JP5260424B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に係り、滴下方式によってＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶を充填する構成において、気泡の発生や、液晶のリークを生じない、信頼性を向上した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、カラーフィルタ等が形成された対向基板との間に液晶を充填し、この液晶の分子を電界によって制御することによって画像を形成する。ＴＦＴ基板と対向基板の間の間隔は数ミクロンと非常に小さい。従来の液晶の充填方法はＴＦＴ基板と対向基板との間をシールして内部を真空とし、大気圧によって液晶を注入していた。

しかし、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔が小さく、かつ、液晶表示装置の表示面積が大きくなると注入に多大の時間がかかり、製造のスループットを長くし、ひいては製造コストの上昇を招く。これを対策するために、例えば、対向基板上に液晶を必要量滴下し、その後ＴＦＴ基板を重ね合わせてシールし、液晶を封止する技術が開発されている。

このような滴下方式は、従来は比較的大型の液晶表示装置において採用されてきたが、小型の液晶表示装置においても採用され始めている。小型の液晶表示装置においては、マザー基板に多数の液晶セルを形成し、各液晶セルに液晶を封入する必要があるが、個々の液晶セルに液晶を封入するのは工数がかかる。滴下方式によれば、マザー基板において、１度に多数の液晶セルに液晶を注入することが出来る。

なお、本明細書では、液晶セルと言う場合は、ＴＦＴ基板と対向基板がシール材によってシールされ、内部に液晶が封入された状態のものを言い、液晶表示装置と言う場合は、液晶セルに液晶を駆動する駆動ＩＣが搭載されてものをいうが、特に区別しないで使用することもある。

液晶表示装置においては、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔を制御することは重要であるが、従来は、表示領域においては、対向基板に形成した柱状スペーサによって間隔を制御し、シール部においては、グラスファイバによって間隔を制御してきた。

これに対して、「特許文献１」には、液晶表示装置において、表示領域に柱状スペーサを使用し、かつ、シール部においても柱状スペーサを使用する構成が開示されている。「特許文献１」には、表示領域においても、シール部においても、柱状スペーサをＢＭ上に形成することによって表示領域における基板間隔とシール部における基板間隔を同じにする構成が記載されている。

一方、シール部におけるシール材とＴＦＴ基板および対向基板との接着は信頼性にとって重要である。「特許文献２」には、シール部において、液晶がシール材とＴＦＴ基板あるいは対向基板との下面に差し込むことを防止するために、液晶に対するストッパーとなる堰を形成する構成が記載されている。

特開２００１−１７４８２７号公報 特開２００７−２１２６６７号公報

図１４は小型液晶表示装置を製作するマザー基板１０００の状態を示す平面図である。図１４において、マザー基板１０００はマザーＴＦＴ基板とマザー対向基板が重ねあわされて形成されている。マザー基板１０００には、７×５＝３５個の液晶セル１が作りこまれている。図１４には、各液晶セル１を分離するスクライブライン２が記載されており、各液晶セル１にはシール材２０が形成されている。このシール材２０より内側の領域に液晶が滴下され、シール材２０によってシールされている。

小型の液晶表示装置では、ガラス基板を薄くすることが要求されている。マザーＴＦＴ基板あるいはマザー対向基板となるガラス基板は規格化されており、０．５ｍｍ程度と厚いので、マザー基板１０００を形成したあと、マザー基板１０００の外側を研磨することによって薄くする。このとき、研磨液がマザー基板１０００の内部に入り込まないようにするために、マザー基板シール材２０００がマザーＴＦＴ基板とマザー対向基板の周辺に形成されている。その後、マザー基板１０００からスクライブライン２に沿って各液晶セル１を分離する。

液晶滴下封入方式では、滴下する液晶の量が非常に重要である。液晶をマザー対向基板に滴下する際は、個々の液晶セル１に形成されたシール材２０で囲まれた領域に、量を正確に制御した液晶を滴下する。その後、マザーＴＦＴ基板によって覆い、マザーＴＦＴ基板とマザー対向基板をシール材２０およびマザー基板シール材２０００によって接着する。この時、滴下する液晶の量が少なすぎると液晶セル１内に気泡が生じ、滴下する液晶の量が多すぎると液晶がシール材２０とＴＦＴ基板の間、あるいはシール材２０と対向基板との間に差し込んで、シール不良を生ずる。

液晶セル１の内部の容量は、表示領域に形成される柱状スペーサ２０５の高さによって決まる。柱状スペーサ２０５の高さが大きいと内部の容量が大きくなり、柱状スペーサ２０５の高さが小さいと内部の容量が小さくなる。したがって、適正な液晶の滴下量は柱状スペーサ２０５の高さによって異なる。しかし、柱状スペーサ２０５の高さはプロセスによって変動する。

