JP2010128248A - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】指押しムラと低温気泡の両立を達成しかつ低コストで液晶表示装置を供給する。
【解決手段】アレイ基板とこれに対向するカラーフィルター基板とこれらに挟まれた液晶層からなり、該アレイ基板に当接している第１の柱状スペーサー及び該アレイ基板に当接していない第２の柱状スペーサーが該カラーフィルター基板上に形成された液晶表示装置であって、該第２の柱状スペーサーは該第１の柱状スペーサーよりも低い位置に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は２枚の基板の間隔を柱状スペーサーで保持した液晶表示装置に関する。

近年フラットパネルディスプレイとして液晶表示装置が幅広く利用されている。特に携帯電話をはじめとするモバイル機器への応用においては、軽量で薄型であることが重要である。しかし、液晶表示装置が薄型化するにつれ、以下のような問題が発生してきた。

液晶表示装置では一般に表示画面に一定以上の圧力が加わると表示部にムラが発生するが、基板が薄型化するとその傾向が強くなる。これは液晶表示装置のセルギャップを支えているスペーサーが押しつぶされて基板間隔が狭くなることが原因である。この現象を指押しムラと呼ぶ。指押しムラの対策としてスペーサー密度を上げて、圧力に対して強くすることがあげられる。

しかし、その結果、今度は低温気泡という問題が発生する。低温気泡とは、低温下での液晶の体積収縮が他の部材の体積収縮より大きいため、支持部となるスペーサーが液晶の体積変化に追随できずに真空気泡が発生する現象である。この現象の対策としては、スペーサーの密度を下げることが必要となる。

上記のように指押しムラと低温気泡の問題はスペーサーの密度に対してトレードオフの関係にある。

これを解決する方法として、特許文献１〜３には２種類の高さの柱状スペーサーを形成する方法が開示されている。
特開２００３−１２１８５７号公報 特開２００５−１２２１５０号公報 特開２００５−１０６８５６号公報

特許文献１，２には同一材料で高さ違いの柱状スペーサーを形成する方法が記載されている。これは、低温気泡に対しては高い方の柱状スペーサーだけが寄与するため低温気泡になりにくく、指押しムラに対しては低い方の柱状スペーサーも寄与するため指押しムラにもなりにくい、という技術である。しかし、２種類の高さの柱状スペーサーを別々に形成するとコストアップになる。一方、同時に形成すると、低い方の柱状スペーサーが欠損しやすいという欠点がある。

特許文献３には色層を積層する層数を変える事によって高さ違いのスペーサーを形成する方法が記載されている。この場合も、特許文献１，２と同様な効果が得られるが、小さなサイズの複数のパターンを積層するためには、各層のパターン形成位置精度を厳しく管理する必要があり、歩留の低下を招く。この問題は、画面が高精細になるほど柱状スペーサーのサイズが小さくなるため顕著になる。

本出願は上記のような問題を解決することを目的としたものであり、指押しムラと低温気泡の両立を達成し、かつ低コストで液晶表示装置を供給するものである。

上記目的を達成するために、本発明は下記の構成からなる。
（１）アレイ基板とこれに対向するカラーフィルター基板とこれらに挟まれた液晶層からなり、該アレイ基板に当接している第１の柱状スペーサー及び該アレイ基板に当接していない第２の柱状スペーサーが該カラーフィルター基板上に形成された液晶表示装置であって、該第２の柱状スペーサーは該第１の柱状スペーサーよりも低い位置に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
（２）前記第１及び第２の柱状スペーサーは、遮光部に形成されていることを特徴とする前記（１）に記載の液晶表示装置。
（３）前記カラーフィルター基板には透明保護層が形成され、前記透明保護層は少なくとも凹部を有しており、少なくとも前記透明保護層上に前記第１及び第２の柱状スペーサーが形成されていることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
（４）前記アレイ基板は透過領域と反射領域を有し、前記カラーフィルター基板における前記アレイ基板の反射領域に対応する領域にはセルギャップ調整層が形成され、前記セルギャップ調整層は少なくとも凹部を有しており、前記第１及び第２の柱状スペーサーは少なくとも前記セルギャップ調整層上に形成されており、前記第２の柱状スペーサーは前記凹部上に形成されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の液晶表示装置。
（５）前記凹部の深さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする前記（３）または（４）に記載の液晶表示装置。
（６）前記凹部底面の端部と、前記第２の柱状スペーサーの底面との最短距離が２μｍ以上であることを特徴とする前記（３）〜（５）のいずれかに記載の液晶表示装置。
（７）前記凹部底面形状が、前記第２の柱状スペーサーの底面の略相似形であることを特徴とする前記（３）〜（６）のいずれかに記載の液晶表示装置。
（８）前記透明保護層が感光性樹脂組成物であることを特徴とする前記（３）〜（７）のいずれかに記載の液晶表示装置。
（９）前記セルギャップ調整層が感光性樹脂組成物であることを特徴とする前記（４）〜（８）のいずれかに記載の液晶表示装置。
（１０）前記凹部を、半透過膜を有したフォトマスクを用いて露光したのち現像することで形成することを特徴とする前記（８）または（９）に記載の液晶表示装置の製造方法。

