JP2007171715A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

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頼広 小田切
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Abstract

【課題】気泡の発生防止とセル厚の均一化とを両立することが可能な液晶装置を提供する。
【解決手段】上基板3から下基板2に向けて立設されたスペーサであって、下基板2に当接している第1スペーサ51と、下基板2に当接していない第2スペーサ52とを備え、第1スペーサ51および第2スペーサ52は同等の高さに形成され、第2スペーサ52に対向する下基板2の表面には凹部62が形成されている。第2スペーサ52は、第1スペーサ51より弾性率の高い材料で構成されていることが望ましい。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶装置および電子機器に関するものである。
カラー画像の表示装置として、液晶装置が利用されている。図8(a)に示す液晶装置は、互いに対向配置された一対の基板2,3と、一対の基板間に挟持された液晶層26と、液晶層の層厚を規制するためのスペーサ50とを備えている。
図9は、従来技術に係る液晶装置の平面図である。図9(a)に示すように、液晶装置は、カラーフィルタとなる複数種類の色材層22R,22G,22Bと、複数種類の色材層が順次配置された画像表示単位となる複数のサブ画素40とを備えている。なお全種類の色材層22R,22G,22Bが配置された3個のサブ画素40により、画素42が構成されている。そして、矩形状に形成されたサブ画素40の四隅の外側に、スペーサ50が配置されている。
特開2003−270640号公報
図8は、低温気泡の発生原理の説明図である。図8(a)に示す液晶装置を低温下(例えば−30℃)に保持すると、図8(b)に示すように、スペーサ50を圧縮変形させながら液晶層26が収縮する。これにより、液晶層26の内部は負圧になる。ここで図8(c)に示すように、上基板3に衝撃力を作用させると、上基板3が液晶層26側に弾性変形する。そして図8(d)に示すように、上基板3を衝撃力から開放すると、上基板3が元の形状に復帰する過程で、負圧になっている液晶層26の内部に気泡9が発生するという問題がある。この気泡により表示品質が低下するので、液晶装置の信頼性が低下することになる。
なお図9(a)に示すように、多くのスペーサ50により液晶層厚を規制すると、低温下で液晶層が収縮しにくくなる。そのため、液晶層の負圧が大きくなって、多くの気泡が発生することになる。なお特許文献1では、液晶層を挟持する一対の基板間隔を精密に最適化するため、液晶層厚の大きい領域には大きいスペーサを配置し、液晶層厚の小さい領域には小さいスペーサを配置している。この場合でも、多くのスペーサにより液晶層厚を規制しているので、多くの気泡が発生することになる。
そこで図9(b)に示すように、3個のサブ画素で構成された画素42の四隅の外側のみに、スペーサ50を配置することが考えられる。このように、液晶層厚を規制するスペーサ50の数を減少させれば、低温下で液晶層が収縮しやすくなる。そのため、液晶層の負圧が小さくなって、気泡の発生を抑制することができる。
しかしながら、この場合には、スペーサ50による液晶層の層厚の規制力が弱くなり、液晶装置のセル厚の制御が困難になるという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、気泡の発生防止と、セル厚の均一化とを両立することが可能な、液晶装置の提供を目的とする。また、表示品質に優れた信頼性の高い電子機器の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る液晶装置は、互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうち一方の基板から他方の基板に向けて立設された複数のスペーサと、を有する液晶装置であって、前記複数のスペーサは、前記他方の基板に当接している第1スペーサと、前記他方の基板に当接していない第2スペーサとを備え、前記第1スペーサに対向する前記他方の基板の表面は、前記第2スペーサに対向する前記他方の基板の表面より、前記一方の基板の近くに配置されていることを特徴とする。
また、前記第1スペーサは所定温度で潰れて高さが低くなるとともに、前記第2スペーサが前記他方の基板に当接することが望ましい。
また、前記第1スペーサは衝撃が加わった際に潰れて高さが低くなるとともに、前記第2スペーサが前記他方の基板に当接して基板間隔を確保することが望ましい。
これらの構成によれば、複数のスペーサのうち第1スペーサのみが他方の基板に当接し、第1スペーサは所定温度で潰れて高さが低くなるので、低温下において液晶層が収縮しやすくなり、液晶層の負圧が小さくなる。そのため、液晶装置に衝撃力が作用した場合でも、液晶層内における気泡の発生を抑制することができる。また他方の基板に当接していない第2スペーサを備えているので、第1スペーサは所定温度で潰れて高さが低くなるとともに、第2スペーサが他方の基板に当接して基板間隔を確保する。また第1スペーサは衝撃が加わった際に潰れて高さが低くなるとともに、第2スペーサが他方の基板に当接して基板間隔を確保する。このように液晶層厚の大きな変化を阻止することが可能になり、液晶装置のセル厚を制御することができる。したがって、気泡の発生防止とセル厚の制御とを両立することができる。
