JP2008123003A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】均一な密度のシール剤を形成して、貼り合わせ工程時に液晶が汚染せず且つセル切断工程が容易となるようにした液晶表示素子の製造方法及び、それにより製造された液晶表示素子を提供する。
【解決手段】下部基板及び上部基板を用意する工程と、前記両基板の中何れか一方の基板上のダミー領域に補助UV硬化型シール剤を付与し、続けてメインUV硬化型シール剤を付与する工程と、前記両基板の中何れか一方の基板上に液晶を滴下する工程と、前記両基板を貼り合わせる工程と、前記貼り合わせ基板にUVを照射する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図3b

Description

本発明は液晶表示素子(LCD)に係り、特に液晶滴下方式による液晶表示素子のシール剤に関する。
表示画面の厚さが僅か数cmに過ぎない超薄型の平板表示素子、その中でも液晶表示素子は、動作電圧が低くて消費電力が少なく、携帯用に用いられる等の利点から、ノート型パソコン、モニター、宇宙船、航空機などに至るまでその応用分野が幅広くなりつつある。
かかる液晶表示素子は、通常、その上に薄膜トランジスタと画素電極とが形成されている下部基板と、前記下部基板と対向するように形成され、その上に遮光膜、カラーフィルター層、及び共通電極が形成されている上部基板と、そして、前記両基板の間に形成されている液晶層とから構成されており、前記画素電極と共通電極によって両基板の間に電気場が形成され液晶が駆動し、その駆動する液晶を介して光透過度が調節されることで画像がディスプレイされるようになっている。
かかる構造の液晶表示素子において、前記下部基板と上部基板の間に液晶層を形成する方法として、従来は毛細管現象と圧力差を用いた真空注入方式を使用していたが、この方式は液晶注入時間が長時間所要となり、基板が大面積化すると生産性が劣るという問題があった。
従って、前記問題点を解決するため液晶滴下方式という新たな方法が提案されているが、以下に添付の図面を参照して従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造方法を説明する。
図1a〜図1dは従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図である。図面には一つの単位セルのみ示されているが、基板の大きさによって複数個の単位セルも形成可能である。
まず、図1aのように、下部基板1と上部基板3とを用意する。図示していないが、下部基板1上には縦横に交差して画素領域を形成する複数個のゲート配線とデータ配線とを形成し、そのゲート配線とデータ配線との交差点に薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタと連結される画素電極を前記画素領域に形成する。
また、上部基板3上には前記ゲート配線、データ配線、及び薄膜トランジスタ形成領域からの光リークの発生を遮断するための遮光膜を形成し、その上に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルター層を形成し、その上に共通電極を形成する。また、前記下部基板1と上部基板3の中少なくとも一方の基板上に液晶の初期配向のための配向膜を形成する。
そして、図1bのように、前記下部基板1上にシール剤7を形成し、液晶5を滴下して液晶層を形成する。そして、前記上部基板3上にセルギャップ保持のためのスペーサを散布する。
この際、このような液晶滴下方式では、後工程のシール剤7の硬化工程において、貼り合わせ基板に液晶層が形成されているため、前記シール剤7として熱硬化型シール剤を使用すると、シール剤が加熱中に流れ出て液晶5を汚染させることがあるので、UV硬化型シール剤が使用されている。
また、前記シール剤7を形成する方法としては、スクリーン印刷法、ディスペンサー法などがあるが、スクリーン印刷法はスクリーンが基板と接触するため、基板上に形成された配向膜などが損傷するおそれがあり、基板が大面積化した場合はシール剤の損失量が多くて非経済的であることから、メインとしてディスペンサー法を使用しつつある。
そして、図1cのように、前記下部基板1と上部基板3とを貼り合わせる。
そして、図1dのように、UV照射装置9を介してUVを照射して、前記シール剤7を硬化させる。
また、図示していないが、前記UV照射工程を通じてシール剤を硬化させた後、単位セルで基板を切断し、最終検査を通じて一つの液晶セルを完成する。
一方、図2a及び図2bはディスペンサー法を用いてUV硬化型シール剤を形成する工程を示す図面であって、液晶滴下方式は液晶を注入するための注入口が必要ないので、図2a及び図2bのように、下部基板1上にディスペンシング装置8を使用して注入口を有しないパターンでシール剤7を形成する。
