JP2007304274A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラックマトリックスを備えた液晶表示素子製作において、液晶を滴下注入法で注入後、紫外線硬化型枠状シール材を硬化する際、シール材への紫外線の照射量が不十分なものとなり、硬化が十分行われず、液晶表示素子の信頼性が大幅に低下してしまう危険性があった。
【解決手段】表示領域を囲む第１のブラックマトリクスの周縁部を枠状のシール材の内側に設定し、前面基板の外表面に、枠状のシール材に沿って形成された、遮光性材料からなる枠状の第２のブラックマトリクスを形成し、枠状のシール材の枠状部の幅ＷＳＭと、第２のブラックマトリクスの枠状部の幅ＷＢＭが、ＷＢＭ > ＷＳＬを満たすように設定する。
【選択図】図３ｃ

Description

本発明は、枠状のシール材を介して、一対の基板を所定の間隙を介して対向させて固定し、該枠状のシール材の内側の両基板間に液晶を封止して成る液晶表示素子に係わるものであり、特に、前記枠状のシール材の内側に形成されている多数の表示用画素群を囲み、該枠状のシール材に沿って設けられたブラックマトリックス（Black Matrix）を備えた液晶表示素子に係わるものである。

液晶表示素子の一つのタイプであるアクティブ・マトリクス方式の液晶表示素子においては、マトリクス状に配列された複数の画素の各々にスイッチング素子を設けられている。スイッチング素子として代表的なものとしては薄膜トランジスタ(TFT)がある。

なお、薄膜トランジスタを使用したアクティブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特許文献１で知られている。また、画素電極の周囲を樹脂から成る遮光膜（以下ブラックマトリクスとも呼ぶ）で覆う構成は、特許文献２、特許文献３及び特許文献４で知られている。

液晶表示素子は、例えば、内面に表示用画素電極と配向膜等がそれぞれ積層された一対の基板を、前記内面が所定の間隙を介して互いに対向するように配置し、かつ該一対の基板間の周縁部に、液晶封入口として一部に切欠き部が設けられた枠状のシール材により、両基板を貼り合せた後に、前記液晶封入口を介した減圧注入法によりシール材の内側に液晶を封入後、前記液晶封入口を封止して形成される。

さらに、前記両基板の外側に偏光板を貼り付けるとともに、液晶表示素子に光を供給するバックライトを液晶表示素子の下側に配置し、液晶表示素子を駆動する駆動用回路基板を液晶表示素子の外周部の外側に配置し、これら各部材及び、これら各部材を保持するモールド成形品からなる枠状体とを、表示窓があけられた金属製シールドケース(フレーム)等に収納して液晶表示装置が形成される。

特開平5-257142号公報 特開平4-342229号公報 特開平5-72540号公報 特開平11-352500号公報

近年、携帯電話などの小型携帯機器への液晶表示素子の普及はめざましいものであるが、その普及の増大とともに、液晶表示素子の低価格への要求も益々厳しいものとなってきている。この要求に応えるために、特許第３２１０１０９号公報では、上記減圧注入法（真空注入法とも呼ばれる）の代わりに、注入工程の短縮を目的として滴下注入法が提案されている。しかし、この場合、シール材として熱硬化型は使用できず、紫外線硬化型しか使用することが出来ない。

一方、液晶表示素子においては、上記特許文献１〜４に開示されているように、ブラックマトリクスは、各画素電極を囲むように設けられて各画素の輪郭をはっきりさせ、コントラストを向上させるばかりでなく、枠状のシール材が配置されている液晶表示素子の基板周縁部領域にもブラックマトリクスを形成して、上記バックライトからの光が、液晶表示素子の基板周縁部のシール材を通過して表示面側に漏れるのを防止することも行われている。光漏れが生じると、表示面周縁部で表示コントラストが低下し、表示品質を著しく劣化させてしまう。特に、暗い表示面に明るい文字、図形などの表示を行う場合、この光漏れの影響を大きく受けてしまい問題となる。

しかしながら、このように、枠状のシール材が配置されている液晶表示素子の基板周縁部領域にもブラックマトリクスを形成してしまうと、上記滴下注入法採用時に使用される紫外線硬化型シール材への紫外線の照射量が不十分なものとなり、シール材の硬化が十分行われず、液晶表示素子の信頼性が大幅に低下してしまう危険性があった。

本発明の目的は、表示品質の低下及び液晶表示素子の信頼性の低下を伴うことなしに、液晶封入に、製造工程の短縮を可能とする滴下注入法が採用できる液晶表示素子、及びその製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的及びその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本書において開示される発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。

