JP2002082338A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精細化に伴う制約の下で液晶注入空間を確保
することが容易にする。 【解決手段】液晶表示素子は一対の電極基板Ｇ１，Ｇ２
と、電極基板Ｇ１，Ｇ２間に挟持され液晶組成物ＬＱを
取囲む液晶セル１０と、電極基板Ｇ１から突出して電極
基板Ｇ２を支持する複数の柱状スペーサ２５とを備え
る。特に、柱状スペーサ２５は電極基板Ｇ１を下地とし
この下地の平坦部から凹部に広がって形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶注入空間が複
数の柱状スペーサによって確保される液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示素子は一対の電極基板
間に挟持される液晶セルを有する。液晶セルはこれら電
極基板を結合する周辺シール材およびこれら電極基板間
において周辺シール材により取り囲まれた液晶組成物に
より構成される。製造において、１対の電極基板は液晶
注入口を残して一方の電極基板上に周辺シール材を塗布
し、周辺シール材で囲まれた基板領域上に粒状スペーサ
を散布し、さらにこの電極基板に他方の電極基板を重ね
た状態で周辺シール材を硬化させることにより貼り合わ
される。液晶組成物は液晶注入口から液晶セルに注入さ
れ、液晶注入口は液晶組成物の注入後に充填され硬化さ
れる注入口シール材によって封止される。

【０００３】粒状スペーサは例えば均一な粒径のプラス
チックビーズで構成され、ビーズの粒径によりこれら電
極基板の間隙を規定して液晶注入空間を確保する。しか
しながら、この粒状スペーサはその周辺の液晶配向を乱
し、これが光漏れの原因となる。粒状スペーサが不均一
に散布された場合には、コントラストが漏洩光によって
著しく低下するような表示不良が発生し、液晶表示素子
の歩留りが低下するという問題があった。

【０００４】近年では、複数の柱状スペーサを用いて液
晶注入空間を確保する技術が上述の問題を解決するため
に提案されている。これら柱状スペーサは一方の電極基
板から突出して他方の電極基板を支持し、これにより電
極基板の間隙を均一に維持する。この場合、数μｍ程度
の配向ムラが柱状スペーサ周辺に発生するが、遮光領域
に柱状スペーサを配置することにより、光漏れによるコ
ントラストの低下を防止できる。このような柱状スペー
サは、一方の電極基板を覆ってスペーサ材料層を堆積
し、このスペーサ材料層を柱状にパターニングすること
により形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、画素電極ピッ
チが液晶表示素子の高精細化に伴って狭くなると、各柱
状スペーサを形成するために十分広く平坦な下地を確保
できなくなり、柱状スペーサの高さおよび先端側基板接
触面積が形成位置のバラツキによって低下するようにな
る。さらに、パターニングの際に電極基板上のスペーサ
エッジにあたる現像液の勢いで、柱状スペーサが先端よ
りも細い基端を持つ逆テーパ状になる。すなわち、柱状
スペーサは上述のような理由から強度不足となって欠落
し易く、他方の電極基板を確実に支持することが困難に
なる。

【０００６】本発明の目的は、高精細化に伴う制約の下
で液晶注入空間を確保することが容易な液晶表示素子を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、一対の
第１および第２基板と、第１および第２基板間に挟持さ
れた液晶組成物と、第１基板から突出して第２基板を支
持する複数の柱状スペーサとを備え、柱状スペーサが第
１基板を下地としこの下地の平坦部から凹部に広がって
形成される液晶表示素子が提供される。

