JPH08220546A - 液晶封止方法およびそれに使用するクッション材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加圧封止法により液晶を封止するとき、液晶セ
ルのギャップを均一にすることができ、その結果、良好
な表示品質を有する液晶表示素子を提供する。 【構成】それぞれ２枚の電極基板１１、１２から構成さ
れる複数個の液晶セル６０と、複数個のクッション材１
とを交互に重ねて、その両側を２枚の金属板４で挟んで
加圧しながら、液晶セル６０の封入口を封止材で封止す
る際、弾性を有する固体材料２の内部に液体層３を密封
した構造のクッション材１を用いる構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の両基板
間に注入した液晶を封止材を用いて封止する方法および
それに使用するクッション材に係り、特に、液晶表示素
子のギャップ精度を向上し、表示品質を向上する液晶封
入方法およびクッション材に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、例えば、透明導電膜か
らなる電極と配向膜等を積層した面がそれぞれ対向する
ように所定の間隔（ギャップ）を隔てて２枚のガラス基
板を重ね合せ、該両基板間の縁周囲に設けたシール材に
より、両基板を貼り合せると共にシール材の一部に設け
た液晶封入口から両基板間に液晶を注入し、封入口を樹
脂等から成る封止材を用いて封止し（この状態を液晶セ
ルと称す）、さらに両基板の外側に偏光板を設けて成る
液晶表示素子と、該液晶表示素子の３辺の外側に配置さ
れ、液晶表示素子の駆動用回路基板と、液晶表示素子の
駆動用半導体集積回路チップを実装し、液晶表示素子と
回路基板とを電気的に接続する複数個のテープキャリア
パッケージ（ＴＣＰ）と、液晶表示素子の下に配置さ
れ、液晶表示素子に光を供給するバックライトと、これ
らの各部材を保持するモールド成型品である枠状体と、
これらの各部材を収納し、液晶表示窓があけられた金属
製フレーム等を含んで構成されている。

【０００３】液晶セル内（すなわち、液晶セルのシール
材の内側の両基板間）に封入口から液晶を注入した後、
紫外線硬化型や熱硬化型の樹脂等の封止材を用いて、封
入口を封止する工程においては、液晶層の厚さ（すなわ
ち、両基板間のギャップ）を調整するために、液晶セル
の両面（すなわち、両基板の各外側の面）に外部から圧
力を加え、液晶セルのギャップを所定の値に制御した状
態で封止作業を行う、いわゆる加圧封止法が一般的に用
いられている。

【０００４】図１０は従来の加圧封止法を示す断面図で
ある。

【０００５】６０は液晶セル、１００はゴム板から成る
クッション材、４はアルミ等から成る金属板である。

【０００６】従来の加圧封止法においては、複数個の液
晶セル６０と、複数個のクッション材１００とを交互に
重ねて、その両側を２枚の金属板４で挟み、矢印で示す
ように適当な圧力で加圧し、液晶層の厚さを所定の値に
制御した状態で、封止作業を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
加圧封止法においては、クッション材１００として、ゴ
ム板等が用いられている。したがって、このクッション
材１００や金属板４に、凹凸や厚さのばらつきがある
と、液晶セル６０に加わる面内の圧力がばらつき、液晶
セル６０のギャップ（すなわち、液晶層の厚さ）が不均
一となり、その結果、液晶表示素子の表示品質が低下す
るという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、加圧封止法により液晶を
封止するとき、液晶セルのギャップを均一にすることが
でき、その結果、良好な表示品質を有する液晶表示素子
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の液晶封止方法は、２枚の透明絶縁基板のそ
れぞれ透明電極を設けた側の面が対向するように、所定
の間隔を隔てて重ね合せ、前記両基板間の縁周囲に枠状
に設けたシール材によって前記両基板を貼り合せ、前記
シール材の少なくとも１箇所に設けた封入口から前記シ
ール材の内側の前記両基板間に液晶を注入した後、前記
両基板の各外側の面にクッション材を介して外部から圧
力を加え、前記封入口を封止材で封止する液晶封止方法
において、前記クッション材として、弾性を有する固体
材料の内部に、液体、気体の少なくとも一方を密封した
構造のクッション材を用いることを特徴とする。

