JP2010096931A - 液晶表示装置 - Google Patents

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二朗 谷口
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公俊 扇一
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Abstract

【課題】画像表示部における各基板間のギャップの均一性を確保する。
【解決手段】液晶を挟持して対向配置された第1基板と第2基板と、前記液晶を封入するシール材と、前記第2基板側に固定された複数の柱状スペーサとを備える液晶表示装置であって、前記複数の柱状スペーサは、第1柱状スペーサと第2柱状スペーサとを有し、前記第1柱状スペーサは、前記第2柱状スペーサよりも、前記シール材の内周側に配置されており、前記第2柱状スペーサの高さと前記第2柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計は、前記第1柱状スペーサの高さと前記第1柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計よりも大きく、前記第2柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙は、前記第1柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙よりも大きくなっている。
【選択図】図1

Description

本発明は液晶表示装置に係り、液晶を挟持して対向配置される一対の基板の間に、該液晶を封入して形成されるシール材と複数のスペーサとを備える液晶表示装置に関する。
液晶表示装置(パネル)は、液晶を挟持して対向配置される一対の基板を外囲器とし、該液晶の広がり方向に前記液晶を一構成部材とする複数の画素からなる画像表示部を備える。そして、一対の基板の間には、前記画像表示部を囲んで液晶を封入するシール材が形成され、各基板間のギャップ出しをするための複数のスペーサが配置されている。
図6は、このように構成された従来の液晶表示装置の断面を示す図である。なお、図6は、本発明の実施例を示す図1と対応して描いた図である。このため、図1に示す構成の説明は概略的なものに止める。詳細は図1における説明を参照されたい。
図6において、基板SUB1と基板SUB2とが液晶LCを介して対向配置されている。基板SUB1の液晶側の面には、パターン化された導電膜、絶縁膜、半導体膜等が積層されて回路構成層COLが形成され、この回路構成層COLのうち周辺を除く中央部にて複数の画素からなる画像表示部ARが形成されている。
基板SUB2の液晶側の面には、ブラックマトリックス(遮光膜)BM、カラーフィルタFILが順次形成され、後述のシール材SLによって囲まれる領域の前記カラーフィルタFIL上に複数の柱状スペーサPSPが形成されている。この柱状スペーサPSPは、前記カラーフィルタFIL上に形成したたとえば樹脂層を選択エッチングして形成された柱状体からなるもので、所定の位置に所定の高さで形成できるという効果を奏する。
また、一対の基板SUB1、SUB2の間には、画素領域部ARを囲んで液晶を封入するシール材SLが形成され、このシール材SL内には、たとえば前記柱状スペーサPSPの高さとほぼ同じ径を有するガラスファイバ等のスペーサSPが配置されたものとなっている。シール材SLはたとえばディスペンサやスクリーン印刷などを用いて塗布され、その塗布の際に予め前記スペーサSPを含有させておくことにより、図6に示すように構成され、シール材SLの形成領域において基板SUB1と基板SUB2との間のギャップ出しを行うようになっている。
なお、図6に示した構成以外に、本願発明に関連する文献として、たとえば、下記特許文献1、2、3がある。特許文献1は、画像表示領域(シール材に囲まれた領域)に形成される柱状スペーサにおいて、周辺部よりも中央部の柱状スペーサの側面傾斜角を小さくして潰れ難く構成した記載がある。各柱状スペーサを、すべて高さおよび傾斜角が同じ同形の柱状スペーサとした場合に、中央部の柱状スペーサが潰れ易くなりギャップの均一性が損なわれるという問題を回避するようにしたものである。
