JP2008033076A

JP2008033076A - 液晶表示素子の製造方法及びその製造装置

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Publication number: JP2008033076A
Application number: JP2006207487A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Okochi; 望大河内
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】配向膜への不純物の付着や経時変化を抑制して表示品質や製品歩留まりを更に向上させることが可能な液晶表示素子の製造装置を提供する。
【解決手段】表示エリア１２を有する画素電極基板４の表面に配向膜１４を形成し、透明電極１６を有する透明電極基板６の表面に配向膜１８を形成し、両基板をシール接着剤２０により接合することにより液晶ＬＣを封止してなる液晶表示素子の製造装置において、真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現できて内部に搬送ロボット５４を有する搬送室４２と、真空中にて画素電極基板と透明電極基板の表面にそれぞれ配向膜を形成する成膜室４６と、配向膜が形成された画素電極基板、或いは透明電極基板にシール接着剤を塗布し、シール接着剤で囲まれたエリアに液晶を滴下するシール接着剤・液晶処理室４８と、真空中にて両基板を互いに貼り合わせる貼り合わせ室５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の画素電極を有する液晶表示素子の製造方法及びその製造装置に関する。

近年、プロジェクタやプロジェクションＴＶ（テレビジョン）等のプロジェクションディスプレイの映像表示部として、高解像度と高輝度化を実現し得ることから、ＩＣシリコン基板とガラス基板を貼り合わせ、その間に液晶を配したＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）と呼ばれる反射型の液晶表示素子が注目され、実際に実用化されている（特許文献１、２、３、４）。かかる反射型の液晶表示素子の構造と駆動原理について説明する。図５は一般的な反射型の液晶表示素子の一例を示す拡大断面図、図６は図５に示す液晶表示素子の分解斜視図、図７は液晶表示素子の製造方法の初期の段階を説明するための斜視図である。

図５に示すように、液晶表示素子２は、画素電極基板４と、透明電極基板６とを、その間に形成された隙間８に液晶ＬＣを封止して形成されている。上記画素電極基板４は、例えばシリコン基板等の半導体基板を切り出したものであり、その表面には、例えばアルミニウム合金よりなる反射型の画素電極１０が縦横にマトリクス状に多数配置されており、この画素電極１０の下部には、この画素電極１０を駆動するための例えばＣ−ＭＯＳ型のスイッチング素子や保持容量等よりなる図示しない駆動回路が設けられている。上記画素電極１０が配列されている領域が表示エリア１２となっている。

また上記表示エリア１２には、ここに設けた画素電極１０の上面全体を覆うように、液晶ＬＣを配向させるための例えばポリイミド膜や酸化シリコン膜よりなる配向膜１４が形成されている。また上記透明電極基板６は、例えば透明なガラス基板よりなり、その対向面側には例えばＩＴＯ（インジウムースズ酸化物）よりなる透明電極１６が全面に共通に形成されている。そして、この透明電極１６の表面には、液晶ＬＣを配向させるための例えばポリイミド膜や酸化シリコン膜よりなる配向膜１８が形成されている。

そして、上記画素電極基板４と透明電極基板６とは、上記画素電極１０と透明電極１６とを対向させ、表示エリア１２の周囲に接着剤とスペーサとを含むシール接着剤２０を介在させて固着されており、上記隙間８内に液晶ＬＣを封入している。

そして、図６に示すように、上記シール接着剤２０は、両基板の接合前に液晶ＬＣを滴下することから上記表示エリア１２の周囲を完全に囲むようにして塗布されている。このような液晶表示素子２では、透明電極基板６の透明電極１６と各画素電極１０との間に電圧が印加され、液晶ＬＣが駆動される。ここに透明電極基板６側から読み出し光Ｌが入射して、液晶ＬＣによって変調を受ける。この変調の度合いは各画素でコントロールされて、コントラストを有する画像となって反射型の画素電極１０で反射され、再度、透明電極基板６側へ出射する。このようにして、出射された画像は、各種光学部品からなる光学エンジンによって、所望される特性を得て、フロントプロジェクタやリアプロジェクションＴＶの画像となる。

