(57)【要約】対向する基板間の距離を維持するためのスペーサを、均等に設けるのではなく、表示領域の中心部にのみ設けて、表示領域の辺縁部には設けない。表示領域３０（ａｍｍ×ａｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁からｂｍｍだけ離隔した（ａ−２ｂ）ｍｍ×（ａ−２ｂ）ｍｍの領域）にはスペーサが設けられており、中心領域３０Ａはスペーサ配設領域である。一方、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅ｂｍｍを有する領域）にはスペーサ６が設けられておらず、辺縁領域３０Ｂはスペーサ非配設領域である。低温保存において液晶の発泡が発生せず、しかも高い耐荷重を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する基板間の空隙に液晶材料が封入されており、前記基板間の空隙を維持するための複数のスペーサを設けている液晶表示装置において、前記基板の中心領域は前記スペーサが設けられているスペーサ配設領域であり、前記基板の辺縁領域は前記スペーサが設けられていないスペーサ非配設領域であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
表示領域の全面積に対する前記スペーサ配設領域の面積が４９％以上である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】
表示領域は矩形状であり、該表示領域の短辺の長さの２０％以下の幅を前記スペーサ非配設領域が有する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】
前記スペーサは、有機高分子膜からフォトリソグラフィ法を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記スペーサは、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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、対向する基板間の空隙に封入させた液晶材料の光透過率を制御して画像を表示する液晶表示装置に関し、特に、対向する基板間の空隙を維持するためのスペーサの設置パターンを改良した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、液晶表示装置は、その低消費電力性、携帯性などから各種の機器に広く使用されている。液晶表示装置は、対向する基板間の空隙に液晶材料を封入し、その両基板に設けた電極に電圧を印加して液晶材料の光透過率を制御することにより画像を表示しているが、不均一な基板間隔はそのまま表示の色むらなどにつながり、画質が劣化する。そこで、多少の外圧が加わっても基板の対向距離が変化しないように、両基板間にスペーサを設けて基板間隔の一定化を図るようにしている（例えば、特許文献１乃至４参照）。【０００３】  このスペーサとしては、球形のガラス製のビーズを表示領域に均等に散布させたり、有機高分子膜へのフォトリソグラフィ法によるパターンエッチングにて表示領域に均等に形成させたりする。後者の方法によるスペーサは、画素領域外に形成できるので、スペーサ周囲からの光漏れを見えなくすることができ、表示品質の向上を図れる。
【特許文献１】特開昭６２−１３４６２６号公報
【特許文献２】特開平７−８４２６７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０５４３号公報
【特許文献４】特開２００３−９８５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  外力がかかった場合でもセル厚が変化しないようにスペーサを設けて、耐荷重特性を向上させた液晶表示装置にあっては、低温保存において液晶の発泡現象が生じ、表示品質が極端に低下するという問題がある。この液晶の発泡現象は、液晶材料の線膨張係数（約１０００ｐｐｍ）とスペーサ材料の線膨張係数（約１０ｐｐｍ）とが大きく異なっていることに起因している。【０００５】  表１及び図１０は、表示領域に均等にスペーサを設けた従来の液晶表示装置におけるスペーサ面積率（表示領域の全面積に対するスペーサの占有面積の百分率）と、耐荷重（表示面を指で押した場合に液晶画面に「にじみ」が見られない最大の圧力）と、低温発泡面積（低温保存において発生する液晶の発泡面積）とを示している。【０００６】
【表１】
2006097992.tif 000002
