JP5860761B2 - ３次元画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に係り、特に液晶によるパララックスバリアパネルを用いた３次元画像表示装置の製造方法に関する。

眼鏡を使用しない３次元画像の表示方法として、パララックスバリア方式が知られている。パララックスバリア方式とは、パララックスバリアパネル呼ばれる複数の縦方向の細かいスリットが入った板の後方に、右眼からの視野の画像と、左眼からの視野の画像とを縦に短冊状に切り取って交互に並べた画像を設置し、その画像をパララックスバリアを介して３次元の画像を表示する方法である。

「特許文献１」には、パララックスバリアパネルを液晶を用いて形成することによって、２次元画像、および、３次元画像の両方を表示可能とした３次元画像表示装置の構成が記載されている。「特許文献２」には、パララックスバリアを用いた３次元画像表示装置において、目合わせマークを使用せずに、左眼の画像と右眼の画像を観察しつつ、パララックスバリアパネルと液晶表示パネルを合わせる技術が記載されている。

特開平３−１１９８８９号公報 特表２００９−５２４０９８号公報

液晶を用いたパララックスバリアパネル（以下液晶パララックスバリアパネルという）は、２次元画像と３次元画像を必要に応じて容易に切り換えることが出来るという利点を有している。一方、液晶パララックスバリアパネルに限らず、パララックスバリア方式の３次元表示装置では、液晶表示パネルとパララックスバリアパネルとの合わせを正確に行う必要がある。

液晶パララックスバリアパネルを用いた３次元表示装置は、一般には、液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルを別個に製作し、例えば、液晶パララックスバリアパネル側に配置した紫外線硬化樹脂による接着材を介して接着して形成する。図１２は、従来行われてきた液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルの接着工程の工程図である。

図１２において、吸着とは、液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルが真空吸着され、保持されて運ばれることをいう。図１２における整列は、液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルを目合わせマーク等を使用して位置合わせとすることを言う。その後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂による接着材を仮硬化させる。この時、液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルが位置ずれしないように、液晶パララックスバリアパネルも液晶表示パネルも真空吸着されている。

その後、真空吸着板を取り外し、紫外線を照射して、接着材を本硬化させる。その後、接着材を熱硬化させた後、３次元表示装置の外観検査を行う。その後、点灯検査を行うが、この時は、液晶表示パネルの異常等に起因する色むら等が生じていないか否かを検査する。その後、覗き検査を行うが、この検査は、３次元画像が所定の動作によって生じているか否かを確認する。液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルの位置にズレがあれば、所定の３次元画像が得られないからである。

図１２における整列工程および紫外線による接着材５０の仮硬化工程は、図１３に示すように、液晶パララックスバリアパネル２０および液晶表示パネル１０を真空吸着によって固定した状態で行う。図１３において、真空吸着板１００の吸着孔１１０からの矢印および記号ＶＣは、液晶パララックスバリアパネル２０および液晶表示パネル１０を真空吸着していることを示している。

３次元画像表示装置は、厚さを小さくしたいという要求がある。この場合、液晶表示パネル１０および液晶パララックスバリアパネル２０の基板を薄くする必要がある。そのため、例えば、液晶表示パネル１０において、ＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ基板１２を接着したあと、ＴＦＴ基板１１およびカラーフィルタ基板１２の外側を研磨によって薄くする。この研磨によって、基板は当初０．５ｍｍ程度であったものを０．２ｍｍ以下にまで薄くされる。ガラス基板であっても、厚さが０．２ｍｍ以下となると、外部からの力によって非常に撓みやすくなる。

図１４は、真空吸着板１００に吸着孔１１０を介して液晶表示パネル１０が吸着されている状態を示す断面模式図である。図１４において、下偏光板３１の厚さは０．１３ｍｍ程度、ＴＦＴ基板１１が０．１８ｍｍ程度であるので、２枚合わせても非常に撓みやすい。したがって、吸着孔１１０において、ＴＦＴ基板１１が下方に撓むことになる。そうすると、液晶表示パネル１０の液晶層４０の厚さがこの部分において厚くなる。特に、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式やＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の液晶表示パネル１０では、複屈折モードを使用しているので、液晶層４０の層厚の影響を受けやすい。

