JP2005530185A - ディスプレイパネル製造用多層プレート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、情報を表示する装置、特に液晶ディスプレイの特定の素子に関し、液晶ディスプレイの製造に使用することができる多層プレートの作製、及び内部偏光子を有するディスプレイの設計の考案を目標とする。
【解決手段】 開示された本発明の技術的成果は、信頼性の向上及びディスプレイの厚みの低減、及び、製造コストの低下、有効収量の増大、及びディスプレイ組立工程における製造作業数の低減である。技術的成果は、多層プレートが光学的透明基板、保護層、導電層、及び、異方性結晶薄膜の少なくとも１つの層も含むという事実によって達成される。更に、結晶薄膜は、芳香族環を含有し、光軸の１つに沿って３．４±０．２オングストロームにおけるブラッグピークを有する材料から形成される。その上、開示された技術的成果は、ディスプレイパネルが光学的透明基板、保護層、電極のシステム、及び、結晶薄膜の少なくとも１つの層も含むという事実によって達成される。

Description

関連出願
本出願は、２００１年１０月２日出願のロシア特許出願一連番号第２００１１２６４９１号に対する優先権を主張する。
本発明は、情報を表示するための装置に関し、特に、液晶（ＬＣ）ディスプレイの素子に関する。

従来的に、液晶ディスプレイは、内面に光学的に透明な導電性材料（例えば、固溶体ＳｎＯ₂及びＩ₂Ｏ₃−ＩＴＯ）製の電極システムが設けられた２つの平行なプレートを有して形成された平坦なキュベットの形態で実装される。電極を有するプレートの表面は、通常はポリイミド又は他のポリマーの層でコーティングされ、次に、プレートの表面近く及びディスプレイ内の液晶層の大部分における液晶（ＬＣ）の分子の特定の均一な配向をもたらす特殊な加工を受ける。キュベットは、組立て後に液晶で満たされ、それは、５−２０μｍの厚みを有する層を形成する。ＬＣは、電界の影響の下でその光学的性質が変化する活性媒体に相当する。光学的特性の変化は、通常、キュベットの外側に付着された交差した偏光子に記録される［Ｌ．Ｋ．Ｖｉｓｔｉｎ、ＪＶＨＯ、１９８３年、第ＸＸＶＩＩ巻、第２版、１４１−１４８ページ］。

従来技術においては、ディスプレイパネルは、ガラス基板及び導電層を有するプレートから作製される。ガラスプレートは、極めて平坦でなければならず、気泡や他の光学的欠陥を有してはならない。ディスプレイの作動条件により、様々な導電層を有するブランクが使用される。透過性で作動するディスプレイに対しては、導電層は透明である。反射モードで作動するディスプレイに対しては、ディスプレイの前部プレートは透光性導電層で作製され、後部プレートは反射性導電層で作製される［Ａ．Ａ．Ｇｒｏｓｈｅｖ、Ｖ．Ｂ．Ｓｅｒｇｅｅｖ、「情報を表示するＬＣベースの装置」、Ｅｎｅｒｇｉａ、Ｌ．１９７７年］。透光性導電層は、１０から１０²オームの表面抵抗を有し、スペクトルの可視領域において０．７−０．９の透過係数を有する。導電層は、公知の堆積法によって形成される。

通常、ディスプレイパネルのマトリックスは、プレートの各々に上に形成される。各ディスプレイパネル上の電極の必要な形態は、マスクエッチングを用いて作成される。電極は、ガラスの縁部に出て、そこで外部導線に取付けるための接触パッドを用いて終端処理される。パネルは、エッチングされた溝によって分割されて別々のパネルになり、この溝に沿って、ディスプレイがその後貼り合わされる。パネルの間に必要な隙間を作り出すために、パネルは、その周囲に沿ってスペーサによって分離される。組み立てられたディスプレイパネル（又は、パネルのマトリックス）は、プレートを加熱しながら真空中でＬＣ材料で満たされる。この加熱は、ＬＣのより低い粘性をもたらし、ディスプレイのパネル間の隙間のより良好な充填をもたらす。次に、マトリックス内のディスプレイは、互いに分離され（刻まれて破断される）、その後各キュベットは密封される。保護層で保護された及び／又はガラスプレートによって覆われた偏光子は、キュベットの外側に付着される。

