(57)【要約】【課題】  配向屑に起因する表示不良の発生を低減できる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  アレイ基板１０１と対向基板１０３とは、柱状スペーサ１０４を介して、所定の間隔を保って対向する。アレイ基板１０１には、柱状スペーサ１０４の形成位置に対応する位置に、柱状スペーサ１０４を収容するための柱状スペーサ収容ホール（有機膜ホール）１０６が形成されると共に、柱状スペーサ１０４の形成位置と配向膜のラビング方向に沿って並ぶ位置に、実際には柱状スペーサ１０４を収容しないダミーの柱状スペーサ収容ホール（有機膜ホール１０６）が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれがスイッチング素子を有する複数の画素がマトリクス状に配列され、表面が配向膜で覆われたアクティブマトリクス基板と、該アクティブマトリクス基板と柱状スペーサを介して対向する対向基板とを備える液晶表示装置において、
前記アクティブマトリクス基板は、前記柱状スペーサ形成位置に対応して形成されたスペーサ収容ホールと、該スペーサ収容ホールと前記配向膜のラビング方向に沿って並ぶ位置に形成されたダミーのスペーサ収容ホールとを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記アクティブマトリクス基板は、配向膜の下層側に有機絶縁膜を備えており、前記スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールは、前記有機絶縁膜を除去して形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記スペーサ収容ホールは、複数の画素から選択される一部の画素の内部に形成され、前記ダミーのスペーサ収容ホールは、前記スペーサ収容ホールが形成された画素とラビング方向に沿って並ぶ画素の内部に形成される、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールはそれぞれ、対応する画素の表示領域外に形成される、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記アクティブマトリクス基板は、スペーサ収容ホールが形成された画素とラビング方向に並ぶ画素に隣接する画素の内部に形成されたダミーのスペーサ収容ホールを更に備える、請求項３又は４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
ＩＰＳ型液晶表示装置として構成される、請求項１〜５の何れか一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、液晶表示装置に関し、更に詳しくは、一対の透明基板が柱状スペーサを介して対向する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、薄型・軽量であり、低消費電力のフラットパネルディスプレイとして、広く利用されている。図９は、液晶表示装置を構成する従来の液晶パネルの断面の一部を示している。液晶パネル２００は、一対の透明基板２０１、２０３の間に挟みこまれた液晶層２０２を有する。一般に、一対の透明基板の一方（透明基板２０１）はスイッチング素子が形成されるアレイ基板として構成され、他方（透明基板２０３）は、カラーフィルタ等が形成される対向基板として構成される。
【０００３】
アレイ基板２０１は、種々の液晶駆動モードに応じた設計がなされており、例えば、ＩＰＳモードでは、画素の開口率を大きくしたいといった要求から、配線層と電極層の間に有機膜２０５を設ける構成が採用されている。また、他の表示方式においても、例えば反射方式では、反射膜下層に凹凸を形成するといった目的で、アレイ基板２０１上に有機膜２０５を設ける構成が採用されている。液晶パネル２００では、ある程度の弾力性を有する柱状スペーサ２０４により、アレイ基板２０１と対向基板２０３とが一定の間隔を保って対向することで、セルギャップＧが、画面内で均一に、かつ、精度よく保持される。
【０００４】
図１０は、液晶パネル２００を平面図で示している。液晶パネル２００において、全ての画素に対して柱状スペーサ２０４を配置すると、柱状スペーサ２０４が多すぎることに起因して、アレイ基板２０１と対向基板２０３とを重ね合わせる際に、アライメント動作が困難になる。また、液晶パネル２００では、一対の基板２０１、２０３間に液晶を注入した後に、面内で、一様に柱状スペーサ２０４を押し潰し、均一なセルギャップＧを形成しているが、その際、柱状スペーサ２０４の数が多すぎると、柱を押し潰せなくなる事態が起こり、均一ギャップを得ることが困難になる。これら問題を回避するため、液晶パネル２００では、一般的には、全ての画素に対して柱状スペーサ２０４が配置されるのではなく、図１０に示すように、いくつかの画素に対して１つの柱状スペーサ２０４が配置される。
