JP2001033793A - 液晶表示パネルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶がパネル内に充填されるまでに、通常、
５時間以上を要し、この工程の時間的長さがパネルの作
成の大きなネックとなっていた。 【解決手段】 パネルへの液晶注入の主なネックが、パ
ネル歪に起因する注入抵抗の増大であることを考慮し、
注入抵抗を減らすために、その部分のギャップ長を保証
したり、より広げた導管部をパネル内に作成すること
で、充填時間の短縮を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示パネル中
にすみやかに液晶を注入させることのできる液晶表示パ
ネルおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディスプレイデバイスとしての液
晶表示パネル市場が急速に拡大してきた。このパネルの
製造工程の１つとして、あらかじめ真空引きを行ったパ
ネル内へ、液晶を充填する工程がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このとき、液晶がパネ
ル内に充填されるまでに、通常、５時間以上を要し、こ
の工程の時間的長さがパネルの作成の大きなネックとな
っていた。この問題を解決するために、粘性流体の運動
方程式を解き、液晶注入口の形や数を工夫することで、
より短時間に液晶の充填を完了しようとしていた（蝶
野、辻 ＥＫＩＳＨＯ Vol. 3, No. 2, 107 (1999)）。
しかし、これらの計算は、実際の液晶注入の実験事実と
よく一致しているとは言えず、新しい液晶注入計算法や
克服手段が期待されていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、パネル内部
が真空で外から圧力がかかったときのパネルの歪、すな
わちギャップ長の変化に着目する（玉谷ら 電子情報通
信学会論文誌 VoL. J82-C-11 No.6 303）。パネル内部
が真空、外部が１気圧とするとパネルのガラス板および
スペーサーの弾性定数を考慮して、このときの歪を計算
すると、通常５μｍであるべきギャップ長が周辺部を除
いて最大約２０％程度へこんでいると想像される。注入
のコンダクタンスはギャップ長の３次に比例するので、
この程度のへこみで注入流速はかなり低化し、液晶は注
入されにくい。そこで、周辺部のギャップ長の大きい部
分を使うか、あるいは人為的にギャップ長を保証した導
管部を作成して、充填時間を短縮してやる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照しながら説明する。

【０００６】従来技術における液晶表示パネルは通常、
図１に示されるような構造をとっている。パネル周辺部
に、ギャップ長５μｍ、幅約数ｍｍ程度の真空シール部
分がある。シール剤はガラス片を含み、この近傍部分
は、パネル内外の圧力差が数気圧となってもギャップ長
はあまり変化しない。一方、パネルの内部では１０から
２００個／mm²の密度で、直径５μｍ程度のスペーサー
がギャップを保証している。このとき、パネルサイズは
縦（ａ）、横（ｂ）、厚さ（ｄ）を（数１）とする。

【０００７】

【数１】

【０００８】パネルガラスのヤング率（Ｅ）とポアソン
比は

【０００９】

【数２】

【００１０】程度であり、スペーサーのヤング率は

【００１１】

【数３】

【００１２】程度である。このような弾性体のパネル中
を真空引きし、両面から１気圧の圧力がかかったとき、
弾性解析を行うと図２のように、周辺部を除いて、ほぼ
平たくへこむ。周辺部近傍のギャップ長は約５μｍであ
るが、パネル内部では、スペーサーが存在するにもかか
わらずギャップ長は約２０％程低下すると思われる。こ
のように狭いギャップを押し広げながら液晶が注入され
ていくことに注目しなければならない。従来の計算で
は、パネル内が真空でもこの内部ギャップ長の値が周辺
部と同じくパネル全面一様である仮定されていたので、
実験事実を忠実に再現しなかった。

【００１３】以下、蝶野らの定式化に従って、解析を進
める。

【００１４】Leslie-Ericksen理論を用いると、ネマテ
ィック液晶の流体方程式として

【００１５】

【数４】

【００１６】が、挙げられる。ここでｖは速度ベクト
ル、ρは流体密度、Ｇは外力、ｐは圧力、τはずり応力
テンソル、Ａ，Ｎ，Ωはそれぞれ

【００１７】

【数５】

【００１８】である。α₁からα₆は、レズリーの粘性係
数である。この式で未知数は速度ベクトルv(x,y)、圧力
p(x,y)、ディレクターn(x,y)であり、方程式は３つであ
るので原理的には解けるはずである。しかし、粘性流体
速度は極めて小さいので、次のような近似を採用しても
構わないと思われる。この近似で方程式は更に簡単にな
る。まず、ナビエ蜒Xトークス方程式は、流体の慣性項
が無視できるとして（ Hele-Shaw近似）

