JP4530437B2 - 平面ディスプレイ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、ディスプレに関するものであり、より詳しくは、平面ディスプレイ、例えば2枚の基板間に高性能のスペーサ層を備えたアクティブマトリックス液晶ディスプレイセルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アクティブマトリックス液晶ディスプレイ(AM LCD)は背面投射モニターにおける投射素子としての使用も含めて、多方面で使用されている。AM LCDは、一般にアドレッシング要素と画素ITO電極を有する背面ガラス層、液晶層、およびアドレッシング要素と画素ITO電極を有する前面ガラス層を用いて作られている。光がAM LCD内を一様に通過するためには、前面ガラス層と背面ガラス層の間のセル間隙の間隔を一様に保たねばならない。セル間隙の間隔の一様さを所定の公差内におさまるようにAM LCDを組み立てるために、幾つかの慣用の方法が提供されている。
【0003】
図1は液晶ディスプレイセルを組み立てるための慣用の真空チャック法または真空プレス法の断面図を示す。この方法では、真空チャック10が液晶ディスプレイセルの上に押付け力24を及ぼす。液晶ディスプレイセルは、下部基板12、上部基板14、エポキシシールまたは他の形式の接着剤から作られたシール16、液晶材18、および不規則に配置された多くのスペーサ20を有している。これらのスペーサ20は、一般には、球状のガラス玉または円柱状の微小繊維であり、周知のドライクラウド法または周知の溶剤散布法(solvent dispersed method)の手法を用いて、下部基板12の上に不規則に配置されている。さらに、スペーサ20の中には、シール16の中に配置されるものもある。液晶ディスプレイセルは、可塑性樹脂(例えば登録商標「サラン」ラップ)または撓みやすいプラスチックシート22で覆われ、押付け力24が下部基板12と上部基板14とを一緒に圧縮している間に、紫外線26によってシール16を硬化させる。
【0004】
図2は、前記の真空チャック法または真空加圧法に類似した、液晶ディスプレイセルを組み立てるための慣用の真空密閉プラスチックバッグ法を示す。この液晶ディスプレイセルは、下部基板12、上部基板14、シール16、液晶材18、および不規則に配置された多くのスペーサ20を有している。この方法では、真空密閉プラスチックバッグ28が液晶ディスプレイセルに押付け力24を及ぼす。シール16は、その形式に応じて、紫外線または熱を用いて硬化される。
【0005】
図3は、液晶ディスプレイセルを組み立てるための慣用のバルーン法(balloon method)を示す。この場合も、また、液晶ディスプレイセルは、下部基板12、上部基板14、シール16、液晶材18、および不規則に配置された多くのスペーサ20を有している。バルーン30と熱チャックホットプレート32は液晶ディスプレイセルに押付け力24を及ぼし、かつ、シール16を硬化させる。従って、シール16は熱的に硬化される。一方、紫外線硬化のシールを用いる場合、熱チャックホットプレート32をガラスで置き換え、液晶ディスプレイセルを紫外線で背面照射すれば良い。
【0006】
前記真空チャック法、前記真空密閉プラスチックバッグ法、または前記バルーン法のいずれかを用いて組み立てられた液晶ディスプレイセルの平面図を図4に示す。実際の画素数はもっと多いが、ここでは説明を簡単にするため、単に9個の画素の配列を示す。液晶ディスプレイセルは、スペーサ20によってアクティブ開口領域34とノンアクティブ領域36とに分割され、スペーサ20はアクティブ開口領域34とノンアクティブ領域36の全域にわたって不規則に分布している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述の慣用の方法によって、許容出来る公差内で一様なセル厚さを有する液晶ディスプレイセルを製造することが出来る。しかし、アクティブ開口領域の大きさが小さくなるに従って、いくつかの問題が発生する傾向がある。例えば、ある投影ディスプレイにおいては、アクティブ開口領域34の寸法は、スペーサ20と同じ程度になり得る。スペーサ20がアクティブ開口領域34の上に重なったり、または領域34上に載っている場合、その部分はアクティブ開口領域34の約15%を占め、これは液晶ディスプレイセルの性能を著しく低下させ、得られる画像の質も低下させる。さらに、スペーサ20はその周りの液晶のプロファイル、つまり配向を乱し、これはさらに、得られる画像の質を低下させる(すなわち、輝度とコントラストを低下させる)。
【0008】
不規則に配置されたスペーサ20は、図5に示すように、シール16内のスペーサ20だけを残して、他を取り去ってしまう訳には行かない。なぜならば、図5のように、押付け力24が、上部基板14に曲げ変形を引き起こし、それは液晶ディスプレイセル全体を変形させ、許容できない画像品質の低下をもたらす結果になるからである。
【0009】
