JP2012177802A - 電子ペーパー表示パネルの支持構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルの支持構造において、支持構造の欠損を抑制する支持構造およびその形成方法を提供する。
【解決手段】支持構造形成用レジストと比重差を設けたスペーサ(樹脂ボール)を混合し、同時に該混合レジストをフィルム基板に塗工した後、スペーサと基板を先に固着させる。支持構造として十字型支持体及び球状スペーサを有し、該十字型支持体内に上記球状スペーサが混入した構造を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶表示パネル内の支持構造及びその製造方法に関する。

本発明は、対向する２枚の基板の対向間隙を一定に維持して２枚の基板を支持する支持構造及びその製造方法に関し、特に、十字型支持体へのスペーサの混入構造及びその混入のための製造方法に関する。

従来、液晶を挟んで２枚の基板が対向して配置される構造の液晶パネルがある。液晶パネルは、近年、各企業や各大学等において電子ペーパーへの利用が考えられ開発が盛んに進められて実用化されている。

電子ペーパーは、従来、紙印刷物であった書籍や雑誌、新聞などを、電気的に表示書き換え可能な装置によって実現するものであり、薄く、軽く、そして見やすいという優れた特性を備えるものである。

電子ペーパーが紙印刷物より優れているのは、表示内容の書き換えが可能であるという点にある。このため、電子ペーパーは紙印刷物のように使い捨てられることはないので、紙印刷物の代替として普及した場合、紙資源消費の削減に大きく貢献でき、環境保護の観点からも非常に有用であると考えられる。

このような電子ペーパーとしては、電気泳動方式やツイストボール方式、液晶表示ディスプレイや有機ＥＬ表示ディスプレイなどを利用して、研究・開発が行われている。このような液晶の一つに、コレステリック相が形成された液晶組成物（以下、コレステリック液晶という）を用いた液晶表示素子がある。

コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、カラー表示が可能であるだけでなく、メモリ性があるので、画面を書き換えるとき以外は、液晶に電圧を印加して駆動する必要がなく、消費電力の節減に有効である。

一方、電子ペーパーとしての液晶表示素子には、柔軟性が要求される。したがって、表示面にガラス基板を用いたのでは曲げの外力が加わったりすると表示面が割れてしまうため、電子ペーパーの液晶表示面にはフィルム基板が使用される。

ところで、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、表示面を押したり曲げたりする外圧が加わると記憶された表示状態が変化してしまい、一旦表示が変化すると再駆動されるまで表示が元に戻らないという問題がある。

そこで、表示面に押圧や曲げの外圧が加わっても記憶された表示状態が変化しないように、つまりベース基板と表示面基板の対向間隔を常に一定に保つために、十字形の「壁面構造体」と称される支持体構造を２枚の基板間に備えたドットマトリクス方式の液晶表示素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この液晶表示パネルの１画素は、隣接する４個の支持体（壁面構造体）の十字形のそれぞれ２本の枝支持体で囲まれる約０．２０ｍｍ角の液晶領域で構成されており、該液晶領域が表示の画面の１セル（１画素）になっている。

図１に表示パネルの全体像が示され、上記液晶表示パネルの基本構造が図３に示される。
図３において、上記基本構造は、フィルム上基板２、電極パターン3、支持構造４、液晶５、スペーサ６、電極パターン７およびフィルム下基板９が積層された状態で構成される。なお、シール８は、上記液晶表示パネルの周囲を取り囲むシール構造であり、液晶注入後のシール壁となる。なお、フィルムは透明樹脂であり、電極も透明材料を用いる。

たとえば、透明電極は、フィルム上にパターニングされた０．２４ｍｍピッチの３２０本の帯状の走査電極が並列に配置された電極層である。
スペーサ６、１１は、直径約５μmの球状のビーズであって、ベース基板（下基板）と表示面基板（上基板）の対向間隔を常に一定に保つために、前記十字形の支持構造の他に上記液晶表示パネルのベース基板と表示面基板の間に適宜分散配置され、十字形の支持構造と共にベース基板と表示面基板の対向間隔を常に一定に保つ役割をなすものである。

