JP2005134561A - 電気光学装置の製造方法、電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶滴下法を用いる場合に液晶の滴下量ばらつきに柔軟に対応でき、シール切れや気泡不良、あるいはセル厚ばらつきに起因する表示ムラ等の表示品位の低下を容易に抑制し得る電気光学装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の電気光学装置の製造方法は、一対の基板のうちのいずれか一方の基板１０上に、未硬化状態のシール材５２を閉じた枠状に描画する工程と、シール材５２を描画した基板１０と他方の基板２０との間に液晶５０を挟持させた状態で減圧雰囲気でこれら基板１０，２０を貼り合わせ、液晶の広がりに応じてシール材５２を移動させる工程と、シール材５２を硬化させる工程とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、電気光学装置の製造方法、電気光学装置に関するものである。

一般に、液晶表示装置は、下基板と上基板とがそれぞれの基板の周縁部においてシール材を介して貼着され、これら一対の基板とシール材とによって囲まれた空間に液晶が封入された構成である。液晶表示装置を製造する方法として、２枚の基板を貼り合わせて空のセルを作製した後、真空注入法などの手法を用いて基板間に液晶を注入する方法が従来から用いられてきた。これに対して、近年、少なくとも一方の基板上に液晶を滴下した後、その液晶を挟持するように他方の基板を貼り合わせる方法も採用されている（以下、本明細書ではこの方法のことを便宜的に「液晶滴下法」と呼ぶ）。この場合、予めセルの容積に合った適量の液晶を滴下するが、液晶の滴下量ばらつきが避けられず、これに起因してシール材が切れて液晶が漏れたり、セルの厚さがばらついて表示ムラが生じる等、種々の問題が発生する。そこで、この問題を解決する手段として、液晶排出口を有するシール材を一方の基板上に形成した後、過剰の液晶を基板間に挟持させて液晶排出口と反対側の縁から２枚の基板を貼り合わせ、過剰分の液晶を液晶排出口から排出させることで所定量の液晶を有する液晶表示装置を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２７２１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法においては、以下の問題点があった。すなわち、上記の方法では、意図的に過剰な液晶を基板間に挟持させた後、過剰分の液晶を液晶排出口から排出させるため、高価な液晶を無駄にすることになる。そして、液晶排出口の周囲に付着した液晶を拭き取るなどして除去した後、光硬化樹脂等で液晶排出口を封止する必要があるため、製造プロセスも面倒なものとなる。さらに、過剰な液晶を確実に塗布できる場合は良いが、この方法では液晶が不足した場合に対応できず、所定のセルの厚さよりも薄くなり、表示品位が低下したり、気泡不良が生じる恐れがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、液晶滴下法を用いる場合に液晶の滴下量ばらつきに柔軟に対応でき、シール切れや気泡不良、あるいはセル厚ばらつきに起因する表示ムラ等の表示品位の低下を容易に抑制し得る電気光学装置の製造方法、およびこれにより得られる電気光学装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の電気光学装置の製造方法は、シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に電気光学物質が挟持されてなる電気光学装置の製造方法であって、前記一対の基板のうちのいずれか一方の基板上に、未硬化状態のシール材を閉じた枠状に描画する工程と、前記シール材を描画した基板と他方の基板との間に電気光学物質を挟持させた状態で減圧雰囲気でこれら基板を貼り合わせ、前記電気光学物質の広がりに応じて前記シール材を移動させる工程と、前記シール材を硬化させる工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の電気光学装置の製造方法によれば、基板貼り合わせ時に未硬化状態のシール材が基板に付着しつつ基板上を移動し、シール材を当初描画した位置に対応したセル内容積に対して電気光学物質の供給量が過剰であった場合には、貼り合わせ後に電気光学物質の内圧によりシール材が基板の外側に向けて移動し、セル内容積を増やすことで供給量の過剰分を吸収する。逆に、セル内容積に対して電気光学物質の供給量が不足した場合には、減圧雰囲気での貼り合わせ後にセル内が負圧になることで、シール材が基板の内側に向けて移動し、セル内容積を減らすことで供給量の不足分を吸収する。その結果、電気光学物質の供給量が過剰、不足いずれの方向にばらついても、シール切れや気泡不良の発生を防止できるとともに、セルの厚さのばらつきを抑制することができ、表示品位の低下を防止することができる。また、本発明のシール材は閉じた枠状に形成されており、上記特許文献１の方法のように液晶排出口を持たないため、後で液晶排出口を封止する工程等が必要なく、製造プロセスが複雑になることもない。