【０００５】
一般に、液晶パネル２００では、セルギャップＧをより狭く形成して、表示の応答速度を速めたいという要求がある。しかし、液晶パネル２００では、セルギャップＧを狭くするに従って、柱状スペーサ２０４の高さＨ１が低くなり、柱状スペーサ２０４の弾性変形量が少なくなるため、ギャップムラが発生する。また、セルギャップＧの精度は、主に、柱状スペーサ２０４の高さＨ１の精度と有機層２０５の膜厚の精度の２つの精度によって決まり、ばらつき要素が２つある分だけ、セルギャップＧの設計値と実際のセルギャップＧとの間の誤差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決する技術としては特許文献１に記載の技術がある。図１１は、特許文献１に記載の液晶表示装置の断面を示している。この技術では、柱状スペーサ２０４の形成位置に対応する位置で有機層２０５を除去して、柱状スペーサ２０４を収容するための穴２０６を形成する。柱状スペーサ２０４の高さＨ２を、セルギャップＧに比して、大きくとることで、柱状スペーサ２０４の弾性変形量を大きくとることができ、ギャップムラが発生しにくい液晶表示装置を得ることができる。また、セルギャップの精度は、柱状スペーサ２０４の高さの精度で決定されるため、ばらつき要素が少ない分だけ、セルギャップＧの設計値と実際のセルギャップＧとの間の誤差が小さくなる。
【特許文献１】特開２００３−１２１８５９号公報（図１、段落００２４、００４０、００４１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、アレイ基板２０１及び対向基板２０３上には、配向膜としての有機膜が形成され、その配向膜は、図１２に示すように、高速回転するラビングローラ２０７によりラビング処理が施される。ラビング処理では、配向膜の表面が擦られることで、配向屑が発生する。この配向屑は、主に、ラビング方向の後方側に押しやられる。柱状スペーサ２０４の高さをセルギャップＧよりも高くするために有機膜２０５に穴２０６を形成すると、その穴２０６に、配向屑が侵入することとなる。
【０００８】
図１３は、液晶パネル２００ａの柱状スペーサ２０４の形成部分を拡大して示している。液晶パネル２００ａを組み立てた状態では、配向屑は、柱状スペーサ２０４とアレイ基板２０１ａとの接触面近傍に溜まっている。この状態で、液晶パネル２００ａに外力が加わると、その衝撃で、配向屑が穴２０６から飛び出して、液晶層２０２中に飛散することがある。液晶層２０２に飛散した配向屑２０８は、図１４に示すように、液晶の配向方向を乱すこととなり、これに起因して表示不良が発生するという問題が引き起こされる。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、柱状スペーサの高さをセルギャップよりも高くした液晶表示装置において、配向屑に起因する表示不良の発生を低減できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、それぞれがスイッチング素子を有する複数の画素がマトリクス状に配列され、表面が配向膜で覆われたアクティブマトリクス基板と、該アクティブマトリクス基板と柱状スペーサを介して対向する対向基板とを備える液晶表示装置において、前記アクティブマトリクス基板は、前記柱状スペーサ形成位置に対応して形成されたスペーサ収容ホールと、該スペーサ収容ホールと前記配向膜のラビング方向に沿って並ぶ位置に形成されたダミーのスペーサ収容ホールとを備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液晶表示装置では、配向膜のラビング時に発生する配向屑が、スペーサ収容ホールだけでなく、ダミーのスペーサ収容ホールにも侵入するため、スペーサ収容ホールに侵入する配向屑の量を、減少させることができる。これにより、柱状スペーサに衝撃が加わったときにスペーサ収容ホールから飛散する配向屑の量を低減でき、表示品質の高い液晶表示装置を得ることができる。
【００１２】
本発明の液晶表示装置では、前記アクティブマトリクス基板は、配向膜の下層側に有機絶縁膜を備えており、前記スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールは、前記有機絶縁膜を除去することによって形成される構成とすることができる。アクティブマトリクス基板には、例えば層間絶縁膜として、有機膜が形成されることが多く、スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールは、そのような有機膜を除去することにより、形成できる。
【００１３】
