JP2008310025A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置において、製造コストを抑制しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止する。
【解決手段】アレイ基板１００上では均一な高さでスペーサー６００を複数配置する一方で、対向基板２００上ではスペーサー６００が配置された部分に対向して線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部７００を設けたことで、表示領域３００において欠落部７００で遮光層に積層されることなく形成されたカラーフィルタ２１１の着色層の厚さと周辺領域４００に形成された遮光層２２０の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサーは均一な間隔で両基板を支えることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に基板上に均一な高さのスペーサーが配置された液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、対向して配置された２枚のガラス基板の間に液晶が挟持され、両基板を接着剤により貼り合わせた構成である。両基板間の液晶層の厚さ（以下ではセルギャップと称する）を均一に保つための技術として、従来は均一な粒径のプラスティックビーズを基板間に散在させていた。これに対し、近年ではスペーサーとして基板上に突起物を形成することでスペーサーの選択的配置が可能になるとともにスペーサーの高さの精度が向上している。（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

一方で、基板を貼り合わせる技術については、従来の真空注入法ではどちらか一方の基板上に液晶注入口を形成しつつ接着剤を配置し、２枚の基板を貼り合わせた後、基板面に対して荷重をかける若しくは真空状態にして液晶注入口から基板間の空気を抜きながら接着剤を潰してセルギャップを形成していた。これに対し、近年では液晶滴下注入法（ＯＤＦ法とも呼ばれる）がタクトタイムの短縮、材料の利用効率の向上、セルギャップの精度が高いなどの理由から広く普及している。この方法では、いずれか一方の基板上に配置された接着剤で囲まれた領域内に液晶を所定量滴下し、２枚の基板を真空状態で貼り合わせる。その後大気圧状態まで戻すことで、両基板面及び接着剤の内壁で囲まれた領域内の気圧と外気圧との圧力差によって接着剤が潰れ、基板間に所定のセルギャップが形成される。
特開２００１−３３８１７号公報 特開２００６−７８５４０号公報

しかしながら、従来の液晶表示装置では基板上に電極配線やカラーフィルタの色層などが緊密に形成された表示領域とその周辺の領域では凹凸の程度が大きく異なる。基板上に形成されたスペーサーの高さが均一であった場合、スペーサーは表示領域内では対向する基板に接触するが表示領域外では接触しない。このため、スペーサーが突き当たる基板上の凹凸に起因してスペーサーとして機能する部分と機能しない部分が生じてしまう。

このような状態で、基板を貼り合わせた場合には、表示領域外のセルギャップが表示領域内のセルギャップよりも薄くなる。更に、表示領域の内周部では一方の基板がリバウンドを起こして局所的にセルギャップが厚くなる。その結果、表示領域の周辺部のセルギャップと表示領域の中央部のセルギャップが異なってしまい表示ムラとして認識されてしまうという問題がある。特に、液晶滴下注入法では基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一に圧力をかけるため、スペーサーが基板間を均一に支えていない場合では接着剤の潰れ方にばらつきが生じやすくなり表示ムラが顕著となる。

上記問題点に対し、基板上に高さの異なるスペーサーを形成する構成とした場合には製造工程数が増加するため製造コストが高くなってしまうという問題が新たに生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置において、製造コストを抑制しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することを目的とする。

第１の本発明に係る液晶表示装置は、対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、両基板の間隙に挟持された液晶層と、アレイ基板上の液晶層側に均一な高さで配置された複数のスペーサーと、対向基板上の液晶層側に線状の遮光層が形成されると共に、その線状の遮光層に部分的に積層して着色層が形成された表示領域と、表示領域の周囲にスペーサーに対向して遮光層が形成された周辺領域と、表示領域では前記スペーサーに対向して線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部と、を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、アレイ基板上では均一な高さでスペーサーを複数配置する一方で、対向基板上では上記スペーサーに対向して形成された線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部を設けたことで、表示領域において欠落部で遮光層に積層されることなく形成された着色層の厚さと周辺領域に形成された遮光層の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサーは均一な間隔で両基板を支えることができる。

第２の本発明に係る液晶表示装置は、対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、両基板の間隙に挟持された液晶層と、アレイ基板上の液晶層側に均一な高さで配置された複数のスペーサーと、対向基板上の液晶層側に線状の遮光層が形成されると共に、その線状の遮光層に部分的に積層して着色層が形成された表示領域と、表示領域の周囲に前記スペーサーに対向して遮光層が形成された周辺領域とを備え、表示領域ではスペーサーに対向して着色層が前記線状の遮光層に部分的に積層しないことを特徴とする。

本発明にあっては、アレイ基板上では均一な高さでスペーサーを複数配置する一方で、対向基板上では上記スペーサーに対向して着色層が線状の遮光層に部分的に積層しないようにすることで、表示領域において互いに重なることなく形成された遮光層又は着色層の厚さと周辺領域に形成された遮光層の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサーは均一な間隔で両基板を支えることができる。

