JP4302381B2 - 液晶シール剤組成物、液晶表示セルの製造方法および液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、液晶シール剤組成物およびこれを用いた液晶表示セルの製造方法ならびに液晶表示素子に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】
近年、携帯電話をはじめとする各種機器の表示パネルとして軽量、高精細の液晶表示パネル(以下、液晶表示素子ともいう。)が広く使用されるようになってきている。このように、多種多様な分野への液晶表示素子の使用範囲の拡大に伴い、その使用環境が益々厳しくなってきている一方で、液晶表示素子には均質かつ高品位であることが望まれている。
【0003】
液晶表示素子は、透明電極や配向膜を適宜配した一対の透明なガラス基板または同プラスチック基板の間に液晶を封入し、該液晶が外部に漏れないように封じ込めた液晶表示セルからなる。この際に該液晶表示セルを形成するために前記基板に塗布される熱硬化性樹脂組成物のことを液晶シール剤組成物という。
携帯電話に代表される小型液晶表示素子の場合、前記液晶シール剤組成物を液晶セル構成用基板に塗布するにあたっては、生産性の点からスクリーン印刷による生産が主流となっている。このスクリーン印刷の場合、印刷工程であるスキージ処理の際にスクリーン版との摩擦熱により液晶シール剤組成物の粘度が上昇しやすいため、液晶シール剤組成物には室温での粘度安定性が良好であることが強く求められている。
【0004】
また、ディスペンサー塗布の場合にも小型液晶表示素子では、生産性の観点から、大型液晶表示素子と比較して、高速描画度でかつ長時間描画できることが液晶シール剤組成物に要求されており、シール直線性、描画安定性のためにアプリケーション環境においても粘度変化の少ない液晶シール剤組成物が求められている。
【0005】
また、当該分野の生産現場では、より均質で高品位な液晶表示素子の生産性を向上させるべく、液晶表示セルを形成する際の加熱接着工程時間を短縮しようとする動きが盛んである。
従来、液晶表示セルの製造に関しては、多数枚一括加熱圧締接着方式が生産性の点からよいとされてきた。
【0006】
しかしながら、この多数枚一括加熱圧締接着方式は、片方の基板に液晶シール剤組成物が塗布された液晶セル構成用基板2枚組を、多数組積層した状態で真空圧締後、加熱炉にて加熱接着して液晶表示セルを生産する方式であるため、セル間に熱分布が生じること、手作業にならざるを得ず加熱接着工程が長時間になることなどの問題点があった。
【0007】
これらの問題点を解決するため、近年、枚葉プレス加熱接着方式、すなわち、液晶セル構成用基板2枚組を一組づつ加熱圧締接着して液晶表示セルを生産する方式が提案された。このような枚葉プレス加熱接着方式に用いられる液晶シール剤組成物には、短時間で加熱硬化するとともに、生産エネルギーコスト低減のため、より低温で硬化する性能が求められている。
【0008】
しかしながら、本発明者らの試みによると、公知の1液加熱硬化型液晶シール剤組成物のうち、粘度安定性が良好な液晶シール剤組成物を枚葉プレス加熱接着方式に用いた場合には、シール幅の著しい乱れ、シール部周辺部への汚染の増大(液晶表示不良発生)などの問題が生じがちであった。また、公知の短時間かつ低温で硬化する1液加熱硬化型液晶シール剤組成物を、枚葉プレス加熱接着方式に用いた場合には、粘度安定性が損なわれ、可使時間が短く、作業性が損なわれがちであった。
【0009】
本発明者らは、上記事情に鑑みて鋭意研究した結果、1液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物であっても、特定の潜在性硬化剤、エポキシ樹脂および特定の硬化促進剤を含有する液晶シール剤組成物であれば、上記問題を解決できることを見出して本発明を完成するに至った。
【0010】
【発明の目的】
本発明は、枚葉プレス加熱接着方式への適合性に富み、室温での粘度安定性、低温硬化特性、接着性および寸法安定性に優れ、さらに液晶表示素子の長時間表示安定性が確保できる液晶シール剤組成物を提供することを目的としている。また、本発明の他の目的は、該液晶シール剤組成物を用いた液晶表示セルの製造方法および液晶表示素子を提供することにある。
【0011】
【発明の概要】
本発明に係る液晶シール剤組成物は、1液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物であって、
(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインと、
(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂と、
(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤とを含有することを特徴としている。
【0012】
本発明に係る液晶シール剤組成物は、
前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂100質量部に対して、
(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインを5〜50質量部の量で、
(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤を1〜20質量部の量で、含有することが好ましい。
【0013】
さらに、本発明に係る液晶シール剤組成物は、前記液晶シール剤組成物中に
(d)粒子径が10μm以下の充填剤を5〜30質量%の量で、
(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤を5〜30質量%の量で、含有することが好ましい。
本発明では、前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂は、液晶シール剤組成物中に20〜80質量%の量で含有されていることが好ましい。
【0014】