特許文献2は、基板に樹脂フィルムなどを用いた可撓性のフィルム液晶装置において、基板の周辺部に基板間の間隙が外側に向けて徐々に広がるような傾斜、あるいは、周辺部の基板間の間隙が画像表示領域よりも大きくなるような段差を形成し、画像表示領域内で発生した気泡をその表面張力を利用してシール材側に移動させるようにしたものが記載されている。このように構成する場合、基板に、その周辺部は中央部に対して傾斜あるいは段差を形成せざるを得ないが、内部応力の発生を回避するため、予めブレス金型等を用いて前記傾斜あるいは段差を形成するようになっている。このとき、シール材の中に含有されるガラスファイバ等からなるスペーサの径は、画像表示領域に散在される球状のスペーサの径よりも大きくしてあり、シール材の全周が同一の厚みになるように形成されている。
特許文献3は、画像表示領域(シール材に囲まれた領域)に形成される複数の柱状スペーサにおいて、その高さを中央部からシール材側にかけて高くして形成して構成した記載がある。一対の基板の間の液晶の層厚は中央部からシール材側にかけて厚く構成され、中央部位置から観た表示の均一性を図るようにしたものである。
特開2007−79573号公報 特開2005−37466号公報 特開平11−95228号公報
図6に示す構成からなる液晶表示装置において、基板SUB2側に形成された柱状スペーサPSPは、その先端部が基板SUB1側の表面に当接されているにすぎない構成となっている。
このため、たとえば基板SUB2に基板SUB1から引き離すようななんらかの力が作用した場合、柱状スペーサPSPの先端部が容易に基板SUB1側の表面から遊離してしまい、基板SUB2は基板SUB1に対してギャップの広がる方向に変化してしまうという現象が生じる。
このため、柱状スペーサPSPのそれぞれの高さを均一に形成したとしても、上述のように基板に外的な力が作用した場合に、各基板間のギャップの均一性を確保できないという問題がある。このことは、画像表示部ARにおける各画素の液晶の層厚が変化することになり、表示の均一性を損なうことになる。
本発明の目的は、画像表示部における各基板間のギャップの均一性を確保した液晶表示装置を提供することにある。
本発明の液晶表示装置は、シール材の形成領域内にたとえば高さの異なる柱状スペーサ、あいは、台座の有無を変化させた柱状スペーサを配置させ、これにより、シール材の形成領域において、シール材の外周側に向かうにつれて基板SUB1と基板SUB2との間のギャップが大きくなるように少なくとも一方の基板を傾斜させる。このようにすることによって、一方の基板には他方の基板側に押圧される力が常時作用することになり、柱状スペーサの先端部が基板SUB1側の表面から遊離してしまうようなことがなくなる。このため、シール材によって囲まれた領域である画素表示部において各基板間のギャップは、該領域に配置された柱状スペーサの高さによって決定でき、その均一性を確保できる。
本発明の構成は、たとえば、以下のようなものとすることができる。
(1)本発明の液晶表示装置は、液晶を挟持して対向配置された第1基板と第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され前記液晶を封入するシール材と、
前記第2基板側に固定された複数の柱状スペーサと、を備える液晶表示装置であって、
前記シール材は、画像表示部を囲う環状であり、
前記複数の柱状スペーサは、第1柱状スペーサと第2柱状スペーサとを有し、
前記第1柱状スペーサと前記第2柱状スペーサは、前記シール材の形成領域内に配置されており、
前記第1柱状スペーサは、前記第2柱状スペーサよりも、前記シール材の内周側に配置されており、
前記第2柱状スペーサの高さと前記第2柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計は、前記第1柱状スペーサの高さと前記第1柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計よりも大きく、
前記第2柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙は、前記第1柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙よりも大きくなっていることを特徴とする。
(2)本発明の液晶表示装置は、(1)において、前記第2柱状スペーサの高さは前記第1柱状スペーサの高さよりも高く形成されていることを特徴とする。
