JPH0460517A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 液晶表示素子に関し、 ブラックマトリクス層を有する高精細液晶表示素子のコ
ントラストの低下を防止し表示品質を向上させることを
目的とし、 少なくとも非画素部を形成するブラックマトリクス層と
平坦化層とストライプ状の透明電極と配向膜が順次形成
された第１の透明基板と、ストライプ状の透明電極と配
向膜が順次形成された第２の透明基板とを前記透明基板
それぞれの透明電極がマトリクス交点を形成するように
両配向膜間にスペーサを挟んで直交配置し、両配向膜の
間に形成されたギャップ状空間に液晶を注入封止してな
る液晶表示素子において、前記スペーサが前記ブラック
マトリクス層と重なる領域にのみ固設されるように液晶
表示素子を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示素子、とくに、非画素部にりロム膜な
どからなるブラックマトリクスを用いた高精細度液晶表
示素子のコントラスト向上のためのパネル構造の改良に
関する。

近年、表示装置の発展は目覚ましく、とくに、平面デイ
スプレィは薄型・軽量などの点から急速に普及してきた
。中でも、液晶表示装置は駆動電圧が低く、低価格であ
ることからパソコンやワープロなどＯＡ機器分野への導
入が活発である。

最近はカラー液晶表示装置をはじめとして、高精細度の
液晶表示装置−・の要求が益々強（なってきており、そ
れに伴って生ずる表示品質の低下を改善するための液晶
表示パネル構造の開発が求められている。

〔従来の技術〕

第５図は液晶表示素子の一般的構成を示す図で、同図（
イ）は上面図で主として電極配置とシール層を示し、同
図（ロ）は断面図である。図中、ｌは第１の透明基板で
その上にはストライプ状の透明電極１１．配向膜１２が
順次形成されている。２は第２の透明基板でその上には
同様にストライプ状の透明電極２１．配向膜２２が順次
形成されている。

側基板１および２は配向膜面を中にして透明電極１１．
２１がマトリクス交点を形成するように、しかも、スペ
ーサ３°を間に挟んで直交配置し、液晶注入口５０を残
してシール層５により接着封止する。

側基板間にはキャップ状空間が形成されるので液晶注入
口５０から液晶４を注入したあと、そこを接着剤で封止
すれば液晶表示素子が形成される。

７は両側に配置された偏光板である。いま、たとえば、
同図（ロ）の下方の図示してない光源から光を当てると
、下方の偏光板７で直線偏光となった光は液晶４に入射
する。このとき図示してない駆動電源から透明電極１１
．２１に電圧を印加すると。

たとえば、入射光の偏光面が回転し、光軸を傾けて配置
された上方の偏光板７で、たとえば、光がブロックされ
る。すなわち、両透明電極の交点で電圧印加の有無によ
り光のスイッチングが行われる。画面上の各交点でこの
光のスイッチ動作を制御して行えば画像表示を行うこと
ができる。

液晶表示装置で最も重要な表示品質の−っとしてコント
ラスト比があり、これを如何に高い値に保持するか＼゛
重要課題となっている。

コントラスト比は表示画面の開口率（Ａ）に依存してお
り、開口率が小さくなるとコントラスト比が劣化するこ
とが知られている。

開口率（Ａ）＝透明電極部の面積／（電極部子電極間の
面積＝　Ｌ／（Ｌ　＋　Ｓ　）−−ｍ−−−（１）こ＼
で、Ｌは透明電極の巾、Ｓは透明電極間のスペースであ
る。

表示画面の平均のコントラスト比をＣｒ’　とし、光ス
ィッチがＯＮ、すなわち、明表示のときの平均の光量を
■。Ｎ′、光スィッチがＯＦＦ、すなわち、暗表示のと
きの平均の光量をＩ。ＯＦｏ　　とし、透明電極部分だ
けのＯＮ、　ＯＦＦ時の光量をそれぞれＩ。ＮＩ　ｌ０
ＦＦとすると、 Ｃｒ’　　＝　ＩＯＮ’／　ｒａｐＰ’　　＝［Ｉｏ＊
・Ａ　＋　ｌ０ＦＦ　　・（１−Ａ）］／　［ｌ０ＦＦ
　　−Ａ　＋Ｉｏｐｐ　　−（ｌ　Ａ）］（ｆｏＭ／Ｉ
ｏｐｐ　）　−［（ｉｏ、−ＩＯＰ、　）／１．、Ｐ］
（１−Ａ）−−−−−−−−−−−−−−・−（２）て
表される。

こ＼で、ＩＯＮ＞　ｌ０ＦＦ　、　ｌ≧Ａ≧０である。

式（２）から第１項のＩ。Ｎ／ｌ０ＦＦは透明電極部分
自体のコントラスト比（Ｃｒ）であるから、表示画面の
平均のコントラスト比Ｃｒ“は、Ｃｒを最大値として開
口率Ａが小さ（なるに従い、すなわち、高精細度になる
に従って低下しｌに近づいていくことがわかる。

