(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶を介して対向配置された各透明基板と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明基板を支持する複数のスペーサと、を備え、
前記各スペーサは高さが等しい第１のスペーサと第２のスペーサからなり、前記第１のスペーサは、前記第２のスペーサよりも断面積が小さく構成され、
前記第１のスペーサは、前記一方の透明基板に配置されたブラックマトリクス、該ブラックマトリクス上に配置されているカラーフィルタの上に直接配置されており、
前記第２のスペーサは、前記一方の透明基板に配置された下層にブラックマトリクスを配置していないカラーフィルタ上に直接配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１のスペーサと前記第２のスペーサは同一の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶を介して対向配置される各透明基板を外囲器とし、該液晶の広がり方向に多数の画素からなる表示部を備えて構成されている。
【０００３】
一方の透明基板に対する他方の透明基板の固定は、該液晶を封止する機能を兼ねるシール材によってなされ、また、各透明基板の表示部におけるギャップの保持は該液晶中に散在されるスペーサによってなされている。
【０００４】
そして、このスペーサとしては、近年、一方の透明基板側に形成された樹脂層をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって柱状に形成したものが知られるようになってきた。
このように形成される各スペーサは、表示部内の所定の位置に精度よく形成できるとともに、それぞれの高さを均一にできる効果を奏する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液晶表示装置は、例えばバックライト等からの熱によって高温になると、液晶が熱膨張し、一方の透明基板に形成されているスペーサに対して他方の透明基板が離れてしまうことが確認された。液晶の熱膨張に対してスペーサの熱膨張が追従できないからである。
【０００６】
このため、各透明基板のギャップ、すなわち液晶の層厚を均一に維持できなくなり、少なくとも一方の透明基板に撓みが生じてしまう。
この透明基板の撓みは、常温になっても容易に元に戻らず、表示むらを生じさせる不都合をもたらす。
【０００７】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的は、常温、高温に限らず、各透明基板のギャップを均一に保持できる液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明による液晶表示装置は、例えば、液晶を介して対向配置された各透明基板と、一方の透明基板側に固定されて形成され他方の透明基板を支持する複数のスペーサと、を備え、前記各スペーサは高さが等しい第１のスペーサと第２のスペーサからなり、前記第１のスペーサは、前記第２のスペーサよりも断面積が小さく構成され、前記第１のスペーサは、前記一方の透明基板に配置されたブラックマトリクス、該ブラックマトリクス上に配置されているカラーフィルタの上に直接配置されており、前記第２のスペーサは、前記一方の透明基板に配置された下層にブラックマトリクスを配置していないカラーフィルタ上に直接配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このように構成された液晶表示装置は、各透明基板は、温度が高くなる前において、第２のスペーサの高さに応じたギャップが保持されるようになっている。この場合、第１のスペーサはその弾性によって縮んだ状態となっている。
【００１１】
温度が高くなり、液晶が熱膨張した場合、各透明基板は、その一方において第２のスペーサから離れるが、第１のスペーサからは離れないようになる。第１のスペーサはその弾性によって膨らんだ状態となるからである。
【００１２】
そして、常温に戻った場合には、第１のスペーサはその弾性によって縮んだ状態となり、第２のスペーサの高さに応じたギャップが保持されるようになる。
