JP2008281594A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セルギャップのばらつきを抑制しつつ、スペーサの塑性変形を抑制できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、液晶層及び液晶層中に配置される複数のスペーサ１７，１８を挟んで相互に対向する駆動基板１９及び対向基板１０を備える。対向基板１０上に形成される色層１３が、所定の膜厚を有する第１部分を有し、対向基板１０上に形成される色層１４が、所定の膜厚よりも小さな膜厚を有する第２部分を有する。複数のスペーサ１７，１８が、第１部分が形成された対向基板１０の表面部分に配置されるスペーサ１７と、第２部分が形成された対向基板１０の表面部分に配置されるスペーサ１８とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関し、更に詳しくは、液晶表示装置において駆動基板に対向する対向基板及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向する駆動基板と対向基板とを有する。駆動基板には例えば、液晶表示装置における画素に対応してＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子及び画素電極がマトリックス状に配設されており、ＴＦＴ素子を個別に駆動して画素電極に印加する電圧を制御し、これによって、液晶層に印加する電界を制御する。液晶層に印加する電界により、液晶の配向を制御し、画像の表示を行っている。

対向基板上には所定の高さを有するスペーサが配設され、駆動基板との間隔（セルギャップ）を一定に保っている。ところで、液晶表示装置の製造プロセスでは、駆動基板と対向基板とを貼り合わせる際に、基板間に一時的に大きな圧力が加わり、スペーサが不可逆的な塑性変形を生じ、セルギャップが不均一になる問題があった。セルギャップが不均一になると液晶表示装置の透過率がばらつき、輝度むらが生じる。このため、基板間に大きな圧力が加わっても、スペーサの塑性変形を抑制できる手法が要望されていた。

上記問題に対して特許文献１は、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、対向基板１０２に形成されるスペーサを、駆動基板１０１の突出部分１４２に対向するスペーサ１３１と、平坦部分１４１に対向するスペーサ１３２とに分けて配置している。突出部分１４２の下層には、配線１１２が形成されている。一方のスペーサ１３１を駆動基板１０１の突出部分１４２に当接させてセルギャップを維持すると共に、この状態で、他方のスペーサ１３２と平坦部分１４１との間に隙間１４３を形成している。
特開２００２−１８２２２０号公報（図６、８）

特許文献１によれば、基板間に一時的に大きな圧力が加わった際に、駆動基板１０１の平坦部分１４１に対向するスペーサ１３２がその平坦部分１４１に当接することで圧力を分散する。これによって、セルギャップを維持するためのスペーサ１３１が大きく変形することを抑制し、塑性変形が生じることを防止している。

しかし、同文献の液晶表示装置では、セルギャップがスペーサ１３１と駆動基板１０１の突出部分１４２との２つの構成要素で規定され、それらの個々に高さのばらつきが生じるため、セルギャップがばらつき易いという問題があった。セルギャップのばらつきは液晶表示装置の表示品質の低下に繋がるため、セルギャップのばらつきを抑制しつつスペーサ１３１の塑性変形を抑制できる手法が要望される。

本発明は、上記に鑑み、セルギャップのばらつきを抑制しつつ、スペーサの塑性変形を抑制できる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、
液晶層及び液晶層中に配置される複数のスペーサを挟んで相互に対向する第１基板及び第２基板を備える液晶表示装置において、
前記第１基板上に形成される薄膜層の内の少なくとも１層が、所定の膜厚を有する第１部分と、該所定の膜厚よりも小さな膜厚を有する第２部分とを有する膜厚制御層として形成され、
前記複数のスペーサが、前記第１部分が形成された第１基板の表面部分に配置されるスペーサと、前記第２部分が形成された第１基板の表面部分に配置されるスペーサとを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、
液晶層及び液晶層中に配置される複数のスペーサを挟んで相互に対向する第１基板及び第２基板を備える液晶表示装置を製造する方法において、
前記第１基板上に形成される薄膜層の内の少なくとも１層を、所定の膜厚を有する第１部分と、該所定の膜厚よりも小さな膜厚を有する第２部分とを有する膜厚制御層としてパターニングするステップと、
前記第１部分が形成された第１基板の表面部分と、前記第２部分が形成された第１基板の表面部分とにそれぞれスペーサを形成するステップとを有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置では、第１部分に配設されるスペーサを第２基板の表面に当接させてセルギャップを維持すると共に、この状態で、第２部分に配設されるスペーサと第２基板の表面との間に隙間を形成している。このため、基板間に大きな圧力が加わった際に第２部分に配設されるスペーサが第２基板に当接して圧力を分散するので、第１部分に配設されるスペーサが大きく変形することを抑制して、塑性変形が生じることを防止できる。

