JP4894415B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロールフィルム基材を用いた液晶表示装置製造方法に関するものである。

従来より、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子及び素子駆動用電極（以下ＴＦＴ素子と省略する）を規則的に配列したアクティブマトリクス型の液晶表示装置用電極板を用いた液晶表示装置の構造は、カラーフィルター（以下ＣＦと省略する）にＴＦＴ素子を有する対向電極基板と液晶を挟んで正確な位置合わせの下に貼り合わせた構造のものである。

しかしながら、近年、モバイル用途でもより高精細化が進み、緻密で明るい高品位表示が求められるようになり、パネルを構成する２枚の基板の貼り合わせの精度が益々高度に求められ、貼り合わせの僅かなズレが表示品位を大きく低下させる事態を引き起こす。

このため、ＴＦＴ素子と画素の表示領域を規定するＣＦを１枚の硝子基板上に重ねて形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式は、硝子基板上にカラーフィルターを設け、オーバーコートを介してスイッチング素子と画素駆動用透明電極を形成するもので、基材に硝子を用いる事でプロセス温度を２２０℃以上であることが前提になっている。

近年、割れない、軽い、薄い表示装置を求める要求を叶えるべく、プラスチック基板を用いる液晶表示装置が開発され始めている。プラスチック基材はその柔軟さによりフィルム形態での搬送が可能である一方、耐熱性の低さ、熱膨張率の大きさ、歪みの内ゆう、など問題が多く、材料面の開発によりそれらの改善が図られているとはいえ総合的に硝子を越える特性を持つに至っていない。この為、プラスチック基材を用いて高品位な緻密な表示装置をつくる上で、硝子基板を用いた工程以上の対策が求められる。

硝子基板を用いる製造工程では枚葉搬送の為対向基板間の位置合わせ・貼合が容易である。一方、フィルム基材の使用により連続搬送によるＣＦ、ＴＦＴ素子の形成が可能となるが、フィルム同士の位置合わせ・貼合を行う場合、基材の伸び等の影響で各々のフィルムの画面間のピッチが安定せず制御が難しい為、片方ないし両方の基材を断裁し枚葉に変更して処理しており、ロールフィルム基材の使用によるメリットを損なっている。

また、ロールフィルム基材上にＣＦとＴＦＴ素子を含む電極をフォトリソ法で積層形成する事も検討されているが、ＴＦＴ素子の形成で使用する薬液や熱処理工程によるＣＦの退色や劣化、工程が長くなる事による歩留まり低下などの課題をクリアする必要がある。

以上述べたように、ロールフィルム基板を用いて液晶表示装置を製造する場合、従来の硝子基板を用いた製造工程とは異なる技術の使用が求められる。

以下に公知の文献を記す。
特開平１０−２３９６８０号公報

本発明は上記問題点になされたもので、その目的とするところは、表示品位の高いフィ
ルム基材からなる液晶表示装置を技術的容易に且つ安価に提供することである。

本発明は係る課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、少なくともカラーフィルター、ＴＦＴ素子、液晶とからなるフィルム液晶表示装置を、２本のロールフィルム基材を供給することでパネル化する液晶表示装置の製造方法であって、一方のロールフィルム基材上にカラーフィルターとＴＦＴ素子とをアライメントして積層し、他方のロールフィルム基材上に対向電極を積層し、前記各ロールフィルム基材により液晶を挟持し貼合する事を特徴とする液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明の請求項２の発明は、ロールフィルム基材上に、カラーフィルターとＴＦＴ素子を積層する工程が、
（１）ロールフィルム基材上にカラーフィルターを形成する第１の工程
（２）剥離層を介して硝子基盤上にＴＦＴ素子を形成する第２の工程
（３）ＴＦＴ素子を第１の工程で形成したロールフィルム基材上に、ＴＦＴ素子と剥離層の界面で剥離し直接積層するか、または、ＴＦＴ素子を剥離層との界面で剥離し別途用意したロールフィルム基材に反転転写した後、第１の工程で形成したロールフィルム基材上に積層するする第３の工程
よりなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明の請求項３の発明は、ロールフィルム基材上に、カラーフィルターとＴＦＴ素子を積層する工程が、
（１）ロールフィルム基材上にカラーフィルターを形成する第１の工程
（２）別途剥離層を形成したロールフィルム基材上にＴＦＴ素子を形成する第２の工程
（３）第１の工程で形成したカラーフィルターと、第２の工程で形成したＴＦＴ素子を、剥離層との界面で剥離し、透明絶縁層を挟んで積層する工程
よりなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明の請求項４の発明は、他方のロールフィルム基材上に形成された対向電極の構成が、透明電極上と配向膜がベタ膜で形成されている事を特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明の請求項５の発明は、カラーフィルターを形成したロールフィルム基材、ＴＦＴ素子を形成したロールフィルム基材、及び対向電極を形成したロールフィルム基材の熱膨張率の差が６×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事を特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明は、ロールフィルム基材からなる液晶表示装置において、片側の基材上にＣＦとＴＦＴ素子からなる画像表示機能を集約する事で、対向電極との貼合を容易にした液晶表示装置製造方法である。

