JP3845939B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカメラ一体型ＶＴＲ（Video Tape Recorder)や液晶プロジェクタ等に用いられる液晶表示素子に係り、特に、駆動基板と対向基板とを所定の間隙をおいて貼り合わせる際に、その間隙が封止材により調整される液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクタ等に代表される液晶表示装置付きの電子機器の普及と共に、液晶表示装置への高性能化の要求が高まり、液晶表示装置を高精細化および高輝度化するための改良が進行している。この液晶表示装置は、通常、各画素制御の薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor; 以下、単に「ＴＦＴ」と記す）や保持容量等が形成された基板（駆動基板）と、カラーフィルタ（カラー液晶パネルの場合）やブラックマトリクス等が形成された基板（対向基板）と、両基板に挟まれた液晶層からなる液晶表示素子を用いて構成される。
【０００３】
液晶表示素子の駆動基板および対向基板は、液晶を封入するための所定の間隙（以下、セルギャップと称する）を設けて貼り合わされ、両基板から液晶が流れ出ないように両基板の外枠にはシール材（封止材）と呼ばれるエポキシ系の樹脂が印刷され囲まれる。携帯型パソコン等に使用される大型の液晶表示装置の場合、必要以上にセルギャップが狭くならないように、両基板の組立工程前に、両基板間にスペーサが散布される。スペーサとしては、粒子状あるいは繊維状のガラスやプラスチックス、無機系結晶等が使用される。しかし、ビューファインダや液晶プロジェクタ等に使用される小型で高精細な液晶表示装置の場合、駆動基板上の画素開口部の大きさがスペーサの大きさより十分大きくないので、スペーサの存在する領域は画素欠陥のようになるため、スペーサを使用することはできない。そのため、シール材にファイバを混入して、シール部のみで両基板のセルギャップを制御することが提案されている。
【０００４】
ところで、液晶表示素子に多結晶シリコンＴＦＴを使用する場合、多結晶シリコンＴＦＴは高温プロセス（1000℃）で作製するためＴＦＴ素子が配置される駆動基板の材料としては耐熱性に優れた石英が用いられる。一方、対向基板の材料としては石英よりも低価格なガラス、例えばネオセラムを使用して低価格化が図られている。しかしながら、このように駆動基板と対向基板の材料が異なると、互いの熱膨張率が異なるため、貼り合わせ工程において基板の伸縮のため両基板のセルギャップを均一にすることが困難となる。
【０００５】
図９（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），（ｂ）は、上述の材料により形成された駆動基板および対向基板の貼り合わせ工程を表すものである。まず、図９（ａ）に示したように、石英により形成された駆動基板１００とガラス、例えばネオセラムにより形成された対向基板１０１を対向配置し、熱硬化樹脂からなるシール材１０２を両基板の外枠に印刷する。次に、このシール材１０２を硬化させるために例えば、１２０℃の温度で６時間の加熱処理を行う。この加熱処理により、図９（ｂ）に示したように、駆動基板１００は伸びるが、対向基板１０１は縮む。シール材１０２が硬化した後、加熱処理を終了すると、図１０（ａ）に示したように、温度が低下するにつれて駆動基板１００は縮み、対向基板１０１は伸びようとする。しかし、このときシール材１０２が硬化しているため、図１０（ｂ）に示したように、液晶表示素子の中央部がふくらむように対向基板１０１がそってしまう。すなわち、両基板の中央部のセルギャップｂと端部のセルギャップａとの関係はａ＜ｂとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、スペーサによるセルギャップの制御を行うことができない従来の液晶表示素子では、駆動基板１００および対向基板１０１の外枠に印刷する熱硬化樹脂からなるシール材１０２にファイバを混入して、このファイバで両基板のセルギャップを制御しようとしている。
【０００７】
しかしながら、駆動基板１００と対向基板１０１の材料が異なるため、シール材１０２を硬化させるための加熱工程において両基板が伸縮してその中央部がふくらんだ形状となり、両基板のセルギャップを均一にできないという問題があった。そのため、両基板の貼り合わせ工程において歩留まりが発生し、低価格化を図るために両基板の材料を異なるものとしたが最終的には低価格化を実現できないという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動基板と対向基板との間のセルギャップの均一化および低価格化を図ることができる液晶表示素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示素子は、駆動基板と、この駆動基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第１の基板上に駆動基板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成された第２の基板を接着して構成されると共に第２の基板が所定の間隙を有して前記駆動基板に対向するように配置された対向基板と、熱硬化性樹脂により形成され、対向基板側の第２の基板と駆動基板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接着固定させる封止手段とを備えている。
