JP4795127B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。

高品位の画質を備える液晶表示技術として、アクティブマトリクス型表示装置が知られている。このアクティブマトリクス型表示装置は、電界効果型薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）が画素のスイッチング素子として用いられている。このようなアクティブマトリクス型表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力であると共に、鮮明なコントラストと高速表示が可能であることから、携帯型コンピュータ、省スペース・デスクトップ型コンピュータ等のモニタとして幅広く用いられている。

また、高画質化のためには、視野角特性の向上が求められる。この視野角特性の向上の方法として、横方向電界が利用されている（特許文献１）。しかしながら、従来の横方向に電界を印加する面内応答型アクティブマトリクス型液晶表示装置の性能を低下させる要因の一つとして、長時間同一のパターン表示を行った後に別の表示パターンを表示させた場合に、それまで表示されていた表示パターンが同時に表示される、残像や焼き付きと呼ばれる現象が発生するという問題がある。特に、製造途中に長期保存した場合は、残像や焼き付きが悪化することがある。

特開２００２−１３９７２７号公報

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成について図５を用いて説明する。図５はアクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図である。図５に示すように、画素電極と、走査信号線、映像信号線などの複数の電極を有した電極基板１と、電極基板１と対向して配置された対向基板３とが、シール材４にて接着されている。そして、前記電極基板１と前記対向基板３との間に液晶９が挟持されている。従来の液晶表示装置では、対向基板３において電極基板１と対向する面に形成されたオーバーコート膜８は、表示エリアからシール部より外側のパネル外部まで形成されている。オーバーコート膜８は一般的にアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂から成り、時間の経過とともに外気と接触している部分より吸湿し、表示エリア部まで水分が浸透するようになる。

対向基板３のオーバーコート膜８には、製造工程で含まれる無機イオン性不純物や製造工程時の硬化反応における副生成物である有機イオン性不純物が含有されている。これらの不純物イオン１３は、上記吸湿により含まれた水分を媒介して移動が可能となる。そして外部から電界が印加されると、図６に示すように対向基板３側には垂直成分方向にも電界が作用する。そして、図７に示すようにオーバーコート膜８内で分極が起こる。このオーバーコート分極により、液晶が基板面に対して垂直方向に応答し、残像や焼き付きが視認される現象が起きると考えられている。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、表示品質の優れた液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる液晶表示装置は、基板面に対して平行方向に電界を印加する画素電極と対向電極を有する第１の基板と、前記第１の基板と対向配置された第２の基板と、表示領域を囲むよう枠状に形成され、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着するシール材と、前記第１の基板と前記第２の基板と前記シール材とで形成される空間に設けられた液晶と、前記第２の基板に設けられ、前記液晶を配向する配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、前記第２の基板の液晶側の面に形成され、前記表示領域の全面に渡って前記配向膜と直接接して設けられたオーバーコート膜を有し、前記オーバーコート膜の端部が前記シール材の直下であり該シール材の外形端より内側に該シール材により覆われて配置されているものである。

本発明によれば、表示品質の優れた液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。

発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１を図１、図２により説明する。図１は本発明の実施の形態１における液晶表示装置の概略平面図を示し、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示している。本実施の形態にかかる液晶表示装置は、図６に示したように電極基板１に画素電極１１と対向電極１２とが形成されたＩＰＳモードの液晶表示装置である。

図１において、電極基板１上には表示領域２を形成する画素電極と、走査信号線、映像信号線がゲート絶縁膜を介して形成されている。走査信号線と映像信号線との交差点近傍には、スイッチング素子であるＴＦＴが形成される。ＴＦＴは、表示領域２内にアレイ状に配列されている。ＴＦＴは、映像信号線と同じ層で形成されたドレイン電極及びソース電極を備えている。ソース電極とドレイン電極とは、半導体層を介して接続されている。このＴＦＴを介して、表示信号線と櫛歯形状の画素電極１１とが接続される。したがって、走査信号によってＴＦＴをオン状態にすることによって、表示信号線から画素電極に表示信号が供給される。さらに、画素電極１１は、櫛歯形状の対向電極１２と対向配置されている。このように、電極基板１は、ＴＦＴアレイ基板である。

