JP3701948B2 - Liquid crystal display device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶注入用のギャップを一定に保つための柱状スペーサ(突起部)を使用する液晶表示装置の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、図9に示すように液晶分子の配向状態を薄膜トランジスタ(TFT)1で制御することによってバックライト光源からの光量5を変化させ画像を作り出す。液晶LCを光シャッターとして使用する際、液晶層の厚さ(ギャップ)の精度が光透過率、コントラスト比、応答速度などの表示特性に影響を与えるため、これを均一に保つことが重要である。その方法として一般に、スペーサ4と呼ばれるビーズ状微粒子が使われる。スペーサ4は球状のシリカやジビニルベンゼン重合体からなっている。
【0003】
まず、スペーサ分散工程とそののちの液晶注入工程を以下に述べる。
【0004】
TFT1や電極配線を作り込んたTFT基板2に配向膜を形成し、これをラビング処理(布で配向膜表面をこする処理)する。そののち、スペーサ4をTFT基板1に散布しカラーフィルター基板3とを所定ギャップ隔てて重ね合せ接合する。なお、所定数のビーズ状スペーサ4を基板全体均一に分散させるため、たとえば、乾式散布方式が実用化されている。
【0005】
なお、液晶を注入する注入口を除き2つの基板周辺をシール剤でシールしている。そののち、この基板を真空チャンバに搬入する。真空チャンバでは、減圧動作によって基板内の圧力が所定圧以下になれば、液晶注入口を液晶層に浸し真空チャンバを大気圧に戻す。そして、大気圧と基板内部圧(減圧)の圧力差によって液晶がギャップに充填される。
【0006】
しかし、スペーサ分散方式には、スペーサ凝集によるギャップ均一性の劣化、スペーサ分散工程によるタクト増加、スペーサ近傍の配向ムラに起因する光漏れなどの多くの技術問題が指摘されていた。
【0007】
とりわけ横電界方式に代表される複屈折モードの液晶表示装置では、ギャップの設定スペックが厳しくなっているため(設計値±0.1μm)、スペーサ分散ムラ(塊状ムラなど)が横電界方式の表示品質を大幅に低下させてしまう。また、たとえ均一にスペーサを分散できたとしても、スペーサ径にはばらつきがあるため(平均値±0.2μm)、スペーサ自体のばらつきも軽視できない状況にある。
【0008】
前記問題を解決するため、ガラス基板上に形成された膜(たとえば、カラーフィルタ層)をエッチングで残存させて突起部をガラス基板上に作り込むという柱状スペーサ方法が提案されている。選択配置が可能なため、柱状スペーサの分散ムラはなく、精密な膜形成工程を使用するため、ギャップを規定するスペーサ高さの均一性も優れている。さらに遮光領域内に選択的に柱状スペーサを作れるため、配向ムラの影響を回避できる。たとえば、特開平10−186379号公報には、遮光膜で別途突起部を製作することが開示されており、特開平10−268356号公報にはカラーフィルター膜で別途突起部を製作することが開示されている。さらに特開平9−73088号公報や特開平10−48636号公報には、配向膜ラビング布による柱状スペーサの機械的ダメージを低減させる点やスペーサ近傍のラビングムラを改善させる点を目的として、柱状スペーサの形状や配置方法の最適化が紹介されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記柱状スペーサ技術の実用化に当たり、使用環境温度の考慮という新たな技術上の問題点が判明した。以下、その問題点を図面を参照しつつ説明する。
【0010】
(1)液晶熱膨張による表示ムラ(図10参照)
真空注入後、液晶LCは負圧(P1が大気圧以下)に保たれており、図10(a)に示すように液晶内部の圧力P1と大気圧との差圧分、柱状スペーサ6は基板2、3から圧縮圧力pを受け、柱状スペーサ6は弾性変形(弾性圧縮量F)している。しかし、液晶LCは光源や駆動回路からの放射熱によって加熱されるため、液晶LCは熱膨張しその内圧P1は増加する。その結果、図10(b)に示すように、液晶LCの内圧P1が大気圧以上のP2になれば、柱状スペーサ6はそれに支持されたガラス基板3と剥離し、柱状スペーサ6による基板支持効果がなくなる。これにより、基板に均一圧力を加えるというスペーサの効果が失われ、ギャップの均一性劣化に伴う表示ムラが誘発される。
【0011】
熱膨張の値は液晶材料に依存するものの、たとえば熱膨張係数α=7.46×10-4/Kの液晶においては、室温(約20℃)より20℃の温度上昇があれば、初期ギャップg=5μmとすると、熱膨張の値は約0.075μmと見積もられる。
【0012】
(2)液晶負圧による気泡生成(図11参照)
力のつり合い条件より、液晶LCの内圧P1と大気圧の差圧相当分、反力f1でもって柱状スペーサ6がガラス基板3を押し上げる(図11(a)参照)。液晶LCの温度の低下によって液晶LCが熱収縮すれば、これに追随して柱状スペーサ6の弾性収縮量が増加する。この弾性収縮量の増加によって柱状スペーサ6の反力f2も大きくなる。同時に、この反力f2とバランスを保つため、大気圧と液晶LCの内圧P3との差圧は増す。これにより、液晶内圧は低下し液晶LCの負圧化は促進され、液晶気化によって気泡が発生してしまう。
【0013】
本発明は、前記のような問題を解決し、液晶の熱膨張による表示ムラ発生や熱収縮による気泡発生を防止し得る液晶表示装置の製法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置の製法は、基板に形成した膜をエッチングして突起部を作り、
この基板の周辺に液晶注入口を除いてシール剤を環状に塗布し、
前記シール剤で囲まれた領域に対する前記突起部の面積占有率が、0.0001以上、0.0029以下となるようにして、
前記突起部と前記シール剤を介して前記基板に別の基板を重ね合わせ、
