JPH10325965A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表示性能を向上するとともに、歩留まりの高
い、工程数の少ない、高性能かつ安価な液晶表示素子を
提供することを目的とする。 【解決手段】この液晶表示素子は、アレイ基板１０上に
形成された最高部、すなわちスイッチング素子１６のド
レイン電極１７及びソース電極１８を、対向基板３０に
おける遮光膜３２上に積層された着色層３３Ｒ、３３
Ｇ、３３Ｂに接触させて貼り合わせることにより形成さ
れている。アレイ基板１０上の最高部、すなわちスイッ
チング素子１６をスペーサとして利用することにより、
スペーサを一定の分布密度で等間隔に配置することが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示素子に
係り、特に、イン−プレイン−スイッチング液晶モード
とスイッチング素子としての薄膜トランジスタとを組合
せたアクティブマトリクス型液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、液晶表示素子は、それぞれ電
極を有する２枚のガラス基板の間に液晶組成物を挟持
し、その２枚の基板の周囲が液晶封入口を除いて接着剤
で固定されていて液晶封入口が封止剤で封止された構造
の液晶セルが用いられている。

【０００３】そして、この液晶セルは、セルギャップ、
すなわち２枚の基板間の距離を一定に保つために、粒状
のプラスティックビーズなどがスペーサとして利用され
ている。このスペーサは、粒径が均一であり、２枚の基
板間に散在されている。

【０００４】近年、上述したような構造、すなわち２枚
の基板にそれぞれ配置された電極間で形成される縦電界
を利用した液晶表示素子に対して、一方の基板のみに並
列するように配置された２種類の電極間で形成される横
電界を利用した液晶表示素子、すなわちアクティブマト
リクス駆動方式のイン−プレイン−スイッチング型液晶
モード（ＩＰＳ）を利用した液晶表示素子が実用されて
いる。

【０００５】このＩＰＳ液晶表示素子は、対向基板上に
電極を形成せずに、アクティブマトリクス基板上に駆動
用電極と共通電極とを設け、この２つの電極間の電圧差
により液晶組成物に含まれる液晶分子を基板に平行な面
内で回転させることにより駆動するものであり、視野角
特性が良好であることが特徴である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの液晶表示素子
では、表示領域における２枚の基板間のセルギャップを
均一に維持することが重要である。特に、ＩＰＳ液晶モ
ードを利用した液晶表示素子においては、セルギャップ
の不均一性により、例えばノーマリーホワイトモードの
表示画面に色づき等の表示不良を発生させる問題があ
る。このように、ＩＰＳ液晶モードでは、特にセルギャ
ップの均一化が重要である。

【０００７】一般に、セルギャップを一定に維持するた
めに、粒状のスペーサが２枚の基板間に散布されてい
る。しかしながら、散布させたスペーサが画素内に配置
されると、スペーサ周辺の液晶の配向が乱れることによ
り、スペーサ周辺から光が漏れて表示画面のコントラス
トを低下させる問題がある。

【０００８】また、スペーサを基板上に散布させる工程
で、スペーサが不均一に配置される虞があり、結果的に
セルギャップを一定に維持することが困難となる。そし
て、スペーサの散布密度が不均一になると表示不良を引
き起こし、歩留まりの低下を招く問題が発生する。

【０００９】そこで、この発明は、上記問題を解決しよ
うとするものであり、表示性能が良好であり、歩留まり
が高く、工程数の少ないカラー表示型液晶表示素子を安
価に提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、請求項１によれば、アレイ基
板と、このアレイ基板に対向配置された対向基板と、前
記アレイ基板と対向基板との間に挟持された液晶組成物
とを備えた液晶表示素子において、前記アレイ基板は、
基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
線及び信号線と、前記走査線及び信号線の各交差部に配
置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に
接続された画素電極と、前記画素電極に対して所定の間
隔をおいて配置された共通電極とを備え、前記アレイ基
板と前記対向基板との間に柱状のスペーサが設けられて
いることを特徴とする液晶表示素子が提供される。

【００１１】この発明の液晶表示素子によれば、アレイ
基板上に画素電極と共通電極とを設け、両電極間に形成
される電界により液晶を駆動する液晶表示素子であっ
て、アレイ基板と対向基板との間に柱状のスペーサを設
けることにより、両基板間のギャップを一定に維持する
ことが可能となる。このため、表示性能の良好な液晶表
示素子を提供することができる。この柱状スペーサは、
アレイ基板及び対向基板の少なくとも一方に、フォトリ
ソグラフィ工程などにより所定の位置で所定の厚みをも
って形成すればよい。

【００１２】また、柱状のスペーサをアレイ基板または
対向基板に形成しなくとも、アレイ基板に設けられたス
イッチング素子の最も突出した部分を対向基板に接触さ
せることにより、スイッチング素子を柱状のスペーサと
して利用することが可能である。このスイッチング素子
は、アレイ基板上の所定位置に所定の間隔で配置され、
しかも略同一の高さに形成されている。

