(57)【要約】【課題】現在の液晶表示装置は固体状に形成されており、使用用途が限られていたが、近時ガラス基板の薄型化が図られるようになってきているが、この薄型ガラス基板をアレイ基板及び対向基板に採用することで、可撓性を有する液晶表示装置の開発が進められているが、この可撓性の基板を使用すると、基板が湾曲するに伴い両基板に相反する応力が働き、スペーサが基板の湾曲方向に引きずられ、引きずられたスペーサによって配向膜が破損されたりスペーサ自身の破壊が起こっていたが、これらの破損や破壊を未然に防止した液晶表示装置を提供する。【解決手段】アレイ基板２０及び対向基板２１間に配置されたスペーサ１５を構成する柱状のスペーサ素子１５ａの一端をアレイ基板２０に固定し、このスペーサ素子１５ａの先端遊端側に滑動部１５ｂを設け、この滑動部１５ｂを対向基板２１面上に当接させることで、両基板２０，２１間に曲げ応力が発生した場合にスペーサ１５の滑動動作によって応力の緩和を図る。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極を備えた可撓性を有するアレイ基板と、
このアレイ基板と対向して配置され対向面に対向電極を備えた可撓性を有する対向基板と、
この対向基板と前記アレイ基板間のギャップを規定するスペーサと、
前記対向するアレイ基板と対向基板間に挟持された液晶部材とを備えた液晶表示装置において、
前記スペーサを前記アレイ基板または対向基板のいずれか一方の基板に一端が固定された柱状のスペーサ素子と、このスペーサ素子の先端部分に他方の基板と当接する滑動部から構成していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記スペーサのスペーサ素子先端に潤滑層を設けて滑動部を構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記スペーサのスペーサ素子先端を球面状にすることにより滑動部を構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記アレイ基板もしくは対向基板のいずれか一方に着色層からなるカラーフィルタを形成し、この着色層材を順次積層することによってスペーサ素子を形成するとともに最上層に動摩擦係数が最小の着色層を配置して滑動部を構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記アレイ基板もしくは対向基板のいずれか一方に着色層からなるカラーフィルタを形成し、この着色層材を順次積層することによってスペーサ素子を形成するとともに最上層に動摩擦係数が最小の着色層を配置して滑動部を構成し、この滑動層が当接する対向基板面に対向電極を配置したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記アレイ基板もしくは対向基板のいずれか一方に黒色の遮光膜からなる額縁層を形成し、この額縁層材によってスペーサ素子を形成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性を有するアレイ基板及び対向基板間に液晶部材を挟持する液晶表示装置に係り、特に一端を一方の基板側に固定した柱状のスペーサ素子の先端に他方の基板側と当接する滑動部を設けたスペーサによって両基板間の間隔を規定するように構成した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカラー液晶表示装置としては、隣接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可能なことから、アクティブマトリクス型カラー液晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリクス型カラー液晶表示装置は、図５に示すように、板厚が０．５〜１ｍｍ程度の透明なガラス材からなる基板５１上にマトリクス状に、例えばアモルファスシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）５２を設け、このＴＦＴ５２の少なくとも一部を覆うようにアクリル材等から構成される青、緑、赤の３色カラーフィルタ５３を形成する複数の着色層５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒが設けられる。この着色層５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒに夫々スルーホール部５４Ｂ，５４Ｇ，５４Ｒを形成してＴＦＴ５２と接続される複数の透明な画素電極５５をカラーフィルタ５３上に配置し、更にこの画素電極５５面上にポリイミド等から構成される配向膜５６を形成したアレイ基板５７を有している。
【０００３】
このアレイ基板５７と対向して配置される対向基板５８は、同様に板厚が０．５〜１ｍｍ程度の透明なガラス材にて形成された基板５９を有し、この基板５９のアレイ基板５７と対向する対向面上には、ＩＴＯ等から構成される透明な対向電極６０が設けられている。そしてこの対向電極６０上には、ポリイミド等から構成される配向膜６１が設けられている。
