JP2008158236A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本硬化時のシール材の軟化及び液晶の膨張によるシール材の破壊を防止し、液晶漏れおよびギャップムラ発生を防止する。
【解決手段】一方の基板の表面に、液晶充填領域を定義するための環状の製品パネルシールと、２枚の基板間を密封するための基板の外周に沿った外部シールとを形成するステップと、製品パネルシールで囲まれた液晶充填領域に対して液晶材を滴下するステップと、液晶材が滴下された一方の基板に対して、もう一方の基板を対向させて、真空下で貼り合わせるステップと、製品パネルシールおよび外部シールを仮硬化させるステップと、仮硬化された製品パネルシールおよび外部シールを本硬化させるステップとを備え、仮硬化が終了して本硬化を実施する前の段階までに製品パネルシールの外部に大気が充填されるように大気を流入させる構成を有するように前記外部シールのパターンを設計する。
【選択図】図２

Description

この発明は、液晶表示装置の製造方法に関する。

液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、一般的に、ＴＦＴアレイ基板と、当該ＴＦＴアレイ基板に対向して設けられたカラーフィルタ基板と、これらの２枚の基板の間に形成された液晶層とから構成されている。ＴＦＴアレイ基板は、透明基板から構成され、その表面には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、データライン、ゲートライン、および、画素電極等が形成され、その上に、配向膜が形成されている。また、カラーフィルタ基板も、透明基板から構成され、その表面には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ層が形成され、その上に、透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる対向電極が設けられ、さらにその上に、配向膜が設けられている。

なお、液晶層の形成方法としては、主に、２つの方法が用いられている。その１つは、真空封入法であり、これは、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板とを貼り合わせた後に、それらを真空に保ち、毛細管現象を利用して、液晶材を注入口から注入し、注入後に、その注入口を封止するという方法である。もう１つは、滴下注入法（ＯＤＦ）であり、これは、カラーフィルタ基板の額縁部にシール材を描画しておき、当該シール材で囲まれた領域内に液晶材を滴下し、その後に、真空下において、カラーフィルタ基板とＴＦＴアレイ基板とを貼り合わせるという方法である。

真空封入法によれば、液晶表示パネルに液晶を封入するのにかなりの時間を要していたが、滴下注入法の開発により、液晶封入に要する時間を大幅に短縮することができ、注目される技術となっている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図に基づいて、この種の一般的な滴下注入法について説明する。図６は、一般的な滴下注入法を実施する際の一般的なシール配置を示したものである。図６に示すように、基板１００には、液晶充填領域を定義する、略々矩形の複数の製品パネルシール１０１が縦横に配列されて形成されており、液晶層形成後に、当該製品パネルシール１０１間を切断することにより、製品パネルが形成される。また、基板１００の表面上の周辺部には、図６に示すように、切れ目のない環状の外周シール１０２が一周以上配置され、その内側に、上記の製品パネルシール１０１が配置される構成となっている。外周シール１０２は、製造工程中に２枚の基板間の密封を確保するためのものである。なお、製品パネルシール１０１も切れ目がなく、環状に繋がった形状となっている。

図７は、一般的な滴下注入法を実施する際の一般的な工程の流れを示したフローチャートである。図７に示すように、まずはじめに、２枚の基板のうちの一方の基板１００の表面に、上述した製品パネルシール１０１および外周シール１０２をそれぞれ描画する（ステップＳ１００）。ここでは、２枚の基板のうち、カラーフィルタ基板に描画することとする。次に、必要に応じて、製品パネルシール１０１および外周シール１０２の溶媒を除去したり、粘度を上昇させたりすることを目的にシールプレベーク工程を行う（ステップＳ１０１）。なお、この工程は、液晶材とシール材との反応による液晶汚染を防止する目的のものであるが、必ずしも行う必要はない。次に、製品パネルシール１０１および外周シール１０２が形成された基板１００の表面の製品パネルシール１０１で囲まれた液晶充填領域内に液晶材を滴下する（ステップＳ１０２）。次に、カラーフィルタ基板とＴＦＴアレイ基板との両方を、貼り合わせ装置（図示せず）に導入して、装置内を真空排気して、真空下でこれら２枚の基板を位置合わせして重ね合わせ、弱く加圧して貼り合わせる（ステップＳ１０３）。これにより、液晶材は、製品パネルシール１０１により、２枚の基板間に密封される。

