JP2008304538A - 液晶表示パネルの製造および液晶表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示パネルが低温環境下で保持された場合に液晶中に低温気泡が発生することが防止される液晶表示パネルの製造方法を提供すること。
【解決手段】一対の基板２，３間にスペーサ部材１５を介して液晶４が充填されなる液晶表示パネル１を製造するに際し、両基板２，３間に液晶４が充填された液晶表示パネル１を低温環境下で保持し、液晶４中に低温気泡１６が発生した場合には、両基板を加圧して基板２，３間の間隙１８を狭め液晶充填率を高めるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示パネルの製造方法および液晶表示パネルに関し、更に詳しくは、一対の基板間に液晶が充填される液晶表示パネルを低温環境下で保持した際に、液晶中に気泡が発生することが防止される液晶表示パネルの製造方法および、これにより製造された液晶表示パネルに関する。

液晶表示パネルは、一般には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板とカラーフィルタ（ＣＦ）基板とからなる一対の基板が所定の間隙をおいて平行に対向配置され、その間隙に液晶が充填された構成をなしている。液晶表示パネルの表示品位の向上には、両基板間の間隙に充填された液晶の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」という）を精密に制御する必要がある。

このセルギャップは、両基板間に配置されたスペーサ部材によって制御されており、従来はスペーサ部材として球状のスペーサ部材（例えばプラスチックビーズ）を用い、これを一方の基板上に散布することにより配置していた。このプラスチックビーズを散布して両基板間の間隙を制御する方法では、プラスチックビーズが画素内にも配置されてしまうため、画素内の液晶の配向を乱すことになって液晶表示パネルの画像表示における表示品位を落とす原因になっていた。そこで、近年では、感光性樹脂をフォトグラフィ工程により一方の基板（主にＣＦ基板）上に柱状のスペーサ部材を形成することが採用されている。

また、両基板間の間隙に液晶を充填する方法としては、柱状のスペーサ部材が形成されたＣＦ基板上に液晶を滴下し、ＴＦＴ基板を上から貼り合わせる方法が、近年では採用されており、液晶の滴下量は柱状のスペーサ部材の高さに基づいて設定されている。尚、本発明に関連する先行技術文献としては下記特許文献が挙げられる。

特開２００１−１２５１１１号公報

しかしながら、液晶の滴下量、つまり液晶の充填率のばらつきに対して、柱状のスペーサ部材の高さのばらつきが大きいため、液晶の充填率が低い液晶表示パネルが製造されてしまう場合がある。

一般的に液晶表示パネルの仕様として、−３５℃〜＋６０℃等の広い温度範囲で使用し得るものが求められているが、液晶の充填率が低い液晶表示パネルが低温環境下で保持された場合、熱膨張率の大きな液晶の体積減少に、熱膨張率の小さな柱状のスペーサ部材の変形が対応できず、液晶中に負圧が生じてしまい、その結果、真空発泡（低温気泡）が発生することがあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、液晶表示パネルが低温環境下で保持された場合に液晶中に低温気泡が発生することが防止される液晶表示パネルの製造方法および、これにより製造された液晶表示パネルを提供することである。

上記課題を解決するため本発明は、一対の基板間にスペーサ部材を介して液晶が充填されなる液晶表示パネルを製造するに際し、両基板間に液晶が充填された液晶表示パネルを０℃〜−３５℃の低温環境下で保持し、液晶中に気泡が発生した場合には、両基板を加圧して該基板間の間隙を狭め液晶充填率を高めるようにしたことを要旨とするものである。

この場合、両基板を加圧するに際しては、液晶表示パネルをテーブル上に載置し、パネル上面の多数点をピン状の部材によりテーブル面に向けて押圧するようにした構成や、両基板を加圧するに際しては、液晶表示パネルの画像表示領域内を加圧するようにした構成にすると良い。

また、スペーサ部材は、柱状又は球状であり、基板の加圧により該スペーサ部材を塑性変形させることにより両基板間の間隙を狭めるようにした構成にすると良い。更に、加圧により基板間の間隙を狭めた際のスペーサ部材の塑性変形率は、０．７７％〜２．２６％とした構成や、液晶充填率が１００％〜１１０％となる構成にすると良い。

上記構成を有する本発明によれば、一対の基板間にスペーサ部材を介して液晶が充填された液晶表示パネルを０℃〜−３５℃の低温環境下で保持した際に、液晶中に気泡が発生した場合には、両基板を加圧してスペーサ部材を塑性変形させ、基板間の間隙を狭めて液晶充填率を高めるようにしたので、低温気泡の発生によって従来であれば不良品として扱われていた液晶表示パネルを良品とすることができるようになる。