そののち液晶注入口より前記シール剤で囲まれた領域内に液晶を注入し、液晶の注入完了時より加熱や加圧をすることなく30分以上60分以下の間隔をあけて前記液晶注入口に封止剤を塗布することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
実施の形態1
まず、液晶表示装置と薄膜トランジスタの構成を説明する。そののち、柱状スペーサの面積占有率と使用環境温度の関連性を説明する。
【0016】
(1)液晶表示装置の基本構成について
図1は液晶表示装置の構成を示す図である。図2は柱状スペーサを形成したカラーフィルタ基板を、液晶接触面を上面した状態を図示した図であり、図1における領域IVの拡大図である。
【0017】
TFT基板11とカラーフィルタ基板12は所定ギャップ(図示せず)を隔てて互いに対向配置され、このギャップに液晶LCが充填されている。TFT基板11には走査信号配線13と映像信号配線14が互いに交差するように形成されている。これら配線13、14で囲まれた画素領域Vをスイッチングで制御するため、各配線の交差点近傍にTFT15が設けられている。カラーフィルタ基板12にはストライプ状の赤、緑、青の着色層16、17、18とそれを仕切るブラックマトリクス層19が形成されている。なお、柱状スペーサ23は、青色着色層16上に配置されている。
【0018】
TFT基板11の周辺は環状(注入口20を除く)に形成されたシール剤21によって液晶漏れを防止している。そして、このシール剤21に囲まれた液晶充填領域が、液晶の熱膨張や熱収縮により直接圧力作用を受ける領域である。また、シール剤21を覆い液晶充填領域の内部に延びるように、周辺遮光層22が環状に形成されている。これにより周辺遮光層22で囲まれた表示領域が形成される。シール剤21の材質としては、主としてエポキシ系樹脂が用いられる。ブラックマトリクス層19の材質として、クロム、ニッケル、アルミニウムなどの金属や黒色樹脂が用いられる。金属ブラックマトリクス層の場合、厚さは0.05〜0.5μmに設定される。樹脂ブラックマトリクス層の場合、遮光性を確保するため、厚さは0.5〜3μmに設定される。着色層の材質として、顔料を分散したアクリル系樹脂が用いられる。着色層の厚さは、色特性より変化するものの、望ましくは0.5〜2.5μmである。
【0019】
カラーフィルタ基板側の拡大図および図4におけるVI−VI線断面図によれば(図2、図4)、カラーフィルタ基板12にブラックマトリクス層19と着色層CFが積層されている。そして、これらの層上には柱状スペーサ23がオーバーコート膜(保護膜)OCを介して設けられている。柱状スペーサ23の材質には、アクリル樹脂などの感光性樹脂を使用する。柱状スペーサ23は、所定厚さ分(ギャップ分)膜生成したのち、これをフォトリソ法によりエッチング(パターン形成)される。柱状スペーサ23に起因する配向ムラ(配向膜の配向処理不良)が発生しても、柱状スペーサ23とその近傍をブラックマトリクス層19で覆うため、光漏れなどの表示ムラの問題を回避できる。なお、オーバーコート層OCの材質には、アクリル系の樹脂など透明有機絶縁膜を使用する。その厚さは望ましくは0.5〜3.0μmである。
【0020】
(2)TFTの基本構成について
図3は横電界方式と呼ばれる液晶表示装置の一画素分の構成図であり、図1における領域Vの拡大図である。TFT15に接続のドレイン電極24は櫛型形状を呈する。このドレイン電極24に同一層に形成された共通電極25も櫛型形状を呈する。TFT15が導通状態であれば、映像信号配線26を伝播する信号がドレイン電極24に印加され、ドレイン電極24と共通電極25とのあいだの電圧差によって、TFT基板11に平行な電界が生成される。この電界により液晶分子の配向状態を変化させ一画素の輝度を制御する。なお、共通電極25は共通信号配線27に接続されている。この共通信号配線27は、走査信号配線13と平行に基板端まで延びており、この配線方向に配置された各画素の共通電極にも共通信号配線27は電気接続されている。図中の角度θ1は、TFT基板11に形成された配向膜のラビング方向角度(映像信号配線に対する角度)を示しており、θ1=15°である。なお、正の誘電異方性をもつ液晶では、一般的にラビング方向角度は映像信号配線26に対して0°〜30°に設定され、TFT基板上の配向膜ラビング方向とカラーフィルタ基板上の配向膜ラビング方向とは等しく設定される。
【0021】
(3)柱状スペーサの面積占有率について
図4は図2におけるVI−VI線部分の断面図で、柱状スペーサ23の断面形状を示している。
【0022】
柱状スペーサ23はフォトリソ法で形成されるため、その断面は台形形状を呈している。したがって、本明細書中では、柱状スペーサ23の体積を高さhで除した値を換算面積として用いる。そして、柱状スペーサ23の面積占有率とは、シール剤で囲まれた液晶充填領域の基板面積値でもって、その領域に含まれる全柱状スペーサの換算面積値の合計を除した数値をいう。
【0023】
また、同形状の柱状スペーサを1画素ごとに1個配置する場合、この面積占有率の値としては、1画素の面積値でもって1つの柱状スペーサの換算面積値を除した数値を用いることもできる。
【0024】
面積占有率の値が大き過ぎると、柱状スペーサ23は充分な圧縮変形量を確保できない。よって、液晶表示装置の温度上昇で液晶が熱膨張すれば、柱状スペーサ23によって支えられた基板が柱状スペーサ23より離れる。柱状スペーサ23が基板を支持できないとすれば、基板に均一圧力が加えられず、表示ムラが発生する。また、面積占有率が大き過ぎると、液晶熱収縮による柱状スペーサ23側の基板に対する反力が増し、これにより液晶内圧の低下が促進され気泡生成の問題を引き起こす。実験の結果、柱状スペーサ23の面積占有率の上限値は0.003、好ましくは0.002、さらに好ましくは0.0015である(実施例1、2、3、4参照)。
【0025】
