JP2011174966A - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶注入口に相当する領域だけを簡便な手段により、選択的に装飾層である撥水層を除去し、確実な液晶封止方法を提供する。
【解決手段】対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に有機配向層を結合した無機配向膜を備える液晶表示装置の、前記基板の前記有機配向層の除去領域にエネルギー線を照射し、前記有機配向層を除去する液晶表示装置の製造方法であって、前記除去領域に対応する開口部を備え、前記開口部の前記液晶表示装置の表示部との境界線に直交する方向の開口長さの5倍以上の板厚を有するマスクを前記基板面に対向配置し、エネルギー線を照射する、ことを特徴とする。
【選択図】図5

Description

本発明は、液晶表示装置の製造方法に関する。
従来、投射型表示装置、いわゆるプロジェクターのライトバルブや、携帯電話等の表示装置として液晶表示装置が広く採用されている。液晶表示装置は、互いに対向する2枚の基板間に液晶を保持し、2枚の基板の液晶側の面には液晶分子の配列を制御する配向膜が形成されている。
近年、この配向膜に有機配向層に代わって、熱や光に強いSiOx(酸化シリコン)等の無機材料からなる無機配向膜が採用されている。更に、この無機配向膜の信頼性を向上させるために、形成された無機配向膜の表面を脂肪族アルコールやシランカップリング剤により修飾する技術が実用化されている(特許文献1)。
しかし、上述の無機配向膜にシランカップリング剤などにより形成される装飾層は、いわゆる撥水(疎水)性を発揮する機能層であり、液晶を基板間に封入し画像表示領域を形成するための基板間に形成されるシール部材との密封性能(接着性能)を阻害するものであった。そのため、画像表示領域にレジスト剤を塗布し、遮蔽マスクとして画像表示領域外に紫外線などを照射し、シランカップリング剤による装飾部分を除去する手段が適応された(特許文献2)。
特開2008−83325号公報 特開平8−78687号公報
しかし、上述の特許文献2に開示されたレジスト剤によるマスク形成方法では、画像表示領域からのマスク除去によって、形成された無機配向膜の配向性を乱してしまい、表示性能を著しく低下させてしまうという課題があった。
そこで、液晶注入口に相当する領域だけを簡便な手段により、選択的に装飾層である撥水層を除去し、確実な液晶封止方法を提供する。
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
〔適用例1〕本適用例の液晶表示装置の製造方法は、対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に有機配向層を結合した無機配向膜を備える液晶表示装置の、前記基板の前記有機配向層の除去領域にエネルギー線を照射し、前記有機配向層を除去する液晶表示装置の製造方法であって、前記除去領域に対応する開口部を備え、前記開口部の前記液晶表示装置の表示部との境界線に直交する方向の開口長さの5倍以上の板厚を有するマスクを前記基板面に対向配置し、エネルギー線を照射することを特徴とする。
上述の適用例によれば、マスク開口を通して照射されるエネルギー線、例えば紫外線等の非平行光を照射しても、マスク開口長さに対して5倍以上の厚さの板厚のマスクを用いることで、マスク開口のマスク表裏面を貫通する貫通方向に対して非平行光がマスク開口の内壁面で遮断される。その結果、マスク開口の液晶表示装置の基板面側ではエネルギー線の回折、あるいはマスク表裏面を貫通する貫通方向に対して傾斜して出射するエネルギー線を抑制することができる。
従って、マスク開口の液晶表示装置の基板面側からは略平行光が出射されるため、マスク開口形状を正確に投影した位置、範囲の有機配向層だけをエネルギー線によって改質することができる。言い換えると、改質されてはならない画像表示領域との境界において、画像表示領域側へのエネルギー線の不要な照射を抑制することが可能となり、画像品質の低下を防止できる。
〔適用例2〕上述の適用例において、前記マスクと前記基板との隙間δは0mm<δ≦0.5mm、の範囲に離間させて配置することを特徴とする。
上述の適用例によれば、基板上の形成された無機配向膜を損傷することなく、且つエネルギー線の散乱を抑制することができ、改質されてはならない画像表示領域との境界において、画像表示領域側へのエネルギー線の不要な照射を抑制することが可能となり、画像品質の低下を防止できる。
〔適用例3〕上述の適用例において、前記エネルギー線が紫外線であることを特徴とする。
上述の適用例によれば、有機配向層、特にシランカップリング剤のアルキル基鎖を容易に無機配向膜から離脱させることができる。
〔適用例4〕上述の適用例において、前記マスクがステンレススチールであることを特徴とする。