上記したような液晶表示素子２は、その生産性向上、歩留まり向上、製造コスト低減のために、個々に作るのではなく、一般的には、図７に示すように、一度に多数の素子を一括して製造することが行われている。すなわち、例えば円板状の大口径のシリコン基板よりなる画素電極基板４の一面側に、前述したような表示エリア１２を複数個所定の間隔ずつ隔ててマトリクス状に形成し、この基板４の表面に円板状の大口径の例えばガラス基板よりなる透明電極基板６を接合して固着する。この場合、画素電極基板４側にはすでに配向膜１４が形成されており、また、透明電極基板６側には、透明電極１６及び配向膜１８が形成されているのは勿論である。

ここで、上記透明電極基板６としては、円板形状のものに限らず、四角形状のものも用いられる。そして、両基板４、６を貼り合わせて接合及び固着して貼り合わせ基板を形成し、この貼り合わせ基板を個々の素子単体に分断して切り出すことによって図５に示す単体の液晶表示素子２を複数得る。

ここで上記した動作の一連の流れを、図８を参照して説明する。図８は従来の液晶表示素子の製造装置の一例を示す概略構成図である。図８に示すように、前工程で配向膜１４（図５参照）が予め形成された画素電極基板４をシール室２２に取り込み、この中にて真空中でシールディスペンサ２４を用いて上記画素電極基板４の表面に表示エリア１２（図５参照）を囲むようにしてシール接着剤２０を塗布する。
次に、この画素電極基板４を隣の液晶室２６へ搬送し、この中にて真空中で液晶ディスペンサ２８を用いて表示エリア内に所定量の液晶ＬＣを滴下させる。

次に、この画素電極基板４を隣りの貼り合わせ室３０へ搬送する。この中にて真空中で上記画素電極基板４と予め共通の透明電極１６や配向膜１８（図５参照）が形成されている透明電極基板６とを互いに接合する。そして、真空排気系３２を徐々に解除して貼り合わせ室３０内の真空度を少しずつ緩和してセルギャップ調整を行い、最終的に大気圧状態とする。

次に、この貼り合わせ基板を隣りのシール硬化室３４へ搬送し、この中で例えば紫外線照射ランプ３６を用いて紫外線を照射し、上記シール接着剤２０を硬化させて、これにより液晶表示素子２が完成される。尚、上記画素電極基板４として大口径のウエハを用いた場合には、その後、前述したように、個々の液晶表示素子２にダイサーにより分断されることになる。そして、製品の歩留まりの向上を図るために、上記液晶表示素子２の製造工程においては、液晶ＬＣを滴下する際に液晶滴下量を高精度にコントロールし、またセルギャップの均一性を向上させることがなされていた。

特開平０５−８０３３６号公報特許第３０７７１２６号公報特開２０００−４７２１１号公報特開２００４−１７７５４２号公報

ところで、上述したような従来の製造方法にあっては、液晶滴下量やセルギャップの均一性をそれぞれ高精度でコントロールしているので、ある程度の高い製品歩留まりを実現することができている。しかしながら、これらの前工程で、画素電極基板４や透明電極基板６の表面にそれぞれ配向膜１４、１８を蒸着形成した後に、これらの両基板は常温常圧の大気中に取り出された状態となっているので、この配向膜１４、１８に水分等の不純物が付着してしまい、この結果、上記不純物が表示品質を劣化させたり、製品歩留まりを低下させる原因になる、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、配向膜への不純物の付着や経時変化を抑制して表示品質や製品歩留まりを更に向上させることが可能な液晶表示素子の製造方法及びその製造装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、複数の画素電極を配列してなる表示エリアを少なくとも１つ有する画素電極基板の表面に配向膜を形成し、共通な透明電極を有する透明電極基板の表面に配向膜を形成し、前記画素電極と前記透明電極とを対向させて間に液晶を介在させて前記両基板をシール接着剤により接合することにより前記液晶を封止してなる液晶表示素子の製造方法において、真空中にて前記画素電極基板及び透明電極基板の表面に前記配向膜をそれぞれ形成する配向膜形成工程と、前記配向膜形成工程後に、真空中にて前記画素電極基板の表示エリアを囲むようにして、或いは前記表示エリアに対応する前記透明電極基板の対応エリアを囲むようにして前記シール接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記接着剤塗布工程後に、前記シール接着剤で囲まれたエリアに前記液晶を滴下する液晶滴下工程と、前記液晶滴下工程後に、真空中にて前記両基板を互いに貼り合わせる貼り合わせ工程と、を有すると共に、前記配向膜形成工程から前記貼り合わせ工程までを真空を保持した状態で行なうことを特徴とする液晶表示素子の製造方法である。