上記十字形の支持構造１０は、線幅が５〜１５μm、全体の縦、横の長さが１００μm程度である。支持体の母材は、光硬化性樹脂（ネガ型フォトレジスタ（光の照射を受けた部分が硬化して残るタイプの感光性樹脂）であり、スピンコート又はロールコート等で塗布する。

液晶は、上下基板を真空で引っ張って貼り合わせて上記積層構造を形成後、液晶が入口１２（図３）より注入されて上記液晶表示パネルが完成する。

以下、従来の液晶表示パネルの製造方法を図４（ｂ）及び図６を用いて説明する。なお、図４（ｂ）及び図６は、同じ製造工程を示している。図４は、本発明の製造工程（図４（ａ））と従来の製造工程（図４（ｂ））の対比を見易くするため示したものであり、図５及び図６は、本発明の製造工程（図４（ａ））と従来の製造工程（図４（ｂ））を、それぞれ液晶表示パネルの各工程の構造図と共に表示したものである。

図４（ｂ）及び図６において、６１〜６８の工程は、図３における上基板２〜４の製造工程を、７１〜７７の工程は、図３における６〜９の下基板の製造工程を示す。

まず、上基板の製造工程について説明する。
図６において、上基板は、上下逆にされ、電極が貼られている原基板１２１にレジスト１２２が塗られ（工程６１）、次いで、フォトマスク１２３で覆って露光させる（工程６２）。露光（工程６２）後、現像（工程６３）、エッチング（工程６４）を経て、レジスト１２５を剥離する。この電極パターンの形成された上基板１２６に再度レジスト１２７を塗り、フォトマスク１２８で覆って、露光（工程６７）、現像（工程６８）すると、十字形の支持構造が形成された上基板１２９が完成する。

上記露光工程６７は、マスクの上から紫外線を照射すると、マスクの下の光硬化性樹脂は支持体の形状の切り抜きにしたがって紫外線を照射され、放射された部分が硬化部を形成する。つまり、切り抜きの部分（紫外線が照射された部分）のみ硬化し、それ以外の部分（紫外線が照射されなかった部分）は硬化しない。

一方、下基板の製造工程は、以下のとおりである。
下基板は、電極が貼られている原基板１３１にレジスト１３２が塗られ（工程７１）、次いで、フォトマスク１３３で覆って露光させる（工程７２）。露光（工程７２）後、現像（工程７３）、エッチング（工程７４）を経て、レジスト１３５を剥離する。この電極パターンの形成された下基板１３６にスペーサ１３７を散布する（工程７６）。最後に、下基板の周辺にシールを形成（工程７７）して下基板１３８が完成する。

次いで、上基板と下基板の貼り合わせ工程に入る。
上基板と下基板はそれぞれの電極が対向し、直交するように貼り合わされる（工程８０）。なお、スペーサは、下基板に工程７６で散布された状態である。ＵＶ（紫外線）光１４１を当てて、シールを硬化させる（工程８１）。これにより、シールおよび前記支持構造が硬化し、上基板と下基板が貼り合わされて一体となる。

次いで、シール間の開口１４２から液晶を注入（工程８２）し、液晶注入後、該注入口１４２を封止材で埋め、ＵＶ光で硬化させて封止（工程８３）して液晶パネルが完成する。

この状態で、たとえば、上基板の透明電極層の２４０本の帯状のデータ電極は、下基板の透明電極層の３２０本の帯状の走査電極に直交する向きで並列に配置されている。これらデータ電極と走査電極とが交差する領域が、完成したフィルム液晶パネルの１画素を構成する。すなわち完成したフィルム液晶パネルの総画素数は２４０×３２０＝７６８００である。

