JP2002189224A

JP2002189224A - 液晶表示素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002189224A
Application number: JP2000390045A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Tanaka; 雄一郎田中; Hideyuki Honoki; 秀行朴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-05

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示素子において、画面表示領域の液晶
塗布のシミ及び液晶とシール剤との反応シミを生成せ
ず、配向膜に損傷を与えずに液晶注入時間を短縮する構
成及びその製造方法を提供する。【解決手段】一方の基板３の画面表示領域７に柱状ス
ペーサ８と、前記柱状スペーサ８より高さが低く前記画
面表示領域７を囲む枠形状の第１の土手状スペーサ４
と、前記柱状スペーサ８と高さがほぼ等しく前記第１の
土手状スペーサ４を囲む枠形状の第２の土手状スペーサ
５を備え、前記スペーサ４と前記スペーサ5の間に液晶
９を、前記スペーサ５を囲むようにシール剤６をそれぞ
れ塗布し、他方の基板２を押し当てて、画面表示領域７
の空間に液晶９を展延して液晶表示素子１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子とそ
れを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子への液晶注入方式と
して各種の方式が提案されている。第１の注入方式は、
例えば特開平１０−１１５８３１号公報に記載のよう
に、注入口だけを設けた液晶表示素子を真空容器内に設
置し、真空容器と液晶表示素子内を同時に排気して、所
定の圧力に到達すると、注入口を液晶皿に貯溜された液
晶に浸漬させる。その後、真空容器内を大気圧に戻すこ
とにより、液晶表示素子内外の圧力差によって、注入口
から液晶表示素子内部に液晶が注入される。

【０００３】従来の第２の注入方式は、例えば特開平９
−２７４１９３号公報に記載のように、液晶表示素子に
注入口と排気口を設け、排気口から液晶表示素子内を排
気すると同時に、注入口からは背圧をかけた液晶を供給
する。これにより、液晶表示素子内外の圧力差によっ
て、注入口から液晶表示素子内部に液晶が注入される。

【０００４】従来の第３の注入方式は、例えば特開平１
１−３２６９２２号公報に記載のように、一方の基板の
配向膜上に液晶を塗布するとともにその周囲にシール剤
を塗布して、真空排気し、所定の圧力に到達すると、も
う一方の基板を位置決めして重ね合わせる。その後、真
空容器内を大気圧に戻すことにより、重ね合わせた基板
内外の圧力差によって、一方の基板が押され塗布された
液晶が液晶表示素子内に展延される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の注入方式の
問題点は、液晶注入に長時間を要することである。何故
ならば、この方式では、液晶表示素子の注入口の排気抵
抗が大きいため、真空容器内の急激な真空排気を行う
と、液晶表示素子内の圧力と比較して周囲の圧力が小さ
くなるため、その圧力差により、シール剤が剥がれる等
の不具合を生じる。従って、真空容器内を排気する時
は、最初にゆっくりとした真空排気を行う必要があるた
め、所定の圧力に到達するまでに長時間を要していた。
また、その後の液晶注入にも長時間を要するため、サイ
クルタイムが長いことが問題であった。

【０００６】上記第２の注入方式の問題点は、加圧した
液晶を液晶表示素子内に注入するため、注入口付近の配
向膜に損傷を与える恐れがある。また、第２の注入方式
は、液晶表示素子に注入口と排気口を対向して設ける必
要があるため、液晶表示素子を表示させる駆動回路の設
計に制約が発生していた。

【０００７】上記第３の注入方式の問題点は、基板に塗
布した液晶の跡が配向膜上にシミとして残り、画像表示
に不具合を生じていた。さらに第３の注入方式は、シー
ル剤と液晶が反応を起こし、画面表示領域の周囲に枠形
状のシミを形成し、画像表示に不具合を生じていた。

【０００８】本発明は、以上の様な従来技術の問題点を
鑑み、新規な液晶表示素子の構造とその製造方法を提供
し、次に示す課題を解決するものである。

【０００９】第１の課題は、液晶注入時間を短縮する液
晶表示素子およびその製造方法を提供することである。

【００１０】第２の課題は、配向膜に損傷を与えること
なく、また液晶パネルの設計に制約が発生しない液晶表
示素子およびその製造方法を提供することである。

【００１１】第３の課題は、画面表示領域に液晶塗布の
シミならびに液晶とシール剤との反応シミ、これら画像
表示上の不具合を発生させない液晶表示素子およびその
製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、一方の基板の画面表示領域に柱状スペー
サまたはビーズスペーサを備え、前記柱状スペーサまた
はビーズスペーサより高さが低く前記画面表示領域を囲
む枠形状の第1の土手状スペーサを備え、前記柱状スペ
ーサまたはビーズスペーサと高さがほぼ等しく前記第1
の土手状スペーサを囲む枠形状の第2の土手状スペーサ
を備え、前記第2の土手状スペーサを囲むように塗布さ
れたシール剤を備え、前記基板の第2の土手状スペーサ
の内側ともう一枚の基板とで構成された空間に液晶を充
填した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り説明する。

