JP4543137B2 - 均一なセルギャップをもつ液晶表示パネル - Google Patents

Description

本発明は、より均一なセルギャップを保持し得る、表示品質に優れた液晶表示パネルに関するものである。

液晶表示パネルは薄型・軽量・低消費電力という優れた特性をもつため、コンピュータ用ディスプレイ、テレビ用ディスプレイをはじめ、各種情報機器用のディスプレイに用いられている。

液晶表示パネルは、アレイ基板とカラーフィルター基板がセルギャップを隔てて対向し、基板間には液晶が充填されている。この液晶の動作モードには種々のモードが存在し、基板間に縦方向の電界を印加して液晶の分子配列を制御するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ；ＴＮ）モードや、基板に水平方向の電界で液晶の分子配列を制御して広視野角を得るＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等が知られている。何れの動作モードの液晶表示パネルも、アレイ基板により液晶の分子配列を電気的に制御して、バックライトの光がカラーフィルタ基板を透過する量を選択的に変化させて表示を行なう。

従来、アレイ基板とカラーフィルター基板を隔てるセルギャップは、プラスティック等でなるスペーサーとよばれる球状粒子を両基盤間に散布させて維持されることが多かった。この場合、スペーサーの粒径はセルギャップを形成する重要な要素であり、その散布も精度が要求される。

しかし、球状のスペーサー散布は基板面内における均一な散布密度の制御において難があり、画素中に偏在するスペーサーはバックライトからの光を散乱、遮断等して、液晶表示パネルの表示品質を低下させるという問題があった。

そこで近年図１１に示すように、球状のスペーサーに代わって柱状の柱状スペーサー１１６が使用されるようになっている。図１１において、液晶表示パネル１１０は、アレイ基板１１２と、アレイ基板１１２とセルギャップを隔てて対向するカラーフィルター基板１１４と、アレイ基板１１２とカラーフィルター基板１１４間のセルギャップを保持する複数の柱状スペーサー１１６を含む。

アレイ基板１１２とカラーフィルター基板１１４間の表示エリアには液晶１２０が注入され、両基板１１２及び１１４に加圧封止荷重を負荷してセルギャップを調整し、両基板１１２，１１４の縁部をシール剤１２６で固定して封止される。また、カラーフィルター基板１１４内には画素間の境界部を遮光するためのブラックマトリックス１２４が形成されている。またアレイ基板１１２とカラーフィルター基板１１４及び柱状スペーサー１１６の表面には配向膜１１８が形成され、偏光板１２２は両基板１１２と１４の液晶１２０に接しない側に設けられている。

また、セルギャップの調整法には上述のように両基板１１２及び１１４間、従って球状のスペーサー又は柱状スペーサー１１６に加圧封止荷重を負荷してセルギャップを調整する液晶注入法の他、近年実用化されている滴下注入方式（以下、ＯＤＦ（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ）法と呼ぶ）がある。ＯＤＦ法では柱状スペーサー１１６に加圧封止荷重を負荷することなく、液晶の量で両基板１１２及び１１４間のセルギャップを調整する。液晶注入法は球状のスペーサー及び柱状スペーサー１１６で構成される液晶表示パネルの双方に、ＯＤＦ法は専ら柱状スペーサー１１６で構成される液晶表示パネルに使用される。尚、以下本明細書において、液晶注入法における加圧封止によりセルギャップを調整する液晶の封止と、ＯＤＦ法における液晶量の制御によりセルギャップを調整する液晶の封止を総称して、液晶の封止、液晶封止又は単に封止という。

柱状スペーサー１１６は、例えばアレイ基板１１２又はカラーフィルター基板１１４上にエポキシやアクリル樹脂を均一な厚さに積層し、フォトリソグラフィーによってパターニングして形成される。従って、柱状スペーサー１１６は、その位置分布を高精度に管理することができる。例えば、表示エリアをディスプレイ全体のうち実際に画像が映し出される領域とし、開口部を当該表示エリア内で実際に光が透過できる部分とすると、柱状スペーサー１１６は開口部は避け、ブラックマトリックス１２４と重なるような非開口部に形成されるのが好ましい。柱状スペーサー１６を開口部に形成すると光が透過できる領域が小さくなり、又、柱状スペーサー１６近傍の液晶２０の配向が乱されて輝度ムラ等の表示品質低下をもたらすからである。

一方、セルギャップを一定かつ均一に保持することは液晶表示パネル１１０の表示品質の向上、維持するために極めて重要な課題である。即ち液晶表示パネル１１０には、セルギャップの不均一に起因して色ムラ、コントラストムラ等の表示ムラが発生し得るため、均一な表示、高コントラスト、高応答性等の表示品質を高めるためには、一定かつ均一なセルギャップを保持することが必須である。

