JP2003315775A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
力印加によっても成膜した各種の薄膜、特に平滑層の有
機材料膜からの気泡の発生を防止する。 【解決手段】 内面に有機材料の薄膜(平滑層OC、上
下配向膜ORI2,1)及び酸化物導電膜の薄膜(IT
O1、ITO2)を形成した一対の基板SUB1,SU
B2の対向間隙に液晶LCを封入し、その周縁をシール
材SLで接着して構成した液晶表示装置で、前記有機材
料の薄膜(平滑層OC、上下配向膜ORI2,1)の熱
分解温度が、前記酸化物導電膜の薄膜(ITO1、IT
O2)の形成温度以上で、かつ前記有機材料の薄膜の熱
変形温度が前記酸化物導電膜の薄膜の形成温度以下であ
る有機材料の薄膜を用いた。
Description
り、特に基板の内面に形成した各種の有機材料の薄膜か
らのガス発生を抑制して表示不良を防止した液晶表示装
置及びその製造方法に関する。
のための表示デバイスとして、近年、液晶表示素子を用
いた薄型、軽量かつ低消費電力の表示装置が多用される
ようになった。液晶表示素子は、基本的には水平と垂直
に配列された多数の電極で形成されるマトリクスと上記
水平と垂直の電極の間に液晶層を有し、2つの電極の対
向部分に画素を構成して2次元画像を表示するものであ
る。
電極に印加するパルスのタイミングで所定の画素を選択
する所謂単純マトリクス方式と、垂直と水平の電極の交
点に構成する画素毎にトランジスタ等の非線型素子を配
置して所定の画素を選択する所謂アクティブ・マトリク
ス方式とがある。
晶表示素子を用いた液晶表示装置は、マトリクス状に配
列された複数の画素電極のそれぞれに対応して非線形素
子(スイッチング素子)を設けたものである。各画素に
おける液晶は理論的には常時駆動(デューティ比1.
0)されているので、時分割駆動方式を採用している所
謂単純マトリクス方式と比べてアクティブ・マトリクス
方式はコントラストが良く、特にカラー液晶表示装置で
は欠かせない技術となりつつある。スイッチング素子と
して代表的なものとしては薄膜トランジスタ(TFT)
がある。
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
63−309921号公報や、「冗長構成を採用した1
2.5型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶ディス
プレイ」( 日経エレクトロニクス、193〜210頁、
1986年12月15日、日経マグロウヒル社発行)で
知られている。
晶層を挟持する一方の基板(カラーフィルタ基板、以下
対向基板と称する)に複数(一般に、赤、緑、青)のカ
ラーフィルタを備えている。一般に、カラーフィルタは
有機材料に染料や顔料などの有機着色材を混入したもの
を塗布し、フォトリソグラフィ技法を用いたパターニン
グを3色フィルタのそれぞれ毎に繰り返して形成され
る。なお、カラーフィルタの形成前あるいは後に各色を
隔てる遮光膜すなわちブラックマトリクスを同様の手法
で形成する。
セルギャップを均一化するためにカラーフィルタ基板の
内面を平滑化するためにカラーフィルタを覆って例えば
特開平5−140267号公報に開示されている様な有
機材料の平滑層(保護膜:オーバーコート層)を形成し
ている。
ラーフィルタ基板を使用して他方の基板(アクティブマ
トリクス基板、以下電極基板と称する)と貼り合わせて
構成した液晶表示装置では、衝撃を与えると気泡が発生
することがあった。
188号公報に開示されているように、カラーフィルタ
基板あるいはアクティブマトリクス基板と貼り合わせて
液晶を注入前の状態の所謂空セルをベーキングする方
法、主として水和水に代表される吸着ガス抜き処理で漠
然と対応していた。
は、液晶表示装置の有機材料の薄膜を昇温脱離発生ガス
発生装置で二酸化炭素の検出イオン強度の室温から25
0゜Cまでの積算量が70000以下にすることによ
