JP3868658B2

JP3868658B2 - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP3868658B2
Application number: JP07717899A
Authority: JP
Inventors: 康裕森井
Original assignee: 株式会社アドバンスト・ディスプレイ
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: KR20000062812A; KR100714206B1; JP2000275641A; TWI267674B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面内応答型液晶表示装置に関し、特に、パネル間隙を規定するスペーサに起因する黒表示状態での光抜けを防止するためのスペーサの材質及び装置構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力の特長を有するため、腕時計、電卓等の表示素子として広く用いられている。特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等によりアクティブ駆動を行なうＴＮ型液晶表示装置はワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の表示素子として従来ＣＲＴを用いていた領域に広がりつつある。
しかしこのＴＮ型液晶表示装置は―般に視野角が狭く、斜め方向から観察した場合にコントラスト低下、階調反転として観察されるという問題がある。そこでこの問題を解決するため、面内応答型液晶表示装置が考案されている。この面内応答型液晶表示装置の動作原理を図８を用いて説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、一般的な面内応答型液晶表示装置の構造を示す模式図である。図において、１ａと１ｂは同一基板上に形成されたクシ型電極、２は液晶分子、３はクシ形電極１ａ、１ｂが複数形成された電極基板、４は対向基板、５はクシ型電極１ａ、１ｂの間に印加された電界の等電位線、６は入射光、７、８は矢印方向に透過軸をもつ偏光板、９は出射透過光、１０は液晶の配向方向を各々示している。なお、図１（ａ）は一対のクシ型電極１ａ、１ｂの間に電圧を印加しないとき、図１（ｂ）はクシ型電極１ａ、１ｂの間に電圧を印加したときの液晶配向状態を示している。
【０００３】
電圧を印加しないとき、液晶分子２は図１（ａ）の配向方向１０のように配向している。このとき偏光板７の透過軸を配向方向１０と一致させ、偏光板８をこれと直交するように配置すると、入射光６は偏光板８を透過することができず、黒（暗）状態となる。一方、クシ型電極１ａ、１ｂの間に電圧を印加すると、図１（ｂ）に示すように、基板面にぼぼ平行に電界が発生し、液晶分子２の配向方向が変化する。言い替えれば液晶層の複屈折性が変化するため、入射光６は偏光板８を透過し、白（明）状態となる。すなわち、面内応答型液晶表示装置において、黒（暗）状態は、液晶分子２の配向方向１０と吸収軸または透過軸を一致させた一方の偏光板７を透過した直線偏光の入射光６に対し液晶層が何の影響も与えず、先の偏光板７と透過軸または吸収軸を直交させた他方の偏光板８に到達するため、この偏光板８を透過できないことにより得ているものである。
このように、面内応答型液晶表示装置では、電圧の印加／無印加により液晶分子２は基板面にほぼ平行に応答する。従って、観察する方向が変化しても液晶分子２の光学的寄与がほとんど変化しないため、視角によるコントラスト低下、表示品位低下がなく、非常に優れた視野角特性を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の面内応答型液晶表示装置においては、パネル間隙を規定するスペーサの近傍で図９に示すような―軸性の配向乱れが発生し、入射光に対し複屈折性が生じ楕円偏光となるため他方の偏光板を透過することができ、黒（暗）状態での光抜けとして観察されるという問題がある。図９において、１１、１３は液晶配向が乱れた部分、１２はスペーサ、１４は対向基板４に設けられた配向制御膜、１５は電極基板３に設けられた配向制御膜を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
液晶配向の乱れは、スペーサ１２の材質や液晶分子２の材質の組み合わせにより、図９（ａ）または図９（ｂ）に示す形態、または両者を混合した形態を取る。また、スペ―サ１２の表面状態により乱れ方は異なるため、一定の乱れかたではなく不規則な乱れかたをする。このとき、液晶配向が乱れた部分１１、１３では、パネル下側より入射した光は液晶層の複屈折の影響によりパネル上側に透過し、光抜けとして観察される。特に黒表示時には顕著に観察され、液晶表示素子の表示特性の一つであるコントラスト比（白（明）状態での輝度（透過率））／（黒（暗）状態での輝度（透過率））は、黒状態での輝度（透過率）が高くなるため低下するという問題があった。また光抜けが発生したパネルでは、目視観察において表示面がざらついた印象となるという問題もあった。
【０００５】
また、スペーサ１２が配向制御膜１４、１５の表面を傷つけることにより配向異常領域が生じ、黒（暗）状態での光抜けとして観察される場合もある。この現象について、図１０を用いて説明する。図において、１４ａ、１５ａはスペーサ１２近傍の配向制御膜、１６、１７は液晶配向が乱れた部分を示している。一般に、スペーサ１２の材料は、シリカやジビニルベンゼン、アクリレート樹脂等の単体であり、パネル内部において物理的あるいは化学的に、配向制御膜１４あるいは配向制御膜１５に拘束されていない。従って、パネルに物理的な振動や荷重を加えると、スペーサ１２は移動したり、上下基板に押さえつけられたりする。このため、スペーサ１２近傍の配向制御膜１４ａ、１５ａのいずれか一方または両方に傷が付き、液晶配向が乱れた部分１６、１７が発生する。液晶配向の乱れた部分１６、１７は、黒（暗）状態での光り抜けとして観察され、コントラストの低下や目視観察において表示面のざらついた印象となるという問題があった。
