JP2006350045A

JP2006350045A - 液晶表示素子および液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JP2006350045A
Application number: JP2005177213A
Authority: JP
Inventors: Toru Uko; 融宇高
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: JP4760155B2

Abstract

【課題】液晶表示素子の温度上昇による基板間ギャップの増加を抑制し、高画質を維持すること。
【解決手段】本発明は、第１の基体であるガラス基板１０と第２の基体である駆動基板２０とを封止材３０を介して貼り合わせ、この封止材３０で囲まれる表示領域Ａ１内に液晶Ｌを封入して成る液晶表示素子１において、この表示領域Ａ１と連通しており熱膨張によって表示領域Ａ１から液晶Ｌが入り込む緩衝領域Ａ２が設けられている液晶表示素子１である。また、この液晶表示素子１を用いた液晶プロジェクタでもある。
【選択図】図２

Description

本発明は、２枚の基体を封止材を介して貼り合わせ、この封止材で囲まれる表示領域内に液晶を封入して成る液晶表示素子およびこの液晶表示素子を用いる液晶プロジェクタに関し、特に熱による２枚の基体間のギャップ変動を抑制できる液晶表示素子および液晶プロジェクタに関する。

液晶素子を表示素子として使用する場合、液晶の温度膨張成分により、可逆的な伸縮が発生する。そのため、表示品位が低下することが懸念されており、特許文献１では壁状スペーサ構造を有することで外圧変化の影響を僅少とする手法が開示されている。また、特許文献２では、シール外側にチューブ状のギャップ変化吸収材を設けている例が開示されている。さらに、特許文献３では接着スペーサを使ってギャップの変動を制御する構成が記載されている。

特開２００１−３４３６５４号公報特開平１０−３０１１２３号公報特開平２−８７１２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される壁状スペーサを有する構造では、二重となるスペーサ壁領域が必要となるため、小型化に不向きである。また、特許文献２に記載されるチューブ状のギャップ変化吸収材を設ける構成では、シール近傍の変化分のみの制御となり、パネル全面への抑制には有効でない。また、特許文献３に記載される接着スペーサを使ってギャップ変動を制御する構成では、有効画素内にスペーサを設置することから、プロジェクタ用液晶表示素子として使用する場合、画像品位を著しく低減させることになる。特に近年では、基板の薄型化が進んでいるため、液晶の熱膨張による圧力で基板間のギャップ変動が顕著に現れるようになってきている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、第１の基体と第２の基体とを封止材を介して貼り合わせ、この封止材で囲まれる表示領域内に液晶を封入して成る液晶表示素子において、この表示領域と連通しており熱膨張によって表示領域から液晶が入り込む緩衝領域が設けられている液晶表示素子である。

このような本発明では、液晶表示素子の温度が上昇した場合、その熱によって緩衝領域の容積が増加し、容積の増加に比例して表示領域内の液晶の一部が緩衝領域へ入り込むようになる。これにより、表示領域内の液晶が熱膨張してもその膨張による圧力を緩衝領域側へ逃がすことができ、表示領域の基板間ギャップ増加を防止できるようになる。

また、緩衝領域には、液晶よりも熱膨張係数の大きい材質から成る熱膨張材料が設けられているため、熱膨張によって液晶が入り込む容積を増加させる熱膨張材料が設けられているため、液晶の圧力で基体間のギャップを押し広げる前に緩衝領域の容積が増加して、液晶による圧力を緩衝領域側へ逃がすことができる。

緩衝領域は、表示領域での画像表示に影響を与えない位置に配置されていればよいが、第１の基体と第２の基体との間で表示領域と隣接して設けられていることが望ましく、さらに液晶の注入口側に設けられていれば製造上有利である。

また、本発明は、このような液晶表示素子を用いる液晶プロジェクタであり、さらに、液晶表示素子をブロック形状のダイクロイックミラーの複数の面に対応して各々設ける構造では、各液晶表示素子の各緩衝領域が隣接する液晶表示素子と干渉しない位置に配置されているものである。

ダイクロイックミラーの複数の面に対応して各々液晶表示素子が設けられる液晶プロジェクタは主としてカラー画像表示用であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した液晶表示素子が使用される。この各色に対応した液晶表示素子に設けられる緩衝領域を、隣接する液晶表示素子と緩衝しない位置に配置することで、各色の光路に影響を与えずに緩衝領域を有効利用できるようになる。