本発明の液晶表示装置では、また、特許文献１のように駆動基板の表面の突出部分を利用することなく、スペーサのみによってセルギャップを規定できるので、セルギャップのばらつきを抑制して表示品質の低下を抑制できる。

本発明の液晶表示装置では、前記第１基板がカラーフィルタ基板であり、前記膜厚制御層が、色層又は該色層を覆うオーバーコート層であってもよい。或いは、前記第１基板がモノクロフィルタ基板であり、前記膜厚制御層がオーバーコート層であってもよい。本発明の液晶表示装置では、前記複数のスペーサが同じ高さを有してもよい。

本発明に係る液晶表示装置の製造方法の好適な態様では、
前記膜厚制御層を形成するステップが、一様な膜厚の薄膜層を形成するステップと、光透過部分、光半透過部分、及び、遮光部分を有するフォトマスクを用いて前記薄膜層を露光するステップと、前記薄膜層を現像するステップとを有し、
前記光半透過部分に対応する薄膜層の位置に前記第１部分又は第２部分を形成する。
光透過部分、光半透過部分、及び、遮光部分を有するフォトマスクを用いて感光性を有する薄膜層を露光することによって、膜厚制御層としてパターニングする際に、膜厚が相互に異なる第１部分及び第２部分を同時に形成できる。また、光半透過部分の光透過率を調節することによって、第２部分の膜厚を容易に制御できる。薄膜層には、例えばポジ型又はネガ型の感光性レジスト膜を用いることが出来る。

本発明に係る液晶表示装置の製造方法では、前記第１基板がカラーフィルタ基板であり、前記膜厚制御層が、色層又は該色層を覆うオーバーコート層であってもよい。或いは、前記第１基板がモノクロフィルタ基板であり、前記膜厚制御層がオーバーコート層であってもよい。

以下に、添付図面を参照し、本発明の実施例を詳しく説明する。本発明の一実施例に係る液晶表示装置は、図８に示した従来の液晶表示装置と同様に、液晶層を挟んで互いに対向する駆動基板と対向基板とを有する。駆動基板には、液晶表示装置における画素に対応してＴＦＴ素子及び画素電極がマトリックス状に配設されており、ＴＦＴ素子を個別に駆動して画素電極に印加する電圧を制御し、これによって、液晶層に印加する電界を制御する。液晶層に印加する電界により、液晶の配向を制御し、画像の表示を行うことが出来る。

図１は、本実施例の液晶表示装置における、対向基板の構成を示す平面図である。本実施例では、対向基板１０は、カラーフィルタ基板であって、透明なガラス基板を備える。ガラス基板上には、画素の境界に沿って、遮光機能を有するブラックマトリクス（ＢＭ）層１２が格子状に形成され、遮光領域１０Ｂを構成している。遮光領域１０Ｂに囲まれた領域が画素に対応し、透光性を有する透光領域１０Ａを構成している。

ブラックマトリクス層１２を覆ってガラス基板上には、色層１３〜１５が形成されている。色層１３〜１５は、色顔料を含み、例えば赤色、緑色、及び、青色の光をそれぞれ選択的に透過させる。色層１３〜１５は、各透光領域１０Ａに対応して形成されており、例えば透光領域１０Ａの配列の列方向に延在している。色層１３〜１５上には、透明なオーバーコート層が形成されている。オーバーコート層上には、一定の間隔で柱状のスペーサ１７，１８が形成されている。スペーサ１７，１８は、何れもＢＭ層１２の上部に形成されている。

図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿ったスペーサ１７，１８を含む断面図である。スペーサ１７の付近では、図２（ａ）に示すように、色層１３の表面は平坦であり、色層１３上のオーバーコート層１６の表面も平坦である。スペーサ１７は、この表面が平坦なオーバーコート層１６上に形成されている。

