JP2004279983A

JP2004279983A - 液晶表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP2004279983A
Application number: JP2003074552A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Seki; 壽久関
Original assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Current assignee: Kawaguchiko Seimitsu Co Ltd; Kawaguchiko Seimitsu KK
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】高分子分散液晶の封口作業の効率を向上する
【解決手段】下透明基板の上面に下透明電極を設けた下基板と、上透明基板の下面に上透明電極を設けた上基板とを、スペーサを介して一定の間隔に対向して配置し、前記上下基板を一部分に開口部を設けた封止材で接合し、該封止材の開口部から高分子分散液晶を注入して封口材で開口部を封口してなる液晶表示装置において、前記上下基板の間に熱可塑性の接着性微粒子を分散して設け、この接着性微粒子を加熱、加圧の下で上下基板双方の内面に接合させる。ギャップが均一の下で上下基板が接着性微粒子に固く接合しているので、高分子分散液晶を注入しても上下基板の変形が起きず、加圧封口の必要性がなくなる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高分子分散液晶を用いた液晶表示装置及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年デスプレイや調光ガラス、腕時計としての用途に高分子分散液晶が利用されている。この高分子分散液晶は０．５〜数μｍの液晶微粒子が高分子材料中に分散されているものであり、電界の有無により光透過の状態（透明）と光散乱の状態（白濁）の間を変化する。このような液晶としては、ＰＮＬＣＤ、ＰＤＬＣＤ、ＮＣＡＰ、ＰＳＣＴ等が知られている。
【０００３】
高分子分散液晶は光散乱を利用するものであるので、従来の多く使用されているＴＮ型液晶やＳＴＮ型液晶と比べると偏光板を用いる必要がなく、透過率が高く光の利用効率が良いという特徴を持っている。また、高分子分散液晶を用いて液晶表示装置を製造するに当たっては、ラビングによる分子配向処理を行う必要もないため製造プロセスを短縮できるという特徴も持っている。
【０００４】
この高分子分散液晶を用いた従来の液晶表示装置は、一般的に、図５、６に示すような構造をとっている。図５は従来の高分子分散液晶を用いた液晶表示装置の平面図、図６は図５におけるＥ−Ｅ断面図を示したものである。尚、図５において、透明電極及びそれと接続形成される配線電極のパターンは省略してある。
【０００５】
図５、図６より、従来の高分子分散液晶を用いた液晶表示装置２０は、下透明基板２の上面に下透明電極３を設けた下基板１と上透明基板１２の下面に上透明電極１３を設けた上基板１１とをスペーサ１５を挟んで一定のギャップ（隙間）を持たせて対向して配置し、封止材１８を介して上下基板１１、１を接着固定し、そして、上下基板１１、１の内部に高分子分散液晶１７を注入し、封口材１９を介して封入した構造を取っている。また、下基板１を構成する下透明基板２は一方端に延びた額縁２ａを持っており、その額縁２ａの一部分に、上記下基板１の下透明電極３に接続する引き回し電極パターン（図５中、略）が封止材１８の外側にまで延設（図６中、３ａの部分）されて集合し、同様に、上基板１１の上透明電極１３に接続する各々の引き回し電極（図５中、略）も封止材１８の外側にまで延設（図６中、１３ａの部分）されると共に導電性接着剤１４を介して額縁２ａに集合している。そして、額縁２ａに設けた駆動ＩＣ７やＦＰＣケーブル８に接続している。更にまた、下基板１の下面には反射板６を設けている。尚、上記構造は下透明基板２に額縁２ａを形成しているが、上透明基板１２の方に額縁を形成することもおこなわれている。
【０００６】
上記構造の各構成部品は次のようなものから形成している。上透明基板１２と下透明基板２は透明なガラスが使用される。ガラスとしてはソーダガラスや石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、普通板ガラス等のものが利用され、多くは０．３〜１．１ｍｍの厚みのものが選択される。上透明基板１２及び下透明基板２に形成される上透明電極１３（セグメント電極とも云う）と下透明電極３（コモン電極とも云う）、並びに図示はしていない各配線電極パターンは錫をドープした酸化インジウムのＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜で形成している。