JP3946498B2

JP3946498B2 - 液晶パネル

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Publication number: JP3946498B2
Application number: JP2001353457A
Authority: JP
Inventors: 洋二谷口; 祐治中畑
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003156750A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネルは第１及び第２の基板と、第１及び第２の基板の間に挿入された液晶とを備えてなる。ＴＦＴ駆動の液晶パネルでは、第１の基板はゲート層、データ層、ＴＦＴ及び画素電極を含む積層構造を有する。第２の基板はカラーフィルタと共通電極を有する。
【０００３】
第１の基板と第２の基板との間のギャップ（セルギャップ）は小さな球状のスペーサによって制御される。球状のスペーサは液晶パネルを組み立てるときに、一方の基板の内面に散布される。それから両基板を熱及び圧力をかけて周辺シールで貼り合わせて液晶パネルとする。しかし、球状のスペーサを使用すると、球状のスペーサの散布密度のバラツキのためにセルギャップに変動が生じたり、球状のスペーサからの光洩れによりコントラストが低下するという問題がある。
【０００４】
そこで、一方の基板に柱状部材（柱状スペーサ）を固定的に設け、柱状スペーサが他方の基板に接触して、両基板との間のセルギャップを制御する提案がある。例えば、特開２０００−１３１７０１号公報及び特開２０００−３０５０８９号公報は、柱状スペーサを有する液晶パネルを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
柱状スペーサは表示領域外の所望の位置に配置されることができ、フォトリソ工程で均一な高さを有するように形成することができるので、上記した球状のスペーサの問題点を解消することができる。
【０００６】
しかし、柱状スペーサを使用する場合、柱状スペーサは液晶の熱膨張及び熱収縮に追従することができることが望まれる。例えば、液晶は６０℃において３パーセント（セルギャップが４μｍの場合約０．１２μｍ）熱膨張し、−２０℃において３パーセント（セルギャップが４μｍの場合約０．１２μｍ）熱収縮する。従って、柱状スペーサはそのような液晶層の厚さの変化に追従して変形できることが望まれる。柱状スペーサはそのような要求を満足するような材料、大きさ及び配置を選択することが必要である。
【０００７】
さらに、液晶パネルには局部的な力がかかることがある。例えば、液晶パネルの組み立て工程においては、両基板を熱及び圧力をかけて周辺シールで貼り合わせて液晶パネルとする。この工程をさらに詳細に述べると、多数の液晶パネルに相当する多数の基板を重ね合わせて、圧力をかけて熱焼成する。このときに、ゴミ等の異物を間に挟んでしまうと、その部分が強く加圧され、セルギャップのムラが生じる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、セルギャップを確保することのできる液晶パネルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶パネルは、第１及び第２の基板と、該第１及び第２の基板の間に挿入された液晶とを備え、第１の基板はゲート層及びデータ層を含む積層構造を有し、第２の基板はカラーフィルタとセルギャップを制御するために第１の基板に向かって延びる複数の柱状部材とを備え、該柱状部材は画素に対して少なくとも２つの異なる位置パターンで配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によれば、例えば、第１の位置パターンで配置された柱状部材は液晶層の厚さの変化に追従して変形し、セルギャップを確保するように構成される。一方、例えば第２の位置パターンで配置された柱状部材は液晶パネルに部分的な圧力がかかったときに第１の位置パターンで配置された柱状部材が過度に変形するのを防止し、セルギャップのムラが生じるのを防止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１実施例の液晶パネルのＴＦＴ基板をカラーフィルタ基板に設けた柱状スペーサとともに示す平面図である。図２は図１の液晶パネルの１画素の領域を示す図である。図３は図１の液晶パネルのゲートバスラインを通る断面図である。
【００１３】
図３において、液晶パネル１０は、第１の基板１２と、第２の基板１４と、第１及び第２の基板１２，１４の間に挿入された液晶１６とを備える。第１の基板はＴＦＴ基板であり、ゲートバスライン１８、データバスライン２０、ＴＦＴ２２（図１）及び画素電極２４（図１）を含む積層構造を有する。補助容量電極２６（図１）が各画素電極２４のほぼ中央を横切って延びる。さらに、絶縁膜がゲートバスライン１８とデータバスライン２０との間等に適切に配置される。