したがって、本発明によれば、液晶表示素子の温度上昇による基板間ギャップの増加を抑制でき、高画質を維持することが可能となる。特に、本発明の液晶表示素子を液晶プロジェクタに適用すれば、ランプ等による熱源の影響で温度が上昇しても、基板間のギャップ増加を発生させることがなくなり、画質劣化を抑制でき、高品位の液晶プロジェクタを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る液晶表示素子の基本構造を説明する模式断面図である。本実施形態に係る液晶表示素子１は、加熱による膨張で表示領域での基板間ギャップの増加を抑制できる点に特徴がある。特に、駆動基板２０としてシリコン等の半導体基板を用いたＳＸＲＤ（Silicon Crystal Reflective Display）パネルで用いる液晶表示素子１では、表示領域内にスペーサＳを散布しないため、メインシールである封止材３０にスペーサＳを配置してセル厚を制御している。そのため、温度上昇により液晶Ｌが膨張し、封止材３０から最も離れている面内中央のギャップが拡がりやすい傾向にある。本実施形態では、それを抑制するため、表示領域（有効エリア）外に設けた緩衝領域によって表示領域での膨張分を吸収できるようにしている。

先ず、液晶表示素子１の基本的な構造を図１に基づき説明する。すなわち、この液晶表示素子１は、反射型液晶表示素子から成り、ガラス基板（第１の基体）１０と駆動基板（第２の基体）２０とを所定のギャップを設けて貼り合わせ、そのギャップ内に液晶Ｌを封入して駆動するものである。

液晶表示素子１の構成としては、画素構造を有する光反射電極２１を設けたシリコン等の単結晶半導体基板から成る駆動基板２０と、これと対向する透明電極１１付の透明基板であるガラス基板１０とを備え、これらの間に液晶Ｌを封入してなる。垂直配向等の液晶Ｌは、ガラス基板１０および駆動基板２０の各々の対向面に形成された配向膜１２、２２によって配向されている。

反射型液晶表示素子は、駆動基板２０として単結晶シリコン基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やｎチャンネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）からなるトランジスタとキャパシタとからなる駆動回路が形成され、この上にＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）などの金属膜で光反射電極２１を形成して画素構造を構成している。この光反射電極２１は、光の反射膜と液晶に印加する電圧の電極の両方を兼ねることになる。

なお、金属膜の上には、反射率を向上させるため、あるいは金属面の保護膜として、誘電体多層膜を形成していてもよい。

２枚の基板は、厚さを一定に保つためのスペーサＳを混入した封止材３０で貼り合わせ固定されている。このスペーサＳは球状で、封止材３０中に0.5〜5wt％程度の割合で混合したものである。実際の素子においては、スペーサＳは封止材３０中に点在していることになる。すなわち、断面構造として考えたときには、ほとんどの領域において、素子内部と外部との境界は封止材３０自体である。

このような液晶表示素子１の構造において、液晶シール構造が一様であると、環境温度の変化による液晶材料の熱膨張変化にともないセル厚が不均一となる場合がある。そのため、セルの温度環境変化に対応させた緩衝構造を形成させることでセルの温度環境変化に十分対応できるセルを形成することができる。

図２は、本実施形態に係る液晶表示素子を説明する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。この液晶表示素子１は、第１の基体であるガラス基板１０と第２の基体である駆動基板２０とを封止材３０を介して貼り合わせ、基板中央部分において封止材３０で囲まれる表示領域Ａ１内に液晶Ｌが封入されたものである。さらに、この表示領域Ａ１と連通する状態で封止材３０によって囲まれる緩衝領域Ａ２を設けている。

緩衝領域Ａ２は、表示領域Ａ１との間で一部開口した封止材３０によって仕切られ、この状態で基板の端部に設けられており、その開口で表示領域Ａ１と連通して液晶Ｌが入り込むようになっている。なお、緩衝領域Ａ２は、液晶Ｌの注入口側に設けられるのが製造上好ましい。

このような緩衝領域Ａ２では、熱膨張によって容積が増加し、その容積増加に比例して表示領域Ａ１の液晶Ｌの一部が緩衝領域Ａ２へ入り込むように設けられている。これにより、熱膨張による液晶Ｌの圧力を緩衝領域Ａ２へ逃がすことができ、表示領域Ａ１内で基板間ギャップを広げようとする力を減少させ、表示領域Ａ１での一定のギャップを保つことができるようになる。

