JP3886612B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶分子の配列状態を画素毎に制御する１組の電極を一方の透明基板上に設けたＩＰＳ（In-Plane Switching）型の液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、近年、パーソナルコンピュータのディスプレイやテレビ等に広く使用されるようになった。
一般的なＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示装置は、２枚の透明ガラス基板の間に液晶を封入した構造を有している。それらのガラス基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面側にはブラックマトリクス、カラーフィルタ、対向電極及び配向膜等が形成され、また他方の面側にはアクティブマトリクス回路、画素電極及び配向膜等が形成されている。更に各ガラス基板の対向面と反対側の面には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。これらの２枚の偏光板は、例えば偏光板の偏光軸が互いに直交するように配置され、これによれば、電界をかけない状態では光を透過し、電界を印加した状態では遮光するモード、すなわちノーマリーホワイトモードとなる。また、２枚の偏光板の偏光軸が平行な場合には、電界をかけない状態では光を遮光し、電界を印加した状態では透過するモード、すなわちノーマリーブラックモードとなる。
【０００３】
しかし、ＴＮ型液晶表示パネルでは、ＣＲＴに比べて視角特性が劣り、画面を見る角度によってコントラストが変化してしまうという欠点がある。
近年、ＴＮ型液晶表示パネルに比べて視角特性が優れた液晶表示装置として、ＩＰＳ型の液晶表示装置が開発されている（特開平７−１９１３３６号公報及び特開平９−５７６３号公報等）。ＩＰＳ型液晶表示装置は、一方の透明基板側にＴＦＴ（Thin Film Transistor）、画素電極及びコモン電極（対向電極）等が形成され、他方の透明基板側にはカラーフィルタ等が形成されている。以下、ＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板、カラーフィルタが形成された基板をＣＦ基板という。
【０００４】
図１０はＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図、図１１は同じくそのＩＰＳ型液晶表示装置のＴＦＴ基板５０を示す平面図である。なお、図１０は図１１のＢ−Ｂ線に対応する位置における断面を示す。
このＩＰＳ型液晶表示装置は、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板５０及びＣＦ基板６０と、これらの基板５０，６０間の間隔を一定に維持するための球形スペーサ７３と、基板５０，６０間に封入された液晶７４と、基板５０，６０の外面に配置された１対の偏光板（図示せず）とにより構成されている。
【０００５】
ＴＦＴ基板５０は以下のように構成されている。すなわち、ガラス基板５１上には、図１１に示すように、ゲートバスライン５３及びコモンバスライン５２が相互に平行に形成されている。また、ガラス電極５１上には、ゲートバスライン５３及びコモンバスライン５２に直交して複数本のドレインバスライン５５が形成されている。これらのゲートバスライン５３、コモンバスライン５２及びドレインバスライン５５に囲まれた領域が画素領域であり、各画素領域には複数本のコモン電極５２ａ及び画素電極５６が相互に平行に形成されている。各画素領域毎に、コモン電極５２ａの一端側は接続線５２ｂにより接続され、画素電極５６の一端側はソース電極５７ｂにより接続され、画素電極５６の他端側は接続線５６ａに接続されている。
【０００６】
ゲートバスライン５３、コモンバスライン５２及びコモン電極５２ａは、透明絶縁膜５４に覆われており、この絶縁膜５４上にドレインバスライン５５及び画素電極５６が形成されている。また、絶縁膜５４上には、ソース電極５７ｂ及びドレイン電極５７ａがゲートバスライン５３を挟んで形成されている。このソース電極５７ｂは画素電極５６に接続され、ドレイン電極５７ａはドレインバスライン５５に接続されている。また、ソース電極５７ｂ及びドレイン電極５７ａとゲートバスライン５３との間にはシリコン活性層（図示せず）が形成されており、これらのソース電極５７ｂ、ドレイン電極５７ａ、ゲートバスライン１３及びシリコン活性層とによりＴＦＴ５７が構成される。
【０００７】
また、基板５１上には、これらのドレインバスライン５５、画素電極５６、ドレイン電極５７ｂ及びソース電極５７ａを覆うようにして配向膜５８が形成され、この配向膜５８の表面はラビング処理が施されている。
一方、ＣＦ基板６０は以下のように構成されている。すなわち、ガラス基板６１の一方の面側には、各画素領域毎に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）のカラーフィルタ６２が形成されており、これらのカラーフィルタ６２は配向膜６３に覆われている。
【０００８】
このように構成されたＩＰＳ型液晶表示装置において、電圧を印加しない状態では液晶分子は配向膜のラビング方向に沿って配向している。一般的に、ＩＰＳ型液晶表示装置では、配向膜のラビング方向（図１１中に矢印で示す）は画素電極５６に対し約１５°の角度で傾いており、従って、図１２（ａ）に上面図、図１２（ｂ）に側面図を示すように、液晶分子７５の長軸は画素電極５６の長手方向（図１２（ａ）中に矢印で示す）に対し約１５°傾いた方向にホモジェニアス配向している。この場合、一対の偏光板の偏光軸が交差しているとすると、光は偏光板により遮光されて黒表示となる。
【０００９】
画素電極５６とコモン電極５２ａとの間に電圧を印加すると、ＴＦＴ基板５０側の液晶分子７５は電界の方向に配向する。このため、図１３（ａ）に上面図、図１３（ｂ）に側面図を示すように、液晶分子７５はＴＦＴ基板５０側からＣＦ基板６０側に徐々に捩じれたように配向する。これにより、光は一対の偏光板を透過する。画素電極５６とコモン電極５２ａとの間に印加する電圧を変化させることにより、液晶表示装置を透過する光量を制御することができる。
