JP2016224298A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置を湾曲して使用する場合に、ＴＦＴ基板と対向基板がずれることにより、柱状スペーサ痕に起因する光もれによって、コントラストが低下することを防止する。
【解決手段】画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１００と、対向基板２００との間に液晶３００が挟持され、表示領域とその周辺の額縁領域を有し、前記表示領域は第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した液晶表示パネル１０を有する液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板１００と前記対向基板２００の間隔は、前記対向基板に形成された柱状スペーサ５０によって規定され、前記柱状スペーサ５０は、前記対向基板２００のブラックマトリクス２０２に対応した位置に形成され、前記第１の軸方向において、前記柱状スペーサ５０の中心は、前記ブラックマトリクス２０２の中心からずれていることを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】図１０

Description

本発明は，表示装置に係り，特に画面を湾曲させた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、対向基板が配置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。液晶表示装置は、通常はフラットな画面として用いられる。

しかし、車載等の用途によっては、画面を例えば、シリンドリカルな曲面にしたいというような要求がある。曲面にしたほうが見やすい場合もあるし、表示装置の配置をしやすい場合もあるからである。

特許文献１には、曲面パネルに対するラビング方法が記載されている。この場合は、製造プロセスの段階において、パネルはすでに曲がっている状態である。特許文献２には、熱可塑性のシール材を用い、パネルを曲げ加工する際にストレスが生ずることを防止する構成が記載されている。この場合も、パネルは、製造工程において曲げ加工されている。引用文献３−５は曲面ディスプレイについての他の例が記載されている。

特開２０１３−１３０６３９号公報 特開２００８−１７５９１４号公報 特開２００８−１３４５３７号公報 特開２００８−１１１８９０号公報 特開２００４−３５４４６８号公報

液晶表示パネルは、製造効率を上げるために、マザー基板に多数の液晶表示パネルを形成しておき、マザー基板完成後、個々の液晶表示パネルをマザー基板から分離するというプロセスがとられる。マザー基板から分離された状態の液晶表示パネルはフラットである。曲面ディスプレイの製造においても、フラットな液晶表示パネルを、製品に組むときに曲げれば、液晶表示パネルの製造効率を低下させずにすむ。

一方、平面ディスプレイを曲面に曲げるときに、種々のストレスが生ずる。すなわち、液晶表示パネルは、シール材を介してＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が封入されているが、液晶表示パネルを曲面に曲げるときに、ＴＦＴ基板と対向基板とで、歪の出方が異なる。また、ＴＦＴ基板と対向基板の間隔は、柱状スペーサ等を用いて規定するが、液晶表示パネルを曲げるさい、ＴＦＴ基板と対向基板に生ずる歪の場所による差の影響が、柱状スペーサに対して生ずる。

本発明の課題は、液晶表示パネルをフラットな状態から曲面に曲げる際に生ずる歪の影響を小さくし、曲面ディスプレイとした場合にも、画像の品質を低下させないことである。

本発明は上記課題を克服するものであり、代表的な手段は次のとおりである。

（１）画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域を持つ液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間隔は、前記対向基板に形成された柱状スペーサによって規定され、前記柱状スペーサは、前記対向基板のブラックマトリクスに対応した位置に形成され、前記第１の軸方向において、前記柱状スペーサの中心は、前記ブラックマトリクスの中心からずれていることを特徴とする液晶表示装置。
（２）画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域を持つ液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板には、前記第１の軸方向または前記第２の軸方向に長軸を有するように形成された第１の棒状スペーサが形成され、前記対向基板には、平面で視て、前記第１の棒状スペーサとクロスするように、前記第２の軸方向または前記第１の軸方向に長軸を有するように形成された第２の棒状スペーサが形成され、前記第１の軸方向に長軸を有する前記第１または前記第２の棒状スペーサの長さは、前記第２の軸方向に長軸を有する前記第１または前記第２の棒状スペーサの長さよりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。

（３）第１の画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記第１の画素に対応して第２の画素が形成された対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有する表示領域を持つ液晶表示パネルであって、前記液晶表示パネルは、前記第１の軸に沿って湾曲して使用されるものであり、前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第２の画素が形成され、前記第２の画素の前記第１の軸方向の中心は、前記第１の画素の前記第１の軸方向の中心とは、ずれていることを特徴とする液晶表示パネル。

（４）画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域を持つ液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間隔は、前記対向基板に形成された柱状スペーサによって規定され、前記柱状スペーサの前記ＴＦＴ基板に接触する接触面積比率は、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に向かって小さくなっていることを特徴とする液晶表示装置。

