JP5972041B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、柱状スペーサを利用してギャップの変化を抑える液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶表示パネルと、駆動回路とを有する。駆動回路は、液晶表示パネルに所定の信号や電圧を供給する。液晶表示パネルは、一般に、一対の基板と、一対の基板の間に配置された液晶層とを有する。当該一対の基板は、例えば、アクティブマトリクス基板およびカラーフィルタ基板である。また、一対の基板は、互いに対向するように配置される。更に、透過型または半透過型の液晶表示装置は、バックライトなどの照明装置を有する。

液晶表示パネルの液晶層の厚さは、スペーサと呼ばれる部材によって規定される。スペーサとしては、基板に感光性樹脂を用いて形成された柱状スペーサが用いられている。

高い表示品位を得るためには、液晶層の厚さを所定の値に設定・維持することが重要である。そのため、柱状スペーサの構造および配置の最適化は重要な技術課題となっている。

まず、柱状スペーサには、微小な荷重に対して容易に変形する特性が要求される。これは以下の理由によるものである。例えば、液晶表示装置が低温に置かれた場合、液晶表示装置を構成する部材はすべて収縮しようとする。この場合、液晶表示装置を構成する部材の中では液晶材料の収縮率が最も大きいため、透明基板間のギャップが狭くなる方向に、当該ギャップが収縮することとなる。

このとき、柱状スペーサの変形が上記ギャップの狭まりに追従できなくなると、液晶表示装置の液晶セル内部の圧力が低くなる。その結果、液晶セル内に真空気泡（低温発泡）が発生し易くなる。

また、逆に、液晶表示装置が高温に置かれた場合、液晶表示装置を構成する部材は全て膨張しようとする。この場合においても、液晶表示装置を構成する部材の中で、液晶材料の膨張率が最も大きいため、液晶セル内部の圧力が高くなる。

柱状スペーサについては、広くなる方向へのギャップの変化にも追従できるように、液晶表示パネルを作製する際に、通常、予め柱状スペーサを圧縮して設ける。従って、ある程度の範囲であれば、液晶の熱膨張により生ずるギャップの変化に対し、柱状スペーサの弾性変形による伸張で吸収することができる。

然しながら、上記の液晶表示装置が低温に置かれた場合と同様に、ギャップの変化が大きすぎると、柱状スペーサの変形が、上記ギャップの広がりに追従できなくなり、柱状スペーサと一方の透明基板との間に隙間ができる。すなわち、透明基板間のギャップが柱状スペーサによって保持されなくなる。その結果、この柱状スペーサによって保持されなくなった体積分の液晶が自重によって下方へ流動することにより、液晶が液晶セル内部の下部にたまる。その結果、液晶表示パネルの下辺側のギャップが局所的に広くなることによって、表示上のムラ（重力ムラ）が生じる。

以上のことより、柱状スペーサは、できるかぎり広い範囲で透明基板間のギャップの変化に追従できるような特性を有することが望まれる。具体的には、柱状スペーサは、所定のギャップに対して、ギャップが狭くなる方向の変化に対しては、微小な荷重に対して容易に圧縮変形し、更に、ギャップが広くなる方向の変化に対しては、所定のギャップ時において圧縮された柱状スペーサが大きく伸張変形する特性が望まれる。

一方、柱状スペーサには、強い力を加え、その後力を除去した後の塑性変形量が小さいことが要求される。なぜなら、局所的に液晶表示パネルに比較的大きな加重が加えられ、柱状スペーサの変形量が弾性変形範囲を越えた場合、加重印加部のギャップは押しつぶされたままで狭くなり、塑性変形量、すなわち、力を除去した後の変位量が大きい場合、ギャップムラが発生するからである。

なお、局所的に液晶表示パネルに比較的大きな加重が加えられる場合としては、例えば、製造時における指押し試験等の耐圧試験時などが挙げられる。また、タッチパネルを備えた液晶表示パネルの場合には、使用時に必要以上に押圧され、結果的に大きな加重が加えられることも想定される。何れの場合にも、これら液晶表示パネルに加わる加重は映像の表示領域の中央部に加わることが多い。更に、透明基板間を貼り合わせ、液晶を封止するシールなどが近接する表示領域の周縁部に比べて、中央部では、これら加重は柱状スペーサに直接作用し、柱状スペーサを変形させる。

また、最近広く採用されるようになっている、基板面に液晶材料を滴下した後に、基板を貼り合わせる方式（以下、滴下注入法ともいう）では、液晶材料の滴下量によって液晶層の厚さ（セルギャップ）が決まる。そのため、柱状スペーサの高さと液晶滴下量のバランスが崩れると、ギャップムラが発生し易いという問題がある。

