专利名称：显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及配备柱状衬垫(spacer)的显示元件，该柱状衬垫用于将对置的二块基板的间隙中所夹持的液晶层的厚度和液晶层的周边区域中的对置的二块基板的间隙保持为恒定。
背景技术：
在现有的液晶显示装置中，在遮光层上形成柱状衬垫，并使在显示外区域形成的柱状衬垫的根数的密度比在显示区域形成的柱状衬垫的根数的密度高(例如，参照专利文献1)。
特开2005-70808号公报(第3页左栏第31行-第40行，图1)。
在专利文献1中所示的、现有的液晶显示装置中，受玻璃基板上的栅极线、辅助电容线或半导体层等的膜厚的影响，阵列基板的厚度在显示区域和显示外区域是不同的。因此，存在这样的问题在显示区域和显示外区域，液晶层的厚度(以下，称为面板间隙)产生差异，可配置柱状衬垫的区域必须只配置在显示区域、或者只配置在显示区域和显示区域周边中的显示外区域的一部分。
发明内容
本发明是为了解决上述这样的课题而进行的，其目的在于即使是在显示区域外的所有地方配置柱状衬垫的情况下，也可得到没有间隙不均匀性的成为显示品质高的显示装置的显示元件。
在本发明的显示元件中，柱状衬垫配置在第1导电层的上方，在第1导电层和第2导电层通过绝缘层而层叠的部分中，通过设置于第2导电层中的孔，在第1导电层的上方配置柱状衬垫。
按照本发明，柱状衬垫配置在第1导电层的上方，在第1导电层和第2导电层通过绝缘层而层叠的部分中，通过设置于第2导电层中的孔，在第1导电层的上方配置柱状衬垫，由此，可使配置柱状衬垫的、未层叠第2导电层的部分中的第1导电层上方的第1基板与第2基板的间隙，与层叠第1导电层和第2导电层的部分中的第1基板与第2基板的间隙相等，可得到无间隙不均匀性的成为显示品质高的显示装置的显示元件。
图1是表示用于实施本发明的实施方式1中的显示元件的概略结构的俯视图。
图2是用于说明柱状衬垫的平面结构的图1中所示的显示元件的A部放大图。
图3是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的配置部分的局部剖面图。
图4是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的另一配置方法的局部剖面图。
图5是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的又一配置方法的局部剖面图。
图6是用于说明实施本发明用的实施方式2的显示元件中的柱状衬垫的配置部分的局部剖面图。
具体实施例方式
实施方式1图1是表示用于实施本发明的实施方式1中的显示元件的概略结构的俯视图，图2是用于说明柱状衬垫的平面结构的图1中所示的显示元件的A部放大图，图3是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的配置部分的局部剖面图，图4是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的另一配置方法的局部剖面图，图5是用于说明图1中所示的显示元件中的柱状衬垫的又一配置方法的局部剖面图。
在图1～5中，本发明的显示元件与现有的显示元件同样地，使在玻璃基板等作为透明绝缘性基板的第1基板1上形成有薄膜晶体管(以下，称为TFT)的阵列基板与在作为透明绝缘性基板的第2基板2上形成有彩色滤光片(以下，称为CF)的对置基板相面对地配置。另外，在该第1基板1与第2基板2的间隙内在被密封材料3包围的区域密封有液晶。
接着，说明该对置基板的制造工序。
在第2基板2上用溅射装置形成Cr膜。其后，用照相制版工序等形成作为遮光膜的黑矩阵(以下，称为BM)4。在此处，用溅射法形成Cr膜，但也可以是金属Cr与氧化Cr的双层膜，进而还可以是Ni或Al等其他的膜种。另外，成膜法不限于溅射法，用蒸镀法等其它的成膜方法亦可。进而还可以采用使遮光剂分散于树脂中的树脂BM。
在其上涂敷红色(R)颜料。其后，用抗蚀剂涂敷、曝光和显影工序将颜料构图，在BM4之间，形成R的着色层5。对绿色(G)着色层5和蓝色(B)着色层5也重复进行该过程，形成三原色的着色层5。在此处，使着色层5和BM4相搭接以便不漏光。另外，在该实施方式1中，采用了颜料法，但不限于此，用染色法、电涂法或印刷法的任何一种皆可。
