JP2010231193A

JP2010231193A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2010231193A
Application number: JP2010040493A
Authority: JP
Inventors: Koji Takahashi; 康二高橋
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2010-10-14
Also published as: US20100225873A1

Abstract

【課題】柱状スペーサの配置密度を最適化し、表示品位の良好な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】互いに対向して配置された一対の基板１０１、１０２と、一対の基板１０１、１０２間に挟持された液晶層ＬＱと、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸからなる表示部１１０と、一対の基板１０１、１０２間の間隙を規定する柱状スペーサＳＳと、表示部１１０を囲むように配置されたシール材ＳＬと、を備え、柱状スペーサＳＳは前記表示部１１０に配置された複数の第１スペーサＳＳＡと、シール材ＳＬが配置される領域に配置された複数の第２スペーサＳＳＢとを有し、前記第２スペーサＳＳＢが配置された密度は、第２スペーサＳＳＢ上のシール材ＳＬの厚さを所定の大きさとする値である液晶表示装置。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、一般に、アレイ基板とアレイ基板と対向して配置される対向基板と、これらアレイ基板と対向基板との間に挟持された液晶層とを備える液晶表示パネルを有している。

アレイ基板と対向基板との間隔にムラが生じると、液晶装置の表示品位が低下することが知られている。すなわち、Δｎ・ｄ値（Δｎ：液晶の複屈折率、ｄ：液晶層厚）の変化により光透過率が変化することが知られており、Δｎ・ｄ値の分布（液晶層厚ｄの分布）が大きいと、光透過率に分布が生じてコントラストが低下したり、表示画像もムラが発生したりする。

このような基板間の間隔を基板面内で均一にするために、樹脂ボールやガラスボール等の粒状体からなるスペーサ、もしくは樹脂で形成した柱状体からなるスペーサ等を一対の基板間に配置する技術が知られている。

一般に樹脂ボールやガラスボール等の球状スペーサは、湿式法によって基板上に散布するため、位置や配置密度の制御が困難である。柱状スペーサは、基板上に例えば樹脂膜を成膜した後、樹脂膜をパターニングして形成することができ、位置や配置密度を容易に制御できる点で有利である。

従来、滴下工法で製造される液晶表示装置であって、シール材の内側近傍の低密度領域で、柱状スペーサの数密度が、低密度領域のさらに内側の高密度領域より小さくなっている液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。

ＷＯ２００５／０３８５１８号公報

しかし、本願発明者は、シール材が配置された領域での柱状スペーサの分布密度に着目すると、シール材が配置された領域では、柱状スペーサ上にシール材が噛み込み、シール材の噛み込み量が柱状スペーサの配置密度により異なり、さらに、スペーサ上のシール材の厚さに起因して表示ムラが発生することを見出した。

表示部と表示部を囲む周辺部１２０とで柱状スペーサの配置密度を同じにすると、例えば、表示部に配置された柱状スペーサの配置密度が低い場合、スペーサ上のシール材の厚さが薄くなる。この場合には、周辺部１２０のセルギャップが薄くなり、リバウンドモードのギャップムラ、もしくは画面中央付近でのギャップムラが出やすくなる。

一方で、表示部と周辺部１２０とで柱状スペーサの配置密度を同じにすると、例えば、表示部に配置された柱状スペーサの配置密度が高い場合、スペーサ上のシール材の厚さが厚くなる。この場合には、周辺部１２０のセルギャップが厚くなり、周辺ギャップムラが出やすくなる。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、柱状スペーサの配置密度を最適化し、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の態様による液晶表示装置は、互いに対向して配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、マトリクス状に配置された複数の表示画素からなる表示部と、前記一対の基板間の間隙を規定する柱状スペーサと、前記表示部を囲むように配置されたシール材と、を備え、前記柱状スペーサは前記表示部に配置された複数の第１スペーサと、前記シール材が配置される領域に配置された複数の第２スペーサとを有し、前記第２スペーサが配置された密度は、前記第２スペーサ上のシール材の厚さを所定の大きさとする値である。

本発明によれば、柱状スペーサの配置密度を最適化し、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成例を概略的に示す図である。図１に示す液晶表示装置のシール材が配置された領域近傍の断面の一構成例を概略的に示す図である。基板持上げ量とギャップムラ発生率との関係の一例を説明するための図である。第２スペーサの配置密度と、第２スペーサ上のシール材の厚さとの関係の一例を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の基板持上げ量の一例について説明するための図である。第２スペーサの配置密度に対応する評価結果の一例について説明するための図である。