これらの対策として、特許文献１には、高さが異なる２種類の柱状スペーサを設け、且つ、低い方の柱状スペーサに、高い方の柱状スペーサの弾性変形範囲内の外部荷重が掛かるように構成した技術（以下、従来技術Ａともいう）が開示されている。従来技術Ａにより、高い方のスペーサのみで温度変化に伴うセルギャップの収縮を吸収し、低温発泡／重力ムラの発生を低減することがきる。また、圧力が加わったときには、低い方のスペーサが働き、ギャップムラの発生を抑えることができる。

特開２００３−０８４２８９号公報

しかしながら、従来技術Ａでは、以下のような問題点がある。従来技術Ａでは、高温時または低温時におけるギャップの変化を抑制することはできる。しかしながら、従来技術Ａの構成では、一般的に、映像の表示領域の周縁部よりも圧力がかかりやすい表示領域の中央部の強度は十分とはいえない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、表示領域の中央部の強度を維持しつつ、表示領域の周縁部のギャップの変化を抑えることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、映像を表示するための液晶表示パネルを備え、前記液晶表示パネルは、互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳなる関係式が満たされ、前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサとの高さの差は、前記中央部より前記周縁部の方が大きい。
本発明の別の態様に係る液晶表示装置は、映像を表示するための液晶表示パネルを備え、前記液晶表示パネルは、互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳなる関係式が満たされ、前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、前記第２基板は、前記周縁部の前記第１柱状スペーサと対向する領域である第１領域と、前記中央部の前記第１柱状スペーサと対向する領域である第２領域とを含み、前記第１領域には、前記第２領域の表面より高い段差膜が設けられる。
本発明のさらに別の態様に係る液晶表示装置は、映像を表示するための液晶表示パネルを備え、前記液晶表示パネルは、互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳなる関係式が満たされ、前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、前記第２基板は、前記中央部の前記第２柱状スペーサと対向する領域である第１領域と、前記周縁部の前記第２柱状スペーサと対向する領域である第２領域とを含み、前記第１領域には、前記第２領域の表面より高い段差膜が設けられる。

メインＰＳ構造およびサブＰＳ構造の各々は、無圧力状態において高さが同じ柱状スペーサのみを含む構造である。そのため、本発明によれば、中央部がメインＰＳ構造またはサブＰＳ構造を有する場合、当該中央部は、十分な強度を有する。

また、本発明によれば、中央部がデュアルＰＳ構造を有する場合、中央部の第１柱状スペーサのΔＰＳを、周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ未満とする。すなわち、中央部の第１柱状スペーサは、周縁部の前記第１柱状スペーサよりも、圧力に対して変形しにくい。そのため、表示領域の中央部は、周縁部よりも、十分な強度を有する。

なお、デュアルＰＳ構造は、高温時の液晶層の膨張、または、低温時の液晶層の縮小等によるギャップの変化を抑える機能がある。本発明によれば、周縁部は、デュアルＰＳ構造を有する。したがって、周縁部のギャップの変化を抑えることができる。

以上により、表示領域の中央部の強度を維持しつつ、表示領域の周縁部のギャップの変化を抑えることができる。

実施の形態１に係る液晶表示装置の平面図である。 実施の形態１に係る液晶表示装置の断面図である。 実施の形態１に係る２つの基板が対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態１に係る２つの基板が対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態２に係る２つの基板が対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態２に係る２つの基板が対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態３に係る２つの基板が対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態３に係る２つの基板が対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態４に係る２つの基板が対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態４に係る２つの基板が対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態５に係る２つの基板が対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。 実施の形態５に係る２つの基板が対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る液晶表示装置１０００の平面図である。図２は、実施の形態１に係る液晶表示装置１０００の断面図である。具体的には、図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置１０００の断面図である。

図１および図２を参照して、液晶表示装置１０００は、映像を表示するための液晶表示パネル１００を備える。なお、液晶表示装置１０００は、図示しない駆動回路、配線等も備える。当該駆動回路は、液晶表示パネル１００を駆動させるための回路である。

液晶表示パネル１００は、基板１０および基板２０と、複数の柱状スペーサ５０−１，５０−２と、液晶層３０と、シール材４０とを含む。

基板１０および基板２０は、互いに対向するように配置される。基板１０は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）が設けられたＴＦＴ基板である。基板２０は、カラーフィルタが設けられたカラーフィルタ基板である。

基板２０および基板１０には、基板２０の表面に平行な表示領域８０が設けられる。表示領域８０は、映像を表示するための領域である。図１の表示領域８０は、行列状に配列される、図示しない複数の画素から構成される。

