JP2021182109A - 曲面表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストを確保しつつ、局所的な光漏れを抑制可能な曲面表示装置を提供する。【解決手段】ノーマリーブラック方式の液晶パネル２を備えた曲面表示装置１であって、液晶パネル２は、観察面側から順に、第１の偏光板１１、液晶セル１０及び第２の偏光板１２を備え、液晶セル１０は、観察面側から順に、透明基板２１を含む第１の基板２０と、液晶層４０と、透明基板３１を含む第２の基板３０とを備え、第１の基板２０及び第２の基板３０の少なくとも一方は、透明基板２１、３１の液晶層側に設けられた第３の偏光板１３を備える曲面表示装置１である。【選択図】図１

Description

本発明は、曲面表示装置に関する。

近年、液晶表示装置が様々な用途で使用される中で、構成部材である液晶パネルを湾曲させて曲面表示装置（カーブドディスプレイ）とする技術が検討されている。

例えば、特許文献１には、互いに対向し、少なくとも一部分に曲率が形成された第１基板及び第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置される液晶層と、前記第１基板と前記液晶層との間又は前記第１基板の外側に配置される第１偏光層と、前記第２基板と前記液晶層との間又は前記第２基板の外側に配置される第２偏光層を含み、前記第１偏光層と前記第２偏光層のうち少なくとも何れか一つが前記第１基板と液晶層との間又は前記第２基板と前記液晶層との間に配置される曲面表示装置が開示されている。

特開２０１６−９５４９２号公報

曲面表示装置において、パネル４隅付近に光漏れ（黒ムラ）が発生する。特にＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード又はＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの液晶パネルでは、この光漏れが顕著であり、パネルの強度を保ったままで、完全に光漏れをなくす良い現実的な対策がなかった。パネルを湾曲させると、シール材によって固定されている貼り合わせガラス基板を曲げることになるため、パネルの４隅に大きな応力が集中する。それによって、ガラスの光弾性によるリタデーションが発生し、偏光板で決められた光学設計がずれ、光漏れ（黒ムラ）となっていた。この解決には現実に実現可能な方法でガラスのリタデーションの影響を回避する策が必要である。

ここで、図６及び７を用いて、上述の光漏れの原因について詳細に説明する。図６は、比較例に係る曲面表示装置の全画面に黒を表示した時の写真であり、光漏れの発生例を示す。図７は、図６中の白線で囲まれた隅部付近におけるガラス基板のリタデーションの方向を示す模式図である。ここでは、液晶を満たした２枚のガラス基板に一組の偏光板を直交するように貼ったノーマリーブラックの液晶パネルを湾曲させた場合について説明する。この場合、図６に示すように、パネルの４隅付近に光漏れによる黒ムラが発生する。

光漏れは、下記式（１）及び（２）より、下記式（３）にて表され、光漏れを支配する物性値は、ガラス基板の厚みｔ、曲率半径Ｒ、ガラス物性（光弾性定数Ｃ、ヤング率Ｅ）である。
σ＝Ｅ・ｔ／（２（１−ν^２）Ｒ） （１）
δ＝Ｃ・ｔ・σ （２）
「光漏れ」＝ｓｉｎ^２（２（β−α））・ｓｉｎ^２（πδ／λ）
≒ｋ・ｓｉｎ^２（２（β−α））・（Ｃ^２・ｔ^４・Ｅ^２）／Ｒ^２∝ｔ^４ （３）
δ：ガラス基板に生じる位相差（リタデーション）
σ：ガラス基板に生じる曲げ応力
β：ガラス基板に生じる位相差の方位角
α：偏光板の透過軸の方位角
Ｃ：ガラス基板の光弾性定数
ｔ：ガラス基板の厚み
Ｅ：ガラス基板のヤング率
Ｒ：ガラス基板の曲率半径
ν：ガラス基板のポアゾン比
λ：光の波長

なお、ガラス基板に生じる曲げ応力σは、下記式（４）で表される。
σ＝σ１−σ２ （４）
σ１：ガラス基板にかかる最大応力
σ２：ガラス基板にかかる最小応力

また、上記式（３）は、より詳細には、以下の通りである。
「光漏れ」＝ｓｉｎ^２（２（β−α））・ｓｉｎ^２（πδ／λ）
πδ／λ≒０にてｓｉｎ^２（πδ／λ）≒（πδ／λ）^２＝δ^２・（π／λ）^２より
「光漏れ」≒ｓｉｎ^２（２（β−α））・δ^２・（π／λ）^２
＝ｓｉｎ^２（２（β−α））・（Ｃ・ｔ^２・Ｅ／（２（１−ν^２）Ｒ））^２・（π／λ）^２
ｋ＝（π／２λ）^２と置き、１−ν^２≒１より
「光漏れ」≒ｋ・ｓｉｎ^２（２（β−α））・（Ｃ^２・ｔ^４・Ｅ^２）／Ｒ^２∝ｔ^４

