JP4738373B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）の製造方法に関し、特に、液晶を基板間に封止する際に滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス型のカラー液晶表示装置はフラットパネルディスプレイの主流として注目され、高品質で大量生産できる製造方法が要求されている。
液晶表示装置の製造工程は大別すると、ガラス基板上に配線パターンや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子（アクティブマトリクス型の場合）等を形成するアレイ工程と、配向処理やスペーサの配置、及び対向するガラス基板間に液晶を封入するセル工程と、ドライバＩＣの取付けやバックライト装着などを行うモジュール工程からなる。このうちセル工程で行われる液晶注入プロセスでは、例えばＴＦＴが形成されたアレイ基板と、それに対向してカラーフィルタ（ＣＦ）等が形成された対向基板とをシール剤を介して貼り合わせた後シール剤を硬化させ、次いで液晶と基板とを真空槽に入れてシール剤に開口した注入口を液晶に浸けてから槽内を大気圧に戻すことにより基板間に液晶を封入する方法（真空注入法）が用いられている。

それに対し近年、例えばアレイ基板周囲に枠状に形成したシール剤の枠内の基板面上に規定量の液晶を滴下し、真空中でアレイ基板と対向基板とを貼り合せて液晶封入を行う滴下注入法が注目されている。滴下注入法による液晶表示パネルの製造工程について簡単に説明する。まず、ＴＦＴ等のスイッチング素子が形成されたアレイ基板面の複数箇所に、図示しない液晶滴下注入装置から液晶を滴下する。次いで、表示領域内に共通（コモン）電極やカラーフィルタが形成され、表示領域外周囲に紫外線（ＵＶ）照射により硬化するシール剤等が塗布された対向基板を位置合わせしてアレイ基板に貼り付ける。この工程は真空中で行われる。次いで、貼り合わせた基板を大気中に戻すと、貼り合わされたアレイ基板と対向基板間の液晶が大気圧により拡散する。次に、シール剤の塗布領域に沿う移動方向でＵＶ光源を移動させながらＵＶ光をシール剤に照射し、シール剤を硬化させる。

この滴下注入法は、従来のパネルの製造に広く用いられてきた真空注入法と比較して、第１に液晶材料の使用量を大幅に低減できること、第２に液晶注入時間を短縮できること等から、パネル製造のコストを低減し量産性を向上させる可能性を有しているため、パネル製造工程での適用が強く望まれている。

ところが、この滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法では、滴下する液晶の量がわずかに変化してもセルギャップが変動してしまい、所定のセルギャップが得られないという問題を有している。
一方、滴下量を微妙に調整できる高精度のディスペンサを用いると、予め決められた所定量の液晶を滴下することしかできないため、比較的少ない滴下量に設定されたディスペンサを用いる場合には数十点も滴下する必要が生じてしまい、タクトが遅くなってしまうという問題や、多数の滴下跡がムラになり表示不良を引き起こす恐れがあるという問題を有している。

本発明の目的は、液晶の滴下量を最適に制御し、且つ短時間で滴下できる滴下注入法を
用いた液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

上記目的は、基板上に液晶を滴下し、前記基板の液晶滴下面側を対向基板に対向させて真空中で貼り合わせてから大気圧に戻すことにより液晶注入を行う滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法において、前記基板上に前記液晶を滴下する際、複数のディスペンサを用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法によって達成される。
上記本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記複数のディスペンサは、１ショット当りの液晶滴下量が異なることを特徴とする。

また、上記目的は、基板上に液晶を滴下し、前記基板の液晶滴下面側を対向基板に対向させて真空中で貼り合わせてから大気圧に戻すことにより液晶注入を行う滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法において、前記基板上の液晶滴下位置を連続的に移動させながら前記液晶を連続的に滴下し、滴下された前記液晶を前記基板上で流動させて拡散させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法によって達成される。
上記本発明の液晶表示装置の製造方法において、前記液晶を複数のノズルを介して滴下することを特徴とする。また、前記基板を水平方向に対し０°以上８５°以下の範囲で傾けて前記液晶を滴下することを特徴とする。

