JP4370207B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルに貼設された偏光板が埋設されるように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置に関する。

人間の２つの目は、頭部において空間的に離れて位置していることから、２つの異なる視点から見た像を知覚する。そして、人間の脳は、それらの２つの像の視差によって立体感を認識する。

この原理を利用して、観察者の左右それぞれの目に異なる視点から見た像を視認させることで視差を与え、３Ｄ表示（立体三次元表示）を行う液晶表示装置が開発されている。

そのような液晶表示装置において、視点の異なる像を観察者の左右の目に供給する技術として、例えば、色、偏光状態、或いは、表示時刻によってエンコードした左眼用画像及び右眼用画像を画面上に表示し、観察者が着用する眼鏡状のフィルタシステムによってそれらを分離することで左右それぞれの目に対応する像を供給するものがある。

また、表示用液晶パネルに光の透過領域と遮断領域とが交互にストライプ状に形成された視差バリアを組み合わせることにより、表示用液晶パネルが表示する右眼用画像及び左眼用画像のそれぞれに対して視差バリアによって特定の視野角を与え、空間内の特定の観察領域からであれば、左右のそれぞれの目に対応する像が視認され、観察者がフィルタシステム等の視覚的補助具を使用しなくても３Ｄ表示を認識できるようにする技術もある。

このような視差バリアを設けた液晶表示装置は、特許文献１に開示されている。なお、上記特許文献１では、視差バリアとしてパターン化位相差板を用いた構成が開示されている。

特許文献２には、視差バリアの機能の有効／無効を切り替える手段をスイッチング液晶層等で構成することにより、３Ｄ表示と２Ｄ表示（平面表示）とを電気的に切り替えることができる液晶表示装置、つまり、スイッチング液晶層の機能を有効にしたときに３Ｄ表示を行う一方、視差バリアの機能を無効としたときに２Ｄ表示を行う液晶表示装置が開示されている。

このように、表示用液晶パネルと視差バリアとを組合せることによって３Ｄ表示する技術は公知である。

また、特許文献３には、上述したような２Ｄ表示及び３Ｄ表示が可能な液晶表示装置、つまり、２Ｄ／３Ｄ切替型の液晶表示装置であって、ＴＦＴ等による表示用液晶パネルとパターン化された視差バリアを含むスイッチング液晶パネルとの２つのパネルで構成されたものが開示されている。

表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとの２つのパネルで構成された上記の２Ｄ／３Ｄ切替型表示用液晶パネルは、それらのパネルが紫外線硬化型樹脂や両面テープといった接着剤で貼り合わされたものとなっている。但し、一般には、両者の貼り合わせには、表示用液晶パネルのアクティブエリアとスイッチング液晶パネルのアクティブエリアとの間に高精度の位置合わせが必要であることから樹脂系材料の接着剤が用いられる。具体的には、例えば、表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとを紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して貼り合わせ、位置合わせ後に外側から紫外線照射して接着剤を硬化させることで両パネルを貼り合わせるということが行われる。
特開平１０−２２９５６７号公報（平成１０年８月２５日公開） 特開平１０−１２３４６１号公報（平成１０年５月１５日公開） 特開平３−１１９８８９号公報（平成３年５月２２日公開）

ところで、図４に示すように、表示用液晶パネル１１０’にスイッチング液晶パネル１２０’を貼り合せる場合、表示用液晶パネル１１０’の背面の接着面に偏光板１１５’が貼設されているため、両パネル間の接着層１３０’には、偏光板１１５’に対応した薄肉の中央部分（領域ａ）と偏光板１１５’の外側に対応した厚肉の外周部分（領域ｂ）とが形成されることとなる。具体的には、例えば、厚さ２５０μｍの偏光板１１５’が背面に貼設された表示用液晶パネル１１０’とスイッチング液晶パネル１２０’とを接着剤で貼り合わせ、そのときの偏光板１１５’に対応した中央部分での接着剤厚さを５０μｍとした場合、偏光板１１５’の外側に対応した外周部分での接着剤厚さは３００μｍ（２５０μｍ＋５０μｍ）となる。

