JP2000137229A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】横電界方式の液晶表示装置において、大面積に
おいてもセルギャップの均一性が良好で、暗表示時のス
ペーサ周辺の光漏れによるコントラスト比の低下がない
高画質液晶表示装置の提供。 【解決手段】少なくとも一方が透明な一対の基板（１，
１’）と、前記一対の基板間に挟持された液晶層３２
と、前記一対の基板の一方の基板１上に形成され基板面
にほぼ平行な電界を前記液晶層に印加する電極群と、前
記一対の基板上の前記液晶層に接する面上に形成された
配向制御膜（８，８’）と、前記液晶層の分子配向状態
に応じて光学特性を変える光学手段（９，９’）と、前
記液晶層の厚みを制御する前記基板間に挟持されたスペ
ーサを備えた液晶表示装置において、前記スペーサが非
開口部のみに設けられており、該スペーサの一部が球状
スペーサ３０とそれを埋設，固着する樹脂パターン３３
により構成されている液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブマトリ
クス型液用表示装置に係わり、特に、同一基板上に形成
された電極群により基板に対してほぼ平行な方向に電界
を印加して液晶層を動作させる、いわゆる横電界方式の
液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の基板に挟持され
た液晶層の液晶分子に、電界を印加して液晶分子の配向
方向を変化させ、それにより生じる液晶層の光学特性の
変化により表示される。

【０００３】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装
置は、液晶に印加する電界の方向が基板面にほぼ垂直な
方向に設定され、液晶の光旋光性を利用して表示を行う
ツイステッドネマチック（ＴＮ）表示方式に代表され
る。

【０００４】一方、櫛歯電極（Ｉnter Ｄigital Ｅlect
rode）を用い、液晶に印加する電界の方向を基板面にほ
ぼ平行とし、液晶の複屈折性を用いて表示を行う横電界
方式（Ｉn−Ｐlane Ｓwitching：ＩＰＳ）が、特公昭６
３−２１９０７号、ＵＳＰ４３４５２４９号、ＷＯ９１
／１０９３６号、特開平６−２２３９７号、特開平６−
１６０８７８号等により提案されている。この横電界方
式はＴＮ方式に比べて広視野角、低負荷容量等の利点が
あり、アクティブマトリクス型液晶表示装置として優れ
た技術である。

【０００５】このような横電界方式では用いる電極はＴ
Ｎ方式のように透明である必要はないので、導電性が高
く不透明な金属電極が通常用いられる。また、信号配線
電極、画素内の共通電極、画素電極、スイッチング素子
等の遮光部分が多く、画素の開口率がＴＮ方式よりも一
般に低い。そのため液晶表示装置のセルギャップを確保
するために基板間に多数散布されるスペーサ粒子の表示
特性へ与える影響は、ＴＮ方式より大きい。この場合の
スペーサ粒子は、液晶層内部では異物であり、スペーサ
自体およびその周辺より光漏れを発生させる要因とな
る。

【０００６】従来のノーマリオープン型のＴＮ方式で
は、暗レベルが高電圧を印加した状態で得られる。この
場合の液晶分子は、その殆どが基板面に垂直な一方向の
電界方向に揃うことで、液晶分子配列と偏光板の配置と
の関係で暗レベルが得られる。従って暗レベル時の表示
の均一性は、原理上、低電圧時の初期配向状態にはあま
り依存しない。

【０００７】さらに、人の目は輝度むらを輝度の相対的
な比率として認識し、かつ、対数スケールに近い反応を
するため、暗レベルの変動には敏感である。この観点か
らも高電圧で強制的に一方向に液晶分子を配列させるノ
ーマリオープン型ＴＮ方式では、初期配向状態に鈍感と
なるので表示上から有利である。

【０００８】一方、横電界方式では、低電圧時あるいは
電圧ゼロ時に暗レベルの表示となるノーマリクローズ型
のため、初期配向状態の乱れに人の目は敏感である。従
って、こうした初期配向状態に大きな影響を及ぼすスペ
ーサ粒子の存在は、ノーマリオープン型のＴＮ方式より
もノーマリクローズ型の横電界方式が、コントラスト比
の低下などの上からもその影響は大きい。

【０００９】このような事情から、スペーサ粒子散布を
用いない構造の横電界方式の液晶表示装置が提案されて
いる。例えば、特開平６−２１４２４４号公報では、共
通電極と画素電極の両方を厚く形成し、セルギャップを
確保するためのスペーサとして兼用する方式が提案され
ている。

