JP2013190551A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール接着強度を保ったまま、セルギャップの不均一による表示ムラを解消する。
【解決手段】 液晶表示素子１は、液晶層９を挟んで対向配置された基板２と対向基板３がシール材４を介して接合されている。これらの基板間隙の厚さを規定するための柱状スペーサ５が設けられている。シール材４の内周に沿って内側突起６が、外周に沿って外側突起７が、それぞれ幅／高さ＝０．５〜１０の範囲で形成されている。少なくとも内側突起６は、柱状スペーサ５と同一の高さで形成されている。これにより、パネル面内のセルギャップを均一にすることが可能となり、接着強度を保ったまま表示ムラが解消できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、基板と対向基板との間に封入される液晶層の厚さを規定するためシール部分の構造に関する。

従来、液晶表示装置に用いられる液晶パネルには、セルギャップの不均一による表示ムラを避けるため、液晶が封入される間隙の厚みを規定するスペーサが設けられている。スペーサは粒子状の部材からなり、液晶パネルの内部に散布されている。セルギャップの不均一による表示ムラを避けるためには、画像表示領域だけではなく、外周を取り囲むように配置されているシール部分のセルギャップも制御する必要がある。そのため、基板と対向基板の少なくとも一方をガラス基板として、シール材の形成領域に、ガラス基板の一部で形成された突起を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この構成によれば、任意の位置に所望の高さで、強度に優れた突起を形成できるため、セルギャップの均一性を向上することが可能となる。

特開２００５−３２１４５５号公報

しかし、特許文献１に記載の構成では、シール内に突起が形成されているために、基板と対向基板間のシール接着面積が小さくなり、接着強度が弱まるという問題があった。また、突起を形成するために、ガラスをエッチングする工程が必要となり、安価に製造することが困難であった。
そこで、本発明の目的は、高いシール接着強度と、セルギャップ不均一による表示ムラの解消を同時に実現することにある。

本発明の液晶表示装置は、基板と、基板と対向するように配置された対向基板と、所定の間隙を形成するように基板と対向基板を接合するシール材と、間隙に封入された液晶層と、液晶層の厚さを規定するために間隙に配置された柱状スペーサと、シール材の内周に沿って形成された内側突起と、シール材の外周に沿って形成された外側突起と、を備えており、内側突起と外側突起は、幅／高さの値がそれぞれ０．５〜１０の範囲にある。このような突起を設けることにより、パネル面内とシール材近傍のセルギャップを均一にすることができる。また、シール材中に突起が存在しないため、より安定した接着が可能となる。突起の幅が細すぎると下地との密着性が悪くなり、太すぎると狭額縁化が実現できなくなってしまう。そのため、突起の幅／高さを０．５〜１０の範囲にする必要がある。ここで、この内側突起と外側突起は、シール材の全周に沿って切れ目なく、土手状に形成される。これにより、シール材の流れ出しの防止や、シール内に気泡が発生した場合のリーク問題を除外できる。したがって、これまで印刷時の空気巻き込みによるシール内気泡の発生で作製が困難であった２０μｍ以上の高セルギャップを実現することができる。ここで、内側突起を柱状スペーサと略同一の高さで形成することとした。さらに、外側突起を内側突起より低く形成した。このような構成により、圧着時に余分なシールが外側突起上に押し出されるため、接着面積が大きくなり、接着強度が高まる。あるいは、内側突起をシール材の全周に亘って切れ目なく形成し、外側突起には部分的に切れ目を形成してもよい。これにより、両基板の圧着時にシール材の逃げが可能となり、シールの破裂を防止できる。一方、内側突起に切れ目を設けることは、逃げたシール材が表示領域まで侵入する恐れがあるため、好ましくない。ただし、内側突起の切れ目を液晶注入口として用いることができる。

さらに、内側突起と外側突起を、柱状スペーサと同一の材料で形成することとした。柱状スペーサの形成と同時に突起を形成できるので突起形成の工程を新たに追加する必要がない。また、シール材は突起が形成された基板に設けても良いし、もう一方の基板に設けても良い。前者の場合には、ディスペンサーを用いれば、内側突起と外側突起の間に容易にシール材を供給することができる。