このことから、各透明基板には撓みが生じることはなくなり、高温、常温に限らず、各透明基板のギャップを均一に保持できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液晶表示装置の実施例を図面を用いて説明をする。
参考例
《等価回路》
図２は本発明による液晶表示装置の参考例を示す等価回路図である。同図は回路図であるが、実際の幾何学的配置に対応して描かれている。
同図において、透明基板ＳＵＢ１があり、この透明基板ＳＵＢ１は液晶を介して他の透明基板ＳＵＢ２と対向して配置されている。
【００１４】
前記透明基板ＳＵＢ１の液晶側の面には、図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬと、このゲート信号線ＧＬと絶縁されてｙ方向に延在しｘ方向に並設されるドレイン信号線ＤＬとが形成され、これら各信号線で囲まれる矩形状の領域が画素領域となり、これら各画素領域の集合によって表示部ＡＲを構成するようになっている。
【００１５】
各画素領域には、一方のゲート信号線ＧＬからの走査信号（電圧）の供給によって駆動される薄膜トランジスタＴＦＴと、この薄膜トランジスタＴＦＴを介して一方のドレイン信号線ＤＬからの映像信号（電圧）が供給される画素電極ＰＩＸが形成されている。
【００１６】
また、画素電極ＰＩＸと前記一方のゲート信号線ＧＬと隣接する他方のゲート信号線ＧＬとの間には容量素子Ｃａｄｄが形成され、この容量素子Ｃａｄｄによって、前記薄膜トランジスタＴＦＴがオフした際に、画素電極ＰＩＸに供給された映像信号を長く蓄積させるようになっている。
【００１７】
各画素領域における画素電極ＰＩＸは、液晶を介して対向配置される他方の透明基板ＳＵＢ２の液晶側の面にて各画素領域に共通に形成された対向電極ＣＴ（図示せず）との間に電界を発生せしめるようになっており、これにより各電極の間の液晶の光透過率を制御するようになっている。
【００１８】
各ゲート信号線ＧＬの一端は透明基板の一辺側（図中左側）に延在され、その延在部は該透明基板ＳＵＢ１に搭載される半導体集積回路からなる垂直走査回路Ｖと接続されるようになっており、また、各ドレイン信号線ＤＬの一端も透明基板ＳＵＢ１の一辺側（図中上側）に延在され、その延在部は該透明基板ＳＵＢ１に搭載される半導体集積回路からなる映像信号駆動回路Ｈｅと接続されるようになっている。
【００１９】
前記透明基板ＳＵＢ２は、垂直走査回路Ｖおよび映像信号駆動回路Ｈｅを構成する半導体回路が搭載される領域を回避するようにして透明基板ＳＵＢ１と対向配置され、該透明基板ＳＵＢ１よりも小さな面積となっている。
【００２０】
そして、透明基板ＳＵＢ１に対する透明基板ＳＵＢ２の固定は、該透明基板ＳＵＢ２の周辺に形成されたシール材ＳＬによってなされ、このシール材ＳＬは透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の間の液晶を封止する機能も兼ねている。
【００２１】
《画素の構成》
図３は透明基板ＳＵＢ１の一画素領域の構成を示す平面図であり、図２の点線枠Ａに示す部分に相当する図面である。
また、図４は図３のIV−IV線における断面図を示し、透明基板ＳＵＢ２の断面図をも示している。
【００２２】
各図において、まず、透明基板ＳＵＢ１の液晶側の面に図中ｘ方向に延在しｙ方向に並設されるゲート信号線ＧＬが形成されている。
そして、このゲート信号線ＧＬをも被って透明基板ＳＵＢ１の面に例えばＳｉＮからなる絶縁膜ＧＩが形成されている。
【００２３】
この絶縁膜ＧＩは、後述のドイレン信号線ＤＬに対してはゲート信号線ＧＬとの層間絶縁膜としての機能、後述の薄膜トランジスタＴＦＴに対してはそのゲート絶縁膜としての機能、後述の容量素子Ｃａｄｄに対してはその誘電体膜としての機能を有するようになっている。
【００２４】
画素領域の左下においてゲート信号線ＧＬと重畳する部分において、例えばａ−Ｓｉからなるｉ型（真性：導電型決定不純物がドープされていない）の半導体層ＡＳが形成されている。
【００２５】
この半導体層ＡＳは、その上面にソース電極およびドレイン電極を形成することによって、前記ゲート信号線の一部をゲート電極とするＭＩＳ型の薄膜トラシジスタＴＦＴの半導体層となるものである。
【００２６】
この薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＤ１およびドレイン電極ＳＤ２は、前記絶縁膜ＧＩ上に形成されるドレイン信号線ＤＬと同時に形成されるようになっている。
