JP5159385B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、湾曲した表示面を有する液晶表示装置に関するものである。

一般に、透過型の液晶表示装置は、一対の平板状のガラス基板間に、流動性のある液晶が封入され、ガラス基板の両外側面に偏光板が配置されてなる液晶パネルと、バックライトとが積層されて構成されており、表示面は平面である。これに対し、厚さ０．３ｍｍ以下の薄型ガラスやプラスチックフィルムなど可撓性を有する基板を用いることにより、湾曲した表示面を有する液晶表示装置が実現できる。湾曲した表示面を有する液晶表示装置は、意匠の面での自由度が大きいことに加え、実用性の面でも優れた機能を付与することができる。例えば、ある特定の曲面形状とすれば外光の反射を効果的に抑制することができる（特許文献１参照）。

薄型ガラス基板を用いた液晶表示装置を製造する場合、基板表面に形成する各種微細構造のパターン精度を保つために、また搬送などの取り扱いのし易さの点から、製造工程の途中まで厚いガラス基板を用い、２枚の基板を貼り合わせた後でエッチングや研磨などにより薄型化される（特許文献２参照）。

しかしながら、平板状のガラス基板を貼り合わされた後に基板を薄型化して湾曲させた場合、画像表示時に輝度ムラが発生する。これは、２枚の基板の曲率がほぼ基板の厚さ分だけ変わるために、両基板に配置された画素構造の相対位置が湾曲方向にずれることが原因である。このような位置ズレは、薄いガラス基板を用いた場合に限らず、プラスチックフィルムを基板に用いた場合でも、平板の状態で貼り合わせた後に湾曲させた場合に発生する。

これに対し、樹脂の壁構造を液晶層内に形成し、壁構造で２枚の基板を接着することによって、位置ずれを抑制する方法が提案されている（特許文献３参照）。

また、通常は対向基板に形成されるカラーフィルタやブラックマトリクスなどの画素構造をアレイ基板側に形成する方法も提案されている（特許文献４参照）。

さらに、カラムスペーサを、遮光性を有する材料を用いてＴＦＴ素子のチャンネル上に設ける方法も提案されている（特許文献５）。

特開平６−３６５０号公報 特開２００５−１２８４１１号公報 特開２００４−２１９７６９号公報 特開２００７−９４１０２号公報 特開２００２−２３１７０号公報

しかしながら、特許文献３の方法では光硬化性樹脂を液晶に混入し、光照射によって壁構造と基板を接着するため、未硬化成分が不純物として液晶内に残る。このため、焼付きなどの表示不良が発生しやすくなる。

また、特許文献４の方法ではアレイ基板の製造プロセスに、通常は並行して行なわれるカラーフィルタやブラックマトリクスなどの製造プロセスが加わるため、液晶表示装置全体の製造にかかる時間が長くなる。

さらに、特許文献５の方法ではＴＦＴ素子以外の光漏れを生じる部位には設けられていないため、湾曲させた場合の位置ズレによる光漏れを十分に抑制することができない。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、湾曲に伴う２枚の基板の位置ずれに起因する表示ムラ（光漏れ）の発生を抑制し、高品質な表示画像が得られる液晶表示装置を提供することを目的としている。

この発明に係る液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の矩形の画素構造を有するアレイ基板と、カラーフィルタ及びブラックマトリクスを有する対向基板と、両基板間に挟持された液晶層とから構成され、湾曲した表示面を有する液晶表示装置において、アレイ基板の表示領域に、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、カラムスペーサは、第二信号線を覆うように前記アレイ基板上に形成され、かつ第一信号線上および第一信号線と第二信号線が交差する部位とその近傍には形成されていないことを特徴としている。

また、この発明に係る液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の矩形の画素構造を有するアレイ基板と、カラーフィルタ及びブラックマトリクスを有する対向基板と、両基板間に挟持された液晶層とから構成され、湾曲した表示面を有する液晶表示装置において、アレイ基板の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、遮光性を有する材料が、ＴＦＴ素子を含む第二信号線を覆って形成され、かつ第一信号線と第二信号線が交差する部位には形成されておらず、遮光性を有する材料の上部にカラムスペーサが形成されていることを特徴としている。

また、アレイ基板の画素構造の長辺が湾曲方向に沿って配置され、湾曲方向に沿った複数の第一信号線が信号配線であり、第一信号線に直交する複数の第二信号線と共通配線が設けられており、複数の第二信号線が走査配線であることを特徴としている。

また、液晶層は６時視角あるいは１２時視角のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードであり、かつ湾曲方向が表示面の水平方向であることを特徴としている。

この発明によれば、アレイ基板の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、カラムスペーサは、第二信号線を覆うように前記アレイ基板上に形成され、かつ第一信号線上および第一信号線と第二信号線が交差する部位とその近傍には形成されていないため、湾曲時の２枚の基板の位置ズレに起因する表示ムラの発生が抑制でき、かつ輝度の高い画像表示をすることができる。すなわち、この構成により、画素構造内に設けられた画素電極の周辺での光漏れの発生を抑制し、表示ムラの少ない液晶表示装置を得ることができる。

また、この発明に係る液晶表示装置は、アレイ基板の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、遮光性を有する材料が、ＴＦＴ素子を含む第二信号線を覆って形成され、かつ第一信号線と第二信号線が交差する部位には形成されておらず、遮光性を有する材料の上部にカラムスペーサが形成されているため、ＴＮモード以外の液晶配列モードであっても、湾曲時の２枚の基板の位置ズレに起因する表示ムラの発生が抑制でき、かつ輝度の高い画像表示をすることができる。すなわち、この構成により、画素構造内に設けられた画素電極の周辺での光漏れの発生を抑制し、表示ムラの少ない液晶表示装置を得ることができる。遮光性を有する材料はカラムスペーサに必要な高さを形成できないことが多い。そのために積層構造とした。

