JP2009163037A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可撓性液晶セルの変形による気泡発生を軽減しながら、一体感と多様な機能を維持できる液晶装置を提供する。
【解決手段】 一枚の偏光板２１に、プラスチック液晶セル２８と、ガラス基板からなるＴＦＴ液晶セル２７とパッシブ型白黒液晶セル２９と、を貼付け、ガラス基板の剛性を利用してプラスチック液晶セル２８の変形を軽減した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、可撓性液晶セルを備えた液晶装置に関する。

プラスチックフィルム基板からなる可撓性液晶セル（以下プラスチック液晶セルと称する）は、軽量で薄いという性質を活かし携帯電話機の表示パネルとして実用化されている。最近では、割れにくい、曲げられる、平面形状の自由度が高い、という特徴にも注目が集まるようになり様々な応用製品が提案されるようになった。プラスチック液晶セルは、表示パネルとして画像を表示させることばかりでなく、可撓性を有し薄いフィルム状であるという性質を使い、電子機器の一体感の創出や機能の多様化に利用する試みがなされている。例えば、スイッチシート上にプラスチック液晶セルを積層し、その電子装置の動作モードに応じてスイッチ配列の表示内容を切り換えるプログラマブルスイッチにプラスチック液晶セルを使うことがある（例えば特許文献１）。

このプラスチック基板を使った液晶セルは、従来から普及しているガラス基板を使った
液晶セルと基本的に同じ構造である。この様子を図４で説明する。図４は、一般的な液晶セルの分解斜視図である。下基板４４上にはシール４３と上基板４１が積層している。熱硬化性エポキシ接着剤からなるシール４３は液晶の注入孔４２を有する。上下の基板４１、４４とシール４３から作られる空間に液晶が注入され、その後注入孔４２は接着材（図示せず）で封孔される。上下の基板４１、４４の液晶層側にはＩＴＯからなる透明電極（図示せず）が形成されている。液晶層がツイストネマチック液晶であれば上下の基板４１、４４の外側の面に偏光板（図示せず）が貼り付けられる。複屈折性を利用するＳＴＮ液晶等である場合は、上下の基板４１、４４と偏光板の間に位相差板が追加される。また液晶層が散乱型であれば偏光板は不要となる。

しかしながら基板４１、４４をガラスからプラスチックに切り換えると様々な問題が現れる。そのなかで特に大きな問題は、プラスチック基板を通して大気が液晶層に侵入し気泡を発生することである。つまりプラスチック材料はガラスと違いガス透過性があるため常温常圧下でガスが透過する。もし仮に無垢のプラスチック材料だけの基板で液晶セルを作成した場合、ガスが徐々に基板を通して液晶内に溶け込み、液晶内に溶け込んだガスが飽和状態に達してしまうと、落下等の衝撃により液晶装置内に気泡が発生する。

そこで、液晶をプラスチック液晶セルに注入する直前に液晶の真空脱泡やプラスチック基板の真空焼成等を行い液晶やプラスチック基板のガス濃度を低下させておくことや、液晶層にガスが入り込まないようにプラスチック基板の表面にガスバリア層を設ける、という気泡対策を行っている。（例えば特許文献２）

図５において特許文献２で採用したガス侵入対策を説明する。図５は特許文献２の実施例１の液晶装置の断面図である。

まずこの液晶装置の構造を説明する。この液晶装置は、図の下側から反射板５８、下側の偏光板５７、液晶セル、上側の偏光板５７が積層している。液晶セルは、下側のプラスチック基板５１、下側の透明電極５２、下側の配向膜５３、スペーサ５４が混入した液晶層５６、上側の配向膜５３、上側の透明電極５２、上側のプラスチック基板５１が積層したものであり、両端のシール５５で上下のプラスチック基板５１を接着している。そして液晶セルの側面にはエポキシ接着剤５９が塗布されている。

つぎにこの液晶装置のガス侵入対策を説明する。プラスチック基板５１は、ポリカーボネートフィルムを基板支持材とし、両面にＥＶＡ（エチレンと酢酸ビニルの共重合体）とフェノキシ樹脂からなる２層のガスバリア層を有している。このガスバリア層で基板表面から液晶層５６に侵入しようとするガスを阻止する。液晶セルの側面のエポキシ接着剤５９は、プラスチック基板５１の切断面やシール５５を通して液晶層に侵入しようとするガスを阻止している。
特開昭６３−１３２３２３号公報 特開２００１−２２１９９８号公報

