特許 5951202 液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5951202

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/1339 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/1339 500

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-182022(P2011-182022)

(22)【出願日】2011年8月23日

(65)【公開番号】特開2013-44897(P2013-44897A)

(43)【公開日】2013年3月4日

【審査請求日】2014年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001184

【氏名又は名称】特許業務法人むつきパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】岩本 宜久

(72)【発明者】

【氏名】片野 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】加藤 恵介

【審査官】 小林 俊久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０８３３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８９８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８１０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６６１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１７１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５８２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３３

Ｇ０２Ｆ １／１３３３

Ｇ０２Ｆ １／１３３４

Ｇ０２Ｆ １／１３３９ − １／１３４１

Ｇ０２Ｆ １／１３４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板の一面側に設けられた第１電極と、
前記第２基板の一面側に設けられた第２電極と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層と、
前記第１基板と前記第２基板の間に環状に設けられて前記液晶層を封止するシール材と、
それぞれが前記第１基板と前記第２基板の間であって前記シール材に囲まれた領域内に配置された複数の第１柱状スペーサー及び複数の第２柱状スペーサー、
を備え、
前記第１基板と前記第２基板の重なる領域内であって前記シール材に囲まれた領域内には、前記第１電極と前記第２電極が重なる部分であって各々が異なる図案を表すセグメント表示部である複数の表示部及び前記第１電極と前記第２電極が重ならない部分若しくは前記第１電極と前記第２電極がともに存在しない部分である非表示部を有しており観察者から直接観察可能な領域である有効表示領域が設けられており、
前記複数の第１柱状スペーサーは前記複数の表示部に配置され、前記複数の第２柱状スペーサーは前記非表示部に配置され、
前記複数の第１柱状スペーサーと前記複数の第２柱状スペーサーとは、互いの配置パターンが異なり、かつ互いの平面視における単位面積当たりのスペーサー専有面積が略等しい、
前記複数の第１柱状スペーサーの各々の平面視における面積よりも前記複数の第２柱状スペーサーの各々の平面視における面積が相対的に大きい、液晶表示装置。

【請求項2】

前記液晶層が垂直配向しており、
前記複数の第１柱状スペーサー及び前記複数の第２柱状スペーサーは、各々、テーパー形状の側面を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。

【請求項3】

少なくとも前記複数の第１柱状スペーサーは、隣り合う列及び／又は行の各第１柱状スペーサー同士が互い違いに配列している、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。

【請求項4】

前記複数の第１柱状スペーサーの前記列及び前記行の各々の延在方向は、前記有効表示領域の上下方向及び左右方向のいずれとも直交せず平行でもない、請求項３に記載の液晶表示装置。

【請求項5】

少なくとも前記複数の第１柱状スペーサーは、前記有効表示領域の平面視における全方向に対しても、近接する２つの第１柱状スペーサーの位置を結ぶ仮想線上に、他の１つの第１柱状スペーサーの位置が重ならず若しくは前記近接する２つの第１柱状スペーサーの相互間距離とは異なる距離で重なる、請求項１又は２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、樹脂等で形成される柱状スペーサーを用いてセル厚を制御する液晶表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な液晶表示装置では、上下基板の間隔（セル厚）を維持するために上下基板間にスペーサーを分散して配置する。スペーサーとしては、例えば有機材料等からなる球状スペーサーが広く用いられている。この球状スペーサーは、液晶表示装置の製造過程において、例えば特開２００１−２１８９９号公報（特許文献１）に開示されるような乾式散布法を用いて上下基板間に均等かつランダムに散布される。

【0003】

しかし、特に球状スペーサーの粒径が小さくなると、球状スペーサー同士の凝集が発生しやすくなり、複数の球状スペーサーが凝集したままの状態で散布されるようになる。一般的には、上下基板間の間隙（セル厚）を均一にするには球状スペーサーの粒径が小さいほど、すなわちセル厚が小さいほど単位面積当たりのスペーサー散布数を小さくする必要がある。ところが、球状スペーサー同士の凝集した部分があると電圧無印加時あるいは電圧印加時において液晶層の配向不良を誘発し、これに伴う表示品位の低下を招く場合がある。特に、上下基板の上下偏光板のそれぞれの間に視角補償板を配置し、暗表示時の視角特性を改善したノーマリーブラック型の液晶表示装置では、正面観察時における表示品質の低下だけでなく、基板法線方向を基準に極角方向へ観察角度を変えて観察した時における表示品質の低下（光抜け等）が発生し、視角特性の低下を招くおそれがある。

【0004】

これに対して、上下基板間の意図した場所に感光性樹脂等からなる柱状スペーサーを設けることによりセル厚を維持する構造の液晶表示装置が提案されている。このような液晶表示装置では、配向不良が発現しないような位置を選んで柱状スペーサーを配置することができるため、表示品位の向上を図ることが可能となる。このような柱状スペーサーは、例えば、矩形状の画素部がマトリクス状に配置されたドットマトリクス型の液晶表示装置に用いられる場合であれば、画素間を遮光するブラックマトリクスの下に配置し、画素部には配置しないことで柱状スペーサーによる光抜けを抑制した構造が広く知られている。