しかし液晶表示パネル１１０に発生する熱による液晶１２０、柱状スペーサー１１６の膨張、重力等に起因する液晶表示パネル１１０内の液晶１２０の内部圧力分布等により、セルギャップを一定に保持するのは一般には困難な問題である。

図５（ａ）は、常温時に両基板間、従って両基板間に散布された球状のスペーサーに加圧封止荷重をかけ、液晶を加圧封止した液晶表示パネル１１０を立てた状態にした時の断面図である。このように液晶表示パネル１１０を立てた状態にすると、液晶１２０に働く重力により液晶表示パネル１１０内には図５（ｂ）のような液晶１２０の内部圧力分布が生じる。この内部圧力分布Ｐ（ｙ）は、以下の数１のように表現することができる。

図６は、図５（ｂ）のような液晶１２０の内部圧力分布が液晶表示パネル１１０内に生じた場合のセルギャップを測定したものである。図６のグラフにおいて、ｙ’軸は液晶表示パネル１１０の最下部からの高さ（ｍｍ）、ｘ軸は液晶表示パネル１１０の左端部からの距離（ｍｍ）、ＣＧ軸は液晶表示パネル１１０のセルギャップ（μｍ）を表す。上記ｙとｙ’にはｙ’＝−ｙ+ｈ／２の関係がある。図６のグラフによれば、液晶１２０の内部圧力の高い、液晶表示パネル１１０の下部程セルギャップは大きく、内部圧力の小さい上部に行くにつれセルギャップは小さくなることが分かる。

また、近年大型テレビディスプレイの開発が盛んであり、これに用いられる液晶表示パネルの大型化が加速している。このような大型テレビディスプレイ用の液晶表示パネルは、通常パネルを地表に対して垂直に立てた状態で使用するために重力による液晶の圧力分布が存在している。そのため、特に大型液晶表示パネルにおいては、パネル内において発生している内圧分布によって、上部と下部でセルギャップの差を生じる。又、バックライトからの熱により液晶表示パネルは昇温して５０℃以上、７０℃程度の高温となることもある。このように実使用環境での液晶表示パネルでは、パネルを垂直に立てて使用するためにセルギャップの差セルギャップの差による表示ムラを生じやすく、顕著な例としては、特に高温化において重力ムラを生じることがある。

ここで重力ムラとは、液晶表示パネルを立てた状態で高温で保持したとき、液晶の熱膨張が柱状スペーサーの液晶封止時の弾性変形量の範囲を超えた場合に、液晶セル内の液晶が重力作用により下部にたまり、ギャップムラとして認識される現象をいう。図９（ａ）〜（ｃ）に加圧封止による液晶封止を行なった場合における、重力ムラの発生メカニズムを図示する。

図９（ａ）は、常温で両基板、従って柱状スペーサー１１６に加圧封止荷重を負荷し、両基板の両端をシール材で固着して液晶１２０を封止した液晶表示パネル１１０を示す。この状態では、各柱状スペーサー１１６は加圧封止荷重により弾性変形させられている。次に、液晶１２０を加圧封止した液晶表示パネル１１０を加熱すると液晶１２０は熱膨張し、セルギャップは増加し、柱状スペーサー１１６の弾性変形は減少する。柱状スペーサー１１６の伸長がセルギャップの増加についていけなくなると、図９（ｂ）のように液晶の熱膨張によりアレイ基板１１２又はカラーフィルター基板１１４が柱状スペーサー１１６から離れた状態となる。この図９（ｂ）の状態で液晶表示パネル１１０を地面に対して垂直に保持すると、重力作用により液晶１２０が図９（ｃ）のように液晶表示パネル１１０の下部にたまり、ディスプレイ下部に重力ムラが発生することとなる。

図７（ａ）は上記のような大型ディスプレイに使用される液晶表示パネル１１０の両基板間、従って両基板間の球状のスペーサーに加圧封止荷重をかけ、液晶を加圧封止した液晶表示パネル１１０を立てた状態にした時の断面図である。図５（ａ）と異なる点は、図７（ａ）に表す液晶表示パネル１１０が十分大型であるため、図７（ｂ）に示すように、内部圧力が大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ＝１ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が存在する点である。

このような液晶表示パネル１１０では上記のようなメカニズムで液晶１２０が液晶表示パネル１１０の下部に溜まると、ｙ_ａｔｍ≦ｙ≦ｈ／２の領域で液晶１２０の内部圧力が外圧（＝大気圧）にまさり、図８のようなセルギャップ分布を生じる。ここで図８において横軸の原点Ｌ＝０ｍｍ及び右端Ｌ＝２０ｍｍは、それぞれ図７（ｂ）のｙ＝ｙ_ａｔｍ及びシール剤１２６でセルギャップが固定されるｙ＝ｈ／２に対応する。また、図８の縦軸は柱状スペーサー１１６の自然長からのセルギャップの変化量を表し、０．６ｔ、０．７ｔ、１．１ｔはそれぞれ０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、１．１ｍｍのカラーフィルター基板１１４のガラス厚を表す。図８から明らかなように、ガラス厚が薄いほどセルギャップの変化量は大きくなる。