【００１０】また、前記両基板からなる複数個の液晶セ
ルと、複数個の前記クッション材とを交互に重ねて加圧
することを特徴とする。

【００１１】また、本発明のクッション材は、２枚の透
明絶縁基板のそれぞれ透明電極を設けた側の面が対向す
るように、所定の間隔を隔てて重ね合せ、前記両基板間
の縁周囲に枠状に設けたシール材によって前記両基板を
貼り合せ、前記シール材の少なくとも１箇所に設けた封
入口から前記シール材の内側の前記両基板間に液晶を注
入した後、前記両基板の各外側の面にクッション材を介
して外部から圧力を加え、前記封入口を封止材で封止す
る液晶封止方法に使用するクッション材において、弾性
を有する固体材料の内部に、液体、気体の少なくとも一
方を密封した構造としたことを特徴とする。

【００１２】さらに、前記弾性を有する固体材料がゴム
から成ることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によるクッション材は、ゴム等の弾性を
有する固体材料の内部に、液体あるいは気体を充填、密
封した構造なので、クッション材や加圧時に使用される
金属板の凹凸や厚さのばらつき、および加圧力の面内の
ばらつきは、充填層が柔軟に変形し、パスカルの法則に
より取り消すことができるので、液晶セルに均一な圧力
が伝えられる。その結果、封止時において、液晶セルの
ギャップ、すなわち、液晶層の厚さは均一に保たれ、液
晶表示素子の表示領域におけるギャップの不均一に起因
する表示不良の問題を低減することができ、表示品質の
良好な液晶表示素子を提供することができる。

【００１４】

【実施例】図２は上電極基板１１と下電極基板１２から
成る液晶セル６０の平面図である（詳細は図６を用いて
後で説明する）。５２はシール材、５１はシール材５２
の一部に設けた液晶の封入口、６５は封入口５１を封止
する封止材である。封止材６５としては、紫外線硬化
型、熱硬化型、あるいは嫌気性硬化型樹脂等が用いられ
る。

【００１５】図１（ａ）は本発明の一実施例の加圧封止
法を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施例のクッショ
ン材の断面図である。

【００１６】６０は液晶セル、１１、１２はそれぞれ液
晶セル６０を構成する上電極基板、下電極基板（液晶層
等は図示省略。詳細は図６等参照）、１はクッション
材、２は弾性体から成る袋状の固体材料、３は固体材料
２の内部に充填、密封された液体層、４はアルミ等から
成る金属板である。固体材料２は適当な弾性を有する例
えばゴムから成り、液体層３としては、適当な粘性を有
する例えば水、グリース等を用いる。なお、液体の代わ
りに、例えば空気その他の気体を用いてもよい。金属板
４はアルミ板程度の硬さを有する金属板を用いる。

【００１７】本発明による加圧封止法においては、図１
（ａ）に示すように、複数個の液晶セル６０と、複数個
のクッション材１とを交互に重ねて、その両側を２枚の
金属板４で挟み、図示しない公知の加圧装置により矢印
で示すように加圧し、液晶層の厚さを所定の値に制御し
た状態で、封入口５１（図１（ａ）では図示せず。図２
参照）に例えば紫外線硬化型樹脂から成る封止材６５を
塗布する。つぎに、少し加圧を弱めると、封止材６５が
少し封入口５１の中に入る。この状態で、封止材６５に
紫外線を照射し、封止材６５を硬化させて封止が完了す
る。

