JP4163812B2

JP4163812B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP4163812B2
Application number: JP13547599A
Authority: JP
Inventors: 康裕森井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP2000089235A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚の基板周辺をシール材で貼り合わせ、これら基板間に液晶を挟持してなる液晶表示素子の構造に関するものであり、とくに、光硬化型シール材を適用し、位置合わせマージンを少なく設計し、開口率向上を達成する液晶表示素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子はＣＲＴの代替をはじめ広い分野で用いられている。特にノート型ＰＣや電子システム手帳をはじめとする携帯用端末への普及は近年めざましいものがある。上記用途に液晶表示素子を用いるとき、低消費電力化が必要となる。低消費電力化を達成するため、液晶表示素子の開口率向上が求められている。
【０００３】
通常の熱硬化型シール材は、耐湿性や接着強度の面で他のシール材より優れているため、多くの液晶表示素子に用いられてきた。しかし、材料の硬化に熱を用いるため、対向する２枚の基板間に温度差が生じたとき、ガラス基板の熱膨脹により位置ずれが生じる。この位置ずれに対策するため、現状の液晶表示素子の画素設計には位置ずれのマージンを採っていた。この設計マージンは、液晶パネルの開口率を低くする大きな原因となっている。このことから、設計マージンを少なくし、開口率の高い液晶表示素子を作成する技術として光硬化型シール材の適用が注目されている。光硬化型シール材を適用することにより位置ずれマージンは１／３程度に設計することができ、液晶表示素子の高開口率化を達成することができる。
【０００４】
しかし、従来の液晶表示素子の設計には、シール材に光を照射する概念は取り入れられていない。そのため、熱硬化型シール材を用いる従来の液晶表示素子に光硬化型シール材を用いたとき、光が照射されない部分において材料の硬化不良が生じた。未硬化の光硬化型シール材は、液晶の中に不純物として溶けだし、表示不良となるため問題である。また、材料が未硬化であると接着剤としての機能はしなくなり、２枚の基板を貼り合わせることができなくなるため問題である。
【０００５】
このことから、光硬化型シール材を用いる液晶表示素子の設計基準が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような熱硬化型シール材を用いる従来の液晶表示素子の構造においては、光硬化型シール材を適用する設計でないため、光硬化型シール材を用いたとき硬化不良が生じ、実用化することはできない。また、光硬化型シール材を液晶表示素子に用いる先行技術では、特開平０５−１２７１７４や特開昭６１−１１２１２８、特開平０８−２１１３９６、特開昭６１−２１９９３２、実開平０６−０７６９３０、特開平０８−１０１３９５、特開平０８−１４６４３６、特開昭５９−０９３４２１があるが、電極基板上のシール材が位置する所にある遮光膜の設計基準については詳細な説明はない。
【０００７】
本発明では、電極基板上で光硬化型シール材が位置する遮光膜にスリットを入れることで、光硬化型シール材が硬化するために必要な光を十分に当てることができる。これにより、光硬化型シール材の硬化不良を防ぎ、高開口率、高信頼性を持つ液晶表示素子を得ることができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の目的は、遮光膜を用いた液晶表示素子において、光硬化型シール材を適用するための新規な液晶表示素子の構造を提案するものである。
【０００９】
まず、２枚の基板に挟まれた光硬化型シール材の直上または直下のいずれかにある遮光膜の幅は１５０μｍ以下にする必要がある。
【００１０】
さらに、２枚の基板に挟まれた光硬化型シール材の直上または直下のいずれかにある遮光膜の形状は、基板裏面方向（成膜面の裏側）からの光を透過することを目的とした格子形状とする必要がある。
【００１１】
さらに、上記格子形状が、遮光幅が１５０μｍ以下で開口部の幅は５μｍ以上とする必要がある。
【００１２】
また、２枚の基板上の遮光膜の形状は、基板裏面方向（成膜面の裏側）からの光を透過することを目的とした格子形状で、その対向する２枚の基板の位置関係は、片側の基板の遮光膜部分と対向する基板の開口部との重なり合う幅が１５０μｍ以下にする必要がある。
【００１３】