この問題を対策するために、従来は、対向基板２００に形成された柱状スペーサ２０５の高さを対向基板２００毎に測定し、対向基板２００を柱状スペーサ２０５の高さによってグループ分けし、各グレープ毎に対向基板２００に滴下する液晶の滴下量を決めていた。

表示領域においては、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は柱状スペーサ２０５によって決められるが、シール部においては、従来は、グラスファイバ２５０によってＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が決められていた。図１５はこの様子を示す模式断面図である。図１５において、対向基板２００側にはブラックマトリクス２０２、オーバーコート膜２０３が形成され、ＴＦＴ基板１００側には無機パッシベーション膜１０７と有機パッシベーション膜１０８が形成されている。図１５は模式図であるから他の層は省略されている。

図１５のＤＡで示す表示領域においては、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の間隔は柱状スペーサ２０５によって決められ、シール部においては、シール材に混入されたグラスファイバ２５０の径によって決められている。図１５において、シール材より内側に、液晶３００が封入されている。

柱状スペーサ２０５の高さＨＳはプロセスによってばらつくが、グラスファイバ２５０の径ＧＨは比較的精度良くコントロールされる。対向基板２００を柱状スペーサ２０５の高さによってグループ分けすると、柱状スペーサ２０５の高さＨＳとグラスファイバ２５０の径ＧＨが同程度であるグループと、柱状スペーサ２０５の高さＨＳがグラスファイバ２５０の径ＧＨよりも低いグループ、柱状スペーサ２０５の高さＨＳがグラスファイバ２５０の高さＨＧよりも高いグループに分けられる。

図１６は柱状スペーサ２０５の高さＨＳとグラスファイバ２５０の径ＧＨが同程度であるグループの液晶セル１の状態を示す断面図である。図１６の例は、液晶３００の量が適正にコントロールされ、シール部の信頼性も高く保つことが出来る。図１７は、柱状スペーサ２０５の高さＨＳがグラスファイバ２５０の径ＧＨよりも低いグループにおける液晶セル１の断面図である。液晶の滴下量は、柱状スペーサ２０５の高さによって決められるので、このグループでは、図１７に示す周辺における領域Ａのように、気泡４００が発生する。

図１８は柱状スペーサ２０５の高さＨＳがグラスファイバ２５０の高さＨＧよりも高いグループにおける液晶セル１の断面図である。液晶３００の滴下量は、柱状スペーサ２０５の高さによって決められるので、このグループでは、図１８に示す周辺において、領域Ｂで示すように、シール部に傾斜が発生し、基板が外側に歪む。図１８は、対向基板２００のみが歪むように記載されているが、図１８は模式図であり、実際はＴＦＴ基板１００側も歪む。

図１９はシール部において、基板の傾斜が生ずる理由を示す模式図である。液晶の滴下は減圧下でおこなわれる。液晶を各液晶セル１に滴下して、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を重ね合わせ、シール材を硬化させた後、大気中に戻す。液晶セル１と液晶セル１の間、すなわちシール材とシール材の間は減圧領域４５０となっているので、基板は白矢印で示す大気圧によって内側に変形する。一方、シール材よりも内側の領域、すなわち、液晶セル１側は液晶３００が過剰に滴下されて封入されているので、基板が外側に変形する。したがって、シール部において、基板の傾斜が発生することになる。

このような状態となっているマザー基板１０００をスクライブライン２にそって分離すると液晶セル１は図１８に示すような断面形状となる。ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００が研磨によって薄くなった状態においては、図１８に示すような基板の変形が生じ易い。このように、液晶３００が過剰に封入されていると、シール部の信頼性に悪影響を与えるとともに、表示領域周辺におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔変動によるコントラストの低下きたす。

このように、従来方式においては、柱状スペーサ２０５の高さを測定して、柱状スペーサ２０５の高さ毎に対向基板２００をグループ分けし、各グループ毎に滴下する液晶の量をコントロールしても、ある割合で、液晶過少による気泡４００の発生、液晶過剰による基板の変形が生じていた。本発明の課題は、以上のような問題点を解決し、信頼性の高い液晶表示装置を実現することである。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、具体的な構成は次のとおりである。

（１）ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上に第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（２）前記表示領域における前記第１の柱状スペーサと前記カラーフィルタの間にはオーバーコート膜が存在し、前記シール部における前記第２の柱状スペーサと前記第２のカラーフィルタの間には、オーバーコート膜が存在していることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（３）前記第１のカラーフィルタは緑カラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタは青カラーフィルタであることを特徴とする（１）に記載の液晶表示装置。

（４）ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上には第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、前記第２のカラーフィルタの上には第３のカラーフィルタが積層されて島状に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

（５）前記表示領域における前記第１の柱状スペーサと前記カラーフィルタの間にはオーバーコート膜が存在し、前記シール部における前記第２の柱状スペーサと前記第３のカラーフィルタの間には、オーバーコート膜が存在していることを特徴とする（４）に記載の液晶表示装置。