そして、これらに紫外線を照射すると接着剤が硬化して接着層１３０’が形成されるが、偏光板１１５’に対応した薄肉の中央部分よりも偏光板１１５’の外側に対応した厚肉の外周部分の方が大きく収縮する。上記の具体例では、接着剤の硬化収縮率が６％であったとすると、偏光板１１５’に対応した厚さ５０μｍの中央部分の厚みは５０μｍ−５０μｍ×６％＝４７μｍとなって３μｍ収縮するのに対し、偏光板１１５’の外側に対応した厚さ３００μｍの外周部分の厚みは３００μｍ−３００μｍ×６％＝２８２μｍとなって１８μｍ収縮する。つまり、偏光板１１５’に対応した中央部分よりも偏光板１１５’の外側に対応した外周部分の方が１５μｍだけ大きく収縮する。このように接着層１３０’の中央部分と外周部分との不均一な収縮が生じると、接着層１３０’に内部応力が発生し、それが表示用液晶パネル１１０’に作用することにより液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に表示ムラが生じ、表示品位が著しく低いものとなる。このことは、特に、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラの出やすい半透過半反射表示型の液晶表示装置で顕著である。また、高温・高湿雰囲気において特に上記の表示ムラの発生が顕著であり、液晶表示装置としての信頼性としても問題がある。

これに対し、硬化収縮率の小さい接着剤を用いればよいが、アクリル系接着剤で６％が一般的な限界であり、エポキシ系接着剤では４％も可能であるものの、根本的な解決にはならない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏光板が設けられた表示用液晶パネルの背面に接着層を介してパネル部材が貼設されていても、表示ムラの発生が抑制される液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明は、表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルに貼設された偏光板が埋設されるように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置であって、
上記接着層は、その２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａである光硬化性の架橋硬化型樹脂で形成されていると共に、上記偏光板に対応する薄肉の中央部分と、該偏光板の外側に対応する厚肉の外周部分とを有する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、架橋硬化型樹脂で形成された接着層の２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａであるので、仮に硬化時に偏光板に対応した中央部分とその外側の外周部分とで不均一な収縮が生じて接着層に内部応力が生じても、接着層の弾性によってそれが吸収される。そのため、表示用液晶パネルに作用する接着層の内部応力の液晶セル厚に及ぶ影響は小さく、画面周縁部分への表示ムラの発生が抑止される。つまり、従来のように、接着層の内部応力が表示用液晶パネルに作用し、それによって液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に著しい表示ムラが生じるということがない。

ここで、接着層の２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３よりも低いと接着性能を維持できない可能性がある。一方、接着層の２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^６よりも高いと接着層に生じる内部応力の十分に吸収することができない。接着層に生じる内部応力の吸収という観点から考えれば、接着層の２３℃における貯蔵弾性率は１．０×１０^５Ｐａ以下であることが望ましい。

本発明では、上記パネル部材としては、特に限定されるものではないが、例えば、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替えるためのスイッチング液晶パネルを挙げることができる。

液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラが比較的出やすいということから、本発明は、上記表示用液晶パネルが半透過半反射表示型である場合に特に有効である。

以上説明したように、本発明によれば、光硬化性の架橋硬化型樹脂で形成された接着層の２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａであるので、表示用液晶パネルに作用する接着層の内部応力の液晶セル厚に及ぶ影響は小さく、画面周縁部分への表示ムラの発生を抑止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る２Ｄ／３Ｄ表示切替型液晶表示装置の表示パネルモジュール１００の概略構成を示す。

この表示パネルモジュール１００は、表示用液晶パネル１１０と、その裏面に接着層１３０を介して貼設されたスイッチング液晶パネル１２０と、を備えている。

表示用液晶パネル１１０は、アクティブマトリクス駆動型のものであって、相互に対向するように設けられて周縁がシール材で貼り合わされた前面側の対向基板１１１及び背面側のアクティブマトリクス基板１１２と、それらの間に狭持されるように設けられた液晶層１１３と、を有している。

対向基板１１１には、内側である液晶層１１３側に共通電極が設けられている。また、外側である前面側の中央部分に第１偏光板１１４が貼設されている。

アクティブマトリクス基板１１２には、内側である液晶層１１３側に格子を形成するようにゲート線及びソース線が設けられていると共に、各交差部にスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介して画素電極が設けられている。また、外側である背面側の中央部分に第２偏光板１１５が貼設されている。さらに、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等の配線基板１４０が接続されており、これを介して所定の信号をゲート線やソース線に送るようになっている。

液晶層１１３は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶層によって構成されている。

この表示用液晶パネル１１０は、１つの画素電極によって１つの画素が規定され、各画素毎に、画素電極と対向電極との間の印加電圧により液晶層１１３の液晶分子の配向状態を変調させ、表示すべき画像に対応して光の透過度を調整する。つまり、表示用液晶パネル１１０は、画像データに応じた表示画面を生成するための表示画像生成手段を構成している。