从其上涂敷透明的外覆膜6并使之平坦化。在其上形成用于驱动液晶的由透明导电膜构成的共用电极7。再有，该外覆膜6具有耐热性和耐药品性，起保护着色层5的作用。
然后，形成使第1基板1与第2基板2的间隙保持大致相等的柱状衬垫8。该柱状衬垫8在涂敷了树脂层后用光刻工序形成。在此处，柱状衬垫8的剖面是大致圆形，其直径为15～20μm左右。另外，柱状衬垫8的高度为4μm左右。
再有，虽然在本实施方式1中，使柱状衬垫8的端面形状呈大致圆形，但不限于该形状，例如，也可以是大致的四边形或大致的多边形。
设置于对置基板上的柱状衬垫8在对置基板的整个面上以0.0001[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以上、0.005[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以下的配置密度进行配置。
再有，如果使柱状衬垫8的配置密度为0.0001[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以下地在对置基板的整个面上配置柱状衬垫8，则在注入液晶时，通过加到液晶显示装置上的大气压(98000Pa)，会对柱状衬垫8产生压缩破坏。
在此处，一般考虑柱状衬垫8中使用的丙烯酸类树脂等感光性树脂的压缩破坏强度为9.8×107～9.8×108Pa左右。因此，由于用压缩破坏强度来除大气压(98000Pa)所得之值为0.001～0.0001，所以柱状衬垫8的配置密度的下限值为0.0001[柱状衬垫截面积μm2/μm2]。
另外，当使柱状衬垫8的配置密度为0.005[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以上地在对置基板的整个面上配置柱状衬垫8时，则柱状衬垫8不能确保充分的压缩变形量。
因此，如果液晶随着液晶显示装置的温度上升而发生热膨胀，则由柱状衬垫8支撑的阵列基板就会离开柱状衬垫8。如果假定柱状衬垫8不能支撑阵列基板，则不能对基板均匀地施加压力，液晶显示装置就会产生显示不均匀性。另外，如果液晶随着液晶显示装置的温度降低而发生热收缩，则柱状衬垫8对基板的反作用力增加，促进了液晶内压的降低，引起气泡生成的问题。
因而，通过使柱状衬垫8的配置密度为0.0001[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以上、0.005[柱状衬垫截面积μm2/μm2]以下地在对置基板的整个面上配置柱状衬垫8，从而可抑制显示不均匀性。
进而，在其上涂敷取向膜9a，进行烘焙和摩擦处理。
接着，说明该阵列基板的制造工序。
在第1基板1上用溅射装置形成Al、Cr、Mo、Ti、W等导电膜。然后，用照相制版工序、刻蚀工序和抗蚀剂除去工序形成栅电极、栅布线、共用电容布线或显示区域10外的引出布线等的第1导电层11。
接着，在形成第1导电层11的第1基板1上用等离子体CVD装置形成SiNx等的绝缘层12和a-Si膜的半导体膜。在此处，向半导体膜表面掺以P、As等杂质，形成作为欧姆接触层的n+a-Si层。然后，用照相制版工序、刻蚀工序和抗蚀剂除去工序形成半导体层。
进而，用溅射装置形成Al、Cr、Mo、Ti、W等的导电膜。然后，用照相制版工序、刻蚀工序和抗蚀剂除去工序形成漏电极、源电极、源布线或显示区域10外的引出布线等的第2导电层13。
此时，在显示区域10外，在第1导电层11和第2导电层13通过绝缘层12进行层叠的区域之中的、与上述柱状衬垫8相对应的部分，在与形成第2导电层13的工序同样的工序中在第2导电层13内形成孔14a。再有，该孔14a具有作为柱状衬垫8的同心圆状的剖面，其深度与第2导电层13的膜厚大致相等。
再有，如果第2导电层13的删去部分(孔14a)增大，则由于减少了由第2导电层13构成的布线的体积，布线电阻会增高，担心会使显示品质降低。因此，理想情况是，第2导电层13的删去部分(孔14a)是柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域、即与柱状衬垫8的顶端的剖面相同程度的剖面。
