JP2008083315A - 液晶装置および電子機器 - Google Patents

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Reiko Wachi
礼子 和智
Hiroki Nakahara
弘樹 中原
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Abstract

【課題】セルギャップを基板面内で均一にすることでコントラスト低下や色ムラの発生を抑え、表示品位に優れた液晶装置を提供する。
【解決手段】本発明の液晶装置は、互いに対向配置された一対の基板と、液晶層と、カラーフィルタとを備え、表示領域の外側の非表示領域における一方の基板のカラーフィルタが設けられた側の面に、カラーフィルタの色材層以上の層厚を有する周辺遮光層が設けられ、表示領域A1および非表示領域A2の双方にスペーサ12が設けられている。そして、表示領域A1内のスペーサ12の配置密度が一定であり、かつ、非表示領域A2におけるスペーサ12の配置密度が表示領域A1におけるスペーサ12の配置密度よりも小さい。
【選択図】図3

Description

本発明は、液晶装置および電子機器に関し、特に液晶装置におけるスペーサの配置に関するものである。
従来一般の液晶装置は、一対の基板が周縁部にてシール材を介して貼り合わされ、これら一対の基板間に液晶層が封入されている。ここで、一対の基板間の間隔(=液晶層厚、以下、本明細書ではセルギャップと称することもある)に分布が生じると、液晶装置の表示品位が低下することが知られている。すなわち、Δn・d値(Δn:液晶の複屈折率、d:液晶層厚)の変化により光透過率が変化することが知られており、Δn・d値の分布(液晶層厚dの分布)が大きいと、光透過率に分布が生じてコントラストが低下したり、表示に色ムラが発生する。
そこで、基板間の間隔を基板面内で均一にするために、樹脂ボールやガラスボール、もしくは樹脂で形成した柱状体等からなるスペーサを一対の基板間に配置する技術が知られている。一般に樹脂ボールやガラスボール等の球状スペーサは、湿式法によって基板上に散布するため、位置や配置密度の制御が困難である。それに対して、柱状スペーサは、基板上に例えば樹脂膜を成膜した後、樹脂膜をパターニングして形成することができ、位置や配置密度を容易に制御できる点で有利である(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−279998号公報
特許文献1では、表示領域の中央側からシール剤塗布領域までを複数の領域に分割し、これらを中央領域、中間領域、外周領域としたとき、スペーサの配置密度をシール剤塗布領域≧中央領域>中間領域>外周領域としている。これにより、表示領域の中央付近での基板の自重等による撓みを抑制し、セルギャップを均一化している。ところが、このスペーサ配置に見られるように、表示領域にいくらスペーサを配置しても表示領域の外側の非表示領域にスペーサを配置しないと、基板の外周が潰れた形となり、非表示領域のセルギャップが表示領域のセルギャップに比べて小さくなる。その結果、表示領域までもがセルギャップ変動の影響を受けて、コントラスト低下や色ムラが発生してしまう。そこで、本願発明者らは、基板外周の潰れを防止すべく、特許文献1のシール剤塗布領域のように、非表示領域上に表示領域の中央部と同等、あるいはそれ以上の密度でスペーサを配置してみたが、それでもコントラスト低下や色ムラの発生が避けられなかった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、セルギャップを基板面内で均一にすることでコントラスト低下や色ムラの発生を抑え、表示品位に優れた液晶装置、および液晶装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の液晶装置は、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の一方の基板の前記液晶層側の面に設けられ、各サブ画素に対応して異なる色の色材層が配列されたカラーフィルタと、を備えた液晶装置であって、表示領域の外側の非表示領域における前記一方の基板の前記カラーフィルタが設けられた側の面に、前記色材層以上の層厚を有する周辺遮光層が設けられ、前記表示領域および前記非表示領域の双方に前記一対の基板間のギャップを保持するスペーサが設けられ、前記表示領域内の前記スペーサの配置密度が一定であり、かつ、前記非表示領域における前記スペーサの配置密度が前記表示領域における前記スペーサの配置密度よりも小さいことを特徴とする。なお、本発明における「スペーサの配置密度」とは、単位面積あたりのスペーサの個数のことである。
