JP2017211465A

JP2017211465A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2017211465A
Application number: JP2016103941A
Authority: JP
Inventors: 均小山; Hitoshi Koyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30
Also published as: US20170343854A1

Abstract

【課題】偏光板の表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合に偏光板の表面に対するキズの発生を抑制し、良好な表示を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】液晶表示装置１００は、インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式のタッチパネルセンサー１ｆを備え、かつ、表示面に第１の偏光板１ａが配置された表示素子１と、第１の偏光板１ａ上に配置された保護層６とを備えている。保護層６の鉛筆硬度は４Ｈ以上である。【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特にインセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式（ＰｒｏｊｅｃｔｅｄＣａｐａｃｉｔｉｖｅＴｏｕｃｈＰａｎｅｌ、以下「ＰＣＡＰ」ともいう）技術を備えた液晶表示装置の偏光板の表面のキズ対策に関するものである。

近年の情報電子機器の普及に伴い、薄型かつ軽量の表示装置は、携帯電話またはパソコン用のディスプレイ、産業用途で使用される各種の装置、車載の表示器、ハンディ端末、または広告表示機として使用されている。表示装置は、多くは画素ごとにＲＧＢ（Ｒｅｄ：赤、Ｇｒｅｅｎ：緑、青：Ｂｌｕｅ、光の３原色）のカラーフィルタを配置した透過型の液晶表示パネルを表示素子として備えている。表示装置では、表示素子の背面側に配置したバックライトで照射し、入力信号に応じて液晶への電気信号を制御し、各画素における透過光量を調整することにより、画像の表示を行っている。

近年、スマートフォンまたはタブレット端末で搭載され始めたＰＣＡＰは、またたく間に表示装置全般に浸透した。激化する価格競争を背景に、製造コストの削減を実現するために、従来の表示装置の前面にＰＣＡＰユニットを搭載する方式に続き、ＰＣＡＰ機能を表示装置内に搭載する方式、いわゆるインセル型またはオンセル型ＰＣＡＰの技術開発が進んでいる。

インセル型またはオンセル型ＰＣＡＰの場合、タッチセンサー層は、第１の基板に形成されるため、従来の保護ガラスおよびタッチセンサー基板は不要となり製造コストの削減を図ることができる。一方、第１の基板の表示面側に配置される第１の偏光板の表面が直接頻繁にタッチされるため、キズが付き易く表示品位を著しく低下させる要因となっている。

この問題を解消するために、第１の偏光板の表面に保護層を形成することが考えられる。保護層の材料として例えば、特許文献１にはトリアセチルセルロース等を用いる手法、特許文献２にはアクリル樹脂またはシリコン樹脂等を用いる手法、特許文献３にはアクリル樹脂等を用いる手法、特許文献４にはポリシロキサン、ポリエステル、アクリル、またはポリウレタン樹脂等を用いる手法が開示されている。

特開２０００−２７６３０１号公報特開２０００−１０５６６９号公報特開２０００−２０７１２８号公報特開２０００−１１４７６６号公報

特許文献１〜４に記載の技術では、保護層は樹脂材料で形成されており、この場合、保護層の鉛筆硬度は２Ｈ以上３Ｈ以下程度である。また、特許文献１〜４に記載の技術では、ＰＣＡＰ型ではなく抵抗膜型タッチパネルを想定しているが、抵抗膜型タッチパネルのタッチ操作は、主に１点タッチでの押下がメインである。この場合、保護層の鉛筆硬度が２Ｈ以上３Ｈ以下程度であれば、偏光板の表面に発生するキズを抑制できる可能性はある。

一方、ＰＣＡＰ型タッチパネルのタッチ頻度は抵抗膜型タッチパネルと比べて圧倒的に高くなっており、さらにタッチ操作の形態として、拡大・縮小およびフリックなど偏光板の表面を擦るジェスチャ操作が頻発することを考慮すると、保護層の鉛筆硬度が２Ｈ以上３Ｈ以下程度では強度的に不十分である。

そこで、本発明は、偏光板の表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合に偏光板の表面に対するキズの発生を抑制し、良好な表示を実現できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式のタッチパネルセンサーを備え、かつ、表示面に偏光板が配置された表示素子と、前記偏光板上に配置された保護層とを備え、前記保護層の鉛筆硬度は４Ｈ以上である。