本発明の液晶表示装置では、前記スペーサ収容ホールは、複数の画素から選択される一部の画素の内部に形成され、前記ダミーのスペーサ収容ホールは、前記スペーサ収容ホールが形成された画素とラビング方向に沿って並ぶ画素の内部に形成される構成とすることができる。通常、柱状スペーサ、いくつかの画素に対して１つが配置される。その場合、ダミーのスペーサ収容ホールは、柱状スペーサ配置位置の画素と、ラビング方向に沿って並ぶ画素内に形成すればよい。ダミーのスペーサ収容ホールは、スペーサ収容ホールが形成された画素とラビング方向に並ぶ画素の全てに形成することができ、或いは、ラビング歩行に並ぶ画素のうちの一部の画素に形成することができる。
【００１４】
本発明の液晶表示装置では、前記スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールはそれぞれ、対応する画素の表示領域外に形成されることが好ましい。スペーサ収容ホール及びダミーのスペーサ収容ホールは、例えばブラックマトリクスによって遮光されるゲート線上に形成することができる。
【００１５】
本発明の液晶表示装置では、前記アクティブマトリクス基板は、スペーサ収容ホールが形成された画素とラビング方向に並ぶ画素に隣接する画素の内部に形成されたダミーのスペーサ収容ホールを更に備える構成を採用することができる。この場合、配向屑を効果的にダミーのスペーサ収容ホール内に侵入させることができ、ダミーのスペーサ収容ホールに侵入する配向屑の総量を増やして、スペーサ収容ホール内に侵入する配向屑を減少させることができる。
【００１６】
本発明の液晶表示装置は、ＩＰＳ型液晶表示装置として構成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液晶表示装置では、スペーサ収容ホールに侵入する配向屑の量を減少させることができる。このため、柱状スペーサに衝撃が加わったときにスペーサ収容ホールから飛散する配向屑の量を低減でき、飛散した配向屑に起因する表示不良の発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態例の液晶表示装置を構成する液晶パネルを平面図で示している。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示している。液晶表示装置は、液晶パネル１００と、図示しないバックライト装置及びドライバ基板等とから構成される。図２に示すように、液晶パネル１００は、アレイ基板１０１、液晶層１０２、対向基板１０３、及び、柱状スペーサ１０４を備える。アレイ基板１０１は、有機膜１０５を有し、その有機膜１０５には有機膜ホール１０６が形成される。
【００１９】
液晶パネル１００の組み立ては次のようにして行われる。アレイ基板１０１又は対向基板１０３に、周囲を囲うようにシール材を形成して、アレイ基板１０１と対向基板１０３とを重ね合わせる。アレイ基板１０１と対向基板１０３とは、柱状スペーサ１０４により、一定間隔を保って対向する。その後、液晶滴下方式（ＯＤＦ方式）等を用いて液晶を注入して液晶層１０２を形成し、注入口をふさぐ。そして、アレイ基板１０１及び対向基板１０３の周囲を適切な位置で切断し、液晶パネル１００の表面及び裏面に、それぞれ図示しない偏光板を貼り付ける。
【００２０】
図１では、点線又は実線で区切られる各矩形は１画素（単色画素）に対応している。通常、カラー表示を行う液晶パネル１００では、３つの単色画素により、１つのカラー画素が構成される。柱状スペーサ１０４は、液晶パネル１００のＸＹ平面中に分散して配置され、複数の単色画素（以下、単に画素呼ぶときには、単色画素を意味するものとする）に対して１つが配置される。柱状スペーサ１０４は、例えば柱状スペーサ１０４とアレイ基板１０１との接触面の面積の総和と、液晶パネル１００のＸＹ平面における全面積との比が、１：１０００となるように配置される。
【００２１】
有機膜ホール１０６は、アレイ基板１０１の有機膜１０５（図２）を除去することにより形成される。各有機膜ホール１０６は、例えば同形状で、かつ、同じ大きさに形成される。アレイ基板１０１において、柱状スペーサ１０４の形成位置に対応する位置の有機膜ホール１０６は、柱状スペーサ１０４を収容するための柱状スペーサ収容ホールとして構成される。また、柱状スペーサ１０４の形成位置以外の位置の有機膜ホール１０６は、実際には柱状スペーサ１０４を収容しないダミーの柱状スペーサ収容ホールとして構成される。
【００２２】
図３は、柱状スペーサ１０４の形成位置の画素を拡大して示している。同図に示す例では、液晶パネル１００は、ＩＰＳモードで動作するパネルとして構成される。アレイ基板１０１では、Ｘ方向に沿って延びるゲート配線１１１及び共通配線１１２と、Ｙ方向に沿って延びる信号配線１１３との交点付近に、各画素が形成される。なお、液晶パネル１００において、柱状スペーサ１０４の形成位置以外の画素については、柱状スペーサ１０４が配置されない点を除いて、図３に示す画素と同様な構成を有する。
【００２３】