本願発明者らは、表示領域と非表示領域のスペーサの配置について鋭意検討した結果、[発明が解決しようとする課題]の項で述べたように、例えば非表示領域上に表示領域と同等の密度でスペーサを配置すると、むしろセルギャップが均一にならないことを知見した。すなわち、液晶装置におけるカラーフィルタが設けられた側の基板の表示領域には、隣接する色材層間を区画する遮光層(ブラックマトリクス)が設けられることが多いが、それに加えて、非表示領域に表示領域周囲の額縁となる遮光層(本明細書では「周辺遮光層」と称する)が設けられることがある。その場合、色材層と周辺遮光層の構成によっては周辺遮光層の層厚が色材層の層厚以上となることがあり、一方の基板の液晶層側の最表面が表示領域側よりも非表示領域側で高くなることがある。このとき、多数のスペーサが基板外周部で基板間隔を堅固に保持するよりも、スペーサが若干潰れた状態となった方が結果的には表示領域のセルギャップが均一になる。なお、「非表示領域」とは、「表示領域内における遮光層よりも幅の広い周辺遮光層が形成されている領域」、および/または「画素電極が設けられていない領域」のことである。
本発明の液晶装置は、表示領域、非表示領域の双方にスペーサが設けられ、表示領域内のスペーサの配置密度が一定であり、かつ、非表示領域におけるスペーサの配置密度が表示領域におけるスペーサの配置密度よりも小さいことを特徴としている。そのため、周辺遮光層の層厚が色材層の層厚以上である場合に小さい密度で配置されたスペーサが僅かに潰れ、表示領域から非表示領域にわたってセルギャップが均一になる。これにより、コントラスト低下や色ムラがなく、表示品位に優れた液晶装置を実現することができる。また、携帯機器等の電子機器に用いる液晶装置を想定した場合、この種の液晶装置はサイズが小さいために基板の撓みがほとんど無視でき、引用文献1のように表示領域中央部での配置密度を大きくするよりも、表示領域内のスペーサの配置密度が一定であった方がセルギャップを均一にすることができる。
また、前記周辺遮光層は、異なる色の複数の色材層が積層されて構成されていることが望ましい。
この構成によれば、異なる色の色材層を重ね合わせることでそれら色材層が光の大部分を吸収するため、周辺遮光層として機能する。したがって、色材層の形成工程で周辺遮光層を同時に作り込むことができるため、周辺遮光層を別途形成する工程が必要なく、製造コストや製造時間の削減を図ることができる。また、この構成を採用すると、周辺遮光層の層厚が色材層の層厚よりも厚くなることになり、本発明の構成を採用するのに好適である。
また、前記非表示領域に設けられたスペーサの配置密度が前記表示領域に近い側と遠い側とで異なるようにしても良い。
この構成によれば、例えばカラーフィルタの保護層の層厚分布等、何らかの原因により非表示領域の中で表示領域に近い側と遠い側で一方の基板の最表面の高さに分布が生じることがあっても、その分布に応じてスペーサの配置密度を変えることでセルギャップをより均一にすることができる。
また、前記表示領域内の前記スペーサが、複数のサブ画素からなる1つの画素に対して1つの割合で配置されることが望ましい。
この構成によれば、表示領域内のセルギャップのムラをほとんどなくすことができる。
上記構成の場合、前記スペーサが青色のサブ画素と赤色のサブ画素との間に配置されることが望ましい。
この構成によれば、人間の目にとって視感度が鈍い青色と赤色のサブ画素の間にスペーサが配置されるため、スペーサの存在によるコントラスト低下を極力抑えることができる。
本発明の電子機器は、上記本発明の液晶装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、上記本発明の液晶装置を備えたことによって表示品位に優れた液晶表示部を有する電子機器を実現することができる。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態について図1〜図3に基づいて説明する。
本実施形態では、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の例を挙げて説明する。
図1は本実施形態の液晶装置を各構成要素とともに対向基板の側から見た平面図、図2は図1のH−H’線に沿う断面図、である。図3は同液晶装置のスペーサの配置を示す平面図、図4は図3のI−I’線に沿う断面図、である。なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
本実施形態の液晶装置100は、図1、図2に示すように、TFTアレイ基板10と対向基板20とがシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶層50が封入されている。シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性を有する材料からなり、後述する表示領域A1内の遮光層よりも幅の広い周辺遮光層53が形成されている。周辺遮光層53が形成された領域よりも内側の領域を表示領域A1、周辺遮光層53の形成領域とその外側の領域を非表示領域A2と称する。