【００１０】
ＩＰＳ型液晶表示装置においては、ＴＮ型液晶表示装置と異なり、液晶分子７５が基板面に対し常に平行であり、光の抜けが殆どなくコントラストが高いため、視角特性が優れている。
ところで、液晶表示装置の製造工程において、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とに間に液晶を注入する際に、液晶分子は、配向膜のラビング方向ではなく、液晶の流れる方向に配向する。このため、基板間に液晶を充填した後、加熱炉内で液晶をネマティック相からアイソトロピック相への転移温度以上に加熱し、その後自然冷却してネマティック相に戻す熱処理が施される。この熱処理により、液晶分子７５の配向方向が配向膜５８，６３のラビング方向に揃えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、熱処理後も液晶分子の配向方向がラビング方向と異なる部分が発生しやすく、その結果、電圧無印加時に黒表示となるべきところに光抜けが生じることがある。これにより、液晶表示装置のコントラストが低下するとともにざらついた表示になり、表示品質が劣化する。
【００１２】
本発明の目的は、ＩＰＳ型液晶表示装置において、液晶分子の配向方向を配向膜のラビング方向に揃えることができて、表示品質が高い液晶表示装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に平行に配置された画素電極及びコモン電極を有する第１の透明基板と、該第１の透明基板に対向配置された第２の透明基板との間に液晶を封入して液晶パネルとする工程と、前記第２の透明基板上に導電層を配置する工程と、前記液晶パネルの一部領域を、前記液晶のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上に加熱し、加熱領域を走査して前記液晶全体を熱処理する工程と、前記導電層を除去する工程とを有し、前記第１の透明基板の前記第２の透明基板側の面にはラビング処理が施された第１の配向膜が形成され、前記第２の透明基板の前記第１の透明基板側の面にはラビング処理が施された第２の配向膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法により解決する。
【００１４】
以下、本発明の作用について説明する。
本願発明者等は、従来のＩＰＳ型液晶表示装置において、液晶分子の配向方向が熱処理後も配向膜のラビング方向に揃わない原因を追求した結果、以下のことが判明した。
すなわち、液晶パネル全体を加熱した後に冷却する従来方法では、アイソトロピック相からネマティック相への液晶の相転移がパネル全体でほぼ同時に発生する。このため、液晶分子はある領域では配向膜のラビング方向に配向するが、他の領域では例えばスペーサの表面に沿って配向し、これら配向方向が異なる領域が液晶パネルの全面に亘って混在する状態となり、配向異常が発生する。
【００１５】
そこで、本発明においては、液晶パネルの全体を同時に加熱するのではなく、一部領域を加熱し、加熱領域を走査する。加熱によりネマティック相からアイソトロピック相に変化した液晶は、再度ネマティック相に相転移する際に、配向膜のラビング方向に配向する。加熱領域を走査することにより、アイソトロピック相からネマティック相に相転移する領域も移動するが、液晶分子は先に配向した液晶分子の配向方向に倣って配向するという性質があるため、後から相転移する液晶の分子も先の液晶分子の配向方向に配向する。これにより、パネル全体に亘って液晶分子の配向方向が均一になり、配向異常が抑制され、表示品質が良好な液晶表示装置が得られる。
【００１６】
また、図１４（ａ）に側面図、図１４（ｂ）に平面図を示すように、スペーサ７３が近接して配置されていると、スペーサ７３間の領域ではスペーサ７３の表面に沿って液晶分子７５が配向し、本来の配向方向と異なってしまうことがある。本願発明者等は、スペーサの密度と配向異常との関係を調べた。その結果、スペーサの密度（平均密度：以下、同じ）が５０個／ｍｍ2 を超える場合はスペーサ間の平均距離が短くなり、配向異常が発生しやすくなることが判明した。従って、第１及び第２の透明基板間に配置するスペーサの密度は５０個／ｍｍ2 以下とすることが好ましい。
【００１７】
更に、液晶がアイソトロピック相からネマティック相に相転移する際に外部電界が加わると、電界に沿って液晶が配向し、配向異常の原因となる。特に、ＩＰＳ型液晶表示装置では、第２の透明基板側に電極を有しないため、電界の影響を受けやすい。このため、本発明では、第２の透明基板外面に導電層（透明導電膜又は導電層を有する部材）を配置して外部電界の影響を遮断する。この導電層は、熱処理後に第２の透明基板の面上から除去する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１〜図７は本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図である。なお、図１は熱処理前の液晶パネル１の断面図、図２は同じくその液晶パネル１のＴＦＴ基板１０を示す平面図であり、図１は図２のＡ−Ａ線に対応する位置における断面を示す。
【００１９】
まず、図１に示すように、液晶パネル１を構成するＴＦＴ基板（第１の透明基板）１０及びＣＦ基板（第２の透明基板）２０を形成する。ＴＦＴ基板１０は以下のようにして形成する。すなわち、ガラス基板１１上に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングして、図２に示すように、コモンバスライン１２、コモン電極１２ａ及びゲートバスライン１３を形成する。この場合、コモンバスライン１２及びゲートバスライン１３は相互に平行に形成し、コモン電極１２ａはコモンバスライン１２から垂直方向に複数本が平行に延び出すように形成する。コモン電極１２ａの先端側は接続線１２ｂにより相互に接続しておく。
【００２０】
