JP4602925B2 - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液晶表示素子に係り、より詳細には、セルギャップ維持のために液晶表示素子の両基板間に形成されるボールスペーサに関する。
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。
かかる液晶表示素子は、一般に、所定間隔をおいて相対向している下部基板及び上部基板と、これら両基板間に形成された液晶層とを含んで構成される。さらに、これら両基板の間には、液晶表示素子のセルギャップを均一に維持すべくスペーサが形成されている。
このようなスペーサは、従来、球形状のボールスペーサを適正濃度で溶液中に混合し噴射ノズルから高圧で散布することで基板上に形成してきた。
しかしながら、前記噴射ノズルを用いた散布方式によれば、ボールスペーサが希望する領域に正確に形成されず、基板上の画素領域に形成されることもあるため、画像品質が劣化するという問題があった。
そこで、ボールスペーサを、噴射ノズルを用いて散布する方式の代わりに、インクジェット装置を用いて基板上に形成する方式が考案された。
図１は、このような従来インクジェット方式を用いたボールスペーサ形成工程を概略的に示す斜視図である。
図１に示すように、画素領域と非画素領域とに区分された基板１０上の非画素領域に、インクジェット装置３０を矢印方向に移動させながらボールスペーサ５０を形成する。
インクジェット装置３０は、ボールスペーサが混合された溶液を収容するインキヘッドと、該溶液を基板１０上に滴下するためのノズルとを備える。
該インキヘッドが基板１０上で移動しながら、ボールスペーサが混合された溶液をノズルから滴下し、基板１０への滴下工程が完了した後には、滴下された溶液の溶媒を乾燥させ、ボールスペーサのみを残すことで、ボールスペーサ５０の形成工程が完了する。
このようにインクジェット装置３０を用いる方法は、インクジェット装置３０を構成するノズルを適宜調節することによって、ボールスペーサ５０を基板上の望む領域に形成し、ボールスペーサ５０を非画素領域にのみ形成できるので、画像品質の低下といった問題点が解消される。
しかしながら、上記のインクジェット装置を用いてボールスペーサ５０を基板１０上の非画素領域に形成できるとしても、基板１０の移送中に、非画素領域に形成されたボールスペーサ５２が画素領域へ移動する可能性がある。
また、ボールスペーサが混合された溶液が前記ノズルから滴下される場合、滴下される溶液の玉同士の距離は非常に近いために、滴下される玉同士が集まることがあり、このように集まった溶液によってボールスペーサ５２が画素領域へ移動する問題があった。
要するに、インクジェット装備を用いる場合にも、基板の移送中にまたは滴下される溶液の玉が集まってひとかたまりになる現象によって、ボールスペーサが画素領域から非画素領域に移動する場合があり、これは画像品質に悪影響を及ぼし、結果として所定の効果が得られないという問題があった。
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、ボールスペーサを非画素領域にのみ形成する上に、形成されたボールスペーサが画素領域へ移動するのを防ぐ方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、画素領域及び非画素領域を有する基板を用意する工程と、前記非画素領域のうち所定の領域を除いた基板の全面に配向膜を塗布して前記所定の領域にウェルを形成する工程と、インクジェット装置を用いて前記基板上のウェルにボールスペーサを形成する工程と、を含む液晶表示素子の製造方法を提供する。
すなわち、本発明は、配向膜を基板全面に形成するのではなく、基板のうち所定の非画素領域を除いて配向膜を形成することによって配向膜に所定のウェルを形成した後に、インクジェット装置を用いて前記ウェル内にボールスペーサを形成するため、ボールスペーサが画素領域に移動するのを防止する。
また、本発明は、画素領域及び非画素領域を有する第１基板及び第２基板と、前記両基板のうち少なくとも一つの基板上に形成され、前記非画素領域にウェルを備えた配向膜と、前記両基板間に形成され、前記配向膜のウェル内に形成されたボールスペーサと、前記両基板間に形成された液晶層と、を備えてなる液晶表示素子を提供する。
本発明に係る液晶表示素子は、配向膜形成時にウェルを形成した後に、インクジェット装置を用いてウェル内にボールスペーサを形成するため、ボールスペーサが画素領域に移動することがなく、結果として画像品質が向上するという効果が得られる。
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る液晶表示素子及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図２Ａ乃至図２Ｃ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図である。
まず、図２Ａに示すように、画素領域及び非画素領域を有する基板１００を用意する。
この基板１００は、液晶表示素子向け基板の一つであり、その上に薄膜トランジスタが形成された薄膜トランジスタ基板であっても良く、その上にカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板であっても良い。また、薄膜トランジスタ基板またはカラーフィルタ基板であっても、液晶表示素子のモードによってその上に形成される構成要素は異なってくる。