（６）前記第１のカラーフィルタは赤カラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタは緑カラーフィルタであり、前記第３のカラーフィルタは青カラーフィルタであることを特徴とする（４）に記載の液晶表示装置。

（７）ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上に第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、前記シール部においては、前記対向基板に形成された堰が前記表示領域を囲むように形成されており、前記堰の下には、カラーフィルタが存在していないことを特徴とする液晶表示装置。

本発明によれば、表示領域におけるＴＦＴ基板と対向基板の間隔と、シール部におけるＴＦＴ基板と対向基板との間隔との差をゼロにできるか、あるいは、常に一定の値に保つことが出来る。したがって、滴下方式によって液晶を注入する方式の液晶表示装置において、シール部の信頼性を向上させることが出来る。また、表示領域における気泡の発生を防止することが出来る。

液晶表示装置の平面図である。 液晶表示装置の表示領域の断面図である。 実施例１の液晶表示装置のシール部の断面図である。 実施例１の柱状スペーサ付近の構造を示す断面図である。 液晶表示装置の対向基板の表示領域を示す平面図である。 実施例１のシール部の平面図の例である。 実施例１のシール部の平面図の他の例である。 実施例１のシール部の平面図のさらに他の例である。 実施例２の液晶表示装置のシール部の断面図である。 実施例２の柱状スペーサ付近の構造を示す断面図である。 実施例２のシール部の平面図の例である。 実施例３のシール部の平面図の例である。 実施例３の液晶表示装置のシール部の断面図である。 マザー基板の平面図である。 従来例における表示領域とシール部における基板の間隔を規定する構成の例である。 液晶の量が適正な場合の液晶表示装置の断面図である。 液晶の量が過少の場合の液晶表示装置の断面図である。 液晶の量が過剰の場合の液晶表示装置の断面図である。 液晶の量が過剰の場合におけるマザー基板の状態における断面図である。

以下、実施例によっ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製品の例である、携帯電話等に使用される小型の液晶表示装置の平面図である。図１において、ＴＦＴ基板上に対向基板が設置されている。ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶層が挟持されている。ＴＦＴ基板と対向基板とは額縁部に形成されたシール材によって接着している。図１においては、液晶は滴下方式によって封入されるので、封入孔は形成されていない。

ＴＦＴ基板１００は対向基板２００よりも大きく形成されており、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００よりも大きくなっている部分には、液晶セル１に電源、映像信号、走査信号等を供給するための端子部１５０が形成されている。

また、端子部１５０には、走査線、映像信号線等を駆動するためのＩＣドライバ５０が設置されている。ＩＣドライバ５０は３つの領域に分かれており、中央には映像信号駆動回路５２が設置され、両脇には走査信号駆動回路５１が設置されている。

図１の表示領域１０において、横方向には走査線が延在し、縦方向に配列している。また、縦方向には映像信号線が延在し、横方向に配列している。走査線は走査線引出し線３１によって、ＩＣドライバ５０の走査信号駆動回路５１と接続している。図１において、表示領域１０を液晶表示装置の中央に配置するために、走査線引出し線３１は表示領域１０両側に配置され、このために、ＩＣドライバ５０には、走査信号駆動回路５１が両脇に設置されている。一方映像信号線とＩＣドライバ５０を接続する映像信号線引出し線４１は画面下側に集められている。映像信号線引出し線４１はＩＣドライバ５０の中央部に配置されている映像信号駆動回路５２と接続する。

図２は図１に示す液晶表示装置の表示領域の断面図である。図２は一般的なＴＮ方式の液晶表示装置の表示領域の断面図である。但し、本発明は、ＴＮ方式の液晶表示装置のみならず、例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）等の他の方式の液晶表示装置についても適用することが出来る。

図２において、ＴＦＴ基板１００上には、ゲート電極１０１が形成されている。ゲート電極１０１はスパッタリングによって形成され、その後、フォトリソグラフィによってパターニングされる。ゲート電極１０１はＡｌによって形成され、膜厚は３００ｎｍ程度である。

ゲート電極１０１と同層で、図示しない走査線等が同時に形成される。対向基板２００の対向電極２０４にコモン電圧を供給するためにＴＦＴ基板１００に形成されるコモン配線も同層で、同時に形成される。ゲート電極１０１を覆って、ゲート絶縁膜１０２が形成される。ゲート絶縁膜１０２は、例えば、ＳｉＮ膜をスパッタリングすることによって形成される。ゲート絶縁膜１０２は例えば、４００ｎｍ程度である。

ゲート電極１０１の上には、ゲート絶縁膜１０２を介して半導体層１０３が形成される。半導体層１０３はａ−Ｓｉで形成され、膜厚は１５０ｎｍ程度である。ａ−Ｓｉ層にＴＦＴのチャンネル領域が形成される。ａ−Ｓｉ層にソース電極１０５およびドレイン電極１０６を設置する前に、ｎ＋Ｓｉ層１０４を形成する。ａ−Ｓｉ層とソース電極１０５あるいはドレイン電極１０６との間にオーミックコンタクトを形成するためである。