次に、基板１１上の全面に透明絶縁膜１４を形成し、ＴＦＴ１７の活性層となる部分にシリコン層（図示せず）を形成する。そして、このシリコン層上にゲート絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、基板１１上の全面に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングして、ドレインバスライン１５、画素電極１６、ドレイン電極１７ａ及びソース電極１７ｂを形成する。この場合、ドレインバスライン１５は、コモンバスライン１２及びゲートバスライン１３に垂直に交差するように形成する。また、画素電極１６はコモン電極１２ａに平行に形成し、一端側はソース電極１７ｂに接続し、他端側は接続線１６ａに接続しておく。更に、ドレイン電極１７ａはドレインバスライン１５に接続しておく。
【００２１】
次に、基板１１上の全面にポリイミド等からなる配向膜１８を形成し、この配向膜１８の表面をラビング処理する。この場合、ラビング方向（図２に矢印で示す）は、画素電極１６に対し約５〜３０°の角度となるようにする。これにより、ＴＦＴ基板１０が完成する。
一方、ＣＦ基板２０を以下のように形成する。
【００２２】
まず、ガラス基板２１の一方の面上に、各画素領域に対応させて、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ２２を形成する。その後、これらのカラーフィルタ２２を被覆するように配向膜２３を形成し、配向膜２３の表面をラビング処理する。この場合、配向膜２３のラビング方向は、配向膜１８のラビング方向と同じになるようにする。これにより、ＣＦ基板２０が完成する。
【００２３】
次に、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを対向させて配置し、両者の間に液晶を封入して液晶パネル１を形成する。液晶の封入方法としては、ディップ注入法及び滴下注入法がある。
ディップ注入法においては、図３に示すように、ＴＦＴ基板１０（又は、ＣＦ基板２０）の縁部に沿って熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂からなるシール材３１を塗布する。このとき、シール材３１を閉じた線状に塗布するのではなく、後工程で基板１０，２０間に液晶を注入するための液晶注入口３２として、シール材３１を塗布しない部分を設けておく。
【００２４】
その後、ＴＦＴ基板１０上に直径が約４〜５μｍの球状（又は円柱状）のスペーサ３３（図１参照）を５０個／ｍｍ2 以下の密度で散布する。そして、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを、配向膜１８，２３が形成された面を対向させて貼合わせる。次に、加熱又は紫外線照射により、シール材３１を硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを貼合わせてなる空パネルが得られる。
【００２５】
次に、図４に示すように、真空チャンバ（図示せず）内に液晶３４が入った容器３５と空パネル１ａとを配置し、チャンバ内を十分に排気した後、空パネル１ａの液晶注入口３２を液晶３４中に浸漬する。そして、チャンバ内を大気圧に戻す。そうすると、圧力差により液晶３４が空パネル１ａ内に注入される。パネル１ａ内に液晶３４が十分充填された後、液晶注入口３２に封止材として紫外線硬化型樹脂を充填し、紫外線を照射して硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板２０とを貼合わせてなる液晶パネル１（図１参照）が得られる。
【００２６】
一方、滴下注入法においては、図５に示すように、ＴＦＴ基板１０（又は、ＣＦ基板２０）の縁部に沿って枠状にシール材３１を塗布した後、ＴＦＴ基板１０上に液晶３４を所定量滴下し、スペーサ３３（図１参照）を５０個／ｍｍ2 以下の密度で散布する。そして、ＴＦＴ基板１０上にＣＦ基板２０を重ね合わせ、液晶３４を基板１０，２０間に拡散させる。その後、紫外線を照射してシール材３１を硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板２０とを貼合わせてなる液晶パネル１が得られる（図１参照）。
【００２７】
このようにして、ディップ注入法又は滴下注入法によりＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間に液晶３４を封入して液晶パネル１を形成した後、図６に示すように、ＣＦ基板２０の外側にＩＴＯ（インジウム酸化スズ）を蒸着して透明導電体膜２６を形成する。なお、透明導電体膜２６は、液晶注入以前の工程でＣＦ基板２０側に形成しておいてもよい。
【００２８】
次に、液晶分子を配向膜１８，２３のラビング方向に配向させる熱処理を行う。図７は熱処理を示す模式図である。この図７に示すように、液晶パネル１を水平方向に数ｃｍ／分程度の速度で移動させながら、温風吹出口４１から温風を吹き出して液晶パネル１の一部（直線状の領域）を液晶３４のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上（例えば、８０〜９０℃）に加熱し、その後、冷風吹出口４２から冷風（室温）を吹き出して加熱後の領域を冷却する。
【００２９】
図８は熱処理工程における液晶パネル１を示す模式図である。この図８において、３４ａは加熱前の液晶であり、この液晶はネマティック相である。３４ｂは温風により温度がネマティック相→アイソトロピック相の相転移温度に到達した液晶であり、３４ｃはアイソトロピック相に転移した液晶である。３４ｄはアイソトロピック相→ネマティック相の相転移温度まで冷却した液晶であり、３４ｅは相転移温度以下に冷却した液晶である。液晶パネル１の移動に伴って最初にアイソトロピック相に転移した液晶は、ネマティック相に転移する際に、配向膜１８，２３のラビング方向に配向する。液晶パネル１の移動に伴ってアイソトロピック相→ネマティック相の相転移領域も移動するが、液晶分子は先に配向した液晶分子の配向方向に倣って配向する性質があるため、スペーサ３３の近傍でもスペーサ３３の表面に配向することが回避され、配向膜１８，２３のラビング方向に配向する。
