JPH09185071A - 液晶表示素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨脹係数の異なる一対の基板を接合する際
の両基板の位置ずれの発生を回避し、かつシール材から
液晶中への水分の浸入を防止する。 【解決手段】 熱膨脹係数が異なる一対のガラス基板
５，９を枠状のシール材３を介して互いに接合し、その
両基板５，９と前記シール材３とで囲まれた隙間内に液
晶４を封入してなる液晶表示素子において、前記シール
材３の材料としてエポキシ変性アクリレートの光硬化型
樹脂を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、液晶で光の透過を
制御して画像を表示する液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばアクティブマトリクス型の液晶表
示素子は、薄膜トランジスタパネルと対向パネルとを枠
状のシール材を介して接合し、そのシール材の内側の両
パネル間の隙間内に液晶を封入してなる。

【０００３】薄膜トランジスタパネルは、ガラスからな
る透明な基板の上に、縦横に配列する複数の透明な画素
電極と、これら画素電極に接続する複数の薄膜トランジ
スタと、前記薄膜トランジスタにゲート信号を供給する
複数のゲートラインと、前記薄膜トランジスタにデータ
信号を供給する複数のデータラインとを格子状に形成し
てなる。

【０００４】また、対向パネルはガラスからなる透明な
基板の上に、Ｃｒからなる遮光用のブラックマスクを形
成し、さらにこのブラックマスクの上に絶縁膜を介して
薄膜トランジスタパネルのすべての画素電極に対向する
一枚の透明な対向電極を形成してなる。

【０００５】前記ブラックマスクには薄膜トランジスタ
パネルの各画素電極に対向する開口が形成され、さらに
カラー画像を表示する液晶表示素子においては、ブラッ
クマスクの各開口に対応してカラーフィルタが形成され
ている。

【０００６】そして一般に、薄膜トランジスタパネルお
よび対向パネルにおける基板の材料としては、同種の無
アルカリないしは低アルカリの高耐熱性ガラスが用いら
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら無アルカ
リないしは低アルカリの高耐熱性ガラスは高価であり、
そこで対向パネルの基板として安価なソーダガラスを用
いる場合がある。ところが、ソーダガラスは、無アルカ
リないしは低アルカリの高耐熱性ガラスに比較してその
線膨脹係数が大きく、このため高耐熱性ガラスからなる
基板と、ソーダガラスからなる基板とを熱硬化型樹脂か
らなる枠状のシール材を介して重ね合わせ、そのシール
材を焼成して硬化させるようにすると、熱硬化型樹脂か
らなるシール材の焼成処理温度が１８０℃程度という比
較的高い温度であるから、その熱処理の際の熱により前
記両基板間に熱膨脹差が生じ、この膨脹差が起因となっ
て両基板間に位置ずれが生じてしまうという問題があ
る。

【０００８】そこで、この問題を改善するために、シー
ル材の材料として光（ＵＶ）硬化型樹脂が用いられる場
合がある。光硬化型樹脂のシール材の場合には、シール
材に光（ＵＶ）を照射して硬化させ、この硬化後にポス
トキュアーとして焼成処理を行なうが、この焼成処理温
度が１２０℃程度で、熱硬化型樹脂の焼成処理温度より
はるかに低く、したがって両基板の熱膨張係数の差によ
る位置ずれの発生を抑えることができる。

【０００９】ところが、通常の光硬化型樹脂からなるシ
ール材は、ガラス（基板）との密着強度（接着強度）の
低下が高温恒湿のもとで大きく生じ、このため両基板を
このシール材で接合して組み立てた液晶表示素子におい
ては、シール材から液晶中に水分が浸入して電圧保持率
が低下し、信頼性が低下する恐れがある。例えば高温恒
湿試験：８０℃、９５％RH、２４０Ｈでの電圧保持率が
９０％以下となり、特に高温恒湿の環境となりやすい車
載用の用途には使用することができなくなる。