【０００６】
上記のような課題を解決する方法として、従来の液晶表示装置では、スペーサの分散、固定法として、例えば特開平4 ‐136916号公報、特開平4 ‐60517 号公報、特開平9 ‐160051号公報では、スペーサを基板上の任意の位置に選択配置する方法が提示されている。また、特開平2-120719号公報、特開平8-160433号公報では、スペーサ表面を熱可塑性樹脂等の接着性樹脂で被覆し、これによってスペーサを基板上に固定した液晶表示装置及びその製造方法が提案されている。しかしながら、スペーサを基板上の任意の位置に選択配置するためには、製造工程及び材料を増加させる必要があり、製造コストが上昇するという問題がある。また、表面に接着剤を被覆したスペーサを用いた場合、接着剤が溶け出し、接着面積が増大するため、光り抜け領域が増大するといった問題や、接着剤や熱可塑性樹脂により液晶材料が汚染されるという問題や、接着剤や熱可塑性樹脂を反応させるための新たな設備投資や工程の追加が必要となるという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、スペーサに起因する光抜けを防止し、コントラスト比が十分高く、表示面のざらついた印象のない高表示品位の面内応答型液晶表示装置を得ることを目的とし、且つ上記液晶表示装置をコストの上昇を伴わずに製造することが可能な液晶表示装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる液晶表示装置は、走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、二枚の基板間に配置される液晶を備え、電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、第一の基板の配向制御膜よりも下層で、且つ走査信号線及び映像信号線のいずれか一方または両方の配線上に局部的に凸状のパターンを設け、凸状のパターン上に配置されたスペーサによって第一の基板及び第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサが、第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。
【０００９】
また、走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、二枚の基板間に配置される液晶を備え、電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、第二の基板の配向制御膜よりも下層で且つ遮光膜上に局部的に凸状のパターンを設け、凸状のパターン上に配置されたスペーサによって第一の基板及び第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサが、第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。
さらに、凸状のパターンは、高さ０.６μｍ以上としたものである。
【００１０】
また、走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、二枚の基板間に配置される液晶を備え、電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、第一の基板の配向制御膜よりも下層で、且つ走査信号線及び映像信号線のいずれか一方または両方の配線上と、第二の基板の配向制御膜よりも下層で且つ遮光膜上に、局部的に凸状のパターンを互いに重なり合うように設け、凸状のパターン上に配置されたスペーサによって第一の基板及び第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサが、第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。
また、第一の基板及び第二の基板に設けられた凸状のパターンは、高さの合計を０.６μｍ以上としたものである。
さらに、凸状のパターンは、顔料やＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料よりなるものである。
【００１１】
また、走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、二枚の基板間に配置される液晶を備え、電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、スペーサは、その直径ｄが、二枚の基板の間隙Ｄよりも若干小さく、かつＤ−ｄ＞０.２μｍであるものとし、スペーサが第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。
【００１２】
また、走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、二枚の基板間に配置される液晶を備え、電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、液晶が配置されている内部の圧力を大気圧に対して−０.３kgf／cm²以上とし、スペーサが第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。
【００１３】
