JP2009300495A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストレスによって液晶層内に気泡が発生するという問題を解消することを可能とする液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１プラスチック基板（１０２)、第２プラスチック基板（１０８）及び第１及び第２プラスチック基板間に封入された液晶層（１０５）を有する液晶セル（１２０）と、液晶セルと平面的に対向する樹脂シート（１３５）と基板（１４０）と、液晶セルと基板とを接着し且つ液晶セルと基板との変形量の違いを吸収する弾性接着層（１３０）を有し、樹脂シート（１３５）の面は防湿性を有することを特徴とする液晶表示装置（１００）。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に液晶セルを用いた液晶表示装置に関する。

フィルム基板間に液晶が封入された液晶表示装置において、液晶が封入された領域内への空気の侵入を低減するためにＩＴＯ等の透明導電材料からなる保護膜を設けることが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載される液晶表示装置では、上下のフィルム基板の透明電極同士が対向しない非表示領域に空気透過率の極めて低いＩＴＯなどの無機系の透明な導電材料からなる保護層を設けることによって、フィルム基板からの空気の侵入を低減させ、気泡による表示不良を抑えようとしていた。

可撓性液晶表示器の下方にスイッチを配置し、使用者の指によって可撓性液晶表示器の上から物理的変形を起こしてスイッチを動作させるデータエントリ装置が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０００−２８４３１０号公報（第２図） 特開昭６３−１３２３２３号公報（第３図）

図１は、液晶封入領域での気泡の発生を説明するための図である。

図１に示す液晶表示装置１では、シール部材４の内部に、キャラクター、テンキー等の点灯制御のために、透明導電膜がエッチングされた第１の領域１０と、透過モードと非透過モードを切り換え、液晶表示装置の後方にある物体の可視性を制御する等のために、透明導電膜がエッチングされずに（ベタのままで）残されている大きなパターン化領域１１を有している。

基板と液晶層中のガス濃度は、外部環境に応じて平衡状態を保っているが、外部環境が変化すると場合によって液晶層中のガス成分が過飽和となる場合がある。このような場合に、外部から液晶層に圧力や温度の急激な変化によるストレスが加わると、ガス成分が分離し、図１の１２に示すような気泡が発生する。

図２は、液晶セルの歪みによるストレスを説明するための図である。

図２（ａ）は液晶表示装置の断面図の一例を示し、図２（ｂ）は液晶表示装置の曲げ・反りの例を示す図である。

図２（ａ）に示すように、平面平板状に製造された液晶セル１も、所定の枠体に配置されたり、様々な使用時に加えられる圧力等によって、図２（ｂ）に示すように、曲がったり、反ってしまったりしてしまう。そのような歪が定常的に液晶セル１に加わると、図１で説明したように、液晶セル１は、外部環境の変化によるストレスが加えられた状態となり、液晶層中に気泡が発生しやすくなるという問題があった。特に、表示パネルの下方にスイッチ基板があるようなものでは、曲げや反りが起き易く、液晶層中に気泡が発生して消滅せずに残る現象が生じ易くなる。

また、光学特性を向上させるため、または液晶セルと他のモジュールを重ね合わせる際
のスペーサとして機能させるために、液晶セルと樹脂シートを重ね合わせることがあるが、この樹脂シートの吸水率が高いと、高温・多湿の条件下で行われる信頼試験後に、樹脂シートが水分を吸収して膨潤し、樹脂シートの接着面で気泡が発生する問題が生じた。

そこで、本発明は、外部環境の変化等によるストレスによって液晶層内における気泡発生と、液晶セルの周囲に配置する部材との接着層においての気泡発生との問題を解消し、良好な表示品質の液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１プラスチック基板と、第２プラスチック基板と、第１プラスチック基板と第２プラスチック基板間に封入された液晶層とを有する液晶セルと、液晶セルと平面的に対向する基板とを有する液晶表示装置であって、液晶セルと基板との間には変形量の違いを吸収する弾性接着層を設け、弾性接着層と液晶セルの間には樹脂シートを備え、樹脂シートの弾性接着層側の面が、防湿性を有することを特徴とする。

また、樹脂シートの弾性接着層側の面における吸水率が、１％未満であることを特徴とする。または、樹脂シートの弾性接着層側の面には、防湿層が配置されていることを特徴とする。

樹脂シートは、ポリカーボネイトまたはポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする。または、防湿層が配置されている樹脂シートはトリアセチルセルロース、またはポリアミド、またはポリエーテルサルフォンであることを特徴とする。また、樹脂シートおよび基板は、透明であることを特徴とする。また、基板は、ガラスであることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置では、液晶セルと基板とを接着している接着層が、外部からの衝撃による液晶セルと基板との変形量の違いを吸収するので、ストレスによる気泡の発生を防止することが可能となった。

