JP2011048006A - 液晶パネル - Google Patents

Abstract

【課題】液晶の隣接するピクセル間で、隣接するピクセルからの横方向の電界を遮蔽する。
【解決手段】液晶パネルが、２枚の基板と、ピクセルを構成するように前記基板の対向する面にそれぞれ配置される電極と、前記電極の間に封入された液晶と、更に前記ピクセルで隣接するピクセルを隔てる隔壁手段と、を備え、前記隔壁手段は、前記隣接ピクセルを物理的に隔てる隔壁部と、前記隔壁部内に設けられ、前記隣接ピクセル間での電界の漏洩を低減する電界遮蔽体とを含み、前記電界遮蔽体の誘電率は前記隔壁部の誘電率より低いことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶パネルに関する。

液晶パネルのピクセルの微細化により、電圧が印加されＯｎ状態となっているピクセルの電界が横方向に、隣接するＯｆｆ状態のピクセルに漏洩し、クロストークが発生する。この横方向の電界の影響を低減するために、ピクセルを隔てる、絶縁体である隔壁を利用することが知られている（例えば特許文献１）。更にこの絶縁体の隔壁に導電層の薄膜を形成して、横電界の遮蔽効果を改善することが言及されている（同特許文献１）。

特開平９−１３８３９１号公報

しかしながら、上記の従来のピクセル間の隔壁は基板と同じ材質で形成され、基板はＳｉＯ２やガラス等であり、高い誘電率を持っているため、横方向の電界遮蔽効果は十分ではなかった。また、上記特許文献で言及されているように、導電層膜を追加することにより、隣接するピクセルからの電界を遮蔽できるが、これにより、ピクセルの電極とこの導電層膜の間に電界が形成され、本来ピクセルの液晶を挟む電極間で発生すべき電界が、この隔壁に追加された導電層により影響を受けるという問題があった。

請求項１の発明による液晶パネルは、２枚の基板と、ピクセルを構成するように前記基板の対向する面にそれぞれ配置される電極と、前記電極の間に封入された液晶と、互いに隣接する前記ピクセルを隔てる隔壁手段と、を備え、前記隔壁手段は、前記隣接ピクセルを物理的に隔てる隔壁部と、前記隔壁部内に設けられ、前記隣接ピクセル間での電界の漏洩を低減する電界遮蔽体とを含み、前記遮蔽体の誘電率は前記隔壁部の誘電率より低いことを特徴とする。

本発明によれば、液晶パネルのピクセルで発生する電界の、隣接するピクセルへの漏洩を低減することができる。

本発明の第１の実施形態による液晶パネルの構造を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施形態による液晶パネルの隔壁の効果を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態による液晶パネルの製造プロセスを簡単に説明するための図である。 本発明の第１の実施形態による液晶パネルの構造の概略の立体図である。 本発明の第２の実施形態による液晶パネルの構造を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態による液晶パネルの製造プロセスを簡単に説明するための図である。 本発明の第１の実施形態による液晶パネルの変形実施例の構造を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態による液晶パネルの別の変形実施例を説明するための図である。

以下図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

−第１の実施形態−
図１は本発明の第１の実施形態による液晶パネルの構造を説明するための概略図であり、液晶パネルの一部分の断面を示したものである。

液晶パネル１は複数のピクセル２から成り、図１には隣り合う２個のピクセルを示す。各々のピクセル２はそれぞれ第１の基板３と第２の基板４とを備え、各々の基板３、４の対向する面に電極５と６とを備える。なお、電極５は共通電極であり、電極６はピクセル個別のピクセル電極である。共通電極は全てのピクセルに共通な電極であるので、図１で示す隣接するピクセル間でも導通しているが、詳細な配線構造は省略する。

隣接するピクセルの対向する２、２は一対の隔壁７、７によって、仕切られており、この一対の隔壁７、７の間隙８には電界遮蔽体として働く空気９が導入されている。２つの隔壁５と電界遮蔽体（空気）９が導入された空間８は、ピクセルとピクセルを隔てる隔壁手段１１を構成する。