本発明における、液晶表示装置の斜視図である。 液晶表示パネルの断面図である。 湾曲した液晶表示パネルの断面図である。 湾曲した液晶表示装置を製造するプロセスを示す断面図である。 湾曲した液晶表示パネルの形状を示す断面図である。 液晶表示パネルの詳細断面図である。 通常の液晶表示パネルの柱状スペーサ付近の断面図である。 通常の液晶表示パネルの問題点を示す断面図である。 本発明の実施例１を示す断面図である。 実施例１において、液晶表示パネルを湾曲した場合の断面図である。 クロス型スペーサの斜視図である。 実施例２におけるＴＦＴ基板の画素部を示す平面図である。 実施例２における対向基板の画素部を示す平面図である。 クロス型スペーサの平面図である。 クロス型スペーサの断面図である。 クロス型スペーサの問題点を示す断面図である。 実施例２のクロス型スペーサの平面図である。 実施例２のクロス型スペーサの断面図である。 液晶表示パネルを湾曲した場合の実施例２のクロス型スペーサの断面図である。 実施例２の他の形態のクロス型スペーサの平面図である。 実施例２の他の形態のクロス型スペーサの断面図である。 液晶表示パネルを湾曲した場合の実施例２の他の形態のクロス型スペーサの断面図である。 実施例３の液晶表示パネルの断面図である。 実施例４の液晶表示パネルの説明図である。 柱状スペーサの寸法例を示す断面図である。 表示領域周辺における柱状スペーサの配置例である。 実施例４の表示領域の中央部における柱状スペーサの配置例である。 実施例４の表示領域の中央部における柱状スペーサの他の例である。 柱状スペーサと補助柱状スペーサを示す断面図である。 液晶表示装置の画面を湾曲させる他の例である。 液晶表示装置の画面を湾曲させるさらに他の例である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は曲面ディスプレイの斜視図である。図１のディスプレイは、画面を視認者側に凸とした形状である。図１において、一番上には保護パネル２０が配置し、その下に液晶表示パネル１０が配置し、液晶表示パネル１０の背面には、バックライト３０が配置している。図１において、矩形の表示領域１１の周辺には額縁領域１２が形成されている。図１において、表示領域１１の長径ｘｘは例えば２３０ｍｍ、短径ｙｙは９０ｍｍ、曲率半径は５００ｍｍである。図１はシリンドリカルな曲面の場合であるが、この曲面は、湾曲軸１３と湾曲軸と直角な方向の軸１４を持っている。

図２は液晶表示パネルの断面図である。図２において、ＴＦＴや画素電極等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１００に対向して、対向基板２００が配置し、ＴＦＴ基板と対向基板とは、周辺のシール材によって接着している。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間には液晶３００が封入されており、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は、柱状スペーサ５０によって維持されている。

ＴＦＴ基板１００の下には下偏光板１５が貼り付けられており、対向基板２００の上側には上偏光板１６が貼り付けられている。本発明においては、まず、図２に示すように、フラットな液晶表示パネル１０を形成し、その後、保護板２０に張り付けるときに液晶表示パネル１０を曲げる。

液晶表示パネル１０を曲げるには、ガラスで形成されているＴＦＴ基板１００および対向基板２００を０．２ｍｍ以下、より、曲面をつけるには、０．１５ｍｍ以下に薄くしなければならない。しかし、市場ではガラス基板の厚さは０．７ｍｍあるいは０．５ｍｍというように規格化されている。そこで、この基板を０．１５ｍｍ程度にまで薄くするために、マザー基板が完成した時点で、基板を研磨することによって薄くする。

なお、ＴＦＴ基板１００の下側には、下偏光板１５が、対向基板２００の上側には、上偏光板１６が貼り付けられているが、偏光板はプラスチックで形成され、かつ、厚さは０．１ｍｍ程度なので、曲げ応力は非常に小さい。

図３は、本発明による曲面ディスプレイを製造する、途中工程を示す断面図である。図３において、保護板２０はあらかじめ曲面に形成されており、保護板２０の内面側には、粘着材２１が形成されている。図３において、液晶表示パネル１０は、図２において説明したように、ガラス基板が研磨によって、０．１５ｍｍ程度の厚さになっているので、容易に曲げることができる。当初は平面である液晶表示パネル１０を矢印で示すように、保護板２０の内面に沿わせると、液晶表示パネル１０が湾曲する。図３の液晶表示パネル１０はＴＦＴ基板側に湾曲していると定義する。

図４は、液晶表示パネル１０を粘着材２１が形成された保護板２０の内面に沿わせている工程を示す断面図である。図４において、保護板２０は、厚さが０．５ｍｍ以上であり、液晶表示パネル１０に比べて剛性が高い。したがって、液晶表示パネル１０は保護板２０の曲面に沿って湾曲することになる。

保護板２０と液晶表示パネル１０は粘着材２１によって接着するが、接着力を強固にするために、ローラ１０００を回転させながら、液晶表示パネル１０を保護板２１に貼り付ける。なお、保護板２０はガラスのこともあるし、プラスチックのこともある。保護板２０は、加熱、あるいは、プレス等によって曲面を形成することが出来る。

図５は、液晶表示パネル１０を湾曲させた場合に、どのようなストレスあるいは歪が生ずるかを示す断面模式図である。図５は液晶表示パネル１０において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００のみ示している。図５のように視認者側に凸になるように液晶表示パネル１０を湾曲させた場合、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００を同じ角度θだけ湾曲させたとすると、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の曲率半径の差によって、ＴＦＴ基板１００は対向基板２００に対して外側に延びようとする応力を生ずる。

対向基板２００の曲率半径をｒ１、ＴＦＴ基板１００の曲率半径をｒ２とすると、角度θの位置においては、θをラジアンで表すと、湾曲軸方向におけるＴＦＴ基板と対向基板のずれ量は、（ｒ１−ｒ２）θとなる。仮に、表示領域１１の長径が２３０ｍｍであり、対向基板２００の表面における曲率半径が５００ｍｍであるとすると、表示領域の湾曲軸方向の端部では、ｓｉｎ^−１＝（１１５/５００）であるから、θは１３．２９７度、ラジアンで表すと、０．２３２である。ｒ１−ｒ２＝ｓｓは、ＴＦＴ基板１００あるいは対向基板２００の板厚と考えてよいから、板厚を０．１５ｍｍとすると、図５に示す液晶表示パネル１０の湾曲軸方向の端部におけるＴＦＴ基板と対向基板のずれｄｄは、０．１５×０．２３２＝０．０３５ｍｍすなわち、３５μｍにもなる。この値は、液晶表示装置については、大きな値である。

