JP2012211992A

JP2012211992A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2012211992A
Application number: JP2011077238A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Yamaguchi; 幸彦山口
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Finetech Miyota Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】安価で高品質な液晶表示素子を提供する。
【解決手段】シリコン基板２とガラス基板３は均一な位置関係で貼り合わされて液晶表示素子１を構成している。７は、前記シリコン基板２の画素電極の上層で基板全面に形成された反射膜である。８は、前記ガラス基板３に形成された遮光膜である。９は、前記ガラス基板３に形成された反射膜である。ガラス基板３の遮光膜８と反射膜９は互いに積層して形成されており、前記画素電極５と前記シール材４とは図１に示すような位置関係となっている。シール材４はガラス基板３の上面から見て、遮光膜８に完全に隠れてしまっているが、本実施例の構成においてはガラス基板３の反射膜９およびシリコン基板２の反射膜７が互いに対向しているため、斜めから入射した紫外線が互いに反射を繰り返すことによって、シール材４の中央まで到達することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示素子及びその製造方法に関するものである

一般に、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）と呼ばれる液晶表示素子は、表面に画素電極が形成されたシリコン基板と、それに相対し表面に対向電極が形成されたガラス基板を所定の位置関係で貼り合せ、前記基板間に液晶を注入した液晶表示パネルを回路基板若しくは基台上に実装し、画素電極と対向電極間に電位差を与え、液晶の配向を制御することにより各種表示を得るものである。

前記液晶表示素子のシリコン基板への電位の供給は、シリコン基板と回路基板上の電極パッドをワイヤーで接続し、電気的に導通させることで実現している。一方、対向電極への電位の供給は、ガラス基板と回路基板間に熱硬化性導電性樹脂、例えば銀ペーストなどを塗布し、対向電極と回路基板上の電極パッドとを電気的に接続させることで実現している。

図６は従来技術による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。２は反射膜７を備えた画素電極５を有する第１基板で、例えばシリコン基板である。３は前記シリコン基板１に相対する対向電極６を有する第２基板で、例えばガラス基板である。シリコン基板２とガラス基板３は回路基板１５上の電極パッドと導通をとるため、液晶（不図示）と所定の大きさのスペーサー材（不図示）を内包したシール材４を介し、所定の間隙を有し、ずれた位置関係で貼り合わされて液晶表示素子１を構成している。

前記シリコン基板２に形成された画素電極５は、ワイヤー１６によって前記回路基板１５の電極パッド１７と電気的に接続される。また、ガラス基板３に形成された対向電極６は、これと対向する位置に配置された回路基板１５上の電極パッド１８と導電性樹脂１９で電気的に接続され、前記画素電極５とはそれぞれ異なった電位が供給される。

前記液晶表示素子はプロジェクターやデジタルカメラのビューファインダーなどに搭載され、前面から入射した光源の反射光を投影することで画像を表示する。このとき、前記シール材４からの反射光が前記画素電極５の表示領域を侵食し画質の低下を招くため、前記対向電極６上に前記シール材４と対応するクロム薄膜などで形成された遮光膜８を備えている。

特開１０−９０６７６号公報

前記シリコン基板２とガラス基板３を接合する前記シール材４は、一般的に紫外線硬化型の樹脂であるが、前記液晶表示素子１の場合、前記対向電極６上に前記シール材４と対応する位置関係の前記遮光膜８が設けられており、紫外線の照射が妨げられるため熱硬化型の樹脂を使用する必要がある。

一般に前記シリコン基板２と前記ガラス基板３は１μｍ〜１０μｍ程の間隙を有している。近年、液晶表示素子はより高品質な画質を求められるため、±１０ｎｍ以内の均一幅の間隙を得る必要があるが、一般に熱硬化型の樹脂を使用した場合、硬化に時間がかかるため、硬化中に間隙が変化し不均一となってしまい高品質な画質が得られないことが課題となっている。

本発明は、低コストで、より高品質な表示性能を有する液晶表示素子を提供することを目的とする。

上記問題を解決するための本発明の液晶表示素子は、画素電極を有する第１基板と、透明電極を有する第２基板とを有し、前記第１基板と前記第２基板が、各々に形成された電極を対向させ、シール材を介して貼り合わされてなる液晶表示素子において、前記第２基板には、第１基板の画素電極の画像表示領域を規定する遮光膜が形成されており、当該遮光膜に対向する反射膜が形成されていることを特徴とする。

