JP2019028332A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Yusuke Morita
祐介 森田
石川 智一
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Abstract

【課題】気泡の表示領域DAへの流動を阻止することを目的とする。
【解決手段】液晶表示装置は、第1基板10と、第1基板10に対向する第2基板12と、第1基板10と第2基板12の間に挟まれる液晶層16と、第1基板10と第2基板12の間で液晶層16を囲むシール14と、を有する。第1基板10は、シール14によって囲まれた領域に、画像の表示領域DA及び表示領域DAを囲む周辺領域PAを有する。周辺領域PAに電極30が形成され、電極30は、第1基板10において、シール14に沿って周辺領域PAに配置されている。第2基板12において、電極30に対向し、且つ、電極30よりも表示領域DAに近い位置に第1の壁状構造体32を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。
液晶表示装置で使用される液晶には、不純物イオンが含まれる(特許文献1)。不純物イオンは液晶への印加電圧を低下させるので表示領域から除去することが好ましい。例えば、表示領域の外側(周辺領域)にイオントラップ電極を設けて、不純物イオンを吸着することが知られている(特許文献2)。あるいは、特許文献3には、液晶層の端部に重なるように配線が設けられる例が開示されている。
特開2002−14356号公報 特開2016−9046号公報 特開2015−25905号公報
従来のモバイル製品に使用される液晶表示装置でも、電極や配線は、電気化学的腐食が生じないように設計されてきたが、近年、高温多湿環境下での動作への要求が高くなってきている。高温多湿環境下では、液晶表示装置内に水分が侵入し易い。また、液晶表示装置内には、比較的高電位の電極や配線があり、この部分に水分が侵入すると、高電位の電極や配線によって、水分が電気分解し、液晶内に気泡が発生する。また、電極や配線には、電気化学的腐食が生じる。電極や配線から発生した気泡は、液晶内を流動する。気泡が表示領域にまで流動すると表示品位が低下する。
本発明は、気泡の表示領域への流動を阻止することを目的とする。
本発明に係る液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板に対向する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板の間に挟まれる液晶層と、前記第1基板と前記第2基板の間で前記液晶層を囲むシールと、を有し、前記第1基板は、前記シールによって囲まれた領域に、画像の表示領域及び前記表示領域を囲む周辺領域を有し、前記周辺領域に電極が形成され、前記電極は、前記第1基板において、前記シールに沿って前記周辺領域に配置され、前記第2基板において、前記電極に対向し、且つ、前記電極よりも前記表示領域に近い位置に第1の壁状構造体を有することを特徴とする。
本発明によれば、周辺領域の電極周辺から発生した気泡が液晶層に入っても、気泡の表示領域への流動を阻止することができる。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す平面図である。 走査回路の構成の一例を概略的に示す図である。 電極の構成の一例を概略的に示す平面図である。 図3に示す液晶表示装置のIV−IV線断面図である。 本発明に係る実施形態の変形例1を示す平面図である。 図5に示す液晶表示装置のVI−VI線断面図である。 本発明に係る実施形態の変形例2を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等につい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。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
さらに、本発明の詳細な説明において、ある構成物と他の構成物の位置関係を規定する際、「上に」「下に」とは、ある構成物の直上あるいは直下に位置する場合のみでなく、特に断りの無い限りは、間にさらに他の構成物を介在する場合を含むものとする。