ｎ＋Ｓｉ層１０４の上にソース電極１０５あるいはドレイン電極１０６が形成される。ソース電極１０５あるいはドレイン電極１０６と同層で、映像信号線、保護ダイオード等と接続するアース線等が形成される。ソース電極１０５あるいはドレイン電極１０６は、Ｍｏあるいは、Ａｌ等によって形成される。なお、Ａｌが使用される場合は、その上下をＭｏ等によって覆う。Ａｌがコンタクトホール１１３部において、ＩＴＯ等と接触すると、接触抵抗が不安定になる場合があるからである。

ソース電極１０５あるいはドレイン電極１０６を形成したあと、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６をマスクとしてチャンネルエッチングを行う。チャンネル層からｎ＋Ｓｉ層１０４を完全に除去するために、ａ−Ｓｉ層の上部までエッチングを行い、チャンネルエッチング領域１０９が形成される。その後、ＴＦＴ全体を覆って無機パッシベーション膜１０７を形成する。無機パッシベーション膜１０７はＳｉＮによって形成する。無機パッシベーション膜１０７は例えば、４００ｎｍ程度である。

無機パッシベーション膜１０７を覆って有機パッシベーション膜１０８が形成される。有機パッシベーション膜１０８は平坦化膜としての役割を有するので、厚く形成され、２μｍ〜３μｍ程度の厚さに形成される。有機パッシベーション膜１０８には例えば、アクリル樹脂が使用される。有機パッシベーション膜１０８は感光性のアクリル樹脂が使用され、レジストを使用せずにパターニングを行なうことが出来る。

その後、有機パッシベーション膜１０８および無機パッシベーション膜１０７にコンタクトホール１１３を形成する。ＩＴＯで形成される画素電極１１０とＴＦＴのソース電極１０５との導通をとるためである。表示領域１０において、有機パッシベーション膜１０８の上には、画素電極１１０となるＩＴＯが形成される。

図２において、画素電極１１０の上には液晶分子を配向させるための配向膜１１１が形成されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間に液晶層３００が挟持されている。液晶層３００の液晶分子は、ＴＦＴ基板１００に形成された配向膜１１１と対向基板２００に形成された配向膜１１１とによって初期配向が規定されている。

図２において、対向基板２００の内側には、ＴＦＴの位置に対応して遮光膜であるブラックマトリクス２０２が形成されている。ブラックマトリクスはＴＦＴに対する遮光膜としての役割と同時に、画像のコントラストを向上させる役割を有している。ブラックマトリクス２０２が形成されていない部分、すなわち、画素を形成する部分にはカラーフィルタ２０１が形成されている。

図２の画素構造は、後で説明するように、縦方向には、同一色のカラーフィルタ２０１がストライプ状に形成されている。そして、ブラックマトリクスはＴＦＴ基板１００に形成された走査線３０に対応して横方向にストライプ状に形成されている。カラーフィルタ２０１はブラックマトリクス２０２を覆って、縦方向に連続してストライプ状に形成されている。

カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２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は表面の凹凸を緩和するとともに、カラーフィルタを液晶から保護する役割を有する。但し、オーバーコート膜は必須ではなく、使用されないこともある。

オーバーコート膜２０３の上には、透明導電膜であるＩＴＯによって対向電極２０４が形成されている。ＴＦＴ基板１００の画素に形成された画素電極１１０と、対向基板２００に形成された対向電極２０４との間に電圧を印加することによって液晶分子を回転等させて透過光あるいは反射光を制御することによって画像を形成する。

対向電極２０４の上には、対向基板２００とＴＦＴ基板１００の間隔を規定するための柱状スペーサ２０５が形成されている。柱状スペーサ２０５は、バックライト等の光が透過しない、ブラックマトリクス２０２が形成された部分に形成される。柱状スペーサ２０５のある部分は液晶の配向が乱れ、バックライト等から光漏れが生じ、コントラストが低下する原因となるからである。

柱状スペーサ２０５の高さは、液晶層３００の層厚と同じで、例えば、３μｍ〜４μｍである。柱状スペーサ２０５は例えば、感光性のアクリル樹脂によって形成される。アクリル樹脂は対向基板２００全面に塗布され、マスクを使用して露光すると、光の当たった部分のみ、現像液に不溶となって、露光した部分のみが柱状スペーサ２０５として残る。感光性の樹脂を使用することによって、レジスト工程が不要となり、工程が短縮される。

柱状スペーサ２０５および対向電極２０４を覆って配向膜１１１が形成される。ＴＦＴ基板１００に形成された配向膜１１１と対向基板２００に形成された配向膜１１１によって液晶層３００の初期配向が決定され、この配向状態をＴＦＴ基板１００に形成された画素電極１１０と対向基板２００との間に印加される電圧によって液晶分子を回転等させて液晶層３００を透過する光を制御して画像が形成される。

