(57)【要約】【課題】高精度なスペーサを具備した液晶表示装置及びその高効率な製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に配設した複数の画素２と、複数の画素２間の間隙に配設した遮光層３と、遮光層３上の複数箇所に、インクジェット方式により、遮光層３が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて配設した、所定高さを有する複数の突起部４とを備えてなることを特徴とする液晶表示装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設した複数の画素と、
前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、
前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、
前記画素上および前記遮光層上に配設した配向膜と
を備え、
前記配向膜は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、
前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成され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】
前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
基板上に配設した複数の画素と、
前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、
前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、
前記画素上および前記遮光層上に配設した共通電極と、
を備え、
前記共通電極は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、
前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである請求項４または５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
基板上に配設した複数の画素と、
前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、
前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、
前記画素上および前記遮光層上に配設した保護層と、
を備え、
前記保護層は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、
前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである請求項７または８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、液晶表示装置及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、基板上に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に配設した複数の画素と、複数の画素間の間隙に配設した遮光層と、遮光層上の複数箇所に、インクジェット方式により、遮光層が撥インク性を有する第２のインクを着弾させて配設した、所定高さを有する複数の突起部とを備えてなることを特徴とする液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの発達、特に、携帯用パーソナルコンピュータの発達に伴い、液晶表示装置の需要が急増している。この液晶表示装置は、ノート型パソコン、デスクトップ型パソコン、車載用ナビゲーションシステム、電子スチルカメラ、ゲーム機器、プロジェクタ、携帯電話等に広く利用されている。
【０００３】
このような液晶表示装置は、通常、共通電極を配設したカラーフィルタ用基板と、画素電極を配設した画素電極基板とをシール材を介して接着してセルを形成し、このセル内に液晶を封入することによって製造され、装置の各画素に色彩を付与している。この場合、セル内には，セル間隔の精度を保持するため、通常、粉末状のスペーサが配設される。
【０００４】
このようなカラー液晶表示装置に関しては、年々、高精細な画像の表示に対する要求が高まるに伴い、画素の高精度、高効率な形成に対する要求が高まっている。このような要求に応えるため、インクジェットの印刷技法によって行う方法が採用されるようになっている。この技法は、圧電体薄膜素子を用いたインクジェットヘッドの加圧室にインクを貯蔵し、圧電体素子の振動による加圧室の体積変化で画素形成用インクを吐出することでカラーフィルタ用基板上に画素を形成するものであるが、従来から用いられてきたフォトリソグラフィ技法による画素の形成技法のように、画素ごとに異なるパターンのマスクを用いた、露光、現像、洗浄等の煩雑な工程を必要としないため、生産効率を向上させることが可能であるとともに、インク量の高度な制御が可能であるため、高精細な画素の効率的な形成を可能にするという点で優れた方法である。
【０００５】
一方、上述の高精細な画像の表示に対する要求は、画素のみを対象とすることに止まらず、セル間隔の精度を保持することによって高精細な画像の表示に寄与し得る、スペーサの形成についても高精度、高効率化を要求するようになっている。
【０００６】
このようなスペーサの配設方法としては、従来から、粉末状のスペーサ粒子をセル内にランダムに散布する方法が用いられてきたが、画素上にも光不透過性のスペーサ粒子が配設されることになり、コントラスト等の表示品質を低下させるという問題がある。
【０００７】
また、画素の間隙に形成した遮光層上に、フォトリソグラフィ技法によって樹脂の柱を形成して、スペーサとする方法が提案されているが、この方法では、画素形成とは異なるパターンのマスクを用いて、露光、現像、洗浄等の煩雑な工程を必要とするため、生産効率を低下させるという問題がある。
【０００８】
