JP3708010B2

JP3708010B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3708010B2
Application number: JP2000277823A
Authority: JP
Inventors: 寛規岩永; 豊中井; 勝之内藤; 雅男田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP2002090756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置に関し、特に液晶表示装置の防湿構造に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は軽量、薄型、低消費電力という特徴から、携帯型情報機器の表示装置として広く用いられている。とくに最近では、明るく鮮明な画像を得るために、画素毎にスイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示装置が主流になりつつある。
【０００３】
ところで、液晶表示装置の中でも、とくに室内で使用することを前提としたものについては、液晶セルの周囲を覆っている通常のシール部材で湿気をほぼ遮断することができる。このため、通常の室内環境においては、液晶表示装置がＴＦＴ駆動するのに支障を来すほどの電圧保持率の低下を招くことは少ない。
【０００４】
しかし、携帯型情報機器のように、主に屋外で用いられるものについては、液晶セルを取り巻く周囲の環境は室内におけるそれよりも遥かに過酷なものである。また、近年、マリンレジャーが盛んになり、とくに小型船舶においては設置場所の自由度が高い液晶表示装置が注目を集めている。例えば、魚群探知器、レーダー、ＧＰＳなどの表示装置が多く用いられている。
【０００５】
このような過酷な環境下では、従来のシール部材を使った構造では、水分などの遮断が不十分となり、液晶の抵抗値低下を生じ、ＴＦＴ駆動に支障をきたすことがあった。即ち、液晶表示装置の表示性能劣化が顕著であり、寿命が短くなることが問題となっていた。
【０００６】
従来の室内仕様の液晶表示装置であっても、長期にわたる使用により、液晶の表示部への水分の浸透があり、表示性能の劣化や寿命の短期化をもたらしていた。
【０００７】
これに対するひとつの解決法は、従来は液晶セルの外側に防水フレームを取り付けることである。
【０００８】
一方、視野角が大きいなどの利点を有するゲスト−ホスト型液晶（以下、GH型液晶）表示装置が注目されている。GH型液晶は、液晶中に二色性比が大きい色素を溶解したものである。とくに近年では、カラーディスプレイの需要が高まりつつあり、ＧＨ型のカラー液晶表示装置の開発も盛んに行われている。
【０００９】
しかしながら、このＧＨ型の液晶は、信頼性を確保することが非常に困難である。なぜならば、このＧＨ型の液晶は、色素分子の分解、イオン性不純物の混入等の要因から電圧保持率の低下をきたすからである。
【００１０】
加えて、色素のような極性化合物はガラス基板などから無機イオンを抽出する特性がある。ここに水が介在すると、液晶層に溶かし出された無機イオンの移動度が飛躍的に大きくなる。これにより、電気抵抗値は急激に低下して、電圧保持率も大幅に低下してしまう。このため、ＧＨ型の液晶セルは、水分の進入による電圧保持率の低下の度合いは他の液晶セルと比較して遥かに大きなものとなってしまう。そして、この問題に対しては未だ解決策がないため、ＧＨ型の液晶セルを用いたＴＦＴ駆動の液晶表示装置は実用化が遅れているのが現状である
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の防水フレームは、防水機能を高めるために外形寸法が大きくかつ重いという欠点がある。また、外枠の面積に対する表示領域の割合が小さくなるために表示が見づらいという問題点がある。
【００１２】
さらに、従来の防水フレームはポリマー部材で形成されるが、バルクとしての水は外枠で遮断することはできるが、気体（湿気）として挙動する水分子に対しては遮断効果が小さい。即ち、気体としての挙動を示す水分子はポリマーの網目構造をわずかながらすりぬけ、表示領域へ侵入するのである。したがって、多湿の環境下に長時間さらされた場合には、電圧保持率の低下により表示品位が劣化するおそれがあった。このような問題は、ゲスト−ホスト型の液晶表示装置においてはさらに顕著なものとなる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液晶表示装置の軽量化、小型化を実現するとともに、多湿な環境下に長時間さらされた場合でも、優れた表示品位を維持することができる信頼性の高い液晶セルを提供する。表示品位とは、高速の映像表示や鮮明な色表示が実現できることをいう。また、信頼性のひとつの尺度は、劣化が小さいことである。
【００１４】
