JP2009103818A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック基板の液晶セルを適用しても、装置全体に反りを発生させることがない液晶表示装置の提供
【解決手段】 液晶表示装置は、基板がプラスチック材料で形成された液晶セル１と、この液晶セル１の表面側に配設された表面側偏光板２と、液晶セル１の裏面側に配設された裏面側偏光板３と、表面側偏光板２の更に表面側に配設された保護板４とを含んでいる。また液晶表示装置は、裏面側偏光板３の更に裏面側に、保護板４と表面側偏光板２との間の線膨張係数の相違に基づく反りを抑制する反り防止部材５を配設してある。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機器、電子手帳、携帯電話などの種々の電子機器の表示部として用いられる液晶表示装置に関し、特に液晶セル基板がプラスチック材料で形成されてなる液晶表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、液晶セルの表面側及び裏面側に偏光板を接着した基本構造を有している（図７参照）。

液晶セルは、表面側及び裏面側にそれぞれ一定の間隔をおいて基板を配置するとともに、その中間部の周囲をシール材で覆って密封状態とし、この密封空間内に液晶を封入した構造となっている。液晶セルの基板には、これまでガラス基板が主に用いられてきたが、近年、薄型化や軽量化などの目的から一部でガラス基板の代わりにプラスチック基板が用いられてきている。

偏光板は、例えば、直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を吸収する吸収型偏光板や、直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する反射型偏光板などの種類があり、目的に応じて使い分けられている。

また、液晶表示装置には、偏光板の表面側に保護板（カバーレイともいう）を配設した構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。保護板は、透明な樹脂フィルムなどで形成されており、液晶表示装置をシート状のモジュールとする場合、偏光板の表面に接着されることがある。
特開平０７−２１８９０１号公報

ここで、偏光板と保護板は、温度変化に伴い伸縮する特性を有している。その伸縮度合いは、各部材の線膨張係数に依存しており、一般には保護板の方が偏光板よりも線膨張係数が小さい。このため、偏光板の表面に保護板を貼り合わせた積層構造にあっては、各部材間における温度変化に伴う伸縮量の相違に起因して、反りが生じた。

もっとも、液晶セルがガラス基板を用いた構成の場合は、偏光板の積層部分に反りが発生しようとしても、ガラス基板の剛性により当該反りの発生が抑えられる。よって、従来は反りの問題が顕在化することはなかった。
しかし、液晶セルがプラスチック基板を用いた構成の場合は、プラスチック基板が可撓性を有しているため、温度変化に伴い偏光板の積層部分に発生する反りを液晶セルで規制することができず、液晶表示装置全体としても反りが生じるおそれがあった。
この種の反りは、液晶表示装置ひいては同装置を組み込んだ電子機器の外観品質を低下させるばかりではなく、表示斑が生じるなど表示特性の低下にもつながる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、保護板と偏光板の積層構造に起因する反りの発生を抑制できる液晶表示装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、可撓性を有する基板間に液晶を挟持した液晶セルと、当該液晶セルの両面側の少なくとも一方に配置された吸収型偏光板と、を含む液晶表示装置において、
吸収型偏光板の液晶セルと反対側に配置された保護板と、
吸収型偏光板の液晶セル側に配置され、保護板と吸収型偏光板との間の線膨張係数の差によって生じる反りを抑制する反り防止部材と、
を有することを特徴とする。

上記構成の液晶表示装置においては、温度変化に伴い、吸収型偏光板と保護板との間に、互いの線膨張係数の相違に基づき反りが生じようとする。本発明によれば、保護板がある吸収型偏光板の反対側に反り防止部材を配設し、反り防止部材の吸収型偏光板との間の反りをもって上記保護板との間の反りを相殺することで、装置全体として反りの抑制を図っている。

また液晶表示装置は、可撓性を有する基板間に液晶を挟持した液晶セルと、当該液晶セルの両面側にそれぞれ配置された吸収型偏光板と、を含み、
一方の吸収型偏光板の液晶セルと反対側に配置された保護板と、
他方の吸収型偏光板の液晶セルと反対側に配置され、保護板と吸収型偏光板との間の線膨張係数の差によって生じる反りを抑制する反り防止部材と、
を有する構成であってもよい。

