液晶顯示器的制作方法

專利名稱：液晶顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示器，更具體地講是涉及這樣一種液晶顯示器其中，一對襯底彼此相對放置，襯底間由襯墊材料形成預定間隙，液晶化合物保留在間隙中。
背景技術：
近年來，液晶顯示器廣泛用作小型顯示器和所謂OA設備的顯示終端。這些類型的液晶顯示器主要包括一個所謂的液晶面板(也稱為液晶單元)，其中，液晶化合物層(或液晶層)置于一對襯底之間，所述的一對襯底中至少一個是由透明玻璃板、塑料襯底等制成的。這種液晶面板通常分為簡單矩陣型和有源矩陣型，簡單矩陣型選擇性地向液晶面板的襯底上形成的各種象素形成電極加電壓，以改變構成預定象素部分的液晶化合物的液晶分子的取向方向，由此形成象素，而在有源矩陣型中，液晶面板的襯底上形成各種電極和象素選擇有源元件，以便從這些有源元件進行選擇，來改變處于象素電極和連接到有源元件的基準電極之間的象素的液晶分子的取向方向，由此形成象素。
通常，有源矩陣型液晶顯示器采用所謂的垂直電場模式，其中，用于改變它的液晶層的取向方向的電場加到它的兩個相對放置的襯底上形成的電極上。
另一方面，所謂的平面內轉換模式(以下縮寫為IPS模式)液晶顯示器已經投入實際使用，其中，加到它的液晶層的電場方向平行于它的表面。日本特許公報21907/1988和美國專利US4345249已經公開的液晶顯示器是這種平面內轉換模式液晶顯示器的已知的實例，其中通過使用在兩個襯底之一上的梳齒形電極，來獲得很寬的視角。
這類液晶顯示器中用的液晶面板構成為，襯墊置于絕緣襯底對之間的間隙中，液晶化合物密封在其中，以使間隙保持預定值。
通常，現有的襯墊采用含樹脂或玻璃的材料構成的球形襯墊，或者是用同樣的材料制成的球形襯墊并經著色劑、粘接劑或取向處理劑進行表面處理，這種襯墊用靜電分散法、半干式噴射法等，分散在絕緣襯底的電極一側的內表面之間。
此外，還提出了用以下方式來代替這種球形襯墊，即，日本特許公開325298/1995和286194/1996所公開的用光刻法或印刷法等在被光屏蔽部分(光屏蔽膜或黑色掩模)屏蔽的至少部分區域(無象素部分)上形成圓柱形襯墊(凸起)的預定圖形。
發明概述在襯底上形成圓柱形襯墊的上述已有技術中，每個象素形成一個襯墊。每個襯墊固定到相對的襯底之一上，每個襯墊的預定區域與另一個襯底接觸。但是，本申請的發明人發現，如果設置多個襯墊，則會出現襯墊的接觸面積變寬和摩擦力增大的問題。具體地說，若從外部給液晶面板的兩個相對的襯底施加力，使它們的表面相互平行地偏移，由于外力平行于襯底表面，使相對襯底之間出現暫時的輕微偏離，但是，如果襯墊的數量大(接觸面積大)，由于襯墊與襯底之間有摩擦力，因此，即使加到襯底上的外力解除后，這種偏離也不會回復。
為解決上述問題，可考慮使襯墊的數量減少，使接觸面積變窄。但是，如果襯墊數量減少，又會出現另一個問題。具體地說，按垂直于襯底表面的方向從外部給襯底施加暫時的負荷時，有限數量的襯墊將會彈性變形，襯底之間的間隙不可逆地局部變小，使顯示質量變差。
因此，本發明人提出了一種液晶顯示器，其中，設置有當從外部施加暫時大的負荷時用于分擔負荷的襯墊，此外，還設置有用于保持襯底之間的間隙的襯墊。
以下將說明根據本發明的液晶顯示器的幾個例子。
液晶顯示器的第一個例子包括第一襯底；與第一襯底相對設置的第二襯底；設在第一和第二襯底之間的液晶層；和設在第一襯底上的襯墊，液晶層設在襯墊和第二襯底之間。換句話說，形成在第一襯底的液晶層一側主表面上的多個襯墊中的至少一個襯墊不與和第一襯底對置的第二襯底的液晶層一側主表面接觸，或者，不與第二襯底液晶層一側主表面上設置的疊層材料(如取向膜、保護膜和視頻信號線)接觸。而且，液晶化合物(液晶層)處在至少一個襯墊與第二襯底的液晶層一側主表面之間，或者，處在至少一個襯墊與第二襯底液晶層一側主表面上設置的疊層材料之間。在至少一個襯墊表面上形成由取向膜、保護膜、導電氧化膜等構成的導電層時，這種膜或層的上表面(如果多個膜或層疊置在襯墊的表面上，就是該疊層結構的最上表面)與第二襯底的液晶層一側主表面或其上設置的疊層材料隔開。
液晶顯示器的第二個例子包括TFT襯底(它的主表面設有多個象素區，每個象素區有至少一個象素電極和一個與它連接的轉換元件)；濾色襯底，它的一個主表面上設有多個圓柱形襯墊(即在主表面上形成可變成襯墊的多個凸臺)；和設在TFT襯底主表面與濾色襯底主表面之間的液晶層(液晶化合物密封在這兩個襯底的主表面之間的間隙中)。各個圓柱形襯墊在其與TFT襯底接觸的表面(從濾色襯底的主表面看到的其上表面)上具有凹面，并且當給TFT襯底與濾色襯底之間加力時，至少有一個圓柱形襯墊變形，而且設在該至少一個襯墊的上表面上的凹面也與TFT襯底接觸。至少一個圓柱形襯墊的上表面可與TFT襯底的液晶層一側主表面接觸，而且也可以與諸如在TFT襯底的液晶層一側主表面上形成的保護膜和取向膜的結構接觸。設在TFT襯底上的轉換元件不僅僅是所謂的場效應薄膜晶體管(TETFT)。也可以是二極管(薄膜二極管TFD)。