本発明に係わる液晶表示装置の製造方法は、走査信号線、映像信号線、画素電極等の複数の電極及び配向制御膜を有する第一の基板と、カラーフィルタ、遮光膜及び配向制御膜を有する第二の基板の間にスペーサを配置し、二枚の基板間の外縁部に形成され一部が基板端部に達して液晶の注入口を形成するシール材により貼り合わせ、パネルを形成する工程、このパネルを、内部に液晶が満たされた容器が設置された液晶注入器内に設置し、液晶注入器内及びパネル内を真空状態にする工程、注入口を容器内の液晶に浸した状態で液晶注入器を大気圧に戻し、気圧差により液晶を注入口よりパネル内に充填した後、さらに所定の時間放置して、スペーサが第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しない状態で注入口を封止する工程を含んで製造するようにしたものである。
また、所定の時間を、パネル内部の圧力が大気圧に対して−０.３kgf／cm²以上となる時間としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
参考例１．
以下に、本発明の参考例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の参考例１における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。図において、１００は走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する電極基板（第一の基板）であり、２０はガラス基板、２１は映像信号線であるソース配線、２２はゲート絶縁膜、２３は画素電極、２４は配向制御膜をそれぞれ示している。また、１０１はカラーフィルタ及び遮光膜等を有し、電極基板１００と一定距離を隔てて対向配置されるカラーフィルタ基板（第二の基板）であり、２５はガラス基板、２６は顔料あるいはクロム等の金属からなる遮光膜、２７は顔料あるいは染料からなるカラーフィルタ、２８は有機あるいは無機材料からなり、カラーフィルタ−の信頼性を向上させるオーバーコート膜、２９は配向制御膜である。配向制御膜２４、２９は二枚の基板１００、１０１の対向面上にそれぞれ設けられている。さらに、３０は二枚の基板１００、１０１の間隙を規定するスペーサ、３１は二枚の基板１００、１０１間に配置された液晶、４０はラビング処理に必要なローラーを示している。
【００１５】
本参考例では、電極基板１００上に形成された電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、液晶分子を面内応答させる面内応答型液晶表示装置において、電極基板１００及びカラーフィルタ基板１０１の二枚の基板の間隙を規定するスペーサ３０の表面を、ビニル基または重合開始剤を有する分子化合物に、ビニル基または重合開始剤を起点として、一種または二種以上の重合可能な単量体がグラフト重合することによって形成された熱可塑性重合体によって被覆した。これにより、熱可塑性重合体を構成する単量体の有する官能基が、配向制御膜２４、２９とファンデルワールツ力による結合または水素結合することにより、スペーサ３０が電極基板１００及びカラーフィルタ基板１０１の少なくとも一方の基板側に固定されるものである。
【００１６】
グラフト重合によって生成された分岐のある高分子をグラフト重合体と呼ぶが、これは主に連鎖にラジカル源となる活性基を付与し、これに単量体を付加させて分岐を成長させることにより得られる。グラフト重合体の特徴は、幹（主鎖部）と枝（分岐）を構成している単量体が異なることである。本参考例におけるスペーサ３１表面には、グラフト重合された単量体の有する官能基、例えば水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、シリル基、シラノール基、イソシアナート基等が存在している。これらの官能基は、配向制御膜２４、２９とファンデルワールツ力による結合または水素結合し、その結合部分は非常に小さいため、光抜け領域も小さく抑えられる。この手法によれば、スペーサ３０周辺に生じる一軸性の配向乱れによるスペ−サ３０部分からの光抜けは残るが、最も大きい因子であったスペーサ３０の移動によって配向制御膜２４、２９に傷がつくことによる光抜けを防止することが可能となる。
なお、スペーサ３０を被覆する熱可塑性重合体を、表面に多数の長鎖アルキル基を有するものとすることで、スペーサ３０部分からの光抜けも防止することができる。この長鎖アルキル基は、グラフト重合によるグラフト重合体鎖に結合されており、炭素数が６以上であることが望ましい。この件については、後述の参考例２で詳しく説明する。
【００１７】
以下に、本参考例における液晶表示装置の製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板２０上に、フォトリソグラフィ法により、走査信号線であるゲート配線、映像信号線であるソース配線２１、画素電極２３等の複数の電極を形成し、電極基板１００を形成する。ソ−ス配線２１は、アモルファスシリコン０.２μｍ、Ｃｒ０.１μｍ、Ａｌ０.３μｍより形成し、ゲート絶縁膜２２はＳｉＮ０.４μm 、画素電極２３はＣｒ０.１μmより形成した。さらに、この電極基板１００上に、転写法により配向制御膜２４（日本合成ゴム社製ＡＬ1044）を厚さ０.０７μｍで形成し、１８０℃のオーブンにより熱を加え硬化させる。次に、図１（ｂ）に示すように、硬化した配向制御膜２４をナイロン系のラビング布を装着したローラー４０を用いてラビング処理を行なう。これにより、基板面に対して平行方向に電界を印加する面内応答型液晶表示装置の電極基板１００が形成される。次に、図１（ｃ）に示すように、前述の表面に官能基を有するスペーサ３０（ナトコペイント社製：ＫＳＥ、スペーサ径４.０±０.２μｍ）を散布する。スペーサ３０の分散密度は平均３００個／cm^２（ばらつき２００〜４００個／cm^２）とした。
【００１８】
続いて、図１（ｄ）に示すように、別のガラス基板２５上に、フォトグラフィ法により顔料あるいはクロム等の金属からなる遮光膜２６、顔料あるいは染料からなるカラーフィルタ２７、有機あるいは無機材料からなるオーバーコート膜２８を形成し、さらに、配向制御膜２９（日本合成ゴム社製ＡＬ1044）を厚さ０.０７μｍで形成し、１８０℃のオーブンにより熱を加え硬化させた後、ラビング処理を施し、カラーフィルタ基板１０１を形成する。さらに、カラ−フィルタ基板１０１の配向制御膜２９を形成した面の周辺に、両基板を貼り合わせるためのエポキシ系接着剤よりなるシール材（図示せず）をディスペンサ法により塗布する。
