JP2010085951A - 液晶パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサが所定位置から外れることを抑制する液晶パネルの製造方法を提供する。
【解決手段】互いに対向する一対の基板（１１、１２）間に配置された液晶層１３およびスペーサ１４を備えた液晶パネル１０の製造方法であり、スペーサ本体部１４Ａとその表面を覆う固着層１４Ｂとから構成されたスペーサ１４を、基板６０の上に配置する工程（スペーサ配置工程Ｓ１１０）と、固着層１４Ｂを溶融する第１の温度でスペーサ１４を加熱する工程（固着層溶融工程Ｓ１２０）と、第１の温度よりも高く、且つ、スペーサ本体部１４Ａの分解温度よりも低い範囲の第２の温度で、スペーサ１４を加熱する工程（スペーサ固定工程Ｓ１３０）とを含む、製造方法である。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶パネルの製造方法に関する。

液晶表示装置の構成部品である液晶パネルは、一対の基板を所定のギャップを確保した状態で対向させた構造を有している。その一対の基板間には、液晶およびギャップを保持するためのスペーサが配置されており、その周囲はシール材によって封止されている。

スペーサの配置方法としては、所定の溶媒中に粒状のスペーサを多数分散させるとともに、そのスペーサ分散液を基板の主面上に散布する方法がある。しかしながら、この方法では、スペーサ粒子が基板の板面のうち画素形成領域に配置される可能性があるので、光漏れや液晶の配向不良が生じるおそれがあった。

そこで、近年では、スペーサ粒子を基板中の遮光部位などの特定の位置に配置することを目的として、インクジェット装置を用いる手法が採用されている（例えば、特許文献１から３参照）。例えば基板がカラーフィルタ基板の場合、スペーサ粒子はブラックマトリックスの上に配置される。
特開２００８−１６４９３８号公報 特開２００７−４７５２４号公報 特開２００４−１２５８７８号公報

カラーフィルタ基板のブラックマトリックスの上に配置されるスペーサ粒子には、その表面に固着層を有しているもの（固着スペーサ）がある。この固着スペーサを用いると、よりしっかりと基板に固着して、一対の基板間のギャップを確実に保持することができる。

しかしながら、本願発明者の検討によると、固着スペーサを用いて一対の基板間のギャップを保持した場合でも、スペーサ粒子が所定位置から外れてしまう事例が存在することがわかった。これは、液晶パネルから液晶表示装置（例えば液晶テレビ）を作製する時において、液晶パネルが転倒などした際に生じる。

図８には、液晶パネル１０００に、転倒によって生じた厚みムラ１５００が存在している例を示している。液晶パネル１０００の厚みムラ１５００の範囲は、例えば、Ｗ１が２０ｃｍ程度で、Ｗ２が１５ｃｍ程度である。なお、図示した液晶パネル１０００のＬ１は例えば１０２〜１３０ｃｍ程度で、Ｌ２は例えば５７〜６３ｃｍ程度である。

このような厚みムラ１５００の存在は、液晶表示装置の不良の原因となるので好ましくない。すなわち、液晶表示装置の作製時もしくは運搬時の刺激によってスペーサ粒子が所定位置から外れることを抑制することが求められる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、スペーサが所定位置から外れることを抑制する液晶パネルの製造方法を提供することにある。

本発明に係る液晶パネルの製造方法は、互いに対向する一対の基板間に配置された液晶層およびスペーサを備えた液晶パネルの製造方法であり、スペーサ本体部と当該スペーサ本体部の表面を覆う固着層とから構成されたスペーサを、基板の上に配置する工程（ａ）と、前記スペーサを、前記固着層を溶融する第１の温度で加熱する工程（ｂ）と、前記第１の温度よりも高く、且つ、前記スペーサ本体部の分解温度よりも低い範囲の第２の温度で、前記スペーサを加熱する工程（ｃ）とを含む。
ある好適な実施形態において、前記固着層は、樹脂から構成されており、前記第１の温度は、前記固着層を構成する前記樹脂のガラス転移温度以上の温度である。
ある好適な実施形態において、前記スペーサ本体部は、樹脂から構成されており、前記スペーサの分解温度は、前記スペーサ本体部を構成する樹脂の分解温度である。
ある好適な実施形態において、前記工程（ｃ）の後、前記一対の基板間に配置された液晶層を封止するシール材を形成する工程が実行され、前記シール材を形成する工程では、前記第２の温度以下の加熱工程が実行される。
ある好適な実施形態において、前記第１の温度は、９０℃以上の温度である。
ある好適な実施形態において、前記工程（ａ）において、前記スペーサは、インクジェット方式によって、前記基板の遮光領域の上に配置される。

