JP4434359B2 - 平面表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面表示装置及びその製造方法に関し、特に基板間を保持するスペーサを備えた平面表示装置及びその製造方法に関する。
【従来の技術】
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かして各種分野で利用されている。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置を例にとると、例えばアレイ基板と、アレイ基板に対向する対向基板と、これら一対の基板間に保持される光変調層としての液晶層と、一対の基板間に配されると共に光変調層の周囲に枠状に配されるシール材部とを備えて構成される。
ところで、良好な表示品位を確保するためには、これら一対の基板を所定の間隙をもって保持する必要があり、このため従来では所定の粒径をもったスペーサ球が基板間に配置され、またシール材部中にはファイバが含有されていた。
しかしながら、このような構成にあっては、スペーサ球の散布に際してスペーサ球同士が凝集し、基板間隔の不均一性をもたらす、あるいは不所望な光抜けを招くなど、表示品位を低下させる原因となっていた。
このような中、近年では、特開平１０−１４８８３６号公報等に開示されるように、アレイ基板又は対向基板の一方にスペーサを一体的に形成する試みが成されている。
詳しくは、表示領域の配線上に、またシール材部中に、基板に一体的にスペーサを形成することで、上記の問題点を解決しようとするものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、図９は、従来の液晶表示装置におけるシール材部２０２とシール材部２０２中に配置され一対の基板間距離を所定の間隙に保持する柱状スペーサ２０１の状態を示す。柱状スペーサ２０１は、例えばシール材塗布時では、シール材の外に設置され、封着工程の加圧によるシール材幅の広がりによって、シール材硬化後ではシール材部２０２中に設置される。この封着工程におけるシール材の広がりは柱状スペーサ２０１に阻害され、図９に示すように、シール材の広がり方向の下流側で柱状スペーサ２０１の側壁近傍に気泡２９９が生じ、これによりシール材部２０２の形状が悪化し、シール切れ等を引き起こす原因となる。詳しくは、このようにシール材部２０２中に生じる気泡２９９は、シール材部２０２の幅を狭くし耐環境性、耐信頼性を低下させる。また、真空アニールや注入工程で液晶セル内を真空排気する際、気泡２９９の中の空気が膨張し、シールはがれが発生するおそれがある。さらにシール材部２０２の形状が悪化すると、基板のスクライブ時に基板の厚さ方向に不所望な切断面が形成されてしまい、製造歩留まりが低下するといった問題があった。本発明は、上記の技術課題に対処して成されたものであって、少なくとも一方の基板に一体的にスペーサが形成され均一な基板間隙が保持されると共に、シール材部中に気泡等が生じることなく信頼性及び製造歩留まりに優れた平面表示装置及びその製造方法を提供することを目的としている。また、本発明は、基板間距離が均一であり、しかも製造時間の短縮が達成される平面表示装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、第１の基板と、前記第１の基板に離間して対向配置される第２の基板と、前記第１及び第２の基板間に枠状に配置され前記第１及び第２の基板を貼り合せるシール材と、前記シール材の前記枠状内に保持される光変調層と、前記第１及び第２の少なくとも一方の基板に一体的に固定配置され前記間隙を保持する複数のスペーサとを備えており、前記スペーサのそれぞれの一部分が前記シール材中に配され、前記複数のスペーサのそれぞれの他の部分が前記シール材から突出していることを特徴とする平面表示装置である。