【００１９】
次に、図１（ｅ）に示すように、電極基板１００上の各画素電極領域とカラーフィルタ基板１０１のカラーフィルタ２７が対面するように両基板を対向させ重ね合わせる。その後、０.５kgf／cm^２の圧力を基板全体に加え、かつ１５０℃の熱を加えながら前述のシール材を硬化させる熱圧着を行なう。この工程において、シール材を硬化させると共に、対向する両基板の間隙がスペーサ３０により均一になり、且つ、スペーサ３０表面に存在する官能基と配向制御膜２４、２９が結合され、スペーサ３０が固定される。
その後、図１（ｆ）に示すように、減圧法により液晶３１を基板間隙に注入し封止する。なお、減圧法における液晶の注入後、両基板を加圧し、余分に入った液晶を外部に放出した後で封止する技術があるが、同工程で生じる加圧力は強く、スペ−サ３０と配向制御膜２４、２９の結合を切ることがあるため、本実施の形態では行わない。これを行うと５０％以上の割合でスペーサ３０と配向制御膜２４、２９の結合が切れる事を確認している。そのため減圧法による液晶の注入は、注入部と反対側の基板端部まで液晶３１が達した後、１時間の放置をし、加圧することなく封止を行なった。
【００２０】
以上の工程により作製された面内応答型液晶表示装置は、表面に官能基を持つスペーサ３０が、配向制御膜２４、２９と結合しているため、物理的な衝撃がパネルに加わっても、スペーサ３０が移動することがなく、しかも結合している面積が非常に小さいことから光抜けも小さく抑えられ、コントラスト比の低下や表示面のざらついた印象もなく良好な表示特性を得ることができた。
なお、電極基板１００、カラーフィルタ基板１０１の凹凸形状やスペーサ３０の大きさ、圧着圧力の強さ等の組み合わせにより、熱圧着の工程においてスペーサ３０が電極基板１００またはカラーフィルタ基板１０１のどちらか一方にのみ固定される場合があるが、この場合においてもスペーサ３０の移動を防止できるため、同様の効果が得られる。
【００２１】
参考例２．
本参考例では、従来のスペーサ周辺に発生していた一軸性の配向乱れに起因する光抜けを防止することが可能なスペーサ材料について述べる。なお、本参考例における面内応答型液晶表示装置の構造は、スペーサの材質が異なることを除いて上記参考例１で説明した構造（図１）と同様であるため、図示を省略する。
本参考例におけるスペーサは、表面に多数の長鎖アルキル基を有する高分子化合物よりなるものである。なお、この長鎖アルキル基は、グラフト重合によるグラフト重合体鎖に結合されているもので、炭素数が６以上のものである。本参考例によれば、スペーサ表面の配向規制力が強いため、スペーサ周辺において―軸性の配向乱れが生じず、光抜けが起きない状態を達成することが可能となる。
【００２２】
上記参考例１では、スペーサ３０が電極基板１００またはカラーフィルタ基板１０１の少なくとも一方に固定されていることで、スペーサ３０の移動によって配向制御膜２４、２９に傷がつくことによる光抜けを防止することはできたが、スペーサ３０周辺に生じる一軸性の配向乱れに起因する光抜けを防止することはできなかった。一方、本参考例によれば、スペーサ周辺に生じる一軸性の配向乱れに起因する光抜けを防止することが可能である。すなわち、上記参考例１と本参考例を組み合わせることにより、光抜けを完全に防止することができ、コントラスト比の低下や表示面のざらついた印象もなく良好な表示特性の面内応答型液晶表示装置を得ることができる。
【００２３】
実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図、図３は本実施の形態において作成される面内応答型液晶表示装置を示す断面図である。図において、１００ａは、本実施の形態において作成される電極基板であり、３２はソース配線２１上に局部的に形成された凸状のパターン、３０ａはスペーサである。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では、電極基板１００ａの配向制御膜２４よりも下層で、且つゲート配線（図示せず）及びソース配線２１のいずれか一方または両方の配線上に局部的に凸状のパターン３２を設け、凸状のパターン３２上に配置されたスペーサ３０ａによって電極基板１００ａ及びカラーフィルタ基板１０１の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサ３０ａが、電極基板１００ａの配向制御膜２４及びカラーフィルタ基板１０１の配向制御膜２９のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。なお、通常のスペーサの粒径精度分布は、標準偏差で０．２μｍ程度であり、工程管理基準として、σ値を適用すると０．６μｍであるため、凸状のパターン３２の高さは０.６μｍ以上とした。
【００２４】
本実施の形態における液晶表示装置の製造方法を図２を用いて説明する。まず、図２（ａ）に示すように、上記参考例１と同様の手法により、電極基板１００ａを作製する。次に、図２（ｂ）に示すように、配線幅６μｍのソース配線２１上に、フォトリソグラフィ法により、縦×横×高さが５μｍ×５０μｍ×０.６μｍの凸状のパターン３２を形成する。凸状のパターン３２の材質は、顔料や電極基板１００ａに使用される材料（ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｃｒ）等が考えられるが、液晶駆動への影響を考慮すると、顔料やＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料が望ましい。今回の場合、下地とのコンタクトの良好性を考え、ＳｉＮを０.６μm積層した。その後、図２（ｃ）に示すように、配向制御膜２４を形成し、上記参考例１と同様の工程によって図３に示す液晶表示装置が完成した。
