JP2007212667A - 液晶表示パネルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止工程での未効果のシール材に液晶が接触することで生じるシール材のリークパスを防止した液晶表示パネルとその製造方法を提供する。
【解決手段】一方の基板と他方の基板との間隙に液晶を有して表示領域を形成している液晶表示パネルであって、一方の基板１ａ面には、表示領域を囲って周回する連続形成された堰３ａと、この堰３ａを覆うように配置されているシール材７を配置して構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示パネルとその製造方法に係り、一対の基板の一方に液晶を滴下して他方の基板をシール材で封止する際の該滴下した液晶とシール材の干渉や封止時におけるシール材への液晶や空気の差込によるシール不良を防止する点に特徴を有する。

各種のモニターや電子機器の表示装置あるいはテレビ受信機などに液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、基本的には一対の基板の間に液晶を封止した液晶表示パネルと、この液晶表示パネルを駆動する駆動回路などを組み込んで構成される。

図８は液晶表示パネルの構造例を模式的に説明する断面図である。ここでは、一対（以下、２枚とも称する）の基板の一方に各画素を選択するアクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブ・マトリクス方式の液晶表示パネルを例として説明するが、本発明はこれに限るものではなく、他の方式の液晶表示パネルにも同様に適用できるものである。

図８において、液晶表示パネル９は、薄膜トランジスタで画素を形成した基板（ＴＦＴ基板）１ａと赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色を形成したカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）１ｂの間に液晶５を挟み周囲をシール材７で封止した構造となっている。このような液晶表示パネル９の製造方法としては、大きくは真空注入式と滴下式の２つの方式が提案されている。なお、図８では、スペーサ４はＣＦ基板１ｂ側に直接固定的に形成した、所謂柱状のスペーサ（ＳＯＣ）として示したが、ビーズ状のスペーサを一方の基板に散布したものも既知である。滴下式では柱状のスペーサを用いる場合が多いため、以下で説明する本発明の製造方法では、柱状のスペーサを用いたものとして説明する。

真空注入式は、ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂの組立を行った後に、スペーサ４を介して該ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂとの間の間隔で形成された空間に液晶５を注入する方式である。これに対し滴下式は、ＴＦＴ基板１ａまたはＣＦ基板１ｂのどちらか一方に、先ず液晶５を規定量滴下した後に他方の基板を重ね合わせ、液晶表示パネル９の組立と液晶５の注入を同時に行う方法である。通常、液晶表示パネル９のＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂの間隔すなわちセルギャップは３μｍ〜５μｍと非常に狭い。

真空注入式にてこの３μｍ〜５μｍの間隔の空間に液晶を完全に充満たすためには、先ずＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂを貼り合せ、周囲をシール材７で接着する。このとき、シール材７の一部に液晶注入口を設ける。次に、真空チャンバーなどを用いてＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂとの貼り合せ空間の真空引き作業を行う。その後、液晶注入口に液晶を接触させ、毛細管現象とＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂとの貼り合せ間隙（空間）の内外の圧力差を利用して該空間内に液晶を注入する。

しかし、この方式の場合、３μｍ〜５μｍのセルギャップ空間の真空引きと液晶の注入作業には、非常に長い時間が必要である。特に、今後液晶表示パネルの狭ギャップ化が進むに伴い、液晶の注入時間はますます増大することが予想される。また、液晶注入終了後に注入口を塞ぐ工程も必要であるため、液晶注入工程は製造コスト上昇の要因の一つとなっている。

これに対し、滴下式の場合、ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂの貼り合せを行うパネル組立と液晶の封入を同時に行う方法であるため、ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂの貼り合せ間隙の３μｍ〜５μｍの空間を減圧された雰囲気とするための真空引き作業は必要ない。また、液晶注入口を封止する作業が無くなる。さらに、液晶をディスペンサ等で滴下するため、液晶の充填時間も速い。よって、滴下式の場合、真空注入式と比べて液晶をＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂとの貼り合せ間隙内に充填するのに要する時間を大幅に短縮することが可能である。

図９は、滴下式による液晶表示パネルの製造方法の説明図である。ここでは、図８で説明したような柱状のスペーサ４をＣＦ基板１ｂに予め作り込んだものを例として説明する。

先ず、ＴＦＴ基板１ａに、ディスペンサ７０を用いて、表示領域２を周回して枠状にシール材７を塗布する（図９（ａ））。該シール材７の内側となる位置に、ディスペンサ５０を用いて液晶５を規定量滴下する（図９（ｂ））。減圧雰囲気中で２枚の基板（ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂ）の位置合わせし、貼り合わせを行う（図９（ｃ））。