図３に示すように、各画素は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１４、ピクセル配線１１５、ピクセル電極１１６、共通電極１１７、シールド共通電極１１８を備える。ピクセル電極１１６は、コンタクトホール１１９を介してピクセル配線１１５に接続され、共通電極１１７及びシールド共通電極１１８は、コンタクトホール１２０を介して共通配線１１２と接続される。柱状スペーサ１０４及び有機膜ホール１０６は、ＸＹ平面に平行な平面での断面形状が例えば正方形状に形成される。共通配線１１２と信号配線１１３とによって区画される領域は、各画素内で光透過領域を構成する。
【００２４】
図４は、図３のＢ−Ｂ断面を示している。対向基板１０３は、順次に積層されたブラックマトリクス１２１と、色層１２２と、オーバーコート層１２３とを有する。色層１２２は、ＲＧＢの光の三原色の何れかの色を有する。ブラックマトリクス１２１は、遮光性を有し、光透過領域を区画する。柱状スペーサ１０４及び有機膜ホール１０６は、光透過領域外のゲート配線１１１上に形成される。図４において、柱状スペーサ１０４がアレイ基板１０１に接触する部分の幅は例えば１２μｍであり、有機膜ホール１０６の開口幅は、例えば２５〜３０μｍ程度である。
【００２５】
アレイ基板１０１は、以下のような工程を経て得られる。まず、ガラス基板上にゲート配線１１１及び共通配線１１２を形成し、ゲート絶縁膜１２４を形成し、ＴＦＴ１１４の形成に必要なａ−Ｓｉ層を形成する。その後、信号配線１１３及びピクセル配線１１５を形成し、無機保護膜１２５を形成する。続いて、有機膜１０５を形成し、その有機膜１０５の一部を除去してコンタクトホール１１９及び１２０と有機膜ホール１０６とを形成する。有機膜ホール１０６は、柱状スペーサ１０４の形成位置の画素、及び、柱状スペーサ１０４の形成位置以外の位置の画素の双方において形成される。有機膜１０５上にピクセル電極１１６、共通電極１１７、及び、シールド共通電極１１８をＩＴＯにより形成する。この例では、有機膜１０５上にシールド共通電極１１８を形成することで、信号配線１１３とシールド共通電極１１８とを平面的に重なるように配置することができ、画素表示領域を広くとることができる。
【００２６】
図５は、アレイ基板のラビング処理の様子を示している。アレイ基板１０１上には、配向膜としての有機膜が形成され、その配向膜は、高速回転するラビングローラ１０７により、液晶を一定方向に均一に初期配向させるためのラビング処理が施される。この例では、アレイ基板１０１をＹ方向に移動させ、配向膜をＹ方向にラビングしている。このラビング処理では、配向膜の表面が擦られることで、配向屑が発生する。配向屑は、主に、ラビング方向の後方側に押しやられ、各有機膜ホール１０６に侵入する。
【００２７】
図１２に示す従来のアレイ基板２０１ａでは、穴２０６が柱状スペーサ２０４形成箇所にしか形成されていないため、ラビング方向に隣接する２つの穴２０６間の、４画素分の配向屑が、ラビング方向後方に位置する穴２０６に侵入した。図５と図１２とを比較すると、本実施形態例では、ラビング方向に並ぶ有機膜ホール１０６の数は、従来のアレイ基板２０１ａでのラビング方向に並ぶ穴２０６の数の４倍となっている。このため、１つの有機膜ホール１０６に侵入する配向屑の量は、１画素分に相当し、アレイ基板２０１ａにおいて１つの穴２０６に侵入する配向屑の量の１／４倍となる。
【００２８】
ここで、コンタクトホール１１９及び１２０も、それぞれ、有機膜１０５に形成された穴として構成される。一般に、コンタクトホールは、７〜８μｍ程度の幅で形成され、コンタクトホール１１９及び１２０の開口は、有機膜ホール１０６の開口に比して大幅に狭い。従って、コンタクトホール１１９及び１２０には、有機膜ホール１０６に侵入する配向屑の量に対して、無視できる程度の量の配向屑しか侵入しないと考えられる。
【００２９】
本実施形態例では、柱状スペーサ１０４を収容するのに十分な開口を有する有機膜ホール１０６を、その位置が柱状スペーサ１０４の形成位置であるか否かにかかわらず、各画素に形成しているため、各画素に形成された有機膜ホール１０６には、同程度の量の配向屑が侵入する。これにより、柱状スペーサ１０４の形成位置の有機膜ホール１０６に侵入する配向屑が、柱状スペーサ１０４の形成位置にのみ有機膜ホール１０６を形成する場合に比して少なくなる。
【００３０】
