JP2009139706A

JP2009139706A - 基板装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009139706A
Application number: JP2007317055A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Manabe; 敦行真鍋; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Jun Yamamoto; 潤山本; Tetsuyuki Yamada; 哲行山田
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP5095375B2

Abstract

【課題】後の製造工程におけるスペーサの剥がれを防止できる液晶セルを提供する。
【解決手段】アレイ基板12の所定位置に、スペーサ15と、このスペーサ15よりも小さい核49およびこの核49の周囲に形成した接着層48を有する接着用粒子47とをインクジェット装置により配置する。配置した接着用粒子47を焼成処理して溶解させた接着層48によりスペーサ15をアレイ基板12に接着固定する。各スペーサ15(スペーサ本体44)をアレイ基板12に強力に接着でき、後の製造工程における各スペーサ15(スペーサ本体44)の剥がれを確実に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板間の間隔を保持する略球状のスペーサを備えた基板装置およびその製造方法に関する。

一般に、基板装置である液晶表示素子は、配向膜を有するアレイ基板および対向基板を配向膜が対向するように配置し、これら基板間に液晶層を介在させて構成されている。これら基板は、周辺領域に配置されたシール材および封止材によって貼り合わせられており、これら基板間には、間隔を保持するために粒状スペーサ、あるいはフォトリソグラフィ法により形成された樹脂などからなるスペーサ柱が配置されている。

近年、大型モニタやテレビ用途など、従来ＣＲＴが使用されていたデバイス分野への液晶表示素子の応用展開に伴い、液晶表示装置には更なる性能の向上および低コスト化が要求されている。

このような背景の下、製造原価を抑制するためにインクジェット工法の適応が注目を集めている。最近では配向膜やカラー表示用の着色層だけでなく、スペーサの配置にもインクジェット工法を使用するものがある(例えば、特許文献１参照。)。
特開平１１−６５４７９号公報

インクジェット工法にて配置されるスペーサには、通常表面処理を施し、インク中での分散性を改善するとともに表面に接着性を有する接着層を形成したものを使用することが多く、この場合インクジェット工法での配置後に焼成することにより接着層によってスペーサを基板上に接着させることができる。

しかしながら、上述のスペーサは、基板間の距離を保持するという本来の機能を優先させる必要があり、接着層に充分に強力な接着力を有するものは少ない。

このため、スペーサ配置後のプロセスによっては、スペーサが基板から外れてしまい、液晶層の中で浮遊して画質を低下させたり、液晶表示装置内に飛散して歩留りを低下させたりするおそれがある。

スペーサの接着力を向上させるためには、強い接着力を有する物質によってスペーサに表面処理を実施する方法が考えられるものの、インクジェット用のインク溶媒との相性により分散性が落ちたり、使用する物質によっては配向膜に影響を与えたり、保管期限が短くなったりするおそれがあり、簡単に変えることは容易でない。

また、スペーサの接着力を簡単に向上させる方法としては、接着層の厚さを厚くすることが考えられる。この場合、接着層の体積が増加するため、焼成時に溶けた接着層が基板とスペーサを接着する面積が多くなり接着力が向上するとともに、表面処理物質は変わらないためインク中での分散性には影響が少ない。

しかしながら、この場合、接着層の厚さの分だけスペーサ径が大きくなるため、インクジェット装置のフィルタに捕捉されたり、インクジェットノズルにスペーサが詰まったりするおそれがある。また、製法上の制限によっては、スペーサ径を一定以上大きくできなかったり、保管期限に影響したりする場合もある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、後の製造工程におけるスペーサの剥がれを防止できる基板装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、互いに貼り合わせられた一対の基板と、これら一対の基板間に位置し、これら基板間の間隔を保持するスペーサとを備えた表示素子の製造方法であって、前記一対の基板のいずれか一方の所定位置に、前記スペーサと、このスペーサよりも小さい核およびこの核の周囲に形成された接着層を有する接着用粒子とをインクジェット装置により配置する配置工程と、配置された前記接着用粒子を処理して前記接着層により前記スペーサを前記基板に接着固定する固定工程とを具備したものである。