また前記液晶装置は、カラーフィルタとなる複数種類の色材層と、前記複数種類の色材層が順次配置された画像表示単位となる複数のサブ画素とを備え、全種類の前記色材層が配置されたn個(nは2以上の整数)の前記サブ画素群に対応して、1個の前記第1スペーサとn−1個の前記第2スペーサとが配置されていることが望ましい。
この構成によれば、気泡の発生防止とセル厚の制御とを、高次元で両立させることができる。
また前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは、矩形状に形成された前記サブ画素の四隅の外側に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、スペーサ周辺の液晶層の配向乱れによる表示品質の低下を、最小限に留めることができる。
また前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは、同等の高さに形成されていることが望ましい。
この構成によれば、スペーサの製造コストの上昇を抑制することができる。
また前記第2スペーサに対向する前記他方の基板の表面には、凹部が形成されていることが望ましい。
また前記第1スペーサに対向する前記他方の基板の表面には、凸部が形成されていてもよい。
これらの構成によれば、低コストで、第1スペーサのみを他方の基板に当接させることができる。
また前記第2スペーサは、前記第1スペーサより弾性率の高い材料で構成されていることが望ましい。
この構成によれば、弾性率の低い第1スペーサが容易に圧縮変形するので、液晶層が収縮しやすくなり、衝撃力による気泡の発生を防止することができる。また弾性率の高い第2スペーサが他方の基板に当接することにより、液晶層厚の大きな変化を阻止することが可能になり、液晶装置のセル厚を制御することができる。したがって、気泡の発生防止とセル厚の制御とを両立することができる。
また前記凹部の側面は、前記第2スペーサの周縁部に対向するテーパ面とされていることが望ましい。
この構成によれば、第2スペーサと他方の基板との当接による衝撃を緩和することができる。
一方、本発明に係る電子機器は、上述した液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、気泡の発生防止とセル厚の制御とを両立することが可能な液晶装置を備えているので、表示品質に優れた信頼性の高い電子機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
(液晶装置)
図1は、液晶装置の全体構成を示す平面図である。本実施形態の液晶装置は、パッシブマトリクス方式の透過型カラー液晶装置であって、液晶層への印加電圧がOFF(非印加)状態で黒表示を示すノーマリーブラックモードの液晶装置である。
図1に示すように、本実施形態の液晶装置1は、平面視矩形状の下基板2および上基板3を備えている。これらの下基板2および上基板3は、シール材4を介して対向配置されている。シール材4の一部は各基板2,3の一辺(図1における上辺)側で開口して液晶注入口5となっており、双方の基板2,3とシール材4とに囲まれた空間内にSTN(Super Twisted Nematic)液晶などからなる液晶が封入され、液晶注入口5が封止材6によって封止されている。本実施形態では、下基板2よりも上基板3の外形寸法の方が大きく、下基板2と上基板3の1辺(図1における上辺、右辺、左辺)では縁が揃っているが、下基板2の残りの1辺(図1における下辺)からは上基板3の周縁部が張り出すように配置されている。そして、上基板3の下辺側の端部には、下基板2及び上基板3の双方の電極を駆動するための駆動用半導体素子7が実装されている。
符号8で示す破線は、表示領域9aと非表示領域9bとの境界線である。ここで、当該境界線8よりも内側(中央側)は、画像表示を行うための表示領域9aである。表示領域9aは、複数の画素がマトリクス状に配列された領域であって、実際に表示に寄与する領域のことを言う。一方、境界線8の外側(周辺側)は、表示領域9aの外部に位置する非表示領域9bであり、表示には寄与しない領域である。また、非表示領域9bには、周辺見切りとして機能する周辺遮光膜15が設けられている。
本実施形態の場合、図1に示すように、上基板3に、図中縦方向に帯状に延在する複数のセグメント電極11がストライプ状に形成されている。一方、下基板2には、セグメント電極11と直交するように図中横方向に帯状に延在する複数のコモン電極10がストライプ状に形成されている。ここで、セグメント電極11とコモン電極10とが互いに交差することにより、平面的に見て重なり合った矩形状の領域が形成され、当該領域が画像表示単位となる「サブ画素」40を構成している。また、本明細書では、隣接する2つのサブ画素40に挟まれた領域を「サブ画素間領域」と呼ぶ。詳細は後述するが、表示領域9aにおける複数のサブ画素40の各々には、カラー表示を行うべく、カラーフィルタのR(赤)、G(緑)、B(青)の各色からなる色材層が設けられている。当該色材層は、各画素から出射される光を着色するものである。そして、R、G、Bの3個のサブ画素40で画面上の1つの画素が構成されている。