本実施形態例の液晶パネル１００においても、図１４に示すものと同様に、組み立てた状態では、配向屑は、柱状スペーサ１０４とアレイ基板１０１との接触面近傍に溜まっている。しかし、本実施形態例では、上記したように、１つの有機膜ホール１０６に溜まる配向屑の量は、従来の液晶パネル２００ａにおける穴２０６にたまる配向屑に比して十分に少ない。従って、液晶パネル１００に外力が加わったときに、その衝撃で、液晶層１０２に飛散する配向屑は、従来の液晶パネル２００ａにおいて液晶層２０２に飛散する配向屑に比して少ない。このように、本実施形態例の液晶パネル１００では、柱状スペーサ１０４の高さをセルギャップよりも高くして、ギャップムラの発生を抑制し、かつ、セルギャップのばらつきを小さくしつつ、表示不良の発生を低減することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態例では、各画素に、有機膜ホール１０６を形成する例について示したが、有機膜ホール１０６は全ての画素に形成する必要はない。例えば、ラビング方向がＹ方向であるときには、図６に示すように、柱状スペーサ１０４が形成される画素と、Ｙ方向に一列に並ぶ画素にのみ、有機膜ホール１０６を形成することもできる。この例のように、特に、ラビング方向に並ぶ有機膜ホール１０６の数を増やすことで、１つの有機膜ホール１０６に侵入する配向屑を減らすことができる。
【００３２】
また、図７に示すように、柱状スペーサ１０４が形成される画素とＹ方向に一列に並ぶ画素に加えて、それら画素と、Ｘ方向の両側に隣接する画素にも有機膜ホール１０６を形成する構成とすることもできる。この場合、図６に比して、柱状スペーサ１０４の形成位置以外の位置に形成された有機膜ホール１０６に侵入する配向屑の総量を増やして、柱状スペーサ１０４の形成位置の有機膜ホール１０６に侵入する配向屑の量を減少させることができる。ラビング方向が、Ｘ方向又はＹ方向に対して斜めの方向であるときには、図８に示すように、柱状スペーサ１０４の形成位置に対して、ラビング方向の後方に位置する、柱状スペーサ１０４の形成位置以外の画素に有機膜ホール１０６を形成すればよい。
【００３３】
上記実施形態例では、有機膜ホール１０６が、柱状スペーサ１０４の形成位置とラビング方向に沿って並ぶ画素の全てに形成される例について示したが、有機膜ホールは、必ずしもラビング方向に沿って並ぶ画素の全てに形成されている必要はない。例えば、柱状スペーサ１０４の形成位置とラビング方向に沿って並ぶ画素のうちに一部に、有機膜ホール１０６が形成されない画素があってもよい。また、本発明の液晶表示装置は、ＩＳＰモード以外の表示モードを採用した液晶表示装置としても構成できる。
【００３４】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の液晶表示装置は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態例の液晶表示装置を構成する液晶パネルを示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図。
【図３】柱状スペーサ１０４の形成位置の画素を拡大して示す平面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面を示す断面図。
【図５】アレイ基板のラビング処理の様子を示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態例の液晶表示装置を構成する液晶パネルの変形例を示す平面図。
【図７】本発明の一実施形態例の液晶表示装置を構成する液晶パネルの別の変形例を示す平面図。
【図８】本発明の一実施形態例の液晶表示装置を構成する液晶パネルの別の変形例を示す平面図。
【図９】液晶表示装置を構成する従来の液晶パネルの一部を示す断面図。
【図１０】液晶パネル２００を示す平面図。
【図１１】特許文献１に記載の従来の液晶表示装置を示す断面図。
【図１２】従来のアレイ基板のラビング処理の様子を示す断面図。
【図１３】従来の液晶パネル１００ａの柱状スペーサ２０４形成部分を拡大して示す断面図。
【図１４】液晶中に配向屑が飛散した状態を示す平面図。
【符号の説明】
【００３６】
１００：液晶パネル
１０１：アレイ基板
１０２：液晶層
１０３：対向基板
１０４：柱状スペーサ
１０５：有機膜
１０６：有機膜ホール
１０７：ラビングローラ
１１１：ゲート配線
１１２：共通配線
１１３：信号配線
１１４：トランジスタ
１１５：ピクセル配線
１１６：ピクセル電極
１１７：共通電極
１１８：シールド共通電極
１１９、１２０：コンタクトホール
１２１：ブラックマトリクス
１２２：色層
１２３：オーバーコート層
１２４：ゲート絶縁膜
１２５：無機保護膜
【図１】
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【図２】
2005309333.tif 000004
【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】
2005309333.tif 000009
【図８】
2005309333.tif 000010
【図９】
2005309333.tif 000011
【図１０】
2005309333.tif 000012
【図１１】
2005309333.tif 000013
【図１２】
2005309333.tif 000014
【図１３】
2005309333.tif 000015
【図１４】
2005309333.tif 000016