第４図は従来のブラックマトリクス層を有する液晶表示
素子の例を示す図で、代表的なものとして単純マトリク
ス方式のカラー液晶表示素子の場合について説明する。

同図（イ）は上面図で主としてブラックマトリクス層（
斜線部）、電極配置。

シール層などを示し、同図（ロ）はＸ−ｘ断面図である
。

カラー液晶表示装置はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３
色のカラーフィルタを画素部に配列形成し、それら３色
の画素を適宜駆動して混色し任意のカラー表示を行わせ
るもので１通常、白黒表示の場合に比較して透明電極の
巾はｌ／３程度と狭くなっており。

したがって、開口率Ａも当然小さくなっている。

図中、１０は第１の透明基板ｌ上に形成されたブラック
マトリクス層で非画素部で光が洩れるのを防ぐためのク
ロム（Ｃｒ）薄膜からなり、画素部を形成するための光
が透過する。たとえば、　１００　Ｘ１００μｍ程度の
孔が設けられている。１３はブラックマトリクス層ＩＯ
の画素部となる孔に形成されたカラーフィルタ層でＲ（
赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３色の画素部でカラー画素を
形成するように配列されている。

１４は平坦化層で表面を平坦化するための絶縁層である
。

３はガラスあるいはプラスチック製の小球、または、ガ
ラスファイバを短く切断した小円筒状のスペーサであり
、図では図面簡略化のため一部のみを図示しである。

側基板間のギャップ状空間には、液晶４．たとえば、コ
ントラストのよい５ＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ
　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶を注入して密閉封止されてい
る。

６は位相差フィルムで、液晶４を透過した光に生じた位
相差の波長分散に基づく着色を補償して元に戻すように
機能するもので、たとえば、屈折率異方性を持ったプラ
スチックフィルム（たとえば、ポリカーホネートフィル
ム）を使用する。

なお、前記の図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、がっ、同等部分についての説明は省
略する。また、駆動回路や光源など本発明と直接関係の
ない部分についても省略しである。

一般に高精細化する場合に製造プロセス上から電極間隔
Ｓは余り小さ（することがてきず電極巾Ｌ“だけが小さ
くなる。したがって、開口率［Ａ”Ｌ’／（Ｌ′十Ｓ）
］か小さくなってしまう筈であるが、この例では、電極
間の全てをブラックマトリクス層ＩＯで覆い光の洩れを
防止しているので、前記式１式％ 表示画面の平均のコントラスト比Ｃｒ“は透明電極部分
自体のコントラスト比Ｃｒ、すなわち、理論的には最大
値となり表示品質の優れた液晶表示装置が得られている
。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、上記従来のブラックマトリクスを有する高精細
度液晶表示装置でも、透明電極巾Ｌ゛がさらに狭くなっ
てくると、画素部に挿入されたスペーサ３の影響が無視
できなくなる。たとえば、よく用いられる短く切断した
ガラスファイバは直径１０μｍ、長さ３０〜４０μｍで
あり、これか画素部。

たとえば、１００Ｘ１００μｍの光透過部に挟まった場
合には、たとえば、第４図（ロ）に示したごとく本来ス
イッチＯＦＦであるべき光（ａ）がスペーサ部分では液
晶層が機能しないため（ｂ）の光のように透過してしま
う。

いま、基板面内にｋ（光の洩れ係数）の割合でスペーサ
が分散しており、その部分の透過光量をＩｓとし、その
場合の光スィッチがＯＮの時の平均光量をＩ。、、ＯＦ
Ｆの時の平均光量を１゜ＦＦ”とすれば、 Ｃｒ””ＩＯＮ″／　ｌ０ＦＦ　　＝［Ｉｏ、ｌ’（１
ｋ）十Ｉｓ”　ｋ］／［１００Ｎ’　（１ｋ）＋　Ｉｓ
　’　ｋ］≦１ＯＮ’／　ｌ０ＦＦ　”＝　Ｃｒ”−−
−（３）すなわち、Ｃ「”≦Ｃｒ’　となりコントラス
ト比が劣化し、しかも、この影響は高精細になればなる
ほど大きくなって表示品質の低下を招くという重大な問
題が生じており、その解決が求められていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、少なくとも非画素部を形成するブラック
マトリクス層１０と平坦化層１４とストライプ状の透明
電極ＩＩと配向膜１２が順次形成された第１の透明基板
１と、ストライプ状の透明電極２１と配向膜２２が順次
形成された第２の透明基板２とを前記透明電極１１．２
１がマトリクス交点を形成するように再配向膜間にスペ
ーサ３を挟んで直交配置し、両配向膜１２，２２の間に
形成されたギャップ状空間に液晶４を注入封止してなる
液晶表示素子において、前記スペーサ３が前記ブラック
マトリクス層１０と重なる領域にのみ固設されることを
特徴とした液晶表示素子によって解決することができる
。

