JP2015034865A - 液晶表示デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示セルの放熱を効率的に行い、表示画素領域におけるセルギャップのばらつきを低減可能とする。【解決手段】液晶表示デバイス１は、一面３０Ａ側に画素電極２１が形成された画像表示領域２２を有するシリコン基板２０、画素電極２１に対向配置された共通電極３１を有するガラス基板３０、及び、シリコン基板２０とガラス基板３０との間隙に充填された液晶１２を有する液晶表示セル１０と、液晶表示セル１０を収納する凹部４１を有すると共に、凹部４１の底面４３がシリコン基板２０に対向する放熱プレート４０と、を備え、凹部４１の底面４３とシリコン基板２０との間隙において、画像表示領域２２の中央部に対応する領域には第１の放熱材１４が介在し、その周囲の領域には、第１の放熱材１４を囲うように、第１の放熱材１４よりも粘度が低い第２の放熱材１５が介在している。【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示デバイス及びその製造方法に関する。

液晶表示デバイスは、プロジェクタやプロジェクションＴＶの表示デバイスとして広く用いられている。
また、液晶表示デバイスは、一般的に、液晶表示セルを、回路基板に固定して配線処理をするか又は金属製や樹脂製のパッケージにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）と共に収納される。

液晶表示セルの一形態として、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子がある。ＬＣＯＳ素子は、一般的に、マトリクス状に配置された画素電極とそれに電圧を供給するためのＣＭＯＳトランジスタ駆動回路とが形成されたシリコン基板と、共通電極が形成された透明基板であるガラス基板とが対向して貼り合わされ、その間隙（セルギャップ）に液晶が充填された構成を有する。

プロジェクタやプロジェクションＴＶのセット内に搭載された上記の液晶表示セルは、光源が熱源となってセット内の温度が上昇したり、光源から強力な光、例えば数Ｗ/ｃｍ^２以上の光が照射され続けることによって、液晶表示セル自体の温度が上昇する。

液晶表示セル自体の温度が上昇すると、液晶表示セルを構成するガラス基板に熱的応力が発現し、ガラス基板を構成するガラス材料自身に複屈折が発現する。液晶表示セルに充填されている液晶は、その複屈折性を応用して画像を生み出すものであるから、ガラス材料の複屈折の発現は液晶の複屈折に重畳して画像の品質を劣化させる要因となる。

また、液晶表示セル自体の温度が上昇すると、液晶表示セルを構成するシリコン基板とガラス基板との熱膨張率差によってセルギャップが変化してしまうため、画像の品質を劣化させる要因となる。

そこで、液晶表示セルが温度上昇しないように、液晶表示セルの放熱を如何に効率的に行うかが重要となる。

液晶表示セルの放熱を効率的に行う技術の一例が特許文献１に開示されている。

特開２００２−２９６５６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているようなＬＣＯＳ素子を構成するシリコン基板は、通常、諸々の半導体プロセスを経ることで反りを有している。そのため、外周部のセルギャップよりも中心部のセルギャップの方が大きくなる傾向にある。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するために、液晶表示セルの放熱を効率的に行い、かつ、ＬＣＯＳ素子の表示画素領域におけるセルギャップのばらつきを低減可能とする液晶表示デバイス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。

