JP6740610B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。

高分子分散型液晶は、三次元の網状に形成された高分子（高分子ネットワーク）内において液晶が相分離した構造を有し、高分子ネットワークの側壁に沿って液晶分子の配向方向がランダムに配置している状態と、電界を印加して液晶分子が電界方向に配列した状態とで光の散乱状態と光の透過状態とをそれぞれ作り出している（例えば、特許文献１）。散乱度合いは、液晶に印加される電圧により決定され、液晶に印加される電圧は、高分子材料と液晶との分圧により決定される。

高分子分散型の液晶表示装置は、一対のガラス基板と、この一対のガラス基板間に挟持された高分子分散型液晶層と、高分子分散型液晶を封入するように一対のガラス基板を固定するシール材と、を備えている。

特開２０００−１９５８３号公報

一対のガラス基板を固定するシール材として、例えば有機系シール接着材を用いたときに、シール材付近の液晶分子が配列してしまうことがあった。シール材付近の液晶分子が配列してしまうと、液晶分子の配向方向がランダムな状態ではなくなるため、シール材付近の領域において散乱する光が弱くなることがあった。その結果、液晶分子の配向方向がランダムになっている領域と液晶分子が配列している領域とで、光の散乱状態に差が生じ、表示ムラとして視認されることがあった。

本発明の実施形態は、表示ムラを抑制する液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第１基板及び第２基板と、前記第１基板の上層に設けられた表示電極と、前記第２基板の上層に前記表示電極と対向するように設けられた共通電極と、前記表示電極と前記共通電極とが対向する状態で、前記第１基板及び前記第２基板との間に挟まれた高分子分散型液晶層と、前記第１基板と前記第２基板との間において前記高分子分散型液晶層を囲むように配置されたシール材と、前記第１基板と前記第２基板とのそれぞれの上層において、前記高分子分散型液晶層を囲むように、平面視で前記シール材と重なる位置に設けられた段差絶縁膜と、前記第１基板の上層に配置された前記段差絶縁膜上に配置された導電層と、を具備し、前記段差絶縁膜は、前記段差絶縁膜が配置された部分と前記段差絶縁膜が配置されない部分とに高さの差を生じさせ、前記第１基板および前記第２基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜の厚さの和は、前記高分子分散型液晶層の２０％以上であり、前記共通電極は、前記第２基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜上に配置され、前記シール材は導電性の粒子を含む。

本発明によれば、表示ムラを抑制する液晶表示装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一例の平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置の断面図である。 図３は、段差絶縁膜の厚さと、シール材近傍の透過率との関係の一例を説明するための図である。 図４は、第２実施形態に係る液晶表示装置の一例の断面図である。 図５は、第３実施形態に係る液晶表示装置の一例の断面図である。 図６は、比較例に係る液晶表示装置の一例の平面図である。

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［第１実施形態］
［１］液晶表示装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１０の一例の平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。
本実施形態に係る液晶表示装置は、文字や図形などの複数のキャラクタを表示するパターン表示型の高分子分散型液晶表示装置である。
液晶表示装置１０は、表示電極が設けられる第１基板２０と、共通電極が設けられかつ第１基板２０に対向配置される第２基板２１と、第１基板２０及び第２基板２１間に挟持された液晶層２２とを備える。第１基板２０及び第２基板２１は、例えばガラス基板から構成される。

第１基板２０及び第２基板２１は、表示領域（ビューエリア）ＶＡを囲む枠状のシール材２３によって貼り合わされる。液晶層２２は、シール材２３によって第１基板２０及び第２基板２１間に封止される。シール材２３は、例えば有機系の接着材から構成され、例えば印刷工程により形成される。液晶層２２の厚さ（セルギャップ）は、液晶層２２中、及びシール材２３中に混在されたギャップ材で規定され、例えば１〜１０μｍ程度である。本実施形態の液晶表示装置では、液晶層２２の厚さは略８μｍである。

液晶層２２は、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）、又は高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）により構成される。ＰＤＬＣは、高分子層（高分子ネットワーク）２２Ａ内に液晶２２Ｂが分散された構造を有しており、すなわち高分子層２２Ａ内において液晶２２Ｂが相分離した構造を有する。或いは、高分子層２２Ａ内の液晶２２Ｂが連続相を有していても良い。

高分子層２２Ａとしては光硬化樹脂を用いることができる。例えば、ＰＤＬＣは、光重合型の高分子前駆体（モノマー）に液晶を混合させた溶液に紫外線を照射し、モノマーを重合させてポリマーを形成し、そのポリマーのネットワーク中に液晶が分散される。液晶２２Ｂとしては、例えば、誘電率異方性が正（ポジ型）のネマティック液晶が用いられる。すなわち、液晶層２２に電圧が印加されない場合は、液晶分子２２Ｃが高分子層２２Ａ内にランダムに配置した状態となり、液晶層２２に電圧が印加された場合は、液晶分子２２Ｃが電界方向に立っている状態（液晶分子２２Ｃの長軸が電界方向に向いている状態）となる。

