JP2010197967A - 液晶表示装置の製造方法およびこれにより作製された液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶滴下法を用いることにより量産化が可能であると共に、パネルの狭額縁化を実現できる液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＴＦＴ基板２および対向基板３の少なくとも一方の基板の表示領域１１Ａの外側（周辺領域）に、熱硬化型樹脂からなるシール剤を用いてシール層８を環状に形成する。そののちシール層８の枠内に液晶を滴下した後、減圧下においてＴＦＴ基板２と対向基板３とを重ね合わせる。次いで、大気圧下に戻して、液晶をシール層８の枠内に隈なく密封した後、シール層８に熱処理を施してシール剤を硬化させ、ＴＦＴ基板２と対向基板３とを接着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶滴下法を用いた液晶表示装置の製造方法およびこれにより作製された液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は駆動基板と対向基板との間に液晶層を備えている。駆動基板（ＴＦＴ基板）には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）素子層、画素電極層、平坦化層および配向膜が設けられている。一方、対向基板には、ＢＭ（Black Matrix；ブラックマトリクス）層、ＣＦ（Color Filter；カラーフィルタ）層、共通電極および配向膜が設けられている。また、これら駆動基板と対向基板との間にはシール層が設けられており、両基板を接着させると共に液晶が漏れることを防止している。

このような構造の液晶表示装置において、画素基板と対向基板との間に液晶層を形成するための方法として、画素基板と対向基板とを貼り合わせた後に液晶を注入するという、真空注入法が用いられている。しかし、この方法は液晶の注入に長時間を要するため、基板を大面積化する場合には生産性が劣るという問題があった。

この問題を解決するためにＯＤＦ（One Drop Fill ；液晶滴下）法という方法が開発されている。この方法は、二枚の基板を貼り合わせて封止する前に、一方の基板に液晶材料を滴下するものである。このＯＤＦ法では、シール層を構成する材料（シール剤）としてＵＶ（Ultraviolet ；紫外線）硬化型シール剤又は併用型のシール剤が用いられている（特許文献１）。これにより量産化が可能となると共に、中小型液晶表示装置の場合には液晶を封入するための注入口が不要となるため、注入口を封止するための基板厚みが不必要となり、薄型化が可能となる。

特開２００４−６２１３８号公報

現在、中小型ＬＣＤでは、軽量かつ視認性の高いディスプレイ開発が行われ、ＢＭ層が形成された額縁領域（アクティブエリア周辺の遮光部分）の更なる狭額縁化および薄型化技術の検討が進められている。しかしながら、上述したようなＵＶ硬化型または併用型シール剤を使用すると、額縁領域部分にＵＶ照射するための領域（開口部）が必要となる。すなわち、額縁領域にＵＶ照射領域を加えてパネルを設計する必要があり、これが狭額縁化を妨げる要因となっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、液晶滴下法を用いることにより量産化が可能であると共に、パネルの狭額縁化を実現できる液晶表示装置の製造方法およびこれにより作製された液晶表示装置を提供することにある。

本発明による液晶表示装置の製造方法は、以下の工程（Ａ１）〜（Ｄ１）を含むものである。
（Ａ１）対向位置に表示領域を有すると共に表示領域の周囲に周辺領域を有する一対の基板のいずれか一方の基板の周辺領域に熱硬化型樹脂からなるシール層を環状に形成する工程
（Ｂ１）シール層の枠内に液晶を滴下する工程
（Ｃ１）一対の基板を減圧下で重ね合わせた後、大気圧下に戻すことにより一対の基板間に液晶層を形成する工程
（Ｄ１）液晶層を形成した後、シール層を熱硬化させる工程

本発明の液晶表示装置は、以下の構成要素（Ａ２）〜（Ｃ２）を備えたものである。
（Ａ２）対向位置に表示領域を有すると共に表示領域の周囲に周辺領域を有する一対の基板
（Ｂ２）一対の基板間に挟持された液晶層
（Ｃ２）周辺領域において液晶層を封止する、熱硬化型樹脂からなるシール層