また、本発明では、前記(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインは、液晶シール剤組成物中に5〜30質量%の量で含有されていることが好ましい。
さらに、本発明では、前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂のうち、環球法による軟化点が50℃以上の固形エポキシ樹脂が、5〜40質量%の量で含有されていることが好ましい。
【0015】
本発明では、前記(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤は、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールおよび1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトからなる群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
【0016】
本発明では、前記(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤は、ケトン溶剤、エーテル溶剤、エステル溶剤からなる群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
本発明に係る液晶表示セルの製造方法は、前記液晶シール剤組成物を、一対の液晶セル用基板の一方に印刷またはディスペンス塗布して注入孔を備えたシールパターン枠を該基板表面に形成した後、該シールパターン枠を設けた基板を60〜110℃でプレキュアーし、他方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、該一対の基板を100〜160℃で熱圧締処理し、1.5〜7μmの範囲で均質な厚みに接合固定させてセルを形成した後、前記注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔することを特徴としている。
【0017】
本発明に係る液晶表示素子は、前記液晶シール剤組成物を、一対の液晶セル用基板の一方に印刷またはディスペンス塗布して注入孔を備えたシールパターン枠を該基板表面に形成した後、該シールパターン枠を設けた基板を60〜110℃でプレキュアーし、他方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、該一対の基板を100〜160℃で熱圧締処理し、1.5〜7μmの範囲で均質な厚みに接合固定させてセルを形成した後、前記注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔して得られる液晶表示セルからなる。
【0018】
【発明の具体的説明】
以下、本発明について具体的に説明する。
<液晶シール剤組成物>
本発明に係る液晶シール剤組成物は、1液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物であって、(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントイン、(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂(以下、単に(b)エポキシ樹脂と呼ぶことがある。)、(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤(以下、単に(c)イミダゾール系硬化促進剤または(c)硬化促進剤と呼ぶことがある。)を含有することを特徴としており、さらに必要に応じて、(d)粒子径が10μm以下の充填剤(以下、単に(d)充填剤と呼ぶ事がある。)、(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が150〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤(以下、単に(e)溶剤と呼ぶことがある。)、(f)その他の添加剤を含有することもできる。まず、これらの各成分を具体的に説明する。
【0019】
(a)1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントイン熱潜在性硬化剤
本発明に係る液晶シール剤組成物は、潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインを必須成分として含有する。ここで、潜在性硬化剤とは、常温で固体であって不活性であるが、加熱することによって活性化する加熱硬化型の硬化剤を意味する。
【0020】
前記1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインを液晶シール剤組成物中に含有させると、アジピン酸ジヒドラジドなどの公知の脂肪族2塩基酸ジヒドラジドを含有させた場合と比較して、液晶シール剤組成物が低温で硬化する上、低温硬化による内部応力を緩和し、また、硬化収縮を抑制するため、基板への接着性が良好となる。
【0021】
これは、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインには、ジヒドラジドのカルボニル基とヒダントイン環のカルボニル基があり、1分子あたりのカルボニル分子数が多く、水素結合する部位が多いことと、分子鎖が大きいことにより、エポキシ樹脂との架橋間分子量がある程度長くなり、可とう性が付与され接着強度が増加するためと考えられる。
【0022】
本発明では、前記潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインは、前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂100質量部に対して、通常5〜50質量部、好ましくは10〜30質量部の量で、液晶シール剤組成物中に含有されている。このように、前記(b)エポキシ樹脂100質量部に対して、上記数値範囲内の量で1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインが含まれていると、接着強度および接着信頼性に優れる。
【0023】
