JP2017151289A - 熱硬化性シール材、表示装置及び表示装置の製造方法 - Google Patents

熱硬化性シール材、表示装置及び表示装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、シールパスの発生を防止しつつ、ギャップムラの発生を抑制することができる熱硬化性シール材、表示装置及び表示装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によると、表示装置を構成するアレイ基板及び対向基板を、ギャップを空けて貼り合せる表示装置用熱硬化性シール材であって、熱硬化性樹脂と、前記ギャップの幅よりも大きい径を有するフィラーとを含み、前記フィラーは、弾性を有しており、前記熱硬化性樹脂の硬化の際に加えられる熱によって収縮する熱収縮性を有していることを特徴とする表示装置用熱硬化性シール材が提供される。【選択図】図1

Description

本発明は、熱硬化性シール材、表示装置及び表示装置の製造方法に関する。
表示装置、例えば、液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのOA機器、テレビ、携帯端末機器、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。
液晶表示装置を製造する工程の一つとして、液晶表示装置を構成する液晶表示パネル内に液晶材料を充填する工程がある。液晶材料を充填する方法として、滴下注入(ODF)方式が実用化されている。このODF方式では、液晶表示パネルを構成する一対の基板のうち一方の基板上にシール材を枠状に設け、このシール材によって囲まれた領域に液晶材料を滴下し、一方の基板に他方の基板を重ね合わせた後に、シール材を硬化させることにより、一対の基板を貼り合せ、それらの間に液晶材料を充填することができる。シール材の硬化は、例えば、紫外線照射により行われている。しかし、近年、液晶表示装置は狭額縁化が要求されており、額縁領域が狭い液晶表示パネルでは、額縁領域の配線密度が高く、照射した紫外線が配線に阻害され、シール材に紫外線が照射されにくくなり、シール材の硬化が不十分になる。
そこで、熱硬化性のシール材を用いて、熱のみによってシール材を硬化させることが行われている。しかし、熱によってシール材を硬化させる場合、加熱時の熱によって、シール材の粘度が低下することに加え、液晶材料の体積が膨張することにより、シール材が液晶材料の膨張に耐え切れず、液晶材料がシール材に侵入し液晶パネルの外に漏れだす、いわゆる、シールパスが発生することがある。この対策のために、液晶表示装置のセルギャップの幅より大きい径を有し、且つ弾性を有するフィラーをシール材に添加することによって、上下の基板を貼り合わせるために、上下の基板を重ね合わせ、押圧する際にフィラーが上下の基板の厚さ方向に縮径するとともに、それらの平面方向に拡径し、壁の役割を果たすことによって、シールパスの発生を防ぐことが行われている。
特開2003−315810号公報
しかしながら、セルギャップの幅よりも径が大きいフィラーは、上下の基板を貼り合せる際に、上下の基板の厚さ方向に完全には縮径しないことがあり、シール材が配置されている領域のみならず、シール材の近傍の広い領域においてセルギャップの幅が所望の幅よりも大きくなってしまいギャップムラが生じることがある。このようなギャップムラは、表示ムラなどの表示品質の劣化を招く。
本発明は、シールパスの発生を防止しつつ、ギャップムラの発生を抑制することができる熱硬化性シール材、表示装置及び表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明によると、表示装置を構成するアレイ基板及び対向基板を、ギャップを空けて貼り合せる表示装置用熱硬化性シール材であって、熱硬化性樹脂と、前記ギャップの幅よりも大きい径を有するフィラーとを含み、前記フィラーは、弾性を有するとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化の際に加えられる熱によって収縮する熱収縮性を有していることを特徴とする表示装置用熱硬化性シール材が提供される。
実施形態に係る液晶表示装置の斜視図。 ODF方式により液晶層を形成する工程を含む液晶表示装置の製造方法を説明するためのフローチャート。 テストセルの平面図。 図3のIV−IV線に沿った断面図。 実験例及び比較実験例に係るシール材をそれぞれ使用したテストセルのセルギャップの幅を測定した結果を示す図。
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本明細書と各図において、先行する図に関して説明したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
