JP4488435B2 - 液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に係り、より詳細には、液晶滴下方法によって製造される液晶表示素子において液晶量を調節する方法に関する。

表示画面の厚さが数センチメートル（ｃｍ）に過ぎない超薄型の平板表示素子(Flat Panel Display)、なかでも液晶表示素子は、動作電圧が低いために消費電力が少なく且つ携帯用に向いている点から、ノートブックコンピュータ、モニタ、宇宙船、航空機など広範で多様な分野に応用されている。

以下、一般の液晶表示素子を、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、従来の液晶表示素子を示す分解斜視図である。

図１に示すように、従来の液晶表示素子は、所定間隔をおいて相対向している下部基板１０と上部基板２０、及びこれら両基板間に形成された液晶層（図示せず）を備えて構成される。

下部基板１０上には、互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲートライン１２とデータライン１４が形成されている。そして、ゲートライン１２とデータライン１４との交差領域にはスイッチング素子として薄膜トランジスタＴが形成されており、この薄膜トランジスタＴと接続される画素電極１６が画素領域に形成されている。

上部基板２０上には、画素領域以外の領域から光が漏れるのを防ぐための遮光層２２が形成され、画素領域に対応する部分に色を表現するための赤色Ｒ、緑色Ｇ及び青色Ｂのカラーフィルタ層２４が形成されており、これらカラーフィルタ層２４上部に共通電極２６が形成されている。

このような液晶表示素子において、下部基板と上部基板との両基板間に液晶層を形成することによって形成され、液晶層の形成には、真空注入方法及び液晶滴下方法がある。

真空注入方法は、両基板のいずれか一つの基板に、注入口を有するシール材を形成し、両基板を合着した後に、注入口から液晶を両基板の間に注入する方法である。

液晶滴下方法は、下部基板に注入口のないシール材を形成し、この下部基板に液晶を滴下した後に両基板を合着する方法である。

基板の大型化に伴って液晶滴下方法が多く用いられているが、これは、真空注入方法によって液晶を注入すると、液晶注入に長い時間がかかり生産性が落ちるためである。

しかしながら、液晶滴下方法では、適正量の液晶量を算出し難いという問題があった。

すなわち、液晶滴下方法は、真空注入方式と違い、セルの広さ及び高さなどを考慮して液晶量をあらかじめ算出し、算出された量の液晶を滴下することになるが、種々の要因によって液晶量を正確に算出するのは現実的に困難なのが実情である。

例えば、液晶量が少なく算出された場合は、液晶パネル内部に液晶未充填領域が発生し、液晶量が過度に算出された場合は、液晶パネル内部に液晶過充填領域が発生してしまい、表示品位が低下する。

そこで、現在、液晶の未充填または過充填の発生を最小化するための研究が多方面で行われているが、一度液晶の未充填または過充填が発生してからは修正方法がなく、不良度合が著しい場合には廃棄処分しなければならず、不経済的である。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、液晶の未充填または過充填が発生した液晶表示素子において液晶量を調節して未充填または過充填を修正できる液晶表示素子の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、第１基板、第２基板、これら両基板間に形成された液晶層、及び前記液晶層を取り囲みながら前記両基板間に形成された第１シール材を備えてなる液晶セルを用意する工程と、前記液晶セル内の液晶量を検査する工程と、前記第１シール材に液晶の注入口を形成する工程と、前記注入口を介して液晶量を調節する工程と、前記注入口を封じる工程とを備えてなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法を提供する。

すなわち、本発明は、シール材に液晶の注入口を形成しこの注入口を介して液晶量を調節することによって、液晶の未充填または過充填のような液晶不良を修正できるようにした液晶表示素子の製造方法を提供する。

本発明によれば、滴下される液晶量が不正確なことから液晶の未充填または過充填領域が発生しても、シール材に液晶の注入口を形成しこの注入口を介して液晶量を調節できるため、液晶量不良を修正することが可能になる。

以下、添付の図面を参照つつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

１．液晶表示素子の製造方法

図２Ａ乃至図２Ｄは、本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図である。各図において、左図は、液晶表示素子の平面図で、右図は、左図のＩ−Ｉ線断面図である。

まず、図２Ａに示すように、第１基板１００、第２基板２００、両基板１００，２００の間に形成された液晶層３００、及び液晶層３００を取り囲みながら両基板１００，２００間に形成された第１シール材４００を備えてなる液晶セルを用意する。

