JPH10260396A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動基板と対向基板との間のセルギャップが
均一であると共に低価格化を図ることができる液晶表示
素子を提供する。 【解決手段】 駆動基板２４は例えば石英により形成さ
れている。対向基板２０はガラス基板２３にカバー板２
１を接着させて構成されている。ガラス基板２３は例え
ばネオセラムからなる。カバー板２１は駆動基板２４と
同じ熱膨張率の材料例えば同じ石英により形成されてい
る。駆動基板２４と対向基板２０はカバー板２１が駆動
基板２４と対向するように配置され、熱硬化樹脂からな
るシール材２５により貼り合わされる。加熱工程により
シール材２５が硬化されるが、セルギャップを形成する
駆動基板２４と対向基板２０のカバー板２１が同じ材料
により形成されているため熱膨張率が等しくなり、セル
ギャップの均一性は確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカメラ一体
型ＶＴＲ（Video Tape Recorder)や液晶プロジェクタ等
に用いられる液晶表示素子に係り、特に、駆動基板と対
向基板とを所定の間隙をおいて貼り合わせる際に、その
間隙が封止材により調整される液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶プロジェクタ等に代表される
液晶表示装置付きの電子機器の普及と共に、液晶表示装
置への高性能化の要求が高まり、液晶表示装置を高精細
化および高輝度化するための改良が進行している。この
液晶表示装置は、通常、各画素制御の薄膜トランジスタ
（Thin Film Transistor; 以下、単に「ＴＦＴ」と記
す）や保持容量等が形成された基板（駆動基板）と、カ
ラーフィルタ（カラー液晶パネルの場合）やブラックマ
トリクス等が形成された基板（対向基板）と、両基板に
挟まれた液晶層からなる液晶表示素子を用いて構成され
る。

【０００３】液晶表示素子の駆動基板および対向基板
は、液晶を封入するための所定の間隙（以下、セルギャ
ップと称する）を設けて貼り合わされ、両基板から液晶
が流れ出ないように両基板の外枠にはシール材（封止
材）と呼ばれるエポキシ系の樹脂が印刷され囲まれる。
携帯型パソコン等に使用される大型の液晶表示装置の場
合、必要以上にセルギャップが狭くならないように、両
基板の組立工程前に、両基板間にスペーサが散布され
る。スペーサとしては、粒子状あるいは繊維状のガラス
やプラスチックス、無機系結晶等が使用される。しか
し、ビューファインダや液晶プロジェクタ等に使用され
る小型で高精細な液晶表示装置の場合、駆動基板上の画
素開口部の大きさがスペーサの大きさより十分大きくな
いので、スペーサの存在する領域は画素欠陥のようにな
るため、スペーサを使用することはできない。そのた
め、シール材にファイバを混入して、シール部のみで両
基板のセルギャップを制御することが提案されている。

【０００４】ところで、液晶表示素子に多結晶シリコン
ＴＦＴを使用する場合、多結晶シリコンＴＦＴは高温プ
ロセス（1000℃）で作製するためＴＦＴ素子が配置され
る駆動基板の材料としては耐熱性に優れた石英が用いら
れる。一方、対向基板の材料としては石英よりも低価格
なガラス、例えばネオセラムを使用して低価格化が図ら
れている。しかしながら、このように駆動基板と対向基
板の材料が異なると、互いの熱膨張率が異なるため、貼
り合わせ工程において基板の伸縮のため両基板のセルギ
ャップを均一にすることが困難となる。

