JP2007114704A - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】紫外光によりシール材を硬化させる過程においてシール材料の硬化反応が充分促進しかつ紫外光の漏れ進入により表示領域内の液晶や配向膜等へ劣化や分解を抑制し、また組立て後にシール材の未硬化成分が表示領域内に溶出し表示品質の低下を生じないようにする。
【解決手段】液晶表示装置１は、少なくとも紫外線硬化性を有するシール材３で対向基板２ｂとＴＦＴ基板２ａを貼り合せられる。シール材３は、シール材３を構成するベース樹脂と、ベース樹脂に分散されたギャップ材４の表面に形成され、ベース樹脂より屈折率が高い高屈折率層５とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】液晶表示装置１は、少なくとも紫外線硬化性を有するシール材３で対向基板２ｂとＴＦＴ基板２ａを貼り合せられる。シール材３は、シール材３を構成するベース樹脂と、ベース樹脂に分散されたギャップ材４の表面に形成され、ベース樹脂より屈折率が高い高屈折率層５とを備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に紫外線硬化型のシール材を用いた液晶表示装置およびその製造方法に関する。
ＴＶ用モニターやＯＡモニター用のＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、低価格を求められている。製造プロセスのタクトタイム短縮、新プロセス導入での工程数削減、さらにはその製造で使用するマザーガラス基板の大型化により、生産効率を高めている。パネル組立てを行うセル工程では、液晶注入工程を短縮するための具体策として、予めＴＦＴ基板と対向基板のいずれか一方の基板上に液晶を滴下し両者の基板を真空中で貼り合せるＯＤＦ（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ）プロセスが、採用されるに至っている。
ＯＤＦプロセスでは、ＴＦＴ基板と対向基板を貼り合せるために少なくとも紫外線硬化性のシール材を使用する。シール材は、ＯＤＦプロセスの過程において未硬化の状態で液晶材と接するため、シール材と液晶材の相溶性がないことはもちろんのこと、紫外線照射処理時にシール材の光硬化反応を充分に促進させておく必要がある。なぜなら、シール材の硬化処理が不十分であると、シール材中の低分子量の未反応成分が液晶材中に溶出し、経時的に表示シミあるいは表示ムラが発生して表示画質が著しく低下するからである。
一方、ＯＤＦプロセスでは、照射部近傍以外の紫外線の直接照射を遮るマスキングを行ったり、紫外線の照射時間を短くするなどして、照射強度を低く抑える必要がある。具体的には、紫外線照射によるシール材硬化処理時に、シール材以外の有機部材（液晶材、配向膜、カラーフィルター材料）が光劣化や分解しないようにする必要がある。なぜなら、光劣化や分解による液晶材や配向膜の組成変化は、ＬＣＤの画質劣化に直接結びつくからである。シール材硬化処理時に表示領域をマスキングしていても、一部の紫外線は基板内部で反射や散乱をして、表示領域内に伝播することは避けられない。したがって、紫外線照射によるシール材硬化プロセスでは、いかにシール材への照射効率を良くするかが重要な課題となる。
上述した課題に対して、特許文献１に開示された技術がある。この課題を解決するために、ギャップ材を混入した紫外線硬化型シール材により対向基板とＴＦＴ基板を貼り合わせる液晶表示パネルにおいて、メインシールの紫外線硬化処理を均一にかつ効率良くできるように、紫外線入射側に対向する基板上のメインシールパターン近傍に、紫外線光源の反射層を設ける構造としている。
図５は、従来の液晶表示装置を示す部分断面図である。ＴＦＴ基板１０２ａ上に、ドライバ回路１０８と、このドライバ回路１０８から画素領域（図中に方向矢印で示す）に向けて、紫外線硬化型シール材１０３（シールパターン）を横切るように形成された駆動用の配線１０６と、さらにその上部に紫外線硬化型シール材１０３のパターンに沿って形成された反射層１０４と、配線１０６と反射層１０４を保護する絶縁膜１０５とが設けられている。さらに、紫外線硬化型シール材１０３中には、ギャップ材１０７が分散されている。従来の液晶表示装置１００では、紫外線を反射するための反射層１０４がＴＦＴ基板１０２ａ側にあるため、シールパターンを硬化するための紫外線照射を対向基板１０２ｂ側から行う。図５に示すように、紫外線照射領域を反射層１０４の領域よりも狭く、かつ紫外線硬化型シール材１０３のシールパターン幅よりも広く、対向基板１０２ｂの遮光層１０９を避ける領域に紫外線光源１０１を選択的に照射することにより、画素領域内の配向膜材料等の有機物へのダメージを抑えるとともに、反射層１０４による紫外線の反射で効率的なシール硬化ができる。紫外線の反射層は、アルミ、クロム、あるいはタングステンシリサイド等の紫外線光源に対して実質的な反射効果を有する材質であれば良く、特定の波長域のみを反射させるための光学的な薄膜多層フィルターを形成する必要はない。
しかしながら上述した従来技術には、次のような課題があった。第１の課題は、紫外線を反射させる反射層を設けることでコストアップになることである。ＯＡモニターやＴＶモニター等に用いる液晶表示装置では、反射層が直接視認する側にあると、通常の環境下において外部からの光が反射してしまいパネルに映りこんでしまう要因となる。これを解決するために、例えばクロムで反射層を形成する場合には、基板上にまず反射しない酸化クロム膜を形成し、その上に反射層であるクロム膜を形成する二層構造とする。このように複数の膜を成膜するプロセスでは、製造コストアップが避けられない。近年、コストダウン目的から対向基板のブラックマトリクス層を酸化クロムとクロムの二層構造から酸化クロムの単層構造、あるいはカーボンブラックを分散した樹脂層等の反射の性質ない膜質にするのが一般的な構造である。
