(57)【要約】【課題】  互いに対向して設けられた基板間に柱状スペーサを設けた電気光学装置において、低温時に気泡の発生を生じることなく外力による基板のたわみを防止する。【解決手段】  相互に対向して設けられ、枠状のシール材１１０によって貼り合わせられた対向基板２００およびカラーフィルタ基板３００と、対向基板２００およびカラーフィルタ基板３００に挟まれ、複数の画素１６０に区分された液晶層１６５と、対向基板２００またはカラーフィルタ基板３００の面上に突出して複数設けられ、他方の基板に当接する柱状スペーサ２１０とを有し、柱状スペーサ２１０は、両基板に平行な断面内における単位面積あたりの柱状スペーサ２１０の断面積の総和が、対向基板２００またはカラーフィルタ基板３００の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるように設けられている。【選択図】      図２
2005241880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向して設けられ、枠状のシール材によって貼り合わせられた第１基板および第２基板と、
前記第１基板および前記第２基板に挟まれ、複数の画素に区分された電気光学物質層と、
前記第１基板または前記第２基板の面上に突出して複数設けられ、他方の基板に当接する柱状のスペーサと
を有し、
前記スペーサは、両基板に平行な断面内における単位面積あたりの当該スペーサの断面積の総和が、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるように設けられている
ことを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
前記スペーサの各々は、当該スペーサ長手方向に交差する断面の断面積が同一であり、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って単位面積あたりの本数が多くなるように設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項３】
前記スペーサの各々は、単位面積あたりの本数が均一となるように設けられ、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って当該スペーサ長手方向に交差する断面の断面積が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項４】
前記画素の各々に設けられたスイッチング素子を有し、
前記スペーサは、互いに隣接する前記画素間の間隙における前記スイッチング素子に近接する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項５】
前記第２基板のうち前記第１基板に対向する面上に設けられて、前記第１基板側からの入射光を当該第１基板側に反射させる反射部と前記第２基板側からの入射光を前記第１基板側に透過させる開口部とに前記画素の各々を区分する反射層と、
前記反射部を覆うように設けられ、前記反射部における電気光学物質層の厚さと前記開口部における電気光学物質層の厚さとを異ならせる段差形成層と
を有し、
前記スペーサは、前記第１基板の面上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気光学装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対向して設けられた基板間に電気光学物質を挟んで構成された電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置においては、液晶パネルを構成する２枚の基板間にフォトリソグラフィ技術により柱状のスペーサを設け、これによって基板間の間隙（セルギャップ）の大きさを所期の値に保つ手法が知られている。この柱状スペーサは、従来の球状スペーサを基板間に分散させる方法に比べて、間隙の大きさを制御しやすいという利点を持つ。
この柱状スペーサを用いて液晶パネルのセルギャップを制御するための技術が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、基板周縁部（非表示領域）に表示領域よりも高密度で柱状スペーサを設けることによって、基板貼り合わせ時にプレス装置の圧力に起因してセルギャップが所期の値よりも小さくなることを防止しようとしている。
