(57)【要約】【課題】ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板とプラスチックフィルムからなる対向基板とを貼り合わせて製造され、良好な表示特性と信頼性を有する装置を提供する。【解決手段】この液晶表示装置１０１は、ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板１１０と３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルムを有する対向基板１２０を、３０℃以下で硬化反応が進行するシール材１４０を用いて貼り合わせて製造される。【選択図】図1【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、
３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルムを有する対向基板と、
３０℃以下で硬化反応が進行して前記アレイ基板と前記対向基板とを貼り合わせるシール材と、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記アレイ基板と前記対向基板との線膨張係数の比率が、１対１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記薄膜スイッチング素子が、ポリシリコン薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記対向基板が、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記シール材が、紫外線硬化型樹脂である請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、
３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルムを有する対向基板とを、
３０℃以下で硬化反応が進行するシール材を用いて貼り合わせることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パーソナルコンピュータや携帯電話などの表示に用いられる液晶表示装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような液晶表示装置として、例えば応用分野の広いＴＮ(ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ)素子があり、このＴＮ素子は、1枚の液晶パネルとその両側に配置された偏光板により構成され、この両側の偏光板がともにガラス基板であるＬＣＤによる光シャッタがある（非特許文献１）。【０００３】
また、両側の偏光板ともプラスチックフィルムのＬＣＤが提案されており、スイッチング素子を形成したアレイ基板を使用しない、いわゆるパッシブマトリクスの液晶表示装置が製造されている（特許文献１，非特許文献２）。
【非特許文献１】社団法人電子情報技術産業協会編「ＦＰＤガイドブック」（２００３年）（第２０−２１頁）
【特許文献１】特開平４−２０８９２５号公報（第１頁）
【非特許文献２】テクノタイムズ社「月刊ディスプレイ」２００３年３月号（第５５−６１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、両側ともガラス基板のＬＣＤは、造工程中の偏光板を貼る前に割れやすいので、ガラス基板の厚さをそれぞれ０．３ｍｍ以下に薄型化するのが困難である。【０００５】
また、両側ともプラスチックフィルムのＬＣＤは、アクティブマトリクス型による高精細な液晶表示装置が製造できていない。特に、ポリシリコン薄膜トランジスタ（ｐ−ＳｉＴＦＴ）は、一般的には４００℃以上の高温の加工が必要となるため、プラスチック上に形成するのは困難である。【０００６】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、薄くて軽く割れにくく、高精細の装置が歩留まり良く製造できる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成されている。【０００８】
請求項１に記載の発明は、
ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、
３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルムを有する対向基板と、
３０℃以下で硬化反応が進行して前記アレイ基板と前記対向基板とを貼り合わせるシール材と、
を有することを特徴とする液晶表示装置である。【０００９】
請求項２に記載の発明は、
前記アレイ基板と前記対向基板との線膨張係数の比率が、１対１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置である。【００１０】