【０００４】
また、このアレイ基板５７上から対向基板５８へ電圧を印加する電極転移材として銀ペースト（図示せず）等が画面周辺部に配置され、この電極転移材によってアレイ基板５７と対向基板５８間を電気的に接続するようになされている。
【０００５】
このアレイ基板５７と対向基板５８間は、両基板５７，５８間に介在される複数のスペーサ６２によって規定されて所定の間隙を持って対向配置されるとともに、周辺部が熱または紫外線硬化型のアクリル系あるいはエポキシ系の接着剤から構成されるシール材６３を介して貼合わされており、この間隙部分には液晶部材６４が封止され、また必要に応じて額縁層６５が基板５１等の面上に配置されて液晶パネル６６が構成されている。
【０００６】
この液晶パネル６６の両外表面には、偏光板６７が接着剤によって貼付され、更に、アレイ基板５７側の偏光板６７の外方には、必要に応じてバックライトもしくは反射板（図示せず）等が配置されてカラー液晶表示装置が構成されている。
【０００７】
このように構成されたカラー液晶表示装置は、例えば光源となるバックライトを点灯し、ＴＦＴ５２を駆動することによって画素電極５５をスイッチング制御して、画素電極５５電圧と対向する対向電極６０に供給される電圧との電位差により、各々の画素電極５５上の液晶部材６４を制御して光シャッターの役目を行わせることにより、所定のカラー画像を表示している。このカラー液晶表示装置は、この構成においても十分な輝度及びコントラスト等の表示品位をもってカラー画像を表示することが可能である。
【０００８】
しかしながら、このカラー液晶表示装置においては、両基板５１，５９に０．５〜１ｍｍ程度の板厚を有するガラス材を使用しているために可撓性を全く有しておらず、専らカラーテレビジョン受像機やカラー端末ディスプレイ、あるいは携帯電話のモニター画面用等の固体化された表示装置として活用されている。この固体化された液晶表示装置では、使用用途が特定されるために、液晶表示装置自体に可撓性を持たせる試みが進められるようになってきた。
【０００９】
この液晶表示装置で可撓性を具現化するには、両基板５１，５９自体に可撓性を持たせることが必須の条件となる。そこでガラス基板としてその板厚を０．１ｍｍ以下の極薄板状とし、この基板を液晶表示装置のアレイ基板５７及び対向基板５８に応用することで軽量化され、しかも曲げても壊れることがないように強度を向上させた可撓性を有する液晶表示装置として構成することが可能となり、将来においては電子ブックや電子手帳、形状が異なる各種形態の広告媒体等の新しい分野に展開し得る可能性がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような可撓性を有するガラス基板を単純に液晶表示装置のアレイ基板５７及び対向基板５８として採用したとしても、良好な画像品位を有する液晶表示装置として構成することができないことが判明した。
【００１１】
即ち、図６に示すように、可撓性を持たせた液晶表示装置では、アレイ基板５７と対向基板５８とが頻繁に湾曲されて使用される機会が必然的に多くなり、この湾曲変形動作のために両基板５７，５８は夫々反対方向への応力を受けることになる。このために両基板５７，５８の間隔を一定に保つために介在されているスペーサ６２は、球状のスペーサ６２では応力が加わるたびに可動してスペーサ６２の位置に偏りが生じてセルギャップが不均一となってしまうので、これを改善するために柱状のスペーサ６２を使用し、このスペーサ６２の少なくとも一端をアレイ基板５７と対向基板５８側のいずれか一方側に固定して位置固定させておく必要がある。例えば、図示のようにスペーサ６２の両端をアレイ基板５７と対向基板５８の両者に固定した場合には、スペーサ６２自身がこの応力に抗しきれずに破断されてしまうおそれがある。
【００１２】
またこのような事故を避けるために、例えばスペーサ６２の一端をアレイ基板５７に固定し、他端を遊端として対向基板５８面と当接させることが考えられる。しかしながらこの場合でも、図７に示すように、スペーサ６２の遊端部が当接されている対向基板５８の湾曲方向に強制的に引張られて、図中破線の状態から図中実線にて示すような状態に変形し、湾曲方向に強制的に対向基板５８面上を引きずられる状態が発生する。
【００１３】
このスペーサ６２の遊端部側は、この湾曲の程度が弱い場合には、スペーサ６２はその応力に従って変形するだけに留まっているが、更に湾曲の度合いが増加した場合には、その応力に抗しきれずに対向基板５８上に形成された配向膜６１面上を引きずられるようになる。その結果、対向基板５８面上に当接しているスペーサ６２の遊端部にて配向膜６１、あるいは配向膜６１とともに対向電極６０までも損傷したり、あるいはスペーサ６２自身が破壊することになり、良好な液晶表示機能を発揮することができなくなるばかりでなく、一度損傷を与えてしまったり破壊されてしまうと現状に復帰させることができないので、表示画像の欠点や表示むら等として画面上に現れて画像品位を大幅に低下させるばかりでなく、商品価値自体をもなくし兼ねないものとなる。
