JP4247897B2

JP4247897B2 - 液晶表示パネルおよび液晶表示パネルの製造方法

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Publication number: JP4247897B2
Application number: JP2003413969A
Authority: JP
Inventors: 康司松岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005173268A

Description

本発明は、液晶表示装置に使用される液晶表示パネルおよび液晶表示パネルの製造方法に関する。

液晶表示装置の液晶表示パネルは、通常、複数の画素電極がマトリクス状に設けられたアクティブマトリクス基板と、このアクティブマトリクス基板とは液晶層を挟んで対向配置されるカラーフィルタ基板とを有している。アクティブマトリクス基板は、絶縁性基板であるガラス基板上に複数の画素電極がマトリクス状に設けられており、各画素電極に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がそれぞれ接続されている。各薄膜トランジスタは、行方向に沿った走査信号線と、行方向とは直交する列方向に沿ったデータ信号線との交差部の近傍にそれぞれ配置されて、各交差部をそれぞれ構成する走査信号線およびデータ信号線にそれぞれ接続されている。各走査信号線は、走査信号線駆動回路によって制御され、各データ信号線には、データ信号線駆動回路から出力されるデータ信号が与えられる。

カラーフィルタ基板は、絶縁性基板であるガラス基板上にＩＴＯ等によって構成された対向電極が、表示領域における全ての画素電極に対向するように設けられており、この対向電極上にカラーフィルタが積層されている。また、アクティブマトリクス基板における各画素電極の間に対向する必要部分には、遮光部（ブラックマスク）が設けられる。

アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とは、所定の間隔をあけて対向配置されて、周縁部をシール材によってシールした状態で、その間隔内に液晶が注入されることによって液晶表示パネルとされる。この場合、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とが所定の間隔を形成するように、両者の間に多数のスペーサが配置される。

近時、大型の液晶表示パネルの開発が進んでおり、２６型以上の液晶表示パネルも製品化されている。このような大型の液晶表示パネルでは、製造工程においてスペースを有効に使用するために、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とをシール材によって貼り合わせた状態で、アクティブマトリクス基板およびカラーフィルタ基板が垂直状態になるように縦置きされた状態で、次工程への搬送等のために待機されることがある。このような場合には、垂直状態になったアクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とが、それぞれの重量差によって、垂直方向にずれるおそれがある。

特許文献１（特開２０００−１８２２０号公報）には、カラーフィルタ基板における遮光部が設けられる領域に柱状のスペーサを配置するとともに、柱状のスペーサの先端面に凹部を形成して、凹部が形成されたスペーサの先端面をアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）に圧接させる構成が開示されている。特許文献１に開示されているように、先端面に凹部が設けられた柱状のスペーサをアクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）に圧接させると、スペーサの先端面は、アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）との接触面積が増大し、アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）との摩擦力が増大する。これにより、アクティブマトリクス基板（ＴＦＴ基板）とカラーフィルタ基板とが、相互に基板の表面方向にずれることが抑制される。
特開２０００−１８２２０号公報

前述の特許文献１のように、各スペーサによる摩擦力を増加させることによって、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とのずれを、ある程度は抑制することができる。しかしながら、大型の液晶表示パネルを縦置きするような場合には、特許文献１に開示されているような構成では、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板との位置ずれを十分に防止することができないという問題がある。このために、アクティブマトリクス基板とカラーフィルタ基板とを接着するシール材の接着力を高める等の対策がとられているものの、やはり十分な効果が得られない。

本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、垂直状態で縦置きするような場合にも、液晶層を挟んで配置される各基板同士が相互に位置ずれすることを確実に防止することができる液晶表示パネルおよび液晶表示パネルの製造方法を提供することにある。

本発明の液晶表示パネルは、第１基板と第２基板とが所定の間隔をあけて両基板の表面どうしで相互に貼り合わせられており、両基板の間に液晶層が設けられた液晶表示パネルであって、該第１基板の該表面に、該第１基板と該第２基板とを一定の間隔に保持するための複数の柱状のスペーサが設けられており、該第２基板の該表面に、層間絶縁膜が設けられており、該各スペーサの先端部が先鋭的に形成されており、該先端部が該層間絶縁膜の平坦部に押圧されることにより該層間絶縁膜内に嵌合されていることを特徴とする。