【００１８】加圧封止法における液晶セル６０への加圧
力は、まず、金属板４に加えられ、金属板４と液晶セル
６０との間に配置したクッション材１を介して液晶セル
６０に伝えられる。本発明によるクッション材１は、ゴ
ム等の弾性を有する固体材料２の内部に液体層３を充填
した構造なので、クッション材１や金属板４の凹凸や厚
さのばらつき、および加圧力の面内のばらつきは、液体
層３が柔軟に変形し、パスカルの法則により取り消すこ
とができるので、液晶セル６０に均一な圧力が伝えられ
る。その結果、封止時において、液晶セル６０のギャッ
プ、すなわち、液晶層の厚さは均一に保たれ、液晶表示
素子の表示領域におけるギャップの不均一に起因する表
示不良の問題を低減することができ、表示品質の良好な
液晶表示素子を提供することができる。

【００１９】図３〜５は液晶セルの液晶注入時の様子を
示す図である。液晶セル６０内に液晶を注入するには、
例えば以下のように行なう。まず、図３に示すように、
液晶５０を注入すべき空の液晶セル６０と、液晶５０を
入れた液晶ボート（容器）６６とを減圧容器（図示せ
ず）内に入れ、該容器内の雰囲気を０．１Ｔｏｒｒある
いはそれ以下の圧力に十分減圧する。ついで、液晶セル
６０の封入口５１を液晶ボート６６内の液晶５０に接触
させた後、減圧容器内の雰囲気をゆっくりと大気圧にも
どす（この工程をリークと称す）。このとき、液晶ボー
ト６６内の液晶５０は、液晶セル６０の内外の圧力差に
より、液晶セル６０内に吸入されていく。ワードプロセ
ッサやパーソナルコンピュータのディスプレイ（表示装
置）に使用されている６４０×４００ドットあるいはそ
れ以上の大型液晶セルの場合、液晶の封入、封止工程
は、液晶セルの厚さを制御する上で重要である。

【００２０】すなわち、液晶封入前の大型液晶セルは、
液晶セルを構成する２枚のガラス基板固有のそりやうね
り、あるいは該基板の縁周囲に設けたシール材の硬化後
の該シール材のひずみ等の影響により、かなりの凹凸を
有している。図３は前述のように減圧容器（図示省略）
内の雰囲気を大気圧にもどすときに、液晶５０が液晶セ
ル６０内に入っていく様子を一定時間ごとの液晶の先端
部の形状で示した図である。

【００２１】図４（ａ）〜（ｇ）は液晶注入過程におけ
る液晶セル６０の厚さ（以下、セル厚と称す）の変化の
様子を示す液晶セル６０の縦断面図である。６７は液晶
セル６０内に分散された両基板間のギャップ調整用のス
ペーサである。（ａ）は減圧容器内で減圧（脱気）を完
了したとき、（ｂ）は液晶セル６０の封入口５１を液晶
ボート６６の液晶ＬＣに接触（ディップ）したとき、
（ｃ）は減圧容器内をゆっくり大気圧にもどし始めた直
後（リーク開始）、（ｄ）は液晶５０が液晶セル６０全
体の半分程度まで入ったとき、（ｅ）は液晶５０がちょ
うど液晶セル６０全体に入ったとき、（ｆ）は（ｅ）か
らさらに数分経過したとき、（ｇ）は（ｆ）からさらに
数時間経過したときの状態をそれぞれ表わしている。