このような構成とすれば、液晶表示装置は、保護板、吸収型偏光板、液晶セル、吸収型偏光板、反り防止部材の順に積層され、保護板と反り防止部材が液晶セルを挟んでちょうど対称の位置となる。よって、本発明によれば、保護板と吸収型偏光板との間に生じる反りを、対称位置にある吸収型偏光板と反り防止部材との間の反りをもって相殺することで、装置全体として反りの抑制することができる。

ここで、反り防止部材には、保護板と吸収型偏光板との間の線膨張係数の相違に基づく曲げ応力に対し逆向きの曲げ応力を生じさせる可撓性部材を適用することができる。このような構成によれば、保護板と吸収型偏光板との間に生じる曲げ応力が、可撓性を有する反り防止部材の曲げ応力によって相殺されるため、装置の他の構成部分に反りの影響を及ぼすおそれもなく、特に液晶セルの耐久性を向上させることが可能となる。

また反り防止部材は、保護板と同等の線膨張係数を有する材料によって形成することができる。反り防止部材を保護板と同等の線膨張係数とすることにより、吸収型偏光板との積層構造に生じる曲げ応力を等しくすることができ、これら曲げ応力が相互に相殺されるため、装置全体として反りを抑制することが可能となる。

また反り防止部材は、保護板と同じ材料で形成されていることが好ましい。さらに反り防止部材は、保護板と同じ厚さに形成されていてもよい。

このように、保護板と反り防止部材の材料または厚さを同じにすることで、線膨張係数などの特性も同じになる。その結果、吸収型偏光板と保護板と、吸収型偏光板と反り防止部材との積層構造に生じる曲げ応力を等しくすることができ、これら曲げ応力を相互に相殺することができる。

さらに反り防止部材は、吸収型偏光板と保護板との間に介在させた接着層を兼ねることもできる。反り防止部材が接着層を兼ねることにより、吸収型偏光板と液晶セルとの間を接着し、且つこの接着層が吸収型偏光板と保護板との曲げ応力を相殺する機能を果たすことが可能となる。

以上説明したように、本発明の液晶表示装置によれば、反り防止部材を裏面側偏光板の裏面側に配設し、この反り防止部材の反りをもって上記表面側偏光板と保護板との間の反りを相殺することで、装置全体として反りを抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１乃至図４は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す図である。図１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、同じく全体構成を概略的に示す側面断面図である。
図１及び図２に示すように、液晶表示装置は、基板がプラスチック材料で形成された液晶セル１と、この液晶セル１の表面側に配設された表面側偏光板２と、液晶セル１の裏面側に配設された裏面側偏光板３と、表面側偏光板２の更に表面側に配設された保護板４（カバーレイともいう）とを含んでいる。

液晶セル１は、一定の間隔をおいて平行に配置された表面側プラスチック基板１０及び裏面側プラスチック基板１１と、各プラスチック基板１０、１１の間の空間を密封するシール部材１２と、各プラスチック基板１０、１１の間に注入される液晶層１３とによって主要部が構成されている。また図示してはいないが、表面側プラスチック基板１０と裏面側プラスチック基板１１の内面にはスペーサが配設してあり、二枚のプラスチック基板１０、１１の間隔を保持している。

本実施形態の各プラスチック基板１０、１１は、ポリカーボネイト樹脂によって形成されており、可撓性を有した光学的透明基板となっている。ただし、各プラスチック基板１０、１１は、これに限定されるものではなく、例えば、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂等により形成することもできる。

またシール部材１２は、例えば、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、ポリオール樹脂、無機充填材を含む主剤と、イソシアネート化合物およびシランカップリング剤を含む硬化剤とを混合して得られた二液混合式の組成物によって構成している。

液晶セル１の液晶層１３は、誘電異方性が正のネマティック液晶を注入しており、液晶分子の配向方向が各プラスチック基板１０、１１の間で９０°の捩れるようにしたＴＮ（ツイステッドネマティック）配向セルとしている。なお液晶層１もＴＮ配向セルに限定されるものではなく、例えばＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）配向、ホモジニアス配向、ホメオトロピック配向等を用いることができる。

また液晶セル１は、各プラスチック基板１０、１１上の液晶層１３に面する側に、透明電極（図示せず）がそれぞれ形成されている。この透明電極は、例えばＩＴＯ膜等の導電膜から構成される。液晶層１３は、透明電極を介してしきい電圧よりも充分に大きな電圧が印加されると、正の誘電異方性によって液晶分子が電解方向に並んだホメオトロピック配向となって９０°のねじれが解消されることになる。