また、前記未硬化状態のシール材の粘度が２５０〜４３０Ｐａ・ｓの範囲であることが望ましい。３００±３０Ｐａ・ｓとすればより望ましい。
上述の「未硬化状態で基板上を移動可能とされたシール材」について、本発明者らが鋭意検討した結果、このようなシール材の特性を左右するのは、シール材形成領域における基板の表面状態やシール材の粘度であることがわかった。ところが、基板のシール材形成領域では上下基板の電気的導通を取る必要がある等、別の事情があり、基板の表面状態を容易に制御することが難しい。そこで、本発明者らはシール材の粘度に着目し、従来使用していたものよりも粘度の低いものを用いれば、シール材が基板上を移動することを確認した。そして、実際に試作したものの評価結果から上記のような粘度の最適な範囲を求めた。評価結果については後述する。

本発明の電気光学装置は、上記本発明の電気光学装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、シール切れや気泡不良等の信頼性不良やセル厚ばらつきに基づく表示ムラ等が生じることのない電気光学装置を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１は本実施の形態の液晶表示装置の製造方法（電気光学装置の製造方法）に用いる液晶・シール材塗布装置の概略構成図、図２は同、製造方法に用いる基板貼り合わせ装置の概略構成図である。図３〜図５は製造プロセスを順を追って示す工程図、図６は製造プロセスのフローチャート、図７は本方法で用いるシール材の作用を説明するための概念図である。なお、以下の各図面において、各構成要素を見やすくするため、各構成要素の寸法、膜厚等の比率は適宜異ならせてある。また、以下の説明では、基板の表面に沿う方向をＸ方向（例えば図７中、左右方向）およびＹ方向（例えば図７中、紙面と垂直な方向）とし、ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向として説明する。

液晶・シール材塗布装置６３は、図１に示すように、基板を保持してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向（Ｚ軸と平行な軸周りの回転方向）に移動自在なテーブル６５と、テーブル６５の上方に配設されて液晶材料を吐出、滴下する液滴吐出ヘッド６６と、液滴吐出ヘッド６６の近傍に配設されシール材を塗布するシール材塗布部６７とを主体に構成されている。シール材塗布部６７から塗布されるシール材には、略球形状のギャップ制御材が含まれており、ギャップ制御材の直径は基板のセルギャップと略同じ寸法（直径略３μｍ）に形成されている。なお、液晶材料を滴下させる手段として、液滴吐出ヘッド６６の他、精密薬液吐出機（計量型ディスペンサ）など、滴下する液晶材料量を制御できるものであれば、どのような装置を用いてもよい。また、ギャップ制御材は略球形状に形成され、シール材に含有するものに限ることなく、繊維形状に形成されシール材に含有するものや、シール材に含有せず基板から柱状に突出して形成されたもの等、種々のものを使用することができる。また、基板給除部６２は、液晶・シール材塗布装置６３と後述する基板貼り合わせ装置６４との間で基板を搬送するキャリアを用いている。

基板貼り合わせ装置６４は、図２に示すように、基板を保持してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動自在なテーブル６８と、テーブル６８上に設置された下チャック部６９と、下チャック部６９の上方に配置された真空チャンバ７０と、真空チャンバ７０内に下チャック部６９と対向配置された上チャック部７１と、上チャック部７１をＺ方向に移動自在に支持し、且つ下チャック部６９に向けて加圧する下降機構７２と、から概略構成されている。真空チャンバ７０には、覗き窓７０ａと排気部７６とが設けられている。覗き窓７０ａの上方には、覗き窓７０ａを介して基板上のアライメントマークを拡大、観測する貼り合わせ用顕微鏡７４が配置され、貼り合わせ用顕微鏡７４には、拡大されたアライメントマークの画像を取り込むＣＣＤカメラ８１が備えられている。排気部７６には、収容空間７０ｂ内の気体を排気（真空引き）するための真空ポンプ等の吸引装置７８が接続されている。また、真空チャンバ７０には、シール材５２を仮硬化させる紫外線を照射する水銀ランプ等のＵＶランプからファイバなどを経路として使用したＵＶ照射ユニット８２が備えられている。なお、ＵＶ照射ユニット８２は、シール材５２の粘度を高める程度のエネルギーを供給できればよい。また、シール材５２にエネルギーを与える手段は、ＵＶランプに限られることなく、加熱・冷却装置や、可視光照射装置など、シール材５２の性質によりさまざまな装置を用いることができる。

