JP2013127563A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配向膜削れを抑制し、ＴＦＴ基板と対向基板との位置ずれを抑制し、対向基板を押した場合に元に戻る時間を短縮した液晶表示装置を実現する。
【解決手段】対向基板には、柱状スペーサが形成され、ＴＦＴ基板には台座が形成されている。柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、柱状スペーサの凹部に対応して台座が形成されており、凹部は、端部が開放されて、柱状スペーサの側壁とつながっている。したがって、液体の配向膜材料が凹部に溜まって配向膜が厚く形成されることが無いので、配向膜削れを防止することが出来る。柱状スペーサ先端の凸部の存在によって、ＴＦＴ基板と対向基板の位置ずれを防止できるとともに、対向基板から押圧を除去した際の戻り時間を短縮できる。
【選択図】図２

Description

本発明は，液晶表示装置に係り，特に配向膜の削れ屑に起因する輝点を対策した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置では、対向基板とＴＦＴ基板における液晶層との界面に配向膜を形成し、配向膜にラビング処理あるいは光配向処理を施すことによって液晶分子を初期配向させている。そして、この初期配向からの液晶分子を電界によって捩るあるいは、回転させることによって、液晶層を透過する光の量を制御している。

一方、液晶層の厚さを制御するために、対向基板とＴＦＴ基板との間にスペーサを形成する必要がある。従来は、スペーサとしてビーズ等を液晶層内に分散していたが、近年、ＴＦＴ基板と対向基板間の、より正確なギャップの制御のために、対向基板に柱状スペーサを形成し、柱状スペーサによって、ＴＦＴ基板と対向基板のギャップを制御することが行われている。

一方、柱状スペーサを用いることによって新たな問題も生ずる。「特許文献１」、「特許文献２」、「特許文献３」には、柱状スペーサをＴＦＴ基板に形成した場合、柱状スペーサの周辺に配向膜のたまりが生じて、その部分での配向膜の膜厚が大きくなることを防止するために、柱状スペーサの先端部分に凹部を形成し、この部分に配向膜を留めることによって柱状スペーサの周辺の配向膜の厚さが大きくなることを防止している。

「特許文献４」では、柱状スペーサの先端部に例えば同心円状の溝を形成し、この溝に配向膜の液をためることによって、乾燥後の配向膜の削れを防止する構成が記載されている。また、この構成によって柱状スペーサと対向する台座の大きさの自由度を確保している。

「特許文献５では、柱状スペーサに対向する台座の面に溝を形成し、柱状スペーサと台座との接触面積を調整するとともに、基板を外部から押した場合の復元時間の短縮を図る構成が記載されている。

特開２０００−１２２０７１号公報 特開２００１−３３７９０号公報 特開２００２−２２９０４０号公報 特開２００９−２５５２９号公報 特開２００７−９４３７２号公報

例えば、柱状スペーサが対向基板に設けられると、ＴＦＴ基板には、柱状スペーサと対向する部分に台座が設けられる。ＴＦＴ基板に設けられる台座の役割は、柱状スペーサが接触する部分における配向膜の削れを防止する、対向基板を押した場合に、柱状スペーサのずれを防止するあるいは押し圧力による応力を調整する等である。

しかし、従来の技術では、これらの効果は十分ではなかった。例えば、特許文献１〜３に記載の技術では、ＴＦＴ基板に形成された柱状スペーサの頂上部に凹部を形成して、柱状スペーサ周辺に配向膜の液溜りが生ずることを防止しているが、この構成では、柱状スペーサが対向基板と接触する部分において、柱状スペーサの頂上における凹部に厚く形成された配向膜が剥がれ落ちて、この剥がれ屑が輝点の原因になるという問題が生ずる。

「特許文献４」に記載の技術では、柱状スペーサの頂上に形成された同心円状の溝に配向膜が厚く形成され、この厚く形成された配向膜が、台座との接触によって剥がれるという問題を生ずる。また、「特許文献４」の構成では、柱状スペーサの位置ずれに対しては十分な効果を得られない。

「特許文献５」に記載の技術では、台座に溝を設けているが、この溝部分に配向膜が厚く形成され、この部分の配向膜が剥がれ落ちるという問題点を有している。また、この構成は、柱状スペーサの位置ずれを抑制することは困難である。

本発明の課題は、柱状スペーサと台座の間での配向膜削れを防止すること、柱状スペーサの位置ずれを防止すること、対向基板を押した場合に、柱状スペーサが破壊されることなく、かつ、押圧を解除した場合に、もとの状態に早期に復帰することである。

本発明は上記課題を克服するものであり、代表的な手段は次のとおりである。すなわち、走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、前記凹部に対応して前記台座が形成されており、前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっていることを特徴とする液晶表示装置である。