以上の通り、本発明によれば、液晶の滴下量を最適に制御し、且つ短時間で滴下できる滴下注入法を実現できる。

本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置の製造方法で用いるフランジャーポンプ式のディスペンサの概略の構成について図１を用いて説明する。
ディスペンサ２は中空の円筒形状の筐体５を有しており、円筒形状の中心軸をほぼ鉛直方向に向けて使用するようになっている。筐体５内には、円筒形状の中心軸に沿って細長い棒状のピストン１０が鉛直方向に移動可能に支持されている。ピストン１０の先端部は、筐体５の鉛直下方端に設けられたノズル１６内方を移動することができるようになっている。筐体５のノズル１６近傍の側壁の開口からは、液晶収納容器１４内の液晶が供給管７を介して図示の矢印に沿ってノズル１６にまで流入できるようになっている。ノズル１６内に達した液晶はノズル１６でのピストン１０先端の移動量に依存してノズル１６から滴下するようになっており、外力を受けない限り液晶自身の表面張力によりノズル１６から吐出しないようになっている。

筐体５内の空気室の側壁には、鉛直方向に離れて設けられた２つの空気流入口６、８が取り付けられている。ピストン１０には空気室内を２つに分離する隔壁１２が固定されており、隔壁１２はピストン１０と共に、空気流入口６、８の間の空気室内壁を摺動することができるようになっている。従って隔壁１２は、空気流入口６から空気室内に空気が流入すると鉛直下方に圧力を受けて下方に移動し、空気流入口８から空気室内に空気が流入すると鉛直上方に圧力を受けて上方に移動する。これにより、ピストン１０を鉛直方向に所定量移動させることができるようになっている。

空気流入口６、８は、ポンプコントローラ２６に接続されている。ポンプコントローラ２６は、空気を吸入して所定のタイミングで空気流入口６、８のいずれかに空気を送り込むようになっている。
以上説明した構成のディスペンサ２は、１ショット当り５ｍｇの液晶３０を滴下するようになっている。なお、この１ショット当りの液晶滴下量は、筐体５上方に突出したピス
トン１０に固定されたマイクロゲージ１８を用いて、ピストン１０の鉛直方向の移動量を制御することにより調整するこができるようになっている。

次に図２及び図３を用いて、本実施の形態による液晶表示装置の製造方法について説明する。図２（ａ）は、液晶滴下時の状態を示し、図２（ｂ）は、基板上に液晶を滴下した直後の状態を示している。まず、図２（ａ）に示すように、２本のディスペンサ２、３を一緒に用いてアレイ基板２０表面の配向膜上に液晶を滴下する。ディスペンサ２は図１を用いて説明したものと同一であり、１ショット当り５ｍｇの液晶を滴下するように調整されている。一方ディスペンサ３はディスペンサ２と同一の構造を有しているが、マイクロゲージ１８を調整して１ショット当り２ｍｇの液晶を滴下するようになっている。なお、図２（ａ）では、説明を簡略にして理解を容易にするため、ディスペンサ２、３に空気を送り込むポンプコントローラ２６の図示は省略してあり、また、ディスペンサ２、３間の配置関係も誇張して描いている。

これら２つのディスペンサ２、３を同時に用いて、図２（ａ）に示すように、アレイ基板２０の表示領域外周囲に枠状に塗布された、紫外線（ＵＶ）照射により硬化するシール剤（あるいはＵＶ照射と熱の併用により硬化する併用型シール剤）２２の内方に液晶を滴下する。図２（ｂ）は、シール剤２２内のアレイ基板２０面上に、隣接する液滴間の拡散距離がほぼ等しくなる位置にほぼ同量の液晶３１の滴下を行い、隣り合う液晶３１間で液晶拡散が疎となる位置に液晶３１の滴下量（５ｍｇ）より少ない２ｍｇの液晶３２を滴下した状態を示している。

以上説明した液晶滴下が終了したら、次に、図３（ａ）に示すように、表示領域内に共通（コモン）電極やカラーフィルタが形成された対向基板４０を位置合わせしてアレイ基板２０に貼り付ける。この工程は真空中で行われる。次いで、貼り合わせた基板を大気中に戻すと図３（ｂ）に示すように、貼り合わされたアレイ基板２０及び対向基板４０間の液晶３１、３２が大気圧により拡散する。次に、図３（ｃ）に示すように、シール剤２２の塗布領域に沿う移動方向４６でＵＶ光源４２を移動させながらＵＶ光４４をシール剤２２に照射し、シール剤２２を硬化させる。拡散した液晶３４は所定のセルギャップで２枚の基板２０、４０間に封止されて液晶表示パネルが完成する。