このように、液晶層４０の層厚が厚くなった部分では、色が黄色に変色する色むらが出易い。図１５は、表示領域２００の真空吸着板１００の吸着孔１１０の位置において、液晶層４０の層厚が厚くなったために、対応する部分が黄変した状態を示す模式図である。なお、色むらは、真空吸着の状態によって、図１５にように一定の場所に生ずるのではなく、色々な場所に生じ、また、色むらも黄色変色とは限らない。

本発明の課題は、液晶パララックスバリアパネル２０を用いた３次元画像表示装置において、色むらの発生の無い画像を得ることである。

本発明は以上のような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。すなわち、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を有する液晶表示パネルのカラーフィルタ基板側に、バリア基板と対向基板を有する液晶パララックスバリアパネルを紫外線硬化樹脂による接着材によって、接着し、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置した３次元画像表示装置の製造方法であって、
前記液晶表示パネルを真空吸着によって保持し、前記液晶パララックスバリアパネルを真空吸着によって保持し、前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを、前記紫外線硬化樹脂を介して位置合わせをしながら重ね合わせ、その後、前記液晶表示パネル及び前記液晶パララックスバリアパネルを真空吸着から解除し、その後、紫外線を照射して前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを紫外線硬化樹脂によって仮止めし、その後、さらに紫外線を照射して前記シール材を本硬化させることによって前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを接着することを特徴とする３次元画像表示装置の製造方法である。

本発明によれば、液晶パララックスバリアパネルと液晶表示パネルを接着する際、液晶パララックスバリアパネルおよび液晶表示パネルの真空吸着を解除した状態で、紫外線による接着材の仮硬化を行うので、液晶表示パネルあるいは液晶パララックスバリアパネルの基板への歪が生じていない状態で仮接着することが出来る。したがって、基板歪による、特に、液晶表示パネルにおける液晶層厚のばらつきを抑えることが出来るので、色むらの無い、３次元画像表示装置を実現することが出来る。

本発明における３次元画像表示装置の断面模式図である。 液晶パララックスバリアパネルのバリア電極と対向電極の平面図である。 液晶パララックスバリアパネルの断面図である。 本発明における３次元画像表示装置の詳細断面図である。 本発明による液晶パララックスバリアパネルと液晶パララックスバリアパネルの接着工程を示す流れ図である。 真空吸着板の斜視図である。 液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルを各々真空吸着した状態を示す断面図である。 液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルを位置合わせしながら重ね合わせた状態を示す断面図である。 液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルを真空吸着から解除し、位置の微調整をおこなっている断面図である。 紫外線を照射し、液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルを仮接着している状態を示す断面図である。 本発明の液晶表示パネルにおけるギャップむらに対する効果を示す表である。 従来例における液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルの接着工程を示す流れ図である。 液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルを真空吸着しながら紫外線によって接着材の仮硬化をおこなっている図である。 従来例の問題点を示す断面図である。 真空吸着に起因する表示領域の色むらの例である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明による３次元画像表示装置１の断面図である。図１において、液晶表示パネル１０の上に接着材５０を介して液晶パララックスバリアパネル２０が積層されている。液晶表示パネル１０の背面にはバックライトＢＬが配置されている。図１の液晶表示パネル１０において、画素電極やＴＦＴがマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板１１に、シール材１３を介してカラーフィルタ等が形成されたカラーフィルタ基板１２が対向している。ＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間には液晶層４０が挟持されている。ＴＦＴ基板１１の下側には下偏光板３１が貼り付けられ、カラーフィルタ基板２０の上側には中偏光板３２が貼り付けられている。ＴＦＴ基板１１、カラーフィルタ基板１２、下偏光板３１、中偏光板３２によって液晶表示パネル１０が構成されている。

図１の液晶パララックスバリアパネル２０において、平面ベタで形成された対向電極２１１を有する対向基板２１に、シール材を介してストライプ状のバリア電極２２１が形成されたバリア基板２２が対向し、対向基板２１とバリア基板２２の間に液晶層４０が挟持されている。液晶パララックスバリアパネル２０における下偏光板は液晶表示パネルに配置された中偏光板３２が兼ねている。バリア基板２２の外側には、上偏光板３３が貼り付けられている。本明細書では、対向基板２１、バリア基板２２、上偏光板３２までの構成を液晶パララックスバリアパネル２０と呼ぶ。