この液晶セルを用意する工程は、第１基板１００を用意する工程、第２基板２００を用意する工程、及び両基板１００，２００の間に液晶層３００を形成しながら第１シール材４００を用いて両基板１００，２００を合着する工程からなる。

第１基板１００を用意する工程は、図示してはいないが、透明な第１基板１００上に光の漏れを防止するための遮光層を形成し、遮光層間の領域にカラーフィルタ層を形成し、このカラーフィルタ層の上部に共通電極を形成する工程を備えてなる。

ただし、所謂ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード液晶表示素子では、共通電極を第１基板１００に形成するのではなく、第２基板２００上に画素電極と平行に形成する。

第２基板２００を用意する工程は、図示してはいないが、互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲートラインとデータラインを形成し、ゲートラインとデータラインとの交差点にスイッチング素子として薄膜トランジスタを形成し、そして、薄膜トランジスタと電気的に接続されるように画素領域に画素電極を形成する工程を備えてなる。

ここで、ゲートラインの一端にはゲートパッド部が形成され、データラインの一端にはデータパッド部が形成され、それぞれパッド部を介して駆動回路と接続される。

ゲートパッド部及びデータパッド部の形成のため、第１基板１００に比べて第２基板２００が大きく形成され、よって、第２基板２００の一縁部（図２Ａの左図における網掛けの領域）にそれぞれゲートパッド部とデータパッド部が形成される。

両基板１００，２００の間に液晶層３００を形成しながら第１シール材４００を用いて両基板１００，２００を合着する工程は、いわゆる液晶滴下法によって行われる。

すなわち、両基板１００，２００のいずれか一つの基板上に第１シール材４００を形成し、両基板１００，２００のいずれか一つの基板上に所定量の液晶３００を滴下した後、両基板１００，２００を合着する。

以上説明した液晶セルの用意工程において、それぞれの構成要素の材料及び形成方法などは、当業界に公知された種々の方法によって変更可能である。

その後、液晶セル内の液晶層３００の量を検査して液晶の未充填または過充填を判別する。

液晶セルの液晶量を検査する方法は、通常の肉眼検査方法で行えば良く、それ以外に当業界に公知された検査方法によって行っても良い。

液晶量検査の結果、適正量の液晶が滴下されていないと判断される場合（すなわち、液晶量が不足して未充填領域が発生した場合または液晶量が多すぎて過充填領域が発生した場合）に限って、下記の液晶量調節工程を行う。

すなわち、未充填領域または過充填領域が発生した場合には、図２Ｂに示すように、第１シール材４００の所定位置（Ａ領域）に液晶の注入口４１０を形成する。なお、注入口は、上部を向けて立てられるようにしてから充填または排出される。

液晶の注入口４１０は、レーザーを照射して所定位置（Ａ領域）の第１シール材４００を除去する工程によって形成される。このように第１シール材４００に液晶の注入口４１０を形成し、該液晶の注入口４１０を介して液晶量を調整可能になる。

ここで、レーザーを照射して第１シール材を除去する工程は、所定位置の第１シール材を完全に除去する工程にしても良く、所定位置の第１シール材を除去するものの、一部の第１シール材は残しておく工程にしても良い。また、一部の第１シール材を残しておく場合、残存する一部の第１シール材は、第１基板１００または第２基板２００と離隔して形成しても良く、第１基板１００及び第２基板２００間にわたって閉鎖型に形成しても良い。閉鎖型にする場合、所定部位の残存する第１シール材は、加圧時に液晶セル内部の液晶によって破れるような幅とする。

このように、レーザー照射によって除去される所定位置の第１シール材の形状は様々に変更でき、その具体例を、図３Ａ乃至図３Ｃに示す。

図３Ａは、図２ＢのＩ−Ｉ線と垂直な線に沿った断面のうち、第１シール材４００が形成されたＡ領域を示すもので、所定位置の第１シール材が完全に除去された場合を示す。

図３Ｂは、図２ＢのＩ−Ｉ線と垂直な線に沿った断面のうち、第１シール材４００が形成されたＡ領域の断面を示すもので、所定位置の第１シール材が完全に除去されず一部の第１シール材が残存する場合を示す。ここで、残存する一部の第１シール材は、第１基板１００または第２基板２００から離れている。