また、アレイ基板の画素構造の長辺が湾曲方向に沿って配置され、湾曲方向に沿った複数の第一信号線が信号配線であり、第一信号線に直交する複数の第二信号線と共通配線が設けられており、複数の第二信号線を走査配線としているので、輝度の高い画像表示をすることができる。すなわち、この構成により、湾曲させた際の位置ずれによる開口率の低下が、湾曲方向に直交させた場合に比べ少なく、開口率を高くすることができ、明るい液晶表示装置を得ることができる。

また、液晶層は６時視角あるいは１２時視角のＴＮモードであり、かつ湾曲方向が表示面の水平方向であるので、正面から見た場合に輝度変化の小さい画像表示をすることができる。すなわち、この構成により、液晶表示装置を正面から見た場合に輝度変化の小さい見やすい液晶表示装置を得ることができる。

実施の形態１．
（画素構造）
本発明の液晶表示装置の画素構造について説明する。

図１は、本発明の液晶表示装置の湾曲前の画素構造を示す平面図である。本発明の液晶表示装置の表示領域には、湾曲方向に長い横長の矩形の画素構造が複数個マトリクス状に配置されている。図１はそのうちの３つの画素構造を示しており、各画素は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタと組み合わされ、３画素を１単位としてカラー表示が行なわれる。カラーフィルタは湾曲方向に同色のストライプ状に配置されている。

図１と、図１のＣ１−Ｃ１’での断面を示す図２を用いて、本発明の画素構造を説明する。各画素構造は、アレイ基板１００となるガラス基板１１の液晶層側表面に配置された走査配線１２、共通配線１３、信号配線１４、ゲート電極（図では走査配線１２の一部がゲート電極となっている）、ソース電極１５、ドレイン電極１６、半導体層１７（アモルファスシリコン膜）、補助容量電極１８、コンタクトホール１９、画素電極２０、第１の絶縁膜２１、第２の絶縁膜２２、カラムスペーサ２３、配向膜２４、および対向基板１０１となるガラス基板２５の液晶層側表面に配置されたブラックマトリクス２６、カラーフィルタ２７、オーバーコート膜２８、対向電極２９、配向膜３０、アレイ基板１００と対向基板１０１の間に挟持された液晶層１０２、アレイ基板１００と対向基板１０１の両外側表面に配置された偏光板１０３，１０４などから構成される。アレイ基板１００側、対向基板１０１側の画素構造は、平面的に同じ大きさの矩形である。各種配線、電極のうち、走査配線１２、共通配線１３、信号配線１４、ゲート電極(１２)、ソース電極１５、ドレイン電極１６、補助容量電極１８は、Ａｌ、Ｍｏなどの不透明な金属材料で形成されており、画素電極２０と対向電極２９はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電材料で形成されている。

図１で太い点線で囲った領域は、ブラックマトリクス開口部３１である。このブラックマトリクス開口部３１が画素内の表示領域となる。つまり、湾曲方向に伸びる信号配線１４、それに交差する方向に伸びる走査配線１２があり、隣接する信号配線１４間と隣接する走査配線１２間の内に画素の表示領域がある。

また、図１で太い実線で囲った部分が、カラムスペーサ２３の形成される部分である。カラムスペーサ２３は対向基板１０１とアレイ基板１００との間隔をおおよそ一定に保つためのものである。このカラムスペーサ２３は走査配線１２上を信号配線１４と交差する部分の近傍を除いて覆っている。また、走査配線１２と信号配線１４とに接続されたトランジスタ（ソース電極１５、ドレイン電極１６、半導体層１７）部分も覆っている。画素内において、カラムスペーサ２３が走査配線１２上を覆う領域の走査配線１２の方向の長さは、ブラックマトリクス開口部３１の同じ方向の長さより大きい。このため、湾曲時に開口部３１が走査配線１２側にずれても、ずれた部分がカラムスペーサ２３で覆われているので、表示品質を劣化する部分が表示されない。

（各構造の機能・動作）
各画素構造に配置された各構造の機能および動作について説明する。

走査配線１２にパルス状の選択電圧が印加されることによって、縦方向に同一列の画素が選択される。選択電圧が印加される選択期間中に信号配線１４に画像信号電圧が印加される。選択期間中は、ゲート電極(１２)、ソース電極１５、ドレイン電極１６、半導体層１７、第１の絶縁膜２１などで構成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチング素子がオン状態となり、信号配線１４に接続されたソース電極１５からドレイン電極１６およびドレイン電極１６とコンタクトホール１９で接続された画素電極２０に画像信号電圧が印加される。このようにして、同一列の画素電極２０に一斉に画像信号電圧が印加される。

続いて隣接する走査配線１２に選択電圧が印加され、上記動作を繰り返す。本動作の繰り返しにより、表示領域の全画素電極２０にそれぞれの画像信号電圧が印加される。選択電圧が印加されない非選択期間中の画素では、ＴＦＴスイッチング素子がオフ状態となり、（ソース電極１５とドレイン電極１６間は高抵抗になるため、）画素電極２０の電位は保持される。非選択期間（保持期間）の画素電極電位の変動を低減するため、共通配線１３に接続された補助容量電極１８と画素電極２０間に補助容量が形成される。

