JP2009092945A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質の向上と製造時間の短縮を図れる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置において、スルーホール１０７内に遮光層１１１が形成され、遮光層１１１にスペーサ１０が載置される。これにより、スペーサ１０を小径化して、例えば、インクジェット工法を使用した場合に、スペーサがノズルから吐出しない不都合の防止を図ることができる。その結果、セルギャップの均一化が図れ、表示品質を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、球状のスペーサを有する液晶表示装置に関するものである。

大型モニターやテレビなどの、従来ではＣＲＴが使用されていた分野への応用や展開に伴い、液晶表示装置には更なる性能向上及び低コスト化が要求されている。

こうした背景の元で、製造原価の低減を図るべくインクジェット工法が採用され、注目を集めている。

インクジェット工法は、配向膜や着色層に使用されていたが、スペーサの配置での使用も検討されている。この場合、ノズルから溶媒とともに球状のスペーサが吐出され、これにより、そのスペーサが着弾した場所での基板間の距離（セルギャップという）が維持される。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００６−２０８７２８号公報

ところで、大径のスペーサに関していうと、一般にスペーサ径が大きくなるほど溶媒中での分散性が悪化する傾向にあり、それが原因となりノズルから吐出されない（不吐という）確率が高くなる。これにより、スペーサの分布が不均一になってしまう可能性がある。スペーサのない場所が連続した場合には、セルギャップが狭くなるので、セルギャップが不均一になり、表示品質が低下してしまう。

また、例えば、別の液晶表示装置を製造すべく、セルギャップを意図的に広く又は狭くしたい場合がある。そうするには、スペーサの径を変更すればよいのだが、この場合にも不都合がある。

インクジェット工法では、同じ径をもつ複数のスペーサが溶媒とともに容器に入れられ、その容器がインクジェット装置に装着される。そうすると、インクジェット装置のノズルから溶媒とスペーサが吐出、着弾するようになっている。

スペーサの径を変更するには、別の径をもつスペーサの入った容器を用意しておき、変更前に使用していた容器を取り外し、用意しておいた容器を取り付ける必要がある。またその際にはそれまで使用していた径のスペーサが装置内に残らないように配管を溶剤で洗い流す作業等も必要となる。そのため、こうした作業の時間により、液晶表示装置の製造が長時間化してしまう。また、その労力などにより、液晶表示装置のコストが高まってしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表示品質の向上と製造時間の短縮を図れる液晶表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明に係る液晶表示装置は、互いに対向するアレイ基板および対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に挟持される液晶層と、前記アレイ基板に形成されたスルーホール内に形成された遮光層と、前記遮光層に載置された球状のスペーサとを備えることを特徴とする。

この液晶表示装置によれば、スルーホール内に遮光層が形成され、遮光層にスペーサが載置されているので、スペーサは小径のものでよく、例えば、インクジェット工法を使用した場合に、スペーサがノズルから吐出しない不都合の防止を図ることができる。その結果、セルギャップの均一化が図れ、表示品質を向上させることができる。

なお、遮光層の形成にインクジェット工法を用いることで、その材料の量増減により遮光層の厚さ、ひいては、セルギャップを容易に変えることができる。

また、遮光層の材料を、アレイ基板における表示領域を囲む額縁領域に形成された遮光層の材料に等しくすることで、両遮光層を同じ工程で形成でき、製造時間を１工程分短縮できる。

本発明に係る液晶表示装置よれば、スルーホール内に遮光層が形成され、遮光層にスペーサが載置されているので、スペーサを小径化して、例えば、インクジェット工法を使用した場合に、スペーサがノズルから吐出しない不都合の防止を図ることができる。よって、セルギャップの均一化が図れ、表示品質を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置の平面図である。図２は、液晶表示装置の部分的な断面図である。図３は、液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。

