JP3220651B2

JP3220651B2 - 液晶表示素子およびその製造方法

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Publication number: JP3220651B2
Application number: JP34487696A
Authority: JP
Inventors: 圭介吉田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10186386A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶注入口を、硬
化性樹脂などにより封止した液晶表示素子およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の液晶表示素子のうち、真空注入法
によって液晶を注入する液晶表示セルは、注入口を封止
剤によって封止することでセル内に液晶が密封される
が、この封止剤としては、一般に硬化性樹脂材料が使用
されている。

【０００３】図５に、従来の液晶表示素子の概略構成を
示し、この液晶表示素子の製造プロセスを以下に説明す
る。図５（ａ）は、従来の液晶表示素子の上面図であ
り、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【０００４】まず、ガラス等からなる二枚の透明基板１
００ａ，１００ｂのそれぞれに、ＩＴＯ等からなる透明
電極１０１ａ，１０１ｂを形成し、その上に、ポリイミ
ド等からなる配向膜１０２ａ，１０２ｂを形成する。そ
の後、一方の透明基板１００ａの配向膜１０２ａの上に
シール材１０３を印刷し、透明電極１０１ａ，１０１ｂ
が形成された面が互いに向かい合うようにして二枚の基
板を配置し、プラスチックビーズやガラスビーズ等から
なるスペーサ１０４を用いて一定の間隔を保ちながら貼
り合わせる（この状態の構造をセルと称する）。続い
て、液晶材料１０５を注入口１０６より注入して基板間
に充填する。尚、シール材１０３の印刷パターンには予
め、液晶を注入するための注入口１０６のパターンが形
成されている。この後、注入口１０６に、ディスペンサ
を用いて紫外線硬化型樹脂からなる封止剤１０７を塗布
し、紫外光を照射して硬化させることにより、液晶表示
素子１１０を完成させる。

【０００５】上記のように、封止剤１０７はディスペン
サによりセルの注入口１０６に塗布されるものである
が、このとき、用いる封止剤の粘度が２００００ｃｐｓ
を越えるものであると、封止剤をセル内に充分浸透させ
るために、塗布後、硬化までに長時間の放置を必要とす
ることから著しく作業性を損なうとともに、封止剤が未
硬化のまま液晶材料に長時間接触することから、表示品
位の低下が発生するという問題があった。逆に、封止剤
の粘度が５０００ｃｐｓを下回ると、放置中にディスペ
ンサからの封止剤の垂れが生じるために封止剤の損失が
あり、さらには図４に示すように、注入口やセル内での
封止剤の流動が起こりやすくなるために、部分的な浸透
不足や浸透過多が発生し、信頼性が低下するという問題
があった。以上のことから、注入口の封止に用いる封止
剤の粘度は５０００〜２００００ｃｐｓとするのが一般
的であった。

【０００６】また、封止剤の使用量や作業の簡便性を考
慮すると、封止剤は注入口幅と略同じか、あるいはそれ
よりもやや長めに塗布される（注入口幅よりも０〜４ｍ
ｍ広く塗布される）のが一般的であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、液晶表示素子の
応用範囲が広まる中で、カーナビゲーションシステムや
ＴＶとしての車載用途や屋外用途等、より苛酷な使用条
件を伴う製品が増えている。また、このような製品を市
場に送り出すためには、室内用途よりもさらに厳しい条
件下で信頼性試験を行う必要がある。

【０００８】しかしながら、上記従来の方法で封止が施
された液晶表示素子に対し、このような厳しい信頼性試
験を行うと、以下に説明するような不具合が生じてい
た。

【０００９】（１）上記従来の液晶表示素子において
は、基板表面に対する濡れ性や張力の影響により、封止
剤が基板端面より最高１ｍｍの高さまで盛り上がった状
態で硬化する。このような液晶表示素子に対し、信頼性
試験としてカーナビゲーションシステム等の車載を意図
した冷熱衝撃試験（−４０℃で３０分および９０℃で３
０分を１サイクルとした環境下で静置）を行った際、基
板端面より大きく盛り上がった硬化物（封止剤）には応
力が蓄積しやすく、さらに、熱収縮および熱膨張の繰り
返し過程において硬化物の割裂や接着界面の剥離が発生
しやすくなるため、十分な信頼性が得られない。信頼性
の観点からは上記試験において１０００時間以上の耐性
を有することが必要であるが、例えば粘度２００００ｃ
ｐｓの封止剤を用いた場合に盛り上がり量は１ｍｍにも
なり、試験開始２４０時間以内に基板界面からの剥離が
生じてしまう。