第２の課題は、液晶の駆動モードによって反射層の膜種が制限されることにある。ＯＡモニターやＴＶモニター等に用いる液晶表示装置において表示画質で優位なＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードでは、表示面に対して横方向の電界を制御している。その電界の方向性が厚み方向に対して極力一様になるように、対向側基板の抵抗値をある程度高抵抗にする必要がある。反射率の高い金属膜は、一般的に抵抗値が低く使用できない。
第３の課題は、紫外光の利用効率が必ずしも充分とはいえないことにある。紫外光は、反射層による反射の分だけ利用効率を高めることができるが、繰り返し反射が生じないため、利用効率が必ずしも高いといえない。特に、ＴＦＴ基板と対向基板を接着接合する際のパネルギャップが狭くなる程、未硬化のシール材比率が高まり、表示品質低下することが懸念される。
したがって、本発明の目的は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、反射層を用いることなく紫外線硬化型のシール材の硬化反応を充分に促進させて硬化させることができる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。
上述した目的を達成するために、本発明による液晶表示装置およびその製造方法は、次の新規な特徴を備える。
本発明の液晶表示装置は、ギャップ材を混入した紫外線硬化型のシール材により一対の基板が貼り合わされた液晶表示装置において、上記シール材は、ベース樹脂と、上記ベース樹脂に分散された、上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを有することを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成された高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成され積層構造をなしており、最外周層が上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成された積層構造の高屈折率層であり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ベース樹脂に分散された高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、積層構造をなしており、最外周層が上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、積層構造の高屈折率フィラーであり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかでなることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材の屈折率が、１．７６以上であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材の屈折率が、２．１５以上であることを特徴とする。
本発明の他の液晶表示装置は、ギャップ材を混入した紫外線硬化型のシール材により一対の基板が貼り合わされた液晶表示装置において、上記シール材は、ベース樹脂と、上記ベース樹脂に分散された、上記ベース樹脂よりも比誘電率が高い高誘電率部材とを有することを特徴とする。
好ましくは、上記高誘電率部材は、上記ベース樹脂に分散された高誘電率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高誘電率部材は、上記ギャップ材の表面に形成された高誘電率層であることを特徴とする。
本発明の液晶表示装置の製造方法は、ギャップ材を混入した紫外線硬化型シール材により一対の基板を貼り合わせる液晶表示装置の製造方法において、ベース樹脂に、上記ギャップ材と上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを混入して上記シール材を準備する工程と、上記シール材により一対の基板を貼り合わせる工程と、上記シール材を紫外光により硬化させる工程とを有することを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成された高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成され積層構造をなしており、最外周層が上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材の表面に形成された積層構造の高屈折率層であり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率層であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、積層構造をなしており、最外周層が上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、積層構造の高屈折率フィラーであり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率フィラーであることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかでなることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材の屈折率が、１．７６以上であることを特徴とする。
好ましくは、上記高屈折率部材の屈折率が、２．１５以上であることを特徴とする。
（作用）
一対の基板を貼り合わせるためのシール材を、紫外光により硬化させる際に、シール材のベース樹脂とベース樹脂よりも屈折率が高い部材との界面で、シール材へ入射させた紫外光の一部が反射して反射光となり散乱する。この反射光やシール材へ入射させた紫外光がシール材の内部に行き渡る。