(3)本発明の液晶表示装置は、(1)において、前記複数の柱状スペーサは、前記シール材の形成領域の外側、かつ、前記シール材によって囲まれた領域内に、第3柱状スペーサを有し、
前記第2柱状スペーサの高さは、前記第3柱状スペーサの高さよりも高いことを特徴とする。
(4)本発明の液晶表示装置は、(1)において、前記第2柱状スペーサに重畳する層の厚さは、前記第1柱状スペーサに重畳する層の厚さよりも大きいことを特徴とする。
(5)本発明の液晶表示装置は、(1)において、前記第2柱状スペーサは、前記第2柱状スペーサと前記第2基板との間に台座を介在させて形成され、
前記第1柱状スペーサは、前記第1柱状スペーサと前記第2基板との間に前記台座を介在させることなく形成されていることを特徴とする。
(6)本発明の液晶表示装置は、(5)において、前記第2基板は、前記第2基板の前記液晶側の面にカラーフィルタを有し、
前記台座は、前記カラーフィルタと同層で同材料によって形成されていることを特徴とする。
(7)本発明の液晶表示装置は、(1)において、前記第1基板は、前記第2柱状スペーサに対向する位置に台座を有し、前記第1柱状スペーサに対向する位置には前記台座を有さないことを特徴とする。
なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。
このように構成される液晶表示装置は、画像表示部における各基板間のギャップの均一性を確保することができる。
本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかである。
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
〈実施例1〉
図1、図2は、本発明の液晶表示装置の実施例1を示す構成図である。図2は平面図を、図1は図2のI−I線における断面図を示している。図1、図2に示す液晶表示装置はたとえば携帯電話用の液晶表示装置を示している。
図2において、たとえばガラスからなる基板SUB1、基板SUB2が対向して配置されている。基板SUB2は、基板SUB1よりも小さな面積で形成され、基板SUB1のたとえば図中下側の辺部には画素駆動用の半導体装置(チップ)SECがフェースダウンされて搭載されている。
基板SUB1と基板SUB2との間には液晶LC(図1参照)が挟持されている。この液晶LCは、基板SUB1と基板SUB2との固着を兼ねるシール材SLによって封入されるようになっている。シール材SLは、画像表示部ARを囲うように、基板SUB2の周辺に沿った環状のパターンで形成されている。
基板SUB1、基板SUB2のそれぞれの液晶LC側の面であって、シール材SLによって囲まれた領域には、液晶LCの広がり方向に該液晶を一構成部材とする複数の画素の集合からなる画像表示部ARが構成されている。
すなわち、図1に示すように、基板SUB1の液晶LC側の面に、それぞれパターン化された金属膜、絶縁膜、および半導体膜等が積層されて電気回路(図示せず)が形成される回路構成層COLを備えている。この回路構成層COLは、信号線によって画された複数の画素の領域に、たとえば、画素選択用の薄膜トランジスタや、画素電極等を備えて構成されている。また、基板SUB1側の各画素の領域に画素電極とともに対向電極を備える液晶表示装置は、IPS(In Plane Switching)あるいは横電界方式と称され、これらの電極の間に発生する電界によって液晶LCの分子を駆動させるようになっている。しかし、本願発明は、IPSあるいは横電界方式に限定されることはなく、対向電極が基板SUB2側に形成されるいわゆる縦電界方式のものにあっても適用することができる。この回路構成層COLは、シール材SLの外方の基板SUB1の表面にも形成され、画像表示部AR内の前記信号線と前記半導体装置SECの出力電極との間の接続を図る引き出し配線層が形成されるようになっている。
また、基板SUB2の液晶LC側の面に、たとえば互いに隣接する画素の間を遮光し実質的な画素領域に開口が形成されたブラックマトリックス(遮光膜)BMが形成されている。表示のコントラストを向上させるためである。
ブラックマトリックスBMの上面にはその開口を塞ぐようにして形成されたカラーフィルタFILが形成されている。このカラーフィルタFILは、隣接する3個の画素においてそれぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)の色が用いられ、カラー表示用の単位画素を構成するようになっている。