【0005】

ところで、液晶表示装置の１つの形態として、任意の文字や図案を表示するセグメント表示部のみを有するものや、このセグメント表示部とドットマトリクス表示部とを混在させたものが存在する。この場合、特にセグメント表示部においては１つの文字や図案などの大きさが任意であることから、従来のように表示部外に柱状スペーサーを配置することだけではセル厚を均一にすることが困難である。このようなセル厚の不均一は液晶表示装置の表示品位の低下を招く。したがって、液晶表示装置のセル厚の均一性を確保するためには、上下基板間に柱状スペーサーをより多く設けたいという要望が生じる。このため、セグメント表示部を有する液晶表示装置においては、セグメント表示部内にも柱状スペーサーを配置せざるを得なくなる。

【0006】

しかしながら、セグメント表示部内に柱状スペーサーを配置した場合には、正面観察時において明表示としたセグメント表示部内に柱状スペーサーに起因する暗部が生じ、この暗部が外観上無視できない状態となって液晶表示装置の表示品位を低下させるおそれがある。また、暗表示としたセグメント表示部内においても、基板法線から極角方向に対して斜めから観察したときに柱状スペーサーに起因する光抜けが発生し、液晶表示装置の表示品位を低下させるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００１−２１８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明に係る具体的態様は、セル厚均一性を保ちつつ表示品位を向上させることが可能な液晶表示装置を提供することを他の目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る一態様の液晶表示装置は、（ａ）対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板の一面側に設けられた第１電極と、（ｃ）前記第２基板の一面側に設けられた第２電極と、（ｄ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層と、（ｅ）前記第１基板と前記第２基板の間に環状に設けられて前記液晶層を封止するシール材と、（ｆ）それぞれが前記第１基板と前記第２基板の間であって前記シール材に囲まれた領域内に配置された複数の第１柱状スペーサー及び複数の第２柱状スペーサーを備え、（ｇ）前記第１基板と前記第２基板の重なる領域内であって前記シール材に囲まれた領域内には、前記第１電極と前記第２電極が重なる部分であって各々が異なる図案を表すセグメント表示部である複数の表示部及び前記第１電極と前記第２電極が重ならない部分若しくは前記第１電極と前記第２電極がともに存在しない部分である非表示部を有しており観察者から直接観察可能な領域である有効表示領域が設けられており、（ｈ）前記複数の第１柱状スペーサーは前記複数の表示部に配置され、前記複数の第２柱状スペーサーは前記非表示部に配置され、（ｉ）前記複数の第１柱状スペーサーと前記複数の第２柱状スペーサーとは、互いの配置パターンが異なり、かつ互いの平面視における単位面積当たりのスペーサー専有面積が略等しく、（ｊ）前記複数の第１柱状スペーサーの各々の平面視における面積よりも前記複数の第２柱状スペーサーの各々の平面視における面積が相対的に大きい、ことを特徴とする液晶表示装置である。

【0010】

上記の液晶表示装置によれば、表示部と非表示部のそれぞれに配置される柱状スペーサーの単位面積当たりのスペーサー専有面積を略等しく保つことでセル厚均一性を保つことが可能であり、かつ表示部と非表示部のそれぞれに配置される柱状スペーサーの配置パターンを異ならせることにより柱状スペーサーに起因する暗部や光抜けの発生を抑え、表示品質を向上させることが可能となる。

【0011】

上記の液晶表示装置においては、前記液晶層が垂直配向しており、前記複数の第１柱状スペーサー及び前記複数の第２柱状スペーサーは、各々、テーパー形状の側面を有する、ことも好ましい。

【0012】

上記の液晶表示装置は、前記第１基板と前記第２基板を挟んで配置されるクロスニコル配置の一対の偏光板をさらに備えることも好ましい。

【0013】

上記の液晶表示装置においては、少なくとも前記複数の第１柱状スペーサーは、隣り合う列及び／又は行の各第１柱状スペーサー同士が互い違い（千鳥状）に配列していることも好ましい。なお、複数の第２柱状スペーサーも同様に配列していてもよい。

【0014】

これにより、近接する柱状スペーサー同士の相互間距離をより大きく確保することができるので、暗部や光抜けがライン状に視認される現象を抑制しやすくなる。

【0015】

上記の液晶表示装置においては、さらに、前記複数の第１柱状スペーサーの前記列及び前記行の各々の延在方向は、前記有効表示領域の上下方向及び左右方向のいずれとも直交せず平行でもないことも好ましい。

【0016】

これにより、有効表示領域の上下方向、左右方向のいずれにおいても、近接する柱状スペーサーが存在しないか、仮に存在しても相互間距離が大きくなるので、暗部や光抜けがライン状に視認される現象をさらに抑制しやすくなる。

【0017】

また、上記の液晶表示装置において、少なくとも前記複数の第１柱状スペーサーは、前記有効表示領域の平面視における全方向に対しても、近接する２つの第１柱状スペーサーの位置を結ぶ仮想線上に、他の１つの第１柱状スペーサーの位置が重ならず若しくは前記近接する２つの第１スペーサーの相互間距離とは異なる距離で重なることも好ましい。