表示領域８０は、中央部７０と、周縁部６０とを含む。中央部７０は、表示領域８０の中央の部分（領域）に位置する。周縁部６０は、表示領域８０内であって、かつ、表示領域の周縁の部分である。

液晶層３０は、基板２０と基板１０との間に充填される。具体的には、液晶層３０は、基板１０および基板２０と、シール材４０とによって包囲された領域内に封入されている。液晶層３０が封入されている領域は、シール材４０と、周縁部６０と、中央部７０とから構成される。

基板２０の表面には、弾性を有する複数の柱状スペーサ５０−１，５０−２が配置される。ここで、当該基板２０の表面は、基板１０と対向する面である。以下においては、柱状スペーサ５０−１，５０−２の各々を、単に、柱状スペーサ５０とも表記する。すなわち、液晶表示パネル１００は、複数の柱状スペーサ５０を含む。各柱状スペーサ５０は、例えば、アクリル系の透明感光性樹脂により構成される。

また、以下においては、柱状スペーサ５０の高さ方向に圧力を受けていない状態を、無圧力状態ともいう。なお、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１の高さは、無圧力状態の柱状スペーサ５０−２の高さより高い。

液晶表示パネル１００に含まれる複数の柱状スペーサ５０の少なくとも１つは、基板２０と基板１０との間にギャップを設けるように基板１０に当接する。すなわち、液晶表示パネル１００に含まれる複数の柱状スペーサ５０は、基板２０と基板１０との間にギャップを設ける。具体的には、柱状スペーサ５０−１は、基板２０と基板１０との間にギャップを設けるように基板１０に当接する。したがって、基板２０と基板１０との間隔（ギャップ）は、柱状スペーサ５０によって定められている。以下においては、ギャップを、パネルギャップともいう。

なお、本明細書の各図では、各柱状スペーサの高さの差が明確に分かるように、各柱状スペーサの高さを拡張して示している。そのため、本明細書の各図の柱状スペーサの高さおよび直径の比は正確ではない。

以下においては、弾性を有する部材が、外圧により塑性変形しない範囲であって、かつ、外圧により弾性変形可能な範囲を、弾性変形範囲ともいう。また、以下においては、弾性を有する部材の弾性変形範囲における弾性変形の限界値（最大値）を、最大変形量ともいう。

柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２との高さの差は、柱状スペーサ５０−１の弾性変形範囲内で、柱状スペーサ５０−２を、基板１０，２０間のギャップの保持に寄与させるように設定される。例えば、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２との高さの差が、柱状スペーサ５０−１の最大変形量より小さい値になるように、柱状スペーサ５０−１，５０−２の高さは設定される。

なお、現実的には、柱状スペーサ５０−１の高さ、断面積、構成材料などによって、弾性の特性は変わってくる。そのため、目安として、例えば、柱状スペーサ５０−１が、直径２０μｍ程度、高さ４μｍ程度の円柱形状を有し、かつ、柱状スペーサ５０−１が透明感光性樹脂により構成されるとする。この場合、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２との高さの差は、例えば、柱状スペーサ５０−１の高さの１割未満程度とする。具体的には、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２との高さの差は、０．４μｍ未満程度とする。

図３は、実施の形態１に係る基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図３は、液晶表示パネル１００の製造途中における各柱状スペーサの断面図である。図３（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図３（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

本実施の形態に係る液晶表示パネル１００において、表示領域８０の中央部７０には、柱状スペーサ５０−１，５０−２のうち、柱状スペーサ５０−１のみを配置している。すなわち、表示領域８０の中央部７０は、該中央部７０に柱状スペーサ５０−１のみを配置した構造を有する。以下においては、柱状スペーサ５０−１，５０−２のうち、柱状スペーサ５０−１のみを配置した構造を、メインＰＳ構造ともいう。

また、表示領域８０の周縁部６０は、該周縁部６０に柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを配置した構造を有する。以下においては、無圧力状態において、高さの異なる２種類の柱状スペーサを配置した構造を、デュアルＰＳ構造ともいう。したがって、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とが配置された周縁部６０は、デュアルＰＳ構造を有する。

以上の構成により、無圧力状態において最も高い柱状スペーサと無圧力状態において最も低い柱状スペーサとの高さの差は、中央部７０より周縁部６０の方が大きい。以下においては、無圧力状態において最も高い柱状スペーサと無圧力状態において最も低い柱状スペーサとの高さの差を、柱状スペーサの凹凸差ともいう。

