JP4286352B2 - 液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール剤を加熱封着してなる液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄型軽量且つ低消費電力であり、パーソナルＯＡ機器の表示装置やテレビ等の映像表示装置に多用される液晶表示装置は、それぞれに画素電極及び対向電極を有する２枚の基板を、スペーサを介して対向配置し、周囲をシール剤で封着して液晶セルを形成し、スペーサにより一定に保持される液晶セルの間隙に液晶組成物を封入してなっている。この２枚の基板の間隙を一定に保持するスペーサとしては、基板に均一に散布して用いるプラスチックビーズ等粒径の均一な球状の従来の微小粒子に代わり、近年ではレジストなどのエッチング技術を用いて、基板上に直接パターン形成してなる柱状スペーサが開発されている。
【０００３】
一方、対向配置される２枚の基板周囲をシール剤で接着・固定する封着工程としては、シール剤塗布後に対向配置される２枚の基板からなる１枚の液晶セルを複数枚積み重ねてプレス治具の中に入れてオーブンで加熱する従来の工程に代わり、近年では、液晶セルを１枚ずつ加圧し加熱する枚葉封着工程が実施されている。この枚葉封着工程の加圧では、例えば１枚の液晶セルを２枚のシートにはさみこみ、この２枚のシート間の空間を真空引きする事により、基板全面に大気圧が均一に加圧される真空加圧方式が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
液晶セルの枚葉封着は、液晶セルのギヤツプ精度が良くなり液晶表示装置の画質を向上させると共に熱効率が良く短時間でシール剤を硬化させることが出来るという利点を有するものの、従来の工程と比べ、はるかに加熱封着時の昇温速度が早いためにシール剤が急激に広がることから、柱状スペーサがシール剤の広がり領域に立っていると、シール剤が広がる時に柱状スペーサの周囲の小さな気泡が残ってしまうという現象を生じていた。しかも加圧方法が真空加圧方式であることから、小さな気泡であっても真空による膨張で泡が拡大し、更には加熱による熱膨張によっても泡が拡大して大きな気泡（スペーサ柱泡と命名）に成長してしまっていた。このスペーサ柱泡の発生は、封着後のシール剤によるシールの実質的な幅を不均一としシールが剥がれる等の封着不良による信頼性低下をきたし、歩留まりの低下を生じるという問題を有していた。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を除去するもので、柱状スペーサにて間隙を一定に保持する液晶セルのシール剤の枚葉封着時に、シール内にスペーサ柱泡を生じる事無くシール幅を均一にし、封着不良による歩留まりの低下を防止して枚葉封着の信頼性を向上する液晶表示装置及び液晶表示装置の製造方法を提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する為の手段として、間隙を有して対向配置される２枚の基板の周囲をシール剤で加熱封着し、前記シール剤で囲繞される前記間隙に液晶組成物を封入して成る液晶表示装置において、前記シール剤の封着工程時に前記シール剤が広がる領域を除いて前記２枚の基板の少なくとも何れか一方に形成され前記間隙を一定に保持する柱状スペーサと、前記シール剤の塗布領域であって前記シール剤の塗布時に前記シール剤により全体が完全に覆われる領域に形成され前記間隙を一定に保持するシール部柱状スペーサとを設けるものである。
【０００７】
上記構成により本発明は、封着時にシール剤が広がる領域に柱状スペーサを配置しない事により、スペーサ柱泡の発生を防止してシール幅の均一化により良好な封着を得るとともに、シール部柱状スペーサをシール剤塗布領域であって全体がシール剤により完全に覆われる領域に配置する事により、シール部の基板間間隙の均一性が高まり液晶セルの精度向上により表示品位向上を図れる。
【０００８】
又本発明は上記課題を解決する為の手段として、間隙を有して対向配置される２枚の基板の周囲をシール剤で加熱封着し、前記シール剤で囲繞される前記間隙に液晶組成物を封入して成る液晶表示装置の製造方法において、前記シール剤が加熱封着時に広がる範囲を除いて前記２枚の基板の少なくとも何れか一方に前記間隙を一定に保持する柱状スペーサを形成する工程と、前記２枚の少なくとも何れか一方で前記シール剤の塗布領域に、前記間隙を一定に保持するシール部柱状スペーサを形成する工程と、前記シール部柱状スペーサ全体を完全に覆う様、前記基板の周囲に前記シール剤を塗布する工程と、前記シール剤を加熱封着する工程とを設けた液晶表示装置の製造方法である。
