JP3725761B2 - 液晶ディスプレイ・パネルおよび類似物を形成する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全般的には、一般に類似の幾何形状である２つの向かい合った基板を接合することによる構造の形成に関し、アセンブリ・プロセスと密封プロセスの間または後に、構造に接触している任意の追加の材料が影響を受けないように、１つの基板を別の基板に添着する方法に関する。本発明の主な用途は、一定量の液晶材料が１対の向かい合った基板の間に密封される液晶ディスプレイ・パネル（たとえば平板ガラス・パネル）の形成である。
【０００２】
この構造はたとえば、１対の構造をシーラントで接合することによって、液体や固体などの第２の材料（たとえば液晶材料）をカプセル封じすることができる。第２の材料が感温性であるとき、シーラントは周囲温度で、または周囲温度近くで硬化または架橋しなければならない。特に本発明は、平板パネル・ディスプレイの組立てに焦点を合わせたものである。この好ましい利用では、ディスプレイの液晶をパネル・アセンブリの１枚の基板の中央領域内に入れてから、液体を周辺のダムまたは壁によって定位置に保持して、プレートをシーラントのフィレットによって第２の基板に添着する。第２のプレートを第１のプレートに添着すると、液晶がディスプレイ・パネル・アセンブリ内に封入され、アセンブリは基板の周辺領域にシーラントを付着して保持される。たとえば、ダムもシーラントとして機能することができる。ダムもシーラントも、いつでも液晶を汚染しない材料を含むことが好ましい。
【０００３】
【従来の技術】
平板パネル・ディスプレイ組み立ての好ましい方法は、米国特許第５２６３８８８号に記載の「ワンドロップ技法」の使用を必要とする。１枚のパネル・プレートを液晶で充填してから第２のパネルと組み立てる方法を使用する別の方法は、米国特許出願第０９／１９７００４号に記載されている。しかし、どちらの引例でも、充填と第２のプレートへの添着の間、汚染しない周辺ダム壁によって液晶材料を封入するという問題が依然として存在する。プレートの組立ての前に、ダム壁は液晶材料の最終的なレベルよりいくらか高くなければならない。したがって、ダムは結局以下の性質を有しなければならない。１）適切な組立て済みディスプレイ・プレートの分離に適合するように圧縮可能であること。２）パネルの充填の間および組立ての後に液晶材料と実質的に相互作用しない材料から成ること。３）ダムと縁部のシーラントは液晶に損傷を与えない温度または方式で硬化しなければならないこと。しかし現在は多くの場合、ＵＶ（紫外）硬化エポキシが使用されてダム壁を形成しシーラントとして機能しており、これらのエポキシの成分が液晶中に浸出し、パネル性能の問題を引き起こすことから生じる問題がある。さらに、紫外放射がアクセスできない周辺シールの領域がある。したがって、十分に硬化しない領域が残り、長期的な液晶の汚染を引き起こし、ディスプレイの一定の周辺ピクセルの障害をもたらす可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、封入された材料に物理的または化学的な損傷を与えることなく、２つの向かい合った基板を、その間に一定量の第２の材料（たとえば液晶）を封入して互いに密封する手段を提供することである。本発明は、封入された材料に損傷を与えることなくエポキシなどのシーラントのキュアリングまたは硬化（setting）を強化する、種々の方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
広義には、本発明は第１の基板を第２の基板に接合することによって液晶（「液晶」）ディスプレイ・パネルを形成する方法を提供し、各基板は周辺領域によって囲まれた中央領域を有し、前記方法は、
ａ）前記第１の基板の周辺領域上に、硬化可能なエポキシ・シーラント材料のフィレットを連続ループとして付着させて、第１の基板の中央領域を囲むステップと、
ｂ）前記第１の基板と前記第２の基板のうち一方の中央領域に、選択された量の液晶材料を付着させるステップと、
ｃ）前記第２の基板を、その周辺領域が前記第１の基板の周辺領域上に、前記フィレットとその全長にわたって連続して接触して配置されるように置くステップと、
ｄ）エポキシ・シーラント材料の前記フィレットを硬化させ、それによって前記第１の基板と前記第２の基板の間に前記液晶材料を密封するステップとを含む。
【０００６】
好ましい実施形態では、ステップ（ｄ）は、第１の基板と第２の基板を振動させて、硬化、架橋などによる前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化することを含む。
【０００７】
別法として、ステップ（ｄ）は前記フィレットの前記連続ループに沿って、レーザの集束ビーム（紫外、可視光、または赤外特性波長範囲）で走査することによって実行され、好ましくは液晶パネルの周辺縁部に沿ってエポキシ・シーラント材料の（硬化または架橋による）硬化を強化する。走査の代わりに、固定レーザ（たとえばパルス式エキシマ紫外レーザ）を使用して、シーラント材料のフィレットの直線部分を放射することもできる。
【０００８】
好ましい実施形態によれば、ステップ（ｄ）は、液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む。
【０００９】
単一成分のエポキシ・シーラント材料を使用することもできるが、他の好ましい実施形態によれば、エポキシ・シーラント材料は２つの成分を含み、ステップ（ａ）は第１の基板と第２の基板の各々の周辺領域上に前記２つの成分のフィレットを付着することを含む。この場合、ステップ（ｄ）は、超音波変換器をエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの連続ループに沿って移動することなどによって第１の基板と第２の基板を振動させて、エポキシ・シーラント材料の前記２つの成分の間の相互拡散を強化することを含むことが好ましい。
【００１０】
別の実施形態によれば、前記フィレットは前記液晶材料の一部分を逃がすための開口部を有し、この開口部は硬化可能なエポキシ材料のプラグで密封され、次いでプラグはレーザの集束ビームで照射されて硬化する。
【００１１】
