JP2010286640A

JP2010286640A - 可視光硬化性液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セル

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Publication number: JP2010286640A
Application number: JP2009140052A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Ochi; 直之落; Saki Yoshida; 早紀吉田; Tsutomu Namiki; 務並木; Hiroaki Miwa; 広明三輪; Hideyuki Ota; 英之太田; Masahiro Kida; 昌博木田; Eiichi Nishihara; 栄一西原; Kikuo Imasumi; 貴公男今澄
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: CN102804045A; TWI464188B; KR101634981B1; CN102804045B; TW201113304A; KR20120028332A; WO2010143569A1; JP5152868B2

Abstract

【課題】
４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有するシール剤による、表示品位及び信頼性に優れる液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セルを提供すること。
【解決手段】
（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤、（ｂ）水素引き抜き型光増感剤及び（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂を硬化性樹脂として含有する事を特徴とする可視光硬化型液晶シール剤、更に（ｄ）エポキシ樹脂及び（ｅ）熱硬化剤を含有してもよい可視光硬化型液晶シール剤を開示する。
【選択図】なし

Description

本発明は、４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有し、かつ低液晶汚染性に優れる液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セルに関する。

近年の液晶表示セルはテレビなどの大型表示画面への応用展開もなされ、多用途で需要が伸びている。このため、液晶パネル製造に関して、より量産性を高めるため、液晶注入方式に代わり、液晶滴下方式が主流となっている（特許文献１）。

液晶滴下方式では、まず２枚の電極付き透明基盤の一方にディスペンスにより長方形の未硬化シール剤からなるシールパターンを形成する。ついで、シール剤が未硬化の状態で液晶の微小滴を透明基盤のシールパターンの枠内全面に滴下塗布し、すぐに他方の透明基盤を貼り合わせて、液晶セルを作製し、シールパターン部に紫外線を照射して仮硬化を行う。その後、必要に応じて加熱して本硬化を行い、液晶表示セルを作製する。

この液晶滴下方式では未硬化のシール剤と液晶が直接接触する為、シール剤の硬化が遅い場合には液晶にシール剤成分が溶出し、液晶を汚染する。従って、紫外線によるシール速硬化が必須工程である。

しかしながら、液晶滴下方式による液晶表示素子の製造ではシール剤を硬化する為に照射される紫外線が液晶にも少なからず照射される。したがって、波長が短く高エネルギーの紫外線により液晶の劣化が発生し、液晶表示素子の表示品位を著しく低下させ、信頼性を低下させるという問題があった。

これに対し、様々な検討がなされており、紫外線に対し高感度であるシール剤の提案がなされている（特許文献２、特許文献３）。しかしこれら発明においても、照射される紫外線のエネルギーは高く、液晶の劣化対策としては充分でない。

本発明は、上記現状に鑑み、液晶滴下方式による液晶表示素子の製造において、短波長の紫外線を使用するのではなく、４００ｎｍ以上の低エネルギーである可視光を使用する事を可能とする為に、４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有し、かつ低液晶汚染性に優れる液晶シール剤を提供する事を目的とする。

特開２００１−１３３７９４号公報特開２００７−３９１１号公報特開２００８−１７９７９７号公報

本発明は、液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セルに関するものであり、詳しくは４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有し、かつ低液晶汚染性に優れる液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セルを提案することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、カルバゾール骨格を有する光開始剤の液晶汚染性が低く、更に水素引き抜き型の光増感剤を併用することで、硬化性が向上し、４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有する事を見出し、本発明を完成させた。

即ち本発明は、次の（１）〜（６）に関するものである。
（１）（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤、（ｂ）水素引き抜き型光増感剤及び（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂を硬化性樹脂として含有することを特徴とする可視光硬化性液晶シール剤。
（２）（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤がその分子中にオキシムエステル骨格を併存する開始剤である（１）に記載の液晶シール剤。
（３）（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂がレゾルシンジグリシジルエーテルの（メタ）アクリル化エポキシ樹脂である（１）又は（２）に記載の液晶シール剤。
（４）更に（ｄ）エポキシ樹脂及び（ｅ）熱硬化剤を含有する（１）乃至（３）の何れか一項に記載の液晶シール剤。
（５）４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有する（１）乃至（４）の何れか一項に記載の液晶シール剤。
（６）前記（１）乃至（５）の何れか一項に記載の液晶シール剤を硬化して得られる硬化物でシールされた液晶表示セル。

