(57)【要約】【課題】  スペーサーの分散密度の厳格な管理を必要とせず、一般的な熱プレス方式よって形成することができ、しかも、いかなる過酷な条件においても気泡の発生を抑制することするができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  対向する１対のフィルム基板１間にスペーサー３と液晶層２が封入されてなる液晶表示装置において、上記スペーサー３の線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶層２を構成する液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下に設定された液晶表示装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する１対のフィルム基板間にスペーサーと液晶材料が封入されてなる液晶表示装置において、
上記スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
対向する１対のフィルム基板間にスペーサーと液晶材料が封入されてなる液晶表示装置において、
上記スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であり、
上記フィルム基板の線膨張係数βF（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
上記１対のフィルム基板がポリマーフィルムにより形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特にフレキシブルなポリマーフィルム基板を使用した液晶表示装置における液晶層内の気泡の発生を抑制を目的とし、基板間に配置されるスペーサー材料の条件に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示装置に使用される基板としては、比較的剛性の高いガラス基板などが一般的に使用されていた。近年、液晶表示装置を軽量化し、また、多様な用途へ応用するために、フレキシブルなプラスチックフィルムで形成されたフレキシブル基板を使用した液晶表示装置も開発されている。
【０００３】
フレキシブル基板を用いた液晶表示装置は、２枚のフレキシブル基板上に形成された透明電極を対向させ、それら基板外周部をシール材により貼り合わせ、この２枚の基板間に液晶を封入して構成されている。また、フレキシブル基板を用いた液晶表示素子においても、基板間のセルギャップを制御するためには、通常の液晶表示装置と同様、上記基板間に微小な球状や柱状のスペーサーを散布し、スペーサーの剛性を利用してセルギャップを一定に保持することが行われていた。
【０００４】
しかしながら、フレキシブル基板を用いた液晶表示装置では、通常のガラス基板を用いた液晶表示装置と異なり基板が柔軟であるため、急激な外力や熱的変化が加わった際、基板間の液晶層中に気泡が発生するという問題があった。
【０００５】
この気泡発生の原因の一つは、以下のように考えられている。即ち、一般に液晶材料を基板間に注入する際、減圧方式により基板間に毛細管現象を利用して液晶材料を注入した後、注入口を封止することが行われている。そのため、液晶表示装置の内部は、外部と比較して減圧状態に保たれている。このように形成された液晶表示装置に外力や急激な熱的変化が加わると、フレキシブル基板間に封入された液晶材料は膨張や収縮といった体積変化を生じるが、液晶層中に配置されたスペーサーはこの液晶材料の体積変化に追従することができない。そのため、上記スペーサーの周辺で液晶層に局所的に減圧された領域が生じ、気泡（真空気泡）が発生するものと考えられている。
【０００６】
この気泡発生の問題を解決するため、上記基板上に弾性膜を形成するとともに、スペーサーの散布密度を１００個／ｍｍ2以上、４００個／ｍｍ2以下に管理する方法が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
特許文献１の液晶表示装置によれば、低温状態で液晶材料が収縮した際、上記基板上に設けられた弾性膜が変形して、セルギャップを薄くすることにより液晶層内の圧力差を緩和し、気泡の発生を防ぐことができる。また、特許文献１の液晶表示装置によれば、上記スペーサーの散布密度を上記範囲に厳密に管理することで、フレキシブル基板を外的なストレスから変形しにくくし、気泡の発生を抑制することができる。
【０００８】
また、液晶材料の単位面積当たりの体積膨張係数とスペーサーの線膨張係数とをほぼ等しく設定する方法が開示されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００９】
特許文献２の液晶表示装置によれば、液晶材料の単位面積当たりの体積膨張率とスペーサーの線膨張係数をほぼ同一にすることにより、液晶表示装置が冷却された際の液晶材料とスペーサーの収縮率差に起因して発生する低温ショック気泡の発生を抑制することができる。
【特許文献１】特開平８−２６２４５５号公報（請求項４など）
【特許文献２】特開２０００−３２１５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、スペーサーの表面処理層や粒径、スペーサー散布装置等の性能等により、スペーサーの分散性が大きくばらつき、基板内の微小単位エリアにおいて、スペーサーの分散密度を厳密に管理することは非常に困難であって、そのため、弾性膜の変形による気泡の抑制効果を十分に発揮し得ないおそれがあった。
【００１１】