【００１４】
本発明は、このような課題に対処してなされたものであり、柱状のスペーサ素子の一端を一方の基板側に固定し、他方の遊端側先端部分に滑動部を形成し、このスペーサの滑動部を他方の基板面に当接することにより、スペーサによる配向膜等の損傷やスペーサ自身の破壊を防止し、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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画素電極を備えた可撓性を有するアレイ基板と、このアレイ基板と対向して配置され対向面に対向電極を備えた可撓性を有する対向基板と、この対向基板とアレイ基板間のギャップを規定するスペーサと、対向するアレイ基板と対向基板間に挟持された液晶部材とを備えた液晶表示装置において、スペーサをアレイ基板または対向基板のいずれか一方の基板に一端が固定された柱状のスペーサ素子と、このスペーサ素子の先端部分に他方の基板と当接する滑動部から構成している。
【００１６】
このように構成することによって、液晶表示装置が湾曲されてアレイ基板及び対向基板間に反対方向の応力が加わった場合にあっても、スペーサ素子に設けた滑動部により当接している基板面上を滑動させることによって、基板の湾曲による応力を緩和することが可能となり、スペーサによる配向膜等の損傷やスペーサ自身の破壊の発生を防止することができ、表示品位の良好な液晶表示装置を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係るカラー液晶表示装置は、図１に示すように、透明なガラス材から構成される基板１１の主面上に、成膜、パターニング等の微細技術を駆使して電極配線とＴＦＴ１２が設けられる。このＴＦＴ１２及び電極配線は、例えば次のようにして構成される。
【００１９】
即ち、当初の板厚が０．７ｍｍである基板１１の主面上にスパッタリング法を用いてモリブデン・タングステン（ＭｏＷ）膜を堆積させた後にパターニングして、ＴＦＴ１２を構成するゲート電極並びに走査信号を供給する走査線を配置する。このゲート電極や走査線を覆うようにして、基板１１上に酸化シリコン、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜を設け、このゲート絶縁膜上のゲート電極が配置された面上に、ＣＶＤ法を用いてアモルファス・シリコン膜を堆積させた後にパターニングして、ＴＦＴ１２を構成する半導体層を配置する。更にこの半導体層には、モリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）を順次堆積させてパターニングすることで、３層構造としたＴＦＴ１２を構成するソース電極、ドレイン電極、及び映像信号を供給する信号線を形成するようにして構成されている。
【００２０】
このＴＦＴ１２の周囲には、少なくともその一部を覆うように赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）に夫々色分けされたカラーフィルタ１３の役目を担うＲＧＢ着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂが夫々の色毎にストライプ状に設けられる。この着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、例えば第１色を赤で構成する場合には、まず赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピンナーにて基板１１の全面に均一になるように塗布し、次いで赤を着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクパターンを介して、３６５ｎｍの波長で１００ｍＪ／ｃｍ２の強度の紫外線を照射して露光する。このフォトマスクパターンには、１色目に対応するストライプ形状のパターン部分と、夫々後述する画素電極とＴＦＴ１２との接続のためのスルーホール部の四角形状のパターン部分と、積層型スペーサ素子用の四角形状のパターン部分とを有している。
【００２１】
その後、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、当該パターン部分に膜厚３．２μｍの赤の着色層１３Ｒとスルーホール部１４Ｒを形成する。引続き緑の着色層１３Ｇ及び青の着色層１３Ｂ、並びに各スルーホール部１４Ｇ，１４Ｂを同様にして夫々形成する。
【００２２】
次いで、このカラーフィルタ１３の非表示領域に位置する所定部分に、カラーフィルタ１３に柱状のスペーサ素子１５ａの一端を固定し、他端の遊端先端部分に滑動部１５ｂを設けた複数のスペーサ１５が配置される。このスペーサ１５が位置する箇所は、１個もしくは複数の画素セルあたりに少なくとも１個の割合で画素セルの表示領域以外の画素パターン間に設けられている。
【００２３】
