JP2008233317A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスが電気光学物質層に侵入することが防止された表示装置とこれを備えた電子機器とを提供する。
【解決手段】本発明の表示装置1は、第1電極11を有する第1基板10と、この第1基板に対向して配置された第2基板20と、これら基板間に挟持された電気光学物質層30と、を備えた表示装置である。第2基板20は、透明基板21と、この透明基板21の内面側に形成された視差バリア層22と、この視差バリア層22の内面側に形成された透光性の樹脂からなるスペーサ23と、このスペーサ23の内面側に形成された第2電極26と、を有している。スペーサ23と第2電極26との間には、少なくとも1層のガスバリア層24が形成されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、表示装置及び電子機器に関する。
近年、複数の視点で異なる画像を見ることができる表示装置(マルチビューディスプレイ)が注目されており、例えば、両眼視差を利用した立体画像表示装置や、運転席と助手席で異なる情報を見ることができるカーナビゲーションシステム等への応用が期待されている。
上記のような表示装置は、透明基板上に視差バリア、スペーサ、カラーフィルタ、対向電極を順次形成してカラーフィルタ基板(対向基板)とし、これと画素電極を有するTFT基板とを各電極が内側となるように貼り合わせ、その間に電気光学物質を封止することで形成されている。
特に、2視点に対応した表示装置では、各視点用の画素電極が交互に配置されており、それぞれの画素電極上の液晶や有機EL発光材料等の電気光学物質は、TFT回路等によって個別に駆動され、偏光あるいは発光をなすことで、2つの視点のうちの一方の視点用と他方の視点用の光を出力する。これらの光は、対向電極側に配置された視差バリアと呼ばれるフィルタを通ることによって、一方の視点からは、他方の視点用の光が遮られ、一方の視点用の光のみが視認されるようになる。このような表示装置の例としては、特許文献1に開示されているものが知られている。
特開2005−78904号公報
ところで、特許文献1のマルチプルビュー方向性ディスプレイ(表示装置)にあっては、透明樹脂や積層されたプラスチック層等のポリマー材料からなるスペーサを設けている。このようにポリマー材料を用いてスペーサを形成することは、表示装置を軽量化することや、製造コストを低減すること、生産性を向上させること等に有効であるがあると考えられる。また、視差バリアを有する表示装置では、透明基板と視差バリアとの間に段差が生じているため、ポリマーを材料とし、段差を埋めてスペーサを形成することは、層間の密着性を向上させる上で有利であると考えられる。
しかしながら、一般にポリマーはガラス等に比べてガス透過性が高いため、ポリマーからなるスペーサを通って水蒸気や酸素等のガスが電気光学物質層に浸透するおそれがある。また、ポリマーからなるスペーサは、スペーサ自体が分解することによってガスを発生することや、形成方法によっては、スペーサ形成時に用いられた溶媒の一部がスペーサ内に残留し、この残留物がスペーサ形成後にガスを発生することがある。このようにスペーサ内にガスが発生すると、このガスが電気光学物質層に浸透してしまう。
このようにして電気光学物質層に浸透したガスは、例えば液晶(電気光学物質)層に溶け込む。すると、温度上昇等で液晶層に溶け込んだガスが過飽和となった際に、液晶層に気泡を生じて表示不良を生じてしまう。また、浸透したガスが電気光学物質層を劣化させてしまうこともある。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、酸素や水蒸気等のガスが電気光学物質層に浸透することを防止することによって、表示不良と電気光学物質層の劣化が防止された表示装置と、これを備えた電子機器とを提供することを目的とする。
本発明の表示装置は、第1電極を有する第1基板と、この第1基板に対向して配置された第2基板と、これら基板間に挟持された電気光学物質層と、を備えた表示装置であって、
前記第2基板は、透明基板と、この透明基板の内面側に形成された視差バリア層と、この視差バリア層の内面側に形成された透光性の樹脂からなるスペーサと、このスペーサの内面側に形成された第2電極と、を有し、
前記スペーサと前記第2電極との間には、少なくとも1層のガスバリア層が形成されていることを特徴とする。
このようにすれば、スペーサを透過して表示装置内に浸透した酸素や水蒸気等のガス、あるいはスペーサの形成材料が分解して発生したガスやスペーサの形成時に用いられた溶媒の残留物からなるガスが、電気光学物質層に浸透することが防止される。したがって、浸透ガスに起因して電気光学物質層に気泡が生じることや電気光学物質層が劣化されることが防止される。
また、前記ガスバリア層は、前記第2電極と接して形成された主ガスバリア層を有しており、この主ガスバリア層は無機材料からなることが好ましい。