【０００５】図９（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），
（ｂ）は、上述の材料により形成された駆動基板および
対向基板の貼り合わせ工程を表すものである。まず、図
９（ａ）に示したように、石英により形成された駆動基
板１００とガラス、例えばネオセラムにより形成された
対向基板１０１を対向配置し、熱硬化樹脂からなるシー
ル材１０２を両基板の外枠に印刷する。次に、このシー
ル材１０２を硬化させるために例えば、１２０℃の温度
で６時間の加熱処理を行う。この加熱処理により、図９
（ｂ）に示したように、駆動基板１００は伸びるが、対
向基板１０１は縮む。シール材１０２が硬化した後、加
熱処理を終了すると、図１０（ａ）に示したように、温
度が低下するにつれて駆動基板１００は縮み、対向基板
１０１は伸びようとする。しかし、このときシール材１
０２が硬化しているため、図１０（ｂ）に示したよう
に、液晶表示素子の中央部がふくらむように対向基板１
０１がそってしまう。すなわち、両基板の中央部のセル
ギャップｂと端部のセルギャップａとの関係はａ＜ｂと
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、スペー
サによるセルギャップの制御を行うことができない従来
の液晶表示素子では、駆動基板１００および対向基板１
０１の外枠に印刷する熱硬化樹脂からなるシール材１０
２にファイバを混入して、このファイバで両基板のセル
ギャップを制御しようとしている。

【０００７】しかしながら、駆動基板１００と対向基板
１０１の材料が異なるため、シール材１０２を硬化させ
るための加熱工程において両基板が伸縮してその中央部
がふくらんだ形状となり、両基板のセルギャップを均一
にできないという問題があった。そのため、両基板の貼
り合わせ工程において歩留まりが発生し、低価格化を図
るために両基板の材料を異なるものとしたが最終的には
低価格化を実現できないという問題があった。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、駆動基板と対向基板との間のセルギ
ャップの均一化および低価格化を図ることができる液晶
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】本発明に係る液晶表示素
子は、駆動基板と、この駆動基板と異なる熱膨張率を有
する材料により形成された第１の基板上に駆動基板と実
質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成された第２
の基板を接着して構成されると共に第２の基板が所定の
間隙を有して前記駆動基板に対向するように配置された
対向基板と、熱硬化性樹脂により形成され、対向基板側
の第２の基板と駆動基板との間に介在して駆動基板と対
向基板とを接着固定させる封止手段とを備えている。

【００１０】本発明に係る他の液晶表示素子は、第１の
基板にこの第１の基板よりも厚い第１の保護板を接着し
て構成された駆動基板と、この駆動基板側の第１の基板
と異なる熱膨張率を有する材料により形成された第２の
基板に第１の保護板と実質的に同じ熱膨張率を有する材
料により形成されると共に第２の基板よりも厚い第２の
保護板を接着固定して構成されると共に、第２の基板が
所定の間隙を有して駆動基板側の第１の基板に対向する
ように配置された対向基板と、熱硬化性樹脂により形成
され、駆動基板側の第１の基板と対向基板側の第２の基
板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接着固定さ
せる封止手段とを備えている。

【００１１】本発明による液晶表示素子では、実質的に
同じ熱膨張率を有する材料により形成された駆動基板と
対向基板側の第２の基板によりセルギャップが構成され
ることにより、駆動基板と対向基板側の第２の基板が加
熱工程を経て熱硬化性樹脂により接着固定された際、異
なる熱膨張率を有する材料により形成された駆動基板と
対向基板の第１の基板それぞれの熱膨張による変形が吸
収され、セルギャップの均一性が確保される。

【００１２】本発明による他の液晶表示素子では、互い
に同じ熱膨張率を有する材料により形成された第１の保
護板および第２の保護板が第１の基板および第２の基板
それぞれに接着されることにより、第１の基板と第２の
基板が加熱工程を経て熱硬化性樹脂により接着固定され
た際、異なる熱膨張率を有する材料により形成された第
１の基板と第２の基板それぞれの熱膨張による変形が吸
収される。すなわち、第１の保護板および第２の保護板
によりセルギャップの均一性が確保される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１４】〔第１の実施の形態〕図１（ａ），（ｂ）
および図２（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態
に係る液晶表示素子の貼り合わせ工程を表すものであ
る。まず、本実施の形態の液晶表示素子の構成について
図１（ａ）を参照して説明する。この液晶表示素子は、
各画素制御用の多結晶ＴＦＴ等が形成された駆動基板２
４、およびブラックマトリクス等が形成された対向基板
２０を備えている。駆動基板２４は耐熱性に優れた例え
ば石英により形成されている。対向基板２０は、第１の
基板としてのガラス基板２３と第２の基板としてのカバ
ー板２１とを備え、これらガラス基板２３とカバー板２
１とが例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂からなる
樹脂層２２により接着された構成を有している。ガラス
基板２３は例えばネオセラムからなる。カバー板２１は
駆動基板２４と同じ熱膨張率の材料例えば同じ石英によ
り形成されている。これら駆動基板２４と対向基板２０
はカバー板２１が駆動基板２４と対向するように配置さ
れ、封止手段としてのシール材２５により貼り合わされ
る。シール材２５にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂
が用いられている。

