JP2008058618A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶量の過不足によるアレイ基板と対向基板とのギャップむらを容易に防止できる液晶パネルを提供する。
【解決手段】画面部７の外方に位置した非表示領域８に、液晶層４の液晶量調整用の真空状の空間部63を隔壁62により内部に区画するバッファ部61を複数設ける。液晶層４の液晶組成物51を予め所定量よりも多く充填した後、バッファ部61を適宜破壊して、この破壊したバッファ部61の空間部63に液晶層４の一部を拡散させて液晶量を調整することで、液晶量の過不足が生じることを抑制し、液晶量の過不足によるアレイ基板２と対向基板３とのギャップむらを容易に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アレイ基板と対向基板との間に介在された液晶層を有する液晶表示素子およびその製造方法に関する。

液晶表示素子としての液晶パネルは、薄型、軽量、低消費電力である等の様々な特徴を有しており、ＯＡ機器、情報端末、時計、及びテレビ等の様々な用途に応用されている。特に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を有する液晶パネルは、その高い応答性から、携帯テレビジョンやコンピュータなどのように多量の情報を表示するモニタとして用いられている。

近年、情報量の増加に伴い、画像の高精細化や表示速度の高速化に対する要求が高まっている。これら要求のうち画像の高精細化は、例えば、上述したＴＦＴが形成するアレイ構造を微細化することによって実現されている。

一方、表示速度の高速化に関しては、従来の表示モードの代わりに、ネマティック液晶を用いたＯＣＢモード、ＶＡＮモード、ＨＡＮモード、及びπ配列モードや、スメクティック液晶を用いた界面安定型強誘電性液晶（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal）モードおよび反強誘電性液晶モードを採用することが検討されている。

これら表示モードは、高いコントラストを得るために、均一な液晶層厚（以下、セルギャップと呼ぶ）を形成することが重要で、セルギャップ均一化のためには液晶表示装置の内容積に応じて適正な量の液晶を充填することが必要である。近年、量産適用が頻繁に行われるようになった液晶滴下工法（ＯＤＦ）では、特に液晶量の制御が重要であるが、小型液晶表示装置においては滴下量を高精度に制御することが難しく、液晶過多や液晶不足などにより均一なセルギャップが得られないことがあるという問題があった。

そこで、減圧雰囲気下でアレイ基板と対向基板とをシール材により貼り合わせ、これらアレイ基板と対向基板との間に液晶組成物を充填し、この液晶組成物の広がりに応じてシール材を移動させた後、シール材を硬化することで、液晶組成物の過不足を防止する液晶パネルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、アレイ基板の一主面上に、互いに異なる高さの複数の突起を対向基板側へと突設し、対向基板との間に、これら突起の高さの間に収まるように液晶組成物の滴下量を調整し、真空中においてアレイ基板と対向基板とを貼り合わせて大気圧中に戻すことで高さが高い方の突起を圧縮して、液晶組成物の過不足を防止する液晶パネルも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００５−１３４５６１号公報 特開２００５−１８９６６２号公報

しかしながら、上述の特許文献１記載の液晶表示素子では、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせた段階で、シール材が移動可能であるため、アレイ基板と対向基板との位置合わせが容易でないだけでなく、シール材が適切に移動するようにその粘性を厳密に選択する必要がある。

また、上述の特許文献２記載の液晶表示素子では、複数の突起の高さの差や、これら突起の高さの差に対応する液晶組成物の滴下量を厳密に設定しなければならない。

この結果、上述の液晶表示素子では、ギャップむらを防止するための工程が複雑化するという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、液晶量の過不足によるアレイ基板と対向基板とのギャップむらを容易に防止できる液晶表示素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置される対向基板と、これらアレイ基板と対向基板との間に介在された液晶層と、画像を表示する表示領域と、この表示領域の外方に位置した非表示領域と、この非表示領域に設けられ、前記液晶層の液晶量調整用の少なくとも減圧された空間部を隔壁により内部に区画するバッファ部とを具備したものである。

