JP2015158621A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール材を形成する際の静電気の発生を抑制して、シール材により確実に液晶を封入することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】液晶表示装置１は、プラスチック基板６を有する下基板２と、下基板２に対向して配置され、プラスチック基板８を有する上基板３と、下基板２及び上基板３の間に設けられた液晶層４と、下基板２と上基板３との間に狭持され、下基板２及び上基板３を互いに接着するとともに液晶層４を封入するシール材５とを備えている。シール材５は、１〜１００ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子２０を含有する。【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック基板（フィルム基板）を備えた液晶表示装置に関する。

近年、ディスプレイ分野では、フレキシブル性、耐衝撃性や軽量性の点でガラス基板に比べて大きなメリットのあるプラスチック基板を用いた表示装置が非常に注目を浴びており、ガラス基板のディスプレイでは不可能であった新たな表示装置が創出される可能性を秘めている。

このような表示装置としては、例えば、互いに対向して配置された一対の基板と、一対の基板の間に設けられた液晶層とを有する液晶表示装置が提案されている。

この液晶表示装置では、一対の基板のうち、上基板は、ポリカーボネート樹脂等により形成された可撓性を有するプラスチック基板と、プラスチック基板上に設けられ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成された画素電極とを備えている。また、下基板は、上述のプラスチック基板と、プラスチック基板上に設けられ、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成された共通電極とを備えている。

また、この液晶表示装置は、一対の基板の間に設けられた液晶層と、一対の基板を互いに接着するとともに、両基板の間に液晶を封入するために枠状に設けられたシール材とを備えている。

ここで、このシール材は、例えば、熱硬化型樹脂（または、紫外線硬化型樹脂）等により構成されており、ディスペンサ塗布法やスクリーン印刷法等により、基板上に描画（印刷）された後、シール材を介して、上基板と下基板とを貼り合わせる。そして、シール材を焼成（紫外線硬化型樹脂の場合は、シール材にＵＶ光を照射）することによりシール材を硬化させ、上基板と下基板とが貼り合わされた貼合体を作製する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２００２２８号公報

しかし、上記シール材の形成方法においては、印刷時、焼成時、またはＵＶ硬化時に、シール材に静電気が発生し、この静電気に起因してシール材が飛散する（即ち、シール材が、本来のシールパターンから外れて、流れ出る）現象が生じていた。特に、上述のプラスチック基板を用いた液晶表示装置においては、ガラス基板を使用した液晶表示装置に比し、静電気を発生しやすく、また、発生した静電気を保持しやすいため、シール材の飛散が顕著になり、シール材が変形し易くなる。その結果、シール材により液晶を適切に封入することが困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、シール材を形成する際の静電気の発生を抑制して、シール材により確実に液晶を封入することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、プラスチック基板を有する上基板と、上基板に対向して配置され、他のプラスチック基板を有する下基板と、上基板及び下基板の間に設けられた液晶層と、上基板と下基板との間に狭持され、上基板及び下基板を互いに接着するとともに液晶層を封入するシール材とを備え、シール材が、１〜１００ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子を含有することを特徴とする。

同構成によれば、シール材を形成する際に、シール材中に電荷が溜まりにくくなるため、シール材を形成する際の静電気の発生を抑制することが可能になる。従って、シール材の飛散を抑制して、シール材の変形を抑制することが可能になるため、結果として、シール材により確実に液晶を封入することが可能となる。

本発明によれば、可撓性を有するプラスチック基板を備える表示装置において、シール材により確実に液晶を封入することができる。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施例１に係る液晶表示装置におけるシール材の透過型顕微鏡写真（ＴＥＭ写真）である。 比較例１に係る液晶表示装置におけるシール材の透過型顕微鏡写真（ＴＥＭ写真）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態においては、プラスチック基板を備え、例えば、光の透過量を調節する調光部を備える３Ｄ眼鏡やスマートカードに使用される液晶表示装置を例示する。

