JP2005156807A

JP2005156807A - 液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JP2005156807A
Application number: JP2003393709A
Authority: JP
Inventors: Yukito Saito; 之人齊藤; Hironao Tanaka; 大直田中; Kaoru Kusafuka; 薫草深; Masahiko Nishide; 雅彦西出
Original assignee: Chi Mei Electronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16
Also published as: TW200528830A; TWI265347B

Abstract

【課題】本発明は、０階調時の表示ムラを低減し、輝度の均一性を高めた液晶ディスプレイを提供することにある。
【解決手段】液晶ディスプレイ１０において、カラーフィルター基板１４またはアレイ基板１２に外力が加えられてカラーフィルター基板１４またはアレイ基板１２がたわみ、スペーサー１６同士の距離が変化した後に外力を解除すると、スペーサー１６の弾性力によってスペーサー１６同士が元の距離に復元する力は、アレイ基板１２またはカラーフィルター基板の表面に形成された配向膜とスペーサー１６の表面に形成された配向膜１８との摩擦力よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示ムラを低減した液晶ディスプレイに関するものである。

近年、種々の装置に液晶ディスプレイが使用されている。液晶ディスプレイは、アレイ基板とカラーフィルター基板とが一定間隔で対向し、基板間に液晶が充填されている。両基板は、液晶と接しない側に偏光板が配置されている。２枚の偏光板の偏光軸の方向は、相対的に９０度ずれるようにされている。液晶ディスプレイはバックライトを設け、アレイ基板からカラーフィルター基板への光の透過の有無や透過量を利用して表示をおこなう。

製造途中または完成した液晶ディスプレイは、種々の評価がなされる（非特許文献１参照）。種々の評価をおこなう中で、０階調、すなわち光を透過させない黒色表示をおこなったときに表示ムラが確認される場合がある。表示ムラは、液晶ディスプレイの表示品位を落とし、液晶ディスプレイの製造歩留まりを低下させる。

液晶表示デバイス基礎講座 No.5 液晶表示デバイスの特性と評価方法日刊工業新聞社

本発明は、０階調時の表示ムラを低減し、輝度の均一性を高めた液晶ディスプレイを提供することにある。

本発明の液晶ディスプレイの要旨は、カラーフィルター基板またはアレイ基板に外力が加えられてカラーフィルター基板またはアレイ基板がたわみ、スペーサー同士の距離が変化した後に外力を解除すると、スペーサーの弾性力によってスペーサー同士が元の距離に復元する力が、アレイ基板またはカラーフィルター基板の表面に形成された配向膜とスペーサーの表面に形成された配向膜との摩擦力よりも大きいことである。

前記配向膜の動摩擦係数は０．０５以下であってもよい。動摩擦係数を小さくすることによって、スペーサー同士を元の距離に戻すようにする。

前記配向膜となる低摩擦係数の材料はカーボンを含む無機系の材料を利用してもよい。

前記カーボンを含む無機系の材料として、ダイヤモンド・ライク・カーボンを使用してもよい。

前記ダイヤモンド・ライク・カーボンは硬質であるため、イオンビームの照射によって配向処理が施されてもよい。

前記イオンビームを生成するためのイオンの加速電圧は５０〜１０００ｅＶであってもよい。

本発明の液晶ディスプレイは、外力によってスペーサーの位置が変化して元に戻る力が、配向膜同士の摩擦力よりも大きくする。したがって、外力によってスペーサーの位置が変化しても元に戻るため、常にアレイ基板とカラーフィルター基板との間隔や偏光板の偏光軸の方向を一定に保つことができる。アレイ基板などの位置関係を一定に保てるため、すなわち外力によるストレスを解消することができるため、黒色表示時の表示ムラが発生せず、表示品位を落とすことはない。

まず、本発明に至るコンセプトを説明する。液晶ディスプレイは、ノーマリーブラックのＩＰＳ（in plane switching）液晶ディスプレイとする。

０階調の表示、すなわち黒色表示をおこなったときの表示ムラをＬ０ムラとする。Ｌ０ムラは、黒色表示をおこなったときに顕著に見えるムラであり、表示階調をあげると、すなわち白色表示をおこなうとムラが消える。Ｌ０ムラは、カラーフィルター基板を指で押すなど外部ストレスで発生する。また、外部ストレスによってムラの位置が移動し、かつ、移動後の場所にムラが保持される。さらに、液晶ディスプレイの特性上、左右視覚で正常部と異常部の輝度の大小関係が反転する。