一方、スペーサ１８の付近では、図２（ｂ）に示すように、色層１４の表面部分に凹部２１が形成されている。オーバーコート層１６は、この凹部２１に沿って形成されており、凹部２１の形状を反映した凹部２２を有する。スペーサ１８は凹部２２の内部に形成されている。凹部２２は、例えばスペーサ１８を配置する位置に形成される。

色層１５上にはスペーサは形成されない。色層１３〜１５の厚みは、凹部２１を除いて互いに等しく、例えば０．５〜３μｍである。オーバーコート層１６の厚みは、ＢＭ層１２による段差を解消できる程度が望ましく、例えば０．５〜３μｍである。また、凹部２１又は凹部２２の深さは、例えば０．０５〜０．３μｍである。

スペーサ１７，１８は互いに同じ高さを有するため、オーバーコート層１６の平坦部分を基準とすると、スペーサ１８の頂部は凹部２２の深さ分だけスペーサ１７の頂部よりも後退している。対向基板１０を駆動基板１９に貼り合わせた状態で、スペーサ１７の頂部が駆動基板１９に当接してセルギャップを維持し、この状態で、スペーサ１８の頂部と駆動基板１９との間には隙間２０が形成される。

本実施例の液晶表示装置では、基板間に大きな圧力が加わった際にスペーサ１８が駆動基板１９に当接して圧力を分散するので、スペーサ１７が大きく変形することを抑制して、塑性変形が生じることを防止できる。また、特許文献１のように駆動基板１９の表面の突出部分を利用することなく、スペーサ１７のみによってセルギャップを規定できるので、セルギャップのばらつきを抑制して表示品質の低下を抑制できる。

なお、上記実施例では、スペーサ１７，１８が形成される色層１３，１４のうち、色層１３の表面が平坦に形成され、色層１４に凹部２１が形成されるものとしたが、この逆であってもよく、或いは、色層１３、１４のそれぞれが、スペーサ１７に対応する平坦部分とスペーサ１８に対応する凹部２１とを有してもよい。また、色層１５の上部にもスペーサ１７，１８が形成されてもよい。

図１、２に示した対向基板１０の製造に際しては、先ず、ガラス基板１１上の全面に、遮光性を有する、ブラックマトリクス層１２用のフォトレジスト膜（ＢＭレジスト膜）を塗布する。次いで、フォトリソグラフィ法により、ＢＭレジスト膜をパターニングして、ブラックマトリクス層１２を形成する。

引き続き、色層１３用のフォトレジスト膜（色レジスト膜）を全面に塗布する。色レジスト膜は、色顔料を含み、また、被露光部分が現像液に溶解しない化学構造に変化することで、パターンが形成されるネガ型感光性レジストである。次いで、図３（ａ）に示すフォトマスク３０を用いた露光を行う。図３（ａ）は、図２（ａ）に対応した断面を示している。

フォトマスク３０は、透光部３１、及び、遮光部（図示なし）を有する。透光部３１は色層１３に対応したパターン形状を有し、遮光部は色層１３以外の領域に対応したパターン形状を有する。透光部３１の光透過率は１００％である。フォトマスク３０を用いた露光に後続し、有機アルカリ水溶液等を現像液として、基板の現像処理を行う。現像処理によって、遮光部に対応した色レジスト膜１３ａの部分が除去され、透光部３１に対応した色層１３のパターンが形成される。

引き続き、色層１４用の色レジスト膜を全面に塗布する。この色レジスト膜は、色層１３用の色レジスト膜と同様に、色顔料を含むネガ型感光性レジストである。次いで、図３（ｂ）に示すハーフトーンマスク３２を用いた露光を行う。図３（ｂ）は、図２（ｂ）に対応した断面を示している。ハーフトーンマスク３２は、透光部（光透過部分）３１、半透光部（光半透過部分）３３、及び、遮光部（遮光部分）（図示なし）を有する。半透光部３３は凹部２１に対応したパターン形状を有し、透光部３１は半透光部３３を除き色層１４に対応したパターン形状を有する。遮光部は、色層１４以外の領域に対応したパターン形状を有する。透光部３１の光透過率は１００％で、半透光部３３の光透過率は５０％である。