このＩＴＯ膜は真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等でＩＴＯ膜を形成し、その後、このＩＴＯ膜をエッチング法で所望の形状に仕上げられる。スペーサ１５は上下基板１１、１を一定の間隔に保つために設けるもので、絶縁性と透明性が求められることからガラスボールやプラスチックボール等が使用される。また、このボールの粒径は設計する上下基板１１、１のギャップ量（隙間量）に合わせて選定されるが、概ね４〜１０μｍのものが選択される。封止材１８は熱硬化性のエポキシ樹脂や光硬化性のアクリル樹脂等を使い、一部分に開口部１８ａを設けてスクリーン印刷等で形成する。この開口部１８ａは高分子分散液晶１７を注入するために設けるもので、注入後は封口材１９で封口される。高分子分散液晶１７は高分子材料（モノマー）と液晶材料（例えば、ネマティック液晶など）の混合材料で、紫外線照射によってモノマーが重合してポリマーネツトワークを形成するＰＮＬＣＤと呼ばれる液晶などがよく利用される。注入は真空注入方法をとる。封口材１９は熱硬化型樹脂接着剤や紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂接着剤などいずれも使うことができるが、多くは熱膨張変形を避けるために紫外線硬化型接着剤が使われている。ディスペンサーなどでシール材１８の開口部１８ａに滴下して塗布する。
【０００７】
反射板６は透過した光を反射させるために設けるもので、アルミ板やステンレス板、銀メッキや銀蒸着を施した金属板等が多く用いられ、鏡面状態にして使用することが多い。しかし特にこれらの材料に限定されるものではなく、塗装を施したものでも使用できる。駆動ＩＣ７は上下の透明電極１３、３に電圧を印加して表示の駆動を行わせる回路を組み込んだ集積回路である。この駆動ＩＣ７は引き回し電極パターンに異方性導電接着剤などを介して接着固定される。ＦＰＣケーブル８は外部から電圧を印可するために設けるもので、異方性導電接着剤を介して配線電極パターンに接着固定される。
【０００８】
高分子分散液晶であるＰＮＬＣＤ（ポリマーネットワーク液晶）の表示は、電圧無印加時の液晶とポリマーネットワーク（ＰＮ）の屈折率差による散乱状態と、電圧印加時に液晶とＰＮの屈折率差がなくなることによる透明状態により行う。原理的に電圧無印加時の散乱度合いはギャップの大きさに比例する。表示色調として見るなら、散乱状態の場合は白濁色を示し、透明状態の場合は下基板１の下面に設けた反射板６の色調が現れる。ギャップにバラツキあると散乱度合いが不均一になり白濁色にムラが現れてきて品質の良い表示ができない。従って、品質の良い表示を行う上で散乱度合いの均一性が必要不可欠となり、ギャップの均一性が強く求められる。
【０００９】
均一なギャップを得る技術として、特開平１０−１８６３３５号公報に開示された技術がある。この技術によれば、上下基板１１、１の内部に高分子分散液晶１７を注入した後で、図７に示すような封口方法を取っている。図７は液晶表示装置２０ａの加圧装置を模式化した模式図である。加圧装置１００は、大きくは、フレーム１０１と平坦な載品台１０２と袋状になったシリコンラバー１０３から構成されていて、載品台１０２の上に高分子分散液晶が注入された状態の液晶表示装置２０ａを載置し、袋状になったシリコンラバー１０３の内部にガスを注入することによってシリコンラバー１０３が膨れて液晶表示装置２０ａを加圧する仕組みになっている。
【００１０】
真空注入機で上下基板１１、１の内部に開口部１８ａから高分子分散液晶１７を注入すると、上下基板１１、１が変形してギャップが大きくなって不均一な状態になる。この状態の液晶表示装置２０ａを図７に示す加圧装置１００で加圧してギャップを均一にする。加圧すると内部の余分な高分子分散液晶１７が開口部１８ａから溢れ出してくる。この溢れ出した高分子分散液晶１７を拭き取り、封口材１９を開口部１８ａに塗布し、少し減圧して封口材１９を開口部１８ａの奥に向かって少し引き込ませる。
【００１１】
上記の加工を施した後、液晶表示装置２０ａを取出し、表示面をマスキングの下で封口材１９に紫外線照射を行い、封口材１９を硬化させる。またその後に高分子分散液晶１７に紫外線照射を行って高分子材料（モノマー）をポリマーネットワークの状態にする。このような封口方法を取ってギャップの均一化を図ったものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような封口方法は、１個〜数個を加圧装置に取付け、取外すものであるから、その作業に手間が掛かる。また、紫外線照射を封口材１９の照射と高分子分散液晶１７の照射との２回に渡って行っているので、紫外線照射の処理時間も長く掛かる。このようなことから生産効率が非常に悪い。