この場合、通常状態、すなわち、対向基板に押圧が加わっていない場合に、台座と柱状スペーサの凹部が接触しており、柱状スペーサの凸部はＴＦＴ基板と接触していない場合と、柱状スペーサの凸部とＴＦＴ基板とが接触しており、台座と柱状スペーサの凹部は接触していない場合とがある。

また、柱状スペーサの先端に形成された凸部と凹部は種々の形状をとることが出来る。また、２種以上の柱状スペーサを組み合わせて全体として、所期の効果を挙げることができる場合もある。

本発明によれば、柱状スペーサの先端に凸部と凹部を設け、凹部は、端部において開放され、柱状スペーサの側面とつながっているので、凹部に配向膜が厚く形成されることが無いので、柱状スペーサと台座の接触に起因する配向膜削れを防止することが出来る。

また、本発明によれば、柱状スペーサの先端に形成された凸部が台座に対するストッパーになるので、柱状スペーサの位置ずれを防止することが出来る。

さらに本発明によれば、１個の柱状スペーサ内に台座と常時接触する箇所と、対向基板を押した場合に台座と接触することになる部分を有しているので、押圧を分散することが出来、かつ、押圧を解除した時に、早期に元の状態に復帰することが出来る。また、対向基板を押した場合の柱状スペーサの破壊を免れることが出来る。

本発明における、液晶表示装置の平面図である。 実施例１の断面図である。 実施例１の柱状スペーサと台座の関係を示す平面図である。 実施例１の他の態様を示す断面図である。 実施例１のさらに他の態様を示す平面図である。 実施例２の第１の柱状スペーサと台座の関係を示す平面図である。 実施例２の第２の柱状スペーサと台座の関係を示す平面図である。 実施例２における第１と第２の柱状スペーサの配置を示す例である。 実施例２における第１と第２の柱状スペーサの配置を示す他の例である。 実施例２における柱状スペーサの形状と台座の関係を示す変形例である。 実施例２における柱状スペーサの形状と台座の関係を示す他の変形例である。 実施例３における柱状スペーサと台座の関係を示す断面図である。 実施例３における柱状スペーサと台座の関係を示す平面図である。 実施例３における柱状スペーサと台座の関係の他の例を示す断面図である。 実施例３における柱状スペーサの配置例である。 実施例４を示す平面図である。 実施例４の断面図である。 実施例４の詳細平面図である。 実施例５の断面図である。 実施例６の平面図である。 実施例６の断面図である。 ラビング配向を用いる場合の問題点を示す平面図である。

以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される液晶表示装置の画素部の平面図である。図１において、走査線１０１が横方向に延在し、縦方向に配列している。また、映像信号線１１１が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１０１と映像信号線１１１に囲まれた領域に画素電極１０６が形成されている。画素電極１０６は平面ベタで形成され、その上に図示しない、無機パッシベーション膜が積層され、その上にスリット１０８１を有する対向電極１０８が形成されている。対向電極１０８は各画素共通に形成されている。

走査線１０１の上には、半導体層１０３が形成され、半導体層１０３の上にはドレイン電極１０４とソース電極１０５が積層されている。ドレイン電極１０４は映像信号線１１１から分岐したものであり、ソース電極１０４は画素電極１０６と接続している。画素電極１０６にソース電極１０４を介して電圧が供給されると、対向電極１０８のスリット１０８１を介して液晶層３００に電界が及び、液晶分子を回転させ、液晶層３００を透過する光の量が制御される。図１において、走査線１０１上に台座１２０が形成され、この台座１２０に対し、対向基板２００に形成された柱状スペーサ２１０が接触している。

図２は、図１のA-Aに対応する断面図である。図２において、対向基板２００のオーバーコート膜２０３に形成された柱状スペーサ２１０の先端部の凹部２１２にＴＦＴ基板１００に形成された台座１２０が接触している。図において、ＴＦＴ基板１００の上に走査線１０１が形成され、その上にゲート絶縁膜１０２が形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に台座用基礎１３０が形成されている。この台座用基礎１３０に対応して台座１２０が形成される。

台座用基礎１３０は、必要な高さに応じて半導体層１０３あるいは金属層が積層される。積層可能な層としては、半導体層１０３が１５０ｎｍ、ソース・ドレイン電極１０５，１０４が２００ｎｍ、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成される画素電極１０６が７０ｎｍ等である。したがって、すべての膜を積層すると、４２０ｎｍ程度とすることが出来る。

ゲート絶縁膜１０１および台座用基礎１３０を覆ってSiNによる無機パッシベーション膜１０７が形成され、その上に対向電極１０８が形成されている。走査線１０１の上の対向電極１０８はベタ膜で形成されている。すなわち、対向電極１０８は、画素部でのみスリット１０８１を有している。対向電極１０８を覆って配向膜１０９が形成されている。配向膜１０９の厚さは７０ｎｍ程度である。図２において、台座用基礎１３０に対応して、柱状スペーサ２１０と接触する台座１２０が形成されている。

