JP2015114852A - タッチセンサを備えた画像表示装置およびその作製方法 - Google Patents

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Naoyuki Mori
尚之 森
直人 新谷
Naoto Shintani
直人 新谷
幸男 島村
Yukio Shimamura
幸男 島村
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Yoshiharu Kanetani
吉晴 金谷
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Abstract

【課題】ダイレクトボンディング法でタッチセンサとディスプレイを接合する際の気泡噛み込の低減を図り、タッチセンサとディスプレイの密着性を向上させて視認性を向上する画像表示装置およびその作製方法を提供する。
【解決手段】静電容量方式のタッチセンサ3、該タッチセンサの裏面側に形成される第1透明保護層(クリア飛散防止層)5、LCDまたは有機ELディスプレイ2、該ディスプレイの表面側に形成される第2透明保護層(クリアハードコート層)4、第1透明保護層と第2透明保護層の間に設けられる紫外線硬化性或いは熱硬化性の光学透明接着液の硬化により形成された光学透明接着剤層光学透明接着層を含む画像表示装置1において、第1透明保護層の光学透明接着剤層側に粗面(凹凸)構造が形成され、及び/又は、透明飛散防止層の光学透明接着剤層側に粗面構造が形成され、形成された粗面の水との接触角が70°以下である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ダイレクトボンディング法でタッチセンサとディスプレイを接合する際の、製造歩留まり及びが図品質を向上させた画像表示装置およびその作製方法に関するものである。
近年、スマートフォンやタブレット端末などには、テキスト、グラフィックなどの情報入力が可能な入力装置としてタッチセンサが搭載されている。タッチセンサは、液晶表示装置(LCD;Liquid Crystal Display device)、PDP(Plasma
Display Panel)、OELD(Organic Electro-Luminescence
Display)などのフラットパネルディスプレイのような画像表示装置の表示面に取付けられ、ユーザが画像表示装置を見ながら求める情報を選択するために用いられる。タッチセンサの種類は、抵抗膜方式(Resistive)、静電容量方式(Capacitive)、電磁方式(Electro-Magnetic)、表面弾性波方式(SAW;Surface
Acoustic Wave)及び赤外線方式(Infrared)に区分される。このような方式のタッチセンサは、解像度、光学的特性、電気的特性、機械的特性、耐久性などを考慮して採用される。スマートフォンやタブレット端末などに多く採用されているタッチセンサは、静電容量方式のものである。
スマートフォンやタブレット端末などは、屋内環境で使用するだけではなく、屋外等のシビアな環境下で使用することも多い。このため、ディスプレイの表示画像のコントラスト比を高め視認性を向上する必要がある。視認性向上を図るため、タッチセンサとディスプレイの間のエアギャップ(air gap)を充填することが有効である。そのため、タッチセンサの裏面とディスプレイの表示側(表面)を接合する方法として、ダイレクトボンディング法が採用されている。
タッチセンサとディスプレイを接合するダイレクトボンディング法について、例えば、液晶ディスプレイ2を例にして図8を参照しながら説明する。まず、液晶ディスプレイに貼り合せるタッチセンサ3の位置合せを行う。次に、図8に示すように、液晶ディスプレイ2の周囲にダム剤20を塗布する。ダム剤20が硬化してから、光学透明接着層としてOCR (Optically Clear Resin)6を液晶ディスプレイ2の表面に塗布する。液晶ディスプレイ2とタッチセンサ3を貼り合せて、位置合せの確認を行う。その後、OCR4を紫外線照射により硬化させる。
ダイレクトボンディング法により、図5の拡大断面模式図を示すように、液晶ディスプレイ2に表側(光の出射側)にクリアハードコート層4が設けられ、タッチセンサ3の裏側(光の入射側)にクリア飛散防止層5が設けられ、クリアハードコート層4の表側(光の出射側)とクリア飛散防止層5の裏側(光の入射側)が、光学透明接着層であるOCR(Optically Clear Resin)を介して接合される。
このように、液晶ディスプレイとタッチセンサを光学透明接着剤で全面貼り付けする方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。光学透明接着剤は、光硬化型を用いることで、硬化前に検査し、気泡や異物がある場合は、硬化せずに一旦剥がし、接着剤を除去した後、再度接着剤を塗布して貼り合わせることが可能である。液晶ディスプレイとタッチセンサを貼り合せる際に、気泡等の噛み込みにより、気泡が残存しないように、光学透明接着剤を液晶ディスプレイの表面に塗布するやり方をX字状に塗布したりY字状に塗布したり工夫しているのが現状である。
