JP2013050498A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明の液晶表示装置によれば、表示品位が低下することを低減できる。
【解決手段】本発明に係る液晶表示装置1は、第1基体21と、配向膜228が設けられて該配向膜228が第1基体21と対向するように配置された第2基体22と、第1基体21と第2基体22に設けられた配向膜228との間に設けられた液晶層23と、第1基体21に固定されたスペーサ24とを備え、スペーサ24は、第2基体21の配向膜228と対向し、中央領域に凹部241aを有している頂部241と、頂部241から第1基体21にかけて凸曲面を有する側面242とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図3
【解決手段】本発明に係る液晶表示装置1は、第1基体21と、配向膜228が設けられて該配向膜228が第1基体21と対向するように配置された第2基体22と、第1基体21と第2基体22に設けられた配向膜228との間に設けられた液晶層23と、第1基体21に固定されたスペーサ24とを備え、スペーサ24は、第2基体21の配向膜228と対向し、中央領域に凹部241aを有している頂部241と、頂部241から第1基体21にかけて凸曲面を有する側面242とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図3
Description
本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、携帯ゲーム機あるいは携帯型情報端末などの様々な用途に用いられる液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、互いに対向して配置させた一対の基体と、この基体の間に配置された液晶層とを備えており、一対の基体間には、基体間の間隔を制御することを目的としてスペーサが設けられている(例えば、特許文献1参照)。
このようなスペーサは、一端が一対の基体のうち一方の基体に固定されているとともに、他端が他方基体に対向する頂部を有しており、この頂部は他方の基体に近接している。例えば外力によって液晶表示装置に荷重が加わると、基体の間隔が狭まろうとするが、このスペーサの頂部が他方基体に接触し、スペーサが一方基体および他方基体を押圧することで、基体間の間隔を制御することができる。
しかしながら、この頂部の中央領域での形状は、他方の基体側に突き出る凸部状となっている。そのため、例えば、一対の基体に荷重が加わった場合などに、スペーサの頂部が他方の基体に設けられている配向膜を押圧する面積が小さくなりやすく、配向膜に部分的に強い押圧力が加わり、配向膜が損傷し、表示品位が低下するという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示品位が低下することを抑制ができる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、第1基体と、配向膜が設けられて該配向膜が前記第1基体と対向するように配置された第2基体と、前記第1基体と前記第2基体に設けられた前記配向膜との間に設けられた液晶層と、前記第1基体に固定されたスペーサとを備え、前記スペーサは、前記第2基体の前記配向膜と対向し、前記第2基体の前記配向膜と対向し、中央領域に凹部を有している頂部と、前記頂部から前記第1基体にかけて凸曲面である側面を有する側面とを含むことを特徴とする。
本発明の液晶表示装置によれば、スペーサの頂部が、第2基体の配向膜に近接しているとともに、中央領域に凹部を有することから、スペーサの頂部で配向膜を押圧した場合の配向膜の損傷を低減できるので、表示品位が低下することを低減できる。
[実施の形態1]
まず、本発明の第1の実施形態における液晶表示装置1について説明する。
まず、本発明の第1の実施形態における液晶表示装置1について説明する。
図1および図2に示すように、液晶表示装置1は、液晶パネル2と、光源装置3と、第1偏光板4と、第2偏光板5とを備えている。
液晶パネル2は、第1基体21と、第2基体22と、液晶層23と、スペーサ24と、シール部材25とを有する。
第1基体21は、いわゆるCF(Color Filter)基体である。図3に示すように、第1基体21は、第1透明基板211と、遮光パターン212と、カラーフィルタ213と、平坦化膜214とを有する。
