JP5580657B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳細には、柱状スペーサを有する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄膜トランジスタ、配向膜などを積層したＴＦＴ素子基板等のアレイ基板と、カラーフィルタ、配向膜等を積層したカラーフィルタ基板等の対向基板とが面内スペーサを用いて所定の間隔を隔てて重ね合わされている。そして、一対の対向基板間の周縁部に形成されたシールパターン内に液晶が充填されている。アレイ基板、対向基板の非対向面側には、それぞれ偏光板が配置され、片方の基板側にバックライトなどが配置されている。

面内スペーサには、球状スペーサや柱状スペーサが用いられる。柱状スペーサを用いる方式によれば、スペーサ周辺の光漏れを抑制して、コントラスト比を改善することができるので、球状スペーサを用いる場合に比して、表示品位を高めることができる。また、柱状スペーサを用いることで、スペーサ移動による配向異常を避けることが可能となり、耐振動衝撃性を向上させることができる。

しかしながら、柱状スペーサについては、以下の課題がある。柱状スペーサを配設した横電界方式の液晶表示装置においては、黒表示の際、複屈折ムラが発生する場合がある。複屈折ムラは、柱状スペーサが形成されている対向基板に対してアレイ基板が外部からの力によってずれた際に、柱状スペーサとアレイ基板とに摩擦力が生じて柱状スペーサが元の状態に戻らず、基板間に応力が残存することにより生じると考えられる。

柱状スペーサを配設した縦電界方式のＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶表示装置においては、低温において液晶層が収縮した際、その収縮にセルギャップが追従できずに、液晶層内で発砲が生じてしまう（低温発砲）という問題がある。低温発砲を解決する方法として、柱状スペーサの密度（単位面積当たりの柱状スペーサの数）を抑えてアレイ基板と柱状スペーサの摩擦を減らす方法が考えられる。しかしながら、柱状スペーサの本数を減らすことにより耐荷重特性も低下する。このため、外部から圧力が加わった際に、柱状スペーサが塑性変形してギャップムラが発生しやすくなるという問題が生じる。

そこで、柱状スペーサの塑性変形を防ぐ方法が提案されている（特許文献１〜３）。特許文献１において、第１群の柱状スペーサと対向する第１基板上には、無機膜層からなる段差膜を形成し、第２群の柱状スペーサと対向するアレイ基板上には、第２群の柱状スペーサと通常状態では間隔を有するように段差膜を形成しない構造が提案されている。特許文献２には、第１基板と第２基板との間のギャップを維持する第１柱状スペーサと、第１基板のコンタクトホールの上部に所定の離間距離をおいて第２基板上に形成された第２柱状スペーサとを有する構造が提案されている。特許文献３には、第２基板の所定部位に形成された第１柱状スペーサ及び第２柱状スペーサと、第１柱状スペーサに対応して第１基板上に形成され、第１柱状スペーサと当接する突起と、第２柱状スペーサの周辺に対応して第１基板上に形成された補償パターンを有する構造が提案されている。

特開２００５−３３８７７０号公報 特開２００７−１１３６７号公報 特開２００７−１６４１２９号公報

上記特許文献１においては、前述したように、アレイ基板上に、第１群の柱状スペーサと常時当接する段差膜を形成し、かつ、第２群の柱状スペーサと通常時は当接しないように、当該領域に段差膜を設けない構成とする必要があった。また、第１群の柱状スペーサ、第２群の柱状スペーサの両者において、周辺部で液晶分子の配向異常が発生して表示に悪影響が出ることを避けるために、基本的には、これらの柱状スペーサを遮光領域に設ける必要がある。その結果、開口率が低下してしまうという問題があった。上記特許文献２及び３においても、同様の問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、柱状スペーサの塑性変形を防止しつつ、開口率が低下しない液晶表示装置を提供することである。

本発明に係る液晶表示装置は、互いに交差して画素領域を画定するゲート配線及びソース配線と、前記ゲート配線とソース配線との交差部に形成されたスイッチング素子と、前記画素領域に形成された画素電極を具備するアレイ基板と、前記アレイ基板と対向配置され、当該アレイ基板との間に液晶が封止された対向基板と、前記対向基板の前記アレイ基板との対向面側に形成され、前記アレイ基板と前記対向基板とのギャップを保持する複数の柱状スペーサと、細線パターンとスペースパターンからなり、前記柱状スペーサの先端面が、常時、その上面に当接する土台とを備え、前記土台は、前記アレイ基板上に形成された電極又は配線と同一材料により一体的に形成されているものである。

本発明によれば、柱状スペーサの塑性変形を防止しつつ、開口率が低下しない液晶表示装置を提供することができるという優れた効果を有する。

実施形態１に係る液晶表示装置の模式的平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ切断線における模式的断面図。 実施形態１に係る液晶表示装置の表示領域内における柱状スペーサの設置位置を説明するための模式的説明図。 実施形態１に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 変形例に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 変形例に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態１に係る液晶表示用セルの模式的平面図。 実施形態１に係る液晶表示装置の製造方法を説明するためのフローチャート図。 実施形態１に係る液晶表示装置の基板面に水平な方向に圧力が加わった場合の模式的説明図。 実施形態１に係る液晶表示装置の基板面に垂直な方向に圧力が加わった場合の模式的説明図。 実施形態３に係る液晶表示装置の表示領域内における柱状スペーサの設置位置を説明するための模式的説明図。 実施形態３に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態４に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態４に係る液晶表示装置の基板面に水平な方向に圧力が加わった場合の模式的説明図。 実施形態４に係る液晶表示装置の基板面に垂直な方向に圧力が加わった場合の模式的説明図。 実施形態５に係る液晶表示装置の表示領域内における柱状スペーサの設置位置を説明するための模式的説明図。 実施形態５に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態６に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態７に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。 実施形態８に係る土台の形状を説明するための模式的平面図。

