JP2007003560A - 液晶装置の製造方法、液晶装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶滴下法を用いる場合に液晶がシール材を乗り越えて外部に漏れ出すことを防止し、電気的特性及び信頼性に優れた液晶装置を製造することのできる液晶装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の液晶装置の製造方法は、一対の基板１０，２０のうち少なくとも一方の基板１０上に液晶を供給する工程と、前記一方の基板に振動発生装置６４１を用いて振動を加え、供給した前記液晶を膜状に広げた状態で、当該一方の基板１０にシール材を介して他方の基板２０を貼り合せる工程とを有することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶装置の製造方法及び液晶装置の製造装置に関するものである。

一般に、液晶装置は、対向する一対の基板がそれぞれの基板の周縁部においてシール材を介して貼着され、これら一対の基板とシール材とによって囲まれた空間に液晶が封入された構成を有する。液晶装置を製造する方法としては、２枚の基板を貼り合わせて空のパネルを作製した後、真空注入法などの手法を用いて基板間に液晶を注入する方法が従来から用いられてきた（例えば特許文献１）。これに対して、近年、少なくとも一方の基板上に液晶を滴下した後、その液晶を挟持するように他方の基板を貼り合わせる方法も採用されている（以下、本明細書では、この方法のことを便宜的に「液晶滴下法」と呼ぶ）。
特開平１０−１１５８３１号公報

しかしながら、この方法では、基板上に供給された液晶がシール材の厚みに比べて大きく盛り上がっているため、基板を貼り合せる際に液晶がシール材を乗り越えて外部に漏れ出してしまい、不足した液晶量によってギャップの均一性が低下したり、シール材の上部に付着した液晶によりシール材の接着強度が弱くなる等の問題を生じる場合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、液晶がシール材を乗り越えて外部に漏れ出すことを防止し、所望の電気的特性及び信頼性を得ることのできる液晶装置の製造方法及び液晶装置の製造装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置の製造方法は、シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上に液晶を供給する工程と、前記一方の基板に振動を加え、供給した前記液晶を膜状に広げた状態で、当該一方の基板に前記シール材を介して他方の基板を貼り合せる工程とを有することを特徴とする。
この方法によれば、基板上に供給した液晶を振動により基板全体に広げることができるので、供給直後のように液晶が大きく盛り上がった状態で基板を貼り合せる場合に比べて、液晶のシール材の外部への漏れ出し量を少なくすることができる。また、シール材の上部に液晶が付着しなくなるので、シール材の接着強度が高く、信頼性にも優れた液晶装置を提供することができる。

本発明においては、前記振動は超音波振動であることが好ましい。
この方法によれば、供給された液晶を基板全面に均一に広げることができる。

本発明においては、前記基板の貼り合わせは減圧雰囲気で行なわれることが望ましい。
この方法によれば、基板の貼り合わせに際して、液晶中に含まれる気泡の除去も同時に行なうことができる。特に、液晶は振動により膜状に広がった状態となっているので、供給直後のようにドット状に盛り上がった状態に比べて、気泡の除去効率も向上させることができる。

本発明においては、前記液晶は、前記シール材を形成した基板に対して供給されることが望ましい。
この方法によれば、膜状に広がった液晶はシール材が土手となってそれ以上広がることがないので、液晶が広がりすぎることによって逆にシール材の外側に液晶が漏れ出すことを防止することができる。

本発明の液晶装置の製造装置は、シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶装置の製造装置であって、前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上に液晶を供給する材料供給装置と、前記液晶を供給した前記一方の基板に対して振動を加える振動発生装置と、前記一方の基板に前記シール材を介して他方の基板を貼り合せる基板貼り合わせ装置とを有することを特徴とする。
この構成によれば、基板上に供給した液晶を振動により基板全体に広げることができるので、供給直後のように液晶が大きく盛り上がった状態で基板を貼り合せる場合に比べて、液晶のシール材の外部への漏れ出し量を少なくすることができる。また、シール材の上部に液晶が付着しなくなるので、シール材の接着強度が高く、信頼性にも優れた液晶装置を提供することができる。

本発明においては、前記基板貼り合わせ装置には、前記基板を保持するためのテーブルと、前記テーブルを内部に収容する真空チャンバとが設けられていることが望ましい。
この構成によれば、基板の貼り合わせに際して、液晶中に含まれる気泡の除去も同時に行なうことができる。特に、液晶は振動により膜状に広がった状態となっているので、供給直後のようにドット状に盛り上がった状態に比べて、気泡の除去効率も向上させることができる。

