JPH10197880A - シール剤および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮光性の高いシール剤と、優れた画像表示品
質を有する液晶表示装置とを提供する。 【解決手段】 透明基板と、この透明基板上の表示領域
に所定のパターンで形成されたブラックマトリックスお
よび複数色からなる着色層と、表示領域の外側に位置す
る額縁部に形成されブラックマトリックスとを少なくと
も備えるカラーフィルタ基板を、少なくとも樹脂成分と
遮光性微粒子とを含有するシール剤を額縁部に位置する
ブラックマトリックスに当接するように配設して形成し
たシール部材によって所定の間隙を設けて対向電極基板
と相対向させ、この間隙に液晶を密封して液晶表示装置
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遮光性を備えたシー
ル剤と、これを用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フラットパネルディスプレイとし
て、カラーの液晶表示装置が注目されている。一般に、
カラー液晶表示装置は、ブラックマトリックスと複数の
色（通常、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色）か
らなる着色層を備えたカラーフィルタ基板と対向電極基
板との間に液晶層を挟持した構造である。そして、各色
の着色層Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画素に対応する部分の
液晶層の光透過率を制御することによりカラー画像を得
るように構成されている。したがって、上記のカラーフ
ィルタ基板は、カラー液晶表示装置にとり必須であり、
カラー液晶表示装置の表示品位そのものを左右する重要
な部材である。

【０００３】従来、カラーフィルタ基板のブラックマト
リックスは、スパッタリングや蒸着等で成膜されたクロ
ムや酸化クロムをフォトリソグラフィーによりパターニ
ングしたものが用いられていた。また、カラーフィルタ
基板の着色層は、染色基材を塗布し、フォトマスクを介
して露光・現像して形成したパターンを染色する染色
法、感光性レジスト内に予め着色顔料を分散させてお
き、フォトマスクを介して露光・現像する顔料分散法、
および、印刷インキで各色を印刷する印刷法等により形
成されていた。さらに、透明基板上に透明導電膜を形成
し、その透明導電膜上にポジレジスト層を形成して所定
のパターンを有するマスクを介して露光を行い、次い
で、露光部分を溶解除去して透明導電膜の所定箇所を露
出させ、その後、透明基板を所定色の電着液中に浸漬し
た状態で、透明基板の周辺の透明導電膜から通電して電
着を行って着色層やブラックマトリックスを形成する電
着法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなカラーフ
ィルタ基板において、ブラックマトリックスには、表示
領域に着色層とともに所定のパターンで形成されたブラ
ックマトリックスと、表示領域の外側に位置する額縁部
に形成されブラックマトリックスとがある。そして、額
縁部に形成されブラックマトリックスに当接するように
シール剤を用いてシール部材が形成され、このシール部
材によってカラーフィルタ基板と対向電極基板との間の
間隙が密閉される。しかしながら、額縁部に形成されブ
ラックマトリックスにピンホール等の欠陥がある場合、
カラー液晶表示装置のバックライトの光がブラックマト
リックスの欠陥個所を通過し、さらに、シール部材を透
過することになり、液晶表示装置の画像表示品質に支障
を来すという問題がある。

【０００５】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、遮光性の高いシール剤と、優れた画像
表示品質を有する液晶表示装置とを提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は相対向する１組の基板の間隙に所望
の液体を充填して密封すためのシール剤において、少な
くとも樹脂成分と遮光性微粒子とを含有するような構成
とした。

【０００７】そして、前記遮光性微粒子を、カーボンブ
ラックおよび樹脂被覆型カーボンブラックの少なくとも
１種であるような構成とした。

【０００８】また、本発明はシール部材を介して相対向
するカラーフィルタ基板および対向電極基板と、前記両
基板間に密封された液晶層とを有する液晶表示装置にお
いて、前記カラーフィルタ基板は、透明基板と、該透明
基板上の表示領域に所定のパターンで形成されたブラッ
クマトリックスおよび複数色からなる着色層と、前記表
示領域の外側に位置する額縁部に形成されブラックマト
リックスとを少なくとも備え、前記シール部材は請求項
１または請求項２に記載のシール剤を前記額縁部に位置
するブラックマトリックスに当接するように配設して形
成されたものであるような構成とした。

