JP3304170B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一方の基板
にプラスチックフィルム基板を用いた液晶表示素子に関
る。
【0002】
【従来の技術】従来、液晶表示素子の基板は一般にはガ
ラスが用いられている。これは、ガラスが傷つきにくさ
や剛性の点で機械的強度を有すること及び製造工程で比
較的高温に耐えるので信頼性の高い液晶表示素子が得ら
れやすいことなどの利点があったためである。
【0003】近年、液晶表示素子に対し、軽量化、薄型
化の要求が増してきている。これに対する対応として、
使用するガラス基板の厚みを薄くすることが行われてい
る。具体的には0.1〜0.5mm程度の厚みの基板
使用され始めている。しかし、ガラス基板の薄型化は、
ガラスが衝撃に対して弱いという欠点を目立たせ、製造
中、は使用中にガラス基板の割れを生じやすくなって
いる。即ち、生産歩留の低下、耐久性の低下を招くこと
になった。
【0004】そのため、ガラス基板に代わる基板として
プラスチックフィルム基板を使用した液晶表示素子の要
求が強くなっている。使用するプラスチックの主なもの
としては、一軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネ
ート(PC)がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなプラスチッ
クのフィルムは、熱可塑性のプラスチックではいずれも
溶融押し出し等による成形法が広くられているが、押
し出し方向や引っ張り方向に高分子鎖が配向やすい。
その結果、フィルムが複屈折異方性を持つことになる。
この複屈折異方性は、通常のTN型の液晶表示素子では
それほど目立たないので、このようなプラスチックフィ
ルム基板を用いて液晶表示素子を製造しても、ガラス基
板を用いた液晶表示素子に比較して表示品位の低下は少
ない。
【0006】また、熱硬化性のプラスチックを用いたプ
ラスチックフィルム基板もある。これは通常キャスト法
等で製造されるが、硬化時間が長くかかり連続フィルム
を生産するには不適である。これを短時間で硬化させよ
とすると、フィルムに歪(屈折率のムラ)を生じやす
く、結局液晶表示素子に使用すると、表示品位の低下を
生じやすいものであった。
【0007】近年、STN型の液晶表示素子が注目さ
れ、その高精細で高コントラスト比の表示が可能という
利点を活かして、最近その使用が増加してきている。こ
のSTN型の液晶表示素子においては、偏光板で直線偏
光になった光が、液晶層を通ることによって、楕円偏光
となることを利用している。さらに、この楕円偏光を位
相差板や干渉液晶表示素子と組み合わせて、元の直線偏
光に戻すことにより白黒化する白黒型のSTN型液晶表
示素子等もある。
【0008】しかし、スーパーツイストネマチック(S
TN)素子等の液晶の複屈折異方性の違いを微妙に制御
して、表示を行う液晶表示素子においては、上記のよう
なプラスチックフィルム基板の持つ複屈折異方性のムラ
は大問題であった。
【0009】このため、本来のプラスチックフィルム基
板の薄くて割れにくくという利点を活かして、それをS
TN型の液晶表示素子等の液晶の複屈折異方性の違いを
微妙に制御して、表示を行う液晶表示素子に用いること
が望まれている。特に、携帯機器としてのパソコン、電
子辞書、通信機器、電子手帳等の用途での使用にその要
求が高い。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、一対の基板間に空間を
形成し、該空間に液晶を封入してなる液晶表示素子にお
いて、その少なくとも一方の基板に、液状の光硬化性材
料をダウンドロー法で帯状に落下させつつ光照射して
化させたプラスチックフィルム基板を用いたことを特徴
とする液晶表示素子を提供する。
【0011】また、帯状の光硬化性材料を両面側から
照射して硬化させプラスチックフィルム基板を用いた
上記液晶表示素子、及び、封入された液晶のツイスト角
が180〜360°である上記液晶表示素子を提供す
る。
【0012】本発明においては、光硬化性材料を光照射
により硬化させて、プラスチックフィルム基板を製造し
ている。このため、フィルムの製造時に押し出しや引っ
張りというような力がかからないので、製造されたプラ
スチックフィルム基板の複屈折異方性を極めて低くする
ことができる。
【0013】本発明において用いられる光硬化性材料
は、通常光硬化樹脂として知られている材料が用いられ
る。即ち、紫外線は可視光等の光エネルギーを用いて
硬化を起こす材料であれば種々のものが使用できるが、
アクリル系、メタクリル系、エポキシ系などが通常は使
用される。