【００１４】
第２の基板１４はカラーフィルタ基板であり、カラーフィルタ２８と共通電極３０とを有する。第２の基板１４は、第１の基板１２に向かって延びる複数の第１の柱状スペーサ３２と、第１の基板１２に向かって延びる複数の第２の柱状スペーサ３４とを備える。なお、配向膜が第１及び第２の基板１２，１４に設けられるが、配向膜は図示省略されている。
【００１５】
図１において、第１の複数の柱状スペーサ３２は第１の位置パターンで配置される。各第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に配置される。複数の第１の柱状スペーサ３２は６つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられる。この場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色要素を１画素とみる。図１においては、複数の第１の柱状スペーサ３２は横方向に３つの画素毎に、且つ縦方向に２つの画素毎に設けられる。
【００１６】
第２の複数の柱状スペーサ３４は第２の位置パターンで配置される。各第２の柱状スペーサ３４はゲートバスライン１８の一部に相当する位置に配置される。複数の第２の柱状スペーサ３４は３つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられる。図１においては、複数の第２の柱状スペーサ３４は横方向に３つの画素毎に、且つ縦方向に１つの画素毎に設けられる。
【００１７】
図２は図１の液晶パネル１０の１画素の領域を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサ３２が設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサ３４が設けられた１画素の領域を示す。第１の柱状スペーサ３２及び第２の柱状スペーサ３４はともに画素の表示領域の外に配置される。
【００１８】
図４は図１及び図２の液晶パネル１０の１画素の領域の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサ３２が設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサ３４が設けられた１画素の領域を示す。第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に配置され、第２の柱状スペーサ３４はデータバスライン２０の一部に相当する位置に配置される。その他の構成は図１及び図２と同様である。
【００１９】
図５は図１及び図２の液晶パネル１０の１画素の領域の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサ３２が設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサ３４が設けられた１画素の領域を示す。第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に配置され、第２の柱状スペーサ３４は補助容量電極２６の一部に相当する位置に配置される。その他の構成は図１及び図２と同様である。
【００２０】
図３において、第１の柱状スペーサ３２及び第２の柱状スペーサ３４はともに同じ材料、例えばアクリル樹脂やノボラックレジスト等、でフォトリソ工程を利用して作られる。従って、第１の柱状スペーサ３２及び第２の柱状スペーサ３４は第２の基板１４に固定されている。第１の柱状スペーサ３２及び第２の柱状スペーサ３４は互いに同じ高さを有する。
【００２１】
第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に配置されているので、液晶パネル１０を組み立てたときには、第１の柱状スペーサ３２とゲートバスライン１８とデータバスライン２０（及び絶縁層）との組み合わせ体が実際のスペーサとして機能することになる。第２の柱状スペーサ３４はゲートバスライン１８の一部に相当する位置に配置されているので、液晶パネル１０を組み立てたときには、第２の柱状スペーサ３４とゲートバスライン１８（及び絶縁層）との組み合わせ体が実際のスペーサとして機能することになる。
【００２２】
ゲートバスライン１８の高さとデータバスライン２０の高さの和は、ゲートバスライン１８の高さ、又はデータバスライン２０の高さ、又は補助容量電極２６の高さよりも大きい。従って、実際の第１のスペーサの高さは実際の第２のスペーサの高さよりも大きい。実施例においては、１００μｍ×３００μｍの画素サイズに対して、第１及び第２の柱状スペーサ３２，３４の断面積は１５μｍ² 、高さは４μｍであった。ゲートバスライン１８の高さは０．２５μｍ、データバスライン２０の高さは０．３５μｍであった。画素電極２４及び共通電極３０の厚さはそれぞれ０．１μｍであった。第１の基板１２及び第２の基板１４を熱及び圧力をかけて周辺シールで貼り合わせて液晶パネル１０とした結果、セルギャップが４．２５μｍとなった。