【００１９】

【数６】

【００２０】ここに P = p+ρghである。次の近似とし
てディレクターｎは、パネルの境界条件より既に決定さ
れているものとする。この近似よりずり応力は

【００２１】

【数７】

【００２２】となる。ここに u, v はそれぞれｘ方向、
ｙ方向の速度成分である。また、

【００２３】

【数８】

【００２４】とする。ここで、2η₁=α₃+α₄+α₆、2η₃
=α₄、θはディレクターｎとｘ軸がなす角度である。こ
れを Hele-Shaw近似の式に代入しｚ方向に積分すると

【００２５】

【数９】

【００２６】となる。ここに

【００２７】

【数１０】

【００２８】である。ｚ方向に平均した速度ベクトル
は、ｈをギャップ長とすると

【００２９】

【数１１】

【００３０】であるので、（数９）を代入すると、

【００３１】

【数１２】

【００３２】となる。ここで、Ｃ₁（ｘ，ｙ）、Ｃ
₂（ｘ，ｙ）は積分定数、Ｓ₁からＳ₄は定数であり、Ｒ₁
からＲ₄は置き換え値である。これを Hele-Shaw近似し
た連続の式に代入すると最終的には圧力に関する、対角
項を含む楕円型の微分方程式が得られて、

【００３３】

【数１３】

【００３４】となる。Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ₃、Ｇ₄は微分方程式
における係数である。この式は微分形であるので、パネ
ルの局所部分の圧力の方程式を表していることに注意さ
れたい。また、さらにディレクターｎが、すべてｘ軸に
平行である場合はθ＝０であるので、微分方程式の係数
は著しく簡単となる。このとき、

【００３５】

【数１４】

【００３６】となり、圧力Ｐの微分方程式は対角項を含
まない形の楕円型の微分方程式となる。ここで、この方
程式を解くために、次のような回路類推を行う。

【００３７】

【数１５】

【００３８】Δｘ、Δｙは空間差分の単位変位量であ
る。この方程式を等価回路に直すと図３のようになる。
すなわち、電源電圧より、抵抗の格子に供給される電流
を表す。ここに各節点の電位Ｖ（ｘ、ｙ）はパネル各点
の圧力を表し、各抵抗の電流はその場所の圧力勾配（す
なわち流速（ｕ，ｖ）に比例する量）を表現する。電流
が大きければ大きいほど、注入の流速が大きく、短時間
に充填できる。この等価回路に適当に境界条件を与え、
回路シミュレーターで解析すると容易に解が得られる。

【００３９】この回路に着目すると、電流は格子の抵抗
に強く依存することは自明のことである。更にこの抵抗
値を決めているものは、液晶の粘性率とギャップ長であ
る。液晶の粘性は、室温付近の１０度の温度上昇で約半
分ほどに減少するので、温度を上げてやればもちろん抵
抗値は下がり、注入時間を短くすることができる。しか
しこの方法では、残留ガスが発生しやすいなどの問題点
があった。

【００４０】それゆえ、温度をなるべく低くして抵抗値
を下げる方法を考える。今ギャップ長に注目するとＲに
はｈの３乗の項が含まれるので、抵抗値に対して一番大
きな影響を持っていると思われる。前述したとおり、パ
ネルおよびスペーサーの弾性率を計算すると、内外圧力
差が１気圧では既にパネルは十分にへこんでいる。パネ
ル中央部のギャップ長ｈはこのとき、周辺部の０．８倍
程度であろうと推定される。このとき抵抗値は、パネル
がひずんでいない特の倍程度に増加し、液晶の注入速度
は圧倒的に小さくなるであろうと推定される。

【００４１】ところが、パネル周辺部は、ギャップ長ｈ
が無歪状態に近いであろうから、比較的小さな抵抗の列
が続いているであろうと想像される。それゆえ、パネル
への液晶の２つの注入口を、中心付近に設置した場合と
左右の角に設定したときの、液晶の自由表面の時間変化
の計算値を図４に示す。実際パネルサイズが３３９×１
９６×０．００５（mm）に、内外圧力差１気圧で液晶を
注入していったときでも、中心付近に設定した２つの注
入口(長さ７mm)の場合、充填時間は２６０分を超える
が、左右の周辺部を液晶の導管部に設定したとき、注入
時間は約１００分に短縮された。