一方、面積占有率の値が小さ過ぎると、液晶注入の際に液晶表示装置に加えられる大気圧(98000Pa)によって柱状スペーサ23は圧縮破壊される。柱状スペーサ23に用いるアクリル系樹脂などの感光性樹脂の圧縮破壊強度は、9.8×107〜9.8×108Pa程度と一般に考えられている。大気圧(98000Pa)を圧縮破壊強度で除した値は、0.001〜0.0001であるため、柱状スペーサ23の面積占有率の下限値は0.0001である。なお、柱状スペーサ23の設計ばらつきや液晶表示装置の使用状況(外圧などの影響)を考慮すると、その下限値は好ましくは0.0005程度である。
【0026】
実施の形態2
本実施の形態の特徴は、柱状スペーサの使用環境温度に起因する問題点を液晶表示装置の加圧封止処理で改善することにある。以下、加圧封止処理の概略および加圧封止処理の効果を述べる。
【0027】
TFT基板またはカラーフィルタ基板の周囲に、液晶を注入する液晶注入口(基板を重ねて注入口となる部分)を除き熱硬化性シール剤(三井東圧化学(株)製のXN31A)を環状にディスペンサ装置で塗布する。そののち、TFT基板とカラーフィルタ基板を重ね合せて約200℃に加熱し、60000Pa状態で1時間熱硬化させる。なお、このシール剤にマクロロッドPF−41(日本電気硝子(株)製)を約2wt%の割合で混合した。
【0028】
つぎに、この基板を真空チャンバに搬入する。真空チャンバでは、減圧動作によって基板内の圧力が所定圧以下になれば、液晶注入口を液晶内で浸し真空チャンバを大気圧に戻す。大気圧と基板内部圧(負圧)の圧力差によって液晶がギャップに注入される。この際、柱状スペーサには略大気圧相当分の圧力が加えられ、これにより柱状スペーサは圧縮変形する。液晶の注入が完了すると、液晶注入口の液晶は拭き取られる。液晶の表面張力によりその内圧は所定時間、負圧に保たれ、そして徐々に大気圧に近づく。
【0029】
液晶注入完了後に一定時間経過したら、液晶表示装置は加圧処理と同時に液晶注入口が封止剤で封止される(これを加圧封止処理という)。この加圧封止処理は気泡の混入防止やギャップ均一性の向上に寄与するとともに、以下に示す重要な効果を有する。
【0030】
図5には液晶注入完了後、注入口封止までの経過時間と液晶内圧との関係を示している。図5において横軸は注入完了後の経過時間であり、その縦軸は液晶内圧であり、基板間のギャップ値にも対応するものである。図5に示されるように、液晶注入完了時点(S1点)から時間の経過によって、液晶の内圧は大気圧に近づき、これとともに柱状スペーサの弾性圧縮量も減少する(すなわち、ギャップ値が大きくなる)。なお、注入口を封止すればギャップは完全に閉空間となり、そののち液晶の内圧が変化することはない。図5には、表示ムラ発生領域Aおよび気泡発生領域B、これらの領域に挟まれた表示安定領域Cを図示している。
【0031】
表示ムラ発生領域Aとは、液晶温度50℃以上で表示ムラ不良を誘発する領域をいい、気泡発生領域Bとは、液晶の温度が−20℃以下で気泡不良を誘発する領域をいう。
【0032】
注入完了時より時間t2経過してしまうと、移動点S2まで液晶内圧が変化すると考えられる。移動点S2は表示ムラ発生領域A内に位置するため、仮にこの圧力状態で液晶注入口の封止をすると、高温試験時、表示ムラ発生の可能性がある。これを回避するため、注入口封止とともに液晶パネル基板の表面全面を所定の圧力で印加する(これにより、柱状スペーサを再圧縮させる)。この加圧封止により液晶内圧を移動点S3(表示安定領域)まで移すことができる。すなわち、加圧封止処理は液晶内圧をコントロールでき、液晶の高温時、低温時の不良発生を改善させることができる。
【0033】
したがって、加圧封止により液晶内圧を変化させ柱状スペーサを圧縮させれば、液晶の温度上昇時に液晶が熱膨張しても基板と柱状スペーサが剥離し難くさせることができる。ただし、この加圧封止は反面、気泡発生を促進するため(柱状スペーサの反力増加)、加圧力の上限値は40000Pa、好ましくは20000Paであることが望ましい(実施例5、6、7参照)。加圧力の下限値は、一定加圧効果を確保することから1000Paであることが望ましい。なお、この加圧時間は少なくとも5分程度必要である。
【0034】
なお、液晶注入完了時点より所定時間t3経過すれば、液晶の内圧は完了時点S1より移動点S3付近に移動すると考えられる。したがって、注入完了したのち、時間t3程度経過した時点で、封止剤を塗布すれば、前記加圧処理はなくて済む(実施例8、9、10、11参照)。
【0035】
実施の形態3
本実施の形態の特徴は、高さが異なる2種類のスペーサを配置する点にある。図6(a)に示すように、第1の柱状スペーサ23Aと第2の柱状スペーサ23Bに高さの差Lを設ける。ついでガラス基板3が圧縮圧力Poを受けて、柱状スペーサ23Bの圧縮量αがL以下であれば、基板に対して第2の柱状スペーサ23Bの反力f1のみ作用する(図6(b))。よって、柱状スペーサ23Bの反力f1は、同じ高さの柱状スペーサ23を使用する場合の反力(f1とf2の合計)と比べ小さくて済む(図6(c))。この結果、同じ柱状スペーサの面積占有率、同じ柱状スペーサの圧縮力の条件下においては、柱状スペーサの圧縮変形量を、柱状スペーサの高さを異ならせると、それを等しくする場合に比べて大きくできる。すなわち、柱状スペーサの高さを異ならせて、柱状スペーサの圧縮量を増加させることができる。実験の結果、2種類の柱状スペーサを同じ割合で形成する場合、両者の高さの差は約0.05μm以上であることが望ましいことがわかった(実施例12、13参照)。
【0036】
【実施例】
以下、実施の形態1にかかわるパラメータと実験結果(目視評価)を実施例1〜4に、実施の形態2にかかわるパラメータと実験結果を実施例5〜11に、実施の形態3にかかわるパラメータと実験結果を実施例12および13にまとめて記載する。
【0037】
実施例1(図7参照)
柱状スペーサ23の換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサ23の配置ピッチは264μm(水平方向H)×264μm(垂直方向V)である。
なお、水平方向Hとは走査信号配線の方向をいい、垂直方向Vとは映像信号配線の方向をいう。