【００２３】
すなわち、基板１２，１４の貼り合わせ時の圧力により、第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部と接触し、さらに０．１５μｍ圧縮されていることが分かる。また、第２の柱状スペーサ３４とゲートバスライン１８との間には、０．２０μｍの間隔があいている。
【００２４】
図６は第１及び第２の柱状スペーサ３２，３４の荷重と変位との関係を示すグラフである。曲線Ｘは第１の柱状スペーサ３２のみが設けられている場合の例を示す。第１の柱状スペーサ３２は、上記したように６つの画素毎に１個の割合で設けられ、且つ上記したサイズを有する。この条件は、使用時に柱状スペーサは液晶１６が熱膨張及び熱収縮したときに第１の柱状スペーサ３２がそのような熱膨張及び熱収縮に追従することができるように設定されたものである。
【００２５】
曲線Ｘの上段側の部分は荷重を増加していく場合を示し、曲線Ｘの下段側の部分は荷重を減少していく場合を示している。第１の柱状スペーサ３２の変形は、変形が大きくなると塑性変形となり、もはや最初の形状に戻らなくなる。そこで、液晶パネル１０に局部的に大きな力がかかると、局部的にセルギャップの小さい部分が生じ、セルギャップのバラツキが生じる原因になる。
【００２６】
曲線Ｙは第１及び第２の柱状スペーサ３２，３４が設けられている例を示す図である。上記したように、第１の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部と接触しているが、第２の柱状スペーサ３４とゲートバスライン１８との間には間隔があいている。従って、液晶パネル１０に局部的に大きな力がかかったとしても、最初は第１の柱状スペーサ３２が圧縮されるが、やがて第２の柱状スペーサ３４がゲートバスライン１８と接触し、第２の柱状スペーサ３４が大きな力の大部分を受け持つようになる。なお、第２の柱状スペーサ３４の個数は第１の柱状スペーサ３２の個数よりも多い。従って、第１の柱状スペーサ３２は過度の変形をすることがなくなり、セルギャップのバラツキが生じなくなる。
【００２７】
図７は本発明の第２実施例の液晶パネルの柱状スペーサを設けたカラーフィルタ基板を示す平面図である。図８は図７の柱状スペーサの例を示す図である。この実施例においても、液晶パネル１０は、第１の基板（ＴＦＴ基板）１２と、第２の基板（カラーフィルタ基板）１４と、第１及び第２の基板１２，１４の間に挿入された液晶１６とを備える（図３参照）。
【００２８】
図７において、第２の基板（カラーフィルタ基板）１４は、第１の基板１２に向かって延びる複数の第１の柱状スペーサ３２と、第１の基板１２に向かって延びる複数の第２の柱状スペーサ３４と、第１の基板１２に向かって延びる複数の第３の柱状スペーサ３６とを備える。
【００２９】
カラーフィルタ２８は、青色部分２８Ｂと、赤色部分２８Ｒと、緑色部分２８Ｇとを有する。第１の柱状スペーサ３２は青色部分２８Ｂと赤色部分２８Ｒとの境界部に配置され、第２の柱状スペーサ３４も青色部分２８Ｂと赤色部分２８Ｒとの境界部に配置される。従って、第１の柱状スペーサ３２及び第２の柱状スペーサ３４はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に配置される。第３の柱状スペーサ３６は青色部分２８Ｂの中心部に配置される。青色部分２８Ｂの中心部は補助容量電極２６（図５）に相当する位置である。
【００３０】
第１の複数の柱状スペーサ３２はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に第１の位置パターンで配置される。複数の第１の柱状スペーサ３２は１２の画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられる。複数の第１の柱状スペーサ３２は横方向に６つの画素毎に、且つ縦方向に２つの画素毎に設けられる。
【００３１】
第２の複数の柱状スペーサ３４はゲートバスライン１８とデータバスライン２０との交差部に相当する位置に第１の位置パターンとは異なる第２の位置パターンで配置される。複数の第２の柱状スペーサ３４は６つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられる。複数の第２の柱状スペーサ３４は横方向に６つの画素毎に、且つ縦方向に１つの画素毎に設けられる。
【００３２】
第３の複数の柱状スペーサ３６は補助容量電極２６に相当する位置に第１及び第２の位置パターンとは異なる第３の位置パターンで配置される。複数の第３の柱状スペーサ３６は３つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられる。複数の第３の柱状スペーサ３６は横方向に３つの画素毎に、且つ縦方向に１つの画素毎に設けられる。