図２において、対向基板２００にはブラックマトリクス２０１が形成され、その上にオーバーコート膜２０３が形成されている。オーバーコート膜２０３の上に柱状スペーサ２１０が形成されている。柱状スペーサ２１０は、例えば、アクリル樹脂をフォトリソグラフィによって形成する。柱状スペーサ２１０の先端には凸部２１１と凹部２１２が形成され、図２では、柱状スペーサ２１０の凹部２１２に台座１２０が接触してＴＦＴ基板１００と対向基板２００を所定の間隔に保っている。柱状スペーサ２１０の先端の凹部２１２と凸部２１１は、例えば、ハーフトーン露光によって形成することが出来る。オーバーコート膜２０３および柱状スペーサ２１０を覆って配向膜１０９が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間には液晶３００が充填されている。

図３は、台座部における柱状スペーサ２１０と台座１２０の関係を示す平面図である。図２に示すように、柱状スペーサ２１０の断面は台形をしているので、柱状スペーサ２１０の根元の幅が広い方を下底２１６といい、先端の幅が狭い方を上底２１５という。柱状スペーサ２１０の先端は平坦ではなく、凸部２１１と凹部２１２が形成されている。図３において、斜線を施した部分が凸部２１１であり、その他が凹部２１２である。

図３において、凹部２１２は溝状となっており、溝は両端部において開放されている。すなわち、凸部を介することなく、柱状スペーサ２１０の側面とつながっている。つまり、凹部２１２は全周が凸部２１１で囲まれているわけではない。この点が公知例と大きく異なる。したがって、液体の状態の配向膜１０９を塗布した後、配向膜１０９は、柱状スペーサ２１０の先端の凹部２１２、すなわち、溝、に留まることなく、配向膜１０９の側面に流れ落ちる。したがって、凹部２１２に配向膜１０９が厚く形成されることは無い。

柱状スペーサ２１０の先端の凹部２１２は中央で幅が広くなっており、この部分にＴＦＴ基板１００側の台座１２０が入り込む。台座１２０の平面は、正方形となっているが、平面形状はこれに限らず、円形でも、長方形でも楕円でもよい。この平面形状は台座用基礎１３０の形状によって決められる。

柱状スペーサ２１０の凹部２１２には、配向膜１０９は厚く形成されてはいないので、配向膜削れが深刻な問題になることは無い。加えて、図２および図３に示すように、台座１２０は柱状スペーサ２１０の凸部２１１に囲まれているので、対向基板２００を外部から押した場合であっても、柱状スペーサ２１０が台座に対して容易に動くことも無い。この点からも、配向膜削れを防止することが出来る。また、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の位置ずれを生ずることも無い。

図２において、対向基板２００を押した場合、台座１２０あるいは、柱状スペーサ２１０が圧縮される。この場合、柱状スペーサ２１０の凸部２１１がＴＦＴ基板１００の対向面に接触すると、そこで反力が生じ、力が分散されることになる。したがって、台座１２０等が破壊されることは無い。また、徐々に反力が増すことになるので、対向基板２００に対する押圧が解除されたあと、短時間に元の状態に復帰することが出来る。このような作用は、図２において、柱状スペーサ２１０の凸部２１１とＴＦＴ基板１００の対向面との距離を０．２μｍ以上とすることによって効果的に得ることが出来る。

図４は、本実施例における他の態様である。図４と図２の違いは、図４においては、柱状スペーサ２１０の先端の凹部２１２の深さが図２の場合よりも大きく、通常の状態では、柱状スペーサ２１０の凸部２１１がＴＦＴ基板１００における対向面に接触しており、台座１２０は、通常では、柱状スペーサ２１０の凹部２１２に接触していないということである。台座部における柱状スペーサ２１０と台座２１０の関係を示す平面図は図３と同様である。

この構成は、柱状スペーサ２１０の凹部２１２の深さを大きくする他に、台座１２０の高さを低くすることによっても形成することが出来る。すなわち、台座１２０の高さは、下方に形成された台座用基礎１３０の高さによって調整可能である。半導体層１０３、ドレイン電極層１０４、画素電極層１０６のいずれかを台座用基礎１３０から除くことによって高さを調整することが出来る。

図４の場合、対向基板２００に力が加わった場合、まず、柱状スペーサ２１０の凸部２１１が圧縮される。対向基板２００への力がさらに大きくなった場合、台座１２０と柱状スペーサ２１０の凹部２１２が接触する。これによって反力が大きくなる。このような作用によって、柱状スペーサ２１０あるいは、台座１２０が破壊されることを免れ、対向基板２００から押圧を除去した場合に短時間で元の状態に復帰することが出来ることは、図２の構成と同様である。図４において、台座１２０の先端と柱状スペーサ２１０の凹部２１２の距離は０．２μｍ以上であることが望ましい。

