JP5087089B2 - Liquid crystal display element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子に関し、特に、スペーサの配置密度の分布に特徴を有しセルギャップむらの低減を可能とするプラスチック基板を用いた液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly, to a liquid crystal display element using a plastic substrate that is characterized by a distribution density of spacers and that can reduce cell gap unevenness.
液晶表示装置、特に、携帯型小型情報端末装置や携帯電話装置では、液晶パネルの重量を軽量化することや、厚みを薄くすることが求められており、そのために、液晶表示素子を構成する基板としてプラスチック基板が採用されるようになっている。 In liquid crystal display devices, particularly portable small-sized information terminal devices and mobile phone devices, it is required to reduce the weight of the liquid crystal panel and to reduce the thickness thereof. For this purpose, a substrate constituting the liquid crystal display element As a plastic substrate has been adopted.
特開平9−258233号公報には、プラスチックフィルムなどの可撓性のある基板を用いた液晶表示素子で色むらなどの表示品質の低下を防止するために、スペーサをUV硬化樹脂で固定することにより、上下の基板のギャップが所定の値より大きくならないようにし、また、外部応力による上下基板間のギャップの変動がないようにした液晶表示装置の技術が開示されている。この技術では、図10に示すように、液晶表示装置の枠シール部7の方が枠シール部の内側に設けられたスペーサ6より密度を高く設定してスペーサを形成している。
Japanese Patent Laid-Open No. 9-258233 discloses that a spacer is fixed with a UV curable resin in order to prevent deterioration in display quality such as color unevenness in a liquid crystal display element using a flexible substrate such as a plastic film. Thus, a technique of a liquid crystal display device is disclosed in which the gap between the upper and lower substrates is prevented from becoming larger than a predetermined value, and the gap between the upper and lower substrates is not changed by an external stress. In this technique, as shown in FIG. 10, the
プラスチックが本質的に気体透過性を有することから、プラスチック基板を用いた液晶表示素子において、時間の経過と共に酸素や窒素が液晶表示素子内部に侵入し気泡が発生し、表示品質が損なわれるという問題があった。この問題に対処するために従来から、気体透過を防ぐためのガスバリア層をプラスチック基板に積層することが行われている。 Since plastic is essentially gas permeable, in liquid crystal display elements using plastic substrates, oxygen and nitrogen enter the liquid crystal display element with the passage of time and bubbles are generated, which impairs display quality. was there. In order to cope with this problem, a gas barrier layer for preventing gas permeation is conventionally laminated on a plastic substrate.
また、液晶表示素子の表面を複数の領域に分割し、それぞれの領域に別々の機能を割り当てるという試みがなされている。例えば、特開平6−160818号公報には、1つの基板の平面内に、表示機能、固定表示機能、信号電気発生機能、音声発生機能などの複数種類の機能・特性を任意に組み合わせで構成した液晶表示装置を、光照射のパターンを変えるという露光プロセスで実現する技術が開示されている。 In addition, attempts have been made to divide the surface of the liquid crystal display element into a plurality of regions and assign different functions to each region. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-160818, a plurality of functions / characteristics such as a display function, a fixed display function, a signal electricity generation function, and a sound generation function are arbitrarily combined in the plane of one substrate. A technique for realizing a liquid crystal display device by an exposure process of changing a light irradiation pattern is disclosed.
