(57)【要約】【課題】  高品質な画像表示が可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  画素電極基板４と、光透過性電極基板１０と、画素電極基板か光透過性電極基板のいずれか一方に一部に開口２６を有し、画素表示領域の外周囲に沿って形成された所定厚さを有するスペーサ部１８及び前記スペーサ部の外周囲に沿って形成された接着剤層２０と、スペーサ部及び接着剤層が形成された面を挟んで画素電極基板及び光透過性電極基板が貼り合わされ、スペーサ部の所定厚さによって形成される間隙に封入された液晶１６と、からなる液晶表示装置において、スペーサ部は、開口に向かい合った部分の一方に連続し、他方の辺の外側辺に沿い、且つ外側辺と所定間隔を保った状態で、所定の距離だけ延在した延在部３０を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素電極基板と、光透過性電極基板と、前記画素電極基板か前記光透過性電極基板のいずれか一方に一部に開口を有し、画素表示領域の外周囲に沿って形成された所定厚さを有するスペーサ部及び前記スペーサ部の外周囲に沿って形成された接着剤層と、前記スペーサ部及び前記接着剤層が形成された面を挟んで前記画素電極基板及び前記光透過性電極基板が貼り合わされ、前記スペーサ部の前記所定厚さによって形成される間隙に封入された液晶と、からなる液晶表示装置において、
前記スペーサ部は、前記開口に向かい合った部分の一方に連続し、他方の辺の外側辺に沿い、且つ前記外側辺と所定間隔を保った状態で、所定の距離だけ延在した延在部を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶を封入する基板間の距離であるセルギャップを均一化させた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、テレビジョンや投写型ディスプレイ装置等においては、液晶表示装置が用いられる傾向にある。この液晶表示装置の種類には、反射型と光透過型があり、そして光透過型の液晶表示装置と比較して高輝度と高解像度とが両立し易いことから、反射型の液晶表示装置が主として用いられる傾向にある。
この種の反射型の液晶表示装置は、例えば縦横に整然とマトリクス状に多数配置された反射型の画素電極と光透過性電極との間に液晶を封入し、上記両電極間に画像信号を印加することで、上記画素電極で反射される光を液晶で光変調し、この光変調された反射光を映像として表示させるようにしたものである。
ここで上記反射型の液晶表示装置の構成について図４及び図５を参照して説明する。図４は一般的な反射型の液晶表示装置を示す概略断面図、図５は画素電極基板側を概略的に示す平面図である。
【０００３】
図示するように、この反射型の液晶表示装置２は、例えばシリコン基板等の半導体基板の表面に一体化されている画素電極基板４を有しており、この画素電極基板４の表面に、光反射性を持つ複数の画素電極６を縦横に整然とマトリクス状に配置している。そして、この画素電極６を含む少なくとも画素表示領域２４に液晶の並びを揃える配向膜８が形成されている。尚、図５中においては画素電極６の記載は省略している。
また、上記画素電極基板４の画素電極６側に対向させて例えばガラス基板等よりなる光透過性電極基板１０が配置されており、この光透過性電極基板１０の表面（下面）の全面には共通な光透過性電極１２及び配向膜１４が順次形成されている。
そして、上記のように形成された画素電極基板４と光透過性電極基板１０とが、それぞれ画素電極６と光透過性電極１２とを対向するように配置して内部に液晶１６を封入して接合される。この場合、上記画素電極基板４と光透過性電極基板１０の周縁部には、封入された上記液晶１６の厚さ、すなわちセルギャップを調整するためのスペーサ部としての土手状段差構造壁１８が図５に示すように全周に亘って介在されると共にその外側には上記両基板４、１０を接着してシールするための接着剤層２０が全周に亘って介在されている。ここで、上記土手状段差構造壁１８の内側の領域が液晶の封入される液晶領域２４として構成される。そして、この液晶領域２４の内部が画素表示領域となる。
