(57)【要約】【課題】液晶表示装置においてインクジェット工法により球状スペーサを所定の位置に散布する場合予定位置から外れ、球状スペーサが移動してスルーホールへ嵌まり込む恐れがあった。【解決手段】スルーホール１５周縁部に突起状構造物２５を予め設け、これによりスルーホールへの球状スペーサ３１の嵌まり込みを防止し、局所的な基板間ギャップのムラの発生を抑制する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に設けられた複数の走査線及び信号線と、
前記第１基板上の前記走査線及び信号線の交差部に設けられたスイッチング素子と、
前記走査線、前記信号線及び前記スイッチング素子を覆うように前記第１基板上に形成された有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成された画素電極と、
前記画素電極と前記スイッチング素子を電気的に接続するよう前記有機絶縁膜に設けられたスルーホールと、
前記有機絶縁膜表面における前記スルーホールの周縁部に形成された突起状構造物と、
前記第１基板に対向して配置された第２基板と、
前記第１基板と第２基板の間に配置され、両基板間を所定の間隔に保持するための球状スペーサと、
前記第１基板と第２基板間の外周部に配置したシール部材の内側に収納された液晶層とを有し、
前記球状スペーサはノズルを前記第1基板に対して所定間隔ずつ移動させながら球状スペーサを含む分散液を一体として吐出するインクジェット工法によって配置され、
前記突起状構造物により前記球状スペーサの前記スルーホールへの嵌まり込みを抑制するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記有機絶縁膜は着色層である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記突起状構造物は前記スルーホールの周縁の一部で開放していることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記突起状構造物の高さは前記着色層の高さと等しいことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記突起状構造物はブラックマトリクス層で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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、特に対向する基板間の間隔を保持する球状スペーサのスルーホールへの嵌まり込みを抑制する突起状構造物を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前、液晶層の厚さを均一にするためアレイ基板と対向基板とを貼り合わせる工程の前段階に、いずれかの基板上に球状スペーサとして直径が均一な樹脂の球を散布するのが一般的であった。このような球状スペーサの散布方法には正確性、生産性の観点からインクジェット工法が検討されている（特許文献１）。
【０００３】
インクジェット工法では複数のノズル孔が一列に並べられたノズルヘッドを基板に対して所定間隔ずつ移動させながら、球状スペーサを含む分散液を一体として吐出する。そして分散液が蒸発すると補助容量形成部等所定の個所に球状スペーサが配置されることとなる。
【特許文献１】特開２００４−１４５１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし球状スペーサは球形状であること、また分散液の表面張力つまり分散液の広がりに引っ張られることで移動しやすいという特徴がある。このため設計上予定した位置から外れ、特にスルーホールに嵌まり込みやすいという問題があった。
【０００５】
上記問題を確認するため実験を行った。図６は従来構造での実験結果に基づく球状スペーサ３１、スルーホール１５の位置関係を示す断面図である。実験上作成した液晶表示装置の基板１０上に分散液２８を吐出したところ、分散液２８がスルーホール１５へ流れ込み、その影響により球状スペーサ３１が移動し、スルーホール１５への嵌まり込みが確認された。
【０００６】
スルーホール１５へ嵌まり込んだ球状スペーサ３１は液晶表示装置では基板間保持にほとんど寄与しないことが確認されている。  
このため局所的に液晶層７０の厚みであるギャップが均一にならず、光源から出される光が液晶層を通過する際、光の位相差にずれが生じ、これにより表示ムラを引き起こした。また基板間を保持する球状スペーサ３１の絶対量が低下することで、指圧など外からの圧力に対する液晶表示装置の強度の低下とこれに伴う配向乱れによる表示ムラをも引き起こした。  