(下基板)
図2は、図1のP部における下基板の平面図である。なお図2では、上基板に形成されたセグメント電極11を一点鎖線で示している。また図2では、サブ画素40の短手方向(紙面横方向)をX方向とし、長手方向(紙面縦方向)をY方向としている。図2に示すように、セグメント電極11とコモン電極10とが交差する領域に、サブ画素40が構成されている。
本実施形態では、X方向に隣接するサブ画素40に挟まれてY方向に延在するサブ画素間領域41yと、Y方向に隣接するサブ画素40に挟まれてX方向に延在するサブ画素間領域41xとに対応して、格子状の遮光膜20が形成されている。この遮光膜20は、光吸収性の高い黒色のカーボン等が分散された感光性を有する樹脂材料や、Cr等の黒色金属等で構成されている。
各サブ画素40には、カラーフィルタを構成する複数種類の色材層22(赤色色材層22R、緑色色材層22G、青色色材層22B)が設けられている。各色材層22は、それぞれ所定波長の光を透過する感光性樹脂材料等によって構成されている。本実施形態の色材層22の配列パターンは、いわゆる縦ストライプと呼ばれるものである。すなわち、Y方向に並ぶサブ画素40に対して同色の色材層が配置され、横方向に並ぶサブ画素40に対して異なる色の色材層22R,22G,22Bが順番に繰り返し配置されている。そして、全種類の色材層22R,22G,22Bが配置された3個のサブ画素40により、画素42が構成されている。
図3は、図2のA−A線における断面図である。図3に示すように、色材層22は、サブ画素40の内側から遮光膜20の端部に乗り上げるように形成されている。なお色材層22および遮光膜20と基板本体2Aとの間に下地膜等が存在していても良い。
また下基板2の内面には、色材層22等の機能膜による段差を平坦化するとともに、色材層22の表面を保護するため、アクリル等の樹脂や、シリコン酸化膜等の無機膜などからなるオーバーコート膜24(平坦化膜)が形成されている。さらに、オーバーコート膜24上に、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電膜からなるコモン電極10と、ポリイミド等からなる配向膜25とが順次形成されている。
(上基板)
一方、上基板3は、ガラスやプラスチック等の透光性材料からなる基板本体3Aを備えている。その基板本体3Aの内面には、ITO等の透明導電膜からなるセグメント電極11と、ポリイミド等からなる配向膜28とが順次形成されている。
そして、上基板3と下基板2との間に液晶層26が挟持されている。
その他、下基板2の外面側に位相差板(λ/4板)30、偏光板31が基板側からこの順に設けられており、さらに、偏光板31の外面側にはバックライト(照明手段)38が設けられている。バックライト38は、冷陰極管、発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)等の光源と反射板と導光板とを有している。また、上基板3の外面側には、前方散乱板35、位相差板32、偏光板33が基板側からこの順に設けられている。この前方散乱板35により、画像光を拡散して出射しうるようになっている。なお、前方散乱板に代えて、上基板3の外面側に前方散乱層を設けることもできる。
(スペーサ)
図4は、図2のB−B線における断面図である。図4に示すように、液晶層26の層厚は、複数のスペーサ50(51,52)によって規制されている。このスペーサ50は、アクリル等の感光性を有する樹脂材料等からなり、フォトリソグラフィを用いて形成されている。また複数のスペーサ50が略同等の高さに形成され、上基板3の内面に立設されている。
図2に示すように、スペーサ50は、各サブ画素40の四隅の外側に配置されている。すなわち、X方向に延在するサブ画素間領域41xと、Y方向に延在するサブ画素間領域41yとの交点付近に、それぞれスペーサ50が配置されている。
図4に示すように、上述したスペーサ50は、下基板2に当接している第1スペーサ51と、下基板2に当接していない第2スペーサ52とを備えている。
図2に示すように、第1スペーサ51は、3個のサブ画素40で構成される画素42の四隅の外側に配置されている。例えば、青色色材層22Bが形成されたサブ画素40と、赤色色材層22Rが形成されたサブ画素40との間に、第1スペーサ51が配置されている。また第2スペーサ52は、画素42を構成する中央のサブ画素40の四隅の外側に配置されている。例えば、赤色色材層22Rが形成されたサブ画素40と緑色色材層22Gが形成されたサブ画素40との間、および緑色色材層22Gが形成されたサブ画素40と青色色材層22Bが形成されたサブ画素40との間に、第2スペーサ52が配置されている。
図4に示すように、第2スペーサ52に対向する下基板2の表面には、凹部62が形成されている。この凹部62は、オーバーコート膜24の表面を加工することによって形成されている。この凹部62により、第2スペーサの先端と下基板2との間に隙間が形成されるので、第2スペーサ52は下基板2に当接していない。そのため、第1スペーサ51のみが下基板2に当接して、液晶層26の層厚が規制されている。