【００１０】また、特開平１０−４８６３６号公報で
は、カラーフィルタ形成材料や遮光層（ブラックマトリ
クス）を構成する樹脂で形成した円柱状や半球状のスペ
ーサを、スイッチング素子の近傍に配置する方式が提案
されている。さらには、このようなスペーサ突起物によ
るラビング配向処理の不良を低減する目的で、ラビング
方向を長軸とする楕円柱状スペーサなどが提案されてい
る。

【００１１】更に、特開平７−２７０８０７号公報で
は、画素電極の領域以外に形成された樹脂からなるブラ
ックマトリクス上に、スペーサ粒子の球状粒子の一部を
埋没させて固着し、画素領域にはスペーサ粒子を無くし
て、該粒子による表示の際の光漏れの発生を防止したＴ
Ｎ型液晶表示装置が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、横電界
方式では複屈折性を用いて表示を行うことから、ＴＮ方
式と同等の表示特性を得るには、その基板間ギャップ、
いわゆるセルギャップ（液晶層の厚み）をＴＮ方式（約
１０μｍ程度）よりもかなり小さい４μｍ程度に設定す
る必要がある。

【００１３】一般に、液晶層の厚みが小さくなると、セ
ルギャップの不均一に基づくリターデーション効果など
による表示むらが顕著になることから、横電界方式では
ＴＮ方式よりもセルギャップの均一性が要求されてい
る。従って、粒径のばらつきが０.０５μｍ以下の均一
な粒径分布を持つ従来のスペーサ粒子と同等以上のスペ
ーサの厚み均一性が要求される。これはＴＮ方式の約２
倍以上の均一性を要求されると云うことである。

【００１４】前記のスペーサ粒子を用いない方式におい
ては、金属電極の厚み、または、カラーフィルタ形成材
料や遮光層を形成する樹脂を用いて形成したスペーサの
厚みを基板全面に渡り、上記スペーサ粒子の粒径のばら
つき以下の厚みで制御することは大変困難である。特
に、画面サイズが大きくなればなるほど、それらスペー
サの高さの均一化が困難となり、ひいてはセルギャップ
の厚み精度、均一性確保が難しくなると云う問題があ
る。

【００１５】また、液晶表示装置が低温にさらされた場
合、セル内に気泡が発生すると云う問題がある。これは
低温時に液晶の体積収縮が起こり、それにセルギャップ
の変形が追従できないことで発生すると云われている。
このセルギャップの変形を妨げる要因がスペーサであ
る。従って、前記のようなスペーサ粒子の代わりに非常
に硬い金属電極をスペーサに兼用した場合、上記の問題
に対処することができない。

【００１６】また、カラーフィルタ形成材料や遮光層を
形成する樹脂をスペーサに用いた場合には、樹脂の熱膨
張係数や圧縮変形率などを考慮しなければ、上記の問題
に対処できないと云う問題がある。

【００１７】本発明の目的は、横電界方式における上記
従来技術の課題を解決し、大きな面積の表示セルにおい
てもセルギャップの均一性が良好で、暗表示時のスペー
サ周辺の光漏れによるコントラスト比の低下がない高品
位な画質を有し、かつ、生産性にも優れた横電界方式の
液晶表示装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００１９】〔１〕 少なくとも一方が透明な一対の基
板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一
対の基板の一方の基板上に形成され基板面にほぼ平行な
電界を前記液晶層に印加する電極群と、前記一対の基板
上の前記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜
と、前記液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変え
る光学手段と、前記液晶層の厚みを制御する前記基板間
に挟持された複数のスペーサを備えた液晶表示装置にお
いて、前記スペーサが非開口部のみに設けられており、
該スペーサの一部が球状スペーサとそれを埋設，固着す
るパターン状に形成された樹脂パターンにより構成され
ていることを特徴とする液晶表示装置。

【００２０】〔２〕 前記スペーサが、前記電極群およ
び／またはその配線電極群の上のみに形成されている前
記の液晶表示装置。

【００２１】〔３〕 前記スペーサが、前記電極群を有
する基板と対向配置された他方の基板上の遮光層（ブラ
ックマトリクス）上または保護膜上に形成されている前
記の液晶表示装置。

【００２２】〔４〕 前記スペーサが、光硬化性または
熱硬化性の樹脂により規則的なパターンを構成している
前記の液晶表示装置。

【００２３】〔５〕 前記スペーサを構成する光硬化性
または熱硬化性の樹脂が、カラーフィルタまたは遮光層
（ブラックマトリクス）を構成する樹脂と同じ樹脂で形
成されている前記の液晶表示装置。

【００２４】〔６〕 前記スペーサの端部が、傾斜角度
４５度以下またはアスペクト（縦／横）比が１以下の順
テーパの傾斜面を有するものである前記の液晶表示装
置。

【００２５】〔７〕 少なくとも前記スペーサを埋設，
固着している基板面側の配向制御膜が、光反応性樹脂材
料で形成され直線偏光の照射により配向方向を制御され
た膜で構成されている前記の液晶表示装置。

