JP2015082014A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルに、カバーが接着した液晶表示装置において、画面周辺における黄色むらを防止する。
【解決手段】
ＴＦＴ基板１０と対向基板２０の間に液晶層６０が挟持され、ＴＦＴ基板１０の下側に下偏光板１１が貼り付けられ、対向基板２０の上側に偏光板２１が貼り付けられた液晶表示パネル２００の上にカバー４０が紫外線硬化樹脂５０によって貼り付けられている。紫外線硬化樹脂５０の硬化時の体積収縮率を１％以下とし、かつ、紫外線硬化樹脂５０の硬化後の弾性率を１ＭＰａ以下とすることによって、紫外線硬化樹脂５０の体積収縮によるストレスが液晶表示パネルの対向基板２０を変形させて画面周辺に黄色むらを発生することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特に液晶表示パネルの上にカバーを有する表示装置に関する。

液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。

液晶表示装置では、画面は一定のサイズを保ったまま、セットの外形寸法を小さくしたいという要求と同時に液晶表示パネルを薄くしたいという要求が強い。液晶表示パネルを薄くするには、液晶表示パネルを製作した後、液晶表示パネルの外側を研磨して薄くしている。

液晶表示パネルを構成する、画素電極、ＴＦＴ等が形成されているＴＦＴ基板、カラーフィルタ等が形成されている対向基板のガラス基板は例えば、０．５ｍｍあるいは０．７ｍｍというように規格化されている。これらの規格化されたガラス基板以外のガラスを市場から入手するのは困難である。また、非常に薄いガラス基板は製造工程で機械的強度、撓み等で問題を生じ、製造歩留まりを低下させる。したがって、規格化されたガラス基板を用いて液晶表示パネルを形成後、液晶表示パネルの外面を研磨して薄くしている。

液晶表示パネルを薄くすると機械的強度が問題となる。液晶表示パネルの表示面に機械的圧力が加わると液晶表示パネルが破壊する危険がある。これを防止するために、液晶表示パネルを携帯電話等のセットに組み込む際、液晶表示パネルの画面側にカバーを取り付ける。カバーと液晶表示パネルを接着した後、液晶表示パネルになんらかの不具合が発見される場合がある。このような場合、液晶表示パネルを再生して使用する必要がある。

「特許文献１」には、カバーと液晶表示パネルの再生を容易にするために、カバーと液晶表示パネルを接着している樹脂を、表示領域を囲むように環状に形成した第１の材料と、第１の部分の内側で、表示領域に形成された第２の材料を使用し、第１の材料の弾性率を第２の材料の弾性率よりも大きくする構成が記載されている。

特開２０１１−１５８８５１号公報

カバーを液晶表示パネルに取り付けるには、多くの場合、紫外線硬化樹脂が使用される。この場合、図９に示すように、画面周辺が黄色に変色する不良が生じた。図９において、ＴＦＴ基板と対向基板を接着しているシール材１５の内側に表示領域１００が形成されている。黄色変色部１１０は、表示領域１００の周辺に環状に生ずる。

このような黄色変色は、ＴＦＴ基板あるいは対向基板を研磨によって薄くした製品に生じやすい。つまり、液晶表示装置の厚さを小さくするために、ＴＦＴ基板あるいは対向基板の厚さを０．２ｍｍあるいは０．１５ｍｍ程度にまで薄くする要求がある。このように基板が薄くなると、基板の変形による液晶層の層厚に変化が生じ、色むら等の原因なると考えられる。

ところで、このような基板の変形は、液晶を真空注入することによって形成された液晶表示パネルには生じにくい。図１０は、真空注入をした液晶表示パネルの封止材１６を含む部分の断面図である。図１０は大気圧中における液晶表示パネルの断面図である。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０はシール材１５によって接着し、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０の間に挟持された液晶６０は封止材１６によって封止されている。真空注入法では、液晶封入のプロセスに起因して、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０が外側にわずかに凹の形状となる。ＴＦＴ基板１０と対向基板２０がこのように、わずかに凹の形状となっていると、外部からの圧力等による基板の変形は生じにくい。

一方、液晶６０の充填方法として、ＯＤＦ（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ、滴下方式）という方法がある。これは、図１１（ａ）に示すように、シール材１５が形成された対向基板２０内に量を正確にコントロールした液晶７０を滴下し、その後、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０を貼り合わせるものである。滴下方式は真空注入法に比べて、液晶の充填速度が速い。一方、図１１（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１０あるいは対向基板２０は外側に凹になることはなく、平坦である。このように、基板が平坦となっていると、外部からの力によって変形を生じやすい。

本発明の課題は、滴下方式によって形成され、かつ、対向基板の厚さが所定の範囲内の液晶表示パネルにおいて、対向基板の変形を防止して、色むらの発生を防止した液晶表示装置の製造方法を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記カバーは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率をｘ（％）とし、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率をｙ（ＭＰａ）とした場合、ｙ＜−０．７５ｘ＋１．５の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。

