JPH11249174A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH11249174A
JPH11249174A JP10374130A JP37413098A JPH11249174A JP H11249174 A JPH11249174 A JP H11249174A JP 10374130 A JP10374130 A JP 10374130A JP 37413098 A JP37413098 A JP 37413098A JP H11249174 A JPH11249174 A JP H11249174A
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spacer
display device
crystal display
substrate
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JP10374130A
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Chang-Hun Lee
昶 勳 李
Jung Uk Shim
政 ▲うく▼ 沈
Kyeung-Hyeon Kim
京 賢 金
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペーサの周辺で液晶配列が乱れることによ
って発生する光漏洩が減少でき、暗状態における輝度を
低めることができ、これによってコントラスト比が増加
する液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 このような目的を達成するために本発明
は、液晶表示装置において周囲の液晶分子がスペーサの
表面に対して水平又は垂直方向に配向され得る材質及び
成分のスペーサを使用して、スペーサ周辺の液晶分子の
配列を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置のパネルに対しては様々な
性能が要求されるが、その中でも応答速度、コントラス
ト比、視野角などは液晶層の厚さと密接な関係がある。
したがって、液晶層の厚さを一定に維持する必要があ
る。
【０００３】従来、液晶表示装置の２つの基板の間隔を
規制して適当な液晶層の厚さを維持するために、スペー
サを使用している。スペーサとしては、一般に荷重部の
影響によって大きさが可変な弾性体プラスチックが主に
使用されている。しかし、弾性体プラスチックを利用し
た均一な間隔形成には相当な技術が要求される。そのた
め、比較的容易に基板間隔を均一化させ得る真糸球を使
用する場合も多い。スペーサは通常、液晶表示装置の２
つの基板を結合する前に一方の基板に塗布され、スペー
サが塗布された基板と他の基板とを結合した後、その間
に液晶物質を注入して液晶表示装置のパネルを製造す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
よるスペーサを利用して液晶セルの間隔を維持する場
合、スペーサによってスペーサ周囲の液晶分子の配列が
乱れる。即ち、初期状態で一定方向に配列されている液
晶分子が、スペーサの周囲では無作為に配列するように
なる。このようになると、スペーサの周辺で光漏洩が発
生してコントラスト比が減少する。
【０００５】特に、最近新たに開発された平面駆動方式
（ＩＰＳ mode：in-plane switching mode）液晶表示装
置は、互いに交差する偏光板を使用してノーマリーブラ
ックモードで駆動する。ＩＰＳ方式の液晶表示装置は、
スペーサによる光漏洩によって暗状態が十分に暗くなく
なり、コントラスト比が低下してしまう。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
のものであり、その目的は液晶表示装置の光漏洩を減少
させることにある。
【０００７】本発明の他の目的は液晶表示装置のコント
ラスト比を高めることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、材質及び成分を変化させたスペーサ
を使用し、スペーサ周辺の液晶分子の配列を調節する。
前記スペーサとしては周囲の液晶分子が水平配向または
垂直配向され得るものを使用することができ、２つ以上
のスペーサを混合して使用することもできる。