本発明においては、前記振動発生装置は、前記テーブルに設けられているものとすることができる。
この構成によれば、振動はテーブルに設置された基板を介して液晶に作用されるので、テーブルの外部から直接液晶に対して振動波を照射するような場合と異なり、減圧雰囲気下でも確実に振動を作用させることができる。この場合、振動の作用によって気泡の除去効率が向上するため、より信頼性の高い液晶装置を提供することができる。

本発明においては、前記振動発生装置は、前記テーブルとは別に設けられているものとすることができる。
この構成によれば、振動発生装置のみを外付けすることによって、従来の装置構成を殆どそのまま流用することができる。この場合、振動発生装置としては、基板に直接接触する接触式の振動発生装置であってもよいし、基板に接触せずに外部から基板若しくは液晶に対して振動波を照射する非接触式の振動発生装置であってもよい。

本発明においては、前記振動発生装置は、超音波振動を発生する超音波発生装置であることが好ましい。
この構成によれば、供給された液晶を基板全面に均一に広げることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１は本実施の形態の液晶装置の製造方法に用いる液晶・シール材塗布装置の概略構成図、図２は同、製造方法に用いる基板貼り合わせ装置の概略構成図である。図３〜図５は製造プロセスを順を追って示す工程図、図６は製造プロセスのフローチャート、図７は本方法で用いるシール材の作用を説明するための概念図である。なお、以下の各図面において、各構成要素を見やすくするため、各構成要素の寸法、膜厚等の比率は適宜異ならせてある。また、以下の説明では、基板の表面に沿う方向をＸ方向（例えば図７中、左右方向）およびＹ方向（例えば図７中、紙面と垂直な方向）とし、ＸＹ平面と直交する方向をＺ方向として説明する。

液晶・シール材塗布装置（材料供給装置）６３は、図１に示すように、基板を保持してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向（Ｚ軸と平行な軸周りの回転方向）に移動自在なテーブル６５と、テーブル６５の上方に配設されて液晶材料を吐出、滴下する液滴吐出ヘッド６６と、液滴吐出ヘッド６６の近傍に配設されシール材を塗布するシール材塗布部６７とを主体に構成されている。シール材塗布部６７から塗布されるシール材には、略球形状のギャップ制御材が含まれており、ギャップ制御材の直径は基板のセルギャップと略同じ寸法（直径略３μｍ）に形成されている。なお、液晶材料を滴下させる手段として、液滴吐出ヘッド６６の他、精密薬液吐出機（計量型ディスペンサ）など、滴下する液晶材料量を制御できるものであれば、どのような装置を用いてもよい。また、ギャップ制御材は略球形状に形成され、シール材に含有するものに限ることなく、繊維形状に形成されシール材に含有するものや、シール材に含有せず基板から柱状に突出して形成されたもの等、種々のものを使用することができる。また、基板給除部６２は、液晶・シール材塗布装置６３と後述する基板貼り合わせ装置６４との間で基板を搬送するキャリアを用いている。

基板貼り合わせ装置６４は、図２に示すように、基板を保持してＸ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動自在なテーブル６８と、テーブル６８上に設置された下チャック部６９と、下チャック部６９の上方に配置された真空チャンバ７０と、真空チャンバ７０内に下チャック部６９と対向配置された上チャック部７１と、上チャック部７１をＺ方向に移動自在に支持し、且つ下チャック部６９に向けて加圧する下降機構７２と、から概略構成されている。真空チャンバ７０には、覗き窓７０ａと排気部７６とが設けられている。覗き窓７０ａの上方には、覗き窓７０ａを介して基板上のアライメントマークを拡大、観測する貼り合わせ用顕微鏡７４が配置され、貼り合わせ用顕微鏡７４には、拡大されたアライメントマークの画像を取り込むＣＣＤカメラ８１が備えられている。排気部７６には、収容空間７０ｂ内の気体を排気（真空引き）するための真空ポンプ等の吸引装置７８が接続されている。また、真空チャンバ７０には、シール材５２を仮硬化させる紫外線を照射する水銀ランプ等のＵＶランプからファイバなどを経路として使用したＵＶ照射ユニット８２が備えられている。なお、ＵＶ照射ユニット８２は、シール材５２の粘度を高める程度のエネルギーを供給できればよい。また、シール材５２にエネルギーを与える手段は、ＵＶランプに限られることなく、加熱・冷却装置や、可視光照射装置など、シール材５２の性質によりさまざまな装置を用いることができる。