表示作動中のガラスから液晶層内へのイオン拡散を防止するために、導電層は、通常は保護層によってガラスから分離されている。通常、この保護層は、酸化ケイ素又は重金属の酸化物の薄膜であるが、いくつかのポリマーもまた使用することができる。この保護層は、スペクトルの作動領域内で透光性でなければならず、その厚み及び密度は、ＬＣからのガラスの確実な分離を提供すべきである。
保護コーティングを得る様々な方法があり、すなわち、材料の蒸着又はスパッタリングに基づく物理的方法、又は、化学反応の利用に基づく化学的方法がある［Ｎ．Ｐ．Ｇｖｏｚｄｅｖａ他、「物理光学」、Ｍ．Ｍｅｓｈｉｎｏｓｔｒｏｅｎｉｅ、１９９１年、１７８−１７９ページ］。現時点で、最も主流の方法は、真空蒸着である。本方法は、本質的に高真空における材料の熱的蒸発である。生じた蒸気は、基板の表面に薄膜の形態で凝縮する。この過程は、数秒から数分で迅速に起こる。

他の物理的方法は、カソードスパッタリングである。この過程は、高エネルギを有する希薄ガスのイオンでカソード材料を衝撃することにより、カソード材料の原子をはじき出すことに基づくものである。カソードの表面からはじき出された原子は、基板上に沈降する。反応カソードスパッタリングの間、作業チャンバは、活性ガス（例えば、酸素）で満たされ、これは、必要な化学組成を有する薄膜を取得することを可能にする。

化学的方法の１つは、例えば、加水分解する化合物の溶液からフィルムを形成する方法である。すなわち、酸化物フィルムが、遠心機内で回転するブランク上へのシリコン−エチル溶液の付加によって形成される。
１９９４年に付与された米国特許第５，３５８，７３９号には、基板上へシラザンポリマーを付加して酸化性媒体中で加熱することによる酸化ケイ素コーティングの方法が説明されている。他の方法もまた存在する。

文献［ＷＯ９４／２８０７３］には、有機色素の液晶溶液から取得することができる偏光子の存在が説明されている。この技術による偏光子は、公知の方法の１つを用いて、ガラスまたはポリマー基板上に色素のＬＣ溶液の薄膜を堆積させることによって作製される。この技術の特徴は、色素の分子の配向がフィルムの堆積中に発生し、そのために薄い熱的に安定な偏光性コーティングが、その乾燥の直後に基板上に現れるという事実にある。これらの偏光子の使用は、偏光子をＬＣキュベットの壁上のその内側及び外側に直接形成することができる液晶ディスプレイの新しい形態を作り出すことを可能にする。偏光子の内部配置は、ディスプレイの耐久性及び信頼性の向上を可能にし、同時に、その設計を単純化して製作作業の数を低減することができるので、より好ましいと思われる。

堆積条件及び配向の影響の程度を相応に選択することにより、少なくとも一部が結晶構造を有する異方性フィルムを含む２色性偏光子を取得することができる［ＰＣＴ ＲＵ９９／００４００］。このような２色性偏光子は、高度の異方性及び熱安定性を保有する。
内部偏光子を有する従来型ディスプレイにおいては、２色性偏光子は、電極システムの上方に通常形成される［ＲＵ２１３９５５９］。この目的のために、電極は、特殊な平坦化層によってコーティングされ、これは、２色偏光子の良好な付着も促進する。これは、ディスプレイ内の層の数（その厚み）及び製造作業の数の増加をもたらす。その他にも、この場合は電極システムの作製後にのみ２色偏光子の堆積が可能であり、そのことは、製品の組合せを変えるための製造工程の柔軟性を低下させる。

