JP2000267111A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2000267111A
JP2000267111A JP11074557A JP7455799A JP2000267111A JP 2000267111 A JP2000267111 A JP 2000267111A JP 11074557 A JP11074557 A JP 11074557A JP 7455799 A JP7455799 A JP 7455799A JP 2000267111 A JP2000267111 A JP 2000267111A
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crystal display
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Sadayasu Fujibayashi
貞康 藤林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルギャップを均一に保つため柱状スぺーサ
を設けた液晶表示素子において、環境温度の変化による
真空泡の発生を防止する。 【解決手段】 対向配置された一対の基板1、2と、こ
れらの基板間1、2に保持された液晶層3と、前記一対
の基板1、2の各内面に互いに対向するように形成され
た前記一対の基板間間隙を維持する複数の柱状スぺーサ
対22とを備え、前記各柱状スぺーサ対22の各対向面
は実質的に互いに合致可能な傾斜面により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に基板間隙を均一に保つスぺーサを備えた液晶表
示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、液晶表示素子は、対向配置した
一対の電極基板間に、液晶を保持させた構造を有する。
このような液晶表示素子においては、基板間隙(セルギ
ャップ)を均一に保つことが良好な表示特性を得る上で
重要で、このため、従来より、一方の基板上にスぺーサ
粒子を散布し、この上に他方の基板を貼り合わせること
が行われている。
【0003】しかしながら、このようなスぺーサ粒子を
散布する方式では、スぺーサ粒子が凝集しやすいことや
均一な分散が困難であることなどから、確保できるセル
ギャップの均一性には限度があった。また、スぺーサ粒
子の散布位置によっては光り抜けなどが生じ、コントラ
ストを低下させるという問題もあった。
【0004】そこで、これらの問題を解決するものとし
て、スぺーサ粒子に代えて、柱状のスぺーサを用いる方
法が提案されている(例えば、特開平1−134336
号公報、特開平9−73093号公報、特開平9−73
088号公報等)。
【0005】この方法は、一方の基板上に、柱状のスぺ
ーサを一体的に形成し、その上に他方の基板を対向配置
させるもので、所望の位置に均一な分布密度で所望の形
状のスぺーサを配置することができるため、セルギャッ
プの均一性を高め、また、コントラストの低下を抑制す
ることができるという特長を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示素
子の耐荷重性を高めるためには、柱状スぺーサを十分な
密度で配置する必要があるが、その材質や密度によって
は、低温時に基板間に真空泡が発生することがある。こ
れは、主として、環境温度が変化した際、セルギャップ
に保持されている液晶の体積変化と、柱状スぺーサの変
化量が必ずしも一致しないためで、温度の低下にともな
う液晶の体積の減少が、柱状スぺーサの体積の減少より
大きいと、このような真空泡が発生しやすい。そして、
真空泡の発生は、液晶表示素子の表示品位を低下させ
る。
【0007】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、セルギャップを均一に保つため柱状ス
ぺーサを設けた液晶表示素子であって、環境温度が変化
しても基板間に真空泡が発生することはなく良好な表示
品位が確保される液晶表示素子を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る本発明の液晶表示素子は、対向配置
された一対の基板と、これらの基板間に保持された液晶
層と、前記一対の基板の各内面に互いに対向するように
形成された前記一対の基板間間隙を維持する複数の柱状
スぺーサ対とを備え、前記各柱状スぺーサ対の各対向面
は実質的に互いに合致可能な傾斜面により構成されてい
ることを特徴としている。
【0009】上記構成の液晶表示素子によれば、環境温
度の変化により、液晶の体積が柱状スぺーサ対の変化量
より大きく減少しても、その変化に追随して対向する柱
状スぺーサ同士が互いに傾斜面に沿って摺動して基板間
間隙を変化させるため、真空泡の発生が防止される。し
かも、柱状スぺーサ対本来のセルギャップの均一性を確
保するという機能が損なわれることはない。したがっ
て、幅広い温度環境下で良好な表示品位を確保すること
ができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形
態において同一の要素には同一符号を付して重複する説
明を省略する。
