JP5503235B2 - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、デンドリマー（樹状高分子）を溶解させた液晶を用いた液晶表示素子およびその製造方法に関する。

一般的な液晶表示素子の構造を図６に示す。図６（ａ）は、一般的な液晶表示素子を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した液晶表示素子をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図６において、表示エリアに形成されたスペーサ５１を介して対向する２枚の基板５２、５３は、シール材５４によって、基板の周辺部（接着部５５）のみで互いに接着されている。また、液晶５６の分子を配向させるための配向膜５７、５８が、基板５２、５３と液晶５６との間にそれぞれ設けられている。この液晶表示素子では、シール材５４を塗布するためのエリアを確保する必要があり、表示エリア周辺の額縁エリアを広くとる必要がある。

ここで、この液晶表示素子は、周辺部のみで基板５２、５３が互いに接着されており、表示エリアは接着されていない。そのため、基板サイズが大きくなると、重力ムラやタッチムラと呼ばれる不具合が発生する。なお、重力ムラとは、大型の液晶パネルを立てたときに、重力によって液晶がパネルの下部にたまり、上部とのギャップが生じて表示がムラになる現象である。また、タッチムラとは、指で大型の液晶パネルの表示エリアを押したときに、ガラスが変形することにより、ＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）側に固着されたスペーサがＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）側のガラス上をすべり、指を離した後でもＴＦＴ側ガラス表面の凹凸に引っかかって元の位置に戻らなくなることによって、発生する輝度ムラのことである。

このような不具合を解決する方法として、粘着性スペーサを用いて、周辺部のみでなく、表示エリアにおいても基板同士を接着することが考えられる。
粘着性スペーサを用いて基板同士を接着する技術として、スペーサの先端部のみに接着剤を印刷により塗布し、また、表示エリア周辺の額縁エリアにシール材を塗布して、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によれば、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着することにより、重力ムラやタッチムラの発生を防止することができる。また、額縁エリアに塗布されるシール材を削減しても、周辺部のみで基板同士が接着された液晶表示素子と同様の接着強度を得ることができるので、額縁エリアを狭くした狭額縁設計が可能となる。

しかしながら、特許文献１のものにおいて、高さ５μｍ程度のスペーサの先端部のみに接着剤を印刷するためには、高度な印刷技術および高価な印刷装置が必要となる。また、量産段階において、表示エリア内の配向膜表面に接着剤が付着することにより、配向不良が発生し、歩留まりが低下する恐れがある。さらに、塗布されたシール材と液晶とが直接接するので、時間の経過とともにシール材に含まれる不純物や未硬化成分が液晶に溶け出し、表示不良が発生する恐れがある。

そこで、上記の問題を解決するために、構造が液晶の分子と類似した分子からなる接着剤を有機溶剤に溶解させた接着剤溶液を基板の間に挟み込み、加圧環境の下で加熱することで有機溶剤を飛ばし、スペーサおよびウォールの上部面に残存した接着剤を介して、基板同士を接着する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１２７７２号公報 特開２００６−３３７８２０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献２のものでは、接着強度を向上させるために接着剤の濃度を高くすると、過剰な接着剤が表示エリア内の配向膜表面に残存して配向不良が発生するので、プロセスマージンが狭くなる恐れがある。また、接着剤を有機溶剤に溶解させる必要があるので、接着剤の分子構造が制限される。さらに、有機溶剤を飛ばすために接着剤溶液を挟み込んだ基板を高温（１５０℃程度）にさらす必要があるので、熱収縮による影響が発生する恐れがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、粘着性スペーサを用いて、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着しながらも、配向不良を発生させることのない液晶表示素子およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明に係る液晶表示素子は、互いに対向する第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板との間に封入された、デンドリマーを溶解させた液晶と、第１基板上の表示エリアに形成され、第１基板と第２基板との間のギャップを維持するスペーサと、第１基板上の表示エリア周辺の額縁エリアに形成され、液晶を封止するウォールと、を備え、第２基板は、少なくとも第１基板の表示エリアと対向する範囲に接着剤が塗布され、スペーサおよびウォールを介して第１基板と接着され、液晶に溶解させたデンドリマーにより、液晶の分子が第１基板および第２基板に対して垂直に自動的に配向されるものである。