【０００９】上述のような本発明では、遮光性微粒子に
よってシール剤に遮光性が付与され、このようなシール
剤をカラーフィルタ基板の額縁部に位置するブラックマ
トリックスに当接するように配設して形成したシール部
材によって相対向するカラーフィルタ基板と対向電極基
板との間隙が密封され、かつ、額縁部に位置するブラッ
クマトリックスに欠陥が存在しても、この欠陥個所を通
過する不要な光をシール部材が有効に遮断する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１１】本発明のシール剤は、少なくとも樹脂成分
と遮光性微粒子とを含有するものである。シール剤を構
成する樹脂成分としては、従来からシール剤として使用
されている公知の樹脂成分を使用することができる。具
体的には、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡ型ジ
グリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエー
テル樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、トリ
フェノールメタン型エポキシ樹脂等の１種または２種以
上を樹脂成分として使用することができる。

【００１２】また、本発明のシール剤を構成する遮光性
微粒子としては、カーボンブラック、樹脂被覆型カーボ
ンブラック、酸化鉄、酸化チタン、アニリンブラック、
シアニンブラック等の１種または２種以上を使用するこ
とができる。上記のカーボンブラックは、平均粒径が
０．０１〜０．５μｍ程度のものが好ましく、また、樹
脂被覆型カーボンブラックは、上記のカーボンブラック
に、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、スチレン−
イソシアン酸イソプロペニル共重合体等の樹脂をグラフ
ト化（カーボンブラック１００重量部に対してグラフト
化物は５０〜２５０重量部）被覆したものを使用するこ
とができる。特に、樹脂被覆型カーボンブラックを遮光
性微粒子として使用することにより、シール剤に優れた
電気絶縁性を付与することができる。

【００１３】本発明のシール剤において、遮光性微粒子
は樹脂成分１００重量部に対して５〜１０重量部の範囲
で含有されることが好ましい。遮光性微粒子の含有量が
５重量部未満であるとシール剤の遮光性が不十分とな
り、一方、１０重量部を超えると、シール剤の密着強度
や破壊強度が不十分となり、また、塗布適性も低下する
ので好ましくない。

【００１４】尚、本発明のシール剤は、必要に応じて
無機質充填剤（タルク、マイカ等）、シランカップリ
ング剤（アミノシラン、エポキシシラン等）、溶剤
（セロソルブ、カルビトール類等）、硬化促進剤（イ
ミダゾール類、トリフェニルホスヒンビシクロウンデセ
ン、トリスジメチルアミノメチルフェノール等）等の添
加剤を含有することができる。この場合、上記の樹脂成
分１００重量部に対して、無機充填剤は１０〜４０重
量部の範囲、シランカップリング剤は１〜１０重量部
の範囲、溶剤は１〜１０重量部の範囲、硬化促進剤
は０．１〜１０重量部の範囲で含有されることが好まし
い。

【００１５】次に、本発明の液晶表示装置について説明
する。図１は本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す
部分断面図である。図１において、本発明の液晶表示装
置１は、カラーフィルタ基板２と対向電極基板３とを所
定の間隔で対向させ、額縁部（周辺部）をシール部材４
により封止し、両基板間に厚さ５〜１０μｍ程度の液晶
層５が形成されたものである。また、カラーフィルタ基
板２と対向電極基板３の外側には、それぞれ偏光板６が
配設されている。