【０００４】
また上記各画素電極６の下部の画素電極基板４内には、この画素電極６と上記光透過性電極基板１０との間に電圧を与えて液晶１６を駆動させるための駆動回路として例えばＣ−ＭＯＳ型の半導体スイッチング回路（図示せず）等が形成されている。
上記のような反射型の液晶表示装置は、一般的には単個単位で製造されることは少なく、生産効率向上の目的で複数個が同時に処理されることが多い。そのため、単個でも複数個でも製造方法的には差異が少ないので、以降は複数個を同時に製造する場合を例に挙げて説明を行う。図６は液晶表示装置が複数個集まった集合体の製造方法における画素電極基板と光透過性電極基板とを貼り合わせる時の状態を概念的に示す図である。
【０００５】
図６中において、画素電極基板４はおおよそ直径が６〜１０インチ程度の大きさのシリコンウエハＷ上に、一般的には配置数が最大になるように数個から百数十個ほどの複数個が、一定間隔で配置されている。このシリコンウエハＷ上の各画素電極基板１４に対してその基板の外周部分に図４中に示される土手状段差構造壁１８及び接着剤層２０を塗布した後に（図６では土手状段差構造壁１８のみ記す）、液晶１６を塗布、滴下などの方法によって必要容積量だけ供給する。尚、上記各画素電極基板１４上には、図４中で示される画素電極６、配向膜８はすでに形成されており、また、土手状段差構造壁１８で囲まれている個々のエリアが液晶が供給される液晶領域となる。
そして、このシリコンウエハＷと、これと同サイズもしくはそれ以上の大きさの円形状、あるいはその他の形状、例えば四角形状を有する大型光透過性電極基板２１とを貼り合わせた後に上記接着剤層２０を硬化させることで、液晶表示装置の集合体を形成する。尚、上記大口径サイズの光透過性電極基板１０の表面には、予め光透過性電極１２及び配向膜１４が形成されている。その後、上記集合体を切断線２２に沿って切断することにより、各液晶表示装置を切り出すようになっている。
【０００６】
ところで、上記土手状段差構造壁１８によって仕切られて、光透過性電極基板１０と貼り合せられる事によって規定される液晶領域の容積は非常に小さいために、塗布、あるいは滴下される液晶１６は非常に微量であって液晶１６を供給する液晶供給装置の能力誤差や土手状段差構造壁１８の寸法誤差等によって液晶の供給される液晶領域の容積にも誤差を生じてしまうので、必然的に容積に対する液晶の量は過不足を生じることになる。
上記液晶の供給量や液晶領域の容積によって生じた誤差は画素電極６と光透過性電極１２間の隙間、いわゆるセルギャップの絶対値の変動や、主にセル中央部分の凹凸という形で現れ、駆動電圧不足、画像上の明暗、コントラスト特性のばらつき、ＲＧＢの３色を合わせた時点の色むら等の不具合を生じさせる。
上記セルギャップの均一化は画像品質の観点からは非常に大きな要素であり、セルギャップの均一化を目的とした装置構造も提案されている（特許文献１、２）。例えば特許文献１では、透明導電性電極の形成された２つの透明基板を、その間に液晶を封入して接合する際に有機高分子からなる複数の支柱を介在させるようにしてセルギャップを均一化させる点が開示されている。
また特許文献２では、２つの基板を、その間に液晶を封入して接合する際に、スペーサの外に、画素のコーナ部に樹脂構造物を配置してセルギャップを均一化させる点が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−８４２６７号公報
【特許文献２】特開２００１−４２３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の液晶表示装置にあっては、その内部に支柱や樹脂構造物等の柱状構造物を設置するようにしているので、その柱状構造物が画像に現れることは否めなく、画像品位が劣ってしまうという問題がある。また、柱状構造物なしで均一なセルギャップを得るために画素表示領域の外部で保持する場合には、液晶領域の容積の均一性と、内部に注入された液晶自身でセルギャップを保持する必要があり、液晶領域の容積と液晶量のバランスを高度に管理することが不可欠であり、現実的にはかなり困難である。