【００３０】
このようにして、液晶パネル１全体を熱処理した後、液晶パネル１の両側に偏光板を配置する。これにより、本発明に液晶表示装置が完成する。
本実施の形態においては、上述の如く、アイソトロピック相からネマティック相への相転移が発生する領域を狭い領域に限定し、相転移領域を徐々に移動させるので、最初にアイソトロピック相からネマティック相に相転移した液晶の分子が配向膜のラビング方向に配向すると、その後相転移する液晶の分子も同一方向に配向する。そして、パネル全体に亘って相転移が徐々に進行するので、液晶分子の配向方向がパネル全体で均一化される。これにより、配向異常による表示品質の劣化を回避できる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、ＣＦ基板２０の外面に透明導電膜２６を形成するので、熱処理時に外部からの電界の影響により液晶分子が異常配向するおそれがない。
なお、透明導電膜２０は熱処理後に除去する。また、透明導電膜２６を形成する替わりに、ＣＦ基板２０を覆う導電層を有する部材を配置し、熱処理を行ってもよい。この場合も、上述の実施例と同様の効果が得られる。
【００３２】
更に、本実施の形態においては、冷風により加熱後の液晶パネル１を冷却するので、製造マージンが増加するという利点もある。なお、処理能力を考慮し、温風吹出口を数段設置してもよい。また、液晶パネル１を固定し、温風吹出口４１及び冷風吹出口４２を移動させるようにしてもよい。更に、温風を吹き付けるのではなく、ヒータにより液晶パネル１を部分的に加熱するようにしてもよく、加熱手段はこれに限定されるものではない。
【００３３】
更にまた、本実施の形態においては、スペーサの密度を５０個／ｍｍ2 以下としたので、スペーサの表面に沿って液晶分子が配向することが少なく、上記の効果と相俟って、配向異常を防止する効果が極めて大きい。
図９は、横軸にスペーサ散布密度をとり、縦軸に欠陥数をとって、ＩＰＳ型液晶表示装置におけるスペーサ散布密度と欠陥数との関係を調べた結果を示す図である。この図９に示すように、スペーサ散布密度（平均密度）を５０個／ｍｍ2 以下とすることにより、欠陥数を著しく低減できる。これは、スペーサ間の距離が大きくなるため、スペーサ間の液晶分子がスペーサの表面ではなく、配向膜のラビング方向に配向するためであると考えられる。
【００３４】
上記の実施の形態に示した方法により実際にＩＰＳ型液晶表示パネルを製造し、連続駆動試験を行った。その結果、１０００時間経過した後も配向状態の劣化が見られなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネルの一部領域を液晶のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上に加熱し、加熱領域を走査するので、アイソトロピック相からネマティック相への相転移が狭い領域で起こり、最初に配向した液晶分子の配向方向に倣ってパネル全体の液晶分子が配向する。これにより、表示品質が良好な液晶表示装置が得られる。
【００３６】
また、第２の透明基板上に導電膜を形成したり、導電層を有する板状部材を配置することにより、外部電界の影響を回避でき、配向異常をより確実に回避できる。
更に、スペーサの平均密度を５０個／ｍｍ2 以下とすることにより、スペーサによる配向異常を回避できて、上述の効果と相俟って、ＩＰＳ型液晶表示装置の表示品質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理前の液晶パネルの断面を示す。
【図２】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理前の液晶パネルのＴＦＴ基板を示す。
【図３】ディップ注入法による液晶の封入方法を示す図（その１）である。
【図４】ディップ注入法による液晶の封入方法を示す図（その２）である。
【図５】滴下注入法による液晶の封入方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、ＣＦ基板上に透明導電膜を形成した液晶パネルを示す。
【図７】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理工程を示す図である。
【図８】熱処理工程における液晶パネルの状態を示す模式図である。
【図９】ＩＰＳ型液晶表示装置におけるスペーサ散布密度と欠陥数との関係を調べた結果を示す図である。
【図１０】ＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１１】同じくそのＩＰＳ型液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図１２】電圧無印加時の液晶分子の状態を示す模式図である。
【図１３】電圧印加時の液晶分子の状態を示す模式図である。
【図１４】スペーサによる配向異常の発生を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 液晶パネル
１０，５０ ＴＦＴ基板
１１，２１，５１，６１ ガラス基板
１２，５２ コモンバスライン
１２ａ，５２ａ コモン電極
１３，５３ ゲートバスライン
１４，５４ 透明絶縁膜
１５，５５ ドレインバスライン
１６，５６ 画素電極
１７，５７ ＴＦＴ
１８，２３，５８，６３ 配向膜
２０，６０ ＣＦ基板
２２，６２ カラーフィルタ
２６ 透明導電膜
３１ シール材
３３，７３ スペーサ
３４，７４ 液晶
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶分子の配列状態を画素毎に制御する１組の電極を一方の透明基板上に設けたＩＰＳ（In-Plane Switching）型の液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、近年、パーソナルコンピュータのディスプレイやテレビ等に広く使用されるようになった。