【００２５】
本実施の形態において使用されるスペーサ３０ａの径は、上記参考例１における液晶表示装置と液晶層の厚みが同じである場合、上記参考例１で使用されたスペーサ３０よりも凸状のパターン３２の高さ０.６μｍ分だけ小さいものとなる。そのため、凸状のパターン３２以外の領域、例えば画素部に配置されたスペーサ３０ａは、電極基板１００ａの配向制御膜２４及びカラーフィルタ基板１０１の配向制御膜２９の両方に接触することはない。すなわち、スペーサ３０ａの移動によって配向制御膜２４、２９に傷がつくことによる光抜けがないため、コントラスト比の低下や表示面のざらついた印象もなく、良好な表示特性を得ることができた。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図、図５は本実施の形態において作成される面内応答型液晶表示装置を示す断面図である。図において、１０１ａは、本実施の形態において作成されるカラーフィルタ基板であり、３３はカラーフィルタ基板１０１ａの遮光膜２６上に局部的に形成された凸状のパターン、３０ｂはスペーサである。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態では、カラーフィルタ基板１０１ａの配向制御膜２９よりも下層で且つ遮光膜２６上に局部的に凸状のパターン３３を設け、凸状のパターン３３上に配置されたスペーサ３０ｂによって電極基板１００及びカラーフィルタ基板１０１ａの間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサ３０ｂが、電極基板１００の配向制御膜２４及びカラーフィルタ基板１０１ａの配向制御膜２９のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。なお、凸状のパターン３３の高さは上記実施の形態１と同様の理由で０.６μｍ以上とした。
【００２７】
本実施の形態における液晶表示装置の製造方法を図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板２５上に、フォトグラフィ法により顔料あるいはクロム等の金属からなる遮光膜２６、顔料あるいは染料からなるカラーフィルタ２７、有機あるいは無機材料からなるオーバーコ−ト膜２８を備えたカラーフィルタ基板１０１ａを作成する。次に、図４（ｂ）に示すように、幅２５μｍの遮光膜２６上に、フォトグラフィ法により、縦×横×高さが１５μｍ×５０μｍ×０．６μｍの凸状のパタ−ン３３を形成する。凸状のパターン３３の材質は、顔料や電極基板に使用される材料（ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｃｒ）等が考えられるが、液晶駆動への影響を考慮すると、顔料やＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料が望ましい。本実施の形態では、下地とのコンタクトの良好性を考え、オーバーコート膜２８と同様の材料であるアクリル系樹脂を０．６μｍ積層した。その後、図４（ｃ）に示すように、配向制御膜２９を形成し、上記参考例１と同様の工程によって図５に示す液晶表示装置が完成した。
【００２８】
本実施の形態において使用されるスペーサ３０ｂの径は、上記参考例１における液晶表示装置と液晶層の厚みが同じである場合、上記参考例１で使用されたスペーサ３０よりも凸状のパターン３２の高さ０.６μｍ分だけ小さいものとなる。そのため、凸状のパターン３２以外の領域、例えば画素部に配置されたスペーサ３０ｂは、電極基板１００ａの配向制御膜２４及びカラーフィルタ基板１０１の配向制御膜２９の両方に接触することはない。すなわち、スペーサ３０ｂの移動によって配向制御膜２４、２９に傷がつくことによる光抜けがないため、コントラスト比の低下や表示面のざらついた印象もなく、良好な表示特性を得ることができた。
【００２９】
なお、上記実施の形態１と本実施の形態を組み合わせることによっても、同様の効果が得られる。すなわち、電極基板の配向制御膜よりも下層で、且つゲート配線及びソース配線のいずれか一方または両方の配線上と、カラーフィルタ基板の配向制御膜よりも下層で且つ遮光膜上に、局部的に凸状のパターンを互いに重なり合うように設け、凸状のパターン上に配置されたスペーサによって電極基板及びカラーフィルタ基板の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサが、電極基板の配向制御膜及びカラーフィルタ基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにすることも可能である。この場合も、電極基板及びカラーフィルタ基板に設けられた凸状のパターンの高さの合計は０.６μｍ以上とし、顔料やＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料よりなるものとする。また、電極基板及びカラーフィルタ基板にそれぞれ設けられた凸部の位置が互いに異なるよう配置される構造でも良い。
【００３０】
実施の形態３．
上記実施の形態１及び実施の形態２では、電極基板上またはカラーフィルタ基板上に局部的に凸状のパターンを設け、この凸状のパターン上に配置されたスペーサによって電極基板及びカラーフィルタ基板の間隙を規定し、その他の領域である画素領域に配置されたスペーサが、電極基板の配向制御膜及びカラーフィルタ基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたが、本実施の形態では、スペーサの直径を二枚の基板の間隙よりも若干小さいものとすることにより、スペーサが電極基板の配向制御膜及びカラーフィルタ基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたものである。なお、スペーサは、その直径ｄが、二枚の基板の間隙Ｄに対してＤ−ｄ＞０.２μｍを満たすものである。