【0014】具体的には、『フォトポリマーハンドブッ
ク』(昭和64年、工業調査会)等に記載されているよ
うなものがある。例えば、アクリル系、メタクリル系の
光硬化性材料の場合には、モノマー、プレポリマー、光
重合開始剤等からる混合物が使用される。モノマーと
しては、アクリル酸、メタクリル酸及びそれらのエステ
ルが挙げられる。また、プレポリマーとしては、ポリエ
ステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタン
アクリレートなどが例示できる。光重合開始剤として
は、ベンゾインエーテル類、アセトフェノン類などが用
いられる。
【0015】エポキシ系の光硬化性材料の場合には、光
カチオン重合開始剤とエポキシモノマー、含エポキシ
プレポリマー等を含む。光カチオン重合開始剤として
は、光照射により強酸を生成するジアゾニウム塩、ジア
リールヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩等
ある。
【0016】光硬化性材料が光硬化をおこす光の波長と
しては、光重合開始剤を活性化させる波長より短波長の
光が用いられる。通常は紫外線、電子線等が用いられ
る。
【0017】本発明において光硬化性材料からの基板の
製造は、硬化時に歪を与えるような力がかかりにくい製
法を用い、流下させつつ光照射する
【0018】特に、ダウンドロー法で落下させつつ、帯
状の光硬化性材料の液に光照射して硬化させる。このダ
ウンドロー法とは、板ガラスの製造法の一つであるスリ
ットダウンドロー法に類似しているが、撹拌羽根や徐冷
炉は必須でない。また別の板ガラス製造法であるフュー
ジョンダウンドロー法のようにオーバーフローさせたの
ち、落下、合流させ帯状にしてもよい。
【0019】このダウンドロー法での硬化においては、
光は片面から照射してもよいが、均一な成膜には両面か
らの照射が好ましい。また、この光照射はプラスチック
フィルム基板が完全に硬化終了するまで照射されてもよ
いし、自己で形状が保持できる程度に硬化するまで照射
されてもよい。後者の場合には、その後加熱等により硬
化を完了させる。
【0020】このダウンドロー法によれば、光硬化性材
料に強い外力がかかっていない状態で硬化が行われるの
で、硬化したプラスチックフィルム基板に複屈折異方性
が生じにくくなる。このため、STN型の液晶表示素子
に用いても、表示品位の低下を生じにくい。
【0021】図1は、ダウンドロー法を模式的に示した
模式図である。図1に示すように、液状の光硬化性材料
1をロール2、3で保持しつつ、一定量ずつ隙間から落
下させる。光硬化性材料の粘度とロール2、3の間隙と
を制御すれば、容易に基板の厚みを加減できる。これに
高圧水銀灯等の光源4、5から光を照射し、連続的に硬
化させる。
【0022】この光の照射中、照射後に温度の調節をす
ることは重要である。なんらかの温度調節が行われる。
さらに、光照射後、硬化を完結させるため等に、加熱工
程を設けてもよい。この光照射は、非酸化性雰囲気が要
求される場合には不活性気体の雰囲気中で行う。この不
活性気体としては窒素、アルゴン等が使用される。
【0023】このようにして成形されたプラスチックフ
ィルム基板は、柔軟な材質の薄板であればロールに巻き
取ってもよいし、剛性の大きな厚板であれば適当なサイ
ズに切断して平板状の状態で重ねて置かれてもよい。
【0024】このようにして成形されたプラスチックフ
ィルム基板は、表面にITO(In23 −SnO
2 )、SnO2 等の透明電極、アルミニウム、クロム等
の金属電極等の電極を形成され、その上に配向膜を形成
されて用いられる。この際に、プラスチックフィルム基
板の表面に無機質や有機質のハードコート層、ノングレ
ア層、アンチグレア層、着色層、絶縁層、電極との接着
性向上のための層を形成してもよい。
【0025】好ましい1つの形態は、外側の面にハード
コート層を、内側の面に電極との接着性向上のための層
を形成し、その上に電極を形成し、パターニングする。
さらにその上に無機質の絶縁層を形成して、ポリイミド
やポリアミド等のオーバーコート層を形成して、ラビン
グ等により配向膜を形成する。
【0026】このように形成した基板を、電極側が対向
するように配置し、周辺をシール材でシールし、内部に
液晶を封入する。本発明のプラスチックフィルム基板
は、前述したようにSTN型の液晶表示素子に使用する
ことが好ましい。この場合、配向処理方向は、液晶のツ
イスト角が180〜360°ツイストとなるようにされ
る。この液晶の配向方向と偏光膜の偏光軸との交差角を
適宜設定して、STN型の液晶表示素子とすればよい。
【0027】また、このプラスチックフィルム基板上に
は、必要に応じてカラーフィルター、遮光膜、位相差
