JP2006171064A - 液晶装置の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブマトリクス型液晶装置の両基板を高精度で組立て可能にすると共に高い生産性を実現し低コストの液晶装置の製造装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】２枚の基板１０，２０間を、封止口３１を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材３０を介して所定の圧力で圧着し、前記基板１０，２０の間に液晶を注入してなる液晶装置５５の製造装置において、前記シール材３０を硬化させる第１のＵＶ照射手段５０と、前記封止口３１の近傍を照射させる第２のＵＶ照射手段６０と、を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶装置の製造装置及びその製造方法に係り、特に２枚の基板をシール材を介して貼り合わせることによって構成された液晶セルを製造するための装置及び方法に関する。

周知のように、電気光学装置における液晶パネルは、ガラス基板、石英基板等からなる２枚の基板間に液晶を封入して構成されており、一方の基板に、例えば薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと記す）をマトリクス状に配置し、他方の基板に対向電極を配置して、両基板間に封止した液晶層の光学特性を画像信号に応じて変化させることで、画像表示を可能としている。

また、ＴＦＴを配置した素子基板と、この素子基板に相対して配置される他方の基板（以下、対向基板と称す）とは、別々に製造され、この両基板は、パネル組立工程において高精度に貼り合わされた後（例えばアライメント誤差１μｍ）、液晶が封入されるようになっている。

このパネル組立工程は、先ず、各基板の製作工程において夫々製造された素子基板と対向基板との液晶層と接する面上に、液晶分子を基板面に沿って配向させるための配向膜を形成する。この配向膜は、例えばポリイミドを約数十ナノメータの厚さで印刷することにより形成される。その後、焼成を行い、さらに、電圧無印加時の液晶分子の配列を決定させるためのラビング処理を施す。

次いで、一方の基板上の周縁に接着剤となる紫外線（ＵＶ）硬化樹脂またはＵＶ熱併用型樹脂で構成されたシール材を配設し、このシール材を介して素子基板と対向基板とを対向させる。その後、対向基板を圧着ヘッドに真空吸着させ、この状態でアライメントを施しながら対向基板を所定の荷重で加圧することによってシール材を圧着する。

さらに、前記シール材に紫外線を照射させることによって仮硬化させ、次いで、焼成を行って本硬化した後、シール材の一部に設けられた切り欠き（封止口という）を通して両基板間に形成されている内部空間（セルギャップ）に液晶を封入するといった手法が用いられている。

ところで、上記従来の液晶装置の製造方法においては、２枚のガラス基板の貼り合わせ時において、基板間の平面位置を必ずしも正確に設定することができず、その結果、２枚のガラス基板間の組みずれが発生し、ガラス基板の内面上に形成されている画素構造のずれに起因する表示特性のばらつきや劣化が問題となる。

また、他方のガラス基板を大判のままとし、一方のガラス基板を液晶セルに対応した小型基板として製造する方法においては、複数の小型基板に対して一度に圧着、仮硬化を行うと、圧着時の圧力やシール材の硬化度合いに応じてガラス基板の変形度合いが大きく変化するため、液晶セルが完成した後のガラス基板に反りや凹みが発生して、セルギャップの均一な液晶セルを形成することが困難であるという問題点もある。一方、小型基板に対して個々に圧着及び仮硬化を行おうとすると、小型基板毎に位置決め作業を行わなければならないため、処理時間がかかることが予想される。

上記問題に鑑みて、例えば特許文献１には、圧着ヘッドの加圧力を段階的に変えることにより、基板間の組みずれを低減するとともに、液晶セルを構成する基板の反りや凹みを低減して、正確かつ均一なセルギャップを形成することのできる液晶表示装置の製造方法及び装置が記載されている。また、特許文献２には、カラーフィルター基板の色層を抜いた穴に選択的に粒状のスペーサと接着剤を混合したスペーサ含有接着剤樹脂を塗布することから、凹凸形状の電極の凹部にも凸部にもスペーサが配された従来の液晶表示パネルと比較して均一なセルギャップの液晶表示パネルおよびその製造方法を提供することが記載されている。

さらに、特許文献３には、加圧ヘッドの基板当接面に、複数の凹凸部または、凸部を形成したことにより、加圧ヘッドの対向基板に当接する基板当接面及び基板の被当接面が、両基板間に形成されるセルギャップの精度を高めるために、高精度な平面（鏡面）仕上げがなされているが故に、加圧ヘッドの真空吸着を止めても、両者が密着した状態が持続してしまい、加圧ヘッドを対向基板から離隔する際、仮硬化状態のパネルから対向基板を剥離させたり、あるいは、ＴＦＴ基板に対する対向基板のアライメントがずれてしまうのを防止した電気光学装置用製造装置及びこれに用いる加圧ヘッドとその製造方法が記載されている。
特開平１１−２８２３号公報 特開２００３−２８０００１号公報 特開２００４−１５１３４３号公報