また、上記第１及び第２の本発明に係る液晶表示装置におけるアレイ基板と対向基板は、表示領域を囲むように切れ目なく配置された接着剤により貼り合わせられることを特徴とする。本発明にあっては、表示領域を囲むように切れ目なく接着剤を配置することで、接着剤の内壁で囲まれた領域に所定量の液晶を滴下して、液晶滴下注入法により両基板を貼り合わせることが可能となる。

本発明の液晶表示装置によれば、製造コストを抑制しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１の平面図は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置のアレイ基板１００上の構成を概略的に示している。アレイ基板１００上には点線で示した表示領域３００を囲むように接着剤１２０が切れ目なく配置される。これにより、接着剤１２０の内壁で囲まれた領域に所定量の液晶を滴下して、液晶滴下注入法によりアレイ基板１００と対向する基板とを貼り合わせることが可能となる。

表示領域３００には、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ（以下ではＹと総称する）及びｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎ（以下ではＸと総称する）が交差して配線される。その各交差部に薄膜トランジスタ１４０（以下、画素ＴＦＴと称する）と、透明な画素電極１３１と、補助容量１５０とが配置される。画素ＴＦＴにはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を半導体層としたＴＦＴを使用する。具体的には、画素ＴＦＴ１４０のドレイン端子が信号線Ｘに接続され、ソース端子が補助容量１５０及び画素電極１３１に並列に接続され、ゲート端子が走査線Ｙに接続される。全ての画素電極１３１に対向するように液晶層５００を挟んで対向基板上に対向電極１７３が配置される。

表示領域３００の外周に沿った領域（以下では周辺領域４００とする）には走査線駆動回路１２１と、信号線駆動回路１２２と、対向電極駆動回路１２３とが配置される。走査線駆動回路１２１は、走査線Ｙに接続され各走査線を順次駆動する。信号線駆動回路１２２は、信号線Ｘに接続され映像信号を供給する。対向電極駆動回路１２３は、各補助容量１５０及び対向電極１７３に接続され所定の電位を供給する。

表示領域３００及び周辺領域４００には、スペーサー６００がマトリクス状に複数配置される。ここではスペーサー６００として柱状の突起が均一な高さでアレイ基板１００上に形成される。突起は表示領域３００では信号線Ｘと走査線Ｙの各交差部に形成され、周辺領域４００では信号線Ｘと接着剤１２０の交差部及び走査線Ｙと接着剤１２０の交差部にそれぞれ形成される。尚、アレイ基板の製造時において、高さの異なるスペーサーを形成する場合には製造工程数が増加するため製造コストが上昇してしまうが、本実施の形態では均一な高さのスペーサー６００を形成するので、製造工程を増加させることなく製造コストを抑制することができる。

次に、図２、３を用いて対向基板上の構成について説明する。図２の平面図に示すように、表示領域３００では、対向基板２００上に線状の遮光層２１０が形成される。一方周辺領域４００では、スペーサー６００が配置された部分に対向して遮光層２２０が形成される。ここでは遮光層２２０は周辺領域４００全体を覆うように額縁状に形成される。また、図３の平面図にも示すように、線状の遮光層２１０にはカラーフィルタ２１１の着色層が部分的に積層して形成されている。このような構成とすることで、着色層のパターニング精度に起因して光漏れや混色が起きることを防止している。ここでカラーフィルタ２１１の着色層は赤色、緑色、青色の順番で繰り返し形成されている。更に、ここでは表示領域３００においてスペーサー６００が配置された部分に対向して線状の遮光層２１０が部分的に不連続となる欠落部７００を設けている。

図４の断面図は、液晶表示装置のＡ−Ａ’部の断面を示している。液晶表示装置は、アレイ基板１００と、アレイ基板１００に対向して配置された対向基板２００と、両基板の間隙に挟持された液晶層５００と、アレイ基板１００及び対向基板２００の外側には、それぞれ配置された偏光板１０３及び偏光板２０３を備える。ここで液晶表示装置は、アレイ基板１００の背面側に配置された図示しないバックライトからの照明光を光源として画像表示を行う透過型の液晶表示装置とする。

アレイ基板１００では、ガラス基板１０１上に絶縁層１０２が形成される。また同図では省略したが、絶縁層１０２には例えば画素ＴＦＴに接続された補助容量配線もしくは透明電極が形成される。絶縁層１０２上には表示領域３００及び周辺領域４００の双方において柱状のスペーサー６００が均一な高さで液晶層５００側に形成される。