対向基板１０１側の液晶層側の全面に配置された対向電極２９には所定の電圧が印加されており、画素電極２０と対向電極２９間の電圧によって、その間に挟持された液晶層１０２の液晶分子の配向状態が変化する。画素電極２０と対向電極２９間の電圧の高低により液晶層１０２の複屈折性が調整され、アレイ基板１００と対向基板１０１の両外側表面の偏光板１０３，１０４との組合せによって、透過率が制御される。

対向基板１０１側に配置されたカラーフィルタ２７によって各画素の透過光はＲＧＢいずれかの色に着色される。カラーフィルタ２７の上層には透明なオーバーコート膜２８が配置され、対向基板１０１の液晶層側表面が平坦化されると同時に、カラーフィルタ２７から液晶層１０２への不純物の拡散が遮断される。

ここで、各画素構造において、画素電極２０と対向電極２９間には画像信号に対応する電圧が印加されるが、アレイ基板１００側の画素電極２０のない部分では画像信号に対応する電圧が印加されず、所望の透過率が得られない。画素電極２０がない部分で、ＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆うようにカラムスペーサ２３を配置することで遮光する。（遮光される動作については後記する。）かつ、走査配線１２と信号配線１４の交差部位にはカラムスペーサ２３を形成せず、液晶を注入する際や、湾曲させた際の液晶の移動を容易としている。

本発明の液晶表示装置の画素構造は、上記のように、アレイ基板１００の表示領域に、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３が配置されており、カラムスペーサ２３は、ＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆って形成され、かつ走査配線１２と信号配線１４が交差する部位には形成されていないことを特徴としている。

（パネル構成）
本発明の液晶表示装置のパネル構成について説明する。

図３は、本発明の液晶表示装置の湾曲前のパネル構成を示す平面図である。破線で囲まれた表示領域３２に図１，図２に示した画素構造が複数個マトリクス状に配置されている。アレイ基板１００と対向基板１０１は表示領域３２周辺に配置されたメインシール３３によって、両基板１００，１０１の画素構造が重なるように貼り合わされている。対向基板１０１の対向電極２９はメインシール３３の外側に配置されたトランスファ剤（図示せず）によってアレイ基板１００側の配線と電気的に接続されている。左右どちらかの辺（図３では右辺）のメインシール３３には液晶注入のための開口部（液晶注入口３４）が設けられており、注入口３４の外側は封口剤３５で塞がれている。液晶注入口３４とは反対側の辺（図３では左辺）のアレイ基板１００は対向基板１０１の端部からはみ出した部分を有しており、はみ出した部分まで引き回された各種配線はフレキシブル基板３６によって外部回路基板３７と接続されている。

アレイ基板１００および対向基板１０１の液晶層１０２との界面には液晶分子の配向状態を制御する配向膜２４，３０が配置されており、その液晶層側表面は図中矢印で示された方向にラビング法による配向処理が施されている。液晶材料に左カイラルの液晶材料を用いることによって、正面（対向基板１０１側）から奥（アレイ基板１００側）に向かって左回りの９０度ツイスト配向が得られる。各基板１００，１０１外側面の偏光板１０３，１０４の光軸（透過軸あるいは吸収軸）をそれぞれの基板の配向処理方向に平行に配置することによって、液晶層１０２に電圧が印加される場合に「暗」、印加されない場合に「明」の明暗制御が可能になる。なお、図３に示すパネル構成の場合、電圧印加時に液晶分子はアレイ基板１００面に対して上方向（１２時方向）から立ち上がるので、１２時視角のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードと呼ぶ。１２時視角のＴＮモードでは、左右方向で広い視野角特性が得られ、上方向で階調反転現象が発生する。また、カラムスペーサ２３の部位は液晶層１０２に液晶が配向していない（あるいは液晶が存在しない）ため、常に「暗」状態となっている。

上記の液晶パネルを水平方向に湾曲させ、アレイ基板１００の背面にバックライト（図示せず）を配置することによって湾曲した表示面を有する液晶表示装置とする。表示面を凸面に湾曲させた場合も、凹面に湾曲させた場合も、湾曲方向とＴＮモードの広視野角方向とが一致する。湾曲した表示面を有する液晶表示装置を正面から見る場合、表示面の位置によって、表示面を見る角度が変わるが、本発明の液晶パネル構成では、正面から見て表示領域全体で均一な表示が実現できる。なお、本発明の液晶表示装置の表示面は１方向（この場合は水平方向）にのみ湾曲しており、もう１方向（この場合は垂直方向）には湾曲していない。

図３は、１２時視角のＴＮモードの場合の液晶パネルの構成を示すが、６時視角のＴＮモードでも左右方向が広視野角となり、同様の効果が得られる。なお、６時視角の場合、配向膜３０の配向処理方向は両基板とも反対方向であり、また階調反転現象は下方向で発生する。

本発明の液晶表示装置は、上記のように、６時視角あるいは１２時視角のＴＮモードであり、かつ湾曲方向が液晶表示装置の表示面の水平方向であることが特徴である。

（湾曲時の画素構造）
本発明の液晶表示装置の液晶パネルを湾曲させた場合の画素構造について説明する。

図４は表示面が凹面に湾曲した液晶パネルの斜視図と、表示領域の３つの位置での画素構造を示す平面図である。液晶パネルは２枚の基板１００，１０１のみで模式的に示す。画素構造の平面図は図１とブラックマトリクス開口部３１の位置を除いて同じである。表示領域の中央付近では、アレイ基板１００と対向基板１０１の位置関係は湾曲前の平板時のまま維持されるが、左右では手前の対向基板１０１の画素構造が左右の外側にずれる。（図でブラックマトリクスの開口部３１が左右にずれている。）しかしながら本発明の画素構造では、アレイ基板１００の表示領域に、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３が配置されており、カラムスペーサ２３は、ＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆って形成され、かつ走査配線１２と信号配線１４が交差する部位には形成されていないため、ブラックマトリクス開口部３１がずれた場合においても、光漏れを抑制することができる。したがって、表示領域全面で均一な表示が実現できる。

