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JP2001142074A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Publication number
JP2001142074A
JP2001142074A JP31959999A JP31959999A JP2001142074A JP 2001142074 A JP2001142074 A JP 2001142074A JP 31959999 A JP31959999 A JP 31959999A JP 31959999 A JP31959999 A JP 31959999A JP 2001142074 A JP2001142074 A JP 2001142074A
Authority
JP
Japan
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liquid crystal
substrates
columnar spacer
electrode
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31959999A
Other languages
English (en)
Inventor
Makiko Imabayashi
真紀子 今林
Shinji Hasegawa
真二 長谷川
Yasushi Iwakabe
靖 岩壁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP31959999A priority Critical patent/JP2001142074A/ja
Priority to TW089122913A priority patent/TW521173B/zh
Priority to KR1020000066040A priority patent/KR20010051508A/ko
Priority to US09/710,613 priority patent/US6535264B1/en
Publication of JP2001142074A publication Critical patent/JP2001142074A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/133509Filters, e.g. light shielding masks
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セルギャップの不均一による表示画面内の輝度
むらを防止して高品質の画像表示を得る。 【解決手段】基板の一方に形成されたカラー表示のため
の色の異なる少なくとも2種類以上のカラーフィルタF
ILと各カラーフィルタの間に介在させたブラックマト
リクスBMと、画素形成電極ITO2と、配向膜とを有
し、基板の少なくとも一方に基板間の所望のギャップに
ほぼ等しい高さで固定的に形成した柱状スペーサSOC
と、基板の間に介在して平均粒径が柱状スペーサSOC
の高さより若干大なる樹脂材料の粒状スペーサBZとを
具備した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に液晶層を構成する液晶組成物を封止する一対の
基板間の距離を一定に保つための新規なスペーサ構成を
備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ノート型コンピユータやコンピユータモ
ニター用の高精細かつカラー表示が可能な表示デバイス
として液晶表示装置が広く採用されている。
【0003】この種の液晶表示装置は、基本的には少な
くとも一方が透明なガラス等からなる少なくとも2枚の
基板の対向間隙に液晶組成物を挟持した所謂液晶パネル
を構成し、上記液晶パネルの基板に形成した画素形成用
の各種電極に選択的に電圧を印加して所定画素の点灯と
消灯を行う液晶パネルを用いた方式(単純マトリクス方
式:STN方式)、上記各種電極と画素選択用のアクテ
ィブ素子を形成してこのアクティブ素子を選択すること
により所定画素の点灯と消灯を行う方式の液晶パネルを
用いた方式(アクティブマトリクス方式)とに大きく分
類される。
【0004】アクティブマトリクス型液晶表示装置は、
その液晶パネルを構成するアクティブ素子として薄膜ト
ランジスタ(TFT)を用いたものが代表的である。薄
膜トランジスタを用いた液晶表示装置は、薄い軽量かつ
ブラウン管に匹敵する高画質であるということから、O
A機器の表示端末用モニターとして広く普及している。
【0005】このアクティブマトリクス型液晶表示装置
に用いられる液晶パネルには、液晶の駆動方法の相違か
ら大別して次の2通りがある。その1つは、透明電極が
構成された2枚の基板で液晶組成物を挟み込み、透明電
極に印加された電圧で動作させ、透明電極を透過し液晶
組成物の層に入射した光を変調して表示する方式(TN
方式)である。
【0006】また、もう1つは、同一基板上に構成した
2つの電極の間の基板面にほぼ平行に形成した電界によ
り液晶を動作させ、2つの電極の隙間から液晶組成物の
層に入射した光を変調して表示する方式であり、視野角
が著しく広いという特徴を持ち、アクティブマトリクス
型液晶表示装置として極めて有望な方式である。この方