【００１３】また、対向基板にカラーフィルタを配置す
る際に、カラーフィルタ形成工程と同一工程でカラーフ
ィルタを積層して柱状スペーサとして利用することが可
能である。

【００１４】このため、不均一な散布密度でスペーサが
散布されるような不具合は生じることがなく、均一にス
ペーサが配置されている状態にすることができ、セルギ
ャップを一定に維持することができる。また、画素領域
にスペーサが散布されるような不具合は生じることがな
いため、液晶の配向を乱す問題や光の漏れによるコント
ラストの低下などの問題を防止することができる。した
がって、表示性能が良好な液晶表示素子を提供すること
ができる。

【００１５】また、スイッチング素子を柱状のスペーサ
として利用することにより、製造工程数を削減すること
が可能であり、低コストの液晶表示素子を提供すること
ができる。

【００１６】また、請求項６によれば、アレイ基板と、
このアレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレ
イ基板と対向基板との間に挟持された液晶組成物とを備
えた液晶表示素子において、前記アレイ基板は、基板の
一主面上に互いに直交するように配置された走査線及び
信号線と、前記走査線及び信号線の各交差部に配置され
たスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続さ
れた画素電極と、前記画素電極に対して所定の間隔をお
いて配置された共通電極とを備え、前記対向基板は、前
記アレイ基板に対向配置された状態で非画素領域に対向
する領域に設けられた遮光膜と、前記アレイ基板に対向
配置された状態で画素領域に対向する領域に設けられて
いるとともに前記遮光膜上に設けられた着色層と、前記
遮光膜と複数の着色層とを積層することにより非画素領
域に形成されたスペーサと、前記着色層上および前記ス
ペーサを覆うとともに少なくとも前記画素領域を平坦化
する保護膜と、を備えていることを特徴とする液晶表示
素子が提供される。

【００１７】この発明の液晶表示素子によれば、対向基
板の画素領域には、着色層が設けられ、対向基板の非画
素領域には、遮光膜の他に、この遮光膜上に着色層を積
層することによって形成されたスペーサが設けられてい
る。スペーサを形成するための着色層の積層位置の違い
により、各画素領域の着色層とスペーサとの境界では、
着色層の傾きに違いが生じる。すなわち、スペーサを形
成する遮光膜上に積層された第１着色層と、画素領域に
設けられた第１着色層との境界付近において、遮光膜の
厚さ分だけ段差が生じ、第１の傾きが形成される。スペ
ーサを形成する第１着色層上に積層された第２着色層
と、画素領域に設けられた第２着色層との境界付近にお
いて、遮光膜と第１着色層の厚さ分だけ段差が生じ、第
１の傾きより急峻な第２の傾きが形成される。このよう
な画素領域における着色層の傾きの違いは、液晶組成物
に含まれる液晶分子のプレチルト角に違いを生じさせて
配向不良を発生させる虞がある。

【００１８】このため、この液晶表示素子は、保護膜に
より、着色層上およびスペーサを覆い、少なくとも画素
領域を平坦化している。したがって、画素領域における
着色層の傾きの違いを補正することが可能となり、液晶
分子の配向不良による表示性能の低下を抑制することが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明に
係る液晶表示素子の実施の形態について詳細に説明す
る。図１は、この発明に係る液晶表示素子、すなわちア
クティブマトリクス駆動方式の液晶表示素子の第１の実
施の形態を概略的に示す断面図であり、図２は、図１に
示した液晶表示素子を概略的に示す平面図である。な
お、図１は、図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。

【００２０】図１に示すように、この第１の実施の形態
に係る液晶表示素子は、アレイ基板１０と、アレイ基板
１０に対向配置される対向基板３０と、アレイ基板１０
と対向基板３０との間に配置される液晶層５０とを備え
ている。

【００２１】このアレイ基板１０は、イン−プレイン−
スイッチング型液晶モードのアレイ基板である。このア
レイ基板１０は、ガラスなどの絶縁性基板１１上に配置
された共通電極１２及び画素電極１３を有し、この２つ
の電極の電位差により液晶層５０に含まれる液晶組成物
を駆動しようとするものである。

【００２２】図２に示すように、アレイ基板１０は、共
通電極１２と同一の層に走査線１４を有し、画素電極１
３と同一の層に信号線１５を有している。共通電極１２
及び走査電極１４が形成された層と、画素電極１３及び
信号線１５が形成された層との間には、絶縁膜２０が設
けられている。

【００２３】走査線１４と信号線１５の交差部には、ス
イッチング素子としての薄膜トランジスタ、すなわちＴ
ＦＴ１６が設けられている。このＴＦＴ１６は、信号線
１５の一部をなすドレイン電極１７、及び画素電極１３
の一部をなすソース電極１８、及び走査線１４の一部を
なすゲート電極１９を有している。