ところで、圧着ヘッドを用いて対向基板を加圧してシール材を仮硬化させる際、加圧後のシールの広がりはシールエリア内でなおかつ対向基板外周まで広がることが望ましい。この場合に対向基板外周に滲み出たシールは仮硬化の時点で硬化することがないため本硬化されるまで流動的な状態にあり、このため経時的に封止口に滲入することもあり、その後「液晶封入ができない」「封止材が入らない」等の不具合を発生させ不良となって歩留まりを低下させる要因となっている。

そこで、本発明は上記の問題に鑑み、アクティブマトリクス型液晶装置の両基板を高精度で組立て可能にすると共に高い生産性を実現し低コストの液晶装置の製造装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明による液晶装置の製造装置は、２枚の基板間を、封止口を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材を介して所定の圧力で圧着し、前記基板の間に液晶を注入してなる液晶装置の製造装置において、前記シール材を硬化させる第１のＵＶ照射手段と、前記封止口の近傍を照射させる第２のＵＶ照射手段と、を具備したものである。

この発明によれば、シール材の仮硬化を行う第１のＵＶ照射手段に加えて、封止口の近傍領域をスポット的に硬化させる第２のＵＶ照射手段を設けることにより、仮硬化の時点で硬化しにくい封止口の近傍領域を硬化させることが可能となる。これにより、封止口の近傍領域に生じるシール溜りが本硬化されるまでの間にシール材で囲まれたセル内に滲入するのを防止することができる。

本発明の上記液晶装置の製造装置において、前記第２のＵＶ照射手段の照射強度は、第１のＵＶ照射手段の照射強度よりも高いことを特徴とする。

この発明によれば、シール材の始点及び終点に相当する封止口の近傍に生じるシール溜りは、厚みがあって硬化しにくいのを、照射強度の強い紫外線を用いることによって仮硬化に要する時間とほぼ同じ時間で硬化させることが可能となる。

本発明の上記液晶装置の製造装置において、前記２枚の基板はそれぞれ、大判の素子基板と、該素子基板における液晶セルごとに圧着される小型の対向基板とであることを特徴とする。

この発明によれば、大判の素子基板に複数の液晶セル領域をシール材の描画によって形成し、それぞれの領域に小型の対向基板を圧着組立てし、更に仮硬化していくと、個々の液晶装置の組立てに時間がかかるために、各装置の仮硬化を終わった後、焼成による本硬化を行うまでに停滞時間（待ち時間）を生じ、これによりシール描画の始点及び終点にできる未硬化のシール溜りが封止口に滲入する不具合を生じ易い。しかしながら、このような場合にも、本発明では、仮硬化の時点で同時にシール溜りを第２のＵＶ照射手段によって硬化してしまうので、時間が経過するとともにシール溜りが封止口を塞ぐ虞は無くなる。

本発明による液晶装置の製造方法は、２枚の基板間を、封止口を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材を介して所定の圧力で圧着し、前記基板の間に液晶を注入してなる液晶装置の製造方法において、前記シール材を硬化させる第１のＵＶ照射ステップと、
前記封止口の近傍を照射させる第２のＵＶ照射ステップと、を具備したものである。

この発明によれば、シール材の仮硬化を行う第１のＵＶ照射ステップに加えて、封止口の近傍領域をスポット的に硬化させる第２のＵＶ照射ステップを設けることにより、仮硬化の時点で硬化しにくい封止口の近傍領域を硬化させることが可能となる。これにより、封止口の近傍領域に生じるシール溜りが本硬化されるまでの間にシール材で囲まれたセル内に滲入するのを防止することができる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１の液晶装置用製造装置の構成の概略を示す縦断面図である。

図１に示すように、液晶装置用製造装置１００は、基板上に図示しないアライメントマークを有する素子基板１０と、これに対向する位置に配設され、基板上に図示しないアライメントマークを有する対向基板２０と、素子基板１０、及び対向基板２０の周縁部に配設され、両基板を接合する紫外線（ＵＶ）硬化樹脂で構成されたシール材３０と、両基板間に封入された電気光学物質である液晶７０とを有して構成される液晶装置５５を製造するための装置である。本実施例１では、素子基板１０は複数個の液晶セルを形成可能な大判基板で構成され、その大判基板の上に複数個の液晶セルそれぞれに対応した複数の小型基板である複数個の対向基板２０が圧着される例について説明する。