また、これらの問題に鑑み、インクジェット装置を用いて、基板上に、１回の吐出で複数個のスペーサを吐出し、複数個のスペーサが凝集した状態でほぼ一定間隔に配置されるようにしたスペーサ吐出方法が開示されている（特開平１１−２４０８３号公報）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、この方法は、画素領域に配設されるスペーサの個数を減らす点においては優れた方法であるが、吐出物として液状のものを用いる必要があるというインクジェット方式の技術的な制約から、所定の液体にスペーサ粒子を分散させた吐出液を調製する必要があり、手間が掛かるとともに、着弾する液滴に含まれる複数のスペーサ粒子の個数を一定に制御することは困難で、精度の面で必ずしも十分に満足し得るものではなかった。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、高精度なスペーサを具備した液晶表示装置及びその高効率な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、基板上に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に配設した複数の画素と、前記複数の画素間の間隙に配設した遮光層と、前記遮光層上の複数箇所に、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を有する第２のインクを着弾させて配設した、所定高さを有する複数の突起部とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
このような構成にすることによって、複数の突起部が高精度なスペーサとして機能するため、高精度なスペーサを具備した液晶表示装置を提供することができる。
【００１３】
また、本発明の液晶表示装置の製造方法は、基板上に、遮光層を格子形状に配設し、前記遮光層の格子形状の間隙に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に複数の画素を配設し、前記遮光層上の複数箇所に、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて所定高さを有する複数の突起部を配設することを特徴とする。
【００１４】
本発明の液晶表示装置は、基板上に配設した複数の画素と、前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、前記画素上および前記遮光層上に配設した配向膜とを備え、前記配向膜は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする。
好ましくは、前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成されていることを特徴とする。
また好ましくは、前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである。
【００１５】
本発明の液晶表示装置は、基板上に配設した複数の画素と、前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、前記画素上および前記遮光層上に配設した共通電極と、を備え、前記共通電極は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする。
好ましくは、前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成されていることを特徴とする。
また好ましくは、前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである。
【００１６】
本発明の液晶表示装置は、基板上に配設した複数の画素と、前記複数の画素の間隙に配設した遮光層と、前記遮光層の表面の複数箇所に、所定高さを有して配設した複数の突起部と、前記画素上および前記遮光層上に配設した保護層と、を備え、前記保護層は、前記突起部の端面を覆わないように配設してなることを特徴とする。
好ましくは、前記画素は、インクジェット方式により、第１のインクを着弾させて形成されており、前記突起部は、インクジェット方式により、前記遮光層が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて形成されていることを特徴とする。
また好ましくは、前記複数の突起部が、前記遮光層上の複数箇所に形成した複数の穴部に配設してなるものである。
【００１７】
このような構成にすることによって、高精度なスペーサを具備した液晶表示装置の高効率な製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の液晶表示装置は、基板１上に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に配設した複数の画素２と、複数の画素２間の間隙に配設した遮光層３と、遮光層３上の複数箇所に、インクジェット方式により、遮光層３が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて配設した、所定高さを有する複数の突起部４とを備えてなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の液晶表示装置に用いられる基板１としては、機械的強度に優れたものであれば特に制限はないが、例えば、透明ガラス基板、アクリル等のプラスチック基板（フィルム）等の光透過性基板及びこれらの表面処理品等を挙げることができる。実施の形態によっては光不透過性のものであってもよい。
【００２１】
画素２は、目的とする液晶表示装置の解像度に合わせて種々の大きさ、ピッチとすることかできるが、本実施の形態では、Ｘ方向のピツチを１１４μｍ、Ｙ方向のピッチを７５μｍとしている。また、一つの画素２の体積は、１〜５０ｐｌ（ピコリットル）が好ましく、５〜２０ｐｌがさらに好ましい。１ｐｌ未満であると、十分な着色効果が得られないことがあり、５０ｐｌを超えると高精細な画素を形成できないことがある。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）における画素２に付したＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれの画素の色が、赤色、緑色、青色であることを示す（図４における場合も同様である）。
