JP2008129511A - 液晶表示素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まり良く、低コストで製造することが出来る、無機配向膜を用いた液晶表示素子及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】一対の基板と、該一対の基板間に配された液晶層と、該液晶の配向方向を制御する配向膜と、液晶層に電圧を印加する表示電極と、周辺回路からの駆動信号線を接続するための電極接続用端子部と、を有する液晶表示素子であって、該表示電極及び電極接続用端子部の表面は凹凸形状を有しており、及び該端子部表面の凹凸形状は該表示電極の凹凸形状よりも粗いことを特徴とする液晶表示素子。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示素子、及び該素子を用いた液晶表示装置に関し、特に投射型液晶表示装置に使用される液晶表示素子、及び該素子を用いた液晶表示装置に関する。

現在、液晶表示装置は広く実用化されており、今後ますます普及が促進されると考えられている。このような液晶表示装置としては、液晶表示素子をそのままのサイズで観測する直視型と、拡大光学系を用いて液晶表示素子のサイズよりも大きな画像を観測出来る投射型とが存在する。

なかでも、投射型液晶表示装置は容易に大画面表示を実現出来るという利点を有し、スクリーンの前面から投射するフロントプロジェクター型や、スクリーンの背面から投射するリアプロジェクター型等が広く利用されている。なお、投射型液晶表示装置では、液晶表示素子として透過型液晶表示素子や反射型液晶表示素子が用いられている。

このような投射型液晶表示装置では、極めて強い光を液晶表示素子に照射することで、スクリーンへと投射したときに実用的な明るさを得ることが出来るようにしてある。しかし、強い光を照射すると液晶表示素子が劣化し、その寿命が短くなる。即ち、強い光を連続照射することで液晶表示素子の電圧保持率が徐々に低下する等の劣化現象が生じ、これに伴い初期に得られていた表示品位が徐々に低下し、やがて画像表示に不具合が生じる。

そのような問題を解決するために以下のような方法が提案されている。即ち、従来広く用いられてきたポリイミド等の有機高分子ではなく、無機材料からなる配向膜を用いる方法である（特許文献１参照）。有機配向膜は本質的に耐光性が悪いことから、有機配向膜の代わりに無機配向膜を用いることによって耐光性を確保でき、その結果、強い光が照射されることによる表示品位の低下現象を抑制することが出来る。

上記のような無機配向膜の代表的な成膜法が斜方蒸着法であり、それは１９７０年代から広く知られている液晶分子の配向制御方法である。なお、この斜方蒸着法では無機蒸着材料として酸化ケイ素が用いられる。蒸着源である酸化ケイ素を真空雰囲気下において、高温に加熱する、又は電子ビームを照射する。そうすることで、酸化ケイ素が蒸発し、その蒸発した酸化ケイ素の分子が被蒸着基板へと到達して堆積することによって、柱状の酸化ケイ素（以下、カラムと記す）が成長する（特許文献２参照）。

また、斜方蒸着法の他にも、スパッタを用いた方法等の様々な手法が提案されている（特許文献３参照）。
特開平０８−１３６９３２号公報 特開昭６３−１７２４０１号公報 特開２００５−０８４１４２号公報 特開２００５−０１７３３９号公報

しかし、蒸着やスパッタ等で無機配向膜を成膜する方法においては次のような問題が生じる。即ち、無機配向膜によって配向膜が形成される場合、ポリイミド膜とは異なり、酸化ケイ素等の無機物は絶縁性が高く及び硬いため、導通端子部等において導通不良が生じ易い。従って、端子部の配向膜を取り除くか、マスク等により配向膜が付着しないようにすることが求められる。しかし、配向膜を取り除くことは工程の増加につながり、また後から除去するとしても、その配向膜は無機物であることから、有機物であるポリイミド膜の場合に比べて手間がかかる。また、導通端子部等にマスクを形成する場合も工程の増加につながる。更に、導通端子部にマスクを形成し、斜方蒸着法を用いて無機配向膜を形成する場合においては、マスクの影が問題となる。つまり、蒸着方向によっては端子部以外の電極上、例えば画素電極上にマスクの影がかかり、画素電極上の液晶分子に配向不良が生じる恐れがある（特許文献４参照）。

こうした問題に対して特許文献４では、図１に示されているように、基板内面側に突出する壁部を形成することによって、蒸着膜の電極上への付着を防ぎ、導通を確保する方法が提案されている。また、上記壁部を形成する方法として、アクリル樹脂等の絶縁材料を用い、フォトリソグラフィ法によって所定箇所に壁部を形成する方法が記載されている。

