JP2008058375A - 反射型液晶表示パネルの製造方法及び反射型液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】画素表示部にスペーサーを介在させずに、ＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルのセルギャップ均一性を可能な限り向上させる。
【解決手段】ガラス基板１１ａと単結晶シリコン基板１１ｂを貼り合わせ、両基板間に液晶層１４を封入した反射型液晶表示パネルを製造する方法であって、前記液晶層１４のギャップを規定するスペーサーを画素表示部に存在させず周辺シール部に混入する工程１と、前記周辺シール部の厚みが外周から内側に向けて徐々に厚くなる傾斜構造となるように前記周辺シール部を硬化させる工程２と、を有する。これにより、ガラス基板側１１ａに対し中央部分が厚くなるような歪が予め与えられ、このような歪は周辺シール部の熱硬化時にガラス基板１１ａを上側に向けて加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型画像表示装置に用いられる反射型液晶表示パネルの製造方法及び反射型液晶表示パネルに関するものである。

近年、液晶表示パネルを拡大投影する投射型画像表示装置が普及している。従来より投射型画像表示装置の表示素子には透過型液晶表示パネルが使用されることが多いが、近年では一般にＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）と称される反射型液晶表示パネルを用いたものも普及し始めている。ＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルは、単結晶シリコン基板（以下、単に「シリコン基板」と記すこともある）上に液晶層を駆動するための画素回路や周辺駆動回路の上層に反射層を有しており、更にその上層に液晶層が形成される。このため表示開口率は、透過型液晶表示パネルに比べて高いという特長があり、透過型液晶表示パネルよりも画素ピッチを小さくすることが容易で、より滑らで高精細な画像を表示できる。

このＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルは、上述の特長を発現させるために、画素表示領域内にスペーサーを持たずにパネル周辺部に形成されたシール部内のスペーサーのみでギャップを保持する構造が一般的となっている。

図３は、このような従来のＬＣＯＳ型反射型液晶表示パネルの構造を示す図である。

図中、３１ａはガラス基板、３１ｂは単結晶シリコン基板、３２ａは透明電極、３２ｂは画素反射電極、３３ａ，３３ｂは配向制御層、３４は液晶層、３５は周辺シールである。

また、投射型画像表示装置に使用される液晶表示パネルは、直視型画像表示装置に使用される液晶表示パネルよりもシール領域と表示領域が接近している。そこで、周辺シール接着が本来要求される接着性の他に、高温高湿環境下での液晶パネルの電気光学特性の維持や液晶配向の安定性などを考慮しなければならない。このため、下記特許文献１に記載されるような、紫外線で一次硬化させた後に高温加熱よる二次硬化を行う、紫外線と熱を併用するタイプのシール接着剤が一般的に用いられる。

この場合、以下のような工程が一般的に用いられる。まず、ビーズスペーサーが含有する液状のシール接着剤を、配向制御層が形成されたガラス基板もしくはシリコン基板のどちらか一方の基板上の画素表示領域外周に塗布する。シール接着剤が塗布された基板と配向制御層が形成された他方の基板と貼り合わせ、両基板を平行に押圧しながらガラス基板側より紫外線を照射してシール接着剤の仮硬化を行う。貼り合わせ後の基板は所定の温度及び時間により加熱焼成が行われ、シール接着剤の硬化を完了させて液晶セルを作成する。その後、液晶セルに液晶を注入し、注入口を封口することでＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルが作成される。

また、下記特許文献２には、図３に示されるようなＬＣＯＳ型反射型液晶表示パネルの製造方法が開示されている。

この方法において、定盤により下向きに保持されたガラス基板に下側よりシリコン基板を貼り合わせる。その後シリコン基板側からシール部分を弾性体により押圧しながらシリコン基板面側圧力を制御して両基板の平行性を保っている。これにより、シール接着剤の内部応力は解消される。
特開平５−２９５０８７号公報 特開２００４−１５１４３１号公報

しかしながら、特許文献１の液晶表示パネルの製造方法では、基板に対しては歪を与えながら貼り合わせる結果となり、基板にはギャップ面に対し何らかの歪が残った状態でシール接着剤が仮硬化されることになる。次いで、信頼性を得るために加熱焼成プロセスを行うが、この加熱焼成工程において、ガラス基板とシリコン基板のヤング率や線熱膨張率の差により液晶セルには新たな大きな歪が生じることになり、所望のセルギャップが得られない結果となってしまう。