プラスチック基板を用いた液晶セルでは、広い面積を有するプラスチックシートに複数の液晶セル部を形成し、その後に切断工程を経て個別の液晶表示素子を製造する。気体透過を防ぐためのガスバリア層は液晶セルの切断面には設けられていないことから(図11A参照)、この切断面を経由して時間の経過と共に酸素や窒素などのガス成分が液晶セル内部に侵入し、蓄積したガス成分が気泡10となって表示品質を損い、液晶表示素子の表示装置としての寿命を短くしてしまうという問題があった(図11B参照)。
In a liquid crystal cell using a plastic substrate, a plurality of liquid crystal cell portions are formed on a plastic sheet having a large area, and then individual liquid crystal display elements are manufactured through a cutting process. Since the gas barrier layer for preventing gas permeation is not provided on the cut surface of the liquid crystal cell (see FIG. 11A), gas components such as oxygen and nitrogen are passed through the cut surface with the passage of time inside the liquid crystal cell. There is a problem that the accumulated gas component becomes
液晶表示素子には表示等の機能が集約している領域と、素子周辺部のように何も機能しない領域とがある。機能が集約している領域に気泡が発生すると大きな問題となるが、何も機能しない領域に気泡が発生しても問題は少ない。 A liquid crystal display element has a region where functions such as display are concentrated, and a region where nothing functions like a peripheral portion of the device. If bubbles are generated in a region where the functions are concentrated, there is a big problem, but even if bubbles are generated in a region where nothing functions, there are few problems.
また、液晶表示素子の一部領域をスイッチ領域とした場合、入力操作のためにそのスイッチ領域に押圧を繰り返すことで液晶表示画面が変形する機会が多い。液晶表示画面の変形により液晶表示セル内の圧力も変動する。この押圧は、液晶セルの切断断面などを経由して液晶セル外の外気中の酸素や窒素ガスが液晶セル内に透過し徐々に液晶セル内の液晶層に溶解していたガス成分が気泡化する原因となる。 Further, when a partial area of the liquid crystal display element is a switch area, the liquid crystal display screen is often deformed by repeatedly pressing the switch area for an input operation. The pressure in the liquid crystal display cell also varies due to the deformation of the liquid crystal display screen. This pressing causes the oxygen and nitrogen gas in the outside air outside the liquid crystal cell to pass through the liquid crystal cell through the cut section of the liquid crystal cell, and the gas component that has gradually dissolved in the liquid crystal layer in the liquid crystal cell is bubbled. Cause.
本発明の目的は、気泡発生原因を除去し、気泡が発生した場合には気泡が発生しても問題の少ない領域に気泡を集め、表示品質の劣化が少なく寿命の長い液晶表示素子を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element that eliminates the cause of bubble generation, collects bubbles in an area where there is little problem even if bubbles are generated, and has a long lifetime with little deterioration in display quality. That is.
本発明による液晶表示素子は、一対の対向するプラスチック基板と、それら対向するプラスチック基板の間に配置したギャップを規定するためのスペーサと、前記対向するプラスチック基板の間に挟持された液晶材料とを備えたものであって、表示領域とスイッチ領域とを有する。そして、この液晶表示装置は、上記目的を達成するために、前記スイッチ領域におけるスペーサの配置密度を、前記表示領域におけるスペーサの配置密度よりも高くしている。 A liquid crystal display device according to the present invention comprises a pair of opposed plastic substrates, a spacer for defining a gap disposed between the opposed plastic substrates, and a liquid crystal material sandwiched between the opposed plastic substrates. It has a display area and a switch area. In the liquid crystal display device, in order to achieve the above object, the arrangement density of the spacers in the switch area is set higher than the arrangement density of the spacers in the display area.
前記液晶表示素子は、表示領域とスイッチ領域のほかに、前記表示領域と前記スイッチ領域を囲む周辺領域を有してもよい。その場合は、この周辺領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域における前記スペーサの配置密度よりも低くする。 In addition to the display area and the switch area, the liquid crystal display element may have a peripheral area surrounding the display area and the switch area. In that case, the arrangement density of the spacers in the peripheral area is set lower than the arrangement density of the spacers in the display area.
前記液晶表示素子は、更に、前記表示領域と前記スイッチ領域との間に境界領域を有することがある。この場合、その境界領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域側から前記スイッチ領域側に向かって徐徐に高くなるようにする。 The liquid crystal display element may further include a boundary region between the display region and the switch region. In this case, the arrangement density of the spacers in the boundary region is gradually increased from the display region side toward the switch region side.
