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