本発明は、画素表示部にスペーサーを介在させずに、ＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルのセルギャップ均一性を可能な限り向上させることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の反射型液晶表示パネルの製造方法は、ガラス基板と単結晶シリコン基板を貼り合わせ、両基板間に液晶層を封入した反射型液晶表示パネルを製造する方法であって、前記液晶層のギャップを規定するスペーサーを画素表示部に存在させず周辺シール部に混入する工程と、前記周辺シール部の厚みが外周部から前記画素表示部に向けて徐々に厚くなる傾斜構造となるように前記周辺シール部を硬化させる工程と、を有することを特徴とする。

これにより、ガラス基板側に対し中央部分が厚くなるような歪が予め与えられ、このような歪は周辺シール部の熱硬化時にガラス基板を上側に向けて加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される。

本発明により、加熱硬化時にガラス基板とシリコン基板とのヤング率や線熱膨張率の違いを原因とする大きな歪を補正しながらセルギャップ均一性の高いＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルを作製することができる。そのため、セルギャップムラを原因とする表示特性劣化を抑制することができる。特に、画像表示装置が投射型の場合、表示ムラが顕著になることから、本発明により製造された反射型液晶表示パネルにおいては、特にその効果が高いものである。

各実施形態に共通する本発明の概要を述べる。

ガラス基板とシリコン基板を貼り合わせ、両基板間に液晶層を封入した反射型液晶表示パネルを製造する方法において、液晶層のギャップを規定するスペーサーを画素表示部に存在させず周辺シール部に混入する。周辺シール部の厚みが紫外線仮硬化後に外周部から画素表示部に向けて徐々に大きくなるように変化させる傾斜構造を持たせている。

その作用は以下のとおりである。

パネルの周辺シール部の厚みに傾斜構造を持たせ、紫外線を照射してシール接着剤の仮硬化を行う際にガラス基板側に対し中央部分が厚くなるような歪を予め与えておく。これにより、ガラス基板側に対し中央部分が厚くなるような歪はシール接着剤の熱硬化時にガラス基板を上側に向けて加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される方向に向かうため、シール接着剤が完全硬化した後の液晶セルギャップ均一性は確保できる。

更に、シール接着剤の熱硬化時の加熱処理によりガラス基板側に対し中央部分が厚くなるような歪は、液晶注入後の封口工程で修正することが可能であるため、最終的に製造される反射型液晶表示パネルのセルギャップ均一性は確保できる。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１において製造された反射型液晶表示パネルの断面模式図である。

図中、１１ａはガラス基板、１１ｂは単結晶シリコン基板、１２ａは透明電極，１２ｂは画素反射電極、１３ａ，１３ｂは配向制御層、１４は液晶層、１５は周辺シールである。パネルの液晶層の画素表示領域に対応する部分が画素表示部、周辺シール１５に対応する部分が周辺シール部である。

反射型液晶表示パネルにおいて、ガラス基板１１ａにはＳｎＯ_２やＩＴＯ（インジウム・錫・酸化物）等透明導電材からなる透明電極１２ａが形成されている。シリコン基板１１ｂ上には画素反射電極１２ｂを形成してある。画素反射電極１２ｂの反射面はアルミニウムや無機誘電体多層膜より構成される。ガラス基板１１ａ、シリコン基板１１ｂは共に厚さが特に規定されるものではない。

更に、ガラス基板１１ａ、シリコン基板１１ｂの液晶層１４との界面には配向制御層１３ａ，１３ｂが形成されている。該配向制御層１３ａ，１３ｂの素材としては酸化ケイ素などの無色透明な無機誘電体の斜方蒸着膜やラビング処理の施されたポリイミド膜が好ましく用いられる。

本発明においては、上記配向制御層１３ａ，１３ｂに付与された配向軸が上下基板で半平行状態になるように設定される。

ガラス基板１１ａとシリコン基板１１ｂとの間の距離（セルギャップ）ｄは、ｎ形ネマチック液晶の屈折率異方性Δｎと両基板間の距離ｄの積、Δｎ・ｄの値により最適化される。周辺シール１５により該距離ｄが所望の値となるように貼り合わせて液晶セルが構成される。本発明においては、ｄは１．５〜５．０μｍ程度に設定される。また、所望の距離を保持するためには、通常、スペーサー材及び微粒子接着剤を基板全面に散布してセルが形成される。ところが、１画素面積が極めて小さく、画素電極のサイズがスペーサーの断面サイズよりも小さいＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルの場合などには、スペーサー材や微粒子接着剤が一画素全面を覆い隠してしまう。そのため、表示装置上ではあたかも画素の欠陥が生じたように見える場合がある。