また、請求項９記載の発明は第１及び第２の基板と、この基板間に配置される光変調層と、前記基板間に配置されると共に前記光変調層を囲む枠状に配置されるシール材と、前記第１の基板に一体的に配置され前記第１及び第２の基板の間隙を一定に維持する複数のスペーサと、を備えた平面表示装置の製造方法において、前記第１の基板に前記スペーサを設置する工程と、前記第１又は第２の基板のいずれか一方の基板にシール材料を塗布する工程と、前記第１及び第２の基板を前記シール材料及び前記スペーサを介して重ねあわせる工程と、前記第１及び第２の基板を加圧・加熱または加圧・光照射し前記シール材料を硬化させることにより、前記シール材を形成すると共に前記複数のスペーサのそれぞれの一部を前記シール材中に、前記複数のスペーサのそれぞれの他の部分を前記シール材から突出させる封着工程と、を備えたことを特徴としている。この発明によれば、シール材部に接するスペーサの一部分はシール材部中に配され、他の部分はシール材部から突出しているため、シール材部中に気泡が発生することが大幅に軽減される。
【０００３】
以下に、本発明について具体的な実施例に基づいて、詳細に説明する。
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、液晶表示装置を例にとり、図面を参照して詳細に説明する。図１は液晶表示装置の概略斜視図、図２は図１中のＡ−Ａ´線に沿って切断した一部概略断面図である。また、図３は、図１中領域Ｃにおけるシール材塗布時及び硬化後のシール材と柱状スペーサとの位置関係をそれぞれ示す一部概略平面図である。この実施例の液晶表示装置１００は、図２に示すように、アレイ基板１０３と、対向基板１０４と、これら基板１０３、１０４間に配向膜１４２、１４３を介して挟持されるツイステッド・ネマチック液晶から成る液晶層１０５と、基板間距離を一定の例えば５．２μｍに保持するアレイ基板１０３上に一体的に形成されたスペーサ１０１、１４１とを備えて構成されている。図１に示すように、２枚の基板１０３，１０４は表示領域を囲む矩形枠状に配置されたシール材部１０２により封着されている。尚、図２には、表示領域Ａの縦断面図と、シール材部付近Ｂの概略断面図を図示し、図２のシール材部付近Ｂの縦断面図は図３（ｂ）の線Ｂ−Ｂ´で切った時の断面図に相当する。アレイ基板１０３は、透明基板１３１上にほぼ平行に等間隔に配置された信号線１３７と、それに層間絶縁層１３４を介してほぼ直交して配置された走査線（図示せず）と、それらの交点毎に配置された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor）及びこれに接続する画素電極１４０から構成されている。以下に詳細な構造を図２を用いて詳細に説明すると、ガラスから成る透明基板１３１上に下地層１３２を介して配置されたチャネル領域１１１、ソース及びドレイン領域１１４、１１２を含むポリシリコン層と、これらを覆うように形成されたゲート絶縁膜１３３と、このゲート絶縁膜１３３上に配置されたゲート電極１１３とから、コプラナ型ポリシリコンＴＦＴが構成されている。そして、ゲート絶縁膜１３３及び層間絶縁膜１３４に形成されたコンタクトホールを介してソース及びドレイン領域１１４，１１２に電気的に接続されるソース電極１３７及び信号線１３８が配置されている。また、この上には、絶縁層１３９を介して、Ｒ，Ｇ，Ｂの着色層１１５が形成され、この着色層１１５上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる画素電極１４０が配置され、この画素電極１４０は絶縁層１３９及び着色層１１５に形成されたコンタクトホールを介してソース電極１３７と電気的に接続されている。そして着色層１１５上の画素電極１４０間の領域には柱状スペーサ１４１が、シール材部付近Ｂには柱状スペーサ１０１が形成され、柱状スペーサ１４１、１０１、画素電極１４０、着色層１１５を覆うように基板全面に配向膜１４２が設けられている。一方、アレイ基板１０３に対向配置される対向基板１０４は、対向電極１４４と、配向膜１４３とが透明基板１４５上に配置されて構成される。次にシール材部付近の構造について説明する。