ハーフトーンマスク３２を用いた露光に後続し、有機アルカリ水溶液等を現像液として、基板の現像処理を行う。現像処理によって、遮光部に対応した色レジスト膜１４ａの部分が除去され、透光部３１及び半透光部３３に対応した色層１４のパターンが形成される。また、色層１４は、透過光の強度に対応した厚みに形成され、半透光部３３に対応する部分が図２（ｂ）に示した凹部２１に形成される。なお、半透光部３３の光透過率を調節することによって、色層１４の厚みを制御し、凹部２１の深さを制御できる。

引き続き、色層１５について、色層１３と同様の手順で形成する。次いで、オーバーコート層１６形成用のフォトレジスト（オーバーコートレジスト）膜を塗布し、焼成を行い、オーバーコート層１６を形成する。オーバーコート層１６の形成に際して、色層１４の凹部２１の形状を反映して、凹部２２が形成される。

引き続き、オーバーコート層１６上にスペーサ１７，１８用のフォトレジスト膜（ＰＳレジスト膜）を塗布する。次いで、フォトリソグラフィ法により、ＰＳレジスト膜をパターニングし、互いに同じ高さを有するスペーサ１７，１８を形成する。スペーサ１７はオーバーコート層１６の平坦部分に、スペーサ１８はオーバーコート層１６の凹部２２の内部に、それぞれ形成する。更に、オーブンにより約２３０℃の温度で加熱焼成する。

上記製造方法によれば、ハーフトーンマスク３２を用いた露光を行うことによって、１回の露光工程のみで、凹部２１を有する色層１４を形成することが出来る。また、半透光部３３の透過率を調節することによって、凹部２１の深さを容易に制御できる。凹部２１の深さを最適な値に調節することで、スペーサ１７の塑性変形を効果的に抑制できる。

なお、凹部２１は完全な切欠きとしてもよく、この場合には、凹部２１に対応した遮光部を有するフォトマスクを用いる。また、ハーフトーンマスク３２を用いた色層１４の形成に際して、ネガ型感光性レジストに代えて、ポジ型感光性レジストを用いてもよい。

図４は、実施例の第１変形例に係る液晶表示装置における対向基板の断面図である。同図は、図２（ｂ）に対応する断面を示している。対向基板４０は、色層１４に代えて、オーバーコート層１６の表面部分に凹部４１が形成されていることを除いては、図１、２に示した実施例の対向基板１０と同様の構成を有している。

図４の対向基板４０の製造に際しては、色層１４の露光に際して、ハーフトーンマスク３２に代えて、透光部及び遮光部を有するフォトマスクを用いる。オーバーコートレジスト膜としてネガ型感光性レジストを塗布し、図５に示すハーフトーンマスク４２を用いて、オーバーコートレジスト膜１６ａの露光を行う。

ハーフトーンマスク４２は、透光部３１及び半透光部３３を有し、半透光部３３は凹部４１に対応したパターン形状を有する。透光部３１の光透過率は１００％で、半透光部３３の光透過率は５０％である。

露光後のオーバーコートレジスト膜１６ａの現像処理に際しては、有機アルカリ水溶液等の現像液を用いる。現像処理によって、オーバーコート層１６は、透過光の強度に対応した厚みに形成され、半透光部３３に対応する部分が図４に示した凹部４１に形成される。なお、半透光部３３の光透過率を調節することによって、オーバーコート層１６の厚みを制御し、凹部４１の深さを制御できる。スペーサ１７，１８の形成に際して、スペーサ１８をオーバーコート層１６の凹部４１の内部に形成する。

図６（ａ）、（ｂ）は、実施例の第２変形例に係る液晶表示装置における対向基板について、図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する断面図である。対向基板５０は、モノクロフィルタ基板であって、色層１３〜１５を有しておらず、ＢＭ層１２を覆ってガラス基板１１上にオーバーコート層１６が直接に形成されている。対向基板５０は、上記を除いては、図４に示した対向基板４０と同様の構成を有しており、スペーサ１８が配置されるオーバーコート層１６の表面部分に凹部５１が形成されている。