然而，如果考虑第1基板1与第2基板2的重合偏差(贴合精度)和柱状衬垫8的加工离散度(曝光精度)，则不是仅仅在设置于对置基板上的柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域，而是还需要直至比柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域宽的区域，来形成删去了第2导电层13的孔14a。具体地说，理想情况是，与柱状衬垫8的顶端的剖面相比，删去其1.5～4倍的区域。
接着，形成作为层间绝缘膜15的SiNx膜，用照相制版工序、刻蚀工序和抗蚀剂除去工序形成接触孔。然后，形成ITO膜等透明性导电膜，用照相制版工序、刻蚀工序和抗蚀剂除去工序形成像素电极、端子部等。
用以上这样的工序形成TFT，将该TFT设置成阵列状的阵列基板被用于显示元件。
进而，清洗该阵列基板，涂敷取向膜9b。其后，进行烘焙、摩擦处理。再有，阵列基板的取向膜9b和对置基板的取向膜9a的摩擦方向被设定为在阵列基板与对置基板上成为90°的扭转取向，形成TN模式的液晶显示元件。
通过使如此形成的阵列基板和对置基板用密封材料3进行贴合并注入液晶材料，从而形成液晶显示元件。
在此处，在将背光配置于液晶显示元件的背面的液晶显示装置中，使液晶夹持于形成了多个像素的一对基板之间，由于对基板的表面进行了取向处理，从而使液晶分子排列，将电压施加于在一对或单侧的基板表面形成了液晶分子的取向状态的多个电极之间。由此，通过用分别形成于多个像素中的薄膜晶体管(TFT)来控制施加于液晶的电压，从而使来自背光源的光量发生变化，作出图像。
在将液晶用作光阀的情况下，由于液晶层的厚度(面板间隙)的精度对光透射率、对比率、响应速度等显示特性产生影响，所以将其保持均匀是重要的。作为该方法，一般来说，使用称之为衬垫的珠状衬垫或柱状衬垫8。
但是，珠状衬垫尽管用例如干式散布方法进行散布，但仍存在因衬垫的散布不均匀性引起的间隙的不均匀性、因衬垫的凝集引起的间隙的不均匀性、起因于衬垫附近的取向不均匀性的光漏泄等问题。
作为解决该问题的方法，有将柱状衬垫8形成在一块基板上的方法。柱状衬垫8由于可选择配置，所以没有珠状衬垫那样的分散不均匀性，又由于使用了精密的膜形成工序，所以用来规定间隙的衬垫高度的均匀性也是优越的。进而，由于在遮光区域内有选择地制作柱状衬垫，所以可避免取向不均匀性的影响。
例如，将与阵列基板相接触的柱状衬垫8配置于第1导电层11的上方。特别是，在阵列基板上的显示区域10内，在第2导电层13未层叠在第1导电层11上的部分、例如在栅布线的上方配置柱状衬垫8。另外，在显示区域10外，通过设置于第2导电层13内的孔14a在第1导电层11的上方、例如通过设置于源极引出布线内的孔在共用布线的上方配置柱状衬垫8。
再有，在未删去阵列基板上的第2导电层13的一部分的阵列基板被使用了的现有液晶显示元件中，由于阵列基板的显示区域10外的高度比显示区域10内要高，所以在显示区域10内和显示区域10外面板间隙变得不均匀，因此会观察到微小的周边间隙不均匀性。
另外，虽然在本实施方式1中，说明了在对置基板上配置了BM4和RGB三色着色层5的情况，但只要能够防止邻接的像素间的光漏泄，就没有必要在对置基板上配置BM4。另外，在不进行使用了着色层的色显示的情况下，没有必要配置着色层5，仅配置BM4即可。
另外，虽然在本实施方式1中，是针对面板间隙值为4.3μm的TN模式进行了说明，但柱状衬垫8的高度不限于4μm，理想情况是，在工艺上可形成的范围内来设定柱状衬垫8的高度。另外，可应用的显示模式即便是利用了双折射相位差的横向电场模式(IPS面内开关)、电场控制双折射模式(ECB电控双折射)、垂直取向模式(VA垂直取向)、OCB(光学补偿双折射)模式等，也可用同样的方法进行间隙调整。
