JP2005189595A

JP2005189595A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2005189595A
Application number: JP2003432078A
Authority: JP
Inventors: Mikio Baba; 幹男馬場
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】液晶中に存在する気泡による表示不良の発生が顕著に抑制された信頼性に優れる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】ブラックマスク層１２が配設された非表示領域Ｄｂ内に、シール材３の内側に沿って枠状に溝１３ａが凹設されている。この溝１３ａは、非表示領域Ｄｂにおいて発生した気泡や、表示領域Ｄｖで発生して非表示領域Ｄｂに移動した気泡を、表示領域Ｄｖ側に移動しないように捕捉するために設けてある。液晶中に経時的に発生する気泡は、シール材に沿って引き回し配設されたゲート配線６と対向電極１４が対向するエリアＡ1、Ａ2においてより高頻度で発生するが、この溝１３ａの気泡捕捉効果により、そのような気泡による表示不良の発生が顕著に抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、気泡の存在による表示不良の発生を防止した液晶表示素子に関するものである。

液晶表示素子は、一対の基板間に封入した液晶に電界を印加して液晶分子の配向を変化させ、液晶中を透過する光の透過率を制御して表示を行うものである。従って、液晶中に気泡が存在すると、この気泡を透過する光は制御できないため、黒点や輝点等の表示不良を引き起こす。

液晶中に気泡が存在する原因としては、まず、液晶注入時に混入することが挙げられる。また、基板の内面（対向面）に形成した遮光膜（ブラックマスク）やカラーフィルタ或いは各種絶縁保護膜等の基板に積層する樹脂膜、一対の基板を接合するシール材及び液晶等が製造工程中に衝撃や熱的ストレスを受けることによっても、気泡は発生する。これら、部材の材質や製造方法に起因する気泡の発生は、部材の材質や製造方法を改良することにより、解消されている。

しかるに、製品としての液晶表示素子を高温多湿環境で長時間使用したり、通常の環境でも長期間稼動させていると、ある時点から気泡が発生することがある。このような、経時的な気泡の発生の原因としては、電気化学作用が挙げられる。即ち、液晶表示素子の稼動中においては、液晶を介して対向する電極間には所定の電界が印加されており、僅かづつではあるが電気メッキ反応槽に類似した電気化学作用が進行しているものと考えられる。このような電気化学作用が長期にわたり進行すると、電極等の金属部材が腐食し始め、その副産物としてガスが発生し、これが気泡となって表示不良を引き起こす。

上述した液晶表示素子における経時的な気泡の発生は、特許文献１に示されるようなアクティブマトリックス型液晶表示素子においてより顕著に認められる。これは、薄膜トランジスタが配設された基板側のゲート配線ラインと対向基板側のコモン電極との間の電位差が、単純マトリクス型等の他の液晶表示素子における対向電極間の電位差に比べて比較的大きいためである。
特開平５−２１０３６９号公報

本発明の課題は、液晶中に存在する気泡による表示不良の発生が顕著に抑制された信頼性に優れる液晶表示素子を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の液晶表示素子は、第１の電極が形成された第１の基板と、第２の電極が形成された第２の基板とを、それぞれの電極形成面を所定の間隙を保って対向させた状態で枠状に配設したシール材を介して接合し、該シール材で囲まれた前記第１及び第２の両基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子であって、液晶封入領域のうちの前記第１の電極と前記第２の電極が液晶を介して対向し形成された画素が所定の配列で配置されてなる表示領域以外の前記表示領域を囲む非表示領域内に、該非表示領域に存在する気泡の表示領域への移動を防止する気泡捕捉手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の液晶表示素子によれば、液晶を介して対向する電極間に電界が印加されて引き起される電気化学作用により発生し表示領域外の非表示領域に存在する気泡を表示領域に移動しないように捕捉する気泡捕捉手段を設けたから、表示領域に気泡が存在することにより引き起こされる輝点や黒点等の表示不良の発生を大幅に抑制することができる。

本発明の液晶表示素子においては、気泡捕捉手段として、シール材に沿って溝を凹設することが好ましく、これにより、シール材近傍の非表示領域において発生した気泡だけでなく、表示領域で発生した気泡もシール材側に円滑に移動させ、これら気泡を表示領域側へ移動しないように捕捉することができる。

また、他の捕捉手段としては、非表示領域と表示領域との境界に沿って非表示領域側に壁を立設してもよく、これにより、シール材近傍で発生した気泡の表示領域への移動をより確実に阻止することができる。

