WO2006097992A1

WO2006097992A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2006097992A1
Application number: PCT/JP2005/004465
Authority: WO
Inventors: Hironori Shiroto; Shinji Tadaki; Toshiaki Yoshihara; Tetsuya Makino; Yoshinori Kiyota; Keiichi Betsui
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JPWO2006097992A1

Abstract

　対向する基板間の距離を維持するためのスペーサを、均等に設けるのではなく、表示領域の中心部にのみ設けて、表示領域の辺縁部には設けない。表示領域３０（ａｍｍ×ａｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁からｂｍｍだけ離隔した（ａ−２ｂ）ｍｍ×（ａ−２ｂ）ｍｍの領域）にはスペーサが設けられており、中心領域３０Ａはスペーサ配設領域である。一方、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅ｂｍｍを有する領域）にはスペーサ６が設けられておらず、辺縁領域３０Ｂはスペーサ非配設領域である。低温保存において液晶の発泡が発生せず、しかも高い耐荷重を実現する。

Description

液晶表示装置

技術分野

[0001] 本発明は、対向する基板間の空隙に封入させた液晶材料の光透過率を制御して画像を表示する液晶表示装置に関し、特に、対向する基板間の空隙を維持するためのスぺーサの設置パターンを改良した液晶表示装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、液晶表示装置は、その低消費電力性、携帯性などから各種の機器に広く使用されている。液晶表示装置は、対向する基板間の空隙に液晶材料を封入し、その両基板に設けた電極に電圧を印加して液晶材料の光透過率を制御することにより画像を表示しているが、不均一な基板間隔はそのまま表示の色むらなどにつながり、画質が劣化する。そこで、多少の外圧が加わっても基板の対向距離が変化しないように、両基板間にスぺーサを設けて基板間隔の一定ィ匕を図るようにしている（例えば、特許文献 1乃至 4参照)。

[0003] このスぺーサとしては、球形のガラス製のビーズを表示領域に均等に散布させたり、有機高分子膜へのフォトリソグラフィ法によるパターンエッチングにて表示領域に均等に形成させたりする。後者の方法によるスぺーサは、画素領域外に形成できるので、スぺーサ周囲からの光漏れを見えなくすることができ、表示品質の向上を図れる。特許文献 1：特開昭 62- 134626号公報

特許文献 2：特開平 7-84267号公報

特許文献 3：特開平 10-10543号公報

特許文献 4:特開 2003— 98552号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 外力がカゝかった場合でもセル厚が変化しないようにスぺーサを設けて、耐荷重特性を向上させた液晶表示装置にあっては、低温保存において液晶の発泡現象が生じ、表示品質が極端に低下するという問題がある。この液晶の発泡現象は、液晶材料の線膨張係数 (約 lOOOppm)とスぺーサ材料の線膨張係数 (約 lOppm)とが大きく異なってレ、ることに起因して！/、る。

[0005] 表 1及び図 10は、表示領域に均等にスぺーサを設けた従来の液晶表示装置におけるスぺーサ面積率 (表示領域の全面積に対するスぺーサの占有面積の百分率）と、耐荷重 (表示面を指で押した場合に液晶画面に「にじみ」が見られな L、最大の圧力 )と、低温発泡面積 (低温保存にお!、て発生する液晶の発泡面積)とを示して!/ヽる。

[0006] [表 1]

[0007] 耐荷重は、 19. 6 X 10⁴ Paが一般的な液晶表示装置の目標値である。従来の液晶表示装置では、表 1及び図 10から分力るように、液晶の発泡が生じないようにした場合 (スぺーサ面積率 2%)に、耐荷重は 13. 7 X IO⁴ Paが上限となる。 19. 6 X 10⁴ Pa 以上の耐荷重を得るためには、スぺーサ面積率を 3%以上にしなければならないが、この場合には低温保存において液晶の発泡が発生する。