以下、実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図1は、実施形態に係る液晶表示装置DSPの概略断面図である。本実施形態において、液晶表示装置DSPは、IPS(In−Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モードなどの主として横電界を利用するモードなどを適用可能に構成されているが、液晶表示装置はTN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、VA(Vertical Aligned)モードなどの主として縦電界を利用するモードのものであってよい。
実施形態に係る液晶表示装置DSPは、アレイ基板ARと、対向基板CTと、シール材SEと、液晶層LCとを備えている。
液晶表示装置DSPは、横電界駆動モードのアクティブマトリックス型の液晶表示装置であり、アレイ基板ARと、対向基板CTと、アレイ基板AR及び対向基板CTの間に形成されたセルギャップCG内に配置された液晶層LCとを備えている。液晶表示装置DSPは、後述するシール材の硬化物CSEによって囲まれた領域に、画像を表示する画像表示領域DAを備えている。画像表示領域DAは、例えば、平面視において略長方形状であり、マトリックス状に配置された複数の画素によって構成されている。なお、画像表示領域DAは、他の多角形状であってもよいし、そのエッジが曲線状に形成されていてもよい。
アレイ基板ARは、第1基板1と、第1配向膜3とを備えている。第1基板1は、透明な絶縁性の基板であり、ガラス材料で形成することができる。
第1配向膜3は、第1基板1の液晶層LC側表面に配置されている。第1配向膜3は、配向膜を形成する方法として当業者に既知の方法により形成することができる。例えば、第1配向膜3は、ポリイミド等の有機材料を第1基板1の表面に塗布して有機薄膜を形成した後に、この有機薄膜に紫外光を照射することにより形成することができる。また、紫外光ではなく、ラビング布で擦ることにより、第1配向膜3を形成しても良い。
なお、図には示していないが、第1基板1の液晶層LCと反対側の面には、第1偏光板が設けられている。第1偏光板は図示しない光源からの光を特定の方向に偏光させて液晶層LCに入射させる。また、図には示していないが、第1基板1は、液晶層LC側の表面に、画素電極、走査線、信号線、薄膜トランジスタ(TFT)等を備えている。液晶表示装置DSPは、横電界駆動モードの液晶表示装置なので、アレイ基板ARは、さらに対向電極を備えており、各対向電極は、画素電極とは電気的に絶縁されている。対向電極、画素電極、走査線、信号線、TFT等は、対向電極、画素電極、走査線、信号線、TFT等を形成する方法として公知の方法により形成することができる。例えば、画素電極は、インジウムスズ酸化物(ITO)やインジウム亜鉛酸化物(IZO)等の光透過性を有する導電材料や、Ag、Al、Al合金等を含む反射型の導電材料等によって形成することができる。また、対向電極は、例えばITOやIZO等の光透過性を有する導電材料によって形成することができる。
対向基板CTは、第2基板2と、カラーフィルターCFと、第2配向膜4とを備えている。第2基板2は、第1基板1と対向して配置されている。第2基板2は、透明な絶縁性の基板であり、ガラス材料で形成することができる。
第2基板2の液晶層LC側の表面には、カラーフィルターCFが配置されている。カラーフィルターCFは、ブラックマトリックスBMと、カラーフィルターセグメントCFR、CFG、CFBと、オーバーコート層OCとを備える。
カラーフィルターCFには、赤(R)、緑(G),青(B)のカラーフィルターセグメント(サブピクセル)CFR、CFG、CFBが周期的に配置されている。上記3色のサブピクセルは1組として、1画素を構成している。
赤、緑、青のカラーフィルターセグメントCFR,CFG,CFBの間にはブラックマトリックスBMが配置されている。ブラックマトリックスBMは、平面視において格子状に形成されており、赤、緑、青のカラーフィルターセグメントCFR,CFG,CFBを区画し、隣接するカラーフィルターセグメント同士の混色を防いでいる。
オーバーコート層OCは、これらカラーフィルターセグメントCFR,CFG,CFB及びブラックマトリックスBMを覆うように配置され、カラーフィルターセグメントCFR,CFG,CFB及びブラックマトリックスBMの表面の凹凸を覆い平坦化している。
カラーフィルターCFの液晶層LC側表面には、第2配向膜4が配置されている。第2配向膜4は、配向膜を形成する方法として当業者に既知の方法により形成することができる。例えば、第2配向膜4は、ポリイミド等の有機材料をカラーフィルターCFの上部に塗布して有機薄膜を形成した後に、この有機薄膜に紫外光を照射することにより形成することができる。また、紫外光ではなく、ラビング布で擦ることにより、第2配向膜4を形成してもよい。
