JP2006154627A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ギャップの寸法精度並びにギャップの配置精度を向上することができ、かつ製造上の歩留まりを向上しつつ、製造コストを減少することができる液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 液晶表示装置の製造方法において、溶液にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程（ステップＳ２）と、インクジェット方式により溶液をギャップ形成用球形スペーサとともに液晶基板上に塗布する工程（ステップＳ３）とを備えている。ギャップ形成用球形スペーサは液晶基板の遮光部にのみ選択的に塗布することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関し、特に液晶表示装置の液晶封入ギャップの製造方法に関する。

下記特許文献１には、代表的な液晶表示装置の製造方法が開示されている。液晶表示装置の製造方法において、対向して貼り合わせられる２枚の液晶基板（透明石英基板）間の液晶封入用ギャップの形成方法には以下の２つの方法が知られている。

第１の方法は、液晶基板に静電気を帯電させた状態において、この液晶基板に球形スペーサを散布し、液晶基板上に球形スペーサを吸着する方法である。液晶基板上にこの吸着させた球形スペーサを介在して他の液晶基板を貼り合わせることによって、液晶基板間にギャップを生成することができる。

第２の方法は、フォトエングレービングプロセス（ＰＥＰ）を使用する方法であって、液晶基板上に黒レジストや透明レジストを塗布し、適当な形状にレジストをパターニングする方法である。液晶基板上に形成されたレジストを介在して他の液晶基板を貼り合わせることによって、液晶基板間にギャップを生成することができる。
特願２００３−２４８２０８号公報

しかしながら、前述の液晶封入用ギャップの形成方法においては、以下の点について配慮がなされていなかった。

第１の方法においては、球形スペーサの加工精度が高く、ギャップの寸法精度を向上することができる特徴があるが、液晶基板上の球形スペーサの吸着箇所を制御することが難しい。球形スペーサが液晶基板上の画素部に入り込んだ場合には、画面のちらつきの原因になる。

第２の方法においては、レジストの塗布工程、露光工程、現像工程、不必要なレジストの剥離工程等の多くの製造工程が必要になり、製造上の歩留まりが低下するばかりか、製造コストが増大する。更に、レジストの膜厚を均一に塗布することが技術的に難しく、結果的にギャップの寸法精度にばらつきが発生し易い。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ギャップの寸法精度並びにギャップの配置精度を向上することができ、かつ製造上の歩留まりを向上しつつ、製造コストを減少することができる液晶表示装置の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る特徴は、液晶表示装置の製造方法において、溶液にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程と、インクジェット方式により溶液をギャップ形成用球形スペーサとともに液晶基板上に塗布する工程とを備える。

本発明によれば、ギャップの寸法精度並びにギャップの配置精度を向上することができ、かつ製造上の歩留まりを向上しつつ、製造コストを減少することができる液晶表示装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
［液晶表示装置の構造］
図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１は、第１の液晶基板（ＴＦＴ基板）１０と、第１の液晶基板１０上に対向し貼り合わされた第２の液晶基板（ＣＦ基板）３０と、第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間に配設されたギャップ形成用球形スペーサ２０と、第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間のキャビティ内に封入された液晶５０と、第１の液晶基板１０の周囲と第２の液晶基板３０の周囲との間に配設されたシール材４０とを備えている。

第１の液晶基板１０には例えば透明石英基板が使用される。この第１の液晶基板１０は、１枚の大きなサイズの液晶基板（マザーガラスと呼ばれている。）から切り出され多数個取りされたものである。

第１の液晶基板１０の表面上（図２中、上側表面上）には、図示しないが、複数本の水平走査線（ゲート線）が一定間隔において配列され、更に複数本の垂直走査線（映像信号線）が水平走査線と交差する方向に一定間隔において配列されている。水平走査線と垂直走査線との交差部毎には画素電極１１が配設されている。１つの画素電極１１は第１の実施の形態において１つの画素（ピクセル）を構築する。

画素電極１１には、図示しない薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のソース領域及びドレイン領域を通して垂直走査線に電気的に接続されている。また、薄膜トランジスタのゲート電極には水平走査線が電気的に接続されている。水平走査線に供給される制御信号により薄膜トランジスタの導通並びに非導通が制御され、この制御により垂直走査線から画素電極１１に映像信号が供給されるか否か制御される。

画素電極１１の表面上には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等のパッシベーション膜１２が配設されている。