しかしながら、このような壁部を形成するフォトリソグラフィ工程自体が、作業の増加を伴うものであり、よってコストアップの原因になるという課題が残っている。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、無機配向膜を使用した液晶表示素子において、電極取り出し部に無機配向膜が形成されるのを制御することで、導通不良を出来る限り減少させる。また、コストアップの原因となる付加的な工程を可能な限り必要としない新規な構成を提供する。従って本発明は、低コストで歩留まりの高い、安価で高耐久な液晶表示素子、液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、一対の基板と、該一対の基板間に配された液晶層と、該液晶の配向方向を制御する配向膜と、該液晶層に電圧を印加する表示電極と、周辺回路からの駆動信号線を接続するための電極接続用端子部と、を有する液晶表示素子であって、該表示電極及び電極接続用端子部の表面は凹凸形状を有しており、及び該端子部表面の凹凸形状は該表示電極の凹凸形状よりも粗いことを特徴とする。

また、該配向膜は無機材料からなることを特徴とする。また、該電極接続用端子部には、該液晶層と該駆動信号線とを接続する異方性導電膜が設けられ、及び、該表示電極の表面の凹凸形状の凹凸のピッチは、該異方性導電膜に含まれる導電性微粒子の粒径よりも大きいことを特徴とする。また、該一対の基板を張り合わせるためのトランスファー材料に含有される導電性微粒子の粒径は、該表示電極及び電極接続用端子部の表面の凹凸形状のピッチより大きいことを特徴とする。また、該配向膜は、該基板の法線から２０度以上７０度以下の範囲で傾斜した方向に形成されていることを特徴とする。

更に、本発明は、以上の液晶表示素子を用いた液晶表示装置である。

本発明に従って、液晶表示素子の電極取り出し部分に表面凹凸形状を設けることによって、電極上の無機蒸着膜の密度が制御され、電気的な導通を確保することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

まず、本発明の要旨を説明する。図１は前述の蒸着時に影となる壁部を有する製造装置であるが、これは上述したとおり、壁部がフォトリソグラフィプロセスを用いて形成されるため、壁を作りこむためのフォト工程が新規に追加されている。それに対し、本発明では電気的な接続部分の表面粗度を高く設定した基板を用いることによって、上記のような壁部を作ることなく、電気的接続が安定した電極の表面状態を作り出す。本発明の液晶表示素子は、上基板２０１と下基板２０２とが導電性のトランスファー材料２０４を介して貼り合わされており、下基板２０２の上には表示部分２０５と電極取り出し部分２０３が形成されている。この中で、電極取り出し部２０３の表面が凹凸形状となるように設定されている（図２）。

本発明の無機配向膜の構成に関して、斜方蒸着プロセスを参考にしながら説明する（図３）。斜方蒸着プロセスにおいては、まず、例えばペレット状の酸化ケイ素等が配置されている蒸着源３０５を用意する。この酸化ケイ素を加熱又は電子ビームによって蒸発させ、所定角度θ（３０２）だけ傾斜させた基板３０１の表面へと堆積させる。該角度だけでは液晶の配向を規定することは出来ないので、その角度の範囲を限定することは難しいが、実験上、約２０度以上７０度の範囲が好ましい。堆積の開始段階では、蒸発した酸化ケイ素分子が基板表面上に存在する何らかの核を開始点として堆積が始まる。基板上に異物等があると、堆積のきっかけとなりやすい。一旦、堆積が始まると、堆積された構造体の影となる部分には、酸化ケイ素が付着しにくい。このため、酸化ケイ素が存在する部分と存在しない部分とが形成される。一般的に、酸化ケイ素が存在する部分においては、酸化ケイ素は柱状（カラム状）に堆積している。この酸化ケイ素のカラム構造が、本発明における液晶の良好な配向を実現させる。即ち、そのカラム構造は基板上において堆積の核となる部分になり、そこに無機配向膜が形成され、それ以外の部分には堆積しにくい。つまり、電極表面が適宜制御された凹凸形状を有していれば、電極剥き出し部分の面積を制御することが可能となる。この凹凸形状は壁状である必要は無く、凹凸の表面が適宜制御されていれば何れの形状でもよい。例えば、凹凸形状としては、山型、うねり状、角型など様々な形状が考えられ、特に限定されはしない。ただ、うねり状の形状に関しては、うねりの長手方向が蒸着方向と平行であると、蒸着物がうねりによる凹凸に関係することが難しくなるので、うねりは蒸着方向に対して凹凸形状を有するように設けられることが求められる。また、凸部の間隔も適宜制御されていれば、必ずしも規則正しく配置ではなく、例えばランダムな配列であってもよい。