また、前記潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインは、液晶シール剤組成物100質量%中に通常5〜30質量%、好ましくは10〜20質量%の量で含有されていることが望ましい。前記1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインの含有量が5質量%以上であると、接着信頼性に優れ、30質量%以下であると、粘度安定性に優れる傾向がある。
【0024】
なお、前記潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインは、平均粒径が0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmであることが望ましい。平均粒径が0.5μm以上であると、保存安定性に優れ、また、平均粒径が10μm以下であると、液晶表示セルの製造の際にセルギャップのムラを起こしにくい。ここで、平均粒径とは、レーザー回折法によって求められた平均粒径を意味する。
【0025】
さらに、本発明の目的を損なわない範囲内で、潜在性硬化剤として、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインに加えて、その他の公知の潜在性エポキシ樹脂硬化剤を併用することも可能である。公知の潜在性エポキシ樹脂硬化剤としては、たとえば、イミダゾールアダクト型硬化剤、ジシアンジアミド変性硬化剤、ジシアンジアミド、ヒドラジド系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、アミンアダクト型硬化剤、アミン/酸無水物アダクト型硬化剤、多価フェノール化合物などが挙げられる。これら公知の潜在性エポキシ樹脂硬化剤は、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインよりも少ない量で使用することが望ましい。
【0026】
(b)エポキシ樹脂
本発明に係る液晶シール剤組成物は、(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂を必須成分として含有する。本発明に用いられるエポキシ樹脂は、1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上、好ましくは1分子中にエポキシ基を平均1.7ケ以上、特に好ましくは1分子中に平均2〜6ケ有するものである。なお、該エポキシ樹脂1分子中のエポキシ基の平均数は、エポキシ樹脂のエポキシ基当量と質量平均分子量とから求めることができる。さらに、本発明に係る液晶シール剤組成物中のエポキシ樹脂のエポキシ基数は、液体クロマトグラフィーによりエポキシ樹脂を分取し、該エポキシ樹脂のエポキシ基当量と質量平均分子量とから求めることができる。
【0027】
前記エポキシ樹脂は、液晶シール剤組成物100質量%中に通常20〜80質量%、好ましくは40〜70質量%の量で含有される。
このように、1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂を、上記の含有量で液晶シール剤組成物に使用することにより、液晶シール剤組成物の耐熱性が向上する。
【0028】
前記エポキシ樹脂は、単独であっても、また相異するエポキシ樹脂の混合物であってもよく、室温で固体または液体に関わらず使用できる。具体的には、前記(b)エポキシ樹脂としては、所定数のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂またはその混合物であれば特に制限はなく、多官能性エポキシ樹脂、単官能性エポキシ樹脂と多官能性エポキシ樹脂との混合物、あるいは多官能性エポキシ樹脂同士の混合物などが挙げられる。また、さらには、それらの変性エポキシ樹脂なども好ましく使用できる。
【0029】
(単官能性エポキシ樹脂)
単官能性エポキシ樹脂としては、たとえば、脂肪族モノグリシジルエーテル化合物、脂環式モノグリシジルエーテル化合物、芳香族モノグリシジルエーテル化合物、脂肪族モノグリシジルエステル化合物、芳香族モノグリシジルエステル化合物、脂環式モノグリシジルエステル化合物、窒素元素含有モノグリシジルエーテル化合物、モノグリシジルプロピルポリシロキサン化合物、モノグリシジルアルカンなどが挙げられる。なお、これら以外の単官能性エポキシ樹脂をも用いてもよいことは言うまでもない。
【0030】
(多官能性エポキシ樹脂)
多官能性エポキシ樹脂としては、通常1分子中に平均2〜6ケのエポキシ基を有するエポキシ樹脂が挙げられるが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、それ以上の数のエポキシ基を有する樹脂を用いることもできる。
多官能性エポキシ樹脂としては、たとえば、脂肪族多価グリシジルエーテル化合物、芳香族多価グリシジルエーテル化合物、トリスフェノール型多価グリシジルエーテル化合物、ハイドロキノン型多価グリシジルエーテル化合物、レゾルシノール型多価グリシジルエーテル化合物、脂肪族多価グリシジルエステル化合物、芳香族多価グリシジルエステル化合物、脂肪族多価グリシジルエーテルエステル化合物、芳香族多価グリシジルエーテルエステル化合物、脂環式多価グリシジルエーテル化合物、脂肪族多価グリシジルアミン化合物、芳香族多価グリシジルアミン化合物、ヒダントイン型多価グリシジル化合物、ビフェニル型多価グリシジル化合物、ノボラック型多価グリシジルエーテル化合物、エポキシ化ジエン重合体などが挙げられる。なお、これら以外の多官能性エポキシ樹脂をも用いることができることは言うまでもない。
【0031】
(変性エポキシ樹脂)
変性エポキシ樹脂としては、たとえば、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリスルフィド変性エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂(CTBN、ATBNなどによる変性)、ポリアルキレングリコール型エポキシ樹脂、エーテルエラストマー添加ビスフェノールA型エポキシ樹脂、シリコンゴム変性エポキシ樹脂、アクリル変性エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのうち、ゴム状変性物がエポキシ樹脂中に粒子として形状を保持するものが特に好ましい。このような変性エポキシ樹脂を使用した場合には、液晶シール剤組成物の応力緩和性が向上し、優れた接着強度が発現する。
