JP5805404B2 - バリア液晶装置及び立体画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を立体的に観察するためのバリア液晶装置、及びバリア液晶装置を用いた立体画像表示装置に関する。特に、バリア液晶装置にタッチパネル機能を付加することに関するものである。

近年、表示パネルの表示面にタッチパネルを設置して、表示画面から直接情報を入力することが可能な表示装置が実用化されている。また３次元画像（以下、３Ｄと称す)の表示についても、専用のメガネをかけることで視認方向に依存せずに３Ｄが観察できるアクティブシャッターメガネ方式や、裸眼で３Ｄが観察できる視差バリア方式などが実用化されている。視差バリア方式の表示装置では、表示パネルの上面にバリアパネルが設けられている。従来のバリアパネルには、一方の基板にの縦ストライプ形状の透明電極を、対向基板にベタ形状の透明導電膜を形成した液晶パネルが用いられている。両基板間に設けられた液晶層に電圧を印加することによって、ストライプ状に遮光部分が発現する。

近年、タッチパネル機能と３Ｄ表示機能を１つの表示装置に付加することが検討されている。タッチパネルには抵抗膜方式または静電容量方式を、３Ｄ表示には視差バリア方式の液晶表示パネル（以下、ＬＣＤと称す）が用いられることが多い。この場合、ＬＣＤ前面にタッチパネル、裏面にバリアパネルを貼り合わせる方法と、ＬＣＤ前面にＬＣＤ側からバリアパネル、タッチパネルと順番に貼り合わせる方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

貼り合わせ方法には、液体の接着剤またはシート接着剤を使用する場合があるが、いずれも貼り合わせ工程で気泡、位置ずれが生じる可能性（リスク）がある。ＬＣＤにタッチパネルと視差バリアの２つを貼り合わせると、このリスクは単純に２倍になる。そこで、貼り合わせによるリスクを低くするために、接着剤以外に樹脂も使用し、高精度な位置合わせを行うことが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

また、タッチパネルとバリアパネルを一体化するという検討がされており、構造の簡略化や部材の一体化などで、重量の削減やコストの低減がなされている（例えば、特許文献３を参照）。

さらに、ＬＣＤからのノイズや外部から進入するノイズの影響を低減させ、タッチ検出機能の安定や感度の向上のために、ノイズシールド層を設けることが知られている（例えば、特許文献４を参照）。

特開２００５−１８１４１０号公報 特開２００８−５８８６１号公報 特開２００９−１６９３３０号公報 特開２０１０−２１８５４２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のように、タッチパネル機能と視差バリア機能をＬＣＤに付加すると、表示装置の厚みと重量が増す。また、製造工程においても、貼り合わせ工程が煩雑になるとともに、気泡、位置ずれのリスクが２倍になる。また、従来の構成では、表示パネル駆動回路、タッチパネル駆動回路、バリアパネル駆動回路が個々に必要となり、コストが増加するという課題があった。この課題の解決のために、特許文献３ではタッチパネルと視差バリアを一体化しているが、バリア層の遮光領域に金属膜を用いているため、２Ｄ表示の場合に表面輝度が減少するという課題がある。

本発明は、タッチパネルとバリアパネルを一体にすることで、貼り合わせのリスク低減を行い、またタッチパネルと視差バリアの駆動回路を兼用化してコスト削減を図るものである。

本発明のバリアパネルは、透明基板の表面にタッチ検出用のセンサー電極があり、裏面に視差バリア用透明電極がある。透明基板と対向基板の間隙に液晶を封入し視差バリア層とし、タッチパネル機能と視差バリア機能を備えるタッチセンサー機能付きバリアパネルを形成する。