請求項２に係る発明は、複数の画素電極を配列してなる表示エリアを少なくとも１つ有する画素電極基板の表面に配向膜を形成し、共通な透明電極を有する透明電極基板の表面に配向膜を形成し、前記画素電極と前記透明電極とを対向させて間に液晶を介在させて前記両基板をシール接着剤により接合することにより前記液晶を封止してなる液晶表示素子の製造装置において、必要に応じて真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現できて内部に基板搬送用の搬送ロボットを有する搬送室と、前記搬送室に連結されて真空中にて前記画素電極基板と前記透明電極基板の表面にそれぞれ配向膜を形成する成膜室と、前記搬送室に連結されて真空中にて前記配向膜が形成された前記画素電極基板、或いは前記透明電極基板にシール接着剤を塗布すると共に、前記シール接着剤で囲まれたエリアに液晶を滴下するシール接着剤・液晶処理室と、前記搬送室に連結されて真空中にて前記両基板を互いに貼り合わせる貼り合わせ室と、を備えたことを特徴とする液晶表示素子の製造装置である。

本発明に係る液晶表示素子の製造方法及びその製造装置によれば、画素電極基板や透明電極基板にそれぞれ配向膜を形成した後に、両基板を大気圧雰囲気に晒すことなくシール接着剤の塗布、液晶滴下及び両基板の貼り合わせを行うようにしたので、配向膜への不純物の付着や経時変化を抑制することができ、この結果、表示品質や製品歩留まりを更に向上させることができる。

以下に、本発明に係る液晶表示素子の製造方法及びその製造装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る液晶表示素子の製造装置を示す概略構成図、図２は成膜室内の構造を示す概略構成図である。尚、図５〜図８に示した構成部分と同一構成部分については、同一参照符号を付す。

図１に示すように、この液晶表示素子の製造装置４０は、中心に多角形、ここでは５角形になされた搬送室４２を有し、その搬送室４２の各周辺部に、基板ロード室４４、成膜室４６、シール接着剤・液晶処理室４８、貼り合わせ室５０及びシール硬化室５２をそれぞれ連結して取り付けている。

上記各室４２、４４、４６、４８、５０、５２には、それぞれ真空ポンプを含む真空調整ユニット（図示せず）が取り付けられており、真空度を調整できると共に、必要に応じて大気圧復帰できるようになっている。上記搬送室４２と他の各室４４、４６、４８、５０、５２との連結部には、気密に開閉可能になされたゲートバルブＧがそれぞれ設けられると共に、上記基板ロード室４４の反対側には、基板を搬出入する時に気密に開閉可能になされるゲートドアＧ１が設けられている。

上記搬送室４２内には、基板を搬送するために、屈伸及び旋回可能になされた多関節アームよりなる基板搬送用の搬送ロボット５４が設けられており、各室間で基板の受け渡しを行うようになっている。上記基板ロード室４４は、外部からそれぞれ複数の画素電極基板４及び透明電極基板６を取り込んで収容できるようになっている。尚、ここでの画素電極基板４及び透明電極基板６の各表面には、配向膜はまだ形成されていない。