【００１６】本発明の液晶表示装置１を構成するカラー
フィルタ基板２は、透明基板１１上に透明導電膜１２を
介してブラックマトリックス１６と着色層１７が所定の
パターンで形成されており、さらに、この上に液晶駆動
用の透明電極１８、配向層１９が形成されている。上記
の透明導電膜１２は、ブラックマトリックス１６と着色
層１７が形成されている表示領域Ａと、この表示領域Ａ
の周囲に位置する額縁部Ｂとに分けられている。そし
て、ブラックマトリックス１６のうち、額縁部Ｂに位置
するブラックマトリックス１６ａに当接するようにシー
ル剤が配設されてシール部材４が形成され、このシール
部材４によってカラーフィルタ基板２と対向電極基板３
の額縁部Ｂ（周辺部）が封止されている。そして、シー
ル部材４を形成するシール剤は、上記の本発明のシール
剤であり、額縁部Ｂに位置するブラックマトリックス１
６ａに欠陥が存在しても、この欠陥個所を通過する不要
な光がシール部材４によって有効に遮断される。したが
って、液晶表示装置の額縁部Ｂのブラックマトリックス
の欠陥の有無に関係なく、額縁部Ｂにおける透過光量を
常に極めて低いものとすることができ、これにより、画
像表示品質を安定して良好に保つことができる。

【００１７】上述のような本発明の液晶表示装置１で
は、色素、顔料、カーボンブラックおよび金属粒子の少
なくとも１種を含有した樹脂によりブラックマトリック
ス１６を形成することができ、このような樹脂系のブラ
ックマトリックスの厚みは、通常、１．０〜３．０μｍ
程度とすることができる。また、ブラックマトリックス
１６を金属あるいは金属酸化物で形成してもよい。

【００１８】上記の着色層１７は赤色パターン１７Ｒ、
緑色パターン１７Ｇおよび青色パターン１７Ｂがモザイ
ク型、ストライプ型、トライアングル型、４画素配置型
等の所望の形態で配列されてなり、ブラックマトリック
ス１６は各着色パターンの間および着色層１７形成領域
の外側の額縁部Ｂに設けられている。

【００１９】一方、本発明の液晶表示装置１を構成する
対向電極基板３は、透明基板２１上に液晶駆動用の透明
電極２２および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２３を備
え、透明電極２２を覆うように配向層２４が形成されて
いる。この対向電極基板３には、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）２３を開閉するゲート線群（図示せず）、映像信
号を供給する信号線群（図示せず）、および、カラーフ
ィルタ基板側のコーナーの取り出し部から受け渡し（ト
ランスファー部（設計により１〜３か所の取り出し部に
設ける））されたカラーフィルタ電極への電圧供給線
（図示せず）が配設されている。

【００２０】上述の液晶表示装置１のカラーフィルタ基
板２と対向電極基板３を構成する透明基板１１、２１と
しては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板
等の可撓性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィル
ム、光学用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を
用いることができる。この中で特にコーニング社製７０
５９ガラスは、熱膨脹率の小さい素材であり寸法安定性
および高温加熱処理における作業性に優れ、また、ガラ
ス中にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスである
ため、アクティブマトリックス方式によるＬＣＤ用のカ
ラー液晶表示装置に適している。また、ＢａＯ含有量が
少なく、耐薬品性に優れた旭硝子（株）製「ＡＮ６３
５」や日本電気硝子（株）製「ＯＡ２」も好ましく用い
られる。

【００２１】また、液晶表示装置１を構成する透明導電
膜１２、透明電極１８、２２は、酸化インジウムスズ
（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）
等、およびその合金等を用いて、スパッタリング法、真
空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜方法により形成さ
れたものである。このような透明導電膜１２、透明電極
１８、２２の厚みは０．０１〜１μｍ、好ましくは０．
０３〜０．５μｍ程度である。

【００２２】尚、図１に示される液晶表示装置では、透
明導電膜１２は表示領域Ａと額縁部Ｂに亘って形成され
ており、液晶表示装置１の外周部に透明導電膜１２の端
部１２ａが露出している。このような本発明の液晶表示
装置では、透明導電膜の端部１２ａと表示領域Ａに位置
する透明導電膜１２とが電気的に絶縁されたものとして
もよい。