この場合、両基板を加圧するに際して、液晶表示パネルをテーブル上に載置し、パネル上面の画像表示領域内の多数点をピン状の部材によりテーブル面に向けて押圧すれば、簡便に加圧により基板間の間隙を狭めた際にスペーサ部材をその高さ方向において０．７７％〜２．２６％塑性変形させることができ、その結果、液晶充填率を１００％〜１１０％に高めることができるので、低温気泡が発生するおそれがなくなる。

以下に、本発明に係る液晶表示パネルの製造方法およびこれにより製造された液晶表示パネルの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る液晶表示パネル１の断面構造を概略的に示した図であり、（ａ）は常温環境下で保持された液晶表示パネル１の状態を、（ｂ）は低温環境下で保持された液晶表示パネル１の状態を示している。

図１（ａ）に示されるように、液晶表示パネル１に備えられる一対の相互に対向する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板２とカラーフィルタ（ＣＦ）基板３との間には液晶４が充填されている。

先ず、ＴＦＴ基板２について説明する。図示される画素電極５の周囲には、アルミニウム等からなるゲート配線６とソース配線７とが相互に直交するように形成されている。ゲート配線６とソース配線７とは、その交差部において、ソース配線７が上側、ゲート配線６が下側となるように交差しており、交差部においてゲート配線６とソース配線７は電気的に絶縁されている。

また、ゲート配線６とソース配線７と交差部には、ゲート配線６の一部であるゲート電極６ａに接続されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８が形成されている。そして、ゲート配線６は窒化シリコン等からなるゲート絶縁膜９に覆われている。

ＴＦＴ８が形成されている位置のゲート絶縁膜９の上側には、アモルファスシリコン等からなる半導体膜１０が、ゲート電極６ａに重畳するように形成されている。また、その半導体膜１０の上側には、ＴＦＴ１３のソース電極７ａ及びドレイン電極７ｂが形成されている。ソース電極７ａ及びドレイン電極７ｂは、ゲート電極６ａ上の半導体膜１０の両側に相互に離隔して形成されている。そして、ドレイン電極７ｂはコンタクトホール５ａを介して画素電極５に接続されている。

ＴＦＴ８は、ゲート電極６ａより供給される走査信号電圧によってオン／オフ制御される。また、ソース電極７ａより供給される画像表示信号電圧は、ドレイン電極７ｂ及びコンタクトホール５ａを介して画素電極５に供給される。

このようなＴＦＴ８は、ゲート絶縁膜９の上側に形成された絶縁膜１１に覆われている。この絶縁膜１１は感光性樹脂からなり、ソース電極７ａと画素電極５との間に配置されて両電極間を絶縁する。

そして、絶縁膜１１の上には、画素領域毎に、画素電極５がマトリクス状に形成されている。この画素電極５は例えばＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）等の透明導電体により形成されている。この画素電極５の上側には図示しない配向膜が形成され、液晶４がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。

このような構成のＴＦＴ基板２の製造方法について説明する。まず、ガラス基板２ａ表面に、タングステン、チタン、アルミニウム、クロムなどからなる単層または多層の導体膜を形成する。この導体膜の形成方法には、公知の各種スパッタリング法などが適用できる。そして、形成した導体膜を、フォトリソグラフィ法などを用いて所定のパターンに形成する。これにより、所定のパターンのゲート配線６とゲート電極６ａを得る。

次に、ゲート絶縁膜９を形成する。このゲート絶縁膜９は、たとえば窒化シリコンなどからなり、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成する。そして、このゲート絶縁膜９上に、半導体膜１０、ソース配線７、ソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂを形成する。

半導体膜１０は、たとえばｎ^＋型のアモルファスシリコンなどからなり、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成する。そして、ソース配線７、ソース電極７ａ、ドレイン電極７ｂは、先のゲート配線６と同様の方法で形成する。

次に、感光性樹脂からなる絶縁膜１１を形成する。そして、形成した絶縁膜１１に、コンタクトホール５ａ形成のための開口部を形成する。この開口部は、フォトリソグラフィ法などを用いて形成する。そして、この絶縁膜１１の表面に、ＩＴＯからなる透明導電膜をスパッタリング法などを用いて形成する。その後、形成した透明導電膜を、フォトリソグラフィ法などを用いて、所定のパターンに形成する。これにより、所定のパターンの画素電極５及びそのコンタクトホール５ａを得る。