上記成膜室４６内には、図２にも示すように、画素電極基板４と透明電極基板６とを保持するホルダ５６を有しており、このホルダ５６の上方には、スパッタターゲットを含むイオンビームソース５８が設けられ、このイオンビームソース５８を矢印６０の方向に走査することにより材料分子を飛散させて両基板４、６の表面に配向膜をそれぞれ形成できるようになっている。尚、図２に示す構成に代えて、図３に示すように、両基板４、６を下向きにして保持するホルダ６２を設け、この下方に、電子ビーム蒸着源６４を配置し、上記ホルダ６２を矢印６６に示すように走査して両基板４、６の表面に配向膜をそれぞれ形成するようにした機構を設けるようにしてもよい。

上記シール接着剤・液晶処理室４８は、その内部にシール接着剤を塗布するためのシールディスペンサ２４と液晶を滴下するための液晶ディスペンサ２８とが設けられており、基板の表面にシール接着剤を塗布し、且つ液晶を分量の制御性良く滴下できるようになっている。上記貼り合わせ室５０は、その内部に基板接合機構６８を有しており、上記両基板４、６を、その間に液晶を介在させた状態で先に塗布したシール接着剤により、貼り合わせて接合できるようになっている。

上記シール硬化室５２は、その内部に紫外線照射ランプ３６を有しており、例えば紫外線硬化樹脂よりなる上記シール接着剤を硬化できるようになっている。尚、シール接着剤として熱硬化樹脂を用いることもでき、この場合には紫外線照射ランプ３６に代えて熱線を放射する例えば熱線ランプ等を設ける。

次に、上記したように構成された製造装置４０を用いて行われる本発明に係る液晶表示素子の製造方法の一例を図４も参照して説明する。図４は本発明に係る液晶表示素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。

まず、外部より画素電極基板４と透明電極基板６の両基板が基板ロード室４４内へ搬入されて、ここに例えば複数枚ずつ予め収容されている。この画素電極基板４の表面には前工程で画素電極１０（図５参照）がすでにマトリクス状に形成されており、また透明電極基板６の表面には前工程で透明電極１６（図５参照）がすでに形成されている。上記搬送室４２内は通常時には真空状態に維持されており、必要時には例えばＮ_２ガス等を導入することにより大気圧復帰される。また、各室４４、４６、４８、５０、５２間の基板の移動、或いは搬送は、搬送ロボット５４が屈伸及び旋回することにより行われる。尚、必要な場合には、この搬送ロボット５４をＺ軸（垂直）方向へ移動できるようにしてもよい。

そして、上記基板ロード室４４内は真空引きされて所定の真空度になると、上記基板ロード室４４から上記画素電極基板４と透明電極基板６の両基板を、真空状態になされた搬送室４２を介して、予め真空状態に維持されている上記成膜室４６内へ搬送する（Ｓ１）。そして、この成膜室４６内では、図２に示すような機構を用いてイオンビームスパッタ法により、或いは図３に示したような機構を用いて電子ビーム蒸着法により、上記両基板４、６の表面にそれぞれ配向膜１４、１８（図５参照）を形成することにより配向膜形成工程を行なう（Ｓ２）。この配向膜１４、１８としては、例えばＳｉＯ_２膜等の無機配向膜を用いることができる。またこの成膜時の圧力は、例えば１０^−２Ｐａ以下である。

次に、上記配向膜を形成したならば、上記両基板の内のいずれか一方の基板、例えば画素電極基板４を、真空状態の搬送室４２を介して予め真空状態になされているシール接着剤・液晶処理室４８へ搬送する（Ｓ３）。

そして、この処理室４８内では、真空状態を維持したまま上記画素電極基板４の表示エリアの周囲に、シールディスペンサ２４を用いて紫外線硬化型のシール接着剤２０（図５参照）を塗布して接着剤塗布工程を行ない、更に、液晶ディスペンサ２８を用いて上記シール接着剤２０により囲まれた表示エリアに液晶ＬＣを所定量滴下することにより液晶滴下工程を行なう（Ｓ４）。この時の液晶ＬＣの分量は、後の基板貼り合わせ完成後に均一なセルギャップとなるように高精度にコントロールされる。また、この時の処理室４８内の圧力は、例えば１０^−１Ｐａ以下に設定する。尚、ここで上記画素電極基板４に代えて、透明電極基板６にシール接着剤２０を塗布するようにしてもよく、この場合には、接合時に上記表示エリアに対応する対応エリアを囲むようにしてシール接着剤２０を塗布する。