本発明で用いることのできる光硬化型シール材の種類は、光により硬化反応を開始する材料系であれば特に限定するものではない。通常の液晶表示素子で用いられているアクリレート系樹脂、光カチオン反応を用いた樹脂等を用いることができる。また、光だけで完全に硬化する系でなく、熱硬化性を有する材料でも用いることができる。
【００１４】
本発明で用いることのできる格子状パターン例を図４、５および６に示す。格子状のパターンで遮光膜部分すなわち光を遮光する部分をハッチングで、開口部分すなわち光を透過する部分を白塗りで示す。白塗り部の形状としては、このほかに丸形や楕円等が考えられるが特に限定するものではない。今回は説明のため四角形パターン６１、６２および６３の３種類を示し、詳細説明には図４のパターンを用いる。遮光部分の幅をＸ、開口部分の幅をＹとすると、本発明において定義する遮光膜の幅とはＸの値を示し、開口幅はＹの値を示す。
【００１５】
本発明において使用できる液晶材料の種類は特に限定するものではなく、通常のＴＮ型液晶表示素子に用いられている液晶材料等を用いることができる。
【００１６】
本発明の基板材料には通常のガラス、石英等従来の液晶表示素子に用いられている基板材料を用いることができる。また本発明の遮光膜材料にはＡｌ、Ｃｒ等の金属膜およびそれらの多層膜で、光を透過しない材料であれば限定することなく用いることができる。
【００１７】
本発明の作用を図７および８を用いて説明する。（１０１）は光、（１０２）は電極基板、（１０３）は１００μｍ幅遮光膜、（１０４）は遮光膜、（１０５）は電極基板、（１０６）は光硬化型シール材、（１０７）は８００μｍ幅の遮光膜、（１０８）は光硬化型シール材、（１０９）は領域、（１１０）は電極基板、（１１１）は光硬化型シール材（１０６）内を進行する光を示す。
【００１８】
図７は、１００μｍ幅の遮光膜（１０３）を形成した電極基板（１０２）と遮光膜（１０４）を形成した電極基板（１０５）との間に配置した光硬化型シール材（１０６）の硬化状態を示す。光硬化型シール材（１０６）は、光（１０１）が電極基板（１０２）における屈折や、遮光膜（１０４）での反射による光（１１１）で完全に硬化する。
【００１９】
図８は、８００μｍ幅の遮光膜（１０７）を形成した電極基板（１１０）と遮光膜（１０４）を形成した電極基板（１０５）との間に配置した光硬化型シール材（１０８）の硬化状態を示す。
【００２０】
上記と同様に、光（１０１）の屈折や反射により、８００μｍ幅の遮光膜（１０７）下部の光硬化型シール材は一部硬化するが、領域（１０９）においては硬化しない。発明者らの検討では、光硬化型シール材が硬化しない領域（１０９）の幅は、この場合６５０μｍであった。すなわち、遮光部の硬化深度は７５μｍで、遮光膜の幅としては１５０μｍ以下にする必要がある。
【００２１】
一般的に、ＴＦＴ−ＬＣＤで用いるガラス基板上に、一定の間隔でラインとスペース（Ｌ／Ｓ）を形成し、その上部にＵＶシール材を塗布し、前記と同様の材質のガラス基板（パターンはない）で前記シール材を６μｍの間隙にて挟み込む。その後、パターン裏面側よりＵＶ光を照射し、シール材を硬化する。シール材硬化後、上記ガラス基板を剥離し、硬化したシール材の硬化度を測定した。測定は、ＦＴ−ＩＲによる分析法を用いた。その結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
また、シール材硬化における光エネルギーを十分に確保するためには、シールの長さ方向の開口部の幅は５μｍ以上必要である。
【００２４】
以上のことをまとめると、遮光膜下の光硬化型シール材を硬化するためには、遮光膜の幅Ｘは１５０μｍ以下で、開口部の幅Ｙは５μｍ以上必要である。
【００２５】
上記のようにすることで、遮光膜下の光硬化型シール材の硬化不良を防ぎ、高開口率、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
以下に、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の実施の形態１により作成した液晶表示素子を示す。また図２は、前記液晶表示素子のＡで示す領域の遮光膜の模式図を示す。
【００２７】
図２に示す格子状パターン（４）を形成する本発明の電極基板（１）と従来の液晶表示素子に用いられる電極基板（２）を用いて、液晶表示素子を作成する。本発明の液晶表示素子と従来のものとを比較すると、２枚の基板を貼り合わすシール材が光硬化型シール材（５）であることと、前記光硬化型シール材（５）は、格子状パターン（４）であることである。
【００２８】
本実施の形態において格子状パターン（４）は、遮光部の幅Ｘを８０μｍとし、開口部の幅Ｙを８０μｍとした。
【００２９】