図1は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す平面図である。液晶表示装置は、第1基板10と、第1基板10に対向する第2基板12とを備えている。第1基板10及び第2基板12は、図4に示すシール14によって貼り合わされている。第1基板10及び第2基板12の間には、シール14によって囲われた空間に液晶層16が封入されている(図4参照)。
液晶表示装置は、表示領域DAと、表示領域DAの外側の周辺領域PAとを有している。第1基板10は、第2基板12と対向しない出力領域TAを有している。出力領域TAにはドライバIC(Integrated Circuit)18が実装されている。ドライバIC18は、液晶表示装置の外部に設けられ、フレキシブルプリント基板を介して液晶表示装置に接続されてもよい。
液晶表示装置は、第1走査ドライバGD1と、第2走査ドライバGD2と、セレクタ回路SDとを備えている。第1走査ドライバGD1、第2走査ドライバGD2及びセレクタ回路SDは、いずれも周辺領域PAにおいて第1基板10に設けられている。セレクタ回路SDは、表示領域DAと出力領域TAとの間にある。なお、液晶表示装置は、走査ドライバを1つのみ備えてもよい。
液晶表示装置は、複数の走査信号線Gと、走査信号線Gに交差する複数の映像信号線Sとを備えている。走査信号線Gは、X方向に延びるとともに、X方向に交わるY方向に並んでいる。映像信号線Sは、Y方向に延びるとともに、X方向に並んでいる。X方向とY方向とは、例えば垂直に交わる。例えば、走査信号線Gのうち、図1の上端から奇数番目の走査信号線Gは第1走査ドライバGD1に接続され、偶数番目の走査信号線Gは第2走査ドライバGD2に接続されている。映像信号線Sは、セレクタ回路SDに接続されている。第1走査ドライバGD1及び第2走査ドライバGD2は、対応する走査信号線Gに走査信号を供給する。セレクタ回路SDとドライバIC18間には、図示しない引出配線が設けられる。セレクタ回路SDは、引出配線を介してドライバIC18から供給された映像信号を任意の映像信号線Sに切り替えながら供給する。具体的には、1本の引出配線から得られた映像信号は、セレクタ回路SDによって、3本の映像信号線Sの何れかに送信される。このため、セレクタ回路SDとドライバIC18間の引出配線の数を減らすことができる。
液晶表示装置は、周辺領域PAに設けられた電圧供給配線20を備えている。本実施形態において、電圧供給配線20は、第1電源線22と、第2電源線24とを含む。図1の例において、第1電源線22及び第2電源線24は、表示領域DAを囲い、両端がドライバIC18に接続されている。平面視において、第1電源線22は第2電源線24と表示領域DAとの間にある。他の例として、第2電源線24が第1電源線22と表示領域DAとの間にあってもよい。
本実施形態において、ドライバIC18は、第1電源線22に第1電圧V1を供給し、第2電源線24に第1電圧V1とは異なる第2電圧V2を供給する。具体的には、第1電圧V1や第2電圧V2は、15V程度の比較的高電位の電圧が印加される。第1電圧V1及び第2電圧V2を生成する電源回路は、液晶表示装置に設けられてもよいし、液晶表示装置の外部に設けられてもよい。
例えば、第1電圧V1は第1極性の電圧であり、第2電圧V2は第1極性とは異なる第2極性の電圧である。本実施形態では、第1極性が負であり、第2極性が正である場合を想定する。第1走査ドライバGD1及び第2走査ドライバGD2は、これらの電圧V1、V2を選択的に走査信号線Gに供給する。
液晶表示装置は、走査信号線Gおよび映像信号線Sで区画された多数の画素領域PXを有している。画素領域PXは、赤、緑、青、あるいは白などの特定の色を表示する副画素に相当する領域である。異なる色に対応する複数の副画素により、カラー表示が可能な1つの画素が構成される。
画素領域PXは、走査信号線Gおよび映像信号線Sに接続されたスイッチング素子SWと、スイッチング素子SWに接続された画素電極PEとを備えている。第1電圧V1はスイッチング素子SWのオフ電圧であり、第2電圧V2はスイッチング素子SWのオン電圧である。すなわち、あるスイッチング素子SWに対応する走査信号線Gに第2電圧V2が供給された際に、このスイッチング素子SWがオンされる。このとき、当該スイッチング素子SWに対応する映像信号線Sと画素電極PEとが電気的に接続され、当該映像信号線Sの映像信号が当該画素電極PEに供給される。映像信号が供給された画素電極PEは、複数の画素領域PXに亘って設けられた共通電極CEとの間で、液晶層16(図4参照)に作用する電界を形成する。画素電極PEと共通電極CEは、透明導電膜によって形成され、例えばITO(Indium Tin Oxide)が用いられる。液晶表示装置がIPS(In Plane Switching)又はFFS(Fringe Field Switching)モードの場合、これらの画素電極PEと共通電極CEは、第1基板10上に形成される。
