JP2009163081A - 液晶装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラスチック液晶セル自体のガスバリア性を高め、単独ないし他の手法と組み合わせて気泡発生までの寿命を延ばすことができる液晶装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 内面に駆動電極５、８が形成された上下基板１、３とシール２とによって囲まれた領域に液晶材料を封入した液晶セルにおいて、上下基板１、３の内面は、駆動電極の配線部を除き、シール２と接触している領域から基板１、３の側端部までの領域がＩＴＯからなる金属膜４、７で覆われている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶セルを備えた液晶装置及びそ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セルは、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ている。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。

このプラスチック基板を使った液晶セルは、従来から普及しているガラス基板を使った液晶セルと基本的に同じ構造である。液晶セルの一般的な構造を図６で説明する。図６は一般的な液晶セルの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。（ａ）では下基板６３上にシール６２と上基板６１が積層している様子を示している。下基板６３は上基板６１に対し延出部６４を有し、この延出部６４の表面には接続電極６５が形成されている。（ｂ）では上下の基板６１、６３とシール６２で囲まれた領域に液晶が封入された様子を示している。液晶層６６に接する上下基板６１、６３のそれぞれの内面には駆動電極（図示せず）が形成され、各駆動電極は接続電極６５と接続している。液晶層６６が旋光性を利用するＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶であるときは上下基板６１、６３の外面に偏光板が貼付けられ、液晶層６６が複屈折性を利用するＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）液晶などの場合は基板６１、６３と偏光板の間に位相差板が追加される。また液晶層６６が散乱型である場合は偏光板は不要である。

しかしながら上下基板６１、６３をプラスチック材料にするとガラス材料ではなかった様々な問題が現れる。そのなかで特に大きな問題は、プラスチック基板を通して大気が液晶層に侵入し気泡を発生することである。つまりプラスチック材料はガラスと違いガス透過性があるため常温常圧下でガスが透過する。もし仮に無垢のプラスチック材料だけの基板６１、６３で液晶セルを作成した場合、ガスが徐々に基板６１、６３を通して液晶層６６に溶け込み、液晶層６６に溶け込んだガスが飽和状態に達してしまうと、落下等の衝撃により液晶層６６内に気泡が発生する。

そこで、液晶セルに液晶を注入する直前において液晶の真空脱泡や基板６１、６３の真空焼成などにより液晶や基板６１、６３のガス濃度を下げておくことや、基板６１、６３表面にガスバリアー層を設けることなどによって気泡対策を行っていた。しかしながら液晶セルをマザー基板から切り出すと基板側面がむき出しになってしまうので、ここから液晶層に侵入するガスが問題となった（例えば下記特許文献１）。

ここで、図７を参照しながら、特許文献１が採用したガス侵入対策を説明する。図７は特許文献１の実施例１に係る液晶装置の断面図である。

まずこの液晶装置の構造を説明する。この液晶装置は、図の下側から反射板７８、下側の偏光板７７、液晶セル、上側の偏光板７７が積層している。液晶セルは、下側のプラスチック基板７１、下側の透明電極７２、下側の配向膜７３、スペーサ７４が混入した液晶層７６、上側の配向膜７３、上側の透明電極７２、上側のプラスチック基板７１が積層したものであり、両端のシール７５で上下のプラスチック基板７１を接着している。そして、液晶セルの側面にはガス侵入対策用のエポキシ接着剤７９が塗布されている。

次にこの液晶装置のガス侵入対策を説明する。プラスチック基板７１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。このガスバリア層で基板表面から液晶層７６に侵入しようとするガスを阻止する。液晶セルの側面のエポキシ接着剤７９は、プラスチック基板７１の切断面やシール７５を通して液晶層に侵入しようとするガスを阻止している。なおポリカーボネートに比べエポキシ樹脂はガスバリア性が高いので、この従来例が阻止しようとした主なガス侵入経路は基板７１を通して液晶層７６に至るものである。
特開２００１−２２１９９８号公報