さらに別の好ましい実施形態によれば、バリア・フィレットが液晶材料とエポキシ・シーラント材料のフィレットの間に連続ループとして付着され、液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ＬＣＤパネルを形成するための本発明の方法を例示するために、図１は第１の基板１と第２の基板２を示す。少なくとも一方の基板は、近赤外から近紫外までのスペクトルを透過するガラスで作成されることが好ましい。ある種の液晶材料３を基板のうち一方の中央領域に付着し、硬化可能なエポキシ材料の連続ループ（この２成分エポキシの実施形態ではフィレット４ａと４ｂから形成される）を、各基板の周辺領域に中央領域を囲むように配置する。
【００１３】
２つの成分から形成されるエポキシ・シーラント材料を選択する場合、１つのエポキシ成分のフィレット４ａを基板１の周辺領域に付着し、第２のエポキシ材料のフィレット４ｂを基板２の周辺領域に付着する。液晶材料３を、基板１の中央領域に（たとえば「ワンドロップ充填」方法によって）付着する。次いで基板２を基板１の上に置いてＬＣＤパネルＰを形成する。フィレット４ａはフィレット４ｂの長さ全体にわたって連続して接触している。基板１と基板２の間に圧力を加えると、フィレット４ａと４ｂはエポキシ・シーラントの連続ループ４中に溶け込み、混ざり合い相互に拡散して硬化し、図２の断面図に示すように基板１と基板２の間の強力なシールとなる。
【００１４】
好ましい実施形態では、エポキシ成分フィレット４ａと４ｂの相互拡散は、図３に示すように電気振動装置５の使用によって強化される。振動装置５は小さな振幅で、ただし１００Ｈｚより高い周波数範囲、好ましくはｋＨｚ範囲で振動することができる。振動装置５はたとえば、ＬＣＤパネルＰを形成する接合された基板１および基板２の上を矢印の方向に移動して、エポキシ成分フィレット４ａとフィレット４ｂを混ぜ合わせ、強力なシーラント・フィレット４への硬化を強化する。振動装置４はたとえば、圧電変換器または電磁型変換器を含み、パネルＰ全体を振動させて、エポキシ成分のより大きな混合を促進することができる。別法としては、装置５は単に、パネルＰを固定把持するためのクランプを含むこともでき、この場合、振動アームを装置５に固定してパネルＰを振動させる。
【００１５】
別法として、やはりｋＨｚ範囲で動作する低周波超音波変換器を使用し、エポキシ・フィレット４上方の基板１、基板２の周辺領域の周辺だけを掃引することによっても強化された混合が達成できる。
【００１６】
エポキシ・フィレット４の硬化を強化する別の手法は、パルス式または連続波（ｃｗ）レーザ６を使用して図４に示すようなパネルＰの基板１と基板２のうちの一方を通って矢印の方向に沿って走査して、エポキシの局部領域を周期的に加熱し、それによって強化されたアレニウス効果（つまり拡散は絶対温度に指数関数的に関係する）により、またエポキシ・フィレット４の周期的な熱膨張と収縮によってフィレット成分４ａと４ｂの間の拡散を増大させることである。
【００１７】
図５の好ましい実施形態では、パルス・レーザまたはＣＷレーザ６で、エポキシ・フィレット４の領域の上に基板１、２によって形成されたパネルＰの周辺縁部を走査する。この場合、レーザのエネルギーはエポキシ・フィレット４によって直接吸収されるか、エポキシ・フィレット４に直接接触している基板２の周辺領域に付着された、隣接する薄いエネルギー吸収フィルム７によって吸収される。典型的には、５００オングストローム以上の金属フィルム７が効果的なレーザ光吸収体として機能し、レーザ６から吸収された熱エネルギーをエポキシ・フィレット４へ速やかに伝達する。やはり図５に示すように、バリア・フィレット８が液晶材料３とエポキシ・シーラント・フィレット４の間に連続ループとして付着される。
【００１８】
図６に示すように、レーザ走査はビーム・エッジオンをＬＣＤパネルＰ上に向けることによって達成できる。どちらの場合も（つまり図５および図６）、レーザは固定することができ、パネルＰをたとえばロボットによって固定レーザの下を移動させる。本発明によれば、有利には、焦点レーザを使用して短時間エポキシを高温度にし、その後、はるかに長い温度緩和時間を設けることができる。このモードでは熱は定常的に加えられないが、レーザの熱エネルギーが非常に局所的に加えられるため、エポキシの硬化または架橋には、この場合に達成できるより高い温度で（この場合もアレニウス過程）はるかに少ない時間しかかからず、周辺に損傷を与えない。キュアリングまたは架橋によってエポキシ・フィレット４の局所硬化を引き起こすのに必要とされる、周辺領域のパルス加熱または急速走査の使用で、周辺領域の温度上昇が最小限に抑えられる。したがって、エポキシ・フィレット４は多くの熱を液晶３に伝達することなく加熱され、液晶３に損傷を与えずにエポキシ・フィレット４の硬化が可能となる。バッチ処理の場合は、近赤外で動作する比較的安価な一連のダイオード・レーザを、１つのレーザを組立て中の各ＬＣＤパネルの専用にして使用できる。別法として、単一レーザからのビームを多数のビームに分割し、鏡を使用して個々のＬＣＤパネルへ向けることもできる。
【００１９】
レーザはまた、紫外エポキシ、または熱硬化可能な成分を含む特殊紫外エポキシを含むフィレット４の硬化に使用することもできる。この場合、パルス式レーザ方法または走査レーザ方法は、紫外放射によって結合されていないエポキシの温度部分を架橋させるのに特に効果的である。紫外レーザ（たとえばエキシマＸｅＦレーザ）を使用すると、エポキシの温度成分と紫外成分の両方を急速に結合させることができる。
【００２０】
さらに、エポキシ・フィレットの架橋を改善するために、任意の１つのスポットにおけるレーザの実効滞留時間が１ミリ秒程度になるように、レーザを連続モードで周辺に沿って何回も走査する。硬化サイクルを加速するために、レーザをより高い強度で駆動して、最大許容硬化温度に適合している限り、より高いピーク温度を可能にすることもできる。また、エポキシと接触している液晶を過熱させないことも重要である。これは、上記の米国出願第０９／１９７００４号に示されるように液体とエポキシの間にリソグラフィによって配置されたバリア（図５のバリア・フィレット８など）を置くことによって達成することができる。このようなバリアは液晶とシーラントの直接接触を防ぎ、それによって、硬化の間および後、液晶を加熱されたエポキシから熱分離する。
【００２１】