図2は、本実施形態に係る液晶表示装置において、走査回路の構成の一例を概略的に示す図である。ここで説明する第1走査ドライバGD1と同様の構成を、第2走査ドライバGD2も採用することができる。
第1走査ドライバGD1は、シフトレジスタ回路SRと、複数のゲートスイッチ回路GSWとを備えている。ゲートスイッチ回路GSWには、走査信号線Gが接続されている。図2の例において、第1電源線22および第2電源線24は、シフトレジスタ回路SRとゲートスイッチ回路GSWとの間に延在している。
シフトレジスタ回路SRは、ゲートスイッチ回路GSWに対して、シフトパルスを順次出力する。シフトパルスが入力されていないとき、ゲートスイッチ回路GSWは、第1電源線22に供給される第1電圧V1を、対応する走査信号線Gに出力する。一方、シフトパルスが入力されているとき、ゲートスイッチ回路GSWは、第2電源線24に供給される第2電圧V2を、対応する走査信号線Gに出力する。
以上のような構成の液晶表示装置において、図4に示す液晶層16には、液晶層16に含まれる不純物に起因したイオンや、シール14から溶出するイオンが混入し得る。このようなイオンは、液晶表示装置の駆動に伴い、シール14で囲われた領域の角部に密集し易い。密集したイオンの影響が表示領域DAに及ぶと、液晶層16の実行電圧が低下し、表示領域DAに表示される画像に黒ムラなどの影響が現れることがある。
本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶層16中のイオンに起因した表示品位の低下を抑制するための構成を備えている。以下、当該構成の一例について説明する。
図3は、本実施形態に係る液晶表示装置において、電極の構成の一例を概略的に示す平面図である。ここでは、図1に示した要素の一部を省略している。表示領域DAは、第1辺DS1と、第1辺DS1の反対側の第2辺DS2と、第3辺DS3と、第3辺DS3の反対側の第4辺DS4とを有している。第4辺DS4は、出力領域TA側の辺である。
周辺領域PAは、第1辺DS1とシール14との間の第1領域A1と、第2辺DS2とシール14との間の第2領域A2と、第3辺DS3とシール14との間の第3領域A3と、第4辺DS4とシール14との間の第4領域A4とを有している。領域A1、A2、A4は、図1に示した第1走査ドライバGD1、第2走査ドライバGD2、セレクタ回路SDがそれぞれ設けられる領域である。第1領域A1と第2領域A2とは、表示領域DAを挟んでいる。第3領域A3と第4領域A4とは、第1領域A1および第2領域A2が配列している方向(X方向)とは異なる方向(Y方向)に配列し、表示領域DAを挟んでいる。
液晶表示装置は、第1電極E1と、第2電極E2とを備えている。第1電極E1は、周辺領域PAの第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3および第4領域A4のうちの何れかの領域、ここでは第1グループの領域に設けられている。第2電極E2は、周辺領域PAの第1領域A1、第2領域A2、第3領域A3および第4領域A4のうちの第1電極E1が形成された領域とは異なる領域、ここでは第1グループとは異なる第2グループの領域に設けられている。図3の例において、第1電極E1は第1グループとなる第3領域A3に設けられ、第2電極E2は第2グループとなる第1領域A1および第2領域A2に設けられている。第4領域A4は、セレクタ回路SDを含む種々の配線および回路が設けられているため、スペースが少ない。そこで、図3の例では第4領域A4に第1電極E1および第2電極E2が設けられていない。
周辺領域PAに設けられた電圧供給配線20(第1電源線22、第2電源線24)は、表示領域DAを囲んでおり、第1領域A1および第2領域A2では映像信号線Sの延在方向(Y方向)と一致し、第3領域A3では走査信号線Gの延在方向(X方向)と一致する。これに伴い、第1領域A1および第2領域A2に設けられる第2電極E2はY方向に延在しており、第3領域A3に設けられる第1電極E1はX方向に延在している。
