JP6120660B2 - 投射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用ヘッドアップディスプレイ（HUD）やプロジェクター等の投射型の液晶表示装置における耐光性を改良した投射型液晶表示装置に関する。

現在、液晶表示装置は、薄型軽量化や低消費電力などの点から、カラーテレビやパーソナルコンピュータ及び映像表示用モニターや携帯電話などに広く採用されている。この表示には、液晶表示パネルに表示された画像を直接視認する直視型の形態と、液晶表示パネルに表示された画像を投射させてスクリーンや自動車のフロントガラス等に表示させる投射型の形態がある。

この投射型の液晶表示装置では、画像を投射するために液晶表示パネルの裏面から、直視型液晶表示装置に比較してより強い光を光源から液晶表示パネルに向けて投射させる必要がある。このために、表示領域に配置されている画素駆動用スイッチングトランジスタ（ＴＦＴ）の光リークによる誤動作を防ぐために、ＴＦＴの半導体層の下面に遮光層を配することが行われており、必要な場合には、外光をも遮光するようＴＦＴの表面（上面）も遮光することが行われている。

さらに、液晶表示装置の小さな表示領域に表示される画像を拡大表示するために、高精細な画素を必要とすることから、液晶表示パネルをｐ−Ｓｉプロセスにて製作することが多い。このｐ−Ｓｉプロセスを採用することによって、画素を駆動する駆動回路、例えば走査線駆動回路なども液晶表示パネル内に同じプロセスにて作り込んで内蔵させることが可能となり、駆動回路一体型の液晶表示装置として構成することが多用されている。

このような駆動回路一体型の液晶表示装置に、遮光膜を配置して遮光を図った液晶表示装置が特許文献１に記載されている。

特開２００９−６９５６９号公報

しかしながら、駆動回路に対しては十分な遮光を行わせることが難しく、また、遮光を行わせるために膜構成を増やさなくてはならないという問題がある。

実施形態の解決しようとする課題は、簡単な構成ながら周辺に配置された駆動回路の遮光を行わせることができる投射型液晶表示装置を提供することにある。

実施形態に係る投射型液晶表示装置は、アレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層と、を有する液晶表示パネルと、前記液晶パネルの一部を覆うベゼルと、を備えている。
前記液晶表示パネルは、表示領域と、前記表示領域に隣接して配置された周辺領域と、前記周辺領域に隣接して配置された額縁領域と、前記アレイ基板と前記対向基板の一方の側の第１面と、前記アレイ基板と前記対向基板の他方の側の第２面と、を有している。
前記ベゼルは、前記第１面側に設けられた第１開口部と、前記第２面側に設けられ、前記第１開口部よりも大きさが大きい第２開口部と、を有し、ている。
前記アレイ基板は、前記額縁領域に対応する位置に第１遮光層を有している。
前記対向基板は、前記第１遮光層と平面視において重なり、前記額縁領域に対応する位置に第２遮光層を有している。
前記第１遮光層の端部及び前記第２遮光層の端部は、平面視において前記第２開口部の端部と同じ位置に設けられている。
前記第１遮光層及び前記第２遮光層は、平面視において前記第１開口部及び前記第２開口部と重ならない。

実施形態の投射型液晶表示装置を示す分解斜視図である。 実施形態の投射型液晶表示装置を構成する液晶表示パネルを示す説明図である。 実施形態の投射型液晶表示装置を構成するベゼルの構成を示す平面図である。 実施形態の投射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。 実施形態の投射型液晶表示装置の作用を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る投射型液晶表示装置について、詳細に説明する。

実施形態の投射型液晶表示装置において、液晶表示パネルを保持するベゼルとして、液晶表示パネルの光源からの光が入射する入射面側、及び液晶表示パネルを透過した光を出射する出射面側を夫々別ピースとして構成し、これを一体化させたベゼルを採用した投射型液晶表示装置を構成例として説明する。

この投射型液晶表示装置は、図１及び図２に示すように、表示領域１１と、この表示領域１１に連接して表示領域１１の外側に配置される周辺領域１２と、この周辺領域１２に連接して、周辺領域１２の更に外側に配置される額縁領域１３を備えた液晶表示パネル１４を有している。

