JP2010049184A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】IPS方式の液晶表示装置において、TFT基板と対向基板を接着するシール材をスクリーン印刷によって形成する際の、メッシュ痕ムラを防止する。
【解決手段】TFT基板100および対向基板200には液晶分子の初期配向方向とプレティルト角を決めるラビングが施されている。IPS方式においてはプレティルト角は2.5度以下とする必要がある。対向基板200には、TFT基板100と対向基板200を接着するためのシール材20がスクリーン印刷によって形成される。スクリーン印刷のスキージングの方向とラビングの方向を165度から195度の範囲とすることによってメッシュ痕ムラを防止することが出来る。
【選択図】図1

Description

本発明は表示装置に係り、特にシール材を印刷によって形成した場合の、表示領域のムラの発生を抑制した液晶表示装置に関する。
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ(TFT)等がマトリクス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して、TFT基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、TFT基板と対向基板の間に液晶が挟持されている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
TFT基板と対向基板とは、対向基板の周辺に形成されたシール材を介して接着している。シール材を対向基板に形成する形成方法としては、従来はディスペンサが使用されていた。これに対して、シール材をスクリーン印刷によっておこなうことが出来れば、生産の能率を上げることが出来る。
しかし、スクリーン印刷の場合、印刷マスクを対向基板に接触する必要がある。そして、印刷マスクの上からスキージによってシール材となるペーストを対向基板上に塗布する。印刷マスクはメッシュによって形成されているが、このメッシュは凹凸を有している。一方、対向基板にはカラーフィルタ等が形成され、その上に、液晶を配向させるための配向膜が形成され、この配向膜を特定の方向にラビングすることによって液晶の配向を決めている。
「特許文献1」には、印刷によってシール材を形成する場合に、スキージの動作方向とラビングの方向によってコントラストムラの発生の程度が異なることが記載されている。
特開平5−100233号公報
シール材をスクリーン印刷によって形成する場合、印刷マスクのメッシュの影響を小さくするためには、メッシュの本数を多くし、線形を小さくする手段があるが、十分な効果は得られない。また、メッシュの表面に圧力を加えてメッシュの表面を平坦にする、いわゆるカレンダー処理を施す手段もあるが、これも十分な効果が得られない。印刷メッシュの代わりに、サスペンドメタルを印刷マスクに使用すれば、表面の凹凸はなくなるので、メッシュムラの発生も無くなるが、サスペンドメタルでは、大型基板に適用することは困難である。
「特許文献1」に記載の技術は、対向基板の配向方向とスクリーン印刷におけるスキージの動作方向を特定の範囲とすることによってコントラストムラを無くすことが出来ることが記載されている。「特許文献1」では、ラビング方向とスキージの動作方向(スキージングの方向)を60度以上とすることによってコントラストむらを無くすことが記載されている。
しかし、「特許文献1」に記載の技術では、特にIPS(In Plane Switching)方式の液晶表示装置の場合には十分な効果が得られない。IPSでは、液晶のプレティルト角が2.5度以下といように、従来のTN(Twisted Nematic)方式等に比べて異なる構成となっているので、従来の液晶表示装置に対して印刷工程を適用する場合とは異なった現象が生ずると考えられる。
本発明はIPS方式の液晶表示装置の場合に、シール材をメッシュを用いた印刷マスクを使用したスクリーン印刷によって形成する場合の、メッシュムラを無くすことである。
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。