この他、液晶ディスプレイ2とタッチセンサ3を光学透明粘着シートで貼り合わせる方法もある(例えば、特許文献2を参照)。光学透明粘着シートでの全面貼り合わせは、光学透明接着シートの一方の面の粘着力を調整し貼り合わせにより発生した気泡や異物などが発生した場合、一旦引き剥がし清掃し貼り直しすることができる。
特開平09−274536公報 特開2004−5540公報
通常、液晶ディスプレイの表面にはクリアハードコート層、タッチセンサの裏面側にはクリアハードコートにクリア飛散防止層を設けたシートが使用されている。OCR (Optically Clear Resin)を介してダイレクトボンディングする際に、気泡等の噛み込みにより、気泡が残存し、画像品質が悪くなり歩留まりの低下につながるという問題がある。特にダイレクトボンディング法ではリワークが困難であるため、歩留まりの低下は収益悪化につながることになる。
上記状況に鑑みて、本発明は、ダイレクトボンディング法でタッチセンサとディスプレイを接合する際の気泡噛み込の低減を図り、タッチセンサとディスプレイの密着性を向上させて視認性を向上する画像表示装置およびその作製方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、タッチセンサとディスプレイを接合するプロセスを鋭意検討した結果、液晶ディスプレイの表面のクリアハードコート層に粗面構造を形成させること、及び/又は、タッチセンサの裏面のクリア飛散防止層に粗面構造を形成させることにより、タッチセンサとディスプレイの密着性を向上させて視認性を向上できることの知見を得た。
すなわち、本発明の画像表示装置は、静電容量方式のタッチセンサ、該タッチセンサの裏面側に形成される第1透明保護層(クリア飛散防止層)、LCDまたは有機ELディスプレイ、該ディスプレイの表面側に形成される第2透明保護層(クリアハードコート層)、第1透明保護層と第2透明保護層の間に設けられる紫外線硬化性或いは熱硬化性の光学透明接着液の硬化により形成された透明接着層を含む画像表示装置において、第1透明保護層の光学透明接着剤層側に粗面(凹凸)構造が形成され、及び/又は、透明飛散防止層の光学透明接着剤層側に粗面(凹凸)構造が形成される。そして、形成された粗面の水との接触角が70°以下であることを特徴とする。
本発明の画像表示装置において、粗面の水との接触角が45°以下であることがより密着性を高め、また、粗面の水との接触角が30°以下であることが更に密着性を高め視認性を向上できる。なお、本明細書において、接触角の測定は、JIS R3265に準拠している。
上記の光学透明接着層は、紫外線硬化液体接着剤、熱誘発紫外線硬化液体接着剤、水分誘発紫外線硬化液体接着剤のいずれか1つまたは複数を硬化させることにより形成できる。熱誘発紫外線硬化液体接着剤は、適切な波長を有する紫外線光の照射により固体に硬化される液体接着剤であり、紫外線により照射されていない部分がその後に熱により硬化できる。水分誘発紫外線硬化液体接着剤は、適切な波長を有する紫外線光の照射により固体に硬化される液体接着剤であり、紫外線により照射されていない部分がその後に水分により硬化できる。熱誘発紫外線硬化液体接着剤と水分誘発紫外線硬化液体接着剤は、例えばアクリルベースまたはシリコンベースの接着剤である。
なお、タッチセンサと第1透明保護層(クリア飛散防止層)が透明であるため、紫外線の照射により接着層を形成する紫外線硬化液体接着剤の完全硬化が可能である。
ここで、粗面(凹凸)構造における粗面の表面積は、平坦面の表面積との比率が1.2以上で、より好ましくは比率が1.5以上、更に好ましくは2.0以上であることが好ましい。
また、粗面(凹凸)構造は、透明基材の上に突起を成形し、突起の高さが1〜10μm、突起間の距離は0.1〜100μmであることが好ましい。
また、粗面(凹凸)構造は、透明基材の上に凹凸形状を成形し、ランダム凹凸形状面の表面粗さRaの範囲が、0.5〜2μmであることが好ましい。
また、粗面(凹凸)構造は、透明基材の上にプリズム形状を成形し、プリズムの頂角が60〜120°でプリズムの高さが1〜10μm、ピッチが1〜100μmであることが好ましい。
また、粗面(凹凸)構造における粗面の上に、親和性を有する透明樹脂層を均一形成したことが好ましい。ここで、透明樹脂とは、膜厚を30μmとした場合、70%以上の平行光線透過率を示す有機重合体(ポリマー)である。親和性を有する透明樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリメチルメタクリレートなどが挙げられる。
また、第1透明保護層の屈折率nと第2透明保護層の屈折率nは、光学透明接着剤層の屈折率nに対して、下記式1を満たすことが好ましく、下記式2を満たすことが更に好ましい。
(数1)
|n−n| < 0.2, |n−n| < 0.2 ・・・(式1)
(数2)
|n−n| < 0.1, |n−n| < 0.1 ・・・(式2)