さらに、硬化を加速しレーザ処理時間を短縮するために、それより低いと液晶３が悪影響を受ける温度、たとえば１００℃にパネルを加熱することもできる。次いでレーザを使用して、エポキシ・フィレット４のみに沿って局所的にだけより高い温度を達成する。これによって、低い温度でフィレット４の初期硬化が可能になり、局所的にレーザで誘発されたパルス温度で硬化速度が高くなる。
【００２２】
図６は、熱硬化済みエポキシ・フィレット４が、基板１と基板２を圧縮して接合する際に液晶材料３の一部を逃がすための開口部９を有する実施形態を示す。次いで開口部９を紫外エポキシ材料のプラグ１０で密封し、次いでプラグ１０をレーザ６からの紫外線（ｕｖ）放射で照射することによって紫外エポキシ材料を硬化させる。
【００２３】
熱硬化などレーザ以外のエネルギー源を使用して、エポキシ・シーラント材料のフィレットの硬化を強化することもできる。たとえば、図７は、液晶材料３をマスク１２で遮蔽しながら、広角フラッシュ・ランプ１１を使用したフィレット４の照射を示す。図のように、マスク１２は、液晶材料３だけを覆い、温度硬化可能なエポキシ・フィレット４だけを透明（たとえばガラス）基板２を介して放射で露光させる、反射性の高いアルミニウム化基板とすることができる。照射の際、マスクで覆われていない部分だけが熱を受け取る。ランプの適切なパルス化によって、加熱および熱緩和が局所的に達成され、周辺領域に損傷を与えずにエポキシ・フィレット４の架橋が実施される。加熱を局所化しより高い温度が達成できるようにするために、ＬＣＤパネル全体を冷却されたプラットフォームに乗せて熱の除去を助け、エポキシ・シーラント・フィレット４とより下側基板１の間により大きな温度勾配を確定することが可能となる。
【００２４】
典型的には紫外光によって硬化可能なエポキシのフィレット４を局所的に硬化させる好ましい方法は、図８に示すような固定（走査式ではなく）エキシマ・レーザ６、たとえば３５１ｎｍから３５３ｎｍで動作するＸｅＦレーザを使用することである。レーザ・ビームは一般に方形でレーザ６から出るが、１つまたは複数のレンズ６ａ、６ｂを使って、直線部分の形状をもつ画像１３に合焦させることによって修正される。このレンズ構成は、その直線部分画像１３が、基板側の１つのフィレット長さと長さが等しいレーザ・ビームをもたらすように作成できる。たとえば、基板２の１つの点線の辺全体に沿ったエポキシ・シーラント・フィレットが幅１／２ｍｍ、長さ２０００ｍｍである場合、硬化（キュアリング）される全面積は１０００平方ｍｍである。典型的には、多くの紫外エポキシでは、エポキシの全体的硬化またはキュアリングを促進するのに必要な合計紫外露出は、４ジュール／ｃｍ2程度である。したがって、たとえば、米国フロリダ州Fort LauderdaleのLambda Physik社から市販の短いパルスで供給される出力が２０ワットの典型的な低電力の市販のエキシマ・レーザを使用することが現実に可能である。これを上記の１０００平方ｍｍまたは１０平方ｃｍの領域に合焦させた場合、このフィレット４を硬化するのにかかる時間（反射に対する補正は含まない）は、次式によって与えられる。入射レーザ出力／ｃｍ2×時間＝エネルギー／ｃｍ2。したがって、レーザ出力を１つの点線のフィレット辺に合焦させると、関係式（２０Ｗ／１０ｃｍ2）×（時間）＝４ジュール／ｃｍ2が得られる。この関係から、フィレット４は約２．０秒で硬化またはキュアリングされることがわかる。これは、数分さらには１０分もかかる典型的な紫外ランプ硬化時間と比較される。エキシマ・レーザ６を使用すると硬化時間またはキュアリング時間が大幅に短縮するばかりではなく、レーザ６からのパルスは典型的には２０ナノ秒と非常に短いため、この高い出力がＣＷ（連続波）レーザによって送られる場合に生じるような、側方熱分散によって液晶材料を損傷する可能性のある時間が非常に短くなる。
【００２５】
したがって、本構成のエキシマ・レーザ６は、急速な硬化時間とフィレット４から隣接する液晶３（図８には図示せず）への熱分散の防止を同時に達成する。明らかに、複数のレーザを使用して同時にフィレット４の複数の辺を硬化／キュアリングすることもできる。別法として、鏡を使用してより強力なレーザ・ビームを複数のビームに分割し、複数の次元の同時硬化を行うこともできる。
【００２６】
光ファイバを使用して、レーザまたは高い強度のパルス式フラッシュ・ランプからの放射を、熱または紫外放射を必要とする領域に向けることもできることは当業者には明らかであろう。また、架橋を開始するために使用されるレーザ・ビームの必要な波長は、使用するエポキシ・シーラントの処方に依存することも理解されよう。実際に、紫外光による架橋と赤外線による熱で補助された硬化の両方が必要な場合、その出力の鏡で分割できる部分を周波数二重化または周波数三重化すれば単一の赤外線レーザで十分である。他の変形例は、当業者には明らかであろう。
【００２７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２８】
（１）第１の基板を第２の基板に接合することによって液晶ディスプレイ・パネルを形成する方法であって、各基板は周辺領域に囲まれた中央領域を有し、
ａ）前記第１の基板の周辺領域上に、硬化可能なエポキシ・シーラント材料のフィレットを連続ループとして付着させて、第１の基板の中央領域を囲むステップと、
ｂ）前記第１の基板と前記第２の基板のうち一方の中央領域に、選択された量の液晶材料を付着させるステップと、
ｃ）前記第２の基板を、その周辺領域が前記第１の基板の周辺領域の上に、前記フィレットとその全長にわたって連続して接触して配置されるように置くステップと、
ｄ）エポキシ・シーラント材料の前記フィレットを硬化させ、それによって前記液晶材料を前記第１の基板と前記第２の基板の間に密封するステップとを含む方法。
（２）ステップ（ｄ）が、第１の基板と第２の基板を振動させて、前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（３）ステップ（ｄ）が、レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含み、前記ビームが紫外波長、可視光波長、赤外波長から選択された波長を有する上記（１）に記載の方法。
（４）前記走査が前記液晶パネルの周辺縁部に沿って行われる上記（３）に記載の方法。
