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Abstract
【課題】表示品位の劣化を抑制する表示装置を提供する。
【解決手段】第1絶縁基板10を含む第1基板ARと、第2絶縁基板20を含み、第1基板ARと対向して配置された第2基板CTと、第1基板ARの外側に配置された第1光学素子OD1と、第2基板CTの外側に配置された第2光学素子OD2と、第1光学素子OD1の外側、或いは第2光学素子OD2の外側の少なくとも一方に配置され、第1絶縁基板10及び第1光学素子OD1、或いは、第2絶縁基板20及び第2光学素子OD2よりも線膨張係数が小さく、第1光学素子OD1、或いは、第2光学素子OD2よりもヤング率が大きい補助板30、32と、を備えた表示装置。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点から様々な電子機器に搭載されている。近年では、電子機器の小型化や軽量化が進み、平面表示装置についてもより一層の軽量化、薄型化が要求されている。
例えば液晶表示装置は、アレイ基板と、対向基板と、アレイ基板及び対向基板間に保持された液晶層とを備えている。アレイ基板と対向基板との外面には、偏光板等を含む光学素子が配置されている。
本発明の本実施形態の目的は、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供する。
実施形態によれば、第1絶縁基板を含む第1基板と、第2絶縁基板を含み、前記第1基板と対向して配置された第2基板と、前記第1基板の外側に配置された第1光学素子と、前記第2基板の外側に配置された第2光学素子と、前記第1光学素子の外側、或いは第2光学素子の外側の少なくとも一方に配置され、前記第1絶縁基板及び前記第1光学素子、或いは、前記第2絶縁基板及び前記第2光学素子よりも線膨張係数が小さく、前記第1光学素子、或いは、前記第2光学素子よりもヤング率が大きい補助板と、を備えた表示装置が提供される。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、第1本実施形態における液晶表示装置の構成及び等価回路を概略的に示す図である。
すなわち、液晶表示装置は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPNを備えている。液晶表示パネルLPNは、第1基板であるアレイ基板ARと、アレイ基板ARに対向して配置された第2基板である対向基板CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備えている。このアクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている(但し、m及びnは正の整数である)。
液晶表示パネルLPNは、アクティブエリアACTにおいて、n本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の補助容量線C(C1〜Cn)、m本のソース配線S(S1〜Sm)などを備えている。ゲート配線G及び補助容量線Cは、例えば、第1方向Xに沿って略直線的に延出している。これらのゲート配線G及び補助容量線Cは、第1方向Xに交差する第2方向Yに沿って交互に並列配置されている。ここでは、第1方向Xと第2方向Yとは互いに略直交している。ソース配線Sは、ゲート配線G及び補助容量線Cと交差している。ソース配線Sは、第2方向Yに沿って略直線的に延出している。なお、ゲート配線G、補助容量線C、及び、ソース配線Sは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ゲートドライバGDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、ソースドライバSDに接続されている。これらのゲートドライバGD及びソースドライバSDの少なくとも一部は、例えば、アレイ基板ARに形成され、コントローラを内蔵した駆動ICチップ2と接続されている。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CEなどを備えている。保持容量Csは、例えば補助容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。補助容量線Cは、補助容量電圧が印加される電圧印加部VCSと電気的に接続されている。
