JP2008216777A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合強度やシール性を向上させることができ、水分等の浸入を防止して、表示品質の劣化や焼き付き現象を引き起こすことを阻止し、もって湿度信頼性を向上させることができる液晶表示素子を提供する。
【解決手段】画素電極１６が形成された画素領域を有する第１の基板４と、第１の基板に対向配置され、光透過性を有する電極２６を備えた第２の基板６と、画素領域の周部に沿って画素領域を囲うように設けられた第１のシール部形成領域と、第２の基板における第１のシール部形成領域に対向する第２のシール部形成領域とを接合するシール部と、シール部で囲われた空隙に充填された液晶とを有し、第１の基板及び第２の基板は、第１のシール部形成領域及び第２のシール部形成領域それぞれに、第１のシール部形成領域及び第２のシール部形成領域が延在する方向に沿って形成された溝部２４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型液晶プロジェクタ等に用いられる信頼性に優れる液晶表示素子及びその製造方法に関するものである。

近年、プレゼンテーション用途としてコンピュータ映像を拡大表示したり、ホームシアタ用として迫力ある大画面のビデオ映像を楽しむ目的から投射型液晶プロジェクタが用いられる機会が増えている。この投射型液晶プロジェクタとしては、高精細化、高輝度化、小型化が求められると共に応答速度の速さ、高いコントラストが望まれている。そして、これらの特性を達成するためのキーデバイスとして、この投射型液晶プロジェクタに用いられる液晶表示素子が重要である。

ここで従来の液晶表示素子の構造及び一般的な製造方法を以下に説明する（例えば特許文献１）。まず表面に配向処理された配向膜が形成された複数の画素電極を有する駆動基板を用意する一方、表面にカラーフィルタ層や対向する透明電極が形成され、その上に配向膜が形成された透明な対向基板を用意する。

上記駆動基板の端部には、外部接続用のパッド電極が形成されている。そして、このパッド電極を除き、駆動基板の周辺部に沿って、例えば紫外線硬化樹脂等よりなるシール材を塗布すると共に、上記パッド電極とは反対側に液晶注入口を形成する。次に、上記パッド電極が露出するようにして、上記駆動基板上にシール材を介して上記対向電極を貼り合せて接合体を形成する。次に、真空チャンバ内に液晶を収納した液晶溜と上記接合体を導入し、その内部を真空排気する。

次に、上記接合体を移動して、液晶注入口を液晶溜の液晶に接触させて、毛細管現象により液晶を接合体の内部に注入する。そして、注入を進めるに従って、真空チャンバ内に窒素ガスを導入し徐々に圧力を高めて、完全に液晶を接合体の内部に充填する。この後、真空チャンバから接合体を取り出し、液晶注入口を樹脂で封止して液晶表示素子を作製する。

また、液晶注入口を設けないでシール材を基板の周辺部に沿って形成し、液晶をその表面に滴下し、その上から対向基板を接合するようにした液晶表示素子の作製方法もある。
最近では、液晶表示素子のコストを下げるために大面積のマザー基板からの基板の取れ数を多くする傾向にあり、それに伴って液晶表示素子の画素部以外の周辺部分のエリアをより小さくする傾向がある。このため、シール材を塗布するシールエリアが小さくなる傾向にあり、この結果、シール面積が少なくなって信頼性が劣ってしまう可能性があった。そのため、シール材の接着強度を上げる試みとして、例えば特許文献２、３に示すようにシール材の接する面に凹凸を設けたり、この面を粗面にする試みがなされている。

特開２００６−２７６５０８号公報 特開平９−３３９３３号公報 特開２００１−９１９５５号公報

ところで、上述のようにシール材の接する面に凹凸を設けたり、粗面化することにより、ある程度接着強度が得られた。しかしながら、特許文献１に開示された凹凸は、シール材に対して部分的にしか設けられておらず、しかもこの凹凸はシール材の延在方向に対して直交する方向に横切るように設けていることから、シール材を横切る方向におけるシール性が十分でなくなり、外部より液晶内側へ水分等が浸透することを十分に阻止できない虞があった。

