(57)【要約】【課題】画素電極が形成された基板上のシール部に画素電極面と異なる段差を設けてシール厚みを増やすことで基板間の自由度を増し、複屈折等による画像品位の劣化を抑える。【解決手段】液晶表示素子２０は、光反射性を有する複数の画素電極２がマトリクス状に形成された表示領域を表面に有する半導体基板２１と、光透過性及び導電性を有する透明電極５が一方の表面に形成された光透過性を有する透明基板４とが、画素電極２と透明電極５とが互いに向き合うように離間対向配置されると共に、配向膜９、１０を介し表示領域を囲む環状のシール部２３によってセルギャップと称される間隙Ａを有して貼り合わされ、間隙Ａには液晶８が充填されている。半導体基板２１は、シール部２３が形成される環状の接着領域の厚さがそれ以外の画素電極などが形成されている表示領域の厚さより＃で示す長さだけ薄く形成されており、それにより段差２２が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極が形成された表示領域を表面に有し、かつ、前記表示領域を囲む環状の接着領域が前記表示領域の表面に対して所定の高さだけ低い段差に形成された半導体基板と、
前記複数の画素電極に所定の間隙を有して対向配置された光透過性及び導電性を有する透明電極が一方の表面に形成された光透過性を有する透明基板と、
前記半導体基板の前記接着領域と、前記透明基板の前記接着領域に対応した領域との間を前記所定の間隙を有して貼り合わせるシール部と、
前記所定の間隙に充填された液晶と
を備えることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】
前記段差の前記所定の高さは、前記液晶が封入された前記間隙内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、０.５μｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
半導体基板の表面に複数の画素電極が配置された表示領域と、前記表示領域を囲むように前記表示領域の表面に対して所定の高さだけ低い段差のある環状の接着領域とを形成する領域形成工程と、
光透過性を有する透明基板の一方の表面に透明電極を形成する透明電極形成工程と、
前記半導体基板の前記接着領域と、前記透明基板の前記接着領域に対応した領域との間を、シール材により前記半導体基板の前記表示領域と前記透明基板の前記透明電極とが所定の間隙を有して離間対向した状態で貼り合わせるシール部形成工程と、
前記所定の間隙に液晶を充填する液晶充填工程と
を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】
前記領域形成工程は、前記段差の前記所定の高さを、前記液晶が封入された前記間隙内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、０.５μｍ以上に形成することを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法に係り、特に反射型の液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を大画面で高精細に表示できるディスプレイとして、プロジェクタやプロジェクションテレビ等の投射型の液晶表示装置が普及している。この投射型の液晶表示装置に用いられる液晶表示素子は、一般的に、液晶表示素子の一方から入射した光をこの液晶表示素子を透過して他方に出射する透過型と、液晶表示素子の一方から入射した光をこの液晶表示素子で反射させて入射した側に出射する反射型とがある。
透過型液晶表示素子は反射型の液晶表示素子と比較して開口率では劣る傾向にあるものの、光の入射と出射の面が異なるため投射の際に組み合わせる光学系が簡素化できるというメリットがある。
【０００３】
一方、反射型の液晶表示素子は、透過型の液晶表示素子と比較して、開口率を低下させずに高い解像度を実現する上で有利である。反射型の液晶表示素子は一般的にシリコン系の半導体基板の上に各画素に対応するＭＯＳ型トランジスタを配置し、その上層に金属配線を施し、その上に反射電極画素を形成する。
【０００４】