【００１５】このシール材２５を硬化させるために、本
実施の形態では、図１（ｂ）に示したように、加熱処理
を、例えば１２０℃の温度で６時間施す。加熱中は駆動
基板２４と対向基板２０のカバー板２１は同じ熱膨張率
の材料（石英）で形成されているために共に伸びるが、
対向基板２０のガラス基板２３は縮む。このシール材２
５が硬化した後、加熱処理を終了すると、温度が低下
し、図２（ａ）に示したように駆動基板２４とカバー板
２１とが共に縮み、一方、ガラス基板２３が伸びようと
する。

【００１６】このような貼り合わせ工程を終了した後の
液晶表示素子の構造は、図２（ｂ）に示したように、シ
ール材２５が硬化しているため、ガラス基板２３の中央
部がふくらんだ形状となるが、駆動基板２４と対向基板
２０のセルギャップは均一である。すなわち、両基板の
中央部のセルギャップｂと端部のセルギャップａの関係
はａ＝ｂとなる。その後、図示しないが、駆動基板２４
と対向基板２０との間に液晶を注入し、封止剤で封止す
ることによって液晶表示素子が完成する。

【００１７】このように本実施の形態では、対向基板２
０を構成するガラス基板２３とカバー板２１の材料（す
なわち、熱膨張率）が異なるためにガラス基板２３は反
った形状となる。しかし、セルギャップを形成する駆動
基板２４と対向基板２０のカバー板２１を同じ材料の石
英で形成して熱膨張率が等しくなるようにしたので、セ
ルギャップの不均一性は発生しない。また、対向基板２
０の大部分はガラス基板２３であるため、全体を石英で
形成する場合よりも製造コストを大幅（例えば１０分の
１以下）に低減させることができる。

【００１８】〔第１の実施の形態の変形例〕図３ないし
図６はそれぞれマイクロ集光レンズ（以下、単に「マイ
クロレンズ」と略記する）が作成された対向基板を用い
た場合の第１の実施の形態の変形例を表すものである。
なお、上記実施の形態と同一構成部分については同一符
号を付してその説明は省略する。

【００１９】マイクロレンズを対向基板に形成するのは
次のような理由による。すなわち、液晶表示素子の小型
・高精細化の要求に応じて画素数を増加させる必要があ
る一方、画素数を増加させると、画素以外の部分の占め
る面積が相対的に大きくなり、これに伴ってこれらの領
域を覆うためのブラックマトリクスの面積が増大すると
共に画像表示に寄与する画素面積が減少し、液晶表示素
子の開口率が低下する。開口率が低下すると、液晶表示
素子の表示面が暗くなり、画像品位が低下することとな
る。このような開口率の低下に伴う画像品位の低下を防
止するために対向基板側に例えば半球状の複数のマイク
ロレンズを形成し、このマイクロレンズにより入射する
光を駆動基板側の画素内に集光させるものである。

【００２０】図３に示した対向基板３０は、カバー板２
１とガラス基板２３との間にマイクロレンズ２８が形成
されている。マイクロレンズ２８は互いに屈折率の異な
る例えばアクリル系、エポキシ系、フッ素系等の光を透
過する樹脂により形成された樹脂層２７ａ，２７ｂから
なるレンズ層２６により形成されている。その他の構成
は上記実施の形態と同様である。

【００２１】図４に示した対向基板４０は、マイクロレ
ンズ２８の向きが逆であることを除く図３の対向基板３
０と同様である。

【００２２】図５に示した対向基板５０では、マイクロ
レンズ２８がカバー板２１をレンズ状に選択的にエッチ
ングして樹脂層２７ａ埋め込むことにより形成されてい
る。図６に示した対向基板６０は、マイクロレンズ２８
がガラス基板２３をレンズ状に選択的にエッチングして
樹脂層２７ａを埋め込むことにより形成されている。い
ずれもその他の構成は上記実施の形態と同様である。