たとえ特許文献１のようにセル側面にエポキシ材料など樹脂からなるガスバリア部材７９を設けても、やはり樹脂にはガス透過性があるため長期的にはガスが液晶層に侵入する。そこで樹脂製のガスバリア部材７９の表面にガスバリア性が著しく高い無機膜を設けることが考えられる。しかし樹脂表面上に形成した無機膜はピンホールやクラックが入り易いため完全にはガスの侵入を阻止できない。このように単独で完全なガスバリア手法はプラスチック液晶セルに見出されていない。そこで様々な方法を組み合わせることにより気泡が発生するまでの寿命（液晶層のガス濃度が飽和点まで達する時間）を延ばしている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、プラスチック液晶セル自体のガスバリア性を高め、単独ないし他の手法と組み合わせて気泡発生までの寿命を延ばすことができる液晶装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、内面に駆動電極が形成された上下基板とシールとによって囲まれた領域に液晶材料を封入した液晶セルを有した液晶装置において、上下基板のうちの少なくとも一方の基板の内面は、駆動電極の配線と接触しないように、シールから外側の領域が金属膜で覆われていることを特徴とするものである。

上下基板は、プラスチックからできていてもよい。

金属膜は、駆動電極と同じ材料からできていてもよい。

また、金属膜は、基板の内面に形成された反射膜と同じ材料からできていてもよい。

更に、金属膜は、基板の内面に形成された遮光膜と同じ材料からできていてもよい。

また、本発明は、内面に駆動電極が形成された上下基板とシールとによって囲まれた領域に液晶材料を封入した液晶セルを有した液晶装置の製造方法において、上下基板のうちの少なくとも一方の基板の内面に、駆動電極の配線と接触しないように、シールから外側の領域を覆う金属膜を形成する工程を有し、金属膜は、上下基板が切り出されるマザー基板上で隣接する他の上下基板の金属膜まで連続していることを特徴とするものである。

本発明によれば、シールから側端部までの領域から基板を経由して液晶層内に侵入するというガスの経路が金属膜で遮断されるため、ガスバリア性の高い液晶装置を実現することができる。

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、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。
（第１実施形態）

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の実施形態の液晶装置の上基板（ａ）、シール（ｂ）、下基板（ｃ）の平面図である。図２は第１の実施形態の液晶装置の要部断面図である。図３は第１の実施形態の液晶装置における下基板用のマザー基板の平面図である。なお４行４列のマトリクス型液晶セルにより説明する。

まず図１において透明電極パターン（金属膜パターン）とシールの関係を説明する。（ａ）において上基板１の下面には、ＩＴＯからなる４本の走査電極（駆動電極）５と、下辺を除く外周部にＩＴＯからなる金属膜４が形成されている。（ｂ）においてシール２は、上辺に注入孔６を有し、上下の基板１、３を重ね合わせたときに上辺と左右の辺の外側が金属膜４の内側と接し、シール２の下辺の外側（外縁）は上基板１の下辺より若干中央側に寄っている。（ｃ）において下基板３の上面には、信号電極（駆動電極）８と、信号電極用の接続電極（配線電極）８１と、走査電極用の接続電極（配線電極）８２と、これら接続電極８１，８２と接触しないように下辺を除く外周部にＩＴＯからなる金属膜７とが形成されている。金属膜７も上下の基板１、３を重ね合わせたとき、内側がシール２の外側と接する。

なお、金属膜７は配線電極が形成された辺の全体に渡って形成されていないが、これは配線電極間の隙間が小さく、辺全体に渡って金属膜７を形成しなくとも液晶層へのガス侵入の影響が小さいためである。配線電極間が広い場合などでは、配線電極が形成された辺に金属膜７を部分的に形成してもよい。

また、上下の基板１、３は上辺と左右の辺が一致するように重なり合い、下基板３の下部が上基板１から延出する。走査電極５と走査電極用の接続電極８２はシール２に混入させた導電粒子により接続される。

図２においてシール周辺部の構造をさらに詳しく説明する。図の左側の表示領域では、図の下から下基板３、信号電極８、下側の配向膜２４、液晶層９、上側の配向膜２３、走査電極５、上基板１が積層している。シール２は上基板１と下基板３を接着している。図の右側のシール２の外側では、下基板３の上面にＩＴＯからなる金属膜７、および上基板１の下面にＩＴＯからなる金属膜４が形成されている。