さらに、基板貼り合わせ装置６４には、ＣＣＤカメラ８１により取り込まれた画像を処理する画像処理部８３と、画像処理部８３により処理されたデータに基づいてテーブル６８と下降機構７２とを制御する制御部８４が設けられている。また、下チャック部６９および上チャック部７１には、互いに対向する保持面６９ａ、７１ａでそれぞれ基板を保持するための保持機構（図示せず）が備えられている。なお、下チャック部６９および上チャック部７１には、静電気力や粘着力を用いたチャック機構、または機械的に基板を保持する機械的保持機構など、略真空雰囲気においても基板を保持できる機構であれば、どのような機構が備えられていてもよい。例えば、基板に石英ガラスを用いた場合、静電気力による保持方法を用いると、保持力が弱く、基板の相対位置を十分な精度で調整することができない。その一方、接着力、分子間力、真空力、機械式保持等の保持方法であれば、石英ガラスでも十分な保持力を発揮することができるため、下チャック部６９および上チャック部７１の保持機構に用いて好適である。

続いて、上記の製造装置を用いて薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置１００を製造する手順について、図３〜図６を用いて説明する。
まず、ガラス基板上にＴＦＴを形成し、さらに画素電極および配向膜等を形成してＴＦＴアレイ基板を作製する一方（図６中のステップＳ１）、ガラス基板上に遮光膜、対向電極、配向膜等を形成して対向基板を作製する（図６中のステップＳ２）。
なお、以下の説明においては、ＴＦＴアレイ基板を下基板１０と称し、対向基板を上基板２０と称して説明する。

図３（ａ）に示すように、対向電極等が形成された上基板２０は基板給除部により運搬されて基板貼り合わせ装置６４の上チャック部７１に給材され、保持機構により上基板２０が保持される。一方、ＴＦＴ等が形成された下基板１０は基板給除部により運搬され、液晶・シール材塗布装置６３のテーブル６５上に給材される（図１参照）。そして、テーブル６５を移動させつつ、下基板１０上にシール材塗布部６７からシール材が閉じた枠状に塗布される（図６中のステップＳ３）。本実施の形態では、ここで従来使用されていたものよりも粘度が低いシール材が用いられる。具体的には、２５０〜４３０Ｐａ・ｓの範囲のＵＶ硬化型樹脂や熱硬化樹脂等が用いられる。
次に、テーブル６５を移動させつつ液滴吐出ヘッド６６から液晶を吐出、滴下して、図３（ｂ）に示すように、下基板１０上のシール材５２で囲まれた位置に液晶５０を配置する（図６中のステップＳ４）。下基板１０にはセル厚を一定に保持するためのスペーサー５２ａが配置されている。なお、図３（ｂ）では、液晶５０はシール材５２で囲まれた領域の１箇所に滴下するように図示しているが、１箇所に滴下するものに限られることなく、複数の箇所に滴下してもよい。

液晶が滴下された下基板１０は基板給除部６２により運搬され、図３（ｃ）に示すように、下チャック部６９に給材され（なお、以下の説明では便宜上、液晶５０およびシール材５２の図示を省略する）、保持機構により保持される。
そして、図４（ｄ）に示すように、真空チャンバ７０を下降させて下チャック部６９に当接させ、収容空間７０ｂを密封状態に閉塞する。収容空間７０ｂが密封状態となったら、排気部７６から負圧吸引して収容空間７０ｂ内を略真空状態（１．３３Ｐａ〜１．３３×１０^−２Ｐａ）とする。