液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０は紫外線硬化樹脂による接着材５０によって形成されている。紫外線硬化樹脂５０は例えば、ソニーケミカル製、ＳＶＲ１１００、ＳＶＲ１３２０、ＳＶＲ１２４０Ｈ等を使用することが出来る。図１において、液晶表示パネル１０の背面にはバックライトＢＬが配置されている。

図２は、液晶パララックスバリアパネル２０における対向電極２１とバリア電極２２の平面図である。図２において、平面ベタで形成された対向電極２１の上に図示しない液晶層４０を挟んでストライプ状のバリア電極２２が配置されている。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図３において、対向基板２１に平面ベタの対向電極２１１が形成され、液晶層４０を挟んでバリア電極２２１を有するバリア基板２２が配置している。対向電極２１１もバリア電極２２１も透明導電膜であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）によって形成されている。

図３において、液晶パララックスバリアパネル２０は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードで駆動される。バリア電極２２１と対向電極２１１との間に電圧を印加すると、バリア電極２２１に対応する部分は光が透過しなくなるので、液晶パララックスバリアパネル２０にはストライプ状のバリアパターンが形成され、３次元表示が可能になる。なお、バリア電極２２１と対向電極２１１との間に電圧が印加されない場合は、バリアパターンは生じないので、液晶表示パネル１０の画像は２次元表示される。

図４は、図１に示す３次元画像表示装置１の詳細断面図である。図４において、下偏光板３１、ＴＦＴ基板１１、液晶層４０、カラーフィルタ基板１２、中偏光板３２からなる液晶表示パネル１０と対向基板２１、液晶層４０、バリア基板２２、上偏光板３３からなる液晶パララックスバリアパネル２０とが接着材５０によって積層されている。図４の液晶表示パネル１０はＩＰＳモードで駆動され、液晶パララックスバリアパネル２０はＴＮモードで駆動される。

図４において、液晶表示パネル１０のカラーフィルタ基板２０の内側に形成されるカラーフィルタの位置と、液晶パララックスバリアパネル２０のバリア電極２２１の位置との距離ｄが想定される３次元画像を視認する位置を決めることになる。想定する２次元画像を視認する位置を調整するためには、ｄを変化させることになるが、これは、多くの場合、液晶パララックスバリアパネル２０の基板の厚さを調整することによって行われる。したがって、液晶パララックスバリアパネル２０の基板のほうが、液晶表示パネル１０の基板よりも厚いことがある。

図４において、液晶表示パネル１０には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）からなるサブ画素７１がピッチＳＰで配置し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブ画素７１から構成される画素７０がピッチＰで配置している。液晶パララックスバリアパネル２０には、バリア電極２２１が画素ピッチＰの２倍のピッチで配列している。バリア電極２２１の幅ＢＷは画素のピッチＰと同じである。人間は、バリアパターンを介して液晶表示パネル１０に形成された画像を視認することによって３次元画像を認識するので、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置合わせは非常に重要である。

一方、液晶表示パネル１０におけるＴＦＴ基板１１、カラーフィルタ基板１２、液晶パララックスバリアパネル２０における対向基板２１、バリア基板２２のいずれも、板厚が０．１８ｍｍなので、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０を接着するときの応力によって、基板が容易に変形する。特に、液晶表示パネル１０におけるＴＦＴ基板１１あるいはカラーフィルタ基板１２が変形すると、液晶層４０の厚さが変化することになり、色むらが発生する。本発明は、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置合わせを精度よく行うとともに、特に液晶表示パネル１０の基板の変形を防止することによって色むらの発生を防止することが出来る。

図５は本発明による液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の接着プロセスを示す工程図である。図５において、「吸着」は、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０を各々、真空吸着によって真空吸着板に吸着し、移動できる状態にすることをいう。真空吸着は、図６に示すような吸着孔１１０を有する真空吸着板１００の上に液晶表示パネル１０あるいは液晶パララックスバリアパネル２０を載置し、吸着孔１１０に接続する真空ダクト１２０を介して真空に引くことによって、吸着する。図６において、矢印とＶＣは真空に引いている状態を示している。以後の図においても同様である。