透明基板には、表面にタッチ検出のためのセンサー電極が、裏面に透明電極が形成されている。透明基板と液晶を介して対向する対向基板には、透明電極に相対する対向電極が形成されたている。透明電極と対向電極のうち、一方の電極はベタ電極であり、他方の電極は、複数のライン電極が所定の間隔で配置されるとともに、複数のライン電極が電気的に接続されたストライプ電極である。すなわち、ストライプ電極は、表示パネルの表示画素に対応するように形成された縦ストライプまたは横ストライプの透明導電膜である。そして、液晶に実効電圧が印加されるような駆動信号を透明電極と対向電極に供給してストライプの表示を行う。

本発明によれば、タッチパネルとバリアパネルの貼り合わせ工程が必要ないので、薄型化、貼り合わせ不良の低減を図ることができる。

また、バリアパネルは２Ｄ／３D切り替え機能を持ち、２Ｄ表示でも輝度が減少することは無い。更にタッチセンサーガラス裏面の透明導電膜がＧＮＤと接続されていることよりノイズシールドの役割を果たすため、３Ｄ表示をした状態でもタッチセンサーが安定的に動作することが出来る。

実施例１のバリアパネルの構成を模式的に示す断面図である。 実施例１のバリアパネルの電極形状を説明する模式図である。 実施例１のバリアパネルのセンサー電極を模式的に示す平面図である。 実施例２の立体画像表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 実施例２の立体画像表示装置の部分拡大図である。 実施例３の立体画像表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 一般的な視差バリア方式の構成を模式的に示した説明図である。 実施例４のバリアパネルの回路構成と信号波形を示した説明図である。

本発明のバリア液晶装置は、タッチパネル機能と視差バリア機能を兼ね備えるタッチセンサー機能付きバリアパネルである。このバリアパネルは、タッチ検出のためのセンサー電極が表面に、透明電極が裏面に形成された基板と、この基板と対向し、透明電極に相対する対向電極が形成された対向基板を持ち、透明電極と対向電極の間に液晶が設けられている。透明電極と対向電極のうち、一方の電極はベタ電極であり、他方の電極は、複数のライン電極が所定の間隔で配置されるとともに、前記複数のライン電極が電気的に接続されたストライプ電極である。透明電極と対向電極に駆動信号を供給して液晶に実効電圧を印加させ、ストライプ表示を行っている。

さらに、基板の表面に形成した透明電極をＧＮＤに繋げることにより、ノイズシールドとしての機能が生じる。すなわち、透明電極に波形の入力がないため、ノイズの発生源とならない。また対向する対向電極には波形が入力されてノイズが発生するが、ガラス基板裏面の透明電極で大きく低減されるため、タッチパネル機能に影響を与えない。また、透明電極をベタ電極とし、基板の裏面に形成した対向電極をストライプ電極とすれば、より大きいシールド効果が得られる。ストライプ電極は、櫛歯状の形状だけでなく、スリット電極でもよい。

さらに、本発明の立体画像表示装置は、上述の構成のバリア液晶装置を、右眼用の画像と左眼用の画像を同時に表示する表示パネルの観察者側に接着剤により貼り合わせた構成である。

以下、タッチセンサー機能付きバリアパネル（以降、省略してバリアパネルと称する）及びこれを備える立体画像表示装置の実施例を、図を用いて説明する。

（実施例１）
本実施例のバリアパネルの断面構成を図１に模式的に示す。ガラス基板７には、一方の表面にセンサー電極８が形成され、他方の表面（裏面）にベタ電極６が形成されている。ガラス基板７は透明基板１とシール材５によって接着されており、ガラス基板と透明基板１の間隙に液晶３が封入されている。透明基板１には、ベタ電極６に対向するようにスリット電極２が形成されており、シール材５には導通材４が含まれている。また偏光板９がセンサー電極８上に貼られており、接着剤１０によりフロントガラス１１と貼り合わされている。またＦＰＣ１２はセンサー電極８と接続されており、ＦＰＣ１３はベタ電極６と接続されている。