また、特許文献３の粗面は、高圧空気による研磨剤の吹き付けにより形成されているので、十分に接着強度を上げることができないのみならず、上述したと同じ理由で、外部より液晶内側へ水分等が浸透することを十分に阻止できない虞があった。
このように、上記した従来の液晶表示素子では、多湿の環境に置かれた場合、水分等がシール材−基板界面を通過して液晶表示素子の内部に浸入し、表示品質の劣化を招いたり、水分等が混入した液晶により液晶表示素子に焼き付き現象が発生してしまう、といった問題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、本発明は、接合強度やシール性を向上させることができ、これにより水分等の浸入を防止して、表示品質の劣化や焼き付き現象を引き起こすことを阻止し、もって湿度信頼性を向上させることができる液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、複数の画素電極が形成された画素領域を有する第１の基板と、前記第１の基板と所定の間隙を有して対向配置され、前記画素領域と対向する領域に光透過性を有する電極を備えた第２の基板と、前記第１の基板における前記画素領域の周部に沿って前記画素領域を囲うように設けられた第１のシール部形成領域と、前記第２の基板における前記第１のシール部形成領域に対向する第２のシール部形成領域とを接合するシール部と、前記シール部で囲われた空隙に充填された液晶と、を有し、前記第１の基板及び前記第２の基板は、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域それぞれに、該第１のシール部形成領域及び第２のシール部形成領域が延在する方向に沿って形成された溝部を有することを特徴とする液晶表示素子である。

請求項２に係る発明は、複数の画素電極が形成された画素領域を有する第１の基板と、該第１の基板と所定の間隙を有して対向配置されて光透過性を有する電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板における前記画素領域の周部に沿って前記画素領域を囲うように設けられた第１のシール部形成領域と前記第２の基板における前記第１のシール部形成領域に対向する第２のシール部形成領域とを接合するシール部と、該シール部で囲われた領域に充填された液晶と、を有する液晶表示素子を製造する、液晶表示素子の製造方法であって、前記第１の基板において、少なくとも前記画素領域及び前記第１のシール部形成領域に、第１の配向膜を形成する第１配向膜形成工程と、前記第２の基板において、少なくとも前記画素領域と対向する領域及び前記第２のシール部形成領域に、第２の配向膜を形成する第２配向膜形成工程と、前記第１配向膜形成工程及び前記第２配向膜形成工程後に、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域における前記第１配向膜及び前記第２配向膜をそれぞれ部分的に除去して、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域が延在する方向に沿って延在する溝部を、前記第１の基板及び前記第２の基板にそれぞれ形成する溝部形成工程と、を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法である。

本発明に係る液晶表示素子及びその製造方法によれば、シール材に接する駆動基板の表面とシール材に接する対向基板の表面とに、シール材の延在方向に沿って延びる複数の溝部を設けた溝エリア部が形成されるようにしたので、接合強度やシール性を向上させることができ、これにより水分等の浸入を防止して、表示品質の劣化や焼き付き現象を引き起こすことを阻止し、もって湿度信頼性を向上させることができる。

以下に、本発明に係る液晶表示素子及びその製造方法の好適一実施例について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る液晶表示素子を示す構成図、図２は液晶表示素子に用いる駆動基板を示す構成図、図３は液晶表示素子に用いる透明な対向基板を示す構成図、図４は液晶を封入する前の液晶表示素子（接合体）を示す平面図である。

まず、図１（Ａ）は平面図を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＡ部の拡大断面図を示す。図２（Ａ）は平面図を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＢ部の拡大断面図を示し、図３（Ａ）は平面図を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中のＣ部の拡大断面図を示す。

図示するように、この液晶表示素子２は、シリコン基板等よりなる第１の基板としての駆動基板４と、この周辺部に沿って塗布されるシール材１０によって貼り合わせて接合される透明な第２の基板としての対向基板６とを有し、上記両基板２、４間に液晶８が封止される。このシール材１０中には、セルギャップを形成するためのスペーサボール１０ａが混入されている。そして、このシール材１０の一部は分断されて、ここに液晶注入口１２が形成されており、後述するようにこの内部に液晶８を注入した後に上記液晶注入口１２が封止材１４により封止される。

上記駆動基板４の表面には、反射型又は透過型の画素電極１６が、例えば縦横に整列させてマトリクス状に配列されており、各画素電極１６の下部または周辺部には、図示しない駆動回路が形成されている。上記画素電極１６の形成されている領域、すなわち画素領域全体を覆って、この上には第１の配向膜として例えばＳｉＯ_２ 膜よりなる配向膜１８が形成されている。また駆動基板４の上記液晶封入口１２の反対側には、信号の入出力を行う外部接続用のパッド電極２０が形成されている。

