JP2015025959A

JP2015025959A - 液晶表示素子及びその製造方法

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Publication number: JP2015025959A
Application number: JP2013155708A
Authority: JP
Inventors: 福岡　暢子; Nobuko Fukuoka; 暢子福岡; 和也大師; Kazuya Daishi
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-02-05

Abstract

【課題】シール部を構成するシール部材への大気圧負荷を低減してシール性を確保できるとともに基板間の間隙のむらを低減できる液晶パネル及びその製造方法を提供する。【解決手段】液晶パネル11は、互いに対向配置された対をなす基板12，13を有する。液晶パネル11は、基板12，13間に介在された液晶層15を有する。液晶パネル11は、流体状のシール部材18を硬化して形成され、液晶層15の周囲を囲んで基板12，13を外縁から離間された位置で貼り合わせるシール部14を有する。液晶パネル11は、液晶層15の位置で基板12，13間に介在され、基板12，13間の間隙を保持する主スペーサ30を有する。液晶パネル11は、シール部14の外側部全体と接して基板12，13間に介在され、基板12，13間の間隙を保持する補助スペーサ31を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、流体状のシール部材を硬化して形成され、液晶層の周囲を囲んで基板を貼り合わせるシール部を備えた液晶表示素子及びその製造方法に関する。

従来、一般的に用いられている液晶表示素子である液晶パネル(ＬＣＤ)は、例えばガラスなどにより構成されそれぞれ電極を有する一対の基板を、間に液晶層を介在させて接着剤であるシール部によって貼り合わせ、液晶層に電界を掛けることによって液晶層による光の透過／遮断を制御して画像を表示する。

近年、例えば特に携帯電話やスマートフォンなどの携帯端末に用いられる液晶パネルは、外形を小さく保ったまま表示領域を大きく取るために、額縁領域と呼ばれる表示領域からパネル端部までの遮光部が非常に狭い、狭額縁化が進んできている。基板同士を貼り合わせるシール部は、この額縁領域に配置されるため、狭額縁化が進むにしたがってシール部の幅が狭くなり、基板同士の接着面積が低下して接着力が弱くなる。一方で、狭額縁化に対応するとともに、１枚の大判基板からより多くの液晶パネルを生産するために、大判基板において、隣接するパネル同士の間隙が小さい、または間隙がないレイアウトとなってきている。そのため、精度よくパネルを切り出すことができるように、カットラインの位置に外縁スペーサを配置し、その外縁スペーサをシール部によって挟んでこの外縁スペーサの位置で外縁スペーサとともに大判基板をカットするようになっている。しかしながら、例えばアレイ基板と外部回路とを接続する外部端子部(ＯＬＢ部)の位置にはシール部材を塗布することができない。また、シール部材の塗布の観点では、塗布装置であるディスペンサを用いることが主流であるものの、この場合、特にコーナー部では正確に直角状に屈曲させる技術が確立されておらず、必ずある程度の曲率を有する円弧状となる。

このような液晶パネルの基板を貼り合わせる方法としては、いわゆる液晶滴下工法(ＯＤＦ)と呼ばれる製造方法が用いられる。

このような液晶パネルにおいて、液晶層の液晶材料の駆動を精度よく制御するためには、基板間の距離(セルギャップ)を制御することが重要であり、この距離がばらつくと表示むらとなる。しかしながら、２枚の基板間の距離を一定に保つために一方の基板上に形成されるスペーサが配置できる領域には制限がある。具体的には、外部端子部には、ＩＣやフレキシブルプリント基板(ＦＰＣ)の熱圧着の妨げとなるためスペーサを配置できない。したがって、シール部材の内方と外気との差圧によって基板間の間隙を設定する際に、スペーサが配置されていない外部端子部が潰れすぎ、そのリバウンドによって表示領域内に間隙が大きい領域ができることがある。そこで、大判基板の最外周に配置した外周シール部の一部に開口を設けて外周シール部を完全に連続させないことで、液晶が滴下されている領域以外を緩やかに大気圧に戻して外部端子部の潰れすぎを防止することが考えられるものの、この場合には、まだ硬化しきっていないシール部材の一部が大気によって押されることで、シールが破れて液晶層に気泡が入るという別の不具合が発生することが懸念される。

特開２００６−３０４４０号公報

本発明が解決しようとする課題は、シール部を構成するシール部材への大気圧負荷を低減してシール性を確保できるとともに基板間の間隙のむらを低減できる液晶表示素子及びその製造方法を提供することである。