（作用）
一対の基板を貼り合わせるためのシール材を、紫外光により硬化させる際に、シール材のベース樹脂とベース樹脂よりも屈折率が高い部材との界面で、シール材へ入射させた紫外光の一部が反射して反射光となり散乱する。この反射光やシール材へ入射させた紫外光がシール材の内部に行き渡る。
本発明によれば、ベース樹脂に、ギャップ材とベース樹脂よりも屈折率が高い部材とを分散させてシール材を準備して、このシール材により一対の基板を貼り合わせて、このシール材を紫外光により硬化させている。これにより、紫外線硬化型シール材の硬化反応が十分に促進され、表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置が実現できる。また、シール材の下地に反射層を設けることなく、このような表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置を実現できる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。
具体的な実施例について説明する前に、本発明の基本原理について説明する。ＯＤＦプロセスに適用するシール材は、紫外線照射、あるいは紫外線照射および熱で硬化させるものが一般的である。ＯＤＦプロセスの基板を貼り合せた紫外線照射前の段階において、シール材中には、ベース樹脂、紫外光や熱で結合反応するオリゴマー、シール材の粘度や塗布性を調整するためのフィラー、さらにはセルギャップを調整するギャップ材が少なくとも存在している。ベース樹脂はエポキシやアクリルが使用されており、材料の屈折率がおおよそ１．５〜１．６である。またオリゴマーは、アクリル、エポキシあるいはアクリル変性エポキシが使用されており、材料の屈折率がおおよそ１．５〜１．６である。フィラーは主にシリカが用いられており、材料の屈折率が約１．４５である。さらにギャップ材はシリカ系の無機物やポリスチレン、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン等の樹脂系が使用されるが、材料の屈折率がおおよそ１．５〜１．６の範囲にあると考えてよい。つまり従来のシール材の各構成要素は、材料の屈折率が１．４５〜１．６の範囲内でほぼ同じであり、光学的な反射や屈折が生じにくい。
そこで、シール材中に紫外光を充分に効率良く吸収させるには、材料中で反射を繰り返す構成にすれば良く、構成要素部材間の界面の屈折率に差をもたせることが有効である。具体的には、シール材中のベース樹脂に対してギャップ材あるいはフィラーの屈折率を高くする手段がある。屈折率の高い部分はベース樹脂に接する界面で実現していれば良く、心材の外周に高屈折材料を薄くコートするギャップ材やフィラーの構造でも実現できる。高屈折率材料には、ＤＬＣ（屈折率は約２．３〜２．４）、ジルコニア（屈折率は約２．１５）、酸化チタン（屈折率は約２．４）、アルミナ（屈折率は約１．７６）等がある。反射率をより高めるには、ギャップ材やフィラー材の外周を屈折率差のある材料で多層膜コートすることも考えられるが、コスト面からは現実的でない。
媒質１の屈折率をｎ１、媒質２の屈折率をｎ２としたとき、媒質１から媒質２に向かって光が垂直入射する際の反射率をＲとしたとき、以下の関係となる。
Ｒ＝（ｎ１−ｎ２）２／（ｎ１＋ｎ２）２
例えば、ｎ１が１．５、ｎ２が２．４であれば、反射率Ｒは約５．３％となる。ｎ１が１．５、ｎ２が２．０であれば、反射率Ｒは約２．０％となる。ｎ１が１．５、ｎ２が１．８であれば、反射率Ｒは約０．８％となる。
例えば、ｎ１が１．５、ｎ２が２．４であれば、反射率Ｒは約５．３％となる。ｎ１が１．５、ｎ２が２．０であれば、反射率Ｒは約２．０％となる。ｎ１が１．５、ｎ２が１．８であれば、反射率Ｒは約０．８％となる。
また、材料の屈折率は電磁気学的知見から、屈折率をｎ、比誘電率をεr、比透磁率をμｒとしたとき、以下の関係となる。
ｎ＝√（εｒ×μｒ）
電磁気学的に紫外光や可視光などの光の振動くらいの高周波領域では、比透磁率μｒがほぼ１と考えてよい。したがって本発明に使用する高屈折率材料は、比誘電率εｒが高い材料と等価といえる。つまり、本発明に用いるギャップ材およびフィラー材は、比誘電率の高い材料を選択することで、高屈折率材料と同等のシール材硬化の性能を得ることができる。
電磁気学的に紫外光や可視光などの光の振動くらいの高周波領域では、比透磁率μｒがほぼ１と考えてよい。したがって本発明に使用する高屈折率材料は、比誘電率εｒが高い材料と等価といえる。つまり、本発明に用いるギャップ材およびフィラー材は、比誘電率の高い材料を選択することで、高屈折率材料と同等のシール材硬化の性能を得ることができる。
次に、本発明の実施例１として、本発明の第１実施形態の液晶表示装置およびその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置を説明するための部分断面図である。図２は、図１におけるギャップ材付近での紫外光の反射の様子を解り易く説明するためにＡ部を拡大した断面図である。
本実施形態の液晶表示装置１は、ギャップ材４を混入した紫外線硬化型のシール材３により一対の基板の一例としての、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとが貼り合わされた液晶表示装置１において、上記シール材３は、ベース樹脂と、上記ベース樹脂に分散された、上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを有することを特徴とする。本実施形態では、この高屈折率部材は、上記ギャップ材３の表面に形成された高屈折率層５である。この高屈折率層５は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：非晶質カーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかで構成する。