前記第２の基板が、絶縁性基板上に相互に平行に配置された複数の走査信号線と、各走査信号線とそれぞれ直交するように配置された複数のデータ信号線と、各走査信号線と各データ信号線との交差部近傍において各交差部を構成する走査信号線およびデータ信号線にそれぞれ接続された薄膜トランジスタと、各薄膜トランジスタにそれぞれ接続されてマトリクス状に配置された複数の画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であり、
前記第１の基板が、絶縁性基板上に、前記全ての画素電極と対向するように配置された対向電極およびカラーフィルターが設けられたカラーフィルタ基板である。

前記カラーフィルタ基板には、前記各画素電極の間を覆う遮光部が設けられており、前記スペーサが、該遮光部に対応して配置されている。

前記遮光部は、前記アクティブマトリクス基板に設けられた薄膜トランジスタを覆うように設けられている。

前記アクティブマトリクス基板に設けられた薄膜トランジスタが、層間絶縁膜で覆われており、該層間絶縁膜上に前記画素電極が設けられている。

本発明の液晶表示パネルの製造方法は、第１基板と第２基板とが所定の間隔をあけて相互に貼り合わせられており、両基板の間に液晶層が設けられた液晶表示パネルを製造する液晶表示パネルの製造方法であって、該第１基板に、先鋭的に形成された先端部を有し、該第１基板と該第２基板とを一定の間隔に保持するための複数の柱状のスペーサを形成する工程と、該第２基板に、層間絶縁膜を形成する工程と、該各スペーサの先端部が該層間絶縁膜の平坦部に押圧されることにより該層間絶縁膜内に嵌合されるように、該第１基板と該第２基板とを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルおよび液晶表示パネルの製造方法では、第１基板と第２基板とを一定の間隔に保持するための複数の柱状のスペーサが第１の基板に設けられて、各スペーサの先端部が、他方の基板の表面に嵌合されていることにより、大型の液晶パネルを垂直状態で縦置きするような場合にも、第１の基板と第２の基板とが相互にずれることを確実に抑制することができる。

以下に、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の液晶表示パネルの要部の構成を示す概略平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。この液晶表示パネルは、図２に示すように、複数の画素電極１２（図１参照）がマトリクス状に設けられたアクティブマトリクス基板１０と、このアクティブマトリクス基板１０とは液晶層２０を挟んで対向配置されるカラーフィルタ基板３０とを有している。

アクティブマトリクス基板１０は、絶縁性基板であるガラス基板１１を有しており、このガラス基板１０における表示領域には、図１に示すように、ＩＴＯ等の透明導電膜によって形成された画素電極１２がマトリクス状に配置されている。ガラス基板１１上には、行方向に配列された各画素電極１２に沿って、各走査信号線１３がそれぞれ配置されるとともに、行方向とは直交する列方向に配列された各画素電極１２に沿って、ＩＴＯ等の透明導電膜によって構成されたデータ信号線１４がそれぞれ配置されている。データ信号線１４は、一対のデータ信号線本体部１４ｂと、各走査信号線１３との交差部近傍において、一対のデータ信号線本体部１４ｂ同士を接続するデータ信号線接続部１３ａとを有している。

各走査信号線１３と一対のデータ信号線１４との交差部近傍には、スイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１５が配置されている。各ＴＦＴ１５は、近接する各交差部をそれぞれ形成する走査信号線１３およびデータ信号線１４にそれぞれ接続されている。また、各ＴＦＴ１５は、各ＴＦＴ１５に近接した各画素電極１２にそれぞれ接続されるとともに、各走査信号線１３とは所定の間隔をあけて平行に設けられた容量配線１６に、容量配線接続部１５ａを介して接続されている。各画素電極１２には、各走査信号線１３に対して所定の角度で傾斜した複数のスリット１２ａが、それぞれ所定の長さで形成されている。

図２に示すように、ガラス基板１１上には、相互に平行になった各走査信号線１３および各容量配線１６（図２には図示せず）が設けられており、データ信号線１４との交差部近傍には、ＴＦＴ１５のゲート電極１５ｂが、データ信号線１４に平行に突出するように、各走査信号線１３から分岐した状態で形成されている。各走査信号線１３およびゲート電極１５ｂは、例えばＳｉＯ_２によって構成されたゲート絶縁膜１７によって覆われており、ゲート絶縁膜１７上には、ゲート電極１５ｂと交差するように直線状の島状に形成された半導体層１５ｃが設けられている。半導体層１５ｃは、例えば多結晶シリコンによって構成されている。半導体層１５ｃにおけるゲート電極１５ｂ上の中央部は、ゲート領域になっており、ゲート領域に隣接した両側の各側部は、半導体層１５ｃにそれぞれ所定の導電型の不純物がドープされたソース領域およびドレイン領域になっている。