図５は本実施例のさらに他の態様を示す平面図である。図２および図４における柱状スペーサ２１０は、図３に示すように、平面が円形である円錐台であるが、図５は平面が正方形である四角錐台となっている。図５における柱状スペーサ２１０の先端は正方形であり、凸部２１１は正方形のコーナー部に形成されている。凹部２１２は、中央部の台座１２０が入り込む箇所から各辺部に向かって溝状に形成され、この溝は柱状スペーサ２１０の側壁に向かって開放されている。

液体状態の配向膜材料は、柱状スペーサ２１０の先端に形成された溝部分から柱状スペーサ２１０の側壁に流れるので、配向膜１０９が凹部２１２に厚く形成されることは無い。したがって、台座１２０と柱状スペーサ２１０の接触による配向膜削れを防止することが出来る。また、台座１２０は、柱状スペーサ２１０の凸部２１１によって囲まれているので、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の位置ずれの問題も生じない。

柱状スペーサ１００および台座１２０が図５のような平面形状の場合であっても、柱状スペーサ２１０と台座１２０の断面形状は、図２あるいは図４と同様な構成をとることが出来る。したがって、対向基板２００を外部から押した場合に、柱状スペーサ２１０あるいは台座１２０の破壊を免れ、かつ、対向基板２００に対して押圧を解除した場合に元の状態に復帰する時間も短くすることが出来る。

図６−８は、本発明の第２の実施例を示す柱状スペーサ２１０の形状および配置図である。図６および図７は、柱状スペーサ２１０の凹部２１２に台座１２０が入り込んだ状態を示す平面図である。図６は、柱状スペーサ２１０の先端に、縦方向、すなわち、ｙ方向に端部が開放された溝状の凹部２１２が形成された状態を示している。また、図７は、柱状スペーサ２１０の先端に、横方向、すなわち、ｘ方向に端部が開放された溝状の凹部２１２が形成された状態を示している。

図６の柱状スペーサ２１０も図７の柱状スペーサ２１０も、凹部２１２の端部は開放されているので、配向膜の液は外部に流れるので、配向膜１０９が凹部２１２に厚く形成されることは無い。したがって、配向膜削れを防止することが出来る。

図６においては、柱状スペーサ２１０の凸部２１１のために、台座１２０は横方向、すなわち、ｘ方向には動くことが出来ない。すなわち、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の横方向のずれを防止することが出来る。図７においては、柱状スペーサ２１０の凸部２１１のために、台座１２０は縦方向、すなわち、ｙ方向には動くことが出来ない。すなわち、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の縦方向のずれを防止することが出来る。

したがって、図６の柱状スペーサ２１０と図７の柱状スペーサ２１０を組み合わせることによって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００のずれを、ｘ方向、ｙ方向のいずれにも抑えることが出来る。図８は、図６に示す柱状スペーサ２１０と図７に示す柱状スペーサ２１０を組み合わせることによって、このような効果を得る例である。

図８において、白丸は図６に示すような柱状スペーサ２１０であり、斜線を施した丸は、図７に示すような柱状スペーサ２１０である。図８において、図６に示すような柱状スペーサ２１０と図７に示すような柱状スペーサ２１０を交互に配置することによって、ｘ方向、ｙ方向のいずれの方向に対しても、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の位置ずれを防止している。

ところで、液晶表示パネルの対向基板２００を指で押したような場合、表示領域４００のすべての領域で同じような応力がかかるわけではない。例えば、図９（ｃ）に示す表示領域４００の中央を押した場合、表示領域４００の長辺付近の領域Aはｙ方向への応力が加わり、短辺付近の領域Bはｘ方向への応力が加わる。この応力による位置ずれを防止するには、例えば、図９（ｃ）のA領域では、図９（ａ）に示すような、柱状スペーサ２１０の先端の溝がｘ方向に形成された柱状スペーサ２１０をより多く用いることによって、ｙ方向へのずれを防止することが出来る。また、図９（ｃ）のＢ領域では、柱状スペーサ２１０の先端の溝がｙ方向に形成された柱状スペーサ２１０をより多く用いることによってｘ方向へのずれを防止することが出来る。

図１０および図１１は、本実施例の他の態様を示す柱状スペーサ２１０と台座１２０の組み合わせの平面図である。図１０は、柱状スペーサ２１０の先端に凸部２１１が極座標において１２０度間隔で３個形成されたものである。そして、端部が開放された凹部２１２が３箇所形成されている。台座１２０は、３個の凸部２１１によって区画された領域の凹部２１２に入りこんでいる。