【００２２】（ａ）、（ｂ）の時点では、液晶セル６０
は前述のようにかなりの凹凸を有している。しかし、
（ｃ）のように封入口５１を液晶５０により閉じ、減圧
容器内のリークを開始すると、（ｃ）に示すように、液
晶セル６０内外の圧力差により、ガラス基板１１、１２
の歪みは矯正され、液晶セル６０全体にわたってセル厚
が均一となる。このときのセル厚は液晶セル６０内に分
散されているスペーサ６７の粒径や分散密度（単位面積
当たりの粒子数）等に依存する。液晶セル６０内への液
晶５０の充填が完了する（ｅ）の時点まで、セル厚がほ
ぼ同一の均一な状態が維持される。スペーサ６７にポリ
マビーズを用いた場合、（ｃ）〜（ｅ）の時点では、ス
ペーサ６７は液晶セル６０内外の圧力差により弾性変形
している。このため、（ｅ）の液晶充填完了後も、スペ
ーサ６７の復元力により液晶５０の吸入が継続され、セ
ル厚は均一な状態のまま、徐々に増加していく（（ｆ）
の時点）。さらに、そのまま放置すると、ガラス基板１
１、１２の復元力により液晶５０が吸入され、（ａ）、
（ｂ）の時点で生じていた凹凸が復元されてくる。

【００２３】図５は図４（ａ）〜（ｇ）に示した過程に
おけるセル厚の経時変化の様子を定量的に表わした図で
ある。加圧封止法では、液晶注入時、液晶を一度、図４
（ｇ）の状態まで吸入させた後、図１（ａ）に示したよ
うに、両基板の外側の面から均一な圧力を加え、（ｆ）
に示したセル厚になるまで余分な液晶を排出させた後、
封入口を封止する。

【００２４】以下、本発明が適用可能な液晶表示装置に
ついて詳細に説明する。

【００２５】まず、単純マトリクス方式の液晶表示装置
の一例について説明する。図６は本発明が適用可能な液
晶表示素子の要部分解斜視図である。

【００２６】図６において、液晶層５０を挟持する２枚
の上、下電極基板１１、１２間で液晶分子がねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えばガラス
からなる透明な上、下電極基板１１、１２上の、液晶に
接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂から
なる配向膜２１、２２の表面を、例えば布などで一方向
にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。こ
のときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極基
板１１においてはラビング方向６、下電極基板１２にお
いてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。こ
のようにして配向処理された２枚の上、下電極基板１
１、１２をそれぞれのラビング方向６、７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交叉するように間隙ｄ₁をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１、１２を液晶を注入
するための封入口（切欠け部）５１を備えた枠状のエポ
キシ樹脂等から成るシール材５２により接着し、その間
隙に正の誘電異方性をもち、旋光性物質を所定量添加さ
れたネマチック液晶を封入すると、液晶分子はその電極
基板間で図中のねじれ角θのらせん状構造の分子配列を
する。なお３１、３２はそれぞれ例えば酸化インジウム
又はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる透明な上、下
電極である。このようにして構成された液晶セル６０の
上電極基板１１の上側に複屈折効果をもたらす部材（以
下複屈折部材と称す。藤村他「ＳＴＮ−ＬＣＤ用位相差
フィルム」、雑誌電子材料１９９１年２月号第３７−４
１頁）４０が配設されており、さらにこの部材４０およ
び液晶セル６０を挟んで上、下偏光板１５、１６が設け
られる。

【００２７】液晶５０における液晶分子のねじれ角θは
１８０度から３６０度の範囲の値を採り得るが好ましく
は２００度から３００度であるが、透過率−印加電圧カ
ーブのしきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向とな
る現象を避け、優れた時分割特性を維持するという実用
的な観点からすれば、２３０度から２７０度の範囲がよ
り好ましい。この条件は基本的には電圧に対する液晶分
子の応答をより敏感にし、優れた時分割特性を実現する
ように作用する。また優れた表示品質を得るためには液
晶層５０の屈折率異方性Δｎ₁とその厚さｄ₁の積Δｎ₁
・ｄ₁は好ましくは０.５μｍから１.０μｍ、より好ま
しくは０.６μｍから０.９μｍの範囲に設定することが
望ましい。