本発明の液晶パネルの製造方法によれば、スペーサ本体部と固着層とから構成されたスペーサを、基板の上に配置し、次いで、固着層を溶融する第１の温度でスペーサを加熱した後、第１の温度よりも高く且つ前記スペーサ本体部の分解温度よりも低い範囲の第２の温度で、前記スペーサを加熱するので、基板へのスペーサの固着面積が大きい状態でスペーサを基板に固定することができる。したがって、スペーサが基板の所定位置から外れることを抑制できる液晶パネルの製造方法を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

まず、図１から図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る製造方法によって得られる液晶パネル１０を備えた液晶表示装置１００について説明する。

図１は、本実施形態の液晶パネル１０を備えた液晶表示装置１００の断面構成を模式的に示している。図１に示した液晶表示装置１００は、液晶パネル１０と、液晶パネルの裏側（図１中の下側）に配置された外部光源であるバックライト２０とから構成されている。液晶パネル１０とバックライト２０とは、液晶パネル１０の表側から被さられたベゼル３０によって組み付けられて保持されている。

バックライト２０は、複数本の線状光源（例えば、冷陰極管）２２と、光源２２を収納するケース２４とから構成されている。ケース２４は、表側（液晶パネル１０側）に向けて開口した箱形形状を有しており、ケース２４内には、線状光源２２が平行に配列されている。

また、ケース２４の開口には、複数枚の光学シート２６が積層されて配置されている。光学シート２６は、例えば、裏側から順に、拡散板、拡散シート、レンズシート、および輝度上昇シートから構成されている。さらに、光学シート２６をケース２４に挟んで保持するために、ケース２４には、略枠状のフレーム２８が設けられている。

液晶パネル１０は、概して、全体として矩形の形状を有しており、一対の透光性基板（ガラス基板）１１および１２から構成されている。両基板１１および１２は、製造工程でそれぞれマザーガラスと称される大型の母材から切り出されたものを使用している。

両基板１１および１２は、互いに対向して配置され、その間には液晶層１３が設けられている。液晶層１３は、基板１１および１２の間の電界印加に伴って光学特定が変化する液晶材料からなる。基板１１および１２の外縁部には、シール材１５が設けられて、液晶層１３を封止している。基板１１と基板１２との間のギャップは、スペーサ１４（図２及び図３参照）と、シール材１５とによって確保される。スペーサ１４は、弾性変形可能な樹脂製で、粒状（球状）を有しており、液晶層１３中の所定位置に多数分散して配置されている。また、両基板の外面には、それぞれ偏光板１７および１８が貼り付けられている。

本実施形態では、両基板１１および１２のうち、表側がカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）１１であり、一方、裏側がアレイ基板１２である。図２は、アレイ基板１２の上面の一部を拡大して示している。また、図３は、両基板１１および１２の断面の一部を拡大して示している。

図２に示すように、アレイ基板１２の内面側（液晶層１３側）には、ソース配線４１と、ソース配線４１に直交して延びるゲート配線４２とが形成されている。そして、複数のソース配線４１と複数のゲート配線４２とによって格子状のパターンが形成されている。両配線４１および４２の端部は、画像信号などを供給可能な外部回路（不図示）に接続されている。両配線４１および４２に囲まれた矩形の各領域には、スイッチング素子（例えばＴＦＴ素子）４４および透明な画素電極４６が設けられている。

また、図３に示すように、アレイ基板１２の表面とゲート配線４２の表面には、絶縁膜４３が形成されている。絶縁膜４３の表面には、画素電極４６が形成されており、さらに、画素電極４６の表面には、配向膜４７が形成されている。画素電極４６は、典型的にはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなり、縦長の矩形形を有している。