しかしながら、前記シール剤7は粘度が高くて、前記ディスペンシング装置8のノズル先に塊になっており、そのため、最初シール剤を形成するスタートポイントにシール剤が過多分布となっていた(図2bの′A′領域)。
このように過多分布したシール剤は、図2cのように、下部基板1と上部基板3との貼り合わせ工程時にアクティブ領域(基板の中央部)及びダミー領域(基板の外郭部)の両側に広がり、アクティブ領域に広がったシール剤は液晶を汚染させるし、ダミー領域に広がったシール剤はセル切断線まで浸透してセル切断工程を難しくするような問題点があった。
そこで、本発明の目的は、均一な密度のシール剤を形成して、貼り合わせ工程時に液晶が汚染せず且つセル切断工程が容易となるようにした液晶表示素子の製造方法及び、それにより製造された液晶表示素子を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明による液晶表示素子の製造方法は、下部基板及び上部基板を用意する工程と、前記両基板の中何れか一方の基板上のダミー領域に補助UV硬化型シール剤を付与し、続けてメインUV硬化型シール剤を付与する工程と、前記両基板の中何れか一方の基板上に液晶を滴下する工程と、前記両基板を貼り合わせる工程と、前記貼り合わせ基板にUVを照射する工程とを含むことを特徴とする。
この際、前記メインシール剤は液晶の漏れ防止や基板の接着機能などシール剤の本来の機能を果たすものであり、前記補助シール剤はシール剤の本来機能を果たせるものではない。
即ち、本発明は基板上のダミー領域に補助シール剤を形成し、その後閉鎖型のメインシール剤を形成することで、ディスペンシング装置のノズル先に塊になっているシール剤が基板上のダミー領域に形成されるようにしたものである。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて説明する。
図3a〜図3dは本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図である。図面には一つの単位セルのみ示されているが、基板の大きさによって基板上に複数個の単位セルが形成可能である。
まず、図3aのように、下部基板10と上部基板30とを用意する。図示はしていないが、下部基板10上には縦横に交差して画素領域を形成する複数個のゲート配線とデータ配線とを形成し、そのゲート配線とデータ配線との交差点にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、オーミックコンタクト層、ソース/ドレイン電極、及び保護膜からなる薄膜トランジスタを形成し、前記薄膜トランジスタと連結される画素電極を前記画素領域に形成する。
また、前記画素電極上に液晶の初期配向のための配向膜を形成する。この際、前記配向膜はポリアミド又はポリイミド系化合物、PVA(polyvinylalcohol)、ポリアミック酸(polyamic acid)等の物質をラビング(rubbing)配向処理して形成することもでき、PVCN(polyvinylcinnamate)、PSCN(polysiloxanecinnamate)、又はCelCN(cellulosecinnamate)系化合物のような光反応性物質を光配向処理して形成することもできる。
また、上部基板30上には前記ゲート配線、データ配線、及び薄膜トランジスタ形成領域からの光リークの発生を遮断するための遮光膜を形成し、前記遮光膜上に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルター層を形成し、そのカラーフィルター層上に共通電極を形成する。また、前記カラーフィルター層と共通電極との間にオーバーコート層を更に形成することもできる。また、前記共通電極上には前述した配向膜を形成する。
そして、前記下部基板10の外郭部にはAgをドット形状に形成して、前記両基板10,30の貼り合わせ後に前記上部基板30上の共通電極に電圧を印加できるようにする。
一方、IPS(In Plane Switching)モード液晶表示素子の場合は、共通電極を画素電極と同一な下部基板上に形成して横電界を誘導し、前記Agドットは形成しない。
そして、図3bのように、前記下部基板10上に液晶50を滴下して液晶層を形成する。また、ディスペンサー法を用いて前記上部基板30の周縁のダミー領域に補助UV硬化型シール剤70aを形成した後、連続して注入口のない閉鎖型のメインUV硬化型シール剤70bを形成する。
前記補助UV硬化型シール剤70aはディスペンシング装置のノズル先に塊になっているシール剤による悪影響を防止するためのものであるから、基板のダミー領域の何れの所に形成しても構わず、前記メインUV硬化型シール剤70bより先に形成すれば十分である。
また、図に示すように直線で形成するか、曲線で形成しても良い。