なお、図には示していないが、第2基板2の液晶層LCとは反対側の表面には、第2偏光板が配置されている。
アレイ基板ARと対向基板CTとは、これらの間にセルギャップCGを形成した状態で、以後詳述するシール材の硬化物CSEによって貼り合わせられている。このセルギャップCGは、アレイ基板AR又は対向基板CTに形成された図示しない柱状スペーサによって形成することができる。
シール材の硬化物CSEは、弾性と熱収縮性を有するフィラー5を含有する熱硬化性樹脂の硬化物6を含む。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができ、これらを単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
フィラー5は、シール材の硬化前には、すなわち(未硬化の)シール材において、セルギャップCGの幅よりも大きい径(セルギャップCGの厚さ方向の径)を有するものである。フィラー5の前記径はセルギャップCGの幅の2倍〜4倍の大きさの径を有していることが好ましい。上に述べたように、フィラー5は、熱収縮性を有しており、前記熱硬化性樹脂6硬化の際に加えられる熱によって収縮する。フィラー5は、30%以上の熱収縮率を有していることが好ましい。フィラー5は、弾性を有する熱収縮性材料から作られている。そのような材料としては、当業者に知られているような、例えば、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)、ペルフルオロエチレン−ペルフルオロプロピレン共重合体、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンエラストマー等を用いることができる。また、弾性を有する熱収縮性材料としては、室温でゴム弾性を有している材料を用いることが好ましく、例えば、シリコーンゴムを用いることが好ましい。フィラー5は弾性を有する熱収縮性材料を粉砕することによって得ることができる。
フィラー5の添加量は、熱硬化性樹脂に対して、1PHR〜10PHRであることが好ましい。
フィラー5は、弾性を有しているため、アレイ基板AR及び対向基板CTを貼り合せるためにそれらを重ね合わせ、それらの厚さ方向に押圧する際に、弾性変形により、アレイ基板AR及び対向基板CTの厚さ方向に縮径されるとともに、アレイ基板AR及び対向基板CTの平面方向に拡径される。フィラー5が、アレイ基板AR及び対向基板CTの平面方向に拡径されることによって、フィラー5が壁の役割を果たすため、液晶材料がシール材SEに侵入しシールパスが発生することを防止することができる。また、フィラー5は、以後述べるように、シール材中の熱硬化性樹脂を熱硬化させる際の熱により収縮することによって、弾性による縮径ではなおセルギャップCGの幅より大きい径(セルギャップCGの幅方向の径)をセルギャップCGの幅またはそれ以下に縮径する。
図3には、弾性により縮径し、その上熱収縮によりさらに縮径してセルギャップCGの幅と等しい径を有するもとは球形のフィラーが示されている。なお、図3では球状のフィラーの例を示したが、フィラーの形状は球状に限定されず、例えば、楕円体状、フレーク状、あるいは不定形の破砕形状等であってもよい。
図2は、ODF方式により液晶層LCを形成する工程を含む液晶表示装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。ODF方式では、まず、液晶表示装置DSPを構成するアレイ基板AR及び対向基板CTを準備する(工程S1)。次に、準備したアレイ基板AR又は対向基板CTの表面に、シール材を枠状に塗布する(工程S2)。次にシール材によって囲まれた領域に、液晶材料を滴下する(工程S3)。続いて、アレイ基板ARと対向基板CTとを、シール材及び液晶材料を介して重ね合わせ、アレイ基板AR及び対向基板CTをそれらの厚さ方向に押圧し、フィラー5をアレイ基板AR及び対向基板CTの平面方向に拡径する(工程S4)。シール材を加熱することによって、フィラー5を熱収縮させ、且つ熱硬化性樹脂を硬化させアレイ基板ARと対向基板CTとを貼り合せる(工程S5)。
実施形態に係る液晶表示装置DSPでは、アレイ基板ARと対向基板CTとの貼り合せ工程において、シール材を加熱し硬化する際の熱によって、フィラー5が熱収縮する。例えば、シール材を硬化する前の状態では、フィラー5が上下の基板の厚さ方向に完全には縮径しないことがあり、液晶表示装置DSPの、シール材SEが配置されている領域、及びシール材SEの近傍の広い領域においてセルギャップの幅が所望の幅よりも大きくなっており、これらの領域においてギャップムラが発生する場合がある。しかし、この場合であっても実施形態に係る液晶表示装置DSPでは、シール材SEでは、フィラー5が熱収縮することによって、フィラー5のセルギャップCGの幅方向の径が、セルギャップCGの幅またはそれ以下に縮径することにより、ギャップムラの発生を抑制することができる。