上述の適用例によれば、紫外線ランプが発する熱に対して耐久性が高いマスクを得ることができる。且つ、安価に製作することができる。
〔適用例5〕上述の適用例において、前記除去領域が、前記基板間に前記液晶を注入する注入口形成領域であることを特徴とする。
液晶表示装置の最終工程である液晶の注入口を封止、密閉する接着剤の密着性を確保し、シール品質を低下させることがない。
第1実施形態に係る液晶表示装置の、(a)は平面図、(b)はA−A’断面図、(c)はB−B’断面図。 図1(a)のC−C’断面部における、拡大模式図。 第1実施形態に係る液晶表示装置の製造フローチャート。 第1実施形態に係るマスクの、(a)は平面図、(b)はM部拡大図、(c)はD−D’断面図。 第1実施形態に係る紫外線照射工程を説明する概念図。 マスク厚みと漏れ照射面積との関係を示すグラフ。 第1実施形態に係るマスクの自重たわみのグラフ。 第1実施形態に係る液晶表示装置の組立て方法を説明する斜視図。 第2実施形態に係るマスクの、(a)は平面図、(b)はm部拡大図。 第3実施形態に係る、エネルギー線経路を説明する概念図。
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る液晶表示装置を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A’断面部における概略断面図である。液晶表示装置100は、図1(b)に示すようにTFT基板10と、TFT基板10に対向配置される対向基板20とを備え、TFT基板10と対向基板20との間にシール材30によって液晶40が封入されている。TFT基板10の対向基板20に対向する面には画像表示領域10aを備え、画像表示領域10aを囲うようにシール材30が設けられている。
シール材30は、図1(a)に示すように連続した環状ではなく、後述する製造工程において、TFT基板10と対向基板20とシール材30とにより形成される空間に、液晶を注入するための部分的な切欠部の液晶注入口30aを備えている。液晶注入口30aは、液晶40が注入された後、図1(a)のB−B’断面部を示す図1(c)のように、封止材50によって液晶注入口30aが封止され、液晶表示装置100の内部に液晶40が密封される。
シール材30の外側の領域には、走査線に走査信号を供給する走査線駆動素子61と、データ線に画像信号を供給するデータ線駆動素子62とが実装されている。走査線駆動素子61とデータ線駆動素子62からは、TFT基板10の端部に設けた接続端子70にかけて配線71が引き回されている。
また、対向基板20(図1(a)には図示せず)には、画像表示領域10aのほぼ全域に対応する範囲に、共通電極20aが形成され、共通電極20aの四隅には基板間導通部80が形成されている。基板間導通部80からは、接続端子70まで配線72が引き回されている。そして、接続端子70を介して外部から入力された各種信号によって、画像表示領域10aに画像が表示されるように液晶表示装置100が駆動される。
次に、TFT基板10及び対向基板20の互いに対向する面、すなわち液晶40を挟持する面に形成される配向膜について説明する。図2は、図1(a)における封止材50(液晶注入口30a)部を含むC−C’断面部を模式的に拡大した断面図である。
図2に示すようにTFT基板10、及び対向基板20の液晶40に面する側のTFT基板面10bと対向基板面20bの表面には、それぞれ無機配向膜11、21が形成されている。この無機配向膜11、21は蒸着、スパッタ等の方法によって無機化合物、例えばSiO、SiO2、MgF、Al23、TiO2等が形成されている。更に、無機配向膜11、21の表面には脂肪族アルコール、あるいはシランカップリング剤による有機配向層が形成されている。本実施形態では、シランカップリング単分子が、有機配向層12、22として無機配向膜11、21の表面に形成された例によって説明する。なお、図2は模式的に無機配向膜、シランカップリング単分子を描いたものであり、実際の構造を示すものではない。
シランカップリング単分子の有機配向層12、22は、撥水性能を有し、無機配向膜11、21の耐水性の向上などによる信頼性向上を目的に形成されている。しかし、撥水性能を有するために、液晶注入口30aにエポキシ系接着剤等によって形成される封止材50に対しては密着性を阻害するものであり、封止材50の塗布領域では有機配向層12、22は無機配向膜11、21から切り離し、除去することが必要となる。
本実施形態に係る液晶表示装置100の製造方法は、上述の液晶注入口30aに対する封止材50の密着性の向上に係るものであり、以下に具体的に説明する。
〔液晶表示装置の製造方法〕
図3は、本実施形態に係る液晶表示装置100の製造フローチャートであり、液晶注入口封止までの工程を示している。
<基板準備工程>