（５）ステップ（ｄ）が、前記液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（６）エポキシ・シーラント材料が２つの成分を含み、ステップ（ａ）が、第１の基板と第２の基板の各々の周辺領域上に前記２つの成分のフィレットを付着するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（７）ステップ（ｄ）が、第１の基板と第２の基板を振動させて、エポキシ・シーラント材料の前記２つの成分の間の相互拡散を強化するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（８）前記振動が、超音波変換器をエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの連続ループに沿って移動することによって行われる上記（７）に記載の方法。
（９）ステップ（ｄ）が、レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含み、前記ビームが紫外波長、可視光波長、赤外波長から選択された波長を有する上記（６）に記載の方法。
（１０）前記走査が前記液晶パネルの周辺縁部に沿って行われる上記（９）に記載の方法。
（１１）ステップ（ｄ）が、前記液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（１２）前記フィレットが、前記液晶材料の一部分を逃がすための開口部を有し、前記開口部を硬化可能なエポキシ材料のプラグで密封するステップと、次いで前記プラグをレーザの集束ビームで照射するステップとをさらに含む上記（１）に記載の方法。
（１３）前記液晶材料とエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの間にバリア・フィレットを連続ループとして付着させて、前記液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐステップをさらに含む上記（１）に記載の方法。
（１４）前記液晶材料とエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの間にバリア・フィレットを連続ループとして付着させて、前記液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐステップをさらに含む上記（６）に記載の方法。
（１５）ステップ（ｄ）が、エポキシ・シーラント材料の前記フィレットの直線部分を固定レーザからのビームで照射するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（１６）前記レーザが固定パルス式エキシマ紫外線レーザであり、前記エポキシ・シーラント材料が紫外放射によって硬化可能である上記（１５）に記載の方法。
（１７）ステップ（ｄ）が、エポキシ・シーラント材料の前記フィレットの直線部分を固定レーザからのビームで照射するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（１８）前記レーザが固定パルス式エキシマ紫外線レーザであり、前記エポキシ・シーラント材料が紫外放射によって硬化可能である上記（１７）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】同じ大きさの２つの基板プレートを使用し、各基板が２成分エポキシの１成分の周辺フィレットを有する、本発明の一実施形態による、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル形成の諸ステップを示す概略斜視図である。
【図２】液体が基板の中央領域内に封入され、エポキシ材料の連続フィレットによって囲まれた状態で、図１の２つの基板が接合されて、エポキシの２つの部分を圧縮し混合した後の２つの基板の概略断面図である。
【図３】振動装置を使用して２成分エポキシ・シーラントの相互拡散を強化する、図２の基板を振動させるステップの概略斜視図である。
【図４】加熱によってエポキシの硬化を強化し架橋を実現するために、レーザを使用して基板のうち１つを通して図２のエポキシ材料の周辺フィレットを走査するステップの概略斜視図である。
【図５】エポキシ・シーラントのフィレットに隣接した基板の１つ上に付着したエネルギー吸収フィルムにレーザを当てることによって、レーザを使用して図２のエポキシ材料の周辺フィレットを走査するステップの概略断面図である。
【図６】エポキシ材料のプラグをその中に置き、プラグをレーザで照射してプラグを硬化することによって、過剰の液晶材料を逃がすために設けられた開口部を密封するステップの概略斜視図である。
【図７】赤外線ランプと液晶材料用マスクを使用して、図２のエポキシ・フィレットを露光するステップの概略断面図である。
【図８】固定レーザを使用して４辺フィレット方形の直線部分の１つの辺全体を照射するステップの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶材料
４ 連続ループ
４ａ フィレット
４ｂ フィレット
５ 電気振動装置
６ レーザ
６ａ レンズ
６ｂ レンズ
７ エネルギー吸収フィルム
８ バリア・フィレット
９ 開口部
１０ プラグ
１１ 広角フラッシュ・ランプ
１２ マスク
１３ 画像
【発明の属する技術分野】
本発明は全般的には、一般に類似の幾何形状である２つの向かい合った基板を接合することによる構造の形成に関し、アセンブリ・プロセスと密封プロセスの間または後に、構造に接触している任意の追加の材料が影響を受けないように、１つの基板を別の基板に添着する方法に関する。本発明の主な用途は、一定量の液晶材料が１対の向かい合った基板の間に密封される液晶ディスプレイ・パネル（たとえば平板ガラス・パネル）の形成である。
【０００２】
この構造はたとえば、１対の構造をシーラントで接合することによって、液体や固体などの第２の材料（たとえば液晶材料）をカプセル封じすることができる。第２の材料が感温性であるとき、シーラントは周囲温度で、または周囲温度近くで硬化または架橋しなければならない。特に本発明は、平板パネル・ディスプレイの組立てに焦点を合わせたものである。この好ましい利用では、ディスプレイの液晶をパネル・アセンブリの１枚の基板の中央領域内に入れてから、液体を周辺のダムまたは壁によって定位置に保持して、プレートをシーラントのフィレットによって第２の基板に添着する。第２のプレートを第１のプレートに添着すると、液晶がディスプレイ・パネル・アセンブリ内に封入され、アセンブリは基板の周辺領域にシーラントを付着して保持される。たとえば、ダムもシーラントとして機能することができる。ダムもシーラントも、いつでも液晶を汚染しない材料を含むことが好ましい。