本実施の形態によれば、二枚の基板の間隙Ｄに対し、十分にスペーサ径が小さいことで、スペーサが両基板に挟まれて配向制御膜に傷を付けることがなくなり、それに伴う光抜けを防止することが可能となる。通常のスペーサの粒径精度分布は標準偏差で０.２μｍ程度であるため、基板の間隙とスペーサ径との間に必要な差は０.２μｍ以上である。
【００３１】
実施の形態４．
本実施の形態では、面内応答型液晶表示素子の液晶注入工程及び封止工程において、液晶が配置されているパネル内部の圧力を大気圧に対して−０.３kgf／cm^２以上とすることにより、スペーサを電極基板の配向制御膜またはカラーフィルタ基板の配向制御膜のいずれか片側のみに接触した状態とし、光抜けを抑制するものである。
本実施の形態における液晶表示装置の製造方法を図６を用いて説明する。図において、３４は基板間の外縁部に形成され一部が基板端部に達して液晶の注入口３５を形成するシール材、３６は液晶、３７は内部に液晶３６が満たされた容器である液晶貯蔵皿、３８はパネル内部、３９は液晶注入器を示している。
まず、ゲート配線、ソース配線、画素電極等の複数の電極及び配向制御膜を有する電極基板と、カラーフィルタ、遮光膜及び配向制御膜を有するカラーフィルタ基板の間にスペーサを配置し、二枚の基板間の外縁部に形成され一部が基板端部に達して液晶の注入口を形成するシール材３４により貼り合わせ、パネルを形成する。
【００３２】
次に、上記パネルを、図６（ａ）に示すように、内部に液晶３６が満たされた液晶貯蔵皿３７が設置された液晶注入器３９内に設置し、液晶注入器３９内及びパネル内部３８を真空状態にする。液晶パネルの機構や性能にもよるが、パネル内部３８に残る空気の残量を考慮すると１０^−２torr程度の真空状態とするのが望ましい。なお、液晶注入器３９は、パネルが入る大きさで密閉する機構があれば形状や材質は問わない。また、図６では液晶の注入口３５は１つとしたが、１辺に１つ以上形成されていればよい。
次に、図６（ｂ）に示すように、パネル内部３８を含めた液晶注入器３９内が均一な真空状態になった後、注入口３５を液晶３６につける。これにより、パネル内部３８は液晶３６で蓋をされた状態となる。その後、図６（ｃ）に示すように、注入口３５を液晶貯蔵皿３７内の液晶３６に浸した状態で、液晶注入器３９を大気圧（７６０torr）に戻し、気圧差により液晶３６を注入口３５よりパネル内部３８に充填した後、さらに所定の時間放置して、外部からの圧力がパネルに加えられず、スペーサが、電極基板の配向制御膜及びカラーフィルタ基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しない状態で注入口を封止する。本実施の形態では、充填終了後、１２０分間以上放置して注入口３５を封止する。この時、液晶が配置されているパネル内部３８の圧力は、大気圧に対して−０.３kgf／cm^２以上となっており、外部からの圧力がわずかに加わっているが、この程度の圧力であれば、光抜けが観察されない状態が得られる。すなわち、所定の時間とは、パネル内部の圧力が大気圧に対して−０.３kgf／cm^２以上となる時間である。
【００３３】
一般に、上記のような大気圧との差圧を用いて液晶を注入する方式では、大気圧と液晶表示パネルの内圧が等しくなった時に液晶３６がパネル内部３８に満たされた状態となる。図６（ｃ）において、注入口３５よりパネル内部３８に液晶３６が充填される際には、パネル内部３８は大気圧で加圧されている状態となる。そのため、２枚の基板の間隙は非常に狭い状態となる。この状態において、液晶３６は、パネル内部３８と大気圧との差圧、および毛細管現象により内部へと進入する。注入口３５の対辺にあるシール３４に液晶３６が到達すると、外観上の液晶注入が完了するが、パネルの内圧は液晶３６がシール３４に到達した時点では負圧の状態となっている。この状態から、パネル内部３８が大気圧と釣り合う推移を緩和時間と呼ぶ。
【００３４】
図７に、緩和時間と対向配置された二枚の基板の間隙（パネル間隙）の関係を示す。図７における液晶表示装置は、対角１０.４”Ｓ‐ＶＧＡサイズの面内応答型液晶表示装置で、主な構成部材は、表示面内に散布するスペーサに球径３.２μｍのプラスチックスペーサ（積水ファインケミカル社；ミクロパールSP―2032）を用い、配向制御膜（日本合成ゴム社；オプトマーＡＬ1044）を０.０６μｍ対峙する基板両面に形成し、２枚の基板を貼り合わせるシール材（三井化学社；ストラクトボンドＸＮ‐21Ｓ）にガラススペーサ（日本電気ガラスエ業社；マイクロロットPF‐45）を混入し、液晶材料として面内応答型液晶表示素子用途で粘度20cpの材料を用いた。また、注入口は２４ｍｍ幅で１つとした。同条件における緩和時間とパネル間隙の関係をみると、約２００分放置で飽和している。また、上述の外観上の液晶注入が完了した時間は２１０分であった。すなわち、液晶注入が完全に終了するまで４１０分もの時間を費やした。液晶充填の時間は、液晶表示素子の大きさにより比例して増加するため、大型素子の生産量の増加に伴い製造施設を圧迫することとなる。そのため、従来のＴＮ方式の液晶表示装置の製造工程においては、必要なパネル間隙および液晶層の均―性を満足した時点で封止工程に移行し、生産量を確保するのが一般的であった。
【００３５】
しかし、面内応答型液晶表示装置の場合はＴＮ方式に比べ、上記工程の管理を厳密にする必要がある。液晶注入の工程で緩和時間を短くすることは、パネル内部に充填される液晶の量が減ることとなる。それに伴い、表示面内に存在するスペーサは、対向配置された二枚の基板間に挟まれる構造となり、スペーサ周辺部に光り抜け領域が生じる結果となる。例えば、図７のケースでは、緩和時間１００分ではスペーサ周辺部の光り抜け領域が生じ、１２０分以降では生じなかった。すなわち、緩和時間１００分では、スペーサは対向配置された二枚の基板の両方の配向制御膜に接触した状態であり、１２０分では片側のみに接触した状態であると考えられる。緩和時間１２０分における液晶パネル内の内圧をパネル間隙の状態から計算すると、大気圧に対して−０.２８kgf／cm^２の状態である。光抜けが生じない状態が、緩和時間１００〜１２０分の間にあることから、面内応答型液晶表示装置内の圧カは、−０.３kgf／cm^２以上となるように管理することが必要である。