（２）ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記カバーは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は１％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。

（３）ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にタッチパネルが貼り付けられ、タッチパネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルと前記タッチパネルは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率をｘ（％）とし、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率をｙ（ＭＰａ）とした場合、ｙ＜−０．７５ｘ＋１．５の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。

（４）ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にタッチパネルが貼り付けられ、前記タッチパネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記タッチパネルは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は１％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。

本発明によれば、ＴＦＴ基板および対向基板の厚さが小さく、かつ、滴下方式を用いて製造した液晶表示パネルにカバーを貼り付けた液晶表示装置において、液晶表示パネルの対向基板が変形することによって、液晶層の層厚が変化し、その部分において色むらが発生することを防止することが出来る。

実施例１の液晶表示装置の断面図である。 カバーと液晶表示パネルが紫外線硬化樹脂を介して積層されている断面図である。 紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させている状態を示す断面図である。 紫外線硬化樹脂が硬化する際、体積収縮をおこす状態を示す断面図である。 紫外線硬化樹脂が体積収縮した結果、液晶表示パネルの対向基板が変形した状態を示す断面図である。 液晶表示パネルにおける液晶層の層厚の変動と黄色むらレベルの関係を示すグラフである。 紫外線硬化樹脂における硬化収縮率と弾性率が黄色むらに及ぼす影響を示すグラフである。 実施例２の液晶表示装置の断面図である。 黄色むらが生ずる範囲を示す画面の平面図である。 真空注入法によって液晶を充填した液晶表示パネルの断面図である。 ＯＤＦによって液晶を充填する状態とＯＤＦによって液晶を充填した後の液晶表示パネルの断面図である。

以下に実施例によって本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明における液晶表示装置の断面図である。図１において、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０がシール材１５によって接着し、内部に液晶層６０が封入されている。液晶は、ＯＤＦによって充填されたものである。ＴＦＴ基板１０の下側には下偏光板１１が接着し、対向基板２０の上側には上偏光板２１が接着している。ＴＦＴ基板１０、対向基板２０、下偏光板１１、上偏光板２１によって液晶表示パネル２００を構成している。

液晶表示パネル２００において、ＴＦＴ基板１０は対向基板２０よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１０が対向基板２０よりも大きくなっている部分には液晶表示パネル２００に外部から電源や信号を送るためのフレキシブル配線基板８０や液晶表示パネル２００を駆動するためのＩＣドライバ９０が配置している。下偏光板１１の背面には、バックライト３００が配置している。バックライト３００は図示しないＬＥＤ等の光源、導光板あるいは拡散板、拡散シート、プリズムシート等の光学シート群を含むものである。

液晶表示パネル２００の上偏光板２１には、カバー４０が紫外線硬化樹脂５０によって接着している。カバー４０はガラス、プラスチック等によって形成されているが、カバー４０は、液晶表示パネル２００を機械的に保護するものであるから、厚さは０．５乃至１．２ｍｍ程度と比較的厚い。一方、液晶表示パネル２００において、ＴＦＴ基板１０あるいは対向基板２０の厚さは０．１５ｍｍ乃至０．２ｍｍである。また、上偏光板２１と下偏光板１１の厚さは、０．１３ｍｍ程度である。このような構成の液晶表示装置では、カバー４０あるいは液晶表示パネル２００の対向基板２０にタッチパネル機能が組み込まれている場合がある。

図２は、カバー４０と液晶表示パネル２００を接着するために、紫外線硬化樹脂５０を配置した断面図である。図２における紫外線硬化樹脂５０はカバー４０側に塗布してもよいし、液晶表示パネル２００側に塗布してもよい。図２において、紫外線硬化樹脂５０は液体の状態である。

図３は、図２の状態におけるカバー４０と液晶表示パネル２００を、紫外線硬化樹脂５０を介して積層したものに対してカバー４０側から紫外線を照射している図である。液晶表示パネル２００側には、走査線、信号線、遮光膜等が形成されているので、カバー４０側から紫外線を照射したほうが効率がよい。

紫外線硬化樹脂５０は紫外線照射を受けて硬化するときに、体積が収縮する性質がある。これを本明細書では硬化収縮という。図４は、液晶表示パネル２００とカバー４０との間の紫外線硬化樹脂５０が紫外線の影響を受けて硬化するときに収縮する状態を示す模式断面図である。紫外線硬化樹脂５０が収縮すると、樹脂が接着しているカバー４０側と液晶表示パネル２００側に応力が生ずる。この応力は、紫外線硬化樹脂５０の端部において最も大きくなる。

