JP2006251229A - 液晶シャッター、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製品の信頼性を向上させることができる液晶シャッター、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 液晶シャッター２は、粒径の異なる２種類のスペーサ１７ａ、１７ｂを用いている。第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂは、球径をＲ、ｒ、標準偏差をσＲ、σｒ、液晶層１８の許容つぶれ量をＰとして、ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐを満たすように形成される。第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂは、散布密度をＤ、ｄ、液晶層１８が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター２自体の開閉時要求コントラストをＣとして、［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^Cを満たすように散布される。通常のサイズの大きなスペーサの密度を増やさずに液晶層に確実に内部応力が加わった状態にして、低温時には、サイズの小さい第２スペーサ１７ｂによって歪みが制限される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッター、およびその製造方法に関する。

最近、赤外線通信機能を有するカメラ付き携帯電話から送信される画像をプリントする簡易プリンタが発売されている。このような簡易プリンタには、プリントエンジンとして、光源からの光を感光材料へ露光するための液晶シャッターが搭載されている。この液晶シャッターは、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された構造を有する。

上記のような液晶シャッターの製造方法としては、液晶層の封入後、一対の基板を加圧して所定の間隔を得る際に、液晶層が封入されるセルを一対の基板とともに形成するシール材と、液晶層との熱収縮率の違いに起因する歪みが生じ、これによって基板の間隔が面内でばらつくことを防ぐために、スペーサの応力と釣り合う加圧力に到達するまで、段階的に加圧力を上げていく方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、基板上に電極パターンを形成する際の製造コストを低減させるために、液晶の画素以外の領域からの光漏れを防ぐための遮光マスク、および電極パターンを構成する電極被膜を、有機金ペーストを必要部分にのみ印刷・焼成することにより形成する方法が提案されている（特許文献２参照）。
特開平５−１１２２９号公報 特開２００３−２２８０５４号公報

ところで、上記のようにして製造された液晶シャッターを、劣化加速環境下、例えば−２０℃〜６０℃の温度サイクルに放置しておくと、熱膨張または収縮によって液晶層内に気泡が発生し、この気泡が発生した部分が画素欠陥となることが明らかになっている。さらに、このような液晶シャッターの動作速度を高速化するために、基板の間隔を小さくする場合は、この熱歪みによる特性変化がより深刻になることが分かっている。このため、屋外に持ち出して使用することがある上記の簡易プリンタなどに従来の液晶シャッターを用いた場合、製品の信頼性を著しく低下させるおそれがあった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、製品の信頼性を向上させることができる液晶シャッター、およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターにおいて、サイズの異なる少なくとも２種類のスペーサを用いたことを特徴とする。

なお、前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの球径をＲ、他のスペーサの球径をｒ、これらの標準偏差をσＲ、σｒ、前記液晶層の許容つぶれ量をＰとして、ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐを満たすことが好ましい。また、前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの散布密度をＤ、他のスペーサの散布密度をｄ、前記液晶層が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター自体の開閉時要求コントラストをＣとして、［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^Cを満たすことが好ましい。

また、本発明は、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターにおいて、前記スペーサの球径をＲ、前記液晶層が封入されるセルを前記一対の基板とともに形成するシール材の高さをＨ、これらの標準偏差をσＲ、σＨ、前記シール材の許容つぶれ量をＱとして、Ｒ＜Ｈ−σＲ−σＨ−Ｑを満たしたことを特徴とする。

また、本発明は、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターの製造方法において、前記液晶層を配向させるための配向膜上に、球径の異なる少なくとも２種類のスペーサを個別に散布する工程を備えたことを特徴とする。なお、球径の小さいスペーサから順に前記散布を行うことが好ましい。

なお、前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの球径をＲ、他のスペーサの球径をｒ、これらの標準偏差をσＲ、σｒ、前記液晶層の許容つぶれ量をＰとして、ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐとなるようにすることが好ましい。また、前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの散布密度をＤ、他のスペーサの散布密度をｄ、前記液晶層が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター自体の開閉時要求コントラストをＣとして、［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^Cとなるようにすることが好ましい。

また、本発明は、一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターの製造方法において、前記液晶層が封入されるセルを前記一対の基板とともに形成するシール材を設ける工程を備え、前記シール材の高さＨを、前記スペーサの球径をＲ、これらの標準偏差をσＨ、σＲ、前記シール材の許容つぶれ量をＱとして、Ｒ＜Ｈ−σＲ−σＨ−Ｑとなるようにしたことを特徴とする。

本発明の液晶シャッター、およびその製造方法によれば、サイズの異なる少なくとも２種類のスペーサを用いたので、通常のサイズの大きなスペーサの密度を増やさずに液晶層に確実に内部応力が加わった状態にして、且つ特に低温時には、サイズの小さいスペーサによって凹む方向の歪みが制限される。したがって、熱膨張または収縮によって液晶層内に気泡が発生することが防がれ、製品の信頼性を向上させることができる。