【００２６】〔８〕 前記光反応性樹脂材料が、ジアゾ
ベンゼン基，スチルベン基またはその誘導体を含むポリ
マおよび／またはオリゴマを含む有機高分子材料である
前記の液晶表示装置。

【００２７】

〔９〕 前記ポリマまたはオリゴマがエチ
レン基，アセチレン基，ジアセチレン基またはマレイミ
ド基を含む前記の液晶表示装置。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明によれば、前記スペーサを
フォトリソグラフィ工程などにより規則的なパターンと
して非開口部のみに光や熱で硬化する樹脂と、粒径が均
一なスペーサ粒子を混合することで形成することが可能
になる。

【００２９】さらに、上記パターンを形成する光または
熱により硬化する樹脂が、少なくともカラーフィルタま
たは前記遮光層（ブラックマトリクス）を構成する樹脂
であってもよい。かかる樹脂の一例としては、公知の光
重合性のアクリル系樹脂やポリイミドがある。

【００３０】本発明によれば、セルギャップの均一性は
従来の均一な粒径分布を持つスペーサ粒子が担い、非開
口部への選択配置された該スペーサ粒子の固定はパター
ニングされた樹脂が担う。上記両者の相乗効果によりセ
ルギャップの均一性と気泡等の発生を防止することがで
きる。

【００３１】上記のスペーサの作製手順としては、粒径
分布が均一なスペーサ粒子を一定割合で混合した樹脂溶
液の塗膜ないし印刷膜を作製し、フォトリソグラフィ法
によるパターニングにより上記柱状スペーサを形成す
る。あるいは、はじめに樹脂溶液の塗膜ないし印刷膜を
作製し、その上から粒径分布の均一なスペーサ粒子を通
常よりは多めに分散させる。その後、フォトリソグラフ
ィ法によるパターニングにより上記柱状スペーサを非開
口部にのみ形成する。上記非開口部に選択的にパターニ
ングされた上記スペーサ部以外の樹脂やスペーサ粒子
は、洗浄工程により基板上から取り除かれる。

【００３２】ここでは、樹脂溶液を用いた薄膜作製方法
としてスピン塗布法、あるいは、印刷法などを採用して
行うが、光硬化性樹脂のフィルムを接着して薄膜を形成
してもよい。なおその際には基板との密着性のよいもの
を選ぶ必要がある。

【００３３】さらに本発明によれば、上記スペーサの端
部に、傾斜角度が４５度以下またはアスペクト（縦／
横）比が１以下の順テーパの傾斜を形成する。特に、傾
斜角度４５〜１０度のものが後述の光配向膜の形成の上
から好ましい。

【００３４】通常、このようなスペーサを設けた基板上
に配向膜を形成し、ラビングにより配向処理が行われ
る。この際、スペーサは大きな摩擦抵抗を与える突起と
して作用し、ラビング処理を妨げる可能性がある。しか
し、スペーサ端部に上記のような傾斜面を形成すること
により、ラビング不良を低減することができる。

【００３５】さらにまた、ラビング処理は一方向からラ
ビング手段である繊維束等により応力を受けるため、樹
脂の膜厚が極端に薄く、スペーサ粒子が十分に埋設され
ていない等の機械的強度が不十分な部分では、こうした
ラビング処理でスペーサ粒子の剥離や脱離が発生するこ
とがある。従って、規則的パターンで基板に配設される
スペーサは、埋設するスペーサ粒子の粒径の１／３以上
〜粒径未満が望ましい。

【００３６】配向処理には上記のラビング法以外に光配
向法が知られている。しかし、スペーサを設けた後に配
向膜を形成すると、突起となるスペーサの表面からの光
の反射や干渉などにより、その光配向が乱される。従っ
て、本発明のように、各スペーサの突起の端部に４５度
以下の順テーパ傾斜面を設けることによって、スペーサ
突起からの反射光が表示領域の配向膜表面への乱反射と
ならないので、微細な部分にまで一定方向の均質な光照
射ができ、良好な光配向を形成することができるので、
ラビング法による配向処理法よりも極めて好ましい。

【００３７】こうした光配向法においては、光配向膜と
してアゾベンゼン基，スチルベン基等を導入して光異性
化反応を利用する。しかし、この場合には配向膜材料と
基板との間の密着性や着色が問題となる。これに対して
は、上記配向制御膜と基板との間に該配向制御膜よりも
厚く、かつ、透明な有機高分子層を介在させることで解
決できる。この有機高分子層はある程度の厚みを有して
いるため、温度変化等によって生じる歪みを低減する作
用がある。