り、液晶表示装置の表示面に衝撃が加わった時の気泡発
生を抑制する発明が開示されている。
を形成した対向基板を用いた液晶表示装置では、対向基
板が電極基板と異なり基板構成要素の大部分が有機系の
材料であるために、それ自身がガス発生ポテンシャルを
持ち、あるいは外部要因によるダメージにより分解性ガ
スが発生するため、常温常圧下で保管あるいは使用する
ことにより、ガスが液晶内に溶け込むことが確認されて
いる。
飽和状態に達した場合、一般には外力により変形し易い
薄いガラス基板からなる対向基板のような可撓性の高い
基板で構成される液晶表示装置の特性から、例えば指で
押されたり、落下等により、表示面に衝撃が加わったと
き、液晶表示装置内に気泡が発生して表示不良となるこ
とがある。
液晶自体の特性、例えば液晶比抵抗値が劣下し、表示不
良の原因となることがある。
消することにあり、長時間の保管をしても、あるいは使
用時の外力印加によっても成膜した各種の薄膜、特に平
滑層等の有機材料膜からの気泡の発生を防止して高い信
頼性を有する液晶表示装置を提供することにある。
に、本発明は、平滑層などの有機薄膜を有し、内面の最
上層に液晶を構成する液晶分子を配向させるための配向
膜を形成した一対の基板を一定の間隙で対向させ、その
周囲をシール材で接着し、当該間隙に液晶を封入してな
る液晶表示装置で、前記有機薄膜の特性及び酸化物導電
膜の薄膜の形成温度を特定した点に特徴を有する。
(6)に記載したとおりである。すなわち、 (1)、内面に有機材料の薄膜及びこの有機材料の薄膜
の少なくとも一部を覆って形成された酸化物導電膜の薄
膜とを有する基板を持ち、この基板と対向する他の基板
間に液晶を封入し、その周縁をシール材で接着して構成
した液晶表示装置であって、前記有機材料の薄膜の熱分
解温度が、前記酸化物導電膜の薄膜の形成温度以上で、
かつ前記有機材料の薄膜の熱変形温度が前記酸化物導電
膜の薄膜の形成温度以下あることを特徴とする。
膜の熱分解温度が220゜C以上であることを特徴とす
る。
機材料の薄膜の熱変形温度が200゜C以上であること
を特徴とする。
で、前記有機材料はエポキシ樹脂であることを特徴とす
る。
で、前記液晶の液晶比抵抗の保持率が未使用液晶、すな
わちバ−ジン液晶の液晶比抵抗の10%以上であること
を特徴とする。
機材料の薄膜の少なくとも一部を覆って形成された酸化
物導電膜の薄膜とを有する基板を持ち、この基板と対向
する他の基板間に液晶を封入し、その周縁をシール材で
接着して構成した液晶表示装置の製造であって、前記酸
化物導電膜の薄膜の形成を、前記有機材料の薄膜の熱分
解温度以下で、かつ熱変形温度以上で行うことを特徴と
する液晶表示装置の製造方法。
の薄膜の形成を200゜C以上、220゜C以下で行う
ことを特徴とする。
て、有機材料にエポキシ樹脂を用いることを特徴とす
る。
からの気泡の発生が防止され、更に保管中、あるいは使
用中に液晶表示装置の内部にガス(気泡)が発生するこ
とが抑制され、高品質かつ高信頼性の液晶表示装置が得
られる。
前記有機材料の薄膜の熱分解温度以下で、かつ熱変形温
度以上で行うことにより、保管中、あるいは使用中に液
晶表示装置の内部にガス(気泡)が発生することが抑制
され、高品質かつ高信頼性の液晶表示装置を製造するこ
とができる。
ものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変更
が可能である。
て、実施例の図面を参照して詳細に説明する。図1は本
発明による液晶表示装置の一実施例の構成を説明する要
部断面図である。ここで、SUB1は第1の基板(以
下、電極基板)、SUB2は第2の基板(以下、対向基
板)である。電極基板SUB1は通常の薄膜トランジス
タTFTが形成されている。すなわち、薄膜トランジス
タTFTはアモルファスシリコン層ASを挟んでゲート
電極GTとドレイン電極SD1およびソース電極SD2
を有し、電極基板SUB1の内面には薄膜トランジスタ
TFTを覆って絶縁膜PSVが成膜され、この上に一端
