JP2008292670A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶表示装置において、液晶の滴下量のばらつきを許容しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することを課題とする。
【解決手段】周辺領域４００では対向基板２００をその基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜するような構成とする。これにより、表示領域３００から周辺領域４００にかけてセルギャップをゆるやかに大きく変化させることができるので、表示領域の内周部でセルギャップが急激に変化することはない。また、液晶の注入量が多い場合には周辺領域４００の液晶余剰領域７００に余剰分が充填されるのでセルギャップの変動が抑制される。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に液晶滴下注入法により基板を貼り合わせる際に好適な液晶表示装置に関する。
一般に、液晶表示装置は、対向して配置された２枚のガラス基板の間に液晶が挟持され、両基板を接着剤により貼り合わせた構成である。両基板間の液晶層の厚さ（以下ではセルギャップと称する）を均一に保つための技術として、従来は均一な粒径のプラスティックビーズを基板間に散在させていた。これに対し、近年ではスペーサーとして基板上に突起物を形成することでスペーサーの選択的配置が可能になるとともにスペーサーの高さの精度が向上している。最近では、上記スペーサーの高さが基板の中央部と周辺部とで同一のために生じる基板間のギャップの不均一を解消する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
一方で、基板を貼り合わせる技術については、従来の真空注入法ではどちらか一方の基板上に液晶注入口を形成しつつ接着剤を配置し、２枚の基板を貼り合わせた後、基板面に対して荷重をかける若しくは真空状態にして液晶注入口から基板間の空気を抜きながら接着剤を潰してセルギャップを形成していた。これに対し、近年では液晶滴下注入法（ＯＤＦ法とも呼ばれる）がタクトタイムの短縮、材料の利用効率の向上、セルギャップの精度が高いなどの理由から広く普及している（例えば、特許文献２参照）。この方法では、いずれか一方の基板上に配置された接着剤で囲まれた領域内に液晶を所定量滴下し、２枚の基板を真空状態で貼り合わせる。その後大気圧状態まで戻すことで、両基板面及び接着剤の内壁で囲まれた領域内の気圧と外気圧との圧力差によって接着剤が潰れ、基板間に所定のセルギャップが形成される。
特許第３３８８４６３号 特開平５−２３２４８１号公報
しかしながら、従来の液晶表示装置では基板上に電極配線やカラーフィルタの色層などが緊密に形成された表示領域とその周辺の領域では凹凸の程度が大きく異なる。基板上に形成されたスペーサーの高さが均一であった場合、スペーサーは表示領域内では対向する基板に接触するが表示領域外では接触しない。このため、スペーサーが突き当たる基板上の凹凸に起因してスペーサーとして機能する部分と機能しない部分が生じてしまう。
このような状態で、基板を貼り合わせた場合には、表示領域外のセルギャップが表示領域内のセルギャップよりも薄くなる。更に、表示領域の内周部では一方の基板がリバウンドを起こして局所的にセルギャップが厚くなる。その結果、表示領域の内周部のセルギャップと表示領域の中央部のセルギャップが異なってしまい表示ムラとして認識されてしまうという問題がある。特に、液晶滴下注入法では基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一に圧力をかけるため、スペーサーが基板間を均一に支えていない場合では接着剤の潰れ方にばらつきが生じやすくなりこの問題が顕著となる。
ところで、セルギャップは液晶の注入量に影響を受ける。液晶を注入口から注入する真空注入法では、液晶セル内の容積以上に液晶が注入されることは少ない。また仮に入りすぎたとしても圧力を調整することにより余剰分を押し出すことが可能であるので、セルギャップの異常とはなり難い。これに対し、液晶滴下注入法では注入口のない閉じた接着材の中に液晶を滴下し、上下の基板を貼り合わせる。このため、液晶の滴下量が多いとセルギャップが大きくなる一方で、滴下量が少ないと液晶が不足してセルギャップが小さくなり気泡が発生しやすくなる。このように液晶注入量のばらつきに起因してセルギャップがばらついてしまうという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置において、液晶注入量のばらつきを許容しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することを課題とする。
本発明に係る液晶表示装置は、対向して配置された２枚の基板と、上記２枚の基板の間隙に挟持された液晶層と、上記２枚の基板の表面に設けられた表示領域と、上記表示領域の周囲に設けられた周辺領域とを備え、前記周辺領域では前記２枚の基板のどちらか一方の基板の基板面は、他の基板の基板面とは反対方向になだらかに傾斜していることを特徴とする。