この製造装置１００は、図示しない緩衝材が配設された面に素子基板１０を載置する台座板５と、圧着ヘッド４０と、圧着ヘッド４０の動作を制御する圧着ヘッド制御手段４２と、圧着ヘッド４０の上方から圧着ヘッド４０を通して、素子基板１０及び対向基板２０のアライメントマークを検出するＣＣＤカメラ４５と、紫外線（ＵＶ）照射時に圧着ヘッド４０の上方に移動し、圧着ヘッド４０の上方から圧着ヘッド４０を通して、シール材３０に紫外線を照射する第１のＵＶ照射手段である紫外線照射部５０と、シール材３０の封止口３１の近傍に紫外線を照射する第２のＵＶ照射手段である特殊ＵＶファイバ６０とで、その主要部が構成されている。

紫外線照射部５０は、紫外線の発光源を有しており、シール材３０を仮硬化するために用いられる。紫外線照射部５０からの紫外線５１は、石英の圧着ヘッド４０の略中央を通過し更にガラス基板である対向基板２０を透過してシール材３０の全周に亘って照射され、これによってシール材３０は仮硬化される。

特殊ＵＶファイバ６０は、一端部が圧着ヘッド４０の傾斜した側壁面に当接するようにして且つ圧着ヘッド４０の鍔状の堤部の下面にネジ６１にて固定されている。特殊ＵＶファイバ６０は、図示しない外部の発光源からの紫外線を導いて照射するもので、シール材３０の描画時に封止口３１（図２参照）の近傍に生じたシール溜り３２，３３（図２参照）を硬化させるために用いられる。

紫外線照射部５０によるＵＶ照射と特殊ＵＶファイバ６０によるＵＶ照射は、仮硬化のタイミングで同時に行われる。ここで、第２のＵＶ照射手段である特殊ＵＶファイバ６０からの照射強度は、第１のＵＶ照射手段である紫外線照射部５０の照射強度よりも高い。

対向基板の圧着後のシール材３０の厚さＨ1は０．００３ｍｍ、対向基板の圧着後において封止口３１におけるシール描画時の始点，終点でのシール溜り３３の厚さＨ2は０．０２ｍｍである。

対向基板圧着及びアライメントの後に行う仮硬化では、紫外線照射部５０によるＵＶ照射強度は、１０〜２０ｍＷで５sec、即ち５０〜１００ｍＪであり、また仮硬化と同時に行われる封止口部分のスポット的な硬化では、特殊ＵＶファイバ６０によるＵＶ照射強度は、５０ｍＷで５sec、即ち２５０ｍＪである。このように、始点，終点でのシール溜り３２，３３の厚さがループ形状のシール材３０の厚さより厚く未硬化状態であるために、ＵＶ照射強度も強くすることが必要となる。

上記圧着ヘッド４０は、鍔状の堤部とそれに連接する四角錐台状の圧着部とを有し、ほぼ全体がガラス等の透明部材で構成され、その下面に形成された基板当接面４０ａの大きさは対向基板２０の大ささに対応した大きさとなっている。この圧着ヘッド４０における下面の前記基板当接面４０ａには、そのほぼ中央に真空吸引孔（図示せず）が形成されている。このように形成された圧着ヘッド４０は、液晶装置５５の製造時、対向基板２０の素子基板１０と対向している内面とは反対の外面に当接し、図示しない真空ポンプにより真空吸引孔を介して基板２０を真空吸着し、この状態で対向基板２０を加圧することによって対向基板２０と素子基板１０をシール材３０を介して圧着させるものである。

次に、このように構成された液晶装置用製造装置１００を用いて製造する液晶装置５５の製造方法を説明する。

先ず、図１に示すように両基板の製造工程において夫々製造された、例えば８インチ以上の石英等の大板からなる素子基板１０を台座板５上に載置した後、この素子基板１０に対し、規定の大きさに切り出した複数個の対向基板２０とを対向させ、その対向面、即ち、対向基板２０、及び素子基板１０の液晶７０と接する面上のいずれか一方の基板の周縁部に接着剤となる紫外線硬化樹脂で構成されたシール材３０を配設し、このシール材３０を用いて素子基板１０と対向基板２０を貼り合わせる。

次に、圧着ヘッド４０の基板当接面４０ａを、複数個の対向基板２のうち１つの対向基板２０の外面に当接させ、次いで、上記基板当接面４０ａの真空吸引孔を介して真空吸着する。