そして、表示領域の外方に位置した非表示領域に、液晶層の液晶量調整用の少なくとも減圧された空間部を隔壁により内部に区画するバッファ部を設ける。

本発明によれば、液晶層を予め所定量よりも多く充填した後、バッファ部を適宜破壊して、この破壊したバッファ部の空間部に液晶層の一部を拡散させて液晶量を調整することで、液晶量の過不足が生じることを抑制し、この液晶量の過不足によるアレイ基板と対向基板とのギャップむらを容易に防止できる。

以下、本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図１において、１は液晶表示素子としてのアクティブマトリクス型の液晶パネルであり、この液晶パネル１は、略四角形平板状のアレイ基板２と、このアレイ基板２に対向配置されるカラーフィルタ基板である対向基板３と、これら基板２，３間に介在される液晶層４とを備え、基板２，３が液晶層４の周囲にて、シール部材としての紫外線硬化樹脂であるＵＶシール５により接着されている。

アレイ基板２は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板であって、略透明な四角形平板状の絶縁基板としての透光性基板であるガラス基板６を有している。

さらに、このガラス基板６の一主面である対向基板３側の主面の表面上の中央部には、表示領域としての平面視で四角形状の画面部７が形成され、この画面部７の周囲には、この画面部７の全周を囲む額縁状の非表示領域８が形成されている。そして、この非表示領域８の全周は、ＵＶシール５により囲まれている。また、ガラス基板６上の画面部７には、複数の画素９がマトリクス状に設けられて配置されている。これら複数の画素９は、ガラス基板６の縦方向に沿ってｎ個形成されており、このガラス基板６の横方向に沿ってｍ個形成されている。したがって、これら複数の画素９は、ガラス基板６上にｎ×ｍ個形成されている。さらに、これら画素９のそれぞれには、透明電極である画素電極11、蓄積容量としての画素補助容量である補助容量12（図２）および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）13がそれぞれ１つずつ配置されている。

また、ガラス基板６の表面には、シリコン窒化膜や酸化シリコン膜などにて構成された図示しないアンダーコート層が積層されて成膜されている。このアンダーコート層上には、例えばトップゲートタイプの薄膜トランジスタ13が１画素構成要素として配設されている。この薄膜トランジスタ13は、スイッチング素子として機能するＴＦＴ素子である。そして、これら薄膜トランジスタ13は、アンダーコート層上に形成されたソース電極21およびドレイン電極22を備えている。これらソース電極21およびドレイン電極22は、所定の間隙を介して電気的に絶縁された状態で設けられている。また、ドレイン電極22は、薄膜トランジスタ13に隣接してアンダーコート層上に積層された画素電極11に電気的に接続されている。

さらに、これらソース電極21およびドレイン電極22の間には、半導体層としての活性層23が設けられている。この活性層23は、ソース電極21およびドレイン電極22を含むアンダーコート層上に設けられている。そして、この活性層23は、ｐ−Ｓｉにて構成された半導体層である。すなわち、この活性層23は、非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をエキシマレーザ溶解結晶化であるアニールしてからパターニングして作成した島状のｐ−Ｓｉ薄膜である。

また、この活性層23上には、図示しないゲート絶縁膜を介して導電性を有するゲート電極24が積層されて成膜されている。ここで、このゲート電極24は、活性層23の長手方向に直交する長手方向を有している。また、このゲート電極24は、活性層23の幅寸法より小さな幅寸法を有しており、この活性層23上の中央部に設けられている。

そして、薄膜トランジスタ13間には、アレイ基板２の厚さ方向に沿った長手方向を有する細長円柱状のスペーサ31が突設されている。これらスペーサ31は、液晶層４の層厚を一定に制御するもので、画面部７の縦方向および横方向のそれぞれに向けて所定個数、設けられている。すなわち、これらスペーサ31は、アレイ基板２の画面部７上に等間隔に離間されて設けられている。また、これらスペーサ31は、例えばアクリル製の透明樹脂材料にて構成されている。