前記スペーサは、フォトスペーサとしてもよい。 The spacer may be a photo spacer.
前記スペーサを配置するピッチを、表示領域で略200μmとし、スイッチ領域で100μm〜150μmとしてもよい。 The pitch at which the spacers are arranged may be approximately 200 μm in the display area and 100 μm to 150 μm in the switch area.
本発明は以上の構成を備えるので、液晶表示素子は応力による変形が軽減され、気泡発生原因を除去することができ、表示品質の劣化が少なく寿命の長い液晶表示素子を提供することができる。また、本発明では表示領域とスイッチ領域にそれぞれ適したスペーサ配置を選択することにより、良好な気泡対策を講じることができる。併せて、表示領域に対して良好な開口率を確保することができる。また、スイッチ領域でのスペーサを表示領域でのスペーサに比べ密に配置することで、気泡発生原因の一つである局所的なギャップ変化を防ぐことが可能となる。 Since the present invention has the above-described configuration, the liquid crystal display element can be reduced in deformation due to stress, can eliminate the cause of bubble generation, and can provide a liquid crystal display element with a long display life with little deterioration in display quality. Further, in the present invention, it is possible to take a good countermeasure against bubbles by selecting spacer arrangements suitable for the display area and the switch area. In addition, a good aperture ratio can be ensured for the display area. In addition, by arranging the spacers in the switch area densely as compared with the spacers in the display area, it is possible to prevent a local gap change that is one of the causes of bubble generation.
図1Aは、プラスチック基板液晶素子の平面図である。この図1Aにおいて、符号1はプラスチック基板液晶素子を示し、符号20は周辺部分を示し、符号30は中央部分を示す。中央部分30のスペーサ6の配置密度は周辺部分20の配置密度より高い。図1Aの破線c1―c1と破線c2―c2の位置でのプラスチック基板液晶素子1の断面を図2A,図2Bにそれぞれ示す。
FIG. 1A is a plan view of a plastic substrate liquid crystal element. In FIG. 1A,
図1Bは、図1Aのプラスチック基板液晶素子のスペーサの配置密度を概略的に示している。 FIG. 1B schematically shows the arrangement density of the spacers of the plastic substrate liquid crystal element of FIG. 1A.
図1Bに示すように、プラスチック基板液晶素子の周辺部分20は、従来どおりスペーサが疎に配置されていることから、プラスチック基板は、図2Aに示すように、その中心部分が沈み込む形状を示している。これに対し、プラスチック基板液晶素子の中央部分30はスペーサが密に配置されていることから、プラスチック基板は図2Bに示すように、その中心部分がプラスチック基板の内側にしなった変形による沈み込み量が少なくなり、スペーサ6の配置密度が小さい周辺部分20に比べて相対的に高くなっている。ここで、沈み込む形状や膨張した形状とは、周辺部分20と中央部分30での両基板間の高さの平均値を基準にしている。
As shown in FIG. 1B, since the
プラスチック基板は、剛性が小さいため、液晶の表面張力により液晶素子内にしなった形状となる傾向がある。このため、スペーサの配置密度が大きい中央部分30での沈み込み量は、スペーサ6の配置密度が小さい周辺部分20に比べて平均的に小さくなる。これは換言すれば、プラスチック基板液晶素子1の中央部分30の液晶層が膨張ぎみの状態にあるといえる。
Since the plastic substrate is small in rigidity, it tends to have a shape that is inside the liquid crystal element due to the surface tension of the liquid crystal. For this reason, the sinking amount in the
図3は、本発明の一実施形態であるプラスチック基板液晶素子1における各機能領域の配置を示す平面図である。この図3に示すプラスチック基板液晶素子1は、図1Aのプラスチック基板液晶素子の中央部分30に表示部3とスイッチ部4とを配置したものに相当する。
FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the functional areas in the plastic substrate
図3において、符号1はプラスチック基板液晶素子を示し、符号2は周辺領域部を示す。この周辺領域部2は、プラスチック基板液晶素子1を構成するプラスチック基板の周辺部に設けられるスペーサ6の配置密度が低い領域である。符号3は表示部であり、スペーサ6の配置密度は周辺領域部2より高く配置されている。また、符号4はスイッチ部であり、スペーサ6の配置密度は周辺領域部2および表示部3より高い。符号5は、周辺領域部2に連続し、表示部3とスイッチ部4との間の部位に設けられた境界領域である。
