(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一主面上に交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の各々に接続された画素電極と、を有するアレイ基板と、
前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間隙に挟持された液晶層と、
前記間隙を保持する粒状スペーサと、
前記アレイ基板、前記対向基板の少なくとも一方に液晶層に接して配置された配向膜と、を具備する液晶表示装置において、
前記アレイ基板または前記対向基板上には前記画素電極に対応する領域に、複数の開口がなす全体の開口形状が前記画素電極の有効表示領域の外周形状と相似形をなすようにパターニング形成され、前記開口の領域内に前記粒状スペーサを収容する膜が配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
基板の一主面上に交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の各々に接続された画素電極と、前記信号線、走査線、スイッチング素子を覆うように配置された絶縁膜とを有するアレイ基板と、
前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間隙に挟持された液晶層と、
前記間隙を保持する粒状スペーサと、
前記アレイ基板、前記対向基板の少なくとも一方に液晶層に接して配置された配向膜と、を具備する液晶表示装置において、
前記絶縁膜は前記画素電極の一部を覆っており、画素電極を覆う前記絶縁膜は複数の開口がなす全体の開口形状が前記画素電極の有効表示領域の外周形状と相似形をなすようにパターニング形成され、前記開口の領域内に前記粒状スペーサを収容することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
基板の一主面上に交差して配置された複数の信号線及び複数の走査線と、前記交差部毎に配置されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の各々に接続された画素電極と、を有するアレイ基板と、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間隙に挟持された液晶層と、前記間隙を保持する粒状スペーサと、前記アレイ基板、前記対向基板に液晶層に接してそれぞれ配置され、互いに交差する方向に配向処理が施された配向膜と、を具備する液晶表示装置において、
前記アレイ基板及び前記対向基板上には前記画素電極に対応する領域に、ストライプ状にパターニング形成された膜がそれぞれ配置され、
前記アレイ基板上に配置された膜は前記アレイ基板の配向膜に施された配向処理方向に延出して形成され、
前記対向基板上に配置された膜は前記対向基板の配向膜に施された配向処理方向に延出して形成され、
前記アレイ基板上に配置された膜及び対向基板上に配置された膜によって形成される枠で囲まれた領域内に前記粒状スペーサを収容することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記開口は、その開口形状を任意の直線で切ったときの幅が４０μｍ未満であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記パターニング形成された膜、絶縁膜又はストライプ状にパターニング形成された膜により形成された凹凸が１０００オングストローム以上２５００オングストローム以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶層のカイラルピッチと前記液晶層の厚さとの比率、（液晶カイラルピッチ／液晶層の厚さ）の値が１０〜１４であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記液晶層のカイラルピッチが４０〜７０μｍであることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記液晶層のカイラルピッチが６０μｍであることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記絶縁膜は窒化珪素からなることを特徴とする請求項２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】
本発明は粒状スペーサを基板間保持として用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、アクティブマトリクス型液晶表示素子は、アレイ基板と対向基板との間に液晶層を挟持し、この２枚の基板は周辺領域に配置されたシール材によって貼り合わさった構成をしている。この２枚の基板間には基板間距離を保持するための粒状スペーサが配置されている。
【０００３】
図３に示すように、アレイ基板１１は、ガラス等の透明絶縁基板上に、複数の信号線２０と複数の走査線３０とが交差するよう配置され、この交差部毎にスイッチング素子、このスイッチング素子に接続して画素電極４０とが配置されてなる。更に、図３に示すように信号線２０、走査線３０及び画素電極４０を覆うようにＳｉＮなどの絶縁保護膜６０が配置されており、この絶縁膜６０は画素電極上には形成されないようにパターニングされている。これら絶縁膜及び画素電極上には、更に液晶分子を配向させるための配向膜が配置されている。