（１） 透明な第１の基板と、前記透明な第１の基板と所定の間隔を介して対向する第2の基板と、紫外線硬化材からなり，前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された枠状のシール材と、前記枠状のシール材の内側に封入された液晶組成物と、前記第1の基板と前記第2の基板のうちの少なくとも一方の上に設けられた複数の電極によって、前記第1の基板と前記第2の基板との間に形成される複数の表示画素と、前記複数の表示画素の各々の輪郭を規定するとともに、該複数の表示画素からなる表示領域を囲むよう形成された遮光性材料からなる第１のブラックマトリクスとからなる液晶表示素子において、前記表示領域を囲む前記ブラックマトリクスの周縁部が前記枠状のシール材の内側にあり、前記第１の基板の外表面に前記前記枠状のシール材に沿って形成された、遮光性材料からなる枠状の第２のブラックマトリクスを備え、前記枠状のシール材の枠状部の幅ＷＳＭと、前記第２のブラックマトリクスの枠状部の幅ＷＢＭは次の関係を満たすことを特徴とする液晶表示素子。ＷＢＭ > ＷＳＬ

（２） （１）記載の液晶表示素子において、前記枠状のシール材を形成する紫外線硬化材に黒色顔料が含有されていること。

（３） （２）記載の液晶表示素子において、前記黒色顔料が、チタン系黒色顔料である。

（４） 透明な第１の基板と、前記透明な第１の基板と所定の間隔を介して対向する第2の基板と、紫外線硬化材からなり，前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された枠状のシール材と、前記枠状のシール材の内側に封入された液晶組成物と、前記第1の基板と前記第2の基板のうちの少なくとも一方の上に設けられた複数の電極によって、前記第1の基板と前記第2の基板との間に形成される複数の表示画素と、前記複数の表示画素の各々の輪郭を規定するとともに、該複数の表示画素からなる表示領域を囲むよう形成された遮光性材料からなる第１のブラックマトリクスとからなる液晶表示素子の製造方法において、前記表示領域を囲む前記ブラックマトリクスの周縁部を前記枠状のシール材の内側に形成し、前記枠状のシール材を紫外線照射により硬化させた後に、前記第１の基板の外表面に前記前記枠状のシール材に沿う遮光性材料からなる枠状の第２のブラックマトリクスを形成し、前記枠状のシール材の枠状部の幅ＷＳＭと、前記第２のブラックマトリクスの枠状部の幅ＷＢＭは次の関係に設定することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。

ＷＢＭ > ＷＳＬ
（５） （４）記載の液晶表示素子において、前記枠状のシール材を形成する紫外線硬化材に黒色顔料が含有されている。

（６） （４）記載の液晶表示素子において、前記黒色顔料が、チタン系黒色顔料である。

本発明によれば、対向する一対の基板及び該一対の基板の周縁部に挟持される枠状のシール材とによって形成されるセル内への液晶封入に対し、注入工程の短縮を可能とする滴下注入法が採用でき、かつ表示品質及び液晶表示素子の信頼性が確保できる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

なお、本明細書添付の図面においては、簡単の為、基板、基板上に形成される電極、電子素子、電気配線及びそれらからの外部取り出し電極端子などの要素の図示を省略し、かつ、明瞭化のため、図中の各要素が、実際の表示素子、装置の場合とは異なる縮尺比率を用いて誇張して描かれている場合がある。

本発明による実施例を説明するに先立って、紫外線硬化型シール材を使用した液晶表示素子に、滴下注入法を使用して液晶を封入する方法について、上記特許第３２１０１０９号公報に倣って簡単に説明する。図１は、例えば、携帯電話などの小型携帯機器用の液晶表示素子を９個を作成するための一枚の基板１０の斜視図である。基板１０の上には、枠状のシール材２０が９個形成されている。なお、実際には、枠状のシール材２０の各々の内側には、複数の画素電極、この画素電極毎に設けられたスイッチング素子、これらに電気的に結合される配線及び液晶分子を配向するための配向膜などが設けられているが、簡単化のため図示を省略している。枠状のシール材２０の各々の内側には、ディスペンサ５０を用いて液晶３０を滴下する。

図２ａは、図１における枠状のシール材２０のうちの１個についての、線ＩＩａ−ＩＩａに沿った断面図である。この１個のシール材２０の部分を例にとり、以下１個の液晶表示素子の組み立て工程を説明する。図２ｂは、図２ａのシール材２０及びその内部にある液晶３０に、もう一方の基板４０を重ね合わせた後、基板１０及び４０を加圧し、基板１０と基板４０を所定の間隔で対向させた（このためにスペーサなどが使われるが図示せず。）状態を断面図である。次いで、図２ｃに示す如く、シール材２０部分に紫外線を照射し、シール材２０を硬化させて基板１０と基板４０とを固着する。