本発明によれば、接着強度を保ったまま、パネル面内のセルギャップを均一にすることが可能となり、セルギャップ不均一による表示ムラを解消できる。特に、２０μｍ以上の高セルギャップの液晶表示素子に適用すると著しい効果がある。また、突起形成を柱状スペーサ形成と同時に行うことにより、工数の増加を防ぐことができる。

実施例１に係る液晶表示素子を模式的に示す断面図である。 実施例１に係る液晶表示素子を模式的に示す平面図である。 実施例２に係る液晶表示素子を模式的に示す平面図である。 実施例３に係る液晶表示素子を模式的に示す断面図である。 実施例３に係る液晶表示素子を模式的に示す平面図である。 液晶表示素子の圧着工程を模式的に説明する断面図である。

本発明は、基板と対向基板の間に封入される液晶層の厚さを規定するために、表示面内に柱状スペーサが形成された液晶表示素子に関する。基板と対向基板は外周部に形成されたシール材により接合されている。シール材の内周には内側突起が、シール材の外周には外側突起が、シール材に接して形成されている。内側突起と外側突起は、幅／高さが０．５〜１０の範囲で形成されている。少なくとも内側突起は、柱状スペーサと略同一高さで設けられている。このような構成により、シール材周辺のセルギャップを、接着強度を弱めることなくパネル面内のセルギャップにあわせて均一化することができる。このとき、内側突起と外側突起を柱状スペーサと同一の材料により形成することが望ましい。内側突起と外側突起と柱状スペーサを同じ基板に同時に形成することが好ましい。突起形成工程を増やすことなく上述の構成が得られる。

ここで、内側突起と外側突起を、シール材の全周に沿って切れ目なく形成する。このような構成により、シール材の流れ出しが防止できる。また、シール内に気泡が発生しても内側突起が液晶層と外部とのリークを防ぐことができる。したがって、これまで困難であった２０μｍ以上の高セルギャップの均一化も可能となる。

また、外側突起を内側突起よりも低く形成してもよい。このような構成により、圧着時に余分なシールが外側突起上に押し出されることになる。これにより接着面積が大きくなるため、接着強度が高くなる。

あるいは、外側突起の一部に切れ目を設けてもよい。両基板を圧着する時に、不要なシール材が切れ目から逃げることが可能となり、シールが破裂することが防げる。この切れ目を液晶注入口として用いることも可能である。また、シール材を突起が形成された基板に設けても良いし、他方の基板に設けても良い。前者の場合には、ディスペンサーを使いることで、容易に内側突起と外側突起の間隙にシール材を形成することができる。
以下、実施例を用いて詳細に説明する。実施例で挙げた液晶表示素子の構成や材料、形成手法等は一例であり、これに限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例の液晶表示素子を図１、２に基づいて説明する。図１は、液晶表示素子１の断面構成を部分的に示す模式図である。基板２と対向基板３には、それぞれ電極２１と対向電極３１が所望のパターンで形成される。基板２と対向基板３は外周部に設けられたシール材４によって接着されている。パネル面内には、基板２と対向基板３の間隙を均一に保つために、柱状スペーサ５が設けられている。この間隙に液晶層９が封入されている。本実施例では、この間隙は２０μｍであり、通常のＴＮ液晶パネルのギャップより厚くなっている。シール材４には導通材料８が分散されている。導通材料８は基板２の電極２１と対向基板３の対向電極３１を電気的に接続するために設けられている。シール材４の内周に内側突起６が、外周に外側突起７が形成されている。内側突起６は、柱状スペーサ５と略同一の高さに形成されている。本実施例では、図１に示すように、上配向膜２２の厚みの分だけ内側突起６は柱状スペーサ５より高くなっているが、配向膜は薄膜であるため、実質的に差がないと見なしてもよい。図２は、液晶表示素子の平面構成を示す上視図である。ここでは、基板２を除いた状態を示している。内側突起６は、シール材４の全周に沿って切れ目なく設けられている。内側突起６が切れ目なく設けられているために、液晶は液晶材料を滴下する製造方式によって基板間隙に封入される。外側突起７には、基板２と対向基板３を貼り合せて圧着する際に、余分なシール材４が流れ出るように切れ目１０が形成されている。また、内側突起６と外側突起７は、幅／高さが０．５〜１０の範囲で形成されている。図２では、切れ目１０は一か所しか形成されていないが、複数個所にバランスよく配置してもよい。また、外側突起７の高さを内側突起６と同一にしてもよい。