次に、液晶ＬＣの滴下された上記画素電極基板４及び透明電極基板６を、真空状態の搬送室４２を介して予め真空状態になされている貼り合わせ室５０内へ搬送する（Ｓ５）。この場合、他方の透明電極基板６は、上記成膜室４６から直接搬送するようにしてもよいし、搬送室４２内の図示しない保管場所に一時的に保管し、その後、貼り合わせ室５０内へ搬送するようにしてもよい。

このように、両基板４、６が、貼り合わせ室５０内へ搬入されたならば、真空状態を維持しつつ上記基板接合機構６８を用いて、上記両配向膜が対向するようにして上記両基板４、６をシール接着剤２０により貼り合わせて接合することにより貼り合わせ工程を行なう（Ｓ６）。
このように、両基板４、６の貼り合わせ接合が完了したならば、この貼り合わせ室５０内にＮ_２等の不活性ガスを導入して真空度を徐々に緩和する方向へコントロールし、最終的に大気圧状態とする。これにより、貼り合わされた基板における各表示エリアのセルギャップは調整されて所望する値となる（Ｓ７）。このように、両基板４、６に配向膜１４、１８を形成した後から両基板４、６を貼り合わせするまでは、上記両基板４、６を大気圧雰囲気中に晒すことなく、常に真空雰囲気状態中に存在するようにし、配向膜１４、１８の表面に水分や不純物等が付着しないようにする。

上記貼り合わせ工程を行っている間に、上記搬送室４２内に例えばＮ_２等の不活性ガスを供給して、この中を大気圧復帰させておく（Ｓ８）。
そして、大気圧状態になされた上記貼り合わせ室５０から貼り合わせられた基板４、６を、大気圧復帰された搬送室４２を介してシール硬化室５２内へ搬送する（Ｓ９）。そして、このシール硬化室５２内で紫外線照射ランプ３６を用いて紫外線を照射することにより上記シール接着剤２０を硬化させる（Ｓ１０）。これにより、両基板４、６は、表示エリア内に液晶ＬＣを封止した状態で強固に一体的に結合されることになる。

この場合、すでに基板４、６が接合されて配向膜１４、１８が大気に晒されることがないので、シール硬化室５２内の雰囲気を、大気圧とすることができる。
このようにして、シール接着剤２０を硬化したならば、この貼り合わせ基板４、６を、真空状態、或いは大気圧状態の搬送室４２を介して先の基板ロード室４４内へ搬送して戻すことにより（Ｓ１１）、処理が終了する。

以後は、搬送室４２内を真空引きして、上記操作を繰り返し行うことになる。また、搬送室４２内を所定の圧力にするために要する真空引き時間や、この中を大気圧復帰させるために要する時間によっては、直前の基板の処理が完了する前に、待機中の次の基板の処理を開始するようにしてもよい。いずれにしても、両基板４、６に形成された配向膜１４、１８が大気圧雰囲気になされた状態の搬送室４２内に晒されないような状態で両基板４、６を搬送するように処理のスケジューリングが行われる。

このように、画素電極基板４や透明電極基板６にそれぞれ配向膜１４、１８を形成した後に、両基板を大気圧雰囲気に晒すことなくシール接着剤２０の塗布、液晶滴下及び両基板の貼り合わせを行うようにしたので、配向膜への不純物の付着や経時変化を抑制することができ、この結果、表示品質や製品歩留まりを更に向上させることができる。
また、上記の製造方法で作製された液晶表示素子は、液晶ＬＣの配向特性が均一で画像として評価した場合、駆動時の明暗ムラや明るさの経時変化がほとんど無く、リアプロジェクションディスプレイに搭載した場合は、各素子において明るさの経時変化がないため、画像調整としてのγ（ガンマ）調整工程が簡便になり、また色度の経時変化がなく寿命の長い映像デバイスを供することができる。

