JP5053034B2 - 液晶装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、プラスチックフィルムなど可撓性のある基板を使った液晶装置の製造方法に関する。

プラスチックフィルム基板からなる液晶装置は、軽量で薄いという性質を活かし携帯電話機の表示パネルとして実用化されたことがある。最近では、割れにくい、曲げられる、平面形状の自由度が高い、という特徴にも注目が集まるようになり様々な応用製品が提案されるようになった。

これらの可撓性樹脂材料は、ガラスと違いガス或いは水蒸気透過性があるため、常温常
圧下でガスあるいは水蒸気が透過する。もし仮に可撓性樹脂材料だけを使った基板で液晶装置を作成すると、ガスが基板を通して液晶内に溶け込み、液晶内に溶け込んだガスが飽和状態に達していると落下等の衝撃により液晶装置内に気泡が発生してしまう。そこでプラスチックなどの基板支持材（以下基板の可撓性樹脂材料を基板支持材と称する）の表面にガスが透過し難い無機物ないし有機物からなるガスバリア層を設けていた。ガスバリア層は、基板のどちらの面に設けても良いが、基板の液晶層側には透明電極層や透明電極の密着力を高めるための中間層等があるので、層構造を簡単にするため液晶層とは反対側の面に設けられることが多い。

ガスバリア層を有する液晶装置は、平面的にはガスの浸入を押さえ込んでいるが、基板の切断によって生じた側面は基板支持材がむき出しになっている。前述の液晶層側とは反対側にだけガスバリア層がある場合、側面から基板内を通して液晶層にガスが浸入する。たとえガスバリア層を基板の両面に形成しても、液晶層側のガスバリア層が樹脂であると長期的にはガスが基板側面から液晶層に浸入する(例えば文献１)。また液晶層側に無機ガスバリア層があっても、無機ガスバリア層のピンホールからガスが液晶層に侵入する。更に、いずれの場合もシール材を通ってガスが侵入する。したがって、液晶セル（以下２枚の可撓性基板とシールによって囲まれた空間に液晶を充填したものを液晶セルと称する）の側面には何らかのガスバリア性を持たせる必要があった。

これらの対策として文献１に示された従来例１（文献中では実施例１）では、シールを含めた液晶セルの側面にエポキシ接着剤を塗布し、側面からのガスの浸入を防いでいる。この断面図を図４に示す。液晶装置（以下液晶セルに他の部材を取り付けたものを液晶装置と称する）は、図の下から、反射板４８、偏光板４７、液晶セル、偏光板４７が積層している。ここで液晶セルは、可撓性基板４１、透明電極４２、配向膜４３、スペーサ４４が混入した液晶層４６、配向膜４３、透明電極４２、可撓性基板４１が積層したものであり、両端のシール４５で上下の可撓性基板４１を接着している。可撓性基板４１は、ポリカーボネートフィルムを基板支持材とし、両面にＥＶＡ（エチレンと酢酸ビニルの共重合体）とフェノキシ樹脂からなる２層のガスバリア層を有している。液晶セルの側面にはエポキシ接着剤４９が塗布されている。

文献１で示された従来例２（文献中では実施例４）の断面図を図５に示す。従来例２は、液晶セル全体をエポキシ接着剤に浸潤してから偏光板４７を貼り付け、基板側面からのガスの浸入を防いでいる。なお従来例１と同じ部材は同じ番号で示している。従来例１との違いとして、偏光板４７と基板４１の間にもエポキシ接着剤４９の層があること、偏光板４７が基板４１より外側にはみ出していること、および側面のエポキシ接着剤４９が左右に盛り上がっていないこと、があげられる。

その他、文献１には側面にガスバリア部材を設ける例として、偏光板まで含めた液晶セルの側面にエポキシ接着剤を塗布する例、基板側面にのみエポキシ接着剤を塗布する例などが示されている。

しかしながら、液晶セルの側面に樹脂ガスバリア層を設けても高温高圧下で加速する我々の実験では側面からのガス侵入を阻止できず気泡発生を招いてしまった。ガスバリア層の厚みに応じて気泡発生状況が変化する情況と、樹脂ガスバリア層のガスバリア性がそれほど高くないという状況から、側面に樹脂ガスバリア層を設ける手法では我々が目標とする長期信頼性が確保出来ないものということになる。