【００２４】以下に、上述したアレイ基板１０の形成方
法について説明する。まず、走査線用の金属として、モ
リブデンとタンタルとの合金をスパッタ法により絶縁性
基板１１上に３００ｎｍの厚さに形成する。この合金の
上にフォトレジストを塗布した後、フォトプロセスによ
り、走査線を形成する部分、及び共通電極を形成する部
分にフォトレジストが残るようにパターニングする。

【００２５】続いて、フォトレジストが除去された部
分、すなわち、モリブデンータンタル合金が露出してい
る部分をエッチング法により除去し、走査線１４及び共
通電極１２を同時に形成する。

【００２６】続いて、絶縁膜として、シリコン酸化物、
すなわちＳｉＯをパターニングする。続いて、半導体素
子として、アモルファスシリコン、すなわちａ−Ｓｉを
走査線上の所定位置にパターニングして、アクティブ素
子部として形成する。

【００２７】これらのパターニング工程は、上述した走
査線などと同様にフォトプロセス及びエッチング法によ
って成される。続いて、アルミニウム、すなわちＡｌを
スパッタ法により全面に形成し、フォトプロセス及びエ
ッチング法によりパターニングし、信号線１５、画素電
極１３、ドレイン電極１７、及びソース電極１８などを
形成する。

【００２８】その後、絶縁膜として、窒化シリコン膜、
すなわちＳｉＮｘを全面にパターニングし、アレイ基板
１０が完成する。このアレイ基板１０において、最も高
さが高い部分は、ドレイン電極１７及びソース電極１８
が形成されている部分であり、画素電極１３からの高さ
は、約１〜２μｍ、好ましくは１．５μｍとなってい
る。

【００２９】このアレイ基板１０の特徴としては、共通
電極１２と画素電極１３とが同一の基板１１上に形成さ
れている点、画素電極１３がＩＴＯではなく、信号線と
同一の材料によって形成されている点、さらに、従来の
液晶表示素子に適用されるＴＦＴより最高部の高さが高
く形成されている点が挙げられる。

【００３０】このように、成膜とパターニングを繰り返
し、共通電極１２や画素電極１３などの電極、信号線１
５や走査線１４などの配線、及びＴＦＴ１６を形成した
縦横１００画素、合計１００００画素を有したイン−プ
レイン−スイッチング型アモルファスシリコンＴＦＴア
レイ基板１０を形成する。

【００３１】最後に、配向膜材料としてＡＬ−１０５１
（日本合成ゴム（株）製）を全面に５００オングストロ
ームの膜厚に塗布し、ラビング処理を行い、配向膜２１
を形成する。

【００３２】一方、対向基板３０は、透明な絶縁性基板
３１における、アレイ基板１０に対向配置された際に配
線上、及びスイッチング素子上に位置する部分に黒色の
遮光膜３２を備え、また、電極上に位置する部分、すな
わち１画素単位に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれ
ぞれのカラーフィルタ、すなわち着色層３３Ｒ、３３
Ｇ、３３Ｂを備えている。ここで、１画素のサイズは、
例えば１００μｍである。

【００３３】このような対向基板３０は、以下のように
して形成される。すなわち、基板３１上に、感光性の黒
色樹脂をスピンナーを用いて１．２μｍの膜厚に塗布し
た後、９０℃で１０分間乾燥する。そして、所定のパタ
ーン形状、すなわちアレイ基板１０における配線及びス
イッチング素子のパターンに対応した形状のフォトマス
クを介して３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ²
の露光量で露光した後、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液
にて現像する。そして、２００℃で６０分間焼成するこ
とにより遮光層３２を形成する。

【００３４】続いて、赤色の顔料を分散させた紫外線硬
化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハント
テクノロジー（株）製）を基板３１上にスピンナーにて
全面塗布した後、乾燥する。そして、赤色の画素に対応
した部分、すなわちアレイ基板１０における電極が形成
された領域に対応した形状のフォトマスクを介して３６
５ｎｍの波長で、１００ｍＪ／ｃｍ² の露光量で露光し
た後、水酸化カリウムＫＯＨの１％水溶液で１０秒間現
像する。そして、２３０℃で１時間焼成することにより
膜厚２．０μｍの赤の着色層３３Ｒを形成する。

【００３５】同様に、緑の画素に対応した部分に膜厚
２．０μｍの緑の着色層３３Ｇ、及び、青の画素に対応
した部分に膜厚２．０μｍの青の着色層３３Ｂを形成す
る。ここでは、緑の着色材料としては、ＣＧ−２０００
（富士ハントテクノロジー（株）製）、青の着色材料と
しては、ＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジ（株）
製）を用いた。

【００３６】このようにして形成された黒色の遮光膜３
２、及び赤、緑、青のそれぞれの着色層３３Ｒ、３３
Ｇ、３３Ｂの上に、アレイ基板と同様に、配向膜材料と
してＡＬ−１０５１を全面に５００オングストロームの
膜厚に塗布し、ラビング処理を行い、配向膜３５を形成
する。

【００３７】このようにして、対向基板３０を形成す
る。以上のような方法で形成されたアレイ基板１０、及
び対向基板３０により、この第１の実施の形態に係る液
晶表示素子を形成する。

