JP4060216B2

JP4060216B2 - 液晶パネルを備えた装置

Info

Publication number: JP4060216B2
Application number: JP2003062709A
Authority: JP
Inventors: 吉晴平形
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: JP2003322863A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、良好な表示を行わすことができる液晶パネルに関する。また、そのような液晶パネルを利用した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置において、アクティブマトリクス回路と、該回路を駆動する回路（周辺駆動回路と称する）やその他周辺回路（液晶パネルに必要とされる各種回路）とを同一基板上にＴＦＴでもって集積化した構造が知られている。この構成は、周辺駆動回路一体型と称されている。
【０００３】
この構成は、
（１）全体の構造を簡略化し、小型化できる。
（２）作製工程を簡略化できる。
（３）低消費電力化に有利である。
といった特徴を有している。
【０００４】
特に携帯情報処理端末やプロジェクター型の液晶パネルでは、液晶パネルの大きさを小さくすることが要求され、そのためには周辺駆動回路を一体化する有意性は大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの知見によれば、液晶パネルを小型化していった場合には、液晶層の厚さを決めるスペーサーの存在が問題となる。
【０００６】
例えば、プロジェクター用等に利用される２インチ対角以下というような小型の液晶パネルでは、画素の大きさが３０〜４０μｍ角以下程度となるので、単位画素内に存在する直径数μｍのスペーサーの影が表示に影響を与える。
【０００７】
この問題を解決するのは、スペーサーを利用せず、画素領域（画素マトリクス領域）を囲むように配置されるシール材（封止材）でもってセルギャップ（液晶層の厚さに対応するものとして定義する）を保持するような構造とすることが考えられる。
【０００８】
図２（Ａ）に示すのは、セルギャップを観察するために試作した画面寸法が1.4 インチ対角の透過型液晶パネルを模式的に示したものである。
【０００９】
この液晶パネルは、試作品であり、アクティブマトリクス回路や周辺駆動回路は形成されていない。
【００１０】
図２（Ａ）において、２１で示されるがシール材であり、この内側に液晶が
封入される。この液晶パネルは、シール材２１内に含まれた所定の大きさを有したフィラーと呼ばれる材料によって、セルギャップが保持される構造となっている。
【００１１】
また、この液晶パネルでは、セルギャップを保持するためのスペーサーは利用していない。即ち、シール材が設けられている領域以外にセルギャップを維持する手段を有してはいない。
【００１２】
２４は液晶の注入口である。液晶の注入口は、液晶の注入後に紫外線硬化型樹脂等によって塞がれる。
【００１３】
２４が液晶パネルを構成するガラス基板である。ここでは、２枚のガラス基板が重なった状態が示されてる。（液晶がこれら２枚のガラス基板に間に保持される）
【００１４】
この構成は、画素領域（この場合はシール材２１の内側）にスペーサーが存在しないので、スペーサーの存在が画質に悪影響を与えることはない。
【００１５】
しかしながら、図２（Ａ）に示す液晶パネルに単色光を照射すると、図２（Ｂ）に示されるようにシール材が設けられた領域から、液晶パネルの中心に向かって同心状の干渉縞が観察される。
【００１６】
この干渉縞は、セルギャップの間隔が均一でないことを示している。即ち、液晶パネルの中心部では、セルギャップが狭くなっていることを示している。
【００１７】
この状態を極端に強調した模式図を図３に示す。図３には、シール材２１によって一対の基板２０１と２０２との間に液晶２２が挟んで保持された状態が示されている。
【００１８】
そして液晶パネルの中央部２０３の部分はセルギャップｄは小さくなっている状態が示されている。
【００１９】
図２（Ｂ）に示す干渉縞が現れるのは、セルギャップの位置的変化が大きい２０４の部分である。また、液晶セルの中央部分２０３は、セルギャップに変化がほとんどないので、そこには干渉縞が現れない。