このようにすれば、無機材料はガス透過性が極めて低い、すなわちガス遮断性が極めて高いので、無機材料からなる主ガスバリア層は、ガス遮断性が極めて高いものとなる。また、一般に前記第2電極は無機材料からなっているので、無機材料からなる前記主ガスバリア層は前記第2電極と密着したものとなる。
また、前記ガスバリア層は、前記第2電極と接して形成された主ガスバリア層を有しており、この主ガスバリア層は、無機材料と有機材料とを結合させた材料からなる構成とすることもできる。
このようにすれば、主ガスバリア層は、無機材料を含有しているのでガス遮断性が高いものとなり、かつ前記第2電極と密着したものとなる。また、主ガスバリア層は、有機材料を含有しているので樹脂からなる層と密着するものとなる。例えば、前記第2電極と前記スペーサとの間にカラーフィルタ層を設けた場合に、一般にカラーフィルタ層は樹脂を主材としているので、この層と前記主ガスバリア層とは密着したものとなる。
また、前記ガスバリア層は、前記スペーサと接して形成されたサブバリア層を有しており、このサブガスバリア層は樹脂材料からなることが好ましい。
このようにすれば、ガスバリア層のガス遮断性は、前記主ガスバリア層のガス遮断性に前記サブガスバリア層のガス遮断性を加えたものとなり、したがって、ガスバリア層のガス遮断性をより高めることができる。また、サブガスバリア層は樹脂材料からなっており、前記スペーサは樹脂からなっているので、サブガスバリア層は、前記スペーサと密着したものとなる。
また、前記スペーサと前記第2電極との間には、カラーフィルタ層が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、フルカラー表示が可能となり、表現力豊かな表示が可能な表示装置とすることができる。
本発明の電子機器は、上記の表示装置を備えたことを特徴とする。
このようにすれば、表示不良及び電気光学物質層の劣化が防止された表示装置を備えているので、前記電子機器は高品位表示が可能であり、かつ長寿命のものとなる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図1は、本発明の一実施形態である表示装置(液晶装置)1のマトリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等価回路図である。
図1に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極(第1電極)12とこの画素電極12への通電制御を行うためのスイッチング素子であるTFT素子115がそれぞれ形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aが前記TFT素子115のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデータ線6aに対してグループ毎に供給される。
また、走査線3aがTFT素子115のゲートに電気的に接続されており、複数の走査線3aに対して走査信号G1、G2、…、Gmが所定のタイミングでパルス的に線順次で印加される。また、画素電極12はTFT素子115のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT素子115を一定期間だけオンすることにより、データ線6aから供給される画像信号S1、S2、…、Snを所定のタイミングで書き込む。
画素電極12を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号S1、S2、…、Snは、後述する対向電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークすることを防止するために、画素電極12と対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量70が付加されている。
図2(a)は、表示装置1(液晶装置)の概略構成を示す要部断面図である。図2(a)に示すように、液晶装置1は、第1基板10と、これに対向して配置された第2基板20と、これらの基板間に挟持された液晶層(電気光学物質層)30とを備えて構成されている。
前記第1基板10は、TFT基板11と、このTFT基板11の液晶層30側(内面側)に形成された、ITO(インジウム錫酸化物)等の透明導電体からなる画素電極12と、この内面側に形成されたポリイミド等からなる配向膜13と、を備えて構成されている。また、前記TFT基板11は、図1に示したTFT素子30やデータ線6a、走査線3a、配線(図示せず)、平坦化層(図示せず)等を備えている。
また、前記第2基板20は、ガラス等の透明材料からなる透明基板21と、この透明基板21の液晶層30側(内面側)に順次形成された、視差バリア層22と、ポリマー層(スペーサ)23と、カラーフィルタ層25と、ITO等の透明導電体からなる対向電極(第2電極)26と、ポリイミド等からなる配向膜27と、を備えて形成されている。また、本発明に係るガスバリア層24が、ポリマー層23とカラーフィルタ層25との間と、カラーフィルタ層25と対向電極26との間とに形成されている。