さらに、液晶表示装置１は、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとの間に液晶層２１を挟持している。液晶表示装置１のＴＦＴ基板２ａの表示領域２０には、配向膜２２が形成されている。対向基板２ｂ上には、カラーフィルター色層２３とブラックマトリクス層６とが形成されており、表示領域２０のその上には配向膜２２が形成されている。
改めて説明すると、図１に示すように、液晶表示装置１は、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂを紫外線硬化性のシール材３によって貼り合せた構造になっている。ＴＦＴ基板２ａには、少なくとも表示領域２０にＴＦＴスイッチング素子（図示せず）が駆動画素毎につくりこまれている。シール材３に接する基板表層に駆動用のメタル配線（図示せず）が任意に形成される。シール材への紫外光の入射を遮らないように、光が充分に抜ける間隙を形成している。対向基板２ｂには、シール部の下地にブラックマトリクス層６、表示領域２０に一致した場所にカラーフィルター色層２３がつくりこまれている。なお対向基板２ｂは、必ずしもＲＧＢの色層が必要なわけでなく、モノクロ用の基板でも構わない。シール材３中には、パネルの間隙を決めるギャップ材４が分散している。なおギャップ材４の形状は、球状あるいはロッド状であっても構わない。さらにギャップ材４の最外周部は、高屈折率層５となっている。高屈折率層５は、少なくともシール材３を構成するベース樹脂よりも大きな屈折率となっている。なお、図においてギャップ材４は、高屈折率層５がギャップ材４を一層でコートする構造で示しているが、ギャップ材自身が高屈折率であったり、多層膜コートの構造、すなわちギャップ材４の表面に形成され積層構造をなしていても構わない。入射する紫外光１０が、ギャップ材４の最外周部において実質的に反射する構成となっていれば良い。図１では、紫外光１０がＴＦＴ基板２ａ側から入射し、ギャップ材４に形成した高屈折率層５で紫外光１０の一部が反射して、シール材３の側面方向に散乱している様子を示している。図２に示すように、上部のＴＦＴ基板２ａ側から入射する紫外光１０は、高屈折率層５とシール材３の界面においてそれぞれの材料の屈折率差に応じて一部の紫外光が反射光１０ｂとしてシール材３の側面方向等へ散乱する。
本実施例では、シール幅を１．８ｍｍ、ギャップ材４の厚さを４．０μｍ、ＴＦＴ基板２ａの厚さを０．７ｍｍ、対向基板２ｂの厚さを０．７ｍｍとした。対向基板２ｂのシール材パターンに接する表層には、樹脂中にカーボンブラックを分散させたブラックマトリクス層６が形成されている。ギャップ材４の外周には、高屈折率層５が１０ｎｍコートされている。ギャップ材４は、形状が球状であり、シール材３に対して１ｗｔ％比率で分散している。シール材３は、硬化前の状態において、ベース樹脂がアクリル系、オリゴマーがアクリル変性エポキシ系を用いた。また、シール中には、粘度調整のためにシリカのフィラーがシール材３に対して１０ｗｔ％入っている。また、ギャップ材４の芯材には、シリカビーズを、その外周にＤＬＣがコートしてある。ＤＬＣのコートは、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で簡便に作製できる。
さらに、本実施形態の液晶表示装置の製造方法は、ギャップ材４を混入した紫外線硬化型シール材３により一対の基板の一例としての、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとを貼り合わせる液晶表示装置の製造方法において、ベース樹脂に、上記ギャップ材４と上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを混入して上記シール材３を準備する工程と、上記シール材３によりＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとを貼り合わせる工程と、上記シール材３を紫外光１０により硬化させる工程とを有することを特徴とする。本実施形態では、上記高屈折率部材は、上記ギャップ材４の表面に形成された高屈折率層５である。この高屈折率層５は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：非晶質カーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかで構成する。
ＯＤＦプロセスの紫外線照射によるシール硬化過程では、紫外線照射時に既に液晶材が充填されている。したがって、図１に示す紫外光照射エリアは、シール材３の幅よりも若干大きめになっているが、液晶層２１にダメージがないように照射エリアが決定される。また、表示領域２０にある他の有機材料の配向膜２２やカラーフィルター色層２３についても紫外光に対して保護する必要がある。本実施例では、照射エリア以外の入射光側の基板上部（図ではＴＦＴ基板側）をメタルマスク（図示せず）で紫外光を遮光した。
そして、ＯＤＦプロセスのシール硬化処理条件として、ＴＦＴ基板通過後の紫外光の照度を２０００ｍｊ／ｃｍ２（メタルハライドランプ光源、波長ピークは３１５ｎｍ）および２５００ｍｊ／ｃｍ２（同上）の２つの条件で硬化させ、その後１２０℃で１時間のアフターキュアを行った。また、メタルマスクによる照射エリア以外の入射光側の基板上部の紫外光の遮光は、シール幅から表示領域の内側０．５ｍｍの位置まで行い、遮光位置から表示領域まで０．５ｍｍとしている。
上述の構成で製作した液晶表示装置を観察した。初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態は、いずれの紫外照射の条件においても液晶ドメインの乱れもなくシール材からの未硬化物質の溶出もなく良好であった。さらに、点灯表示検査による表示画質の目視確認を行ったところ、シールパターン近傍の表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは発生しなかった。さらに、ＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、いずれの紫外照射の条件においても表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは、あらたに発生することもなかった。
