JP6383593B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置に関する。

高分子分散型液晶は、三次元の網状に形成された高分子（高分子ネットワーク）内において液晶が相分離した構造を有し、高分子ネットワークの側壁に沿って液晶分子がランダムに配置している状態と、電界を印加して液晶分子が電界方向に配列した状態とで光の散乱状態と光の透過状態とをそれぞれ作り出す（例えば、特許文献１）。散乱度合いは、液晶に印加される電圧により決定され、液晶に印加される電圧は、高分子材料と液晶との分圧により決定される。

例えば、液晶表示装置は、２枚のガラス基板で高分子分散型液晶層を挟み、高分子分散型液晶層を封入するようにして２枚のガラス基板をシール材で貼り合わせて構成される。この液晶表示装置の製造工程においては、超音波洗浄や、ＬＳＩボンディング時の熱伝導等でシール材に力が掛かることがある。この際、シール材、シール材と接触する絶縁膜、及びシール材と接触するガラス基板の少なくともいずれかの界面において剥がれ生じ、歩留りが低下し、また信頼性が低下するなどの品質上の問題がある。

特開２０００−１９５８３号公報

本発明は、歩留り低下及び信頼性低下を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板を貼り合わせるシール材と、前記第１及び第２基板と前記シール材とで囲まれた領域に封入された高分子分散型液晶層と、表示領域における前記第１基板上に設けられた表示電極と、前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第１基板上に設けられた第１接着向上膜と、前記表示電極及び前記第１接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第１有機絶縁膜と、前記表示領域における前記第２基板上に設けられた共通電極と、前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第２基板上に設けられた第２接着向上膜と、前記共通電極及び前記第２接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第２有機絶縁膜とを具備する。前記第１及び第２接着向上膜は、同電圧に設定される。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、対向配置された第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板を貼り合わせるシール材と、前記第１及び第２基板と前記シール材とで囲まれた領域に封入された高分子分散型液晶層と、前記第１基板上に設けられた信号配線と、前記信号配線上に設けられた絶縁膜と、表示領域における前記絶縁膜上に設けられ、前記信号配線にコンタクトプラグを介して電気的に接続された表示電極と、前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第１基板上に設けられた第１接着向上膜と、前記表示電極及び前記第１接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第１有機絶縁膜と、前記表示領域における前記第２基板上に設けられた共通電極と、前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第２基板上に設けられた第２接着向上膜と、前記共通電極及び前記第２接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第２有機絶縁膜とを具備する。前記第１接着向上膜は、平面から見て前記信号配線が設けられていない第１領域に配置された第１部分と、平面から見て前記信号配線が設けられた第２領域に配置され、前記第１部分と電気的に分離された第２部分とを含む。前記第２接着向上膜と前記第１部分とは、同電圧に設定される。

本発明によれば、歩留り低下及び信頼性低下を抑制することが可能な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の平面図。 図１のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置の断面図。 図１のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置の断面図。 比較例に係る液晶表示装置の平面図。 図４のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置の断面図。 図４のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置の断面図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の平面図。 図７のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置の断面図。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の平面図。 図９のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置の断面図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［第１実施形態］
［１］液晶表示装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１０の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。本実施形態に係る液晶表示装置１０は、文字や図形などの複数のパターンを表示可能なパターン表示型の液晶表示装置である。

液晶表示装置１０は、表示電極が設けられる第１基板２０と、共通電極が設けられかつ第１基板２０に対向配置される第２基板２１と、第１基板２０及び第２基板２１間に挟持された液晶層２２とを備える。第１基板２０及び第２基板２１は、例えばガラス基板から構成される。

第１基板２０及び第２基板２１は、表示領域（ビューエリア）ＶＡを囲む枠状のシール材２３によって貼り合わされる。液晶層２２は、シール材２３によって第１基板２０及び第２基板２１間に封止される。シール材２３は、例えば有機系の接着材から構成され、例えば印刷工程により形成される。液晶層２２の厚さ（セルギャップ）は、液晶層２２中、及びシール材２３中に混在されたギャップ材で規定され、例えば１〜１０μｍ程度である。

液晶層２２は、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）、又は高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）により構成される。ＰＤＬＣは、高分子層（高分子ネットワーク）２２Ａ内に液晶２２Ｂが分散された構造を有しており、すなわち高分子層２２Ａ内において液晶２２Ｂが相分離した構造を有する。或いは、高分子層２２Ａ内の液晶２２Ｂが連続相を有していても良い。

