JP2008129328A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 注入孔の周りに段差がある液晶素子を封孔材で封孔したところ長期信頼性で不具合が生じた。
【解決手段】注入孔に第１の封孔材１８を塗布し、さらに第１の封孔材１８を覆うように第２の封孔材１９を塗布したことにより、封孔材とシール材の密着力が弱い部分と、封孔材を注入孔へ流し込む際に生じる封孔材の不足部分を第２の封孔材１９で補強した。
【選択図】図２

Description

この発明は、２枚の基板とシールによって形成された空間にシール開口部（以下注入孔と称する）から液晶を注入する液晶素子に関わり、さらに詳しくはその注入孔周りの封孔構造を改善した液晶素子に関わる。

光透過制御用の液晶素子は、携帯電話器から大型液晶テレビに至る様々な表示体として実用化されているほか、最近では光ディスクドライブ装置のなかの収差補正素子としても使われるようになった。このような液晶素子は、数マイクロメータ程度の間隙を持って対向した２枚の透明基板の間隙に液晶を挟み込み、透明基板の周辺部をシールで封止している。液晶を挟み込むため広く用いれている方法（以下真空注入法と称する）は、予めシールを介して２枚の透明基板を貼りあわせておき、次に透明基板とシールから形成される空間を真空にし、やはり予め設けてあった注入孔を液晶溜に浸し、外部を外気圧に戻し、外部とこの空間との圧力差を利用して液晶を注入している。この真空注入法では最後に注入孔を接着剤で封孔する。

注入孔と封孔材の塗布情況を図６を参考にしながら説明する。図６において、（ａ）と（ｂ）は注入孔側の基板端面が上下で揃っている場合の液晶素子の斜視図と平面図であり、（ｃ）と（ｄ）は注入孔側の基板端面が揃っておらず注入孔周りで段差を形成している液晶素子の斜視図と平面図である。

注入孔側の基板端面が揃った構造は工程が短く注入時の液晶使用効率が良い。図６（ａ），（ｂ）において、上基板６０と下基板６１はシール６２に形成された注入孔の存在する基板端面がそろっている一方、この基板端面と対向する側では上基板６０に対し下基板６１が延出している。この延出部には、シール６２により囲まれた平面領域に形成された液晶素子の駆動電極に、外部回路から駆動信号を伝達させる接続用電極が設けられている（図示せず）。封孔材６３は注入孔を塞ぐように塗布され端面から盛り上がっており、一部は注入孔に浸入している。注入孔にはシール辺に対し外側に直角に曲がったシール突起部６４がある。このシール突起部６４は封孔後の空気の浸入や液晶の漏れを防いでいる。なおシール６２は上基板６０の外周のやや内側で、上基板６０と下基板６１の間隙を線状に取り囲んでいるが、上基板６０越しに見ているので点線で示した。またシール６２は、図６（ｂ）の下側に開口部を有し、これが液晶の注入孔となる。（以下同様）

注入孔側にも接続用の電極を設けたい場合や、注入孔側の端面を基準面としたい場合など様々な理由で注入孔側に段差を形成することがある。図６（ｃ），（ｄ）において、下基板６６は注入孔側にも下基板６６の延出部があり、上基板６５の端面とこの延出部から形成される角部に注入孔が存在する。（ａ）と同様に注入孔と対向する側にも下基板６６の延出部がある。封孔材６８は注入孔を塞ぐように塗布され、延出部で盛り上がっており、一部は注入孔に浸入している。上基板６５の切り取り精度を考慮して注入孔のシール突起部６９の一部は下基板６６の延出部にはみ出している。なお下基板６６の注入孔側の端面は、封孔材が付着していないので精度良く加工すれば基準面として使える。

図６（ｃ），（ｄ）で示した注入孔部に段差を有する液晶素子は、段差を形成する前に液晶を注入しても、段差を形成した後に液晶を注入しても良い。例えば文献１には、「電極が形成されている２枚の基板の液晶注入孔側の端面が揃っていない液晶表示素子において、２枚の基板を貼り合わせるためのシール材を液晶注入の注入孔の部分を長くして、基板の端部まで延ばした形にし、２枚の基板間に液晶注入を行い、その後一方の基板を所定
の位置で切断して２枚の基板の液晶注入孔側の端面が揃っていない形状（段差）とし、最後に液晶材料注入孔の封止を行った。」ことが記載されている。なお文献１は、シール材で壁をつくり注入時の液晶の消費削減を目的としていた。