液晶顯示器的第三個例子包括TFT襯底(它的主表面設有象素區，每個象素區有至少一個象素電極和一個與它連接的轉換元件)；濾色襯底；和圓柱形襯墊，襯墊用于保持TFT襯底和濾色襯底之間的間隙(在兩個襯底的主表面之間形成空間)。各圓柱形襯墊具有接觸表面，這些接觸表面設置成與一個襯底(TFT襯底和濾色襯底之一)相接觸，并且分別位于該襯底上設置的臺階的邊界位置上，圓柱形襯墊的各接觸表面設置成在兩個襯底之間保持常規間隙的情況下，在其頂側部分(例如從液晶層看到的凸出部分)與臺階接觸，但暫時施加外力時，圓柱形襯墊彈性變形并還與各臺階的底側部分(例如從液晶層看到的凹入部分)接觸。
液晶顯示器的第四個例子包括襯底對(例如TFT襯底和濾色襯底)，用于保持兩個襯底之間的間隙的圓柱形襯墊分別設在這對襯底的任一主表面中設置的臺階的頂側，而在臺階下面設置用于抵抗暫時施加的外力的增強襯墊。
液晶顯示器的第五個例子包括TFT襯底；濾色襯底；和設在兩個襯底之間的圓柱形襯墊。圓柱形襯墊分別設在濾色襯底上設置的臺階上，臺階是在形成光屏蔽膜圖形或者濾色片圖形的步驟中，或者與此相似的步驟中，形成在濾色襯底上的。
通過以下結合附圖所做的說明，本發明的這些和其它目的、特征和優點將會更清楚。
附圖簡要說明

圖1A是顯示根據本發明實施例的液晶顯示器(以下縮寫為LCD)的襯墊的橫截面圖；圖1B是從襯底頂側看到的襯墊的平面圖；圖2是顯示根據本發明實施例的LCD的象素結構的平面圖；圖3是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的橫截面圖；圖4是用于說明根據本發明實施例的研磨方法的示意圖；圖5是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的橫截面圖；圖6A和6B是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的橫截面圖；圖7是顯示根據本發明實施例的LCD的另一象素結構的平面圖；圖8是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的橫截面圖；圖9A至9D是顯示要在其上設置根據本發明實施例的LCD的襯墊的基礎部分的制造工藝的示意圖；圖10A至10D是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的制造工藝的示意圖；圖11A至11C是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的制造工藝的示意圖；圖12是顯示根據本發明實施例的LCD的象素結構的平面示意圖；圖13是顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊的平面示意圖；圖14是濾色襯底的平面示意圖，用于顯示根據本發明實施例的LCD的襯墊設置位置；圖15是根據本發明實施例的LCD的電路圖；圖16是顯示根據本發明實施例的LCD的構成部分的結構示意圖。
發明詳述以下將參見附圖詳細描述本發明的優選實施例。
圖1A和1B是展示濾色襯底(color filter substrate)的局部的示意圖，用于說明根據本發明的LCD的一個實施例。圖1A是沿圖1B中I-I線的橫截面圖。圖1B是從圖1A的頂側看到的平面圖。
在圖1A和1B中，參考標號1表示襯墊，2表示濾色片，3表示黑色掩模，4表示保護膜(圖1B中未示出)，5表示透明襯底，6表示在襯墊1上表面上形成的凹面。凹面6將在后面詳細描述。
如圖1A和1B所示，在透明襯底5上形成黑色掩模3。黑色掩模3用黑色樹脂膜或金屬制成，它有擋光功能。濾色片2設在黑色掩模3的各個孔中。濾色片2是用有顏料或染料的著色樹脂制成，特定波長的光能透過濾色片2。
形成覆蓋濾色片2和黑色掩模3的保護膜4。保護膜4也叫外敷膜，用它保護濾色片2和黑色掩模3的表面，它也保護液晶化合物不被濾色片元件污染。濾色片2的端部2B覆蓋黑色掩模3，由于濾色片2和黑色掩模3的厚度不同，所以，在濾色片2的端部2B出現臺階。用保護膜4覆蓋濾色片2和黑色掩模3還有埋置和整平濾色片2和黑色掩模形成的臺階的作用。