図３は図１に示す液晶表示装置のシール材が形成された領域Ｓの部分の断面図であり、本発明の特徴を示す図である。図３において、ＴＦＴ基板１００上には、走査線引出し線３１が形成され、これをゲート絶縁膜１０２が覆っている。ゲート絶縁膜１０２の上に別層で形成された走査線引出し線３１が形成されている。走査線引き出し線３１は、図２のＳの部分では、縦方向に延在しているが、液晶表示装置の表示領域の外側（額縁領域）の面積を小さくするために、走査線引出し線３１を２層で形成している。上側の走査線引出し線３１は映像信号線４０と同層で形成され、図示しない部分において、走査線３０とスルーホールを介して接続している。

第２層の走査線引出し線３１を覆って無機パッシベーション膜１０７が形成されている。無機パッシベーション膜１０７を覆って、有機パッシベーション膜１０８が形成されている。シール部においては、有機パッシベーション膜１０８の上には、画素電極１１０および配向膜１１１は形成されていない。

図３の対向基板２００には、ブラックマトリクス２０２が形成されており、ブラックマトリクス２０２の上には、島状に緑カラーフィルタ２０１Ｇおよび青カラーフィルタ２０１Ｂが積層して形成されている。緑カラーフィルタ２０１Ｇのほうが、青カラーフィルタ２０１Ｂよりも大きく形成されている。緑カラーフィルタ２０１Ｇおよび青カラーフィルタ２０１Ｂを覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。シール部においては、オーバーコート膜２０３の上には対向電極２０４および配向膜１１１は形成されていない。

図３において、オーバーコート膜２０３の上には柱状スペーサ２０５が形成されている。そして、柱状スペーサ２０５の周囲はシール材２０によって充填されている。柱状スペーサ２０５の先端は、ＴＦＴ基板１００に形成された有機パッシベーション膜１０８に接触している。本発明では、シール部においても、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は、柱状スペーサ２０５によって規定される。

図３における柱状スペーサ２０５は、図２で説明した表示領域における柱状スペーサ２０５と同じプロセスで同時に形成される。したがって、プロセス変動によって柱状スペーサ２０５の高さＨＳが変動しても、表示領域とシール部において、同時に変動するので、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔の差が表示領域とシール部において、プロセス毎に変動するということは無い。

本発明の特徴は、柱状スペーサ２０５の下側に、島状の２層のカラーフィルタ２０１を配置している点である。図２で説明したように、表示領域においては、柱状スペーサ２０５の下側には１層のカラーフィルタ２０１が形成されている。本発明では、シール部の信頼性を確保するために、カラーフィルタ２０１をシール部全面ではなく、島状に形成している。島状に形成したカラーフィルタ２０１を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。

カラーフィルタは表示領域のようにストライプ状に広く形成する場合と、シール部のように、島状に形成する場合とでは、同じプロセス条件で製作しても膜厚は島状に形成した部分において薄くなる。また、カラーフィルタの上のオーバーコート膜２０３は、島状のカラーフィルタの上では、レベリング効果によって薄くなる。そうすると、柱状スペーサ２０５の高さＨＳを表示領域とシール部とで同じに制御しても、シール部において、島状に形成されたカラーフィルタの厚さ、および、オーバーコート膜２０３の厚さが小さくなるので、シール部において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が小さくなるという現象を生ずる。

本発明では、シール部において、柱状スペーサ２０５の下に、島状のカラーフィルタ２０１Ｇ、２０１Ｂを２層形成することによって表示領域とシール部において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔を均一になるように制御している。なお、図３に示すように、シール部においては、画素電極１１０、対向電極２０４、配向膜１１１等は形成されていないが、これらの膜の厚さは小さく、カラーフィルタ２０１の膜厚、あるいはオーバーコート膜２０３の膜厚の変動に比較して誤差範囲である。

図４は、シール部における対向基板２００側の各膜の形状を示す断面図である。図４において、対向基板２００には、ブラックマトリクス２０２がベタで形成されている。ブラックマトリクス２０２の上に、径φ４の島状緑カラーフィルタ２０１Ｇが形成されている。φ４は、例えば、６０μｍ〜８０μｍ程度である。島状の緑カラーフィルタ２０１Ｇの上に径φ３の島状の青カラーフィルタ２０１Ｂが形成されている。φ３は、例えば、４０μｍ程度である。

ブラックマトリクス２０２、島状の緑カラーフィルタ２０１Ｇ、島状の青カラーフィルタ２０１Ｂ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２０５が形成されている。柱状スペーサ２０５の高さＨＳは表示領域と同じで、例えば、３μｍ〜４μｍである。柱状スペーサ２０５は根元の径φ２が１５μｍ程度であり、先端の径φ１が１０μｍ程度である。