【0011】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る
アクティブマトリクス型の液晶表示素子のアレイ基板を
示す平面図、図2は、そのA−A線に沿った液晶表示素
子の断面図である。
【0012】これらの図に示すように、この実施の形態
に係る液晶表示素子は、アレイ基板1と、アレイ基板1
に対向して配置された対向基板2と、これらの基板間に
保持された液晶層3とを備えている。また、図示は省略
したが、この液晶表示素子は、駆動回路部に電気的に接
続されるとともに、アレイ基板1側に面光源装置を備え
ている。
【0013】アレイ基板1は、矩形状の透明なガラス基
板4を備え、このガラス基板4上には、互いに平行な多
数本の走査線5とこれらの走査線5とほぼ直交する多数
本の信号線6とが、マトリクス状に設けられている。
【0014】走査線5と信号線6によって囲まれた各領
域内には、インジウムスズ酸化物(以下、ITOと称す
る。)からなる透明な画素電極7が形成されており、ま
た、各走査線5と各信号線6との交差部近傍には、走査
線5自体をゲート電極5aとした逆スタガ構造の薄膜ト
ランジスタ(以下、TFTと称する。)8が設けられて
いる。
【0015】さらに詳しく説明すると、TFT8は、ガ
ラス基板4上に形成されたゲート電極5aを窒化シリコ
ン(SiNx)膜からなるゲート絶縁膜9で覆い、その
上に水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)薄膜
からなる半導体層10を形成し、さらに、その上に窒化
シリコン(SiNx)膜からなるチャネル保護膜11を
形成した構造を有する。チャネル保護膜11および半導
体層10上には、それぞれリンドープの低抵抗水素化ア
モルファスシリコン(na−Si:H)薄膜からなる
半導体層12を介して、a−Si:H薄膜からなる半導
体層10に電気的に接続されたソース電極13と、信号
線6と一体のドレイン電極14が配置されている。ソー
ス電極13は、また、画素電極7に電気的に接続されて
いる。
【0016】また、ガラス基板4上には、走査線5とほ
ぼ平行に補助容量線Cが配置され、これらの補助容量線
Cと画素電極7がゲート絶縁膜9を介して対向配置され
補助容量Csを構成している。
【0017】そして、上記構成のTFT8、画素電極
7、走査線5、信号線6などは、ポリイミドなどからな
る透明な配向膜15によって覆われている。
【0018】一方、対向基板2は、透明なガラス基板1
6を備え、このガラス基板16の内面全体にわたってカ
ラーフィルタ17およびITOからなる透明な対向電極
18が順に積層形成され、さらに、その上にポリイミド
などからなる透明な配向膜19が形成されている。図2
中、20、21は、偏光板を示す。
【0019】そして、このようなアレイ基板1と対向基
板2との間の、走査線5上の領域には、アレイ基板1と
対向基板2との間のセルギャップを制御する柱状スぺー
サ対22が設けられている。
【0020】詳述すると、各柱状スぺーサ対22は、ア
レイ基板1に一体的に設けられたアレイ基板側柱状スぺ
ーサ23と、これに対向して対向基板2に一体的に設け
られた対向基板側柱状スぺーサ24からなり、アレイ基
板側柱状スぺーサ23は、アレイ基板1の走査線5上に
ゲート絶縁膜9を介して突設された柱状体23aを有
し、対向基板側柱状スぺーサ24は、対向基板2のカラ
ーフィルタ17の内面に突設された柱状体24aを有す
る。各柱状体23a、24aは、対向面が互いに合致可
能な傾斜面で形成されており、それぞれの表面を覆う配
向膜15、対向電極18、配向膜19を介して相互に接
触している。
【0021】このような柱状スぺーサ対22は、環境温
度が変化して、液晶の体積が両柱状スぺーサ23、24
の変化量より大きく変化すると、その変化に追随して対
向する柱状スぺーサ23、24同士が互いに傾斜面に沿
って摺動し、基板1、2間のセルギャップを微調整す
る。すなわち、図3(a)に示すように、常温時に軸心
が一致した状態で対向していた柱状スぺーサ23、24
は、温度が低下し液晶が収縮するにしたがい、図3
(b)に示すようにスライドし、見かけ上柱状スぺーサ
対22が収縮したようになる。なお、図3は、柱状スぺ
ーサ対22の変化をわかりやすく示すために、スイッチ
ング素子や、柱状スぺーサ23、24の表面を覆う配向
膜15、19などを省略している。図3中、26は液晶
を保持するためのシール材である。
【0022】したがって、このように構成される液晶表
示素子においては、環境温度が変化しても、真空泡が発
生することはなく、かつ、柱状スぺーサ対22は、その
形状の変化に関わらず、本来のセルギャップの均一性を
確保するという機能が損なわれることはないため、幅広
い温度環境下で良好な表示品位を確保することができ
る。
【0023】ちなみに、画面サイズが対角13.3イン
チの上記構成の液晶表示素子(実施例)と、図4に示し
たような、対向基板2にのみ一体的に形成した柱状スぺ
ーサ25を備えた従来構造の液晶表示素子(比較例)に
ついて、低温時の真空泡の発生率を調べたところ、表1
に示すような結果が得られた。なお、作製した液晶表示
素子の構成は、いずれも初期のセルギャップが5μmで
あり、液晶材料には、チッソ社製のツイスト・ネマチッ