保護膜4上形成襯墊1。襯墊1用于保持濾色襯底和與它相對設置的TFT襯底(圖中未示出，將在以下描述)之間的恒定間隙，液晶化合物保留在由襯墊1形成的間隙中。正如圖1的平面示意圖所示，形成襯墊的位置位于黑色掩模3的上面。由于襯墊1被黑色掩模3遮掩。所以，LCD顯示圖像時不會突顯襯墊1。而且，盡管圖1A和1B只展示出透明襯底5上的一個襯墊，但是，在透明襯底5(也稱濾色襯底)的整個表面上形成有按矩陣形設置的多個襯墊1，用它們使透明襯底5上表面和與它相對放置的另一襯底(如TFT襯底)之間保持恒定間隙。
透明襯底5上形成襯墊1后，形成取向膜(圖中未示出)，并用研磨布等研磨取向膜，對取向膜進行取向處理。在該取向處理時，由于襯墊1向外凸出，所以會出現不能均勻研磨的問題。為解決該問題，襯墊1形成在這樣的位置上，即，在襯墊1上形成的并且在取向膜研磨處理時可能不均勻研磨的取向膜部分，盡可能完全由黑色掩模遮蔽。
如上所述，襯墊1有使存放液晶的間隙保持不變的作用(例如使濾色襯底主表面和與它相對放置的TFT襯底主表面之間隔開的間隙厚度保持不變)，因此，必須使襯墊1的高度具有高精度。如果襯墊1的高度不能恒定，那么液晶層(密封在襯底之間的間隙中的液晶化合物層)的厚度會出現不均勻。如果液晶層厚度出現不均勻，則會出現因穿過液晶層的光的光路長度不均勻造成的顯示質量下降的問題。為此，在要變成襯墊1的構成材料的膜層形成過程中，膜層的厚度必須均勻。
如上所述，為了形成這種襯墊1，必須在特定位置形成多個襯墊，并控制各個襯墊的高度使其達到高精度。為此，使用這樣的方法，其中，要構成襯墊1的材料層形成均勻厚度，并且構圖為特定形狀。
樹脂材料用作襯墊1的材料。可以用例如JSR公司生產的光敏丙烯酸樹脂清漆“OPTMER NN500”(OPTMERR商品名)作為樹脂材料，它是一種負型光刻膠。用旋涂法等把光刻膠材料加到其上形成有黑色掩模3、濾色片2和保護膜4的透明襯底5上，用掩模對光刻膠曝光，構成襯墊1的圖形。此后，用去除劑(remover)對光刻膠顯影，并加熱固化，由此形成襯墊1。
在襯墊1形成過程中，通過適當調節光刻膠材料的光敏特性以及熱固化過程中光刻膠材料的固化收縮特性，在襯墊1的上表面上形成凹面6。本實施例中，由于用負型光刻膠材料，大曝光量部分不能顯影和用去除劑去除，而小曝光量部分容易除去。為此，使光掩模的每個孔中的曝光量不同，可以在襯墊1的上表面上形成容易去掉的部分和很難去掉的部分。本實施例中，襯墊1上表面的中心部分的曝光量小于它的周邊部分的曝光量。在這種曝光的一個實例中，在諸如玻璃襯底之類的透明襯底件上形成不透明膜，并且通過在不透明膜的部分中形成孔(透明部分構成的圖形)，形成光掩模。經該光掩模，在每個孔的中心部分(在與其周邊部分隔開的每個孔的中心區中)，不透明膜較少地存留，或者，形成篩形或干涉條紋形不透明圖形，由此，使穿過每個孔的中心部分的光量小于穿過孔的周邊部分的光量。不僅僅是在本例中，要被輻射到每個襯墊上表面中心部分的光量小于輻射它的上表面周邊部分的光量，從而，使構成每個襯墊上表面中心部分的光刻膠的曝光稍微不完全。按此方式，襯墊1上表面中心部分變得比周邊部分更容易用去除劑除去，由此，形成了凹面6。
由于凹面6設在襯墊1的上表面上，因此，襯墊1上表面的最高部分及其附近部分與相對的TFT襯底接觸，使透明襯底5和TFT襯底之間保持間隙，而當液晶面板上加大的負荷時，凹面6的最低部分及其附近部分與TFT接觸，并分散承受大的負荷。該情況下，就與相對的TFT襯底接觸的上表面面積而言，上表面的不接觸部分的凹面面積必須大于上表面的接觸部分的凹面面積。臺階所需的尺寸大小，即凹面6的深度應大于或等于液晶面板裝配過程中襯墊1的壓縮量，并且臺階尺寸通常是大約+0.2～+0.3μm。
在描述液晶面板中每個襯墊1的設置位置之前，下面先說明象素區。
圖2是根據本發明的LCD的一個象素區的結構示意圖，并且是展示襯底(本例中，所謂的TFT襯底)的液晶一側表面的平面圖，TFT襯底與著色襯底相對放置，它們之間夾有液晶。圖2所示象素區的結構是所謂的平面內轉換型結構，其中，加到液晶層的電場方向大致平行于襯底表面。本例的LCD構成為，使用具有正的介電各向異性的液晶。
為了簡化圖示，圖2示出一個象素，但是在液晶面板中按矩陣形設置了多個單個象素來構成顯示部分。為此，在圖2所示的一個象素區的上下左右側分別存在相鄰的象素，而且，每個相鄰象素的構成與圖2所示的一個象素的構成相同。
圖2中，參考標號100A表示TFT襯底，在TFT襯底100A的表面上形成按水平(X)方向延伸和按Y方向并列的多根柵信號線102。這些柵信號線102用諸如鉻(Cr)之類的材料制成。