このように本実施の形態は、アレイ基板２０上の複数箇所に液晶を滴下する際、複数のディスペンサを用いることにより液晶３１、３２の滴下量を滴下箇所に応じて変化させることを可能にしている。以上説明したように、液晶の滴下量、滴下パターンを２種以上に分けて同時に液晶滴下を行うことにより液晶表示パネル面内での液晶を迅速にほぼ一様に拡散させることができる。液晶液滴は基板貼り合せ時に円形状に拡散するが、液晶拡散が疎となる領域に見合った量の液晶を補填することにより液晶の拡散はパネル面内でほぼ一様に早くなりタクトタイムを向上させることができる。
なお、上記実施形態では、１ショット当りの液晶滴下量が異なるディスペンサ２、３を用いたが、アレイ基板の液晶滴下面積の大きさ等を勘案して液晶滴下量が同一のディスペンサを複数用いるようにしてもタクトタイムを向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を図４乃至図７を用いて説明する。まず、本実施の形態による液晶表示装置の製造方法で用いる液晶滴下装置の概略の構成について図４を用いて説明する。図４（ａ）は液晶滴下装置の側面を示し、図４（ｂ）は同下面を示している。図４に示す液晶滴下装置５０は、中空の細長い直方体形状の筐体５２の下面に複数のノズル５８を有している。筐体５２上面には、図１に示したディスペンサ２を固定するディスペンサ受け部５４と、筐体５２内に空気を送り込む空気供給部５３が設けられている。空気供給部５３には、空気圧調整用のレギュレータ５６と空気送り込みの開閉を制御する電磁弁５７が取り付けられている。筐体５２下面のノズル
５８は、断面が円形で２ｍｍφのノズル径を有しており、圧力をかけない限り表面張力により液晶が滴下しないようになっている。複数のノズル５８は隣り合う間隔が５ｍｍで一列に並んで設けられている。

次に、この液晶滴下装置５０を用いた液晶滴下による液晶表示装置の製造方法について図５を用いて説明する。まず、ディスペンサ受け部５４にディスペンサ２を差し込んで固定し、ディスペンサ２から所定量の液晶を正確に筐体５２内に注入する。液晶の注入が終わったら、液晶滴下装置５０を図示しない支持移動部材及び空気供給装置に接続する。この状態で基板を液晶滴下装置５０下方に設置し、空気供給部５３から筐体５２内に空気を送り込んでノズル５８から液晶を連続的に流出させる。それと共に、液晶滴下装置５０と基板とを相対的に連続的に移動させて基板上に液晶を拡散させる。

より具体的に図５を用いて説明する。まず、ガラス基板４１上には、配向膜が形成され表示領域外周囲に枠状に熱併用型ＵＶシール剤２２が塗布されたＣＦ（カラーフィルタ）基板が２枚分形成されている。長方形のガラス基板４１は、長辺がＸ方向に、短辺がＹ方向に沿って置かれた状態から、長辺の１辺をＺ方向（鉛直方向）に持ち上げられて、水平方向に対して基板全体を約５°傾けて載置されている。この状態のガラス基板４１に対して、熱併用型ＵＶシール剤２２内方であって水平方向から持ち上げられた長辺側の上方に本実施の形態による２つの液晶滴下装置５０をそれぞれ配置する。各液晶滴下装置５０は、その複数のノズル５８の配置方向とガラス基板４１の長辺とがほぼ平行になるように調整されて、図示しない支持移動部材及び空気供給装置に接続される。この状態で空気供給部５３から筐体５２内に空気を送り込んでノズル５８から液晶を連続的に流出させる。それと共に、液晶滴下装置５０がガラス基板４１の傾斜に沿って連続的に下降するように両者を相対的に移動させてガラス基板３１上に液晶３５を拡散させる。

隣り合うノズル５８から滴下した液晶３５はガラス基板４１に到達した時点で密着し合うので複数のノズル５８から連続滴下した液晶３５は全体として、未滴下面２０’との間でガラス基板４１の長辺方向に線状の境界を持ちながらガラス基板４１表面を下方に流動する。