また、使用する樹脂シートの弾性接着層側の面が、防湿性を有するので、液晶セルと樹脂シートと弾性接着層と基板とを貼りあわせた後に、高温・多湿の環境下で行われる信頼性試験を経た後でも、樹脂シートと弾性接着層側の面が、防湿性を有するので、水分等の進入を防ぎ、弾性接着層との間に発生する気泡を解消することができた。

とくに、樹脂シート自体の吸水率が、１％未満のものを使用することにより、弾性接着層との間の気泡発生を顕著に防ぐことができる。また樹脂シート自体の吸水率が１％未満でなくとも、弾性接着剤側の面に防湿層を配置して、防湿性を持たせることにより、樹脂シートの吸水率が１％未満になれば、同様の効果が得られる。また、防湿層を樹脂シートの両面に配置すれば、より高い信頼性を得ることができる。

また液晶セルの外側に構成部品として偏光板が配置されるが、樹脂シートをこの偏光板と接して設ける場合には、樹脂シートの熱膨張率が偏光板の熱膨張率と近い方が好ましい。偏光板の材質として一般的なものは、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などが挙げられるが、このような材質は吸水率が１％以上であることが多いので、このように偏光板と同様な材質の樹脂シートを用いる場合には、表面層にハードコートなどの防湿層を配置して、表面の吸水率が１％未満になるようにする。このように構成することによって、信頼性試験をした場合であっても、液晶セルとの膨張率との差がなく、液晶表示装置にひずみが発生しにくくなる。また液晶表示装置内に気泡を発生することがないので、良好な表示品質を実現できる。

以下図面を参照して、本発明に係る液晶表示装置について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、視認側に液晶セルを配置し、液晶セルの背後に、基板または表示部等を設けている。

図３は、本実施例に係る液晶セル１２０を含む液晶表示装置１００の概要構成を示す図である。図３（ａ）は液晶表示装置１００の断面図を示し、図３（ｂ）は基板１４０の表面図を示している。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。

図３に示すように、液晶表示装置１００は、液晶セル１２０、樹脂シート１３５、接着層１３０、基板１４０、及び表示部１５０等から構成されている。

液晶セル１２０は、第１偏光層１０１、第１プラスチック基板１０２、第２プラスチック基板１０８、第２偏光層１０９、シール部材１１０、第１及び第２プラスチック基板間の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ１１１、第１及び第２プラスチック基板とシール部材間に封入された液晶層１０５等を有している。また、第１プラスチック基板１０２上には第１透明電極パターン１０３及び第１配向膜１０４が形成され、第２プラスチック基板１０８上には第２透明電極パターン１０７及び第２配向膜１０６が形成されている。

また、液晶層１０５には、一般的に用いられているＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶等が用いられる。さらに、第１偏光層１０１の透過軸と第２偏光層１０９の透過軸とは、互いに約９０度傾いた状態に配置されている。

第１及び第２プラスチック基板１０２、１０８は、可撓性であって、厚さ１００μｍのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第１及び第２プラスチック基板１０２、１０８は、これに限定されるものではなく、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であっても良く、また厚さも５０μｍ〜２５０μｍとすることができる。

第１及び第２透明電極パターン１０３及び１０７は、第１及び第２プラスチック基板１０２及び１０８上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約０．０３μｍのＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによってパターン化されている。

樹脂シート１３５は、位相差板や散乱板などの光学シート、あるいは液晶セル１２０と基板１４０との距離を一定に保持するスペーサである。樹脂シート１３５の厚さは約４０μｍであり、その材質は、吸水率が１％未満のポリカーボネイト樹脂である。本実施例では、０．１５％の吸水率のポリカーボネイト樹脂シートを採用した。

吸水率の値は、樹脂シートを製造するメーカーのカタログで示されている値である。一般的な吸水率の測定方法としては、５０℃のオーブンで２４時間乾燥し、その後デシケータ内で室温まで冷却し、質量の変化が±０．１ｍｇ以内となるまで、乾燥・冷却を繰り返したのち、質量ｍ１を測定し、そして２３℃の蒸留水に２４時間浸漬して、表面の水分をふき取った後、質量ｍ２を測定し、乾燥時の質量ｍ１と水分含有時の質量ｍ２との比率により測定されることが知られている。

接着層１３０は、厚さが２００μｍのエラストマー（例えば日立化成社製エラストマーシート）を基材とし両面に光学糊を塗布した総厚が２５０μｍの弾性を有する透明な接着剤であり、樹脂シート１３５と基板１４０とを接着している。また、接着層１３０の透過率は９２．０％、ヤング率は３．３×１０^４Ｐａ、密度は１．０５ｇ／ｃｍ^３、ショア硬度（ＪＩＳ Ｋ ６２５）は１０であったがこれは一例であって、これに限定されるものではない。