高分子層２２Ａとしては光硬化樹脂を用いることができる。例えば、ＰＤＬＣは、光重合型の高分子前駆体（モノマー）に液晶を混合させた溶液に紫外線を照射し、モノマーを重合させてポリマーを形成し、そのポリマーのネットワーク中に液晶が分散される。液晶２２Ｂとしては、例えば、誘電率異方性が正（ポジ型）のネマティック液晶が用いられる。すなわち、液晶層２２に電圧が印加されない場合は、液晶分子２２Ｃが高分子層２２Ａ内にランダムに配置した状態となり、液晶層２２に電圧が印加された場合は、液晶分子２２Ｃが電界方向に立っている状態（液晶分子２２Ｃの長軸が電界方向に向いている状態）となる。

第１基板２０の液晶層２２側には、複数の信号配線２４が設けられる。信号配線２４上には、絶縁膜２５が設けられる。表示領域ＶＡにおける絶縁膜２５上には、複数の表示電極２６が設けられる。複数の表示電極２６はそれぞれ、その平面形状が所望のパターンになるように加工される。なお、図１では、簡略化して、表示電極２６の平面形状を四角形で表している。表示電極２６は、対応する信号配線２４にコンタクトプラグ２７を介して電気的に接続される。例えば、コンタクトプラグ２７は、表示電極２６と同一工程にて形成され、具体的には、絶縁膜２５にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに表示電極２６と同じ導電材料を埋め込むようにして、表示電極２６と一体となって形成される。信号配線２４は、表示電極２６の端部から表示領域ＶＡの外側まで引き出され、表示電極２６に電圧を印加する機能を有する。

また、絶縁膜２５上には、平面視においてシール材２３と重なる位置に、第１接着向上膜２８が設けられる。すなわち、図１に示すように、第１接着向上膜２８の平面形状は、四角の枠状である。第１接着向上膜２８の幅は、シール材２３の幅より大きく設定される。第１接着向上膜２８は、接着性の高い材料から構成される。

表示電極２６、第１接着向上膜２８、及び絶縁膜２５上には、液晶層２２と接するようにして第１有機絶縁膜２９が設けられる。第１有機絶縁膜２９は、表示領域ＶＡ全体を覆うように形成されるため、加工精度を考慮して、表示領域ＶＡ周辺でシール材２３と重なりを持つように配置される。第１有機絶縁膜２９上には、シール材２３が設けられる。

表示電極２６、第１接着向上膜２８、コンタクトプラグ２７、及び信号配線２４は、透明な導電材料から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から構成される。表示電極２６、第１接着向上膜２８、及び信号配線２４の膜厚は、例えば１００Å〜１０００Å程度である。絶縁膜２５は、例えば、膜厚１０００Å〜１００００Å程度のシリコン窒化膜から構成される。第１有機絶縁膜２９は、例えば、膜厚１００Å〜１０００Å程度のポリイミド膜から構成される。表示電極２６と第１接着向上膜２８とを同一の工程で形成すると製造工程が簡略化できる。

第２基板２１の液晶層２２側には、共通電極３０が設けられる。共通電極３０は、表示領域ＶＡ全面に平面状に設けられ、少なくとも全ての表示電極２６と重なるサイズを有する。また、第２基板２１の液晶層２２側には、平面視においてシール材２３と重なる位置に、第２接着向上膜３１が設けられる。第２接着向上膜３１の平面形状は、第１接着向上膜２８の平面形状と同じ条件を有する。第２接着向上膜３１は、第１接着向上膜２８と同様に、接着性の高い材料から構成される。

共通電極３０、第２接着向上膜３１、及び第２基板２１上には、液晶層２２と接するようにして第２有機絶縁膜３２が設けられる。第２有機絶縁膜３２は、表示領域ＶＡ全体を覆うように形成されるため、加工精度を考慮して、表示領域ＶＡ周辺でシール材２３と重なりを持つように配置される。第２有機絶縁膜３２及び第２接着向上膜３１上には、シール材２３が設けられる。

共通電極３０及び第２接着向上膜３１は、例えば、膜厚１００Å〜１０００Å程度のＩＴＯから構成される。第２有機絶縁膜３２は、例えば、１００Å〜１０００Å程度のポリイミド膜から構成される。共通電極３０と第２接着向上膜３１とを同一の工程で形成すると製造工程が簡略化できる。

［２］動作
上記のように構成された液晶表示装置１０の動作について説明する。液晶表示装置１０は、駆動回路１１を備える。駆動回路１１は、複数の信号配線２４、共通電極３０、第１接着向上膜２８、及び第２接着向上膜３１に電気的に接続される。駆動回路１１は、例えば、表示領域ＶＡ以外の周辺領域における第１基板２０上にボンディングされる。駆動回路１１は、外部から供給される制御信号に基づいて動作する。