本発明にあっては、表示領域の周囲に設けられた周辺領域では２枚の基板のどちらか一方の基板の基板面は、他の基板の基板面とは反対方向になだらかに傾斜するような構成とする。これにより、表示領域から周辺領域にかけてセルギャップがゆるやかに大きく変化させることができるので表示領域の内周部でセルギャップが急激に変化することはない。更に、液晶の注入量が多い場合には周辺領域で基板が傾斜したことによって両基板間に新たに生じた領域に余剰分が充填されるのでセルギャップの変動が抑制される。
また、上記液晶表示装置は、上記傾斜基板に対向する基板上では液晶層側にスペーサーが配置されたものであって、上記周辺領域では上記傾斜基板上の液晶層側に上記スペーサーに対向して構造物が配置されることを特徴とする。
本発明にあっては、上記傾斜基板に対向する基板上の液晶層側にスペーサーを配置し、周辺領域では傾斜基板上の液晶層側にスペーサーに対向して構造物を配置することで、表示領域ではスペーサーにより両基板が支持され、周辺領域ではスペーサー及び構造物により両基板が支持される。
また、上記液晶表示装置は、上記傾斜基板に対向する基板上では液晶層側にスペーサーが配置されたものであって、上記周辺領域では上記スペーサーの高さよりも高い構造物が配置されていることを特徴とする。
本発明にあっては、上記傾斜基板に対向する基板上の液晶層側にスペーサーを配置し、周辺領域ではスペーサーの高さよりも高い構造物を配置することで、表示領域ではスペーサーにより両基板が支持され、周辺領域ではスペーサーの高さよりも高い構造物により両基板が支持される。
また、上記液晶表示装置における２枚の基板は、その両基板の間に上記表示領域を囲むように切れ目なく配置された接着剤により貼り合わせられることを特徴とする。
本発明にあっては、両基板の間で表示領域を囲むように切れ目なく接着剤を配置することで、接着剤の内壁で囲まれた領域では液晶が領域外に漏れ出すことがないので、液晶滴下注入法により所定量の液晶を滴下すると共に、基板面に対して均一な圧力をかけて両基板を貼り合わせることが可能となる。
本発明の液晶表示装置によれば、液晶注入量のばらつきを許容しつつ表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１の平面図は、第１の実施の形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の構成を概略的に示している。アレイ基板１００上には点線で示した表示領域３００が設けられ、表示領域３００の周囲には周辺領域４００が設けられる。ここでは表示領域３００を囲むように接着剤１２０が切れ目なく配置される。これにより、接着剤１２０の内壁で囲まれた領域では液晶が領域外に漏れ出すことがないので、液晶滴下注入法により所定量の液晶を滴下してアレイ基板１００と対向する基板とを貼り合わせることが可能となる。
表示領域３００には、ｍ本の走査線Ｙ１〜Ｙｍ（以下ではＹと総称する）及びｎ本の信号線Ｘ１〜Ｘｎ（以下ではＸと総称する）が交差して配線される。その各交差部に薄膜トランジスタ１４０（以下、画素ＴＦＴと称する）と、透明な画素電極１３１と、補助容量１５０とが配置される。画素ＴＦＴ１４０にはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を半導体層としたＴＦＴを使用する。具体的には、画素ＴＦＴ１４０のドレイン端子が信号線Ｘに接続され、ソース端子が補助容量１５０及び画素電極１３１に並列に接続され、ゲート端子が走査線Ｙに接続される。液晶層５００を挟んで全ての画素電極１３１に対向して対向電極１７３が配置される。
周辺領域４００には走査線駆動回路１２１と、信号線駆動回路１２２と、対向電極駆動回路１２３とが配置される。走査線駆動回路１２１は走査線Ｙに接続され各走査線を順次駆動する。信号線駆動回路１２２は信号線Ｘに接続され映像信号を供給する。対向電極駆動回路１２３は各補助容量１５０及び対向電極１７３に接続され所定の電位を供給する。
表示領域３００及び周辺領域４００にはスペーサー６００がマトリクス状に複数配置される。ここではスペーサー６００として柱状の突起が均一な高さでアレイ基板１００上に形成される。突起は表示領域３００では信号線Ｘと走査線Ｙの各交差部に形成され、周辺領域４００では信号線Ｘと接着剤１２０の交差部及び走査線Ｙと接着剤１２０の交差部にそれぞれ形成される。
次に、図２を用いて対向基板２００の構成について説明する。図２の平面図に示すように、表示領域３００に対応して線状に遮光層２１０が形成される。遮光層２１０の間にはカラーフィルタ２１１が形成される。ここでカラーフィルタ２１１の着色層は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の順番で繰り返し形成される。周辺領域４００に対応して遮光層２２０が額縁状に形成される。ここでは遮光層２２０上に構造物２３０が形成される。構造物２３０はアレイ基板１００上のスペーサー６００が配置された部分に対向している。
