JP2018200350A - 表示パネル及び表示パネルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂基材を用いた表示装置において、画素が形成された基板に対する、カラーフィルタが形成された基板の位置がずれてしまう。【解決手段】画素電極を有する第1基板と、第2基板と、第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間にある液晶層と、カラーフィルタとを備え、前記液晶層と前記カラーフィルタの間に前記第1基板があり、前記第1基板は第1樹脂基材を有する、又は、前記第2基板は第2樹脂基材を有する、表示パネル。表示パネルは、第1偏光板を備えてもよく、第3基板は、第1基板と第1偏光板との間にあってもよい。【選択図】図1
Description
本発明は、樹脂基材を用いた表示セルとは別に、カラーフィルタを有する基板を有する表示パネルに関する。
液晶表示パネルとして、可撓性の樹脂基材を利用した表示パネルが知られている(特許文献1参照)。この表示パネルは位置を合わせて重ねられた一対の基板を備えている。このような表示パネルを備えた表示装置であれば、薄型化、又は、端部を湾曲させたデザインの表示パネルとなる。また、液晶層を挟む一対の基板間以外の位置に、カラーフィルタ層を形成した表示パネルが知られている(特許文献2〜4)。
しかし、液晶表示パネルの一対の基板は、大部分は液晶層と接しており、両者の接着は端部にある狭い幅のシール材のみである。加えて可撓性の樹脂基材は、撓み性、伸縮性がある。このような樹脂基材を用いた液晶表示装置は、製造過程において、トランジスタ基板にある副画素領域の画素電極と、対向基板の副画素領域にあるカラーフィルタの位置がずれてしまうおそれがある(以下、位置ずれと記載する)。例えば、表示パネルの製造過程では、光学フィルムを貼り付ける工程や、光学フィルムを貼り付ける前に基板から保護フィルムを引き剥がす工程がある。この場合、図24の通り、いずれかの基板が装置に引っ張られた結果、一方の基板に対する他方の基板の位置ずれが起こるおそれがある。この位置ずれは表示領域全体に及ぶ場合もある。また、例えば、表示装置を搬送する際の搬送媒体への吸着工程、樹脂基材からガラス基板を剥離する工程、偏光板の気泡を除去するための加熱工程(オートクレーブ)などにおいて、基板間の位置ずれは発生する恐れがある。加えて、可撓性の樹脂基材が液晶層の厚さ方向に撓み、結果として基板間で位置ずれが発生する恐れがある。
また、図25の通り、可撓性の表示パネルの端辺73aを湾曲させた場合、一方の基板に対して他方の基板の位置がずれるおそれがある。一対の基板間の位置ずれが起きると、本来光を透過させたいカラーフィルタに光を当てられず、表示したい画像が表示出来なくなってしまう。
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
1)画素電極を有する第1基板と、第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間にある液晶層と、カラーフィルタと、を備え、前記液晶層と前記カラーフィルタとの間に前記第1基板があり、前記第1基板は第1樹脂基材を有する、又は、前記第2基板は第2樹脂基材を有する、表示パネル。
2)第1剛性基板上に、第1樹脂基材を形成し、前記第1樹脂基材上に画素電極を形成し、第1前駆基板を得る第1形成工程と、第2剛性基板を含む第2前駆基板を得る第2形成工程と、第3剛性基板上にカラーフィルタを形成して、第3前駆基板を得る第3形成工程と、前記第1前駆基板と前記第2前駆基板をシール材で接着する第1接着工程と、第1接着工程の後に、前記第1剛性基板を前記第1樹脂基材から剥離し、前記第1樹脂基材と前記画素電極を有する第1基板を得る、第1剥離工程と、前記第1剥離工程の後に、前記第3前駆基板を、前記第1樹脂基材の表面に接着する第2接着工程と、を備えた表示パネルの製造方法。
以下に実施形態を用いて本発明の液晶表示パネルの内容を詳細に説明する。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明するが、これらは、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。これらの新規な実施形態は、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。また、当業者が発明の主旨を保って適宜変更について容易に想到し得るものは、当然に本発明の範囲に含まれる。
いくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素について符号を省略することがある。また、各部材間を接着する接着層も省略する場合がある。また、本明細書及び各図において、既に説明した図と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、重複する詳細な説明を省略することがある。
また、本明細書において「αはA,B又はCを含む」、「αはA,B及びCのいずれかを含む」、「αはA,B及びCからなる群から選択される一つを含む」といった表現は、特に明示がない限り、αがA〜Cの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。
以下の説明において、表示装置の一例として液晶表示装置である表示装置DSPを開示する。表示装置DSPは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、テレビ受像装置、車載装置、ゲーム機器、ウェアラブル端末等の種々の電子機器に用いることができる。
(実施形態1)