画素電極11は、薄膜トランジスタ13により駆動されるもので、例えば１００ｎｍ（０．１μｍ）ほどの膜厚のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜のスパッタ法にて成膜されて形成されている。

そして、ガラス基板６の他主面である対向基板３と反対側の主面には、略四角形平板状の偏光板36が取り付けられている。

一方、対向基板３は、略透明な四角形平板状の絶縁基板としての透光性基板であるガラス基板41を備えている。このガラス基板41の一主面であるアレイ基板２側の主面には、図示しないアンダーコート層が積層され、このアンダーコート層上には、着色層としてのカラーフィルタ層42と、遮光層としての遮光部である遮光額縁43とが積層されて設けられている。

カラーフィルタ層42は、少なくとも２色以上である１組の色単位、例えば赤（Red:Ｒ）色の着色層である赤色フィルタ部44と、緑（Green:Ｇ）色の着色層である緑色フィルタ部45と、青（Blue:Ｂ）色の着色層である青色フィルタ部46との３つのドットがアレイ基板２の縦方向および横方向のそれぞれに向けて繰り返し配置されて構成されている。

ここで、赤色フィルタ部44は、例えば１０質量％ほど赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストにて構成されている。また、緑色フィルタ部45および青色フィルタ部46も同様に、緑色あるいは青色の顔料を、例えば１０質量％ほど分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストにて構成されている。さらに、これら赤色フィルタ部44、緑色フィルタ部45および青色フィルタ部46のそれぞれは、例えば１５００ｎｍ（１．５μｍ）の等しい膜厚に形成されている。

そして、これら複数の赤色フィルタ部44、緑色フィルタ部45および青色フィルタ部46にて構成されたカラーフィルタ層42は、アレイ基板２の各画素９に対応して設けられており、これら各画素９内に位置する薄膜トランジスタ13を覆うように配置されている。

また、遮光額縁43は、例えばインクジェットあるいはディスペンサによる液状の遮光性材料の塗布にて形成された遮光性膜にてカラーフィルタ層42の周囲に、非表示領域８から各基板２，３の外周縁部に亘って連続して形成されている。

ここで、遮光性材料としては、カーボンあるいはチタンなどの遮光性の高い顔料が用いられた、いわゆる樹脂ブラックなどである。よって、遮光額縁43は、カラーフィルタ層42の周縁部にて硬化する以前の液状の遮光性材料による漏れを防止するため、カラーフィルタ層42の層厚より小さな厚さ寸法を有している。

さらに、カラーフィルタ層42上には、共通電極（コモン電極）としての対向電極48が積層されている。この対向電極48は、透明電極として、例えばＩＴＯ膜にて構成されている。また、この対向電極48は、対向基板３の表面とアレイ基板２の表面とを対向させた際に、このアレイ基板２のガラス基板６の画面部７全体に亘って対向する四角形状の大きな電極である。言い換えると、この対向電極48は、アレイ基板２に対向基板３を対向させた際に、このアレイ基板２の画素電極11と相対するように配置されている。さらに、この対向電極48を含んだガラス基板41上の全面には、図示しない配向膜が積層されて形成されている。

そして、対向基板３は、アレイ基板２に設けられている各スペーサ31を対向基板３の対向電極48に当接させて、これらアレイ基板２と対向基板３との間に所定の間隔である液晶封止領域がスペーサ31にて保持されて形成されるように、平行に離間された状態で取り付けられている。

また、液晶層４は、液晶材料として、所定の液晶組成物51が基板２，３の各配向膜間に滴下されることで形成されている。さらに、この液晶層４は、アレイ基板２の画素電極11と対向基板３の対向電極48との間に液晶容量を形成させる。