をソース電極SD2に接続した画素電極ITO1が形成
され、さらにその上に下配向膜ORI1が成膜されてい
る。
ックマトリクスBMで区画された下フィルタFIL(こ
こでは、緑フィルタFIL(G)及び赤フィルタFIL
(R)のみを示してある)が形成され、その上に平滑層
(保護膜)OCが形成されている。この平滑層OCを覆
って共通電極ITO2が成膜され、最上層に上配向膜O
RI2が形成されている。
シ樹脂(polycyclic epoxy resi
n)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(bisphe
nol A−type epoxy resin)を用
い、これにフェノール類(phenols)、イミダゾ
ール化合物(imidazolr compound
s)等を添加した有機系樹脂のエポキシ樹脂の薄膜から
形成されている。この有機系樹脂のエポキシ樹脂はその
熱分解温度が270°Cの特性を備えており、この熱分
解温度は前記共通電極ITO2を構成する酸化物導電膜
の薄膜の形成温度以上の特性となっている。
0°Cで、この実施例ではこの熱変形温度は前記共通電
極ITO2の形成温度と同一のものである。
記エポキシ樹脂の他に例えばアクリル樹脂(acry
l)、ポリイミド(polyimide)等が使用で
き、これらの使用により発ガス量が低く抑えられてい
る。
UB1とSUB2はスペーサSPを介在させて所定の間
隙で貼り合わせ、その間隙に液晶LCを封入してある。
なお、一対の基板の各表面には偏光板POL1、POL
2がそれぞれ積層されて液晶表示装置を構成している。
置において、前記対向基板SUB2側の発生ガスポテン
シャルは、前述した特開2000−171785号公報
に開示されている電子科学株式会社製の「EMD−WA
1000型」(商品名)高精度昇温離脱ガス分析装置を
用いて測定を行った。
は、エミッション電流を50μA,2次電子増倍管の電
圧を2kVとして、m/e=2,18,28,44の4
チャンネルを約2秒間隔で測定するマスフラグメント法
で測定した。質量分析計MSのその他の条件調整は当該
装置添付の説明書に従い実施した。なお、m/e=2は
水素(H2 )、18は水(H2 O)、28は一酸化炭素
(CO)、44は二酸化炭素(CO2 )の各質量であ
る。
mm×10mmの大きさに切断してチャンバーCH内の
石英ロッドROD上に配置した。
10-6Pa.以下の真空度に達した後に、約10°C/
分の昇温速度で室温から250°Cまで昇温させ、m/
e=44(CO2 )のイオンピークと加熱チャンバーC
Hの内圧を測定した。その結果、上記のイオンピークに
関しては、その積算値は25000であった。
0°Cで30日間保温した後に、常温常圧下で直径約1
cmの硬球を2kg×3秒間押圧して液晶表示装置内に
約1mmの気泡核を作り、その消滅時間を測定する衝撃
気泡試験を行った。なお、衝撃気泡試験は前述した特開
2000−171785号公報に開示されている装置と
方法で行った。
気泡が発生したが、押圧を解除して5分後に気泡は消失
した。更に、前記図1に示す液晶表示装置LCDの対向
基板(カラーフィルタ基板)SUB2の平滑層OCを5
0mg削り取り、これをシアノ系液晶3gとサンプル瓶
中で混合し、100°C、72時間エ−ジングした後、
液晶比抵抗を測定した。
液晶の液晶比抵抗に対する保持率は12%であり、平滑
層OCの影響が軽微で有ることが確認できた。ここで、
前記液晶比抵抗としては、バ−ジン液晶の液晶比抵抗に
対する保持率が10%未満では応答性の低下や表示むら
の発生の恐れがあって実用上問題となり、回避が望まし
い。
開平5−140267号公報に開示されたエポキシ樹脂
を主剤とし、これに硬化促進剤として四国化成製の2E
4MZ−CN(商品名)を1重量部添加し、熱変形温度
185°C、熱分解温度240°Cの特性としたものを
用いた比較例1の液晶表示装置に対し、前述の実施例と
同一条件で同様に衝撃気泡試験、液晶比抵抗等を測定し