この液晶表示パネル１４は、表示領域１１に画素１５を配し、額縁領域１３にこの画素１５を駆動する駆動回路、例えば走査線駆動回路１６を組込むとともに、周辺領域１２に、これら走査線駆動回路１６と画素１５とを電気的に接続するための接続配線パターン１７を設けたアレイ基板１８を有している。この周辺領域１２には、ＴＦＴなどの光の影響を受け易い半導体素子（能動素子）などは設けられてはおらず、接続配線パターン１７のみが配置されている。

そして、このアレイ基板１８に対向して、アレイ基板１８よりも小さな面積に設定された対向基板１９を有している。この対向基板１９よりも外側に突出しているアレイ基板１８部分は、外部回路との接続を行う外部接続領域２０として利用される。

この液晶表示パネル１４のアレイ基板１８側の偏光板（図示せず）の外方には、光源２１が配置されている。この光源２１は、水銀ランプ、蛍光管やＬＥＤなどの高輝度光源から構成されており、光源２１から出射された液晶表示パネル１４に対する入射光２２は、液晶表示パネル１４で制御された後に、必要に応じて投影レンズ（図示せず）などを介して自動車用フロントガラスなどに投影される。

この液晶表示パネル１４は、熱伝導性に優れたアルミニウムやステンレス等の金属材や熱伝導性樹脂などによって形成されたベゼル２７によって保持されている。即ち、液晶表示パネル１４の光源２１からの入射光２２が照射される入射面側に開口部２３を有する入射面側（下側）ベゼル部材２４と、この入射面側ベゼル部材２４と液晶表示パネル１４を挟んで対向する出射面側に開口部２５を有する出射面側（上側）ベゼル部材２６からなるベゼル２７によって液晶表示パネル１４が挟持されている。

この出射面側ベゼル部材２６は、例えば箱状に形成され、その底面に出射面側の開口部２５が形成されるとともに、出射面側ベゼル部材２６内に液晶表示パネル１４を収容し、箱状の出射面側ベゼル部材２６の開放部分を平板状の入射面側ベゼル部材２４によって施蓋するように構成されている。

この入射面側ベゼル部材２４と出射面側ベゼル部材２６とは、固定されて一体化されている。この固定には、凹部と鉤部の組合せからなる固定手段、あるいは出射面側ベゼル部材２６の開放端側に、その延長方向に複数の突片を形成しておいて、この突片を入射面側ベゼル部材２４の外側から内側に折り曲げることによって固定したり、カシメ止め、ビス止め、半田付けなどの固定手段によって一体化させることが可能である。あるいは、入射面側ベゼル部材２４と出射面側ベゼル部材２６とを、単一の平板状の金属板から一体に折り曲げ成形して開放端を嵌合、または上記固定手段によって固定する方法を採用することでも形成が可能で、最終的に液晶表示パネル１４を入射面側ベゼル部材２４と出射面側ベゼル部材２６からなるベゼル２７によって収容固定されれば、どのような構成を採用しても差し支えない。

この出射面側ベゼル部材２６における液晶表示パネル１４の外部接続領域２０に対応する位置には、外部接続用の可撓性印刷配線板（ＦＰＣ）２８を通すための切欠部２９が設けられている。この切欠部２９は、ＦＰＣ２８を通すために形成されているので、例えば液晶表示パネル１４の外部接続領域２０が走査線駆動回路１６側に配置される場合には、このＦＰＣ２８は液晶表示パネル１４の短辺側に配設されることになるので、切欠部２９も短辺側に形成されることになることは、容易に理解されるところである。

この液晶表示パネル１４のアレイ基板１８は、ガラス材や耐熱性合成樹脂から構成される透明絶縁基板３１の主面上に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などからなる画素１５を構成する透明画素電極３２がマトリクス状に配置されている。また、これら画素電極３２の行方向には複数の走査線３３が、そして画素電極３２の列方向には複数本の信号線３４が配設されている。

