(57)【要約】【課題】基板間の間隙のばらつきおよび上層と下層との接続不良を抑制できる液晶パネルを提供する。【解決手段】スペーサ15を、アレイ基板12上の所定位置にインクジェット装置により配置する。アレイ基板12のカラーフィルタ層23r，23g，23bに形成したコンタクトホール25のスペーサ15の配置側に、スペーサ15の落ち込みを防止するように第１のテーパ角度Ｍを設定する。コンタクトホール25の画素電極24側に第１のテーパ角度Ｍと異なる第２のテーパ角度Ｎを設定する。インクジェット装置により配置したスペーサ15のコンタクトホール25への落ち込みを第１のテーパ角度Ｍにより防止してスペーサ15によりアレイ基板12と対向基板との間の間隙のばらつきを抑制できる。第１のテーパ角度Ｍと異なる第２のテーパ角度Ｎにより、上層と下層との接続不良を抑制できる。【選択図】図１
2009251222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに貼り合わせられ、複数の画素をマトリクス状に有する一対の基板と、
一方の前記基板上の所定位置にインクジェット装置により配置され、前記一対の基板間に位置してこれら基板間の間隔を保持するスペーサと、
一方の前記基板に設けられ上層と下層とを接続する複数の凹状パターンとを具備し、
前記凹状パターンは、前記スペーサの配置側では前記スペーサの落ち込みを防止するように設定された第１のテーパ角度を備え、前記スペーサの配置側と異なる側では前記第１のテーパ角度と異なる第２のテーパ角度を備えている
ことを特徴とする基板装置。
【請求項２】
前記凹状パターンは、前記第１のテーパ角度がこの凹状パターンの外側から中心側へと徐々に小さくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の基板装置。
【請求項３】
前記凹状パターンは、前記第１のテーパ角度がこの凹状パターンの外側から中心側へと段階的に小さくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の基板装置。
【請求項４】
前記凹状パターンは、前記画素を構成する画素電極を下層と電気的に接続するためのコンタクトホールであり、前記スペーサの配置側に第１のテーパ角度を有し、前記画素電極側に前記第１のテーパ角度よりも小さい第２のテーパ角度を有している
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の基板装置。
【請求項５】
前記一方の基板は、前記画素のそれぞれに対応して設けられたカラーフィルタ層を備え、
前記凹状パターンは、前記カラーフィルタ層に形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置によりスペーサを所定位置に配置する基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の基板装置であるアクティブマトリクス型の液晶表示素子は、配向膜を有するアレイ基板および対向基板を互いの配向膜が対向するように配置し、これら基板間に液晶層を挟持した状態で、複数の画素をマトリクス状に有する表示領域の周囲を囲む周辺領域に配置されたシール材および封止材によって貼り合わされている。両基板間には、これら基板間の距離を保持するために、粒状スペーサまたはフォトリソグラフィ法により形成された樹脂からなるスペーサ柱などが間隙保持部材として配置されている。そして、液晶表示素子をカラー表示可能とする場合には、多くの場合、基板のいずれか一方に赤色(Ｒ)，緑色(Ｇ)，青色(Ｂ)からなる着色層すなわちカラーフィルタ層が配置されている。
【０００３】
近年、大型モニタやテレビジョン受像機用途など、従来ＣＲＴが使用されていたデバイス分野への液晶の応用展開に伴い、液晶表示素子には更なる性能向上および低コスト化が要求されている。このような背景の下、製造原価を抑えるためにインクジェット工法の適応が注目を集めている。最近では配向膜やカラーフィルタ層だけでなく、スペーサの配置にもインクジェット工法を使用することが検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−４０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の手法では、スペーサを遮光部上へ配置する場合、装置上の着弾精度、基板の変形あるいは凹凸などの原因によりスペーサの位置ずれが発生する場合がある。
【０００５】
また、スペーサは、有機溶剤などの溶媒とともに基板上に着弾した後、溶媒の乾燥に伴い表面張力などの影響により多少場所が移動することがあり、通常は溶媒の最も乾燥の遅い場所に集まる傾向がある。平面状の基板上に着弾した場合は、溶媒の中心に集まることが多いが、凹凸のある基板の場合は溶媒の乾燥が均一でないためにスペーサの位置がばらつくことが多くなる。
【０００６】
さらに、基板上の保護膜や絶縁膜として有機膜が使用されることも多いが、この場合、これら保護膜や絶縁膜の膜厚が厚くなることが多いため、これら保護膜や絶縁膜の上層側と下層側との導通を取るために穴を開けた場合には、そのテーパ角度が低くなる傾向があり、溶媒とともに着弾したスペーサが穴の中に流れ込んでしまうこともある。