每根相鄰的柵信號線102和以下要描述的按垂直(Y)方向延伸并按水平方向(X)并列的每根相鄰的漏信號線103一起圍成一個矩形區，該矩形區構成一個象素區。
用例如與柵信號線102相同的材料，形成按圖2中水平(X)方向經過象素區中心附近延伸的反向(counter)電壓信號線104。
反向電極104A和反向電壓信號線104整體形成，反向電極104A和反向電壓信號線104在象素區中形成為大致是“H”形圖形。
一個信號經反向電壓信號線104供給反向電極104A，該信號用作要供給后面將說明的象素電極109的視頻信號的基準，以在象素電極109和反向電極104A之間產生對應視頻信號的電場。
該電場有平行于TFT襯底100A的表面的電場分量，并用這些電場分量構成的電場控制液晶的透光率。
順便指出，一個基準信號從顯示部分之外供給反向電壓信號線104。
在其上按上述方式形成有柵信號線102和反向電壓信號線104的TFT襯底100A的整個表面上，形成由例如氮化硅膜SiN構成的絕緣膜105(參見圖3)。
該絕緣膜105有在柵信號線102和漏信號線103(將在后面說明)之間的層間絕緣膜的功能，在形成各個薄膜晶體管TFT的區域中用于TFT的柵絕緣膜(將在后面說明)的功能，以及在形成各附加電容Cadd的區域中用于附加電容Cadd的介電膜(將在后面說明)的功能。
在圖2所示象素區的左下部，每個TFT形成為疊置在柵信號線102上，在這個區域內，在絕緣膜105上形成例如非晶硅(a-Si)的半導體層106。
在半導體層106的表面上形成漏極103A和源極109A，由此形成有反向交錯結構的TFT，它的柵電極用部分柵信號線102構成，柵絕緣膜用部分絕緣膜105構成。
在例如漏信號線103形成過程中，與象素電極109同時形成覆蓋半導體層106的漏極103A和源極109A。
象素電極109形成為按圖2中所示Y方向延伸，經過上述反向電極104A之間的區域。換句話說，在每個象素中，在每個象素電極109的相對側設置相互幾乎按等距離隔開的反向電極104A，由此，在象素電極109和反向電極104A之間產生電場。
從圖2可看到，象素電極109構成為例如在反向電壓信號線104上彎曲的V形圖形。與象素電極109相對的每個反向電極104A構成為有寬度變化，以使每個反向電極104A與象素電極109平行延伸。
具體地說，當彎曲的象素電極109有按長度方向均勻一致的寬度時，如圖2所示，位于象素電極109相對側的每個反向電極104A形成為在它面對相鄰漏信號線103的側面與相鄰漏信號線103平行延伸，而在它面對象素電極109的側面與象素電極109平行延伸。
由于該結構，在象素電極109與反向電極104A之間要產生的電場E的方向與圖2底側的象素區中的反向電壓信號線104之間的夾角變成(-)θ，而與圖2頂側的象素區中的反向電壓信號線104之間的夾角變成(+)θ。
在一個象素區中按該方式使電場E的方向不同(這種方向在一個象素區中并非必需是不同的，或者也可以是在一個象素區與另一象素區之間不同)的原因是通過使其液晶分子的部分相對于不變的初始取向方向按一個方向旋轉，而其它部分按相反方向旋轉，液晶的透光率可以變化。
采用這種結構，可解決因液晶顯示板的視角相關性而造成的問題，即，用戶從相對于主視角方向的斜向看液晶面板時造成的反光現象。
順便指出，本實施例中，使液晶分子的初始取向方向R與漏信號線103的延伸方向大致相同，并且使以后要說明的取向膜的研磨方向(初始取向方向)要沿漏信號線103的方向。
為此，上述電場方向θ相對于初始取向方向R設定為適當值。通常，電場方向θ設置成使各電場E與柵信號線102的夾角的絕對值小于電場E與漏信號線103的夾角的絕對值。
象素電極109的疊置在反向電壓信號線104上的部分形成有大面積，并且該部分與反向電壓信號線104之間形成電容元件Cadd。該情況下，絕緣膜105用作介電膜。
形成該電容元件Cstg的目的是，能較長期存儲要供給象素電極109的視頻信號。具體地說，從柵信號線102供給TFT掃描信號時，TFT導通，視頻信號從漏信號線103經TFT供給象素電極109。之后，即使在TFT關斷的情況下，供給象素電極109的視頻信號也能儲存在電容元件Cadd中。
按該方式形成的TFT襯底100A的整個表面上形成例如氮化硅膜構成的保護膜108，見圖3，由此，例如，能防止TFT與液晶接觸。
另外，保護膜108的上表面上形成用于確定液晶初始取向方向的取向膜111，參見圖3。如上所述，通過在保護膜108上淀積例如合成樹脂膜，并按漏信號線103的延長方向對合成樹脂膜表面進行有效研磨處理，由此形成該取向膜111。