このように各ピクセル２、２は第1および第２の基板３、４と隔壁７とによって囲まれた密閉領域を有し、この密閉領域には液晶１０が封入されている。

隔壁７は後述するように、本実施例では、基板３を加工して形成されるので、基板３と同じ材質である。基板３は透明な絶縁材質で構成されており、例えばガラスやＳｉＯ２で構成されている。

ここで液晶パネルのピクセルの動作について簡単に説明する。
あるピクセルが選択されると、このピクセルのピクセル電極６に電圧（例えば最大１５Ｖ程度の正電圧）が印加される。共通電極５は通常接地電位（０Ｖ）である。このようにしてピクセル電極６と共通電極５の間に電圧が印加され、電極６と電極５の間に液晶が配向される電界が形成される。液晶の配向状態により、このピクセルでの光の透過状態が変化し、ピクセルには明暗の変化を生ずる。

図２は本発明の隔壁手段の効果を説明するための概略図である。図２を用いて本発明の隔壁手段１１の効果について説明する。

図２（ａ）は本発明の第１の実施形態において、選択され、Ｏｎ状態となっているピクセル２ａと、これに隣接している選択されていないＯｆｆ状態となっているピクセル２ｂの状態となっている、２つのピクセルにおいて、電界の状態をシミュレーションしたものである。Ｏｎ状態のピクセル２ａの電極６には電圧が印加され、もう１方の電極５は共通電極として０Ｖ（接地電位）となっている。Ｏｆｆ状態のピクセル２ｂの電極５と６は共に０Ｖ（接地電位）となっている。この計算では電界の広がりの様子を分析することを目的としており、相対的な電界強度のみに着目するので十分であるため、電極６に印加するピクセルのＯｎ電圧は０Ｖ以外の電圧であれば何でも良いが、通常の液晶パネルの動作時には（正の）駆動電圧が印加される。

２つの隔壁７、７には基板であるガラスと同じ材質を想定している。ガラスの誘電率はガラスの種類により異なるが比誘電率は３．５〜１０である。また２つの隔壁の間の空間（溝）８には、隔壁５の誘電率より低い誘電率の物質（電界遮蔽体９）が導入されている。ここでは空気を想定し、その比誘電率はほぼ１（１．０００５８６）である。

図２（ａ）から分かるように、電界遮蔽体９の領域で電界の等電位線が密になり、電界強度が大きくなっている。すなわち、誘電率の低い物質を、これより誘電率の高い物質で挟み、これに電界が加わると、その電界は誘電率の低い部分に集中する。この効果により、本発明での隔壁手段１１でピクセルからの電界の漏洩が低減される。

図２（ｂ）は、前記特許文献１に公開されている液晶パネルの構造に対する図２（ａ）と同様なシミュレーション計算結果である。特許文献１に公開されている、液晶パネルの構造では、本発明の隔壁手段１１に相当する部分全体がガラス基板と同じ材質で構成されている、絶縁隔壁１２となっている。また本発明の液晶パネルと同様に液晶１０が封入され、電極５と６が設けられている。このような構成では、本発明に比べ、電界は絶縁隔壁１２に広がり、さらに隣接するピクセルの液晶領域に大きく広がっていることが分かる。

低誘電率物質９（電界遮蔽体）の誘電率が隔壁７の誘電率より低いほど、上記の電界の漏洩の低減の効果は大きくなる。図２（ａ）のシミュレーション計算では、隔壁にガラス基板を想定しているが、ガラスの比誘電率と空気の比誘電率は大きく異なるので、ガラスの比誘電率が３．５以上のどの値であっても、計算結果に殆ど影響は無い。またこのガラスの比誘電率に２程度を仮定しても計算結果は殆ど変わらない。液晶自体の比誘電率は液晶の種類により大きく異なり、また異方性があるが、概ね３以上であり、本発明で低誘電率物質に想定している空気より十分大きい。

図３は本発明の第１の実施形態による液晶パネルの製造プロセスを簡単に説明するための図である。ここでは液晶パネルのごく一部分のみ示す。なお、既に上記に記載されている同じ構成部材については、同じ参照番号を用いて示している。図３（ａ）で示す加工前の基板１３はエッチング等で、図３（ｂ）に示すように、凸部１４と凹部１５を持つ形状に加工される。次に図３（ｃ）に示すように、凹部１５の底側に、例えばＣＶＤ等を用いて電極５が形成される。さらに図３（ｄ）のように、凸部１４はエッチング等で加工され、凸部に溝８を形成する。こうして、溝すなわち間隙８を有する一対の隔壁７、７が、基板３と同一材料によって、形成される。更に、図３（ｅ）に示すように、電極６が形成され、第２の基板４を接合する。