式の特徴に関しては、例えば特表平5−505247号
公報、特公昭63−21907号公報、特開平6−16
0878号公報等の文献に記載されている。以下、この
方式の液晶表示装置を横電界方式(IPS方式)の液晶
表示装置と称する。
【0007】図14はTN方式の液晶パネルの構成例を
説明する要部断面図である。図中、SUB1とSUB2
は透明なガラス基板であり、一方の基板SUB1の内面
には薄膜トランジスタTFTを有し、他方の基板SUB
2の内面にはカラーフィルタ赤、緑、青の3色のカラー
フィルタFIL(FIL(R),FIL(G),FIL
(G))が形成してある。なお、青色のフィルタFIL
(B)は図示していない。
【0008】一方の基板SUB1の薄膜トランジスタT
FTはゲート電極GT、ゲート絶縁膜GI、絶縁膜AO
F、半導体層AS、ドレイン電極SD2、ソース電極S
D1で構成され、ソース電極SD1に画素電極ITO1
が接続されている。なお、通常、薄膜トランジスタTF
Tは、歩留りを向上するように1画素あたり2個形成さ
れているが、同図では一個のみ(TFT1)を示してあ
る。
【0009】この薄膜トランジスタTFTの上層には保
護膜PSV1が被覆され、最上層には液晶(液晶層)L
Cと接する配向膜(配向制御膜)ORI1が形成されて
いる。
【0010】他方の基板SUB2の内面に形成した3色
のフィルタFIL(FIL(R),FIL(G),FI
L(G))の境界には遮光膜、所謂ブラックマトリクス
BMを有し、その上層には保護膜PSV2が、さらにそ
の上に共通電極(対向電極とも言う)ITO2が形成さ
れ、最上層には液晶(液晶層)LCと接する配向膜(配
向制御膜)ORI2が形成してある。そして、上記各基
板の表面にはそれぞれ偏向板POL1、POL2が積層
されている。
【0011】この方式の液晶パネルは、薄膜トランジス
タTFTで駆動される画素電極ITO1と共通電極IT
O2の間に生成される電界で液晶LCの配向方向を変え
ることによって画素のオン/オフを行う。
【0012】図15はIPS方式の液晶パネルの構成例
を説明する要部断面図である。図中で図14と同一符号
は同一機能部分に対応する。この液晶パネルは一方の基
板SUB1上に映像信号線(ドレイン線)DL、対向電
極(図14における共通電極ITO2に相当)CT、画
素電極(図13における画素電極ITO1に相当)PX
が形成され、これらの上層に成膜された保護膜PSVお
よび液晶LCの層との界面に形成された配向制御層OR
I1を有する。また、他方の基板SUB2上にブラック
マトリクスBMで区画された3色のカラーフィルタFI
L(各色に共通符号で示す)、これらの上層を覆ってカ
ラーフィルタFILやブラックマトリクスの構成材が液
晶LCを構成する液晶組成物に影響を及ぼさないように
成膜されたオーバーコート層OC(図13の保護膜PS
V2に相当)、および液晶LCの層との界面に形成され
た配向制御層ORI2を有している。
【0013】一方の基板SUB1上にあるゲート絶縁膜
GIとAOFは絶縁膜、映像信号線(ドレイン線)DL
は導電膜d1とd2の2層からなり、対向電極CTは導
電膜g1からなり、画素電極PXは導電膜g2からな
る。
【0014】このIPS方式の液晶パネルは、画素電極
PXと対向電極CTの間に生成される横方向(基板と平
行な方向)の電界(図には電気力線で示してある)で液
晶の分子の配向方向を制御して画素のオン/オフを行
う。
【0015】なお、一対の基板SUB1とSUB2の間
の距離(液晶組成物の層の厚み、または間隔:セルギャ
ップあるいは単にギャップと言う)は両基板の間に球状
のスペーサまたは柱状スペーサ(図示せず)を配置して
所定値に規制するのが一般的である。基板SUB1と基
板SUB2の外面にはそれぞれ偏光板POL1、POL
2が設置されているのは図14と同様である。
【0016】また、横電界方式の液晶表示装置とは関連
していないが、このような球状のスペーサに代えてカラ
ーフィルタ基板の保護膜に円錐状のスペーサを基板に固
定的に形成し、あるいはカラーフィルタ層を積層して円
柱状のスペーサを固定的に形成したものが特開平9−7
3088号公報に開示されている。
【0017】上記特開平9−73088号公報に開示の
発明では、球状のスペーサの場合、スペーサ周辺部から
の光漏れによるコントラストの低下や、スペーサを基板
上に散在させる工程でスペーサが不均一に配置されて表
示不良を起こすという問題点を解消するため、スペーサ
を基板に固定的に形成するようにしたものである。
【0018】また、基板間の間隔を保持するスペーサの
形成方法として、ベースフィルムに感光性樹脂を塗布し
た感光性シートを基板に積層し、マスクを介した露光と
現像を含むフォトリソ工程を用いるものが特開平7−3
25298号公報に開示されている。これは、スペーサ
の膜厚を均一にして色むらを防止するものである。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上記のような各種の液
晶パネルを用いた液晶表示装置においては、その基板間
のギャップをポリマー製のビーズ(粒状ビーズ)あるい
は柱状ビーズで規制している。近年は、液晶表示装置を
ノート型パソコンなどの比較的小型・軽量の電子機器に
限らず、所謂ディスプレイモニターに採用されるように
なって、その画面サイズは大型化する傾向にある。
【0020】液晶パネルのサイズ(画面の大きさ)が大