【特許文献１】特開平９−７３０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、液晶パネルは、上述した製造工程における圧力だけでなく、様々な外力にさらされる。例えば、製品として供給された液晶表示装置をユーザが使用する際に、不用意に液晶パネルの表示面を押してしまうことが多々ある。あるいは、液晶パネルを用いてタッチパネル式のユーザインターフェイス手段を備えた機器もあり、このような機器では、表示面には頻繁に荷重が作用する。この場合、観察側の基板がもう一方の基板側へたわみ、双方の基板に設けられた電極が短絡し、これが画質の不良や故障の原因となる。このような事態を回避するためには、柱状スペーサの本数を増やす、あるいは、柱状スペーサの太さを太くするという対処法が考えられる。しかしながら、この方法をとった場合、液晶パネルの板面に垂直な方向の剛性が高くなりすぎて、低温時の液晶の体積の減少に追従できなくなる。その結果、液晶層内に気泡が発生し、画質の不良を招いてしまう。特許文献１に記載の技術ではこのような事態に対処することができない。
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、互いに対向して設けられた基板間に柱状スペーサを設けた電気光学装置において、低温時に気泡の発生を生じることなく外力による基板のたわみを防止することのできる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題を解決するために、本発明は、相互に対向して設けられ、枠状のシール材によって貼り合わせられた第１基板および第２基板と、前記第１基板および前記第２基板に挟まれ、複数の画素に区分された電気光学物質層と、前記第１基板または前記第２基板の面上に突出して複数設けられ、他方の基板に当接する柱状のスペーサとを有し、前記スペーサは、両基板に平行な断面内における単位面積あたりの当該スペーサの断面積の総和が、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるように設けられていることを特徴とする電気光学装置を提供する。
この電気光学装置は、第１基板と第２基板とが枠状のシール材によって貼り合わせられているため、例えば第１基板を第２基板側に押す方向の荷重が加えられた場合、荷重の作用する位置が第１基板の中央部に近づくほど第１基板のたわみが大きくなる。本発明によれば、柱状のスペーサが、両基板に平行な断面内における単位面積あたりの当該スペーサの断面積の総和が、第１基板または第２基板の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるように設けられているから、荷重の作用する位置によらず、対向基板のたわみ量が一定の値を超えないようにすることができる。また、第１基板と第２基板の板面に垂直な方向の剛性が高くなりすぎることがないから、低温時の電気光学物質の体積減少に起因する気泡の発生を防ぐことができる。
【０００５】
より具体的には、前記スペーサの各々は、当該スペーサ長手方向に交差する断面の断面積が同一であり、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って単位面積あたりの本数が多くなるように設けられていることを特徴とする。この構成によれば、スペーサの断面積が同一であるから製造が容易である。
また、別の好ましい態様においては、前記スペーサの各々は、単位面積あたりの本数が均一となるように設けられ、前記第１基板または前記第２基板の縁部から中央部に近づくに従って当該スペーサ長手方向に交差する断面の断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする。この構成によれば、スペーサの本数を少なく抑えることができる。
【０００６】
また、前記画素の各々に設けられたスイッチング素子を有し、前記スペーサは、互いに隣接する前記画素間の間隙における前記スイッチング素子に近接する位置に設けられていることが好ましい。スイッチング素子は、それが設けられる基板上の他の構成要素よりも若干突出して形成されることが多く、第１基板と第２基板の接触時に最も応力を受けやすいが、上記の構成によれば、スイッチング素子に応力がかかることを防ぐことができる。
【０００７】
また、本発明は、前記第２基板のうち前記第１基板に対向する面上に設けられて、前記第１基板側からの入射光を当該第１基板側に反射させる反射部と前記第２基板側からの入射光を前記第１基板側に透過させる開口部とに前記画素の各々を区分する反射層と、前記反射部を覆うように設けられ、前記反射部における電気光学物質層の厚さと前記開口部における電気光学物質層の厚さとを異ならせる段差形成層とを有し、前記スペーサは、前記第１基板の面上に設けられていることも好ましい。この構成によれば、段差形成層の形成されていない面上にスペーサを設けるため、感光性材料を塗布する際の膜圧の制御が容易である。また、第１基板の方がスペーサ以外の構成要素が少ないから、第１基板と第２基板の製造工程を平均化することができる。
また、本発明にかかる電子機器は、上記の電気光学装置のいずれかを備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図においては、理解を容易にするために、各構成要素の大きさの比、縦横比などを実際のものと適宜異ならせて描かれている。