図３は図２のＡ−Ａ’部に対応した液晶表示装置の断面を示している。液晶表示装置は、対向して配置されたアレイ基板１００および対向基板２００と、両基板の間隙に挟持された液晶層５００とを備え、周辺領域４００では対向基板２００の基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜している。以下、具体的な構成について説明する。
アレイ基板１００では、ガラス基板１０１上に絶縁層１０２が形成される。また同図では省略したが、絶縁層１０２には例えば画素ＴＦＴに接続された補助容量配線もしくは透明電極等が形成される。絶縁層１０２上には表示領域３００及び周辺領域４００の双方において柱状のスペーサー６００が均一な高さで液晶層５００側に形成される。表示領域３００ではスペーサー６００が両基板を支持する。ガラス基板１０１上の液晶層５００と反対側には偏光板１０３が配置されている。また、アレイ基板１００の背面側には表示の際に表示領域３００に光を照射する図示しないバックライトが配置される。
対向基板２００では、液晶層５００と反対側のガラス基板２０１上に偏光板２０３が配置される。表示領域３００に対応して液晶層５００側のガラス基板２０１上に遮光層２１０が形成される。遮光層２１０の間にはカラーフィルタ２１１が形成される。ここではカラーフィルタ２１１の着色層のパターニング精度に起因して光漏れや混色が起きることを防止するために着色層が遮光層２１０に部分的に積層している。
周辺領域４００に対応して液晶層５００側のガラス基板２０１上に遮光層２２０が形成される。また、同図では省略したが遮光層２１０、２２０およびカラーフィルタ２１１を覆うようにしてオーバーコート層、対向電極が積層される。ここでは遮光層２２０上には構造物２３０が形成され、構造物２３０の材料には例えばカラーフィルタ２１１の着色層と同じ材料が使用される。構造物２３０はアレイ基板１００上のスペーサー６００が配置された部分に対向している。周辺領域４００ではスペーサー６００及び構造物２３０が両基板を支持するので、ガラス基板２０１の基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜する。言い換えれば、周辺領域４００において、ガラス基板２０１の基板面は対向配置されたガラス基板１０１の基板面とは反対方向になだらかに傾斜する。すなわち、周辺領域４００では、ガラス基板２０１とガラス基板１０１との間隔が大きくなる構造になっている。ここでガラス基板２０１の傾斜角度は、表示領域３００での角度を基準としたとき周辺領域４００では例えば１０°傾いているものとする。これにより、表示領域３００から周辺領域４００にかけてセルギャップがゆるやかに大きく変化させることができるので表示領域３００の内周部ではセルギャップが急激に変化することはない。よって表示ムラを防止することができる。
更に、周辺領域４００ではガラス基板２０１が傾斜したことによって両基板間に新たな領域（以下では液晶余剰領域７００と称する）が生じている。これにより、液晶の滴下量が多い場合には液晶余剰領域７００に余剰分が充填されるのでセルギャップの変動を抑制することができ、液晶注入量のばらつきを許容することができる。
また、液晶滴下注入法では、基板の周辺領域４００に接着剤１２０を塗布し、表示領域３００に液晶を滴下後、真空中で両基板を貼りあわせ、その後、大気圧に戻して両基板を接着封止する。この大気圧により両基板には均等に圧力がかかり、両基板間にあるスペーサー６００は収縮するため液晶の余剰は生じ易い。このように生じた液晶の余剰は、上記液晶余剰領域７００に充填される。これにより、セルギャップの変動を抑制し表示領域３００のセルギャップを均一に保持することができるため、表示ムラを防止することができる。
したがって、本実施の形態によれば、周辺領域４００では対向基板２００をその基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜するような構成とすることで、表示領域３００から周辺領域４００にかけてセルギャップをゆるやかに大きく変化させることができるので、表示領域の内周部でセルギャップが急激に変化することはない。よって、表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止できる。また、液晶の注入量が多い場合には周辺領域４００で液晶余剰領域７００に余剰分が充填されるのでセルギャップの変動が抑制され液晶注入量のばらつきを許容することができる。
［比較例］
