JPWO2011162125A1 - 前面板付表示パネル、表示装置及び樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
これらのディスプレイでは、近年表示のみではなくインタラクティブ性が重視されることを踏まえ、タッチパネルをディスプレイの前面に設置したものがある。一方液晶パネルは薄いガラスを基板として使用していることもあって、用途によってはディスプレイ面を保護するためや、大型のディスプレイでは割れ難くするために前面にガラスや透明なプラスティック板を設置するものもある。さらに表面が硬く光沢があってフラットな表面であることがデザイン性の観点から望まれることもあって、ディスプレイ前面にガラス板を設置するモデルがある。
また(A)アクリル酸系誘導体ポリマー、(B)アクリル酸系誘導体及び(C)架橋剤を含有する光学用樹脂組成物であって、硬化反応後の樹脂組成物が、60℃での粘着力が3N/25mm以上、かつ60℃でのtanδが0.40以上である光学用樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献8参照)。
このように、樹脂の硬化収縮による応力で、端部に近い周辺のセル厚が変化し、セルにおける電圧と透過率との関係等の条件が局所的に変わるため、周辺スジとして認識され、また、高温熱履歴を経た後にこの周辺スジが鮮明になることもあるという新たな課題があることがわかった。
例えば、図14に示した断面構造の表示装置においては、ガラスにパネルを貼合し、硬化した後、表示すると表示エリア周辺にスジムラが認識される。具体的には、パネル端部に白、黒のスジが発生する。図18中、カッコを付した5〜10mmの範囲の表示エリア周辺にスジムラが発生している。
また特許文献8においては、画像表示用装置の保護に必要な衝撃吸収性を有し、耐湿信頼性に優れた粘着力を有する光学用樹脂組成物が記載されているが、これについても周辺ムラについては何ら示唆されていない。なお、実施例においては、透明シートを得てそれを液晶パネルに貼合しているため、樹脂組成物から硬化体層を形成する際の硬化収縮による不具合が問題とはならないものである。
そして、上記tanδの範囲を達成するための樹脂組成物の構成についても、その構成成分とガラス転移温度(Tg)との関係が重要であることを見いだしたものである。
これにより、硬化物の発散傾向を充分に抑制できる。例えば、使用温度範囲において高温(通常、60℃近傍)となっても、相転移ほどの劇的な変化はなく、樹脂がゴム状へ緩やかに移行し、追従性が良くなった状態になるだけとすることができる。この結果、内部応力の緩和が起こりやすい状態としたり、分子間の架橋が維持され、樹脂を架橋した分子骨格が残った状態としたりすることができる。したがって、温度降下にともなって大きな応力が発生しないようにすることができ、表示エリア周辺の使用温度範囲において発生するスジムラを充分に抑制することができ、信頼性を大幅に向上することができる。
また、tanδの下限値としては、0以上とすることが好ましく、上記のように0.2以上とすることがより好ましいが、これにより硬化体を弾性的に充分に柔らかくすることができる。
上記のようなtanδを持つ樹脂組成物硬化体層においては、使用温度範囲(0〜70℃)にtanδが極大を持つ形態であってもよく、極大を持たない形態であってもよい。
上記モノマーとしては、後述する表1に示されるような(メタ)アクリレート系モノマーを1種又は2種以上用いることができる。脂肪族(メタ)アクリレート、グリコール系(メタ)アクリレート、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリレート及び脂環式(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。
上記オリゴマーとしては、1種又は2種以上のモノマー単位からなる二量体以上の多量体であり、通常、光学用途の樹脂組成物においてモノマーとともにオリゴマーとして用いられるものを使用することができ、例えば、重量平均分子量が500〜100000のものが挙げられる。
また、上記樹脂組成物は、モノマー成分として(メタ)アクリロイル基を分子内に2個以上有する化合物である架橋剤を含んでいてもよい。オリゴマー、モノマー以外に、ポリマーを含んでいてもよい。