さらに、基板貼り合わせ装置６４には、ＣＣＤカメラ８１により取り込まれた画像を処理する画像処理部８３と、画像処理部８３により処理されたデータに基づいてテーブル６８と下降機構７２とを制御する制御部８４が設けられている。また、下チャック部６９および上チャック部７１には、互いに対向する保持面６９ａ、７１ａでそれぞれ基板を保持するための保持機構（図示せず）が備えられている。なお、下チャック部６９および上チャック部７１には、静電気力や粘着力を用いたチャック機構、または機械的に基板を保持する機械的保持機構など、略真空雰囲気においても基板を保持できる機構であれば、どのような機構が備えられていてもよい。例えば、基板に石英ガラスを用いた場合、静電気力による保持方法を用いると、保持力が弱く、基板の相対位置を十分な精度で調整することができない。その一方、接着力、分子間力、真空力、機械式保持等の保持方法であれば、石英ガラスでも十分な保持力を発揮することができるため、下チャック部６９および上チャック部７１の保持機構に用いて好適である。

テーブル６８の下チャック部６９には、振動発生装置として超音波発生装置６４１が設けられている。この超音波発生装置６４１は、テーブル６８に保持された基板に対して超音波振動を加え、これにより、基板上に供給された液晶を超音波振動させるものである。本実施形態においては、この超音波発生装置６４１を用いて滴下後の液晶を均一な膜として広げるようにしている。なお、液晶に印加する振動は超音波振動に限られないが、超音波振動を用いれば、基板全面により均一な液晶の膜を形成できるので好ましい。

続いて、上記の製造装置を用いて薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス方式の液晶装置１００を製造する手順について、図３〜図６を用いて説明する。
まず、ガラス基板上にＴＦＴを形成し、さらに画素電極および配向膜等を形成してＴＦＴアレイ基板を作製する一方（図６中のステップＳ１）、ガラス基板上に遮光膜、対向電極、配向膜等を形成して対向基板を作製する（図６中のステップＳ２）。
なお、以下の説明においては、ＴＦＴアレイ基板を下基板１０と称し、対向基板を上基板２０と称して説明する。

図３（ａ）に示すように、対向電極等が形成された上基板２０は基板給除部により運搬されて基板貼り合わせ装置６４の上チャック部７１に給材され、保持機構により上基板２０が保持される。一方、ＴＦＴ等が形成された下基板１０は基板給除部により運搬され、液晶・シール材塗布装置６３のテーブル６５上に給材される（図１参照）。そして、テーブル６５を移動させつつ、下基板１０上にシール材塗布部６７からＵＶ硬化型樹脂や熱硬化樹脂等のシール材が閉じた枠状に塗布される（図６中のステップＳ３）。
次に、テーブル６５を移動させつつ液滴吐出ヘッド６６から液晶を吐出、滴下して、図３（ｂ）に示すように、下基板１０上のシール材５２で囲まれた位置に液晶５０を配置する（図６中のステップＳ４）。下基板１０にはセル厚を一定に保持するためのスペーサー５２ａが配置されている。なお、図３（ｂ）では、液晶５０はシール材５２で囲まれた領域の１箇所に滴下するように図示しているが、１箇所に滴下するものに限られることなく、複数の箇所に滴下してもよい。

液晶が滴下された下基板１０は基板給除部６２により運搬され、図３（ｃ）に示すように、下チャック部６９に給材され（なお、以下の説明では便宜上、液晶５０およびシール材５２の図示を省略する）、保持機構により保持される。
そして、図４（ａ）に示すように、真空チャンバ７０を下降させて下チャック部６９に当接させ、収容空間７０ｂを密封状態に閉塞する。収容空間７０ｂが密封状態となったら、排気部７６から負圧吸引して収容空間７０ｂ内を略真空状態（１．３３Ｐａ〜１．３３×１０^−２Ｐａ）とする。

収容空間７０ｂ内が略真空状態となったら、液晶５０が滴下された下基板１０に対して超音波発生装置６４１により超音波振動を加え、液晶５０を均一な膜に広げる（図６中のステップＳ５）。超音波振動の周波数は、下基板１０の共振周波数（共振周波数＝音速／下基板１０の長さ×整数倍）に設定される。なお、液晶５０は基板全体に均一に広がることが望ましいが、必ずしも均一な膜になる必要はなく、滴下直後よりも低い高さで広がっていればよい。