また、本発明の画像表示装置における光学透明接着剤層は、OCR(Optically Clear Resin)、OCA(Optical Clear Adhesive)またはLOCA(Liquid
Optically Clear Adhesives)の何れかを好適に用いることができる。
本発明の透明保護シートは、上記の画像表示装置における第1透明保護層または第2透明保護層に用いる粗面(凹凸)構造が片面に形成されるものである。
本発明の画像表示装置の作製方法は、ダイレクトボンディング法でタッチセンサとディスプレイを接合する画像表示装置の作製方法において、下記1)〜4)のステップを備える。
1)転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて、透明基材表面に粗面形状を形成させて、クリア飛散防止層となる第1透明保護シートおよびクリアハードコート層となる第2透明保護シートを形成するステップ
2)静電容量方式のタッチセンサの裏面側に第1透明保護シートを貼りつけるステップ
3)LCDまたは有機ELディスプレイの表面側に第2透明保護シートを貼りつけるステップ
4)タッチセンサの裏面側とディスプレイの表面側を、OCR(Optically Clear Resin)、OCA(Optical Clear Adhesive)またはLOCA(Liquid
Optically Clear Adhesives)の何れかの光学透明接着剤層を介して接合するステップ
本発明の画像表示装置によれば、OCRなどの光学透明接着剤層の接合面が粗面状であるため光学透明接着剤層との濡れ性がよく、しかも粗面である凹凸形状の間に隙間があるため気泡も抜けやすいためダイレクトボンディングで接合後の気泡残存がない。また、光学透明接着剤層との接合面が粗面状であるため光学透明接着剤層との接触面積が増大し密着性が向上できる。
本発明の画像表示装置の拡大断面模式図 実施例1の画像表示装置の説明図 粗面の濡れ性(接触角)特性グラフ 本発明の画像表示装置の作製処理フロー図 従来の画像表示装置の拡大断面模式図 粗面の濡れ性(接触角)の説明図 実施例1の画像表示装置における透明保護層の粗面の濡れ性を示す画像 ダイレクトボンディング法の一例の説明図
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
図1は本発明の画像表示装置の拡大断面模式図を示している。図1に示す画像表示装置では、液晶ディスプレイ2に表側(光の出射側)にクリアハードコート層4が設けられている。また、タッチセンサ3の裏側(光の入射側)にクリア飛散防止層5が設けられている。そして、クリアハードコート層4の表側(光の出射側)とクリア飛散防止層5の裏側(光の入射側)が、光学透明接着剤層であるOCR(Optically Clear Resin)を介して接合されている。
ここで、クリアハードコート層4の表側(光の出射側)と、クリア飛散防止層5の裏側(光の入射側)には、それぞれ粗面(凹凸)構造が形成されている。粗面(凹凸)構造は、転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて、透明基材表面に形成させることにより、粗面の水との接触角が70°以下になるようにしている。
上述した通り、粗面の水との接触角が45°以下であることがより密着性を高め、また、粗面の水との接触角が30°以下であることが更に密着性を高め視認性を向上できる。
ここで、クリアハードコート層4およびクリア飛散防止層5は、二酸化ケイ素(SiO)、二酸化チタン(TiO)または二酸化亜鉛(ZnO)である。
また、透明基材は、所定強度以上を有する材質であれば特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、環状オレフィン高分子(COC)、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリビニルアルコール(Polyvinyl alcohol;PVA)フィルム、ポリイミド(Polyimide;PI)フィルム、ポリスチレン(Polystyrene;PS)、ガラスなどで形成することが好ましい。
また、本発明の画像表示装置の粗面(凹凸)構造における粗面の表面積は、平坦面の表面積との比率が1.2以上である。これについて、図6、7を参照して、平坦面と粗面の濡れ性(接触角)について説明する。
一般に、平坦面と粗面の濡れ性(接触角)は、下記数式のWenzelの式を満たすことが知られている。ここで、θwは粗面の接触角であり、θhは平坦面の接触角である(図6を参照)。液体が固体を濡らし(濡れと呼ぶ)場合、θは鋭角であり、逆に液体は固体からはじかれる場合、θは鈍角になる。また、rは粗面の表面積と平坦面の表面積との比率であり、r=Sw/Shである(Sw:樹脂凹凸面の表面積,Sh:樹脂平坦面の表面積)。
(数3)
cosθw = r × cosθh ・・・(式3)
液体が固体を濡らす場合(θが鋭角)、液体は固体表面の限られた範囲に広がる。例えば、θが0°であると、液体は固体表面全体を完全に濡らし、表面全体に広がることになる。