なお、本実施形態においては、液晶表示パネルLPNは、画素電極PEがアレイ基板ARに形成される一方で共通電極CEの少なくとも一部が対向基板CTに形成された構成であり、これらの画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界を主に利用して液晶層LQの液晶分子をスイッチングする。画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される電界は、第1方向Xと第2方向Yとで規定されるX−Y平面あるいは基板主面に対してわずかに傾いた斜め電界(あるいは、基板主面にほぼ平行な横電界)である。
スイッチング素子SWは、例えば、nチャネル薄膜トランジスタ(TFT)によって構成されている。このスイッチング素子SWは、ゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されている。このようなスイッチング素子SWは、トップゲート型あるいはボトムゲート型のいずれであっても良い。また、スイッチング素子SWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、各画素PXに配置され、スイッチング素子SWに電気的に接続されている。共通電極CEは、液晶層LQを介して複数の画素PXの画素電極PEに対して共通に配置されている。このような画素電極PE及び共通電極CEは、例えば、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されているが、アルミニウムなどの他の金属材料によって形成されても良い。
アレイ基板ARは、共通電極CEに電圧を印加するための給電部(図示せず)を備えている。この給電部は、例えば、アクティブエリアACTの外側に形成されている。共通電極CEは、アクティブエリアACTの外側において、図示しない導電部材を介して、給電部と電気的に接続されている。
図2は、図1に示した液晶表示パネルLPNをA−A線で切断したときの断面構造の一例を概略的に示す断面図である。なお、ここでは、説明に必要な箇所のみを図示している。
液晶表示パネルLPNを構成するアレイ基板ARの背面側には、バックライト4が配置されている。バックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
アレイ基板ARは、光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。図示しないゲート配線は、第1絶縁基板10の上に形成され、第1層間絶縁膜11によって覆われている。図示しない半導体層は、第1層間絶縁膜11の上に形成され、第2層間絶縁膜12によって覆われている。ソース配線Sは、第2層間絶縁膜12の上に形成され、第3層間絶縁膜13によって覆われている。画素電極PEは、第2層間絶縁膜12の上に形成されている。この画素電極PEは、隣接するソース配線Sのそれぞれの直上の位置よりもそれらの内側に位置している。
第1配向膜AL1は、アレイ基板ARの対向基板CTと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第1配向膜AL1は、画素電極PEなどを覆っており、第3層間絶縁膜13の上にも配置されている。
対向基板CTは、光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。この対向基板CTは、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCF、オーバーコート層OC、共通電極CE、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、各画素PXを区画し、画素電極PEと対向する開口部APを形成する。すなわち、ブラックマトリクスBMは、ソース配線S、ゲート配線、補助容量線、スイッチング素子などの配線部に対向するように配置されている。ここでは、ブラックマトリクスBMは、第2方向Yに沿って延出した部分のみが図示されているが、第1方向Xに沿って延出した部分を備えていても良い。このブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20のアレイ基板ARに対向する内面20Aに配置されている。
カラーフィルタCFは、各画素PXに対応して配置されている。すなわち、カラーフィルタCFは、第2絶縁基板20の内面20Aにおける開口部APに配置されるとともに、その一部がブラックマトリクスBMに乗り上げている。第1方向Xに隣接する画素PXにそれぞれ配置されたカラーフィルタCFは、互いに色が異なる。例えば、カラーフィルタCFは、赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された樹脂材料によって形成されている。赤色に着色された樹脂材料からなる赤色カラーフィルタCFRは、赤色画素に対応して配置されている。青色に着色された樹脂材料からなる青色カラーフィルタCFBは、青色画素に対応して配置されている。緑色に着色された樹脂材料からなる緑色カラーフィルタCFGは、緑色画素に対応して配置されている。これらのカラーフィルタCF同士の境界は、ブラックマトリクスBMと重なる位置にある。
オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFを覆っている。このオーバーコート層OCは、カラーフィルタCFの表面の凹凸の影響を緩和する。
共通電極CEは、オーバーコート層OCのアレイ基板ARと対向する側に形成されている。なお、第3方向Zとは、第1方向X及び第2方向Yに直交する方向、あるいは、液晶表示パネルLPNの法線方向である。
第2配向膜AL2は、対向基板CTのアレイ基板ARと対向する面に配置され、アクティブエリアACTの略全体に亘って延在している。この第2配向膜AL2は、共通電極CE及びオーバーコート層OCなどを覆っている。
これらの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2には、液晶層LQの液晶分子を初期配向させるための配向処理(例えば、ラビング処理や光配向処理)がなされている。第1配向膜AL1が液晶分子を初期配向させる第1配向処理方向、及び、第2配向膜AL2が液晶分子を初期配向させる第2配向処理方向は、互いに平行であって、互いに逆向きあるいは同じ向きである。例えば、これらの第1配向処理方向及び第2配向処理方向は、図2に示したように、第2方向Yと略平行であって、同じ向きである。
上述したようなアレイ基板ARと対向基板CTとは、それぞれの第1配向膜AL1及び第2配向膜AL2が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ARの第1配向膜AL1と対向基板CTの第2配向膜AL2との間には、例えば、樹脂材料によって一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサSS(図3乃至図5に示す)が配置され、これにより、所定のセルギャップ、例えば2〜7μmのセルギャップが形成される。アレイ基板ARと対向基板CTとは、所定のセルギャップが形成された状態で、アクティブエリアACTの外側のシール材SLによって貼り合わせられている。
液晶層LQは、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に形成されたセルギャップに保持され、第1配向膜AL1と第2配向膜AL2との間に配置されている。このような液晶層LQは、例えば、誘電率異方性が正(ポジ型)の液晶材料によって構成されている。
アレイ基板ARの外面、つまり、アレイ基板ARを構成する第1絶縁基板10の外面10Bには、第1光学素子OD1が接着剤などにより貼付されている。この第1光学素子OD1は、液晶表示パネルLPNのバックライト4と対向する側に位置しており、バックライト4から液晶表示パネルLPNに入射する入射光の偏光状態を制御する。この第1光学素子OD1は、第1偏光軸(あるいは第1吸収軸)を有する第1偏光板PL1を含んでいる。
対向基板CTの外面、つまり、対向基板CTを構成する第2絶縁基板20の外面20Bには、第2光学素子OD2が接着剤などにより貼付されている。この第2光学素子OD2は、液晶表示パネルLPNの表示面側に位置しており、液晶表示パネルLPNから出射した出射光の偏光状態を制御する。この第2光学素子OD2は、第2偏光軸(あるいは第2吸収軸)を有する第2偏光板PL2を含んでいる。
第1偏光板PL1の第1偏光軸と、第2偏光板PL2の第2偏光軸とは、例えば、直交する位置関係(クロスニコル)にある。このとき、一方の偏光板は、例えば、その偏光軸が液晶分子の初期配向方向と平行または直交するように配置されている。初期配向方向が第2方向Yと平行である場合、一方の偏光板の偏光軸は、第2方向Xと平行、あるいは、第1方向Xと平行である。
本実施形態では、第1光学素子OD1の外面に更に補助板30が貼付されている。この補助板30は、第1光学素子OD1および第1絶縁基板10よりも線膨張係数が小さく、第1光学素子OD1よりもヤング率が大きくなるように形成される。補助板30を形成する材料としては、石英ガラス等を採用することができる。例えば、石英ガラスの線膨張係数は5×10−7(1/K)であり、ヤング率は70(GPa)である。本実施形態の第1絶縁基板10の線膨張係数は例えば3×10−6(1/K)である。第1偏光板PL1の線膨張係数は例えば1×10−5(1/K)であり、ヤング率は2(GPa)である。したがってこの場合、補助板30は、線膨張係数が3×10−6(1/K)よりも小さく、ヤング率が2(GPa)より大きく形成される。