濾色襯底100B與按該方式制成的TFT襯底100A相對設置，它們之間夾有液晶層9。如上所述，在濾色襯底100B的結構中，分隔各象素區的黑色掩模3形成在透明襯底5的液晶一側表面上，而預定顏色的濾色片2形成在黑色掩模3的各孔中。順便指出，圖2中符號BM表示對應于黑色掩模3的一個孔的輪廓線。
圖3是顯示襯墊1設在圖2中A位置的情況的橫截面圖。圖3還是沿圖2中II-II線的剖視圖。圖3所示襯墊1設在濾色襯底100B的黑色掩模3與TFT襯底100A的漏信號線103之間。濾色襯底100B上形成的襯墊1與TFT襯底100A接觸，但是，與TFT襯底100A接觸的襯墊1的表面上形成凹面6。
通常用兩個襯底，即TFT襯底100A和濾色襯底100B疊置在一起構成液晶面板。在液晶面板制造工藝中，TFT襯底100A和濾色襯底100B之間隔開一個間隙而相對設置，間隙中有液晶層9。襯墊1形成密封液晶的間隙，襯墊1設在TFT襯底100A與濾色襯底100B之間，以保持液晶層9的層厚恒定。相對設置的TFT襯底100A和濾色襯底100B的周邊部分加密封粘接材料，之后，加壓，使TFT襯底100A和濾色襯底100B疊置在一起。該加壓疊置步驟中，襯墊1對TFT襯底100A施壓。
如圖3所示，襯墊1中形成凹面6，由此，當把TFT襯底100A加壓疊置在濾色襯底100B上組裝成液晶面板時，在襯墊1上產生了與TFT襯底100A接觸的部分和不與TFT襯底100A接觸的部分。按該方式，在與TFT襯底100A相對的襯墊1的表面上形成了與TFT襯底100A接觸的部分和不與TFT襯底100A接觸并且在它本身與TFT襯底100A之間具有液晶層9的部分，由此，不僅能得到用于保持正常襯底間隙的TFT襯底100A的接觸部分，而且當垂直襯底表面暫時外加大負荷時，它能分散承受該負荷。此外，由于與TFT襯底100A接觸的襯墊1的面積通常很小，因此，襯墊1對這樣的問題也是有效的在按平行于襯底表面的方向給襯墊1加外力的情況下，即使襯墊1的外力解除時，由于摩擦力的作用，襯墊1也不能從它的位移狀態恢復。
以下描述襯墊1的形成位置和因襯墊1造成的取向缺陷。在圖2中A表示的部分形成圖3所示的襯墊1，圖2中A表示的部分位于漏信號線103與黑色掩模3之間，并且能使襯墊1造成的取向缺陷不明顯。換句話說，由于漏信號線103大致平行于圖2中箭頭R所指的初始取向方向，所以，在研磨處理中襯墊1引起的取向缺陷能用黑色掩模3遮蔽。
以下參見圖4說明襯墊1引起的取向缺陷。如圖4所示，通常這樣進行研磨處理使輥子300與取向膜8接觸，同時轉動輥子300，用輥子300研磨取向膜8。這期間，由于襯墊1從濾色襯底凸出，使輥子300從取向膜8上浮，所以在襯墊1的后側出現了不能充分取向的部分8A。在不能充分取向的部分8A中出現了與其它部分相比顯示不一致的問題，所以出現了顯示不均勻性。
但是，在襯墊1設在大致平行于初始取向方向的漏信號線103上的情況下，輥子300按大致平行于漏信號線103的方向移動，所以，不能充分取向的部分8A出現在漏信號線103與黑色掩模3之間。因此黑色掩模3遮蔽了由不能充分取向的部分8A造成的顯示不均勻性。
圖5是襯墊1設在圖2中B位置的情況下的橫截面圖；圖5還是沿圖2中III-III線的剖視圖。在圖5中，襯墊1設在濾色襯底100B的黑色掩模3與TFT襯底100A上的漏信號線103和反向電壓信號線104的交叉點之間。
如圖5所示，在漏信號線103和反向電壓信號線104的交叉點形成臺階。用該臺階，即使在襯墊1的上表面是平的情況下，也能構成這樣一種結構其中，在加大的負荷時，可用襯底104A的臺階增大襯墊1與襯底104A的接觸部分的面積，由此分散了大的負荷。換句話說，正常情況下，一個襯墊的部分與襯底接觸來保持襯底之間的間隙，而在襯墊接受大的負荷時，襯墊出現彈性變形，并且由于有這些臺階存在，與襯底104A不接觸的襯墊部分也與襯底104A接觸并承擔大的負荷。
在用襯底上存在的臺階的情況下，可在襯底上原有的臺階位置中選擇要設置襯墊的位置，例如，在TFT襯底上互連線相互重疊的位置，或濾色襯底上彩色圖形覆蓋黑色掩模圖形的位置。