第１基板２０の液晶層２２側には、複数の信号配線２４が設けられる。信号配線２４上には、絶縁膜２５が設けられる。表示領域ＶＡにおける絶縁膜２５上には、複数の表示電極２６が設けられる。複数の表示電極２６はそれぞれ、平面形状が所望のパターンになるように加工される。表示電極２６がキャラクタのパターンに加工されることで、キャラクタ表示が可能となる。なお、図１では、簡略化して、表示電極２６の図示を省略している。

表示電極２６は、対応する信号配線２４にコンタクトプラグ２７を介して電気的に接続される。例えば、コンタクトプラグ２７は、表示電極２６と同一工程にて形成され、具体的には、絶縁膜２５にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに表示電極２６と同じ導電材料を埋め込むようにして、表示電極２６と一体となって形成される。信号配線２４は、表示電極２６の端部から表示領域ＶＡの外側まで引き出され、表示電極２６に電圧を印加する機能を有する。

表示電極２６及び絶縁膜２５の上層には、シール材２３と重なる位置に、絶縁材料により段差絶縁膜２８Ｂが設けられる。すなわち、段差絶縁膜２８Ｂは表示領域ＶＡを囲む枠状に配置されている。本実施形態では、段差絶縁膜２８Ｂの幅（断面図において基板面と略平行な方向における長さ）は、シール材２３の幅よりも広く形成されている。段差絶縁膜２８Ｂは、窒化シリコン化合物や酸化シリコン化合物等の無機絶縁材料により形成されてもよい。

表示電極２６、絶縁膜２５、及び段差絶縁膜２８Ｂの上層には、液晶層２２と接するようにして第１有機絶縁膜（図示せず）が設けられてもよい。第１有機絶縁膜は、表示領域ＶＡ全体を覆うように形成されるため、加工精度を考慮して、表示領域ＶＡ周辺でシール材２３と重なりを持つように配置される。段差絶縁膜２８Ｂ、及び第１有機絶縁膜の上層には、シール材２３が設けられる。

表示電極２６、コンタクトプラグ２７、及び信号配線２４は、透明な導電材料から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から構成される。表示電極２６、及び信号配線２４の膜厚は、例えば１００Å〜１０００Å程度である。絶縁膜２５は、例えば、膜厚１０００Å〜１００００Å程度の窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ）や酸化シリコン化合物（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁材料を含む無機絶縁膜である。第１有機絶縁膜は、例えば、膜厚１００Å〜１０００Å程度のポリイミド膜から構成される。

本実施形態では、表示電極２６の膜厚は例えば略２５ｎｍである。絶縁膜２５の膜厚は例えば略５００ｎｍである。段差絶縁膜２８Ｂの厚さは、略１６００ｎｍである。段差絶縁膜２８Ｂは、例えば、窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ）や酸化シリコン化合物（ＳｉＯｘ）等の無機絶縁材料を含む無機絶縁膜である。

第２基板２１の液晶層２２側には、共通電極３０が設けられる。共通電極３０は、表示領域ＶＡ全面に平面状に設けられ、平面視において少なくとも全ての表示電極２６と重なるサイズを有する。

第２基板２１の液晶層２２側には、平面視においてシール材２３と重なる位置に、段差絶縁膜２８Ａが設けられる。すなわち、段差絶縁膜２８Ａは表示領域ＶＡを囲むように配置されている。本実施形態では、段差絶縁膜２８Ａの幅は、シール材２３の幅よりも広く形成されている。段差絶縁膜２８Ａは、窒化シリコン化合物や酸化シリコン化合物等の無機絶縁材料により形成されてもよく、アクリル系化合物などの有機絶縁材料により形成されてもよい。

共通電極３０、及び第２基板２１の上層には、液晶層２２と接するようにして第２有機絶縁膜（図示せず）が設けられてもよい。第２有機絶縁膜は、表示領域ＶＡ全体を覆うように形成されるため、加工精度を考慮して、表示領域ＶＡ周辺でシール材２３と重なりを持つように配置される。第２有機絶縁膜および段差絶縁膜２８Ａの上層には、シール材２３が設けられる。本実施形態では、シール材２３は有機材料を含む接着剤であって、例えばアクリル系の接着剤である。シール材２３の厚さは、略４．８μｍである。

共通電極３０は、例えば、膜厚１００Å〜１０００Å程度のＩＴＯから構成される。第２有機絶縁膜は、例えば、１００Å〜１０００Å程度のポリイミド膜から構成される。本実施形態では、共通電極３０の膜厚は略２５ｎｍである。段差絶縁膜２８Ａの膜厚は、略１６００ｎｍである。段差絶縁膜２８Ａは、例えば、窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ）や酸化シリコン化合物（ＳｉＯｘ）等の無機絶縁材料を含む無機絶縁膜である。