実際には、シール材１５０等によって基板の動きが拘束されるので、３５μｍのような大きな値にはならないが、無視できる値ではない。このように液晶表示パネル１０を湾曲することによる歪によって種々の問題が生ずる。その一つが、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定する柱状スペーサ５０に関連する問題である。

図６はＩＰＳ方式の液晶表示装置における表示領域の断面図である。図６におけるＴＦＴは、いわゆるトップゲートタイプのＴＦＴであり、使用される半導体としては、ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｉ−Ｓｉ）が使用されている。一方、ａ−Ｓｉ半導体を使用した場合は、いわゆるボトムゲート方式のＴＦＴが多く用いられる。

図６において、ガラス基板１００の上にＳｉＮからなる第１下地膜１０１およびＳｉＯ_２からなる第２下地膜１０２がＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成される。第１下地膜１０１および第２下地膜１０２の役割はガラス基板１００からの不純物が半導体層１０３を汚染することを防止することである。

第２下地膜１０２の上には半導体層１０３が形成される。この半導体層１０３は、第２下地膜１０２に上にＣＶＤによってａ−Ｓｉ膜を形成し、これをレーザアニールすることによってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に変換したものである。このｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をフォトリソグラフィによってパターニングする。

半導体膜１０３の上にはゲート絶縁膜１０４が形成される。このゲート絶縁膜１０４はＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）によるＳｉＯ_２膜である。この膜もＣＶＤによって形成される。その上にゲート電極１０５が形成される。ゲート電極１０５は図１２に示す走査線１が兼ねている。ゲート電極１０５は例えば、ＭｏＷ膜によって形成される。ゲート電極１０５あるいは走査線１の抵抗を小さくする必要があるときはＡｌ合金が使用される。半導体層１０３において、ゲート電極１０５を挟む形でＴＦＴのドレインＤとソースＳが形成される。

その後、ゲート電極１０５を覆って第１層間絶縁膜１０６をＳｉＯ_２によって形成する。第１層間絶縁膜１０６はゲート電極１０５とコンタクト電極１０７を絶縁するためである。第１層間絶縁膜１０６およびゲート絶縁膜１０４には、半導体層１０３のソースＳをコンタクト電極１０７と接続するためのスルーホール１２０が形成される。第１層間絶縁膜１０６とゲート絶縁膜１０４にスルーホール１２０を形成するためのフォトリソグラフィは同時に行われる。

第１層間絶縁膜１０６の上にコンタクト電極１０７が形成される。コンタクト電極１０７は、スルーホール１３０を介して画素電極１１２と接続する。ＴＦＴのドレインＤは、図１２に示す映像信号線２とスルーホール１４０を介して接続している。

コンタクト電極１０７および映像信号線は、同層で、同時に形成される。コンタクト電極１０７および映像信号線（以後コンタクト電極１０７で代表させる）は、抵抗を小さくするために、例えば、ＡｌＳｉ合金が使用される。ＡｌＳｉ合金はヒロックを発生したり、Ａｌが他の層に拡散したりするので、例えば、ＭｏＷによるバリア層、およびキャップ層によってＡｌＳｉをサンドイッチする構造がとられている。

コンタクト電極１０７を覆って無機パッシベーション膜（絶縁膜）１０８を被覆し、ＴＦＴ全体を保護する。無機パッシベーション膜１０８は第１下地膜１０１等と同様にＣＶＤによって形成される。なお、無機パッシベーション膜１０８は品種によっては形成されない場合もある。無機パッシベーション膜１０８を覆って有機パッシベーション膜１０９が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性のアクリル樹脂で形成される。有機パッシベーション膜１０９は、アクリル樹脂の他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等でも形成することが出来る。有機パッシベーション膜１０９は平坦化膜としての役割を持っているので、厚く形成される。有機パッシベーション膜１０９の膜厚は１〜４μｍであるが、多くの場合は２μｍ程度である。

画素電極１１０とコンタクト電極１０７との導通を取るために、無機パッシベーション膜１０８および有機パッシベーション膜１０９にスルーホール１３０が形成される。有機パッシベーション膜１０９は感光性の樹脂を使用している。感光性の樹脂を塗付後、この樹脂を露光すると、光が当たった部分のみが特定の現像液に溶解する。すなわち、感光性樹脂を用いることによって、フォトレジストの形成を省略することが出来る。有機パッシベーション膜１０９にスルーホール１３０を形成したあと、２３０℃程度で有機パッシベーション膜を焼成することによって有機パッシベーション膜１０９が完成する。

その後コモン電極１１０となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をスパッタリングによって形成し、スルーホール１３０およびその周辺からＩＴＯを除去するようにパターニングする。コモン電極１１０は各画素共通に平面状に形成することが出来る。その後、第２層間絶縁膜１１１となるＳｉＮをＣＶＤによって全面に形成する。その後、スルーホール１３０内において、コンタクト電極１０７と画素電極１１２の導通をとるためのスルーホールを、第２層間絶縁膜１１１および無機パッシベーション膜１０８に形成する。

その後、ＩＴＯをスパッタリングによって形成し、パターニングして画素電極１１２を形成する。図１２に本発明における画素電極１１２の平面形状の例を示す。画素電極１１２の上に配向膜材料をフレキソ印刷あるいはインクジェット等によって塗布し、焼成して配向膜１１３を形成する。配向膜１１３の配向処理にはラビング法のほか偏光紫外線による光配向が用いられる。