収容空間７０ｂ内が略真空状態となったら、図４（ｅ）に示すように、上基板２０と下基板１０とに形成されたアライメントマーク（図示せず）を貼り合わせ用顕微鏡７４を用いて拡大してＣＣＤカメラ８１に取り込む。ＣＣＤカメラ８１に取り込まれたアライメントマークの画像データは、画像処理部８３に入力され上基板２０と下基板１０との相対位置が検出される。制御部８４は、画像処理部８３により検出された相対位置に基づき、テーブル６８を駆動して上基板２０と下基板１０との相対位置のズレが許容範囲以内になるように粗位置決めする。なお、上記収容空間７０ｂ内の真空引きと、基板１０、２０の粗位置決めとは同時に併行して実施してもよいし、粗位置決めを先に実施して真空引きを後から実施してもよい。真空引きと粗位置決めとを同時に実施した場合は、製造時間を短縮することができる。また、上チャック部７１には、貼り合わせ用顕微鏡７４および覗き窓７０ａの直下の位置に貫通孔７１ｂが形成されており、この貫通孔７１ｂを介して各基板１０、２０のアライメントマークを検出することができる。

基板１０、２０が粗位置決めされたら、図４（ｆ）に示すように、下降機構７２により上チャック部７１を下降（相対移動）させて対向する基板１０、２０を貼り合わせる（図６中のステップＳ５）。さらに上チャック部７１を下チャック部６９に向けて下降させ、基板１０、２０に加圧してシール材５２を押しつぶす。基板１０、２０の貼り合わせが完了すると、ＵＶ照射ユニット８２により紫外線を照射してシール材５２を仮硬化させ、シール材の粘度を高める（図６中のステップＳ６）。
なお、基板１０、２０を貼り合わせた後の加圧は、製造のプロセスおよびシール材５２などの選択によっては実施しなくてもよい。また、ＵＶ照射ユニット８２によるシール材５２の仮硬化も同様にシール材５２によっては実施しなくてもよい。
また、貼り合わせ後から精密位置合わせまでの間にズレの発生が予想され、そのズレ量、方向が統計的に予想される場合には、ズレ発生後の基板１０、２０の位置関係が上述した範囲内に収まるように、あらかじめオフセットさせて粗位置決めしてもよい。

この後、収容空間７０ｂ内に大気が導入され、略真空状態から大気圧に戻される。真空チャンバ７０の収容空間７０ｂが大気圧になると、圧力差により両基板１０、２０は押圧されてシール材５２はさらに押しつぶされる（図６中のステップＳ７）。その後、図５（ｇ）に示すように、上チャック部７１と下チャック部６９との保持を解除し、真空チャンバ７０を上昇させる。そして、下チャック部６９に非保持状態で載置されている基板（この場合は基板１０、２０が貼り合わされた液晶表示装置１００）を基板給除部６２により除材する。その後、精密アライメント、ＵＶランプによるシール材５２の本硬化が行われ（図６中のステップＳ８）、液晶表示装置１００の製造が完了する。

本実施の形態の液晶表示装置の製造方法においては、従来使用されていたものよりも粘度が低い、例えば２５０〜４３０Ｐａ・ｓ程度のシール材５２が用いられるので、基板１０，２０の貼り合わせが完了し、シール材５２の仮硬化が行われる前の段階では、シール材５２が基板１０，２０上を移動することができる。例えば図７（ａ）に示すように、シール材５２を当初描画した位置に対応したセル内容積に対して液晶５０の供給量が少ない場合には、減圧雰囲気での貼り合わせ後にセル内が負圧になることで、シール材５２が基板１０，２０の内側に向けて移動し、セル内容積が減ることで液晶５０の不足分を吸収する。逆に図７（ｂ）に示すように、液晶５０が多い場合には、貼り合わせ後に液晶５０の内圧によりシール材５２が基板１０，２０の外側に向けて移動し、セル内容積が増えることで液晶５０の過剰分を吸収する。その結果、液晶５０の供給量が不足、過剰いずれの方向にばらついても、セル厚Ｇのばらつきを抑制することができ、表示品位の低下を防止できるとともに、シール切れや気泡不良の発生を防止することができる。また、シール材５２は閉じた枠状に形成されており、液晶排出口を持たないため、後で液晶排出口を封止する工程等が必要なく、製造プロセスが複雑になることもない。