ロシア特許出願一連番号第２００１１２６４９１号 米国特許第５，３５８，７３９号 ＷＯ９４／２８０７３ ＰＣＴ ＲＵ９９／００４００ ＲＵ２１３９５５９ Ｌ．Ｋ．Ｖｉｓｔｉｎ、ＪＶＨＯ、第ＸＸＶＩＩ巻、第２版、１４１−１４８ページ、１９８３年 Ａ．Ａ．Ｇｒｏｓｈｅｖ、Ｖ．Ｂ．Ｓｅｒｇｅｅｖ、「情報を表示するＬＣベースの装置」、Ｅｎｅｒｇｉａ、Ｌ．１９７７年 Ｎ．Ｐ．Ｇｖｏｚｄｅｖａ他、「物理光学」、Ｍ．Ｍｅｓｈｉｎｏｓｔｒｏｅｎｉｅ、１７８−１７９ページ、１９９１年

本発明は、ディスプレイの製造、及び、内部偏光子を有するディスプレイの設計に使用することができる多層プレートの作製を目的とするものである。

開示される本発明の技術的成果は、ディスプレイの耐久性の増大及び厚みの低下であり、同時に、それらの製造コストの低減、有効収量の増大、及び製造作業数の減少である。
技術的成果は、多層プレートが、光学的透明基板、保護層、導電層、及び少なくとも１つの異方性結晶薄膜層を含むという事実によって達成される。結晶薄膜は、芳香族環を含有し、光軸の１つに沿って３．４±０．２Åにブラッグピークを有する材料によって作り出される。結晶薄膜の少なくとも１つの層は、基板と導電層との間に位置し、後者から保護層によって分離される。結晶薄膜の材料は、複素環を含有することができる。

多層プレートの基板は、ガラスで製造することができ、一方、保護層は、酸化ケイ素及び／又は重金属の酸化物、又はポリマーから製造することができる。導電層は、通常はＩＴＯ製である。
ＩＴＯの層は、層の導電度を増大させるために、時には金属グリッド上に堆積させることができる（例えば、マスクスパッタリングを用いて）。その時、金属グリッドの全表面積は、多層プレートの全面積の１０％よりも小さくなければならない。

通常は、結晶薄膜は、Ｅ型偏光子に相当する。結晶薄膜は、時には偏光子及び位相シフト層として同時に機能することができる。
時には、保護層の少なくとも一部は、例えばその表面のドーピングによって導電性にすることができる。
輸送中の破損を防止するためには、多層プレートをポリマーフィルムで更にコーティングすることが好ましい。

上述の技術的成果は、ディスプレイパネルが、光学的透明基板、保護層、電極システム、及び結晶薄膜の少なくとも１つの層を含むという事実によって達成される。結晶薄膜は、芳香族環を含む材料で形成され、光軸の１つに沿って３．４±０．２Åにブラッグピークを有する。同時に、結晶薄膜層の少なくとも１つは、基板と電極システムとの間に位置し、後者から保護層によって分離されている。
結晶薄膜の材料は、複素環を含有することができる。
ディスプレイパネルの基板は、ガラスで実装することができる。保護層は、酸化ケイ素及び／又は重金属の酸化物、又はポリマーで実装することができる。電極システムは、通常はＩＴＯで製造される。

金属グリッドは、ディスプレイのパネル内のＩＴＯ層上に堆積させることができる。その時、グリッドの全表面積は、電極の全面積の１０％よりも小さくなければならない。
ディスプレイ内の結晶薄膜は、通常はＥ型偏光子に相当する。
時には、ディスプレイ内の結晶薄膜は、偏光子及び位相シフト層の機能を組み合わせることができる。
ディスプレイパネルは、更に、接着層を含むことができる。
開示される本発明による多層プレートは、以下の主な層を含む。すなわち、光学的透明基板（通常は、ソーダ石灰ガラス）、芳香族環を含有する材料で形成され光軸の１つに沿って３．４±０．２Åにブラッグピークを有する結晶薄膜である光学異方性層、例えば酸化ケイ素である保護層、及び、通常はＩＴＯである導電層である。