【００２７】
すなわち、図中ｙ方向に延在されｘ方向に並設されるドレイン信号線ＤＬが形成され、このドレイン信号線ＤＬの一部を前記半導体層ＡＳの上面にまで延在させて形成することにより、その延在部は薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極ＳＤ２として形成される。
【００２８】
また、この時、前記ドレイン電極ＳＤ２と離間させて形成された電極がソース電極ＳＤ１となる。このソース電極ＳＤ１は後述の画素電極ＰＩＸと接続されるもので、その接続部を確保するために、画素領域の中央側に若干延在させた延在部を有するパターンとなっている。
【００２９】
なお、ドレイン電極ＳＤ２、ソース電極ＳＤ１の半導体層ＡＳとの界面には不純物がドープされた半導体層が形成され、この半導体層はコンタクト層として機能するようになっている。
【００３０】
前記半導体層ＡＳを形成した後、その表面に不純物がドープされた膜厚の薄い半導体層を形成し、ドレイン電極ＳＤ２およびソース電極ＳＤ１を形成した後に、前記各電極をマスクとして、それから露出された不純物がドープされた半導体層をエッチングすることにより、上述した構成とすることができる。
【００３１】
そして、このようにドレイン信号線ＤＬ（ドレイン電極ＳＤ２、ソース電極ＳＤ１）が形成された透明基板ＳＵＢ１の表面には、該ドレイン信号線ＤＬ等をも被って例えばＳｉＮからなる保護膜ＰＳＶが形成されている。
【００３２】
この保護膜ＰＳＶは薄膜トランジスタＴＦＴの液晶との直接の接触を回避するため等に設けられるもので、前記薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＤ１の延在部の一部を露出させるためのコンタクトホールＣＨが形成されている。
【００３３】
また、この保護膜ＰＳＶの上面には画素領域の大部分を被って例えばＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）膜からなる透明の画素電極ＰＩＸが形成されている。
【００３４】
この画素電極ＰＩＸは、保護膜ＰＳＶの前記コンタクトホールＣＨをも被うようにして形成され、これにより薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極ＳＤ１と接続されるようになっている。
【００３５】
さらに、このように画素電極ＰＩＸが形成された透明基板ＳＵＢ１の表面には、該画素電極ＰＩＸをも被って配向膜ＯＲＩ１が形成されている。この配向膜ＯＲＩ１は例えば樹脂からなり、その表面には一定方向にラビング処理がなされている。この配向膜ＯＲＩ１は液晶ＬＣと接触するようになっており、この配向膜ＯＲＩ１によって該液晶ＬＣの初期配向方向を決定するようになっている。
そして、透明基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣと反対側の面には、偏光板ＰＯＬ１が被着されている。
【００３６】
一方、透明基板ＳＵＢ２の液晶側の面には、各画素領域を画するようにしてブラックマトリックスＢＭが形成されている。
このブラックマトリックスＢＭは、外来の光が薄膜トランジスタＴＦＴに照射するのを回避させるためと、表示のコントラストを良好にするために設けられている。
【００３７】
さらに、ブラックマトリックスＢＭの開口部（光が透過する領域となり、実質的な画素領域となる）には各画素領域に対応した色を有するカラーフィルタＦＩＬが形成されている。
【００３８】
このカラーフィルタＦＩＬは、例えばｙ方向に並設される各画素領域において同色のフィルタが用いられ、ｘ方向の各画素領域毎に例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタが順番に繰り返されて配列されている。
【００３９】
このようにブラックマトリックスＢＭおよびカラーフィルタＦＩＬが形成された透明基板ＳＵＢ２の表面には該ブラックマトリックスＢＭ等をも被って例えば塗布等により形成された樹脂からなる平坦化膜ＯＣが形成され、その表面に該ブラックマトリックスＢＭおよびカラーフィルタＦＩＬによる段差が顕在されないようになっている。
【００４０】
平坦化膜ＯＣの表面には、スペーサＳＯＣが形成されている。このスペーサＳＯＣは表示部ＡＲ内に散在されるようにして形成され（図４では、１つのスペーサを示している）、透明基板ＳＵＢ２に対する透明基板ＳＵＢ１のギャップを均一に維持させるものである。
