JP2007504502A - スペーサ及びシールを有する表示装置、並びにそれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

例えばＬＣＤにおいてリソグラフィのスペーサ（６）及びシール（１２）を使用して、基板（２，３）の第１の接着は、前記スペーサに使用された樹脂及び／又は前記シールに使用されたポリイミドの不完全な凝固（物理的及び化学的の両方）により得られる。前記スペーサの最後の凝固は、後で又は同時に前記シールの凝固の間に行われることができる。

Description

本発明は、スペーシング手段（スペーサ）により互いに対して向かい合う関係に配置された基板を有する（表示）装置の製造に関する。

前記装置は、通常は、電気光学媒体が液晶である表示装置であるが、他の電気光学媒体が除外されず、本発明は、結果として、例えばスペーシング手段が存在する電気泳動装置又は他の（表示）装置にも関する。

本発明は、更に、スペーシング手段により互いに関して向かい合う関係に配置された基板の対の間に液晶材料を有する表示装置に関する。

このような表示装置は、例えばラップトップコンピュータ、ノート型コンピュータ及び携帯電話のような携帯型装置で使用される。

前記スペーシング手段（スペーサ）は、これらのディスプレイにおけるセルギャップを決定し、前記セルギャップは、２つの基板の間の距離である。セルギャップの一様性は、前記表示装置の適切な動作のために非常に重要である。

米国特許公報ＵＳＰ５９６３２８８は、スペーサが、エポキシド−アクリレートのような樹脂のＵＶ硬化により得られ、前記スペーサの位置がリソグラフィ処理により決定される液晶表示装置を記載している。この製造ステップにおいて、前記液晶材料を封じ込めるシーリング手段（シール）が同じ材料を使用して設けられる。

一般に、前記シールは、しかしながら、上側基板上の電極と、下側基板上のコンタクトパッドとの間で接触させるために異方性導通シールを選択される。米国特許公報ＵＳＰ５９６３２８８の例において、非導通樹脂が使用され、前記上側基板上の電極と前記下側基板上のパッドとの間の接触を避ける。導通樹脂も選択されることができるが、これは前記上側基板状の電極と前記下側基板上のパッドとの間の完全な短絡を引き起こす。

更に、スペーシング部材材料及びシーリング部材材料に対する要件は全く異なる。前記スペーシング部材材料は、前記セルギャップを制御するために特定の固定された形式を保つべきであるのに対し、前記シーリング部材材料は、両方の基板に対する接着に対して最適化され、これらの性質は１つの単一の材料に組み合わせることは難しい。

米国特許公報ＵＳＰ５９６３２８８の例において、スペーシング材料は、液晶分子を配向させるポリイミドのような配向層の上に付着される。しかしながら、次のステップにおいて、前記スペーシング材料は、例えばアセトンのような溶媒を用いる現像ステップを含むフォトリソグラフィ処理にさらされ、これは、前記配向層の配向性質を崩壊させる可能性がある。

本発明の目的は、上述の問題の少なくとも１つの克服することである。

このために、本発明による（表示）装置を製造する方法は、
ａ）スペーシング部材又はシーリング部材が形成されるべき領域において少なくとも第１の基板上に部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料を付着するステップと、
ｂ）部分的に凝固された部材上に第２の基板を設けるステップと、
ｃ）前記樹脂又はポリイミド材料を更に凝固するステップと、
を有する。

優先的な実施例において、前記樹脂又はポリイミド材料は、前記スペーシング部材の材料又は前記シーリング部材の材料を部分的に凝固する前に前記スペーシング部材又は前記シーリング部材が形成されるべき領域において前記基板上に付着される。

処理ステップの１つの間に部分的に凝固された前記シーリング部材の領域におけるポリイミド材料又は前記スペーシング部材の領域における樹脂材料を選択することにより、これらは粘着性を残す。粘着性を持つこれらのスペーサは、以下のステップで凝固される場合に、前記第２の基板と良く接触し、セルギャップを制御する。

凝固は、物理的処理、化学的処理、又は両方であってもよい。

前記２つの基板の組み立ての前に、配向層が少なくとも前記第１の基板上に設けられることができ、これは、ここで、例えばアセトンのような溶媒を用いる現像ステップを含むフォトリソグラフィ処理により影響を受けない。

両方の基板とのスペーサ材料の最適な相互作用を得る１つの態様は、スペーシング部材又はシーリング部材が形成されるべき領域において部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料を両方の基板に設け、この後にこれらの基板を結合することである。