一般的なＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶表示装置は、２枚の透明ガラス基板の間に液晶を封入した構造を有している。それらのガラス基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面側にはブラックマトリクス、カラーフィルタ、対向電極及び配向膜等が形成され、また他方の面側にはアクティブマトリクス回路、画素電極及び配向膜等が形成されている。更に各ガラス基板の対向面と反対側の面には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。これらの２枚の偏光板は、例えば偏光板の偏光軸が互いに直交するように配置され、これによれば、電界をかけない状態では光を透過し、電界を印加した状態では遮光するモード、すなわちノーマリーホワイトモードとなる。また、２枚の偏光板の偏光軸が平行な場合には、電界をかけない状態では光を遮光し、電界を印加した状態では透過するモード、すなわちノーマリーブラックモードとなる。
【０００３】
しかし、ＴＮ型液晶表示パネルでは、ＣＲＴに比べて視角特性が劣り、画面を見る角度によってコントラストが変化してしまうという欠点がある。
近年、ＴＮ型液晶表示パネルに比べて視角特性が優れた液晶表示装置として、ＩＰＳ型の液晶表示装置が開発されている（特開平７−１９１３３６号公報及び特開平９−５７６３号公報等）。ＩＰＳ型液晶表示装置は、一方の透明基板側にＴＦＴ（Thin Film Transistor）、画素電極及びコモン電極（対向電極）等が形成され、他方の透明基板側にはカラーフィルタ等が形成されている。以下、ＴＦＴが形成された基板をＴＦＴ基板、カラーフィルタが形成された基板をＣＦ基板という。
【０００４】
図１０はＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図、図１１は同じくそのＩＰＳ型液晶表示装置のＴＦＴ基板５０を示す平面図である。なお、図１０は図１１のＢ−Ｂ線に対応する位置における断面を示す。
このＩＰＳ型液晶表示装置は、相互に対向して配置されたＴＦＴ基板５０及びＣＦ基板６０と、これらの基板５０，６０間の間隔を一定に維持するための球形スペーサ７３と、基板５０，６０間に封入された液晶７４と、基板５０，６０の外面に配置された１対の偏光板（図示せず）とにより構成されている。
【０００５】
ＴＦＴ基板５０は以下のように構成されている。すなわち、ガラス基板５１上には、図１１に示すように、ゲートバスライン５３及びコモンバスライン５２が相互に平行に形成されている。また、ガラス電極５１上には、ゲートバスライン５３及びコモンバスライン５２に直交して複数本のドレインバスライン５５が形成されている。これらのゲートバスライン５３、コモンバスライン５２及びドレインバスライン５５に囲まれた領域が画素領域であり、各画素領域には複数本のコモン電極５２ａ及び画素電極５６が相互に平行に形成されている。各画素領域毎に、コモン電極５２ａの一端側は接続線５２ｂにより接続され、画素電極５６の一端側はソース電極５７ｂにより接続され、画素電極５６の他端側は接続線５６ａに接続されている。
【０００６】
ゲートバスライン５３、コモンバスライン５２及びコモン電極５２ａは、透明絶縁膜５４に覆われており、この絶縁膜５４上にドレインバスライン５５及び画素電極５６が形成されている。また、絶縁膜５４上には、ソース電極５７ｂ及びドレイン電極５７ａがゲートバスライン５３を挟んで形成されている。このソース電極５７ｂは画素電極５６に接続され、ドレイン電極５７ａはドレインバスライン５５に接続されている。また、ソース電極５７ｂ及びドレイン電極５７ａとゲートバスライン５３との間にはシリコン活性層（図示せず）が形成されており、これらのソース電極５７ｂ、ドレイン電極５７ａ、ゲートバスライン１３及びシリコン活性層とによりＴＦＴ５７が構成される。
【０００７】
また、基板５１上には、これらのドレインバスライン５５、画素電極５６、ドレイン電極５７ｂ及びソース電極５７ａを覆うようにして配向膜５８が形成され、この配向膜５８の表面はラビング処理が施されている。
一方、ＣＦ基板６０は以下のように構成されている。すなわち、ガラス基板６１の一方の面側には、各画素領域毎に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）又は青（Ｂ）のカラーフィルタ６２が形成されており、これらのカラーフィルタ６２は配向膜６３に覆われている。
【０００８】
このように構成されたＩＰＳ型液晶表示装置において、電圧を印加しない状態では液晶分子は配向膜のラビング方向に沿って配向している。一般的に、ＩＰＳ型液晶表示装置では、配向膜のラビング方向（図１１中に矢印で示す）は画素電極５６に対し約１５°の角度で傾いており、従って、図１２（ａ）に上面図、図１２（ｂ）に側面図を示すように、液晶分子７５の長軸は画素電極５６の長手方向（図１２（ａ）中に矢印で示す）に対し約１５°傾いた方向にホモジェニアス配向している。この場合、一対の偏光板の偏光軸が交差しているとすると、光は偏光板により遮光されて黒表示となる。
【０００９】
画素電極５６とコモン電極５２ａとの間に電圧を印加すると、ＴＦＴ基板５０側の液晶分子７５は電界の方向に配向する。このため、図１３（ａ）に上面図、図１３（ｂ）に側面図を示すように、液晶分子７５はＴＦＴ基板５０側からＣＦ基板６０側に徐々に捩じれたように配向する。これにより、光は一対の偏光板を透過する。画素電極５６とコモン電極５２ａとの間に印加する電圧を変化させることにより、液晶表示装置を透過する光量を制御することができる。
【００１０】
ＩＰＳ型液晶表示装置においては、ＴＮ型液晶表示装置と異なり、液晶分子７５が基板面に対し常に平行であり、光の抜けが殆どなくコントラストが高いため、視角特性が優れている。