図２などに示すように、液晶表示装置は、互いに対向するアレイ基板１および対向基板２と、これらの基板に挟持される液晶層３を備える。

アレイ基板１は透明な基板１０１を備える。基板１０１における表示領域２５の上には、複数のスイッチング素子（図示せず）が形成される。また、基板１０１には、信号線、走査線、補助容量配線（いずれも図示せず）が形成される。

各スイッチング素子の電極に導通する配線１０３の上には、赤、青、緑の中の対応する色の着色層１０５が形成される。こうして、アレイ基板１では、図３に示すように、赤の着色層１０５Ｒ、青の着色層１０５Ｂ、緑の着色層１０５Ｇが規則的に配置される。

例えば、スイッチング素子が形成された後、その上に赤色レジスト液がスピン塗布され、約９０℃で約５分間プリベークされる。次に所定のマスクパターンを用いて、１５０ｍＪ／平方センチメートルの強度の紫外線による露光がなされる。次に、約０．１重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）水溶液を用いて約４０秒間現像がなされる。次に水洗いがされ、約２００℃で１時間ほどポストベークされる。こうして、赤の着色層１０５Ｒが形成される。他の色の着色層も同様に形成される。

図２などに示すように、各着色層１０５にはスルーホール１０７が形成される。その上にスパッタリング法によりインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）が堆積され、パターンニングされて画素電極１０９が形成される。画素電極１０９は、スルーホール１０７によって配線１０３に導通する。

図示しないが、この画素電極１０９を透過する光を発する光源がアレイ基板１の背面側に設けられている。このような光を使用して行う表示を透過表示という。

一方、対向基板２の前面側から入射する環境光を使用して行う反射表示を可能にする場合、図示しないが、画素電極１０９上に金属を堆積させて、反射電極が形成される。透過表示と反射表示を共に可能にする場合には、反射電極は画素電極１０９の一部分に形成される。

さて、図２などに示すように、画素電極１０９が形成された後のスルーホール１０７内に遮光層１１１が形成される。また、表示領域２５を囲む額縁領域には遮光層２４が形成される。遮光層２４は、シール材２１の内側に形成される。

遮光層１１１の材料は、遮光層２４の材料に等しいもの、例えば黒色の樹脂である。遮光層２４、１１１は、例えばインクジェット工法により、同じ工程で形成される。

インクジェット工法によれば、吐出する材料の量を増減することで、遮光層の厚さを容易に変えられるので好ましい。

なお、スルーホール１０７などが形成される場所の周囲の着色層を、図３に示すような、その場所に対応する色の着色層にするのでなく、例えば、緑の着色層１０５Ｇをスルーホール１０７などの場所から同図の右方向に延長し、これにより、色度を調整してもよい。

液晶表示装置では、例えばスルーホール１０７の深さは２．５μmであり、遮光層１１１の厚さは２．０μmである。よって、それはスルーホール１０７の深さの８０％である。

次に、ポリイミドからなる配向膜材料が、アレイ基板１の全面に塗布され、配向処理され、こうして配向膜（図示せず）が形成される。

次に、インクジェット工法により、遮光層１１１に対し、直径４．５μｍのスペーサ１０が載置される。

ここでは、図４に示すように、同じ径をもつ複数のスペーサ１０が溶媒３００とともに容器３１０に入れられ、容器３１０がインクジェット装置４００に装着される。そうすると、インクジェット装置４００のノズル４１０から溶媒３００とスペーサ１０が吐出、着弾する。こうして、スペーサ１０が遮光層１１１に載置され、その後、溶媒３００が乾燥される。

図２に示すように、対向基板２にあっては、スパッタリング法により、基板２０１上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）を堆積することで、対向電極２０３が形成される。

次に、例えばポリイミドからなる配向膜材料が、対向基板２の全面に塗布され、配向処理されて配向膜（図示せず）が形成される。

次に、対向基板２の外周部にシール材２１が塗布され、対向基板２とアレイ基板１が貼り合わせられる。次に、アレイ基板１と対向基板２が封着治具に入れられて排気され、約１７０度の硬化温度にて３０分焼成される。