【００１０】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、線膨脹係数の異なる
一対の基板を接合するシール材の材料として光硬化型樹
脂を用いてその線膨脹係数の差による基板の位置ずれの
発生を回避するとともに、その光硬化型樹脂としてエポ
キシ変性アクリレートを用いることにより、特に高温恒
湿のもとでの電圧保持率の低下を防ぐことができるよう
にした液晶表示素子およびその製造方法を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するために、請求項１に係る発明として、熱膨脹
係数が異なる一対のガラス基板を枠状のシール材を介し
て互いに接合し、その両基板と前記シール材とで囲まれ
た隙間内に液晶を封入してなる液晶表示素子において、
前記シール材の材料がエポキシ変性アクリレートの光硬
化型樹脂であることを特徴とし、請求項２に係る発明と
して、熱膨脹係数が異なる一対のガラス基板を枠状のシ
ール材を介して互いに接合し、その両基板と前記シール
材とで囲まれた隙間内に液晶を封入してなる液晶表示素
子を製造する方法であって、前記一方の基板の上に、エ
ポキシ変性アクリレートの光硬化型樹脂からなるシール
材を枠状に印刷し、次にシール材を印刷した基板の上に
前記他方の基板を重ね合わせ、かつ加圧して基板間隔を
縮めた後、その加圧を解除し、この後、シール材に光を
照射しつつ再度加圧して所望の基板間隔を確保し、次に
シール材を硬化させ、このシール材の硬化により前記両
基板を接合するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１には、アクティブマト
リクス型の液晶表示素子の概略的な構造を示してあり、
この液晶表示素子は薄膜トランジスタパネル１と対向パ
ネル２とを枠状のシール材３を介して接合し、この両パ
ネル１，２と枠状のシール材３とで囲まれた隙間内に液
晶４を封入してなる。

【００１３】シール材３の材料としては、エポキシ変性
アクリレートの光硬化型樹脂を用いる。このエポキシ変
性アクリレートの光硬化型樹脂は、ベース材料のエポキ
シ樹脂に充填剤としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を２０〜
３０wt％含有させたもので、その種類としては、 （樹脂Ａ、樹脂Ｂ）ベース材料のエポキシ樹脂をビスフ
ェノールＡとし、このビスフェノールＡに硬化剤を含有
させたもの、 （樹脂Ｃ）ベース材料のエポキシ樹脂を脂環エポキシ樹
脂とし、この脂環エポキシ樹脂に硬化剤を含有させたも
の、 等があり、下記の表１、表２には、その各樹脂Ａ、Ｂ、
Ｃの特性等を示してある。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】また、樹脂Ａ、樹脂Ｂのベース材料のビス
フェノールＡとしては、例えば下記の構造式のビスフェ
ノールＡジクリシジルエーテルジアクリレートが好適で
ある。

【００１７】

【化１】

【００１８】薄膜トランジスタパネル１は透明な基板５
の上に多数の画素電極６およびこれら画素電極６にそれ
ぞれ対応する薄膜トランジスタ７をマトリクス状に配列
形成し、さらにこの基板５の上にポリイミド等の配向膜
８を形成してなる。

【００１９】また対向パネル２は、透明な基板９の上
（図における下面）にカラーフィルタ１０を形成し、こ
のカラーフィルタ１０の上に前記画素電極６のすべてに
対向する一枚板状の対向電極１１を形成し、この対向電
極１１の上にポリイミド等の配向膜１２を形成してな
る。

【００２０】薄膜トランジスタパネル１における基板５
と、対向パネル２における基板９とは、異なる材質のガ
ラスで形成されている。すなわち、一方の薄膜トランジ
スタパネル１における基板５は高耐熱性ガラスにより形
成され、他方の対向パネル１における基板９はソーダガ
ラスにより形成されている。

【００２１】次に、この液晶表示素子を製造する工程に
ついて説明する。高耐熱性ガラスからなる基板５の上に
画素電極６、薄膜トランジスタ７、配向膜８を形成して
薄膜トランジスタパネル１を製造し、またソーダガラス
からなる基板９の上にカラーフィルター１０、対向電極
１１、配向膜１２を形成して対向パネル２を製造する。

【００２２】次に、前記薄膜トランジスタパネル１ある
いは対向パネル２のうちのいずれか一方、例えば薄膜ト
ランジスタパネル１の基板５の上に枠状にシール材３を
印刷し、さらにこのシール材３の外側の均等的な複数個
所にスポット的に例えば対角線上に前記シール材３と同
じ材料で粘度がそれより低い仮止め材（図示せず）をデ
ィスペンサー等により塗布する。