【００３８】また、上記透明有機高分子層と配向制御膜
とをポリイミドで構成することにより、密着性がさらに
強化されるので望ましい。

【００３９】または、配向制御膜の厚みを０.０４〜０.
３μｍとすることで、スペーサ突起の端部に形成した順
テーパの傾斜面がより効果的に機能するので好ましい。
なお、上記の配向制御膜は、濃度１〜１５重量％の可溶
性ポリイミドを塗布し、その溶剤が蒸発する温度以上に
加熱する。また、ポリアミック酸を用いる場合には、イ
ミド化し得る温度まで上げてポリイミドとする。次に、
本発明を実施例により具体的に説明する。

【００４０】

【実施例】〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例で
ある液晶表示装置の模式断面図である。透明な一対の基
板１，１’の間に、液晶層３２が挟持されており、該液
晶層３２の液晶分子６の配向方向を模式的に示した。ま
た、上記基板１，１’の両外側には偏光板９，９’が配
置されている。基板１のセル内側の面上にはストライプ
状に形成された共通電極２と画素電極３が、その上に絶
縁層４が形成されている。該絶縁層４の上には配向制御
膜８が形成されている。

【００４１】共通電極２は、画像信号によらない定まっ
た波形の電圧を印加する電極であり、画素電極３は画像
信号に応じて波形が変わる電圧を印加する電極である。
また、画素電極３と同じ高さに映像信号電極１０が配置
されている。

【００４２】画素電極３と映像信号電極１０の厚みはい
ずれも０.２μｍである。また、絶縁層４は本実施例で
は２層に形成したが、いずれも窒化シリコン膜からな
り、厚みはいずれも０.４μｍである。

【００４３】対向する他方の基板１’にはカラー表示を
行うためのカラーフィルタ５を形成した。

【００４４】カラーフィルタ５としては、赤，緑，青の
有機顔料をアクリル系樹脂レジストを用いてレジスト塗
布、露光、現像と通常のフォトリソグラフィの手順に従
い、赤，緑，青の順で処理し、約２μｍの膜厚に形成し
た。

【００４５】このカラーフィルタ５が形成されている基
板１’には、３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）の各境界部に、樹脂と黒色顔料との混合物で構成
された遮光層となるブラックマトリクス２８を形成し、
該ブラックマトリクス２８の厚みは３原色のカラーフィ
ルタ部のいずれよりも厚く形成した。また、ブラックマ
トリクス２８および３原色のカラーフィルタ５の面上に
は透明な有機高分子層からなる保護膜７を形成した。

【００４６】上記保護膜７としては、アクリル（エポキ
シ）系樹脂を塗布し、表面が平坦になるよう約２μｍの
膜厚とした。

【００４７】ブラックマトリクスとしては、カーボンと
有機顔料を混合したアクリル系樹脂を主体とする黒色感
光性レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより膜厚
約１.２μｍの格子状パターンに形成した。

【００４８】前記非開口部としては、信号配線電極、画
素内の共通電極、画素電極、スイチング素子等の遮光部
分があるが、ここではカラーフィルタ基板上の遮光部分
であるブラックマトリクスを選択し、スペーサを形成し
た。

【００４９】ブラックマトリクス２８上の保護膜７の上
には、球径３.８μｍの均一な球状スペーサ３０が埋
設，固着された約１０μｍ角、厚さ約１.５μｍの紫外
線硬化樹脂からなる樹脂パターン３３（パターン形状は
図３参照）が、規則性を持って一画素に４個の割合で形
成した。

【００５０】上記樹脂パターン３３中に球状スペーサ３
０の粒子を含むパターンの数は一画素当り平均約２個
で、これらがパネル全面にほぼ均一に分布されている。
まれに前記樹脂パターン３３中に２個の球状スペーサ３
０が埋設されていることもある。

【００５１】樹脂分濃度約２０重量％のネガ型感光性樹
脂溶液中に、樹脂製の球状スペーサを約３０重量％の割
合で均一に配合し、それを基板上に塗布，プリベークす
ることにより球状スペーサが混在した膜厚約１.９μｍ
の薄膜を形成した。

【００５２】次に、樹脂パターン３３のマスクを用いて
露光，現像および洗浄処理し、さらにポストベーク処理
により球状スペーサが埋設された膜厚約１.５μｍの樹
脂パターン３３を形成した。

【００５３】また、別の手法として、樹脂分濃度約２０
重量％のネガ型感光性樹脂溶液を基板上に全面塗布，プ
リベーク後、その上から樹脂製の球状スペーサを散布
し、押圧することにより球状スペーサが混在した膜厚約
１.９μｍの薄膜を形成した。