図２に示すように、液晶ディスプレイ１１は、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４とが一定間隔で対向している。両基板の間隔を一定に保つためにスペーサー１６が設けられている。スペーサー１６はカラーフィルター基板１４に設けられた柱状の樹脂である。スペーサー１６は、エポキシやアクリル樹脂を積層し、パターニングすることによって形成する。スペーサー１６の幅は数〜数十μｍであり、高さは約４μｍである。

アレイ基板１２、カラーフィルター基板１４、およびスペーサー１６の表面には配向膜１９が設けられている。すなわち、アレイ基板１２とスペーサー１６との接触は、配向膜１９同士が接触する。周知の配向膜１９はポリイミドなどである。ポリイミドなどの膜だけでは配向膜１９とはならず、配向処理が必要である。配向処理は、布で膜の表面を一方向にこするラビングと呼ばれる処理である。

アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４とを対向させたとき、アレイ基板１２とスペーサー１６の表面に積層された配向膜１９が接触することとなる。したがって、上述したようなＬ０ムラは、外部ストレスで発生したり移動したりするため、配向膜１９同士の接触において、何らかの原因があると考えられる。

Ｌ０ムラの原因を突き止めるための実験の説明をおこなう。まず、図２に示すように、液晶ディスプレイ１１のカラーフィルター基板１４に外力を加える。外力を加えたことによって、カラーフィルター基板１４が点線のようにたわみ、スペーサー１６の位置が矢印ｘの方向に移動する。スペーサー１６の位置が変化した後、元の位置に戻らないと、カラーフィルター基板１４はたわんだままとなる。ＩＰＳ液晶ディスプレイであれば、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４との間隔が変化したり偏光板２２の偏光軸が変化したりしてストレスがたまると、表示ムラの原因となる。これは、ＴＮ（twisted nematic）液晶ディスプレイであれば許容された変化であっても、ＩＰＳ液晶ディスプレイはＴＮ液晶ディスプレイと比較して液晶２０の配置の仕方が異なるために表示ムラとなるためである。

Ｌ０ムラは、黒色表示をおこなったときのムラである。すなわち、アレイ基板１２およびカラーフィルター基板１４に備えられた偏光板２２と液晶２０によってバックライトの光が透過しないはずが、透過してしまうことによってＬ０ムラが発生する。ここで、液晶ディスプレイ１１の光の透過について説明する。図３（ａ）に示すように、偏光板２２は、偏光軸方向に振動する光のみを透過させる。また、光は液晶２０の配列にしたがって複屈折しながら進行する。黒色表示をおこなうときは、液晶２０は基板１２，１４に対して平行となっており、アレイ基板１２側の偏光板２２を通過した光は、そのまま進行することとなる。そして、カラーフィルター基板１４側の偏光板２２によって、完全に光がカットされることとなる。

上述したように液晶ディスプレイ１１に外力を加えると、カラーフィルター基板１４がたわみ、ストレスがたまる。両基板間にストレスがたまるため、液晶２０や偏光板２２に対して例えば図３（ｂ）の矢印２４の方向にストレスがかかり、液晶２０の配列や偏光板２０の偏光軸の方向が微妙に変化する。この変化によって、図３（ｂ）に示すように、本来であれば透過してはいけない光が透過してしまう。

Ｌ０ムラは、液晶ディスプレイ１１のカラーフィルター基板１４に外力を加えたことによってカラーフィルター基板１４がたわんで後、カラーフィルター基板１４が元に戻らないために発生すると考えられる。実際にはアレイ基板１２とスペーサー１６の表面に形成された配向膜１９同士が接触しているため、上述したように、この接触に問題があると考えられる。

そこで、ポリイミドの膜に配向処理した配向膜１９の動摩擦係数の測定をおこなった。なお、配向処理は、ポリイミドの膜に布によってある一定以上の力でこすりつけるラビング処理である。測定は、CENTER FOR TRIBOLOGY社のCETR Micro-Tribometer model MUT-2でおこなった。直径０．０８ｍｍのダイヤモンドチップで配向膜１９の上を一定の垂直加重Ｆｚで擦り、そのときの水平方向の加重Ｆｘを測定した。Ｆｚを２０ｇとした場合、Ｆｘが１．７８ｇとなった。動摩擦係数μをＦｘ／Ｆｚとすると、μは０．０８９となる。この動摩擦係数よりも小さな配向膜１９を使用することによって、カラーフィルター基板１４に外力が加えられてたわんでも、元の状態に戻り、Ｌ０ムラが発生しないと考えられる。この考えから実験や試作をおこない、本発明に到達したので、以下その説明をおこなう。

