JP4755132B2 - 液晶表示素子、その製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関するもので、より具体的には、セルギャップを維持するためのスペーサーが形成された液晶表示素子と、その製造装置及びその製造方法に関するものである。

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の一つである液晶表示素子は、動作電圧が低く、消費電力が少なく、携帯用に用いられるなどの利点のため、ノートブックコンピュータ、モニター、宇宙船、航空機などの分野に広くかつ多様に応用されている。

上記のような液晶表示素子が小型である場合、二つの基板を合着するために形成されたシール材のみでセルギャップを維持することができる。しかしながら、液晶表示素子が大型化されるにつれて、パネルの縁部に形成されたシール材のみではパネル中央部のセルギャップを維持しにくくなり、セルギャップを維持するための別途のスペーサーが必要となる。

以下、従来技術に係る液晶表示素子の製造方法のうちスペーサー形成方法を、図面に基づいて説明する。

図１は、従来技術に係る液晶表示素子の製造方法のうちボールスペーサー形成工程を概略的に示した斜視図である。

図１に示すように、従来技術に係るボールスペーサー形成工程は、ステージ１０に置かれた基板２０上に散布ノズル３０を位置させた後、この散布ノズル３０を通して基板２０の全面にボールスペーサー４０を散布することで行われる。

基板２０の縁部には、シール材５０が形成される。

上述したボールスペーサー４０の形成工程は、散布ノズル３０から散布されるボールスペーサー４０が溶剤と混合されたか、気体と混合されたかによって、湿式散布方式及び乾式散布方式に区分される。

上記湿式散布方式は、ボールスペーサー４０が溶剤と混合された状態で基板２０上に散布される方式であり、基板２０の全面にボールスペーサー４０を均一に噴射できるという長所があるが、ボールスペーサー４０と溶剤との混合過程でボールスペーサー４０が容易に固まるという短所がある。

上記乾式散布方式は、ボールスペーサー４０が窒素ガス（Ｎ_２）と混合された状態で基板２０上に散布される方式であり、ボールスペーサー４０が容易に固まることはないが、基板２０の全面にボールスペーサー４０を均一に噴射できないという問題がある。

湿式または乾式散布方式で行われるボールスペーサー４０の形成工程は、基板２０の全面にボールスペーサー２０を散布する方式で行われる。そのため、ボールスペーサー４０の形成工程を用いる場合、ボールスペーサー４０が基板２０上に無秩序な状態で分布するだけでなく、画素領域上にも分布するようになり、画質に影響を与えるという問題点がある。

ボールスペーサー４０の散布による画質低下の問題を解決するために、非画素領域にコラムスペーサーを形成する工程が提案された。

コラムスペーサーの形成工程は、フォトリソグラフィ工程を用いて非画素領域に柱状のスペーサーを形成する工程からなる。

上記コラムスペーサーの形成工程では、コラムスペーサーを非画素領域のみに形成するので、画質の低下は発生しないが、フォトリソグラフィ工程を通して行われるので、コラムスペーサーの形成時に高価なマスク及び露光装備が必要となり、液晶表示装置の製造費用が上昇するという問題点がある。

また、コラムスペーサーを形成した後、その高さが均一であるかに対する検査、測定段階を経るべきであり、工程が複雑になるという問題点がある。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、フォトリソグラフィ工程を実施することなしに、画質に影響を与えない非画素領域のみにスペーサーを形成できる液晶表示素子と、その製造装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示素子の製造方法は、第１基板及び第２基板を準備する工程と、インクジェット工程を用いて前記第１基板または第２基板上にスペーサーを噴射する工程と、を含んで構成され、前記スペーサーは、正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーが混合されることを特徴とする。

上記の技術的課題を達成するための本発明に係る液晶表示素子の製造装置は、正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーを供給するスペーサー供給部と、前記スペーサー供給部から供給されたスペーサーをインクジェット工程を用いて第１及び第２基板のうち何れか一つの基板上に噴射する噴射ノズルと、を備えることを特徴とする。