(1)画素電極とTFTを含む画素がマトリクス状に形成され、前記画素はTFT基板側配向膜によって被覆されたTFT基板と、カラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは対向基板側配向膜によって被覆された対向基板と、前記TFT側基板配向膜と、前記対向基板側配向膜の間に液晶が挟持され、前記TFT基板と前記対向基板とは、前記対向基板の周辺に形成されたシール材を介して接着しているIPS方式の液晶表示装置であって、前記対向基板に形成された前記対向基板側配向膜にはラビング方向を有するラビング処理が施されており、前記ラビングによる液晶分子に対するプレティルト角は2.5度以下であり、前記シール材はスクリーン印刷によって形成され、前記スクリーン印刷におけるスキージング方向と前記ラビング方向とのなす角度は165度から195度の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
(2)前記ラビング方向と前記スキージング方向のなす角度は、170度から190度の範囲内であることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(3)前記ラビングによる液晶分子に対するプレティルト角は2.0度以下であることを特徴とする(1)に記載の液晶表示装置。
(4)画素電極とTFTを含む画素がマトリクス状に形成され、前記画素はTFT基板側配向膜によって被覆されたTFT基板と、カラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは対向基板側配向膜によって被覆された対向基板と、前記TFT基板側配向膜と、前記対向基板側配向膜の間に液晶が挟持され、前記TFT基板と前記対向基板とは、前記対向基板の周辺に形成されたシール材を介して接着しているIPS方式の液晶表示装置の製造方法であって、前記対向基板に形成された前記対向基板側配向膜に対して液晶分子に対するプレティルト角が2.5度以下となるようにラビング処理を施し、前記対向基板に、前記ラビング方向とのなす角度が165度から195度の範囲内となるように、スクリーン印刷によって前記シール材を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
(5)前記対向基板に、前記ラビング方向とのなす角度が170度から190度の範囲内となるように、スクリーン印刷によって前記シール材を形成することを特徴とする(4)に記載の液晶表示装置の製造方法。
(6)前記プレティルト角が2.0度以下となるように前記ラビング処理を施すことを特徴とする(4)に記載の液晶表示装置の製造方法。
本発明によれば、IPS方式の液晶表示装置において、TFT基板と対向基板を接着するシール材をスクリーン印刷によって形成することが出来るので、シール材の形成の工程時間を大幅に短縮することが出来る。また、本発明によれば、対向基板に形成された配向膜に対するラビング方向とシール材を形成するためのスクリーン印刷におけるスキージング方向を規定することによって、スクリーン印刷で使用する印刷メッシュによるメッシュ痕ムラを防止することが出来る。
以下に実施例にしたがって、本発明の内容を詳細に説明する。
図1は本発明による、携帯電話等に使用される液晶表示装置の平面図である。図1において、TFT基板100上に対向基板200が設置されている。TFT基板100と対向基板200の間に液晶層300が挟持されている。TFT基板100と対向基板200とは額縁部に形成されたシール材20によって接着している。TFT基板100は対向基板200よりも大きく形成されており、TFT基板100が対向基板200よりも大きくなっている部分には、液晶セル1に電源、映像信号、走査信号等を供給するための端子部150が形成されている。また、端子部150には、走査線、映像信号線等を駆動するためのICドライバ50が設置されている。
図1において、液晶セル1の縦径LYは81mm、横径LXは54mmである。また、ICドライバ50等が搭載されている端子部150の幅はTは2.7mmである。表示領域10からTFT基板100または対向基板200の端部までが額縁部である。額縁部には、シール材20の他、図示しない走査線の引出し線等が設置される。
図1において、シール材は熱硬化性のエポキシ樹脂で形成されている。シール材は先ず対向基板にスクリーン印刷によって塗布され、TFT基板と重ね合わされる。その後、ベーキングによってシール材を硬化させた後、液晶を注入し、注入孔を封止材によって封止する。
図1に示す液晶表示装置は小型なので、一個ずつ製造したのでは、効率が悪い。そこで、図2に示すように、大型の基板に複数の液晶セルを形成し、その後、個々の液晶セルに分離する。なお、本明細書では、ICドライバ等が取り付けられて完成した表示装置を液晶表示装置と称し、TFT基板と対向基板が重ねあわされたものを液晶セルと称する。