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は突起状構造物によって球状スペーサのスルーホールへの嵌まり込みを抑制する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】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１基板と、前記第１基板上に設けられた複数の走査線及び信号線と、前記第１基板上の前記走査線及び信号線の交差部に設けられたスイッチング素子と、前記走査線、前記信号線及び前記スイッチング素子を覆うように前記第１基板上に形成された有機絶縁膜と、前記有機絶縁膜上に形成された画素電極と、前記画素電極と前記スイッチング素子を電気的に接続するよう前記有機絶縁膜に設けられたスルーホールと、前記有機絶縁膜表面における前記スルーホールの周縁部に形成された突起状構造物と、前記第１基板に対向して配置された第２基板と、前記第１基板と第２基板の間に配置され、両基板間を所定の間隔に保持するための球状スペーサと、前記第１基板と第２基板間の外周部に配置したシール部材の内側に収納された液晶層とを有し、前記球状スペーサはノズルを前記第1基板に対して所定間隔ずつ移動させながら球状スペーサを含む分散液を一体として吐出するインクジェット工法によって配置され、前記突起状構造物により前記球状スペーサの前記スルーホールへの嵌まり込みを抑制するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば突起状構造物により球状スペーサのスルーホールへの嵌まり込みを抑制することで、基板間のギャップを均一に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下この発明の実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。なお実施の形態ではCOA型（Color filter on Array）を例に説明する。
【００１０】
図１は液晶表示装置の平面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿い切断した拡大断面図である。図１及び２に示す液晶表示装置は着色層２４を有する第１基板１１０（以下アレイ基板１１０という）と、このアレイ基板１１０と対向して配置される第２基板１２０（以下対向基板１２０という）の間に液晶を充填した液晶層７０を挟持しており、これら２枚の基板１１０，１２０間の距離は樹脂からなる球状スペーサ３１によって保持されている。そして対向基板１２０とアレイ基板１１０間の液晶層７０は、図１に示す液晶注入口３２を除く基板外周を囲むように接着配置されるシール材２６によって保持され、液晶注入口３２には封止材３３が塗布されている。
【００１１】
アレイ基板１１０においては、ガラス等の透明絶縁基板１０上に、例えば複数本の図示しない信号線と走査線とが後述する絶縁膜を介して格子状に配置され、これら信号線と走査線が作る格子の各マス目に相当する領域にIndium-Tin-Oxide（以下ITOという）等の透明導電材料からなる画素電極３０が配される。
【００１２】
そして格子の各交点部分には、各画素電極３０を制御するためのスイッチング素子１４が形成され、そのスイッチング素子１４上にこれらを覆い形成された有機絶縁膜である第１着色層２４ａ、第２着色層２４ｂ、第３着色層２４ｃがそれぞれ配置されている。
【００１３】
各着色層２４上には前述した画素電極３０が配される。画素電極３０は各着色層２４に形成されたスルーホール１５を介し、スイッチング素子１４と電気的に接続される。  
スイッチング素子１４はゲート電極１４ｂ、ソース電極１４ａ、ドレイン電極１４ｃから構成される薄膜トランジスタ（以下TFTという）を用いる。ゲート電極１４ｂは図示しない走査線と、また、ソース電極１４ａは図示しない信号線とそれぞれ電気的に接続される。
【００１４】
走査線と接続されたゲート電極１４ｂに電圧が印加されると、ソース電極１４aとドレイン電極１４ｃ間が導通し、TFTが一定期間オン状態になる。この期間に画像表示に必要な信号が信号線から供給され所定のタイミングで書き込まれる。
【００１５】
なおドレイン電極１４ｃは画素電極３０と有機絶縁膜の各着色層２４に形成されたスルーホール１５を介し電気的に接続される。スルーホール１５の周縁部には、詳細を後述する例えばコ字型の突起状構造物２５が設けられる。
【００１６】
アレイ基板１１０と対向基板１２０の対向面間における液晶表示画面外周の前記シール材２６内側には、遮光層であるブラックマトリクス層（以下BM層という）２７が形成されている。  
対向基板では透明基板２１上のアレイ基盤１１０との対向面側にITOからなる透明電極２２と図示しない配向膜が順次形成される。
【００１７】
次に実施の形態の液晶表示装置製造工程について説明する。図３(ａ)は詳細を後述する格子状構造の着色層２４のパターンである。図３(ｂ)は図３(ａ)の破線部で示す、複数ある表示領域の一部分であり、突起状構造物の形成位置を説明する拡大平面図である。