図４は、従来の反射型液晶表示素子の一例の模式的断面図を示す。図４に示すように、従来の反射型液晶表示素子１は、表面の所定範囲に光反射性を有する画素電極２がマトリクス状に複数形成された半導体基板３と、表面(図４では、透明基板４の下面に相当する)に光透過性を有する透明電極５が形成された光透過性を有する透明基板４とが、画素電極２と透明電極５とが対向するように間隙Ａを有して配置され、シール部７と透明基板及び半導体基板により囲われたこの間隙Ａに液晶８が充填されている。シール部７は、半導体基板３の表面の所定範囲を最終的に囲むように形成されている。
【０００５】
また、半導体基板３には、その表面の少なくとも所定範囲を覆う配向膜９が形成されている。また、透明基板４には、その表面の少なくとも上記所定範囲に対応する範囲における透明電極５を覆う配向膜１０が形成されている。そして、透明基板４の裏面(図４では、透明基板４の上面に相当する)には、反射防止膜１１が形成されている。また、この反射型液晶表示素子１において、上記の所定範囲は、画像を表示するための表示領域となる。また間隙Ａの長さをセルギャップという。
【０００６】
なお、この液晶表示素子１に入射する光は完全な平行光ではないため、そのままでは表示領域以外の素子部に照射されてしまう。特にシール部７に当たった光は偏光方向がランダムになるため非駆動状態でも明るく光り、画像品位を非常に悪くしてしまう。そのため、反射型液晶表示素子１は、表示領域に対応する開口部を持ち、かつ、光を反射しない黒色のプレートであるアパチャーマスク１２を反射防止膜１１の上方に設置し、画像品位を下げる原因となる領域に光を入射しない構造をとる。
【０００７】
ここで、一般的に、液晶は外部から入り込む不純物を嫌うことが多く、そのために反射型液晶表示素子１は半導体基板３と透明基板４との間をシール部７を介して接着し、半導体基板３と透明基板４との間の空間に液晶８を封入するセル構造の構造物の構成とされるため、特にシール部７には高い遮断性が求められる。通常環境で液晶セル内部に侵入する不純物として水分が考えられ、シール部７は水分の浸入を防ぐための高い耐湿性を持つ。
【０００８】
シール部７自身の耐湿性は非常に高いものの、接着される基板との界面から侵入する水分を完全に抑えることは難しく、多少の水分が不純物として存在する。侵入する水分量とシール部７には良い相関があり、特にシール部７の材質と幅は耐湿性を決める重要な因子となっている。
【０００９】
シール部７の塗布領域は特許文献１に示すように画素と同じ面上にあることが望ましい。これはセルギャップによって決まる諸特性を安定して得ることと面内ギャップ厚みムラによる画面輝度の不均一さを軽減することを主な目的とする。また、半導体基板３は下地にトランジスタを形成し、その上層部にポリシリコン膜、更に酸化膜と配線、もしくは表面電極となる金属膜を多層形成した構成となる。基本的な平坦化の手法としては、画素領域と周辺回路領域の回路密度やプロセスの違いから生じる段差を配線工程中に表面研磨を行うことで均一化を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５１３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、通常、シール部７自身に高い耐湿性を求める場合、シール部７と透明電極５及び半導体基板３との界面と密着させる必要があり、結果として接着強度を上げることになるためシール部７の硬度は高くなり易い。しかし、あまり強固に接着してしまうと接着剤自身の収縮や接着される透明電極５及び半導体基板３間の熱膨張係数の違いによるストレスから透明基板４に複屈折が発生し、結果として表示品位を下げることになってしまう。逆に、シール部７にストレスを下げるために柔軟な材料、例えばゴム系の材料等を多く含有する材質を使用すると、多くの場合は接着強度が不足し、上記の界面からの水分の浸入を容易にすることになる。
【００１２】
シール部７の幅も耐湿性を決める非常に大きな要因である。基本的に水分の拡散はシール部７の幅の自乗に反比例する傾向にあり、どれだけ広い幅を確保できるかは非常に大きな意味を持つ。また、シール部７が与えるストレスに関して考えた場合、シール厚みが薄く幅が広くなると強固に固定されるため、２枚の基板３、４の自由度が下がり、複屈折の発生を起こし易い。
【００１３】
近年の液晶表示素子は低コスト化の要求が激しく、画素の小型化によって画素密度を上げてウェハあたりの配置数を増やすことでチップあたりの単価を下げる必要がある。そのような観点から、シール幅を広く取ることができずシール部７の性能向上とシール部７の塗布位置管理によって期待される耐湿性、信頼性の確保に取り組んできた。しかし、現在のシール部７の性能とそれによって得られる耐湿性を考えると大きな改善が難しいところにきており、特に従来の要求性能を全て満足させた上で実現することは困難である。