図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。

図１に示すように、液晶表示装置１は、表示装置用基板である下基板２と、下基板２に対向して配置された他の表示装置用基板である上基板３と、下基板２及び上基板３の間に挟持して設けられた表示媒体層である液晶層４と、下基板２と上基板３との間に狭持され、下基板２及び上基板３を互いに接着するとともに液晶層４を封入するために枠状に設けられたシール材５とを備えている。

このシール材５は、液晶層４を周回するように形成されており、下基板２と上基板３は、このシール材５を介して相互に貼り合わされている。また、シール材５を形成する材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂が使用される。

このうち、本発明においては、密着性、耐湿性、電気絶縁特性、耐薬品性、耐熱性等が優れているとの観点から、シール材を形成する材料として、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。より具体的には、熱硬化型の２液性（または１液性）エポキシ樹脂等を使用することができる。

なお、下基板２及び上基板３は、それぞれ矩形板状に形成されている。また、液晶表示装置１は、液晶層４の厚み（即ち、セルギャップ）を規制するための複数のフォトスペーサ（不図示）を備えている。

また、液晶表示装置１では、図１に示すように、シール材５の内側であって、下基板２及び上基板３が重なる領域に、画像表示を行う表示領域Ｄが規定されている。ここで、表示領域Ｄは、画像の最小単位である画素がマトリクス状に複数配列して構成されている。

下基板２は、樹脂材料により形成されたフィルム状の可撓性（フレキシビリティー）を有するプラスチック基板６を備える。このプラスチック基板６を形成する樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、セルローストリアセテート樹脂（ＣＴＡ、ＴＡＣ），環状オレフィン樹脂（ＣＯＰ，ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等の有機材料を用いることができる。

このうち、本発明においては、軽量性、耐衝撃性、耐熱性、難燃性等が優れているとの観点から、プラスチック基板６を形成する材料として、ポリカーボネート樹脂を使用することが好ましい。

なお、上述の有機材料は、１×１０^１４〜１×１０^１５Ω・ｃｍの絶縁抵抗を有しており、本実施形態においては、上記範囲の絶縁抵抗を有する材料であれば、無機材料（例えば、約１×１０^１４Ω・ｃｍの絶縁抵抗を有する石英）も使用することができる。

また、下基板２のプラスチック基板６上には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成された画素電極７と、画素電極７上に設けられるとともに、ポリイミド樹脂により形成され、ラビング処理がなされた配向膜（不図示）が設けられている。

また、上基板３は、下基板２と同様に、樹脂材料により形成されたフィルム状の可撓性（フレキシビリティー）を有するプラスチック基板８を備える。このプラスチック基板８を形成する樹脂材料としては、上述のプラスチック基板６を形成する有機材料と同様の材料を使用することができる。

また、上基板３のプラスチック基板８上には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成された共通電極９と、共通電極９上に設けられるとともに、ポリイミド樹脂により形成され、ラビング処理がなされた配向膜（不図示）が設けられている。

なお、プラスチック基板６，８の厚みとしては、３０〜２５０μｍが好ましい。これは、厚みが３０μｍ未満の場合は、十分な機械的強度が得られない場合があり、また、２５０μｍよりも大きい場合は、画素電極７や共通電極９を形成する際に、プラスチック基板６，８の反りが大きくなり、プロセス上、問題が生じる場合があるからである。

液晶層４は、例えば、電気光学特性を有するネマチック液晶を含んでいる。

なお、下基板２のプラスチック基板６の外側には、偏光板（不図示）が設けられるとともに、当該偏光板の外側にはバックライトユニット（不図示）が設けられている。また、上基板３のプラスチック基板８の外側には、位相差フィルム（不図示）、及び偏光板（不図示）が設けられている。

ここで、本実施形態の液晶表示装置１においては、図１に示すように、シール材５が、１〜１００ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子２０を含有する点に特徴がある。