画素電極１１２とコモン電極１１０の間に電圧が印加されると図６に示すような電気力線が発生する。この電界によって液晶分子３０１を回転させ、液晶層３００を通過する光の量を画素毎に制御することによって画像を形成する。

図６において、液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置されている。対向基板２００の内側には、カラーフィルタ２０１が形成されている。カラーフィルタ２０１は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタが形成されており、これによってカラー画像が形成される。カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０１の間にはブラックマトリクス２０２が形成され、画像のコントラストを向上させている。

カラーフィルタ２０１および遮光膜の一種であるブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成されている。カラーフィルタ２０１およびブラックマトリクス２０２の表面は凹凸となっているために、オーバーコート膜２０３によって表面を平らにしている。

オーバーコート膜２０３の上にＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定するための柱状スペーサ５０が形成されている。オーバーコート膜２０３の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜１１３が形成される。なお、柱状スペーサ５０は、他の部分よりも高いので、レベリング効果によって、柱状スペーサ５０の上には、配向膜１１３が形成されていないか、形成されていても他の部分よりも厚さは小さい。配向膜１１３の配向処理はＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３と同様、ラビング法あるいは光配向法が用いられる。

ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定する柱状スペーサ５０は、ＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３と接触している。配向膜は１００ｎｍ程度であるが、柱状スペーサ５０が接触することによって、配向膜１１３の削れが生ずる。図７はこの様子を示す模式断面図である。図７は液晶表示パネル１０が、フラットな場合であり、これを図７の上側の図で表している。

図７において、対向基板基板２００側のオーバーコート膜２０３に柱状スペーサ５０が形成されている。柱状スペーサ５０はＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３と接している。図７では、ＴＦＴ基板１００側は、配向膜１１３以外は省略されている。

柱状スペーサ５０の部分は、液晶３００の配向が乱れるので、光漏れが生ずるため、柱状スペーサ５０が形成されている部分に対応して対向基板２００にブラックマトリクス２０２が形成されている。したがって、ＴＦＴ基板１００側において、配向膜削れが生じても、この部分は、外部からは視認されない。

図８は、液晶表示パネル１０を湾曲した場合である。図８の上側の図は、湾曲してる液晶表示パネル１０を示している。液晶表示パネル１０が湾曲すると、図５で説明したように、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間にずれが生ずる。すなわち、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して、外側にずれるような歪が発生する。図８の下側の図は、図８の液晶表示パネル１０のＡ部分の詳細断面図である。

ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して外側にずれるため、外側にずれるときにＴＦＴ基板１００側の配向膜１１３を削る。この配向膜１１３が削れた部分を図８では、細かい凹凸で表している。この配向膜削れの部分では、配向膜１１３の配向作用が失われるので、バックライトからの光漏れの原因になる。

図８に示すように、液晶表示パネル１０を湾曲させることによって、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して外側にずれることにより、配向膜削れ部分がブラックマトリクス２０２によって覆われなくなる部分が生ずる。この部分では白抜きの矢印で示すように、バックライトの光漏れが生ずる。図８において、ＬＬの範囲が光漏れを生ずる範囲である。光漏れが生ずると、画像のコントラストを低下させる。

図９は、本発明を適用した液晶表示パネルを示す模式断面図である。図９の上側の図は、液晶表示パネル１０がフラットな状態であることを示す。図９の下側の図は、液晶表示パネル１０の位置Ａにおける詳細断面図である。断面の構成は、図７と同様である。図９の特徴は、湾曲軸方向において、柱状スペーサ５０の中心の位置をブラックマトリクス２０２の中心の位置よりも画面中心側にずらしていることである。

図１０は、図９に示す液晶表示パネル１０を湾曲させた場合を示す模式図である。図１０の上側の図は液晶表示パネル１０が湾曲している状態を示している。図１０の下側の図は、上側の図のＡ部分に対応する詳細断面図である。図１０において、液晶表示パネル１０を湾曲させることによって、対向基板２００に比べてＴＦＴ基板１００が画面中心よりも外側に移動した状態を示している。図１０においては、柱状スペーサ５０の中心がブラックマトリクス２０２の中心に対して元々表示領域の中心側にずれていたために、ＴＦＴ基板１００が外側に移動してもＴＦＴ基板１００側の配向膜削れは依然として対向基板１００側のブラックマトリクス２０２によって覆われており、配向膜削れがリークの原因となることはない。

図１１は、実施例２におけるＴＦＴ基板と対向基板の間隔を、いわゆるクロス型スペーサによって規定する構成を示す斜視図である。図１１に示すように、ＴＦＴ基板と対向基板との間隔は、ＴＦＴ基板に形成された横方向に長軸を有する下棒状スペーサ６０と、対向基板に形成された縦方向に長軸を有する上棒状スペーサ７０を互いにクロス状に配置することによって規定されている。下棒状スペーサ６０と上棒状スペーサ７０をまとめてクロススペーサという。図１１において、下棒状スペーサ６０は走査線１上に配置し、上棒状スペーサ７０は映像信号線２と対応する位置に配置している。したがって、クロススペーサは、走査線１と映像信号線２の交点に配置されることが多い。図１１とは逆に、下棒状スペーサ６０が縦方向に長軸を有し、上棒状スペーサ７０が横方向に長軸を有する場合もある。