本発明は、基板と、この基板上に形成された液晶層と、前記基板上で前記液晶層の外周を囲むシール部を具備し、前記シール部が吸湿性ポリマー粒子を含有することを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１５】
この吸湿性ポリマー粒子は、ポリマー等から成る表皮内に、吸湿性を有する物質を内包したものであり、多くは微粒子である。
【００１６】
ここで、前記吸湿性ポリマー微粒子がゲスト−ホスト型液晶を内包しても良い。
【００１７】
また、前記液晶層がゲスト−ホスト型液晶から成るものでも良い。
【００１８】
前記シール部は、樹脂シール壁と吸湿性ポリマー粒子を含有するシール部とを有しても良い。
【００１９】
前記吸湿性ポリマー粒子は、ゲストーホスト型液晶の他、例えば、P₂O₅, Mg(ClO₄)₂, SiO₂, CaSO₄, CaCl₂, CuSO₄, から選ばれる化合物の少なくとも一つを含有する。また、吸湿性ポリマー粒子の中に流動性の媒体が内包され、当該媒体中に上記の化合物が分散されても良い。
【００２０】
本発明においては、吸湿性化合物を内包するポリマー微粒子を使用し、このポリマー微粒子を液晶セルのシール部とする。このポリマー微粒子によるシール部により、過酷な環境にさらされても表示性能が劣化しない携帯型表示装置をうることができる。
【００２１】
シール部内に浸入した水蒸気は、ポリマー粒子のポリマー壁をすり抜け、ポリマー粒子内の極性化合物である色素に吸着され、液晶液の一部となる。液体としての水分子は再びポリマー壁を通過することができず、水分子はポリマー粒子内に閉じ込められる。従って、水蒸気は表示領域内のＧＨ型液晶まで侵入することができない。また、ポリマー粒子間に侵入する水蒸気の存在可能性はあるが、到底表示領域に達することはできない。なぜならば、表示領域に達するまで、浸入した水蒸気はポリマー粒子間を縫うように移動することになり、その移動距離はシール幅の数十倍以上に達するからである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係わる液晶セルの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態では、基板上に形成されている電極や配線、その他の部分については図示を省略している。また、実施形態の説明において引用される材料は、例示である。
（第1の実施形態）
図１は、本発明の第1の実施形態に係る概略図である。また、図２は、図1のａ−ｂに沿う断面図である。図３は、図1のシール部の部分拡大図である。
【００２３】
液晶層２が基板１Ａと対向基板１Ｂに挟まれている。ここで、基板1Ａ上には、画素を形成する画素電極や、信号線、走査線等が従来と同様にして形成される。図２には、信号線等に１２という引用符号を付して表示してある.例えば、ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス型液晶表示においては、基板１ＡにＴＦＴや画素電極、他方に共通電極１１が形成される。一方の対向基板１Ｂには共通電極１１が形成される。
【００２４】
液晶層２が挟持される構造であれば本発明は適用可能であり、液晶材質によらず有効である。特に、ＧＨ型液晶に対して有効である。
【００２５】
基板１上には、液晶層２による表示領域３が設けられる。この表示領域３の周囲はシール部４によって形成されている。
【００２６】
このシール部４の部分拡大図を図2に示す。
【００２７】
シール部４は、吸湿性化合物を内包するポリマー微粒子５と、ポリマー微粒子５間を充填するバインダー部６を含んでいる。
【００２８】
吸湿性化合物としては、P₂O₅, Mg(ClO₄)₂, SiO₂, CaSO₄, CaCl₂, CuSO₄がある。これらは、通常固体であるが、これを粉体とし、例えばシリコンオイル、ヌジョール等や液晶に分散させることもできる。また、液晶中に色素などの極性化合物を溶解させたものでも良い。
【００２９】
吸湿性化合物を内包するポリマー微粒子５の皮膜の材料としては、例えば、ポリエチレン類、塩素化ポリエチレン類、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体、などのエチレン共重合体、ポリブタジエン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリプロピレン類、ポリイソブチレン類、ポリ塩化ビニル類、天然ゴム類、ポリ塩化ビニリデン類、ポリ酢酸ビニル類、ポリビニルアルコール類、ポリビニルアセタール類、ポリビニルブチラール類、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、フッ化エチレン・プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・エチレン共重合体などの四フッ化エチレン共重合体、含フッ素ポリベンゾオキサゾールなどのフッ素樹脂類、アクリル樹脂類、メタクリル樹脂類