【0032】
さらに、本発明に係る液晶シール剤組成物は、前記(b)エポキシ樹脂のうち、環球法による軟化点が50℃以上の固形エポキシ樹脂を、液晶シール剤組成物中に5〜40質量%、好ましくは10〜30質量%の量で含有することが望ましい。環球法による軟化点が50℃以上の固形エポキシ樹脂が前述の範囲内で含まれていれば、液晶シール剤組成物の硬化体のガラス転移温度が良好である。
【0033】
環球法による軟化点が50℃以上の固形エポキシ樹脂の具体例としては、50℃未満の温度で固形のエポキシ樹脂、たとえば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールエタン型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂などが好ましく挙げられる。これらは、単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0034】
(c)硬化促進剤
本発明に係る液晶シール剤組成物は、(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤を必須成分として含有する。
前記2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤は、エポキシ樹脂への溶解性が適度であり、さらに2位フェニル基の電子吸引性効果により、分子内の3位窒素の電子密度が小さくなり、反応性が抑制されるため、該イミダゾール系硬化促進剤を液晶シール剤組成物に含有させると、室温での粘度安定性を良好に保持でき、スクリーン印刷やディスペンサー塗布により長時間、使用することが可能となる。
【0035】
なお、このようなイミダゾール系硬化促進剤の分子内の3位窒素の電子密度は、たとえばCambridge Soft社の製品名「CS Chem 3D」のMOPAC法により計算することが可能である。
本発明では、前記イミダゾール系硬化促進剤は、前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂100質量部に対して、通常1〜20質量部、好ましくは5〜10質量部の量で、液晶シール剤組成物中に含有されている。このように、前記(b)エポキシ樹脂100質量部に対して、上記数値範囲内の量で前記2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤が含まれていると、液晶シール剤組成物の粘度安定性を良好に保持でき、可使時間を長くする効果がより顕著となる。
【0036】
なお、前記イミダゾール系硬化促進剤は、液晶シール剤組成物100質量%中に通常0.5〜16質量%、好ましくは2〜7質量%の量で含有されることが望ましい。
本発明に用いられる前記(c)イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、たとえば、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(融点;174〜184℃)、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(融点;230℃以上)、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(融点;174〜184℃)、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト(融点;175〜183℃)などが好ましく挙げられる。これらは単独でも、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
【0037】
(d)粒子径が10μm以下の充填剤
本発明では、上述した(a)潜在性硬化剤、(b)エポキシ樹脂、(c)硬化促進剤のほかに、必要に応じて(d)粒子径が10μm以下の充填剤を含有させることもできる。
本発明で用いられる(d)粒子径が10μm以下の充填剤は、粒子径が10μm以下であって、通常、電子材料分野で充填剤として使用可能なものであればいずれでもよい。
【0038】
ここで、前記充填剤の粒子径とは、レーザー法で測定された最大粒子径を意味する。本発明で用いられる充填剤は、粒子径(最大粒子径)が10μm以下、好ましくは6μm以下、さらに好ましくは0.3〜4μmであることが望ましい。充填剤の粒子径値が上記範囲であれば、液晶セル製造時のセルギャップ幅の寸法安定性が一層向上し好ましい。
【0039】
このような充填剤の材質としては、具体的には、たとえば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸ジルコニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化亜鉛、二酸化珪素、チタン酸カリウム、カオリン、タルク、アスベスト粉、石英粉、雲母、ガラス繊維などの無機充填剤が挙げられる。また、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンおよびこれらと共重合可能なモノマー類を共重合した共重合体などの公知の有機充填剤も使用可能である。また、該充填剤を予めエポキシ樹脂やシランカップリング剤などでグラフト化変性させた後に使用することも可能である。
【0040】
本発明に用いられる(d)粒子径が10μm以下の充填剤は、液晶シール剤組成物100質量%中に、5〜30質量%、好ましくは10〜20質量%の量で含有されることが望ましい。該充填剤の使用量が上記範囲内であれば、液晶シール剤組成物のガラス基板上への塗布安定性が良好で、セルギャップ幅の寸法安定性も良好である。
【0041】
(e)溶剤
本発明に係る液晶シール剤組成物には、ディスペンス塗布性やスクリーン印刷性を向上させるために、(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤を含有させることができる。