【００１４】
また、昨今の液晶表示素子に求められる性能として高速応答性や高コントラスト、ディスクリネーション量の低減があり、これらは全て液晶表示素子の狭セルギャップ化の方向へ向かう内容である。しかし、既に述べたように高耐湿性を持つシール部７は硬度が高い傾向にあり、また狭セルギャップ化のためにシール部７の厚みを薄くすると相対的に基板３及び４間の自由度が下がり、更に複屈折による画質低下を引き起こし易く、安易にシール部７の材質による改善を行うのが難しい状況にある。
【００１５】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、画素電極が形成された基板上のシール部に画素電極面と異なる段差を設けてシール厚みを増やすことで基板間の自由度を増し、複屈折等による画像品位の劣化を抑えることが可能な液晶表示素子及び液晶表示素子の製造方法提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子は、複数の画素電極が形成された表示領域を表面に有し、かつ、表示領域を囲む環状の接着領域が表示領域の表面に対して所定の高さだけ低い段差に形成された半導体基板と、複数の画素電極に所定の間隙(A)を有して対向配置された光透過性及び導電性を有する透明電極が一方の表面に形成された光透過性を有する透明基板と、半導体基板の接着領域と、透明基板の接着領域に対応した領域との間を所定の間隙を有して貼り合わせるシール部と、所定の間隙に充填された液晶とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子は、段差の所定の高さが、液晶が封入された間隙内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、０.５μｍ以上に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子の製造方法は、半導体基板の表面に複数の画素電極が配置された表示領域と、表示領域を囲むように表示領域の表面に対して所定の高さだけ低い段差のある環状の接着領域とを形成する領域形成工程と、光透過性を有する透明基板の一方の表面に透明電極を形成する透明電極形成工程と、半導体基板の接着領域と、透明基板の接着領域に対応した領域との間を、シール材により半導体基板の表示領域と透明基板の透明電極とが所定の間隙を有して離間対向した状態で貼り合わせるシール部形成工程と、所定の間隙に液晶を充填する液晶充填工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示素子の製造方法は、領域形成工程が、段差の所定の高さを、液晶が封入された間隙内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、０.５μｍ以上に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、画素電極が形成された基板上のシール部に画素電極面と異なる段差を設けてシール厚みを増やすことで貼り合わされる２つの基板間の自由度を増し、複屈折等による画像品位の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の液晶表示素子の一実施の形態の模式的断面図である。
【図２】本発明の液晶表示素子の一実施の形態の模式的平面図である。
【図３】本発明の液晶表示素子の製造方法の一実施の形態の各工程の素子断面図である。
【図４】従来の液晶表示素子の一例の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明になる液晶表示素子の一実施の形態の模式的断面図、図２は、本発明になる液晶表示素子の一実施の形態の模式的平面図を示す。両図中、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態の液晶表示素子２０は反射型液晶表示素子で、光反射性を有する複数の画素電極２がマトリクス状に形成された表示領域を表面に有する半導体基板２１と、光透過性及び導電性を有する透明電極５が一方の表面に形成され、かつ、透明の反射防止膜１１が他方の表面に形成された光透過性を有する透明基板４とが、画素電極２と透明電極５とが互いに向き合うように離間対向配置されると共に、配向膜９、１０を介し上記表示領域を囲む環状のシール部２３によってセルギャップと称される間隙Ａを有して貼り合わされ、間隙Ａには液晶８が充填されてなる構造を有する。