対向基板２００では表示領域３００に対応してガラス基板２０１上の液晶層５００側
にカラーフィルタ２１１が形成されている。スペーサー６００が配置された部分に対向して線状の遮光層２１０が部分的に不連続となる欠落部７００を設けている。これにより、欠落部７００ではカラーフィルタ２１１の着色層が遮光層に積層されることなく形成される。また、周辺領域４００では遮光層２２０が形成されている。ここで表示領域３００では着色層の厚さと周辺領域４００の遮光層２２０の厚さは略等しい。尚、これらの層の厚さは容易に調整可能である。また同図では省略したが、対向基板２００上においてはカラーフィルタ２１１および遮光層２２０を覆うようにしてオーバーコート層、対向電極が積層される。

このような構成としたことで、対向基板２００上においてスペーサー６００に対向した部分の平滑性を高くすることができ、表示領域内外でスペーサーは両基板を均一な間隔で支えることができる。これにより、表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。

したがって、本実施の形態によれば、アレイ基板１００上では均一な高さでスペーサー
６００を複数配置する一方で、対向基板２００上ではスペーサー６００が配置された部分に対向して線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部７００を設けたことで、表示領域３００において欠落部７００で遮光層に積層されることなく形成されたカラーフィルタ２１１の着色層の厚さと周辺領域４００に形成された遮光層２２０の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサーは両基板を均一な間隔で支えることができる。よって、製造コストを抑制しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。

［比較例］
次に、第１の実施の形態の理解を容易にするために比較例としての液晶表示装置について説明する。比較例の液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。第１の実施の形態と異なる点は、図５の対向基板上の平面図に示すように、表示領域３００ではスペーサーが配置された部分だけでなくカラーフィルタ２１１の着色層が線状の遮光層２６０に部分的に積層している点である。

図６は図５のＣ−Ｃ’部の断面図である。同図に示すように、アレイ基板１００上に均一な高さで形成されたスペーサー６００は、表示領域３００内では対向基板２００上のカラーフィルタ２１１に接触するが周辺領域４００では対向基板２００上の遮光層２２０に接触しない。このため、対向基板２００上においてカラーフィルタ２１１の着色層が遮光層２６０に積層した部分と遮光層２２０のみ形成された部分とで生じる凹凸に起因して、スペーサー６００が両基板を均一な間隔で支えることができなくなってしまう。

このような状態で、基板を貼り合わせた場合には、周辺領域４００のセルギャップが表示領域３００のセルギャップよりも薄くなる。更に、表示領域３００の内周部では対向基板２００がリバウンドを起こして局所的にセルギャップが厚くなる。その結果、表示領域３００の内周部のセルギャップと表示領域３００の中央部のセルギャップが異なってしまい表示ムラとして認識されてしまうという問題がある。特に、液晶滴下注入法では基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一に圧力をかけるため、スペーサーが基板間を均一に支えていない場合では接着剤の潰れ方にばらつきが生じやすくなり表示ムラが顕著となる。

そこで、第１の実施の形態では、対向基板２００上ではスペーサー６００が配置された部分に対向して形成された線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部７００を設ける。これにより、表示領域３００において欠落部７００で遮光層に積層されることなく形成されたカラーフィルタ２１１の着色層の厚さと周辺領域４００に形成された遮光層２２０の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサーは両基板を均一な間隔で支えることができる。

また、第１の実施の形態では、アレイ基板１００上に表示領域３００を囲むように切れ目なく接着剤１２０を配置することで、接着剤１２０の内壁で囲まれた領域に所定量の液晶を滴下して、液晶滴下注入法により両基板を貼り合わせることが可能となる。図７のチャートは、第１の実施の形態の液晶表示装置（チャートでは「実施例１」としている）と比較例の液晶表示装置（チャートでは「比較例」としている）それぞれの表示領域で測定したセルギャップを簡略的に示している。同図の横軸の数値は表示領域の中央部から端部までの位置を規格化した値を示しており、０が中央部の座標に相当し１１０が端部の座標に相当する。ここではそれぞれ２回ずつ測定した結果を示している。

「比較例」では表示領域３００の端のセルギャップが大きくリバウンドしている。このことは、基板の貼り合わせ時において基板面に対して均一な圧力がかかった場合に周辺領域４００ではスペーサー６００が対向基板２００を支えることができずに潰れてしまったことを示している。これに対し、「実施例１」では表示領域でセルギャップが均一なものとなっている。このことは、基板の貼り合わせ時において基板面に対して均一な圧力がかかった場合にスペーサーが両基板を均一な間隔で支えていることを示している。その結果、表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

第１の実施の形態と異なる点は、通常、表示領域３００においては、図８の対向基板上の平面図に示すように、カラーフィルタ２１１の着色層のパターニング精度に起因して光漏れや混色が起きることを防止するために線状の遮光層２１０には着色層を部分的に積層させるのに対し、第２の実施の形態では、スペーサーが配置された部分に対向してカラーフィルタ２１１の着色層が線状の遮光層２４０に部分的に積層しないような構成とする点である。