貼り合わせが終了した２枚の基板を大気圧雰囲気中に取り出し、シール材７を硬化させるため、該シール材７の硬化条件に合わせて紫外線ランプ１８を用い、紫外光を照射し、或いは貼り合せた基板を加熱するなどの処理を行う（図９（ｄ））。最後に、各個別のパネルサイズに切断を行う（図９（ｅ））。以上の工程により，液晶表示パネル９が完成となる。

滴下式による液晶注入に関する従来技術を開示したものは多数ある。例えば、特許文献１では、シール部に土手（堰）を設けて滴下した液晶が隣に流れるのを抑制している。また、特許文献２では、２枚の基板のそれぞれのシール部に凹凸構造を設け、それらを勘合させると共に勘合した凹凸構造の外周にシール材を塗布することで、液晶とシール材の接触を回避する構成が開示されている。
特許第３２１０１０９号公報 特許第３２８１３６２号公報

従来技術で示した滴下式による液晶の注入は、主に表示画面のサイズが大きい大型用の液晶表示装置の液晶封入技術として用いられているが、表示画面のサイズが小さい中小型の液晶表示装置には適用されていない。

これは、図９（ｂ）で示したように、表示画面が大きい大型用の液晶表示装置へは、ディスペンサ５０から多数の打点で液晶を滴下して滴下量や滴下位置等を調整できるが、表示画面の小さい中小型用の液晶表示装置は、表示画面（表示領域ともいう）に対して滴下する打点が大型用の液晶表示装置に比べて大幅に少なく、滴下量や滴下位置の調整が非常に困難であるという問題があるからである。

よって、液晶表示パネルのサイズが小さくなると、滴下された液晶とシール材の距離が近いために、封止工程でシール材が固化する前に液晶と接触してシール材にリークパスを発生させたり、シール材に空気や液晶の差込が起こってシール材の劣化が生じる。また、シール有効幅が減殺されて信頼性の低下をもたらしてしまう。

図１０は、シール材が固化する前に液晶と接触することで発生する封止不良を説明する模式図である。図１０（Ａ）はシール材のリークパスの説明図であり、符号７はシール材で、４は液晶側（表示領域側）、６は大気側または減圧雰囲気側である。固化前のシール材７に表示領域４の液晶５が接触すると、液晶５は軟らかいシール材７を破って大気側または減圧雰囲気側に流出するリークパスＢが発生する。

また、図１０（Ｂ）はシール材への空気、液晶の差込の発生を説明する図である。シール材７が固化する前に液晶５がシール材７に達すると、該液晶がシール材７の中に差込んでシール材の有効幅が狭くなる。また、この差込は、大気側または減圧雰囲気側でも起こる。その結果、有効シール幅Ｗは両側から狭くなって、十分なシール効果を得られない。

本発明は、封止工程での未効果のシール材に液晶が接触することで生じるシール材のリークパスや有効シール幅の減少を防止した液晶表示パネルとその製造方法を提供することにある。

本発明の一実施態様によれば、本発明は、一方の基板と他方の基板との間隙に液晶を有して表示領域を形成している液晶表示パネルであって、一方の基板面には、表示領域を囲って周回する連続形成された堰と、この堰を覆うように配置されているシール材が配置されているというものである。

本発明はこのような構成により、表示画面のサイズに関係なく良好な液晶滴下方式の液晶表示パネルを提供できる。尚、この堰は連続形成されている点も重要なポイントである。これは、この堰が一箇所でも途切れているとその場所から液晶が差し込んできてしまうという欠点が生じるからである。

また、一方の基板面若しくは他方の基板面には、表示領域において、一方の基板と他方の基板の間隔を制御するスペーサが配置されている。

本実施態様の堰は、スペーサを形成する際に同時に形成すれば、製造工程を増やすことなく形成できる。尚、スペーサと堰は基板面からの高さの異ならせて形成する必要があるが、製造工程を増やすことなく行うには、スペーサを柱状スペーサとし、例えばカラーフィルタを配置した基板側に柱状スペーサと堰を形成する手段が考えられる。これは、カラーフィルタが配置されている基板には、表示領域においてはカラーフィルタの厚み分がシール材を配置する周辺部に比べて厚くなっており、柱状スペーサと堰を配置する土台の高さが異なるので自動的に基板面からは異なった高さとして形成することができるというものである。また、柱状スペーサと堰を配置する土台の高さも同じ場合には、ハーフトーンマスクを用いれば良い。

