JP2003295208A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧印加時の過渡電流を防止して発泡現象や
ショートの問題を解決し、耐湿試験後の通電による表示
不良の確認を遅延させ、あるいは抑制することのできる
液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 電極２が形成されてなる２枚の透明基板
１，１とシール材６とからなる空間に液晶７を有する液
晶表示装置において、前記透明基板１の電極２を面抵抗
が２００Ω／□以上となるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、その駆動に高電圧
を必要とする液晶を使用した液晶表示装置に係り、特
に、液晶の発熱発泡を除去しうる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の液晶表示装置の断面構
造の概略図である。

【０００３】従来の液晶表示装置としては、ガラス基板
の一方の表面に、酸化インジウム錫（以下、ＩＴＯとい
う）などからなる透明電極１２、絶縁膜１３および配向
膜１４をそれぞれ設けた２枚の透明基板１１，１１を用
意し、互いの透明電極１２，１２が向き合うように透明
基板１１，１１を対向させた状態で両透明基板１１，１
１の周囲をシール材１６により囲繞し、その空間に液晶
１７を封入した構造のものが知られている。さらに両透
明基板１１，１１の間には、その間隔（セルギャップ）
を一定の距離に保つためスペーサ１５が配設されてい
る。従来においては、前記スペーサ１５としては球状の
ものが使用されてきたが、球状のスペーサ１５において
は基板面内の分布を制御することができないため、スペ
ーサ１５が電極上に配置され表示コントラストを低下さ
せたり、スペーサ１５の疎密によりセルギャップを不均
一なものとしていた。そこで、近年では、スペーサ１５
の位置を制御するため、フォトリソグラフィ技術を利用
して薄膜をパターニングすることにより形成された、柱
状のスペーサ１５（以下、柱状スペーサ１５ａ）が配設
されている。

【０００４】ここで、前記液晶１７としては、従来よ
り、ネマティック液晶、カイラルネマティック液晶、強
誘電性液晶、反強誘電性液晶等が用いられている。前記
ネマティック液晶を利用したＴＮ（ツイステッドネマテ
ィック）型やＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティッ
ク）型の液晶表示装置は、液晶の駆動電圧を１０Ｖ以
下、通常は数Ｖと低くすることができる。また、カイラ
ルネマティック液晶や強誘電性液晶はメモリ性液晶とし
て知られており、ある閾値以上の駆動電圧を印加して配
向状態を変化させ、電圧印加を停止すると、電圧を印加
していたときの配向状態を維持し続けるという特徴を有
する。そして、このカイラルネマティック液晶、強誘電
性液晶および反強誘電性液晶は液晶分子が螺旋構造や層
構造を形成しているなど、それぞれ特有の層構造を有し
ており、これらの液晶（以下、カイラルネマティック液
晶等という）は、前記ネマティック液晶に比べて液晶の
駆動電圧が高く、十数Ｖ〜数十Ｖも必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの液
晶表示装置を製品化する際には、完成した液晶表示装置
の信頼性を検査するために様々な試験が行われる。その
一つに、高温、高湿度の恒温槽内に長時間、液晶表示装
置を放置する耐湿試験がある。そして、この耐湿試験に
おいて、前記カイラルネマティック液晶等を用いた液晶
表示装置には、１４４時間以上の試験実施後の駆動時に
表示不良となる場合が確認された。

【０００６】本発明者が、この表示不良の原因を研究し
た結果、カイラルネマティック液晶等を用いた液晶表示
装置においては、その駆動電圧が高くなるため、局所的
に比抵抗が低下した部分や透明基板１１の内部の不均一
部あるいは柱状スペーサの周辺部で、高い駆動電圧によ
る過渡電流の影響によって気泡が発生する現象（以下、
発泡現象という）や基板間（上下の電極間）にショート
が発生し、表示品位が劣化していることが解った。

【０００７】詳しくは、前述の発泡現象やショートの問
題は以下のようにして発生すると考えている。

【０００８】図１１乃至図１３はそれぞれ、カイラルネ
マティック液晶等を用いた液晶表示装置において、駆動
電圧を投入したときの駆動波形、要部拡大図および過渡
電流を説明するための図である。この図１３に矢印で示
す過渡電流により、耐湿試験においては恒温槽中の水分
１９がシール材１６を通じて液晶１７に混入し、その水
分１９が例えば柱状スペーサ１５ａに凝着し、その水分
１９が高電圧による放電あるいは加熱により気泡とな
る。