次に各部材を説明する。上下の基板１、３は、ポリカーボネイトからなる基板支持材の外側に、アンダーコート層、有機ガスバリア層、無機ガスバリア層、耐溶剤コート層が積層しており、全体として厚みが１２０μｍである。これらガスバリア層で基板表面から液晶層９に侵入しようとするガスを阻止する。走査電極５、信号電極８、金属膜４、７で使用しているＩＴＯは厚さが０．０３μｍで、液晶セルが曲がっても断線しにくいよう薄くしている。配向膜２３、２４は、厚さが０．０５μｍでポリイミドからなっている。シール２は幅が１ｍｍ程度のエポキシ接着剤である。液晶層９は厚みが７μｍで分子配列が厚み方向に９０゜ツイストしたツイストネマチック液晶からなっている。なおプラスチック基板１、３の間隔を一定に保つためのスペーサは図示していない。

次に金属膜４、７でガスバリア性が向上する理由を説明する。金属膜４がない場合、ガスは、シール２の外縁部から上基板１を経て液晶層９に至る経路２２を通って液晶層に侵入する。この場合、ガスが上基板１を通過する距離は１ｍｍである。一方、金属膜４が存在すると経路２２がなくなり、ガスは上基板の側端（切断面）から上基板１を経て液晶層に至る経路２１を通って液晶層９に侵入する。シール２の外縁から上基板１の側端までの
距離は概ね０．５ｍｍくらいなので、ガスが上基板１を通過する距離は１．５ｍｍとなる。この結果、金属膜４を設けたことで気泡発生に至るまでの寿命（ガス濃度が飽和点まで達すのに掛かる期間）が概ね１．５倍になり、気泡発生により尽きてしまう製品としての液晶装置の寿命が延長される。言い換えれば、液晶セル自体のガスバリア性を高めることができたこととなる。

前述の液晶セル側部にエポキシ樹脂を塗布する方法など他の手法を併用すると、この手法によるガスバリア効果と本実施形態のガスバリア効果とが積となって現れるので、寿命としては年単位で大きく延ばされる。

図３においてマザー基板における金属膜パターンを説明する。液晶セルは上下のマザー基板を重ね合わせたあと下基板３の外周に相当する切断線３１に沿って切り取られる。下側のマザー基板において、点線（切断線）３１で囲んだ下基板３となる領域には、信号電極８と、信号電極用の接続電極８１と、走査電極用の接続電極８２と、金属膜７とが形成され、下基板３となる領域の間には保護用の金属膜３２が形成されている。なお下基板３となる領域の接続部側（延出部側）は、各電極８２、８１がショートしないように金属膜３２と接続電極８１、８２との間に隙間が設けられている。下基板３となる領域の間の領域は、この金属膜３２により重ね合わせ工程まで無用な汚染から守られている。上側のマザー基板についても同様である。
（第２実施形態）

図４を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。図４は第２の実施形態の液晶装置の要部断面図である。

各電極５、８２、８、８１の形状と、シール２の形状は、図１の第１の実施形態と同じである。図４の左側の表示部において図２（第１の実施形態）との違いは、信号電極８と下基板３の間に絶縁層４１、反射層４２があることである。反射層４２は、アルミニウムからなり厚さは０．１μｍ程度である。シール２の外縁と下基板３の側端の間に反射層と同じ材料のアルミニウム膜４３が形成されている。０．１μｍのアルミニウム膜は、厚さが０．０３μｍのＩＴＯ膜よりもガスバリア性が高いので第１の実施形態より寿命を延ばすことができる。
（第３実施形態）

図５を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図５は第３の実施形態の液晶装置の要部断面図である。