本発明によれば、保護層の鉛筆硬度は４Ｈ以上であるため、偏光板の表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合であっても偏光板の表面に対するキズの発生を抑制できる。これにより、液晶表示装置において良好な表示を実現できる。

実施の形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。保護層を設けない場合における図２の領域Ｂの拡大図である。鉛筆硬度が４Ｈ以上７Ｈ以下の保護層を設けた場合における図２の領域Ｂの拡大図である。前提技術に係る液晶表示装置の分解斜視図である。図５のＣ−Ｃ線断面図である。図６の領域Ｄの拡大図である。

＜前提技術＞
本発明の実施の形態を説明する前に前提技術について説明する。図５は、前提技術に係る液晶表示装置１０１の分解斜視図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ線断面図である。図７は、図６の領域Ｄの拡大図である。

図５と図６に示すように、液晶表示装置１０１は、抵抗膜型の投影型静電容量方式の液晶表示装置である。液晶表示装置１０１は、表示素子１と、バックライト２と、前面筐体３と、回路基板４と、タッチパネル５とを備えている。バックライト２は、表示素子１の表示面とは反対側の面から表示素子１を照射する。前面筐体３は、開口部３ａを有し、表示素子１およびバックライト２を収容する。回路基板４は、画像入力信号に応じて表示素子１の各画素の透過率を制御する。ここで、表示面側は図５における上側であり、また表示面とは反対側は図５における下側であり、図１においても同様である。

タッチパネル５は、表示素子１の前面側、すなわち、表示面側に配置され、外部から画面に対する位置信号入力を行う。タッチパネル５は、タッチセンサー基板５ｂと、タッチセンサー基板５ｂを保護する透明な保護板５ａとを備えている。さらに、回路基板４の後面側、すなわち、表示面とは反対側の面側に、回路基板４を保護するためのカバー（図示省略）が配置されている場合もある。

次に、液晶表示装置１０１を構成する上記各部材について説明する。タッチパネル５は、透明な基板上に形成された透明電極による回路により外部すなわち使用者から、入力された位置座標に関する情報を電気信号に変換し、端部に接続された出力配線部を介して最終製品の制御回路へ電気信号を伝達する。出力配線部としては、薄さと柔軟性による接続の自由度から、フィルム上の基材に配線を形成したＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｕｒｃｕｉｔ）が用いられるが、同等の機能および特性を有するものであれば、異なる材料または構造から構成されるものであってもよい。

図５、図６および図７に示すように、表示素子１およびタッチセンサー基板５ｂに対する入力面側からの加圧または接触による損傷、変形、磨耗、および汚れ等を抑制するために、ガラスまたはプラスチック等の透明材料により形成された保護板５ａがタッチセンサー基板５ｂの前面側に配置されている。なお、保護板５ａの表面または裏面の周辺部に対して、遮光または意匠上の目的により、印刷を付加することもできる。

＜実施の形態＞
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る液晶表示装置１００の分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、保護層６を設けない場合における図２の領域Ｂの拡大図である。図４は、鉛筆硬度が４Ｈ以上７Ｈ以下の保護層６を設けた場合における図２の領域Ｂの拡大図である。なお、実施の形態において、前提技術で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図１と図２に示すように、液晶表示装置１００は、インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式の液晶表示装置である。液晶表示装置１００は、表示素子１と、バックライト２と、前面筐体３と、回路基板４とを備えている。

＜表示素子＞
表示素子１は、透過型または半透過型の液晶表示パネルである。表示素子１は、液晶の複屈折性を応用し、ガラスなどの絶縁性基板上にカラーフィルタ、遮光層、および対向電極等が形成された第１の基板１ｂと、ガラスなどの絶縁性基板上にスイッチング素子となる薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」という）画素電極等が形成された第２の基板１ｃとを備えている。第２の基板１ｃは、第１の基板１ｂに対して表示素子１の表示面とは反対側に対向して配置されている。

