JP2006235596A - 液晶表示装置のスペーサ形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接するスペーサ間に干渉が発生することなくサブ画素毎にボールスペーサを形成できる、インクジェット噴射方式を用いた液晶表示装置のスペーサ形成方法を提供する。
【解決手段】液晶表示装置のスペーサ形成方法は、単位画素がマトリックス状に配列されたＴＦＴアレイ基板１２０或いはカラーフィルタ基板１１０上に、所定間隔で配列された噴射口を備えるノズルを整列する段階と、ノズルから２つ以上のサブ画素毎に１つの第１スペーサを滴下する第１スペーサ滴下段階と、ノズルを再整列して、第１スペーサの間の基板上のサブ画素に第２スペーサを滴下する第２スペーサ滴下段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のスペーサ形成方法に関し、特に、インクジェット噴射方式でスペーサを噴射してボールスペーサを形成する方法に関する。

近年、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックコンピュータのような各種の携帯用電子機器が発展するにつれて、これに適用できる小型・軽量・薄型のフラットパネルディスプレイ装置(ＦＰＤ)に対する要求が次第に増大している。

このようなフラットパネルディスプレイ装置として、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、ＦＥＤ(Field Emission Display)、ＶＦＤ(Vacuum Fluorescent Display)などが活発に研究されているが、量産化技術、駆動手段の容易性、高画質の実現という理由により、現在は液晶表示装置(ＬＣＤ)が脚光を浴びている。

前記液晶表示装置は、単位画素がマトリックス状に配列されたアレイ基板と、前記アレイ基板と対向して色相を天然色で表示するカラーフィルタ基板と、前記アレイ基板と前記カラーフィルタの間に充填された液晶層とを含む。

前記アレイ基板と前記カラーフィルタ基板は、その縁部でシールラインにより貼り合わせられてセルギャップを形成するが、両基板の全面積におけるセルギャップはスペーサにより維持される。

前記スペーサは、液晶表示パネルの上部基板と下部基板のセルギャップを維持するためのもので、その形状によって、ボールスペーサとコラムスペーサに区分することができる。

前記ボールスペーサは、散布方式により、上部基板又は下部基板に微細なボール状に形成することができ、前記コラムスペーサは、感光性有機膜にフォト工程を行うことにより形成することができる。

また、前記ボールスペーサは、アルコールなどにスペーサを混合して噴射する湿式散布法と、スペーサだけ散布する乾式散布法により形成することができる。前記乾式散布法は、静電気を利用する静電散布法と、気体の噴射圧力を利用する除電散布法とに区分することができ、静電気に脆弱な液晶表示パネルの形成においては除電散布法が主に用いられる。

前記ボールスペーサは、前記散布方式により、基板上に容易に形成することができるが、基板上に散布されるため、スペーサを所望の位置に形成することが相対的に難しく、散布密度を均一にすることも難しいという欠点があった。

従って、散布方式によりスペーサを形成した場合、単位画素内にスペーサが形成されて開口率を減少させ、散布されたスペーサが凝集して画面ムラを招くこともある。

それに対して、前記コラムスペーサは、マスクを使用するフォト工程によりスペーサを形成するため、スペーサの形成位置を自由に調節でき、スペーサの形成密度及び形状を自由に調節できるという利点がある。

しかしながら、スペーサを基板上に形成するためにはフォト工程が必要であるため、廃棄される感光物質が非常に多くてコストの上昇及び環境汚染の原因となり、フォト工程のためには高価なマスクを使用しなければならず、フォト工程に伴う様々な工程を行わなければならないため、非経済的であるという欠点があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、低コストで所望の位置にスペーサを形成できる、インクジェット噴射方式を用いた液晶表示装置のスペーサ形成方法を提供する。

特に、形成するスペーサ間の間隔が狭い場合にも、隣接するスペーサ間に凝集や混合が発生しない、インクジェット噴射方式を用いた液晶表示装置のスペーサ形成方法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、本発明によるスペーサ形成方法は、単位画素がマトリックス状に配列された基板上にインクジェット噴射ノズルを整列する段階と、スペーサの滴下位置の間に所定の単位画素が介在するように、前記インクジェット噴射ノズルからスペーサを滴下する第１滴下段階と、前記第１滴下段階で形成された各スペーサの間に形成された単位画素にスペーサを滴下する第２滴下段階とを含むことを特徴とする。