また、カラーフィルタ１３の外周囲部分となる表示領域の外周部分には、黒色の遮光膜からなる額縁層１６がフォトリソグラフィ法によって設けられている。
【００２４】
更に、このカラーフィルタ１３上には、ＩＴＯ等を１５００Åの厚さにスパッタリング法によって成膜し、フォトリソグラフィ法によってパターニングすることにより透明な画素電極１７を形成し、この画素電極１７の一端は、ＴＦＴ１２のソース・ドレイン通路と各スルーホール部１４Ｒ，１４Ｂ，１４Ｇを介して接続されている。これらＴＦＴ１２は、マトリクス状に配置された信号線及び走査線の交差部分毎に配置され、この画素電極１７上には、ポリイミド等を６００Åの厚さに塗布して形成した配向膜１８が配置されてアレイ基板２０を構成している。
【００２５】
一方、このアレイ基板２０に対向して対向基板２１が配置される。この対向基板２１は、同じく当初の板厚が０．７ｍｍの透明なガラス材から構成される基板２２の対向面上に、ＩＴＯ等からなる透明な対向電極２３と、この対向電極２３上にポリイミド等からなる６００Åの膜厚の配向膜２４を順次積層配置して対向基板２１を構成している。
【００２６】
この対向基板２１とアレイ基板２０とは、滑動部１５ｂを備えたスペーサ１５によって所定の間隙を保ちながら、例えば熱硬化型エポキシ系接着剤からなるシール材２６によって注入口を除いた周辺部を加熱接着して固定されており、またアレイ基板２０から対向基板２１に電圧を印加するための電極転移材をシール材２６の周辺の電極転移電極（図示せず）上に形成している。そしてこの状態で基板１１及び基板２２の表面を機械研磨または化学研磨またはこれらの両方を組み合わせる等して、夫々の基板１１，２２の板厚を０．１ｍｍとし、可撓性を持たせる。そして、更に両基板１１，２２の外側面に破損防止用の透明な樹脂板等からなる可撓性のある補強板１９，２５を貼り付ける。そしてアレイ基板２０と対向基板２１の間隙部分には、例えばフッ素系液晶化合物からなる液晶部材２７が注入され、その後にこの注入口を紫外線硬化樹脂によって封止して液晶パネル２８を形成している。
【００２７】
更に、この液晶パネル２８のアレイ基板２０及び対向基板２１の補強材１９，２５外表面には、夫々偏光板２９が接着固定されるとともに、アレイ基板２０側の偏光板２９外側には、必要に応じてバックライトや反射板（図示せず）等が配置されてカラー液晶表示装置が構成されている。
【００２８】
このようにカラー液晶表示装置を構成すると、カラー液晶表示装置が湾曲された場合には、スペーサ素子１５ａの先端遊端部分当接部に形成した滑動部１５ｂが当接している対向基板２１側面との動摩擦係数を小さく設定することが可能となり、滑動部１５ｂは対向基板２１面上を滑動することによって、アレイ基板２０及び対向基板２１の湾曲による応力を緩和し、スペーサ１５が対向基板２１の配向膜２４等を引掻くような事態、あるいはスペーサ１５自身の破壊を防止することができ、結果として配向膜２４や対向電極２３、スペーサ１５等の損傷の発生を防止することが可能となり、良好な表示品位を保つことが可能となる。
【００２９】
また、対向基板２１側の構成を、対向電極２３と配向膜２４のみの構成としておくことにより、滑動部１５ｂが当接する対向基板２３面が平面状となるために、滑動部１５ｂの滑動動作をより円滑に行わせることが可能となるので、より効果的に配向膜２４の破損やスペーサ１５の破壊を防止することができる。
【００３０】
このスペーサ１５は、図２に示すように、一端が固定されたスペーサ素子１５ａの遊端部分に滑動し易い潤滑部材を塗布して滑動部１５ｂを形成して構成されている。この潤滑部材としては、滑動によって部材が飛散することがないように粘着性があり、且つ当接する対向基板２１に対する滑動性に優れた部材を選択することで、動摩擦係数を小さくすることが可能であり、配向膜２４や液晶部材２７に配慮した部材を自由に選択することが可能で、汎用性に優れたものとなる。
【００３１】
また、図３に示すように、スペーサ素子１５ａの先端を球状に形成し、この球状の先端を滑動部１５ｂとして活用すれば、スペーサ素子１５ａの形成と同時に形成することが可能となる。更にこの場合、アレイ基板２０に額縁層１６を形成する場合には、この額縁層１６材を使用して一緒にスペーサ１５を形成することも可能である。
【００３２】
即ち、アレイ基板２０の外周囲部分である表示領域の外周部分に、額縁層１６を形成する黒色の遮光膜がフォトリソグラフィ法によって非表示領域を隠すように形成され、併せて同じ額縁層１６材を使用して、アレイ基板２０上のスペーサ１５形成位置にスペーサ１５を形成する。このようにしてスペーサ１５を、額縁層１６を構成する額縁層１６材と同じ材料を使用して形成すれば、額縁層１６の形成時にスペーサ１５を同時に同じ材料を使用して作り込むことが可能となり、工程の削減を図ることができる。
【００３３】