【００２３】さらに、液晶表示装置１を構成する配向層
１９，２４は、ポリイミド系、ポリアミド系、ポリウレ
タン系およびポリ尿素系の有機化合物のなかの少なくと
も１種を含むような層であり、厚みは０．０１〜１μ
ｍ、好ましくは０．０３〜０．５μｍ程度とすることが
できる。このような配向層１９，２４は、種々の印刷法
等、公知の塗布方法により塗布した後、焼成してから配
向処理（ラビング）が行われる。

【００２４】上述の実施形態では、駆動方式としてＴＦ
Ｔアクティブマトリックス方式を用いているが、本発明
の液晶表示装置はこれに限定されるものではなく、例え
ば、単純マトリックスやセグメント等の方式、ＭＩＭ
（金属／絶縁物／金属）等の２端子素子を用いたアクテ
ィブマトリックス方式等を用いたものでもよいことは勿
論である。

【００２５】

【実施例】次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説
明する。 （１）シール剤の調製 遮光性微粒子として平均粒径０．０５μｍの被覆型カー
ボンブラック（日本触媒（株）製ＣＸ−ＧＬＴ−２０
（カーボンブラック含有量３３重量％））の所定量をト
ルエン１２０ｇに分散した液を、樹脂成分としてのシー
ル剤（三井東圧（株）製ＸＮ−２１−Ｓ）１００ｇと混
合して均一に分散した。次いで、この分散溶液に減圧処
理（１．０×１０^-3Ｔｏｒｒ）を施してトルエンを除去
し、粘度が約４００ｃｐの７種のシール剤Ａ１〜Ａ７を
得た。これらのシール剤Ａ１〜Ａ７における樹脂成分１
００重量部に対する被覆型カーボンブラックの含有量
（重量部）を下記の表１に示した。

【００２６】また、遮光性微粒子を含有しない三井東圧
（株）製ＸＮ−２１−Ｓを比較のシール剤Ｂとした。

【００２７】一方、真空ニーダを使用して下記組成のシ
ール剤Ｃ（２５℃の粘度＝３００ポイズ）を調製した。

【００２８】 シール剤Ｃの組成 ・エピビス型液状エポキシ樹脂 （大日本インキ化学工業（株）製エピクロン８５０）…１００重量部 ・ジアザビシクロウンデセンのフェノール塩（硬化剤） （サンアプロ（株）製Ｕ−ＣＡＴ ＳＡ−１） … ５重量部 ・タルク（無機質充填剤） … ３０重量部 ・エポキシシラン（シランカップリング剤） （信越化学工業（株）製ＫＢＭ４０３） …０．５重量部 ・エチルセロソルブ … １０重量部 ・高分子グラフト化カーボン … １０重量部 尚、上記の高分子グラフト化カーボンは、カーボンブラ
ック（三菱化成工業（株）製ＭＡ−１００）２０重量部
と、反応性基としてイソシアネート基を有するスチレン
−イソシアン酸イソプロペニル共重合体（モル比２０
０：５）４０重量部とを、ラボプラストミルを用いて１
６０℃、１００ｒｐｍの条件で混練して反応させて調製
した。

【００２９】また、比較として、高分子グラフト化カー
ボンを含有しない他は、上記のシール剤Ｃと同様にして
シール剤Ｄを調製した。 （２）カラーフィルタ基板の作製 まず、厚み１．１ｍｍガラス基板（コーニング社製７０
５９ガラス）の全面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）か
らなる透明導電膜を形成した。次いで、この透明導電膜
上に感光性レジストを塗布しブラックマトリックスパタ
ーンに対応したマスクを介して露光し現像した後、黒色
顔料を分散させた電着浴中に上記のガラス基板を浸漬
し、透明導電膜に電圧を印加して黒色電着材を析出さ
せ、十分に水洗した後に乾燥して厚み１．０μｍのブラ
ックマトリックを形成した。