本発明は、インクジェット噴射方式によりスペーサを形成することにより、所望の位置にスペーサを形成することができ、コラムスペーサ形成方式に比べて経済的であり、従来の噴射方式によるボールスペーサ形成方式に比べて定位置にスペーサを形成できるという効果がある。

また、微細な間隔で配列したサブ画素毎にスペーサを形成しようとする場合にも、滴下時、隣接するスペーサ間に干渉が発生せず、滴下するスペーサ間の凝集により画面ムラが発生することを防止できるという効果がある。

液晶表示パネルは、上部基板と下部基板とが貼り合わせられ、その間に液晶が充填されるため、広い液晶表示パネルのセルギャップを一定に維持することが必須である。通常、セルギャップはスペーサにより維持されるが、本発明は、スペーサの形成において、単純な工程で定位置にスペーサを滴下することができるインクジェット噴射方式を用いた液晶表示装置のスペーサ形成方法を提供する。

特に、液晶表示パネルが大型化するにつれて、液晶表示パネルのセルギャップを一定に維持するためには、スペーサをより狭い間隔で形成する必要がある。本発明は、スペーサを狭い間隔で形成しながらも、狭い間隔により滴下時にスペーサが互いに凝集する問題を改善したインクジェットスペーサ形成方法を提案する。

本実施例の方法として、少なくとも２つ以上のサブ画素毎にスペーサを滴下するようにスペーサの第１滴下を行い、スペーサが硬化した後に、前記第１滴下により形成されたスペーサ間、すなわち、第１滴下により形成されたスペーサ間の単位画素領域に、スペーサの第２滴下を行ってサブ画素毎にスペーサを形成する。

第１滴下により形成されたスペーサは、乾燥後に硬化するため、第２滴下を行う前に第２滴下により形成されたスペーサと凝集する恐れが少なく、スペーサを定位置に形成することが容易である。また、滴下するスペーサのサイズが相対的に大きくて単位画素間の間隔が狭い場合、スペーサの滴下時に隣接するスペーサとの凝集が発生する可能性が大きいが、本発明は、少なくとも２つの単位画素以上の間隔でスペーサの第１滴下を行い、前記第１滴下により形成されたスペーサ間に存在する単位画素にスペーサの第２滴下を行うことにより、スペーサ間の干渉や凝集を防止することを目的とする。

以下、図１〜図３を参照して本発明による液晶表示パネルの構造について説明し、図４Ａ〜図４Ｃを参照して液晶表示パネルを構成する上部基板及び下部基板のいずれか１つの基板にインクジェット噴射方式によりスペーサを形成する方法について説明する。

図１は、液晶表示パネルの１つの単位画素領域を示す断面図である。
図１に示すように、液晶表示パネル１００は、ＴＦＴアレイ基板１２０と、カラーフィルタ基板１１０と、これらの間に充填された液晶層１４０とを備える。

ＴＦＴアレイ基板１２０上には、単位画素の駆動素子であるＴＦＴ１５０と、前記単位画素に供給される信号を所定時間維持させるストレージキャパシタとが１組をなして形成されている。

ＴＦＴ１５０は、ゲート電極１５１と、ゲート電極１５１を絶縁するゲート絶縁層１２２と、ゲート絶縁層１２２上に形成されてＴＦＴ１５０のチャネル及びソース／ドレイン領域を構成する半導体層１５２と、半導体層１５２とソース電極１５４及びドレイン電極１５５とをオーミック接触させるオーミックコンタクト層１５３と、データ信号が供給されるソース電極１５４及びドレイン電極１５５とを備えて形成される。

ソース電極１５４及びドレイン電極１５５は、保護層１２３により保護される。また、保護層１２３上には、液晶層１４０に電界を印加する画素電極１５６が形成され、画素電極１５６は、ドレイン電極１５５と接続されてデータ信号が供給される。

また、ストレージ電極１６０は、その上部に形成された画素電極１５６と共に前記ストレージキャパシタを形成して、ＴＦＴ１５０に供給されるデータ信号を所定時間維持させる役割を果たす。

一方、ＴＦＴアレイ基板１２０と対向するカラーフィルタ基板１１０は、透明な基板１１１上に形成されたカラーフィルタ層（図示せず）と、前記カラーフィルタ層上に形成されて液晶に電界を印加する共通電極１１２とを含む。通常、共通電極１１２は、 ＩＴＯなどの透明な電極で構成することができる。