【００４２】図５は周辺部の絶縁膜を除去して作成した
導管部を有した液晶表示パネルの平面図および断面図で
ある。１０１は下側基板、１０２はシール部、１０３は
表示部、１０４は周辺部、２０１は下側基板、２０２は
上側基板、２０３はソース配線、２０４はＴＦＴ、２０
５は絶縁膜、２０６は画素電極、２０７はシール部、２
０８は液晶、２０９は導管部である。なお、１０２のシ
ール部外側が上部基板２０２にほぼ対応している。な
お、２０６の画素電極は図示はしていないが、ＴＦＴの
ドレインに電気的に接続されており、また、ソース配線
やＴＦＴの上にオーバーラップして開口率を高めてい
る。図５に示すようなＴＦＴやバスバー配線のように厚
みが１μｍから５μｍの絶縁膜（通常、樹脂製）をつ
け、その上に電極を形成する液晶表示パネルにおいて、
パネル周辺部の絶縁膜を除去した。なお、１０３の表示
部においては絶縁膜２０５が残されている。この結果、
パネル周辺部のセル厚が１μｍから５μｍ厚くなり、注
入時間は８０分あるいはそれ以下に短縮される。この効
果は、注入口をパネル下辺の左右端にもうける場合に最
も効果があるが注入装置や製品形状の制約から注入口を
パネル下辺の中央部付近に設けた場合にでも十分効果が
ある。なお、セル厚均一化のため、シール部の下の絶縁
膜は除去しない方が望ましい。

【００４３】さらに、スペーサのヤング率より大きな値
であるヤング率１０¹²（dyn/cm²）程度のガラスまたは
金属のスペーサーを、図６のようにパネル内に設定し
て、内外の圧力差があってもへこむことがない導管部を
液晶注入口から内部まで形づくる。こうすることによっ
て、注入のパスが形成され、充填時間は著しく短縮され
ると考えられる。上述の場合と同様のサイズのパネル
に、このような人為的なパスを作った場合と、作らない
場合の液晶の注入時間を調べると、１２０分と２６０分
となり圧倒的にパスがある方が短い。なお、導管部とし
て用いる材料のヤング率は５×１０¹⁰（dyn/cm²）から
１０¹²（dyn/cm²）程度がよい。５×１０¹⁰（dyn/cm²）
より、小さい場合にはパネル間のギャップを保持でき
ず、１０¹²（dyn/cm²）以上ではパネル内部の配線を損
傷させるおそれがあるからである。また、ギャップ長の
小さい部分により多くの導管部を設定すると効果が大き
い。そのようにギャップ長を広げることにより、液晶注
入のパスのコンダクタンスを増加させると、注入時間の
短縮に著しい効果がある。

【００４４】

【発明の効果】本発明により液晶注入のネックとなって
いるパネルの歪に対して、よりギャップ長が大きい導管
部を作成して充填時間の短縮を実現した。液晶表示パネ
ルの製造プロセスにおいて、この効果は大きいと考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】代表的な液晶表示パネルの模式図

【図２】パネル内外の圧力差があるときに生じるパネル
の歪を表す模式図

【図３】Ｒ格子の等価回路図

【図４】（ａ）注入口を液晶表示パネル中央部付近に設
定した場合の液晶自由表面の変化の計算値を示した図 （ｂ）注入口を液晶表示パネル周辺部付近に設定した場
合の液晶自由表面の変化の計算値を示した図

【図５】（ａ）周辺部の絶縁膜を除去して作成した導管
部を有した液晶表示パネルの平面図 （ｂ）周辺部の絶縁膜を除去して作成した導管部を有し
た液晶表示パネルの断面図

【図６】パネル内に設定した注入の導管部を示す図

【符号の説明】

１０１ 下側基板 １０２ シール部 １０３ 表示部 １０４ 周辺部 ２０１ 下側基板 ２０２ 上側基板 ２０３ ソース配線 ２０４ ＴＦＴ ２０５ 絶縁膜 ２０６ 画素電極 ２０７ シール部 ２０８ 液晶 ２０９ 導管部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に導管部および液晶注入口を有するこ
   とを特徴とする液晶表示パネル。
2. 【請求項２】前記導管部のヤング率が導管部以外の部材
   のヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示パネル。
3. 【請求項３】前記導管部がガラスおよび金属により形成
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   液晶表示パネル。
4. 【請求項４】前記導管部のヤング率が５×１０¹⁰dyn/cm
   ²より大きく1×１０¹²dyn/cm²よりも小さいことを特徴
   とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶表示
   パネル。
5. 【請求項５】前記導管部が前記液晶表示パネル内の部品
   を取り除くことにより形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の液晶表示パネル。
6. 【請求項６】前記液晶表示パネルのギャップ長が短くな
   っている部分により広い面積の導管部が設定されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載
   の液晶表示パネル。
7. 【請求項７】前記液晶注入口が前記液晶表示パネルの周
   辺部に設定されていることを特徴とする請求項１から５
   のいずれか１項に記載の液晶表示パネル。
8. 【請求項８】前記導管部を前記液晶表示パネル周辺部の
   絶縁膜を除去することにより形成されていることを特徴
   とする請求項５記載の液晶表示パネル。
9. 【請求項９】液晶表示パネルの製造方法であって、下側
   基板のＴＦＴ上の絶縁膜形成工程後に前記下側基板周辺
   部の絶縁膜を除去する工程を有することを特徴とする液
   晶表示パネルの製造方法。