先ず、ウエハーの形態でTFT、引き回し配線、接続端子などが形成され、液晶面側に無機配向膜、有機配向層を形成したTFT基板10と、共通電極、無機配向膜、有機配向層を形成した対向基板20を準備する(S101)。TFT基板10、対向基板20共に十分に洗浄・乾燥されて次の工程に移行する。
<UV照射工程>
次に本願発明となる、UV照射工程(S102)に移行する。このUV照射工程(S102)には、図4に示すマスク200が用いられる。マスク200は、例えばステンレススチール等の金属板より形成されている。マスク200は図4(a)の平面図に示すように、複数の貫通した開口部210を備えている。この開口部210は、図4(a)のM部拡大図である図4(b)に示すように、TFT基板10もしくは対向基板20におけるシール材30の液晶注入口30aに対応している。従って、マスク200とTFT基板10もしくは対向基板20とは、マスク200とTFT基板10もしくは対向基板20とに予め設けたアライメントマーク(図示せず)等を基準に位置合わせを行い、対向配置する。
マスク200を基板ウエハーに対して位置合わせを行い、次にUV(紫外線)照射を行う。図5(a)に示すように、マスク200の上部からUV光源300より紫外線を照射する。適用する紫外線としては短波長帯、例えば254nm以下の波長の紫外線を照射することが好ましい。また、マスク200とTFT基板10もしくは対向基板20との隙間δは、0(ゼロ)、すなわち密着させることが理想的ではある。しかし、TFT基板10、対向基板20にはソリやウネリを持っているため、マスク200を密着させることで、基板表面に形成された無機配向膜11、21や有機配向層12、22をマスク200によって破壊する虞がある。従って、ソリやウネリの量に相当する隙間として、0mm<δ≦0.5mmの範囲で隙間を設けてマスク200を配置することが好ましい。
このように配置されたマスク200に、UV光310が照射されると、図5(b)の拡大概略図のように、マスク200の開口部210の貫通方向に対して平行に入射する平行光320がマスク200表面に到達し、照射領域Pに形成された有機配向層12、22を無機配向膜11、21から切り離し、除去する。
しかし、UV光源300から発光されるUV光310は、放射状に出射されるために、UV光310の内、開口部210の貫通方向に対して斜方から照射される非平行光330は、TFT基板10あるいは対向基板20の開口部210に対応する照射領域Pの外側の表面に照射され、不要な照射領域Q(以後、不要照射領域Qという)を生じてしまう。この不要照射領域Qを極力少なくするため、開口部210を次のように設定する。
図4(c)に示すように、画像表示領域10aとシール材30との境界線に対して法線方向の開口部210の長さを開口長さLとすると、図5(b)に示すように、マスク200の開口部210における開口長さLに対して、マスク厚みTとすると、不要照射領域Qにおける照射域qは、理論的には
q=δ×(L/T)
となる。開口長さLは、液晶注入口30aの大きさとほぼ同じに設定されるため、マスク厚みTを大きくすることで不要照射域qを小さくすることができる。さらにマスク200とTFT基板10、もしくは対向基板20との隙間δを小さくすることも好ましいことが分かった。
上述の通り、隙間δは0mm<δ≦0.5mmの範囲で極力0に近づけるように設置される。従って、不要照射領域Qを狭くするにはマスク厚みTを厚くする、すなわちL/Tを小さくすることが有効であることが分かった。ここで、L/Tの関係について図6により説明する。
図6は開口部210における開口長さLを1mm、隙間δを0.5mmとしたときの、マスク厚みTに対するUV光線の漏れ照射面積の関係を示したものである。ここで漏れ照射面積とは図5(b)における照射領域Pの面積に対する不要照射領域Qの面積割合を示す。図6のグラフが示すように、マスク厚みT≧5mmの範囲において実測値では1%以下、理論値でも4%以下であり、マスク厚みTは開口長さLに対して5倍以上、すなわちT/L≧5とすることで、不要照射領域Qはきわめて狭い領域とすることができる。なお図6のグラフにおける実測値の測定には「超高感度タイプ UVシールS(日油技研工業製)」を用いて測定した。
また、マスク200は、UV光源300から発生する熱に対して耐久性を有し、且つ線膨張係数が大きくない素材として、金属製が好ましく、特に加工性、コストの面からステンレススチールを用いることがより好ましい。金属製のマスク200とすると、マスク厚みTを厚くしすぎると、マスク重量が重くなり取扱が困難であり、また開口部210の開口長さLは1mm程度の長さであるため、貫通孔に加工する点でも10mm以下の厚さとすることが好ましい。しかし、マスク厚みTが薄すぎると、マスク200の自重によるたわみが大きくなり、マスク200の中央部で基板との隙間を上述の通り0mm<δ≦0.5mmの範囲で設定しても、マスク200の中央から外側に向けて、隙間δは徐々に大きくなってしまい、不要照射領域Qが拡大してしまう。