図１は、本実施形態にかかる電気光学装置１０の構成を示す図である。同図に示されるように、電気光学装置１０は、液晶パネル１００、制御回路６００および電源回路９００を有する。液晶パネル１００は、列方向（Ｙ方向）に延在する複数のデータ線１５０と、行方向（Ｘ方向）に延在する複数の走査線１４０とを有する。データ線１５０と走査線１４０とが交差する各地点には、画素１６０が形成される。画素１６０は、２端子型スイッチング素子であるＴＦＤ（Thin Film Diode）と、このＴＦＤに直列接続された液晶容量とを有し、液晶容量は、帯状の透明電極である走査線１４０と後述する画素電極との間に電気光学物質である液晶が挟まれた構成となっている。
【０００９】
走査線駆動回路４００は、走査線１４０を１本ずつ選択して、選択した走査線１４０には選択電圧を、他の走査線１４０には非選択電圧をそれぞれ供給する。データ線駆動回路５００は、走査線駆動回路４００により選択された走査線１４０に対応する１行分の画素１６０に対し、階調データが表す階調に応じたデータ信号をデータ線１５０を介して供給する。
制御回路６００は、液晶パネル１００を垂直走査および水平走査するための走査信号やクロック信号など各種の信号を走査線駆動回路４００およびデータ線駆動回路５００に供給する。また、制御回路６００は、画素１６０の階調を表す階調データを、垂直走査および水平走査に同期してデータ線駆動回路５００に供給する。電源回路９００は、走査線駆動回路４００およびデータ線駆動回路５００に電力を供給する。
【００１０】
図２は、図１のＡ−Ａ線における液晶パネル１００の断面図である。なお、図２においては、液晶パネル１００に設けられた多数の画素１６０のうち、３つの画素のみ示している。同図に示されるように、液晶パネル１００は、背面側に位置するカラーフィルタ基板（第２基板）３００と、観察側においてカラーフィルタ基板３００と対向する対向基板（第１基板）２００とを有する。カラーフィルタ基板３００と対向基板２００とは、シール材１１０によって一定の間隙を保って貼り合わされている。カラーフィルタ基板３００および対向基板２００とシール材１１０とによって囲まれた空間には、例えばＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶が封入され、液晶層１６５を構成している。また、液晶パネル１００は、背面側からの入射光を観察側に透過させることによって表示を行う透過型表示と観察側からの入射光を反射させることによって表示を行う反射型表示の両方の機能を有する、いわゆる反射半透過型の液晶パネルであり、カラーフィルタ基板３００の背面側には均一に光を照射するバックライト９５０が設けられている。
【００１１】
図２に示されるように、カラーフィルタ基板３００の対向基板２００に対向する面には、反射層３０１、着色層３０２Ｒ、着色層３０２Ｇ、着色層３０２Ｂ、遮光層３０２Ｋ、保護層３０６、走査線１４０、段差形成層３１０および配向膜３０８が設けられている。反射層３０１には、バックライト９５０からの入射光を透過するための開口部３０１ａが設けられている。着色層３０２Ｒ、着色層３０２Ｇ、着色層３０２Ｂは光透過性を有し、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）に着色されている。すなわち、着色層３０２Ｒは赤に対応する波長の光を選択的に透過する。同様に、着色層３０２Ｇ、着色層３０２Ｂは、それぞれ緑、青に対応する波長の光を選択的に透過する。遮光層３０２Ｋは、バックライト９５０からの光を遮光する金属製または樹脂製のブラックマトリックスである。以下の説明では、着色層３０２Ｒ、着色層３０２Ｇ、着色層３０２Ｂおよび遮光層３０２Ｋをまとめてカラーフィルタ３０２と呼ぶ。また、反射層３０１のうち、遮光層３０２Ｋに覆われていない部分で、かつ、開口部３０１ａを除いた部分を反射部３０１ｂと呼ぶ。
【００１２】
保護層３０６は、カラーフィルタ３０２の段差を埋めて平坦化するとともにカラーフィルタ３０２を保護するための層である。走査線１４０は、行方向（Ｘ方向）に延在する帯状の透明電極である。
段差形成層３１０は、アクリル系やエポキシ系などの樹脂材料やポリイミドなどの有機材料からなる層であり、対向基板２００の板面に垂直な方向から見て反射部３０１ｂと重なるように設けられるとともに、開口部３０１ａとは重ならないように設けられている。すなわち、観察側から反射部３０１ｂに入射し、反射部３０１ｂによって反射される光のみが段差形成層３１０を通過するようになっている。ここで、観察側からの入射光は、液晶層１６５を２回通過するから、通過する経路の長さは２×Ｄｒとなる。これに対して、バックライト９５０からの入射光は液晶層１６５を１回だけ通過する。この経路の長さをＤｔとすると、概ねＤｔ＝２×Ｄｒとなるように段差形成層３１０が形成されている。
配向膜３０８は、一定方向にラビング処理が施されている。カラーフィルタ基板３００の外側（背面側）には偏光板３０９が貼り付けられており、その吸収軸の方向は配向膜３０８へのラビング処理の方向に応じて選定されている。
【００１３】