【0018】

これにより、どのような観察角度から観察した際にも、暗部や光抜けがライン状に視認される現状を回避することができる。

【0019】

本発明に係る一態様の製造方法は、上記した液晶表示装置に用いられる柱状スペーサーの製造方法であって、（ａ）前記第１基板又は前記第２基板の一面に感光性樹脂膜を形成する第１工程と、（ｂ）前記複数の第１柱状スペーサー及び前記複数の第２柱状スペーサーに対応した全体遮光パターンを有するフォトマスクを介して前記感光性樹脂膜を露光する第２工程と、（ｃ）露光された前記感光性樹脂膜を現像する第３工程を含み、（ｄ）前記フォトマスクは、前記複数の第１柱状スペーサーに対応する単位面積当たりの第１遮光パターンを前記有効表示領域に相当する領域内に規則的に配置して当該配置された第１遮光パターンと前記複数の表示部の平面視形状との論理積をとることにより前記複数の表示部に相当する領域内に前記第１遮光パターンを配置し、かつ、前記複数の第２柱状スペーサーに対応する単位面積当たりの第２遮光パターンを前記有効表示領域に相当する領域内に規則的に配置して当該配置された第２遮光パターンと前記表示部の平面視形状との否定論理積をとることにより前記非表示部に相当する領域内に前記第２遮光パターンを配置することによって前記全体遮光パターンが決定された、ことを特徴とする柱状スペーサーの製造方法である。

【0020】

上記の製造方法によれば、表示部と非表示部のそれぞれで異なる配置パターンとされた柱状スペーサーを容易に製造することが可能となる。また、この製造方法を用いることで上記した本発明に係る液晶表示装置の製造工程を簡素化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す正面図である。

【図2】液晶表示装置の断面構造の一例を示す部分断面図である。

【図3】セル厚のスペーサー配置面積依存性を示す図である。

【図4】各プロットの（１）式におけるパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを示す図である。

【図5】液晶表示装置の有効表示領域１を法線方向から観察した時の柱状スペーサーの配置例を示す図である。

【図6】柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。

【図7】柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。

【図8】柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。

【図9】柱状スペーサーの単位面積当たりの遮光パターンの一例を示す平面図である。

【図10】フォトマスクの設計方法を説明するための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0023】

図１は、一実施形態の液晶表示装置を模式的に示す正面図（平面図）である。図１に示す本実施形態の液晶表示装置は、上下基板間に配置された液晶層内の液晶分子が電圧無印加時において各基板に対してほぼ垂直に配向する垂直配向型の液晶表示装置であり、上下基板を挟んで配置される各偏光板をクロスニコル配置としたノーマリーブラックモードを採用している。本実施形態の液晶表示装置は、任意の画像表示を行うための有効表示領域１と、この有効表示領域１内に設けられたセグメント表示部２ａ、ドットマトリクス表示部２ｂおよび非表示部２ｃと、上下基板の間の液晶層を封止するために上下基板の周縁に沿って環状に設けられたシール材３と、外部から駆動信号を供給するための端子部４を備えている。端子部４は、上下基板のいずれか一方の端部に設けられている。

【0024】

図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構造の一例を示す部分断面図である。図２に示す部分断面図は上述した図１に示すII−II線に対応する断面構造を示したものである。図２に示す構成例の液晶表示装置は、対向配置された上側基板（第１基板）１１および下側基板（第２基板）１２と、両基板の間に配置された液晶層１７を基本構成として備える。

【0025】

上側基板１１および下側基板１２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。図示のように、上側基板１１と下側基板１２は、上側電極１３ａと下側電極１４ａ、上側電極１３ｂと下側電極１４ｂのそれぞれが対向するようにして、所定の間隙（例えば４μｍ程度）を設けて貼り合わされている。上側基板１１と下側基板１２の間隙は、両基板間に配置された複数の柱状スペーサー１８ａ、１８ｂおよびシール材３に混入された球状スペーサーによって保持される。

【0026】

上側電極１３ａおよび上側電極１３ｂは、それぞれ上側基板１１の一面側に設けられている。同様に、下側電極１４ａおよび下側電極１４ｂは、下側基板１２の一面側に設けられている。上側電極１３ａ、１３ｂおよび下側電極１４ａ、１４ｂは、それぞれ例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。これらを介して外部の駆動回路（図示省略）から液晶層１７に駆動信号が供給される。

【0027】

上側電極１３ａと下側電極１４ａは、互いが重なった領域が所望の文字や図案を表すセグメント表示部２ａを形作るように形成されている。また、上側電極１３ｂは、紙面の左右方向に対応する第１方向に延在するストライプ形状に形成され、下側電極１４ｂは、上記の第１方向と直交する第２方向に延在するストライプ形状に形成されている。そして、上側電極１３ｂと下側電極１４ｂが互いに交差した領域のそれぞれが矩形状のドットマトリクス表示部２ｂを構成する。

【0028】

配向膜１５は、上側基板１１の一面側に、上側電極１３ａ、１３ｂを覆うようにして設けられている。同様に、配向膜１６は、下側基板１２の一面側に、下側電極１４ａ、１４ｂを覆うようにして設けられている。これらの配向膜１５、１６は、液晶層１７の配向状態を規制するものである。例えば、本実施形態では配向膜１５、１６として垂直配向膜を用いる。各配向膜１５、１６にはラビング処理等の一軸配向処理が施されており、かつその配向処理の方向が互い違い（アンチパラレル）となるように配置されている。なお、配向膜１５、１６のいずれか一方のみに一軸配向処理を行うようにしてもよく、その場合は、柱状スペーサー１８ａ、１８ｂを形成しない基板の配向膜に一軸配向処理を行うことが好ましい。