第1電極E1は、第1電源線22に接続されている。第2電極E2は、第2電源線24に接続されている。すなわち、第1電極E1には第1電圧V1が供給され、第2電極E2には第2電圧V2が供給される。本実施形態1では、第1電圧V1は負極性の電圧であり、第2電圧V2は正極性の電圧である。よって、第1電極E1に供給される第1電圧V1の極性と、第2電極E2に供給される第2電圧V2の極性とが異なる。
液晶層16には、プラスイオン(+)と、マイナスイオン(−)とが混在している。プラスイオンは、負極性の第1電圧V1が印加された第1電極E1に引き寄せられる。マイナスイオンは、正極性の第2電圧V2が印加された第2電極E2に引き寄せられる。このように、周辺領域PAに分散して設けられた第1電極E1および第2電極E2でプラスイオンおよびマイナスイオンをそれぞれトラップ(拘束)することにより、特定箇所におけるこれらイオンの密集を防ぐことができる。
図4は、図3に示す液晶表示装置のIV−IV線断面図である。第1基板10には、第1の無機絶縁膜40、第2の無機絶縁膜41が積層され、その上に第1電源線22、第2電源線24の配線層が形成されている。これらの配線層の上には、有機絶縁膜42が積層され、その上には第3の無機絶縁膜43が形成される。第3の無機絶縁膜43の上には、ITOからなる画素電極PEまたは共通電極CEと同層に形成された電極30(第1電極E1又は第2電極E2)が形成され、その上には、液晶層16に接触するように、第1接触層26が介在している。第1接触層26は、配向膜であり、透湿性を有している。
第2基板12には、ブラックマトリクス層238、カラーフィルタ層234、オーバーコート層236が積層される。オーバーコート層236上には、液晶層16に接触するように、第2接触層28が介在する。第2接触層28は、配向膜である。
第1基板10と第2基板12の間では、シール14が液晶層16を囲んで封止している。なお、シール14によって囲まれた領域に、画像の表示領域DA及び表示領域DAを囲む周辺領域PAがある。
シール14内で、パネル端部側にはサブスペーサ532が第2基板12側に形成されている。これは、表示領域DA内のサブスペーサと同時に形成される支柱であり、マザーガラスから各パネルを切り出す際に、第1基板10と第2基板12とのギャップを保つために形成される。
また、シール14内には、有機絶縁膜42に溝142が、シール14に沿って形成されている。この溝142は、パネル端部から有機絶縁膜42を介して侵入する水分を止めるために設けられる。しかしながら、高温高湿度環境下では、この溝142でも水分侵入を十分に防止できない場合がある。
液晶層16に混入したイオンを吸着するために設けられた電極30(第1電極E1又は第2電極E2)は、周辺領域PAに配置され、液晶層16を囲むシール14に隣接した領域で液晶層16に重なる位置に配置される。
電極30は、ITOによって形成され、画素電極PEまたは共通電極CEと同層に形成される。電極30は、第2電源線24からコンタクトホールを介して高電位の供給を受ける。
高温高湿度環境下では、電極30周辺にも外部から侵入した水分が到達する可能性が高い。電極30には、上述のように高電位が印加されるため、周囲に水分があると、それが電気分解し、ガスが発生する。
第1接触層26は、透湿性を有しているので、電極30と液晶層16との間には、ガス透過を防ぐバリアフィルムが無い。このため、生じたガスは、液晶層16中に気泡Bとして流動することになる。
そこで、本実施例においては、気泡Bが表示領域DAに流動するのを防ぐために、第1基板10と第2基板12の間には、シール14に沿って、シール14から間隔があくように、壁状構造体32が設けられている。
表示領域DAにおいては、メインスペーサとサブスペーサを有する(いずれも図示しない)。表示領域DAのサブスペーサは、図示しないメインスペーサの補助として使用され、第1基板10と第2基板12の間隔が狭くなる力が加えられたときにスペースを確保するが、通常はスペーサとして機能しない。そのため、第2基板12上に形成されたメインスペーサは、常に第1基板10と接触するような高さを有して形成されるが、第2基板12上に設けられたサブスペーサは、第1基板10とは、間隔が空くような高さで形成され、少なくとも部分的に液晶層16に重なる。