一方、対向基板２００のカラーフィルタ基板３００と対向する面には、列方向（Ｙ方向）に延在するデータ線１５０に隣接してＴＦＤ１６２と矩形状の透明電極である画素電極１６１が形成されているほか、一定の方向にラビング処理が施された配向膜２０８が形成されている。対向基盤２００の外側（観察側）には、偏光板２０９が設けられており、その吸収軸の方向は配向膜２０８へのラビング処理の方向に応じて選定されている。
ところで、対向基板２００のカラーフィルタ基板３００と対向する面には、本発明を特徴付ける構成要素である円柱状の柱状スペーサ２１０が設けられている。柱状スペーサ２１０の長手方向の長さは、カラーフィルタ基板３００と対向基板２００とのセルギャップを所期の値に保つのに要する長さであり、具体的には、対向基板２００の液晶層１６５に対向する面と配向膜３０８の液晶層１６５に対向する面との距離に等しくなるように形成されている。柱状スペーサ２１０の各々の長手方向に交差する断面の断面積は、すべて同一である。
【００１４】
図３は、対向基板２００のカラーフィルタ基板３００と対向する面を示す図である。同図に示されているように、柱状スペーサ２１０は、画素電極１６１間の間隙であって、ＴＦＤ１６２に最も近接する位置に設けられている。柱状スペーサ２１０をＴＦＤ１６２に近接した位置に設ける理由は以下の通りである。図２に示されるように、ＴＦＤ１６２は、これに隣接する画素電極１６１やデータ線１５０よりも液晶層１６５側に若干突出して設けられている。従って、対向基板２００の観察側から対向基板２００をカラーフィルタ基板３００側へ押す方向の荷重が働き、配向膜２０８と配向膜３０８とが接触した場合、最も応力を受けやすいのはＴＦＤ１６２である。よって、ＴＦＤ１６２に近接した位置に柱状スペーサ２１０を設ければ、ＴＦＤ１６２を保護する効果が最も大きくなる。
【００１５】
柱状スペーサ２１０は、フォトリソグラフィ技術によって対向基板２００上に形成する。その理由の１つめは、形成の容易さにある。カラーフィルタ３０２側には段差形成層３１０が形成されたことによる段差が存在するため、この上にさらに柱状スペーサ２１０を形成しようとすると、ポリイミドやアクリルなどの感光性材料を塗布する際の膜厚の制御が難しい。その点、対向基板２００側であれば、膜厚の制御は容易である。
柱状スペーサ２１０を対向基板２００上に形成する２つめの理由は、製造に要する工程数にある。図２に示されるように、柱状スペーサ２１０を除くと、カラーフィルタ基板３００上の構成要素の方が対向基板２００上の構成要素よりも数が多いから、カラーフィルタ基板３００の方が製造工程が多数となる。柱状スペーサ２１０を対向基板２００側に設けることによって、両基板の製造工程数を平均化することができる。
【００１６】
図４は、液晶パネル１００の板面に交差する断面内における柱状スペーサ２１０の設置間隔を示す図である。同図に示されるように、柱状スペーサ２１０は、液晶パネル１００の縁部から中央部へ近づくに従って、柱状スペーサ２１０の設置間隔が狭くなるように設けられている。図５は、ｘｙ平面内における柱状スペーサ２１０の設置密度（単位面積あたりの本数）を示す図である。同図に示されるように、液晶パネル１００の四方の縁部から中央部へ近づくに従って、柱状スペーサ２１０の設置密度が高くなるように設けられている。
【００１７】
柱状スペーサ２１０の設置密度が液晶パネル１００の縁部から中央部へ近づくに従って高くすることの理由は以下のとおりである。上述のとおり、液晶パネル１００を構成する対向基板２００とカラーフィルタ基板３００とは、シール材１１０によって貼り合わされている。従って、対向基板２００をカラーフィルタ基板３００側へ押す方向の荷重が対向基板２００に作用した場合、その荷重の作用する位置によって対向基板２００のたわみ量が異なる。たわみ量が最も大きくなるのは、荷重が対向基板２００の中央部に作用したときである。作用する荷重が同じであれば、荷重の作用する位置が対向基板２００の縁部に近づくほど、たわみ量は小さくなる。従って、柱状スペーサ２１０の設置密度を液晶パネル１００の縁部から中央部へ近づくに従って高くすることによって、荷重の作用する位置によらず、対向基板２００のたわみ量が一定の値を超えないようにすることができる。
【００１８】
仮に、中央部と同じ設置密度で液晶パネル１００全体にわたって柱状スペーサ２１０を設置したとすると、液晶パネル１００の板面に垂直な方向の剛性が高くなりすぎて、低温時の液晶の体積の減少に追従できなくなる。その結果、液晶層内に気泡が発生し、画質の不良を招いてしまう。本実施形態によれば、液晶パネル１００の板面に垂直な方向の剛性が高くなりすぎることがないから、低温時に液晶層内に気泡が発生することを防ぐことができる。
なお、図４および図５は、柱状スペーサ２１０の設置密度の分布の有様を概略的に示したものであり、実際の設置密度は、対向基板２００のたわみ量や低温時の気泡の発生状況などを判断基準として、実験および計算によって定められる。
【００１９】