ゲート絶縁膜１７上には、データ信号線１４が設けられており、データ信号線１４から分岐したソース電極１５ｄが半導体層１５ｃのソース領域に積層されている。また、ゲート絶縁膜１７上には、容量配線接続部１５ａが設けられており、この容量配線接続部１５ａの一方の端部が、半導体層１５ｃのソース領域に積層されて、ドレイン電極１５ｅになっている。

ゲート絶縁膜１７上に設けられたデータ信号線１４、半導体層１５ｃおよびソース電極１５ｄを覆うように、ゲート絶縁膜上１７には保護膜１８が設けられており、保護膜１８上には、例えばＳｉＯ_２によって構成された厚さ２〜３μｍ程度の層間絶縁膜１９が設けられている。そして、図示しないが、層間絶縁膜１９上に各画素電極１２が設けられており、各画素電極１２と、各ＴＦＴ１５のドレイン電極１５ｅとが、層間絶縁膜１９に設けられたコンタクトホールを介してそれぞれ電気的に接続されている。

走査信号線１３におけるデータ信号線１４との交差部近傍部分に対応する層間絶縁膜１９の上面には、凹部１９ａが設けられている。この凹部１９ａは、底面の面積が開口部の面積よりも小さな円錐台形状になっており、開口部の直径が１１μｍ程度、深さが０．５〜１．０μｍ程度になっている。

このようなアクティブマトリクス基板１０に液晶層３０を挟んで対向するカラーフィルタ基板３０は、絶縁性基板であるガラス基板３１を有しており、ガラス基板３１上に、アクティブマトリクス基板１０において各画素電極１２の間に設けられたデータ信号線１４を覆うように、遮光部（ブラックマスク）３２が設けられている。遮光部３２は、各データ信号線１４と各走査信号線１３との交差部近傍部分に、その交差部近傍に位置する走査信号線１３部分およびＴＦＴ１５を覆うようにＴＦＴ１５側に突出した突出部３２ａが形成されており、また、データ信号線１４と容量配線１６との交差部近傍にも、その交差部近傍における容量配線１６部分を覆うように突出した突出部３２ａが形成されている。

また、カラーフィルタ基板におけるガラス基板３１上には、遮光部３２の各突出部３２ａおよび遮光部３２における各突出部３２ａ以外の側縁部と一部が重なるように、カラーフィルタ３３が設けられている。カラーフィルタ３３は、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタ部によって構成されており、アクティブマトリクス基板１０における各画素電極１２に各カラーフィルタ部が対応するように、各カラーフィルタ部がそれぞれ所定の配置状態で設けられている。

なお、カラーフィルタ３３の表面には、各画素電極１２に設けられたスリット１２ａの間にそれぞれ対向して絶縁膜３６（図１参照）が設けられている。

遮光部３２の各突出部３２ａに積層されたカラーフィルタ３３上には、アクティブマトリクス基板３０と所定の間隔を形成するとともに、アクティブマトリクス基板１０との位置ずれを防止するための柱状のスペーサ３４がそれぞれ設けられている。各スペーサ３４は、例えばＳｉＯ_２によって、アクティブマトリクス基板１０側の先端側になるにつれて直径が順次小さくなった円錐台形状に形成されており、その先端部が、アクティブマトリクス基板１０における層間絶縁膜１９の表面に設けられた凹部１９ａ内に嵌合した状態になっている。各スペーサ３４は、先端面の直径が９μｍ程度、基端部の直径が１２μｍ程度になっている。

このような液晶表示パネルのアクティブマトリクス基板１０は、次のようにして製造される。まず、絶縁性基板であるガラス基板１１上に、スパッタ法によって、Ｔａ、Ｃｒ等の薄膜を厚さ２００ｎｍに堆積した後に、例えばドライエッチングによって所定形状にパターニングすることによって、走査信号線１３およびゲート電極１５ｂを形成する。次いで、ガラス基板１０の全面にわたって、ＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜１７を、ＬＰＣＶＤ法によって１００ｎｍ程度の厚さに積層する。