図2において、マザーTFT基板60とマザー対向基板70が、個々の液晶セル1のシール材20、および、マザー基板シール材61を介して重ね合わされている。マザー基板シール材61は、マザー基板完成後、マザーTFT基板60およびマザー対向基板70を研磨によって薄くする際に、研磨液が内部に入り込むことを防止するために形成される。したがって、マザーTFT基板60あるいは、マザー対向基板70を研磨する必要が無ければマザー基板シール材61は不用である。
図2において、各液晶セル1のシール材20、あるいは、マザー基板シール材61はスクリーン印刷によって、マザー対向基板70に形成される。スクリーン印刷によるシール材の形成は従来行われていたディスペンサによるシール材形成よりも効率よく行うことが出来る。しかし、後で説明するように、スクリーン印刷をする際のメッシュの接触によるムラを対策する必要がある。
液晶表示装置では、液晶を初期配向させるために、TFT基板100および対向基板200に配向膜を形成し、この配向膜を特定方向にラビングすることによって初期配向の向きを決めている。ラビング時に、配向膜上の液晶分子の角度、いわゆるプレティルト角を設定するが、IPS方式の場合は、通常の液晶表示装置に比較してこのプレティルト角を、例えば、2.5度以下というように、小さくする必要がある。このように、プレティルト角が小さいとスクリーン印刷における印刷マスクの接触による影響が強くなる。
図3は、IPS方式の液晶表示装置(以後IPSという)の断面図である。なお、IPSにも種々の方式があるが、図3はその1例である。図3はIPSのTFT付近の断面図である。図3において、ガラスで形成されるTFT基板100の上に、ゲート電極101が形成されている。ゲート電極101は走査線と同層で形成されている。ゲート電極101はAlNd合金の上にMoCr合金が積層されている。
ゲート電極101を覆ってゲート絶縁膜102がSiNによって形成されている。ゲート絶縁膜102の上に、ゲート電極101と対向する位置に半導体層103がa−Si膜によって形成されている。a−Si膜はプラズマCVDによって形成される。a−Si膜はTFTのチャネル部を形成するが、チャネル部を挟んでa−Si膜上にソース電極104とドレイン電極105が形成される。なお、a−Si膜とソース電極104あるいはドレイン電極105との間には図示しないn+Si層が形成される。半導体層とソース電極104あるいはドレイン電極105とのオーミックコンタクトを取るためである。
ソース電極104は映像信号線が兼用し、ドレイン電極105は画素電極110と接続される。ソース電極104もドレイン電極105も同層で同時に形成される。本実施例では、ソース電極104あるいはドレイン電極105はMoCr合金で形成される。ソース電極104あるいはドレイン電極105の電気抵抗を下げたい場合は、例えば、AlNd合金をMoCr合金でサンドイッチした電極構造が用いられる。
TFTを覆って無機パッシベーション膜106がSiNによって形成される。無機パッシベーション膜106はTFTの、特にチャネル部を不純物から保護する。無機パッシベーション膜106の上には有機パッシベーション膜107が形成される。有機パッシベーション膜107はTFTの保護と同時に表面を平坦化する役割も有するので、厚く形成される。厚さは1μmから4μmである。
有機パッシベーション膜107には感光性のアクリル樹脂、シリコン樹脂、あるいはポリイミド樹脂等が使用される。有機パッシベーション膜107には、画素電極110とドレイン電極105が接続する部分にスルーホールを形成する必要があるが、有機パッシベーション膜107は感光性なので、フォトレジストを用いずに、有機パッシベーション膜107自体を露光、現像して、スルーホールを形成することが出来る。
有機パッシベーション膜107の上には対向電極108が形成される。対向電極108は透明導電膜であるITO(Indium Tin Oxide)を表示領域全体にスパッタリングすることによって形成される。すなわち、対向電極108は面状に形成される。対向電極108を全面にスパッタリングによって形成した後、画素電極110とドレイン電極105を導通するためのスルーホール部だけは対向電極108をエッチングによって除去する。