以上のように、実施形態に係る液晶表示装置DSPでは、熱によってシール材を硬化する場合であっても、シールパスの発生を防止しつつ、ギャップムラの発生を抑制し、優れた表示品質の液晶表示装置を提供することができる。
(実験例)
図3及び図4に示すテストセル10を作製し、セルギャップを測定した。図3は、テストセル10の平面図である。図4は、図3のIV−IV線に沿った断面図である。テストセル10は、第1基板11と、第1基板12と、第1シール材の硬化物13と、第2シール材の硬化物14と、封止剤15と、液晶層LCとを備えている。
第1基板11は、短辺30mm、長辺40mmの矩形状を有しているガラス基板である。同様に、第1基板12も、短辺30mm、長辺40mmの矩形状をしているガラス基板である。第1基板11と第1基板12とは、互いに重なり合っている部分が、一辺が30mmの正方形状になるように互いにずれて配置されている。
第1シール材の硬化物13は、第1基板11と第1基板12とが互いに重なりあっている部分の縁部において、枠状に形成されている。第1シール材としては、紫外線硬化型のシール材であるアクリルエポキシ樹脂を用いた。また、第1シール材の硬化物13は、液晶材料を注入する注入口を有している。
第1シール材の硬化物13の注入口には、封止材15が配置されている。封止剤15は、注入口から液晶が漏出することを防止している。封止剤の材料としては、アクリル樹脂を用いた。
第1基板11及び第1基板12の間の、第1シール材の硬化物13に囲まれた領域には、液晶LCが充填されている。第1基板11及び第1基板12の間には、図示しないスペーサーが配置されており、テストセルのセルギャップの幅が3.3μmになるように調整している。
第2シール材の硬化物14は、第1基板11と第1基板12との重なり部分の中央部に、幅が1mm、長さが10mmで、テストセル10の短軸方向に延在するように形成されている。第2シール材は、アクリルエポキシ樹脂(熱硬化性樹脂)及びフィラーを含有している。
実験例、比較実験例1、及び比較実験例2に係るテストセル10は、それぞれ最大径が10μm、15μm、10μmの径を有するフィラーを含む第2シール材の硬化物14を備えている。実験例、比較実験例1、及び比較実験例2に係るテストセル10において使用した第2シール材は、熱硬化性樹脂に対して、フィラーが3PHR添加されている。
実験例1に係るテストセル10で使用したフィラーは、50%の熱収縮率を有しており、材料としてシリコーンゴムを用いた。比較実験例1に係るテストセル10で使用したフィラーは、材料としてアクリル系樹脂を用いた。また、比較実験例2に係るテストセル10で使用したフィラーは、材料としてABS樹脂を用いた。
テストセル10は、以下の方法により作成した。まず、第1基板11及び第1基板12を準備した。そして、第1基板11及び第1基板12のうち一方の基板上に第1シール材及び第2シール材を塗布した。なお、このとき、第1シール材は、液晶材料の注入口となる部分を残して枠状に塗布し、第2シール材は、第1基板11と第1基板12とが重なり合う部分となる領域の中央部に、テストセル10の短軸方向に延在するように塗布した。
続いて、第1基板11及び第1基板12を、塗布した第1シール材、第2シール材を介して重ね合わせ、第1シール材のみに紫外線を照射して、第1シール材を硬化させ、第1基板11及び第1基板12を貼り合せる。
次に、第1基板11及び第1基板12の重ね合わせ体の第1シール材の硬化物13に囲まれた領域に、真空注入法により液晶材料を注入する。液晶材料を、テストセル10に十分に注入した後に、注入口に、封止材15を塗布する。そして、この封止材15に紫外線を照射し硬化させることによって液晶材料が封止される。続いて、第2シール材14を加熱し硬化させることよりテストセル10を作製し、セルギャップの幅を測定した。結果を図5に示す。
図5(a)は、実験例のシール材を用いたテストセルのセルギャップの幅を測定した結果を示す図である。また図5(b)は、比較実験例のシール材を用いたテストセルのセルギャップの幅を測定した結果を示す図である。なお、図5(b)中、比較実験例1点線、比較実験例2長鎖線で示す。図5(b)の比較実験例1では、第2シール材の硬化物14の中央部から約10mm程度の範囲において、セルギャップの幅が3.3μmよりも大きくなっており、第2シール材14の中央部から10mm程度にわたってギャップムラが発生していることが分かる。また、比較実験例2では、第2シール材の硬化物14の中央部から6mm程度の範囲において、セルギャップの幅が3.3μmよりも大きくなっており、第2シール材の硬化物14の中央部から6mm程度にわたってギャップムラが発生していることが分かる。一方、図5(a)に示すように、実験例に係るシール材を用いたテストセルでは、セルギャップの幅が3.3μmよりも大きくなっている領域は、第2シール材の硬化物14の中央部から1mm程度の範囲にとどまっており、比較実験例1及び比較実験例2と比べて、ギャップムラが発生している領域が狭く、ギャップムラの発生が抑制されていることが分かる。つまり、実験例に係る第2シール材の硬化物14を備える液晶表示装置ではギャップムラが発生する範囲が縮小されており、シール材の近傍においても優れた表示性能を発揮することが期待できる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