また、この堰は、表示領域の配線を形成する際に同時に形成すれば、やはり製造工程を増やすことなく形成できる。

この堰は、シール材内に２つ形成することで、液晶の差込及び大気圧の押し込みの２つを抑止することができる。さらにはこの２つの堰の間に、周回した中間堰を配置してもよい。尚、この中間堰は不連続で形成すればシール材と基板の密着性を損なうことはない。さらには、この堰をジグザグ形に形成することで、堰とシール材との接触面積を増やすことができ、シール材と基板との密着性を上げることができる。勿論中間堰も、ジグザグ形にしても良い。

本発明の別の実施態様によれば、一方の基板と他方の基板との間隙に液晶を注入し、表示領域の外側を該表示領域の外形に倣って周回塗布されたシール材で両基板を封止してなる液晶表示パネルの製造方法であって、一方の基板上に、表示領域を周回するように連続した堰を形成する堰形成工程と、一方の基板若しくは他方の基板にスペーサを配置するスペーサ配置工程と、一方の基板に、形成した堰を覆うようにして、シール材を枠状に塗布するシール材塗布工程と、枠状のシール材の内側に液晶を滴下する液晶注入工程と、減圧雰囲気中で前記他方の基板との位置合わせし、ギャップ出しして一方の基板と他方の基板を貼り合わせする貼り合わせ工程と、貼り合わせが終了した一方の基板と他方の基板の間のシール材を硬化するシール材硬化工程と、を含むというものである。

このような製造方法により、表示画面のサイズに関係なく良好な液晶滴下方式の液晶表示パネルの製造方法を提供できる。

本発明によれば、滴下した液晶とシール材の干渉や封止時におけるシール材への液晶や空気の差込によるシール不良を防止した信頼性の高い液晶表示パネルを得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の課題について図９を用いて整理してみる。図９は、図６における端部の構成を拡大した図面である。参照符号１ａはＴＦＴ基板、１ｂはCF基板、７はシール材を示している。液晶のシール材７への差込の力（ＰＬ）を抑えるための手段としては、シール材７を硬いシール材として対応することが考えられる。しかしながらシール材７が硬すぎると、ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂ間を張り合わせる際に加わる力ＰＳを強くする必要が生じ、所望のセルギャップｄを調整することが難しくなる。

本発明では、このようなシール材に対する２つの課題を同時に解決できるようなシール材の構造、及び液晶表示装置の構造を考えたというものである。

図１は、本発明による液晶表示パネルの実施例１を説明する一方の基板の平面図である。ここでは、ＴＦＴ基板である一方の基板１ａの表示領域ＡＲの外周に第１、第２、及び第３の堰３a、３b、３cが形成されている。

これらの堰３a、３b、３cのうちの、最内周の堰３aと最外周の堰３cは全周にわたって連続して閉じた堤状となっている。また、最内側と前記最外側の間の堰３bは、それらの周回方向を横切って複数の間隙を有した不連続の形状を有している。

図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図２に示すように、本実施例ではＴＦＴ基板１ａに配置した堰３ａ、３ｂ、３ｃを覆うようにしてシール材７を配置している点が特徴である。

このような構成により、液晶のシール材７への差込の力（ＰＬ）は、シール材よりも硬度が高い堰３ａにより阻止可能である。この場合のシール材の硬度と、堰の硬度は、シール材が未硬化である状態の硬度のことである。尚、シール材が硬化した後は、シール材の硬度も堰の硬度もほぼ同じである。また堰３ａ、３ｂ、３ｃはスペーサ４よりも低く構成しているので、ＴＦＴ基板１ａとＣＦ基板１ｂ間を張り合わせる際に加わる力ＰＳも通常のシール材のみを配置した構成と同じなので問題はない。

尚、本実施例ではシール材７の下に堰３ａ、３ｂ、３ｃの３つの堰を配置している構成であるが、液晶のシール材７への差込のみを防止するのであれば、堰３ａのみをシール材７の下に配置する構成だけでよい。

但し、シール材７は表示領域ＡＲとは反対側からも大気圧により押し込みの力が加わってくるので、堰３ａとは別にシール材７の下に大気圧の押し込みを阻止するための堰３ｃを配置しているのである。この堰３ａと３ｃはどの位置からも液晶や大気圧が差し込んでこないように、連続した形状（図１に示すように閉じた形状）でなければならない。

そして、本発明では、堰３ａと３ｃの間にさらに堰３ｂを配置している。この堰３ｂは、周回方向に沿って不連続に形成されている。この堰３ｂも液晶の差込を防止し、また大気圧の押し込みを阻止するために配置されるものであるが、あくまでも堰３ａ、３ｃの予備の堰であるため、シール材と基板との密着性を考慮して不連続な形状として構成している。尚、この中間の堰３ｂは、図１では１つだけ配置しているが複数配置しても良い。また基板とシール材との密着性が良好であれば堰３ａ、３ｃと同様に連続した形状としても良い。