本発明の液晶表示装置およびその製造方法においては、液晶層を封止するためのシール剤として熱硬化型樹脂が用いられ、熱硬化によりシール剤が硬化しシール層が形成される。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、一対の基板のうち一方の基板に熱硬化型樹脂からなるシール層を環状に形成し、このシール層の枠内に液晶を滴下し、基板を重ね合わせた後、シール層を熱硬化させるようにした。従って、シール剤を硬化させるための開口部設計構造が不要な液晶表示装置を製造することができる。よって、従来の光硬化型または併用型シール剤を用いた場合と比較して、パネル自由度が高くなり、狭額縁化を実現することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を表す断面図である。 液晶表示パネルの全体の構成を表す平面図である。 液晶表示パネルのＴＦＴ基板の構成を表す平面図である。 液晶表示パネルの対向基板の構成を表す平面図である。 液晶表示パネルの画素領域を表す分解斜視図である。 液晶滴下法を説明するための工程フロー図である。 シール描画の工程を表す図である。 液晶滴下の工程を表す図である。 基板の粗合わせの工程を表す図である。 基板の重ね合わせの工程を表す図である。 基板分断の工程を表す図である。 シール層の半硬化方法を説明するための図である。 シール層の他の半硬化方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
実施の形態
（１）液晶表示装置の全体構成
（２）液晶表示装置の製造方法

［実施の形態］
以下、本発明の適用例として、主に透過型の液晶表示パネルについて説明するが、反射型でも半透過型でも同様に用いることができるものである。
［全体構成］
図１は本発明の一実施の形態に係る透過型の液晶表示パネル（液晶表示装置）１の断面構成を表すものであり、図２はパネル全体の平面構成を表したものである。この液晶表示パネル１は、ＴＦＴ基板（駆動基板）２と対向基板３との間にシール層８で封止された液晶層９を備えている。

ＴＦＴ基板２および対向基板３はそれぞれ対向する位置に表示領域（画素領域）１１Ａを有し、この表示領域１１Ａを囲む領域が周辺領域１１Ｂとなっている。シール層８はこの周辺領域１１Ｂに設けられ、表示領域１１Ａに設けられた液晶層９を封止している。

ＴＦＴ基板２は、ガラス基板上に例えばマトリクス状に複数の画素電極６を配置したものである。このＴＦＴ基板２上には、更に、これら複数の画素電極６をそれぞれ駆動するためのＴＦＴ素子や、これらＴＦＴ素子に接続されるゲート線およびソース線等（いずれも図示せず）が設けられている。画素電極６は例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明性を有する導電材料により形成されており、ガラス基板上でサブ画素（図示せず）ごとに設けられている。

図３はＴＦＴ基板２の平面構成を表したものである。ＴＦＴ基板２の周辺領域１１Ｂには表示領域１１Ａの画素を駆動するための配線層１３が設けられており、この配線層１３の上にシール層８が設けられている。配線層１３の線幅は例えば２００μｍ以上１２００μｍ以下である。

図４は対向基板３の平面構成を表したものである。対向基板３は、ガラス基板上に、例えば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のフィルタがストライプ状に設けられたカラーフィルタ５を有すると共に、このカラーフィルタ５上の有効表示領域のほぼ全面に亘って対向電極７を有するものである。対向電極７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide; インジウム錫酸化物）等の透明性を有する導電材料により構成されている。対向電極７とＴＦＴ基板２側の画素電極６との間には、両基板間のギャップを保つためのスペーサ１０が形成されている。このスペーサ１０は例えば感光性ネガ型樹脂により形成されている。

また、対向基板３のカラーフィルタ５を囲む周辺領域１１Ｂに遮光膜１２（額縁またはブラックマトリクス）が設けられている。シール層８はこの遮光膜１２とＴＦＴ基板２側の配線層１３との間に設けられている。

ＴＦＴ基板２の裏面には偏光板４Ａ、対向基板３の上面には偏光板４Ｂが配設されている。偏光板４は、特定の方向に振動する偏光を透過させる。

液晶層９は、例えば垂直配向型の液晶パネルの場合には、負の誘電率異方性を有する液晶分子と、この液晶分子を配向膜（図示せず）との界面近傍で保持するポリマー構造とを含んでいる。液晶分子は、その長軸方向の誘電率が短軸方向よりも大きいという性質を有している。この性質により、駆動電圧がオフのときは、液晶分子の長軸が基板に対して垂直になるように配列し、駆動電圧がオンになると、液晶分子の長軸が基板に対して平行になるように傾いて配向する。これにより画像が液晶表示パネルに映し出される。

図５は図１に示した液晶表示パネル１のうちＴＦＴ基板２および対向基板３の斜視構造を表したものである。ここではＴＦＴ基板２の各画素にそれぞれ画素電極６が形成されている状態を示している。また、対向基板３の各画素には、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタ５Ａ〜５Ｃが配置されている。