このような構成により、前記シール材からの反射による表示品質の低下を防ぐことが可能であり、尚且つシール材に対して、第1基板上の反射膜と第２基板上の反射膜の間で互いにシール材硬化促進用の紫外線を反射させることで硬化が促される。

また、本発明の液晶表示素子は、前記遮光膜と前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面とは反対の面に、前記透明電極形成面に近い方から前記反射膜、前記遮光膜の順に積層して形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、透明電極形成面に、反射膜、遮光膜を形成しない構成となるので透明電極形成面の平坦性を維持することが可能であり、前記第１基板と前記第２基板との間の間隙を均一に保つことが可能になる。

また、本発明の液晶表示素子は、前記遮光膜と前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面と同一面に、前記透明電極形成面に近い方から前記遮光膜、前記反射膜の順に積層して形成されていることを特徴とする。

このような構成により、遮光膜と前記シール材との距離を短くすることが可能であり、前記遮光膜による前記第１基板上への影が小さくなり、表示品質に与える影響を低減することが可能になる。

また、発明の液晶表示素子は、前記遮光膜は、前記第２基板の透明電極形成面とは反対の面に形成され、前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面と同一面に形成されていることを特徴とする。

このような構成により、前記遮光膜は前記反射膜と別々の面に構成されるため、前記遮光膜を形成する際の位置だしが容易になり、生産効率が高くなるという利点がある。
また、透明電極形成面側の膜の厚みを低減することが可能なため、前記第１基板と前記第２基板との間の間隙の均一性を向上させることが可能である。

また、発明の液晶表示素子は、前記遮光膜と前記反射膜は、平面視したとき前記シール材の一部のみを覆っていることを特徴とする。

このような構成によって、シール材への紫外線照射の効率を高めることが可能であり、紫外線照射時間の短縮が可能になることでシール材硬化中の液晶表示素子における間隙の変化を抑制し、高品質なパネルの提供が可能になる。

前記第２基板に前記シール材と対応する位置関係の遮光膜と反射膜を備え、前記シール材への紫外線照射効率を大きくすることによって前記シール剤の硬化条件が向上し、硬化時間の短縮し、高信頼性なパネルを提供することが可能になる。

本実施例による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図本実施例による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図本実施例による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図本実施例による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図本実施例による液晶表示素子の製造工程を示す図従来技術による液晶表示パネルを示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図

（実施例１）
図１は、本実施例による液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、従来技術と共通する部材に関しては同一の符号を用いて説明する。

２は、画素電極５を有する第１基板で、例えばシリコン基板である。３は、前記シリコン基板２に相対する対向電極６を有する第２基板で、例えばガラス基板である。４は、前記ガラス基板３とシリコン基板２を貼付するためのシール材であり、例えば紫外線硬化樹脂である。シリコン基板２とガラス基板３はシール材４により接着され、液晶（不図示）を介し、均一な位置関係で貼り合わせて液晶表示素子１を構成している。

７は、前記シリコン基板２の画素電極の上層で基板全面に形成された反射膜であり、高反射なアルミ薄膜である。８は、前記ガラス基板３に形成された遮光膜であり、低反射で遮光性の高いクロム薄膜である。９は、前記ガラス基板３に形成された反射膜であり、高反射なアルミ薄膜である。これらガラス基板３の遮光膜８と反射膜９は互いに積層して形成されており、前記画素電極５と前記シール材４とは図１に示すような位置関係となっている。

前記２枚の基板を接合するシール材４はガラス基板３の上面から見て、遮光膜８に完全に隠れてしまっている。しかしながら、本実施例の構成においてはガラス基板３の反射膜９およびシリコン基板２の反射膜７が互いに対向しているため、斜めから入射した紫外線が互いに反射を繰り返すことによって、シール材４の中央まで到達することが可能である。

続いて、前述の本実施例の液晶表示素子の製造方法について図５を参照して説明する。図５は紫外線照射装置と貼りあわされた２枚のマザー基板の側面図である。
片側に厚さ１０ｎｍ程度でＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる透明電極６を備えた、φ８インチ、厚さ７００μｍのホウケイサンガラスで構成された第２マザー基板１１の、前記透明電極６とは反対側の面に、幅８００μｍの四角状に高反射アルミを真空蒸着によって形成した。膜の形成条件は以下の通りである。