電極基板１と対向して配置された対向基板３とを、シール材４が表示領域２を囲むように枠状に形成されている。そして、電極基板１と対向基板３との間に液晶９が挟持されている。電極基板１および対向基板３としては、ガラス基板、石英ガラス等の透明な絶縁基板を用いることができる。シール材４は、例えば光硬化性及び熱硬化性のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いることができる。また、上記画素電極に信号を供給する駆動回路が駆動回路実装領域５に実装される。

対向基板３における電極基板１と対向する面には、図２に示すように、顔料あるいはクロム等の金属から成り光を遮光するブラックマトリクス６が形成されている。そして、ブラックマトリクス６間を埋めるように顔料あるいは染料からなる色材７が形成される。色材７は例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタである。さらにブラックマトリクス６および色材７を覆うようにオーバーコート膜８が形成されている。また、電極基板１および対向基板３の液晶９と接する面全体には配向膜１０が形成されている。本実施の形態においては、表示領域２内から延びているオーバーコート膜８端部はシール材４の直下にあり、外周のオーバーコート膜８と分離されている。すなわち、オーバーコート膜８の端部はシール材４の外形端より内側に配置されている。

次に、本発明の実施の形態１における液晶表示装置の製造方法を説明する。ガラス基板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、および画素電極等の複数の電極を形成し、電極基板１を形成する。ソース配線は、アモルファスシリコン０．２μｍ、Ｃｒ０．１μｍ、Ａｌ０．３μｍより形成し、ゲート絶縁膜はＳｉＮ０．４μｍ、画素電極はＣｒ０．１μｍより形成する。さらに、この電極基板上に転写法により配向膜１０（日本合成ゴム社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、硬化した配向膜１０をナイロン系のラビング布を装着したローラーを用いてラビング処理を行う。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１が形成される。次に、スペーサ（ナトコペイント社：ＫＳＥ、スペーサ径４．０±０．２μｍ）を散布する。スペーサの分布密度は平均３００個／ｃｍ^２（ばらつき２００〜３００個／ｃｍ^２）とする。

続いて、別のガラス基板上にフォトリソグラフィ法により顔料あるいはクロム等の金属から成り光を遮光するブラックマトリクス６、顔料あるいは染料からなる色材７を形成する。オーバーコート膜８を作成する際も、例えばＪＳＲ社製のＮＮ７０１を用いて、フォトリソグラフィ法によるマスクパターニングにより、前述した本発明の実施の形態１、２、３のオーバーコート膜８のパターン形成を行う。ここで、オーバーコート膜８は、シール材４が形成される領域において、枠状に除去されている。よって、シール材４の内側のオーバーコート膜８とシール材４の外側のオーバーコート膜８とが分離する。これにより、表示領域２に設けられたオーバーコート膜８の端部がシール材１２の直下に位置する。

このように作成した基板に配向膜１０（日本合成ゴム社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、対向基板３を形成する。さらに、対向基板３の配向膜１０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４をディスペンサ法により塗布する。ここで、シール材４が、表示領域２に配置されるオーバーコート膜８に外形端全周を跨ぐよう、シール材４を枠状に塗布していく。次に、電極基板１上の各画素電極領域と対向基板３の色材７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℃の熱を加えながらシール材４を硬化させる熱圧着を行う。その後、減圧法により液晶９を基板間隙に注入し封止する。

このように、表示領域２内から延びているオーバーコート膜８端部がシール材４の外形端より内側に配置し、外周のオーバーコート膜８と分離された構成とする。これにより、液晶駆動部分のオーバーコート膜８は外気と接触することがなくなり、吸湿を抑制することができる。イオンの移動は水分を媒介として起きるため、オーバーコート膜８の分極は発生せず、焼き付きが抑制され、表示品質が向上する。

発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２を図３により説明する。図３は実施の形態２における液晶表示装置の断面図を示している。本実施の形態では実施の形態１と異なる構成のオーバーコート膜８を有していて、それ以外の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。また、実施の形態２における液晶表示装置の製造方法は、実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