特に、小型化及び細密化が進む液晶表示装置において、液晶の供給量と液晶領域の容積は共に更に小さく、すなわち高い精度を要求される方向にあり、装置の改良と共に液晶領域の容積のフレキシビリティーの向上や高精度化も強く求められている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく考えられたものである。本発明は、液晶の供給量や液晶領域の容積のばらつきを吸収する簡単な構造を採用することで、高品質な画像表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、画素電極基板と、光透過性電極基板と、前記画素電極基板か前記光透過性電極基板のいずれか一方に一部に開口を有し、画素表示領域の外周囲に沿って形成された所定厚さを有するスペーサ部及び前記スペーサ部の外周囲に沿って形成された接着剤層と、前記スペーサ部及び前記接着剤層が形成された面を挟んで前記画素電極基板及び前記光透過性電極基板が貼り合わされ、前記スペーサ部の前記所定厚さによって形成される間隙に封入された液晶と、からなる液晶表示装置において、前記スペーサ部は、前記開口に向かい合った部分の一方に連続し、他方の辺の外側辺に沿い、且つ前記外側辺と所定間隔を保った状態で、所定の距離だけ延在した延在部を有していることを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液晶表示装置によれば、土手状段差構造壁によって囲まれた液晶領域に液晶量調整路を連通して設け、液晶の封入時にこの液晶量調整路内に存在する液晶量が増減することで液晶の供給量のばらつきや液晶領域の容積のばらつきを吸収するようにしたので、セルギャップが均一化されて高品質な画像表示を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の画素電極基板側に設けられたスペーサ部としての土手状段差構造壁の形状を示す平面図、図２は本発明の液晶表示装置の製造工程の内の特徴的工程を示す概略工程図、図３は本発明の液晶表示装置の製造工程の中の特徴的工程を示すフローチャートである。尚、先に図４〜図６を参照して説明した部分と同一構成部分については、同一参照符号を付して説明する。
本発明に係る液晶表示装置の基本構成及びその製造方法は、スペーサ部としての土手状段差構造壁の構造が異なる点を除いて図４及び図５を参照して説明した場合と同様である。
すなわち、本発明に係る液晶表示装置は、図４を示しているように、例えばシリコン基板等の半導体基板の表面に一体化されている画素電極基板４を有しており、この画素電極基板４の表面に、光反射性を持つ複数の画素電極６を縦横に整然とマトリクス状に配置している。そして、この画素電極６を含む基板表面全域に液晶の並びを揃える配向膜８が形成されている。尚、図５中においては画素電極６の記載は省略している。
【００１２】
また、上記画素電極基板４の画素電極６側に対向させて例えばガラス基板等よりなる光透過性電極基板１０が配置されており、この光透過性電極基板１０の表面（下面）の全面には共通な光透過性電極１２及び配向膜１４が順次形成されている。
そして、上記のように形成された画素電極基板４と光透過性電極基板１０とが、それぞれ画素電極６と光透過性電極１２とを対向するように配置して内部に液晶１６を封入して接合される。この場合、上記画素電極基板４と光透過性電極基板１０の周縁部には、封入された上記液晶１６の厚さ、すなわちセルギャップを調整するための本発明の特徴とする土手状段差構造壁１８が全周に亘って介在されると共にその外側には上記両基板４、１０を接着してシールするための接着剤層２０が全周に亘って介在されている。上記土手状段差構造壁１８の内側の領域が液晶の封入される液晶領域２４として構成される。ここで、本発明では、後述するように上記土手状段差構造壁１８の一部に開口を設けて、この開口に液晶量調整路を連通して設けている。
