JP2005283693A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール剤から溶け出したイオン性不純物を画素領域の周辺で十分に吸着捕獲することが可能で、これによりイオン性不純物の画素領域への拡散を確実に防止して表示特性の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】中央に配置された画素領域１ａ、２ａを覆う配向膜５，７を有し配向膜５，７を内側にして対向配置された一対の基板１，２と、基板１，２間を封止するために基板１，２の周縁部間に設けられたシール剤９と、シール剤９で封止された一対の基板１，２間に充填された液晶層３とを備えた液晶表示装置において、少なくとも一方の基板１における画素領域１ａとシール剤９との間に、表面凹凸形状のイオン吸着部１３を設けた。このイオン吸着部１３は、下地凹凸形状に沿ってイオン吸着層１５を設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特には液晶パネルにおける表示特性の劣化を防止した液晶パネルを有する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置を構成する液晶パネルは、図４の要部断面図に示すように、対向配置された第１基板１と第２基板２との間に、液晶層３を狭持して構成されている。第１基板１および第２基板において電極（図示省略）が設けられた対向面側は、それぞれ配向膜５，７によって覆われており、これらの配向膜５，７によって液晶層３に含まれる液晶分子の配向状態が制御される。また、第１基板１と第２基板２との間は、その周縁部に設けられたシール剤９で封止され、これにより液晶層３が基板１−２間に充填封止された状態となっている。このような構成の液晶パネルにおいては、液晶注入時やその後の駆動時に、シール剤９からイオン性不純物Ｉが溶け出し、液晶パネルの表示特性の劣化を招くことが知られている。また、この劣化の発生開始時間は、シール剤９から画素領域１ａまでの距離に依存している。

そこで、このような表示特性の劣化を防止することを目的とした様々な構成の表示装置が提案されている。例えば、紫外線照射による表面改質を用いることで、液晶パネルの中央部に位置する画素領域（表示領域）１ａの配向膜５，７の表面エネルギーよりも、その周辺領域１ｂに配置される配向膜５，７部分の表面エネルギーを高く設定する構成が提案されている。これにより、シール剤９から溶けだしたイオン性不純物Ｉを、表面エネルギーの高い周辺領域１ｂの配向膜５，７部分に吸着捕獲し、画素領域１ａへのイオン性不純物Ｉの拡散を防止している（下記特許文献１参照）。また、画素領域１ａの周辺部にイオン吸着性の高い配向膜を設けることにより、同様にして画素領域１ａへのイオン性不純物Ｉの拡散を防止する構成が提案されている（下記特許文献２参照）。

特開平１０−２６０４０６号公報 特開平７−１１０４７９号公報

ところで、液晶表示装置においては、液晶パネルの小型化および画素領域の拡大が要求されている。これにともない、液晶パネルにおいては、図４に示したように、画素領域１ａの周辺領域１ｂが縮小される傾向にある。これにより、上述した構成の液晶表示装置においては、表面エネルギーの高い配向膜部分やイオン吸着性の高い配向膜部分の配置面積として十分な広さを確保することができなくなってきている。そして、周辺領域１ｂが縮小されることにより、シール剤９から画素領域１ａまでの距離が短くなるため、周辺領域１ｂにイオンを吸着させる能力の高い配向膜などを配置しても、この周辺領域１ｂにおいてイオン性不純物Ｉが吸着捕獲されずに画素領域１ａに達し易くなる。したがって、画素領域１ａへのイオン性不純物Ｉの拡散を十分に防止する効果を得ることが困難になりつつある。

そこで本発明は、シール剤から溶け出したイオン性不純物を画素領域の周辺で十分に吸着捕獲することが可能で、これによりイオン性不純物の画素領域への拡散を確実に防止して表示特性の向上を図ることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、対向配置された一対の基板と、これらの基板間を封止するために当該基板の中央に位置する画素領域の周縁部に設けられたシール剤と、このシール剤で封止された基板間に充填された液晶層とを備えており、特には、少なくとも一方の基板における画素領域とシール剤との間に、表面凹凸形状のイオン吸着部を設けたことを特徴としている。