この従来工程による製造方法では、上基板に十字形の支持構造が形成され、スペーサ１３７は、下基板に散布されて、上下基板が貼り合わされている。
従って、上記スペーサは、図１（ａ）に示す如く、上記十字形の支持構造の間にばらまかれた状態で存在する。

ところで、上記支持構造は大きくするほど丈夫になるが、支持構造の分だけ液晶の入るスペースが少なくなる。液晶の量が多いほど、つまり、開口率（表示面積に対する液晶が注入される面積）が大きいほど、表示は明るくすることができるので、液晶の表示性能を高めるためには該支持構造は小さい方がよい。

従来は上記のように、対向基板間に支持構造を設け、押圧によるセルギヤップ変化を抑制する構造としており、該支持構造はレジストで形成している。
しかし、近年パネルの高精細化に伴い、支持構造の幅を狭くする要請がある。上記パネルの高精細化に伴い、支持構造の幅を狭めると支持構造の接触面積が小さくなるので、支持構造を形成する際（特に、後述するレジストで十字型支持構造を形成する現像過程において）、支持構造が欠損しやすくなっている。

欠損すると、部分的にセル・ギャップが保持されない部分が出来るので、表示不良となる問題があった。
このように、支持構造が小さくなると支持構造の図１（ｃ）の２５，２６の如く、支持構造の脱落等が生じ易くなり、支持構造がなくなるとセル・ギャップが不安定になり、表示不良となってしまう。なお、上記脱落は、基板表面の汚れ等に起因する。

このため、上記従来例は、支持構造間にセル・ギャップと高さ（直径）が同じスペーサを散布してセル・ギャップが一定となるよう工夫されている。
ただ、補強用にスペーサを支持構造間にばらまく上記従来例は、該スペーサ自体には支持構造を補強する効果がないので、支持構造の脱落を防止することができなかった。

ＷＯ２００８−０４１２６８Ａ１号公報 特開２００１−２２２０１７号公報 特開２００６−１９０２４３号公報 特開２０１１−８１２３号公報

本発明は、上記従来の上記欠点を解消し、支持構造の幅を狭めても、支持構造の欠損を抑制する支持構造および支持構造の形成方法を提供することを目的とする。また、十字型支持構造の他に球状のスペーサを混在させ、該スペーサに支持構造を補強する効果を持たせ、十字型支持構造の脱落を防止すると共に、セル・ギャップが一定となるよう工夫された支持構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る支持構造形成用レジストと比重差を設けたスペーサ(樹脂ボール)を混合し、同時に該混合レジストをフィルム基板に塗工した後、スペーサと基板を先に固着させる。

これは、以下の工程を有する。
（１）支持構造を形成するレジスト内にスペーサを入れて、レジスト塗工を行う。
（２）スペーサは、金属コアとした樹脂スペーサを用い、比重差を用いて沈下させ基板と接触させる。
（３）樹脂は、レジストのプリベーク温度より低融点であるため、レジストをプリベークすることにより、スペーサとフィルム基板を先に固着させる。

このことにより、スペーサのアンカー効果により、欠落の無い支持構造を形成し、良好な表示特性の表示パネルを形成することができる。
すなわち、本発明の液晶表示パネルの支持構造は、対向する２枚の基板の対向間隙を一定に維持して２枚の基板を支持する支持構造を有する液晶表示パネルにおいて、

前記支持構造として支持体及びスペーサを有し、前記支持体内に前記スペーサが混入した構造を有することを特徴とする。
さらに、前記支持体が、前記液晶パネルの各セル間の境界壁の一部を形成すること、あるいは、前記液晶表示パネルが、電子ペーパー表示パネルであることを特徴とする。
またさらに、前記支持構造は十字型支持体であること、あるいは、前記スペーサは球状スペーサであることを特徴とする。