本発明により、液晶滴下方式による液晶表示素子の製造において、４００ｎｍ以上の低エネルギーである可視光を使用する事を可能とし、液晶の汚染および劣化を低減し、高信頼性の液晶表示素子を作成することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる液晶シール材は、（ａ）カルバゾール骨格（下記一般式（１））を有する光開始剤を含有する。この骨格を有する開始剤は光吸収によりラジカルを発生でき、また他の光増感剤からのエネルギーによっても効率的にラジカルを発生できる。また、分子中に窒素原子を有する為、一般的にラジカル硬化で問題とされる酸素阻害に対しても効果を有し、効率的に硬化を進行させられる。更には、カルバゾール骨格を有する開始剤は、液晶汚染性が低く、開始剤自体の液晶への溶解も低く抑えられる。

（式中、Ｒは炭素原子数１〜２０のアルキル基、水素原子、水酸基、炭素原子数１〜２０のアルコキシル基、（メタ）アクリル基、又はフェニル基を表す。）

式（１）において、Ｒとしての炭素原子数１〜２０のアルキル基とは、直鎖でも分岐してもよく、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基等を示す。また、炭素原子数１〜２０のアルコキシル基とは直鎖でも分岐してもよく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等を示す。
具体的に、この（ａ）開始剤としては、Ｎ−１４１４（カルバゾール骨格含有光開始剤；３，６−ビス（２−メチル−２−モルホリノプロピオニル）−９−ｎ−オクチルカルバゾール；旭電化工業（株）社製）、Ｎ−１９１９（カルバゾール・オキシムエステル骨格含有光開始剤；アデカ（登録商標）オプトマーＮ−１９１９；旭電化工業（株）社製）イルガキュアーＯＸＥ０２（カルバゾール・オキシムエステル骨格含有光開始剤（エタノン，１−［９−エチル−６−（２−メチルベンゾイル）−９Ｈ−カルバゾール−３−イル］−，１−（Ｏ−アセチルオキシム）；チバ・スペシャリティーケミカルズ（株）社製）等が挙げられる。

また、反応性の観点から（ａ）成分は、その分子中にオキシムエステル骨格を併存するものである事が好ましい。オキシムエステル骨格は光に対し高感度であり、シール剤の光反応を補足する為、添加量も少なく抑えられる。具体的には、前記した、Ｎ−１９１９、イルガキュアーＯＸＥ０２が好適である。
また、（ａ）光開始剤の液晶シール剤中に占める含有率としては、０．０１〜３質量％の範囲内である事が好ましく、更に好ましくは０．１〜０．５質量％程度である。０．０１質量％より少ないと、充分な硬化性能が得られず液晶の汚染を発生し、また、３質量％より多いと開始剤自体の液晶汚染性が問題となる。

本発明で用いられる液晶シール剤は、（ｂ）水素引き抜き型光増感剤を必須成分として含有する。前記した（ａ）カルバゾール骨格光開始剤だけでは４００ｎｍ以上の可視光で吸収する液晶シール剤を可能としない。即ち、本発明においては、（ａ）カルバゾール骨格光開始剤と（ｂ）水素引き抜き型光増感剤を併用することで、初めて４００ｎｍ以上の可視光、通常は４００〜６００ｎｍの範囲の可視光で吸収する液晶シール剤が可能となる。従って、充分な可視光硬化性を実現する為（ｂ）成分が必須となる。この水素引き抜き型光増感剤は、単独で使用した場合には充分な可視光硬化性を有さない。従って、（ａ）成分および（ｂ）成分との併用によってのみ、本発明は実現される。
（ｂ）成分の具体例としては、ベンゾフェノン、アクリドン、２−エチルアントラキノン、２−クロロチオキサントン、２−イソプロピルアントラキノン、２，４−ジエチルチオキサントン等が挙げられ、特に２，４−ジエチルチオキサントンが好適である。
また、（ｂ）光増感剤の液晶シール剤に占める含有率としては、０．０１〜３質量％の範囲内である事が好ましく、更に好ましくは０．１〜０．５質量％程度である。

