JP2007102163A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶滴下注入法を適用する際に、シーラントのＵＶ硬化の不良に起因する欠陥の発生を防止することができる液晶表示装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】第１ガラス基板上に、金属の信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されたアレイ基板と、第２ガラス基板１上に、遮光パターン２ａ及びカラーフィルタ３〜５が形成され、アレイ基板に対面して配置されたカラーフィルタ基板１０と、アレイ基板とカラーフィルタ基板１０との間の接着剤であり、ＵＶ光の照射により硬化したシーラント部と、シーラント部、アレイ基板及びカラーフィルタ基板１０で形成された空間部に位置し、液晶滴下法により形成された液晶層とを備え、遮光パターン２ａが、感熱反応により黒色に変化する透明な熱反応性顔料を含む樹脂材料で構成され、シーラント部へのＵＶ光照射の際、ＵＶ光が透過し、感熱反応により黒色に変化した熱反応性顔料を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳しくは、液晶滴下注入法を適用して液晶表示装置を製造する際に、シーラントのＵＶ硬化不良に起因する欠陥の発生を防止することができる液晶表示装置及びその製造方法に関する。

液晶表示装置は、代表的なＴＮ(Twist Nematic)型の場合、金属の信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されたアレイ基板と、ブラックマトリックス、カラーフィルタ及び共通電極が形成されたカラーフィルタ基板と、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に介在する液晶層とで構成されている。

従来、液晶層は、浸透圧方式の真空注入法を利用して形成されてきた。しかし、真空注入法は、液晶パネルの面積が広い場合、液晶が均一に注入されにくいという欠点がある。そのため、液晶表示装置の大画面化が進むとともに、製品不良の発生が増加してきた。さらに、製造過程における液晶注入に多くの時間を要するため、生産性の向上にも限界があるという問題点がある。

真空注入法の問題点を改善するために、滴下注入(One Drop Fill;以下、ＯＤＦと記す)法が提案された。ＯＤＦ法の場合には、液晶層は、アレイ基板上に規定量の液晶を滴下した後、このアレイ基板の液晶滴下面にカラーフィルタ基板を重ね合わせることにより形成される。

このようなＯＤＦ法を適用した液晶表示装置の製造技術の場合には、アレイ基板とカラーフィルタ基板とを接着するパネルの組立過程で液晶の注入を行うことができるので、真空注入法を利用する製造方法に比べて、製造に要する時間を大幅に短縮することができるという長所がある。

しかし、上記ＯＤＦ法の場合には、パネルの組立工程中に、アレイ基板とカラーフィルタ基板との接着に用いられるシーラントにＵＶ光を照射して硬化させる処理（以下、ＵＶ硬化処理と記す）が必要である。上記シーラントは、アレイ基板におけるゲートバスライン、共通バスライン、データバスラインなどの金属の信号ライン及びカラーフィルタ基板におけるブラックマトリックス部に塗布される。このシーラントに対しては、ＵＶ硬化処理が施されるが、シーラントが正常に硬化しにくいという欠点がある。そのため、液晶パネルの製造が難しく、製品不良が発生しやすいという問題点がある。

このような問題点を改善するために、従来はカラーフィルタ基板のブラックマトリックス部に、ＵＶ光を透過させるスリットを形成する方法、金属の信号ラインにスリットを形成する方法、ＵＶ光照射装置にＵＶ光反射板を設けて多くの角度からＵＶ光が照射されるようにする方法などが採用されてきた。

しかし、これらの方法を用いても、特定の領域のシーラントには充分にＵＶ光が照射されないため、シーラントが硬化しない部分、または、硬化が不完全な部分が発生した。そのため、組み立てられた液晶パネルに、シール部におけるリークの発生及び組立精度の低下が生じていた。特に、このような問題は、液晶パネルの信頼性の低下及び製造歩留まりの低下という結果を招き、液晶表示装置の画面品位を低下させる要因になっていた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、ＯＤＦ法の適用において、シーラントのＵＶ硬化不良に起因する欠陥の発生を防止することができる液晶表示装置及びその製造方法を提供することをその目的としている。