【０００７】
このようにスペーサの位置がばらついたり穴の中に落ち込んだりすると、基板間の間隙の均一性が悪化し、画質低下による歩留り低下に繋がるという問題がある。特に、スペーサ粒が穴の中に落ちた場合には、スペーサとして機能しなくなるため、歩留りへの影響が大きい。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、基板間の間隙のばらつきおよび上層と下層との接続不良を抑制できる基板装置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】
【０００９】
本発明は、互いに貼り合わせられ、複数の画素をマトリクス状に有する一対の基板と、一方の前記基板上の所定位置にインクジェット装置により配置され、前記一対の基板間に位置してこれら基板間の間隔を保持するスペーサと、一方の前記基板に設けられ上層と下層とを接続する複数の凹状パターンとを具備し、前記凹状パターンは、前記スペーサの配置側では前記スペーサの落ち込みを防止するように設定された第１のテーパ角度を備え、前記スペーサの配置側と異なる側では前記第１のテーパ角度と異なる第２のテーパ角度を備えているものである。
【００１０】
そして、一方の基板に設けた凹状パターンのスペーサの配置側に、このスペーサの落ち込みを防止するように第１のテーパ角度を設定し、凹状パターンのスペーサの配置側と異なる側に、第１のテーパ角度と異なる第２のテーパ角度を設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インクジェット装置により配置されたスペーサの凹状パターンへの落ち込みを第１のテーパ角度により防止してスペーサにより基板間の間隙のばらつきを抑制できるとともに、第１のテーパ角度と異なる第２のテーパ角度により、上層と下層との接続不良を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施の形態の基板装置の構成を図１ないし図５を参照して説明する。
【００１３】
図１ないし図５において、11は基板装置としての表示素子である液晶表示素子、すなわち液晶セルを示し、この液晶セル11は、基板であるアレイ基板12と基板である対向基板13とが対向配置されているとともに、これら基板12，13間に光変調層としての液晶層14が介在され、かつ、基板12，13間の距離すなわちギャップが、例えば樹脂により形成された間隙保持部材である複数のスペーサ15によって保持されている。そして、アレイ基板12と対向基板13とは、液晶層14を構成する液晶材料を注入する液晶注入口16を除く外周を囲むように配置される接着部であるシール部17によって接着されている。
【００１４】
なお、以下、本実施の形態において、液晶セル11は、例えば面状光源装置である図示しないバックライトを用いる透過型の表示素子として説明するが、反射型や半透過型などの透明樹脂を用いた基板などに対しても対応できることは言うまでもない。
【００１５】
アレイ基板12は、透光性および絶縁性を有する透明基板すなわちガラス基板21の液晶層14側の主面上に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)22が形成され、その上部に図３および図５に示すように、赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)に対応するカラーフィルタ層23r，23g，23bを有するカラーフィルタ層23が例えばストライプ状にそれぞれ形成されている。さらに、これらカラーフィルタ層23r，23g，23bの上部には、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により形成された透明電極である画素電極24がそれぞれ形成されており、これら画素電極24は、各カラーフィルタ層23r，23g，23bに形成された凹状パターンであるコンタクトホール(スルーホール)25により薄膜トランジスタ22と電気的に接続されている。また、画素電極24を含むカラーフィルタ層23r，23g，23b上には、配向膜26が形成され、このような構成により複数の画素(副画素)27をマトリクス状に有する画面表示用の表示領域28が四角形状に形成されている。さらに、表示領域28の外周であるシール部17の内縁近傍には、非表示領域としての遮光層であるブラックマトリクス(ＢＭ)層29が四角形枠状に形成されている。
【００１６】
薄膜トランジスタ22は、図２および図４に示すように、ゲート電極22gが走査線31と接続され、ソース電極22sが信号線32と接続されているとともに、ドレイン電極22dに画素電極24が接続されており、走査線駆動回路であるゲートドライバ36からの信号が走査線31を介してゲート電極22gに印加されることでスイッチング制御され、信号線駆動回路であるソースドライバ37から信号線32を介して入力された信号に対応して画素電極24に電圧を印加することで、画素27をそれぞれ独立して点灯／消灯制御するものである。