[0008] このように、 19. 6 X IO⁴ Pa以上の耐荷重と液晶の発泡の非発生とを同時に満足させるようなスぺーサの存在が従来例では見られない。そのため、従来では、低温保存におレ、て液晶の発泡が生じな、ようにスぺーサ面積率を低くして、耐荷重特性を犠牲にしていることが多い。

[0009] 本発明は斯力る事情に鑑みてなされたものであり、低温保存において液晶の発泡が発生せず、し力も 19. 6 X IO⁴ Pa以上の耐荷重を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0010] 本発明に係る液晶表示装置は、対向する基板間の空隙に液晶材料が封入されており、前記基板間の空隙を維持するための複数のスぺーサを設けている液晶表示装置において、前記基板の中心領域は前記スぺーサが設けられているスぺーサ配設領域であり、前記基板の辺縁領域は前記スぺーサが設けられて、な、スぺ一サ非配設領域であることを特徴とする。

[0011] 本発明の液晶表示装置にあっては、表示領域の中心部にはスぺーサを設置し、表示領域の辺縁部にはスぺーサを設けない。つまり、表示領域の中心部では 19. 6 X 10⁴ Pa以上の耐荷重を得るために高密度にスぺーサを設置する力表示領域の辺縁部ではスぺーサを設けないようにして、実効的なスぺーサ面積率を低下させ、低温保存にお、て液晶の発泡が発生しな、ようにする。このようなスぺーサの設置パターンを採用することにより、 19. 6 X IO⁴ Pa以上の耐荷重と液晶の発泡の非発生とを同時に実現して、表示品質の向上を図る。

[0012] 本発明の液晶表示装置にあっては、例えばスぺーサ面積率を 3— 4%としていても低温保存において液晶の発泡が発生することはなぐし力も 19. 6 X 10⁴ Pa以上の耐荷重が得られる。

[0013] 本発明に係る液晶表示装置は、表示領域の全面積に対する前記スぺーサ配設領域の面積が 49%以上であることを特徴とする。

[0014] 本発明の液晶表示装置にあっては、表示領域の全面積に対するスぺーサ配設領域の面積の比を 0. 49以上としているため、 19. 6 X IO⁴ Pa以上の耐荷重が得られて耐荷重特性は良好であり、基板間隔は均一に維持され、耐荷重特性の低下による画像品質の劣化は見られな、。

[0015] 本発明に係る液晶表示装置は、表示領域は矩形状であり、該表示領域の短辺の長さの 20%以下の幅を前記スぺーサ非配設領域が有することを特徴とする。

[0016] 本発明の液晶表示装置にあっては、矩形状の表示領域の短辺の長さの 0. 2倍以下の幅をスぺーサ非配設領域が有するため、 19. 6 X IO⁴ Pa以上の耐荷重が得られて耐荷重特性は良好であり、基板間隔は均一に維持され、耐荷重特性の低下による画像品質の劣化は見られな、。 [0017] 本発明に係る液晶表示装置は、前記スぺーサは、有機高分子膜からフォトリソダラフィ法を用いて形成されたものであることを特徴とする。

[0018] 本発明の液晶表示装置にあっては、有機高分子膜にフォトリソグラフィ法によるバターンエッチングを施して、表示領域の中心部にのみスぺーサを形成する。よって、スぺーサ周囲からの光漏れが見えなくなり、表示品質の向上を図れる。

[0019] 本発明に係る液晶表示装置は、前記スぺーサは、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであることを特徴とする。

[0020] 本発明の液晶表示装置にあっては、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズを表示領域の中心部にのみ分散させてスぺーサを形成する。よって、簡便にスぺーサが設けられる。なお、スぺーサは 2種類以上を混合して使用しても良い発明の効果

[0021] 本発明の液晶表示装置では、基板の中心領域がスぺーサが設けられているスぺーサ配設領域であり、基板の辺縁領域カ^ペーサが設けられていないスぺーサ非配設領域であるように構成したので、良好な耐荷重特性と液晶の発泡の非発生とを併せて実現することができ、表示品質の向上を図ることができる。