また封孔情況が悪いと、注入孔を通して液晶が漏れ出したり、外部から異物が浸入したりすることがある。例えば文献２では、「注入孔にも配向膜を設け液晶注入時に液晶が基板上の界面活性材と触れることによって起こる不具合を避けながら、吸湿性のある配向膜を露出させないように延出部にはみ出した配向膜を封孔材で覆い、封孔材が基板面と接着し充分な密着力を確保することで水分の浸入を防いだ。」ということが記載されている。
特許第２７７６０２８号公報 特許第３２２９１７２号公報

注入孔の周りに段差がある液晶素子を封孔材で封孔したところ、水分の浸入が原因と見られる電気抵抗の低下や、液晶の漏れ出しが起きてしまった。文献１は、注入時の液晶消費削減を目的にしているので、前述のような長期信頼性に関わるような事項には言及していない。また今回、印刷法で指定された基板領域に配向膜を形成していたことは文献２の情況と似ていたが、注入孔付近には配向膜がなかったので文献２で示された手法ではこの不具合は解決できない。

そこで本発明の目的は、注入孔の周りの長期信頼性が確保できる液晶素子を提供することである。

対向する一対の基板間をシール材により囲んで形成した空間に液晶を注入するための注入孔を備えた液晶素子において、液晶を注入後の注入孔を封孔する第１の封孔材と、この第1の封孔材を覆うように塗布された第２の封孔材を有することを特徴とする。

第１の封孔材が注入孔から基板の外側に突き出していないことを特徴とする。

延出部を有し、注入孔が延出部に形成されていることを特徴とする。

第１の封孔材が注入孔から基板の外側に突き出しているこを特徴とする。

延出部は、外部回路との接続をとるための電極が形成されていないことを特徴とする。

注入孔の周りに第１の封孔材を塗布しただけでは、十分な長期信頼性を確保することができなかった。これは次の二つの原因が相乗したものである。第１の原因は、封孔材とシール材の密着力が封孔材と基板面との密着力より弱いため、封孔材とシール材との界面で水分の浸入や液晶の漏れ出しが起きてしまったものである。第２の原因は、封孔時に封孔材が注入孔へ流れ込むため、シール突起部ないしその先端付近を回りこむ封孔材の流速が注入孔の中央付近を流れる封孔材の流速より早くなっているためシール突起部周辺で封孔材の少ない部分（剥がれ等）が形成されたものである。シール突起部と接着しているため長期信頼性が不十分な第１の封孔材を覆うように第２の封孔材を塗布した場合、第２の封孔材は第１の封孔材表面や基板面とだけに強い密着力で接着できるので長期信頼性が確保できる。また第１の封孔材と異なり、第２の封孔材は、塗布してから注入孔に向かって流動することがないのでシール突起部との間に封孔材の少ない部分ができない。このためシール突起部がたまたま第１の封孔材から飛び出していたとしても、第２の封孔材により覆われるので長期信頼性を損なうことはない。

第２の封孔材を塗布する前に注入孔の外側に残っていた第1の封孔材を除去すると、第
１の封孔材は注入孔内だけに残る。このため特に密着力の弱かったシール突起部周辺の第１の封孔材が除去され、さらに第２の封孔材が注入孔に残った第１の封孔材を覆いながら基板面と強い密着力で接着するので長期信頼性がいっそう向上する。

背景技術で述べたように、延出部を形成し注入孔を延出部に設けるようにすると、液晶素子の接続端子数が多い場合や、延出部を基準辺として利用する場合に設計の自由度が大きくなる。しかしこの場合、基板の切断精度やシール印刷精度を考慮して延出部にシール突起部がはみ出るよう設計するので、封孔材とシール材界面で生じる不具合要因が延出部にまで広がってしまう。注入孔に第１の封孔材を浸入させた後も延出部上に第１の封孔材が残るように第１の封孔材を塗布し、第１の封孔材を覆うように第２の封孔材を塗布すれば前述の理由から長期信頼性が確保できる。さらに注入孔の外側に残っていた第1の封孔
材を除去すればさらに長期信頼性が向上する。