参考のため紹介すると、例えば、「Improved construction of Liquid Crystal Cells(液晶セル構造の改良)」、Maltese他、Alta Frequenza、Vol.XLVII、No.9、pp.664-667、Sept.1978、には、剛性の高い構造を作るためプレート間に小面積のスペーサを分布させた大型多重液晶パネルが開示されている。
【0010】
同様に、1996年12月17日出願の米国特許出願第08/767,652号には、スペーサ素子を下部基板上に不規則に配置し、引き続いて、それらのスペーサ素子をアクティブ領域から除去する少なくとも一つの方法が開示されている。
【0011】
上記課題を解決するために本発明はなされ、液晶セルなどの平面ディスプレイにおいて表示に寄与するアクティブ領域に、平面ディスプレイの基板間のギャップを一定に維持するためのスペーサが位置して表示に悪影響を及ぼすことを防止するディスプレイ構成を提案することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、平面ディスプレイのノンアクティブ領域内に隠れ、かつ、平面ディスプレイのノンアクティブ領域上の場所しか占有しないスペーサ素子を上記平面ディスプレイを構成する2枚の基板の内の少なくとも一方の基板に作成する。
【0013】
即ち、対向する2枚の基板の内の少なくとも一方の基板が、表示に寄与する開口領域と非開口領域を有し、前記2枚の基板の間が、この2枚の基板間に配されるスペーサ素子によって離間される平面ディスプレイであって、前記スペーサ素子は、付着部とスペーサ機能部とを含み、前記スペーサ機能部は、矩形体である異方性形状を有し、前記矩形体は、前記基板に平行な矩形面と、該矩形面に垂直な方向への所定長さと有し、前記矩形面は、長軸方向に所定長さを有する第1辺と、前記長軸方向と異なる短軸方向に所定長さを有する第2辺と、前記第1辺と前記第2辺との間の角部辺と、を有し、前記付着部は、少なくとも前記非開口領域の一部分を占め、かつ、前記開口領域のほぼ外側に位置するように前記2枚の基板の少なくとも一方の基板に付着し、前記スペーサ素子によって概ね等距離だけ互いに離間した状態で前記2枚の基板が互いに貼り合わされている。
【0014】
基板上に付着するようにして形成されたこのスペーサ素子は、また、液晶表示装セル(LCD)組立時に施される激しい機械的ラビング工程に適応できるように、その主体部をなすスペーサ機能部が著しい異方性形状にすることが好適である。また、スペーサ素子の分布と総数は、正確に制御することができる。
【0015】
スペーサ素子の位置決めは、フォトリソグラフィ法技術を用いるマスク設計によって決定し、制御することができる。さらに、該平面ディスプレイが液晶セルである場合に、スペーサの存在による液晶セルの表示欠陥部が液晶画面上に表示されたり、該液晶セルを投影型ライトバルブとして用いた場合にスクリーン上に上記表示欠陥部が投影されるのを避けるため、スペーサ素子が液晶ディレクター場(director-field)に及ぼす影響がノンアクティブ領域内に限定されるように、スペーサを極めて細くすることが好適である。スペーサの厚さの精密な制御は、スピンコーティング法またはCVD技術を用いて達成することができる。高性能スペーサは、アクティブマトリックス基板、または、カバー基板上に作ることができる。つまり、液晶セルにおいて、薄膜トランジスタなどの能動素子が形成された基板、又はこの基板と対向し、共通電極の形成されている基板上のいずれに形成することもできる。
【0016】
本発明のその他の目的、長所および顕著な特徴は、好適な実施態様を開示している添付の図面と関連してなされる詳細な説明を読むことによって、当業者には明白になるであろう。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下においては、平面ディスプレイとして液晶ディスプレイを例に挙げて説明する。
【0018】
図6は、4個の画素配置を有する液晶ディスプレイセルの下部基板12を示す。画素の実際の数は図示のものよりは多いほうが望ましい。従って、本発明でも、もっと多数の画素を有している。本発明は、液晶ディスプレイセルの組立体だけに限定されるものではなく、電界放出ディスプレイ(FED)やエレクトロルミネッセンスのように近接配置された下部基板12と上部基板14とを備え、かつ、該2枚の基板の間隔が一様な間隔に維持されるべき構成を有するいかなるディスプレイセルの組立体にも適用できる。
【0019】
下部基板12は、アクティブ開口領域34とノンアクティブ領域36とを有する。このノンアクティブ領域36は不透明であり、なるべく紫外線(UV)領域の光を透過させないことが望ましい。下部基板12は、ネガ型フォトレジストまたはネガ型UV硬化ポリイミドの薄い皮膜でコーティングされることが望ましい。薄膜の厚さは、約0.1μmから0.5μmの範囲になければならない。最低でも、0.05μm以上、最大でも1μm以下、なるべくなら、0.2μmが望ましい。もしこの薄膜が厚すぎると、埋没の問題(filling problem)を引き起こす。例えば、上記薄膜が厚すぎると、通常薄膜の下方に形成された画素電極等に電圧を印加しても液晶層に好適な電圧を印加することができなくなる。よってこの様な問題は、液晶のプロファイル(配向)を乱すこととなる。