【００２８】複屈折部材４０は液晶セル６０を透過する
光の偏光状態を変調するように作用し、液晶セル６０単
体では着色した表示しかできなかったものを白黒の表示
に変換するものである。このためには複屈折部材４０の
屈折率異方性Δｎ₂とその厚さｄ₂の積Δｎ₂・ｄ₂が極め
て重要で、好ましくは０.４μｍから０.８μｍ、より好
ましくは０.５μｍから０.７μｍの範囲に設定する。

【００２９】さらに、本発明になる液晶表示素子６２は
複屈折による楕円偏光を利用しているので偏光板１５、
１６の軸と、複屈折部材４０として一軸性の透明複屈折
板を用いる場合はその光学軸と、液晶セル６０の電極基
板１１、１２の液晶配列方向６、７との関係が極めて重
要である。

【００３０】図６において、５は一軸性の透明複屈折部
材４０の光学軸、６は複屈折部材４０とこれに隣接する
上電極基板１１の液晶分子軸配列方向、７は下電極基板
１２の液晶配列方向、８は上偏光板１５の吸収軸あるい
は偏光軸、９は下偏光板１６の吸収軸あるいは偏光軸で
あり、角度αは上電極基板１１の液晶配列方向６と一軸
性の複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度βは
上偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と一軸性の透明
複屈折部材４０の光学軸５とのなす角度、角度γは下偏
光板１６の吸収軸あるいは偏光軸９と下電極基板１２の
液晶配列方向７とのなす角度である。

【００３１】なお、図６においては、複屈折部材４０が
上偏光板１５と上電極基板１１の間に配設されている
が、この位置の代りに、下電極基板１２と下偏光板１６
との間に配設しても良い。この場合は図６の構成全体を
倒立させた場合に相当する。

【００３２】図７は上電極基板部の一部切欠斜視図であ
る。図７に示す如く、上電極基板１１上に赤、緑、青の
カラーフィルタ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、各フィルター
同志の間に光遮光膜３３Ｄを設けることにより、多色表
示が可能になる。

【００３３】なお、図７においては、各フィルタ３３
Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、光遮光膜３３Ｄの上に、これらの
凹凸の影響を軽減するため絶縁物からなる平滑層２３が
形成された上に上電極３１、配向膜２１が形成されてい
る。

【００３４】図８は液晶表示素子６２と、この液晶表示
素子６２を駆動するための駆動回路と、光源をコンパク
トに一体にまとめた液晶表示モジュール６３を示す分解
斜視図である。液晶表示素子６２を駆動するＩＣ３４
は、中央に液晶表示素子６２を嵌め込む為の窓部を備え
た枠状体のプリント基板３５に搭載される。液晶表示素
子６２を嵌め込んだプリント基板３５はプラスチックモ
ールドで形成された枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、こ
れに金属製フレーム４１を重ね、その爪４３を枠状体４
２に形成されている切込み４４内に折り曲げることによ
りフレーム４１を枠状体４２に固定する。

【００３５】液晶表示素子６２の上下端に配置される冷
陰極蛍光灯３６、この冷陰極蛍光灯３６からの光を液晶
表示セル６０に均一に照射させるためのアクリル板から
なる導光体３７、金属板に白色塗料を塗布して形成され
た反射板３８、導光体３７からの光を拡散する乳白色の
拡散板３９が図８の順序で、枠状体４２の裏側からその
窓部に嵌め込まれる。冷陰極蛍光灯３６を点灯する為の
インバータ電源回路（図示せず）は枠状体４２の右側裏
部に設けられた凹部（図示せず。反射板３８の凹所４５
に対向する位置にある。）に収納される。拡散板３９、
導光体３７、冷陰極蛍光灯３６および反射板３８は、反
射板３８に設けられている舌片４６を枠状体４２に設け
られている小口４７内に折り曲げることにより固定され
る。