圖6A和6B是襯墊設在圖7中D或E位置的情況下的橫截面圖。圖6A和6B是沿圖7中IV-IV線的剖視圖。圖6A表示襯墊1b設在圖7中D位置的情形，圖6B表示襯墊1c設在圖7中E位置的情形。圖6A中，襯墊1b設在濾色襯底100B的黑色掩模3與TFT襯底100A上的漏信號線103和反向電壓信號線104的交叉點之間。由于圖6A所示襯墊1b設在漏信號線103和反向電壓信號線104的交叉點上，襯墊1b設置在厚度增大了反向電壓信號線104的厚度的位置。在圖6B的情況下，襯墊1c設在漏信號線103上，由于襯墊1c的高度與按圖6A所示結構中設置的襯墊1b的高度大致相同，所以，與圖6A所示結構不同，TFT襯底100A與襯墊1c之間的間隙幾乎等于反向電壓信號線104的厚度，并且液晶處在該間隙中。換句話說，圖6A所示位置形成的襯墊1b通常與TFT襯底100A接觸，并用于形成和保持TFT襯底100A和濾色襯底100B之間的間隙。圖6B所示位置形成的襯墊1c通常不與TFT襯底100A接觸，但是，如果從外側給兩個襯底垂直加力時，圖6A所示襯墊1b受壓和彈性變形，所以，TFT襯底100A和濾色襯底100B之間的間隙變窄，襯墊1c也與TFT襯底100A接觸并承擔負荷。選擇一個液晶面板中形成這些襯墊的位置，可以適當調節襯底1b和1c的數量，由此能制成可以適應給它的液晶面板垂直或水平施加的外力而不會有任何問題的液晶顯示器。
圖8示出在濾色襯底100B上設置用于襯墊1的臺階的情況。如圖8所示，形成黑色掩模3或濾色片圖形2的同時，在襯底1下形成底膜圖形11。在圖8所示情況下，在形成濾色片2的同時形成底膜圖形11。但是，由于形成了覆蓋底膜圖形11的保護膜(平整膜)4，因保護膜的平整作用使最終形成的臺階變小。而且，可以通過改變底膜圖形11的大小和形狀來調節臺階大小。
如圖8所示，由于襯墊1b設在底膜圖形11上，所以襯墊1b設在增大了底膜圖形11的厚度的位置。另一方面，襯底1c設在其上無底膜圖形11的黑色掩模3上。通過對其厚度與襯墊1b的膜厚幾乎相同的樹脂層構圖，形成襯墊1c，并且在組裝液晶面板時，在襯墊1c的上表面與相對設置的濾色襯底(圖中未示出)之間出現間隙，液晶位于該間隙中。更具體地說，襯墊1b通常與TFT襯底接觸，用于形成和保持TFT襯底100A和濾色襯底100B之間的間隙。另一方面，襯墊1c通常不與TFT襯底100A接觸，但是，如果從外邊給兩個襯底加垂直力，襯墊1b受壓和彈性變形，使TFT襯底100A和濾色襯底100B之間的間隙變窄，襯墊1c也會與TFT襯底100A接觸并承擔負荷。通過選擇一個液晶面板中形成這些底膜圖形11的位置，可適當調節襯墊1b和1c的數量。
圖9A至9D示出形成底膜圖形11的工藝示意圖。在圖9A所示步驟中，用濺射法等在透明襯底上形成(Cr和Cr2O3構成的雙層)金屬膜，之后，用光刻法構圖成規定形狀，形成黑色掩模3。順便指出，也能用樹脂膜代替這種金屬膜。
之后，在圖9B所示步驟中，在其上已形成有黑色掩模3的襯底上滴涂混有吸收特定波長的光線的顏料的光刻膠材料12。施加光刻膠材料12，形成均勻膜厚，并干燥。在圖9C所示步驟中，用光刻法等對干燥后的光刻膠材料12構圖，由此形成濾色片2。同時，也構圖形成底膜圖形11。之后，在圖9D所示步驟中，形成覆蓋濾色片2和底膜圖形11的保護膜4。
在用光掩模給底膜圖形11構圖的過程中，若底膜圖形11的形狀小，根據光掩模與襯底之間的距離，由于光衍射使曝光量減小。由于用負型光刻膠材料，如果曝光量小，那么，光刻膠材料變得容易去掉，能減小底膜圖形11的高度。為此，通過改變底膜圖形11的形狀，可以調節底膜圖形11的高度。
圖10A至10C是形成襯墊1的工藝示意圖。在圖10A所示步驟中，首先，制備襯底，在襯底上形成黑色掩模3和濾色片2，其上形成保護膜4(平整膜)。之后，預清潔和干燥其上形成有保護膜4的襯底，隨后，把水溶型光刻膠材料13滴涂在襯底上。使光刻膠材料13干燥并形成膜。之后，在圖10B所示步驟中，光掩模14配置就位，對要形成襯墊1的每個部分15光輻射，由此進行曝光。這時由于光掩模14的形狀與光掩模14和光刻膠材料13之間的距離之間的關系造成的光衍射，而形成曝光量不足的部分17，如圖10B所示。之后，如圖10C所示，用去除劑去掉光刻膠材料13沒曝光的部分。在用光掩模14充分曝光的部分15中，進行構成光刻膠材料13的樹脂的聚合反應，它的分子量增大，所以，與沒被光16輻射的部分相比，充分曝光部分15很難用去除劑去掉。另一方面，與充分曝光的部分15相比，曝光不足部分17稍微容易用去除劑溶解。為此，當光刻膠材料13浸入去除劑以除去光刻膠材料13的沒曝光部分時，曝光不充分的部分17中的樹脂有少量被溶解。由此，在襯墊1的頂部形成凹面6。
圖11A至11C展示用兩種光掩模通過改變曝光量形成有凹面6的襯墊1的工藝圖。在圖11A所示步驟中，首先，向在其上形成有黑色掩模3、濾色片2和保護膜4的襯底上施加水溶型光刻膠材料13。之后，光掩模14a配置就位，光16輻射到要形成襯墊1的每個部分15，由此進行曝光。之后，在圖11B所示步驟中，用光掩模14b進行光輻射，這時，根據光掩模14a和14b之間的不同形狀，形成沒充分曝光的部分17。之后，用去除劑去掉光刻膠13的沒曝光部分，由此形成襯墊1。如圖11C所示，由于沒充分曝光的部分17有少量被去除劑溶解，所以在襯墊1上分別形成凹面(臺階)6。