図６の対向基板５０の製造に際しては、色層１３〜１５を形成しない。また、オーバーコート層１６の露光に際して、図７に示すように、図５のハーフトーンマスク４２と同様の構成を有するハーフトーンマスク５２を用いて露光する。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて説明したが、本発明に係る液晶表示装置及びその製造方法は、上記実施例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

例えば、実施例及び第１、第２変形例では、対向基板上に形成される色層又はオーバーコート層に凹部を形成するものとしたが、駆動基板上に形成される層に凹部を形成してもよい。また、実施例及び第１、第２変形例では、凹部がスペーサを配置する位置に形成されているものとしたが、凹部が形成される領域の広さには限定はない。

本発明の一実施例に係る液晶表示装置における対向基板の平面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線にそれぞれ沿った断面図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図１の対向基板を製造する一製造段階を示す断面図である。 実施例の第１変形例に係る液晶表示装置における対向基板について、図２（ｂ）に対応する断面図である。 図４の対向基板を製造する一製造段階を示す断面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、実施例の第２変形例に係る液晶表示装置における対向基板について、図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する断面図である。 図６の対向基板を製造する一製造段階を示す断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、特許文献１の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０：対向基板
１０Ａ：透光領域
１０Ｂ：遮光領域
１１：ガラス基板
１２：ブラックマトリクス（ＢＭ）層
１３：色層
１３ａ：色レジスト膜
１４：色層
１５：色層
１６：オーバーコート層
１６ａ：オーバーコートレジスト膜
１７：スペーサ
１８：スペーサ
１９：駆動基板
２０：隙間
２１：凹部
２２：凹部
３０：フォトマスク
３１：透光部
３２：ハーフトーンマスク
３３：半透光部
４０：対向基板
４１：凹部
４２：ハーフトーンマスク
５０：対向基板
５１：凹部
５２：ハーフトーンマスク
１０１：駆動基板
１０２：対向基板
１０３：液晶層
１１１：透明基板
１１２：配線
１１３：絶縁層
１１４：配線
１１５：オーバーコート層
１１６：配向層
１２１：透明基板
１２２：ブラックマトリクス層
１２３：オーバーコート層
１２４：配向層
１３１：スペーサ
１３２：スペーサ
１４１：平坦部分
１４２：突出部分
１４３：隙間

Claims (6)

1. 液晶層及び液晶層中に配置される複数のスペーサを挟んで相互に対向する第１基板及び第２基板を備える液晶表示装置において、
   前記第１基板上に形成される薄膜層の内の少なくとも１層が、所定の膜厚を有する第１部分と、該所定の膜厚よりも小さな膜厚を有する第２部分とを有する膜厚制御層として形成され、
   前記複数のスペーサが、前記第１部分が形成された第１基板の表面部分に配置されるスペーサと、前記第２部分が形成された第１基板の表面部分に配置されるスペーサとを含むことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１基板がカラーフィルタ基板であり、前記膜厚制御層が、色層又は該色層を覆うオーバーコート層である、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記複数のスペーサが同じ高さを有する、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 液晶層及び液晶層中に配置される複数のスペーサを挟んで相互に対向する第１基板及び第２基板を備える液晶表示装置を製造する方法において、
   前記第１基板上に形成される薄膜層の内の少なくとも１層を、所定の膜厚を有する第１部分と、該所定の膜厚よりも小さな膜厚を有する第２部分とを有する膜厚制御層としてパターニングするステップと、
   前記第１部分が形成された第１基板の表面部分と、前記第２部分が形成された第１基板の表面部分とにそれぞれスペーサを形成するステップとを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
5. 前記膜厚制御層を形成するステップが、一様な膜厚の薄膜層を形成するステップと、光透過部分、光半透過部分、及び、遮光部分を有するフォトマスクを用いて前記薄膜層を露光するステップと、前記薄膜層を現像するステップとを有し、
   前記光半透過部分に対応する薄膜層の位置に前記第１部分又は第２部分を形成する、請求項４に記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記第１基板がカラーフィルタ基板であり、前記膜厚制御層が、色層又は該色層を覆うオーバーコート層である、請求項４又は５に記載の液晶表示装置の製造方法。

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