このようなUV硬化型シール剤70a,70bとしては、両先端にアクリール基が結合されたモノマー又はオリゴマーをイニシエーターと混合して使用するか、一方の先端にはアクリール基が、他方の先端にはエポキシ基が結合されたモノマー又はオリゴマーをイニシエーターと混合して使用することが好ましい。
前記液晶50は前記メインUV硬化型シール剤70bが硬化する前にシール剤70bと接すると汚れやすい。従って、前記液晶50は前記下部基板10の中央部に滴下することが好ましい。このように中央部に滴下した液晶50は前記シール剤70bが硬化した後まで徐々に広がり、基板全体に均一な密度で分布される。
一方、これに限定されず、前記液晶50を上部基板30上に形成することができ、前記UV硬化型シール剤70a,70bを下部基板10上に形成することもできる。また、前記液晶50とUV硬化型シール剤70a,70bとを同一基板に形成することもできる。
但し、前記液晶50とUV硬化型シール剤70a,70bとを同一基板に形成する場合、液晶とUV硬化型シール剤が形成される基板と、形成されない基板との工程間に不均衡が発生して工程時間が増加し、液晶とシール剤とが同一基板に形成されると、接着前にシール剤に汚染物質が生じても基板洗浄が行えないことから、前記液晶とシール剤とは互いに異なる基板に形成した方が好ましい。
従って、図3bのように、前記上部基板30上にUV硬化型シール剤70a,70bを形成した後、後工程の貼り合わせ工程前に前記上部基板30を洗浄する工程が更に行える。
また、図示してはいないが、前記両基板10,30の中何れか一方の基板、好ましくは前記上部基板30上にセルギャップ保持のためのスペーサを形成することができる。
前記スペーサは球状スペーサを適正濃度で溶液中に混合した後、噴射ノズルから高圧で基板上に散布して形成することができ、柱状スペーサを前記ゲート配線又はデータ配線の形成領域に対応する基板上に取り付けて形成することもできるが、球状スペーサは大面積に適用する場合にセルギャップが不均一となる短所があるので、大面積の基板には柱状スペーサを形成した方が好ましい。この際、前記柱状スペーサとしては感光性有機樹脂を使用した方が好ましい。
そして、図3cのように、前記下部基板10と上部基板30とを貼り合わせる。貼り合わせ工程は前記両基板の中液晶が滴下されている一方の基板を下面に固定し、他方の基板を層形成面が前記一方の一基板に向かうように180°回転させ上面に位置させた後、上面に位置した一基板に圧力を加えて両基板を貼り合わせるか、又は前記離隔している両基板の間を真空化した後、真空を解除して両基板を貼り合わせることもできる。
そして、図3dのように、前記貼り合わせ基板にUV照射装置90を介してUVを照射する。このようにUVを照射すると、前記UV硬化型シール剤を構成するイニシエーターにより活性化されたモノマー又はオリゴマーが重合反応を行い、高分子化されることにより、下部基板10と上部基板30とが接着する。
この際、前記UV硬化型シール剤として、一方の先端にはアクリール基が、他方の先端にはエポキシ基が結合されたモノマー又はオリゴマーをイニシエーターと混合して使用した場合は、このようなUV照射によってエポキシ基が反応しないので、前記UV照射工程後に更に加熱工程を行ってシール剤を完全に硬化させる。前記加熱工程は約120℃で1時間程度行うことが好ましい。
そして、図示していないが、前記UV照射工程後に単位セルで基板を切断する工程及び最終検査工程を行う。
セル切断工程は、基板材質のガラスより硬度の高いダイアモンド材質のペンのようなスクライブ装備で貼り合わせ基板の表面に切断線を形成(スクライブ工程:scribing process)した後、機械的パワーを加え、前記切断線に沿って基板を切断(ブレーキ工程:break process)して行うこともでき、ダイアモンド材質のペンを鋸歯状に形成させ、スクライブ及びブレーキ工程を一つの工程として行うこともできる。
このような切断工程の切断線は前記補助UV硬化型シール剤70aの最初の形成部の内側に形成され、結果的に塊になっている過密の補助UV硬化型シール剤は除去されるようになる。
前記最終検査工程とは前記セル単位で切断した基板が液晶モジュールで組み立てられる前に不良有無を確認する工程であって、電圧印加時又は非印加時にそれぞれの画素が正常に駆動しているかを検査する。
図4a 〜図4dは本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中、UV照射工程のみを示す斜視図であって、この実施形態は、シール剤形成領域以外の領域をマスクで蔽ってUVを照射することを除いては上述した一実施形態と同様である。従って、同一部分は同一の符号を付し、その説明を省略する。
UV照射工程時に貼り合わせ基板の全面にUVを照射すると、基板上に形成されていた薄膜トランジスタなどの素子特性に悪影響を与えるし、液晶の初期配向のために形成された配向膜のプリチルト角が変わることがあった。
従って、本発明の他の一実施形態は、貼り合わせ基板のシール剤形成領域以外の領域をマスクで蔽ってUVを照射することに関する。