次にＦＰＣ１３とベタ電極６とスリット電極２の導通について説明する。図２（ａ）はガラス基板７のベタ電極６の平面形状を示す図であり、図２（ｂ）はシール材５と基板１条に形成されたスリット電極２の平面形状を示す図である。いずれも電極面から見た図である。図２（ａ）に示すように、ＦＰＣ１３には端子電極１３aと１３ｂが設けられ、ベタ電極６はベタ電極６aと６ｂを含んでいる。また、端子電極１３aとベタ電極６a、端子電極１３ｂとベタ電極６ｂがそれぞれ接続されている。図２（ｂ）に示すように、スリット電極２の外周にシール材５が塗布されている。透明基板１とガラス基板７と圧着させると、ベタ電極６aとスリット電極２がシール材５を介して導通される。またベタ電極６ｂはスリット電極２と重ならないため、シール材５を介して導通されることは無い。

図３はガラス基板７に形成されたセンサー電極８の平面形状を示す図である。本実施例では、静電容量方式のタッチスイッである。このセンサー電極８はＸ位置、Ｙ位置検出用の、Ｘ電極、Ｙ電極を備えている。

（実施例２）
本実施例は、表示パネルの観察者側に実施例１のバリアパネル１４を配置した立体画像表示装置に関する。図４に立体画像表示装置の断面構成を模式的に示す。ここでは、バリアパネル１４の構成は実施例１と同一なので説明は省略する。表示パネル１５には表示パネル駆動用のＩＣ１７とＦＰＣ１６が実装されている。バリアパネル１４と表示パネル１５は接着剤１８で貼り合わされている。また透明基板１と表示パネル１５の上ガラスが同じ大きさのため、ＩＣ１７が厚くてもガラス基板７に接触することは無い。

図５は表示パネル１５とバリアパネル１４を貼り合わせる際のアライメントマークの位置を説明する部分断面図である。タッチセンサー裏面にあるベタ電極６はアライメントマーク１９を持つ。アライメントマーク１９は透明基板１より外に位置するベタ電極６をエッチングして形成される。また、表示パネル端子部分のアライメントマーク２０は、メタル成膜する際、アライメントマーク１９に位置と形状が対応するように形成する。

バリアパネル１４のストライプ遮光部が表示パネル１５に対して最適位置からずれた場合では、３Ｄ画像の表示品質が著しく低下し、３Ｄ画像として認識できない。このためアライメントマーク１９、２０は、スリット電極２のスリット箇所を表示パネルのブラックマスクと同じ位置になるように設定される。バリアパネル１４と表示パネル１５を貼り合わせる際に、このアライメントマーク１９、２０を用いて位置合わせを調整する。

（実施例３）
本実施例の立体画像表示装置を図６に基づいて説明する。図６は立体画像表示装置の断面構成を示す模式図である。本実施例では表示パネルとしてＬＣＤを用いている。ここでは、バリアパネル１４とＬＣＤ１５が接着剤１８で一体化している。

次に、バリアパネル１４について説明する。ガラス基板７の表面にはセンサー電極８が形成されており、裏面にはベタ電極６が成膜されている。透明基板１にはベタ電極６に対向するようにスリット電極２が成膜されている。ガラス基板７と透明基板１の間隙には液晶３が封入されており、導通剤が分散されたシール材５によって固定されている。スリット電極２のスリット幅は貼り合わせるＬＣＤのドットピッチと３D視認距離によって決定される。

ＦＰＣ１３ｃはタッチセンサー用ＦＰＣと視差バリア用ＦＰＣが一体となったものであり、センサー電極８とベタ電極６に接続されている。センサー電極８上には視差バリア用偏光板９が貼られており、接着剤１０によってフロントガラス１１に貼り合わされている。