【００３０】次に、透明導電膜上に感光性レジストを塗
布し赤色パターンに対応したマスクを介して露光し現像
した後、赤色顔料を分散させた電着浴中に上記のガラス
基板を浸漬し、透明導電膜に電圧を印加して赤色電着材
を析出させ、十分に水洗した後に乾燥して厚み１．０μ
ｍの赤色パターンを形成した。同様にして、緑色パター
ンおよび青色パターンを形成した。その後、２００℃で
６０分間べークすることによってカラーフィルタ基板を
作製した。

【００３１】このカラーフィルタ基板において、ブラッ
クマトリックスは図１に示されるように表示領域Ａと額
縁部Ｂにそれぞれ所定のパターンで形成されており、本
実施例では、額縁部Ｂのブラックマトリックスにレーザ
光線により故意にピンホール欠陥を生じさせた。 （３）液晶表示装置の作製 上記（２）で作製したカラーフィルタ基板の額縁部に形
成されているブラックマトリックス上に、上記（１）で
調製したシール剤（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）をディスペンサー
で塗布し、９０℃で３０分間プリベークしてシール部材
とした。そして、ガラス基板上に液晶駆動用の透明電極
および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備え透明電極を覆
うように配向層が形成されている対向電極基板に、上記
のシール部材が設けられたカラーフィルタ基板を重ねて
加圧し、２００℃、３時間の条件でシール部材を硬化さ
せた。硬化後のシール部材の厚みは４．５μｍであっ
た。 （４）評価 上記の液晶表示装置におけるシール部材の光学濃度（Ｏ
Ｄ値）を測色機（オリンパス光学工業（株）製 ＡＨ−
２）で測定した結果を下記の表１に示した。また、カラ
ーフィルタ基板および対向電極基板に対するシール部材
の密着強度、シール部材の破壊強度、体積抵抗、耐水
性、耐熱性を下記のように測定・評価して、結果を下記
表１に示した。

【００３２】密着強度の測定方法 水平に載置した液晶表示装置のカラーフィルタ基板の外
側および対向電極基板の外側に治具を接着し、この治具
を介して両基板を上下垂直方向へ引っ張り、両基板が剥
離したときの引っ張り強度（ｋｇｆ）を剥離面積（ｃｍ
² ）で除して密着強度を算出した。

【００３３】破壊強度の測定方法 素ガラス（厚み１．１ｍｍのコーニング社製７０５９ガ
ラス）２枚をシール剤を用いてシールし、上記の密着強
度測定と同様の引っ張り試験を行い、シール部材内部で
破壊した場合を破壊強度とした。

【００３４】体積抵抗の測定方法 東洋テクニカ（株）製絶縁抵抗計エレクトロメーター６
５１７を用いて測定した。

【００３５】耐水性の評価方法 破壊強度測定と同様のサンプルを作製し、２ａｔｍ、
８０℃、９０％ＲＨの条件で１００時間処理後、破壊強
度測定と同様の引っ張り試験を行った。結果は破壊強度
との比較で示した。

【００３６】素ガラス（厚み１．１ｍｍのコーニング
社製７０５９ガラス）上にＩＴＯをパターンニングした
ガラス基板を対向させてセル組を行い、と同条件で処
理する前後の電圧保持率を測定し比較した。

【００３７】耐熱性の評価方法 破壊強度測定と同様のサンプルを作製し、１２０℃で
１００時間の加熱処理後に破壊強度測定と同様の引っ張
り試験を行った。結果は破壊強度との比較で示した。

【００３８】素ガラス（厚み１．１ｍｍのコーニング
社製７０５９ガラス）上にＩＴＯをパターンニングした
ガラス基板を対向させてセル組を行い、と同条件で処
理する前後の電圧保持率を測定し比較した。