【００３８】すなわち、対向基板３０の配向膜３５の周
辺に沿って接着剤５２、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂
を注入口（図示せず）を除いて印刷する。そして、アレ
イ基板１０上に形成された共通電極１２に電圧を印加す
るための電極材（図示せず）を接着剤３９の周辺の電極
上（図示せず）に形成する。

【００３９】続いて、アレイ基板１０の配向膜２１、及
び対向基板３０の配向膜３５が互いに対向し、且つそれ
ぞれのラビング方向が平行となるように配置した後、加
熱して接着剤５２を硬化させることにより両基板１０、
３０を貼り合わせる。この時、アレイ基板１０における
最高部、すなわちＴＦＴ１６のドレイン電極１７及びソ
ース電極１８が対向基板３０における着色層に接触する
ように配置される。つまり、ＴＦＴ１６がスペーサの役
割を担っている。したがって、アレイ基板１０と対向基
板３０との間に形成される液晶層５０のギャップを一定
に維持することが出来る。この液晶層５０のギャップ
は、例えば、２〜５μｍである。

【００４０】続いて、通常の方法により注入口から液晶
組成物５１として、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社
製）に、Ｓ８１１を０．１ｗｔ％添加したものを注入
し、この後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止する。

【００４１】続いて、加熱して液晶組成物５１を再度配
向した後、アレイ基板１０及び対向基板３０にそれぞれ
図示しない偏光板を貼り付けてカラー表示型アクティブ
マトリクス液晶表示素子が完成する。

【００４２】このようにして形成された液晶表示素子
は、アレイ基板１０と対向基板３０とのギャップが均一
であり、コントラスト比が高く、また画質の良好な表示
が得られた。

【００４３】上述したように、アレイ基板１０の最高
部、例えばＴＦＴのドレイン電極及びソース電極を対向
基板３０に接蝕させて貼り合わせることにより、アレイ
基板の最高部を基板間のギャップを一定に保持するスペ
ーサの役割を持たせることが可能となる。

【００４４】これにより、図２中の破線で示した領域１
のように、非画素部、すなわち配線上のみにスペーサを
形成することになり、通常のスペーサで起こるスペーサ
周辺の光漏れによる表示不良を防ぐことができる。ま
た、図２に示すように、スペーサとしての最高部１は、
アレイ基板１０上に等間隔に形成されているため、スペ
ーサの分散によるスペーサの単位面積当たりの数の不均
一性による表示不良を防ぐことができる。

【００４５】また、対向基板上におけるスペーサが接す
る点に電極を形成しないことにより、アレイ基板上の電
極と対向基板との電気的短絡を防止することができる。
この結果、高い表示性能のカラー表示型液晶表示素子を
提供することができる。

【００４６】さらに、従来のように、粒状のスペーサを
分散させる工程が必要なく、また、第１の実施の形態の
ように、アレイ基板上に共通電極及び画素電極を設けた
ようなＩＰＳ表示モードの液晶表示素子においては、走
査線と共通電極、及び信号線と画素電極とを同一の工程
で形成できるため、製造工程数を削減でき、歩留まりの
高い安価な液晶表示素子を提供することが出来る。

【００４７】次に、この発明の第２の実施の形態に係る
液晶表示素子について図面を参照して説明する。図３
は、この発明に係る液晶表示素子、すなわちアクティブ
マトリクス駆動方式の液晶表示素子の第２の実施の形態
を概略的に示す断面図である。なお、第１の実施の形態
と同一の構成要素に関しては、同一の参照符号を付し、
詳細な説明は省略する。

【００４８】図３に示すように、この第２の実施の形態
に係る液晶表示素子は、アレイ基板１０と、アレイ基板
１０に対向配置される対向基板３０’と、アレイ基板１
０と対向基板３０’との間に配置される液晶層５０とを
備えている。

【００４９】このアレイ基板１０は、第１の実施の形態
と同様に、イン−プレイン−スイッチング型液晶モード
のアレイ基板であり、ガラスなどの絶縁性基板１１上に
配置された共通電極１２及び画素電極１３を有し、この
２つの電極の電位差により液晶層５０に含まれる液晶組
成物を駆動しようとするものである。

【００５０】また、アレイ基板１０において、共通電極
１２及び走査電極１４が形成された層と、画素電極１３
及び信号線１５が形成された層との間には、ＳｉＯ絶縁
膜２０が設けられている。

【００５１】ＴＦＴ１６は、信号線１５の一部をなすド
レイン電極１７、及び画素電極１３の一部をなすソース
電極１８、及び走査線１４の一部をなすゲート電極１９
を有している。

【００５２】このアレイ基板１０は、第１の実施の形態
と同一の方法により形成される。一方、対向基板３０’
は、透明な絶縁性基板３１における、アレイ基板１０に
対向配置された際に配線上、及びスイッチング素子上に
位置する部分に黒色の遮光膜３２を備え、また、電極上
に位置する部分、すなわち１画素単位に赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれのカラーフィルタ、すなわ
ち着色層３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを備えている。ここ
で、１画素のサイズは、例えば１００μｍである。