【００１４】図１を用いて、本発明の第１の実施例にお
ける液晶表示素子１の構造を説明する。図１（ａ）は液
晶表示装置の平面図を、図１（ｂ）はその断面図を示し
ている。尚、以下、液晶表示素子はTFT液晶ディスプレ
イを一例に挙げて説明する。

【００１５】液晶表示素子１は、図１に示すようにTFT
基板２とこれに対向するカラーフィルタ基板３の外周部
をシール剤６を介して貼り合わせたセル構造となってい
る。カラーフィルタ基板３には図示していないが、透明
電極、配向膜が形成され、これら画面表示領域７上には
フォトリソグラフィ工程によって柱状スペーサ８が感光
性樹脂（レジスト）を用いて所定の間隔で形成されてい
る。また、このフォトリソグラフィ工程で柱状スペーサ
８より高さが低く、画面表示領域を囲む枠形状の第１の
土手状スペーサ４と、第１の土手状スペーサ４から１ｍ
ｍ〜６ｍｍ程度離れた位置に、これらを囲むように柱状
スペーサ８と高さがほぼ等しい第２の土手状スペーサ５
を同時に形成する。

【００１６】従って、TFT基板２とカラーフィルタ基板
３の間に充填される液晶９の厚みｇは、柱状スペーサ８
と第２の土手状スペーサ５の高さを変えることにより決
められる。また、液晶９の厚みｇすなわちTFT基板２と
カラーフィルタ基板３とのギャップ（ｇ）は、柱状スペ
ーサ８の代わりに球状のビーズスペーサを基板上に均一
に散布することにより、一定に保つようにしても良い。

【００１７】液晶塗布部１０は、第１の土手状スペーサ
４と第２の土手状スペーサ５から形成されている。液晶
９は、最初にこの液晶塗布部１０に枠形状に塗布され、
第１の土手状スペーサ４と第２の土手状スペーサ５が隔
壁となって、画面表示領域７とシール剤６への液晶９の
流出が防止される。この後、TFT基板２とカラーフィル
タ基板３とを対向させはり合わせて液晶を第１の土手状
スペーサ４を溢流させて画面表示領域７に展延させ、第
２の土手状スペーサの外周部をシール剤６を介して貼り
合わせる。従って、本発明では最初に液晶9を基板に塗
布した時に発生するシミは液晶塗布部１０にのみ発生す
るため、画像表示に影響を及ぼさない。また、第２の土
手状スペーサ５が隔壁となり、シール剤６と液晶９が反
応しないのでシミが発生することはない。

【００１８】図２に本発明の第２の実施例における液晶
表示素子１１について平面図を示し、その構造について
説明する。本実施例は、第１の実施例に設けられた第１
の土手状スペーサ４が存在しない構造とし幅Ｈの液晶塗
布領域を設けた点に特徴を有しており、その他の構成
は、第１の実施例と同様であり、図１と同じ符号は第１
の実施例と同じ構成要素を示している。図２に示すよう
に第２の土手状スペーサ５から、所定の間隔Ｈ（１ｍｍ
〜６ｍｍ程度）の液晶塗布領域（液晶塗布部）１０を保
持して画面表示領域７を形成する。ここで液晶９は、間
隔Ｈを保持した液晶塗布部１０に枠形状に塗布した。こ
の後、第１の実施例と同様に、TFT基板２とカラーフィ
ルタ基板３とを対向させはり合わせて液晶を画面表示領
域７に展延させ、第２の土手状スペーサの外周部をシー
ル剤６を介して貼り合わせる。この場合、液晶の塗布シ
ミは液晶塗布部１０にのみ発生するため、画像表示に影
響を及ぼさない。尚、所定の間隔Ｈは液晶塗布部１０の
表面状態と液晶９の物性から決定される値であり、製品
毎に異なる。