なお、液晶滴下装置５０とガラス基板４１との相対移動時に徐々に筐体５２内の圧力が弱くなるように空気供給部５３で制御することにより、滴下された液晶の高さもほぼ均一にすることができる。
液晶滴下が終了したガラス基板４１は、接着スペーサを散布したアレイ基板と真空中で貼り合わせられ、次いで大気中に開放されてセルギャップの形成が行われる。その後、ＵＶ照射を行い一次硬化後、オーブンによる熱硬化でシール剤を完全に硬化させる。次に、ガラス基板４１を切断して液晶表示パネルが完成する。

次に、図６及び図７を用いて本実施の形態による液晶表示装置の製造方法の変形例について説明する。図６（ａ）は変形例に係る液晶滴下装置の下面を示し、図６（ｂ）は同側断面を示している。図６に示す液晶滴下装置は、図４に示した液晶滴下装置５０の円形の断面を有するノズル５８に代えて、スリット状のノズル６０を設けている点に特徴を有している。スリット状のノズル６０を有する液晶滴下装置５０は液晶７０の滴下量が多いパネルに用いて有効である。なお、より少ない範囲で液晶を滴下したい場合は、図７（ｂ）に示すようにノズル６０の一部を塞ぐシャッタ６２を設け、シャッタ６２の配置やシャッタ量を調整すればよい。

また、図７（ａ）は、他の変形例に係る液晶滴下装置の斜視図であり、図７（ｂ）は同側断面を示している。図７に示す液晶滴下装置は、図４に示した液晶滴下装置５０の円形の断面を有するノズル５８に代えて、半円形断面で断面積がノズル５８より大きいノズル
６８を設けている点に特徴を有している。ノズル６８を有する液晶滴下装置５０は液晶７０の滴下量が多いパネルに用いて有効である。さらに、図７（ｂ）に示すようにノズル６８の液晶滴下端部にシャッタ６２を設けるようにすれば、空気供給部５３を用いた空気圧制御によらずに液晶７０を滴下することができるようになる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板４１を水平方向に対し５°傾けて液晶を滴下したが、本発明はこれに限らず、水平方向に対して０°すなわち基板が水平状態であってもよく、また、液晶滴下装置から基板へ十分に液晶が滴下できる角度の上限となる約８５°以下の範囲で適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の製造方法で用いるディスペンサを示す図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法の変形例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の製造方法の他の変形例を説明する図である。

符号の説明

２、３ ディスペンサ
５、５２ 筐体
６、８ 空気流入口
１０ ピストン
１２ 隔壁
１４ 液晶収容容器
１６、５８、６０、６８ ノズル
１８ マイクロゲージ
２０ アレイ基板
２２ シール剤
２６ ポンプコントローラ
３１、３２、３５、７０ 液晶
４０ 対向基板
４１ ガラス基板
４２ ＵＶ光源
４４ ＵＶ光
５０ 液晶滴下装置
５３ 空気供給部
５６ レギュレータ
５７ 電磁弁
６２ シャッタ

Claims (4)

1. 基板上に液晶を滴下し、前記基板の液晶滴下面側を対向基板に対向させて真空中で貼り合わせてから大気圧に戻すことにより液晶注入を行う滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法において、
   前記基板上に前記液晶を滴下する際、１ショット当りの液晶滴下量が異なる複数のディスペンサを用いて、ほぼ同量の前記液晶を複数箇所に滴下し、隣り合う前記液晶間で拡散した前記液晶が疎となる位置に前記液晶の滴下量より少ない量の前記液晶を滴下して、前記液晶滴下量を前記基板上の滴下箇所に応じて変化させること
   を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 基板上に同一の液晶を滴下し、前記基板の液晶滴下面側を対向基板に対向させて真空中で貼り合わせてから大気圧に戻すことにより液晶注入を行う滴下注入法を用いた液晶表示装置の製造方法において、
   複数のディスペンサを同時に用いて、複数の滴下パターンで同時に前記液晶を滴下する際、ほぼ同量の前記液晶を複数箇所に滴下し、隣り合う前記液晶間で拡散した前記液晶が疎となる位置に前記液晶の滴下量より少ない量の前記液晶を滴下すること
   を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
3. 請求項１記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記基板上に同一の前記液晶を滴下すること
   を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
4. 請求項１記載の液晶表示装置の製造方法において、
   前記基板上に前記液晶を滴下する際、前記複数のディスペンサを同時に用いること
   を特徴とする液晶表示装置の製造方法。

Images