電極基板（１）上に光硬化型シール材（５）をディスペンサ法により形成した。その後、電極基板（１）と電極基板（２）を重ね合わせを行った後、電極基板（１）側から光照射を行いシール硬化した。
【００３０】
本実施の形態において光硬化型シール材（５）は、光ラジカル反応を生じるアクリレート系樹脂を使用した。また、光照射の条件は、４ｋＷ出力のメタルハライドランプを用いて、３６５ｎｍの光強度が１００ｍＷ／ｃｍ2である光を３０秒照射した。
【００３１】
なお、本実施の形態においてはシールプロセス以外、つまり配向膜関連プロセス、スペーサ関連プロセス、切断、注入プロセス等は常法を用いて行なった。
【００３２】
以上のように作成した液晶表示素子は、シール材硬化による位置ずれを補償する位置ずれマージンを、従来の約１／３とすることができるため、開口率が高く、かつ光硬化型シール材（５）の硬化不良が発生しない高信頼性を有するものであった。高開口率により、光の利用効率があがり、一定の明るさを必要とするとき、開口率は高いほどバックライトの輝度は低下することができるので、消費電力を低下することができる。
【００３３】
比較例１
実施の形態１と同様の材料、工程により液晶表示装置を作製した。ただし、本比較例では、電極基板（１）に、格子状パターンの遮光膜の幅Ｘが２００μｍ、開口部の幅Ｙが２００μｍのものを用いた。また、光照射は電極基板（１）側から照射した。その結果、シール材の硬化不良が生じ、信頼性を確保することができなかった。
【００３４】
比較例２
実施の形態１と同様の材料、工程により液晶表示装置を作製した。ただし、本比較例では電極基板（１）に、格子状パターンのない従来の電極基板を用いた。また、光照射は基板の両面から照射した。その結果、シール材の硬化不良が生じ、信頼性を確保することができなかった。
【００３５】
比較例３
実施の形態１と同様の材料、工程により液晶表示装置を作製した。ただし、本比較例では、電極基板（１）に、格子状パターンの遮光膜の幅Ｘが２００μｍ、開口部の幅Ｙが３μｍのものを用いた。また、光照射は電極基板（１）側から照射した。その結果、シール材の硬化不良が生じ、信頼性を確保することができなかった。
【００３６】
実施の形態２
以下に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は、本発明の実施の形態２の部分断面図を示す。
【００３７】
本実施の形態２で説明する液晶表示素子は、実施の形態１で示したものとシールが配置してある電極基板の直上と直下に特徴があるため、この部分の説明をする。他の構成や材料は実施の形態１と同様であるためその説明を省略する。
【００３８】
電極基板（６）上に光硬化型シール材（１０）をディスペンサ法により形成した。その後、電極基板（６）と電極基板（７）を重ね合わせを行った後、電極基板（６）と電極基板（７）の両側から光（１３）照射を行いパネル化した。
【００３９】
本実施の形態に示す遮光膜（８）と遮光膜（９）の幅Ｘは８００μｍで、開口部（１２）の幅Ｙは、５００μｍである。
【００４０】
本実施の形態における電極基板（６）と電極基板（７）の重ね合わせ後の位置関係は、電極基板（６）上の遮光膜（９）と電極基板（７）上の遮光膜（８）とのオーバーラップ量が１５０μｍ（１１）である。
【００４１】
この液晶表示素子においては光硬化型シール材３近傍で液晶の配向乱れは発生せず、均一な配向状態を得ることができた。
【００４２】
以上のように作成した液晶表示素子は、シール材に起因する表示上の欠陥がないことを確認した。
【００４３】
この液晶表示素子においては、光硬化型シール材（１０）の硬化不良は発生しなかった。
【００４４】
以上のように作成した液晶表示素子は、開口率が高く、高信頼性を有するものであった。高開口率により、光の利用効率があがり、一定の明るさを必要とするとき、開口率は高いほどバックライトの輝度は低下することができるので、消費電力を低下することができる。
【００４５】
以上の説明では、２枚の電極基板構造を有する液晶表示素子を対象としたが、本発明はこれに限らず２枚の基板のうち一方にのみ電極を有する構造の液晶表示素子に適用しても同様の効果を奏するものである。
【００４６】
【表２】

【００４７】
表２に本実施の形態の構成と効果をまとめる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４９】
本発明は、２枚の、各々少なくとも１層の遮光膜を有するとともに少なくとも一方に電極を備えた基板間に液晶材料を挟持してなる液晶表示素子で、光硬化型シール材により各々の基板が対向配置するように貼り合わせ、光硬化型シール材に光を照射して作成する液晶表示素子で、２枚の基板に挟まれた光硬化型シール材の直上または直下のいずれかにある遮光膜の幅が１５０μｍ以下にすることで光硬化型シール材の硬化不良をなくし、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる（請求項１）。