尚、上記実施例では、シール接着剤・液晶処理室４８よりなる１つの室内でシール接着剤２０の塗布工程と、液晶ＬＣの滴下工程とを行うようにしたが、この処理室４８を２つに分離して２つの処理室にし、一方の室でシール接着剤２０の塗布工程を行い、他方の室で液晶滴下工程を行うようにしてもよい。この場合、例えば搬送室４２を６角形に形成して全ての室を搬送室４２の周辺に接合するようにすればよい。

また、ここでは大口径の半導体ウエハ上に複数の表示エリアが形成されている画素電極基板４を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウエハ上に単一の表示エリアを有する基板を成膜処理等するようにしてもよいし、或いは、予め個々の表示エリア毎に切断分離した複数の画素電極基板４を整列配置した状態で成膜処理等を行ってもよい。
更には、ここでは反射型の液晶表示素子を例にとって説明したが、これに限定されず、透過型の液晶表示素子にも本発明を適用することができる。

本発明に係る液晶表示素子の製造装置を示す概略構成図である。成膜室内の構造を示す概略構成図である。成膜室の変形例の構造を示す概略構成図である。本発明に係る液晶表示素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。一般的な反射型の液晶表示素子の一例を示す拡大断面図である。図５に示す液晶表示素子を示す分解斜視図である。液晶表示素子の製造方法の初期の段階を説明するための斜視図である。従来の液晶表示素子の製造装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

２…液晶表示素子、４…画素電極基板、６…透明電極基板、１０…画素電極、１２…表示エリア、１４，１８…配向膜、１６…透明電極、２０…シール接着剤、２４…シールディスペンサ、２８…液晶ディスペンサ、３６…紫外線照射ランプ、４０…液晶表示素子の製造装置、４２…搬送室、４４…基板ロード室、４６…成膜室、４８…シール接着剤・液晶処理室、５０…貼り合わせ室、５２…シール硬化室、５４…搬送ロボット、Ｌ…読み出し光、ＬＣ…液晶。

Claims

複数の画素電極を配列してなる表示エリアを少なくとも１つ有する画素電極基板の表面に配向膜を形成し、共通な透明電極を有する透明電極基板の表面に配向膜を形成し、
前記画素電極と前記透明電極とを対向させて間に液晶を介在させて前記両基板をシール接着剤により接合することにより前記液晶を封止してなる液晶表示素子の製造方法において、
真空中にて前記画素電極基板及び透明電極基板の表面に前記配向膜をそれぞれ形成する配向膜形成工程と、
前記配向膜形成工程後に、真空中にて前記画素電極基板の表示エリアを囲むようにして、或いは前記表示エリアに対応する前記透明電極基板の対応エリアを囲むようにして前記シール接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記接着剤塗布工程後に、前記シール接着剤で囲まれたエリアに前記液晶を滴下する液晶滴下工程と、
前記液晶滴下工程後に、真空中にて前記両基板を互いに貼り合わせる貼り合わせ工程と、
を有すると共に、前記配向膜形成工程から前記貼り合わせ工程までを真空を保持した状態で行なうことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
複数の画素電極を配列してなる表示エリアを少なくとも１つ有する画素電極基板の表面に配向膜を形成し、共通な透明電極を有する透明電極基板の表面に配向膜を形成し、
前記画素電極と前記透明電極とを対向させて間に液晶を介在させて前記両基板をシール接着剤により接合することにより前記液晶を封止してなる液晶表示素子の製造装置において、
必要に応じて真空雰囲気と大気圧雰囲気とを選択的に実現できて内部に基板搬送用の搬送ロボットを有する搬送室と、
前記搬送室に連結されて真空中にて前記画素電極基板と前記透明電極基板の表面にそれぞれ配向膜を形成する成膜室と、
前記搬送室に連結されて真空中にて前記配向膜が形成された前記画素電極基板、或いは前記透明電極基板にシール接着剤を塗布すると共に、前記シール接着剤で囲まれたエリアに液晶を滴下するシール接着剤・液晶処理室と、
前記搬送室に連結されて真空中にて前記両基板を互いに貼り合わせる貼り合わせ室と、
を備えたことを特徴とする液晶表示素子の製造装置。