【００５４】次に、樹脂パターン３３のマスクを用いて
露光，現像および洗浄処理し、上記と同様にして球状ス
ペーサが埋設された膜厚約１.５μｍの樹脂パターン３
３を形成した。

【００５５】なお、上記樹脂パターン３３の膜厚は、測
定用サンプルを基板から切り出し、触針式膜厚測定装置
（触針式表面段差計）、および、走査型原子力間顕微鏡
を用いて樹脂パターン３３の表面の凹凸を測定し、その
結果から膜厚を算出した。

【００５６】このようにして画素電極３、映像信号電極
１０を覆う絶縁層４の上に、また、ブラックマトリクス
２８上の保護膜７、並びに球状スペーサ３０を埋設した
樹脂パターン３３と、画素領域に配向制御膜８，８’が
塗布形成されている。該配向制御膜８，８’の厚みは
０.１２μｍとした。ただし、上記電極上部ならびに球
状スペーサ３０を埋設した樹脂パターン３３上部の配向
制御膜の膜厚は、該膜を形成するワニス塗布時のワニス
の流動性により若干薄く、前者が約０.０８μｍ、後者
が約０.０６μｍであった。

【００５７】配向制御膜８，８’は、ポリイミド前駆体
であるポリアミック酸の濃度８％溶液を塗布し、２００
℃で３０分間焼成してイミド化した。なお、上記ポリア
ミック酸は、４,４'−ジアミノジフェニルメタンと、ピ
ロメリット酸二無水物および１,２,３,４−シクロブタ
ンテトラカルボン酸二無水物とを用いて合成した。

【００５８】配向させる液晶分子の長軸方向が図４で定
義した角度Φ_LC＝７５度となるよう配向制御膜８の上
を、レーヨン製繊維で構成されたバフ布を用いてラビン
グ処理を施した。

【００５９】その後、上下基板を重ね合わせ、周辺部を
エポキシ系材料のシール剤によりシールして空セルを組
み立てた。これに液晶組成物を室温で封入し、さらにそ
の後、１００℃、１０分のアニーリングを施すことで、
良好な液晶配向を得た。

【００６０】上記のようにして、液晶層の厚みｄが４.
０μｍの液晶表示装置を得た。液晶組成物としては誘電
異方性が正のネマチック液晶を用いた。該ネマチック液
晶の誘電異方性Δεの値は１０.２、屈折率異方性Δｎ
は０.０７３である。

【００６１】図５はこのようにして得られたパネル内で
の液晶分子のスイッチング原理を説明する模式断面図で
ある。

【００６２】本実施例では、図５（ａ），（ｃ）で示す
ように、液晶分子６は電界無印加時にはストライプ状の
電極２，３の長手方向の垂直方向に対してΦ_LC＝７５度
となるようにしたが、誘電率異方性が正の液晶の場合
は、４５度≦｜Φ_LC｜＜９０度となるようにすればよ
い。また、図５における液晶組成物としては、誘電異方
性が負のものであっても構わない。その場合には初期配
向状態をストライプ状電極に対する垂直方向から０度≦
｜Φ_LC｜＜４５度に配向させるとよい。なお、図５にお
いてはその配向方向１１を矢印で示した。

【００６３】次に、図５（ｂ），（ｄ）は、電極２，３
の間に電界１３を印加した場合を示す。電界１３の方向
に液晶分子６は分子長軸が平行になるようその向きを変
え、それによって光透過率が変化する。

【００６４】本実施例では複屈折モードの表示方式を採
用したために、直交した偏光板９，９の間に液晶セルを
挟んだ。さらに、低電圧で暗表示となるノーマリクロー
ズ特性とするためには、一方の偏光板の偏光透過軸を液
晶の初期配向方向に直交させる。

【００６５】図６は本実施例の液晶表示装置における回
路構成を示す。垂直走査信号回路１７、映像信号回路１
８、共通電極駆動用回路１９、電源回路およびコントロ
ーラ２０で構成されるが、本発明はこの構成に限定され
るものではない。

【００６６】図７は本実施例の液晶表示装置における光
学系システムの構成を示す。液晶パネル２７の背面に、
光源２１、ライトカバー２２、導光体２３、光拡散シー
ト２４から成るバックライトユニット２６が設けられて
いる。

【００６７】ここでは正面輝度を増大させるためのプリ
ズムシートからなる集光シート２５が設けた。この集光
シート２５は特に設けなくてもよい。むしろ、輝度の視
野角依存性を軽減するためには無い方が好ましい。