実施形態の液晶表示素子は、互いに対向配置された対をなす基板を有する。この液晶表示素子は、基板間に介在された液晶層を有する。また、この液晶表示素子は、流体状のシール部材を硬化して形成され、液晶層の周囲を囲んで基板を外縁から離間された位置で貼り合わせるシール部を有する。さらに、この液晶表示素子は、液晶層の位置で基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する主間隙保持部材を有する。そして、この液晶表示素子は、シール部の外側部全体と接して基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する補助間隙保持部材を有する。

一実施形態の液晶表示素子を示す図２のＩ−Ｉ断面図である。同上液晶表示素子の平面図である。同上液晶表示素子の製造方法を(a)ないし(f)の順に示す説明図である。

以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図１及び図２において、11は液晶表示素子としての液晶パネルであり、この液晶パネル11は、例えば背面側に配置された図示しないバックライトからの面状光を透過させて画像を表示する透過型のアクティブマトリクス型液晶パネルである。

すなわち、この液晶パネル11は、四角形状の(第１の)基板としてのアクティブマトリクス基板であるアレイ基板12と、四角形状の(第２の)基板としての対向基板13とが、この対向基板13を表示側として所定の間隙(セルギャップ)を介して互いに対向配置されて例えば四角形枠状のシール部14により貼り合わせられ、このシール部14の内方に液晶材料LCからなる液晶層15が充填され、アレイ基板12の表示側(液晶層15と反対側)と対向基板13の背面側(液晶層15と反対側)とに図示しない偏光板がそれぞれ取り付けられて構成され、複数の画素が例えばマトリクス状に配置された画像を表示するアクティブエリアすなわち表示領域16が液晶層15の位置に例えば四角形状に形成されている。

ここで、シール部14は、紫外線(ＵＶ)及び熱によって硬化する、すなわち紫外線硬化樹脂及び熱硬化性樹脂である流体状のシール部材18を硬化させることで例えば０．２５ｍｍ程度の幅寸法に構成されている。このシール部14は、本実施形態では、四角形枠状に形成されており、基板12，13の外縁よりも内方に離間されて位置し、アレイ基板12及び対向基板13の両側部に沿って直線状に位置する(一方及び他方の)側辺部14a，14bと、アレイ基板12及び対向基板13の一端部に沿って直線状に位置する(一方の)端辺部14cと、対向基板13の他端部に沿って直線状に位置する(他方の)端辺部14dと、側辺部14a，14bと端辺部14c，14dとが連続する位置である四隅に屈曲したコーナー部14eとを備えている。これらコーナー部14eは、シール部14を構成するシール部材18を図示しない塗布装置としてのディスペンサを用いて四角形枠状に連続的に塗布しているため、微視的にはそれぞれ円弧状に湾曲している。

アレイ基板12は、透光性及び絶縁性を有するガラス、あるいは合成樹脂などにより形成された(第１の)基板本体としての四角形板状のアレイ基板本体21を備え、このアレイ基板本体21の液晶層15側の一主面上の表示領域16に対応する位置に、互いに絶縁された状態で格子状に交差するそれぞれ複数の走査線及び信号線、これら走査線及び信号線の交差位置にてこれら走査線及び信号線と電気的に接続される例えばポリシリコン(ｐ−Ｓｉ)を半導体層としたスイッチング素子である薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)、画素を構成し各薄膜トランジスタにより画像信号がそれぞれ書き込まれる画素電極(表示電極)、及び、それらの各層間を絶縁し表示領域16(シール部14)の外方まで延びる層間膜25などが形成されている。また、このアレイ基板本体21の一主面上のシール部14の内方で、かつ、表示領域16の外方には、層間膜25上に、薄膜トランジスタなどを駆動するための回路部27が形成されている。さらに、アレイ基板本体21には、層間膜25及び回路部27などの各部を覆って、平坦化用の平坦化層28が形成されている。そして、この平坦化層28上にて表示領域16に、液晶材料LCの配向用の配向膜29、及び、主間隙保持部材としての主スペーサ30がそれぞれ形成され、平坦化層28上にてシール部14の外方に、補助間隙保持部材としての補助スペーサ31がそれぞれ形成されている。また、アレイ基板12は、対向基板13よりも長手方向の長さが長く、一端部及び両側部を対向基板13と揃えた状態でシール部14により貼り合わせられ、この対向基板13の他端部よりも突出する端部が、外部回路と電気的に接続される外部端子部(ＯＬＢ部)35となっている。したがって、この外部端子部35は、シール部14の端辺部14d側に位置している。