駆動回路１１は、表示電極２６及び共通電極３０に電圧を印加することで、液晶層２２に電界を印加する。液晶層２２に電界を印加していない、すなわち、表示電極２６及び共通電極３０を同電圧にする場合、液晶分子がランダムに配置される。この場合、液晶層２２に白色光を入射すると、入射光が散乱して外部からは白濁した状態として観察される（白表示）。

一方、液晶層２２に電界を印加した、すなわち、表示電極２６及び共通電極３０の一方に高電圧（例えば５Ｖ）、他方に低電圧（例えば０Ｖ）を印加した場合、液晶分子が電界方向（基板に垂直な方向）に配列する。この場合、液晶層２２に白色光を入射すると、入射光が透過して外部からは透明な状態として観察される（黒表示）。なお、直流電圧を液晶層に印加し続けると液晶が劣化してしまうため、一定時間ごとに電圧の極性を反転させる反転駆動を採用しても良い。

さらに、駆動回路１１は、第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１に同電圧を印加する。これにより、シール材２３の外側において第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１がショートするショート不良を防ぐことができ、また、第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１が電食するのを抑制することができる。

［３］比較例
次に、比較例に係る液晶表示装置の構成について説明する。図４は、比較例に係る液晶表示装置の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置の断面図である。図６は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置の断面図である。

比較例では、シール材２３が配置される領域において、第１有機絶縁膜２９の下面（第１基板２０側の面）は、絶縁膜２５に接触し、その上面は、シール材２３に接触している。また、シール材２３が配置される領域において、第２有機絶縁膜３２の下面（第２基板２１側の面）は、第２基板２１に接触し、その上面は、シール材２３に接触している。さらに、シール材２３は、第２基板２１に接触している。

第１有機絶縁膜２９、第２有機絶縁膜３２、及びシール材２３は、接着性が低い。よって、比較例では、製造工程において、超音波洗浄、及びＬＳＩボンディング時の熱伝導等でシール材２３に力が掛かった場合、第１有機絶縁膜２９と絶縁膜２５との界面、及び第２有機絶縁膜３２と第２基板２１との界面で剥がれ生じ、歩留り低下や信頼性低下を引き起こしてしまう。

これに対して、第１実施形態によれば、液晶表示装置１０が新たに第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１を備えることで、第１有機絶縁膜２９及び第２有機絶縁膜３２の剥がれを抑制できる。

［４］効果
以上詳述したように第１実施形態では、シール材２３が配置される領域において、絶縁膜２５及び第１有機絶縁膜２９間に、接着性の高い第１接着向上膜２８が設けられる。また、シール材２３が配置される領域において、第２基板２１と第２有機絶縁膜３２との間、及び第２基板２１とシール材２３との間に、接着性の高い第２接着向上膜３１が設けられる。

したがって第１実施形態によれば、製造工程において、超音波洗浄、及びＬＳＩボンディング時の熱伝導等でシール材２３に力が掛かった場合でも、第１有機絶縁膜２９及び第２有機絶縁膜３２の剥がれを抑制できる。これにより、歩留り低下及び信頼性低下を抑制することが可能な液晶表示装置１０を実現できる。

また、駆動回路１１により、第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１に同電圧が印加される。これにより、シール材２３の外側において第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１がショートするショート不良を防ぐことができ、また、第１接着向上膜２８及び第２接着向上膜３１が電食するのを抑制することができる。

なお、第１実施形態では、表示領域ＶＡの四辺全てで接着向上膜と有機絶縁膜とシール材とが重なりを持つようにしたが、これをいずれか一辺のみに適用しても良い。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置１０の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。図７のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図は、図３と同じである。

第２実施形態では、平面視において、共通電極３０は、シール材２３の外周より外側まで形成される。すなわち、共通電極３０は、第１実施形態で示した第２接着向上膜３１の機能を兼ねる。図８の構成においても、第１有機絶縁膜２９及び第２有機絶縁膜３２の剥がれを抑制できる。

さらに、駆動回路１１により、第１接着向上膜２８は、共通電極３０と同電圧が印加される。これにより、第１接着向上膜２８及び共通電極３０がショートするショート不良を防ぐことができ、また、第１接着向上膜２８及び共通電極３０が電食するのを抑制することができる。

［第３実施形態］
第１実施形態では、第１接着向上膜を連続するパターンで形成したが、第３実施形態では、第１接着向上膜と信号配線とが重なる領域において、隣接する信号配線同士の容量を低減するために、第１接着向上膜を島状に分割して形成するようにしている。