また、上記従来の液晶表示装置において、固体樹脂であるスペーサーの線膨張係数は液晶材料の単位面積当たりの体積膨張係数よりもかなり小さく、それらをほぼ同一とすることは技術的に困難である。また、従来の熱硬化型シール材を用いて相対する基板を貼り合せる工程（プレス工程）では、一般に１４０℃〜１６０℃の温度に加熱するとともに、約０．８（ｋｇ／ｃｍ2）のプレス圧力に加圧されてプレス成型される。これにより、上記液晶材料の体積膨張率とほぼ等しい線膨張係数を有するスペーサーは変形してしまい、基板間のセル厚を均一に制御することが困難である。
【００１２】
また、ＵＶ硬化型のシール材を用いるプレス方式では、熱によるスペーサーの変形は抑制することができるものの、比較的高価なシール材を使用するため、コストが上昇するといった問題があった。また、この方式ではＵＶ照射工程が付加されるため、プロセス面でも大きな制約を受けるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スペーサーの分散密度の厳格な管理を必要とせず、上記一般的な熱プレス方式よって形成することができ、いかなる過酷な条件においても気泡の発生を抑制することするができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を達成するために、スペーサーの線膨張係数を液晶材料の線膨張係数とある一定の比率で設定するようにしたものである。
【００１５】
具体的に本発明は、対向する１対のフィルム基板間にスペーサーと液晶材料が封入されてなる液晶表示装置において、上記スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１６】
また、本発明は、対向する１対のフィルム基板間にスペーサーと液晶材料が封入されてなる液晶表示装置において、上記スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であり、上記フィルム基板の線膨張係数βF（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１７】
また、本発明において、上記１対のフィルム基板をポリマーフィルムにより形成することも可能である。
【００１８】
このようにスペーサーの線膨張係数と液晶材料の線膨張係数、またはスペーサーの線膨張係数、液晶材料の線膨張係数、及びフィルム基板の線膨張係数を上記比率に設定することにより、上記液晶表示装置に外力や急激な温度変化が生じた際に、液晶材料の収縮・膨張といった体積変化に対しスペーサーやフィルム基板を追随させることができる。そのため、本発明に係る液晶表示装置は、スペーサーの分布密度の厳格な管理を必要とせず、液晶層中における気泡の発生を防止することができる。
【００１９】
また、上記液晶材料の線膨張係数に対するスペーサーの線膨張係数が上記比率であれば、上記スペーサーは熱プレス方式による工程における熱変形を抑制することができる。これにより、上記熱プレス方式によって形成された液晶表示装置であっても、基板間のセルギャップを均一に保持することができ、その信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スペーサーの線膨張係数が液晶材料の線膨張係数に対して所定の範囲の比率に設定されているため、温度変化や外力によって液晶層内に気泡が発生することがない。しかも、本発明によれば、上記液晶表示装置を熱プレス方式により形成することができるため、プレス工程での材料面とプロセス面での制約を受けることなく、高い信頼性を備えたフレキシブルな液晶表示装置を作成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係わる液晶表示装置の断面図である。上記液晶表示装置は、対向する１対のフレキシブルな基板１を有する。各基板１の対向する面には、ＩＴＯ透明電極５が形成されている。各ＩＴＯ透明電極５の表面には、配向膜６が形成されている。
【００２３】
上記一対の基板間には、球状の樹脂製スペーサー３が所定の密度で配置されており、該スペーサー３によって基板間のセルギャップが均一に保たれている。また、上記基板間には、液晶材料が封入されており、液晶層２を構成している。
【００２４】
上記フレキシブルな基板１は、ポリマーフィルムにより形成されている。具体的に該ポリマーフィルムは、厚さ０．２ｍｍのＰＥＳ製フィルム（住友ベークライト製）が使用される。該基板１の線膨張係数βF（Ｋ-1）は、４．８×１０-5（Ｋ-1）に設定されている。
【００２５】
一方、本実施形態において使用される液晶材料２の線膨張係数βLは、８．０×１０-4（Ｋ-1）に設定されている。
【００２６】
本実施形態に使用されるスペーサー３は、直径６．３μｍの球状スペーサーであるが、上記直径に関しては特に限定されるものではない。上記スペーサー３の線膨張係数βSは、上記液晶材料の線膨張係数βLの約１／８倍以上、約１／５倍以下の範囲に設定されている。即ち、本実施形態において、上記液晶材料の線膨張係数βLが８．０×１０-4（Ｋ-1）であるため、上記スペーサー３の線膨張係数βSは、約１．０×１０-4（Ｋ-1）以上、約１．６×１０-4（Ｋ-1）以下の範囲内で設定されている。
【００２７】
上記スペーサー３の線膨張係数及び液晶層２を構成する液晶材料の線膨張係数が上記関係を有するとき、上記液晶表示装置に急激な温度変化や局所的な外力が加えられた場合においても、該液晶表示装置は液晶材料の体積膨張、または体積収縮に追随して上記スペーサー３にも体積変化を生じるため、液晶層２に気泡が生じることはない。
【００２８】
本実施形態に係る液晶表示装置は、以下のように形成される。
【００２９】
上記各ポリマーフィルム基板１上にスパッタリング法あるいは真空蒸着法を用いてＩＴＯ透明電極５が形成される。上記各基板１のＩＴＯ透明電極５の上面側には、それぞれポリイミドからなる配向膜６が形成される。配向膜５は、配向材塗布装置により基板上に塗布されたポリイミド樹脂膜を配向膜焼成装置で焼成加工することにより形成される。