図1は、実施形態1の液晶表示装置の断面図である。表示装置DSPは、画素電極PEを有する第1基板SR1と、第1基板SR1に対向する第2基板SR2と、カラーフィルタCFを有する第3基板SR3と、偏光板PRや位相差板PDS等の光学フィルムと、フレキシブル回路基板FPCやカバー部材CG等のその他の部材と、を備えている。そして、第1基板SR1及び第3基板SR3は、第2基板SR2よりも表示装置の視認者側(画像表示側)に、配置されている。
図1は、実施形態1の液晶表示装置の断面図である。表示装置DSPは、画素電極PEを有する第1基板SR1と、第1基板SR1に対向する第2基板SR2と、カラーフィルタCFを有する第3基板SR3と、偏光板PRや位相差板PDS等の光学フィルムと、フレキシブル回路基板FPCやカバー部材CG等のその他の部材と、を備えている。そして、第1基板SR1及び第3基板SR3は、第2基板SR2よりも表示装置の視認者側(画像表示側)に、配置されている。
第1基板SR1は、第1樹脂基材PSR1と、回路層CRと、画素電極PEと、第2基板SR2との間隔を決めるスペーサSPとを備えている。回路層CRには、トランジスタTRと、絶縁膜IF、及び映像線SLが形成されている。また、第2基板SR2は、第2樹脂基材PSR2と第2樹脂基材PSR2に接する絶縁膜IFを備えている。そして、第2基板SR2は第1基板SR1とシール材SEを介して接着されている。そして、シール材SEと両基板間の間には液晶層LCが封入されている。第3基板SR3は、第3樹脂基材PSR3と、カラーフィルタCFと、第1遮光膜LL1を備えており、接着層ADを介して第1基板SR1に接着されている。なお、第1基板SR1、第2基板SR2及び第3基板SR3は、樹脂基材PSRの代わりにガラス等の剛性基材を備えても良い。これによって、表示パネルPNLの強度が向上する。
本実施形態では、従来第2基板SR2に形成されていたカラーフィルタを、別に準備した第3樹脂基材PSR3に形成している。そして、第1基板SR1と第3基板SR3とは、接着層ADが互いの表面全体に形成されているため、高い強度で接着されている。よって、表示パネルPNLや表示装置DSPの製造過程で、第1基板SR1の副画素領域(映像線SLと走査線GLで規定)にある画素電極PEと、第3基板SR3(第1遮光膜LL1で規定)の副画素領域にあるカラーフィルタとの位置がずれることを防止している。なお、カラーフィルタは第1基板SR1に直接形成しても良い。
また、第3基板SR3は第1遮光膜LL1を有している。この第1遮光膜LL1が、カバー部材CGと配線(例えば映像線SLや走査線GL)との間に位置する。よって、外光が各配線から反射しても、画像視認性は低下しない。なお、接着層ADは、第1基板SR1の表示領域DAと重畳する位置にあればよい。より具体的には、接着層ADは、画素電極PEとカラーフィルタCFとの間、及び、映像線SLと遮光膜LL1との間にあるとよい。
第3基板SR3には、光学フィルムとしての第1位相差板PDS1と第1偏光板PR1が貼り合わされている。また、第2基板SR2には、光学フィルムとしての第2位相差板PDS2と第2偏光板PR2が貼り合わされている。この場合、第1位相差板PDS1の位相差補償量は、第2位相差板の位相差補償量よりも大きいことが好ましい。各樹脂基材PSRは、樹脂材料で形成されているため、通過する光に位相ズレを発生させる。加えて、液晶層LCよりも視認者側には、第1樹脂基材PSR1と第3樹脂基材PSR3があるが、反対側には第2樹脂基材PSR2しかない。よって、液晶層LCを中心に位相差を補償するためには、第1位相差板PDS1の位相差補償量は、第2位相差板PDS2の位相差補償量よりも大きいことが好ましい。なお位相とは、液晶層LCの面内方向、及び液晶層LCの厚さ方向の位相を含む。
樹脂基材の材料は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリル、及びポリカーボネートが挙げられる。各樹脂基材PSRの材料がポリイミドの場合を例とすると、ポリイミド材料は、通過する光に対して、厚さ方向に大きな負の位相差を発生させる。よって、第1位相差板PDS1及び第2位相差板PDS2は、厚さ方向に正の位相差を発生させる層(例えばホメオトロピック配向をした液晶層)を含む。そして、液晶層よりも視認者側にポリイミド基材が2枚あることから、第1位相差板PDS1の厚さ方向の位相差補償量は、第2位相差板PDS2の厚さ方向の位相差補償量よりも大きくすると好ましい。なお、第1位相差板PDS1及び第2位相差板PDS2は、位相差を発生させる複数の層で構成されていても良い。また、第1位相差板PDS1又は第2位相差板PDS2を省略し、全ての位相差の補償を1つの位相差板で行っても良い。
接着層AMを介してガラス等のカバー部材CGが、表示パネルPNLに接着されている。また、LED等の発光素子IEを備えた照明装置ID(バックライト)が、表示パネルPNLに接着されている。また、第1基板SR1の駆動領域に、外部駆動回路であるフレキシブル回路基板FPCが圧着されている。表示パネルPNLは、カバー部材CGと、が合わさり表示装置DSPとなる。なお、表示パネルPNLは、表示パネルPNLの表示面に入射した光を選択的に反射させることで表示面に画像を表示する反射型であってもよい。表示パネルPNLが反射型である場合、照明装置IDを省略してもよい。
図7の第1樹脂基材PSR1に接して配置された絶縁膜IFと、第2樹脂基材PSR2に接して配置された絶縁膜IFは、無機絶縁膜である。これらの無機絶縁膜は、樹脂基材を透過した水蒸気等の気体をブロックする機能を有している。また、無機絶縁膜は、表示装置の製造過程で、樹脂基材に内部応力が発生し、樹脂基材が撓むことを防止する機能を有している。この無機絶縁膜は、単層でよいし、積層膜でもよい。無機絶縁膜を積層膜にする場合、酸化シリコンと窒化シリコンを交互に積層した積層膜が好ましい。なお、図示はしていないが、第3樹脂基材PSR3にもこのような無機絶縁膜を設けても良い。