シール材52の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路201および外部回路実装端子202がTFTアレイ基板10の1辺に沿って形成されており、この1辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路104が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路104間を接続するための複数の配線105が設けられている。また、対向基板20の角部においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材106が配設されている。TFTアレイ基板10の液晶層50側の面には画素電極9が形成される一方、対向基板20の液晶層50側の面には共通電極21が形成されている。
表示領域A1においては、図3に示すように、カラーフィルタの赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色材層11R,11G,11Bが配置された3つのサブ画素で1つの画素が構成されており、複数の画素がマトリクス状に配列されている。TFTアレイ基板10と対向基板20間の間隔を規定するスペーサ12が、1つの画素に1つずつ配置されており、青色のサブ画素と赤色のサブ画素との間に配置されている。したがって、表示領域A1での隣接するスペーサ12間のピッチは、横方向(サブ画素のR,G,Bの配列方向)が3サブ画素分、縦方向(カラーフィルタの同色のストライプ方向)が1サブ画素分の寸法となっている。スペーサ12は、例えば感光性樹脂によって形成され、基板上に感光性樹脂膜を成膜した後、フォトリソグラフィー、エッチング技術でパターニングして形成することができる。
一方、非表示領域A2においては、画素電極9が設けられておらず、スペーサ12が表示領域A1に比べて疎らに配置されている。また、製造プロセス上、表示領域A1内のスペーサ12と非表示領域A2内のスペーサ12とは、略同じ高さで形成されている。本実施形態では、非表示領域A2において表示領域A1の配置パターンから一部のスペーサ12を規則的に間引いた形となっており、非表示領域A2のスペーサ12の配置密度が表示領域A1のスペーサ12の配置密度の1/2になっている。図3では、非表示領域A2にも表示領域A1と同様、サブ画素の境界を仮想線(1点鎖線)で示した。この図に示すように、横方向に並ぶ各行のスペーサ12は6サブ画素分のピッチで等間隔に配置されており、任意の行のスペーサ12と縦方向に隣接する上下の行のスペーサ12とは半ピッチ(3サブ画素分)横方向にずれて配置されている。また、隣接するスペーサ12間のピッチは、横方向が6サブ画素分、縦方向が2サブ画素分の寸法となっている。このようにすることで、各スペーサ12が縦横ともに比較的均一な配置となる。
また、非表示領域A2にもサブ画素の境界を示したことで判るように、本実施形態のスペーサ12の配置は、非表示領域A2と表示領域A1とが全く別のパターンではなく、非表示領域A2も表示領域A1内の配置パターンを基本的に踏襲し、その配置パターンから一部のスペーサ12を間引いた形となっている。よって、スペーサ配置の設計が楽である。なお、スペーサ12の平面形状は図3では矩形に示しているが、円形、多角形等、他の形状であっても良い。
次に、断面構造について説明する。
図4に示すように、TFTアレイ基板10の液晶層50側の面には、画素電極9、画素スイッチング用のTFT14等が形成されている。また図示は省略するが、複数のデータ線と複数の走査線とが互いに交差して形成され、隣接する2本のデータ線と2本の走査線とに囲まれた領域が1つのサブ画素となり、各領域毎にTFT14および画素電極9が形成されている。画像信号を供給するデータ線がTFT14のソース領域に電気的に接続され、画素電極9がTFT14のドレイン領域に電気的に接続されている。一方、走査信号を供給する走査線がTFT14のゲート電極に電気的に接続されている。また、TFTアレイ基板10の液晶層50側の全面に配向膜15が形成されている。
一方、対向基板20の液晶層50側の面には、表示領域A1において、R,G,Bの各色材層11R,11G,11Bが各サブ画素に対応して設けられ、隣接する色材層11R,11G,11B間を区画する格子状の遮光層16(ブラックマトリクス)が設けられている。本実施形態では、ブラックマトリクス16は2種類の色材層(例えばB,Gの色材層11B,11G)が積層されて構成されている。また、非表示領域A2においては、周辺遮光層53が設けられている。周辺遮光層53は、ブラックマトリクス16と同様、2種類の色材層(例えばB,Gの色材層11B,11G)が積層されて構成されている。これら色材層11R,11G,11B、ブラックマトリクス16、周辺遮光層53を全て覆うようにオーバーコート層17(保護層)が設けられ、オーバーコート層17上に共通電極21、配向膜23が順次形成されている。本実施形態では遮光層16、周辺遮光層53を2層の色材層の重ね合わせで構成したが、R,G,Bの3層の色材層の重ね合わせで構成してもよい。