まず、第２マザー基板にフォトマスクを使用して反射膜の不要部分にレジストを形成した。その後、純アルミニウムをターゲットとして、ガラス基板に１０^−５ｍｍＨｇ程度の真空中で数秒程度の短時間で蒸着させた。これにより得られる膜厚は１００ｎｍであって、可視領域の波長における反射率は９０％以上であった。

続いて、アルミ蒸着層の上に低反射酸化クロムをターゲットとして、反応性スパッタリングの雰囲気ガスとして酸素ガス比率１〜５％、窒素ガス比率１０〜４０％、不活性ガス４５〜８９％からなる混合ガスを用いて、スパッタ圧力２〜６ｍｔｏｒｒ、スパッタパワー（電力）０．５〜５Ｗ/ｃｍ^２で蒸着した。このときの製膜時間は約３０分であり、１００ｎｍの膜厚が得られ、このときの酸化クロム層の反射率は可視領域において４０％以下であり、透過率は９９％以上であった。
低反射酸化クロム膜の生成後、レジスト材を溶剤により除去し、必要な部分にのみ遮光膜８と反射膜９を積層できた。

次に上記の第２マザー基板１１上に形成された積層膜に対応する画素領域５及び反射膜７を備えたφ８インチ、厚さ７００μｍのシリコン回路基板からなる第１マザー基板１０に対し、３００Å程度の厚さのポリイミド膜を形成し、ラビング装置により配向膜を形成した。この際のラビング角度及びラビングローラーの回転速度、加圧条件は液晶の種類・液晶の駆動モードなどによって調整する必要がある。
前記第２マザー基板１１の透明電極側６の面に対しても同様の方法によって、配向膜を形成した。

続いて、配向膜を形成した２枚のマザー基板を貼り合せる。前記第１マザー基板１０上のそれぞれの画素領域５の周囲にφ０．５〜３μｍのビーズスペーサーを重量比で１％程度内包した紫外線硬化樹脂（例えば協立化学社のＷＲ−７９８Ｌ）をシール材４としてディスペンサーで塗布する。本実施例において、シール幅は５００μｍとした。

シール材４が塗布された状態の前記第１マザー基板１０の画素領域およびシール材４に、前記第２マザー基板１１を、遮光膜および反射膜で規定される領域が対応するように正確に重ねあわせた。このとき、エアバッグにより均一な加圧を行うことにより、２枚のマザー基板の間に均一性の高い間隙を形成することが出来る。

続いて、シール材４を紫外線１５（図中の矢印）によって硬化する。紫外線照射ランプ１２は高圧水銀ランプを用い、マザー基板の設置位置から５００ｍｍ程度の高さに設置されている。前記紫外線照射ランプ１２の上には反射板１３が備えられ、紫外線照射ランプ１２から直接あるいは反射板１３からの光は、その先の拡散板１４を介して紫外線１５の照射が均一になるようになっている。このとき紫外線１５の照射強度は１５０ｍＷ／ｃｍ^２であり、照射時間は２４０ｓｅｃである。
前記シール材４は紫外線の照射のあとに熱を加えることで完全に硬化するため、１００度の雰囲気中で２時間の焼成を行った。

本実施例において、第２マザー基板上１１上の遮光膜８の幅は８００μｍであるのに対し、シール材４の幅は５００μｍである。このとき、シールの中心にまで直接入射させるには入射角が２５度以上である必要があるが、紫外線１５は紫外線照射ランプ１２とマザー基板の位置関係からほぼ真上から照射されるようになるため、直接光は大半ががカットされている計算になる。ところが、本実施例においては前記遮光膜８の裏側に前記反射膜９が存在するため、第１マザー基板上の反射膜７との間で光が反射を繰り返しながら進行する。本実施例ではガラスの透過率は８８％、アルミ反射膜の反射率は９０％以上であるため、シールの中央までロスが少なく紫外線１５を到達させることが可能である。

貼りあわされた２枚のマザー基板は、ダイシングソーによってスクライブストリートに沿ってハーフカットされ、ブレーク装置によって切断した。それにより単個の液晶表示素子１として取り出される。
その後、ディップ方式によって真空中で液晶を注入し、注入口を封止することで本実施例の液晶表示素子が完成した。