光学異方性層は、ディスプレイ内の偏光子として機能するか、又は、偏光子及び位相シフト層として同時に機能する。この層は、少なくとも部分的に結晶性であることが必要であり、これは、その構造の高度の耐久性及び必要な光学パラメータをもたらすことになる。この層のための材料の最初の選択は、芳香族環においてπ共役結合が発生しているシステムの存在と、分子の平面内に位置し、これらの分子の芳香性結合システムの一部であるアミン、フェノール、及びケトンなどのような基の存在とによって判断される。分子自体又はそれらの部分は、平坦な構成を有する。例えば、これは、インダンスロン（バットブルー４）、ジベンゾイミダゾール１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸（バットレッド１４）、ジベンゾイミダゾール３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸、又はキナクリドン（ピグメントバイオレット１９）などのような有機材料とすることができ、その誘導体又はその混合物は、安定なリオトロピック液晶相を形成する。
このような有機材料が適切な溶媒に溶解される時に、システムの運動ユニットを表す超分子錯体に分子が凝集するコロイドシステム（リオトロピック液晶）が得られる。ＬＣは、システムの整列以前の状態であり、そこから、超分子錯体の整列及びその後の溶媒除去の処理において、異方性結晶性フィルム（又は、換言すれば結晶薄膜）が出現する。

超分子錯体を有するコロイドシステムから結晶薄膜を取得する方法は、チキソトロピック性も有するべきで、そのためにある一定の温度であって分散相のある一定の濃度を有するべきである上述のコロイドシステムを基板上に堆積させる段階と、その後の整列処理全体を通して継続することができ、又は、整列中に高い粘性を有する状態にシステムが緩和することができないように必要な時間を取ることができる任意の種類の外部からの影響を通じて、堆積した又は堆積中のコロイドシステムを増大した流動性の状態にして、システムの粘性の低下をもたらす段階（これは、加熱や剪断変形などであってもよい）と、コロイドシステムの運動ユニットが必要な配向を取得して形成層の将来の結晶格子の基礎になることになる構造を形成するのに十分であるべき程度の整列の影響を有し、機械的及び他の任意の方法によって実行することができる、システムを整列させる外部の影響を及ぼす段階と、形成層の構造の配向錯乱を回避し、層の表面の欠陥の形成を防止するような方法で行われる、最初の外部影響によって達成された高い粘性を有する状態からシステムの最初の粘性又はより高い粘性を有する状態に形成層の整列領域を変換する段階と、処理中に結晶性構造が形成される次の作業である乾燥（溶媒除去）の段階と、通常の最終の作業である２価及び３価金属のイオンを含有する溶液で表面を処理して結晶薄膜を非水溶性形態に変換させる段階とを含む。

取得された層の分子の平面は、互いに平行であり、分子は、少なくとも層の一部では三次元結晶を形成する。この製造方法が最適化された時、単結晶層を取得することができる。そのような結晶薄膜における光軸は、分子の平面と垂直になることになる。そのような結晶薄膜は、高度の異方性と、少なくとも一方向について高い屈折率とを有することになる。
望ましい光学特性を有する層を取得するために、コロイドシステムを混合することができる（その場合は、結合超分子錯体が形成されることになる）。コロイド溶液の混合物から取得された層では、吸収及び屈折は、当初の成分によって判断される限度内の様々な値を有することができる。様々なコロイドシステムの混合及び得られる結合超分子錯体の作製は、上述の有機化合物の分子の寸法の１つ（３．４Å）の一致によって可能である。湿潤層における分子は、少なくとも一方向に長い寸法を有し、これは、基板上の超分子錯体の整列によるものである。分子が三次元結晶構造を形成するのにエネルギ的により好ましいように見えるのは、溶媒が蒸発する時である。

層の厚みに関する制御は、堆積する溶液内の固形物の含有量及び基板上の湿潤層の厚みによって行われる。そのようなフィルムの作製における製造パラメータは、製造中に都合よく制御される溶液の濃度である。層の結晶性の程度は、Ｘ線像又は光学的方法を用いて制御することができる。
結晶薄膜の顕著な特徴は、ディスプレイ製作の現在の技術において特に重要である高い熱安定性である。

