JP2013125261A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げることが可能であり、しかも曲げによって生じる表示品位の低下を抑制する液晶表示素子を提供する。
【解決手段】液晶表示素子１は、プラスチック基板２，３で作製された曲面表示可能であり、表示領域の中央部６においてスペーサー１０が１００μｍピッチ以上に密に形成され、且つ曲げ方向に対する表示領域の両端部７においてスペーサー１０が２００μｍピッチより疎に形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、液晶層等の光学効果を有する物質を挟む一対の基板を曲げることが可能であり、曲率固定時においても良好な表示性能を示す液晶表示素子に関する。

光学効果を有する物質を狭持した光学素子として、液晶表示素子、ＥＬ素子、マイクロカプセル素子、電子粉流体素子、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子などが知られている。このような光学素子は、例えば携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、パブリックディスプレイなどに用いられ、一対のガラス基板が所定の間隔を空けて対向するように環状のシール材を用いて貼り合わせ、ガラス基板間に光学効果を有する物質を狭持したものが一般に用いられている（特許文献１）。

特開２０１０−２１７２３４号公報

近年、軽量化あるいはフレキシブル化を目的として、従来のガラス基板に換えてポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムを基板として使用する試みが行われている。

また、このようなフレキシブル基板を用いた光学素子を製造する方法として、ロールツウロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）法が製造効率向上の観点から注目されている。ロールツウロール法では、背面基板と前面基板とを貼り合せた後にロール状に巻き取られるために、貼り合わせ後はロールの曲率半径で光学素子が保持される。

このような製造法で作製されたフレキシブル基板を用いた光学素子においては、曲がるという特徴を生かした用途が想定され、例えば円柱に巻き付けた形式でのデジタルサイネージなどが挙げられる。

以上の要求を満足するためには、光学素子自体の可撓性と曲げによって起こる基板の剥れや浮きあがりを防ぐ機械的強度と、曲げによっておこる光学素子の歪みなどから生じる表示性能劣化を抑制することの両立を実現する必要がある。

この発明が解決しようとする課題は、液晶表示素子をある曲率に長時間固定してその状態を維持しても液晶表示素子の破壊が起こらない十分な機械的強度とある一定の曲率を持たせた状態で固定した場合においても貼り合わされた基板間の距離を一定に保ち、良好な表示性能を示す液晶表示素子を提供することである。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この請求項１乃至請求項３に記載の発明は、以下のように構成した。

これまで可撓性を有する液晶表示素子における表示品位の低下を抑制する目的で、液晶表示領域のセルギャップを均一に保つ先行特許文献として以下が挙げられる。
ＷＯ２００９／０５４２９２号公報
ＷＯ２００６／０７７８３８号公報
ＪＰ２００４−１２６１９７号公報

しかしここで挙げられている表示領域と非表示領域においてスペーサー密度、スペーサー高さ、スペーサー面積を異なる状態にする方法では非表示領域を大きく確保する必要があり、狭額縁化して液晶表示素子での表示面積をできるだけ大きく確保することは困難になる。
また、表示領域においてスペーサー密度変化を設けた先行特許には具体的な実施例の記載なく、液晶表示素子でのスペーサー形成状態のイメージ図が記載されているのみである。
このように狭額縁化を可能にする、液晶表示素子でスペーサーの密度を変化させ、曲げた状態においても良好な表示性能を示す具体的な方法は明らかになっていない。

発明者らが鋭意検討した結果、可撓性を有する基板を用いた液晶表示素子を曲げる場合に適した液晶表示素子のスペーサー形成方法を見出した。更に、基板弾性率、固定曲率とスペーサー形成条件との組み合わせにおいて最適範囲が存在することを見出した。

具体的には、曲げ方向に対して液晶表示素子の表示領域の両端部にスペーサー密度が疎の領域を形成することで曲率固定状態においてもフラットの液晶表示素子と同様な表示性能を表示領域全体で発現する。