一方、第２の液晶基板３０には、第１の液晶基板１０と同様に、例えば透明石英基板が使用され、１枚の大きなサイズの液晶基板から切り出され多数個取りされたものである。

第２の液晶基板３０の表面上（同図２中、下側表面上）には、複数個の画素電極１１に対して対向配置された共通画素電極３１が配設されている。更に、共通画素電極３１上には、パッシベーション膜１２と同様にパッシベーション膜３２が配設されている。

ギャップ形成用球形スペーサ２０は第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間に液晶５０を封入するためのギャップ（キャビティ）を生成する。ギャップ形成用球形スペーサ２０は、１つの画素、実質的には１つの画素電極１１に相当する画素部（領域を符号Ａを付して示す。）とそれに隣接する他の画素部との間の遮光部（領域を符号Ｂを付して示す。）に少なくとも配置される。更に、ギャップ形成用球形スペーサ２０は、すべての画素部が配列された有効画素領域（領域を符号Ｃを付して示す。）の周囲の領域、つまり有効画素領域とシール材４０との間の遮光部（領域を符号Ｄを付して示す。）にも配置される。第１の実施の形態に係るギャップ形成用球形スペーサ２０は、画素部には配置されずに、精度良く遮光部に配設することができる。

ギャップ形成用球形スペーサ２０には、例えばミクロパールと呼ばれる球形スペーサを実用的に使用することができ、第１の実施の形態においてギャップ形成用球形スペーサ２０の直径は例えば４μｍ〜６μｍに設定されている。更に、ギャップ形成用球形スペーサ２０は、遮光部の１平方ミリ当たり８０個〜１２０個程度の密度において配設されることが望ましい。

なお、第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間のギャップの寸法は、ギャップ形成用球形スペーサ２０を挟み込むようにして貼り合わせるので、ギャップ形成用球形スペーサ２０がパッシベーション膜１２、３２のそれぞれに若干めり込み、ギャップ形成用球形スペーサ２０の直径に対して３％〜５％程度減少する。

［液晶表示装置の製造方法］
次に、前述の液晶表示装置１の製造方法を、図１を用いて説明する。

まず最初に、ステップＳ１に示すように、第１の液晶基板１０、第２の液晶基板３０のそれぞれを別々に製作する。ここで、「第１の液晶基板１０を製作する」とは、薄膜トランジスタ、画素電極１１、水平走査線、垂直走査線及びパッシベーション膜１２がすべて形成された第１の液晶基板１０を製作するという意味において使用している。同様に、「第２の液晶基板３０を製作する」とは、共通画素電極３１及びパッシベーション膜３２（及び図示しないが、カラーフィルタ等も含まれる。）がすべて形成された第２の液晶基板３０を製作するという意味において使用している。

次に、インクジェット方式の使用に際して、ステップＳ２に示すように、溶液にギャップ形成用球形スペーサ２０を分散する。第１の実施の形態においては、５μｍの直径を有するギャップ形成用球形スペーサ２０が使用され、このギャップ形成用球形スペーサ２０が溶液に混入され攪拌される。溶液には、有機溶液、更に詳細にはエタノール溶液を実用的に使用することができる。ギャップ形成用球形スペーサ２０は０．１ｗｔ％〜０．２ｗｔ％の範囲内においてエタノール溶液中に混入されることが好ましい。

次に、図３に示すように、インクジェット装置のインクジェットヘッド６０内部に、ギャップ形成用球形スペーサ２０が分散された溶液２１を充填する。引き続き、同図３及びステップＳ３に示すように、第１の液晶基板１０上の遮光部Ｂ（及び遮光部Ｄ）において、インクジェットヘッド６０の吐出口６１から溶液２１及びこの溶液２１に分散されたギャップ形成用球形スペーサ２０を塗布する。

インクジェット装置においては、その制御ユニットに格納される制御プログラムにより、インクジェットヘッド６０の吐出口６１の走査制御を容易に行うことができ、吐出口６１を遮光部Ｂに沿って走査することができるとともに、予め設定された塗布密度に合わせて吐出口６１から溶液２１及びギャップ形成用球形スペーサ２０を吐き出すことができる。インクジェットヘッド６０において、溶液２１及びギャップ形成用球形スペーサ２０の吐き出しを制御するピエゾ素子に供給される電圧は、溶液２１の吐出量が安定し、液適量が一滴当たり例えば３０ｐｌ前後になるように、適時調整を行っている。ギャップ形成用球形スペーサ２０の塗布密度は前述の通りである。