本発明のこれら及び他の態様は、幾つかの非限定的な実施例及び図面を参照してここに説明される。

図面は概略的であり、正しい縮尺で描かれていない。対応する要素は一般に同じ参照符号により示される。

図１は、下側基板２と上側基板３との間に液晶材料５を有する液晶装置１の一部の断面を示す。前記液晶装置は、下側基板２及び他方の基板３上に画素電極４を有する。前記基板間の距離は約０．８ないし１０マイクロメートルであるが、他の電気光学効果（電気泳動）に対しては、最大で５０マイクロメートルであってもよい。

基板２及び３は、配向層６及び８、並びに必要であれば（図示されていない）カラーフィルタを更に有する。基板２及び３は、配向層６により覆われる（図１の右の部分）又は覆われない（図１の左の部分）ことができるスペーサ手段７を有する。前記液晶材料を封じ込めるシール１２が設けられる。

示される構造体は、未来のスペーサを定めるようにフォトリソグラフィステップにさらされるノボラックのような樹脂７’と、未来のシールを定めるようにフォトリソグラフィステップにさらされるエポキシ材料又はポリイミドのような他の材料１２’とを基板２上に、好ましくは電極４の間に、付着することにより得られる（図２参照）。必要であれば、この２つのフォトリソグラフィステップは組み合わされることができる。一方（本例には示されていない）、樹脂７’は一方の基板に付着され、他方の基板にはポリイミド１２’が付着されてもよい。

次のステップにおいて、樹脂７’及びポリイミド１２’は部分的にのみ凝固される。結果として、これらの構造体の上側部分は粘着性を残す。これらの構造体の下側部分は、前記第２の基板に対してスペーサとして機能するのに十分な剛性を生み出している。これは、特に頂点の近くでは幾らかの柔軟性を残す。

この場合、第２の基板３は、部分的に凝固された構造体７’及び１２’を設けられた第１の基板２上に特定の圧力下で配置される。

前記第２の基板の表面との前記第１の基板上のスペーサ構造体の少なくとも上表面部分の適切な相互作用を達成するために、幾らかの可動性が、前記スペーサ及び対向基板の境界面に残るべきである。この可動性は、前記スペーサ構造体に取り入れられる傾向にあるが、前記第２の基板の上層に（例えば前記第２の基板上に存在するポリイミド配向層に）存在してもよい。一般に、前記スペーサ構造体に可動性を取り入れる様々な態様が存在する。

前記スペーサ構造体に可動性を取り入れる第１の方法は、異なる化学物質で前記スペーサを膨潤するステップを有し、この膨潤剤は、典型的には、例えば前記スペーサ構造体又はポリイミド配向層の処理で使用された溶媒のような低分子量物質である。前記膨潤剤は、前記スペーサを軟化することによりスペーサ分子の可動性を促進し、前記スペーサをより圧縮可能にし、より弾性的にし、表面の粘着力を高める（粘着性を持たせる）。前記膨潤剤は、架橋された（cross-linked）スペーサ構造体と架橋されていないスペーサ構造体との両方を膨潤することができる。架橋されたスペーサ構造体は、適切な相容性（compatibility）で膨潤剤を受け入れることができる分子ネットワーク構造体からなる。例えば、極性高分子ネットワークは、水で容易に膨潤されることができ、無極性高分子ネットワークはヘプタンで膨潤されることができる。架橋されていないスペーサは、化学的ネットワークを持っていないが、依然として膨潤剤で膨潤されることができる。しかしながら、前記スペーサの幾何学的構造及び完全性（integrity）を保持するために、前記スペーサを溶解する膨潤剤を使用しないように、又はこの膨潤剤をほんの少ししか使用しないように特別に気をつけなくてはならない。前記膨潤剤は、一般に“ゲル化剤”、“可塑剤”、“粘着付与剤”又は“軟化剤”と称される分子であってもよい。前記膨潤剤は、スペーサ材料のスピニングで使用される溶媒のように前記スペーサの処理に存在してもよく、この場合、この溶媒は処理中に完全に除去（乾燥）されるべきではない。代わりに、前記膨潤剤は、スピンコーティング又は蒸気流を使用するような別の処理ステップで加えられてもよい。（随意に真空により）加圧することによる前記基板の結合の後又は間に、前記膨潤剤は、好ましくは、適切な機械的完全性を達成するように前記スペーサを凝固するために、及び／又は（液晶のような）ディスプレイ材料を汚染しないために（部分的に）除去される。膨潤は、前記スペーサの至るところで起こってもよく、又は不均一であってもよい（例えば前記スペーサ内への前記膨潤剤の制限された拡散による表面近くの膨潤）。