図７に示すように、パネルの中央部ではガラス基板のリタデーションの方向は、一組の偏光板の内、いずれかの偏光板の透過軸と直交しており、問題は無い。しかしながら、２枚のガラス基板はシール材で固定されているため、４隅付近ではガラス基板に生じる応力の向き（リタデーションの向き）が、一組の偏光板のいずれかの偏光板の透過軸に直角な方向からずれ、光漏れが発生する。

この光漏れの生じる点で考えたとき、つまりα、β、Ｃ、Ｅ、Ｒがいずれも一定の状態で考えたとき、光漏れの強度は、ガラス基板の厚みｔのみで決まり、ガラス基板の厚みｔの４乗に比例することがわかる。したがって、光漏れ強度は、このガラス基板の厚みｔに対する依存性が極めて大きく、通常、光漏れの低減にはガラス基板の厚みｔをガラスエッチング等の手法を用いて薄くするのが常套手段である。ただし、これを実施すると当然ガラス基板の厚みｔが薄くなるため、ガラス基板の剛性が下がり、光漏れの光学的な対策は打てるものの、他の強度的な課題を抱え込むこととなり、トレードオフの関係にあった。

図８は、別の比較例に係る曲面表示装置の全画面に黒を表示した時の写真であり、光漏れの発生例を示す。図８に示すように、曲面表示装置を湾曲させる方向が変わっても、図７に示した場合と同様に、パネルの４隅付近に光漏れによる黒ムラが発生する。また、これはガラス基板を観察者側から見て凹状、又は凸状に曲げても同様な位置に生じる。

次に、図９及び１０を用いて、光漏れを起こす光学的なメカニズムについて詳細に説明する。図９は、平面の液晶パネルを備えた比較形態に係る表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。図１０は、湾曲させた液晶パネルを備えた別の比較形態に係る表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。

図９に示すように、液晶パネルが通常の平面（フラット）の場合は、バックライトから照射されて背面側の偏光板１１２を透過した光の偏光軸は背面側のガラス基板１３１を透過してもそのままで、電圧無印加状態の液晶分子１４０に平行に入射する。その状態では液晶分子１４０を通過しても偏光軸は角度が変わらず、観察面側のガラス基板１２１を透過し、その後、観察面側の偏光板１１１で略１００％カットされる。

ところが、ガラスを湾曲させるとガラスにリタデーションが発生するため、図１０に示すように、液晶パネルが曲面の場合は、背面側の偏光板２１２を通った光の偏光軸が、圧縮応力（又は引張応力）がかかった背面側のガラス基板２３１を通過する際に、わずかに回転し、電圧無印加状態の液晶分子２４０に角度をもって入射する。そうするとその偏光軸は液晶分子２４０を通過する際にさらに回転し、引張応力（又は圧縮応力）がかかった観察面側のガラス基板２２１を透過する際にもう一度回転する。その結果、その観察面側の偏光板２１１で１００％カットされなくなり、漏れ光となって、偏光板２１１を透過し、光漏れとして観測される。

特許文献１では偏光板を少なくとも１つガラスの内側に設けることが示されている。使用される偏光板は２枚であり、理想的な偏光板でない限り、コントラストが充分得られない課題があった。使用される偏光板は、反射型偏光板又は吸光型偏光板の２種が採用されているが、反射型偏光板はワイヤーグリッド偏光板すなわち金属・導体であり、シールドとなるためインセル液晶との相性が悪い。吸光型偏光板は実際の作製方法の記載がない状況で現実的な実現が困難である課題があった。また、ガラスの厚みに関する記述はない。

また、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）を備えるＴＦＴ基板側にＴＰ（タッチパネル）機能を持つインセル液晶に適した、具体的なセル内偏光板作製の手法・構造がなかった。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、コントラストを確保しつつ、局所的な光漏れを抑制可能な曲面表示装置を提供することを目的とするものである。

（１）本発明の一実施形態は、ノーマリーブラック方式の液晶パネルを備えた曲面表示装置であって、前記液晶パネルは、観察面側から順に、第１の偏光板、液晶セル及び第２の偏光板を備え、前記液晶セルは、観察面側から順に、透明基板を含む第１の基板と、液晶層と、透明基板を含む第２の基板とを備え、前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方は、前記透明基板の前記液晶層側に設けられた第３の偏光板を備える、曲面表示装置。

（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、前記第３の偏光板は、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、一方のみに設けられる、曲面表示装置。