【０００９】すなわち、本願第１発明は、共通信号を印
加するための共通電極と、共通電極から分離されており
画像信号を印加するための画素電極とを含む第１基板
と、第１基板と対向している第２基板と、第１基板と第
２基板との間に注入されている液晶物質層と、液晶物質
層内に散布されており、周囲の液晶分子を特定の方向に
配列させる複数のスペーサと、を含む液晶表示装置を提
供する。
【００１０】本願第２発明は、本願第１発明において、
液晶物質層を形成する液晶分子は基板に平行に配列され
ている、液晶表示装置を提供する。
【００１１】本願第３発明は、本願第２発明において、
第１及び第２基板の外側にそれぞれ装着されている一対
の偏光板をさらに含み、偏光板の透過軸は互いに垂直を
成す、液晶表示装置を提供する。
【００１２】本願第４発明は、本願第３発明において、
スペーサは周囲の液晶分子の配列をスペーサの表面に対
して水平に配列させる、液晶表示装置を提供する。
【００１３】本願第５発明は、本願第３発明において、
スペーサは周囲の液晶分子の配列をスペーサの表面に対
して垂直に配列させる、液晶表示装置を提供する。
【００１４】本願第６発明は、本願第３発明において、
スペーサの一部は周囲の液晶分子の配列をスペーサの表
面に対して水平に配列させ、スペーサの他の部分は周囲
の液晶分子の配列をスペーサの表面に対して垂直に配列
させる、液晶表示装置を提供する。
【００１５】本願第７発明は、本願第１発明において、
液晶表示装置は平面駆動方式である、液晶表示装置を提
供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づいて本
発明の実施例を詳しく説明する。
【００１７】図１は本発明の実施例によるスペーサを使
用した平面駆動方式液晶表示装置の断面図である。
【００１８】図１に示されているように、２つの透明基
板１０、２０の間に液晶層３０が形成されている。液晶
層３０には、液晶物質が注入されており、スペーサ４０
が散布されている。液晶層３０を形成する液晶分子は、
電界が形成されていない初期状態で２つの基板１０、２
０に平行な方向に配列されている。液晶分子の配列方向
は、液晶層３０に電界を印加した時に生成される電気場
の方向と一定の角度を成すように配列されている。２つ
の基板１０、２０の外面には偏光板６１、６２がそれぞ
れ装着されている。２つの偏光板６１、６２は、透過軸
が互いに直交するように装着されている。下部基板１０
に装着されている偏光板６１を通過した光は基板１０、
２０に平行な方向に配列されている液晶分子で形成され
た液晶層３０を通過しながらその偏光方向が変化しない
ので、上部基板２０に装着されている偏光板６２によっ
て遮断されて暗状態を現すようになる。一方、液晶層３
０の間に散布されているスペーサ４０によって２つの基
板１０、２０の間隔が適切に維持されている。
【００１９】下部基板１０の上にはゲート電極１と全て
の画素に共通した信号を印加する共通電極２とが形成さ
れており、その上をゲート絶縁膜３が覆っている。ゲー
ト電極１の図中上部に位置するゲート絶縁膜３上には、
非晶質珪素からなる半導体層４が形成されている。半導
体層４の上には、ゲート電極１を挟んで両側に、ドーピ
ングされた非晶質珪素からなる抵抗接触層５１、５２が
形成されている。抵抗接触層５１、５２の上には、ソー
ス電極６及びドレイン電極７がそれぞれ形成されてい
る。一方、画素領域のゲート絶縁膜３の上には、画素別
に異なる画像信号を印加する画素電極８が、共通電極２
の間に形成されている。図面上にはその連結関係が示さ
れていないが、ドレイン電極７は、画素電極８と連結さ
れ、画素電極８に画像信号を伝達する。ゲート電極１、
ゲート絶縁膜３、半導体層４、抵抗接触層５１、５２、
ソース及びドレイン電極６、７は薄膜トランジスタを形
成し、薄膜トランジスタ及び画素電極８の図中上部には
基板全面にわたり保護膜９が形成されている。
【００２０】上部基板２０には、下部基板１０の薄膜ト
ランジスタと対応する部分に、ブラックマトリクス２１
が形成されている。また、共通電極２及び画素電極８が
形成されている画素領域に対応する部分には、カラーフ
ィルタ２２が形成されている。
【００２１】このような液晶表示装置において、共通電
極２及び画素電極８に電圧を印加すると、これら２つの
電極２、８の間に本質的に基板１０、２０に平行で２つ
の電極２、８に垂直である電気場が生成される。この電
