(57)【要約】【課題】波長の短い光の進入を阻止する液晶表示装置を提供すること。【解決手段】サファイアガラス１２０に電極１４０を配線する。前記サファイア板と対抗する位置に、サファイアガラス１２０を配置する。サファイアガラス１２０間に、液晶を前記サファイアガラスと前記ガラス間に注入する。前記液晶がサファイアガラス１２０とサファイアガラス１２０間で、前記液晶が漏れるのを防止する封止材で防止する。を有する液晶表示装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を配線したサファイアガラスと、
前記サファイア板と対抗する位置に配置したガラスと、
前記サファイアガラスと前記ガラス間に注入する液晶と、
前記液晶が前記サファイアガラスと前記ガラス間で前記液晶が漏れるのを防止する封止材と、
を有する液晶表示装置。
【請求項２】
前記ガラスがサファイアガラスである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記サファイアガラスの端面加工時に、光の入射及び出射面の少なくとも一方を保護膜で覆って保護する請求項１又は２記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
液晶を用いて光変調を行う液晶パネルに搭載されるサファイヤ板及びサファイヤ板が搭載された液晶パネルの性能向上に関する技術分野及びそのサファイヤを製造する方法に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶を封入する板には無機ガラスが使われてきた。無機ガラスは安価で加工性に優れており、大型の製品を製造するのも容易である。しかし、無機ガラス、例えば石英ガラスの場合はＨｖ９００と硬度が低い為に製造過程や使用中にその表面に傷が付き易く、特に光変調用素子の表面に発生した傷は変調画像の歪みとして重大な欠陥となる。また、無機ガラス、例えば石英ガラスの熱伝導率は１．２（Ｗ／ｍ・ｋ）であり、金属、例えば銅の１．２（Ｗ／ｍ・ｋ）と比較して低く、液晶装置内部に熱を溜めやすい欠点がある。この欠点は強制空冷等による冷却効果が効果的に行えない為に特に高温環境で使用される液晶装置では応用範囲を狭めている。サファイヤの熱伝導率は４２．０（Ｗ／ｍ・ｋ）と石英ガラスの１．２（Ｗ／ｍ・ｋ）に対して高いので放熱性が高い、硬度もビッカ−ス高度がＨｖ２２００以上であり、石英ガラスのＨｖ９００に対して２倍以上と硬い。従って、物理的な力に対して表面の劣化が少ない。従って、サファイヤ板は液晶を封入するには好都合の材料であるが、問題点もある。サファイヤの光透過帯域は波長で１６０ｎｍの紫外線から波長６μｍの赤外線までと広い。反面、無機ガラスは一般的には圧延された材料を必要な大きさに切断して用いられる為に板エッジが丸まる懸念が無い。無機ガラスを研磨加工する場合も研磨性はほぼ均一であり、加工時間が短いのでエッジの丸まりは顕著では無ない。
【０００３】
また、サファイアの加工方法は、Ｃ面に平行な基準面をつけてサファイアを切断する。長方形に加工して、面取りを行う。表面粗さを細かく整えた後、化学研磨を施して仕上げる。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０２２９０１号公報（第３−６頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の液晶パネルには無機ガラスが用いられていた為に、紫外線領域では透過率が大きく減少する。液晶は波長の短い光には弱く、劣化が早い。無機ガラスの代わりにサファイヤ板を搭載するとなると波長の短い光の進入を阻害する方法が必要となる。また、無機ガラスは結晶構造を持たないので結晶軸が光学的特性に与える問題を考慮する必要はないが、サファイヤは結晶でである為、結晶軸の光学的影響を考慮する必要がある。特に、Ｃ軸と液晶の偏光軸との角度が問題となる。また、サファイヤの大型結晶は高価で有るため、材料効率を高める為に使用する目的に近い形に加工してから研磨する方法が取られて来た。サファイヤは結晶欠陥の多い材料として知られており、ピットやリネージ等の結晶が弱い部分が存在している為に研磨性が不均一となり、この結果研磨時間は無機ガラスに比べて長くなる。研磨時間が長くなると板エッジが丸まる、エッジダレを起こす結果となる。