以下將參見圖12描述在所謂垂直電場型LCD中設置襯墊1的情況。在垂直電場型LCD中，電場加到液晶層上，液晶層設在相對放置的兩個襯底之一上形成的電極與另一襯底上形成的電極之間，由此，改變液晶層的取向方向。圖12示出所謂垂直電場型LCD的一個象素區的結構，并且是顯示TFT襯底100A的液晶一側表面的平面圖，TFT襯底100A與濾色襯底100B相對放置，其間夾有液晶。
液晶面板中設置有成矩陣形的許多單個象素，以構成顯示部分。雖然圖12中為了簡化圖示只畫出一個象素，但圖2所示一個象素的上下左右分別有相鄰的象素，而且，每個相鄰象素的結構與圖12所示象素的結構相同。
如圖12所示，在TFT襯底100A的表面上形成多根按水平(X)方向延伸和按垂直(Y)方向并列的柵信號線102。這些柵信號線102用諸如鉻(Cr)的材料制成。
每根相鄰的柵信號線102與以后要說明的每根相鄰的漏信號線103(它們按垂直(Y)方向延伸并按水平(X)方向平列)一起圍成一個矩形區，該矩形區構成一個象素區。
在象素區中形成的各漏信號線DL附近設置與它平行的光屏蔽膜114，并且在形成柵信號線102的同時形成這些光屏蔽膜114。
這些光屏蔽膜114與濾色襯底(未示出)上形成的黑色掩模3一起有隔開實際象素區的作用，并且由于光屏蔽膜114形成在其上形成有象素電極109(將在后面描述)的TFT襯底100A上，所以，可以形成光屏蔽膜114，而沒有位置偏移的危險。
在用上述方式形成有柵信號線102和光屏蔽膜114的TFT襯底100A的整個表面上，形成例如SiN之類的絕緣膜105，見圖13。
該絕緣膜105起到柵信號線102和漏信號線103(將在后面說明)之間的層間絕緣膜的作用，也起到各TFT(將在后面說明)形成區中TFT的柵絕緣膜的作用，還起到各附加電容Cadd(將在后面說明)形成區中附加電容Cadd的介電膜的作用。
在圖12所示象素區的左下部，每個TFT形成為疊置在柵信號線102上，在這個區域內，在絕緣膜105上形成例如非晶硅(a-Si)的半導體層106。
在半導體層106的表面上形成漏極103A和源極107A，由此形成有反向交錯結構的TFT，它的柵極由柵信號線102的部分制成，它的柵絕緣膜由絕緣膜105的部分構成。
用例如鉻(Cr)形成漏信號線103，多根漏信號線103形成為按垂直(Y)方向延伸和按水平(X)方向并列。
在形成TFT的區域中漏信號線103的一部分延伸到半導體層106的表面，由此形成TFT的漏極103A。
在形成漏信號線103的同時，形成與漏極103A相對設置的TFT的源極107A。
在形成有所需電極的TFT襯底100A的整個表面上，形成例如SiN保護膜108，見圖13。在保護膜108中，在源極107A的延伸部分的中心部分上形成接觸孔108A。
而且，在保護膜108的上表面上，形成例如ITO(銦錫氧化物)的透明象素電極109。如圖12所示，該象素電極109形成在由相鄰柵信號線102和相鄰漏信號線103圍成的區域中。
在該情況下，在形成象素電極109時，象素電極109可經接觸孔108A連接到漏極107A。
相鄰柵信號線102之一位于TFT下面，通過它向象素電極109供給視頻信號，象素電極109的一側形成為沿整個長度疊放到另一相鄰柵信號線102的部分上，由此，構成電容元件Cadd。
電容元件Cadd用設在柵信號線102和象素電極109之間的絕緣膜105和保護膜108作它的介電膜。電容量與象素電極109重疊在柵信號線102上的面積相關。
在TFT關斷后，該電容元件Cadd有使視頻信號在象素電極109中長期存儲的功能。
在按上述方式形成有象素電極109的TFT襯底100A的整個表面上，形成貼在液晶上的取向膜111，見圖13，用取向膜111確定液晶的初始取向方向。
濾色襯底100B與按上述方式構成的TFT襯底100A相對設置，它們之間夾置液晶。
圖13是沿圖12中V-V線的橫截面圖，它示出設在圖12中F位置的襯墊1。圖13中示出濾色襯底100B以及TFT襯底100A，并且是組裝狀態下的TFT襯底100A和濾色襯底100B的橫截面圖。
如圖13所示，分隔各象素區的黑色掩模3形成在濾色襯底100B的液晶一側表面上，預定顏色的濾色片2形成在黑色掩模3的各孔中。保護膜(整平膜)4形成為覆蓋黑色掩模3和濾色片2。在保護膜4的整個表面上，形成例如ITO構成的各象素區公用的公用電極7。公用電極7上形成襯墊1。此外，在其上設有襯墊1的公用電極7的整個表面上，形成貼在液晶上的取向膜8。
形成襯墊1的位置處于黑色掩模3和柵信號線102之間的中間部分。由于柵信號線102是比漏信號線103寬的寬線，所以，與在漏信號線103上設置襯墊1的情況相比，要求在平坦位置設置襯墊1容易使襯墊1就位。