図１において、本発明を適用した液晶シャッター２を構成する第１ガラス基板１０ａには、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる共通電極１１ａが形成されており、この共通電極１１ａには、金膜からなる遮光マスク１２が形成されている。第２ガラス基板１０ｂには、ＩＴＯからなる個別電極１１ｂが形成されている。共通電極１１ａおよび個別電極１１ｂは、光が透過できるような薄さの膜となっている。第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂの各電極１１ａ、１１ｂが形成された面と対向する面には、第１、第２偏光板１３ａ、１３ｂが貼り付けられている。

共通電極１１ａおよび遮光マスク１２、個別電極１１ｂには、これらを覆うように、ＳｉＯ₂からなる第１、第２絶縁膜１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成されている。第１、第２絶縁膜１４ａ、１４ｂには、ポリイミドからなる第１、第２配向膜１５ａ、１５ｂが形成されている。

第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂは、熱硬化性エポキシ樹脂からなるシール材１６によって貼り合わされている。これら第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂ、およびシール材１６により形成されるセル内には、球径の異なるガラス球からなる２種類のスペーサ（第１、第２スペーサ）１７ａ、１７ｂを介して、液晶層１８が封入されている。

図２に示すように、第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂは、これらの球径をそれぞれＲ、ｒ、これらの標準偏差をσＲ、σｒ、液晶層１８の許容つぶれ量をＰとして、
ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐ ・・・式（１）
を満たすように形成されている。具体的には、例えば、Ｒ＝１．６μｍ、ｒ＝１．３μｍ、σ＝±０．５％〜±５％となっている。

また、第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂは、これらの散布密度をそれぞれＤ、ｄ、液晶層が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター自体の開閉時要求コントラストをＣとして、
［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^C ・・・式（２）
を満たすように第２配向膜１５ｂ上に散布される。具体的には、Ｄ＋ｄ＝１００〜３００個／ｍｍ²となっている。なお、ここでいうコントラストＣとは、液晶シャッター開閉時の透過光量をそれぞれＰ₀、Ｐ_Cとして、ｌｎＰ₀／Ｐ_Cで表される。

第２ガラス基板１０ｂの片側は、第１ガラス基板１０ａよりも突き出た延設部となっている。この延設部には、共通電極１１ａおよび個別電極１１ｂを接続する、ＩＴＯからなる電極パターン１９が形成されており、この電極パターン１９に沿うように金膜２０が形成されている。金膜２０には、信号ケーブル２１が接続され、液晶駆動ＩＣ２２が実装されている。液晶層１８は、この液晶駆動ＩＣ２２から個別電極１１ｂを経由して入力される入力信号に基づいて駆動される。

次に、上記構成を有する液晶シャッター２の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、蒸着法あるいはスパッタリング法により、第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂとなるガラス基板３０の全面に、共通電極１１ａまたは個別電極１１ｂとなるＩＴＯ膜３１を成膜する。ここで、ガラス基板３０は、数個〜数十個分の液晶シャッター２の元となる素子を切り出すことができるように、紙面垂直方向に長くなった矩形状となっている。なお、ガラス基板３０としては、ＩＴＯ膜３１が予め成膜された市販品を用いてもよい。

次に、（Ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜３１の上面のうち、遮光マスク１２および金膜２０が形成される部分にのみ、印刷法により有機金ペーストを部分印刷してこれを乾燥させた後、焼成・清面研磨して金膜３２を形成する。なお、このときの焼成温度は、有機金ペーストのガラス転移点以下（６００℃程度）を上限とする。

続いて、（Ｃ）に示すように、ＩＴＯ膜３１および金膜３２が形成されたガラス基板３０の全面に、ポジ型のフォトレジスト膜３３をスクリーン印刷する。このフォトレジスト膜３３は、光照射により分解し、分解された部分は現像液に可溶して除去される特性を有する。

フォトレジスト膜３３の形成後、（Ｄ）に示すように、フォトレジスト膜３３の上に、遮光マスク１２の像３４ａおよび電極パターン１９の像３４ｂが形成されたポジ型のフォトマスク３４を被せ、その上面から紫外線３５を照射する。フォトマスク３４は、遮光マスク１２の像３４ａおよび電極パターン１９の像３４ｂの部分は透明、それ以外の部分は不透明となっている。

紫外線照射後、ガラス基板３０を現像液に浸して、フォトマスク３４を介して紫外線３５に感光したフォトレジスト膜３３を除去し、所定の温度下でポストベークを行う。なお、ポジ型ではなく、ネガ型のフォトレジスト膜およびフォトマスクを用いてもよい。