ここで、本発明による液晶表示パネルの製造方法について説明する。本発明の液晶表示パネルの製造方法では、図９で示した従来例の製造方法に比べて、まず、一方の基板上に、表示領域を周回するように連続した堰を形成する堰形成工程がある点が特徴である。この堰は後のシール塗布工程において、シール材に覆われるものであり、シール材の外側に配置される堰を配置する工程とは異なるものである。

この堰は、液晶のシール材への差込を阻止するものであるので、シール材よりも硬度が高い物質で構成される。尚、ここでもシール材よりも硬度が高いとは、シール材が未硬化である状態での硬度のことを示す。この堰を、例えばスペーサを柱状スペーサとして構成した液晶表示パネルである場合、この柱状スペーサを形成する際に同時に形成する方法が考えられる。この場合、図７で説明したＰＳによる力を、本発明による堰が邪魔しないように、表示領域における柱状スペーサと、この柱状スペーサの形成工程と同じ工程で形成する堰の高さを基板面に対して異ならせる必要があるが、これは例えば、柱状スペーサ及び堰をカラーフィルタを配置した基板側に配置すればよい。以下図３を用いて簡単に説明する。

図３では、下側にあるのがカラーフィルタ３１が配置されるカラーフィルタ基板１bであり、上側にあるのがＴＦＴが配置されたＴＦＴ基板１ａである。図３ではＴＦＴ基板１ａ側の詳細な構造は省略している。

図３において、カラーフィルタ基板１ｂの表示領域側には、カラーフィルタ３１及びこれらのカラーフィルタ３１間に配置されたブラックマトリクス３２が配置されており、さらにこれらの上方には透明保護膜３３が配置され平坦化されている。そしてＩＰＳ方式の場合にはこの上に配向膜３４が配置されて構成されている。尚、ＴＮ方式やＶＡ方式の場合には配向膜３４と透明保護膜３３との間に電極が形成されている。

一方、シール材７が配置される周辺領域においては、カラーフィルタ３１や、配向膜３４、さらには駆動方式によっては電極が配置されておらず、この分の厚みが無い分、基板面３０から柱状スペーサ４若しくは堰３ａの底辺までの高さが異なっている（ｔ１＜ｔ２）。よって、喩え柱状スペーサ7と堰３ａを同じ工程で同じ高さで形成したとしても、基板面３０に対して高さの異なる状態とすることが可能になるというものである。

基板面３０から柱状スペーサ４若しくは堰３ａの底辺までの高さが同じである場合には、ハーフトーンマスクを用いれば工程を増やすことなく行うことができる。

堰を形成する別の手段として、例えばこの堰を配置する工程を、表示領域に配置される金属等の配線の配置工程と同じ工程と兼ねることにより、シール材よりも硬い物質を製造工程を増やすことなく配置することが考えられる。尚、表示領域に配置される配線の材料は、例えば銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、及びこれらの合金が用いられているので、本発明の堰もこのような金属を用いることができる。

その他の液晶注入工程、貼り合わせ工程、シール材硬化工程は、従来技術として説明した図９と同様である。

尚、本発明は、特に５インチ以下の中小型サイズの液晶表示パネルに有効な技術であるが、勿論２０インチを超えるような液晶表示パネルへの適用も可能である。

尚また、勿論柱状スペーサは一対の基板のどちらの基板（ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板）に配置しても良いことは言うまでもない。

図４は、本発明の別の実施例を示す図である。図４では中間の堰を３ｂ１と３ｂ２の２つを配置した構成を示している。図５は、図４のＣ−Ｃ’線の沿った他方の基板と共に示す断面図である。図４と図５に示されたように、最内周の堰３a最外周の堰３cは閉じた堰である。すなわち、全周にわたって同じ高さで形成されている。また、堰３b1と３ｂ２は、それらの周回方向に沿って不連続に形成されている。