また、本発明の液晶表示パネルの支持構造の製造方法は、電極パターンの形成された基板にレジストを塗り、フォトマスクで覆って露光、現像する工程により支持構造を形成し、対向する２枚の基板の対向間隙を一定に維持して２枚の基板を支持する支持構造を有する液晶表示パネルの製造方法において、前記レジストとしてスペーサを混入したレジストを用い、レジスト塗布後の上記露光、現像の前に基板をプリベークして、支持体内に前記スペーサが混入した構造を形成することを特徴とする。

さらに、前記スペーサの材料としてレジストより低融点である樹脂を用い、前記スペーサの比重をレジストより大きくして、前記プリベークにより前記スペーサが基板に固着されること、あるいは、前記プリベークにより前記スペーサがレジストより先に基板に固着されることにより、前記スペーサが基板に対するアンカー効果を持つことを特徴とする。
またさらに、前記支持構造は十字型支持体であること、あるいは、前記スペーサは球状スペーサであることを特徴とする。

本発明の液晶表示パネルの支持構造及びその製造方法は、以下の効果が生じる。
（１）固着したスペーサがレジスト現像時にアンカーとして働き、レジストの欠落を抑制する。そのため、欠落のない良好な形状の支持構造が形成される。
（２）また、溶融したスペーサは、対向基板間のギャップを適切に保つ効果が得られる。

従来技術及び本発明の液晶表示パネルの支持構造の説明図である。 本発明の液晶表示パネルの支持構造の製造過程の説明図である。 本発明の液晶表示パネルの支持構造の製造過程の説明図である。 従来技術及び本発明の液晶表示パネルの支持構造の基本構造の説明図である。 本発明の製造工程（図４（ａ））と従来の製造工程（図４（ｂ））の対比した図である。 本発明の液晶表示パネルの製造方法を示す図である。 従来の液晶表示パネルの製造方法を示す図である。 従来技術及び本発明の液晶表示パネルの支持構造の基本構造の欠損率の説明図である。

以下、本発明に係る液晶表示パネルの製造方法を図４（ａ）及び図５を用いて説明する。なお、図４（ａ）及び図５は、同じ製造工程を示している。
図４は、本発明の製造工程（図４（ａ））と従来の製造工程（図４（ｂ））の対比を見易くするため示したものであり、図５及び図６は、本発明の製造工程（図４（ａ））と従来の製造工程（図４（ｂ））を、それぞれ液晶表示パネルの各工程の構造図と共に表示したものである。また、上記本発明のさらに詳細な横断面図を図２に示す。

図４（ａ）及び図５において、３１〜３８の工程は、図３における上基板２〜４の製造工程を、４１〜４６の工程は、図３における６〜９の下基板の製造工程を示す。
まず、上基板の製造工程について説明する。

上基板は、上下逆にされ、電極が貼られている原基板９１にレジスト９２が塗られ（工程３１）、次いで、フォトマスク９３で覆って露光させる（工程３２）。露光（工程３２）後、現像（工程３３）、エッチング（工程３４）を経て、レジスト９５を剥離する。この電極パターンの形成された上基板９６に再度レジストを塗り（工程３６）、フォトマスク９８で覆って、露光（工程３７）、現像（工程３８）すると、十字形の支持構造が形成された上基板９９が完成する。

従来例（図６）と異なるのは、上記電極パターンの形成された上基板９６に再度レジストを塗る工程において、該レジストに球状のスペーサ（ビーズ）３９を混合しておく点である。

球状のスペーサは、金属コアを有する樹脂スペーサを用いる。金属コアは、スペーサ全体の比重を高めるため、スペーサ内に入れられる。このことにより、スペーサの方が上記硬化前の軟化レジストより比重が１，２割重くなっている。したがって、該レジストとスペーサの比重差によりスペーサはレジスト内で沈下し、基板と接触した状態になる（図２（ａ）参照）。
この状態で、レジストをプリベークすると、上記スペーサの樹脂はレジストのプリベーク温度より低融点であるため、スペーサが先にフィルム基板に固着される。