図３において、図１、図２と同じ構成部分については同一の符号を付し、差異について説明する。図３においては、実施の形態１とは異なり、オーバーコート膜８はシール材４の外側の側面よりも内側のみに形成されているものである。すなわち、表示領域２内から延びているオーバーコート膜８端部がシール材４の外形端より内側に配置し、外周から延びているオーバーコート膜８は除去されている。従って、シール材４の外形端より外側にはオーバーコート膜８が設けられていない。本実施の形態では、オーバーコート膜８のパターン形成工程で、シール材４の外側部分となるオーバーコート膜８を全て除去している。

このように、表示領域２内から延びているオーバーコート膜８端部がシール材４の外形端より内側に配置し、外周から延びているオーバーコート膜８が除去された構成とすることで、実施の形態１と同様に、液晶駆動部分のオーバーコート膜８は外気と接触することがなくなり、吸湿を抑制することができる。イオンの移動は水分を媒介として起きるため、オーバーコート膜８の分極は発生せず、焼き付きが抑制され、表示品質が向上する。

発明の実施の形態３．
本発明の実施の形態３を図４により説明する。図４は実施の形態３における液晶表示装置の断面図を示している。本実施の形態では実施の形態１、２と異なる構成のオーバーコート膜８を有していて、それ以外の構成は実施の形態１、２と同様であるため説明を省略する。

図４において、図１、図２と同じ構成部分については同一の符号を付し、差異について説明する。図４においては、上記実施の形態１、２とは異なり、オーバーコート膜８はシール材４の内側の側面よりも内側に形成されているものである。すなわち、オーバーコート膜８の端部がシール材４の内形端よりも内側に形成されている。従って、シール材４の直下にはオーバーコート膜８が設けられていない。

次に、実施の形態３における液晶表示装置の製造方法を説明する。本実施の形態では実施の形態１、２と異なる構成のオーバーコート膜８を有しており、シール材４は表示領域２に配置されるオーバーコート膜８の外形端の外側に枠状に塗布される。従って、シール材４は表示領域２内より延びているオーバーコート膜８と重なることなく、分離されている。シール材４の形成場所以外の製造方法は、実施の形態１、２と同じであるため説明を省略する。

このように、オーバーコート膜８の端部がシール材４の内形端よりも内側に形成された構成とすることで、実施の形態１、２と同様に、液晶駆動部分のオーバーコート膜８は外気と接触することがなくなり、吸湿を抑制することができる。イオンの移動は水分を媒介として起きるため、オーバーコート膜８の分極は発生せず、焼き付きが抑制され、表示品質が向上する。

図４においては、オーバーコート膜８はシール材４の内形端よりも内側のみに形成される例について示しているが、シール材４の内形端よりも外側に形成されるオーバーコート膜８が存在してもよく、シール材４の内形端よりも内側に形成されているオーバーコート膜８はシール材４の内形端よりも外側に形成されるオーバーコート膜８と分離されていればよい。本実施の形態では、オーバーコート膜８のパターン形成工程で、シール材４と重複する部分、及びその外側のオーバーコート膜８を全て除去している。

以下に実施の形態１〜３の評価方法について説明する。具体的には、上述のように液晶パネルを作成した後、焼き付き評価を行う。２時間同一パターンを表示後、中間調パターンに切り替え、それまで表示されていた表示パターンの視認性について確認する。実施の形態１〜３において、焼き付きは発生しない。

しかし、対向基板３の作成後、液晶パネル作成までの間、対向基板３が空気中に、ある一定期間放置することは生産上の都合でしばしばある。この対向基板３を用いて作成されたパネルの焼き付き評価を行うと、焼き付きが発生する。実施の形態１〜３の構成であっても、表示領域２内のオーバーコート膜８は放置期間中に大気中から既に吸湿してしまう。従って、焼き付き等が発生してしまうことがある。そのため、液晶注入前の電極基板１と対向基板３を貼り合わせた状態で、加熱処理あるいは減圧下において加熱処理を行う。

このように、液晶注入前の電極基板１と対向基板３を貼り合わせた状態で、加熱処理あるいは減圧下において加熱処理を行う工程を備えることで、オーバーコート膜８の吸湿した水分を取り除くことができる。イオンの移動は水分を媒介として起きるため、オーバーコート膜８の分極は発生せず、焼き付きが抑制され、表示品質が向上する。