（３）また、本発明のある実施形態は、上記（２）の構成に加え、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられていない方は、カラーフィルタを備えた薄膜トランジスタ基板である、曲面表示装置。

（４）また、本発明のある実施形態は、上記（２）又は上記（３）の構成に加え、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられた方の前記透明基板は、厚みが０．４ｍｍ以上であり、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられていない方の前記透明基板は、厚みが０．２ｍｍ以下である、曲面表示装置。

（５）また、本発明のある実施形態は、上記（４）の構成に加え、厚みが０．４ｍｍ以上である前記透明基板は、観察面側に配置される、曲面表示装置。

（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の構成に加え、前記第３の偏光板は、リオトロピック液晶を含む、曲面表示装置。

（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の構成に加え、前記第３の偏光板は、ゲストホスト液晶を含む、曲面表示装置。

本発明によれば、コントラストを確保しつつ、局所的な光漏れを抑制可能な曲面表示装置を提供することができる。

実施形態１の曲面表示装置の構成を示す断面模式図である。 実施形態１の曲面表示装置が備える第２の基板の構成を示す断面模式図である。 実施形態１に係る曲面表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。 透明基板上へリオトロピック液晶を用いて第３の偏光板を作製する方法を説明するための斜視模式図である。 実施形態１において、各基板にＲ＝２０００ｍｍφのカーブを与えた時の、ＴＦＴ基板（第２の基板）のガラスの厚みと、光のリーク量との関係を求めたグラフである。 比較例に係る曲面表示装置の全画面に黒を表示した時の写真であり、光漏れの発生例を示す。 図６中の白線で囲まれた隅部付近におけるガラス基板のリタデーションの方向を示す模式図である。 別の比較例に係る曲面表示装置の全画面に黒を表示した時の写真であり、光漏れの発生例を示す。 平面の液晶パネルを備えた比較形態に係る表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。 湾曲させた液晶パネルを備えた別の比較形態に係る表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。

［用語の定義］
本明細書中、「観察面側」とは、表示装置の画面（表示面）に対してより近い側を意味し、「背面側」とは、表示装置の画面（表示面）に対してより遠い側を意味する。

本明細書中、「Ｘ〜Ｙ」（ただし、Ｘ及びＹは任意の数）は、Ｘ以上、Ｙ以下を意味する。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１の曲面表示装置の構成を示す断面模式図である。図１に示すように、本実施形態の曲面表示装置１は、ノーマリーブラック方式の液晶パネル２と、液晶パネル２の背面側に設けられたバックライト３とを備えている。

曲面表示装置１は、画像を表示する表示領域の少なくも一部（好ましくは全部）が湾曲した表示装置であり、画面の少なくとも一部（好ましくは全部）が曲率を有している。曲面表示装置１は、フラットな液晶パネル２を、曲率を有するバックライト３に留め具で固定することで湾曲させることによって作製可能である。ここでは、曲面表示装置１を観察者側に向かって凹状に湾曲させる場合を説明するが、液晶表示装置１を観察者側に向かって凸状に湾曲させてもよい。また、曲面表示装置１は、通常、画面の左右の両端部が互いに近づくように（画面の垂直方向を軸にして）湾曲したものであるが、画面の上下の両端部が互いに近づくように（画面の水平方向を軸にして）湾曲したものであってもよい。

ノーマリーブラック方式の液晶パネル２は、後述する液晶層４０への電圧無印加時に光透過率が最小（黒表示状態）となり、液晶層４０に電圧を印加することにより光透過率が高まっていく方式の液晶パネルである。

液晶パネル２は、観察面側から順に、第１の偏光板１１、液晶セル１０及び第２の偏光板１２を備えている。

第１の偏光板１１及び第２の偏光板１２としては、例えば、吸光型偏光板、より具体的にはポリビニルアルコールフィルムにヨウ素錯体（又は染料）等の異方性材料を染色及び吸着させてから延伸配向させたもの等が挙げられる。本明細書中、偏光板は、直線偏光板（好ましくは吸収型偏光板）を指し、円偏光板とは区別される。

第１の偏光板１１の透過軸（偏光軸）は、第２の偏光板１２の透過軸（偏光軸）と直交することが好ましい。これにより、第１の偏光板１１及び第２の偏光板１２がクロスニコルに配置されるため、例えば、液晶パネル２がＦＦＳモード又はＩＰＳモードの液晶パネルである場合、液晶層４０への電圧無印加時に黒表示状態が、液晶層４０への電圧印加時に階調表示状態（中間調表示状態、白表示状態等）が、各々効率的に実現される。本明細書中、２つの軸及び／又は方向が直交するとは、両者のなす角度が８８°〜９２°であることを意味し、特に好ましくは９０°（完全に直交）であることを意味する。