前述のようにポリカーボネートのようなプラスチック材料は多孔質であるためガスを溜め込む性質がある。表面のガスバリア層や側面のガスバリア部材が樹脂である場合、高いガスバリア性が望めないので長期的にはプラスチック基板にガスが侵入する。ガスバリア性の高い無機質（酸化シリコンや金属など）のガスバリア層であっても、プラスチック基板上の無機膜にはピンホールやクラックが入り易いので、やはりこれらを通してガスがプラスチック基板に侵入する。プラスチック基板にガスが大量に溜め込まれている場合、液晶セルが変形すると局所的にプラスチック基板の圧力（応力）が高くなり、ガスが液晶層に放出され、液晶層のガス濃度が飽和点を越え気泡が発生する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、可撓性液晶セルの変形による気泡発生を軽減しながら、一体感と多様な機能を維持できる液晶装置を提供することを目的とする。

本発明は、可撓性基板間に液晶を備え偏光板に貼り付けられた可撓性液晶セルと、可撓性液晶セルと平面方向に並んだ状態で偏光板に貼り付けられた剛性部材とを有することを特徴とするものである。

剛性部材は、剛性を有する基板間に液晶を備えた液晶セルであってもよい。

また、剛性部材は、可撓性液晶セルに比して剛性が高い透明板であってもよい。

さらに、偏光板への押圧を検出するスイッチシートが、前記可撓性液晶セルに積層されていてもよい。

本発明の液晶装置によれば、一枚の偏光板に、プラスチック基板等で構成される可撓性液晶セルと、剛性部材（例えばガラス基板を使った液晶セルやガラス板）とが併置されている。したがって、剛性部材により偏光板が変形し難くなるため、可撓性液晶セルも変形し難くなり、変形にともなう液晶内への気泡発生が軽減される。また、可撓性液晶セルと剛性部材とが一枚の偏光板に貼りつけられているため、メッセージの表示などの機能を可撓性液晶セルと剛性部材とに別々に割り当てて行わせても、表示しながら押圧を伝達するというような可撓性液晶セル特有の機能を持ち、かつ偏光板側からは多様な機能を持った一体感のある液晶装置に見える。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また縮尺は適宜変更している。

図１から図３を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本実施形態の液晶装置の平面図であり、全表示要素が点灯している状態（ａ）と、全表示要素が消灯している状態（ｂ）を示している。図２は本実施形態の液晶装置において偏光板とプラスチック液晶セルの貼り付け状況を示す分解斜視図である。図３は本実施形態の液晶装置においてプラスチック液晶セル以外の部材まで含めた積層構造を示す断面図である。

まず図１において本実施形態の液晶装置の使用方法を説明する。（ａ）のように全ての表示要素を点灯させると、表示要素として保護シート１１上に画面１２と、複数のスイッチボタン１３と、文字表示部１４とが現れる。電源オフ時の液晶装置は（ｂ）のようにどの表示要素も現れず、全体が黒い板のように見える。例えば、テレビ画像を画面１２に表示する場合、スイッチボタン１３のうちいくつかはチャンネル切り替えや音量調整の機能を明示する図形や文字を表示し、残りのスイッチボタン１３は点灯しない。点灯したスイッチボタン１３を押すと対応した機能が実行される。計算機モードとなった場合は、スイッチボタン１３のいくつかはテンキーや演算キーとなり、対応する図形や文字を表示し、使われないスイッチボタン１３は点灯しない。同様に点灯したスイッチボタン１３を押すと対応した機能が実行される。このようにスイッチボタン１３は動作モードに応じて、機能表示が切り替わるのでプラグラマブルキーボードなどと呼ばれる。また文字表示部１４は低消費電力で時計などを表示する。

次に図２において偏光板２１に貼り付ける部材を説明する。偏光板２１の上部には、図１の画面１２に対応してガラス基板２２、２３が積層したＴＦＴ液晶セル２７が貼り付けられる。ＴＦＴ液晶セル２７は、内面にカラーフィルターを有し、マトリクス状に配列した画素ごとにスイッチング素子として薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備え、厚さが０．７ｍｍ程度のガラス基板２２、２３を使用している。偏光板２１の中央部には、図１のスイッチボタン１３の配列領域に対応してプラスチック基板２４、２５からなるプラスチック液晶セル２８が貼り付けられる。プラスチック液晶セル２８の各基板２４、２５は、ポリカーボネートからなる基板支持材にガスバリア層や透明電極層を有し、厚みが０．１ｍｍである。偏光板２１の下部には、図１の文字表示部１４に対応してガラス基板２６、２６ａが積層したパッシブ型白黒液晶セル２９が貼り付けられる。パッシブ型白黒液晶セル２９は、それぞれのガラス基板２６、２６ａの液晶層側に形成されたコモン電極とセグメント電極間に挟まれた液晶層を電圧平均化法で駆動するもので、カラーフィルターやスイッチング素子のない単純な構成で明るい表示体である。このガラス基板２６、２６ａは厚さがそれぞれ０．３ｍｍである。