注入孔が設けられた延出部に外部回路との接続をとるための電極が形成されていないこと、密着力の異なる接続用電極との接着部位がなくなるので熱膨張などによる界面の付近の応力の分布がより均一化するため長期信頼性が向上する。

この発明の液晶素子の製造方法は、上記のような構成および作用を有しているので、封孔材とシール材との間に存在する密着力の弱さや剥がれによる異物の浸入や液晶物資の漏洩に対応できているので、長期信頼性を確保することが可能となった。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施例１）
図１と図２で示した実施例１は、延出部の注入孔と、注入孔に塗布され、注入孔から基板の外部へ突き出した第１の封孔材と、第１の封孔材を覆うよう塗布された第２の封孔材を備えた液晶素子である。図１は重ね合わせまで済んだマザ−基板から第２の封孔材塗布に至るまでの工程図であり、図２は第２の封孔材を硬化させた後の注入孔のシール突起部を縦断する断面図である。

図１（ａ）は、重ね合わせあわされた２枚のマザー基板１０がシール材１１で接着された状態を示している。マザー基板１０の対向し合う面は、スペーサにより一定の間隙を有しており、個々の液晶素子の電極がシール材１１に対応する領域に形成されている。なおシール材１１をマザー基板１０上で４行４列のマトリクス状に配列させたが、実際の収差補正用液晶素子はマザー基板上に数１００個配列している。シール材１１は、２枚のマザー基板１０の一方に印刷され、２枚のマザー基板１０を重ね合わせたのち加圧状態で焼成され硬化する。

図１（ｂ）は、マザー基板１０から横一列に配列した液晶素子群（以下短冊と称する）を切り出す工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。マザー基板１０にキズ（以下スクライブ線と称する）をつけ、このスクライブ線に圧力をかけることでマザー基板１０を割り短冊１２を切り出す。

図１（ｃ）は、短冊１２に延出部を形成する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。上基板１５にスクライブ線をいれ、上基板１５だけを割り
、不要部を取り去ると、下基板１３が現れ、注入孔側の延出部１４と注入孔と反対側の延出部１６が形成される。

図１（ｄ）は、短冊１２上の各素子領域に液晶１７を注入する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。短冊１２と液晶溜を真空チャンバーに入れ、チャンバー内を真空にする。短冊１２の注入孔を液晶溜に浸し、チャンバー内を大気圧に戻すと、上下の基板１５，１３とシール材１１によって作られた空間に液晶１７が入り込む。

図１（ｅ）は、短冊１２上の各素子領域の注入孔に第１の封孔材１８を塗布する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。液晶１７が注入された短冊１２を真空チャンバーからとりだし、延出部１４に付着している液晶をふき取り、ディスペンサーで各注入孔に第１の封孔材１８を塗布する。

図１（ｆ）は、第１の封孔材１８を注入孔に浸入させたのち硬化させる工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。液晶１７が充填された空間を冷却し液晶１７を収縮させ、封孔材１８を注入孔に引き込む。図中の１８ａは注入孔に浸入した封孔材である。第１の封孔材１８、１８ａに紫外線を照射し硬化させる。

図１（ｇ）は、短冊１２上の各素子毎に、第１の封孔材１８を覆うようにさらに第２の封孔材１９を塗布する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。第１の封孔材１８を硬化させたら、延出部１４と注入孔側の上基板１５の端面を洗浄し（洗浄工程は図示せず）、ここに付着していた液晶やその他の異物を除去する。その後ディスペンサーで各液晶素子の第１の封孔材１８とシール突起部を完全に覆うように第２の封孔材１９を塗布し、紫外線により封孔材１９を硬化させる。

基準面を作る場合は、延出部１４の一部を延出方向とは直角にダイシングによって精度良く切り落とす。最後に短冊１２にスクライブ線を入れ各液晶素子を分離する。

図２により、液晶素子の注入孔の状態を説明する。なお同一の部材について図１と図２は同じ番号で示す。上基板１５と下基板１３の６μｍの間隙に液晶１７が充填されている。シール材のシール突起部１１ａは上基板１５から延出部に１００〜２００μｍ程度はみ出している。第１の封孔材１８は、シール突起部の上面と上基板１５の端面に接着している。なお第１の封孔材１８は、塗布後に注入孔に引き込まれるときの流動で必ずしもシール突起部１１ａを覆うとは保証できないので、悪い情況を想定しシール突起部１１ａの一部が第１の封孔材１８から露出するよう図示している。第２の封孔材１９は、第１の封孔材１８とシール突起部１１ａの露出部を完全に覆い、上基板１５の端面と下基板１３の延出部の基板面に接着している。