液晶セル１０は、観察面側から順に、透明基板としてのガラス基板２１を含む第１の基板２０と、液晶層４０と、透明基板としてのガラス基板３１を含む第２の基板３０と、を備えている。液晶層４０は、互いに対向する第１の基板２０及び第２の基板３０の間に挟持されている。液晶セル１０は、液晶層４０の周囲に配置されたシール材を更に備えており、シール材は、第１の基板２０及び第２の基板３０の外縁を接着している。

第１の基板２０及び第２の基板３０の透明基板は、曲面表示装置１の画面と対応するように少なくとも一部（好ましくは全部）に曲率を有する絶縁性の基板である。

第１の基板２０は、ガラス基板２１の液晶層４０側に設けられた第３の偏光板１３と、第３の偏光板１３の液晶層４０側に設けられた第１の配向膜を更に備えている。

第２の基板３０は、ガラス基板３１の液晶層４０側に設けられたＴＦＴ層３２と、ＴＦＴ層３２の液晶層４０側に設けられたカラーフィルタ層３３と、カラーフィルタ層３３の液晶層４０側に設けられた電極層と、電極層の液晶層４０側に設けられた第２の配向膜とを更に備えている。

ＴＦＴ層３２には、互いに平行に配置された複数のソース配線と、互いに平行に配置され、複数のソース配線と交差する複数のゲート配線と、各サブ画素に配置されたスイッチング素子としての複数のＴＦＴとが設けられている。電極層には、各サブ画素に配置された画素電極（信号電極）と、全画素に共通の共通電極（対向電極）とが設けられている。各サブ画素は、互いに隣接する２本のソース配線と、互いに隣接する２本のゲート配線とに囲まれた領域に相当する。各ＴＦＴは、対応するソース配線及びゲート配線に接続され、対応するゲート配線と接続されたゲート電極、対応するソース配線と接続されたソース電極、対応する画素電極と接続されたドレイン電極、及び、薄膜半導体を有する三端子スイッチである。画素電極は、薄膜半導体を介してソース配線と接続されている。

カラーフィルタ層３３には、カラーフィルタ及びブラックマトリックスが設けられている。カラーフィルタは、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ等の３色以上のフィルタがサブ画素に対応して面内に並べられた構成を有する。各色のフィルタは、サブ画素間の境界に設けられたブラックマトリックスで区画される。

図２は、実施形態１の曲面表示装置が備える第２の基板の構成を示す断面模式図である。図２に示すように、ＴＦＴ層３２には、ゲート配線及びゲート電極５０を含むゲート層と、ゲート層を覆うゲート絶縁膜５１と、ゲート絶縁膜５１上の薄膜半導体５２と、ソース配線、ソース電極５３及びドレイン電極５４を含むソース層と、ソース層を覆う透明な第１の層間絶縁膜５５とがガラス基板３１側からこの順に設けられている。第１の層間絶縁膜５５上には、カラーフィルタ５６を含むカラーフィルタ層３３と、カラーフィルタ層３３を覆う透明な絶縁性樹脂から形成された平坦化膜５７とが設けられている。液晶パネル２がＦＦＳモードの液晶パネルである場合、平坦化膜５７上には、電極層として、表示領域の実質的に全ての領域に面状に配置された共通電極５８と、共通電極５８を覆う透明な第２の層間絶縁膜５９と、スリットが形成された画素電極６０とがガラス基板３１側からこの順に積層されている。画素電極６０は、コンタクトホール６１を介してＴＦＴ層３２のドレイン電極５４と接続されている。

なお、画素電極及び共通電極は、ガラス基板３１側からこの順に積層されもよく、この場合、画素電極は、スリットのない面状に形成され、共通電極には、各サブ画素に対応する領域にスリットが形成される。

液晶パネル２がＩＰＳモードの液晶パネルである場合、画素電極及び共通電極は、いずれも櫛歯電極であり、互いの櫛歯が隙間を空けて嵌合し合うように配置される。また、この場合、画素電極及び共通電極は、通常、同一層、又は、第２の層間絶縁膜を介して互いに隣接する層に設けられる。

液晶層４０が含有する液晶材料は、正の誘電率異方性を有するポジ型液晶材料であってもよく、負の誘電率異方性を有するネガ型液晶材料であってもよい。例えば、液晶パネル２がＩＰＳモード又はＦＦＳモードの液晶パネルである場合、液晶層４０中の液晶分子は、液晶層４０への電圧無印加時に、第１及び第２の配向膜の規制力によって、第１又は第２の偏光板１１又は１２の透過軸と平行な所定の方向に水平配向する。本明細書中、２つの軸及び／又は方向が平行であるとは、両者のなす角度が−２°〜＋２°であることを意味し、特に好ましくは０°（完全に平行）であることを意味する。また、液晶層４０中の液晶分子は、液晶層４０への電圧印加時に、液晶層４０に発生した横電界に応じて面内方向に回転する。以下、ＩＰＳモード又はＦＦＳモードの液晶パネルである場合の液晶層をＩＰＳ液晶層とも言う。