シール材５２の枠内全体に液晶５０が膜状に均一に広がったら、図４（ｂ）に示すように、上基板２０と下基板１０とに形成されたアライメントマーク（図示せず）を貼り合わせ用顕微鏡７４を用いて拡大してＣＣＤカメラ８１に取り込む。ＣＣＤカメラ８１に取り込まれたアライメントマークの画像データは、画像処理部８３に入力され上基板２０と下基板１０との相対位置が検出される。制御部８４は、画像処理部８３により検出された相対位置に基づき、テーブル６８を駆動して上基板２０と下基板１０との相対位置のズレが許容範囲以内になるように粗位置決めする。なお、上記収容空間７０ｂ内の真空引きと、基板１０、２０の粗位置決めとは同時に併行して実施してもよいし、粗位置決めを先に実施して真空引きを後から実施してもよい。真空引きと粗位置決めとを同時に実施した場合は、製造時間を短縮することができる。また、上チャック部７１には、貼り合わせ用顕微鏡７４および覗き窓７０ａの直下の位置に貫通孔７１ｂが形成されており、この貫通孔７１ｂを介して各基板１０、２０のアライメントマークを検出することができる。

基板１０、２０が粗位置決めされたら、図４（ｃ）に示すように、下降機構７２により上チャック部７１を下降（相対移動）させて対向する基板１０、２０を貼り合わせる（図６中のステップＳ６）。さらに上チャック部７１を下チャック部６９に向けて下降させ、基板１０、２０に加圧してシール材５２を押しつぶす。基板１０、２０の貼り合わせが完了すると、ＵＶ照射ユニット８２により紫外線を照射してシール材５２を仮硬化させ、シール材の粘度を高める（図６中のステップＳ７）。
なお、基板１０、２０を貼り合わせた後の加圧は、製造のプロセスおよびシール材５２などの選択によっては実施しなくてもよい。また、ＵＶ照射ユニット８２によるシール材５２の仮硬化も同様にシール材５２によっては実施しなくてもよい。
また、貼り合わせ後から精密位置合わせまでの間にズレの発生が予想され、そのズレ量、方向が統計的に予想される場合には、ズレ発生後の基板１０、２０の位置関係が上述した範囲内に収まるように、あらかじめオフセットさせて粗位置決めしてもよい。

この後、収容空間７０ｂ内に大気が導入され、略真空状態から大気圧に戻される。真空チャンバ７０の収容空間７０ｂが大気圧になると、圧力差により両基板１０、２０は押圧されてシール材５２はさらに押しつぶされる（図６中のステップＳ８）。その後、図５に示すように、上チャック部７１と下チャック部６９との保持を解除し、真空チャンバ７０を上昇させる。そして、下チャック部６９に非保持状態で載置されている基板（この場合は基板１０、２０が貼り合わされた液晶装置１００）を基板給除部６２により除材する。その後、精密アライメント、ＵＶランプによるシール材５２の本硬化が行われ（図６中のステップＳ９）、液晶装置１００の製造が完了する。

本実施形態の液晶装置の製造方法においては、液滴吐出ヘッド６６により下基板１０に液晶５０を供給した後、この液晶５０に対して超音波振動を加え、これを膜状に均一に広げた状態で下基板１０にシール材５２を介して上基板２０を貼り合わせている。このため、供給直後のように液晶５０が大きく盛り上がった状態で基板１０，２０を貼り合せる場合に比べて、液晶５０のシール材５２の外部への漏れ出し量を少なくすることができる。また、シール材５２の上部に液晶５０が付着しなくなるので、シール材５２の接着強度が高く、信頼性にも優れた液晶装置１００を提供することができる。

また、本実施形態では、基板１０，２０の貼り合わせが減圧雰囲気で行なわれるため、基板の貼り合わせに際して、液晶５０中に含まれる気泡の除去も同時に行なうことができる。特に、液晶５０は超音波振動により膜状に広がった状態となっているので、供給直後のようにドット状に盛り上がった状態に比べて液晶５０の表面積が広くなり、気泡の除去効率も向上させることができる。