図５は対向基板２００の表示領域の一部を示す平面図である。図５において、対向基板２００の上にブラックマトリクス２０２が横方向に延在し、縦方向に配列して形成されている。また、赤カラーフィルタ２０１Ｒ、緑カラーフィルタ２０１Ｇ、青カラーフィルタ２０１Ｂがブラックマトリクス２０２を覆い、縦方向に延在し、特定ピッチで横方向に配列している。各カラーフィルタ２０１の幅Ｘはサブピクセルの横径に対応し、例えば、４０μｍである。また、ブラックマトリクス２０２のピッチＹは、サブピクセルの縦径に対応し、例えば、１２０μｍである。

図５において、柱状スペーサ２０５は、ブラックマトリクス２０２が形成された部分に対応して、青カラーフィルタ２０１Ｂの上に形成されている。図５においては、青画素に対応するサブピクセル全てに柱状スペーサ２０５が形成されている例である。図５においては、例えば、柱状スペーサ２０５の縦ピッチは１２０μｍ、横ピッチも１２０μｍである。柱状スペーサ２０５が形成される密度は、これよりも小さくとも良い。表示領域における柱状スペーサ２０５の密度は、液晶表示装置がタッチパネルとして使用されるか等の使用条件によって決められる。

図６は、本発明における対向基板２００のシール部を示す平面図である。シール部には柱状スペーサ２０５が特定ピッチで配置され、柱状スペーサ２０５の周囲にはシール材が形成されている。柱状スペーサ２０５は島状に形成された緑カラーフィルタ２０１Ｇおよび青カラーフィルタ２０１Ｂの上に形成されている。図４において、オーバーコート膜２０３は図示されていない。

柱状スペーサ２０５の横ピッチｄ２は、例えば２００μｍ、縦ピッチｄ３は、例えば５００μｍである。また、柱状スペーサ２０５とシール材の端部とん距離ｄ１は、例えば１００μｍである。したがって、柱状スペーサ２０５の台座であるカラーフィルタ２０１がシール材よりも外側に出ることは無い。

図７は、本発明における対向基板２００のシール部の他の例を示す平面図である。図７において、柱状スペーサ２０５の縦方向のピッチｄ４は、図６の場合の半分になっている。したがって、図７は図６の場合に比較して柱状スペーサ２０５の密度が倍になっている。

図８は、本発明における対向基板２００のシール部のさらに他の例を示す平面図である。図８において、柱状スペーサ２０５の横方向のピッチｄ５は図６あるいは図７の横方向のピッチｄ２の半分になっている。また、図８の縦方向のピッチｄ６は図７の縦方向のピッチの半分になっている。したがって、図８においては、柱状スペーサ２０５の密度は図７の場合よりもさらに大きくなっている。

図７および図８はシール部における柱状スペーサ２０５の配置、および密度の例であり、このほかにも、色々な配置をとることが出来る。また、シール部における柱状スペーサ２０５の密度は表示領域における柱状スペーサ２０５の密度とは同じである必要は無い。液晶表示装置の使用目的によって柱状スペーサ２０５の密度を表示領域、シール部各々で最適になるように決めることが出来る。

図９は本発明の第２の実施例を示すシール部の断面図である。本実施例における表示領域の構成は実施例１の場合と同様である。図９において、シール部におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は柱状スペーサ２０５によって決められていることは実施例１と同様である。

本実施例では、シール部において、柱状スペーサ２０５の下側に島状の赤カラーフィルタ２０１Ｒ、緑カラーフィルタ２０１Ｇ、青カラーフィルタ２０１Ｂが積層して形成されている。各カラーフィルタ２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂは、島状に形成されており、表示領域にストライプ状に形成されたカラーフィルタ２０１の厚さよりも小さくなる傾向がある。また、カラーフィルタの上に形成されるオーバーコート膜２０３も島状のカラーフィルタの上に形成される場合は、レベリング効果によって薄くなる。

本実施例では、以上のように、柱状スペーサ２０５の下に形成される台座の高さが小さくなって、表示領域とシール部とにおける基板間隔が異なってくることを防止している。実施例１の構成では、柱状スペーサ２０５の下には、緑カラーフィルタ２０１Ｇと青カラーフィルタ２０１Ｂが形成されて、基板間隔の調整を行っているが、本実施例では、３層のカラーフィルタ２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを形成することによって基板間隔の調整を行っている。

一方、液晶セル内部の圧力は正圧であるよりも負圧であるほうが、シール部の信頼性にとっては有利である。この場合は、シール部における基板間の間隔が表示領域における基板間の間隔よりも若干大きくなる。このような場合、本実施例の構成を使用すれば、安定して基板間隔の設定を行うことが出来る。

