JP4094122B2 - 液晶表示装置およびカラーフィルタ基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置とカラーフィルタ基板の製造方法に係わり、特に基板間の間隙（ギャップ）を保持するスペーサを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、光透過型のアクティブマトリクス型液晶表示装置の構造を、簡単に説明する。この液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間に液晶組成物が挟持されて構成されている。アレイ基板においては、ガラス基板上に複数本の信号線と走査線とがマトリクス状に配置され、交点近傍にスイッチング素子としてＴＦＴが設けられ、ＴＦＴを介してＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等から成る画素電極が設けられている。また対向基板では、ガラス基板上に、マトリクス状の遮光層（ブラックマトリクス）、並びに赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各着色層が所定のパターンで配列されたカラーフィルタが形成され、その上にＩＴＯ等から成る対向電極が形成されている。そして、アレイ基板と対向基板との間には、基板間隙を一定の値に保つために、プラスチックビースのような球状の間隙材（スペーサ）が、一定の密度で介在されている。
【０００３】
しかし、このような液晶表示装置では、球状のスペーサに起因して、以下に示すような不具合が生じていた。すなわち、球状のスペーサは、基板上に散布する際に部分的に凝集しやすいため、輝点状の表示欠陥が生じるばかりでなく、画素電極上にも散布されるため、スペーサ自体の光漏れや周辺の液晶の配向不良領域からの光漏れにより、コントラストの低下が生じていた。
【０００４】
近年、このような不具合を解消するため、プラスチックビースのような球状のスペーサに代わり、柱状のスペーサを用いた液晶表示装置が提供されている。この液晶表示装置では、フォトリソグラフィにより形成された複数色の着色層（例えばＲ、Ｇ、Ｂの着色層）が積層された柱状のスペーサが、対向基板側に設けられ、この柱状スペーサにより基板間の間隙（セルギャップ）が一定に保たれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した液晶表示装置では、一定以上の高い開口率を得ることができないという問題があった。すなわち、着色層積層型の柱状スペーサを備えた従来の液晶表示装置では、液晶の配向不良を回避し高開口率を図るために、柱状スペーサが画素電極以外の非表示領域、例えば走査線上に選択的に設けられているが、高開口率化が進むほど、画素電極以外の非表示領域が縮小する。そして、前記した柱状スペーサの形成においては、３層分のフォトリソグラフィにおける位置ずれを考慮しなければならないため、一定限度以上に非表示領域を縮小し、高開口率化を実現することが難しかった。
【０００６】
また、フォトリソグラフィによる柱状スペーサの形成では、形成領域近傍のフォトレジスト厚が後工程になるほど不均一になりやすいため、アレイ基板と当接するスペーサ最上層のパターン精度が悪く、一部には欠落した不完全な高さのスペーサが形成されることもあった。そして、このようなスペーサ高さの欠落等は、トータルのピッチ精度が悪くなる大型基板、大型画面になるほど重大な問題となっていた。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、低コストで形成が容易であり、かつ高さの欠落がない柱状スペーサを備え、大画面でも高輝度で表示むらがなく良好な画質の表示画像が得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隙を保持するスペーサと、前記第１の基板と前記第２の基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、前記第１の基板または前記第２の基板に、受容層中に染料を含む着色層が形成されており、かつ前記スペーサは、単一色の前記着色層で形成された高さ方向の膨潤部であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のカラーフィルタ基板の製造方法は、基板上に受容層を形成する工程と、前記受容層に染料を含む着色液を注入する工程とを備えたカラーフィルタ基板の製造方法において、前記着色液を