以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なる。

［実施形態１］
図１に、本実施形態１に係る液晶表示装置１００の平面図を、図２に、液晶表示装置１００の一部を拡大した模式的断面図を示す。本実施形態１に係る液晶表示装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor））を有するアクティブマトリクス型の表示装置である。ここでは、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶を用いる縦電界モードの透過型の液晶表示装置について説明する。なお、説明の便宜上、図１においては対向基板等の図示を省略している。

液晶表示装置１００は、図２に示すように、第１基板としてのアレイ基板１０と、アレイ基板１０に対向配置される第２基板としての対向基板２０を備える。そして、この一対の基板間の周縁に形成されたシールパターンにより両基板が貼り合わされ、その間に液晶７が充填されている。

アレイ基板１０は、光透過性を有するガラス基板等からなる第１絶縁性基板１１を備える。第１絶縁性基板１１の対向基板２０との対向面には、液晶７を配向させるための第１配向膜１６が形成され、外側主面には第１偏光板１７が配設されている。第１配向膜１６の下層には、液晶７を駆動する電圧を印加する画素電極１５、画素電極１５に電圧を供給するＴＦＴ等のスイッチング素子（不図示）、スイッチング素子に信号を供給する配線１２等を備える。また、スイッチング素子、配線１２を覆う絶縁膜１４、スイッチング素子に供給する信号を外部から受け入れる端子電極１３、端子電極１３から入力された信号を後述する共通電極２４へ伝達するためのトランスファ電極（不図示）等を備える。アレイ基板１０には、その名称の如く画素電極１５やスイッチング素子が画素毎にアレイ状に配置されている。

対向基板２０は、光透過性を有するガラス基板等からなる第２絶縁性基板２１を備える。第２絶縁性基板２１のアレイ基板１０との対向面には、液晶７を配向させるための第２配向膜２６が形成され、外側主面には第２偏光板２７が配設されている。第２配向膜２６の下層には、アレイ基板１０上に設けられた画素電極１５との間に電界を印加して液晶７を駆動する共通電極２４を備える。共通電極２４の下部には、カラーフィルタ層２３、遮光層２２等を備える。

共通電極２４は、アレイ基板１０と対向基板２０間に形成されたトランスファ材（不図示）を介して、アレイ基板１０上に配置されたトランスファ電極（不図示）と電気的に接続されるように構成されている。そして、外部から端子電極１３に入力された信号は、トランスファ電極及びトランスファ材を介して共通電極２４に伝達するように構成されている。これにより、共通電極２４に共通電位が供給され、画素電極１５と共通電極２４の間で電界を生じることによって液晶７を駆動することができる。

アレイ基板１０と対向基板２０との間隙における周縁領域には、表示領域８を囲むように、パネル内シール３が形成されている（図１参照）。パネル内シール３は、図１に示すように液晶を注入するための液晶注入口３ａを備える。

アレイ基板１０は、図２に示すように、対向基板２０より外径寸法が大きく、対向基板２０との非対向領域に、上記端子電極１３が配置されている。アレイ基板１０と対向基板２０との間隙は、面内スペーサである柱状スペーサ５によって、所定の間隔となるように保持されている。柱状スペーサ５は、対向基板２０側に製造工程段階で形成され、柱状スペーサ５がアレイ基板１０の所定領域と重なるように対向基板２０とアレイ基板１０を貼り合わせることにより、液晶表示装置１００内に配置される。

液晶表示装置１００は、上記の他、各種駆動信号を発生する制御基板３１、制御基板３１を端子電極１３に電気的に接続するＦＦＣ（Flexible Flat Cable）３２、バックライトユニット（不図示）等も備えている。バックライトユニットは、液晶表示パネルの背面側から光を照射するように、液晶表示装置１００の反視認側に配置されている。

次に、本実施形態１に係る液晶表示装置１００の動作について説明する。制御基板３１から電気信号が入力されると、各種信号がＦＦＣ３２を介して端子電極１３に供給される。そして、端子電極１３から、走査信号や表示信号が配線１２に供給される。これにより、配線１２と電気的に接続された画素電極１５に表示電圧が印加される。また、端子電極１３から入力された信号がトランスファ電極及びトランスファ材を介して共通電極２４に伝達し、共通電極２４に共通電位が供給される。これにより、画素電極１５及び共通電極２４間に電界が発生する。

画素電極１５と共通電極２４との間の電界に応じて液晶７の分子の方向が変わる。そして、バックライトユニットの発する光がアレイ基板１０、液晶７、対向基板２０を介して外部へ透過あるいは遮断されることにより、液晶表示装置に映像等が表示される。

図３に、本実施形態１に係る液晶表示装置１００の柱状スペーサ５の設置位置を説明するための模式的平面図を示す。説明の便宜上、説明に必要な部材のみを図示する。以降の図においても同様とする。

アレイ基板１０上には、矩形状に形成された表示領域８と、この外側に枠状に形成された額縁領域９を有する（図１参照）。表示領域には、複数のゲート配線５１と複数のソース配線５２が形成されている（図３参照）。ゲート配線５１は、図３中の横方向に延在し、縦方向に複数並設されている。ソース配線５２は、ゲート配線５１と絶縁層（不図示）を介して交差するように、図３中の縦方向に延在し、横方向に複数並設されている。