【００２３】この場合、前記仮止め材の粘度は 10000〜
20000 cp／25℃が適している。なお、仮止め材とシール
材とを同一材料とし、基板５の上に同時に印刷するよう
にしてもよい。

【００２４】シール材３を印刷した後には、シール材３
への抱き込み気泡を除去し、かつその表面の凹凸を補正
するために、シール材３を加熱するレベリング処理を行
なう。このレベリング処理の温度は、光硬化型樹脂中に
含まれる硬化剤の溶融温度（106〜107 ℃）よりも低い
温度、例えば８０℃あるいは９０℃程度の温度とする。

【００２５】次に、シール材３および仮止め材を印刷し
た薄膜トランジスタパネル１の基板５の上に対向パネル
２の基板９を重ね合わせる。なお、この際、対向パネル
２の対向電極１１の形成面が薄膜トランジスタパネル１
の画素電極６の形成面に対向するように両基板５，９を
重ね合わせることは言うまでもない。

【００２６】両基板５，９を重ね合わせた後には、前記
仮止め材に紫外線（ＵＶ）を照射して硬化させ、この仮
止め材を介して両基板５，９を仮止め状態に接着する。
次に、仮止めした両基板５，９を加圧しながらシール材
３に紫外線を照射してシール材３を硬化させ、このシー
ル材３により両基板５，９を接合する。

【００２７】紫外線の照射条件は、例えば ＵＶ（ 354ｎｍ）強度８０mw／cm² 時間 ４０〜５０ｓｅｃ 積算光量 ３２００ｍＪ／cm² 〜4000mJ／cm² である。

【００２８】シール材３を硬化させた後には、このシー
ル材３をポストキュアーとして１２０℃の温度で焼成す
る。この焼成処理により両基板５，９がシール材３を介
して完全に接合する。

【００２９】この後、両基板５，９とシール材３とで囲
まれた隙間内に液晶４を封入して液晶表示素子を完成さ
せる。この製造工程においては、両基板５，９の線膨脹
係数が異なっているが、シール材３の材料として光硬化
型樹脂を用いているから、そのシール材３の硬化処理時
に両基板５，９に熱が加わるようなことがない。そして
そのシール材３の硬化後にポストキュアーとして行なう
焼成処理温度が１２０℃で、熱硬化型樹脂の焼成処理温
度（１８０℃）よりもはるかに低く、したがって両基板
５，９の線膨張係数の差に起因する両基板５，９間の位
置ずれを最小限に抑えることができる。

【００３０】実験によれば、シール材として熱硬化型樹
脂を用いた場合には、線膨張係数の差に起因する両基板
間の位置ずれが７〜８μｍとなるのに対し、本実施形態
の場合にはその位置ずれを３μｍに抑えることができ
た。したがって両基板の位置ずれによる画素の開口率の
低下、および寄生容量の変化によるΔＶのドリフトを抑
制し、温度変化に伴うコントラストむら等の発生をなく
すことができる。

【００３１】本実施形態において用いたシール材３は、
エポキシ変性アクリレートの光硬化型樹脂であり、この
エポキシ変性アクリレートの光硬化型樹脂においてはそ
のベース樹脂中に含有する硬化剤の粒径が５μｍ以下と
非常に微細化してあり、このため通常の光硬化型樹脂に
比べ硬化剤の許容含有量が増大し、また樹脂自体の透湿
度が低く、かつ樹脂の純度が高く、このため高温恒湿下
での接着強度（密着強度）の低下が少なく、したがって
水分の浸入による電圧保持率の低下を抑えて信頼性を高
めることができる。

【００３２】図３には、テンションゲージ法によりシー
ル材の耐湿接着強度を測定した試験結果を示してある。
このグラフ図は、高温恒湿の環境下での時間の経過に伴
うシール材の耐湿接着強度の変化を、本発明に係るシー
ル材と、従来の通常の光硬化型エポキシ樹脂によるシー
ル材とを比較して表してあり、図３（Ａ）は、８０℃、
９５％ＲＨの高温恒湿のもとでの測定結果、図３（Ｂ）
は、６０℃、９５％ＲＨの高温恒湿のもとでの測定結果
である。