本発明は硬化性樹脂成分（ｃ）として、（メタ）アクリル化エポキシ樹脂を含有する。（ここで「（メタ）アクリル」とは「アクリル」及び／又は「メタクリル」を意味する。以下同様。）
（メタ）アクリロイル化エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂と（メタ）アクリル酸の反応により公知の方法で得られる。原料となるエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、２官能以上のエポキシ樹脂が好ましく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン骨格を有するフェノールノボラック型エポキシ樹脂、その他、カテコール、レゾルシノール等の二官能フェノール類のジグリシジルエーテル化物、二官能アルコール類のジグリシジルエーテル化物、およびそれらのハロゲン化物、水素添加物などが挙げられる。これらのうち液晶汚染性の観点から、より好ましいものはレゾルシンジグリシジルエーテルである。また、エポキシ基と（メタ）アクリロイル基との比率は限定されるものではなく、工程適合性及び液晶汚染性の観点から適切に選択される。
また、（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂の液晶シール剤中に占める含有率としては、３０〜８０質量％の範囲内である事が好ましく、更に好ましくは４０〜７０質量％程度である。

本発明の液晶シール剤では（ｄ）エポキシ樹脂を用い、接着強度向上を図る事ができる。用いられうるエポキシ樹脂（ｄ）としては、特に限定されるものではないが、２官能以上のエポキシ樹脂が好ましく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン骨格を有するフェノールノボラック型エポキシ樹脂、その他、二官能フェノール類のジグリシジルエーテル化物、二官能アルコール類のジグリシジルエーテル化物、およびそれらのハロゲン化物、水素添加物などがある。これらのうち液晶汚染性の観点より好ましいのはビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂である。
かかる（ｄ）エポキシ樹脂の液晶シール剤に占める含有量は、５〜５０質量％程度である。

本発明の液晶シール剤で用いられ得る（ｅ）成分である熱硬化剤は特に限定されるものではなく、固形の有機酸ヒドラジドが好適に用いられる。例えば、芳香族ヒドラジドであるサリチル酸ヒドラジド、安息香酸ヒドラジド、１−ナフトエ酸ヒドラジド、テレフタル酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、２，６−ナフトエ酸ジヒドラジド、２，６−ピリジンジヒドラジド、１，２，４−ベンゼントリヒドラジド、１，４，５，８−ナフトエ酸テトラヒドラジド、ピロメリット酸テトラヒドラジド等をあげることが出来る。また、脂肪族ヒドラジド化合物であれば、例えば、ホルムヒドラジド、アセトヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、１，４−シクロヘキサンジヒドラジド、酒石酸ジヒドラジド、リンゴ酸ジヒドラジド、イミノジ酢酸ジヒドラジド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスセミカルバジド、クエン酸トリヒドラジド、ニトリロ酢酸トリヒドラジド、シクロヘキサントリカルボン酸トリヒドラジド、１，３−ビス（ヒドラジノカルボノエチル）−５−イソプロピルヒダントイン等のバリンヒダントイン骨格を有するジヒドラジド類等をあげることができるが、硬化反応性と潜在性のバランスから好ましくは２官能であるジヒドラジドであり、特に好ましくはイソフタル酸ジヒドラジドを挙げる事が出来る。かかる（ｅ）熱硬化剤を使用する場合の使用量としては、成分(ｄ)のエポキシ樹脂のエポキシ基のエポキシ当量を１とした場合、０．５〜２．０当量であり、好ましくは０．８〜１．２当量である。

本発明による液晶シール剤には、接着強度向上及び耐湿信頼性向上を目的として無機充填剤、カップリング剤を配合しても良く、さらに必要に応じて、有機充填剤ならびに顔料、レベリング剤、消泡剤、有機溶剤などの添加剤を配合することができる。