ゲート配線５１とソース配線５２の交差点付近には、マトリクス状にＴＦＴ６０が設けられている。そして、隣接するゲート配線５１とソース配線５２とで囲まれた領域に画素電極１５が形成され、この領域が画素５０として機能する。すなわち、ゲート配線５１とソース配線５２とで囲まれた領域が画素領域となる。さらに、この画素領域がマトリクス状に配置され、表示領域８が構成される。ＴＦＴ６０を構成するゲート電極６１、ソース電極６２及びドレイン電極６３は、それぞれゲート配線５１、ソース配線５２、及びドレイン配線５３に接続されている。ドレイン配線５３は、画素電極１５に接続されている。画素電極１５は、例えば、ＩＴＯ(Indium Thin Oxide)などの透明導電性薄膜から形成されている。

柱状スペーサ５は、対向基板２０に設けられている。柱状スペーサ５の配置位置は、柱状スペーサ５の先端面が対向基板１０の土台５５と当接する位置に配設されている。土台５５は、ドレイン配線５３の一部の領域に配設されている。具体的には、ドレイン配線５３のうち、ＴＦＴ６０を構成するドレイン電極３が形成されていない側の端部に、土台５５が設けられている。

図３中の符号７０は、ブラックマトリックスである。表示領域８に形成される柱状スペーサ５は、周辺部で液晶分子の配向異常が発生して表示に悪影響が出ることを避けるために、基本的には、これらの柱状スペーサを遮光領域とする必要がある。本実施形態１においては、柱状スペーサ５が設置される領域に、ブラックマトリックス７０が配設されるように設計されている。

図４Ａに、土台５５近傍のドレイン配線５３の模式的平面図を示す。土台５５は、複数の細線パターンであるラインパターン５６と、スペースパターン５７を有する。本実施形態１の例においては、４本の幅細のラインパターン５６と、隣接するラインパターン５６間に形成された３つのスペースパターン５７により土台５５が形成されている。図４Ａ中の点線の位置に、柱状スペーサ５の先端面が当接される。スペースパターン５７は、ドレイン配線５３が形成されていない空隙部となっている。

本実施形態１においては、柱状スペーサ５の先端面の直径Ｄ１と、ドレイン配線５３の幅は、略同一となるようにし、土台５５内に、柱状スペーサ５の先端面が収まるようにした。柱状スペーサ５の先端面の重心位置が安定するように配置することが、均一にセルギャップを形成するためや、耐振動衝撃性の観点から好ましい。土台５５に対する柱状スペーサ５のサイズは、適宜、設定することが可能である。例えば、図４Ｂに示すように、ドレイン配線５３の幅を柱状スペーサ５の直径よりも大きくしてもよい。また、図４Ｃに示すように、ドレイン配線５３の幅を柱状スペーサ５の直径よりも小さくなるようにしてもよい。

続いて、本実施形態１に係る液晶表示装置用セル２００について説明する。図５は、本実施形態１に係る液晶表示装置用セル２００の模式的平面図である。液晶表示装置用セル２００は、第１マザー基板１、第２マザー基板２からなる一対の基板を備える。図２の例においては、説明の便宜上、第１マザー基板１、第２マザー基板２の他、パネル内シール３、周縁シール４、柱状スペーサ５、周縁封止材６のみを図示する。

液晶表示装置用セル２００は、後述する分断工程において、第１マザー基板１及び第２マザー基板２を分断することにより複数の液晶表示パネルが得られる。図５の例においては、矩形状の一対のマザー基板に、４×４個の液晶表示パネルが形成されている例を示している。周縁シール４、周縁封止材６は、両者併せて封止手段として機能する。これにより、第１マザー基板１、又は／及び第２マザー基板２を薄型加工する際に、水やエッチング液等が侵入することを防止する。

一対のマザー基板間における周縁領域は、全周に亘って周縁封止材６により封止されている。なお、薄型加工する際に水やエッチング液等の侵入を防ぐことができれば、必ずしも周縁封止材６が基板端部全周に亘って形成されていなくてもよい。柱状スペーサ５は、液晶表示パネル形成領域のみならず、一対のマザー基板間の周縁部近傍領域Ａ１にも形成されている（図５参照）。

次に、本実施形態１に係る液晶表示装置用セル２００及び液晶表示装置１００の製造方法について図６のフローチャート図を用いて説明する。

まず、第１マザー基板１及び第２マザー基板２にそれぞれ複数のアレイ基板部、カラーフィルタ基板部を作製する（ステップＳ１）。具体的には、ガラス基板からなる第１マザー基板１の一主面に、端子電極１３、絶縁膜１４、画素電極１５，ゲート配線５１、ソース配線５２、ドレイン配線５３、土台５５、ＴＦＴ６０等を形成する。また、ガラス基板からなる第２絶縁性基板２１の一主面に、遮光層２２、着色層２３、及び共通電極２４をパターン形成する。これらは、成膜、フォトリソグラフィー法によるパターニング、エッチング等により得ることができる。第１マザー基板１、第２マザー基板２から多数の液晶表示装置１００が効率よく製造できるように、各マザー基板の短辺、及び長辺と平行に液晶表示装置の面付けが並ぶように規則正しく配置する。

さらに、本実施形態１においては、第２マザー基板２上に柱状スペーサ５を形成する。柱状スペーサ５は、前述したとおり、各液晶表示パネルの他、第２マザー基板２の周縁部近傍領域Ａ１にも形成する。但し、第２マザー基板２の周縁部近傍領域Ａ１の柱状スペーサの密度は、その他の領域の柱状スペーサの密度よりも低くなるようにする。