ク液晶を主体としたものを用いた。また、柱状スぺーサ
対22(あるいは柱状スぺーサ25)は密度1500μ
2 /mm2 (柱状体として)で、有効表示領域内で均等
に分散するように配置した。
【0024】
【表1】 表1からも明らかなように、従来のものでは、−20℃
から真空泡の発生が見られたのに対し、本発明に係る液
晶表示素子では、−40℃でも真空泡の発生が見られな
かった。なお、測定は、試料数10中、真空泡が発生し
たものの数を調べたものである。
【0025】本発明においては、柱状スぺーサ対22を
構成する各柱状スぺーサ23、24の傾斜面の傾斜角度
は、液晶層3の体積変化により生ずるセルギャップの減
少量を柱状スぺーサ23、24同士の摺動によって吸収
できるように設定することが望ましい。
【0026】上記柱状スぺーサ対22の各柱状体23
a、24aは、例えばアクリル樹脂などにより形成さ
れ、ガラス基板4、16に平行な断面形状としては、円
形または楕円形が好ましいが、正方形、長方形、三角形
などの多角形としてもよい。
【0027】また、柱状スぺーサ対22は、500〜3
000μm2 /mm2 の密度の範囲で配置することが望ま
しく、このような範囲内であれば、柱状スぺーサ対22
によってセルギャップを均一に保持することができ、ま
た、環境温度の変化による真空泡の発生を十分に抑制す
ることができる。すなわち、柱状スぺーサ対22の密度
が500μm2 /mm2 未満であると、製造途中の圧力に
よってセルギャップむらが生じ表示不良を招くおそれが
あり、逆に3000μm2 /mm2 を超えると、真空泡の
発生を招くおそれがある。配置密度のより望ましい範囲
は700〜2000μm2 /mm2 の範囲である。
【0028】そして、このような柱状スぺーサ対22
は、有効表示領域を損なわないよう、基板の配線上など
の非表示領域に配置することが望ましく、そして、均一
なセルギャップを確保するうえで、できるだけ均等に配
置することが望ましい。
【0029】なお、上述した実施の形態では、対向基板
側柱状スぺーサ24を構成する柱状体24aを対向基板
2のカラーフィルタ17の内面に設けているが、対向電
極18の内面に設けるようにしてもよい。また、柱状体
24aを別個に設けず、カラーフィルタ17の各色の積
層体で構成するようにしてもよい。さらに、上述した実
施の形態は、本発明を逆スタガ構造のTFTを有するア
クティブマトリクス型の液晶表示素子に適用した例であ
るが、コプラナ型TFTを備えたものなど各種の液晶表
示素子に適用できることはいうまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
素子によれば、環境温度の変化により、液晶の体積が柱
状スぺーサの変化量より大きく減少しても、その変化に
追随して対向する柱状スぺーサ同士が互いに傾斜面に沿
って摺動して基板間間隙を変化させるため、真空泡の発
生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るアクティブマ
トリクス型の液晶表示素子のアレイ基板を示す平面図。
【図2】図1のA−A線に沿った液晶表示素子の断面
図。
【図3】上記実施形態に係る液晶表示素子の環境温度の
変化に伴う構造の変化を概念的に示す断面図で、(a)
は常温時、(b)は低温時の断面図。
【図4】従来の液晶表示素子の構造を概念的に示す断面
図。
【符号の説明】
1…アレイ基板 2…対向基板 4、16…ガラス
基板 5…走査線 6…信号線 7…画素電極 8…TFT 22…
柱状スぺーサ対 23…アレイ基板側柱状スぺーサ 23a…柱状体 24…対向基板側柱状スぺーサ、24a…柱状体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向配置された一対の基板と、これらの
    基板間に保持された液晶層と、前記一対の基板の各内面
    に互いに対向するように形成された前記一対の基板間間
    隙を維持する複数の柱状スぺーサ対とを備え、前記各柱
    状スぺーサ対の各対向面は実質的に互いに合致可能な傾
    斜面により構成されていることを特徴とする液晶表示素
    子。
  2. 【請求項2】 前記柱状スぺーサ対は、500〜300
    0μm2 /mm2 の密度で配置されていることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 前記柱状スぺーサ対は、700〜200
    0μm2 /mm2 の密度で配置されていることを特徴とす
    る請求項1記載の液晶表示素子。
  4. 【請求項4】 前記一対の基板の少なくとも一方は、マ
    トリクス状に配置された複数本の信号線および走査線
    と、スイッチング素子を介して配置された画素電極とを
    含んでいることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
    1 項記載の液晶表示素子。
  5. 【請求項5】 前記柱状スぺーサ対は、前記信号線、走
    査線およびスイッチング素子のいずれかに重ねて配置さ
    れていることを特徴とする請求項4記載の液晶表示素
    子。
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