例えば、直径300mmのウエハー用のステンレススチール製のマスクの場合、図7に示すように、マスク200の中心部での自重によるたわみは、マスク板厚1mmでは約0.14mm、マスク板厚3mmでは約0.015mmであるが、マスク板厚を5mmとすると約0.005mmと格段に少ないたわみとなり、十分に無視できる量である。従って、たわみ量がほぼ無視できる5mm以上の厚さを有することが好ましい。
次にマスク200の開口部210に関する、位置ならびに大きさの設定について説明する。図4(b)に示すように液晶注入口30aの領域に対して、マスク200の開口部210は次のように大きさ、位置を設定する。先ず、液晶40とシール材30との境界30bと開口部210の開口形状に対応する1辺210aとは平面視で一致させるのが最も好ましい。
しかし、位置合わせのばらつき等を考慮して、開口形状の1辺210aは、少なくとも平面視ずれs1程度、境界30bより外側になるよう設定する。この1辺210aに対向する辺210bは、図5(b)に示す開口長さLとなるよう、すなわち液晶40とシール材30との境界30bに対して法線方向の開口部210の開口の広さが開口長さLに設定される。辺210a、210bと隣合う辺210c、210dの位置は液晶注入口30aの幅を超える位置に設定し、液晶注入口30a位置、幅より外側にオーバーラップs2を設ける。
上述のように設定された開口部210を備えるマスク200を用いて、TFT基板10及び対向基板20のUV照射領域にUVを照射する。なお上述した通り、UV光源300は熱を伴って発光する。その温度は、およそ90℃程度までに至る。従って、マスク200は金属マスクとすることが好ましく、例えばステンレススチールは耐久性、加工性、コストの面で好ましい。他には、チタン合金、アルミ合金など軽量且つ耐熱性に優れ、しかもマスク200の冷却装置を設けた場合などには熱伝導率にも優れ、冷却効率に優れたマスク200を得ることができる点で好ましい。さらに、熱膨張係数の小さい金属とすることも好ましい。
<基板接合工程>
次に、基板接合工程(S103)に移行する。基板接合工程(S103)は、図8に示すように、例えば紫外線硬化型樹脂成分からなるシール材30を対向基板20、もしくはTFT基板10のどちらか一方の対向面にスクリーン印刷もしくはディスペンサー法により形成する(本図では便宜的にTFT基板10にシール材30の印刷領域10cを描いている)。シール材30の一部には、基板組立て後の液晶注入口30aとなる切欠き部が設けられている。
次に、シール材30を接着手段としてTFT基板10と対向基板20を貼り合わせる。このとき、シール材30の内側領域には液晶40が封入されるためのTFT基板10と対向基板20との間に所定のスペース(隙間)を確保するため、スペーサー(図示しない)が投入される。TFT基板10と対向基板20を貼り合わせた後、シール材30に紫外線硬化型樹脂であれば、紫外線を照射し、硬化させる。この後、ウエハー状の基板から、個別基板に切断分離する。
<液晶注入工程>
次に、切断分離した基板に液晶を注入する液晶注入工程(S104)に移行する。液晶注入工程(S104)では、真空チャンバー内に基板を投入し、真空減圧して基板の液晶封入部を真空とする。次に、少なくとも液晶注入口30a部位を液晶槽へ浸漬し、チャンバー内を大気圧に戻すことで、基板内に液晶が注入される。
<液晶注入口封止工程>
次に、液晶注入口封止工程(S105)に移行する。液晶注入口封止工程(S105)では、液晶注入工程(S104)で液晶が注入された基板のシール材30に備えた液晶注入口30a部に、エポキシ系の紫外線硬化型接着剤を、液晶注入口30aを塞ぐように塗布し、その後、紫外線照射により硬化させ、封止材50となる。これにより、液晶注入口30aの封止が完了する。
この時、上述したUV照射工程(S102)において、UVが照射される照射領域に封止用の接着剤を塗布する。照射領域P(図5(b))には、撥水性能を持つ有機配向層12、22が除去されているため、基板接合工程(S103)におけるシール材30を基板間で押圧接着しなくても、接着剤と無機配向膜を含む基板との接着性能を確保することが可能となり、封止材として密閉性も確保できる。
さらに、上述の通りマスク200の開口部210を、開口長さLとマスク厚みTとをT/L≧5とすることで、封止材50の形成部である液晶注入口30a近傍における基板上に形成された有機配向層12、22が除去されることを阻止し、液晶の耐久性や表示品質を向上させることができる。