一方、ＣＦ基板１１には、アレイ基板１２側の各画素電極４６に対応した位置にカラーフィルタ５１が設けられている。カラーフィルタ５１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色が並ぶ配置にされる。隣接するカラーフィルタ５１間には、遮光膜（ブラックマトリックス）５２が形成されており、そのブラックマトリックス５２によって各カラーフィルタ５１は区画される。本実施形態の構成では、ブラックマトリックス５２は、アレイ基板１２側の両配線４１および４２に対応して形成され、格子状のパターンを有している。

カラーフィルタ５１およびブラックマトリックス５２の表面には、ＩＴＯからなる透明な共通電極５４が形成されている。さらに、共通電極５４の表面には、配向膜５６が形成されている。ＣＦ基板１１の配向膜５６と、アレイ基板１２の配向膜４７との間には、両基板１１および１２のギャップを規定するスペーサ１４が設けられており、本実施形態では、スペーサ１４はブラックマトリックス５２が位置する領域に配置されている。

本実施形態のスペーサ１４は、スペーサ分散液の中に分散された形態で、インクジェット装置のノズルから吐出されることによって基板の表面に配置される。図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態のスペーサ１４の配置工程を説明するための工程図である。

図４（ａ）に示すように、スペーサ１４はスペーサ分散液７０に分散された形態にされ、そして、その分散液７０をインクジェット装置７２のノズル７１から基板６０へ吐出することによって基板６０の表面に配置される。本実施形態では、スペーサ１４を含む分散液７０は、画素領域６１以外の遮光領域６２に配置される。

なお、基板６０がＣＦ基板１１の場合、遮光領域６２はブラックマトリックス５２である。その場合、画素領域６１はカラーフィルタ５１であり、そして、基板６０の表面には、共通電極（透明電極）５４および配向膜５６が形成される。この例では、スペーサ１４を含む分散液７０は、ブラックマトリックス５２が位置する領域の配向膜５６の上に吐出される。一方、基板６０がアレイ基板１２の場合、遮光領域６２は、配線領域（４１、４２）となる。その場合、基板６０の表面には、絶縁膜４３および配向膜４７が形成される。また、図２では、スペーサ１４を含む分散液７０が遮光領域（４２）の範囲内に配置された状態の例を示している。

次いで、図４（ｂ）に示すように、分散液７０の分散媒を揮発させた後に、基板６０を加熱して、スペーサ１４を基板６０の表面６６に固定させる。本実施形態では、図５に示すように、スペーサ１４は、スペーサ本体部１４Ａと、スペーサ本体部１４Ａの表面を覆う固着層１４Ｂからなる固着スペーサである。スペーサ１４を基板６０の表面に固定するには、基板６０の加熱によって、図６に示すように、スペーサ１４の固着層１４Ｂを溶融させて溶融固着部１４Ｃを形成された状態にし、その状態で、さらに加熱を加えて、スペーサ１４を基板に固定する。

したがって、本実施形態の製造方法では、図７に示すように、まず、インクジェット方式によってスペーサ１４は基板６０上に配置され（工程Ｓ１１０）、次に、基板６０を加熱することによって固着層１４Ｂを溶融させる（工程Ｓ１２０）。その後、固着層１４Ｂが溶融して形成された溶融固着部１４Ｃが存在する状態で加熱を行うことによって、スペーサ１４を基板６０上に固定する（工程Ｓ１３０）。

ここで、本実施形態では、工程Ｓ１２０における第１の加熱工程と、工程Ｓ１３０における第２の加熱工程からなる２段階加熱を実施するが、両者の加熱温度に特徴がある。第１の加熱工程（Ｓ１２０）では、固着層１４Ｂを構成する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の第１温度（例えば、９０℃から１００℃）で加熱して、固着層１４Ｂを溶融させる。次の第２の加熱工程（Ｓ１３０）では、第１の加熱工程の温度よりも高い温度で、スペーサ本体部１４Ａを構成する樹脂の分解温度よりも低い温度の範囲の第２温度（例えば、１５０℃から２００℃）で加熱する。