このように内側突起６と外側突起７を形成することによって、液晶層９とシール材４の近傍のセルギャップが均一になる。特に、本実施例のように２０μｍの高セルギャップの場合に著しい効果がある。また、シール材４が流れ出して正しいギャップ値を保てずにつぶれてしまうことが防げる。基板２と対向基板３の圧着時にシール材４に気泡や破裂が生じても、内側突起６が切れ目なく設けられているために、液晶層に気泡が入ったり、液晶が外部に流出したりすることがない。

本実施例では、基板２と対向基板３にそれぞれガラス基板を用いた。電極２１と対向電極３１は、フォトリソグラフィ法により所望のパターンで形成された透明電極である。これらの透明電極は、スズが含有されたインジウムを酸化させたＩＴＯと呼ばれる透明導電膜によって、所望の抵抗値で形成される。ＩＴＯは低抵抗の半導体物質であるので、その抵抗値はシート抵抗で１０Ω／□から１００Ω／□のものが汎用レベルである。通常ＩＴＯはスパッタリング法や蒸着法と呼ばれる真空成膜法で形成される。必要に応じて、透明電極に金属配線を積層させても良い。さらに、電極２１の上には上配向膜２２が、対向電極３１の上には下配向膜３２が形成され、基板２と対向基板３は配向膜を対向させてシール材４により固定されている。配向膜の下地には表面を平滑にする平坦化層、あるいは異物による短絡を防ぐためにオーバーコート層等を設けても良い。

（実施例２）
本実施例の液晶表示素子１の平面構成を図３に示す。図３は、便宜上基板２を除いた状態の上視図である。本実施例は、シール材４に設けられた切れ目１０を液晶注入口として利用している点で実施例１とは異なっている。それ以外は基本的に同一構成なので重複する説明は適宜省略する。

シール材４の内周に沿って内側突起６が、外周に沿って外側突起７が形成されている。内側突起６と外側突起７には、同じ位置に切れ目１０が形成されている。切れ目１０は液晶注入口１２と対応する位置に設けられる。このような構成によれば、真空注入法等を用いて液晶を注入することが可能となる。ここでは、柱状スペーサ５と内側突起６と外側突起７は略同一の高さで設けられている。

（実施例３）
本実施例の液晶表示素子を図４、５に基づいて説明する。図４は、液晶表示素子１の断面構成を部分的に示す模式図であり、図５は、基板２を除いた状態の上視図である。本実施例は、外側突起７が内側突起６より低く形成されている点、外側突起７に切れ目が設けられていない点で実施例１と異なっている。これ以外は基本的に同じ構成なので重複する説明は適宜省略する。

シール材４の内周に沿って内側突起６が、外周に沿って外側突起７が形成されている。ここで、内側突起６は柱状スペーサ５と略同一の高さで形成されている。外側突起７は、内側突起６より低く形成されている。このような構成によれば、基板２と対向基板３を貼り合せて圧着する際に、余分なシール材４が外側突起７と基板２の間隙に流れ込み、接着面積を大きくすることができる。このとき、シール材の流れ易さを考慮すると、内側突起６と外側突起７の高さの差は１μｍ以上あることが好ましい。また、外側突起７の高さは内側突起６の高さの１／２以上は必要である。外側突起７に内側突起６の半分以上の高さがあれば、導通剤８が外周へ移動する怖れがない。

また、図５では外側突起７に切れ目１０を設けていないが、実施例２で述べたように、内側突起６と外側突起７の同じ位置に切れ目１０を形成し、液晶注入口１２として用いてもよい。このような構成によれば、真空注入法を用いて液晶を注入できる。

以下に、本実施例の液晶表示素子１の製造方法を簡単に説明する。基板２と対向基板３に、それぞれ電極２１と対向電極３１が、フォトリソグラフィ法により所望のパターンで形成される。これらの電極は、スズを含有したインジウムを酸化させたＩＴＯと呼ばれる透明導電膜で形成された透明電極である。透明電極のシート抵抗値は１０Ω／□〜１００Ω／□である。ＩＴＯはスパッタリング法や蒸着法と呼ばれる真空成膜法で形成される。透明電極の上には配向膜が形成される。配向膜の下地に、表面を平滑にする平坦化層や異物による短絡を防ぐためにオーバーコート層等を設けても良い。