【０００３】
【従来の技術】
平板パネル・ディスプレイ組み立ての好ましい方法は、米国特許第５２６３８８８号に記載の「ワンドロップ技法」の使用を必要とする。１枚のパネル・プレートを液晶で充填してから第２のパネルと組み立てる方法を使用する別の方法は、米国特許出願第０９／１９７００４号に記載されている。しかし、どちらの引例でも、充填と第２のプレートへの添着の間、汚染しない周辺ダム壁によって液晶材料を封入するという問題が依然として存在する。プレートの組立ての前に、ダム壁は液晶材料の最終的なレベルよりいくらか高くなければならない。したがって、ダムは結局以下の性質を有しなければならない。１）適切な組立て済みディスプレイ・プレートの分離に適合するように圧縮可能であること。２）パネルの充填の間および組立ての後に液晶材料と実質的に相互作用しない材料から成ること。３）ダムと縁部のシーラントは液晶に損傷を与えない温度または方式で硬化しなければならないこと。しかし現在は多くの場合、ＵＶ（紫外）硬化エポキシが使用されてダム壁を形成しシーラントとして機能しており、これらのエポキシの成分が液晶中に浸出し、パネル性能の問題を引き起こすことから生じる問題がある。さらに、紫外放射がアクセスできない周辺シールの領域がある。したがって、十分に硬化しない領域が残り、長期的な液晶の汚染を引き起こし、ディスプレイの一定の周辺ピクセルの障害をもたらす可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主目的は、封入された材料に物理的または化学的な損傷を与えることなく、２つの向かい合った基板を、その間に一定量の第２の材料（たとえば液晶）を封入して互いに密封する手段を提供することである。本発明は、封入された材料に損傷を与えることなくエポキシなどのシーラントのキュアリングまたは硬化（setting）を強化する、種々の方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
広義には、本発明は第１の基板を第２の基板に接合することによって液晶（「液晶」）ディスプレイ・パネルを形成する方法を提供し、各基板は周辺領域によって囲まれた中央領域を有し、前記方法は、
ａ）前記第１の基板の周辺領域上に、硬化可能なエポキシ・シーラント材料のフィレットを連続ループとして付着させて、第１の基板の中央領域を囲むステップと、
ｂ）前記第１の基板と前記第２の基板のうち一方の中央領域に、選択された量の液晶材料を付着させるステップと、
ｃ）前記第２の基板を、その周辺領域が前記第１の基板の周辺領域上に、前記フィレットとその全長にわたって連続して接触して配置されるように置くステップと、
ｄ）エポキシ・シーラント材料の前記フィレットを硬化させ、それによって前記第１の基板と前記第２の基板の間に前記液晶材料を密封するステップとを含む。
【０００６】
好ましい実施形態では、ステップ（ｄ）は、第１の基板と第２の基板を振動させて、硬化、架橋などによる前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化することを含む。
【０００７】
別法として、ステップ（ｄ）は前記フィレットの前記連続ループに沿って、レーザの集束ビーム（紫外、可視光、または赤外特性波長範囲）で走査することによって実行され、好ましくは液晶パネルの周辺縁部に沿ってエポキシ・シーラント材料の（硬化または架橋による）硬化を強化する。走査の代わりに、固定レーザ（たとえばパルス式エキシマ紫外レーザ）を使用して、シーラント材料のフィレットの直線部分を放射することもできる。
【０００８】
好ましい実施形態によれば、ステップ（ｄ）は、液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む。
【０００９】
単一成分のエポキシ・シーラント材料を使用することもできるが、他の好ましい実施形態によれば、エポキシ・シーラント材料は２つの成分を含み、ステップ（ａ）は第１の基板と第２の基板の各々の周辺領域上に前記２つの成分のフィレットを付着することを含む。この場合、ステップ（ｄ）は、超音波変換器をエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの連続ループに沿って移動することなどによって第１の基板と第２の基板を振動させて、エポキシ・シーラント材料の前記２つの成分の間の相互拡散を強化することを含むことが好ましい。
【００１０】
別の実施形態によれば、前記フィレットは前記液晶材料の一部分を逃がすための開口部を有し、この開口部は硬化可能なエポキシ材料のプラグで密封され、次いでプラグはレーザの集束ビームで照射されて硬化する。
【００１１】
さらに別の好ましい実施形態によれば、バリア・フィレットが液晶材料とエポキシ・シーラント材料のフィレットの間に連続ループとして付着され、液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐ。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ＬＣＤパネルを形成するための本発明の方法を例示するために、図１は第１の基板１と第２の基板２を示す。少なくとも一方の基板は、近赤外から近紫外までのスペクトルを透過するガラスで作成されることが好ましい。ある種の液晶材料３を基板のうち一方の中央領域に付着し、硬化可能なエポキシ材料の連続ループ（この２成分エポキシの実施形態ではフィレット４ａと４ｂから形成される）を、各基板の周辺領域に中央領域を囲むように配置する。
【００１３】
２つの成分から形成されるエポキシ・シーラント材料を選択する場合、１つのエポキシ成分のフィレット４ａを基板１の周辺領域に付着し、第２のエポキシ材料のフィレット４ｂを基板２の周辺領域に付着する。液晶材料３を、基板１の中央領域に（たとえば「ワンドロップ充填」方法によって）付着する。次いで基板２を基板１の上に置いてＬＣＤパネルＰを形成する。フィレット４ａはフィレット４ｂの長さ全体にわたって連続して接触している。基板１と基板２の間に圧力を加えると、フィレット４ａと４ｂはエポキシ・シーラントの連続ループ４中に溶け込み、混ざり合い相互に拡散して硬化し、図２の断面図に示すように基板１と基板２の間の強力なシールとなる。