【０００９】つまり、図１０に示すように、シール材１
６を通じて混入した水分１９は、多量の不純物イオンを
含有しており、柱状スペーサ１５に凝着することによ
り、絶縁されていたセルギャップ間に電流を流れ易くす
る。また、局所的に比抵抗が低下した部分や、透明基板
１１の内部の不均一部においても同様に前記水分１９が
これらの部分に凝着し、透明基板１１，１１間に電流を
流れ易くする。これらの電流により放電あるいは加熱が
発生し、スペーサ周辺の電極１２、絶縁膜１３および配
向膜１４を破壊したり、発泡現象やショートを発生させ
るのである。

【００１０】本発明は、電圧印加時の過渡電流を防止し
て発泡現象やショートの問題を解決し、耐湿試験後の通
電による表示不良の確認を遅延させ、あるいは抑制する
ことのできる液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため本発明の液晶表示装置は、電極が形成されてなる２
枚の透明基板とシール材とに囲繞された空間に液晶を封
入した液晶表示装置において、前記透明基板の電極は、
面抵抗が２００Ω／□以上となるように形成されている
ことを特徴とする。

【００１２】このように、電極を高抵抗化させることで
駆動波形なまりを生じさせ、電圧印加時の過渡電流を防
止することができ、耐湿試験後の通電による表示不良の
確認を遅延させることができる。

【００１３】また、請求項１に記載の液晶表示装置にお
いて、前記液晶は、１５Ｖ以上の駆動電圧を要する液晶
であることを特徴とする。

【００１４】このように高い電圧で駆動する液晶を用い
た液晶装置においては、発泡現象が生じやすいため、本
発明の効果が顕著である。

【００１５】さらに、請求項１または請求項２に記載の
液晶表示装置において、前記液晶は、カイラルネマティ
ック液晶、強誘電性液晶または反強誘電性液晶であるこ
とを特徴とする。

【００１６】これらの液晶を使用した液晶表示装置は、
高電圧駆動が必要であり、発泡現象が生じやすいため、
本発明の効果が顕著である。

【００１７】そして、請求項１および請求項３のいずれ
か１項に記載の液晶表示装置において、前記空間に柱状
スペーサが配設されていることを特徴とする。

【００１８】このような構成を採用したことにより、液
晶分子が螺旋構造や層構造を形成するカイラルネマティ
ック液晶等を用いた液晶表示装置において、外部からの
衝撃や圧力に対する耐衝撃性を向上させることができ
る。

【００１９】さらに、請求項１乃至請求項４のいずれか
１項に記載の液晶表示装置において、前記柱状スペーサ
および前記柱状スペーサの少なくとも一方の周辺に撥水
効果を持たせる処理が施されていることを特徴とする。

【００２０】そして、このような構成を採用したことに
より、柱状スペーサに水分が凝着することを防止し、ひ
いては水分によって発生する発泡現象や基板間のショー
トを回避するという作用効果を有する。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず、第一の実施形態の液晶表示
装置の構成を図１を用いて説明する。図１は、液晶表示
装置の断面構造の概略図である。

【００２２】本実施形態の液晶表示装置を構成する各透
明基板１には、液晶７を駆動するための電極２およびシ
ョートを防止するための絶縁膜３および配向膜４が設け
られている。前記電極２は、画像が表示される側の透明
基板１には透明導電膜、例えばＩＴＯ（インジウム・ス
ズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）等によ
り所定のパターンにエッチングされて形成されており、
他方の透明基板１においては、透過型の表示装置を作製
する場合は透明導電膜を、反射型の表示装置を作製する
場合は金属膜、例えばアルミニウム、クロム、チタン、
タンタル等を用いて所定のパターンに形成されいる。そ
して、本実施形態においては、前記電極２は、面抵抗を
２００Ω／□以上、好ましくは３００Ω／□以上とする
ようにして形成されている。

【００２３】前記電極の面抵抗の数値は、以下の比較実
験の結果による。

【００２４】［比較実施］２０Ω／□のＩＴＯ付きのガ
ラス基板を所定の表示パターンにエッチングした一対の
透明基板、１００Ω／□のＩＴＯ付きのガラス製透明基
板を所定の表示パターンにエッチングした一対の透明基
板、２００Ω／□のＩＴＯ付きのガラス製透明基板を所
定の表示パターンにエッチングした一対の透明基板、そ
して３００Ω／□のＩＴＯ付きのガラス製透明基板をそ
れぞれ所定の表示パターンにエッチングした一対の透明
基板をそれぞれ用意した。