そして、ＵＶシール５は、液晶層４を基板２，３間に封止させるもので、アレイ基板２の段差が最も低い位置、例えばアレイ基板２の画面部７の外方の配向膜と対向基板３の遮光額縁43との間に設けられている。すなわち、このＵＶシール５は、アレイ基板２のガラス基板６の画面部７より外側の部分に設けられている。

また、このＵＶシール５の周囲には、アレイ基板２から対向電極48に電圧を印加する電極転移材である図示しないトランスファが形成されている。このトランスファは、アレイ基板２と対向基板３との間の画面周辺部に形成された電極転移電極である図示しないトランスファ・パッド上に形成されている。

さらに、ガラス基板41の他主面であるアレイ基板２と反対側の主面には、略四角形平板状の偏光板52が取り付けられている。

また、アレイ基板２のガラス基板６の表面には、図２に示すように、電極配線としてのゲート電極配線である複数の走査線54が、このガラス基板６の幅方向に沿って配設されている。これら走査線54は、ガラス基板６の横方向に向けて等間隔に平行に離間され、各薄膜トランジスタ13のゲート電極24に電気的に接続されている。また、電極配線としての画像信号配線である複数の信号線55が、ガラス基板６の縦方向に沿って配設されている。これら信号線55は、ガラス基板６の横方向に向けて等間隔に平行に離間され、各薄膜トランジスタ13のソース電極21に電気的に接続されている。

したがって、これら走査線54および信号線55は、ガラス基板６上に交差して格子状であるマトリクス状に配線されている。そして、これら走査線54および信号線55の各交点に対応して、画素電極11、補助容量12および薄膜トランジスタ13のそれぞれが画素９毎に設けられている。

一方、このガラス基板６の周縁には、信号線駆動回路としての細長四角形平板状のＹドライバ回路56が配設されている。このＹドライバ回路56は、ガラス基板６の横方向に沿った一側縁に設けられている。さらに、このＹドライバ回路56は、ガラス基板６の縦方向に沿って設けられており、このガラス基板６上の各走査線54それぞれの一端部が電気的に接続されている。また、このガラス基板６の縦方向に沿った一端には、信号線駆動回路としての細長四角形平板状のＸドライバ回路57が配設されている。このＸドライバ回路57は、ガラス基板６の横方向に沿って設けられており、このガラス基板６上の各信号線55それぞれの一端部が電気的に接続されている。なお、これらＹドライバ回路56およびＸドライバ回路57は、Ｙドライバ回路56から各走査線54に供給される走査信号によって、薄膜トランジスタ13をオンオフさせるタイミングに同期して、Ｘドライバ回路57から各信号線55に画素信号を供給させることによって、アレイ基板２の画面部７に所定の画像を表示させる。

そして、アレイ基板２のガラス基板６のアンダーコート層上には、図３に示すように、非表示領域８の各角部である四隅近傍に、バッファ部61，61が対向基板３まで連続して壁状に突設されている。

各バッファ部61は、画面部７の四隅近傍において、この画面部７の長辺側および短辺側にそれぞれ配置され、断面が例えば略正方形の角筒状の隔壁62により、液晶組成物51が充填されず、かつ、少なくとも減圧された例えば真空状の空間部63を内部に区画して形成されている。したがって、本実施の形態において、バッファ部61は８つ形成されている。また、各バッファ部61の隔壁62は、例えばスペーサ31と同様の材料にて、このスペーサ31の形成工程において同時に形成される。

さらに、スペーサ31、各バッファ部61および画素電極11上の全面には、配向膜材料として、例えば８０ｎｍほどの膜厚の図示しない配向膜が積層されて形成されている。

次に、上記第１の実施の形態の液晶パネル１の製造方法を説明する。

まず、成膜工程とパターニング工程とを繰り返してガラス基板６上の画面部７に画素電極11、補助容量12、薄膜トランジスタ13、走査線54および信号線55のそれぞれを形成する。