表示素子１はさらに、第１の基板１ｂと第２の基板１ｃとの間隔を保持するためのスペーサ、第１の基板１ｂと第２の基板１ｃとを貼り合わせるためのシール材、第１の基板１ｂと第２の基板１ｃとの間に狭持された液晶、液晶を注入する注入口の封止材、液晶を配光させる配向膜、表示素子１の表示面に配置された偏光板としての第１の偏光板１ａ、第２の基板１ｃに対して表示面とは反対側に配置された第２の偏光板１ｅ、および第２の基板１ｃの外周部または第２の基板１ｃの外周部に接続されたテープ状の配線材料上に配置された駆動用ＩＣ１ｄなどを備えている。ここで、テープ状の配線材料とは、ＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）またはＣＯＦ（ＣｈｉｐｏｎＦｉｌｍ）などである。

第１の基板１ｂには、タッチ操作を検出する、インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式のタッチパネルセンサー１ｆが形成されている。より具体的には、インセル型の場合は第１の基板１ｂの裏面側、オンセル型の場合は第１の基板１ｂの表面側に格子状のタッチパネルセンサー１ｆが形成されている。図３と図４では、タッチパネルセンサー１ｆは第１の基板１ｂの表面側に形成されており、オンセル型が示されている。

インセル型およびオンセル型のいずれの場合においても、前提技術において示したような保護板５ａおよびタッチセンサー基板５ｂは不要となるため、図３に示すように、保護層６を設けない場合、タッチ操作の際に第１の偏光板１ａの表面を頻繁に擦ることとなる。第１の偏光板１ａの表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合であっても第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生を抑制するために、図４に示すように、第１の偏光板１ａの表面に保護層６が形成されている。なお、保護層６の詳細については後述する。

＜バックライト＞
バックライト２は、光を出射する光源２ｅ、光源２ｅから出射された光を伝播する導光板２ｃ、導光板２ｃから出射された光の分布および広がりを制御するために導光板２ｃの出射面２ｇ側に配置された光学シート２ｂ、導光板２ｃの反出射面（図示省略）側へ抜けた光を導光板２ｃへ向かわせる反射シート２ｄ、内部筐体２ａ、および背面筐体２ｆ等を備えている。内部筐体２ａおよび背面筐体２ｆは、光源２ｅ、導光板２ｃ、光学シート２ｂおよび反射シート２ｄを保持している。バックライト２は、表示素子１の表示面とは反対側である第２の基板１ｃ側から表示素子１を照射している。

導光板２ｃは、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、またはガラスなどを用いて形成されている。導光板２ｃの反出射面（図示省略）または出射面２ｇには、光を出射させるとともに、面内の光の強度分布および出射方向を調整するために、散乱用ドットパターンまたはプリズム形状が形成されている。

導光板２ｃの出射面２ｇ側に、出射光の強度分布および出射角を調整するために、光学シート２ｂが配置されている。光学シート２ｂとしては、集光を目的としたレンズシート、光の均一化を目的とした拡散シート、または視野角方向で輝度を調整する視野角調整シート等が目的に応じて必要な枚数だけ配置されている。

なお、本実施の形態においては、上記のように導光板２ｃの側面２ｈに光源２ｅを配置した、エッジ入光タイプのバックライトについて説明を行うが、導光板２ｃを備えず、表示素子１の裏面に対向する背面筐体２ｆの底面の全面に光源を配置した、直下型バックライトに対しても、同様の効果を得ることができる。

内部筐体２ａは、導光板２ｃの出射面２ｇからの光を出射させるための開口部２ｉを有し、内部筐体２ａには表示素子１が搭載され位置決めされて保持されている。内部筐体２ａの材質としては、アルミニウム、ステンレスまたは鉄等の金属、またはＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）、ＡＢＳ（ＡｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅＢｕｔａｄｉｅｎｅＳｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の樹脂材料を用いることができる。

＜前面筐体＞
前面筐体３は、表示素子１およびバックライト２等を保持する枠状の部材である。前面筐体３は、薄板の金属または樹脂成型品等により構成され、ツメ状の固定構造またはネジ止め等を用いてバックライト２に固定されている。前面筐体３は、一体で形成されてもよいし、複数の部材を組み合わせることにより構成されてもよい。また、前面筐体３の側面、正面、背面、またはこれらの周辺部等に、最終製品への取り付け部を設けられてもよい。ここで、取り付け部とはネジまたは取り付け穴等である。