本願発明者の検討によれば、本実施形態の第２温度（例えば、１５０℃から２００℃）で、固着層溶融工程（Ｓ１２０）とスペーサ固定工程（Ｓ１３０）とを一括して実行した場合（すなわち、一段階加熱）、次のようなことが生じることがわかった。すなわち、溶融固着部１４Ｃの形成が十分でなく固着面積が小さいままで、スペーサ１４の固定が完了してしまうために、十分な固着強度が得られないという結果が生じることがわかった。つまり、図５に示した状態に近い形で、スペーサ１４の固定が完了して、固着強度が小さくなる例が生じることがわかった。

スペーサ１４の固着強度が小さい場合には、スペーサ１４が所定位置から外れることにより、図８に示したように、液晶パネル１０００に厚みムラ１５００が存在することが生じてしまう。また、本願発明者の更なる検討によれば、固着層溶融工程（Ｓ１２０）に適した温度（例えば、９０℃から１００℃）で、固着層溶融工程（Ｓ１２０）とスペーサ固定工程（Ｓ１３０）とを一括して実行した場合（すなわち、一段階加熱）、スペーサ固定工程（Ｓ１３０）よりも後に実行されるシール材１５（図１参照）の形成時の加熱工程の際に溶融固着部１４Ｃの固着面積が低減してしまうおそれも見出された。その場合にも、スペーサ１４が外れることにより、図８に示したような厚みムラ１５００の発生の可能性が生じる。

本実施形態では、スペーサ１４の固着層１４Ｂを溶融する第１の温度で加熱工程（Ｓ１２０）を実行した後、スペーサ本体部１４Ａの分解温度よりも低い範囲内で、第１の温度よりも高い温度（高温焼結温度）でスペーサ１４を焼き固めるので、スペーサ１４（特に、固着層１４Ｂの）固着面積を大きくした状態で、スペーサ１４を十分な固着強度で基板に固定することができる。その結果、液晶パネル完成後、あるいはスペーサ固定工程後の液晶パネル製造工程中のスペーサ１４の脱落を抑制することができ、液晶パネルの厚みムラの発生を防止することできる。

本実施形態のスペーサ１４の条件などを例示すると、次の通りである。例えば、スペーサ本体部１４Ａは、直径：２．８μｍ、材料：ジビニルベンゼンポリマー、分解温度：２１０℃であり、そして、固着層１４Ｂは、厚さ：５〜１０ｎｍ、ガラス転移温度：９５℃である。また、固着層溶融工程（Ｓ１２０）の加熱条件は、温度１２０℃、加熱時間１５分である。スペーサ固定工程（Ｓ１３０）の）加熱条件は、温度２００℃、加熱時間１５分である。スペーサ分散液７０の分散剤は、主成分がエチレングリコールである。なお、上述のスペーサ１４の条件などは、適用する製造工程に合わせて各種好適なものを適宜選択することができる。

スペーサ分散液７０を吐出するためのインクジェット装置としては、ピエゾ方式、サーマル方式、バブルジェット（登録商標）方式の装置が用いられる。インクジェット装置７２が有するノズル７１のノズル口径は、典型的には、２０〜１５０μｍ程度である。また、ブラックマトリックス５２の線幅は、典型的には、２０〜１２０μｍ程度である。

図４（ａ）に示した工程の後におけるスペーサ分散液７０の分散剤を揮発させる際に、加熱を行ってもよいが、配向膜などのダメージを低減させる上で常温で行うことも可能である。また、分散剤の揮発の時間を短縮させるために、基板の周囲を減圧にすることも可能である。

スペーサ固定工程（Ｓ１３０）が完了した後は、次のように製造工程は進行する。スペーサ１４をＣＦ基板１１に配置した場合、スペーサ１４が配置されたＣＦ基板１１は、周囲部にシール材１５を設けた後、アレイ基板１２を積層して加圧および加熱される。これにより、ＣＦ基板１１とアレイ基板１２との間にギャップが形成される。このギャップは、スペーサ１４とシール材１５とによって一定の間隔で保持されている。