上記課題を達成するのために、本発明に係る液晶表示装置は、第１ガラス基板上に、金属の信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されたアレイ基板と、第２ガラス基板上に、遮光パターン及びカラーフィルタが形成され、前記アレイ基板に対面して配置された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基板との間の接着剤であり、ＵＶ光の照射により硬化したシーラント部と、該シーラント部、前記アレイ基板及び前記カラーフィルタ基板で形成された空間部に位置し、液晶滴下法により形成された液晶層とを備え、前記遮光パターンが、感熱反応により黒色に変化する透明な熱反応性顔料を含む樹脂材料で構成され、前記シーラント部へのＵＶ光照射の際、ＵＶ光が透過する性質を有し、熱処理による感熱反応によって黒色に変化した前記熱反応性顔料により、前記アレイ基板側からの透過光が遮断されるように構成されていることを特徴としている。

また、前記シーラント部のＵＶ光照射による硬化が、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度でなされていることが好ましい。

また、前記熱反応性顔料は、温度１５０〜２５０℃での熱処理により、黒色に変化したものであることが好ましい。

前記カラーフィルタ基板は、前記遮光パターン及び前記カラーフィルタ上に、平坦化のためのオーバーコーティング膜、又はオーバーコーティング膜上及びその上に形成された電極を、さらに含むことが好ましい。

また、上記課題を達成するための本発明係る液晶表示装置の製造方法は、ガラス基板上に、感熱反応により黒色に変化する熱反応性顔料を含む樹脂材料により画素領域を画定する透明な遮光パターンを形成するステップと、前記透明な遮光パターンにより画定された各々の画素領域に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタを形成することにより、前記カラーフィルタ基板を製造するステップと、前記カラーフィルタ基板と対面して配置されるアレイ基板を製造するステップと、前記カラーフィルタ基板及び前記アレイ基板の内面側の最上面に、それぞれ配向膜を形成するステップと、該配向膜が形成されたアレイ基板上にシーラントを塗布し、前記アレイ基板における前記シーラントの塗布部の内側に、液晶を滴下して液晶層を形成するステップと、該液晶層が形成されたアレイ基板に対面させて、前記シーラントにより前記カラーフィルタ基板を接着するステップと、ＵＶ光を照射することにより、前記シーラントを硬化させるステップと、熱処理により、前記熱反応性顔料を黒色に変化させるステップとを含むことを特徴としている。

また、前記カラーフィルタを形成した後、表面を平坦化するためのオーバーコーティング膜を形成するステップを、さらに含むことが好ましい。

また、前記カラーフィルタまたは前記オーバーコーティング膜を形成した後、前記カラーフィルタ上または前記オーバーコーティング膜上に、電極を形成するステップを、さらに含むことが好ましい。

また、前記遮光パターンを、前記熱反応性顔料を含む樹脂材料の塗布、硬化及びパターニングを順に行うことによって形成すること、前記熱反応性顔料を含む樹脂材料を、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度、特に、１００〜１４０℃の温度で硬化させること、または、ＵＶ光を照射することにより硬化させることが好ましい。

また、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタを、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎に、顔料の塗布、硬化及びパターニングを繰り返して実施することによって形成すること、前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の顔料を、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度、特に、１００〜１４０℃の温度で硬化させること、または、ＵＶ光を照射することにより硬化させることが好ましい。

また、前記熱反応性顔料を、１５０〜２５０℃の温度で感熱反応させることが好ましい。

上記のように、本発明に係る液晶表示装置又はその製造方法によって得られる液晶表示装置は、カラーフィルタ基板に設けられるブラックマトリックス部が、接着剤であるシーラントを硬化させる段階では、ＵＶ光が透過し、シーラントを十分に硬化させることが可能であり、シーラントの硬化処理後に、感熱反応により黒色に変化させることができる熱反応性顔料を含む樹脂材料で構成されている。そのため、ＯＤＦ法を適用する際に実施されるシーラントのＵＶ光による硬化処理の信頼性が高い。