ここで、本発明者らは、粘度の値を種々に変えたシール材を用いて実際に液晶パネルを試作し、セル厚バラツキ、シール材の外観等の評価を行った。［表１］にその結果を示す。この表に示す通り、シール材の粘度を２３０，３００，４００，４５０Ｐａ・ｓと変えた４種類のサンプルを作製し、「パネル間のセル厚バラツキ」、「セル面内のセル厚均一性」、「シール材の外観」の３項目について評価した。なお、「パネル間のセル厚バラツキ」は、１０組のパネルについてパネル中心部でのセル厚の測定値から算出しており、表中の「avg」は平均値、「std」は標準偏差を示している。「セル面内のセル厚均一性」は、１組のパネルにおける面内９点のセル厚の測定値から算出しており、表中の「Ｒ」は最大値−最小値の差を示している。

シール材の粘度を２３０Ｐａ・ｓとした場合、パネル間のセル厚バラツキは小さく、セル面内均一性も良好であったが、シール材の外観を確認したところ、シール材の切れが確認された。シール材の粘度が小さすぎることで強度が足りないためと思われる。シール材の粘度を３００Ｐａ・ｓとした場合、パネル間のセル厚バラツキは小さく、セル面内均一性も良好であった。また、シール材がセルの内側に向けて移動した痕跡が確認された。シール材の粘度を４００Ｐａ・ｓとした場合、パネル間のセル厚バラツキは上述の２つのサンプルよりも大きく、目視により若干のセル厚ムラが確認された。また、シール材がセルの内側に向けて移動した痕跡が確認された。シール材の粘度を４５０Ｐａ・ｓとした場合、パネル間のセル厚バラツキは粘度４００Ｐａ・ｓのサンプルよりもさらに大きく許容範囲を超え、目視により明らかなセル厚ムラが確認された。また、シール材が移動した痕跡は確認されなかった。以上の結果から総合的に評価すると、粘度２３０Ｐａ・ｓのサンプルは「×」、粘度３００Ｐａ・ｓのサンプルは「○」、粘度４００Ｐａ・ｓのサンプルは「△」、粘度４５０Ｐａ・ｓのサンプルは「×」となった。このことから、シール材の粘度は２５０〜４３０Ｐａ・ｓ程度とするのが望ましく、３００±３０Ｐａ・ｓ程度とすることがより望ましいことがわかった。

［電子機器］
以下、上記実施の形態の液晶表示装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図８は、携帯電話の一例を示した斜視図である。
図８において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記実施の形態の液晶表示装置を用いた表示部を示している。
図８に示す携帯電話は、上記の液晶表示装置を用いた表示部を備えているので、表示品位に優れた表示部を有する電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、電気光学装置の例としてＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶表示装置の例を挙げたが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型の液晶表示装置、パッシブマトリクス型の液晶表示装置でも良い。さらに、液晶表示装置のみならず、本発明は他の電気光学装置にも適用が可能である。

本発明の一実施形態の液晶表示装置の製造方法に用いる液晶・シール材塗布装置の概略構成図である。 同、製造方法に用いる基板貼り合わせ装置の概略構成図である。 同、製造プロセスを順を追って示す工程図である。 同、工程図の続きである。 同、工程図の続きである。 同、製造プロセスのフローチャートである。 本発明で用いるシール材の作用を説明するための概念図である。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…下基板、２０…上基板、５２…シール材

Claims (4)

1. シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に電気光学物質が挟持されてなる電気光学装置の製造方法であって、
   前記一対の基板のうちのいずれか一方の基板上に、未硬化状態のシール材を閉じた枠状に描画する工程と、
   前記シール材を描画した基板と他方の基板との間に電気光学物質を挟持させた状態で減圧雰囲気でこれら基板を貼り合わせ、前記電気光学物質の広がりに応じて前記シール材を移動させる工程と、
   前記シール材を硬化させる工程とを備えたことを特徴とする電気光学装置の製造方法。
2. 前記未硬化状態のシール材の粘度が、２５０〜４３０Ｐａ・ｓの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置の製造方法。
3. 前記未硬化状態のシール材の粘度が、３００±３０Ｐａ・ｓの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電気光学装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする電気光学装置。
   

Images