【００５３】このような対向基板３０’は、以下のよう
にして形成される。すなわち、基板３１上に、感光性の
黒色樹脂をスピンナーを用いて１．２μｍの膜厚に塗布
した後、９０℃で１０分間乾燥する。そして、所定のパ
ターン形状、すなわちアレイ基板１０における配線及び
スイッチング素子のパターンに対応した形状のフォトマ
スクを介して３６５ｎｍの波長で、３００ｍＪ／ｃｍ²
の露光量で露光した後、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液
にて現像する。そして、２００℃で６０分間焼成するこ
とにより遮光層３２を形成する。

【００５４】続いて、赤色の顔料を分散させた紫外線硬
化型アクリル樹脂レジストＣＲ−２０００（富士ハント
テクノロジー（株）製）を基板３１上にスピンナーにて
全面塗布した後、乾燥する。そして、赤色の画素に対応
した部分、及び黒色の遮光層３２上におけるスイッチン
グ素子１６に対向する部分に、それぞれ対応した形状の
フォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で、１００ｍＪ
／ｃｍ² の露光量で露光した後、水酸化カリウムＫＯ
Ｈの１％水溶液で１０秒間現像する。そして、２３０℃
で１時間焼成することにより膜厚２．０μｍの赤の着色
層３３Ｒを形成する。

【００５５】続いて、緑の画素に対応した部分に、赤色
着色層３３と同様に、膜厚２．０μｍの緑の着色層３３
Ｇを形成するとともに、同時に、スイッチング素子１６
に対向する部分における遮光層３２上に積層された赤の
着色層３３Ｒ上にも、膜厚２．０μｍの緑の着色層３３
Ｇを形成する。ここでは、緑の着色材料としては、ＣＧ
−２０００（富士ハントテクノロジー（株）製）を用い
た。

【００５６】続いて、青の画素に対応した部分に、赤色
着色層３３と同様に、膜厚２．０μｍの青の着色層３３
Ｂを形成するとともに、同時に、及びスイッチング素子
１６に対向する部分における赤の着色層３３Ｒ及び緑の
着色層３３Ｇが積層された部分にも膜厚２．０μｍの青
の着色層３３Ｂを形成する。ここでは、青の着色材料と
しては、ＣＢ−２０００（富士ハントテクノロジ（株）
製）を用いた。

【００５７】このようにして、スイッチング素子１６に
対向する部分に、黒色の遮光膜３２、及び赤、緑、青の
それぞれの着色層３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを積層するこ
とにより、柱状の突起物３６を形成する。そして、この
突起物をスペーサとして利用する。なお、この実施の形
態では、スイッチング素子に対向する位置に着色層を積
層して突起物を形成したが、必ずしもすべてのスイッチ
ング素子に対向するように形成する必要はなく、液晶表
示素子のサイズ、突起物のサイズ、及び液晶表示素子の
形成プロセスに応じて最適な位置に最適な数の突起物を
形成すればよい。

【００５８】続いて、黒色の遮光膜３２、及び赤、緑、
青のそれぞれの着色層３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの上に、
アレイ基板１０と同様に、配向膜材料としてＡＬ−１０
５１を全面に５００オングストロームの膜厚に塗布し、
ラビング処理を行い、配向膜３５を形成する。

【００５９】このようにして、対向基板３０’を形成す
る。以上のような方法で形成されたアレイ基板１０、及
び対向基板３０’により、この第２の実施の形態に係る
液晶表示素子を形成する。

【００６０】すなわち、対向基板３０’の配向膜３５の
周辺に沿って接着剤５２、例えば熱硬化性のエポキシ樹
脂を注入口（図示せず）を除いて印刷する。そして、ア
レイ基板１０上に形成された共通電極１２に電圧を印加
するための電極材（図示せず）を接着剤３９の周辺の電
極上（図示せず）に形成する。

【００６１】続いて、アレイ基板１０の配向膜２１、及
び対向基板３０’の配向膜３５が互いに対向し、且つそ
れぞれのラビング方向が直交するように配置した後、加
熱して接着剤５２を硬化させることにより両基板１０、
３０’を貼り合わせる。この時、対向基板３０’におけ
る最高部、すなわち着色層を積層することによって形成
された突起物３６がアレイ基板１０における最高部、す
なわちスイッチング素子１６のドレイン電極１７及びソ
ース電極１８に接触するように配置される。

【００６２】つまり、突起物３６がスペーサの役割を担
っている。したがって、アレイ基板１０と対向基板３
０’との間に形成される液晶層５０のギャップを一定に
維持することが出来る。この液晶層５０のギャップは、
例えば、２〜５μｍである。

【００６３】なお、この実施の形態では、アレイ基板１
０側の最高部と、対向基板３０’側の最高部とが接触す
るように配置されたが、対向基板３０’側の最高部、す
なわち突起物３６は、非画素部であれば、配線上のいず
れの位置に配置されても構わない。