また、本発明は、互いに貼り合わせられた一対の基板と、これら一対の基板間に位置し、これら基板間の間隔を保持するスペーサとを具備し、前記スペーサは、このスペーサよりも小さい核およびこの核の周囲に形成された接着層を有する接着用粒子とともに前記基板間にインクジェット装置により配置されるとともに、前記接着用粒子を処理することで前記接着層により前記一対の基板のいずれか一方に固定されているものである。

そして、一対の基板のいずれか一方の所定位置に、スペーサと、このスペーサよりも小さい核およびこの核の周囲に形成された接着層を有する接着用粒子とをインクジェット装置により配置し、この配置された接着用粒子を処理して接着層によりスペーサを一対の基板のいずれか一方に接着固定する。

本発明によれば、インクジェット装置を用いてスペーサとともに配置した接着用粒子の接着層によってスペーサを基板に対して強力に接着でき、その後の製造工程におけるスペーサの剥がれを防止できる。

以下、本発明の一実施の形態の基板装置の構成を図１ないし図５を参照して説明する。

図３ないし図５において、11は基板装置としての表示素子である液晶表示素子、すなわち液晶セルを示し、この液晶セル11は、基板であるアレイ基板12と基板である対向基板13とが対向配置されているとともに、これら基板12，13間に光変調層としての液晶層14が介在され、かつ、基板12，13間の距離が、例えば樹脂により形成された間隙保持部材である複数のスペーサ15によって保持されている。そして、アレイ基板12と対向基板13とは、液晶層14を構成する液晶材料を注入する液晶注入口16を除く外周を囲むように配置される接着部であるシール部17によって接着されている。

なお、以下、本実施の形態において、液晶セル11は、例えば面状光源装置である図示しないバックライトを用いる透過型の表示素子として説明するが、反射型や半透過型などでも対応できることは言うまでもない。

アレイ基板12は、透光性および絶縁性を有する透明基板すなわちガラス基板21の液晶層14側の主面上に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)22が形成され、その上部に赤(Ｒ)、緑(Ｇ)および青(Ｂ)に対応する着色層23r，23g，23bを有するカラーフィルタ層23が例えばストライプ状にそれぞれ形成されている。さらに、これら着色層23r，23g，23bの上部には、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により形成された透明電極である画素電極24がそれぞれ形成されており、これら画素電極24、各着色層23r，23g，23bに形成されたスルーホール25より薄膜トランジスタ22と電気的に接続されている。また、画素電極24を含む着色層23r，23g，23b上には、図示しない配向膜が形成され、このような構成により画素26をマトリクス状に有する画面表示用の表示領域27が四角形状に形成されている。さらに、表示領域27の外周であるシール部17の内縁近傍には、非表示領域としての遮光層であるブラックマトリクス(ＢＭ)層28が四角形枠状に形成されている。

薄膜トランジスタ22は、ゲート電極が走査線31と接続され、ソース電極が信号線32と接続されているとともに、ドレイン電極に画素電極24(図２)が接続されており、走査線駆動回路であるゲートドライバ36からの信号が走査線31を介してゲート電極に印加されることでスイッチング制御され、信号線駆動回路であるソースドライバ37から信号線32を介して入力された信号に対応して画素電極24に電圧を印加することで、画素26をそれぞれ独立して点灯／消灯させるものである。

走査線31および信号線32は、例えば金属などの所定の導電材料により形成される遮光部であり、図２に示すように、各画素26の間に形成されている。

対向基板13は、図３に示すように、透光性および絶縁性を有する透明基板すなわちガラス基板41の一主面上に、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電材料により形成された共通電極(透明電極)である対向電極42が形成され、この対向電極42を覆って図示しない配向膜が形成されている。

また、液晶層14は、所定の液晶材料により形成された光変調層であり、アレイ基板12側の配向膜と、対向基板13側の配向膜との間に介在されている。

そして、スペーサ15は、図１(a)に示す製造時には、例えば導電性を有さない透明樹脂などにより略球状に形成されたスペーサ本体44と、このスペーサ本体44を表面処理して形成されたスペーサ接着層45とを有する略球状に形成され、図３などに示す製造後には、接着固定層46により、スペーサ本体44が、アレイ基板12上の所定の位置、本実施の形態では走査線31上で、かつ、信号線32の近傍の位置、すなわちバックライトからの光が遮光される遮光部である各画素26の間の位置に固定されている。