また、緩衝領域Ａ２には、熱によって緩衝領域Ａ２の容積が効率良く増加できるよう膨張材料Ｂが設けられている。膨張材料Ｂはガラス基板１０および駆動基板２０の間に介在しており、液晶Ｌより熱膨張係数の大きい材質を用いることで、液晶Ｌが熱膨張して表示領域Ａ１内の基板間ギャップを押し広げる前に緩衝領域Ａ２の容積を増加させ、液晶Ｌによる圧力を緩衝領域Ａ２側へ逃がすことができる。

膨張材料Ｂの具体例としては、フッ素樹脂である例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：熱膨張係数１×１０^-3）や油脂である例えばグリセリン（熱膨張係数１×１０^-4）を用いる。なお、これら以外でも液晶Ｌと混合不能な樹脂や油脂で、液晶Ｌの熱膨張係数より大きな熱膨張係数を有する材料であれば適用可能である。

次に、この液晶表示素子の製造方法を図３〜図６の模式図に沿って説明する。先ず、図３に示すように、駆動素子が形成された駆動基板２０の周縁に封止材３０を塗布する。封止材３０は表示領域Ａ１となる部分の周囲とともに、緩衝領域Ａ２となる部分と連続するよう塗布する。緩衝領域Ａ２側には開口部分を設けておく。

次に、図４に示すように、緩衝領域Ａ２となる部分に先に説明した膨張材料Ｂを塗布する。ここでは、ＰＴＦＥを柱状にして封止材３０の厚さと同じか、わずかに高く塗布する。この状態で、ガラス基板１０を貼り合わせると、封止材３０による表示領域Ａ１および緩衝領域Ａ２の空間が基板間に形成される。また、緩衝領域Ａ２では、ＰＴＦＥによる膨張材料Ｂが基板間に設けられる状態となる。

次いで、図５に示すように、緩衝領域Ａ２側にある封止材３０の開口から液晶Ｌを注入する。液晶Ｌが表示領域Ａ１内に充填されるとともに、連通する緩衝領域Ａ２にも充填される。そして、図６に示すように、緩衝領域Ａ２の開口を封止材３１で塞ぐ。これにより、表示領域Ａ１と隣接する緩衝領域Ａ２を備えた液晶表示素子１が完成する。

このように、表示領域Ａ１と隣接して液晶Ｌより熱膨張係数の高い膨張材料Ｂを有する緩衝領域Ａ２を設ける構造にすると、表示領域Ａ１の膨張分を緩衝領域Ａ２で吸引して、表示領域Ａ１での基板間ギャップの変動を効果的に抑制することが可能となる。

なお、上記の例では、同じ基板間で中央部分に表示領域Ａ１、端部に緩衝領域Ａ２を設ける構成を説明したが、基板間には表示領域Ａ１のみを設け、駆動基板２０に形成した貫通孔を介して駆動基板２０の裏面に緩衝領域Ａ２を設け、液晶Ｌが貫通孔を介して表示領域Ａ１から緩衝領域Ａ２に入り込むことができる構造にしてもよい。この場合には、基板表面側に緩衝領域Ａ２が無いため、表示領域Ａ１の有効面積を大きくすることが可能となる。

また、本実施形態に係る液晶表示素子１は、加熱環境で温度条件に厳しい例えばプロジェクションシステム（液晶プロジェクタ）に適用するのが望ましい。図７は、本実施形態の液晶表示装置を用いたプロジェクションシステムの例を示す模式図である。すなわち、プロジェクションシステム１００は、ランプ光源１０１、レンズ部１０２、ダイクロイック色分離フィルタ１０３、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂ、駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂ、プリズム（ダイクロイックミラー）１０６および投射レンズ１０７を備えた構成となっている。

この液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂとしては上記説明した本実施形態に係る反射型液晶表示素子を用いているため、図１に示すガラス基板２に形成される対向電極として透明電極１１、シリコン基板から成る駆動基板２０に設けられる駆動基板側電極としてアルミニウム等の光反射電極２１を用いている。

このシステムでは、ランプ光源１０１から出射した光をレンズ部１０２からダイクロイック色分離フィルタ１０３に送り、ここで２方向へ分離する。２方向へ分離された光は、全反射ミラー１０８、１０９、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂ、ダイクロイックミラー１１０、プリズム１０６によってＲ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した反射型の液晶表示装置１ｒ、１ｇ、１ｂから成る表示部に各々送られる。