【0029】

液晶層１７は、上側基板１１と下側基板１２の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を用いて液晶層１７が構成される。液晶層１７に図示された太線は、液晶層１７における液晶分子の配向方向を模式的に示したものである。本実施形態の液晶層１７は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が上側基板１１および下側基板１２の各基板面に対してわずかなプレティルト角を有して略垂直に配向する垂直配向モードに設定されている。

【0030】

柱状スペーサー１８ａ、１８ｂの各々は、上側基板１１と下側基板１２のいずれか一方（例えば、上側基板１１）に固着して設けられており、上側基板１１と下側基板１２の間隙を保つ機能を果たす。図示のように、柱状スペーサー１８ａは有効表示領域１のセグメント表示部２ａおよびドットマトリクス表示部２ｂにそれぞれ複数配置され、柱状スペーサー１８ｂは非表示部２ｃに複数配置されている。柱状スペーサー１８ａ、１８ｂは、それぞれが平面視において矩形状、ひし形状、円形状、楕円形状等に形成されており、有効表示領域１内に分散配置されている。図２に示すように、柱状スペーサー１８ａと柱状スペーサー１８ｂは、その大きさが相互に異なっている。これらの詳細については更に後述する。

【0031】

上側偏光板１９は、上側基板１１の外側に配置されている。同様に、下側偏光板２１は、下側基板１２の外側に配置されている。上側偏光板１９と下側偏光板２１は、各々の吸収軸が互いに略直交するように配置されている。また、上側偏光板１９と下側偏光板２１の各吸収軸は、配向処理の方向に対応して定義される液晶層１７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向に対して略４５°の角度をなす位置に設定される。なお、各偏光板と各基板との間には適宜Ｃプレート等の光学補償板が配置されてもよい。例えば本実施形態では、上側基板１１と上側偏光板１９の間、下側基板１２と下側偏光板２２の間のそれぞれに光学補償板２０、２２が配置されている。

【0032】

次に、図２に示した断面構造を有する液晶表示装置の製造方法の一例を説明する。

【0033】

まず、上側電極１３ａ等を有する上側基板１１、下側電極１４ａ等を有する下側基板１２をそれぞれ作製する。具体的には、片面が研磨処理され、その表面にＳｉＯ_２アンダーコートが施された後、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極が成膜された一対のガラス基板を用意する。これらのガラス基板の透明電極に対してフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を行うことにより所望の形状にパターニングする。なお、本実施例では省略しているが、必要に応じて、パターニングされた透明電極の一部表面上にＳｉＯ_２などによる絶縁層を形成してもよい。

【0034】

次に、上側基板１１（もしくは下側基板１２）の一面上に、感光性樹脂を用いて柱状スペーサー１８ａ、１８ｂを形成する。例えば、透明ネガ型感光性樹脂材料を上側基板１１の一面上に滴下し、この上側基板１１をスピンナーにて３０秒間ほど回転させることにより、透明ネガ型感光性樹脂材料を基板全面に塗布する。その後、これをホットプレート上で１００℃、１２０秒間の条件で仮焼成する。なお、樹脂膜の膜厚はスピンナーの回転数を変えることにより略０．５μｍ〜５μｍ程度まで制御できる。仮焼成した樹脂膜に対して、所望の柱状スペーサー１８ａ、１８ｂに対応する遮光パターン（全体遮光パターン）を有するフォトマスクを介して、高圧水銀ランプを光源とする密着露光機にて紫外線を照射する。この露光は、フォトマスクと樹脂塗布面とを略密着させた状態で行う。その後、濃度１％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に上側基板１１を浸漬することにより樹脂膜の現像を行い、次いで純水にてリンスする。基板乾燥後、クリーンオーブン内にて２２０℃、３０分間の条件で本焼成することにより、上側基板１１の一面上に各柱状スペーサー１８ａ、１８ｂが完成する。

【0035】

次に、上側基板１１および下側基板１２をそれぞれ弱アルカリ溶液および純水にてブラシ洗浄後、基板乾燥し、低圧水銀ランプまたは酸素キャリアを用いた大気圧プラズマ等によるドライ洗浄を行う。次に、各基板にフレキソ印刷法にて所望パターンの配向膜を塗布し、クリーンオーブン内にて９０℃で約５分間の条件で仮焼成し、さらに１６０℃〜２８０℃で３０〜６０分間の条件で本焼成する。その後、配向膜に対して一軸配向処理の１つであるラビング処理を行う。液晶層の動作モード等により、ラビング処理は上側基板１１と下側基板１２のいずれか一方、または双方に対して行われる。一方のみにラビング処理を行う場合には、柱状スペーサー１８ａ、１８ｂが存在しない下側基板１２の配向膜に対して行うことが好ましい。

【0036】

次いで、一方の基板（例えば上側基板１１）に、例えばスクリーン印刷法によってシール材３を形成する。シール材３は、液晶表示装置の外形よりわずかに小さい枠状に形成される。このシール材３には、柱状スペーサー１８ａ、１８ｂの高さよりも小さい径の球状またはファイバー状のスペーサーと、両基板間を導通させるための柱状スペーサー１８ａ、１８ｂの高さよりも大きい径の球状導電性粒子が混入されている。シール材３を形成した後、上側基板１１と下側基板１２を貼り合わせて熱圧着することによりシール材３を固着させる。熱圧着の条件は、例えば１２０℃で１時間とする。