【０００６】
液晶パネル用にサファイヤ板を使用しようとした時に発生する問題点、加工分野に於いてはサファイヤ板の軸精度、表面精度、表面処理分野に於いては透過する光を帯域に区切って抑制する方法、張り合わせ分野に於いては位置合わせ用の目標をサファイヤ板に付加する事が本発明の解決しようとする課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、電極を配線したサファイアガラスと、前記サファイア板と対抗する位置に配置したガラスと、前記サファイアガラスと前記ガラス間に注入する液晶と、前記液晶が前記サファイアガラスと前記ガラス間で前記液晶が漏れるのを防止する封止材と、を有する。
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、前記ガラスがサファイアガラスである。
【０００９】
本発明の液晶表示装置は、前記サファイアガラスの端面加工時に、光の入射及び出射面の少なくとも一方を保護膜で覆って保護する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づいて説明する。図１は液晶パネル１００の構造を示す模式図である。液晶パネル用に用いられるサファイヤ板は結晶構造が極力均一なものが求められる。サファイヤの製造方法は数多くあるが、工業用サファイヤとしてベルヌーイ法、ＥＦＧ法、チョコラルスキー法の３方法が一般的である。しかし、ベルヌーイ法で作成されたサファイヤは概ね多結晶で有るために複数の結晶方位を持った結晶粒子が各々の偏光角度に光を偏光させる。従って、光変調を行う液晶パネル用としては好ましくない。ＥＦＧ法サファイヤやチョコラルスキー法サファイヤは光学的には単結晶に近い。ＥＦＧ法サファイヤの場合、縦や横にリネージと言われる結晶密度の他とは異なる部分が線となって表れている。Ｘ線は可視光とは波長が異なれども同じ電磁波である為、リネージが可視光の領域でも光変調画像に歪みを与える可能性はある。反面、チョコラルスキー法サファイヤでは結晶密度の違いはピットと呼ばれる球形部分となって表れる。ピットも光学的影響を与える可能性はあるが、点である為、直線に比べてその影響は少ない。従って、液晶パネルに用いられるサファイヤ結晶の製造方法はチョコラルスキー法が好ましい。
【００１１】
液晶パネル１００にサファイヤ板を用いる場合は、無機ガラスの部分をサファイヤ板１２０に置き換えるのが一般的である。サファイヤ板１２０の両面に無反射コート１１０を施す。電極１４０に駆動用トランジスタ１３０が接続されている。
【００１２】
液晶パネル１００は液晶に電圧を印可することで、液晶分子を整列させて光の偏波面を回転させる。偏波面の回転角は大きく分けて９０度と４５度の２種類が一般的である。
【００１３】
図２は偏光板を貼り付けない状態の液晶パネルで電極に対して電圧を印可した場合としない場合の状態を示した図である。この場合の回転角は９０度とする。図２（ａ）は電極に電圧を印可しない状態を示している。この場合、入射光と出射光の偏波面は同じである。垂直偏波入射光２１０が液晶パネル２２０を通過すると、水平偏波出射光２３０として出力される。一方、図２（ｂ）は電極に電圧を印可した状態を示している。この場合、偏波面は９０度回転する。垂直偏波入射光２１０が液晶パネル２２０を通過すると、垂直偏波出射光２４０として出力される。
【００１４】