一方、対向基板は、ガラスなどの透明絶縁基板上に対向電極が配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような液晶表示装置では、スペーサが粒状のため、振動や衝撃などによって２枚の基板の間隙内を移動し、配向膜を傷つけ、表示不良を引き起こしていた。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、粒状スペーサによる表示不良を防止することが可能な、信頼性の高い液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間隙に挟持された液晶層と、この間隙を保持する粒状スペーサと、アレイ基板、対向基板の少なくとも一方に液晶層に接して配置された配向膜とを具備する液晶表示装置であって、アレイ基板または対向基板上には画素電極に対応する領域に、複数の開口がなす全体の開口形状が前記画素電極の有効表示領域の外周形状と相似形をなすようにパターニング形成され、前記開口の領域内に配置される粒状スペーサを前記開口の領域内に収容する膜が配置されていることを特徴とする。このように複数の開口を有するようにパターニング形成された膜を配置することによって画素電極上に凹凸が形成されることになり、画素電極領域、すなわち表示領域中の粒状スペーサの移動を、この凹凸によって制御することが可能となり、配向膜の傷つきによる表示不良を防止することが可能となる。すなわち、開口である凹部に配置されるスペーサは開口領域内のみを移動することになる。
【０００７】
また、開口形状を任意の直線で切ったときの幅を４０μｍ未満とすることを特徴とする。これにより開口の領域に散布されたスペーサは、その移動範囲が４０μｍ未満に制御されることになり、スペーサの移動による配向膜の傷つきによる表示不良を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図１〜図３を用いて説明する。
図１はアレイ基板の１画素を示す部分拡大図、図２は液晶表示装置の縦断面図であり、図２は図１の線II−II′で切ったときの縦断面図を示す。
【００１１】
図２に示すように、本実施形態の液晶表示装置１１０は、アレイ基板１０と対向基板１００とを対向配置し、この２枚の基板間間隙に液晶層９０が配置され、この２枚の基板間間隙を保持するために粒径が約５μｍの粒状スペーサ８０が散布配置されて構成されている。アレイ基板１０と対向基板１００との基板間距離は５μｍとし、液晶はカイラルピッチが６０μｍのものを用いた。アレイ基板および対向基板の各々には配向膜が配置され、各々の配向膜の配向処理方向がほぼ直交しており、液晶分子はほぼ９０度ねじれた状態で配列している。
【００１２】
対向基板１００は、ガラス基板１０１上に格子状にパターニングされたＣｒからなる遮光層１０３とこの遮光層の間を埋めるように配置されたＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）からなる着色層１０２とが配置され、この着色層を覆うように対向電極１０４、配向膜７０が順次積層配置されている。
【００１３】
一方、アレイ基板は、図１、図２に示すように、ガラス基板１１上に複数の信号線２０と複数の走査線３０とが交差するように配置され、この交差部毎にスイッチング素子５０が配置されている。このスイッチング素子は、走査線３０と同層のゲート電極３１、このゲート電極を覆うように配置されたゲート絶縁膜３２、ゲート電極上にこのゲート絶縁膜を介して配置された半導体層３３と、信号線２０と同層で形成されたドレイン電極２１、ソース電極４１とが配置されている。更に画素電極４０はこのスイッチング素子５０とソース電極４１を介して接続配置されている。そして、画素電極領域を複数に分割する複数の開口６１を有するようにパターニング形成された格子状の窒化珪素からなる絶縁膜６０が、約２０００オングストロームの厚さで、信号線２０、走査線３０、スイッチング素子５０を覆うように形成配置されている。更に、これら全体を覆って厚さ約７００オングストロームの配向膜７０が配置されている。アレイ基板及び対向基板ともに配向膜はラビングによる配向処理が施されている。
【００１４】
絶縁膜６０のパターニング形状について図１を用いて詳細に説明する。絶縁膜６０は１つの画素電極４０領域に対して、複数の開口６１をもつように形成されている。本実施形態では、画素電極の大きさ  ａμｍ×ｂμｍ  を７０μｍ×２００μｍとし、開口を２０μｍ×２０μｍ、開口と開口との線幅ｃを５μｍとした。開口形状は多角形形状となっている。図１では画素電極は六角形形状となっており、長方形の一部を切り欠いた形状となっている。開口は１つの画素に対して１０個あり、これら１０個の開口がなす全体の開口形状は、画素電極の有効表示領域の外周形状と相似形をなしている。
【００１５】
