JP2006011038A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 偏光板が設けられた表示用液晶パネルの背面に接着層を介してパネル部材が貼設されていても、表示ムラの発生が抑制される液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置は、背面に偏光板115が貼設された表示用液晶パネル110と、表示用液晶パネル110の背面に偏光板115を埋設するように設けられた接着層130を介して貼設されたパネル部材120と、を備える。接着層130は、所定波長の光で硬化する光硬化型樹脂で形成され、その所定波長の光の光吸収率が5%以下である。
【選択図】図1

Description

本発明は、背面に偏光板が貼設された表示用液晶パネルと、その背面に偏光板を埋設するように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置に関する。
人間の2つの目は、頭部において空間的に離れて位置していることから、2つの異なる視点から見た像を知覚する。そして、人間の脳は、それらの2つの像の視差によって立体感を認識する。
この原理を利用して、観察者の左右それぞれの目に異なる視点から見た像を視認させることで視差を与え、3D表示(立体三次元表示)を行う液晶表示装置が開発されている。
そのような液晶表示装置において、視点の異なる像を観察者の左右の目に供給する技術として、例えば、色、偏光状態、或いは、表示時刻によってエンコードした左眼用画像及び右眼用画像を画面上に表示し、観察者が着用する眼鏡状のフィルタシステムによってそれらを分離することで左右それぞれの目に対応する像を供給するものがある。
また、表示用液晶パネルに光の透過領域と遮断領域とが交互にストライプ状に形成された視差バリアを組み合わせることにより、表示用液晶パネルが表示する右眼用画像及び左眼用画像のそれぞれに対して視差バリアによって特定の視野角を与え、空間内の特定の観察領域からであれば、左右のそれぞれの目に対応する像が視認され、観察者がフィルタシステム等の視覚的補助具を使用しなくても3D表示を認識できるようにする技術もある。
このような視差バリアを設けた液晶表示装置は、特許文献1に開示されている。なお、上記特許文献1では、視差バリアとしてパターン化位相差板を用いた構成が開示されている。
特許文献2には、視差バリアの機能の有効/無効を切り替える手段をスイッチング液晶層等で構成することにより、3D表示と2D表示(平面表示)とを電気的に切り替えることができる液晶表示装置、つまり、スイッチング液晶層の機能を有効にしたときに3D表示を行う一方、視差バリアの機能を無効としたときに2D表示を行う液晶表示装置が開示されている。
このように、表示用液晶パネルと視差バリアとを組合せることによって3D表示する技術は公知である。
また、特許文献3には、上述したような2D表示及び3D表示が可能な液晶表示装置、つまり、2D/3D切替型の液晶表示装置であって、TFT等による表示用液晶パネルとパターン化された視差バリアを含むスイッチング液晶パネルとの2部材で構成されたものが開示されている。
表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとの2つのパネルで構成された上記の2D/3D切替型表示用液晶パネルは、それらのパネルが紫外線硬化型樹脂や両面テープといった接着剤で貼り合わされたものとなっている。但し、表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとの貼り合わせの位置合わせ精度の許容範囲は±5μm程度であり、例えば10μmや20μmもずれてしまうと3D表示が実現されない。両面テープを用いた場合、貼り合わせた後に位置合わせ調整をすることはできないため、貼り合せる前に位置合わせ調整をする必要がある。一方、紫外線硬化型樹脂を用いた場合、貼り合わせた後に位置合わせ調整を行い、その後に紫外線を照射して硬化させることで接着を完了させることができる。また、高温環境下においては、両面テープを用いたものよりも紫外線硬化型樹脂を用いたものの方が信頼性が高い。そのため、一般には、表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとを紫外線硬化型樹脂からなる接着剤を介して貼り合わせ、位置合わせ後に外側から紫外線照射して接着剤を硬化させることで両パネルを貼り合わせるということが行われる。
特開平10−229567号公報(平成10年8月25日公開) 特開平10−123461号公報(平成10年5月15日公開) 特開平3−119889号公報(平成3年5月22日公開)
ところで、図4に示すように、表示用液晶パネル110’にスイッチング液晶パネル120’を貼り合せる場合、表示用液晶パネル110’の背面の接着面に偏光板115’が貼設されているため、両パネル間の接着層130’には、偏光板115’に対応した薄肉の中央部分(領域a)と偏光板115’の外側に対応した厚肉の外周部分(領域b)とが形成されることとなる。