請求項１に記載の発明は、プラスチック基板で作製された曲面表示可能な液晶表示素子において、表示領域の中央部においてスペーサーが１００μｍピッチ以上に密に形成され、且つ曲げ方向に対する前記表示領域の両端部においてスペーサーが２００μｍピッチより疎に形成されている。

請求項２に記載の発明は、前記表示領域の中央部の面積は表示面積に対して８０〜９０％であり、曲げ方向に対する前記表示領域の両端部の面積が表示面積に対して１０〜２０％である。

請求項３に記載の発明は、フラットから曲率半径７５ｍｍまでの液晶表示素子固定範囲において、前記プラスチック基板は曲げ弾性率が９〜２６ＧＰａの範囲から選ばれ、前記表示領域の中央部のスペーサーピッチが１００μｍ以上密で、曲げ方向に対する前記表示領域の両端部のスペーサーピッチが２００μｍより疎である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１乃至請求項３に記載の発明では、液晶表示素子の基板間距離を制御するスペーサーの形成密度を曲率固定方向に対して変化させることで、曲率固定状態での表示性能が表示面積全てで同一である。言い変えれば、曲率固定状態で液晶セルの基板間距離が一定に保たれる。

この発明で得られる効果は、液晶表示素子を曲率固定した際に少なくとも表示領域においては液晶表示素子の基板間距離（セルギャップ）がほぼ一定値になっていることを意味している。

液晶表示素子の平面図である。 液晶表示素子の断面図である。 液晶表示素子の液晶変形イメージ図である。 フィルム液晶セルの表示領域を５ｍｍ幅で帯状にセルギャップを多点測定することを示す図である。 実施例のセルギャップ変化を示す図である。 比較例のセルギャップ変化を示す図である。 比較例のセルギャップ変化を示す図である。

以下、この発明の液晶表示素子の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

この実施の形態の液晶表示素子を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は液晶表示素子の平面図、図２は液晶表示素子の断面図である。この液晶表示素子１は、プラスチックの上基板２と下基板３を対向させ、この対向する上基板２と下基板３の間にはシール材４に囲まれた領域に液晶５を注入し、液晶セルを構成したものであり、液晶表示素子１を曲げることで曲面表示が可能である。

この液晶表示素子１において、表示領域の中央部６においてスペーサー１０が１００μｍピッチ以上に密に形成され、且つ曲げ方向に対する表示領域の両端部７においてスペーサー１０が２００μｍピッチより疎に形成されている。

表示領域の中央部６の面積Ｓ１は表示面積Ｓ（＝Ｓ１＋Ｓ２）に対して８０〜９０％であり、曲げ方向に対する表示領域の両端部７の面積Ｓ２が表示面積Ｓに対して１０〜２０％である。表示領域の両端部７の面積Ｓ２は、図１の左右両側の端部７の面積を合計したものである。

この実施の形態の液晶表示素子１は、フラットから曲率半径７５ｍｍまでの液晶表示素子固定範囲において、上基板２と下基板３は曲げ弾性率が９〜２６ＧＰａの範囲から選ばれ、表示領域の中央部６のスペーサーピッチが１００μｍ以上密で、曲げ方向に対する表示領域の両端部７のスペーサーピッチが２００μｍより疎であることが好ましい。

液晶表示素子は、図３の液晶表示素子の液晶変形イメージ図に示すように、スペーサーピッチが一定である構成では、液晶表示素子を屈曲させると、曲率固定の初期状態では、上基板２がより引き伸ばされ、下基板３はより縮められ、応力が中央部に強くかかる。これにより、液晶５の移動が生じ、さらに曲率固定の安定状態では、特に短辺固定側ではシール材４を引きはがす方向に応力発生し、シール材４の接着力と釣り合うことで安定する。この曲率固定の安定状態では、液晶表示素子１の中央が潰れ、端に行くほどセルギャップが増加するようになる（図３（ａ））。