【００２５】
半導体基板２１は、シール部２３が形成される環状の接着領域の厚さがそれ以外の画素電極などが形成されている表示領域の厚さより＃で示す長さだけ薄く形成されており、それにより段差２２が形成されている。画素電極２及び配向膜９が形成された半導体基板２１は画素電極基板を構成している。また、この半導体基板２１には、図２に示すように、複数の画素電極２がマトリクス状に配置された所定範囲Ｄの表示領域が形成され、更にその表示領域を覆うように図１に示した配向膜９が形成されている。
【００２６】
また、所定範囲Ｄの表示領域の周囲に駆動回路部２４が形成され、更にその駆動回路部２４上を一部含み、所定範囲Ｄの表示領域及び配向膜９を囲むように環状のシール部２３が形成されている。また、駆動回路部２４に隣接して、図１では図示を省略した、液晶表示素子２０と外部を電気的に接続するワイヤボンディング用のパッド配置領域２５が形成されている。なお、図１に示す配向膜１０は、図２に示した所定範囲Ｄに対応する範囲における透明電極５を覆うように形成されている。上述した透明電極５及び反射防止膜１１が形成された透明基板１１と、配向膜１０と、画素電極基板とは公知の液晶表示素子の製造方法を用いて形成することができる。
【００２７】
次に、本発明の要部をなすシール部２３について説明する。シール部２３の高さは画素面に対し略平行であることが要求される。その理由は、先に述べた特許文献１に記載されているように、セルギャップによって決まる諸特性を安定して得ることと、面内ギャップ厚みムラによる画面輝度の不均一さを軽減することが必要とされるからである。そのため、特許文献１に記載された手法を用いてシール部２３を一度平坦化し、画素表面と同じ高さに揃える必要がある。
【００２８】
高さを画素面と同じに揃えられたシール部２３に対し、半導体製造プロセスで一般的に用いられるホトリソグラフィ、エッチング、レジスト除去の各工程を経て段差２２を作成する。こうして作成した画素電極基板を用いて素子化を行う。本実施の形態では液晶８が封入された間隙Ａ内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、半導体基板２１上のシール部２３の接着領域に形成された段差２２の、図１に＃で示す画素電極５の形成された領域の平面との差（高さ）は、０.５μｍ以上に設定される。これは、一般的な液晶８の屈折率と光学系の入射−出射角度を考慮した場合に、必要な寸法を概算で算出した結果に基づく。
【００２９】
このように、本実施の形態の液晶表示素子２０によれば、半導体基板２１上のシール部２３の接着領域を段差２２を設けた構造とすることで、シール部２３の厚みを従来よりも増加させたため、半導体基板２１を含む画素電極基板と、透明基板４を含む透明電極基板とをシール部２３により貼り合わせる場合に、基板間の自由度が増し、複屈折等による画像品位の劣化を抑えることができ。これにより、本実施の形態の液晶表示素子２０によれば、従来の素子構造を大きく変化させることなく、生産性の悪化や画素電極基板の取れ数減少によるコストの増大をさせることなく画像品位の悪化を抑制することができる。
【００３０】
なお、従来の液晶表示素子１と同様に、本実施の形態の液晶表示素子４０もアパチャーマスク１２を反射防止膜１１の上方に設置し、画像品位を下げる原因となる領域に光を入射しない構造をとることも可能である。
【００３１】
次に、本実施の形態の液晶表示素子２０の製造方法について図３の各工程の素子断面図と共に説明する。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示すように、公知の方法で半導体基板２１上の所定範囲Ｄにマトリクス状に複数の画素電極２を形成する。続いて、図３（ｂ）に示すように、画素電極２が形成された半導体基板２１の表面全体をレジスト膜３１で被覆した後、図３（ｃ）に示すように通常のフォト・リソグラフィ技術を適用して、露光用マスク３２によりレジスト膜３１の表示領域に対応した領域をマスクし、レジスト膜３１の露光用マスク３２によりマスクされていない部分に対して露光光を照射する。続いて、図３（ｄ）に示すように、露光用マスク３２を除去した後現像して露光光が照射されていない部分のレジスト膜３１を残す。
【００３３】