すなわち、本実施の形態では、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と無圧力状態の柱状スペーサ５０−２との高さの差（柱状スペーサの凹凸差）は、中央部７０より周縁部６０の方が大きい。言い換えれば、周縁部６０における無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と無圧力状態の柱状スペーサ５０−２との高さの差は、中央部７０における無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と無圧力状態の柱状スペーサ５０−２との高さの差より大きい。なお、本実施の形態では、中央部７０には、柱状スペーサ５０−１のみが配置されるので、中央部７０の柱状スペーサの凹凸差は、０である。

柱状スペーサ５０−１，５０−２は、例えば、フォトマスクの透過率を変えることにより一回の露光工程で形成される。当該露光工程では、露光されると現像液に対して溶解性が低下するネガレジストが使用される。

具体的には、一回の露光工程において、フォトマスクの透過率を、例えば、１００％、５０％と変化させる。これにより、１００％露光され現像されずに残る領域と、不十分に露光された後現像され、膜厚が薄くなる領域とを形成することができる。

なお、フォトマスクの透過率調整は、半透過膜を利用して中間露光を行うハーフトーン方式や、露光機の解像度以下のスリットを作って光の一部を遮り中間露光を行うグレイトーン方式等が用いられる。何れの方式を利用したとしても、フォトマスクが準備できれば、一回の露光工程と現像工程によって、高さの異なる柱状スペーサを同時形成できるので、製造コストが大幅に増加することは無い。

以下においては、表示領域８０において、単位面積に対する、該単位面積における各柱状スペーサ５０が基板２０に接触している面積の総和の割合を、配置密度ともいう。当該単位面積は、例えば、１つの画素の面積である。

本実施の形態では、周縁部６０の柱状スペーサ５０の配置密度が、中央部７０の柱状スペーサ５０の配置密度とほぼ等しくなるように構成される。なお、周縁部６０の複数の柱状スペーサ５０は、複数の柱状スペーサ５０−１，５０−２から構成される。したがって、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１の配置密度は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１の配置密度より低い。例えば、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１の配置密度は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１の配置密度の約８０％である。

図４は、実施の形態１に係る基板２０が基板１０に対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図４は、液晶表示パネル１００が形成された状態における各柱状スペーサの断面図である。図４（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図４（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

なお、図４の各柱状スペーサの先端部分において点線にて示される部分は、図３で示した基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサ、すなわち、無圧力状態の各柱状スペーサの先端部を示すもので、各柱状スペーサの圧縮量の目安として示したものである。

図４に示すように、液晶表示パネル１００が形成された状態において、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１の配置密度は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１の配置密度より低い。また、中央部７０は、メインＰＳ構造を有する。すなわち、中央部７０は、無圧力状態において高さが同じ柱状スペーサ５０−１のみを含む。これにより、中央部７０は、十分な強度を有する。

以上により、ギャップ（液晶表示パネル１００）形成時には、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１よりも、高さ方向に大きく変形（圧縮）している。以下においては、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と、高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した柱状スペーサ５０−１との高さの変化量を、ΔＰＳと表記する。

図４では、実線にて示される柱状スペーサ５０−１の先端と点線にて示される無圧力状態の柱状スペーサ５０−１の先端の距離がΔＰＳに相当すると考えて良い。なお、ΔＰＳを生じさせることとなるギャップ（液晶表示パネル１００）形成時において、柱状スペーサ５０−１が受ける高さ方向の圧力は、液晶表示パネル１００の表面にかかる大気圧に概ね相当する。なお、この大気圧に対して、各柱状スペーサが圧縮されることにより生ずる反発力と液晶層の圧力、更に液晶セルの基板２０および基板１０間の残留応力などがバランスすることで、ΔＰＳの大きさと液晶表示パネル１００のギャップが決まることとなる。

また、本実施の形態によると、重力ムラの発生しやすい周縁部６０において、柱状スペーサ５０−１が大きく変形している。すなわち、ΔＰＳが大きい。そのため、中央部７０においてギャップ形成時に、柱状スペーサ５０−１の変形量以上に液晶層３０が膨張しても、周縁部６０において、液晶層３０の膨張を吸収することができる。

また、中央部７０において、柱状スペーサ５０−１は、低温時の液晶層３０の収縮に追随できればよい。そのため、中央部７０には、柱状スペーサ５０−１を比較的高密度で配置することができる。この構成により、中央部７０の強度（パネル強度）を強くすることが可能となる。

本実施の形態では、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１の配置密度は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１の配置密度より低い。そのため、仮に、周縁部６０に柱状スペーサ５０−１のみを配置した場合、すなわち、図４（ｂ）で示される構成において柱状スペーサ５０−２の配置を省略した場合、柱状スペーサ５０−１が変形しやすく、ΔＰＳを大きくすることはできるものの、必要以上にギャップが薄くなりやすい。