〔作用〕

本発明の構成によれば、スペーサ３は画素部となる領域
には挿入されず、ブラックマトリクス層１０が存在して
いる領域にだけ重なるように、しかも、容易に動かない
ように固定して配置されているのでスペーサ３による洩
れ光はな（なる。すなわち、前記式（３）においてに＝
０となるので、コントラスト比は透明電極部分自体の大
きなコントラスト比Ｃｒ＝　ｒｏＮ／Ｉｏｖｐが得られ
るのである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す図で、同図（イ）は上面
図で主としてブラックマトリクス層（斜線部）、電極配
置、シール層、スペーサ配置などを示し、同図（ロ）は
Ｘ−Ｘ断面図である。

第１および第２の透明基板には大きさ３００　Ｘ２００
　ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス板を用い、第２の透明
基板２の上には、たとえば、厚さ１７０ｎｍ。

巾１００μｍ、電極間隔３０μｍのストライプ状のＩＴ
Ｏ（ｒｎ２０：＋−３ｎＯ□）からなる透明電極２１を
形成したあと、厚さ１１００ｎのポリイミド樹脂層を塗
布しラビング処理を施した配向膜２２を形成する。

一方、第１の透明基板ｌの上には、たとえば、厚さ１１
００ｎのクロム（Ｃｒ）蒸着膜を形成し、公知のホトリ
ソクラブイ法により、たとえば、巾４０μｍ程度の非透
過部が残り、大きさ１００μｍ角以下の画素部となる部
分が孔となってあ（ようにエツチング除去する。次に、
前記クロム（Ｃｒ）蒸着膜の孔の部分、すなわち、画素
部となる部分を覆ってカラーフィルタ層Ｉ３をそれぞれ
公知の方法で形成する。さらに、その上に、たとえば、
厚さ２μｍのポリイミド樹脂層からなる平坦化層１４を
形成し、第２の透明基板２の場合と同様にして透明電極
１１および配向膜１２を形成する。

次に、前記処理基板のいずれか一方の配向膜の上に、た
とえば、太さ１０μｍ、長さ３０〜４０μｍのガラスフ
ァイバをエポキシ系の熱硬化性樹脂にＩＸ程度混合して
、ブラックマトリクス層１０と重なる領域に、たとえば
、スクリーン印刷したのち、加熱硬化する。

以上２枚の透明基板を、ストライプ状に形成された透明
電極ＩＩ、２１かマトリクス交点を形成し。

かつ、スペーサ固定層３０．すなわち、スペーサ３がブ
ラックマトリクス層ＩＯと重なるように挟んで直交配置
し、両配向膜１２．２２の間に形成されたキャップ状空
間に、たとえば、ＳＴＮ型の液晶４を注入したのち液晶
注入口５０を接着封止すれば、たとえば、本発明を適用
したカラー液晶表示素子が作製される。

第２図は本発明実施例の要部を示す図で、ブラックマト
リクス層ｌＯの上に重なったスペーサ固定層３０．スペ
ーサ３．液晶注入口５０．各画素を形成する個別のギャ
ップ状空間とスペーサ固定層３０に形成さ、れた小さな
切り欠き部３１などの関係を分かりやすく図示したもの
である。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につい
ては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は
省略する。

各画素空間はスペーサ固定層３０によって閉じた小空間
となる恐れがあるので、周辺のスペーサ固定層３０の要
所に適宜の数と巾、たとえば、２０〜３０μｍ程度の切
り欠き部３１を設けることにより、液晶４は図示したご
とき矢印の経路に沿って容易に注入される。切り欠き部
３１は当然ブラックマトリクス層ＩＯと重なっているの
で光の洩れには影響はなく、コントラスト比への影響も
生じない。

また、切り欠き部３１はスペーサ固定層３０のスクリー
ン印刷のときに対応するマスクを用いて容易に形成する
ことができる。

なお、上記実施例ではブラックマトリクス層ＩＯとして
Ｃｒ膜を用いたが、これに限定するものでなく　ＡＣＮ
ｉ、Ｓｉなどの不透明金属膜や黒色インキなどの材料を
適宜用いてもよい。