この液晶セル１の表面側と裏面側に配設される表面側偏光板２及び裏面側偏光板３は、入射光のうち入射面に平行な振動面を有する偏光成分を透過するとともに、入射面に直交する偏光成分を吸収する吸収型偏光板を適用している。吸収型偏光板２０は、例えば、ポリビニルアルコールなどの高分子材料にヨウ素を吸着させて一定方向に延伸して偏光フィルムを形成し、この偏光フィルムの両面にトリアセチルロースなどの光学的基板を貼り合わせ一体化した構造となっている。これら各偏光板２、３は、同じ材料で且つ同じ厚さに形成されたものを配設している。

また保護板４は、液晶表示装置の表示面を保護するために、表面側偏光板２の表面側に接着されている。この保護板４は、各プラスチック基板１０、１１と同様に、ポリカーボネイト樹脂によって形成されており、可撓性を有した光学的透明基板となっている。ただし保護板４は、これに限定されるものではなく、例えば、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂等により形成することもできる。

このような構成からなる液晶表示装置において、本実施形態では裏面側偏光板３の更に裏面側に反り防止部材５が接着されている。この反り防止部材５は、保護板４と同じ材料を用い、且つ同じ厚さに形成してある。これにより反り防止部材５は、保護板４と同等の線膨張係数を有し、且つ可撓性や透明性を備えた層となっている。反り防止部材５は、このように保護板４と同等の線膨張係数を有することで、保護板４と表面側偏光板２との間の線膨張係数の相違に基づく反りを抑制するように機能する。

一般に、吸収型偏光板は、温度が上昇すると配向方向に向かって延伸する特性を有している。また液晶セル１のプラスチック基板１０、１１、保護板４、反り防止部材５もそれぞれ異なる線膨張係数を有している。例えば、プラスチック基板１０、１１と、表面側及び裏面側偏光板２、３と、保護板４及び反り防止部材５と、を比較した場合、線膨張係数は、表面側及び裏面側偏光板２、３のほうがプラスチック基板１０、１１や保護板４、反り防止部材５よりも大きくなる。このような線膨張係数の違うプラスチック基板１０、１１、各偏光板２、３、保護板４、反り防止部材５がそれぞれ接着してある場合、温度上昇に伴い、接着面を基点に曲げ応力が発生する。

図３は、従来の偏光板の接着によって生じる反りを概略的に示した側面断面図である。
例えば、保護板４と表面側偏光板が接着してある場合、図３（ａ）に示すように、線膨張係数が大きい表面側偏光板側に湾曲する。また液晶セルの裏面側プラスチック基板と裏面側偏光板が接着してある場合、図３（ｂ）に示すように、線膨張係数が大きい裏面側偏光板側に湾曲する。

したがって、このような線膨張係数の異なる板間を接着した積層構造により、液晶表示装置には反りが発生することになる。例えば、図３（ｃ）に示すように、液晶表示装置が保護板４、表面側偏光板２、液晶セル１、裏面側偏光板３の順に積層して接着してある場合は、温度上昇に伴い、液晶表示装置全体の中央部分が裏面側方向に湾曲する。この反りの発生により、液晶表示装置は、表示面に表示ムラが生じるなど表示装置としての性能に支障が出るおそれがあった。

図４は、第１の実施形態に係る液晶表示装置において反り防止部材の作用を概略的に示す側面断面図である。
図４（ａ）に示すように、本実施形態の液晶表示装置は、保護板４、表面側偏光板２、液晶セル１、裏面側偏光板３、反り防止部材５を順に積層した構造を有している。なお液晶表示装置は、反り防止部材５の裏面側に所定間隔をあけてバックライト６が更に設けられている（図１、２参照）。
このような構造の液晶表示装置は、保護板４と反り防止部材５、表面側偏光板２と裏面側偏光板３が、それぞれ同じ材料で且つ同じ厚さに形成されていることから、液晶セル１を中心とする対称の積層構造となっている。

よって、液晶セル１の表面側では、表面側偏光板２と保護板４が接着していることによって、表面側偏光板２側に曲げ応力が働く（図３（ａ）参照）。一方、液晶セル１の裏面側では、裏面側偏光板３と反り防止部材５が接着していることによって、裏面側偏光板３側に曲げ応力が働く（図４（ｂ）参照）。