以下、本発明の上部基板を構成するカラーフィルタ基板２０１の平面構造について図２を参照して説明する。
図２に示すように、カラーフィルタ基板２０１は、複数のサブカラーフィルタ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃがマトリックス状に配列されており、赤色のサブカラーフィルタ２０２ａ、緑色のサブカラーフィルタ２０２ｂ、及び青色のサブカラーフィルタ２０２ｃが１つの単位画素２０２を構成する。

サブカラーフィルタ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、所定間隔をおいて配列され、サブカラーフィルタ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃの間から光漏れが発生することを防止するために、これらの間にはブラックマトリックス層２０３が形成される。

通常、１５インチの液晶表示パネルにおいて、サブカラーフィルタは、横約１００μｍ、縦約２００〜３００μｍのサイズを有し、約１００μｍの間隔で配列される。高画質の液晶表示パネルの場合は、単位画素のサイズがより微細である。

以下、カラーフィルタ基板２０１と対向するアレイ基板３０１の平面構造について図３を参照して説明する。
図３に示すように、アレイ基板３０１には、複数のゲートライン３０２と、これらのゲートライン３０２と垂直に交差する複数のデータライン３０３とにより、単位画素３１０が定義され、単位画素３１０は、アレイ基板３０１上にマトリックス状に配列される。

単位画素３１０には、ゲートライン３０２及びデータライン３０３にそれぞれ接続されるスイッチング素子である薄膜トランジスタ３２０が形成され、薄膜トランジスタ３２０のドレイン電極（図示せず）は、単位画素３１０毎に形成された画素電極３３０に接続されてデータ信号を供給する。

アレイ基板３０１の各単位画素３１０は、カラーフィルタ基板２０１の各サブカラーフィルタ２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ（図２を参照）とそれぞれ対応し、両基板２０１、３０１が貼り合わせられた後に互いに対向し、アレイ基板３０１の画素電極３３０と前記カラーフィルタ基板の共通電極とが電界を形成して、アレイ基板３０１と前記カラーフィルタ基板の間に充填された液晶を駆動させる。

一方、均一な画質を実現するためには、アレイ基板３０１と前記カラーフィルタ基板との間のセルギャップを一定に維持することが必須である。前記セルギャップを一定に維持するために形成するものがスペーサであり、本発明は、スペーサの滴下位置を制御でき、かつ簡単なインクジェット噴射方式のスペーサ形成方法を提供する。

特に、インクジェット噴射方式のスペーサ形成方法は、揮発性溶媒に所定のボールスペーサを含めて基板に滴下し、溶媒を揮発させることによりスペーサを形成する。高解像度の液晶表示パネルが要求されることによって、サブ画素間の間隔が微細になり、サブ画素毎にスペーサを形成してセルギャップを維持する必要性が増大している。

しかしながら、サブ画素の配列と同じ間隔でスペーサを噴射できるインクジェット噴射ノズルの噴射口を製造することが容易でなく、微細な間隔で配列された噴射口を製造できるとしても、溶媒に混合されて噴射されるスペーサは、噴射時に凝集して不良スペーサとなる。すなわち、単位画素内に溶媒が拡散して単位画素にスペーサが形成されることによって、開口率が減少するか、又は凝集して溶媒の揮発後にムラになるなどの問題が誘発される。

従って、本発明は、高解像度の液晶表示パネルの製造において、互いに凝集することなくサブ画素毎にスペーサを形成できるインクジェット噴射方式のスペーサ形成方法を提供する。

すなわち、本発明は、滴下するスペーサ間の間隔を十分に広くしてスペーサの第１滴下を行い、次に、前記スペーサの第１滴下領域の間にスペーサの第２滴下を行うことにより、スペーサの凝集を防止する。

スペーサの第１滴下を行った後、揮発性溶媒に混合されて滴下されたスペーサは、溶媒の揮発により体積が大きく減少し、かつ硬化するため、スペーサの第２滴下時に滴下されるスペーサと凝集する可能性は非常に少ない。

以下、本発明のインクジェット噴射方式によるスペーサ形成方法について図４Ａ〜図４Ｃを参照して詳細に説明する。

本発明によるスペーサの滴下は、カラーフィルタ基板及びアレイ基板のいずれか１つに形成することができるが、本実施形態はカラーフィルタ基板にスペーサを滴下する場合を示している。

