JP5681648B2

JP5681648B2 - 液晶表示装置の製造方法

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Publication number: JP5681648B2
Application number: JP2012006454A
Authority: JP
Inventors: 征人石川; 聡南; 賢治齋藤
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: JP2013145341A; US20130182213A1; US9459497B2

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置の製造方法に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器やテレビなどの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置としても利用されている。

このような液晶表示装置において、一対の基板間に液晶層を形成する方法として、例えば真空注入方式あるいは滴下注入法が知られている。例えば滴下注入法は、一方の基板にシール材を閉ループ状に塗布した後、ループ内に液晶材料を滴下し、他方の基板を重ね合わせ、液晶材料を広げて液晶層を形成し、シール材を硬化するものである。

シール材の塗布はディスペンサーを用いて描画することにより行われる。しかしながら、描画の際にディスペンサーの位置ずれが起こり、シール材の塗布位置がずれて中心がばらつき、シール材の形状が安定しない。

特開２００７−２１９２３５号公報

本発明の実施形態は、シール材形状が安定した液晶表示装置を提供することを目的とする。

実施形態によれば、一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを含む液晶表示装置を製造する方法であって、
前記一対の基板のうち一方の基板の周縁に、枠状のシール材を塗布するための少なくとも一対の第１の突起と前記第１の突起上に各々設けられた第２の突起とを有するガイドパターンを形成する工程、
該一対の突起を有するガイドパターンの該突起間にシール材を滴下して塗布し、該突起の少なくとも一方を該シール材によって覆い、該シール材の中に配置する工程、及び
前記一方の基板と前記シール材で区画された領域内に液晶を滴下する工程を具備することを特徴とする液晶表示装置の製造方法が提供される。

実施形態における液晶表示装置１の構成を概略的に示す平面図である。図１の部分断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図である。実施形態にかかる液晶表示装置のシール材のばらつきを表すグラフ図である。比較の液晶表示装置のシール材のばらつきを表すグラフ図である。実施形態に用いられるガイドパターンの他の実施形態を表す図である。実施形態に用いられるガイドパターンの他の実施形態を表す図である。実施形態に用いられるガイドパターンの他の実施形態を表す図である。実施形態に用いられるガイドパターンの他の実施形態を表す図である。

実施形態に用いられる液晶表示装置は、一対の基板と、一対の基板間に挟持された液晶層とを含む。

実施形態にかかる液晶表示装置の製造方法は、一対の基板のうち一方の基板の周縁に、枠状のシール材を塗布するための少なくとも一対の突起を有するガイドパターンを形成する工程、
一対の突起を有するガイドパターンの間にシール材を滴下して塗布する工程、及び
一対の基板とシール材で区画された領域内に液晶を滴下する工程を含む。

一対の突起を有するガイドパターンは、各々、例えば基板の周縁に枠状のパターンで形成された突起である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における液晶表示装置１の構成を概略的に示す平面図である。

すなわち、液晶表示装置１は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルＬＰＮ、液晶表示パネルＬＰＮに接続された駆動ＩＣチップ２及びフレキシブル配線基板３などを備えている。

液晶表示パネルＬＰＮは、第１基板としてのアレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向して配置された第２基板としての対向基板ＣＴと、これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に保持された図示しない液晶層と、を備えて構成されている。これらのアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、シール材ＳＥによって貼り合わせられている。液晶層は、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間に形成されたセルギャップにおいてシール材ＳＥによって囲まれた内側に保持されている。

このような液晶表示パネルＬＰＮは、シール材ＳＥによって囲まれた内側に、画像を表示する略矩形状のアクティブエリアＡＣＴを備えている。このアクティブエリアＡＣＴは、ｍ×ｎ個のマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている（但し、ｍ及びｎは正の整数である）。駆動ＩＣチップ２及びフレキシブル配線基板３は、アクティブエリアＡＣＴよりも外側の周辺エリアＰＲＰにおいて、アレイ基板ＡＲに実装されている。

本実施形態においては、シール材ＳＥは、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間において、略矩形枠状に形成され、閉ループをなしている。つまり、この例では、このシール材ＳＥには、液晶材料を注入するための注入口は形成されていない。シール材ＳＥは、４つの直線部、すなわち第１乃至第４直線部ＳＥ１乃至ＳＥ４を有している。図示した例では、第１直線部ＳＥ１及び第３直線部ＳＥ３は第１方向Ｘに沿って延在し、第２直線部ＳＥ２及び第４直線部ＳＥ４は第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに沿って延在している。