また、この発明に係る液晶表示素子の製造方法は、互いに対向する第１基板および第２基板、第１基板と第２基板との間に封入された、デンドリマーを溶解させた液晶、第１基板上の表示エリアに形成され、第１基板と第２基板との間のギャップを維持するスペーサ、並びに第１基板上の表示エリア周辺の額縁エリアに形成され、液晶を封止するウォールを備えた液晶表示素子の製造方法であって、第１基板上にスペーサおよびウォールを形成する形成ステップと、第２基板の、少なくとも第１基板の表示エリアと対向する範囲に接着剤を塗布する塗布ステップと、スペーサおよびウォールが形成された第１基板と接着剤が塗布された第２基板とを重ね合わせて接着する接着ステップと、接着された第１基板と第２基板との間に液晶を注入する注入ステップ、または、接着ステップの前に、スペーサおよびウォールが形成された第１基板上に液晶を滴下する滴下ステップと、を備え、液晶に溶解させたデンドリマーにより、液晶の分子が第１基板および第２基板に対して垂直に自動的に配向され、接着ステップで、重ね合わせた第１基板と第２基板とを、加圧環境の下で７０℃に加熱して接着剤を硬化するものである。

この発明の液晶表示素子およびその製造方法によれば、第１基板と第２基板との間には、デンドリマーを溶解させた液晶が封入される。また、第２基板は、少なくとも第１基板の表示エリアと対向する範囲に接着剤が塗布され、スペーサおよびウォールを介して第１基板と接着される。ここで、デンドリマーを液晶に溶解させることにより、液晶分子を基板に対して垂直に自動的に配向させることができ、配向膜を不要とすることができる。
そのため、粘着性スペーサを用いて、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着しながらも、配向不良を発生させることのない液晶表示素子およびその製造方法を得ることができる。

（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した液晶表示素子をＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子の製造工程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子の製造方法により製造した液晶表示素子を示す写真である。 従来の液晶表示素子を示す写真である。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子において、接着剤の塗布条件を変えた場合の接着性を示す説明図である。 （ａ）は、一般的な液晶表示素子を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した液晶表示素子をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。

以下、この発明の液晶表示素子の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した液晶表示素子をＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。
図１において、この液晶表示素子は、第１基板１と、第２基板２と、液晶３と、スペーサ４と、ウォール５とを備えている。

互いに対向する第１基板１および第２基板２は、それぞれガラス基板であり、液晶３は、第１基板１と第２基板２との間に封入されている。ここで、液晶３には、デンドリマー（樹状高分子）が溶解されている。デンドリマーを液晶に溶解させることにより、液晶分子を基板に対して垂直に自動的に配向させることができる。そのため、従来の液晶表示素子で必要だった配向膜（図６参照）を不要とすることができる。

スペーサ４は、第１基板１上の表示エリアに形成され、第１基板１と第２基板２との間のギャップを維持する。ウォール５は、第１基板１上の表示エリア周辺の額縁エリアに形成され、液晶３を封止する。ここで、スペーサ４およびウォール５は、同一のポリマ材料から形成されている。

また、第２基板２は、第１基板１と対向する全面に接着剤６が塗布され、スペーサ４およびウォール５を介して第１基板１と接着されている。なお、デンドリマーを溶解させた液晶を用いることにより、配向膜を形成しなくても液晶分子を配向させることができるので、第２基板２の全面に接着剤６を塗布しても、配向不良が発生することがない。また、接着剤６の膜厚は、０．２５〜２μｍの膜厚で塗布されている。

次に、図２を参照しながら、図１に示した液晶表示素子の製造工程について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子の製造工程を示す説明図である。なお、以下の説明では、図２に示した工程のうち、この実施の形態１において特徴的な工程のみについて説明する。

まず、第１基板１上に、スペーサ４およびウォール５を形成する。具体的には、第１基板上にポリマ材料である感光性樹脂をスピンコート法により塗布し、スペーサ４およびウォール５のパターン模様を有するマスクを介して上方から紫外線を照射した後、現像液で処理することによって、紫外線によって軟化した感光性樹脂を除去する。以上のフォトリソグラフィー法による工程によって、スペーサ４およびウォール５を同時に形成するとともに、幅の狭いウォール５を正確に形成することができる。

続いて、第２基板２の第１基板１と対向する全面に接着剤６を塗布する。具体的には、第２基板２上に、接着剤６を、スピンコート法により、例えば１μｍの膜厚で塗布する。なお、この接着剤６を塗布する工程には、従来の液晶表示素子で必要だった配向膜を形成する工程で使用する機器設備を転用することができる。すなわち、配向膜を形成するために基板上にポリイミドを塗布する設備機器を、接着剤６を塗布する設備機器として利用することができる。
また、インクジェット法または印刷法を使って、スペーサ４やウォール５が形成されていない第２基板２上の、第１基板１と重ね合わせたときにスペーサ４やウォール５がくる位置（少なくとも表示エリアと対向する範囲）に、ドット状に接着剤を塗布してもよい。