本実施例では、ガラス基板７は透明基板１よりも長辺が長い。ガラス基板７が透明基板１よりも短い場合、センサー電極８に接続されているＦＰＣ１３ｃはシール剤５の直上もしくは液晶３の領域まで重なることになる。従って、ＦＰＣ１３ｃの実装時の熱影響がシール剤５若しくは液晶３にまで及び、表示品質の劣化、信頼性の劣化を起こす虞がある。また、ガラス基板７が透明基板１よりも短い構成の時、この熱影響を回避するために、シール剤５からＦＰＣ１３ｃの実装部までの距離（透明基板１の端子部の長さ）を伸ばす方法がある。透明基板１の端子部を伸ばすことはコストが高くなり、あるいは、アクティブエリアとの大きさでバランスが悪くなるため、デザイン上、見栄えが悪くなる。また、本実施例の構造では、ＩＣ２０の厚み、ＬＣＤ用のＦＰＣ１６の厚みに対する空間が確保できるため、ＩＣ２０、ＦＰＣ１６の厚み方向の自由度が増すという利点もある。

次に、ＦＰＣ１３ｃの実装について説明する。ＦＰＣ１３ｃはガラス基板７の表裏に実装しなければならない。そこで、センサー電極８側の実装と、スリット電極２側の実装の一方の実装後、その裏側の実装を行う場合、高熱がガラス基板７を通して反対側の実装領域に及ぶ。そのため、両方の実装部が重なる面積を小さくするために、一方の実装部を右側に設け、その裏面側の実装部を逆側に設けることで熱の影響を回避している。

次に、バリアパネル１４とＬＣＤ１５の貼り合わせについて説明する。バリアパネル１４には、ベタ電極６の一部分をエッチングして、凹形状のアライメントマーク１９を形成する。ＬＣＤ１５側ではメタル成膜の際にアライメントマーク１９に合わせた位置と形状の凸状のアライメントマーク２０を形成する。アライメントマーク１９、２０は、透明基板１上のスリット電極２のスリットがＬＣＤ１５のブラックマトリクスの中央と重なるように配置されており、貼り合わせの際、アライメントマーク同士が合うように位置調整を行う。

次に、バリアパネル１４に供給される駆動信号について説明する。図７（ａ）は上電極と下電極を持つ、一般的な視差バリアパネルの構成を模式化したものである。図７（ｂ）〜図７（ｄ）は上電極と下電極に供給される駆動信号の状態によるノイズの様子を模式的に示したものである。図７（ａ）における上電極は本実施例のベタ電極６に相当し、下電極は本実施例のスリット電極２に相当する。液晶を駆動する場合、上下電極間における電圧差が駆動電圧となる。図７（ａ）〜（ｄ）に示すようにバリアパネルから発生するノイズは、主に直下にある電極の信号波形に依るところが大きい。

本実施例のバリアパネル１４ではベタ電極６ｂがＦＰＣ１３ｃを介してＧＮＤにつながっている。このため、ベタ電極６からノイズは発生しない。またスリット電極２で発生するノイズはＧＮＤに接続されているベタ電極６ｂで抑制することができるため、センサー電極８に対するノイズの影響を軽減することができる。またＧＮＤに接続されているベタ電極６は外部ノイズや貼り合わせ先のＬＣＤから発生されるノイズに対しても有効である。以上により高品位で安定なタッチ検出を行うことができる。

タッチパネルの検出方式として、弛張発振方式、チャージ・トランスファ方式、ＣＳＡ方式、ＣＳＤ方式、直列容量分圧比較方式など、静電容量タイプのタッチパネルに一般的に提案されている検出方式を用いることができる。

（実施例４）
本実施例では、バリアパネルを駆動する回路構成が実施例１と異なっている。バリアパネルの基本的な構成は実施例３と同様であるため、説明を省略する。タッチ検出ＩＣがノイズに弱い場合や、視差バリア液晶駆動電圧が高くセンサー電極８に到達するノイズが大きい場合は、タッチ検出が困難になる。本実施例ではこのような視差バリアの駆動におけるノイズを抑制する。