（位置ズレ発生メカニズム）
湾曲時に２枚の基板１００，１０１の画素構造の位置ズレが発生するメカニズムについて説明する。

図５は、湾曲時の２枚の基板１００，１０１の湾曲方向に平行な面での断面図である。本来、２枚の基板１００，１０１はメインシール３３によって液晶注入口３４を除く全周が貼り合わされているが、本図は、メインシール３３が２枚の基板１００，１０１間の隙間（パネルギャップ）を保つだけの役割をし、基板は湾曲方向に自由に動くと仮定した場合の断面を示す。対向基板１０１の表面が曲率半径Ｒの凹型になるように湾曲させた場合、対向基板１０１の厚さをＴ１、アレイ基板１００の厚さをＴ２とし、パネルギャップをｄとすると、対向基板１０１の中立面１０１Ｃ（基板厚さ方向の中心面）とアレイ基板１００の中立面１００Ｃとでは、曲率半径が（Ｔ１＋Ｔ２）／２＋ｄだけ異なる。２枚の基板１００，１０１の曲率半径の差が位置ズレの原因である。表示領域の湾曲方向の長さをＬとし、湾曲方向の両側に均等にずれる場合の位置ズレの長さＳは次式で表される。

基板の厚さは曲率半径と比較すると非常に小さいのでＲ≫Ｔ１である。２枚の基板１００，１０１の厚さが同じ場合は、基板の厚さをＴとして次式で表される。

ただし、実際の液晶パネルは、表示領域のほぼ全周がメインシール３３で強固に接着されているので、図５の場合とは少し状況が異なる。図６，７は実際の液晶パネルを対向基板１０１の表面が凹型になるように湾曲させた場合の湾曲方向の断面図である。図６，図７はそれぞれ、図４のＣ２−Ｃ２’、Ｃ３−Ｃ３’の位置での断面であり、２枚の基板１００，１０１と各基板内側面の画素構造のみ模式的に示している。図６の液晶パネル上方のメインシール３３に近い領域においては、２枚の基板１００，１０１は湾曲方向全体に亘って近傍のメインシール３３によって位置ズレが規制される。液晶パネル下方のメインシール３３に近い領域においても、同様に、位置ズレが規制される。これに対して、図７の液晶パネルの中央付近では、メインシール３３によって左右の末端でのみ２枚の基板１００，１０１が固定されるために、表示領域の中央付近から遠ざかるに従って２枚の基板１００，１０１の曲率半径の差に起因する位置ズレが発生する。左右の末端では２枚の基板１００，１０１が固定されているので、末端付近で位置ズレは急に小さくなる。内側の対向基板１０１の末端部では基板内の圧縮応力が非常に高くなるので、末端部の曲率は小さくなる、あるいは逆方向に湾曲することによって、基板内の応力が緩和される。（図７では、末端部の様子を誇張してある。） 末端部の形状は本来の曲率とは異なるが、後述のように末端部の形状の制御は困難である。

実際の液晶パネルでは２枚の基板１００，１０１の曲率半径の差に伴う位置ズレは、図４に示す湾曲方向の左右両側の領域で発生する。ヤング率などの基板の機械的性質や環境温度などによって位置ズレ量は変化するが、その最大値は数式（１）あるいは数式（２）で表される長さとなる。

（ブラックマトリクス開口部）
位置ズレの発生メカニズムに基づいて、位置ズレに伴う表示ムラを防ぐためのブラックマトリクス開口部３１の形状について説明する。

位置ズレに伴う表示ムラは、ブラックマトリクス開口部３１が画素電極２０の外にはみ出すことによる。画素電極２０の外側では液晶層１０２に所望の電圧が印加されない。電圧印加時に「暗」、電圧非印加時に「明」となるノーマリーホワイトのＴＮモードでは、画素電極２０外の透明部分は暗表示時の光漏れとなる。図８はアレイ基板１００の画素構造の平面図である。図中、太線で囲まれた領域が光漏れの発生する部分である。電圧非印加時に暗表示となるノーマリーブラックの液晶表示モードであっても、走査配線１２や信号配線１４に印加される電圧によって、ノーマリーホワイトのＴＮモードほどではないが、光漏れが発生する。画素電極２０の上下左右４辺のうち右側の１辺は、隣接する画素の走査配線１２と僅かに（数ミクロン程度）重なって配置されるため、光漏れは発生しない。したがって、ブラックマトリクス開口部３１が右側にずれる場合には光漏れは発生しないが、開口部３１の一部が走査配線１２によって遮光されるのでその分だけ透過率が低下する。画素電極２０の左辺は、自身の走査配線１２と重なって配置されない。これは、走査配線１２に印加される電圧によって画素電極電位が大きく変化することを防ぐためである。（一般に、自身の走査配線１２との容量に伴う画素電極電位の変化はフィードスルー電圧あるいはキックバック電圧と呼ばれる。）また、画素電極２０の上下辺も、信号配線１４と重なって配置されない。これは、重なって配置された場合、その信号配線１４から画像信号電圧を印加される同じ行の画素電極電位への影響（一般にクロストーク現象と呼ばれる）を抑制するためである。

本発明の画素構造は、その長辺が湾曲方向に沿って配置されるので、ブラックマトリクス開口部３１の位置ズレは図８の左右方向に発生するが、左右方向つまり画素構造の短辺方向の画素境界領域にカラムスペーサ２３を配置しているため光漏れの発生を抑制できる。