本発明の構成によれば、ロールフィルム基材を用いた従来の構成で記述の諸々の不具合、表示欠陥や色ムラなどが生じない。

また、従来形状や精度改善のためにほどこしていた工夫や精度の維持管理等の手数が低減され、工程が簡素化されるため、製造が比較的容易になる。

まず本発明の請求項１の発明では、少なくともカラーフィルター、ＴＦＴ素子、液晶と
からなるフィルム液晶表示装置を、２本のロールフィルム基材を供給することでパネル化する液晶表示装置の製造方法であって、一方のロールフィルム基材上にカラーフィルターとＴＦＴ素子とをアライメントして積層させおき、他方のロールフィルム基材上に対向電極を積層させておき、前記各ロールフィルム基材により液晶を挟持させて貼合させる事を特徴とするものである。

本発明の液晶表示装置の製造方法では、対向電極用フィルム基材は、例えばＳｉＯｘなどの無機膜からなるバリア層、ベタ膜からなる透明導電膜及び配向膜を積層した構成とすることで、位置合わせの為のアライメントマークを具備する必要が無い。２枚のロールフィルム基材の貼合前にＣＦとＴＦＴ素子を積層したロールフィルム基材にシール材の形成、液晶材料の塗布を行えば、２枚のロールフィルム基材のアライメント処理をする必要が無くロールラミネーター等の貼り合わせ装置を用いて連続して加工することが可能となる。

なお、液晶層への水分、ガスの侵入を防止するためのＳｉＯｘなどの無機膜からなるバリア層を、ＣＦを形成する前にロールフィルム基材表面や、ＣＦとＴＦＴ素子の積層面に透明絶縁性の有機または無機の電気絶縁性のガス遮断機能、イオン性不純物の遮断機能を具備した膜を形成するのが好ましい。透明絶縁膜層を形成する事でＴＦＴ素子層へのＣＦ層からのイオン性不純物の遮断機能を付与することができる。

更に透明絶縁層に、ＣＦ層とＴＦＴ素子層の接着層として液状ないしドライフィルム状の熱硬化樹脂や光硬化樹脂からなる樹脂材料を用いることが可能である。
ＣＦはＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３色と遮光膜としてのブラック、補色としてシアン、イエロー、マゼンダをパタニングしたもので、形成方法は、感光性顔料分散レジストをフォトリソ処理によってパタニングする方法、印刷により形成する方法、インクジエット法による方法が可能である。

ＴＦＴ素子は、印刷法や、低温スパッタ法にて導電性膜、機能性膜、絶縁膜を形成しパタニングすれば良い。導電成膜としてはＡｌ、Ａｕ膜などからなる金属膜ないし金属化合物膜、酸化インジウム、酸化ジルコニウムなどの金属酸化膜からなる透明導電膜、銀などの導電ペースト分散したインキが使用可能である。機能性膜としては銅フェタロシアニン（ＣｕＰｃ）などが使用可能である。また、絶縁膜としては有機化合物やＳｉＯ２などの無機酸化膜、Ｔａ２Ｏ５などの非晶質の金属酸化膜などが使用可能である。

配向膜は、ポリイミド膜をフレキソ印刷により成膜しラビング処理する方法や、光硬化性液晶を露光処理し形成する方法が使用可能である。

本発明の請求項２、３の発明では、ＣＦを形成したロールフィルム基材と、別に形成したＴＦＴ素子を積層し、対向電極を形成したロールフィルム基材と貼合する迄の処理工程に係るものであり、請求項２，３は各々ＴＦＴ素子を形成するベース基材が異なるものである。

請求項２はＴＦＴ素子を形成するベース基材を硝子基板としたプロセスで、ＣＦ上に形成した透明絶縁膜を挟んで、硝子基板上から直接ないし転写用のロールフィルム基材を介して間接的にＴＦＴ素子を転写する方法である。