ここで、接着固定層46は、スペーサ接着層45と、製造時にスペーサ15とともに図示しないインクジェット装置によってアレイ基板５(ガラス基板21)上の所定位置に配置される接着用粒子47の接着層48とにより構成されている。

接着用粒子47は、スペーサ15より径寸法が小さい略球状の核(基材)49の周囲に上記接着層48を有している。

接着層48は、スペーサ接着層45と同一の接着剤により構成されている。

核49は、例えば導電性を有さない透明樹脂などにより略球状に形成されている。

そして、スペーサ15と接着用粒子47とは、略等しい径寸法および比重に設定されており、これらスペーサ15と接着用粒子47との比重は、好ましくはインクジェット装置から吐出される流動体である媒体すなわちインクＩの比重と略等しく設定されている。

なお、スペーサ15と接着用粒子47とは、インクＩ中に例えば略同数ずつ含まれていることが好ましい。すなわち、スペーサ15と接着用粒子47とは、インクＩの単位量当たりの数が略同数となるように設定されていることが好ましい。また、スペーサ15と接着用粒子47とは、インクジェット装置により１回の動作で吐出されるインクＩ中に少なくとも２つ含まれる程度にインクＩ中に混入されていることが好ましい。

ここで、接着用粒子47の核49の比重を求める方法を説明する。例えばスペーサ15の直径をＲ₁、接着用粒子47の核49の直径および比重をｒ₁およびρ₁とし、接着用粒子47の直径をＲ₂、核49の直径および比重をｒ₂およびρ₂とし、接着層45，48の比重をρ₃とすると、スペーサ接着層45の厚みはＲ₁−ｒ₁、接着層48の厚みはＲ₂−ｒ₂で表される。このため、スペーサ15と接着用粒子47との比重(重量)を等しくする場合には、以下の式(1)が成立する。

(4/3)πｒ₁ ³ρ₁＋（(4/3)πＲ₁ ³−(4/3)πｒ₁ ³）ρ₃＝(4/3)πｒ₂ ³ρ₂＋（(4/3)πＲ₂ ³−(4/3)πｒ₂ ³）ρ₃ ……(1)

この式(1)を整理すると、以下の式(2)となる。

ｒ₁ ³ρ₁＋（Ｒ₁ ³−ｒ₁ ³）ρ₃＝ｒ₂ ³ρ₂＋（Ｒ₂ ³−ｒ₂ ³）ρ₃ ……(2)

さらに、スペーサ15と接着用粒子47との直径を等しくする場合、すなわちＲ₁＝Ｒ₂の場合には、上記式(2)が以下の式(3)に変換される。

ｒ₁ ³ρ₁−ｒ₁ ³ρ₃＝ｒ₂ ³ρ₂−ｒ₂ ³ρ₃ ……(3)

そして、この式(3)を整理すると、以下の式(4)となる。

ρ₂＝ρ₃＋ｒ₁ ³（ρ₁−ρ₃）／ｒ₂ ³ ……(4)

この式(4)により、核49の比重ρ₂を求めることができる。

また、液晶注入口16は、シール部17によってその縁部が区画されており、例えば紫外線硬化樹脂などにより形成された封止材50にて封止されている。

次に、上記一実施の形態の製造方法を説明する。

まず、アレイ基板12の製造に際しては、ガラス基板21上に薄膜トランジスタ22を形成し、その上に赤色レジスト液をスピンナ塗布し、例えば約９０℃で約５分間プリベークし、所定のマスクパターンを用いて、１５０ｍＪ／ｃｍ^２の強度の紫外線により露光する。次いで、例えば約０．１重量％のＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドライド)水溶液を用いて約４０秒間現像し、さらに水洗い後、約２００℃で１時間程度ポストベークをすることによって、着色層23rを形成する。この後、緑色レジスト液、および、青色レジスト液を用いて、着色層23g，23bも同様の工程で形成する(カラーフィルタ層形成工程)。