このような構成の液晶表示装置では、画素領域とシール剤との間の領域に設けられたイオン吸着部が表面凹凸形状に形成されている。このため、イオン吸着部の専有面積に対して、イオン吸着部の表面積がより広く確保される。したがって、画素領域とシール剤との間の領域（すなわち画素領域の周辺領域）の面積が縮小された場合であっても、この周辺領域に配置されるイオン吸着部の表面積を十分に確保し、当該イオン吸着部の表面において十分な量のイオンが吸着捕獲される。また、イオン吸着部を表面凹凸形状としたことにより、シール剤から画素領域までの間においてイオン吸着部の表面の道のりが長くなる。したがって、シール剤からしみ出したイオン性不純物が、画素領域に達するまでの間にイオン吸着部の表面に吸着確保される確率が高められる。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、シール剤と画素領域との間に設けたイオン吸着部において、シール剤から溶け出したイオン性不純物を吸着捕獲する能力を向上させることができ、これによりイオン性不純物の表示領域への拡散を確実に防止して表示特性の向上を図ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜要部構成＞
図１には、本発明の液晶表示装置の一例を示す液晶パネル部分の構成図を示す。このうち、図１（１）は液晶パネル部分の一部を切り欠いた平面図を示し、図１（２）は図１（１）におけるＡ−Ａ’断面図を示す。尚、図４を用いて説明した従来の液晶パネルと同一の構成要素には同一の符号を付している。

これらの図に示す液晶パネルは、対向配置された第１基板１と第２基板２との間に液晶層３を狭持してなる。

このうち、第１基板１は、例えば光透過性の絶縁基板を用いて構成され、その中央部を画素領域１ａとし、この画素領域１ａの液晶層３に向かう面上に薄膜トランジスタアレイを有する駆動回路層４（断面図参照）が設けられたいわゆるＴＦＴアレイ基板として構成されている。また、ここでの図示は省略したが、このような第１基板１の画素領域１ａ上には、画素スイッチング用の薄膜トランジスタと共に、各薄膜トランジスタによって制御される画素電極が配置されている。これらの画素電極は、例えば透明導電膜からなる。そして、画素電極が配置されている画素領域１ａの全体を覆う状態で、配向膜５が設けられている。この配向膜５は、例えばポリイミド膜にラビング処理を施すことによって構成されている。

一方、第２基板２は、光透過性の絶縁基板を用いて構成され、その中央部を画素領域２ａとし、この画素領域２ａの液晶層３に向かう面上に透明導電膜からなる対向電極（図示省略）が形成されている。そして、この対向電極が配置されている画素領域２ａの全体を覆う状態で、配向膜７が設けられている。この配向膜７は、第１基板１側の配向膜５と同様に構成されていることとする。

以上のような構成の第１基板１と第２基板２とは、画素領域１ａと画素領域２ａとを平面視的に重ね合わせた状態で対向配置され、ここでの図示を省略したスペーサを狭持することにより、所定のギャップ間隔に保たれている。そして、第１基板１と第２基板２との周縁には、第１基板１−第２基板２間に狭持させた液晶層３を密封するためのシール剤９が設けられている。尚、このシール剤９は紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂からなり、第１基板１−第２基板２間に液晶を充填するための注入口９ａ（平面図参照）が設けられており、液晶が充填された状態において、この注入口９ａに未硬化の紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂からなる封止剤１１が引き込まれ、硬化させた状態となっている。これにより、第１基板１と第２基板２との間に液晶層３が充填封止された状態となっている。尚、シール剤９とこの封止剤１１とを合わせて、液晶層３を封止するためのシール剤となる。

以上のような構成の液晶パネルにおいては、第１基板１側の画素領域１ａの周縁で、かつシール剤９および封止剤１１よりも内側の領域を周縁領域１ｂとした場合、この周縁領域１ｂにイオン吸着部１３が設けられている。このイオン吸着部１３は、画素領域１ａに沿って設けられることが好ましく、図示した例においては画素領域１ａの短辺に沿って画素領域１ａを挟む位置に設けられている。

そして特に本実施形態においては、このイオン吸着部１３が、液晶層３に向かって表面凹凸形状に整形されていることを特徴としている。このようなイオン吸着部１３は、例えば下地凹凸形状に沿って、この下地凹凸形状をイオン吸着層１５で覆ってなる。