上述のような立てて用いる液晶表示パネルに特に生じ易い、セルギャップ差による表示ムラを解消する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている液晶表示モジュールは、互いに対向した一対の基板と、前記基板の少なくとも一方の上に形成され且つ前記基板間に間隙を生じさせるように構成された複数の柱状スペーサと、前記基板間の前記間隙を満たした液晶材料とを備えた液晶表示パネル、及び、前記パネルを支持した支持体を具備した液晶表示モジュールに関するものである。この特許文献１に開示された液晶表示モジュールは、前記支持体は前記モジュールの使用時に前記パネルが立つように構成され、前記パネルの温度を２５℃から５０℃まで変化させた場合に前記スペーサは前記基板からの圧力によって弾性変形した状態を維持し続けることを特徴としている。

しかし、文献１の発明に係る液晶表示パネルは、液晶の熱膨張によるセルギャップの増加に対する柱状スペーサの弾性状態の維持を主な課題としており、液晶に作用する重力の影響は考慮されていない（特許文献１参照。）。

特願２００２−３７３２５号公報（[３０]〜[４５]） 特開２０００−３２１５８０号公報（[２４]〜[２６]）

そこで本発明は、垂直に立てて使用される液晶表示パネル、特に大型液晶表示パネルに生じる内部圧力分布に起因するセルギャップ差を補正し、液晶表示パネルの表示品質を高めることを目的とする。また、特に高温下において生じ得る重力ムラによる表示不良を防止することを目的とする。

本発明の液晶表示パネルは、アレイ基板と、前記アレイ基板とセルギャップを保って対向するカラーフィルター基板と、前記カラーフィルター基板上またはアレイ基板上に形成され、該カラーフィルター基板と前記アレイ基板との間のセルギャップを保って該両基板を支持する柱状スペーサーと、前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板間に封止された液晶と、を含み、前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が、前記カラーフィルター基板またはアレイ基板の面内で異なり得る。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、前記液晶に作用する重力に起因する該液晶の内部圧力は大気圧未満である。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、該液晶表示パネルの上部における柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が、該液晶表示パネルの下部における柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数より大きいことを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てて表示させる際に、前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が液晶の圧力分布に対応して、

と表され得る。

本発明の液晶表示パネルは、アレイ基板と、前記アレイ基板とセルギャップを保って対向するカラーフィルター基板と、前記アレイ基板とカラーフィルター基板を、該両基板間のセルギャップを保って該両基板の端部で固着するシール剤と、前記カラーフィルター基板上またはアレイ基板上に形成され、前記カラーフィルター基板とアレイ基板との間のセルギャップを保って該両基板を支持する柱状スペーサーと、前記シール剤に囲まれて、前記アレイ基板とカラーフィルター基板間に封止された液晶と、前記アレイ基板及びカラーフィルター基板を固着するシール剤の一点と他の一点を、該両基板間のセルギャップを保って直線状に結ぶ隔壁と、を含み、該隔壁によって複数のセルに分割されてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、前記隔壁は重力方向に対して垂直方向に該液晶表示パネルをセルに分割してもよい。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、前記セル内の液晶に作用する重力に起因する該液晶の内部圧力は、大気圧未満であり得る。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、該液晶表示パネル上部における柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が、該液晶表示パネル下部における柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数より大きいことを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てて表示させる際に、前記セル内において、前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が液晶の圧力分布に対応して、

と表され得る。

本発明の液晶表示パネルは、上記液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てて表示させる際に、該液晶表示パネルの上部に形成されたセルの重力方向の長さは、該セルより下部に形成されたセルの重力方向の長さよりも短いことを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルは、前記隔壁は、柱状スペーサーを直線状に配置して形成されてもよい。

本発明の液晶表示パネルは、柱状スペーサーの硬度を考慮したスペーサ占有分布をとることにより、均等なセルギャップを得ることができる。

また、本発明の液晶表示パネルは、縦方向に分離されたセル構造を形成し、単一の大型パネルに発生する圧力分布よりも分布幅の小さい圧力分布を作り出すことができる。従って本発明の液晶表示パネルは、大型パネルに発生する重力によるセルギャップのムラを解消し、各セル内で上記のペーサ占有分布を実現して均等なセルギャップを得ることができる。