本発明によれば、指押ししていない場合は少数の柱状スペーサーのみがセルギャップ形成に寄与するため、低温気泡の発生を抑えることができ、指押しした場合はより多数の柱状スペーサーが寄与するため指押しムラが発生しにくい。さらに、特殊な方法を使って柱状スペーサーそのものの高さを変える必要が無いため、柱状スペーサーが欠損しやすくなったり、積層構造を形成するための歩留が落ちたりするという欠点を持たない液晶表示装置を、低コストで安定的に提供することができる。

本発明者らは、カラーフィルター基板の一部に形成した凹部に柱状スペーサーを形成することによって、液晶表示装置の指押しムラと低温気泡という、相反する問題を解決し、かつ歩留まりが高く安価な液晶表示装置を得られる、ということを見いだした。

以下、本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明でいう液晶表示装置はアレイ基板とカラーフィルター基板とそれらに狭持された液晶とからなる。

本発明でいうアレイ基板は、液晶を電気的に駆動するための基板であり、通常、基板の上に駆動用のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ゲート線、データ線、ドレイン線などの各配線、層間絶縁層、駆動用の透明電極などが形成されたものである。半透過型液晶表示装置の場合は、反射電極、反射領域用の散乱層、ギャップ調整層などが追加される場合がある。本発明のアレイ基板には上記以外にも例えば、液晶配向制御用突起など、さまざまな機能、形状などを持つパターン化層を形成しているものであっても良い。

本発明でいうカラーフィルター基板は、基板の上にパターン加工された着色層が形成されており、多くの場合着色層は赤、緑、青の３原色である。着色層の間には遮光用のブラックマトリックス層が形成されることがある。また、ブラックマトリックス層と着色層の上層には平坦化用の樹脂層が形成される事がある。また、半透過型液晶表示装置用のカラーフィルターの場合は、反射領域用のギャップ調整層が形成されることがある。また、半透過型液晶表示装置用カラーフィルターでは、着色層にはライトホールと呼ばれる穴が形成されることがある。透過領域では１回通過する光が、反射領域では２回通過するため色が濃くなってしまう。これを防止するために擬似的に反射領域だけ色を薄くするために着色層の無い領域を形成する技術がある。本発明のカラーフィルター基板には、上記以外にも例えば、液晶配向制御用突起など、さまざまな機能、形状を持つパターン化層を形成しているものであっても良い。

液晶表示装置には通常、セルギャップを形成するためのスペーサーが存在する。セルギャップは液晶表示装置の表示性能に影響する重要なパラメータであるので、スペーサーの性能は液晶表示装置にとって非常に重要である。従来スペーサーとしては樹脂からなるボール状スペーサーが使用されていたが、場所を限定することが出来ないため表示領域で光漏れの原因となってコントラストの低下を招く。このため、フォトリソグラフィーにより柱状スペーサーを形成する技術が開発された。柱状スペーサーは形成する場所をあらかじめ表示領域外に設計できるので、光漏れを防ぐことが出来る。通常柱状スペーサーはアレイ基板、カラーフィルター基板のいずれに形成しても良いが、本発明ではカラーフィルター基板に形成する必要がある。

本発明の液晶表示装置の概要を図１に示す。カラーフィルター基板１には凹部２を形成し、凹部２の領域外及び領域内のそれぞれに柱状スペーサー３ｍ、３ｓを形成する。このとき、柱状スペーサー単体の高さは凹部２の領域内外に関わらずほぼ等しくなるため、凹部２の領域内に形成した柱状スペーサー３ｓの頂点は、凹部２の領域外に形成した柱状スペーサー３ｍの頂点よりも低い位置となる。カラーフィルター基板１とアレイ基板４を貼り合わせて液晶表示装置を作成するが、そのときに凹部２の領域外に形成した柱状スペーサー３ｍがアレイ基板４に当接し（これをメインの柱状スペーサーと呼ぶ）、凹部２の領域内に形成した柱状スペーサー３ｓはアレイ基板４に当接しない（これをサブの柱状スペーサーと呼ぶ）。メインの柱状スペーサーを少なくすることにより、低温時の液晶の体積変化に追従することができ、低温気泡の発生を防止できる。また、液晶表示装置の表面に圧力をかけたときにはサブの柱状スペーサーがアレイ基板４に当接し、指押しムラの発生を防止できる。