紫外線硬化樹脂５０による応力は、図４に示すように、液晶表示パネル２００等の対向基板２０等の主面に平行な方向と法線方向に分解できる。このうち、対向基板２０等の主面と平行方向の応力に対しては、対向基板２０等は強く、殆ど変形は生じない。しかし、対向基板２０等の主面に対する法線方向については、強度は弱く、変形を生ずる。

図５は紫外線硬化樹脂５０の収縮によって生ずるカバー４０と液晶表示パネル２００の変形を示す断面図である。図５に示すように、カバー４０は殆ど変形せず、液晶表示パネル２００側の上偏光板２１と対向基板２０の周辺部が変形している。つまり、カバー４０は０．５ｍｍ乃至１．２ｍｍと厚いのに対し、液晶表示パネル２００側の上偏光板２１は０．１３ｍｍ、対向基板２０は０．１５ｍｍ乃至０．２ｍｍと薄い。基板等の曲げ強さは板厚の３乗に比例するので、液晶表示パネル２００の上偏光板２１および対向基板２０が変形することになる。

図５のような変形において、液晶表示パネル２００の特性に対して特に重要なのが、対向基板２０の変形である。対向基板２０が変形すると、液晶層６０の層厚、すなわち、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０間のギャップが変動することになる。紫外線硬化樹脂５０の収縮による応力は、紫外線硬化樹脂５０が形成された周辺で大きいが、図５に示すように、対向基板２０がシール材１５と接着している部分は、シール材１５によって抑えられているので、ギャップの変動はほとんど生じない。したがって、シール材１５の内側において、対向基板２０が変形し、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０間のギャップの変動が大きくなる。

ＴＦＴ基板１０と対向基板２０のギャップすなわち、液晶層６０の層厚が大きくなると、液晶を通過する光のうち、長波長側の光が多くなる。そうると、白表示を行った場合、この部分における透過光は黄色側にシフトし、図８に示すような画面周辺における黄色むらが生ずることになる。図５において、表示領域の中央側における液晶層厚はｇ１であり、シール材１５付近の液晶の層厚はｇ２である。ｇ２−ｇ１で示される液晶層６０の層厚差あるいは、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０間のギャップ差（ギャップ差）が黄色むらの原因となっている。

図６はこのギャップ差と黄色むらレベルの関係を示すグラフである。図６において、横軸は画面周辺における黄色むらレベルであり、縦軸はＴＦＴ基板と対向基板間のギャップ差である。図６における横軸は、黄色むらレベルを規格化した数値である。この数値において、０は全く黄色むらが観察されないレベル。１は黄色むらは存在するが、軽微であり、実用上は問題ないレベル、２は実用レベルとして許容される上限の黄色むらである。３以上は黄色むらの程度が大きく、実用上許容されないレベルである。本実施例では、黄色むらレベルが２を超えたものを不良としてカウントする。

図６における縦軸は、ＴＦＴ基板と対向基板間のギャップ差であり、単位はμｍである。ギャップ差が大きくなるほど黄色むらレベルは大きくなる。図６によれば、ギャップ差が０．６μｍになると、許容範囲の限界に近づく。したがって、ギャップの許容範囲を０．５μｍ以下に設定すれば、黄色むらレベルを安定して許容範囲内に抑えることが出来る。

図７は、このような、ＴＦＴ基板と対向基板間のギャップ変動を生じさせる紫外線硬化樹脂の特性と、黄色むらレベルの関係を示すグラフである。紫外線照射によって硬化した紫外線硬化樹脂の特性のうち、ギャップ変動に影響を与える特性は、硬化収縮率と弾性率である。なお、硬化収縮率とは、紫外線硬化樹脂が硬化するときに体積が収縮する体積収縮率を言う。以下同様である。図７において、横軸は紫外線硬化樹脂の硬化収縮率であり、単位は％である。縦軸は紫外線硬化樹脂の硬化後の弾性率であり、単位はＭＰａ（１０^６Ｐａ）である。

図７において、収縮率が大きくとも、弾性率が小さければギャップ変動は小さく抑えることが出来る。逆に、収縮率が同じであっても、弾性率が大きいとギャップ変動が大きくなり、黄色むらを発生させる危険がある。図７に示す点線の右側が問題となる黄色むらを発生させる領域であり、左側が黄色むらが発生しない、あるいは、黄色むらが許容レベルである領域である。

図７における点線は、横軸ｘの硬化収縮率の単位として％、縦軸ｙの弾性率の単位としてＭＰａとした場合、ｙ＝−０．７５Ｘ＋１．５で表すことが出来る。すなわち、ｙ＜−０．７５Ｘ＋１．５とすることによって、黄色むらが発生しない、あるいは、黄色むらが発生しても許容範囲とすることが出来る。