【０００８】この液晶表示素子では、柱状スペーサが第
１基板を下地としこの下地の平坦部から凹部に広がって
形成される。この構造であれば、液晶表示素子の高精細
化に伴って柱状スペーサの形成場所が制約されても、設
計どおりの高さおよび先端側基板接触面積を得ることが
できる平坦な下地を選んで柱状スペーサを形成する場合
よりも広い柱状スペーサの下地を確保することができ
る。柱状スペーサの先端は下地の平坦部に対応する領域
で第２基板に接触し、下地の凹部に対応する領域で第２
基板に接触しないことになるが、この柱状スペーサの形
成位置がばらついても、柱状スペーサの先端側基板接触
面の最外郭を下地の平坦部および凹部の境界にほぼ一致
させることができる。すなわち、柱状スペーサの形成位
置のバラツキに対するマージンを必要としないため、柱
状スペーサの高さおよび先端側基板接触面積の低下を防
止できる。さらに、柱状スペーサが下地の凹部にも広が
るため、パターニングの際にスペーサエッジにあたる現
像液の勢いで浸食されても、この浸食が平坦部および凹
部の境界位置を越えて進むことが避けられる。従って、
十分な強度の柱状スペーサにより液晶注入空間を確保す
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態に係
るアクティブマトリクス型液晶表示素子について添付図
面を参照して説明する。

【００１０】図１は液晶表示素子の平面構成を概略的に
示し、図２は図１に示すＩ−Ｉ線に沿った液晶表示素子
の断面構造を示す。液晶表示素子は一対の電極基板Ｇ１
およびＧ２と、これら電極基板Ｇ１およびＧ２間に挟持
される液晶セル１０とを備える。液晶セル１０はこれら
電極基板Ｇ１およびＧ２を結合する周辺シール材１０Ａ
およびこれら電極基板Ｇ１およびＧ２間において周辺シ
ール材１０Ａにより取り囲まれた液晶組成物ＬＱにより
構成される。液晶セル１０は基板Ｇ１およびＧ２間にお
いて液晶組成物ＬＱを取り囲む周辺シール材１０Ａでこ
れら基板Ｇ１およびＧ２を貼り合わせて構成される。液
晶セル１０の表示方式は、例えばＴＮ形、ＳＴ形、ＧＨ
形、ＥＣＢ形、あるいは強誘電性液晶形等である。

【００１１】電極基板Ｇ１はガラス板等の光透過性絶縁
基板１１、絶縁基板１１上でマトリクス状に配置される
複数の画素電極１２、画素電極１２の行に沿って絶縁基
板１１上に配置される複数の走査線１３、これら画素電
極１２の列に沿って絶縁基板１１上に配置される複数の
信号線１４、各々対応走査線１３および対応信号線１４
の交差位置近傍においてスイッチング素子として絶縁基
板１１上に配置される複数の画素用薄膜トランジスタ１
５、および各々補助容量Ｃｓを構成するよう対応行の画
素電極１２に容量結合し走査線１３と略平行になるよう
に絶縁基板１１上に配置される複数の補助容量線１６を
含む。各補助容量線１６は液晶表示素子の端部に配置さ
れる銀ペースト等の電極転移材を介して電極基板Ｇ２の
対向電極１２に電気的に接続される。画素電極１２のマ
トリクスアレイは例えば４８０行×１９２０列＝９２１
６００画素で構成される。ここで、１９２０は６４０画
素×３色（赤、緑、青）の合計である。

【００１２】電極基板Ｇ１において、各画素用薄膜トラ
ンジスタ１５は絶縁基板１１上に形成されるポリシリコ
ン半導体層と、この半導体層を覆うゲート絶縁膜上に形
成されるゲート電極、アモルファスシリコンあるいはポ
リシリコンの半導体層に形成されるソース領域にコンタ
クトしたソース電極、およびこの半導体層に形成される
ドレイン領域にコンタクトしたドレイン電極を有する。
ゲート電極は１本の走査線１３に接続され、ソース電極
は上部ソース電極１９を介して１個の画素電極１２に接
続され、ドレイン電極は１本の信号線１４に接続され
る。走査線１３および補助容量線１６はこのゲート絶縁
膜上に形成され、薄膜トランジスタ１５と共に層間絶縁
膜１８により覆われる。上部ソース電極１９は信号線１
４と共に層間絶縁膜１８上に配置され、保護絶縁膜２０
により覆われる。この保護絶縁膜２０はさらに画素電極
１２の透過光をフィルタする絶縁性カラーフィルタ２１
で覆われる。このカラーフィルタ２１は画素電極１２の
列をそれぞれ覆うストライプとして形成される設定され
る赤、緑および青の着色層Ｒ，Ｇ，Ｂで構成される。画
素電極１２は補助容量線１６の上方においてカラーフィ
ルタ２１に形成されるコンタクトホール２２を介して上
部ソース電極１９にコンタクトする。電極基板Ｇ１はさ
らにカラーフィルタ２１および画素電極１２を覆う配向
膜ＡＬ１、およびこの配向膜ＡＬ１とは反対側において
絶縁基板１１を覆う偏光板ＰＬ１を含む。