図２に示すように、ガラス基板１３１上の下地層１３２、ゲート絶縁膜１３３、層間絶縁層１３４、絶縁層１３９、着色層１１５、配向膜１４２はシール材部１０２が配置される基板端まで延在されており、表示領域Ａの柱状スペーサ１４１と同一工程で作成されるシール材部付近Ｂの柱状スペーサ１０１がシール材部１０２中に配置されている。この柱状スペーサ１０１は、図１に示すように枠状に配置されるシール形状に沿って略等間隔で配置されている。詳しくは、図３（ｂ）に示すように、シール材部１０２と接する柱状スペーサ１０１はシール材部１０２の分割線Ｌ₁に沿って配置される円柱状の第１のスペーサ１０１bと、この分割線Ｌ₁を隔てて分割線Ｌ₁の両側に千鳥状に配置される断面略流線形状の第２のスペーサ１０１aとから構成されている。この第１のスペーサ１０１ｂは、図３（ａ）に示すようにシール塗布時においてシール材に対応した位置に、第２のスペーサ１０１aはシール材３０２とは隔てられた位置にそれぞれ設置されている。そして、この第２のスペーサ１０１aは基板に平行な面で切断した時のシール幅方向に沿った長さが幅方向と直交する方向の長さよりも長く、長軸ａが１００μｍ、短軸ｂが５０μｍの楕円形で、高さ５．２μｍの柱状である。また、隣接する第２のスペーサ１０１ａ，１０１ａ´間の間隔は４ｍｍに設定されている。これは、６ｍｍ以上離れると基板間距離にムラが生じる恐れがあるからである。また、第１のスペーサ１０１ｂは直径５０μｍ、高さ５．２μｍの円柱状である。そして基板封着工程でのシール材の広がりによりシール材硬化後には、図３（ｂ）に示すように第２のスペーサ１０１ａはシール材部１０２中に一部分が埋没され、残りの部分つまり他の部分はシール材部１０２から突出して設置される。第２のスペーサ１０１aのシール材部１０２中に配される一部分の長軸方向の長さは、硬化後のシール材部１０２の幅の１／３より小さいことが望ましい。第２のスペーサ１０１ａの形状は、本実施例の如く流線形状であることが望ましいが、円柱状、あるいは四角柱状など、各種形状を用いることができる。しかしながら、シール材３０２の広がりを阻害しない形状であることが好ましい。図６は、シール材硬化後の第２のスペーサ１０１ａとシール材部１０２との位置関係を示す概略断面図であり、図６（ａ）に示すように基板と平行な断面の全てで第２のスペーサ１０１ａの一部分がシール材部１０２から突出した断面をもつことが望ましいが、同図（ｂ）あるいは（ｃ）に示すように、第２のスペーサ１０１aの一部分がシール材部１０２から突出している構造であればよい。ここで、上述のシール材部１０２の幅方向の略中心に沿った分割線について、図７を用いて説明する。図７は、基板上に塗布され硬化したシール材部１０２の状態を示す。シール材部の幅方向の両端部には微少な凸凹が生じており、幅方向の略中心の集合をＬ₁とし、このＬ₁をシールの幅方向の略中心に沿った分割線と呼ぶことにする。この実施例では、第２のスペーサ１０１ａは、シール材硬化後、シール材部に上記分割線を隔てて両脇に設置されるが、図８（ａ）のように第２のスペーサ１０１ａが分割線Ｌ₁から所定の距離をもって設置されていてもよく、また図８（ｂ）のように、第２のスペーサ１０１ａの端部が分割線Ｌ₁と重なるように設置されていてもよい。つまり個々の第２のスペーサ１０１ａの長手方向を２等分する線分Ｌａがそれぞれシール材部の分割線Ｌ₁を境に両側に位置し、線分Ｌａが分割線Ｌ₁と一致しない状態を、柱状スペーサがシール材部の分割線を隔てて両脇に設置されるという。以上説明したように、この実施例の液晶表示装置によれば、表示領域に配置されるスペーサと同一工程でシール領域にもアレイ基板と一体のスペーサが配置され、基板間隔が所定の範囲に維持されるため、良好な表示品位を確保することができた。そして、シール領域に配置されるスペーサは、シール材部から一部が突出したスペーサを含む。このため、シール材部中に不所望な泡かみがなく、所定のシール幅が確保されるので、製造歩留りの向上、更に長期間にわたり優れた信頼性を確保することができる。
【０００４】
また、この実施例では、シール材と接するスペーサは、シール材部中に埋没し、詳しくは分割線上に配置される第１のスペーサと、一部がシール材部から突出した第２のスペーサの併用から成っている。これにより、優れた面内基板間隔の均一性が図れる。