【００１９】これらの実施の形態では、液晶塗布部１０
に塗布する液晶の量は、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ
基板３の間に形成される液晶塗布部を含む全ての空間の
大きさと等しい量とすればよい。

【００２０】図３に本発明の第３の実施例における液晶
表示素子２０について平面図を示し、その構造について
説明する。液晶表示素子２０は、第２の土手状スペーサ
５を囲むように塗布されたシール剤６に少なくとも１つ
以上の封止口２１を備えるように形成した。この他の構
成は実施例１の構成と同様であり、図１と同じ符号は同
じ構成要素を示している。これにより液晶塗布部１０に
所定の液晶よりも余剰分を含んだ量の液晶を塗布し、こ
の後、第１の実施例と同様に、TFT基板２とカラーフィ
ルタ基板３とを対向させはり合わせて液晶を画面表示領
域７に展延させ、第２の土手状スペーサ５の外周部をシ
ール剤６を介して貼り合わせる。このとき余剰液晶をこ
の封止口２１から外部に排出させる。

【００２１】第３の実施例による封止口２１を第２の実
施例の構成を有する液晶表示装置に設けることによっ
て、第３の実施例に設けられた第１の土手状スペーサ４
が存在しない構造とし幅Ｈの液晶塗布領域を設けた液晶
表示素子を構成することができる。

【００２２】次に、本発明の第１の実施例における液晶
表示素子１の製造方法について、図４および図５を用い
て説明する。図４は液晶表示装置１の側面から見た製造
工程とフローチャートを、図５は液晶表示装置１の正面
から見た製造工程とフローチャートを示している。但
し、以下、TFT基板２とカラーフィルタ基板３には、既
にラビング処理、洗浄処理が施されていることとする。

【００２３】まず、カラーフィルタ基板３の第２の土手
状スペーサ５を囲むようにシール剤６を枠形状に塗布す
る。次に、このシール剤６を半硬化させる。シール剤に
は、紫外線（ＵＶ）硬化形と熱硬化形の２種類があり、
どちらを用いても構わないが、本発明では紫外線硬化形
を用いた方法について説明する。紫外線硬化形ではシー
ル剤６のみにＵＶを照射するため、遮光板３０をカラー
フィルタ基板３の下に設ける。ＵＶ照射装置３１によ
り、ある波長のＵＶを一定時間照射すると、シール剤６
が半硬化する(図４(Ａ),S100、図５(Ａ)、S200)。この
とき半硬化したシール剤６は,圧力を加えることによっ
て変形する弾力性を有している。

【００２４】その後、液晶９を液晶塗布部１０に枠形状
に定量塗布する(図４(Ｂ),S101)。カラーフィルタ基板
３と対向するTFT基板２を真空容器（図示せず）に入
れ、数Ｐａの圧力に到達するまで、真空排気を行う。真
空排気中もしくは真空排気後、両方の基板の位置決めを
行う(図４,(Ｃ)S102、図５(Ｂ),S201)。

【００２５】位置決め完了後、そのままTFT基板２を鉛
直に下げていき、カラーフィルタ基板３と重ね合わせ、
次に真空容器内を大気開放する(図４(Ｄ),S103、図５
(Ｃ),S202)。大気圧Ａ１が、TFT基板２にかかることと
液晶表示領域７内が真空であるため、液晶９は第１の土
手状スペーサ４を乗り越えて画面表示領域７内に展延さ
れる。このときの液晶の流れＢは液晶表示領域7の中心
に向かう。液晶９が両方の基板内に気泡無く充填された
ら、さらに加圧プレス等を用いて基板の全面を適正なギ
ャップ出し用圧力Ａ２で一様に押圧する(図４(Ｅ),S10
4)。

【００２６】適正なギャップが確保されたら、遮光板30
を用いてシール剤６のみを、ＵＶ照射装置３１により、
ＵＶを一定時間照射して本硬化させる(図４(Ｆ),S105、
図５(Ｄ),S203)。以上の方法により、液晶表示素子１が
完成する。

【００２７】次に、本発明の第２の実施例における液晶
表示素子１１の製造方法について、図６および図７を用
いて説明する。図６は液晶表示素子１１の側面から見た
製造工程およびフローチャートを、図７は液晶表示素子
１１の正面から見た製造工程およびフローチャートを示
している。まず、カラーフィルタ基板３の第２の土手状
スペーサ５を囲むようにシール剤６を枠形状に塗布す
る。次に、前記した同様の方法で、このシール剤６を半
硬化させる (図６(Ａ),S300、図７(Ａ),S400)。その
後、液晶９を第２の土手状スペーサ５から所定の間隔Ｈ
（１ｍｍ〜６ｍｍ程度）を保持して形成された液晶塗布
部１０に、枠形状に定量塗布する(図６(Ｂ),S301)。