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑みて成されたもので、その解決手段として、下透明基板の上面に下透明電極を設けた下基板と、上透明基板の下面に上透明電極を設けた上基板とを、スペーサを介して一定の間隔に対向して配置し、前記上下基板を一部分に開口部を設けた封止材で接合し、該封止材の開口部から高分子分散液晶を注入して封口材で開口部を封口してなる液晶表示装置において、前記上下基板の間に接着性微粒子を分散して設けてあり、該接着性微粒子が前記上下基板双方の内面に接合していることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記の接着性微粒子の上下基板間に分散する散布量が２０〜４０個／ｍｍ^２であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記の接着性微粒子の粒径が、接合前のブランク状態で、スペーサの粒径の１．２〜１．５倍の大きさであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記の前記接着性微粒子の接合した状態での最大径部の断面積はスペーサの最大径部の断面積と略同一か僅かに大きいことを特徴とするものである。
【００１７】
また、液晶表示装置の製造方法として、下透明基板の上面に下透明電極を設けた下基板と、上透明基板の下面に上透明電極を設けた上基板とを、スペーサを介して一定の間隔に対向して配置し、前記上下基板を一部分に開口部を設けた封止材で接合し、該封止材の開口部から高分子分散液晶を注入して封口材で開口部を封口してなる液晶表示装置の製造方法において、前記上下基板の何れか一方の基板面上に前記スペーサと熱可塑性の接着性微粒子とを分散載置する工程と、前記上透明電極と前記下透明電極との間に導電性物質を形成する工程と、他方の基板面上に封止材を印刷形成する工程と、前記上下基板を対向配置した下で加圧、加熱して上下基板を接合する工程と、前記高分子分散液晶を注入する工程と、前記封口材を塗布する工程と、前記封口材と高分子分散液晶に紫外線を照射する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記基板面上に分散載置する接着性微粒子の量が２０〜４０個／ｍｍ^２であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記基板面上に分散載置する接着性微粒子の粒径が、前記スペーサの粒径の１．２〜１．５倍の大きさであることを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記封口材を塗布する工程は加圧を加圧を施さないで行うことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係り、図をもって説明する。図１は本発明の実施形態に係る液晶表示装置の平面図。図２に図１におけるＥ−Ｅ断面図、図３は図２における要部拡大図、図４は本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する説明図を示している。尚、従来と同一構成部品は同一符号を付すと共にその詳細説明は省略する。
【００２２】
図１、図２、図３より、本発明の実施形態に係る液晶表示装置５０の構造は、下透明基板２の上面に下透明電極３を設けた下基板１と、上透明基板１２の下面に上透明電極１３を設けた上基板１１とをスペーサ１５と接着性微粒子５６を挟んで一定のギャップ（本実施の形態では６μｍのギャップ量）を持たせて対向して配置し、封止材１８でもって上下基板１１、１の外周縁を周回して接合している。そして、封止材１８の一部分に設けた開口部１８ａから上下基板１１、１の内部に高分子分散液晶１７を注入し、封口材１９でもって高分子分散液晶１７を封入した構造を取っている。また、下基板１を構成する下透明基板２は一方端に延びた額縁２ａを持っており、その額縁２ａの一部分に、上記下基板１の下透明電極３に接続する配線電極パターン（図１中、省略）が封止材１８の外側にまで延設（図２中、３ａの部分）して集合し、同様に、上基板１１の上透明電極１３に接続する各々の配線電極（図１中、省略）も封止材１８の外側にまで延設（図２中、１３ａの部分）すると共に導電性接着剤１４を介して額縁２ａに集合している。そして、額縁２ａに設けた駆動ＩＣ７やＦＰＣケーブル８に接続している。更にまた、下基板１の下面には反射板６を設けている。
【００２３】
ここで、上記接着性微粒子５６は透明電極１３、３が形成された上下基板１１、１の内面に接着して固く接合している。また、上下基板１１、１の間に封入された高分子分散液晶の高分子材料がポリマーネットワークを形成している。
【００２４】
上記本発明の構造を従来例の構造と比較すると、接着性微粒子５６が上下基板１１、１の間に分散して、双方の内面に固着して設けてある所のみ異なっている。
【００２５】