ここで、第１基板１と第２基板２とを接着する接着する接着剤６について検討を行った。接着剤６に必要とされる条件は、以下の（１）〜（５）に示す通りである。
（１）薄膜で透明であること。
（２）ＵＶと低温とで硬化すること。
（３）十分な接着強度を有すること。
（４）接着剤自身の粘度が低い、または有機溶剤に溶解して低粘度化が可能であること（例えば、室温での粘度が８０ｃｐ以下）。
（５）ガラス基板への塗布性能が優れていること。
この実施の形態１では、これらの条件を満たす接着剤として、ナガセケミカル製ＸＮＲ５２４２を用いた。

次に、スペーサ４およびウォール５が形成された第１基板１と接着剤６が塗布された第２基板２とを重ね合わせて接着する。具体的には、重ね合わせた第１基板１と第２基板２とを加圧環境の下で加熱（７０℃、６ｈ）することにより、第２基板２が、スペーサ４およびウォール５を介して第１基板１と接着される。

続いて、接着された第１基板１と第２基板２との間に、デンドリマーを溶解させた液晶３を注入する。この実施の形態１では、例えば次式（Ｉ）に示すデンドリマーを液晶ＺＬＩ−４７９２（メルク株式会社）に溶解させた。

上記式（Ｉ）中、Ｒは、次式（ＩＩ）で表される。

なお、接着された第１基板１と第２基板２との間にデンドリマーを溶解させた液晶３を注入する工程に代えて、第１基板１と第２基板２とを重ね合わせて接着する工程の前に、スペーサ４およびウォール５が形成された第１基板１上に液晶３を滴下する工程を設けてもよい。

以上の製造工程によって製造した液晶表示素子の写真を図３に示す。また、従来の液晶表示素子の写真を図４に示す。
図３、４より、従来の液晶表示素子では、シール材を塗布するための広い額縁エリアが必要となるのに対し、この発明の実施の形態１に係る液晶表示素子では、額縁エリアを格段に狭くすることができる。

ここで、本願発明者は、接着剤の塗布プロセスを最適化するために、接着剤の塗布条件（濃度、スピンコートの回転数、ＵＶ量、封着温度、膜厚）を様々に変えて、接着性を評価する実験を行った。この実験における接着性の評価結果を図５に示す。

図５より、濃度２０％、回転数２０００ｒｐｍ、膜厚０．２μｍでは基板が接着されず、濃度２０％、回転数１５００ｒｐｍ、膜厚０．２５μｍでは基板が接着する場合としない場合とがあるので、膜厚の下限値は、０．２５μｍあたりと推定できることができる。また、図５より、濃度５０％、回転数２０００ｒｐｍ、膜厚１μｍでは基板が接着され、濃度７５％、回転数２０００ｒｐｍ、膜厚２μｍでは膜厚にムラが生じるので、膜厚の上限値は、２μｍあたりと推定することができる。したがって、接着剤６を塗布する工程では、０．２５〜２μｍ程度の膜厚で接着剤を塗布することが妥当であると考えられる。

以上のように、実施の形態１によれば、第１基板と第２基板との間には、デンドリマーを溶解させた液晶が封入される。また、第２基板は、第１基板と対向する全面に接着剤が塗布され、スペーサおよびウォールを介して第１基板と接着される。ここで、デンドリマーを液晶に溶解させることにより、液晶分子を基板に対して垂直に自動的に配向させることができ、配向膜を不要とすることができる。
そのため、粘着性スペーサを用いて、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着しながらも、配向不良を発生させることのない液晶表示素子およびその製造方法を得ることができる。

また、粘着性スペーサを用いて、表示エリアおよび周辺部で基板同士を接着することにより、重力ムラやタッチムラの発生を防止することができるとともに、重ね合わせた第１基板と第２基板とを加圧環境の下で加熱する工程を削減または時間短縮できる可能性がある。

また、液晶を封止する部材をシール材からウォールに変更して、シール材を塗布する工程を省略することができるので、コストを削減できるとともに、シール材の塗布ばらつきやシール材近傍の配向不良による影響を回避するために確保しなければならなかった額縁エリアを考慮しなくてよく、大幅な狭額縁設計が可能となる。すなわち、同じパネルサイズであっても、表示エリアを広くすることができる。