ところで、液晶表示装置の製造工程において、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とに間に液晶を注入する際に、液晶分子は、配向膜のラビング方向ではなく、液晶の流れる方向に配向する。このため、基板間に液晶を充填した後、加熱炉内で液晶をネマティック相からアイソトロピック相への転移温度以上に加熱し、その後自然冷却してネマティック相に戻す熱処理が施される。この熱処理により、液晶分子７５の配向方向が配向膜５８，６３のラビング方向に揃えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＩＰＳ型液晶表示装置では、熱処理後も液晶分子の配向方向がラビング方向と異なる部分が発生しやすく、その結果、電圧無印加時に黒表示となるべきところに光抜けが生じることがある。これにより、液晶表示装置のコントラストが低下するとともにざらついた表示になり、表示品質が劣化する。
【００１２】
本発明の目的は、ＩＰＳ型液晶表示装置において、液晶分子の配向方向を配向膜のラビング方向に揃えることができて、表示品質が高い液晶表示装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、相互に平行に配置された画素電極及びコモン電極を有する第１の透明基板と、該第１の透明基板に対向配置された第２の透明基板との間に液晶を封入して液晶パネルとする工程と、前記第２の透明基板上に導電層を配置する工程と、前記液晶パネルの一部領域を、前記液晶のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上に加熱し、加熱領域を走査して前記液晶全体を熱処理する工程と、前記導電層を除去する工程とを有し、前記第１の透明基板の前記第２の透明基板側の面にはラビング処理が施された第１の配向膜が形成され、前記第２の透明基板の前記第１の透明基板側の面にはラビング処理が施された第２の配向膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法により解決する。
【００１４】
以下、本発明の作用について説明する。
本願発明者等は、従来のＩＰＳ型液晶表示装置において、液晶分子の配向方向が熱処理後も配向膜のラビング方向に揃わない原因を追求した結果、以下のことが判明した。
すなわち、液晶パネル全体を加熱した後に冷却する従来方法では、アイソトロピック相からネマティック相への液晶の相転移がパネル全体でほぼ同時に発生する。このため、液晶分子はある領域では配向膜のラビング方向に配向するが、他の領域では例えばスペーサの表面に沿って配向し、これら配向方向が異なる領域が液晶パネルの全面に亘って混在する状態となり、配向異常が発生する。
【００１５】
そこで、本発明においては、液晶パネルの全体を同時に加熱するのではなく、一部領域を加熱し、加熱領域を走査する。加熱によりネマティック相からアイソトロピック相に変化した液晶は、再度ネマティック相に相転移する際に、配向膜のラビング方向に配向する。加熱領域を走査することにより、アイソトロピック相からネマティック相に相転移する領域も移動するが、液晶分子は先に配向した液晶分子の配向方向に倣って配向するという性質があるため、後から相転移する液晶の分子も先の液晶分子の配向方向に配向する。これにより、パネル全体に亘って液晶分子の配向方向が均一になり、配向異常が抑制され、表示品質が良好な液晶表示装置が得られる。
【００１６】
また、図１４（ａ）に側面図、図１４（ｂ）に平面図を示すように、スペーサ７３が近接して配置されていると、スペーサ７３間の領域ではスペーサ７３の表面に沿って液晶分子７５が配向し、本来の配向方向と異なってしまうことがある。本願発明者等は、スペーサの密度と配向異常との関係を調べた。その結果、スペーサの密度（平均密度：以下、同じ）が５０個／ｍｍ2 を超える場合はスペーサ間の平均距離が短くなり、配向異常が発生しやすくなることが判明した。従って、第１及び第２の透明基板間に配置するスペーサの密度は５０個／ｍｍ2 以下とすることが好ましい。
【００１７】
更に、液晶がアイソトロピック相からネマティック相に相転移する際に外部電界が加わると、電界に沿って液晶が配向し、配向異常の原因となる。特に、ＩＰＳ型液晶表示装置では、第２の透明基板側に電極を有しないため、電界の影響を受けやすい。このため、本発明では、第２の透明基板外面に導電層（透明導電膜又は導電層を有する部材）を配置して外部電界の影響を遮断する。この導電層は、熱処理後に第２の透明基板の面上から除去する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１〜図７は本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図である。なお、図１は熱処理前の液晶パネル１の断面図、図２は同じくその液晶パネル１のＴＦＴ基板１０を示す平面図であり、図１は図２のＡ−Ａ線に対応する位置における断面を示す。
【００１９】
まず、図１に示すように、液晶パネル１を構成するＴＦＴ基板（第１の透明基板）１０及びＣＦ基板（第２の透明基板）２０を形成する。ＴＦＴ基板１０は以下のようにして形成する。すなわち、ガラス基板１１上に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングして、図２に示すように、コモンバスライン１２、コモン電極１２ａ及びゲートバスライン１３を形成する。この場合、コモンバスライン１２及びゲートバスライン１３は相互に平行に形成し、コモン電極１２ａはコモンバスライン１２から垂直方向に複数本が平行に延び出すように形成する。コモン電極１２ａの先端側は接続線１２ｂにより相互に接続しておく。
【００２０】
次に、基板１１上の全面に透明絶縁膜１４を形成し、ＴＦＴ１７の活性層となる部分にシリコン層（図示せず）を形成する。そして、このシリコン層上にゲート絶縁膜（図示せず）を形成する。その後、基板１１上の全面に導電膜を形成し、この導電膜をパターニングして、ドレインバスライン１５、画素電極１６、ドレイン電極１７ａ及びソース電極１７ｂを形成する。この場合、ドレインバスライン１５は、コモンバスライン１２及びゲートバスライン１３に垂直に交差するように形成する。また、画素電極１６はコモン電極１２ａに平行に形成し、一端側はソース電極１７ｂに接続し、他端側は接続線１６ａに接続しておく。更に、ドレイン電極１７ａはドレインバスライン１５に接続しておく。