柱状スペーサーおよび凹部の配置場所は、カラーフィルター基板の遮光用のブラックマトリックス層上に形成されることが好ましい。遮光部以外に形成された場合、表示のじゃまになり輝度が低下したり、柱状スペーサーや凹部の周辺部で配向が乱れて光漏れを起こしたりする可能性があるからである。

凹部は、カラーフィルター基板の透明保護層またはギャップ調整層を流用して形成することが好ましい。透明保護層やギャップ調整層は既に平坦化やギャップ調整の機能を得るために形成されている層であり、コストアップすることなく凹部を追加することができる。

凹部の深さｈは好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以上０．８μｍ以下である。０．１μｍ未満になると、圧力を受けない状態でもサブの柱状スペーサーがカラーフィルター基板に当接しやすくなる。１．０μｍより大きくなると、圧力を受けた状態でもサブの柱状スペーサーがカラーフィルター基板に当接しにくくなる。

凹部底面の端部とサブの柱状スペーサーの底面との任意の位置での距離、すなわち最短距離ｄは、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは２．５μｍ以上である。この距離が２μｍ未満になると、サブの柱状スペーサーの高さが凹部周辺に影響されて不安定となる。

凹部の形状は、サブの柱状スペーサーと相似形であることが好ましい。相似形でない場合、凹部底面の端部とサブの柱状スペーサーの底面との任意の位置での距離が一定でないため、サブの柱状スペーサーの高さが不安定となる。

カラーフィルターのブラックマトリクス層に用いる遮光材ついては、特に限定されず、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属あるいは金属化合物からなる薄膜を蒸着法やスパッタ法などの真空成膜法等で成膜した薄膜を用いても良く、カーボンブラック、酸化チタン、鉄黒、アニリンブラック、有機顔料等とバインダー樹脂を混合した樹脂ブラックマトリクスとしても良い。

着色層に使用される材料は特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリイミド樹脂などの１種あるいは２種以上の混合物およびこれらの樹脂に染料または顔料などの着色剤を分散混合して、赤、緑、青等に着色した画素を形成したものが用いられる。この着色層の形成方法としては染色法、顔料分散法（フォトリソ法）、転写法、印刷法、および電着法などを適宜用いることが可能である。特に、顔料分散法では、高精細なパターン加工が可能であり、好ましく用いられる。

バインダー樹脂に着色材量を分散混合させてできるカラーペーストは、それ自身に感光性を持たせても良く、非感光性であってもよい。カラーペーストが非感光性である場合は、カラーペーストを塗布、セミキュア後、さらにその上にレジスト材料を塗布、乾燥し、露光、現像することでパターン加工が可能となる。

透明保護層をパターン加工する必要がない場合、非感光性樹脂組成物を使用する事が出来るが、その場合、その樹脂成分について特に限定はなく、エポキシ樹脂、アクリルエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シロキサンポリマ、ポリイミド、ケイ素含有ポリイミド、ポリイミドシロキサン等を用いることができる。

透明保護層をパターン加工する必要がある場合の材料、および柱状スペーサー、ギャップ調整層などの材料については感光性の樹脂組成物が使用出来る。感光性樹脂組成物としては特に限定されるものではなく、ポリマー、光重合性モノマー、光重合開始剤等を含有する、いわゆるネガ型の感光性樹脂組成物であってもよく、ナフトキノンジアジド化合物等の光酸発生剤を含有するポジ型の感光性樹脂組成物であってもよい。

非感光性樹脂組成物、ならびに感光性樹脂組成物を塗布する方法としては、ディップ法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ダイコーティング法、ダイコーティングとスピンコーティング併用法、ワイヤーバーコーティング法などが好適に用いられる。基板上に感光性樹脂組成物を塗布した後、風乾、減圧乾燥、加熱乾燥などにより、溶媒を除去し、感光性樹脂組成物の塗膜を形成する。オーブンあるいはホットプレートでセミキュアを行う前に、減圧乾燥工程を設けることにより、対流によって生じる塗布欠点が解消されより好ましい。続いて、フォトリソグラフ加工の露光工程を行う。該感光性樹脂組成物の塗膜上にマスクを設置し、超高圧水銀灯、ケミカル灯、高圧水銀灯等を用いて、紫外線により選択的に露光する。

