JP3058212B2

JP3058212B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3058212B2
Application number: JP3311419A
Authority: JP
Inventors: 秀雄片岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JPH05127175A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、よ
り詳しくは互いに対向配置される一対の基板のシール構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネル型の液晶表示装置は、一
般に電極を形成した一対の基板を所定の間隙を介して周
辺部に沿ってシール材で接着した構造を有する。この間
隙内には液晶が封入されており、対向する電極間に電圧
を印加しその時に生ずる液晶層の光学的変化を利用して
文字や図形等の表示を行なうものである。液晶層の厚み
は通常５μｍないし１５μｍ程度であり、一対の基板の
間隙寸法により規制される。この間隙が均一に保持され
ないと表示面に色むらが生じたり、液晶の応答時間にば
らつきが生じ表示品質の低下をもたらす。

【０００３】通常、液晶表示装置あるいは液晶セルを組
み立てる為に、一対の基板の一方にシール材を所定の幅
及び所定の高さで印刷した後、他方の基板を重ね合わせ
接着する。シール材としては、熱硬化型の接着剤樹脂例
えば熱硬化型エポキシ系樹脂が用いられてきた。加温加
圧下シール材を硬化する事により一対の基板を接着す
る。従って、基板間隙寸法は加温加圧した直後に決定さ
れる。しかしながら、比較的大きな表示面積を有する液
晶セルあるいは高精細高密度を要求される液晶セルにお
いては、加温加圧直後の間隙寸法が均一であっても、基
板材料とシール材料との間の熱膨張係数の差等に起因し
て、冷却過程において間隙寸法が変化し不均一になると
いう欠点あるいは上下基板間にパタンピッチずれが生じ
る欠点があった。この欠点を解決する為に、例えば特開
昭５７−９４７２１号公報には、加温加圧後冷却速度を
制御して熱的歪を除去する方法が提案されている。しか
しながら、熱硬化型のシール材を用いる限り加熱処理が
必然となり、種々の対策を講じても上下基板の重ね合せ
精度を保つ事は困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】熱硬化型シール材の欠
点に鑑み、最近紫外線硬化型の樹脂をシール材として利
用する方式が提案されている。この種のシール材は紫外
線照射により比較的低温で硬化が可能であり、本来熱的
歪の問題は生じない。しかしながら、熱硬化型樹脂に比
べて接着強度に難点があり、接着界面の材質や表面状態
によっては十分な機械的強度を得る事ができないという
問題点あるいは課題がある。例えば、一般に基板表面に
は液晶分子の配向制御膜が形成されている。この膜が比
較的化学的に不活性な材料で構成されている場合には、
紫外線硬化型樹脂の界面に対する結合反応が起り難くな
り、接着強度が低下する。あるいは、基板表面に駆動素
子を集積形成したタイプにおいては、基板表面が窒化シ
リコン膜等の保護膜により被覆されている場合がある。
窒化シリコン膜は比較的不活性である為紫外線硬化型接
着剤を用いた場合には十分な強度を得る事ができない。
従って、紫外線硬化型シール材を用いた場合安定した接
着強度が得られずフラットパネルの剥離等を含む重大な
欠陥が生じる惧れがある。

【０００５】上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明
は紫外線硬化型シール材に対して十分な接着強度を保証
する事のできる接着界面構造を提供する事を目的とす
る。なお、本発明はあらゆる種類のフラットパネル型液
晶表示装置に適用可能であるが、特にアクティブマトリ
クス型カラー液晶表示装置の組み立てに有効である。こ
の種の装置はカラーフィルタの形成された一方の基板と
液晶駆動素子の形成された他方の基板とを対向配置し且
つ接着して得られるものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決し、本発明の目的を達成する為に講じられた手
段は以下の通りである。即ち、対向面に各々透明電極を
有する一対の基板をその周辺部に沿ってシール材を介し
て互いに対向配置させて構成した液晶表示装置におい
て、シール材として紫外線硬化型樹脂を用いるととも
に、この紫外線硬化型樹脂と一方の基板との界面に酸化
シリコン系物質層を形成する点を基本としている。