前記(e)溶剤は、液晶シール剤組成物100質量%中に、5〜30質量%、好ましくは8〜20質量%の量で含有されることが望ましい。溶剤の使用量が上記範囲内であれば、ガラス基板などの被着体に対する濡れ性が良好で、かつ、ディスペンス塗布性やスクリーン印刷性が良好である。
【0042】
前記(e)溶剤は、エポキシ樹脂と相溶するがエポキシ樹脂に対して不活性である、沸点が140〜220℃の範囲の公知の高沸点溶剤から選択することができる。
前記(e)溶剤の具体的な例としては、たとえば、ケトン溶剤、エーテル溶剤、アセテート溶剤が好ましく挙げられる。これらは、単独であっても、組み合わせて用いてもよい。
【0043】
ケトン溶剤としては、具体的には、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノンなどが挙げられる。
エーテル溶剤のより具体的な例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジフェニルエーテルなどが挙げられる。
【0044】
また、アセテート溶剤としては、たとえば、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノメチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジアセテートなどが挙げられる。
【0045】
これらのうち、本発明に用いられる(e)溶剤としては、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテートからなる群より選ばれた少なくとも1種が好ましい。これらは、単独であっても、組み合わせて用いてもよい。
【0046】
(f)その他の添加剤
本発明では、本発明の目的を損なわない範囲内で、必要に応じてさらに、シランカップリング剤などのカップリング剤、イオントラップ剤、イオン交換剤、レベリング剤、顔料、染料、可塑剤、消泡剤などの各種添加剤の使用が可能である。
【0047】
(液晶シール剤組成物の調製)
本発明に係る液晶シール剤組成物は(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインと、(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂と、(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤と、さらに必要に応じて、(d)粒子径が10μm以下の充填剤と、(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が150〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤と、(f)その他の添加剤とを適宜配合し、混合することによって、調製することができ、調製方法は特に限定されない。なお、混合に際しては、たとえば、双腕式攪拌機、ロール混練機、2軸押出機、ボールミル混練機などの公知の混練機械を用いることができる。
【0048】
このようにして調製された液晶シール剤組成物の硬化前の粘度は、特に限定されないが、E型粘度計による25℃粘度が1〜1000Pa・sの範囲にあることが好ましく、5〜500Pa・sの範囲にあることがより好ましく、10〜200Pa・sの範囲にあることがさらに好ましい。したがって、本発明に係る液晶シール剤組成物は、E型粘度計による25℃粘度が上記範囲となるように、予め加熱養生などの方法による粘度調整を経て、調製されてもよい。
【0049】
また、E型粘度計のローター番号を同一とする、毎分10回転のズリ速度から求められた5rpm粘度値と毎分1回転のズリ速度から求めた0.5rpm粘度値との比(5rpm粘度値/0.5rpm粘度値)で表されるチクソ指数は、特に制限されないが1〜10の範囲であることが好ましい。
このようにして調製した液晶シール剤組成物は、最終的には真空脱泡処理後に、ガラス瓶やポリ容器に密封充填し、貯蔵、輸送することができる。
<液晶表示セルの製造方法>
本発明に係る液晶表示セルの製造方法は、前記液晶シール剤組成物を、一対の液晶セル用基板の一方に印刷またはディスペンス塗布して注入孔を備えたシールパターン枠を該基板表面に形成した後、該シールパターン枠を設けた基板を60〜110℃でプレキュアーし、他方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、該一対の基板を100〜160℃で熱圧締処理し、1.5〜7μmの範囲で均質な厚みに接合固定させてセルを形成した後、前記注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔することを特徴としている。
【0050】
本発明に用いられる液晶セル用基板としては、たとえば、ガラス基板、プラスチック基板が挙げられる。なお、前記ガラス基板および前記プラスチック基板とは、当然のことながら、酸化インジウムに代表される透明電極や、ポリイミドなどに代表される配向膜、その他無機質イオン遮蔽膜などが所定の部分に施工されてなる、いわゆる液晶セル構成用ガラス基板および同プラスチック基板を意味する。
【0051】
前記液晶セル用基板に、液晶シール剤組成物を塗布する方法には特に限定はなく、たとえばスクリーン印刷塗布方法またはディスペンサー塗布方法などで行うことができる。
塗布後は、必要に応じて予備乾燥(プレキュアー)し、もう一方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、加熱圧締接着する。
【0052】
その際、液晶シール剤組成物に溶剤が含まれる場合には、プレキュアーが必要である。該プレキュアー条件は、特に制限されないが、溶剤の含有量を100質量%とした場合に、少なくともその95質量%を脱溶剤化でき、かつ含有する潜在性硬化剤の熱活性温度以下の加熱乾燥温度を選択することが好ましい。このような観点から、プレキュアー条件としては、通常、温度が60℃〜110℃の範囲、乾燥時間は5〜60分の範囲である。高温化するほど乾燥時間を短時間にすることが好ましい。110℃を超えたプレキュアーであっても脱溶剤化は可能であるが、硬化反応の進行でセルギャップ幅の精度が低下する傾向があるため、注意が必要である。