【０００７】  耐荷重は、１９．６×１０４Ｐａが一般的な液晶表示装置の目標値である。従来の液晶表示装置では、表１及び図１０から分かるように、液晶の発泡が生じないようにした場合（スペーサ面積率２％）に、耐荷重は１３．７×１０４Ｐａが上限となる。１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重を得るためには、スペーサ面積率を３％以上にしなければならないが、この場合には低温保存において液晶の発泡が発生する。【０００８】  このように、１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重と液晶の発泡の非発生とを同時に満足させるようなスペーサの存在が従来例では見られない。そのため、従来では、低温保存において液晶の発泡が生じないようにスペーサ面積率を低くして、耐荷重特性を犠牲にしていることが多い。【０００９】  本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、低温保存において液晶の発泡が発生せず、しかも１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重を実現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】  本発明に係る液晶表示装置は、対向する基板間の空隙に液晶材料が封入されており、前記基板間の空隙を維持するための複数のスペーサを設けている液晶表示装置において、前記基板の中心領域は前記スペーサが設けられているスペーサ配設領域であり、前記基板の辺縁領域は前記スペーサが設けられていないスペーサ非配設領域であることを特徴とする。【００１１】  本発明の液晶表示装置にあっては、表示領域の中心部にはスペーサを設置し、表示領域の辺縁部にはスペーサを設けない。つまり、表示領域の中心部では１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重を得るために高密度にスペーサを設置するが、表示領域の辺縁部ではスペーサを設けないようにして、実効的なスペーサ面積率を低下させ、低温保存において液晶の発泡が発生しないようにする。このようなスペーサの設置パターンを採用することにより、１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重と液晶の発泡の非発生とを同時に実現して、表示品質の向上を図る。【００１２】  本発明の液晶表示装置にあっては、例えばスペーサ面積率を３〜４％としていても低温保存において液晶の発泡が発生することはなく、しかも１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重が得られる。【００１３】  本発明に係る液晶表示装置は、表示領域の全面積に対する前記スペーサ配設領域の面積が４９％以上であることを特徴とする。【００１４】  本発明の液晶表示装置にあっては、表示領域の全面積に対するスペーサ配設領域の面積の比を０．４９以上としているため、１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重が得られて耐荷重特性は良好であり、基板間隔は均一に維持され、耐荷重特性の低下による画像品質の劣化は見られない。【００１５】  本発明に係る液晶表示装置は、表示領域は矩形状であり、該表示領域の短辺の長さの２０％以下の幅を前記スペーサ非配設領域が有することを特徴とする。【００１６】  本発明の液晶表示装置にあっては、矩形状の表示領域の短辺の長さの０．２倍以下の幅をスペーサ非配設領域が有するため、１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重が得られて耐荷重特性は良好であり、基板間隔は均一に維持され、耐荷重特性の低下による画像品質の劣化は見られない。【００１７】  本発明に係る液晶表示装置は、前記スペーサは、有機高分子膜からフォトリソグラフィ法を用いて形成されたものであることを特徴とする。【００１８】  本発明の液晶表示装置にあっては、有機高分子膜にフォトリソグラフィ法によるパターンエッチングを施して、表示領域の中心部にのみスペーサを形成する。よって、スペーサ周囲からの光漏れが見えなくなり、表示品質の向上を図れる。【００１９】  本発明に係る液晶表示装置は、前記スペーサは、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであることを特徴とする。【００２０】  本発明の液晶表示装置にあっては、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズを表示領域の中心部にのみ分散させてスペーサを形成する。よって、簡便にスペーサが設けられる。なお、スペーサは２種類以上を混合して使用しても良い。
【発明の効果】