【００１０】
本発明に係る他の液晶表示素子は、第１の基板にこの第１の基板よりも厚い第１の保護板を接着して構成された駆動基板と、この駆動基板側の第１の基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第２の基板に第１の保護板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成されると共に第２の基板よりも厚い第２の保護板を接着固定して構成されると共に、第２の基板が所定の間隙を有して駆動基板側の第１の基板に対向するように配置された対向基板と、熱硬化性樹脂により形成され、駆動基板側の第１の基板と対向基板側の第２の基板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接着固定させる封止手段とを備えている。
【００１１】
本発明による液晶表示素子では、実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成された駆動基板と対向基板側の第２の基板によりセルギャップが構成されることにより、駆動基板と対向基板側の第２の基板が加熱工程を経て熱硬化性樹脂により接着固定された際、異なる熱膨張率を有する材料により形成された駆動基板と対向基板の第１の基板それぞれの熱膨張による変形が吸収され、セルギャップの均一性が確保される。
【００１２】
本発明による他の液晶表示素子では、互いに同じ熱膨張率を有する材料により形成された第１の保護板および第２の保護板が第１の基板および第２の基板それぞれに接着されることにより、第１の基板と第２の基板が加熱工程を経て熱硬化性樹脂により接着固定された際、異なる熱膨張率を有する材料により形成された第１の基板と第２の基板それぞれの熱膨張による変形が吸収される。すなわち、第１の保護板および第２の保護板によりセルギャップの均一性が確保される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
〔第１の実施の形態〕
図１（ａ），（ｂ）および図２（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の貼り合わせ工程を表すものである。まず、本実施の形態の液晶表示素子の構成について図１（ａ）を参照して説明する。この液晶表示素子は、各画素制御用の多結晶ＴＦＴ等が形成された駆動基板２４、およびブラックマトリクス等が形成された対向基板２０を備えている。駆動基板２４は耐熱性に優れた例えば石英により形成されている。対向基板２０は、第１の基板としてのガラス基板２３と第２の基板としてのカバー板２１とを備え、これらガラス基板２３とカバー板２１とが例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂からなる樹脂層２２により接着された構成を有している。ガラス基板２３は例えばネオセラムからなる。カバー板２１は駆動基板２４と同じ熱膨張率の材料例えば同じ石英により形成されている。これら駆動基板２４と対向基板２０はカバー板２１が駆動基板２４と対向するように配置され、封止手段としてのシール材２５により貼り合わされる。シール材２５にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられている。
【００１５】
このシール材２５を硬化させるために、本実施の形態では、図１（ｂ）に示したように、加熱処理を、例えば１２０℃の温度で６時間施す。加熱中は駆動基板２４と対向基板２０のカバー板２１は同じ熱膨張率の材料（石英）で形成されているために共に伸びるが、対向基板２０のガラス基板２３は縮む。このシール材２５が硬化した後、加熱処理を終了すると、温度が低下し、図２（ａ）に示したように駆動基板２４とカバー板２１とが共に縮み、一方、ガラス基板２３が伸びようとする。
【００１６】
このような貼り合わせ工程を終了した後の液晶表示素子の構造は、図２（ｂ）に示したように、シール材２５が硬化しているため、ガラス基板２３の中央部がふくらんだ形状となるが、駆動基板２４と対向基板２０のセルギャップは均一である。すなわち、両基板の中央部のセルギャップｂと端部のセルギャップａの関係はａ＝ｂとなる。その後、図示しないが、駆動基板２４と対向基板２０との間に液晶を注入し、封止剤で封止することによって液晶表示素子が完成する。
【００１７】
このように本実施の形態では、対向基板２０を構成するガラス基板２３とカバー板２１の材料（すなわち、熱膨張率）が異なるためにガラス基板２３は反った形状となる。しかし、セルギャップを形成する駆動基板２４と対向基板２０のカバー板２１を同じ材料の石英で形成して熱膨張率が等しくなるようにしたので、セルギャップの不均一性は発生しない。また、対向基板２０の大部分はガラス基板２３であるため、全体を石英で形成する場合よりも製造コストを大幅（例えば１０分の１以下）に低減させることができる。
【００１８】
〔第１の実施の形態の変形例〕
図３ないし図６はそれぞれマイクロ集光レンズ（以下、単に「マイクロレンズ」と略記する）が作成された対向基板を用いた場合の第１の実施の形態の変形例を表すものである。なお、上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は省略する。
【００１９】