次に、オーバーコート膜８の比抵抗と焼き付きとの相関について表１、２を用いて説明する。

表１は、８５℃、８５％の高温高湿槽で数日間吸湿させる前と後との、オーバーコート膜Ａ、Ｂ、Ｃの０．１ｍＨｚ（ミリヘルツ）の周波数における比抵抗の違いを示している。

表２は、高温高湿槽で吸湿させる前と後とで、上記オーバーコート膜Ａ、Ｂ、Ｃの焼き付きを目視で確認した結果を示している。焼き付き評価は、２時間同一パターンを表示後、中間調パターンに切り替え、それまで表示されていた表示パターンの視認性について確認を行う。

表１、２の結果により、焼き付きを低減するためには、オーバーコート膜の比抵抗値が０．１ｍＨｚの周波数において１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以上必要であることが分かる。

このようにして、液晶注入前の電極基板１と対向基板３を貼り合わせた状態で、２５℃の室温以上で加熱処理を行う。これにより、オーバーコート膜の吸湿した水分を取り除くことができ、比抵抗値を０．１ｍＨｚの周波数において１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以上とすることができる。従って焼き付きを低減できる。あるいは上記の加熱処理を水分の脱離を促進するために、例えば１３３．３Pa（＝１Ｔｏｒｒ）以下の減圧下で行ってもよい。これにより表示品質を向上することができる。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置の概略平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態２における液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施の形態３における液晶表示装置の断面図である。 従来の液晶表示装置の断面図である。 液晶駆動時における面内応答方液晶表示装置の電界方向を示す図である。 図６におけるオーバーコート膜中で発生する分極を示す図である。

符号の説明

１ 電極基板、２ 表示領域、３ 対向基板、４ シール材、
５ 駆動回路実装領域、６ ブラックマトリクス、７ 色材、
８ オーバーコート膜、９ 液晶、 １０ 配向膜、
１１ 画素電極、１２ 対向電極、１３ 不純物イオン

Claims (6)

1. 基板面に対して平行方向に電界を印加する画素電極と対向電極とを有する第１の基板と、
   前記第１の基板と対向配置された第２の基板と、
   表示領域を囲むよう枠状に形成され、前記第１の基板と前記第２の基板とを接着するシール材と、
   前記第１の基板と前記第２の基板と前記シール材とで形成される空間に設けられた液晶と、
   前記第２の基板に設けられ、前記液晶を配向する配向膜と、を備えた液晶表示装置であって、
   前記第２の基板の前記液晶側の面に形成され、前記表示領域の全面に渡って前記配向膜と直接接して設けられたオーバーコート膜を有し、
   前記オーバーコート膜の端部が前記シール材の直下であり該シール材の外形端より内側に該シール材により覆われて配置されている液晶表示装置。
2. 前記オーバーコート膜は、０．１ｍＨｚの周波数において比抵抗が１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 第１の基板上に該基板面に対して平行に電界を印加する画素電極と対向電極とを形成する工程と、
   第２の基板にオーバーコート膜を形成する工程と、
   液晶を配向する配向膜が表示領域の全面に渡って前記オーバーコート膜と直接接するように、前記オーバーコート膜の上から前記配向膜を形成する工程と、
   前記第１の基板又は前記第２の基板に表示領域を囲むよう枠状のシール材を形成する工程と、
   前記シール材によって前記第１の基板と前記第２の基板を貼り合わせ、前記第１の基板と前記第２の基板との間に液晶を挟持する工程と、を備え、
   前記オーバーコート膜の端部を前記シール材の直下であり該シール材の外形端より内側に該シール材により覆われるよう配置する液晶表示装置の製造方法。
4. 前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせた後、前記液晶を注入する前に２５℃以上で加熱して、オーバーコートの吸湿を低減させる工程をさらに備える請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記加熱する工程が減圧下で行うことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記オーバーコート膜は、０．１ｍＨｚの周波数において比抵抗が１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項３、４又は５記載の液晶表示装置の製造方法。

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