図１２は、下棒状スペーサ６０が配置されているＴＦＴ基板１００側の画素部の平面図である。横方向に延在する走査線１と縦方向に延在する映像信号線２に囲まれた領域に画素が存在している。ＴＦＴ基板１００において、映像信号線２と映像信号線２の間の中心が、画素の水平方向の中心となり、走査線１と走査線１の間の中心が画素の垂直方向の中心となる。図１２において、走査線１の上で、映像信号線２と交差する部分に下棒状スペーサ６０が、長軸を横方向にして形成されている。

画素にはスリット１１２１を有する画素電極１１２が存在している。映像信号線１と画素電極１１２は、半導体層１０３およびコンタクト電極１０７によって接続されている。半導体層１０３が走査線１の下を通過するときに、走査線１がゲート電極の役割を持ち、ＴＦＴが形成されている。図１１はいわゆるシングルゲートとなっているが、半導体層１０３を走査線１の下を２回通過させればダブルゲートとすることが出来る。

映像信号線２と半導体層１０３はスルーホール１４０によって接続し、半導体層１０３とコンタクト電極１０７はスルーホール１２０によって接続し、コンタクト電極１０７と画素電極１１２はスルーホール１３０によって接続している。画素電極１１２の下には、層間絶縁膜が存在し、その下には平面状に形成されたコモン電極が存在している。

図１３は対向基板２００側における上棒状スペーサ７０の配置を示す平面図である。図１３において、ブラックマトリクス２０２が横方向と縦方向に延在し、横方向のブラックマトリクス２０２と縦方向のブラックマトリクス２０２の交点に縦方向に長軸を有する上棒状スペーサ７０が形成されている。横方向に延在するブラックマトリクス２０２はＴＦＴ基板１００における走査線１に対応した位置に形成され、縦方向に延在するブラックマトリクス２０２はＴＦＴ基板１００における映像信号線２に対応した位置に形成されている。

ブラックマトリクス２０２の間にはカラーフィルタ２０１が形成されている。対向基板２００における画素の水平方向の中心は、縦方向に延在するブラックマトリクス２０２間の中心ということが出来る。また、対向基板２００における画素の垂直方向の中心は、横方向に延在するブラックマトリクス２０２間の中心ということが出来る。ブラックマトリクス２０２が存在しない場合は、画素の中心はカラーフィルタ２０１の中心と定義する。

図１４は、クロススペーサを対向基板２００側から見た平面図である。横方向に延在するブラックマトリクス２０２と縦方向に延在するブラックマトリクス２０２の交点にクロススペーサが形成されている。上棒状スペーサ７０と下棒状スペーサ６０は互いに中央でクロスするように設計されている。

図１５は、液晶表示パネル１０がフラットな状態での、図１４の断面図である。図１５の上側の図は、液晶表示パネル１０がフラットな状態であることを示す。図１５において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔ｇ１は、上棒状スペーサ７０と下棒状スペーサ６０がクロスに接触することによって規定されている。

図１６は、図１５に示す液晶表示パネル１０を湾曲した場合を示す断面図である。図１６の上側の図は、液晶表示パネル１０を湾曲していることを示す。図１６の下側の図は、例えば、図１６の上側の図のＢ部分の断面図である。図１６において、液晶表示パネル１０を湾曲したことによって、ＴＦＴ基板１００が外側にずれ、これによって、上棒状スペーサ７０が下棒状スペーサ６０から落下している。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は、当初のｇ１からｇ２になり、小さくなっている。このような間隔の変動は画面の輝度むらおよび色むらを引き起こす。

図１７は本実施例におけるクロススペーサを対向基板側から見た平面図である。図１４と異なる点は、下棒状スペーサ６０の長さが上棒状スペーサ７０の長さよりも長いことである。図１８は図１７の断面図である。図１８の上側に示す図は、液晶表示パネル１０がフラットな状態であることを示している。図１８は、図１５の場合に比べて下棒状スペーサ６０の長さが長くなっている。

図１９は、液晶表示パネルを湾曲させた場合を示す断面図である。図１９の上側の図は、液晶表示パネル１０を湾曲させている状態を示している。図１９の下側の断面図は、液晶表示パネル１０を湾曲させることによって、例えば、上側の図のＢ点において、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して外側、すなわち、左側にずれた状態を示している。しかし、図１９では、下棒状スペーサ６０が長くなっているので、上棒状スペーサ７０が下棒状スペーサ６０から落下することは免れる。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は変動しないので、画面の輝度むらや色むらは生じない。

図１７および１８に示す上棒状スペーサ７０の短軸の中心から下棒状スペーサ６０の長軸の端部までの距離ｘ１は、液晶表示パネルの表示領域の端部においても、上棒状スペーサ７０が下棒状スペーサ６０から落下しない程度の長さである必要がある。なお、棒状スペーサ６０がテーパ状の側壁を有する場合、棒状スペーサの長さは、棒状スペーサの上面における長さをいう。また、下棒状スペーサ６０の長軸方向の長さは、表示領域の中心から表示領域の端部に行くにしたがって徐々に長くする構成としてもよい。

図１７乃至１９は、横方向に長軸を有する下棒状スペーサ６０がＴＦＴ基板１００に形成されている場合である。上棒状スペーサ７０が横方向に長軸を有するように対向基板２００側に形成されている場合も、同様である。つまり、湾曲軸と平行方向に形成されている棒状スペーサの長さを、湾曲軸と直角方向に長軸を有する棒状スペーサの長さよりも長くすればよい。