上記の技術的課題を達成するための本発明に係る液晶表示素子は、液晶を挟んで互いに対向する第１基板及び第２基板と、前記第１基板と第２基板との間に形成される正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーと、を備えることを特徴とする。

本発明によると、インクジェット工程を用いてスペーサーを噴射することで、所望の領域のみにスペーサーを噴射できるので、スペーサーが画素領域に分布されて画質を低下させる問題が発生せず、画質が改善される。

また、正の電荷に帯電したスペーサーと負の電荷に帯電したスペーサーとを混合して基板上に噴射することで、スペーサーの移動による斑及び輝度低下を防止することができる。平坦な面にスペーサーが噴射され、インクジェット工程が実施された場合であったとしても、噴射後にスペーサーが移動しうるが、互いに異なる符号の電荷に帯電したスペーサー相互間の電気的引力によってスペーサーの移動は防止される。

また、本発明に係るスペーサー工程は、コラムスペーサー工程と異なってフォトリソグラフィ工程が必要でなく、噴射されるスペーサーの大きさが均一であれば、噴射後に特別な検査及び測定工程を経る必要がないので、製造費用が節減されるとともに、工程が簡単になる。

以下、本発明の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

第１実施例

図２は、本発明の第１実施例に係るスペーサー噴射工程を概略的に示した斜視図である。

図２に示すように、本発明の第１実施例に係るスペーサー噴射工程では、縁部にシール材（図示せず）が塗布された下部基板２２０上に、インクジェットスペーサー噴射装置３００を用いてボールスペーサー４００を噴射する。

下部基板２２０は、ゲート配線６１０、データ配線６２０、薄膜トランジスタ６３０及び画素電極６４０を含んで構成される。

ゲート配線６１０及びデータ配線６２０は、互いに縦横に交差して画素領域を定義する。

薄膜トランジスタ６３０は、ゲート配線６１０とデータ配線６２０との交差領域に形成されるスイッチング素子である。

画素電極６４０は、薄膜トランジスタ６３０と電気的に連結され、薄膜トランジスタ６３０から信号を受けて液晶層（図示せず）に電界を加える。

また、図示していないが、下部基板２２０上には、液晶を一定方向に配列させるための配向膜が形成される。

下部基板２２０から画素電極６４０を除いたゲート配線６１０、データ配線６２０及び薄膜トランジスタ６３０は、非画素領域に形成される。

スペーサー４００は、非画素領域、すなわち、ゲート配線６１０、データ配線６２０及び薄膜トランジスタ６３０に対応する領域に噴射される。

図２では、スペーサー４００がゲート配線６１０に対応する領域に噴射される場合を示したが、データ配線６２０に対応する領域に噴射されるか、薄膜トランジスタ６３０に対応する領域に噴射されるか、ゲート配線６１０、データ配線６２０及び薄膜トランジスタ６３０の全てに対応する領域に噴射されても構わない。

また、スペーサー４００は、正の電荷に帯電したスペーサー４１０と負の電荷に帯電したスペーサー４２０とが混合された状態で噴射される。

スペーサー４００は、インクジェットスペーサー噴射装置３００を用いて噴射されるので、非画素領域のみに噴射されるが、配向膜（図示せず）などの平坦な層に噴射される場合、スペーサー４００が画素領域に移動しうる。

正の電荷に帯電したスペーサー４１０と負の電荷に帯電したスペーサー４２０とを混合して噴射すると、これら両スペーサー４１０，４２０相互間の電気的引力によってスペーサー４００の移動が防止される。

通常、スペーサー４００は、プラスチック材質からなるので、摩擦電気などを用いてスペーサー４００に電荷を帯電させることができる。

また、正の電荷に帯電したスペーサー４１０と負の電荷に帯電したスペーサー４２０は、同一の個数で混合されて噴射されることが好ましい。その理由は、これら両スペーサー４１０，４２０相互間の電気的引力を平衡にするためである。