【００１３】
また上記各画素電極６の下部の画素電極基板６内には、この画素電極６と上記光透過性電極基板１０との間に電圧を与えて液晶１６を駆動させるための駆動回路として例えばＣ−ＭＯＳ型の半導体スイッチング回路（図示せず）等が形成されている。
ここで本発明の特徴とする土手状段差構造壁１８の構造について図１を参照して説明する。図１（Ａ）は液晶領域に液晶を供給する前の状態を示し、図１（Ｂ）は液晶領域に液晶を供給した後の状態を示す。図１は図６中の多数存在する画素電極基板４の中の１つを拡大して示しており、土手状段差構造壁１８は、例えば画素電極基板４の上面の外周部分にその周方向に沿って例えば四角形状に形成されており、その内側が液晶を滴下等して封入するための液晶領域２４となっている。この液晶領域２４の内部が画素表示領域となる。
【００１４】
この場合、本発明では、この土手状段差構造壁１８の一部には、これを切断するように開口２６が形成されており、この開口２６に、間隔が狭くなされた所定の長さの液晶量調整路２８を連通して設けている。この液晶量調整路２８は、スペーサ部である上記土手状段差構造壁１８と上記開口２６の部分から屈曲して延びる土手状段差構造壁１８の延在部としての延長部分３０とにより区画して形成されており、その先端は開かれた状態となっている。すなわち、この延在部分３０は、上記開口２６に向かい合った部分の一方に連続しており、他方の辺の外側辺に沿って、且つこの外側辺と所定間隔を保った状態で、所定の距離だけ延在している。この土手状段差構造壁１８及びこの延長部分３０は、例えばポリイミド樹脂やＳｉＯ２ やＳｉＮ等により形成することができ、例えばセルギャップの長さに相当する厚みで形成されている。
そして、この土手状段差構造壁１８及びこの延長部分３０の外周全体を囲むようにして接着剤層２０が例えば塗布により形成されている。この場合、上記液晶量調整路２８の外側先端の開口部２８Ａを塞ぐように接着剤層２０を塗布している。そして、この時形成される液晶量調整路２８の空隙部分の容量は、液晶の供給量のばらつきや液晶領域２４の容積のばらつきを吸収できる程度以上の大きさとなるように設定しておく。
【００１５】
そして、図１（Ｂ）に示すように、減圧雰囲気中で上記液晶領域２４に液晶１６を滴下乃至塗布する。この場合、液晶１６の滴下量（塗布量）は、上記液晶領域２４と液晶量調整路２８の設計上の容積を考慮して液晶１６が液晶量調整路２８の長さ方向の略中央付近まで達するような流量に設定するのが、滴下容量や液晶領域２４の容量のばらつきを吸収する上で最も好ましい。その後、この画素電極基板４の上面より光透過性電極基板１０を載置して蓋をすることで液晶領域２４内を密閉空間とし、この状態で大気圧復帰させると接着剤層２０の接着剤が上記液晶量調整路２８の開口部２８Ａから中へ入り込んで矢印３２の方向に圧力差で移動して液晶端付近までゆっくり進行することで液晶領域２４内の液晶２４の容量の過不足を調整することができる。換言すれば、液晶領域２４内における液晶の過不足、すなわち液晶領域２４内の容積の誤差及び液晶の滴下量の誤差は、上記液晶量調整路２８内の液晶量が増減することで吸収することができる。そして、調整後に、この全体に紫外線を照射することにより、上記接着剤層２０を完全に硬化させて両基板４、１０の接合とシールを行う。
尚、上記実施例では１つの画素電極基板４について説明を行ったが、一般的には、前述したようにシリコンウエハ等により一度に多数の液晶表示装置が製造されることになり、この点を踏まえて、次に、上記製造工程をより詳しく説明する。尚、図３に示すフローチャートにおいて、細い矢印は画素電極基板を単個処理する場合のフローを示し、太い矢印は複数個処理する場合のフローを示す。
【００１６】