【００３３】このグラフ図に示されているように、試験
時間が経過する当初においては、本発明に係るのシール
材の接着強度より従来のシール材の接着強度のほうが上
回っているが、その後の時間の経過に伴う接着強度の低
下の幅は、本発明に係るシール材は従来のシール材に比
べて小さく、高温恒湿に長時間放置されても、接着強度
がそれほど低下せず、良好な信頼性が得られることが分
かる。

【００３４】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態は、両基板５、９間のギャップの均
一精度を高めるために、両基板５，９をダイヤフラム式
加圧装置により均一に加圧しながらシール材３に紫外線
を照射して硬化させる例である。

【００３５】図２にはダイヤフラム式加圧装置の構造を
示してあり、２０は厚さが３０〜３５mm程度の合成石英
からなるベースで、このベース２０の下方に紫外線照射
用の低圧水銀灯２１(1.5kw) が複数設けられ、またベー
ス２０の下面には 300〜400ｎｍ以外の低波長光をカッ
トするフィルター２２が設けられている。

【００３６】このフィルター２２は、例えばスパッタ法
あるいは蒸着法による薄膜で形成されている。ベース２
０の上方には、昇降機構（図示せず）を介して上下に昇
降する加圧ユニット２３が設けられ、この加圧ユニット
２３は水平板２４の下面にゴムシート等からなるダイヤ
フラム２５を取り付けてなる。そして水平板２４には、
ダイヤフラム２５の内側の空間内に通じる通気口２６が
設けられ、この通気口２６を通してダイヤフラム２５の
内側の空間内にポンプ（図示せず）により空気を圧送
し、また排気することができるようになっている。

【００３７】そして薄膜トランジスタパネル１あるいは
対向パネル２のうちのいずれか一方、例えば薄膜トラン
ジスタパネル１の基板５の上に、エポキシ変性アクリレ
ートの光硬化型樹脂からなるシール材３を枠状に印刷
し、さらに均等的な複数個所にスポット的に前記シール
材３と同じ材料の仮止め材をシール材３の印刷と同時に
印刷する。

【００３８】シール材３を印刷した後には、シール材３
への抱き込み気泡を除去し、かつその表面の凹凸を補正
するために、シール材３を加熱するレベリング処理を行
なう。このレベリング処理の温度は、光硬化型樹脂中に
含まれる硬化剤の溶融温度（106〜107 ℃）よりも低い
温度、例えば８０℃あるいは９０℃程度の温度とする。

【００３９】次に、シール材３および仮止め材を印刷し
た薄膜トランジスタパネル１の基板５の上に対向パネル
２の基板９を重ね合わせる。なお、この際、対向パネル
２の対向電極１１の形成面と薄膜トランジスタパネル１
の画素電極６の形成面とが対向するように重ね合わせる
ことは言うまでもない。

【００４０】そして仮止めした前記両基板５，９を前記
ベース２０の上に乗せ、加圧ユニット２３を両基板５，
９に接近する位置にまで下降させる。次に、ダイヤフラ
ム２５の内側に通気口２６を通して空気を圧送し、ダイ
ヤフラム２５を介してベース２０の上の両基板５，９を
均一に加圧する。

【００４１】この際、ダイヤフラム２５内への空気の圧
送量の調整により、図４のグラフ図に示すように、まず
第１ステップとして、１kg／cm² 以下の圧力でゆっくり
と加圧し、この加圧後、一旦減圧し、この後、第２ステ
ップとして前記第１ステップの加圧圧力以上の圧力（２
kg／cm² ）で加圧する。そしてこの第２ステップの加圧
時に水銀灯２１を介してシール材３に紫外線を照射して
硬化させる。紫外線の強度は、例えば 365ｎｍの波長で
70mw／cm² 程度とする。

【００４２】水銀灯２１から出射した紫外線は、フィル
ター２２を通してシール材３に照射されるが、この際、
300〜400 ｎｍ以外の低波長光がフィルター２２でカッ
トされ、これによりベース２０の上の両基板５，９の温
度上昇が抑制される。