面積占有率は0.0016である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験(50℃の動作試験)の特性、低温試験(−20℃の動作試験)の特性に優れ、表示ムラと気泡は観察されなかった。
【0038】
実施例2
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは176μm(水平方向)×264μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0024である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラがほとんど観察されなかった。
【0039】
実施例3
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは88μm(水平方向)×264μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0048である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラがわずかに観察された。
【0040】
実施例4
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは80μm(水平方向)×264μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0059である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラが顕著に観察され、低温試験において気泡も発生していた。
【0041】
実施例5
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0019である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は120分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラが観察された。
【0042】
実施例6
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0019である。
封止剤塗布時の加圧条件は20000Paである。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は120分である。
その結果、パネル目視評価で表示ムラおよび気泡は観察されなかった。
【0043】
実施例7
柱状スペーサの換算面積値は1.1×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0019である。
封止剤塗布時の加圧条件は49000Paである。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は120分である。
その結果、パネル目視評価で低温試験において気泡が観察された。
【0044】
実施例8
柱状スペーサの換算面積値は0.8×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0014である。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は0分である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
その結果、パネル目視評価で低温試験において気泡が発生していた。
【0045】
実施例9
柱状スペーサの換算面積値は0.8×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0014である。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は30分である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
その結果、パネル目視評価で表示ムラと気泡は観察されなかった。
【0046】
実施例10
柱状スペーサの換算面積値は0.8×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチ:240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0014である。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
その結果、パネル目視評価は表示ムラと気泡は観察されなかった。
【0047】
実施例11
柱状スペーサの換算面積値は0.8×10-4mm2である。
柱状スペーサの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
面積占有率は0.0014である。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は120分である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラが観察された。
【0048】
実施例12(図8参照)
柱状スペーサ23Aの換算面積値は2.0×10-4mm2である。
柱状スペーサ23Aの配置ピッチは240μm(水平方向H)×240μm(垂直方向V)である。
柱状スペーサ23Aの高さは3.4μmである。
柱状スペーサ23Bの換算面積値は0.5×10-4mm2である。
柱状スペーサ23Bの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
柱状スペーサ23Bの高さは3.6μmである。
面積占有率は0.0029である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で表示ムラおよび気泡は観察されなかった。
【0049】