次いで、このガラス基板６上に、感光性アクリル性透明樹脂（ＪＳＲ株式会社製ＮＮ６００）をスピンナ塗布して９０℃で１０分乾燥した後、フォトマスクを介して３６５ｎｍの波長で、８０ｍＪ／ｃｍ^２の露光量で露光し、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像し、２００℃、６０分の焼成により、高さ５２００ｎｍ（５．２μｍ）のスペーサ31を形成する。

このとき、非表示領域８に、スペーサ31と同一材料を用いて隔壁62を、例えば２００００ｎｍ（２０μｍ）の正方形の断面を有する高さ５２００ｎｍ（５．２μｍ）の筒状に形成し、真空状の空間部63を内部に区画したバッファ部61とする。

さらに、対向基板３上に遮光額縁43とカラーフィルタ層42の各フィルタ部44，45，46をそれぞれ形成した後、対向電極48として５０ｎｍのＩＴＯ膜をスパッタリング法により成膜する。

次いで、基板２，３のそれぞれに、配向膜材料としてＡＬ−３０４６（ＪＳＲ株式会社製）を、全面に８０ｎｍ塗布して配向膜を形成する。

この後、対向基板３の配向膜の周辺に沿ってＵＶシール５となる紫外線硬化型接着剤を印刷するとともに、トランスファをトランスファ・パッド上に形成する。

さらに、アレイ基板２の配向膜と対向基板３の配向膜とを対向させて、このアレイ基板２上のスペーサ31それぞれを対向基板３上に当接させ、所定の液晶組成物51を適量滴下させ、真空中で基板２，３を貼り合わせ、外部から紫外光を３０００ｍＪ／ｃｍ^２照射してＵＶシール５を硬化させた後、１３０℃で１時間、ＵＶシール５を本硬化させ、各偏光板36，52を基板２，３に取り付けて、カラー表示可能な液晶パネル１を作製する。

このような液晶パネル１を、例えば５００パネル作製し、点灯評価したところ、液晶組成物51の量の不足に起因すると見られる、直径１ｍｍの気泡が、２パネルの画面部７に発生した。

そこで、液晶層４の充填量を２％増加させた液晶パネル１を５００パネル作製して点灯評価し、液晶組成物51の過多に起因すると見られるギャップむらが発生した１５パネルを対象として、８つのバッファ部61のうち１つの隔壁62をレーザ光により破壊し、この隔壁62により区画されていた空間部63に液晶組成物51を拡散させることで、画面部７の液晶量の適正化を測ったところ、１２パネルにおいて良好なセルギャップが得られ、さらに、残り３パネルについて、もう１つのバッファ部61の隔壁62をレーザ光により破壊したところ、これら３つのパネルにおいても良好なセルギャップを得ることができた。

したがって、上記第１の実施の形態によれば、非表示領域８に、液晶層４の液晶量調整用の真空状の空間部63を隔壁62により内部に区画するバッファ部61を複数設け、液晶組成物51を予め所定量よりも多く充填しておき、バッファ部61を適宜レーザ光などにより破壊して、この破壊されたバッファ部61の空間部63に液晶組成物51を拡散させることで、画面部７内の液晶量を適正化させて液晶量の過多および不足を抑制し、このような液晶量の過不足に起因する液晶パネル１のギャップむらを容易に抑制できる。

この結果、液晶パネル１のギャップむらによる光学特性の偏りや、液晶量の不足による画面部７での気泡などの発生を防止して、優れた表示品位の液晶パネル１を提供できる。

特に、小型の液晶パネル１においては、液晶組成物51の滴下量が比較的少ないことから、液晶組成物51の滴下量を高精度に制御することが容易でなく液晶過多や液晶不足などが発生しやすいので、上記のように製造することで、小型の液晶パネル１においても容易にギャップむらを抑制できる。