したがって、従来はＯＤＦ法の適用に伴って生じていたシーラントのＵＶ硬化不良を防止することが可能で、液晶表示装置の信頼性、製造歩留まり及び画面の品位を向上させることができる。

以下、添付する図面を参照し、本発明に係る好ましい実施の形態を詳細に説明する。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置は、アレイ基板とカラーフィルタ基板とが対面して配置され、これらの基板の周縁部を接着しシールするシーラント部、シーラント部で囲まれた基板間の空間部に、ＯＤＦ法を適用して形成された液晶層を備えている。

特に、実施の形態に係る液晶表示装置の場合には、カラーフィルタ基板に設けられるブラックマトリックスとしての遮光パターンが、感熱反応により黒色に変化する、透明な熱反応性顔料を含む樹脂材料で形成されている。

上記透明な熱反応性顔料を含む樹脂材料は、ＵＶ光が透過する性質を有するため、ＯＤＦ法で用いられるシーラントに対して、ＵＶ光を照射して硬化処理する際、ＵＶ光が遮光パターンを支障なく透過する。

したがって、実施の形態に係る液晶表示装置によれば、ＯＤＦ法を適用する場合に問題となるシーラントのＵＶ硬化処理に起因する欠陥の発生を防止することができる。その結果、製品の信頼性、製造歩留まり、画面の品位等の向上が達成される。
なお、カラーフィルタ基板に設けられた遮光パターンは、後の工程で感熱反応を生じさせる熱処理により、黒色に変化させる。その処理によって、完成した液晶表示装置において、アレイ基板側からの透過光を遮断する本来の役割を安定して発揮するようになる。

図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る、熱反応性顔料を含む樹脂で形成された遮光パターンが用いられた液晶表示装置及びその製造方法を説明するための図面であり、図１は、本発明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ための製造フロー図、図２は、遮光パターンを構成する樹脂材料内の熱反応性顔料が感熱反応する前の状態を示すカラーフィルタ基板の断面図、図３は、遮光パターンを構成する樹脂材料内の熱反応性顔料が感熱反応した後の状態を示すカラーフィルタ基板の断面図である。

図１に示したように、はじめに、カラーフィルタ基板を製造するために、透明な絶縁性基板、例えばガラス基板上に画素領域が画定されるように、透明な遮光パターンを形成する(ステップＳ１)。

ここで、透明な遮光パターンには、黒色を帯びた顔料を含む樹脂材料で形成される従来の遮光パターンとは異なり、１５０〜２５０℃の温度での感熱反応により黒色に変化する透明な熱反応性顔料を含み、ＵＶ光が透過する透明な樹脂材料を用いる。この樹脂材料を塗布し、熱処理により硬化させた後、この樹脂材料層をパターニングすることにより遮光パターンを形成する。したがって、透明な遮光パターンは、ＵＶ光が透過可能な状態となっている。透明な樹脂材料を硬化させる際、熱反応性顔料が反応しないように、熱反応性顔料の反応温度未満の温度、例えば、１００〜１４０℃の温度で硬化させるか、または、ＵＶ硬化法により硬化させる。

次に、透明な遮光パターンにより画定された画素領域内に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の顔料を塗布し、それぞれの顔料毎に硬化及びパターニングする処理を繰り返して行い、各画素に対応する色を有するカラーフィルタを形成する(ステップＳ２)。

上記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の顔料を硬化させる場合も、熱反応性顔料が反応しないように、熱反応性顔料の反応温度未満の温度、例えば、１００〜１４０℃の温度で硬化させるか、または、ＵＶ硬化法により硬化させる。

次に、透明な遮光パターン上及びＲ、Ｇ、Ｂ各色を含むカラーフィルタ上に、表面を平坦化するためのオーバーコーティング膜を形成し、さらに、オーバーコーティング膜上に、ＩＴＯなどの透明な金属からなる電極を形成する(ステップＳ３)。これらの処理により、カラーフィルタ基板が製造される。

ここで、オーバーコーティング膜は、透明な遮光パターンとＲ、Ｇ、Ｂ各色を含むカラーフィルタとの間の段差が小さい場合、すなわち、ある程度下地層の表面が平坦な場合には、省略することが可能である。また、上記電極は、垂直電界を必要とする駆動モードの液晶表示装置では形成しなければならないが、水平電界を必要とする駆動モードの液晶表示装置では形成しなくてもよい。