酸化ケイ素の層は、製造工程の間、特にＩＴＯのエッチング中の有害な外部衝撃から異方性層を保護するために必要であり、ディスプレイの作動中にそれを電極及びＬＣへの接触から隔離する。酸化ケイ素の層は、加熱しながらの真空蒸着、カソードスパッタリング、及び溶液からのいわゆる「湿式法」などの公知の方法を用いて形成される。保護層はまた、酸化ケイ素とは別に、重金属の酸化物を含有することができる。例えば、溶液から保護層を作製するために使用される「ＣＥＲＡＭＡＴＥ」の組成物は、最大６重量％の固相（ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₅）を含有する。溶液から得ることができる層は、通常は高温で焼かれる。多層プレートの製造工程におけるこの作業の実行は、異方性層の高い熱安定性によって可能である。それは、１８０℃までの加熱に耐えることができ、又は、光学特性の顕著な変化なしに２５０℃及びそれ以上までの短時間の加熱に耐えることができる。

保護層としては、熱的に安定で化学的耐性を有する様々なポリマーも使用することができる。製造作業のいくつか（例えば、電極システムの上の平坦化及び整列するポリイミド層の製造）は高温への加熱を含むので、多層プレート内の全ての層の熱安定性が必要である。
導電層（ＩＴＯ）は、公知の方法の１つによって形成される。
更に、多層プレートは、輸送中に多層プレートを保護し、ディスプレイの製作中に除去することができる付加的な外部層を含有することができる。
このような多層プレートは、ディスプレイパネル製作のためのブランクに相当し、ディスプレイの主要な機能層を既に含有する。これは、製造作業の数の削減によって液晶ディスプレイを製作する技術の簡素化を可能にする。

多層プレートの寸法は、ディスプレイの製造業者によって示される要件に基づいて判断される。通常、各プレートは、いくつかのディスプレイパネルを収容する。プレート上の各ディスプレイパネルの区域には、対応する電極システム及び溝が装備され、それに沿ってディスプレイがその後互いに貼り付けられる。プレートの対応する区域上の導電層材料の除去は、ホトリソグラフィやレーザ融除などによって行うことができる。

保護層の密度及び厚みは、ホトリソグラフィ及び導電層のエッチングの他の類似方法の間に異方性結晶薄膜の損傷を防止するのに十分でなければならない。
ＬＣキュベットを貼り合わせるための溝を作り出すためにレーザ融除を使用する時、酸化ケイ素保護層は、導電層が除去される時にガラスと共に溶融させることができる。
その後、電極のシステムは、通常、平坦化及びＬＣ整列層として機能するポリイミド層でコーティングされる。他の材料、特に酸化ケイ素は、平坦化層として使用することができるであろう。この場合、この層の材料は、電極間の放電を防止するための絶縁体として更に機能することになる。

ディスプレイの前部及び後部パネルのマトリックスの作製の後に、対応するプレートが結合され、形成されたキュベットが液晶で満たされる。これが完了すると、個々のＬＣディスプレイがマトリックスから分離される。作製された液晶ディスプレイは、内部偏光子を有する。これは、ディスプレイの設計の簡素化を可能にし、それらの厚みを低下させ、作動中のそれらの耐久性を高める。
本発明の要点は、添付図面によって説明される。

実施形態の一実施例における多層プレート（図１）は、ソーダ石灰ガラス製の光学的透明基板１と、スルホン化インダンスロンの９．５％水溶液から製造された結晶薄膜に相当する偏光子２とを含む。偏光子の厚みは、約１００ｎｍである。酸化ケイ素保護層３は、偏光子の上に堆積され、次に通常はＩＴＯである導電層４がその上に堆積される。プレートは、輸送中に通常はポリマーフィルム５によって保護される。