対向電極108を覆って上部絶縁膜109がSiNによって形成される。上部電極が形成された後、エッチングによってスルーホールを形成する。この上部絶縁膜109をレジストにして無機パッシベーション膜106をエッチングしてスルーホール111を形成する。その後、上部絶縁膜109およびスルーホール111を覆って画素電極110となるITOをスパッタリングによって形成する。スパッタリングしたITOをパターニングして画素電極110を形成する。画素電極110となるITOはスルーホール111にも被着される。スルーホール111において、TFTから延在してきたドレイン電極105と画素電極110が導通し、映像信号が画素電極110に供給されることになる。
画素電極110は、両端が閉じた櫛歯状の電極である。櫛歯状の電極と櫛歯状の電極の間はスリット112となっている。対向電極108には一定電圧が印加され、画素電極110には映像信号による電圧が印加される。画素電極110に電圧が印加されると図1に示すように、電気力線が発生して液晶分子301を電気力線の方向に回転させてバックライトからの光の透過を制御する。画素毎にバックライトからの透過が制御されるので、画像が形成されることになる。なお、画素電極110の上には液晶分子301を配向させるための配向膜113が形成されている。
図3の例では、有機パッシベーション膜107の上に、面状に形成された対向電極108が配置され、上部絶縁膜109の上に櫛歯電極110が配置されている。しかしこれとは逆に、有機パッシベーション膜107の上に面状に形成された画素電極110を配置し、上部絶縁膜109の上に櫛歯状の対向電極108が配置される場合もある。
図3において、液晶層300を挟んで対向基板が設置されている。対向基板200の内側には、カラーフィルタ201が形成されている。カラーフィルタ201は画素毎に、赤、緑、青のカラーフィルタ201が形成されており、カラー画像が形成される。カラーフィルタ201とカラーフィルタ201の間には遮光膜202が形成され、画像のコントラストを向上させている。なお、遮光膜202はTFTの遮光膜としての役割も有し、TFTに光電流が流れることを防止している。
カラーフィルタ201および遮光膜202を覆ってオーバーコート膜203が形成されている。オーバーコート膜は2つの役割を有している。すなわち、カラーフィルタ材料が液晶層を汚染することを防止することと、カラーフィルタ表面の過度の凹凸を緩和することである。オーバーコート膜の上には、液晶の初期配向を決めるための配向膜113が形成されている。なお、オーバーコート膜は使用されない場合もある。図3はIPSであるから、対向電極はTFT基板側に形成されており、対向基板側には形成されていない。
図3に示すように、IPSでは、対向基板200の内側には導電膜が形成されていない。そうすると、対向基板200の電位が不安定になる。また、外部からの電磁ノイズが液晶層300に侵入し、画像に対して影響を与える。このような問題を除去するために、対向基板200の外側に表面導電膜210が形成される。表面導電膜210は、透明導電膜であるITOをスパッタリングすることによって形成される。
対向基板200とTFT基板100を接着するシール材20は、一般には対向基板200に形成される。また、シール材20を形成する時点では、図2に示すように、複数の対向基板200が形成されたマザー対向基板70に対して行う。本発明では、対向基板200にシール材20をスクリーン印刷によって行う。以後配向膜113のラビング方向、あるいは、スクリーン印刷におけるスキージングの方向という場合は、対向基板200における構成をいう。
図7はスクリーン印刷の模式図である。図7において、マザー対向基板70がスクリーン印刷機400の載置台450に載置されている。この載置台450は、後で述べるように、回転可能となっている。スクリーン印刷機400には、印刷マスク410がマスククランプ440によって取り付けられている。印刷マスク410は通常は、わずかな間隔を持ってマザー対向基板70の上方に設置される。
印刷マスク410の上には、シール材20となる印刷ペースト500が設置されている。シール材20となる印刷ペースト500は、熱硬化性のエポキシ樹脂が使用される。印刷マスク410をスキージ430によって上から圧力を加えながらスキージ430を移動させ、印刷ペースト500を押し出すと、印刷マスク410のパターンに従って、シール材20がマザー基板に印刷される。以後この動作をスキージングとよぶ。また、スキージ430の移動方向を、スキージング方向あるいは印刷方向ともいう。