図２０は、画面が湾曲する方向があらかじめ決められている場合における上棒状スペーサ７０と下棒状スペーサ６０の関係を示す平面図である。図２０は、図２１の上側の図面のＢに対応する位置におけるクロススペーサの形状である。図２０は画面を湾曲させることによって、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して外側にずれる場合を想定した、平面状態での液晶表示パネルの平面図である。図２１は、図２０の断面図である。図２１の上側の図は、液晶表示パネル１０が平面である状態を示している。図２１の下側の図面は、上棒状スペーサ７０と下棒状スペーサ６０の関係を示す断面図であり、上棒状スペーサ７０の短軸の中心は、下棒状スペーサ６０の長軸の中心よりも左側にずれている。

図２２は、図２１に示す液晶表示パネル１０を湾曲させた場合を示す断面図である。図２２の上側の図は、液晶表示パネル１０を湾曲させている状態を示している。図２２の下側の断面図は、液晶表示パネル１０を湾曲させることによって、例えば、上側の図のＢ点において、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して外側、すなわち、左側にずれた状態を示している。しかし、図２２では、下棒状スペーサ６０が長くなっている方向に上棒状スペーサ７０がずれる状態なので、上棒状スペーサ７０が下棒状スペーサ６０から落下することは免れる。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００のギャップは変動しないので、画面の輝度むら、色むらは生じない。

図２０および２１に示す上棒状スペーサ７０の短軸の中心から下棒状スペーサ６０の長軸の端部までの距離ｘ１は、液晶表示パネルを湾曲させた場合、液晶表示パネル１０の表示領域の端部においても、上棒状スペーサ７０が下棒状スペーサ６０から落下しない程度の長さである必要がある。理由は、図１７および１８において述べたのと同様である。

なお、図２０および図２１は、表示領域の中心から湾曲軸に沿う１方向の場合、すなわち、図２２におけるＢ側の例である。表示領域の中心から湾曲軸に沿う逆方向の場合、ｘ１の方向は、図２０および図２２と逆方向になる。なお、本実施例形態の場合も、表示領域の中心においては、図１４に示すようなクロス配置となる。

実施例１および２で説明したように、液晶表示パネル１０を湾曲させるとＴＦＴ基板１００に形成された画素と対向基板２００に形成された画素がずれることになる。したがって、液晶表示パネル１０が平面である状態で、ＴＦＴ基板１００側の画素と対向基板２００側の画素の中心を一致させると、液晶表示パネル１０を湾曲させた場合に、特に画面周辺において、ＴＦＴ基板１００側の画素の中心と対向基板２００側の画素の中心がずれることになる。そうすると、ＴＦＴ基板１００側の画素を通過したバックライトからの光が、本来の対応するカラーフィルタ２０２のみでなく、隣接するカラーフィルタ２０２も通過する現象が生ずる。これを混色とよんでいる。

これを防止するためには、平面状態の液晶表示パネルにおいて、湾曲軸方向での、ＴＦＴ基板１００の画素の中心とＴＦＴ基板１００の画素の中心を、図２３に示すように、ずらせておく必要がある。図２３において、ＴＦＴ基板１００の画素の中心は、対向基板２００の画素の中心に対してｓだけ左側にずれている。図２３は、液晶表示パネル１０を湾曲させた場合に、ＴＦＴ基板１００が対向基板２００に対して右側にずれることを想定している。

図２３に示すｓ１は、画面の位置によって異なる。すなわち、表示領域中心ではｓ１はゼロであり、表示領域端部では最大になる。画面端部におけるｓ１の値は、画面のサイズと画面を湾曲させる曲率によって決まる。ｓ１の値は、画面中心から画面の端部に行くにしたがって徐々に大きくなる。ｓ１の値は、湾曲軸方向において、表示領域の中心からの距離をｘとした場合、ｘにたいする２次関数として近似することが出来る。

なお、ＴＦＴ基板１００における画素の中心は、映像信号線２と映像信号線２の間の中心と定義することが出来る。対向基板２００における画素電極の中心は、ＴＦＴ基板１００における映像信号線２に沿ってブラックマトリクス２０２が形成されている場合は、ブラックマトリクス２０２とブラックマトリクス２０２の間の中心と定義することが出来る。このようなブラックマトリクス２０２が無い場合は、湾曲軸方向におけるカラーフィルタ２０１の中心と定義することが出来る。

液晶表示パネル１０を湾曲させた場合、ＴＦＴ基板１００および対向基板２００に歪が生ずるが、この歪の量は、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００で異なる。したがって、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間を規定する柱状スペーサ５０に対するストレスは液晶表示パネルの場所によって異なることになる。図２４は、液晶表示パネル１０を湾曲させた場合の湾曲軸に沿った断面図であり、Ｃが画面中心であり、Ｐは画面周辺である。図２４において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は柱状スペーサ５０によって規定されている。ＴＦＴ基板１００と対向基板２００は周辺において、シール材１５０によって接着している。

平面で形成された液晶表示パネル１０を湾曲させた場合、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を小さくしようとするストレスが働くが、このストレスは、一般には、画面中心付近が最も大きい。そうすると、同じ柱状スペーサ５０を用いた場合、画面中央におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔が画面周辺におけるＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔よりも小さくなり、これが、画面における輝度むら等を発生させる。