図１１は、図１０に比べて、柱状スペーサ２１０の先端に形成された3個の凸部２１１が６０度回転した位置に配置されている。その他の形状は図１０と同様である。図１０に示す柱状スペーサ２１０と図１１に示す柱状スペーサ２１０を組み合わせて使用することによって、図９（ｃ）に示す表示領域４００のｘ方向、ｙ方向のいずれの方向にもずれを抑制した構成を実現することが出来る。

図１０および図１１の関係は、柱状スペーサ２１０の先端の凸部２１１が６０度回転した関係にある。この場合、柱状スペーサ２１０の先端に形成された凸部２１１の数を３とした場合、凸部２１１の回転角度は３６０/（３×２）として計算できる。なお、柱状スペーサ２１０先端の凸部２１１の数は４個以上のｎ個とすることも出来るが、この場合、２種類の柱状スペーサ２１０における凸部２１１の位置は、３６０/（ｎ×２）だけ回転した関係とし、この２種類の柱状スペーサ２１０を組み合わせて配置することによって、対向基板２００とＴＦＴ基板１００のずれの小さい液晶表示パネルを実現することが出来る。

図１２は、実施例３における柱状スペーサ２１０と台座１２０の関係を示す断面図である。図１３は、ＴＦＴ基板１００側から見た柱状スペーサ２１０と台座１２０の組み合わせの平面図である。図１２および図１３に示すように、柱状スペーサ２１０の先端には、凸部２１１が１個凹部２１２が１個形成されている。凹部２１２は、凸部２１１側以外は外部に開放されており、したがって、配向膜材料の液溜りは生じない。つまり、凹部２１２に、配向膜１０９が厚く形成されることは無い。

図１２において、柱状スペーサ２１０の先端には凸部２１１と凹部２１２が形成されている。凸部２１１はＴＦＴ基板１００側と接触しているが、ＴＦＴ基板１００側に形成された台座１２０は柱状スペーサ２１０先端の凹部２１２とは接触していない。液晶表示パネルの対向基板２００に外力が加わった場合に、ＴＦＴ基板１００側の台座１２０と柱状スペーサ２１０の凹部２１２が接触することになり、より大きな反力が生ずることになる。したがって、押圧に対する応力を徐々に大きくすることが出来、押圧が解除された場合に、元の状態に復帰する時間も短くすることが出来る。

図１４は、図１２とは逆に、ＴＦＴ基板１００に形成された台座１２０が柱状スペーサ２１０の凹部２１２に接触しているが、柱状スペーサ２１０の凸部２１１はＴＦＴ基板１００側とは接触していない。液晶表示パネルの対向基板２００に外力が加わった場合に、柱状スペーサ２１０の凸部２１１とＴＦＴ基板１００が接触することになり、より大きな反力が生ずることになる。効果は図１２の場合と同じである。なお、図１４におけるＴＦＴ基板１００側からの平面図は図１３と同様である。

図１２あるいは図１４において、台座１２０は、柱状スペーサ２１０の動きを１方向にのみ拘束する。すなわち、柱状スペーサ２１０の先端において、凸部２１１が形成されている方向以外には、動きを拘束できない。本実施例は、図１２あるいは、図１４の柱状スペーサ２１０を方向を変えて配置することによって液晶表示パネル全体としてＴＦＴ基板１００と対向基板２００の位置ずれを防止するものである。

図１５は、本実施例における柱状スペーサ２１０の配置例である。図１５における、柱状スペーサ２１０の平面図において、Ａは凸部２１１が左が側に、Ｂは凸部２１１が右側に、Ｃは凸部２１１が上側に、Ｄは凸部２１１が下側に形成された例である。図１５において、走査線１０１と映像信号線１１１で区画された画素が１５個配置されている。台座１２０は走査線１０１上に形成されており、柱状スペーサ２１０も走査線１０１上に配置することになる。

図１５に示すように、一番上の走査線１０１上には、柱状スペーサ２１０の先端において、左側に凸部２１１が形成されたＡと右側に凸部２１１が形成されたＢを交互に配置している。また、上から2番目の走査線１０１上には、柱状スペーサ２１０の先端において、上側に凸部２１１が形成されたＣを配置している。上から３番目の走査線１０１上には、左側に凸部２１１が形成されたＡと右側に凸部２１１が形成されたＢを交互に配置しているが、一番上の走査線１０１における配置とは、ＡとＢの関係を画素列に対して１列ずらせて配置している。一番下の走査線１０１上には、柱状スペーサ２１０の先端において、下側に凸部２１１が形成されたＤを配置している。

このようにして、本実施例では、表示領域４００全体において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００のずれを抑制するようにしている。なお、図１５に示す柱状スペーサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの配置は例であって、図９に例として示したように、場所によって、柱状スペーサＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの数のバランスを変化させてもよい。