なお、2種の柱状スペーサ23A、23Bを両方とも、カラーフィルタ基板上のブラックマトリクスと着色層の重畳部に配置しても良く(たとえば、青色層と赤色層上のそれぞれに異なる種類の柱状スペーサを配置)、第1の柱状スペーサ23Aをカラーフィルタ基板上のブラックマトリクスと着色層の重畳部に配置するとともに第2の柱状スペーサ23Bを重畳部に対向するTFT基板側の領域に配置しても良い。
【0050】
実施例13
柱状スペーサAの換算面積値は2.0×10-4mm2である。
柱状スペーサAの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
柱状スペーサAの高さは3.4μmである。
柱状スペーサBの換算面積値は0.5×10-4mm2である。
柱状スペーサBの配置ピッチは240μm(水平方向)×240μm(垂直方向)である。
柱状スペーサBの高さは3.4μmである。
面積占有率は0.0029である。
封止剤塗布時の加圧条件は加圧封止処理をしていない。
液晶注入完了後から注入口封止までの時間は60分である。
その結果、パネル目視評価で高温試験において表示ムラがわずかに観察された。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の製法によれば、柱状スペーサの面積占有率を最適な値に設定したので、高温使用時に表示ムラがなく、低温使用時に気泡の発生のない液晶表示装置を得ることができる。
【0052】
また、柱状スペーサの高さを異ならせると、柱状スペーサの圧縮量がさらに確保でき、高温使用時に表示ムラがなく、低温使用時に気泡の発生のない液晶表示装置を得ることができる。
【0053】
また、加圧封止処理を行なうと、高温使用時の表示ムラを抑制できる液晶表示装置を得ることができる。
【0054】
さらに、液晶注入より所定時間間隔をあけて液晶表示装置の注入口を封止剤で封止すると、高温使用時の表示ムラがなく、低温使用時の気泡の発生のない液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液晶表示装置の構成を示す部分切欠平面図である。
【図2】柱状スペーサを形成したカラーフィルタ基板を、液晶接触面を上面した状態を図示した図であり、図1における領域IVの拡大図である。
【図3】横電界方式と呼ばれる液晶表示装置の一画素分の構成図であり、図1における領域Vの拡大図である。
【図4】図2におけるVI−VI線部分の断面図である。
【図5】液晶注入完了時点から注入口封止時までの経過時間と液晶内圧の関係を説明する図である。
【図6】柱状スペーサの高さを異ならせる動作を説明する図である。
【図7】実施例1の柱状スペーサ配置を説明する図である。
【図8】実施例12の柱状スペーサ配置を説明する図である。
【図9】従来のビーズ状スペーサの構成を説明する平面図である。
【図10】液晶の熱膨張に伴って生じる問題点を説明する図である。
【図11】液晶の熱圧縮に伴って生じる問題点を説明する図である。
【符号の説明】
11 TFT基板
12 カラーフィルタ基板
13 走査信号配線
14、26 映像信号配線
15 TFT
16、17、18 着色層
19 ブラックマトリクス層
20 注入口
21 シール剤
22 周辺遮光層
23 柱状スペーサ
24 ドレイン電極
25 共通電極
27 共通信号配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a liquid crystal display device using columnar spacers (projections) for keeping a gap for liquid crystal injection constant.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 9, the liquid crystal display device produces an image by changing the amount of light 5 from the backlight light source by controlling the alignment state of liquid crystal molecules with a thin film transistor (TFT) 1. When using liquid crystal LC as an optical shutter, the accuracy of the thickness (gap) of the liquid crystal layer affects display characteristics such as light transmittance, contrast ratio, and response speed, so it is important to keep this uniform. . In general, bead-shaped fine particles called spacers 4 are used as the method. The spacer 4 is made of spherical silica or divinylbenzene polymer.
[0003]
First, the spacer dispersion step and the subsequent liquid crystal injection step will be described below.
[0004]
An alignment film is formed on the
[0005]