このようなイオン吸着層１５は、例えばポリイミドのようなイオン吸着性能を有する材料で構成されていることとする。ここでは、上述したように配向膜５がポリイミドからなるため、イオン吸着層１５がポリイミドからなる場合には、このイオン吸着層１５を配向膜５と同様にして形成したものとして良い。この場合、配向膜５の形成と同一工程でイオン吸着層１５が形成され、配向膜５の周縁において下地凹凸形状を覆う部分が特にイオン吸着層１５として機能することになる。尚、このように配向膜５に対して連続的して形成されたイオン吸着層１５の部分には、配向機能を持たせる必要はないが、ラビング処理を施すことによりイオン吸着層１５の表面自体が凹凸表面に整形されていればより好ましい。また、配向膜５と連続して構成されるイオン吸着層１５の部分のみに紫外線を照射することにより、イオン吸着層１５の部分のみを表面改質して表面エネルギーを高くし、イオン吸着能力を高めても良い。

また、イオン吸着層１５の下地凹凸形状としては、図２の拡大斜視断面図に示すように、画素領域１ａに沿って当該画素領域１ａを段階的に囲む複数の畝状を例示できる。また、この凹凸形状の他の例としては、画素領域１ａを段階的に囲む状態で当該画素領域１ａに沿って配置されたドットパターン状を例示できる。このような凹凸形状は、これを覆うイオン吸着層１５のカバレッジを確保するために、側壁テーパ形状であることが好ましい。

このような下地凹凸形状は、例えば駆動回路層４の形成プロセスにおける段差形成工程、または駆動回路層４を覆う絶縁膜表面の段差形成工程にて、同時に形成された凹凸形状として良い。これにより、工程を増加させることなく、表面凹凸形状のイオン吸着部１３を設けらることが可能になる。

このような一例としては、横電界による液晶分子の配向不良を防止することを目的として画素間におけるギャップを局所的に狭めるために設ける凸部ａ（図１断面図参照）の形成工程において、イオン吸着部１３の凹凸形状を形成することができる。

この場合、第１基板１に駆動回路層４を形成し、さらに画素間および画素領域１ａの周囲を覆う遮光膜（いわゆるブラックマトリックス）を形成した後、この遮光膜を覆う状態で酸化シリコンや窒化シリコン等からなる層間絶縁膜を形成し、この上部にレジストパターンを設けてリフロー処理した後、レジストパターン上から層間絶縁膜をエッチングすることにより、レジストパターンのリフロー形状が転写された側壁テーパ形状の凹凸表面を有する層間絶縁膜を得る。この層間絶縁膜の凹凸表面が、イオン吸着部１３の下地凹凸形状となる。そして、画素領域１ａにおいては、層間絶縁膜上に画素電極がパターン形成される。またその後、画素領域１ａにおいては画素電極を覆う状態で配向膜５が形成され、周辺領域１ｂにおいては層間絶縁膜表面の凹凸形状を覆う状態で、配向膜５と同一工程にてイオン吸着層７が設けられる。尚、以上の段差形状は、リフロー処理されたレジストパターンをそのまま用いても良い。

また、以上説明した工程では、高さ（高低差）ｈが０．５μｍ程度の下地凹凸形状が形成される。この場合、下地凹凸形状における凸部の底辺の幅Ｗを１μｍ程度以上にすること、すなわち［高さｈ／幅Ｗ］を０．５以下にすることが好ましい。これにより、ポリイミドからなる配向膜５の塗布工程において、下地凹凸形状の全面をカバレッジ性良好に、配向膜５に連続するイオン吸着層１５で覆うことが可能である。ただし、［高さｈ／幅Ｗ］が小さすぎる場合には、イオン吸着部１３の専有面積に対して表面積を広げる効果が小さくなるため、この観点からは、［高さｈ／幅Ｗ］はできるだけ大きな値に設定されることが好ましい。

尚、下地凹凸形状の高さは、液晶パネルに設定される第１基板１と第２基板２との間の間隔（すなわちギャップ間隔であり、例えば３μｍ程度）に影響を与えることのない範囲に設定されれば、上述した０．５μｍより高くても良い。ただしこの場合、吸着層１５の膜厚を考慮し、この下地凹凸形状の全面がイオン吸着層１５で良好に覆われるように、かつ下地凹凸形状がイオン吸着層１５で埋め込まれる（塗りつぶされる）ことのないように、下地凹凸形状における凸部の底辺の幅を広げる等して側壁テーパ形状に調整することとする。