この実施例では、アレイ基板上にスペーサを一体的に配置したが、対向基板上に配置されるものであってもかまわないし、スペーサの一部をアレイ基板上に、他を対向基板上に配置してもかまわない。
次に、この実施例の液晶表示装置１００の製造方法について説明する。
まず、対向基板１０４とアレイ基板１０３を用意するが、アレイ基板１０３は、例えば次のように製造される。
ガラス等の透明基板１３１上に、常圧ＣＶＤあるいは、プラズマＣＶＤにより下地層１３２として酸化ケイ素と窒化ケイ素膜からなる２層膜を堆積し、その上にアモスファスシリコン層を膜厚１００ｎｍに堆積した後、アモルファスシリコン層をエキシマレーザでアニール処理し、アモルファスシリコン層をポリシリコン層に結晶化させる。
さらに、そのポリシリコン層をパターン化して所望の形状に形成し、そのポリシリコン層を覆う全面にＣＶＤ法により酸化ケイ素ＳｉＯｘを成膜し、ゲート絶縁膜１３３を形成する。このゲート絶縁膜１３３上に、ゲート金属膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いてゲート電極１１３パターンを形成する。
その後、ゲート電極１１３の上部より例えば燐イオン（Ｐ⁺）をドーピングし、ポリシリコン層に、ソース領域１１４とドレイン領域１１２、及びソース・ドレイン領域１１４，１１２に挟まれたチャネル領域１１１を形成する。
【０００５】
さらに、ＣＶＤ法などによりこれらの上面全部を覆うように、層間絶縁層１３４となるＳｉＯｘを成膜し、層間絶縁層１３４およびゲート絶縁膜１３３を貫通させてソース領域１１４に達するコンタクトホールを設けた後、金属膜を成膜し、パターニング処理し、ソース電極１３７を形成する。また同時に、ドレイン領域１１２にもコンタクトホールを介して電気的に接続されたドレイン電極を兼ねた信号線１３８を形成する。
さらに、基板全面に酸化ケイ素ＳｉＯｘと窒化ケイ素ＳｉＮｘの２層構造からなる絶縁層１３９を形成した後、緑色の着色層を所定のパターンに露光・現像・焼成して形成し、同様にして青色、赤色の着色層を順次形成する。
さらに着色層上に黒レジストをスピンナーを用いて塗布し、８０℃２分で乾燥後、所定のフォトマスクを用いて、波長３６５ｎｍ、露光量２５０ｍＪ／ｃｍ²で露光した。この後、ｐＨ１１．7のＴＭＡＨ(tri methyl ammonium hydride)水溶液にて６０秒で現像し、２２０℃で６０分の焼成にて厚さ５．２μｍの表示領域Ａ及びシール材部付近Ｂのスペーサ１４１、１０１を形成した。
次に、着色層１１５及び絶縁層１３９に形成された開口を介してソース電極１３７に接続する画素電極１４０を形成した後、柱状スペーサ１４１、１０１、画素電極１４０、着色層１１５を覆うように配向膜１４２を設け、アレイ基板１０３を形成する。
一方、対向基板１０４はガラス等の透明絶縁基板１４５上に対向電極１４４、配向膜１４３を順次形成してなる。
その後、図１のように、紫外線硬化するシール材料をディスペンサーまたはマスクパターンを用いてアレイ基板１０３上に塗布する。この時、シール材の塗布後の幅は３５０〜４００μｍ程度で、後工程で液晶の注入孔７００となる開口部を一個所設けて表示領域の外周に沿って枠状、ここでは矩形状に塗布される。
次にアレイ基板１０３と対向基板１０４を、電極形成面が互いに対向するように重ね合わせた後、表示領域の外周に沿って枠状に塗布されたシール材を介して密着させ封着して貼り合せる。アレイ基板１０３と対向基板１０４の間隔は、上述のスペーサで規定される５．２μｍに設定される。
【０００６】
シール材の封着は、エアー加圧封着により行う。図４に示すように、上記のようにして準備されたアレイ基板および対向基板からなるセルを下トレー４２１の上に設置し、加圧シート４２３で被覆する。次に真空吸引装置を駆動し、真空吸引口４２４から、加圧シート４２３と下トレー４２１の間の空気を吸引する。アレイ基板と対向基板がシール材を介して重ね合せてなるセル４２０全面に渡り均等に吸引され、したがってセル４２０は均一に加圧される。