第２の基板３０は、複数のソース配線に接続されたソースドライバと、複数のゲート配線に接続されたゲートドライバと、これらのドライバに接続されたコントローラとを更に備えている。ゲートドライバは、コントローラによる制御に基づいて、ゲート配線に走査信号を順次供給する。ソースドライバは、コントローラによる制御に基づいて、ＴＦＴが走査信号によって電圧印加状態となるタイミングで、ソース配線にデータ信号を供給する。各画素電極は、対応するＴＦＴを介して供給されるデータ信号に応じた電位に設定され、画素電極と共通電極との間で横電界（ＦＦＳモードでは特にフリンジ電界）が発生し、液晶層４０の液晶分子が回転する。このようにして画素電極と共通電極との間に印加する電圧の大きさを制御し、液晶層４０のリタデーションを変化させ、光の透過、不透過を制御する。

そして、第１の基板２０及び第２の基板３０の一方、ここでは第１の基板２０は、ガラス基板２１の液晶層４０側に第３の偏光板（セル内偏光板）１３を備えている。これにより、湾曲したガラスに起因する局所的な光漏れを抑制することが可能である。

図３及び１０を用いて、湾曲した液晶パネルにおいて、第３の偏光板１３が１枚セル内にある場合と、無い場合の効果の差について述べる。図３は、実施形態１に係る曲面表示装置の斜視分解模式図であり、当該表示装置における光の偏光状態を説明するための図である。

図１０に示したように、第３の偏光板１３が無い場合、バックライトから発し、背面側の偏光板２１２から入った直線偏光は、曲がった背面側のガラス基板２３１、液晶層２４０（例えばＩＰＳ液晶層）、観察面側のガラス基板２２１の３層を通過するごとに、大きく偏光がかかり、観察面側の偏光板２１１で充分カットできなくなるため、光が抜ける、すなわち光漏れとなって観測される。ここで、「偏光がかかる」とは、光学異方性媒体のリタデーション、又は光学等方性媒体を湾曲することにより生じたリタデーションに起因して光の偏光状態が直線偏光から楕円偏光、又は更に進むと円偏光に変化することを意味する。

ところが、図３に示すように、観察面側のガラス基板２１の液晶層４０側に第３の偏光板１３があると、液晶層４０（例えばＩＰＳ液晶層）を通過して大きく偏光がかかった後、第２の偏光板１２の透過軸と直交する偏光成分は第３の偏光板１３でカットされ、第３の偏光板１３からわずかに漏れ出る偏光成分も、観察面側の第１の偏光板１１で再度カットされるため、ほとんど光漏れは起こらない。

よって、パネル４隅付近の光漏れを防止するためにガラス基板２１及び３１の間に設置された第３の偏光板１３と、それらの外側に全体のコントラスト確保のために設置された一対の偏光板１１及び１２との組み合わせが有効であることがわかる。

第３の偏光板１３の透過軸は、同じ基板（ここでは第１の基板２０）に設けられた第１又は第２の偏光板１１又は１２（ここでは第１の偏光板１１）の透過軸と平行であることが好ましい。

次に、図４を用いて、ガラス基板２１、３１等の透明基板上へリオトロピック液晶を用いて第３の偏光板１３を作製する方法について述べる。図４は、透明基板上へリオトロピック液晶を用いて第３の偏光板を作製する方法を説明するための斜視模式図である。図４に示すように、リオトロピック液晶化合物を含む液晶性コーティング液をバーコーターやスリットコーターのように剪断応力をかけることができる塗布装置で透明基板（ガラス基板２１及び３１）上に一定膜厚に流延塗布した後、自然乾燥させる。この結果、第３の偏光板１３として、リオトロピック液晶化合物が一定方向に配向した塗布型偏光板を形成できる。リオトロピック液晶化合物は溶液中で液晶性を示す超分子会合体を形成しており、これを含む液晶性コーティング液に剪断応力を加えて流延させると、超分子会合体の長軸方向が流延方向に配向するためである。塗布性や配向性を改善する目的で、塗布前の透明基板に公知の方法で下地層として配向膜を設けたり、親水化処理を施してもよい。