すなわち、上記樹脂組成物硬化体層は、モノマー成分を含む樹脂組成物から形成されたものであり、(1)上記モノマー成分は、ガラス転移温度が20〜80℃以外のモノマーによって構成されたものである形態、具体的には、上記モノマー成分は、ガラス転移温度が20℃以下のモノマー及び/又はガラス転移温度が80℃以上のモノマーによって構成されたものである形態、又は、(2)上記モノマー成分は、ガラス転移温度が20〜80℃のモノマーとガラス転移温度が80℃以上のモノマーとによって構成されたものであり、樹脂組成物100質量%に対してガラス転移温度が80℃以上のモノマーが3質量%以上である形態である。なお、モノマーのガラス転移温度は、ホモポリマー(単独重合体)としたときのガラス転移温度である。
これらの好ましい形態を説明するために、先ず、ポリマーブレンドと相溶性に関して以下に述べる。下記するポリマーブレンド状態は、樹脂組成物硬化体の状態を概念的に示し、上記tanδの範囲を達成するための樹脂組成物の構成を説明するために推察したものである。
一般的に、2種類のポリマー(以下、ポリマーAとポリマーBという。)が非相溶状態である場合(図20、図21)は、ポリマーAの変移点とポリマーBの変移点が発生する。また、ポリマーAとポリマーBとが相溶状態である場合(図22)は、樹脂組成物硬化体における温度に対する貯蔵弾性率を示すグラフでは、ガラス転移温度に由来する変移点があるのみである。
UV硬化樹脂は、通常はランダム共重合体の集合であるところ、このようなランダム共重合体においては、異なる温度特性のポリマー群が海島構造で存在することになる。すなわち、ポリマーAの変移点とポリマーBの変移点が発生するタイプの樹脂である。
本発明で用いられる樹脂は、通常は、このようなポリマーAの変移点とポリマーBの変移点が発生するタイプの樹脂(UV硬化樹脂)である。このような樹脂において島ポリマー121を制御することにより、すなわち、島ポリマー121の変移点温度・島ポリマー率を制御することにより、tanδを制御することができ、上記したtanδ範囲を達成することができる。
ガラス転移温度が20℃以下のモノマーを用いた場合は、海ポリマー122の変移点(低温側から見て初めに現れる変異点)に重なる形で変移点が発生することとなる。また、ガラス転移温度が80℃以上のモノマーを用いた場合は、海ポリマー122の変移点以外であって、80℃以上に変移点が発生することとなる。いずれの形態、又はこれらを組み合わせた形態であっても、20〜80℃に変移点が発生することを防止することができる。
上記樹脂組成物の貯蔵弾性率としては、広い温度領域で小さく、全体的に小さいことが好ましい。例えば、60〜100℃において、貯蔵弾性率が0.03MPa以下であることが好ましい。より好ましくは、0.02MPa以下であり、更に好ましくは、0.01MPa以下である。
上記弾性率と収縮率の積は、歪の目安とすることを目的とした値である。上記樹脂組成物硬化体層は、樹脂組成物から硬化体となるときの体積収縮率(%)と、温度x(℃)における貯蔵弾性率(MPa)との積をyとすると、式logy<−6.6×10−3x+0.53を満たすことが好ましい。
上記式は、式σ=−E(1−2ν)・(−V/3)を用いて、算出することができる。
式中、σは、硬化収縮応力を表す。νは、ポアソン比(接着剤はおおよそ0.4〜0.5程度)を表す。Eは、弾性率(貯蔵弾性率)を表す。Vは、硬化収縮率(樹脂組成物から硬化体となるときの体積収縮率)を表す。
なお、上記式を満たすxの範囲は、下限値としては例えば10以上であり、好ましくは25以上である。またxの上限値としては例えば80以下であり、好ましくは60以下である。
上記貯蔵弾性率及び損失弾性率は、動的粘弾性測定装置(セイコーインスツールメント社製 DMS−6100)を使用し、試験片 50×10×4mm、測定温度−100〜100℃(昇温速度 2℃/min)、周波数 1Hz、モード 引張にて測定した。
また、tanδは、測定した貯蔵弾性率と損失弾性率との比から算出した。
非反応成分と相溶するポリマー、オリゴマー、フタル酸エステル類、ヒマシ油類等が挙げられる。オリゴマー又はポリマーとして、ポリイソプレン系、ポリブタジエン系又はキシレン系のオリゴマー又はポリマーを例示できる。これらの柔軟化成分は、クラレからLIRシリーズ、デグッサ社からポリオイルシリーズとして市販されている。これらの柔軟化成分は、1種類又は2種類以上を使用できる。