本実施例は、この問題を対策するものである。図２５は断面が台形である円柱状の柱状スペーサ５０の例である。図２５において、柱状スペーサ５０の高さｈ２は２．９μｍ、柱状スペーサ５０のオーバーコート膜側、すなわち、根本の径ｄ２は１４μｍである。柱状スペーサ５０の先端の径ｄ１は、柱状スペーサの高さｈ２の９５％の高さｈ１で定義する。すなわち、高さ２．７６μｍにおける径である。つまり、柱状スペーサ５０がＴＦＴ基板１００と接すると、柱状スペーサ５０が若干押されて、柱状スペーサ５０の高さがｈ２になると仮定している。

ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔は、柱状スペーサ５０の反発力によって維持される。柱状スペーサ５０の反発力は、柱状スペーサ５０の密度、あるいは、柱状スペーサ５０の径によって規定することが出来る。言い換えると、柱状スペーサ５０のＴＦＴ基板１００側における接触面積率によって規定することが出来る。液晶表示パネル１０を湾曲させた場合、画面の中央部においてストレスが大きくなるので、画面中央における柱状スペーサ５０の接触面積率を画面周辺における接触面積率よりも大きくする必要がある。

図２６は画面周辺における柱状スペーサの分布の例を示す平面図である。図２６において、Ｒ、Ｇ、Ｂは各々赤画素、緑画素、青画素を示している。柱状スペーサ５０は、横方向には１２画素毎に、縦方向には、５画素毎に配置されている。

図２７は、柱状スペーサ５０の密度を変えることによって、画面中心における柱状スペーサ５０の接触面積比率を大きくする例である。図２７は、この場合の画面中心における柱状スペーサ５０の分布の例を示す平面図である。図２７において、柱状スペーサ５０は横方向には８画素毎に、縦方向には５画素毎に配置されている。すなわち、画面中央では、図２６に示す画面周辺に対して、柱状スペーサ５０の接触面積比率は５０％大きいことになる。柱状スペーサ５０の密度は、例えば、測定対象場所を中心にして、３００画素における柱状スペーサ５０がＴＦＴ基板１００柱状スペーサに接触している面積比率を測定すればよい。

図２８は、柱状スペーサの径を変えることによって、画面中心における柱状スペーサ５０の接触面積比率を大きくする例である。図２８は、この場合の画面中心における柱状スペーサ５０の径と分布の例を示す平面図である。図２８において、柱状スペーサ５０は横方向には１２画素毎に、縦方向には５画素毎に配置されている。すなわち、すなわち、柱状スペーサ５０の密度は画面中央と、画面周辺で同じである。しかし、図２８の柱状スペーサ５０の径は、画面周辺における柱状スペーサの径よりも大きい。例えば、図２６で示す画面周辺における柱状スペーサ５０の径ｄ１を８μｍとし、画面中央における柱状スペーサ５０の径ｄ２を１２μｍとした場合、画面中央における柱状スペーサ５０の接触面積比率は、画面周辺の柱状スペーサ５０の面積接触比率の２．２５倍となる。

表１は、柱状スペーサ５０の密度を一定とし、柱状スペーサ５０の径を変えることによって接触面積比率を変える場合の例である。画面の湾曲の程度によって最適な接触面積比率は変わる。表１に示すように、柱状スペーサ５０の径を８μｍから８．５μｍ、すなわち、６％程度変えることによっても効果を得ることが出来る。

なお、柱状スペーサの接触面積比率は、画面中央から画面周辺にかけて連続して変化させる必要がある。液晶表示パネルにおけるＴＦＴ基板、あるは、対向基板の厚さ、曲率半径に応じて、画面中央から画面周辺にかけて、柱状スペーサの面積接触率をリニアに変化させてもよいし、２次曲線で変化させてもよい。

図２９に示すように、柱状スペーサは、通常状態において、ＴＦＴ基板１００と対向基板２００の間隔を規定する柱状スペーサ５０と、通常状態では、ＴＦＴ基板１００と接触せずに、対向基板２００を指等で押した場合に、ＴＦＴ基板２００側に接触して、対向基板２００とＴＦＴ基板１００との間隔が過度に小さくならないように規定する補助柱状スペーサ５１が存在する。通常の柱状スペーサ５０の方が外部からのストレス等による変形量が大きいので、通常柱状スペーサ５０に対応するブラックマトリクスの径φ１は、補助スペーサに対応するブラックマトリクスの径φ２よりも大きい。クロススペーサの場合も同様である。実施例１、２、４等で説明したスペーサは、通常状態でＴＦＴ基板側と接触している通常の柱状スペーサあるいはクロススペーサが対象となる。

実施例１乃至４では、液晶表示パネルが視認者側に凸になるように湾曲している場合、すなわち、液晶表示パネルがＴＦＴ基板側に湾曲しているとして説明した。しかし、実施例１乃至４で説明した内容は、図３０に示すように、液晶表示装置あるいは液晶表示パネル１０における画面が視認者側に凹となるように形成されている場合も同様に適用することが出来る。ただし、この場合は、液晶表示パネル１０は対向基板側に湾曲するため、ＴＦＴ基板に対して対向基板が外側にずれるような歪が生ずるので、ＴＦＴ基板と対向基板の関係を実施例１乃至３で述べたのと入れ替えればよい。

さらに、液晶表示装置を電車の壁に配置する例もある。このような液晶表示パネルは図３１のような形状となる場合が多い。すなわち、液晶表示パネルの所定の面において対向基板側に湾曲するような曲率が形成され、他の面ではフラットな場合である。この場合は、曲面になっている部分において、湾曲方向が逆である他は、実施例１乃至４で説明したような手段を適用することが出来る。