表示用液晶パネル１１０は、各画素電極がＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などで形成された透明電極のものであっても、また、各画素電極の一部分が透明電極であり且つその他の部分がアルミニウムなどで形成された反射電極であるもの、つまり、半透過半反射表示型のものであってもよい。

図２は、スイッチング液晶パネル１２０を示す。

スイッチング液晶パネル１２０は、相互に対向するように設けられて周縁がシール材で貼り合わされた前面側の駆動側基板１２１及び背面側の対向基板１２２と、それらの間に狭持されるように設けられた液晶層１２３と、を有している。

駆動側基板１２１及び対向基板１２２のそれぞれには、内側である液晶層１２３側に透明電極が設けられている。また、対向基板１２２には、外側である背面側に、表示用液晶パネル１１０の第２偏光板１１５と透過軸が一致するように第３偏光板が貼設されている。さらに、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等の配線基板１５０が接続されており、これを介して所定の信号を透明電極に送るようになっている。

液晶層１２３には、屈折率等方性の透光性樹脂で形成された等方性領域１２４と屈折率異方性の液晶で形成された異方性領域１２５とが交互にストライプを形成するように設けられている。

このスイッチング液晶パネル１２０は、液晶層１２３のうち屈折率等方性の透光性樹脂で形成された等方性領域１２４については、第３偏光板を透過した直線偏光をそのまま透過させるが、屈折率異方性の液晶で形成された異方性領域１２５については、液晶層１２３への印加電圧によって液晶分子の配向状態を変調させて直線偏光の偏光状態を変化させる。具体的には、異方性領域１２５では、液晶層１２３の液晶分子が平行配向又はＴＮ配向の場合には電圧印加時、垂直配向の場合には電圧無印加時に、液晶分子は基板に対して立ち上がるので、液晶層１２３の屈折率異方性が直線偏光に影響を及ぼさず、等方性領域１２４と同様に、第３偏光板を透過した直線偏光をそのまま透過させる。一方、液晶層１２３の液晶分子が平行配向又はＴＮ配向の場合には電圧無印加時、垂直配向の場合には電圧印加時に、液晶層１２３の屈折率異方性が直線偏光に影響を与え、第３偏光板を透過した直線偏光の偏光状態を変化させて透過させる。

以上の構成において、この表示パネルモジュール１００では、スイッチング液晶パネル１２０の異方性領域１２５で直線偏光の偏光状態を変化させない場合には、図３（ａ）に示すように、等方性領域１２４及び異方性領域１２５のいずれを透過した直線偏光も表示用液晶パネル１１０に入射されるが、そのときに観察者の左右の目に同一の光が届くように設定され、それによって２次元画像が観察されるようになっている。一方、スイッチング液晶パネル１２０の異方性領域１２５で直線偏光の偏光状態を変化させる場合には、図３（ｂ）に示すように、異方性領域１２５を透過した直線偏光は第２偏光板１１５を透過できないために遮光され、等方性領域１２４を透過した直線偏光のみが表示用液晶パネル１１０に入射されるが、そのときに観察者の左右の目にそれぞれに異なる光が届き、しかも、右眼には表示用液晶パネル１１０に表示された右眼用画像及び左眼には表示用液晶パネル１１０に表示された左眼用画像がそれぞれ観察されるように視野角などが設定され、それによって３次元画像が観察されるようになっている。つまり、スイッチング液晶パネル１２０の異方性領域１２５が視差バリアを構成しており、このＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、２次元表示と３次元表示とを切り替えることができるようになっている。

表示用液晶パネル１１０とスイッチング液晶パネル１２０との間の接着層１３０は、表示用液晶パネル１１０の背面の中央部分に貼設された第２偏光板１１５を埋設するように設けられている。接着層１３０は、紫外線硬化性などの光硬化性であって、透明及び光学等方性の架橋硬化型樹脂で形成されており、それをフィルムとして昇温速度３℃／ｍｉｎ、周波数２．５Ｈｚとして粘弾性特性を計測したときにおける、その２３℃における貯蔵弾性率（動的弾性率）が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａ（好ましくは１．０×１０^３〜１．０×１０^５Ｐａ）である。この接着層１３０は、表示用液晶パネル１１０の裏面、及び／又は、スイッチング液晶パネル１２０の前面に光硬化性の架橋硬化型樹脂の接着剤を塗布して貼り合わせた後に、その外側から紫外線等の光を照射することにより形成される。このように、接着剤が光硬化性の架橋硬化型樹脂で形成されているので、表示用液晶パネル１１０とスイッチング液晶パネル１２０との接着作業の作業性が極めて優れる。ここで、接着層１３０を形成する架橋硬化型樹脂として、具体的には、ウレタンアクリレートオリゴマー、アクリル酸エステルを含有したアクリル系樹脂を挙げることができる。