凹部62の深さは、液晶層厚のばらつき範囲(すなわち、第1スペーサ51の高さのばらつき範囲)より大きく形成されていることが望ましい。これにより、液晶層厚がばらついても、第2スペーサ52と下基板2との間に確実に隙間を設けることができる。
また図2に示すように、凹部62の外形は、第2スペーサ52の先端面の外形より大きく形成されていることが望ましい。これにより、一対の基板の相対位置が水平方向にずれた状態で固定されても、第2スペーサ52と下基板との当接を回避することができる。
詳細は後述するが、図4に示す第1スペーサ51が圧縮変形して液晶層の層厚が小さくなった場合に、第2スペーサ52が下基板2に当接して液晶層の層厚を規制する。そのため第2スペーサ52は、第1スペーサより弾性率の高い材料で構成されていることが望ましい。また、第2スペーサ52と下基板2との当接による衝撃を緩和するため、凹部62の側面62sは、第2スペーサ52の周縁部に対向するテーパ面とされていることが望ましい。なお凹部62の側面62sをテーパ面とする代わりに、第2スペーサ52の先端面の周縁部に面取りを施してもよい。
図5は、凹部の形成方法の説明図である。凹部の側面をテーパ面とするには、ハーフトーンマスクを用いたフォトリソグラフィによって行うことが可能である。図5(a)に示すハーフトーンマスク90は、凹部のテーパ面に対応する領域90sが、濃淡が連続的に変化するハーフトーンで描画されている。このハーフトーンマスク90を介して、感光性樹脂材料で構成されたオーバーコート膜24の表面を露光処理する。ハーフトーン領域90sを介して露光された部分は、露光強度が連続的に変化することになる。次に図5(b)に示すように、時間を管理しつつ現像処理を行って、オーバーコート膜24の表面に凹部62を形成する。その際、露光強度にしたがって凹部62の深さが決定されるので、凹部62の側面62sをテーパ面に形成することができる。
図6は、本実施形態の変形例に係る液晶装置の説明図であり、図2のB−B線に相当する部分における断面図である。図6に示す変形例では、第1スペーサ51に対向する下基板2の表面に、凸部61が形成されている。この凸部61は、オーバーコート膜24の表面を加工することによって形成されている。この凸部61と第1スペーサ51とが当接することにより、第2スペーサ52の先端と下基板2との間には隙間が形成されるので、第2スペーサ52は下基板2に当接していない。そして、第1スペーサ51のみが下基板2に当接して、液晶層26の層厚が規制されている。
次に、本実施形態に係る液晶装置の作用について説明する。
図9(a)に示す従来技術では、一方の基板における各サブ画素40の四隅の外側にスペーサ50が立設され、全てのスペーサ50の先端が他方の基板に当接している。この液晶装置では、低温下(例えば−30℃)において液晶層が収縮しにくいので、液晶層の負圧が大きくなる。そのため、液晶装置に衝撃力が作用すると、液晶層内に気泡(低温気泡)が発生するという問題がある。
これに対して、本実施形態では、複数のスペーサのうち第1スペーサのみが下基板に当接している。この構成によれば、第1スペーサは所定温度で潰れて(熱収縮して)高さが低くなるので、低温下において液晶層が収縮しやすくなり、液晶層の負圧が小さくなる。そのため、液晶装置に衝撃力が作用した場合でも、液晶層内における気泡の発生を抑制することができる。これにより、液晶装置の表示品質を維持することが可能になり、信頼性を向上させることができる。
ただし、図9(b)に示すように、画素42の四隅の外側のみにスペーサ50を配置すると、液晶層厚の規制力が弱くなる。これにより、液晶装置が低温下に保持された場合や、衝撃力が作用した場合などには、液晶層厚が大きく変化することになる。その結果、液晶装置のセル厚の制御が困難になるという問題がある。
これに対して、本実施形態では、下基板に当接している第1スペーサだけでなく、下基板に当接していない第2スペーサを設けている。この構成によれば、第1スペーサは所定温度で潰れて(熱収縮して)高さが低くなるとともに、第2スペーサが下基板に当接して基板間隔を確保する。また第1スペーサは衝撃が加わった際に潰れて(弾性変形して)高さが低くなるとともに、第2スペーサが下基板に当接して基板間隔を確保する。このように第2スペーサが下基板に当接することによって、液晶層厚の大きな変化を阻止することが可能になり、液晶装置のセル厚を制御することができる。これにより、液晶装置の表示品質を維持することが可能になり、信頼性を向上させることができる。
なお第2スペーサは、第1スペーサより弾性率の高い材料で構成されていることが望ましい。この構成によれば、弾性率の低い第1スペーサが容易に圧縮変形するので、低温下において液晶層が収縮しやすくなり、衝撃力による気泡の発生を防止することができる。また弾性率の高い第2スペーサが下基板に当接することにより、液晶層厚の大きな変化を阻止することが可能になり、液晶装置のセル厚を制御することができる。したがって、気泡の発生防止とセル厚の制御とを両立することができる。
[電子機器]
図7は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話1300は、本発明の液晶装置を小サイズの表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、及び送話口1304を備えて構成されている。