（開口部面積低下の抑制）
開口部面積低下を最小限にとどめるために、本発明では画素構造の長辺を湾曲方向に沿って配置している。画素構造の短辺を湾曲方向に沿って配置した場合、アレイ基板１００の画素構造の長辺の画素境界領域にカラムスペーサ２３を配置することになり、カラムスペーサ２３により遮光比率が増加し、開口率は大幅に低下する。

透過率低下を最小限にとどめるために、本発明ではさらに、湾曲方向に沿って信号配線１４を配置し、それと直交する方向に走査配線１２と共通配線１３を配置している。逆に湾曲方向に沿って走査配線１２と共通配線１３を配置すると、画素構造の長辺方向に２本の配線が配置されることになり、画素に対して不透明な配線の占める面積比が増加する。

（液晶表示装置のサイズ）
実施の形態１では、画素構造の大きさを横３３０μｍ×縦１１０μｍとし、横方向に６４０個、縦方向に３６０×３個配置した。表示領域の大きさは横２１１ｍｍ×縦１１９ｍｍ（対角９．５インチ相当）である。ガラス基板は、対向基板１０１、アレイ基板１００とも０．１５ｍｍ厚とした。パネルギャップは４．５μｍとした。対向基板１０１の表面を凹面とし、５００ｍｍの曲率半径でほぼ円弧状に湾曲させた。この場合の両基板１００，１０１の位置ズレの最大値Ｓは、数式（２）より３３μｍ弱である。

（製造方法）
本発明の液晶表示装置の製造方法について説明する。

本実施の形態では、厚さ０．５ｍｍの２枚の平板のガラス基板を用いて所定の画素構造を有するアレイ基板および対向基板を製造し、両基板を貼り合せた後に両基板をそれぞれ０．１５ｍｍの厚さに薄型化した。

図９は貼り合わせる前の２枚のガラス基板の断面を示す図である。図９（ａ）は対向基板１０１、図９（ｂ）はアレイ基板１００である。本実施の形態では、一対のガラス基板１００，１０１で４つの液晶表示装置を製造する。対向基板１０１の表面には、所定の形状のブラックマトリクス２６、カラーフィルタ２７、オーバーコート膜２８、対向電極２９（いずれも図示せず）がこの順に積層されている。対向電極２９上に、配向膜３０を形成し、所定の方向に配向処理が施される。配向膜３０としてはポリイミドなどの高分子材料が用いられ、配向膜３０表面をレーヨン布等で擦るラビング法にて配向処理が施される。アレイ基板１００の表面には、各種配線や電極など（いずれも図示せず）が形成され、画素がマトリクス状に配置されている。画素電極２０の最上部にアクリル樹脂を主体とする感光性樹脂からなるカラムスペーサ２３を膜厚４．８μｍで塗布し、既存の露光・現像技術にて画素短辺方向境界領域に破線形状を形成する。その後２３０℃で６０分焼成して厚さ４．５μｍのカラムスペーサ２３を形成した（形成過程は図示せず）。その上に配向膜２４を形成し、所定の方向に配向処理が施される。配向膜２４の材料、配向処理方法等は対向基板１０１の場合と同じである。配向処理の後、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示領域を囲むように、メインシール３３が塗布される。さらに、２枚のガラス基板１００，１０１の最外周の内側にもダミーシール３８が塗布される。メインシール３３、ダミーシール３８にはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

次に２枚のガラス基板１００，１０１を、それぞれの配向膜２４，３０表面が対面するように貼り合わせ、熱圧着してメインシール３３、ダミーシール３８を固める。図１０は貼り合わせた状態の断面を示す図であり、図１１はガラス基板上のメインシール３３、ダミーシール３８の各形状を示す平面図である。表示領域を囲むように塗布されたメインシール３３には、液晶注入のための開口部である液晶注入口３４が設けられている。

次に貼り合わされた２枚のガラス基板１００，１０１を、弗化水素酸（ＨＦ）またはバッファード弗化水素酸（ＢＨＦ：ＨＦ+ＮＨ４Ｆ）のエッチング溶液に浸漬することによりエッチングして薄膜化する。エッチング溶液の濃度や浸漬時間を調整して、各ガラス基板１００，１０１の厚さを０．１５ｍｍ前後に薄くする。ガラス基板１００，１０１の厚さは０．０５ｍｍから０．３ｍｍの範囲が望ましい。薄すぎると、ガラス基板薄膜化後の製造工程、例えば後述する液晶注入時や偏光板貼り付け時等の製造工程で割れやすくなり、厚すぎると湾曲しにくいため、湾曲させる工程で割れやすくなる。

ガラス基板１００，１０１を薄膜化した後、ガラススクライバ等を用いて、切断位置３９で切断し、液晶表示装置１台分の大きさに加工する。なお、外部の画像信号出力部と接続される配線端子が存在する辺では、接続端子の形成されたアレイ基板１００より内側で対向基板１０１を切断する。

次に、切断した貼り合わせ済みガラス基板１００，１０１と液晶を真空容器中に入れて真空にした後、液晶注入口３４を液晶に接触させる。真空容器を大気圧に戻すことにより、液晶が注入口から注入される。このときカラムスペーサ２３を破線状としているので、液晶が注入される経路を確保することがで、スムーズな液晶注入を実施することができる。液晶が注入された状態の断面を図１２に示す。液晶には誘電率異方性が正で、左カイラルのネマチック液晶が使用される。液晶の複屈折は０．０８５〜０．０９０（波長５８９ｎｍでの値）である。液晶注入後に注入口３４を封口剤で塞ぐ。封口剤には紫外線硬化型の接着剤が用いられる。