【００１０】（２）封止剤の塗布幅を注入口幅とほぼ同
じとすると、図４に見られるように、封止剤の端部にお
いて基板間への封止剤の回り込みが少なく、接着力が低
いため、熱収縮または熱膨張に対し封止剤の端部におい
て剥離が発生しやすい。

【００１１】また他方、上記従来の液晶表示素子のよう
に、用いる封止剤の２５℃での粘度が２００００ｃｐｓ
に近づく程、封止剤が塗布されてから十分なシール効果
が期待される２ｍｍ以上の浸透を達成するまでの時間が
長くなる。例えば２００００ｃｐｓにおいては１０分も
の時間を要するため、生産性を著しく低下させるほか、
封止剤中の未硬化成分が液晶材料中に拡散し、表示不良
が発生しやすくなる。生産性を低下させないためにも、
また、液晶材料中への拡散を抑制するためにも、浸透速
度は５分を越えないものであることが望ましい。

【００１２】本発明は上記欠点を克服するためになされ
たものであり、その目的とするところは、封止剤硬化物
の割裂および封止剤接着界面の剥離を防止すると共に、
封止剤の浸透時間の短縮化を図り、注入口近傍の表示不
良の生じない液晶表示素子およびその製造方法を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、液晶をセル内部へ注入した後、前記セルの注入口を
硬化性封止剤により封止した液晶表示素子において、前
記封止剤の幅が、前記注入口の幅よりも４〜２０ｍｍ広
く、前記封止剤の盛り上がり高さが０．３ｍｍ以内であ
ることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００１４】

【００１５】

【００１６】本発明の液晶表示素子の製造方法は、液晶
をセル内部へ注入した後、前記セルの注入口を封止する
液晶表示素子の製造方法において、２５℃における粘度
が５０００〜１００００ｃｐｓの封止剤を、前記注入口
の幅よりも４〜２０ｍｍ広く、かつ、硬化後の盛り上が
り高さが０．３ｍｍ以内となるよう塗布する工程を含む
ことを特徴とし、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００１７】以下、上記構成による作用について説明を
行う。

【００１８】本発明の液晶表示素子によれば、封止剤幅
が注入口幅よりも４〜２０ｍｍ広いので、上記の封止剤
を液晶表示素子の二枚の基板間の注入口外部に（注入口
幅よりも幅広に）浸透・硬化させることにより封止剤の
塗布端部の接着力が向上し、上記冷熱衝撃試験に対して
も樹脂の割裂や、接着界面の剥がれの発生しにくい液晶
表示素子を提供することが可能となる。また、硬化後の
封止剤の接着界面からの盛り上がりを０．３ｍｍ以下に
抑えることにより、封止剤硬化後も応力が蓄積しにく
い。さらに、２５℃における粘度が５０００〜１０００
０ｃｐｓである封止剤を用いるので、セル内部への封止
剤の浸透速度が増大し、生産効率の向上を図ることがで
きる。また、封止剤が未硬化状態で液晶に接触する時間
も短縮されるため、未硬化封止剤より液晶中への不純物
溶出を減少させ、表示不良の発生を抑制することが期待
される。

【００１９】本発明の液晶表示素子の製造方法によれ
ば、２５℃における粘度が５０００〜１００００ｃｐｓ
の封止剤を、前記注入口の幅よりも４〜２０ｍｍ広く、
かつ、硬化後の盛り上がり高さが０．３ｍｍ以内となる
よう封止する工程を含むことにより、セル内部への封止
剤の浸透速度が増大するので、生産効率の向上を図るこ
とができる。また、封止剤が未硬化状態で液晶に接触す
る時間も短縮されるため、未硬化封止剤より液晶中への
不純物溶出を減少させ、表示不良の発生を抑制できる。
また、上記の封止剤を液晶表示素子の二枚の基板間の注
入口外部に（注入口幅よりも幅広に）浸透・硬化させる
ことにより封止剤の塗布端部の接着力が向上し、上記冷
熱衝撃試験に対しても樹脂の割裂や、接着界面の剥がれ
の発生しにくい液晶表示素子を提供することが可能とな
る。