図１０は、シール部における対向基板２００側の各膜の形状を示す断面図である。図１０の構成は、柱状スペーサ２０５の台座として、島状の赤カラーフィルタ２０１Ｒが追加して配置されている他は、図４と同様である。また、柱状スペーサ２０５の先端の径φ１、根元の径φ２、島状の青カラーフィルタ２０１Ｂの径φ３、島状の緑カラーフィルタ２０１Ｇの径φ４も図４と同様である。図１０における島状の赤カラーフィルタ２０１Ｒの径は例えば、１００μｍから１２０μｍである。

図１１は、本実施例におけるシール部の平面図である。図１１では、柱状スペーサ２０５が所定のピッチで配置されており、柱状スペーサ２０５の周囲はシール材が形成されている。図１１において、柱状スペーサ２０５が形成されている部分には、島状の青カラーフィルタ２０１Ｂ、島状の緑カラーフィルタ２０１Ｇに加えて、島状の赤カラーフィルタ２０１Ｒが形成されていることを除いて実施例１の図４と同様である。

また、本実施例における柱状スペーサ２０５の配置は、図１１に示す配置のみでなく、実施例１で説明した図７、図８の配置およびその他の配置をとることが出来る。

図１２は本発明の第３の実施例を示すシール部の平面図である。図１２が実施例１あるいは実施例２と異なるところは、シール部のほぼ中心部に配向膜１１１を止めるための堰５００が設けられていることである。この堰５００は、シール材２０の全周にわたって形成されている。

配向膜１１１がシール材と基板の間に存在すると、シール材と基板との間の接着性に悪影響を与える。配向膜１１１は、表示領域にインクジェット法等によって液体の状態で塗布され、その後焼成されて固化する。配向膜１１１が液体の状態で塗布されたときに、配向膜１１１がシール部に流れ込むと、シール部の信頼性を劣化させる。

本実施例においては、仮に液体の状態の配向膜１１１がシール部に流れ込んだとしても、シール部全体に入りこまないように、シール部の中心部付近に配向膜１１１を止める堰５００を形成している。こうすることによって、たとえ、配向膜１１１がシール部に流れ込んでも、シール材の半分の領域においては、シール材と基板との接着を十分に確保することが出来るので、シール部の信頼性を確保することが出来る。

図１２において、堰５００は、柱状スペーサ２０５と同じ材料によって、同じプロセスで形成することが出来る。但し、堰５００の下には、カラーフィルタ２０１は配置されていないので、その分、堰５００の先端は、柱状スペーサ２０５の先端よりも低い。したがって、シール部におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔は柱状スペーサ２０５によって規定される。

図１２において、柱状スペーサ２０５は堰５００を避けるように配置されている。図１２における柱状スペーサ２０５のピッチ、配置等は、実施例１における図６と同様である。この他、シール部における柱状スペーサ２０５の配置は、堰５００をさけるようにすれば、実施例１で示したような種々の配置を取ることが出来る。

図１３は、図１２のＤ−Ｄ断面に対応する液晶表示装置のシール部の断面図である。すなわち、図１３は対向基板２００に形成された堰５００を挟んだ断面図となっている。図１３において、対向基板２００側には、堰５００を挟んで柱状スペーサ２０５が配置されている。各々の柱状スペーサ２０５の構成は実施例１の図３で説明したのと同様である。図１３において、オーバーコート膜２０３の上に堰５００が形成されている。この堰５００は円柱状ではなく、紙面垂直方向に線状に延在し、表示領域全周を囲んでいる。

堰５００は柱状スペーサ２０５と同じ材料で同じプロセスで形成される。したがって、柱状スペーサ２０５の高さＨＳと堰５００の高さＨＳは同じである。しかし、堰５００の下には緑カラーフィルタ２０１Ｇおよび青カラーフィルタ２０１Ｂによる台座が形成されていないので、堰５００の先端は柱状スペーサ２０５の先端よりも低い。したがって、シール部におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００との間隔は、柱状スペーサ２０５によって決められる。

図１３において、堰５００の高さＨＳは柱状スペーサ２０５の高さＨＳと同等である。配向膜１１１を止める作用からは、堰５００の高さは、柱状スペーサ２０５の高さＨＳよりも低くとも良い。堰５００の高さを柱状スペーサ２０５の高さよりも小さくする場合は、堰５００の幅を柱状スペーサ２０５の径よりも小さくすれば良い。同じプロセスにおいても、フォトリソグラフィの性質から、幅が小さければ高さを小さくすることが出来るからである。

図１３において左側が表示領域であり、配向膜１１１が形成される。図１３は、表示領域に配向膜１１１が塗布されたときに、液体状の配向膜１１１がシール部に流れてきており、この配向膜１１１が堰５００によって止められて、いることを示している。配向膜は堰５００よりも外側には流れないので、堰５００よりも外側においては、シール材と基板との間には配向膜１１１は存在しない。したがって、少なくとも堰５００よりも外側においては、シール部は高い信頼性を確保することが出来る。