【００３６】
なお、上記実施の形態１〜４において使用される液晶材料の種類は特に限定するものではなく、通常のＴＮ型液晶表示装置に用いられている液晶材料を用いることができる。液晶材料の誘電率異方性の値は特に限定するものではないが、１≦△ε≦１２の範囲であることが望ましい。液晶材料の誘電率異方性が△ε＜１の場合、電界に対する応答性が低いため、その駆動に高い電圧を必要とする。△ε＞１２の場合、液晶材料の分極が大きいためイオン性不純物等の不純物を包含しやすく、液晶材料の劣化を招きやすい。液晶材料の屈折率異方性（△ｎ）とパネルギャップ（ｄ）の積、△ｎ・ｄの値は特に限定するものではないが、０.１μｍ以上０.４μｍ以下であることが好ましい。０.１μｍ未満または０.４μｍを超える場合にも表示を行なうことはできるが、着色が大きく良好な色再現性を得るごとができないことがある。
【００３７】
また、上記実施の形態１〜４において使用できる液晶配向制御膜の種類は特に限定するものではなく、通常の液晶表示装置で用いられている可溶性ポリイミド、アミック酸焼成タイプのポリイミド等を用いることができる。またプレチルト角の大きさは特に限定するものではないが、１０度以下であることが望ましい。１０度を超える場合、視野角の角度依存性が大きく、面内応答型液晶表示装置の特長である優れた視野角特性を得ることができないことがある。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第一の基板の配向制御膜よりも下層で、且つ走査信号線及び映像信号線のいずれか一方または両方の配線上に局部的に凸状のパターンを設けたり、または、第二の基板の配向制御膜よりも下層で且つ遮光膜上に局部的に凸状のパターンを設けることにより、凸状のパターン上に配置されたスペーサによって第一の基板及び第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置されたスペーサが、第一の基板の配向制御膜及び第二の基板の配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたので、スペーサの移動によって配向制御膜に傷がつくことによる光抜けを防止することができ、コントラスト比が十分高く、表示表面のざらついた印象のない高表示品位の液晶表示装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例１における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における面内応答型液晶表示装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における面内応答型液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における面内応答型液晶表示装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４における面内応答型液晶表示装置の製造方法を示す説明図である。
【図７】液晶表示装置のパネル間隙と緩和時間の関係を示す図である。
【図８】一般的な面内応答型液晶表示装置の構造を示す模式図である。
【図９】従来の面内応答型液晶表示装置において、スペーサ近傍で発生する一軸性の液晶配向の乱れによる光抜けを説明する図である。
【図１０】従来の面内応答型液晶表示装置において、スペーサが配向制御膜表面を傷つけることにより発生する液晶配向の乱れによる光抜けを説明する図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂクシ型電極、２液晶分子、３電極基板、４対向基板、
５等電位線、６入射光、７、８偏光板、９出射透過光、
１０液晶の配向方向、１１、１３、１６、１７液晶配向が乱れた部分、
１２スペーサ、１４、１５配向制御膜、２０ガラス基板、
２１ソース配線、２２ゲート絶縁膜、２３画素電極、
２４配向制御膜、２５ガラス基板、２６遮光膜、
２７カラーフィルタ、２８オーバーコート膜、２９配向制御膜、
３０、３０ａ、３０ｂスペーサ、３１液晶、
３２、３３凸状のパターン、３４シール材、３５注入口、３６液晶、
３７液晶貯蔵皿、３８パネル内部、３９液晶注入器、４０ローラー、
１００、１００ａ電極基板、１０１、１０１ａカラーフィルタ基板。

Claims

走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、上記第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、上記二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、上記二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、上記二枚の基板間に配置される液晶を備え、上記電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、上記液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、