次いで、従来と同様、露光工程３７でマスクの上から紫外線を照射すると（図２（ｂ）参照）、マスクの下の光硬化性樹脂は支持体の形状の切り抜きにしたがって紫外線を照射され、放射された部分が硬化部を形成する。つまり、切り抜きの部分（紫外線が照射された部分）のみ硬化し、それ以外の部分（紫外線が照射されなかった部分）は硬化しない。

このようにして、前記スペーサ（ビーズ）は、前記十字形の支持構造４（図２（ｃ）参照）の中に埋め込まれた状態で十字形の支持構造が形成される。なお、上記十字型支持構造以外の部分に混入されているスペーサは前記現像の前に行われるプリベークで基板に固着されているので、現像後もそのまま残り、前記従来例と同様、十字型支持構造以外の部分に散在する。

このことにより、上記スペーサは、上記十字型支持構造内、もしくは、支持構造のレジストを保持する状態（上記十字型支持構造から多少一部がはみ出た状態のものも含む。）となる。

上記のように、スペーサは基板と固着しており、また、スペーサは球状であってレジストが引っ掛かり易い構造になっているので、上記基板と固着したスペーサとレジストの密着性が高まり、前記十字型支持構造にはアンカー効果が生じる。かくして、上記現像工程での支持構造の脱落が防止されると共に、押し圧等の外力に対しても丈夫なものとなる。

一方、下基板の製造工程は、以下のとおりである。
下基板は、電極が貼られている原基板１０１にレジスト１０２が塗られ（工程４１）、次いで、フォトマスク１０３で覆って露光させる（工程４２）。露光（工程４２）後、現像（工程４３）、エッチング（工程４４）を経て、レジスト１０５を剥離する。この電極パターンの形成された下基板１０６の周辺にシール１０７を形成（工程４６）して下基板が完成する。

次いで、上基板と下基板の合体接着工程に入る。従来技術のスペーサ散布（図６の工程７６）を除いて、他の工程は従来技術と同じである。
上基板と下基板はそれぞれの電極が対向し、直交するように貼り合わされる（工程５０）。

ＵＶ（紫外線）光１１０を当てて、シールを硬化させる（工程５１）。これにより、シールおよび前記支持構造が硬化し、上基板と下基板が貼り合わされて一体となる。
次いで、シール間の開口１１３から液晶を注入（工程５２）し、液晶注入後、該注入口１１３を封止材で埋め、ＵＶ光で硬化させて封止（工程５３）して液晶パネルが完成する。

この状態で、たとえば、上基板の透明電極層の２４０本の帯状のデータ電極は、下基板の透明電極層の３２０本の帯状の走査電極に直交する向きで並列に配置されている。これらデータ電極と走査電極とが交差する領域が、完成したフィルム液晶パネルの１画素を構成する。すなわち完成したフィルム液晶パネルの総画素数は２４０×３２０＝７６８００である。

従来工程による製造方法では、上基板に十字形の支持構造が形成され、スペーサ１３７（図６）は、下基板に散布されて、上下基板が貼り合わされ、上記スペーサは、上記十字形の支持構造の間にばらまかれた状態で存在する。

しかし、本発明のスペーサは、上記十字型支持構造内部にも存在するので、支持構造が強化され、該スペーサのアンカー効果により前記十字型支持構造の脱落が防止される。
この十字型支持構造の脱落の防止効果の測定結果を図７のグラフに示す。図７において、従来技術による支持構造の欠損率（９０）より、明らかに本発明の欠損率（９１）の方が小さく、本発明の電子ペーパー表示パネルの支持構造及びその製造方法の脱落防止効果は顕著である。特に、支持構造幅が小さい程、本発明を適用することにより欠損率の改善が大きくなる。

なお、本実施例では、支持構造体として十字型を例にして説明したが、形状はこれに限るものではなく、Ｌ字型や円弧型などであっても良い。
また、本実施例では、スペーサの球状を例にして説明したが、形状はこれに限るものではない。
また、本実施例では、スペーサに金属コアを有する樹脂スペーサを例にして説明したが、これに限らず、金属コアでなくとも、レジストよりも比重が高いものを使用すれば良い。