きくなると、特にディスプレイモニターのように、常時
縦位置で使用するものでは、基板間に挟持した液晶が自
重で下降し、画面の下側におけるギャップが大になって
表示むらが発生する現象が生じる場合がある。このよう
な現象はIPS方式やSTN方式の液晶パネルで顕著で
ある。さらに、ギャップ規制部材にポリマービーズを用
いたものでは、当該ビーズが密集して、部分的にギャッ
プが大きくなったり、一般に透明であるポリマービーズ
を通して光が透過する所謂光漏れが発生して画質が劣化
する場合がある。
【0021】このような問題を解決するものとして、ポ
リマービーズに代えて一方の基板に固定的に柱状スペー
サを植立したものが知られている。しかし、このような
柱状スペーサを用いたものでは、使用中に温度上昇(一
般には、バックライトの加熱による)による液晶の膨張
が起こると、柱状スペーサのギャップ規制能力がギャッ
プの拡大に追従できずに対向する基板と離れてしまう場
合が生じる。その結果、ギャップむらが発生して画質む
らを招くという問題がある。
【0022】また、ギャップの規制にポリマービーズを
用いたものでは、基板の間に多数のポリマービーズを分
散させた後、液晶パネルのギャップ出し工程で当該ポリ
マービーズは圧縮変形された状態で基板間に介在させる
ことにより、ある程度は上記のようなギャップの拡大に
追従可能であるが、所要のギャップを確保するために
は、ポリマービーズはある程度以上の数量を用いる必要
があるため、密集を抑制し、光漏れの発生を抑制するこ
とには限度があった。そして、前記したように、液晶パ
ネルの熱膨張の繰り返しで時間と共に自重で、あるいは
液晶の下降に伴って液晶パネルの下側に下降するという
問題がある。
【0023】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消することにあり、液晶パネルの温度変化に起因する
ギャップむらを無くして品質の高い画像表示を可能とし
た液晶表示装置を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、本発明は、液晶パネルを構成する一対の基板の
間のギャップを規制する部材として、当該基板の少なく
とも一方に固定的に形成した柱状スペーサと少量のポリ
マービーズとを併用したことを特徴とする。
【0025】本発明の構成は、液晶パネルの駆動方式
(STN、TN、IPS)毎に若干の相違はあるが、何
れの方式の液晶パネルにおいても柱状スペーサと少量の
ポリマービーズとを併用するという基本的な構成では共
通するものである。以下、本発明の代表的な構成を記述
する。
【0026】(1):少なくとも一方が透明な一対の基
板と、前記一対の基板の一方に形成されたカラー表示の
ための色の異なる少なくとも2種類以上のカラーフィル
タおよび各カラーフィルタの間に介在させたブラックマ
トリクスと、前記一対の基板の少なくとも一方の基板上
に形成された画素形成電極と、前記一対の基板の間に誘
電異方性を有する液晶層およびこの液晶層を構成する液
晶組成物の分子配列を所定の方向に配列させるための配
向制御層とを有する液晶パネルと、前記電極群に駆動電
圧を印加するための駆動手段とを具備し、前記一対の基
板の少なくとも一方に前記一対の基板間の所望のギャッ
プにほぼ等しい高さで固定的に形成した柱状スペーサ
と、前記一対の基板の間に介在して平均粒径が前記柱状
スペーサの高さより若干大なる樹脂材料の粒状スペーサ
とを具備した。
【0027】上記の構成において、一対の基板間のギャ
ップは主として柱状スペーサの高さで規制されるが、使
用中に温度上昇等による液晶の膨張で柱状スペーサが基
板から離れ、ギャップが拡大したときには粒状スペーサ
の圧縮変形が解除される方向に復元して当該ギャップを
規制する。これにより、画面のギャップむらが抑制さ
れ、また粒状スペーサは基板と接した状態を維持するた
めに、その自重で移動や下降することが阻止されると共
に、液晶の移動や下降も緩和され、表示品質を極端に劣
化することがない。
【0028】(2):(1)における前記柱状スペーサ
は前記ブラックマトリクスで覆われる領域に形成し、前
記粒状スペーサは前記画素形成電極の形成領域を含む表
示領域に配置した。
【0029】柱状スペーサを前記ブラックマトリクスで
覆われる領域に形成したことにより、バックライトの光
の透過に影響を及ぼすことがなく、また粒状スペーサも
少量で済むため、光漏の現象を最小限に抑制でき、コン
トラストの低下を抑制することができる。
【0030】(3):(1)における前記柱状スペーサ
が前記基板に形成される保護膜との接着性を有する樹脂
材料で形成した。
【0031】(4):(3)における前記柱状スペーサ
を、当該柱状スペーサを形成する側の基板にある保護膜
の上に直接形成したことを特徴とする請求項3記載の液
晶表示装置。
【0032】(5):(3)における前記柱状スペーサ
を、当該柱状スペーサを形成する側の基板にある電極上
に直接形成すると共に、当該電極に開けた開口を通して
当該電極の下層にある保護膜と接続した。
【0033】柱状スペーサは樹脂材料をフォトリソグラ
フィ技法で形成する。この柱状スペーサを上記(4)の
構成のように、保護膜上に直接形成することで、当該柱
状スペーサを形成する基板に強固に植立させることがで
きる。この柱状スペーサを形成する基板は、カラーフィ
ルタを有する基板側に限るものではなく、他方の基板