＜回路基板＞
回路基板４には制御回路（図示省略）が搭載されており、制御回路は表示素子１および光源２ｅを電気的入出力信号により制御する。回路基板４には通常、ガラスエポキシ等により形成された基板に銅パターンが形成され、回路基板４の表面に電子部品がハンダにより実装されている。なお、回路基板４は主に、液晶表示装置１００の裏面側、すなわち光が出射されない側に配置され固定されるが、表示素子１に接続されたフィルム上の基材に配線を形成したＦＰＣ上に電子部品を実装し、当該電子部品により制御回路を構成してもよい。

また、回路基板４を外部からの圧力および静電気から保護するために、アルミニウム、ステンレスまたは亜鉛めっき鋼板等の金属、またはＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等フィルム状の薄い樹脂により形成される保護カバー（図示省略）を取り付けてもよい。なお、金属製の保護カバーを使用する場合は、回路基板４側には回路基板４および回路基板４上の電子部品との電気的接触を避けるためにＰＥＴ等により形成される樹脂製シートを貼り付けて、絶縁対策を行うことが望ましい。

次に、本実施の形態に係る液晶表示装置１００において、第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生を抑制し良好な表示を得られる構成と効果について説明を行う。

図４に示すように、第１の偏光板１ａの表面に保護層６が形成されている。保護層６は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、またはＴｉＯ_２等の無機材料を用いて形成された無機層、またはガラス層である。保護層６は、その鉛筆硬度が４Ｈ以上、好ましくは６Ｈ以上になるように形成されている。より具体的には、保護層６は、その鉛筆硬度が４Ｈ以上７Ｈ以下になるように形成されている。

本実施の形態では、当初、プラズマＣＶＤ法を用い、第１の偏光板１ａの表面に保護層６としてＳｉＮ膜の形成を試みた。ところが成膜温度を１５０℃程度に抑えなければ第１の偏光板１ａの表面にダメージが生じてしまう。一方で１５０℃前後では、ＳｉＮ膜の膜質が脆く、他の成膜条件を複数試みたが、十分な硬度を実現できなかった。

そこで、スパッタ法を用いて、第１の偏光板１ａの表面にＳｉＮ膜の形成を試みた。この方法でも、プラズマＣＶＤ法の場合と同様に、第１の偏光板１ａの表面のダメージとＳｉＮ膜の膜質が脆いという問題に直面した。しかし、主に成膜時の温度と成膜速度を最適化することで、第１の偏光板１ａの表面にダメージを与えることなく、４Ｈ以上７Ｈ以下の鉛筆硬度のＳｉＮ膜を形成することができた。なお、ＳｉＮ膜の硬度と、主に成膜速度はトレードオフの関係にあり、最終製品に要求される鉛筆硬度値と製造コストを鑑み、最適な鉛筆硬度値を選択する。

以上のように、実施の形態に係る液晶表示装置１００では、保護層６の鉛筆硬度は４Ｈ以上であるため、第１の偏光板１ａの表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合であっても第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生を抑制できる。これにより、液晶表示装置１００において良好な表示を実現できる。

より具体的には、保護層６の鉛筆硬度は４Ｈ以上７Ｈ以下であるため、第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生の抑制と、液晶表示装置１００の製造コストの抑制との両立を図ることができる。

次に、実施の形態の変形例について説明する。上記の場合と同様にスパッタ法を用いて、第１の偏光板１ａの表面にＳｉＯ_２膜またはＴｉＯ_２膜の形成を試みた。これらの無機材料でも、主に成膜時の温度と成膜速度を最適化することで、第１の偏光板１ａの表面にダメージを与えることなく、４Ｈ以上７Ｈ以下の鉛筆硬度のＳｉＯ_２膜またはＴｉＯ_２膜を形成することができた。なお、ＳｉＮ膜の場合と同様に、ＳｉＯ_２膜またはＴｉＯ_２膜の硬度と、主に成膜速度はトレードオフの関係にあり、最終製品に要求される鉛筆硬度値と製造コストを鑑み、最適な鉛筆硬度値を選択する。