【００３９】さらに、上記の液晶表示装置の額縁部に対
向電極基板側から直線光を照射し、ピンホール欠陥形成
箇所におけるカラーフィルタ基板側への光の透過率を測
定し結果を下記の表１に示した。

【００４０】

【表１】 表１に示されるように、樹脂成分１００重量部に対して
遮光性微粒子が５重量部以上含有されたシール剤Ａ３〜
Ａ７、Ｃを使用したシール部材は、良好なＯＤ値を示し
た。そして、この結果を反映して、液晶表示装置の額縁
部のピンホール欠陥形成箇所での光の透過率は、シール
剤Ａ３〜Ａ７、Ｃを使用したシール部材において０．１
８％以下であり、本発明のシール剤を使用したシール部
材の遮光性が極めて高いことが確認された。

【００４１】一方、樹脂成分１００重量部に対する遮光
性微粒子の含有量が５〜１０重量部の範囲にあるシール
剤Ａ−３〜Ａ−５とシール剤Ｃは、その密着強度、破壊
強度、耐水性、耐熱性が、いずれも比較のシール剤Ｂ、
Ｄを使用したシール部材とほぼ同等のレベルにあり、液
晶表示装置のシール部材として十分に実用に供し得るこ
とが確認された。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればシ
ール剤が少なくとも樹脂成分と遮光性微粒子とを含有す
るので、このシール剤を用いて相対向する１組の透明基
板の間隙に所望の液体を充填密封した場合において、シ
ール剤の配設箇所では光が両基板を透過することが防止
される。

【００４３】また、遮光性微粒子をカーボンブラックお
よび樹脂被覆型カーボンブラックの少なくとも１種とす
ることにより、シール剤の遮光性が高いものとなり、特
に、樹脂被覆型カーボンブラックを遮光性微粒子として
含有するシール剤は優れた絶縁性を有する。

【００４４】さらに、透明基板と、この透明基板上の表
示領域に所定のパターンで形成されたブラックマトリッ
クスおよび複数色からなる着色層と、表示領域の外側に
位置する額縁部に形成されブラックマトリックスとを少
なくとも備えるカラーフィルタ基板を、本発明のシール
剤を額縁部に位置するブラックマトリックスに当接する
ように配設して形成したシール部材によって所定の間隙
を設けて対向電極基板と相対向させ、この間隙に液晶を
密封した液晶表示装置は、額縁部に位置するブラックマ
トリックスに欠陥が存在しても、この欠陥個所を通過す
る不要な光がシール部材によって遮断されるので、優れ
た画像表示品質を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す端部
近傍の部分断面図である。

【符号の説明】

１…液晶表示装置 ２…カラーフィルタ基板 ３…対向電極基板 ４…シール部材 ５…液晶層 ６…偏光板 １１，２１…透明基板 １２…透明導電膜 １３，１３Ｂ…樹脂層 １６…ブラックマトリックス １７（１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ）…着色層 １８，２２…透明電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向する１組の基板の間隙に所望の液
   体を充填して密封すためのシール剤において、 少なくとも樹脂成分と遮光性微粒子とを含有することを
   特徴とするシール剤。
2. 【請求項２】 前記遮光性微粒子は、カーボンブラック
   および樹脂被覆型カーボンブラックの少なくとも１種で
   あることを特徴とする請求項１に記載のシール剤。
3. 【請求項３】 シール部材を介して相対向するカラーフ
   ィルタ基板および対向電極基板と、前記両基板間に密封
   された液晶層とを有する液晶表示装置において、 前記カラーフィルタ基板は、透明基板と、該透明基板上
   の表示領域に所定のパターンで形成されたブラックマト
   リックスおよび複数色からなる着色層と、前記表示領域
   の外側に位置する額縁部に形成されブラックマトリック
   スとを少なくとも備え、前記シール部材は請求項１また
   は請求項２に記載のシール剤を前記額縁部に位置するブ
   ラックマトリックスに当接するように配設して形成され
   たものであることを特徴とする液晶表示装置。