圖14示出在圖12中F位置設置襯墊1的情況下，襯墊1在濾色襯底100B上的位置。襯墊1設在黑色掩模3上，并被遮蔽，使得在觀看LCD時襯墊1不突出。此外，在垂直電場型LCD中，它的初始取向方向相對漏信號線103的方向傾斜，如圖14中箭頭G所示，所以襯墊1引起的取向缺陷很難藏在漏信號線103。為此，襯墊1設置在漏信號線103和柵信號線102的交叉點附近，并且設置在這樣的位置中黑色掩模3的區域可用作在斜方向上寬的區域。
以下將參見圖15說明包括LCD的象素的顯示部分的等效電路和外圍電路。圖15示出對應實際幾何排列的電路圖。符號AR表示按二維矩陣設置多個象素的矩陣。
圖15中，符號“X”表示任一視頻信號線103，“X”加下腳標“G”、“B”和“R”分別對應綠(G)、蘭(B)和紅(R)色象素，符號“Y”表示任一柵信號線102，“Y”加下腳標“1”、“2”、“3”…和“end”與掃描定時時序相應。
省略下腳標的柵信號線Y連接到垂直掃描電路V，省略下腳標的漏信號線X連接到視頻信號驅動電路H。電路SUP包括電源電路，用于從一個電壓源獲得多個分開的穩定電壓源；信息轉換電路，用它把從主計算機收到的用于CRT(冷陰極射線管)的信息轉換成用于LCD的信息。
以下將參見圖16說明LCD構成部分的結構。圖16是LCD各個構成部分的分解透視圖。符號SHD表示用金屬板制成的框形屏蔽殼(金屬框)，LCW表示顯示窗，PNL表示液晶面板，SPB表示散光片，LGB表示光導，RM表示反光片，BL表示背光熒光管，LCA表示背光(反光)殼，這些零部件按所示的層疊排列疊在一起組裝成液晶顯示器(LCD)。
LCD用設在屏蔽殼SHD上的鉤和爪整體固定。背光(反光)殼LCA的形狀要能容納背光熒光管BL、散光片SPB、光導LCB和反光片RM，用光導LCB、反光片RM和散光片SPB，把配置在光導LCB一側的背光熒光管BL的光轉換成顯示屏上的均勻背光，并且向液晶顯示板PNL發射背光。反向(inverter)電路板PCB 3連接到背光熒光管BL，用作背光熒光管BL的電源。
本發明中，如上所述，除了保持兩個襯底之間的間隙的襯墊之外，還設有只在加暫時大負荷時分擔負荷的襯墊。通常只需最少數量的襯墊起作用，但是，當從外部加暫時的大負荷時，輔助襯墊分擔負荷，可得到防止襯墊出現無法恢復的變形的優點。
雖然已展示和描述了根據本發明的幾個實施例，但應當理解，本發明不限于這些實施例，對本領域的技術人員而言還會做出各種變化和改型，因此，不希望將所附權利要求的范圍限于這里詳細展示和描述的細節，而是要涵蓋這些變化和改型。
權利要求
1.一種液晶顯示器，包括第一襯底；與第一襯底相對設置的第二襯底；設在第一和第二襯底之間的液晶層；和設在第一襯底上的襯墊，液晶層設在襯墊和第二襯底之間。
2.一種液晶顯示器，包括TFT襯底；濾色襯底；形成在濾色襯底上的圓柱形襯墊；和設在TFT襯底和濾色襯底之間的液晶層，各圓柱形襯墊在其與TFT襯底接觸的表面上具有凹面，當在TFT襯底和濾色襯底之間施加一個力時，襯墊變形并使襯墊凹面的底部也與TFT襯底接觸，以增大其接觸面積。
3.一種液晶顯示器，包括TFT襯底；濾色襯底；和圓柱形襯墊，用于保持TFT襯底和濾色襯底之間的間隙；各圓柱形襯墊具有接觸表面，這些接觸表面設置成與TFT襯底和濾色襯底之一相接觸，并且分別位于該襯底上設置的臺階的邊界位置上，在兩個襯底之間保持正常間隙時，圓柱形襯墊的各接觸表面設置成在其頂側部分與臺階接觸，但暫時施加外力時，圓柱形襯墊彈性變形并還與各臺階的底側部分接觸。
4.一種液晶顯示器，包括TFT襯底；和濾色襯底；用于保持TFT襯底和濾色襯底之間的間隙的圓柱形襯墊，它們分別設在TFT襯底和濾色襯底之一中設置的臺階的頂側，而在臺階下面設置用于抵抗暫時施加的外力的增強襯墊。
5.一種液晶顯示器，包括TFT襯底；和濾色襯底；和設在兩個襯底之間的圓柱形襯墊，圓柱形襯墊分別設在濾色襯底上設置的臺階上，臺階是在與光屏蔽膜圖形或者濾色片圖形相同的步驟中形成在濾色襯底上的。
全文摘要
本發明涉及液晶顯示器,其中,為了防止用于保持夾置液晶顯示器的液晶層的一對襯底之間的間隙的襯墊出現無法復原的變形,新設能防止這種無法復原的變形的輔助襯墊。根據本發明,在這對襯底之一上設置距離基準表面不同高度的兩種以上的襯底。此外,預先在這對襯底的另一個上形成與襯墊接觸的臺階圖形,使襯墊的高度不同。
文檔編號G02F1/136GK1363851SQ01138388
公開日2002年8月14日 申請日期2001年12月7日 優先權日2000年12月8日
發明者清水浩雅, 濱本辰雄 申請人:株式會社日立制作所