上記骨格形成成分と上記非反応成分との配合比は、質量比で30:70〜70:30であることが好ましい。より好ましくは、40:60〜60:40である。
その他にも、例えば、樹脂組成物が硬化した状態のシート(シート状樹脂又は粘着シートともいう。)を前面板と表示パネルとで挟むことによって樹脂組成物硬化体層を形成してもよい。
樹脂組成物が塗布又は充填される場合、貼合面の前面板か表示パネルかの何れか又は両方に樹脂組成物を塗布した後、この樹脂組成物を介して前面板とディスプレイ面を互いに貼合せ、その後UV光で硬化させるのが一般的である。粘着シートを用いる場合、シート状樹脂を透明なフィルムで侠持したものを用い、例えば前面板にシート状樹脂をまず貼り、その後ディスプレイ表面と前面板に貼られたシート状樹脂面とを貼合させることが行われる。
そして、大型ディスプレイにUV樹脂で前面板を貼合する場合には、硬化過程で生じる収縮を抑えることが課題となる。また、熱硬化型の樹脂では、硬化が開始される高温が応力の無いポイントで、硬化後の温度降下で上記の様な応力が発生することから、周辺スジは解消しにくいといえる。本発明においては、このような硬化収縮による周辺ムラを抑え、また高温熱履歴後のスジムラを効果的に抑制することができることから、UV硬化タイプを用いる場合に好適に適用されることになる。
上記TV用大型ディスプレイの前面板の厚みは、通常は、1mm以上である。好ましくは、2.5〜3.0mmであることが好ましい。なお、表示パネルが液晶表示パネルの場合は、液晶表示パネルを構成する一対の基板のそれぞれの透明基板(ガラス基板等)は、通常は、0.4〜1.0mmである。
本発明の表示装置の好適な形態は、上述した本発明の前面板付表示パネルの好適な形態と同様である。このような表示装置としては、液晶表示装置、EL(Electroluminescence)表示装置、プラズマディスプレイ等が挙げられ、携帯電話やゲーム機等の小型から、TVや野外インフォメーションディスプレイ等の大型サイズまで適用することができ、また、タッチパネル標準装備表示装置として好適である。クリープ性を充分に低減する観点からは、筐体側(表示面側と反対側)にパネルを支える機構が備わっていることが好ましい。その他の構成要素については、特に限定されるものではない。
本発明の樹脂組成物の好適な形態は、本明細書中に記載した本発明の前面板付表示パネルにおける樹脂組成物の好適な形態と同様である。その他の構成成分等については、本発明の効果を発揮する限り、特に限定されるものではない。
図1は、実施形態1に係る前面板付液晶表示パネルを示す断面模式図である。なお、図1では後述する図2に示す液晶表示パネルのA−A’線に沿う断面が模式的に示されている。
図1には、前面板である前面ガラス10が、樹脂組成物硬化体層である接着樹脂11を介して設置された前面板付表示パネル100が示されている。接着樹脂11は、液晶表示パネル14の表示面側(観者側)の表面に設置された偏光板13上に設けられている。液晶表示パネル14の背面側には、偏光板15及びバックライトユニット16がこの順で設けられている。液晶表示パネル14とバックライトユニット16との間は、例えばフレームを介して接合されている。
上記前面板の厚みは、通常は、2.5mm以上、3.0mm以下とすることができる。また、樹脂組成物硬化体層の厚みとしては、樹脂組成物を介して前面板とディスプレイ面を互いに貼合せ、その後UV光等で硬化させた場合は通常は0.05〜15mmとすることができ、より好適な態様としては、0.1〜0.5mmとすることができる。また、表示パネルが液晶表示パネルの場合は、液晶表示パネルを構成する一対の基板のそれぞれの透明基板(ガラス基板等)は、通常は、0.4〜1.0mmとすることができる。なお、粘着シートを用いた場合、例えば0.1〜1mmとすることができる。
図2に示されるように、液晶表示パネル14の表示面側の偏光板13と液晶表示パネル14の背面側の偏光板15は、通常は、液晶表示パネル14の外周よりも小さく貼り付けられている。