図３Ｃは、図２Ｂにおいて第１シール材４００のみを拡大した図である。図３Ｃに示す第１シール材４００は閉鎖型にしたもので、所定位置の第１シール材の幅がレーザー照射によって他の位置の幅に比べて小さく形成される。なお、他の位置の幅に比べて小さく形成される所定位置の第１シール材の幅は、加圧時に液晶セル内部の液晶によって破れる程度にする。

まず、図３Ａ及び図３Ｂでは、第１シール材４００の除去によって液晶の出入のための穴が形成され、この穴から液晶が排出されるが、この穴を通った液晶排出過程で気泡が生じる可能性がある。

そこで、本発明者は実験を重ね、図３Ｃに示すように、第１シール材４００に穴を形成せず、その幅のみを減少させた閉鎖型のものを考案するに至った。すなわち、減少させる幅を加圧時に液晶セル内部の液晶によって破れる程度にすることによって、液晶排出時における気泡発生を防止できることがわかった。

また、図３Ｃのように、第１シール材４００を閉鎖型にすると、液晶セル内部が液晶セル外部と遮断されて外部の空気または湿気が液晶セル内に侵入することが防止され、よって、外部の空気または湿気により液晶に気泡が発生することを防ぐことができる。

具体的に、所定位置の第１シール材４００の幅は、加圧時に液晶によって容易に破れるとともに気泡発生を防止するために、０．２５〜０．６ｍｍの範囲とすることが好ましい。

第１シール材４００に形成される液晶の注入口４１０は、ゲートパッド部及びデータパッド部（網掛けの領域）が形成されない液晶セルの少なくとも一つの縁に形成することが好ましいが、これは、以降の工程での液晶量調整時にパッド部の影響を最小化できるためである。

その後、図２Ｃに示すように、液晶セルに外気圧より高い圧力を加えて過充填された液晶を所定量外部に排出する。

図２Ｃには、液晶が過充填された場合が示されているが、液晶が未充填された場合には、注入口４１０から所定量の液晶を真空状態で液晶セル内に投入すれば良い。

液晶セルに加える圧力の大きさによって外部へ排出される液晶の量が変わるので、過充填された液晶量に応じて適度の圧力を加える。

その後、図２Ｄに示すように、注入口４１０を封じる。

ここで、注入口４１０を封じる工程は、第２シール材４３０を第１シール材４００の注入口４１０に投入する工程及び第２シール材４３０を硬化する工程からなる。

第２シール材４３０を硬化する工程は、第２シール材４３０としてＵＶ硬化型シール材を用いた場合、ＵＶ照射によって行う。

第２シール材４３０の材料には、第１シール材４００と同じ材料が用いられることができる。

２．液晶表示素子

図４は、本発明の一実施の形態による液晶量が調節された液晶表示素子を示す平面図で、図５Ａは、図４のＩ−Ｉ線断面図で、図５Ｂ及び図５Ｃは、図４のII-II線断面図である。

図４及び図５Ａに示すように、本発明による液晶表示素子は、第１基板１００及び第２基板２００、これら両基板１００，２００間に形成された液晶層３００、液晶層３００を取り囲みながら両基板１００，２００間に形成され、液晶の注入口４１０が形成された第１シール材４００、及び第１シール材４００の注入口４１０を封じている第２シール材４３０を備えてなる。

第１基板１００上には、図示していないが、光の漏れを防止するための遮光層が形成され、遮光層間の領域にカラーフィルタ層が形成され、このカラーフィルタ層の上部に共通電極が形成される。

第２基板２００上には、図示してはいないが、互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲートラインとデータラインが形成される。そして、ゲートラインの一端にはゲートパッド部が形成され、データラインの一端にはデータパッド部が形成される。ゲートパッド部及びデータパッド部は、図４の網掛けの領域に形成される。

そして、ゲートラインとデータラインとの交差点にはスイッチング素子として薄膜トランジスタが形成され、この薄膜トランジスタと電気的に接続されながら画素領域に画素電極が形成される。

図５Ｂに示すように、液晶の注入口４１０は、所定位置の第１シール材４００を完全に除去して形成しても良く、図５Ｃに示すように、所定位置の第１シール材４００を除去するものの、一部の第１シール材４００ａが残存するように形成しても良い。図５Ｃにおいて、残存する一部の第１シール材４００ａは、第１基板１００または第２基板２００から離れている。