【００２１】
次に、基板１１上の全面にポリイミド等からなる配向膜１８を形成し、この配向膜１８の表面をラビング処理する。この場合、ラビング方向（図２に矢印で示す）は、画素電極１６に対し約５〜３０°の角度となるようにする。これにより、ＴＦＴ基板１０が完成する。
一方、ＣＦ基板２０を以下のように形成する。
【００２２】
まず、ガラス基板２１の一方の面上に、各画素領域に対応させて、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ２２を形成する。その後、これらのカラーフィルタ２２を被覆するように配向膜２３を形成し、配向膜２３の表面をラビング処理する。この場合、配向膜２３のラビング方向は、配向膜１８のラビング方向と同じになるようにする。これにより、ＣＦ基板２０が完成する。
【００２３】
次に、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを対向させて配置し、両者の間に液晶を封入して液晶パネル１を形成する。液晶の封入方法としては、ディップ注入法及び滴下注入法がある。
ディップ注入法においては、図３に示すように、ＴＦＴ基板１０（又は、ＣＦ基板２０）の縁部に沿って熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂からなるシール材３１を塗布する。このとき、シール材３１を閉じた線状に塗布するのではなく、後工程で基板１０，２０間に液晶を注入するための液晶注入口３２として、シール材３１を塗布しない部分を設けておく。
【００２４】
その後、ＴＦＴ基板１０上に直径が約４〜５μｍの球状（又は円柱状）のスペーサ３３（図１参照）を５０個／ｍｍ2 以下の密度で散布する。そして、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを、配向膜１８，２３が形成された面を対向させて貼合わせる。次に、加熱又は紫外線照射により、シール材３１を硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０とを貼合わせてなる空パネルが得られる。
【００２５】
次に、図４に示すように、真空チャンバ（図示せず）内に液晶３４が入った容器３５と空パネル１ａとを配置し、チャンバ内を十分に排気した後、空パネル１ａの液晶注入口３２を液晶３４中に浸漬する。そして、チャンバ内を大気圧に戻す。そうすると、圧力差により液晶３４が空パネル１ａ内に注入される。パネル１ａ内に液晶３４が十分充填された後、液晶注入口３２に封止材として紫外線硬化型樹脂を充填し、紫外線を照射して硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板２０とを貼合わせてなる液晶パネル１（図１参照）が得られる。
【００２６】
一方、滴下注入法においては、図５に示すように、ＴＦＴ基板１０（又は、ＣＦ基板２０）の縁部に沿って枠状にシール材３１を塗布した後、ＴＦＴ基板１０上に液晶３４を所定量滴下し、スペーサ３３（図１参照）を５０個／ｍｍ2 以下の密度で散布する。そして、ＴＦＴ基板１０上にＣＦ基板２０を重ね合わせ、液晶３４を基板１０，２０間に拡散させる。その後、紫外線を照射してシール材３１を硬化させる。これにより、ＴＦＴ基板１０及びＣＦ基板２０とを貼合わせてなる液晶パネル１が得られる（図１参照）。
【００２７】
このようにして、ディップ注入法又は滴下注入法によりＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間に液晶３４を封入して液晶パネル１を形成した後、図６に示すように、ＣＦ基板２０の外側にＩＴＯ（インジウム酸化スズ）を蒸着して透明導電体膜２６を形成する。なお、透明導電体膜２６は、液晶注入以前の工程でＣＦ基板２０側に形成しておいてもよい。
【００２８】
次に、液晶分子を配向膜１８，２３のラビング方向に配向させる熱処理を行う。図７は熱処理を示す模式図である。この図７に示すように、液晶パネル１を水平方向に数ｃｍ／分程度の速度で移動させながら、温風吹出口４１から温風を吹き出して液晶パネル１の一部（直線状の領域）を液晶３４のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上（例えば、８０〜９０℃）に加熱し、その後、冷風吹出口４２から冷風（室温）を吹き出して加熱後の領域を冷却する。
【００２９】
図８は熱処理工程における液晶パネル１を示す模式図である。この図８において、３４ａは加熱前の液晶であり、この液晶はネマティック相である。３４ｂは温風により温度がネマティック相→アイソトロピック相の相転移温度に到達した液晶であり、３４ｃはアイソトロピック相に転移した液晶である。３４ｄはアイソトロピック相→ネマティック相の相転移温度まで冷却した液晶であり、３４ｅは相転移温度以下に冷却した液晶である。液晶パネル１の移動に伴って最初にアイソトロピック相に転移した液晶は、ネマティック相に転移する際に、配向膜１８，２３のラビング方向に配向する。液晶パネル１の移動に伴ってアイソトロピック相→ネマティック相の相転移領域も移動するが、液晶分子は先に配向した液晶分子の配向方向に倣って配向する性質があるため、スペーサ３３の近傍でもスペーサ３３の表面に配向することが回避され、配向膜１８，２３のラビング方向に配向する。
【００３０】
このようにして、液晶パネル１全体を熱処理した後、液晶パネル１の両側に偏光板を配置する。これにより、本発明に液晶表示装置が完成する。
本実施の形態においては、上述の如く、アイソトロピック相からネマティック相への相転移が発生する領域を狭い領域に限定し、相転移領域を徐々に移動させるので、最初にアイソトロピック相からネマティック相に相転移した液晶の分子が配向膜のラビング方向に配向すると、その後相転移する液晶の分子も同一方向に配向する。そして、パネル全体に亘って相転移が徐々に進行するので、液晶分子の配向方向がパネル全体で均一化される。これにより、配向異常による表示品質の劣化を回避できる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、ＣＦ基板２０の外面に透明導電膜２６を形成するので、熱処理時に外部からの電界の影響により液晶分子が異常配向するおそれがない。