また、デンドリマーを溶解させた液晶を用いることにより、配向膜を形成する工程を省略するとともに、配向関連の不良を無くすことができる。また、配向膜を形成する工程で使用する機器設備を、接着剤を塗布する工程に転用することができるので、新たな設備投資を抑制することができる。また、接着剤を塗布する工程は、単なる印刷塗布であり、技術的に難しいものではないので、液晶表示素子の製造を容易にするとともに、歩留まりを安定させることができる。

また、室温での粘度が８０ｃｐ以下の接着剤を、スピンコート法によって０．２５〜２μｍの膜厚で第２基板に塗布することにより、接着剤を塗布する工程を最適化して、液晶表示素子の製造効率を向上させることができる。

また、第１基板と第２基板とを重ね合わせて接着する前に、スペーサおよびウォールが形成された第１基板上に液晶を滴下する液晶滴下（ＯＤＦ：Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ）工法を適用できるので、液晶の充填時間を劇的に短縮することができる。また、既に稼働している工場において、既存の設備を生かすことができ、新たな設備投資を抑制することができる。

また、液晶を封止するウォールは、フォトリソグラフィー法によって形成されるので、幅をミリ単位からミクロン単位まで制御することができる。ミクロンレベルの狭額縁を使用することにより、小さな液晶パネルをタイルのように組み合わせて、大きなサイズの液晶パネルを製造するタイリング技術に応用が可能である。

タイリング技術が実現することにより、マザーガラスのサイズよりも大きなサイズの液晶パネルを量産することが可能となり、既存の工場の競争力を上げることができる。また、大きなマザーガラスを製造するための設備投資が不要になるので、巨額のコストダウンを実現することができる。

１ 第１基板、２ 第２基板、３ 液晶、４ スペーサ、５ ウォール、６ 接着剤。

Claims (7)

1. 互いに対向する第１基板および第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に封入された、デンドリマーを溶解させた液晶と、
   前記第１基板上の表示エリアに形成され、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップを維持するスペーサと、
   前記第１基板上の前記表示エリア周辺の額縁エリアに形成され、前記液晶を封止するウォールと、を備え、
   前記第２基板は、少なくとも前記第１基板の前記表示エリアと対向する範囲に接着剤が塗布され、前記スペーサおよび前記ウォールを介して前記第１基板と接着され、
   前記液晶に溶解させたデンドリマーにより、前記液晶の分子が前記第１基板および前記第２基板に対して垂直に自動的に配向される
   ことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記接着剤は、０．２５〜２μｍの膜厚で塗布されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記スペーサおよび前記ウォールは、同一のポリマ材料から形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 互いに対向する第１基板および第２基板、前記第１基板と前記第２基板との間に封入された、デンドリマーを溶解させた液晶、前記第１基板上の表示エリアに形成され、前記第１基板と前記第２基板との間のギャップを維持するスペーサ、並びに前記第１基板上の前記表示エリア周辺の額縁エリアに形成され、前記液晶を封止するウォールを備えた液晶表示素子の製造方法であって、
   前記第１基板上に前記スペーサおよび前記ウォールを形成する形成ステップと、
   前記第２基板の、少なくとも前記第１基板の前記表示エリアと対向する範囲に接着剤を塗布する塗布ステップと、
   前記スペーサおよび前記ウォールが形成された前記第１基板と前記接着剤が塗布された前記第２基板とを重ね合わせて接着する接着ステップと、
   接着された前記第１基板と前記第２基板との間に前記液晶を注入する注入ステップ、または、前記接着ステップの前に、前記スペーサおよび前記ウォールが形成された前記第１基板上に前記液晶を滴下する滴下ステップと、を備え、
   前記液晶に溶解させたデンドリマーにより、前記液晶の分子が前記第１基板および前記第２基板に対して垂直に自動的に配向され、
   前記接着ステップで、重ね合わせた前記第１基板と前記第２基板とを、加圧環境の下で７０℃に加熱して前記接着剤を硬化する
   ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
5. 前記塗布ステップにおいて、前記接着剤は、０．２５〜２μｍの膜厚で、スピンコート法、インクジェット法または印刷法によって塗布されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子の製造方法。
6. 前記塗布ステップにおいて、前記接着剤は、室温での粘度が８０ｃｐ以下であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。
7. 前記形成ステップにおいて、前記スペーサおよび前記ウォールは、フォトリソグラフィー法によって同一のポリマ材料から形成されることを特徴とする請求項４から請求項６までの何れか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。

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