前記視差バリア層22は、遮光部221の間に透光部222を有するものであり、例えば黒色顔料を混ぜたアクリル樹脂等を前記透明基板21にスピンコート法等で塗布して材料膜を形成し、フォトリソグラフィ法等でパターニングし、透光部222となる部分を除去して形成されたものである。この他にもアルミニウム(Al)やクロム(Cr)等を材料に用いて、蒸着法等で形成されたもの等を用いてもよい。視差バリア層の厚さとしては、0.1〜5μm程度であり、望ましくは0.5〜3μmであり、さらに望ましくは1〜2μmである。また、前記遮光部221は、本実施形態では、可視光に対して20%以下の透過率となるように形成されている。
前記ポリマー層23は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、PET樹脂、ナイロン樹脂等からなるもので、例えばアクリル樹脂フィルムを加熱しながら前記視差バリア層22を覆ってラミネートし、前記視差バリア層22の透光部(孔部)222を埋めて形成したものである。ポリマー層23の厚さとしては、10〜200μm程度であり、望ましくは30〜150μmであり、さらに望ましくは50〜100μmである。また、可視光に対して50%以上の透過率を示すものが好ましい。
また、前記カラーフィルタ層25は、赤色部251、緑色部252、青色部253、及びこれらの間の非透過部(ブラックマトリックス)254からなるもので、これらを透過した各色光を混合することによってフルカラー表示が可能となり、これを備えた表示装置1は表現力豊かな表示が可能なものとなる。
本実施形態のガスバリア層24は、ポリマー層23とカラーフィルタ層25との間に形成されたサブガスバリア層241と、カラーフィルタ層25と対向電極26との間に形成された主ガスバリア層242と、から構成されている。これら主ガスバリア層242やサブガスバリア層241は、いずれも可視光に対して50%以上の透過率を示すものが好ましい。
また、主ガスバリア層242やサブガスバリア層241の酸素透過率については、いずれも、温度25℃、相対湿度60%において、10ml/m・day・MPa以下であり、望ましくは1ml/m・day・MPa以下であり、さらに望ましくは0.1ml/m・day・MPa以下である。
また、主ガスバリア層242やサブガスバリア層241の水蒸気透過率については、いずれも、温度25℃において、1g/m・day以下であり、望ましくは0.001g/m・day以下であり、さらに望ましくは0.000001g/m・day以下である。
また、主ガスバリア層242やサブガスバリア層241の厚さとしては、0.01〜100μm程度である。また、無機材料からなるものは数μm以下であっても十分に機能させることができ、樹脂からなるものは10〜50μmであることが好ましい。また、前記ポリマー層と前記サブガスバリア層241とを合わせた厚さが、10〜200μm程度となるようにすることが好ましい。
前記サブガスバリア層241は、例えばポリ塩化ビニルデン(PVDC)や、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレンビニルアルコール(EVOH)、アクリル酸ポリマー、環状オレフィンポリマー等の高分子材料(樹脂材料)を、前記ポリマー層23を覆って、例えばラミネートすることで形成されたものである。
前記主ガスバリア層242は、例えば酸化ケイ素(SiOx)やアルミナ(Al)、窒化ケイ素(SiNx)等の無機材料を用い、例えばスパッタリング法や蒸着法によって前記カラーフィルタ層25を覆って形成されたものである。
また、前記主ガスバリア層242は、例えば有機−無機ハイブリッド材料を、前記カラーフィルタ層25を覆ってラミネートすることで形成されたものとすることもできる。この有機−無機ハイブリッド材料の具体例としては、ダイセルバリューコーティング株式会社製のセネシHOP(商品名)や株式会社興人製のコーバリアONY(商品名)等が挙げられる。
図2(b)は、液晶装置(表示装置)1において、異なる2つの視点VR、VLから、それぞれの視点に対応した光41R、41Lを視認できる仕組みを説明する模式図である。TFT基板11上の画素電極12R、12Lのそれぞれに対応した液晶層(電気光学物質層)31R、31Lからの光41R、41Lは、カラーフィルタ層25により、例えば赤色光、緑色光、青色光のうちいずれかに対応した波長帯域光をとなる。この光41R、41Lは、前記遮光バリア層22の遮光部221と透光部222とにより進路を限定され、前記異なる視点のうち、一方の視点からは片方の光のみが視認されるようになる。より詳しくは、光41Rは、透光部222を通って視点VRからは視認されるが、遮光部221に遮られ視点VLからは視認されないものとなる。逆に光41Lは、透光部222を通って視点VLからは視認されるが、遮光部221に遮られ視点VRからは視認されないものとなる。このとき、ポリマー層(スペーサ)23の厚さを調整することによって、視点VR、VLの位置を調整できるようになっている。