図４Ａに示すように、インクジェット噴射ノズル４３０は、カラーフィルタ基板４００上に配列される。

インクジェット噴射ノズル４３０はバー状に構成され、カラーフィルタ基板４００と対向するインクジェット噴射ノズル４３０の下面には、複数の噴射口が所定間隔で配列されているが、少なくとも２つのサブ画素又は３つのサブ画素毎に１つの距離で配列される。すなわち、サブ画素のサイズが１００μｍである場合には、インクジェット噴射ノズル４３０の噴射口の間隔は２００μｍ又は３００μｍである。しかしながら、前記噴射口の配列間隔は前記の数値に限らず、多様な配列が可能である。

前述したように、インクジェット噴射ノズル４３０をカラーフィルタ基板４００上に整列した後、スペーサの第１滴下を行う。

滴下されるスペーサ４２０は、ボール状のスペーサ（ボールスペーサ）がアルコールなどの揮発性溶媒に混合されているもので、前記噴射口からカラーフィルタ基板４００の所定位置に溶媒とボールスペーサが混合された状態で滴下される。

スペーサ４２０は、単位画素の開口率を減少させないように、単位画素領域を避けてブラックマトリックスが形成された領域に滴下される。

従って、第１滴下により、スペーサ４２０は、２つ以上のサブ画素毎に１つずつ所定間隔でカラーフィルタ基板４００上に形成される。但し、図４Ａは本発明の一実施形態であり、３つのサブ画素毎に１つのスペーサを滴下する実施例を示している。

滴下されるスペーサ４３０は、揮発性溶媒を含んでいるため、滴下されると同時に揮発性溶媒は揮発し始めて所定時間後に全て揮発し、ボールスペーサだけ残る。その結果、滴下されたスペーサが占める体積は非常に小さくなる。

インクジェット噴射ノズル４３０は、サブ画素の第１行４１０ａにスペーサを滴下した後、縦方向に所定距離を移動し、サブ画素の第２行４１０ｂにスペーサを滴下する。

尚、インクジェット噴射ノズル４３０の縦方向の移動においても、２つ以上のサブ画素の距離だけ移動した後、スペーサの噴射を行うこともできる。

本実施形態においては、前記サブ画素の縦の長さが十分であるため、縦方向には噴射したスペーサ間の凝集が生じないため、行毎にインクジェット噴射方式でスペーサを形成する。

図４Ａに示すように、３つのサブ画素毎にスペーサの第１滴下を第３ｎ−２の列４２０ａのサブ画素領域に行った後（ここで、ｎは１以上の整数である）、インクジェット噴射ノズル４３０を横方向に所定間隔（すなわち、サブ画素の横の長さの間隔）だけ移動した後、スペーサの第２滴下を行う。

その結果、図４Ｂに示すように、スペーサの第１滴下により形成された第１スペーサの間にスペーサの第２滴下が行われる。

このとき、第１滴下により形成されたスペーサは、溶媒が揮発して硬化した状態であるため、その体積が非常に小さく、溶媒を含むスペーサの第２滴下時に滴下されるスペーサと凝集する問題は発生しなくなる。

第２滴下は、第１滴下により形成されたスペーサ間のサブ画素領域に行われるが、図４Ｂを参照すると、マトリックス状に配列されたサブ画素の第３ｎ−１の列４２０ｂに行われる。インクジェット噴射ノズル４３０は、縦方向にサブ画素の縦の長さだけ移動してカラーフィルタ基板４００全体に第２滴下を行う。

次に、図４Ｃを参照すると、インクジェット噴射ノズル４３０を横方向にサブ画素の横の長さだけ移動した後、スペーサの第３滴下を行う。前記第３滴下は、前記第１及び第２滴下と同様に行われ、サブ画素の第３ｎの列４２０ｃのサブ画素領域に行われる。

その結果、液晶表示パネルのカラーフィルタ基板４００上には、少なくともサブ画素毎に１つのボールスペーサが形成される。

従って、微細なサブ画素を有する高解像度の液晶表示パネルの製造において、サブ画素毎にスペーサを形成する場合、インクジェット噴射方式により経済的かつ容易にスペーサを形成すると共に、隣接するスペーサ間の干渉を排除して凝集などのない良質のスペーサを形成することができる。