上記各実施の形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることがでる。いずれの電子機器においても、気泡の発生防止とセル厚の均一化とを両立することが可能な液晶装置を備えているので、表示品質に優れた信頼性の高い電子機器を提供することができる。
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態ではパッシブマトリクス方式の液晶装置を例にして説明したが、スイッチング素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)や薄膜ダイオード(Thin Film Diode;TFD)等を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置に本発明を適用することも可能である。また、上記実施形態では透過型の液晶装置を例にして説明したが、反射型や半透過反射型の液晶装置に本発明を適用することも可能である。
また、上記実施形態では上基板に立設したスペーサを下基板に当接させたが、下基板に立設したスペーサを上基板に当接させることも可能である。この場合、上基板の基板本体とセグメント電極との間に下地膜等を形成し、その下地膜等を加工して上基板の表面に凹部を形成すればよい。
液晶装置の全体構成を示す平面図である。 図1のP部における下基板の平面図である。 図2のA−A線における断面図である。 図2のB−B線における断面図である。 凹部の形成方法の説明図である。 実施形態の変形例に係る液晶装置の説明図である。 携帯電話の斜視図である。 低温気泡の発生原理の説明図である。 従来技術に係る液晶装置の平面図である。
符号の説明
2…下基板(他方の基板) 3…上基板(一方の基板) 22,22R,22G,22B…色材層 26…液晶層 40…サブ画素 42…画素 50…スペーサ 51…第1スペーサ 52…第2スペーサ 61…凸部 62…凹部 62s…側面 1300…電子機器

Claims (11)

  1. 互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、前記一対の基板のうち一方の基板から他方の基板に向けて立設された複数のスペーサと、を有する液晶装置であって、
    前記複数のスペーサは、前記他方の基板に当接している第1スペーサと、前記他方の基板に当接していない第2スペーサとを含み、
    前記第1スペーサに対向する前記他方の基板の表面は、前記第2スペーサに対向する前記他方の基板の表面より、前記一方の基板の近くに配置されていることを特徴とする液晶装置。
  2. 前記第1スペーサは所定温度で潰れて高さが低くなるとともに、前記第2スペーサが前記他方の基板に当接して基板間隔を確保することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  3. 前記第1スペーサは衝撃が加わった際に潰れて高さが低くなるとともに、前記第2スペーサが前記他方の基板に当接して基板間隔を確保することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  4. 前記液晶装置は、カラーフィルタとなる複数種類の色材層と、前記複数種類の色材層が順次配置された画像表示単位となる複数のサブ画素とを備え、
    全種類の前記色材層が配置されたn個(nは2以上の整数)の前記サブ画素群に対応して、1個の前記第1スペーサとn−1個の前記第2スペーサとが配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の液晶装置。
  5. 前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは、矩形状に形成された前記サブ画素の四隅の外側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の液晶装置。
  6. 前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは、同等の高さに形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の液晶装置。
  7. 前記第2スペーサに対向する前記他方の基板の表面には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の液晶装置。
  8. 前記第1スペーサに対向する前記他方の基板の表面には、凸部が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の液晶装置。
  9. 前記第2スペーサは、前記第1スペーサより弾性率の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の液晶装置。
  10. 前記凹部の側面は、前記第2スペーサの周縁部に対向するテーパ面とされていることを特徴とする請求項7に記載の液晶装置。
  11. 請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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