図2は、各実施形態に共通する表示装置DSPの概略的な構成を示す平面図である。図2に示すように、表示装置DSPは、例えば、表示面及び背面を有した表示パネルPNLと、表示パネルPNLの背面に光を照射する照明装置IDと、を備えている。
表示パネルPNLは、制御モジュールCTRを備えている。表示パネルPNLは、平面視において、画像を表示する表示領域DAを有している。表示領域DAには、複数の副画素SPXがm行×n列のマトリクス状に配列されている。例えば、赤色(R)、緑色(G)、青色Bにそれぞれ対応する三つの副画素SPXを組み合わせてカラー表示が可能な画素PXを構成できる。なお、画素PXは、白色等の他の色の副画素SPXを含んでもよいし、同じ色の副画素SPXを複数含んでもよい。
第1基板SR1は、表示領域DAにおいて、複数の走査線GL(GL1,GL2,GL3…GLm)と、走査線GLと交差する複数の映像線SL(SL1,SL2,SL3…SLn)と、を備えている。前述の表示パネルPNLの副画素SPXは、隣り合う二本の走査線GLと隣り合う二本の映像線SLとによって区画された領域に相当する。
第1基板SR1の各々の副画素SPXは、スイッチング素子SWと、画素電極PEと、を備えている。スイッチング素子SWは、例えばトランジスタTRによって構成され、走査線GL、映像線SL及び画素電極PEに電気的に接続されている。複数の副画素SPXに対向して共通電極CEがある。なお、共通電極CEは、第1基板SR1に設けられてもよいし、第2基板SR2に設けられてもよい。
制御モジュールCTRは、ゲートドライバGD及びソースドライバSDを制御する。ゲートドライバGDは、各々の走査線GLに走査信号を供給し、ソースドライバSDは、各々の映像線SLに映像信号を供給する。スイッチング素子SWに対応する走査線GLに走査信号が供給されると、映像線SLの映像信号が画素電極PEに供給される。共通電極CEには、制御モジュールCTRから共通電位Vcomが供給される。そして、画素電極PEは、共通電極CEとの間で電界を形成し、液晶層LCの液晶分子の配向を変化させる。保持容量CSは、例えば共通電極CEと画素電極PEとの間に形成される。
図3及び図4は、図2に示された、第1基板SR1の副画素SPXの構成を示す平面図である。図3に示すように、トランジスタTRは、半導体層SCと、ソース電極と、ドレイン電極と、を備えている。半導体層SCは、コンタクトホールCHを介して映像線SL及び画素電極PEに接続されている。なお図3では、半導体層SCが走査線GLと一回交差するシングルゲート型のトランジスタTRであるが、半導体SCが走査線GLと二回交差するダブルゲート型のトランジスタTRでもよい。半導体SCの材料の例としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、及び、インジウムガリウム亜鉛酸化物が挙げられる。また、トランジスタTRの構造は、ボトムゲート型であってもトップゲート型であってもよい。
図4は、映像線SLと、共通電極CEに接続される第2金属配線ML2の関係を示している。表示パネルPNLは、FFS(Fringe Field Switching)方式を採用しており、画素電極PEはスリットを有する形状になっている。そして、画素電極PEは、図4に示す共通電極CEと横電界を形成するようになっている。この電界によって液晶分子の一部が回転し、第1遮光膜LL1の開口部から光が透過する。また、第1基板SR1には、走査線GLと映像線SLとの交差部と重畳するように、スペーサSPが形成されている。後述する図8Bの通り、第2金属配線ML2は共通電極CEに積層されており、映像線SLと重畳し、映像線SLの延在方向(図4のY方向)に沿って延在している。また第2金属配線ML2は、映像線SLの配列方向(図4のX方向)に配列されている。この第2金属配線ML2によって、共通電極CEの抵抗を低くしている。
なお、図5の通り、第2金属配線ML2は共通電極CEに積層される構造に限定されない。図5は共通電極CEが、互いに分離された複数の共通電極素子を含んでいる。複数の共通電極素子は第1方向X及び第2方向Yに配列され、互いに別の第2金属配線ML2に接続されている。各共通電極素子は自己容量方式の検出電極としても機能し、各共通電極素子には、時分割で共通電位と検出電位が供給される。なお、図5においては、共通電極CEは各共通電極素子を含むものである。
図6は、図5における第2金属配線ML2を含む断面図である。第2金属配線ML2は、映像線SLの延在方向に沿って延在している点と、共通電極CEに接続されている点は図4と同様である。図4の第2金属配線ML2に対する図6の1つ目の差異は、図6の第2金属配線ML2が共通電極CEと絶縁膜IFを介して配置されている点である。また、図4の第2金属配線ML2に対する図6の2つ目の差異は、走査線GLと映像線SLの交差部と重畳する位置にある開口部を介して、第2金属配線ML2と共通電極CEが接続されている点である。
図7は、図3のI−I´の一点鎖線に沿った断面図である。図1で示した通り、第3基板SR3が第1基板SR1に接着層ADを介して接着されている。また、第2基板SR2は、液晶層LCを介して第1基板SR1と対向している。第3基板SR3はカラーフィルタCFを有しており、第2基板SR2は絶縁膜IFと第2配向膜AL2を有しており、第1基板SR1は回路層CRと画素電極PEと共通電極CEと第1配向膜AL1を有している。図7の通り、回路層CRは、半導体SCとソースドレイン電極SDと走査線GLと第2遮光膜LL2と絶縁膜IFと有機平坦化膜OPSを有している。有機平坦化膜OPSは、トランジスタの段差を打ち消して、共通電極CEと画素電極PEが形成される表面を平坦にしている。また、第2遮光膜LL2は、第2基板SR2側から入射する照明装置IDの光が、半導体SCに入射することを防止している。