DSP…液晶表示装置
AR…アレイ部材 CT…対向部材 LC…液晶層
DA…画像表示領域
CF…カラーフィルター CFR…カラーフィルターセグメント(赤)
CFG…カラーフィルターセグメント(緑)
CFB…カラーフィルターセグメント(青)
BM…ブラックマトリックス CSE…シール材の硬化物
PL…平坦化膜 GP…ギャップ
1…第1基板 2…第2基板 3…第1配向膜 4…第2配向膜
5…フィラー 6…熱硬化性樹脂
11…第1基板 12…第2基板 13…第1シール材の硬化物
14…第2シール材の硬化物 15…封止剤

Claims (9)

  1. 表示装置を構成するアレイ基板及び対向基板を、ギャップを空けて貼り合せる表示装置用熱硬化性シール材であって、
    熱硬化性樹脂と、
    前記ギャップの幅よりも大きい径を有するフィラーとを含み、
    前記フィラーは、弾性を有するとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化の際に加えられる熱によって収縮する熱収縮性を有していることを特徴とする表示装置用熱硬化性シール材。
  2. 前記フィラーは、前記アレイ基板及び前記対向基板を貼り合せるためにそれらを重ね合わせ、それらの厚さ方向に押圧する際に、前記アレイ基板及び前記対向基板の厚さ方向に縮径されるとともに、前記アレイ基板及び前記対向基板の平面方向に拡径することによって、液晶材料が前記熱硬化性シール材に侵入することを防止することを特徴とする請求項1に記載の熱硬化性シール材。
  3. 前記フィラーは、前記熱硬化性樹脂の硬化の際に加えられる熱によって収縮することにより、前記熱硬化性樹脂の硬化物が前記ギャップの幅を均一にすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱硬化性シール材。
  4. 前記フィラーは、前記ギャップの幅の2倍〜4倍の大きさの径を有していることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材。
  5. 前記フィラーは、30%以上の熱収縮率を有していることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材。
  6. 前記フィラーは、シリコーンゴムを含むことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材。
  7. 前記熱硬化性シール材に対して、前記フィラーが1PHR〜10PHR含まれていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材。
  8. アレイ基板と、
    前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
    前記アレイ基板及び前記対向基板の間に配置され、前記アレイ基板及び前記対向基板をそれらの縁部において接着するシール材層と、
    前記アレイ基板及び前記対向基板の間において、前記シール材層に囲まれた領域に配置された液晶層とを備え、
    前記シール材層は、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材の硬化物であることを特徴とする表示装置。
  9. 表示装置を構成するアレイ基板及び対向基板を準備することと、
    前記アレイ基板又は前記対向基板の表面に、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の熱硬化性シール材を枠状に塗布することと、
    前記熱硬化性シール材によって囲まれた領域に液晶材料を滴下することと、
    前記アレイ基板及び前記対向基板を、前記熱硬化性シール材及び前記液晶材料を介して重ね合わせることと、
    重ね合わせた前記アレイ基板及び前記対向基板をそれらの厚さ方向に押圧し、前記フィラーを前記アレイ基板及び前記対向基板の厚さ方向に縮径させるとともに、前記アレイ基板及び前記対向基板の平面方向に拡径することと、
    前記熱硬化性シール材を加熱することによって、前記フィラーを熱収縮させ、且つ前記熱硬化性樹脂を硬化させ前記アレイ基板と前記対向基板とを貼り合わせることとを含む表示装置の製造方法。
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