この際、図4aは貼り合わせ基板の上側に補助UV硬化型シール剤70a及びメインUV硬化型シール剤70bが形成された領域以外の領域を蔽うマスク80を位置させ、UVを照射する工程に関する。
図面には貼り合わせ基板の上側にマスク80を位置させた場合のみ示されているが、貼り合わせ基板の下側にマスクを位置させることも可能である。また、図面には貼り合わせ基板の上部基板30面にUV照射する場合のみ示されているが、貼り合わせ基板を回転して下部基板10面にUV照射するようにすることも可能である。
一方、UV照射装置90で照射したUVが反射して反対側に照射される場合、前述したように、薄膜トランジスタ及び配向膜などの特性に影響を与える可能性がある。従って、マスクを貼り合わせ基板の上側及び下側に二重に形成させることがより好ましい。
図4bはこのように貼り合わせ基板の上側及び下側に、補助UV硬化型シール剤70a及びメインUV硬化型シール剤70bが形成された領域以外の領域を蔽うマスク80,82を二重に位置させ、UVを照射する工程に関する。
一方、前記補助UV硬化型シール剤70aはシール剤の本来機能を行うものではないので硬化しなくても構わない。また、前記補助UV硬化型シール剤70aが形成された領域は、後工程のセル切断工程時にセル切断線と重なる領域であるので、硬化しない方がセル切断時により有利である。
図4c及び図4dは、このようにメインUV硬化型シール剤70bが形成された領域以外の領域をマスクで蔽ってUVを照射することにより、補助UV硬化型シール剤70aが硬化しないようにしたものに関する。
この際、図4cはマスク80を貼り合わせ基板の上側又は下側に位置させ、UVを照射する場合を示しており、図4dはマスクを貼り合わせ基板の上側及び下側に位置させ、UVを照射する場合を示す。
図5a及び図5bは本発明のまた他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中、UV照射工程のみを示す斜視図であって、この実施形態は、UVを傾斜して照射することを除いては上述した一実施形態と同様である。従って、同一部分は同一の符号を付し、その説明は省略する。
UV照射時、シール剤が形成された領域上に遮光膜やゲート配線、及びデータ配線などの金属配線層が形成されている場合は、その領域にUV照射が遮断され、シール剤が硬化しなくなるので、結果として下部基板と上部基板との接着力が劣るという問題点が発生する。
従って、本発明の他の一実施形態は、UV硬化型シール剤が形成された基板上にUVを傾斜して照射することにより、UV照射面とシール剤との間に遮光膜や金属配線層が形成されていても、その領域でシール剤の硬化が可能であるようにしたものに関する。
前記UVを傾斜して照射するためには、図5aのように、貼り合わせ基板を水平に位置させ、UV照射装置90を傾斜角θに傾斜するよう位置させることもでき、図5bのように、貼り合わせ基板を傾斜して位置させ、UV照射装置90を水平に位置させることもできる。
また、図示してはいないが、図4a〜図4dに示すように、シール剤形成領域以外の領域をマスクで蔽ってUVを傾斜するよう照射することも可能である。
図6は本発明の一実施形態による液晶表示素子の斜視図であり、図7a及び図7bはそれぞれ図6のA−A線及びB−B線に沿って切断した断面図である。
図6及び図7に示すように、本発明の一実施形態は、下部基板10及び上部基板30と、前記両基板10,30の間に形成され、ダミー領域に形成された補助UV硬化型シール剤70aと前記補助UV硬化型シール剤と連結された閉鎖型のメインUV硬化型シール剤70bとからなるUV硬化型シール剤と、前記両基板10,30の間に形成された液晶層50とを含んで構成される液晶表示素子に関する。
この際、図示してはいないが、前記下部基板10上には薄膜トランジスタ、画素電極、及び配向膜が形成されており、前記上部基板30上には遮光膜、カラーフィルター層、共通電極、及び配向膜が形成されている。
また、前記両基板10,30の間にはセルギャップ保持のためのスペーサが形成されている。
以上、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が自明な範囲内で変更実施が可能であろう。
以上説明したように、本発明によれば、ディスペンシング装置のノズル先に塊になっているシール剤が基板上のダミー領域に形成されることにより、貼り合わせ工程によって液晶層が汚染されるおそれがなく、セル切断工程が容易となる。
また、本発明に基づいて貼り合わせ基板の上側及び/又は下側にマスクを形成し、UVを照射する場合、UV硬化型シール剤が形成された領域のみにUVが照射され、その他の領域はUV照射が遮断されるので、基板上に形成された配向膜が損傷したり、薄膜トランジスタなどの素子特性が劣ることがない。
また、本発明に基づきUVを傾斜して照射する場合、シール剤上に遮光膜や金属配線層が形成されているとしてもシール剤の硬化が可能であって、下部基板と上部基板との接着力が劣ることがない。