【００２３】図３ないし図６のいずれの構成の液晶表示
素子においても、その作用効果は第１の実施の形態と同
様である。すなわち、対向基板に樹脂層によりマイクロ
レンズ２８を形成していても、セルギャップを形成する
駆動基板２４と対向基板３０，４０，５０，６０のカバ
ー板２１とを同じ材料により形成して熱膨張率を等しく
しているので、セルギャップの不均一性は発生しない。
更に、セルギャップの不均一性が解消されると、マイク
ロレンズ２８の集光率も向上し、画像の高輝度化を図る
ことができる。

【００２４】〔第２の実施の形態〕図７および図８は本
発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子の貼り合わ
せ工程を表すものである。本実施の形態の液晶表示素子
は、図７（ａ）に示したように、各画素制御用の多結晶
ＴＦＴ等が形成された駆動基板７４、およびブラックマ
トリクス等が形成された対向基板７０を備えている。駆
動基板７４は第１の基板としての石英基板７５と第２の
保護板としての保護板７７とを備え、これら石英基板７
５と保護板７７とが例えばエポキシ樹脂またはアクリル
樹脂からなる樹脂層７６により接着された構成を有して
いる。対向基板７０は、第２の基板としてのガラス基板
７１と第２の保護板としての保護板７３とを備え、これ
らガラス基板７１と保護板７３とが例えばエポキシ樹脂
またはアクリル樹脂からなる樹脂層７２により接着され
た構成を有している。ガラス基板７１は例えばネオセラ
ムからなる。これら駆動基板７４と対向基板７０は石英
基板７５とガラス基板７１とが対向するように配置さ
れ、封止手段としてのシール材７８により貼り合わされ
る。シール材７８にはエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂が
用いられる。保護板７３，７７はそれぞれ例えばガラス
により形成され、その厚さは石英基板７５およびガラス
基板７１に比較して厚くなっている。

【００２５】本実施の形態では、シール材７８を硬化さ
せるために、図７（ｂ）に示したように、例えば１２０
℃の温度で６時間の熱処理を施す。加熱中は熱膨張によ
り石英基板７５は伸びるが、ガラス基板７１は縮む。シ
ール材７８が硬化した後、加熱処理を終了すると温度が
低下していくが、このとき図８（ａ）に示したように、
石英基板７５は縮み、ガラス基板７１は伸びようとす
る。ここで、本実施の形態では、その伸びは厚いガラス
により形成された保護板７３，７７および樹脂層７２，
７６により吸収される。

【００２６】貼り合わせ工程が終了した後の液晶表示素
子は、図８（ｂ）に示したように、シール材７８が硬化
しても、駆動基板７４と対向基板７０のセルギャップは
均一である。すなわち、両基板の中央部のセルギャップ
ｂと端部のセルギャップａの関係はａ＝ｂとなる。その
後、図示しない液晶を注入し、封止剤で封止することに
よって液晶表示素子が完成する。

【００２７】このように本実施の形態では、駆動基板７
４と対向基板７０との間のセルギャップを構成するのは
互いに異なる熱膨張率を有する石英基板７５およびガラ
ス基板７１であるが、それぞれの基板に対してガラスに
より形成された保護板７３，７７が接着されているた
め、これら保護板７３，７７によって石英基板７５とガ
ラス基板７１の加熱工程による伸縮を吸収できる。従っ
て、駆動基板７４と対向基板７０との間のセルギャップ
を均一に保つことができる。また、駆動基板７４および
対向基板７０において、樹脂層７２，７６を挟んで石英
基板７５と保護板７７、ガラス基板７１と保護板７３と
がそれぞれ反ってしまうこともない。また、保護板７
３，７７によって内側のガラス基板７１および石英基板
７５への塵等の付着が防止され、光透過率の面内分布を
なくすことができる。