しかしながら、本実施の形態では、周縁部６０に、柱状スペーサ５０−１に加え、柱状スペーサ５０−２を配置する。すなわち、周縁部６０は、デュアルＰＳ構造を有する。この構成により、図４（ｂ）で示されるとおり、周縁部６０のギャップは、柱状スペーサ５０−２が若干変形する程度、すなわち、柱状スペーサ５０−２の高さより若干小さい程度に規定される。結果として、ΔＰＳを大きくすることができるとともに、周縁部６０において、極端にギャップが薄くなることを抑制することができる。すなわち、周縁部６０のギャップの変化を抑えることができる。その結果、ギャップムラの発生を防ぐことができる。

すなわち、本実施の形態では、表示領域８０の中央部７０の強度を維持しつつ、表示領域８０の周縁部６０のギャップの変化を抑えることができる。

なお、従来の液晶表示パネルにおいては、表示領域の周縁部および中央部で、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを同様に配置していた。そのため、従来の液晶表示パネルでは、高温時に液晶層が膨張することにより周縁部で発生する重力ムラと、低温時に液晶層が収縮することにより周縁部及び中央部で生じる低温発泡に対処する必要があった。そのため、中央部においても、ΔＰＳを大きくし、柱状スペーサ５０−１の配置密度を低くする必要がある。その結果、従来の液晶表示パネルでは、中央部で十分な強度（面押し強度）を確保することが出来ない。

一方、本実施の形態では、上記構成により、表示領域８０の中央部７０の強度を十分に確保することができる。

また、一般的に、柱状スペーサの弾性変形を生じやすくし、柱状スペーサの高さと液晶層の量のバランスを取り易いプロセスマージンの広い設計とするためには、高い柱状スペーサと低い柱状スペーサの高さの差を大きくすることが必要である。

しかし、単に、柱状スペーサの高さの差を大きくしただけでは、高い柱状スペーサが弾性変形範囲内に低いスペーサに加重が掛かるようにすることが出来ない。そのため、従来では、プロセスマージンとパネル強度を両立することができないという問題があった。

そこで、本実施の形態では、上記のように、中央部７０は、メインＰＳ構造を有し、周縁部６０は、デュアルＰＳ構造を有する構成とする。この構成により、十分なプロセスマージンと、パネル強度を両立することができる。

また、本実施の形態によれば、高温下で液晶層の液晶が膨張し重力により液晶が流れ落ちて生じるムラや、低温化で液晶が収縮することにより生じる気泡の発生を抑制することができる。また、さらに、液晶表示パネル１００に加重が印加された場合においても、パネル強度を確保しギャップムラの発生を抑制することができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る液晶表示装置は、実施の形態１の液晶表示装置１０００である。そのため、液晶表示装置１０００の詳細な説明は繰り返さない。本実施の形態では、柱状スペーサの配置構成が、実施の形態１と異なる。

図５は、実施の形態２に係る基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図５は、液晶表示パネル１００の製造途中における各柱状スペーサの断面図である。図５（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図５（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

図６は、実施の形態２に係る基板２０が基板１０に対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図６は、液晶表示パネル１００が形成された状態における各柱状スペーサの断面図である。図６（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図６（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

実施の形態２では、中央部７０に、柱状スペーサ５０−１，５０−２のうち、柱状スペーサ５０−２のみを配置したことを特徴とする。以下においては、柱状スペーサ５０−１，５０−２のうち、柱状スペーサ５０−２のみを配置した構造を、サブＰＳ構造ともいう。すなわち、中央部７０は、該中央部７０に柱状スペーサ５０−２のみを配置したサブＰＳ構造を有する。すなわち、中央部７０は、無圧力状態において高さが同じ柱状スペーサ５０−２のみを含む。これにより、中央部７０は、十分な強度を有する。なお、周縁部６０は、実施の形態１と同様、デュアルＰＳ構造を有する。

以上の構成により、実施の形態１と同様、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と無圧力状態の柱状スペーサ５０−２との高さの差（柱状スペーサの凹凸差）は、中央部７０より周縁部６０の方が大きい。なお、本実施の形態では、中央部７０には、柱状スペーサ５０−２のみが配置されるので、中央部７０の柱状スペーサの凹凸差は、０である。

重力ムラの発生しやすい周縁部６０においては、柱状スペーサ５０−１が高さ方向に変形（圧縮）することにより、液晶層３０の膨張を吸収することができる。柱状スペーサ５０−２は、低温時の液晶層３０の収縮時にのみ、追随すればよい。そのため、中央部７０に柱状スペーサ５０−２を、比較的高密度で配置することができる。中央部７０の強度（パネル強度）を強くすることが可能となる。