【００１３】電極基板Ｇ２は、ガラス板等の光透過性絶
縁基板２３、複数の画素電極１２に対向するように絶縁
基板２３上に配置される対向電極２４、対向電極２４を
覆う配向膜ＡＬ２、この配向膜ＡＬ２とは反対側におい
て絶縁基板２３を覆う偏光板ＰＬ２を含む。

【００１４】液晶表示素子は、さらに電極基板Ｇ１およ
びＧ２間に液晶注入空間を確保するために電極基板Ｇ１
から突出して電極基板Ｇ２を支持する複数の柱状スペー
サ２５を備える。各柱状スペーサ２５は電極基板Ｇ１を
下地としこの下地の平坦部から凹部に広がって形成され
る。具体的には、カラーフィルタ２１が平坦部として用
いられ、このカラーフィルタ２１に形成されたコンタク
トホール２２が凹部として用いられる。尚、画素電極１
２および対向電極２４は光透過性であり、走査線１３、
信号線１４、および補助容量線１６は遮光性である。

【００１５】ここで、上述の液晶表示素子の製造方法に
ついて説明する。

【００１６】電極基板Ｇ１の製造工程では、公知の製造
プロセスに従って成膜およびパターニングが絶縁基板１
１上で繰り返され、上述の走査線１３、信号線１４、薄
膜トランジスタ１５、補助容量線１６、層間絶縁膜１
８、上部ソース電極１９、および保護絶縁膜２０が形成
される。保護絶縁膜２０の形成後、赤用顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストがスピンナーで保
護絶縁膜２０の全面に塗布され、フォトマスクを介して
波長３６５ｎｍおよびエネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ
^２の光を照射することにより選択的に露光される。この
露光後、樹脂レジストの現像処理がＫＯＨの１％水溶液
で１０秒間行われ、これにより現像される露光領域に対
応して厚さ３μｍとなる赤色の着色層Ｒを形成する。コ
ンタクトホール２２は着色層Ｒにおいて１５×１５μｍ
というサイズで上部ソース電極１９を露出するよう形成
される。ここで、コンタクトホール２２は少なくとも深
さ３μｍの凹部となる。緑色の着色層Ｇおよび青色の着
色層Ｂは上述の着色層Ｒと同様にして形成される。着色
層Ｒ，Ｇ，Ｂは画素電極１２の列にそれぞれ対向する幅
４０μｍのストライプである。尚、着色層Ｇは緑用顔料
を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト、着色
層Ｂは青用顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂
レジストを用いてそれぞれ形成される。カラーフィルタ
２１がこれら着色層Ｒ，Ｇ，Ｂにより得られた後、厚さ
１５００オングストロームのＩＴＯ膜をスパッタ法によ
り堆積し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ法により
パターニングすることにより複数の画素電極１２が形成
される。