例えば、具体的に、厚さ250μmの偏光板が背面に貼設された表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとを紫外線硬化型の接着剤で貼り合わせ、そのときの偏光板に対応した中央部分での接着剤厚さを50μmとした場合、偏光板の外側に対応した外周部分での接着剤厚さは300μm(250μm+50μm)となる。
そして、これに紫外線を照射すると、接着剤厚さが50μmである中央部分と接着剤厚さが300μmである外周部分とで異なる硬化状態が形成されてしまうという現象が生じる。このような現象が生じると、それが表示用液晶パネル110’に作用することにより液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に表示ムラが生じ、表示品位が著しく低いものとなる。このことは、特に、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラの出やすい半透過半反射表示型の液晶表示装置で顕著である。また、高温・高湿雰囲気において特に上記の表示ムラの発生が顕著であり、液晶表示装置としての信頼性にも問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏光板が設けられた表示用液晶パネルの背面に接着層を介してパネル部材が貼設されていても、表示ムラの発生が抑制される液晶表示装置を提供することにある。
接着剤厚さが薄い中央部分と接着剤厚さが厚い外周部分とが異なる硬化状態に形成される一因は、中央部分では、接着剤が速やかに硬化するものの、外周部分では、硬化した表層が紫外線、つまり、硬化波長の光(とりわけ波長365nm以下の短波長光)の進行を阻害するため、厚さ方向について硬化が円滑に進まないためである、ということを発明者らは見出し、本発明に想到したものである。なお、これに対して、紫外線の光量を多くすることも考えられるが、そうすると、両者の硬化状態の差はさらに拡大し、また、着色という新たな問題を生じる。
上記の目的を達成する本発明は、背面に偏光板が貼設された表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルの背面に該偏光板を埋設するように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置であって、
上記接着層は、所定波長の光で硬化する光硬化型樹脂で形成され、該所定波長の光の光吸収率が5%以下である。
上記の構成によれば、接着層、つまり、硬化した光硬化型樹脂の硬化波長の光の光吸収率が5%以下であるので、接着剤厚さが厚い外周部分において、硬化した表層による光の進行の阻害の影響は小さい。そのため、厚みの差が250〜500μm程度であれば、接着剤厚さが薄い中央部分と接着剤厚さが厚い外周部分とで同一の硬化状態が形成され、画面周縁部分への表示ムラの発生が抑止される。つまり、従来のように、接着層の中央部分と外周部分とで硬化状態が相異し、それによって液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に著しい表示ムラが生じるということがない。
ここで、光吸収率は、硬化の完了した接着層から測定された波長毎の光透過率より、光吸収率=100−透過率(%)の式に従って算出される。また、光の波長毎の光吸収率は、接着剤となる光硬化型樹脂の反応開始剤の含有量に比例する。
本発明は、上記接着層は、上記所定波長の光の光吸収率が1%以上であることが好ましい。
上記の構成によれば、高温度や高湿度の雰囲気下での履歴を受けても接着層が影響を受けることがない。
光硬化型樹脂の硬化波長としての上記所定波長は、波長365nmが一般的である。
セル厚さの変化に敏感で表示ムラが比較的出やすいということから、本発明は、上記表示用液晶パネルが半透過半反射表示型である場合に特に有効である。
本発明では、上記パネル部材としては、特に限定されるものではないが、例えば、2次元表示モードと3次元表示モードとを切り替えるためのスイッチング液晶パネルを挙げることができる。
本発明によれば、接着層の硬化波長の光の光吸収率が5%以下であるので、厚みの差が250〜500μm程度であれば、接着剤厚さが薄い中央部分と接着剤厚さが厚い外周部分とで同一の硬化状態が形成され、画面周縁部分への表示ムラの発生を抑止することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1は、本実施の形態に係る2D/3D表示切替型液晶表示装置の表示パネルモジュール100の概略構成を示す。
この表示パネルモジュール100は、表示用液晶パネル110と、その裏面に接着層130を介して貼設されたスイッチング液晶パネル120と、を備えている。
表示用液晶パネル110は、アクティブマトリクス駆動型のものであって、相互に対向するように設けられて周縁がシール材で貼り合わされた前面側の対向基板111及び背面側のアクティブマトリクス基板112と、それらの間に狭持されるように設けられた液晶層113と、を有している。
対向基板111には、内側である液晶層113側に共通電極が設けられている。また、外側である前面側の中央部分に第1偏光板114が貼設されている。