さらに、本発明の液晶表示素子は、第１の電極として複数の画素電極をマトリックス配置し、この画素電極に対する信号電圧の印加をスイッチングする薄膜トランジスタを各画素電極に対応させて配設したアクティブマトリックス型液晶表示素子に特に好適であり、その結果、より気泡が発生し易いアクティブマトリックス型液晶表示素子においても、気泡による表示不良の発生を確実に防止することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての液晶表示素子の構成を示す模式的断面図であり、図２は図１の液晶表示素子をII−II線で切断して示す平断面図である。

一対のガラス基板１、２が枠状シール材３を介し所定の間隙を保って接合されている。一対のガラス基板１、２間の枠状シール材３で囲まれた領域には、液晶Ｌｃが封入されている。一対のガラス基板１、２のうちの一方のガラス基板１の対向面（以下、内面という）には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料からなる複数の画素電極４がマトリクス状に配設され、各画素電極４には、これに対する電圧の印加をオン・オフするスイッチング素子として、薄膜トランジスタ５がそれぞれ配設されている。

ここで、薄膜トランジスタ５が配設されている側のガラス基板（以下、ＴＦＴ側基板という）１の回路構成を、図３の等価回路図に基づき説明する。マトリックス配置された画素電極４間には、各薄膜トランジスタ５のゲート電極に接続された複数のゲート配線６とドレイン電極に接続された複数のドレイン配線７とが、それぞれ、互いに直交する方向に延在させて平行に配設されている。

各ゲート配線６は、１本置きに交互にガラス基板１の反対側端部に向けて引き出され、引き出された各ゲート配線６は、それぞれの引出し側端部に延在するシール材３に沿ってガラス基板１の他方のガラス基板２よりも外部に突出させた端部１ａに向けて延設されている。そして、これらゲート配線６は、突出端部１ａのドライバチップ８の配設エリアにおける対応する接続端子ポート（不図示）に向けて引き回し配設されている。一方、ドレイン配線７は、突出端部１ａ側の各端部がドライバチップ８の配設エリアにおける対応する接続端子ポートに向けて延設されている。

ドライバチップ８は、ガラス基板１の突出端部１ａ上にＣＯＧ（Chip On Glass）方式により直接搭載されている。即ち、上述したゲート配線６とドレイン配線７の各接続端子（不図示）は、ドライバチップ８の対応する突起電極（不図示）と異方性導電接着材（不図示）を介して導通接続されている。ドライバチップ８と突出端部１ａの端面１ａ1との間には、入力側の接続端子９が所定のピッチで並設されている。これら接続端子９には、フレキシブル配線基板等の外部駆動制御回路に電気接続するためのコネクタ部材が導通接続される。

図１に戻って、ガラス基板１の内面には、画素電極４や薄膜トランジスタ５等を覆って配向膜１０が被着されている。この配向膜１０には所定の方向にラビングによる配向処理が施されており、これにより封入した液晶の分子をラビング配向処理方向に沿って配向させる。

他方のガラス基板２の内面には、カラーフィルタ層１１が形成されている。本実施形態のカラーフィルタ層１１は、図２に示すように、基板長手方向（ドレイン配線７の延在方向）に沿って延在する赤、緑、青の３種類の各色要素帯片１１R、１１G、１１Bを順次繰り返して並設し形成されている。そして、このカラーフィルタ層１１を取り囲むようにその周囲には、枠状にブラックマスク層１２が配設されている。このブラックマスク層１２は、例えば感光性樹脂中に黒色顔料を混合した材料を用いてフォトリソグラフィー法等により形成され、光の透過を遮断するために設けられている。従って、このブラックマスク層１２で囲まれた内側領域が本液晶表示素子の表示領域Ｄｖとなる。

カラーフィルタ層１１及びブラックマスク層１２の上には、隣り合う各色要素帯片１１R、１１G、１１Bのオーバーラップ部に生じる段差を均すために、平坦化保護膜１３が積層されている。この平坦化保護膜１３は、アクリル樹脂等の透明な樹脂材料を用い、カラーフィルタ層１１及びブラックマスク層１２を覆ってガラス基板２略全域にわたり表面が平坦になるように被着されている。