この画素電極３２に対応して、走査線３３及び信号線３４の交差位置近傍には、スイッチング素子として複数のＴＦＴ３５を有している。このＴＦＴ３５は、画素電極３２の行に沿って形成される走査線３３とゲート電極が接続され、また画素電極３２の列に沿って形成される信号線３４にソース電極もしくはドレイン電極が接続されており、走査線駆動回路１６から走査線３３を介して供給される駆動電圧によってＴＦＴ３５が導通し、ＦＰＣ２８に配置されている信号線駆動回路３６からの信号電圧を、ＴＦＴ３５のソース・ドレイン通路を通して画素電極３２に印加するように動作する。このＦＰＣ２８は、印刷配線基板４３に搭載されている制御回路４４と接続され、この制御回路４４によって走査線駆動回路１６や信号線駆動回路３６のクロック信号や画像データ及び同期信号などが供給・制御されている。

この画素電極３２には、所定の電位に設定された補助容量線から構成される補助容量３７が並列に接続されており、これらＴＦＴ３５や画素電極３２、走査線３３や信号線３４などの上面には、さらにポリイミドなどから構成される配向膜（図示せず）が設けられてアレイ基板１８が構成されている。

また、このアレイ基板１８と対向する対向基板１９は、同様にガラス材や耐熱性合成樹脂にて形成された透明絶縁基板３８と、この透明絶縁基板３８のアレイ基板１８と対向する主面上には、ＩＴＯなどから構成される透明共通電極３９が設けられるとともに、その周辺部分の走査線駆動回路１６に対応して、配線間の隙間からの漏光を遮断するためのブラックマトリクス（黒色の遮光膜）５３（図４参照）が設けられ、この共通電極３９の上面には、さらにポリイミドなどからなる配向膜（図示せず）が設けられて対向基板１９を構成している。これら共通電極３９には、共通電極駆動回路（図示せず）からの駆動電圧が供給されている。

このアレイ基板１８と対向基板１９は，所定の間隙を持って対向配置されるとともにシール材（図示せず）を介して貼り合わされており、この間隙部には液晶部材（液晶層）４０が封止されている。この液晶部材４０の厚さは、アレイ基板１８と対向基板１９間に介在されるスペーサ（図示せず）によって規定されて，液晶表示パネル１４が構成されている。この液晶表示パネル１４の両外表面上には，偏光板（図示せず）が接着剤によって貼付されている。

ここで、液晶表示パネル１４とベゼル２７の各開口部２４，２６との関係について説明する。便宜上、液晶表示パネル１４の各領域を、図２に示すように、表示領域１１を表示領域Ａとして表し、周辺領域１２を周辺領域Ｃ、額縁領域１３を額縁領域Ｓとして表すことで、各領域を区分して考えることにする。

このベゼル２７の出射面側ベゼル部材２６は、図３（a）に示すように、開口部２５の大きさを表示領域Ａの大きさをカバーしつつ、周辺領域Ｃの中間位置までカバーするような大きさとして形成されている。即ち、表示領域Ａの走査線延長方向（長手方向）の長さをＡＬ、信号線延長方向（短手方向）の長さをＡＨとした場合に、この長手方向の長さＡＬよりも長い長さＬ、及び短手方向の長さＡＨよりも長い長さＨの開口部２５が形成されている。

但し、この長さＬは、周辺領域Ｃの中間部分に位置しており、額縁領域Ｓにまでは到達しない長さに設定されている。換言すれば、液晶表示パネル１４に内蔵されている走査線駆動回路１６が配置されている額縁領域Ｓは、出射面側ベゼル部材２６の庇部４１によって覆われていることを意味している。この長さＬは、Ｌ≦Ａ＋Ｃの関係に設定され、長さＨも同様な関係に設定されるが、この例の場合には、信号線駆動回路３６は内蔵されていないので、周辺領域Cの関係のみを考慮すれば足りるが、長辺側に周辺領域Cのみを配置するように構成することも可能であり、信号線駆動回路３６、もしくは信号線駆動回路３６の一部（例えば、多選択スイッチング用ＴＦＴ）などが長辺側に配置されるような場合には、同様に周辺領域C及び額縁領域Sを設ける必要があることは当然である。