第３図は電極開口率とコントラスト比の関係を示す図で
、縦軸にコントラスト比を横軸に開口率（Ａ）をとっで
ある。

図中、■は第５図で説明した比較的精細度が低く、かつ
、ブラックマトリクス層を使用していない従来例の場合
で、式（２）で示したごとく開口率へ−１のときのＣｒ
　（ＩＯＮ／１００Ｆ　）を最大値として開目串Ａ＝Ｏ
のときの１．０までコントラスト比は低下する。たとえ
ばＬ　＝３００μｍ、５＝３０μｍの場合にはＡ　＝０
．９１と太き（高いコントラスト比が得られるのでブラ
ックマトリクス層の必要性は大きくない。

しかし、精細度が高くなると、すなわち、電極巾が狭く
なると、透明電極部分、すなわち、画素部に挟まれたス
ペーサが洩れ光を太き（し、式（３）に従って開口率１
のときのコントラスト比がＣｒ”（Ａ＝１）に低下し、
開口率が低下すると共にさらに低下していく（図中の■
参照）。

図中の■は、■の精細度のときにブラ・ツクマトリクス
層を適用した第４図と同様の従来の構成の場合で、開口
率の影響は除去することができるがコントラスト比自体
はスペーサ部分での洩れ光の影響で低下しており、式（
２）、（３）にＡ＝１を入れると、 Ｃｒ”（Ａ　＝　１）＝　［ｌ０Ｎ（１ｋ）＋　Ｉｓ　
・ｋ］／［ＩｏｏＮ（１）（）十Ｉｓ・ｌ（］　−−−
−−−−−−−（４）となり、高精細度になればなるほ
ど、すなわち、スペーサが存在することによる光の洩れ
係数ｋが大きくなるほど、コントラスト比Ｃｒ”（Ａ＝
１）が小さくなってしまう。

これに対して、図中の■は本発明実施例の場合であって
、スペーサ３は全てブラックマトリクス層ＩＯと重なる
領域にのみ配置固定されており、スペーサが存在するこ
とによる光の洩れ係数に＝０となり、しかも、ブラック
マトリクス層ＩＯが設けであるので、いかなる開口率で
あっても、すなわち、高精細度になっても透明電極自体
の最大のコントラスト比が得られるのである。

本発明を適用することにより従来方式の液晶表示素子に
比較して、コントラスト比を約２倍に向上することがで
きた。

上記実施例ではカラー液晶表示素子の場合について説明
したが、通常の白黒表示の液晶表示素子に対しても適用
できることは勿論である。

以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、使用する素材や寸法、構成、製
造プロセスなど適宜好ましいもの。

あるいは、それらの組み合わせを用いてよいことは言う
までもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の構成によれば、スペーサ
３は画素部となる領域には挿入されず、ブラックマトリ
クス層ｌＯが存在している領域に重なるように、しかも
、容易に動かないように固定して配置されているので、
スペーサ３による洩れ光はなくなり、コントラスト比は
透明電極部分自体の大きなコントラスト比が得られ、液
晶表示素子、とくに、高精細度で大容量の液晶表示素子
の性能・品質の向上に寄与するところが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明実施例の要部を示す図、第３図は電極開
口率とコントラスト比の関係を示す図、 第４図は従来のブラックマトリクス層を有する液晶表示
素子の例を示す図、 第５図は液晶表示素子の一般的構成を示す図である。 図において、 ■は第１の透明基板、 ２は第２の透明基板、 ３はスペーサ、４は液晶、５はシール層、６は位相差フ
ィルム、７は偏光板、 １０はブラックマトリクス層、 １１．２１は透明電極、 １２、２２は配向膜、 １３はカラーフィルタ屓、 １４は平坦化層、 ３０はスペーサ固定層、 ３１は切り欠き部、 ５０は液晶注入口である。 （ロン はジグ朗／）実科シ勿１乞示１４Ｓ 電伜開ロ卆とコントラスト比ｆ間イｆｒ：、乏示ず良筆
　　　３　　　図 ３１：ｔ〃り欠ぞ（Ｐ 不発ＢＨ冥矩１ＷＩＪｆ）要部？示す口冨　２　遠 イメ来のブラ・７７マトリワズ層ａ子ｒｒろ瀾晶表示案
子鉤りを１ンｆトヨ１　　＋　　厘

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも非画素部を形成するブラックマトリクス層（
   １０）と平坦化層（１４）とストライプ状の透明電極（
   １１）と配向膜（１２）が順次形成された第１の透明基
   板（１）と、ストライプ状の透明電極（２１）と配向膜
   （２２）が順次形成された第２の透明基板（２）とを前
   記透明電極（１１、２１）がマトリクス交点を形成する
   ように両配向膜間にスペーサ（３）を挟んで直交配置し
   、両配向膜（１２、２２）の間に形成されたギャップ状
   空間に液晶（４）を注入封止してなる液晶表示素子にお
   いて、 前記スペーサ（３）が前記ブラックマトリクス層（１０
   ）と重なる領域にのみ固設されることを特徴とした液晶
   表示素子。