ところで、印刷マスク410は、図8に示すようなメッシュ420によって形成されている。メッシュ420は一般にはステンレス製の線(糸)が使用される。ステンレス製スクリーンメッシュ420は、通常平織りと呼ばれる織り方をしており、ステンレス製糸が相互に湾曲してメッシュ420が形成されている。
図8に示すように、メッシュ420の表面には、横糸422、あるいは縦糸421によって凹凸が形成されている。図7のように、スクリーン印刷をすると、メッシュ420の凹凸がすでにラビングが行われている配向膜113の表面に接触することになり、これが、配向膜113の状態に影響を与える。具体的には、メッシュ420が転写されたような、メッシュ痕ムラが発生する。
このメッシュ痕ムラは常に同様に発生するのではなく、配向膜113のラビング方向と、印刷方向の関係によって大きく影響される。図4は、マザー対向基板70における配向膜113のラビング方向RBとスキージ430による印刷方向(スキージング方向)SQの関係を示すものである。図4において、ラビング方向RBと、印刷方向SQの角度をθとしている。このθの大きさによって、同じようにスクリーン印刷をした場合でもメッシュ痕ムラの発生が大きく異なる。
図5はラビング方向RBとスキージング方向SQの角度θとメッシュ痕ムラの発生頻度Rの関係を示すものである。図5の横軸はラビング方向RBとスキージング方向SQの角度θで、縦軸は、メッシュ痕ムラの発生頻度Rである。図5はIPS方式の液晶表示装置についてのデータである。
図5に示すように、メッシュ痕ムラの発生率は、ラビング方向とスキージング方向の角度によって大きく異なる。IPS方式においては、メッシュ痕ムラを防止できる範囲はきわめて狭い範囲に限られる。この内容は、「特許文献1」によって開示された内容とは大きく異なっている。
すなわち、「特許文献1」においては、ラビング方向とスキージングの方向が60度以上であれば許容範囲であるような示唆があるが、IPS方式では、この範囲は全く許容することは出来ない。これは、IPSの場合、配向膜113のプレティルト角を2.5度以下、好ましくは2.0度以下と小さく設定する必要があるので、印刷メッシュ420の配向膜113への作用も通常の液晶表示装置とは異なるためと考えられる。
図5に示すように、ラビング方向とスキージング方向とのなす角は165度から195度のきわめて狭い範囲が許容範囲ということになる。これは言い換えると、ラビング方向とスキージングの方向を逆方向から±15度の範囲内に設定する必要があるということになる。
一方、スキージング方向の設定精度、ラビング方向の設定精度を考慮すると、ラビング方向とスキージングの方向を逆方向から±10度の範囲内に設定すれば、言い換えれば、ラビング方向とスキージングの方向のなす角度を170度〜190度の範囲とすれば、IPS方式においても、印刷工程の裕度をとりつつメッシュ痕ムラを確実に防止することが出来る。
このように、ラビング方向RBと印刷方向SQの角度θを正確に管理することによってメッシュ痕ムラの発生を抑えることが出来る。ラビング方向RBは、0.2度以内に抑えることが出来る。本発明では、これに加えて、ラビング方向RBとスキージング方向SQのなす角度を逆方向から±15度以内、好ましくは±10度以内に設定するように、スクリーン印刷を行う。
図6は印刷方向SQを制御するためのスクリーン印刷の模式平面図である。図6(a)は、マザー基板に対して短軸方向に印刷方向を設定する場合である。図6(a)において、マザー対向基板70の上方に、印刷マスク410が設置さている。印刷マスク410はマザー対向基板70よりも面積が広い。
図6(a)において、スクリーン印刷にはスキージ430がとりつけられており、スキージ430はレール460によってガイドされて移動し、マザー対向基板70にシール材20を印刷する。マザー対向基板70は印刷機の図示しない載置台450に設置されているが、載置台450は回転可能となっており、マザー対向基板70も同時に回転する。印刷マスク410はマザー対向基板70よりも大きく形成されているので、図6(a)に示す、ラビング方向RBと印刷方向SQの角度θは任意に設定することが出来る。
図6(b)は、載置台450を回転させて、印刷をマザー対向基板70の長軸方向から行う場合である。印刷機のその他の構成は、図6(a)で説明したのと同様である。印刷機の状態は変えずに、マザー対向基板70を回転させることによって、任意のθを設定することが出来る。
以上説明したように、本発明を用いることによって、メッシュ痕ムラの発生を抑えつつ、シール材20をスクリーン印刷によって形成することが出来る。したがって、シール材20形成のためのターンアラウンド時間を大幅に短縮することが出来る。