このような状態において、上ＩＲヒータ４２５、下ＩＲヒータ４２６により３．０℃/ｍｉｎ以上の高速昇温である１９．６℃/ｍｉｎのスピードで２３分間昇温し、シール材は均一に硬化される。
図５は、エアー加圧封着されたセル４２０断面の加圧分布を示すものである。基板面内全体が高精度で均一に加圧されていることが示される。
その後、図示しないが、液晶を注入孔より注入し、この注入孔を封止剤で封止して液晶表示装置を完成させる。
このように作成された液晶表示装置によれば、上述したようにシール材部のスペーサ付近には、気泡はみられなかった。
また、本実施の形態のシール材部中に埋没し、シールの分割線上にある第１のスペーサの他に、シール材部中に埋没し、分割線を隔てて配置されるスペーサがある場合でも第２のスペーサ、つまり一部分がシール材部中に配され、他の部分がシール材部から突出しているスペーサを配することにより気泡の発生を低減させることができる。またシール材部中に埋没し、分割線を隔てて配されるスペーサの断面形状が、流線形を有し、この断面の長手方向とシール材の幅方向とがほぼ一致していると、気泡の発生をさらに抑制することができる。
【０００７】
また、本実施例のように、ＴＦＴにポリシリコンを用いた液晶表示装置では、駆動回路をＴＦＴが形成される基板と同一基板上に同時形成することができる。このような駆動回路一体型ＬＣＤ（liquid crystal display）においては、基板の有効表示領域を大きくとるために、シール材部と駆動回路とを重ねることがある。通常シール材には、２枚の基板間の基板間距離を保持するためにファイバが含有されているが、シール材部と駆動回路とを重ね合わす構造の場合、ファイバが駆動回路を破壊してしまう恐れがある。
このため、ファイバが含有されていないシール材を用いることが望ましく、このようなシール材を用いた場合にはシール材部付近にスペーサを設置する必要があるため、シール材部付近のスペーサとシール材部の位置関係に本発明を適用することは有効である。
また、上記実施形態では、アレイ基板上に柱状スペーサが固定配置され、かつシール材が塗布されているが、柱状スペーサおよびシール材は各々アレイ基板上、対向基板上のいずれか一方に配置あるいは塗布されてもよい。例えば、２枚の基板の一方に柱状スペーサを配置し、もう一方にシール材を塗布してもよい。
また、シール材部付近において加圧前の状態で、上記実施形態のように柱状スペーサをシール材と接することなく配置した場合も、あるいは柱状スペーサが部分的にシール材中に設置されていた場合においても、加圧後に第２のスペーサの一部分をシール材部から突出するように配置することで、気泡の発生を防止することができる。
また、実施形態では２枚の透明絶縁基板に表示用パターンとして対向電極、画素電極をそれぞれ形成した液晶表示装置を用いたが、ＩＰＳ（Ｉｎ ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードのように一方の基板に表示用電極パターンとして対向電極、画素電極を配置した液晶表示装置にも適用できる。
【発明の効果】
この発明によれば、少なくとも一方の基板に一体的にスペーサが形成されるので均一な基板間隙が保持されると共に、シール材部中に気泡等が生じることもなく、信頼性及び製造歩留まりに優れた平面表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は、本発明の一実施例の液晶表示装置の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１中のＡ−Ａ´線に沿って切断した一部概略断面図である。
【図３】図３は、図１中の領域Ｃの概略断面図であり、図中（ａ）はシール材の塗布時を、図中（ｂ）は硬化後の状態をそれぞれ示す図である。
【図４】図４は、エアー加圧方式によるエアー加圧封着装置の概略断面図である。
【図５】図５は、縦軸に加圧力、横軸に基板面内位置をとり、エアー加圧方式での基板への加圧分布を示す図である。
【図６】図６は、シール材硬化後のシール材部とスペーサとの配置関係を示した液晶表示装置の概略縦断面図である。