[0022] 本発明の液晶表示装置では、表示領域の全面積に対するスぺーサの占有面積を 3— 4%とするようにしたので、低温保存において液晶の発泡が発生することはなぐし力も 19. 6 X 10⁴ Pa以上の耐荷重を得ることができる。

[0023] 本発明の液晶表示装置では、スぺーサを設ける表示領域の中心部 (スぺ一サ配設領域)の面積を、表示領域の全面積の 49%以上とするようにしたので、良好な耐荷重特性（19. 6 X IO⁴ Pa以上の高い耐荷重)を得ることができ、画像品質の劣化を抑 ff¾することができる。

[0024] 本発明の液晶表示装置では、矩形状をなす表示領域の短辺の長さの 20%以下の幅のスぺーサ非配設領域を表示領域の辺縁部に設けるようにしたので、良好な耐荷重特性（19. 6 X IO⁴ Pa以上の高い耐荷重)を得ることができ、画像品質の劣化を抑 ff¾することができる。

[0025] 本発明の液晶表示装置では、スぺーサが、有機高分子膜からフォトリソグラフィ法を用いて形成されたものであるようにしたので、スぺーサ周囲からの光漏れが見えなくなり、表示品質の向上を図ることができる。

[0026] 本発明の液晶表示装置では、スぺーサが、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであるようにしたので、簡便にスぺーサを設けることができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]本発明の液晶表示装置の液晶パネルの構成を示す断面図である。

[図 2]スぺーサの設置領域を示す図である。

[図 3]スぺーサの作製工程を示す断面図である。

[図 4]実施の形態 1におけるスぺーサの設置領域を示す図である。

[図 5]実施の形態 1におけるスぺーサ面積率と評価特性 (耐荷重及び低温発泡面積）との関係を示すグラフである。

[図 6]実施の形態 2におけるスぺーサ非配設領域の幅 (b)とスぺーサ設置領域面積比との関係を示すグラフである。

[図 7]実施の形態 3の例 1におけるスぺーサの設置領域を示す図である。

[図 8]実施の形態 3の例 2におけるスぺーサの設置領域を示す図である。

[図 9]実施の形態 3の例 1及び例 2における表示領域の短辺の長さに対するスぺーサ非配設領域の幅の割合 (短辺比 c)と白輝度比の算出結果との関係を示すグラフである。

[図 10]従来例におけるスぺーサ面積率と評価特性 (耐荷重及び低温発泡面積)との関係を示すグラフである。

符号の説明

[0028] 1 液晶パネル

2, 3 ガラス基板

4 画素電極

5 対向電極

6 スぺーサ

9 シール材

10 液晶層 21 アクリル高分子膜

30 表示領域

30A 中心領域 (スぺ一サ配設領域）

30B 辺縁領域 (スぺーサ非配設領域）

発明を実施するための最良の形態

[0029] 本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

[0030] 図 1は、本発明の液晶表示装置の液晶パネル 1の構成を示す断面図である。液晶パネル 1はマトリックス状に配置された例えば ITO製の光透過性に優れた画素電極 4 (ΨΙ90 μ m,ピッチ 100 m)及び各画素電極 4に夫々接続された TFT (図示せず）を有するガラス基板 2 (—辺 110mmの方形で厚さ 0. 7mm)と、例えば ITO製の光透過性に優れた平板状の対向電極 5を有するガラス基板 3 (—辺 110mmの方形で厚さ 0. 7mm)とを備えている。

[0031] ガラス基板 2の画素電極 4が形成されてヽな、領域には、例えばアクリル高分子材などの有機高分子材からなるスぺーサ 6 (10 m X 10 m,高さ 4 μ m)が設けられている。但し、このスぺーサ 6は、均等に設けられているのではなぐ表示領域の中心部にのみ設けられており、表示領域の辺縁部には設けられてヽな、。