また、基板SUB2の前記シール材SLで囲まれる領域において、ブラックマトリックスBMあるいはカラーフィルタFILの上面に複数の柱状スペーサPSP(図中符号PSP(3)で示す:この明細書において第3柱状スペーサと称する場合がある)が散在されて形成されている。この柱状スペーサPSP(3)は、シール材SLで囲まれた画像表示部ARを含む領域において基板SUB1、SUB2の間のギャップを均一にするため、ほぼ同じ高さで形成されたものとなっている。尚、図1では、画像表示部AR内に形成された柱状スペーサPSP(3)については図示を省略し、画像表示部ARの端部からシール材SLの内周側端部までの間の領域に形成された柱状スペーサPSP(3)を図示している。
この柱状スペーサPSP(3)は、基板SUB2の液晶側の面に形成された樹脂層をフォトリソグラフィ技術による選択エッチングすることによって形成され、ほぼ同じ高さで所定の位置に精度よく形成することができる。図2の点線丸枠A内を拡大して示した実線丸枠A'内に示すように、柱状スペーサPSP(3)は、たとえば、互いに隣接する複数個の画素(図示せず)に対して一個の柱状スペーサが割り当てられて形成され、シール材SL内の領域に均一に散在されて配置されている。各柱状スペーサPSP(3)は、たとえば、隣接する画素の間の領域に形成され、実質的な画素の領域内を回避して配置されている。各柱状スペーサPSP(3)によって光漏れが生じるのを防止するためである。
また、柱状スペーサPSPは、シール材SLが形成されている領域内にも該シール材SLの走行方向に沿って複数形成されている。この場合、該柱状スペーサPSPは、図2の点線丸枠B内を拡大して示した実線丸枠B'内に示すように、シール材SLの内周側に近接して配置される柱状スペーサPSP(図中符号PSP(1)で示す:この明細書において第1柱状スペーサと称する場合がある)、およびシール材SLの外周側に近接して配置される柱状スペーサPSP(図中符号PSP(2)で示す:この明細書において第2柱状スペーサと称する場合がある)とを備えたものとなっている。すなわち、第1柱状スペーサPSP(1)は、第2柱状スペーサPSP(2)よりも、シール材SLの内周側に配置されている。
これら柱状スペーサPSP(1)、(2)は、いずれも、柱状スペーサPSP(3)の形成の際に同時に形成されるようになっている。この場合、柱状スペーサPSP(2)は、予めブラックマトリックスBMの上面に形成された台座PDの上面に形成されているのに対し、柱状スペーサPSP(1)は、台座PDを介さずに、ブラックマトリックスBMの上面に直接形成されるようになっている。前記台座PDは、たとえばカラーフィルタFIL(たとえば青(B)の色のカラーフィルタ)の形成の際に、同時に該カラーフィルタFILの材料で形成することにより、製造工程の増加を抑制することができる。
柱状スペーサPSP(1)、PSP(2)を上述のように構成することにより、柱状スペーサPSP(2)の配置箇所の基板SUB1と基板SUB2との間の間隙W2は、柱状スペーサPSP(1)の配置箇所の基板SUB1と基板SUB2との間の間隙W1よりも大きく構成される。これにより、シール材SLによって囲まれた領域における基板SUB2に対して、シール材SLによって囲まれた領域の外方における基板SUB2は、該外方に行くにしたがい、基板SUB1から離間するように変形(傾斜)するようになる。
なお、図1は、基板SUB1を平坦な状態で示し、基板SUB2のみが変形された状態で描画している。しかし、基板SUB1、および基板SUB2のそれぞれの厚さ等によって、基板SUB1のみが変形し、あるいは基板SUB1と基板SUB2の両方が変形する場合があり得る。しかし、そのいずれの形態をとり得ても本願発明の効果において差異はない。
このように構成された液晶表示装置は、図1に対応させて描いた図3に示すように、基板SUB2の変形された部分において、該基板SUB2と平行に画像表示部AR側へ力Fが発生するようになる。この力Fは、変形のない画像表示部ARにおける基板SUB2に平行な力Fhと、変形のない画像表示部ARにおける基板SUB2に垂直な力Fvに分解できる。このうち、力Fvは、基板SUB2を基板SUB1に近接させる方向に働く力となるため、常時、基板SUB2を基板SUB1に対して離間し難くするように作用することになる。この場合、シール材SLによって囲まれる領域における基板間のギャップは柱状スペーサPSP(3)の高さによって決定され、シール材SLが形成される側の基板の変形(傾斜)によって影響されることはない。このため、画像表示部ARにおいて、各基板SUB1、SUB2の間のギャップの均一性を信頼性よく確保することができる。