In FIG. 3,
図4A及び図4Bは、本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子1を用いた液晶装置の正面図と側面図とをそれぞれ示している。図4A及び図4Bを参照してプラスチック基板液晶素子1の背面に取り付けられた部材と表示部3とスイッチ部4の機能を説明する。
4A and 4B respectively show a front view and a side view of a liquid crystal device using the plastic substrate
プラスチック基板液晶素子1の表示部3の背面には、TFT液晶パネル11とバックライト12とが図4Bに示されるように取り付けられている。TFT液晶パネル11に画像が表示されると表示部3が透過状態となり、TFT液晶パネル11上の画像が認識できるようになる(このときバックライトは点灯している)。TFT液晶パネル11に画像が表示されていない時には表示部3が非透過状態となり、TFT液晶パネル11は視認できなくなる(このときバックライトは消灯している)。
A TFT
このように、表示部3は、TFT液晶パネル11を見せたり隠したりするシャッターとして機能する。プラスチック基板液晶素子1のスイッチ部4の背面にはスイッチシート13が取り付けられている。スイッチ部4に表示されたスイッチボタン(図示せず)を押すと、プラスチック基板液晶素子1が局所的に変形し、その押圧がスイッチシート13の対応した位置に設けられたスイッチ素子(図示せず)に伝わる(なお、局所的に変形してもセルギャップは変化しない)。
In this manner, the
スイッチ素子はその押圧を感知し制御ブロック(図示せず)にその情報を伝える。このように、スイッチ部4はスイッチボタン等の表示に加え、外部から加わる押圧をスイッチシートに伝達する機能を有する。
The switch element senses the pressure and transmits the information to a control block (not shown). As described above, the
図5は、本発明の一実施形態におけるプラスチック基板液晶素子の各機能領域におけるスペーサの配置密度を概略的に示している。図5は、図3を参照して説明したように、周辺領域部2、表示部3、スイッチ部4の順にスペーサ6の配置密度が高くなっていることを示している。また、図6に示すように、表示部3のスペーサを正三角形のそれぞれの頂点に配置してもよい。また、正三角形の頂点にスペーサをそれぞれ配置するのは、表示部3に限らず、周辺領域部2及びスイッチ部4にも適用してもよい。
FIG. 5 schematically shows the arrangement density of the spacers in each functional region of the plastic substrate liquid crystal element in one embodiment of the present invention. FIG. 5 shows that the arrangement density of the
図7A、図7B、図7Cは、図3に示す液晶表示素子のa−a断面、b−b断面、c−c断面の模式図である。これらの図によれば、図3、図5、図6を参照して説明したように、周辺領域部2(図7A)、表示部3(図7B)、スイッチ部4(図7C)の順にスペーサ6の配置密度が高くなっていることがわかる。
7A, FIG. 7B, and FIG. 7C are schematic views of the aa cross section, the bb cross section, and the cc cross section of the liquid crystal display element shown in FIG. According to these figures, as described with reference to FIGS. 3, 5, and 6, the peripheral area 2 (FIG. 7A), the display 3 (FIG. 7B), and the switch 4 (FIG. 7C) in this order. It can be seen that the arrangement density of the
本発明による液晶表示素子は、0.1mm以下の極薄状のプラスチック基板から構成され可撓性を有する。プラスチック基板の原材料となるプラスチックシートの材質としては、透明性および成形性の観点から、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、エポキシアクリレートなどがある。そして、これらプラスチックシートには露光技術を用いて電極配線、マーク、フォトスペーサなど液晶表示素子に必要な部材が形成される。 The liquid crystal display element according to the present invention is composed of an ultrathin plastic substrate of 0.1 mm or less and has flexibility. Examples of the material of the plastic sheet that is a raw material of the plastic substrate include polyethersulfone, polyacrylate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, and epoxy acrylate from the viewpoint of transparency and moldability. These plastic sheets are formed with members necessary for the liquid crystal display element, such as electrode wiring, marks, and photo spacers, using an exposure technique.