次に、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ法により、対向基板３に柱状スペーサ５を所望の形状で形成する。同時に、柱状スペーサ５と同一材料で、内側突起６と外側突起７を土手状に形成する。ここで、内側突起６は柱状スペーサ５と略同一の高さで形成される。一方、外側突起７は内側突起６よりも低くなるように形成される。ハーフトーンマスクを使用して内側突起６と外側突起７の高さに差を設けてもよい。続いて、内側突起６と外側突起７に挟まれた領域に対応させて、シール材４をスクリーン印刷する。シール材４の印刷は、基板２に行っても良いし、対向基板３に行っても良い。また、シール材４の印刷は、ディスペンサーを使用して塗布しても良い。柱状スペーサ５、内側突起６および外側突起７が形成された対向基板３にシール材４を設ける場合には、ディスペンサーを用いることが好ましい。柱状スペーサ５、内側突起６、外側突起７の表面に触れることなく形成できるからである。シール材４には、導通材料８が混合分散されている。必要に応じて、ガラスや樹脂を原料とした絶縁粒子を混合しても良い。シール材４の母材には熱硬化性接着剤やＵＶ硬化性接着剤などが使用できる。

次に、液晶材料を基板２または対向基板３の表示領域に滴下した後、基板２と対向基板３を重ね合わせる。この状態のまま圧力を加え、所定の間隙に保ちながら、シール材４を硬化させる。ここで、圧力を加える際には、外側突起７よりもパネル内側の領域にあるシール材４と、内側突起６とを選択的にプレスするために、枠状のスペーサを配置する。図６は、この圧着工程を模式的に説明する断面図である。枠状のスペーサ１３は、表示領域に対応して開口が設けられた枠形状である。枠状のスペーサ１３の枠部分は、外側突起７の上方にはかからないように形成されている。すなわち、枠部分は、外側突起７よりも表示領域側のシール材４と、内側突起６に対応する形状である。内側突起６は枠部分にすべて覆われる必要はなく、開口の端部が内側突起６の上に位置していてもかまわない。図示するように、枠状のスペーサ１３は、液晶パネルとプレス部品（図示しない）の間に配置される。このような工程により、プレス時に押し出されたシール材４が、外側突起７の表面に流れ出し、より接着面積が大きくなるため、接着強度を高めることができる。一対の大判透明基板に複数の液晶表示素子をレイアウトして作製する場合には、それぞれ分離することで、個別の液晶表示素子１が得られる。

ここでは、一例として液晶材料を滴下する方式について説明したが、実施例２のように内側突起６と外側突起７の同じ位置に切れ目１０を形成して、液晶注入口１２として機能させても良い。これにより、真空注入法を用いて液晶が注入できる。また、下配向膜３２を形成した後に柱状スペーサ５、内側突起６、外側突起７を形成しても、対向基板３に柱状スペーサ５、内側突起６、外側突起７を形成した後、下配向膜３２を形成しても良い。

１ 液晶表示素子
２ 基板
３ 対向基板
４ シール材
５ 柱状スペーサ
６ 内側突起
７ 外側突起
８ 導通材料
９ 液晶層
１０ 切れ目
１２ 液晶注入口
１３ 枠スペーサ
２１ 上配向膜
２２ 電極
３１ 下配向膜
３２ 対向電極

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板と対向するように配置された対向基板と、
   所定の間隙を形成するように前記基板と前記対向基板を接合するシール材と、
   前記間隙に封入された液晶層と、
   前記液晶層の厚さを規定するために前記間隙に配置された柱状スペーサと、
   前記シール材の内周に沿って形成された内側突起と、
   前記シール材の外周に沿って形成された外側突起と、を備え、
   前記内側突起と前記外側突起は、幅／高さの値がそれぞれ０．５〜１０の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記内側突起と前記外側突起は、前記シール材の全周に沿って切れ目なく形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記内側突起は全周に亘って切れ目なく形成され、前記外側突起には部分的に切れ目が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記内側突起と前記外側突起には、同じ位置に切れ目が形成されており、前記切れ目が液晶注入口として機能することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記外側突起は、前記内側突起より、高さが低く形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
6. 前記外側突起と前記内側突起の高さの差は、１μｍから前記内側突起の高さの１／２の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記内側突起は、前記柱状スペーサと略同一の高さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
8. 前記間隙または前記液晶層の厚さが２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
9. 前記内側突起と前記外側突起は、前記柱状スペーサと同一の材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。

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