た。なお、共通電極ITO2の成膜温度は220°Cで
あった。
は、その積算値は100000であり、又衝撃気泡試験
では硬球で押圧された部分に小さな気泡が発生し、押圧
を解除した後もその気泡は消失せず、室温にて250時
間経過後この気泡は直径約15mmまで拡大してしまっ
た。更に液晶比抵抗の測定では未処理液晶、すなわちバ
ージン液晶の液晶比抵抗に対する保持率は0.05%迄
低下していた。
記共通電極ITO2の膜面にしわの発生が見られ、これ
はガス貯蔵スペ−スとなる要因を有すると共に、膜の透
明性を損なう等の問題となる。
説明する。先ず、液晶表示装置に用いられる対向基板
(カラーフィルタ基板)として、厚さ0.7mmまたは
1.1mmのガラス基板の上に感光性の黒色樹脂レジス
トを塗布し、露光、現像して焼成することによりブラッ
クマトリクスBMを形成する。次に、感光性の赤色、緑
色、青色の樹脂レジストを使用して上記と同様の工程を
繰り返し、赤色の着色層FIL(R)、緑色の着色層F
IL(G)、青色の着色層FIL(B)を形成する。
熱変形温度は220°Cの特性を備えた有機系樹脂のエ
ポキシ樹脂を塗布し焼成して平滑層(保護膜)OCを形
成し、その上に最高220°Cの低温スパッタリング法
で透明電極ITOを成膜し、これを共通電極とする。こ
の透明電極ITOの成膜最高温度220°Cは、前記熱
分解温度の270℃以下で、かつ熱変形温度の220℃
以上(同一温度)となっている。
グ処理して液晶配向制御能を付与する。一方、電極基板
(アクティブマトリクス基板)側は一般的な薄膜トラン
ジスタTFTを形成するプロセスと同様の方法で製造す
る。すなわち、厚さ0.7mmあるいは1.1mmのガ
ラス基板の上に成膜とパターニングを繰り返して、アモ
ルファスシリコンASからなる薄膜トランジスタTF
T、付加容量、ドレイン電極SD1、ソース電極SD
2、ゲート電極GT、画素電極ITO1、およびドレイ
ン線、ゲート線等の各種配線群、電極群が形成される。
その後、これらを覆って絶縁膜PSVが被覆され、その
上に下配向膜ORI1が塗布される。上下の配向膜はオ
フセット印刷で塗布され、これを焼成し、所定の方向に
擦って(ラビング処理して)液晶配向制御能を付与す
る。
板の一方の周縁にファイバー等のギャップ規制材を混入
したエポキシ系接着材をスクリーン印刷し、スペーサと
してプラスチックビーズをスプレー散布し、他方の基板
と貼り合わせて接着する。スペーサの散布密度は150
個/mm2 程度である。
の開口を形成してあり、その硬化後、真空注入法により
当該開口から液晶を充填し、開口をエポキシ系接着材で
封止して図1に示す構成の液晶表示装置を製造する。こ
こで、ガス発生を更に抑制するためには、平滑層OCの
硬度を上げるか、硬度が最も高くなる焼成条件で硬化さ
せる等を付加させることも可能である。また、ITOの
成膜後、大気圧でベーキングすることも有効である。
の薄膜からなる透明電極ITOの成膜最高温度を、有機
材料の薄膜からなる平滑層(保護膜)OCの熱分解温度
以下で、かつ熱変形温度以上としたことにより、保管中
あるいは使用中に液晶表示装置の内部にガス(気泡)が
発生することが抑制され、さらに液晶比抵抗の保持率の
低下も抑制されて高品質かつ高信頼性の液晶表示装置が
得られる。
(保護膜)OCまで形成した対向基板に、スパッタリン
グ法により成膜最高温度250°Cのプロセス条件下で
透明電極ITOを前記平滑層(保護膜)OCの表面に成
膜し、この対向基板と前記実施例の電極基板とを組合せ
てて比較例2の液晶表示装置を製造した。すなわち、こ
の比較例2の液晶表示装置は、透明電極ITOの成膜最
高温度250°Cが前記平滑層(保護膜)OCの熱分解
温度220°Cを越えたものである。
の実施例と同一条件で衝撃気泡試験、液晶比抵抗等を測
定した。その結果、上記のイオンピークに関しては、そ
の積算値は900000であり、又衝撃気泡試験では硬
球で押圧された部分に小さな気泡が発生し、押圧を解除
した後もその気泡は消失せず、室温にて250時間経過