【００２８】カラーフィルタ基板３と対向するTFT基板
２を真空容器（図示せず）に入れ、数Ｐａの圧力に到達
するまで、真空排気を行う。真空排気中もしくは真空排
気後、両方の基板の位置決めを行う(図６(Ｃ),S302,図
７(Ｂ),S401)。位置決め完了後、そのままTFT基板２を
鉛直に下げていき、カラーフィルタ基板３と重ね合わ
せ、次に真空容器内を大気開放する(図(Ｄ),S303、図７
(Ｃ),S402)。大気圧Ａ１が、TFT基板２にかかることと
液晶表示領域７内が真空であるため、液晶９は画面表示
領域７内に展延される、このときの液晶の流れＢは液晶
表示領域7の中心に向かう。

【００２９】液晶９が両方の基板内に気泡無く充填され
たら、さらに加圧プレス等を用いて基板の全面を適正な
ギャップ出し用圧力Ａ２で一様に押圧する(図６(Ｅ),S3
04)。適正なギャップが確保されたら、シール剤６を本
硬化させる(図６(Ｆ),S305、図７(Ｄ),S403)。以上の方
法により、液晶表示素子１１が完成する。

【００３０】次に、本発明の第３の実施例における液晶
表示素子２０の製造方法について、図８および図９を用
いて説明する。図８は液晶表示素子２０の側面から見た
製造工程およびフローチャートを、図９は液晶表示素子
２０の正面から見た製造工程およびフローチャートを示
している。まず、カラーフィルタ基板３の第２の土手状
スペーサ５を囲むようにシール剤６を枠形状に塗布す
る。次に、このシール剤６を半硬化させる(図８(Ａ),S5
00、図９(Ａ),S600)。その後、液晶９を液晶塗布部１０
に枠形状に定量塗布する(図８(Ｂ),S501)。カラーフィ
ルタ基板３と対向するTFT基板２を真空容器（図示せ
ず）に入れ、数Ｐａの圧力に到達するまで、真空排気を
行う。真空排気中もしくは真空排気後、両方の基板の位
置決めを行う(図８(Ｃ),S502、図９(Ｂ),S601)。

【００３１】位置決め完了後、そのままTFT基板２を鉛
直に下げていき、カラーフィルタ基板３と重ね合わせ
る。次に真空容器内を大気開放する(図８(Ｄ),S503、図
９(Ｃ),S602)。大気圧Ａ１が、TFT基板２にかかること
と液晶表示領域７内が真空であるため、液晶９は第１の
土手状スペーサ４を乗り越えて画面表示領域７内に展延
される、このときの液晶の流れＢは液晶表示領域7の中
心に向かう。

【００３２】液晶９が両方の基板内に気泡無く充填され
たら、さらに加圧プレス等を用いて基板の全面を適正な
ギャップ出し用圧力Ａ２で一様に押圧する(図８(Ｅ),S5
04)。このときシール剤６に形成した封止口２１から
は、余剰液晶が排出される。適正なギャップが確保され
たら、シール剤６を本硬化させる。次に封止口２１から
排出された余剰液晶を拭き取り、封止剤２２で封止口２
１を封止する(図８(Ｆ)，S505、図９(Ｄ),S603)。以上
の方法により、液晶表示素子２０が完成する。

【００３３】上記の製造方法によって得られた、上記第
１の実施例1〜第3の実施例の液晶表示素子と、信号入力
部および駆動回路ならびに電源回路などを設けて、液晶
ディスプレイを構成することができる。

【００３４】以上の液晶表示素子およびその製造方法に
よれば、液晶表示素子の排気時間と液晶注入時間を大幅
に短縮することができる。また、液晶表示素子の４辺に
駆動回路を配置することが可能となり、液晶表示素子の
設計が柔軟に行える。また、液晶塗布部には液晶の塗布
シミは発生するものの、画面表示領域上には画像表示に
おいて不具合となるようなシミの発生を防止することが
できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の効果は、次の通りである。第１
の効果は、液晶を挟んだ２枚の基板をシール剤を介して
貼り合わせることにより、液晶表示素子の排気時間と液
晶注入時間を大幅に短縮することができた。