なお、ここで言う「平均粒子径」とは、５０％粒径（Ｄ５０）を指し、レーザードップラー法を応用した粒度分布測定装置（日機装（株）製、ナノトラック（登録商標）粒度分布測定装置ＵＰＡ−ＥＸ１５０）等により測定できる。

そして、このような導電性を有するカーボン粒子２０をシール材５中に含有させることにより、シール材５を形成する際（即ち、印刷時、焼成時、またはＵＶ硬化時）に、シール材５中に電荷が溜まりにくくなるため、シール材５を形成する際の静電気の発生を抑制することが可能になる。従って、シール材５の飛散を抑制して、シール材の変形を抑制することが可能になるため、結果として、シール材５により確実に液晶層４を封入することが可能となる。

特に、プラスチック基板６，８を用いた液晶表示装置１においては、ガラス基板を使用した液晶表示装置に比し、静電気を発生しやすく、また、発生した静電気を保持しやすいが、このようなプラスチック基板６，８を用いた液晶表示装置１においても、シール材５の飛散を抑制して、シール材５の変形を抑制することが可能になる。

また、シール材５の飛散を抑制することができるため、表示領域Ｄへのシール材５の飛散に起因する黒点不良の発生を抑制することが可能になる。

なお、カーボン粒子２０の平均粒子径は、流動性を向上させるとともに、シール材５において均一に分散させるとの観点から、１０〜１００ｎｍが好ましく、１５〜３０ｎｍがより好ましい。これは、平均粒子径が１０ｎｍ未満の場合は、撹拌時に、カーボン粒子２０が飛散して、空中での滞留時間が長くなるため、撹拌時の作業効率が極端に悪くなる場合があるためであり、また、１００ｎｍよりも大きい場合は、カーボン粒子２０の凝集が生じて、上基板３と下基板２とが電気的に短絡する場合があるためである。

また、使用するカーボン粒子２０のＤＢＰ吸収量は、シール材５の印刷適性粘度を維持するとの観点から、２０〜２００ｃｍ^３／１００ｇが好ましく、４０〜１８０ｃｍ^３／１００ｇがより好ましい
なお、「ＤＢＰ吸収量」は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−４に準拠して測定される。

また、シール材５の印刷性能の低下を防止して、シール材５の飛散を効果的に抑制するとの観点から、カーボン粒子２０の含有量は、シール材１００質量部に対して０．５質量部〜１０質量部が好ましい。また、シール材５の飛散を効果的に抑制して、シール材５による下基板２と上基板３の接着性を向上させるとの観点から、カーボン粒子２０の含有量は、シール材１００質量部に対して２質量部〜５質量部が好ましい。

次に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１の製造方法について説明する。図２〜図５は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、以下に示す製造方法は単なる例示であり、本発明に係る液晶表示装置１は、以下に示す方法により製造されたものに限定されるものではない。

＜下基板作製工程＞
まず、図２に示すように、例えば、ポリカーボネート樹脂により形成されたフィルム状の可撓性を有するプラスチック基板６（厚さ０．１ｍｍ程度）を準備する。

次いで、プラスチック基板６上に、インジウム錫酸化物をパターニングして、図２に示すように、画素電極７を形成する。次いで、基板全体に、印刷法によりポリイミド樹脂を塗布し、その後、ラビング処理を行って、配向膜を形成する。

以上のようにして、表示領域Ｄを構成する下基板２を作製することができる。

＜上基板作製工程＞
まず、図３に示すように、例えば、ポリカーボネート樹脂により形成されたフィルム状の可撓性を有するプラスチック基板８（厚さ０．１ｍｍ程度）を準備する。

次いで、プラスチック基板８上に、インジウム錫酸化物をパターニングして、図３に示すように、共通電極９を形成する。次いで、基板全体に、印刷法によりポリイミド樹脂を塗布し、その後、ラビング処理を行って、配向膜を形成する。