図3〜図7Cを参照して説明したように、液晶表示素子の中心部分に形成される表示部3とスイッチ部4とにおけるスペーサ6の配置密度を、周辺領域部2におけるスペーサ6の配置密度より高く設定したことから、この領域におけるプラスチック基板の液晶の表面張力により内部にしなった状態になる変形による沈み込み量が少なくなり、スペーサ6の配置密度が少ない周辺領域部2に比べて相対的に高くなる。このため、内部の液晶層が膨れ気味の状態となり、新たな気泡の入り込みを抑えることが可能となる。
As described with reference to FIGS. 3 to 7C, the arrangement density of the
また、スイッチ部4を押圧することによるプラスチック基板の変形が、連続する部位5で吸収され表示部3に伝わらないようにすることができる。このため表示部3の表示品質の低下を防止できる。また、液晶表示素子に温度変動があったとき、液晶材料の膨張収縮に伴う液晶表示基板の変形を周辺領域部2が吸収することが可能であり、表示部3やスイッチ部4の変形を抑制でき表示品質の低下を抑止できる。
Further, the deformation of the plastic substrate caused by pressing the
以下、フォトスペーサのピッチと直径を変化させたときの、プラスチック基板を用いた液晶表示素子の表示品質と気泡の発生具合についての評価例について説明する。 Hereinafter, an evaluation example of the display quality of the liquid crystal display element using the plastic substrate and the generation of bubbles when the pitch and diameter of the photo spacer are changed will be described.
表1は配置密度であるスペーサの配置のピッチと表示品質および気泡の発生度合いを示している。ピッチが50μmでは表示品質は良好ではなく許容できないが、気泡の発生具合でみると問題はない。ピッチが100μmでは表示品質は許容できる範囲であり、気泡の発生具合でみると問題はない。ピッチが150μmでは表示品質は問題なく、かつ、気泡の発生具合も問題ない。ピッチが200μmでは表示品質に問題は無いが、気泡の発生具合は許容できない。ピッチが250μmでは表示品質に問題はないが、気泡の発生具合は許容できない。
なお、表示部3は高品質な表示が必要とされる一方、押圧はほとんど加わらないので、スペーサのピッチを200μmとすることができる。Table 1 shows the arrangement pitch of spacers, which is the arrangement density, the display quality, and the degree of bubble generation. When the pitch is 50 μm, the display quality is not good and is not acceptable, but there is no problem in terms of the generation of bubbles. When the pitch is 100 μm, the display quality is in an acceptable range, and there is no problem in terms of the generation of bubbles. When the pitch is 150 μm, there is no problem in display quality, and there is no problem in the generation of bubbles. When the pitch is 200 μm, there is no problem in display quality, but the generation of bubbles is unacceptable. When the pitch is 250 μm, there is no problem in display quality, but the generation of bubbles is not acceptable.
The
表2はフォトスペーサのピッチおよび直径に対する開口率を計算した表である。開口率90%以上確保できるようにフォトスペーサのピッチと直径を選定する。 Table 2 is a table in which the aperture ratio with respect to the pitch and diameter of the photo spacer is calculated. The pitch and diameter of the photo spacer are selected so that an aperture ratio of 90% or more can be secured.
本実施形態では、フォトスペーサの直径として設計値として9μmとしたところ、出来上がり寸法は16〜22μmとなった。 In the present embodiment, when the diameter of the photo spacer is set to 9 μm as a design value, the finished dimension is 16 to 22 μm.