そこで樹脂ガスバリア層のかわりにガスバリア性の著しく高い無機ガスバリア層を液晶セルの側面に設ける方法が考えられた。例えば文献２では、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）用の樹脂基板の側面をＤＬＣ（ダイアモンド・ライク・カーボン）膜で覆い耐湿性を向上させたことが示されている。段落［００２８］には基板材料の例として、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ピエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、アラミドなどが上げられている。シール材にはエポキシ系接着剤を使用している。
特開２００１−２２１９９８号公報 特開２００２−１５１２５３号公報

しかしながら無機ガスバリア層を液晶セル側面に形成した試料も前述の実験において気泡発生を阻止できなかった。そこで我々は切断部の顕微鏡観察に着手した。

図６に観察結果を示す。断面図（a）は、トムソン刃６１で切断した部分の近傍を示し
、正面図（ｂ）は切断面を示す。

図６（ａ）において断面の特徴を説明する。図の左側では図の下から、下側のガスバリア層２３、下側の基板支持材１３、液晶層１６、上側の基板支持材１１、上側のガスバリア層２１が積層している。液晶層１６から見て切断部側（図の右側）に上下の基板支持材１１、１３の間にシール１２が挟み込まれている。切断部では上下の基板支持材１１、１３の表面にガスバリア層の破壊部２２、２４が存在する。また上下の基板支持材１１、１３の切断面は斜辺となっている。なお、液晶駆動電極やスペーサは図示していない。

ここで、ガスバリア層２１、２３は厚さが数十ｎｍの２酸化シリコンからなる無機ガスバリア層である。基板支持材１１、１３は厚さが１００μｍのポリカーボネートからなる。液晶層１６は高分子ネットワーク中に液晶領域が分散した厚さが１０μｍのポリマーネットワーク液晶である。シール１２は幅が２ｍｍの低温（６０℃程度）硬化型エポキシ接着剤である。

トムソン刃６１を矢印の方向に上下させて液晶セルの周辺部を切断すると、基板支持材１１、１３が流動するように変形し伸びるため、変形し難く硬質でもろい無機ガスバリア層２１，２３が切断部で破壊する（２２、２４）。なお切断面の傾斜はトムソン刃６１の形状や切断条件で変化する。

図６（ｂ）において切断面に生ずる溝６２を説明する。原因は分からないが、トムソン刃６１で切断したら切断方向に沿って上下に深さが数μｍオーダーの溝６２が入っていた。なお積層構造は（ａ）で説明した通りである。

この基板にスパッタ法で無機ガスバリア層を形成し切断面の元素分析を実施したところ、破壊されたガスバリア層２２、２４の周辺や溝６２の奥の部分にガスバリア層が形成されていないことが判明した。

そこで本発明は、上記従来技術の問題および実験観察から得られた結果に鑑みてなされたものであり、長期信頼性を確保するため液晶セル側面から液晶層へのガスの侵入を阻止する良質な無機ガスバリア層が液晶セル側面に形成できるようにした液晶装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、平坦化処理は、プラスチック基板の側面を摩擦する摩擦処理であり、プラスチック基板の平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とするものである。

この場合、摩擦処理に用いる摩擦材は繊維からなっていてもよい。

また、本発明は、上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、平坦化処理は、プラスチック基板の側面に赤外線を照射する赤外線照射処理であり、プラスチック基板の平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とするものである。

さらに、本発明は、上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、平坦化処理は、プラスチック基板の側面に熱風を吹き付ける熱風処理であり、プラスチック基板の平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とするものである。

またさらに、本発明は、上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、平坦化処理は、プラスチック基板の側面を溶剤で溶解させる薬品処理であり、プラスチック基板の平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とするものである。

本発明によれば、切断部近傍の基板表面を含む基板面を平坦化したので、長期的に液晶セル側面から液晶層へのガスの侵入を阻止する無機ガスバリア層を液晶セル側面に形成できるようになる。

なお液晶セル側面に平坦化層を形成するには、切断面の溝やガスバリア層の破壊部を覆うように樹脂を塗布しても良い。しかし摩擦処理や、赤外線照射処理、熱風処理、薬品処理は、前述の説明から明かなように新たな層材料を用意する必要がない。