[0032] 図 2は、このようなスぺーサ 6の設置領域を示す図である。表示領域 30 (amm X am m)の中心領域 30A (辺縁から bmmだけ離隔した（a— 2b) mm X (a— 2b) mmの領域：図 2でハッチングを付した領域）にはスぺーサ 6が設けられており、この中心領域 30 Aはスぺーサ配設領域となっている。一方、表示領域 30の辺縁領域 30B (幅 bmmを有する領域：図 2でハッチングを付していない領域）にはスぺーサ 6が設けられておらず、この辺縁領域 30Bはスぺーサ非配設領域となって、る。

[0033] 画素電極 4及びスぺーサ 6上には配向膜 7が形成され、対向電極 5上には配向膜 8 が形成されている。また、液晶パネル 1の辺縁には熱硬化性榭脂からなるシール材 9 が設けられている。上記スぺーサ 6及びこのシール材 9によって、ガラス基板 2,ガラス基板 3間に所定長の空隙が形成され、この空隙内にネマティック液晶が封入されて液晶層 10が形成されている。更に、ガラス基板 2及びガラス基板 3の外面に、偏光板 11及び偏光板 12が夫々設けられて!/ヽる。

[0034] このような構成の液晶パネル 1の製造方法について簡単に説明する。一方のガラス基板 2上に、幅 90 m,ピッチ 100 mのライン状の ITOパターンを形成して画素電極 4を作製する。次いで、ガラス基板 2上の画素電極 4が設けられていない領域にスぺーサ 6を作製する。

[0035] 図 3は、スぺーサ 6の作製工程を示す断面図である。画素電極 4上を含むガラス基板 2全域に、アクリル高分子材を塗布し、加熱処理を施して、アクリル高分子膜 21を形成する（図 3 (a) )。次に、フォトリソグラフィ法により、画素電極 4が設けられていない領域に対応させたレジストパターン 22を、アクリル高分子膜 21上に形成する（図 3 ( b) )。次いで、ドライエッチングにて隣合うレジストパターン 22, 22間のアクリル高分子膜 21を除去した後（図 3 (c) )、残存するレジストパターン 22をウエットエッチングにより除去する（図 3 (d) )。

[0036] 他方のガラス基板 3に ITO製の対向電極 5を形成する。両ガラス基板 2, 3に水平配向膜 7, 8を形成してラビング処理を施した後、液晶注入口となる一部の領域を除いてシール材 9を形成する。 2枚のガラス基板 2, 3のラビング方向が 90度になるように貼り合わせ、加圧しながら、 150°C, 1時間でシール材 9を硬化させて空パネルを作製する。

[0037] その後、厚さ 4 μ mで 90度ツイストするネマティック液晶を、真空注入法により空パネルに充填する。液晶注入口を封止し、ラビング方向に偏光板の吸収軸が一致するように 2枚の偏光板 11, 12を貼り付けて、ノーマリブラックの液晶パネル 1を製造する

[0038] 本発明の液晶表示装置では、表示領域 30の中心領域 30Aにのみスぺーサ 6を設け、その辺縁領域 30Bにはスぺーサ 6を設けていない。このような構成により、低温保存において液晶の発泡が生じることなぐ高い耐荷重を達成することができる。なお、辺縁領域 30Bにスぺーサ 6を設けな、ため、辺縁領域 30Bで耐荷重特性の劣化が危惧される力辺縁にシール材 9を設けているので、このシール材 9にて耐荷重特性の劣化を抑制することになるので、問題にならない。

[0039] 以下、本発明の特徴部分をなすスぺーサ 6の設置パターンの具体例 (スぺーサ面積率、中心領域 30A (スぺ一サ配設領域)及び辺縁領域 30B (スぺーサ非配設領域 )などの設定例）につ L、て説明する。