【００１８】
はじめに透明基板１０上に形成したスイッチング素子１４の上に施す第1着色層２４ａの形成方法を説明する。緑色レジスト液をスピンナ塗布し、約９０℃で約５分間プリベークし、更に所定のマスクパターンを用いて１５０ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線により露光する。ここで、スピンナ塗布は中心部にレジスト液を吐出し遠心力により拡散させる方法である。
【００１９】
続いて約０．１重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）水溶液を用いて約４０秒間現像し、更に水洗い後約２００℃で１時間ほどポストベークをすることによってスルーホール１５を有する緑色着色層である第1着色層２４ａを形成する。
【００２０】
その後赤色着色層である第２着色層２４ｂ及び青色着色層である第３着色層２４ｃを同様の工程にて形成し、しかる後、前記各着色層２４の形成と同様の手法により、樹脂である黒色レジスト液を用いてBM層２７を形成する。
【００２１】
ここで、スルーホール１５周縁部の突起状構造物２５形成は、前記緑色着色層２４ａ、赤色着色層２４ｂ、青色着色層２４ｃ及びBM層２７の各着色層と夫々いずれかの材料で各着色層２４, ２７形成工程と同時に行うことが可能である。
【００２２】
例えば緑色着色層２４ａに形成されたスルーホール１５周縁部の突起状構造物２５は、後の工程である赤色着色層２４ｂ、青色着色層２４ｃ、BM層２７形成の際、上述の着色層形成工程により同時に行うことができる。
【００２３】
また突起状構造物２５の形成材料として緑色レジスト液、赤色レジスト液、青色レジスト液、黒色レジスト液のうち外光反射率の最も少ない黒色レジスト液を用いて形成することで、対向側から入射する外光の反射を防ぎ、コントラストを向上させることができる。さらに突起状構造物２５の成膜はBM層２７と同一工程で行うため、突起状構造物２５の高さはBM層２７と同一の高さ（４μｍから５μm）となる。
【００２４】
黒色レジスト液以外の、他の緑色レジスト液、赤色レジスト液、青色レジスト液等を用いて突起状構造物２５を形成した場合は、黒色レジスト液と比較するとコントラストの向上率は低下するが、球状スペーサ３１の移動を抑制する点においては黒色レジスト液で形成した場合と同様の効果を得ることができる。これは突起状構造物２５の形成を各着色層２４と同一工程で行うため、突起状構造物２５の高さが各着色層２４と同一の高さ（２μｍから３μm）となるからである。
【００２５】
このように突起状構造物２５を形成すれば、基板間距離を保持するために用いる一般的な直径幅（３μｍから５μｍ）の球状スペーサの移動を抑制するのに十分な高さを確保することができ、球状スペーサ３１の形状ゆえの移動、または分散液の広がりに引っ張られることによる移動を防止でき、球状スペーサ３１のスルーホール１５への嵌まり込みを防止できる。
【００２６】
突起状構造物２５を各着色層２４, ２７とは別工程で形成する場合、突起状構造物２５を形成する材料は、ポジ型、ネガ型あるいはアクリル樹脂系、ノボラック樹脂系等、少なくとも露光プロセスを用いてパターニングできる感光性樹脂であれば利用することができる。
【００２７】
この突起状構造物２５はコ字型となっておりスルーホール１５周縁部の一部が開放している。これは突起状構造物２５形成後に形成するITOからなる画素電極３０の成膜が、突起状構造物２５の影響により正常にできなくなり、ドレイン電極１４ｃ、画素電極３０間で電気的に接続できなくなる、すなわち断切れが発生することを防ぐためである。
【００２８】
また突起状構造物２５の幅は、現像工程でのはがれを防ぐため５μm以上に設定することが望ましく、表示領域にかからない範囲で所望の幅に設定することができる。突起状構造物２５の形状は前述したコ字型に限定されるものではなく、Ｃ字型、また直線型でも良く、球状スペーサ３１のスルーホール１５への嵌まり込みを防止できるものであれば種々の形状を採用できる。
【００２９】
次に各着色層２４上にスパッタリング法によりITOを堆積し、パターンニングすることにより画素電極３０を形成する。その後ポリイミドからなる配向膜材料を基板全面に塗布、配向処理を施して配向膜を形成する。
【００３０】
配向膜形成後、インクジェット工法により球状スペーサ３１が打ち込まれる。インクジェット装置には横梁状のノズルヘッドが備えられており、このノズルヘッドの下面には一定の間隔でノズル孔が配列されている。ノズルヘッドはアレイ基板１１０の信号線または走査線の方向に沿って一定の間隔ずつ移動して球状スペーサ３１を含む分散液の吐出を行う。
【００３１】