【００２１】  本発明の液晶表示装置では、基板の中心領域がスペーサが設けられているスペーサ配設領域であり、基板の辺縁領域がスペーサが設けられていないスペーサ非配設領域であるように構成したので、良好な耐荷重特性と液晶の発泡の非発生とを併せて実現することができ、表示品質の向上を図ることができる。【００２２】  本発明の液晶表示装置では、表示領域の全面積に対するスペーサの占有面積を３〜４％とするようにしたので、低温保存において液晶の発泡が発生することはなく、しかも１９．６×１０４Ｐａ以上の耐荷重を得ることができる。【００２３】  本発明の液晶表示装置では、スペーサを設ける表示領域の中心部（スペーサ配設領域）の面積を、表示領域の全面積の４９％以上とするようにしたので、良好な耐荷重特性（１９．６×１０４Ｐａ以上の高い耐荷重）を得ることができ、画像品質の劣化を抑制することができる。【００２４】  本発明の液晶表示装置では、矩形状をなす表示領域の短辺の長さの２０％以下の幅のスペーサ非配設領域を表示領域の辺縁部に設けるようにしたので、良好な耐荷重特性（１９．６×１０４Ｐａ以上の高い耐荷重）を得ることができ、画像品質の劣化を抑制することができる。【００２５】  本発明の液晶表示装置では、スペーサが、有機高分子膜からフォトリソグラフィ法を用いて形成されたものであるようにしたので、スペーサ周囲からの光漏れが見えなくなり、表示品質の向上を図ることができる。【００２６】  本発明の液晶表示装置では、スペーサが、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズであるようにしたので、簡便にスペーサを設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の液晶表示装置の液晶パネルの構成を示す断面図である。
【図２】スペーサの設置領域を示す図である。
【図３】スペーサの作製工程を示す断面図である。
【図４】実施の形態１におけるスペーサの設置領域を示す図である。
【図５】実施の形態１におけるスペーサ面積率と評価特性（耐荷重及び低温発泡面積）との関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態２におけるスペーサ非配設領域の幅（ｂ）とスペーサ設置領域面積比との関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態３の例１におけるスペーサの設置領域を示す図である。
【図８】実施の形態３の例２におけるスペーサの設置領域を示す図である。
【図９】実施の形態３の例１及び例２における表示領域の短辺の長さに対するスペーサ非配設領域の幅の割合（短辺比ｃ）と白輝度比の算出結果との関係を示すグラフである。
【図１０】従来例におけるスペーサ面積率と評価特性（耐荷重及び低温発泡面積）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】  １  液晶パネル
２，３  ガラス基板
４  画素電極
５  対向電極
６  スペーサ
９  シール材
１０  液晶層
２１  アクリル高分子膜
３０  表示領域
３０Ａ  中心領域（スペーサ配設領域）
３０Ｂ  辺縁領域（スペーサ非配設領域）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】  本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。【００３０】  図１は、本発明の液晶表示装置の液晶パネル１の構成を示す断面図である。液晶パネル１はマトリックス状に配置された例えばＩＴＯ製の光透過性に優れた画素電極４（幅９０μｍ，ピッチ１００μｍ）及び各画素電極４に夫々接続されたＴＦＴ（図示せず）を有するガラス基板２（一辺１１０ｍｍの方形で厚さ０．７ｍｍ）と、例えばＩＴＯ製の光透過性に優れた平板状の対向電極５を有するガラス基板３（一辺１１０ｍｍの方形で厚さ０．７ｍｍ）とを備えている。【００３１】  ガラス基板２の画素電極４が形成されていない領域には、例えばアクリル高分子材などの有機高分子材からなるスペーサ６（１０μｍ×１０μｍ，高さ４μｍ）が設けられている。但し、このスペーサ６は、均等に設けられているのではなく、表示領域の中心部にのみ設けられており、表示領域の辺縁部には設けられていない。【００３２】  図２は、このようなスペーサ６の設置領域を示す図である。表示領域３０（ａｍｍ×ａｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁からｂｍｍだけ離隔した（ａ−２ｂ）ｍｍ×（ａ−２ｂ）ｍｍの領域：図２でハッチングを付した領域）にはスペーサ６が設けられており、この中心領域３０Ａはスペーサ配設領域となっている。一方、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅ｂｍｍを有する領域：図２でハッチングを付していない領域）にはスペーサ６が設けられておらず、この辺縁領域３０Ｂはスペーサ非配設領域となっている。【００３３】  画素電極４及びスペーサ６上には配向膜７が形成され、対向電極５上には配向膜８が形成されている。また、液晶パネル１の辺縁には熱硬化性樹脂からなるシール材９が設けられている。上記スペーサ６及びこのシール材９によって、ガラス基板２，ガラス基板３間に所定長の空隙が形成され、この空隙内にネマティック液晶が封入されて液晶層１０が形成されている。更に、ガラス基板２及びガラス基板３の外面に、偏光板１１及び偏光板１２が夫々設けられている。【００３４】  このような構成の液晶パネル１の製造方法について簡単に説明する。一方のガラス基板２上に、幅９０μｍ，ピッチ１００μｍのライン状のＩＴＯパターンを形成して画素電極４を作製する。