図３は、サファイヤ板のＣ軸と偏光透過軸との成す角度をＸ軸に取り、Ｘ軸の値が０度の時の光透過率を１００％とした時の透過光量変移をＹ軸に取ったグラフである。このグラフから、サファイヤ板はＣ軸が偏光透過軸と成す角度が９０度の正数倍である場合に最大となり、その透過光強度は９０度の整数倍から最大プラスマイナス５度近くまで高く保たれる。しかし、一般的な加工及び接着精度、例えば液晶パネルの両側に接着される偏光板の貼り精度を指定角度に対してプラスマイナス１度及びサファイヤ板の対Ｃ軸加工精度プラスマイナス０．５度を考慮すると、液晶が偏光した光の偏波面とサファイヤ板が成す角度が２度以内で有ると好ましい事が判る。従って、サファイヤ板のＣ軸方向が明確に判る液晶パネル用サファイヤ板が要求される。この場合、サファイヤ板の何れかのエッジにＣ軸を合わせる事が考えられる。
【００１５】
図４は、液晶パネル用サファイヤ板と偏波面との関係を示した模式図である。液晶パネル用としてサファイヤ板が２枚用いられる場合を示す。偏光軸４１５が垂直である偏光板４１０に対して、その裏面側に２枚のサファイ板４２０、４３０を配置する。２枚のサファイ板４２０、４３０のＣ軸４２５、４３５は、共に垂直方向である。そして、２枚のサファイ板４２０、４３０の裏側に、偏光板４４０を配置する。偏光板４４０の偏光軸４４５は、水平方向となるようにしておく。
【００１６】
次にＣ軸とサファイヤ板のエッジとが成す角度２度以内のサファイヤ板を製造する方法を図５に示し説明する。先ずチョコラルスキー法で作成されたサファイヤインゴットを用意する（行程１０１）。サファイヤインゴットは成長軸とＣ軸の成す角度が９０度で作成されたインゴットが好ましい。次にインゴットの［０００１］面、通称Ｃ面に基準面を付ける（行程１０２）。基準面は成長軸に対して平行である事が要求される。次に基準面の結晶方位を測定する（行程１０３）。測定方法はＸ線結晶方位測定装置が好ましく、本実施例では４１．６８度の解析角度を用いて測定した。この測定方法を図６に示す。サファイアインゴット６１０の基準面６１５に対して、Ｘ線発信器６２０からＸ線を発信する。そのＸ線は、基準面６１５で反射して、Ｘ線検出器６３０で検出される。
【００１７】
サファイアインゴットの基準面が、Ｃ面に対して絶対値が２度以上ずれた場合は、ズレ量を補正する方向に再度基準面の加工を行う（行程１０４）。次に基準面に対してサファイヤインゴットの成長方向に平行な面で９０度、１８０度及び２７０度方向に３面の面加工を行う（行程１０５）。本実施例の加工は平面研削盤を用いて行った。基準面及び３面を加工したサファイヤインゴットの基準面を切断用の板材、例えば無機ガラスに貼り付ける（行程１０６）。接着材にはラックを用い、接着方向はスライス用のワイヤがサファイヤのＣ軸と平行になるように接着する。次にワイヤーソーを用いてサファイヤインゴットを切断する（行程１０７）。切断して得られたサファイヤ板を粗研磨する（行程１０８）。本実施例ではＧＣ４００番を含む研磨剤を使用して粗研磨した。次にサファイヤ板を中間研磨する（行程１０９）。この行程ではダイヤパウダーを用いた研磨剤を使用した。最後にサファイヤ板を化学研磨で鏡面仕上げにした（行程１１０）。化学研磨にはコロイダルシリカ乳剤、特に粒子径１００ナノメートルの乳剤を使用した。また、粗研磨には鋳鉄定盤と研磨剤としてシリコンカーバイド系の研磨剤を用いた両面研磨法、中間研磨及び仕上げ研磨に付いては特許出願２００２−０９６７２０に示す両面研磨法を用いた。最後に、Ｘ線結晶方位測定機を用いてサファイヤ板エッジの結晶方位が正確か確認する（工程１１１）。
【００１８】
図７はサファイヤ板の結晶方位を測定する方法を示した模式図である。サファイア板７１０の基準面７１５に対して、Ｘ線発信器７２０からＸ線を発信する。そのＸ線は、基準面７１５で反射して、Ｘ線検出器７３０で検出される。
【００１９】