また、図１５の柱状スペーサ２１０の平面図において、凸部２１１と凹部２１２の境界は、映像信号線１１１または走査線１０１の延在方向と一致しているが、本実施例はこれに限らず、凸部２１１と凹部２１２の境界は、映像信号線１１１あるいは走査線１０１と所定の角度を有していてもよい。４種類の柱状スペーサ２１０において、凸部２１１と凹部２１２の境界線の方向が互いに９０度異なっていることが重要である。

図１６−１８は、本発明の実施例４を示す図である。実施例１−３は、走査線１０１上に台座１２０を形成している。この台座１２０は、下方に、半導体層１０３、ドレイン電極層１０４、画素電極層１０６等を用いて台座用基礎１３０を形成することによって形成している。本実施例は、このような台座用基礎１３０を別途形成することなしに、ＴＦＴのドレイン電極１０４およびソース電極１０５を台座用基礎１３０として利用するものである。

図１６は、本実施例による画素の平面図である。図１６において、走査線１０１上にＴＦＴが形成されており、ＴＦＴの部分に柱状スペーサ２１０が配置している。その他の構成は、図１で説明したのと同様である。

図１７は図１６のＢ−Ｂ断面図である。図１７において、ＴＦＴ基板１００上に走査線１０１が形成され、走査線１０１の上にゲート絶縁膜１０２が形成されている。ゲート絶縁膜１０２の上に半導体層１０３が形成され、半導体層１０３の上にドレイン電極１０４およびソース電極１０５が配置している。このドレイン電極１０４およびソース電極１０５が台座用基礎１３０の役割を兼ねている。ドレイン電極１０４およびソース電極１０５を覆って無機パッシベーション膜１０７が形成され、その上に配向膜１０９が形成されている。対向基板２００側の構成は、図２で説明したのと同様である。

対向基板２００のオーバーコート膜２０３上に形成された柱状スペーサ２１０の先端には凸部２１１と凹部２１２が形成されている。図１７において、柱状スペーサ２１０の先端の凸部２１１がＴＦＴ基板１００側に接触している。柱状スペーサ１００の凹部２１２はＴＦＴ基板１００に形成された台座１２０とは接触していない。そして、液晶表示パネルの対向基板２００に押圧が加わった場合に柱状スペーサ２１０先端の凸部２１１が圧縮され、柱状スペーサ２１０の凹部２１２と台座１２０が接触することになる。

図１８は、台座用基礎１３０として用いるドレイン電極１０４とソース電極１０５と、柱状スペーサ２１０の凸部２１１および凹部２１２の関係を示す平面図である。図１８において、半導体層１０３の上に形成されたドレイン電極１０４およびソース電極１０５が柱状スペーサ２１０の凹部２１２に対応して配置されている。ドレイン電極１０４およびソース電極１０５は、柱状スペーサ２１０の先端に形成された凸部２１１によって拘束される。その結果、液晶表示パネルにおけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の位置ずれを防止することが出来る。

図１８において、柱状スペーサ２１０先端の凹部２１２は、端部が開放されているので、液体である配向膜材料が凹部に溜まることは無い。したがって、凹部に配向膜１０９が厚く形成されるということは無いので、配向膜削れによる輝点の発生を抑えることが出来る。このように、本実施例は、ＴＦＴ基板１００側においては、従来と同じ構成を用いることが出来、したがって、従来と同じマスクを用いて形成することが出来るという利点がある。

なお、図１７においては、ドレイン電極１０４およびソース電極１０５による台座１２０先端と柱状スペーサ２１０の凹部２１２は通常は接触しない構成となっているが、柱状スペーサ２１０の凸部２１１の高さを小さくすることによって、図２に示すのと同様に、台座１２０と柱状スペーサ２１０の凹部２１２を常時接触させ、対向基板２００に押圧が加わった場合に、柱状スペーサ２１０の凸部２１１とＴＦＴ基板１００とが接触する構成としてもよい。

図１９は、本発明の第５の実施例を示す平面図である。図１９（ａ）は、図１７と同様である。図１９（ｂ）において、柱状スペーサ２１０には凸部２１１が形成されていない。図１９（ｂ）において、柱状スペーサ２１０は通常の状態、すなわち、対向基板２００に押圧が加わっていない状態では、ドレイン電極１０４およびソース電極１０５によって形成された台座１２０には接触していない。

本実施例は、図１９（ａ）と図１９（ｂ）の柱状スペーサ２１０を合わせて用いることによって、特に液晶表示パネルの対向基板２００に押圧がかかった場合の応力の分散を行い、また、押圧が解除された場合に元の状態に復帰する時間を短くするものである。つまり、液晶表示パネルの対向基板２００に押圧が加わると、まず、図１９（ｂ）に示す柱状スペーサ２１０が台座１２０に接触し、さらに押圧を加えると図１９（ａ）に示す柱状スペーサ２１０の凹部２１２が台座１２０に接触することになる。柱状スペーサ２１０と台座１２０の間隔によっては、接触する順番が逆の場合もある。