【００１４】
好ましい実施形態では、エポキシ成分フィレット４ａと４ｂの相互拡散は、図３に示すように電気振動装置５の使用によって強化される。振動装置５は小さな振幅で、ただし１００Ｈｚより高い周波数範囲、好ましくはｋＨｚ範囲で振動することができる。振動装置５はたとえば、ＬＣＤパネルＰを形成する接合された基板１および基板２の上を矢印の方向に移動して、エポキシ成分フィレット４ａとフィレット４ｂを混ぜ合わせ、強力なシーラント・フィレット４への硬化を強化する。振動装置４はたとえば、圧電変換器または電磁型変換器を含み、パネルＰ全体を振動させて、エポキシ成分のより大きな混合を促進することができる。別法としては、装置５は単に、パネルＰを固定把持するためのクランプを含むこともでき、この場合、振動アームを装置５に固定してパネルＰを振動させる。
【００１５】
別法として、やはりｋＨｚ範囲で動作する低周波超音波変換器を使用し、エポキシ・フィレット４上方の基板１、基板２の周辺領域の周辺だけを掃引することによっても強化された混合が達成できる。
【００１６】
エポキシ・フィレット４の硬化を強化する別の手法は、パルス式または連続波（ｃｗ）レーザ６を使用して図４に示すようなパネルＰの基板１と基板２のうちの一方を通って矢印の方向に沿って走査して、エポキシの局部領域を周期的に加熱し、それによって強化されたアレニウス効果（つまり拡散は絶対温度に指数関数的に関係する）により、またエポキシ・フィレット４の周期的な熱膨張と収縮によってフィレット成分４ａと４ｂの間の拡散を増大させることである。
【００１７】
図５の好ましい実施形態では、パルス・レーザまたはＣＷレーザ６で、エポキシ・フィレット４の領域の上に基板１、２によって形成されたパネルＰの周辺縁部を走査する。この場合、レーザのエネルギーはエポキシ・フィレット４によって直接吸収されるか、エポキシ・フィレット４に直接接触している基板２の周辺領域に付着された、隣接する薄いエネルギー吸収フィルム７によって吸収される。典型的には、５００オングストローム以上の金属フィルム７が効果的なレーザ光吸収体として機能し、レーザ６から吸収された熱エネルギーをエポキシ・フィレット４へ速やかに伝達する。やはり図５に示すように、バリア・フィレット８が液晶材料３とエポキシ・シーラント・フィレット４の間に連続ループとして付着される。
【００１８】
図６に示すように、レーザ走査はビーム・エッジオンをＬＣＤパネルＰ上に向けることによって達成できる。どちらの場合も（つまり図５および図６）、レーザは固定することができ、パネルＰをたとえばロボットによって固定レーザの下を移動させる。本発明によれば、有利には、焦点レーザを使用して短時間エポキシを高温度にし、その後、はるかに長い温度緩和時間を設けることができる。このモードでは熱は定常的に加えられないが、レーザの熱エネルギーが非常に局所的に加えられるため、エポキシの硬化または架橋には、この場合に達成できるより高い温度で（この場合もアレニウス過程）はるかに少ない時間しかかからず、周辺に損傷を与えない。キュアリングまたは架橋によってエポキシ・フィレット４の局所硬化を引き起こすのに必要とされる、周辺領域のパルス加熱または急速走査の使用で、周辺領域の温度上昇が最小限に抑えられる。したがって、エポキシ・フィレット４は多くの熱を液晶３に伝達することなく加熱され、液晶３に損傷を与えずにエポキシ・フィレット４の硬化が可能となる。バッチ処理の場合は、近赤外で動作する比較的安価な一連のダイオード・レーザを、１つのレーザを組立て中の各ＬＣＤパネルの専用にして使用できる。別法として、単一レーザからのビームを多数のビームに分割し、鏡を使用して個々のＬＣＤパネルへ向けることもできる。
【００１９】
レーザはまた、紫外エポキシ、または熱硬化可能な成分を含む特殊紫外エポキシを含むフィレット４の硬化に使用することもできる。この場合、パルス式レーザ方法または走査レーザ方法は、紫外放射によって結合されていないエポキシの温度部分を架橋させるのに特に効果的である。紫外レーザ（たとえばエキシマＸｅＦレーザ）を使用すると、エポキシの温度成分と紫外成分の両方を急速に結合させることができる。
【００２０】
さらに、エポキシ・フィレットの架橋を改善するために、任意の１つのスポットにおけるレーザの実効滞留時間が１ミリ秒程度になるように、レーザを連続モードで周辺に沿って何回も走査する。硬化サイクルを加速するために、レーザをより高い強度で駆動して、最大許容硬化温度に適合している限り、より高いピーク温度を可能にすることもできる。また、エポキシと接触している液晶を過熱させないことも重要である。これは、上記の米国出願第０９／１９７００４号に示されるように液体とエポキシの間にリソグラフィによって配置されたバリア（図５のバリア・フィレット８など）を置くことによって達成することができる。このようなバリアは液晶とシーラントの直接接触を防ぎ、それによって、硬化の間および後、液晶を加熱されたエポキシから熱分離する。
【００２１】
さらに、硬化を加速しレーザ処理時間を短縮するために、それより低いと液晶３が悪影響を受ける温度、たとえば１００℃にパネルを加熱することもできる。次いでレーザを使用して、エポキシ・フィレット４のみに沿って局所的にだけより高い温度を達成する。これによって、低い温度でフィレット４の初期硬化が可能になり、局所的にレーザで誘発されたパルス温度で硬化速度が高くなる。
【００２２】
図６は、熱硬化済みエポキシ・フィレット４が、基板１と基板２を圧縮して接合する際に液晶材料３の一部を逃がすための開口部９を有する実施形態を示す。次いで開口部９を紫外エポキシ材料のプラグ１０で密封し、次いでプラグ１０をレーザ６からの紫外線（ｕｖ）放射で照射することによって紫外エポキシ材料を硬化させる。
【００２３】
熱硬化などレーザ以外のエネルギー源を使用して、エポキシ・シーラント材料のフィレットの硬化を強化することもできる。たとえば、図７は、液晶材料３をマスク１２で遮蔽しながら、広角フラッシュ・ランプ１１を使用したフィレット４の照射を示す。図のように、マスク１２は、液晶材料３だけを覆い、温度硬化可能なエポキシ・フィレット４だけを透明（たとえばガラス）基板２を介して放射で露光させる、反射性の高いアルミニウム化基板とすることができる。照射の際、マスクで覆われていない部分だけが熱を受け取る。ランプの適切なパルス化によって、加熱および熱緩和が局所的に達成され、周辺領域に損傷を与えずにエポキシ・フィレット４の架橋が実施される。加熱を局所化しより高い温度が達成できるようにするために、ＬＣＤパネル全体を冷却されたプラットフォームに乗せて熱の除去を助け、エポキシ・シーラント・フィレット４とより下側基板１の間により大きな温度勾配を確定することが可能となる。
