(57)【要約】【課題】液晶表示装置において、基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ、低温泡の発生を抑制する。【解決手段】複数のスペーサを、基板の強度が増すように近接配置された柱状スペーサ２ａ、２ｂを１つの単位とするスペーサグループ２に分割し、各スペーサグループ２を低温泡が発生しない密度となるように配置することで、低温時において、柱状スペーサ２ａ、２ｂの無い領域１０では、収縮による基板のたわみが大きくなり、低温泡が発生することなく液晶層８が十分に収縮する。【選択図】図１
2006350211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板の間に保持される液晶層と、
前記一対の基板が一定の間隙を有するように、両基板間に配置される複数のスペーサとを有し、
前記スペーサは、近接配置されたスペーサを１つの単位とする複数のスペーサグループに分割され、各スペーサグループは、低温泡が発生しない密度となるように配置されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記スペーサの材料には、感光性樹脂材料を使用することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向配置された一対の基板間にスペーサと液晶層とが保持される液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶表示装置においては、対向配置された一対の基板間に液晶層が保持される。そして、この液晶層の厚さ（以下、液晶ギャップと称する）を一定に保つために、基板間に複数のスペーサが配置される。
【０００３】
近年、スペーサの材料に感光性樹脂を使用し、フォトリソグラフィプロセスによって、スペーサを、基板全体にわたって均一な密度で、各画素の隙間にレイアウト配置することで、液晶ギャップのむらや、表示画素の不良、開口率の低下を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は、上記のような従来の液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図である。同図に示すように、表示領域１において、ＲＧＢ画素の隙間に柱状のスペーサ（以下では柱状スペーサ２ａと称する）が均一な密度で配置されている。ここで記号Ｒは赤色、Ｇは緑色，Ｂは青色の画素をそれぞれ示している。
【０００５】
図６は、図５の液晶表示装置の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。同図に示すように、画素電極３が配置されたアレイ基板４と、カラーフィルタ５及び対向電極６が配置された対向基板７との間に液晶層８が柱状スペーサ２ａにより一定の液晶ギャップ９を有するように保持されている。また、この他図示しない薄膜トランジスタ、配向膜、偏光板などの構成要素で液晶表示装置は構成される。液晶表示装置は、製造工程中若しくは使用中において、アレイ基板４又は対向基板７に対して、外部から同図の矢印に示すような外力１１をしばしば受ける。
【０００６】
このとき、図５の柱状スペーサの無い領域１０が広く、表示領域１に配置する柱状スペーサ２ａの密度が低いと、液晶表示装置の弾性変形範囲を越えてしまい、液晶ギャップ９に不可逆な変化が生じてしまうため、表示画面に表示ムラが生じ、製品にとっては表示品質面で重大な欠陥となる。
【０００７】
一方で、このような問題に対し、液晶表示装置の設計時において、基板へ加わる外力に対する押圧耐性を向上するために表示領域に配置する柱状スペーサの密度を高くする方法が提案されている。図７は、従来の液晶表示装置の表示領域において柱状スペーサの密度を高くした場合の平面図である。同図では、表示領域１において、図５における柱状スペーサ２ａの数に対して倍の数の柱状スペーサ２ａが配置された状態を示している。このように、表示領域１に対して、柱状スペーサ２ａの密度を高くすることで、基板の強度が増し、液晶表示装置の基板に加わる外力に対する押圧耐性を向上することができる。
【特許文献１】特開２００４−６１９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、寒冷地域又は航空貨物室のような低温度な環境下において、液晶表示装置を保管或いは設置しておくような場合には、冷却により液晶表示装置を構成する各部材が収縮し、液晶ギャップを縮めようとする力が働く。一般に、液晶層の膨張係数は、スペーサ部材や基板部材といった他の部材と比べて１桁程度大きい。
【０００９】
図８は、低温度な環境下においた場合の、図７の液晶表示装置の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。同図に示すように、表示領域１に対する柱状スペーサ２ａの密度が高い場合には図７の柱状スペーサの無い領域１０が狭くなるため、液晶ギャップ９が十分に縮まることができず、柱状スペーサ２ａ近傍において気泡（実際には極めて低圧のガスを含むと推定されている。以下では、低温泡１２と称する）が発生する。
【００１０】
一旦、発生した低温泡１２は、常温に戻しても消滅しないことがあり、表示画素の欠陥の原因になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置において、基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ、低温泡の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る液晶表示装置は、対向配置された一対の基板と、一対の基板の間に保持される液晶層と、一対の基板が一定の間隙を有するように、両基板間に配置される複数のスペーサとを有し、スペーサは、近接配置されたスペーサを１つの単位とする複数のスペーサグループに分割され、各スペーサグループは、低温泡が発生しない密度となるように配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、複数のスペーサを、基板の強度が増すように近接配置されたスペーサを１つの単位とする複数のスペーサグループに分割し、各スペーサグループを低温泡が発生しない密度となるように配置することで、低温時において、スペーサの無い領域では、収縮による基板のたわみが大きくなり、低温泡が発生することなく液晶層が十分に収縮する。
【００１４】
また、上記液晶表示装置におけるスペーサの材料には、露光やエッチング工程を用いて自由に配置可能な感光性樹脂材料を使用することが望ましい。さらに、遮光を目的として、感光性樹脂材料に、一般の液晶表示装置で使用される材料よりも弾性値が低い黒顔料分散タイプを使用する場合には、低温泡の抑制が大きな問題となることから、本発明の重要性が増す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の液晶表示装置によれば、基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ、低温泡の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図である。同図に示すように、表示領域１において、ＲＧＢ画素の隙間にスペーサグループ２が配置される。ここで記号Ｒは赤色、Ｇは緑色，Ｂは青色の画素をそれぞれ示している。表示領域１には、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のサイズのＲＧＢ画素が数百万個配置される。
【００１８】
スペーサグループ２は、近接配置された２本の柱状スペーサ２ａ、２ｂで構成され、表示領域１において、低温泡が発生しない密度となるように表示領域１の全面に渡って均一に配置される。柱状スペーサ２ａ、２ｂは、直径１０μｍ〜数１０μｍ程度の円柱状であり、フォトリソグラフィプロセスによって、ＲＧＢ画素の隙間に、画素に近接するようにレイアウト配置される。柱状スペーサ２ａ、２ｂには、例えば感光性樹脂が使用される。
【００１９】
またスペーサグループ２間の距離の値は、基板、液晶層、スペーサ部材などの液晶表示装置の構成部材、想定される温度範囲、液晶ギャップ、画素サイズやスペーサの形状などのパラメータを元に得られる実験値が使用される。
【００２０】
図２は、図１の液晶表示装置の表示領域１におけるＡ−Ａ部の断面図である。同図に示すように、液晶表示装置は、画素電極３を備えたアレイ基板４と、アレイ基板４に対向配置され、カラーフィルタ５及び対向電極６とを備えた対向基板７と、両基板間に保持される液晶層８と、両基板が一定の液晶ギャップ９を有するように、両基板間に近傍配置された柱状スペーサ２ａ、２ｂで構成されるスペーサグループ２を複数有する。ここでは説明のために液晶層８と柱状スペーサ２ａ、２ｂとを強調して示し、薄膜トランジスタ、配向膜、偏光板などの他の構成要素については省略する。
【００２１】
このように、各スペーサグループ２を、近傍配置した２本の柱状スペーサ２ａ、２ｂで構成することで、アレイ基板４及び対向基板７の強度が増し、基板に加わる外力に対する押圧耐性が向上する。
【００２２】
次に、低温時における本発明のスペーサによる作用・効果について、従来の液晶表示装置と比較しながら説明する。図１に示すように、各スペーサグループ２を低温泡が発生しない密度となるように配置したことで、柱状スペーサ２ａ、２ｂの無い領域１０は、図７で示した従来の液晶表示装置の柱状スペーサの無い領域１０と比べて広くなっている。これにより、低温時において、柱状スペーサの無い領域１０では、収縮によるアレイ基板４、対向基板７のたわみが大きくなるので、低温泡が発生することなく液晶層８が十分に収縮する。
【００２３】
したがって、第１の実施の形態によれば、複数のスペーサを、基板の強度が増すように近接配置された柱状スペーサ２ａ、２ｂを１つの単位とする複数のスペーサグループ２に分割し、各スペーサグループ２を低温泡が発生しない密度となるように配置することで、低温時において、柱状スペーサ２ａ、２ｂの無い領域１０では、収縮による基板のたわみが大きくなり、低温泡が発生することなく液晶層８が十分に収縮する。よって、基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ、低温泡の発生を抑制することが可能となる。
【００２４】
また、柱状スペーサ２ａ、２ｂの材料に、遮光を目的として黒色顔料分散させた弾性値の低い感光性樹脂材料を使用した場合でも、低温泡の抑制効果を高めることができる。
【００２５】