【０００９】
上記構成により本発明は、柱状スペーサを封着時にシール剤が広がらない領域に配置する事により、スペーサ柱泡の発生を防止してシール幅の均一化により良好な封着が得られ、信頼性の高い液晶セルの製造方法が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１乃至図１６に示す実施の形態を参照して説明する。先ず本実施の形態に用いる熱硬化型エポキシ系接着剤ＥＳ−５５００（三井東圧化学（株）社製）からなるシール剤の特性について述べる。シール剤は、表１及び図１、図２に示す様な温度特性を有している。即ち、圧力０．４ｋｇｆ／ｃｍ ^２ の条件下で枚葉封着時の昇温速度である１０℃／ｍｉｎの速度で昇温すると、５０℃までは広がり速度が最大０．１７％／ｓｅｃであるものの、５５〜７０℃までは０．４２〜０．８１％／ｓｅｃと高速を示す。このためこのような広がり速度特性を有するシール剤を用い、柱状スペーサを有する基板の枚葉封着実験を行うと次の様な結果を得られる。
【００１１】
【表１】

例えば、（実験１）にて図３に示すように基板１に形成される柱状スペーサ２から約１００μｍ離れた領域に幅３００〜４００μｍでシール剤３を塗布した後、昇温速度１０℃／ｍｉｎで枚葉封着を行うと、封着中シール剤３は幅７００〜１３００μｍまで急激に広がるが、封着後にシール剤３を顕微鏡で観察すると、場所により図４あるいは図５に示すように柱状スペーサ２周囲に残った泡が成長して、シール剤３内で大きなスペーサ柱泡４として残っているのが判明した。
【００１２】
次に（実験２）にて、図６に示すように基板６に形成される柱状スペーサ７、８間に両柱状スペーサ７、８から夫々約５０μｍ離れた領域に幅３００〜４００μｍでシール剤１０を塗布した後、昇温速度１０℃／ｍｉｎで枚葉封着を行い封着後シール剤１０を顕微鏡で観察すると、図７あるいは図８に示すように幅７００〜１３００μｍに広がったシール剤１０の両側に柱状スペーサ７、８周囲に残った泡による大きなスペーサ柱泡１１、１２が残っているのが判明した。
【００１３】
更に（実験３）にて図９に示すように基板１３に形成される柱状スペーサ１４に縁１６ａが掛かる領域に幅３００〜４００μｍでシール剤１６を塗布した後、昇温速度１０℃／ｍｉｎで枚葉封着を行い封着後シール剤１６を顕微鏡で観察すると、場所により図１０の場所ではスペーサ柱泡が見られなかったものの、図１１に示す場所では柱状スペーサ１４側に広がったシール剤１６内に大きなスペーサ柱泡１７が残っているのが判明した。
【００１４】
これらの試験から、柱状スペーサがシール剤の塗布領域から一部でも露出している場合には封着工程時に柱状スペーサ周囲に泡が残るおそれがあり、その残った泡が成長してスペーサ柱泡としてシール剤内に残ってしまうという結果を得られた。更に実験から、スペーサ柱泡は柱状スペーサのサイズの大小に関わらず生じることが判明した。
【００１５】
次に上記試験結果をふまえて成された本実施の形態について詳述する。２０は第１及び第２の基板２１、２２を対向配置してなる液晶表示装置であり、熱硬化型エポキシ系接着剤ＥＳ−５５００（三井東圧化学（株）社製）からなるシール剤２４に囲繞され第１の基板２１の画素領域に形成されるレジストからなる高さ５μｍ、断面が２０μｍ×２０μｍの柱状スペーサ２６及びシール剤２４の塗布領域に形成されるレジストからなる高さ５μｍ、断面が１００μｍ×５０μｍのシール部柱状スペーサ２７により一定に保持される間隙に配向膜２８ａ、２８ｂを介し液晶組成物３０を封入してなっている。
【００１６】
第1の基板２１にはガラス基板２１ａ上に互いに交差してなる複数の信号線と複数の走査線と、これらの交差部毎に配置された画素電極３１及びこの画素電極３１を駆動するスイッチング素子３３が形成され、柱状スペーサ２６は走査線上に形成されている。またシール部柱状スペーサ２７は、柱状スペーサ２６の外周から少なくとも２００μｍ離れた位置に、第１の基板の画素領域を囲繞するように形成されている。第２の基板２２にはガラス基板２２ａ上に対向電極３４、カラーフィルタ層３６が形成されている。
【００１７】
３７は真空加圧方式の枚葉封着装置であり、トレイ３８上に載置され圧着シート４０で被覆される２枚の基板２１、２２からなる液晶セル２０ａを、圧着シート４０とトレイ３８との空間を真空引きする事により、基板２１、２２表面を大気圧により加圧した状態で下ＩＲヒータ３７ａ及び上ＩＲヒータ３７ｂによりシール材を加熱硬化する。３８ａはトレイ３８の真空引き穴であり、４０ａは圧着シート４０のシート枠である。