Note that the periphery of the two substrates is sealed with a sealing agent except for the injection port for injecting liquid crystal. Thereafter, the substrate is carried into a vacuum chamber. In the vacuum chamber, when the pressure in the substrate becomes equal to or lower than a predetermined pressure by the pressure reducing operation, the liquid crystal injection port is immersed in the liquid crystal layer and the vacuum chamber is returned to the atmospheric pressure. Then, the liquid crystal is filled in the gap by the pressure difference between the atmospheric pressure and the substrate internal pressure (reduced pressure).
[0006]
However, many technical problems have been pointed out in the spacer dispersion method, such as deterioration of gap uniformity due to spacer aggregation, increase in tact due to the spacer dispersion process, and light leakage due to alignment unevenness in the vicinity of the spacer.
[0007]
In particular, in a birefringence mode liquid crystal display device typified by a transverse electric field method, since the setting specifications of the gap are strict (design value ± 0.1 μm), spacer dispersion unevenness (such as lump unevenness) is displayed in the horizontal electric field method display. The quality is greatly reduced. Even if the spacers can be evenly dispersed, the spacer diameters vary (average value ± 0.2 μm), and the variation of the spacers itself cannot be neglected.
[0008]
In order to solve the above problem, a columnar spacer method has been proposed in which a film (for example, a color filter layer) formed on a glass substrate is left by etching to form a protrusion on the glass substrate. Since selective arrangement is possible, there is no dispersion unevenness of the columnar spacers, and since a precise film formation process is used, the uniformity of the spacer height that defines the gap is excellent. Furthermore, since the columnar spacer can be selectively formed in the light shielding region, the influence of the alignment unevenness can be avoided. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-186379 discloses that a protrusion is separately made of a light shielding film, and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-268356 discloses that a separate protrusion is made of a color filter film. Has been. Further, JP-A-9-73088 and JP-A-10-48636 disclose the use of columnar spacers for the purpose of reducing mechanical damage to columnar spacers caused by alignment film rubbing cloth and improving rubbing unevenness in the vicinity of the spacers. Optimization of shape and arrangement method is introduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the columnar spacer technology is put into practical use, a new technical problem of considering the use environment temperature has been found. Hereinafter, the problem will be described with reference to the drawings.