そして、このような表示パネルモジュール１００は、ドライバ、バックライト等のその他の部品と共にケースに収容されて２Ｄ／３Ｄ表示切替型液晶表示装置に構成される。

以上の構成の２Ｄ／３Ｄ表示切替型液晶表示装置によれば、架橋硬化型樹脂で形成された接着層１３０の２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａであるので、仮に硬化時に第２偏光板１１５に対応した中央部分とその外側の外周部分とで不均一な収縮が生じて接着層１３０に内部応力が生じても、接着層１３０の弾性によってそれが吸収されるため、表示用液晶パネル１１０に作用する接着層１３０の内部応力の液晶セル厚に及ぶ影響は小さく、画面周縁部分の表示ムラの発生が抑止される。特に、このような作用効果は、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラが出やすいということから、画素電極が透明電極と反射電極とで形成され、表示用液晶パネル１１０が半透過半反射表示型である場合に顕著となる。従って、これによれば、従来のように、接着層１３０の内部応力が表示用液晶パネル１１０に作用し、それによって液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に著しい表示ムラが生じるということがない。

なお、上記実施形態では、表示用液晶パネル１１０の背面にスイッチング液晶パネル１２０を貼設したものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、表示用液晶パネル１１０の背面にその他のパネル部材を貼設したものであってもよい。

また、上記実施形態では、アクティブマトリクス駆動型で、ＴＮ型の表示用液晶パネル１１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、表示画面を生成する機能を有するものであれば、表示方式がＳＴＮ方式のものであっても、駆動方式がパッシブマトリクス駆動のものであってもよい。

以下に実際に行った試験評価について説明する。

（試験評価サンプル）
＜表示用液晶パネル＞
パネル両側のそれぞれの中央部分に偏光板が貼設された一般的なアクティブマトリクス型の半透過半反射表示型の表示用液晶パネルを４枚準備した。なお、半透過半反射表示型のものを用いたのは、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラが生じやすいからである。

＜スイッチング液晶パネル＞
以下のようにして製造したスイッチング液晶パネルを４枚準備した。

まず、ＩＴＯで被覆されたガラス基板上に、スペーサ用ネガレジスト（日本合成ゴム株式会社製 商品名：ＪＮＰＣ−７７）の溶液をスピンコーターにて２０００ｒｐｍで１分間回転させることにより塗布した。

次に、ガラス基板をクリーンオーブンにて１２０℃で１０分間の仮焼成を行い、スペーサ内の残留溶媒を除去した。

次に、等方性領域となる所望の透光性樹脂パターンが形成されるように、フォトマスクを用いて露光を行った。このとき、露光量２００ｍＪの条件で紫外線を露光し、３０℃のＮａＯＨの２％水溶液で１分間の現像を行った。

次に、ポリアミック酸からなる配向膜を成膜し、クリーンオーブンにて２５０℃で３０分間の焼成を行った。

次に、焼成された配向膜をラビングすることにより所望の配向方向となるように配向処理を施して下側基板を作製した。

下側基板と同様に上側基板１を作製した。

次に、枠状のシール形状がパターニングされたスクリーン版を用いて、上側基板に周辺シール材（三井化学株式会社製 商品名：ＸＮ−２１Ｓ）を形成した。

次に、クリーンオーブンにて１００℃で３０分の加熱を行い、シール材内の残留溶媒を除去した。

次に、上側及び下側基板を貼り合わせた後に２００℃で６０分間の焼成を行った。

次に、貼り合わせられた上側及び下側基板の間隙に液晶材料を注入して視差バリアとなる液晶層を形成すると共に、両側にそれぞれ偏光板を貼設し、スイッチング液晶パネルを製造した。なお、誘電率異方性が正の液晶材料を用いて平行（ホモジニアス）配向の液晶層を形成した。この液晶層は、電圧無印加時においてλ／２のレタデーションを有する。また、偏光板それぞれの透過軸方向を互いに略平行になるように設定した。さらに、液晶層の配向方向を偏光板の透過軸方向に対して４５°に設定した。