第1透明基板211は上記部材を支持する機能を有する。また、第1透明基板211は、画像表示の際に表示面として用いられる第1主面211aと、第1主面211aとは反対側に位置する第2主面211bとを有する。第1透明基板211は、例えばガラス、プラスチックなどの透光性を有する材料によって形成される。
遮光パターン212は光を遮光する機能を有する。遮光パターン212は、第1透明基板211の第2主面211bにX方向またはY方向に延在するように格子状に設けられている。遮光パターン212は、第1透明基板211の第2主面211b上に各画素Pの外周に沿って格子状に設けられている。遮光パターン212の材料は、遮光性の高い色(例えば黒色)の染料あるいは顔料(例えば、カーボンもしくはカーボンを樹脂で被覆した樹脂カーボン)が添加された樹脂、またはクロム、酸化クロムなどの金属が挙げられる。なお、本実施形態の遮光パターン212は第2主面211b上に格子状に形成されているが、これには限られない。
カラーフィルタ213は、可視光のうち特定の波長のみを透過させる機能を有する。カラーフィルタ213は、第1透明基板211の第2主面211bに複数設けられており、各画素Pごとに配置されている。各カラーフィルタ213は、赤(R)、緑(G)および青(B)のいずれかの色を有している。また、カラーフィルタ213は、上記の色に限られず、例えば、黄色(Y)、白(W)などの色を有してもよい。カラーフィルタ213の材料は、例えば染料あるいは顔料を添加した樹脂が挙げられる。また、カラーフィルタ213の一部は遮光パターン212を覆うように設けられている。 平坦化膜214は、第1基体21の表面を平坦化させる機能を有する。平坦化膜214は、遮光パターン212およびカラーフィルタ213を覆うように第1透明基板211上に設けられている。平坦化膜214の材料は、例えば、アクリル樹脂などの樹脂が挙げられる。
第2基体22は、いわゆるTFT(Thin Film Transistor)基体である。第2基体22
は、第2透明基板221と、ゲート配線222と、ソース配線223と、薄膜トランジスタTFTと、画素電極224と、共通電極225と、第1層間絶縁膜226と、第2層間絶縁膜227と、配向膜228とを有する。
は、第2透明基板221と、ゲート配線222と、ソース配線223と、薄膜トランジスタTFTと、画素電極224と、共通電極225と、第1層間絶縁膜226と、第2層間絶縁膜227と、配向膜228とを有する。
液晶表示装置1では、画素Pがマトリクス状に配置されている。第2透明基板221上には、Y方向に沿って配列している複数のゲート配線222と、各ゲート配線222に交差するようにX方向に沿って配列している複数のソース配線223とが設けられている。画素Pは、複数のゲート配線222と複数のソース配線223とによって囲まれた領域によって規定される。
各ゲート配線222はX方向に沿って延在しており、一つのゲート配線222には複数の薄膜トランジスタTFTが接続されている。また、各ソース配線223がY方向に沿って延在している。各ソース配線223には、薄膜トランジスタTFTを介して画素電極224が接続されている。
一つのゲート配線222に電圧が印加されれば、そのゲート配線222に接続されている薄膜トランジスタTFTの半導体層の抵抗が変化することで、その薄膜トランジスタTFTに電流が流れるようになる(ONの状態)。薄膜トランジスタTFTがONの状態で、ソース配線223に画像信号が印加されれば、薄膜トランジスタTFTを介してソース配線223から画素電極224へ画像信号の書き込みがされ、画像信号に基づき画素電極224と共通電極225との間で電界が発生し、画素Pに位置する液晶分子の配列方向を制御することができる。
第2透明基板221は上記部材を支持する機能を有する。また、第2透明基板221は、上記部材が設けられているとともに、第1透明基板211の第2主面211bと対向する第1主面221aと、第1主面221aとは反対側に位置する第2主面221bとを有している。第2透明基板221の材料は、第1透明基板211と同様なものが挙げられる。