２酸化シリコンや窒化シリコン、ＤＬＣなどの無機膜を０．０１μｍ以上の膜厚とすると高いガスバリア性を示すことが知られている。液晶セルの切断部近傍にガスバリア層の破壊部が残っていたり、数μｍオーダーの溝があると良質なガスバリア層が形成できないことは前述の通りである。そこで液晶セルの側面に形成しようとするガスバリア層の膜厚以下まで切断部近傍を平坦化することで良質なガスバリア層が形成出来るようになる。

ガスバリア層の破壊部をいったん無視し切断面の溝だけを解決すべき対象とした場合、切断面を溶解し表面張力を利用して切断面を平坦化するればよい。しかしながら薄いプラスチック基板の側面に高温の物体を接触させると、この物体が基板側面に及ぼす圧力に加え、急激に溶解が起こり表面張力や熱膨張で基板が大きく変形する。このため高温の熱刃（文献１に記載されている）や金属コテは平坦化処理として使うことができない。これに対し摩擦材を側面にこすりつけると、摩擦速度などで摩擦面の温度が融解温度を少し超えるように制御できる。また摩擦処理では同時に切断部を研磨するのでガスバリア層の破壊部も除去される。この二つの作用により切断部が良好な状態で平坦化する。

前述のように摩擦処理では摩擦面の温度管理と研磨性が要点となる。研磨性に関していえば、無機ガスバリア層より柔らかく、プラスチック基板支持材は研磨できる摩擦材が適している。布など繊維からなる摩擦材は、薄く軟質なプラスチック基板支持材料を研磨するのに適度な硬度と弾力性を持っている。

前述のようにガスバリア層の破壊部が小規模である場合、薄いプラスチック基板側面の平坦化は側面の局所的な溶解で良い。しかし基板側面を高温にすることは出来ないので、炎を基板側面に当てることもできない。強度や分布・方向の制御が容易な赤外線照射や、温度・流量および分布・方向の制御が容易な熱風は薄い基板を局所的に溶解するのに適している。

基板支持材料を溶かす溶剤を基板側面に塗布すれば熱を使わずに基板側面を局所的に溶解することができ、前述のように基板側面は表面張力で基板側面が平坦化する。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、図６と同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また縮尺は適宜変更している。

図１から図３を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は第１の実施形態の液晶セルの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。図２は第１の実施形態の工程別の断面図である。図３は第１の実施形態の回路基板との接続部の断面図である。

図１において液晶セルの外観を説明する。液晶セルは、下側の基板（支持材）１３、シール１２に取り囲まれた液晶層１６、上側の基板（支持材）１１が積層しており、下側の基板（支持材）１３が上側の基板（支持材）１１から延出した延出部１４を有し、延出部１４上に接続電極１５が設けられている。なお、液晶セルの基板がガスバリア層や電極など詳細な構造を意識しない場合、基板支持材１１、１３で基板を代表させ基板（支持材）と表記した（以下同様）。またガスバリア層と、液晶層を駆動する電極とは図示していない。

図２において加工工程と対応させながら液晶セル切断部の情況を説明する。

図２（ａ）は切断後の液晶セル側面に摩擦材２５を当てる工程を示している。切断後の液晶セルの断面は図６と同じであり、摩擦材２５を回転させながら液晶セルの側面に矢印の方向から押し当てた。摩擦材２５は布製であり、摩擦材２５を回転させる工具として回転数を変えられる木工用リュータを使用した。

摩擦処理後、図２（ｂ）のように液晶セルの切断部は断面が基板支持材１１の溶解により曲線状になる。図示していないが、切断面の溝もなくなり平滑化したことも暗示している。同時にガスバリア層の破壊部２２、２４も除去されている。

次に図２（ｂ）でスパッタ法によるガスバリア層形成を説明する。まず液晶セルの周辺部だけが露出するようにスペーサ２６を液晶セルに取り付ける。この液晶セルをチャンバーに入れる。チャンバー内では酸素とアルゴンの混合雰囲気中でシリコンターゲットにアルゴンを衝突させ２酸化シリコンのプラズマを生成する。プラズマを液晶セルの側面にあてると、２酸化シリコンのイオンはアルゴン分子と衝突して矢印で示したようにいろいろな方向から切断部に付着する。なおスペーサ２６はマスクとして機能する。

スパッタ処理後、図２（ｃ）のように切断部近傍には２酸化シリコンのガスバリア層２
７が形成される。切断部は、断面が曲線的になっているうえ切断面（図示せず）も平滑化されているのでガスバリア層２７は液晶セルを含む切断部近傍に均質に付着する。ここで基板支持材１１、１３の細か凹凸やガスバリア層の破壊部２２，２４の残差に影響されにくいように、ガスバリア層２７は厚みを０．１０μｍとした。