一方、入射面側ベゼル部材２４は、図３（ｂ）に示すように、開口部２３の大きさが表示領域Ａの大きさと略同じ大きさに形成されている。即ち、裏面側から見た場合の表示領域Ａの走査線延長方向（長手方向）の長さをａｌ、信号線延長方向（短手方向）の長さをａｈとした場合に、この長手方向の長さａｌと同じかやや長い長さｌに、及び短手方向については、短手方向の長さａｈと同じかやや長い長さｈの開口部２３として形成されている。このように、入射面側ベゼル部材２４は、表示領域Ａの部分を露呈するように開口部２３を配置し、その他の部分を庇部４２にて覆うように構成している。

このように、同じベゼル２７内の構成でありながら、開口部２３と開口部２５の大きさを、開口部２５＞開口部２３の関係となるように設定し、且つ、開口部２５をＬ≦Ａ＋Ｃの関係を満足するように設定されている。

従って、入射面側ベゼル部材２４の開口部２３が略表示領域１１（領域Ａ）に対応しているために、光源２１からの入射光２２は、図４に示すように、表示領域１１を通過し、その他の領域１２，１３（領域Ｃ，Ｓ）は庇部４２によって遮光されることとなる。

これに対して液晶表示パネル１４の出射面側においては、出射面側ベゼル部材２６の開口部２５は、表示領域１１（領域Ａ）よりも大きく形成されているために、表示領域１１を通過した入射光２２は、出射光５１として投射されることになる。このとき、額縁領域１３に配置されている走査線駆動回路１６などが、入射光２２による誤動作をより確実に防止するために、液晶表示パネル１４のアレイ基板１８の額縁領域１３に別途金属などからなる遮光層５２を形成するように構成しても良い。この遮光層５２は、額縁領域１３の全面を覆うように構成することでも対応が可能であり、あるいは走査線駆動回路１６を構成するＴＦＴに対応して、アレイ基板１８の製造段階で予め遮光層５２として内蔵させるように構成することでも対応可能である。

また、液晶表示パネル１４では、出射面側から外光が到達することが考えられるために、液晶表示パネル１４の対向基板１９の額縁領域１３に、別途ブラックマトリクスや黒色塗料、黒色テープなどによる遮光層５３を設けて遮光し、外光による走査線駆動回路１６などへの外光による誤動作をより確実に防止させるように構成することも可能であり、遮光層５３と遮光層５２を組み合わせて配置すれば、単独で採用するよりも更に誤動作の発生を抑制させることが可能となる。

そして、ベゼル２７の各開口部２３，２５の関係を、図３に示す関係に設定すると、次のような効果を発揮させることが可能となる。もし入射面側開口部２３の大きさに対して出射面側開口部２５の大きさを、図５に示すように、同等以下に設定した場合、即ち、入射面側ベゼル部材２４の庇部４２に対して、出射面側ベゼル部材２６の庇部４１を、図中破線で示すように大きく形成した場合、光源２１からの入射光２２が斜め方向に液晶表示パネル１４を透過した場合には、破線で示す庇部４１の裏面に斜めに到達することとなる。この斜めに庇部４１に到達した光は、図中破線にて示すように反射を繰り返し、液晶表示パネル１４の走査線駆動回路１６に入射されてしまう公算が極めて大きくなってしまうという懸念がある。

そこで、上記したように、入射面側開口部２３の大きさに対して、出射面側開口部２５の大きさの方を、図中実線にて示すように大きく形成することによって、出射面側ベゼル部材２６の庇部４１の裏面には、入射面側ベゼル部材２４の庇部４２が堤防の役目を果たすことによって殆ど到達することがなくなる。このために、出射面側ベゼル部材２６の裏面による反射は殆ど発生することがなく、反射光による走査線駆動回路１６などへの悪影響を抑制することを可能としている。

一方、波長の広い外光５４が液晶表示パネル１４の出射面側から到来した場合には、表示領域１１（領域Ａ）では、ブラックマトリクス５３による遮光によってＴＦＴ３５への光の到達を防止しているので問題はない。この外光５４は、表示領域１１に隣接する周辺領域１２（領域Ｃ）にも出射面側ベゼル部材２６の開口部２５を通して到達することになるが、この周辺領域１２（領域Ｃ）には接続配線パターン１７のみが存在するだけなので、例え外光５４が周辺領域１２（領域Ｃ）に到達したとしても、回路動作には何等の影響も与えることがない。