ゲート配線222は薄膜トランジスタTFTに電圧を印加する機能を有する。図4に示すように、ゲート配線222はX方向に延在して形成されている。また、複数のゲート配線222は、第2透明基板221の第1主面221aにY方向に沿って配列されている。また、ゲート配線222は、第1基体21の遮光パターン212と対向するように配置されている。なお、本実施形態のゲート配線222は遮光パターン212と対向配置されているが、これには限られない。ゲート配線222の材料は、導電性を有するものが挙げられ、例えば、アルミニウム、モリブデン、チタン、ネオジム、またはこれらを含む合金などである。
第1層間絶縁膜226がゲート配線222を覆うように第1主面22a上に設けられている。第1層間絶縁膜226は、窒化珪素、酸化珪素などの絶縁性を有する材料によって形成される。なお、第1層間絶縁膜226は、スパッタリング法、蒸着法、または化学気相成長法などによって第2透明基板221の第1主面22a上に形成できる。
ソース配線223は、薄膜トランジスタTFTを介して画素電極224に電圧を印加する機能を有する。図4に示すように、ソース配線223はY方向に延在して形成されている。また、複数のソース配線223は、第1層間絶縁膜226上にX方向に沿って配列されている。また、ソース配線223は第1基体22の遮光パターン212と対向するように設けられている。なお、本実施形態のソース配線223は遮光パターン212と対向配置されているが、これには限られない。ソース配線223の材料はゲート配線222と同様の材料で形成してもよい。
第2層間絶縁膜227は、ソース配線223を覆うように第1層間絶縁膜226上に設けられている。第2層間絶縁膜227の材料は、絶縁性を有するものが挙げられ、例えば、第2層間絶縁膜227は、有機材料によって形成され、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などが挙げられる。
薄膜トランジスタTFTでは、ゲート配線222を介して半導体層に印加される電圧に応じてソース電極およびドレイン電極間の半導体層の抵抗が変化することで、画素電極224への画像信号の書き込みもしくは非書き込みが制御される。
画素電極224は、ドライバから印加された電圧によって共通電極225との間で電界を発生させる機能を有する。画素電極224は、第2層間絶縁膜227上に設けられている。画素電極224の材料は、透光性および導電性を有するものが挙げられ、例えばITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide
)、AZO(Al-Doped Zinc Oxide)、酸化錫、酸化亜鉛、および導電性高分子(PED
OTおよびPSSなど)などが挙げられる。
)、AZO(Al-Doped Zinc Oxide)、酸化錫、酸化亜鉛、および導電性高分子(PED
OTおよびPSSなど)などが挙げられる。
共通電極225は、ドライバから印加された電圧によって画素電極224との間で電界を発生させる機能を有する。共通電極225は第2層間絶縁膜227上に設けられている。共通電極225は画素電極224と同一平面上に設けられているが、互いに離間して位置している。共通電極225の材料は、透光性および導電性を有するものが挙げられ、画素電極224と同様のものが挙げられる。
配向膜228は液晶層23の液晶分子の配向を制御する機能を有する。配向膜228は、画素電極224および共通電極225を覆うように第2透明基板221上に設けられている。配向膜228の材料はポリイミド樹脂などの樹脂が挙げられる。
液晶層23は、第1基体21と第2基体22との間に設けられている。液晶層23は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、またはスメクティック液晶などの液晶分子を含んでいる。
スペーサ24は、第1基体21と第2基体22との間隔を制御する機能を有する。図3に示すように、スペーサ24は第1基体21と第2基体22との間に設けられている。また、スペーサ24の一端は第1基体21に固定されている。スペーサ24は、第1基体21の遮光パターン212と重なるように設けられているとともに、遮光パターン212の形成領域内に位置している。また、図4に示すように、スペーサ24は3つの画素Pに対して1個の密度で形成されている。なお、スペーサ24を形成する密度は、これには限定されず、例えば、液晶表示装置1の設計に合わせて適宜変更してもよい。スペーサ24の材料は、例えば、感光性を有する樹脂が挙げられ、アクリル樹脂である。 図3、図6Aおよび図6Bに示すように、スペーサ24は、第2基体22と対向する頂部241を有している。頂部241は第2基体22の配向膜228に近接して配置されている。