【００１７】
走査線31および信号線32は、例えば金属などの所定の導電材料により形成される遮光部であり、各画素27の間に形成されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、各コンタクトホール25は、本実施の形態では、互いに隣接する信号線32，32間の位置で走査線31に四角形状に切り欠き形成された切欠部31aの位置に平面視で四角形状に形成され、各カラーフィルタ層23r，23g，23bを貫通して形成されている。また、各コンタクトホール25は、外側から中心側(内側)へと、テーパ角度が連続的に徐々に小さくなるように形成されている。そして、このテーパ角度の変化は、信号線32，32間の方向(図２中のＨ方向)においては、外側では急峻に変化し中心側に向かって徐々に緩やかな傾斜となっている。一方、走査線31，31間の方向(図２中のＶ方向)においては、外側から中心側に向かって緩やかな傾斜となっている。ここで、本実施の形態において、各コンタクトホール25のテーパ角度とは、コンタクトホール25の外縁部分に生じる最大の傾斜部分の接線とガラス基板21の水平部分とのなす角度と定義する。
【００１９】
本実施の形態では、各コンタクトホール25は、図示しないインクジェット装置で配置されるスペーサ15に近い側である図２中の左右側(Ｈ方向)のＡ−Ａ断面に示す第１のテーパ角度Ｍ(図１(a))が大きく(例えば６０°)、画素電極24側である図２中の上下側(Ｖ方向)のＢ−Ｂ断面に示す第２のテーパ角度Ｎ(図１(b))が小さく(例えば３０°)、それぞれ設定されている。すなわち、第２のテーパ角度Ｎよりも第１のテーパ角度Ｍを大きくしている。そして、図２中のＨ方向のコンタクトホール25の第１のテーパ角度Ｍが大きいため、図示しないインクジェット装置により配置されたスペーサ15がコンタクトホール25の内部に落ち込みにくいようになっている。また、図２中のＶ方向である画素電極24側は、コンタクトホール25の第２のテーパ角度Ｎが小さいため、コンタクトホール25に起因する画素電極24の断線を防止できる。
【００２０】
なお、これらコンタクトホール25のテーパ角度は、これらコンタクトホール25を形成するためのマスクおよびそのマスクを介しての露光量などによりそれぞれ制御されている。
【００２１】
対向基板13は、透光性および絶縁性を有する透明基板すなわちガラス基板41の一主面上に、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により形成された共通電極(透明電極)である対向電極42が形成され、この対向電極42を覆って配向膜43が形成されている。
【００２２】
また、液晶層14は、所定の液晶材料により形成された光変調層であり、アレイ基板12側の配向膜26と、対向基板13側の配向膜43との間に介在されている。
【００２３】
そして、スペーサ15は、例えば導電性を有さない透明樹脂などにより略球状に形成され、有機溶剤などの溶媒45とともにインクジェット装置によってアレイ基板12上の所定の位置、本実施の形態では走査線31上で、かつ、信号線32の近傍の位置、すなわちバックライトからの光が遮光される遮光部である各画素27の間の位置に配置され、溶媒45の乾燥によってこの位置に固定されている。また、スペーサ15は、コンタクトホール25の開口寸法、すなわち図２中の上下寸法および左右寸法よりもよりも小さい径寸法を有している。
【００２４】
また、液晶注入口16は、シール部17によってその縁部が区画されており、例えば紫外線硬化樹脂などにより形成された封止材50にて封止されている。
【００２５】
次に、上記第１の実施の形態の製造方法を説明する。
【００２６】
まず、アレイ基板12の製造に際しては、ガラス基板21上に薄膜トランジスタ22を形成し、その上に赤色レジスト液をスピンナ塗布し、例えば約９０℃で約５分間プリベークし、所定のマスクパターンを用いて、１７０ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線により露光する(露光工程)。このとき使用するマスクのコンタクトホール25に当たる箇所は、グレートーンマスクとなっており、インクジェット装置による印刷位置と近い辺部(図２中の左右の辺部)側が例えば透過率１００％、インクジェット装置による印刷位置から遠い辺部(図２中の上下の辺部)側が例えば透過率７０％で、これらの間で透過率が連続的に徐々に変化するように構成されている。
【００２７】
次いで、例えば約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、さらに水洗い後、約２００℃で１時間程度ポストベークをすることによって、カラーフィルタ層23rを形成する。このとき、コンタクトホール25のテーパ角度は、上記グレートーンマスクを用いた露光によって、図２中の左右方向(Ｈ方向)の第１のテーパ角度Ｍが約６０°、図２中の上下方向(Ｖ方向)の第２のテーパ角度Ｎが約３０°となっている。この後、緑色レジスト液、および、青色レジスト液を用いて、カラーフィルタ層23g，23bも同様の工程で形成する(カラーフィルタ層形成工程)。なお、カラーフィルタ層23g，23bを形成する際にも、カラーフィルタ層23rを形成するときと同様にコンタクトホール25に当たる箇所にグレートーンマスクを用いる。