【００２０】尚、表１において、本発明の液晶表示素子
における生産性および信頼性を、従来の液晶表示素子の
ものと比較した。比較項目は、２５℃における封止剤粘
度に対し、１）封止剤塗布後、浸透深度が２ｍｍに到達
するまでに要した時間および生産性の観点による評価
（〇×△）、２）封止剤が硬化した後の基板界面からの
盛り上がり量（高さ）、３）冷熱衝撃試験による封止剤
の基板からの剥がれ発生時間および信頼性の観点による
評価（〇×△）、４）封止剤塗布長さと注入口幅との
差、５）封止口における液ダレの発生の有無（〇×）の
５点である。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１より、本発明の液晶表示素子およびそ
の製造方法によれば、粘度範囲５０００〜１００００ｃ
ｐｓ（２５℃）の封止剤において、塗布幅および基板界
面からの盛り上がり量を制御することにより、封止剤の
基板界面からの剥離および封止剤の割裂を抑制し、製造
時間を短縮が可能であることが明らかである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
１乃至図５を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明の液晶表示素子を示す図面
である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）
のＡ−Ａ断面図である。図１の液晶表示素子１におい
て、２，３はそれぞれ、第１および第２の電極基板であ
り、それぞれＩＴＯからなる透明電極４ａ，４ｂと配向
膜５ａ，５ｂを一方の面に備え、相互の透明電極４ａ，
４ｂを対向した状態でスペーサ６によって間隔を一定に
保持しており、シール剤７によって注入口８を除く基板
外周を接着している。二枚の基板の間には、液晶材料９
が挟持されており、液晶材料９を注入するために設けら
れた注入口８が封止剤１０により封止されている。

【００２５】本実施形態においては、第１および第２の
電極基板２，３として１０．４インチサイズ、厚み１．
１ｍｍのガラス基板を使用し、二枚の基板の間隔を一定
に保つためのスペーサ６として粒径４．５μｍのプラス
チックビーズを用い、基板の一辺には幅５ｍｍの注入口
を４個設けている。

【００２６】図２に、注入口８付近の部分拡大図を示
す。図２（ａ）は、注入口８付近の上面図を示し、図２
（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示すものであ
る。

【００２７】図２において、液晶セルに対し、注入口８
より液晶材料を真空注入法によって注入した後に、注入
口８をディスペンサを用いて封止剤１０で封止してい
る。ここでは、封止剤１０として５０００〜１００００
ｃｐｓの粘度を有する材料を注入口幅より４〜２０ｍｍ
広く塗布し、さらに、塗布後の封止剤の接着界面からの
盛り上がりを０．３ｍｍ以内に抑えた。

【００２８】また、ディスペンサとしては、空気圧によ
り封止剤を噴出させるタイプの装置（武蔵エンジニアリ
ング製、商品名ＭＬ−５０５Ｘ）を用い、ディスペンサ
の針としては内径が０．５８ｍｍのものを用いた。封止
剤１０の塗布方法としては、ディスペンサの針先より封
止剤を噴出させながら、基板の幅方向の所望とする塗布
範囲に対して一定の速度で一方向に移動させるという方
法を採った。尚、用いるディスペンサおよび塗布方法に
ついてはこの限りではなく、所望とする塗布形状が得ら
れるならば何れの方法でもよい。

【００２９】封止剤１０を塗布した後、封止剤に充分な
封止性能を付与するために、封止剤をセル内にある程度
浸透させなければならないため、塗布後すぐ硬化させず
に所定の浸透量が得られるまで待機する。

【００３０】浸透量が少ない場合（１ｍｍ未満）、接着
面積の不足による接着界面の剥離や、封止剤硬化物を経
由する水分浸入等が発生しやすく、信頼性が低下する。
一方、浸透量が多い場合（３ｍｍを越える）、ＵＶ硬化
の際にパネルの奥まで浸透した封止剤にはＵＶが充分届
かず、残留未硬化物が残りやすく、さらに、封止剤が表
示部に近づくために不純物溶出による表示不良が発生し
やすいことにより、信頼性を損なうことになる。以上の
ことから、パネルの種類ごとにシール構造や額縁の幅に
よって多少の差異はあるものの、浸透量は１〜３ｍｍで
あることが望ましい。

【００３１】これに伴い、本実施形態では浸透量を２ｍ
ｍに統一し、２ｍｍの浸透が得られた時点で封止剤の塗
布面に垂直な方向よりＵＶ光を照射し、封止剤を硬化さ
せた。

【００３２】尚、ＵＶ光源の種類、照度、照射時間にお
ける最適値は封止剤の種類によって異なるが、今回は市
販の水銀−キセノンランプを用い、１００ｍＷ／ｃｍ²
のＵＶ光を３０秒間照射し、封止剤を硬化させた。