シール材ＳＥは、例えば、紫外線硬化型樹脂などによって形成され、ディスペンサーなどを用いてシール材を滴下し、始点部から終点部まで描画する方式で塗布される。このような方式を適用した場合、始点部と終点部との間でシール材ＳＥが途切れることがないように形成されることが要求される。このため、始点部から塗布されたシール材と、終点部まで塗布されたシール材とを重ね合わせている。

例えば、シール材ＳＥを描画する際には、まず、始点部からシール材の塗布を開始し、第１直線部ＳＥ１の一部を形成した後、第２直線部ＳＥ２を形成したのに続いて第３直線部ＳＥ３を形成し、さらに、第４直線部ＳＥ４を形成した後に第１直線部ＳＥ１の他の部分を形成する。終点部は、始点部に重なる位置、あるいは、始点部を越えた位置に相当する。

図２は、図１に示した液晶表示パネルＬＰＮのアクティブエリアＡＣＴにおける構造とアクティブエリアＡＣＴよりも外側の周辺エリアＰＲＰにおける構造とを概略的に示す断面図である。

すなわち、液晶表示パネルＬＰＮを構成するアレイ基板ＡＲは、ガラス板などの光透過性を有する第１絶縁基板１０を用いて形成されている。このアレイ基板ＡＲは、第１絶縁基板１０の対向基板ＣＴに対向する側に、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＥＰなどを備えている。ここに示したスイッチング素子ＳＷは、トップゲート型の薄膜トランジスタであるが、スイッチング素子ＳＷの構成はここに示した例に限らない。

スイッチング素子ＳＷは、第１絶縁基板１０の上に配置された半導体層１２を備えている。この半導体層１２は、例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコンなどによって形成可能であり、ここではポリシリコンによって形成されている。半導体層１２は、チャネル領域１２Ｃを挟んだ両側にそれぞれソース領域１２Ｓ及びドレイン領域１２Ｄを有している。この半導体層１２は、ゲート絶縁膜１４によって覆われている。このゲート絶縁膜１４は、第１絶縁基板１０の上にも配置されている。なお、図示していないが、第１絶縁基板１０と半導体層１２との間に、絶縁膜であるアンダーコート層が介在していても良い。

スイッチング素子ＳＷのゲート電極ＷＧは、ゲート絶縁膜１４の上に配置され、半導体層１２のチャネル領域１２Ｃの直上に位置している。このゲート電極ＷＧは、第１層間絶縁膜１６によって覆われている。この第１層間絶縁膜１６は、ゲート絶縁膜１４の上にも配置されている。

スイッチング素子ＳＷのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、第１層間絶縁膜１６の上に配置されている。ソース電極ＷＳは、ゲート絶縁膜１４及び第１層間絶縁膜１６を貫通するコンタクトホールを介して半導体層１２のソース領域１２Ｓにコンタクトしている。ドレイン電極ＷＤは、ゲート絶縁膜１４及び第１層間絶縁膜１６を貫通するコンタクトホールを介して半導体層１２のドレイン領域１２Ｄにコンタクトしている。

これらのソース電極ＷＳ及びドレイン電極ＷＤは、第２層間絶縁膜１８によって覆われている。この第２層間絶縁膜１８は、第１層間絶縁膜１６の上にも配置されている。このような第２層間絶縁膜１８は、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの各種樹脂材料によって形成されている。

画素電極ＥＰは、アクティブエリアＡＣＴにおいて各画素ＰＸに配置されている。すなわち、この画素電極ＥＰは、第２層間絶縁膜１８の上に配置され、第２層間絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極ＷＤと電気的に接続されている。画素電極ＥＰは、第１配向膜２０によって覆われている。

一方、液晶表示パネルＬＰＮを構成する対向基板ＣＴは、ガラス板などの光透過性を有する第２絶縁基板３０を用いて形成されている。この対向基板ＣＴは、第２絶縁基板３０のアレイ基板ＡＲに対向する側に、遮光層３１、カラーフィルタ層３４、対向電極ＥＴなどを備えている。