此外，虽然在本实施方式1中，通过只在第2导电层13内形成孔14a，从而使在配置柱状衬垫8的部分的显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙一致，但如图4所示，还可通过在配置柱状衬垫8的作为第1导电层11和第2导电层13的上层的层间绝缘膜15内形成孔，从而使在配置柱状衬垫8的部分的显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙一致。此种情况下，形成于层间绝缘膜15内的孔在与将接触孔形成于层间绝缘膜15内的工序同样的工序中形成。
另外，如图5所示，通过还在配置柱状衬垫8的作为第1导电层11和第2导电层13的上层的层间绝缘膜15和绝缘层12内形成孔，从而可使在配置柱状衬垫8的部分的显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙一致。此种情况下，在层间绝缘膜15和绝缘层12内形成的孔一并形成。
然而，通过在显示区域10内的作为第1导电层11的栅布线的上方的绝缘层12和层间绝缘膜15内形成孔，由此就担心将不需要的电位施加于栅布线上，因此理想情况是，只在显示区域10外的层间绝缘膜15或绝缘层12内形成孔。此种情况下，通过在密封材料3内混入微杆(microrod)等间隙调整材料，从而任意地调整显示区域10外的面板间隙值成为可能。
这样，通过适当选择配置柱状衬垫8的形成在阵列基板上的各层之中的、形成孔的层，从而可调整在配置柱状衬垫8的部分的显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙。
另外，在本实施方式1中，也可在使第1基板1上的第1导电层11与第2基板2上的共用电极7导通的对置基板的转移电极(transferelectrode)部16，不配置柱状衬垫8。
在对置基板的转移电极部16处配置了柱状衬垫8的情况下，由于柱状衬垫8成为支柱，所以使阵列基板与对置基板导通的材料变得难以压接，电阻值的裕量减少。然而，不在对置基板的转移电极部16处配置柱状衬垫8的情况下，由于阵列基板与对置基板的导通材料能够容易压接，所以对电阻值有充分的裕量。这样，通过不在转移电极部16处配置柱状衬垫8，从而容易取得阵列基板与对置基板的导通，可得到无导通不良的显示元件，因而是理想的。
另外，在本实施方式1中，在将液晶密封于第1基板1与第2基板2的间隙中的密封材料3的涂敷区域，也可不配置柱状衬垫8。由此，由于密封材料3的压接变得容易，可得到阵列基板与对置基板的粘着力强的显示元件，因而是理想的。
如以上那样，本实施方式1中的显示元件是与设置于第2基板2上的柱状衬垫8相对应的第1基板1上的部分，通过删去使显示区域10内与显示区域10外的第1基板1的高度不同的第2导电层13的一部分，使显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙一致，由此，在显示区域10内和显示区域10外无需使柱状衬垫8的高度不同。
因此，不增加柱状衬垫8的制造工序，就可得到在显示区域10内和显示区域10外使面板间隙均匀并抑制了周边间隙不均匀性的显示元件。
实施方式2图6是用于说明实施本发明用的实施方式2的显示元件中的柱状衬垫的配置部分的局部剖面图。在图6中，与图1～5相同的符号表示相同或相当的部分，省略其说明。
在本实施方式2中，仅仅在配置于显示区域10外的柱状衬垫8配置在与设置于第1导电层11和第2导电层的重叠的孔14b和孔14a相对应的部分方面，与实施方式1不同，除了后述的孔14b的作用效果以外，均起到与实施方式1同样的作用效果。
设置于第1导电层11中的孔14b在与形成上述的第1导电层11的工序相同的工序中，形成在与设置于第2导电层13中的孔14a重叠的部分。即，在显示区域10外，在第1导电层11和第2导电层13通过绝缘层12而层叠的区域中的、与上述的柱状衬垫8相对应的部分，在与形成第1导电层11的工序相同的工序中在第一导电层11形成孔14b。再有，该孔14b具有作为柱状衬垫8的同心圆状的剖面，其深度与第1导电层11的膜厚大致相等。
再有，如果第1导电层11的删去部分(孔14b)增大，则由于减少了由第1导电层11构成的布线的体积，布线电阻会增高，担心会使显示品质降低。因此，理想情况是，第1导电层11的删去部分(孔14b)是柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域、即与柱状衬垫8的顶端的剖面相同程度的剖面。