気場により、液晶層３０の中央に位置した液晶分子の長
軸が電気場に平行に配列される。しかし、基板１０、２
０の付近の液晶分子は配向力によって初期状態を維持す
るので、基板１０、２０から中央に至る領域の液晶分子
は螺旋状に捩じれた構造を有する。この時、下部基板１
０に装着された偏光板６１を通過した光の偏光方向は、
螺旋状に捩じれた液晶分子で形成された液晶層３０を通
過しながら変化するために、上部基板２０に装着した偏
光板６２を通過することができ、明状態を表す。
【００２２】図２及び図３は、本発明の実施例に係わる
スペーサを使用した場合における、スペーサ周辺の液晶
分子の配列を模式的に示した平面図である。図２は水平
配向スペーサを使用した場合を示し、図３は垂直配向ス
ペーサを使用した場合を示す。
【００２３】図２及び図３に示されているように、スペ
ーサ４１、４２の周辺に位置する液晶分子３１、３２
は、スペーサ４１、４２の配向特性に応じ、スペーサ４
１、４２の表面に対して水平（図２の場合）または垂直
（図３の場合）に配向される。このようにスペーサ４
１、４２の周辺の液晶配列がスペーサ４１、４２の表面
に対して特定方向に配列される場合、液晶分子が方向性
を有して配列されるので、従来の技術によるスペーサを
使用した場合にスペーサ周辺の液晶分子の配列が無作為
に配列されるのに比べて、配列状態が整然とする。
【００２４】特に、図３に示されているように、垂直配
向スペーサ４２を使用した場合は、スペーサ４２の影響
で液晶分子の配列が変化する領域が極めて狭いことがわ
かる。即ち、垂直配向スペーサ４２による配向力の影響
で液晶分子が配列されても、その配列方向が初期状態の
配列とあまり大きく異ならない。一般に、垂直配向剤の
場合は水平配向剤に比べて配向力がより小さいことが知
られている。そのため、垂直配向スペーサ４２の影響を
受けて液晶分子の配列が変化する領域は、水平配向スペ
ーサ４１の影響を受ける領域に比べてはるかに狭い。し
たがって、スペーサ周辺の液晶配向の不良によって発生
する光漏洩が著しく減少するようになる。
【００２５】スペーサの周辺の光漏洩は、主に暗状態の
輝度に影響を及ぼして暗状態における輝度の向上を招く
が、本発明の実施例に例示する垂直配向または水平配向
スペーサを使用することにより、光漏洩を防止して暗状
態の輝度を低くすることができる。
【００２６】本発明の実施例によるスペーサを使用した
実験用パネルの暗状態の輝度を測定し、コントラスト比
を類推してみた。本実験において１５．１インチ大の実
験用パネルを使用した。下部基板となる薄膜トランジス
タ基板に薄膜トランジスタや配線などを形成していない
基板を使用した。上部基板となるカラーフィルタ基板に
は、完成した基板を使用した。スペーサの塗布方法は、
通常の方法を使用した。すなわち、２ｇのスペーサと２
００ｍｌの溶剤とを混合した溶液を噴霧し、スペーサを
散布した。溶剤の組成は、ＩＰＡ（isopropyl alcoho
l）８０ｍｌ、Ｍｅ−ＯＨ２０ｍｌ、及び純水（ＤＩ：d
eionized water）１００ｍｌである。また、散布される
スペーサの個数は１２０個／ｍｍ2とした。
【００２７】ノーマリーブラック表示の液晶表示装置に
おけるコントラスト比ＣＲは、下記のように表すことが
できる。
【００２８】ＣＲ＝（luminance）on／（luminance）of
f つまり、コントラスト比は、液晶表示装置に電圧が印加
された状態（on-state）、即ち、明状態の輝度（lumina
nce）onを、電圧が印加されていない状態、即ち、暗状
態の輝度（luminance）offで除した値である。したがっ
て暗状態の輝度（luminance）offを減らすことができれ
ばコントラスト比は改善され得る。
【００２９】実験によって得られた結果によると、暗状
態の輝度が非常に減少しただけでなく、暗状態の均一度
も著しく増加した。実験用パネルの暗状態の輝度を測定
し、測定した輝度に基づいてコントラスト比を類推した
結果は、次のようになった。従来のスペーサを使用した
場合はコントラスト比が１６９であるのに対して、水平
配向スペーサを使用した場合は２５０であって、従来に
比べて４７．４％程度コントラスト比が増加した。ま
た、垂直配向スペーサを使用した場合はコントラスト比
が２８９であって、従来に比べて７０．０％コントラス
ト比が増加した。
【００３０】本発明の実施例によるスペーサを使用した