図４は本発明の第１の実施形態による液晶パネルの構造の概略の斜視図である。ここでは液晶パネルの一部分のみを簡単に示してある。図１、２、３では、液晶パネルの一方向の断面図で隣接する２つのピクセルのみを示して説明したが、ピクセル２はこの断面方向と直交する方向にも同様に形成されている。実際に作成される液晶パネルは、図４に示すように、溝８で区切られたピクセルが並んだような構造となる。従って、ピクセル２は左右／前後を隣接するピクセルから、隔壁７と空気とで仕切られる構造となる。本発明ではこの溝８に前記のように低誘電率物質９である空気が導入されており、従って溝８は大気側に開放される構造となっているが詳細な構造は省略する。

なお、本発明の第１の実施形態の液晶パネルの、溝８に導入する低誘電率物質９は基板より誘電率の低いものを導入するが、好ましくは、基板材質と反応しない不活性の気体が良く、空気、窒素、希ガス等でも良い。また気体を導入するかわりに、溝８を真空としても良い。溝８に空気以外の気体を封入するか、あるいは真空とする場合は溝８が密閉空間となるように、溝８の大気側に更に密閉用の封止壁を設ける必要がある。

なお、本発明では電極７を共通電極とし、電極８を各々のピクセルのピクセル電極としたが、液晶パネルの設計によりこれらの電極の特性が入れ替わっても良い。

また、液晶パネルが反射型の場合は、上記第１の基板と第２の基板の内１つは、例えばガラスのような透明な基板であり、透過型の場合は上記第１の基板と第２の基板は共に透明基板である。本発明は反射型、透過型に共通して使用できる液晶パネルの構造を提供する。

−第２の実施形態−
図５は本発明の第２の実施形態による液晶パネルの構造を説明するための図であり、液晶パネルの一部分のみを断面図で示している。

各ピクセル２は、第１の基板３と第２の基板４、第１の電極５と第２の電極６を備え、各ピクセル２は低誘電率の絶縁体で形成された隔壁手段１６で隔てられている。低誘電率の隔壁手段１６は、いわゆるＬｏｗ−ｋの絶縁体であり、種々の材質と生成方法があるがここでは詳述しない。ここではＬｏｗ−ｋの絶縁体として、例えば気泡状の空隙を多く含むポーラスシリカを想定している。ポーラスシリカはシリカ（ＳｉＯ２）の内部に多数の気泡状の空隙（ポーラス）を持つ構造となっており、２程度の比誘電率のものが知られている。これは液晶１０の誘電率より十分小さいので、下記のように電界漏洩を低減する効果が得られる。

図６は本発明の第２の実施形態による液晶パネルの製造プロセスを簡単に説明するための図である。図６（ａ）に示すように、まず第１の基板３に電極５の層と低誘電率の絶縁体層１７（ポーラスシリカ）を形成する。次に図６（ｂ）のように、この低誘電率の絶縁体層１７をエッチング等で加工し、凹部１８と隔壁手段１６を形成する。さらに電極６を形成し、第２の基板４を接合する。
尚、第１の電極５と第２の電極６の間には液晶１０が封入される。

誘電率の異なる物質が接している場合は、電界は誘電率の小さい物質の部分で大きくなる。従って、本発明の第１の実施形態のように２つの隔壁７の間の空間８に低誘電率物質を導入する構成でなく、隔壁手段１１全体が液晶１０よりも低誘電率の絶縁体で構成される場合でも、電界の漏洩を低減する効果が得られる。

図５に示す本発明の第２の実施形態では本発明の第１の実施形態での隔壁手段１１を、内部に多数の空隙を含む構造の、低誘電率の絶縁体（例えばポーラスシリカ）で形成された隔壁手段１６で置き換えた構造となっている。シリカ自体の比誘電率は約４であるが、内部に気泡状の空隙を備える構造のポーラスシリカでは、上記のように、全体の平均的な比誘電率は２程度に、液晶自体の誘電率より低く抑えられる。