図1では、台座PDは、基板SUB2側に形成したものである。しかし、これに限定されることはなく、基板SUB1側に形成するようにしても同様の効果を得ることができる。この場合、台座PDは、柱状スペーサPSP(2)に対向する位置に配置され、柱状スペーサPSP(1)に対向する位置には配置されない。そして、台座PDの材料としては、基板SUB1側に用いられている層のいずれかをパターニングして形成することで、製造工程を増加させることなく形成が可能である。
いずれの場合でも、柱状スペーサPSP(2)の高さと柱状スペーサPSP(2)に重畳する層の厚さとの合計が、柱状スペーサPSP(1)の高さと柱状スペーサPSP(1)に重畳する層の厚さとの合計よりも大きくなっているので、基板SUB1、SUB2との間の間隙をこれまでに説明したような所定の形状に規定できる。
〈実施例2〉
図4は、本発明の液晶表示装置の実施例2を示す構成図である。図4は図1と対応して描画された図となっている。
図4において、図1の場合と比較して異なる構成は、基板SUB2の液晶側の面に、ブラックマトリックスBM、カラーフィルタFILを被ってオーバーコート膜OCが形成されていることにある。そして、柱状スペーサPSP(1)、PSP(2)、PSP(3)はオーバーコート膜OC上に形成されている。この場合、柱状スペーサPSP(3)の台座PDは、カラーフィルタFILの形成の際に同時に該カラーフィルタFILの材料で形成されたものとなっている。このため、前記オーバーコート膜OCは、それを形成しても台座PDを被う部分において段差が生じるような膜厚で形成することが必要となる。
台座PDは、図4では、オーバーコート膜OCの下層に形成したものであるが、該オーバーコート膜OCの上層に形成するようにしても同様の効果が得られることはいうまでもない。
〈実施例3〉
図5は、本発明の液晶表示装置の実施例3を示す構成図である。図5は図1と対応して描画された図となっている。
図5において、図1の場合と比較して異なる構成は、柱状スペーサPSP(2)は、台座に重ねて形成されておらず、たとえば柱状スペーサPSP(1)よりも高さの大きな柱状スペーサとして構成されていることにある。このように構成しても、柱状スペーサPSP(2)の配置箇所の基板SUB1と基板SUB2との間の間隙W2を、柱状スペーサPSP(1)の配置箇所の基板SUB1と基板SUB2との間の間隙W1よりも大きく構成できるからである。
この場合、柱状スペーサPSP(2)の径を柱状スペーサPSP(1)あるいは柱状スペーサPSP(3)の径よりも大きく形成することにより、柱状スペーサPSP(2)の高さを柱状スペーサPSP(1)あるいは柱状スペーサPSP(3)の高さよりも大きく形成することができる。柱状スペーサの径を小さくすると、その分、頂部がだれて形成される現象が生じるからである。このため、このようにして、柱状スペーサPSP(1)、(2)、(3)を形成することによって、製造工程の増加をともなうことなく、柱状スペーサPSP(2)の高さを柱状スペーサPSP(1)あるいは柱状スペーサPSP(3)の高さよりも大きく形成することができる。
なお、この場合においても、基板SUB2の液晶側の面に、ブラックマトリックスBM、カラーフィルタFILを被ってオーバーコート膜OCを形成し、このオーバーコート膜OC上に、柱状スペーサPSP(1)、柱状スペーサPSP(2)、柱状スペーサPSP(3)を形成するようにしてもよい。
以上、本発明を実施例を用いて説明してきたが、これまでの各実施例で説明した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、それぞれの実施例で説明した構成は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。
例えば、スペーサPSPの高さと、台座の数の両方を変更するようにしてもよい。いずれの場合でも、柱状スペーサPSP(2)の高さと柱状スペーサPSP(2)に重畳する層の厚さとの合計が、柱状スペーサPSP(1)の高さと柱状スペーサPSP(1)に重畳する層の厚さとの合計よりも大きくなっているので、基板SUB1、SUB2との間の間隙をこれまでに説明したような所定の形状に規定できる。