本実施形態の液晶装置100においては、図4に示したように、周辺遮光層53が2種類の色材層11G,11Bが積層されて構成されたことで、これら色材層が光の多くを吸収し、遮光層として機能する。これにより、カラーフィルタの製造コストや製造時間の削減が図れるという利点を有する。ところが、この周辺遮光層53の構成によって、周辺遮光層53の層厚が色材層11R,11G,11Bの層厚より大きくなり、オーバーコート層17の表面、ひいては対向基板20の液晶層50側の最表面が表示領域A1側よりも非表示領域A2側で高く盛り上がる。ここで、非表示領域A2におけるスペーサ12の配置密度が表示領域A1におけるスペーサ12の配置密度よりも小さいため、非表示領域A2のスペーサ12が若干潰れた状態となり、表示領域A1から非表示領域A2にわたってセルギャップが均一になる。その結果、コントラスト低下や色ムラがなく、表示品位に優れた液晶装置を実現することができる。また、表示領域A1内のスペーサ12が、1つの画素に対して1つの割合で配置されているため、表示領域A1内のセルギャップのムラをほとんどなくすことができる。
なお、上記の例では、非表示領域A2のスペーサ12の配置密度を表示領域A1のスペーサ12の配置密度の1/2にしたが、例えば図5に示すように、非表示領域A2のスペーサ12の配置密度を表示領域A1のスペーサ12の配置密度の1/4にしてもよい。図5に示すように、非表示領域A2での隣接するスペーサ12間のピッチは、横方向が6サブ画素分、縦方向が2サブ画素分の寸法となっている。
あるいは、図6に示すように、非表示領域A2のスペーサ12の配置密度を表示領域A1のスペーサ12の配置密度の1/8にしてもよい。この場合、横方向に並ぶ各行のスペーサ12は12サブ画素分のピッチで等間隔に配置されており、任意の行のスペーサ12と縦方向に隣接する上下の行のスペーサ12は半ピッチ(6サブ画素分)ずれて配置されている。また、隣接するスペーサ12間のピッチは、横方向が12サブ画素分、縦方向が4サブ画素分の寸法となっている。
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態について図7、図8に基づいて説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、第1実施形態と異なる点はスペーサの配置のみであるため、この部分について説明する。
図7は本実施形態の液晶装置のスペーサの配置を示す平面図、図4は同液晶装置の対向基板の非表示領域を示す断面図、である。なお、各図において、第1実施形態の図3等と共通な構成要素には同一の符号を付す。
本実施形態の場合、図7に示すように、表示領域A1のスペーサ12の配置は第1実施形態と同一である。一方、非表示領域A2のスペーサ12が全体として表示領域A1に比べて疎らに配置されている点は第1実施形態と同様であるが、さらに非表示領域A2の中を見ると、表示領域A1に近い基板中央寄りで密に、表示領域A1から遠い基板周縁寄りで疎に配置されている。本実施形態のスペーサ12の配置パターン(図7)と第1実施形態の配置パターン(図3)を比較すると、本実施形態の配置パターンは、図3の非表示領域A2の縦に5列並ぶスペーサ12のうち、非表示領域A2の最左列のスペーサ12と左から2列目のスペーサ12と4列目のスペーサ12をそのまま残し、非表示領域A2の左から3列目のスペーサ12と5列目のスペーサ12を間引いた形となっている。また、隣接するスペーサ12間のピッチは、表示領域A1に近い側で横方向が3サブ画素分、縦方向が2サブ画素分、表示領域A1から遠い側で横方向が6サブ画素分、縦方向が2サブ画素分の寸法となっている。
カラーフィルタを覆うオーバーコート層17は例えば液状の樹脂材料をスピンコート法で塗布し、焼成して形成することができる。樹脂材料の粘度や下地の状態等によっては、色材層11R,11G,11Bを覆うオーバーコート層の層厚17が、例えば図8に示すように、表示領域A1に近い基板中央寄りで薄く、表示領域A1から遠い基板周縁寄りで厚い状態となる場合がある。このような断面形状となった場合には、図7に示したように、非表示領域A2中でも表示領域A1に近い側を密に、表示領域A1から遠い側を疎に配置すれば、セルギャップを均一にすることができる。
[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施の形態について図9、図10に基づいて説明する。
本実施形態の液晶装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、第1実施形態と異なる点はスペーサの配置のみであるため、この部分について説明する。
図9は本実施形態の液晶装置のスペーサの配置を示す平面図、図10は同液晶装置の対向基板の非表示領域を示す断面図、である。なお、各図において、第1実施形態の図3等と共通な構成要素には同一の符号を付す。