本発明は、次の液晶表示デバイス及びその製造方法を提供する。
１）一面（２０Ａ）側に複数の画素電極（２１）が形成された画像表示領域（２２）を有するシリコン基板（２０）、前記複数の画素電極（２１）に対向配置された共通電極（３１）が形成されたガラス基板（３０）、及び、前記シリコン基板（２０）と前記ガラス基板（３０）との間隙に充填された液晶（１２）を有する液晶表示セル（１０）と、前記液晶表示セル（１０）を収納する凹部（４１）を有すると共に、前記凹部（４１）の底面（４３）が前記シリコン基板（２０）に対向する放熱プレート（４０）と、を備え、前記凹部（４１）の底面（４３）と前記シリコン基板（２０）との間隙において、前記画像表示領域（２２）の中央部に対応する領域には第１の放熱材（１４）が介在し、前記画像表示領域（２２）における前記中央部の周囲の領域には、前記第１の放熱材（１４）を囲うように、前記第１の放熱材（１４）よりも粘度が低い第２の放熱材（１５）が介在していることを特徴とする液晶表示デバイス（１）。
２）前記第１及び第２の放熱材（１４，１５）は、シリコーンゲル剤であることを特徴とする１）記載の液晶表示デバイス。
３）１）記載の液晶表示デバイス（１）の製造方法であって、前記画像表示領域（２２）の中央部に対応する、前記凹部（４１）の底面（４３）、又は、前記シリコン基板（２０）における前記底面（４３）に対向する面（２０Ｂ）に、前記第１の放熱材（１４）を塗布する第１の放熱材塗布ステップと、前記画像表示領域（２２）における前記中央部の周囲の領域に対応する、前記凹部（４１）の底面（４３）、又は、前記シリコン基板（２０）における前記底面（４３）に対向する面（２０Ｂ）に、前記第２の放熱材（１５）を塗布する第２の放熱材塗布ステップと、前記液晶表示セル（１０）を、前記第１及び第２の放熱材（１４，１５）を介して前記放熱プレート（４０）に押し付けて、前記画像表示領域（２２）における、前記シリコン基板（２０）と前記ガラス基板（３０）との間隙のばらつきを低減させる押圧ステップと、前記シリコン基板（２０）と前記ガラス基板（３０）との間隙のばらつきが低減した状態で、前記液晶表示セル（１０）を前記放熱プレート（４０）に固定する固定プロセスと、を含むことを特徴とする液晶表示デバイスの製造方法。

本発明によれば、液晶表示セルの放熱を効率的に行い、かつ、ＬＣＯＳ素子の表示画素領域におけるセルギャップのばらつきの低減が可能になる。

本発明に係る液晶表示デバイス及びその製造方法の実施の形態を説明するための模式的断面図である。 図１の液晶表示デバイスを構成する液晶表示セルを説明するための模式的断面図である。 図１の液晶表示デバイスを構成する放熱プレートを説明するための模式的上面図及び断面図である。 図３の放熱プレートに放熱材であるシリコーンゲル剤を塗布した状態を示す模式的上面図及び断面図である。 図４のシリコーンゲル剤が塗布された放熱プレートと液晶表示セルとの位置決めの状態を示す模式的断面図である。 図５の状態から、さらに、液晶表示セルを、シリコーンゲル剤を介して放熱プレートに押し付けている状態を示す模式的断面図である。 比較例として、１種類のシリコーンゲル剤を介して、液晶表示セルを放熱プレートに押し付けたときの干渉縞の発生状態を示す測定上面図である。 本実施の形態である、互いに粘度の異なる２種類のシリコーンゲル剤を介して、液晶表示セルを放熱プレートに押し付けたときの干渉縞の発生状態を示す測定上面図である。 図４の上面図に対応し、本実施の形態の変形例１を説明するための模式的上面図である。 図４の上面図に対応し、本実施の形態の変形例２を説明するための模式的上面図である。

まず、本発明に係る液晶表示デバイスの一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。

図１に示すように、液晶表示デバイス１は、液晶表示セル１０と、放熱プレート４０と、アパーチャ５０と、を有して構成されている。

図２に示すように、液晶表示セル１０は、複数の画素電極２１が一面２０Ａ側にマトリスク状（紙面の左右方向及び手前奥方向）に形成された画像表示領域２２を有するシリコン基板２０と、複数の画素電極２１に対向するように透明電極３１が一面３０Ａ側に共通電極として形成され、他面３０Ｂ側に反射防止膜３２が形成された透明基板であるガラス基板３０と、シリコン基板２０とガラス基板３０とを所定のセルギャップＣＧを有して貼り合わせる環状のシール材１１と、シリコン基板２０とガラス基板３０とシール材１１とによって形成された領域に充填された液晶１２と、を有して構成されたＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）素子である。
なお、図１に示す液晶表示セル１０と図２に示す液晶表示セル１０とは同じものであるが、図１では図を見やすくするために、画素電極２１、透明電極３１、反射防止膜３２等は図示を省略している。