実施形態1の液晶表示パネルにおける樹脂組成物硬化体は、例えば、20〜30℃で硬化を実施することができる。樹脂組成物が、硬化反応において、早期硬化成分と遅延硬化成分をもち、これにより、早期硬化成分が、早い段階で硬化が進み体積を決めて樹脂組成物から硬化体となるときの体積収縮率を低減するとともに、遅延硬化成分により、硬化後の所望の弾性率を得ることができる。また、クリープ性を低減することも可能である。
実施形態1では、樹脂組成物硬化体層は、モノマー成分を含む樹脂組成物から形成されたものであり、該モノマー成分は、ガラス転移温度が20〜80℃以外のモノマーによって構成されたものである。これにより、図4に示されるように、20〜80℃において変異点が発生することを充分に防止することができる。そして、図5では、使用温度範囲におけるtanδの値を充分に小さくすることができることが示されている。中でも、上記モノマー成分は、ガラス転移温度が20℃以下のモノマーとガラス転移温度が80℃以上のモノマーとによって構成されたものである形態が好ましい。
図6〜図8は、この順に島ポリマー率が減少していることを模式的に現している。島ポリマー率を20%以下とすることによっても、損失正接を好適に調整し、実施形態1の損失正接範囲を達成することが可能である。
非反応成分の相変態、相変化温度は、骨格形成成分のそれよりも高温側にある。
実施例1〜8及び比較例1、2における樹脂組成物硬化体層を形成する樹脂組成物におけるモノマー成分の構成について、下記表2及び表3に示す。下記表中、「オリゴマー」、「モノマーA」、「モノマーB」、「モノマーC」、「モノマーD」、「非反応成分A」、「非反応成分B」の各項目において、○は、樹脂組成物中にその成分を使用したことを意味し、×は、樹脂組成物中にその成分を使用しなかったことを示す。使用モノマーのTg範囲は、下記のようになる。モノマーA〜C:Tg範囲20〜80℃、モノマーD:Tg範囲80℃以上。
実施例1〜5、7、比較例2における樹脂組成物の貯蔵弾性率を示す。後述する表4に示すように、実施例1〜5で周辺ムラが良品といえる程度に解消した。特に、実施例2及び実施例4においては周辺ムラが実質的に解消したといえる。
実施例2及び実施例4は、図9に示した実施例・比較例の中でも広い温度領域で弾性率が小さく、弾性率は全体的に小さいほうが好ましいことがわかる。
一方、室温付近から60℃付近で弾性率が極端に小さくなる比較例2では、周辺ムラが発生した。
したがって、小さいとはいえ急激な変化は周辺ムラには不適応で、新たな応力発生の原因となり得る。
この点は、tanδをみると、比較例2は相変化的な物性変化が60℃近傍で起きていることが伺われることから、架橋した分子骨格が残った状態が必要であることがいえる。
図11は、樹脂組成物硬化体の温度に対する損失正接(tanδ)を示すグラフである。
図12は、樹脂組成物硬化体の温度に対する損失正接(tanδ)を示すグラフである。
図13は、樹脂組成物硬化体の温度に対する収縮率と貯蔵弾性率との積を示すグラフである。
また、表中の各項目については以下の通りである。硬化条件は、アイグラフィックス メタルハイドライトランプ ORK照度計を用いて波長350nmの紫外光を照射し、硬化を行ったものである。タイプA硬度は、「JISハンドブック ゴム−1 2007年、K−6253 ゴム硬さ試験方法」に準拠し、25℃で測定した。収縮率は、体積収縮率を示す。貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置(セイコーインスツールメント社製 DMS−6100)を使用し、試験片50×10×4mm、測定温度−100〜100℃(昇温速度2℃/min)、周波数1Hz、モード引張にて測定した。G/G接着強度は、試料をφ5mm、厚さ0.3mmでガラス/ガラス十文字に貼合せし、UV硬化させる。下ガラスを固定して、引張り試験速度:5mm/minにて上ガラスを引っ張り、試験片が剥がれた時点の最大荷重の値を接着強度とした。透過率及びYI(黄色度)は、試料厚0.3mmtを設定し、ガラスとガラスに挟んでUV硬化させ、紫外・可視分光光度計 JASCO V−570(日本分光社製)により硬化物の400nmから800nmの光透過率を測定した。測定値よりYIを算出した。