＜両パネルの貼り合わせ＞
硬化後の２３℃における貯蔵弾性率がそれぞれ１．０×１０^５Ｐａ、１．０×１０^６Ｐａ、１．０×１０^７Ｐａ及び１．０×１０^８Ｐａである４種のアクリル系の紫外線硬化型樹脂接着剤を用いて上記表示用液晶パネルと上記スイッチング液晶パネルとを貼り合わせた。このとき、表示用液晶パネルの背面側の偏光板が紫外線硬化型樹脂接着剤に埋設されるようにした。なお、用いたアクリル系の紫外線硬化型樹脂接着剤は、具体的には、ウレタンアクリレートオリゴマー、アクリル酸エステルを含有したアクリル系樹脂である。

次に、紫外線照射機（メタルハライドランプ）により光量１０００ｍＪの紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂接着剤を硬化させることにより接着層を形成し、これによって両パネルを接着した表示パネルモジュールを作製した。接着層の貯蔵弾性率の低いものから順にサンプル１〜４とした。

（試験評価方法）
サンプル１〜４の４種の表示パネルモジュールのそれぞれにドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。

また、サンプル１〜４の４種の表示パネルモジュールのそれぞれを温度７０℃の乾燥雰囲気下に１００時間、２５０時間及び５００時間保持した後にドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。

さらに、サンプル１〜４の４種の表示パネルモジュールのそれぞれを温度４５℃、湿度９５％の雰囲気下に１００時間、２５０時間及び５００時間保持した後にドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。

ここで、表示ムラレベルは、表示ムラのない状態を０レベルとし、表示ムラの最も著しい状態を４レベルとした５段階で評価した。実用性の観点からは、０レベルのものと１レベルのものとが合格レベルである。

（試験評価結果）
試験評価の結果を表１及び表２に示す。

表１及び２によれば、高温度、或いは、高湿度の環境下での保持の如何に関わらず、接着層の貯蔵弾性率がそれぞれ１．０×１０^５Ｐａ及び１．０×１０^６Ｐａであるサンプル１及び２では良好な画像表示が得られるのに対し、接着層の貯蔵弾性率がそれぞれ１．０×１０^７Ｐａ及び１．０×１０^８Ｐａであるサンプル３及び４では表示ムラが著しいということが分かる。これらの結果は、サンプル１及び２では、接着層の貯蔵弾性率が低いので、硬化時に偏光板に対応した中央部分とその外側の外周部分とで不均一な収縮が生じて接着層に内部応力が生じても、接着層の弾性によってそれが吸収されるのに対し、サンプル３及び４では、接着層の貯蔵弾性率が高いので、接着層に生じた内部応力が吸収されないため、それが液晶セル厚に影響を及ぼすためであると考えられる。

また、１．０×１０^３Ｐａ以下の接着層は測定機評価領域外であったため検討していないが、かかる接着層では、接着性能への支障が考えられる。

以上の結果より、２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａである架橋硬化型樹脂で接着層を形成するのがよく、サンプル１では表示ムラがレベル０であることから１．０×１０^５Ｐａ以下のものとするのがより好ましい。

本発明は、表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルに貼設された偏光板が埋設されるように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置に有用である。

表示パネルモジュールの側面図である。 スイッチング液晶パネルの正面図である。 ２Ｄ表示及び３Ｄ表示の切替を説明するための図である。 液晶表示装置の表示ムラの発生原因を説明するための図である。

１００ 表示パネルモジュール
１１０，１１０’ 表示用液晶パネル
１１１ 対向基板
１１２ アクティブマトリクス基板
１１３ 液晶層
１１４ 第１偏光板
１１５，１１５’ （第２）偏光板
１２０，１２０’ スイッチング液晶パネル
１２１ 駆動側基板
１２２ 対向基板
１２３ 液晶層
１２４ 等方性領域
１２５ 異方性領域
１３０，１３０’ 接着層
１４０，１５０ 配線基板

Claims (4)

1. 表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルに貼設された偏光板が埋設されるように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置であって、
   上記接着層は、その２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^３〜１．０×１０^６Ｐａである光硬化性の架橋硬化型樹脂で形成されていると共に、上記偏光板に対応する薄肉の中央部分と、該偏光板の外側に対応する厚肉の外周部分とを有する、ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   上記接着層は、その２３℃における貯蔵弾性率が１．０×１０^５Ｐａ以下である、液晶表示装置。
3. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   上記パネル部材は、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替えるためのスイッチング液晶パネルである、液晶表示装置。
4. 請求項１に記載された液晶表示装置において、
   上記表示用液晶パネルが半透過半反射表示型である、液晶表示装置。

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