図１に示す本発明の液晶ディスプレイ１０は、アレイ基板１２と、アレイ基板１２と一定間隔を有して対向するカラーフィルター基板１４と、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４とを一定間隔で対向させるために、カラーフィルター基板１４に複数形成された柱状のスペーサー１６と、アレイ基板１２、カラーフィルター基板１４およびスペーサー１６の表面に形成された配向膜１８とを含む。両基板１２，１４間に液晶２０が加圧封止されている。両基板１２，１４の液晶２０と接しない側に偏光板２２が設けられている。

その液晶ディスプレイ１０において、カラーフィルター基板１４に外力が加えられてカラーフィルター基板１４がたわみ、隣り合うスペーサー１６同士の距離が変化した後に外力を解除すると、スペーサー１６の弾性力によってスペーサー１６同士が元の距離に復元する力は、アレイ基板１２およびスペーサー１６の表面に形成された配向膜１８同士の摩擦力よりも大きくする。

したがって、スペーサー１６が元の位置に戻る力が配向膜１８同士の摩擦力よりも大きいため、スペーサー１６が元の位置に戻り、上述したようなＬ０ムラの発生が無くなる。

スペーサー１６や基板１２，１４の材質が従来と同じであれば、スペーサー１６が元の位置に戻る力が配向膜１８同士の摩擦力よりも大きくするために、配向膜１８の動摩擦係数を小さくする。数々の試作や実験などから、配向膜１８の動摩擦係数は０．０５以下とする。このように動摩擦係数を小さくすることによって、配向膜１８同士の摩擦力が非常に小さく、スペーサー１６の位置が変化しても元に戻ることができる。

配向膜１８はカーボンを含む無機系の材料である。これは、動摩擦係数の小さな材料を選択するためである。

カーボンを含む無機系の材料よりなる配向膜１８は、例えば、ダイヤモンド・ライク・カーボンである。ダイヤモンド・ライク・カーボンは、潤滑性を併せ持った摺動性に優れた素材である。

実際に使用する配向処理をおこなった後のダイヤモンド・ライク・カーボンの動摩擦係数の測定を、ポリイミドの動摩擦係数を測定するときに使用した測定装置と同じCENTER FOR TRIBOLOGY社のCETR Micro-Tribometer model MUT-2でおこなった。直径０．０８ｍｍのダイヤモンドチップで配向膜１８の上を一定の垂直加重Ｆｚで擦り、そのときの水平方向の加重Ｆｘを測定した。Ｆｚを２０ｇとした場合、Ｆｘが０．８８ｇとなった。動摩擦係数μは０．０４４となる。したがって、動摩擦係数は好ましくは０．０４４以下であってもよい。以上の測定は、常温常湿の大気中でおこなった。

なお、ダイヤモンド・ライク・カーボンの成膜は、スパッタやＣＶＤによって成膜をおこなう。例えば、０．１〜２．０Ｐａに減圧されたチャンバー内に基板１２，１４を置き、Ｈ_２やＡｒのガスをチャンバー内に導入しながら、スパッタにより成膜をおこなう。例えばガスの流量は、Ｈ_２(ｓｃｃｍ)／Ａｒ（ｓｃｃｍ）＝０〜１.０であり、エネルギーは０．６２〜３．１Ｗ／ｃｍ_２である。

図４に示すように、配向膜１８はイオンビーム２６の照射によって配向処理を施す。ダイヤモンド・ライク・カーボンは高硬質であるため、布で擦るだけでは配向処理を施すことができないためである。

イオンビーム２６を生成するための装置２８は、イオン源プラズマの生成部と、イオン引き出し電極と、イオン加速電極とを備える。イオンビーム２６を生成するためのイオンの加速電圧は５０〜１０００ｅＶである。この加速電圧で生成されたイオンビーム２６によって配向処理ができる。

イオンビーム２６による配向処理は、イオンビーム２６の生成装置２８と基板１２，１４との間にスリット３０を設けた板状体３２を配置しておこなう。スリット３０を通り抜けたイオンビーム２６が配向膜１８に照射され、配向処理をおこなうこととなる。

本発明によると、従来と比較して動摩擦係数の小さな配向膜１８を利用することによって、カラーフィルター基板１４に外力が加えられても、すぐに元通りに戻ることができる。アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４とを一定間隔に保ち、ストレスをためないため、ＩＰＳ液晶ディスプレイなどの基板間隔がシビアな液晶ディスプレイ１０において、表示品位を保つことができる。