露光装置は特に限定されるわけではないが、フォトマスクを基板上の５００μｍ以内に設置して露光するプロキシミティ露光機や、ミラープロジェクション露光機、ステッパー露光機などを使用することができる。

露光量は特に限定されるわけではないが、３６５ｎｍにおける放射照度の時間積分値で表した場合、フォトマスクの遮光膜が形成されていない領域を透過する光量は３０〜５００ｍＪ／ｃｍ^２が好ましい。

凹部の形成方法としてはフォトリソグラフィー加工が好適に用いられ、その際に使用されるフォトマスクとしては、通常のバイナリーマスク、ハーフトーンマスクいずれも好適に用いられる。特に凹部のサイズが小さい場合は通常のバイナリーマスクが好適に使用される。凹部のサイズが大きい場合はハーフトーンマスクが好適に用いられる。

ハーフトーンマスクは光を０．１％以下に遮光する遮光領域と、遮光膜がなく光を透過する透過領域と、光を１０％から９０％の間で透過する半透過領域の三種類の透過率の領域を持つマスクである。ハーフトーンマスクを介して露光することで、露光される領域、低露光量で露光される領域、露光されない領域をつくることができる。マスクに形成する半透過領域は透過率が１種類でもよいが、複数の異なる透過率を持つ半透過領域を形成することもできる。

ハーフトーンマスクを介して感光性樹脂を露光することで、露光量の差が現像液に対する溶解度の差となって、複数の膜厚構造を加工することができる。ネガ材料の場合では、ハーフトーンで低露光される領域は露光された部分よりも薄くなり、露光されなかった部分にはパターンが形成されない。ポジ材料の場合では、ハーフトーンで低露光される領域は、露光されなかった部分よりも薄くなり、露光された領域はパターンが形成されない。

ハーフトーンマスクに形成される半透過領域は光を半透過する膜を形成する方法や、２μｍ以下のラインやスペースなどを形成して、平均的に半透過領域を形成する方法があり、どちらも用いることができる。

ハーフトーンマスクの半透過領域では、光を１０％から９０％透過する領域が形成されるので、遮光膜が形成されていない領域を透過する光量が３００ｍＪ／ｃｍ^２のときには、半透過領域では３０から２７０ｍＪ／ｃｍ^２の光量となる。半透過領域の透過率は、感光性材料の感度や、形成する膜厚によって適宜選択されるが、感光性材料がネガ型材料の場合には、半透過領域の透過率は１０から６０％の範囲が好ましく用いられ、感光性材料がポジ型材料の場合には、半透過領域の透過率は４０から９０％の範囲が好ましく用いられる。

凹部を形成する透明保護膜あるいはギャップ調整層の現像が行われる現像工程において、現像液は有機アルカリ現像液と無機アルカリ現像液のどちらも用いることができる。無機アルカリ現像液では炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムの水溶液などが好適に用いられる。有機アルカリ現像液ではテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液、メタノールアミンなどのアミン系水溶液が好適に用いられる。これら現像液のアルカリ性物質の濃度は特に限定されるわけではないが、通常０．０１〜５０質量％、好ましくは０．０５〜５質量％である。また、現像液には界面活性剤も好ましく用いられ、非イオン系界面活性剤などを０．０１〜１０質量％、より好ましくは０．１〜５質量％添加することでパターン形状を向上させることもできる。

アルカリ現像はディップ現像、シャワー現像、パドル現像などの方法が可能であり、これらを組み合わせても良い。現像後はアルカリ現像液を除去するために適宜純水などによる洗浄工程を加えても良い。

現像工程を経て得られた透明保護膜あるいはギャップ調整層を、その後、加熱処理する。加熱処理は通常、空気中、窒素雰囲気中、あるいは、真空中などで、１８０〜３００℃、好ましくは１８０〜２６０℃の温度のもとで、０．２５〜５時間、連続的または段階的に行われる。

凹部の深さをコントロールするパラメータとしては、材料組成、フォトマスク設計、セミキュア温度などがあげられる。材料組成としては感度、ポリマー／モノマー比、紫外線吸収剤量、重合禁止材の量などがある。フォトマスクの設計としては凹部の露光量を変更できるような設計が考えられる。三種類の領域を有したフォトマスクの場合は半遮光膜の透過率がこれにあたる。セミキュア温度としては温度を上げれば溶解性が下がるため凹部深さは浅くなり、温度を下げれば溶解性が上がるため、凹部深さは深くなる。