次に、図４（Ｅ）に示すように、ポストベークが終了したガラス基板３０を金属用のエッチング液に浸し、表面に露出している金膜３２をエッチング処理した後、（Ｆ）に示すように、ローラ３６を用いて表面に付着した金膜３２の残渣を取り除く。

残渣処理後、（Ｇ）に示すように、遮光マスク１２が形成される部分にのみ、レジスト膜３７をスクリーン印刷し、（Ｈ）に示すように、ガラス基板３０をＩＴＯ用のエッチング液に浸し、レジスト膜３７で覆われた部分を残して、表面に露出しているＩＴＯ膜３１をエッチング処理する。

続いて、図５（Ｉ）に示すように、フォトレジスト膜３３およびレジスト膜３７を剥離して清面研磨を施す。これにより、共通電極１１ａおよび遮光マスク１２、個別電極１１ｂ、並びに電極パターン１９および金膜２０が、１枚のガラス基板３０上に形成されることとなる。

次に、（Ｊ）に示すように、共通電極１１ａおよび遮光マスク１２、個別電極１１ｂ上に、第１、第２絶縁膜１４ａ、１４ｂをそれぞれスクリーン印刷・焼成して形成する。そして、（Ｋ）に示すように、第１、第２絶縁膜１４ａ、１４ｂ上に、第１、第２配向膜１５ａ、１５ｂをそれぞれスクリーン印刷・焼成して形成し、ラビング布により表面にラビング処理を施す。続いて、（Ｌ）に示すように、ガラス基板３０の個別電極１１ｂが形成された側に、シール材１６をスクリーン印刷して形成する。

シール材１６の形成後、図６（Ｍ）に示すように、粒径Ｒ、ｒが式（１）を満たすように形成された第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂを、その散布密度Ｄ、ｄが式（２）を満たすように、第１、第２配向膜１５ａ、１５ｂ上に個別に散布する。なお、この際、球径の小さい第２スペーサ１７ｂから散布を行う。

次に、（Ｎ）に示すように、共通電極１１ａと個別電極１１ｂとが対向するように正確に位置決めを行って、（Ａ）〜（Ｍ）に示す工程を経て同様にして製造した２枚のガラス基板３０を、シール材１６を用いて貼り合わせる。そして、（Ｏ）に示すように、両ガラス基板３０の所定位置にスクライブラインを引き、このスクライブラインに沿ってガラス基板３０を２列に分断する。

次いで、図７（Ｐ）に示すように、セルに穿たれた図示しない注入口から液晶を注入し、液晶層１８を形成する。液晶層１８を形成した後は、注入口を紫外線硬化型の樹脂で塞ぎ、紫外線を照射して樹脂を硬化させ、ガラス基板３０のエッジを面取りする。そして、液晶層１８の配向検査を行い、再びガラス基板３０の所定位置にスクライブラインを引いて、紙面垂直方向に連なった素子を製品サイズに分断する。

次いで、製品サイズに分断された素子の第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂの表面に付着したガラス屑やガラス粉を取り除いた後、（Ｑ）に示すように、第１、第２ガラス基板１０ａ、１０ｂに偏光板１３ａ、１３ｂを貼り付ける。そして、金膜２０に信号ケーブル２１を接続し、液晶駆動ＩＣ２２を実装して図１に示す状態とし、これに外観・駆動検査を施して、液晶シャッター２の製造工程を終了する。

以上詳細に説明したように、粒径の異なる第１、第２スペーサ１７ａ、１７ｂを用いて液晶シャッター２を製造したので、通常のサイズの大きなスペーサの密度を増やさずに液晶層１８に確実に内部応力が加わった状態にして、且つ特に低温時には、サイズの小さい第２スペーサ１７ｂによって歪みが制限される。したがって、熱膨張または収縮によって液晶層内に気泡が発生することが防がれ、製品の信頼性を向上させることができる。

上記実施形態では、２種類のスペーサ１７ａ、１７ｂを用いた例を挙げて説明したが、液晶シャッターの仕様に応じて、スペーサを２種類以上としてもよい。また、スペーサを１種類とし、シール材の高さをＨ、スペーサの球径をＲ、これらの標準偏差をσＨ、σＲ、シール材の許容つぶれ量をＱとして、
Ｒ＜Ｈ−σＲ−σＨ−Ｑ
となるようにシール材を形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、液晶駆動ＩＣ２２を第２ガラス基板１０ｂの延設部に実装した、いわゆるＣＯＧ（Chip On Glass）方式の液晶シャッター２について説明したが、本発明はこれに限らず、ＣＯＧ方式以外の方式、例えば液晶駆動ＩＣをフレキシブルケーブル上に実装したＣＯＦ（Chip On Film）方式や、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式を採用した液晶シャッターについても適用可能である。