柱状スペーサ５の材料、及び製造方法は、特に制限なく公知の材料、製造方法を適用することができる。製造工程を簡便化する観点からは、感光性樹脂を用いることが好ましい。本実施形態１に係る柱状スペーサ５は、まず、感光性樹脂等をスピンコート方式により塗布することにより塗膜を形成し、露光、現像等のフォトリソグラフィー工程を経て、柱状スペーサ５を形成する。柱状スペーサ５の設置位置やサイズについては、後述する。

次に、基板洗浄工程において、アレイ基板部が形成されている第１マザー基板１を洗浄する（ステップＳ２）。そして、配向膜形成工程において、第１マザー基板１の画素電極１５が形成された面に、第１配向膜１６を形成する（ステップＳ３）。この工程では、例えば印刷法により有機膜からなる第１配向膜１６を塗布し、ホットプレートなどにより、焼成処理して乾燥させる。その後、ラビング工程において、第１配向膜１６にラビングを施すことにより配向処理を行う（ステップＳ４）。

第２マザー基板２についても、上記ステップＳ２からステップＳ４と同様の工程、すなわち、基板洗浄、第２配向膜２６形成、及びラビング処理を行う。なお、第２絶縁性基板２１の場合、共通電極２４が形成された面に、第２配向膜２６を形成する。

続いて、シール材塗布工程において、スクリーン印刷装置により、第１マザー基板１若しくは第２マザー基板２の一方の対向面に、シール材によりパネル内シール３、周縁シール４の塗布処理を行う（ステップＳ５）。シール材には、例えばエポキシ系接着材等の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂を用いる。周縁シール４には、シール硬化工程において、液晶表示パネル内に溜まったガスを基板外に放出するためのガイドを設けることが好ましい。次に、トランスファ材塗布工程において、第１マザー基板１、若しくは第２マザー基板２の一方の対向面に、トランスファ材の塗布処理を行う（ステップＳ６）。

その後、貼り合わせ工程において、第１マザー基板１と第２マザー基板２とを貼り合わせる（ステップＳ７）。これにより、それぞれのアレイ基板部及びカラーフィルタ基板部が貼り合わせられ、図５に示すように、複数の液晶表示パネルがアレイ状に形成される。そして、シール硬化工程において、第１マザー基板１と第２マザー基板２とを貼り合わせた状態で、パネル内シール３及び周縁シール４を完全に硬化させる（ステップＳ８）。この工程は、例えば用いるシール材の材質に合わせて熱を加えることや、紫外線を照射することにより行われる。

次いで、第１マザー基板１と第２マザー基板２とが貼り合わされた状態で、両基板間の周縁部の全周を覆うように周縁封止材を形成する（ステップＳ９）。この工程では、一対のマザー基板の厚み方向に圧力を加えた状態で、一対のマザー基板の間隙の側面部全周に、封止材として硬化型樹脂を塗布する。その後、一対のマザー基板に加えられた圧力を解除することにより、一対のマザー基板の間隙の周縁部近傍領域に硬化型樹脂が引き込まれる。そして、硬化型樹脂に光を照射することにより、一対のマザー基板の全周に周縁封止材が形成され、封止される。これにより、周縁シールのガイド部が塞がれる。

一対のマザー基板間の周縁部に封止パターンを形成した後、第１マザー基板１、第２マザー基板２のいずれか一方、若しくは両基板に対してガラス薄型加工を施す（ステップＳ１０）。この薄型加工は、物理的な研磨や薬液などによる化学的な研磨等を適宜選択する。いずれの方法を用いた場合にも、薄型加工後に水による洗浄が行われる。このようにして液晶表示装置用セルが製造される。

次に、セル分断工程において、貼り合わされた一対のマザー基板を多数の個別のセル（液晶表示パネル）に分断する（ステップＳ１１）。この分断工程において、個別セルに不要な基板周縁部は切断除去される。基板周縁部に形成された柱状スペーサ５や周縁封止材６、周縁シール４についても不要な周縁部として除去される。

そして、液晶注入工程において、個々の個別セルに対して液晶注入口３ａから液晶７を注入する（ステップＳ１２）。この工程は、液晶７を液晶注入口３ａから真空注入により充填することにより行われる。さらに、封止工程において、液晶注入口３ａをパネル封止材（不図示）によって封止する（ステップＳ１３）。この工程では、液晶表示装置用セルの厚み方向に圧力を加えた状態で、液晶注入口３ａに、パネル封止材として硬化型樹脂を塗布する。その後、液晶表示装置用セルに加えられた圧力を解除することにより、液晶注入口３ａ内へ硬化型樹脂が引き込まれる。そして、硬化型樹脂に光を照射することにより、パネル封止材が形成される。その後、偏光板貼付工程において、液晶セルに第１偏光板１７、第２偏光板２７を貼り付け（ステップＳ１４）、制御基板実装工程において、制御基板３１を実装する（ステップＳ１５）。上記工程を経て、液晶表示装置１００が完成する。

次に、本実施形態１の態様により、本発明の目的が達成できる理由について説明する。図７Ａは、液晶表示装置１００が基板面に水平な方向の外圧力を受けた場合の模式的説明図であり、図７Ｂは、液晶表示装置１００が基板面に垂直な方向の外圧力を受けた場合の模式的説明図である。これらの図は、図４ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ切断線の位置に相当する。説明の便宜上、図７Ａ及び図７Ｂにおいては、第１絶縁性基板１１、第２絶縁性基板２１、柱状スペーサ５、土台５５のみを模式的に図示する。