液体からの硬化においては、硬化反応は室温付近で進行するため、温度による寄与は少なく、収縮率が応力発生のドライビングフォースと成り得ると考えられる。裸眼レベルまでを良品とすれば、次に述べる弾性率との関係もあるが、4.5%以下に設定するのが良い。
硬化後の動きは、弾性率の寄与が大きいと考えられる。
弾性率と収縮率の積を歪の目安としてプロットすると、60℃放置後において周辺ムラが観察されないのは実施例2〜5であり、収縮率*弾性率は、60℃で0.16以下、25℃で0.37以下であることが好適である。
しかし、比較例2は、上記範囲にあるにも拘らず、周辺ムラが発生している。このことから、単に貯蔵弾性率を下げるだけでは不充分である。
そこでtanδのグラフ(図11、図12)を見てみると、比較例2は50℃を越えた辺りに大きなピークがあって発散傾向があることがわかり、収縮率と弾性率の積のグラフ(図13)でも40℃から60℃にかけて大きく落ち込んでいる。
これは、樹脂の相転移に相当する変態があることを示しており、端的には、樹脂が液状に近くなっていると考えられる。したがって、60℃以上では、流動を伴って応力状態を緩和しやすい状態と考えられる。ところが60℃以上で応力が緩和された状態から温度降下するときには、膨張係数の違い等から平衡点が移り新たな応力が発生し始めるときに、弾性が急激に復活するため、流動し難くなり応力を内包しやすくなると考えられる。そして室温では応力を内包した状態になったと考えられる。
この結果より、tanδは、使用温度範囲(0〜70℃)において、0≦tanδ≦2(好ましくは、0<tanδ<2)であることが良く、周辺ムラに対して有効である。また、好適な形態としては、10〜60℃で0.2≦tanδ≦2.0(より好ましくは、0.2<tanδ<2.0)である形態が挙げられる。使用温度範囲(0〜70℃)で上記数値範囲を満たすことも好ましい形態の一つである。
10:前面ガラス
11:接着樹脂
13、15:偏光板
14:液晶表示パネル
14a:シール材
16:バックライトユニット
31:周辺ムラ部
31a:白ムラ部
31b:黒ムラ部
121:島ポリマー
122:海ポリマー
123:相溶状態の樹脂組成物硬化体
Claims (8)
- 前面板が樹脂組成物硬化体層を介して設置された前面板付表示パネルであって、
該樹脂組成物硬化体層は、0〜70℃における損失正接が2以下であることを特徴とする前面板付表示パネル。 - 前記樹脂組成物硬化体層は、モノマー成分を含む樹脂組成物から形成されたものであり、
該モノマー成分は、ガラス転移温度が20〜80℃以外のモノマーによって構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の前面板付表示パネル。 - 前記モノマー成分は、ガラス転移温度が20℃以下のモノマー及び/又はガラス転移温度が80℃以上のモノマーによって構成されたものであることを特徴とする請求項2に記載の前面板付表示パネル。
- 前記樹脂組成物硬化体層は、モノマー成分を含む樹脂組成物から形成されたものであり、
前記モノマー成分は、ガラス転移温度が20〜80℃のモノマーとガラス転移温度が80℃以上のモノマーとによって構成されたものであり、樹脂組成物100質量%に対してガラス転移温度が80℃以上のモノマーが3質量%以上であることを特徴とする請求項1に記載の前面板付表示パネル。 - 前記樹脂組成物硬化体層は、樹脂組成物から硬化体となるときの体積収縮率が4.5%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の前面板付表示パネル。
- 前記樹脂組成物硬化体層は、樹脂組成物から硬化体となるときの体積収縮率(%)と、樹脂組成物硬化体層における貯蔵弾性率(MPa)との積が60℃で0.16以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の前面板付表示パネル。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の前面板付表示パネルを備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の前面板付表示パネルの樹脂組成物硬化体層を形成するのに用いられることを特徴とする樹脂組成物。
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