(アクティブマトリクス型では薄膜トランジスタを形成
した基板側)に形成することもできる。
【0034】また、上記下層の保護膜の上に電極がある
場合には、当該電極に開口を開け、この開口を通して上
記電極の下層にある保護膜に接続することで、当該柱状
スペーサを形成する基板に強固に植立させることができ
る。
【0035】なお、本発明は、上記の構成に限定される
ものではなく、一対の基板のそれぞれに、相対向するご
とく所要のギャップの半分に相当する高さの柱状スペー
サを形成してもよい。
【0036】また、本発明は、特許請求の範囲に記載さ
れた技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能で
ある。
【0037】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【0038】図1は本発明に係る液晶表示装置の第1実
施例を説明する液晶パネルの要部模式断面図であり、柱
状スペーサを形成する側の基板に電極を有する形式(T
N方式、STN方式)に本発明を適用した構成を示す。
なお、STN方式の液晶パネルでは、TN方式における
画素電極と共通電極あるいは対向電極の区別はなく、一
対の基板のそれぞれに互いに交叉するストライプ状電極
を有している。したがって、STNに適用する場合は、
画素電極と共通電極のそれぞれを上記各ストライプ電極
に読み替えるものとする。
【0039】図1において、SUB2は液晶パネルを構
成する一対の基板の一方の基板(ここではカラーフィル
タ基板)、BMはブラックマトリクス、FILはカラー
フィルタ、OCは保護膜(パッシベーション層PSV2
とも称する)、ITO2は図示しない他方の基板に形成
した画素電極と対向する共通電極、SOCは柱状スペー
サ、ORI2は配向膜、BZは粒状スペーサ(以下、ポ
リマービーズとも言う)、POLは偏光板である。
【0040】柱状スペーサSOCは、ブラックマトリク
スBM、カラーフィルタFILおよび保護膜OCを形成
した後、この保護膜OC上に直接形成される。これらブ
ラックマトリクスBM、カラーフィルタFILおよび柱
状スペーサSOCは樹脂材料の塗布とパターン露光/現
像のプロセスすなわちフォトリソグラフィ技法で形成さ
れる。
【0041】柱状スペーサSOCは基板間の所要のギャ
ップにほぼ等しい高さhに形成される。その後、柱状ス
ペーサSOCの上に共通電極ITOを形成し、さらにそ
の上層に配向膜ORI2を塗布して、所謂カラーフィル
タ基板を構成する。
【0042】このように各種の機能膜を形成した基板に
対し、液晶を介して画素電極を有する他方の基板を貼り
合わせる際に、少量のポリマービーズBZを散布する。
このポリマービーズBZの平均粒径dは柱状スペーサS
OCの高さhよりも若干大としてある。
【0043】この基板SUB2を液晶を介して他方の基
板と貼り合わせ、所要のギャップを出す場合、両基板を
プレスしてSUB2の柱状スペーサSOCの頂面が他方
の基板の配向膜に接するようにする。このとき、柱状ス
ペーサSOCの高さhよりも若干大なる平均粒径dのポ
リマービーズBZは上記他方の基板との間で圧縮変形さ
れ、その中心を通る高さがほぼ柱状スペーサSOCの高
さhに等しいBZ’で示した状態となる(なお、図では
変形状態を強調して示してある)。
【0044】本実施例により、液晶表示装置の使用中に
液晶パネルの温度が上昇等し、液晶の膨張で柱状スペー
サが基板から離れてギャップが拡大したときには粒状ス
ペーサの圧縮変形が解除される方向に復元して当該ギャ
ップを規制する。これにより、画面のギャップむらが抑
制され、また粒状スペーサは基板と接した状態を維持す
るために、その自重で移動や下降することが阻止される
と共に、液晶の移動や下降も緩和され、表示品質を極端
に劣化することがない。
【0045】図2は本発明に係る液晶表示装置の第2実
施例を説明する液晶パネルの要部模式断面図である。図
1に示した電極ITO2の上に柱状スペーサSOCを形
成したものであり、図1と同一符号は同一機能部分に対
応すし、THは電極ITOに開けた開口を示す。
【0046】図2において、柱状スペーサSOCは電極
ITO2を形成した後に形成される。このとき、電極I
TO2の柱状スペーサSOC形成部分に開口THを開け
ておくことで電極ITO2の下層にある樹脂材料からな
る保護膜OCと柱状スペーサSOCとを結合する。これ
により、柱状スペーサSOCは基板SUB2に固定され
る。なお、柱状スペーサSOCとポリマービーズBZの
作用は第1実施例と同様である。
【0047】図3は本発明に係る液晶表示装置の第2実
施例をさらに説明するための薄膜トランジスタ型TN方
式の液晶パネルの一画素付近を前記図2で説明した基板
SUB2側から基板SUB1側を透視した平面図であ
る。前記図14は図3のA−A線に沿った断面図に相当
する。
【0048】この液晶パネルを構成する画素(単位色画
素)は、隣接する2本のゲートライン(走査信号線また
はゲート信号線、ゲート線、水平信号線とも言う)GL
と、隣接する2本のデータライン(映像信号線、ドレイ
ン信号線ドレイン線または垂直信号線とも言う)DLと
の交差領域内(4本の信号線で囲まれた領域内)に配置
されている。
【0049】各画素は薄膜トランジスタTFT(TFT
1とTFT2)、画素電極ITO1および保持容量素子
Caddを含む。ゲートラインGLは列方向に延在し、
行方向に複数本配置されている。データラインDLは行