[0010]
(1) Display unevenness due to thermal expansion of liquid crystal (see FIG. 10)
After the vacuum injection, the liquid crystal LC has a negative pressure (P 1 Is maintained at atmospheric pressure or lower), and as shown in FIG. 1 The
[0011]
Although the value of the thermal expansion depends on the liquid crystal material, for example, the thermal expansion coefficient α = 7.46 × 10 -Four In the / K liquid crystal, if the temperature rises by 20 ° C. from room temperature (about 20 ° C.), assuming that the initial gap g is 5 μm, the value of thermal expansion is estimated to be about 0.075 μm.
[0012]
(2) Bubble generation by liquid crystal negative pressure (see Fig. 11)
Due to the force balance condition, the internal pressure P of the liquid crystal LC 1 The
[0013]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid crystal display device that can solve the above-described problems and prevent generation of display unevenness due to thermal expansion of liquid crystal and generation of bubbles due to thermal contraction.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The manufacturing method of the liquid crystal display device of the present invention is to make a protrusion by etching a film formed on a substrate,
A sealant is applied in an annular shape around the substrate except for the liquid crystal injection port,
The area occupancy of the protrusions with respect to the region surrounded by the sealant is 0.0001 or more and 0.0029 or less,
Overlaying another substrate on the substrate via the protrusion and the sealant,
After that, liquid crystal is injected into the area surrounded by the sealing agent from the liquid crystal injection port. Then, a sealant is applied to the liquid crystal injection port with an interval of 30 minutes or more and 60 minutes or less without heating or pressurization from the completion of liquid crystal injection. It is characterized by that.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the structure of the liquid crystal display device and the thin film transistor will be described. After that, the relationship between the area occupancy rate of the columnar spacer and the use environment temperature will be described.
[0016]
(1) Basic configuration of liquid crystal display device
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a liquid crystal display device. FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the liquid crystal contact surface is placed on the color filter substrate on which the columnar spacers are formed, and is an enlarged view of a region IV in FIG.
[0017]
The
[0018]
The periphery of the
[0019]
According to the enlarged view of the color filter substrate side and the sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4 (FIGS. 2 and 4), the
[0020]
(2) Basic structure of TFT
FIG. 3 is a configuration diagram of one pixel of a liquid crystal display device called a horizontal electric field method, and is an enlarged view of a region V in FIG. The
[0021]
(3) Area occupation ratio of columnar spacers
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 2 and shows the cross-sectional shape of the
[0022]
Since the
[0023]
When one columnar spacer having the same shape is arranged for each pixel, the value of the area occupancy may be a value obtained by dividing the converted area value of one columnar spacer by the area value of one pixel. it can.
[0024]
If the area occupancy is too large, the
[0025]
On the other hand, if the value of the area occupancy is too small, the
[0026]
The feature of this embodiment is that the problem caused by the use environment temperature of the columnar spacer is improved by the pressure sealing treatment of the liquid crystal display device. The outline of the pressure sealing process and the effect of the pressure sealing process will be described below.
[0027]
Around the TFT substrate or color filter substrate, a thermosetting sealant (XN31A manufactured by Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.) is annularly formed except for the liquid crystal injection port (the portion that becomes the injection port by overlapping the substrate) for injecting liquid crystal. Apply with a dispenser device. After that, the TFT substrate and the color filter substrate are overlaid and heated to about 200 ° C., and are thermally cured at 60000 Pa for 1 hour. In addition, Macrorod PF-41 (Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was mixed with this sealing agent at a ratio of about 2 wt%.
[0028]
Next, the substrate is carried into a vacuum chamber. In the vacuum chamber, when the pressure in the substrate becomes equal to or lower than a predetermined pressure by the decompression operation, the liquid crystal injection port is immersed in the liquid crystal to return the vacuum chamber to atmospheric pressure. Liquid crystal is injected into the gap by the pressure difference between the atmospheric pressure and the substrate internal pressure (negative pressure). At this time, a pressure corresponding to approximately atmospheric pressure is applied to the columnar spacers, whereby the columnar spacers are compressed and deformed. When the liquid crystal injection is completed, the liquid crystal at the liquid crystal injection port is wiped off. Due to the surface tension of the liquid crystal, the internal pressure is maintained at a negative pressure for a predetermined time, and gradually approaches atmospheric pressure.
[0029]
When a certain period of time has elapsed after the completion of liquid crystal injection, the liquid crystal injection port of the liquid crystal display device is sealed with a sealant simultaneously with the pressure treatment (this is called pressure sealing treatment). This pressure sealing process contributes to the prevention of bubble mixing and the improvement of gap uniformity, and has the following important effects.