【0037】

次いで、真空注入法等の方法によって、上側基板１１と下側基板１２の間隙に液晶材料（誘電率異方性Δε＜０のもの）を注入し、当該注入に用いた注入口を紫外線硬化樹脂等によって封止した後に、焼成する（例えば１２０℃、６０分間）。これにより液晶層１７が形成される。

【0038】

その後、上側基板１１および下側基板１２を貼り合わせて得られたセルを中性洗剤等で浸漬洗浄し、さらに純水でリンスし、乾燥させる。そして、上側基板１１の外側に上側偏光板１９および光学補償板２０を貼り合わせ、かつ下側基板１２の外側に下側偏光板２１および光学補償板２２を貼り合わせる。上側偏光板１９と下側偏光板２１のそれぞれは、例えば、液晶層１７の略中央における液晶分子の配向方向に対して略４５°の角度を有し、かつ互いの吸収軸が直交配置とされる。光学補償板２０、２２としては、負の一軸光学異方性または負の二軸光学異方性を有する視角補償板が用いられる。最後に、端子部４にフレキシブル基板またはリードフレームを適宜に取り付けることにより液晶表示装置が完成する。

【0039】

次に、上側基板１１と下側基板１２の相互間距離（すなわちセル厚）と柱状スペーサーの配置面積との関係（面積依存性）について説明する。

【0040】

本実施形態の液晶表示装置では、上側基板１１と下側基板１２の間隙を保つために両基板間に柱状スペーサー１８ａ、１８ｂが設けられる。このとき、各柱状スペーサー１８ａ、１８ｂの配置方法によりセル厚の大きさやその均一性が影響を受けると考えられる。そこで本願発明者らは、柱状スペーサーの高さを略４．５μｍの設定値として液晶表示装置を作製した場合における、基板面全体面積に対するスペーサー配置面積の割合を変化させた場合のセル厚を評価した。なお、セル厚については基板面内の複数のポイントで測定し、その平均値、及びばらつきを評価した。また、基板面やスペーサーについての「面積」とは基板面を平面視において計測した面積である（以降も同様）。

【0041】

柱状スペーサーを形成するためのフォトマスクは矩形状の開口部が周期的に配置されたパターンを有しており、周期間隔や矩形状開口部の上下左右アスペクト比を変化させることにより配置面積の割合を変化させた。液晶表示装置のサイズは、上側基板１１と下側基板１２の重なり合う領域が６０ｍｍ×４２ｍｍであり、シール枠内は約５８ｍｍ×４０ｍｍである。本測定においてはシール枠内に配置されたスペーサーの総面積をシール枠内の面積で割った（除算した）ものをスペーサー配置面積の割合とした。配向膜としては垂直配向膜を用い、プレティルト角が略８９．９°のアンチパラレル配向になるよう各基板に対してラビング処理を行った。液晶層１７を構成する液晶材料としてはΔｎが略０．２２でΔεが負の値のものを用いた。シール枠内の面内の複数の個所を周期的間隔で測定スポットとし、法線を基準にして極角±３０°観察時のリタデーション測定によりセル厚を算出した。

【0042】

図３は、セル厚のスペーサー配置面積依存性を示す図である。図３において、１つの面積比条件におけるセル厚ばらつきより分散σを算出し、その平均セル厚ｄと３σの半分を加算、減算したプロットの３種類が示されている。図３を見てみると、セル厚は面積比０．０１以下（スペーサー配置面積の割合１％以下）では急激に変化しており、略０．０３（３％）程度まで緩やかな変化が続き、それ以上ではさらに緩やかな変化が続き、やがてある値へ漸近する傾向がみられる。各プロットは以下の（１）式によって近似することが可能であり、３種類のプロットに対する近似曲線を図中に示した。
セル厚＝ｄ＋ａlog(面積比)＋ｂlog(面積比)^２＋ｃlog(面積比)^３ …（１）

【0043】

図４に、各プロットの（１）式におけるパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを示す。ここで、ｄは面積比が増大した際に漸近する目安になる数値である。本検討においては、柱状スペーサーの単体を触針式段差計で測定した場合は略４．５μｍ±０．１μｍであったが、近似式からはこれよりも低い略４．２９μｍ±０．０６μｍ程度であることが分かった。分散σの大きさは面積比が低い、すなわちセル厚が薄い領域ではかなり大きく、面積比０．０２程度で３σは０．６以下、面積比０．０３程度で３σは０．３以下程度になる傾向が観察された。したがって良好なセル厚均一性が得られるのは面積比０．０２（２％）以上より好ましくは０．０３（３％）以上の領域であると考えられる。

【0044】

次に、上記した評価結果に基づく各柱状スペーサー１８ａ、１８ｂの好適な配置方法について説明する。

【0045】

従来のドットマトリクス表示部を備えた液晶表示装置に対する柱状スペーサーの配置は液晶表示装置の左右上下の各方向に対して規則的に配置された複数の画素間に配置することにより、明表示時における画素部内の配向均一性向上や実効開口率向上に貢献する。しかし、セグメント表示部を備えた液晶表示装置の場合、各画素部は表示意匠に対応して大きさや面積が異なり、画素部内に柱状スペーサーを配置しなければセル厚均一性が確保できない場合が考えられる。例えば図２に示すような意匠（図案）「ＡＵＴＯ」を表示するセグメント表示部２ａを備えた液晶表示装置の場合、液晶表示装置の面内に観察者から直接観察可能な領域である有効表示領域１の内部において、セグメント表示部２ａ（「ＡＵＴＯ」の文字内部）およびドットマトリクス表示部２ｂとそれ以外の非表示部２ｃが存在する。明暗表示が電気的にスイッチングできるのはセグメント表示部２ａおよびドットマトリクス表示部２ｂのみであり、非表示部２ｃはノーマリーブラックの場合、常時暗表示となる。