【００３３】以上により本実施形態の液晶表示素子が完
成した。

【００３４】また、同様のプロセスにより、液晶表示素
子を８サンプル作製した。このうちの３サンプルは、本
発明の実施例１〜３による液晶表示素子であり、他の５
サンプルは比較例１〜５によるものである。各サンプル
はそれぞれ、表２に示すような条件により、封止剤１０
として異なる粘度のものを用いて作製したものである。
また、封止剤１０には全て紫外線硬化型樹脂を使用し、
粘度を除く接着強度、硬化物の硬度等の物性について略
同等のものを使用した。また、封止剤の塗布は、ディス
ペンサの針として内径が０．５８ｍｍのものを用い、針
先より封止剤を１．５ｋｇ／ｍｍの空気圧により噴出さ
せながら、速度１０ｍｍ／ｓで針を基板の幅方向に一方
向に移動させることにより行った。

【００３５】尚、本実施形態では封止剤１０として紫外
線硬化型樹脂を用いたが、これに限らず、他にも熱硬化
型樹脂、二液混合硬化型樹脂、電子線硬化型樹脂等を用
いてもよい。しかしながら、熱硬化型樹脂を用いた場合
には加熱処理の際に樹脂が熱だれを生じて硬化後の盛り
上がり量および塗布幅が塗布時と異なるようなことがあ
るが、このように、硬化処理を経ることによって硬化前
後で封止剤の形状に相違が生じる場合には、硬化後の形
状が所望とする形状となるように塗布条件を調整する必
要がある。

【００３６】上記８サンプルそれぞれにおいて、封止剤
１０の浸透時間、盛り上がり量、剥がれ発生時間を測定
した。このときの測定結果を表２に示す。尚、浸透速度
とは封止剤１０を塗布した後、注入口８の基板端部から
の深度が２ｍｍとなるまでに要した時間のことであり、
盛り上がり量とは、基板端面からの封止剤が最も盛り上
がった点までの高さのことであり、剥がれ発生時間と
は、熱衝撃試験により封止剤１０の基板からの剥離が観
察された経過時間のことである。また、冷熱衝撃試験と
は、サンプルを−４０℃環境下で０．５時間、９０℃環
境下で０．５時間静置することを１サイクルとし、この
サイクルを繰り返し行う試験のことである。

【００３７】

【表２】

【００３８】また、表２中の括弧内および総合判定欄の
記号は評価結果を示し、それぞれ〇（問題無し）、△
（比較的好ましくない）、×（使用上問題有り）の三段
階で評価を行った。

【００３９】尚、封止剤１０はいずれも注入口幅よりも
１０ｍｍ広く塗布している。また、注入口端部から封止
剤端部までの長さは、いずれも５ｍｍ程度としている。

【００４０】表２より、封止剤の粘度が１００００ｃｐ
ｓを越える場合（比較例３〜５）、いずれの測定項目に
おいても判定は△ないし×ということであった。すなわ
ち、浸透速度が遅いために作業性を損なう上、盛り上が
り量が高く応力が貯まり易いために、冷熱衝撃試験にお
いて封止剤の剥離が発生し易い。一方、粘度が５０００
ｃｐｓを下回る場合（比較例１、２）には、セル内部へ
の封止剤の浸透速度が不均一となるため、図３に示すよ
うに封止剤の浸透不良が発生し、封止剤の硬化不良や、
シール不良による表示不良を引き起こし易い。また、粘
度範囲５０００〜１００００ｃｐｓの封止剤を使用した
実施例１〜３については、いずれの測定項目においても
判定は〇であった。

【００４１】他方、同等の物性を有する封止剤を用い
て、塗布長さと注入口幅との差がそれぞれ異なる６つの
サンプルを作製し、これらの液晶表示素子について封止
剤の塗布長さと注入口幅の差および上記冷熱衝撃試験に
よる剥離発生を判定した。このうち３つは本実施例によ
るもの（実施例４〜６）であり、他の３つは比較例によ
るもの（比較例６〜８）である。このときの測定結果を
表３に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】尚、封止剤の粘度はいずれも８０００ｃｐ
ｓとし、盛り上がり量は０．３ｍｍとなるように調整し
た。また、注入口の端部から封止剤端部までの長さは二
か所とも同じ長さになるように塗布した。

【００４４】表３より、封止剤の塗布長さと注入口幅と
の差を４ｍｍ未満とした場合（比較例６および７）、図
４に示すように（尚、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ
断面図である）、注入口８の外側の基板間への封止剤浸
透がほとんど無い。この結果、封止剤の塗布端部におけ
る基板と封止剤１０との接着面積が小さく、熱収縮に対
する接着力のマージンが少ないため、熱衝撃試験で剥が
れが発生している。また、封止剤１０を注入口幅より２
０ｍｍより広く塗布した場合（比較例６）の熱衝撃試験
においては、塗布端部に剥がれが発生していた。これ
は、基板と封止剤１０の熱膨張率の差に起因する歪みが
塗布部分の中央から塗布端部に向かうほど大きくなるた
めであると考えられる。