シール層８は、本実施の形態においては、熱硬化型樹脂からなるシール剤により構成されている。このシール剤としては、具体的には、例えば、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、およびウレタン樹脂などが用いられる。

このような構成において、本実施の形態の液晶表示パネル１では、上下に配置された画素電極６および対向電極７に所定の電圧が加圧されると、液晶層９が駆動されて画像が映し出される。

［製造方法］
次に、本実施の形態の液晶表示パネル１の製造方法について図６の工程フロー図および図７〜図１１を参照しつつ説明する。

まず、ガラスなどからなる透明基板上に、液晶表示パネル１を形成する上で必要な部材を形成する。すなわち、２枚の透明基板を用意し、一方の透明基板上にＴＦＴ、ドレインバスライン、ゲートバスライン（いずれも図示せず）および画素電極６などを形成し、その上に配向膜（図示せず）を形成してＴＦＴ大判基板１４（ＴＦＴ基板２）を得る。他方の透明基板上には、Ｒ（赤) ，Ｇ（緑) ，Ｂ（青) のカラーフィルタ５とＩＴＯ膜からなる対向電極７とを所定の位置に形成し、その上に配向膜（図示せず）を形成する。また、その周囲に遮光膜１２を形成することにより対向大判基板１５（対向基板３）を得る。

ＴＦＴ大判基板１４および対向大判基板１５を形成した後、図６に示した液晶滴下法の工程フロー図に従って液晶表示パネル１を作製する。シール描画を行う大判基板は、ＴＦＴ大判基板１４あるいは対向大判基板１５のどちらでもよく、以下、一例として、対向大判基板１５に熱硬化型シール剤８ａを塗布する場合を例とする。すなわち、対向大判基板１５に対して、表示領域１１Ａを囲むように熱硬化型シール剤８ａによるシール描画を行う（ステップＳ１０１）。続いて、対向大判基板１５の枠内に必要な量の液晶を滴下していく（ステップＳ１０２）。次に、貼り合わせ装置にＴＦＴ大判基板１４および対向大判基板１５を投入し、粗合わせ（ステップＳ１０３）を行った後、基板を重ね合わせる（ステップＳ１０４）。そののち、熱硬化型シール剤８ａの硬化条件を用いてシール熱硬化を実施する（ステップＳ１０５）。そして、大判基板から各パネルサイズに基板を分断する（ステップＳ１０５）。これにより液晶表示パネル１が完成する。以下、各工程の詳細について説明する。

（１．シール描画）
図７は大判基板へのシール剤８ａの描画工程を表すものである。液晶を封入する表示領域１１Ａを囲むように、大判基板の表面に熱硬化型シール剤８ａを、１パネル分ずつ塗布する。このときに塗布する熱硬化型シール剤８ａは、シールディスペンサ１６からシール線幅および液晶層９のギャップに応じたシール量を、対向大判基板１５に設けられた遮光膜１２の上に塗布する。このとき必要に応じて、塗布された未硬化のシール剤８ａ、特にその内周部分を、例えば６０℃、２分間の条件で、ホットプレートなどにより加熱し、これにより予め半硬化しておくのが好ましい。

図１２はこのホットプレートを用いた半硬化方法の一例を表すものである。すなわち、ホットプレート２０の表面の、対向大判基板１５に塗布される環状のシール剤８ａの内周部分に相当する位置に環状の加熱部２０ａを設けておく。そして、対向大判基板１５をホットプレート２０の近傍まで降下させて、パネルごとにシール剤８ａの内周を加熱部２０ａにより加熱する。これによりシール剤８ａを半硬化させるものである。なお、図１３に示したように、ホットプレート２０と対向大判基板１５との上下関係を逆にしてもよい。

（２．液晶滴下）
図８は対向大判基板１５への液晶滴下工程を表したものである。対向大判基板１５の熱硬化型シール剤８ａを塗布した領域内、すなわち対向基板３（１パネル）ごとに、液晶ディスペンサ１７から液晶９ａを滴下する。このときは液晶９ａを１箇所に滴下してもよいし、数ヶ所に分けて滴下してもよい。

（３．基板粗合わせ）
図９はＴＦＴ大判基板１４と対向大判基板１５との粗合わせ工程を表すものである。液晶９ａが滴下された対向大判基板１５は貼り合わせ装置（図示せず）内のステージ上に設置される。一方、ＴＦＴ大判基板１４も装置内に搬入され、装置内の支持具によって支持される。次に、装置の排気弁が開き、排気口から真空排気されることにより、装置内の処理室が減圧状態になる。次いで、ＴＦＴ大判基板１４と対向大判基板１５とが対向配置され、弱く加圧されて粗合わせが行われる。