図8Aは、図3のII−II´の一点鎖線に沿った断面図であり、図8Bは、図3のIII−III´の一点鎖線に沿った断面図である。図8Aの通り、カラーフィルタCFは赤カラーフィルタ層CFRと緑カラーフィルタ層CFGを有している。そして、両カラーフィルタ層は映像線SLと重畳する位置で、互いに重畳している。さらに、2つのカラーフィルタ層の重畳による段差部分に、第1遮光膜LL1が形成されている。これら3つの部材により突起部PJが形成されている。この突起部PJの高さによって、接着層ADの厚さが規定されている。
後述するように、本発明では、第1遮光膜LL1と、第1基板SR1のうち最も第1樹脂基材PSR1に近い遮光部材(図8Aにおいては第1金属配線ML1)との隙間GPが重要である。突起部PJを第1遮光膜LL1で形成することで、第1樹脂基材PSR1と第1遮光膜LL1との間にある接着層ADの厚みを極めて薄く出来る。この結果、隙間GPを狭めることが出来る。なお、第1金属配線ML1は、図4における走査線GLと同層の金属材料である。また、第1金属配線ML1と走査線GLは一体的に形成されていてもよい。
図8Bにおいて、映像線SLと走査線GL(図8Aの第1金属配線ML1と同層)の交点にはスペーサSPが形成されおり、このスペーサSPによって液晶層LCの厚みが規定されている。図8Aにおいて、突起部PJの頂部は第1遮光膜LL1であったが、第1遮光膜LL1の上にも同様のスペーサを形成してもよい。この場合、突起部PJの頂部はスペーサとなり、スペーサの高さによって、接着層ADの厚みを調整出来る。
製造過程で基板間の位置ずれが起きた場合、第1基板SR1にあるスペーサSPは第2基板SR2の第2配向膜AL2を削ってしまう恐れがある。これを考慮して、第2配向膜AL2は、ラビング布で配向された摩擦強度の高いラビング配向膜としてもよい。第2基板SR2にはスペーサSPが無いため、ラビング布を配向膜全体に当てることが出来る。一方で、第1配向膜AL1は、スペーサSP付近の配向膜まで十分に配向処理するため、紫外光を用いた光配向膜が好ましい。
図9は、第3基板SR3の平面図である。カラーフィルタCFは、赤カラーフィルタ層CFRと緑カラーフィルタ層CFGと青カラーフィルタ層CFBを有している。各カラーフィルタ層は、第1基板SR1の副画素領域に対応するように屈曲しながら一方向に延在している。各カラーフィルタ層の境界には、マトリクス状に配置された第1遮光膜LL1が形成されており、この第1遮光膜LL1によりカラーフィルタCFの副画素領域が規定されている(符号R,G,B)。つまり、第1遮光膜LL1は、平面視において、赤カラーフィルタ層CFRと緑カラーフィルタ層CFGとの間にある。なお、第1遮光膜LL1は、図3に記載したスペーサと重畳する位置では、大きく形成されている。
図10は、本発明の副課題である、光の混色について説明する断面図である。表示装置DSPでは、各カラーフィルタに対応する画素電極PEを用いて液晶分子を回転させた場合に、可能な限り隣接するカラーフィルタから光が透過しないようにしている。仮に隣接するカラーフィルタからも光が通過してしまった場合、意図しない色も同時に発色してしまう(以下、光の混色と記載する)。光の混色によって、画像の表示品位が低下してしまう。また、視認角度によっては、本来の色とは違う色が視認されてしまう色シフト現象が起きてしまう。
光の混色防止には、第3基板SR3に形成された第1遮光膜LL1と、第1基板SR1のうち最も第1樹脂基材PSR1に近い遮光膜(図10においては映像線SL)との隙間GPが重要である。その理由として、本実施形態において、カラーフィルタCFと第1遮光膜LL1を第3基板SR3に形成しているからである。例えば、図10においては、第1遮光膜LL1と映像線SLの間には、薄膜化した接着層AD、第1樹脂基材PSR1、3層の絶縁膜IFがある。つまり、本実施形態の表示パネルPNLの隙間GPは、非常に長くなりやすく、この隙間GPを通過する光が多くなりやすい。
例えば、円で囲ったAの位置から45°角で液晶層LCに入射した光は、緑カラーフィルタ層CFGに対応する液晶層の領域を通過して、赤カラーフィルタ層CFRを通過してしまう。つまり、画素電極PE2を用いて液晶分子を回転させてしまった場合、緑の光(Cの位置から90°角で入射する光)と赤の光が同時に発光してしまい、光の混色が起こる。また、円で囲ったBの位置から45°角で液晶層LCに入射した光は、青カラーフィルタ層CFBに対応する液晶層の領域を通過して、緑カラーフィルタ層CFGを通過してしまう。つまり、画素電極PE1を用いて液晶分子を回転させてしまった場合、緑の光と青の光(Dの位置から90°角で入射する光)が同時に発光してしまい、光の混色が起こる。
図11及び図12は、Aの位置の入射光の混色を防止する実施形態である。図24の通り、従来技術は、カラーフィルタCFが形成された基板において、第1遮光膜LL1はカラーフィルタCFよりも基材に近い側に形成されていた。また、カラーフィルタCFや第1遮光膜LL1の材料が、液晶層LCと接触し、液晶層を汚染することを防止するため、両部材はオーバーコート層OCで覆われていた。また、このオーバーコート層はカラーフィルタCFと第1遮光膜LL1の保護機能も兼ねていた。
一方で、本実施形態においては、第1遮光膜LL1を第1基板SR1に近づけるように配置している。また、第3基板SR3は、液晶層LCとカラーフィルタCF等の接触が無いため、オーバーコート層OCを有していない。そして、接着層ADに、基板間の接着と、カラーフィルタCFと第1遮光膜LL1の被覆の機能を持たせている。また、カラーフィルタCFと第1遮光膜LL1を用いて突起部PJを形成し、接着層ADを薄膜化している。これらの工夫によって、カラーフィルタCFと第1樹脂基板PSR1との距離を狭め、図10よりも隙間GPを狭くし、Aの位置の入射光を遮光膜LL1で遮光している。