【0053】
対となるもう一方の基板と加熱圧締接着する際の加熱硬化条件は、特に制限されるものではないが、通常、100〜160℃の温度範囲で0.5〜24時間である。
また、加熱圧締接着を枚葉熱プレスにて実施する場合は、仮接着性を確保できる条件、好ましくは100〜160℃で2〜10分程度接合後、圧を開放して、熱プレス機から取り出し、引き続き同温度下に調整された加熱オーブン中で完全硬化養生させるなどの2段または複数の加熱工程や養生工程を経ることができる。ここで、枚葉熱プレスとは、一組づつ接合する仕様の熱プレス機を意味する。真空下に熱を加えることができる真空枚葉熱プレスと、大気圧下で熱板を介して強制的に加熱圧締接着するタイプの剛体枚葉熱プレスとが知られているが、これらのいずれの枚葉熱プレス方式を用いてもよい。
【0054】
このようにしてセルを形成した後、注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔して液晶表示セルを製造する。前記2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物としては、公知のものを適宜選定して用いることができる。
また、液晶材料にも制約はなく、たとえばネマチック液晶や強誘電液晶などが好適である。
【0055】
なお、上述した枚葉プレス加熱接着方式の代わりに多数枚一括加熱圧締接着方式で液晶表示セルを製造することも可能である。
<液晶表示素子>
本発明に係る液晶表示素子は、上述した方法によって製造された液晶表示セルからなる液晶表示素子である。
【0056】
前記液晶表示素子としては、たとえば、エム シャツト(M Schadt)とダブリユ ヘルフリッヒ(W Helfrich)らが提唱したTN型(Twisted Nematic)の液晶素子あるいはSTN型( Super Twisted Nematic )の液晶素子、または、クラーク(N A Clark)とラガウェル(S T Lagerwall)により提唱された強誘電型液晶素子、また薄膜トランジスター(TFT)を各画素に設けた液晶表示素子などが好ましく挙げられる。
【0057】
【発明の効果】
本発明に係る液晶シール剤組成物によれば、1液型においても、貯蔵安定性および塗布作業性が良好で、枚葉プレス加熱接着方式に適合し、かつその際の接着性、接着信頼性を高く保持できる。また本発明に係る液晶表示素子は、高温多湿環境下で長時間表示安定性を確保することが可能である。
【0058】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例中記載の「%」、「部」はそれぞれ「質量%」、「質量部」を意味する。
なお、例中用いた原材料種(略記号)は以下の通りである。
【0059】
<使用原材料など>
(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントイン
味の素社製「アミキュアVDH−J」を使用した。
(b)エポキシ樹脂
トリスフェノール型固形エポキシ樹脂(三井化学社製「テクモアVG3101L」;環球法による軟化点71℃)、合成例1のアクリルゴム変性エポキシ樹脂を使用した。
(c)イミダゾール系硬化促進剤
イミダゾール系硬化促進剤としては以下のものを使用した。
2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成製、以下2P4MHZという。)、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成製、以下2PHZという。)、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(四国化成製、以下2P4MZという。)を使用した。
(d)粒子径が10μm以下の充填剤
無定型シリカ(信越化学社製「MU−120」;電子顕微鏡観察法で求めた一次平均粒子サイズ0.07μm)、無定型アルミナ(昭和電工社製「UA−5105」;最大粒子径5μm以下)を使用した。
(e)溶剤
エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤として、プロピレングリコールジアセテート(ダウケミカル製「ダワノールPGDA」;沸点191℃)を使用した。
(f)添加剤
シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン社製「KBM403」)を使用した。
【0060】
<試験方法>
実施例および比較例で実施した試験項目および方法は下記の通りである。
(貯蔵安定性試験)
液晶シール剤組成物の25℃粘度をE型粘度計にて測定し、該液晶シール剤組成物100部をポリエチレン製容器に入れ密封し、−10℃で30日経過後、同様にして25℃粘度を測定し、密封前の25℃粘度値を100として、同粘度値の変化率で貯蔵安定性を評価した。
【0061】
5%未満の変化率であった場合には、貯蔵安定性が良好の意味で記号○、また5〜10%の変化率であった場合には、貯蔵安定性がやや不良の意味で記号△、10%を超える変化があった場合には、貯蔵安定性不良の意味で記号×で表した。
(塗布作業性試験)
ポリエチレン製容器に密封保存された氷点下以下の液晶シール剤組成物を取り出し、2時間かけて室温25℃に戻した。その時の液晶シール剤組成物の粘度をE型粘度計にて測定し、この25℃粘度値を100として、さらに25℃で12時間放置後に同様にして粘度測定を行った結果を粘度変化率で評価した。
【0062】
5%未満の変化率であった場合には、塗布作業性は良好として記号○、また5〜10%の変化率であった場合には、塗布作業性にやや欠けるとして記号△、10%を超える変化があった場合には、塗布作業適性に著しく欠けるという意味で記号×で表した。
(接着性試験)
JIS K6850に従い実施した。被着体にはSUS304を使用した。
【0063】