またノズルヘッドは信号線または走査線の方向からアレイ基板１１０の基板面と平行に任意の角度に傾斜させることができ、このように傾斜した状態でアレイ基板１１０上を走査しつつ間欠的に移動する。
【００３２】
図５はインクジェット工法により球状スペーサ３１が打ち込まれた際の突起状構造物２５及び球状スペーサ３１、スルーホール１５の位置関係を示す図である。
【００３３】
次に対向基板１２０の製造工程について説明する。透明基板２１上にスパッタリング法によりITOを堆積し、透明電極３０を形成する。その後ポリイミドからなる配向膜材料を基板全面に塗布する。配向膜材料には配向処理を施し、配向膜を形成することで対向基板１２０を得る。
【００３４】
対向基板１２０の外周周辺部にはシール材２６を、液晶注入用の注入口３２を除いて塗布する。この対向基板１２０とアレイ基板１１０をシール材２６塗布面を対向させて貼り合わせ、枚葉方式の封着治具に入れて排気を行い約１７０度の硬化温度にて３０分焼成することにより空状態のセルが完成する。
【００３５】
次にカイラル材が添加されたネマティック液晶材料を図１に示すように、注入口３２からセル内に真空注入し、注入後注入口３２を封止材３３としての紫外線硬化樹脂を用いて封止する。その後セルの両側にそれぞれ偏光板を配置することにより液晶表示装置が完成する。
【００３６】
このように製造した液晶表示装置は、予めスルーホール１５周縁部に突起状構造物２５が形成されているため、球状スペーサ３１の移動によるスルーホール１５への嵌まり込みを防止することができ、また球状スペーサ３１を含む分散液２８の吐出量を増加させた場合においても球状スペーサ３１の移動によるスルーホール１５への嵌まり込みを抑制する効果を得ることができた。
【００３７】
その結果、設計上想定した数の球状スペーサ３１が基板間保持機能を発揮し、液晶層７０の厚みであるギャップを均一に保つことが確認された。  
これにより外圧に対する強度低下とそれに伴う配向乱れに起因する表示ムラが改善され、また光の位相差のずれも解消することができ、結果、良好な表示を得ることができた。
【００３８】
なお上述した実施の形態は図３で示すように各着色層２４が格子状構造で形成されるが、ストライプ型構造での各着色層２４形成も可能である。図４(ａ)は格子状構造による着色層２４の形成と同様の工程で着色層２４がストライプ型構造に形成された着色層２４パターンである。また図４(ｂ)は図４(ａ)の破線部で示す、複数ある表示領域の一であり、突起状構造物２５の形成位置を説明する平面図である。
【００３９】
ストライプ型構造、格子状構造の両構造においてレジスト液の塗布はスピンナ塗布により行う。ストライプ型構造で着色層２４の形成を行う場合、格子状構造と比べレジスト液を塗布する領域の端部数が減少するためスピンナ塗布精度を向上することができる。  
そして、着色層２４をストライプ型構造に形成する場合であっても、格子状構造と同様のプロセスで製造でき、その効果も格子状構造と同様の効果を奏する。
【００４０】
また上述した実施形態ではCOA型を例に述べたが、有機絶縁膜層を透明樹脂にて形成し、対向基板側に光源を着色する層を形成する場合であっても、COA型と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一般的な液晶表示装置の実施構造を本実施の形態に適用した液晶表示装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿い切断した液晶表示装置の断面図。
【図３】着色層を格子状構造で形成した実施の形態の着色層パターン及び突起状構造物の形成位置を説明する平面図。
【図４】着色層をストライプ型構造で形成した実施の形態の着色層パターン及び突起状構造物の形成位置を説明する平面図。
【図５】本発明における球状スペーサ位置抑制構造及び球状スペーサ配置を説明する断面図。
【図６】従来構造における球状スペーサ配置を説明する断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１０…基板
１４…スイッチング素子（薄膜トランジスタ）
１４ａ…ソース電極
１４ｂ…ゲート電極
１４ｃ…ドレイン電極
１５…スルーホール
２１…透明基板
２２…透明電極
２４…着色層
２４ａ…第一着色層
２４ｂ…第二着色層
２４ｃ…第三着色層
２５…突起状構造物
２６…シール材
２７…ブラックマトリクス（BM）層
２８…分散液
３０…画素電極
３１…球状スペーサ
３２…注入口
３３…封止材
５０…ギャップ
７０…液晶層
１１０・・・アレイ基板
１２０・・・対向基板
【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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【図６】
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