次に、製造されたカラーフィルタ基板上にポリイミド膜を塗布し、硬化させた後、ラビングを行うことにより、液晶の初期配列を決定するための配向膜を形成する。(ステップＳ４)
次に、通常採用されているアレイ基板の製造方法により、透明な絶縁性基板としてのガラス基板上に、ゲートバスライン、共通バスライン、データバスラインなどの金属の信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成され、最上面にポリイミドの塗布、硬化及びラビングにより配向膜が形成されたアレイ基板を製造する。次に、このアレイ基板上にシーラントを塗布した後、液晶を滴下して液晶層を形成する(ステップＳ５)。

次に、シーラントが塗布され、液晶が滴下されたアレイ基板上に、前述の工程により製造されたカラーフィルタ基板を重ね合わせ、シーラントの接着力を利用して、アレイ基板とカラーフィルタ基板とを接着する。その後、相互に接着された基板にＵＶ光を照射することによりシーラントを硬化させ、アレイ基板とカラーフィルタ基板との間を接合する(ステップＳ６)。

シーラントのＵＶ硬化の際には、カラーフィルタ基板側からＵＶ光を照射することが好ましい。このようなＵＶ光の照射により、カラーフィルタ基板に形成された遮光パターンは、ＵＶ光が透過可能であるため、シーラント部全体をほぼ完全に硬化させることができる。したがって、本実施の形態に係る方法によれば、液晶滴下法を適用する際に問題となるシーラント部の部分的な硬化不良が生じにくい。また、アレイ基板とカラーフィルタ基板とが安定して接合され、液晶パネルの信頼性及び製造歩留まりを向上させることができるとともに、液晶表示装置としての画面の品位を向上させることもできる。

図２は、遮光パターンを構成する樹脂材料内の熱反応性顔料が熱硬化する前の状態を示すカラーフィルタ基板の断面図である。カラーフィルタ基板１０は、ガラス基板１上に形成された遮光パターン２、レッドカラーフィルタ３、グリーンカラーフィルタ４、ブルーカラーフィルタ５を含む層と、その層上に形成されたオーバーコ−ティング膜６とで構成されている。図２に示した遮光パターン２は、ＵＶ光が透過可能であるので、ガラス基板１側から照射されたＵＶ光により、オーバーコ−ティング膜６側に塗布されたシーラントを硬化させる際、ＵＶ光が遮光パターン２に遮られることなく透過する。したがって、シーラント全体を、ほぼ完全に硬化させることができる。

次に、熱反応性顔料の感熱反応が生じる程度の温度、例えば、１５０〜２５０℃で熱処理を行う(ステップＳ７)。 図３は、遮光パターン内の熱反応性顔料が感熱反応した後の状態を示すカラーフィルタ基板の断面図である。上記熱処理により、遮光パターン２内の熱反応性顔料が感熱反応を起こし黒色に変化する。したがって、熱反応性顔料が黒色に変化した遮光パターン２ａは、アレイ基板側から照射される透過光を遮断する本来の役割を果たすことができる。

このように、熱反応性顔料が感熱反応により光の透過を遮断する黒色に変化すると、アレイ基板側からカラーフィルタ基板側への透過光が、遮光パターン２ａにより遮断されるようになる。

ステップＳ７の後、図示していないが、後処理及び組立工程などの一連の工程を順に実施することにより、実施の形態に係る液晶表示装置を完成させる。

以上、本発明に係る特定の実施の形態について、図面を参照し説明したが、当業者であれば、上記実施の形態に対する改良及び変更を容易に行うことができる。したがって、特許請求の範囲は、本発明に係る技術的思想に含まれる範囲に属する限り、全ての改良及び変更を含むと理解されるべきである。