次に、画素電極５を形成した後に、図示しない配向膜を形成する。円圧式印刷装置やインクジェット式印刷装置を用い、ポリイミドなどからなる液状の配向材を塗布する。その後、配向膜焼成装置などを用いて基板を加熱し、塗布した配向材を焼成する。これにより画素電極５の上に、固体の配向膜を得る。以上の工程を経て、ＴＦＴ基板２が製造される。

次に、ＣＦ基板３について説明する。図示されるＣＦ基板３には、ブラックマトリクス（ＢＭ）１２が形成されており、このＢＭ１２によりＴＦＴ基板２のゲート配線６、ソース配線７及びＴＦＴ８が形成された領域が遮光されるようになっている。また、ＣＦ基板３には画素毎に赤色、緑色及び青色のうちのいずれか１色の着色層１３が形成されている。この実施の形態では、水平方向に赤色、緑色及び青色の着色層１３が順番に繰り返し並び、垂直方向には同色の着色層１３が並んでいる。

この着色層１３の下には、各画素共通の対向電極１４が形成されている。この対向電極１４も、ＩＴＯ等の透明導電体により形成されている。また、対向電極１４の下側には図示しない配向膜が形成され、液晶４がこの配向膜により所定の方向に配向規制される。

そして対向電極１４の下には、両基板２，３間の間隙を制御するスペーサ部材としての柱状スペーサ１５が形成されている。この柱状スペーサは、ＢＭ１２が形成された位置に配置されている。

このような構成のＣＦ基板３の製造方法について説明する。まず、ガラス基板３ａの表面にＢＭレジスト（黒色着色剤を含有する感光性樹脂組成物）などを塗布する。次いで、塗布したＢＭレジストを、フォトリソグラフィ法などを用いて所定のパターンに形成する。これにより、所定のパターンのＢＭ１２を得る。

次に、赤色、緑色、青色の各色の着色感材（感光性樹脂に所定の色の顔料を分散させた溶液）からなる着色インクを塗布し、フォトリソグラフィ法などを用いて、所定のパターンに形成する。これにより、所定のパターンの着色層１３を得る。そして、着色層１３の表面に、ＩＴＯからなる透明導電体をスパッタリング法などを用いて形成し、対向電極１４を得る。

次に、対向電極１４の表面に、感光性樹脂を塗布する。この感光性樹脂としては、例えばアクリル樹脂などの光硬化性樹脂が用いられる。塗布した感光性樹脂を、フォトリソグラフィ法などを用いて所定のパターンに形成する。具体的には、塗布した感光性樹脂を所定の位置に透光部を有するフォトマスクを介して露光する。その後、露光された感光性樹脂を現像し、露光されなかった領域の未硬化の感光性樹脂を除去することによって、図示されるような、ＢＭ１２位置に配置された柱状スペーサ１５が得られる。

柱状スペーサ１５を形成した後に、図示しない配向膜を形成する。円圧式印刷装置やインクジェット式印刷装置を用い、ポリイミドなどからなる液状の配向材を塗布する。その後、配向膜焼成装置などを用いて基板を加熱し、塗布した配向材を焼成する。これにより対向電極１４の下側に、固体の配向膜を得る。以上の工程を経て、ＣＦ基板３が製造される。

次に、このようなＴＦＴ基板２とＣＦ基板３を貼り合わせて液晶表示パネル１を得る手順について説明する。

先ず、ＣＦ基板３に形成された柱状スペーサ１５は、柱状スペーサ１５の測定面からの反射光と柱状スペーサ１５の周りの参照面からの反射光を干渉させたときに、波長の１／２の光路差ごとに明暗の干渉縞が観測されることを利用した光干渉式高さ測定器が用いられて、その高さが測定される。この場合、複数の柱状スペーサ１５の高さをそれぞれ測定し、測定された複数の柱状スペーサ１５の高さの平均値から充填される液晶４の量が算出される。

そして、ＣＦ基板３には、図示しない枠形状のシール部が形成され、そのシール部の枠内部に、柱状スペーサ１５の高さに応じて設定された量の液晶４が充填される。液晶４の充填はＣＦ基板３のシール部内部への液晶４の滴下により行われる。通常、液晶４の滴下は、ステージに吸着されたＣＦ基板３の上方に配置され、その内部に液晶４が充填されているシリンジが、ＣＦ基板３に対して相対的に移動することで行われる。

その後、減圧雰囲気下において、ＴＦＴ基板２とＣＦ基板３を貼り合わせ、次に、大気中に戻すことにより、貼り合わされたＴＦＴ基板２とＣＦ基板３の間に滴下された液晶４が拡散される。その後、シール部を露光や加熱により硬化させると液晶表示パネル１が製造される。このとき、両基板２，３間の間隙に充填された液晶４の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」という）１８は、複数の柱状スペーサ１５により約３μｍに制御される。