遮光層３１は、アクティブエリアＡＣＴにおいて例えば画素ＰＸの間に配置されている。この遮光層３１は、第２絶縁基板３０の上に配置され、アレイ基板ＡＲに設けられたスイッチング素子ＳＷや、図示しないゲート線及びソース線などの各種配線部に対向している。カラーフィルタ層３４は、アクティブエリアＡＣＴの各画素ＰＸに配置されている。このカラーフィルタ層３４は、第２絶縁基板３０の上に配置され、その一部が遮光層３１に積層されている。

対向電極ＥＴは、アクティブエリアＡＣＴに配置されている。この対向電極ＥＴは、カラーフィルタ層３４の上に延在している。アクティブエリアＡＣＴにおいては、対向電極ＥＴは、各画素ＰＸの画素電極ＥＰと対向している。この対向電極ＥＴは、第２配向膜３６によって覆われている。

なお、カラーフィルタ層３４は、対向基板ＣＴ側に配置されているが、アレイ基板ＡＲ側に配置しても良い。この場合、アレイ基板ＡＲにおける第２層間絶縁膜１８などをカラーフィルタ層３４に置き換えることが可能である。また、対向基板ＣＴには、カラーフィルタ層３４の表面の凹凸の影響を緩和するために、カラーフィルタ層３４と対向電極ＥＴとの間に、透明な樹脂材料からなるオーバーコート層を配置しても良い。

本実施形態においては、アレイ基板ＡＲは、柱状スペーサ２１を備えている。すなわち、柱状スペーサ２１は、アクティブエリアＡＣＴにおいて、アレイ基板ＡＲの対向基板ＣＴとの対向面に形成されている。この柱状スペーサ２１は、アレイ基板ＡＲにおいて第２層間絶縁膜１８の上に形成されている。このような柱状スペーサ２１は、第１配向膜２０によって覆われている。

この柱状スペーサ２１は、アクティブエリアＡＣＴにおける表示に寄与しない非表示部、つまり、画素ＰＸの間に位置する図示しないゲート線とソース線との交差部、あるいは、ソース線の直上、あるいは、ゲート線の直上、あるいは、補助容量線の直上、あるいは、スイッチング素子ＳＷの直上などに配置されている。このような柱状スペーサ２１は、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂などの各種樹脂材料によって形成されている。

上述したようなアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとは、それぞれの第１配向膜２０及び第２配向膜３６が対向するように配置されている。このとき、アレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの間には、柱状スペーサ２１により、所定のセルギャップが形成される。液晶層ＬＱは、柱状スペーサ２１によって形成されたセルギャップに保持されている。

一方、アクティブエリアＡＣＴよりも外側の周辺エリアＰＲＰにおいて、第１絶縁基板１０上に、ゲート絶縁膜１４及び第１層間絶縁膜１６を介して、シール材ＳＥの描画に用いられる一対のガイドパターン１００が設けられている。

ガイドパターン１００は、例えば第１の突起１８Ａと、第１の突起１８Ａ上に設けられた第２の突起２１Ａとを有する。

ガイドパターン１００はアレイ基板の製造工程で例えば平坦化膜、柱状スペーサ等の形成と同時に作成することができる。このため、工程数や装置を増加させることはない。

また、周辺エリアＰＲＰの対向基板ＣＴは第２絶縁基板３０と、遮光層３１と、保護膜ＯＣを備えている。

図３ないし図８に、実施形態にかかる液晶表示装置の製造工程の一例を表す概略的な断面図を示す。

図３に示すように、まず、ゲート絶縁膜１４、第１層間絶縁膜１６、及び対向基板ＣＴに対向する側に設けられたスイッチング素子ＳＷが設けられた第１絶縁基板１０を用意する。

次に、図４に示すように、第１絶縁基板１０上に、ゲート絶縁膜１４、第１層間絶縁膜１６、及びスイッチング素子ＳＷを介して、第２層間絶縁膜１８いわゆる平坦化膜を形成する。このとき、第２層間絶縁膜１８をパターニングして形成すると同時に、外側の周辺エリアＰＲＰにおいて矩形枠状のパターンを有する一対の第１の突起１８Ａをパターニングして形成することができる。