【００３０】
次に、上記基板１のいずれか一方の配向膜６上に上記スペーサー３が所定の散布密度で散布される。該スペーサー３の散布方法としては、適量の純水とイソプロピルアルコールの混合溶液等に上記スペーサーを分散させ、この分散溶液をスペーサー散布装置を用いて上記配向膜上に散布する方法が採用される。本発明において、スペーサー３の散布密度は、１５０（個／ｍｍ2）以上、４００（個／ｍｍ2）以下であることが好ましいが、この散布密度を厳格に管理する必要はない。
【００３１】
その後、上記基板の表示領域の外周に沿って熱硬化型シール材４が塗布され、貼合せ装置を用いて両基板を貼り合わせる。貼合せ装置では、基板全体を１３０℃に加熱し、プレス圧力０．８（ｋｇ／ｃｍ2）でシール材４を加熱プレス成型することによりパネルを形成する。
【００３２】
このように形成されたパネル内のセルギャップに真空注入法を用いて、液晶材料を注入する。  真空注入法では、上記パネルと液晶材料とを減圧空間内に設置し、上記パネルの液晶注入口を液晶材料に浸潜させた状態で上記減圧空間を大気圧に戻すことにより、上記液晶材料が毛細管現象によりセルギャップ内に注入される。セルギャップ内に液晶材料が充填されると、上記パネルの注入口を紫外線硬化樹脂等で封止する。
【００３３】
このように形成された液晶表示装置の基板１の外面には、液晶表示装置の用途等に応じて偏光板を配置することもできる。
【００３４】
本発明に係る液晶表示装置の具体的な実施例をいくつか示し、比較例との検討を行う。
【００３５】
本実施例及び比較例に係る液晶表示装置は、上記実施形態で示した液晶表示装置に線膨張係数βLが８．０×１０-4（Ｋ-1）である液晶材料を用い、線膨張係数βSの異なるスペーサー３を用いた液晶表示装置をそれぞれ３台ずつ作成した。各実施例及び比較例の液晶表示装置について、表示画面の表示ムラ、及び局所的な加圧及び減圧状態で加熱した場合の液晶層における気泡発生を観察した。
【００３６】
表１に本発明に係る実施例と比較例のスペーサー３の線膨張係数βSの一覧を示す。
【００３７】
【表１】
2005049723.tif 000003
【００３８】
表１に示す各液晶表示装置を駆動させた状態で、表示画面上の表示ムラについて目視による評価を行った。評価の結果を表２に示す。
【００３９】
ここで発生する表示ムラは、液晶表示装置の熱硬化型シール材を硬化させる工程で適用される熱プレスの加熱及び加圧の作用により、スペーサー３が変形し基板間のセルギャップがばらつくことによって発生する。
【００４０】
【表２】
2005049723.tif 000004
【００４１】
表２に示すように、各実施例１〜３、及び比較例１においては、各３台の液晶表示装置に表示ムラは発生していなかったが、比較例２においては、３台の液晶表示装置のいずれにも表示ムラが確認された。
【００４２】
この結果から、スペーサー３の線膨張係数βSが液晶材料の線膨張係数βLの１／５以下であると、上記スペーサー３はシール材４の熱硬化工程において変形することなく、基板間のセルギャップを均一に保持できることがわかる。
【００４３】
次に上記表１に示す各液晶表示装置の気泡発生ついて目視による評価を行った。気泡発生の評価方法は、以下の通りである。常温下、上記各液晶表示装置の表示領域の概ね中央部をプッシュプルゲージ（先端径１０ｍｍ）で下記表３に示す所定の負荷荷重で押圧する。該プッシュプルゲージを外した後、直ちに液晶表示装置を真空オーブンにセットした後、オーブン内を０（ｔｏｒｒ）まで減圧し、続いて８０℃に加熱して気泡発生の有無を観察した。上記プッシュプルゲージの負荷荷重は、１ｋｇ、３ｋｇ、及び５ｋｇに設定した。
【００４４】
この結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
2005049723.tif 000005
【００４６】
表３に示すように、各実施例１〜３、及び比較例２においては各３台の液晶表示装置のいずれにも気泡は発生していなかったが、比較例１においては、３台の液晶表示装置のいずれにも気泡の発生が確認された。
【００４７】
この結果から、スペーサー３の線膨張係数βSが液晶材料の線膨張係数の１／８以上であると、上記過酷な条件下においても液晶層内に気泡が発生しないことがわかる。
【００４８】
上記表示ムラの評価結果、及び気泡発生の評価結果より、上記液晶表示装置において、スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であると、表示領域に表示ムラが発生することなく、且つ、過酷な状況下においても、液晶層中に気泡を生じることもない。
【００４９】
本発明の他の実施形態として、対向する１対のフィルム基板間にスペーサーと液晶が封入されてなる液晶表示装置であって、上記スペーサーの線膨張係数βS（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であり、上記フィルム基板の線膨張係数βF（Ｋ-1）が上記液晶材料の線膨張係数βL（Ｋ-1）の約１／８倍以上、約１／５倍以下であるように構成することも可能である。
【００５０】
このように構成されることによって、本実施形態に係る液晶表示装置は、外力や急激な温度変化に対して上記スペーサーのみならず、フィルム基板自体も液晶材料の収縮・膨張に追随して体積変化を生じ、気泡発生抑制効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    ポリマーフィルム製基板
２    液晶層
３    スペーサー
４    シール材
５    ＩＴＯ透明電極
６    配向膜
【図１】
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