このような液晶表示パネル１は、−３５℃〜＋６０℃等の広い温度範囲で使用し得るものが求められていることから、この液晶表示パネル１を例えば−３５℃の低温環境下に保持することが行われる。具体的には、液晶表示パネル１５を例えば温度制御が可能な恒温槽の恒温室に収容し、恒温室内部の温度を−３５℃に設定し、液晶表示パネル１を−３５℃の低温環境下に保持する。

−３５℃の低温環境下に保持された液晶表示パネル１は、図１（ｂ）に示すような真空発泡（低温気泡）１６が発生する場合がある。これは、液晶４の熱膨張率が７×１０^−４／℃程度であるのに対し、柱状スペーサ１５の熱膨張率は、材質がポリエチレン樹脂やアクリル樹脂などの樹脂系では３〜８×１０^−５／℃程度であるため、柱状スペーサ１５の熱膨張率は液晶４の熱膨張率に対してかなり小さい。

したがって、液晶４の充填率が低い場合は、熱膨張率の大きな液晶４の体積減少に、熱膨張率の小さな柱状スペーサ１５の変形が対応できず、液晶４中に真空発泡（低温気泡）１６が発生する。このように低温気泡１６が発生した場合は、図２に示すような加圧装置１７を用いて、ＴＦＴ基板２とＣＦ基板３の間の間隙、つまり液晶４の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」という）１８を狭めて液晶充填率を高めることが行われる。

図示される加圧装置１７には、加圧ピン１９が設けられた本体２０と、本体２０を上下可動に支持する支持部２１と、本体２０の下方に配置されるテーブル２２が備えられている。

加圧装置１７の本体２０には、液晶表示パネル１をその厚さ方向に押圧する加圧ピン１９と、加圧ピン１９が液晶表示パネル１を押圧する力（具体的には加圧ピン１９にかかる反力）を測定して表示する測定部２３が備えられている。加圧ピン１９は、この場合、直径１５ｍｍの円柱の形状を有しており、金属製材料から形成されている。また、この加圧ピン１９の先端面は、つまり液晶表示パネル１の上面に当接して加圧する面は略平面状になっている。

そして、図２および図３（ａ）に示されるように、加圧ピン１９を液晶表示パネル１の上面、この場合、ＣＦ基板３の上面に当接させて所定の力、例えば２００Ｎ（圧力１．１ＭＰａ）で押圧し、その状態を所定の時間、例えば３秒間維持する。これを、液晶表示パネル１の主に画素電極５が形成された画像表示領域内において均等に割り振られた８００箇所について行う。これは３７インチ型の液晶表示パネル１の画像表示領域の面積の３５．３％が加圧されたことに相当する。尚、図３（ａ）に示される液晶表示パネル１は、常温環境下に保持されているため、図２（ｂ）に示した低温気泡１６が消えており、図２（ａ）に示した液晶表示パネル１と同じ状態になっている。

加圧ピン１９により画像表示領域内の８００箇所が押圧されると、両基板２，３間の間隙に充填された液晶４の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」という）１８は約０．０３μｍ小さく変化する。このとき、複数の柱状スペーサ１５は、それぞれその高さ方向において０．７７％〜２．２６％塑性変形させられて低くなっており、これにより両基板２，３間の間隙１８が狭められ、液晶４の充填率が１００％〜１１０％に高められる。

このように、ＴＦＴ基板２とＣＦ基板３の間の間隙１８が狭められて液晶４の充填率が高められた液晶表示パネル１を、再度−３５℃の低温環境下に保持すると、図３（ｂ）に示されるように、熱膨張率の大きな液晶４の体積減少に、熱膨張率の小さな柱状スペーサ１５の変形が対応することができ、図１（ｂ）に示すような低温気泡１６が発生しなくなる。

以上説明したように、液晶４中に低温気泡１６が発生した場合は、液晶表示パネル１をその厚さ方向に加圧し、セルギャップを制御する複数の柱状スペーサ１５をその高さ方向において塑性変形させことにより、基板間の間隙１８を狭めて液晶４の充填率を高めるようにしたので、低温気泡１６の発生によって従来であれば不良品として扱われていた液晶表示パネル１を良品とすることができるようになり、歩留まりを向上させることが可能となる。