このような多層プレートは、ディスプレイパネルを製造するためのブランクに相当し、ディスプレイの主な機能層を既に有している。内部偏光子を有するディスプレイの可能な設計のうちの１つが図２に示されている。ディスプレイは、２つの平行なガラスプレート６によって作製された平坦なキュベットに相当し、その内面上には、以下の層が順番に形成されている。すなわち、偏光子の層２、酸化ケイ素の保護層３、光学的に透明な導電性材料（ＩＴＯ）で作られた電極システム７、及び整列層であるポリアミドの層８が形成される。キュベットを組立てた後に、それは液晶９で満たされ、例えばシーラント１０を用いて密封される。
内部偏光子を有するディスプレイの設計は、装置の厚みの低減を可能にし、作動中の信頼性を向上させる。その上、このようなディスプレイに異方性層として利用される結晶薄膜の光学特性は、コントラスト及び広い視野角を有する装置の作製を可能にする。

開示される本発明による多層プレートを表す図である。 内部偏光子を有する液晶ディスプレイを表す図である。

符号の説明

２ 異方性結晶薄膜
３ 保護層
６ 光学的透明基板
７ 電極のシステム
９ 液晶
１０ シーラント

Claims (21)

1. 光学的透明基板と、
   保護層と、
   導電層と、
   芳香族環を含有し、光軸の少なくとも１つに沿って３．４±０．２Åにブラッグピークを有する材料の、異方性結晶薄膜の少なくとも１つの層と、
   を含み、
   結晶薄膜の少なくとも１つの層は、前記基板と前記導電層との間に位置し、保護層によって該導電層から分離される、
   ことを特徴とする多層プレート。
2. 前記結晶薄膜の材料は、複素環を含有することを特徴とする請求項１に記載の多層プレート。
3. 前記基板は、ガラス製であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層プレート。
4. 保護層は、酸化ケイ素及び／又は重金属の酸化物、又はポリマー製であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の多層プレート。
5. 導電層は、ＩＴＯ製であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の多層プレート。
6. 金属グリッドが、前記ＩＴＯの層の上に堆積されることを特徴とする請求項５に記載の多層プレート。
7. 前記金属グリッドの全表面積は、多層プレートの全表面積の１０％よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の多層プレート。
8. 前記結晶薄膜は、Ｅ型偏光子に相当することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の多層プレート。
9. 結晶薄膜は、偏光子及び位相シフト層に同時に相当することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の多層プレート。
10. 前記保護層の少なくとも一部は、導電性であることを特徴とする請求項１に記載の多層プレート。
11. ポリマーフィルムで更にコーティングされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の多層プレート。
12. 光学的透明基板と、
    保護層と、
    電極のシステムと、
    芳香族環を含有し、光軸の１つに沿って３．４±０．２Åにブラッグピークを有する材料の、結晶薄膜の少なくとも１つの層と、
    を含み、
    結晶薄膜の少なくとも１つの層は、前記基板と前記電極のシステムとの間に位置し、保護層によって該電極のシステムから分離される、
    ことを特徴とするディスプレイパネル。
13. 前記結晶薄膜の材料は、複素環を含有することを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイパネル。
14. 前記基板は、ガラス製であることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のディスプレイパネル。
15. 保護層は、酸化ケイ素及び／又は重金属の酸化物、又はポリマー製であることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載のディスプレイパネル。
16. 導電層は、ＩＴＯ製であることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載のディスプレイパネル。
17. 金属グリッドが、前記ＩＴＯの層の上に堆積されることを特徴とする請求項１６に記載のディスプレイパネル。
18. 前記金属グリッドの全表面積は、電極の全表面積の１０％よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイパネル。
19. 前記結晶薄膜は、Ｅ型偏光子に相当することを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか１項に記載のディスプレイパネル。
20. 結晶薄膜は、偏光子及び位相シフト層に同時に相当することを特徴とする請求項１２から請求項１９のいずれか１項に記載のディスプレイパネル。
21. 接着層を更に含むことを特徴とする請求項１２から請求項２０のいずれか１項に記載のディスプレイパネル。

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