、フマル酸樹脂類、マレイン酸樹脂類、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのアクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アセタール樹脂、ナイロン６６などのポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエステルカーボネート類、セルロース樹脂類、フェノール樹脂類、ユリア樹脂類、エポキシ樹脂類、不飽和ポリエステル樹脂類、アルキド樹脂類、メラミン樹脂類、ポリウレタン類、ジアリールフタレート類、ポリフェニレンオキサイド類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリスルフォン類、ポリフェニルサルフォン類、シリコーン樹脂類、ポリイミド類、ビスマレイミドトリアジン樹脂類、ポリイミドアミド類、ポリエーテルイミド類、ポリビニルカルバゾール類、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン、セルロース類などほとんどすべての高分子の材質を用いることができる。
【００３０】
ポリマー微粒子５間に充填されるバインダー６としては、ポリエチレン類；塩素化ポリエチレン頻；エチレン・酔酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体等のエチレン共重合体；ポリブタジエン頻；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類；ポリプロピレン類；ポリイソブチレン類；ポリ塩化ビニル類；ポリ塩化ビニリデン類；ポリ酢酸ビニル類；ポリビニルアルコール頻；ポリビニルアセタール類；ポリビニルブチラール類；四フツ化エチレン樹脂類；三フツ化塩化エチレン樹脂類；フツ化エチレン・プロピレン樹脂類；フツ化ビニリデン樹脂類；フツ化ビニル樹脂類；四フツ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フツ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フツ化エチレン・六フツ化プロピレン共重合体、四フツ化エチレン・エチレン共重合体等の四フツ化エチレン共重合体；合フツ素ポリベンゾオキサゾール等のフッ素材脂頻；アクリル樹脂類；ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂類；ポリアクリロニトリル類；アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等のアクリロニトノル共重合体；ポリスチレン類；ハロゲン化ポリスチレン薪；ステレン・メタクリル酸共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体等のスチレン共重合体；ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等のイオン性ポリマー；アセタール樹脂顆；ナイロン66等のポリアミド類；ゼラチン；アラビアゴム；ポリカーボネート類；ポリエステルカーボネート類；セルロース系樹脂類；フェノール樹脂類；ユリア樹脂類；エポキシ樹脂類；不飽和ポリエステル樹脂類；アルキド樹脂類；メラミン樹脂類；ポリウレタン類；ジアリールフタレート樹脂類；ポリフェニレンオキサイド類；ポリフェニレンスルフイド頻；ポリスルフォン類；ポリフェニルサルフォン類；シリコーン樹脂類；ポリイミド類；ビスマレイミドトリアジン樹脂類；ポリイミドアミド類；ポリエーテルスルフォン類；ポリメチルペンテン類；ポリエーテルエーテルケトン類；ポリエーテルイミド類；ポリビニルカルバゾール類；ノルボルネン系非晶質ポリオレフイン類等の熱可塑性樹脂を用いることができる。これらのバインダーは、水溶性であれば水に溶解してポリマー微粒子５を分散したり、また、バインダーが非水溶性であればエマルジョンにして水に分散させて、ポリマー微粒子５と混合して用いることができる。
【００３１】
ポリマー微粒子５の作成方法としては、膜乳化法、相分離法、液中乾燥法、界面重合法、in situ重合法、液中硬化皮膜法、噴霧乾燥法などがある。
【００３２】
ここでは、吸湿性化合物として二色性色素を液晶中に溶解させたＧＨ型液晶に、乳化重合法を用いた例を説明する。
【００３３】
ポリマー微粒子５は以下のように形成する。
【００３４】
まず、正の誘電異方性を有するネマチック液晶であるメルク社製ZLI-1840を約８０重量部、マゼンタ色の二色性色素である日本感光色素研究所製G-176を約１重量部、親水性のメチルメタクリレートモノマー約７重量部、疎水性のイソブチルメタクリレート約７重量部、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート約１重量部、ベンゾイルパーオキサイド約０．２重量部を混合溶解した液晶組成物を形成する。