【００２８】
さらに、各カラーフィルタ層23r，23g，23b上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積し、パターニングすることにより各画素電極24を形成する(画素電極形成工程)。このとき、画素電極24は、図１および図３に示すように、一部がコンタクトホール25の内縁に沿って凹状に落ち込むように形成される。
【００２９】
また、カラーフィルタ層23r，23g，23bの形成と同様の工程により、黒色樹脂を用いてブラックマトリクス層29を形成する(ブラックマトリクス層形成工程)。
【００３０】
さらに、ポリイミドからなる配向膜材料を基板全面に塗布し、配向処理を施して配向膜26を形成する(アレイ基板配向膜形成工程)。
【００３１】
この後、図示しないインクジェット装置により、図１(a)に示すように、例えば５μｍ径のスペーサ15を溶媒45とともに走査線31の切欠部31aの側方(図２)に配置する(スペーサ配置工程)。このとき、コンタクトホール25のスペーサ15の近い側の第１のテーパ角度Ｍが大きくなっているため、図１(b)に示すように、溶媒45が自重により安定な状態へと流動した状態でスペーサ15が溶媒45とともにコンタクトホール25に流れ込むことが防止される。この後、溶媒45を乾燥させる(溶媒乾燥工程)ことで、アレイ基板12を得る。
【００３２】
一方、対向基板13の製造に際しては、ガラス基板41上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積し、対向電極42を形成した(対向電極形成工程)後、ポリイミドからなる配向膜材料をガラス基板41全面に塗布し、配向処理を施して配向膜43を形成して(対向基板配向膜形成工程)、対向基板13を得る。
【００３３】
次いで、対向基板13の外周周辺部にシール部17を、液晶注入用の液晶注入口16(図４)を除いて塗布した後、これらアレイ基板12と対向基板13とをシール部17により貼り合わせ(貼り合わせ工程)、例えば枚葉方式の封着治具に入れて排気し、所定の硬化温度(例えば約１７０℃)にて所定時間(例えば３０分)焼成することにより空状態の液晶セル11が完成する(焼成工程)。
【００３４】
さらに、カイラル材が添加された液晶材料を液晶注入口16から液晶セル11内に真空注入した(注入工程)後、紫外線硬化樹脂を封止材50として液晶注入口16を封止し(封止工程)、液晶セル11の両主面に、それぞれ図示しない偏光板を取り付ける(偏光板取付工程)ことにより液晶セル11が完成する。
【００３５】
このように、上記第１の実施の形態によれば、アレイ基板12のカラーフィルタ層23r，23g，23bに設けたコンタクトホール25に、スペーサ15の配置側ではスペーサ15の落ち込みを防止するように第１のテーパ角度Ｍを設定し、スペーサ15の配置側と異なる側である画素電極24側では第１のテーパ角度Ｍと異なる第２のテーパ角度Ｎを設定することで、インクジェット装置によりスペーサ15を含んで配置された溶媒45がコンタクトホール25へと流れ込むことを第１のテーパ角度Ｍによって防止してスペーサ15のコンタクトホール25への落ち込みを防止し、スペーサ15によって基板12，13間のギャップのばらつきを抑制できるとともに、第１のテーパ角度Ｍと異なる第２のテーパ角度Ｎによって、上層である画素電極24と下層である薄膜トランジスタ22との接続不良を抑制できる。
【００３６】
具体的に、画素電極24を薄膜トランジスタ22に電気的に接続するための各コンタクトホール25のスペーサ15に近い側の第１のテーパ角度Ｍを、画素電極24側の第２のテーパ角度Ｎよりも大きくすることにより、画素電極24と薄膜トランジスタ22側との導通不良を抑制でき、この導通不良に起因する点欠陥をも抑制できる。
【００３７】
そして、このように基板12，13間のギャップを均一に保持できることで、ギャップむらに起因する液晶セル11の画質の低下を防止できるとともに、この画質の低下による歩留まりの低下をも防止できる。
【００３８】
しかも、コンタクトホール25の各テーパ角度Ｍ，Ｎは、コンタクトホール25を形成する際の露光量を制御することで容易に設定できるので、製造コストが増加することもない。すなわち、コンタクトホール25のテーパ角度を位置によって変えても、コンタクトホール25の形成に用いるマスクのコンタクトホール25に当たる箇所をグレートーンマスクとすることで、このグレートーンマスクによって、露光量自体を制御することなく位置によって容易に露光量を変えることができるので、製造コストが増加することがない。
【００３９】
したがって、低コストで高歩留まりかつ高画質の液晶セル11を提供することができる。
【００４０】