以上のようにして、表示領域Ｄを構成する上基板３を作製する。

＜シール材形成工程＞
次いで、シール材を形成する熱硬化型の２液性エポキシ樹脂に、１〜１００ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子を添加するとともに、硬化剤を混合した後、このエポキシ樹脂を十分に攪拌する。そして、図４に示すように、例えば、スクリーン印刷法により、上基板３に、カーボン粒子２０を含有する２液性エポキシ樹脂を印刷して、シール材５を枠状に描画する。

＜下基板・上基板貼り合わせ工程＞
次いで、下基板２の全体に、例えば、球状のシリカやプラスチック粒子を散布して、スペーサを形成する。

次いで、画素電極７が形成された下基板２と、共通電極９が形成された上基板３とをシール材５を介して貼り合わせた後に、加熱加圧処理（例えば、エアープレスで加圧処理を行いながら、１２０℃の温度で加熱処理）することにより、シール材５を硬化させ、図５に示す、下基板２と上基板３が貼り合わされた貼合体１０を作製する。

＜液晶層形成工程＞
次いで、真空雰囲気で、シール材５に形成された液晶材料注入口を液晶材料に接触させ、大気雰囲気に戻して、液晶材料注入口から液晶材料をシール材５の内側に注入することにより、シール材５の内側に液晶層４を形成する。そして、液晶材料を注入後、液晶材料注入口を熱硬化型樹脂等の封止材により封止する。

そして、上述の偏光板、バックライトユニット、及び位相差フィルムを設けることにより、図２に示す液晶表示装置１が完成する。

なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。

上記本実施形態、表示装置としてＬＣＤ（liquid crystal display；液晶表示ディスプレイ）に係るものについて示したが、表示装置は、有機ＥＬ（organic electroluminescence）、電気泳動（electrophoretic）、ＰＤ（plasma display；プラズマディスプレイ）、ＰＡＬＣ（plasma addressed liquid crystal display；プラズマアドレス液晶ディスプレイ）、無機ＥＬ（inorganic electroluminescence）、ＦＥＤ（field emission display；電界放出ディスプレイ）、又はＳＥＤ（surface-conduction electron-emitter display；表面電界ディスプレイ）等に係る表示装置であってもよい。

また、本発明は、互いに対向して配置されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板及びＣＦ（Color Filter）基板と、これらＴＦＴ基板とＣＦ基板との間に設けられた液晶層とを有する液晶表示装置にも適用することができる。

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

（実施例１）
まず、ポリカーボネート樹脂により形成されたフィルム状の可撓性を有するプラスチック基板（厚さ０．１ｍｍ）上に、インジウム錫酸化物がパターニングされた画素電極が形成されるとともに、ラビング処理が行われた配向膜を備える下基板を準備した。

また、同様に、ポリカーボネート樹脂により形成されたフィルム状の可撓性を有するプラスチック基板８（厚さ０．１ｍｍ）上に、インジウム錫酸化物がパターニングされた共通電極が形成されるとともに、ラビング処理が行われた配向膜を備える上基板を準備した。

次いで、熱硬化型の２液性エポキシ樹脂（日油（株）製、商品名：ノフタックＬＣ０４）１００質量部に、２４ｎｍの平均粒子径を有し、ＤＢＰ吸収量が６５〜６６ｃｍ^３／１００ｇであるカーボン粒子（三菱化学（株）製、商品名：三菱カーボンブラックＭＡ７）を５質量部添加するとともに、硬化剤を混合した後、このエポキシ樹脂を十分に攪拌した。

次いで、スクリーン印刷法により、上基板に、カーボン粒子を含有する２液性エポキシ樹脂を印刷して、シール材を枠状に描画した。

次いで、下基板の全体に、球状のシリカを散布して、スペーサを形成した後、下基板と上基板とをシール材を介して貼り合わせた。そして、エアープレスで加圧処理を行いながら、１２０℃の温度で加熱処理することにより、シール材を硬化させ、下基板と上基板が貼り合わされた貼合体を作製した。