スペーサ30，31は、それぞれ同一の材料、例えばネガ型の感光性有機材料などにより同一工程で成膜されている。

主スペーサ30は、例えば表示領域16及びシール部14の中央部などにおいて互いに離間されて配置され、所定の配置密度となっている。

補助スペーサ31は、液晶パネル11の製造の際にアレイ基板本体21などとともにカットされるものであり、対向基板13の外縁の位置に、シール部14の各辺部14a，14b，14c，14d及びコーナー部14eの外側部に沿ってこの外側部全体と接して配置され、例えば主スペーサ30よりも幅広に形成されている。すなわち、この補助スペーサ31は、シール部14の両側辺部14a，14bの外側部と接する直線状の側辺31a，31bと、シール部14の両端辺部14c，14dの外側部と接する直線状の端辺31c，31dと、シール部14の各コーナー部14eの外側部と接する円弧状に湾曲した角部31eとを備えた四角形枠状に形成されている。

一方、対向基板13は、透光性及び絶縁性及び透光性を有するガラス、あるいは合成樹脂などにより形成された(第２の)基板本体としての四角形板状の対向基板本体41を備え、この対向基板本体41の液晶層15側の一主面上の表示領域16に対応する位置に、各画素に着色する赤(Ｒ)、緑(Ｇ)、青(Ｂ)などの着色部を備えたカラーフィルタ層が形成され、このカラーフィルタ層上には、アレイ基板12の各薄膜トランジスタに共通の接地電位を設定する共通電極である透明な対向電極が形成されている。また、この対向基板本体41の一主面のシール部14の外方には、表示領域16の外方からの漏れ光を遮断する遮光膜45が形成されている。さらに、対向電極及び遮光膜45などの各部を覆って、平坦化用のオーバーコート層46が形成されている。そして、このオーバーコート層46上にて表示領域16に、液晶材料LCの配向用の配向膜47が形成されている。

したがって、主スペーサ30は、配向膜29，47間に形成され、補助スペーサ31は、平坦化層28とオーバーコート層46との間に形成されている。

なお、アレイ基板12と対向基板13とは、図示しないが、例えば外部端子部35の近傍のコーナー部14eなどにおいて、トランスファ電極によって電気的に接続されている。このトランスファ電極は、液晶モードによっては不要となる場合もあり、必須の構成ではない。

液晶層15は、アレイ基板12と対向基板13との間に介在されてシール部14により周囲が囲まれており、この液晶層15を構成する液晶材料LCが配向膜29，47によって配向制御されている。液晶材料LCは、各画素電極と対向電極との間の電位差に応じて、バックライトから照射されてアレイ基板12側の偏光板を通過した光の偏光面を回転させるものである。

次に、上記一実施形態の液晶パネル11の製造方法を、図３も参照しながら説明する。

液晶パネル11の製造の際には、アレイ基板12よりも大きくアレイ基板12のアレイ基板本体21をなす(第１の)マザー基板としての(第１の)大判基板であるアレイ用大判基板55と、対向基板13よりも大きくアレイ用大判基板55と略等しい大きさで、対向基板13の対向基板本体41をなす(第２の)マザー基板としての(第２の)大判基板である対向用大判基板56とを用い(図３(a))、複数の液晶パネル11を同時に製造して個々の液晶パネル11を切り出す。

まず、アレイ用大判基板55に対して、所定の成膜工程及びパターニング工程を繰り返すことで、各アレイ基板12用の走査線、信号線、薄膜トランジスタ、画素電極、層間膜25、回路部27、平坦化層28及び配向膜29などのアレイ部を予めマトリクス状に形成する。配向膜29には、必要に応じて適宜所定方向にラビングを施しておく。

同様に、対向用大判基板56に対して、所定の成膜工程及びパターニング工程を繰り返すことで、各対向基板13用のカラーフィルタ層、遮光膜45、対向電極、オーバーコート層46及び配向膜47などを予めマトリクス状に形成する。配向膜47には、必要に応じて適宜所定方向にラビングを施しておく。

次いで、これらのアレイ用大判基板55と対向用大判基板56との少なくともいずれか、本実施形態ではアレイ用大判基板55に対して、スペーサ30，31を形成する(図３(b))。このとき、これらスペーサ30，31は、例えばスリットまたはスピンコータを用いて感光性有機材料を塗布した後、所定のフォトマスクを用いてパターン露光し、この感光性有機材料を現像した後、焼成して硬化させることで形成する。