請求項３に記載の発明は、
前記薄膜スイッチング素子が、ポリシリコン薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置である。【００１１】
請求項４に記載の発明は、
前記対向基板が、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の液晶表示装置である。【００１２】
請求項５に記載の発明は、
前記シール材が、紫外線硬化型樹脂である請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の液晶表示装置である。【００１３】
請求項６に記載の発明は、
ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、
３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルムを有する対向基板とを、
３０℃以下で硬化反応が進行するシール材を用いて貼り合わせることを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。【００１５】
請求項１に記載の発明では、ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、規定のプラスチックフィルムを有する対向基板と、アレイ基板と対向基板とを貼り合わせる規定のシール材とを有し、両側ともガラス基板の液晶表示装置より薄くて軽く割れにくく、高精細の液晶表示装置である。【００１６】
請求項２に記載の発明では、アレイ基板と対向基板との線膨張係数の比率が、１対１０以下であり、この線膨張係数の比率の規定により、液晶表示装置が高温になったときにアレイ基板と対向基板の熱膨張の差による液晶表示装置の反りや剥離による破壊が発生しにくくなる。【００１７】
請求項３に記載の発明では、薄膜スイッチング素子が、ポリシリコン薄膜トランジスタであり、移動度が高くスイッチング素子が小さな面積で済むことや、駆動用の回路まで形成することができる。【００１８】
請求項４に記載の発明では、対向基板が、カラーフィルタ基板であり、カラー化が容易にできる。【００１９】
請求項５に記載の発明では、シール材が、紫外線硬化型樹脂であり、硬化時間が短時間で済み、かつ紫外線を照射することにより常温の温度環境で硬化することが可能である。【００２０】
請求項６に記載の発明では、ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板と、規定のプラスチックフィルムを有する対向基板とを規定のシール材により貼り合わせることで、両側ともガラス基板の液晶表示装置より薄くて軽く割れにくく、高精細の液晶表示装置が歩留まり良く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の液晶表示装置及びその製造方法の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。【００２２】
図１は液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。この発明の液晶表示装置１０１は、アレイ基板１１０と、対向基板１２０と、アレイ基板１１０と対向基板１２０との間に介在する液晶１３０と、アレイ基板１１０と対向基板１２０とを貼り合わせるシール材１４０とを有する。【００２３】
アレイ基板１１０は、ガラス上１１１に薄膜スイッチング素子１１２を形成した構成である。この薄膜スイッチング素子１１２として、例えば、薄膜ダイオード、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ、ポリシリコン薄膜トランジスタなどが挙げられる。移動度が高くスイッチング素子が小さな面積で済むことや、駆動用の回路まで形成することができることから、前記のうちポリシリコン薄膜トランジスタを用いることが好ましい。【００２４】
対向基板１２０は、３０℃から１００℃における線膨張係数が４０ｐｐｍ／℃以下である厚さ５μｍ以上３００μｍ未満のプラスチックフィルム１２１を有する。このプラスチックフィルム1２１は、例えば、ポリエチレンナフタレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾオキサゾールなどが挙げられる。【００２５】
対向基板１２０は、液晶１３０の駆動モードにより、透明電極を有していても有していなくても良い。また、液晶１３０の駆動モードがツイステッドネマチック(TN)、垂直配向、高分子分散などの場合は対向電極を有しており、インプレーンスイッチング(IPS)の場合には対向電極を有していない。また、対向電極は、カラーフィルタ基板であっても透明基板であってもかまわないが、カラーフィルタ基板を用いるとカラー化が容易にできるので好ましい。対向基板２０にカラーフィルタ基板を用いずにカラー化する方法としては、アレイ基板１１０をカラーフィルタ化する方法(カラーフィルタ・オン・アレイ方式)や、バックライトの色を切り替える方法(フィールドシーケンシャル方式)などが挙げられる。【００２６】