図3に、粗面の濡れ性(接触角)特性グラフを示す。図3のグラフは、r(=Sw/Sh)を横軸に、θw/θhを縦軸にとり、平坦面の接触角(θh)が30°,50°,70°,90°の場合についてプロットしたものである。
図3に示すように、平坦面の接触角(θh)が70°以下で、粗面の表面積と平坦面の表面積との比率(r)が1.2以上の範囲が、90°> θh > θw となり、濡れ性が向上することがわかる。
図7(1)(2)に示す画像は、それぞれ粗面の純水との接触角を45°以下にしたものと、70°にしたものについて、実際に純水を落して濡れ性を比較したものである。図から粗面の純水との接触角を45°以下にしたもの(図7(1))が70°にしたもの(図7(2))よりも濡れ性に優れ、親和性があり、OCRなどの光学透明接着剤層との密着性がより向上できることが確認できる。
また、粗面(凹凸)構造の微細なパターンにより気泡噛みを回避し、ダイレクトボンディング法によるOCRの塗布の際に発生する密着不良および気泡発生を低減・改善できる。
図4は、本発明の画像表示装置の作製処理フローの一実施例を示す。
先ず、転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて透明基材表面に粗面形状を形成し、クリア飛散防止層となる第1透明保護シートを形成する(ステップS01)。また、転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて透明基材表面に粗面形状を形成し、クリアハードコート層となる第2透明保護シートを形成する(ステップS02)。
ここで、透明基材表面に粗面形状を形成するプロセスについて説明する。巻出しロールから巻き出された透明基材フィルムに対し、フィルムの上面と下面を2つのロールで挟持しながら、他のロール表面から搬送させる紫外線硬化樹脂を、透明基材フィルムの上面に塗布する。そして、透明基材フィルムの上面に塗布された紫外線硬化樹脂には、ロール状金型によって、金型表面に形成された凸凹のパターンと同一のパターンが形成される。ロール状金型表面のパターンと同じパターンが形成された紫外線硬化樹脂は、透明基材フィルムの下面に設けたUVランプから照射される紫外線により硬化する。このようにして得られた透明基材フィルムは、ロール状金型からリリースされると、透明基材フィルム上に粗面(凹凸)構造が形成されている。
ロール状金型は、ブラスト粒子を衝打して作製する。透明基材フィルム表面に塗布した紫外線硬化樹脂を転写成形し、転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて、透明基材フィルム表面に微細な粗面(凹凸)構造が形成できる。
透明保護シートに粗面(凹凸)構造が形成できると、次に、タッチセンサの裏面側に第1透明保護シートを貼りつける(ステップS03)。また、ディスプレイの表面側に第2透明保護シートを貼りつける(ステップS04)。
そして、タッチセンサの裏面側とディスプレイの表面側を、OCRを用いて接合する(ステップS05)。
図2は実施例1の画像表示装置の拡大断面模式図を示している。図2に示す画像表示装置では、液晶ディスプレイ11の表側に偏光層12が積層され、その上にクリアハードコート層13が設けられている。また、タッチセンサ17の裏側(光の入射側)にPET(ポリエチレンテレフタレート)層16があり、更にクリア飛散防止層15が積層されている。そして、クリアハードコート層13とクリア飛散防止層15が、OCR(Optically Clear Resin)14を介して接合されている。クリアハードコート層13とクリア飛散防止層15には粗面が形成されている。この粗面の接触角(純水)は41°である。
また、実施例1の画像表示装置では、偏光層12、クリアハードコート層13、OCR14、クリア飛散防止層15、PET層16のそれぞれの材料の屈折率をマッチングさせることにより、透明性、全光線透過率、写像性等の光学特性を向上させ、接合後に高い透明性を実現した。
また、実施例1の画像表示装置において、透明樹脂の溶解度パラメータ(SP値)を制御することもできる。透明樹脂の溶解度パラメータ(SP値)は、Hildebrandの正則溶液論により定義される。SP値は、透明樹脂の親水性の度合いを表すパラメータであり、SP値の値が大きい樹脂は親水性であることを意味する。SP値は単位((cal/cm0.5)を有するが、本明細書中においては、SP値を1(cal/cm0.5で除した無次元SP値を用いることにする。一般にSP値の近い溶媒とポリマーは溶解し易い。混合物のSP値は、SP値が知られている溶媒やポリマーとの相対比較で考えることができる。
本発明は、タッチセンサを備えた画像表示装置として有用である。
1,10 画像表示装置
2,11 液晶ディスプレイ
3,17 タッチセンサ
4,4a,13 クリアハードコート層
5,5a,15 クリア飛散防止層
6,14,18 OCR
12 偏光板
16 PET(ポリエチレンテレフタレート)
20 ダム剤
θw 粗面(凹凸面)での水の接触角
θh 平坦面での水の接触角

Claims (13)