次に、貼り合わされた２枚の基板は、大気中に取り出され、その後に、加熱又は紫外線照射を行って、製品パネルシール１０１および外周シール１０２を一定程度（ギャップ変化や位置ずれが生じない程度）に硬化させ、２枚の基板間に適正なギャップを確保する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の工程を、仮硬化と呼ぶ。なお、シール材が熱硬化タイプのものの場合には加熱により仮硬化を行うが、シール材が紫外線硬化タイプのものの場合には紫外線照射により仮硬化を行う。次に、熱硬化炉（図示せず）に、仮硬化後の２枚の貼り合わせた基板を投入し、高温加熱して、本硬化処理を行う（ステップＳ１０５）。

特開平８−１９００９９号公報

しかしながら、この従来の方法においては、製品パネルシール１０１の外側は真空であるため、製品パネル内に充填された液晶による強い力がかかり、シールが破壊されやすいという問題点があった。

図に基づいてこの現象を具体的に説明する。図８は、従来の方法により製造された製品パネルの製品パネルシール１０１の内外圧差を示した図である。図８において、１０３は液晶充填領域であり、１０４は製品パネル間のパッド部、１０５は液晶が製品パネルシール１０１を押す力である。図８に示すように、製品パネルシール１０１で囲まれた領域には液晶が充填されているが、製品パネルシール１０１の外側のパッド部１０４は真空であるため、製品パネルシール１０１に対して矢印１０５で示すような強い力がかかり、製品パネルシール１０１が破壊されやすい。特に、図７のステップＳ１０５の本硬化工程において、熱硬化炉に基板が投入されると、熱により、製品パネルシール１０１のシール材が一時的に軟化するとともに、液晶が膨張するため、その際には、特に、製品パネルシール１０１が破壊されやすい状態となる。

図９は、図８のＡ−Ａ’線による断面図である。図９において、１０８は液晶、１０９は基板間のギャップを確保するためのスペーサー材、１１０はカラーフィルタ基板に設けられたカラーフィルタ層である。このとき、製品パネルシール１０１の外側が真空状態であると、液晶充填領域１０３と段差構造が異なる部分（パッド部１０４を例に図示）は大気圧１０６により押しつぶされ、その影響で製品パネルシール１０１の内側に歪み１０７が生じ、その部分のセルギャップ（２枚の基板間の距離）が厚くなる。この状態で、シール材が熱硬化されると、ギャップムラが固定化されてしまうという問題点があった。

図１０は、パッド部１０４付近にギャップムラが発生している様子を図示したものである。当該ギャップムラが発生している部分においては、色ムラが生じ、画質が劣化してしまう等の問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、製品パネルシールの破壊を防止するとともに、ギャップムラの発生を防止するための液晶表示装置の製造方法を得ることを目的とする。

この発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板の２枚の基板のうちの一方の基板の表面に、液晶充填領域を定義するための環状の製品パネルシールと、前記２枚の基板間を密封するための基板の外周に沿った外部シールとを形成するステップと、前記製品パネルシールで囲まれた前記液晶充填領域に対して液晶材を滴下するステップと、前記液晶材が滴下された一方の基板に対して、もう一方の基板を対向させて、真空下で貼り合わせるステップと、前記製品パネルシールおよび前記外部シールを仮硬化させるステップと、仮硬化された前記製品パネルシールおよび前記外部シールを本硬化させるステップとを備え、前記外部シールは、前記仮硬化が終了して前記本硬化を実施する前の段階までに前記製品パネルシールの外部に大気が充填される速度で、前記大気を流入させる構成を有している、液晶表示装置の製造方法である。