液晶パネルは、対向基板間に支持構造を設け、押圧によるセルギヤップ変化を抑制する構造としている。支持構造は、レジストで形成しているが、パネルの高精細化に伴い、支持構造の幅を狭くする要請がある。

上記高精細化に伴い、支持構造の幅を狭めると、接触面積が小さくなるので、支持構造を形成する際、支持構造が欠損しやすくなり、欠損すると部分的にセル・ギャップが保持されない部分が出来るので、表示不良となる問題があった。

しかし、前記の如く、本発明のスペーサは、上記十字型支持構造内部にも存在するので支持構造が強化され、該十字型支持構造の脱落が防止される。
従って、本発明の液晶表示パネルの支持構造及びその製造方法は、従来より支持構造の欠損による不良品の発生が少なく、また、より高精細化が可能になるので、産業上の利用性が高い。

１ 液晶表示パネル
２ フィルム基板
３ 電極パターン
４ 支持構造
５ 液晶
６ スペーサ
７ 電極パターン
８ シール
９ フィルム基板
１１ スペーサ
１２ 開口部
３９ スペーサ
９１ 電極
９２ レジスト
９３ ＵＶ光
９９ 支持構造
１０１ 電極
１０２ レジスト
１０７ シール
１１０ ＵＶ光
１１３ 開口
１２１ 電極
１２２ レジスト
１２３ ＵＶ光
１２９ 支持構造
１３１ 電極
１３２ レジスト
１３７ スペーサ
１３８ シール
１４１ ＵＶ光
１４２ 開口

Claims (10)

1. 対向する２枚の基板の対向間隙を一定に維持して２枚の基板を支持する支持構造を有する液晶表示パネルにおいて、
   前記支持構造として支持体及びスペーサを有し、前記支持体内に前記スペーサが混入した構造を有することを特徴とする液晶表示パネルの支持構造。
2. 前記支持体が、前記液晶パネルの各セル間の境界壁の一部を形成することを特徴とする前記請求項１記載の液晶表示パネルの支持構造。
3. 前記液晶表示パネルが、電子ペーパー表示パネルであることを特徴とする前記請求項１または２記載の液晶表示パネルの支持構造。
4. 前記支持構造は十字型支持体であることを特徴とする請求項１乃至３の内、いずれか１項記載の液晶表示パネルの支持構造。
5. 前記スペーサは球状スペーサであることを特徴とする請求項１乃至４の内、いずれか１項記載の液晶表示パネルの支持構造。
6. 電極パターンの形成された基板にレジストを塗り、フォトマスクで覆って露光、現像する工程により支持構造を形成し、対向する２枚の基板の対向間隙を一定に維持して２枚の基板を支持する支持構造を有する液晶表示パネルの製造方法において、
   前記レジストとしてスペーサを混入したレジストを用い、レジスト塗布後の上記露光、現像の前に基板をプリベークして、支持体内に前記スペーサが混入した構造を形成することを特徴とする液晶表示パネルの支持構造の製造方法。
7. 前記スペーサの材料としてレジストより低融点である樹脂を用い、前記スペーサの比重をレジストより大きくして、前記プリベークにより前記スペーサが基板に固着されることを特徴とする前記請求項６記載の液晶表示パネルの支持構造の製造方法。
8. 前記プリベークにより前記スペーサがレジストより先に基板に固着されることにより、前記スペーサが基板に対するアンカー効果を持つことを特徴とする前記請求項７記載の液晶表示パネルの支持構造の製造方法。
9. 前記支持構造は十字型支持体であることを特徴とする請求項６乃至８の内、いずれか１項記載の液晶表示パネルの支持構造の製造方法。
10. 前記スペーサは球状スペーサであることを特徴とする請求項６乃至９の内、いずれか１項記載の液晶表示パネルの支持構造の製造方法。