アクティブマトリクス基板112には、内側である液晶層113側に格子を形成するようにゲート線及びソース線が設けられていると共に、各交差部にスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT)を介して画素電極が設けられている。また、外側である背面側の中央部分に第2偏光板115が貼設されている。さらに、FPC(Flexible Printed Circuits)等の配線基板140が接続されており、これを介して所定の信号をゲート線やソース線に送るようになっている。
液晶層113は、例えば、TN(Twisted Nematic)液晶層によって構成されている。
この表示用液晶パネル110は、1つの画素電極によって1つの画素が規定され、各画素毎に、画素電極と対向電極との間の印加電圧により液晶層113の液晶分子の配向状態を変調させ、表示すべき画像に対応して光の透過度を調整する。つまり、表示用液晶パネル110は、画像データに応じた表示画面を生成するための表示画像生成手段を構成している。
表示用液晶パネル110は、各画素電極がITO(Indium Tin Oxide)などで形成された透明電極のものであっても、また、各画素電極の一部分が透明電極であり且つその他の部分がアルミニウムなどで形成された反射電極であるもの、つまり、半透過半反射表示型のものであってもよい。
図2は、スイッチング液晶パネル120を示す。
スイッチング液晶パネル120は、相互に対向するように設けられて周縁がシール材で貼り合わされた前面側の駆動側基板121及び背面側の対向基板122と、それらの間に狭持されるように設けられた液晶層123と、を有している。
駆動側基板121及び対向基板122のそれぞれには、内側である液晶層123側に透明電極が設けられている。また、対向基板122には、外側である背面側に、表示用液晶パネル110の第2偏光板115と透過軸が一致するように第3偏光板が貼設されている。さらに、FPC(Flexible Printed Circuits)等の配線基板150が接続されており、これを介して所定の信号を透明電極に送るようになっている。
液晶層123には、屈折率等方性の透光性樹脂で形成された等方性領域124と屈折率異方性の液晶で形成された異方性領域125とが交互にストライプを形成するように設けられている。
このスイッチング液晶パネル120は、液晶層123のうち屈折率等方性の透光性樹脂で形成された等方性領域124については第3偏光板を透過した直線偏光をそのまま透過させるが、屈折率異方性の液晶で形成された異方性領域125については液晶層123への印加電圧によって液晶分子の配向状態を変調させて直線偏光の偏光状態を変化させる。具体的には、異方性領域125では、液晶層123の液晶分子が平行配向又はTN配向の場合には電圧印加時、垂直配向の場合には電圧無印加時に、液晶分子は基板に対して立ち上がるので、液晶層123の屈折率異方性が直線偏光に影響を及ぼさず、等方性領域124と同様に、第3偏光板を透過した直線偏光をそのまま透過させる。一方、液晶層123の液晶分子が平行配向又はTN配向の場合には電圧無印加時、垂直配向の場合には電圧印加時に、液晶層123の屈折率異方性が直線偏光に影響を与え、第3偏光板を透過した直線偏光の偏光状態を変化させて透過させる。
以上の構成において、この表示パネルモジュール100では、スイッチング液晶パネル120の異方性領域125で直線偏光の偏光状態を変化させない場合には、図3(a)に示すように、等方性領域124及び異方性領域125のいずれを透過した直線偏光も表示用液晶パネル110に入射されるが、そのときに観察者の左右の目に同一の光が届くように設定され、それによって2次元画像が観察されるようになっている。一方、スイッチング液晶パネル120の異方性領域125で直線偏光の偏光状態を変化させる場合には、図3(b)に示すように、異方性領域125を透過した直線偏光は第2偏光板115を透過できないために遮光され、等方性領域124を透過した直線偏光のみが表示用液晶パネル110に入射されるが、そのときに観察者の左右の目にそれぞれに異なる光が届き、しかも、右眼には表示用液晶パネル110に表示された右眼用画像及び左眼には表示用液晶パネル110に表示された左眼用画像がそれぞれ観察されるように視野角などが設定され、それによって3次元画像が観察されるようになっている。つまり、スイッチング液晶パネル120の異方性領域125が視差バリアを構成しており、このON/OFFを切り替えることにより、2次元表示と3次元表示とを切り替えることができるようになっている。
表示用液晶パネル110とスイッチング液晶パネル120との間の接着層130は、表示用液晶パネル110の背面の中央部分に貼設された第2偏光板115を埋設するように設けられている。接着層130は、波長365nmの光を含む光で硬化する光硬化型樹脂で形成されており、波長365nmの光の光吸収率が1〜5%以下である。この接着層130は、表示用液晶パネル110の裏面、及び/又は、スイッチング液晶パネル120の前面に光硬化型樹脂の接着剤を塗布して貼り合わせた後に、その外側から紫外線等の光を照射することにより形成される。このように、接着剤が光硬化型樹脂で形成されているので、表示用液晶パネル110とスイッチング液晶パネル120との接着作業の作業性が極めて優れる。