ギャップ材の心材は上記と同様にシリカビーズで、その外周のコート材にジルコニアおよびアルミナで、上述と同様の評価を同様の手順で評価を行った。その結果は、コート材の屈折率が高い順に、ＤＬＣ＞ジルコニア＞アルミナで高い信頼性が得られた。
比較例として上述の構成に対して、ギャップ材のシリカビーズ外周のコート材なしの構成となる液晶表示装置を同様の２０００ｍｊ／ｃｍ２および２５００ｍｊ／ｃｍ２の紫外光照度条件で作製し、同様の評価を行った。初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態は、２０００ｍｊ／ｃｍ２の条件でドメインの乱れがありシール材からの未硬化物質の溶出が認められた。さらに、点灯表示検査による表示画質の目視確認を行ったところ、２０００ｍｊ／ｃｍ２の条件ではシールパターン近傍の表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが発生した。また、ＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが、表示領域内部に経時的に進行するのが認められた。そこで、比較例の構成で、初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態のドメインの乱れが発生しない紫外光照射量を確認したところ、２５００ｍｊ／ｃｍ２であった。しかしながら、本条件でＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが、表示領域内部に軽微であるが認められた。
これらをまとめると、表１のようになる。実施例１とそれに対する比較例との結果の違いは、シール材のベース樹脂とギャップ材の最外層界面での屈折率がそれぞれで異なり、特に本実施例において強く界面反射が起こったことに起因すると考える。すなわち、実施例１の液晶表示装置では、比較例と比べて、より効率的な硬化反応が紫外線硬化型のシール材３に起こったものと考える。
このように、本実施形態によれば、紫外光１０によりシール材３を硬化させる際に、シール材３のベース樹脂とベース樹脂よりも屈折率が高く、ギャップ材４の表面に形成した高屈折率層５との界面で、シール材３へ入射した紫外光１０はその一部が反射され反射光１０ｂとなり散乱する。この反射光１０ｂやシール材３へ入射した紫外光１０が、シール材３の内部に行き渡る。これにより、紫外線硬化型のシール材３の硬化反応が十分に促進され、表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置が実現できる。また、シール材の下地に反射層を設けることなく、このような表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置を実現できる。
本実施例では、シール材３のベース樹脂をアクリル系で説明したがエポキシ系やその他の材料であっても良い。ギャップ材４についてもシリカにＤＬＣ（屈折率は約２．３〜２．４）コートした材料で説明したが、酸化チタン（屈折率は約２．４）、ジルコニア（屈折率は約２．１５）でも良い。さらに若干屈折率差から反射特性が劣るがアルミナ（屈折率は約１．７６）でも良い。
次に、本発明の実施例２として、本発明の第２実施形態の液晶表示装置およびその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置を説明するための部分断面図である。図４は、図３におけるギャップ材付近での紫外光の反射の様子を解り易く説明するためにＢ部を拡大した断面図である。
本実施形態の液晶表示装置１は、ギャップ材４を混入した紫外線硬化型のシール材３により一対の基板の一例としての、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとが貼り合わされた液晶表示装置１において、上記シール材３は、ベース樹脂と、上記ベース樹脂に分散された、上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを有することを特徴とする。本実施形態では、この高屈折率部材は、上記ベース樹脂に分散された高屈折率フィラー８である。この高屈折率フィラーは、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：非晶質カーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかで構成する。
さらに、液晶表示装置１は、第１実施形態と同様に、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとの間に液晶層２１を挟持している。液晶表示装置１のＴＦＴ基板２ａの表示領域２０には、配向膜２２が形成されている。対向基板２ｂ上には、カラーフィルター色層２３とブラックマトリクス層６とが形成されており、表示領域２０のその上には配向膜２２が形成されている。