図12は、図10と比較して、映像線SLと第1樹脂基材PSR1との間に第1金属配線ML1を配置している。前述の通り、第1金属配線ML1は走査線GLと同層の材料である。この第1金属配線ML1が、前述した第1遮光膜LL1と隙間GPを規定する遮光膜となる。よって、隙間GPを図10より狭くし、Aの位置の入射する光の混色を防止している。また、第1金属配線ML1の幅は、映像線SLの幅よりも広くし、光の混色の防止性能を向上させている。なお、映像線SLは、隣接する映像線SLとの容量カップリングを避けるため、第1金属配線ML1よりも幅を狭くしている。
図13は、Bの位置の入射する光の混色を防止する実施形態である。図13においては、図6と同様に、第2金属配線ML2が共通電極CEに接続するように配置されている。映像線SLの他に第2金属配線ML2を配置することで、Bの位置の入射光の混色を防止している。また、この第2金属配線ML2の幅は、映像線SLの幅よりも広くし、遮光機能を向上させている。
次に、光の混色を防止するための表示装置DSPや各部材のパラメータを説明する。以下の表1のパネル1〜4は、図8Aの断面図をモデルケースとし、各部材の厚み変更した場合、及び、配線の省略したパネルを示している。また、表中の表示装置1は10インチサイズのHD解像度(1280:720=走査線側解像度:映像線側の解像度)であり、画面解像度は約150ppiであり、副画素領域の幅は約60μmである。表示装置2は、6インチサイズのHD解像度であり、画面解像度は約250ppiであり、副画素領域の幅は約35μmである。表示装置3は5.5インチサイズのフルHD解像度(1920:1080=走査線側解像度:映像線側解像度)であり、画面解像度は約400ppiであり、副画素領域の幅は約21μmである。表示装置1はタブレットPCや車載用ディスプレイを想定し、表示装置2及び3はスマートフォンを想定している。
各表示パネル1〜4を、表示装置1〜3のいずれかに適用する場合に、光の混色を防止できるかをシミュレーションした。その結果を表1に示した。表1中の「〇」は混色を防止出来る可能性が高い事を示し、「×」は混色を防止出来る可能性が低い事を示している。
上記の表1の結果より、第1樹脂基材PSR1や接着層ADが厚いパネル1の場合、隙間GPが大きくなり、いずれの表示装置にも適用が難しい結果となった。なお、パネル1の接着層ADの厚み20μmは、表示装置の偏光板の接着層の一般的な厚みである。また、隙間GPを狭くし、第2金属配線ML2を設けたパネル2の場合、表示装置1に適用出来る可能性がある。また、隙間GPを8.5μmまで狭くし、第1金属配線ML1を設けたパネル3の場合、表示装置1及び2に適用できる可能性がある。さらに、隙間GPを6.5μmまで狭くし、第1金属配線ML1及び第2金属配線ML2を設けたパネル3の場合、表示装置1〜3に適用できる可能性がある。
上記の表1の結果より、第1樹脂基材PSR1と接着層ADの厚みの合計値は、18μm以下が好ましく、14μm以下が好ましく、9.5μm以下がさらに好ましく、8.5μm以下がより好ましい。当該合計値の厚みの下限は、各部材に十分な強度を持たせるため、4μm以上が好ましい。第1遮光膜LL1と、第1基板SR1の第1樹脂基材PSR1に最も近い遮光膜との隙間GPは、20μm以下が好ましく、15μm以下がさらに好ましく、10μm以下がより好ましく、8μm以下が一層好ましい。また、第1樹脂基材PSR1の厚みは、第2樹脂基材PSR2及び第3樹脂基材PSR3の厚みよりも薄くすると好ましい。表示装置の画面解像度の上限は、光の混色を考慮すると、450ppi以下が好ましい。表示装置の副画素領域の幅をSとし、第1樹脂基材PSR1の厚みdとした場合に、S/dは0.5以上2.0以下の範囲になるように設計すると、混色防止や表示パネルの強度の観点で好ましい。
上述の実施形態では横電界方式の一種であるFFSモードを用いて説明した。しかし、本実施形態の表示パネルの駆動方式はこれに限定されず、例えば、TN(Twisted Nematic)モードやVA(Vertical Aligned)モードであってもよい。TNモードやVAモードは、第2基板SR2に共通電極を形成するが、共通電極は各副画素領域に渡って共通に形成された、実質的に平面の形状である。よって、第1基板SR1と第2基板SR2の位置ずれが生じても、表示品位の低下の問題は生じない。
但し、表示パネルの液晶セル内にタッチ検出機能を持たせる場合、基板間の位置ずれを考慮すると、検出用の電極は第1基板SR1又は第3基板SR3に形成すべきである。つまり、上述のように共通電極に検出用の電極の機能を持たせる場合、表示パネルは、画素電極と共通電極が第1基板SR1に形成される横電界方式を採用すると好ましい。
(表示パネルの製造方法について)
以下、実施形態1で説明した表示パネルPNLの製造方法について図14に基づいて説明をする。まず、ST1〜ST3の工程について説明する。まず、ガラス等の第1剛性基板RSR1の上面に第1樹脂基材PSR1の材料を塗布し、塗布した材料を硬化させて第1樹脂基材PSR1を形成する。その後、フォトリソグラフィやスパッタリング等を利用して回路層CR、画素電極PE、スペーサSP、第1配向膜等の部材を形成する(第1形成工程ST1)。この工程によって第1前駆基板(第1マザー基板)を得る。
以下、実施形態1で説明した表示パネルPNLの製造方法について図14に基づいて説明をする。まず、ST1〜ST3の工程について説明する。まず、ガラス等の第1剛性基板RSR1の上面に第1樹脂基材PSR1の材料を塗布し、塗布した材料を硬化させて第1樹脂基材PSR1を形成する。その後、フォトリソグラフィやスパッタリング等を利用して回路層CR、画素電極PE、スペーサSP、第1配向膜等の部材を形成する(第1形成工程ST1)。この工程によって第1前駆基板(第1マザー基板)を得る。
次に、ガラス等の第2剛性基板RSR2の上面に第2樹脂基材PSR2の材料を塗布し、塗布した材料を硬化させて第2樹脂基材PSR2を形成する。その後第1形成工程ST1と同様に、絶縁膜IFや第2配向膜AL2を形成する(第2形成工程ST2)。この工程によって第2前駆基板(第2マザー基板)を得る。次に、ガラス等の第3剛性基板RSR3の上面に第3樹脂基材PSR3の材料を塗布し、塗布した材料を硬化させて第3樹脂基材PSR3を形成する。その後第1形成工程ST1と同様に、フォトリソグラフィを利用して、カラーフィルタCFと第1遮光膜LL1を形成する(第3形成工程ST3)。この工程によって第3前駆基板(第3マザー基板)を得る。