従って本発明の液晶表示パネルは、特に大型パネルに発生するセルギャップの不均一を回避し、高品位な液晶表示パネルの表示品質を得ることができる。

本発明の実施形態では、上記液晶表示パネル内の液晶の内部圧力の分布状況により、次の（１）又は（２）の場合に大きく分けて上記課題を解決しようとする。以下の説明において、ｙは液晶表示パネルを垂直に立てた場合の重力方向の縦座標であり、−ｈ／２≦ｙ≦ｈ／２を満たす。即ち液晶表示パネルの表示エリアの上端のｙ座標はｙ＝−ｈ／２、同表示エリアの下端のｙ座標はｙ＝ｈ／２である。また、液晶表示パネル内の液晶に作用する重力による内部圧力をＰとし、Ｐ_ａｔｍ＝１ａｔｍ、Ｐ＝Ｐ_ａｔｍとなるｙの座標をｙ＝ｙ_ａｔｍとする。

（１）内部圧力Ｐが大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が液晶表示パネル内に存在しない場合。即ち、内部圧力Ｐが常に大気圧未満の場合。
（２）内部圧力Ｐが大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ＝１ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が液晶表示パネル内に存在する場合。

上記（１）の場合は、本発明の液晶表示パネルは、液晶の内圧分布に対応した柱状スペーサー分布が形成される、また上記（２）の場合は、本発明の液晶表示パネルは、液晶表示パネルを特に縦方向に分割することにより、あたかも複数枚の小さいパネルを組合わせているような挙動が達成される。

以下、上記（１）及び（２）の場合について、本発明の液晶表示パネルの実施形態を説明する。

（１）内部圧力Ｐが大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が存在しない場合について、本発明の第１の実施形態を説明する。この場合内部圧力Ｐが常に大気圧未満となる。本実施形態では、液晶表示パネルとして上記図３に示した液晶表示パネル１１０を用いて説明する。

図３（ａ）は、液晶を封止した液晶表示パネル１１０を地表に対して垂直に立てた状態の断面図である。液晶表示パネル１１０は、表示エリアのサイズが縦約１７０ｍｍ、横約２３０ｍｍのパネルである。

図３（ａ）のように液晶表示パネル１１０を立てた状態では、液晶１２０に働く重力により液晶表示パネル１１０内には上述のように図３（ｂ）のような液晶１２０の内部圧力分布が生じる。この内部圧力分布Ｐ（ｙ）は、上述の数１のように表現することができる。

図４は、図３（ｂ）のような液晶１２０の内部圧力分布が生じている場合の液晶表示パネル１１０のセルギャップを測定したものである。図４のグラフにおいて、ｙ’軸は液晶表示パネル１１０の最下部から約３０ｍｍからの高さ、ＣＧ軸は液晶表示パネル１１０のセルギャップを表す。図４のグラフにおける複数の測定データは液晶表示パネル１１０の幅方向の複数のデータを表し、これら複数の測定デ−タを平均するとＣＧ（ｙ’）＝−０．００１３ｙ’+５．２３０３を得る。本実施形態においてセルギャップは−５０ｍｍ≦ｙ≦５０ｍｍの範囲で測定し、上記ｙ’はｙ＝−５０ｍｍを原点とした高さであるため、ｙ’＝−ｙ+５０の関係がある。従って、ＣＧ（ｙ）は次の数２のように表される。

従って、セルギャップの測定範囲の上端（ｙ＝−５０ｍｍ）と下端（ｙ＝５０ｍｍ）では、０．１３μｍのセルギャップ差が生じている。

一方、大気圧Ｐ_ａｔｍ中に液晶表示パネル１１０を垂直に立てている時の柱状スペーサー１１６の変形量Δｄ（ｙ）は次のように書くことができる。尚、以下液晶表示パネル１１０を垂直に立てている時の柱状スペーサー１１６の変形量Δｄ（ｙ）とは、液晶表示パネル１１０を地表に対して垂直に立てた際の、地表に対して水平な際の液晶表示パネル１１０のセルギャップからの、セルギャップの変化量をいう。

上記（１）の条件より、本実施形態においてはΔｄ（ｙ）≧０を満たす。即ち、柱状スペーサー１１６は液晶１２０を封止した際に弾性変形するが、上記（１）の内部圧力Ｐ（ｙ）が常に大気圧未満という条件の下では自然長まで伸び切らず、未だに弾性変形した状態を保っている。しかし、液晶表示パネル１１０の下部、従ってｙが大きいほど柱状スペーサー１１６の弾性変形Δｄ（ｙ）は小さくなる。言い換えれば柱状スペーサー１１６は液晶表示パネル１１０の下部（ｙが大）ほど伸びて自然長に近づき高くなる。このため測定データより導かれる数２のように、液晶表示パネル１１０の下部（ｙが大）程セルギャップが大きくなると考えられる。

従って柱状スペーサー１１６の変形量Δｄ（ｙ）を、即ちセルギャップの分布を均一にするためには、Δｄ（ｙ）を所望の定数Δｄ_０にすることが必要である。このため、本発明の液晶表示パネルは次の数４で表される弾性係数分布ｋ（ｙ）を有することが必要である。