次に、側面加工の手順をフローチャーに基づいて説明する。図８は、側面加工フローチャーを示す。鏡面仕上げを終えたサファイヤ板に保護膜を付着させる（行程２０１）。サファイヤ板の研磨加工は材質そのものが高い硬度を持つために加工時間が一般的に長いのが特徴である。従って、長い時間研磨加工の間にサファイヤ板のエッジが丸まる現象、即ちダレが発生する結果となる。図９は、ダレが発生するメカニズムを説明した模式図である。ダレは一般的に化学研磨行程で発生する場合が多い。化学研磨に使われる研磨パッド９１０、９２０は化学繊維、例えばポリエステル等で作られている為に、サファイヤ板９４０が研磨パッド９１０、９２０の中に沈み込む現象が起きる。化学研磨は化学研磨剤を吸った研磨パッド９１０、９２０の間をサファイヤ板９４０が通過する事で研磨効果を得る為、サファイヤ板９４０が研磨パッド９１０、９２０内に沈み込んでいる状態でサファイヤ板９４０を動かすと、進行方向９５０の斜面が研磨パッド９１０、９２０で研磨されてしまう。これがダレを生む結果となる。ダレは研磨時間が長くなるほど顕著になる。従って、ダレを完全に抑制するには、ダレた部分を切断することが好ましい。一度鏡面状態に研磨された研磨面は傷付き安いため、表面に保護膜を付けて切断加工する必要がある。傷が付く原因として考えられるのが鏡面同士のサファイヤ板を合わせて加工した場合に面同士が摺れて傷が発生する。また、合わせ面に研磨剤やその他の異物が進入して出来る場合が考えられる。
【００２０】
保護膜には、接着剤系の物質、例えば溶かしたラックを霧状にサファイヤ板に吹き付けるか、有機系の物質、例えばペイント等をサファイヤ板に吹き付けて保護膜とする。図１０は、スプレーを用いて保護膜を塗布する場合の模式図である。スプレー缶１０２０から保護膜をサファイア板１０１０に向けて吹付ける。保護膜の厚みは均一性を持ち、５００ミクロン以下が好ましい。但し、保護膜が側面、特に基準面に付着しない様に注意が必要となる。
【００２１】
保護膜を付けたサファイヤ板の基準面を下にして固定冶具に固定する（行程２０２）。固定したサファイヤ板の側面２面を切削加工する（行程２０３）。図１１は、保護膜の付いたサファイヤ板を固定した状態及びそのサファイヤ板の側面加工方法を示す。サファイア板１１１０は、基準面１１１５を下面にして固定治具１１４０に整列して並べる。このとき、サファイア板１１１０は、サファイア板１１１０に設けた保護膜１１３０同士が接触するようにする。切削ホイール１１２０でサファイア板１１１０を切削する。なお、本実施例では切削ホイール１１２０を用いているが、ロータリー研削盤を用いる方法もある。
【００２２】
側面２面の加工が終わった後に、基準面を含む残り２面を表に向ける形で固定する（行程２０４）。先ずは基準面以外の面を切削加工し（行程２０５）、続いて基準面を加工して最終的な外周寸法に整える（行程２０６）。外周加工を終えたサファイヤ板の保護膜を除去する（行程２０７）。最後に外観検査を行う（行程２０８）。
【００２３】
両面同時研磨法で研磨されたサファイヤ板は、外周から２ミリまでがダレて変形している場合が多い。従って、鏡面仕上げ後の外周研削に於いて外周から２ミリ以上を取る事が好ましい。この外周加工に於いて基準面の加工を行うわけであるから、Ｃ軸とサファイヤ板のエッジの成す角度を確認する目的で、図７に示すＸ線結晶測定方法を用いてＣ面の測定を行い、その精度を確認する必要がある。
【００２４】
図１２は本実施例で用いた無反射コート処理を行ったサファイヤ板の波長に対する透過率を表している。測定は分光光度計を用い、リファレンスは空気を用いて測定した。サファイヤの光透過帯域は、波長で１６０ｎｍの紫外線から波長６μｍの赤外線までと広く、一般的な無機ガラスが可視光領域を主な通過帯域と比較すると広い通過帯域を持つ。しかし、石英ガラスに於いては波長に依っては９８％の透過率を示す反面、サファイヤは可視光領域に於いては８８％程度の透過率を示すに留まる。従って、サファイヤ板に無反射コートや特殊なフィルムを貼って透過率の補正を行う方法が採られている。
【００２５】
液晶パネルに使われる液晶は紫外線領域の光に弱く、液晶パネルの寿命を維持する為には紫外線領域の光が液晶パネルの中を通過させない工夫が必要となる。光変調用に使用される液晶パネルに於いて、通常ＲＧＢ３色中一番波長が短い青色領域は波長４５０ｎｍを中心とした波長である。液晶プロジェクタ装置で用いられるサファイヤ板に於いては、通常透過率が９１％以上である事が求められる。従って、サファイヤ板を液晶パネル用に使用した場合に、波長４５０ｎｍを中心とした領域では透過率９１％以上、それより短波長側では透過率が大きく減衰する事が求められる。サファイヤ板は、波長２５０ｎｍ程度まで７０％代の透過率を持っている為、波長３５０ｎｍ以下の波長を充分減衰させる必要がる。