注入する工程は、所定厚のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記着色液における前記染料の分子量を大きくし、かつ前記染料の濃度あるいは吐出量を前記カラーフィルタ層よりも増大して、前記受容層を着色し高さ方向に膨潤させてスペーサを形成する工程を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、第１の基板であるアレイ基板または第２の基板である対向基板に設けられる、基板間隙を保つための柱状スペーサは、公知の染料を含む着色液（インク）をインクジェット方式により噴射して、被染色性の受容層に付与し、この受容層を高さ方向に膨潤させて形成したものである。本発明においては、このような柱状スペーサを、第２の基板である対向基板側に設け、先端部を第１の基板であるアレイ基板の例えば走査線上に当接させることが望ましく、また柱状スペーサとともに、同様なインクジェット方式により、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の染料を含む着色液（インク）を被染色性の受容層に付与して着色したカラーフィルタを、対向基板側に設けることが望ましい。
【００１１】
このとき、柱状スペーサ形成部においては、カラーフィルタ形成部に比べて受容層を高さ方向に大きく膨潤させるため、噴射する着色液中の染料の分子量を大きくし、かつ染料の濃度あるいは液吐出量をカラーフィルタ形成部の２倍程度に増大させることが望ましい。
【００１２】
ここで、受容層を構成する材料としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、セルロース類（カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース）、ポリアクリル酸エチルエステルのような親水性の透明ポリマーが挙げられ、スピンコート、ロールコート、バーコート、スプレイコート、ディップコート等の方法により、被染色性の受容層が形成される。
【００１３】
また、染料を含む着色液（インク）のインクジェット方式による吐出・噴射は、例えば以下に示すように、熱エネルギーを利用して液滴を吐出するインクジェットヘッドを用いて行なわれる。すなわち、各液路に対応した位置にヒータが配置され、ヒータに所定の駆動パルスを供給すると、ヒータ上のインクが沸騰して気泡を形成し、この気泡の体積膨張によりインクが吐出口（オリフィス）から押し出されて吐出するように構成されたインクジェットヘッドが使用される。このようなバブル（気泡）ジェット方式のインクジェットヘッドでは、ヒータに加える駆動パルスを制御し、例えば電力を制御することで、気泡の大きさを調整し、これにより吐出口から吐出されるインク液滴の体積を制御することができる。
【００１４】
本発明の液晶表示装置においては、第１の基板または第２の基板が、透明な被染色性受容層に染料を含む着色液（インク）をインクジェット方式で付与し、受容層を高さ方向に膨潤させて形成された柱状スペーサを備えており、プラスチックビーズのような球状のスペーサが配設されていないので、スペーサの部分的な凝集に起因する輝点状の表示欠陥や光漏れ等によるコントラスト比の低下が発生せず、高輝度で良好な画質の表示が得られる。
【００１５】
また本発明では、柱状スペーサの形成にフォトリソグラフィが用いられていないので、低コストであるうえに、フォトリソグラフィ工程での位置ずれを考慮する必要がなく、さらにオーバーエッチングによるスペーサの局部的な高さ不足が生じるおそれがない。したがって、高開口率、高精細化の進行に伴って、画素電極以外の非表示領域が縮小されても、面内均一で精度が良く均一な高さを有する柱状スペーサを得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の液晶表示装置の一実施例の外観を概略的に示す斜視図であり、図２は、実施例の液晶表示装置に使用するアレイ基板の概略構成を示す平面図である。また図３は、実施例の液晶表示装置において、柱状スペーサ設置部を図２のＡ−Ａ線に相当する線で切断した断面を示す図である。
【００１８】
実施例の液晶表示装置は、ノーマリーホワイト・モードの光透過型液晶表示装置であって、図１に示すように、カラー表示が可能に構成された対角11.3インチの表示領域１を有している。そして、この液晶表示装置は、液晶パネル２と、液晶パネル２を駆動するための駆動回路基板３（信号線駆動回路基板３ａおよび走査線駆動回路基板３ｂ）と、これらの駆動回路基板３と液晶パネル２とをＴＡＢ方式で接続するテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）４とをそれぞれ備えている。