上記第一の基板の上記配向制御膜よりも下層で、且つ上記走査信号線及び上記映像信号線のいずれか一方または両方の配線上に局部的に凸状のパターンを設け、上記凸状のパターン上に配置された上記スペーサによって上記第一の基板及び上記第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置された上記スペーサが、上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、上記第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、上記二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、上記二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、上記二枚の基板間に配置される液晶を備え、上記電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、上記液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、
上記第二の基板の上記配向制御膜よりも下層で且つ上記遮光膜上に局部的に凸状のパターンを設け、上記凸状のパターン上に配置された上記スペーサによって上記第一の基板及び上記第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置された上記スペーサが、上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
上記凸状のパターンは、高さ０.６μｍ以上としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、上記第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、上記二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、上記二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、上記二枚の基板間に配置される液晶を備え、上記電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、上記液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、
上記第一の基板の上記配向制御膜よりも下層で、且つ上記走査信号線及び上記映像信号線のいずれか一方または両方の配線上と、上記第二の基板の上記配向制御膜よりも下層で且つ上記遮光膜上に、局部的に凸状のパターンを互いに重なり合うように設け、上記凸状のパターン上に配置された上記スペーサによって上記第一の基板及び上記第二の基板の間隙を規定し、その他の領域に配置された上記スペーサが、上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
上記第一の基板及び上記第二の基板に設けられた凸状のパターンは、高さの合計が０.６μｍ以上であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
上記凸状のパターンは、顔料やＳｉＮ、ＳｉＯ_２等の絶縁性材料よりなることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、上記第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、上記二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、上記二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、上記二枚の基板間に配置される液晶を備え、上記電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、上記液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、
上記スペーサは、その直径ｄが、上記二枚の基板の間隙Ｄよりも若干小さく、かつＤ−ｄ＞０.２μｍであるものとし、上記スペーサが上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
走査信号線、映像信号線及び画素電極等の複数の電極を有する第一の基板と、カラーフィルタ及び遮光膜等を有し、上記第一の基板と一定距離を隔てて対向配置された第二の基板と、上記二枚の基板の対向面上にそれぞれ設けられた配向制御膜と、上記二枚の基板の間隙を規定するスペーサと、上記二枚の基板間に配置される液晶を備え、上記電極間に電圧を印加し基板面にほぼ平行に電界を発生させ、上記液晶分子を面内応答させる液晶表示装置において、
上記液晶が配置されている内部の圧力を大気圧に対して−０.３kgf／cm^２以上とし、上記スペーサが上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しないようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
走査信号線、映像信号線、画素電極等の複数の電極及び配向制御膜を有する第一の基板と、カラーフィルタ、遮光膜及び配向制御膜を有する第二の基板の間にスペーサを配置し、上記二枚の基板間の外縁部に形成され一部が基板端部に達して液晶の注入口を形成するシール材により貼り合わせ、パネルを形成する工程、
上記パネルを、内部に液晶が満たされた容器が設置された液晶注入器内に設置し、上記液晶注入器内及び上記パネル内を真空状態にする工程、
上記注入口を上記容器内の液晶に浸した状態で上記液晶注入器を大気圧に戻し、気圧差により液晶を上記注入口より上記パネル内に充填した後、さらに所定の時間放置して、上記スペーサが上記第一の基板の上記配向制御膜及び上記第二の基板の上記配向制御膜のいずれか一方にしか接触しない状態で上記注入口を封止する工程を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
上記所定の時間を、上記パネル内部の圧力が大気圧に対して−０.３kgf／cm^２以上となる時間としたことを特徴とする請求項９記載の液晶表示装置の製造方法。