液晶表示装置の表示モードについては、特に限定はないが、コントラストに優れるアクティブマトリクス方式液晶表示装置が好ましく、さらにはノーマリーブラック型の液晶表示装置への適用がより好ましい。具体的には、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）方式、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）方式、ＶＡ（垂直配向）方式、ＰＷＡ（ピンホイール配向）方式などが挙げられる。ＶＡ方式については、複数のドメインを持つよう配向制御用の突起物を形成したいわゆるＭＶＡ（マルチドメインＶＡ）方式でもよく、また透明電極をパターンニングした、いわゆるＰＶＡ（パターンドＶＡ）方式でも良い。
以下に本発明の実施の例を示すが、実施の形態については、本実施例に特に制限されるものではない。

実施例１
＜カラーフィルター基板の作成＞
無アルカリガラス基板上に、公知の方法によりポリイミド樹脂、チタンブラックを含有する樹脂ブラックマトリクスを準備・加工し、画素ピッチ５１μｍ、線幅６μｍの樹脂ブラックマトリクス層付きの透明基板を得た。次に、ポリイミド樹脂、着色顔料を含む非感光性ペーストを塗布し、公知の方法によりポリイミド樹脂からなる着色層を得た。着色層には半透過型に使用できるように、ライトホールを形成した。ライトホールの形状は、赤画素が２０μｍφの円形、緑画素が３２μｍ×４５μｍ幅の長方形とし、青画素には形成しなかった。

次に透明保護層用の非感光性樹脂組成物を準備した。トリメリット酸 ６５．０５ｇをγ−ブチロラクトン ２８０ｇに溶解した後に、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン ７４．９５ｇを添加し、１２０℃で２時間加熱した。得られた溶液 ２０ｇに、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル ７ｇ、ジエチレングリコールジメチルエーテル １５ｇを加えて、室温（約２３℃）で、２時間攪拌して、平坦化層用非感光性樹脂溶液組成物を得た。

得られた非感光性樹脂溶液組成物を着色層まで形成した前記基板に、本キュア後の厚さが１．５μｍとなるように塗布し、熱風オーブンで２３０℃で３０分加熱することにより透明保護層を形成した。

本実施例ではギャップ調整層に凹部を形成することにした。ギャップ調整層用の感光性樹脂組成物を以下のように準備した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３質量％溶液）７０．０ｇ、多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．０ｇ、光重合開始剤として２−メリル−１−「４−（メチルチオ）フェニル」−２−モルフォリノプロパン−１−オンを１０．０ｇ、溶剤としてシクロペンタノン２１７．５ｇを加え、アクリル樹脂濃度（アクリル共重合体とモノマの合計濃度）２０質量％の感光性透明樹脂組成物（Ａ）を得た。

得られた感光性樹脂溶液組成物を、本キュア後の膜厚が厚さ２．０μｍとなるように、透明保護層まで形成した前記基板上に塗布し、熱風オーブンで９０℃で５分加熱することにより、セミキュア処理した感光性樹脂組成物からなる樹脂層を得た。

次に、キャノン株式会社製紫外線露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、ギャップ調整層を形成する領域には透過膜を、凹部を形成する領域には透過率４０％の半透過膜を、その他の領域には遮光膜を形成したフォトマスクを介して、１２０ｍＪ/ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．５％の水溶液からなる現像液に９０秒浸漬して現像した。熱風オーブンにより２３０℃で３０分熱処理し、ギャップ調整層を形成した。ギャップ調整層は画素を横断する線幅７５μｍのストライプ形状であり、ライトホール覆って平坦化するように形成した。

また凹部の形成位置は、全ての赤画素と青画素の遮光部とし、密度は赤画素、青画素それぞれに対して１個／画素とした。凹部の大きさはボトムサイズが２０μｍφの円形とした。凹部の深さを測定したところ、０．５μｍであった。深さの評価は東京精密株式会社製膜厚測定器“サーフコム１５００Ａ”を用い、針圧１０ｍｇ／ｃｍ^２、スキャンスピードは１０μｍ／ｓｅｃで行った。

次に、前記基板に透明電極としてＩＴＯを製膜した。

次に、柱状スペーサー用の感光性樹脂組成物を以下のように準備した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３質量％溶液）７０．０ｇ、多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．０ｇ、光重合開始剤として２−メリル−１−「４−（メチルチオ）フェニル」−２−モルフォリノプロパン−１−オンを１０．０ｇ、溶剤としてシクロペンタノン２１７．５ｇを加え、アクリル樹脂濃度（アクリル共重合体とモノマの合計濃度）２０質量％の感光性透明樹脂組成物（Ａ）を得た。