次に、図３（ｅ）に矢印３３で示すように、レジスト膜３１をマスクとして公知のエッチングを行い、レジスト膜３１で覆われていない部分（すなわち、シール部２３を形成する部分）を所定の深さ分除去する。続いて、図３（ｆ）に示すように、塩素系のガスなどを用いた公知の方法によりレジスト膜３１を除去することにより、レジスト膜３１で覆われていない半導体基板２１の接着領域の部分に段差２２を形成する。この段差２２の表面は、画素電極２の表面と平行になるように形成されている。また、後述する液晶８が封入された間隙Ａ内の液晶層の平均厚みが１.５μｍ以下であるとき、段差２２の表面は、画素電極２の平面との差が０.５μｍ以上になるように形成されている。
【００３４】
次に、図３（ｇ）に示すように、光透過性及び導電性を有する透明電極５が一方の表面に形成され、かつ、透明の反射防止膜１１が他方の表面に形成された光透過性を有する透明基板４を用意する。透明電極５及び反射防止膜１１は公知の液晶表示素子の製造方法を用いて透明基板の両面に容易に形成することが可能である。
【００３５】
続いて、図３（ｈ）に示すように、透明電極５の表面の所定領域Ｄに配向膜１０を被覆した対向電極基板と、画素電極２が形成された所定領域Ｄに配向膜９を被覆した画素電極基板とを、配向膜９と配向膜１０とが互いに対向するように配置する。
【００３６】
続いて、図３（ｉ）に示すように、セルギャップＡ（図１参照）に対応する所定の直径を持つスペーサボールが紫外線硬化樹脂に混入されたシール材３４を半導体基板３１の段差２２上に環状に塗布する。このシール材３４は耐湿性を向上させやすい硬度の高い材料である。
【００３７】
そして、図３（ｊ）に示すように、透明電極５、反射防止膜１１及び配向膜１０を含む透明基板４（対向電極基板）を、配向膜１０及び配向膜９が対向した状態で、互いに接近する方向に所定の圧力を印加しつつ上記シール材３４を紫外線（ＵＶ）光３５の照射により硬化させることによってシール部２３を形成して、半導体基板２１の接着領域と対向電極基板の上記接着領域に対応する領域との間を貼り合わせる。このとき、シール部２３は、セルギャップＡの距離をスペーサの直径に応じて設定することができる。
【００３８】
この時に塗布されたシール材３４の形状は、表示領域（図２の所定領域Ｄに相当）にある複数の画素電極２の周囲を完全に覆う場合と、後に液晶を注入する隙間を空けておく場合の２種類が考えられる。完全に覆う場合は画素電極基板と対向電極基板とを重ね合わせる前に、画素電極基板と対向電極基板との間に形成される空間の容積に対応する量の液晶をどちらかの基板の上へ事前に供給しておく必要がある。
【００３９】
また、通常のシール材はシール材を硬化させるのに必要なエネルギーとして３６５ｎｍ換算で３０００ｍＪを目安とし、１００ｍＷのＵＶ光源を用いて約３０秒のＵＶ光の照射によりシール材を硬化する。
【００４０】
上記のようにしてＵＶ光照射によりシール材３４を硬化させてシール部２３を形成した後、一般的に用いられる液晶注入装置へ導入し、真空注入の手法を用いて先の液晶を注入する隙間から液晶を配向膜９と配向膜１０とシール部２３とで囲まれた間隙内に注入する。液晶を注入した後、液晶を注入したシール部２３の隙間に再度シール材を塗布し、硬化させて完全に封をする。その後、周囲に付着した液晶や他の有機物の異物を除去する。
【００４１】
この後に外部駆動基板との接続を行うＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を貼り付け、ワイヤボンディング等で液晶表示素子とＦＰＣとの電気的な接続を行い、本実施の形態の図１及び図２に示したのと同様な液晶表示素子２０が完成する。
【００４２】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば本発明は透過型液晶表示素子にも適用可能である。また、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。上記実施形態において、間隙Ａの平均厚みは１.５μｍ以下であり、段差２２の表面と画素電極２の平面との差を０.５μｍとしたが、前後０.２μｍ程度の範囲は許容される。
【符号の説明】
【００４３】
２  画素電極
４  透明基板
５  透明電極
８  液晶
９、１０  配向膜
１１  反射防止膜
２０  液晶表示素子
２１  半導体基板
２２  段差
２３  シール部
２４  駆動回路部
Ａ  間隙
【図１】
2012168347.tif 000003
【図２】
2012168347.tif 000004
【図３】
2012168347.tif 000005
【図４】
2012168347.tif 000006