ここで、ｋｐｓ（ｙ）を１個の柱状スペーサー１１６の弾性係数、ａ（ｙ）を液晶表示パネル１１０の単位面積あたりの柱状スペーサー１１６の占有率とすると、一般に弾性係数分布ｋ（ｙ）は次式のように書く事ができる。

従って、柱状スペーサー１１６の弾性係数ｋｐｓ（ｙ）又は単位面積あたりの柱状スペーサー１１６の占有率ａ（ｙ）、或はその両方を制御して、柱状スペーサー１１６の単位面積あたりの弾性係数ｋ（ｙ）が数４を満足するできれば、セルギャップが均一である本発明の液晶表示パネルを得ることができる。詳細は以下の実施例において説明する。

（２）内部圧力Ｐが大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ＝１ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が液晶表示パネル内に存在する場合について、本発明の第２の実施形態を説明する。

上記のように、図７（ａ）は上記のような大型ディスプレイに使用される液晶表示パネル１１０の両基板間、従って両基板間の球状のスペーサーに加圧封止荷重をかけ、液晶を加圧封止した液晶表示パネル１１０を立てた状態にした時の断面図である。図７（ａ）に表す液晶表示パネル１１０が十分大型であるため、図７（ｂ）に示すように、内部圧力が大気圧（Ｐ＝Ｐ_ａｔｍ＝１ａｔｍ）となるｙ＝ｙ_ａｔｍ（−ｈ／２≦ｙ_ａｔｍ≦ｈ／２）が存在し、上記（２）の条件を満たしている。

このような液晶表示パネル１１０では上記のようなメカニズムで液晶１２０が液晶表示パネル１１０の下部に溜まると、ｙ_ａｔｍ≦ｙ≦ｈ／２の領域で液晶１２０の内部圧力が外圧（＝大気圧）にまさり、図８のようなセルギャップ分布を生じる。ここで図８において横軸の原点Ｌ＝０ｍｍ及び右端Ｌ＝２０ｍｍは、それぞれ７（ｂ）のｙ＝ｙ_ａｔｍ及びシール剤１２６でセルギャップが固定されるｙ＝ｈ／２に対応する。また、図８の縦軸は−ｈ／２≦ｙ≦ｙ_ａｔｍの領域のセルギャップからのセルギャップの変化量、換言すれば基板表面の撓みを表し、０．６ｔ、０．７ｔ、１．１ｔはそれぞれ０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、１．１ｍｍのカラーフィルター基板１１４のガラス厚を表す。

図７（ａ）において−ｈ／２≦ｙ≦ｙ_ａｔｍの領域では、上記第１の実施形態と同様に、柱状スペーサー１１６の単位面積あたりの弾性係数ｋ（ｙ）を調整してセルギャップを均一にすることができる。しかし、ｙ_ａｔｍ≦ｙ≦ｈ／２の領域では柱状スペーサー１１６がアレイ基板１１２又はカラーフィルター基板１１４から遊離しており、柱状スペーサー１１６の変形量Δｄ（ｙ）を表す数３自体が成立しない。

そこで本発明の第２の実施形態は、図１（ａ）及び図２に示すように、立てた状態の液晶表示パネル１０を重力方向とは垂直方向に延びる複数の隔壁３０でセルに区切り、セルの上端と下端の内部圧力差ΔＰを大気圧以下とする。

図１（ａ）及び図２は、本発明の第２の実施形態を示す液晶表示パネル１０のそれぞれ断面図及び平面図である。液晶表示パネル１０の基本的構造は上記液晶表示パネル１１０と同一であり、液晶表示パネル１０はアレイ基板１２と、アレイ基板１２とセルギャップを隔てて対向するカラーフィルター基板１４と、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４間のセルギャップを保持する複数の柱状スペーサー１６を含む。また、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４間の表示エリアには液晶２０が液晶注入法又はＯＤＦ法により、両基板１２、１４の縁部をシール剤２６で固定して封止される。以下図示しないが、カラーフィルター基板１４内には画素間の境界部を遮光するためのブラックマトリックス２４が形成され、アレイ基板１２とカラーフィルター基板１４及び柱状スペーサー１６の表面には配向膜１８が形成され、偏光板２２が両基板１２と１４の液晶２０に接しない側に設けられている。

本発明の第２の実施形態では、更に図１（ａ）及び図２に示すように、液晶表示パネル１０は複数の隔壁３０を有する。図１（ａ）において隔壁３０ａ、３０ｂは、液晶表示パネル１０を立てた状態で重力方向（以下、縦方向という）に対して垂直方向（以下、横方向という）に延び、縦方向の長さがｈ_ａ、ｈ_ｂ、ｈ_ｃである液晶表示パネル１０の上端からそれぞれｈ_ａ及びｈ_ａ+ｈ_ｂの位置に形成される。