以上のように構成された表面凹凸形状のイオン吸着部１３は、画素領域１ａの周辺領域１ｂにおいて、特に形状的、電気的にイオン性不純物の集中する箇所に配置されることが好ましい。そこで、イオン吸着部１３は、イオン性不純物の放出源となるシール剤９（封止剤１１）によって２方が囲まれた状態となる、画素領域１ａの角部に沿って配置されることが好ましい。また、イオン吸着部１３は、シール剤９に設けた液晶の注入口９ａ付近、すなわち、イオン性不純物Ｉの溶出量がより多いと考えられる封止剤１１での封止部分と、画素領域１ａとの間に設けられることが好ましい。また最も好ましい例としては、画素領域１ａの全周を囲む状態で、イオン吸着部１３が設けられていることが好ましい。この場合であっても、画素領域１ａの角部付近や注入口９ａ付近では、特にイオン吸着部１３の幅を広く設けることが好ましい。また、このようなイオン吸着部１３は、周辺領域１ｂにおけるダミー画素領域に設けても良い。

以上のように構成された液晶パネルを有する液晶表示装置では、画素領域１ａとシール剤９との間の周辺領域１ｂに設けられたイオン吸着部１３が、表面凹凸形状に形成されている。このため、周辺領域１ｂにおけるイオン吸着部１３の専有面積に対して、イオン吸着部１３の表面積をより広く確保することができる。したがって、周辺領域１ｂの面積が縮小された場合であっても、イオン吸着部１３の表面積を十分に確保することが可能になり、イオン吸着部１３の表面においてのイオンの吸着能力（吸着可能量）を十分に確保することが可能になる。また、イオン吸着部１３を表面凹凸形状としたことにより、シール剤９から画素領域１ａまでの間においてイオン吸着部１３の表面の道のりが長くなる。したがって、図３に示すように、シール剤９からしみ出したイオン性不純物Ｉが、画素領域１ａに達するまでの間にイオン吸着部１３の表面に吸着確保される確率を高めることができる。

以上の結果、シール剤９（封止剤１１を含む）と画素領域１ａとの間に設けたイオン吸着部１３において、シール剤９から溶け出したイオン性不純物Ｉを吸着捕獲する能力を向上させることができ、これによりイオン性不純物Ｉの画素領域１ａへの拡散を確実に防止し、イオン性不純物Ｉ（特に有機イオン）による表示特性の劣化を防止して表示特性の向上を図ることが可能になる。

尚、以上の実施形態においては、イオン吸着層１５が配向膜５と同様のポリイミドで形成され、配向膜５に対して連続して設けられている構成を説明した。しかしながら、イオン吸着層１５は、配向膜５と連続して設けられている構成に限定されることはなく、配向膜５と分離して設けられていても良い。またイオン吸着層１５は、配向膜５とは別の材料を用いて構成されても良い。例えば、配向膜５が無機材料からなる場合には、この配向膜５とは個別に、ポリイミドなどのイオン吸着性の高い材料を用いたイオン吸着層１５を設けた構成としても良い。

また、実施形態においては、第１基板１側のみにイオン吸着部１３を設けた構成を説明した。しかしながら、イオン吸着部１３は、第２基板２側における画素領域２ａの周辺領域に設けても良く、第１基板１および第２基板２の両方に設けても良い。第１基板１および第２基板２の両方に設けた場合には、さらにシール剤９から放出されたイオン性不純物Ｉの吸着能力を向上させることが可能になる。

以上のような構成の液晶表示装置においては、予め信頼性試験などでイオン性不純物Ｉの液晶層３中での拡散速度を測定し、その結果からイオン吸着部１３の必要表面積を決定すれば効果的な段差形状を設けることが可能である。