ST4の工程において、各々の第1基板SR1に対応する領域にシール材SEを枠状に描画する。そして、図15Aの通り、滴下装置23を用いて液晶材料を枠の中に滴下する(液晶滴下工程ST4)。その後、図15Bの通り、第1前駆基板MS1と第2前駆基板MS2とを貼り合せ、シール材SEを硬化させる(第1接着工程ST5)。第1接着工程ST5を経た表示セルは、図16Aのようになる。
次に、透光性の第1剛性基板RSR1を介して第1樹脂基材PSR1にレーザー光を照射すると、第1樹脂基材PSR1がレーザー光を吸収して僅かに昇華する。この結果、図16Bの通り、第1樹脂基材PSR1と第1剛性基板RSR1との界面に空隙が生じ、第1樹脂基材PSR1から第1剛性基板RSR1が剥離される(第1剥離工程ST6)。この工程によって、第1基板SR1を得る。
次に、図17Aの通り、露出した第1樹脂基材PSR1の表面に、接着層ADを介して、第3基板SR3を含む第3前駆基板を接着させる(第2接着工程ST7)。次に、レーザー光や鋭利な刃を用いて、第1基板SR1を含む前駆基板群を複数の表示セルに個片化する。合わせて、第1駆動領域DR1と対向する第2剛性基板RSR2の一部も切断する(分断工程ST8)。次に、第1剥離工程ST6と同様に、レーザー光を用いて第2樹脂基材PSR2から第2剛性基板RSR2を剥離する(第2剥離工程ST9)。第2剥離工程ST9の結果、図17Bの通り第1基板SR1の第1駆動領域DR1が露出する。
次に、図18Aの通り、第1駆動領域DR1に、異方性導電膜を介してフレキシブル回路基板FPCを熱圧着する(接続工程ST10)。この際に、第3剛性基板RSR3を底面にして接続工程を実施すれば、第3剛性基板RSR3が第1樹脂基材PSR1の土台となるため、良好な接続工程となる。なお、必要であれば、第2樹脂基材PSR2の表面を保護フィルムで保護しておいても良い。次に、図18Bの通り、第1剥離工程ST6と同様に、レーザー光を用いて第3樹脂基材PSR3から第3剛性基板RSR3を剥離する(第3剥離工程ST11)。これらの工程を経ることで、本実施形態の表示セルを得ることが出来る。また、この後に、表示セルに、偏光板PRや位相差板PDS等の光学フィルムを貼り合せる。
(実施形態2)
次に、本発明における実施形態2について、図19を用いて説明する。図19の表示パネルPNLは、図1と同様に第1基板SR1、第2基板SR2、第3基板SR3、偏光板PR、位相差板PDS、フレキシブル配線基板FPC、及び照明装置IDを有している。図1との違いは、第3基板SR3とフレキシブル配線基板FPCの構造である。その他の特徴及び特徴に基づく効果は、実施形態1と同様である。
次に、本発明における実施形態2について、図19を用いて説明する。図19の表示パネルPNLは、図1と同様に第1基板SR1、第2基板SR2、第3基板SR3、偏光板PR、位相差板PDS、フレキシブル配線基板FPC、及び照明装置IDを有している。図1との違いは、第3基板SR3とフレキシブル配線基板FPCの構造である。その他の特徴及び特徴に基づく効果は、実施形態1と同様である。
実施形態2における第3基板SR3は、物体の近接又は接触を検出する検出電極DEを含み、いわゆるタッチ検出の機能を有している。第3基板SR3は、第1基板SR1及び第2基板SR2よりもカバー部材CGに近い位置に配置されており、タッチ検出の機能を持たせる基板に適している。当該検出電極DEは、第3樹脂基材PSR3とカラーフィルタCFの間に配置されており、絶縁膜IFによって被覆されている。検出電極の検出方式は特に限定されない。検出方式の例は、静電容量方式又は電磁誘導方式である。静電容量方式の場合、自己容量方式及び相互容量方式のどちらでも良い。
フレキシブル配線基板FPCは、表示用の駆動回路と検出用の駆動回路を有している。検出電極DEは、第2駆動領域DR2において、図21に示す検出配線DLを介してフレキシブル配線基板FPCに接続されている。そしてフレキシブル配線基板FPCは、第1基板SR1の第1駆動領域DR1にも接続されている。これによって、一つのフレキシブル配線基板FPCを、タッチ検出を行う駆動と画像表示を行う駆動に兼用し、フレキシブル配線基板FPCの数を削減している。また、部品点数が削減されることで、表示装置の製造コストが低減する。
また、平面視において、第3基板SR3の第2駆動領域DR2を有する端部は、第1基板SR1の第1駆動領域DR1を有する端部よりも外側にある。そして、フレキシブル配線基板FPCを、表示装置の外側から内側へ引き出している。これによって、フレキシブル配線基板FPCと両基板との接続を、コンパクトな構造で実現している。なお、フレキシブル配線基板FPCの構造は図19に限定されない。例えば、図20のように第1駆動領域DR1からフレキシブル配線基板FPCを引き出して、第2駆動領域DR2に接続しても良い。
図21は、表示領域DAにおける、第2実施形態の検出電極の構造の一例である。図21は、第3基板SR3の複数の検出電極DEと、第1基板SR1にある共通電極CEの関係を示した平面図である。図21の表示装置は、相互容量方式の検出方式を採用しており、共通電極CEをTx(Transmitter exchange)電極とし、検出電極DEをRx(Receiver exchange)電極としている。そして、共通電極CEは複数の共通電極素子に分離されており、各共通電極素子は、第1方向Xに配列され、第2方向Yに延在している。一方、各検出電極DEは第1方向Xに延在しており、第2方向Yに配列されている。なお、各共通電極素子は、第2方向Yに配列され、第1方向Xに延在してもよい。また、各検出電極DEは第2方向Yに延在し、第1方向Xに配列されてもよい。