インクジェットスペーサー噴射装置３００は、噴射ノズル３１０及びスペーサー供給部３２０ａ、３２０ｂを含んで構成される。

噴射ノズル３１０は、スペーサー供給部３２０ａ、３２０ｂから供給されたスペーサー４００を下部基板２２０上に噴射する。

このとき、スペーサー供給部３２０ａ、３２０ｂから供給されるスペーサー４００には、揮発性溶剤が混合される。

この揮発性溶剤は、スペーサー４００を下部基板２２０上に均一に噴射させるためのもので、スペーサー４００が下部基板２２０上に噴射された後で直ちに蒸発したり、加熱によって蒸発する。

スペーサー供給部３２０ａ、３２０ｂは、正の電荷に帯電したスペーサー４１０を供給する第１スペーサー供給部３２０ａと、負の電荷に帯電したスペーサー４２０を供給する第２スペーサー供給部３２０ｂと、を含んで構成される。

尚、正の電荷に帯電したスペーサー４１０と負の電荷に帯電したスペーサー４２０は、一つのスペーサー供給部から供給されることもある。しかし、その場合、帯電した電荷が一つのスペーサー供給部内で相殺される憂いがあるので、両スペーサー４１０，４２０は、二つのスペーサー供給部３２０ａ，３２０ｂを通して供給されることが好ましい。

次いで、図示していないが、スペーサー４１０が噴射された下部基板２２０上に液晶を滴下した後、上部基板（図示せず）と合着して液晶表示素子を完成する。このとき、下部基板２２０と上部基板とを合着させるシール材は、上部基板及び下部基板２２０のうち何れか一つの基板上に、注入口のない閉鎖形態に形成される。

第２実施例

本発明の第２実施例に係るスペーサー噴射工程は、スペーサー４００が上部基板２４０の遮光層７１０に対応する領域に噴射される点を除けば、上記の第１実施例と同一である。

図３は、本発明の第２実施例に係るスペーサー噴射工程を概略的に示した斜視図である。

図３に示すように、本発明の第１実施例に係るスペーサー噴射工程では、下部基板でない上部基板２４０上に、インクジェットスペーサー噴射装置３００を用いてボールスペーサー４００を噴射する。

このとき、シール材（図示せず）は、下部基板に形成されず、スペーサー４００が噴射される上部基板２４０の縁部に形成される。

上部基板２４０は、遮光層７１０、カラーフィルタ層７２０及びオーバーコート層７３０を含んで構成される。

遮光層７１０は、画素領域からの光漏れを防止するためのもので、図２に示した下部基板２２０のゲート配線６１０、データ配線６２０及び薄膜トランジスタ６３０、すなわち、非画素領域に対応して形成される。

カラーフィルタ層７２０は、画素領域からの光を選択的に透過させるためのもので、図２に示した下部基板２２０の画素電極６４０、すなわち、画素領域に対応して形成される。

オーバーコート層７３０は、遮光層７１０及びカラーフィルタ層７２０が含まれた上部基板２４０を平坦化するためのもので、上部基板２４０の全面に形成される。

また、図示していないが、上部基板２４０上には、液晶を一定方向に配列させるための配向膜が形成される。

このとき、スペーサー４００は、遮光層７１０に対応する領域に噴射される。

遮光層７１０が、図２に示した下部基板２２０のゲート配線６１０、データ配線６２０及び薄膜トランジスタ６３０に対応する領域に形成される点を勘案すると、上記第１実施例と本実施例である第２実施例とは、ほぼ同様の効果をもたらし得る。

図３では、スペーサー４００を図２に示したゲート配線６１０の配置に対応する遮光層７１０領域に噴射することを示したが、これに限定されることなく、ゲート配線６１０に垂直なデータ配線６２０の配置に対応する遮光層７１０領域に噴射することもでき、遮光層７１０に対応する全ての領域に噴射することもできる。