方向に延在し、列方向に複数本配置されている。
【0050】図15でも説明したように、液晶LCを基
準の基板SUB1側には薄膜トランジスタTFTおよび
画素電極ITO1が形成され、基板SUB2側にはカラ
ーフィルタFIL、遮光用ブラックマトリクスBMが形
成されている。上下部の透明ガラス基板SUB2,1は
例えば1.1mm程度、または0.7mm程度の厚さを
有している。
【0051】本実施例では、柱状スペーサSOCをブラ
ックマトリクスBMで覆われる領域でかつデータライン
DL上およびゲートライン上に位置するごとく形成して
ある。この液晶パネルのギャップは、主として柱状スペ
ーサSOCで規制され、ポリマービーズBZは主として
前記した柱状スペーサSOCがギャップの拡大に追従で
きない状況でのギャップむらを抑制するために設けてあ
り、画素領域(画素電極上)に少数個散布してある。
【0052】なお、柱状スペーサSOCの形成場所、そ
の数、形状は図示のものに限らない。また、図3では柱
状スペーサSOC、ポリマービーズBZのサイズは理解
を容易にするために示したもので、実際の製品における
サイズとは必ずしも一致しない。
【0053】本実施例によっても、液晶表示装置の使用
中に液晶パネルの温度が上昇等し、液晶の膨張で柱状ス
ペーサが基板から離れてギャップが拡大したときには粒
状スペーサの圧縮変形が解除される方向に復元して当該
ギャップを規制する。これにより、画面のギャップむら
が抑制され、また粒状スペーサは基板と接した状態を維
持するために、その自重で移動や下降することが阻止さ
れると共に、液晶の移動や下降も緩和され、表示品質を
極端に劣化することがない。
【0054】図4は本発明に係る液晶表示装置の第3実
施例を説明する液晶パネルの要部模式断面図であり、柱
状スペーサを形成する側の基板に電極を有しない横電界
型アクティブマトリクス方式(IPS方式)に本発明を
適用した構成を示す。
【0055】本実施例は、カラーフィルタFILを形成
した側の基板SUB2にはITO等の電極を有しないた
め、この基板SUB2の内面に形成した保護膜OC(こ
の場合は、カラーフィルタFILあるいはブラックマト
リクスBMによる液晶の汚染防止、および基板SUB2
の内面平坦化膜として機能する)上に柱状スペーサSO
Cを形成してある。
【0056】保護膜OC上に柱状スペーサSOCを形成
後、配向膜ORI2を塗布し、ラビング等で配向制御能
を付与する。そして、この柱状スペーサSOCを形成し
た基板SUB2の画素領域における配向膜ORI2上に
ポリマービーズBZを散布し、液晶を注入または滴下し
て他方の基板SUB1を積層する。
【0057】基板SUB1には薄膜トランジスタや画素
電極、対向電極、その他の配線などが形成されている。
【0058】一対の基板SUB1とSUB2を液晶を介
して貼り合わせた後、両基板の上下からプレスして所要
のギャップ出しを行う。このとき、所要のギャップは主
として柱状スペーサSOCの高さhで規制し、ポリマー
ビーズBZは図中にBZ’で示したように元の粒径dよ
り高さが短縮されて圧縮変形された状態となる。このポ
リマービーズBZの作用は前記した実施例と同様なの
で、再度の説明はしない。
【0059】図5は本発明に係る液晶表示装置の第3実
施例をさらに説明するための薄膜トランジスタ型IPS
方式の液晶パネルの一画素付近を前記図4で説明した基
板SUB2側から基板SUB1側を透視した平面図であ
る。
【0060】各画素は走査信号線(ゲート信号線、ゲー
ト線または水平信号線)GLと、対向電圧信号線(対向
電極配線)CLと、隣接する2本の映像信号線(ドレイ
ン信号線、ドレイン線または垂直信号線)DLとの交差
領域内(4本の信号線で囲まれた領域内)に配置されて
いる。
【0061】各画素は薄膜トランジスタTFT、蓄積容
量Cstg、画素電極PXおよび対向電極CTを含む。
走査信号線GL、対向電圧信号線CLは図5では左右方
向に延在し、上下方向に複数本配置されている。
【0062】また、映像信号線DLは上下方向に延在
し、左右方向に複数本配置され、画素電極PXはソース
電極SD1を介して薄膜トランジスタTFTと電気的に
接続される。対向電極CTは対向電圧信号線CLと電気
的に接続されている。
【0063】そして、画素電極PXと対向電極CTは互
いに対向し、かつ画素電極PXと対向電極CTは櫛歯状
に構成され、各画素電極PXと対向電極CTとの間の電
界により液晶の光学的な状態を制御し、表示を制御す
る。
【0064】本実施例では、柱状スペーサSOCはブラ
ックマトリクスBMで覆われる映像信号線DL上、走査
信号線GL上、あるいは対向電圧信号線CL上に形成し
てある。そして、ポリマービーズBZは主としてブラッ
クマトリクスBMの領域外すなわち画素領域に少数個散
布されている。
【0065】なお、柱状スペーサSOCの形成場所、そ
の数、形状は図示のものに限らない。また、図5では柱
状スペーサSOC、ポリマービーズBZのサイズは理解
を容易にするために示したもので、実際の製品における
サイズとは必ずしも一致しない。
【0066】本実施例によっても、液晶表示装置の使用
中に液晶パネルの温度が上昇等し、液晶の膨張で柱状ス
ペーサが基板から離れてギャップが拡大したときには粒
状スペーサの圧縮変形が解除される方向に復元して当該
ギャップを規制する。これにより、画面のギャップむら
が抑制され、また粒状スペーサは基板と接した状態を維