この発明は、アレイ基板とカラーフィルタ基板の２枚の基板のうちの一方の基板の表面に、液晶充填領域を定義するための環状の製品パネルシールと、前記２枚の基板間を密封するための基板の外周に沿った外部シールとを形成するステップと、前記製品パネルシールで囲まれた前記液晶充填領域に対して液晶材を滴下するステップと、前記液晶材が滴下された一方の基板に対して、もう一方の基板を対向させて、真空下で貼り合わせるステップと、前記製品パネルシールおよび前記外部シールを仮硬化させるステップと、仮硬化された前記製品パネルシールおよび前記外部シールを本硬化させるステップとを備え、前記外部シールは、前記仮硬化が終了して前記本硬化を実施する前の段階までに前記製品パネルシールの外部に大気が充填される速度で、前記大気を流入させる構成を有している、液晶表示装置の製造方法であるので、本硬化工程までには製品パネルシール外部の真空が解除されるので、製品パネルシールに強い力が加わることがないので、本硬化工程により液晶が膨張したりシール材が軟化したりした場合においても製品パネルシールの破壊及びギャップムラの発生を防止することができる。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置およびその製造方法について説明する。図１は、本実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の流れを示したフローチャートであり、図２は、本実施の形態１に係る液晶表示装置を示した説明図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態においても、まずはじめに、ＴＦＴアレイ基板およびカラーフィルタ基板の２枚の基板のうちの一方の基板１０の表面に製品パネルシール１および外周シール２をそれぞれ描画する（ステップＳ１）。ここでは、カラーフィルタ基板にこれらシールを描画することとする。ＴＦＴアレイ基板およびカラーフィルタ基板の構成については、上述したものと同じであるため、ここでは説明を省略する。また、これらシールのシール材としては、熱硬化タイプのものでも、紫外線硬化タイプのものでも、どちらでもよい。図２に示すように、基板１０には、略々矩形の複数の製品パネルシール１が縦横にマトリクス状に配列されて形成され、本硬化工程後に、当該製品パネルシール１間を切断することにより、製品パネルが形成される。ステップＳ１により描画される外周シール２は、図２に示すように、基板１０の表面上の周辺部に、基板１０の外周に沿って、うずまき状に複数周巻き回されている。各周の形状は、略々矩形の形状で、一周以上が同心状に巻き回されている。また、各製品パネルシール１は、外部シール２の内側に、略々矩形で、環状に切れ目無く一周が繋がった形状となっている。なお、ステップＳ１の時点で、もう一方の基板の表面に（ここでは、ＴＦＴアレイ基板の表面に）、スペーサー材９（図４参照）を散布する。これは、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶８（図４参照）を満たす隙間を確保するためである。なお、スペーサー材９を散布せずに、カラーフィルタ基板に（カラーフィルタ工程の一部として）フォトリソグラフィによりフォトスペーサーを形成する場合もあるが、その場合には、スペーサー材９を散布するこのステップは不要である。

このように、本実施の形態１においては、外部シールを環状にせずに、うずまき状に巻き回した形状にしている。これは、基板１０の外部から、外部シール２の内部に、大気が徐々に流入するようにした構成である。すなわち、大気は、外部シール２間にできた隙間を通路にして、当該通路に沿ってうずまき状に廻りながら、基板１０の内部へとゆっくりと流入されていく。このような外部シール２のパターンを適用することにより、基板１０の外部から製品パネルシール１付近に大気が流入してくる時間を長くすることができる。それにより、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板とを重ね合わせ、大気中に取り出した後、ある時間内は製品パネルシール１０の付近には大気が流入せず、その間、製品パネルには均一に大気圧に相当する圧力が加わり、適正なギャップを得ることができる。その後、製品パネルシール１付近に大気が流入してくるに従って、製品パネルシール１付近も大気圧に近づき、製品パネルシール１のシール材にかかる圧力も小さくなってくる。

ここで、外部シール２のパターンの設計方法について説明する。図２および後述する実施の形態２の図５は、本発明における外部シール２のパターンの一例を示したものであるが、外部シール２のパターンは、基板１０の外部から製品パネルシール１の付近に大気が徐々に流入する構造なら、どのような構造でも良い。但し、後述の仮硬化工程により、適正なギャップが得られる段階まで（すなわち、仮硬化工程が終わるまで）は、製品パネルシール１付近には大気が流入せずに、本硬化（熱硬化）する段階の直前までに、ちょうど大気が流入されるように設計することが重要である。なお、ポアゼイユの法則から、単位時間に円管中を流れる流体の体積Ｖは、下記の式（１）で表されるから、外部シール２のパターンの長さ、外部シール２同士の間隔（隙間）、外部シール２部分のセルギャップを調整することで、上記目的を達成する外部シール２を得ることができる。なお、式（１）において、ΔＰ：管の両端の圧力差、Ｌ：管の長さ、η：流体の粘性率、ａ：管の半径である。

Ｖ＝πΔＰ／８Ｌηａ^４ （１）

このように設計することにより、外部シール２は、仮硬化工程が終了して本硬化工程を実施する前の段階までに、製品パネルシール１の外部に大気が充填される速度で、大気を流入させる構成を有する。

その結果、後述の本硬化（熱硬化）時前までには、製品パネルシール１の付近に大気が充填されて真空ではなくなっているので、液晶が膨張したりシール材が軟化したりしても、製品パネルシール１に強い力がかかることもなく、製品パネルシール１が破損することもないので、液晶漏れも発生しない。また、製品パネルシール１付近が大気圧に近づくことで、液晶充填領域３と段差構造が異なる部分も押しつぶされることも無くなり、それによって従来発生していたギャップムラの発生も防止することができる。