マイクロレンズを対向基板に形成するのは次のような理由による。すなわち、液晶表示素子の小型・高精細化の要求に応じて画素数を増加させる必要がある一方、画素数を増加させると、画素以外の部分の占める面積が相対的に大きくなり、これに伴ってこれらの領域を覆うためのブラックマトリクスの面積が増大すると共に画像表示に寄与する画素面積が減少し、液晶表示素子の開口率が低下する。開口率が低下すると、液晶表示素子の表示面が暗くなり、画像品位が低下することとなる。このような開口率の低下に伴う画像品位の低下を防止するために対向基板側に例えば半球状の複数のマイクロレンズを形成し、このマイクロレンズにより入射する光を駆動基板側の画素内に集光させるものである。
【００２０】
図３に示した対向基板３０は、カバー板２１とガラス基板２３との間にマイクロレンズ２８が形成されている。マイクロレンズ２８は互いに屈折率の異なる例えばアクリル系、エポキシ系、フッ素系等の光を透過する樹脂により形成された樹脂層２７ａ，２７ｂからなるレンズ層２６により形成されている。その他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００２１】
図４に示した対向基板４０は、マイクロレンズ２８の向きが逆であることを除く図３の対向基板３０と同様である。
【００２２】
図５に示した対向基板５０では、マイクロレンズ２８がカバー板２１をレンズ状に選択的にエッチングして樹脂層２７ａ埋め込むことにより形成されている。図６に示した対向基板６０は、マイクロレンズ２８がガラス基板２３をレンズ状に選択的にエッチングして樹脂層２７ａを埋め込むことにより形成されている。いずれもその他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００２３】
図３ないし図６のいずれの構成の液晶表示素子においても、その作用効果は第１の実施の形態と同様である。すなわち、対向基板に樹脂層によりマイクロレンズ２８を形成していても、セルギャップを形成する駆動基板２４と対向基板３０，４０，５０，６０のカバー板２１とを同じ材料により形成して熱膨張率を等しくしているので、セルギャップの不均一性は発生しない。更に、セルギャップの不均一性が解消されると、マイクロレンズ２８の集光率も向上し、画像の高輝度化を図ることができる。
【００２４】
〔第２の実施の形態〕
図７および図８は本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の貼り合わせ工程を表すものである。本実施の形態の液晶表示素子は、図７（ａ）に示したように、各画素制御用の多結晶ＴＦＴ等が形成された駆動基板７４、およびブラックマトリクス等が形成された対向基板７０を備えている。駆動基板７４は第１の基板としての石英基板７５と第２の保護板としての保護板７７とを備え、これら石英基板７５と保護板７７とが例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂からなる樹脂層７６により接着された構成を有している。対向基板７０は、第２の基板としてのガラス基板７１と第２の保護板としての保護板７３とを備え、これらガラス基板７１と保護板７３とが例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂からなる樹脂層７２により接着された構成を有している。ガラス基板７１は例えばネオセラムからなる。これら駆動基板７４と対向基板７０は石英基板７５とガラス基板７１とが対向するように配置され、封止手段としてのシール材７８により貼り合わされる。シール材７８にはエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂が用いられる。保護板７３，７７はそれぞれ例えばガラスにより形成され、その厚さは石英基板７５およびガラス基板７１に比較して厚くなっている。
【００２５】
本実施の形態では、シール材７８を硬化させるために、図７（ｂ）に示したように、例えば１２０℃の温度で６時間の熱処理を施す。加熱中は熱膨張により石英基板７５は伸びるが、ガラス基板７１は縮む。シール材７８が硬化した後、加熱処理を終了すると温度が低下していくが、このとき図８（ａ）に示したように、石英基板７５は縮み、ガラス基板７１は伸びようとする。ここで、本実施の形態では、その伸びは厚いガラスにより形成された保護板７３，７７および樹脂層７２，７６により吸収される。
【００２６】
貼り合わせ工程が終了した後の液晶表示素子は、図８（ｂ）に示したように、シール材７８が硬化しても、駆動基板７４と対向基板７０のセルギャップは均一である。すなわち、両基板の中央部のセルギャップｂと端部のセルギャップａの関係はａ＝ｂとなる。その後、図示しない液晶を注入し、封止剤で封止することによって液晶表示素子が完成する。
【００２７】
このように本実施の形態では、駆動基板７４と対向基板７０との間のセルギャップを構成するのは互いに異なる熱膨張率を有する石英基板７５およびガラス基板７１であるが、それぞれの基板に対してガラスにより形成された保護板７３，７７が接着されているため、これら保護板７３，７７によって石英基板７５とガラス基板７１の加熱工程による伸縮を吸収できる。従って、駆動基板７４と対向基板７０との間のセルギャップを均一に保つことができる。また、駆動基板７４および対向基板７０において、樹脂層７２，７６を挟んで石英基板７５と保護板７７、ガラス基板７１と保護板７３とがそれぞれ反ってしまうこともない。また、保護板７３，７７によって内側のガラス基板７１および石英基板７５への塵等の付着が防止され、光透過率の面内分布をなくすことができる。