シリコン基板２０は、一面２０Ａ側に、複数の画素電極２１をそれぞれ独立に駆動する、図示しない駆動回路が形成されている。複数の画素電極２１は、光反射性を有する。

本実施の形態では、ガラス基板３０として、コーニング社製のガラス基板を使用し、透明電極３１としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜を形成した。

図１及び図３に示すように、放熱プレート４０は、液晶表示セル１０を収容する凹部４１と、液晶表示セル１０の温度上昇を効率的に低減するための放熱フィン４２と、を有して構成されている。
放熱プレート４０は、液晶表示セル１０の温度上昇を効率的に低減するため、熱伝導率の高い材料からなる。熱伝導率の高い材料として、例えばアルミニウムがある。

また、放熱プレート４０は、凹部４１に、シリコン基板２０の他面２０Ｂ側と対向する底面部４３と、ガラス基板３０の一面３０Ａ側の外周部と対向する段部４４と、アパーチャ５０の一面５０Ａ側の外周部と対向する段部４５と、を有して構成されている。

図１に示すように、液晶表示セル１０は、放熱プレート４０の凹部４１に収容され、ガラス基板３０の一面３０Ａ側の外周部が段部４４に、紫外線硬化型接着剤（ＵＶ接着剤）等の接着剤１３で固着されることによって、放熱プレート４０に固定されている。

また、液晶表示セル１０のシリコン基板２０の他面２０Ｂ側と、放熱プレート４０の凹部４１の底面部４３との間には熱伝導率の高い放熱材としてシリコーンゲル剤１４，１５が介在している。
シリコーンゲル剤１４，１５の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上が好ましい。
また、シリコーンゲル剤１４，１５及び接着剤１３の硬化後の厚さはそれぞれ５０μｍ〜５００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜３００μｍである。

シリコーンゲル剤１４とシリコーンゲル剤１５とは粘度が異なり、シリコーンゲル剤１４はシリコーンゲル剤１５よりも粘度が高い。
本実施の形態では、シリコーンゲル剤１４，１５として、東レ・ダウコーニング株式会社製のシリコーンゲル剤を使用し、シリコーンゲル剤１４として、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・ｋで、かつ、粘度が３３０Ｐａ・s（パスカル秒）のシリコーンゲル剤を使用し、シリコーンゲル剤１５として、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・ｋで、かつ、粘度が１９Ｐａ・s（パスカル秒）のシリコーンゲル剤を使用した。

また、シリコーンゲル剤１４は画像表示領域２２の中央部に位置し、シリコーンゲル剤１５は画像表示領域２２の外周部に位置するように、液晶表示セル１０のシリコン基板２０の他面２０Ｂ側と、放熱プレート４０の凹部４１の底面部４３との間に、それぞれ介在している。
液晶表示セル１０は、シリコン基板２０の他面２０Ｂ側のほぼ全面に亘ってシリコーンゲル剤１４，１５が介在しているため、液晶表示セル１０からシリコーンゲル剤１４，１５を介して放熱プレート４０に効率的に放熱することが可能である。
なお、粘度の異なる２種類のシリコーンゲル剤１４，１５を用いる理由については後述する。