シール材１４０は、３０℃以下で硬化反応が進行してアレイ基板１１０と対向基板１２０とを貼り合わせ、このシール材１４０はアレイ基板１１０と対向基板１２０との間に介在するスペーサービーズ１３１、液晶１３０のシールを行う。このシール材１４０としては、主剤と硬化剤を混合することで硬化反応が進行する２液混合型の硬化性樹脂や、紫外線を照射することで硬化反応が進行する紫外線硬化樹脂などを用いることができる。硬化時間が短時間で済むことから紫外線硬化樹脂を用いることが好ましく、かつ紫外線を照射することにより常温の温度環境で硬化することが可能である。【００２７】
アレイ基板１１０と対向基板１２０との線膨張係数の比率は、液晶表示装置１０１が高温になったときにアレイ基板１１０と対向基板１２０の熱膨張の差による液晶表示装置１０１の反りや剥離による破壊が発生しにくくなるので、１対１０以下であることが好ましい。【００２８】
このように、ガラス上に薄膜スイッチング素子を形成したアレイ基板１１０と、規定のプラスチックフィルム１２１からなる対向基板１２０との間に液晶１３０を介在して規定のシール材１４０により貼り合わせることで、両側ともガラス基板の液晶表示装置より薄くて軽く割れにくく、高精細の液晶表示装置１０１が歩留まり良く製造できる。
[実施例]
(実施例１)
図２は実施例１の液晶表示装置１０１の構成を示す概略断面図である。
（１）アレイ基板１１０
厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社製１７３７）1上に、アモルファスシリコンからなる薄膜トランジスタ（以下、ａ−ＳｉＴＦＴと略す）をスイッチング素子２とした、対角５０ｍｍ、画素数３２０×２４０のアレイ基板１１０を準備した。この無アルカリガラス1の線膨張係数は４ｐｐｍ／℃であり、スイッチング素子２を形成したアレイ基板１１０も同様であった。
（２）対向基板１２０
厚さ１２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルム（帝人デュポンフィルム社製テオネックスＱ−６５）3上に、シリコンをターゲットとして酸素を反応ガスに用いたリアクティブスパッタリング法により酸化ケイ素からなるガスバリア層４を形成し、続けて酸化インジウム錫（以下、ＩＴＯと略す）ターゲットを用いたスパッタリング法によりＩＴＯからなる透明導電膜５を形成した。次にポジ型フォトレジストを用いたフォトリソグラフィーと塩酸によるエッチングによりＩＴＯをパターニングし、対向基板１２０とした。このポリエチレンナフタレートフィルムの線膨張係数は１８ｐｐｍ／℃であり、ガスバリア層４と透明導電膜５を形成した対向基板１２０も同様であった。
（３）シール材１４０
硬化性樹脂成分として両末端アクリロイルビスフェノールＡオリゴマー、イソシアヌル酸トリアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレートを、開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（チバスペシャリティケミカル社製イルガキュア１８４）を、充填材として最大粒径２μｍ以下の酸化アルミニウムと最大粒径０．５μｍ以下の酸化ケイ素を有してなる紫外線硬化型樹脂をシール材１４０とした。このシール材１４０は高圧水銀灯により２０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより２５℃の温度環境で硬化することが可能であった。
（４）液晶表示装置１０１の作製
アレイ基板１１０上の周辺部に、描画装置（ディスペンサ）を用いてシール材１４０を描画した。一方、対向基板１２０上には粒径５．０μｍのスペーサービーズ７を散布した。続いて、位置決め装置を有する貼合装置によりアレイ基板１１０と対向基板１２０を貼合し、石英製のプレス板を用いてプレスしながら高圧水銀灯を照射してシール材１４０の硬化を行い、セルを作製した。このセルに、液晶真空注入装置を用いて、アクリル系モノマーとフッ素系液晶からなる高分子分散型液晶組成物を注入し、注入口を封口剤で封口した後、全面に紫外線を照射してアクリル系モノマーを重合させて高分子分散型液晶８とした。以上により液晶表示装置１０１を作製した。
（５）性能の評価
この液晶表示装置１０１に駆動用ＩＣを接続し、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。【００２９】