本発明による液晶表示パネルの構造を示す断面図である。 本発明によるカラーフィルタ基板の平面構造を示す図である。 本発明によるアレイ基板の平面構造を示す図である。 本発明によるスペーサの第１滴下段階を示す斜視図である。 図４Ａに続くスペーサの第２滴下段階を示す斜視図である。 図４Ｂに続くスペーサの第３滴下段階を示す斜視図である。

符号の説明

１１０、２０１、４００ カラーフィルタ基板
１２０、３０１ アレイ基板
４２０ スペーサ
４３０ インクジェット噴射ノズル

Claims (25)

1. 単位画素がマトリックス状に配列された基板上にノズルを整列する段階と、
   前記基板上に配列されたサブ画素に少なくとも２つのサブ画素間隔を置いて、前記ノズルから第１スペーサを滴下する第１スペーサ滴下段階と、
   前記ノズルを再整列して、前記第１スペーサを滴下したサブ画素の間に位置するサブ画素に第２スペーサを滴下する第２スペーサ滴下段階と、
   を含むことを特徴とする液晶表示装置のスペーサ形成方法。
2. 前記第１スペーサ滴下段階及び前記第２スペーサ滴下段階のそれぞれが、前記滴下されたスペーサを乾燥させる段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
3. 前記滴下された第１スペーサが、前記第２スペーサの滴下前に乾燥されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
4. 前記第１及び第２スペーサ滴下段階が繰り返されることによって、前記サブ画素毎にスペーサが形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
5. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、球状のボールスペーサであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
6. 前記ノズルが、所定間隔で配列された複数の噴射口を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
7. 前記隣接した噴射口間の間隔が、前記サブ画素の幅の２倍より大きいことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
8. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、前記基板上に滴下された揮発性溶媒内に含まれることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
9. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
10. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のカラーフィルタ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
11. 単位画素がマトリックス状に配列された基板上に、２つ以上のサブ画素毎に１つの噴射口が配列されるように、複数の噴射口を備える噴射ノズルを整列する段階と、
    前記基板上に前記各噴射口から第１スペーサを滴下する第１スペーサ滴下段階と、
    前記噴射口が前記滴下された第１スペーサの間の基板上に位置するように、前記噴射ノズルを再整列する段階と、
    前記第１スペーサの間の基板上に前記噴射口から第２スペーサを滴下する第２スペーサ滴下段階と、
    を含むことを特徴とするスペーサ形成方法。
12. 前記サブ画素毎にスペーサが滴下されるように、前記噴射ノズルの再整列を繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載のスペーサ形成方法。
13. 前記第２スペーサを滴下する前に、前記滴下された第１スペーサを乾燥させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のスペーサ形成方法。
14. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、ボールスペーサであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
15. 前記滴下される第１スペーサ及び第２スペーサが、揮発性溶媒内に含まれることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
16. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
17. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のカラーフィルタ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
18. 噴射ノズルをＬＣＤ基板上に整列する段階と、
    前記基板上に第１スペーサを滴下し、前記滴下された第１スペーサ同士が干渉しないようにする段階と、
    前記滴下された第１スペーサの間の基板上に第２スペーサを滴下し、前記滴下された第２スペーサ同士が干渉しないようにする段階と、
    を含むことを特徴とするスペーサ形成方法。
19. 前記第２スペーサを滴下する前に、前記滴下された第１スペーサを乾燥させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のスペーサ形成方法。
20. 前記サブ画素毎にスペーサが形成されるように、前記滴下段階を繰り返すことを特徴とする請求項１８に記載のスペーサ形成方法。
21. 前記噴射ノズルが、所定間隔で配列された複数の噴射口を備えることを特徴とする請求項１８に記載のスペーサ形成方法。
22. 前記隣接した噴射口間の間隔が、前記サブ画素の幅の２倍より大きいことを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
23. 前記滴下される第１スペーサ及び第２スペーサが、揮発性溶媒内に含まれることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
24. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のＴＦＴアレイ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
25. 前記第１スペーサ及び前記第２スペーサが、液晶表示素子のカラーフィルタ基板上に滴下されることを特徴とする請求項１８に記載の液晶表示装置のスペーサ形成方法。
    

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