従って、光源２１からの入射光２２のベゼル２７内壁面による反射を可能な限り抑制することが可能で、且つ、外光による誤動作も確実に抑制することを可能としているもので、簡単な構成で、アレイの膜構成を増加させることなく、更にはプロセスへの影響を最小限に抑えつつ走査線駆動回路１６などの耐光性を向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、駆動回路として表示領域１１（領域Ａ）の両側に走査線駆動回路１６を配置した場合の構成について説明しているが、走査線駆動回路１６を片側のみに配置する構成においても同様に構成することが可能である。

また、ベゼル２７として、光源面側ベゼル部材２４と出射面側ベゼル部材２６とを組み合わせてベゼル２７として構成するように説明しているが、液晶表示パネル１４をベゼル２７にて保持される構成であれば、その他の組合せや一体形成されるようなベゼル２７であっても何等差し支えなく、更にベゼル２７との表現を、カバー部材や保持部材などの別の表現で置き換えて言い表すことも可能であり、これらの表現上の相違については、本発明の範疇に属することは容易に理解し得ることである。

また、アレイ基板１８や対向基板１９の構成は、上記説明の構成以外のものでも適用が可能であり、その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での追加や変更は適宜成し得るものである。

１１…表示領域（A）
１２…周辺領域（C）
１３…額縁領域（S）
１４…液晶表示パネル
１５…画素
１６…走査線駆動回路（駆動回路）
１７…接続配線パターン
１８…アレイ基板
１９…対向基板
２１…光源
２３…入射面側開口部
２４…入射面側ベゼル部材
２５…出射面側開口部
２６…出射面側ベゼル部材
２７…ベゼル
４０…液晶層
５２…遮光層
５３…ブラックマトリクス（遮光層）

Claims (7)

1. アレイ基板と、対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層と、を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶パネルの一部を覆うベゼルと、
   を備え、
   前記液晶表示パネルは、表示領域と、前記表示領域に隣接して配置された周辺領域と、前記周辺領域に隣接して配置された額縁領域と、前記アレイ基板と前記対向基板の一方の側の第１面と、前記アレイ基板と前記対向基板の他方の側の第２面と、を有し、
   前記ベゼルは、前記第１面側に設けられた第１開口部と、前記第２面側に設けられ、前記第１開口部よりも大きさが大きい第２開口部と、を有し、
   前記アレイ基板は、前記額縁領域に対応する位置に第１遮光層を有し、
   前記対向基板は、前記第１遮光層と平面視において重なり、前記額縁領域に対応する位置に第２遮光層を有し、
   前記第１遮光層の端部及び前記第２遮光層の端部は、平面視において前記第２開口部の端部と同じ位置に設けられ、
   前記第１遮光層及び前記第２遮光層は、平面視において前記第１開口部及び前記第２開口部と重ならない投射型液晶表示装置。
2. 前記第１面側とは、光源からの光の入射面側であり、
   前記第２面側とは、前記光源からの光の出射面側である請求項１記載の投射型液晶表示装置。
3. 前記液晶表示パネルは、
   前記表示領域に設けられ、マトリクス状に配置された複数の画素と、
   前記額縁領域に設けられ、前記画素を駆動する駆動回路と、
   前記周辺領域に設けられ、前記画素と前記駆動回路とを接続する接続配線パターンと、
   を備えている請求項１または２に記載の投射型液晶表示装置。
4. 前記第１開口部は、前記表示領域に対応する大きさを有し、
   前記第２開口部の開口端は、前記周辺領域に対向する位置に設けられている請求項３記載の投射型液晶表示装置。
5. 前記第１開口部は、前記表示領域を露出させ、
   前記第２開口部は、前記周辺領域の少なくとも一部と、前記表示領域と、を露出させる請求項３または４に記載の投射型液晶表示装置。
6. 前記周辺領域には、前記接続配線パターンのみが配置されている請求項３〜５のいずれか１つに記載の投射型液晶表示装置。
7. 前記画素を駆動する駆動回路は、前記画素を駆動する走査線駆動回路を有する請求項３〜６のいずれか１つに記載の投射型液晶表示装置。

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