そして、この平坦化保護膜１３におけるシール材３の内側近傍には、適長幅の溝１３ａが、本実施形態では図２に示すようにシール材３に沿って枠状に凹設されている。この溝１３ａは、液晶中に発生した気泡を捕捉する気泡捕捉手段として設けられるもので、シール材３の内側で前述した表示領域Ｄｖ以外の前記表示領域の外側を取り囲む非表示領域Ｄｂ内に配設される。また、溝１３ａは、非表示領域Ｄｂにおける平坦化保護膜１３の厚み全長にわたり凹設されており、従ってその深さは平坦化保護膜１３の厚みと同じである。因みに、本実施形態における平坦化保護膜の厚さは２．５μｍであり、従って、溝１３ａの深さも２．５μｍである。なお、気泡捕捉手段としての溝の配設範囲や幅及び深さは、例えば配設範囲はコーナー部だけで深さは平坦化保護膜１３の厚みの半分程度等のように、気泡の発生状況に応じて最適に設定されるべきものであり、非表示領域Ｄｂ内に配設されておれば本実施形態に限られるものではない。

平坦化保護膜１３上の少なくとも表示領域Ｄｖには、対向電極１４と配向膜１５が順次積層されている。対向電極１４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料を用いて１枚板状に形成された所謂ベタ電極である。また、配向膜１５は、ＴＦＴ基板１側に設けた配向膜１０と材質は同じで、配向処理のラビング方向が配向膜１０のラビング方向に対し略直交する方向に設定されている。これにより、液晶分子を９０°にわたりツイスト配向させることができる。

上述のように構成されたＴＦＴ側基板１とカラーフィルタ側基板２は、配向膜１０、１５間に間隙規制部材としての球状スペーサ１６を介在させて接合されている。この球状スペーサ１６の直径は、所期の表示特性を得るために必要とされる画素部、つまり画素電極４と対向電極１４が対向する部分、の液晶層厚と同じ寸法に設定されている。

液晶層Ｌｃを挟持する一対のガラス基板１、２の各外面には、視野角特性を改善するための位相差板１７、１８と、偏光板１９、２０がそれぞれ積層配置されている。本実施形態においては、偏光板１９、２０が各透過軸を互いに直交させて配置されており、これにより背景の明るいポジ表示が得られる。

以上のように構成された本実施形態の液晶表示素子においては、発生する気泡が表示領域へ移動しないように溝１３ａにより捕捉される。その作用動作について、以下に説明する。

液晶封入領域において電界が印加されるエリアでは、経時的に多かれ少なかれ電気化学作用による気泡が発生するが、そのうちでも、多数のゲート配線６がドライバチップ８の配設側に向けて非表示領域Ｄｂのシール材３近傍をドレイン配線７に平行な方向に引き回し配設されている両側部のエリアＡ1、Ａ2において、より多く発生する傾向がある。これは、それらのエリアＡ1、Ａ2においては、ゲート配線６が高密度に配設されている上に対向電極１４との間の電位差が他の部位に比べて相対的に高いからである。

しかし、気泡の発生頻度が相対的に高いそれらのエリアＡ1、Ａ2には、溝１３ａが配設されており、この溝１３ａの配設エリアにおける液晶層Ｌｃの断面積は他の部分の断面積より大きく、その結果、気泡の溶解度の関係から液晶層Ｌｃの断面積の大きい部分から小さい部分へ気泡が移動し難くなり、発生した気泡が溝１３ａの配設エリアに留められる。即ち、気泡があたかも溝１３ａの配設エリアに捕捉されたような状態となる。

一方、表示領域Ｄｖ内の画素電極４や薄膜トランジスタ５と対向電極１４とが対向する部分においても気泡は発生するが、その発生頻度は上述したエリアＡ1、Ａ2に比べて極めて少ない。更に、液晶表示素子は、スペーサ１６を介在させてはいるものの、シール材３から遠い表示領域Ｄｖの中央部の液晶層厚はシール材３近傍の液晶層厚の方に比べて僅かではあるが薄くなる傾向があり、そのため、常に表示領域Ｄｖ中央部からシール材３側に向けて圧力が加わった状態にあるから、その圧力により表示領域Ｄｖ内で発生した気泡はシール材３側の非表示領域Ｄｂに向けて徐々に移動せしめられる。

以上のようにして、非表示領域Ｄｂ内で発生した気泡だけでなく、表示領域Ｄｖ内で発生した気泡も非表示領域Ｄｂのシール材３近傍に移動せしめられ、上述した作用によりシール材３近傍の溝１３ａ配設領域内に捕捉された状態となる。これにより、長期に亘り液晶表示素子を稼動させても表示領域Ｄｖ内に気泡は略存在せず、気泡による表示不良の発生が経時的に防止され、信頼性に優れた液晶表示素子が得られる。