【００２０】
図２（Ｂ）に示すような干渉縞が発生するのは、液晶セルを構成する基板の表面から反射される光の干渉に原因がある。
【００２１】
干渉縞の発生原理を図４を用いて説明する。図４には、一対のガラス基板４１、４２をその間隔（セルギャップに相当する）が一定でない状態で対向させた状態が示されている。
【００２２】
このような状態において単色光が入射すると、一方のガラス基板４１の裏面で反射した光と他方のガラス基板４２の表面で反射した光とが干渉する。（他の干渉も存在するが、議論を簡略化するためこのように考える）
【００２３】
セルギャップｄが一定ならば、即ちｄ₁＝ｄ₂＝ｄ₃ならば、干渉状態はどの部分でも同じであるので、明暗の縞模様は現れない。
【００２４】
しかしながら、ギャップｄが場所によって異なると、明暗の条件が場所によって異なることになり、ギャップｄの変化の状態に従った縞模様が発生することになる。
【００２５】
縞模様が発生する条件は、場所場所におけるセルギャップの違いにλ／２程度の違いが存在する場合と概算される。
【００２６】
まず、第１の明部分のおけるセルギャップをｄ₁として、その隣の第１の明部分のおけるセルギャップをｄ₂とすると、それら２つの場所における光路長の差は、セルギャップ間を光が往復することを考慮して、２（ｄ₂−ｄ₁）となる。
【００２７】
第１の明条件と第２の明条件とが成立するのは、２つの光路長に入射光の波長λ程度の違いがある場合である。
【００２８】
よって、λ＝２（ｄ₂−ｄ₁）が成立する。即ち、２つの明部分におけるセルギャップの違い（ｄ₂−ｄ₁）は、λ／２程度となる。
【００２９】
入射光の波長は、一般に５００ｎｍ〜５５０ｎｍ（0.5 μｍ〜0.55μｍ）程度であるから、セルギャップの違いは、0.25μｍ程度と概算される。
【００３０】
実際には、ガラス表面での光の反射の状態は簡単なものではなく（ガラス基板の表面に絶縁膜や導電膜等が成膜されている場合等には、複雑なものとなる）、また液晶材料が充填されている場合には、液晶材料の屈折率ｎによって、当該液晶材料中における光の波長はλ／ｎとなるので、上記セルギャップの違いは、上記概算値より小さなものなる。
【００３１】
いずれにせよ、可視光の数分の１程度のオーダーでのセルギャップの変化がある場合に、縞模様が観察されることになる。
【００３２】
一般に液晶パネルのセルギャップは、１μｍ〜５μｍ程度に設定される。この値は、動作モードや利用する液晶材料によって決定される。
【００３３】
しかし、液晶パネルのセルギャップがその設定値より１０％以上ずれると、液晶を透過する光の透過率は設定値の２０％程度以上の変化をしてしまう。
【００３４】
よって、例えば図２（Ｂ）に示すような干渉縞が観察される液晶パネルをセルギャップ３μｍの設定で作製し、シール材の内側の全体を画面表示に利用するとした場合、画面の周辺部と中央部とで、μｍオーダーのセルギャップ差が発生することになる。
【００３５】
これは、画面の周辺部と中央部とで表示状態が著しく異なってしまうことを意味している。（現実にドーナツ状に画質の異なる画面表示が観察される）
【００３６】
本明細書で開示する発明は、上述した液晶パネルにおけるセルギャップの不均一性の問題を解決することを課題とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明は、液晶パネルを作製した際にパネル面に干渉縞が発生することを前提とし、その干渉縞の存在を設計パラメータとして取り込んだ構成とすることを特徴とする。
【００３８】
具体的には、干渉縞の発生している領域を避けて画素マトリクス領域を配置し、周辺駆動を干渉縞が発生している領域に配置する。
【００３９】
こうすることで、干渉縞が発生する液晶パネルであっても表示に干渉縞が存在することによる悪影響が及ぶことを防ぐことができる。また、液晶セル内における回路の配置をむだがないものとすることができるので、装置を極力小型化することができる。
【００４０】
なお、周辺回路が配置される領域は、セルギャップが場所により大きく変化している領域であり、このことが回路の動作に悪影響を与えることが懸念されるが、周辺駆動回路自体に直接圧力が加わるような状態でなければ、干渉縞が発生する程度のセルギャップの場所による変化は問題とならない。
【００４１】
本明細書で開示する発明の一つは、
一対の基板間に液晶を挟んで保持した構成を有し、