図１の説明に戻り、次に、必要に応じて、製品パネルシール１および外周シール２の溶媒を除去したり、粘度を上昇させたりすることを目的にシールプレベーク工程を行う（ステップＳ２）。なお、この工程は、液晶材とシール材との反応による液晶汚染を防止する目的のものであるが、必ずしも行う必要はない。次に、製品パネルシール１および外周シール２が形成された基板１０の表面の製品パネルシール１で囲まれた液晶充填領域３内に液晶材を滴下する（ステップＳ３）。次に、カラーフィルタ基板とＴＦＴアレイ基板との両方を、貼り合わせ装置（図示せず）に導入して、装置内を真空排気して、真空下でこれら２枚の基板を位置合わせして重ね合わせ、弱く加圧して貼り合わせる（ステップＳ４）。このとき、液晶材は、製品パネルシール１０１により、２枚の基板間に密封される。

次に、貼り合わされた２枚の基板は、大気中に取り出され、この時点で、滴下された液晶材は、製品パネルシール１で囲まれた領域のほぼ全面に偏り無く行き渡ることになる。その後に、加熱又は紫外線照射を行って、製品パネルシール１および外周シール２を一定程度（ギャップ変化や位置ずれが生じない程度）に硬化させ、２枚の基板間に適正なギャップを確保する（ステップＳ５）。ステップＳ５の工程を、仮硬化と呼ぶ。なお、シール材が熱硬化タイプのものの場合には加熱により仮硬化を行うが、シール材が紫外線硬化タイプのものの場合には紫外線照射により仮硬化を行う。なお、本実施の形態１においては、上述のように外部シール２をうずまき状に設計したため、ステップＳ５の仮硬化が終了する段階まで製品パネルシール１の付近には大気は流入せず、次のステップＳ６に移行する段階までには、大気が製品パネルシール１の付近に流入される。その状態において、仮硬化された２枚の基板を、熱硬化炉（図示せず）に投入し、高温加熱して、本硬化処理を行う（ステップＳ６）。

図３は、上記のように外部シール２をうずまき状にした本実施の形態における製品パネルの、ステップＳ６の工程直前の製品パネルシール内外圧差を示した図であり、図４は図３のＢ−Ｂ’線による断面図である。これらの図において、４は製品パネル間のパッド部、５は液晶が製品パネルシールを押す力であり、６は大気が製品パネルシール１を押す力、７はカラーフィルタ基板に設けられたカラーフィルタ層、８は液晶、９は基板間のギャップを確保するためのスペーサー材である。なお、図３においては、図の簡略化のため、液晶が製品パネルシールを押す力５及び大気が製品パネルシール１を押す力６を１つの製品パネルの部分にのみ記載しているが、実際には、図８に示すように、各製品パネルの全てに対して同様に当該力５，６が加わっている。本実施の形態においては、上記のステップＳ６の工程直前までに、外部シール２間の隙間を通路にして大気がゆっくりと内部に流入されていって真空状態でなくなるようにしたので、図３および図４に示すように、製品パネルシール１の外部が大気圧領域となり、製品パネルシール１のシール内外圧差は小さくなり、段差構造が異なる部分（パッド部４を例にして図示）も押しつぶされることは無く、製品パネルシール１の内側のギャップムラは発生しない。

このように、本実施の形態においては、ステップＳ６の本硬化の工程の前の段階で、外部シール２の内部を真空でない状態にし、製品パネルシール１のシール内外の圧力差を低減させたので、製品パネルシール１にかかる力を緩和することができ、本硬化（熱硬化）時のシール材の軟化および液晶の膨張による製品パネルシール１の破壊を防止することができる。また、シール材を熱硬化する前段階で、外部シール２の内部の真空を解除するようにしたので、製品パネルにかかる応力のムラを低減でき、図１０に示したような従来発生していたギャップムラの発生を抑えることができる。

以上のように、本実施の形態においては、外部シールをうずまき状にしておき、上下基板を貼り合わせた後、本硬化（熱硬化）を実施する前の段階までに、基板内部を密閉している基板外周に配置された外部シールのうずまき状の隙間を伝って大気が徐々に内部に流入されるようにして、製品パネルシール１の外部に大気が徐々に充填されるようにして、外部シール内部の真空を解除するようにしたので、これにより、製品パネルの製品パネルシールにかかる力を緩和して、製品パネルシールの破壊を防ぎ、液晶漏れを防止することができる。また、本硬化（熱硬化）を実施する前の段階で、硬化製品パネルにかかる応力を緩和するようにしたので、ギャップムラを防止することができ、画質の劣化を未然に防ぐことができる。