例えば、Ｒ（RED）に対応した液晶表示装置１ｒには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ビームスプリッタ１０４ｒを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｇ（GREEN）に対応した液晶表示素子１ｇには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０８、ダイクロイックミラー１１０およびビームスプリッタ１０４ｇを介してランプ光源１０１からの光が入射し、Ｂ（BLUE）に対応した液晶表示素子１ｂには、ダイクロイック色分離フィルタ１０３から全反射ミラー１０９、ビームスプリッタ１０４ｂを介してランプ光源１０１からの光が入射する。

各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂは、ダイクロイックミラーであるプリズム１０６の複数の面に各々対応する状態で、ビームスプリッタ１０４ｒ、１０４ｇ、１０４ｂを介して設けられている。また、各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂは各々対応する駆動回路１０５ｒ、１０５ｇ、１０５ｂによって駆動され、入射した光を液晶層で映像にして反射し、プリズム１０６によって合成して投射レンズ１０７に送られる。これにより、Ｒ（RED）、Ｇ（GREEN）、Ｂ（BLUE）３色に対応した映像が図示しないスクリーンに投影され、カラー画像として再現されることになる。

このようなプロジェクションシステム１００において本実施形態の液晶表示素子を適用するには、各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂの各緩衝領域を隣接する液晶表示素子と干渉しない位置に配置するようにする。これにより、各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂの緩衝領域が、他の液晶表示素子に関わる光路に影響を与えることなくプロジェクションシステム１００を構成することが可能となる。

プロジェクションシステム１００では、特にランプ光源１０１からの強い光によって液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂが加熱されることから、上記説明したように各液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂに設けられた緩衝領域Ａ２（図２参照）が有効に機能する。つまり、液晶の熱膨張による圧力を的確に緩衝領域Ａ２側へ逃がすことができ、液晶表示素子１ｒ、１ｇ、１ｂが加熱されても表示領域Ａ１での基板間ギャップの増加を確実に抑制できることから、長時間の使用であっても高品位の画質を維持することが可能となる。

なお、本実施形態の液晶表示素子は、上記のような反射型のほか透過型についても適用可能である。この場合、一対の基板としてガラス基板を用い、各基板に形成される電極をＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極で構成すればよい。また、本実施形態の液晶表示素子は、プロジェクタに用いられる液晶素子について述べたが、本発明はこれに限定されるものでなく、液晶ディスプレイ、ビューファインダ、携帯電話、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に用いられる液晶素子に広く適用できる。

本実施形態に係る液晶表示素子の基本構造を説明する模式断面図である。本実施形態に係る液晶表示素子を説明する模式図である。本実施形態に係る液晶表示素子の製造方法を説明する模式図（その１）である。本実施形態に係る液晶表示素子の製造方法を説明する模式図（その２）である。本実施形態に係る液晶表示素子の製造方法を説明する模式図（その３）である。本実施形態に係る液晶表示素子の製造方法を説明する模式図（その４）である。本実施形態に係る液晶プロジェクションシステムを説明する模式図である。

符号の説明

１…液晶表示素子、１０…ガラス基板（第１の基体）、１１…透明電極、１２…配向膜、２０…駆動基板（第２の基体）、２１…光反射電極、２２…配向膜、３０…封止材、１００…プロジェクションシステム、Ａ１…表示領域、Ａ２…緩衝領域

Claims

第１の基体と第２の基体とを封止材を介して貼り合わせ、前記封止材で囲まれる表示領域内に液晶を封入して成る液晶表示素子において、
前記表示領域と連通しており熱膨張によって前記表示領域から前記液晶が入り込む緩衝領域が設けられている
ことを特徴とする液晶表示素子。
前記緩衝領域には、熱膨張によって前記液晶が入り込む容積を増加させる膨張材料が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
前記膨張材料は、前記液晶より熱膨張係数の大きい材質から成る
ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
前記緩衝領域は、前記第１の基体と前記第２の基体との間で前記表示領域と隣接して設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
前記緩衝領域は、前記液晶の注入口側に設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
液晶表示素子により生成された画像を光学系によって拡大して出力する液晶プロジェクタにおいて、
前記液晶表示素子は、第１の基体と第２の基体とを封止材を介して貼り合わせ、前記封止材で囲まれる領域に液晶を封入して成る表示領域と、
前記表示領域と連通しており熱膨張によって前記表示領域から前記液晶が入り込む緩衝領域とが設けられている
ことを特徴とする液晶プロジェクタ。
前記液晶表示素子がブロック形状のダイクロイックミラーの複数の面に対応して各々設けられており、各液晶表示素子の各緩衝領域が隣接する液晶表示素子と干渉しない位置に配置されている
ことを特徴とする請求項６記載の液晶プロジェクタ。