【００４５】以上のように、液晶表示素子の液晶注入口
の封止剤として５０００〜１００００ｃｐｓの粘度を有
する材料を注入口幅より４〜２０ｍｍ広く塗布すること
により、液晶表示セル内部への封止剤の浸透時間を５分
以内に抑えることができるので、生産効率の向上を図る
ことができると共に、封止剤が未硬化状態で液晶に接触
する時間も短縮されるため未硬化封止剤より液晶中への
不純物溶出を減少させ、表示不良の発生を抑制すること
が可能となる。また、注入口外部の基板間に封止剤を十
分浸透させることができるので、封止剤の塗布端部の接
着力が向上し、冷熱衝撃試験等に対しても樹脂の割裂や
接着界面の剥がれの発生しにくい液晶表示素子を得るこ
とが可能となる。さらに、塗布後の封止剤の接着界面か
らの盛り上がりが０．３ｍｍ以下に抑えられるので封止
剤硬化後も応力が蓄積しにくく、封止剤の剥離をより生
じにくくする。

【００４６】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子によれば、封止剤
幅が注入口幅よりも４〜２０ｍｍ広いので、上記の封止
剤を液晶表示素子の二枚の基板間の注入口外部に（注入
口幅よりも幅広に）浸透・硬化させることにより封止剤
の塗布端部の接着力が向上し、上記冷熱衝撃試験に対し
ても樹脂の割裂や、接着界面の剥がれの発生しにくい液
晶表示素子を提供することが可能となる。また、硬化後
の封止剤の接着界面からの盛り上がりを０．３ｍｍ以下
に抑えることにより、封止剤硬化後も応力が蓄積しにく
い。さらに、２５℃における粘度が５０００〜１０００
０ｃｐｓである封止剤を用いるので、セル内部への封止
剤の浸透速度が増大し、生産効率の向上を図ることがで
きる。また、封止剤が未硬化状態で液晶に接触する時間
も短縮されるため、未硬化封止剤より液晶中への不純物
溶出を減少させ、表示不良の発生を抑制することが期待
される。

【００４７】また、本発明の液晶表示素子の製造方法に
よれば、２５℃における粘度が５０００〜１００００ｃ
ｐｓの封止剤を、前記注入口の幅よりも４〜２０ｍｍ広
く、かつ、硬化後の盛り上がり高さが０．３ｍｍ以内と
なるよう封止する工程を含む。以上のことにより、セル
内部への封止剤の浸透速度が増大し、生産効率の向上を
図ることができる。同時に、封止剤が未硬化状態で液晶
に接触する時間も短縮されるため、未硬化封止剤より液
晶中への不純物溶出を減少させ、表示不良の発生を抑制
することが期待される。また、上記の封止剤を液晶表示
素子の二枚の基板間の注入口外部に（注入口幅よりも幅
広に）浸透・硬化させることにより封止剤の塗布端部の
接着力が向上し、さらに、封止剤硬化後も応力が蓄積し
にくいので、上記冷熱衝撃試験に対しても樹脂の割裂
や、接着界面の剥離の発生しにくい液晶表示素子を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子を示す図である。

【図２】本発明の液晶表示素子の注入口周辺を示す概略
図である。

【図３】比較例１における液晶表示素子の概略図であ
る。

【図４】比較例６または７における液晶表示素子の注入
口周辺の状態を示す概略図である。

【図５】従来の液晶表示素子を示す図である。

【符号の説明】

１液晶表示素子２，３電極基板４透明電極５配向膜６スペーサ７，１３シール剤８，１１注入口９液晶１０，１２封止剤

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1341 G02F 1/1339 505

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶をセル内部へ注入した後、前記セル
の注入口を硬化性封止剤により封止した液晶表示素子に
おいて、前記封止剤の幅が、前記注入口の幅よりも４〜２０ｍｍ
広く、前記封止剤の盛り上がり高さが０．３ｍｍ以内で
あることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】液晶をセル内部へ注入した後、前記セル
の注入口を封止する液晶表示素子の製造方法において、２５℃における粘度が５０００〜１００００ｃｐｓの封
止剤を、前記注入口の幅よりも４〜２０ｍｍ広く、か
つ、硬化後の盛り上がり高さが０．３ｍｍ以内となるよ
う塗布する工程を含むことを特徴とする液晶表示素子の
製造方法。