さらに、圧着ヘッド４０の上方に配設されたＣＣＤカメラ４５が、ガラスからなる圧着ヘッド４０を通して、素子基板１０及び対向基板２０のアライメントマークを検出することにより画像処理を行い、対向基板２０と素子基板１０を貼り合わせる際のアライメントズレを、例えば１μｍ以内となるよう圧着ヘッド制御手段４２に情報を伝達する。

その後、圧着ヘッド制御手段４２の動作制御により、圧着ヘッド４０が、例えば６ｋｇｆ〜８ｋｇｆの荷重で対向基板２０を前記アライメントマークがずれないよう位置合わせをしながら加圧し、これによってシール材３０を圧着させる。

次いで、前記シール材３０に紫外線を照射する。つまり、紫外線照射部５０を圧着ヘッド４０の上方に移動し、発光源で発光された紫外線をシール材３０に照射する。これにより、ＵＶ硬化樹脂で構成されたシール材３０は仮硬化する。同時に、別の発光源で発光された紫外線を特殊ＵＶファイバ６０を通してシール材３０の封止口近傍領域１１１（図２の一点鎖線参照） にスポット的に照射し、封止口付近に生じるシール溜り３２，３３を硬化させる。

その後、圧着ヘッド４０の対向基板２０に対する真空吸着を止め、圧着ヘッド制御手段４２の動作制御により、対向基板２０の外面から圧着ヘッド４０を離隔させる。そして、焼成を行ってシール材３０を本硬化した後、シール材の一部に設けられた封止口としての切り欠きを通して、両基板間に形成されている内部空間（セルギャップ）に電気光学物質である液晶７０を封入し、最後に対向基板２０に相対する素子基板１０を切断することによって１つの液晶装置５５は製造される。

図２(b)は、２枚の基板１０，２０間を、封止口を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材を介して所定の圧力で圧着し、前記基板の間に液晶を注入してなる液晶装置を示している。 図２(a)は図２(b)の液晶装置の平面図を示している。符号２２は、対向基板２０（又は素子基板１０）に設けられた、画像表示領域１０ａを規定する遮光性の額縁を示している。

図２(a)において、シールエリアＳは対向基板２０の外形から０．５〜１．０ｍｍの範囲に規定されている。素子基板１０の表面に描かれた封止口３１を除いたループ状のシール材３０の上に、対向基板２０が置かれて圧着されている。ロボットによるシール描画の際には、シール描画時のシール材の始点，終点には、角（つの）状のシール溜り３２，３３が形成される。シール溜り３２，３３間の間隔が封止口３１とされる。封止口３１の近くには、通常、外部回路接続端子及び駆動回路が設けられるＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方導電性フィルム）圧着領域１１０（２点鎖線にて示す）があるため、対向基板外形からシール溜り３２，３３の角（つの）の先端までの長さＡ（図２(b)参照）は１ｍｍ以内に規定される。なお、符号Ｂ，Ｃは、第２のＵＶ照射手段である特殊ＵＶファイバ６０による封止口近傍の照射範囲を示している。例えばＢ＝３．５ｍｍ、Ｃ＝１．５ｍｍとなるように特殊ＵＶファイバ６０の照射範囲１１１が調整される。照射範囲は特殊ＵＶファイバ６０の出射口の形状や光量のマスクによって変えることができる。

この場合に、封止口３１の近傍で対向基板２０の外周に滲み出たシール溜り３２，３３は仮硬化の時点で硬化することがないため本硬化されるまで流動的（未硬化）な状態にあり、大判の素子基板に小型の複数個の対向基板をシール材を介在させて順次に圧着していく場合には、本硬化までの停滞時間によって対向基板２０の端面に沿ってシール材が流れ（符号３４にて点線で示す部分）セル内に侵入し、封止口形状を変化させたり封止口３１を塞いだりしてしまう。このため、その後の液晶注入において、液晶封入ができない、封止材が入らない等の不具合を発生させ、不良となって歩留まりを低下させる。

以上のように、大判の素子基板１０に既に分割された対向基板２０を、液晶装置の１チップ毎にシール描画、導電ペースト打点後、素子基板１０に対向基板２０をマウントし、加圧（圧着）、アライメント、シール材仮硬化を、大判基板１０上の全ての各対向基板２０について繰り返して行い、その後に焼成による本硬化が行われ、更に各対向基板２０ごとに分割して液晶装置５５が製造される。

対向基板２０と素子基板１０を接合するために用いるシール材３０には紫外線硬化樹脂が用いられ、封入口３１付近にシール溜りとして滲み出たシール材３０を特殊ＵＶファイバ６０を用いてスポット的に強い強度の紫外線６２で仮硬化と同じタイミングで硬化させ、これによりシール流れ３４を止めセル内へのシール溜り３２，３３の滲入を防止し、液晶封入後に行う封止材による封止不良を低減させ歩留まりを向上できる。