なお、リオトロピック液晶の代わりに、ゲストホスト液晶を用いてもよい。具体的には、適当な溶剤中にてホスト材料となる光重合性液晶化合物（光照射により重合可能な重合性官能基を持つ液晶化合物）にゲスト材料となる二色性色素を混合させた液晶組成物をスピンコーター、スリットコーター等の公知の塗布装置で下地層としての配向膜付き透明基板の上に一定膜厚に塗布した後、加熱乾燥により溶剤を揮発させ、更に紫外線照射により光重合性液晶化合物を重合させ、光重合性液晶化合物の配向を固定化する。この結果、第３の偏光板１３として、光重合性液晶化合物が一定方向に配向した塗布型偏光板を形成できる。

また、塗布型偏光板が形成された透明基板の最表面には、下地層としての配向膜とは別に、上記第１又は第２の配向膜として、公知の方法で配向膜が形成される。

上述の塗布型偏光板には、導電性がなく、電磁シールドとならないため、タッチパネルの感度を低下させることがなく、インセル液晶との相性が非常に良いというメリットがある。すなわち、第２の基板３０がＴＰ（タッチパネル）機能を持つ場合に特に好適である。

しかしながら、これらの塗布型偏光板は有機物を含むため、一般に耐熱性が充分ではなく、その上に形成温度４００℃を超えるＴＦＴ回路や２００℃を超えるカラーフィルタを形成するのには不向きである。

よって、ＣＯＡ（Ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ Ｏｎ Ａｒｒａｅｙ）技術により、片側の基板にＴＦＴ回路とカラーフィルタを作りこんでしまい、もう片方の基板は透明基板のみの状態とし、その基板に塗布型偏光板を形成し、片側だけに第３の偏光板（セル内偏光板）１３を形成すると更に好ましい。この場合、ＴＦＴ基板側には片側分だけガラスが残るため、完全な遮光効果は望めない。しかしながら、本来１組の偏光板の間に２枚あったガラスの厚み２ｔが、１枚分のみの厚みｔとできるため、ガラスの厚みが光学的に１／２となる。そして、光漏れはガラスの厚みｔの４乗に比例し、光漏れを（１／２）＾４＝１／１６に低減できるため、充分大きな効果が得られる。

また、塗布型偏光板は、一般の偏光板（コントラストＣｏ＝１０００）に比べて、必ずしもコントラストが高くない（Ｃｏ＝５０程度）ため、あくまでも各ガラス基板２１、３１の外側（液晶層４０と反対側）の偏光板１１及び１２を補助する補助偏光板として作用させる。本来所望のコントラスト（Ｃｏ＝１０００）は外側２枚の偏光板１１及び１２で実現する。これにより、光漏れの生じない領域では、充分なコントラストが得られ、光漏れの生じる領域では補助偏光板としての第３の偏光板１３が光漏れを改善する。

また、更に好ましくは、ＴＦＴ基板（ここでは第２の基板３０）の透明基板（好ましくはガラス基板３１）の厚みを０．２ｍｍ以下にし、逆に第３の偏光板１３が設けられた第１の基板２０の透明基板（好ましくはガラス基板２１）の厚みを０．４ｍｍ以上にする。これにより、２枚の透明基板全体の厚みを薄くせず、第２の偏光板１２と第３の偏光板１３との間の透明基板の厚みを極限まで薄くできる。また、観察者側の透明基板を厚く設定できるので、光抜けの充分な低減と液晶パネル２の表面の強度（ガラス強度）の確保との両立を図ることができる。

厚み０．４ｍｍ以上の透明基板は、背面側に配置されてもよいが、強度確保の観点からは観察面側に配置されることがより好ましい。すなわち、厚み０．４ｍｍ以上の透明基板を観察面側に配置し、厚み０．２ｍｍ以下の透明基板を背面側に配置することがより好ましい。

上述の効果は、観察者側から見た際の液晶パネル２の湾曲の方向、すなわち凹凸（パネルが、観察者側に向かって、凹状に湾曲しているか、凸状に湾曲しているか）によらない。

図５は、各基板にＲ＝２０００ｍｍφのカーブを与えた時の、ＴＦＴ基板（ここでは第２の基板３０）のガラスの厚みと、光のリーク量（（光漏れ部分の明るさ）−（光漏れの無い部分の明るさ））との関係を求めたグラフである。個人差はあるが、光のリーク量が０．２ｃｄ／ｍ^２をこえると光漏れとして視認できるようになる。図５に示すように、光のリーク量を０．２ｃｄ／ｍ^２以下の明るさに留めるためには、ＴＦＴ基板のガラスの厚みが０．２ｍｍ以下であることが必要である。なお、ここで、明るさとは、輝度である。