持するために、その自重で移動や下降することが阻止さ
れると共に、液晶の移動や下降も緩和され、表示品質を
極端に劣化することがない。
【0067】図6および図7は本発明に係る液晶表示装
置の第3実施例の効果を説明する液晶パネルの要部模式
断面図であり、薄膜トランジスタや画素電極、対向電
極、各種配線を形成した基板SUB1と柱状スペーサS
OCを形成した基板SUB2とを液晶LCを介して貼り
合わせ、プレスにより所要のギャップ出しをした状態を
示す。
【0068】基板SUB1の構成における各部材は前記
図5で説明したものと同一符号で示してある。また、基
板SUB2の構成における各部材は前記図4で説明した
ものと同一符号で示してある。
【0069】図6に示したギャップ出しを行った状態で
は、柱上スペーサSOCの頂面は基板SUB1と当接し
ており、ポリマービーズBZは矢印Aで示したように圧
縮変形されている。
【0070】この状態から、図7に示したように、バッ
クライト等からの熱で液晶LCが膨張して基板SUB1
とSUB2のギャップが拡大した場合、柱状スペーサS
OCの頂面は矢印Bに示したように基板SUB1から離
れてギャップ規制能力が喪失する場合がある。しかし、
このときポリマービーズBZは矢印Cで示した元の粒径
に復元する傾向になり、ギャップの拡大に追従して両基
板間のギャップを規制する。
【0071】したがって、液晶パネルの画面でのギャッ
プむらの発生を抑制し、高品質の画像表示を維持するこ
とができる。なお、柱状スペーサSOCとポリマービー
ズBZの動きは前記他の実施例においても同様である。
【0072】次に、前記各実施例を適用した本発明によ
る液晶表示装置の駆動および製品構成例について説明す
る。なお、STN方式の液晶パネルを用いたものについ
ては省略する。
【0073】図8は本発明を適用したアクティブ・マト
リクス型液晶表示装置の構成と駆動システムの説明図で
ある。この液晶表示装置は、前記実施例のうちのアクテ
ィブ・マトリクス型液晶パネルに関する何れかを用いた
ものである。この液晶パネルPNLの周辺にデータ線
(ドレイン信号線、ドレイン線、または映像信号線)駆
動回路(ICチップ)すなわちドレインドライバDD
R、走査線(ゲート信号線またはゲート線とも言う)駆
動回路(ICチップ)すなわちゲートドライバGDRを
有し、これらドレインドライバDDRとゲートドライバ
GDRに画像表示のための表示データやクロック信号、
階調電圧などを供給する表示制御手段である表示制御装
置(図8ではコントローラと表記)CRL、電源回路
(図8では電源部と表記)PWUを備えている。
【0074】コンピュータ、パソコンやテレビ受像回路
などの外部信号ソースからの表示データと制御信号クロ
ック、表示タイミング信号、同期信号は表示制御装置C
RLに入力する。表示制御装置CRLには、階調基準電
圧生成部、タイミングントローラTCONなどが備えら
れており、外部からの表示データを液晶パネルPNLで
の表示に適合した形式のデータに変換する。
【0075】ゲートドライバGDRとドレインドライバ
DDRに対する表示データとクロック信号は図示したよ
うに供給される。ドレインドライバDDRの前段のキャ
リー出力は、そのまま次段のドレインドライバのキャリ
ー入力に与えられる。
【0076】図9は液晶パネルの各ドライバの概略構成
と信号の流れを示すブロック図である。ドレインドライ
バDDRは映像(画像)信号等の表示データのデータラ
ッチ部と出力電圧発生回路とから構成される。また、階
調基準電圧生成部HTV、マルチプレクサMPX、コモ
ン電圧生成部CVD、コモンドライバCDD、レベルシ
フト回路LST、ゲートオン電圧生成部GOV、ゲート
オフ電圧生成部GFD、およびDC−DCコンバータD
/Dは図17の電源回路PWUに設けられる。
【0077】図10は信号ソース(本体)から表示制御
装置に入力される表示データおよび表示制御装置からド
レインドライバとゲートドライバに出力される信号を示
すタイミング図である。表示制御装置CRLは信号ソー
スからの制御信号(クロック信号、表示タイミング信
号、同期信号)を受けて、ドレインドライバDDRへの
制御信号としてクロックD1(CL1)、シフトクロッ
クD2(CL2)および表示データを生成し、同時にゲ
ートドライバGDRへの制御信号として、フレーム開始
指示信号FLM、クロックG(CL3)および表示デー
タを生成する。
【0078】信号ソースからの表示データの伝送に低電
圧差動信号(LVDS信号)を用いる方式では、当該信
号ソースからのLVDS信号を上記表示制御装置を搭載
する基板(インターフェイス基板)に搭載したLVDS
受信回路で元の信号に変換してからゲートドライバGD
RおよびドレインドライバDDRに供給する。
【0079】図10から明らかなように、ドレインドラ
イバのシフト用クロック信号D2(CL2)は本体コン
ピュータ等から入力されるクロック信号(DCLK)お
よび表示データの周波数と同じであり、XGA表示素子
では約40MHz(メガヘルツ)の高周波となる。
【0080】図11は本発明による液晶表示装置の全体
構成を説明する展開斜視図であり、液晶表示装置(以
下、2枚の基板SUB1,SUB2を貼り合わせてなる
液晶パネル、駆動手段、バックライト、その他の構成部
材を一体化した液晶表示モジュール:MDLと称する)
の具体的構造を説明するものである。
【0081】SHDは金属板からなるシールドケース