図4で示す周辺領域PAの壁状構造体32は、表示領域DA内のサブスペーサと同じ工程で形成される。このため、壁状構造体32の高さは、表示領域DA内のサブスペーサと同じ高さで形成される。また、壁状構造体32は、電極30の配置位置よりもより表示領域DA側に形成される。
壁状構造体32は、図3で示すように、周辺領域PA内で、表示領域DAを途切れなく囲むように設けられる。
また、周辺領域PA内の有機絶縁膜42には、シール14に沿って、段差が設けられる。段差は表示領域DA側が高く、シール14側が低く形成される。電極30は、その段差位置に形成される。これは、電極30周辺で発生した気泡Bが、表示領域DA側ではなく、シール14側に行き易くするためである。
このように、本実施形態によれば、高電位が印加される電極30周辺から発生した気泡Bが、液晶層16に入っても、壁状構造体32によって、気泡Bの表示領域DAへの流動を阻止することができる。
図5は、本発明に係る実施形態の変形例1を示す平面図である。また、図6は、図5に示す液晶表示装置のVI−VI線断面図である。図3及び図4の実施例との違いは、有機絶縁膜42に段差が設けられておらず、更に、壁状構造体132および壁状構造体133の2列が設けられ、これらの壁状構造体は、周辺領域PAの上方で、シール114から離れる方向に沿って電極130(第1電極E1又は第2電極E2)を挟む両側のそれぞれに設けられていることである。こうすることで、有機絶縁膜42に段差を設けていなくとも、気泡Bを、一対の壁状構造体132,133の間に閉じ込めることで、気泡Bが表示領域DA側に流動することを防ぐことができる。
また、図5に示すように、壁状構造体132および壁状構造体133は、第1領域A1〜第3領域A3では、同じ間隔で形成されるが、第4領域A4では、第1領域A1〜第3領域A3の間隔よりも、より広い間隔を有して配置される。第4領域A4には、セレクタ回路SDなど多くの回路が設けられているため、他の領域よりも温度が高くなりやすい。気泡Bは、温度が高い領域に向かう性質があるため、第4領域A4における壁状構造体132および壁状構造体133の間隔を他よりも広くすることで、この領域に気泡Bを集め易くしている。
図7は、本発明に係る実施形態の変形例2を示す断面図である。図4との違いは、壁状構造体232の形成位置に、カラーフィルタ層234を配置したことである。カラーフィルタ層234は、表示領域DAのカラーフィルタと同じ材料からなる。表示領域DA中のカラーフィルタは、通常、赤、緑、青の三色を有するが、カラーフィルタ層234は、何れの色を用いても良い。
カラーフィルタ層234は、周辺領域PAの上方では、シール214及び表示領域DAのいずれからも間隔をあけて設けられている。そのため、周辺領域PAの上方で、カラーフィルタ層234の形状に沿って凸部240が形成される。凸部240よりもシール214に近い側に電極230が配置されている。壁状構造体232は、凸部240に形成される。尚、カラーフィルタ層234の高さは、壁状構造体232が、第1基板10側には接触せず、間隙を有する高さとなるように、設定される。本実施例では、凸部240があることで、サブスペーサと同じ高さの壁状構造体232の高さをより高くすることができ、壁状構造体232と第1基板10側の間隙を狭くすることができる。これにより、気泡Bが表示領域DA側により行きづらくすることができる。
尚、図7では、図4の例と同様に、壁状構造体232が一つの場合を示したが、図6の例のように、壁状構造体が2列形成された場合でも適用することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
10 第1基板、12 第2基板、14 シール、16 液晶層、18 ドライバIC、20 電圧供給配線、22 第1電源線、24 第2電源線、26 第1接触層、28 第2接触層、30 電極、32 壁状構造体、40 第1の無機絶縁膜、41 第2の無機絶縁膜、42 有機絶縁膜、43 第3の無機絶縁膜、112 第2基板、114 シール、128 第2接触層、130 電極、132 壁状構造体、212 第2基板、214 シール、216 液晶層、228 第2接触層、230 電極、232 壁状構造体、234 カラーフィルタ層、236 オーバーコート層、238 ブラックマトリクス層、240 凸部、532 サブスペーサ、A1 第1領域、A2 第2領域、A3 第3領域、A4 第4領域、CE 共通電極、DA 表示領域、DS1 第1辺、DS2 第2辺、DS3 第3辺、DS4 第4辺、E1 第1電極、E2 第2電極、G 走査信号線、GD1 第1走査ドライバ、GD2 第2走査ドライバ、GSW ゲートスイッチ回路、PA 周辺領域、PE 画素電極、PX 画素領域、S 映像信号線、SD セレクタ回路、SR シフトレジスタ回路、SW スイッチング素子、TA 出力領域、V1 第1電圧、V2 第2電圧。