【0046】

図５は、液晶表示装置の有効表示領域１を法線方向から観察した時の柱状スペーサーの配置例を示す図である。一例として図５（Ａ）では上記したセグメント表示部２ａの図案「ＡＵＴＯ」の文字のうちの「Ｔ」の部分が示されている。また、図５（Ｂ）では「Ｔ」のさらに一部が拡大して示されている。ここで、図案「ＡＵＴＯ」の文字の線幅（太さ）は例えば０．６５ｍｍである。

【0047】

図５に示したスペーサー配置例においては、例えば、各柱状スペーサー１８ａの平面視形状を一辺の長さが０．０１ｍｍの略正方形とし、各柱状スペーサー１８ａの重心同士が略０．０６ｍｍ周期で配置されているとする。０．０６ｍｍ四方の単一領域に一辺が０．０１ｍｍの略正方形のスペーサーが１つ含まれていると考えると、単位面積当たりのスペーサー配置面積の割合は略２．８％になる。図案「ＡＵＴＯ」の「Ｔ」の縦棒部分には、左右方向（Ｘ方向）に関して略１１個の柱状スペーサー１８ａが配置されている。また、非表示部２ｃに配置される各柱状スペーサー１８ｂは、各柱状スペーサー１８ａに比べて平面視での大きさ（すなわち面積）を大きく設定されている。なお、その他の条件については上記したスペーサー面積依存性の検討に用いた液晶表示装置と同様にした。この条件で作製された液晶表示装置を「実施例」という。

【0048】

ここで、実施例に対する比較例として、各柱状スペーサー１８ａの平面視形状を一辺の長さが０．０３ｍｍの略正方形とし、各柱状スペーサー１８ａの重心同士が略０．１７ｍｍ周期で配置されている場合も検討する。この比較例では、０．１７ｍｍ四方の単一面積に一辺が０．０３ｍｍの略正方形のスペーサーが１つ含まれていると考えると、単位面積当たりのスペーサー配置面積の割合は略３．１％となり、図案「ＡＵＴＯ」の「Ｔ」の縦棒部分には、左右方向（Ｘ方向）に関して略４個の柱状スペーサー１８ａが配置される。

【0049】

上記したように、各柱状スペーサー１８ａの配置条件が異なる２種類の液晶表示装置において、セグメント表示部２ａを明表示にしたときの外観を観察した。このとき、液晶層１７内の各柱状スペーサー１８ａが存在する部分には液晶分子が存在しないことから、各柱状スペーサー１８ａと重なる部分は暗表示のままとなるので、セグメント表示部２ａ内に周期的な暗点が観察されることになる。比較例の液晶表示装置を外観から観察すると周期的に黒点が観察され表示品位が低下することが確認された。これに対して実施例の液晶表示装置を外観から観察すると、各柱状スペーサー１８ａのサイズが小さいことから、比較例に比べて大幅に黒点が認識しにくくなることが明らかになった。

【0050】

なお、上記はノーマリーブラック型かつ垂直配向型の液晶表示装置の場合であるが、例えば位相差板として色補償板を用いるＳＴＮ型の液晶表示装置の場合は、暗表示時において、スペーサー部が白点となり、柱状スペーサー１８ａのサイズによっては外観から認識可能になる。

【0051】

ここで、法線方向から液晶表示装置を観察したとき、平面視において略矩形状の各柱状スペーサー１８ａの一辺が０．０３ｍｍであり、高さが４．５μｍであるとすると、各柱状スペーサー１８ａの断面形状は、側面がテーパー状であることから台形である。この台形の上底は５μｍ程度である場合が多いことから、底辺と側辺間の角度、すなわちテーパー角度は略２０°以下となる場合が多く観察される。垂直配向型の液晶表示装置の場合、基板表面に対して液晶分子が略垂直に配向していることから、正面観察時においてはクロスニコル配置とした偏光板の特性がほぼ観察できるが、上記のように柱状スペーサーの側面がテーパー形状である場合には電圧無印加時においてもそのテーパー形状の側面から光りぬけが生じ、それが外観からも視認される場合がある。

【0052】

このとき、例えば単位面積を０．６５ｍｍ×０．６５ｍｍであるとし、実施例として示したように矩形の一辺が０．０１ｍｍの各柱状スペーサー１８ａを左右上下方向にそれぞれ０．０６ｍｍ周期で配置した場合を考えると、単位面積当たり、上下方向、左右方向に各１１個の柱状スペーサー１８ａが配置されることになる。このとき、単位面積内の各柱状スペーサー１８ａの周囲長さの合計は４．８４ｍｍ（＝１１×１１×０．０１ｍｍ×４）である。一方、比較例として示したように矩形の一辺が０．０３ｍｍの各柱状スペーサー１８ａを左右上下方向にそれぞれ０．１７ｍｍ周期で配置した場合を考えると、単位面積当たり、上下方向、左右方向に各４個の柱状スペーサー１８ａが配置されることになる。このとき、単位面積内の各柱状スペーサー１８ａの周囲長さの合計は１．９２ｍｍ（＝４×４×０．０３ｍｍ×４）である。したがって、後者（比較例）の方が光りぬけを生じるスペーサー周囲長さが短いことが分かる。単位面積当たりのスペーサー配置面積の割合は実施例が略２．８％、比較例が略３．１％であり、両者ともほぼ３％で等しくなる。よって、スペーサー配置面積の割合がほぼ同等であることから、セル厚もほぼ同等でありながら暗領域の透過率をより低くできると考えられる。