改めて説明すると、図３に示すように、液晶表示装置１は、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂを紫外線硬化性のシール材３によって貼り合せた構造になっている。ＴＦＴ基板２ａには、少なくとも表示領域２０にＴＦＴスイッチング素子（図示せず）が駆動画素毎につくりこまれており、シール材３に接する基板表層に駆動用のメタル配線（図示せず）が任意に形成されるが、シール材への紫外光の入射を遮らないように光が充分に抜ける間隙を形成している。対向基板２ｂには、シール部の下地にブラックマトリクス層６、表示領域２０に一致した場所にカラーフィルター色層がつくりこまれている。なお対向基板２ｂは、必ずしもＲＧＢの色層が必要なわけでなく、モノクロ用の基板でも構わない。シール材３中には、パネルの間隙を決めるギャップ材４および高屈折率フィラー８が分散している。なおギャップ材４の形状は、球状あるいはロッド状であっても構わない。高屈折率フィラーの形状についても球状、フレーク状、あるいは不定形の破砕形状であってもよい。さらに高屈折率フィラー８の少なくとも最外周部は、少なくともシール材３を構成するベース樹脂よりも大きな屈折率となっている。なお、図において高屈折率フィラー８は、粒子全体が高屈折率の構造で示しているが、フィラーの少なくとも最外層が高屈折率であったり、多層膜コートの構造、すなわちフィラー８が積層構造をなしていても構わない。実質的に、入射する紫外光がフィラー８の最外周部において反射する構成となっていれば良い。図３では、紫外光１０がＴＦＴ基板２ａ側から入射し、高屈折率フィラー８で紫外光１０の一部が反射してシール材３の側面方向に散乱している様子を示している。一方、シール材３とギャップ材４の屈折率差が小さい場合には入射する紫外光１０は、シール材３とギャップ材４との界面で反射することなくほぼ直進する。図４に示すように、上部のＴＦＴ基板２ａ側から入射する紫外光１０は、高屈折率フィラー８とシール材３の界面においてそれぞれの材料の屈折率差に応じて一部の紫外光１０が反射光１０ｂとしてシール材３の側面方向等へ散乱する。
本実施例では、シール幅を１．８ｍｍ、ギャップ材４の厚さを４．０μｍ、フィラー８の粒子径がおおよそ１．０μｍ以下、ＴＦＴ基板２ａの厚さを０．７ｍｍ、対向基板２ｂの厚さを０．７ｍｍとした。対向基板２ｂのシール材パターンに接する表層には、樹脂中にカーボンブラックを分散させたブラックマトリクス層６が形成されている。高屈折率フィラー８は、球状のジルコニアであり、シール材３に対して１０ｗｔ％比率で分散している。シール材３は、硬化前の状態において、ベース樹脂がアクリル系、オリゴマーがアクリル変性エポキシ系のものを用いた。
さらに、本実施形態の液晶表示装置の製造方法は、ギャップ材４を混入した紫外線硬化型のシール材３により一対の基板の一例としての、ＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとを貼り合わせる液晶表示装置の製造方法において、ベース樹脂に、上記ギャップ材４と上記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを混入して上記シール材３を準備する工程と、上記シール材３によりＴＦＴ基板２ａと対向基板２ｂとを貼り合わせる工程と、上記シール材３を紫外光１０により硬化させる工程とを有することを特徴とする。本実施形態では、上記高屈折率部材は、高屈折率フィラー８である。この高屈折率フィラーは、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：非晶質カーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかで構成する。
ＯＤＦプロセスの紫外線照射によるシール硬化過程では、紫外線照射時に既に液晶材が充填されている。したがって、図３に示す紫外光照射エリアは、シール材３の幅よりも若干大きめになっているが、液晶層２１にダメージがないように照射エリアが決定される。また、表示領域２０にある他の有機材料の配向膜２２やカラーフィルター色層２３についても紫外光に対して保護する必要がある。本実施例では、照射エリア以外の入射光側の基板上部（図ではＴＦＴ基板側）をメタルマスク（図示せず）で紫外光から遮光した。
そして、ＯＤＦプロセスのシール硬化処理条件として、ＴＦＴ基板通過後の紫外光の照度を２０００ｍｊ／ｃｍ２（メタルハライドランプ光源、波長ピークは３１５ｎｍ）で硬化させ、その後１２０℃で１時間のアフターキュアを行った。また、メタルマスクによる照射エリア以外の入射光側の基板上部の紫外光の遮光は、シール幅から表示領域の内側０．５ｍｍの位置まで行い、遮光位置から表示領域まで０．５ｍｍとしている。
上述の構成で製作した液晶表示装置を観察した。初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態は、ドメインの乱れもなくシール材からの未硬化物質の溶出が発生しなかった。また、点灯表示検査による表示画質の目視確認を行ったが、シールパターン近傍の表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは発生しなかった。さらに、ＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは、あらたに発生することもなかった。
さらに他の実施例として、高屈折率フィラーを不定形の破砕状のアルミナでも評価した。高屈折率フィラーは、シール材に対して１０ｗｔ％比率で分散している。シール材３は、硬化前の状態において、ベース樹脂がアクリル系、オリゴマーがアクリル変性エポキシ系を用いた。そして、ＯＤＦプロセスのシール硬化処理条件として、ＴＦＴ基板通過後の紫外光の照度を２０００ｍｊ／ｃｍ２（メタルハライドランプ光源、波長ピークは３１５ｎｍ）および２５００ｍｊ／ｃｍ２（同上）で硬化させ、その後１２０℃で１時間のアフターキュアを行った。また、メタルマスクによる照射エリア以外の入射光側の基板上部の紫外光の遮光は、シール幅から表示領域の内側０．５ｍｍの位置まで行い、遮光位置から表示領域まで０．５ｍｍとしている。