そこで、本発明においては、周辺シール部のみにスペーサー材を混合し、平坦度の高い基板を貼り合わせて所望のセルギャップを持つセルを形成する。なお、図１において、周辺シール１５は、その横寸法がセルギャップよりも短く描かれているが、実際にはセルギャップよりも圧倒的に大きく（ｍｍのオーダー）、後述のようにスペーサーの密度に分布を持たせることができる。

本発明で液晶層１４に用いられる液晶材料としては、一般に用いられているｎ形ネマチック液晶が好ましく用いられるが、例えば、メルク製「ＭＬＣ−６６０８」、「ＭＬＣ−２０３９」などが挙げられ、上記セルに減圧下で注入して液晶素子とする。その後、図１に図示はされていないが、注入口を紫外線硬化型接着剤で封止し反射型液晶表示パネルとする。

反射型液晶表示パネルにおいては、ガラス基板とシリコン基板の距離ｄは周辺シール１５の高さによって規定される。図１のように周辺シール１５の高さを外周部で低く、画素表示部で高く不均一にしている。そのため、製造過程では、ガラス基板は中央部が凸に形成されるが、最終的に図１のように表示領域内では均一性の高いギャップが形成されている。

以下、詳細に説明する。

周辺シール部の厚みが外周部からセル内側、すなわち画素表示部に向けて徐々に厚くなる傾斜構造とする。

画素表示平面を基準とした周辺シール部の厚みの傾斜角度Θは以下の範囲になることが好ましい。

Θ_ｍｉｎ ＜ Θ
但し、

Ａ：周辺シール部で囲まれる領域の対角長さ（Ｍ）
Ｍ：ガラス基板の密度
Ｄ：ガラス基板の厚さ（Ｍ）
Ｙ：ガラス基板のヤング率（Ｐａ）
である。

上式の括弧内は、基板の撓み量を表し、中央部で常に凸型になるためのΘを表すものであり、この角度以上の傾斜のシール形状であることが必要となる。

上記傾斜を形成する製造方法について述べる。

本実施形態では、周辺シール部に混入するスペーサーの密度を、画素表示部側が高密度に、外周部すなわちパネル周辺部側が低密度になるようにシール描画を行う。このようにして、エアバッグ等で一様に押圧しながら、シール接着剤に紫外線を照射して仮硬化させると、画素表示部側のスペーサー密度が高いために個々のスペーサーにかかる圧力が軽減され、シールとしての高さが高く設定される。一方外周部側はスペーサーの密度が少ないため、個々のスペーサーにかかる圧力が高く、スペーサーがつぶれやすく、シールとしての高さが低くなる。スペーサーの密度や分布、エアバッグ圧力は、シール剤やスペーサー材、パネルの大きさ、シール幅が関与し、一概に決定することはできないが、それぞれ最適な条件を採用する。それにより周辺シール部の厚みに傾斜角度Θを付与した液晶表示パネルが作製できる。

その後、ガラス基板を上側に向けた状態で周辺シール部を加熱硬化するために加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される方向に向かう。

このように、加熱硬化時にガラス基板とシリコン基板とのヤング率や線熱膨張率の違いを原因とする大きな歪を補正しながらセルギャップ均一性の高いＬＣＯＳ型の反射型液晶表示パネルを作製することができる。そのため、セルギャップムラを原因とする表示特性劣化を抑制することができる。

本実施形態では０．７ｍｍ厚さの液晶用ガラス（１７３７：コーニング製）、スペーサー径３.０μｍのスペーサー材（ＳＷ−３.０：触媒化成工業製）、紫外線−熱併用接着剤（ＷＲ−７９８：協立化学産業製）を用いて反射型セルを作製する。ここで作製される反射型液晶表示パネルのセルギャップは均一でムラの少ないものとなる。