次いで、ガラス基板２上の画素電極４が設けられていない領域にスペーサ６を作製する。【００３５】  図３は、スペーサ６の作製工程を示す断面図である。画素電極４上を含むガラス基板２全域に、アクリル高分子材を塗布し、加熱処理を施して、アクリル高分子膜２１を形成する（図３（ａ））。次に、フォトリソグラフィ法により、画素電極４が設けられていない領域に対応させたレジストパターン２２を、アクリル高分子膜２１上に形成する（図３（ｂ））。次いで、ドライエッチングにて隣合うレジストパターン２２，２２間のアクリル高分子膜２１を除去した後（図３（ｃ））、残存するレジストパターン２２をウェットエッチングにより除去する（図３（ｄ））。【００３６】  他方のガラス基板３にＩＴＯ製の対向電極５を形成する。両ガラス基板２，３に水平配向膜７，８を形成してラビング処理を施した後、液晶注入口となる一部の領域を除いてシール材９を形成する。２枚のガラス基板２，３のラビング方向が９０度になるように貼り合わせ、加圧しながら、１５０℃，１時間でシール材９を硬化させて空パネルを作製する。【００３７】  その後、厚さ４μｍで９０度ツイストするネマティック液晶を、真空注入法により空パネルに充填する。液晶注入口を封止し、ラビング方向に偏光板の吸収軸が一致するように２枚の偏光板１１，１２を貼り付けて、ノーマリブラックの液晶パネル１を製造する。【００３８】  本発明の液晶表示装置では、表示領域３０の中心領域３０Ａにのみスペーサ６を設け、その辺縁領域３０Ｂにはスペーサ６を設けていない。このような構成により、低温保存において液晶の発泡が生じることなく、高い耐荷重を達成することができる。なお、辺縁領域３０Ｂにスペーサ６を設けないため、辺縁領域３０Ｂで耐荷重特性の劣化が危惧されるが、辺縁にシール材９を設けているので、このシール材９にて耐荷重特性の劣化を抑制することになるので、問題にならない。【００３９】  以下、本発明の特徴部分をなすスペーサ６の設置パターンの具体例（スペーサ面積率、中心領域３０Ａ（スペーサ配設領域）及び辺縁領域３０Ｂ（スペーサ非配設領域）などの設定例）について説明する。【００４０】（実施の形態１）
図４は、実施の形態１におけるスペーサ６の設置領域を示す図である。図４では、図２におけるａを１００、ｂを１０としている。即ち、実施の形態１では、表示領域３０（１００ｍｍ×１００ｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁から１０ｍｍだけ離隔した８０ｍｍ×８０ｍｍの領域：図４でハッチングを付した領域）が、スペーサ６を設けているスペーサ配設領域であり、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅１０ｍｍを有する領域：図４でハッチングを付していない領域）が、スペーサ６を設けていないスペーサ非配設領域である。この場合のスペーサ設置領域面積比（表示領域の全面積に対するスペーサ配設領域の割合）は、（８０×８０）÷（１００×１００）＝０．６４である。【００４１】  実施の形態１では、このようなスペーサ配設領域及びスペーサ非配設領域のサイズ（スペーサ設置領域面積比）は固定として、中心領域３０Ａに設けるスペーサ６の大きさを変化させてスペーサ面積率を変えた複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。その評価結果を表２及び図５に示す。【００４２】
【表２】
2006097992.tif 000003
【００４３】  スペーサ面積率が夫々１％，２％である両液晶表示装置では、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａが得られなかった。また、スペーサ面積率が５％である液晶表示装置では、高い耐荷重は得られたものの、液晶の発泡が生じた。【００４４】  これに対して、スペーサ面積率が３％である液晶表示装置では、１９．６×１０４Ｐａの圧力で押しても「にじみ」がなく（耐荷重：１９．６×１０４Ｐａ）、また、−４０℃の低温保存でも外観に変化がなかった。スペーサ面積率が４％である液晶表示装置では、２３．５×１０４Ｐａの圧力で押しても「にじみ」がなく（耐荷重：２３．５×１０４Ｐａ）、また、−４０℃の低温保存でも外観に変化がなかった。【００４５】  以上のような実施の形態１から、スペーサ面積率を３〜４％とすることにより、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａと低温発泡の非発生とを両立できることが分かる。【００４６】（実施の形態２）
実施の形態２では、図２におけるａは固定とし（ａ＝１００）、図２におけるｂを変化させてスペーサ設置領域面積比を変えた複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。スペーサ非配設領域の幅（ｂ（ｍｍ））とスペーサ設置領域面積比との関係を、表３及び図６に示す。また、表３には、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａが得られたか否かを示す結果も記載している。【００４７】
【表３】