【００２６】
本実施例では、サファイヤ板に無反射コートを用いて３５０ｎｍ以下を透過率６０％以下にする方法を説明する。無反射コートには複数の膜を塗布するマルチコートと一枚の膜を塗布するシングルコートに分けられる。光変調用液晶パネルに於いては少なくとも３波長領域、例えば波長６１０ｎｍを中心とする赤色の領域、波長５４０ｎｍを中心とする緑色の領域、波長４５０ｎｍを中心とする青色の領域を高光透過率にする必要がある。シングルコートに於いては透過特性を平らにして広い波長に対して一定の透過率を保つ事は可能であるが、通常波長４００ｎｍから波長７００ｎｍの広い範囲を透過率９１％以上でカバーすることは難しい。従って、波長４５０ｎｍと５４０ｎｍのほぼ中央、５００ｎｍが最高透過率になる様な膜と波長６００ｎｍが最高透過率になる様な膜で３領域をカバーしている。単層膜の無反射コートでは、沸化マグネシウムを用いるのが一般的である。単層膜の場合、透過特性を波長に対して極力均一化、つまり特性を寝かせて有るために波長４５０ｎｍ以下の短波長側でも７０％を越える透過率になってしまう。従って、本実施例では波長３５０ｎｍで透過率６０％程度になる特性を持つ第３の膜を付加する事でこの領域での透過率を押さえた。
【００２７】
また、無反射コートは従来片面に付加するのが一般的で有ったが、透過率を向上させる為に無反射コートを両面に付ける場合もある。図１３は無反射コートを両面に付けた状態を示している。サファイア板１４１０の光の入射面と出射面の両方に、無反射コート１４２０を施す。
【００２８】
本実施例では波長３００ｎｍまでしか測定を行わなかったが、サファイヤ板自体の透過率は波長が短くなり、波長２５０ｎｍ以下になると急激に透過率が下がり、波長１６０ｎｍに於いては透過率４０％以下に下がってしまう。従って、波長３００ｎｍ以下の光に付いては、無反射コートやサファイヤ板自体の透過率低下の為、波長３５０ｎｍ領域の光に比べて液晶の劣化に寄与しないと考えられる。
【００２９】
サファイヤ板を用いて作成される液晶パネルに付いてサファイヤ板のＣ軸と他の構成物とのアライメントを２度以内にする必要が有ることは上述したが、実際に液晶の封止及びパネルの組立を行う場合に付いてどの様にアライメントを取るかを説明する。
【００３０】
液晶パネルを組み立てる際に各部品のアライメントを取る方法として画像認識を用いて行うのが一般的である。この方法は各部品の輪郭を抽出し、その輪郭からその部品の方向を正確に把握し、補正を掛けながら組み付けて行く方法である。サファイヤ板のエッジとＣ軸との成す角度を２度以内にする加工方法を示したが、このエッジをＣ軸の方向に見立てて組立を行う事は難しい。液晶パネルを組み立てる際に使用する接着剤がエッジに溢れてエッジの形状が不鮮明になるからである。
【００３１】
本実施例ではＣ軸の方向またはＣ軸の方向から割り出したアライメント用の線分または印を付けたサファイヤ板の製造方法に付いて説明する。前出の線分や印は長いほうが正確にアライメント出来る為、サファイヤ板の長手方向に付加されるのが一般的である。従って、Ｃ軸に対して９０度の場合も想定される。
【００３２】
図１４はアライメント用マーキングを示している。図１４（ａ）は、Ｃ軸１５２０に対して平行な面に、Ｃ軸１５２０に対して３５度または４５度の角度で面を削った面取り部１５３０を有する。面取り部１５３０と、面取りされる前の面との境目に、稜線１５４０ができる。この場合、この図に示されている稜線１５４０をアライメント用線分として用いる。また、図１４（ｂ）は、Ｃ軸１５２０に対して平行な面に、Ｃ軸１５２０に対して垂直となる様な線分を彫り込んだ場合を示している。彫り込んだ線分の片側をアライメント用の線分１５５０として用いる。