(メタルフレームとも言う)、WDは表示窓、INS1
〜3は絶縁シート、PCB1〜3は駆動手段を構成する
回路基板(PCB1はドレイン側回路基板:映像信号線
駆動用回路基板、PCB2はゲート側回路基板、PCB
3はインターフェース回路基板)、JN1〜3は回路基
板PCB1〜3同士を電気的に接続するジョイナ、TC
P1,TCP2はテープキャリアパッケージ、PNLは
液晶パネル、GCはゴムクッション、ILSは遮光スペ
ーサ、PRSはプリズムシート、SPSは拡散シート、
GLBは導光板、RFSは反射シート、MCAは一体化
成形により形成された下側ケース(モールドフレー
ム)、MOはMCAの開口、LPは蛍光管、LPCはラ
ンプケーブル、GBは蛍光管LPを支持するゴムブッシ
ュ、BATは両面粘着テープ、BLは蛍光管や導光板等
からなるバックライトを示し、図示の配置関係で拡散板
部材を積み重ねて液晶表示モジュールMDLが組立てら
れる。
【0082】液晶表示モジュールMDLは、下側ケース
MCAとシールドケースSHDの2種の収納・保持部材
を有し、絶縁シートINS1〜3、回路基板PCB1〜
3、液晶パネルPNLを収納固定した金属製のシールド
ケースSHDと、蛍光管LP、導光板GLB、プリズム
シートPRS等からなるバックライトBLを収納した下
側ケースMCAとを合体させてなる。
【0083】映像信号線駆動用回路基板PCB1には液
晶パネルPNLの各画素を駆動するための集積回路チッ
プが搭載され、またインターフェース回路基板PCB3
には外部ホストからの映像信号の受入れ、タイミング信
号等の制御信号を受け入れる集積回路チップ、およびタ
イミングを加工してクロック信号を生成するタイミング
コンバータTCON等が搭載される。
【0084】上記タイミングコンバータで生成されたク
ロック信号はインターフェース回路基板PCB3および
映像信号線駆動用回路基板PCB1に敷設されたクロッ
ク信号ラインCLLを介して映像信号線駆動用回路基板
PCB1に搭載された集積回路チップに供給されるのは
前記したとおりである。
【0085】インターフェース回路基板PCB3および
映像信号線駆動用回路基板PCB1は多層配線基板であ
り、上記クロック信号ラインCLLはインターフェース
回路基板PCB3および映像信号線駆動用回路基板PC
B1の内層配線として形成される。
【0086】なお、液晶パネルPNLにはTFTを駆動
するためのドレイン側回路基板PCB1、ゲート側回路
基板PCB2およびインターフェース回路基板PCB3
がテープキャリアパッケージTCP1,TCP2で接続
され、各回路基板間はジョイナJN1,2,3で接続さ
れている。液晶パネルPNLは前記した本発明によるア
クティブマトリクス型液晶表示装置であり、その2枚の
基板の間隔を所定値に維持するために前記実施例で説明
した粒子入りの柱状スペーサとポリマービーズとを備え
ている。
【0087】なお、各駆動回路(ドレインドライバ、ゲ
ートドライバ)を液晶パネルの一方の基板、一般には基
板SUB1の周辺に直接搭載したグラス・オン・チップ
方式(FCA方式とも称する)を採用したものにも、本
発明は同様に適用できる。
【0088】液晶パネルPNLは前記した本発明による
アクティブマトリクス型液晶表示装置であり、その2枚
の基板の間隔を所定値に維持するために前記実施例で説
明した粒子入りの柱状スペーサとポリマービーズとを備
えている。
【0089】図12は本発明による液晶表示装置を実装
した電子機器の一例としてのノート型コンピュータの斜
視図である。
【0090】このノート型コンピュータ(可搬型パソコ
ン)はキーボード部(本体部)と、このキーボード部に
ヒンジで連結した表示部から構成される。キーボード部
にはキーボードとホスト(ホストコンピュータ)、CP
U等の信号生成機能を収納し、表示部には液晶パネルP
NLを有し、その周辺に駆動回路基板PCB1,PCB
2、コントロールチップTCONを搭載したPCB3、
およびバックライト電源であるインバータ電源基板など
が実装される。
【0091】そして、上記液晶表示パネルPNL、各種
回路基板PCB1,PCB2,PCB3、インバータ電
源基板、およびバックライトを一体化した図12で説明
した液晶表示モジュールを実装してある。
【0092】図13は本発明による液晶表示装置を実装
した電子機器の他例としてのディスプレイモニターの正
面図である。このディスプレイモニターは表示部とスタ
ンド部とから構成され、表示部には前記した本発明によ
る液晶パネルPNLを持つ液晶表示装置が実装されてい
る。また、このようなディスプレイモニターのスタンド
部にホストコンピュータ、あるいはテレビ受像回路を内
蔵してもよい。
【0093】本発明は上記の実施例に限らず、本発明の
技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である
ことは前記したとおりである。
【0094】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液晶パネルの基板間のギャップを規制する部材として一
方の基板に固定的に形成した柱状スペーサとポリマービ
ーズとを併用したことにより、柱状スペーサが追従でき
ないギャップ規制をポリマービーズで補完でき、表示領
域内のギャップむらの発生が抑制される。また、ポリマ
ービーズの散布量を必要最小限とすることで、表示領域