本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。 マザー基板の平面図である。 IPS方式の液晶表示装置の断面図である。 ラビング方向と印刷方向を示す平面図である。 ラビング方向と印刷方向の差と製品歩留りの関係を示すグラフである。 印刷機の平面模式図である。 スクリーン印刷を示す模式図である。 メッシュの平面図である。
符号の説明
1…液晶セル、 10…表示領域、 20…シール材、 30…封止材、 40…注入孔、 50…ICドライバ、 60…マザーTFT基板、 61…マザー基板シール材、 70…マザー対向基板、 100…TFT基板、 101…ゲート電極、 103…半導体層、 104…ソース電極、 105…ドレイン電極、 106…無機パッシベーション膜、 107…有機パッシベーション膜、 108…対向電極、 109…上部絶縁膜、 110…画素電極、 111…スルーホール、 112…スリット、 113…配向膜、 200…対向基板、 201…カラーフィルタ、 202…遮光膜、 203…オーバーコート膜、 210…表面導電膜、 300…液晶層、 301…液晶分子、 400…スクリーン印刷機、 410…印刷マスク、 420…メッシュ、 421…縦糸、 422…横糸、 430…スキージ、 440…マスククランプ、 450…載置台、 460…レール、 500…印刷ペースト。

Claims (6)

  1. 画素電極とTFTを含む画素がマトリクス状に形成され、前記画素はTFT基板側配向膜によって被覆されたTFT基板と、カラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは対向基板側配向膜によって被覆された対向基板と、前記TFT側基板配向膜と、前記対向基板側配向膜の間に液晶が挟持され、前記TFT基板と前記対向基板とは、前記対向基板の周辺に形成されたシール材を介して接着しているIPS方式の液晶表示装置であって、
    前記対向基板に形成された前記対向基板側配向膜にはラビング方向を有するラビング処理が施されており、前記ラビングによる液晶分子に対するプレティルト角は2.5度以下であり、
    前記シール材はスクリーン印刷によって形成され、前記スクリーン印刷におけるスキージング方向と前記ラビング方向とのなす角度は165度から195度の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記ラビング方向と前記スキージング方向のなす角度は、170度から190度の範囲内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。
  3. 前記ラビングによる液晶分子に対するプレティルト角は2.0度以下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. 画素電極とTFTを含む画素がマトリクス状に形成され、前記画素はTFT基板側配向膜によって被覆されたTFT基板と、カラーフィルタが形成され、前記カラーフィルタは対向基板側配向膜によって被覆された対向基板と、前記TFT基板側配向膜と、前記対向基板側配向膜の間に液晶が挟持され、前記TFT基板と前記対向基板とは、前記対向基板の周辺に形成されたシール材を介して接着しているIPS方式の液晶表示装置の製造方法であって、
    前記対向基板に形成された前記対向基板側配向膜に対して液晶分子に対するプレティルト角が2.5度以下となるようにラビング処理を施し、
    前記対向基板に、前記ラビング方向とのなす角度が165度から195度の範囲内となるように、スクリーン印刷によって前記シール材を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記対向基板に、前記ラビング方向とのなす角度が170度から190度の範囲内となるように、スクリーン印刷によって前記シール材を形成することを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記プレティルト角が2.0度以下となるように前記ラビング処理を施すことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法。
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