JP2007171536A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】表示領域縁辺部における表示ムラの発生が有効に防止された液晶表示素子を提供する。
【解決手段】表示電極１０と走査電極８とが対向する位置にブラックマトリクス５の開口５ａにより区画設定されて画素ｐが形成され、画素ｐが並設されている有効表示領域Ｄｄとシール材３との間隔ｄ1が、基板間隙を規制するギャップ材粒子１２の粒径Ｄの平均値よりも小さくなるように構成されている。これにより、有効表示領域Ｄｄを囲む周辺非表示領域Ｄｕでの基板の撓みに起因した有効表示領域Ｄｄの縁辺部における表示ムラの発生が有効に防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶を挟持する基板間隙の大きさを規制するためにギャップ材が分散配置された液晶表示素子に関する。

液晶表示素子では、一対の基板間に挟持された液晶層の層厚が不均一であると表示ムラ等の表示不良を引き起こすため、液晶層厚が均一であることが求められる。従来、均一な液晶層厚を得るため、特許文献１に示されるように、一対の基板と枠状シール材で囲まれた液晶封入空間内に、液晶が挟持される基板間隙を規制する部材として、球形或いは円柱形のギャップ材粒子を均一に分散配置する方法が多用されている。この場合、ギャップ材粒子の円周面の直径を所期の液晶層厚の大きさに一致させることにより、液晶層厚が所期の層厚に安定して保持される。

特開平８−１３６９４３号公報

液晶表示素子における液晶封入空間においては、画素が形成される領域に電極や配向膜等の各種機能膜或いはカラー液晶表示素子ではカラーフィルタを構成する色要素フィルタが積層されるため、画素が並設されている有効表示領域における基板間隙より、その周辺の非表示領域における基板間隙が大きくなる。

従って、上述したギャップ材粒子により基板間隙を所期の大きさに保持する方法による場合、ギャップ材の粒径は画素が並設された有効表示領域において得ようとする基板間隙に等しく設定されているから、基板間隙が大きい周辺非表示領域は、基板がギャップ材粒子により支持されていない浮いた状態となる。

浮いた状態の基板は撓み易く、特に液晶を封入挟持する基板の厚さが液晶表示素子の薄型化を促進するために薄肉化されている場合においては、周辺非表示領域の基板が内側(液晶封入空間側)に撓み、その反動でギャップ材粒子で支持されている有効表示領域の外周に沿った部分(以下、表示領域縁辺部という)の基板が外側に膨らむように撓み、この部分のギャップが大きくなる。その結果、表示領域縁辺部に表示ムラが発生し、表示品質が低下する。

本発明の目的は、表示領域縁辺部における表示ムラの発生が有効に防止された液晶表示素子を提供することである。

第１の発明の液晶表示素子は、表面に電極が形成された一対の基板を、予め定めた間隙を設けて夫々の電極形成面を対向させた状態で枠状シール材を介し接合し、前記シール材に囲まれた前記一対の基板間の間隙に液晶が封入されてなる液晶表示素子であって、前記一対の基板に形成された各電極が液晶を介して対向する領域によって形成される複数の画素が所定の配置で並設された有効表示領域を形成し、前記一対の基板間の間隙には、液晶が挟持される基板間隙の大きさを規制するための直径を有する基板間隙規制部材が均等に分散配置され、前記有効表示領域と前記シール材との間隔が前記基板間隙規制部材の直径の平均値よりも小さいことを特徴とするものである。

また、第２の発明の液晶表示素子は、表面に電極が形成された一対の基板を、予め定めた間隙を設けて夫々の電極形成面を対向させた状態で枠状シール材を介し接合し、前記シール材に囲まれた前記一対の基板間の間隙に液晶が封入されてなる液晶表示素子であって、前記一対の基板に形成された各電極が液晶を介して対向する領域によって形成される複数の画素が所定の配置で並設された有効表示領域を形成し、前記一対の基板間の間隙には、液晶が挟持される基板間隙の大きさを規制するための直径を有する基板間隙規制部材が均等に分散配置され、前記一対の基板のいずれか一方には、前記複数の画素夫々に対応させて、特定波長光を選択透過させる色要素フィルタと、前記有効表示領域周辺に配置された第1の遮光膜と各画素間に配置された第２の遮光膜とが設置されており、前記第１の遮光膜の膜厚が前記第２の遮光膜の膜厚よりも厚いことを特徴とするものである。