そして、真空雰囲気で、シール材に形成された液晶材料注入口から液晶材料をシール材の内側に注入することにより、シール材の内側に液晶層を形成し、液晶材料を注入後、液晶材料注入口をＵＶ硬化型樹脂（スリーボンド社製、商品名：ＴＢ３０５１）により形成された封止材により封止し、ＵＶ−ＬＥＤ（３６５ｎｍ）光を照射して、液晶表示装置を作製した。

次いで、本実施例で形成されたシール材を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。得られた電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）を図６に示す。

図６に示すように、実施例１においては、シール材に２４ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子が含有されているため、シール材の飛散が抑制されて、一定の幅を有するシール材が形成されており、シール材の変形を抑制できることが判る。その結果、シール材により確実に液晶層を封入することができることが判る。

（比較例１）
シール材を形成する２液性エポキシ樹脂にカーボン粒子を混合しなかったこと以外は、上述の実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。その後、上述の実施例１と同様にして、本比較例で形成されたシール材を透過型顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。得られた顕微鏡写真を図７に示す。

図７に示すように、比較例１においては、シール材にカーボン粒子が含有されていないため、シール材の飛散に起因してシール材が変形していることが判る。その結果、シール材により液晶を適切に封入することが困難になり、また、表示領域Ｄの狭小化を招き、著しく表示品位を落とすことになることが判る。

以上説明したように、本発明は、プラスチック基板を備えた液晶表示装置に、特に、有用である。

１ 液晶表示装置
２ 下基板（表示装置用基板）
３ 上基板（他の表示装置用基板）
４ 液晶層
５ シール材
６ プラスチック基板
７ 画素電極
８ プラスチック基板
９ 共通電極
１０ 貼合体
２０ カーボン粒子
Ｄ 表示領域

本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施例１に係る液晶表示装置におけるシール材の透過型顕微鏡写真である。 比較例１に係る液晶表示装置におけるシール材の透過型顕微鏡写真である。

次いで、本実施例で形成されたシール材を透過型顕微鏡により観察した。得られた透過型顕微鏡写真を図６に示す。

（比較例１）
シール材を形成する２液性エポキシ樹脂にカーボン粒子を混合しなかったこと以外は、上述の実施例１と同様にして、液晶表示装置を作製した。その後、上述の実施例１と同様にして、本比較例で形成されたシール材を透過型顕微鏡により観察した。得られた透過型顕微鏡写真を図７に示す。

［補正の理由等］
段落［００１３］、［００６０］、［００６２］において誤記の訂正を行いました。これらは、いずれも出願当初の明細書の記載及び図面の記載から誤記であることが明白です。従って、本補正は出願当初の明細書等に記載した事項の範囲内においてするものです。

Claims (7)

1. プラスチック基板を有する上基板と、
   前記上基板に対向して配置され、他のプラスチック基板を有する下基板と、
   前記上基板及び前記下基板の間に設けられた液晶層と、
   前記上基板と前記下基板との間に狭持され、前記上基板及び前記下基板を互いに接着するとともに前記液晶層を封入するシール材と
   を備え、
   前記シール材が、１〜１００ｎｍの平均粒子径を有するカーボン粒子を含有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記カーボン粒子のＤＢＰ吸収量が、２０〜２００ｃｍ^３／１００ｇ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。
3. 前記シール材１００質量部に対する前記カーボン粒子の含有量が０．５質量部〜１０質量部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記シール材が、前記カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記プラスチック基板を形成する材料の絶縁抵抗が、１×１０^１４〜１×１０^１５Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. 前記プラスチック基板の厚みが、３０〜２５０μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記プラスチック基板が、ポリカーボネート樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。