すなわち反り防止部材５は、表面側偏光板２と保護板４との間の線膨張係数の相違に基づく曲げ応力に対し逆向きの曲げ応力を生じさせる。これにより液晶表示装置は、液晶セル１の表面側の曲げ応力に対し、液晶セル１の裏面側の曲げ応力が対抗し合うことになり、液晶表示装置全体としては曲げ応力が相殺された状態となり、装置全体として反りの発生を抑制することができる（図４（ｃ）参照）。

以上のように第１の実施形態の液晶表示装置によれば、装置全体の反りの発生を抑制することが可能となり、その結果、表示性能の優れた液晶表示装置を提供することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例や応用例が可能なことは勿論である。例えば、反り防止部材５は、第１の実施形態において保護板４と同じ材料で同じ板厚としたが、これに限定されるわけではなく、線膨張係数がほぼ近似していれば別材料及び別の板厚を適用してもよい。

〔第２の実施形態〕
図５は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す側面断面図である。なお、以降の第２、第３の実施形態に係る液晶表示装置において、先に示した第１の実施形態に係る液晶表示装置と同一部分または相当する部分には、同一符号を付しその部分の詳細な説明は省略する。
図５に示すように、第２の実施形態に係る液晶表示装置は、可撓性を有する液晶セル１の表面側に、保護板４と、表面側偏光板２と、反り防止部材５とを積層した構成である。一方、液晶セル１の裏面側については特に図示していないが、曲げ応力が小さく、大きな反りを生じさせない構成であればよく、特定の構造に限定されるものではない。

この積層構造のうち保護板４と反り防止部材５は、同じ材料を用い、且つ同じ厚さに形成してある。したがって保護板４と反り防止部材５は同じ線膨張係数を有していることになる。また表面側偏光板２には吸収型偏光板を適用している。すなわち、液晶セル１の表面側は、保護板４と反り防止部材５が表面側偏光板２を挟んで対称の位置に配設されている。

このように液晶セル１の表面側が積層されることで、保護板４と表面側偏光板２との間に線膨張係数の違いによって反りが生じたとしても、表面側偏光板２と反り防止部材５との間の線膨張係数の違いによって生じる曲げ応力が反りを相殺する。これにより液晶セル１の表面側の反りの発生を防止し、また装置全体としての反りを抑制することができる。
なお、表面側偏光板２と液晶セル１との間は、時間経過によって固形化する接着層を反り防止部材５として適用してもよい。反り防止部材５が接着層を兼ねることにより、表面側偏光板２と液晶セル１との間を接着し、且つこの接着層に表面側偏光板２と保護板４との曲げ応力を相殺するように機能させることができる。

〔第３の実施形態〕
図６は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す側面断面図である。
図６に示すように、第３の実施形態に係る液晶表示装置は、スイッチシート６の表面側にバックライト７を設けた構成である。また本実施形態の液晶表示装置は、板状部材８及びシート部材９がバックライト７の表面側に配設されている。したがって液晶表示装置は、表面側から保護板４、表面側偏光板２、液晶セル１、裏面側偏光板３、シート部材９、板状部材８、バックライト７、スイッチシート６の順に積層した構造体となっている。

液晶表示装置のスイッチシート６は、押圧力の作用又は解除に応じて電流を導通又は遮断するスイッチ部６０が設けてあり、このスイッチ部６０は電子機器のスイッチ回路に接続されている。またバックライト７は、厚さが０．２ｍｍのＥＬ（エレクトロルミネセンス）シートを適用しており可撓性を有している。ユーザは、表示面を押すことでバックライト７を介してスイッチ部６０を押圧することとなり、液晶表示装置と一体になった電子機器を操作することができる。このようなスイッチシート６を適用した装置としては、例えば特開昭６３−１３２３２３に開示されたものなどがある。

板状部材８は、十分な剛性及び耐熱性を備えたポリプロピレン樹脂を適用して形成されている。しかしながら板状部材の材質はこれに限定されるものではなく、例えば、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂など合成樹脂、あるいはガラス材、金属材等を適用してもよい。またスイッチシート６のスイッチ部６０と対抗する部位には、表面から裏面に貫通する透孔８０が設けられている。この板状部材８は、スイッチシート６の表面側に配設されることにより、透孔８０がスイッチ部６０に対向する部分のみを開放し、それ以外の部分を保護する層として機能する。

一方、シート部材９は、保護板４と同じ材料によって形成される。したがってこのシート部材９は、保護板と同じ線膨張係数と一定の可撓性を有しており、反り防止部材５として機能する。またシート部材９の裏面には、板状部材８の透孔８０と対向する部位に突出部９０が形成されている。この突出部９０の高さは、板状部材８の板厚に関係し、スイッチ部６０上にあるバックライト７に当接できる形状となっている。