【0020】
下部基板12をネガ型フォトレジストまたはネガ型UV硬化ポリイミドの薄い皮膜でコーティングした後、下部基板12のノンアクティブ領域36内にフォトリソグラフィ法によって、スペーサ素子を形成する。なお、スペーサ素子は、ここでは、付着部及びスペーサ機能部を備えるが、基板上にスペーサ素子が形成される場合、付着部は実質的には基板間を所定間隔だけ隔てる高さを有するスペーサ機能部と一体である。上記方法に代えてCVDによる酸化物、窒化物または、酸素/窒化物、或いはこれらの組み合わせのような堆積誘電体を用い、フォトリソグラフィ法によってスペーサ素子(以下単にスペーサと示す)54を形成することもできる。本発明のスペーサは、アクティブ領域34の中に重なり合うことはない。以下で検討するように、機械的ラビング工程を含むLCD組立工程に耐えるため、スペーサは異方性形状を有する。それらの形状は、また、それらが液晶ディレクター場におよぼす影響がノンアクティブ領域36内に限定されるように、アクティブ領域34の外側に配置されるように最適化される。スペーサの分布と総数は、当業者には良く知られている周知のフォトリソグラフィ法技術に対するマスク設計に基づいて、精密に制御される。
【0021】
図7は、マスクとネガ型フォトリアクティブポリイミドを用いて形成することが可能な本発明のスペーサ54の側面図を示す。スペーサ54は、異方性形状を有し、X方向(長軸ともいう)に沿う第1の辺56と、Y方向(図7には図示せず)に沿う第2の辺58とを有する。スペーサ54が異方性形状を有するという意味は、Y方向の辺が短いのに対してX方向の辺が長いことによる。スペーサ54は、なるべくならX方向には12μm、Y方向には4μmが望ましい。しかし、これらの寸法はディスプレイの画素設計に応じて代えることができる。これにより、スペーサ54は、機械的ラビング工程に耐えることができ、アクティブ領域34と干渉することなく、ノンアクティブ領域36内に、スペーサ54を位置決めすることが可能になる。スペーサ54の位置決めは、当業者には良く知られているマスク設計によって決定される。このマスク設計を制御することによって、スペーサの分布と総数もまた制御することができる。さらに、例えば、液晶セルを投影型ライトバルブに用いる場合に、表示の欠陥部がスクリーン上に投影されてしまうのを避けるため、スペーサ54をこのスペーサ54が液晶ディレクター場に及ぼす影響がノンアクティブ領域36内にとどまるのに充分な寸法となるように作成することができる。スペーサ54のZ方向の厚さは、当業者には良く知られているスピンコーティング法またはCVD技術によって精密に実現することができる。最小のディスプレイ距離としては、光学的異方性Δnが0.09〜0.1のLC材料に対しては、Z方向高さのセル間隙が一般に5μm程度であることが要求される。Z方向高さは、用いられるLCのΔn値に強く依存する。
【0022】
図8は、第1の辺56と第2の辺58の間に角部の辺60が設けられているスペーサ54の平面図を示す。これにより、スペーサ54は、機械的ラビング工程に耐え、液晶ディレクター場におけるそれらの影響を制御することができるような形状を提供する。この角部の辺60は、スペーサとアクティブ領域34が接近していることによって引き起こされる従来技術の干渉問題を解決する。図示はしていないけれども、角部の辺は円弧状または曲線状であっても良い。
【0023】
図9は、スペーサ54のX方向(長軸)に沿って転動するローラ50を用いる慣用のLCDラビング工程を示す。従来技術のスペーサと異なり、本発明のスペーサは、それらのスペーサの有する異方性形状によって、このラビング工程に耐えることができる。従来技術における柱状のスペーサはこのラビング工程によって容易に破壊されてしまう。ラビング工程に続いて、完全な液晶セルを形成するために、上述のような方法(例えば図1〜図3参照)を適用して上部基板14と下部基板12とのシール作業等を行う。
【0024】
スペーサの位置は、スペーサを選択的に位置決めするのに用いられるマスク設計に依存する。図10(a)に示されているように、スペーサ54は、ノンアクティブ領域36内に隠れ、従ってノンアクティブ領域36内にのみ位置するように、LCDのデータ線57と走査線59の交差部分に配置することができる。また、その異方性形状のため、つまり、ノンアクティブ領域36内にのみ選択的に位置する形状のため、スペーサ54は、アクティブ領域34内には配置されない。ここで、図10(a)は、スペーサ54が各データ線57と走査線59の交差部分に配置されている態様を示している。また、図10(b)は、スペーサ54が4番目毎の交差部分に配置されている態様を示している。更に、図10(c)は、スペーサ54が基板12の全面にわたって不規則に分布されている態様を示す。その他のマスク設計の例としては、16個毎の交差部分または32個毎の交差部分にスペーサを配置するものも考えられる。また、上述したが、スペーサの分布と総数はマスク設計に基づいて精密に制御することができる。理想的には、スペーサ54の数は最適な光学性能を確保するように最少にする。