［２］動作
上記のように構成された液晶表示装置１０の動作について説明する。液晶表示装置１０は、駆動回路（図示せず）を備える。駆動回路は、複数の信号配線２４、及び共通電極３０に電気的に接続される。駆動回路は、例えば、表示領域ＶＡ以外の周辺領域における第１基板２０上にボンディングされる。駆動回路は、外部から供給される制御信号に基づいて動作する。

上記駆動回路は、表示電極２６及び共通電極３０に電圧を印加することで、液晶層２２に電界を印加する。液晶層２２に電界を印加していない、すなわち、表示電極２６及び共通電極３０を同電圧にする場合、液晶分子がランダムに配置される。この場合、液晶層２２に白色光を入射すると、入射光が散乱して外部からは白濁した状態として観察される（白表示）。

一方、液晶層２２に電界を印加した、すなわち、表示電極２６及び共通電極３０の一方に高電圧（例えば５Ｖ）、他方に低電圧（例えば０Ｖ）を印加した場合、液晶分子が電界方向（基板に垂直な方向）に配列する。この場合、液晶層２２に白色光を入射すると、入射光が透過して外部からは透明な状態として観察される（黒表示）。なお、直流電圧を液晶層に印加し続けると液晶が劣化してしまうため、一定時間ごとに電圧の極性を反転させる反転駆動を採用しても良い。

上記動作において、液晶表示装置１０が白表示をしているときには、シール材２３から離れた表示領域ＶＡの中央部分では、液晶層２２の液晶分子２２Ｃは、配向方向がランダムに配置する。しかしながら、表示領域ＶＡのシール材２３の近傍では、液晶分子２２Ｃの配向方向が同じになるように配列してしまう。この場合、表示領域ＶＡのシール材２３の近傍において光が十分に散乱せず、白表示にムラが生じることとなる。

そこで、本実施形態の液晶表示装置では、平面視において、第１基板２０と第２基板２１との上層のシール材２３と重なる領域に、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂを設けている。段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂを設けることにより、液晶層２２とシール材２３とが接する領域を小さくすることができ、シール材２３による液晶分子２２Ｃの配向方向に対する影響を抑制している。

以下に、比較例の液晶表示装置について図面を参照して説明し、本実施形態の液晶表示装置の効果について説明する。
[比較例]
図６は、比較例に係る液晶表示装置１０の一例の平面図である。
比較例の液晶表示装置１０は、上述の実施形態の液晶表示装置において、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂを備えない構成である。

すなわち、シール材２３は、第２有機絶縁膜及び共通電極３０の上層に設けられる。シール材２３は有機材料を含む接着剤であって、例えばアクリル系の接着剤である。シール材２３の厚さは、略８μｍである。シール材２３は、共通電極３０と絶縁膜２５との間において液晶層２２を封止している。シール材２３の内側の端部は、液晶層２２と接触している。

上述のように、液晶表示装置１０が白表示をしているときには、液晶層２２の液晶分子２２Ｃはランダムに配置している。しかしながら、液晶層２２のシール材２３近傍の領域３０では、液晶分子２２Ｃの同じ方向に配列する。

ここで、比較例と上述の実施形態との液晶表示装置１０を比較すると、シール材２３が厚いほど、シール材２３と液晶層２２とが接触する領域が大きくなる。したがって、比較例の液晶表示装置１０の方がシール材２３と液晶層２２とが接触する領域が大きくなる。また、シール材２３と液晶層２２とが接触する領域が大きい方が、液晶層２２の配向方向に対するシール材２３の影響も大きくなる。図６に示すように、シール材２３の内側の端部からの距離が近い部分では領域３０も大きく、シール材２３の内側の端部から離れるにつれて領域３０は徐々に小さくなる。

図３は、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂの厚さと、シール材２３近傍の透過率との関係の一例を説明するための図である。
ここでは、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂを設けなかった場合（段差なし）と、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂの厚さ（段差絶縁膜２８Ａの厚さと段差絶縁膜２８Ｂと厚さとの和）が液晶層２２の厚さに対して２０％（段差２０％）、３０％（段差３０％）、４０％（段差４０％）の夫々の場合について、シール材２３の内側の端部かたの距離と透過率との関係の一例を示している。縦軸に示した透過率比は、表示領域ＶＡの中央部分位おける透過率を１．０としたときの透過率の比である。