また、下記表１は、各基板にＲ＝２０００ｍｍφのカーブを与えた時に、ＴＦＴ基板（ここでは第２の基板３０）のガラス基板３１の厚みを０．２ｍｍに固定して、第３の偏光板１３が設けられた第１の基板２０のガラス基板２１の厚みを振った際の、２０ｇ鉄球の落下試験の結果である。この結果、観察面側のガラス基板２１の厚みが０．４ｍｍ以上であれば、２０ｇ鉄球の５０ｃｍの落下に耐える強度が得られることが分かる。２０ｇ鉄球が、５０ｃｍの高さから落として割れない程度であれば、通常の日常使用で物が当たっても、とがったものでなければ、ガラス基板は壊れることはないであろうと考えられる。

よって、ＴＦＴ基板（第２の基板３０）のガラスの厚みを０．２ｍｍ以下にし、第３の偏光板１３が設けられた第１の基板２０のガラスの厚みを０．４ｍｍ以上にすることにより、光抜けの充分な低減とガラス強度の確保との両立が可能であることが分かる。

以上、説明したように、本実施形態は、ノーマリーブラック方式の液晶パネルを備えた曲面表示装置であって、液晶セル１０の観察面側及び背面側にそれぞれ設けられた第１の偏光板１１及び第２の偏光板１２に加えて、液晶セル１０の第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、観察面側の第１の基板２０に含まれるガラス基板２１の液晶層４０側に第３の偏光板１３が設けられている。これにより、液晶層４０（例えばＩＰＳ液晶層）を通過して大きく偏光がかかった偏光のうち、第２の偏光板１２の透過軸と直交する偏光成分を第３の偏光板１３でカットできるため、第３の偏光板１３からわずかに漏れ出る偏光成分も、観察面側の第１の偏光板１１でカット可能となる。したがって、局所的な光漏れを抑制することができる。

より詳細には、バックライト３から照射されて第２の偏光板１２を通過した直線偏光は、屈曲したガラス基板３１を通過すると、パネル２の４隅付近では当該ガラス基板３１の湾曲により生じたリタデーションに起因して楕円偏光となる。この楕円偏光は、液晶層４０を通過することによって、第２の偏光板１２の透過軸方向から振動方向がより大きくずれた楕円偏光となって第１の基板２０に入射する。この楕円偏光の第２の偏光板１２の透過軸と直交する偏光成分は、ガラス基板２１の液晶層４０側に設けられた第３の偏光板１３でカットされるため、当該楕円偏光はその一部分のみが直線偏光となってガラス基板２１に入射する。ガラス基板２１に入射した直線偏光は、湾曲したガラス基板２１を通過すると再度楕円偏光となるが、その大部分の成分は、第１の偏光板１１でカットされる。この結果、局所的な光漏れを抑制することができる。

また、本実施形態は、第１の偏光板１１及び第２の偏光板１２を備えることから、これらによって液晶パネル２全体のコントラストを確保することができる。また、そのため、第３の偏光板１３として、一般の偏光板に比べて必ずしもコントラストが高くない塗布型偏光板を採用することができ、本実施形態を容易に実現することが可能となる。

なお、第３の偏光板１３は、第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、第２の基板３０に含まれるガラス基板３１の液晶層４０側に設けられてもよい。この場合は、液晶層４０（例えばＩＰＳ液晶層）を通過して大きく偏光がかかる前に、第２の偏光板１２の透過軸と直交する偏光成分を第３の偏光板１３でカットでき、第３の偏光板１３からわずかに漏れ出る偏光成分も、観察面側の第１の偏光板１１でカットできる。したがって、局所的な光漏れを抑制することができる。

より詳細には、バックライト３から照射されて第２の偏光板１２を通過した直線偏光は、湾曲したガラス基板３１を通過すると、パネル２の４隅付近では当該ガラス基板３１のリタデーションに起因して楕円偏光となる。この楕円偏光の第２の偏光板１２の透過軸と直交する偏光成分は、ガラス基板３１の液晶層４０側に設けられた第３の偏光板１３でカットされるため、当該楕円偏光は直線偏光となって、液晶分子に平行なまま液晶層４０をそのまま進行する。第１の基板２０に入射した直線偏光は、湾曲したガラス基板２１を通過すると楕円偏光となるが、その大部分の成分は、第１の偏光板１１でカットされる。この結果、局所的な光漏れを抑制することができる。

このように、第３の偏光板１３は、第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、一方のみに設けられることが好ましい。これにより、第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、ＴＦＴ基板ではない方の基板に第３の偏光板１３として安価で作製が簡便な塗布型偏光板を利用することができる。