続いて、図５に示すように、第２層間絶縁膜１８上にコンタクトホールを介してドレイン電極ＷＤと電気的に接続させて画素電極ＥＰを形成する。

さらに、図６に示すように、第２層間絶縁膜１８上に柱状スペーサ２１を形成する。このとき、柱状スペーサ２１をパターニングして形成すると同時に、一対の第１の突起１８Ａ上に、それぞれ第２の突起２１Ａをパターニングして形成することにより、一対の第１の突起１８Ａ及び第２の突起２１Ａからなるガイドパターン１００が得られる。

その後、ガイドパターン１００の一対の突起の間に例えば紫外線硬化型樹脂などのシール材ＳＥをディスペンサー１０１などを用いて滴下し、始点部から終点部まで矩形枠状に描画する。ガイドパターン１００の一対の突起の間にシール材ＳＥを滴下すると、ディスペンサー１０１に位置ずれが生じても、シール材の塗布位置のずれが一対の突起により補正され、シール材の中央のばらつきが低減されてシール材の形状が安定する。

そして、シール材ＳＥで囲まれた領域に液晶材料ＬＱを滴下する。

その後、シール材ＳＥ及び液晶材料ＬＱが適用されたアレイ基板ＡＲ上に対向基板ＣＴを位置あわせして取り付けることにより、図２に示す液晶表示装置１０２が得られる。

図９に、図２と同様の構造を有する液晶表示装置のシール材のばらつきを表すグラフ図を示す。

ここで、測定に使用した液晶表示装置は例えば３．５インチのサイズを有する。

また、測定に使用した液晶表示装置において、一対の第１の突起１８Ａのうち、例えば表示領域側の第１の突起の横幅は４０μｍ厚、外周側の第１の突起の横幅は８０μｍ厚であり、表示領域側の第１突起と外周側の第１の突起との間隔は２０μｍ間隔で配置することができる。さらに、一対の第２の突起２１Ａの横幅は、例えば各々２０μｍの厚さを有し、一対の第２の突起２１Ａの間隔は４０μｍ間隔で配置することができる。さらにまた、外周側の第２の突起と外周との距離は５０μｍにすることができる。

このようなガイドパターン１００の２つの突起間にシール材ＳＥを滴下したものを５つ用意し、それぞれ３点ずつ測定して測定点のシールを塗布する予定箇所（設計値）からの距離と、その距離の測定点の数を図９のグラフに示す。

図示するように、このグラフにおいて、シールを塗布する設計値の中央から実際に塗布したシールの中央のずれの平均は＋４μｍ、最高値は＋１６μｍ、最小値は−５μｍ、ずれの範囲は２１μｍ、ばらつき標準偏差３σは０．０１８であった。

図１０に、比較の液晶表示装置のシール材のばらつきを測定した結果を表すグラフ図を示す。

ここで、測定に使用した液晶表示装置はガイドパターン１００を設けないこと以外は、図２と同様の構成を有する。

なお、測定方法は、外側の周辺エリアＰＲＰにシール材ＳＥを滴下したものを８つ用意し、それぞれ１点ずつ測定して測定点のシールを塗布する予定箇所（設計値）からの距離と、その距離の測定点の数を図１０のグラフに示す。

図示するように、このグラフにおいて、シールを塗布する設計値の中央から実際に塗布したシールの中央のずれの平均は−２１μｍ、最高値は−８μｍ、最小値は−３９μｍ、ずれの範囲は３１μｍ、ばらつき標準偏差３σは０．０３６であった。

図９及び図１０から、図２と同様の構造を有する液晶表示装置のシール材は、ばらつきが少ないことがわかる。

図１１ないし図１４に、ガイドパターンの他の実施形態を表す図を示す。

図示するように、この実施形態にかかる液晶表示装置は、アレイ基板ＡＲの周辺エリアＰＲＰにおいて、一対の突起を有するガイドパターン２０９と、ガイドパターン２０９よりも表示領域側にさらに設けられたガイドパターン２０５と、ガイドパターン２０９よりも外周側にさらに設けられたガイドパターン３０３とを有する。ガイドパターン２０９は例えば平坦化膜と同時に形成可能な第１の突起２０６と、第１の突起２０６上に設けられた柱状スペーサと同時に形成可能な一対の第２の突起２０７，２０８とを有する。ガイドパターン２０５は第１の突起２０３と、第１の突起２０３上に設けられた第２の突起２０４を有する。ガイドパターン３０３は第１の突起３０１と、第１の突起３０１上に形成された第２の突起３０２を有する。