なお、透明導電膜２０は熱処理後に除去する。また、透明導電膜２６を形成する替わりに、ＣＦ基板２０を覆う導電層を有する部材を配置し、熱処理を行ってもよい。この場合も、上述の実施例と同様の効果が得られる。
【００３２】
更に、本実施の形態においては、冷風により加熱後の液晶パネル１を冷却するので、製造マージンが増加するという利点もある。なお、処理能力を考慮し、温風吹出口を数段設置してもよい。また、液晶パネル１を固定し、温風吹出口４１及び冷風吹出口４２を移動させるようにしてもよい。更に、温風を吹き付けるのではなく、ヒータにより液晶パネル１を部分的に加熱するようにしてもよく、加熱手段はこれに限定されるものではない。
【００３３】
更にまた、本実施の形態においては、スペーサの密度を５０個／ｍｍ2 以下としたので、スペーサの表面に沿って液晶分子が配向することが少なく、上記の効果と相俟って、配向異常を防止する効果が極めて大きい。
図９は、横軸にスペーサ散布密度をとり、縦軸に欠陥数をとって、ＩＰＳ型液晶表示装置におけるスペーサ散布密度と欠陥数との関係を調べた結果を示す図である。この図９に示すように、スペーサ散布密度（平均密度）を５０個／ｍｍ2 以下とすることにより、欠陥数を著しく低減できる。これは、スペーサ間の距離が大きくなるため、スペーサ間の液晶分子がスペーサの表面ではなく、配向膜のラビング方向に配向するためであると考えられる。
【００３４】
上記の実施の形態に示した方法により実際にＩＰＳ型液晶表示パネルを製造し、連続駆動試験を行った。その結果、１０００時間経過した後も配向状態の劣化が見られなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネルの一部領域を液晶のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上に加熱し、加熱領域を走査するので、アイソトロピック相からネマティック相への相転移が狭い領域で起こり、最初に配向した液晶分子の配向方向に倣ってパネル全体の液晶分子が配向する。これにより、表示品質が良好な液晶表示装置が得られる。
【００３６】
また、第２の透明基板上に導電膜を形成したり、導電層を有する板状部材を配置することにより、外部電界の影響を回避でき、配向異常をより確実に回避できる。
更に、スペーサの平均密度を５０個／ｍｍ2 以下とすることにより、スペーサによる配向異常を回避できて、上述の効果と相俟って、ＩＰＳ型液晶表示装置の表示品質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理前の液晶パネルの断面を示す。
【図２】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理前の液晶パネルのＴＦＴ基板を示す。
【図３】ディップ注入法による液晶の封入方法を示す図（その１）である。
【図４】ディップ注入法による液晶の封入方法を示す図（その２）である。
【図５】滴下注入法による液晶の封入方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、ＣＦ基板上に透明導電膜を形成した液晶パネルを示す。
【図７】本発明の実施の形態の液晶表示装置の製造方法を示す図であり、熱処理工程を示す図である。
【図８】熱処理工程における液晶パネルの状態を示す模式図である。
【図９】ＩＰＳ型液晶表示装置におけるスペーサ散布密度と欠陥数との関係を調べた結果を示す図である。
【図１０】ＩＰＳ型液晶表示装置を示す断面図である。
【図１１】同じくそのＩＰＳ型液晶表示装置のＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図１２】電圧無印加時の液晶分子の状態を示す模式図である。
【図１３】電圧印加時の液晶分子の状態を示す模式図である。
【図１４】スペーサによる配向異常の発生を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 液晶パネル
１０，５０ ＴＦＴ基板
１１，２１，５１，６１ ガラス基板
１２，５２ コモンバスライン
１２ａ，５２ａ コモン電極
１３，５３ ゲートバスライン
１４，５４ 透明絶縁膜
１５，５５ ドレインバスライン
１６，５６ 画素電極
１７，５７ ＴＦＴ
１８，２３，５８，６３ 配向膜
２０，６０ ＣＦ基板
２２，６２ カラーフィルタ
２６ 透明導電膜
３１ シール材
３３，７３ スペーサ
３４，７４ 液晶
Claims (3)
- 相互に平行に配置された画素電極及びコモン電極を有する第１の透明基板と、該第１の透明基板に対向配置された第２の透明基板との間に液晶を封入して液晶パネルとする工程と、
前記第２の透明基板上に導電層を配置する工程と、
前記液晶パネルの一部領域を、前記液晶のアイソトロピック相−ネマティック相の相転移温度以上に加熱し、加熱領域を走査して前記液晶全体を熱処理する工程と、
前記導電層を除去する工程とを有し、
前記第１の透明基板の前記第２の透明基板側の面にはラビング処理が施された第１の配向膜が形成され、前記第２の透明基板の前記第１の透明基板側の面にはラビング処理が施された第２の配向膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記加熱領域を走査する工程において、
加熱後の領域を冷却手段により冷却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。 - 前記第１及び第２の透明基板の間に、両者の間の間隔を一定に維持するためのスペーサを５０個／ｍｍ2以下の平均密度で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。
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