本実施形態の場合、図9に示すように、表示領域A1のスペーサ12の配置は第1実施形態と同一である。一方、非表示領域A2のスペーサ12が全体として表示領域A1に比べて疎らに配置されている上、非表示領域A2の中では表示領域A1に近い基板中央寄りで疎に、表示領域A1から遠い基板周縁寄りで密に配置されている。本実施形態のスペーサ12の配置パターン(図9)と第1実施形態のスペーサ12の配置パターン(図3)を比較すると、本実施形態の配置パターンは、図3の非表示領域A2の縦に5列並ぶスペーサ12のうち、非表示領域A2の左から2列目のスペーサ12と4列目のスペーサ12と5列目のスペーサ12をそのまま残し、非表示領域A2の最左列のスペーサ12と左から3列目のスペーサ12を間引いた形となっている。また、隣接するスペーサ12間のピッチは、表示領域A1に近い側で横方向が6サブ画素分、縦方向が2サブ画素分、表示領域A1から遠い側で横方向が3サブ画素分、縦方向が2サブ画素分の寸法となっている。
色材層11R,11G,11Bを覆うオーバーコート層17の層厚が、例えば図10に示すように、表示領域A1に近い基板中央寄りで厚く、表示領域A1から遠い基板周縁寄りで薄い状態となる場合がある。このような断面形状となった場合には、図9に示したように、非表示領域A2中の表示領域A1に近い側を疎に、表示領域A1から遠い側を密に配置すれば、セルギャップを均一にすることができる。
[電子機器]
図11は、本発明に係る電子機器の一実施形態である携帯電話を示す斜視図である。同図の携帯電話1300は、上記実施形態の液晶装置を小型の表示部1301として備え、複数の操作ボタン1302、受話口1303、および送話口1304を備えて構成されている。上記実施形態の液晶装置は、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の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても、高コントラストで色ムラのない高品位の画像表示が可能である。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では周辺遮光層をカラーフィルタの色材層の重ね合わせによって構成する例を示したが、黒色樹脂や金属等を用いて色材層とは別に形成する構成としても良い。その場合でも周辺遮光層が色材層以上の層厚を有していれば、本発明が有効である。その他、液晶装置の具体的な構成については適宜変更が可能である。
本発明の第1実施形態の液晶装置の平面図である。 図1のH−H’線に沿う断面図である。 同液晶装置のスペーサの配置を示す平面図である。 図3のI−I’線に沿う断面図である。 同スペーサの配置の他の例を示す平面図である。 同スペーサの配置のさらに他の例を示す平面図である。 本発明の第2実施形態の液晶装置のスペーサの配置を示す平面図である。 同液晶装置の非表示領域の対向基板を示す断面図である。 本発明の第3実施形態の液晶装置のスペーサの配置を示す平面図である。 同液晶装置の非表示領域の対向基板を示す断面図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。
符号の説明
10…TFTアレイ基板、11R,11G,11B…色材層、12…スペーサ、20…対向基板、50…液晶層、53…周辺遮光層、100…液晶装置、A1…表示領域、A2…非表示領域。

Claims (6)

  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の一方の基板の前記液晶層側の面に設けられ、各サブ画素に対応して異なる色の色材層が配列されたカラーフィルタと、を備えた液晶装置であって、
    表示領域の外側の非表示領域における前記一方の基板の前記カラーフィルタが設けられた側の面に、前記色材層以上の層厚を有する周辺遮光層が設けられ、
    前記表示領域および前記非表示領域の双方に前記一対の基板間のギャップを保持するスペーサが設けられ、前記表示領域内の前記スペーサの配置密度が一定であり、かつ、前記非表示領域における前記スペーサの配置密度が前記表示領域における前記スペーサの配置密度よりも小さいことを特徴とする液晶装置。
  2. 前記周辺遮光層が、異なる色の複数の色材層が積層されて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
  3. 前記非表示領域に設けられたスペーサの配置密度が前記表示領域に近い側と遠い側とで異なることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。
  4. 前記表示領域内の前記スペーサが、複数のサブ画素からなる1つの画素に対して1つの割合で配置されたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液晶装置。
  5. 前記スペーサが青色のサブ画素と赤色のサブ画素との間に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の液晶装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれか一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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