【００６８】本実施例の特徴は、図１に示したように液
晶層３２の厚みを均一に制御するため、遮光層であるブ
ラックマトリクス２８上の非開口部に、規則的な樹脂パ
ターンと、該パターン中に均一な粒径のスペーサ粒子が
埋設された樹脂パターン３３とで構成されたスペーサを
形成したことである。これにより、本実施例の液晶セル
のギャップ精度は３.８±０.１μｍとなり、通常の球状
スペーサ粒子を分散した場合とほぼ同等のセルギャップ
の変動幅内に抑えることができた。

【００６９】上記のことから、基板上に存在するほとん
ど全ての球状スペーサがセルギャップ制御に寄与し、通
常の分散法の場合よりもセルギャップ制御がより効果的
に機能していることが分かる。また、非開口部のみにス
ペーサを配置することで、従来の表示領域に存在したス
ペーサによる液晶配向乱れや、それに伴なう光漏れなど
が防止でき、暗レベルの良好な高コントラスト比の液晶
表示装置が得られた。

【００７０】また、本実施例の液晶セルを保冷室で−３
０℃，４時間保管したが、目立った気泡の発生は認めら
れなかった。

【００７１】さらにまた、球状スペーサを埋設する樹脂
パターン３３の端部に４３〜４５度の傾斜角度を付ける
ことで、ラビング配向処理時の摩擦が減り、ラビング不
良によるとみられる液晶の配向乱れは殆ど認められなか
った。

【００７２】また、本実施例の樹脂パターン３３の膜厚
は約１.５μｍで、球径３.８μｍの球状スペーサ粒子
は、しっかりと保持・埋設されラビング処理時の脱離も
全く認められなかった。

【００７３】以上により対角が１３.３インチ、画素数
が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示
装置を作製したところ、コントラスト比が全面に渡り３
００を上回り、かつ、表示均一性の良好な液晶表示装置
が得られた。

【００７４】なお、コントラスト比は、液晶表示装置作
製後、輝度計を用いて液晶駆動電圧０Ｖ，６Ｖにおける
輝度を測定し、それらの輝度比の平均値からコントラス
ト比を算出した。

【００７５】〔実施例 ２〕図２は本実施例の液晶表示
装置の模式断面図である。液晶層３２に平行な電界を印
加するための電極群を有する基板９側（電極配線部上）
に、球状スペーサ３０を埋設した樹脂パターン３３を形
成した点以外は実施例１と同様である。

【００７６】これを用いて、対角が１３.３インチ、画
素数が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶
表示装置を作製したところ、全面に渡り２５０を上回る
高コントラスト比で、かつ、表示均一性の良好な液晶表
示装置が得られた。

【００７７】〔比較例 １〕実施例１および２ではスペ
ーサとして球状スペーサを埋設した樹脂パターン３３を
用いたが、本比較例では図８に示すように、フォトリソ
グラフィ法によりブラックマトリクス２８上に、円柱状
スペーサ３１を規則性を持って形成した。この円柱状の
スペーサ３１を用いた点以外は実施例１と同様である。

【００７８】液晶層の厚み３.７μｍの対角が１３.３イ
ンチ、画素数が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方
式の液晶表示装置を作製した。セルギャップばらつきに
起因すると考えられる輝度むらがパネル全面にみられ
た。特に、この輝度むらは中間調表示で顕著であった。

【００７９】上記円柱状スペーサ３１の高さを測定した
ところ、３.９±０.２５μｍで、基板の中央付近が比較
的高く、周辺に向かうに従い低くなると云う高さ分布を
有することが判明した。また、−３０℃の保冷庫で４時
間保管したところ、直径数μｍの気泡の発生が確認され
た。

【００８０】なお、円柱状スペーサ３１の高さの測定
は、前記樹脂パターンの膜厚測定と同様にして測定し
た。

【００８１】また、前記−３０℃の保冷庫で４時間保管
後の気泡発生の確認は、全面点灯した際の目視観察によ
り確認した。気泡が発生すると、その気泡サイズにもよ
るが、一般には小さな気泡が寄り集まり大きな気泡に成
長する。また、その背超した気泡部分は液晶が存在しな
いため点灯時に光が透過しない黒点として観測されるの
で、目視で容易に確認することができる。

【００８２】〔比較例 ２〕用いたスペーサの形状およ
び配置以外は実施例２と同様に、フォトリソグラフィ法
により走査電極１４および共通電極２上に４.２μｍの
粒径の球状スペーサ３０を埋設する約０.６μｍ厚の樹
脂パターン３３を規則性を持って形成し、図３の模式図
に示すような構成とした。