次に、図１３に示すように、対向基板１０１、アレイ基板１００の両外側面に偏光板１０３，１０４を貼り付ける。偏光板１０３，１０４にはヨウ素で染色されたＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を延伸し、２枚のＴＡＣ（セルローストリアセテート）フィルムに挟んだものが用いられる。偏光板１０３，１０４の貼り付けには、フィルム状の粘着剤が用いられる。偏光板１０３，１０４が貼り付けられた状態の断面を図１３に示す。偏光板１０３，１０４貼り付け後、アレイ基板１００上の配線と外部の回路基板をフレキシブル基板３６（ともに図示せず）で接続する。以上のようにして、液晶表示装置のうちの液晶パネル部分を製造した。

続いて、図１４に示すように、ローラー４０で液晶パネルを支持板１０５に押さえつけながら、シート状の粘着フィルムを用いて液晶パネルと支持板１０５を貼り付けた。支持板１０５には、アクリル、ポリカーボネート等の透明樹脂を、所定の曲率（所望の表示面の曲率半径に液晶パネルの厚さを加えた曲率半径）で湾曲した形状に整形したものを用いる。ただし、液晶パネルの湾曲方向の端部では、先に述べたように、内側の対向基板１０１内の応力が強すぎて所定の曲率が得られず、支持板１０５ごと少し変形した。

湾曲した液晶パネルと支持板１０５をバックライト１０６に積層して、さらに対向基板１０１側から筐体１０７を被せ、フレキシブル基板３６により回路基板３７と接続して液晶表示装置を作製した。図１５は液晶表示装置の水平方向の断面図であり、図１６は斜視図である。バックライト１０６は、通常の液晶表示装置のバックライトの積層構成であり、反射シート、導光板、拡散シート、ランプ等（いずれも図示せず）から構成されている。筐体１０７の表示面に当たる部分には透明な保護板１０８が配置されている。

実施の形態２．
実施の形態１では、表示面が凹面に湾曲した液晶表示装置について説明した。実施の形態２では、表示面が凸面に湾曲した液晶表示装置について説明する。

画素構造、湾曲前の液晶パネル構成は実施の形態１と同じである。図１７は表示面が凸面に湾曲した液晶パネルの斜視図と、表示領域の３つの位置での画素構造を示す平面図である。液晶パネルは２枚の基板１００，１０１のみで模式的に示す。凹面に湾曲した場合と同様に、表示領域の中央付近では、アレイ基板１００と対向基板１０１の位置関係は湾曲前の平板時のまま維持される。一方、表示領域の左右では手前の対向基板１０１の画素構造が左右の内側にずれる。（凹面に湾曲した場合とずれる方向が逆になる。）しかしながら本発明の画素構造は、アレイ基板１００の表示領域に、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３が配置されており、カラムスペーサ２３は、ＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆って形成され、かつ走査配線１２と信号配線１４が交差する部位には形成されていないため光漏れの発生を抑制できる。したがって、凹面に湾曲した場合と同様に、表示領域全面で均一な表示が実現できる。

なお、表示面を凸面に湾曲させる場合の位置ズレの最大値は、図１８に示すように、曲率半径Ｒは最も外側の表面で規定されるので、数式（１）と少し異なる数式（３）で表される。

しかしながら、対向基板１０１、アレイ基板１００の厚さＴ１，Ｔ２、およびパネルギャップｄが曲率半径Ｒより非常に小さいので、位置ズレの最大値は凹面に湾曲させる場合と同様に数式（２）で表される。

実施の形態３．
実施の形態３では、液晶表示装置を正面から見て縦方向に表示面を湾曲させた場合について説明する。

湾曲方向が縦方向となるので、画素構造は縦方向に長い矩形とした。図１９は実施の形態３での画素構造の平面図である。画素構造の大きさは横１１０μｍ×縦３３０μｍとし、画素電極の湾曲方向の長さは実施の形態１，２と同様に３１０μｍとした。画素は横方向に３６０×３個、縦方向に６４０個配置する。表示領域の大きさは横１１９ｍｍ×縦２１１ｍｍ（対角９．５インチ相当）である。ガラス基板は、対向基板１０１、アレイ基板１００とも０．１５ｍｍ厚とし、パネルギャップは４．５μｍとする。対向基板１０１の表面を凸面とし、５００ｍｍの曲率半径でほぼ円弧状に湾曲させる。この場合の両基板の位置ズレの最大値は、数式（２）より３３μｍ弱である。

図２０は液晶表示装置の湾曲前のパネル構成を示す平面図である。実施の形態１、２と同様に１２時視角のＴＮモードとした。

図２１は表示面が凸面に湾曲した液晶パネルの斜視図と、表示領域の３つの位置での画素構造を示す平面図である。液晶パネルは２枚の基板１００，１０１のみで模式的に示す。表示領域の中央付近では、アレイ基板１００と対向基板１０１の位置関係は湾曲前の平板時のまま維持される。一方、表示領域の上下では手前の対向基板１０１の画素構造が上下方向の内側にずれる。しかしながら本発明の画素構造は、アレイ基板１００の表示領域に、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３が配置されており、カラムスペーサ２３は、ＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆って形成され、かつ走査配線１２と信号配線１４が交差する部位には形成されていないため光漏れの発生を抑制できる。したがって、凹面に湾曲した場合と同様に、表示領域全面で均一な表示が実現できる。

ただし、本実施の形態の液晶表示装置を正面から見た場合、表示領域の下側部分は液晶パネル面に対してやや上方から見ることになる。本方向は１２時視角のＴＮモードの階調反転方向であるため、表示領域の中央や上側部分と比較して、明表示時の輝度はやや暗く、暗表示時の輝度はやや明るく見える。