視差バリアは一般的に矩形波信号によって駆動されるため、瞬間的に電圧の変化が生じる。ノイズはこの瞬間的な電圧の変化の大きさに比例して発生する。従って、視差バリアを駆動させる場合、段階的に電圧が変化する交流信号で駆動させればノイズは発生しにくい。具体的にはノコギリ波や正弦波、三角波などが挙げられるが、ＩＣでこれらの出力波形を作るのは難しい。従来の回路構成で視差バリアのノイズを軽減する方法を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は視差バリアの駆動回路を模式的に示した図である。ＩＣとバリアパネル１４の間には抵抗２２とコンデンサ２３があり、コンデンサ２３の両端と端子電極１３aと１３ｂが接続されている。図８（ｂ）はコンデンサ２３と抵抗２２が無い場合の入力波形とそれによるノイズの波形を示したものであり、図８（ｃ）はコンデンサ２３と抵抗２２が有る場合の入力波形とそれによるノイズの波形を示したものである。

本実施例では視差バリア用ＩＣ２１では矩形波を出力しているが、スリット電極２に至るまでの間の回路上に抵抗２２とコンデンサ２３を設けることで、図８（ｃ）の入力波形に示すように段階的に電圧が変化する波形を作り出すことができる。これによって視差バリアのノイズを抑制することができ、高品位なタッチ検出を実現する。

１ 透明基板
２ スリット電極
３ 液晶
４ 導通材
５ シール材
６ ベタ電極
７ ガラス基板
８ センサー電極
９ 偏光板
１０ 接着剤
１１ フロントガラス
１２ センサー電極用ＦＰＣ
１３ 視差バリア用ＦＰＣ
１３ａ 端子電極
１３ｂ 端子電極
１３ｃ タッチパネル兼視差バリア用ＦＰＣ
１４ バリアパネル
１５ 表示パネル
１６ ＦＰＣ
１７ ＩＣ
１８ 接着剤
１９ アライメントマーク
２０ アライメントマーク
２１ 視差バリア用IC
２２ 抵抗
２３ コンデンサ

Claims (6)

1. タッチ検出のセンサー電極が表面に、透明電極が裏面に形成された基板と、
   前記基板と対向し、前記透明電極に相対する対向電極が形成された対向基板と、
   前記透明電極と前記対向電極の間に設けられた液晶を備え、
   前記透明電極と前記対向電極のうち、一方の電極はベタ電極であり、他方の電極は、複数のライン電極が所定の間隔で配置されるとともに、前記複数のライン電極が電気的に接続されたストライプ電極であり、
   前記液晶に実効電圧が印加されるような駆動信号を前記透明電極と前記対向電極に供給してストライプの表示を行い、
   前記ストライプ電極に供給する駆動波形を、抵抗とコンデンサを用いて瞬間的な電圧変化を無くすことにより、前記センサー電極に及ぼすノイズを抑制することを特徴とするバリア液晶装置。
2. 前記ストライプ電極がスリット電極であることを特徴とする請求項１に記載のバリア液晶装置。
3. 前記基板の表面には、前記センサー電極と繋がる第一端子電極が形成され、前記基板の裏面には、前記透明電極と繋がる第二端子電極が形成され、
   前記第一端子電極と前記第二端子電極は、他方の端子電極が存在していない領域の裏面に設けられ、ＦＰＣ基板と接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載のバリア液晶装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された構成のバリア液晶装置と、右眼用の画像と左眼用の画像を同時に表示する表示パネルを備え、前記表示パネルの観察者側に前記バリア液晶装置が接着剤により貼りつけられたことを特徴とする立体画像表示装置。
5. 前記表示パネルにブラックマトリクスが形成され、前記ストライプ電極のスリットが前記ブラックマトリクスと重なることを特徴とする請求項４に記載の立体画像表示装置。
6. 前記ベタ電極の内部にアライメントマークが形成され、前記表示パネルには前記アライメントマークに対応して合わせマークがメタル薄膜により形成されたことを特徴とする請求項４または５に記載の立体画像表示装置。

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