【００８３】図３（ａ）はパネル面に垂直な方向から見
た平面図であり、図３（ｂ），（ｃ）は側断面図であ
る。一つの画素は、映像信号電極１０と、それに平行な
共通電極２および画素電極３によって４分割されてい
る。

【００８４】液晶層の厚みを４.０μｍとして、対角が
１３.３インチ、画素数が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の
横電界方式の液晶表示装置を作製したところ、セルギャ
ップばらつきに起因すると考えられる輝度むらがパネル
全面にみられた。特に、この輝度むらは中間調表示で顕
著であった。

【００８５】この輝度むらが発生した領域を顕微鏡で観
察すると、丁度、スペーサを埋設させるために規則性を
持って形成した樹脂パターン３３の周囲に多発してお
り、埋設されたはずの球状スペーサが剥ぎ取られたよう
な痕跡が多数みられた。このことから、本比較例で発生
した輝度むらは、樹脂パターンの厚み不足のために、本
来埋設，固着されているはずの球状スペーサ３０の粒子
が、ラビング処理によって剥ぎ取られたためと考えられ
る。

【００８６】〔実施例 ３〕４,４'−ジアミノアゾベン
ゼンと４,４'−ジアミノジフェニルメタンとの等モル混
合物と、酸無水物としてピロメリット酸二無水物および
１,２,３,４−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
とを用いてポリアミック酸を合成し、これを基板表面に
塗布後、２００℃、３０分焼成してイミド化を行なって
配向制御膜を形成した。それ以外は実施例１と同様であ
る。

【００８７】なお、球状スペーサを埋設し、規則性を持
って形成したブラックマトリクス２８上の保護膜７上に
形成した樹脂パターン３３は、その端部のテーパ傾斜面
の角度が約４０度、アスペクト比で約０.８４を示す順
テーパを形成した。

【００８８】感光性樹脂からなる塗膜に樹脂パターン３
３のマスクを用いて露光する際のフォーカスを調整する
ことで、露光，現像，焼成後の樹脂パターン３３の端部
にテーパ傾斜面を形成することができる。

【００８９】露光をデフォーカスにした場合にはマスク
端部からの光漏れが起こり見かけ上、解像度が低下する
ようになり、結果的に傾斜角度は小さくアスペクト比
（縦／横）比も小さくなる。

【００９０】本実施例では感光性樹脂パターンのデフォ
ーカス露光後、２３０℃，３０分の熱処理により傾斜角
度４０度、アスペクト比約０.８４を得た。また、通常
露光条件で露光処理後、ポストベークのプロセスとして
１２０℃／３０分、２３０℃／３０分の２段階の熱処理
を施すことによっても、上記と同様な傾斜角度，アスペ
クト比を得ることが可能である。

【００９１】なお、この角度は断面形状の走査型電子顕
微鏡からその端部の傾斜角度を算出した。

【００９２】上記を波長４３６ｎｍの高圧水銀灯を光源
として、偏光板を介して直線偏光を照射し光配向処理を
行なった。照射光量は約２Ｊ／ｃｍ²である。次いで、
上下基板を重ね合わせ、周辺部をエポキシ系のシール剤
でシールし空セルを組立てた。

【００９３】このセルに実施例１と同様に誘電異方性が
正のネマティック液晶を封入後、１００℃、１０分のア
ニーリングを施し、上記の照射偏光方向に対してほぼ垂
直方向に液晶分子が一様に配向した光配向による液晶表
示装置を得た。該液晶表示装置の液晶層３２の厚みは
４.０μｍである。

【００９４】上記により対角が１３.３インチ、画素数
が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の横電界方式の液晶表示
装置を作製したところ、輝度むらが無く、コントラスト
比が全面に渡り３００を上回り、かつ、表示均一性の良
好な液晶表示装置が得られた。

【００９５】〔比較例 ３〕本比較例では、球状スペー
サ３０が埋設され、規則性を持ってブラックマトリクス
２８上の保護膜７上に樹脂パターン３３を形成した。該
樹脂パターン３３の端部にはテーパ傾斜角が約６０度、
アスペクト比約１.７３の順テーパを実施例３と同様に
して形成した。

【００９６】上記以外は実施例３と同様に、対角が１
３.３インチ、画素数が１,０２４×ＲＧＢ×７６８の横
電界方式の液晶表示装置を作製した。

【００９７】上記液晶表示装置を観察したところ、ある
規則性を持って表示領域に配向が乱れた領域が全面に多
発していた。この配向不良部を顕微鏡で観察すると、丁
度、規則性を持って形成した樹脂パターンの周囲に発生
していることが分かった。