また、図6Aおよび図6Bに示すように、頂部241は、第1基体21側へ向かって凹む凹部241aを有している。頂部241は第2基体22の配向膜228と近接して配置されている。なお、スペーサ24の頂部241と配向膜228との距離は0.5μm以下に設定されている。
また、図6Aに示すように、頂部241および凹部241aの平面視したときの形状がいずれも円形状であることが好ましい。これにより、スペーサ24が配向膜228を押圧し、スペーサ24が収縮した場合に、スペーサ24自体に加わる応力を分散できる。
液晶表示装置1では、頂部241に凹部241aが設けられているので、例えば液晶表示装置1に外部からの衝撃が加わった場合などでも、スペーサ24の頂部241が配向膜228を押圧する面積を大きくできる。これにより、配向膜228に対する押圧力が分散されるので、配向膜228が損傷することを低減でき、表示品位が低下することを抑制できる。
また、図6Bに示すように、スペーサ24の側面242は、頂部241から第1基体21にかけて凸曲面である。スペーサ24が配向膜228を押圧する際にスペーサ24が収縮し、スペーサ24に応力が加わるが、スペーサ24の側面242が凸曲面であることで、スペーサ24自体に加わる応力を分散できる。
図7Aは、図6BのR1部分の拡大図を示している。図7Aに示すように、凹部241aの内面241bは、凹部241aの周囲から底部241cにかけて滑らかな曲面となっていることが好ましい。これにより、スペーサ24が配向膜228を押圧する際にスペーサ24の内面241bが配向膜228に接触しやすくなり、内面241bから配向膜228に加える押圧力をより分散できる。
図7Bは、図6BのR2部分の拡大図を示している。図7Bに示すように、スペーサ24は、第1基体21との境界に端部243を有している。また、端部243と第1基体21とがなす傾斜角度θは、第2基体21とスペーサ24の側面242のいずれかの部位とがなす傾斜角度θ´において、最も小さくなるように設定されている。これにより、スペーサ24と第1基体21との接着面積が増加するので、スペーサ24と第1基体21との密着性が向上する。また、この端部243と第1基体21との傾斜角度θは10°〜20°に設定されていることが好ましい。10°以下になると、端部243が広がることで、スペーサ24の形成領域が大きくなり、表示品位に影響を与える可能性がある。
また、図7Aに示すように、凹部241aの内面241bは凹曲面となっていることが好ましい。これにより、スペーサ24が配向膜228を押圧する際に、凹部241aの内面241bと配向膜228との接触面積を確保しやすくなり、凹部241aの内面241bから配向膜228に加える押圧をより良好に分散し得る。ここで、凹曲面は、凹部241aの底部241cと端部241dとを結んだ仮想線よりも第1基体21側に凹む曲面である。
また、頂部241の凹部241aの深さdは、スペーサ24の高さDに対して例えば1%〜5%に設定される。ここで、凹部241aの深さdが浅いと、内面241bの面積も小さくなるので、スペーサ24が配向膜228を押圧する際に、スペーサ24の頂部241と配向膜228との押圧面積を十分確保できなくなる可能性がある。一方で、凹部241aの深さdが深いと、スペーサ24が配向膜228を押圧する際に、凹部241aの底面でも配向膜228を押圧することができなくなるので、スペーサ24の頂部241と配向膜228との押圧面積を十分確保できなくなる可能性がある。そのため、頂部241の凹部241aの深さdをスペーサ24の高さDに対して1%〜5%の範囲に設定することで、スペーサ24の頂部241と配向膜228との良好な押圧面積を確保できる。
また、図6Aに示すように、凹部241aの幅hは、頂部241の幅Hに対して20%以下に設定されている。スペーサ24の頂部241が配向膜228に押圧する際に、凹部241aの幅hが大きくなると、頂部241と配向膜228との摩擦が大きくなりやすく、スペーサ24に対して水平方向に応力が加わりやすく、スペーサ24が屈曲しやすくなる。これに対して、凹部241aの幅hが頂部241の幅Hに対して20%以下に設定されていると、スペーサ24に対する水平方向の応力を低減でき、スペーサ24が屈曲する
ことを低減できる。
ことを低減できる。
図8は、表示領域EDおよび非表示領域ENの一部を示す液晶パネル2の平面図である。