本発明の実施例では、カラムスペーサ２３にアクリル樹脂を主体とする感光性樹脂を用いていており透過性を有している例で説明したが、遮光は液晶の配向がないことにより生じるため機能上問題とならない。また、カラムスペーサ２３に黒色の顔料を混合するもしくは別の色素を混合した樹脂であっても良い。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４の液晶表示装置の画素構造について説明する。

図２２は、本発明の液晶表示装置の湾曲前の画素構造を示す平面図である。本発明の液晶表示装置の表示領域には、湾曲方向に長い横長の矩形の画素構造が複数個マトリクス状に配置されている。図２２はそのうちの３つの画素構造を示しており、各画素は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタと組み合わされ、３画素を１単位としてカラー表示が行なわれる。カラーフィルタは湾曲方向に同色のストライプ状に配置されている。

図２２と、図２２のＣ４−Ｃ４’での断面を示す図２３を用いて説明する。実施の形態１と同じ機能を有するものについては、同一符号としている。実施の形態４においては、アレイ基板１００の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３が配置されており、遮光性を有する材料でブラックマトリックス２６がＴＦＴ素子を含む走査配線１２を覆って形成され、かつ信号配線１４と走査配線１２が交差する部位には形成されておらず、ブラックマトリックス２６の上部にカラムスペーサ２３が形成されている。本発明の実施の形態４の場合、遮光機能はブラックマトリックス２６が有するためにカラムスペーサ２３で遮光する必要がない。また、前記液晶注入での注入経路を確保するために、ブラックマトリックス２６を破線状にするほうがよい。

だたし、ブラックマトリックス２６とカラムスペーサ２３ともに形成する工程が必要となり、液晶表示装置全体の製造にかかる時間が長くなる。

本発明の実施の形態４は、実施の形態１〜３と同様に液晶表示装置を湾曲した場合において、アレイ基板１００と対向基板１０１の位置ズレが生じても、ブラックマトリックス２６を配置しているため光漏れの発生を抑制できる。

また、本発明の実施の形態４においては、前記した通り遮光機能をブラックマトリックス２６に持たせているため、ＴＮモード以外の液晶配列モード、例えばＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードであっても同様の効果が得られる。

（種々の湾曲形状の場合）
以上の実施の形態は、液晶表示装置の表示面全面が特定の方向に同じ曲率で湾曲した場合である。表示面の一部が湾曲した場合、表示面が異なる曲率で湾曲した場合、表示面が凹凸に湾曲した場合などについても、位置ズレ量の最大値を考慮したブラックマトリクス開口部形状にすることで、光漏れ抑制効果が得られる。

図２４は、表示面の一部（長さＬ１）が曲率半径Ｒ１で凹型に湾曲し、残り（長さＬ２）は平板の場合の、２枚の基板１００，１０１の湾曲方向に平行な面での断面図である。図５と同様に、メインシール３３がパネルギャップを保つだけの役割をし、基板１００，１０１は湾曲方向に自由に動くと仮定した場合の断面を示す。平板部の右端で、２枚の基板１００，１０１が固定されているとすると、表示面左端での位置ズレの長さＳ１は、基板１００，１０１厚さをＴ、パネルギャップをｄとして、数式（４）で表される。

したがって、ブラックマトリクス２６開口部の湾曲方向の長さは画素電極長さよりもＳ１以上短くすればよい。

図２５は、表示面の一部（長さＬ１）が曲率半径Ｒ１で凹型に湾曲し、残り（長さＬ２）は同じ方向に曲率半径Ｒ２で湾曲した場合の２枚の基板１００，１０１の湾曲方向に平行な面での断面図である。図２４と同様に、メインシール３３がパネルギャップを保つだけの役割をし、基板１００，１０１は湾曲方向に自由に動くと仮定した場合の断面を示す。曲率半径が変化する位置で２枚の基板１００，１０１が固定されているとすると、表示面左端での位置ズレの長さＳ１は数式（４）で表され、表示面右端での位置ズレの長さは数式（５）で表される。

したがって、ブラックマトリクス２６開口部の湾曲方向の長さは画素電極長さよりもＳ１＋Ｓ２以上短くすればよい。

上記の２つの場合のように、曲率が表示面の左右で非対称の場合（一方が平板の場合も含む）、位置ズレは表示面の左右で均等に発生せず、左右の曲率や長さ（図２４、２５のＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２）に依存して変化する。

このような場合であっても、左右ともに遮光領域をカラムスペーサ２３で形成しているため光漏れを抑制することができる。

図２６は、表示面の半分（長さＬ１）が曲率半径Ｒ１で凹型に湾曲し、残りの半分は逆の方向、すなわち凸型に同じ曲率で湾曲した場合の２枚の基板１００，１０１の湾曲方向に平行な面での断面図である。図２５と同様に、メインシール３３がパネルギャップを保つだけの役割をし、基板１００，１０１は湾曲方向に自由に動くと仮定した場合の断面を示す。湾曲方向の変化する位置で２枚の基板１００，１０１が固定されているとすると、表示面両端での位置ズレの長さＳ１は数式（４）で表される。

表示面の左右での湾曲方向が逆の場合は、位置ズレの方向が一致する。図２６の場合、実際の液晶パネルでは、２枚の基板１００，１０１の表示領域の左右両端がメインシール３３によって固定されるので、対向基板１０１側の画素構造は右方向にずれ、位置ズレ量の最大値はＳ１となる。