【００２５】それら各一対の透明基板に、それぞれ絶縁
膜および配向膜を転写・焼成して薄膜形成した。その
後、ラビング処理を経て、組み立て、空セルをそれそれ
作製した。このそれぞれの空セルにカイラルネマティッ
ク液晶を注入し、電極の面抵抗値を異ならせる４組の基
板からなる４種類の液晶表示装置を得た。

【００２６】このようにして作製された４種類の液晶表
示装置を、それぞれ、温度８０℃、湿度９０％の環境下
で耐湿試験を行った後、図１１に示す駆動波形をパルス
幅１００ｍｓに印加した。

【００２７】表１はカイラルネマティック液晶等を封入
した液晶表示装置の耐湿試験結果の一覧である。

【００２８】

【表１】

【００２９】この耐湿試験結果からわかるように、前記
２００Ω／□以上のＩＴＯ付きのガラス基板を用いた液
晶表示装置においては、５０４時間の耐湿試験の実施後
に通電を行っても発泡現象の発生もなく、試験前と表示
品位の変わらない良好な結果が得られた。

【００３０】一方、前記２０Ω／□のＩＴＯ付きのガラ
ス基板を用いた液晶表示装置においては、１４４時間の
耐湿試験の実施後の通電において、また、１００Ω／□
のＩＴＯ付きのガラス基板を用いた液晶表示装置におい
ては、３００時間の耐湿試験の実施後の通電において上
下の透明基板間に電流が流れ、配向膜および絶縁膜が破
壊され、発泡現象が発生が確認され、表示品位を著しく
低下させるものであった。

【００３１】また、図２および図３はそれぞれ、この比
較実験に用いた、前記面抵抗を２０Ω／□とするガラス
製透明基板を用いた液晶表示装置の駆動波形および電流
履歴を示している。同様に、図４および図５はそれぞ
れ、前記面抵抗を１００Ω／□とするガラス製透明基板
を用いた液晶表示装置の駆動波形および電流履歴であ
り、図６および図７はそれぞれ、前記面抵抗を２００Ω
／□とするガラス製透明基板を用いた液晶表示装置の駆
動波形および電流履歴、図８および図９はそれぞれ、前
記面抵抗を３００Ω／□とするガラス製透明基板を用い
た液晶表示装置の駆動波形および電流履歴を示してい
る。

【００３２】この図６乃至図９に示すように、電極の面
抵抗を２００Ω／□以上、好ましくは３００Ω／□に高
抵抗化させることにより、駆動波形なまりを生じさせる
ことができ、選択電圧印加時の過渡電流を防止すること
ができる。

【００３３】ここで、本実施形態に戻って、前述のよう
に電極２が形成された２枚の基板１，１間は、互いの電
極２，２が向き合うように対向させた状態でシール材６
により囲繞されている。２枚の基板１，１とシール材６
とからなる空間には柱状スペーサ５ａと液晶７が配設さ
れている。このように、前記柱状スペーサａを空間に配
設することにより、液晶分子が螺旋構造や層構造を形成
するカイラルネマティック液晶等の高い駆動電圧を要す
る液晶表示装置においても、外部からの衝撃や圧力に対
する耐衝撃性を向上させることができる。

【００３４】また、本実施形態においては、前記柱状ス
ペーサ５ａの表面および柱状スペーサ５ａが形成された
一方の基板１の表面には撥水材料８が塗布されている。
例えば、柱状スペーサ５ａを形成した後に、撥水材料８
を有機溶媒に溶解した溶液をスピンコート法等で柱状ス
ペーサ５ａの表面に塗布することができる。この工程で
同時に柱状スペーサ５ａが形成されている透明基板１の
表面（より正確には透明基板１上に形成された被膜の表
面）にも撥水材料８を塗布することができる。

【００３５】なお、前記有機溶媒には、低級アルコー
ル、エーテル、ベンゼン等が使用できる。溶液中の撥水
材料８の濃度は０．０１〜３ｗｔ％、特に好ましくは
０．５〜１ｗｔ％とする。前記撥水材料８として、シラ
ンカップリング剤または炭素数５以上のアルコール類、
さらにはパーフルオロ若しくはポリフルオロアルキル基
含有化合物類が使用できる。シランカップリング剤とし
ては、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリ
メトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
等が例示される。また、炭素数５以上のアルコール類と
しては、ヘキシルアルコール、オクチルアルコール等が
例示される。前記撥水材料８として上記のシランカップ
リング剤を用いた場合は、スペーサ１５に撥水効果を持
たせることと同時に、透明基板１の表面に塗布されたシ
ランカップリング剤が液晶分子を透明基板１に対し垂直
に配向させる機能を持つため、一方の透明基板１の配向
膜４を省略することもできる。なお、柱状スペーサ５ａ
に撥水効果を持たせる処理として、前述の撥水材料を塗
布する方法に代えて、上記の撥水材料８を０．０１〜３
ｗｔ％、特に好ましくは０．５〜１ｗｔ％の濃度で含有
する柱状スペーサ５ａを形成してもよい。以上の説明で
は、撥水効果を持たせる処理をそれぞれ単独で使用して
いるが、より確実に、撥水効果を持たせるために２つの
処理を併用してもよい。つまり、撥水材料を混入させた
材料を用いて柱状スペーサ５ａを形成した後に、撥水材
料８を有機溶媒に溶解した溶液をスピンコート法等で柱
状スペーサの表面に塗布してもよい。