これについて以下に説明する。
第一に、基板１００がツイストネマティック（ＴＮ）モード液晶表示素子用の薄膜トランジスタ基板であると、透明基板上に互いに交差形成されて画素領域を定義するようにゲート配線及びデータ配線が形成されており、このゲート配線及びデータ配線の交差領域にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を含んで構成された薄膜トランジスタが形成されており、また、この薄膜トランジスタのドレイン電極と接続されるように画素領域に画素電極が形成されている。
このように、基板１００がＴＮモード薄膜トランジスタ基板の場合は、ゲート配線、データ配線、及び薄膜トランジスタの形成された領域が非画素領域となり、画素電極の形成された領域が画素領域となる。
第二に、基板１００が横電界駆動（ＩＰＳ）モード液晶表示素子用の薄膜トランジスタ基板であると、透明基板上に互いに交差形成されて画素領域を定義するようにゲート配線及びデータ配線が形成されており、これらゲート配線及びデータ配線の交差領域にゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を含んで構成された薄膜トランジスタが形成されており、この薄膜トランジスタのドレイン電極と接続されるように画素領域に画素電極が形成されており、また、この画素電極と平行に共通電極が形成されている。
このように、基板１００がＩＰＳモード薄膜トランジスタ基板であると、ゲート配線、データ配線及び薄膜トランジスタの形成された領域が非画素領域となり、画素電極及び共通電極の形成された領域が画素領域となる。
第三に、基板１００がＴＮモード液晶表示素子用のカラーフィルタ基板であると、透明基板上に光の洩れを防止する遮光層が形成されており、この遮光層上に緑色、赤色、青色のカラーフィルタ層が形成されており、また、カラーフィルタ層の上部に共通電極が形成されている。
このように基板１００がＴＮモードカラーフィルタ基板の場合には、遮光層の形成された領域が非画素領域となり、カラーフィルタ層の形成された領域が画素領域となる。
第四に、基板１００がＩＰＳモード液晶表示素子用のカラーフィルタ基板であると、透明基板上に光の洩れを防止する遮光層が形成されており、この遮光層上に緑色、赤色、青色のカラーフィルタ層が形成されており、また、基板平坦化のためにカラーフィルタ層の上部にオーバーコート層が形成されている。
このように基板１００がＩＰＳモードカラーフィルタ基板の場合には、遮光層の形成された領域が非画素領域となり、カラーフィルタ層の形成された領域が画素領域となる。
基板１００上に形成される構成要素の材質や形成方法などは、当業者に自明な範囲内で変更して形成することができる。
その後、図２Ｂに示すように、非画素領域のうち所定の領域を除いた基板１００の全面に配向膜２００を塗布し、該所定の領域にウェル２５０を形成する。
これらウェル２５０は、非画素領域のうち所定の領域に形成されるが、基板１００が薄膜トランジスタ基板であると、ゲート配線、データ配線または薄膜トランジスタの形成された領域に形成することが好ましく、基板１００がカラーフィルタ基板であると、遮光層の形成された領域に形成することが好ましい。
配向膜２００を塗布する工程は、インクジェット装置を用いて行うことが好ましいが、これに限定されず、スリットコーティング法など当業界における公知の方法によって遂行すれば良い。ただし、配向膜２００の塗布時に、基板１００の全面に塗布するのではなく、所定の領域を除いて塗布しなければならないので、スピンコーティング法などは適用できない。インクジェット装置を用いる場合には、インクジェット装置のノズルを適宜調節することによって配向膜塗布領域を調節できる。
塗布済みの配向膜２００については、液晶の初期配向のための方向性付与のために配向処理が行われる。この場合、配向処理は、ラビング配向処理法または光照射配向処理法などを使用すると良い。
配向膜２００は、使用される配向処理法によってその種類が異なり、例えば、ラビング配向処理法が使用される場合には、ポリアミドまたはポリイミド系化合物、ＰＶＡ（polyvinylalcohol）、ポリアミド酸などの物質が適用でき、光照射配向処理法が使用される場合には、ＰＶＣＮ（polyvinylcinnamate）、ＰＳＣＮ（polysiloxanecinnamate）、またはＣｅｌＣＮ（cellulosecinnamate）系化合物のような光反応性物質が適用できるが、これに限定されるのではない。
その後、図２Ｃに示すように、インクジェット装置３００を用いて基板１００上のウェル２５０にボールスペーサ５００を形成する。
インクジェット装置３００は、ボールスペーサが混合された溶液を収容するインキヘッドと、該溶液を基板上に滴下するためのノズルとを備える。
したがって、ボールスペーサの形成は、ボールスペーサが混合された溶液をインクジェット装置３００に装着し、このインクジェット装置３００を基板１００上で移動させながら基板１００上のウェル２５０内に混合溶液を滴下した後、この滴下された混合溶液を乾燥させてボールスペーサ５００のみ残す工程によってなされる。ただし、インクジェット装置３００を移動させる代わりに、基板１００を移動させても良い。
続いて、図示していないが、基板１００に対向する対向基板を用意する工程と、これら両基板間に液晶層を形成する工程と、これら両基板を合着する工程が行われることで、液晶表示素子が完成する。