次に、この液晶表示装置１０１を８０℃の恒温槽で５００時間保存した。その後、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。
(実施例２)
図3は実施例２の液晶表示装置１０１の構成を示す概略断面図である。
（１）アレイ基板１１０
厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社製１７３７）１１上に、タンタル／酸化タンタル／タンタルからなる薄膜ダイオードをスイッチング素子１２とした、対角５０ｍｍ、画素数３２０×２４０のアレイ基板１１０を準備した。この無アルカリガラス１１の線膨張係数は４ｐｐｍ／℃であり、スイッチング素子１２を形成したアレイ基板１１０も同様であった。
（２）対向基板１２０
厚さ１２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルム（帝人デュポンフィルム社製テオネックスＱ−６５）１３上に、顔料分散フォトレジストを用いて、アレイ基板１１０に対応したカラーフィルタ１４を作製した。次に、シリコンをターゲットとして酸素を反応ガスに用いたリアクティブスパッタリング法により酸化ケイ素からなるガスバリア層１５を形成した。続けてＩＴＯターゲットを用いたスパッタリング法によりＩＴＯからなる透明導電膜１６を形成した。次にポジ型フォトレジストを用いたフォトリソグラフィーと塩酸によるエッチングによりＩＴＯをパターニングしてカラーフィルタ基板を作製し、これを対向基板１２０とした。このポリエチレンナフタレートフィルム１３の線膨張係数は１８ｐｐｍ／℃であり、カラーフィルタ１４、ガスバリア層１５および透明導電膜１６を形成した対向基板１２０も同様であった。
（３）シール材１４０
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製エピコート）、両末端エポキシエチレングリコールオリゴマー（保土谷化学社製PTG）、最大粒径２μｍ以下の酸化アルミニウム、最大粒径０．５μｍ以下の酸化ケイ素とを有してなる主剤と、イソシアヌレート構造を有する３官能チオール化合物（淀化学社製ＴＨＥＩＣ−ＢＭＰＡ）、最大粒径２μｍ以下の酸化アルミニウム、最大粒径０．５μｍ以下の酸化ケイ素とを有してなる硬化剤とを、使用時に混合することにより硬化する２液型のシール材１４０とした。このシール材１４０は、混合後、２５℃の温度環境下７２時間で硬化することが可能であった。
（４）液晶表示装置１０１の作製
アレイ基板１１０上の周辺部に、シール材１４０の主剤と硬化剤を混合した後、スクリーン印刷装置を用いてシール材１４０を印刷した。一方、対向基板１２０上には粒径５．０μｍのスペーサービーズ１８を散布した。続いて、位置決め装置を有する貼合装置によりアレイ基板１１０と対向基板１２０を貼合し、金属製のプレス板を用いてプレスした後、２５℃で７２時間静置してシール材１４０の硬化を行い、セルを作製した。このセルに、液晶真空注入装置を用いて、アクリル系モノマーとフッ素系液晶からなる高分子分散型液晶組成物を注入し、注入口を封口剤で封口した後、全面に紫外線を照射してアクリル系モノマーを重合させて高分子分散型液晶１９とした。以上により液晶表示装置１０１を作製した。
（５）性能の評価
この液晶表示装置１０１に駆動用ＩＣを接続し、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。【００３０】
次に、この液晶表示装置１０１を８０℃の恒温槽で５００時間保存した。その後、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。
(実施例３)
図４は実施例３の液晶表示装置１０１の構成を示す概略断面図である。
（１）アレイ基板１１０
厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社製１７３７）２１上に、ポリシリコンからなる薄膜トランジスタをスイッチング素子２２とした、対角５０ｍｍ、画素数３２０×２４０のアレイ基板を準備した。この無アルカリガラス２１の線膨張係数は４ｐｐｍ／℃であり、スイッチング素子２２を形成したアレイ基板１１０も同様であった。
（２）対向基板１２０
厚さ１００μｍの透明有機無機複合プラスチックフィルム（住友ベークライト社製ＦＳＴ−ＸＡ０６７）２３上に、顔料分散フォトレジストを用いて、アレイ基板１１０に対応したカラーフィルタ２４を作製した。次に、シリコンをターゲットとして酸素を反応ガスに用いたリアクティブスパッタリング法により酸化ケイ素からなるガスバリア層２５を形成した。続けてＩＴＯターゲットを用いたスパッタリング法によりＩＴＯからなる透明導電膜２６を形成した。次にポジ型フォトレジストを用いたフォトリソグラフィーと塩酸によるエッチングによりＩＴＯをパターニングしてカラーフィルタ基板を作製し、これを対向基板とした。この透明有機無機複合プラスチックフィルム２３の線膨張係数は１４ｐｐｍ／℃であり、カラーフィルタ２４、ガスバリア層２５および透明導電膜２６を形成した対向基板１２０も同様であった。