【００３３】
この実施例では、第１の柱状スペーサ３２と、第２の柱状スペーサ３４と、第３の柱状スペーサ３６とは、カラーフィルタ２８の色部分及びそれを形成する材料部分を利用して形成されている。
【００３４】
図８（Ａ）においては、第１の柱状スペーサ３２は、青色部分２８Ｂの外縁部に形成される。青色部分２８Ｂの隣には赤色部分２８Ｒが形成されるが、赤色部分２８Ｒを形成する赤色材料部分２８ｒは青色部分２８Ｂの上にも形成され、通常は赤色部分２８Ｒとなる領域以外の赤色材料部分２８ｒは除去されるが、本実施例においては、赤色材料部分２８ｒの一部が青色部分２８Ｂの外縁部の上に残される。さらに、赤色部分２８Ｒの隣には緑色部分２８Ｇが形成されるが、同様に、緑色部分２８Ｇを形成する緑色材料部分２８ｇの一部が赤色材料部分２８ｒの上に残される。最後に、樹脂材料の層３８が形成される。従って、第１の柱状スペーサ３２は、青色部分２８Ｂと、赤色材料部分２８ｒと、緑色材料部分２８ｇと、樹脂材料の層３８とによって形成される。
【００３５】
図８（Ｂ）においては、第２の柱状スペーサ３４は、青色部分２８Ｂの外縁部に形成される。第２の柱状スペーサ３４は、青色部分２８Ｂと、赤色材料部分２８ｒと、樹脂材料の層３８とによって形成される。
【００３６】
図８（Ｃ）においては、第３の柱状スペーサ３６は、青色部分２８Ｂの中心部に形成される。第３の柱状スペーサ３６は、青色部分２８Ｂと、樹脂材料の層３８とによって形成される。
【００３７】
図８においては、共通電極３０は省略されている。共通電極３０はカラーフィルタ２８の上に形成される。樹脂材料の層３８は共通電極３０の上に形成され、柱状スペーサ３２，３４，３６の所望の高さを確保するとともに、共通電極３０が画素電極２４と接触するのを防止する。
【００３８】
第１の柱状スペーサ３２の高さは第２の柱状スペーサ３４の高さよりも大きく、第２の柱状スペーサ３４の高さは第３の柱状スペーサ３６の高さよりも大きい。実施例においては、カラーフィルタ２８の青色部分２８Ｂと、赤色部分２８Ｒと、緑色部分２８Ｇの厚さが１．５μｍであり、赤色材料部分２８ｒの厚さが０．７μｍであり、緑色材料部分２８ｇの厚さが０．５μｍであった。青色部分２８Ｂより上の第１の柱状スペーサ３２の高さが４μｍとなるように樹脂材料の層３８を形成したところ、青色部分２８Ｂより上の第２の柱状スペーサ３４の高さは３．８μｍ、青色部分２８Ｂより上の第３の柱状スペーサ３６の高さは３．６μｍとなった。樹脂のレベリングによって、各部の高さの差は小さくなる。
【００３９】
第１の基板１２及び第２の基板１４を熱及び圧力をかけて周辺シールで貼り合わせて液晶パネル１０とした結果、ＴＦＴセルギャップが４．２５μｍとなった。ＴＦＴ基板側の段差が０．５μｍあるので、第１の柱状スペーサ３２は０．２５μｍ圧縮され、第２の柱状スペーサ３４は０．０５μｍ圧縮されている。
【００４０】
このように、本発明では、２種類又は３種類の異なる高さの柱状スペーサ３２，３４，３６を設けることができる。３種類の異なる高さの柱状スペーサ３２，３４，３６の場合には、１番高い柱状スペーサ３２と２番目に高い柱状スペーサ３４の高さの差が０．１μｍ以上で０．３μｍ以下であり、２番目に高い柱状スペーサ３４と３番目に高い柱状スペーサ３６の高さの差が０．２μｍ以上で０．５μｍ以下であるのが好ましい。また、柱状スペーサの高さの差をつけるのに、青色部分２８Ｂと、赤色材料部分２８ｒと、緑色材料部分２８ｇとを利用したが、その他の色の部分を選択することもできる。
【００４１】
図９は本発明が適用される配向分割された液晶パネルを示す断面図である。図１０は図９の第１の基板及び第２の基板の特徴を重ねて示す平面図である。図９及び図１０において、液晶パネル１０は、第１の基板（ＴＦＴ基板）１２と、第２の基板（カラーフィルタ基板）１４と、第１及び第２の基板１２，１４の間に挿入された液晶１６とを備える。第１の基板の画素電極２４はスリット４０を形成されており、第２の基板１４の共通電極２８は突起４２を有する。
【００４２】
液晶１６は垂直配向性をもった液晶であり、垂直配向膜が設けられている。このため、液晶分子は概して第１及び第２の基板１２，１４に対して垂直に配向する。突起４２があるところでは、液晶分子は突起４２に対して垂直に配向する。このため、突起４２の一方の側では液晶分子は例えば図９で見て右上がりに配向し、突起４２の他方の側では液晶分子は左上がりに配向する。スリット４０についても同様の傾向があり、スリット４０の一方の側では液晶分子は右上がりに配向し、スリット４０の他方の側では液晶分子は左上がりに配向する。突起４２とスリット４０とを平面図で見て交互にくるように配置すると、このような液晶分子の配向はより顕著になる。液晶パネルに電圧を印加すると、液晶分子は基板面に対して平行に倒れていく。この場合、液晶分子は垂直配向時に傾斜していた方向に倒れる。このように、各画素が配向の異なる２つの部分を有する液晶パネル１０を配向分割された液晶パネルという。配向分割された液晶パネルでは、表示の視角特性を向上させることが知られている。突起４２とスリット４０がくの字状に曲がった形状に形成されており、くの字の各直線部分毎に２つに配向分割された液晶パネルが形成されるので、図９及び図１０においては、４つの配向状態の異なる部分を有する液晶パネルが得られる。また、突起４２の一部４２Ａは画素電極２８の外形と平行に形成されている。