以下、本発明の一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。本実施形態に係る液晶表示装置は、滴下工法により製造された液晶表示装置である。図１に示すように、液晶表示装置１は、互いに対向するように配置されたアレイ基板１０１と対向基板１０２と、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間に挟持された液晶層ＬＱ（図２に示す）と、マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸからなる表示部１１０とを有している。

アレイ基板１０１は、表示部１１０において、複数の表示画素ＰＸ毎に配置された画素電極ＰＥと、複数の表示画素ＰＸが配列する行に沿って延びる複数の走査線ＹＬと、複数の表示画素ＰＸが配列する列に沿って延びる複数の信号線ＸＬと、走査線ＹＬと信号線ＸＬとが交差する位置近傍に配置された画素スイッチＳＷと、を備える。

画素スイッチＳＷのゲート電極（図示せず）は、対応する走査線ＹＬに接続されている、あるいは、対応する走査線ＹＬと一体に形成されている。画素スイッチＳＷのソース電極（図示せず）は、対応する信号線ＸＬに接続されている、あるいは、対応する信号線ＸＬと一体に形成されている。画素スイッチＳＷのドレイン電極（図示せず）は、対応する画素電極ＰＥに接続されている。

また、アレイ基板１０１は、走査線ＹＬと略平行に延びる補助容量線ＣＯＭを有している。補助容量線ＣＯＭは、絶縁層を介して画素電極ＰＥの一部と重複するように配置され、補助容量線ＣＯＭと画素電極ＰＥとの電位差により補助容量Ｃｓを形成する。

表示部１１０を囲む周辺部１２０には、複数の走査線ＹＬが接続された走査線駆動回路１２１と、複数の信号線ＸＬが接続された信号線駆動回路１２２と、が配置されている。走査線駆動回路１２１は、走査線ＹＬを順次駆動して画素スイッチＳＷのソース−ドレイン間を導通させる。信号線駆動回路１２２は、信号線ＸＬを順次駆動して、画素スイッチＳＷを介して画素電極ＰＥにソース電圧を印加する。

対向基板１０２は、表示画素ＰＸを囲むように配置された遮光層ＢＭと、複数の画素電極ＰＥに対向するように配置された対向電極ＣＥを有している。図２に示すように、遮光層ＢＭは、表示画素ＰＸ間と、表示部１１０を囲む周辺部１２０とに配置されている。

対向電極ＣＥには、対向電極駆動回路（図示せず）により対向電圧が印加される。液晶層ＬＱに含まれる液晶分子（図示せず）の配向状態は、画素電極ＰＥに印加されるソース電圧と、対向電極ＣＥに印加される対向電圧との電位差によって制御される。

カラー表示タイプの液晶表示装置の場合、対向基板１０２は、カラーフィルタ層とカラーフィルタ層上に配置されたオーバーコート層Ｌ３とを有している。カラーフィルタ層は、例えば、赤色で表示する表示画素ＰＸに対応して赤色の主波長の光を透過する赤色カラーフィルタＣＦＲと、緑色で表示する表示画素ＰＸに対応して緑色の主波長の光を透過する緑色カラーフィルタ（図示せず）をと、さらに、青色で表示する表示画素ＰＸに対応して青色の主波長の光を透過する青色カラーフィルタＣＦＢとを備えている。

アレイ基板１０１と対向基板１０２とは、周辺部１２０において、表示部１１０を囲むように配置されたシール材ＳＬによって、所定の間隙をおくように固定されている。シール材ＳＬは、図２に示すようにフィラーＦＬを含んでいる。アレイ基板１０１と対向基板１０２との間の間隙を規定するためのスペーサＳＳが配置されている。

図２に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置のスペーサＳＳは柱状のスペーサである。スペーサＳＳは、液晶表示パネルの厚さ方向において、対向基板１０２の遮光層ＢＭと対向するように配置されている。アレイ基板１０１は、スペーサＳＳの下地となる台座層Ｌ１と、台座層Ｌ１上に配置された絶縁層Ｌ２とを有している。絶縁層Ｌ２上に画素電極ＰＥが配置されている。

スペーサＳＳは、表示部１１０に配置された第１スペーサＳＳＡと、シール材ＳＬが配置される領域に配置された第２スペーサＳＳＢとを有している。第２スペーサＳＳＢと対向する位置において、対向基板１０２の遮光層ＢＭ上には、第２スペーサＳＳＢの台座となる台座層ＣＦＡが配置されている。台座層ＣＦＡは、例えば青色カラーフィルタＣＦＢと同一の材料で形成されている。カラーフィルタ層および台座層ＣＦＡ上には、オーバーコート層Ｌ３が配置されている。