[0040] (実施の形態 1)

図 4は、実施の形態 1におけるスぺーサ 6の設置領域を示す図である。図 4では、図 2における aを 100、 bを 10としている。即ち、実施の形態 1では、表示領域 30 (100m m X 100mm)の中心領域 30A (辺縁から 10mmだけ離隔した 80mm X 80mmの領域：図 4でハッチングを付した領域）、スぺーサ 6を設けているスぺーサ配設領域であり、表示領域 30の辺縁領域 30B (幅 10mmを有する領域：図 4でハッチングを付してヽな、領域） 1S スぺーサ 6を設けて、な、スぺーサ非配設領域である。この場合のスぺーサ設置領域面積比（表示領域の全面積に対するスぺーサ配設領域の割合 )は、（80 X 80) ÷ (100 X 100) =0. 64である。

[0041] 実施の形態 1では、このようなスぺーサ配設領域及びスぺーサ非配設領域のサイズ

(スぺーサ設置領域面積比）は固定として、中心領域 30Aに設けるスぺーサ 6の大きさを変化させてスぺーサ面積率を変えた複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。その評価結果を表 2及び図 5に示す。

[0042] [表 2] 表 2

スぺーサ面積率が夫々 1%, 2%である両液晶表示装置では、目標の耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Paが得られな力た。また、スぺーサ面積率が 5%である液晶表示装置では、高い耐荷重は得られたものの、液晶の発泡が生じた。 [0044] これに対して、スぺーサ面積率が 3%である液晶表示装置では、 19. 6 X 10⁴ Paの圧力で押しても「にじみ」がなく（耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Pa)、また、 40°Cの低温保存でも外観に変化がな力つた。スぺーサ面積率が 4%である液晶表示装置では、 23. 5 X IO⁴ Paの圧力で押しても「にじみ」がな耐荷重：²³. 5ズ10^_&)、また、-⁴0での低温保存でも外観に変化がなカゝつた。

[0045] 以上のような実施の形態 1から、スぺーサ面積率を 3— 4%とすることにより、目標の耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Paと低温発泡の非発生とを両立できることが分かる。

[0046] (実施の形態 2)

実施の形態 2では、図 2における aは固定とし（a= 100)、図 2における bを変化させてスぺーサ設置領域面積比を変えた複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。スぺーサ非配設領域の幅 (b (mm) )とスぺーサ設置領域面積比との関係を、表 3及び図 6に示す。また、表 3には、目標の耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Paが得られたか否かを示す結果も記載して、る。

[0047] [表 3] 表 3

[0048] スぺーサ設置領域面積比が 0. 36 (b = 20)である液晶表示装置では、目標の耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Paが得られな力た。これに対して、スぺーサ設置領域面積比が 0.

81 (b = 5) , 0. 64 (b = 10) , 0. 49 (b = 15)である液晶表示装置では何れも、目標の耐荷重： 19. 6 X 10⁴ Paを達成できた。

[0049] 以上のような実施の形態 2から、スぺーサ設置領域面積比を 0. 49以上とすることにより、低温保存において液晶の発泡現象が生じることなぐ目標の耐荷重： 19. 6 X 1 0⁴ Paを実現できることが分かる。

[0050] (実施の形態 3)

図 7は、実施の形態 3の例 1におけるスぺーサ 6の設置領域を示す図である。この実施の形態 3の例 1では、表示領域 30 (長辺 80mm X短辺 60mm)の中心領域 30A( 辺縁から（60 (短辺） X c) mmだけ離隔した長辺（80— 60 X c X 2) mm X短辺（60— 6 0 X c X 2) mmの領域：図 7でハッチングを付した領域）力スぺーサ 6を設けて!/、るスぺーサ配設領域であり、表示領域 30の辺縁領域 30B (幅（60 X c) mmを有する領域：図 7でハッチングを付して!/ヽな、領域）力スぺーサ 6を設けて!/ヽな、スぺ一サ非配設領域である。