そして、このような表示パネルモジュール100は、ドライバ、バックライト等のその他の部品と共にケースに収容されて2D/3D表示切替型液晶表示装置に構成される。
以上の構成の2D/3D表示切替型液晶表示装置によれば、接着層130、つまり、硬化した光硬化型樹脂の波長365nmの光の光吸収率が1〜5%以下であるので、接着剤厚さが厚い外周部分において、硬化した表層による光の進行の阻害の影響は小さく、そのため、厚みの差が250〜500μm程度であれば、接着剤厚さが薄い中央部分と接着剤厚さが厚い外周部分とで同一の硬化状態が形成され、画面周縁部分への表示ムラの発生が抑止される。しかも、それは、高温度や高湿度の雰囲気下での履歴を受けても影響を受けることがない。特に、このような作用効果は、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラが出やすいということから、画素電極が透明電極と反射電極とで形成され、表示用液晶パネル110が半透過半反射表示型である場合に顕著となる。従って、これによれば、従来のように、接着層の中央部分と外周部分とで硬化状態が相異し、それによって液晶セル厚が影響を受けて画面周縁部分に著しい表示ムラが生じるということがない。
また、接着層130を形成する光硬化型樹脂が可視光硬化性であると、接着層130の経時変化が大きく、バックライトを伴うような場合、信頼性及び表示品位に大きな影響が及ぼされるが、上記の構成の2D/3D表示切替型液晶表示装置によれば、接着層130を形成する光硬化型樹脂が可視光硬化性であるので、接着層130の経時変化を小さく抑えることができる。
なお、上記実施形態では、表示用液晶パネル110の背面にスイッチング液晶パネル120を貼設したものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、表示用液晶パネル110の背面にその他のパネル部材を貼設したものであってもよい。
また、上記実施形態では、アクティブマトリクス駆動型で、TN型の表示用液晶パネル110としたが、特にこれに限定されるものではなく、表示画面を生成する機能を有するものであれば、表示方式がSTN方式のものであっても、駆動方式がパッシブマトリクス駆動のものであってもよい。
以下に実際に行った試験評価について説明する。
(試験評価サンプル)
<表示用液晶パネル>
パネル両側のそれぞれの中央部分に偏光板が貼設された一般的なアクティブマトリクス型の半透過半反射表示型の表示用液晶パネルを4枚準備した。なお、半透過半反射表示型のものを用いたのは、液晶セル厚の変化に敏感で表示ムラが生じやすいからである。
<スイッチング液晶パネル>
以下のようにして製造したスイッチング液晶パネルを4枚準備した。
まず、ITOで被覆されたガラス基板上に、スペーサ用ネガレジスト(日本合成ゴム株式会社製 商品名:JNPC−77)の溶液をスピンコーターにて2000rpmで1分間回転させることにより塗布した。
次に、ガラス基板をクリーンオーブンにて120℃で10分間の仮焼成を行い、スペーサ内の残留溶媒を除去した。
次に、等方性領域となる所望の透光性樹脂パターンが形成されるように、フォトマスクを用いて露光を行った。このとき、露光量200mJの条件で紫外線を露光し、30℃のNaOHの2%水溶液で1分間の現像を行った。
次に、ポリアミック酸からなる配向膜を成膜し、クリーンオーブンにて250℃で30分間の焼成を行った。
次に、焼成された配向膜をラビングすることにより所望の配向方向となるように配向処理を施して下側基板を作製した。
下側基板と同様に上側基板1を作製した。
次に、枠状のシール形状がパターニングされたスクリーン版を用いて、上側基板に周辺シール材(三井化学株式会社製 商品名:XN−21S)を形成した。
次に、クリーンオーブンにて100℃で30分の加熱を行い、シール材内の残留溶媒を除去した。
次に、上側及び下側基板を貼り合わせた後に200℃で60分間の焼成を行った。
次に、貼り合わせられた上側及び下側基板の間隙に液晶材料を注入して視差バリアとなる液晶層を形成すると共に、両側にそれぞれ偏光板を貼設し、スイッチング液晶パネルを製造した。なお、誘電率異方性が正の液晶材料を用いて平行(ホモジニアス)配向の液晶層を形成した。この液晶層は、電圧無印加時においてλ/2のレタデーションを有する。また、偏光板それぞれの透過軸方向を互いに略平行になるように設定した。さらに、液晶層の配向方向を偏光板の透過軸方向に対して45°に設定した。
<両パネルの貼り合わせ>
反応開始剤の含有量がそれぞれ0.5%、2.0%、2.5%、3.0%、5.0%、7.5%、9.0%12.0%及び15.0%である9種のアクリル系の紫外線硬化型樹脂接着剤を用いて上記表示用液晶パネルと上記スイッチング液晶パネルとを貼り合わせた。このとき、表示用液晶パネルの背面側の偏光板が紫外線硬化型樹脂接着剤に埋設されるようにした。なお、アクリル系の紫外線硬化型樹脂接着剤として、ウレタンアクリレートオリゴマー、アクリル酸エステルを含有したアクリル系樹脂を用いた。