本実施形態においては接着性微粒子５６は熱可塑性樹脂球である、商品名：ＢＳＴ−７５０ＫＬ（綜研化学製）、平均粒径８μｍのものを使用している。また、スペーサ１５はギャップを６μｍに押さえるために６μｍ粒径のシリカボールを使用している。従って、本実施形態における接着性微粒子５６の粒径は、使用スペーサ６μｍの粒径の約１．３３倍のものを使用している。また、この接着性微粒子５６はグリシジル（メタ）アクリレートとアルコキシシラン化合物との共重合した（メタ）アクリル系接着樹脂からなるものであり、加熱することで応力が加わる方向に比較的自由に塑性変形する。本実施の形態では、加熱温度１８０゜Ｃの下で加圧力４００ｇｒ／ｃｍ^２、加圧時間６０分行ったところ接着性微粒子５６が柔らかくなって加圧部分の所が横に膨らんできて図に示すように断面が略四角の四角柱または円柱形状を成している。このように柱状に膨らんだ接着性微粒子５６最大径に相当する部分の断面積がスペーサ粒子の最大径部の断面積と同一若しくは僅かに大きい程度になるような目安で接着性微粒子５６の粒径を選択する。これは、上下基板の接着強度を優先する余りに、大きな粒径の接着性微粒子を用いると、これが押し潰れて表示面で視認されてしまい、好ましくない。尚、接着性微粒子５６は（メタ）アクリル系接着樹脂に限らず、エポキシ系接着樹脂のものでも適用できる。
【００２６】
本実施形態では接着性微粒子の粒径がスペーサ粒子粒径の１．３３倍のものを用いたが、実験の結果接着性被粒子５６が選択可能な粒径範囲はスペーサ１５の粒径に対して１．２〜１．５倍のものが効果を損なうことなく使用できる。スペーサ１５の粒径６μｍの下で微粒子５６の粒径選択実験を行った所、７μｍでは僅かに固着力不足、７．５μｍ，８μｍ，９μｍのものは固着力及び外観状況は共に良好、１０μｍのものは固着力は良好であるが上から見た観察ではザラザラ感的なものが現れて目に見えてきて、外観的に好ましくないものであった。上から見た観察で、スペーサ１５と殆ど同じ大きさか、僅かに大きい位かと感じる大きさであれば全く違和感を感じさせない。粒径が大きければ固着力は強くなるが前述の外観上の問題が出てくる。
【００２７】
固着力は接着性微粒子５６の散布量によっても影響を受ける。散布量は２０〜４０個／ｍｍ^２が好適な範囲で、より好適には２５〜３５個／ｍｍ^２の範囲である。これより少ないと上下基板の十分な固着力が得られず、これより多い散布量とすると、表示面の接着性微粒子の数が増えて液晶表示面の透過率が低下し、視認品質が劣化する問題が生ずる。また、コスト高の要因ともなる。上記散布量範囲の中で数が少ない場合は粒径の大きいものを使用すると目的とする接合力は十分に得られる。
【００２８】
次に、本発明の液晶表示装置の製造方法を説明する。図４に示すものは製造方法を説明する説明図であるが、分かり易くするために接着性微粒子５６、ギャップ量などは誇張して大きく描いてある。最初に、下透明基板２の上面に下透明電極３を設けた下基板１の上面にスペーサ１５と接着性微粒子５６とを散布機で散布して分散載置する（（ａ）図）。散布は湿式方法或いは乾式方法何れでも良い。また、それぞれ個別に散布しても良いし、混ぜ合わせたものを一度に散布しても良い。接着性微粒子５６の散布量は２０〜４０個／ｍｍ^２の範囲で設定する。本実施形態では２５個／ｍｍ^２とした。スペーサ１５の散布量は使われる液晶の種類によって異なるが、例えば、ＴＮ型液晶を使用した場合などは５０〜１００個／ｍｍ^２位が目安となる。この下透明基板２側に前述の導電性接着剤１４（図中略）を形成する。次に、一方側の基板である上基板１１に封止材１８をスクリーン印刷などで印刷して形成する（（ｂ）図）。この封止材１８には一部分に開口部１８ａを設けている。次に、スペーサ１５と接着性微粒子５６を分散載置した下基板１と封止材１８を形成した上基板１１を対向して位置を合わせて配置し、図７で示した加圧装置で加熱とともに加圧する（（ｃ）図）。（ｃ）図は加熱、加圧を行った後の状態を示した図である。前述したように、スペーサ１５の６μｍ粒子と接着性微粒子５６の８μｍ粒子を使って、加熱温度１８０度の下で加圧力４００ｇｒ／ｃｍ^２、加圧時間６０分の加圧処理を行っている。上下基板１１、１のギャップ量が６μｍとなり、接着性微粒子５６は圧力が加わった部分は溶解して横にはみ出し、略円柱状の形状を示して上下基板１１、１に接合している。この時同時に、封止材１８も上下基板１１、１に接合して硬化される。封止材１８と接着性微粒子５６の硬化処理は、加熱温度１５０〜１８０度、加圧力２００ｇｒ〜１．０ｋｇ／ｃｍ^２、加圧時間３０〜９０分の範囲の中で適宜設定すると良い。次に、上下基板１１、１の中に開口部１８ａから高分子分散液晶１７を真空注入機でもって注入する（（ｄ）図）。次に、開口部１８ａの所にディスペンサーなどで封口材１９を塗布する（（ｅ）図）。最後に、紫外線を照射して封口材１９の硬化処理と高分子分散液晶の高分子材料をポリマーネットワーク化させる（（ｆ）図）。紫外線の照射は、強度２０〜８０ｍＷ／ｃｍ^２、時間１５〜１２０分、温度１５〜４０°Ｃの範囲の中で信頼性と表示特性などを考慮して適宜設定すると良い。
【００２９】