【００３６】このように前記柱状スペーサおよび前記柱
状スペーサの少なくとも一方の周辺に撥水効果を持たせ
る処理を施こすことで外部からシール材６を通じて混入
した水分９が柱状スペーサ５ａや局所的に比抵抗が低下
した部分等に凝着することを防止して凝着した水分によ
る発泡現象を遅延させることができ、また、両透明基板
１，１間において発生するショートを回避することがで
きるものとなる。

【００３７】そして、前記液晶７は、１５Ｖ以上の駆動
電圧を要するカイラルネマティック液晶等を用いる。こ
のように液晶７としてカイラルネマティック液晶等を用
いた場合、完成した液晶表示装置は高電圧で駆動する必
要があるため、凝着した水分による発泡現象およびショ
ートを回避することは特に有効である。

【００３８】また、必要が有れば、当該液晶表示装置の
非表示部に相当する部分に遮光膜を配設してもよい。こ
のように遮光膜を配設することで、表示部以外の通電処
理が不要となる。

【００３９】なお、本発明は、前述した実施形態に限定
されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能で
ある。例えば、本発明は、液晶表示装置の駆動方式が単
純マトリクス型またはアクティブマトリクス型のいずれ
であっても、また液晶表示装置の採光方式が反射型、透
過型または半透過型のいずれであっても適用することが
できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、柱
状スペーサに水分が凝着することを防止し、基板間に発
生する発泡現象およびショートを回避することができ、
信頼性の高い液晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の液晶表示装置の断面構造の概略図

【図２】 面抵抗を２０Ω／□とするガラス基板を用い
た液晶表示装置の駆動波形を示す図

【図３】 面抵抗を２０Ω／□とするガラス基板を用い
た液晶表示装置の電流履歴を示す図

【図４】 面抵抗を１００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の駆動波形を示す図

【図５】 面抵抗を１００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の電流履歴を示す図

【図６】 面抵抗を２００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の駆動波形を示す図

【図７】 面抵抗を２００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の電流履歴を示す図

【図８】 面抵抗を３００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の駆動波形を示す図

【図９】 面抵抗を３００Ω／□とするガラス基板を用
いた液晶表示装置の電流履歴を示す図

【図１０】 従来の液晶示装置の断面構造と問題点の説
明概略図

【図１１】 駆動電圧投入時の駆動波形の説明図

【図１２】 図１１の要部拡大図

【図１３】 駆動電圧投入時の過渡電流を示す説明図

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 透明電極 ３ 絶縁膜 ４ 配向膜 ５ スペーサ ５ａ 柱状スペーサ ６ シール材 ７ 液晶材料 ８ 撥水材料 ９ 水分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 GA17 HA02 JA05 JA17 JA20 JA28 KA24 MA01 MA20 2H089 JA08 LA01 LA06 LA09 LA10 MA03X MA04X PA09 QA16 2H092 GA11 GA18 GA27 HA02 HA03 HA04 HA05 JB07 JB09 NA13 NA16 PA03 QA07 QA13 QA14 2H093 ND01 ND16 ND37 ND40 ND44 ND48 ND60 NE03 NE10 NF05 NF17 NF20 NF28 NH12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極が形成されてなる２枚の透明基板と
   シール材とに囲繞された空間に液晶を封入した液晶表示
   装置において、前記透明基板の電極は、面抵抗が２００
   Ω／□以上となるように形成されていることを特徴とす
   る液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記液晶は、１５Ｖ以上の駆動電圧を要
   する液晶である請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記液晶は、カイラルネマティック液
   晶、強誘電性液晶または反強誘電性液晶である請求項１
   または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記空間に柱状スペーサが配設されてい
   る請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記柱状スペーサおよび前記柱状スペー
   サの少なくとも一方の周辺に撥水効果を持たせる処理が
   施されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記
   載の液晶表示装置。