前記液晶はシール材によって所定の領域に封止されており、
前記シール材によって液晶層の厚さは保持されており、
前記液晶層は干渉縞が現れる厚さの不均一性を有しており、
前記干渉縞が現れない領域にアクティブマトリクス回路が設けられ、
前記干渉縞が現れる領域に周辺回路が設けられていることを特徴とする。
【００４２】
上記構成において、液晶の材料の種類や動作モードは特に限定されない。
【００４３】
干渉縞は、液晶パネルに単色光を照射することによって発生するものをいう。
【００４４】
周辺回路には、単にアクティブマトリクス回路を駆動する回路も含ませる。
【００４５】
他の発明の構成は、
一対の基板間に液晶を挟んで保持した構成を有し、
前記液晶はシール材によって所定の領域に封止されており、
前記シール材によって液晶層の厚さは保持されており、
前記液晶層は干渉縞が現れる厚さの不均一性を有しており、
前記干渉縞は同心形状を有し、
前記同心形状を有した干渉縞が現れる領域の内側にアクティブマトリクス回路が設けられ、
前記干渉縞が現れる領域に周辺回路が設けられていることを特徴とする。
【００４６】
他の発明の構成は、
一対の基板間に液晶を挟んで保持した構成を有し、
前記液晶はシール材によって所定の領域に封止されており、
前記シール材によって液晶層の厚さは保持されており、
前記液晶層は干渉縞が現れる厚さの不均一性を有しており、
前記干渉縞は同心形状を有し、
前記同心形状の中心部の干渉縞が現れない領域にアクティブマトリクス回路が設けられ、
前記干渉縞が現れる領域に周辺回路が設けられていることを特徴とする。
【００４７】
上記各発明は、液晶層の厚さをシール材のみによって保持させたものに適用することが好ましい。即ち、本明細書で開示する発明は、シール材の内側には液晶層の厚さを保持する手段が設けられていない場合に特に有効なものとなる。
【００４８】
これは、図１の１０２で示されるような同心形状の干渉縞が特に発生し易い状態となるからである。
【００４９】
上記同心形状というのは、中心をほぼ同じくする図形がその大きさを変えて複数存在している形状をいう。例えば、図１の１０２で示すような概略四角形（角は丸まっている）形状の図形が、複数存在している状態をいう。
【００５０】
本明細書で開示する発明では、液晶パネルは透過型でも反射型でもよい。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本明細書で開示する発明は、液晶パネルのセルギャップ（液晶層の厚さに対応する）の不均一性に起因して観察される干渉縞の存在を設計パラメータとして取込み、そのことを液晶セルの構造に利用したことを特徴とする。
【００５２】
具体的には、図１に示すような液晶パネルにおいて、干渉縞１０２が存在する領域の内側にアクティブマトリクス回路１０５を配置し、干渉縞１０２が存在する領域には周辺回路を配置する。
【００５３】
こうすることで、干渉縞１０２が発生するような構造を有していても、その存在が表示に現れることを防ぐことができる。
【００５４】
この発明は、図１に示すようなシール材１０１によって液晶層の厚さ（セルギャップ）を決める構造を有する液晶パネルに特に有効なものとなる。
【００５５】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本明細書で開示する発明を利用した液晶パネルの概要（上面概要図）を示す。
【００５６】
図１に示す構成において、１０１がシール材である。図１に示す液晶パネルは、シール材１０１内に含有させたフィラーとよばれる材料によってセルギャップが保たれている。そして画素マトリクス１０５内に球状のスペーサー等は利用されていない。
【００５７】
シール材１０１の内側には液晶が充填されている。１０６は液晶の注入口であり、図示されている状態では紫外線硬化型樹脂により塞がれている。
【００５８】
１０２は、可視光の照射で現れる干渉縞の模様である。図１に示す構成で重要なのは、画素マトリクス領域１０５を縞模様が現れる領域に設けずに、縞模様が存在しない領域に設けることである。
【００５９】
即ち、干渉縞は存在している領域はセルギャップの変化が大きい（表示に影響を与える程度にセルギャップが変化している）場所なので、画面として利用せず、周辺回路を干渉縞は存在している領域には、光学的にはデットスペースとなる周辺回路を配置する。
【００６０】