図１１に示すように、３種のガイドパターンの中央に位置するガイドパターン２０９の一対の第２の突起２０７，２０８間にディスペンサー１０１よりシール材ＳＥを滴下するとき、設計におけるシール材の中央２０１に対し、ディスペンサー１０１の中央２０２が幅Ｗ１だけずれていたとしても、図１２に示すように、塗布されたシール材ＳＥが第２の突起２０７，２０８間で補正される。その後、シール材ＳＥがガイドパターン２０５及びガイドパターン３０３まで広がっても、図１３に示すように、塗布されたシール材ＳＥの位置が補正されているので、設計におけるシール材の中央２０１に対し、塗布されたシール材ＳＥの中央２０３のずれ幅Ｗ２はＷ１より小さくなる。

すなわち、シール材を塗布する領域にシール材の塗布方向と平行にガイドパターンの一対の突起を配列することにより、毛細管現象によりシール材の塗布方向と平行方向にシール材が広がることを助長する。また、シール材の塗布方向と垂直方向においては、ガイドパターンである一対の突起を配列することにより、突起及び基板とシール材との接触面積が基板とシール材のみ場合と比較して増大し、これに伴い表面張力も大きくなる。これにより、シール材の塗布方向と垂直方向にシール材が広がることは抑制される。このようにして、図１４に示すように、シール材の塗布位置が補正されてシール材中央の設計値と比較して実際のシール材中央のばらつきが抑制されるので、形状が安定したシール材を有する液晶表示装置が得られる。

上述の効果は、一対の突起を有するガイドパターンの突起間にシール材を滴下して塗布することにより生じている。また、ガイドパターンの一対の突起の間隔は狭く、シール材の塗布時にはシール材は少なくとも一対の突起のガイドパターンを乗り越えて広がっていく。このため、製造後の液晶表示装置では、少なくとも一対の突起のガイドパターンの一方の突起がシール材によって覆われシール材の中に配置されている。なお、液晶表示パネルＬＰＮの構成は、図２に示した構成に限らず、対向電極ＥＴは画素電極ＥＰと同一の基板であるアレイ基板ＡＲに備えられても良い。また、液晶モードについて特に制限はなく、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ）モード、ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｅｄ）モードなどの主として縦電界を利用するモードや、ＩＰＳ（Ｉｎ−ＰｌａｎｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（ＦｒｉｎｇｅＦｉｅｌｄＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどの主として横電界を利用するモードなどが適用可能である。

また、液晶表示パネルＬＰＮの少なくとも一方の外面、つまり、アレイ基板ＡＲの外面や対向基板ＣＴの外面には、偏光板を含む光学素子が配置されるが、ここでは図示を省略する。

なお、液晶注入方式は、滴下注入方式に限らず、真空注入法式等の他の方式を使用することができる。真空注入法式の場合には、シール材の塗布形状は閉ループ状でなく、注入口が設けられ、液晶注入後に封止され得る。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＬＰＮ…液晶表示パネル、ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＳＥ…シール材、ＡＣＴ…アクティブエリア、ＰＸ…画素、ＰＲＰ…周辺エリア、１０…第１絶縁基板、１８…第２層間絶縁膜、１８Ａ，２０３，２０６，３０１…第１の突起、２１…柱状スペーサ、２１Ａ、２０４，２０７，２０８，３０２…第２の突起、１００，２０５，２０９，３０３…ガイドパターン、１０１…ディスペンサー

Claims

一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層とを含む液晶表示装置を製造する方法であって、
前記一対の基板のうち一方の基板の周縁に、枠状のシール材を塗布するための少なくとも一対の第１の突起と前記第１の突起上に各々設けられた第２の突起とを有するガイドパターンを形成する工程、
該一対の突起を有するガイドパターンの該突起間にシール材を滴下して塗布し、該突起の少なくとも一方を該シール材によって覆い、該シール材の中に配置する工程、及び
前記一方の基板と前記シール材で区画された領域内に液晶を滴下する工程を具備することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記ガイドパターンの第１の突起は前記一方の基板上に平坦化膜を形成する工程で同時に形成することができる請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記ガイドパターンの第２の突起は前記一方の基板の上にスペーサを形成する工程で同時に形成することができる請求項１または２に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記一対のガイドパターンの内周及び外周に、さらにガイドパターンを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記一対の第１の突起のうち、一方の第１の突起の幅は、もう一方の第１の突起の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。