【0053】

以上のことから、明表示時における黒点を目立たなくし、暗部の光りぬけを抑制するには、有効表示領域１内のセグメント表示部２ａ（あるいはドットマトリクス表示部２ｂ）における各柱状スペーサー１８ａの１つ当たりの法線観察時面積（平面視での面積）を相対的に小さくし、非表示部２ｃにおける各柱状スペーサー１８ｂの１つ当たりの法線観察時面積を相対的に大きくすることが有効であると考えられる。これは、明表示が存在しない非表示部２ｃではある程度面積が大きい柱状スペーサーを配置することは問題がないためである。したがって、各柱状スペーサーの１つ当たりの面積はセグメント表示部２ａ（あるいはドットマトリクス表示部２ｂ）よりも非表示部２ｃの方が大きいことが好ましい。さらに、単位面積当たりのスペーサー配置面積の割合は、セル厚を均一化する観点からセグメント表示部２ａ（あるいはドットマトリクス表示部２ｂ）と非表示部２ｃで略等しいことが好ましく、その面積比が２％以上、さらに３％以上であることが好ましい。別言すれば、セグメント表示部２ａ（あるいはドットマトリクス表示部２ｂ）のほうが非表示部２ｃに比べて柱状スペーサーの配置数が多いことが好ましい。

【0054】

次に、各柱状スペーサー１８ａの配置方法に関する別の実施形態を説明する。

【0055】

図６は、柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。図６に示す各柱状スペーサー１８ａは、Ｙ方向に沿った１列おきに半ピッチずらした千鳥状（市松状）のパターンで配置されている。すなわち、隣り合う列の各第１柱状スペーサー１８ａ同士が互い違いに配列している。このような配置パターンとすることで、Ｘ方向に沿った１行に配置される柱状スペーサー１８ａの相互間距離をＹ方向に比べて２倍にすることができる。Ｙ方向に沿った１列おきに各柱状スペーサー１８ａをずらすピッチを変えることにより、Ｘ方向において同一列上に並ぶ柱状スペーサー１８ａ同士の相互間距離をさらに長くすることが可能となる。すなわちＸ方向およびＹ方向に対して規則的に配置されたスペーサー配置において、Ｘ方向において最も近接した柱状スペーサー１８ａ同士は同一列上にないことが有効であると考えられる。液晶表示装置の左右方向で極角の深い観察角度から暗表示状態を観察したときに、元々法線観察時には点状の光抜けであったものが線状（ライン状）の光りぬけに視認され、光りぬけがより目立つようになる場合があるが、図６に示したような柱状スペーサーの配置を用いることによりこの不都合を回避することができる。同じく、明表示状態においても点状の黒点が線状にシフトする可能性があるが、このような不都合も回避することができる。なお、図６に示したスペーサー配置を９０°回転されれば、液晶表示装置の上下方向における線状の光抜けを回避することができる。

【0056】

図７は、柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。図７に示す各柱状スペーサー１８ａは、Ｙ方向から所定角度θ（例えば２０°）だけ傾いた方向に沿って列をなして配置されており、かつＸ方向から所定角度θだけ傾いた方向に沿って１列おきに半ピッチずらした市松状のパターンで配置されている。別言すれば、図７に示した配置例は、図６に示した配置例をＹ方向から所定角度θだけ回転させることにより、各第１柱状スペーサー１８ａの列及び行の各々の延在方向をＹ方向（有効表示領域１の上下方向）およびＸ方向（有効表示領域１の左右方向）のいずれとも直交せず平行でもない状態とした配置例といえる。このような配置を採ることで、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれにも近接する柱状スペーサー１８ａが存在しない状態となるので、液晶表示装置の上下左右のいずれの方向についても上記のような線状の光抜けや黒点の線状化を回避することが可能となる。

【0057】

図８は、柱状スペーサーの配置例を示す模式的な平面図である。図８に示す各柱状スペーサー１８ａは、隣接する２つの柱状スペーサー１８ａのそれぞれの重心（図中、黒点で示す）の相互間に仮想直線（一例を図中の右上側および右下側にそれぞれ点線で示す）を引いてその仮想直線を外挿したときに、それら隣接する２つの柱状スペーサー１８ａ以外の柱状スペーサー１８ａの重心は仮想直線上に配置されないか、仮に配置されるとしても、隣接する２つの柱状スペーサー１８ａと同じ間隔では配置されず、より長い間隔で配置される状態となっている。このような配置を採ると、深い極角観察時における光りぬけが抑制されるとともに正面観察時においても規則的に配置した時に比べ明表示時の黒点が観察されにくくなる。