次に、紫外線照射機(メタルハライドランプ)により光量1000mJの紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂接着剤を硬化させることにより接着層を形成し、これによって両パネルを接着した表示パネルモジュールを作製した。反応開始剤の含有量の低いものから順にサンプル1〜9とした。また、波長365nmの光の光吸収率は、サンプル1〜9の順に、0.2%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%、5.0%及び6.0%であった。
(試験評価方法)
サンプル1〜9の9種の表示パネルモジュールのそれぞれにドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。
また、サンプル1〜9の9種の表示パネルモジュールのそれぞれを温度70℃の乾燥雰囲気下に100時間、250時間及び500時間保持した後にドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。
さらに、サンプル1〜9の9種の表示パネルモジュールのそれぞれを温度45℃、湿度95%の雰囲気下に100時間、250時間及び500時間保持した後にドライバ、バックライト等を取り付けて画像を表示させ、表示ムラレベルを目視にて評価した。
ここで、表示ムラレベルは、表示ムラのない状態を0レベルとし、表示ムラの最も著しい状態を4レベルとした5段階で評価した。実用性の観点からは、0レベルのものと1レベルのものとが合格レベルである。
(試験評価結果)
試験評価の結果を表1及び表2に示す。
Figure 2006011038
Figure 2006011038
表1及び2によれば、高温度、或いは、高湿度の雰囲気下での履歴を与えなければ、光吸収率が5.0%以下であるサンプル1〜8において、表示ムラが抑えられた画像表示がなされることが分かる。この結果は、接着層の中央部分では、接着剤が速やかに硬化するものの、外周部分では、硬化した表層が紫外線の進行を阻害するため、厚さ方向について硬化が円滑に進まず、接着剤厚さが薄い中央部分と接着剤厚さが厚い外周部分とが異なる硬化状態に形成されるためであると考えられる。
高温度、或いは、高湿度の雰囲気下での履歴を与えると、光吸収率が1.0%よりも低いサンプル1〜4において、高温度、或いは、高湿度の雰囲気下での保持時間が長くなるに従って、また、光吸収率が低くなるに従って表示ムラが生じやすくなることが分かる。つまり、光吸収率が1.0〜5.0%であるサンプル5〜8は、高温度、或いは、高湿度の雰囲気下での履歴による影響が小さい。なお、光吸収率が5.0%よりも高くなると接着性能に支障があることも分かる。
以上の結果より、硬化後の光吸収率が5.0%以下である光硬化型樹脂で接着層を形成するのがよく、高温度、或いは、高湿度の雰囲気下での保持による影響をも抑えるという観点からは、硬化後の光吸収率が1.0〜5.0%である光硬化型樹脂で接着層を形成するのがよい。
本発明は、背面に偏光板が貼設された表示用液晶パネルと、その背面に偏光板を埋設するように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置に有用である。
表示パネルモジュールの側面図である。 スイッチング液晶パネルの正面図である。 2D表示及び3D表示の切替を説明するための図である。 液晶表示装置の表示ムラの発生原因を説明するための図である。
符号の説明
100 表示パネルモジュール
110,110’ 表示用液晶パネル
111 対向基板
112 アクティブマトリクス基板
113 液晶層
114 第1偏光板
115,115’ (第2)偏光板
120,120’ スイッチング液晶パネル
121 駆動側基板
122 対向基板
123 液晶層
124 等方性領域
125 異方性領域
130,130’ 接着層
140,150 配線基板

Claims (5)

  1. 背面に偏光板が貼設された表示用液晶パネルと、該表示用液晶パネルの背面に該偏光板を埋設するように設けられた接着層を介して貼設されたパネル部材と、を備えた液晶表示装置であって、
    上記接着層は、所定波長の光で硬化する光硬化型樹脂で形成され、該所定波長の光の光吸収率が5%以下である、液晶表示装置。
  2. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    上記接着層は、上記所定波長の光の光吸収率が1%以上である、液晶表示装置。
  3. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    上記所定波長が365nmである、液晶表示装置。
  4. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    上記表示用液晶パネルが半透過半反射表示型である、液晶表示装置。
  5. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    上記パネル部材は、2次元表示モードと3次元表示モードとを切り替えるためのスイッチング液晶パネルである、液晶表示装置。
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