また、図示してはいないが、液晶の注入口４１０は、所定位置の第１シール材４００が一部残存して形成されるものの、図３Ｃに示すように、第１基板１００及び第２基板２００間にわたって所定の幅を有する一部の第１シール材が、液晶セル内部の液晶によって破れて形成されたものであっても良い。液晶によって破れる前において、一部の残存する第１シール材は、０．２５〜０．６ｍｍ範囲の幅とすることが好ましい。

液晶の注入口４１０は、ゲートパッド部及びデータパッド部が形成されていない液晶セルの少なくとも一縁（図４において網掛け以外の領域に対応する縁）に形成されることが好ましい。

第１シール材４００及び第２シール材４３０は、同じ材料にすることができる。

従来の液晶表示素子を示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を示す図である。 図２ＢのＩ−Ｉ線と垂直なラインの断面であり、Ａ領域の断面を示す図である。 図２ＢのＩ−Ｉ線と垂直なラインの断面であり、Ａ領域の断面を示す図である。 図２Ｂにおいて第１シール材のみを拡大した図である。 本発明の一実施の形態による液晶量が調節された液晶表示素子を示す平面図である。 図４のＩ−Ｉ線断面図である。 図４のII−II線に沿った様々な形態の断面図である。 図４のII−II線に沿った様々な形態の断面図である。

符号の説明

１００ 第１基板
２００ 第２基板
３００ 液晶層
４００，４００ａ 第１シール材
４１０ 液晶の注入口
４３０ 第２シール材

Claims (14)

1. 第１基板、第２基板、これら両基板間に形成された液晶層、及び前記液晶層を取り囲みながら前記両基板間に形成された第１シール材を備えてなる液晶セルを用意する工程と、
   前記液晶セル内の液晶量を検査する工程と、
   前記第１シール材に液晶の注入口を形成する工程と、
   前記注入口を介して液晶量を調節する工程と、
   前記注入口を封じる工程と、
   を備えてなることを特徴とする、液晶表示素子の製造方法。
2. 前記第１シール材に液晶の注入口を形成する工程は、レーザーを照射して所定位置の第１シール材を除去する工程からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
3. 前記レーザーを照射して所定位置の第１シール材を除去する工程は、所定位置の第１シール材を完全に除去することを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子の製造方法。
4. 前記レーザーを照射して所定位置の第１シール材を除去する工程は、所定位置の第１シール材を除去するものの、一部の第１シール材は残存させることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子の製造方法。
5. 残存する前記一部の第１シール材は、前記第１基板または第２基板と離隔していることを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示素子の製造方法。
6. 残存する前記一部の第１シール材は、前記第１基板及び第２基板間にわたって閉鎖型に形成され、その幅は、加圧時に液晶セル内部の液晶によって破れる程度にすることを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示素子の製造方法。
7. 残存する前記一部の第１シール材の幅は、０．２５〜０．６ｍｍの範囲にすることを特徴とする、請求項６に記載の液晶表示素子の製造方法。
8. 前記液晶セルを用意する工程は、前記第２基板上にゲートパッド部及びデータパッド部を形成する工程を備え、
   前記第１シール材に液晶の注入口を形成する工程は、前記ゲートパッド部及びデータパッド部が形成されていない液晶セルの少なくとも一縁に注入口を形成することを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
9. 前記注入口を介して液晶量を調節する工程は、過充填された液晶を所定量外部に排出する工程からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
10. 前記過充填された液晶を外部に排出する工程は、液晶セルに圧力を加えて行うことを特徴とする、請求項９に記載の液晶表示素子の製造方法。
11. 前記注入口を介して液晶量を調節する工程は、未充填の液晶を所定量内部に投入する工程からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
12. 前記注入口を封じる工程は、第２シール材を第１シール材の注入口に投入する工程及び前記第２シール材を硬化する工程からなることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
13. 前記第２シール材は、前記第１シール材と同じ材料からなることを特徴とする、請求項１２に記載の液晶表示素子の製造方法。
14. 前記液晶セルを用意する工程は、
    第１基板及び第２基板を用意する工程と、
    これら両基板のうちいずれか一つの基板上に第１シール材を形成する工程と、
    前記両基板のうちいずれか一つの基板上に所定量の液晶を滴下する工程と、
    前記両基板を合着する工程と
    を備えてなることを特徴とする、請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。

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