表1、表2にしたがえば、フォトスペーサのピッチは表示品質と気泡の発生具合とに基づいて規定するため、表1を参照しピッチが100μm〜150μmの範囲としたうえで、表2を参照し、開口率が90%以上となるようにそのフォトスペーサの直径を設定することができる。 According to Table 1 and Table 2, since the pitch of the photo spacer is defined based on the display quality and the generation of bubbles, referring to Table 1, the pitch is set in the range of 100 μm to 150 μm, and Table 2 The diameter of the photo spacer can be set so that the aperture ratio is 90% or more.
上述したスペーサの配置密度を変えることは、換言すると、スペーサの単位面積あたりにおける接触面積を変えて配置することと同等である。スペーサの接触面積はスイッチ部が最も大きくなるようにすればよい。この場合には、スペーサのピッチを従来技術である図10に示されるように等間隔としてもよい。 In other words, changing the arrangement density of the spacers described above is equivalent to changing the contact area per unit area of the spacers. The contact area of the spacer may be such that the switch portion is the largest. In this case, the pitch of the spacers may be equally spaced as shown in FIG.
本発明は、上述したように、液晶表示素子における表示部3とスイッチ部4とでスペーサの配置密度を異にすることを特徴とする(図5参照)。なお、表示部3とスイッチ部4との間の境界領域部5ではスペーサの配置密度に不連続な境界線が、表示部3と境界領域部5との間及びスイッチ部4と境界領域部5との間に生じる。このような、スペーサの配置密度に不連続な境界線があることでこの境界線が表示画面に現れたりする場合があり、表示品質を低下させてしまう。
As described above, the present invention is characterized in that the arrangement density of the spacers is different between the
そこで、境界領域部5のスペーサの配置密度分布を表示部3からスイッチ部4に向かって徐徐に高くしていくようにする。そこで、図8、図9A、図9Bを用いてこのような、境界部5でのスペーサの配置について説明する。ここで、図8は境界領域のスペーサの配置密度を説明するための図である。図9Aは、図8の破線で囲んだ領域内の表示部3、境界領域部5、およびスイッチ部4を拡大した図である。図9Bは、図9A内のスペーサの配置密度の分布をグラフに表したものである。
Therefore, the arrangement density distribution of the spacers in the
図9A及び図9Bに示されるように、境界領域部5のスペーサの配置密度の分布は、表示部3と接する側では表示部3のスペーサの配置密度に等しく、また、スイッチ部4と接する側ではスイッチ部4のスペーサの配置密度に等しく、そして、その間のスペーサの配置密度は徐徐に高くなっている。このようにスペーサの配置密度を変えることにより、表示部3と境界領域部5との間の境界線及びスイッチ部4と境界領域部5との間の境界線にスペーサの配置密度の不連続性がなくなり、表示品質を低下させる線が表示画面に現れることを防ぐことができる。
9A and 9B, the distribution of the spacer arrangement density in the
Claims (4)
前記液晶表示装置は、表示領域とスイッチ領域を有し、
前記スイッチ領域におけるスペーサの配置密度を、前記表示領域におけるスペーサの配置密度よりも高くし、
更に、前記表示領域と前記スイッチ領域との間に境界領域を有し、その境界領域におけるスペーサの配置密度を前記表示領域側から前記スイッチ領域側に向かって徐徐に高くして不連続性がなくなるようにしたことを特徴とする前記の液晶表示素子。A liquid crystal display element comprising a pair of opposed plastic substrates, a spacer for defining a gap disposed between the opposed plastic substrates, and a liquid crystal material sandwiched between the opposed plastic substrates. And
The liquid crystal display device has a display area and a switch area,
The arrangement density of spacers in the switch region is higher than the arrangement density of spacers in the display region ;
Further, there is a boundary region between the display region and the switch region, and the disposition is eliminated by gradually increasing the arrangement density of the spacers in the boundary region from the display region side toward the switch region side. the liquid crystal display device, characterized in that the the like.
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