これらシート部材９、板状部材８は、裏面側偏光板３の更に裏面側において互いに係合して積層される。すなわち積層構造では、シート部材９の突出部９０が、板状部材８の透孔８０に挿入されており、且つバックライト７を介してスイッチシート６のスイッチ部６０と対向した状態となっている。

液晶表示装置を介して電子機器の操作をする場合、ユーザはスイッチ部６０が下層にある箇所の表示面を押圧する。この押圧力は、保護板４、表面側偏光板２、液晶セル１、裏面側偏光板３を通りシート部材９に伝達される。シート部材９は可撓性を有しているため、この押圧力が突出部９０にそのまま伝達されることとなり、裏面側の突出部９０が摺動しバックライト７を介してスイッチ部６０を押圧する。以上のようにして、ユーザはスイッチ部６０を操作することができる。

また本実施形態の液晶表示装置は、裏面側偏光板３とシート部材９が接着されるとともに、シート部材９と板状部材８が接着されない構成となっている。これにより液晶表示装置は、保護板４、表面側偏光板２、液晶セル１、裏面側偏光板３、シート部材９による積層構造が形成されることになり、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

したがって、液晶表示装置の温度が上昇すると、シート部材９は、保護板４と表面側偏光板２との間の線膨張係数の相違に基づく曲げ応力に対し逆向きの曲げ応力を生じさせる。その結果、液晶表示装置は、液晶セル１の表面側の曲げ応力に対し、液晶セル１の裏面側の曲げ応力が対抗し合うことになる。このとき積層構造に板状部材８が接着されていないため、板状部材８よりも裏面側にあるスイッチシート６やバックライト７が液晶表示装置の反りに影響を及ぼすことがない。よって液晶表示装置全体としては、曲げ応力が相殺した状態となり、装置全体として反りの発生を抑制することができる。なお、シート部材９と板状部材８の間にゲル状の接着層を設けて同様の効果が得られる。

第１の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す側面断面図である。 従来の偏光板の接着によって生じる反りを概略的に示した側面断面図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置において反り防止部材の作用を概略的に示す側面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す側面断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の全体構成を概略的に示す側面断面図である。 液晶表示装置の一般的な構成を示す概略斜視図である。

符号の説明

１：液晶セル、２：表面側偏光板、３：裏面側偏光板、４：保護板、５：反り防止部材、６：スイッチシート、７：バッグライト、８：板状部材、９：シート部材、
１０：表面側プラスチック基板、１１：裏面側プラスチック基板、１２：シール部材、１３：液晶層、
６０：スイッチ部、８０：透孔、９０：突出部、

Claims (7)

1. 可撓性を有する基板間に液晶を挟持した液晶セルと、当該液晶セルの両面側の少なくとも一方に配置された吸収型偏光板と、を含む液晶表示装置において、
   前記吸収型偏光板の前記液晶セルと反対側に配置された保護板と、
   前記吸収型偏光板の前記液晶セル側に配置され、前記保護板と前記吸収型偏光板との間の線膨張係数の差によって生じる反りを抑制する反り防止部材と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 可撓性を有する基板間に液晶を挟持した液晶セルと、当該液晶セルの両面側にそれぞれ配置された吸収型偏光板と、を含む液晶表示装置において、
   前記一方の吸収型偏光板の前記液晶セルと反対側に配置された保護板と、
   前記他方の吸収型偏光板の前記液晶セルと反対側に配置され、前記保護板と前記吸収型偏光板との間の線膨張係数の差によって生じる反りを抑制する反り防止部材と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記反り防止部材は、前記保護板と前記吸収型偏光板との間の線膨張係数の相違に基づく曲げ応力に対し逆向きの曲げ応力を生じさせる可撓性部材であることを特徴とする請求項１又は２の液晶表示装置。
4. 前記反り防止部材は、前記保護板と同等の線膨張係数を有する材料で形成してあることを特徴とする請求項１又は２の液晶表示装置。
5. 前記反り防止部材は、前記保護板と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２の液晶表示装置。
6. 前記反り防止部材は、更に、前記保護板と同じ厚さで形成されていることを特徴とする請求項５の液晶表示装置。
7. 前記反り防止部材は、前記吸収型偏光板と前記保護板との間に介在させた接着層を兼ねることを特徴とする請求項１の液晶表示装置。

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