図１３における対向基板２００に形成されている柱状スペーサ２０５の構成は実施例１で説明したのと同様である。対向基板２００のその他の構成も図１で説明したのと同様である。また、図１３におけるＴＦＴ基板１００の構成は実施例１の図３において説明したのと同様である。本実施例における表示領域の構成は、実施例１の図２において説明した構成と同様である。

以上のように、本発明によれば、シール部内に、配向膜のシール部内への広がりを防止する堰５００が形成されているので、配向膜がシール部に流れ込むような場合があっても、シール材の最低限の接着強度を確保することが出来る。なお、堰５００は、柱状スペーサ２０５と同じプロセスで形成することが出来るので、堰５００を形成するために、プロセスが増加することは無い。

１…液晶セル、２…スクライブライン、１０…表示領域、２０…シール材、 ３０…走査線、 ３１…走査線引出し線、 ４０…映像信号線、 ４１…映像信号線引き出し線、 ５０…ＩＣドライバ、 ５１…走査信号駆動回路、 ５２…映像信号駆動回路、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…ゲート電極、 １０２…ゲート絶縁膜、 １０３…半導体層、 １０４…ｎ＋Ｓｉ層、 １０５…ソース電極、 １０６…ドレイン電極、 １０７…無機パッシベーション膜、 １０８…有機パッシベーション膜、 １０９…チャンネルエッチング領域、 １１０…画素電極、 １１１…配向膜、 １１３…コンタクトホール、 １５０…端子部、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０１Ｒ…赤カラーフィルタ、 ２０１Ｇ…緑カラーフィルタ、 ２０１Ｂ…青カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ２０４…対向電極、 ２０５…柱状スペーサ、 ２５０…グラスファイバ、 ３００…液晶層、 ４００…気泡、 ４５０…減圧領域、 ５００…堰、 １０００…マザー基板、 ２０００…マザー基板シール材。

Claims (5)

1. ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、
   前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、
   前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上に第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、
   前記島状に形成された第１のカラーフィルタは前記島状に形成された第２のカラーフィルタよりも大きく、
   前記表示領域における前記第１の柱状スペーサと前記カラーフィルタの間にはオーバーコート膜が存在し、前記シール部における前記第２の柱状スペーサと前記第２のカラーフィルタの間には、オーバーコート膜が存在しており、
   前記シール部において、前記オーバーコート膜は、前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタを直接覆っており、
   前記第２の柱状スペーサは前記シール材の幅方向に複数存在していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１のカラーフィルタは緑カラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタは青カラーフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、
   前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、
   前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上には第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、前記第２のカラーフィルタの上には第３のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、
   前記島状に形成された第１のカラーフィルタは前記島状に形成された第２のカラーフィルタよりも大きく、前記第２の島状に形成された第２のカラーフィルタは前記島状に形成された第３のカラーフィルタよりも大きく、
   前記表示領域における前記第１の柱状スペーサと前記カラーフィルタの間にはオーバーコート膜が存在し、前記シール部における前記第２の柱状スペーサと前記第３のカラーフィルタの間には、オーバーコート膜が存在しており、
   前記シール部において、前記オーバーコート膜は、前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタと前記第３のカラーフィルタを直接覆っており、
   前記第２の柱状スペーサは前記シール材の幅方向に複数存在していることを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記第１のカラーフィルタは赤カラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタは緑カラーフィルタであり、前記第３のカラーフィルタは青カラーフィルタであることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. ＴＦＴおよび画素電極を有する画素がマトリクス状に形成された表示領域を有するＴＦＴ基板と、３色のカラーフィルタがマトリクス状に形成された表示領域を有する対向基板とを有し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板が周辺のシール部においてシール材によって接着し、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に液晶が封入された液晶表示装置であって、
   前記表示領域においては、前記対向基板に形成された第１の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第１の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちのひとつのカラーフィルタが存在し、
   前記シール部においては、前記対向基板に形成された第２の柱状スペーサによって前記対向基板と前記ＴＦＴ基板の間隔が規定され、前記第２の柱状スペーサの下には前記３色のカラーフィルタのうちの第１のカラーフィルタが島状に形成され、前記第１のカラーフィルタの上に第２のカラーフィルタが積層されて島状に形成され、
   前記島状に形成された第１のカラーフィルタは前記島状に形成された第２のカラーフィルタよりも大きく、
   前記表示領域における前記第１の柱状スペーサと前記カラーフィルタの間にはオーバーコート膜が存在し、前記シール部における前記第２の柱状スペーサと前記第２のカラーフィルタの間には、オーバーコート膜が存在しており、
   前記シール部において、前記オーバーコート膜は、前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタを直接覆っており、
   前記第２の柱状スペーサは前記シール材の幅方向に複数存在しており、
   前記シール部においては、前記対向基板に形成された堰が前記表示領域を囲むように形成されており、前記堰の下には、カラーフィルタが存在していないことを特徴とする液晶表示装置。

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