次に、本発明の実施例および比較例とその評価結果を説明する。

＜実施例１＞
実施例１の液晶パネルとして、畝状の凸を設けた表面凹凸形状のイオン吸着部１３を有する液晶パネルを作製した。この液晶パネルにおいては、第１基板１側において、画素領域１ａの端から２０μｍ離れたところに、注入口９ａ付近を除いて画素領域１ａ全体を囲む状態で、イオン吸着部１３を設けた。イオン吸着部１３を構成する畝状は、断面三角形の畝状とし、画素領域１ａを段階的に囲むように１０列の畝状を設けてイオン吸着部１３の表面凹凸形状を構成した。また、各畝状の断面３角形は、高さｈ＝０．５μｍ、底辺の幅Ｗ＝２μｍとした。このようなイオン吸着部１３の表面積は、このイオン吸着部１３が平面形状である場合の表面積に対して、およそ１．１倍の表面積比となった。尚、イオン吸着層１５は、ポリイミドからなる配向膜５に連続して設けられた配向膜５と同様の構成とした。また、シール剤９は、紫外線硬化と熱硬化併用型と紫外線硬化型のもの２種類を使った。液晶層３は、チッソ製の液晶ＴＮタイプを用い、パネルのギャップは３μｍとした。

＜実施例２＞
実施例２の液晶パネルとして、イオン吸着部１３をドット形状の凸部を設けた表面凹凸形状としたこと以外は、実施例１の液晶パネルと同様の構成の液晶パネルを作製した。イオン吸着部１３を構成する各ドットは、四角錐台型とし、高さｈ＝０．５μｍ、底辺の一辺の幅Ｗ＝３μｍとした。そして、イオン吸着部が平面形状である場合と比較して、表面積比１．０５倍のイオン吸着部１３とした。

＜実施例３＞
実施例１および実施例１のそれぞれの液晶パネルにおいて、第２基板側にも同様の表面凹凸形状のイオン吸着部を設けた各液晶パネルを作製した。

＜比較例＞
上記実施例１〜３の比較例の液晶パネルとして、イオン吸着部が平面形状である液晶パネルを作製した。

＜評価結果＞
以上の実施例１〜３および比較例の各液晶パネルを、温度６０℃、湿度９０％の高温高湿条件下で駆動させる評価試験を行い、表示特性の劣化速度を比較した。この結果、実施例１〜３の液晶パネルでは、比較例の液晶パネルよりも、１．２〜１．４倍に表示特性の劣化の寿命（劣化が開始される時間）が延長され、イオン吸着部１５の表面を凹凸形状とすることにより、寿命が延びることが確認された。また、このような寿命の延びは、イオン吸着部１５のおおよその表面積に比例することが確認された。

また、以上の他にも、特に表示特性劣化の起こりやすいパネル角部にのみ、表面段差形状のイオン吸着部１５を設け、他の部分を表面平坦なイオン吸着部とした場合についても、同様の評価試験を行った。この結果、角部に起こり易い表示特性の劣化を、比較例よりも１．２倍に延ばすことができた。

実施形態の液晶表示装置における液晶パネル部分の構成図である。 実施形態の液晶表示装置における拡大斜視断面図である。 実施形態の液晶パネルにおけるイオン性不純物の捕獲を示す図である。 従来の液晶表示装置における液晶パネルの断面構成図である。

符号の説明

１…第１基板、１ａ…画素領域、２…第２基板、３…液晶層、５，７…配向膜、９…シール剤、９ａ…注入口、１３…イオン吸着部、１５…イオン吸着層

Claims (7)

1. 対向配置された一対の基板と、当該基板間を封止するために当該基板の中央に位置する画素領域の周縁部に設けられたシール剤と、当該シール剤で封止された前記一対の基板間に充填された液晶層とを備えた液晶表示装置において、
   前記一対の基板の少なくとも一方における前記画素領域と前記シール剤との間に、表面凹凸形状のイオン吸着部を設けた
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着部は、下地凹凸形状に沿ってイオン吸着層を設けてなる
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着層は、前記画素領域の液層層側表面を覆う配向膜と同一材料で構成され、当該配向膜に連続して設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着部は、前記画素領域の外周に沿った畝状の凹凸表面を備えている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着部は、前記シール剤に設けられて封止された液晶の注入口付近に設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着部は、前記画素領域の角部に沿って設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記イオン吸着部は、前記一対の基板における対向位置にそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする液晶表示装置。

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