次に、本発明の他の実施形態について、図１に対応する図４及び図２に対応する図５に基づき説明する。図４は、他の実施形態としての液晶表示素子の構成を示す模式的断面図であり、図５は図４の液晶表示素子をV−V線で切断して示す平断面図である。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の液晶表示素子では、図１の実施形態における溝１３ａに替わる気泡捕捉手段として、ＤｂＡ1Ａ2表示領域Ｄｖと非表示領域Ｄｂの境界（ブラックマスク層１２の内側端面）に沿った非表示領域Ｄｂ側に隔壁２１が配設されている。この隔壁２１は、図５に示されるように、基板両側部の引き回し配設されるゲート配線６と対向電極１４とが対向するエリアＡ1、Ａ2に選択的に配設されている。Ｄｂそして、隔壁２１の高さは配向膜１０、１５間の間隔つまり液晶層厚（ギャップ）Ｇと同一に設定されており、従って、対向する配向膜１０、１５間を略隙間なく仕切っている。このような隔壁２１は、感光性樹脂材料を用いて平坦化保護膜１３と同様のフォトリソグラフィー法により容易に形成することができる。その他の構成は、前述した図１の実施形態と同じである。

以上のように構成された本実施形態の液晶表示素子によれば、エリアＡ1、Ａ2において発生した電気化学作用による気泡の表示領域Ｄｖ側への移動をより確実に防止することができる。これは、隔壁２１が配向膜１０、１５間を略隙間なく仕切っているため、隔壁２１とシール材３間で発生した気泡の表示領域Ｄｖ側への移動は、隔壁２１の両端部を迂回する経路に限られるからである。ここで、この隔壁２１も前述した実施形態における溝のようにシール材３の内側に沿って枠状に形成すれば、非表示領域Ｄｂ内で発生した気泡の表示領域Ｄｖ側への移動を略確実に阻止できるが、液晶注入時において非表示領域Ｄｂ内に液晶を隙間なく円滑に注入することが困難となる。このような理由から、本実施形態においては、気泡捕捉手段としての隔壁２１をエリアＡ1、Ａ2に限定的に配設してある。

また、隔壁２１は、必ずしも本実施形態のようにギャップＧの全長にわたって立設する必要はなく、例えばギャップＧの２／３程度の高さに形成してもよい。この場合、隔壁２１とシール材３間の非表示領域Ｄｂで発生した気泡が隔壁２１上端と対向する一方の例えば配向膜１０間の間隙から表示領域Ａｖ側へ多少は逸脱するが、ギャップＧの全長に隔壁を立設する場合に比べて表示領域Ａｖ側で発生した気泡を非表示領域Ｄｂ側へより円滑に移動させることができる。また、液晶の注入もより円滑化される。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の気泡捕捉手段の配設位置は、上述した実施形態に示される位置に限らず、液晶表示素子の配線の配置構成に応じて非表示領域Ｄｂ内の最適位置に配設すればよい。

また、本発明は、アクティブマトリックス型液晶表示素子に限らず、単純マトリクス型等の他の種々の液晶表示素子に広く適用できることは、勿論である。

本発明の一実施形態としての液晶表示素子を示す模式的断面図である。図１に示す液晶表示素子をII−II線で切断して示す平断面図である。図１の液晶表示素子における配線回路構成を示す等価回路図である。本発明の他の実施形態としての液晶表示素子を示す模式的断面図である。図４に示す液晶表示素子をV−V線で切断して示す平断面図である

符号の説明

１、２ガラス基板
３シール材
４画素電極
５薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
６ゲート配線
７ドレイン配線
８ドライバチップ
９接続端子
１０、１５配向膜
１１カラーフィルタ層
１２ブラックマスク層
１３平坦化保護層
１３ａ溝
１４対向電極
１６スペーサ
２１隔壁
Ｄｖ表示領域
Ｄｂ非表示領域

Claims

第１の電極が形成された第１の基板と、第２の電極が形成された第２の基板とを、それぞれの電極形成面を所定の間隙を保って対向させた状態で枠状に配設したシール材を介して接合し、該シール材で囲まれた前記第１及び第２の両基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子であって、
液晶封入領域のうちの前記第１の電極と前記第２の電極が液晶を介して対向し形成された画素が所定の配列で配置されてなる表示領域以外の前記表示領域の外側を囲む非表示領域内に、該非表示領域に存在する気泡の表示領域への移動を防止する気泡捕捉手段を設けたことを特徴とする液晶表示素子。
前記気泡捕捉手段は、前記シール材に沿って凹設された溝であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記気泡捕捉手段は、前記非表示領域と前記表示領域との境界に沿って前記非表示領域側に立設された壁であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記液晶表示素子は、第１の電極として複数の画素電極をマトリックス配置し、該画素電極に対する信号電圧の印加をスイッチングする薄膜トランジスタを各画素電極に対応させて配設したアクティブマトリックス型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の液晶表示素子。