得られた感光性樹脂溶液組成物を、本キュア後の膜厚が厚さ１．５μｍとなるように、ＩＴＯ成膜した前記基板上に塗布し、熱風オーブンで９０℃で５分加熱することにより、セミキュア処理した感光性樹脂組成物からなる樹脂層を得た。

次に、キャノン株式会社製紫外線露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、バイナリーフォトマスクを介して、１２０ｍＪ/ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．５％の水溶液からなる現像液に９０秒浸漬して現像した。熱風オーブンにより２３０℃で３０分熱処理し、柱状スペーサーを形成し、柱状スペーサーの大きさは、ボトムサイズが１５μｍφの円形とした。

また柱状スペーサーの形成位置は、全ての赤画素、青画素、緑画素の遮光部とし、密度は各色画素に対して１個／画素とした。また、赤画素及び青画素の遮光部に形成した柱状スペーサーについては、既に形成されている凹部の略中央にそれぞれ形成した。すなわち、赤画素及び青画素に形成した柱状スペーサーがサブの柱状スペーサーであり、緑画素に形成した柱状スペーサーがメインの柱状スペーサーである。なお、凹部の直径が２０μｍに対してスペーサーの直径が１５μｍであるので、凹部底面の端部とサブの柱状スペーサーとの最短距離は２．５μｍとなる。このとき、ギャップ調整層の凹部が形成されていない表面から柱状スペーサー頂点までの高さは、サブの柱状スペーサーは１．１μｍ、メインの柱状スペーサーは１．５μｍであった。

以上のようにして、カラーフィルター基板を得た。
＜アレイ基板の作成＞
次にアレイ基板を作成した。無アルカリガラス基板上に、公知の方法でＴＦＴ素子、反射電極、画素電極、散乱膜などを形成した。
＜液晶表示装置の作成＞
カラーフィルター基板、アレイ基板の双方にポリイミド配向膜を設け、ラビング処理を施した。アレイ基板にマイクロロッドを練り込んだシール剤を印刷し、２つの基板を貼り合わせた後に、シール部に設けられた注入口から液晶を注入した。液晶の注入は、空セルを減圧下に放置後、注入口を液晶槽に浸漬し、常圧に戻すことにより行った。液晶を注入後、注入口を封止し、さらに偏光板を基板の外側に貼り合わせ、液晶表示装置を作成した。得られた液晶表示装置の概要を図２に示す。ただし、図２からは、ＩＴＯ、ポリイミド配向膜、液晶、ＴＦＴ素子、反射電極、画素電極、散乱膜、偏光板などを省略してある。
＜パネルの評価＞
指押し試験は、プッシュプルゲージを用いて、先端が平坦な圧子（先端部面積７８ｃｍ２）を液晶表示装置面に垂直に押し当て、緩衝用ゴムを介して３ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を荷重が均一にかかるようにし、１分間保持したとき輝度ムラの有無を目視で評価した。判定基準としては偏光板２枚（並行ニコル）を介して観察しても見える場合を不良とした。また、偏光板１枚を介して観察し、見えない場合を良好な結果と判定した。

低温気泡試験は、液晶表示装置を−３０℃環境下で５００時間放置して評価した。判定基準としてはその状態で気泡が発生した場合を不良とした。また、１ｍの高さから落下させて１分後に気泡が発生していなかった場合、良好な結果と判定した。前記によって得られた液晶表示装置を用いて、指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、いずれの試験においても非常に良好な結果が得られた。

実施例２
実施例１において、ギャップ調整層のセミキュア温度を８０℃にすることにより、凹部の深さを０．９μｍとした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、いずれの試験においても良好な結果が得られた。

実施例３
実施例１において、ギャップ調整層のセミキュア温度を１００℃にすることにより、凹部の深さを０．２μｍとした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、いずれの試験においても良好な結果が得られた。

実施例４
本実施例では透明保護層に凹部を形成することにした。透明保護層用の感光性樹脂組成物を以下のように準備した。アクリル共重合体溶液（ダイセル化学工業株式会社製サイクロマーＰ、ＡＣＡ−２５０、４３質量％溶液）７０．０ｇ、多官能モノマーとしてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３０．０ｇ、光重合開始剤として２−メリル−１−「４−（メチルチオ）フェニル」−２−モルフォリノプロパン−１−オンを１０．０ｇ、溶剤としてシクロペンタノン２１７．５ｇを加え、アクリル樹脂濃度（アクリル共重合体とモノマの合計濃度）２０質量％の感光性透明樹脂組成物（Ａ）を得た。

