座ＳＯＣ−Ｂに他端（遊端）を当接して液晶封止プロセスにおいて加えられる押圧力で台座ＳＯＣ−Ｂの頂部を一部押し潰して固着される。
【００３９】
台座ＳＯＣ−Ｂの高さＨ１は拡散反射電極ＲＡＬの実効高さＨ２よりも低く（小さく）なっている。したがって、高さＨ１と実効高さＨ２の差の分だけ、実効高さＨ２の拡散反射電極ＲＡＬに形成した場合の柱状スペーサの高さと比較して、高さＨ１の台座ＳＯＣ−Ｂに形成した柱状スペーサＳＯＣの高さを高くする（膜厚を厚くする）ことができる。すなわち、狭セルギャップ化に対しても十分な高さを確保した柱状スペーサＳＯＣを形成できる。
【００４０】
なお、本発明は、半透過型液晶表示装置に限らず、全反射型液晶表面装置にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１基板側での柱状スペーサの設置場所を説明する模式断面図である。
【図２】拡散反射電極の本体部を構成する絶縁層のハーフ露光の微細凹凸のドット径と当該本体部の段差との関係を説明する図である。
【図３】本発明による半透過型液晶表示装置の画素構成を説明する部分平面図である。
【図４】絶縁層としての有機保護膜の表面にハーフ露光で加工する微細ドットＲＤの径に応じて当該有機保護膜の突出高さが制御される状態を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１を模式的に説明する要部断面図である。
【図６】本発明の実施例２を模式的に説明する要部断面図である。
【図７】内蔵拡散板を備えた半透過型液晶表示装置の一例を説明するも式断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
ＳＵB１・・・第１基板、ＳＵB２・・・第２基板、ＰＸ・・・透明画素電極、ＭＴ・・・金属電極、ＴＡ・・・透過領域、ＲＡ・・・反射領域。
【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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