後この気泡は直径約13mmまで拡大してしまった。更
に液晶比抵抗の測定では未処理液晶、すなわちバ−ジン
液晶の液晶比抵抗に対する保持率は1%迄低下してい
た。
体的構成例を図2〜図5を参照して詳細に説明する。
画素とその周辺の構成を説明する平面図である。各画素
は隣接する2本のゲート線GL(図中、ゲートラインG
L(g2))と、隣接する2本のドレイン線DL(デー
タラインDL(d2,d3))との交差領域内(4本の
信号線で囲まれた領域内)に配置されている。
ンジスタTFT(2つの薄膜トランジスタTFT1とT
FT2で構成されている)、透明画素電極ITO1およ
び付加容量(保持容量素子)Caddを含む。ゲート線
GLはx方向(列方向)に延在し、y方向(行方向)に
複数本配置されている。ドレイン線DLはy方向に延在
し、x方向に複数本配置されている。
が接続され、ドレイン線DLにはドレイン電極SD2
(d2,d3)が接続される。また、ITO1(d1)
は画素電極で、薄膜トランジスタTFTのソース電極S
D1(d2,d3)に接続されている。なお、ASは非
晶質Si層を示し、d1,d2,d3,g2は各電極あ
るいは配線を形成する導体層を示す。図中、カラーフィ
ルタFILとブラックマトリクスBMはカラーフィルタ
基板に形成されたもので、この図ではその配置位置のみ
を示してある。
の等価回路とその外周部に配置される駆動回路等の回路
構成図である。この構成では、薄膜トランジスタ(TF
T)型の液晶パネルPNL(TFT−LCD)の下側に
のみドレイン駆動回路部103が配置され、800×6
00画素から構成されるXGA仕様の液晶パネルの側面
部にはゲート駆動回路部104、コントローラ部10
1、電源部102が配置されている。
のドレイン線DLと、隣接する2本のゲート線GLとの
交差領域に配置される。薄膜トランジスタTFTのドレ
イン電極とゲート電極は、それぞれドレイン線DLとゲ
ート線GLに接続される。
素電極に接続され、画素電極と共通電極(コモン電極)
との間に液晶層が介在しているので、薄膜トランジスタ
TFTのソース電極との間には液晶容量(CLC)が等価
的に接続される。薄膜トランジスタTFTはゲート電極
に正のバイアス電圧を印加すると導通し、負のバイアス
電圧を印加すると不導通となる。また、薄膜トランジス
タTFTのソース電極と前ラインのゲート信号線との間
には、保持容量Cadd が接続される。
の間のバイアス極性によって決まるもので、この液晶表
示装置ではその極性は動作中反転するので、ソース電
極、ドレイン電極は動作中入れ替わるものと理解された
い。
た液晶表示装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
SHDは金属製シールドケース(上フレーム)、WDは
その表示窓、PNLは液晶パネル、SPSは光拡散板、
GLBは導光体、RFSは反射板、BLはバックライ
ト、MCAは下側ケース(下フレーム)であり、図に示
すような上下の配置関係で各部材が積み重ねられて所謂
液晶表示モジュールMDLが組み立てられる。
ムSHDに設けられた爪と下フレームMCAに形成した
フックによって全体が固定されるようになっている。上
フレームSHDの周辺には駆動回路基板(ゲート側回路
基板、ドレイン側回路基板)PCB1,PCB2、イン
タフェース回路基板PCB3がテープキャリアパッドT
CP1,TCP2、あるいはジョイナJN1,JN2,
JN3で液晶パネルPMLおよび回路基板相互間が接続
されている。
手段であるバックライトBLを構成する光拡散シートS
PS、導光体GLB、反射板RFSを収納する形状にな
っている。なお、導光体GLBの側面には線状ランプ
(蛍光管)LPと反射シートLSが配置される。線状ラ
ンプLPの端部からはゴムブッシュGBで保持されたラ
ンプケーブルLPCが引き出されており、図示しないイ
ンバータ電源に接続している。
GLB、反射板RFS、光拡散板SPSにより表示面で
一様な照明光として液晶表示パネルPNL側に出射す