基板１００が前述の（ＴＮモードまたはＩＰＳモード）薄膜トランジスタ基板の場合、対向基板は前述の（ＴＮモードまたはＩＰＳモード）カラーフィルタ基板になり、基板１００が前述の（ＴＮモードまたはＩＰＳモード）カラーフィルタ基板の場合、対向基板は前述の（ＴＮモードまたはＩＰＳモード）薄膜トランジスタ基板になる。
上記両基板間に液晶層を形成させる工程は、液晶滴下法または真空注入法によって行われる。
液晶滴下法は、両量基板のいずれか一つの基板上に液晶を滴下し液晶層を形成した後、両基板を合着する方法である。
真空注入法は、両基板を、注入口の形成されたシール材を用いて合着した後、合着された基板間の注入口から毛細管現象と圧力差を用いて液晶層を注入する方法である。
本発明は、上記の製造方法によって製造された液晶表示素子を提供する。以下、この液晶表示素子について説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施の形態による液晶表示素子の概略断面図である。
図示のように、本発明による液晶表示素子は、第１基板１００ａ及び第２基板１００ｂと、これら両基板１００ａ，１００ｂの少なくとも一つの基板上に形成される配向膜２００ａ，２００ｂと、両基板１００ａ，１００ｂ間に形成されるボールスペーサ５００と、両基板１００ａ，１００ｂ間に形成された液晶層６００と、を備える。
第１基板１００ａは、薄膜トランジスタの形成される薄膜トランジスタ基板であり、その上に形成される具体的な構成要素は前述と同様なのでその説明は省かれる。
第２基板１００ｂは、カラーフィルタの形成されるカラーフィルタ基板であり、その上に形成される具体的な構成要素は前述と同様なのでその説明は省かれる。
配向膜２００ａ，２００ｂは、両基板１００ａ，１００ｂのいずれか一基板にのみ形成されるものと示されているが、液晶配向のために両基板に共に形成されることがより好ましい。
配向膜２００ａ，２００ｂは、基板１００ａ，１００ｂの全面に形成されるのではなく、所定領域を除いて形成されることによってウェル２５０を形成する。ウェル２５０は、非画素領域に形成されるもので、図３Ａに示すように、ウェル２５０が薄膜トランジスタ基板１００ａに形成される場合には、ゲート配線、データ配線、または薄膜トランジスタの形成される領域が好ましく、図３Ｂに示すように、ウェル２５０がカラーフィルタ基板１００ｂに形成される場合には、遮光層の形成される領域が好ましい。
ボールスペーサ５００は、配向膜２００ａ，２００ｂが形成されていない非画素領域のウェル２５０内に形成されるため、画素領域に移動する恐れがない。
これ以外にも、液晶表示素子の構成要素及びその形成方法は、当業者には公知の方法によって種々に変更可能である。
１００,１００ａ,１００ｂ 基板
２００ 配向膜
２５０ ウェル
３００ インクジェット装置
５００ ボールスペーサ
６００ 液晶層
２００ 配向膜
２５０ ウェル
３００ インクジェット装置
５００ ボールスペーサ
６００ 液晶層
Claims (7)
- 画素領域及び非画素領域を有する第１基板及び第２基板を用意する工程と、
前記第１基板上に互いに交差されて前記画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記ゲート配線及びデータ配線の交差領域に形成され、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を備えてなる薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレイン電極と接続される画素電極を形成する工程と、
前記薄膜トランジスタの領域を除いた前記第１基板の全面に配向膜を塗布することによって、前記薄膜トランジスタの領域にウェルを形成する工程と、
ボールスペーサが混合された溶液をインクジェット装置に装着する工程と、
前記インクジェット装置を前記第１基板上で移動させて、前記ボールスペーサが前記画素領域に移動することを防止するため、前記第１基板上の前記ウェルに前記混合溶液を滴下する工程と、
前記滴下された混合溶液を乾燥させて、前記第１基板上のウェルにボールスペーサを残す工程とを備える、液晶表示素子の製造方法。 - 前記第２基板上に光の洩れを防止する遮光層と、前記遮光層上に形成された緑色、赤色、青色のカラーフィルタ層とを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記ウェルは前記遮光層のうち所定領域に対応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。
- 前記配向膜を塗布する工程は、
インクジェット装置を用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示素子の製造方法。 - 前記基板に対向する対向基板を用意する工程と、
前記両基板間に液晶層を形成する工程と、
前記両基板を合着する工程と、
をさらに備え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。 - 前記両基板間に液晶層を形成する工程は、
前記対向基板のいずれか一つの基板上に液晶を滴下した後に両基板を合着する工程からなることを特徴とする、請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。 - 前記両基板間に液晶層を形成する工程は、前記両基板を合着した後に、前記両基板間に液晶層を注入する工程からなることを特徴とする、請求項５に記載の液晶表示素子の製造方法。
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