また、上記実施形態で挙げた具体的な数値、および材料は一例であり、本発明を特に限定するものではない。

本発明を適用した液晶シャッターの構成を示す断面図である。 スペーサの粒径に対する個数の分布を示すグラフである。 液晶シャッターの製造工程を示す図であり、（Ａ）は、ガラス基板上にＩＴＯ膜を成膜する工程、（Ｂ）は、ＩＴＯ膜上に金膜を形成する工程、（Ｃ）は、ガラス基板上にフォトレジスト膜を形成する工程、（Ｄ）は、フォトマスクを用いてフォトレジスト膜に紫外線を照射する工程をそれぞれ示す。 液晶シャッターの製造工程を示す図であり、（Ｅ）は、金膜をエッチングする工程、（Ｆ）は、金膜の残渣を取り除く工程、（Ｇ）は、レジスト膜を形成する工程、（Ｈ）は、ＩＴＯ膜をエッチングする工程をそれぞれ示す。 液晶シャッターの製造工程を示す図であり、（Ｉ）は、フォトレジスト膜およびレジスト膜を剥離して清面研磨をする工程、（Ｊ）は、第１、第２絶縁膜を形成する工程、（Ｋ）は、第１、第２配向膜を形成する工程、（Ｌ）は、シール材を形成する工程をそれぞれ示す。 液晶シャッターの製造工程を示す図であり、（Ｍ）は、第１、第２配向膜上に第１、第２スペーサを散布する工程、（Ｎ）は、ガラス基板を貼り合わせる工程、（Ｏ）は、ガラス基板をスクライブおよび分断する工程をそれぞれ示す。 液晶シャッターの製造工程を示す図であり、（Ｐ）は、液晶層を形成する工程、（Ｑ）は、第１、第２偏光板を貼り付ける工程をそれぞれ示す。

符号の説明

２ 液晶シャッター
１０ａ、１０ｂ 第１、第２ガラス基板
１１ａ、１１ｂ 共通電極、個別電極
１５ａ、１５ｂ 第１、第２配向膜
１６ シール材
１７ａ、１７ｂ 第１、第２スペーサ
１８ 液晶層

Claims (9)

1. 一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターにおいて、
   サイズの異なる少なくとも２種類のスペーサを用いたことを特徴とする液晶シャッター。
2. 前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの球径をＲ、他のスペーサの球径をｒ、これらの標準偏差をσＲ、σｒ、前記液晶層の許容つぶれ量をＰとして、
   ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐ
   を満たしたことを特徴とする請求項１に記載の液晶シャッター。
3. 前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの散布密度をＤ、他のスペーサの散布密度をｄ、前記液晶層が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター自体の開閉時要求コントラストをＣとして、
   ［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^C
   を満たしたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶シャッター。
4. 一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターにおいて、
   前記スペーサの球径をＲ、前記液晶層が封入されるセルを前記一対の基板とともに形成するシール材の高さをＨ、これらの標準偏差をσＲ、σＨ、前記シール材の許容つぶれ量をＱとして、
   Ｒ＜Ｈ−σＲ−σＨ−Ｑ
   を満たしたことを特徴とする液晶シャッター。
5. 一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターの製造方法において、
   前記液晶層を配向させるための配向膜上に、球径の異なる少なくとも２種類のスペーサを個別に散布する工程を備えたことを特徴とする液晶シャッターの製造方法。
6. 球径の小さいスペーサから順に前記散布を行うことを特徴とする請求項５に記載の液晶シャッターの製造方法。
7. 前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの球径をＲ、他のスペーサの球径をｒ、これらの標準偏差をσＲ、σｒ、前記液晶層の許容つぶれ量をＰとして、
   ｒ＜Ｒ−σＲ−σｒ−Ｐ
   となるようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の液晶シャッターの製造方法。
8. 前記少なくとも２種類のスペーサのうち、最大サイズのスペーサの散布密度をＤ、他のスペーサの散布密度をｄ、前記液晶層が封入されるセルの開口寸法をｘ×ｙ、液晶シャッター自体の開閉時要求コントラストをＣとして、
   ［｛π×Ｄ×（Ｒ²／２）＋π×ｄ×（ｒ²／２）｝／ｘ×ｙ］＜１／１０^C
   となるようにしたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の液晶シャッターの製造方法。
9. 一対の基板間に球状のスペーサを介して液晶層が封入された液晶シャッターの製造方法において、
   前記液晶層が封入されるセルを前記一対の基板とともに形成するシール材を設ける工程を備え、
   前記シール材の高さＨを、前記スペーサの球径をＲ、これらの標準偏差をσＨ、σＲ、前記シール材の許容つぶれ量をＱとして、
   Ｒ＜Ｈ−σＲ−σＨ−Ｑ
   となるようにしたことを特徴とする液晶シャッターの製造方法。
   

Images