[0051] また、図 8は、実施の形態 3の例 2におけるスぺーサ 6の設置領域を示す図である。

この実施の形態 3の例 2では、表示領域 30 (長辺 160mm X短辺 90mm)の中心領域 30A (辺縁から（90 (短辺） X c) mmだけ離隔した長辺（ 160— 90 X c X 2) mm X 短辺（90— 90 X c X 2) mmの領域：図 8でハッチングを付した領域）力スぺーサ 6を設けて、るスぺーサ配設領域であり、表示領域 30の辺縁領域 30B (幅（90 X c) mm を有する領域：図 8でハッチングを付していない領域）力スぺーサ 6を設けていないスぺーサ非配設領域である。

[0052] このような例 1,例 2において、表示領域 30の短辺の長さに対するスぺーサ非配設領域の幅の割合 (以下、単に短辺比ともいう）、つまり上記 cを変化させて複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。実施の形態 3では、表示品質の評価として、表示領域 30の中心位値（図 7,図 8の E点）における白輝度と、辺縁領域 30B (スぺーサ非配設領域)の中心位値（図 7,図 8の F点）における白輝度とを測定するとともに、測定したそれらの白輝度比 (表示領域 30の中心位値での白輝度に対するスぺーサ非配設領域の中心位値での白輝度の割合)を算出した。

[0053] 例 1における測定及び算出結果を表 4に、例 2における測定及び算出結果を表 5に夫々示す。また、例 1及び例 2における短辺比 cと上記白輝度比の算出結果との関係を図 9に示す。なお、白輝度比が 0. 8を下回った場合には、画像品質の劣化が認識されるので、この白輝度比の目標値は 0. 8と設定し、輝度比が 0. 8以上である場合には高品質であるとする。 [0054] [表 4] 表 4 (例

[0055] [表 5」表 5 (例 2 )

[0056] 短辺比 cが 0. 3である液晶表示装置では、目標の白輝度比： 0. 8が得られな力つた。これに対して、短辺比 cが 0. 05， 0. 1 , 0. 2である液晶表示装置では何れも、目標の白輝度比： 0. 8が得られた。

[0057] 以上のような実施の形態 3から、表示領域の短辺の長さに対するスぺーサ非配設領域の幅の割合 (短辺比）を 0. 2以下とすることにより、辺縁領域にスぺーサ 6を設けなくても良好な画像表示特性を実現できていることが分力る。

[0058] なお、上述した例では、フォトリソグラフィ法を利用してスぺーサ 6を作製するようにした力プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズを表示領域の中心部にのみ散乱させてスぺーサ 6を作製し、スぺーサ配設領域とスぺーサ非配設領域とを設けるようにしても良い。また、スぺーサ 6は 2種類以上を混合して使用しても良い。また、上述した例では、ネマティック液晶を用いるようにしたが、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いても良ぐ対向する基板間の距離 (液晶層構造)を維持するためにスぺーサを設ける全ての液晶表示装置に本発明を適用できることは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 対向する基板間の空隙に液晶材料が封入されており、前記基板間の空隙を維持するための複数のスぺーサを設けている液晶表示装置において、前記基板の中心領域は前記スぺーサが設けられて、るスぺーサ配設領域であり、前記基板の辺縁領域は前記スぺーサが設けられて、な、スぺーサ非配設領域であることを特徴とする液晶表示装置。

[2] 表示領域の全面積に対する前記スぺーサ配設領域の面積が 49%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] 表示領域は矩形状であり、該表示領域の短辺の長さの 20%以下の幅を前記スぺーサ非配設領域が有することを特徴とする請求項 1記載の液晶表示装置。

[4] 前記スぺーサは、有機高分子膜からフォトリソグラフィ法を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の液晶表示装置。

[5] 前記スぺーサは、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の液晶表示装置。