その後、反射型液晶表示パネルに液晶を封入し、注入口を封口して、反射型液晶表示パネルとする。

図２に、本発明により製造された反射型液晶表示パネルを用いた投射型画像表示装置の構成を模式的に示す。

投射型画像表示装置は、前記した本発明の反射型液晶表示パネルを複数個と、該液晶素子に光を照射する光源と、複数個の反射型液晶表示パネルからの光を重ねて表示するための手段とを備えたことを特徴とする、投写型ディスプレイである。

図中、２１はスクリーンに投影する投影レンズ、２２ａ〜２２ｃは反射型に構成した本発明の反射型液晶表示パネルである。２３ａ〜２３ｃは例えばＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ、２４は光源からの光を集光するインテグレーター、２５は楕円リフレクター、２６はメタルハライド、ＵＨＰ等のアークランプである。２７ａ，２７ｂは高反射ミラー、２８はＧ／Ｒ光反射ダイクロイックミラー、２９はＧ光反射ダイクロイックミラー、３０はダイクロイックミラーにより分離された全色光を再び合成する色合成プリズムである。

ここで、光束の進行過程に従って説明する。先ず、光源のランプ２６からの出射光束は白色光であり、楕円リフレクター２５によりその前方のインテグレーター２４の入り口に集光され、光束の空間的強度分布が均一化される。そして、インテグレーター２４を出射した光束は高反射ミラー２７ａにより直角に反射され、Ｇ／Ｒ光反射ダイクロイックミラー２８に至る。Ｇ／Ｒ光反射ダイクロイックミラー２８ではＧ／Ｒ光が反射され、Ｇ光反射ダイクロイックミラー２９に向かう。Ｇ光反射ダイクロイックミラー２９ではＧ光が反射され、偏光ビームスプリッタ２３ｂを通じて偏光化された後、反射型液晶表示パネル２２ｂを照明する。また、Ｒ光はＧ光反射ダイクロイックミラー２９を通過し、偏光ビームスプリッタ２３ｃに向かい、偏光ビームスプリッタ２３ｃを通じて偏光化された後、反射型液晶表示パネル２２ｃを照明する。一方、Ｂ光はＧ／Ｒ光反射ダイクロイックミラー２８を通過し、高反射ミラー２７ｂにより直角に反射され、偏光ビームスプリッタ２３ａを通じて偏光化された後、反射型液晶表示パネル２２ａを照明する。

そして、反射型液晶表示パネル２２ａ〜２２ｃにて各Ｒ、Ｇ、Ｂ光はそれぞれ反射及び偏光変調され、偏光ビームスプリッタ２３ａ〜２３ｃを通過する。偏光ビームスプリッタ２３ａ〜２３ｃを通過した光束は合成プリズム３０で再び画像光となり、投影レンズ２１を通じてスクリーン（不図示）に拡大投影される。

上記反射型液晶表示パネルはギャップ均一性が高く、ムラの少ない良質な画像が表示される。

［実施形態２］
本実施形態では周辺シール部を紫外線により仮硬化させる工程で、周辺シール部の画素表示部側よりも外周部側を局部的に押圧を行う。このように、周辺シール部の画素表示部側よりも外周部側を局部的に押圧を行いながら、シール接着剤を硬化させると、周辺シール部の画素表示部側にかかる圧力は低く、外周部側にかかる圧力が高くなる。このため、外周部側の個々のスペーサーにかかる圧力が高く、スペーサーがつぶれやすく、シールとしての高さが低くなる。スペーサーの密度や分布、周辺押圧圧力は、シール剤やスペーサー材、パネルの大きさ、シール幅が関与し、一概に決定することはできないが、それぞれ最適な条件を採用する。それにより周辺シール部の厚みに傾斜角度Θを付与した液晶表示パネルが作製できる。

その後、ガラス基板を上側に向けた状態で周辺シール部を加熱硬化するために加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される方向に向かう。

本実施形態では０．７ｍｍ厚さの液晶用ガラス（１７３７：コーニング製）、スペーサー径３.０μｍのスペーサー材（ＳＷ−３.０：触媒化成工業製）、紫外線−熱併用接着剤（ＷＲ−７９８：協立化学産業製）を用いて反射型セルを作製する。ここで作製される反射型液晶表示パネルのセルギャップは均一でムラの少ないものとなる。