まず、画素電極基板４は前述したように一般にシリコンウエハ上にマトリックス状に配置された１画素（画素電極）あたり１個以上の液晶駆動用のスイッチング回路を画素の下部に持つ。画素電極基板４には画素を駆動するための電源や映像信号を画素電極基板４の外部から供給する目的で接続端子（図示せず）が設けられており、完成した画素電極基板はこの接続端子を通じて基板内部の電気的不具合、例えば内部短絡による電流の漏れや内部配線の断線などをプローブ装置を用いて調査〜評価する（Ｓ１）。尚、上記接続端子は画素電極基板の外側に設けられる。
上記画素電極基板４の集合体においても一つ一つの画素電極基板４に対応した検査結果を画素電極基板４の完成時点で評価が可能であり、その時点でどの画素電極基板４が欠陥許容範囲内か、あるいは範囲外（欠陥品）かの判別調査が行われる（Ｓ１）。
上記判別調査の行われた画素電極基板４は、単個処理であれば、一般的にダイサー等の機械的切断装置を用いて個々に分断され（Ｓ２）、超音波洗浄機等を用いて洗浄〜乾燥処理が行われる（Ｓ４）。この時の例えば１つの画素電極基板４の概略断面図は図２（Ａ）に示されており、画素電極６の他に土手状段差構造壁１８が形成されている。集合体で複数個処理が行われる場合は、分断の工程を省いた形で上記処理が行われる。
【００１７】
一方の光透過性電極基板１０は、上記電気的検査の代わりに外観品質検査（外的欠陥検査）が行われ（Ｓ３）、単個処理の場合は個々に分断し（Ｓ２）、集合体の場合はそのまま画素電極基板４と同様な洗浄〜乾燥処理がそれぞれ行われる（Ｓ４）。この光透過性電極基板１０の表面には光透過性電極１２がすでに形成されている。
上記洗浄済みの両基板４、１０は配向装置内に投入され、ポリイミド膜やその他の有機・無機材料を用いて配向膜の成膜処理を行い、両基板４、１０の表面に液晶の配向方向を規制する配向膜８、１４をそれぞれ形成する（Ｓ５）。
上記配向処理を行った両基板４、１０に対し、大気圧雰囲気中で画素電極基板４上の土手状段差構造壁１８の外周部に沿って接着剤層２０の塗布を行う（Ｓ６）。この接着剤層２０は後述する硬化時の時間短縮化と、液晶１６と接着剤層２０との接触による相互汚染を防ぐ目的で、硬化時間の短い紫外線硬化樹脂、もしくは紫外線硬化と熱硬化併用型の樹脂を用いる。この時の１つの画素電極基板４の平面図が図１（Ａ）に示されている。
【００１８】
図１（Ａ）に示すように、土手状段差構造壁１８は画素電極基板４の画素表示領域（液晶領域２４）の外側周囲に沿うように形成されており、この土手状段差構造壁１８の高さは画素電極基板４と光透過性電極基板１０との隙間に相当し、この間に液晶１６が封入されるような構造となる。この土手状段差構造１８は例えばポリイミド樹脂で半導体プロセスを使用して形成されるが、特性として、高さの均一性と電気的絶縁性が確保されれば良く、他に使用可能な材料としてＳｉＯ２ やＳｉＮ等が挙げられる。その幅としては前記隙間を維持できる強度として、ポリイミド樹脂の場合はおおよそ１００ミクロン以上が必要となる。
ポリイミド樹脂で形成された前記土手状段差構造壁１８は、密閉された構造ではなく図１（Ａ）を参照して説明したように、一部に開口２６を形成し、それに繋がる狭間隔部分よりなる液晶空調整路２８があって、その狭間隔部分の外側先端側は開いた構造になっている。その土手状段差構造壁１８の外周に沿って接着剤層２０の塗布を行う
この接着剤層２０の塗布された画素電極基板４と他方の光透過性電極基板１０は共に密閉された密閉容器の中へ導入されて真空引きして減圧される（Ｓ７）。この時の密閉容器の内部の圧力は１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）前後に設定するが、この値が高くても低くてもセルギャップに影響し、画質に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１９】