被着体に液晶シール剤組成物を25mm×10mmの面積で塗布した試験片を90℃、10分プレキュアー処理した後、貼り合わせ、治具で固定した後、120℃、60分加熱処理を行い、接着試験片を作製した。この接着試験片を用いて、引張り試験機(インテスコ社製)にて、せん断接着強度を測定した。
接着強度が20MPa以上のものを接着性が良好として記号○で、また、10MPa以上20MPa未満であった場合を接着性がやや劣るものとして記号△で、10MPa未満であった場合を接着性が劣るものとして記号×で表した。
【0064】
(接着信頼性試験)
上記の接着性試験と同様にして作製した接着試験片を121℃、2気圧、湿度100%の条件でプレッシャークッカーテストを行い、接着性試験と同様にせん断接着強度を測定した。
接着強度が20MPa以上のものを接着信頼性が良好として記号○で、また10MPa以上20MPa未満であった場合を接着信頼性がやや劣るものとして記号△で、10MPa未満であった場合を接着信頼性が劣るものとして記号×で表した。
【0065】
(接合シール試験)
各例に示された条件下の枚葉熱プレス硬化工程を経て製造された液晶表示用セルを20倍拡大鏡で拡大して肉眼で観察し、シールラインの乱れの有無、およびシール発泡の発生によるシール不良箇所の有無を測定し、枚葉熱プレス適性を評価した。
【0066】
(シール機能信頼性試験)
各例に示された条件の枚葉熱プレス硬化工程を経て製造された液晶表示用セルに対し、液晶封入口から液晶RC4087(チッソ(株)製)を注入し、その封入口をストラクトボンドES−302(三井化学(株)製)で封口し、液晶パネルを作製した。その液晶パネルを、65℃/RH95%の雰囲気下に250時間、同500時間それぞれ放置後に取り出し、フロント側に偏光板を貼り付け、さらにリヤ側には反射板つき偏光板をそれぞれ取り付けた。その後、該ユニットに駆動回路などを実装させて表示機能の変化を観察した。
【0067】
その結果、表示ムラの発生が見られない場合を記号◎で、表示ムラがセル周辺部のシール際から500μm以内の距離でわずかに見られる場合を記号○で、表示ムラがシール際から500μm以上の距離におよび著しく表示機能の低下が発生した場合を記号×で表した。
【0068】
【合成例1】
<アクリルゴム変性エポキシ樹脂の合成>
攪拌機、気体導入管、温度計、冷却管を備えた2000mlの四つ口フラスコ中に、液状エポキシ樹脂であるビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポミックR−140P;三井化学(株)製)600g、アクリル酸12g、ジメチルエタノールアミン1g、トルエン50gを加え、空気を導入しながら110℃で5時間反応させ二重結合を導入した。
【0069】
次にブチルアクリレート350g、グリシジルメタクリレート20g、ジビニルベンゼン1g、アゾビスジメチルバレロニトリル1g、およびアゾビスイソブチロニトリル2gを加え、反応系内に窒素を導入しながら70℃で3時間反応させ、さらに90℃で1時間反応させた。
次いで110℃の減圧下で脱トルエンを行い、該組成物を光硬化触媒の存在下に低温で速硬化させ、その硬化物の破断面モルフォロジーを電子顕微鏡で観察して分散ゴム粒子径を測定する方法で得た平均粒子径が0.05μmの微架橋型アクリルゴム微粒子が均一に分散したアクリルゴム変性エポキシ樹脂を得た。
【0070】
【実施例1】
トリスフェノール型エポキシ樹脂(テクモアVG3101L;三井化学製)25部を、プロピレングリコールジアセテート15部に加熱溶解させて、さらに、合成例1のアクリルゴム変性エポキシ樹脂20部、1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントイン15部、2P4MHZ(四国化成製)5部、無定型シリカ(MU120;信越化学製)2部、無定型アルミナ(UA−5105;昭和電工製)13部、シランカップリング剤(γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)5部を加え、ミキサーで予備混合し、次に3本ロールで固体原料が5μm以下になるまで混練し、混練物を真空脱泡処理して液晶シール剤組成物(P1)を得た。
【0071】
得られた液晶シール剤組成物(P1)を用いて上記の試験方法により、貯蔵安定性試験、塗布作業性試験、接着性試験、接着信頼性試験を行った。
結果を表2に示す(なお、液晶シール剤組成物(P1)のE型粘度計による25℃初期粘度は、35Pa・sであった。)。
また、得られた液晶シール剤組成物(P1)100部に対し、5μmのガラス短繊維スペーサー5部を配合し、充分混合して得た真空脱気組成物を、透明電極と配向膜が設けられた液晶セル用ガラス基板(以下、単にITO基板という。)に、1基板当たり1インチサイズの上下左右各1の合計4セルからなるパターンをディスペンサー塗布し、シール剤塗布幅約0.7mm、シール剤塗布厚み約22〜25μmのシールパターン枠をITO基板表面に形成した。
【0072】
その後、90℃の熱風乾燥器で10分乾燥し、対になるべき別のITO基板を重ね合わせて、位置合わせを行った後、プレス圧0.03MPa/cm2、170℃で6分の条件で、剛体枚葉熱プレス(常陽工学製)にて加熱接着した。
この操作を10回繰り返し実施し、10サンプルを作製した。
この10サンプルについて、上記の試験方法に従い、接合シール試験を実施した結果、シール貫通泡の発生によるシール不良箇所やシールラインの乱れは1サンプルもなく、所望の5±0.1μmセルギャップ厚みを持つ液晶表示用セルがすべてのロットで製造可能であった。
【0073】
さらに、これらのうち、2つのセルを120℃の真空乾燥機にて60分放置して完全硬化させ、液晶表示用セルを得た。この2つの液晶表示用セルを用いて、上記の試験方法に従い、シール機能信頼性試験を行った。
これらの結果を表2に示す。
【0074】
【実施例2〜5】
表1の処方に従って配合し、実施例1と同様にして本発明に係る液晶シール剤組成物を製造し、実施例1と同様に評価した。
結果を表2に示す。
【0075】
【比較例1】
イミダゾール系硬化促進剤として、本発明の請求の範囲外である2−メチルイミダゾール(融点;137−145℃)を使用した以外は実施例1と同様にして、液晶シール剤組成物(C1)を製造し、実施例1と同様に評価した。
結果を表2に示す。