【００４１】
このスペーサＳＯＣは、透明基板ＳＵＢ２に固定された柱状の例えば樹脂体からなり、該透明基板ＳＵＢ２側の面に樹脂を塗布により形成して樹脂膜を形成し、フォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって形成するようになっている。
このことから、このスペーサＳＯＣは画素領域のうち光が透過する領域あるいは透過しない領域に任意に形成できるようになっている。
【００４２】
このスペーサＳＯＣについては後にさらに詳述するが、図４に示した液晶表示装置は常温状態になっており、スペーサＳＯＣ（図に示されていない他のスペーサＳＯＣも含む）の高さはｈ1となっている。
【００４３】
そして、前記平坦化膜ＯＣの表面はスペーサＳＯＣの表面も被って各画素領域に共通に例えばＩＴＯからなる対向電極ＣＴが形成されている。
【００４４】
この対向電極ＣＴは各画素領域における画素電極ＰＩＸとの間に映像信号（電圧）に対応した電界を発生せしめ、これら各電極との間の液晶ＬＣの光透過率を制御するようになっている。
【００４５】
さらに、このように対向電極ＣＴが形成された透明基板ＳＵＢ２の表面には、該対向電極ＣＴをも被って配向膜ＯＲＩ２が形成されている。この配向膜ＯＲＩ２は例えば樹脂からなり、その表面には一定方向にラビング処理がなされている。この配向膜ＯＲＩ２は液晶と接触するようになっており、この配向膜ＯＲＩ２によって該液晶ＬＣの初期配向方向を決定するようになっている。
そして、透明基板ＳＵＢ１の液晶ＬＣと反対側の面には、偏光板ＰＯＬ２が被着されている。
【００４６】
《スペーサ》
図１は、前記スペーサＳＯＣが形成されている透明基板ＳＵＢ２のみを示した図で、換言すれば、透明基板ＳＵＢ１がいまだ対向して配置されていない状態を示した図である。
なお、図４の場合の透明基板２とは上下が逆に示されている。
【００４７】
透明基板ＳＵＢ２側に形成される各スペーサＳＯＣは、２種の異なるスペーサから構成され、そのうちの一方のスペーサＳＯＣ（１）はその高さがｈ1で比較的弾性が少ない材料で形成され、他方のスペーサＳＯＣ（２）はその高さがｈ2（＞ｈ1）で比較的弾性が大きな材料で形成されている。
【００４８】
各種のスペーサＳＯＣ（１）、ＳＯＣ（２）はそれぞれ別の工程で形成されるようになっている。すなわち、平坦化膜ＯＣの上面に樹脂（弾性率をＥ1とする）を塗布して膜厚がｈ1の樹脂膜を形成し、それをフォトリソグラフィ技術による選択エッチングによりパターン化することにより、一方のスペーサＳＯＣ（１）を形成する。そして、平坦化膜ＯＣの上面に他の樹脂（弾性率をＥ2（＞Ｅ1）とする）を塗布して膜厚がｈ2の樹脂膜を形成し、それをフォトリソグラフィ技術による選択エッチングによりパターン化することにより、他方のスペーサＳＯＣ（２）を形成する。
【００４９】
このようなスペーサを有する透明基板ＳＵＢ２に対して透明基板ＳＵＢ１を対向配置（液晶セルの形成）させた場合、各透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２のギャップは、図４に示したように、一方のスペーサＳＯＣ（１）の高さｈ1によって決定されることになる。
【００５０】
この場合、各透明基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２側からの圧力によって、他方のスベーサＳＯＣ（２）はその弾性が小さいことから縮み、その高さがｈ1の状態で各透明基板の間に介在され、各透明基板はその表示部ＡＲの全域にわたってほぼｈ1のギャップが保持されるようになる。
そして、常温から高温になって液晶が熱膨張することにより、各透明基板のギャップはｈ1以上になり、一方のスペーサＳＯＣ（１）の頭部が透明基板ＳＵＢ１から離れてしまうが、他方のスペーサＳＯＣ（２）がその弾性によって膨らみ透明基板ＳＵＢ１に密着されたままとなる。
【００５１】
この場合、各透明基板のギャップは変化することになるが、表示部の各位置にわたってギャップがばらつくわけではないので（すなわち、透明基板に撓みが生じないので）、表示のむらは発生しないことになる。
【００５２】
このことは、高温から常温に戻る際にも同様であり、依然として表示のむらは発生しないことになる。
このため、常温、高温に限らず、各透明基板のギャップを均一に保持できるようになる。