以上説明したとおり、本発明によれば、柱状スペーサが、両基板に平行な断面内における単位面積あたりの当該スペーサの断面積の総和が、第１基板または第２基板の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるように設けられているから、荷重の作用する位置によらず、対向基板のたわみ量が一定の値を超えないようにすることができる。また、第１基板と第２基板の板面に垂直な方向の剛性が高くなりすぎることがないから、低温時の電気光学物質の体積減少に起因する気泡の発生を防ぐことができる。
また、スペーサの断面積が同一であるから製造が容易である。また、スペーサは、互いに隣接する画素間の間隙であってスイッチング素子に近接する位置に設けられているから、スイッチング素子に応力がかかることを防ぐことができる。
また、本発明は、段差形成層を有する反射半透過型の液晶表示装置において、段差形成層の形成されていない面上に柱状スペーサを設けるため、感光性材料を塗布する際の膜圧の制御が容易であるとともに、スペーサ以外の構成要素が少ないから、両基板の製造工程を平均化することができる。
【００２０】
＜変形例＞
以上説明した形態に限らず、本発明は種々の形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形した形態でも実施可能である。
上述の実施形態においては、段差形成層３１０をカラーフィルタ基板３００側に設ける構成例を用いて説明したが、段差形成層３１０を対向基板２００側に設けてもよい。また、カラーフィルタ３０２を対向基板２００側に設けてもよい。また、段差形成層３１０が形成されている側の基板上に柱状スペーサ２１０を形成してもよい。
柱状スペーサ２１０の形状は円柱状に限らず、角柱状でもよいし、円柱または角柱にテーパーをつけた形状など、任意の形状により形成され得る。
【００２１】
上述の実施形態においては、柱状スペーサ２１０の設置密度が液晶パネル１００の縁部から中央部に近づくに従って高くなるようにしているが、柱状スペーサ２１０の設置密度は均一とし、柱状スペーサ２１０の長手方向に交差する断面の断面積が液晶パネル１００の縁部から中央部に近づくに従って大きくなるようにしてもよい。このようにすれば、柱状スペーサ２１０の本数を少なく抑えることができる。
また、上述の実施形態においては、反射半透過型の液晶表示装置の例を用いて説明したが、本発明は反射型、透過型などの液晶表示装置に用いても好適である。
【００２２】
本発明は、液晶表示装置以外の電気光学装置に適用してもよい。すなわち、電流の供給や電圧の印加といった電気的な作用を輝度や透過率の変化といった光学的な作用に変換する電気光学物質を互いに対向する２枚の基板間に挟んだ構造を有する装置であれば本発明は適用され得る。例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）を電気光学物質として用いた有機ＥＬ表示装置や、着色された液体と当該液体に分散された白色の粒子とを含むマイクロカプセルを電気光学物質として用いた電気泳動表示装置、極性が相違する領域ごとに異なる色に塗り分けられたツイストボールを電気光学物質として用いたツイストボールディスプレイ、黒色トナーを電気光学物質として用いたトナーディスプレイ、あるいはヘリウムやネオンなどの高圧ガスを電気光学物質として用いたプラズマディスプレイパネルなど各種の電気光学装置に本発明が適用され得る。
【００２３】
なお、電気光学装置１０が表示装置として利用され得る電子機器としては、図６に示される携帯電話機７００のほか、デジタルスチールカメラ、ノートパソコン、液晶テレビ、ビューファインダ型（またはモニタ直視型）のビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電気光学装置１０の構成を示す図である。
【図２】液晶パネル１００の断面図である。
【図３】対向基板２００のカラーフィルタ基板３００と対向する面を示す図である。
【図４】柱状スペーサ２１０の設置間隔を示す図である。
【図５】柱状スペーサ２１０の設置密度を示す図である。
【図６】携帯電話機７００を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０…電気光学装置、１００…液晶パネル、２００…対向基板、３００…カラーフィルタ基板、４００…走査線駆動回路、５００…データ線駆動回路、６００…制御回路、９００…電源回路、
１４０…走査線、１５０…データ線、１６０…画素、１６１…画素電極、１６２…ＴＦＤ、１１０…シール材、１６５…液晶層、９５０…バックライト、
３０２…カラーフィルタ、３０２Ｒ…着色層、３０２Ｇ…着色層、３０２Ｂ…着色層、３０２Ｋ…遮光層、３０６…保護層、３０８…配向膜、３０９…偏光板、２０８…配向膜、２０９…偏光板、３１０…段差形成層、２１０…柱状スペーサ、３０１…反射層、３０１ａ…開口部、３０１ｂ…反射部。
【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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