上述の構成で製作した液晶表示装置を観察した。初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態は、ドメインの乱れもなくシール材からの未硬化物質の溶出が発生しなかった。また、点灯表示検査による表示画質の目視確認を行ったが、シールパターン近傍の表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは発生しなかった。さらに、本条件でＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、２０００ｍｊ／ｃｍ２条件において表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが、表示領域内部に軽微であるが認められた。一方、２５００ｍｊ／ｃｍ２条件のＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験では、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラは表示領域内部で発生していない。
上述した、ジルコニアとアルミナでのフィラー材料の違いによる照射光量による信頼性の差は、ジルコニアがアルミナに対して屈折率が大きいために光利用効率が若干高くなったものと考えられる。
比較例として上述の構成に対して、高屈折率フィラーの代わりにシリカフィラーを用いた構成での液晶表示装置を同様の条件で作製し同様の評価を行った。２０００ｍｊ／ｃｍ２条件の初期状態での偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態は、ドメインの乱れがありシール材からの未硬化物質の溶出が認められた。また、点灯表示検査による表示画質の目視確認を行ったところ、シールパターン近傍の表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが発生した。さらに、ＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが、表示領域内部に経時的に進行するのが認められた。そこで、比較例の構成で、偏光顕微鏡観察によるシールパターン近傍の液晶の配向状態のドメインの乱れが発生しない紫外光照射量を確認したところ、２５００ｍｊ／ｃｍ２であった。しかしながら、本条件でＨＨＢＴ（温度６０℃、湿度９０％条件）２４０時間の信頼性試験を行ったが、表示領域周囲の液晶の配向乱れによる表示シミや表示ムラが、表示領域内部に軽微であるが認められた。
これらをまとめると、表２のようになる。実施例２とそれに対する比較例との結果の違いは、シール材のベース樹脂と高屈折率フィラーとの界面での屈折率がそれぞれで異なり、特に本実施例において強く界面反射が起こったことに起因すると考える。すなわち、実施例２の液晶表示装置では、比較例と比べて、より効率的な硬化反応が紫外線硬化型のシール材３に起こったものと考える。
このように、本実施形態によれば、紫外光１０によりシール材３を硬化させる際に、シール材３のベース樹脂と、ベース樹脂に分散されベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率層フィラー８との界面で、シール材３へ入射した紫外光１０の一部が反射して反射光１０ｂとなり、散乱する。この反射光１０ｂやシール材３へ入射した紫外光１０がシール材３の内部に行き渡る。これにより、紫外線硬化型シール材の硬化反応が十分に促進され、表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置が実現できる。また、シール材の下地に反射層を設けることなく、このような表示シミあるいは表示ムラのない高品質な液晶表示装置を実現できる。
本実施例では、シール材３のベース樹脂をアクリル系で説明したがエポキシ系やその他の材料であっても良い。高屈折率フィラー８についてもジルコニア（屈折率は約２．１５）やアルミナ（屈折率は約１．７６）材料で説明したが、酸化チタン（屈折率は約２．４）やＤＬＣ（屈折率は約２．３〜２．４）でも良い。
（発明の拡張）
以上、好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく様々な変更や追加が可能であろう。上述した実施形態では、シール材は紫外線硬化型であるとして説明したが、シール材に熱硬化性樹脂を混入することにより、シール材を紫外光と熱の両方により硬化させる液晶表示装置およびその製造方法にも適用できる。
（発明の拡張）
以上、好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく様々な変更や追加が可能であろう。上述した実施形態では、シール材は紫外線硬化型であるとして説明したが、シール材に熱硬化性樹脂を混入することにより、シール材を紫外光と熱の両方により硬化させる液晶表示装置およびその製造方法にも適用できる。
さらに、本発明に用いるギャップ材およびフィラー材は、比誘電率の高い材料を選択することで、高屈折率材料と同等のシール材硬化の性能を得ることができる。すなわち、シール材が、ベース樹脂と、ベース樹脂に分散された、ベース樹脂よりも比誘電率が高い部材とを有することによっても実現できる。この比誘電率が高い部材は、ベース樹脂に分散された高誘電率フィラーまたはギャップ材の表面に形成された高誘電率層とする。
本発明では、特にＯＡモニターやＴＶモニター等に用いる液晶表示装置において、紫外光によりシール材を硬化させる過程でシール材料の硬化反応を充分促進させ、かつ紫外光の漏れ進入により表示領域内の液晶や配向膜等へ劣化や分解がないように、また組立て後にシール材の未硬化成分が表示領域内に溶出し表示品質の低下を生じないように、シール材に吸収する紫外光のエネルギー利用効率を高めるために、シール材中に分散するフィラーあるいはギャップ材が適度に光反射するような構造を有する。これにより、表示シミあるいは表示ムラのない高品質でかつ低コストの液晶表示装置を提供できる。
また、シール内部においてギャップ材あるいはフィラーの界面で紫外光が効率的に反射させ、紫外線照射によるシール硬化処理をシール下の下地に反射層を設けることなく均一にかつ効率的に行うことができ、シール性に対する信頼性が高く、液晶の配向を乱すような未硬化成分や不純物の染み出し、さらに液晶セルへのダメージも最小限に抑えることができる。また紫外光の反射を高めるために基板に特別な反射層を設ける必要がなく、製造コストも安価である。