本発明の第１の液晶表示素子によれば、有効表示領域とシール材との間隔を小さくしたから、つまり、基板が基板間隙規制部材により支持されずに浮いた状態にある周辺非表示領域の幅を小さくしたから、基板を薄肉化した場合でも、前記周辺非表示領域における基板の撓みが有効に防止され、薄型化を促進するとともに表示ムラのない高度な表示品質を確保することができる。

また、第２の発明の液晶表示素子によれば、周辺非表示領域における遮光膜の厚さを厚くしてその液晶を挟持する基板間隙を表示領域における基板間隙と略一致させたから、基板が基板間隙規制部材により支持されずに浮いた状態となる領域が解消され、基板を薄肉化した場合でも基板の撓みが有効に防止され、薄型化を促進するとともに表示ムラのない高度な表示品質を確保することができる。

第１の発明は、前記複数の画素がマトリックス配置されると共に、各画素には夫々特定波長光を選択透過させる色要素フィルタが配設され、各画素間と有効表示領域周辺にわたり遮光膜が設置されているカラー液晶表示素子に適用されることが好ましく、これにより、カラー液晶表示素子により発生し易い表示領域縁辺部の表示ムラが確実に解消され、薄型化が促進されると共に高度な表示品質が確保されたカラー液晶表示素子が得られる。

第２の発明の液晶表示素子においては、前記第１の遮光膜が、前記第２の遮光膜の形成時に同時形成された下層膜と独自に前記下層膜上に積層形成された上層膜との２層構造に形成されていることが好ましく、これにより、膜厚が厚くなる第１遮光膜も所期の膜厚で正確に形成でき、薄肉化された基板の撓みによる表示ムラの発生をより確実に防止することができる。

また、第２の発明の液晶表示素子においては、前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜とが夫々同一工程で一括して単一層に形成されていることが好ましく、これにより、製造工数が低減され、表示ムラの発生が確実に解消された高品質なカラー液晶表示素子を低コストで製造することができる。

図１は第１の発明の一実施形態としての単純マトリクス型カラー液晶表示素子を示す平面図、図２はそのII−II線断面図である。

本実施形態のカラー液晶表示素子は、一対の矩形をなすガラス基板１、２を、枠状シール材３により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材３で囲まれたガラス基板１、２の各対向面（以下、内面という）間に液晶４を封入して、構成されている。

一対のガラス基板１、２のうちの片側のガラス基板２の内面(液晶封入側表面)には、画素を区画設定するための遮光膜として、ブラックマトリクス５が設置されている。本実施形態のブラックマトリクス５は、感光性のベース樹脂中に黒色顔料を混合した樹脂材料を用いてフォトリソグラフィーにより形成されている。ブラックマトリクス５には、区画設定すべき画素に対応させて複数の開口５ａがマトリックス配置で形成されている。

ブラックマトリクス５は、画素間に対応させて格子状に形成されている格子部５０１と、画素がマトリックス配置された有効表示領域Ｄｄを囲む外枠部５０２とからなる。ブラックマトリクス５の膜厚は、必要とされる遮光性能を確保できる範囲内で可及的に薄く設定されている。

ブラックマトリクス５の各開口５ａには、カラーフィルタ６を構成する赤、緑、青の各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂが所定の配置で被設されている。本実施形態では、ストライプ状の各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂが開口５ａの各列に沿わせて順次並設されている。各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂの幅は開口５ａの幅よりも大きく設定されており、従って、各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂはその両側縁部をブラックマトリクス５に重畳させて設置されている。このため、各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂの両側縁部はブラックマトリクス５の厚さに相当する分だけ盛り上がるが、本実施形態ではブラックマトリクス５が厚さを上述したように可及的に小さく抑えて形成されているから、各色要素フィルタ両側縁部の盛り上がりを可及的に小さく抑えることができる。