本実施形態１においては、土台５５をラインパターン５６及びスペースパターン５７により形成しているので、柱状スペーサ５の先端面と土台５５の当接面積を縮小させることができる。その結果、液晶表示装置１００が基板面に水平な方向の外圧力を受けた場合（図７Ａ参照）、柱状スペーサ５の先端面の全領域が当接している場合に比して、土台５５と柱状スペーサ５の先端面との摩擦力を低減させることができる。このため、基板面に水平な方向の外圧力に対し、柱状スペーサ５の塑性変形を抑制することができる。

また、液晶表示装置１００が基板面に対し垂直な方向の外圧力を受けた場合（図７Ｂ参照）、柱状スペーサ５の先端面の弾性変形により、柱状スペーサ５の先端面の接触面積が増加する。その結果、基板面に垂直な方向の外圧力に対し、塑性変形を抑制することができる。

本発明者が鋭意検討を重ねた結果、土台５５のラインパターン５６の配線幅Ｄ２、及びスペースパターン５７の最適な幅Ｄ３について（図４参照）、以下の式（１）及び式（２）を満たすように設計することがより好ましいことがわかった。
式（１）
（表示領域の柱状スペーサの面積）／（表示領域の面積）＞０．００２
式（２）
（表示領域の柱状スペーサと土台との接触面積）／（表示領域の面積）＜０．００１

なお、上記式（１）、式（２）中の「表示領域の面積」とは、パネル内シール３で取り囲まれた表示領域８（図１参照）の面積であり、マトリクス状に配置されたすべての画素領域の和に相当する。「表示領域の柱状スペーサの面積」とは、表示領域８内に配設された柱状スペーサ５の先端面の面積の和である。また、「表示領域の柱状スペーサと土台の接触面積」とは、表示領域８内に配設された柱状スペーサ５の先端面の面積のうち、土台５５と通常時に当接している面積の和である。

上記式（１）及び式（２）より、「表示領域の柱状スペーサの面積」は、「表示領域の柱状スペーサと土台との接触面積」の２倍よりも大きく設定することが好ましいことがわかる。換言すると、それぞれの柱状スペーサ５において、柱状スペーサ５の先端面は、土台５５との当接領域よりも非当接領域を大きくすることが好ましいことがわかる。

本実施形態１においては、液晶表示装置１００として、１５．０インチＸＧＡ（1024×768フレーム）、一画素の大きさが９９μｍ×２９７μｍのものを作製した。柱状スペーサ５の設置間隔は、１０画素に１個の割合とした。柱状スペーサ５の先端面の直径Ｄ１を２８μｍとした。また、土台５５のラインパターン５６の配線幅Ｄ２を４μｍ、隣接するラインパターン５６の離間距離であるスペースパターン５７の幅Ｄ３を４μｍとした。

柱状スペーサ５の直径Ｄ１は、図４Ａに示すようにドレイン配線５３の幅と略同一とした。これらの条件は、上記式（１）及び（２）を満たす。本実施形態１においては、加圧力によるギャップムラの発生を大幅に改善できることを確認した。すなわち、加圧力による塑性変形を大幅に改善できる、加圧力に強い液晶表示装置が得られることを確認した。

本実施形態１によれば、柱状スペーサを配設したＴＮモードの液晶表示装置において、低温で液晶層が収縮した際、その収縮にセルギャップが追従できずに、液晶層内で発砲が生じてしまう（低温発砲）という問題を改善することができる。これは、土台５５にスペースを設けているので、図７Ｂに示すように、液晶層の収縮に連動して、柱状スペーサの弾性変形を促すことができるためである。基板面に垂直方向の外圧力が加わった際も、図７Ｂに示すように、柱状スペーサ５の先端面が弾性変形可能な構成としているので、耐荷重特性を向上させることができる。

上記特許文献１〜３においては、通常時に必要十分な柱状スペーサを設置した上で、外部から圧力が加わった場合に当接させる柱状スペーサを別途設ける必要があった。本実施形態１によれば、柱状スペーサの先端面と当接する土台に対し、ラインパターン５６とスペーサ５７を設けているので、通常時に当接させる領域と、外部から圧力が加わった場合に当接させる領域とを１つの柱状スペーサ内で実現することができる。従って、効率よく柱状スペーサを設けることが可能とる。しかも、ドレイン配線５３と同一材料により一体的に土台を設けているので土台を設けるスペースを効率的に確保することができる。その結果、開口率低下を抑制できる。

また、さらに、土台５５を、ドレイン配線５３と同一の材料により形成することにより、部材の増加等を防止することができる。また、本実施形態１によれば、塑性変形を抑制することができるので、応力ムラや高温時の重力ムラの問題も改善することができる。

なお、上記の液晶表示装置１００の構成は一例であり、他の構成であってもよい。また、液晶表示装置１００の動作モードは、ＴＮ（Twisted Nematic）モードに限定されるものではなく、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード、強誘電性液晶モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＭＶＡ（Multidomain Vertical Alignment）モード等でもよい。駆動方法は、単純マトリクスやアクティブマトリクス等でもよい。さらに、図１において対向基板２０に設けた共通電極２４をアレイ基板１０側に配置して、画素電極１５との間に横方向に電界を印加して液晶を駆動する横電界方式（ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード等）を用いた液晶表示装置に適用することもできる。なお、横電解方式の液晶表示装置に適用した場合においては、横電解方式の液晶表示装置特有の課題である複屈折ムラの改善に対して特に有効である。