このタイプの凝固は、化学反応が起こらないので“物理的凝固”と称されることができる。しかしながら、原理的に前記膨潤剤は、例えば温度上昇によりこれ自体又はスペーサ成分と反応することができるように化学的に活性であってもよい。このような場合、この膨潤剤は前記スペーサに組み込まれるので除去する必要がないこともある。

例１：膨潤による粘着
ノボラックレジスト（resist）は、ポリイミド配向層上の表示基板上にスピンコーティングされた。前記層は、溶媒を除去するために乾燥され、この後に紫外（ＵＶ）光でマスクを介して照射された。前記層は１５分間摂氏９０度に加熱され、この後に冷却され、現像された。結果として生じるスペーサパターンは乾燥され、ポリイミドを配向するためにラビング処理された。この後に、ＭＭＰ（メチルメトキシプロピオナート（methyl methoxy propionate））が、前記スペーサパターンを膨潤するためにレジスト層上にスピニングされた（spun）。粘着性のスペーサを含む前記基板は、真空成形で（表面に配向層を含む）第２の表示基板に結合され、１時間摂氏１５０度の温度に加熱される。

例２：膨潤による粘着
ノボラックレジストが表示基板上にスピンコーティングされた。この層は、溶媒を除去するために乾燥され、この後に紫外（ＵＶ）光でマスクを介して照射された。前記層は、１５分間摂氏９０度に加熱され、この後に冷却され、現像される。結果として生じるスペーサパターンは、６０分間摂氏１５０度で乾燥された。この後にポリイミド（ＰＩ）先駆物質（precursor）がレジスト層上にスピニングされた。結果として生じる配向層は、６０分間摂氏１５０度で硬化され、この後にラビング処理された。Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）は、前記ＰＩの粘着力を高めるために前記配向層上にスピニングされた。スペーサレジスト構造体上に粘着力を高められたポリイミド（ＰＩ）を含む前記基板は、真空成形で（表面に配向層を含む）第２の表示基板に結合され、１時間摂氏１５０度の温度に過熱された。

“物理的凝固”の他の例は、温度による軟化であり、前記スペーサ材料は、上昇された処理温度において結合に対する高い可動性を達成するが、室温においてはより高い機械的強度を持つ低い可動性を達成するような上昇された温度で軟化する材料を有する。このような材料の典型的な例は、室温より高いガラス遷移温度（Ｔｇ）を持つアモルファス高分子である。この材料は、Ｔｇより下ではガラス状（堅い）であるが、Ｔｇの近く及び上では徐々に軟化する（弾性的になる）。

スペーサ構造体に可動性を取り入れる第２の方法は、前記スペーサ構造体の制限された化学的凝固を含む。

フォトリソグラフィ処理において、スペーサ構造を定めるためのマスクパターニングは、化学反応を含む。ポジレジストにおいて、これは、一般に、基板の光誘起化学反応を含み、当該化学反応は結合剤（高分子）材料の溶解を促進し、現像後に前記マスクのポジ“イメージ”（光不透過領域に存在するスペーサ）を生じる。ネガレジストにおいて、レジスト材料の溶解度は、前記マスクのネガイメージ（光透過領域に存在するスペーサ）を生じるように分子鎖成長（重合）化学反応（単分子が高分子に遷移される）を誘起することにより減少される。

後者の場合、遷移率（＝高分子に遷移される単分子の量）は、前記スペーサの可動性及び機械的強度の量を制御する手段として使用されることができる。例えば、遷移率＝０（高分子無し）は、（単分子は通常は液体であるので）高い可動性を生じるが、機械的完全性を生じないのに対し、遷移率＝１（全て高分子であり、単分子が残っていない）は、高い機械的強度を生じるが、低い分子可動性を生じる。したがって、セル結合（cell coupling）の前に最適な接着のために十分な機械的剛性を十分な分子可動性と組み合わせる制御された中間の遷移率が好ましい。例えば、フリーラジカル型の光重合は、典型的には、室温で０．６の遷移率を生じることができる。前記スペーサは、したがって、高分子マトリクス内に４０％の単分子で膨潤されていると見なされることができる。前記高分子マトリクスは、架橋されているか、又は架橋されていないかのいずれかであることができる。結合の後又は間に、遷移率は、温度を上昇させることにより上昇されることができる。