図９は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置１０の平面図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図である。図９のＡ−Ａ’線に沿った液晶表示装置１０の断面図は、図２と同じである。なお、図９において、図が煩雑になるのを避けるために、第２接着向上膜３１の図示を省略するが、第２接着向上膜３１は、第１実施形態と同様に、平面視においてシール材２３と重なるように枠状に形成される。

第１接着向上膜２８と複数の信号配線２４とが重なる領域において、第１接着向上膜２８は、島状の複数の接着向上膜部分２８ａを備える。すなわち、第１接着向上膜２８は、連続膜ではなく、第１接着向上膜２８と複数の信号配線２４とが重なる領域において、互いに絶縁された複数の接着向上膜部分２８ａに分割される。複数の接着向上膜部分２８ａは、駆動回路１１によって電圧が印加されず、フローティング状態とされる。

上記のように第１接着向上膜２８を構成することで、隣接する信号配線２４間で寄生容量が増加するのを抑制できる。これにより、動作速度が向上し、また消費電力を低減できる。

また、第１接着向上膜２８が連続膜である場合は、第１接着向上膜２８及び信号配線２４間の絶縁膜２５が破壊され、第１接着向上膜２８と信号配線２４とショートすると、液晶表示装置１０が不良となってしまう。しかし、第３実施形態の構造を適用することで、信号配線２４と接着向上膜部分２８ａとがショートした場合でも、液晶表示装置１０が不良となるのを防ぐことができる。

なお、第３実施形態に第２実施形態を適用しても良い。

上記第１乃至第３実施形態の液晶表示装置１０は、カメラなどのファインダに文字や図形を重ねて表示するパターン表示型の液晶表示装置に適用することができる。その他、上記第１乃至第３実施形態の液晶表示装置１０は、デジタル時計、調光ガラス、セグメント表示が可能な液晶表示装置、マトリクス表示が可能な液晶表示装置などに適用することも可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…液晶表示装置、１１…駆動回路、２０，２１…基板、２２…高分子分散型液晶層、２３…シール材、２４…信号配線、２５…絶縁膜、２６…表示電極、２７…コンタクトプラグ、２８，３１…接着向上膜、２９，３２…有機絶縁膜、３０…共通電極。

Claims (6)

1. 対向配置された第１及び第２基板と、
   前記第１及び第２基板を貼り合わせるシール材と、
   前記第１及び第２基板と前記シール材とで囲まれた領域に封入された高分子分散型液晶層と、
   表示領域における前記第１基板上に設けられた表示電極と、
   前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第１基板上に設けられた第１接着向上膜と、
   前記表示電極及び前記第１接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第１有機絶縁膜と、
   前記表示領域における前記第２基板上に設けられた共通電極と、
   前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第２基板上に設けられた第２接着向上膜と、
   前記共通電極及び前記第２接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第２有機絶縁膜と、
   を具備し、
   前記第１及び第２接着向上膜は、同電圧に設定されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 対向配置された第１及び第２基板と、
   前記第１及び第２基板を貼り合わせるシール材と、
   前記第１及び第２基板と前記シール材とで囲まれた領域に封入された高分子分散型液晶層と、
   前記第１基板上に設けられた信号配線と、
   前記信号配線上に設けられた絶縁膜と、
   表示領域における前記絶縁膜上に設けられ、前記信号配線にコンタクトプラグを介して電気的に接続された表示電極と、
   前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第１基板上に設けられた第１接着向上膜と、
   前記表示電極及び前記第１接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第１有機絶縁膜と、
   前記表示領域における前記第２基板上に設けられた共通電極と、
   前記シール材と少なくとも一部で重なる領域における前記第２基板上に設けられた第２接着向上膜と、
   前記共通電極及び前記第２接着向上膜上に設けられ、前記シール材と接触する第２有機絶縁膜と、
   を具備し、
   前記第１接着向上膜は、
   平面から見て前記信号配線が設けられていない第１領域に配置された第１部分と、
   平面から見て前記信号配線が設けられた第２領域に配置され、前記第１部分と電気的に分離された第２部分とを含み、
   前記第２接着向上膜と前記第１部分とは、同電圧に設定されることを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記第２部分は、フローティング状態にされることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１及び第２有機絶縁膜は、ポリイミド膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記第１接着向上膜は、前記表示電極と同じ材料から構成され、
   前記第２接着向上膜は、前記共通電極と同じ材料から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 前記第１及び第２接着向上膜は、ＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示装置。

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