本発明の実施の形態に係る熱反応性顔料を含む遮光パターンを利用した液晶表示装置の製造方法を説明するための製造フロー図である。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置におけるカラーフィルタ基板を示す断面図であり、遮光パターンを構成する樹脂材料内の熱反応性顔料が感熱反応する前の状態を示している。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置におけるカラーフィルタ基板を示す断面図であり、遮光パターンを構成する樹脂材料内の熱反応性顔料が感熱反応した後の状態を示している。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 透明な遮光パターン
２ａ 黒色に変化した遮光パターン
３ レッドカラーフィルタ
４ グリーンカラーフィルタ
５ ブルーカラーフィルタ
６ オーバーコーティング膜
１０ カラーフィルタ基板

Claims (16)

1. 第１ガラス基板上に、金属の信号ライン、薄膜トランジスタ及び画素電極が形成されたアレイ基板と、
   第２ガラス基板上に、遮光パターン及びカラーフィルタが形成され、前記アレイ基板に対面して配置された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基板との間の接着剤であり、ＵＶ光の照射により硬化したシーラント部と、
   該シーラント部、前記アレイ基板及び前記カラーフィルタ基板で形成された空間部に位置し、液晶滴下法により形成された液晶層とを備え、
   前記遮光パターンが、感熱反応により黒色に変化する透明な熱反応性顔料を含む樹脂材料で構成され、前記シーラント部へのＵＶ光照射の際、ＵＶ光が透過する性質を有し、熱処理による感熱反応によって黒色に変化した前記熱反応性顔料により、前記アレイ基板側からの透過光が遮断されるように構成されているすることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記シーラント部のＵＶ光照射による硬化が、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度でなされていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記熱反応性顔料が、温度１５０〜２５０℃での熱処理により、黒色に変化したもの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。
4. 前記カラーフィルタ基板が、前記遮光パターン及び前記カラーフィルタ上に、平坦化のためのオーバーコーティング膜を、さらに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。
5. 前記カラーフィルタ基板が、前記オーバーコーティング膜上に形成された電極を、さらに備えることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記カラーフィルタ基板及び前記アレイ基板の最上面に、配向膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. ガラス基板上に、感熱反応により黒色に変化する熱反応性顔料を含む樹脂材料により画素領域を画定する透明な遮光パターンを形成するステップと、
   前記透明な遮光パターンにより画定された各々の画素領域に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタを形成することにより、カラーフィルタ基板を製造するステップと、
   前記カラーフィルタ基板と対面して配置されるアレイ基板を製造するステップと、
   前記カラーフィルタ基板及び前記アレイ基板の最上面に、それぞれ配向膜を形成するステップと、
   該配向膜が形成されたアレイ基板上にシーラントを塗布し、前記アレイ基板における前記シーラントの塗布部の内側に、液晶を滴下して液晶層を形成するステップと、
   該液晶層が形成された前記アレイ基板に対面させて、前記シーラントにより前記カラーフィルタ基板を接着するステップと、
   ＵＶ光を照射することにより、前記シーラントを硬化させるステップと、
   熱処理により、前記熱反応性顔料を黒色に変化させるステップと、
   を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
8. 前記カラーフィルタを形成した後、表面を平坦化するためのオーバーコーティング膜を形成するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記カラーフィルタまたは前記オーバーコーティング膜を形成した後、前記カラーフィルタ上または前記オーバーコーティング膜上に電極を形成するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記遮光パターンを、前記熱反応性顔料を含む樹脂材料の塗布、硬化及びパターニングを順に行うことによって形成することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 前記熱反応性顔料を含む樹脂材料を、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度で硬化させることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 前記熱反応性顔料を含む樹脂材料を、１００〜１４０℃の温度で硬化させるか、または、ＵＶ光を照射することにより硬化させることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のカラーフィルタを、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎に、顔料の塗布、硬化及びパターニングを繰り返して実施することによって形成することを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の顔料を、前記熱反応性顔料が感熱反応する温度未満の温度での熱処理、または、ＵＶ光を照射する方法により硬化させることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
15. 前記Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の顔料を、１００〜１４０℃の温度での熱処理、または、ＵＶ光を照射する方法により硬化させることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記熱反応性顔料を、１５０〜２５０℃の温度で感熱反応させることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置の製造方法。

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