さらに、各着色層23r，23g，23b上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積し、パターニングすることにより各画素電極24を形成する(画素電極形成工程)。

また、着色層23r，23g，23bの形成と同様の工程により、黒色樹脂を用いてブラックマトリクス層28を形成する(ブラックマトリクス層形成工程)。

さらに、ポリイミドからなる配向膜材料を基板全面に塗布し、配向処理を施して配向膜を形成する(アレイ基板配向膜形成工程)。

この後、図示しないインクジェット装置により、図１(a)に示すように、例えば５μｍ径のスペーサ15と、接着用粒子47とを分散させたインクＩを上記ガラス基板21上の所定位置、例えば走査線31上で、かつ、信号線32の近傍の位置に塗布して配置し(配置工程)、所定温度(例えば９０℃)で所定時間(例えば約１０分)乾燥させる(乾燥工程)。このとき、スペーサ15と接着用粒子47とは、インクＩの乾燥に伴い、表面張力によって互いに引き寄せられて近傍に配置される傾向がある。

そして、所定温度(例えば１６０℃)で所定時間(例えば約１０分)焼成処理することで、図１(b)に示すように、スペーサ15の周囲のスペーサ接着層45と接着用粒子47の接着層48とが溶けて構成された接着固定層46によってスペーサ15をガラス基板21上に固定する(固定工程)。

一方、対向基板13の製造に際しては、ガラス基板41上にスパッタリング法によりＩＴＯを堆積し、対向電極42を形成した(対向電極形成工程)後、ポリイミドからなる配向膜材料をガラス基板41全面に塗布し、配向処理を施して配向膜を形成して(対向基板配向膜形成工程)、対向基板13を得る。

次いで、対向基板13の外周周辺部にシール部17を、液晶注入用の液晶注入口16(図５)を除いて塗布した後、これらアレイ基板12と対向基板13とをシール部17により貼り合わせ(貼り合わせ工程)、例えば枚葉方式の封着治具に入れて排気し、所定の硬化温度(例えば約１７０℃)にて所定時間(例えば３０分)焼成することにより空状態の液晶セル11が完成する(焼成工程)。

さらに、カイラル材が添加された液晶材料を液晶注入口16から液晶セル11内に真空注入した(注入工程)後、紫外線硬化樹脂を封止材50として液晶注入口16を封止し(封止工程)、液晶セル11の両主面に、それぞれ図示しない偏光板を取り付ける(偏光板取付工程)ことにより液晶セル11が完成する。

このように、上記一実施の形態では、アレイ基板12の所定位置に、スペーサ15と、このスペーサ15よりも小さい核49およびこの核49の周囲に形成した接着層48を有する接着用粒子47とをインクジェット装置により配置し、この配置した接着用粒子47を焼成処理して溶解させた接着層48によりスペーサ15をアレイ基板12に接着固定する。

この結果、各スペーサ15(スペーサ本体44)をアレイ基板12に強力に接着でき、例えば固定工程後にアレイ基板12を洗浄するための超音波洗浄などの洗浄工程を有する場合など、後の製造工程においても、各スペーサ15(スペーサ本体44)の剥がれを確実に防止できる。

すなわち、接着用粒子47を用いない従来の場合(比較例)では、スペーサ15(スペーサ本体44)とアレイ基板12とを接着する接着剤量が充分でなく、一部のスペーサが表示領域27内に侵入して画質が低下し、コントラストが約３％程度低下したのに対して、本実施の形態では、スペーサ15よりも小さい核49を有することで接着層48を厚くできる接着用粒子47を用いることで、接着剤量を充分に確保でき、スペーサ15(スペーサ本体44)の剥がれを防止できるので、剥がれて液晶層14内を浮遊する浮遊スペーサによる画質の低下などを防止できる。

また、上記比較例では、スペーサ15(スペーサ本体44)が剥がれた跡が発見され、液晶セル11を大量に製造した場合などには、スペーサ15(スペーサ本体44)が装置内に飛散することによる歩留まりの低下のおそれがあるのに対して、本実施の形態では、このような歩留まりの低下などをも防止できる。