液晶表示パネル１０は隔壁３０ａ、３０ｂにより、３つのセル５０ａ、５０ｂ、５０ｃに分離され、下方のセル内の液晶２０は隔壁により上方のセル内の液晶２０による重力に影響を受けない。即ち、セル５０ｂ内の液晶２０は隔壁３０ａによりセル５０ａ内の液晶２０からの内部圧力から開放され、セル５０ｃ内の液晶２０は隔壁３０ｂによりセル５０ｂ内の液晶２０からの内部圧力から開放される。

従って各セル５０ａ、５０ｂ、５０ｃ内の内部圧力は、図１（ｂ）に示すように各セル内における液晶２０の内部圧力の分布となり、あたかも独立した液晶表示パネルのように取り扱うことができる。即ち図１（ｂ）において各セル内の内部圧力は、単一の液晶表示パネルの内部圧力を表す数１と同様に次式数６のようにかくことができる。

上記ａ，ｂ，ｃの各セル内の内部圧力分布幅ΔＰ_ａ、ΔＰ_ｂ、ΔＰ_ｃは、いずれも大気圧未満とする。圧力分布幅が大気圧を超えると、上述のような重力ムラが生じ得るからである。

更に、上部のセルは下部のセルより縦方向の長さを短くし、ｈ_ａ≦ｈ_ｂ≦ｈ_ｃとする。従ってΔＰ_ａ≦ΔＰ_ｂ≦ΔＰ_ｃである。これは、ａセルとbセルの隔壁、もしくはｂセルとｃセルの間にある隔壁の圧力を平均の内圧より小さくすることができるため、ａセルからｂセルへ、もしくはｂセルからｃセルへの液晶の移動を避ける易くことができるからである。

従って、各セルの圧力分布幅が大気圧大気圧未満とするので、各セル内では第１の実施形態ディスプレイ説明したように、柱状スペーサー１６の単位面積あたりの弾性係数ｋ（ｙ）が数４を満足するように弾性係数分布を調整し、セルギャップが均一である本発明の液晶表示パネルを得ることができる。

以下、本発明の均一なセルギャップをもつ液晶表示パネルを、実施例を用いてより詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態で説明したように、液晶表示パネルのセルギャップを均一とするためには柱状スペーサー１１６の単位面積あたりの弾性係数ｋ（ｙ）が数４を満足するようにすればよく、更に弾性係数ｋ（ｙ）は次式数５のように表せた。

本実施例では各柱状スペーサーの弾性係数をｋｐｓ（ｙ）＝ｋｐｓと一定とし、液晶表示パネルの単位面積あたりの柱状スペーサーの占有率ａ（ｙ）をｙに依存して変化させる。その結果、ａ（ｙ）の満たすべき式は、所望のセルギャップの変化量をΔｄ_０として次のように表せる。

更に単位面積あたりの柱状スペーサーの占有率ａ（ｙ）は、柱状スペーサー１１６の面積ｓを一定として、柱状スペーサーの密度ｂ（ｙ）を用いて次のように表せる。

従って本実施例１では、柱状スペーサーの密度ｂ（ｙ）を次式数９を満足させるようにして均一なセルギャップの変形量Δｄ_０の液晶表示パネルを得ることができる。

尚、本明細書において柱状スペーサー１１６の面積ｓとはその上底の面積とするが、柱状スペーサー１１６の側壁部は図１１のように直線的な形にエッチングされず、図１０に示すようにいびつな形状に形成されるのが通常である。そこで柱状スペーサー１１６の上底の寸法は図１０を用いて次のように定義するのが好ましい（特許文献２を参照）。まず柱状スペーサー１１６の上底２１０に接線２１２を引き、ついで、接線２１２と同方向の下底２１４の一辺の長さをＤとする。次に柱状スペーサー１１６の下底２１４と上底２１０の接線２１２の間隔Ｈとして、この高さＨに１未満の定数Ｃ、例えば０．９をかけた寸法を基板２２０からの上底の高さ（Ｃ×Ｈ）として、その位置に基板２２０と平行な線Ｘを引き、その線Ｘと柱状スペーサー１１６の側面２１８との交わった点間の間隔を上底の寸法と定義する。従って、柱状スペーサー１１６の１個当たりの面積ｓは、上記上底の寸法が定義された面の面積と定義する。

次に本実施例２では、上記柱状スペーサー１１６の密度ｂを一定として、単位面積あたりの柱状スペーサー１１６の占有率ａ（ｙ）の位置依存性が柱状スペーサー１１６の面積ｓ（ｙ）に起因するとする。

従って本実施例２では、柱状スペーサー１１６の面積ｓ（ｙ）を次式数１１を満たすように変化させて、均一なセルギャップの変形量Δｄ_０の液晶表示パネルを得ることができる。