[実施形態２]
次に、上記実施形態１とは異なる構造の液晶表示装置の一例について説明する。なお、以降の説明において、上記実施形態と同一の要素部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

本実施形態２に係る液晶表示装置は、横電界方式のＦＦＳモードである点において、上記実施形態１に係る液晶表示装置と相違する。すなわち、上記実施形態１のＴＮモードは、基板に垂直な縦電界を印加し、電圧の印加状況に応じて液晶分子を基板面に対して立ち上がらせたり、倒したりすることにより表示状態を変化させる方式であったのに対し、本実施形態２に係るＦＦＳモードは、基板に平行な横電界を印加することによって、基板に平行な面内において液晶分子を動かしてオンとオフの表示状態を変化させる方式である。

本実施形態２に係る液晶表示装置は、画素電極として機能する平板状電極、共通電極として機能するスリット電極がアレイ基板上に形成されている。アレイ基板の構成は、上記実施形態１の図３で示した構成を具備する点を除き、公知のＦＦＳモードの液晶表示装置を制限なく適用することができる。本実施形態２に係る柱状スペーサ５は、図３に示すように、ドレイン配線５３から延在された土台５５と当接するように配設されている。例えば、ＦＦＳモードの液晶表示装置における平板状電極は、図３において実施形態１で説明したドレイン配線５３に接続される画素電極１５と同様に形成し、スリット電極は、図３において図示されないが、画素電極１５よりも上層に絶縁層を介して配置し、全ての画素のスリット電極が電気的に接続されて同電位となる様に構成するとよい。なお、別のＦＦＳモードの液晶表示装置の例として、ドレイン配線５３にスリット電極を接続し、ドレイン配線５３及びスリット電極より下層に、絶縁層を介して共通電極として機能する平板状電極を全ての画素に亘って配置し、同電位となる様に構成してもよい。

本実施形態２に係る液晶表示装置は、上記実施形態１と下記の条件を同一として作製した。すなわち、１５．０インチＸＧＡ（1024×768 フレーム）、一画素の大きさが９９μｍ×２９７μｍの液晶表示装置を作製した。柱状スペーサ５の設置間隔は、１０画素に１個の割合とした。柱状スペーサ５の先端面の直径Ｄ１を２８μｍとした。また、土台５５のラインパターン５６の配線幅Ｄ２を４μｍ、隣接するラインパターン５６の離間距離であるスペースパターン５７の幅Ｄ３を４μｍとした。

柱状スペーサ５の先端面は、図４Ａに示すようにドレイン配線５３の幅と略同一とした。本実施形態２においては、加圧力によるギャップムラの発生を大幅に改善できることを確認した。すなわち、加圧力による塑性変形を大幅に改善できる、加圧力に強い液晶表示装置が得られることを確認した。

本実施形態２によれば、柱状スペーサを配設したＦＦＳモードの液晶表示装置において、黒表示の際、複屈折ムラが生じてしまうという問題を改善することができる。これは、柱状スペーサの先端面と土台との接触面積を低減させているので、アレイ基板と柱状スペーサ先端面との摩擦を、柱状スペーサの先端の全領域が当接する場合に比して減らすことができるためである。しかも、基板面に垂直方向の圧力が加わった際も、図７Ｂに示すように、柱状スペーサ５の先端面が弾性変形可能な構成としているので、耐荷重特性を向上させることができる。従って、液晶表示装置１００に外圧力が加わった場合に、塑性変形を抑制することができる。

また、本実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の理由により、設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。

なお、本実施形態２においては、ＦＦＳモードについて説明したが、ＩＰＳモード等にも適用することが可能であることは言うまでもない。

[実施形態３]
図８に、本実施形態３に係る液晶表示装置について説明する。本実施形態３に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態１と同様である。すなわち、上記実施形態１においては、土台５５がドレイン配線５３の延在領域に配設されていたのに対し、本実施形態３においては、土台５５ｂがドレイン配線５３ｂではなく、ゲート配線５１ｂ上に配設されている点において相違する。

図９に、土台５５ｂ近傍のゲート配線５１ｂの模式的平面図を示す。土台５５ｂは、複数のラインパターン５６ｂとスペースパターン５７ｂを有し、ゲート配線５１ｂの一部を構成している。すなわち、ゲート配線５１ｂ内の所定箇所に土台５５ｂを形成するために、スペースパターン５７ｂが設けられている。

柱状スペーサ５の先端面の直径Ｄ１と、ドレイン配線５３の幅は、上記実施形態１と同様に略同一となるようにし、土台５５内に、柱状スペーサ５の先端面が収まるようにした。

本実施形態３によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。

[実施形態４]
本実施形態４に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態３と同様である。すなわち、上記実施形態３においては、ゲート配線５１ｂに設けられた土台５５ｂのスペースパターン５７ｂが、ゲート配線５１ｂの上面と下面を貫通する開口部であったのに対し、本実施形態４に係るゲート配線に設けられた土台の空隙部は、ゲート配線の上面に形成された凹部形状となっている点において相違する。

図１０に、土台５５ｃ近傍のゲート配線５１ｃの模式的平面図を示す。土台５５ｃは、複数のラインパターン５６ｃと凹部５７ｃを有し、ゲート配線５１ｃの一部を構成している。すなわち、ゲート配線５１ｃ内の所定箇所に土台５５ｃを形成するための凹部５７ｃが設けられている。