図３ａは、本発明の第１の実施例による液晶表示素子の平面図、図３ｂは、図３ａの液晶表示素子の線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿った断面図である。滴下注入法により液晶を封入する方法を図１及び図２ａ〜図２ｃを用いて説明したが、図３ｂに示した断面図は、図２ｃに示した断面図に相当するものである。

図３ａ及び３ｂにおいて、参照符号１１０は液晶素子の背面基板、１４０は液晶素子の前面基板、１３０は液晶組成物、１２０は枠状の紫外線硬化型シール材、１５０は，画素の輪郭を規定する多数の開口が設けられたブラックマトリクス、ＰＲ，ＰＧ，ＰＢは、ブラックマトリクス１５０の開口部に設けられた赤原色，緑原色、青原色表示画素を示す。参照符号１６０は、各表示画素毎に設けられて表示画素を駆動するための、スイッチング素子などからなる画素回路（図示せず）に結合される電気配線を示す。参照符号１７０は、該電気配線の端部に形成される外部取り出し電極端子を示す。

なお、簡単の為、前面基板１４０又は背面基板１１０の少なくとも一方に形成される画素電極、画素の各々に対応して背面基板１１０に設けられた，スイッチング素子などからなる画素回路、前面基板１４０に形成されている３原色フィルタなどの要素が、図３ａ及び３ｂにおいては図示が省略されている。

図３ｃは、図３ｂのＡ部拡大図であり、図３ｄは、図３ｃの線ＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線断面図である。図３ｃにおいて、前面基板１４０上のブラックマトリックス１５０に設けられた開口には、赤原色，緑原色、青原色のそれぞれに対応するカラーフィルタＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢが埋め込まれている。なお、本実施例が、ツイステッドネマチック（twisted nematic）タイプの液晶表示パネルに適用される場合は、オーバーコート膜を介して、あるいはオーバーコート膜を介してＩＴＯ（Indium−Tin−Oxide）などからなる透明電極膜が、ブラックマトリックス１５０及びカラーフィルタＣＦＲ，ＣＦＧ，ＣＦＢの上に形成されているが、図３ｃではその図示を省略している。なお、本実施例が、イン−プレーン−スイッチング（In-Plane-Switching）タイプの液晶表示パネルに適用される場合は、上記透明電極膜は不要である。

背面基板１１０においては、表示画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢの各々に対応して設けられて、対応表示画素を駆動するための、スイッチング素子などからなる画素回路１８０が設けられており、これらの画素回路１８０には電気配線１６が結合され、さらに、電気配線の端部には外部取り出し電極端子１７０が結合されている。電気配線１６が形成されている層の下には、例えば、SiN又はSiO_２などからなる絶縁層１９０が設けられ、この絶縁層１９０の下には、例えば、Al又はCrなどからなる遮光メタル層２００が形成されている。

図３ｄは、一部を切り欠いた、図３ｃの線ＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線断面図である。図３ｄに示すように、遮光メタル層２００は、電気配線１６０と電気配線１６０との間の間隙を遮光するように、例えば、５〜１０ミクロン幅で形成されている。

ＰＲ，ＰＧ，ＰＢは、ブラックマトリクス１５０の開口部に設けられた赤原色，緑原色、青原色表示画素を示す。参照符号１６０は、各表示画素毎に設けられて表示画素を駆動するための、スイッチング素子などからなる画素回路（図示せず）に結合される電気配線を示す。参照符号１７０は、該電気配線の端部に形成される外部取り出し電極端子を示す。

図３ｄによって説明したように、背面基板１１０には、電気配線１６０，及び電気配線１６０と電気配線１６０との間の間隙を遮光する遮光メタル層２００が形成されているので、紫外線硬化型シール材１２０を硬化するための紫外線照射を背面基板１１０側から行うことはできない。

そこで、本実施例においては、前面基板１４０に形成されているブラックマトリクス１５０の周縁部を、枠状の紫外線硬化型シール材１２０にオーバーラップさせずに、ブラックマトリクス１５０の外縁が、枠状の紫外線硬化型シール１２０の内側にあるよう形成されている。従って、背面基板１１０と前面基板１４０との間の枠状シール材１２０の内側に、液晶組成物１３０を滴下注入法により注入後、図２ｃを用いて説明したと同様に、図３ｂ及び３ｃに示した如く、枠状の紫外線硬化型シール１２０を硬化させるために、枠状の紫外線硬化型シール１２０に紫外線を照射した場合、該紫外線は、ブラックマトリクス１５０に妨害されずに紫外線硬化型シール材１２０に到達することができるので、紫外線硬化型シール１２０の硬化が十分行われ、信頼性の高い液晶表示素子が得られる。