また、バッファ部61を複数設けることにより、液晶量の調整幅が広がり、液晶量のばらつきに、より確実に対応できる。

さらに、バッファ部61をスペーサ31と同一の材料で形成することで、これらバッファ部61をスペーサ31の形成工程において同時に形成することが可能になり、製造工数の増加を防止でき、製造性が向上する。

次に、第２の実施の形態を図４を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、非表示領域８中の画面部７の両側方などに、バッファ部65を形成するものである。

各バッファ部65は、図４に示す上下方向に長い長方形状の断面を有する角筒状の隔壁66により、液晶組成物51が充填されず、かつ、減圧された、例えば真空状の空間部67を内部に区画して形成されている。また、各バッファ部65の隔壁66は、例えばスペーサ31と同様の材料にて、このスペーサの形成工程において同時に形成される。

したがって、各バッファ部65の空間部67は、各バッファ部61の空間部63よりも体積が大きい空間となっている。

そして、上記第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、バッファ部61，65を適宜レーザ光などで破壊して液晶量を調整することで、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、バッファ部61と、このバッファ部61の空間部63と体積が異なる空間部67を有するバッファ部65とを形成することにより、バッファ部61、あるいはバッファ部65などを適宜レーザ光などで破壊することで、液晶量の調整幅がより広がり、液晶量のばらつきに、より確実に対応できる。

特に、バッファ部65の空間部67は、バッファ部61の空間部63よりも体積が大きいので、バッファ部65を１つ破壊すると、バッファ部61を複数破壊する場合と同等の液晶量の調整が可能になるので、バッファ部61を複数破壊する場合と比較して、液晶量の調整がより容易になる。

なお、上記各実施の形態において、空間部63，67は、少なくとも減圧されていれば、必ずしも真空状でなくてもよい。

また、バッファ部61、あるいはバッファ部65を設ける位置は、非表示領域８中であれば、任意に設定でき、その設ける個数も、上記各構成に限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態の液晶表示素子を示す説明断面図である。 同上液晶表示素子を示す回路図である。 同上液晶表示素子を示す説明平面図である。 本発明の第２の実施の形態の液晶表示素子を示す説明平面図である。

符号の説明

１ 液晶表示素子としての液晶パネル
２ アレイ基板
３ 対向基板
４ 液晶層
７ 表示領域としての画面部
８ 非表示領域
31 スペーサ
61，65 バッファ部
62，66 隔壁
63，67 空間部

Claims (5)

1. アレイ基板と、
   このアレイ基板に対向配置される対向基板と、
   これらアレイ基板と対向基板との間に介在された液晶層と、
   画像を表示する表示領域と、
   この表示領域の外方に位置した非表示領域と、
   この非表示領域に設けられ、前記液晶層の液晶量調整用の少なくとも減圧された空間部を隔壁により内部に区画するバッファ部と
   を具備したことを特徴とした液晶表示素子。
2. 前記アレイ基板と前記対向基板との隙間を設定するスペーサを具備し、
   前記障壁は、前記スペーサと同一の材料で形成されている
   ことを特徴とした請求項１記載の液晶表示素子。
3. 前記バッファ部は、前記空間部の体積を互いに異ならせて複数設けられている
   ことを特徴とした請求項１または２記載の液晶表示素子。
4. アレイ基板と、このアレイ基板に対向配置される対向基板と、これらアレイ基板と対向基板との間に介在された液晶層と、画像を表示する表示領域と、この表示領域の外方に位置した非表示領域と、この非表示領域に設けられ、前記液晶層の液晶量調整用の少なくとも減圧された空間部を隔壁により内部に区画するバッファ部とを具備した液晶表示素子の製造方法であって、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に、前記液晶層を所定量よりも多く充填し、
   前記バッファ部を破壊してこの破壊されたバッファ部の前記空間部へと前記液晶層を拡散させて液晶量を調整する
   ことを特徴とした液晶表示素子の製造方法。
5. 前記アレイ基板と前記対向基板との隙間を設定するスペーサと同一の材料で前記障壁を形成する
   ことを特徴とした請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。

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