以上のような構成の液晶装置(表示装置)1は、ガス遮断性が極めて高い無機材料からなる主ガスバリア層242が液晶層(電気光学物質層)30とポリマー層(スペーサ)23との間に形成されているので、前記ポリマー層23を通じて酸素や水蒸気等のガスが液晶装置1内に浸透しても、これらのガスが液晶層30へ浸透することが防止される。また、ポリマー層23の形成材料が分解して生じたガスや、ポリマー層23の形成時に用いられた溶媒等の残留物からなるガス等が液晶層30へ浸透することも防止される。
また、前記主ガスバリア層242は無機材料からなっているので、無機材料からなる前記画素電極(第1電極)12と密着し、これによって界面での剥離等が防止された高強度のものとなる。
また、前記主ガスバリア層242に加えてサブガスバリア層241も形成されているので、前記ガスバリア層24は、前記主ガスバリア層242のみを設けた場合よりもガス遮断性が高くなっている。したがって、液晶層30にガスが浸透することが、より効果的に防止される。また、サブガスバリア層241は樹脂材料からなっているので、前記サブガスバリア層241と樹脂材料からなるポリマー層23と、また前記ガスバリア層241と樹脂材料を主材とするカラーフィルタ層25とが密着したものとなっている。
以上のように、本発明の表示装置(液晶装置)1にあっては、ガスバリア層24と他の層との間の密着力が高められているので、層間に剥離を生じることが防止され、この剥離部分を通って表示装置1内にガスが侵入することが防止されている。また、ポリマー層(スペーサ)23内に発生した酸素や水蒸気等のガスも、電気光学物質層(液晶層)30に浸透することが防止されているので、これらのガスが例えば液晶層30に溶け込み、過飽和となることで液晶層30に気泡を生じることが防止され、したがって、気泡による表示不良が防止されたものになっている。また前記ガスが電気光学物質層(液晶層)30に浸透することが防止されているので、前記ガスが電気光学物質層30を劣化させることも防止される。このようにして、本発明の表示装置1は、表示不良及び電気光学物質層の劣化が防止されたものとなる。
また、本発明の電子機器にあっては、表示不良及び電気光学物質層の劣化が防止された表示装置1を備えているので、表示品質が高く、かつ長寿命の電子機器となる。
[実験例]
上記本発明のガスバリア層24の有効性を示すべく、以下の実験を行い検証した。まず、厚さ0.7mmのガラス基板(透明基板)21上に黒色顔料を混ぜた樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により厚さ1μm程度の視差バリア層22を形成した。そして、この視差バリア層22上に厚さ50μmのアクリル樹脂フィルムを加熱しながらラミネートし、ポリマー層23を形成した。そして、このポリマー層23上に色材の露光・現像を繰り返すことによってカラーフィルタ層25を形成し、このカラーフィルタ層25上に対向電極26と配向膜27を順次形成し、ガスバリア層24を設けない第2基板を形成した。そして、これとは別に形成した第1基板10と前記第2基板とを貼り合わせ、これら基板間に液晶層30を設けることで従来の表示装置(以下、比較例と称す)を形成した。
次に、前記比較例と同様にして、カラーフィルタ層25を形成した後、この上にポリ塩化ビニルデン(PVDC)をラミネートして、ガスバリア層24を形成し、以下前記比較例と同様にして樹脂材料からなるガスバリア層24を備えた本発明の表示装置(以下、実施例1と称す)を形成した。
次に、前記比較例と同様にして、カラーフィルタ層25を形成した後、この上に酸化シリコンからなる厚さ100nmのガスバリア層24を形成し、以下前記比較例と同様にして無機材料からなるガスバリア層24(主ガスバリア層242)を備えた本発明の表示装置(以下、実施例2と称す)を形成した。
次に、前記比較例と同様にして、カラーフィルタ層25を形成した後、この上に厚さ15μmのコーバリアONY(商品名、有機−無機ハイブリッド材料)をラミネートしてガスバリア層24を形成し、以下前記比較例と同様にして有機−無機ハイブリッド材料からなるガスバリア層24(主ガスバリア層242)を備えた本発明の表示装置(以下、実施例3と称す)を形成した。
以上のような、比較例及び実施例1〜3の表示装置を、温度40℃、相対湿度90%の環境下に無通電状態で放置し、100時間後、300時間後、500時間後に各表示装置の液晶層に含まれる気泡の数を観測した。以下の[比較表]はその結果を示すものであり、観測された気泡数が、4個以下のものを二重丸印(◎)、5個以上9個以下のものを丸印(○)、10個以上19個以下のものを三角印(△)、20個以上のものをバツ印(×)で示している。
Figure 2008233317
[比較表]に示したように、ガスバリア層24を設けた本発明の表示装置(実施例1〜3)は、ガスバリア層24を設けない従来の表示装置(比較例)よりも、液晶層内の気泡数が少ないことが確認され、本発明に係るガスバリア層24の有効性が確認された。また、ガスバリア層24を備えた本発明の表示装置の中でも、樹脂材料からガスバリア層24を備えたもの(実施例1)より、有機−無機ハイブリッド材料からなる主ガスバリア層242を備えたもの(実施例3)の方が高いガス遮断性を示しており、さらに有機−無機ハイブリッド材料からなる主ガスバリア層242を備えたもの(実施例3)よりも無機材料からなる主ガスバリア層242を備えたもの(実施例2)の方がより高いガス遮断性を示している。