然而，如果考虑第1基板1与第2基板2的重合偏差(贴合精度)和柱状衬垫8的加工离散度(曝光精度)，则不是仅仅在设置于对置基板上的柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域，而是还需要直至比柱状衬垫8和阵列基板相接触的区域宽的区域，来形成删去了第1导电层11的孔14b。具体地说，理想情况是，与柱状衬垫8的顶端的剖面相比，删去其1.5～4倍的区域。
再有，在实施方式1中已作了说明，通过适当选择配置柱状衬垫8的形成在阵列基板上的各层之中的、形成孔的层，从而可调整在配置柱状衬垫8的部分的显示区域10内与显示区域10外的两基板间的间隙。
如以上那样，在与设置于对置基板上的柱状衬垫8相对应的阵列基板上的第1导电层11和第2导电层13中形成孔14a和14b，与显示区域10内相比使显示区域10外的阵列基板的高度降低，在此基础上，通过在密封材料3内混入微杆等间隙调整材料，从而可以任意地调整显示区域10外的面板间隙值，可得到无周边间隙不均匀性的显示元件。
权利要求
1.一种显示元件，包括形成有通过绝缘层(12)与第1导电层(11)层叠的第2导电层(13)的第1基板(1)、与上述第1基板对置的第2基板(2)、以及使上述第1基板与上述第2基板的间隙保持大致相等的柱状衬垫(8)，其特征在于上述柱状衬垫配置在第1导电层的上方，在上述第1导电层和上述第2导电层通过绝缘层而层叠的部分中，通过设置于上述第2导电层中的孔(14a、14b)，在上述第1导电层的上方配置上述柱状衬垫。
2.如权利要求1所述的显示元件，其特征在于配置于显示区域(10)内的上述柱状衬垫配置在上述第2导电层未层叠在上述第1导电层上的部分，配置于显示区域外的上述柱状衬垫通过设置于上述第2导电层中的孔，配置在上述第1导电层的上方。
3.一种显示元件，包括形成有通过绝缘层(12)与第1导电层(11)层叠的第2导电层(13)的第1基板(1)、与上述第1基板对置的第2基板(2)、使上述第1基板与上述第2基板的间隙保持大致相等的柱状衬垫(8)、以及将液晶密封于上述第1基板与上述第2基板的间隙中的密封材料(3)，其特征在于上述密封材料混入有调整第1基板与第2基板的间隙的间隙调整材料，配置于显示区域(10)内的上述柱状衬垫是上述第2导电层未层叠在上述第1导电层上的部分，配置在上述第1导电层的上方，配置于显示区域外的上述柱状衬垫配置在与设置于第1导电层和第2导电层中的重叠的孔(14a、14b)相对应的部分。
4.如权利要求1、2或3中的任一项所述的显示元件，其特征在于在使上述第1基板上的上述第1导电层与上述第2基板上的共用电极(7)导通的转移电极部(16)，不配置柱状衬垫。
5.如权利要求1、2或3中的任一项所述的显示元件，其特征在于在将液晶密封于上述第1基板与上述第2基板的间隙中的密封材料的涂敷区域，不配置柱状衬垫。
6.如权利要求1、2或3中的任一项所述的显示元件，其特征在于还包括在上述第2导电层上形成的层间绝缘膜(15)，配置于显示区域外的上述柱状衬垫通过设置于上述层间绝缘膜中的孔，配置在上述第1导电层的上方。
7.如权利要求1、2或3中的任一项所述的显示元件，其特征在于配置于显示区域外的上述柱状衬垫通过设置于上述绝缘层中的孔，配置在上述第1导电层的上方。
全文摘要
本发明即使是在显示区域外配置柱状衬垫的情况下，也可得到无间隙不均匀性的成为显示品质高的显示装置的显示元件。其解决方法是柱状衬垫(8)配置在第1导电层(11)的上方，配置于显示区域(10)内的柱状衬垫(8)配置在第2导电层(13)未层叠在第1导电层(11)上的部分，配置于显示区域(10)外的柱状衬垫(8)通过设置于第2导电层(13)中的孔(14a)，配置在第1导电层(11)的上方。
文档编号G02F1/1339GK1904701SQ200610110040
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年7月29日
发明者吉良修一, 中村智树, 水沼昌也 申请人:三菱电机株式会社