【０００７】本発明の特徴事項として、例えば、アクテ
ィブマトリクス型のカラー表示装置は、絶縁基材上に液
晶駆動素子を搭載するとともにその周辺部が酸化シリコ
ン系物質層で覆われた第１の基板と、ガラス基材上にカ
ラーフィルタを有しその周辺部がアクリル樹脂層で覆わ
れた第２の基板とから構成されている。これら一対の基
板は、前記第１の基板の周辺部及び前記第２の基板の周
辺部の両方に沿って第１の基板の周辺部を覆う該酸化シ
リコン系物質層の上のみで且つ第２の基板の周辺部を覆
う該アクリル樹脂層の上にアクリル系紫外線硬化型樹脂
からなるシール材を配して互いに対向配置され且つ接着
固定される。なお、接着された両基板の間隙には液晶層
が封入される。場合によっては、一般的なアクリル系紫
外線硬化型樹脂の代りにより強い接着強度を特徴とする
エポキシ系紫外線硬化型樹脂をシール材として用いる事
もできる。この場合には、アクリル樹脂層とエポキシ系
紫外線硬化型樹脂からなるシール材との間に透明電極が
介在する構造であっても良い。最後に、前述した酸化シ
リコン系物質層は例えばリンドープガラス（ＰＳＧ）膜
を利用する事ができる。

【０００８】

【作用】本発明においては、シール材として紫外線硬化
型樹脂を用いるとともに、少なくとも一方の基板の周辺
部表面を酸化シリコン系物質層で被覆する表面処理を行
なっている。紫外線硬化型樹脂は酸化シリコン系物質層
に対して接着性に優れており十分な機械的強度を有する
液晶パネル構造が得られる。かかる接着構造は特にカラ
ーフィルタ基板と素子基板を貼り合わせてアクティブマ
トリクス型液晶表示パネルを作成する場合に有効であ
る。この場合には、素子基板側の周辺部表面を酸化シリ
コン系物質層で被覆する。この材料としては特に保護膜
あるいはパッシベーション膜として利用されるＰＳＧが
最適である。一方、カラーフィルタ基板の周辺部表面に
はアクリル樹脂層を設ける。この材料も紫外線硬化型樹
脂に対して優れた接着性を有するので十分な機械的強度
を有するシール構造が得られる。アクリル樹脂層はカラ
ーフィルタ薄膜の保護膜を兼ねる事ができるので特に好
ましい。

【０００９】紫外線硬化型樹脂には一般的なアクリル系
のものと特に接着強度特性に優れたエポキシ系のものを
用いる事ができる。アクリル系紫外線硬化型樹脂を用い
る場合には、前述したアクリル樹脂層と化学的に類似の
組成を有するので互いに相容性があり好ましい。又、エ
ポキシ系紫外線硬化型樹脂を用いた場合であっても、優
れた接着性能を有するのでアクリル樹脂層に対しても十
分な耐剥離強度を保証できる。但し、エポキシ系の場合
には、アクリル樹脂層の他にも例えばＩＴＯ等からなる
透明電極に対しても優れた接着性を有する。従って、液
晶パネルの構造によっては、カラーフィルタ基板側にお
いて、アクリル樹脂層とエポキシ系紫外線硬化型樹脂か
らなるシール材との界面に透明電極を介在させても良
い。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明をアクティブマトリクス
型液晶表示装置の組み立てに適用した場合の第１実施例
を示す模式的な部分断面図である。本アクティブマトリ
クス型液晶表示装置は、カラーフィルタ基板１と素子基
板２とをシール材３を介して接着し、両基板の間隙に液
晶層４を封入して構成されるものである。

【００１１】素子基板２の内側表面にはマトリクス状に
配列された画素電極５が形成されている。この画素電極
５は石英等の絶縁基材６に多結晶シリコン膜を堆積した
後選択的エッチングを行なう事により形成できる。個々
の画素電極５に対応して駆動素子７が形成されている。
駆動素子７は、前述した多結晶シリコン膜に対して半導
体製造技術を駆使して形成され例えば電界効果型の薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）からなる。ＴＦＴのドレイン電
極は画素電極５に接続されているとともに、ソース電極
はアルミニウム配線８に結線されている。これらの電極
及びアルミニウム配線は下側のＰＳＧ層９からなる層間
絶縁膜の上に形成される。更に、駆動素子アレイの表面
は上側のＰＳＧ層１０からなる保護膜あるいはパッシベ
ーション膜により被覆されている。

【００１２】一方カラーフィルタ基板１はガラス基材１
１を用いて形成されており、その内側表面にＲＧＢ三原
色のカラーフィルタ膜１２がパタニングされている。こ
のカラーフィルタ膜１２は画素電極５に対応して設けら
れるているとともに、アクリル樹脂層１３からなるトッ
プコートにより保護被覆されている。加えて、トップコ
ートの上にはＩＴＯ等からなる透明電極１４がパタニン
グ形成されている。この透明電極１４は略表示画面全体
を覆っている。