この実施の形態では、液晶表示素子１の基板間距離を制御するスペーサー１０の形成密度を曲率固定方向に対して変化させ、表示領域の中央部６においてスペーサー１０が１００μｍピッチ以上に密に形成し、且つ曲げ方向に対する表示領域の両端部７においてスペーサー１０が２００μｍピッチより疎に形成することで、表示領域の中央部６が潰れることを抑え、表示領域の両端部７でのセルギャップの増加を抑えることで、曲率固定状態での表示性能が表示面積全てで同一になる。言い変えれば、曲率固定状態で液晶セルの基板間距離が一定に保たれる。すなわち、液晶表示素子１を曲率固定した際に少なくとも表示領域においては液晶表示素子の基板間距離（セルギャップ）がほぼ一定値になっている（図３（ｂ））。

このように、液晶表示素子１をある曲率に長時間固定してその状態を維持しても液晶表示素子１の破壊が起こらない十分な機械的強度とある一定の曲率を持たせた状態で固定した場合においても貼り合わされた基板間の距離を一定に保ち、良好な表示性能を示す。

次に、液晶表示素子１の実施例を比較例と比較して説明する。
（実施例１乃至実施例３）
＜液晶表示素子の製造＞
実施例１乃至実施例３を、図１及び図２に基づいて説明する。上基板２と下基板３にＩＴＯ等からなる透明電極や接続端子パターンを、スパッタ法により成膜した後に、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることによって形成する。下基板３はポリスルホンなどの耐熱性に優れたポリマーフィルムまたは無機材料により補強されたポリマーフィルムである。透明電極の表面には、ポリイミド配向膜等も印刷法により予め皮膜形成し配向処理する。更に、下基板３に、スペーサーを形成する。スペーサーはフォトリソグラフィー法によりパターン形成する。

その後、下基板３の上に、紫外線硬化樹脂、又は紫外線及び熱の併用によって硬化する樹脂、又は熱硬化性樹脂、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等からなるシール材４を、ディスペンサー等の塗布ツールを用いて矩形枠状に形成する。

次に、液晶５を滴下注入法によって下基板３に供給する。すなわち、下基板３の表面に形成した矩形枠状のシール材４の内側に、液晶５を滴下する。

その後、上基板２を液晶が滴下された下基板３の上に真空下で重ね合わせ、３．５インチサイズのフィルム液晶セルを作製した。

スペーサー形成時のフォトリソグラフィーのマスクパターンを変更することにより、スペーサーの配置密度を任意に変化させることができる。

＜液晶表示素子の曲率固定によるセルギャップ測定結果＞
曲率半径に対応した半円形のアクリル筒にフィルム液晶セルを沿わせ、メンディングテープで固定した。なお、表示領域に対応する部分は中空状態にくり抜かれ、セルギャップ測定に影響しないように配慮した。

溝尻光学工業所製のセルギャップ測定装置を用い、３．５インチサイズのフィルム液晶セルの表示領域を図４のように５ｍｍ幅で帯状にセルギャップを多点測定し平均値を求めた。これを７０ｍｍの地点まで繰り返し、この測定結果（平均値）をグラフ化してフラット状態と曲率固定時のセルギャップ変化を比較したものを図５乃至図７に示す。図５は実施例のセルギャップ変化を示す図、図６は比較例のセルギャップ変化を示す図、図７は比較例のセルギャップ変化を示す図である。

（実施例１）
表示領域５〜６５ｍｍの領域においてスペーサーを１００μｍピッチの密度で形成し、０〜５ｍｍ、６５〜７０ｍｍの領域をスペーサー密度３００μｍピッチの密度で形成した。表示領域の５ｍｍ幅毎にセルギャップを測定し、その平均値をグラフ化した。
図５は両端５ｍｍ幅をスペーサー密度３００μｍピッチ、５〜６５ｍｍの領域をスペーサー密度１００μｍピッチで形成したフィルム液晶セルのセルギャップ測定結果であり、フラット状態で測定した後に同一セルを曲率半径Ｒ＝７５ｍｍで固定してそれぞれの同一領域を測定してフラット状態と比較した。
曲率固定によりフラット状態よりも全体的にセルギャップの値が小さくなっているが、全体としては全ての測定領域で５．１〜５．２μｍのセルギャップ値となっている。