ここで、液晶表示パネルの周辺部１２０における基板の持上げ量Ｗに対する、表示ムラの発生率を図３に示す。図３のグラフＧＬ１は、液晶表示パネルの中央部において、重力の影響により生じる白ギャップムラ（重力ムラ）の発生確率を示している。図３のグラフＧＬ２は、液晶表示パネルの表示部１１０の端部近傍（シール材ＳＬの近傍）において、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間隙が所望の値とならない場合に生じる周辺ギャップムラの発生確率を示している。

なお、周辺部１２０の基板持上げ量Ｗとは、基板面（ＤＡ−ＤＢ平面）と略平行な方向において、アレイ基板１０１あるいは対向基板１０２の中央部と、アレイ基板１０１あるいは対向基板１０２のシール材ＳＬによって支持された部分との、液晶表示パネルの厚さ方向ＤＷの距離である。

図５に示す場合では、アレイ基板１０１と対向基板１０２との間隙が最も小さくなる部分であるアレイ基板１０１の中央部Ａ１と、アレイ基板１０１のシール材ＳＬによって支持された部分Ａ２との方向ＤＷの距離を基板持上げ量Ｗとしている。ここで、図５に示す場合では、中央部Ａ１と周辺部Ａ２とのそれぞれは、液晶表示パネルの厚さ方向ＤＷにおけるアレイ基板１０１の略中央の位置としている。

図３に示すように、液晶表示パネルの基板の持上げ量Ｗが不足すると、表示部１１０の中央部に白ギャップムラが発生する確率が高くなるとともに、周辺ギャップムラが発生する確率も高くなった。また、周辺部１２０の基板の持上げ量Ｗが過多である場合には、周辺ギャップムラが発生する確率が高くなった。

なお、周辺部１２０の基板の持上げ量Ｗは、台座層ＣＦＡの厚さ、第２スペーサＳＳＢ上のシール材ＳＬの厚さＤ１、および、台座層Ｌ１の厚さによって制御される。台座層ＣＦＡの厚さは、これらを製造する工程において、その厚さを制御することは困難である。

そこで、本願発明者は、上記事情に鑑み、第２スペーサＳＳＢ上のシール材ＳＬの厚さに着目し、第２スペーサＳＳＢ上のシール材ＳＬの厚さは、シール材ＳＬが配置される領域における第２スペーサＳＳＢの配置密度によって制御することが可能であることを見出した。

なお、第２スペーサの配置密度（シール内スペーサ密度）とは、アレイ基板１０１と対向基板１０２とを対向させて貼り合わせた状態において、アレイ基板１０１あるいは対向基板１０２のシール材ＳＬが配置された領域の面積に対する、第２スペーサが配置される領域の面積の割合（％）である。

発明者は、第２スペーサＳＳＢの配置密度（％）と、第２スペーサＳＳＢ上に配置されるシール材ＳＬの厚さ（μｍ）とを測定し、第２スペーサＳＳＢの配置密度（％）と第２スペーサＳＳＢ上に配置されるシール材ＳＬの厚さＤ１とについて図４に示すような関係が有ることを見出した。

図４に示す場合では、例えば、第２スペーサＳＳＢの配置密度（％）が異なる４つの液晶表示装置のそれぞれについて、第２スペーサＳＳＢ上のシール材の厚さ（μｍ）を測定した結果の一例を示している。

図４に示すように、第２スペーサＳＳＢの配置密度（％）が大きくなると、第２スペーサＳＳＢ上に配置されるシール材ＳＬの厚さも大きくなる傾向があった。第２スペーサＳＳＢ上に配置されたシール材ＳＬの厚さ（ｙ）は、第２スペーサＳＳＢの密度（ｘ）の２次式（ｙ＝Ａｘ^２＋Ｂｘ＋Ｃ）に近似することができる。

なお、図４に示す２次関数は、一般的な多項式近似方法（２次数）によって算出されたものである。

例えば、周辺部１２０の基板持上げ量Ｗの目標値をＡ（μｍ）と設定すると、この目標値から、台座層ＣＦＡの厚さ、および、台座層Ｌ１の厚さによる持上げ量を差し引いて、基板持上げ量Ｗが目標値Ａ（μｍ）となる場合の第２スペーサＳＳＢ上のシール材ＳＬの厚さＤ１を算出することができ、図４に示す２次関数において算出されたシール材ＳＬの厚さＤ１に対応する第２スペーサＳＳＢの配置密度を導き出すことができる。なお、本実施形態に係る液晶表示装置では、基板持上げ量Ｗの目標値Ａを略０．４μｍとした。