での光漏れ量を抑制した高品質の画像表示の液晶表示装
置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示装置の第1実施例を説明
する液晶パネルの要部模式断面図である。
【図2】本発明に係る液晶表示装置の第2実施例を説明
する液晶パネルの要部模式断面図である。
【図3】本発明に係る液晶表示装置の第2実施例をさら
に説明するための薄膜トランジスタ型TN方式の液晶パ
ネルの一画素付近を前記図2で説明した基板SUB2側
から基板SUB1側を透視した平面図である。
【図4】本発明に係る液晶表示装置の第3実施例を説明
する液晶パネルの要部模式断面図である。
【図5】本発明に係る液晶表示装置の第3実施例をさら
に説明するための薄膜トランジスタ型IPS方式の液晶
パネルの一画素付近を前記図4で説明した基板SUB2
側から基板SUB1側を透視した平面図である。
【図6】本発明に係る液晶表示装置の第3実施例の効果
を説明する液晶パネルの要部模式断面図である。
【図7】本発明に係る液晶表示装置の第3実施例の効果
を説明する液晶パネルの要部模式断面図である。
【図8】本発明を適用したアクティブ・マトリクス型液
晶表示装置の構成と駆動システムの説明図である。
【図9】液晶パネルの各ドライバの概略構成と信号の流
れを示すブロック図である。
【図10】信号ソース(本体)から表示制御装置に入力
される表示データおよび表示制御装置からドレインドラ
イバとゲートドライバに出力される信号を示すタイミン
グ図である。
【図11】本発明による液晶表示装置の全体構成を説明
する展開斜視図である。
【図12】本発明による液晶表示装置を実装した電子機
器の一例としてのノート型コンピュータの斜視図であ
る。
【図13】本発明による液晶表示装置を実装した電子機
器の他例としてのディスプレイモニターの正面図であ
る。
【図14】TN方式の液晶パネルの構成例を説明する要
部断面図である。
【図15】IPS方式の液晶パネルの構成例を説明する
要部断面図である。
【符号の説明】
SUB1,SUB2 基板 FIL カラーフィルタ BM ブラックマトリクス OC(PSV) 保護膜 ITO2 対向電極(共通電極) ORI2 配向膜 SOC 柱状スペーサ BZ 粒状スペーサ(ポリマービーズ) DL 映像信号線(ドレイン線、データライン) SD2 ドレイン電極 CL 対向電圧信号線 CT 対向電極 PX 画素電極 SD1 ソース電極 Cadd 付加容量 Cstg 蓄積容量 GL 走査信号線(ゲートライン、ゲート線) GT ゲート電極 TFT 薄膜トランジスタ ORI1,ORI2 配向膜 LC 液晶層 GI ゲート絶縁膜 POL1,POL2 偏光板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩壁 靖 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H089 LA07 LA09 LA16 LA19 NA14 NA15 QA06 QA14 RA05 RA10 TA04 TA05 TA09 TA12 TA13 TA17 TA18

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前
    記一対の基板の一方に形成されたカラー表示のための色
    の異なる少なくとも2種類以上のカラーフィルタおよび
    各カラーフィルタの間に介在させたブラックマトリクス
    と、前記一対の基板の少なくとも一方の基板上に形成さ
    れた画素形成電極と、前記一対の基板の間に誘電異方性
    を有する液晶層およびこの液晶層を構成する液晶組成物
    の分子配列を所定の方向に配列させるための配向制御層
    とを有する液晶パネルと、前記電極群に駆動電圧を印加
    するための駆動手段とを具備し、 前記一対の基板の少なくとも一方に前記一対の基板間の
    所望のギャップにほぼ等しい高さで固定的に形成した柱
    状スペーサと、前記一対の基板の間に介在して平均粒径
    が前記柱状スペーサの高さより若干大なる樹脂材料の粒
    状スペーサとを具備したことを特徴とする液晶表示装
    置。
  2. 【請求項2】前記柱状スペーサを前記ブラックマトリク
    スで覆われる領域に形成し、前記粒状スペーサを前記画
    素形成電極の形成領域を含む表示領域に配置したことを
    特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記柱状スペーサを前記基板に形成される
    保護膜との接着性を有する樹脂材料で形成したことを特
    徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】前記柱状スペーサを、当該柱状スペーサを
    形成する側の基板にある保護膜の上に直接形成したこと
    を特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】前記柱状スペーサを、当該柱状スペーサを
    形成する側の基板にある電極上に直接形成すると共に、
    当該電極に開けた開口を通して当該電極の下層にある保
    護膜と接続したことを特徴とする請求項3記載の液晶表
    示装置。
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