（実施例２）
図３と図４で示した実施例２は、第１の封孔材が注入孔から基板の外側に突き出していない液晶素子である。図３は重ね合わせまで済んだマザ−基板から第２の封孔に至るまでの工程図であり、図４は第２の封孔後の注入孔周りを縦断する断面図である。なお実施例１と同一の部材に対し、図３，図４と図１，図２は同じ番号で示す。また図３の（ａ）から（ｅ）までの工程は、図１で示した実施例１の（ａ）から（ｅ）までの工程と同じである。

図３（ｆ）は、第１の封孔材１８を注入孔に浸入させ硬化させ後、延出部に残っているシール材と封孔材を除去する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。実施例１と同様に、液晶１７が充填された空間を冷却し液晶１７を収縮させ
第１の封孔材１８を注入孔に引き込み、第１の封孔材１８、１８ａに紫外線を照射し硬化させる。その後、延出部１４に残っている第１の封孔材１８をシール突起部と共にナイフで削り取る。

図３（ｇ）は、短冊１２上の各素子毎に、第１の封孔材１８を覆うようにさらに第２の封孔材１９を塗布する工程が含まれた一連の工程を示している。この工程は以下の手順となる。延出部１４に残っているシール突起部と第１の封孔材１８が除去されたら、延出部１４と注入孔側の上基板１５の端面を洗浄し（洗浄工程は図示せず）、ここに付着している液晶やシール材、その他の異物を除去する。その後ディスペンサーで各液晶素子の注入孔における第１の封孔材１８ａの端面と注入孔周りの基板面に第２の封孔材１９を塗布し、紫外線により封孔材１９を硬化させる。

図４により、液晶素子の注入孔の状態を説明する。（ａ）はシール突起部を縦断する断面図であり、（ｂ）は注入孔の中央を縦断する断面図である。（ａ）において、上基板１５と下基板１３の６μｍの間隙には液晶１７と削り残されたシール材のシール突起部１１ｂが挟まれている。下基板１３の延出部ではシール突起部のシール材は除去されており、第２の封孔材１９が残ったシール突起部１１ｂの端面と上基板１５の端面、および下基板１３の延出部の基板面に接着している。（ｂ）において、上基板１５と下基板１３の間には、液晶１７と注入孔に浸入した封孔材１８が挟まれており、延出部では第２の封孔材１９が注入孔内に残ったシール突起部１８ａの端面と上基板１５の端面、および下基板１３の延出部の上基板１５に接着している。

基準面を作る場合は、実施例１と同様に延出部１４の一部を延出方向とは直角にダイシングによって切り落とす。実施例１は比較的大きな延出部１４をもてる場合に有効な方法であったが、実施例２は延出部１４を狭くしなければならない場合に有効である。実施例２は、ダイシング時に第２の封孔材１９の一部が切りとられたとしても、シール突起部が延出部１４に存在しないので長期信頼性を損なうことはない。最後に短冊１２にスクライブ線を入れ各液晶素子を分離する。

（実施例３）
図５で示した実施例３は、ダイシングにより注入孔の外側の第１の封孔材を除去した液晶素子である。図５は注入孔のシール突起部を縦断する断面図であり、第１の封孔材を硬化させてから基準面を作成までの工程が含まれた一連の工程を示している。なお実施例１および実施例２と同一の部材は図１、図２と同じ番号で示す。また図５の（ｅ），（ｆ）、（ｇ）は図３の（ｅ），（ｆ），（ｇ）と対応関係にあり、図５（ｈ）は基準面作成工程が含まれた一連の工程を示している。

図５（ｅ）は、第１の封孔材１８を塗布する工程が含まれた一連の工程において、第１の封孔材１８の硬化が終了した状態を示している。上基板１５と下基板１３の６μｍの間隙には液晶１７が充填されている。シール材からなるシール突起部１１ａは上基板１５から延出部に１００〜２００μｍ程度はみ出している。第１の封孔材１８は、シール突起部１１ａの上面と上基板１５の端面に接着している。なお第１の封孔材１８は、塗布後に注入孔に引き込まれるときの流動で必ずしもシール突起部１１ａを覆うとは保証できないので、悪い情況を想定しシール突起部１１ａの一部が第１の封孔材１８から露出するよう図示している。