そして、この駆動基板４の周辺部、すなわち上記配向膜１８の周辺部である第１のシール部形成領域には、これを囲むようにして本発明の特徴とする溝エリア部２２が形成されている。この溝エリア部２２は、駆動基板４の表面における上記シール材１０と接する領域に形成されている。この溝エリア部２２では、シール材１０の延在方向に沿って複数（多数）の溝部２４（図２（Ｂ）も参照）が互いに平行に形成されている。すなわち、各溝部２４はシール材１０の延在方向に沿って延びて画素領域を一周回るようになっている。従って、シール材１０の延在方向に対して直交する方向の断面は、図２（Ｂ）にも示すように凹凸状に櫛歯状になっている。

そして、この溝部２４の断面形状はここでは矩形状になされている。このように、シール材１０を横切る方向へ凹凸を形成することによって横切る方向の接合面積を大きくしている。例えばこの溝部２４の深さは、例えば０．００１〜０．５μｍ程度であり、また、幅及び間隔はそれぞれ０．００１〜１μｍ程度である。この溝エリア部２２は、例えば上記配向膜１８の周辺部を例えばエッチングにより加工することにより形成される。

一方、上記対向基板６は、例えば透明なガラス基板よりなり、その表面には共通な透明電極２６が形成され、更に、この透明電極２６の表面全体を覆って、この上には第２の配向膜として例えばＳｉＯ_２ 膜よりなる配向膜２８が形成されている。

そして、この対向基板６の周辺部、すなわち上記配向膜２８の周辺部である第２のシール部形成領域には、これを囲むようにして上記駆動基板４と同じように本発明の特徴とする溝エリア部３０が形成されている。この溝エリア部３０は、対向基板６の表面における上記シール材１０と接する領域に形成されている。この溝エリア部３０では、シール材１０の延在方向に沿って複数（多数）の溝部３２（図３（Ｂ）も参照）が平行に形成されている。すなわち、各溝部３０はシール材１０の延在方向に沿って延びて画素領域を一周回るようになっている。従って、シール材１０の延在方向に対して直交する方向の断面は、図３（Ｂ）にも示すように凹凸状に櫛歯状になっている。そして、この溝部３０の断面形状はここでは矩形状になされている。

このように、シール材１０を横切る方向へ凹凸を形成することによって横切る方向の接合面積を大きくしている。この溝部３２の深さは、例えば０．００１〜０．５μｍ程度であり、また、幅及び間隔はそれぞれ０．００１〜１μｍ程度である。この溝エリア部３０は、例えば上記配向膜２８の周辺部を例えばエッチングにより加工することにより形成される。

次に、上記したような液晶表示素子２の製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、駆動基板４に配向膜８を設けることにより表面に配向処理された配向膜１８が形成された駆動基板４を用意する（第１配向膜形成工程）。このときシール材１０が位置することになる部分の溝エリア部２２には図２（Ｂ）に示されているような溝部２４が形成されている。この溝部２４は配向膜１８の周辺部をエッチング処理等によって部分的に除去するように加工することにより形成されたものである（溝部形成工程）。

次に、一端に液晶注入口１２を有するシール材１０を溝エリア部２２上に形成する（図１参照）。尚、液晶注入口１２の部分には配向膜１８を設けても設けなくてもよい。シール材１０は、直径が１．５μｍ〜４. ０μｍのシリカもしくはプラスチックよりなるスペーサボール１０ａを、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂及び紫外線・熱併用硬化樹脂等の樹脂に混入したものである。

次に、表面に対向電極２６と配向膜２８とを順次形成し（第２配向膜形成工程）、上記駆動基板４と同様に溝部３２を形成した溝エリア部３０を有する透明基板６（図２参照）を用意する（溝部形成工程）。この透明基板６上の配向膜２８の位置は、両基板４、６を貼り合わせた時に駆動基板４上の配向膜１８と同じ位置になるように形成される。

次に、駆動基板４上にシール材１０を介して上記透明基板６を載置し、所定のギャップ（空隙）が得られるまで図示しない加圧を行なった後、シール材１０を硬化させて、図４に示すように貼り合わせられた接合体４０を作製する。この場合、画素電極１６と透明電極２６とが対向するように貼り合わせる。

次に、貼り合わされた接合体４０を図示しない真空チャンバ内に導入し、その内部を真空排気し、その後に液晶注入口１２に液晶を接触させる。そして液晶の注入を進めるに従って、前記した真空チャンバ内に窒素ガスを導入して徐々に圧力を高め、完全に液晶８を接合体４０の内部に充填する。