なお、本実施形態では、サブガスバリア層の材料として樹脂材料を用いているが、無機材料または有機−無機ハイブリッド材料を用いてもよい。このようにすれば、よりガスバリア層のガス遮断性を高めることができる。また、サブガスバリア層の材料として例示した樹脂材料を用いてスペーサを形成し、スペーサをサブガスバリア層として機能させ、サブガスバリア層を設けないようにしてもよい。
また、電気光学物質層30としては、液晶以外にも、有機EL材料や電気泳動材料等を用いてもよい。また、カラーフィルタ層24を設けず、白黒画像を表示するようにしてもよいし、例えばカラー表示機能を有する有機EL素子を用いてフルカラー表示するようにしてもよい。また、2つ以上の視点から2つ以上の異なる画像が視認されるようにしてもよい。
[電子機器]
上記実施形態の液晶装置(表示装置)を備えた電子機器の例について説明する。
図3(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図3(a)において、符号500は携帯電話本体を示し、符号501は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。図3(b)は、本例の携帯電話によって立体画像Vを表示できる仕組みを説明する図である。図3(b)が示すように、液晶表示部501からは、画像VL、VRが異なる方向に向けて出力されており、ユーザーUは画像VLを左目視点で、画像VRを右目視点で、それぞれ視認できるようになっている。これら画像VL、VRが同時に視認されることにより、ユーザーUは両眼視差によって遠近感のある立体画像Vを視認することができる。
また、図4(a)は、カーナビゲーションシステムの一例を示した斜視図である。図4(a)において、符号600はカーナビゲーションシステム本体を示し、符号601は上記実施形態の液晶装置を用いた液晶表示部を示している。図4(b)は、本例のカーナビゲーションシステムによって、運転者DRと助手席乗員PAとが、異なる画像を視認できる仕組みを説明する図である。図4(b)が示すように、液晶表示部601からは、画像VL、VRが異なる方向に向けて出力されており、運転者DRは画像VRのみが、画像V助手席乗員PAには画像VLのみが、それぞれ視認される。このようにして、例えば運転者DRが地図等の画像を視認しつつ、同時に助手席乗員PAが映画等の画像を視認することができる。
このように図3と図4に例示した電子機器は、表示部に上述の本発明の一例たる表示装置(液晶装置)1を適用したものであるので、表示品質が高く、かつ長寿命の電子機器となる。
本発明に係る表示装置1の等価回路図。 表示装置1の要部断面を示す概略図。 本発明の表示装置を備えた電子機器の例について説明する図。 本発明の表示装置を備えた電子機器の例について説明する図。
符号の説明
1・・・表示装置(液晶装置)、10・・・第1基板、20・・・第2基板、21・・・透明基板、22・・・視差バリア層、23・・・ポリマー層(スペーサ)、24・・・ガスバリア層、241・・・サブガスバリア層、242・・・主ガスバリア層、25・・・カラーフィルタ層、30・・・電気光学物質層

Claims (6)

  1. 第1電極を有する第1基板と、この第1基板に対向して配置された第2基板と、これら基板間に挟持された電気光学物質層と、を備えた表示装置であって、
    前記第2基板は、透明基板と、この透明基板の内面側に形成された視差バリア層と、この視差バリア層の内面側に形成された透光性の樹脂からなるスペーサと、このスペーサの内面側に形成された第2電極と、を有し、
    前記スペーサと前記第2電極との間には、少なくとも1層のガスバリア層が形成されていることを特徴とする表示装置。
  2. 前記ガスバリア層は、前記第2電極と接して形成された主ガスバリア層を有しており、この主ガスバリア層は無機材料からなることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記ガスバリア層は、前記第2電極と接して形成された主ガスバリア層を有しており、この主ガスバリア層は、無機材料と有機材料とを結合させた材料からなることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記ガスバリア層は、前記スペーサと接して形成されたサブバリア層を有しており、このサブガスバリア層は樹脂材料からなることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記スペーサと前記第2電極との間には、カラーフィルタ層が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の表示装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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