【００２４】
典型的には紫外光によって硬化可能なエポキシのフィレット４を局所的に硬化させる好ましい方法は、図８に示すような固定（走査式ではなく）エキシマ・レーザ６、たとえば３５１ｎｍから３５３ｎｍで動作するＸｅＦレーザを使用することである。レーザ・ビームは一般に方形でレーザ６から出るが、１つまたは複数のレンズ６ａ、６ｂを使って、直線部分の形状をもつ画像１３に合焦させることによって修正される。このレンズ構成は、その直線部分画像１３が、基板側の１つのフィレット長さと長さが等しいレーザ・ビームをもたらすように作成できる。たとえば、基板２の１つの点線の辺全体に沿ったエポキシ・シーラント・フィレットが幅１／２ｍｍ、長さ２０００ｍｍである場合、硬化（キュアリング）される全面積は１０００平方ｍｍである。典型的には、多くの紫外エポキシでは、エポキシの全体的硬化またはキュアリングを促進するのに必要な合計紫外露出は、４ジュール／ｃｍ2程度である。したがって、たとえば、米国フロリダ州Fort LauderdaleのLambda Physik社から市販の短いパルスで供給される出力が２０ワットの典型的な低電力の市販のエキシマ・レーザを使用することが現実に可能である。これを上記の１０００平方ｍｍまたは１０平方ｃｍの領域に合焦させた場合、このフィレット４を硬化するのにかかる時間（反射に対する補正は含まない）は、次式によって与えられる。入射レーザ出力／ｃｍ2×時間＝エネルギー／ｃｍ2。したがって、レーザ出力を１つの点線のフィレット辺に合焦させると、関係式（２０Ｗ／１０ｃｍ2）×（時間）＝４ジュール／ｃｍ2が得られる。この関係から、フィレット４は約２．０秒で硬化またはキュアリングされることがわかる。これは、数分さらには１０分もかかる典型的な紫外ランプ硬化時間と比較される。エキシマ・レーザ６を使用すると硬化時間またはキュアリング時間が大幅に短縮するばかりではなく、レーザ６からのパルスは典型的には２０ナノ秒と非常に短いため、この高い出力がＣＷ（連続波）レーザによって送られる場合に生じるような、側方熱分散によって液晶材料を損傷する可能性のある時間が非常に短くなる。
【００２５】
したがって、本構成のエキシマ・レーザ６は、急速な硬化時間とフィレット４から隣接する液晶３（図８には図示せず）への熱分散の防止を同時に達成する。明らかに、複数のレーザを使用して同時にフィレット４の複数の辺を硬化／キュアリングすることもできる。別法として、鏡を使用してより強力なレーザ・ビームを複数のビームに分割し、複数の次元の同時硬化を行うこともできる。
【００２６】
光ファイバを使用して、レーザまたは高い強度のパルス式フラッシュ・ランプからの放射を、熱または紫外放射を必要とする領域に向けることもできることは当業者には明らかであろう。また、架橋を開始するために使用されるレーザ・ビームの必要な波長は、使用するエポキシ・シーラントの処方に依存することも理解されよう。実際に、紫外光による架橋と赤外線による熱で補助された硬化の両方が必要な場合、その出力の鏡で分割できる部分を周波数二重化または周波数三重化すれば単一の赤外線レーザで十分である。他の変形例は、当業者には明らかであろう。
【００２７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２８】
（１）第１の基板を第２の基板に接合することによって液晶ディスプレイ・パネルを形成する方法であって、各基板は周辺領域に囲まれた中央領域を有し、
ａ）前記第１の基板の周辺領域上に、硬化可能なエポキシ・シーラント材料のフィレットを連続ループとして付着させて、第１の基板の中央領域を囲むステップと、
ｂ）前記第１の基板と前記第２の基板のうち一方の中央領域に、選択された量の液晶材料を付着させるステップと、
ｃ）前記第２の基板を、その周辺領域が前記第１の基板の周辺領域の上に、前記フィレットとその全長にわたって連続して接触して配置されるように置くステップと、
ｄ）エポキシ・シーラント材料の前記フィレットを硬化させ、それによって前記液晶材料を前記第１の基板と前記第２の基板の間に密封するステップとを含む方法。
（２）ステップ（ｄ）が、第１の基板と第２の基板を振動させて、前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（３）ステップ（ｄ）が、レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含み、前記ビームが紫外波長、可視光波長、赤外波長から選択された波長を有する上記（１）に記載の方法。
（４）前記走査が前記液晶パネルの周辺縁部に沿って行われる上記（３）に記載の方法。
（５）ステップ（ｄ）が、前記液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（６）エポキシ・シーラント材料が２つの成分を含み、ステップ（ａ）が、第１の基板と第２の基板の各々の周辺領域上に前記２つの成分のフィレットを付着するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（７）ステップ（ｄ）が、第１の基板と第２の基板を振動させて、エポキシ・シーラント材料の前記２つの成分の間の相互拡散を強化するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（８）前記振動が、超音波変換器をエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの連続ループに沿って移動することによって行われる上記（７）に記載の方法。
（９）ステップ（ｄ）が、レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の硬化を強化するステップを含み、前記ビームが紫外波長、可視光波長、赤外波長から選択された波長を有する上記（６）に記載の方法。
（１０）前記走査が前記液晶パネルの周辺縁部に沿って行われる上記（９）に記載の方法。