図４に示すように、第１の液晶基板１０（実際にはパッシベーション膜１２）上に塗布されたギャップ形成用球形スペーサ２０は、溶液２１に周囲を包み込まれ、溶液２１の粘液力により第１の液晶基板１０の表面に付着する。すなわち、ギャップ形成用球形スペーサ２０は遮光部Ｂに溶液２１とともに選択的に塗布され、そして付着し、付着後にはギャップ形成用球形スペーサ２０が画素部Ａに混入することがない。なお、ギャップ形成用球形スペーサ２０は、第１の実施の形態において、第１の液晶基板１０上に塗布しているが、第２の液晶基板３０上に、又は第１の液晶基板１０上及び第２の液晶基板３０上の双方に塗布してもよい。

次に、ステップＳ４に示すように、第１の液晶基板１０上の周縁にシール材４０を塗布する。引き続き、第１の液晶基板１０上にギャップ形成用球形スペーサ２０及びシール材４０を介在させて第２の液晶基板３０を重ね合わせ、この状態において焼成することにより、ステップＳ５に示すように、第１の液晶基板１０に第２の液晶基板３０を貼り合わせることができる。焼成温度は例えば１００℃以下である。なお、焼成することにより、ギャップ形成用球形スペーサ２０を包み込んでいた溶液２１は気化される。

次に、ステップＳ６に示すように、第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間において、ギャップ形成用球形スペーサ２０及びシール材４０により生成されたキャビティ内部に液晶５０を注入する。そして、液晶５０の注入後に注入口が封止される。なお、第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法は、液晶５０の封入方法を特に限定するものではなく、第１の液晶基板１０上にギャップ形成用球形スペーサ２０、シール材４０のそれぞれを塗布した後、第２の液晶基板３０を貼り合わせる前に液晶５０を滴下塗布してもよい。

これら一連の製造工程が終了すると、液晶表示装置１のいわゆる液晶パネル自体を完成させることができる。この後に、必要に応じて、ドライバー用半導体装置等を実装すれば、液晶表示装置１が完成する。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法においては、第１の液晶基板１０と第２の液晶基板３０との間に、外径加工精度の高いギャップ形成用球形スペーサ２０を溶液２１に分散させてインクジェット方式により塗布することにより、ギャップの寸法精度並びにギャップの配置精度を向上することができる。第１の実施の形態に係る液晶表示装置１においては、平均ギャップが４．７μｍになり、ギャップ斑がほとんど見られなかった。更に、画素部にギャップ形成用球形スペーサ２０が混入した形跡が見受けられず、ギャップ形成用球形スペーサ２０に起因する反射や異常も見受けられなかった。従って、液晶表示装置１の製造上の歩留まりを向上することかでき、しかもインクジェット方式の採用により、製造工数を大幅に削減することができるので、製造コストを減少することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法に使用されるインクジェット装置において、ギャップ形成用球形スペーサ２０の直径に対するインクジェットヘッド６０の吐出口６１の開口寸法を最適値に設定する例を説明するものである。

図５に示すように、インクジェット装置のインクジェットヘッド６０の吐出口６１の開口寸法はＬ１、ギャップ形成用球形スペーサ２０の直径はＬ２である。ここでは、直径Ｌ２が５．２５μｍのギャップ形成用球形スペーサ２０が使用される。

図６に示すように、吐出口６１の開口寸法Ｌ１を５μｍ、６μｍ、７μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍに各々設定し、各開口寸法Ｌ１において１０００回の吐き出し当たりに塗布されるギャップ形成用球形スペーサ２０の個数を観測した。

開口寸法Ｌ１が５μｍの場合には、当然のことながら、ギャップ形成用球形スペーサ２０は１個も観測することができなかった。以下、開口寸法Ｌ１が６μｍの場合には２０個〜３０個、７μｍの場合には１５０個〜２００個、１０μｍの場合には４００個〜５００個、１５μｍの場合には９００個〜１０００個、２０μｍ〜６０μｍの場合には２２００個〜２３００個、７０μｍ〜９０μｍの場合には４５００個〜４７００個、１００μｍの場合には９０００個〜９２００個のギャップ形成用球形スペーサ２０を観測することができた。

更に、開口寸法Ｌ１が６０μｍ以下に設定されている場合には、隣接するギャップ形成用球形スペーサ２０の繋がりが２個前後であったが、開口寸法Ｌ１が７０μｍを越えると、３連や４連に繋がるギャップ形成用球形スペーサ２０が観測された。