図９は、図８のＢ−Ｂ’部の断面図である。同図に示すように、表示領域３００において互いに重なることなく形成された遮光層２４０又はカラーフィルタ２１１の着色層の厚さと周辺領域４００に形成された遮光層２２０の厚さを近づけることで、対向基板２００上の平滑性を高めることができる。これにより、表示領域内外でスペーサー６００は均一な間隔で両基板を支えることができるので、表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。

したがって、第２の実施の形態によれば、アレイ基板上では均一な高さでスペーサーを複数配置する一方で、対向基板上ではスペーサーが配置された部分に対向して着色層が線状の遮光層に部分的に積層しないようにすることで、表示領域において互いに重なることなく形成された遮光層又は着色層の厚さと周辺領域に形成された遮光層の厚さを近づけて平滑性を高めることができるので、表示領域内外でスペーサー６００は均一な間隔で両基板を支えることができ、以って第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。

尚、上記各実施の形態においては基板上に表示領域を囲むように切れ目なく接着剤を配置して、液晶滴下注入法により両基板を貼り合わせる構成としたが、これに限られるものではない。例えば接着剤を基板上に液晶注入口を形成しつつ表示領域を囲むように配置して、真空注入法により両基板を貼り合わせる構成とした場合でも上記各実施の形態と同様な効果を奏することができる。

また、上記各実施の形態において、柱状スペーサーは表示領域３００では信号線Ｘと走査線Ｙの各交差部に、すなわち画素毎に単数配置するような構成としたが、これに限られるものではない。例えば、画素毎に複数のスペーサーを配置することで、表示領域におけるスペーサーの密度を高くして基板の面押しに対する耐圧性を向上させるようにしてもよい。

第１の実施の形態に係る液晶表示装置のアレイ基板上の構成を概略的に示した平面図である。 上記液晶表示装置の対向基板上の構成を概略的に示した平面図である。 図２の一部を拡大して示した平面図である。 上記液晶表示装置のＡ−Ａ’部の断面図である。 比較例の液晶表示装置の対向基板における一部を拡大して示した平面図である。 比較例の液晶表示装置におけるＣ−Ｃ’部の断面図である。 第１の実施の形態と比較例の液晶表示装置の表示領域におけるセルギャップを示したチャートである。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置の対向基板の一部を拡大して示した平面図である。 上記液晶表示装置のＢ−Ｂ’部の断面図である。

符号の説明

１００…アレイ基板
１０１…ガラス基板
１０２…絶縁層
１０３…偏光板
１２０…接着剤
１２１…走査線駆動回路
１２２…信号線駆動回路
１２３…対向電極駆動回路
１３１…画素電極
１４０…ＴＦＴ
１５０…補助容量
１７３…対向電極
２００…対向基板
２０１…ガラス基板
２０３…偏光板
２１０…線状遮光層（実施例１）
２１１Ｒ…赤色カラーフィルタ
２１１Ｇ…緑色カラーフィルタ
２１１Ｂ…青色カラーフィルタ
２２０…額縁状遮光層（周辺領域）
２４０…線状遮光層（実施例２）
２６０…線状遮光層（比較例）
３００…表示領域
４００…周辺領域
５００…液晶層
６００…柱状スペーサー
７００…欠落部（遮光層）
Ｘ：Ｘ１〜Ｘｎ…信号線
Ｙ：Ｙ１〜Ｙｍ…走査線

Claims (4)

1. 対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、
   前記両基板の間隙に挟持された液晶層と、
   前記アレイ基板上の液晶層側に均一な高さで配置された複数のスペーサーと、
   前記対向基板上の液晶層側に線状の遮光層が形成されると共に、その線状の遮光層に部分的に積層して着色層が形成された表示領域と、
   前記表示領域の周囲に前記スペーサーに対向して遮光層が形成された周辺領域と、
   前記表示領域では前記スペーサーに対向して前記線状の遮光層が部分的に不連続となる欠落部と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記アレイ基板と対向基板は、前記表示領域を囲むように切れ目なく配置された接着剤により貼り合わせられることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 対向して配置されたアレイ基板及び対向基板と、
   前記両基板の間隙に挟持された液晶層と、
   前記アレイ基板上の液晶層側に均一な高さで配置された複数のスペーサーと、
   前記対向基板上の液晶層側に線状の遮光層が形成されると共に、その線状の遮光層に部分的に積層して着色層が形成された表示領域と、
   前記表示領域の周囲に前記スペーサーに対向して遮光層が形成された周辺領域とを備え、
   前記表示領域では前記スペーサーに対向して前記着色層が前記線状の遮光層に部分的に積層しないことを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記アレイ基板と対向基板は、前記表示領域を囲むように切れ目なく配置された接着剤により貼り合わせられることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。

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