基板１４０は、厚さ１．０ｍｍの透明なアクリル材料から構成され、液晶セル１２０の外形形状と同じ外形形状を有している。また、基板１４０は、図３（ｂ）に示すように、第１開口部１４１、第２開口部１４２及び第３開口部１４３を有している。基板１４０は、液晶セル１２０と接着することによって、液晶セル１２０の補強部材として機能する一方、エラストマーからなる接着層１３０は外部から基板１４０に加わった衝撃を吸収し液晶セル１２０へ減衰させて伝達させるので、ストレスによる液晶層１２４における気泡の発生を防止することが可能となる。また、接着層１３０と接している樹脂シート１３５は吸水率が１％未満であったので、高温・多湿な環境下での信頼性試験後に室温下まで冷却した場合であっても、樹脂シート１３５が水分の影響を受けることがなく、接着層１３０の接着面に気泡が発生することがない。なお、基板１４０は、アクリル材料ではなく、ガラスから構成されるようにしても良い。

基板１４０の背後には空気層を介して、表示部１５０を設けている。表示部１５０は、表示体とスイッチシートの積層物である。表示体は、ガラス基板間又はプラスチック基板間に液晶が挟持された液晶セル、透明電極層、発光層、絶縁層、背面電極層等を含んでいる有機又は無機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ等であり、不図示の制御部からの駆動信号に応じて、所定の表示を行えるように構成されている。なお、スイッチシートは、表示体上部に配置し、押圧位置を抵抗値から算出するタッチパネル等が使える。表示体に可撓性がある場合はスイッチシートを表示体下に設けても良い。

以下、液晶表示装置１００の利用例について説明する。

液晶セル１２０では、第１及び第２透明電極パターン間に所定の電圧が印加されることによって、液晶層１０５は透過モードと非透過モードに切換わるように構成されている。液晶セル１２０は、表示部１５０の上部、つまり視認側に配置されているので、液晶セル１２０の第１及び第２透明電極パターン間に所定の電圧を印加することによって、液晶セル１２０を透過モードとし、表示部１５０の表示内容が視認され得る状態とすることができる。一方、液晶セル１２０の第１及び第２透明電極パターン間に所定の電圧を印加することによって、液晶セル１２０を非透過モードとし、表示部１５０の表示内容が視認できない状態とすることができる。

例えば、表示部１５０の表示内容を視認され得る状態において、図３（ｂ）に示すように、表示部１５０の基板１４０の開口部１４１、１４２及び１４３に対応した箇所に、表示例１５１、１５２及び１５３を表示する。ここでは、表示例１５１はファンクションキーに、表示例１５２はアルファベットのキーに、表示例１５３はテンキーに対応させている。このように、液晶表示装置１００は、液晶セル１２０が透過モードの場合には入力キーを表示し、液晶セル１２０が非透過モードの場合には表示内容を全て隠してしまうように構成することができる。なお、図３（ｂ）に示した基板１４０の開口部の形状、箇所、個数等、及び表示部１５０の表示例は一例であって、様々な変形が可能である。

本実施例では、０．１５％の吸水率のポリカーボネイト樹脂シートを採用したが、吸水率が０．５％のポリエチレンテレフタレート樹脂シートでも同様に良好な結果が得られた。

図４は、本実施例に係る液晶セル１２０を含む他の液晶表示装置２００の概要構成を示す断面図である。図４において、図３に示した液晶表示装置１００と同様の構成には、同じ番号を付した。図４に示す液晶表示装置２００と図３に示す液晶表示装置１００との差異は、液晶表示装置２００が表示部１５０を有していない点である。即ち、図４に示す液晶表示装置２００は、液晶セル１２０、樹脂シート１３５、接着層１３０及び基板１４０から主に構成されている。基板１４０は、図３に示す液晶表示装置１００と同様に、液晶セル１２０の補強部材として機能する上に、液晶セル１２０と、樹脂シート１３５および弾性接着層１３０によって接着されているため、外部からの衝撃に対し気泡の発生を防止することが可能である。また、樹脂シート１３５は吸水率が１％未満であるので、高温・多湿の環境下を経た後でも、気泡が発生せず、良好な表示を行うことが可能である。

図３で図示した実施例１の構成を用いて、実施例１で採用した吸水率０．５％のポリカーボネイト樹脂の樹脂シート１３５の代わりに吸水率４％のトリアセチルセルロース樹脂を採用して、液晶表示装置を構成し、高温・多湿の信頼性試験を行った。その結果、接着層１３０で発生していると思われる気泡が多く見られた。その他、樹脂シート１３５として、吸水率１．４％のポリエーテルサルフォン樹脂、吸水率１．３％のポリアミド樹脂を用いて、同様な試験を行っても、気泡が発生した。そこで、これらの樹脂シートの表面に防湿性を持たせるために、防湿層を配置した。防湿層としては、一般的なハードコート層などを採用することができる。