2006097992.tif 000004
【００４８】  スペーサ設置領域面積比が０．３６（ｂ＝２０）である液晶表示装置では、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａが得られなかった。これに対して、スペーサ設置領域面積比が０．８１（ｂ＝５），０．６４（ｂ＝１０），０．４９（ｂ＝１５）である液晶表示装置では何れも、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａを達成できた。【００４９】  以上のような実施の形態２から、スペーサ設置領域面積比を０．４９以上とすることにより、低温保存において液晶の発泡現象が生じることなく、目標の耐荷重：１９．６×１０４Ｐａを実現できることが分かる。【００５０】（実施の形態３）
図７は、実施の形態３の例１におけるスペーサ６の設置領域を示す図である。この実施の形態３の例１では、表示領域３０（長辺８０ｍｍ×短辺６０ｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁から（６０（短辺）×ｃ）ｍｍだけ離隔した長辺（８０−６０×ｃ×２）ｍｍ×短辺（６０−６０×ｃ×２）ｍｍの領域：図７でハッチングを付した領域）が、スペーサ６を設けているスペーサ配設領域であり、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅（６０×ｃ）ｍｍを有する領域：図７でハッチングを付していない領域）が、スペーサ６を設けていないスペーサ非配設領域である。【００５１】  また、図８は、実施の形態３の例２におけるスペーサ６の設置領域を示す図である。この実施の形態３の例２では、表示領域３０（長辺１６０ｍｍ×短辺９０ｍｍ）の中心領域３０Ａ（辺縁から（９０（短辺）×ｃ）ｍｍだけ離隔した長辺（１６０−９０×ｃ×２）ｍｍ×短辺（９０−９０×ｃ×２）ｍｍの領域：図８でハッチングを付した領域）が、スペーサ６を設けているスペーサ配設領域であり、表示領域３０の辺縁領域３０Ｂ（幅（９０×ｃ）ｍｍを有する領域：図８でハッチングを付していない領域）が、スペーサ６を設けていないスペーサ非配設領域である。【００５２】  このような例１，例２において、表示領域３０の短辺の長さに対するスペーサ非配設領域の幅の割合（以下、単に短辺比ともいう）、つまり上記ｃを変化させて複数種の液晶表示装置を製造して、それらの特性を評価した。実施の形態３では、表示品質の評価として、表示領域３０の中心位値（図７，図８のＥ点）における白輝度と、辺縁領域３０Ｂ（スペーサ非配設領域）の中心位値（図７，図８のＦ点）における白輝度とを測定するとともに、測定したそれらの白輝度比（表示領域３０の中心位値での白輝度に対するスペーサ非配設領域の中心位値での白輝度の割合）を算出した。【００５３】  例１における測定及び算出結果を表４に、例２における測定及び算出結果を表５に夫々示す。また、例１及び例２における短辺比ｃと上記白輝度比の算出結果との関係を図９に示す。なお、白輝度比が０．８を下回った場合には、画像品質の劣化が認識されるので、この白輝度比の目標値は０．８と設定し、輝度比が０．８以上である場合には高品質であるとする。【００５４】
【表４】
2006097992.tif 000005
【００５５】
【表５】
2006097992.tif 000006
【００５６】  短辺比ｃが０．３である液晶表示装置では、目標の白輝度比：０．８が得られなかった。これに対して、短辺比ｃが０．０５，０．１，０．２である液晶表示装置では何れも、目標の白輝度比：０．８が得られた。【００５７】  以上のような実施の形態３から、表示領域の短辺の長さに対するスペーサ非配設領域の幅の割合（短辺比）を０．２以下とすることにより、辺縁領域にスペーサ６を設けなくても良好な画像表示特性を実現できていることが分かる。【００５８】  なお、上述した例では、フォトリソグラフィ法を利用してスペーサ６を作製するようにしたが、プラスチック製の球形ビーズまたはガラス製の球形ビーズを表示領域の中心部にのみ散乱させてスペーサ６を作製し、スペーサ配設領域とスペーサ非配設領域とを設けるようにしても良い。また、スペーサ６は２種類以上を混合して使用しても良い。【００５９】  また、上述した例では、ネマティック液晶を用いるようにしたが、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いても良く、対向する基板間の距離（液晶層構造）を維持するためにスペーサを設ける全ての液晶表示装置に本発明を適用できることは勿論である。
【図１】
2006097992.tif 000007
【図２】
2006097992.tif 000008
【図３】
2006097992.tif 000009
【図４】
2006097992.tif 000010
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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2006097992.tif 000018