なお、上記第１の実施の形態において、各コンタクトホール25は、図６に示す第２の実施の形態のように、図示しない配線などをコンタクトホール25の下部に有する場合には、外側に位置する傾斜状の段部である外側段部25aと、中心側に位置し外側段部25aよりもテーパ角が大きい傾斜状の段部である内側段部25bとが、平面状の平面部25cで連続するように形成して、外側から中心側(内側)へと段階的にテーパ角度が変化するようにしても、スペーサ15を含む溶媒45のコンタクトホール25への流れ込みを外側段部25aおよび平面部25cなどにより阻止してスペーサ15のコンタクトホール25への落ち込みを防止できるなど、同様の作用効果を奏することができる。なお、これら段部は、外側段部25aと内側段部25bとの２段に限らず、複数段あってもよい。
【００４１】
また、上記各実施の形態において、カラーフィルタ層23r，23g，23bをアレイ基板12に形成した、いわゆるカラーフィルタオンアレイ(ＣＯＡ)基板を用いたが、この限りではなく、例えば対向基板13側にカラーフィルタ層を形成する表示素子などでも対応可能である。
【００４２】
さらに、カラーフィルタ層23r，23g，23bの色材料としてアクリル樹脂系のネガ型感光性材料を用いたが、これに限定されない。すなわち、ポジ型、ネガ型、あるいはアクリル樹脂系、ノボラック樹脂系などに限らず、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対応できる。
【００４３】
そして、基板装置を表示素子(液晶セル)としたが、互いに対向する基板同士を貼り合わせる際に、これら基板間にギャップを保持するためのスペーサをインクジェット装置により配置するものであれば、任意の基板装置に対しても同様に対応できる。
【００４４】
また、コンタクトホール25は、平面視で四角形状以外の形状でもよい。この場合でも、スペーサ15の配置側のテーパ角度をスペーサ15の落ち込みを防止する角度に設定し、その他の側のテーパ角度を、スペーサ15の配置側のテーパ角度と異ならせることで、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４５】
さらに、凹状パターンは、カラーフィルタ層23r，23g，23bに形成されるコンタクトホール25に限定されるものではなく、任意の保護膜や絶縁膜などに形成されるものであっても同様に対応できる。
【００４６】
そして、上記第１の実施の形態に対応する実施例と、従来例に対応する比較例１および比較例２とについて、ギャップ不良および画素電極24との導通不良を検査した。
【００４７】
実施例では、上記第１の実施の形態と同様に液晶セル11を作製した。
【００４８】
比較例１では、実施例と同様の方法で液晶セルを作製した。但し、カラーフィルタ層を形成する際に、この比較例１ではコンタクトホールに当たる箇所にグレートーンマスクを用いず、コンタクトホールのテーパ角度を全方位で約６０°とした。
【００４９】
一方、比較例２では、比較例１と同様の方法で液晶セルを作製した。但し、カラーフィルタ層を形成する際に、この比較例２では、露光量を１２０ｍＪ／ｃｍ２まで落とし、コンタクトホールのテーパ角度を全方位で約３０°とした。
【００５０】
そして、比較例１では、スペーサのコンタクトホールへの落ち込みは発生しにくくギャップ不良は実施例と同等であったものの、画素電極の導通不良が多くなり、点欠陥発生率が約１．２％増加した。
【００５１】
また、比較例２では、画素電極の導通不良は比較例１に対して改善されたものの、コンタクトホールへのスペーサの落ち込みが多く発生し、ギャップ不良および画質不良が約２．０％増加した。
【００５２】
したがって、上記実施の形態の構成がギャップ不良(画質不良)および画素電極の導通不良(点欠陥発生率)に対して有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板装置を示し、(a)はスペーサ配置側の凹状パターンを拡大して示す説明断面図、(b)はスペーサ配置側と異なる側の凹状パターンを拡大して示す説明断面図である。
【図２】同上基板装置の要部を拡大して示す説明平面図である。
【図３】同上基板装置の要部を拡大して示す説明断面図である。
【図４】同上基板装置を示す回路図である。
【図５】同上基板装置を示す説明平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の基板装置の要部を拡大して示す説明断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
11    基板装置としての液晶セル
12    基板であるアレイ基板
13    基板である対向基板
15    スペーサ
23r，23g，23b    カラーフィルタ層
24    画素電極
25    凹状パターンであるコンタクトホール
27    画素
Ｍ    第１のテーパ角度
Ｎ    第２のテーパ角度
【図１】
2009251222.tif 000003
【図２】
2009251222.tif 000004
【図３】
2009251222.tif 000005
【図４】
2009251222.tif 000006
【図５】
2009251222.tif 000007
【図６】
2009251222.tif 000008