得られた感光性樹脂溶液組成物を、本キュア後の膜厚が厚さ１．５μｍとなるように、実施例１の着色層まで形成した前記基板上に塗布し、熱風オーブンで９０℃で５分加熱することにより、セミキュア処理した感光性樹脂組成物からなる樹脂層を得た。

次に、キャノン株式会社製紫外線露光機ＰＬＡ−５０１Ｆを用い、透明保護層を形成する領域には透過膜を、凹部を形成する領域には透過率４０％の半透過膜を、その他の領域には遮光膜を形成したフォトマスクを介して、１２０ｍＪ/ｃｍ^２（３６５ｎｍの紫外線強度）で露光した。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの０．５％の水溶液からなる現像液に９０秒浸漬して現像した。さらに熱風オーブンにより２３０℃で３０分熱処理し、透明保護層を形成した。また凹部の形成位置は、全ての赤画素と青画素の遮光部とし、密度は赤画素、青画素それぞれに対して１個／画素とした。凹部の大きさはボトムサイズが２０μｍφの円形とした。凹部の深さを測定したところ、０．５μｍであった。深さの評価は東京精密株式会社製膜厚測定器“サーフコム１５００Ａ”を用い、針圧１０ｍｇ／ｃｍ^２、スキャンスピードは１０μｍ／ｓｅｃで行った。

次に、前記基板に透明電極としてＩＴＯを製膜し、以降は実施例１と同様に柱状スペーサーを形成してカラーフィルター基板を作成し、これをもちいて図３に示す液晶表示装置を得た。ただし、図３からは、ＩＴＯ、ポリイミド配向膜、液晶、ＴＦＴ素子、反射電極、画素電極、散乱膜、偏光板などを省略してある。

実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、いずれの試験においても良好な結果が得られた。

比較例１
実施例１において、ギャップ調整層の凹部を形成せずに、その他は実施例１と同様に液晶表示装置を作成した。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、指押し試験においては良好な結果が得られたが、低温気泡試験で不良となった。アレイと当接する柱状スペーサーの密度が高くなったためにセルが硬くなりすぎたため、液晶の体積変化にセルの体積変化が柔軟に追従出来なかった結果であると判断できる。

比較例２
実施例１において、ギャップ調整層の凹部を形成せず、実施例１におけるメインの柱状スペーサーを形成した位置にのみ柱状スペーサーを形成し、サブの柱状スペーサーを形成した位置には柱状スペーサーを形成せずに、その他は実施例１と同様に液晶表示装置を作成した。すなわち、柱状スペーサーの密度は比較例１の１／３の数とした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、低温気泡試験においては良好な結果が得られたが、指押し試験で不良となった。柱状スペーサーの密度が低くて柔らかすぎたため、指押しした際に柱状スペーサーの変形が大きすぎ、元に戻りにくくなってしまったと判断できる。

比較例３
実施例１において、ギャップ調整層の凹部を形成せず、柱状スペーサーの高さを２種類にして形成した。実施例１と同様に、フォトリソ法によって高さ１．５μｍ、ボトムサイズ１５μｍφのメインの柱状スペーサーを、全ての緑画素の遮光部に形成した。赤画素と青画素の遮光部にも同時にサブの柱状スペーサーを形成したが、メインの柱状スペーサーがフォトマスクの光透過部（透過率ほぼ１００％）を用いて形成しているのに対し、サブの柱状スペーサーは光の透過率が３０％となる半透過膜を用いて形成した。このとき、サブの柱状スペーサーの高さは１．１μｍ、ボトムサイズは１５μｍφであった。出来上がったアレイ基板を観察すると、サブの柱状スペーサーは所々で欠落していた。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、低温気泡試験においては良好な結果が得られたが、指押し試験で不良となった。指押し試験時に機能するはずのサブの柱状スペーサーが一部で欠落していたため、局所的に弱い部分が出来、柱状スペーサーの変形が大きすぎ、元に戻りにくくなってしまったと考えられる。

実施例５
実施例１において、ギャップ調整層のセミキュア温度を７５℃にすることにより、凹部の深さを１．１μｍとした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、低温気泡試験においては良好な結果が得られたが、指押し試験で不良となった。凹部が深すぎたために、指押し試験時に機能するはずのサブの柱状スペーサーが機能しなかったためと考えられる。

実施例６
実施例１において、ギャップ調整層のセミキュア温度を１１０℃にすることにより、凹部の深さを０．０６μｍとした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、指押し試験においては良好な結果が得られたが、低温気泡試験で不良となった。凹部深さが浅すぎたために、柱状スペーサーの高さや凹部の深さのバラツキの範囲に入ってしまい、押し込まない状態でもサブの柱状スペーサーがセルギャップ形成に寄与しやすくなったためと考えられる。