【００３６】第２の効果は、従来方式では形成していた
液晶注入口が本発明では必要ないため、液晶表示素子の
４辺に駆動回路を配置することが可能となり、液晶表示
素子の設計が容易になった。

【００３７】第３の効果は、第１、第２の土手状スペー
サで形成した液晶塗布部に液晶を枠形状に塗布すること
により、画面表示領域に発生していた液晶塗布のシミを
なくすとともに、液晶とシール剤との接触を回避できる
ので、反応シミ、これら画像表示上の不具合を防止する
ことができた。

【００３８】さらに、第２の土手上スペーサの高さを均
一に制御することができるので、液晶層の厚みを極めて
均一に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における、液晶表示素子
の平面図およびその断面図。

【図２】本発明の第２の実施例における、液晶表示素子
の平面図。

【図３】本発明の第３の実施例における、液晶表示素子
の平面図。

【図４】本発明の第１の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す側面図。

【図５】本発明の第１の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す平面図。

【図６】本発明の第２の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す側面図。

【図７】本発明の第２の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す平面図。

【図８】本発明の第３の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す側面図。

【図９】本発明の第３の実施例における、液晶表示素子
の製造工程フローを示す平面図。

【符号の説明】

１液晶表示素子２ TFT基板３カラーフィルター基板４第１の土手状スペーサ５第２の土手状スペーサ６シール剤７液晶表示領域８柱状スペーサ９液晶１０液晶塗布部１１液晶表示素子２０液晶表示素子２１封止口２２封止剤３０遮光板３１ＵＶ照射装置Ａ１大気圧Ａ２ギャップ出し用圧力Ｂ液晶の流れ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画面表示領域に柱状スペーサまたはビー
ズスペーサを備え、前記画面表示領域を囲むように形成
された土手状のスペーサを備え、カラーフィルタならび
に透明電極を備えた基板と、画面表示素子を備えた基板
と、これら基板と前記土手状のスペーサに挟まれた液晶
と、上記土手状スペーサを囲むように設けたシール剤か
ら構成されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】一方の基板の画面表示領域に柱状スペー
サまたはビーズスペーサを備え、前記柱状スペーサまた
はビーズスペーサより高さが低く前記画面表示領域を囲
む枠形状の第１の土手状スペーサを備え、前記柱状スペ
ーサまたはビーズスペーサと高さがほぼ等しく前記第１
の土手状のスペーサを囲む枠形状の第２の土手状スペー
サを備え、前記第２の土手状スペーサを囲むように塗布
されたシール剤を備え、前記基板の第２の土手状スペー
サの内側ともう一枚の基板とで構成された空間に液晶が
充填されたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】一方の基板に画面表示領域を備え、前記
画面表示領域を所定の幅を保持して囲む枠形状の第１の
土手状スペーサを備え、前記第１の土手状スペーサが囲
む領域に前記第１の土手状スペーサと高さがほぼ等しい
柱状スペーサまたはビーズスペーサを備え、前記第１の
土手状スペーサを囲むように塗布されたシール剤を備
え、前記基板の第１の土手状スペーサの内側ともう一枚
の基板とで構成された空間に液晶が充填されたことを特
徴とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載の液晶表
示素子であって、前記土手状スペーサを囲むように塗布
されたシール剤に少なくとも１つの封止口を備えたこと
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】請求項１記載の基板上の画面表示領域を
枠形状に囲むように液晶を塗布した後に、真空中で２枚
の基板を位置決めして重ね合わせ、大気圧以上の圧力で
２枚の基板間に液晶を展延させると共に所定のギャップ
を確保することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】請求項２または請求項３に記載の基板上
の画面表示領域を枠形状に囲むように液晶を塗布した後
に、真空中で２枚の基板を位置決めして重ね合わせ、大
気圧以上の圧力で２枚の基板間に液晶を展延させると共
に所定のギャップを確保し、シール剤を硬化させること
を特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項７】請求項４に記載の基板上の画面表示領域
を枠形状に囲むように液晶を塗布した後に、真空中で２
枚の基板を位置決めして重ね合わせ、大気圧以上の圧力
で２枚の基板間に液晶を展延させると共に所定のギャッ
プを確保し、シール剤を硬化させ、少なくとも１つ設け
られた封止口から押し出された余剰液晶を拭き取り、前
記封止口を封止することを特徴とする液晶表示素子の製
造方法。
【請求項８】請求項１から請求項４に記載の液晶表示
素子を備えたことを特徴とする液晶ディスプレイ。