凹部５７ｃは、ゲート配線５１ｃ内の土台５５ｃにおいて、ゲート配線５１ｃの上面側に凹部形状となるように形成されている。

図１１Ａは、液晶表示装置が基板面に水平な方向の外圧力を受けた場合の模式的説明図であり、図１１Ｂは、液晶表示装置が基板面に垂直な方向の外圧力を受けた場合の模式的説明図である。これらの図は、図１０のＸＩ−ＸＩ切断線の位置に相当する。説明の便宜上、第１絶縁性基板１１、第２絶縁性基板２１、柱状スペーサ５、土台５５ｃのみを図示する。

本実施形態４においては、土台５５ｃをラインパターン５６ｃ及び凹部５７ｃにより形成しているので、柱状スペーサ５の先端面と土台５５ｃの当接面積を縮小させることができる。その結果、液晶表示装置が基板面に水平な方向の外圧力を受けた場合（図１１Ａ参照）、柱状スペーサ５の先端面の全領域が当接している場合に比して、摩擦力を低減させることができる。このため、基板面に水平な方向の外圧力に対し、塑性変形を抑制することができる。

また、液晶表示装置が垂直方向の外圧力を受けた場合（図１１Ｂ参照）、柱状スペーサ５の先端面の弾性変形により、柱状スペーサ５の先端面の接触面積が増加する。その結果、基板面に垂直な方向の外圧力に対し、塑性変形を抑制することができる。

本実施形態４によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。また、ゲート配線５１ｃに凹部５７ｃを設ける構成としているので、配線抵抗の増加を抑制することができる。

[実施形態５]
図１２に、本実施形態５に係る液晶表示装置について説明する。本実施形態５に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態１と同様である。すなわち、上記実施形態１においては、土台５５がドレイン配線５３の延在領域に配設されていたのに対し、本実施形態５においては、土台５５ｄがドレイン配線５３ｄではなく、ソース配線５２ｄ及びその延在領域に配設されている点において相違する。

図１３に、土台５５ｄ近傍のソース配線５２ｄの模式的平面図を示す。土台５５ｄは、複数のラインパターン５６ｄとスペースパターン５７ｄを有し、ソース配線５２ｄの一部を構成している。すなわち、ソース配線５２ｄ内の所定箇所に土台５５ｄを形成するために、スペースパターン５７ｄが設けられている。

本実施形態５においては、柱状スペーサ５の先端面の直径Ｄ１と、土台５５ｄの横幅Ｄ４は、上記実施形態１と同様に略同一となるようにした。

本実施形態５によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。また、本実施形態５のように、ソース配線５２ｄとゲート配線５１との交差部に土台５５ｄを設けることにより、ソース配線５２ｄが断線しやすいゲート配線５１ｄとの交差部の冗長性を上げることができる。その結果、歩留まりや信頼性を向上させることができる。しかも、ソース配線とゲート配線の交差部は、比較的面積を広くとれることから、開口率の低下を効果的に抑制することができる。

[実施形態６]
本実施形態６に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態１と同様である。すなわち、本実施形態６に係る土台の形状が、上記実施形態１と相違する。

図１４に、土台５５ｅ近傍のドレイン配線５３ｅの模式的平面図を示す。土台５５ｅは、複数のラインパターン５６ｅ、スペースパターン５７ｅ、連結部５８を有し、ドレイン配線５３ｅの一部を構成している。ラインパターン５６ｅと連結部５８が、細線パターンを構成する。すなわち、ドレイン配線５３ｅ内の所定箇所に土台５５ｅを形成するために、スペースパターン５７ｅが設けられている。土台５５ｅ内のスペースパターン５７ｅの形状を調整することにより、柱状スペーサ５の先端面と土台５５ｅとの接触面積や接触箇所を微調整することができる。

本実施形態６によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。

[実施形態７]
本実施形態７に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態１と同様である。すなわち、本実施形態７に係る土台の形状が、上記実施形態１と相違する。

図１５に、土台５５ｆ近傍のドレイン配線５８ｆの模式的平面図を示す。土台５５ｆは、複数のラインパターン５６ｆとスペースパターン５７ｆと連結部５８ｆを有し、ドレイン配線５３ｆの延在部にドレイン配線５３と一体的に形成されている。土台５５ｇは、閉環状のストライプ形状となっている。土台５５ｆ内のスペースパターン５７ｆの形状を調整することにより、柱状スペーサ５の先端面と土台５５ｆとの接触面積や接触箇所を微調整することができる。

本実施形態７によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。また、本実施形態７に係る土台は、図１５に示すようなストライプ状の冗長構造を採用しているので、配線切れを低減することができ、歩留まりや信頼性が向上するという優れたメリットを有する。

[実施形態８]
本実施形態８に係る液晶表示装置は、以下の点を除く基本的な構成は上記実施形態１と同様である。すなわち、本実施形態８に係る土台の形状が、上記実施形態１と相違する。

図１６に、土台５５ｇ近傍のドレイン配線５３ｇの模式的平面図を示す。土台５５ｇは、複数のラインパターン５６ｇとスペースパターン５７ｇと連結部５８ｇを有し、ドレイン配線５３ｇの延在部にドレイン配線５３ｇと一体的に形成されている。連結部５８ｇは、ドレイン配線５３ｇの土台５５ｇ側端部に形成されている。土台５５ｅは、閉環状のメッシュ形状となっている。土台５５ｇ内のスペースパターン５７ｇの形状を調整することにより、柱状スペーサ５の先端面と土台との接触面積や接触箇所を微調整することができる。