  1. 静電容量方式のタッチセンサ、該タッチセンサの裏面側に形成される第1透明保護層(クリア飛散防止層)、LCDまたは有機ELディスプレイ、該ディスプレイの表面側に形成される第2透明保護層(クリアハードコート層)、第1透明保護層と第2透明保護層の間に設けられる紫外線硬化性或いは熱硬化性の光学透明接着液の硬化により形成された光学透明接着剤層を含む画像表示装置において、
    前記第1透明保護層の前記光学透明接着剤層側に粗面(凹凸)構造が形成され、
    及び/又は、
    前記透明飛散防止層の前記光学透明接着剤層側に粗面(凹凸)構造が形成され、
    前記粗面の水との接触角が70°以下であることを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記粗面の水との接触角が45°以下であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記粗面の水との接触角が30°以下であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  4. 前記粗面(凹凸)構造における粗面の表面積は、平坦面の表面積との比率が1.2以上であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の画像表示装置。
  5. 前記粗面(凹凸)構造は、透明基材の上に突起を成形し、突起の高さが1〜10μm、突起間の距離は0.1〜100μmであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の画像表示装置。
  6. 前記粗面(凹凸)構造は、透明基材の上に凹凸形状を成形し、ランダム凹凸形状面の表面粗さRaの範囲が、0.5〜2μmであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の画像表示装置。
  7. 前記粗面(凹凸)構造は、透明基材の上にプリズム形状を成形し、プリズムの頂角が60〜120°でプリズムの高さが1〜10μm、ピッチが1〜100μmであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の画像表示装置。
  8. 前記粗面(凹凸)構造における粗面の上に、親和性を有する透明樹脂液層を均一形成したことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の画像表示装置。
  9. 前記第1透明保護層の屈折率nと前記第2透明保護層の屈折率nは、前記光学透明接着剤層の屈折率nに対して、
    以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の画像表示装置。
    (数1)
    |n−n| < 0.2
    |n−n| < 0.2
  10. 前記第1透明保護層の屈折率nと前記第2透明保護層の屈折率nは、前記光学透明接着剤層の屈折率nに対して、
    以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の画像表示装置。
    (数2)
    |n−n| < 0.1
    |n−n| < 0.1
  11. 前記光学透明接着剤層は、OCR(Optically Clear Resin)、OCA(Optical Clear Adhesive)またはLOCA(Liquid Optically Clear Adhesives)の何れかであることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の画像表示装置。
  12. 請求項1〜11の何れかに記載の画像表示装置における前記第1透明保護層または前記第2透明保護層に用いる粗面(凹凸)構造が片面に形成された透明保護シート。
  13. ダイレクトボンディング法でタッチセンサとディスプレイを接合する画像表示装置の作製方法において、
    転写成形した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させて、透明基材表面に粗面形状を形成させて、クリア飛散防止層となる第1透明保護シートおよびクリアハードコート層となる第2透明保護シートを形成するステップと、
    静電容量方式のタッチセンサの裏面側に第1透明保護シートを貼りつけるステップと、
    LCDまたは有機ELディスプレイの表面側に第2透明保護シートを貼りつけるステップと、
    前記タッチセンサの裏面側と前記ディスプレイの表面側を、OCR(Optically Clear Resin)、OCA(Optical Clear Adhesive)またはLOCA(Liquid
    Optically Clear Adhesives)の何れかの光学透明接着剤層を介して接合するステップと、
    を備えることを特徴とする画像表示装置の作製方法。
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