次に、上記実施の形態の理解を容易にするために比較例としての液晶表示装置について説明する。比較例の液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。第１の実施の形態と異なる点は、図５の断面図に示すように、両基板を貼り合わせる前では対向基板２００の基板面が傾斜していない点である。更に、対向基板２００上の表示領域３００ではカラーフィルタ２１１の色層や遮光層２１０、透明電極などが緊密に形成されているため、周辺領域４００と比べた場合には凹凸の程度が大きく異なっている。アレイ基板１００上に形成された均一な高さのスペーサー６００は表示領域３００内では対向基板２００に接触するが周辺領域４００では接触しない。このため、スペーサー６００が突き当たる対向基板２００の凹凸に起因してスペーサー６００として機能する部分と機能しない部分が生じてしまう。
図６の断面図に示すように、両基板を貼り合わせた後には、周辺領域４００のセルギャップは表示領域３００のセルギャップよりも薄くなる。更に、表示領域の内周部では一方の基板がリバウンドを起こして局所的にセルギャップが厚くなる。その結果、表示領域の内周部のセルギャップと表示領域の中央部のセルギャップが異なってしまい表示ムラとして認識されてしまうという問題がある。特に、液晶滴下注入法では基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一に圧力をかけるため、スペーサーが基板間を均一に支えていない場合では接着剤の潰れ方にばらつきが生じやすくなりこの問題が顕著となる。
そこで、本実施の形態では、表示領域３００ではスペーサー６００により両基板を支持し周辺領域４００ではスペーサー６００及び構造物２３０により両基板を支持して、周辺領域４００では対向基板２００をその基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜するような構成とする。これにより、基板面に対して均一な圧力をかけて両基板を貼り合わせた場合には、表示領域３００から周辺領域４００にかけてセルギャップをゆるやかに大きく変化させることができるので、表示領域の内周部でセルギャップが急激に変化することはない。よって、表示領域内外のセルギャップの差に起因した表示ムラを防止できる。
図７のチャートは、第１の実施の形態の液晶表示装置（チャートでは「実施例１」としている）と比較例の液晶表示装置（チャートでは「比較例」としている）それぞれの表示領域で測定したセルギャップを簡略的に示している。同図の横軸の数値は表示領域の中央部から端部までの位置を規格化した値を示しており、０が中央部の座標に相当し１１０が端部の座標に相当する。ここではそれぞれ２回ずつ測定した結果を示している。
「比較例」では表示領域３００の端のセルギャップが大きくリバウンドしている。このことは基板の貼り合わせ時において周辺領域４００ではスペーサー６００が対向基板２００を支えることができずに潰れてしまったことを示している。これに対し、「実施例１」では両基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一な圧力がかかった場合でも表示領域の内周部でセルギャップが急激に変化することがないので、セルギャップはほぼ均一になっていることを示している。また、「実施例１」の表示領域では表示ムラは発生しなかった。
更に、比較例の液晶表示装置では、液晶滴下注入法において液晶の滴下量が多いとセルギャップが大きくなる一方で、滴下量が少ないと液晶が不足してセルギャップが小さくなり気泡が発生しやすくなる。このように液晶注入量のばらつきに起因してセルギャップがばらついてしまうという問題がある。これに対し、本実施の形態では、基板が傾斜したことによって両基板間に新たに液晶余剰領域７００が生じる。これにより、例えば液晶の注入量が多い場合には、両基板を貼り合わせる際に基板面に対して均一な圧力がかかると表示領域３００内の余剰液晶が周辺領域４００に移動し液晶余剰領域７００に充填される。その結果セルギャップの変動が抑制されるので液晶注入量のばらつきを許容することができる。また、表示領域の基板面に対する局所的な衝撃を吸収することができるので、低温気泡の発生や指などで表示領域の表面に外から圧力を加えた場合の圧縮変形に対する耐性が向上する。
尚、基板の傾斜による製品の外観などデザイン上の影響についてであるが、通常、周辺領域は表示に寄与しない領域であるので、例えば液晶表示装置が実装される情報機器の筐体内部に周辺領域を配置することで問題を回避することができる。
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る液晶表示装置について説明する。この液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。以下では、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
第１の実施の形態と異なる点は、図４の断面図に示すように、周辺領域４００ではスペーサー６００の高さよりも高い構造物１１０を配置する点である。ここでは構造物１１０はアレイ基板１００上に配置される。構造物１１０の材料は例えばスペーサーと同一の材料を使用する。このような構成とすることで、表示領域３００ではスペーサー６００により両基板が支持され、周辺領域４００ではスペーサーの高さよりも高い構造物１１０により両基板が支持される。本実施の形態では、このようにして周辺領域４００では対向基板２００の基板面を液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜させている。
したがって、本実施の形態によれば、アレイ基板１００に対向する対向基板２００上の液晶層側にスペーサー６００を配置し、周辺領域４００ではスペーサー６００の高さよりも高い構造物１１０を配置することで、表示領域ではスペーサーにより両基板が支持され、周辺領域ではスペーサーの高さよりも高い構造物により両基板が支持される。これにより、周辺領域４００では対向基板２００の基板面が液晶層５００とは反対方向になだらかに傾斜させることができるので、第１の実施の形態と同様な効果を奏することが可能となる。
尚、第２の実施の形態においてはスペーサー６００の高さよりも高い構造物１１０をアレイ基板上に配置したが、これに限られるものではなく、例えば構造物１１０を第１の実施の形態と同様に対向基板上に配置して、対向基板２００を傾斜させる構成としてもよい。
また、第２の実施の形態においては、構造物１１０の材料はスペーサーと同一の材料を使用したが、これに限られるものではなく、例えば接着剤に硬化剤等を使用して強度を上げた接着材を構造物１１０として使用して両基板を支持するような構成としてもよい。
尚、上記各実施の形態においては基板上に表示領域を囲むように切れ目なく接着剤を配置して、液晶滴下注入法により両基板を貼り合わせる構成としたが、これに限られるものではない。例えば接着剤を基板上に液晶注入口を形成しつつ表示領域を囲むように配置して、真空注入法により両基板を貼り合わせる構成としてもよい。この場合、通常は液晶の注入量を調整してセルギャップの高さを調整するプロセスが必要となるが、周辺領域で基板を傾斜させると共に液晶余剰領域を設ける構成とすることで、上記各実施の形態と同様な効果を奏することができるともに、所定量の液晶を注入するように予め設定しておくことができるので、製造時において液晶注入量を調整するプロセスを簡略化することが可能となる。
第１の実施の形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の構成を概略的に示した平面図である。 上記液晶表示装置の対向基板の構成を概略的に示した平面図である。 上記液晶表示装置のＡ−Ａ’部の断面図である。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置のＢ−Ｂ’部の断面図である。 比較例の液晶表示装置におけるＣ−Ｃ’部の断面図である（基板貼り合わせ前）。 比較例の液晶表示装置におけるＣ−Ｃ’部の断面図である（基板貼り合わせ後）。 本実施の形態と比較例の液晶表示装置の表示領域におけるセルギャップを示したチャートである。
符号の説明
１００…アレイ基板
１０１…ガラス基板
１０２…絶縁層
１０３…偏光板
１１０…構造物（アレイ基板）
１２０…接着剤
１２１…走査線駆動回路
１２２…信号線駆動回路
１２３…対向電極駆動回路
１３１…画素電極
１４０…ＴＦＴ
１５０…補助容量
１７３…対向電極
２００…対向基板
２０１…ガラス基板
２０３…偏光板
２１０…遮光層（表示領域）
２１１（Ｒ）…赤色カラーフィルタ
２１１（Ｇ）…緑色カラーフィルタ
２１１（Ｂ）…青色カラーフィルタ
２２０…遮光層（周辺領域）
２３０…構造物（対向基板）
３００…表示領域
４００…周辺領域
５００…液晶層
６００…柱状スペーサー
７００…液晶余剰領域
Ｘ：Ｘ１〜Ｘｎ…信号線
Ｙ：Ｙ１〜Ｙｍ…走査線

Claims (4)

  1. 対向して配置された２枚の基板と、
    前記２枚の基板の間隙に挟持された液晶層と、
    前記２枚の基板の表面に設けられた表示領域と、
    前記表示領域の周囲に設けられた周辺領域と、を備え、
    前記周辺領域では前記２枚の基板のどちらか一方の基板の基板面は、他の基板の基板面とは反対方向になだらかに傾斜していることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記傾斜基板に対向する基板上では液晶層側にスペーサーが配置されたものであって、
    前記周辺領域では前記傾斜基板上の液晶層側に前記スペーサーに対向して構造物が配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記傾斜基板に対向する基板上では液晶層側にスペーサーが配置されたものであって、前記周辺領域では前記スペーサーの高さよりも高い構造物が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記２枚の基板は、
    その両基板の間に前記表示領域を囲むように切れ目なく配置された接着剤により貼り合わせられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
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