ここで、紫外線硬化型シール材料としては、つぎのようなものが提案されている。

ビスフェノールＦエポキシ樹脂のエポキシアクリレートを８０重量部、エポキシ樹脂としてＲＥ２０３（日本化薬株式会社製；エポキシ当量２３３ｇ／ｅｑ、エチレンオキサイド付加ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂）２０重量部、ラジカル発生型光重合開始剤として３，６-ビス（２-メチル-２-モルホリノプロピオニル）-９-ｎ-オクチルカルバゾール（旭電化工業製、アデカオプトマーＮ-１４１４）１．２重量部、ホウ酸エステルとして２，２-オキシビス（５，５-ジメチル-１，３，２-ジオキサボリナン）０．５重量部、ＰＮ-８０（日本化薬株式会社製、フェノールノボラック樹脂）０．５重量部、アミノシランカップリング剤（Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越シリコーン製、ＫＢＭ-６０３）１．３重量部を９０℃で加熱溶解し、樹脂液を得た。室温に冷却後、イソフタル酸ジヒドラジド（商品名ＩＤＨ-Ｓ；大塚化学株式会社製ジェットミル粉砕グレードを更にジェットミルで微粉砕したもの、融点２２４℃、活性水素当量４８．５ｇ／ｅｑ、平均粒径１．７μｍ、最大粒径７μｍ）１０重量部、アルミナ（シーアイ化成株式会社製、ＳＰＣ-Ａｌ、平均粒径１．０μｍ）１３重量部、ゴム（呉羽化学工業株式会社製、パラロイドＥＸＬ-２６５５、平均粒径０．２μｍ）３．９重量部を、ミルで分散混練して得られたUVシール剤が有効と思われる。

ブラックマトリクス１５０の形成方法としては、例えば、アクリル，エポキシ，又はポリイミド樹脂などの有機樹脂にカーボンブラック又は黒色の有機顔料などを含有させたものを、透明ガラス基板１４０の上に、パターン状に塗布する方法がある。

上述の如く、紫外線硬化型シール１２０の硬化を行い気密封止が十分行われた液晶素子に対し、図３ｃにおいて、前面基板１４０上に仮想線で示されているにように、前面基板１４０の４辺に沿った形状の枠状の外付けブラックマトリクス１５０ＥＸを形成する。この枠状の外付けブラックマトリクス１５０ＥＸも、上記マトリクス１５０の場合と同様に、例えば、アクリル，エポキシ，又はポリイミド樹脂などの有機樹脂にカーボンブラック又は黒色の有機顔料などを含有させたものを、透明ガラス基板１４０の上に、パターン状に塗布することで形成することができる。

この枠状の外付けブラックマトリクス１５０ＥＸの幅ＷＢＭ（図３ｃ参照）と、枠状の紫外線硬化型シール１２０の幅ＷＳＬ（図３ｃ参照）とは、次の関係を満たすように設定される必要がある。

ＷＢＭ > ＷＳ
上述の構成をとる本実施例においては、紫外線硬化型シール１２０の硬化を行う時点では、未だ前面基板１４０上に枠状の外付けブラックマトリクス１５０ＥＸが形成されていない。従って、背面基板１１０と前面基板１４０との間の枠状シール材１２０の内側に、液晶組成物１３０を滴下注入法により注入後、図２ｃを用いて説明した同様に、図３ｃに示した如く、枠状の紫外線硬化型シール１２０を硬化させるために、枠状の紫外線硬化型シール１２０に紫外線を照射した場合、該紫外線は、ブラックマトリクス１５０及びブラックマトリクス１５０ＥＸの何れにも妨害されずに紫外線硬化型シール材１２０に到達することができるので、紫外線硬化型シール１２０の硬化が十分行われ、信頼性の高い液晶表示素子が得られる。

次に、枠状の紫外線硬化型シール材１２０に要求される光学的特性について検討を加える。紫外線硬化型シール材１２０にもブラックマトリクス１５０と同様の遮光特性を付与することは有益である。例えば、光学濃度ＯＤ（optical density）を増加させることが好ましい。しかしながら、光学濃度ＯＤが過度に大きすぎると、紫外線硬化型シール材が硬化しなくなる問題がある。紫外線硬化型シール材１２０に対して要求される光学濃度ＯＤの値は、背面基板１１０と前面基板１４０との間の間隔ＣＧ（図３ｂ参照）に依存するので、これを考慮して設定することが好ましい。