【0025】
説明と理解を容易にするため、4個のアクティブ領域34と1個のスペーサ素子がデータ線57と走査線59の交差部分内に配置されている場合を図11に示す。スペーサ54は、X方向(長軸)に沿った2個の第1の辺56と、Y方向(短軸)に沿った2個の第2の辺58と、これら第1と第2の辺に挟まれた角部の辺60とを有する。スペーサのY方向の幅は、なるべくなら3〜5μmが望ましい。このような態様においては、各角部の辺60は、各アクティブ領域34から少なくとも1.5μmは離れて配置される。
【0026】
この構造では、スペーサ54がネマティックディレクター場に及ぼす影響は最小になる。例えば、一般的な構成では、もし液晶分子がスペーサ20に接触すると、スペーサ20上の表面力が液晶の配向を乱し、図12に示されているように、液晶のTN配向構造がずれてしまう。図12は、アクティブ領域34の一部が従来技術のスペーサ20によって配向の乱れた乱配向領域を含むことも有り得ることを示している。これに反して、本発明のスペーサ54は幅が狭く、かつ、異方性形状を有するように作られているので、液晶ディレクター場は、アクティブ画素領域34内でその最適なTN配向状態を維持するのに充分ゆとりある距離があり、さらに、LCD組立工程にも適応する。
【0027】
上述の態様は、下部基板12上に作られたスペーサ54に関連して記述しているが、スペーサ54は上部基板14上に作られていてもよい。
【0028】
上述の発明は好適な態様に関して記述しているが、他に多くの変更および変形が有り得る。そして、このような変更と変形の全ては特許請求の範囲で規定している本発明の範囲に合致することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 液晶ディスプレイセルを組み立てるための方法を説明する図である。
【図2】 液晶ディスプレイセルを組み立てるための別の方法を説明する図である。
【図3】 液晶ディスプレイセルを組み立てるための更に別の方法を説明する図である。
【図4】 図1〜図3に示されたいずれかの方法を用いて組み立てられた液晶ディスプレイセルを示す平面概念図である。
【図5】 液晶ディスプレイセルを組み立てるための更に別の方法を説明する図である。
【図6】 下部基板の平面図である。
【図7】 本発明のスペーサ素子の1つの側面構成を示す図である。
【図8】 本発明のスペーサ素子の1つの平面構成を示す図である。
【図9】 本発明によるラビング工程を示す図である。
【図10】 スペーサ素子の各種の配置例を示す図である。
【図11】 本発明に係る基板上のスペーサ素子の1つの平面の構成を示す図である。
【図12】 従来のスペーサを有し液晶の配向の乱れた領域が存在する液晶ディスプレイセルを概念的に示す側面図である。
【符号の説明】
10 真空チャック、12 下部基板、14 上部基板、16 シール、18液晶材、22 プラスチックシート、24 押付け力、26 紫外線、28 真空密閉プラスチックバッグ、30 バルーン、32 熱チャックホットプレート、34 アクティブ開口領域、36 ノンアクティブ領域、50 ローラ、54 スペーサ、56 第1の辺、57 データ線、58 第2の辺、59 走査線、60 角部の辺。
Claims (2)
- 対向する2枚の基板の内の少なくとも一方の基板が、表示に寄与する開口領域と、非開口領域とを有し、
前記2枚の基板の間が、この2枚の基板間に配されるスペーサ素子によって離間される液晶ディスプレイであって、
前記スペーサ素子は、付着部とスペーサ機能部とを含み、機械的ラビング工程に耐えることができ、
前記スペーサ機能部は、矩形体であり、
前記矩形体は、前記基板に平行な矩形面と、該矩形面に垂直な方向への所定高さとを有し、
前記矩形面は、長軸方向に所定長さを有する第1辺と、前記長軸方向と異なる短軸方向に所定長さを有する第2辺と、前記第1辺と前記第2辺との間の角部の辺とを有し、
前記付着部は、前記非開口領域の一部分を占め、かつ、前記開口領域の外側に位置するように前記2枚の基板の少なくとも一方の基板に付着し、前記スペーサ素子によって概ね等距離だけ互いに離間した状態で前記2枚の基板が互いに貼り合わされ、前記スペーサ素子は、前記液晶ディスプレイのデータ線と走査線との交差部分に配置されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。 - 前記角部の辺は、円弧状または曲線状であることを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ。
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