次に、図４、図５、図６及び図１を用いて、上述した液晶表示デバイス１の製造方法について説明する。なお、以下に説明する液晶表示デバイス１の製造方法は、特開２００２−２９６５６８号公報に記載された製造方法を改善したものであり、重複を避けるため、以下には、特に、特開２００２−２９６５６８号公報に記載の製造方法とは異なる部分について詳細に説明し、共通する部分についてはその説明を省略する。従って、共通する部分については、特開２００２−２９６５６８号公報に記載の製造方法を参照されたし。

図４に示すように、放熱プレート４０における凹部４１の底面部４３の中央部に、シリコーンゲル剤１４を塗布する。
また、放熱プレート４０における凹部４１の底面部４３にシリコーンゲル剤１４を囲うようにシリコーンゲル剤１５を塗布する。
また、放熱プレート４０における凹部４１の段部４４に接着剤１３を塗布する。

シリコーンゲル剤１４，１５及び接着剤１３は、ディスペンサー等の周知の塗布手段により、塗布することができる。
また、シリコーンゲル剤１４，１５及び接着剤１３を放熱プレート４０に塗布する順序は特に限定するものではない。例えば、放熱プレート４０における凹部４１の底面部４３にシリコーンゲル剤１５を環状に塗布した後に、その環状の内側の領域にシリコーンゲル剤１４を塗布するようにしてもよい。
また、図４では、接着剤１３を、段部４４における、シリコーンゲル剤１４，１５の４隅に対応する４箇所に塗布したが、これに限定されるものではない。

次に、図５に示すように、液晶表示セル１０を、シリコン基板２０の他面２０Ｂ側が放熱プレート４０の凹部４１の底面部４３と対向するようにして、液晶表示セル１０と放熱プレート４０との位置決めを行う。

さらに、図６に示すように、液晶表示セル１０を、放熱プレート４０に押し付ける。これにより、液晶表示セル１０は、ガラス基板３０の一面３０Ａ側の外周部が接着剤１３に接触し、シリコン基板２０の他面２０Ｂ側における画像表示領域２２（図２参照）の中央部に対応する領域がシリコーンゲル剤１４に接触し、画像表示領域２２（図２参照）の外周部に対応する領域がシリコーンゲル剤１５に接触する。

ここで、上述したようなＬＣＯＳ素子である液晶表示セル（１０）を構成するシリコン基板（２０）は、通常、諸々の半導体プロセスを経ることで反りを有している。
そのため、図６に示すように、放熱プレート４０に貼り付ける前の液晶表示セル１０は、通常、画像表示領域２２（図２参照）における中央部のセルギャップが外周部のセルギャップよりも大きくなっている。

そこで、画像表示領域２２（図２参照）の中央部に対応する領域に粘度の高いシリコーンゲル剤１４を塗布しておき、画像表示領域２２の外周部に対応する領域にシリコーンゲル剤１４よりも粘度の低いシリコーンゲル剤１５を塗布しておき、これらシリコーンゲル剤１４，１５にシリコン基板２０を他面２０Ｂ側から押し付ける。そうすると、シリコーンゲル剤１４，１５は画像表示領域２２の中央部から外周部に向かって等方的に広がろうとするが、中央部のシリコーンゲル剤１４は粘度が高いので、外周部のシリコーンゲル剤１５に比べて広がりにくい。その結果、粘度の高いシリコーンゲル剤１４の反発力（図６中の矢印で模式的に示す）の方が、粘度の低いシリコーンゲル剤１５の反発力（図６中の矢印で模式的に示す）よりも大きくなり、シリコン基板２０は、画像表示領域２２の中央部の方が、画像表示領域２２の外周部よりもガラス基板３０側に強く押し付けられることになる。
従って、液晶表示セル１０は、シリコン基板２０の反りが矯正される方向にシリコーンゲル剤１４，１５の反発力が作用することになり、その結果、画像表示領域２２におけるセルギャップのばらつきが改善される。