本実施形態では、複数の開口を有するようにパターニング形成された絶縁膜を配置することによって画素電極上に凹凸が形成されることになり、表示領域中の粒状スペーサの移動を、この凹凸によって制御することが可能となる。すなわち、スペーサ散布により配置されたスペーサのうち画素電極上に配置されたスペーサは、液晶セルとしたときに振動や衝撃などにより移動したとしても、絶縁膜に形成された開口によりその移動範囲が制御され、配向膜の傷つきを小さくすることが可能となる。凹凸の大きさとしては、液晶セルの状態、すなわち本実施の形態においては開口を有する形状にパターニングされた絶縁膜を覆って配向膜を配置した状態で、凹凸の差が１０００オングストローム以上あればよく、更に好ましくは１５００オングストローム以上あれば良い。更には、配向膜のラビング処理による配向不良の発生領域範囲を狭くするために、凹凸の大きさを２５００オングストローム以下程度にすることが望ましい。
【００１６】
また、本実施形態では、開口形状を多角形状としたが、図４（ｂ）に示すように円形形状としても同様の効果が得られることは言うまでもなく、少なくとも絶縁膜に形成される開口が１つの画素電極に対して複数であれば、従来の画素電極上に絶縁膜を形成しない形状のものとくらべ、効果を得ることができる。
【００１７】
また、本実施形態では、開口は１つの画素に対して１０個あり、これら１０個の開口がなす全体の開口形状は、画素電極の有効表示領域の外周形状と相似形をなしている。これにより画素電極上に形成される絶縁膜の形成領域を少なくすることができ、電圧降下を防止することができる。例えば、図４（ａ）のように長方形の画素電極形状を使用した場合であれば、複数の開口全体がなす形状が画素電極形状に沿って略相似形とするこにより、この効果を得ることができる。
【００１８】
また、本実施形態では、信号線、走査線及びスイッチング素子を覆うよう形成した絶縁膜と同じ層で画素電極上に配置される複数の開口を有する膜を形成したが、これに限られるものではなく、異なる層で形成しても良い。
【００１９】
また、本実施形態では、アレイ基板上に１つの画素電極に対応して複数の開口を有するようにパターニングした絶縁膜を形成したが、対向基板側に画素電極に対応して複数の開口を有するようにパターニングした膜を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
また、開口の大きさとしては、開口形状を任意の線できったときに４０μｍ未満であればよく、これによりスペーサの移動可能範囲を制御することが可能となる。例えば、開口形状を２０μｍ×２０μｍの正方形とした場合、この正方形の対角線の長さがスペーサの移動可能な最長の距離となる。そして、開口の大きさの最小値は、パターニングの精度及び画素電極形成領域に対する開口を有するようパターニング形成された膜の形成領域の割合等を考慮して好ましい値を設定すればよい。また、開口間距離すなわち線幅ｃの値に関しても、パターニングの精度及び画素電極形成領域に対する開口を有するようパターニング形成された膜の形成領域の割合等を考慮して好ましい値を設定すればよい。
【００２１】
また、図６及び図７に示すように、アレイ基板１０及び対向基板１００のそれぞれにストライプ状にパターニングした絶縁膜をほぼ直交するように配置しても良い。図６は、画素領域とアレイ基板側の絶縁膜のパターニング形状２０２と対向基板側の絶縁間のパターニング形状２０１との位置関係を表している。図７は、液晶表示装置１１０とした時の図６の線VII−VII′で切ったときの縦断面図である。図６，７に示すように、液晶表示装置１１０は、アレイ基板１０と対向基板１００との間に液晶層９０を挟持し、2 枚の基板間距離を粒状スペーサ８０によって保持している。対向基板１００は、基板１０１上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなる着色層１０２、対向電極１０４、ストライプ状にパターニングされた絶縁膜２０１、配向膜７０が順次配置されている。アレイ基板１０は、基板１１上にスイッチング素子（図示せず）及び画素電極４０が配置され、スイッチング素子及び画素電極の外周部を覆う絶縁膜２０２が配置され、これらを覆うように配向膜７０が配置されている。更に、画素電極の有効画素領域に対応する絶縁膜２０２はストライプ状の開口が形成されるようにパターニングされており、この絶縁膜２０２のパターン形状は、アレイ基板１０側に配置される配向膜の配向処理方向とほぼ平行をなすストライプ形状を有している。一方、対向基板側に配置される絶縁膜２０１も、対向基板１００側に配置される配向膜の配向膜処理方向とほぼ平行をなすストライプ形状を有している。このように２枚の基板の両方にパターニングした膜を形成してもよい。また、２枚の基板各々に配置されている画素領域の絶縁膜が配向膜の配向処理方向とほぼ平行なため、ラビングの毛が配向膜に十分に接しないために生じる配向不良領域の発生を防止でき、画質の良い液晶表示装置を得ることができる。
【００２２】
上記実施例では、アレイ基板側のみまたは対向基板とアレイ基板の両方にパターニングした膜を形成しているが、対向基板側のみにパターニングした膜を形成しても良い。
【００２３】
上記の実施の形態では複数の開口を有する形状にパターニングされた膜を配置しているが、図５に示すように、画素電極４０に対応する領域に複数の島状パターン６２を有するようにパターニング形成された膜を配置をしても同様の効果を得ることができる。この場合の開口の幅は、島状パターン間の距離に相当することになる。
【００２４】
島状パターンの他の実施形態として、図７に示すようにＬ字形状にしても良い。この場合においても振動等によるスペーサの移動の範囲を制限することができる。この実施形態では、アレイ基板の配向処理方向の入射方向側にＬ字状の直角部分がくるように島状パターン６２が配置されている。