【００１９】
液晶パネル２は、図２および図３にそれぞれ示すように、ＴＦＴアレイ基板５と対向基板６との間に、それぞれポリイミド等からなる配向膜７、８を介して、ＴＮ型（ツィスト・ネマティック型）液晶組成物９が挟持され、対向基板６上に設置された後述する柱状スペーサにより基板間隔が保持されるとともに、シール剤（図示を省略。）により封止されて構成されている。そして、ＴＦＴアレイ基板５と対向基板６の外表面には、それぞれ偏光板１０が偏光軸が直交するように配置されている。尚、液晶組成物９として、透明樹脂と液晶材料との混合系の高分子分散型液晶を用いるのであれば、配向膜や偏光板を別に設ける必要がない。
【００２０】
ＴＦＴアレイ基板５では、ガラス基板１１上に、複数本（例えば 640× 3本）の信号線１２と複数本（例えば 480本）の走査線１３とがほぼ直交するように交差して配置・形成され、各区画の画素ごとにＴＦＴ１４が形成され、ＴＦＴ１４を介してＩＴＯから成る画素電極１５が接続されている。また、走査線１３に対してほぼ平行に、かつ画素電極１５と重なる領域を持つように、補助容量線１６が形成され、補助容量線１６と画素電極１５とによって、補助容量（Ｃｓ）が形成されている。さらに、対向基板側に設置される柱状スペーサが当接する走査線１３上の領域には、絶縁性の保護膜１７が設けられている。また、信号線１２と走査線１３とは、それぞれ配線の片側に引き出されて前記したＴＣＰ４に接続されており、ＴＣＰ４を介してそれぞれの駆動回路基板３から駆動電圧が供給されるように成っている。
【００２１】
そして、各ＴＦＴ１４においては、走査線１３自体をゲート電極として、その上に酸化シリコンと窒化シリコンとから成る絶縁膜１８が形成され、この絶縁膜１８上に画素電極１５が形成されている。また、ゲート電極上の絶縁膜１８（ゲート絶縁膜）上に、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）のような半導体層が形成され、その上に窒化シリコンから成るチャネル保護膜が、走査線１３に自己整合されて形成されている。また、半導体層は、低抵抗半導体層（コンタクト層）と信号線１２から延在されたドレイン電極１９とを介して、信号線１２に接続されており、さらに低抵抗半導体層（コンタクト層）と島状のソース電極２０とを介して、画素電極１５と接続されている。
【００２２】
一方、対向基板６側においては、ガラス基板２１上に、アレイ基板５側に形成されたＴＦＴ１４、信号線１２および走査線１３と画素電極１５との間の間隙を遮光するために、クロム（Ｃｒ）の酸化膜２２ａとクロム（Ｃｒ）膜２２ｂとを積層した遮光層２２がマ卜リクス状に形成され、このような遮光層２２の開口部を塞ぐように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各着色層が所定のパターンで配列されたカラーフィルタ２３が形成されている。また、着色層に隣接する遮光層２２上に、柱状スペーサ２４が設けられており、柱状スペーサ２４の先端部は、配向膜７、８を介して、アレイ基板５側に形成された絶縁性保護膜１７上に配置されている。カラーフィルタ２３および柱状スペーサ２４は、対向基板６の所定の位置に均一な厚さに形成された透明樹脂の受容層に、インクジェット方式により染料を含む着色液（インク）を付与し、受容層を染料により着色するとともに、柱状スペーサ２４においてはさらに高さ方向に大きく膨潤させて形成したものである。さらに、このようなカラーフィルタ２３および柱状スペーサ２４の上に、ＩＴＯから成る対向電極２５が形成されている。
【００２３】
ここで、カラーフィルタ２３および柱状スペーサ２４の形成は、例えば以下に示す方法で行なわれる。すなわち、Ｃｒ酸化膜２２ａとＣｒ膜２２ｂとを積層した遮光層（ブラックマトリクス）２２を有するガラス基板２１上に、ヒドロキシプロピルセルロースからなる樹脂組成物をスピンコートした後、90℃−10分間のプリベークを行ない、被染色性の受容層を形成する。次いで、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の染料を含み水および水溶性アルコール類を溶媒とする着色液（インク）を、熱エネルギーを用いて液滴を吐出するように構成されたインクジェットヘッドを用いて噴射し、受容層を各色に着色する。