またこのとき、絶縁膜の存在しない凹部の面積が、あまりに狭い場合には電気的導通を確保することが出来ないので、一般に、液晶表示素子と外部回路を電気的に接続するための部材として、異方性導電膜（以下、ＡＣＦと略す）が用いられる。これは導電性の微粒子が混入した接着剤からなるフィルムである。それは、フレキシブル電極線と液晶表示素子との間にＡＣＦを配置し、圧着することによって、隣接する電極線との絶縁を確保したまま、電極線と液晶表示素子との導通を確保させるものである。このＡＣＦに用いられる導電性微粒子の粒径が前述の凹部の大きさよりも大きい場合、凸部に形成される酸化ケイ素が介在してしまうために電気的な導通を得ることが出来ない。よって表示電極の表面の凹凸形状の凹凸のピッチは、異方性導電膜に含まれる導電性微粒子の粒径よりも大きいことが好ましい。また、液晶表示素子において上基板と下基板との電気的な接続を得るためにトランスファーが形成され、このトランスファー材料として例えば銀ペースト又はカーボンペーストが用いられる。こうしたトランスファー材料に含有される導電性微粒子に関しても、粒径が前記凹部よりも大きい場合には電気的な導通を得ることが出来ない。従って、基板上に存在する凹凸形状に関して、凹凸のピッチは導電性微粒子の粒径よりも大きいことが好ましい。

なお上記説明では、凸部に蒸着の核が形成されることを想定しているが、核が形成されない凸部が存在する場合には、凸部のピッチが導電性微粒子の粒径よりも小さくてもよい。

一方、表示エリアに関しては、例えば反射型表示素子であれば反射率を高めるために、反射画素電極は鏡面加工される。つまり、画素や配線がパターニングされている基板に関して、画素部に関しては鏡面加工を施し、配線接続部は凹凸形状とする。こうした形状の制御のために、配線接続部のみを凹凸加工してもよいし、全面を凹凸とした後に画素部のみを平坦化し鏡面加工してもよい。また配線パターンを形成する際に端子部が凹凸となるように、配線用マスクパターンに微細な穴を空けるなどの設計をしておいてもよい。

こうした構成にすることよって、特別な構成を採用しなくても電極端子部における電気的接続を確実に行うことが出来る。これによって、低コストで歩留まりの高い液晶表示素子を実現することが可能となる。また、配向膜材料が無機材料であるため、強い光照射に対する耐久性が確保出来る。

以上述べた本発明の液晶表示素子として、既述した反射型液晶表示素子の他にも、透過型液晶表示素子を用いることも可能である。また、液晶表示装置の構成として、拡大光学系を用いた投射型の構成を採用しても、液晶表示素子の大きさそのものの画像を観測する直視型の構成を採用してもよい。また、液晶モードとして垂直配向（ＶＡ）モード、平行配向モード、ＨＡＮ（上下プレチルトが異なるハイブリッド配向）モード及びＯＣＢモード等の配向モードを用いることも可能である。更に光学特性に悪影響を及ぼさない範囲で、若干のねじれ配向を有していてもよい。更に、カラー化の手法として、カラーフィルタ、又は時分割によるカラー表示方法を用いてもよい。

また、液晶表示素子の配向膜成膜法として斜方蒸着法を例にとって説明を行ったが、斜方スパッタ法等、他の手法を採用してもよい。また端子部を荒らすために、上述のような手法を用いて配線形成時のフォトパターニングの際に同時に凹凸を形成しても、配線パターンを形成してからサンドブラストなどの物理的な凹凸形成手法を用いても、又は化学的な方法を用いてもよい。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

まず、一般的な液晶表示素子及びその製造方法を説明する（図４）。液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を用い、液晶層４０４のセル厚は３．５ミクロンとする。基板４０１、４０７として、直径８インチの基板を用いる。反射電極４０６はアルミからなり、透明電極４０２はＩＴＯからなる。配向膜４０３、４０５を形成する際には、まず基板全面に配向膜を形成する。次いで、２枚の基板４０１、４０７にシール材（不図示）を形成し、銀ペーストからなるトランスファー材料を所定の位置に配置した後に重ね合わせる。なお、基板をカットして素子基板を得る工程は、重ね合わせの前に行っても後に行ってもどちらでもよい。次に、小さくカットされたセルに液晶を注入し、封止した後、ＡＣＦを介して所定の周辺回路と接続して液晶表示素子４００を作製する。なお、このように作製した液晶表示素子を、図５に示した光学系の中に組みこんで投射型液晶表示装置とする。５０２は光源、５０１は偏光ビームスプリッタである。なお、上記銀ペーストとＡＣＦに存在している導電性微粒子の粒径は約３ミクロンである。

（実施例１）
本発明に従った液晶表示素子を作製する。基板面上に反射電極を有する表示部および電圧印加用電極取り出し部を設けた液晶表示素子用基板を用意する。このとき、金属反射電極及び電極取り出し部に用いる金属は、フォトリソグラフィプロセスによる電極形成直後（以下、アズデポ状態と呼ぶ）においては、約５ミクロンピッチで凹凸形状が存在している。またトランスファー接続部にも、約５ミクロンピッチで凹凸形状が存在している。このうち、表示部にある金属反射電極のみをケミカルメカニカルポリッシング（以下、ＣＭＰと呼ぶ）を用いて平坦化を行う。一方、電極取り出し部分はアズデポ状態のままである。