また、図9は、図8のIII−III線に沿った断面のスペーサを示した図である。図8に示すように、スペーサ24は、表示領域EDおよび非表示領域ENに位置している。ここで、図9に示すように、非表示領域ENに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさは、表示領域EDに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさよりも小さく設定されている。
また、図9は、図8のIII−III線に沿った断面のスペーサを示した図である。図8に示すように、スペーサ24は、表示領域EDおよび非表示領域ENに位置している。ここで、図9に示すように、非表示領域ENに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさは、表示領域EDに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさよりも小さく設定されている。
液晶パネル2を使用する場合、液晶パネル2は外周側に比べて中央側で高温になりやすい。すなわち、非表示領域ENは表示領域EDの外側に位置していることから、非表示領域ENは表示領域EDに比べて低温になりやすい。低温になると、液晶層23が収縮し、その収縮により気泡が発生しやすくなる。
液晶表示装置1では、非表示領域ENに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさが、表示領域EDに位置するスペーサ24の頂部241の凹部241aの大きさよりも小さく設定されている。これにより、非表示領域ENに位置するスペーサ24が配向膜228を押圧する面積が小さくなるが、非表示領域ENに位置するスペーサ24の凹部241aの大きさが小さいので、低温状態でも気泡が発生する可能性を低減できる。一方で、スペーサ24が第2基体22を押圧する面積が小さくなっても、非表示領域ENの押圧面積なので、表示品位に与える影響は少ない。
また、スペーサ24の頂部241の凹部241a内に液晶分子が位置していると、スペーサ24と配向膜228との接触の際に液晶分子が衝撃を和らげる緩衝材として機能し、配向膜228が損傷することをより効果的に低減することができる。
スペーサ24の形成方法としては、例えば以下の方法がある。
まず、遮光パターン212、カラーフィルタ213、平坦化膜214が形成された第1透明基板211の第2主面211b上に、上記樹脂材料を塗布し、樹脂膜を形成する。その後、マスクを用いて樹脂膜の所定部分を露光し、現像することで樹脂膜の露光部分を処理し、加熱硬化させることで、スペーサ24を形成する。
ここで、スペーサ24を形成する過程で、マスクと樹脂膜との距離等を調整し、光の回折を利用することで、スペーサ24が形成される部分の上面(頂部241)に重合反応が不十分な部分を作る。その後、現像工程において樹脂膜を除去する。そして、所定の温度条件で樹脂の粘性を調整した上で、硬化させることで、頂部241に凹部241aを有するスペーサ24を形成することができる。
また、スペーサ24は配向膜26によって覆われている。配向膜26は液晶層23の配向を制御する機能を有する。配向膜26はスペーサ24を覆うように第1基体21上に設けられている。
シール部材25は、第1基体21と第2基体22とを貼り合わせる機能を有するものである。シール部材25は、表示領域EDを取り囲むようにして、第1基体21と第2基体22との間に設けられている。
光源装置3は、表示領域EDにおける第1基体21および第2基体22に向けて光を照射する機能を有するものである。光源装置3は、光源31と、導光板32とを有している
。
。
第1偏光板4は、所定の振動方向の光を選択的に透過させる機能を有する。第1偏光板4は、第1基体21および第2基体22との外側に位置しており、第1透明基板211の第1主面21a側に設けられている。
第2偏光板5は、所定の振動方向の光を選択的に透過させる機能を有する。第2偏光板5は、第1基体21および第2基体22を介して第1偏光板4と対向して配置される。
[実施の形態2]
図10は、第2の実施形態における液晶表示装置1Aの一例を示した図である。
図10は、第2の実施形態における液晶表示装置1Aの一例を示した図である。
液晶表示装置1Aは、液晶表示装置1に比べて、遮光パターン212を覆うカラーフィルタ213に開口が設けられている点が異なる。