（４．基板重ね）
図１０はＴＦＴ大判基板１４と対向大判基板１５とを精密に重ね合わる工程を表すものである。すなわち、粗合わせがなされたＴＦＴ大判基板１４および対向大判基板１５を大気中に取出し、ＴＦＴ大判基板１４および対向大判基板１５の各画素領域１１Ａが対向するように精密な位置合わせをする。この工程によって、滴下された液晶９ａは熱硬化型シール剤８ａで囲まれた領域のほぼ全面に行き渡り、液晶層９となる。

（５．シール熱硬化）
上記工程により、液晶９ａはＴＦＴ基板２（１パネル分）と対向基板３（１パネル分）との隙間に熱硬化型シール剤８ａによって密封される。その後、熱硬化型シール剤８ａが十分硬化する条件、例えば１３０℃、２時間の熱処理を行い、シール層８を形成する。

（６．基板分断）
図１１は大判基板を１パネルごとに分断する工程を表している。すなわち、ＴＦＴ大判基板１４と対向大判基板１５を貼り合せたものを、各パネルサイズにスクライブライン１８に沿って分断する。

このように本実施の形態の液晶表示装置の製造方法によれば、ＴＦＴ基板２と対向基板３との間の液晶層９を熱硬化型樹脂からなるシール層８によって封止するようにしたので、シール剤を硬化させるための開口部構造が不要となる。すなわち、従来の光硬化型または併用型シール剤を用いる場合のような紫外線透過用の開口を設ける必要がなくなる。よって、パネル設計の自由度の高い液晶パネルを作成することが可能となり、狭額縁化を実現することができる。更に、基板へシール剤８ａを描画した後、未硬化のシール剤８ａを半硬化する工程を加えることによって、表示領域１１Ａ内へのシール成分の溶出が抑制され、液晶パネルの信頼性が向上する。

以上、実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、中小型直視向け液晶表示パネルを前提に説明したが、大型直視向け液晶パネルにも用いることができる。また、直視型液晶表示装置だけでなく、投射型液晶プロジェクタの液晶表示装置にも同様に適用することが可能である。

１…液晶表示装置、２…ＴＦＴ基板、３…対向基板、４…偏光板、５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）…カラーフィルタ、６…画素電極、７…対向電極、８…シール層、８ａ…シール剤、９…液晶層、９ａ…液晶、１０…スペーサ、１１Ａ…表示領域（画素領域）、１１Ｂ…周辺領域、１２…遮光膜、１３…配線層、１４…ＴＦＴ大判基板、１５…対向大判基板、１６…シールディスペンサ、１７…液晶滴下用ディスペンサ、１８…スクライブライン、２０…ホットプレート、２０ａ…加熱部

Claims (7)

1. 対向位置に表示領域を有すると共に前記表示領域の周囲に周辺領域を有する一対の基板のいずれか一方の基板の前記周辺領域に熱硬化型樹脂からなるシール層を環状に形成する工程と、
   前記シール層の枠内に液晶を滴下する工程と、
   前記一対の基板を減圧下で重ね合わせた後、大気圧下に戻すことにより前記一対の基板間に液晶層を形成する工程と、
   前記液晶層を形成した後、前記シール層を熱硬化させる工程と
   を含む液晶表示装置の製造方法。
2. 前記基板に熱硬化型樹脂からなるシール層を形成した後、前記一対の基板の重ね合わせの前に前記シール層を予め加熱し、前記シール層を半硬化状態にする工程を含む、請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
3. 前記シール層の内周側のみを半硬化状態とする、請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記少なくとも一方の基板は周辺領域に配線を有し、前記シール層を前記配線上に形成する、請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
5. 対向位置に表示領域を有すると共に前記表示領域の周囲に周辺領域を有する一対の基板と、
   前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
   前記周辺領域において前記液晶層を封止する、熱硬化型樹脂からなるシール層と
   を備えた液晶表示装置。
6. 前記一対の基板の少なくとも一方の基板に、遮光膜を有し、前記一対の基板の対向方向において前記遮光膜と前記シール層とが重なっている、請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記一対の基板の一方の周辺領域に、線幅２００μｍ以上１２００μｍ以下の配線を有し、前記シール層が前記配線上に形成されている、請求項５に記載の液晶表示装置。

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