接着性微粒子５６を上下基板１１、１の間に分散して配設し、上述した製造方法の下で上下基板１１、１の双方の内面に接着固定することによって、上下基板１１、１が均一なギャップ量の下で固く接着性微粒子で随所で保持されているので、高分子分散液晶を注入してもギャップ量は全く変わらず、均一な設定値通りのギャップ量が保持される。従って、従来行っていた液晶注入後の封口作業において加圧作業は全く不要になる。また、接着性微粒子５６の接着固定は封止材１８の封止行程の中で同時に行うので、何ら余分の行程は必要としない。
【００３０】
また、上記製造方法では、封口材１９の硬化と高分子材料のポリマーネットワーク形成は一度の紫外線照射で行っている。これは、別々に行うと信頼性への影響や表示特性への影響が生じることによる。一回の紫外線照射で封口材１９の硬化と高分子材料のポリマーネットワーク形成を同時に行っているので非常に効率的な作業となっている。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に述べたように、本発明の液晶表示装置は、接着性微粒子が上下基板の間にあって所定のギャップ量を均一に保持した状態で上下基板の内面に強固に接合しているので、高分子分散液晶を注入しても上下基板に変形が起こらず、注入後も均一なギャップ量が保持できる。このことにより、従来行っていた１個１個の加圧処理作業をなくすことができ、また、封口材の塗布作業も加圧下で行う必要もなく、作業効率が一段と向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の平面図である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図３】図２における要部拡大図である。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明する説明図である。
【図５】従来の高分子分散液晶を用いた液晶表示装置の平面図である。
【図６】図５におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図７】液晶表示装置の加圧装置を模式化した模式図である。
【符号の説明】
１下基板
２下透明基板
３下透明電極
６反射板
７駆動ＩＣ
８ＦＰＣケーブル
１１上基板
１２上透明基板
１３上透明電極
１４導電性接着剤
１５スペーサ
１７高分子分散液晶
１８封止材
１８ａ開口部
１９封口材
２０、５０液晶表示装置
５６接着性微粒子

Claims

下透明基板の上面に下透明電極を設けた下基板と、上透明基板の下面に上透明電極を設けた上基板とを、スペーサを介して一定の間隔に対向して配置し、前記上下基板を一部分に開口部を設けた封止材で接合し、該封止材の開口部から高分子分散液晶を注入して封口材で開口部を封口してなる液晶表示装置において、前記上下基板の間に熱可塑性の接着性微粒子を分散して設けてあり、該接着性微粒子が前記上下基板双方の内面に接合していることを特徴とする液晶表示装置。
前記接着性微粒子の上下基板の間に分散する散布量は２０〜４０個／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記接着性微粒子の粒径は、前記接合する前のブランク状態で、前記スペーサの粒径の１．２〜１．５倍の大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
前記接着性微粒子の前記接合した状態での最大径部の断面積は前記スペーサの最大径部の断面積と略同一か僅かに大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置
下透明基板の上面に下透明電極を設けた下基板と、上透明基板の下面に上透明電極を設けた上基板とを、スペーサを介して一定の間隔に対向して配置し、前記上下基板を一部分に開口部を設けた封止材で接合し、該封止材の開口部から高分子分散液晶を注入して封口材で開口部を封口してなる液晶表示装置の製造方法において、前記上下基板の何れか一方の基板面上に前記スペーサと熱可塑性の接着性微粒子とを分散載置する工程と、前記上透明電極と前記下透明電極との間に導電性物質を形成する工程と、他方の基板面上に封止材を印刷形成する工程と、前記上下基板を対向配置した下で加圧、加熱して上下基板を接合する工程と、前記高分子分散液晶を注入する工程と、前記封口材を塗布する工程と、前記封口材と高分子分散液晶に紫外線を照射する工程と、を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記基板面上に分散載置する接着性微粒子の量は２０〜４０個／ｍｍ^２であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の製造方法。
前記基板面上に分散載置する接着性微粒子の粒径は、前記スペーサの粒径の１．２〜１．５倍の大きさであることを特徴とする請求項５又は６に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記封口材を塗布する工程は加圧を施さないで行うことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置の製造方法。