その後、ガラス基板１１上の所定の位置に、ＴＦＴ１５を構成する半導体層１５ｃを、レーザによって結晶化されたポリシリコンによって、８５ｎｍ程度の厚さおよび所定の形状に形成する。次に、各半導体層５１ａ〜５３ａにイオン注入することによって、各半導体層５１ａ〜５３ａにソース領域およびドレイン領域をそれぞれ形成した後に、半導体層５１ａ〜５３ａの活性化アニールを行う。その後、例えば、ＣＶＤ法によってガラス基板４０ａの全体にわたって、保護層１８を形成した後に、ポジ型アクリル系樹脂を２〜４μｍ程度の厚さに堆積して、層間絶縁膜１９を形成する。そして、形成された層間絶縁膜１９に、ホトリソグラフィ法によって、コンタクトホールをそれぞれ所定の位置に形成する。

この場合、コンタクトホールを形成する際の露光と同時に、層間絶縁膜１９の所定の位置をハーフ露光してエッチングすることにより、凹部１９ａをそれぞれ所定の大きさに形成する。その後、従来と同様にして、画素電極１２等を形成する。

カラーフィルタ基板２０は、従来と同様にして、ガラス基板３１上に、例えばＩＴＯ膜によって対向電極３５を形成し、黒色樹脂、金属等に遮光部３２を形成し、さらに、所定の色にそれぞれ着色された樹脂によって各フィルタ部が形成されたカラーフィルタ３３を設けた後に、柱状のスペーサ３４を形成する。スペーサ３４は、例えば感光性樹脂製のレジストをスピンコート法によって塗布した後に、パターン露光して現像および加熱することにより形成される。

その後、従来と同様にして、アクティブマトリクス基板１０とカラーフィルタ基板３０とを相互に対向させて、両基板１０および３０の周縁部同士をシール材によって貼り合わせ、両基板１０および３０の間に液晶を注入することにより、本発明の液晶表示パネルが形成される。

両基板１０および３０同士を相互に貼り合わせる際には、カラーフィルタ基板３０に設けられた各柱状の各スペーサ３４の先端部が、アクティブマトリクス基板１０の層間絶縁膜１９に設けられた各凹部１９ａ内に嵌合される。これにより、アクティブマトリクス基板１０およびカラーフィルタ基板３０は、相互に整合した状態で貼り合わせられる。

製造された液晶表示パネルは、アクティブマトリクス基板１０およびカラーフィルタ基板３０をそれぞれ垂直状態になるように縦置きした場合にも、各スペーサ３４の先端部が、アクティブマトリクス基板１０の層間絶縁膜１９に設けられた各凹部１９ａ内に嵌合されているために、アクティブマトリクス基板１０およびカラーフィルタ基板３０同士が相互に位置ずれするおそれがない。

なお、カラーフィルタ基板３０に設けられる柱状の各スペーサ３４は、前述したように、カラーフィルタ３３を形成した後に形成する構成に限らず、カラーフィルタ３３の各フィルタ部を形成する際に、同時に形成するようにしてもよい。

例えば、図３に示すように、カラーフィルタ３３を構成する第１のカラーフィルタ部３３ａをブラックマスク３２の突起部３２ａ上に重なるように形成した後に、第２のカラーフィルタ部３３ｂを形成する際に、ブラックマスク３２に重なった第１のカラーフィルタ部３３ａ上に、所定の大きさの円板形状に第２のカラーフィルタ部３３ｂを形成する。さらにその後に、第３のカラーフィルタ部３３ｃを形成する際に、第１のカラーフィルタ部３３ａ上に形成された第２のカラーフィルタ部３３ｂ上に、第２カラーフィルタ部３３ｂよりも一回り小さな円板形状に第３のカラーフィルタ部３３ｃを形成する。この第３のカラーフィルタ部３３ｃは、直径１６〜１８μｍ程度とされる。その後、相互に積層状態になった第２および第３のカラーフィルタ部３３ａを覆うように、絶縁膜３３ｄを形成してスペーサ３４とする。