いずれの場合も、シール材２３の近傍において透過率比が高くなっており、シール材２３から離れるにつれて、透過率比が１．０に収束していく傾向が得られた。更に、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂの厚さが小さいほど、シール材２３の内側の端部から離れた位置でも透過率比が大きい傾向が得られた。なお、段差絶縁部２８Ａ、２８Ｂの厚さは２０％より薄い場合でも、段差がないときと比較して、透過率比が大きくなる領域５０を小さくする効果が得られた。

この結果から、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂを設けると、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂ近傍の液晶分子２２Ｃはランダムに配置し、液晶分子２２Ｃが同じ方向に配列した領域３０が小さくなることが分かる。すなわち、上述の実施形態の液晶表示装置１０によれば、白表示の際にシール材２３近傍で光の散乱が低下することを抑制し、表示ムラを抑制することが可能となる。

[第２実施形態]
以下に、第２実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
図４は、第２実施形態に係る液晶表示装置１０の一例の断面図である。なお、図４は、図１に示すＡ−Ａ’線に沿った位置における断面の一例を示すものである。

上述の第１実施形態では、表示電極２６及び、共通電極３０を設けた後に、段差絶縁膜２８Ａを形成したが、本実施形態の液晶表示装置１０では、段差絶縁膜２８Ａを形成した後に、段差絶縁膜２８Ａ上に共通電極３０を設けている。更に、段差絶縁膜２８Ｂ上には導電層２９が配置されている。したがって、シール材２３は、共通電極３０と導電層２９との間に配置されている。また、シール材２３は導電性の粒子４０を含んでいる。シール材２３には複数の導電性粒子４０が含まれ、導電性の粒子４０の直径は、例えば２μ以上１０μｍ以下である。

上記のように段差絶縁膜２８Ａ上に共通電極３０を設けることで、共通電極３０とシール材２３に含まれる導電性の粒子４０とが電気的に接続する。また、導電層２９を段差絶縁膜２８Ｂ上に配置することで、導電層２９と導電性の粒子４０とが電気的に接続する。すなわち、シール材２３を介して、共通電極３０と導電層２９とを電気的に接続することができる。このことにより、第１基板２０上の配線から導電層２９およびシール材２３を介して、共通電極３０に共通電圧を印加することが可能となる。

上記のように、段差絶縁膜２８Ａ、２８Ｂ上に導電層２９、３０を配置した場合であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１０によれば、表示ムラを抑制することが可能となる。

[第３実施形態]
以下に、第３実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
図５は、第３実施形態に係る液晶表示装置１０の一例の断面図である。なお、図５は、図１に示すＡ−Ａ’線に沿った位置における断面の一例を示すものである。

本実施形態の液晶表示装置１０は、第２基板２１上にのみ段差絶縁膜２８Ａが設けられ、段差絶縁膜２８Ｂを備えていない。本実施形態では、段差絶縁膜２８Ａは厚さが１６００ｎｍであって、液晶層２２の厚さは６．４μｍである。

段差絶縁膜は第１基板２０の上層と第２基板２１の上層との両方に設ける必要はなく、第１基板２０と第２基板２１との少なくとも一方上に設けられればよい。段差絶縁膜２８Ａを設けて、シール材２３と液晶層２２とが接触する部分を小さくすることにより、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の液晶表示装置１０によれば、表示ムラを抑制することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…液晶表示装置、２０…第１基板、２１…第２基板、２２…液晶層、２２Ａ…高分子層、２２Ｂ…液晶、２２Ｃ…液晶分子、２３…シール材、２４…信号配線、２５…絶縁膜、２６…表示電極、２７…コンタクトプラグ、２８Ａ、２８Ｂ…段差絶縁膜、２９…導電層、３０…共通電極、４０…導電性の粒子、５０…領域

Claims (2)

1. 第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の上層に設けられた表示電極と、
   前記第２基板の上層に前記表示電極と対向するように設けられた共通電極と、
   前記表示電極と前記共通電極とが対向する状態で、前記第１基板及び前記第２基板との間に挟まれた高分子分散型液晶層と、
   前記第１基板と前記第２基板との間において前記高分子分散型液晶層を囲むように配置されたシール材と、
   前記第１基板と前記第２基板とのそれぞれの上層において、前記高分子分散型液晶層を囲むように、平面視で前記シール材と重なる位置に設けられた段差絶縁膜と、
   前記第１基板の上層に配置された前記段差絶縁膜上に配置された導電層と、
   を具備し、
   前記段差絶縁膜は、前記段差絶縁膜が配置された部分と前記段差絶縁膜が配置されない部分とに高さの差を生じさせ、
   前記第１基板および前記第２基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜の厚さの和は、前記高分子分散型液晶層の２０％以上であり、
   前記共通電極は、前記第２基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜上に配置され、
   前記シール材は導電性の粒子を含む、ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第１基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜は、無機絶縁膜であり、前記第２基板の上層に設けられた前記段差絶縁膜は、無機絶縁膜又は有機絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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