【００２８】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記第１の実施の形
態においては、駆動基板２４およびカバー板２１の材料
を共に石英として説明したが、実質的に同じ熱膨張率を
有するものであれば他の材料を使用してもよい。また、
上記第２の実施の形態においても、保護板７３，７７の
材料をガラスとして説明したが、これらも実質的に同じ
熱膨張率を有するものであれば、それぞれ異なる材料を
使用してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る液晶表
示素子によれば、対向基板を、駆動基板と異なる熱膨張
率を有する材料により形成された第１の基板上に駆動基
板と実質的に同じ熱膨張率を有する材料により形成され
た第２の基板を接着して構成し、この第２の基板を駆動
基板に対向配置させるようにしたので、駆動基板と対向
基板とを接着固定させるための熱硬化性樹脂の加熱処理
を経てもセルギャップの均一性を確保することができ、
貼り合わせ工程において歩留まり率が向上するという効
果を奏する。また、対向基板の大部分を占める基板を高
価な材料で形成する必要がないため、製造コストの低減
化が図れるという効果を奏する。

【００３０】また、本発明に係る他の液晶表示素子によ
れば、互いに同じ熱膨張率を有する材料により形成され
た第１の保護板および第２の保護板が第１の基板および
第２の基板それぞれに接着されることにより、第１の基
板と第２の基板が加熱工程を経て熱硬化性樹脂により接
着固定された際、異なる熱膨張率を有する材料により形
成された第１の基板と第２の基板それぞれの熱膨張によ
る変形が吸収され、第１の保護板および第２の保護板に
よりセルギャップの均一性を確保でき製造歩留りが向上
するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示素子
の貼り合わせ工程を工程ごとに表す断面図である。

【図２】図１に続く工程を表す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例を説明する
ための断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の他の変形例を説明
するための断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の更に他の変形例を
説明するための断面図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態の更に他の変形例を
説明するための断面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示素子
の貼り合わせ工程を工程ごとに表す断面図である。

【図８】図７に続く工程を表す断面図である。

【図９】従来技術による液晶表示素子の貼り合わせ工程
を工程ごとに表す断面図である。

【図１０】図９に続く工程を表す断面図である。

【符号の説明】

２０，３０，４０，５０，６０，７０…対向基板、２１
…カバー板、２２，２７ａ，２７ｂ，７２…樹脂層、２
３，７１…ガラス基板、２４，７４…駆動基板、２５，
７８…シール材、２８…マイクロレンズ、７３，７７…
保護板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動基板と、 この駆動基板と異なる熱膨張率を有する材料により形成
   された第１の基板上に前記駆動基板と実質的に同じ熱膨
   張率を有する材料により形成された第２の基板を接着し
   て構成されると共に第２の基板が所定の間隙を有して前
   記駆動基板に対向するように配置された対向基板と、 熱硬化性樹脂により形成され、対向基板側の第２の基板
   と駆動基板との間に介在して駆動基板と対向基板とを接
   着固定させる封止手段とを備えたことを特徴とする液晶
   表示素子。
2. 【請求項２】 駆動基板が石英により形成されると共
   に、対向基板側の第１の基板がガラス、第２の基板が石
   英によりそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１
   記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 対向基板が第１の基板と第２の基板との
   間に複数のマイクロ集光レンズを有することを特徴とす
   る請求項１記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 第１の基板にこの第１の基板よりも厚い
   第１の保護板を接着して構成された駆動基板と、 この駆動基板側の第１の基板と異なる熱膨張率を有する
   材料により形成された第２の基板に第１の保護板と実質
   的に同じ熱膨張率を有する材料により形成されると共に
   第２の基板よりも厚い第２の保護板を接着固定して構成
   されると共に、前記第２の基板が所定の間隙を有して前
   記駆動基板側の第１の基板に対向するように配置された
   対向基板と、 熱硬化性樹脂により形成され、駆動基板側の第１の基板
   と対向基板側の第２の基板との間に介在して駆動基板と
   対向基板とを接着固定させる封止手段とを備えたことを
   特徴とする液晶表示素子。
5. 【請求項５】 駆動基板側の第１の基板が石英、第１の
   保護板がガラスによりそれぞれ形成されると共に、対向
   基板側の第２の基板がガラス、第２の保護板がガラスに
   よりそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項４記載
   の液晶表示素子。