最後に上記第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において、液晶表示パネル１０は、例えば隔壁３０ａ、３０ｂにより、ａセル、ｂセル、ｃセルの３つのセルに分割される。各セル内の圧力分布幅Δｈ_ａ、Δｈ_ｂ、Δｈ_ｃは、いずれも大気圧未満であるので、各セルごとに柱状スペーサー１６の占有率ａ（ｙ）が上記数６を満たすようにすれば、均一なセルギャップの変形量Δｄ_０をもつ本発明の液晶表示パネルを得ることができる。

本実施例３では上記実施例１と同様に、各柱状スペーサーの１６の面積ｓを一定として、柱状スペーサーの密度ｂ（ｙ）を位置依存させてａ（ｙ）＝ｓ・ｂ（ｙ）とする。
その結果次式数１２を得る。

上記実施例３では実施例１と同様に、各柱状スペーサーの１６の面積ｓを一定としたが、実施例２のように各セル内の柱状スペーサー１６の密度ｂを一定として、単位面積あたりの柱状スペーサー１６の占有率ａ（ｙ）に位置依存性を持たせても、実施例２に示すように均一なセルギャップの変形量Δｄ_０の液晶表示パネルを得ることができる。又各セル内で各柱状スペーサーの１６の面積ｓ又は柱状スペーサー１６の密度ｂをそれぞれ選択的に一定としても、本発明の均一なセルギャップの変形量Δｄ_０の液晶表示パネルを得ることができる。

以上、本発明の液晶表示パネルについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において、液晶表示パネルは地面に対して垂直に立てた場合について考察、実験を行なったが、本発明の液晶表示パネルはパネルを地面に対して垂直に立てて使用する場合に限定されない。上記実施形態における液晶表示パネルは、パネルと地表の成す角度θが０°≦θ≦９０°であればセルギャップを均一に保つことができる。

又、上記実施例では各柱状スペーサーの弾性係数をｋｐｓ（ｙ）＝ｋｐｓと一定とし、液晶表示パネルの単位面積あたりの柱状スペーサーの占有率ａ（ｙ）をｙに依存して変化させたが、ａ（ｙ）＝ａ（定数）とし、ｋｐｓ（ｙ）がｙに依存するとして本発明の液晶表示パネルを設計してもよい。あるいは、ａ（ｙ）及びｋｐｓ（ｙ）が共にｙに依存するとして本発明の液晶表示パネルを設計してもよい。本発明の液晶表示パネルには、数４を満足する弾性係数分布ｋ（ｙ）を有するすべての液晶表示パネルが含まれる。

更に上記第２の実施形態において、液晶表示パネル１０をセルに分離する隔壁は３０ａ、３０ｂの２つとしたが、各セル内の液晶の内部圧力が大気圧未満であれば隔壁の数、従って当該隔壁で分離されるセルの数は限定されない。

尚、本発明の実施形態において、液晶表示パネルを構成するスペーサーは柱状スペーサーとしたが、従来の球状スペーサーであってもよい。また、本発明の液晶表示パネルを構成する柱状スペーサーの材料、形状は特に限定されず、上述のように、上底の一辺又は直径と下底の一辺又は直径との比は５０〜１００％が好ましく、更には５０〜１００％がより好ましい。

隔壁はスペーサーを密に配列して形成してもよく、又はその他の材料で形成してもよい。

本発明の液晶表示パネルはＩＰＳ方式、ツイスティド・ネマティク方式或はその他の方式の液晶表示パネルであってよい。

尚、実使用環境における温度とは、日常の使用において液晶表示パネルが体験し得る温度で、少なくとも摂氏０度から７０度が含まれ得る。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

地表に対して垂直あるいは斜めに立てた状態で使用する液晶テレビやパソコンディスプレイ等に用いられる液晶表示パネルすべて、特に大型液晶表示パネルに効果的である。

（ａ）本発明の第２の実施形態を示す、立てた状態の液晶表示パネルの断面図である。（ｂ）図１（ａ）の液晶表示パネル内の液晶に作用する重力による内部圧力の分布図である。 本発明の第２の実施形態を示す液晶表示パネルの正面図である。 （ａ）本発明の第１の実施形態を示す、立てた状態の液晶表示パネルの断面図である。（ｂ）図３（ａ）の液晶表示パネル内の液晶に作用する重力による内部圧力の分布図である。 図３（ａ）の液晶表示パネルのセルギャップを表すグラフである。 （ａ）立てた状態の液晶表示パネルの断面図である。（ｂ）図５（ａ）の液晶表示パネル内の液晶に作用する重力による内部圧力の分布図である。 図５（ａ）の液晶表示パネルのセルギャップを表すグラフである。 （ａ）立てた状態の大型液晶表示パネルの断面図である。（ｂ）図７（ａ）の液晶表示パネル内の液晶に作用する重力による内部圧力の分布図である。 図７（ａ）の液晶表示パネルの内部圧力が大気圧を超えた領域のセルギャップを表すグラフである。 （ａ）液晶を加圧封止時の液晶ディスプレイの断面図である。（ｂ）液晶の熱膨張により、カラーフィルター基板が柱状スペーサーから剥がれた状態の液晶ディスプレイの断面図である。（ｃ）重力作用により液晶が液晶セルの下部にたまり、重力ムラが発生した液晶ディスプレイの断面図である。 柱状スペーサーの断面図である。 液晶ディスプレイの断面図である。