また、基板SUB2側にスペーサPSPを形成するのではなく、基板SUB1側にスペーサPSPを形成してもよい。
また、これまでに説明した各実施例では、シール材SLの形成領域内に、2列のスペーサPSPを形成した例で説明してきたが、3列以上のスペーサPSPを形成してもよい。
本発明の液晶表示装置の実施例1を示す構成図で、図2のI−I線における断面図である。 本発明の液晶表示装置の実施例1を示す平面図である。 本発明の液晶表示装置において目的を達成できる理由を示した説明図である。 本発明の液晶表示装置の実施例2を示す断面図である。 本発明の液晶表示装置の実施例3を示す断面図である。 従来の液晶表示装置の一例を示す断面図で、図1に対応した図となっている。
符号の説明
SUB1、SUB2……基板、COL……回路構成層、LC……液晶、BM……ブラックマトリックス(遮光膜)、FIL……カラーフィルタ、PD……台座、PSP……柱状スペーサ、SL……シール材、AR……画像表示部、SEC……半導体装置、SP……スペーサ。

Claims (7)

  1. 液晶を挟持して対向配置された第1基板と第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に配置され前記液晶を封入するシール材と、
    前記第2基板側に固定された複数の柱状スペーサと、を備える液晶表示装置であって、
    前記シール材は、画像表示部を囲う環状であり、
    前記複数の柱状スペーサは、第1柱状スペーサと第2柱状スペーサとを有し、
    前記第1柱状スペーサと前記第2柱状スペーサは、前記シール材の形成領域内に配置されており、
    前記第1柱状スペーサは、前記第2柱状スペーサよりも、前記シール材の内周側に配置されており、
    前記第2柱状スペーサの高さと前記第2柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計は、前記第1柱状スペーサの高さと前記第1柱状スペーサに重畳する層の厚さとの合計よりも大きく、
    前記第2柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙は、前記第1柱状スペーサの配置箇所の前記第1基板と前記第2基板との間の間隙よりも大きくなっていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第2柱状スペーサの高さは前記第1柱状スペーサの高さよりも高く形成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。
  3. 前記複数の柱状スペーサは、前記シール材の形成領域の外側、かつ、前記シール材によって囲まれた領域内に、第3柱状スペーサを有し、
    前記第2柱状スペーサの高さは、前記第3柱状スペーサの高さよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2柱状スペーサに重畳する層の厚さは、前記第1柱状スペーサに重畳する層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第2柱状スペーサは、前記第2柱状スペーサと前記第2基板との間に台座を介在させて形成され、
    前記第1柱状スペーサは、前記第1柱状スペーサと前記第2基板との間に前記台座を介在させることなく形成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。
  6. 前記第2基板は、前記第2基板の前記液晶側の面にカラーフィルタを有し、
    前記台座は、前記カラーフィルタと同層で同材料によって形成されていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1基板は、前記第2柱状スペーサに対向する位置に台座を有し、前記第1柱状スペーサに対向する位置には前記台座を有さないことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
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