こうした基板全面に、前述の斜方蒸着処理を行う。その後、トランスファー材料を介して上下基板を貼りあわせ、所定の電極間隔が得られるようにセル組を行う。液晶材料をセル中に注入し、封止した後、電極取り出し部にＡＣＦを用いてフレキシブル電極を接続して、外部周辺回路から液晶表示素子に電圧が印加されるようにする。

このようにして得られた液晶表示装置では外部から印加される電圧を確実に印加することが可能である。

（実施例２）
実施例１と同様の手法にて液晶表示素子を作製する。このとき、表示部の下地にある絶縁層のみをＣＭＰ処理を行い、電極取り出し部の下地には平坦化処理を行わない。

このようにして得られた液晶表示装置では外部から印加される電圧を確実に印加することが可能である。

（実施例３）
実施例１と同様の手法にて液晶表示素子を作製する。このうち、アズデポ状態の金属反射電極や電極取り出し部に用いる金属のうち、電極取り出し部とトランスファー接続部にのみ公知のサンドブラスト法にて凹凸形状を形成する。このプロセスにより約５ミクロンピッチでの凹凸形状を形成させることが出来る。

このようにして得られた液晶表示装置では外部から印加される電圧を確実に印加することが可能である。

（実施例４）
実施例１と同様の手法にて液晶表示素子を作製する。このうち、電極取り出し部を形成する際に使用するフォトマスク（レチクル）パターンには、５ミクロンピッチのストライプパターンが形成されている。

このようにして得られた液晶表示装置では外部から印加される電圧を確実に印加することが可能である。

（比較例１）
基板面上に反射電極を有する表示部および電圧印加用電極取り出し部を設けた液晶表示素子用基板を用意する。このアズデポ状態の基板全面に、上述の斜方蒸着処理を行う。その後、電極取り出し部にＡＣＦを用いてフレキシブル電極を接続して、外部周辺回路から液晶表示素子に電圧が印加されるようにする。

このようにして得られた液晶表示装置では外部から印加される電圧を確実に印加することが可能であるが、ＣＭＰ処理を行った素子と比較すると反射率が低い。

（比較例２）
基板面上に反射電極を有する表示部および電圧印加用電極取り出し部を設けた液晶表示素子用基板を用意する。基板の全面に対してＣＭＰ処理を行う。この基板全面に、上述の斜方蒸着処理を行う。その後、電極取り出し部にＡＣＦを用いてフレキシブル電極を接続して、外部周辺回路から液晶表示素子に電圧が印加されるようにする。

このようにして得られた液晶表示装置では、端子部の接続不良が生じ、液晶層に正しく電圧が印加されない。そのため、正しい表示を得ることが難しい。

先行技術の構成の概略図 本発明の液晶表示素子の概略図 蒸着装置の概略図 本発明の液晶表示素子の断面図 投射型液晶表示装置の光学系を表す図

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 電極
１０３ 壁部
１０４ 斜方蒸着
２０１ 上基板
２０２ 下基板
２０３ 電極取り出し部
２０４ トランスファー材料
２０５ 画像表示部分
３０１ 基板
３０２ 角度
３０３ スリット
３０４ 蒸着方向
３０５ 蒸着源
３０６ ベルジャー
４００ 液晶表示素子
４０１ 基板
４０２ 透明電極
４０３ 配向膜
４０４ 液晶層
４０５ 配向膜
４０６ 反射電極
４０７ 基板
５００ 液晶表示素子
５０１ 偏光ビームスプリッタ
５０２ 光源

Claims (6)

1. 一対の基板と、該一対の基板間に配された液晶層と、該液晶の配向方向を制御する配向膜と、該液晶層に電圧を印加する表示電極と、周辺回路からの駆動信号線を接続するための電極接続用端子部と、を有する液晶表示素子であって、
   該表示電極及び電極接続用端子部の表面は凹凸形状を有しており、及び該端子部表面の凹凸形状は該表示電極の凹凸形状よりも粗いことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記配向膜は無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記電極接続用端子部には、前記液晶層と前記駆動信号線とを接続する異方性導電膜が設けられ、及び、前記表示電極の表面の凹凸形状の凹凸のピッチは、該異方性導電膜に含まれる導電性微粒子の粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 前記一対の基板を張り合わせるためのトランスファー材料に含有される導電性微粒子の粒径は、前記表示電極及び電極接続用端子部の表面の凹凸形状のピッチより大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記配向膜は、前記基板の法線から２０度以上７０度以下の範囲で傾斜した方向に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶表示素子を用いた液晶表示装置。