図５（ｆ）は、封入孔の外側の第１の封孔材１８を除去する工程が含まれた一連の工程において、ダイシングで第１の封孔材１８を削り取った情況を示している。この工程は以下の手順となる。第１の封孔材１８を注入孔に浸み込ませ硬化させた後、上基板１５の端面２１と延出部の上面２２をそれぞれ７５μｍずつダイシングブレードで削り粗面を形成
する。ダイシングブレードの厚みは１５０ミクロンなので、延出部１４の延出方向と直角（紙面に垂直な方向）に複数の溝を（７５ミクロンの切り込み）を入れる。このとき延出部に残っていた第１の封孔材１８とシール突起部１１ａ、および注入孔内にあった第１の封孔材１８ａ（図示せず）とシール突起部１１ａの一部も削り取られる。なお図示していないが、注入孔（シール突起部１１ａと重なる位置）に第１の封孔材１８ａが残っている。

図５（ｇ）は、第１の封孔材１８を覆うようにさらに第２の封孔材１９を塗布する工程が含まれた一連の工程において、第２の封孔材１９が硬化した情況を示している。第２の封孔材１９は、シール突起部１１ａの端面、上基板１５の端面２１、延出部の上面２２と接着している。図示していないが、第２の封孔材１９は注入孔内に残った第１の封孔材１８ａの端面とも接着している。

図５（ｈ）は、基準面作成工程が含まれた一連の工程において、基準面２３を作成し終わった情況を示している。延出部１４の一部を延出方向とは直角にダイシングによって基板を切り落とし基準面２３を作成する。この結果延出部の幅は０．５ｍｍとなり、ダイシング時に第２の封孔材１９の一部も切りとられる。最後に短冊１２にスクライブ線を入れ各液晶素子を分離する。

なお第１の封孔材１８と第２の封孔材１９は同一の材料であっても、別の材料であってもかまわない。第２の封孔材１９は液晶に触れることがほとんどないため液晶との相性に配慮しなくて良いので選択肢が広がる。

実施例１，２，３とも延出部１４を作成してから液晶１７を注入していたが、液晶を注入してから延出部を作成してもよい。この場合は注入孔のシール突起部を延出側基板の端部まで延ばしておき、このシール突起部間から液晶の注入を行い、その後延出部を形成し第１の封孔を行う。延出部にはシール突起部が残っているので封孔材とシール突起部のシール材を除去してから第２の封孔材を塗布することが好ましい。

本発明の実施例１の液晶素子の工程図である。 本発明の実施例１の液晶素子のシール材のシール突起部を縦断する断面図である。 本発明の実施例２の液晶素子の工程図である。 本発明の実施例２の液晶素子の注入孔周りを縦断する断面図である。 本発明の実施例３の液晶素子の注入孔周りの工程毎の断面図である。 従来例の液晶素子を注入孔側から見た斜視図と平面図である。

符号の説明

１０ マザー基板
１１，６２，６７ シール材
１３，６１，６６ 下基板
１４，１６ 延出部
１５，６０，６５ 上基板
１７ 液晶
１８ 第１の封孔材
１９ 第２の封孔材
２１ 上基板の端面
２２ 延出部の上面
２３ 基準面
６３，６８ 封孔材
６４，６９ 注入孔のシール突起部

Claims (5)

1. 対向する一対の基板間をシール材により囲んで形成した空間に液晶を注入するための注入孔を備えた液晶素子において、
   前記液晶を注入後の前記注入孔を封孔する第１の封孔材と、
   この第1の封孔材を覆うように塗布された第２の封孔材を有することを特徴とする液晶
   素子。
2. 前記第１の封孔材が前記注入孔から前記基板の外側に突き出していないことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 延出部を有し、前記注入孔が前記延出部に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液晶素子。
4. 前記第１の封孔材が前記注入孔から前記基板の外側に突き出しているこを特徴とする請求項１または３記載の液晶素子。
5. 前記延出部は、外部回路との接続をとるための電極が形成されていないことを特徴とする請求項３乃至４のいずれか１項に記載の液晶素子。
   
   
   

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