符号の説明

１０、１１０：液晶表示パネル
１２、１１２：アレイ基板
１４、１１４：カラーフィルター基板
１６、１１６：柱状スペーサー
１８、１１８：配向膜
２０、１２０：液晶
２２、１２２：偏光板
２４、１２４：ブラックマトリックス
２６、１２６：シール材
３０、３０ａ、３０ｂ：隔壁
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ：セル
２１０：上底
２１２：上底の接線
２１４：下底
２１８：側面
２２０：基板

Claims (9)

1. アレイ基板と、
   前記アレイ基板とセルギャップを保って対向するカラーフィルター基板と、
   前記カラーフィルター基板上またはアレイ基板上に形成され、該カラーフィルター基板と前記アレイ基板との間のセルギャップを保って該両基板を支持し、前記カラーフィルター基板またはアレイ基板の面内において、単位面積あたりの弾性係数が異なる柱状スペーサーと、
   前記アレイ基板と前記カラーフィルター基板間に封止された液晶と、
   を含む液晶表示パネルであって、
   液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、該液晶表示パネルの上部における前記弾性係数が、該液晶表示パネルの下部における前記弾性係数より大きいことを特徴とする、
   液晶表示パネル。
2. 請求項１に記載の液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、前記液晶に作用する重力に起因する該液晶の内部圧力は大気圧未満である、請求項１に記載の液晶表示パネル。
3. 請求項２に記載の液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てて表示させる際に、前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が液晶の圧力分布に対応して、
   ｋ（ｙ）＝（Ｐ_ａｔｍ−（Ｐ_０＋ρ・ｇ・ｙ））／Δｄ_０、
   （−ｈ／２≦ｙ≦ｈ／２）、
   ｋ（ｙ）：柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数（Ｎ／ｍ^３）、
   Ｐ_ａｔｍ：大気圧（Ｎ／ｍ^２）、
   Ｐ_０ ：液晶封止時の液晶の平均内部圧力（Ｎ／ｍ^２）、
   Δｄ_０：液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てた際の、地表に対して水平な
   際の液晶表示パネルのセルギャップからの、セルギャップの変化量（ｍ）、
   ρ：液晶の比重（Ｋｇ／ｍ^３）、
   ｈ：液晶表示パネルの表示エリアの高さ（ｍ）、
   ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）、
   と表される請求項２に記載の液晶表示パネル。
4. 前記アレイ基板及びカラーフィルター基板を固着するシール剤の一点と他の一点を結び、液晶表示パネルを複数のセルに分割し、重力方向に対して垂直方向を向いている複数の、該両基板間のセルギャップを保って直線状に結ぶ隔壁を備えた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示パネル。
5. 請求項４に記載の液晶表示パネルを地表に対して立てて表示させる際に、前記セル内の液晶に作用する重力に起因する該液晶の内部圧力は、大気圧未満であり、該内部圧力はセルの上部よりも下部の方が高い請求項４に記載の液晶表示パネル。
6. 前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数は、セル内において、上部よりも下部の方が小さい請求項４または５に記載の液晶表示パネル。
7. 請求項４乃至請求項６に記載の液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てて表示させる際に、前記セル内において、前記柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数が液晶の圧力分布に対応して、
   ｋ（ｙ）＝（Ｐ_ａｔｍ−（Ｐ_０＋ρ・ｇ・ｙ））／Δｄ_０、
   （−ｈ／２≦ｙ≦ｈ／２）、
   ｋ（ｙ）：柱状スペーサーの単位面積あたりの弾性係数（Ｎ／ｍ^３）、
   Ｐ_ａｔｍ：大気圧（Ｎ／ｍ^２）、
   Ｐ_０ ：液晶封止時の液晶の平均内部圧力（Ｎ／ｍ^２）、
   Δｄ_０：液晶表示パネルを地表に対して垂直に立てた際の、地表に対して水平な
   際の液晶表示パネルのセルギャップからの、セルギャップの変化量（ｍ）、
   ρ：液晶の比重（Ｋｇ／ｍ^３）、
   ｈ：液晶表示パネルの表示エリアの高さ（ｍ）、
   ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）、
   と表される請求項４乃至請求項６に記載の液晶表示パネル。
8. 前記液晶表示パネルの上部に形成されたセルの重力方向の長さは、該セルより下部に形成されたセルの重力方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項４乃至請求項７に記載の液晶表示パネル。
9. 前記隔壁は、柱状スペーサーを直線状に配置して形成された、請求項４乃至請求項８に記載の液晶表示パネル。

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