【００１８】
次に液晶セル２０ａの組立て工程を説明する。図１５に示すように、柱状スペーサ２６及びシール部柱状スペーサ２７が形成される第１の基板２１の画素領域周囲であって柱状スペーサ２６から５００μｍ離れた領域に注入口２４ａを残してシール剤２４を幅３００μｍとなるように塗布する。これによりシール部柱状スペーサ２７は全体がシール剤２４に完全に覆われた状態となる。このような第１の基板２１と第２の基板２２を張り合わせた後位置合わせをしてトレイ３８に載置し圧着シート４０をかぶせてシート枠４０ａで固定し真空引き穴３８ａから空気を吸引して内部を真空とする。
【００１９】
次いで真空状態で基板２１、２２からなる液晶セル２０ａを載置するトレイ３８上を上下ＩＲヒータ３７ａ、３７ｂで挟持して加熱する。上下ＩＲヒータ３７ａ、３７ｂによる加熱は段階的に行い、室温２５℃から１６０℃まで昇温速度１０℃／ｍｉｎで加熱後、１６０℃に固定して計２３分間加熱してシール剤２４を硬化して液晶セル２０ａ封着操作を終了する。この封着終了後にシール剤２４を顕微鏡で観察すると図１６に示すようにシール剤２４内に泡は見られずほぼ均一なシール幅での封着が成されていた。
【００２０】
この後、液晶セル２０ａを真空チャンバー（図示せず）に設置し、液晶セル２０ａ内部を減圧した後、シール剤２４に形成される注入口２４ａより液晶セル２０ａの間隙に液晶組成物３０を注入後、注入口２４ａを封止して液晶表示装置２０を完成する。
【００２１】
この液晶表示装置２０にて画像表示を行った所、シール剤２４の剥がれを生じる事無く、又間隙の不均一も見られず、表示品位の高い画像を得られた。
【００２２】
この様に構成すれば、柱状スペーサ２６により間隙を均一に保持する液晶セル２０ａのギャップ精度の向上及び封着工程時間の短縮を図るため、シール剤２４を１枚毎に加熱する枚葉封着を行い短時間で硬化してその幅を急激に増大しても、柱状スペーサ２６は、シール剤２４が広がる領域に配置されていないので、シール剤２４の急激な広がりにかかわらずシール剤２４内にスペーサ柱泡が残る事が無く安定したシール幅を得られる。従って、剥がれの無い良好な封着を得られることから、液晶セル２０ａの歩留まりを向上出来、液晶表示装置２０の製造時の信頼向上を得られる。また、シール剤２４内にはシール部柱状スペーサ２７が配置されシール領域での両基板２１、２２の間隙が一定に保持されるので、液晶表示装置２０の表示領域周縁での、両基板２１、２２の間隙がつぶれたりする事も無く表示品位の向上を得られる。しかもこのシール部柱状スペーサ２７はシール剤２４塗布時に元々全体がシール剤２４中に完全に埋められているので、封着工程中のシール剤２４の急激な広がりにかかわらずシール部柱状スペーサ２７周辺から泡が発生されないので、封着性能を損なうおそれも無い。
【００２３】
尚本発明は上記実施の形態に限られるものでなくその趣旨を変えない範囲での変更は可能であって、例えば、柱状スペーサやシール部柱状スペーサの形成方法やサイズ等任意であるし、柱状スペーサからシール剤の塗布領域までの距離も、柱状スペーサがシール剤が広がる領域に無い距離であれば良い。また加熱封着時の加熱温度や昇温速度等も限定されない。更に表示領域の柱状スペーサにより液晶セルの間隙の均一化を良好に保持できればシール剤塗布領域にシール部柱状スペーサを形成しなくても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、枚葉封着を行ってもシール剤が広がる領域に柱状スペーサを配置しないことから、シール剤内にスペーサ柱泡が残る事が無く安定したシール幅を得られる。従って良好なギャップ精度を有し、しかも剥がれが無く良好に封着された液晶セルを短時間で得られ、封着工程時の信頼性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のシール剤の広がり率の温度特性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態の枚葉封着でのシール剤の加熱温度毎の広がり速度を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の（実験１）のシール剤塗布時を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図４】本発明の実施の形態の（実験１）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の（実験１）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態の図４とは異なる個所を示す概略平面図である。