本発明の液晶シール剤は、まず成分（ｃ）に必要に応じ、成分（ｄ）を溶解混合し、次いでこの混合物に成分（ａ）及び成分（ｂ）を溶解し、更に必要に応じシランカップリング剤、無機充填剤、有機充填剤、消泡剤、及びレベリング剤等の所定量を添加し、必要に応じて成分（ｅ）を混合し、公知の混合装置、例えば３本ロール、サンドミル、ボールミル等により均一に混合し、金属メッシュにて濾過することにより得られる。

本発明の液晶表示セルは、基板に所定の電極を形成した一対の基板を所定の間隔に対向配置し、周囲を本発明の液晶シール剤でシールし、その間隙に液晶が封入されたものである。封入される液晶の種類は特に限定されない。ここで、基板とはガラス、石英、プラスチック、シリコン等からなる少なくとも一方に光透過性がある組み合わせの基板から構成される。その製法としては、例えば液晶滴下方式の場合、本発明の液晶シール剤に、グラスファイバー等のスペーサー（間隙制御材）を添加後、該一対の基板の一方にディスペンサー、またはスクリーン印刷装置等を用いて該液晶シール剤を塗布する。続いて該液晶シール剤の堰の内側に液晶を滴下し、真空中にてもう一方のガラス基板を重ね合わせ、ギャップ出しを行う。ギャップ形成後、シール剤を光硬化させる。この時、紫外線カットフィルターを使用し、４００ｎｍ以下の光をカットする。照射量は、４０５ｎｍのセンサーを使用し、好ましくは５００ｍＪ／ｃｍ²〜６０００ｍＪ／ｃｍ²、より好ましくは１０００ｍＪ／ｃｍ²〜４０００ｍＪ／ｃｍ²の照射量が好ましい。その後、９０〜１３０℃で１〜２時間硬化することにより本発明の液晶表示セルを得ることができる。このようにして得られた本発明の液晶表示セルは、液晶汚染による表示不良が無く、接着性、耐湿信頼性に優れたものである。スペーサーとしては、例えばグラスファイバー、シリカビーズ、ポリマービーズ等があげられる。その直径は、目的に応じ異なるが、通常２〜８μｍ、好ましくは４〜７μｍである。その使用量は、本発明の液晶シール剤１００重量部に対し通常０．１〜４重量部、好ましくは０．５〜２重量部、更に、好ましくは０．９〜１．５重量部程度である。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。表中の「部」は重量部を意味する。
実施例１〜３、比較例１，２
（液晶滴下工法用のシール剤の調整）
下記表１に示す割合で各樹脂成分を混合攪拌した後、光重合開始剤を加熱溶解させた。その後、充填剤等を３本ロールミルにて分散させたのち、金属メッシュで濾過し、液晶滴下工法用シール剤を調整した。

（評価）
作成した実施例１〜３及び比較例１，２にかかるシール剤について以下の評価を行った。表１に結果を纏める。

（１）パネル表示ムラ
実施例１〜３及び比較例１，２のシール剤を用い、パネルを作成し、４００ｎｍ以下の光をカットするフィルターを使用し、紫外線照射装置により１０００ｍＪ／ｃｍ²の可視光照射をおこなう。その後１２０℃の熱オーブンで１時間硬化し、シール部周辺の液晶に生じる色むらを目視にて、下記基準により観察した。
◎（色ムラは全くなし）
○（コーナー部のみ色むら有り）
△（色むらの領域がシールから１ｍｍ未満）
×（色むらの領域がシールから１ｍｍ以上）