このような構成では、スペーサ３４を製造する際の工程数を削減することができる。

さらには、図４に示すように、スペーサ３４の先端部を先鋭的に突出させ、アクティブマトリクス基板１０の層間絶縁膜１９には、特に凹部を形成することなく、また、スペーサ３４に対向する層間絶縁膜１９の表面部分において、画素電極１２を構成するＩＴＯ膜１２ａを除去しない状態とする。そして、アクティブマトリクス基板１０とカラーフィルタ基板２０とを貼り合わせる際に、ＩＴＯ膜１２ａ１９に、各スペーサ３４の先端部を圧接させる。これにより、ＩＴＯ膜１２ａおよび層間絶縁膜１９は、スペーサ３４の先端部の先鋭部分によって押圧されて凹状に窪んだ状態になり、各スペーサ３４の先端部が、層間絶縁膜１９に対して嵌合状態とされる。

このような構成によっても、アクティブマトリクス基板１０およびカラーフィルタ基板３０をそれぞれ垂直状態に縦置きした場合にも、アクティブマトリクス基板１０およびカラーフィルタ基板３０同士が相互に位置ずれするおそれがない。しかも、この場合には、層間絶縁膜１９に凹部を形成する必要がなく、アクティブマトリクス基板１０とカラーフィルタ基板３０とを高精度に位置合わせする必要がない。

以上、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

液晶表示装置に使用される液晶表示パネルおよび液晶表示パネルの製造方法において、垂直状態に縦置きする場合にも、液晶層を挟んで配置される各基板同士が相互に位置ずれすることを確実に防止することができる。

本発明の液晶表示パネルの１画素における概略構成を示す平面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。本発明の液晶表示パネルの他の例を示す要部の断面図である。本発明の液晶表示パネルのさらに他の例を示す要部の断面図である。

符号の説明

１０アクティブマトリクス基板
１１ガラス基板
１２画素電極
１３走査信号線
１４データ信号線
１５薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１６容量配線
１７ゲート絶縁膜
１９層間絶縁膜
２０液晶層
３０カラーフィルタ基板
３１ガラス基板
３２遮光部
３３カラーフィルタ
３４スペーサ

Claims

第１基板と第２基板とが所定の間隔をあけて両基板の表面どうしで相互に貼り合わせられており、両基板の間に液晶層が設けられた液晶表示パネルであって、
該第１基板の該表面に、該第１基板と該第２基板とを一定の間隔に保持するための複数の柱状のスペーサが設けられており、該第２基板の該表面に、層間絶縁膜が設けられており、該各スペーサの先端部が先鋭的に形成されており、該先端部が該層間絶縁膜の平坦部に押圧されることにより該層間絶縁膜内に嵌合されていることを特徴とする液晶表示パネル。
前記第２の基板が、絶縁性基板上に相互に平行に配置された複数の走査信号線と、各走査信号線とそれぞれ直交するように配置された複数のデータ信号線と、各走査信号線と各データ信号線との交差部近傍において各交差部を構成する走査信号線およびデータ信号線にそれぞれ接続された薄膜トランジスタと、各薄膜トランジスタにそれぞれ接続されてマトリクス状に配置された複数の画素電極とを有するアクティブマトリクス基板であり、
前記第１の基板が、絶縁性基板上に、前記全ての画素電極と対向するように配置された対向電極およびカラーフィルターが設けられたカラーフィルタ基板である、請求項１に記載の液晶表示パネル。
前記カラーフィルタ基板には、前記各画素電極の間を覆う遮光部が設けられており、前記スペーサが、該遮光部に対応して配置されている請求項２に記載の液晶表示パネル。
前記遮光部は、前記アクティブマトリクス基板に設けられた薄膜トランジスタを覆うように設けられている請求項３に記載の液晶表示パネル。
前記アクティブマトリクス基板に設けられた薄膜トランジスタが、前記層間絶縁膜で覆われており、該層間絶縁膜上に前記画素電極が設けられている請求項２に記載の液晶表示パネル。
第１基板と第２基板とが所定の間隔をあけて相互に貼り合わせられており、両基板の間に液晶層が設けられた液晶表示パネルを製造する液晶表示パネルの製造方法であって、
該第１基板に、先鋭的に形成された先端部を有し、該第１基板と該第２基板とを一定の間隔に保持するための複数の柱状のスペーサを形成する工程と、
該第２基板に、層間絶縁膜を形成する工程と、
該各スペーサの先端部が該層間絶縁膜の平坦部に押圧されることにより該層間絶縁膜内に嵌合されるように、該第１基板と該第２基板とを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。