【００３３】
図１５は、稜線をアライメントに用いる場合の加工例を示す。図１６はその加工手順のフローチャートである。先ず、図７に示す方法を用いて、Ｘ線結晶方位測定器でサファイヤ板１６１０にＣ軸方向１６２０を特定する（工程４０１）。次に、サファイヤ板１６１０を加工機の移動方向１６５０に対し、Ｃ軸１６２０が垂直になるように治具を用いて固定する（工程４０２）。次に、切削ホイール１６４０の角度を面取り部の指定角度に合わせる（工程４０３）。面取り部の角度が３５度の場合は５５度とする。切削機を始動させる（工程４０４）。切削機は平面研削盤を用い、切削ホイー１６４０はダイヤホイールを用いた。徐々に切削ホイールを下げていき、面取りを行う（工程４０５）。
【００３４】
次にアライメント用の線分をサファイヤ板表面に彫り込む場合に付いて説明する。図１７は、レーザマーキングを用いて彫り込む場合を示している。また、図１８は、その加工手順を表したフローチャートである。先ず、図７に示す方法を用いて、Ｘ線結晶方位測定機でサファイヤ板のＣ軸方向１８２０を特定する（工程４１１）。レーザ光の吸収を高める為にサファイヤ板１８１０の表面を黒く塗る（工程４１２）。本実施例ではインクを用いた。次にサファイヤ板１８１０をレーザマーキング装置のＸＹステージ１８３０の移動方向１８５０に対し、Ｃ軸１８２０が垂直になるように治具を用いて固定する（工程４１３）。ＸＹステージ１８３０をサファイヤ板１８１０の左端に移動させる（工程４１４）。
【００３５】
次に、レーザスポットが５０％オーバーラップする間隔で、ＸＹステージ１８３０を一方方向に動かし（工程４１５）。レーザ発信器１８４０からレーザを照射する（工程４１６）。この作業をサファイヤ板１８１０の左端から右端まで行った。アライメントを行う場合は、前出の稜線または彫り込まれた線分の片側と対応する構造物の方向を示す部分とをパターン認識させてアライメントを行う。
【００３６】
【発明の効果】
サファイヤ板を有する液晶表示装置において、波長の短い光の進入を阻害することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶パネルの構成図である。
【図２】液晶パネルの偏光性の図である。
【図３】液晶の偏波面とサファイヤＣ軸の関係を示した図である。
【図４】液晶用サファイヤ板と偏波面との関係を示す図である。
【図５】Ｃ軸に平行なエッジを持つサファイヤ板の加工のフローチャートである。
【図６】Ｘ線結晶方位測定機によるサファイヤインゴットの例である。
【図７】Ｘ線結晶方位測定器によるサファイヤ板の結晶方位測定の例である。
【図８】側面加工のフローチャートである。
【図９】エッジダレ発生のメカニズム示す図である。
【図１０】スプレーを用いて保護膜を付着させる場合の図である。
【図１１】サファイヤ板の固定と側面研削の方法である。
【図１２】無反射コートの透過率特性を示す図である。
【図１３】両面無反射コートの例を示す図である。
【図１４】アライメント用マーキング示す図である。
【図１５】面取り部の作成方法を示す図である。
【図１６】面取り加工のフローチャートである。
【図１７】レーザマーキングによる線分作成方法を示す図である。
【図１８】レーザマーカーでの加工フローチャートである。
【符号の説明】
１１０  無反射コート
１２０  サファイアガラス板
１３０  駆動用トランジスタ
１４０  電極
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004163460.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004163460.tif 000017
【図１６】
2004163460.tif 000018
【図１７】
2004163460.tif 000019
【図１８】
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