図７は、液晶パララックスバリアパネル２０と液晶表示パネル１０を各々、真空吸着板１００に吸着して、液晶パララックスバリアパネル２０と液晶表示パネル１０を接着する直前の状態を示している。図７において、液晶表示パネル１０の対向基板１２側には紫外線硬化樹脂で形成される接着材５０が塗布されている。この接着材５０は、液晶表示パネル１０に貼り付けられた中偏光板３２と接着する。

図８は液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０が接着材５０を介して接着した状態を示している。図８は、図５の工程図における「整列」に対応する。この状態では、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０を目合わせマーク等を用いて位置合わせをするので、液晶表示パネル１０および液晶パララックスバリアパネル２０は真空吸着板１００に真空吸着されている状態である。この状態においては、図１４に示すような液晶パララックスバリアパネル２０あるいは液晶表示パネル１０には真空吸着の応力によって歪が生じている。

本発明の特徴は、図５に示すように、液晶表示１０パネルと液晶パララックスバルイアパネル２０とを位置合わせした状態において、「吸着開放」することである。すなわち、図９に示すように、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０を真空吸着板１００に載置したまま、真空吸着を解除する。これを示すために、図９においては、図８と異なり、真空吸着の吸着孔１１０に矢印とＶＣは存在していない。この状態では、接着材５０はまだ硬化しておらず、液体のままである。この状態で真空吸着を開放すると、接着材５０は液体ではあるが、弾性体であるので、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置関係が、目合わせマーク等によって位置決めした位置とは異なってくる場合がある。

これを修正するのが、図５における「整列（微調）」である。この微調整の状態を示すのが、図９における水平方向の矢印である。図９において、液晶パララックスバリアパネル２０と液晶表示パネル１０の矢印は互いに反対の方向を示しており、互いの位置の微調整を行っていることを示している。なお、真空吸着を開放した後、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置ずれが無ければ「整列（微調）」の工程は必要無いので、この工程は点線で囲ってある。

図９にように、位置の微調整をおこなっている間は、液晶パララックスバリアパネル２０および液晶表示パネル１０に対して真空吸着を行っていないので、液晶パララックスバリアパネル２０および液晶表示パネル１０には図１４で示すような基板の変形は生じていない。この状態で、図１０に示すように、紫外線を照射して液晶パララックスバリアパネル２０と液晶表示パネル１０の仮接着を行う。この工程は、図５に示す「仮ＵＶ硬化」である。すなわち、仮接着を行うときは、液晶パララックスバリアパネル２０にも液晶表示パネル１０にも基板の歪は生じていないので、液晶層４０の層厚のむらも生じない。したがって、形成された液晶表示パネル１０における色むらも生じない。図１０において、紫外線は、液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルの接着部の側方から照射する。

その後、図５に示すように接着材５０をさらに熱硬化させて液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の接着を完了する。なお、紫外線硬化樹脂による接着材５０が紫外線照射のみによって十分硬化するのであれば、熱硬化の工程は必ずしも必要ではない。

図１のような構成の３次元画像表示装置１における色むらは、特に液晶表示パネル１０における基板の変形によって生ずることが多い。すなわち、液晶表示パネル１は、視野角特性に優れた、ＩＰＳ方式あるいはＶＡ方式が使用されるのに対し、液晶パララックスバリアパネル２０はＴＮ方式が使用される。ＩＰＳ方式あるいはＶＡ方式のほうが、基板の変形、つまり、液晶層４０の層厚のむらの影響を受けやすいからである。また、液晶パララックスバリアパネル２０の基板の厚さは、液晶表示パネル１０の基板の厚さよりも大きい場合には、液晶パララックスバリアパネル２０のほうが、変形が小さいので、色むらへの影響も出にくい。

以上のようにして形成した３次元画像表示装置の外観検査を行う。その後、点灯検査して、画像における色むら等の状態を測定し、最後に液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置関係が正しくセットされているか否かを検査するために、実際に３次元画像を観察する。