上述のように色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂが配設されてなるカラーフィルタ６の凸凹表面には、透明なアクリル系樹脂からなる平坦化保護膜７が一様に被着されている。この平坦化保護膜７の略平坦化された表面には、複数の走査電極８が設置されている。各走査電極８は、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明導電膜をフォトリソグラフィーによりストライプ状にパターニングされ、ブラックマトリクス開口５ａの行方向(色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂの延在方向に対して直角方向)に沿わせて配設されている。そして、複数の走査電極８を覆って、液晶分子の配向方向を規制する配向膜９が一様に被着されている。

他方のガラス基板１の内面には、複数の表示電極１０が前記走査電極８に直交する方向(色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂの延在方向)へ互いに平行に延在させて設置されている。これら表示電極１０も、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)からなる透明導電膜をフォトリソグラフィーによりストライプ状にパターニングして形成されている。そして、これら表示電極１０を覆って、配向膜１１が一様に被着されている。

上述のように構成されシール材３により接合された両ガラス基板１、２の間には、多数個の球形をしたギャップ材粒子１２が、均等に分散配置されている。ギャップ材粒子１２は、液晶４が挟持される基板間隙の大きさＧを規制する基板間隙規制部材として配置されており、その粒径Ｄの平均値は所期の液晶層厚が得られる基板間隙Ｇに一致させてある。

ここで、本実施形態の液晶表示素子においては、画素ｐが並設された有効表示領域Ｄｄとシール材３との間隔ｄ1が、ギャップ材粒子１２の直径Ｄの平均値よりも小さく設定されている。これにより、ガラス基板１、２がギャップ材粒子１２により支持されず浮いた状態となっている領域が、図３に示した比較例としての従来の液晶表示素子に比べて顕著に縮小されている。

すなわち、図３の比較例においては、有効表示領域Ｄｄとシール材３との間隔ｄ2がギャップ材粒子１２の粒径Ｄの平均値よりも大きいため、ギャップ材粒子１２がシール材３内壁面に沿って形成されている凹部Ｒ内に落ち込むか或いは落ち込みかかった状態となり、前記間隔ｄ2にわたりガラス基板１、２が内側から支えられていない浮いた状態が生じる。その結果、薄肉化されたガラス基板１、２のうちの上方に位置したガラス基板１の浮いた部分１０１が撓み、その反動で隣接する有効表示領域Ｄｄの縁部１０２が盛り上がり、この部分の液晶層厚が所期の厚さよりも厚くなる。この有効表示領域Ｄｄ縁部に沿って生じた液晶層厚の厚い部分が表示ムラを引き起こし表示品質を低下させる。

これに対して、本実施形態の液晶表示素子では、シール材３の幅ｗ1を従来のシール材３´の幅ｗ2よりも大きくすることにより、有効表示領域Ｄｄとシール材３との間隔ｄ1をギャップ材粒子１２の粒径Ｄの平均値よりも小さくしたから、ガラス基板１、２のシール材３によって支えられる範囲が広がると共に内側からギャップ材粒子１２により支えられていない浮いた状態の範囲を狭めることができる。その結果、ガラス基板１、２の浮いた部分の撓みが防止されるか或いは撓んでも表示ムラを引き起こさない僅かな程度に抑えることができ、表示ムラの無い良好な表示品質を安定して得ることができる。

次に、第２の発明の一実施形態としてのカラー液晶表示素子について、図４に基づき説明する。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。

本実施形態のカラー液晶表示素子では、上記実施形態のものと同じブラックマトリクス５における外枠部５０２の上に、枠状のブラックマスク１３が積層されている。すなわち、有効表示領域Ｄｄ周辺の非表示領域(以下、周辺非表示領域という)Ｄｕに配設された矩形枠状の遮光膜からなる第１の遮光膜の膜厚に比べて、有効表示領域Ｄｄの画素間に配設された格子状の遮光膜からなる第２の遮光膜の膜厚がブラックマスク１３の膜厚分だけ厚くなっている。この場合のブラックマスク１３は、ブラックマトリクス５と同じ材料を用いフォトリソグラフィーにより形成され、その膜厚はカラーフィルタ６の膜厚と略同一に設定されている。