さらに、本実施の形態によれば、ギャップ（パネルギャップ）が、周縁部６０、中央部７０ともに、柱状スペーサ５０−２で規定されることになる。その結果、ギャップを均一に形成することが容易となる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態に係る液晶表示装置は、実施の形態１の液晶表示装置１０００である。そのため、液晶表示装置１０００の詳細な説明は繰り返さない。

図７は、実施の形態３に係る基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図７は、液晶表示パネル１００の製造途中における各柱状スペーサの断面図である。図７（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図７（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

図８は、実施の形態３に係る基板２０が基板１０に対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図８は、液晶表示パネル１００が形成された状態における各柱状スペーサの断面図である。図８（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図８（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

本実施の形態では、周縁部６０は、実施の形態１と同様、デュアルＰＳ構造を有する。すなわち、周縁部６０に柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを配置する。

また、中央部７０に柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−３とを配置する。柱状スペーサ５０−３は、柱状スペーサ５０−１と同じ材料で構成される。柱状スペーサ５０−３は、弾性を有する。

無圧力状態の柱状スペーサ５０−３の高さは、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１の高さより低い。柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−３との差は、例えば、０．３μｍ以上である。また、無圧力状態の柱状スペーサ５０−３の高さは、無圧力状態の柱状スペーサ５０−２の高さより高い。すなわち、中央部７０は、デュアルＰＳ構造を有する。以下においては、柱状スペーサ５０−３を、単に、柱状スペーサ５０とも表記する。

また、本実施の形態では、柱状スペーサ５０−１の配置密度は、周縁部６０より中央部７０の方が大きい。言い換えれば、中央部７０における柱状スペーサ５０−１の配置密度は、周縁部６０における柱状スペーサ５０−１の配置密度より大きい。

上記構成によれば、周縁部６０で柱状スペーサ５０−１が高さ方向に大きく変形（圧縮）していることに加え、中央部７０でも柱状スペーサ５０−１が高さ方向に変形する。すなわち、本実施の形態では、中央部７０の柱状スペーサ５０−１のΔＰＳ＜周縁部６０の柱状スペーサ５０−１のΔＰＳなる関係式が満たされる。そのため、中央部７０における液晶層３０の膨張を吸収することができる。したがって、本実施の形態によれば、液晶層３０の膨張により追随しやすくなる。

以上の構成により、実施の形態１と同様、柱状スペーサの凹凸差は、中央部７０より周縁部６０の方が大きい。

なお、柱状スペーサ５０−２と柱状スペーサ５０−３は、フォトマスクの透過率を変えて形成される。したがって、実施の形態１と同様に製造コストを大幅に増加することなく高さの異なる柱状スペーサを形成できる。但し、ハーフトーン方式により、透過率を制御する上記フォトマスクの形成を行う場合、メタルのマスクに開口部を形成し、開口部に半透過膜を形成することとなるが、フォトマスクを準備する際の作成プロセスが増加する。また、グレイトーン方式により上記形成を行う場合、スリットの密度を変えるのでフォトマスクを準備する際の工程の増加はないものの、高分解能のスリット加工プロセスを用いる必要がある。何れにしても、フォトマスクを準備する為にかかるコストは若干増加する。

或いは、柱状スペーサ５０−２と柱状スペーサ５０−３は、フォトマスクの透過率を等しくし、柱状スペーサの平面パターンの径、形状を変えることにより形成しても良い。当該柱状スペーサの形状を変える場合には、例えば、円形、楕円、四角等より異なる二種類の形状を選択すると良い。

柱状スペーサの高さは、特に柱状スペーサの平面パターンが比較的小さい場合には現像処理やベーク処理などの柱状スペーサの加工工程を経た際に、柱状スペーサの径、形状によって影響を受ける。つまり、この作用を利用することで、柱状スペーサの平面パターンの径或いは形状を異なる二種類に変えることよって、高さの異なる柱状スペーサを形成できる。この方法を用いた場合には、フォトマスクの準備にも特別なコストがかからず、柱状スペーサの設計が若干複雑化する程度で高さの異なる柱状スペーサを形成できる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態に係る液晶表示装置は、実施の形態１の液晶表示装置１０００である。そのため、液晶表示装置１０００の詳細な説明は繰り返さない。

図９は、実施の形態４に係る基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図９は、液晶表示パネル１００の製造途中における各柱状スペーサの断面図である。図９（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図９（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

図１０は、実施の形態４に係る基板２０が基板１０に対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図１０は、液晶表示パネル１００が形成された状態における各柱状スペーサの断面図である。図１０（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図１０（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