更に、図４に示すように、カラーフィルタ１３の形成時にスペーサ１５を着色層１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒ材を用いて積層形成することも可能である。即ち、このカラーフィルタ１３材料をパターニングする際に、カラーフィルタ１３を構成する着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ材を順次積層させてスペーサ素子１５ａを形成し、このスペーサ素子１５ａを１色目と２色目の画素パターン間、及び３色目と１色目の画素パターン間、２色目と３色目の画素パターン間に配置するように、夫々着色層１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂの形成と同時に形成する。
【００３４】
この際、スペーサ素子１５ａを形成する着色層１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒのうち最も顔料濃度が薄い着色層が最上層に位置するように積層構成し、この最上層の着色層を滑動部１５ｂとして機能させるように構成する。いま、各色の着色層１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒの顔料濃度を、夫々赤用の着色層１３Ｒでは約１１重量％に、青用の着色層１３Ｂを約１０重量％に、そして緑用の着色層１３Ｇを約９重量％となるように構成しているとすると、最上層には約９重量％の顔料濃度の緑用の着色層１３Ｇ材が位置するように配置し、この緑用の着色層１３Ｇ材で形成した最上層部分を滑動部１５Ｂとして利用するものである。
【００３５】
このように構成することにより、各着色層１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒの動摩擦係数は、顔料濃度によって略決定されるために、加える顔料濃度が高ければ、その表面はより大きくざらつくようになって動摩擦係数が大きくなる。従って、顔料濃度が最も低い緑用の着色層１３Ｇ材で形成した部分を最上層に配置することでその表面を滑らかに形成することができ、動摩擦係数を小さくすることができる。この結果、対向基板２１面と当接しているスペーサ１５の滑動部１５ｂの対向基板２１との動摩擦係数を小さくすることができ、スペーサ１５と対向基板２１との応力を緩和することが可能となり、配向膜２４の破損やスペーサ１５自身の破壊を防止することができるとともに、滑動部１５ｂを形成するために特別に新たに部材を用意する必要もなく、スペーサ１５を構成する部材の中から顔料濃度が小さな部材を選定して使用するだけで可能であるために材料費の節減、及びスペーサ１５の形成も着色層１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒの形成と同時に行うことができるので、スペーサ１５の製造工程の削減を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、この場合には、緑用の着色層１３Ｇを滑動部１５ｂとして利用した場合について説明しているが、これは顔料濃度に応じて変更することが可能であり、使用する各色用の顔料濃度のうちで最も顔料濃度の低い着色層を最上層に配置して滑動部１５ｂとすれば良いものであり、この例に限定されることはない。
【００３７】
なお本発明は、これらの実施の形態で説明したものに限定されることなく種々の応用や変形が可能で、例えばカラーフィルタ１３を対向基板２１上に設けるように構成したり、あるいは額縁層１６を対向基板２１側に形成することも可能で、更にカラー液晶表示装置に限らず白黒用の液晶表示装置にも適用することが可能なことは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、液晶表示装置が湾曲されてアレイ基板及び対向基板間に反対方向の応力が加わった場合であっても、スペーサは滑動部によって当接している基板面上を滑らかに滑動することによって応力を緩和することが可能となり、スペーサによる配向膜等の損傷及びスペーサ自身の破壊の発生を防止することができるので、表示品位の良好な液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置を示す断面図。
【図２】同じく液晶表示装置を構成するスペーサを示す断面図。
【図３】同じくスペーサの他の構成例を示す断面図。
【図４】同じくスペーサの更に他の構成例を示す断面図。
【図５】従来の液晶表示装置を示す断面図。
【図６】同じく液晶表示装置の曲げ応力によるスペーサの破壊状態を説明するための説明図。
【図７】同じく液晶表示装置の曲げ応力による対向基板の破損状態を説明するための説明図。
【符号の説明】
１３：カラーフィルタ
１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒ：着色層
１５：スペーサ
１５ａ：スペーサ素子
１５ｂ：滑動部
１７：画素電極
２０：アレイ基板
２１：対向基板
２３：対向電極
２７：液晶部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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