【００５３】
図５は他の参考例を示した構成図で図１と対応した図となっている。図５において、平坦化膜ＯＣの上面に対向電極ＣＴが形成され、この対向電極ＣＴの面にスペーサＳＯＣが形成された部分が図１と異なっている。
【００５４】
上述した参考例は、その画素構成として、一方の透明基板ＳＵＢ１側に画素電極が、他方の透明基板ＳＵＢ２側に対向電極が形成され、それらの間の液晶に電界を印加する（これにより電界の方向は基板に対して垂直になる）構成のものについて示したものである。
【００５５】
しかし、一方の透明基板側に画素電極および対向電極が形成され、それらの間の液晶に電界を印加する（これにより基板とほぼ平行な電界成分によって液晶を駆動する）構成のものにおいても適用できるものである。
【００５６】
画素の構成がどのようなものであっても、表示領域の各個所における各透明基板のギャップすなわち液晶の層厚のばらつきをなくす要請はいずれも同じだからである。
【００５７】
図６は、後者の画素構成における図１と対応する図である。透明基板ＳＵＢ２側には対向電極ＣＴが形成されていないという点を除けば、図１と同様の構成となっている。
【００５８】
実施例
上述した参考例の場合、各種のスペーサにおいて材料の異なるものを用いているために、その製造においてフォトリソグラフィ技術による選択エッチングを２回行わなければならない。
【００５９】
しかし、スペーサを形成する下地となる層に段差が形成されており、また、スペーサの平面形状（中心軸を横切る断面形状）を異ならしめることによってスペーサ自体の弾性を変えることができることから、一回のフォトリソグラフィ技術による選択エッチングによって同様の効果を得ることができる。
【００６０】
図７は、このようにして形成した構成図で、図６と対応した図となっている。図７図において、平坦化膜ＯＣは形成されておらず、これにより、ブラックマトリックスＢＭに起因する段差を積極的に形成している。
【００６１】
そして、段差の低い部分にスペーサＳＯＣ（１）を形成し、このスペーサＳＯＣ（１）の面積（中心軸を横切る面積）をＳ1とする。また、段差の高い部分にスペーサＳＯＣ（２）を形成し、このスベーサＳＯＣ（２）の面積をＳ2（＜Ｓ1）とする。
【００６２】
このように形成することによって、各スペーサＳＯＣの材料が同一であるとしても、スペーサＳＯＣ（２）は見かけ上の高さを大きくでき、しかもスペーサＳＯＣ（２）自体の弾性を大きくすることができるようになる。
【００６３】
同様の趣旨で、参考例の構成において、一方のスペーサの配置個所を他方のスペーサよりも段差の高い部分に形成することによって、それら各スペーサの高さを同じに形成してもよいことはもちろんである。
【００６４】
以上、本発明の実施例による液晶表示装置によれば、常温、高温に限らず、各透明基板のギャップを均一に保持できるようになる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明による液晶表示装置によれば、常温、高温に限らず、各透明基板のギャップを均一に保持できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による液晶表示装置の参考例を示す要部断面図である。
【図２】  本発明による液晶表示装置の参考例を示す等価回路図である。
【図３】  本発明による液晶表示装置の画素の参考例を示す平面図である。
【図４】  図３のIV−IV線における断面図である。
【図５】  本発明による液晶表示装置の他の参考例を示す要部断面図である。
【図６】  本発明による液晶表示装置の他の参考例を示す要部断面図である。
【図７】  本発明による液晶表示装置の一実施例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
ＳＵＢ……透明基板、ＬＣ……液晶、ＳＯＣ……スペーサ、ＢＭ……ブラックマトリックス、ＦＩＬ……カラーフィルタ、ＯＲＩ……配向膜。
【図１】
0003842529.tif 000002
【図２】
0003842529.tif 000003
【図３】
0003842529.tif 000004
【図４】
0003842529.tif 000005
【図５】
0003842529.tif 000006
【図６】
0003842529.tif 000007
【図７】
0003842529.tif 000008