【００１３】所定の間隙を介してカラーフィルタ基板１
及び素子基板２を互いに貼り合わせる為にシール材３と
してアクリル系紫外線硬化型樹脂が用いられてる。シー
ル材３は一方の基板の周辺部に沿ってスクリーン印刷等
により塗布された後紫外線照射により硬化される。素子
基板２の周辺部表面にはＰＳＧ層１０が予め被覆されて
おり、接着界面を構成する。この接着界面は駆動素子７
の上に堆積されたパッシベーション膜の延長部分からな
る。しかしながら、これに代えて別途ＰＳＧ層１０を周
辺部のみに形成して接着界面としても良い。酸化シリコ
ン系物質であるＰＳＧ層１０はアクリル系紫外線硬化型
樹脂に対して相容性があり優れた接着界面を構成してい
る。一方、カラーフィルタ基板１の周辺部表面にはアク
リル樹脂層１３が予め配設されており他方の接着界面を
構成する。この接着界面はカラーフィルタ膜１２を被覆
するトップコートの延設部分である。しかしながら、こ
れに代えて、別途接着界面用としてアクリル樹脂層を別
工程で設けても良い。アクリル樹脂層もアクリル系紫外
線硬化型樹脂に対して相容性があり優れた接着界面を構
成する。

【００１４】アクリル系紫外線硬化型樹脂としては一般
にアクリレートあるいはメタアクリレートが用いられて
おり、以下の化学式１で表わされる様な構造を有してい
る。

【化１】なお、上記の構造式においてＸ及びＹは樹脂の要求特性
に応じて適宜選択される。この種の紫外線硬化型樹脂は
市販されており例えばソニーケミカル社から入手でき
る。重合開始剤はラジカル系が一般的に用いられる。

【００１５】図２は第２実施例を示す模式的な部分断面
図である。第１実施例と同様にカラーフィルタ基板１と
素子基板２とをシール材３により貼り合わせてアクティ
ブマトリクス型の液晶表示装置を構成している。第１実
施例と異なる点は、シール材３としてエポキシ系紫外線
硬化型樹脂を用いている事である。この樹脂は一般的に
ビスフェノールＡ型と呼ばれる構造を持つものが多く、
例えば以下の化学式２で表わされる分子構造を有する。
なお、分子式中Ｘは樹脂の要求特性に応じて適宜選択さ
れる。エポキシ系樹脂は前述したアクリル系樹脂に比べ
て接着性に優れており紫外線硬化型としては比較的新し
い材料である。例えば、ソニーケミカル社から入手可能
である。重合開始剤としてはラジカル系あるいはイオン
系のいずれかを用いる事ができる。

【化２】

【００１６】素子基板２側の接着界面としては、第１実
施例と同様にＰＳＧ層１０が用いられている。一方、カ
ラーフィルタ基板１側の接着界面としては、第１実施例
と異なり透明電極１４が用いられている。即ち、シール
材３とアクリル樹脂層１３との間に透明電極１４が介在
した構造となっている。エポキシ系紫外線硬化型樹脂は
より優れた接着性を有しているので、ＩＴＯ等からなる
透明電極１４に対しても強固に固着する。この実施例で
は、カラーフィルタ基板１の全面に渡って透明電極１４
を形成する事が許されるので、パタニングの必要性がな
く製造工程が簡略化できるというメリットがある。

【００１７】図３は本発明の第３実施例を示す。第２実
施例と同様にシール材３としてエポキシ系紫外線硬化型
樹脂を用いている。第２実施例と異なる点は、素子基板
２側の接着界面としてＰＳＧ層１０の代りにＳｉＯ₂層
２０を利用している事である。このＳｉＯ₂層２０は素
子基板２の全面あるいは周辺部に沿って、真空蒸着法、
スパッタリング法あるいは化学気相成長法等を用いて形
成される。エポキシ系紫外線硬化型樹脂はＳｉＯ₂層に
対しても相容性があり優れた接着強度が得られる。Ｓｉ
Ｏ₂層はＰＳＧ層に比べて成膜が簡単であるというメリ
ットがある。

【００１８】一方、カラーフィルタ基板１側の接着界面
としては、第１実施例と同様にアクリル樹脂層１３が用
いられている。エポキシ系紫外線硬化型樹脂は組成の異
なるアクリル樹脂に対しても相容性があり優れた接着強
度が得られる。