遷移率に対する制御の代わりに又は加えて、重合された材料の分子量（平均鎖長さ）及び分子量の分布もスペーサ可動性を制御する手段であり、低分子量又は低分子量フラグメントの存在が可動性を増大させる。再び、温度を上昇すると結果として増大された分子量及び減少された可動性を生じる。

例３：部分的な化学的凝固による粘着
アクリレート機能化ポリイミド（acrylate functionalized polyimide）が、表示基板上にスピンコーティングされた。この層は、溶媒を除去するために乾燥され、この後に紫外光（ＵＶ光）でマスクを介して室温で照射された。前記層は、スペーサパターンを生じるように現像され、この後に乾燥された。粘着性のスペーサを含む前記基板は、上昇された温度で加圧することにより第２の表示基板に結合される。

他の例（“制限された表面凝固”）は、光化学反応の酸素阻害で発生し、例えば、アクリレート・フォトレジストを含む溶液が、表示基板上にスピンコーティングされる。この後に、この層は、溶媒を除去するために乾燥される。前記層は、空気の存在下で紫外（ＵＶ）光でマスクを介して照射され、この後に溶媒内で現像される。照射ステップの間に存在する酸素は、材料の表面における反応を阻害する。結果として生じるレジストパターンは、現像剤を除去するために乾燥される。粘着性のスペーサを含む前記基板は、上昇された温度で加圧することにより第２の表示基板に結合される。

本発明は、示された例に制限されない。例えば、配向層６は、構造体７’及び１２’を部分的に凝固した後に基板２に付着され、図１の右側における構造体を生じてもよい。

また、両方の基板が、粘着性のスペーサを備えてもよい。例２において、前記第２の表示基板は、表面に粘着性の配向層を含むことができ、後者の場合には、第１の表面におけるスペーサは完全に凝固されてもよく、このスペーシングは、前記配向層を更に凝固し、加圧することにより定められる。

本発明は、あらゆる新規の特徴的フィーチャ及び特徴的フィーチャのあらゆる組み合わせに存在する。請求項内の参照符号は保護範囲を制限しない。動詞“有する”及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素の他の要素の存在を除外しない。要素に先行する冠詞“１つの”又は“ある”の使用は、複数のこのような要素の存在を除外しない。

本発明が使用される表示装置の一部の断面を概略的に示す。 製造中の表示装置の一部を示す。

Claims (12)

1. ２つの基板の間のスペーシング部材又はシーリング部材が、
   ａ）前記スペーシング部材又は前記シーリング部材が形成されるべき領域において少なくとも第１の基板上に部分的に凝固された樹脂又はポリイミドを付着するステップと、
   ｂ）部分的に凝固された部材上に第２の基板を設けるステップと、
   ｃ）前記樹脂又はポリイミド材料を更に凝固するステップと、
   により得られる装置を製造する方法。
2. 前記部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料が、
   前記スペーシング部材又は前記シーリング部材が形成されるべき領域において少なくとも第１の基板上に樹脂又はポリイミド材料を付着し、次いで、前記スペーシング部材材料又は前記シーリング部材材料を部分的に凝固し、前記部材に粘着性の表面を設けるステップ、
   により得られる、請求項１に記載の装置を製造する方法。
3. 前記部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料を付着するステップが、膨潤剤の導入を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記装置の機能層に対する材料が、膨潤剤の導入の前に又は膨潤剤と一緒に導入される、請求項３に記載の方法。
5. 前記樹脂又はポリイミド材料が、インクジェットシステムを用いて付着される、請求項１に記載の方法。
6. 前記スペーシング部材及び前記シーリング部材が、異なる処理ステップで付着される、請求項１に記載の方法。
7. 前記基板がフレキシブルである、請求項１に記載の方法。
8. 前記基板間の距離が０．８ないし５０μｍである、請求項１に記載の方法。
9. 両方の基板が、前記スペーシング部材又は前記シーリング部材が形成されるべき領域において部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料を備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記部分的に凝固された樹脂又はポリイミド材料が、少なくとも前記スペーシング部材又は前記シーリング部材が形成されるべき領域において第２の基板上に付着される、請求項１に記載の装置を製造する方法。
11. 前記装置が表示装置である、請求項１に記載の方法。
12. スペーシング手段により互いに対して向かい合う関係に配置された基板の対の間に液晶材料を有する表示装置において、前記基板の少なくとも一方が、前記スペーサ手段を覆う配向層を備える、表示装置。

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