図１において、１０３、１０４は、画素マトリクス１０５を駆動するための周辺駆動回路である。ここでは、シフトレジスタとスイッチ及びバッファーで構成される回路を周辺回路して利用するので、周辺回路を周辺駆動回路と称する。
【００６１】
周辺駆動回路１０３、１０４は、縞模様が形成されている領域１０２に設けられている。
【００６２】
縞模様が形成されている領域は、縞の間隔距離において、セルギャップが可視光線の１／２以下程度の距離で変化している。即ち、0.25μｍ程度以下のオーダーで変化している。
【００６３】
この状況は、液晶層の厚さも0.25μｍ程度以下のオーダーで変化していると見ることができる。
【００６４】
従って、縞模様が存在している領域は、液晶層の厚さが0.25μｍ程度以上のオーダーで変化していると見ることができる。
【００６５】
液晶層を透過する光の透過率は、液晶層の厚さによって大きく変化する。縞模様が密集している領域は、液晶層の厚さも急激に変化している。よってこの領域では、光の透過率も場所により大きく変化することになる。
【００６６】
図１に示す構成では、上記液晶層の厚さが大きく変化している領域（即ち、縞模様が形成されている領域）を避けて画素マトリクス領域を配置している。
【００６７】
こうすることにより、上記液相層の厚さが場所により大きく変化していることによる画面表示への影響を排除することができる。
【００６８】
１０２で示されるような縞模様は、シール材のみによりセルギャップを保持する構成とした場合には、基本的に避けられない。（高い剛性を有する特殊なガラス基板を利用する方法もあるが、高価であり実用的ではない）
【００６９】
従って、干渉縞１０２が発生するようなセルギャップの状態が存在することを前提として、本実施例に示すような回路配置を採用することは有用である。
【００７０】
〔実施例２〕
本実施例では、本発明を利用した液晶パネルを備えた装置の例を示す。
【００７１】
このような装置としては、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話等）などが挙げられる。
【００７２】
図５（Ａ）に示すのは、モバイルコンピュータであり、本体２００１、カメラ部２００２、受像部２００３、操作スイッチ２００４、液晶パネル２００５で構成される。
【００７３】
液晶パネル２００５の形式は、反射型でも透過型でも採用することができる。
【００７４】
図５（Ｂ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２１０１、反射型の液晶パネル２１０２、バンド部２１０３で構成される。
【００７５】
図５（Ｃ）はフロントプロジェクション型の液晶パネルである。この装置は、光源２２０２からの光を光学系２２０４で反射型の液晶パネル２２０３に導き、該液晶パネル２２０３で光学変調された画像を光学系２２０４で拡大してスクリーン２２０５に投影するものである。
【００７６】
この形式のプロジェクションは、本体２２０１とは別にスクリーン２２０５が必要となる。
【００７７】
図５（Ｄ）は携帯電話であり、本体２３０１、音声出力部２３０２、音声入力部２３０３、液晶パネル２３０４、操作スイッチ２３０５、アンテナ２３０６で構成される。
【００７８】
図５（Ｅ）はビデオカメラであり、本体２４０１、液晶パネル２４０２、音声入力部２４０３、操作スイッチ２４０４、バッテリー２４０５、受像部２４０６で構成される。
【００７９】
図５（Ｆ）は、リアプロジェクション型と呼ばれる装置である。この装置は、光源２５０２から発せられる光を偏光ビームスプリッタ２５０４で反射型の液晶パネル２５０３で光学変調し、それをリフレクター２５０５、２５０６で反射してスクリンーン２５０７に投影する。この形式の装置は、本体２５０１にスクリーン２５０７が配置されている。
【００８０】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、セルギャップの不均一性が存在していてもその影響が表示に現れてしまうことがない液晶パネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の液晶パネルを上面から見た状態を示す模式図。
【図２】液晶の構造を示す図。
【図３】液晶パネルのセルギャップの状態を示す模式図。
【図４】干渉縞が発生する原理を示す図。