【００２２】
本発明において画素２の形成に用いられる第１のインクとしては、水系であっても溶剤系であってもよい。例えば、ポリウレタン樹脂オリゴマーに無機顔料を分散させた後、低沸点溶剤としてシクロヘキサノン、酢酸ブチルを、また、高沸点溶剤としてブチルカルビトールアセテートを加え、さらに、非イオン系界面活性剤０．０１％を分散剤として添加し、粘度６〜８ｍＰａ・ｓとしたもの等を挙げることができる。
また、後述するように、第２のインクと同一の材料を用いてもよい。
【００２３】
各画素２間の間隙に配設された遮光層３（例えば、ブラックマトリックスやブラックマスク）は、遮光性で、かつ後述する第２のインクに対して撥インク性を有する材料から構成される。具体的には、フッ素系樹脂を挙げることができ、その水に対する接触角が４０°以上であるものが、後述する突起部４の高精度な形成を可能とすることから好ましく、５０°以上であるものがさらに好ましい。  遮光層３は、通常、フォトリソグラフィの技法を用いて形成することができる。
遮光層３の幅は、２０〜５０μｍであることが好ましい。２０μｍ未満であると、突起部４の形成が困難になることがあり、５０μｍを超えると、各画素２間の間隔が広くなりすぎ、高精細な液晶表示装置に適用することが困難になることがある。なお、遮光層３の上に、樹脂等からなるバンク材を積層して、画素の形成に便宜を図ってもよい。
【００２４】
本発明に用いられるインクジェット方式におけるインクジェットヘッドの構成としては、例えば、図２に示すものを挙げることができる。このインクジェットヘッド２０は、インクの供給流路が加圧室基板内に形成されるタイプである。図２に示すように、インクジェットヘッド２０は、主に加圧室基板２１、ノズルプレート２２及び基体２３から構成される。
【００２５】
加圧室基板２１は、シリコン単結晶基板上に形成された後、各々に分離される。加圧室基板２１は、複数の短冊状の加圧室２４が設けられ、全ての加圧室２４にインクを供給するための共通流路２５を備える。加圧室２４の間は側壁２６により隔てられている。加圧室２４は２列に配列され、一列当たり１２８個形成されており、２５６本（個）のノズルの印字密度を有するインクジェットヘッドを実現している。加圧室基板２１の基体２３側には振動板膜及び圧電体薄膜素子が形成されている。また、各圧電体薄膜素子からの配線はフレキシブルケーブルである配線基板２７に収束され、基体２３の外部回路（図示せず）と接続されている。外部回路にはカラーフィルタを着色するためのインク吐出タイミングが指示され、インクを吐出する。
【００２６】
ノズルプレート２２は加圧室基板２１に接合される。ノズルプレート２２における加圧室２４に対応する位置にはインク滴を摘出するためのノズル２８が形成されている。ノズル２８は、例えば、直径２８μｍとすることかでき、この場合、１回に吐出されるインク滴の量は１０ｐｌ〜２０ｐｌ程度となる。また、ノズル２８は所定の配列ピッチで２列形成されており、例えば、列の間隔、配列ピッチはそれぞれ１４１μｍ、７５μｍとすることができる。
【００２７】
基体２３は、プラスチック、金属等の剛体であり、加圧室基板２１の取付台となる。
【００２８】
図３は、インクジェットヘッド２０の主要部に対する電気的な接続関係を模式的に示す説明図である。駆動電圧源３１の一方の電極は配線３２を介し、インクジェットヘッドの下部電極３３に接続する。駆動電圧源３１の他方の電極は配線３４及びスイッチ３６ａ〜３６ｃを介して各加圧室２４ａ〜２４ｃに対応する上部電極３７に接続する。
【００２９】
図３においては、加圧室２４ｂのスイッチ３６ｂのみが閉じられ、他のスイッチ３６ａ、３６ｃが開放されている。スイッチ３６ａ、３６ｃが開放されている加圧室２４ａ、２４ｃはインク吐出の待機状態を示す。インク吐出時には、例えば、スイッチ２４ｂのようにスイッチが閉じられ、圧電体膜に電圧が印加される。この電圧は、矢印Ａに示す圧電体膜３９の分極方向と同極性、換言すると、分極時の印加電圧の極性と同じように電圧が印加される。圧電体膜３９は厚さ方向に膨張するとともに、厚さ方向と垂直方向に収縮する。この収縮で圧電体膜３９と振動板４０の界面に応力が働き、圧電体膜３９及び振動板４０は下方向にたわむ。このたわみにより加圧室２４ｂの体積が減少し、ノズル４１からインク滴４２が吐出する。このインク滴４２により画素を着色する。その後再びスイッチ３６ｂを開くと、撓んでいた圧電体膜３９及び振動板４０が復元し、加圧室２４ｂの体積が膨張することでインク供給路（図示せず）より加圧室２４ｂヘインクが充填される。なお、圧電体膜３９の振動周波数は、７．２ｋＨｚとしている。
【００３０】
図１に示すように、遮光層３上の複数箇所には、所定高さを有する複数の突起部４が、インクジェット方式により、第２のインクを着弾させることにより配設されている。なお、前述のように、遮光層３の上に、樹脂等からなるバンク材を積層した場合には、突起部４は遮光層３及びバンク材（図示せず）上の複数箇所に配設されることになる。
【００３１】
ここで、突起部４の形成に用いられるインクジェット方式としては、画素の形成に用いたものと同じインクジェットヘッドを用いることが、他の付加設備を必要としないため、生産効率を向上させることから好ましい。
【００３２】
本発明に用いられる第２のインクとしては、遮光層３が第２のインクに対して撥インク性を有するような組合わせとなるものであれば特に制限はないが、例えば、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を含有するものが、短時間で硬化し得るため生産効率を向上させることから好ましい。
【００３３】
その粘度としては、１０〜１００ｍＰａ・ｓが好ましい。１０ｍＰａ・ｓ未満であると、突起部の形成が困難になることがあり、１００ｍＰａ・ｓを超えると、インクジェットヘッドからの吐出が困難になることがある。
【００３４】
このような第２のインクの具体例としては、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、カルド系樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂の希釈液等を挙げることができる。
【００３５】