図５は、防湿層を配置した樹脂シートを採用した本実施例に係る液晶表示装置３００の概要構成を示す図である。図５（ａ）は液晶表示装置３００の断面図を示し、図５（ｂ）は基板１４０の表面図を示している。図５において、図３に示した液晶表示装置１００と同様の構成には、同じ番号を付した。

図５に示すように、液晶表示装置３００は、液晶セル１２０、樹脂シート１３５、接着層１３０、基板１４０、及び表示部１５０等から構成されている。樹脂シート１３５の接着層１３０側の面には、防湿層１４５が配置されている。

液晶セル１２０は、実施例１と同様の構成を採用した。また、樹脂シート１３５の厚さも同様に約４０μｍとしたが、本実施例では樹脂シート１３５として、防湿層１４５を備えたトリアセチルセルロース樹脂を採用した。防湿層１４５を備えているので、樹脂シートの防湿層を備えた面の吸水率は１％未満となっている。

接着層１３０は、実施例１と同様に、厚さが２００μｍのエラストマー（例えば日立化成社製エラストマーシート）を基材とし両面に光学糊を塗布した総厚が２５０μｍの弾性を有する透明な接着剤であり、樹脂シート１３５の防湿層１４５側の面と基板１４０とを接着している。また、基板１４０も実施例１と同様なものを採用した。

接着層１３０と接している樹脂シート１３５の接着層側の面が吸水率１％未満であったので、高温・多湿な環境下での信頼性試験後であっても、樹脂シート１３５が水分の影響を受けることがなく、接着層１３０の接着面に気泡が発生することがなかった。また、樹脂シート１３５の熱膨張率と偏光板１０９の熱膨張率がほぼ同じであったため、反りなどが発生せず、良好な表示品質が得られた。なお、トリアセチルセルロース樹脂の他に、なお、吸水率１．４％のポリエーテルサルフォン樹脂、吸水率１．３％のポリアミド樹脂の表面に防湿層を配置したものを樹脂シートとして採用した場合であっても、同様に良好な結果が得られた。

図６は、本実施例に係る液晶セル１２０を含む他の液晶表示装置４００の概要構成を示す断面図である。図６において、図５に示した液晶表示装置３００と同様の構成には、同じ番号を付した。図６に示す液晶表示装置４００と図５に示す液晶表示装置３００との差異は、液晶表示装置４００が表示部１５０を有していない点である。即ち、図６に示す液晶表示装置４００は、液晶セル１２０、樹脂シート１３５、防湿層１４５、接着層１３０及び基板１４０から主に構成されている。基板１４０は、図５に示す液晶表示装置３００と同様に、液晶セル１２０の補強部材として機能する上に、液晶セル１２０と、樹脂シート１３５および弾性接着層１３０によって接着されているため、外部からの衝撃に対し気泡の発生を防止することが可能である。また、樹脂シート１３５の表面は防湿層１４５を有しているので、吸水率が１％未満であり、高温・多湿の環境下を経た後でも、気泡が発生せず、良好な表示を行うことが可能である。

液晶封入領域への気泡の発生を説明するための図である。 液晶セルの歪みによるストレスを説明するための図である。 本発明に係る液晶表示装置の概要構成を示す図である。 本発明に係る他の液晶表示装置の概要構成を示す図である。 本発明に係る液晶表示装置の概要構成を示す図である。 本発明に係る他の液晶表示装置の概要構成を示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００ 液晶表示装置
１０１ 第１偏光層
１０２ 第１プラスチック基板
１０５ 液晶層
１０８ 第２プラスチック基板
１０９ 第２偏光層
１２０ 液晶セル
１３０ 接着層
１４０ 基板
１５０ 表示部

Claims (7)

1. 第１プラスチック基板と、第２プラスチック基板と、前記第１プラスチック基板と前記第２プラスチック基板間に封入された液晶層とを有する液晶セルと、
   前記液晶セルと平面的に対向する基板とを有する液晶表示装置であって、
   前記液晶セルと前記基板との間には変形量の違いを吸収する弾性接着層を設け、
   前記弾性接着層と前記液晶セルの間には樹脂シートを備え、
   前記樹脂シートの前記弾性接着層側の面が、防湿性を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記樹脂シートの前記弾性接着層側の面における吸水率が、１％未満であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記樹脂シートの前記弾性接着層側の面には、防湿層が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記樹脂シートは、ポリカーボネイト樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
5. 前記防湿層が配置されている前記樹脂シートはトリアセチルセルロース樹脂、またはポリアミド樹脂、またはポリエーテルサルフォン樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 樹脂シートおよび前記基板は、透明であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記基板は、ガラスであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。

Images