【００４３】エポキシ変性アクリレートの光硬化型樹脂
からなるシール材３はその粘性が比較的高いが、第１ス
テップでの加圧時にその流動性が増す。そしてシール材
３の流動性が増した状態のもとで、第２のステップによ
る加圧が行なわれるため、両基板５，９がずれることな
くその両基板５，９間に散布された粒状のスペーサ（図
示せず）の直径とほぼ同じ寸法のギャップにまで充分に
押し込まれ、したがって両基板５，９間のギャップが精
度よく均一の幅となる。そしてこの状態のもとでシール
材３に紫外線を照射して硬化させ、したがって両基板
５，９間のギャップを±0.05μｍ以下の高い精度に保持
して両基板５，９を再現性よく接合させることができ
る。

【００４４】シール材３を硬化させた後には、両基板
５，９をベース２０の上から取り出し、ポストキュアー
としてシール材３を１２０℃の温度で焼成する。これに
より両基板５，９がシール材３を介して完全に接合す
る。この後、両基板５，９とシール材３とで囲まれた隙
間内に液晶を封入して液晶表示素子を完成させる。

【００４５】ところで、ベース２０の上に乗せた両基板
５，９は、ゴムシートからなるダイヤフラム２５で押し
付けられる関係で静電気が発生し、この静電気で下側の
基板５がベース２０の表面に密着してしまうことがあ
る。そしてこの密着により、接合処理後の両基板５，９
をベース２０の上から外す際に、無理に剥し取ろうとす
ると、シール材３が剥がれてしまう恐れが生じる。

【００４６】これを解決する手段として、ベース２０の
表面をＣｅＯ₂ 等の研磨剤で研磨して微細な凹凸を施し
たり、あるいはベース２０の表面にフッ酸処理により 1
00〜500 μｍ程度の微細な凹凸を施し、さらに除電のた
めにベース２０の表面にＩＴＯ等の透明導電膜を成膜す
ることが有効である。

【００４７】このような処理を施さない場合には、静電
気による電位差が１〜５ｋＶ程度生じるが、前記処理に
よりその電位差を数十Ｖにまで抑えることができ、ベー
ス２０の上の接合後の両基板５，９を容易に外すことが
できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
膨脹係数の異なる一対の基板を接合するシール材の材料
として光硬化型樹脂を用いたから、その熱膨脹係数の差
に起因する基板の位置ずれが発生するようなことがな
い。そしてそのシール材の材料である光硬化型樹脂とし
てエポキシ変性アクリレートを用いるようにしたから、
特に高温恒湿のもとでのシール材から液晶への水分の浸
入を防止することができ、したがって特に高温恒湿のも
とでの電圧保持率の低下を抑えて信頼性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すアクティブマトリク
ス型の液晶表示素子の断面図。

【図２】本発明の一実施形態を示すダイヤフラム式の加
圧装置を示す構成図。

【図３】テンジョンゲージ法により測定したシール材の
耐湿接着強度試験の結果を示すグラフ図。

【図４】重ね合わせた両基板をダイヤフラム式の加圧装
置で加圧するときの加圧行程を示すグラフ図。

【符号の説明】

１…薄膜トランジスタパネル ２…対向パネル ３…シール材 ４…液晶 ５…基板 ９…基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱膨脹係数が異なる一対のガラス基板を枠
   状のシール材を介して互いに接合し、その両基板と前記
   シール材とで囲まれた隙間内に液晶を封入してなる液晶
   表示素子において、 前記シール材の材料がエポキシ変性アクリレートの光硬
   化型樹脂であることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】熱膨脹係数が異なる一対のガラス基板を枠
   状のシール材を介して互いに接合し、その両基板と前記
   シール材とで囲まれた隙間内に液晶を封入してなる液晶
   表示素子を製造する方法であって、 前記一方の基板の上に、エポキシ変性アクリレートの光
   硬化型樹脂からなるシール材を枠状に印刷し、次にシー
   ル材を印刷した基板の上に前記他方の基板を重ね合わ
   せ、かつ加圧して基板間隔を縮めた後、その加圧を解除
   し、この後、シール材に光を照射しつつ再度加圧して所
   望の基板間隔を確保し、次にシール材を硬化させ、この
   シール材の硬化により前記両基板を接合することを特徴
   とする液晶表示素子の製造方法。