なお、本発明の第２の実施形態の多数の空隙を含む構造の絶縁体（例えばポーラスシリカ）の空隙には、シリカより誘電率の低い物質（電界遮蔽体）が封入される。この空隙に封入する低誘電率物質（電界遮蔽体）は、好ましくはシリカや基板と反応しない、不活性の気体が良く、空気、窒素、希ガス等でも良い。また気体を導入するかわりに、空隙を真空としても良い。

−変形実施例−
上記の第１の実施形態では、図７（ａ）に示すように、ピクセルが液晶パネルでストライプ配列となっている構造を想定して説明したが、図７（ｂ）に示すようないわゆるデルタ配列も可能である。

図８は本発明の第１の実施形態による液晶パネルの別の変形実施例を説明するための図であり、第１の実施形態に基づくピクセル間の絶縁構造の別の実施例を示す。基本的な構造は図１（ａ）と図２（ａ）で示す第１の実施形態の液晶パネルの構造と共通であるが、隔壁５の液晶側に高抵抗の薄膜層１９と、隔壁７の内側（溝８）に導電体の薄膜層２０を備える。

高抵抗の薄膜層１９を液晶側に設け、この高抵抗薄膜を第１の電極と第２の電極に接続することにより、第１の電極５と第２の電極６で形成される電界は高抵抗薄膜層１９の抵抗分布に従って変化することになる。高抵抗薄膜層１９の膜厚を均一に形成することにより、第１の電極５と第２の電極６で形成される電界も平行度が高く、電界強度分布が均一な、理想的な電界が形成される。

さらに２つの隔壁７、７の内側（溝８）に導電体の薄膜層２０を形成することにより、隣接するピクセルの電界は完全に遮蔽される。なお、上記の高抵抗の薄膜だけで、ピクセル自体からの電界の漏洩は殆ど解消されるので、導電体の薄膜層２０の効果は追加の効果である。従って、溝８と共にこの溝８の内側に導電体の薄膜２０を設けることを省略することも可能である。この場合、第１の基板の加工が単純になり、製造も簡単となる。

１ 液晶パネル、 ２ ピクセル、
２ａ Ｏｎ状態のピクセル、 ２ｂ Ｏｆｆ状態のピクセル、
３ 第１の基板、 ４ 第２の基板、 ５ 第１の電極、
６ 第２の電極、 ７ 隔壁、 ８ 間隙（溝）、
９ 電界遮蔽体（空気）、 １０ 液晶、 １１ 隔壁手段、
１２ 絶縁隔壁、 １３ 加工前の基板、 １４ 凸部、
１５ 凹部、 １６ 隔壁手段、
１７ 低誘電率の絶縁体、 １８ 凹部、
１９ 高抵抗薄膜、 ２０ 導電体薄膜

Claims (6)

1. ２枚の基板と、
   ピクセルを構成するように前記基板の対向する面にそれぞれ配置される電極と、
   前記電極の間に封入された液晶と、
   互いに隣接する前記ピクセルを隔てる隔壁手段と、
   を備え、
   前記隔壁手段は、前記隣接ピクセルを物理的に隔てる隔壁部と、前記隔壁部内に設けられ、前記隣接ピクセル間での電界の漏洩を低減する電界遮蔽体とを含み、
   前記電界遮蔽体の誘電率は前記隔壁部の誘電率より低いことを特徴とする液晶パネル。
2. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記隔壁部は互いに隔てられた１対の隔壁を含み、前記電界遮蔽体は前記１対の隔壁の間に介在される気体であることを特徴とする液晶パネル。
3. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記隔壁部は真空の密閉空間となる構造であり、前記電界遮蔽体は前記真空であることを特徴とする液晶パネル。
4. 請求項１に記載の液晶パネルにおいて、
   前記隔壁部は、多数の空隙が内部に分散した構造を有し、前記電界遮蔽体は、前記多数の空隙に封入される気体であることを特徴とする液晶パネル。
5. 請求項４に記載の液晶パネルにおいて、
   前記空隙は気体が封入されたものであることを特徴とする液晶パネル。
6. 請求項４に記載の液晶パネルにおいて、
   前記空隙は真空であることを特徴とする液晶パネル。
   

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