本実施の形態では、基板２０（カラーフィルタ基板）に、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを形成する。なお、本実施の形態では、中央部７０および周縁部６０の各々は、デュアルＰＳ構造を有する。

ここで、基板１０は、領域Ｒ１１と、領域Ｒ１２とを含む。領域Ｒ１１は、周縁部６０の柱状スペーサ５０−１と対向する領域である。領域Ｒ１２は、中央部７０の柱状スペーサ５０−１と対向する領域である。

基板１０の領域Ｒ１１には、領域Ｒ１２の表面より高い段差膜９０が設けられる。具体的には、基板１０の周縁部６０において、柱状スペーサ５０−１と対向する部分（領域）に段差膜９０を形成する。これにより、周縁部６０の実効的なＰＳ段差（柱状スペーサの差）を大きくする。

柱状スペーサ５０−１，５０−２の高さを変えるには、フォトマスクの透過率を変える必要や柱状スペーサの平面パターンの径や形状を変える必要があることを先に説明したが、若干のコストの増加や設計の複雑化を伴う。また、柱状スペーサ５０−１，５０−２の高さを変える場合、高さのばらつきが大きくなる可能性がある。

本実施の形態では、基板１０（アレイ側）の段差を利用することにより、基板２０（カラーフィルタ基板）のマスク設計は一様となる。その結果、周縁部６０の実効的なＰＳ段差の制御性を向上することができる。

段差膜９０は、ＴＦＴ基板を構成する走査線、共通配線、信号線、半導体層および絶縁膜のいずれかである。なお、段差膜９０は、走査線、共通配線、信号線、半導体層および絶縁膜より必要な段差に応じて適宜選択し、選択されたものを積層することにより形成されたものであってもよい。

＜実施の形態５＞
本実施の形態に係る液晶表示装置は、実施の形態１の液晶表示装置１０００である。そのため、液晶表示装置１０００の詳細な説明は繰り返さない。

図１１は、実施の形態５に係る基板２０が基板１０に対向して配置される前の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図１１は、液晶表示パネル１００の製造途中における各柱状スペーサの断面図である。図１１（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図１１（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

図１２は、実施の形態５に係る基板２０が基板１０に対向して配置された後の各柱状スペーサの断面図である。すなわち、図１２は、液晶表示パネル１００が形成された状態における各柱状スペーサの断面図である。図１２（ａ）は、中央部７０の各柱状スペーサの断面図である。図１２（ｂ）は、周縁部６０の各柱状スペーサの断面図である。

本実施の形態では、実施の形態４と同様、基板２０（カラーフィルタ基板）に、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを形成する。なお、本実施の形態では、中央部７０および周縁部６０の各々は、実施の形態４と同様、デュアルＰＳ構造を有する。

ここで、基板１０は、領域Ｒ１３と、領域Ｒ１４とを含む。領域Ｒ１３は、中央部７０の柱状スペーサ５０−２と対向する領域である。領域Ｒ１４は、周縁部６０の柱状スペーサ５０−２と対向する領域である。

基板１０の領域Ｒ１３には、領域Ｒ１４の表面より高い段差膜９０が設けられる。具体的には、基板１０の中央部７０において、柱状スペーサ５０−２と対向する部分（領域）に段差膜９０を形成する。これにより、中央部７０の実効的なＰＳ段差（柱状スペーサの差）を小さくする。本実施の形態の段差膜９０は、実施の形態４の段差膜９０と同じ構成である。

＜実施の形態６＞
本実施の形態では、実施の形態１〜５のいずれかの構成において、柱状スペーサ５０−１の配置密度が、中央部７０から周縁部６０に向って徐々に（段階的に）小さくなるよう、各柱状スペーサ５０−１は配置される。

以上の構成により、中央部７０から周縁部６０までのギャップ変化を緩やかにすることができる。したがって、ギャップムラを生じにくくすることができる。

＜実施の形態７＞
本実施の形態では、実施の形態１〜５のいずれかの構成において、無圧力状態の柱状スペーサ５０−１と無圧力状態の柱状スペーサ５０−２との高さの差が、中央部７０から周縁部６０に向って徐々に（段階的に）大きくなるよう、各柱状スペーサ５０−１および各柱状スペーサ５０−２は構成される。

以上の構成により、中央部７０から周縁部６０までのギャップ変化を緩やかにすることができる。したがって、ギャップムラを生じにくくすることができる。

なお、実施の形態１〜７においては、シール材４０と表示領域８０との間の領域（以下、額縁領域ともいう）についての基板保持については言及しなかった。しかしながら、額縁領域が、ある程度大きい場合には、当該額縁領域における保持状態もキャップムラの発生に影響する。基本的には、額縁領域では、表示領域８０の周縁部６０における柱状スペーサ５０の配置と同様の配置とするのが望ましい。