次に、上記減圧した密閉容器の中で液晶滴下装置を用いて個々の画素電極基板４の土手状段差構造１８で囲まれた液晶領域に規定量の液晶１６の滴下を行う（Ｓ８）。その後、図２（Ｃ）に示すように、光透過性電極基板１０を上記画素電極基板４上に配置し、更に減圧状態を保持したまま上記両基板４、１０を図２（Ｄ）に示すように接触させて貼り合わせ（Ｓ９）、約５分程度かけてゆっくりと徐々に圧力を大気へと復帰させる（Ｓ１０）。この時の圧力差によって画素電極基板４上に塗布された接着剤層２０は光透過性電極基板１０によって押しつぶされる形となり、液晶の封入されたセルの密閉構造が出来上がる。また、液晶の過不足については、図１（Ｂ）中の矢印３２で示したように、減圧量によって接着剤が狭間隔部である液晶量調整路２８内へ引かれるので、圧力がつりあった位置、すなわちほぼセルギャップが均一な位置で止められることになり、液晶の供給量のばらつきや液晶領域の容積のばらつきを適切にキャンセルすることが可能である。
【００２０】
その後、貼り合わせ済みの両基板４、１０を密閉容器中から取り出し、図２（Ｅ）に示すように光透過性電極基板１０側から紫外線ＵＶを、その接着剤層２０で規定されたエネルギー分だけ照射して接着剤層２０を硬化させる（Ｓ１１）。
上記のように完成した貼り合わせ済み基板４、１０は、集合体として複数個処理の場合には、スクライバー、ブレイカー或いはダイサー等に代表される分断手法を用いて各チップに分断して１つの分離された画像表示装置とする（Ｓ１２）。
そして、最終的に個別になっている画像表示装置に対して電極を取り付け（Ｓ１３）、その後、最終評価を行うことになる（Ｓ１４）。
尚、上記方法と同様に、接着剤層２０で画素電極基板４の周囲を完全には囲わずに、狭間隔部である液晶量調整路２８の入り口付近を開けたまま分断を行い、その後に光透過性電極基板側から機械的に押すことで加圧を行って、セル（液晶領域）の内部の空気を押し出す。その状態で、液晶量調整路２８の入口付近に接着剤を塗布した後、機械的にかけていた押す力を解放すると、セルの戻る力によって前記入り口付近に別途塗布されていた接着剤を内部に取り込むことによって封止を行うことも可能である。
【００２１】
上記のように従来の液晶表示装置にあっては、液晶の注入量が微量であるために容積と注入量で決まるセルギャップの均一性を維持することが難しかったが、本発明により、液晶領域内の液晶量を液晶量調整路２８の作用によって最適化できるので、容易に均一なセルギャップが得られ、その結果、高品位な表示画像を得ることが可能になる。
尚、上記実施例にあっては、反射型の液晶表示装置を例にとって説明したが、これに限定されず、透過型の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の画素電極基板側に設けられたスペーサ部としての土手状段差構造壁の形状を示す平面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の製造工程の内の特徴的工程を示す概略工程図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の製造工程の中の特徴的工程を示すフローチャートである。
【図４】一般的な反射型の液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図５】画素電極基板側を概略的に示す平面図である。
【図６】液晶表示装置が複数個集まった集合体の製造方法における画素電極基板と光透過性電極基板とを貼り合わせる時の状態を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
４…画素電極基板、６…画素電極、８，１４…配向膜、１０…光透過性電極基板、１２…光透過性電極、１６…液晶、１８…土手状段差構造壁（スペーサ部）、２０…接着剤層、２４…液晶領域、２６…開口、２８…液晶量調整路、３０…延長部分（延在部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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