各電極５、８２、８、８１の形状と、シール２の形状は、図１の第１の実施形態と同じである。図５の左側の表示部において図２（第１の実施形態）との違いは、走査電極５と上基板１の間に絶縁層５２と遮光層５１、信号電極８と下基板３の間に絶縁層５４と遮光層５５、５６があることと、シール２の外縁と上下の基板１、３の側部との間に遮光層５１、５５、５６と同じ材料からなる金属膜５３、５７が形成されていることである。遮光層５１、５５、５６、および金属膜５３、５７は、クロムからなり厚さは０．１μｍ程度である。なお遮光層は電極５、８間の隙間及び電極５，８とシール２との隙間から透過する光を遮っているものである。なお上基板１側において走査電極５の隙間を遮光する遮光層は描かれていない。本実施形態は、上下の基板１、３両方の周辺部に厚い金属層５３、５７が設けられているので、第１、第２の実施形態よりさらに寿命を延ばすことができる。

これまで液晶セル外周部（側部）の金属膜４、７、４３、５３、５７とシール２とが接するものとして説明してきた。図２で示した経路２２を無くすという意味では金属膜４、
７、４３、５３、５７とシール２が一部で重なっても良い。しかし金属膜とシール２は密着性が悪いので全て重ねることは好ましくない。シール２と金属膜４、７、４３、５３、５７との間に多少の隙間がある場合でも、ガスバリア性は低下するが、金属膜４、７、４３、５３、５７は液晶層９へのガス侵入の障壁となっているので寿命を延ばす効果を維持している。

延出部における基板１、３の切断面は、外部回路（図示せず）と液晶セルを接続するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）の接続補強を兼ねてガスバリア性のある部材で保護している。また金属膜４、７、４３、５３、５７をグランド（図示せず）に接続すれば表示部を守る静電気対策にもなる。

上述した実施形態のように、シールから側端部までの領域を覆う金属膜は、駆動電極や、内面に形成された反射膜、内面に形成された遮光膜など、諸機能を実現するため基板表面に形成する金属膜と同じ材料にすると、工程を増やさずに液晶セルのガスバリア性を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、金属膜が基板の端部まで形成されているが、必ずしも端部まで形成されていなくてもよく、シールから外側の領域であってシールから基板端部までの間に形成されていてもよい。

また、金属膜は必ずしも両方の基板に形成されていなくてもよく、一方の基板にのみ形成されてあってもよい。この場合であっても、両方の基板に形成されていない場合よりもガスバリア性が向上し有効である。

本発明の第１の実施形態に係る液晶装置の分解平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶装置の要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶装置の下基板用のマザー基板の平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る液晶装置の要部断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る液晶装置の要部断面図である。 従来の一般的な液晶セルを示す図である。 従来例の断面図である。

符号の説明

１、６１ 上基板
２、６２ シール
３、６３ 下基板
４、７、３２、４３，５３，５７ 金属膜
５ 走査電極
６ 注入孔
８ 信号電極
９、６６ 液晶層
８１ 信号電極用の接続電極
８２ 走査電極用の接続電極
２１、２２ ガスの侵入経路
２３、２４ 配向膜
３１ 切断線
４１、５２、５４ 絶縁層
４２ 反射膜
５１、５５、５６ 遮光膜
６４ 延出部
６５ 接続電極

Claims (6)

1. 内面に駆動電極が形成された上下基板とシールとによって囲まれた領域に液晶材料を封入した液晶セルを有した液晶装置において、
   前記上下基板のうちの少なくとも一方の基板の内面は、前記駆動電極の配線と接触しないように、前記シールから外側の領域が金属膜で覆われていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記上下基板がプラスチックからなることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記金属膜が前記駆動電極と同じ材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 前記金属膜が前記基板の内面に形成された反射膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
5. 前記金属膜が前記基板の内面に形成された遮光膜と同じ材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
6. 内面に駆動電極が形成された上下基板とシールとによって囲まれた領域に液晶材料を封入した液晶セルを有した液晶装置の製造方法において、
   前記上下基板のうちの少なくとも一方の基板の内面に、前記駆動電極の配線と接触しないように、前記シールから外側の領域を覆う金属膜を形成する工程を有し、
   前記金属膜は、前記上下基板が切り出されるマザー基板上で隣接する他の上下基板の金属膜まで連続していることを特徴とする液晶装置の製造方法。

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