【0058】

次に、上記したようにセグメント表示部２ａ等と非表示部２ｃとで互いに大きさの異なる柱状スペーサーを形成する際に用いるフォトマスクの好適な設計手法について説明する。

【0059】

元々複雑な形状を有する場合の多いセグメント表示部２ａの形状パターンに対し、セグメント表示部２ａと非表示部２ｃで異なる大きさおよび配置パターンの柱状スペーサーを配置するためのフォトマスクの設計は困難を生じ、著しい労力をかけると同時に、設計ミスを誘発しやすい。したがって簡略化したフォトマスク設計方法を考案する必要があると考える。その方法について、図９および図１０を用いて説明する。

【0060】

まず、セグメント表示部２ａ等に配置したい柱状スペーサーの単位面積当たりの遮光パターンを用意する。例えば、図９に示すように、各柱状スペーサーの形状が任意の多角形（例えば八角形）で構成された、４００μｍ×４００μｍの遮光パターンを用意する。このような遮光パターンは、柱状スペーサー１８ａに対応するものと柱状スペーサー１８ｂに対応するものが用意される。

【0061】

次に、図１０（Ｂ）に示すように、上記した柱状スペーサー１８ａの単位面積当たりの遮光パターンを、有効表示領域１に相当する領域内の全体にリピートして規則的に配置する。

【0062】

次に、図１０（Ａ）に例示したセグメント表示部２ａの平面視形状（文字「ＡＢＣ」の形状パターン）と上記した図１０（Ｂ）に示した柱状スペーサー１８ａの遮光パターンの論理積（ＡＮＤ）をとる。これにより、図１０（Ｃ）に示すように、セグメント表示部２ａの平面視形状に重なる領域のみに柱状スペーサー１８ａの遮光パターンが配置される。

【0063】

また、図１０（Ｄ）に示すように、上記した柱状スペーサー１８ｂの単位面積当たりの遮光パターンを、有効表示領域１に相当する領域内の全体にリピートして規則的に配置する。

【0064】

次に、図１０（Ａ）に例示したセグメント表示部２ｂの平面視形状と上記した図１０（Ｄ）に示した柱状スペーサー１８ｂの遮光パターンの否定論理積（ＮＡＮＤ）をとる。これにより、図１０（Ｅ）に示すように、セグメント表示部２ａの平面視形状と重なる領域を除いた残りの領域のみに柱状スペーサー１８ｂの遮光パターンが配置される。

【0065】

以上の手順により形成した図１０（Ｃ）、図１０（Ｅ）の各遮光パターンを重ね合わせることにより、図１０（Ｆ）に示すようなフォトマスクの全体遮光パターンが得られる。このフォトマスクを用いることにより、上記したセグメント表示部２ａ等と非表示部２ｃのそれぞれで異なる形状パターンの柱状スペーサーを備えた液晶表示装置を容易に作製することができる。ただし、上記説明においてはポジ型レジストを用いて柱状スペーサーを設けた場合である。これに限らず、ネガ型レジストを用いて柱状スペーサーを設けることもできる。この場合では図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）の遮光と透過を反転させたマスクを使用する。

【0066】

このように本実施形態によれば、セグメント表示部等と非表示部のそれぞれに配置される柱状スペーサーの単位面積当たりのスペーサー専有面積の割合を略等しく保つことでセル厚均一性を保つことが可能であり、かつセグメント表示部等と非表示部のそれぞれに配置される柱状スペーサーの配置パターンを異ならせることにより柱状スペーサーに起因する暗部や光抜けの発生を抑え、表示品質を向上させることが可能となる。

【0067】

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態では垂直配向型の液晶表示装置を例示していたが、液晶層の動作モードはこれに限定されない。具体的には、例えばＴＮ（Twisted Nematic）型液晶表示装置、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）型液晶表示装置、これらを２層重ねあるいは光学フィルムにより光学補償したもの、視角補償板を有するＩＰＳ（In-Plane switching）型液晶表示装置、ブラックマトリクスを用いないモノクロの液晶表示装置に対しても本発明を適用可能である。

【0068】

また、上述した実施形態では一方の基板に柱状スペーサーを形成していたが、この限りではない。例えば、双方の基板に柱状スペーサーを形成してもよい。ただしこの場合は、一方の基板の柱状スペーサーと他方の基板の柱状スペーサーが互いに接触しないように配置することが好ましい。例えば、セグメント表示部２ａの１つの図案ごとに柱状スペーサーの形成される基板が異なっていてもよいし、有効表示領域１を複数の領域に分割し、それぞれの領域において柱状スペーサーの形成される基板が異なってもよい。また、セグメント表示部２ａ等の柱状スペーサーを一方の基板に形成し、非表示部２ｃの柱状スペーサーを他方の基板に形成してもよい。さらに、上記した実施形態ではセグメント表示部２ａとドットマトリクス表示部２ｂで同じ配置パターンの柱状スペーサーを設けていたが、両者の柱状スペーサーを互いに異なる配置パターンとしてもよい。すなわち、有効表示領域１内において３種類またはそれ以上の配置パターンで柱状スペーサーが設けられてもよい。

【符号の説明】

【0069】

１：有効表示領域
２ａ：セグメント表示部
２ｂ：ドットマトリクス表示部
２ｃ：非表示部
３：シール材
４：端子部
１１：上側基板
１２：下側基板
１３：上側電極
１４：下側電極
１５、１６：配向膜
１７：液晶層
１８ａ、１８ｂ：柱状スペーサー
１９：上側偏光板
２０、２２：光学補償板（視角補償板）
２１：下側偏光板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】