次いで、アレイ用大判基板55と対向用大判基板56とのいずれか、本実施形態ではスペーサ30，31を形成したアレイ用大判基板55に対して、流体状のシール部材18を図示しないディスペンサなどを用いて塗布する。このとき、ディスペンサは、シール部材18を補助スペーサ31の各辺31a，31b，31c，31d及び角部31eの内縁に沿って四角形枠状となるように連続的に塗布する枠状部18a、アレイ用大判基板55の外縁に沿って補助スペーサ31の端辺31cの外側部に接触するように塗布する外枠部18b、及び、アレイ部の列間に沿って直線状に、補助スペーサ31の端辺31cの外側部に接触するように塗布する列間部18c(図３(c)及び図３(d))をそれぞれ形成する。なお、外枠部18bには、外気を導入するための開口18dを適宜設ける。これら開口18dは、例えば両側の２箇所ずつなどに開口される。

また、シール部材18を四角形枠状に塗布した枠状部18aの内方の領域に、液晶材料LCを所定量滴下する。

この状態で、液晶材料LCを滴下したアレイ用大判基板55と対向用大判基板56とを、真空中において互いに位置合わせしつつシール部材18を介して貼り合わせる(図３(e))。

そして、これら貼り合わせた大判基板55，56を大気開放することで、各開口18dから外枠部18b内へと空気を導入して緩やかに大気圧状態に戻し、大判基板55，56のシール部材18の枠状部18aより内方の領域と外気との圧力差によってシール部材18が潰れ、大判基板55，56間に所定の間隙が形成される。このとき、シール部材18の枠状部18aの外側部全体が補助スペーサ31によって囲まれていることにより、大気圧が枠状部18aの特定の位置に集中的に直接作用することがない。また、シール部材18の外側部の位置で補助スペーサ31により大判基板55，56間の間隙が保持されることで、シール部材18の潰れすぎを防止する。

この後、シール部材18に対して紫外線を照射するとともに熱処理をして、シール部材18を硬化させて枠状部18a、外枠部18b及び列間部18cを、それぞれシール部14、外周シール部58及びダミーシール部59とする。したがって、隣接するアレイ部のシール部14の側辺部14a，14b間で補助スペーサ31の側辺31a，31bが挟まれ、外周シール部58及びダミーシール部59とシール部14の端辺部14cとの間で、補助スペーサ31の端辺31cが挟まれた状態となる。

そして、補助スペーサ31の端辺31cの位置に沿って、この補助スペーサ31の端辺31cとともに大判基板55，56を切断して短冊状とするとともに、両側辺31a，31bの位置で補助スペーサ31の両側辺31a，31bとともに大判基板55，56を切断し、かつ、端辺31dの位置で対向用大判基板56を切断する(図３(f))。この結果、アレイ用大判基板55からアレイ基板12が、対向用大判基板56から対向基板13が、それぞれ切り出される。この後、これら切り出された各アレイ基板12及び対向基板13に対して偏光板などをそれぞれ実装して液晶パネル11を完成する。

以上説明した一実施形態によれば、液晶層15の位置で基板12，13間に主スペーサ30を形成するとともに、シール部14の外側部全体に接するように基板12，13間に補助スペーサ31を配置することにより、液晶パネル11の製造時にシール部14を構成するシール部材18全体を補助スペーサ31によって液晶層15の外方から支持し、シール部材18の内方と外方との差圧によってシール部材18に対して外方から空気が差し込んで気泡が発生したりシール部材18を液晶層15側へと押し込んだりすることを防止できる。したがって、シール部14を構成するシール部材18への大気圧負荷を低減してシール性を確保できるとともに、シール部材18の外側部の位置で基板12，13(大判基板55，56)の間隙を補助スペーサ31によって支持することでシール部材18の潰れすぎを防止でき、シール部材18の潰れすぎに起因する基板12，13間の間隙のむら(図１の想像線に示す)を低減できる。この結果、液晶パネル11の表示品位を確保できる。

特に、狭額縁化が進む液晶パネル11においては、シール部14(シール部材18)の幅も狭くなり、接着面積(接着力)が相対的に低下する傾向にある。したがって、補助スペーサ31によって大気圧負荷に対してシール部14(シール部材18)を保護することで、シール部14(シール部材18)の幅を狭くしても、シール部14(シール部材18)が大気圧負荷によって押されにくくなり、狭額縁化に好適に対応できる。