板、偏光板、金属配線、反射層、各種絶縁層等が形成さ
れてもよい。本発明では、2枚の基板ともプラスチック
フィルム基板とすることが一般的であるが、片側の基板
のみをガラス基板としてもよい。
【0028】
【実施例】2本のロール(50mm径、200mm幅)
を駆動装置に取付け、液状の紫外線硬化性の樹脂#35
0(ロックタイト社製)を一対のロールの谷間に入れ
て、側に回転させ落下させた。帯状に出てきた樹脂液
に両側から、メタルハライドランプで約2J/cm2
射し硬化させた。この紫外線照射部は窒素雰囲気に保っ
た。こうして幅約150mm、厚0.4mmの長尺の
プラスチックフィルム基板が得られた。この基板は複屈
折が測定限界以下で、成形時の欠陥がなく表面も極めて
平滑であった。
【0029】これを長さ方向200mmに切断し、両面
にSiO2 を蒸着してSiO2 の層を形成し、その片面
にITO層を形成して、プラスチックフィルム基板を形
成した。このプラスチックフィルム基板の電極をストラ
イプ状にパターニングした。その上に、SiO2 −Ti
2 系の絶縁層を形成するための有機質シリコン、有機
質チタンの溶液を付与し、加熱してSiO2 −TiO2
系の絶縁層を形成した。
【0030】ついで、ポリイミドの層を形成し、これを
ラビングして配向膜とした。このようにして形成された
2枚の基板を周辺をシール材でシールして、空セルを形
成し、シールの開口部(注入口)から内部に液晶を注入
し、注入口を封止した。このセルの両側に位相差板と偏
光膜とを夫々各1枚ずつ配置した。なお、位相差板のΔ
ndと光軸及び偏光膜の偏光軸は表示が最適になるよう
に設定した。
【0031】このようにして形成されたSTN型の液晶
表示素子は、厚みが薄く、割れにくいというプラスチッ
クフィルム基板による液晶表示素子の特長を有してお
り、かつ表示品位が優れたものであった。これは、プラ
スチックフィルム基板でありながら、複屈折異方性がほ
とんどないためであった。
【0032】また、このプラスチックフィルム基板は外
面もSiO2 の層が形成されているので、シール圧着後
の搬送工程や位相差板、偏光膜貼付工程等で基板表面が
傷つきにくいものであった。
【0033】
【発明の効果】本発明の液晶表示素子の基板は、光の照
射で硬化させられているので、歪が少なく、複屈折を微
妙に制御して表示する高ツイストの液晶表示素子に用い
ても、表示品位が高い。かつ、従来のプラスチックフィ
ルム基板による液晶表示素子の特長であった薄い、割れ
にくいという利点はそのまま引き継ぐことができる。
【0034】また、光硬化により製造するので、キャス
トして加熱は2液反応により製造する方法よりも生産
性が高い。また、高温で加熱して硬化させるものでもな
いので、熱歪みが基板に残る危険性も低い。さらに、通
耐熱性の比較的高い基板が容易に得られる。
【0035】ダウンドロー法を用いることにより、自由
表面を利用して成形するので、離型剤を用いることなく
非常に表面の平滑な基板が得られる。また、従来の押し
出し成形法などで起こりやすい、ギアマークやダイライ
ンなどを本質的に回避できる。また、非常に速く硬化が
進行するので、連続生産でき生産性が高い。
【0036】また、ハードコート、ノングレア、アンチ
グレア、着色等の機能性の薄膜を同時に積層することが
でき、それらの層との密着性に優れる。さらに、光硬化
樹脂の設計には、熱可塑性樹脂にはない柔軟性があり、
目的に応じて多様な硬化物性の樹脂の基板を得ることが
できる。
【0037】本発明は、本発明の効果を損なわない範囲
内で今後とも種々の応用が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラスチックフィルム基板をダウンド
ロー法で製造するところを模式的に示した模式図。
【符号の説明】
光硬化性材料:1 ロール :2、3 光源 :4、5

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の基板間に空間を形成し、該空間に液
    晶を封入してなる液晶表示素子において、その少なくと
    も一方の基板に、液状の光硬化性材料をダウンドロー法
    で帯状に落下させつつ光照射して硬化させたプラスチッ
    クフィルム基板を用いたことを特徴とする液晶表示素
    子。
  2. 【請求項2】帯状の光硬化性材料を両面側から光照射し
    て硬化させプラスチックフィルム基板を用いた請求項
    記載の液晶表示素子。
  3. 【請求項3】封入された液晶のツイスト角が180〜3
    60°である請求項1又は2記載の液晶表示素子。
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