【００１７】画素電極１２の形成後、感光性透明アクリ
ル樹脂がスピンナーでカラーフィルタ２１および画素電
極１２の全面に塗布され、９０℃で１０分乾燥させてか
らフォトマスクを介して波長３６５ｎｍおよびエネルギ
ー密度３００ｍＪ／ｃｍ^２の光を照射することにより選
択的に露光される。この露光後、アクリル樹脂はｐＨ１
１．５のアルカリ水溶液で現像処理され、さらに２００
℃で６０分焼成され、これにより現像される露光領域に
対応して複数の柱状スペーサ２５を形成する。ここで、
各柱状スペーサ２５は行方向において７画素毎に１個の
割合で設けられ、補助容量線１６により遮光され画素電
極１２の開口部を避けた場所に配置される。この場合、
柱状スペーサ２５は幅１５μｍ、長さ４０μｍ、高さ
５．５μｍであり、カラーフィルタ２１を平坦部としコ
ンタクトホール２２を凹部として平坦部から凹部に広が
って形成される。さらに、柱状スペーサ２５の形状は先
端よりも太い基端を持つ順テーパ状となる。この柱状ス
ペーサ２５の形成後、配向膜材料がカラーフィルタ２
１、画素電極１２、および柱状スペーサの全面を覆って
５００オングストロームの厚さで塗布され、さらにラビ
ング処理され、これにより配向膜ＡＬ１を形成する。
尚、柱状スペーサ２５の欠落はラビング処理において発
生しなかった。

【００１８】電極基板Ｇ２の製造工程では、対向電極２
４が厚さ１５００オングストロームのＩＴＯ膜をスパッ
タ法により絶縁基板２３上に堆積することにより形成さ
れる。

【００１９】この後、配向膜材料が対向電極２４の全面
を覆って５００オングストロームの厚さで塗布され、さ
らにラビング処理され、これにより配向膜ＡＬ２を形成
する。配向膜ＡＬ２のラビング方向は配向膜ＡＬ１のラ
ビング方向に対して９０度ずれるように設定される。

【００２０】電極基板Ｇ１およびＧ２の貼り合せ工程で
は、例えば熱（または紫外線）硬化型のアクリルまたは
エポキシ系接着剤が液晶注入口を残すように電極基板Ｇ
１の外縁に沿って配向膜ＡＬ１上に印刷され、さらに電
極転移材が接着剤外側で補助容量線１６に接続される転
移電極上に形成される。この後、電極基板Ｇ１およびＧ
２が配向膜ＡＬ１およびＡＬ２を内側にして重ねられ、
加熱処理される。これにより、接着剤が周辺シール材１
０Ａとして硬化される。続いて、液晶組成物が電極基板
Ｇ１およびＧ２間において周辺シール材１０Ａにより取
り囲まれ柱状スペーサ２５により確保された液晶注入空
間に液晶注入口から通常の方法で注入され、この後、液
晶注入口は紫外線硬化樹脂で封止される。液晶組成物は
例えばネマティック液晶にカイラル剤を０．１wt％添加
して構成される。こうして得られた液晶表示素子は、電
極基板Ｇ１およびＧ２間のギャップが４．９±０．２μ
ｍという範囲に維持される非常に高い均一性を持ち、高
コントラスト比の優れた表示品位を得ることができる。
また、低温衝撃試験でも真空泡の発生は皆無である。

【００２１】本実施形態の液晶表示素子では、柱状スペ
ーサ２５が電極基板Ｇ１を下地としこの下地の平坦部か
ら凹部に広がるように形成される。この構造であれば、
液晶表示素子の高精細化に伴って柱状スペーサ２５の形
成場所が制約されても、図４に示すように設計どおりの
高さおよび先端側基板接触面積を得ることができる平坦
な下地を選んで柱状スペーサ２５を形成する場合よりも
広い柱状スペーサ２５の下地を確保することができる。
柱状スペーサ２５の先端は下地の平坦部に対応する領域
で電極基板Ｇ２に接触し、下地の凹部に対応する領域で
電極基板Ｇ２に接触しないことになるが、この柱状スペ
ーサ２５の形成位置がばらついても、柱状スペーサ２５
の先端側基板接触面の最外郭を下地の平坦部および凹部
の境界にほぼ一致させることができる。すなわち、柱状
スペーサ２５の形成位置のバラツキに対するマージンを
必要としないため、柱状スペーサ２５の高さおよび先端
側基板接触面積の低下を防止できる。さらに、柱状スペ
ーサ２５が下地の凹部にも広がるため、パターニングの
際にスペーサエッジにあたる現像液の勢いで浸食されて
も、この浸食が平坦部および凹部の境界位置を越えて進
むことが避けられる。従って、十分な強度の柱状スペー
サ２５により液晶注入空間を確保することができる。