上記光学濃度を調整する方法の一例として、紫外線硬化型シール材にチタン系黒色顔料を添加する方法がある。このチタン系黒色顔料については、特開昭５８-１８０４１３号公報に詳述されている。

枠状の紫外線硬化型シール材を使用した液晶表示素子において、封入される液晶の滴下を説明するための斜視図である。 枠状の紫外線硬化型シール材を使用した液晶表示素子の作成工程において、封入される液晶が背面基板上に滴下された状態を示す断面図である。 枠状の紫外線硬化型シール材を使用した液晶表示素子の作成工程において、封入される液晶を挟んだ背面基板と前面基板とが加圧されて所定の間隔で対向する状態を示す断面図である。 枠状の紫外線硬化型シール材を使用した液晶表示素子の作成工程において、紫外線を照射してシール材を硬化させて前面基板と背面基板とを固着する工程を説明する断面図である。 本発明の第１の実施例による液晶表示素子を説明するための平面図である。 図３ａの液晶表示素子の線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿った断面図である。 図３ｂのＡ部拡大図である。 図３ｃの線ＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線断面図である。

符号の説明

１０…基板、２０…枠状のシール材、３０…液晶、４０…基板、５０…ディスペンサ、１１０…背面基板、１２０…枠状の紫外線硬化型シール材、１３０…液晶組成物、１４０…前面基板、１５０…ブラックマトリクス、１５０ＥＸ…外付けブラックマトリクス、１６０…電気配線、１７０…外部取り出し電極端子、１８０…画素回路、１９０…絶縁層、２００…遮光メタル層、…、ＣＦＲ…赤原色カラーフィルタ、ＣＦＧ…緑原色カラーフィルタ、ＣＦＢ…青原色カラーフィルタ、ＰＲ…赤原色表示画素、ＰＧ…緑原色表示画素、ＰＢ…青原色表示画素。

Claims (6)

1. 透明な第１の基板と、
   前記透明な第１の基板と所定の間隔を介して対向する第2の基板と、
   紫外線硬化材からなり，前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された枠状のシール材と、
   前記枠状のシール材の内側に封入された液晶組成物と、
   前記第1の基板と前記第2の基板のうちの少なくとも一方の上に設けられた複数の電極によって、前記第1の基板と前記第2の基板との間に形成される複数の表示画素と、
   前記複数の表示画素の各々の輪郭を規定するとともに、該複数の表示画素からなる表示領域を囲むよう形成された遮光性材料からなる第１のブラックマトリクスとからなる液晶表示素子において、
   前記表示領域を囲む前記ブラックマトリクスの周縁部が前記枠状のシール材の内側にあり、
   前記第１の基板の外表面に前記枠状のシール材に沿って形成された、遮光性材料からなる枠状の第２のブラックマトリクスを備え、
   前記枠状のシール材の枠状部の幅ＷＳＭと、前記第２のブラックマトリクスの枠状部の幅ＷＢＭは次の関係を満たすことを特徴とする液晶表示素子。
   ＷＢＭ > ＷＳＬ
2. 前記枠状のシール材を形成する紫外線硬化材に黒色顔料が含有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。
3. 前記黒色顔料が、チタン系黒色顔料であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
4. 透明な第１の基板と、
   前記透明な第１の基板と所定の間隔を介して対向する第2の基板と、
   紫外線硬化材からなり，前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された枠状のシール材と、
   前記枠状のシール材の内側に封入された液晶組成物と、
   前記第1の基板と前記第2の基板のうちの少なくとも一方の上に設けられた複数の電極によって、前記第1の基板と前記第2の基板との間に形成される複数の表示画素と、
   前記複数の表示画素の各々の輪郭を規定するとともに、該複数の表示画素からなる表示領域を囲むよう形成された遮光性材料からなる第１のブラックマトリクスとからなる液晶表示素子の製造方法において、
   前記表示領域を囲む前記ブラックマトリクスの周縁部を前記枠状のシール材の内側に形成し、
   前記枠状のシール材を紫外線照射により硬化させた後に、前記第１の基板の外表面に前記枠状のシール材に沿う遮光性材料からなる枠状の第２のブラックマトリクスを形成し、
   前記枠状のシール材の枠状部の幅ＷＳＭと、前記第２のブラックマトリクスの枠状部の幅ＷＢＭは次の関係に設定することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
   ＷＢＭ > ＷＳＬ
5. 前記枠状のシール材を形成する紫外線硬化材に黒色顔料が含有されていることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
6. 前記黒色顔料が、チタン系黒色顔料であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示素子の製造方法。
   

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