液晶表示装置1Aでは、遮光パターン212を覆うカラーフィルタ213の一部に開口213aが設けられている。これにより、カラーフィルタ213を覆う平坦化膜214に凹部214aが形成され、この凹部を含む平坦化膜214上にスペーサ24が固定されるので、スペーサ24と平坦化膜214と密着性が向上する。
また、カラーフィルタ213の開口の大きさを制御することで、平坦化膜214の凹部を制御でき、ひいては、スペーサ24の凹部241aの大きさを容易に調整できるようになる。
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述の実施形態では、スペーサ24がCF基体に固定されているが、これには限られない。すなわち、スペーサ24がTFT基体に固定されており、スペーサ24の頂部241がCF基体に近接して設けられていてもよい。
液晶表示装置1,1Aでは、横電界方式の液晶表示装置について説明したが、これには限定されない。すなわち、液晶表示装置1,1Aは縦電界方式を採用してもよいし、アクティブマトリクス型とは異なり薄膜トランジスタを用いないパッシブマトリクス型の液晶表示装置でもよい。
1 液晶表示装置
2 液晶パネル
21 第1基体
212 遮光パターン
213 カラーフィルタ
22 第2基体
228 配向膜
23 液晶層
24 スペーサ
241 頂部
241a 凹部
242 側面
26 配向膜
2 液晶パネル
21 第1基体
212 遮光パターン
213 カラーフィルタ
22 第2基体
228 配向膜
23 液晶層
24 スペーサ
241 頂部
241a 凹部
242 側面
26 配向膜
Claims (7)
- 第1基体と、配向膜が設けられて該配向膜が前記第1基体と対向するように配置された第2基体と、前記第1基体と前記第2基体に設けられた前記配向膜との間に設けられた液晶層と、前記第1基体に固定されたスペーサとを備え、前記スペーサは、前記第2基体の前記配向膜と対向し、中央領域に凹部を有している頂部と、前記頂部から前記第1基体にかけて凸曲面を有する側面とを含むことを特徴とする液晶表示装置。
- 前記凹部の内面は、前記凹部の周囲から前記凹部の底部にかけて曲面となっている請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記頂部および前記凹部の平面視したときの形状がいずれも円形状である請求項1に記載の液晶表示装置。
- 表示領域および該表示領域の外側に位置する非表示領域を有するとともに、
複数の前記スペーサが前記表示領域および前記非表示領域に位置しており、
前記表示領域に位置する前記スペーサの前記凹部の大きさが、前記非表示領域に位置する前記スペーサの凹部の大きさよりも小さい請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第1基体上には光を遮光する遮光パターンが設けられており、
前記スペーサは、前記遮光パターンと重なるように前記第1基体に固定されている請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記第1基体上には前記遮光パターンと隣接するようにカラーフィルタが設けられており、
該カラーフィルタの一部は前記遮光パターンを覆って設けられている請求項5に記載の液晶表示装置。 - 前記遮光パターンを覆う前記カラーフィルタの一部は開口部を有しており、
前記スペーサは前記カラーフィルタの前記開口部に重なるように前記第1基体に固定されている請求項6に記載の液晶表示装置。
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---|---|---|---|
US13/221,412 US20120050653A1 (en) | 2010-08-30 | 2011-08-30 | Liquid crystal display device |
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CN106054464B (zh) * | 2016-08-18 | 2019-07-05 | 厦门天马微电子有限公司 | 一种彩膜基板、显示面板以及显示装置 |
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