【００２２】以下、本発明の第２実施形態に係るアクテ
ィブマトリクス型液晶表示素子について添付図面を参照
して説明する。この液晶表示素子は絶縁層３０が図１に
示すカラーフィルタ２１の代わりに柱状スペーサ２５の
下地となり、カラーフィルタ２１が電極基板Ｇ２の絶縁
基板２３および対向電極２４間に形成されることを除い
て第１実施形態の液晶表示素子と同様に構成される。こ
のため、第２実施形態の液晶表示素子は図１と同様な平
面構造を有する。

【００２３】図３は図１に示すＩ−Ｉ線に沿った第２実
施形態の液晶表示素子の断面構造を示す。図３におい
て、第１実施形態と同様の部分を同一参照符号で表し、
その説明を簡略化あるいは省略する。

【００２４】そこで、上述の液晶表示素子の製造方法に
ついて説明する。

【００２５】電極基板Ｇ１の製造工程では、公知の製造
プロセスに従って成膜およびパターニングが絶縁基板１
１上で繰り返され、上述の走査線１３、信号線１４、薄
膜トランジスタ１５、補助容量線１６、層間絶縁膜１
８、上部ソース電極１９、および保護絶縁膜２０が形成
される。保護絶縁膜２０の形成後、感光性アクリル透明
樹脂がスピンナーで保護絶縁膜２０の全面に塗布され、
９０℃で１０分乾燥させてからフォトマスクを介して波
長３６５ｎｍおよびエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ^２
の光を照射することにより選択的に露光される。この露
光後、アクリル樹脂はｐＨ１１．５のアルカリ水溶液で
現像処理され、さらに２００℃で６０分焼成され、これ
により現像される露光領域に対応して厚さ３μｍの絶縁
層３０を形成する。コンタクトホール２２は絶縁層３０
において１５×１５μｍというサイズで上部ソース電極
１９を露出するよう形成される。ここで、コンタクトホ
ール２２は少なくとも深さ３μｍの凹部となる。この
後、厚さ１５００オングストロームのＩＴＯ膜をスパッ
タ法により堆積し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィ
法によりパターニングすることにより複数の画素電極１
２が形成される。

【００２６】画素電極１２の形成後、感光性透明アクリ
ル樹脂がスピンナーでカラーフィルタ２１および画素電
極１２の全面に塗布され、９０℃で１０分乾燥させてか
らフォトマスクを介して波長３６５ｎｍおよびエネルギ
ー密度３００ｍＪ／ｃｍ^２の光を照射することにより選
択的に露光される。この露光後、アクリル樹脂はｐＨ１
１．５のアルカリ水溶液で現像処理され、さらに２００
℃で６０分焼成され、これにより現像される露光領域に
対応して複数の柱状スペーサ２５を形成する。ここで、
各柱状スペーサ２５は行方向において７画素毎に１個の
割合で設けられ、補助容量線１６により遮光され画素電
極１２の開口部を避けた場所に配置される。この場合、
柱状スペーサ２５は幅１５μｍ、長さ４０μｍ、高さ
５．５μｍであり、絶縁層３０を平坦部としコンタクト
ホール２２を凹部として平坦部から凹部に広がって形成
される。さらに、柱状スペーサ２５の形状は先端よりも
太い基端を持つ順テーパ状となる。この柱状スペーサ２
５の形成後、配向膜材料がカラーフィルタ２１、画素電
極１２、および柱状スペーサの全面を覆って５００オン
グストロームの厚さで塗布され、さらにラビング処理さ
れ、これにより配向膜ＡＬ１を形成する。尚、柱状スペ
ーサ２５の欠落はラビング処理において発生しなかっ
た。