【００５０】
さらに、２枚の基板に挟まれた光硬化型シール材の直上または直下のいずれかの遮光膜の形状を格子状にすることで、光硬化型シール材の硬化不良をなくし、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる（請求項２）。
【００５１】
さらに、光硬化型シール材を配置している部分の遮光膜の格子形状が、遮光幅が１５０μｍ以下で開口幅は５μｍ以上にすることで、光硬化型シール材の硬化不良をなくし、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる（請求項３）。
【００５２】
また、上記遮光膜が液晶表示素子を駆動するための電極であるので、該電極に上記設計ルールを適用することで、光硬化型シール材の硬化不良をなくし、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる（請求項４）。
【００５３】
また、２枚の、各々少なくとも１層の遮光膜を有するとともに少なくとも一方に電極を備えた基板間に液晶材料を挟持してなる液晶表示素子であって、光硬化型シール材により各々の基板が対向配置するように貼り合わせ、光硬化型シール材に光を照射して作成する液晶表示素子において、上記２枚の基板上の上記光硬化型シール材を配置している部分の遮光膜は格子形状であり、上記基板上の格子形状の遮光部と対向する上記基板上の遮光部との重なり合い量は１５０μｍ以下とすることで、光硬化型シール材の硬化不良をなくし、高信頼性の液晶表示素子を得ることができる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態２の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態３の説明図である。
【図４】本発明で提案する遮光膜の形状図である。
【図５】本発明で提案する遮光膜の形状図である。
【図６】本発明で提案する遮光膜の形状図である。
【図７】本発明の作用を示す説明図である。
【図８】本発明の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
１電極基板、２電極基板、４格子状パターン、５光硬化型シール材、６電極基板、７電極基板、８遮光膜、９遮光膜、１０光硬化型シール、１１１５０μｍ、１２開口部、１３光、１０１光、１０２電極基板、１０３１００μｍ幅の遮光膜、１０４遮光膜、１０５電極基板、１０６光硬化型シール材、１０７８００μｍ幅の遮光膜、１０８光硬化型シール材、１０９領域、１１０電極基板。

Claims

２枚の、各々少なくとも１層の遮光膜を有するとともに少なくとも一方に電極を備えた基板間に液晶材料を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記２枚の基板の周辺部を取り囲む光硬化型シール材により各々の基板が対向配置するように貼り合わせ、
光硬化型シール材に光を照射して作成する液晶表示素子において、
上記光硬化型シール材を配置している部分では、
該光硬化型シール材の直上または直下に配置される遮光膜のいずれか一方の幅が１５０μｍ以下であることを特徴とする液晶表示素子。
２枚の基板に挟まれた光硬化型シール材の直上または直下のいずれかの遮光膜の形状が格子状であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
光硬化型シール材を配置している部分の遮光膜の格子形状が、その遮光幅が１５０μｍ以下で開口幅は５μｍ以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
上記遮光膜が液晶表示素子を駆動するための電極であることを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶表示素子。
２枚の、各々少なくとも１層の遮光膜を有するとともに少なくとも一方に電極を備えた基板間に液晶材料を挟持してなる液晶表示素子であって、
上記２枚の基板の周辺部を取り囲む光硬化型シール材により各々の基板が対向配置するように貼り合わせ、
光硬化型シール材に光を照射して作成する液晶表示素子において、
上記２枚の基板上の上記光硬化型シール材を配置している部分の遮光膜は格子状であり、対向する位置関係は、上記基板上の格子状の遮光部と対向する上記基板上の開口部との位置が１５０μｍ以下の重なり量にて配置されていることを特徴とする液晶表示素子。