例えば、液晶表示セル１０と放熱プレート４０との位置決めを行った後、シリコン基板２０の他面２０Ｂと放熱プレート４０の凹部４１の底面部４３との距離が５０μｍ〜５００μｍの範囲になる状態で液晶表示セル１０を保持しつつ、レーザ干渉計を用いて、ガラス基板３０側から干渉縞を確認しながら、液晶表示セル１０を放熱プレート４０に押し付けて、画像表示領域２２における干渉縞の本数が最も少なくなったときに接着剤１３及びシリコーンゲル剤１４，１５を硬化させることで、セルギャップのばらつきが最も改善された状態で、液晶表示セル１０を、放熱プレート４０に固定することができる。

レーザ干渉計は、コヒーレント光であるレーザ光の特性を利用して、反りに応じて変化するレーザ波面の干渉状態を観察するための装置であり、レーザ光の波長と干渉縞の本数とから、反り量を算出することができる。

接着剤１３として紫外線（ＵＶ）硬化型の接着剤を用いる場合は、ガラス基板３０の他面３０Ｂ側から、ガラス基板３０内部を透過させて接着剤１３に紫外線（ＵＶ）を照射することで接着剤１３を硬化することができる。
シリコーンゲル剤１４，１５は、例えば１２０℃で３０分間、加熱することで硬化する。

ここで、比較例として粘度が一律な１種類のシリコーンゲル剤を用いた場合と、上述した本実施の形態である粘度の異なる２種類のシリコーンゲル剤を用いた場合の、液晶１２の干渉縞の様子を、図７及び図８にそれぞれ示す。図７は、比較例として粘度が一律な１種類のシリコーンゲル剤を用いた場合の干渉縞の様子を示した図である。図８は、本実施の形態である粘度の異なる２種類のシリコーンゲル剤を用いた場合の干渉縞の様子を示した図である。
図７及び図８は、波長が０．６３３μｍのＨｅ（ヘリウム）−Ｎｅ（ネオン）レーザを用いたレーザ干渉計により測定したものである。なお、図７及び図８における中央部は、上述した画像表示領域２２の中央部に対応するものである。

図７に示すように、画像表示領域２２に対応する領域には、中央部から左右方向にほぼ同心円状に約５本の干渉縞が観察される。本測定では、干渉縞１本あたり約０．３２μｍの反りを有する計算になるため、比較例では、干渉縞５本で約１．６μｍの反りを有することがわかる。

それに対して、本実施の形態では、図８に示すように、画像表示領域２２の中央部のセルギャップの均一な領域が拡大されており、画像表示領域２２におけるセルギャップのばらつきが比較例よりも改善されたことを示すものである。

その後、上述した、液晶表示セル１０が固定された放熱プレート４０の段部４５に、アパーチャ５０を位置決めして載置し、接着剤１６を用いてアパーチャ５０を放熱プレート４０の段部４５に固定することで、図１に示す液晶表示デバイス１を作製することができる。

アパーチャ５０は、防塵、及び、液晶表示セルの保護を目的とするものであり、例えば透明ガラスからなる。

接着剤１６として紫外線（ＵＶ）硬化型の接着剤を用いる場合は、アパーチャ５０と放熱プレート４０との隙間、又はアパーチャ５０から放熱プレート４０に亘る領域に接着剤１６を塗布し、この塗布した接着剤１６に紫外線を照射することで接着剤１６を硬化することができる。
なお、接着剤１３及び１６の種類等については特に限定されるものではなく、また、接着剤１３と接着剤１６とは同じ接着剤でもよく、又、互いに異なる接着剤であってもよい。

本発明の実施の形態は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

例えば、本実施の形態では、シリコーンゲル剤１４，１５及び接着剤１３を、放熱プレート４０側に塗布したが、これに限定されるものではなく、シリコン基板２０及びガラス基板３０のそれぞれ対応する領域に塗布するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、互いに「粘度」の異なるシリコーンゲル剤（１４，１５）を用いたが、互いにチキソトロピー（チキソ性）の異なるシリコーンゲル剤を用いても、本実施の形態と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、熱伝導率の高い放熱材としてシリコーンゲル剤（１４，１５）を用いたが、これに限定されるものではなく、熱伝導率が高く、粘度又はチキソトロピー（チキソ性）が異なっていれば、シリコーンゲル剤以外の材料を用いることができる。