【図６】本発明の実施の形態の（実験２）のシール剤塗布時を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図７】本発明の実施の形態の（実験２）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図８】本発明の実施の形態の（実験２）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態の図７とは異なる個所を示す概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態の（実験３）のシール剤塗布時を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の（実験３）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の（実験３）の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態の図１０とは異なる個所を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態の液晶表示装置を示す概略説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態の第１の基板上の柱状スペーサ、シール部柱状スペーサ、シール剤の配置を示す概略説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態のプレス治具による液晶セルの加熱封着を示す概略説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態のシール剤塗布時を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態の加熱封着後のシール剤を顕微鏡で観察した状態を示す概略平面図である。
【符号の説明】
２０…液晶表示装置
２１…第１の基板
２２…第２の基板
２４…シール剤
２６…柱状スペーサ
２７…シール部柱状スペーサ
３０…液晶組成物
３７…プレス治具
３７ａ…下ＩＲヒータ
３７ｂ…上ＩＲヒータ
３８…トレイ
４０…圧着シート
４０ａ…シート枠

Claims (4)

1. 間隙を有して対向配置される2枚の基板の周囲をシール剤で加熱封着し、前記シール剤で囲繞される前記間隙に液晶組成物を封入して成る液晶表示装置において、
   前記シール剤の封着工程時に前記シール剤が広がる領域を除いて前記２枚の基板の少なくとも何れか一方に形成され前記間隙を一定に保持する柱状スペーサと、
   前記シール剤の塗布領域であって前記シール剤の塗布時に前記シール剤により全体が完全に覆われる領域に形成され前記間隙を一定に保持するシール部柱状スペーサとを具備する事を特徴とする液晶表示装置。
2. 間隙を有して対向配置される２枚の基板の周囲をシール剤で加熱封着し、前記シール剤で囲繞される前記間隙に液晶組成物を封入して成る液晶表示装置の製造方法において、
   前記シール剤が加熱封着時に広がる範囲を除いて前記２枚の基板の少なくとも何れか一方に前記間隙を一定に保持する柱状スペーサを形成する工程と、
   前記２枚の少なくとも何れか一方で前記シール剤の塗布領域に、前記間隙を一定に保持するシール部柱状スペーサを形成する工程と、
   前記シール部柱状スペーサ全体を完全に覆う様、前記基板の周囲に前記シール剤を塗布する工程と、
   前記シール剤を加熱封着する工程とを具備することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. シール剤を加熱封着する工程を枚葉毎に実施することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 前記シール剤を加熱封着する工程において、シール剤が圧力０．４ｋｇｆ／ｃｍ ^２ の条件下で０．４％／ｓｅｃ以上の速度で広がるようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液晶表示装置の製造方法。

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