【００３５】
一方、ポリビニルアルコール約３重量部、純水約３００重量部と共にホモジナイザーを用いて乳化する。この乳化したポリビニルアルコールと液晶組成物を約８５℃で重合する。
【００３６】
約１時間重合後、約１μｍのフィルターで濾過し、小さすぎるポリマー微粒子を除去し、３回純水で洗浄して透明高分子被膜で包まれた平均粒径約３μｍのポリマー微粒子を得る。なお、ポリマー微粒子の粒径は、重合時の攪拌速度や乳化膜の細孔の孔径によって調整できる。
【００３７】
このポリマー微粒子を純水に分散させ、例えば、旭硝子社製ルミフロンと混合して、ポリマー微粒子を含有するシール材を形成する。ここで、準備するルミフロンは、平均粒径約0.5μｍであり、すべての粒子の直径が約1μｍ以下であるように調整したものを用いるとよい。
【００３８】
以上のようにして作成したシール材をスクリーン印刷を用いてＩＴＯ付き対向基板１Bに印刷する。シール材を印刷する基板は、対向基板１Bに限らず、基板１Aであっても良い。また、印刷する例を説明したが、刷毛等によりポリマー微粒子を塗布することも可能である。
【００３９】
基板１Ａに対向基板１Ｂを熱圧着させ、幅約1μｍのシール部４によって表示領域３を有するセルを形成する。このシール部4の高さ、即ち、液晶層２の厚さは、例えば２−２０μｍ程度である。
【００４０】
このセルに、例えば、日本感光色素研究所製G-176を約１重量部含有するチッソ石油化学社製液晶材料ＬＩＸＯＮ５０５２を注入して液晶セルを完成する。
【００４１】
このようにして得られた液晶セルを温度約７０ ℃、湿度約80 %の環境に５００時間放置して、耐候性試験を実施した。５００時間放置後の液晶セルについて、測定温度８０℃、保持時間５００msの条件で電圧保持率を測定したところ、９８%と極めて高い信頼性を実現することができた。ここで、電圧保持率は、初めに印加した電圧を１００とし、その後印加をやめて保持時間経過後の電圧を測定し、その初電圧と保持時間経過後電圧の比を百分率で表記したものである。
【００４２】
シール部４内に浸入した水蒸気は、ポリマー微粒子５のポリマー壁をすり抜け、ポリマー微粒子５内の極性化合物である色素に吸着され、液晶液の一部となる。液体としての水分子は再びポリマー壁を通過することができず、水分子はポリマー微粒子５内に閉じ込められる。従って、水蒸気は表示領域３内のＧＨ型液晶まで侵入することができない。
【００４３】
シール部４は、ポリマー微粒子５のみから形成することも可能である。ただし、好ましくは、ポリマー微粒子５同士の融着を助けるバインダー６を用いるのが望ましい。また、バインダー６は防湿効果に優れるポリマー部材であることがより望ましい。
【００４４】
ポリマー微粒子５間に侵入する水蒸気の存在可能性はあるが、到底表示領域３に達することはできない。なぜならば、表示領域３に達するまで、浸入した水蒸気はポリマー微粒子５間を縫うように移動することになり、その移動距離はシール幅の数十倍以上に達するからである。
【００４５】
本発明のシール部４により、シール幅が小さくとも十分な防湿効果が得られる。したがって、現在主流となっている狭額縁セルのシール部をさらに狭くすることが可能となる。
（比較例）
三井化学社製シール剤ＸＮ−２５６Ａを用い、シール壁の幅1μｍを有する液晶セルを作成した。ここに第1の実施形態と同一のＧＨ型液晶を注入し、耐候性試験を実施した。測定温度80 ℃、保持時間500 msの条件で電圧保持率を測定したところ、45%であった。
【００４６】
このような大幅な保持率の低下は表示領域内への水分の侵入が原因である。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る概略図で、表示領域端部を示したものである。
【００４７】
本実施形態においては、通常のシール壁７の外縁に配置される吸湿性のポリマー微粒子を含む微粒子シール部４を設けるものである。
【００４８】
第1の実施形態と同様にして、信号線や走査線等を形成した基板１Aと、共通電極１１を形成した対向基板１Bを準備する。
【００４９】
シール壁７として用いる樹脂材料は防湿性に優れることが望ましい。例えば、三弗化塩化エチレン樹脂、三弗化エチレン樹脂、二弗化二塩化エチレン樹脂、一弗化三塩化エチレン樹脂、四塩化エチレン樹脂などのハロゲン化エチレン樹脂を含有する樹脂材料を用いる。
【００５０】
上述の樹脂材料を、例えばスクリーン印刷法により、基板１A又は対向基板１Bの一方の基板上に幅１μmのシール壁７を形成する。
【００５１】
次に、シール壁７の外縁に第1の実施形態と同様にして、吸湿性のポリマー微粒子５とバインダー６を含む微粒子シール部４を形成する。このシール部４の幅は、適宜定めることができるが、例えば、シール壁７と同程度とすることができる。
【００５２】
これで、シール壁７とその外縁にシール部４からなる二重の防湿構造を得る。
【００５３】