図１１は、本発明によって製造した３次元画像表示装置と従来方法によって製造した３次元画像表示装置において、ギャップむら、すなわち、色むらがどの程度生じているかを、特定の品種について測定した結果である。図１１において、従来工程によって製造した３次元画像表示装置におけるギャップむらは、母数１０８６９個に対して２４０個生じており、２．２１％の不良率である。これに対し、本発明によって製造した３次元画像表示装置におけるギャップむらは、母数７７８に対して１個生じているのみであり、０．１３％の不良率である。

一方、３次元画像が適切に表示されるか否かを検査する、「覗き検査」における不良率も同時に測定を行った。なお、覗き検査は、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置関係が適切に設定されているか否かを検出するものである。その結果、従来技術によって製造した３次元画像表示装置の覗き検査における不良率は１．２％であるのに対し、本発明によって製造した覗き検査における不良率は１．３％であり、有意差は無かった。つまり、本発明においては、接着材５０の仮硬化前に真空吸着を開放しているが、この影響は、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０との位置関係には殆ど影響がなかった。

以上のように、本発明によって製造した３次元画像表示装置における色むらの改善効果は極めて大きい。また、液晶表示パネル１０と液晶パララックスバリアパネル２０の位置ずれの不良も従来例に比較して増大することも無い。本発明は、特に液晶表示パネル１０におけるＴＦＴ基板１１あるいはカラーフィルタ基板１２の厚さが０．２ｍｍ以下のように、薄い場合に特に効果が大きい。

なお、以上の工程においては、図７等に示すように、中偏光板３２を液晶表示パネル１０に配置し、接着材５０を液晶パララックスバリアパネル２０側に配置して、接着を行っているが、逆に中偏光板３２を液晶パララックスバリアパネル１０側に配置し、接着材５０を液晶表示パネル１０側に配置してもよい。あるいは、中偏光板３２および接着材５０の両方を液晶表示パネル１０か液晶パララックスバリアパネル２０のいずれかに配置してもよい。

１…３次元画像表示装置、 １０…液晶表示パネル、 １１…ＴＦＴ基板、 １２…カラーフィルタ基板、 １３…シール材、 ２０…液晶パララックスバリアパネル、 ２１…対向基板、 ２２…バリア基板、 ３１…下偏光板、 ３２…中偏光板、 ３３…上偏光板、 ４０…液晶層、 ５０…接着材、 ７０…画素、 ７１…サブ画素、１００…真空吸着板、 １１０…吸着孔、 １２０…真空ダクト、 ２００…表示領域、 ２０１…黄変領域、 ２１１…対向電極、 ２２１…バリア電極、 ＢＬ…バックライト、 ＢＷ…バリア電極幅、 Ｐ…画素ピッチ、 ＳＰ…サブ画素ピッチ

Claims (4)

1. 第１の基板と第２の基板を有する液晶表示パネルの第２の基板側に、バリア基板と対向基板を有する液晶パララックスバリアパネルを紫外線硬化樹脂による接着材によって、接着し、液晶表示パネルの背面にバックライトを配置し、前記液晶表示パネルにおける第１の基板あるいは第２の基板の板厚が０．２ｍｍ以下である３次元画像表示装置の製造方法であって、
   前記液晶表示パネルを真空吸着によって保持し、
   前記液晶パララックスバリアパネルを真空吸着によって保持し、
   前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを、前記紫外線硬化樹脂を介して位置合わせをしながら重ね合わせ、
   その後、前記液晶表示パネル及び前記液晶パララックスバリアパネルを真空吸着から解除し、
   その後、紫外線を照射して前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを紫外線硬化樹脂によって仮止めし、
   その後、さらに紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を本硬化させることによって前記液晶表示パネルと前記液晶パララックスバリアパネルを接着することを特徴とする３次元画像表示装置の製造方法。
2. 前記接着材を紫外線によって前記本硬化させた後、さらに熱硬化させることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置の製造方法。
3. 前記液晶表示パネル及び前記液晶パララックスバリアパネルを真空吸着から解除した後、さらに液晶表示パネルと液晶パララックスバリアパネルの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置の製造方法。
4. 前記液晶表示パネルはＩＰＳ方式の液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置の製造方法。

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