なお、実際の紫外線硬化樹脂の開発等においては、硬化収縮率を設定し、硬化後の弾性率の評価を行って所要の樹脂を選定する場合がある。このような場合、硬化収縮率を１％以下とし、硬化後の弾性率を１ＭＰａ以下とすることによって、黄色むらのほとんど目立たないディスプレイを得ることが出来る。さらに、硬化収縮率を０．８％以下とし、硬化後の弾性率を１ＭＰａ以下とすることによって、黄色むらがさらに目立たないディスプレイを得ることが出来る。

液晶表示装置は一般には視野角特性が問題である。視野角特性は画面を見る角度によって、コントラストが変化したり色度が変化したりする現象である。ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式の液晶表示装置は、液晶分子を基板と平行方向に回転させることによって、液晶層の透過率を変化させて画像を形成する方式であり、優れた視野角特性を有している。

ＩＰＳ方式の液晶表示装置は、対向基板とＴＦＴ基板間のギャップが小さい、すなわち、液晶層の層厚が小さいので、対向基板とＴＦＴ基板とのギャップ変動に敏感に反応する。したがって、本発明はＩＰＳ方式の液晶表示装置に対して特に効果がある。

図８は本発明の第２の実施例を示す断面図である。図８が実施例１の図１と異なる点はカバー４０と液晶表示パネル２００の間にタッチパネル３０が独立して形成されている点である。カバー４０とタッチパネル３０は紫外線硬化樹脂５０によって接着され、液晶表示パネル２００とタッチパネル３０も紫外線硬化樹脂によって接着している。

図８のような構成を形成するプロセスは、先ず、カバー４０とタッチパネル３０を接着する。この場合も、紫外線硬化樹脂５０の収縮率が大きいと、タッチパネル３０の周辺において変形を生じさせる。しかし、タッチパネル３０の場合、液晶表示パネル２００と異なり、液晶層６０の層厚の変動は無いので、画面の黄色シフトという問題は生じない。

次に、カバー４０とタッチパネル３０を接着した組み立て体と、液晶表示パネル２００を紫外線硬化樹脂５０で接着する。この時、実施例１で述べたと同様な変形が液晶表示パネル２００の上偏光板２１および対向基板２０に生ずる。そして、対向基板２０に生じた変形は、ＴＦＴ基板１０と対向基板２０間のギャップの変動、すなわち、液晶層６０の層厚の変動をもたらし、その結果、画面周辺における黄色むらを生ずることになる。

本実施例では、実施例１におけるカバー４０の代わりに、カバー４０とタッチパネル３０の組み立て体が使用される点が異なるだけであり、したがって、紫外線硬化樹脂５０の硬化収縮による応力の影響は、液晶表示パネル２００側に生ずる。つまり、液晶表示パネル２００の対向基板２０の変形は、実施例１で説明したのと同様に、紫外線硬化樹脂５０の硬化収縮率と硬化後の弾性率を実施例１で述べたと同様な範囲に設定することによって、黄色むらの発生を防止する、あるいは、黄色むらが発生しても、許容レベルに抑えることができる。

以上の説明では、図８において、カバー４０とタッチパネル３０の接着は、紫外線硬化樹脂５０によって行うとしたが、これに限らず、紫外線硬化樹脂の代わりに熱硬化性樹脂あるいは粘着材シート等を使用することが出来る。なお、本実施例においても、ＩＰＳ方式の液晶表示装置に対して特に効果があることは実施例１と同様である。

１０…ＴＦＴ基板、 １１…下偏光板、 １５…シール材、 １６…封止材、 ２０…対向基板、 ２１…上偏光板、３０…タッチパネル、４０…カバー、 ５０…紫外線硬化樹脂、 ６０…液晶層、 ７０…滴下液晶、 ８０…フレキシブル配線基板、 ９０…ＩＣドライバ、 １００…表示領域、 １１０…黄色変色部、 ２００…液晶表示パネル、 ３００…バックライト

Claims (6)

1. ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記カバーは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率をｘ（％）とし、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率をｙ（ＭＰａ）とした場合、ｙ＜−０．７５ｘ＋１．５の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。
2. ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記カバーは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は１％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は０．８％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にタッチパネルが貼り付けられ、タッチパネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記タッチパネルは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率をｘ（％）とし、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率をｙ（ＭＰａ）とした場合、ｙ＜−０．７５ｘ＋１．５の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。
5. ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持され、ＴＦＴ基板の下側に下偏光板が貼り付けられ、対向基板の上側に偏光板が貼り付けられた液晶表示パネルの上にタッチパネルが貼り付けられ、前記タッチパネルの上にカバーが貼り付けられた液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルと前記タッチパネルは紫外線硬化樹脂によって貼り付けられ、前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は１％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記紫外線硬化樹脂の硬化時の体積収縮率は０．８％以下であり、前記紫外線硬化樹脂が硬化した後の弾性率は１ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。

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