この後、基板１Aと対向基板１Bを圧着して、液晶セルを形成する。第1の実施形態と同様に、ＧＨ型液晶を注入し、液晶表示装置を完成させる。
【００５４】
この液晶表示装置の耐候性試験を実施した。測定温度80 ℃、保持時間500 msの条件で電圧保持率を測定したところ、98 %と極めて高い信頼性を実現することができた。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る概略図である。
【００５５】
本実施形態においては、１枚の基板上に液晶層を形成し、ポリマー保護膜を形成した単基板型の液晶表示装置である。
【００５６】
第１の実施形態と同様にして、信号線、走査線等１２を形成した基板１Aを用いる。
【００５７】
この基板１A上に液晶マイクロカプセル５０を印刷し、液晶層を形成する。この液晶層が画像表示部を構成する。
【００５８】
さらに、基板１Aの周縁部に吸湿性のポリマー微粒子５をやはり印刷し、防湿シールとする。
【００５９】
この上に、バインダーにITOを分散させた塗布型ITOを塗り、対向電極１１を形成する。この対向電極１１上に、ポリマーによる保護膜５１を形成し、液晶表示装置を完成する。
【００６０】
このように構成することにより、液晶層を形成するのと同様の工程を用いて、シール部を形成することができる。
【００６１】
なお、本発明の防湿効果は有機系太陽電池セルにおいてもその効果を発揮することができる。有機系太陽電池の部材、特にホール輸送部は有機電界質からなり、吸湿性が著しく大きい。
【００６２】
しかしながらセル内に水分が浸入すると太陽電池の各部材を劣化させてしまう。本発明による吸湿性ポリマー微粒子をシール部に存在させることにより、これらの劣化を防ぐことができる。
【００６３】
また太陽電池のホール輸送部である電界質は長時間の間に徐徐に揮発し、光電変換効率が低下するものである。本発明による吸湿性ポリマー微粒子は外からの湿気の浸入を防止するだけでなく、内部の揮発性部材の散逸を防止する効果を有するものである。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、吸湿性化合物を内包するポリマー微粒子を含有するシール材を用いてシール部を形成することにより、表示領域への湿度の侵入を防止し、高信頼性の液晶表示装置を得ることができる。
【００６５】
また、本発明によるシール部は、高信頼性を維持しつつ狭額縁化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の平面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の部分断面図
【図３】本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置のシール部を示す部分拡大図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置のシール部を示す部分拡大図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
１…A：基板、１B：対向基板
２…液晶層
３…表示領域
４…シール部
５…ポリマー微粒子
６…バインダー
７…シール壁

Claims

基板と、前記基板上に形成された液晶層と、前記基板上で前記液晶層の外周を囲むシール部を具備し、前記シール部が、ポリマーからなる表皮内に吸湿性を有する物質を内包した吸湿性ポリマー粒子の集合体を含有することを特徴とする液晶表示装置。
前記吸湿性ポリマー粒子の中に流動性の媒体が内包され、当該媒体中に前記吸湿性を有する物質が分散されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記吸湿性ポリマー粒子は、前記吸湿性を有する物質としてP_２O_５, Mg(ClO_４)_２, SiO_２, CaSO_４, CaCl_２, CuSO_４, から選ばれる化合物の少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置。
基板と、前記基板上に形成された液晶層と、前記基板上で前記液晶層の外周を囲むシール部を具備し、前記シール部が吸湿性ポリマー粒子を含有し、当該吸湿性ポリマー粒子がゲスト−ホスト型液晶を内包することを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶層がゲスト−ホスト型液晶から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記液晶層が液晶マイクロカプセルを含み、当該液晶マイクロカプセルと前記吸湿性ポリマー粒子はともに前記基板上に印刷されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。
前記シール部は、樹脂シール壁と前記吸湿性ポリマー粒子を含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。