本発明は、柱状スペーサ２１０の先端に凸部２１１と凹部２１２を形成することが必須である。したがって、本発明の柱状スペーサ２１０は径が大きくなる傾向にある。台座１２０および柱状スペーサ２１０は、走査線１０１に対応する部分に形成されることが多い。走査線１０１は、幅広に形成されるが、本発明の柱状スペーサ２１０のように、径が大きいと図２０に示すように、走査線１０１からはみ出して形成される場合がある。

図２０において、走査線１０１の上に柱状スペーサ２１０が配置しているが、柱状スペーサ２１０の径が大きいので、柱状スペーサ２１０が走査線１０１からはみ出して形成されている。図２０のその他の構成は図１と同様である。柱状スペーサ２１０が形成された部分は、ラビング配向を用いた場合にあっては、液晶の配向が異常となってドメインが発生する。

図２２は、対向基板２００にラビングによって初期配向を与えた場合に、柱状スペーサ２１０の周辺にラビングされない部分が生じ、その部分において、光漏れ６１０を生じている状態を示す平面図である。図２２において、矢印はラビング方向６００を示している。図２２において、柱状スペーサ２１０は高さを持っているので、柱状スペーサ２１０の周辺は図２２の斜線で示すように、ラビングされない部分が生ずる。この部分は光漏れ６１０を生じてコントラストを低下させる。したがって、対応する部分を対向基板２００に形成されたブラックマトリクス２０１等によって遮光する必要がある。そうすると液晶表示パネルの透過率が低下する。

本実施例は、本発明を光配向と組み合わせることによって、柱状スペーサ２１０の側面も表示領域として利用することにより、柱状スペーサ２１０の径が大きくとも、透過率を低下させないようにするものである。光配向は、配向膜１０９に偏光紫外線を照射することによって１軸異方性を生じさせ、液晶の初期配向を行うものである。したがって、光配向では、偏光紫外線が照射されれば、配向性能を得ることが出来るので、ラビングによる配向のようなラビング影６１０は生じない。

図２１は、図２０のＣ−Ｃ断面図である。図２１において、ＴＦＴ基板１００側の構成は図２あるいは図４と同様である。対向基板２００側には、ブラックマトリクス２０１とカラーフィルタ２０２が形成され、これらを覆って、オーバーコート膜２０３が形成されている。オーバーコート膜２０３の上に柱状スペーサ２１０が形成されている。柱状スペーサ２１０の径は走査線１０１の幅よりも大きい。

ラビングによる配向の場合は、ラビング影が生ずるので、ブラックマトリクス２０１の幅を柱状スペーサ２１０の径よりも大きく形成してコントラストの低下を防止している。しかし、本発明においては、図２１に示すように、ブラックマトリクス２０１の幅は柱状スペーサ２１０の径よりも小さい。この場合の径とは、断面が台形である柱状スペーサ２１０の幅が広い方の径、すなわち、下底２１６の径をいう。つまり、図２１の透過光を示す矢印５００で示すように、柱状スペーサ２１０の側面も表示領域４００として使用している。

柱状スペーサ２１０の側面にも配向膜１０９が形成され、この配向膜１０９に対して偏光紫外線を照射することによって、液晶分子に対する配向能を与えている。柱状スペーサ２１０は所定の高さを持っているので、柱状スペーサ２１０の側面は、配向膜１０９の厚さが小さくなる傾向にある。その場合でも、柱状スペーサ２１０の２/３程度の高さまでは、光配向可能な膜厚に形成することが出来る。

このように、本実施例によれば、柱状スペーサ２１０の先端に凸部２１１と凹部２１２を形成し、柱状スペーサ２１０の径が大きくなった構成においても、ブラックマトリクス２０１による遮光領域を大きくする必要が無いので、液晶表示パネルの透過率の低下を抑えることが出来る。

１００…ＴＦＴ基板、 １０１…走査線、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ドレイン電極、 １０５…ソース電極、１０６…画素電極、 １０７…無機パッシベーション膜、 １０８…対向電極、 １０９…配向膜、 １２０…台座、 １３０…台座用基礎、 ２００…対向基板、 ２０１…ブラックマトリクス、 ２０２…カラーフィルタ、 ２０３…オーバーコート膜、 ２１０…柱状スペーサ、 ２１１…凸部、 ２１２…凹部、 ２１５…上底、 ２１６…下底、 ３００…液晶層、 ４００…表示領域、 ５００…透過光ス、 ６００…ラビング方向、 ６１０…光漏れ領域、 １０８１…スリット。

Claims (16)

1. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
   前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
   前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
   前記凹部に対応して前記台座が形成されており、
   前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記柱状スペーサの先端に形成された凹部は溝状であり、両端が開放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. 前記台座は、前記柱状スペーサの凹部と接触しており、前記柱状スペーサの凸部は前記ＴＦＴ基板とは接触していないことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記柱状スペーサの前記凸部は前記ＴＦＴ基板と接触しており、前記台座と前記ＴＦＴ基板の前記凹部は接触していないことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記柱状スペーサの平面は四角形であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持され、表示領域が短辺と長辺を有する液晶表示装置であって、
   前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
   前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
   前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
   前記凹部に対向して前記台座が存在しており、
   前記凹部は、両端が開放された溝状であり、前記柱状スペーサの側壁とつながっており、
   第１の柱状スペーサの前記溝の方向は、前記表示領域の前記長辺と同じ方向であり、第２の柱状スペーサの前記溝の方向は、前記表示領域の短辺と同じ方向であり、
   前記第１の柱状スペーサと前記第２の柱状スペーサが混在して使用されていることを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記第１の柱状スペーサと前記第２の柱状スペーサは交互に使用されていることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記第１の柱状スペーサの数は、前記長辺付近においては、前記第２の柱状スペーサの数よりも多く、前記第２の柱状スペーサの数は、前記短辺付近においては、前記第１の柱状スペーサの数よりも多いことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
9. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
   前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
   前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
   前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
   前記凸部は、極座標において、３６０/ｎの間隔でｎ個配置されており、
   前記凸部と凸部の間が凹部となっており、前記凹部に対応して前記台座が形成されており
   前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっており、
   第１の柱状スペーサの前記凸部と第２の柱状スペーサの前記凸部の位置は、局座標において、３６０/２ｎずれた間隔で配置しており、
   前記第１の柱状スペーサと前記台の柱状スペーサが混在して使用されていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 前記ｎは３であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持され、表示領域が短辺と長辺を有する液晶表示装置であって、
    前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
    前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
    前記柱状スペーサの先端の片側には凸部が存在し、前記先端の他の側には凹部が存在し、
    前記凹部は、前記凸部との境界部分以外では、端部が開放されて前記柱状スペーサの側壁とつながっており、
    前記凹部に対向して前記台座が存在しており、
    第１の柱状スペーサの前記凸部の境界は第１の方向に形成されており、第２の柱状スペーサの前記凸部の境界は第２の方向に形成されており、第３の柱状スペーサの前記凸部の境界は第３の方向に形成されており、第４の柱状スペーサの前記凸部の境界は第４の方向に形成されており、
    前記第１の方向と、前記第２の方向と、前記第３の方向と、前記第４の方向とは互いにほぼ９０度ずれており、
    前記第１の柱状スペーサと、前記第２の柱状スペーサと、前記第３の柱状スペーサと、前記第４の柱状スペーサとは混在して使用されていることを特徴とする液晶表示装置。
12. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板には画素電極とＴＦＴがマトリクス状に形成された液晶表示装置であって、
    前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
    前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
    前記台座は、前記ＴＦＴのドレイン電極およびソース電極を基礎として形成されており、
    前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
    前記凹部に対応して前記台座が形成されており、
    前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっていることを特徴とする液晶表示装置。
13. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持され、前記ＴＦＴ基板には画素電極とＴＦＴがマトリクス状に形成された液晶表示装置であって、
    前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
    前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
    前記台座は、前記ＴＦＴのドレイン電極およびソース電極を基礎として形成されており、
    第１の柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
    前記凹部に対応して前記台座が形成されており、
    前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっており、
    第２の柱状スペーサの先端は平坦であり、前記第２の柱状スペーサに対向して前記台座が形成されており、前記第２の柱状スペーサと前記台座とは、通常状態では接触していないことを特徴とする液晶表示装置。
14. 走査線が第１の方向に延在して第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在して第１の方向に配列したＴＦＴ基板と、ブラックマトリクスとカラーフィルタを有する対向基板との間に液晶が挟持された液晶表示装置であって、
    前記対向基板には、柱状スペーサが形成され、
    前記ＴＦＴ基板の前記柱状スペーサに対応する部分には台座が形成され、
    前記柱状スペーサの先端には、凸部と凹部が存在し、
    前記凹部に対応して前記台座が形成されており、
    前記凹部は、端部が開放されて、前記柱状スペーサの側壁とつながっており、
    前記柱状スペーサの断面は略台形であり、前記断面の幅が広い方の径は、前記柱状スペーサに対応して形成されたブラックマトリクスの幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
15. 前記柱状スペーサの側壁が表示領域として使用されていることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置。
16. 前記TFT基板および対向基板に形成される液晶配向膜が光配向膜であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の液晶表示装置。

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