【００１９】図４は本発明の第４実施例を示す。第３実
施例と同様に、シール材３としてエポキシ系紫外線硬化
型樹脂が用いられている。第３実施例と異なる点は、カ
ラーフィルタ基板１側の接着界面として透明電極１４が
用いられている事である。即ち、アクリル樹脂層１３と
シール材３との間に透明電極１４が介在している。この
部分については、第２実施例と同一の層構造を有してい
るので、既に説明した様に十分な固着強度が得られる。
エポキシ系紫外線硬化型樹脂はアクリル系のものに比べ
て接着性に優れているという特徴がある。この為、エポ
キシ系のものは様々な組成を有する酸化シリコン系物質
層を接着界面として利用できる。この中には、既に例示
したＰＳＧやＳｉＯ₂の他に、絶縁基材６を構成する石
英等が含まれる。又、エポキシ系のものはアクリル樹脂
層に加えてＩＴＯ等の透明電極に対しても相容性があ
る。これに対して、アクリル系のものは接着界面の選択
範囲が比較的狭く、例えばＰＳＧ層とアクリル樹脂層に
対して良好な接着強度が得られる。

【００２０】図５は本発明に対する比較例を示す模式的
な部分断面図である。カラーフィルタ基板１と素子基板
２を貼り合わせる為に紫外線硬化型樹脂からなるシール
材３を用いる点は実施例と同様である。しかしながら、
素子基板２側の接着界面としてＳｉＮ層３０が用いられ
てる点で異なる。このＳｉＮ層は例えばＳｉＯ₂層に比
べて化学的に不活性である。ＳｉＯ₂層の表面が化学結
合に寄与するＯＨ基等の活性基で覆われているのに対し
て、ＳｉＮ層にはかかる活性基がほとんど存在しない。
従って、紫外線硬化型樹脂はＳｉＮ層に対して強固に固
着する事が無い。なお、ＳｉＮ層はその緻密性及び化学
的不活性等の理由により半導体素子のパッシベーション
膜として利用されている。

【００２１】次に図６を参照して、図１ないし図４に示
す実施例の製造方法を説明する。ステップＳ１において
カラーフィルタ基板を作成する。即ち、ガラス基材１１
の表面にＲＧＢカラーフィルタ膜１２を形成した後アク
リル樹脂でトップコートを施しその上に透明電極１４を
パタニングする。同時に、カラーフィルタ基板１の周辺
部に沿って所望の接着界面を形成する。

【００２２】次に、ステップＳ２においてスクリーン印
刷等により接着界面の形成されたカラーフィルタ基板周
辺部に紫外線硬化型樹脂を印刷塗布する。

【００２３】一方、ステップＳ３において素子基板を作
成する。この工程は通常の薄膜加工技術及び半導体集積
回路技術を用いて行なわれる。

【００２４】続いて、ステップＳ４において、素子基板
の周辺に沿って接着界面となる酸化シリコン系物質を被
覆する。なお、この工程は素子基板作成工程の一貫とし
て行なわれる場合もある。

【００２５】ステップＳ５において、各々作成されたカ
ラーフィルタ基板と素子基板を重ね合わせ加圧して仮止
め固定する。この加圧固定は例えばプレスを用いて行な
われる。

【００２６】続いてステップＳ６において、紫外線ラン
プ等を用いて基板表面を介し紫外線照射を行ないシール
材を硬化させる。紫外線照射による硬化時間は数十秒な
いし数分程度であり従来の加熱硬化処理に比べタクトタ
イムが大幅に短縮できる。

【００２７】最後にステップＳ７において、貼り合わさ
れた基板の分割を行ない個々のセルに分離する。続い
て、個々のセルの間隙に液晶を封入し表示パネルを得
る。この様に、一般にパネル製造を効率的に行なう為に
多数個取り方式を採用している。この場合、上記例に代
えて、液晶を封入した後、セル分割を行っても良い。
又、特にアクティブマトリクスタイプの液晶パネルを製
造する場合には、最初から単個取り方式を採用しても良
い。

【００２８】図７はこの様にして得られたアクティブマ
トリクス型カラー液晶表示装置の一例を示す。ガラス基
材１１と絶縁基材６を対向させ、その間隙に液晶４を封
入した構成となっている。下側の絶縁基材６上にはマト
リクス状に配置されたデータ線４１と走査線４２及びそ
れらの交点に配置された駆動素子７と画素電極５が配置
されている。上側のガラス基材１１上には共通電極ある
いは透明電極１４及び各画素電極５に対応したＲＧＢの
カラーフィルタ膜１２が配置されている。かかる積層構
造を２枚の偏光板４３，４４で挟み、白色光を入射させ
ると透過型のカラー表示装置となる。