従来技術に係る液晶表示素子の製造方法のうちボールスペーサー形成工程を概略的に示した斜視図である。 本発明の第１実施例に係るスペーサー噴射工程を概略的に示した斜視図である。 本発明の第２実施例に係るスペーサー噴射工程を概略的に示した斜視図である。

符号の説明

２２０ 下部基板
３００ インクジェットスペーサー噴射装置
４００ スペーサー
６１０ ゲート配線
６２０ データ配線
６３０ 薄膜トランジスタ
６４０ 画素電極

Claims (16)

1. 第１基板及び第２基板を準備する工程と、
   インクジェット工程を用いて前記第１基板または前記第２基板の上に正の電荷に帯電したスペーサーと負の電荷に帯電したスペーサーを混合して噴射する工程とを含み、
   前記正の電荷に帯電したスペーサーと前記負の電荷に帯電したスペーサーとの間の電気的引力によってスペーサーの移動が防止されることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
   
2. 前記スペーサーは、揮発性溶剤と一緒に噴射され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. 前記第１基板を準備する工程は、
   前記第１基板上に遮光層を形成する工程と、
   前記遮光層を含む第１基板上にカラーフィルタ層を形成する工程と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。
   
4. 前記スペーサーは、前記遮光層に対応する領域に噴射されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示素子の製造方法。
   
5. 前記第２基板を準備する工程は、
   互いに縦横に交差して画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線を前記第２基板上に形成する工程と、
   前記ゲート配線とデータ配線との交差領域に薄膜トランジスタを形成する工程と、
   前記薄膜トランジスタと電気的に連結された画素電極を形成する工程と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。
   
6. 前記スペーサーは、前記ゲート配線、データ配線及び薄膜トランジスタのうち少なくとも何れか一つに対応する領域に噴射され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。
   
7. 前記インクジェット工程を用いてスペーサーを噴射する工程は、少なくとも一つの噴射ノズル及び少なくとも一つのスペーサー供給部を含んで構成されるインクジェットスペーサー噴射装置を用いて行われ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。
   
8. 前記正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーは、互いに異なるスペーサー供給部から噴射されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示素子の製造方法。
   
9. 前記第１基板または前記第２基板のうち何れか一つの基板上に、注入口のないシール材を形成する工程と、
   前記第１基板または前記第２基板のうち前記スペーサーが噴射された基板上に液晶を滴下する工程と、
   前記第１基板と前記第２基板とを合着する工程とをさらに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。
   
10. 前記正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーは、同一の個数で混合され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。
    
11. 前記スペーサーは、ボール形態に形成され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. 正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーを供給するスペーサー供給部と、
    前記スペーサー供給部から供給された、正の電荷に帯電したスペーサーと負の電荷に帯電したスペーサーを、インクジェット工程を用いて第１及び第２基板のうち何れか一つの基板上に混合して噴射する少なくとも一つの噴射ノズルとを備え、
    前記正の電荷に帯電したスペーサーと前記負の電荷に帯電したスペーサーとの間の電気的引力によってスペーサーの移動が防止されることを特徴とする液晶表示素子の製造装置。
    
13. 前記噴射ノズルは、
    カラーフィルタを区分するために前記第１基板上に形成された遮光層に対応する領域に前記スペーサーを噴射す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装置。
    
14. 前記噴射ノズルは、
    前記第２基板上に形成されたゲート配線、データ配線及び薄膜トランジスタのうち少なくとも何れか一つに対応する領域に噴射され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装置。
    
15. 前記スペーサー供給部は、
    前記正の電荷に帯電したスペーサーを供給する第１スペーサー供給部と、
    前記負の電荷に帯電したスペーサーを供給する第２スペーサー供給部と、を含む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装置。
    
16. 前記噴射ノズルは、
    前記正の電荷に帯電したスペーサー及び負の電荷に帯電したスペーサーを同一の個数で混合して噴射す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装置。

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