このとき、柱状スペーサ２４の形成部では、着色液中に含まれるＲ、ＧまたはＢ染料の分子量を大きくするとともに、染料の濃度あるいは吐出量を、カラーフィルタ２３形成部の２倍程度に増大することにより、受容層を高さ方向に大きく膨潤させる。次いで、 230℃− 1時間のベーキングを行ない、カラーフィルタ２３および柱状スペーサ２４をそれぞれ得る。なお、Ｒ染料としては、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド35とアシッドイエロー23とを混合したものを、Ｇ染料としては、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー 9とアシッドイエロー23とを混合したものを、Ｂ染料としては、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー 9とアシッドレッド35とを混合したものを、それぞれ使用することができる。
【００２４】
以上のように構成される実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、液晶パネル２の対向基板６が、透明樹脂の受容層にインクジェット方式により染料を含む着色液（インク）を付与し、受容層を着色すると同時に高さ方向に大きく膨潤させて形成した柱状スペーサ２４を備えているので、柱状スペーサ２４の形成において、フォトリソグラフィ工程での位置ずれを考慮する必要がなく、またオーバーエッチングによる局部的な高さ不足が生じることがない。したがって、高開口率、高精細化に伴って画素電極１５外の非表示領域が縮小されても、面内均一で精度が良く高さも均一な柱状スペーサ２４を得ることができ、高輝度で良好な表示を実現することができる。また、このアクティブマトリクス型液晶表示装置によれば、表示画面が15インチと大型化しても、高輝度でコントラスト比の低下が生じず、良好な表示画像を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高開口率化しても、精度が高く小サイズの柱状スペーサが実現されるので、液晶の配向不良やセルギャップむらに起因する表示むらがなく、高輝度で良好な表示を得ることができる。また発明では、インクジェット法で柱状スペーサが形成されているので、低コストの液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を概略的に示す斜視図。
【図２】実施例の液晶表示装置に使用するアレイ基板の概略平面図。
【図３】実施例の液晶表示装置において、柱状スペーサ設置部を図２のＡ−Ａ線に相当する線で切断した断面図。
【符号の説明】
２………液晶パネル
３………駆動回路基板
５………ＴＦＴアレイ基板
６………対向基板
９………液晶組成物
１１、２１………ガラス基板
１２………信号線
１３………走査線
１４………ＴＦΤ
１５………画素電極
１６………補助容量線
１８………絶縁膜
１９………ドレイン電極
２０………ソース電極
２２………遮光層
２３………カラーフィルタ
２４………柱状スペーサ

Claims (3)

1. 電極を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板間の間隙を保持するスペーサと、前記第１の基板と前記第２の基板間に挟持された液晶層とを備えた液晶表示装置において、
   前記第１の基板または前記第２の基板に、受容層中に染料を含む着色層が形成されており、かつ前記スペーサは、単一色の前記着色層で形成された高さ方向の膨潤部であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 基板上に受容層を形成する工程と、前記受容層に染料を含む着色液を注入する工程とを備えたカラーフィルタ基板の製造方法において、
   前記着色液を注入する工程は、所定厚のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記着色液における前記染料の分子量を大きくし、かつ前記染料の濃度あるいは吐出量を前記カラーフィルタ層よりも増大して、前記受容層を着色し高さ方向に膨潤させてスペーサを形成する工程を有することを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
3. 前記着色液を注入する工程は、インクジェット方式により行なわれることを特徴とする請求項２記載のカラーフィルタ基板の製造方法。

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