【0076】
【比較例2】
イミダゾール系硬化促進剤として、融点が本発明の請求の範囲外である2−フェニルイミダゾール(融点;137−147℃)を使用した以外は実施例1と同様にして、液晶シール剤組成物(C2)を製造し、実施例1と同様に評価した。
結果を表2に示す。
【0077】
【比較例3】
硬化剤として、本発明の請求の範囲外であるアジピン酸ジヒドラジドを単独で使用した以外は、実施例1と同様にして、液晶シール剤組成物(C3)を製造し、実施例1と同様に評価した。
結果を表2に示す。
【0078】
【表1】
【0079】
【表2】
【0080】
表2から明らかなように、本発明にかかる液晶シール剤組成物は、室温での粘度安定性、シール塗布作業性、枚葉熱プレス適性、接着性、接着信頼性、および、液晶表示素子のシール機能信頼性に優れることが確認された。
一方、比較例1および比較例2は、本発明の請求の範囲外のイミダゾール系硬化促進剤成分を使用しているため、液晶シール剤組成物の貯蔵安定性、塗布作業性が劣っている。また、比較例3は、本発明の請求の範囲外の硬化剤成分を使用しているため、液晶シール剤組成物の枚葉熱プレス適性や接着性が劣っている。
Claims (10)
- 1液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物であって、
(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインと、
(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂と、
(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤とを
含有することを特徴とする枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。 - 前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂100質量部に対して、
(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインを5〜50質量部の量で、
(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤を1〜20質量部の量で、
含有することを特徴とする請求項1に記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。 - さらに、前記液晶シール剤組成物中に
(d)粒子径が10μm以下の充填剤を5〜30質量%の量で、
(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤を5〜30質量%の量で
含有することを特徴とする請求項1または2に記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。 - 前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂を、液晶シール剤組成物中に20〜80質量%の量で含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。
- 前記(a)潜在性硬化剤1,3−ビス(ヒドラジノカルボエチル)−5−イソプロピルヒダントインを、液晶シール剤組成物中に5〜30質量%の量で含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。
- 前記(b)1分子中にエポキシ基を平均1.2ケ以上有するエポキシ樹脂のうち、環球法による軟化点が50℃以上の固形エポキシ樹脂を、液晶シール剤組成物中に、5〜40質量%の量で含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。
- 前記(c)2位にフェニル基を有し、かつ融点が170℃以上であるイミダゾール系硬化促進剤が、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、および1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトからなる群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。
- 前記(e)エポキシ樹脂と相溶しかつ沸点が140〜220℃の範囲にある、エポキシ基に対し不活性な溶剤が、ケトン溶剤、エーテル溶剤、エステル溶剤からなる群より選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物を、
一対の液晶セル用基板の一方に印刷またはディスペンス塗布して注入孔を備えたシールパターン枠を該基板表面に形成した後、
該シールパターン枠を設けた基板を60〜110℃でプレキュアーし、
他の一方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、該一対の基板を100〜160℃で熱圧締処理し、1.5〜7μmの範囲で均質な厚みに接合固定させてセルを形成した後、
前記注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔することを特徴とする液晶表示セルの製造方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の枚葉プレス加熱接着方式用液晶シール剤組成物を、一対の液晶セル用基板の一方に印刷またはディスペンス塗布して注入孔を備えたシールパターン枠を該基板表面に形成した後、
該シールパターン枠を設けた基板を60〜110℃でプレキュアーし、
他方の基板と重ね合せて位置合わせを行った後、該一対の基板を100〜160℃で熱圧締処理し、1.5〜7μmの範囲で均質な厚みに接合固定させてセルを形成した後、
前記注入孔から該セル内に液晶材料を注入し、前記注入孔を2液硬化型または紫外線硬化型液晶シール剤組成物で封孔して得られる液晶表示セルからなる液晶表示素子。
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