以上の実施例では、液晶表示装置として、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の場合について説明したが、本発明は、ＩＰＳ方式に限らず、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式あるいは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の場合についても適用することが出来る。

１…走査線、 ２…映像信号線、 １０…液晶表示パネル、 １１…表示領域、 １２…額縁領域、 １３…湾曲軸、 １４…湾曲軸と直角な軸、 １５…下偏光板、 １６…上偏光板、２０…保護板、２１…粘着材、 ３０…バックライト、 ５０…柱状スペーサ、 ６０…下棒状スペーサ、 ７０…上棒状スペーサ、 １００…ＴＦＴ基板、 １０１…第１下地膜、 １０２…第２下地膜、 １０３…半導体層、 １０４…ゲート絶縁膜、 １０５…ゲート電極、 １０６…第１層間絶縁膜、 １０７…コンタクト電極、 １０８…無機パッシベーション膜、 １０８…有機パッシベーション膜、 １１０…コモン電極、 １１１…第２層間絶縁膜、 １１２…画素電極、 １１３…配向膜、 １５０…シール材、 １２０、１３０、１４０…スルーホール、 ２００…対向基板、 ２０１…カラーフィルタ、 ２０２…ブラックマトリクス、 ２０３…オーバーコート膜、 ３００…液晶層、 ３０１…液晶分子、 １０００…ローラ、 １１２１…スリット

Claims (15)

1. 画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶とを有し、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸とを有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域が形成された液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間隔は、前記対向基板に形成されたスペーサによって規定され、
   前記スペーサは、前記対向基板の遮光膜に対応した位置に形成され、
   前記第１の軸方向において、前記スペーサの中心は、前記遮光膜の中心からずれていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶表示パネルが前記ＴＦＴ基板側に湾曲している場合は、前記第１の方向において、前記スペーサの中心は、前記遮光膜の中心よりも前記表示領域の外側方向にず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. 前記第１の軸方向において、前記スペーサの中心は、前記遮光膜の中心からずれている量は、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に行くにしたがって大きくなっ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. 画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶とを有し、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域を持つ液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
   前記ＴＦＴ基板には、前記第１の軸方向または前記第２の軸方向に長軸を有するように形成された第１の棒状スペーサが形成され、前記対向基板には、平面で視て、前記第１の棒状スペーサとクロスするように、前記第２の軸方向または前記第１の軸方向に長軸を有するように形成された第２の棒状スペーサが形成され、
   前記第１の軸方向に長軸を有する前記第１または前記第２の棒状スペーサの長さは、前記第２の軸方向に長軸を有する前記第１または前記第２の棒状スペーサの長さよりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
5. 前記第１の軸方向に長軸を有する前記第１の棒状スペーサまたは前記第２の棒状スペーサの前記長軸中心は、前記第２の軸方向に長軸を有する前記第２の棒状スペーサまたは前記第１の棒状スペーサの短軸の中心よりも画面周辺側にずれていることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の軸方向に長軸を有する前記第１の棒状スペーサまたは前記第２の棒状スペーサの前記長軸中心は、前記第２の軸方向に長軸を有する前記第２の棒状スペーサまたは前記第１の棒状スペーサの短軸の中心よりも前記表示領域側にずれている量は、前記表示領域中心から前記表示領域の周辺に行くにしたがって大きくなっていくことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 第１の画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、前記第１の画素に対応して第２の画素が形成された対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有する表示領域を持つ液晶表示パネルであって、
   前記液晶表示パネルは、前記第１の軸に沿って湾曲して使用されるものであり、
   前記対向基板には、前記第１の画素に対応して第２の画素が形成され、
   前記第２の画素の前記第１の軸方向の中心は、前記第１の画素の前記第１の軸方向の中心とは、ずれていることを特徴とする液晶表示パネル。
8. 前記第２の画素の前記第１の軸方向の中心と、前記第１の画素の前記第１の軸方向の中心とのずれは、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示パネル。
9. 前記第２の画素の前記第１の軸方向の中心と、前記第１の画素の前記第１の軸方向の中心とのずれが、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に行くにしたがって大きくなっている量は、前記第１軸方向の中心からの距離に対して２次関数であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネル。
10. 前記第２の画素の前記第１の軸方向の中心と、前記第１の画素の前記第１の軸方向の中心とのずれが、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に行くにしたがって大きくなっている量は、前記第１軸方向の中心からの距離に対して線形であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネル。
11. 請求項７に記載の前記液晶表示パネルを使用し、前記表示領域が曲面であることを特徴とする液晶表示装置。
12. 画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、対向基板との間に液晶が挟持され、第１の軸と前記第１の軸に直角な第２の軸を有し、前記第１の軸に沿って湾曲した表示領域を持つ液晶表示パネルを有する液晶表示装置であって、
    前記ＴＦＴ基板と前記対向基板の間隔は、前記対向基板に形成された柱状スペーサによって規定され、
    前記柱状スペーサの前記ＴＦＴ基板に接触する接触面積比率は、前記表示領域の中心から前記表示領域の周辺に行くにしたがって小さくなっていることを特徴とする液晶表示装置。
13. 前記柱状スペーサの密度は、前記表示領域の中心において、前記表示領域の周辺よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。
14. 前記柱状スペーサの密度は画素３００個当たりの平均で比較することを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記柱状スペーサの径は、前記表示領域の中央から、前記表示領域の周辺に行くにしたがって大きくなっていることを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。

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