スペーサ30，31を、アレイ基板12をなすアレイ用大判基板55に配置し、シール部14をなす流体状のシール部材18を、外側部全体が補助スペーサ31と接触可能な位置にてアレイ用大判基板55に塗布し、このシール部材18の内方に液晶層15をなす液晶材料LCを滴下し、この液晶材料LCを滴下したアレイ用大判基板55と対向基板13をなす対向用大判基板56とを、シール部材18を介して真空中で貼り合わせ、これら貼り合わせた大判基板55，56を大気開放してシール部材18を圧力差で潰すことにより、この大気開放の際の大気圧負荷に対してシール部材18を補助スペーサ31により保護し、この大気圧負荷が直接シール部材18に作用しないようにできる。したがって、シール部材18内方への空気の差し込みや、シール部材18の途切れ(封止の破れ)などを抑制できるとともに、シール部材18が大気圧負荷によって表示領域16側である液晶材料LC側へと押されて移動することを抑制できる。

そして、シール部材18を硬化させてシール部14を形成した後、補助スペーサ31の位置に沿ってこの補助スペーサ31とともに大判基板55，56を切断して液晶パネル11を形成することで、大判基板55，56のカットラインの精度を向上できる。したがって、大判基板55，56において、液晶パネル11を近接させて形成することができるとともに、表示領域16から外縁部までの距離が短い、狭額縁に対応した液晶パネル11を形成できる。

また、各スペーサ30，31を、同一の材料を用いて同一の工程でアレイ用大判基板55に形成することで、これらを別個の材料で別個に形成する場合と比較して、製造工数を低減できる。

さらに、スペーサ30，31を配置したアレイ用大判基板55にシール部材18を塗布するので、スペーサ30，31、特に補助スペーサ31に対するシール部材18の塗布位置の精度をより向上できる。

なお、上記一実施形態において、カラーフィルタ層及び遮光膜などは、アレイ基板12側に設けてもよい。

同様に、スペーサ30，31も対向基板13(対向用大判基板56)側に設けてもよい。この場合には、シール部材18も対向基板13(対向用大判基板56)側に設けることで、上記一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、スペーサ30，31は、大判基板55，56の少なくともいずれかに設ければよい。

そして、補助スペーサ31は、主スペーサ30と同一の材料で形成する以外にも、アレイ基板12(アレイ用大判基板55)や対向基板13(対向用大判基板56)に形成する他の部材と同一の材料、例えば有機膜(ＨＲＣ)やカラーフィルタ層によって形成することで、上記一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 液晶表示素子としての液晶パネル
12 基板としてのアレイ基板
13 基板としての対向基板
14 シール部
15 液晶層
18 シール部材
30 主間隙保持部材としての主スペーサ
31 補助間隙保持部材としての補助スペーサ
55 大判基板としてのアレイ用大判基板
56 大判基板としての対向用大判基板
LC 液晶材料

Claims

互いに対向配置された対をなす基板と、
これら基板間に介在された液晶層と、
流体状のシール部材を硬化して形成され、前記液晶層の周囲を囲んで前記基板を外縁から離間された位置で貼り合わせるシール部と、
前記液晶層の位置で前記基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する主間隙保持部材と、
前記シール部の外側部全体と接して前記基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する補助間隙保持部材と
を具備したことを特徴とする液晶表示素子。
互いに対向配置された対をなす基板と、これら基板間に介在された液晶層と、この液晶層の周囲を囲んで前記基板を貼り合わせるシール部と、前記液晶層の位置で前記基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する主間隙保持部材と、前記シール部の外側部全体と接して前記基板間に介在され、これら基板間の間隙を保持する補助間隙保持部材とを具備した液晶表示素子の製造方法であって、
前記主間隙保持部材及び前記補助間隙保持部材を、前記各基板をなす各大判基板の少なくともいずれか一方に配置し、
前記シール部をなす流体状のシール部材を、外側部全体が前記補助間隙保持部と接触可能な位置にて前記大判基板のいずれか一方に塗布し、
このシール部材の内方に前記液晶層をなす液晶材料を滴下し、
この液晶材料を滴下した前記大判基板と他方の前記大判基板とを、前記シール部材を介して真空中で貼り合わせ、
これら貼り合わせた大判基板を大気開放し、
前記シール部材を硬化させて前記シール部を形成する
ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
前記主間隙保持部材及び前記補助間隙保持部材を、同一の材料を用いて同一の工程で前記大判基板のいずれか一方に形成する
ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子の製造方法。
前記主間隙保持部材、前記補助間隙保持部材、及び、前記シール部材を、同一の前記大判基板に配置する
ことを特徴とする請求項２または３記載の液晶表示素子の製造方法。