各々検出電極DEは、対応する検出配線DLを介して、図20のフレキシブル回路基板FPCの検出回路に電気的に接続されている。共通電極CEは表示期間に表示用の共通電位を、検出期間に検出用の基準電位を、時分割で受けている。一方、共通電極CEの検出期間において、検出電極DEは検出電位を受けている。そして、検出期間において、表示パネルは、外部からのタッチによる基準電位と検出電位の差分電位の変化を監視し、変化があった個所にタッチがあったと判断する。
図19、図20及び図21の構造に基づいた実施形態2においては、相互容量方式で利用される共通電極(Tx)と検出電極(Rx)を、一つのフレキシブル配線基板FPCで駆動可能である。これによって、回路構造の設計などが容易となり、表示パネルのコンパクト化を実現できる。また、部品点数が削減されることで、表示パネルの製造コストが低減する。
(実施形態3)
図22は、本発明の実施形態に基づく断面図である。図22の表示パネルPNLは、図1と同様に第1基板SR1、第2基板SR2、第3基板SR3、偏光板PR、位相差板PDS、フレキシブル配線基板FPC、及び照明装置IDを有している。図1との違いは、第1基板SR1、第2基板SR2、及び第3基板SR3の配置順番である。実施形態1及び実施形態2では、カラーフィルタCFを有する第3基板SR3が、第2基板SR2よりもカバー部材CG側(視認者側)に配置されている。なお、図22において、第2基板SR2は遮光膜を有していないが、回路層CF内の上層に遮光膜を形成したり、第2基板SR2にも遮光膜を形成しても良い。このような遮光膜を形成することで、外光が第1基板SR1の各配線層で反射し、外光環境下での画像視認性を向上させることが出来る。実施形態3のその他の特徴及び特徴に基づく効果は、実施形態1及び2と同様である。
図22は、本発明の実施形態に基づく断面図である。図22の表示パネルPNLは、図1と同様に第1基板SR1、第2基板SR2、第3基板SR3、偏光板PR、位相差板PDS、フレキシブル配線基板FPC、及び照明装置IDを有している。図1との違いは、第1基板SR1、第2基板SR2、及び第3基板SR3の配置順番である。実施形態1及び実施形態2では、カラーフィルタCFを有する第3基板SR3が、第2基板SR2よりもカバー部材CG側(視認者側)に配置されている。なお、図22において、第2基板SR2は遮光膜を有していないが、回路層CF内の上層に遮光膜を形成したり、第2基板SR2にも遮光膜を形成しても良い。このような遮光膜を形成することで、外光が第1基板SR1の各配線層で反射し、外光環境下での画像視認性を向上させることが出来る。実施形態3のその他の特徴及び特徴に基づく効果は、実施形態1及び2と同様である。
(実施形態4)
図23は、本実施形態の表示パネルPNLを搭載した表示装置70の一例を示す斜視図である。具体的には、表示装置70として、携帯電話(スマートフォン)を例示する。
図23は、本実施形態の表示パネルPNLを搭載した表示装置70の一例を示す斜視図である。具体的には、表示装置70として、携帯電話(スマートフォン)を例示する。
表示装置70は、表示画面71、フレーム部72、湾曲した端部73a及び73bを含む。本実施形態では、平面視で見た場合に、表示画面71のX方向における端部73a及び73bが湾曲している。なお、フレーム部72には、電源ボタン等のハードウェアで構成された入力部74が設けられている。また、端部73a及び73bには、アイコン等のユーザーインターフェースを構成するオブジェクト75を表示することができる。
なお、本実施形態では、X方向における表示画面71の端部73a及び73bを湾曲させる例を示したが、これに限られるものではない。例えば、X方向だけでなく、Y方向についても2辺を湾曲させ、4辺すべての端部が湾曲した表示画面とすることもできる。その場合、平面視において、フレーム部分の無い表示装置を実現することができる。また、表示画面は、Y方向の2辺のみを湾曲させたものとしても良い。
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示パネルを基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
第1基板…SR1、第2基板…SR2、第3基板…SR3、第1剛性基板…RSR1、第2剛性基板…RSR2、第3剛性基板…RSR3、第1樹脂基材…PSR1、第2樹脂基材…PSR2、第3樹脂基材…PSR3、第1前駆基板…MS1、第2前駆基板…MS2、カラーフィルタ…CF、突起部…PJ、第1遮光膜…LL1、第2遮光膜…LL2、第1位相差板…PDS1、第2位相差板…PDS2、映像線…SL、走査線…GL、第1金属配線…ML1、第2金属配線…ML2、画素電極…PE、共通電極…CE、トランジスタ…TR、コンタクトホール…CH、半導体層…SC、照明装置…ID、発光素子…IE、第1偏光板…PR1、第2偏光板…PR2、第1配向膜…AL1、第2配向膜…AL2、回路層…CR、シール材…SE、接着層…AD、AM、液晶層…LC、スペーサ…SP、絶縁膜…IF、有機平坦化膜…OPS、カバー部材…CG、第1駆動領域…DR1、第2駆動領域…DR2、フレキシブル回路基板…FPC、検出電極…DE
Claims (20)
- 画素電極を有する第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間にある液晶層と、
カラーフィルタと、を備え、
前記液晶層と前記カラーフィルタとの間に前記第1基板があり、
前記第1基板は第1樹脂基材を有する、又は、前記第2基板は第2樹脂基材を有する、表示パネル。 - 第1偏光板を備え、
前記第カラーフィルタは、前記第1基板と前記第1偏光板との間にある、請求項1に記載の表示パネル。 - 照明装置と、
前記画素電極に電気的に接続されたトランジスタと、を備え、