場合、暗状態の輝度が減少しただけではなく暗状態の均
一度が非常に向上したが、これはスペーサによる静電気
吸収及び放出能力が従来のスペーサに比べて優れている
ためである。
【００３１】水平配向または垂直配向スペーサの配向性
は、スペーサを構成する共重合体の親水性または疎水性
成分の量に依存し、一般に疎水性成分の量が増加するほ
ど垂直配向の傾向を有するようになる。実験に使用した
スペーサ（日本ＫＡＯ社製：商品名“ＬＵＮＡＰＥＡＲ
Ｌ”）は、ジビニルベンゼン（divinylbenzene）を主成
分にした共重合体であり、核重合方法によって製造され
る。
【００３２】また、このような垂直配向または水平配向
スペーサは、従来の技術によるスペーサと比べてみる
と、電圧維持率も同程度に高いので十分な信頼性を確保
することができる。
【００３３】また、本発明は、静電気によって発生する
液晶分子の異常配列を防止して光漏洩を防止することが
でき、さらに、残像特性を改善することができる。これ
は水平又は垂直配向スペーサのイオン性不純物吸着脱速
度が速いので、静電気によって発生する電気場を容易に
中和するためである。
【００３４】本発明の実施例では平面駆動方式の液晶表
示装置に垂直配向または水平配向スペーサを使用した場
合のみを説明したが、他の方式の液晶表示装置、例えば
捩じれネマチック（ＴＮ）液晶表示装置や垂直配向（Ｖ
Ａ）液晶表示装置などにもこのようなスペーサを使用す
ることができる。特に、本発明の実施例によるスペーサ
は、初期状態の液晶配列が基板に対して平行であり、ノ
ーマリーブラック表示の液晶表示装置に有用である。
【００３５】
【発明の効果】本発明の実施例による液晶表示装置は画
素内でスペーサによる光漏洩を減少させ得るので暗状態
の輝度を減少させてコントラスト比を増加させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液晶表示装置の断面図で
ある。
【図２】本発明の実施例によるスペーサ周囲の液晶分子
の配列を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例によるスペーサ周囲の液晶分子
の配列を示す平面図である。
【符号の説明】
１ ゲート電極 ２ 共通電極 ３ ゲート絶縁膜 ４ 半導体層 ６ ソース電極 ７ ドレイン電極 ８ 画素電極 ９ 保護膜 １０、２０ 基板 ２１ ブラックマトリクス ２２ カラーフィルタ ３０ 液晶層 ４０ スペーサ ５１、５２ 抵抗接触層 ６１、６２ 偏光板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共通信号を印加するための共通電極と、前
    記共通電極から分離されており画像信号を印加するため
    の画素電極とを含む第１基板と、 前記第１基板と対向している第２基板と、 前記第１基板と前記第２基板との間に注入されている液
    晶物質層と、 前記液晶物質層内に散布されており、周囲の液晶分子を
    特定の方向に配列させる複数のスペーサと、を含む液晶
    表示装置。
  2. 【請求項２】前記液晶物質層を形成する液晶分子は基板
    に平行に配列されている、請求項１に記載の液晶表示装
    置。
  3. 【請求項３】前記第１及び第２基板の外側にそれぞれ装
    着されている一対の偏光板をさらに含み、前記偏光板の
    透過軸は互いに垂直を成す、請求項２に記載の液晶表示
    装置。
  4. 【請求項４】前記スペーサは周囲の液晶分子の配列を前
    記スペーサの表面に対して水平に配列させる、請求項３
    に記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項５】前記スペーサは周囲の液晶分子の配列を前
    記スペーサの表面に対して垂直に配列させる、請求項３
    に記載の液晶表示装置。
  6. 【請求項６】前記スペーサの一部は周囲の液晶分子の配
    列を前記スペーサの表面に対して水平に配列させ、前記
    スペーサの他の部分は周囲の液晶分子の配列を前記スペ
    ーサの表面に対して垂直に配列させる、請求項３に記載
    の液晶表示装置。
  7. 【請求項７】前記液晶表示装置は平面駆動方式である、
    請求項１に記載の液晶表示装置。
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