このように、本発明を適用することで、シール幅が細い・シール材の粘度が低い等、シール強度が弱い場合に発生するシール材破壊による液晶漏れを防止することができる。また、製品パネルシールの本硬化前に製品パネルにかかる応力を緩和することで、ギャップムラの改善ができる。また、中小型パネルは額縁部が狭く、シール幅を細く設計せざるを得ない場合が多いので、中小型パネルへの液晶滴下注入法の適用の際に特に有効である。

実施の形態２．
本実施の形態においては、外周シールの他のパターンについて示す。なお、他の工程および基板の構成等は全て上記の実施の形態１と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。本実施の形態においては、図５に示すように、外部シール２を、基板１０の外周に沿った略々矩形に形成し、その一部に切れ目を入れて、Ｃ字型に形成している。各外部シール２は、当該切れ目の位置が隣接したものの切れ目の位置と重ならないように、１つおきに向きを逆にして、互い違いに配置されている。これは、基板１０の外部から、外部シール２の内部に、大気が徐々に流入するようにした構成である。すなわち、大気は、外部シール２間にできた隙間を通路にして、互い違いに配置された上記の切れ目から順次内側の周に流入されていき、外部シール２間の通路に沿って基板１０の内部へとゆっくりと流入されていく。このような外部シール２のパターンを適用することにより、基板１０の外部から製品パネルシール１付近に大気が流入してくる時間を長くすることができる。なお、本実施の形態においても、ステップＳ５の仮硬化が終了する段階まで、製品パネルシール１の付近には大気が完全に流入せずに、ステップＳ６に移行する直前の段階までに、大気が製品パネルシール１の付近に流入されるように、外部シール２を設計する。

以上のように、本実施の形態においても、上下基板を貼り合わせ、本硬化（熱硬化）を実施する前の段階の直前までに、外部シール内部の真空を解除するようにしたので、上記の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の外部シールのパターンについては、上記の実施の形態１および２に示した方法に限定されるものではなく、外部シール内の真空が熱硬化（本硬化）直前までに解除されるパターンであれば、いずれのパターンを用いてもよいものとする。

この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法の処理の流れを示したフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の基板の構成を示した平面図である。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法によって製造した製品パネルの状態を説明した平面図である。 この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の製造方法によって製造した製品パネルの状態を説明した断面図である。 この発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の基板の構成を示した平面図である。 従来の一般的な基板表面のシール配置を示した平面図である。 従来の液晶表示装置の製造方法の処理の流れを示したフローチャートである。 従来の液晶表示装置の製造方法によって製造した製品パネルの状態を説明した平面図である。 従来の液晶表示装置の製造方法によって製造した製品パネルの状態を説明した断面図である。 従来の液晶表示装置の製造方法によって製造した製品パネルの状態を説明した平面図である。

符号の説明

１ 製品パネルシール、２ 外部シール、３ 液晶充填領域、４ パッド部、７ カラーフィルタ、８ 液晶、９ スペーサー材、１０ 基板。

Claims (3)

1. アレイ基板とカラーフィルタ基板の２枚の基板のうちの一方の基板の表面に、液晶充填領域を定義するための環状の製品パネルシールと、前記２枚の基板間を密封するための基板の外周に沿った外部シールとを形成するステップと、
   前記製品パネルシールで囲まれた前記液晶充填領域に対して液晶材を滴下するステップと、
   前記液晶材が滴下された一方の基板に対して、もう一方の基板を対向させて、真空下で貼り合わせるステップと、
   前記製品パネルシールおよび前記外部シールを仮硬化させるステップと、
   仮硬化された前記製品パネルシールおよび前記外部シールを本硬化させるステップと
   を備え、
   前記外部シールは、前記仮硬化が終了して前記本硬化を実施する前の段階までに前記製品パネルシールの外部に大気が充填される速度で、前記大気を流入させる構成を有している
   ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記外部シールは、前記基板の外周に沿ってうずまき状に巻き回されて形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記外部シールは１以上設けられており、
   各外部シールは、前記基板の外周に沿った略々矩形の形状で、一部に切れ目を有したＣ字型で、
   各切れ目の位置が重ならないように、各外部シールは１つおきに向きを逆にして互い違いに設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。

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