【００６４】続いて、通常の方法により注入口から液晶
組成物５１として、ＺＬＩ−１５６５（Ｅ．メルク社
製）に、Ｓ８１１を０．１ｗｔ％添加したものを注入
し、この後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止する。

【００６５】続いて、加熱して液晶組成物５１を再度配
向した後、アレイ基板１０及び対向基板３０’にそれぞ
れ図示しない偏光板を貼り付けてカラー表示型アクティ
ブマトリクス液晶表示素子が完成する。

【００６６】このようにして形成された液晶表示素子
は、アレイ基板１０と対向基板３０’とのギャップが均
一であり、コントラスト比が高く、また画質の良好な表
示が得られた。

【００６７】上述したように、対向基板３０’の最高
部、例えばカラーフィルタを形成する着色層を積層する
ことによって形成された突起物をアレイ基板１０に接蝕
させて貼り合わせることにより、対向基板の最高部を基
板間のギャップを一定に保持するスペーサの役割を持た
せることが可能となる。

【００６８】これにより、第１の実施の形態と同様に、
図２中の破線で示した領域１のように、非画素部、すな
わち配線上のみにスペーサを形成することになり、通常
のスペーサで起こるスペーサ周辺の光漏れによる表示不
良を防ぐことができる。また、図２に示すように、スペ
ーサとしての最高部１は、アレイ基板１０上に等間隔に
形成されているため、スペーサの分散によるスペーサの
単位面積当たりの数の不均一性による表示不良を防ぐこ
とができる。

【００６９】この結果、高い表示性能のカラー表示型液
晶表示素子を提供することができる。さらに、従来のよ
うに、粒状のスペーサを分散させる工程が必要なく、ま
た、第２の実施の形態のように、アレイ基板上に共通電
極及び画素電極を設けたようなＩＰＳ表示モードの液晶
表示素子においては、走査線と共通電極、及び信号線と
画素電極とを同一の工程で形成できるため、製造工程数
を削減でき、歩留まりの高い安価な液晶表示素子を提供
することが出来る。

【００７０】次に、この発明の液晶表示素子の変形例に
ついて、図面を参照して説明する。図４は、この発明に
係る液晶表示素子、すなわちアクティブマトリクス駆動
方式の液晶表示素子の変形例を概略的に示す平面図であ
り、図５は、図４に示した液晶表示素子をＢ−Ｂ線で切
断した時の断面図である。なお、第１の実施の形態と同
一の構成要素に関しては、同一の参照符号を付し、詳細
な説明は省略する。

【００７１】この変形例では、図５に示すように、アレ
イ基板１０と対向基板３０との間にアクリル樹脂などの
絶縁物をパターニングすることによって形成された柱状
の突起物４０が設けられている。この突起物４０は、図
４及び図５に示すように、アレイ基板１０における配線
上に配置されている。この変形例では、突起物４０は、
図４中の破線で示す領域４１、すなわち信号線１５の上
に配置されている。

【００７２】この変形例では、配線上に突起物４０を配
置したが、非画素部であれば他の位置、例えばスイッチ
ング素子上に配置されてもよい。この突起物４０は、ア
レイ基板１０側、または対向基板３０側のどちらに設け
られてもよく、それぞれの基板を形成する過程における
フォトプロセス工程の所定の形成しやすいタイミングで
所定の高さに形成されればよい。また、この突起物４０
の配置される位置は、図４に示した領域４１に限られ
ず、所定の分布密度で一定に間隔をおいて配置されてい
ればよい。

【００７３】つまり、この発明では、アレイ基板側また
は対向基板側に形成された突起物などの最高部を他方の
基板に接触させて、両基板を貼り合わせて液晶表示素子
を形成することにより、その最後部を両基板間のギャッ
プを一定に保持するスペーサとして利用することが可能
となり、且つこのスペーサが一定の間隔で配置されるの
で、光漏れなどの表示不良を防止することが出来る。

【００７４】次に、この発明の液晶表示素子の他の変形
例について図面を参照して説明する。図６は、この発明
の液晶表示素子、すなわちアクティブマトリクス駆動方
式の液晶表示素子の他の変形例を概略的に示す断面図で
ある。なお、第２の実施の形態と同一の構成要素に関し
ては、同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００７５】すなわち、この変形例に係る液晶表示素子
は、図６に示したように、第２の実施の形態に係る液晶
表示素子において、対向基板３０’の各着色層３３Ｒ、
３３Ｇ、３３Ｂと配向膜３５との間に保護膜６０が設け
られた構造に形成されている。

【００７６】図３に示すような第２の実施の形態に係る
液晶表示素子では、遮光膜３２上に第１着色層としての
赤色着色層３３Ｒ、第２着色層としての緑色着色層３３
Ｇ、第３着色層としての青色着色層３３Ｂを順に積層す
ることにより、柱状の突起物３６を形成し、この突起物
３６をスイッチング素子１６に当接することでスペーサ
として機能させている。このように、遮光膜と複数の着
色層とを積層することによって柱状の突起物３６を構成
する場合、図６に示すように、各画素領域に設けられた
着色層とスペーサを構成する着色層との境界付近におい
て、着色層の積層順序の違いにより、各着色層毎に異な
る傾きを有する面が形成される。