また、液晶表示パネル１をその厚さ方向に加圧するに際して、液晶表示パネル１を、加圧装置１７のテーブル２２上に載置し、液晶表示パネル１上面の主に画像表示領域内の多数の箇所を加圧ピン１９によりテーブル２２面に向けて押圧するだけで、両基板２，３間の間隙１８を狭めることができる。このように簡便に低温気泡１６の発生によって不良品とされた液晶表示パネル１を良品とすることができる

以上、本発明に係る液晶表示パネルの製造方法およびこれにより製造された液晶表示パネルの実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では、ＣＦ基板３側から加圧ピン１９で押圧する構成を示したが、ＴＦＴ基板２側から加圧ピン１９で押圧する構成でも良い。

また、液晶４の厚さであるセルギャップが複数の柱状スペーサ１５で制御された液晶表示パネル１について説明したが、球状スペーサを用いてセルギャップが制御された液晶表示パネルにも本発明を適用することができる。更に、上述した実施形態では、液晶表示パネル１の画像表示領域内に均等に割り振られた８００箇所を加圧ピン１９で押圧したが、４００箇所や６００箇所でも良く、加圧ピン１９で押圧する箇所の数は液晶表示パネルのサイズに応じて適宜設定すればよく、上記実施の形態のようには限定されない。

本発明の一実施形態に係る液晶表示パネルの概略構成を示した図であり、（ａ）は常温環境下における液晶表示パネルの断面構造を概略的に示した図、（ｂ）は低温環境下における液晶表示パネルの断面構造を概略的に示した図である。 本発明に係る液晶表示パネルの製造方法を実現するための加圧装置を概略的に示した図である。 加圧装置による加圧前後の液晶表示パネルの概略構成を示した図であり、（ａ）は常温下において加圧される前の液晶表示パネルの断面構造を概略的に示した図、（ｂ）は加圧後の液晶表示パネルの低温環境下における断面構造を概略的に示した図である。

符号の説明

１ 液晶表示パネル
２ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板
３ カラーフィルタ（ＣＦ）基板
４ 液晶
５ 画素電極
６ａ ゲート電極
７ａ ソース電極
７ｂ ドレイン電極
８ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１２ ブラックマトリクス（ＢＭ）
１３ 着色層
１４ 対向電極
１５ 柱状スペーサ
１６ 低温気泡
１７ 加圧装置
１８ 基板間の間隙＝液晶の厚さ（「セルギャップ」または「セル厚」）
１９ 加圧ピン

Claims (12)

1. 一対の基板間にスペーサ部材を介して液晶が充填されてなる液晶表示パネルを製造するに際し、両基板間に液晶が充填された液晶表示パネルを低温環境下で保持し、液晶中に気泡が発生した場合には、両基板を加圧して該基板間の間隙を狭め液晶充填率を高めるようにしたことを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
2. 液晶表示パネルを低温環境下で保持する保持温度は、０℃〜−３５℃の範囲にしたことを特徴とする請求項１に記載の液晶パネルの製造方法。
3. 両基板を加圧するに際しては、液晶表示パネルをテーブル上に載置し、パネル上面の多数点をピン状の部材によりテーブル面に向けて押圧するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示パネルの製造方法。
4. 両基板を加圧するに際しては、液晶表示パネルの画像表示領域内を加圧するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法。
5. 前記スペーサ部材は、柱状又は球状であり、前記基板の加圧により該スペーサ部材を塑性変形させることにより両基板間の間隙を狭めるようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法。
6. 加圧により基板間の間隙を狭めた際の前記スペーサ部材の塑性変形率は、０．７７％〜２．２６％としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法。
7. 液晶充填率は、１００％〜１１０％であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示パネルの製造方法。
8. 一対の基板間にスペーサ部材を介して液晶が充填されてなる液晶表示パネルであって、両基板間に液晶が充填された状態を低温環境下で保持したときに、液晶中に気泡が発生したものについては、両基板を加圧して該基板間の間隙を狭め液晶充填率が高められていることを特徴とする液晶表示パネル。
9. 液晶表示パネルを低温環境下で保持する保持温度は、０℃〜−３５℃の範囲にしたことを特徴とする請求項８に記載の液晶パネル。
10. 液晶充填率は、１００％〜１１０％であることを特徴とする請求項８または９に記載の液晶表示パネル。
11. 前記スペーサ部材が、柱状又は球状であり、前記基板の加圧により該スペーサ部材が塑性変形され、両基板間の間隙が狭められてなることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の液晶表示パネル。
12. 加圧により基板間の間隙を狭めた際の前記スペーサ部材の塑性変形率は、０．７７％〜２．２６％であることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の液晶表示パネル。

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