る。
の間に設置されたプリズムシートPRSは照明光の進路
を調整するためのもので、遮光スペーサILSを介して
積層されている。
を説明するノート型コンピユータの斜視図である。この
ノート型コンピユータ(可搬型パソコン)はキーボード
部(本体部)と、このキーボード部にヒンジで連結した
表示部から構成される。キーボード部にはキーボードと
ホスト(ホストコンピュータ)、CPU等の信号生成機
能部を収納し、表示部には前記図4で説明した液晶表示
モジュールが実装され、その表示面を構成する液晶表示
パネルPNLが露出されている。そして、この液晶パネ
ルPNLの周辺に駆動回路基板FPC1,FPC2、コ
ントロールチップTCONを搭載したPCB、およびバ
ックライト電源であるインバータ電源基板IVなどが実
装される。
のではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種
々の変更が可能である。
長時間の保管をしても、あるいは使用時の外力印加によ
っても液晶表示パネルの内面に成膜した各種の薄膜、特
に平滑層(オーバーコート層)等の有機材料膜からの気
泡の発生が防止され、表示不良の無い高い信頼性を有す
る液晶表示装置を提供することができる。
説明する要部断面図である。
周辺の構成を説明する平面図である。
とその外周部に配置される駆動回路等の回路構成図であ
る。
装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
ノート型コンピユータの斜視図である。
ルタ OC 平滑層(保護膜:オーバーコート層) ITO2 共通電極 ORI2 上配向膜。
Claims (8)
- 【請求項1】内面に有機材料の薄膜及びこの有機材料の
薄膜の少なくとも一部を覆って形成された酸化物導電膜
の薄膜とを有する基板を持ち、この基板と対向する他の
基板間に液晶を封入し、その周縁をシール材で接着して
構成した液晶表示装置であって、 前記有機材料の薄膜の熱分解温度が、前記酸化物導電膜
の薄膜の形成温度以上で、かつ前記有機材料の薄膜の熱
変形温度が前記酸化物導電膜の薄膜の形成温度以下ある
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項2】前記有機材料の薄膜の熱分解温度が220
゜C以上であることを特徴とする請求項1に記載の液晶
表示装置。 - 【請求項3】前記有機材料の薄膜の熱変形温度が200
゜C以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2
に記載の液晶表示装置。 - 【請求項4】前記有機材料はエポキシ樹脂であることを
特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の液晶
表示装置。 - 【請求項5】前記液晶の液晶比抵抗の保持率が未使用液
晶の液晶比抵抗の10%以上であることを特徴とする請
求項1乃至請求項4の何れかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項6】内面に有機材料の薄膜及びこの有機材料の
薄膜の少なくとも一部を覆って形成された酸化物導電膜
の薄膜とを有する基板を持ち、この基板と対向する他の
基板間に液晶を封入し、その周縁をシール材で接着して
構成した液晶表示装置の製造であって、 前記酸化物導電膜の薄膜の形成を、前記有機材料の薄膜
の熱分解温度以下で、かつ熱変形温度以上で行うことを
特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項7】前記有機材料の薄膜の形成を200゜C以
上、220゜C以下で行うことを特徴とする請求項6に
記載の液晶表示装置の製造方法。 - 【請求項8】前記有機材料にエポキシ樹脂を用いること
を特徴とする請求項6又は7に記載の液晶表示装置の製
造方法。
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