この一対の基板１１、１２の間のギャップに液晶が注入されて、液晶層１３が形成される。次いで、液晶の注入口を封止剤で封入すると、基板１１、１２の間に液晶層１３が介在する液晶パネル１０が形成される。また、液晶パネル１０の基板１１、１２の外面には偏光板１７、１８が貼り付けられる。このようにして液晶パネル１０が得られる。加えて、液晶パネル１０に、図１に示したようなバックライト２０などを組み合わせると、液晶表示装置１００が完成する。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

なお、本発明の実施形態の内容と本質的に異にするものであるが、関連する文献として、上述した特許文献３（特開２００４−１２５８７８）に開示された技術がある。しかしながら、この技術は、スペーサを固定する加熱の工程の前に、スペーサを所定範囲内に凝集させ配置させるために基板温度を３０〜６０℃に加熱する工程（凝集用加熱工程）を実行するものであり、本発明の実施形態の２段階加熱の技術とは異なるものが開示されているにすぎない。

本発明によれば、スペーサが所定位置から外れることを抑制する液晶パネルの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る液晶パネル１０を備えた液晶表示装置１００の断面図である。 アレイ基板１２の上面の一部を拡大して示す上面図である。 液晶パネル１０の一部を拡大して示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、スペーサ１４の配置工程を説明するための工程図である。 基板６０上に配置された固着層１４Ｂを有するスペーサ１４の断面図である。 基板６０上に固着したスペーサ１４の断面図である。 本発明の実施形態に係る液晶パネル１０の製造方法を説明するためのフローチャートである。 液晶パネル１０００に生じた厚みムラ１５００を説明するための図である。

符号の説明

１０ 液晶パネル
１１ カラーフィルタ基板
１２ アレイ基板
１３ 液晶層
１４ スペーサ
１４Ａ スペーサ本体部
１４Ｂ 固着層
１４Ｃ 溶融固着部
１５ シール材
１７，１８ 偏光板
２０ バックライト
２２ 線状光源
２４ ケース
２６ 光学シート
２８ フレーム
３０ ベゼル
４１ ソース配線
４２ ゲート配線
４３ 絶縁膜
４６ 画素電極
４７ 配向膜
５０ 液晶パネル
５１ カラーフィルタ
５２ ブラックマトリックス
５４ 共通電極
５６ 配向膜
６０ 基板
６１ 画素領域
６２ 遮光領域
７０ スペーサ分散液
７１ ノズル
７２ インクジェット装置
１００ 液晶表示装置
１０００ 液晶パネル
１５００ 厚みムラ

Claims (6)

1. 互いに対向する一対の基板間に配置された液晶層およびスペーサを備えた液晶パネルの製造方法であって、
   スペーサ本体部と当該スペーサ本体部の表面を覆う固着層とから構成されたスペーサを、基板の上に配置する工程（ａ）と、
   前記スペーサを、前記固着層を溶融する第１の温度で加熱する工程（ｂ）と、
   前記第１の温度よりも高く、且つ、前記スペーサ本体部の分解温度よりも低い範囲の第２の温度で、前記スペーサを加熱する工程（ｃ）と
   を含む、液晶パネルの製造方法。
2. 前記固着層は、樹脂から構成されており、
   前記第１の温度は、前記固着層を構成する前記樹脂のガラス転移温度以上の温度である、請求項１に記載の液晶パネルの製造方法。
3. 前記スペーサ本体部は、樹脂から構成されており、
   前記スペーサの分解温度は、前記スペーサ本体部を構成する樹脂の分解温度である、請求項１に記載の液晶パネルの製造方法。
4. 前記工程（ｃ）の後、前記一対の基板間に配置された液晶層を封止するシール材を形成する工程が実行され、
   前記シール材を形成する工程では、前記第２の温度以下の加熱工程が実行される、請求項１から３の何れか一つに記載の液晶パネルの製造方法。
5. 前記第１の温度は、９０℃以上の温度である、請求項１から４の何れか一つに記載の液晶パネルの製造方法。
6. 前記工程（ａ）において、前記スペーサは、インクジェット方式によって、前記基板の遮光領域の上に配置される、請求項１から５の何れか一つに記載の液晶パネルの製造方法。