なお、線膨張係数は、温度がセ氏1度上昇したときの物質の長さの増加量と、もとの長さとの比である。すなわち、補助板30は、第1光学素子OD1および第1絶縁基板10よりも熱膨張による長さの変化が小さく、第1光学素子OD1および第1絶縁基板10よりも応力(σ)に対するひずみ(ε)が小さいため撓み難い。
図3は、温度上昇時の本実施形態の液晶表示装置の断面の一例を概略的に示す図である。
例えば、第1絶縁基板10のガラス基板と第1偏光板PL1との熱膨張量が異なると、温度上昇時にアレイ基板ARが反って変形することがある。同様に、第2絶縁基板10のガラス基板と第2偏光板PL2との熱膨張量が異なると、温度上昇時に対向基板CTが反って変形することがある。
例えば、第1偏光板PL1の熱膨張量がガラス基板よりも大きい場合には、第1偏光板PL1側が凸となるようにアレイ基板ARが反る。例えば第2偏光板PL2の熱膨張量がガラス基板よりも大きい場合には、第2偏光板PL2側が凸となるように対向基板CTが反る。液晶表示パネルLPNを基準とすると、アレイ基板ARと対向基板CTの凸に反る向きは両方とも外側で、互いに逆向きである。この場合、シール材SLにより固定された液晶表示パネルLPNの端部に対してアクティブエリアACTの中央部分でセルギャップが大きくなり、液晶層LQの厚さにムラができて表示不良の原因となることがあった。アレイ基板ARと対向基板CTの凸に反る向きが逆であることが問題である。
そこで、本実施形態では、第1光学素子OD1の外側に補助板30を貼付している。この補助板30は、第1光学素子OD1および第1絶縁基板10よりも線膨張係数が小さく、第1光学素子OD1よりもヤング率が大きい。したがって、補助板30を第1光学素子OD1の外側に貼付することにより、温度上昇時にアレイ基板ARおよび第1光学素子OD1は液晶表示パネルLPNに対し内側に凸に反る。これは、アレイ基板ARが対向基板CTと同じ向きに凸に反ることを意図したものである。
アレイ基板ARおよび対向基板CTは、柱状スペーサSSおよびシール材SLにより所定の間隔を置いて対向している。アレイ基板ARと対向基板CTとは、シール材SLによって固定され、所定の温度範囲において、アクティブエリアACTの周辺のセルギャップは一定に保たれる。アクティブエリアACTにおいてアレイ基板ARと対向基板CTとの間の間隔は柱状スペーサSSにより略一定に担保される。
この状態で周囲環境の温度が上昇すると、対向基板CTが外側に凸となるように反ることでセルギャップは拡大しようとするが、アレイ基板ARが内側に凸に変形することでセルギャップは縮小しようとする。結果として、セルギャップの変化は抑制される。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、温度が上昇したときでも、液晶層LQの厚さにムラが生じることがなく、表示不良を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。
図4は、温度上昇時の第2実施形態の液晶表示装置の断面の一例を概略的に示す図である。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液晶表示装置は補助板30を備えず、補助板32が第2光学素子OD2の外側に貼付されている。すなわち、この補助板32は、第2光学素子OD2および第2絶縁基板20よりも線膨張係数が小さく、第2光学素子OD2よりもヤング率が大きくなるように形成される。補助板32を形成する材料としては、石英ガラス等を採用することができる。例えば、石英ガラスの線膨張係数は5×10−7(1/K)であり、ヤング率は70(GPa)である。本実施形態の第2絶縁基板20の線膨張係数は例えば3×10−6(1/K)である。第2偏光板PL2の線膨張係数は例えば1×10−5(1/K)であり、ヤング率は2(GPa)である。したがってこの場合、補助板32は、線膨張係数が3×10−6(1/K)よりも小さく、ヤング率が2(GPa)より大きく形成される。
本実施形態では、上記の補助板32を第2光学素子OD2の外側に貼付することにより、温度上昇時に対向基板CTおよび第2光学素子OD2は液晶表示パネルLPNに対し内側に凸に反る。これは、対向基板CTがアレイ基板ARと同じ向きに凸に反ることを意図したものである。
アレイ基板ARおよび対向基板CTは、柱状スペーサSSおよびシール材SLにより所定の間隔を置いて対向している。アレイ基板ARと対向基板CTとは、シール材SLによって固定され、所定の温度範囲において、アクティブエリアACTの周辺のセルギャップは一定に保たれる。アクティブエリアACTにおいてアレイ基板ARと対向基板CTとの間の間隔は柱状スペーサSSにより略一定に担保される。