その後、反射型液晶表示パネルに液晶を封入し、注入口を封口して、反射型液晶表示パネルとする。

実施形態１と同様に、上記反射型液晶表示パネルを用いた本発明の投射型画像表示装置にり投影を行うと、ムラの少ない良質な画像が得られる。

［実施形態３］
本実施形態では、周辺シール部に混入するスペーサーの分布を画素表示部側が高密度に、外周部側が低密度になるようにシール描画を行う。実施形態１と同様に、エアバッグ等で一様に押圧しながら、シール接着剤に紫外線を照射して仮硬化させる。実施形態１よりも画素周辺部分のスペーサーの密度を低くし、反射型セルを作製する。ここで作製される反射型液晶表示パネルは、周辺シール部の厚みに傾斜角度Θが付与され、セルギャップは中央部が若干厚い反射型パネルとなる。

その後、ガラス基板を上側に向けた状態で周辺シール部を加熱硬化するために加熱処理を行うと、ギャップ不均一性が解消される方向に向かう。

その後、反射型液晶表示パネルに液晶を注入する。よりセルギャップを均一に制御するために、注入口封口時にパネル中央部分を押圧しながらセルギャップを調整しながら、封口を行い、反射型液晶表示パネルとする。押圧圧力は、パネル中央部と周辺部ギャップ差、パネルの大きさ、シール幅が関与し、一概に決定することはできないが、それぞれ最適な条件を採用することよりギャップムラの少ない液晶表示パネルが作製できる。

実施形態１と同様に、上記反射型液晶表示パネルを用いた本発明の投射型画像表示装置にり投影を行うと、よりムラの少ない良質な画像が得られる。

本発明の実施形態１における反射型液晶表示パネルの断面模式図 本発明の反射型液晶表示パネルを用いた投射型画像表示装置の構成を模式的に示す図 従来のＬＣＯＳ型反射型液晶表示パネルの構造を示す図

符号の説明

１１ａ…ガラス基板
１１ｂ…単結晶シリコン基板
１２ａ…透明電極
１２ｂ…画素反射電極
１３ａ，１３ｂ…配向制御層
１４…液晶層
１５…周辺シール
２１…投影レンズ
２２ａ〜２２ｃ…液晶素子
２３ａ〜２３ｃ…偏光ビームスプリッタ
２４…インテグレーター
２５…楕円リフレクター
２６…アークランプ
２７ａ，２７ｂ…高反射ミラー
２８…Ｇ／Ｒ光反射ダイクロイックミラー
２９…Ｇ光反射ダイクロイックミラー
３０…色合成プリズム

Claims (9)

1. ガラス基板と単結晶シリコン基板を貼り合わせ、両基板間に液晶層を封入した反射型液晶表示パネルを製造する方法であって、前記液晶層のギャップを規定するスペーサーを画素表示部に存在させず周辺シール部に混入する工程１と、前記周辺シール部の厚みが外周部から前記画素表示部に向けて徐々に厚くなる傾斜構造となるように前記周辺シール部を硬化させる工程２と、を有することを特徴とする反射型液晶表示パネルの製造方法。
2. 前記工程２は、紫外線により仮硬化させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
3. 前記工程２において、画素表示平面を基準とした前記周辺シール部の厚み傾斜の角度Θは、下記式にて規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
   Θ_ｍｉｎ ＜ Θ
   但し、
   

   

   Ａ：周辺シール部で囲まれる領域の対角長さ（Ｍ）
   Ｍ：ガラス基板の密度
   Ｄ：ガラス基板の厚さ（Ｍ）
   Ｙ：ガラス基板のヤング率（Ｐａ）
4. 前記工程１において、前記周辺シール部に混入するスペーサーの分布は、画素表示部側よりも外周部側の方が少ない密度とし、前記工程２において、前記周辺シール部を一様な圧力で押圧することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
5. 前記工程２において、前記周辺シール部の画素表示部側よりも外周部側を局部的に押圧することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
6. 更に、前記周辺シール部を加熱により硬化させる工程３を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
7. 更に、両基板間に液晶を注入し後に封口する工程４が有り、該工程４において液晶セルギャップを調整することを特徴とする請求項６に記載の反射型液晶表示パネルの製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の反射型液晶表示パネルの製造方法により製造された反射型液晶表示パネル。
9. 請求項８に記載の反射型液晶表示パネルを１個以上使用したことを特徴とする投射型画像表示装置。

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