上述の製造方法において、基板接合工程(S103)の前にUV照射工程(S102)を実施する製造フローで説明したが、UV照射工程(S102)を液晶注入工程(S104)の後、液晶注入口封止工程(S105)の前に実施する製造フローとしても良い。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は上述の第1実施形態に対して、マスク200の開口部210の形態のみが異なり、その他の形態は同じであるため、マスク200の開口部について説明し、他は省略する。
図9は、第2実施形態に係るマスク200の(a)は平面図、(b)はm部拡大概略図である。マスク200には、第1実施形態のマスク200同様に開口部211が複数、対応する基板に合わせて備えられている。この開口部211は、図9(b)に示すように、微小開口部211aを複数備え、複数の微小開口部211aによって、開口部211が構成されている。
第1実施形態での説明の通り、微小開口部211aであっても、液晶40とシール材30との境界30bに対して法線方向の開口広さを、第1実施形態の開口長さLとして設定する。従って、マスク200の板厚をTとすると、L/T≧5の条件を満たすマスク200とすることで、第1実施形態と同様の作用効果を発揮する。
なお、シール材30における液晶注入口30aとマスク200の開口部211の関係は、微小開口部211aの複合形状、図9(b)におけるL×Wの矩形領域が第1実施形態の開口部210に相当するので、第1実施形態に準じて設定される。
なお、上述のマスク200の開口部210および211aの貫通内周面につや消し仕上げを施すことによって、斜方から侵入するエネルギー線(紫外線)を乱反射させるので、なお斜方からのエネルギー線の基板への到達を抑制できるので、好ましい。
(第3実施形態)
第3実施形態として、第1および第2実施形態の金属製マスクに代えて、ガラス製マスクを用いた場合を説明する。
図10は本実施形態に係るマスク400の断面図を示す。マスク400はガラス製のマスク基板410の両面に金属膜420を、蒸着もしくはスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィーによって両面に開口部430a、430bを形成する。開口部430aと430bは平面視で同一形状となっている。このマスク400に照射されるエネルギー線の経路を見ると、平行光tは平行光tのままTFT基板10もしくは対向基板20に到達する。なお、以降の説明ではTFT基板10を例として説明する。
次に、斜方からの斜方光uの場合、マスク基板410によって反射される反射光u1と、マスク基板410に侵入する侵入光u2に分かれ、侵入光u2はTFT基板10側に形成された金属膜420によって反射され、マスク基板410の内部を金属膜420に反射を繰り返し減衰してゆく。別の斜方光vの場合、マスク基板410によって反射される反射光v1と、マスク基板410に侵入する侵入光v2に分かれる。侵入光v2は、マスク基板410のTFT基板10側の内面側で反射される反射光v3と、透過する透過光v4に分かれる。
従って、斜方光vはTFT基板10に到達するまでに2回の分岐(分光)を経るため、透過光v4は微弱なエネルギー線となり、不要な照射領域への照射エネルギー量を軽減することができる。
10…TFT基板、20…対向基板、200…マスク、300…UV光源、310…UV線、320…平行光、330…非平行光。

Claims (5)

  1. 対向する一対の基板間に挟持された液晶層を備え、少なくとも一方の前記基板の前記液晶層の側の表面に有機配向層を結合した無機配向膜を備える液晶表示装置の、前記基板の前記有機配向層の除去領域にエネルギー線を照射し、前記有機配向層を除去する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記除去領域に対応する開口部を備え、前記開口部の前記液晶表示装置の表示部との境界線に直交する方向の開口長さの5倍以上の板厚を有するマスクを前記基板面に対向配置し、エネルギー線を照射する、
    ことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記マスクと前記基板との隙間δは
    0mm<δ≦0.5mm
    の範囲に離間させて配置する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  3. 前記エネルギー線が紫外線である、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 前記マスクがステンレススチールである、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記除去領域が、前記基板間に液晶を注入する注入口形成領域である、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の液晶表示装置の製造方法。
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