このように、有効表示領域Ｄｄとシール材３との間の周辺非表示領域Ｄｕに配設される第１の遮光膜を２層構造に形成することにより、成膜する膜厚が厚くなるために生じる膜厚の精度の低下を招くことなく第１の遮光膜を精度良くフォトリソグラフィーにより所期の膜厚に形成することができる。

なお、シール材１４は、図３に示した従来 のシール材３´と略同じ幅のものである。又、対向側のガラス基板１の有効表示領域Ｄｄとシール材１３との間の周辺非表示領域Ｄｕには、表示に使用しないダミー電極１５が、表示電極９と同じ材料でそれらと同時に形成されている。このダミー電極１５は、基板間隙を均一化するために設けられている。

本実施形態のカラー液晶表示素子を製造するには、ガラス基板２のガラス基板１に対向させる表面にブラックマトリクス５をフォトリソグラフィーにより形成した後、各開口５ａに対応させて各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂを被設し、この後、ブラックマスク１３をフォトリソグラフィーにより積層配設する。そして、ブラックマスク１３表面と各色要素フィルタ６ｒ、６ｇ、６ｂの表面からなる凹凸面に平坦化保護膜７を一様に被着形成し、これにより得られた平坦な表面に走査電極８と配向膜９を順次積層する。

以上のように構成された本実施形態のカラー液晶表示素子によれば、液晶が挟持される基板間隙が液晶封入空間の全域にわたり所期の液晶層厚が得られる大きさで常に一定となるから、基板の撓みの発生がより確実に防止され、表示ムラの無い高度な表示品質をさらに安定して得ることができる。

次に、第２の発明の他の実施形態について、図５に基づき説明する。
本実施形態のカラー液晶表示素子は、図４に示した実施形態における第１の遮光膜と第２の遮光膜を同一工程で一括形成したものである。

すなわち、ブラックマトリクス１６は、全体がフォトリソグラフィーにより一括形成された単一層からなり、且つ、第１の遮光膜としての外枠部１６１の膜厚が第２遮光膜としての格子部１６２の膜厚よりもカラーフィルタ６の厚さ分だけ厚く設定されている。その他の構成は、図４に示した実施形態と同じである。

上記ブラックマトリクス１６を製造するには、先ず、高度な感光性を備えた黒色ネガレジスト材料を用いてスピンコート法によりガラス基板２上に一様な膜厚のレジスト膜を塗布形成し、このレジスト膜にフォトマスクを介して光を照射する。このときに使用するフォトマスクは格子部１６２に対応する開口が照射光の解像度以下の複数の微小幅スリットからなるものであり、このフォトマスクをレジスト膜表面から所定距離を隔ててセットする。なお、枠部１６１に対応する開口は通常の１個の開口である。

この状態で、光をフォトマスクを介してレジスト膜に照射すると、光がフォトマスクの微小幅スリットを通過する際に回折し、個々のスリットを通過した光が夫々分散してレジスト表面に到達するため、その単位面積当たりの光強度は小さくなっている。これに対して、枠部１６１に対応する開口を通過した光は略分散されることなくレジスト膜表面に到達する。その結果、格子部１６２のネガレジスト膜は光の照射不足で感光による硬化度合いが相対的に低下し、その膜厚が枠部１６１の膜厚よりも薄くなる。この両部分の膜厚の差は、微小スリットの幅やフォトマスクのレジスト膜表面からの距離等を調整することにより最適に制御することができる。

以上のように、本実施形態のカラー液晶表示素子では、周辺非表示領域Ｄｕに位置する外枠部1５１の膜厚が有効表示領域Ｄｄに位置する格子部１６２の膜厚よりもカラーフィルタ６の膜厚分程度大きいブラックマトリクス１６を、フォトリソグラフィーにより一括形成して全体が単一層からなる構成としたから、液晶封入領域全体に亘り基板がギャップ材粒子により均等に支持されることにより基板間隙が所期の大きさで一定に保持され、基板の撓みに起因する表示ムラの発生が確実に解消されたカラー液晶表示素子を少ない工数で容易に製造することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、第１の発明は、カラー液晶表示素子に特に有効であるが、これに限らず、カラーフィルタを設置しない白黒表示の液晶表示素子にも有効に適用される。