また、第２のインクを構成する材料を第１のインクを構成する材料と同一とすることが生産効率を向上させることから好ましい。この場合、第１のインクを、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の３色のインクから構成し、第２のインクを、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の３色のインクを混合したものから構成することが、インクジェット方式の操作プログラムを規定することにより簡易に実施でき、生産効率を向上させることから好ましく、また、第２のインクの吐出量の決定が容易となって吐出量の精密な制御が可能となり、複数の突起部４の遮光層３からの高さＨの精度を高めることができることから好ましい。具体的には、インク吐出量で制御される高さＨの精度は、２％以内であることがセル間隔を精密に維持した高精細な装置を得る上で好ましい。
【００３６】
図４に示すように、本発明の液晶表示装置の他の実施の形態においては、複数の突起部４が、遮光層３上の複数箇所に形成した複数の穴部５に、インクジェット方式により、第２のインクを着弾させることによって配設されている。
【００３７】
この突起部４の寸法に関しては、遮光層３からの高さＨは、装置に用いられる液晶セルの間隔にもよるが、第２のインクの吐出直後においては、１０〜２０μｍ、硬化後においては、２〜１０μｍが好ましい。硬化後における高さＨが、２μｍ未満であると、十分なスペーサ効果が得られないことがあり、１０μｍを超えると、液晶セルの間隔が狭い装置に適用できない場合がある。
なお、上述の寸法関係は、先に説明した実施の形態における場合も同様に適用される。
【００３８】
突起部４の横断面である円の直径Ｄは、１０〜３０μｍが好ましい。１０μｍ未満であると、十分なスペーサ効果が得られないことがあり、３０μｍを超えると、高精細な装置に適用できない場合がある。
【００３９】
穴部５を形成する方法としては、例えば、フォトリソグラフィの技法を用いて遮光層３を形成する際に、所定形状のマスクを用いることを挙げることができる。
【００４０】
図５に示すように、上記構成（基板１上に、インクジェット方式により第１のインクを着弾させてマトリックスパターン形状に配設した複数の画素２と、複数の画素２間の間隙に配設した遮光層３と、遮光層３上の複数箇所に、インクジェット方式により、遮光層３が撥インク性を示す第２のインクを着弾させて配設した、所定高さを有する複数の突起部４とを備えてなる構成）を備えた、本発明の液晶表示装置１００は、保護層１０１と、共通電極１０２と、画素電極基板１０３と、画素電極基板１０３上に共通電極１０２に対向して設けた画素電極１０４と、対向する二枚の電極１０２、１０４の間に挟持かつ封止された液晶層１０５とを備えてなるものである。
【００４１】
本発明の液晶表示装置１００は、共通電極１０２と液晶層１０５との間、及び／又は液晶層１０５と画素電極基板１０３との間に、配向膜１０６、１０７を備えたものであることが好ましい。
【００４２】
また、基板１の外面上、及び／又は画素電極基板１０３の外面上に、偏光板１０８、１０９を備えたものが好ましい。バックライトＬは、偏光板１０９側から照射される。
【００４３】
なお、上記の構成に用いられる材料としては特に制限はなく、それぞれ汎用されているものを用いることができる。
【００４４】
（実施例）
インクジェット方式によって作製したカラーフィルタの撥インクバンク部にレーザーで穴をあけ、図１（ｂ）に示す突起部４を形成するインクの着弾位置に、インク溜りを形成した。その後インクジェット描画装置で、前記インク溜りにカラーフィルタ用インクを吐出し、図１（ｃ）に示すように、インクが凸状に盛り上がることを確認した。インク４は固形分濃度を、特別に３０％以上まで高濃度化したものを、高温下で低粘度化して吐出した。吐出直後のインク高さは約１５μｍで、その後熱風乾燥炉により硬化させ、高さが３μｍの凸部が残った。前記突起は複数箇所に再現良く作製することができた。対向ガラスとシール材で貼り合せたところ、セル厚３.５〜４μｍの空隙の空セルが完成して、スペーサとしての機能を果たすことが確認された。
【００４５】
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によって、高精度なスペーサを具備した液晶表示装置及びその高効率な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の液晶表示装置の一の実施の形態を模式的に示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はその一部拡大図、（ｃ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明に用いられるインクジェットヘッドを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明に用いられるインクジェットヘッドの電気的接続を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の他の実施の形態を模式的に示し、（ａ）は平面図、（ｂ）そのＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図４に示す実施の形態を備えた液晶表示装置の全体を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：  基板２：  画素３：  遮光層４：  突起部５：  穴部２０：  インクジェットヘッド２１：  加圧室基板２２：  ノズルプレート２３：  基体２４：  加圧室２５：  共通流路２６：  側壁２７：  配線基板２８：  ノズル３１：  駆動電圧源３２：  配線３３：  下部電極３４：  配線３６ａ：  スイッチ３６ｂ：  スイッチ３６ｃ：  スイッチ３７：  上部電極３９：  圧電体膜４０：  振動板４１：  ノズル４２：  インク滴１００：  液晶表示装置１０１：  保護層１０２：  共通電極１０３：  画素電極基板１０４：  画素電極１０５：  液晶層１０６：  配向膜１０７：  配向膜１０８：  偏光板１０９：  偏光板。
【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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