次に、前記した真空チャンバから液晶が充填された接合体４０に図示しない封止加圧装置内にて、一定時間加圧して液晶を押し出す。押し出された液晶を拭き取り、紫外線にて硬化する封止材１４を液晶注入口１２に塗布する。次に接合体４０への加圧を解除して封止材１４を接合体４０の内部へ引き込ませ、接合体４０に垂直な方向より図示しない紫外線を照射して封止材１４を硬化させることにより、図１に示すような液晶表示素子２を作製する。

このように、両基板４、６の表面にそれぞれ溝部２４、３２を有すると共にシール材１０と接する溝エリア部２２、３０を設けるようにしたので、両基板４、６の周辺部に沿って延在するシール材１０に直交する方向におけるシール材１０と基板表面との接合面積（貼り合わせ面積）及び接触距離を増加させることができる。この結果、接合強度やシール性を向上させることができ、これにより水分等の浸入を防止して、表示品質の劣化や焼き付き現象を引き起こすことを阻止し、もって湿度信頼性を向上させることができる。

換言すれば、シール材１０と接する基板表面に溝部２４、３２がシール材１０に沿って配置されているため、シール材１０の両基板４、６への接触面積を大きくすることができる。また外部からの方向と垂直に溝部２４、３２が配置されているため高湿度下における外部からの水分などの浸入を液晶８内まで到達し難くすることができる。このことにより、液晶８へのダメージを軽減することができるため、シール近傍から発生する表示不良及び液晶表示素子の焼き付き等を低減できる。

尚、上記実施例では溝部２４、３２は断面矩形状に形成したが、これに限定されず、図５に示す溝部の変形例を示す断面図のように、例えば断面三角形状（図５（Ａ）参照）や半円状などの断面円弧状（図５（Ｂ）参照）に形成してもよい。

本発明に係る液晶表示素子を示す構成図である。 液晶表示素子に用いる駆動基板を示す構成図である。 液晶表示素子に用いる透明な対向基板を示す構成図である。 液晶を封入する前の液晶表示素子（接合体）を示す平面図である。 溝部の変形例を示す断面図である。

符号の説明

２…液晶表示素子、４…駆動基板（第１の基板）、６…対向基板（第２の基板）、８…液晶、１０…シール材、１０ａ…スペーサボール、１２…液晶注入口、１４…封止材、１６…画素電極、１８…配向膜（第１の配向膜）、２０…パッド電極、２２…溝エリア部、２４…溝部、２６…透明電極、２８…配向膜（第２の配向膜）、３０…溝エリア部、３２…溝部。

Claims (2)

1. 複数の画素電極が形成された画素領域を有する第１の基板と、
   前記第１の基板と所定の間隙を有して対向配置され、前記画素領域と対向する領域に光透過性を有する電極を備えた第２の基板と、
   前記第１の基板における前記画素領域の周部に沿って前記画素領域を囲うように設けられた第１のシール部形成領域と、前記第２の基板における前記第１のシール部形成領域に対向する第２のシール部形成領域とを接合するシール部と、
   前記シール部で囲われた空隙に充填された液晶と、
   を有し、
   前記第１の基板及び前記第２の基板は、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域それぞれに、該第１のシール部形成領域及び第２のシール部形成領域が延在する方向に沿って形成された溝部を有することを特徴とする液晶表示素子。
2. 複数の画素電極が形成された画素領域を有する第１の基板と、該第１の基板と所定の間隙を有して対向配置されて光透過性を有する電極が形成された第２の基板と、前記第１の基板における前記画素領域の周部に沿って前記画素領域を囲うように設けられた第１のシール部形成領域と前記第２の基板における前記第１のシール部形成領域に対向する第２のシール部形成領域とを接合するシール部と、該シール部で囲われた領域に充填された液晶と、を有する液晶表示素子を製造する、液晶表示素子の製造方法であって、
   前記第１の基板において、少なくとも前記画素領域及び前記第１のシール部形成領域に、第１の配向膜を形成する第１配向膜形成工程と、
   前記第２の基板において、少なくとも前記画素領域と対向する領域及び前記第２のシール部形成領域に、第２の配向膜を形成する第２配向膜形成工程と、
   前記第１配向膜形成工程及び前記第２配向膜形成工程後に、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域における前記第１配向膜及び前記第２配向膜をそれぞれ部分的に除去して、前記第１のシール部形成領域及び前記第２のシール部形成領域が延在する方向に沿って延在する溝部を、前記第１の基板及び前記第２の基板にそれぞれ形成する溝部形成工程と、
   を有することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。

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