【００７７】すなわち、赤用の画素領域７０Ｒに設けら
れているとともに、遮光膜３２上に積層されて突起物３
６を形成している赤色着色層３３Ｒは、画素領域７０Ｒ
と突起物３６との境界付近において、遮光膜の厚さ分だ
け段差が生じ、第１の傾きを有する面６１が形成され
る。

【００７８】また、緑用の画素領域７０Ｇに設けられて
いるとともに、赤色着色層３３Ｒ上に積層されて突起物
３６を形成している緑色着色層３３Ｇは、画素領域７０
Ｇと突起物３６との境界付近において、遮光膜の厚さお
よび赤色着色層３３Ｒの厚さ分だけ段差が生じ、第２の
傾きを有する面６２が形成される。第２の傾きは、第１
の傾きより急峻である。つまり、第２の傾きを有する面
６２は、第１の傾きを有する面６１より、基板３１に対
する成す角度が大きい。

【００７９】さらに、青用の画素領域７０Ｂに設けられ
ているとともに、緑色着色層３３Ｇ上に積層されて突起
物３６を形成している青色着色層３３Ｂは、画素領域７
０Ｂと突起物３６との境界付近において、遮光膜の厚
さ、赤色着色層３３Ｒの厚さ、および緑色着色層３３Ｇ
の厚さ分だけ段差が生じ、第３の傾きを有する面６３が
形成される。第３の傾きは、第２の傾きより急峻であ
る。つまり、第３の傾きを有する面６３は、第２の傾き
を有する面６２より、基板３１に対する成す角度が大き
い。

【００８０】それぞれ傾きが異なる面６１、６２、６３
上に、液晶組成物に含まれる液晶分子を所定の向きに配
向させる配向膜を形成した場合、各面上において、傾き
の違いにより、配向方向が異なることがある。配向方向
が異なると、液晶分子のプレチルト角に違いが発生し、
配向不良を発生する虞がある。

【００８１】このような、傾きが異なる面６１、６２、
６３が各画素領域７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ内に配置され
ると、液晶層５０を形成するアレイ基板１０と対向基板
３０’の着色層３３との間隙すなわちギャップが不均一
となる。すなわち、傾きが緩やかな面では、アレイ基板
１０と着色層３３とのギャップは、緩やかに変化し、傾
きが急峻な面では、アレイ基板と着色層３３とのギャッ
プが急峻に変化する。

【００８２】液晶分子が複屈折モードである場合には、
ギャップの違いにより、画面表示が変化する。このた
め、液晶表示素子の表示性能を低下させる原因となる。
そこで、この液晶表示素子では、図６に示したように、
着色層３３と配向膜３５との間に、ポリイミド系などの
有機材料によって形成された保護膜６０を設けている。
この保護膜６０は、各着色層３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、
および突起物３６を覆い、少なくとも各画素領域７０
Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂ内の着色層上をアレイ基板１０に対
して平行となるように平坦化している。この保護膜６０
により、各画素領域内におけるアレイ基板１０と保護膜
６０との間に形成される液晶層５０のギャップを均一化
することが可能となる。

【００８３】このような対向基板３０’は、以下のよう
にして形成される。まず、第２の実施の形態で説明した
ように、基板３１上に遮光膜３２を形成した後、赤色画
素領域７０Ｒおよび遮光膜３３上に赤色着色層３３Ｒを
形成し、緑色画素領域７０Ｇおよび遮光膜３３上の赤色
着色層３３Ｒ上に緑色着色層３３Ｇを形成し、青色画素
領域７０Ｂおよび遮光膜３３上の緑色着色層３３Ｂ上に
青色着色層３３Ｂを形成する。これにより、各画素領域
に着色層が配置されるとともに非画素領域に遮光膜３２
と複数の着色層３３Ｒ、３３Ｇ、３３ｂを積層した突起
物３６を形成する。

【００８４】続いて、スピンコータで各着色層３３Ｒ、
３３Ｇ、３３ｂ、および突起物３６の上に保護膜６０を
塗布し、少なくとも各画素領域内の着色層を基板３１に
対してほぼ平行とするように平坦化する。このとき、保
護膜の膜厚は、画素領域内で約１乃至３μｍであり、突
起物３６上においては画素領域内の膜厚よりも十分に薄
いものとする。

【００８５】続いて、この保護膜６０上に配向膜材料を
塗布した後、ラビング処理することにより配向膜３５を
形成する。このようにして、対向基板３０’を形成す
る。

【００８６】上述したような対向基板を適用した液晶表
示素子では、画素領域と突起物との境界付近における着
色層に、基板に対する傾きが異なる面が形成される。そ
して、少なくとも画素領域内において、それぞれ傾きの
異なる着色層の面を覆うとともに、アレイ基板に対する
ギャップを均一化する保護膜を配置している。