本発明は、特にＯＤＦプロセスにより製造される液晶表示装置に適している。
１ 液晶表示装置
２ａ ＴＦＴ基板
２ｂ 対向基板
３ シール材
４ ギャップ材
５ 高屈折率層
６ ブラックマトリクス層
８ 高屈折率フィラー
１０ 紫外光
１０ｂ 反射光
２０ 表示領域
２１ 液晶層
２２ 配向膜
２３ カラーフィルター色層
２ａ ＴＦＴ基板
２ｂ 対向基板
３ シール材
４ ギャップ材
５ 高屈折率層
６ ブラックマトリクス層
８ 高屈折率フィラー
１０ 紫外光
１０ｂ 反射光
２０ 表示領域
２１ 液晶層
２２ 配向膜
２３ カラーフィルター色層
Claims (23)
- ギャップ材を混入した紫外線硬化型シール材により一対の基板が貼り合わされた液晶表示装置において、前記シール材は、ベース樹脂と、前記ベース樹脂に分散された、前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを有することを特徴とする液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成された高屈折率層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成され積層構造をなしており、最外周層が前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成された積層構造の高屈折率層であり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率層であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ベース樹脂に分散された高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ベース樹脂に分散され積層構造をなしており、最外周層が前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、前記ベース樹脂に分散された積層構造の高屈折率フィラーであり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかからなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材の屈折率が、１．７６以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記高屈折率部材の屈折率が、２．１５以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の液晶表示装置。
- ギャップ材を混入した紫外線硬化型シール材により一対の基板が貼り合わされた液晶表示装置において、前記シール材は、ベース樹脂と、前記ベース樹脂に分散された、前記ベース樹脂よりも比誘電率が高い高誘電率部材とを有することを特徴とする液晶表示装置。
- 前記高誘電率部材は、前記ベース樹脂に分散された高誘電率フィラーであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
- 前記高誘電率部材は、前記ギャップ材の表面に形成された高誘電率層であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
- ギャップ材を混入した紫外線硬化型シール材により一対の基板を貼り合わせる液晶表示装置の製造方法において、ベース樹脂に前記ギャップ材と前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率部材とを混入して前記シール材を準備する工程と、前記シール材により前記一対の基板を貼り合わせる工程と、前記シール材を紫外光により硬化させる工程とを有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成された高屈折率層であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成され積層構造をなしており、最外周層が前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率層であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、前記ギャップ材の表面に形成された積層構造の高屈折率層であり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率層であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、積層構造をなしており、最外周層が前記ベース樹脂よりも屈折率が高い高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、積層構造の高屈折率フィラーであり、最外周層の屈折率が他の層よりも屈折率が高い積層構造の高屈折率フィラーであることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかでなることを特徴とする請求項１４乃至請求項２０のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材の屈折率が、１．７６以上であることを特徴とする請求項１４乃至請求項２１のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記高屈折率部材の屈折率が、２．１５以上であることを特徴とする請求項１４乃至請求項２１のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
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