また、上記実施形態では、基板間隙規制部材として球形粒子を用いたが、これに限らず、例えばグラスファイバ等を短く裁断した円柱形粒子を基板間隙規制部材として用いる液晶表示素子にも、本発明は有効に適用される。

さらに、図２に示される第１の発明の実施形態においては、有効表示領域Ｄｄとシール材３との間隔を縮小するためにシール材３を幅広に形成したが、シール材の幅はそのままでシール材の位置を有効表示領域Ｄｄに近づける構成としてもよい。

またさらに、第２の発明の図５に示される実施形態では、周辺非表示領域Ｄｕに配設する第１の遮光膜と有効表示領域Ｄｄに配設する第２の遮光膜を同一工程で一括形成したが、第１の遮光膜と第２の遮光膜を別工程で別個に夫々単一層に形成する構成としてもよい。

加えて、本発明は、単純マトリクス型液晶素子に限らず、単純マトリクス型以外のアクティブマトリックス型等の他の液晶表示素子にも広く適用できることは、勿論である。

第１の発明の一実施形態としてのカラー液晶表示素子を示す平面図である。 図１のカラー液晶表示素子のII−II線断面図である。 従来の比較例を示した図２に対応する断面図である。 第２の発明の一実施形態を示した図２に対応する断面図である。 第２の発明の他の実施形態を示した図２に対応する断面図である。

符号の説明

１、２ ガラス基板
３、３´、１４ シール材
４ 液晶
５、１５ ブラックマトリクス
６ カラーフィルタ
７ 平坦化保護膜
８ 走査電極
９、１１ 配向膜
１０ 表示電極
１２ ギャップ材粒子
１３ ブラックマスク

Claims (5)

1. 表面に電極が形成された一対の基板を、予め定めた間隙を設けて夫々の電極形成面を対向させた状態で枠状シール材を介し接合し、前記シール材に囲まれた前記一対の基板間の間隙に液晶が封入されてなる液晶表示素子であって、
   前記一対の基板に形成された各電極が液晶を介して対向する領域によって形成される複数の画素が所定の配置で並設された有効表示領域を形成し、
   前記一対の基板間の間隙には、液晶が挟持される基板間隙の大きさを規制するための直径を有する基板間隙規制部材が均等に分散配置され、
   前記有効表示領域と前記シール材との間隔が前記基板間隙規制部材の直径の平均値よりも小さいことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記複数の画素はマトリックス配置されると共に、各画素には夫々特定波長光を選択透過させる色要素フィルタが配設され、各画素間と有効表示領域周辺にわたり遮光膜が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 表面に電極が形成された一対の基板を、予め定めた間隙を設けて夫々の電極形成面を対向させた状態で枠状シール材を介し接合し、前記シール材に囲まれた前記一対の基板間の間隙に液晶が封入されてなる液晶表示素子であって、
   前記一対の基板に形成された各電極が液晶を介して対向する領域によって形成される複数の画素が所定の配置で並設された有効表示領域を形成し、
   前記一対の基板間の間隙には、液晶が挟持される基板間隙の大きさを規制するための直径を有する基板間隙規制部材が均等に分散配置され、
   前記一対の基板のいずれか一方には、前記複数の画素夫々に対応させて、特定波長光を選択透過させる色要素フィルタと、前記有効表示領域周辺に配置された第1の遮光膜と各画素間に配置された第２の遮光膜とが設置されており、
   前記第１の遮光膜の膜厚が前記第２の遮光膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする液晶表示素子。
4. 前記第１の遮光膜は、前記第２の遮光膜の形成時に同時形成された下層膜と、前記下層膜上に積層形成された上層膜との２層構造に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜は、夫々、同一工程で一括して単一層に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子。

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