【００３６】図９は図８に示した液晶表示モジュール６
３をラップトップパソコン６４の表示部に使用した外観
斜視図である。

【００３７】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、図１（ａ）に示した上
記実施例では、液晶封止工程において、液晶セル６０を
３個重ねて加圧したが、これはあくまで例示であり、１
個でももっと多数でもよい。また、ゴム等からなる弾性
を有する固体材料２に液体層３を充填、密封したが、液
体の代わりに空気やその他の気体でもよく、さらに、液
体と気体の両方を密封してもよい。また、クッション材
１の形状も図１に示したものに限定されない。また、液
体あるいは気体を密封するクッション材１の固体材料２
は、多層構造でもよい。さらに、本発明は、単純マトリ
クス方式やアクテイブ・マトリクス方式の液晶表示装置
に限らず、また、ＴＮ、ＳＴＮ型液晶に限らず、ＥＣＢ
方式、ゲストホスト方式等にも適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加圧封止法により液晶の封止を行う液晶表示素子のギャ
ップのばらつきを低減することができ、液晶表示素子の
表示品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例の加圧封止法を示す
断面図、（ｂ）は本発明の一実施例のクッション材の断
面図である。

【図２】液晶セルの平面図である。

【図３】減圧容器内の雰囲気を大気圧にもどすときに、
液晶が液晶セル内に入っていく様子を一定時間ごとの液
晶の先端部の形状で示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｇ）は液晶注入過程におけるセル厚
の変化の様子を示す液晶セルの縦断面図である。

【図５】図４（ａ）〜（ｇ）に示した過程におけるセル
厚の経時変化の様子を定量的に表わした図である。

【図６】本発明が適用可能な単純マトリクス方式の液晶
表示素子の一実施例の要部分解斜視図である。

【図７】他の例の液晶表示素子の上電極基板部の一部切
欠斜視図である。

【図８】図６の液晶表示素子を備えた液晶表示モジュー
ルの分解斜視図である。

【図９】図８の液晶表示モジュールを実装したラップト
ップパソコンの斜視図である。

【図１０】従来の加圧封止法を示す断面図である。

【符号の説明】

１…クッション材、２…弾性を有する固体材料、３…密
封された液体層、４…金属板、１１…上電極基板、１２
…下電極基板、５０…液晶、５１…封入口、５２…シー
ル材、６０…液晶セル、６２…液晶表示素子、６５…封
止材、６６…液晶ボート、６７…スペーサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の透明絶縁基板のそれぞれ透明電極を
   設けた側の面が対向するように、所定の間隔を隔てて重
   ね合せ、前記両基板間の縁周囲に枠状に設けたシール材
   によって前記両基板を貼り合せ、前記シール材の少なく
   とも１箇所に設けた封入口から前記シール材の内側の前
   記両基板間に液晶を注入した後、前記両基板の各外側の
   面にクッション材を介して外部から圧力を加え、前記封
   入口を封止材で封止する液晶封止方法において、前記ク
   ッション材として、弾性を有する固体材料の内部に、液
   体、気体の少なくとも一方を密封した構造のクッション
   材を用いることを特徴とする液晶封止方法。
2. 【請求項２】前記両基板からなる複数個の液晶セルと、
   複数個の前記クッション材とを交互に重ねて加圧するこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶封止方法。
3. 【請求項３】２枚の透明絶縁基板のそれぞれ透明電極を
   設けた側の面が対向するように、所定の間隔を隔てて重
   ね合せ、前記両基板間の縁周囲に枠状に設けたシール材
   によって前記両基板を貼り合せ、前記シール材の少なく
   とも１箇所に設けた封入口から前記シール材の内側の前
   記両基板間に液晶を注入した後、前記両基板の各外側の
   面にクッション材を介して外部から圧力を加え、前記封
   入口を封止材で封止する液晶封止方法に使用するクッシ
   ョン材において、弾性を有する固体材料の内部に、液
   体、気体の少なくとも一方を密封した構造としたことを
   特徴とするクッション材。
4. 【請求項４】前記弾性を有する固体材料がゴムから成る
   ことを特徴とする請求項３記載のクッション材。