結論として、インクジェットヘッド６０の吐出口６１から確実にギャップ形成用球形スペーサ２０を吐き出すためには、開口寸法Ｌ１はギャップ形成用球形スペーサ２０の直径Ｌ２に対して大きい必要がある。更に、溶液２１に分散させたギャップ形成用球形スペーサ２０を無駄なくかつ効率良く吐き出すためには、開口寸法Ｌ１は出きる限り大きい方が好ましい。ところが、開口寸法Ｌ１が逆に大きすぎると、ギャップ形成用球形スペーサ２０が連なり、塗布密度に斑が発生する。従って、インクジェットヘッド６０の吐出口６１の開口寸法Ｌ１は、ギャップ形成用球形スペーサ２０の直径Ｌ２より大きく、かつ開口寸法Ｌ１が７０μｍに設定された場合に相当する、直径Ｌ２の１５倍未満に設定されることが最適である。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態又は第２の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法において、第１の液晶基板１０とその上に塗布したギャップ形成用球形スペーサ２０との間の接着力を高めた例を説明するものである。

第３の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法は、まず前述の図１に示すステップＳ２において、例えばエタノール溶液にギャップ形成用球形スペーサ２０の接着力を高める添加剤をブレンドした溶液２２（図７参照。）を生成し、この溶液２２にギャップ形成用球形スペーサ２０を分散する。添加剤には例えば１００ｐｐｍ程度のレジストの樹脂成分を使用することができる。

次に、前述の図１に示すステップ３の工程と同様に、インクジェット装置を使用し、図７に示すように、溶液２２及びギャップ形成用球形スペーサ２０を第１の液晶基板１０上に塗布する。そして、塗布後に約２００℃の温度において乾燥処理を行い、溶液２２に含まれる添加剤（樹脂成分）を硬化させる。この添加剤の硬化によって、添加剤が接着剤となり、第１の液晶基板１０とギャップ形成用球形スペーサ２０との間の接着力を高めることができる。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る液晶表示装置１の製造方法においては、添加剤をブレンドした溶液２２にギャップ形成用球形スペーサ２０を分散させ、溶液２２及びギャップ形成用球形スペーサ２０を第１の液晶基板１０上に塗布した後、添加剤を硬化するようにしたので、第１の液晶基板１０とギャップ形成用球形スペーサ２０との間の接着力を向上することができる。従って、遮光部ＢやＤに塗布したギャップ形成用球形スペーサ２０が画素部Ａに移動することがなくなり、ギャップ形成用球形スペーサ２０に起因する反射や異常をなくすことができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を説明するフロー図である。 第１の実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。 第１の実施の形態に係る液晶表示装置のギャップ形成工程を説明する図である。 図３に示す液晶表示装置の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法に使用するインクジェット装置のインクジェットヘッドの要部断面図である。 図５に示すインクジェットヘッドの吐出口の開口寸法とギャップ形成用球形スペーサの吐き出し個数との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る液晶表示装置のギャップ形成工程を説明する図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…第１の液晶基板、１１…画素電極、１２、３２…パッシベーション膜、２０…ギャップ形成用球形スペーサ、２１、２２…溶液、３０…第２の液晶基板、３１…共通画素電極、４０…シール材、５０…液晶、６０…インクジェットヘッド、６１…吐出口、Ａ…画素部、Ｂ、Ｄ…遮光部。

Claims (6)

1. 溶液にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程と、
   インクジェット方式により前記溶液を前記ギャップ形成用球形スペーサとともに液晶基板上に塗布する工程と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記液晶基板上に前記ギャップ形成用球形スペーサを介在させて他の液晶基板を貼り合わせる工程と、
   前記液晶基板と前記他の液晶基板との間において前記ギャップ形成用球形スペーサにより生成されたキャビティ内に液晶を封入する工程と、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記ギャップ形成用球形スペーサを塗布する工程は、前記液晶基板上の画素部を除く遮光部に前記ギャップ形成用球形スペーサを塗布する工程であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記溶液にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程は、有機溶媒にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 前記溶液にギャップ形成用球形スペーサを分散させる工程は、前記ギャップ形成用球形スペーサと前記液晶基板との間の接着力を強める添加剤が混合された有機溶媒にギャップ形成用球形スペーサを分散する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
6. 前記インクジェット方式により前記ギャップ形成用球形スペーサを液晶基板上に塗布する工程は、インクジェットノズルの吐出口の開口寸法が前記ギャップ形成用球形スペーサの直径より大きくかつその１５倍未満に設定されたインクジェット方式により前記ギャップ形成用球形スペーサを液晶基板上に塗布する工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。

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