（１１）ステップ（ｄ）が、前記液晶材料を遮蔽するマスクを介して赤外線でエポキシ・シーラント材料の前記フィレットを照射するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（１２）前記フィレットが、前記液晶材料の一部分を逃がすための開口部を有し、前記開口部を硬化可能なエポキシ材料のプラグで密封するステップと、次いで前記プラグをレーザの集束ビームで照射するステップとをさらに含む上記（１）に記載の方法。
（１３）前記液晶材料とエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの間にバリア・フィレットを連続ループとして付着させて、前記液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐステップをさらに含む上記（１）に記載の方法。
（１４）前記液晶材料とエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの間にバリア・フィレットを連続ループとして付着させて、前記液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐステップをさらに含む上記（６）に記載の方法。
（１５）ステップ（ｄ）が、エポキシ・シーラント材料の前記フィレットの直線部分を固定レーザからのビームで照射するステップを含む上記（１）に記載の方法。
（１６）前記レーザが固定パルス式エキシマ紫外線レーザであり、前記エポキシ・シーラント材料が紫外放射によって硬化可能である上記（１５）に記載の方法。
（１７）ステップ（ｄ）が、エポキシ・シーラント材料の前記フィレットの直線部分を固定レーザからのビームで照射するステップを含む上記（６）に記載の方法。
（１８）前記レーザが固定パルス式エキシマ紫外線レーザであり、前記エポキシ・シーラント材料が紫外放射によって硬化可能である上記（１７）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】同じ大きさの２つの基板プレートを使用し、各基板が２成分エポキシの１成分の周辺フィレットを有する、本発明の一実施形態による、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル形成の諸ステップを示す概略斜視図である。
【図２】液体が基板の中央領域内に封入され、エポキシ材料の連続フィレットによって囲まれた状態で、図１の２つの基板が接合されて、エポキシの２つの部分を圧縮し混合した後の２つの基板の概略断面図である。
【図３】振動装置を使用して２成分エポキシ・シーラントの相互拡散を強化する、図２の基板を振動させるステップの概略斜視図である。
【図４】加熱によってエポキシの硬化を強化し架橋を実現するために、レーザを使用して基板のうち１つを通して図２のエポキシ材料の周辺フィレットを走査するステップの概略斜視図である。
【図５】エポキシ・シーラントのフィレットに隣接した基板の１つ上に付着したエネルギー吸収フィルムにレーザを当てることによって、レーザを使用して図２のエポキシ材料の周辺フィレットを走査するステップの概略断面図である。
【図６】エポキシ材料のプラグをその中に置き、プラグをレーザで照射してプラグを硬化することによって、過剰の液晶材料を逃がすために設けられた開口部を密封するステップの概略斜視図である。
【図７】赤外線ランプと液晶材料用マスクを使用して、図２のエポキシ・フィレットを露光するステップの概略断面図である。
【図８】固定レーザを使用して４辺フィレット方形の直線部分の１つの辺全体を照射するステップの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 液晶材料
４ 連続ループ
４ａ フィレット
４ｂ フィレット
５ 電気振動装置
６ レーザ
６ａ レンズ
６ｂ レンズ
７ エネルギー吸収フィルム
８ バリア・フィレット
９ 開口部
１０ プラグ
１１ 広角フラッシュ・ランプ
１２ マスク
１３ 画像
Claims (6)
- 第１の基板を第２の基板に接合することによって液晶ディスプレイ・パネルを形成する方法であって、各基板は周辺領域に囲まれた中央領域を有し、
ａ）少なくとも第１の基板の周辺領域上に、硬化可能なエポキシ・シーラント材料のフィレットを連続ループとして付着させて、第１の基板の中央領域を囲むステップと、
ｂ）前記第１の基板と第２の基板のうち一方の中央領域に、選択された量の液晶材料を付着させるステップと、
ｃ）前記第２の基板を、その周辺領域が前記第１の基板の周辺領域の上に、前記フィレットの連続ループの全長にわたって接触して配置されるように置くステップと、
ｄ）エポキシ・シーラント材料の前記フィレットを硬化させ、それによって前記液晶材料を前記第１の基板と前記第２の基板の間に密封するステップとを含む方法において、
前記エポキシ・シーラント材料が熱硬化成分及び紫外線硬化成分を含み、
ステップ（ｄ）が、紫外レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の熱硬化成分及び紫外線硬化成分の両方を硬化するステップを含む方法。 - レーザが、エキシマ・レーザである請求項１記載の方法。
- レーザが、XeFレーザである請求項２記載の方法。
- ステップ（ｄ）が、パルス式又は連続波レーザの集束ビームで前記フィレットの前記連続ループに沿って走査して前記エポキシ・シーラント材料の局所領域を周期的に加熱して、前記第２の基板の前記フィレットと、前記第１の基板の前記フィレットとの間の拡散を増大させることよって硬化を強化するステップを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記フィレットが、前記液晶材料の一部分を逃がすための開口部を有し、前記開口部を硬化可能なエポキシ材料のプラグで密封するステップと、次いで前記プラグをレーザの集束ビームで照射するステップとをさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記液晶材料とエポキシ・シーラント材料の前記フィレットの間にバリア・フィレットを連続ループとして付着させて、前記液晶材料と前記エポキシ・シーラント材料の接触を防ぐステップをさらに含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
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