請求項３はＴＦＴ素子を形成するベース基材をロールフィルム基材としたプロセスで、ＣＦ上に形成した透明絶縁膜を挟んで、ＴＦＴ素子をロールフィルム基材上から直接転写する方法である。

型性の高い有機や無機膜を用いればよい。

フィルム基材上のＣＦとＴＦＴ素子の位置合わせ方法としては、ＣＦ上ないしＴＦＴ素子上に接着材料を塗布後、被接着層をアライメントマークを合わせながら重ね、光硬化反応ないし熱硬化反応により固定する事で、高い位置制御が可能となる。

また、ＴＦＴ素子の転写にロールフィルム基材を使用する場合、巻き出されたフィルム状で積層処理を行っても良いが、ＣＦ画面パタン毎の位置合わせを容易にする為に枚葉状態に断裁して行うのが望ましい。

本発明の請求項４の発明では、ＣＦとＴＦＴ素子を積層形成したロールフィルム基材と貼合するための対向電極ロールフィルム基材の構成に係るもので、対向電極ロールフィルム基材はＳｉＯｘなどの無機膜からなるバリア層、ベタ膜からなる透明導電膜及び配向膜を積層した構成からなり、位置合わせの為のアライメントマークを具備しない事を特徴とするものである。

従来の硝子基板を用いた液晶表示装置ではＴＦＴ素子の駆動とＣＦによる色表示を制御する為に、ＣＦとＴＦＴ素子のトータルピッチを±３ミクロン以下で制御する事で対応している。ＣＦ形成基板と対向電極形成基板は熱膨張率の同じ硝子材料を使用し、露光も熱膨張率の低いクウォーツ製のフォトマスクを使用して、温度制御によりトータルピッチの制御を行っている。

ロールフィルム基材上に形成したＣＦ層と別工程で製造したＴＦＴ素子の位置精度を高める為にＴＦＴ素子製造時のベース基材及び転写用ロールフィルム基材の変形量の制御、温度制御が重要となる。ロールフィルム基材の変形量の制御には製造工程で使用するロールフィルム基材の熱膨張率の近い材料を使用する事が望ましい。

現状液晶表示装置用に開発されたロールフィルム基材の熱膨張率は２０×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃程度であり、２５０ｍｍの画面サイズで１℃温度が変化すると５ミクロン基材の長さが変化する。液晶表示装置の高精細化が進んでおり表示品位を確保する為には、ＣＦ層とＴＦＴ素子のトータルピッチの差は±１．５ミクロン以下で制御する必要があり、熱膨張率の差として６×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事が望ましい。

また、対向電極用ロールフィルム基材はアライメントフリーでありトータルピッチ精度は要求されないが、貼合後の表裏層の伸び率の差による液晶表示装置の反り量を低減する為に、ＣＦとＴＦＴ素子の形成された側のロールフィルム基材との熱膨張率の差は工程材料と同様６×１０^-6ｃｍ／ｃｍ／℃以下である事が望ましい。ロールフィルム基材としては、ガラスプラスチック板等のように可撓性を有さないもの以外であれば適用できるが、本発明の製造工程の乾燥温度に合わせて選定すればよく、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、トリアセチルセルロース等のフィルムやシートを用いることができる。中でも、耐熱性のポリエーテルサルフォン、シクロオレフィンポリマー、ポリイミド等が好適である。また、無機フィラーを上記樹脂に添加して耐熱性を向上させた材料から成る基材でも良い。フィルムおよびシートは、延伸でも未延伸でも良い。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。

ＣＦ上にＴＦＴ素子を積層する製造プロセスの一例を図１に沿って説明する。
図１（ａ）に示すように、ＳｉＯｘからなるバリア層１２を設けたロールフィルム基材
１１上にアクリレート樹脂を樹脂成分とする顔料分散ＣＦ１３を形成した。
シランカップリング剤を下地層１５として形成した硝子基板１４上に透明被覆層１７を設けた上にスイッチング素子と画素電極からなるＴＦＴ素子１６をプラズマＣＶＤ法で成膜しパタニング形成した(図１（ｂ）)。