（実施例２）
図２は本実施例における液晶表示素子の構成を示した図である。
前記実施例１における液晶表示素子と異なる点は、前記遮光膜８と前記反射膜９がガラス基板３の透明電極６上に形成されている点である。

従って、本実施例の構成によって、遮光膜８と反射膜９の積層膜とシリコン基板２までの距離を、前記実施例１の液晶表示素子の場合と比較してガラスの厚み分、すなわち７００μｍ程度近づけることが可能になる。

本実施例による液晶表示素子は反射型の液晶表示素子であるため、使用する際は素子の全面から光を入射させる必要があるが、光の入射角度には一定のバラツキがあり、仮に入射角度に±５°のバラツキを持った光が素子に対して入射された場合、前記実施例１の液晶表示素子では、遮光膜８と反射膜９の積層膜の内側周囲約６０μｍに影ができる計算になるが、本実施例の構成では影はほとんど発生せず、表示品質に与える影響をごく軽微にすることが可能である。

（実施例３）
図３は本実施例における液晶表示素子の構成を示した図である。
前記実施例１における液晶表示素子と異なる点は、前記遮光膜８がガラス基板３の透明電極６の反対面に形成され、前記反射膜９がガラス基板の透明電極６上の面に形成されている点である。

前記実施例１において、前記反射膜９の上に前記遮光膜８を積層して形成しているが、実際には成膜の仕上がり状態によっては、反射膜のエッジを遮光膜が完全に覆いきれないことがある。これに対して、本実施例の構成では、前記遮光膜と前記反射膜を別々の面に形成するため、遮光膜を６０μ程度反射膜よりも大きくすることにより、反射膜のエッジからの光の反射を完全に遮ることが容易に可能であり、製造効率と歩留まりの向上が可能になる。

（実施例４）
図４は本実施例における液晶表示素子の構成を示した図である。
前記実施例１における液晶表示素子と異なる点は、前記遮光膜８と前記反射膜９の積層膜が平面視したとき前記シール材４の半分のみを覆っていることである。

本実施例においてシール材４の幅は５００μｍであり、遮光膜８と反射膜９の積層膜の幅は４００μｍと前記実施例の半分とした。これにより、シール材４の内側２５０μｍが遮光膜８と反射膜９の積層膜で覆われる形になり、もう半分の２５０μｍは平面視した際に露出している状態である。このような構成にすることによって外周部のシール材４に直接紫外線を照射することが可能になり、シール材４の外周から２５０μｍの部分を瞬時にして硬化できるため、硬化中の発熱によって基板が変形することによる基板間隔の均一性に与える影響を低減することが出来る。
また、遮光膜８と反射膜９の積層膜によって覆われる２５０μｍについても面積が小さいため、前記実施例１よりも半分程度の紫外線照射時間で硬化できた。このとき紫外線の照射強度は１５０ｍＷ／ｃｍ^２であり、照射時間は１２０ｓｅｃであった。

１液晶表示素子
２シリコン基板
３ガラス基板
４シール材
５画素電極
６透明電極
７反射膜
８遮光膜
９反射膜
１０第１マザー基板
１１第２マザー基板
１２紫外線照射ランプ
１３反射板
１４拡散板
１５回路基板
１６ワイヤー
１７電極パッド
１８電極パッド
１９導電性樹脂

Claims

画素電極を有する第１基板と、透明電極を有する第２基板とを有し、
前記第１基板と前記第２基板が、各々に形成された電極を対向させ、シール材を介して貼り合わされてなる液晶表示素子において、
前記第２基板には、前記第１基板の画素電極の画像表示領域を規定する遮光膜が形成されており、当該遮光膜に対向する反射膜が形成されていることを特徴とする液晶表示素子。
前記遮光膜と前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面とは反対の面に、前記透明電極形成面に近い方から前記反射膜、前記遮光膜の順に積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
前記遮光膜と前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面と同一面に、前記透明電極形成面に近い方から前記遮光膜、前記反射膜の順に積層して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
前記遮光膜は、前記第２基板の透明電極形成面とは反対の面に形成され、前記反射膜は、前記第２基板の透明電極形成面と同一面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示素子。
前記遮光膜と前記反射膜は、平面視したとき前記シール材の一部のみを覆っていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の液晶表示素子。