また、接着層48(スペーサ接着層45)は、スペーサ15(スペーサ本体44)を固定するのに充分な量を確保できるから、強い接着力を有する物質などを用いる必要もないので、このような強い接着力を有する物質を用いる場合のようにインクＩとの相性により分散性が低下したり、配向膜に影響を与えたり、保管期限が短くなったりすることもない。

さらに、接着用粒子47は、スペーサ15と径寸法を略等しくすることにより、インクジェット装置内のフィルタに捕捉されたり、インクジェットノズルにスペーサ15が詰まったりすることもない。

そして、スペーサ15と接着用粒子47との比重を略等しくすることにより、これらスペーサ15と接着用粒子47とのインクＩへの分散性を確保できるだけでなく、これらスペーサ15と接着用粒子47との比重をインクＩと略等しくすることにより、スペーサ15と接着用粒子47とをインクＩ内で沈降しにくくできる。

しかも、接着用粒子47の比重は、核49の比重を変えることで容易に設定できる。

また、インクＩ中に混入するスペーサ15と接着用粒子47とを略等しい割合とすることで、スペーサ15と接着用粒子47とを確率的に略均等に配置できるので、スペーサ15ばかりが配置される部分や、接着用粒子47ばかりが配設される部分を抑制して、スペーサ15(スペーサ本体44)を確実にアレイ基板12に固定できる。

さらに、インクジェットの１回のインクＩの吐出でスペーサ15や接着用粒子47が２つ以上含まれるようにすることで、スペーサ15と接着用粒子47とが対をなす確率を向上できる。

なお、上記一実施の形態において、スペーサ15はアレイ基板12側に接着固定したが、液晶セル11の構造によっては、対向基板13側に接着固定してもよい。

また、スペーサ15は、スペーサ本体44に表面処理を施してスペーサ接着層45を形成したものとしたが、このようなスペーサ接着層45を有さない、乾式のスペーサを用いても同様の作用効果を奏することができる。

さらに、光変調層としては、液晶層14以外の任意のものを用いることができる。

そして、表示素子に限らず、一対の基板を対向配置してこれら基板の間隔をスペーサにより保持するものであれば、任意の基板装置に上記構成を適用できる。

(a)は本発明の一実施の形態の基板装置の製造方法の配置工程を示す説明図、(b)は同上基板装置の製造方法の固定工程を示す説明図である。同上基板装置の要部を示す平面図である。同上基板装置の要部を示す縦断面図である。同上基板装置を示す回路図である。同上基板装置を示す平面図である。

符号の説明

11 基板装置としての液晶セル
12 基板であるアレイ基板
13 基板である対向基板
15 スペーサ
47 接着用粒子
48 接着層
49 核

Claims

互いに貼り合わせられた一対の基板と、これら一対の基板間に位置し、これら基板間の間隔を保持するスペーサとを備えた基板装置の製造方法であって、
前記一対の基板のいずれか一方の所定位置に、前記スペーサと、このスペーサよりも小さい核およびこの核の周囲に形成された接着層を有する接着用粒子とをインクジェット装置により配置する配置工程と、
配置された前記接着用粒子を処理して前記接着層により前記スペーサを前記基板に接着固定する固定工程と
を具備したことを特徴とした基板装置の製造方法。
前記接着用粒子の比重を、前記スペーサの比重と略等しくする
ことを特徴とした請求項１記載の基板装置の製造方法。
前記スペーサと前記接着用粒子とを、直径が略等しい略球状とする
ことを特徴とした請求項２記載の基板装置の製造方法。
互いに貼り合わせられた一対の基板と、
これら一対の基板間に位置し、これら基板間の間隔を保持するスペーサとを具備し、
前記スペーサは、このスペーサよりも小さい核およびこの核の周囲に形成された接着層を有する接着用粒子とともに前記基板間にインクジェット装置により配置されるとともに、前記接着用粒子を処理することで前記接着層により前記一対の基板のいずれか一方に固定されている
ことを特徴とした基板装置。
前記接着用粒子の比重は、前記スペーサの比重と略等しい
ことを特徴とした請求項４記載の基板装置。
前記スペーサと前記接着用粒子とは、直径が略等しい略球状である
ことを特徴とした請求項５記載の基板装置。