図３において各表示要素ごとの積層構造を説明する。図３の上部では、図１の画面１２に対応して、左側から保護シート１１、偏光板２１、ＴＦＴ液晶セル２７、偏光板３１、バックライト３２が積層している。図３の中央部では、図１のスイッチボタン１３が配列する領域に対応して、左側から保護シート１１、偏光板２１、プラスチック液晶セル２８、偏光板３３、バックライト３４、スイッチシート３５が積層している。図３の下部では、図１の文字表示部１４に対応して、左側から保護シート１１、偏光板２１、パッシブ型白黒液晶セル２９、偏光板３６、半透過反射板３７、バックライト３８が積層している。

図３の各部材を説明する。保護シート１１は厚さが０．２ｍｍのポリカーボネイトからなり可撓性がある。偏光板２１、３１、３３、３６は、偏光層をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）で挟んだもので、厚さが０．１から０．２ｍｍ程度である。各液晶セル２７、２８、２９は、それぞれの液晶層がＴＮ（ツイストネマティック）となっており、液晶層に電圧を印加していないときに光を透過しないノーマリブラックモードである。このため偏光板２１の透過軸と、偏光板３１、３３、３６の透過軸は平行である。バックライト３２は、樹脂からなる導光板の側面に取り付けたＬＥＤ素子が発する光をＴＦＴ液晶セル２
７側に出射する。バックライト３４は、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）シートで柔軟性を有する。スイッチシート３５は、スイッチボタン１３毎に対応するスイッチ素子が配列している。半透過反射板３７はハーフミラー板である。バックライト３８はＥＬシートである。

図３において各表示要素の機能を説明する。画面１２では、高輝度のバックライト３２に照射されたコントラストの高いＴＦＴ液晶セル２７（偏光板２１、３１を含む）により高画質表示が達成される。あるスイッチボタン１３を押すと、まず保護シート１１の対応する領域が変形し、続いて偏光板２１、プラスチック液晶セル２８、偏光板３３、バックライト３４の対応する領域が変形し、最後に加わった押圧がスイッチシート３５の対応するスイッチに伝わる。この押圧でスイッチがオンし、その情報が図示していない制御回路に伝達される。文字表示部１４はふつう半透過反射板３７の反射機能を使い反射モードで表示している（低消費電力モード）。暗所ではバックライト３８を点灯し半透過反射板３７の透過機能を使い透過モードで表示する。

本実施形態に係る液晶装置では、プラスチック液晶セル２８が貼り付けられた偏光板２１を共通にして、ガラス基板を使ったＴＦＴ液晶セル２７が併置されている。これにより、液晶装置全体の撓む部分が少なくなり剛性が増すので、プラスチック液晶セル２８が撓みにくくなる。したがって、プラスチック液晶セル２８の液晶層内への気泡発生を抑制することができる。

本実施形態では、偏光板に貼り付ける剛性部材としてガラス基板を使った液晶セルを用いているが、ガラス板などの剛性を有する部材であってもよく、ガラス基板を用いた液晶セルと同様に剛性を増す効果を奏し、プラスチック液晶２８への気泡の発生を抑えることができる。

また、２つのセルについて偏光板を共通にしたことにより、視認側からは一体感を持った表示に見える液晶装置とすることができる。

本実施形態では偏光板２１にＴＦＴ液晶セル２７を直に貼り付けているが、ＴＦＴ液晶セル２７の代わりに特殊強化ガラスのような剛性の大きい透明な基板を貼り付け、この基板とＴＦＴ液晶セル２７を積層させても良い。こうするとＴＦＴ液晶セル２７が透明基板で保護されるようになる。またこの基板とＴＦＴ液晶セル２７の間に偏光板を追加すると基板追加にともなうコントラスト低下要因が除去できる。

本発明の実施形態の全表示要素が点灯している状態の平面図（ａ）、全表示要素が消灯している状態の平面図（ｂ）である。 本発明の実施形態の分解斜視図である。 本発明の実施形態の断面図である。 一般的な液晶セルの分解斜視図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１１ 保護シート
１２ 画面
１３ スイッチボタン
１４ 文字表示部
２１、３１、３３、３６、５７ 偏光板
２２、２３、２６、２６ａ ガラス基板
２４、２５、５１ プラスチック基板
２７ ＴＦＴ液晶セル
２８ プラスチック液晶セル
２９ パッシブ型白黒液晶セル
３２、３４、３８ バックライト
３５ スイッチシート
３７ 半透過反射板
４１、４４ 基板
４２ 注入孔
４３、５５ シール

Claims (4)

1. 可撓性基板間に液晶を備え偏光板に貼り付けられた可撓性液晶セルと、
   当該可撓性液晶セルと平面方向に並んだ状態で前記偏光板に貼り付けられた剛性部材とを有することを特徴とする液晶装置。
2. 前記剛性部材が、剛性を有する基板間に液晶を備えた液晶セルであることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記剛性部材が、前記可撓性液晶セルに比して剛性が高い透明板であることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
4. 前記偏光板への押圧を検出するスイッチシートが、前記可撓性液晶セルに積層されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液晶装置。

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