【００９８】上記から、本比較例で発生した配向不良
は、樹脂パターン３３の端部のテーパ傾斜面（傾斜角度
約６０度）で、光配向のために照射した直線偏光が反射
して、表示領域の光配向膜に照射されたことによる配向
の乱れが原因と分かった。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、広視野角特性を有し、
大型面表示に適した横電界方式のアクテイブマトリクス
型液晶表示装置において、大面積においてもセルギャッ
プの均一性が良好で、暗表示時のスペーサ周辺の光漏れ
によるコントラスト比の低下がない高品位な画質を有
し、かつ、生産性にも優れた液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の横電界方式の液晶表示装置の一実施例
の模式断面図である。

【図２】本発明の横電界方式の液晶表示装置の一実施例
の模式断面図である。

【図３】本発明の比較例に用いた単位画素部の電極群、
絶縁膜、配向制御膜の配置を示す平面並びに断面の模式
図である。

【図４】電界方向に対する液晶分子長軸方向と偏光板透
過軸との成す角を説明する説明図である。

【図５】横電界方式の液晶表示装置における液晶分子の
動作を示す模式断面図である。

【図６】本発明の液晶表示装置の回路構成の一例を示す
回路構成図である。

【図７】本発明の液晶表示装置の光学系の構成の一例を
示す模式断面図である。

【図８】比較例の液晶表示装置の模式断面図である。

【符号の説明】

１，１’…基板、２…共通電極、３…画素電極、４，
４’…絶縁層、５…カラーフィルタ、６…液晶分子、７
…保護膜、８，８’…配向制御膜、９，９’…偏光板、
１０…映像信号電極、１１…ラビング方向、１２…偏光
板透過軸方向、１３…電界方向、１４…走査電極（ゲー
ト配線電極）、１５…ＴＦＴ素子、１６…アモルファス
シリコン（ａ−Ｓｉ）、１７…垂直走査信号回路、１８
…映像信号回路、１９…共通電極駆動用回路、２０…電
源回路およびコントローラ、２１…光源、２２…ライト
カバー、２３…導光体、２４…光拡散シート、２５…集
光シート、２６…バックライトユニット、２７…液晶パ
ネル、２８…ブラックマトリクス、３０…球状スペー
サ、３１…柱状スペーサ、３２…液晶層、３３…樹脂パ
ターン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 英俊 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 近藤 克己 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 2H089 LA07 LA09 LA16 LA19 LA20 NA05 NA24 PA05 QA12 QA14 QA15 RA05 SA01 SA03 TA01 TA02 TA04 TA09 TA12 TA13 TA17 TA18 TA20

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
   前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基
   板の一方の基板上に形成され基板面にほぼ平行な電界を
   前記液晶層に印加する電極群と、前記一対の基板上の前
   記液晶層に接する面上に形成された配向制御膜と、前記
   液晶層の分子配向状態に応じて光学特性を変える光学手
   段と、前記液晶層の厚みを制御する前記基板間に挟持さ
   れた複数のスペーサを備えた液晶表示装置において、 前記スペーサが非開口部のみに設けられており、該スペ
   ーサの一部が球状スペーサとそれを埋設，固着するパタ
   ーン状に形成された樹脂パターンにより構成されている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記スペーサが、前記電極群および／ま
   たはその配線電極群の上のみに形成されている請求項１
   に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記スペーサが、前記電極群を有する基
   板と対向配置された他方の基板上の遮光層（ブラックマ
   トリクス）上または保護膜上に形成されている請求項１
   に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記スペーサが、光硬化性または熱硬化
   性の樹脂により規則的なパターンを構成している請求項
   １，２または３に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 前記スペーサを構成する光硬化性または
   熱硬化性の樹脂が、カラーフィルタまたは遮光層（ブラ
   ックマトリクス）を構成する樹脂と同じ樹脂で形成され
   ている請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】 前記スペーサの端部が、傾斜角度４５度
   以下またはアスペクト（縦／横）比が１以下の順テーパ
   の傾斜面を有するものである請求項１〜５のいずれかに
   記載の液晶表示装置。
7. 【請求項７】 少なくとも前記スペーサを埋設，固着し
   ている基板面側の配向制御膜が、光反応性樹脂材料で形
   成され直線偏光の照射により配向方向を制御された膜で
   構成されている請求項１〜６のいずれかに記載の液晶表
   示装置。
8. 【請求項８】 前記光反応性樹脂材料が、ジアゾベンゼ
   ン基，スチルベン基またはその誘導体を含むポリマおよ
   び／またはオリゴマを含む有機高分子材料である請求項
   ７に記載の液晶表示装置。
9. 【請求項９】 前記ポリマまたはオリゴマがエチレン
   基，アセチレン基，ジアセチレン基またはマレイミド基
   を含む請求項８に記載の液晶表示装置。