本実施形態８によれば、上記実施形態１と同様の理由により、塑性変形を抑制し、かつ設計自由度を高めつつ開口率低下を改善することができる。また、本実施形態８に係る土台は、図１６に示すようなメッシュ状の冗長構造を採用しているので、配線切れを低減することができ、歩留まりや信頼性が向上するという優れたメリットを有する。

なお、上記実施形態１〜８は、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。また、上記実施形態１〜８は、好適に組み合わせて適用することができる。例えば、土台をドレイン配線とソース配線の両者に配設したりしてもよい。また、実施形態１の説明において、実施形態１の液晶表示装置の構成が横電界方式の液晶表示装置にも適用可能であることを説明したが、実施形態３〜８で説明した土台の構成についても同様に、横電界方式の液晶表示装置と組み合わせて適用することが可能である。横電界方式の液晶表示装置と組合せた場合においては、横電界方式の液晶表示装置特有の課題である複屈折ムラの改善に対して特に有効である。

また、本実施形態１においては、柱状スペーサ５を第２絶縁性基板に形成する例について述べたが、第１絶縁性基板、第２絶縁性基板の例として、ガラス基板を用いた例について述べたが、ポリカーボネート等の他の基板についても本件発明を適用することができる。

また、上記実施形態においては、土台を構成する配線として、ゲート配線、ソース配線、ドレイン配線の例を挙げたが、これに限定されるものではなく、画素電極や共通電極を適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、透過型の液晶表装置について説明したが、反射型や半透過型のものに適用することも可能である。また、土台を形成する材料は、単層膜のみならず、積層膜としてもよい。また、上記実施形態においては、表示領域８内に配設される柱状スペーサ５を、対向基板２０上に配設されたブラックマトリックス７０と対向配置される例を述べたが、用途や目的に応じ、柱状スペーサ５がブラックマトリックス７０と対向配置されていなくてもよい。

１ 第１マザー基板
２ 第２マザー基板
３ パネル内シール
４ 周縁シール
５ 柱状スペーサ
６ 周縁封止材
７ 液晶
８ 表示領域
９ 額縁領域
１０ アレイ基板
１１ 第１絶縁基板
１２ 配線
１３ 端子電極
１４ 絶縁膜
１５ 画素電極
１６ 第１配向膜
１７ 第１偏光板
２０ カラーフィルタ基板
２１ 第２絶縁基板
２２ 遮光層
２３ カラーフィルタ層
２４ 共通電極
２６ 第２配向膜
２７ 第２偏光板
３１ 制御基板
３２ ＦＦＣ
５１ ゲート配線
５２ ソース配線
５３ ドレイン配線
５５ 土台
５６ ラインパターン
５７ スペースパターン
５８ 連結部
６０ ＴＦＴ
６１ ゲート電極
６２ ソース電極
６３ ドレイン電極
７０ ブラックマトリックス
１００ 液晶表示装置
２００ 液晶表示装置用セル

Claims (10)

1. 互いに交差して画素領域を画定するゲート配線及びソース配線と、前記ゲート配線とソース配線との交差部に形成されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続された画素電極を具備するアレイ基板と、
   前記アレイ基板と対向配置され、当該アレイ基板との間に液晶が封止された対向基板と、
   前記対向基板の前記アレイ基板との対向面側に形成され、前記アレイ基板と前記対向基板とのギャップを保持する複数の柱状スペーサと、
   複数の細線パターンとスペースパターンからなり、前記柱状スペーサの先端面が、常時、前記複数の細線パターンの上面に当接する土台とを備え、
   前記柱状スペーサの先端面は、
   通常においては平坦面よりなり、前記土台を構成する前記細線パターン上面のみで当接し、
   前記対向基板面に対して垂直方向に圧力が加わった際には弾性変形して、前記土台との接触面積が増加し、
   前記土台は、前記アレイ基板上に形成された電極又は配線と同一材料により一体的に形成されている液晶表示装置。
2. 前記柱状スペーサのそれぞれにおいて、当該柱状スペーサの先端面は、前記土台の形成領域内に収まるよう配置さ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. 前記土台は、前記アレイ基板に形成された前記ゲート配線、前記ソース配線、若しくはドレイン配線のいずれかと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記土台は、前記ゲート配線、若しくは前記ソース配線の途中において形成されると共に、細線パターンが互いに接続された閉環状であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記柱状スペーサと前記土台は、下記式（１）及び式（２）を満たすように配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
   式（１） （表示領域の柱状スペーサの面積）／（表示領域の面積）＞０．００２
   式（２） （表示領域の柱状スペーサと土台との接触面積）／（表示領域の面積）＜０．００１
   但し、前記式（１）、式（２）中の前記表示領域の面積とは、前記液晶が封止された領域内にマトリクス状に配置された前記画素領域の面積の和である。また、前記表示領域の柱状スペーサの面積とは、前記表示領域内に配設された前記柱状スペーサの先端面の面積
   の和である。また、前記表示領域の柱状スペーサと土台の接触面積とは、前記表示領域内に配設された前記柱状スペーサの先端面の面積のうち、前記土台の上面と通常時に当接している面積の和である。
6. 前記柱状スペーサのそれぞれにおいて、当該柱状スペーサの先端面は、通常時に前記土台との当接領域よりも前記土台との非当接領域の方が大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記土台は、前記ソース配線と一体的に形成され、かつ、前記ゲート配線と前記ソース配線の交差部に配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記土台は、前記対向基板に形成されたブラックマトリックスと対向配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 前記アレイ基板は、前記画素電極との間に電界を印加して前記液晶を駆動する共通電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
10. 前記対向基板の全面に前記画素電極との間に電界を印加して前記液晶を駆動する共通電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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