（３）シール材１４０
実施例１と同一の紫外線硬化型シール材を用いた。
（４）液晶表示装置１０１の作製
アレイ基板１１０と対向基板１２０のそれぞれにポリイミドからなる液晶配向膜を成膜し、９０度ツイストの配向処理を行った。次に、アレイ基板１１０上の周辺部に、描画装置（ディスペンサ）を用いてシール材１４０を描画した。一方、対向基板１２０上には粒径５．０μｍのスペーサービーズ２８を散布した。続いて、位置決め装置を有する貼合装置によりアレイ基板１１０と対向基板１２０を貼合し、石英製のプレス板を用いてプレスしながら高圧水銀灯を照射してシール材１４０の硬化を行い、セルを作製した。このセルに、液晶真空注入装置を用いて、フッ素系液晶２９からなるネマチック液晶組成物を注入し、注入口を封口剤で封口した。最後に、アレイ基板側と対向基板側のそれぞれの面に、配向処理と同じ方向に吸収軸を合わせて偏光板３０を貼合した。以上により液晶表示装置１０１を作製した。
（５）性能の評価
この液晶表示装置１０１に駆動用ＩＣを接続し、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。【００３１】
次に、この液晶表示装置１０１を８０℃の恒温槽で５００時間保存した。その後、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。
（比較例１）
（１）アレイ基板
実施例１と同様に準備した。
（２）対向基板
厚さ１２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルムを厚さ２００μｍのポリエーテルスルホンフィルム（住友ベークライト社製ＦＳ−１３００）に換えた以外は実施例１と同様に行った。このフィルムの線膨張係数は５５ｐｐｍ／℃であり、ガスバリア層と透明導電膜を形成した対向基板も同様であった。
（３）シール材および液晶表示装置の作製
実施例１と同様に行った。
（４）性能の評価
この液晶表示装置に駆動用ＩＣを接続し、テストパターンを表示させたところ、良好に表示することができた。【００３２】
次に、この液晶表示装置を８０℃の恒温槽で５００時間保存した。その後、恒温槽から取り出したところ、シールに剥離が発生し、液晶表示装置が破壊されていた。
（比較例２）
（１）アレイ基板および対向基板
実施例１と同様に準備した。
（２）シール材
熱硬化性樹脂からなるシール材（三井化学社製ＸＮ−２１Ｓ）を用いた。
（３）液晶表示装置の作製
アレイ基板上の周辺部に、スクリーン印刷装置を用いてシール材を印刷した後、オーブン中８０℃３０分のプリベークを行い、溶剤成分を蒸発させた。一方、対向基板上には粒径５．０μｍのスペーサービーズを散布した。続いて、位置決め装置を有する貼合装置によりアレイ基板と対向基板を貼合し、金属製のプレス板を用いてプレスした後、１５０℃で２時間静置してシール材の硬化を行い、セルを作製した。セルを室温に戻したところ、中央部がやや厚くなる変形が認められた。このセルに、液晶真空注入装置を用いて、アクリル系モノマーとフッ素系液晶からなる高分子分散型液晶組成物を注入し、注入口を封口剤で封口した後、全面に紫外線を照射してアクリル系モノマーを重合させて高分子分散型液晶とした。以上により液晶表示装置を作製した。
（４）性能の評価  この液晶表示装置に駆動用ＩＣを接続し、テストパターンを表示させたところ、中央部のセルギャップが厚くなり表示ムラが発生して良好な表示ができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、パーソナルコンピュータや携帯電話などの表示に用いられる液晶表示装置及びその製造方法に適用でき、薄くて軽く割れにくく、高精細の装置が歩留まり良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】実施例１の液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】実施例２の液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。
【図４】実施例３の液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０１  液晶表示装置
１１０  アレイ基板
１２０  対向基板
１３０  液晶
１４０  シール材
【図１】
2007037021.tif 000002
【図２】
2007037021.tif 000003
【図３】
2007037021.tif 000004
【図４】
2007037021.tif 000005
【国際調査報告】
2007037021.tif 000006
2007037021.tif 000007
2007037021.tif 000008