（比較例１）
スペーサーを１００μｍピッチの密度で均一に形成し、実施例１と同様にセルギャップを測定し、フラット状態と曲率半径Ｒ７５ｍｍで固定したものを比較した。図６はスペーサー密度１００μｍピッチで形成したフィルム液晶セルのセルギャップ測定結果であり、表示領域の中央部において、５〜６５ｍｍの領域ではフラットに対してセルギャップは狭くなり、表示領域の両端部０〜５ｍｍと６５〜７０ｍｍの領域はフラットに対してセルギャップが広くなる結果となった。

（比較例２）
表示領域の中央部５〜６５ｍｍの領域においてスペーサーを１００μｍピッチの密度で形成し、０〜５ｍｍ、６５〜７０ｍｍの領域をスペーサー密度２００μｍピッチの密度で形成した。
実施例１と同様にセルギャップを測定し、フラット状態と曲率半径Ｒ７５ｍｍで固定したものを比較した。図７はフィルム液晶セルのセルギャップ測定結果であり、表示領域の中央部５〜６５ｍｍの領域ではフラットに対してセルギャップは狭くなり、表示領域の両端部０〜５ｍｍと６５〜７０ｍｍの領域はフラットに対してセルギャップが広くなる結果となった。
つまり比較例１と同様の結果であり、スペーサー密度が異なる領域を画像表示部に形成する効果は見られない。

（実施例２）
１０インチサイズのフィルム液晶セルを作製し、表示領域の両端２１ｍｍ幅を３００μｍピッチの密度でスペーサーを形成し、表示領域の両端以外は１００μｍピッチの密度でスペーサーを形成した。
実施例１と同様にセルギャップを比較した結果、曲率半径Ｒ＝７５ｍｍ固定状態においても、全ての表示領域において同様のセルギャップの値をとった。３．５インチサイズと同様の結果が得られたことから、セルサイズの大きさに関わらず曲率固定時においてもセルギャップを均一に保つことができる。

（実施例３）
実施例１と同様に実施したセルギャップ測定において、フィルム液晶セル作製に用いたフィルム基板を変更した結果を表１に示す。
フィルム基板Ａ〜Ｃにおいて、実施例１に示した図５と同様のセルギャップであった。この結果からフィルム基板の曲げ弾性率は９〜２６ＧＰａの範囲で、この発明に好適に用いることができる。すなわち、フィルム基板の曲げ弾性率が９ＧＰａより未満では、基板の柔軟性が高すぎて、セル作製時に発生するフラット状態でのセルギャップのバラツキが大きく、フィルム基板の曲げ弾性率が２６ＧＰａを超えるものでは、セルにかかる応力が大きく、Ｒ＝７５ｍｍでの曲率固定が難しい。
（表１）

この発明は、曲げることが可能であり、しかも曲げによって生じる表示品位の低下を抑制する液晶表示素子に適用可能である。

１ 液晶表示素子
２ 上基板
３ 下基板
４ シール材
５ 液晶
６ 表示領域の中央部
７ 表示領域の両端部
１０ スペーサー

Claims (3)

1. プラスチック基板で作製された曲面表示可能な液晶表示素子において、
   表示領域の中央部においてスペーサーが１００μｍピッチ以上に密に形成され、
   且つ曲げ方向に対する前記表示領域の両端部においてスペーサーが２００μｍピッチより疎に形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記表示領域の中央部の面積は表示面積に対して８０〜９０％であり、
   曲げ方向に対する前記表示領域の両端部の面積が表示面積に対して１０〜２０％であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. フラットから曲率半径７５ｍｍまでの液晶表示素子固定範囲において、
   前記プラスチック基板は曲げ弾性率が９〜２６ＧＰａの範囲から選ばれ、
   前記表示領域の中央部のスペーサーピッチが１００μｍ以上密で、
   曲げ方向に対する前記表示領域の両端部のスペーサーピッチが２００μｍより疎であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。