【００２５】
本発明のように、対向基板またはアレイ基板上に、画素に対応する領域に複数の開口を有するようにパターニング膜や島状パターン膜を有するような液晶表示装置においては、複数の開口を有するようにパターニング膜や島状パターン膜により、画素領域に段差が生じる。この段差により、配向膜をラビングにより配向処理する場合に、ラビングの毛のあたる場所とあたらない場所が発生する。具体的には図１のような複数の開口を有するようにパターニングされた液晶表示装置では、膜の格子部分付近でラビングの毛のあたらない場所、すなわち配向処理がされない領域が発生する。この配向処理がなされない領域の液晶分子と配向処理がなされている領域の液晶分子とは、液晶の捩れ向きが逆になるツイストリバースが発生する場合があり、画面内で輝点が生じ、画質をさげる原因となっていた。本発明のような対向基板またはアレイ基板上に、画素に対応する領域に複数の開口を有するようにパターニング膜や島状パターン膜を有するような液晶表示装置においては、輝点の発生を防止するために、（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値を１０〜１４とすることが望ましく、上記実施形態においては、液晶のカイラルピッチを６０μｍ、セルギャップを５μｍとし、液晶カイラルピッチとセルギャップとの比率（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値を１２としている。以下に表１、図９を用いてカイラルピッチとツイストリバースの発生数との関係について説明する。尚、液晶カイラルピッチとは、液晶分子が捩れ配列している場合の捩れ１回転あたりの液晶層厚みを示す。
【００２６】
表１は、上記実施形態の液晶表示装置の液晶のカイラルピッチを変えた場合のツイストリバースの値を測定した結果であり、（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値とツイストリバースの発生数との関係を示している。図９はこの表１に基づいてグラフ化したものである。画面としてみた場合に画質に影響のないレベルのツイストリバースの発生数は、１ｃｍ２あたり４０以下であり、これを画質合格認定レベルとした。図９からわかるように、ツイストリバースの発生を防止するには（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値を１４以下にすることが望ましく、液晶の応答速度の点を考慮すると（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値を１０以上にすることが望ましい。従って、液晶層厚を約４〜５μｍとすると、好ましい液晶カイラルピッチは４０μｍ〜７０μｍとなる。このように、対向基板またはアレイ基板上に、画素に対応する領域に複数の開口を有する膜や島状パターン膜を有するような液晶表示装置においては、（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値を１０〜１４にすることにより、液晶表示装置の画質を向上させることができる。
【００２７】
【表１】
0004128653.tif 000002
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、１つの画素電極領域に対して、複数の開口を有するようにパターニング形成された絶縁膜をアレイ基板または対向基板に配置する、または複数の島状パターンを有するようにパターニング形成された絶縁膜を配置することによって、表示領域中の粒状スペーサの移動を、この凹凸によって制御することが可能となる。これにより、スペーサ移動による配向膜の傷つきを防止でき、表示不良を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である液晶表示装置のアレイ基板を表す平面図。
【図２】本発明の一実施形態である液晶表示装置の縦断面図。
【図３】従来の液晶表示装置のアレイ基板を表す平面図。
【図４】本発明の他の実施形態である液晶表示装置のアレイ基板を表す平面図。
【図５】本発明の他の実施形態である液晶表示装置のアレイ基板を表す平面図。
【図６】本発明の他の実施形態である液晶表示装置のアレイ基板及び対向基板に配置される絶縁膜のパターン形状を表す平面図。
【図７】図６の線VII−VII′で切断したときの液晶表示装置の縦断面図。
【図８】本発明の他の実施形態である液晶表示装置のアレイ基板を表す平面図。
【図９】本発明の液晶表示装置における（液晶カイラルピッチ／セルギャップ）の値とツイストリバースの発生数との関係を表す図。
【符号の説明】
１０…アレイ基板
２０…信号線
３０…走査線
４０…画素電極
５０…スイッチング素子
６０…絶縁膜
６１…開口パターン
６２…島状パターン
７０…配向膜
８０…スペーサ
９０…液晶層
１００…対向基板
１１０…液晶表示装置
２０１…対向基板側に形成される絶縁膜
２０２…アレイ基板側に形成される絶縁膜
【図１】
0004128653.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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