【００２７】電極基板Ｇ２の製造工程では、クロムのブ
ラックマトリクスが画素電極１２のマトリクスに対応し
て絶縁基板２３に形成され、さらに赤用顔料を分散させ
た紫外線硬化型アクリル樹脂レジストがスピンナーで絶
縁基板２３に塗布され、フォトマスクを介して波長３６
５ｎｍおよびエネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ^２の光を
照射することにより選択的に露光される。この露光後、
樹脂レジストの現像処理がＫＯＨの１％水溶液で１０秒
間行われ、これにより現像される露光領域に対応して厚
さ３μｍとなる赤色の着色層Ｒを形成する。続いて、緑
色の着色層Ｇおよび青色の着色層Ｂは上述の着色層Ｒと
同様にして形成される。着色層Ｒ，Ｇ，Ｂは画素電極１
２の列にそれぞれ対向するストライプである。尚、着色
層Ｇは緑用顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂
レジスト、着色層Ｂは青用顔料を分散させた紫外線硬化
型アクリル樹脂レジストをそれぞれ用いて形成される。
カラーフィルタ２１がこれら着色層Ｒ，Ｇ，Ｂにより得
られた後、対向電極２４が厚さ１５００オングストロー
ムのＩＴＯ膜をスパッタ法によりカラーフィルタ２１上
に堆積することにより形成される。この後、配向膜材料
が対向電極２４の全面を覆って５００オングストローム
の厚さで塗布され、さらにラビング処理され、これによ
り配向膜ＡＬ２を形成する。配向膜ＡＬ２のラビング方
向は配向膜ＡＬ１のラビング方向に対して９０度ずれる
ように設定される。

【００２８】電極基板Ｇ１およびＧ２の貼り合せ工程
は、第１実施形態と同様に行われる。こうして得られた
液晶表示素子は、電極基板Ｇ１およびＧ２間のギャップ
が４．９±０．２μｍという範囲に維持される非常に高
い均一性を持ち、高コントラスト比の優れた表示品位を
得ることができる。また、低温衝撃試験でも真空泡の発
生は皆無である。

【００２９】本実施形態の液晶表示素子では、柱状スペ
ーサ２５が電極基板Ｇ１を下地としこの下地の平坦部か
ら凹部に広がるように形成される。このため、第１実施
形態と同様の効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精細化
に伴う制約の下で液晶注入空間を確保することが容易な
液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るアクティブマトリ
クス型液晶表示素子の平面構造を示す図である。

【図２】図１に示すＩ−Ｉ線に沿った液晶表示素子の断
面構造を示す図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係るアクティブマトリ
クス型液晶表示素子の断面構造を図１に示すＩ−Ｉ線に
沿って示す図である。

【図４】柱状スペーサが平坦な下地を選んで形成される
従来の構成を本発明の構成と比較するために示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｇ１，Ｇ２…電極基板 ＬＱ…液晶組成物 １０…液晶セル １０Ａ…周辺シール材 １６…補助容量線 ２１…カラーフィルタ ２２…コンタクトホール ２５…柱状スペーサ ３０…絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H089 LA09 LA16 LA19 LA20 NA14 NA17 NA24 NA25 NA33 NA39 NA45 NA55 NA60 PA08 QA12 QA14 QA15 TA04 TA09 TA12 TA13 2H090 JA03 JA05 JB02 JC12 JC17 LA02 LA04 LA05 LA15 MB02 MB03 2H091 FA02Y FA34Y FB04 FB13 FC10 FC26 FD04 FD12 FD22 FD24 GA13 LA03 LA11 LA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の第１および第２基板と、前記第１
   および第２基板間に挟持された液晶組成物と、前記第１
   基板から突出して前記第２基板を支持する複数の柱状ス
   ペーサとを備え、前記柱状スペーサが前記第１基板を下
   地としこの下地の平坦部から凹部に広がって形成される
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記第１基板は、コンタクトホールが前
   記凹部として形成された絶縁層を含むことを特徴とする
   請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記絶縁層はカラーフィルタであること
   を特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。