Claims (10)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板に対向する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板の間に挟まれる液晶層と、
    前記第1基板と前記第2基板の間で前記液晶層を囲むシールと、
    を有し、
    前記第1基板は、前記シールによって囲まれた領域に、画像の表示領域及び前記表示領域を囲む周辺領域を有し、
    前記周辺領域に電極が形成され、
    前記電極は、前記第1基板において、前記シールに沿って前記周辺領域に配置され、
    前記第2基板において、前記電極に対向し、且つ、前記電極よりも前記表示領域に近い位置に第1の壁状構造体を有することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    前記第2基板において、前記電極に対向し、且つ、前記電極よりも前記シールに近い位置に第2の壁状構造体を有することを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項1又は2に記載された液晶表示装置において、
    前記表示領域には、画素電極と共通電極を有し、
    前記電極は、前記画素電極又は前記共通電極と同じ層に形成され
    ることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載された液晶表示装置において、
    前記電極は、前記液晶層に混入したイオンを吸着する電位に設定されることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載された液晶表示装置において、
    前記表示領域は、主スペーサと、前記主スペーサよりも高さの低い副スペーサを有し、
    前記第1及び第2の壁状構造体は、前記副スペーサと同じ高さで形成されることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載された液晶表示装置において、
    前記第1または第2の壁状構造体と前記第2基板間に、前記液晶層に向けて突出する凸部を有することを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項6に記載された液晶表示装置において、
    前記凸部は、カラーフィルタ層が積層されること
    を特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項7に記載された液晶表示装置において、
    前記凸部のカラーフィルタは、前記表示領域のカラーフィルタと同じ材料からなることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載された液晶表示装置において、
    前記壁状構造体は、前記表示領域を囲むように設けられることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項2に記載された液晶表示装置において、
    前記第1基板と前記第2基板は、第1の辺、第2の辺、第3の辺、第4の辺を有する矩形状であり、
    前記第1の壁状構造体と前記第2の壁状構造体は、前記第1の辺、前記第2の辺、前記第3の辺、前記第4の辺において、平行して配置され、
    前記第4の辺の前記第1の壁状構造体と前記第2の壁状構造体の間隔は、前記第1乃至第3の辺における前記第1の壁状構造体と前記第2の壁状構造体の間隔よりも広いことを特徴とする液晶表示装置。
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WO2023013216A1 (ja) * 2021-08-04 2023-02-09 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶光学素子

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