【００４３】
図１から図８を参照した説明した第１、第２及び第３の柱状のスペーサ３２，３４，３６は図９及び図１０のゲートバスライン１８とデータバスライン２０の交差部、ゲートバスライン１８の一部、データバスライン２０の一部、及び補助容量電極２６の一部に相当する位置に設けることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セルギャップの変動のない液晶パネルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の液晶パネルのＴＦＴ基板をカラーフィルタ基板に設けた柱状スペーサとともに示す平面図である。
【図２】図１の液晶パネルの１画素の領域を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示す。
【図３】図１の液晶パネルのゲートバスラインを通る断面図である。
【図４】図１及び図２の液晶パネルの変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示す。
【図５】図１及び図２の液晶パネルの変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示し、（Ｂ）は第２の柱状スペーサが設けられた１画素の領域を示す。
【図６】第１及び第２の柱状スペーサの荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施例の液晶パネルの柱状スペーサを設けたカラーフィルタ基板を示す平面図である。
【図８】図７の柱状スペーサの例を示す図である。
【図９】本発明が適用される配向分割された液晶パネルを示す断面図である。
【図１０】図９の第１の基板及び第２の基板の特徴を重ねて示す平面図である。
【符号の説明】
１０…液晶パネル
１２，１４…基板
１６…液晶
１８…ゲートバスライン
２０…データバスライン
２２…ＴＦＴ
２４…画素電極
２６…補助容量電極
２８…カラーフィルタ
３０…共通電極
３２…柱状スペーサ
３４…柱状スペーサ
３６…柱状スペーサ
３８…樹脂材料の層
４０…スリット
４２…突起

Claims

第１及び第２の基板と、該第１及び第２の基板の間に挿入された液晶とを備え、
第１の基板は、ゲートバスラインと、データバスラインとを含む積層構造を有し、
第２の基板はカラーフィルタとセルギャップを制御するために第１の基板に向かって延びる複数の柱状部材とを備え、
上記複数の柱状部材は、第１の柱状部材と第２の柱状部材とを含み、
上記第１の柱状部材は、第１の基板におけるゲートバスラインとデータバスラインとの交差部に接触して配置されているとともに周期的に繰り返して設けられ、
上記第２の柱状部材は、補助容量電極と、ゲートバスラインと、データバスラインのいずれかの一部に相当する位置であって、ゲートバスラインとデータバスラインとの交差部とは異なる位置に相当する位置に配置されており、
上記第２の柱状部材は、第１の基板との間に間隔をあけて設けられ、液晶パネルに部分的に圧力がかかったときに上記第１の基板における上記補助容量電極と、ゲートバスラインと、データバスラインのいずれかの一部に相当する位置に接触するように形成されており、
第１の柱状部材及び第２の柱状部材は、同じ材料からなるとともに高さが同じであり、上記第２の柱状部材の個数は上記第 1 の柱状部材の個数よりも多いことを特徴とする液晶パネル。
上記第１の柱状部材は、６つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられ、横方向に３つの画素毎に、且つ縦方向に２つの画素毎に設けられる第１の位置パターンで配置されており、
上記第２の柱状部材は、３つの画素毎に１個の割合で周期的に繰り返して設けられ、横方向に３つの画素毎に、且つ縦方向に１つの画素毎に設けられる第２の位置パターンで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
第１の基板は画素電極を有し、第２の基板は共通電極を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。
各画素は配向の異なる２つの部分を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶パネル。