(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板の一面側に設けられた第１電極と、
前記第２基板の一面側に設けられた第２電極と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた複数の柱状スペーサーと、
を備え、
前記第１基板と前記第２基板の重なる有効表示領域は、前記第１電極と前記第２電極がいずれも配置された表示部、前記第１電極と前記第２電極のいずれかのみ配置された引き回し線部、及び前記第１電極と前記第２電極のいずれも配置されない非表示部を含み、
前記複数の柱状スペーサーの平面視での単位面積当たりのスペーサー配置面積は、前記表示部におけるスペーサー配置面積よりも前記引き回し線部におけるスペーサー配置面積が相対的に小さく、前記引き回し線部におけるスペーサー配置面積よりも前記非表示部におけるスペーサー配置面積が相対的に小さい、
液晶表示装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記第１電極と前記第２電極の重なる部分が文字、数字又は図案を構成する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記有効表示領域の面積に対する前記表示部の面積の比率が０％より大きく５０％以下である、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記複数の柱状スペーサーの各々の平面視における形状が正方形状、長方形状、円形状又は菱形状である、請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記複数の柱状スペーサーの密度を変えることによって前記表示部、前記引き回し線部及び前記非表示部の相互間におけるスペーサー配置面積の差を生じさせる、請求項１〜４の何れか１項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、樹脂等で形成される柱状スペーサーを用いてセル厚を制御する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶層と基板の界面において液晶分子を水平配向に設定し、かつ液層分子の方位角方向における配向方向を上下基板間で１８０°〜２４０°程度回転させた超ねじれネマティック（ＳＴＮ）型液晶表示装置は、所定構造の補償セルを組み合わせることにより光学的な補償を実現することが可能であり、これをクロスニコル配置した偏光板間に配置することにより良好な暗表示が得られる。ここでいう補償セルとは、補償対象であるＳＴＮ型液晶表示装置との関係で、互いに液晶分子の方位角方向における回転方向が逆であり、かつ液晶層の中央における液晶分子の配向方向が互いに略直交するようにして配置されるＳＴＮ型液晶セルである。この補償セルの機能は、同様な光学特性を有する液晶性高分子フィルムなどの光学素子で代替することもできる。また、ＳＴＮ型液晶表示装置と上下の各偏光板との間に正の一軸異方性を有する位相差板を１つ又は複数配置する光学補償ＳＴＮ型液晶表示装置も知られている。これらいずれのタイプのＳＴＮ型液晶表示装置においてもノーマリーブラック表示が実現される。
【０００３】
また、上下基板間に配置された液晶層内の液晶分子が電圧無印加時において各基板に対してほぼ垂直に配向する垂直配向型の液晶表示装置（液晶表示素子）は、正面観察時における液晶層のリタデーションがゼロまたはほぼゼロであるため、上下基板を挟んで配置される各偏光板をクロスニコル配置とした場合には非常に良好な暗表示が得られる。さらに、液晶層と上下の各偏光板間の少なくとも一方に視角補償板を配置することにより、電圧無印加時における視角特性が良好なノーマリーブラック表示が実現される。
【０００４】
上記に例示したような各タイプの液晶表示装置では、一般に、上下基板の間隔（以下、単に「基板間隔」という。）を維持するために上下基板間にスペーサーを分散して配置する。スペーサーとしては、例えば有機材料等からなる球状スペーサーが広く用いられている。この球状スペーサーは、液晶表示装置の製造過程において、例えば特開２００１−２１８９９号公報（特許文献１）に開示されるような乾式散布法を用いて上下基板間に均等かつランダムに散布される。しかし、球状スペーサーをランダムに散布していることから表示領域（表示画素）内にも球状スペーサーが配置されるため、電圧無印加時あるいは電圧印加時において液晶層の配向不良を誘発し、これに伴う表示品位の低下を招く場合がある。
【０００５】
これに対して、上下基板間の意図した場所に、感光性樹脂等からなる柱状スペーサーを設けることにより基板間隔を維持する構造の液晶表示装置が提案されている。このような液晶表示装置では、配向不良が発現しにくい位置を選んで柱状スペーサーを配置することができるため、液晶表示装置の表示品位の向上を図ることが可能となる。このような柱状スペーサーは、例えば、複数の画素がマトリクス状に配置されたドットマトリクス型の液晶表示装置に用いられる場合であれば、各画素の間に設けられた遮光膜（ブラックマトリクス）の下に配置し、画素内には配置されないようにすることができる。
【０００６】
ところで、上記した垂直配向型やＳＴＮ型の液晶表示装置をノーマリーブラック型に構成し、マルチプレックス駆動により動作させモノクロ表示を実現する場合には、低コスト化などの観点からブラックマトリクスを用いない場合が多い。この場合、上記したように柱状スペーサーをブラックマトリクスの下に配置することができない。
【０００７】
また、上記したマルチプレックス駆動により動作させる液晶表示装置には、規則的に配列された複数の画素からなるドットマトリクス表示部と、任意の文字や図案を表示するセグメント表示部を混在させたものがある。この場合、特にセグメント表示部においてはそれぞれの文字や図案の大きさが任意であることから、これらの文字等の領域外にのみ柱状スペーサーを配置した場合に基板間隔を均一にすることが困難である。一般的に、セグメント表示部においては、画像表示に関わる領域として利用者に視認される有効表示領域内に占める文字や図案を実際に表示するための領域（透過率変化を生じる領域）の割合、すなわち専有面積は０％より大きく５０％以下であることが多い。これは、一般的にドットマトリクス表示部における有効表示領域内に占める複数の画素による専有面積が５０％以上となるのに比較して低い値である。このため、特にセグメント表示部においては、文字等の領域外にのみ柱状スペーサーを配置することによる基板間隔の不均一が顕著になりやすい。このような基板間隔の不均一は液晶層の層厚の違いを生じさせるため、液晶表示装置の表示品位の低下を招く原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２１８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明に係る具体的態様は、液晶表示装置の液晶層の層厚の均一性を向上して表示品位を向上させることが可能な技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板の一面側に設けられた第１電極と、（ｃ）第２基板の一面側に設けられた第２電極と、（ｄ）第１基板と第２基板の間に設けられた液晶層と、（ｅ）第１基板と第２基板の間に設けられた複数の柱状スペーサーを備える。第１基板と第２基板の重なる有効表示領域は、第１電極と第２電極がいずれも配置された表示部、第１電極と第２電極のいずれかのみ配置された引き回し線部、及び第１電極と第２電極のいずれも配置されない非表示部を含む。複数の柱状スペーサーの平面視での単位面積当たりのスペーサー配置面積は、表示部におけるスペーサー配置面積よりも引き回し線部におけるスペーサー配置面積が相対的に小さく、引き回し線部におけるスペーサー配置面積よりも非表示部におけるスペーサー配置面積が相対的に小さく設定されている。
【００１１】
表示部、引き回し線部、非表示部の相互間でスペーサー配置面積に差を設けることにより、第１基板と第２基板の撓み具合を表示部、引き回し線部および非表示部でそれぞれ異ならせることができる。この撓み具合の違いを利用することにより、表示部、引き回し線部、非表示部のそれぞれにおける表面間距離をより近い大きさとして液晶層の層厚差を小さくすることができる。それにより、液晶層の層厚の均一性を向上して液晶表示装置の表示品位を向上することが可能となる。
【００１２】
上記の液晶表示装置における表示部は、第１電極と第２電極の重なる部分が文字、数字又は図案を構成することが好ましい。すなわち、上記の液晶表示装置は、セグメント表示型であることが好ましい。この場合、有効表示領域の面積に対する表示部の面積の比率は、例えば０％より大きく５０％以下である。
【００１３】
上記のようなセグメント表示型の液晶表示装置では特に表示部、引き回し線部、非表示部の相互間における表面間距離の差が顕著となりやすく、これを抑制することが可能となる。
【００１４】
上記の液晶表示装置において、複数の柱状スペーサーの各々の平面視における形状は、例えば正方形状、長方形状、円形状又は菱形状とすることができる。
【００１５】
上記の液晶表示装置において、複数の柱状スペーサーの密度を変えることによって表示部、引き回し線部及び非表示部の相互間におけるスペーサー配置面積の差を生じさせることは好ましい態様の１つである。なお、複数の柱状スペーサーの個々の面積を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来例の液晶表示装置の基板間隔について説明するための模式的な断面図である。
【図２】所定のシミュレーション条件において、液晶層の層厚を変化させたときの正面観察時の透過率変化を計算した結果を示す図である。
【図３】所定のシミュレーション条件において、液晶層の層厚を変化させ、かつ、方位０°で法線を基準とした極角５０°方向からの観察時における透過率変化を計算した結果を示す図である。
【図４】所定のシミュレーション条件において、液晶層の層厚を４．０μｍ〜４．５μｍに変化させた場合の分光スペクトルの変化を示す図である。
【図５】ダミー電極を有する従来例の液晶表示装置について説明するための模式的な断面図である。
【図６】一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図７】上側基板と下側基板の相互間距離のスペーサー配置面積依存性を示す図である。
【図８】各プロットの（１）式におけるパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを示す図である。
【図９】セグメント表示部を有する液晶表示装置の一例を示す模式的な平面図である。
【図１０】上側基板（セグメント基板）に設けられるセグメント電極の構造例を示す平面図である。
【図１１】下側基板（コモン基板）に設けられるコモン電極の構造例を示す平面図である。
【図１２】上側基板と下側基板を貼り合わせた状態におけるセグメント電極とコモン電極の構造を示す平面図である。
【図１３】柱状スペーサーの配置面積の割合の違いを説明するための図である。
【図１４】スペーサーの配置面積の割合の違いによる効果を説明するための模式的な断面図である。
【図１５】柱状スペーサーの他の形状例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、従来例の液晶表示装置の基板間隔について説明するための模式的な断面図である。この図１では、それぞれが一面上に電極（導電膜）１０３、１０４を有しており、対向配置された２つの基板１０１、１０２が示されている。なお、各基板１０１、１０２の間に設けられるべき液晶層やその他の部材については説明の便宜上、図示を省略する。図１に示すように、液晶表示装置において利用者により視認されて画像表示に寄与する有効表示領域は、主に、各基板１０１、１０２のいずれにも電極が存在する表示部１１１と、各基板１０１、１０２のいずれか一方にのみ電極が存在する引き回し線部１１２と、各基板１０１、１０２のいずれにも電極が存在しない非表示部１１３の３つに区分することができる。
【００１９】
例えば、液晶表示装置を透過型に構成する場合には、各基板１０１、１０２の各電極１０３、１０４としてはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜などの透明導電膜が用いられる。透明導電膜はその膜厚によりシート抵抗が異なり、例えばスパッタ法によって成膜されたＩＴＯ膜の場合、シート抵抗１００Ω/sq.であれば膜厚は約０．０６μｍ、シート抵抗３０Ω/sq.であれば膜厚は約０．１μｍ、シート抵抗１０Ω/sq.であれば膜厚は約０．２５μｍである。セグメント表示部において表示される文字や図案が比較的に簡単な形状の場合にはシート抵抗の高いＩＴＯ膜を用いても不都合は生じない。しかし、文字や図案が複雑な形状の場合、引き回し線（配線）が長い場合あるいは引き回し線の線幅が部分的に狭い場合には、配線抵抗が上昇することによる電圧降下により、表示部１１１において電極間に印加される電圧にバラツキを生じる。このような電圧のバラツキは表示部１１１における輝度ムラを生じさせる。このため、ＩＴＯ膜のシート抵抗はより低いことが望まれる。特に、ドットマトリクス表示部とセグメント表示部が混在する場合で、ドットマトリクス表示部における走査線本数が多い場合にはＩＴＯのシート抵抗を低くすることが重要となる。
【００２０】
ここで、図１に示すように、表示部１１１における各基板の電極１０３、１０４の表面間距離をｄ１し、引き回し線部１１２における一方の基板に設けられた電極（１０３または１０４）と他方の基板の表面間距離をｄ２とし、非表示部１１３における各基板の表面間距離をｄ３とする。図１においては電極が設けられていない場合は基板１０１、１０２の表面を基準にし、電極が設けられている場合では電極１０３、１０４の表面を基準として表面間距離としている。例えば、各基板１０１、１０２の電極１０３、１０４のシート抵抗が３０Ω/sq.であり、表示部１１１における表面間距離ｄ１が６．０μｍであると、引き回し線部１１２における表面間距離ｄ２は６．１μｍとなり、非表示部１１３における表面間距離ｄ３は６．２μｍとなる。また、各基板１０１、１０２の電極１０３、１０４のシート抵抗が１０Ω/sq.であり、表示部１１１における表面間距離ｄ１が６．０μｍであると、引き回し線部１１２における表面間距離ｄ２は６．２５μｍとなり、非表示部１１３における表面間距離ｄ３は６．５μｍとなる。このため、各基板１０１、１０２の間に液晶層を配置したときに、その層厚は、表示部１１１、引き回し線部１１２、非表示部１１３のそれぞれで著しく差を生じることになる。そこで、上記のように電極の有無によって液晶層の層厚が変化したときに、液晶表示装置の表示品位にどのような影響が現れるかをコンピュータシミュレーションにより解析した。この解析には市販のシミュレータを使用した。
【００２１】
まず、上記した補償セルと組み合わせて用いるＳＴＮ型液晶表示装置の場合について検討した。なお、ここでは補償セルによる補償対象のＳＴＮ型液晶表示装置を「駆動セル」と称する。シミュレーションに用いた補償セルと駆動セルは、いずれも上下基板間に配置された液晶層の液晶分子が基板面に対して２°のプレティルト角を有して水平配向しており、かつ上下基板間で方位角方向に１８０°ねじれて配向している。このねじれの方向は、駆動セルの液晶層では右ねじれ、補償セルの液晶層では左ねじれに設定されている。また、駆動セルと補償セルとは、各々の液晶層の層厚方向の中央における液晶分子の配向方向が互いに直交するように配置されている。駆動セル、補償セルの各々の外側に配置される上下の各偏光板はクロスニコル配置されている。そして、補償セルに近い上側偏光板の吸収軸は補償セルの液晶層の層厚方向の中央における液晶分子の配向方向に対して４５°方向に設定されている。また、駆動セルに近い下側偏光板の吸収軸は駆動セルの液晶層の層厚方向の中央における液晶分子の配向方向に対して４５°方向に設定されている。補償セルおよび駆動セルのそれぞれの液晶層を構成する液晶材料のΔｎは０．１５２に設定した。また、補償セルについては上下基板の各表面に電極が存在しないものとし、液晶層の層厚は上下基板間の全体で一様に６．０μｍであるものとした。
【００２２】
図２は、上記したシミュレーション条件において、液晶層の層厚を変化させたときの正面観察時の透過率変化を計算した結果を示す図である。駆動セルと補償セルの間で液晶層の層厚が一致している場合には透過率が約０．００３％となる。これに対して、駆動セルの液晶層の層厚が６．１μｍに変わるだけで透過率は約０．２％に上昇する。さらに、駆動セルの液晶層の層厚が６．５μｍに変わった場合には透過率は約４．５％と大幅に上昇する。このような透過率の上昇は液晶表示装置のコントラスト特性へ強い影響を与えると考えられる。したがって、各基板の電極のシート抵抗が仮に１００Ω/sq.であったとしても、表示部と非表示部では明らかに透過率が異なることが外観から観察され、表示ムラとして利用者に認識されることになる。
【００２３】
次に、垂直配向型の液晶表示装置についても同様に検討した。具体的には、シミュレーションに用いた液晶表示装置は、上下基板間に配置された液晶層の液晶分子が基板面に対して８９．９°のプレティルト角を有して垂直配向しており、かつ上下基板のそれぞれにおける配向方向が逆方向に設定されている（アンチパラレル配向）。上下基板の各々の外側にはクロスニコル配置された２つの偏光板が配置されており、各偏光板の吸収軸は、それぞれ液晶層の層厚方向の中央における液晶分子の配向方向に対して４５°の角度をなすように設定されている。各偏光板は、ＴＡＣ保護フィルムとＰＶＡ偏光層を有しており、ＴＡＣ保護フィルムの厚さ方向の位相差が５０ｎｍである。上側偏光板と上側基板の間には視角補償板が配置されている。この視角補償板は、面内位相差５５ｎｍであり厚さ方向位相差２２０ｎｍの二軸フィルムと、面内位相差０ｎｍであり厚さ方向位相差２２０ｎｍのＣプレートを積層した構成となっている。そして、この視角補償板は、二軸フィルムが上側偏光板に近接し、その面内遅層軸が上側偏光板の吸収軸に直交するようにして配置されている。視角補償板の材質はいずれもノルボルネン系環状オレフィンポリマーと設定した。また、液晶層を構成する液晶材料のΔｎは０．１５に設定した。
【００２４】
図３は、上記したシミュレーション条件において、液晶層の層厚を変化させ、かつ、方位０°で法線を基準とした極角５０°方向からの観察時における透過率変化を計算した結果を示す図である。上記した図２に示した補償セルを用いるＳＴＮ型液晶表示装置の計算結果に比べれば液晶層の層厚への依存性は小さいが垂直配向型の液晶表示装置においても層厚の変化に伴って透過率が確実に変化していることが分かる。図４は、上記したシミュレーション条件において、液晶層の層厚を４．０μｍ〜４．５μｍに変化させた場合の分光スペクトルの変化を示す図である。図４に示すように、スペクトルカーブが層厚に応じて変化しており、明らかに色調変化が外観観察から認識できるレベルにあることが分かった。すなわち、例えばシート抵抗１０Ω/sq.の電極を用いた場合、表示部と引き回し線部と非表示部で透過率だけでなく色調の変化も観察され、電極パターンが外観から認識されることから表示ムラと認められる状態であることが分かった。
【００２５】
上記したような液晶表示装置における表示部１１１、引き回し線部１１２、非表示部１１３の液晶層の層厚差を解消する方法として、引き回し線部１１２、非表示部１１３に外部回路とは接続されないダミー電極を配置することが考えられる。図５は、ダミー電極を有する従来例の液晶表示装置について説明するための模式的な断面図である。図５（Ａ）に示す液晶表示装置は、基板１０１上に電極１０３とダミー電極１０５が設けられ、基板１０２上に電極１０４とダミー電極１０６が設けられている。なお、各基板１０１、１０２の間に設けられるべき液晶層やその他の部材については説明の便宜上、図示を省略する。図５に示すように、各基板１０１、１０２にダミー電極１０５、１０６を設けることで引き回し線部１１２と非表示部１１３のそれぞれにおける表面間距離が表示部１１１の表面間距離とほぼ等しくなるため、液晶層の層厚差が著しく改善される。
【００２６】
しかし、画像表示に必要な電極に加えてダミー電極を設けるための設計は著しく煩雑であり、設計ミスを誘発しやすい。例えば図５（Ｂ）に示すように、ダミー電極の設計にミスを生じ、引き回し線部１１２の基板１０２側に設けられたダミー電極１０６が非表示部１１３の基板１０１側のダミー電極１０５と引き回し線部１１２の電極１０３のいずれとも対向するように配置された場合を考える。この場合、基板１０１側の電極１０３とダミー電極１０５の電位が等しければ基板１０２側のダミー電極１０６も同電位となり、異常動作（異常点灯）は生じない。ところが、例えば引き回し線部１１２の基板１０１側の２つの電極１０３の電位が著しく異なる場合は基板１０２側のダミー電極１０６がさらに異なる電位になる場合があり、この部分が全面で異常点灯する不具合が生じる時がある。これは設計ミスの一例を挙げたが、他にも、基板１０１と基板１０２を貼り合わせる際に位置ずれを生じることで、例えば基板１０１上の電極が対向する基板１０２のダミー電極１０６と重畳して異常点灯を誘発する不具合が生じる可能性もある。
【００２７】
そこで以下に、ダミー電極を用いる方法における上記のような不都合を解消し、表示部、引き回し線部、非表示部の相互間で表面間距離の差異を生じることによる表示品位の低下を抑制し得る一実施形態の液晶表示装置を説明する。
【００２８】
図６は、一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図６に示す本実施形態の液晶表示装置は、対向配置された上側基板（第１基板）１１および下側基板（第２基板）１２と、両基板の間に配置された液晶層１７を基本構成として備える。この液晶表示装置は、液晶層１７の液晶分子が電圧無印加時において各基板に対してほぼ垂直に配向する垂直配向型の液晶表示装置であり、上側偏光板１９および下側偏光板２１をクロスニコル配置としたノーマリーブラックモードに構成されている。本実施形態の液晶表示装置において、利用者により視認されて画像表示に寄与する有効表示領域は、上側基板１１と下側基板１２のいずれにも電極が存在する表示部１と、上側基板１１と下側基板１２のいずれか一方にのみ電極が存在する引き回し線部２と、上側基板１１と下側基板１２のいずれにも電極が存在しない非表示部３の３つに区分される。
【００２９】
上側基板１１と下側基板１２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。上側基板１１と下側基板１２は、所定の間隙（例えば数μｍ程度）を設けて貼り合わされている。上側基板１１と下側基板１２の間隙は、両基板間に配置された柱状スペーサー２３によって保持される。
【００３０】
上側電極１３は、上側基板１１の一面側に設けられている。同様に、下側電極１４は、下側基板１２の一面側に設けられている。上側電極１３および下側電極１４は、それぞれ例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。これらの上側電極１３および下側電極１４を介して外部の駆動回路（図示省略）から液晶層１７に駆動信号が供給される。例えば、上側電極１３と下側電極１４は、互いが重なった領域が所望の文字や図案を形作るように形成されている（セグメント表示型の場合）。
【００３１】
配向膜１５は、上側電極１３を覆って上側基板１１の一面側に設けられている。同様に、配向膜１６は、下側電極１４を覆って下側基板１２の一面側に設けられている。これらの配向膜１５、１６は、液晶層１７の液晶分子の配向を制御するものである。例えば、本実施形態では配向膜１５、１６として垂直配向膜を用いる。各配向膜１５、１６にはラビング処理等の一軸配向処理が施されており、かつその配向処理の方向が互い違い（アンチパラレル）となるように配置されている。
【００３２】
液晶層１７は、上側基板１１と下側基板１２の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を用いて液晶層１７が構成される。液晶層１７に図示された太線は、液晶層１７における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。本実施形態の液晶層１７は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が上側基板１１および下側基板１２の各基板面に対してわずかなプレティルト角を有して略垂直となる垂直配向モードに設定されている。
【００３３】
柱状スペーサー２３の各々は、上側基板１１と下側基板１２のいずれか一方（例えば、上側基板１１）に固着して設けられており、上側基板１１と下側基板１２の間隙を保つ機能を果たす。各柱状スペーサー２３は、例えば平面視において矩形状、ひし形状、円形状、楕円形状等に形成されている。柱状スペーサー２３は、その単位面積当たりの配置面積が表示部１、引き回し線部２および非表示部３のそれぞれにおいて異なる。具体的には、配置面積の割合は、表示部１で最も大きく、次いで引き回し線部２で大きく、非表示部３で最も小さく設定されている。配置面積の割合については後ほどさらに詳述する。
【００３４】
上側偏光板１９は、上側基板１１の外側に配置されている。同様に、下側偏光板２１は、下側基板１２の外側に配置されている。上側偏光板１９と下側偏光板２１は、各々の吸収軸が互いに略直交するように配置されている。また、上側偏光板１９と下側偏光板２１の各吸収軸は、配向処理の方向に対応して定義される液晶層１７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略４５°の角度をなす位置に設定される。なお、各偏光板と各基板との間には適宜Ｃプレート等の光学補償板が配置されてもよい。例えば本実施形態では、上側基板１１と上側偏光板１９の間、下側基板１２と下側偏光板２２の間のそれぞれに光学補償板２０、２２が配置されている。光学補償板２０、２２としては、負の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を有する視角補償板が用いられる。
【００３５】
次に、図６に示した構造を有する液晶表示装置の製造方法の一例を説明する。
【００３６】
まず、上側電極１３を有する上側基板１１、下側電極１４を有する下側基板１２をそれぞれ作製する。具体的には、片面が研磨処理され、その表面にＳｉＯ２アンダーコートが施された後、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明導電膜が成膜された一対のガラス基板を用意する。これらのガラス基板の透明導電膜に対してフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を行うことにより所望の形状にパターニングする。なお、必要に応じて、透明導電膜をパターニングして得られた上側電極１３や下側電極１４の各々の一部表面上にＳｉＯ２などによる絶縁層を形成してもよい。なお、ＩＴＯからなる透明導電膜は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法などの物理気相堆積法によって成膜され、その膜厚はシート抵抗１００Ω/sq.において約０．０５μｍ、３０Ω/sq.において約０．１μｍ、１０Ω/sq.において約０．２５μｍであり、透過率は８０％以上である。
【００３７】
次に、上側基板１１（もしくは下側基板１２）の一面上に、感光性樹脂を用いて柱状スペーサー２３を形成する。例えば、透明ネガ型感光性樹脂材料を上側基板１１の一面上に滴下し、この上側基板１１をスピンナーにて３０秒間ほど回転させることにより、透明ネガ型感光性樹脂材料を基板全面に塗布する。その後、これをホットプレート上で１００℃、１２０秒間の条件で仮焼成する。なお、樹脂膜の膜厚はスピンナーの回転数を変えることにより略０．５μｍ〜５μｍ程度まで制御できる。仮焼成した樹脂膜に対して、所望の柱状スペーサー２３に対応する遮光パターンを有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを光源とする密着露光機にて紫外線を照射する。この露光は、フォトマスクと樹脂塗布面とを略密着させた状態で行う。その後、濃度１％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に上側基板１１を浸漬することにより樹脂膜の現像を行い、ついで純水にてリンスする。基板乾燥後、クリーンオーブン内にて２２０℃、３０分間の条件で本焼成することにより、上側基板１１の一面上に各柱状スペーサー２３が形成される。
【００３８】
次に、上側基板１１および下側基板１２をそれぞれ弱アルカリ溶液および純水にてブラシ洗浄後、基板乾燥し、低圧水銀ランプまたは酸素キャリアを用いた大気圧プラズマ等によるドライ洗浄を行う。次に、各基板にフレキソ印刷法にて所望パターンの配向膜を塗布し、クリーンオーブン内にて９０℃で約５分間の条件で仮焼成し、さらに１６０℃〜２８０℃で３０〜６０分間の条件で本焼成する。その後、配向膜に対して配向処理の１つであるラビング処理を行う。液晶層の動作モード等により、ラビング処理は上側基板１１と下側基板１２のいずれか一方、または双方に対して行われる。一方のみにラビング処理を行う場合には、柱状スペーサー２３が存在しない下側基板１２の配向膜に対して行うことが好ましい。なお、図６において電極１４は配向膜１６中に埋没しており、配向膜１６の表面高さは表示部１、引き回し線部２、非表示部３で一様であるように図示しているが、実際は電極１４の厚みが配向膜１６の表面にも反映される。
【００３９】
次いで、一方の基板（例えば上側基板１１）に、例えばスクリーン印刷法によってシール材を形成する。シール材は、上側基板１１と下側基板１２が重なる領域の外形よりわずかに小さい枠状に形成される。このとき、シール材には柱状スペーサー２３の高さよりも小さい径の球状スペーサーと、上側基板１１と下側基板１２の電極間を導通させるための導電性粒子が混入されていてもよい。シール材を形成した後、上側基板１１と下側基板１２を貼り合わせて熱圧着することによりシール材を固着させる。熱圧着の条件は、例えば１２０℃で１時間以上とする。
【００４０】
次いで、真空注入法等の方法によって、上側基板１１と下側基板１２の間隙に液晶材料を注入し、上側基板１１および下側基板１２の各表面をプレスすることにより余分に注入された液晶材料を排出する。その後、紫外線硬化樹脂を液晶材料の注入口へ塗布し、プレス状態を開放することにより紫外線硬化樹脂を注入口から内部へわずかに浸透させる。その後、紫外線照射することによって紫外線硬化樹脂を硬化させて注入口を封止する。その後、オーブンにて例えば１２０℃、６０分間の条件で熱処理を行う。これにより液晶層１７が形成される。
【００４１】
その後、上側基板１１および下側基板１２を貼り合わせて得られたセルを中性洗剤等で洗浄し、さらに純水でリンスし、乾燥させる。そして、上側基板１１の外側に上側偏光板１９および光学補償板２０を貼り合わせ、かつ下側基板１２の外側に下側偏光板２１および光学補償板２２を貼り合わせる。最後に、フレキシブル基板またはリードフレームを適宜に取り付けることにより液晶表示装置が完成する。
【００４２】
次に、上側基板１１と下側基板１２の相互間距離と柱状スペーサーの配置面積との関係（面積依存性）について説明する。
【００４３】
本実施形態の液晶表示装置では、上側基板１１と下側基板１２の間隙を保つために両基板間に柱状スペーサー２３が設けられる。このとき、各柱状スペーサー２３の配置方法により基板の相互間距離の大きさやその均一性が影響を受けると考えられる。そこで本願発明者らは、各柱状スペーサー２３の高さを略４．５μｍの設定値として液晶表示装置を作製した場合における、基板面全体面積に対するスペーサー配置面積の割合を変化させた場合のセル厚を評価した。なお、セル厚については基板面内の複数のポイントで測定し、その平均値、及びばらつきを評価した。
【００４４】
各柱状スペーサー２３を形成するためのフォトマスクは矩形状の開口部が周期的に配置されたパターンを有しており、周期間隔や矩形状の開口部の上下左右アスペクト比を変化させることによりスペーサー配置面積の割合を変化させた。液晶表示装置のサイズは、上側基板１１と下側基板１２の重なり合う領域が６０ｍｍ×４２ｍｍであり、シール枠内は約５８ｍｍ×４０ｍｍである。本測定においてはシール枠内に配置されたスペーサーの総面積をシール枠内の面積で割ったものをスペーサー配置面積の割合とした。配向膜としては垂直配向膜を用い、プレティルト角が略８９．９°のアンチパラレル配向になるよう各基板に対してラビング処理を行った。液晶層１７を構成する液晶材料としてはΔｎが略０．２２でΔεが負の値のものを用いた。シール枠内の面内の複数の個所を周期的間隔で測定スポットとし、法線を基準にして極角±３０°の方向から観察した時のリタデーション測定によりセル厚を算出した。
【００４５】
図７は、上側基板と下側基板の相互間距離（セル厚）のスペーサー配置面積依存性を示す図である。図７において、１つの面積比条件におけるセル厚ばらつきより分散σを算出し、その平均セル厚ｄと３σの半分を加算、減算したプロットの３種類が示されている。セル厚は面積比０．０１以下（１％以下）では急激に変化しており、略０．０３（３％）程度まで緩やかな変化が続き、それ以上ではさらに緩やかな変化が続き、やがてある値へ漸近する傾向がみられる。各プロットは以下の（１）式によって近似することが可能であり、３種類のプロットに対する近似曲線を図中に示した。
セル厚＝ｄ＋ａlog(面積比)＋ｂlog(面積比)２＋ｃlog(面積比)３      …（１）
【００４６】
図８は、各プロットの（１）式におけるパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを示す図である。ここで、ｄは面積比が増大した際に漸近する目安になる数値である。本検討においては、柱状スペーサー２３の単体を触針式段差計で測定した場合は略４．５μｍ±０．１μｍであったが、近似式からはこれよりも低い略４．２９μｍ±０．０６μｍ程度であることが分かった。
【００４７】
次に、上記した評価結果に基づく各柱状スペーサー２３の好適な配置方法について説明する。
【００４８】
図９は、セグメント表示部を有する液晶表示装置の一例を示す模式的な平面図である。図９に示す液晶表示装置は、２桁の任意の数字を表示する部分、「TEMP」の文字を表示する部分、「AUTO」の文字を反転表示する部分を含んでいる。なお、液晶表示装置の内部構造については上記した図６等に示した通りである。便宜上、各数字や文字の部分以外の部分を白色で示しているが、実際にはこの部分は黒色となる。
【００４９】
図１０は、上側基板（セグメント基板）に設けられるセグメント電極の構造例を示す平面図である。図１０に示すように、セグメント電極３０は、画像表示に寄与する表示電極部３１と、これらの表示電極部３１に電圧を供給するための引き回し電極部３２と、各引き回し電極部３２を外部駆動回路に接続するためのセグメント端子部３３と、後述するコモン電極を外部駆動回路に接続するためのコモン端子部３４を含んで構成されている。
【００５０】
図１１は、下側基板（コモン基板）に設けられるコモン電極の構造例を示す平面図である。なお、この図１１は下側基板の電極面とは逆の面、すなわち裏面から観察したコモン電極の構造を示している。図１１に示す例は、コモン電極４０の数を２つとし、１／２デューティのマルチプレックス駆動によって動作させることを想定したものである。これら２つのコモン電極４０は、それぞれ一部で上記したコモン端子部３４の１つと重なるように配置されている。両者間は、シール材に混入された導電性粒子によって電気的に接続される。
【００５１】
図１２は、上側基板と下側基板を貼り合わせた状態におけるセグメント電極とコモン電極の構造を示す平面図である。なお、セグメント電極を実線で示し、コモン電極を点線で示している。図１２に示すように、有効表示領域であるシール枠６内の領域においてセグメント電極３０とコモン電極４０が重なっている部分が図６に示した表示部１に対応する。また、セグメント電極３０とコモン電極４０のいずれか一方が存在する部分が図６に示した引き回し線部２に対応し、セグメント電極３０とコモン電極４０のいずれも存在しない部分が図６に示した非表示部３に対応する。図中には、表示部１、引き回し線部２、非表示部３のそれぞれに該当するいくつかの箇所に対して例示的に符号を付して示している。ここで、例えばセグメント電極３０とコモン電極４０のそれぞれのシート抵抗を３０Ω/sq.とすると各電極の膜厚は約０．１μｍとなることから、液晶層の層厚は、非表示部３における層厚を基準とすると、引き回し線部２では約０．１μｍ、表示部１では約０．２μｍの層厚差を生じることになる。このような層厚差は、特に液晶層のΔｎｄが大きく設定された液晶表示装置を正面観察した際や法線より極角方向に傾いた方向から観察した際に、表示部１、引き回し線部２、非表示部３の相互間で電圧無印加時や暗表示時に透過率の相違として観察されやすく、液晶表示装置の表示品位を低下させる。
【００５２】
そこで本実施形態では、上記のように柱状スペーサー２３の単位面積当たりの配置面積の割合を表示部１で最も大きく、次いで引き回し線部２が大きく、非表示部３が最も小さく設定することで液晶層の層厚差を調整している。図１３は、柱状スペーサーの配置面積の割合の違いを説明するための図である。具体的には、図１３（Ａ）は表示部１に配置された柱状スペーサー２３を模式的に示した平面図である。図１３（Ｂ）は引き回し線部２に配置された柱状スペーサー２３を模式的に示した平面図である。図１３（Ｃ）は非表示部３に配置された柱状スペーサー２３を模式的に示した平面図である。ここでは、略正方形状の複数の柱状スペーサー２３を上下左右の各方向に対して規則的に配置しており、柱状スペーサー２３の単位面積当たりの配置面積を変化させている。
【００５３】
具体的には、セグメント電極およびコモン電極の各々のシート抵抗が３０Ω/sq.であるとし、表示部１における液晶層の層厚を約４．２μｍに設定する場合を考える。各柱状スペーサー２３の高さが４．５μｍであるとすると、柱状スペーサー２３の単位面積当たりの配置面積を表示部１においては略６％とし、引き回し線部２においては略４％とし、非表示部３においては略２．９％とすることにより、液晶層の層厚をほぼ一定にすることが可能である（図７参照）。より詳細には、略正方形状に形成された各柱状スペーサー２３の平面視における１辺が０．０１ｍｍであり、等間隔で規則的に配置されるものとすると、表示部１には１ｍｍ２あたり約５８０個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、表示部１では、各柱状スペーサー２３の重心を略０．０２９ｍｍ間隔で配置すればよい（図１３（Ａ）参照）。これに対し、引き回し線部２には１ｍｍ２あたり約４００個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、引き回し線部２では、各柱状スペーサー２３の重心を略０．０３５ｍｍ間隔で配置すればよい（図１３（Ｂ）参照）。また、非表示部３には１ｍｍ２あたり約２８０個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、非表示部３では、各柱状スペーサー２３の重心を略０．０６ｍｍ間隔で配置すればよい（図１３（Ｃ）参照）。
【００５４】
他の具体例として、セグメント電極およびコモン電極の各々のシート抵抗が１０Ω/sq.であるとし、表示部１における液晶層の層厚を約４．２μｍに設定する場合を考える。各柱状スペーサー２３の高さが４．５μｍであるとすると、柱状スペーサー２３の単位面積当たりの配置面積を表示部１においては略６％とし、引き回し線部２においても略２．５％とし、非表示部３においては略１．０％とすることにより、液晶層の層厚をほぼ一定にすることが可能である（図７参照）。より詳細には、略正方形状に形成された各柱状スペーサー２３の平面視における１辺が０．０１ｍｍであり、等間隔で規則的に配置されるものとすると、表示部１には１ｍｍ２あたり約５８０個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、表示部１では、各柱状スペーサー２３の重心を略０．０２９ｍｍ間隔で配置すればよい。また、引き回し線部２にも１ｍｍ２あたり約２５０個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、引き回し線部２でも各柱状スペーサー２３の重心を略０．０６７ｍｍ間隔で配置すればよい。また、非表示部３には１ｍｍ２あたり約９７個の柱状スペーサー２３を配置する必要がある。したがって、非表示部３では、各柱状スペーサー２３の重心を略０．１７３ｍｍ間隔で配置すればよい。
【００５５】
図１４は、スペーサーの配置面積の割合の違いによる効果を説明するための模式的な断面図である。詳細には、図１４（Ａ）は表示部１における表面間距離ｄ１を示す図であり、図１４（Ｂ）は引き回し線部２における表面間距離ｄ２を示す図であり、図１４（Ｃ）は非表示部３における表面間距離ｄ３を示す図である。表示部１には相対的に大きな配置面積で柱状スペーサー２３が配置されることから、上側基板１１と下側基板１２のそれぞれに撓みが生じにくい。これに対して、柱状スペーサー２３の配置面積の小さい引き回し線部２では上側基板１１と下側基板１２がある程度撓むことから表面間距離ｄ２が小さくなる。同様に、柱状スペーサー２３の配置面積がより小さい非表示部３では上側基板１１と下側基板１２がより撓むことから表面間距離ｄ３がより小さくなる。したがって、引き回し線部２の表面間距離ｄ２、非表示部３の表面間距離ｄ３がともに表示部１の表面間距離ｄ１に近づくことになるので、表示部１、引き回し線部２および非表示部３のそれぞれにおける液晶層の層厚差をより小さくすることが可能となる。
【００５６】
なお、上記した実施形態では柱状スペーサーの単位面積当たりの密度を変化させることにより配置面積を制御していたが、柱状スペーサーの個々の面積を変化させてもよい。柱状スペーサーの個々の面積をより大きくすることで単位面積当たりの柱状スペーサーの数を減少させることができる。ただし、柱状スペーサーの個々の面積は表示部においては明表示時にも影響を与えるため、なるべく小さいほうが望ましい。また、柱状スペーサーの周辺では電圧無印加時においても配向不均一性による光りぬけが観察される場合もあるが、単位面積当たりの柱状スペーサーの数をより少なくすることにより光りぬけ箇所を減少し表示品位を改善できると考えられる。これらから、表示部１に配置される柱状スペーサーの個々の面積に比べて、非表示部３や引き回し線部２に配置される柱状スペーサーの個々の面積をより大きく設定することも好ましい。
【００５７】
図１５は、柱状スペーサー２３の他の形状例を示す概略平面図である。各柱状スペーサー２３は、例えば図１５（Ａ）に示すように各々が平面視において略長方形状に形成されていてもよい。また、各柱状スペーサー２３は、図１５（Ｂ）に示すように、平面視においてひし形状の輪郭を有していてもよく、図１５（Ｃ）に示すように円形状の輪郭を有していてもよい。
【００５８】
以上のような本実施形態によれば、表示部、引き回し線部、非表示部の相互間で表面間距離の差異を生じることによって液晶層の層厚差を生じることを回避し、液晶表示装置の表示品位を向上することが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態では垂直配向型の液晶表示装置を例示していたが、液晶層の動作モードはこれに限定されない。具体的には、例えば液晶層内において液晶分子の配向方向が上側基板と下側基板の間で方位角方向に１８０°〜２４０°程度のねじれを有するＳＴＮ（Super  Twisted  Nematic）型の液晶表示装置に対しても本発明を適用可能である。この場合には、光学補償板として正の一軸光学異方性または正の二軸光学異方性を示す位相差板を用いるか、基板界面における液晶分子の配向方向と基板に近接する側の遅相軸方向を略直交に配置したねじれ配向高分子液晶フィルム等を用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１：表示部
２：引き回し線部
３：非表示部
１１：上側基板
１２：下側基板
１３：上側電極
１４：下側電極
１５、１６：配向膜
１７：液晶層
１９：上側偏光板
２０、２２：光学補償板（視角補償板）
２１：下側偏光板
２３：柱状スペーサー
【図１】
0005775424.tif 000002
【図２】
0005775424.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005775424.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005775424.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005775424.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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