【図５】液晶パネルを利用した装置を示す図。
【符号の説明】
１０１シール材（封止材）
１０２干渉縞
１０３周辺回路
１０４周辺回路
１０５アクレィブマトリクス回路（画素マトリクス回路）
１０６液晶注入口

Claims

第１の基板及び第２の基板と、シール材によって前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された液晶と、画素マトリクスと、前記画素マトリクスを駆動する駆動回路とを有し、
前記シール材は前記画素マトリクスを囲むように配置されると共に、前記シール材によってスペーサーを用いることなくセルギャップは保持され、
前記駆動回路は前記セルギャップが１μｍ〜５μｍの範囲内に設定された値より１０％以上ずれたことによる干渉縞が現れた領域に設けられ、
前記画素マトリクスは前記駆動回路が設けられている領域の内側に設けられていることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
第１の基板及び第２の基板と、シール材によって前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された液晶と、画素マトリクスと、前記画素マトリクスを駆動する駆動回路とを有し、
前記シール材は前記画素マトリクスを囲むように配置されると共に、前記シール材のみによってセルギャップは保持され、
前記駆動回路は前記セルギャップが１μｍ〜５μｍの範囲内に設定された値より１０％以上ずれたことによる干渉縞が現れた領域に設けられ、
前記画素マトリクスは前記駆動回路が設けられている領域の内側に設けられていることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
第１の基板及び第２の基板と、シール材によって前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された液晶と、画素マトリクスと、前記画素マトリクスを駆動する駆動回路とを有し、
前記シール材は前記画素マトリクスを囲むように配置されると共に、前記シール材によってスペーサーを用いることなくセルギャップは保持され、
前記駆動回路は前記セルギャップが０．２５μｍ以上変化していることによる干渉縞が現れた領域に設けられ、
前記画素マトリクスは前記駆動回路が設けられている領域の内側に設けられていることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
第１の基板及び第２の基板と、シール材によって前記第１の基板と前記第２の基板との間に保持された液晶と、画素マトリクスと、前記画素マトリクスを駆動する駆動回路とを有し、
前記シール材は前記画素マトリクスを囲むように配置されると共に、前記シール材のみによってセルギャップは保持され、
前記駆動回路は前記セルギャップが０．２５μｍ以上変化していることによる干渉縞が現れた領域に設けられ、
前記画素マトリクスは前記駆動回路が設けられている領域の内側に設けられていることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
前記セルギャップは前記第１の基板と前記第２の基板との間における前記液晶の厚さに対応することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の液晶パネルを備えた装置。
前記シール材にはフィラーが含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の液晶パネルを備えた装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の装置はプロジェクターであることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の装置は携帯電話機であることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の装置はモバイルコンピュータであることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の装置はヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の装置はビデオカメラであることを特徴とする液晶パネルを備えた装置。