以上のように、保護層６は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２またはＴｉＯ_２などの無機材料を用いて形成される。このように一般に流通している材料を用いることで液晶表示装置１００の製造コストを抑制できる。

また、上記の場合と同様にスパッタ法を用いて、第１の偏光板１ａの表面に、屈折率１．８以上２．５以下の第１の無機材料としてのＴｉＯ_２膜と、屈折率１．３以上１．７以下の第２の無機材料としてのＳｉＮ膜またはＳｉＯ_２膜とを交互に積層してもよい。この場合でも、主に成膜時の温度と成膜速度を最適化することで、第１の偏光板１ａの表面にダメージを与えることなく、４Ｈ以上７Ｈ以下の鉛筆硬度の膜を形成することができた。この第１の偏光板１ａを液晶表示装置１００に用いて、表面の反射率を測定したところ、ＴｉＯ_２膜と、ＳｉＮ膜またはＳｉＯ_２膜の交互積層膜のない通常の第１の偏光板１ａを用いた場合と比べて、第１の偏光板１ａの表面の反射率が１％未満に低減されることが判った。

以上のように、保護層６は、屈折率１．８以上２．５以下の第１の無機材料と、屈折率１．３以上１．７以下の第２の無機材料とを交互に積層することで形成され、第１の無機材料はＴｉＯ_２であり、第２の無機材料はＳｉＮまたはＳｉＯ_２である。これにより、ＴｉＯ_２膜と、ＳｉＮ膜またはＳｉＯ_２膜の交互積層膜のない通常の第１の偏光板１ａを用いた場合と比べて、第１の偏光板１ａの表面の反射率を大幅に低減することができる。

また、保護層６として、厚さ０．２ｍｍの薄板ガラス（ガラス層に相当する）を第１の偏光板１ａの表面に貼り合わせてもよい。この場合、保護層６としてのガラス層の表面の鉛筆硬度は８Ｈ以上１０Ｈ以下である。より具体的には、ガラス層の表面の鉛筆硬度は９Ｈである。なお、保護層６としてのガラス層の厚さは厳密に０．２ｍｍでなくてもよく、ガラス層の表面の鉛筆硬度が８Ｈ以上１０Ｈ以下であれば０．２ｍｍ未満の厚さであってもよい。

以上のように、保護層６は、０．２ｍｍの厚みを有するガラス層であるため、第１の偏光板１ａの表面を擦るジェスチャ操作が頻発するタッチ操作を行う場合であっても第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生を抑制できる。これにより、液晶表示装置１００において良好な表示を実現できる。

保護層６としてのガラス層の鉛筆硬度は８Ｈ以上１０Ｈ以下であるため、第１の偏光板１ａの表面に対するキズの発生の抑制と、液晶表示装置１００の製造コストの抑制との両立を図ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１表示素子、１ａ第１の偏光板、１ｆタッチパネルセンサー、６保護層、１００液晶表示装置。

Claims

インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式のタッチパネルセンサーを備え、かつ、表示面に偏光板が配置された表示素子と、
前記偏光板上に配置された保護層と、
を備え、
前記保護層の鉛筆硬度は４Ｈ以上である、液晶表示装置。
前記保護層の鉛筆硬度は４Ｈ以上７Ｈ以下である、請求項１記載の液晶表示装置。
前記保護層は無機材料を用いて形成される、請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
前記保護層は、屈折率１．８以上２．５以下の第１の無機材料と、屈折率１．３以上１．７以下の第２の無機材料とを交互に積層することで形成される、請求項１または請求項２記載の液晶表示装置。
前記第１の無機材料はＴｉＯ_２であり、前記第２の無機材料はＳｉＮまたはＳｉＯ_２である、請求項４記載の液晶表示装置。
インセル型またはオンセル型の投影型静電容量方式のタッチパネルセンサーを備え、かつ、表示面に偏光板が配置された表示素子と、
前記偏光板上に配置された保護層と、
を備え、
前記保護層は、０．２ｍｍの厚みを有するガラス層である、液晶表示装置。
前記ガラス層の鉛筆硬度は８Ｈ以上１０Ｈ以下である、請求項６記載の液晶表示装置。