さらに、液晶５０はシール材５２を形成した下基板１０に対して供給されるので、膜状に広がった液晶５０はシール材５２が土手となってそれ以上広がることがなく、液晶５０が広がりすぎることによって逆にシール材５２の外側に液晶５０が漏れ出すことを防止することができる。ただし、シール材５２の形成されない上基板２０に液晶５０を供給できないわけではなく、超音波振動の強さや超音波振動を加える時間等を制御することによって液晶の広がりを適切な範囲に制御すれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、超音波発生装置６４１をテーブル６８の内部に設けたが、超音波発生装置６４１の設置位置は必ずしもこれに限定されず、テーブル６８とは別に外付けで超音波発生装置６４１を設けることも可能である。この場合、超音波発生装置６４１としては、下基板１０に直接接触する接触式の超音波発生装置であってもよいし、下基板１０に接触せずに外部から下基板１０若しくは液晶５０に対して超音波を照射する非接触式の超音波発生装置であってもよい。ただし、接触式のタイプは減圧雰囲気でも使用できるが、非接触式のタイプは必ずしも減圧雰囲気で使用できるわけではないので、使用の目的に応じてこれらを使い分けることが必要である。また、液晶中の気泡の除去を必要としない場合には、液晶・シール材塗布装置（材料供給装置）６３に超音波発生装置６４１を設置することも可能である。

［電子機器］
以下、上記実施の形態の液晶装置を備えた電子機器の具体例について説明する。
図７は、携帯電話の一例を示した斜視図である。
図７において、符号１０００は携帯電話本体を示し、符号１００１は上記実施の形態の液晶装置を用いた表示部を示している。
図７に示す携帯電話は、上記の液晶装置を用いた表示部を備えているので、表示品位に優れた表示部を有する電子機器を実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施の形態では、電気光学装置の例としてＴＦＴをスイッチング素子としたアクティブマトリクス型液晶装置の例を挙げたが、薄膜ダイオード（Thin Film Diode,ＴＦＤ）をスイッチング素子としたアクティブマトリクス型の液晶装置、パッシブマトリクス型の液晶装置でも良い。さらに、液晶装置のみならず、本発明は他の電気光学装置にも適用が可能である。

本発明の一実施形態の液晶装置の製造方法に用いる液晶・シール材塗布装置の概略構成図である。 同、製造方法に用いる基板貼り合わせ装置の概略構成図である。 同、製造プロセスを順を追って示す工程図である。 同、工程図の続きである。 同、工程図の続きである。 同、製造プロセスのフローチャートである。 電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…下基板、２０…上基板、５０…液晶、５２…シール材、６３…液晶・シール材塗布装置（材料供給装置）、６４…基板貼り合わせ装置、６４１…超音波発生装置（振動発生装置）、６８…テーブル、７０…真空チャンバ

Claims (9)

1. シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶装置の製造方法であって、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上に液晶を供給する工程と、
   前記一方の基板に振動を加え、供給した前記液晶を膜状に広げた状態で、当該一方の基板に前記シール材を介して他方の基板を貼り合せる工程とを有することを特徴とする、液晶装置の製造方法。
2. 前記振動は、超音波振動であることを特徴とする、請求項１記載の液晶装置の製造方法。
3. 前記基板の貼り合わせは、減圧雰囲気で行なわれることを特徴とする、請求項１又は２記載の液晶装置の製造方法。
4. 前記液晶は、前記シール材を形成した基板に対して供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの項に記載の液晶装置の製造方法。
5. シール材を介して貼り合わされた一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶装置の製造装置であって、
   前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板上に液晶を供給する材料供給装置と、
   前記液晶を供給した前記一方の基板に対して振動を加える振動発生装置と、
   前記一方の基板に前記シール材を介して他方の基板を貼り合せる基板貼り合わせ装置とを有することを特徴とする、液晶装置の製造装置。
6. 前記基板貼り合わせ装置には、前記基板を保持するためのテーブルと、前記テーブルを内部に収容する真空チャンバとが設けられていることを特徴とする、請求項５記載の液晶装置の製造装置。
7. 前記振動発生装置は、前記テーブルに設けられていることを特徴とする、請求項６記載の液晶装置の製造装置。
8. 前記振動発生装置は、前記テーブルとは別に設けられていることを特徴とする、請求項６記載の液晶装置の製造装置。
9. 前記振動発生装置は、超音波振動を発生する超音波発生装置であることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかの項に記載の液晶装置の製造装置。

Images