次に、例えば、カイラル材が添加されたネマティック液晶材料が、注入口２２から注入され、注入口２２が封止材２３（例えば紫外線硬化樹脂）で封止される。

最後に、アレイ基板１の背面と対向基板２の前面に偏光板が配置される。アレイ基板１の背面側には上記の光源が配置される。

こうして製造された液晶表示装置のセルギャップは、４．０μｍである。このセルギャップを得るために上記の直径４．５μｍのスペーサ１０を使用したのであり、仮に遮光層１１１を形成しないで同じセルギャップを得るならば、直径４．５μｍのスペーサより大径のスペーサを使用しなければならない。そうすると、スペーサの不吐の可能性が高まり、表示品質が低下していたところである。

しかし、実際には、遮光層１１１を形成することにより所望とするセルギャップを得るために必要とする大径のスペーサより小径のスペーサ１０を使用でき、スペーサの不吐の防止が図れる。これにより、スペーサを均一に分布させてセルギャップを均一化でき、表示品質を向上させることができる。

その表示にあっては、スイッチング素子がオンすると、画素電極１０９に電圧が書き込まれ、その電位が維持される。また、対向電極２０３には、例えば、一定の電位が与えられる。これにより、画素電極１０９と対向電極２０３の間に電位差が生じ、この電位差により液晶層３内の分子が向きを変える。アレイ基板１の背面側に配置された光源から入射した光は、その液晶層３を通り、対向基板２の前面側から出射する。一方、対向基板２の前面側から入射した環境光は、画素電極１０９での反射の前後で液晶層３を通り、対向基板２の前面側から出射する。対向基板２の前面側から出射する光は、液晶層３内の分子の向きに応じた光量をもち、こうして、画像が表示される。

また、この液晶表示装置にあっては、遮光層１１１が配線１０３の反射光を遮るので、スルーホール１０７における配線１０３の反射率を抑制し、高いコントラスト比を得ることができる。例えば、実測では、コントラスト比は約８００：１であった。

したがって、第１の実施の形態に係る液晶表示装置によれば、スルーホール１０７内に遮光層１１１を形成し、その上にスペーサ１０を載置したことで、スペーサ１０を小径化して、不吐防止を図ることができる。その結果、セルギャップの均一化が図れ、表示品質を向上させることができる。

また、セルギャップは遮光層１１１の厚さを変えることで、つまり、特にインクジェット工法によれば、その材料の量を増減することで容易に変えられる。

したがい、セルギャップを意図的に変更する場合であっても、スペーサ１０の容器３１０を交換するという作業が不要なので、製造時間の短縮を図れる。また、作業の労力を省け、液晶表示装置の低コスト化が図れる。

また、遮光層１１１の形成にインクジェット工法を用いることで、その材料の量増減により遮光層１１１の厚さ、ひいては、セルギャップを容易に変えることができる。

また、遮光層１１１の材料を、遮光層２４の材料に等しくしたことで、遮光層２４、１１１を同じ工程で形成でき、製造時間を１工程分短縮できる。また、その分の労力を省け、液晶表示装置の低コスト化が図れる。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。

第２の実施の形態に係る液晶表示装置では、第１の実施の形態に係る液晶表示装置とほぼ同様の構成を有しているので、同一の構成要素には同一符号を付与し、重複説明を省略する。

この液晶表示装置は、透明な樹脂層１０４を図２の着色層１０５に代えて同位置に備えている。また、基板２０１の上に着色層２０２が形成されている。第１の実施の形態と同様に、この液晶表示装置でも、基板２０１の上に赤、青、緑の着色層が規則的に配置される。

また、液晶表示装置は、直径４．５μｍのスペーサ１０を備え、遮光層１１１の厚さは１．０μｍである。これにより、セルギャップは、３．０μｍである。

コントラスト比は、実測で約７００：１であった。

この液晶表示装置で得られる効果は、第１の実施の形態の効果と同様であり、つまり、スペーサ１０を小径化して、不吐防止を図ることができる。よって、セルギャップの均一化が図れ、表示品質を向上させることができる。