この状態で周囲環境の温度が上昇すると、アレイ基板ARが外側に凸となるように反ることでセルギャップは拡大しようとするが、対向基板CTが内側に凸に変形することでセルギャップは縮小しようとする。結果として、セルギャップの変化は抑制される。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、温度が上昇したときでも、液晶層LQの厚さにムラが生じることがなく、表示不良を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。
図5は、温度上昇時の第3実施形態の液晶表示装置の断面の一例を概略的に示す図である。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の液晶表示装置は、補助板30と補助板32との両方を備えている。本実施形態では、上記の補助板30を第1光学素子OD1の外側に貼付するとともに、補助板32を第2光学素子OD2の外側に貼付することにより、温度上昇時にアレイ基板ARおよび第1光学素子OD1は液晶表示パネルLPNに対し内側に凸に反り、対向基板CTおよび第2光学素子OD2は液晶表示パネルLPNに対し内側に凸に反る。
アレイ基板ARおよび対向基板CTは、柱状スペーサSSおよびシール材SLにより所定の間隔を置いて対向している。アレイ基板ARと対向基板CTとは、シール材SLによって固定され、所定の温度範囲において、アクティブエリアACTの周辺のセルギャップは一定に保たれる。アクティブエリアACTにおいてアレイ基板ARと対向基板CTとの間の間隔は柱状スペーサSSにより略一定に担保される。
この状態で周囲環境の温度が上昇すると、補助板30と補助板32により、対向基板CTとアレイ基板ARは、各々、内側に凸に反り、セルギャップを縮小しようする。一方、対向基板CTとアレイ基板ARの間には柱状スペーサSSが支えているため、セルギャップの縮小は抑制される。結果として、セルギャップの変化は抑制される。したがって、本実施形態の液晶表示装置は、温度が上昇したときでも、液晶層LQの厚さにムラが生じることがなく、表示不良を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、表示品位の劣化を抑制することが可能な表示装置を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LPN…液晶表示パネル、AR…アレイ基板、CT…対向基板、LQ…液晶層、ACT…アクティブエリア、PX…画素、G…ゲート配線、C…補助容量線、S…ソース配線、PE…画素電極、CE…共通電極、Cs…保持容量、BM…ブラックマトリクス、CF…カラーフィルタ、OC…オーバーコート層、AP…開口部、SS…柱状スペーサ、SL…シール材、AL1…第1配向膜、OD1…第1光学素子、PL1…第1偏光板、AL2…配向膜、OD2…第2光学素子、PL2…偏光板、4…バックライト、10…第1絶縁基板、11〜13…層間絶縁膜、20…第2絶縁基板、30、32…補助板
Claims (3)
- 第1絶縁基板を含む第1基板と、
第2絶縁基板を含み、前記第1基板と対向して配置された第2基板と、
前記第1基板の外側に配置された第1光学素子と、
前記第2基板の外側に配置された第2光学素子と、
前記第1光学素子の外側、或いは第2光学素子の外側の少なくとも一方に配置され、前記第1絶縁基板及び前記第1光学素子、或いは、前記第2絶縁基板及び前記第2光学素子よりも線膨張係数が小さく、前記第1光学素子、或いは、前記第2光学素子よりもヤング率が大きい補助板と、を備えた表示装置。 - 前記補助板は、前記第1光学素子の外側、及び、第2光学素子の外側に配置されている請求項1記載の表示装置。
- 複数の前記画素電極を囲むように前記第1基板と前記第2基板との間に配置されたシール材と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置された複数の柱状スペーサと、を更に備えた請求項1又は請求項2記載の表示装置。
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Cited By (1)
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JP2017207596A (ja) * | 2016-05-17 | 2017-11-24 | 日東電工株式会社 | 光学積層体 |
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