図２７は、表示面の一部（長さＬ１）が曲率半径Ｒ１で凹型に湾曲し、残り（長さＬ２）は凸型に曲率半径Ｒ２で湾曲した場合の２枚の基板１００，１０１の湾曲方向に平行な面での断面図である。図２６と同様に、メインシール３３がパネルギャップを保つだけの役割をし、基板１００，１０１は湾曲方向に自由に動くと仮定した場合の断面を示す。湾曲方向の変化する位置で２枚の基板１００，１０１が固定されているとすると、表示面左端での位置ズレの長さＳ１は数式（４）で表され、右端での位置ズレの長さＳ２は数式（５）で表される。

この場合も、位置ズレの方向が一致し、位置ズレ量の最大値はＳ１とＳ２のうちの大きい方の値となる。

上記の２つの場合のように、湾曲方向が表示面の左右で逆の場合、位置ズレは表示面の左右いずれか一方向に発生するが、左右ともに遮光領域をカラムスペーサ２３で形成しているため光漏れを抑制することができる。

本発明の実施の形態においては、アレイ基板１００の画素構造を長辺が湾曲方向に沿って配置し、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３とした。これにより、開口率を高くすることができ、明るい液晶表示装置を得ることができる。

逆にアレイ基板１００の画素構造を短辺が湾曲方向に沿って配置し、湾曲方向に沿って複数の走査配線１２と共通配線１３、走査配線１２に直交する複数の信号配線１４とした場合は、図２８に示すように開口部が小さくなる。さらに図２９に示す通り、湾曲させた場合位置ずれによってさらに開口部が減少し、明るい表示が得られないため、アレイ基板１００の画素構造を長辺が湾曲方向に沿って配置し、湾曲方向に沿って複数の信号配線１４、信号配線１４に直交する複数の走査配線１２と共通配線１３とする方が好ましい。

本発明の実施の形態１による液晶表示装置の画素構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の液晶パネル構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の湾曲時の形状を示す斜視図と画素構造を示す平面図である。 ２枚の基板を凹面に湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 液晶パネルを湾曲させた場合の断面図である。 液晶パネルを湾曲させた場合の断面図である。 画素構造内の光漏れ発生領域を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す平面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による液晶表示装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２による液晶表示装置の湾曲時の形状を示す斜視図と画素構造を示す平面図である。 ２枚の基板を凸面に湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 本発明の実施の形態３による液晶表示装置の画素構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態３による液晶表示装置の液晶パネル構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態３による液晶表示装置の湾曲時の形状を示す斜視図と画素構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態４による液晶表示装置の画素構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態４による液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。 表示面の一部を凹面に湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 表示面の左右で異なる曲率の凹面に湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 表示面の左右で逆の方向に湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 表示面の左右で逆方向かつ異なる曲率で湾曲させた場合に生じる位置ズレを示す断面図である。 湾曲方向と画素配置を９０度回転させた液晶表示装置の画素構造を示す平面図である。 湾曲方向と画素配置を９０度回転させた液晶表示装置の画素構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ ガラス基板、１２ 走査配線、１３ 共通配線、１４ 信号配線、１５ ソース電極、１６ ドレイン電極、１７ 半導体層、１８ 補助容量電極、１９ コンタクトホール、２０ 画素電極、２１ 第１の絶縁膜、２２ 第２の絶縁膜、２３ カラムスペーサ、２４ 配向膜、２５ ガラス基板、２６ ブラックマトリクス、２７ カラーフィルタ、２８ オーバーコート膜、２９ 対向電極、３０ 配向膜、３１ ブラックマトリクス開口部、３２ 表示領域、３３ メインシール、３４ 液晶注入口、３５ 封口剤、３６ フレキシブル基板、３７ 回路基板、３８ ダミーシール、３９ 切断位置、４０ ローラー、１００ アレイ基板、１０１ 対向基板、１０２ 液晶層、１０３，１０４ 偏光板、１０５ 支持板、１０６ バックライト、１０７ 筐体、１０８ 保護板、１００Ｃ アレイ基板の中立面、１０１Ｃ 対向基板の中立面。

Claims (4)

1. マトリクス状に配置された複数の矩形の画素構造を有するアレイ基板と、
   カラーフィルタ及びブラックマトリクスを有する対向基板と、
   前記アレイ基板及び前記対向基板間に挟持された液晶層とから構成され、
   湾曲した表示面を有する液晶表示装置において、
   前記アレイ基板の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、前記第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、
   カラムスペーサは、前記第二信号線を覆うように前記アレイ基板上に形成され、かつ前記第一信号線上および前記第一信号線と前記第二信号線が交差する部位とその近傍には形成されていないことを特徴とする液晶表示装置。
2. マトリクス状に配置された複数の矩形の画素構造を有するアレイ基板と、
   カラーフィルタ及びブラックマトリクスを有する対向基板と、
   前記アレイ基板及び前記対向基板間に挟持された液晶層とから構成され、
   湾曲した表示面を有する液晶表示装置において、
   前記アレイ基板の表示領域には、湾曲方向に沿って複数の第一信号線、前記第一信号線に直交する複数の第二信号線が配置されており、
   遮光性を有する材料が、ＴＦＴ素子を含む前記第二信号線を覆って形成され、かつ前記第一信号線と前記第二信号線が交差する部位には形成されておらず、前記遮光性を有する材料の上部にカラムスペーサが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記アレイ基板の画素構造の長辺が前記湾曲方向に沿って配置され、前記湾曲方向に沿った前記複数の第一信号線が信号配線であり、前記第一信号線に直交する前記複数の第二信号線と共通配線が設けられており、前記複数の第二信号線が走査配線であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層は６時視角あるいは１２時視角のＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードであり、かつ前記湾曲方向が前記表示面の水平方向であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置。

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