従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 従来の液晶滴下方式による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 従来のディスペンサー法によってシール剤を形成する工程を示す斜視図 従来のディスペンサー法によってシール剤を形成する工程を示す斜視図 従来のディスペンサー法により形成されたシール剤の貼り合わせ工程後の形状を示す斜視図 本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の他の一実施形態による液晶表示素子の製造工程の中UV照射工程を示す斜視図 本発明の一実施形態による液晶表示素子の概略的な斜視図 図6のA−A線で切断した断面図 図6のB−B線で切断した断面図
符号の説明
10:下部基板
3,30:上部基板
5,50:液晶
7:UV硬化型シール剤
70a:補助UV硬化型シール剤
70b:メインUV硬化型シール剤
80,82:マスク
9,90:光照射装置

Claims (15)

  1. 下部基板及び上部基板を用意する工程と、
    前記両基板の中何れか一方の基板上のダミー領域に補助UV硬化型シール剤を付与し、続けてメインUV硬化型シール剤を付与する工程と、
    前記両基板の中何れか一方の基板上に液晶を滴下する工程と、
    前記両基板を貼り合わせる工程と、
    前記貼り合わせ基板にUVを照射する工程と
    を含む液晶表示素子の製造方法。
  2. 前記補助UV硬化型シール剤と前記メインUV硬化型シール剤とは隣接していることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の製造方法。
  3. 前記メインUV硬化型シール剤と前記補助UV硬化型シール剤とはUV照射によって部分的に硬化することを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の製造方法。
  4. 前記UV硬化型シール剤は、両先端にアクリール基が結合されたモノマー又はオリゴマーを用いて形成することを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の製造方法。
  5. 前記UV硬化型シール剤は、一方の先端にはアクリール基が、他方の先端にはエポキシ基が結合されたモノマー又はオリゴマーを用いて形成することを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の製造方法。
  6. 前記UV照射工程の後、加熱工程を更に含むことを特徴とする請求項5記載の液晶表示素子の製造方法。
  7. 前記UV照射工程は、前記UV硬化型シール剤が形成された領域以外の領域をマスクで蔽って行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  8. 前記UV照射工程は、前記メインUV硬化型シール剤が形成された領域以外の領域をマスクで蔽って行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  9. 前記UV照射工程はUVを貼り合わせ基板面に対して傾斜して照射することを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  10. 前記上部基板上に柱状スペーサを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  11. 前記UV硬化型シール剤を前記上部基板上に形成し、前記液晶を前記下部基板上に滴下することを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  12. 前記貼り合わせ基板を単位セルで切断する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の液晶表示素子の製造方法。
  13. 前記切断工程の切断線を前記補助UV硬化型シール剤の最初の形成部の内側に形成したことを特徴とする請求項12記載の液晶表示素子の製造方法。
  14. 前記補助UV硬化型シール剤がUVに露出されないようUV照射前にメインUV硬化型シール剤が形成された領域以外の領域にマスクを位置する工程と、
    前記合着した基板を単位セルに切断することを更に含むことを特徴とする請求項3記載の液晶表示素子の製造方法。
  15. 下部基板及び上部基板と、
    前記両基板の間に形成され、ダミー領域に形成された補助UV硬化型シール剤とその補助UV硬化型シール剤と連結された閉鎖型のメインUV硬化型シール剤とからなるUV硬化型シール剤と、
    前記両基板の間に形成された液晶層と
    を含んで構成される液晶表示素子。
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