【図７】図７は、基板に形成されたシール材部の拡大平面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施例におけるシール材部の分割線と柱状スペーサの配置関係を示す図である。
【図９】図９は、従来の柱状スペーサとシール材部との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０１…周辺領域のスペーサ
１０１ａ…第２のスペーサ
１０２…硬化後のシール材
１０５…液晶層
１３１…基板
１４１…表示領域のスペーサ
１４５…基板
３０２…塗布時のシール材

Claims (11)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板に離間して対向配置される第２の基板と、
   前記第１及び第２の基板間に枠状に配置され前記第１及び第２の基板を貼り合せるシール材と、
   前記シール材の前記枠状内に保持される光変調層と、
   前記第１及び第２の少なくとも一方の基板に一体的に固定配置され前記間隙を保持する複数のスペーサとを備えており、
   前記複数のスペーサのそれぞれの一部分が前記シール材中に配され、前記複数のスペーサのそれぞれの他の部分が前記シール材から突出していることを特徴とする平面表示装置。
2. 前記複数のスペーサのそれぞれは、前記第１又は第２の基板と平行な断面の全てにおいて、前記シール材から突出する前記他の部分を含むことを特徴とする請求項１記載の平面表示装置。
3. 前記複数のスペーサは、前記シール材の幅方向の略中心に沿った分割線を挟んで、前記分割線の両脇に設置されていることを特徴とした請求項１記載の平面表示装置。
4. 前記複数のスペーサは、千鳥状に配置されることを特徴とする請求項３記載の平面表示装置。
5. 前記第１又は第２の基板に平行な面で切断した時の前記スペーサは、断面形状が流線形を有することを特徴とする請求項１記載の平面表示装置。
6. 前記スペーサは、前記第１又は第２の基板に平行な面で切断した断面の長手方向と前記シール材の幅方向とがほぼ一致していることを特徴とする請求項５記載の平面表示装置。
7. 前記平面表示装置は、前記シール材の幅方向の略中心に沿った分割線を挟んで前記分割線の両脇に配置され、かつ前記シール材中に埋没する他のスペーサを含み、このスペーサはいずれも、前記第１及び第２の基板に平行な面で切断した時の断面形状が流線形を有し、この断面の長手方向と前記シール材の幅方向とがほぼ一致することを特徴とする請求項１記載の平面表示装置。
8. 前記平面表示装置は、前記シール材中に埋没し、かつ前記シール材の幅方向の略中心に沿った分割線上に配される他のスペーサを含むことを特徴とする請求項１記載の平面表示装置。
9. 第１及び第２の基板と、
   この基板間に配置される光変調層と、
   前記基板間に配置されると共に前記光変調層を囲む枠状に配置されるシール材と、
   前記第１の基板に一体的に配置され前記第１及び第２の基板の間隙を一定に維持する複数のスペーサと、を備えた平面表示装置の製造方法において、
   前記第１の基板に前記複数のスペーサを設置する工程と、
   前記第１又は第２の基板のいずれか一方の基板にシール材料を塗布する工程と、
   前記第１及び第２の基板を前記シール材料及び前記複数のスペーサを介して重ねあわせる工程と、
   前記第１及び第２の基板を加圧・加熱または加圧・光照射し前記シール材料を硬化させることにより、前記シール材を形成すると共に前記複数のスペーサのそれぞれの一部を前記シール材中に、前記複数のスペーサのそれぞれの他の部分を前記シール材から突出させる封着工程と、を備えたことを特徴とする平面表示装置の製造方法。
10. 前記シール材料を塗布する工程の終了時においては、前記複数のスペーサは前記シール材とは隔てられた位置に配置されていることを特徴とする請求項９記載の平面表示装置の製造方法。
11. 前記封着工程がエアー加圧封着であることを特徴とする請求項９記載の平面表示装置の製造方法。

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