このように構成することで、液晶の差込、大気圧の押し込みを十分に防止でき、またシール材の基板への密着性も向上させた液晶表示パネルを得ることができる。

尚、実施例２でも、勿論封止工程での未硬化のシール材に液晶が差し込んできてもシール材のリークパスを防止でき、信頼性の高い液晶表示パネルをえることができる。

図６は、本発明による液晶表示パネルの実施例３を説明する一方の基板の平面図である。本発明は、複数の堰の少なくとも１つを、ジグザグ形とすることができる。実施例２は、３本の堰３a、３b、３cを全てジグザグ形とし、最内周の第１の堰３aと最外周の堰である第３の堰３cは閉じており、第２の堰３bは間隙を持って不連続に形成されている。実施例２では、堰の数は３としたが、３以上であればよく、実施例１と同様に４本としたり、それ以上とすることもできる。このように堰をジグザグ形にすることにより、この堰を覆うようにして配置されるシール材との接触面積を増やすことができ、シール材と基板との密着性が向上できるというものである。

実施例３によっても、封止工程での未効果のシール材に液晶が接触することで生じるシール材のリークパスや有効シール幅の減少を防止でき、信頼性の高い液晶表示パネルをえることができる。

本発明による液晶表示パネルの実施例１を説明する一方の基板の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明によるスペーサと堰の関係を示す説明図である。 本発明の実施例２における堰の拡大平面配置図である。 図４のＣ−Ｃ’線の沿った他方の基板と共に示す断面図である。 本発明による液晶表示パネルの実施例３を説明する一方の基板の平面図である。 本発明の課題について説明するための説明図である。 液晶表示パネルの構造例を模式的に説明する断面図である。 滴下式による液晶表示パネルの製造方法の説明図である。 シール材が固化する前に液晶と接触することで発生する封止不良を説明する模式図である。

符号の説明

１（１a,１ｂ）・・・基板、３(３ａ、３ｂ、３ｃ)・・・堰、４・・・液晶側、５・・・液晶、６・・・大気側または減圧側、７・・・シール材、９・・・液晶表示パネル。

Claims (13)

1. 一方の基板と他方の基板との間隙に液晶を有して表示領域を形成している液晶表示パネルであって、
   前記一方の基板面には、前記表示領域を囲って周回する連続形成された堰と、該堰を覆うように配置されているシール材が配置されている液晶表示パネル。
2. 請求項１において、
   前記一方の基板面若しくは前記他方の基板面には、前記表示領域において、前記一方の基板と前記他方の基板の間隔を制御するスペーサが配置されている液晶表示パネル。
3. 請求項２において、
   前記スペーサは、柱状スペーサであり、
   前記堰は、前記スペーサと同じ材料で構成されている液晶表示パネル。
4. 請求項２又は３において、
   前記一方の基板には、カラーフィルタ及び前記スペーサが配置されている液晶表示パネル。
5. 請求項１乃至４の何れか一項において、
   前記堰は、２つ形成されている液晶表示パネル。
6. 請求項５において、
   前記２つの堰の間に、周回した中間堰を配置している液晶表示パネル。
7. 請求項６において、
   前記中間堰は不連続で形成されている液晶表示パネル。
8. 請求項１乃至７の何れか一項において、
   前記堰は、ジグザグ形である液晶表示パネル。
9. 請求項８において、
   前記中間堰は、ジグザグ形である液晶表示パネル。
10. 一方の基板と他方の基板との間隙に液晶を注入し、表示領域の外側を該表示領域の外形に倣って周回塗布されたシール材で両基板を封止してなる液晶表示パネルの製造方法であって、
    前記一方の基板上に、前記表示領域を周回するように連続した堰を形成する堰形成工程と、
    前記一方の基板若しくは前記他方の基板に、スペーサを配置するスペーサ配置工程と、
    前記一方の基板に、前記形成した堰を覆うようにして、シール材を枠状に塗布するシール材塗布工程と、
    前記枠状のシール材の内側に液晶を滴下する液晶注入工程と、
    減圧雰囲気中で前記他方の基板との位置合わせし、ギャップ出しして前記一方の基板と前記他方の基板を貼り合わせする貼り合わせ工程と、
    貼り合わせが終了した前記一方の基板と前記他方の基板の間のシール材を硬化するシール材硬化工程と、
    を含む液晶表示パネルの製造方法。
11. 請求項１０において、
    前記一方の基板には、カラーフィルタが配置されており、
    前記スペーサは、前記一方の基板に配置されるものである液晶表示パネルの製造方法。
12. 請求項１０又は１１において、
    前記堰形成工程では、前記一方の基板上に、前記表示領域を周回するように２つの連続した堰を形成し、
    前記シール材塗布工程では、前記２つの連続した堰を覆うように前記シール材を枠 状に塗布する液晶表示パネルの製造方法。
13. 請求項１０乃至１２の何れか一項において、
    前記堰形成工程においては、前記堰をジグザグ形に形成する液晶表示パネルの製造方法。
    
    

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