なお、第２のＵＶ照射手段を構成する特殊ＵＶファイバ６０は、圧着ヘッド４０の側面に設けられていて、封止口３１の近傍領域をスポット的に照射するものであるが、第２のＵＶ照射手段としては、圧着ヘッド４０の側面に配置する特殊ＵＶファイバ６０に代えて圧着ヘッド４０の上面側に配置してヘッド上面から封止口３１の近傍領域をスポット的に照射するＵＶ照射手段であってもよい。このときにも、第２のＵＶ照射手段の照射強度としては、第１のＵＶ照射手段の照射強度よりも強くすることが望ましい。

以下に、以上のように製造された液晶装置を図３及び図４を参照して説明する。以下の実施例は、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとる。図３は、素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図であり、図４は、図３のＨ−Ｈ’断面図である。図１及び図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。

図３及び図４において、本実施例に係る液晶装置では、ＴＦＴが形成された素子基板１０と対向基板２０とが対向配置されている。

素子基板１０と対向基板２０との間に液晶層７０が封入されており、素子基板１０と対向基板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材３０により相互に接着されている。シール材３０は、両基板を貼り合わせるために、例えば紫外線硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて素子基板１０上に塗布された後、紫外線照射等により硬化させられたものである。シール材３０のシール描画の始点，終点間に設けられる封止口３１は、封止材３５にて封止されている。符号３２，３３は図２(a)における始点，終点のシール溜りに対応している。

対向基板２０の４隅には、上下導通材１０６が設けられており、素子基板１０に設けられた上下導通端子と対向基板２０に設けられた対向電極２１との間で電気的な導通をとる。

図３及び図４において、シール材３０が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａを規定する遮光性の額縁２２が対向基板２０側に設けられている。額縁２２は素子基板１０側に設けても良いことは言うまでもない。画像表示領域１０ａの周辺に広がる周辺領域のうち、シール材３０が配置されたシール領域の外側部分には、データ線駆動回路であるソースドライバ１０１及び外部回路接続端子１０２が素子基板１０の一辺に沿って設けられており、走査線駆動回路であるゲートドライバ１０４が、この一辺に隣接する２辺に沿って設けられている。更に素子基板１０の残る一辺には、画像表示領域１０ａの両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられている。

図４において、素子基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９上に、配向膜が形成されている。他方、対向基板２０上には、対向電極２１の他、最上層部分に配向膜が形成されている。また、液晶層７０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。

尚、以上述べた実施例では、大判の素子基板上に複数個の対向基板をシール材にて圧着する製造装置を示しているが、各液晶セルに対応した個別の素子基板及び対向基板をシール材にて圧着する際にも、本発明の製造装置及び製造方法を応用して行うことが可能である。

本発明は、封口型の液晶セルを有する、液晶パネルや液晶表示装置等の液晶装置の製造装置及びその製造方法に用いて有用である。

本発明の実施例１の液晶装置の製造装置の概略構成を示す縦断面図。 素子基板に対して対向基板を圧着した状態での対向基板の側から見た平面図及び側面図。 素子基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図。 図３のＨ−Ｈ’断面図。

符号の説明

１０…素子基板、２０…対向基板、３０…シール材、４０…圧着ヘッド、５０…紫外線照射部（第１のＵＶ照射手段）、５５…液晶装置、６０…特殊ＵＶファイバ（第２のＵＶ照射手段）、７０…液晶層。

Claims (4)

1. ２枚の基板間を、封止口を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材を介して所定の圧力で圧着し、前記基板の間に液晶を注入してなる液晶装置の製造装置において、
   前記シール材を硬化させる第１の紫外線照射手段と、
   前記封止口の近傍を照射させる第２の紫外線照射手段と、
   を具備したことを特徴とする液晶装置の製造装置。
2. 前記第２の紫外線照射手段の照射強度は、第１の紫外線照射手段の照射強度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の液晶装置の製造装置。
3. 前記２枚の基板はそれぞれ、大判の素子基板と、該素子基板における液晶セルごとに圧着される小型の対向基板とであることを特徴とする請求項１記載の液晶装置の製造装置。。
4. ２枚の基板間を、封止口を除いてループ状に形成した光硬化性のシール材を介して所定の圧力で圧着し、前記基板の間に液晶を注入してなる液晶装置の製造方法において、
   前記シール材を硬化させる第１の紫外線照射ステップと、
   前記封止口の近傍を照射させる第２の紫外線照射ステップと、
   を具備したことを特徴とする液晶装置の製造方法。
   

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