即ち、額縁領域では、同程度に柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２とを混在させて配置するのが望ましい。但し、この額縁領域においては、外力が印加された場合の基板保持に寄与する柱状スペーサ５０−２を配置する必要性は比較的小さい。そのため、額縁領域では、柱状スペーサ５０−２の構成を省略し、周縁部６０と同程度の配置密度で柱状スペーサ５０−１のみを配置する構成としても良い。この構成においても、殆ど得られる効果は変わらない。

なお、額縁領域では、実施の形態６または実施の形態７と同様に、表示領域８０内で中央部７０から周縁部６０に向い、柱状スペーサ５０−１または柱状スペーサ５０−２の構成を変化させてもよい。すなわち、額縁領域に配置する柱状スペーサ５０−１または柱状スペーサ５０−２についても、表示領域８０内の周縁部６０よりも、柱状スペーサ５０−１の配置密度を小さくしてもよい。また、額縁領域では、柱状スペーサ５０−１と柱状スペーサ５０−２の高さの差を大きくしてもよい。これにより、実施の形態６または実施の形態７と同様の作用および効果を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明は、表示領域の中央部の強度を維持しつつ、表示領域の周縁部のギャップの変化を抑えることが可能な液晶表示装置として、利用することができる。

１０，２０ 基板、３０ 液晶層、５０−１，５０−２，５０−３ 柱状スペーサ、６０ 周縁部、７０ 中央部、８０ 表示領域、９０ 段差膜、１００ 液晶表示パネル、１０００ 液晶表示装置。

Claims (5)

1. 映像を表示するための液晶表示パネルを備え、
   前記液晶表示パネルは、
   互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、
   前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、
   前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、
   高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、
   表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、
   前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、
   前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、
   前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ
   なる関係式が満たされ、
   前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、
   単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、
   前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサとの高さの差は、前記中央部より前記周縁部の方が大きい
   液晶表示装置。
2. 映像を表示するための液晶表示パネルを備え、
   前記液晶表示パネルは、
   互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、
   前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、
   前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、
   高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、
   表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、
   前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、
   前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、
   前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ
   なる関係式が満たされ、
   前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、
   単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、
   前記第２基板は、前記周縁部の前記第１柱状スペーサと対向する領域である第１領域と、前記中央部の前記第１柱状スペーサと対向する領域である第２領域とを含み、
   前記第１領域には、前記第２領域の表面より高い段差膜が設けられる
   液晶表示装置。
3. 映像を表示するための液晶表示パネルを備え、
   前記液晶表示パネルは、
   互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板の表面に配置され、前記第１基板と前記第２基板との間にギャップを設ける複数の柱状スペーサと、
   前記第１基板と前記第２基板との間に充填された液晶層とを含み、
   前記複数の柱状スペーサは、第１柱状スペーサと、第２柱状スペーサとを含み、
   高さ方向に圧力を受けていない状態である無圧力状態の前記第１柱状スペーサの高さは、前記無圧力状態の前記第２柱状スペーサの高さより高く、
   表示領域の周縁部は、前記第１柱状スペーサと前記第２柱状スペーサとを配置した構造であるデュアルＰＳ構造を有し、
   前記表示領域の中央部は、前記デュアルＰＳ構造を有し、
   前記無圧力状態の前記第１柱状スペーサと高さ方向に圧力を受けることにより圧縮した前記第１柱状スペーサとの高さの変化量をΔＰＳとした場合、
   前記中央部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ＜前記周縁部の前記第１柱状スペーサのΔＰＳ
   なる関係式が満たされ、
   前記中央部および前記周縁部の各々には複数の前記第１柱状スペーサおよび前記第２柱状スペーサが配置され、
   単位面積に対する、該単位面積における各前記第１柱状スペーサが前記第１基板に接触している面積の総和の割合である配置密度は、前記周縁部より前記中央部の方が大きく、
   前記第２基板は、前記中央部の前記第２柱状スペーサと対向する領域である第１領域と、前記周縁部の前記第２柱状スペーサと対向する領域である第２領域とを含み、
   前記第１領域には、前記第２領域の表面より高い段差膜が設けられる
   液晶表示装置。
4. 前記配置密度が、前記中央部から前記周縁部に向って徐々に小さくなるよう、各前記第１柱状スペーサは配置される
   請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記高さの差が、前記中央部から前記周縁部に向って徐々に大きくなるよう、各前記第１柱状スペーサおよび各前記第２柱状スペーサは構成される
   請求項１に記載の液晶表示装置。

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