上記のように導き出された密度で第２スペーサＳＳＢを配置し、液晶表示パネルを製造すると、周辺部１２０の基板持上げ量Ｗを目標値Ａ（μｍ）とすることができ、表示ムラの発生率が低い液晶表示装置を製造することができる。

なお、周辺部１２０の基板持上げ量Ｗの目標値Ａ（μｍ）は、略０μｍ以上略０．８μｍ以下の範囲とすることが望ましい。図３に示すように、周辺部の基板持上げ量を略０μｍ以上略０．８μｍ以下の範囲以外とした場合には、白ギャップムラおよび周辺ギャップムラの発生率が顕著に高くなる傾向が見られるためである。

さらに、図６に、第２スペーサＳＳＢの配置密度を０．３５％乃至１．６５％の間で変化させた場合の、評価結果の一例を示す。なお、図６に示す評価結果では、「×」は表示ムラの発生率が高い場合、「△」は表示ムラの発生率が低く良好な表示品位であった場合、「○」は表示ムラが視認されず良好な表示品位であった場合である。

図６に示すように、第２スペーサＳＳＢの配置密度が０．３５％であるときと、１．６５％であるときには、表示ムラの発生率が高く、良好な表示品位の液晶表示装置を得ることはできなかった（「×」評価に対応）。第２スペーサＳＳＢの配置密度が０．４％乃至０．５％のとき、および、１．４５％以上１．６％以下のときには、表示ムラの発生率が低く、良好な表示品位の液晶表示装置が得られた（「△」評価に対応）。第２スペーサＳＳＢの配置密度が０．５６％以上１．４％以下のときには、表示ムラが視認されず良好な表示品位の液晶表示装置が得られた（「○」評価に対応）。

上記の評価結果から、第２スペーサＳＳＢの配置密度を０．４％以上１．６％以下、望ましくは０．５６％以上１．４％以下とすることによって良好な表示品位の液晶表示装置が得られた。

すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、柱状スペーサの配置密度を最適化し、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。

なお、上記の液晶表示装置１において、表示部１１０に配置される第１スペーサＳＳＡの配置密度は、第２スペーサＳＳＢの配置密度とは異なるパラメータを用いて導き出される。したがって、第１スペーサＳＳＡの配置密度と、第２スペーサＳＳＢの配置密度が同じ値となる場合に限られない。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図４に示す近似式は、例えば第１スペーサＳＳＡの配置密度等に応じて液晶表示装置毎にそれぞれ算出されるものであって、図４に示す近似式が全ての液晶表示装置に適用されるとは限られない。

さらに、図４に示す場合では、一般的な多項式近似により近似式を算出したが、近似式の算出方法は他の方法も適用可能である。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

ＬＱ…液晶層、ＰＸ…表示画素、ＳＬ…シール材、ＳＳ…スペーサ、ＳＳＡ…第１スペーサ、ＳＳＢ…第２スペーサ、１…液晶表示装置、１０１…アレイ基板、１０２…対向基板、１１０…表示部

Claims

互いに対向して配置された一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
マトリクス状に配置された複数の表示画素からなる表示部と、
前記一対の基板間の間隙を規定する柱状スペーサと、
前記表示部を囲むように配置されたシール材と、を備え、
前記柱状スペーサは前記表示部に配置された複数の第１スペーサと、前記シール材が配置される領域に配置された複数の第２スペーサとを有し、
前記第２スペーサが配置された密度は、前記第２スペーサ上のシール材の厚さを所定の大きさとする値である液晶表示装置。
前記第２スペーサ上のシール材の厚さは、前記第２スペーサの配置密度をパラメータとする式で近似され、
前記第２スペーサの配置密度は、前記式によって、前記第２スペーサ上のシール材の厚さを所定の値とするように設定された値である請求項１記載の液晶表示装置。
液晶表示装置の厚さ方向において、前記一対の基板の一方である第１基板の中央部と、前記第１基板の前記シール材に支持された部分の位置との距離は０μｍ以上０．８μｍ以下である請求項１記載の液晶表示装置。
前記第２スペーサの配置密度は、０．４％以上１．６％以下である請求項１記載の液晶表示装置。