前記トランジスタは半導体層を有し、
前記照明装置と前記液晶層の間に、前記第2基板があり、
前記半導体層と前記照明装置の間に、第2遮光膜がある、請求項1又は2に記載の表示パネル。 - 前記第1基板及び前記第2基板のうち、前記第1基板の方が前記表示パネルの視認者側に近い、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の表示パネル。
- 第1遮光膜と前記カラーフィルタとを含む第3基板を備え、
前記カラーフィルタは、互いに隣接する第1カラーフィルタ層と第2カラーフィルタ層を有し、
前記第1遮光膜は、平面視において、前記第1カラーフィルタ層と前記第2カラーフィルタ層との間にある、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記第1遮光膜は、前記カラーフィルタよりも前記第1基板に近い、請求項5に記載の表示パネル。
- 前記第1基板は第1樹脂基材を有し、
前記カラーフィルタと前記第1樹脂基材に接し、前記カラーフィルタと前記第1樹脂基材とを接着する接着材がある、請求項5又は6に記載の表示パネル。 - 前記カラーフィルタを含む第3基板と、
前記第3基板と前記第1基板とを接着する接着層を備え、
前記接着層の厚みは、前記第3基板にある突起部で規定されている、請求項1ないし7の何れか一項に記載の表示パネル。 - 前記第1基板は、前記第1樹脂基材を有し、
前記第1基板にあり、前記第1遮光膜と重畳し、前記第1樹脂基材に最も近い遮光膜を有し、
前記最も近い遮光膜と、前記第1遮光膜の隙間は15μm以下である、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記第1基板にあり、平面視において、前記第1遮光膜と重畳する第1金属配線と、
前記第1基板にあり、平面視において、前記第1遮光膜と重畳する映像線と、を備え、
前記第1金属配線は、前記第1遮光膜と重畳する配線の内、最も第1樹脂基材に近い配線であり、
前記第1金属配線の幅は、前記映像線の幅よりも広い、請求項6ないし9のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 共通電極と、
前記第1基板にあり、平面視において、前記第1遮光膜と重畳する第2金属配線と、
前記第1基板にあり、平面視において、前記第1遮光膜と重畳する映像線と、を備え、
前記第2金属配線は、前記共通電極に接続され、
前記第2金属配線の幅は、前記映像線の幅よりも広い、請求項6ないし10のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記第1基板は、第1樹脂基材を有し、
前記第2基板は、第2樹脂基材を有し、
前記第1樹脂基材の厚みは、前記第2樹脂基材の厚みよりも薄い、請求項1ないし11のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記カラーフィルタを含む第3基板を備え、
前記第1基板は、第1樹脂基材を有し、
前記第3基板は、第3樹脂基材を有し、
前記第1樹脂基材の厚みは、前記第3樹脂基材の厚みよりも薄い、請求項1ないし12のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記カラーフィルタを含む第3基板と、
前記第3基板の、前記3基板に対して前記第1基板が配置されている側の反対側にある、第1位相差板と、
前記第2基板の、前記第2基板に対して前記第1基板が配置されている側の反対側にある、第2位相差板と、を備え、
前記第1基板は、第1樹脂基材を有し、
前記第2基板は、第2樹脂基材を有し、
前記第3基板は、第3樹脂基材を有し、
前記第1位相差板の光に対する位相差補償量は、前記第2位相差板の光に対する位相差補償量よりも大きい、請求項1ないし13のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 前記カラーフィルタを含む第3基板を備え、
前記第3基板にあり、外部からの近接又は接触を検出する検出電極を備える、請求項1ないし14のいずれか一項に記載の表示パネル。 - 画面解像度が450ppi以下の請求項1ないし15のいずれか一項に記載の表示パネル。
- 第1剛性基板上に、第1樹脂基材を形成し、前記第1樹脂基材上に画素電極を形成し、第1前駆基板を得る第1形成工程と、
第2剛性基板を含む第2前駆基板を得る第2形成工程と、
第3剛性基板上にカラーフィルタを形成して、第3前駆基板を得る第3形成工程と、
前記第1前駆基板と前記第2前駆基板をシール材で接着する第1接着工程と、
第1接着工程の後に、前記第1剛性基板を前記第1樹脂基材から剥離し、前記第1樹脂基材と前記画素電極を有する第1基板を得る、第1剥離工程と、
前記第1剥離工程の後に、前記第3前駆基板を、前記第1樹脂基材の表面に接着する第2接着工程と、を備えた液晶表示パネルの製造方法。 - 前記第2接着工程の前又は後に、前記第1基板を複数の個片に分断する分断工程を有する、請求項17に記載の表示パネルの製造方法。
- 前記分断工程の後に、前記第1基板に外部駆動回路を接続する接続工程と、
前記接続工程の後に、前記第3樹脂基材から前記3剛性基板を剥離し、前記第3樹脂基材と前記カラーフィルタを有する第3基板を得る、第3剥離工程と、を備え、
前記第3形成工程は、前記第3剛性基板上に第3樹脂基材を形成し、前記第3樹脂基材に前記カラーフィルタを形成する工程である、
請求項18に記載の表示パネルの製造方法。 - 前記第2形成工程は、前記第2剛性基板上に第2樹脂基材を形成する工程であり、
前記分断工程の後に、前記第2樹脂基材から前記2剛性基板を剥離し、前記第2樹脂基材を有する第2基板を得る、第2剥離工程を備える、請求項18又は19に記載の表示パネルの製造方法。
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