【００２８】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第１の実施の形態においては、駆動基板２４およびカバー板２１の材料を共に石英として説明したが、実質的に同じ熱膨張率を有するものであれば他の材料を使用してもよい。また、上記第２の実施の形態においても、保護板７３，７７の材料をガラスとして説明したが、これらも実質的に同じ熱膨張率を有するものであれば、それぞれ異なる材料を使用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る液晶表示素子によれば、対向基板を、駆動基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第１の基板上に駆動基板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成された第２の基板を接着して構成し、この第２の基板を駆動基板に対向配置させるようにしたので、駆動基板と対向基板とを接着固定させるための熱硬化性樹脂の加熱処理を経てもセルギャップの均一性を確保することができ、貼り合わせ工程において歩留まり率が向上するという効果を奏する。また、対向基板の大部分を占める基板を高価な材料で形成する必要がないため、製造コストの低減化が図れるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明に係る他の液晶表示素子によれば、互いに同じ熱膨張率を有する材料により形成された第１の保護板および第２の保護板が第１の基板および第２の基板それぞれに接着されることにより、第１の基板と第２の基板が加熱工程を経て熱硬化性樹脂により接着固定された際、異なる熱膨張率を有する材料により形成された第１の基板と第２の基板それぞれの熱膨張による変形が吸収され、第１の保護板および第２の保護板によりセルギャップの均一性を確保でき製造歩留りが向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子の貼り合わせ工程を工程ごとに表す断面図である。
【図２】図１に続く工程を表す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の他の変形例を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の更に他の変形例を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の更に他の変形例を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の貼り合わせ工程を工程ごとに表す断面図である。
【図８】図７に続く工程を表す断面図である。
【図９】従来技術による液晶表示素子の貼り合わせ工程を工程ごとに表す断面図である。
【図１０】図９に続く工程を表す断面図である。
【符号の説明】
２０，３０，４０，５０，６０，７０…対向基板、２１…カバー板、２２，２７ａ，２７ｂ，７２…樹脂層、２３，７１…ガラス基板、２４，７４…駆動基板、２５，７８…シール材、２８…マイクロレンズ、７３，７７…保護板

Claims (5)

1. 駆動基板と、
   この駆動基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第１の基板上に前記駆動基板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成された第２の基板を接着して構成されると共に第２の基板が所定の間隙を有して前記駆動基板に対向するように配置された対向基板と、
   熱硬化性樹脂により形成され、対向基板側の第２の基板と駆動基板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接着固定させる封止手段と
   を備えたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 駆動基板が石英により形成されると共に、対向基板側の第１の基板がガラス、第２の基板が石英によりそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. 対向基板が第１の基板と第２の基板との間に複数のマイクロ集光レンズを有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
4. 第１の基板にこの第１の基板よりも厚い第１の保護板を接着して構成された駆動基板と、
   この駆動基板側の第１の基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第２の基板に第１の保護板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成されると共に第２の基板よりも厚い第２の保護板を接着固定して構成されると共に、前記第２の基板が所定の間隙を有して前記駆動基板側の第１の基板に対向するように配置された対向基板と、
   熱硬化性樹脂により形成され、駆動基板側の第１の基板と対向基板側の第２の基板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接着固定させる封止手段と
   を備えたことを特徴とする液晶表示素子。
5. 駆動基板側の第１の基板が石英、第１の保護板がガラスによりそれぞれ形成されると共に、対向基板側の第２の基板がガラス、第２の保護板がガラスによりそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。

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