表示品位を保てることを確認するために図５および図６に示す実験をおこなった。本発明と従来の液晶ディスプレイ１０，１１を図５（ａ）の丸印の位置を片手で１０秒程度持ったり、図５（ｂ）の丸印を指や手のひらで押したりした。また、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の丸印を持って、５回ほど振った。本発明の液晶ディスプレイ１０はＬ０ムラを確認できなかったが、従来の液晶ディスプレイ１１はＬ０ムラを確認することができた。これは、本発明の液晶ディスプレイ１０が、外力がくわえられてもすぐにスペーサー１６が元の位置に戻ったためである。なお、実験に用いた本発明の液晶ディスプレイ１０の配向膜１８は、５０〜１０００ｅＶで加速されたイオンビーム２６で配向処理をおこなったダイヤモンド・ライク・カーボン膜である。実験に用いた従来の液晶ディスプレイ１１は、ポリイミドの配向膜１９を用いており、また本発明と従来の液晶ディスプレイ１０，１１はともに加圧封止圧力１５〜３５KPaの範囲の同じ圧力で液晶２０を加圧封止したものである。

なお、Ｌ０ムラを解消するために、従来と同じ構造の液晶ディスプレイ１１で、液晶２０を封止するときの加圧封止圧力を上に記載した値より小さくすることが考えられる。アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４との間の圧力が小さくなり、配向膜１９同士の摩擦も小さくなり、Ｌ０ムラを解消することができる。しかし、両基板１２，１４の間の圧力が小さくなると、液晶ディスプレイ１１を立てたときに、液晶２０が重力で下にたれ下がってしまい、重力による表示ムラが発生する。本発明であれば、従来と同じ加圧封止圧力で液晶２０を加圧封止することができるので、重力による表示ムラの発生はない。

また、上記の実施形態ではカラーフィルター基板１４にスペーサー１６を設けたが、アレイ基板１２にスペーサー１６を設ける構成であってもよい。上述した配向膜１８をカラーフィルター基板１４およびスペーサー１６の表面に形成することによって、アレイ基板１２がたわんでも、上記の実施形態と同様の理由でＬ０ムラが発生せず、表示品位を落とすことはない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明の液晶ディスプレイの断面を示す図である。従来の液晶ディスプレイの断面図であり、カラーフィルター基板に外力を加える図である。液晶ディスプレイの光の透過を示す図であり、（ａ）は正常な場合の図であり、（ｂ）はＬ０ムラが発生している図である。イオンビームによって配向処理をおこなう図である。本発明によってＬ０ムラが解消されたことを確認するために、外力を加えた位置を（ａ）および（ｂ）の丸印の位置で示した図である。本発明によってＬ０ムラが解消されたことを確認するために、外力を加えた位置を（ａ）から（ｄ）の丸印の位置で示した図である。

符号の説明

１０：液晶ディスプレイ
１２：アレイ基板
１４：カラーフィルター基板
１６：スペーサー
１８：配向膜
２０：液晶
２２：偏光板

Claims

アレイ基板と、
前記アレイ基板と一定間隔を有して対向するカラーフィルター基板と、
前記アレイ基板とカラーフィルター基板とを一定間隔で対向させるために、該カラーフィルター基板またはアレイ基板に複数形成された柱状のスペーサーと、
前記アレイ基板、カラーフィルター基板およびスペーサーの表面に形成された配向膜と、
を含む液晶ディスプレイであって、
前記カラーフィルター基板またはアレイ基板に外力が加えられてカラーフィルター基板またはアレイ基板がたわみ、スペーサー同士の距離が変化した後に外力を解除すると、スペーサーの弾性力によってスペーサー同士が元の距離に復元する力は、アレイ基板またはカラーフィルター基板の表面に形成された配向膜とスペーサーの表面に形成された配向膜との摩擦力よりも大きい液晶ディスプレイ。
前記配向膜の動摩擦係数が０．０５以下である請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
前記配向膜がカーボンを含む無機系の材料である請求項２に記載の液晶ディスプレイ。
前記配向膜がダイヤモンド・ライク・カーボンである請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
前記配向膜は、イオンビームの照射によって配向処理が施されている請求項４に記載の液晶ディスプレイ。
前記イオンビームを生成するためのイオンの加速電圧が５０〜１０００ｅＶである請求項５に記載の液晶ディスプレイ。