【００２９】なお、上述した実施例は全てアクティブマ
トリクス型のカラー液晶表示装置に関するものであった
が、本発明はこれに限られるものでは無く、様々な種類
の液晶表示パネルの接着組み立てに応用できる。例え
ば、単純マトリクスタイプの液晶パネルや、モノカラー
の液晶表示パネルにも適用できる。

【００３０】図８に評価の為のテストサンプルを示す。
このサンプルは第１実施例ないし第４実施例と比較例の
各々について作成され、図６に示す工程図に従って素子
基板１とカラーフィルタ基板２とを貼り合わせたもので
ある。接着強度を評価する為に、素子基板１のＡ部を固
定しカラーフィルタ基板２に対して矢印で示す様な剥離
方向の力を加えた。その結果、第１実施例ないし第４実
施例のサンプルについては、いずれも剥離が生ぜずガラ
ス基材が破断した。従って、接着強度は測定限界の３kg
以上である事が分った。これに対して、図５に示す比較
例のサンプルの場合には、２．０ないし２．３kgの力
で、剥離が生じた。以上の結果から、第１実施例ないし
第４実施例にかかる液晶パネルは実用上十分な機械的強
度を有する事が明らかになった。換言すると、図１ない
し図４に示す接着界面は紫外線硬化型樹脂からなるシー
ル材に対して極めて有効である事が分る。

【００３１】

【発明の効果】この様に、本発明によれば接着界面の構
造を適切に設定する事により、作業性に優れた紫外線硬
化型樹脂の実用化が可能となり、タクトタイムが従来の
熱硬化型樹脂を用いた場合に比べ大幅に改善できるとい
う効果がある。加えて、紫外線硬化型樹脂をシール材と
して用いても従来と同程度の機械的強度が得られ実用上
十分な信頼性を保証できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶表示装置の第１実施例を示
す模式的な部分断面図である。

【図２】同じく第２実施例を示す断面図である。

【図３】同じく第３実施例を示す断面図である。

【図４】同じく第４実施例を示す断面図である。

【図５】比較例を示す断面図である。

【図６】本発明にかかる液晶表示装置の製造工程を示す
工程図である。

【図７】アクティブマトリクス型カラー液晶表示装置の
構造を示す模式図である。

【図８】本発明の評価用サンプルの形状を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１カラーフィルタ基板２素子基板３シール材４液晶層５画素電極６絶縁基材７駆動素子８アルミニウム配線９ＰＳＧ層１０ＰＳＧ層１１ガラス基材１２カラーフィルタ膜１３アクリル樹脂層１４透明電極２０ＳｉＯ₂層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基材上に液晶駆動素子を搭載すると
ともにその周辺部が酸化シリコン系物質層で覆われた第
１の基板と、ガラス基材上にカラーフィルタを有しその周辺部がアク
リル樹脂層で覆われた第２の基板とを、前記第１の基板の周辺部及び前記第２の基板の周辺部の
両方に沿って第１の基板の周辺部を覆う該酸化シリコン
系物質層の上のみで且つ第２の基板の周辺部を覆う該ア
クリル樹脂層の上にアクリル系紫外線硬化型樹脂からな
るシール材を配して互いに対向配置し接着固定するとと
もに、両基板間に液晶層を封入した構造を有する液晶表
示装置。
【請求項２】絶縁基材上に液晶駆動素子を搭載すると
ともにその周辺部が酸化シリコン系物質層で覆われた第
１の基板と、ガラス基材上にカラーフィルタを有しその周辺部がアク
リル樹脂層で覆われた第２の基板とを、前記第１の基板の周辺部及び前記第２の基板の周辺部の
両方に沿って第１の基板の周辺部を覆う該酸化シリコン
系物質層の上のみで且つ第２の基板の周辺部を覆う該ア
クリル樹脂層の上にエポキシ系紫外線硬化型樹脂からな
るシール材を配して互いに対向配置し接着固定するとと
もに、両基板間に液晶層を封入した構造を有する液晶表
示装置。
【請求項３】アクリル樹脂層とエポキシ系紫外線硬化
型樹脂からなるシール材との間に透明電極が介在してい
る請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記酸化シリコン系物質層がリンドープ
ガラスからなる請求項１又は２記載の液晶表示装置。