また、スペーサ１０の容器交換などが不要なので、製造時間の短縮を図れる。また、容器交換などの労力を省け、液晶表示装置の低コスト化が図れる。

また、遮光層１１１の形成にインクジェット工法を用いることで、その材料の量増減により遮光層１１１の厚さ、ひいては、セルギャップを容易に変えることができる。

また、遮光層１１１の材料を、遮光層２４の材料に等しくしたことで、遮光層２４、１１１を同じ工程で形成でき、製造時間を１工程分短縮できる。また、その分の労力を省け、液晶表示装置の低コスト化が図れる。

［比較例１］
図６は、比較例１に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。

この比較例１に係る液晶表示装置では、第１の実施の形態に係る液晶表示装置とほぼ同様の構成を有しているので、同一の構成要素には同一符号を付与し、重複説明を省略する。

この液晶表示装置は、直径６．３μｍのスペーサ１００を備え、遮光層１１１の厚さは０．２μｍである。これにより、セルギャップは、４．０μｍである。

スペーサ１００は上述の実施の形態より大径であるから、インクジェット工法における製造工程において、インク中の球状スペーサの分散が悪く不吐部が発生し、セルギャップの不均一が生じ、表示品質が低下した。したがって、本比較例１より小径のスペーサを用いた第１の実施の形態などの液晶表示装置を使用するのが好ましい。第１の実施の形態などの液晶表示装置のように、遮光層１１１の厚さは、スルーホール１０７の深さの１０％以上とするのが好ましいと考えられる。

［比較例２］
図７は、比較例２に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。

比較例２に係る液晶表示装置では、第１の実施の形態に係る液晶表示装置とほぼ同様の構成を有しているので、同一の構成要素には同一符号を付与し、重複説明を省略する。

この液晶表示装置は、直径４．５μｍのスペーサ１０を備えている。遮光層１１１の厚さは２．５μｍであり、スルーホール１０７の深さに等しい。これにより、セルギャップは、４．５μｍである。

この比較例２では、遮光層１１１を厚くしたので、スペーサ１０が転がって位置が変わってしまう可能性があり、よって、遮光層１１１を厚すぎないようにした第１の実施の形態などの液晶表示装置を使用するのが好ましい。第１の実施の形態などの液晶表示装置のように、遮光層１１１の厚さは、スルーホール１０７の深さの８０％以下とするのが好ましいと考えられる。

なお、上記の実施の形態では、アレイ基板１の配向膜を形成した後にスペーサ１０を配置したが、スペーサ１０の配置を配向膜の形成前に行ってもよい。

また、上記の実施の形態では、遮光層２４、１１１をインクジェット工法で形成したが、スピンコーティング法やスリットを使用して塗布し、その後に露光と現像を行うことにより形成してもよい。

また、上記の実施の形態では、スペーサ１０をインクジェット工法で配置したが、これ以外の工法にて配置してもよい。

第１の実施の形態に係る液晶表示装置の平面図である。 液晶表示装置の部分的な断面図である。 液晶表示装置の画素の構成を示す平面図である。 インクジェット工法の説明に用いた図である。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。 比較例１に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。 比較例２に係る液晶表示装置の部分的な断面図である。

符号の説明

１…アレイ基板
２…対向基板
３…液晶層
１０…スペーサ
２４…遮光層
２５…表示領域
１０１、２０１…基板
１０３…配線
１０４…樹脂層
１０５、２０２…着色層
１０７…スルーホール
１０９…画素電極
１１１…遮光層
２０２…着色層
２０３…対向電極

Claims (3)

1. 互いに対向するアレイ基板および対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板に挟持される液晶層と、
   前記アレイ基板に形成されたスルーホール内に形成された遮光層と、
   前記遮光層に載置された球状のスペーサと
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記遮光層はインクジェット工法により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記遮光層の材料は、前記アレイ基板における表示領域を囲む額縁領域に形成された遮光層の材料に等しい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。

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