（２）シール剤の比抵抗測定
サンプル瓶に実施例１〜３及び比較例１，２のシール剤を０．１ｇ入れ、１０００ｍＪ／ｃｍ²の可視光を照射し、硬化した後液晶（メルク製、ＭＬＣ−６８６６−１００）１ｍｌを加え、１２０℃オーブンに１時間投入し、その後、０．５時間室温にて放置する。処理が終ったサンプル瓶から液晶のみを取り出し、液体電極ＬＥ２１（安藤電気製）に入れて、アドバンテスト製エレクトロメーターＲ−８３４０により測定電圧１０Ｖで４分後の液晶の比抵抗を測定して行った。下記基準により判定した。
◎（３．００Ｅ＋１２以上）
○（１．００Ｅ＋１２〜２．９９Ｅ＋１２）
△（５．００Ｅ＋１１〜９．９９Ｅ＋１２）
×（４．９９Ｅ＋１１以下）
なお、比抵抗値の「３．００Ｅ＋１２」は「３．００ｘ１０¹²」を表し、表１中における同様な記載も、同様な意味を表す。

表１
実施例１実施例２実施例３比較例１比較例２
RGEAC ８０部８０部８０部８０部
R-93100 ８０部
YD-8125 ２０部２０部２０部２０部２０部
イルガキュアOXE02 ０．３部０．３部０．３部
N-1414 ０．３部
DETX ０．３部０．３部０．３部
ダロキュアTPO ０．３部
S-510 １．５部１．５部１．５部１．５部１．５部
SEZ ５０部５０部５０部５０部５０部
（評価項目）
(1)パネル表示ムラ ◎ ○ ◎ × ×
(2)比抵抗 ◎ ◎ ○ ○ ◎

ＲＧＥＡＣ：レゾルシンジグリシジルエーテルとアクリル酸の反応物
Ｒ−９３１００：ＢｉｓフェノールＡ型エポキシアクリレート
（エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン株式会社製）とアクリル酸の反応物）
ＹＤ−８１２５：ＢｉｓフェノールＡ型エポキシ樹脂（東都化成（株）社品）
イルガキュアＯＸＥ０２：カルバゾール・オキシムエステル骨格含有光開始剤（エタノン，１−［９−エチル−６−（２−メチルベンゾイル）−９Ｈ−カルバゾール−３−イル］−，１−（Ｏ−アセチルオキシム）；チバ・スペシャリティーケミカルズ（株）社製）
Ｎ−１４１４：カルバゾール骨格含有光開始剤（３，６−ビス（２−メチル−２−モルホリノプロピオニル）−９−ｎ−オクチルカルバゾール；旭電化工業（株）社製）
ダロキュアＴＰＯ：光開始剤（２，４，６−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド；チバ・スペシャリティーケミカルズ（株）社製）
ＤＥＴＸ：光増感剤（２，４−ジエチルチオキサントン；シーベルヘグナー（株）社製）
Ｓ−５１０：シランカップリング剤（チッソ（株）社製）
ＳＥＺ：シリカ（アドマテックス（株）社製）

上記表１に示される結果により、本発明である実施例１乃至３の（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤、（ｂ）水素引き抜き型光増感剤及び（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂を硬化性樹脂として含有することを特徴とする可視光硬化性液晶シール剤は、４００ｎｍ以上の可視光での硬化性が充分であり、パネルの表示ムラを起こし難い結果となった。また、実施例１及び３のパネル表示ムラ試験の結果が特に良好であり、（ａ）の光開始剤として、カルバゾール骨格とオキシムエステル骨格が一分子中に併存するものが好ましい事を示している。更に、（ｃ）のアクリル化エポキシ樹脂としてレゾルシンジグリシジルエーテルを使用する事で、比抵抗値の低下も抑える事が可能である。

Claims

（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤、（ｂ）水素引き抜き型光増感剤及び（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂を硬化性樹脂として含有することを特徴とする可視光硬化性液晶シール剤。
（ａ）カルバゾール骨格を有する光開始剤がその分子中にオキシムエステル骨格を併存する開始剤である請求項１に記載の液晶シール剤。
（ｃ）（メタ）アクリル化エポキシ樹脂がレゾルシンジグリシジルエーテルの（メタ）アクリル化エポキシ樹脂である請求項１又は２に記載の液晶シール剤。
更に（ｄ）エポキシ樹脂及び（ｅ）熱硬化剤を含有する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の液晶シール剤。
４００ｎｍ以上の可視光により充分な光硬化性を有する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の液晶シール剤。
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の液晶シール剤を硬化して得られる硬化物でシールされた液晶表示セル。