［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る液晶表示装置は、図１、図２を用いて説明した第１の実施の形態と基本的な構成は同様であるので、同様な構成要素については説明を省略し、以下では第１の実施の形態と異なる点を中心に図３、図４を用いて説明する。
【００２６】
第１の実施の形態と異なる点は、表示領域において、低温泡が発生しない密度となるように配置するスペーサグループを、近接配置された３本の柱状スペーサで構成し、柱状スペーサの無い領域をより広くしたという点である。
【００２７】
図３は、第２の実施の形態に係る液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図であり、図４は、図３の断面図である。同図に示すように、スペーサグループ２は、近接配置された３本の柱状スペーサ２ａ、２ｂ、２ｃで構成され、低温泡が発生しない密度となるように表示領域１の全面に渡って均一に配置される。
【００２８】
このように、各スペーサグループ２を、近傍配置した３本の柱状スペーサで構成することで、アレイ基板４及び対向基板７の強度が増し、外力に対する押圧耐性が向上する。
【００２９】
また、柱状スペーサの無い領域１０が、第１の実施の形態と比べて広くなっている。これにより、低温時において、柱状スペーサの無い領域１０では、収縮によるアレイ基板４、対向基板７のたわみがより大きくなるので、低温泡が発生することなく液晶層８が十分に収縮する。
【００３０】
したがって、第２の実施の形態によれば、複数のスペーサを、基板の強度が増すように近接配置された柱状スペーサ２ａ、２ｂ、２ｃを１つの単位とする複数のスペーサグループ２に分割し、各スペーサグループ２を低温泡が発生しない密度となるように配置することで、低温時において、柱状スペーサ２ａ、２ｂ、２ｃの無い領域１０では、収縮による基板のたわみが大きくなり、低温泡が発生することなく液晶層８が十分に収縮する。よって、基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ、低温泡の発生を抑制することが可能となる。
【００３１】
尚、上記の各実施の形態においては、柱状スペーサを複数有するスペーサグループにより、表示領域における柱状スペーサの密度を高める構成としたが、これに限られるものではない。液晶表示装置の基板に加わる外力に対する押圧耐性を確保しつつ低温泡の発生を抑制することが可能な構成であれば、例えば、４本以上の柱状スペーサでスペーサグループを構成してもよいし、若しくは、基板面に平行な断面積を大きくした柱状スペーサでスペーサグループを構成し、表示領域における柱状スペーサの密度を高くしても良い。この場合にも、各実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上記の各実施の形態においては、スペーサの形状は円柱状の柱状スペーサとしたが、これに限られるものではなく、例えばスペーサの形状は、円錐台状や墳丘状、或いは対称性を有する直方体若しくは、壁状のスペーサを使用しても構わない。この場合にも、各実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００３３】
そして、特に柱状スペーサに遮光を目的とした顔料分散タイプの黒色レジストを用いた場合でも（一般にその弾性値は透明のものに比べて低い）、本発明への適用が非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施の形態に係る液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図である。
【図２】図１の液晶表示装置の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図である。
【図４】図３の液晶表示装置の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図５】従来の液晶表示装置の表示領域における概略的な構成を示す平面図である。
【図６】図５の液晶表示装置の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図７】図５の液晶表示装置の表示領域において柱状スペーサの密度を高くした場合の平面図である。
【図８】従来の液晶表示装置における問題点を説明するための図７の表示領域におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…表示領域
２…スペーサグループ
２ａ、２ｂ、２ｃ…柱状スペーサ
３…画素電極
４…アレイ基板
５…カラーフィルタ
６…対向電極
７…対向基板
８…液晶層
９…液晶ギャップ
１０…柱状スペーサの無い領域
１１…外力
１２…低温泡
Ｒ…赤色の画素
Ｇ…緑色の画素
Ｂ…青色の画素
【図１】
2006350211.tif 000003
【図２】
2006350211.tif 000004
【図３】
2006350211.tif 000005
【図４】
2006350211.tif 000006
【図５】
2006350211.tif 000007
【図６】
2006350211.tif 000008
【図７】
2006350211.tif 000009
【図８】
2006350211.tif 000010