実施例７
実施例１において、カラーフィルター基板の凹部のボトムサイズを１８μｍφの円形とした。すなわち、凹部のボトムサイズは柱状スペーサーのボトムサイズより３μｍ大きく、凹部端部と柱状スペーサー底面との距離は１．５μｍということになる。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、指押し試験においては良好な結果が得られたが、低温気泡試験において若干の不良が見られた。凹部が小さすぎるために、サブの柱状スペーサーを形成する際に凹部でない領域の影響を受けてサブの柱状スペーサーの高さが不安定になり、押し込まない状態でもサブの柱状スペーサーの一部がセルギャップ形成に寄与しやすくなったためと考えられる。

実施例８
実施例１において、カラーフィルター基板の凹部の形状を２０μｍ角の正方形とした。実施例１と同様の指押し試験及び低温気泡試験を実施した結果、指押し試験においては良好な結果が得られたが、低温気泡試験においては若干の不良が見られた。凹部端部と柱状スペーサー底面との距離が不均一であるため、サブの柱状スペーサーを形成する際に凹部でない領域の影響を受けてサブの柱状スペーサーの高さが不安定になり、押し込まない状態でもサブの柱状スペーサーの一部がセルギャップ形成に寄与しやすくなったためと考えられる。

実施例９
実施例１において、カラーフィルター基板の凹部および柱状スペーサーの配置を画素の表示部内とした。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施したところ、非常に良好な結果であった。これは画素内に凹部および柱状スペーサーを配置したため、ＢＭ上に配置する場合よりも高さが安定しているためと考えられる。ただし、凹部と柱状スペーサーが表示領域を妨げているので、実施例１の表示装置に比べて若干輝度が低い結果であった。

実施例１０
実施例１において、ギャップ調整層に凹部を形成せず、フォトリソ法によって高さ１．５μｍ、ボトムサイズ１５μｍφのメインの柱状スペーサーを、全ての緑画素の遮光部におけるギャップ調整層上に形成した。サブの柱状スペーサーは赤画素と青画素の遮光部におけるギャップ調整層の無い領域に同時に形成した。このとき、サブの柱状スペーサーの高さは１．５μｍ、ボトムサイズは１５μｍφであった。実施例１と同様の指押し試験および低温気泡試験を実施した結果、低温気泡試験においては良好な結果が得られたが、指押し試験で不良となった。サブの柱状スペーサーがアレイ基板に届かず、指押しした際にメインの柱状スペーサーの変形が大きすぎ、元に戻りにくくなってしまったと判断できる。

本発明の液晶表示装置の概略を示す模式図である。 本発明の実施例を示す模式図である。 本発明の実施例を示す模式図である。

符号の説明

１ カラーフィルター基板
２ 凹部
３ 柱状スペーサー
４ アレイ基板
ｄ 凹部深さ
ｈ 凹部底面端部とサブの柱状スペーサーの底面との距離
８ 遮光層
９ 着色層
１０ 透明保護層
１１ ギャップ調整層

Claims (10)

1. アレイ基板とこれに対向するカラーフィルター基板とこれらに挟まれた液晶層からなり、該アレイ基板に当接している第１の柱状スペーサー及び該アレイ基板に当接していない第２の柱状スペーサーが該カラーフィルター基板上に形成された液晶表示装置であって、該第２の柱状スペーサーは該第１の柱状スペーサーよりも低い位置に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１及び第２の柱状スペーサーは、遮光部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記カラーフィルター基板には透明保護層が形成され、前記透明保護層は少なくとも凹部を有しており、少なくとも前記透明保護層上に前記第１及び第２の柱状スペーサーが形成され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。
4. 前記アレイ基板は透過領域と反射領域を有し、前記カラーフィルター基板における前記アレイ基板の反射領域に対応する領域にはセルギャップ調整層が形成され、前記セルギャップ調整層は少なくとも凹部を有しており、前記第１及び第２の柱状スペーサーは少なくとも前記セルギャップ調整層上に形成されており、前記第２の柱状スペーサーは前記凹部上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記凹部の深さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の液晶表示装置。
6. 前記凹部底面の端部と、前記第２の柱状スペーサーの底面との最短距離が２μｍ以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液晶表示装置。
7. 前記凹部底面形状が、前記第２の柱状スペーサーの底面の略相似形であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記透明保護層が感光性樹脂組成物であることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。
9. 前記セルギャップ調整層が感光性樹脂組成物であることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記凹部を、半透過膜を有したフォトマスクを用いて露光したのち現像することで形成することを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。

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