同様の観点から、第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、第３の偏光板１３が設けられていない方は、カラーフィルタを備えた薄膜トランジスタ基板であることが好ましい。また、これにより、第３の偏光板１３として、耐熱性に欠けた塗布型偏光板を、カラーフィルタ形成や薄膜トランジスタ形成といった高温プロセスの影響を避けて、作製することができる。更に、カラーフィルタがＴＦＴ基板に設けられるため、液晶パネル２を曲げた際にＴＦＴとカラーフィルタとがずれることがなく、色ずれの発生を防止できる。

第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、第３の偏光板１３が設けられた方の透明基板（ガラス基板２１及び３１の一方）は、厚みが０．４ｍｍ以上であり、第１の基板２０及び第２の基板３０のうち、第３の偏光板１３が設けられていない方の透明基板（ガラス基板２１及び３１の他方）は、厚みが０．２ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、第３の偏光板１３と、第１の偏光板１１又は第２の偏光板１２との間に挟まれた、曲げることによってリタデーション発生の原因となる透明基板（ガラス基板２１又は３１）の総厚を非常に薄くできるため、課題であるパネル２の４隅付近の光漏れの低減と、パネル強度の確保とを同時に実現できる。

第３の偏光板１３は、リオトロピック液晶を含むことが好ましい。これにより、第３の偏光板１３として塗布型偏光板を容易に形成することができる。

第３の偏光板１３は、ゲストホスト液晶を含んでもよい。この場合も第３の偏光板１３として塗布型偏光板を容易に形成することができる。

また、これらの液晶材料を含んだ塗布型偏光板は、電気的シールド性がないため、ＴＦＴ基板側にＴＰ（タッチパネル）機能を持つインセル液晶との相性もよい。

なお、ここまで、背面側の第２の基板３０が、カラーフィルタ層３３が設けられたＴＦＴ基板である場合について説明したが、観察面側の第１の基板２０をカラーフィルタ層３３が設けられたＴＦＴ基板としてもよい。

また、第３の偏光板１３は、第１の基板２０及び第２の基板３０の両方の透明基板（ガラス基板２１及び３１）の液晶層４０側にそれぞれ設けられてもよい。この場合も、上述の場合と同様に、局所的な光漏れを抑制することができる。なお、この場合、ＴＦＴ基板にも第３の偏光板１３を設ける必要が生じるが、以下の方法により、ＴＦＴ基板上に第３の偏光板１３を作製することが可能である。すなわち、カラーフィルタ層３３及び平坦化膜５７を形成した後、塗布型偏光板を塗布形成する。そして、フォトリソ工程で塗布型偏光板を貫通するコンタクトホールを形成した後、１００℃程度の低温で形成できるＺｎＯ電極や銀薄膜電極によって共通電極５８及び画素電極６０を形成する。

１：曲面表示装置
２：液晶パネル
３：バックライト
１０：液晶セル
１１：第１の偏光板
１２：第２の偏光板
１３：第３の偏光板
２０：第１の基板
２１：ガラス基板（透明基板）
３０：第２の基板
３１：ガラス基板（透明基板）
３２：ＴＦＴ層
３３：カラーフィルタ層
４０：液晶層
５０：ゲート電極
５１：ゲート絶縁膜
５２：薄膜半導体
５３：ソース電極
５４：ドレイン電極
５５：第１の層間絶縁膜
５６：カラーフィルタ
５７：平坦化膜
５８：共通電極
５９：第２の層間絶縁膜
６０：画素電極
６１：コンタクトホール

Claims (7)

1. ノーマリーブラック方式の液晶パネルを備えた曲面表示装置であって、
   前記液晶パネルは、観察面側から順に、第１の偏光板、液晶セル及び第２の偏光板を備え、
   前記液晶セルは、観察面側から順に、透明基板を含む第１の基板と、液晶層と、透明基板を含む第２の基板とを備え、
   前記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも一方は、前記透明基板の前記液晶層側に設けられた第３の偏光板を備える
   ことを特徴とする曲面表示装置。
2. 前記第３の偏光板は、前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、一方のみに設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の曲面表示装置。
3. 前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられていない方は、カラーフィルタを備えた薄膜トランジスタ基板である
   ことを特徴とする請求項２記載の曲面表示装置。
4. 前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられた方の前記透明基板は、厚みが０．４ｍｍ以上であり、
   前記第１の基板及び前記第２の基板のうち、前記第３の偏光板が設けられていない方の前記透明基板は、厚みが０．２ｍｍ以下である
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の曲面表示装置。
5. 厚みが０．４ｍｍ以上である前記透明基板は、観察面側に配置される
   ことを特徴とする請求項４記載の曲面表示装置。
6. 前記第３の偏光板は、リオトロピック液晶を含む
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の曲面表示装置。
7. 前記第３の偏光板は、ゲストホスト液晶を含む
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の曲面表示装置。
   
   

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