次に、図２（ｃ）でガスバリア層２７に樹脂２８を塗布する工程を説明する。ガスバリア層２７は均質であるといってもピンホールの可能性がある。また液晶セルの変形でクラックが入る可能性がある。そこでガスバリア層２７の保護と高いガスバリア性の維持を目的として、ガスバリア性を有する樹脂（マクシーブ（登録商標））２８をガスバリア層２７を覆うように塗布した。塗布にはスポンジを使用し、樹脂２８の厚みを５μｍに設定した。

平坦化処理として赤外線照射処理および熱風処理を行う場合は予めスペーサ２６を液晶セルに取り付け、複数段重ね一括して平滑化処理を行い、そのままスパッタ処理用のチャンバーに設置する。平坦化処理として薬品処理する場合は、アセトン等の溶剤を浸潤させた布で液晶セルの側面を擦るか、液晶セルの側面を溶剤につける。ガスバリア層２１、２３は溶剤に溶けないので切断部近傍だけが溶解し平坦化する。また平坦化の度合いは顕微鏡観察で管理した。

図３において、延出部１４におけるガス侵入阻止対策と外部回路との接続構造とを説明する。

基板（支持材）１３の延出部１４には、基板（支持材）１３と異方性導電シート３３と回路基板３２が積層している。ここでは基板（支持材）１３上の接続電極（図示せず）と回路基板３２の下面の配線（図示せず）が対向しており、接続電極と配線とが異方向性導電シート３３中の導電粒子（図示せず）を介して接続している。延出部１４で露出している基板（支持材）１３の表面と基板（支持材）１１の側面にはガスバリア層がないので、基板（支持材）１１の切断部と基板（支持材）１３の露出部と回路基板３２の一部を覆うようにガスバリア性のある樹脂３１を塗布している。同様に基板（支持材）１３の切断部と回路基板３２の下面の一部を覆うようにガスバリアー性のある樹脂３４を塗布している。

ガスバリア性のある樹脂３１、３４としてシリコンを使用した。シリコンのガスバリア性はそれほど高くないが充分に厚く塗れるため一定のガスバリア性を示す。またスパッタ処理時は、引き出し電極上にガスバリア層が形成されないように延出部１４の上面をマスクしておく。また延出部１４において基板（支持材）１１の側面は摩擦処理できないので図中では直角を有する辺で示した。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、２枚の基板が両方とも可撓性を有する基板である場合を示しているが、いずれか一方のみが可撓性基板であってもよく、他方は例えばガラス基板であってもよい。

本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の工程別の断面図である。 本発明の第１の実施形態の接続部の断面図である。 従来例１の断面図である。 従来例２の断面図である。 試料とした液晶セルの切断部近傍を示す図である。

符号の説明

１１、１３ 基板支持材
１２ シール
１４ 延出部
１５ 接続電極
１６ 液晶層
２１、２３ ガスバリア層
２２、２４ ガスバリア層の破壊部
２５ 摩擦材
２６ スペーサ
２７ ガスバリア層
２８、３１、３４ 樹脂
３２ 回路基板
３３ 異方性導電シート
６１ トムソン刃
６２ 溝

Claims (5)

1. 上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、前記プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、
   前記平坦化処理は、前記プラスチック基板の側面を摩擦する摩擦処理であり、
   前記プラスチック基板の前記平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。
2. 前記摩擦処理に用いる摩擦材が繊維からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
3. 上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、前記プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、
   前記平坦化処理は、前記プラスチック基板の側面に赤外線を照射する赤外線照射処理であり、
   前記プラスチック基板の前記平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。
4. 上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、前記プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、
   前記平坦化処理は、前記プラスチック基板の側面に熱風を吹き付ける熱風処理であり、
   前記プラスチック基板の前記平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。
5. 上下の基板の少なくとも一方がプラスチック基板である液晶セルを有し、前記プラスチック基板の側面に表面粗さを減少させる平坦化処理を施す液晶装置の製造方法において、
   前記平坦化処理は、前記プラスチック基板の側面を溶剤で溶解させる薬品処理であり、
   前記プラスチック基板の前記平坦化処理が施された面上に無機ガスバリア層を形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。

Images