【００８７】このため、傾きが異なる面による液晶分子
の配向不良を防止するとともに、液晶層の不均一なギャ
ップによる表示欠陥を抑制し、表示性能の低下を防止す
ることが可能となる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アレイ基板及び対向基板にいずれか一方の基板上の
最も高い場所を他方の基板と接触させ、２枚の基板の間
隔を保つためのスペーサとして用いることにより、表示
性能を向上するとともに、歩留まりの高い、工程数の少
ない、高性能かつ安価な液晶表示素子を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１の実施の形態に係る液
晶表示素子を概略的に示す断面図である。

【図２】図２は、この発明の第１の実施の形態に係る液
晶表示素子を概略的に示す平面図である。

【図３】図３は、この発明の第２の実施の形態に係る液
晶表示素子を概略的に示す断面図である。

【図４】図４は、この発明の変形例に係る液晶表示素子
を概略的に示す平面図である。

【図５】図５は、この発明の変形例に係る液晶表示素子
を概略的に示す断面図である。

【図６】図６は、この発明の他の変形例に係る液晶表示
素子を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０…アレイ基板 １１…絶縁性基板 １２…共通電極 １３…画素電極 １４…走査線 １５…信号線 １６…スイッチング素子（ＴＦＴ） １７…ドレイン電極 １８…ソース電極 １９…ゲート電極 ２０…絶縁膜 ２１…配向膜 ３０（３０’）…対向基板 ３１…透明基板 ３２…黒色遮光膜 ３３（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…着色層 ３５…配向膜 ３６（４０）…突起物 ５０…液晶層 ５１…液晶組成物 ５２…接着剤 ６０…保護膜 ７０( Ｒ、Ｇ、Ｂ) …画素領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森光 淳 神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１ 東 芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置
   された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に
   挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示素子におい
   て、 前記アレイ基板は、 基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
   線及び信号線と、 前記走査線及び信号線の各交差部に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子に接続された画素電極と、 前記画素電極に対して所定の間隔をおいて配置された共
   通電極とを備え、 前記アレイ基板と前記対向基板との間に柱状のスペーサ
   が設けられていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置
   された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に
   挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示素子におい
   て、 前記アレイ基板は、 基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
   線及び信号線と、 前記走査線及び信号線の各交差部に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子に接続された画素電極と、 前記画素電極に対して所定の間隔をおいて配置された共
   通電極とを備え、 前記アレイ基板及び対向基板のいずれか一方の基板に
   は、他方の基板に向って突出された柱状のスペーサが設
   けられていることを特徴とする液晶表示素子。
3. 【請求項３】アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置
   された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に
   挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示素子におい
   て、 前記アレイ基板は、 基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
   線及び信号線と、 前記走査線及び信号線の各交差部に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子に接続された画素電極と、 前記画素電極に対して所定の間隔をおいて配置された共
   通電極とを備え、 前記スイッチング素子における最も前記アレイ基板から
   突出した部分を前記対向基板に接触させ、前記スイッチ
   ング素子をスペーサとして利用することを特徴とする液
   晶表示素子。
4. 【請求項４】アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置
   された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に
   挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示素子におい
   て、 前記アレイ基板は、 基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
   線及び信号線と、 前記走査線及び信号線の各交差部に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子に接続された画素電極と、 前記画素電極に対して所定の間隔をおいて配置された共
   通電極とを備え、 前記対向基板は、前記アレイ基板に対向配置された状態
   で非画素領域となる位置に柱状のスペーサを備えている
   ことを特徴とする液晶表示素子。
5. 【請求項５】前記対向基板は、前記アレイ基板における
   信号線、走査線、及びスイッチング素子に対向する部分
   に設けられた遮光膜と、１画素毎に赤、緑、青にそれぞ
   れ着色された着色層とを備え、前記柱状のスペーサが遮
   光膜上に赤、緑、青の着色層を積層した突起物によって
   形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示
   素子。
6. 【請求項６】アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置
   された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板との間に
   挟持された液晶組成物とを備えた液晶表示素子におい
   て、 前記アレイ基板は、 基板の一主面上に互いに直交するように配置された走査
   線及び信号線と、 前記走査線及び信号線の各交差部に配置されたスイッチ
   ング素子と、 前記スイッチング素子に接続された画素電極と、 前記画素電極に対して所定の間隔をおいて配置された共
   通電極とを備え、 前記対向基板は、 前記アレイ基板に対向配置された状態で非画素領域に対
   向する領域に設けられた遮光膜と、 前記アレイ基板に対向配置された状態で画素領域に対向
   する領域に設けられているとともに前記遮光膜上に設け
   られた着色層と、 前記遮光膜と複数の着色層とを積層することにより非画
   素領域に形成されたスペーサと、 前記着色層上および前記スペーサを覆うとともに少なく
   とも前記画素領域を平坦化する保護膜と、を備えている
   ことを特徴とする液晶表示素子。