また、本実施の形態では、シリコーンゲル剤１４，１５を図４（上面図）に示すように塗布したが、これに限定されるものでない。

例えば、変形例１として、図９に示すように、シリコーンゲル剤１４を、画像表示領域２２（図２参照）の中央部から外周部に向けて放射状に塗布し、これを囲うようにシリコーンゲル剤１５を塗布するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、粘度（又はチキソトロピー）の異なる２種類のシリコーンゲル剤（１４，１５）を用いたが、これに限定されるものでない。

例えば、変形例２として、図１０に示すように、互いに粘度（又はチキソトロピー）の異なる３種類のシリコーンゲル剤５４，５５，５６を用いてもよい。この場合、最も粘度（又はチキソトロピー）の高いシリコーンゲル剤５４を画像表示領域２２（図２参照）の中央部に対応する領域に塗布し、これを囲うように中間の粘度（又はチキソトロピー）を有するシリコーンゲル剤５５を塗布し、さらにこれを囲うように最も粘度（又はチキソトロピー）の低いシリコーンゲル剤５６を塗布するようにしてもよい。
なお、塗布するシリコーンゲル剤は３種類に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば４種類以上であってもよい。

１ 液晶表示デバイス
１０ 液晶表示セル
１１ シール材
１２ 液晶
１３，１６ 接着剤
１４，１５ シリコーンゲル剤
２０ シリコン基板
２１ 画素電極
２２ 画素表示領域
３０ ガラス基板
３１ 透明電極
３２ 反射防止膜
４０ 放熱プレート
４１ 凹部
４２ 放熱フィン
４３ 底面部
４４，４５ 段部
５０ アパーチャ

Claims (3)

1. 一面側に複数の画素電極が形成された画像表示領域を有するシリコン基板、前記複数の画素電極に対向配置された共通電極が形成されたガラス基板、及び、前記シリコン基板と前記ガラス基板との間隙に充填された液晶を有する液晶表示セルと、
   前記液晶表示セルを収納する凹部を有すると共に、前記凹部の底面が前記シリコン基板に対向する放熱プレートと、
   を備え、
   前記凹部の底面と前記シリコン基板との間隙において、
   前記画像表示領域の中央部に対応する領域には第１の放熱材が介在し、
   前記画像表示領域における前記中央部の周囲の領域には、前記第１の放熱材を囲うように、前記第１の放熱材よりも粘度が低い第２の放熱材が介在していることを特徴とする液晶表示デバイス。
2. 前記第１及び第２の放熱材は、シリコーンゲル剤であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示デバイス。
3. 請求項１記載の液晶表示デバイスの製造方法であって、
   前記画像表示領域の中央部に対応する、前記凹部の底面、又は、前記シリコン基板における前記底面に対向する面に、前記第１の放熱材を塗布する第１の放熱材塗布ステップと、
   前記画像表示領域における前記中央部の周囲の領域に対応する、前記凹部の底面、又は、前記シリコン基板における前記底面に対向する面に、前記第２の放熱材を塗布する第２の放熱材塗布ステップと、
   前記液晶表示セルを、前記第１及び第２の放熱材を介して前記放熱プレートに押し付けて、前記画像表示領域における、前記シリコン基板と前記ガラス基板との間隙のばらつきを低減させる押圧ステップと、
   前記シリコン基板と前記ガラス基板との間隙のばらつきが低減した状態で、前記液晶表示セルを前記放熱プレートに固定する固定プロセスと、
   を含むことを特徴とする液晶表示デバイスの製造方法。