透明被覆層の材料は、一般のフィルム基板上のガスバリア層の形成材料と共通でよい。主に水分と酸素等のガス透過性を小さくするには、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂や、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ₄等の無機層との多層膜が上げられる。
ＴＦＴ素子１６を粘着剤をコートしたフィルム基材ＰＥＮ１８に転写し、ＣＦ１３上に光硬化性の接着材１９を塗布しＴＦＴ素子１６と位置を合わせて重ね合せた後、接着剤１９を光硬化して、積層基板１０を形成した(図１（ｂ、ｃ、ｄ））。
その後、スペーサ材をフォトリソ法でパタニング形成した。
得られた積層基板はトータルピッチ±１．５ミクロンで制御する事ができ、ＣＦ画素とＴＦＴ素子の重ね合わせ精度の高く、連続搬送の可能なロールフィルムＣＦが得られた。

ＣＦ上にＴＦＴ素子を積層する製造プロセスの一例を図２に沿って説明する。
図２（ａ）に示すように、ＳｉＯｘからなるバリア層２２を設けたロールフィルム基材２１上にアクリレート樹脂を樹脂成分とする顔料分散ＣＦ２３を形成した。
シランカップリング剤を下地層２５として形成したプラスチック基材２４上にＴＦＴ素子２６を低温スパッタ成膜と印刷法によりパタニングし形成した図２（ｂ）。更にＴＦＴ素子上にＣＦ２３からの不純物イオンの滲みだしを防ぐ透明被覆層２７を形成した図２（ｃ）。
ＴＦＴ素子２６上に光硬化性の接着材２８を塗布し図２（ｄ）、ＣＦ２３と位置を合わせて重ね合せた後、接着剤２８を光硬化して、積層基板２０を形成した図２（ｅ）。
その後、スペーサー材をインクジェット法でパタニング形成した図２（ｆ）。
得られた積層基板はトータルピッチ±１．５ミクロンで制御する事ができ、ＣＦ画素とＴＦＴ素子の重ね合わせ精度の高く、連続搬送の可能なロールフィルムＣＦが得られた。

ＣＦ上にＴＦＴ素子を積層したロールフィルム基材を、対向電極を形成したロールフィルム基材と貼合する製造プロセスの一例を図３に沿って説明する。
図３（ａ）に示すように、ＣＦ３２上にＴＦＴ素子３３を積層したロールフィルム基材３０上に、ＰＩ配向膜３１を塗布しラビング処理を行った。
次に、ディスペンサにてシール剤３４を印刷形成した図３（ｂ）。
次に、ＯＤＦ法により液晶材料３５を滴下した後図３（ｃ）、透明電極３６とＰＩ配向膜３１を形成した対向電極基板３８と重合せ、密封して液晶表示装置とした図３（ｄ、ｅ）。
得られた液晶表示装置は、表示欠陥や色ムラなど発生せず高品位な画面画得られた。

本発明請求項２に係るＣＦ上にＴＦＴ素子を積層する工程の部分断面図である。 本発明請求項３に係るＣＦ上にＴＦＴ素子を積層する工程の部分断面図である。 本発明に係るの貼合工程の説明図である。

符号の説明

１１、１８、２１、２４、３０、３７ ロールフィルム基材
１２，２２ バリア層
１３、２３、３２ カラーフィルター
１４ 硝子基板
１５、２５ 剥離層
１６、２６、３３ ＴＦＴ素子
１７、２７ 透明被覆層
１９、２８ 接着剤
３１ ＰＩ配光膜
３４ シール剤
３５ 液晶
３６ 透明電極

Claims (1)

1. 少なくともカラーフィルター、ＴＦＴ素子、液晶とからなるフィルム液晶表示装置を、２本のロールフィルム基材を供給することでパネル化する液晶表示装置の製造方法であって、
   一方のロールフィルム基材上にカラーフィルターとＴＦＴ素子とをアライメントして積層し、
   他方のロールフィルム基材上に対向電極を積層し、
   前記各ロールフィルム基材により液晶を挟持し貼合し、
   前記一方のロールフィルム基材上に、前記カラーフィルターと前記ＴＦＴ素子を積層する工程が、
   （１）前記一方のロールフィルム基材上に前記カラーフィルターを形成する第１の工程
   （２）剥離層を介して硝子基盤上に前記ＴＦＴ素子を形成する第２の工程
   （３）前記ＴＦＴ素子を前記第１の工程で形成した前記一方のロールフィルム基材上に、前記ＴＦＴ素子と前記剥離層の界面で剥離し直接積層するか、または、前記ＴＦＴ素子を前記剥離層との界面で剥離し別途用意したロールフィルム基材に反転転写した後、第１の工程で形成した前記一方のロールフィルム基材上に積層するする第３の工程
   よりなることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。