[0030]
FIG. 5 shows the relationship between the elapsed time from the completion of liquid crystal injection to the sealing of the injection port and the liquid crystal internal pressure. In FIG. 5, the horizontal axis represents the elapsed time after completion of the injection, the vertical axis represents the liquid crystal internal pressure, and corresponds to the gap value between the substrates. As shown in FIG. 5, when the liquid crystal injection is completed (S 1 With the passage of time from the point), the internal pressure of the liquid crystal approaches the atmospheric pressure, and the elastic compression amount of the columnar spacers decreases with this (that is, the gap value increases). If the injection port is sealed, the gap is completely closed, and the internal pressure of the liquid crystal does not change thereafter. FIG. 5 illustrates a display unevenness generation region A and a bubble generation region B, and a display stable region C sandwiched between these regions.
[0031]
The display unevenness generation region A refers to a region that induces display unevenness defects when the liquid crystal temperature is 50 ° C. or higher, and the bubble generation region B refers to a region that induces bubble defects when the liquid crystal temperature is −20 ° C. or less.
[0032]
Time t from completion of injection 2 When it has elapsed, the moving point S 2 It is thought that the internal pressure of the liquid crystal changes. Moving point S 2 Is located in the display unevenness generation region A. If the liquid crystal injection port is sealed under this pressure state, display unevenness may occur during the high temperature test. In order to avoid this, the entire surface of the liquid crystal panel substrate is applied with a predetermined pressure together with sealing the inlet (this causes the columnar spacers to be recompressed). By this pressure sealing, the internal pressure of the liquid crystal is changed to the moving point S. Three (Display stable area). In other words, the pressure sealing treatment can control the internal pressure of the liquid crystal, and can improve the occurrence of defects at high and low temperatures of the liquid crystal.
[0033]
Therefore, if the columnar spacer is compressed by changing the internal pressure of the liquid crystal by pressure sealing, the substrate and the columnar spacer can be made difficult to peel even if the liquid crystal is thermally expanded when the temperature of the liquid crystal rises. However, this pressure sealing, on the other hand, promotes the generation of bubbles (increase in the reaction force of the columnar spacers), so the upper limit of the applied pressure is 40000 Pa, preferably 20000 Pa (see Examples 5, 6 and 7). ). The lower limit of the applied pressure is desirably 1000 Pa in order to ensure a constant pressurizing effect. In addition, this pressurization time needs at least about 5 minutes.
[0034]
It should be noted that a predetermined time t from the completion of liquid crystal injection Three If the time has elapsed, the internal pressure of the liquid crystal will be 1 More moving point S Three It is thought that it moves to the vicinity. Therefore, after the injection is completed, the time t Three If a sealant is applied after a certain amount of time has passed, the pressurizing process is not necessary (see Examples 8, 9, 10, and 11).
[0035]
The feature of this embodiment is that two types of spacers having different heights are arranged. As shown in FIG. 6A, a height difference L is provided between the first
[0036]
【Example】
Hereinafter, the parameters and experimental results (visual evaluation) related to the first embodiment are shown in Examples 1 to 4, the parameters and experimental results related to the second embodiment are shown in Examples 5 to 11, and the parameters related to the third embodiment. The experimental results are summarized in Examples 12 and 13.
[0037]
Example 1 (see FIG. 7)
The converted area value of the
The arrangement pitch of the
The horizontal direction H refers to the direction of the scanning signal wiring, and the vertical direction V refers to the direction of the video signal wiring.
The area occupancy is 0.0016.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, it was excellent in the characteristics of the high temperature test (50 ° C. operation test) and the low temperature test (−20 ° C. operation test) by visual evaluation of the panel, and display unevenness and bubbles were not observed.
[0038]
Example 2
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 176 μm (horizontal direction) × 264 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0024.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, display unevenness was hardly observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel.
[0039]
Example 3
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 88 μm (horizontal direction) × 264 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0048.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, slight display unevenness was observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel.
[0040]
Example 4
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 80 μm (horizontal direction) × 264 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0059.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, display unevenness was noticeably observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel, and bubbles were also generated in the low temperature test.
[0041]
Example 5
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0019.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 120 minutes.
As a result, display unevenness was observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel.
[0042]
Example 6
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0019.
The pressurizing condition when applying the sealant is 20000 Pa.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 120 minutes.
As a result, display unevenness and bubbles were not observed in the panel visual evaluation.
[0043]
Example 7
The converted area value of the columnar spacer is 1.1 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0019.
The pressurizing condition when applying the sealant is 49000 Pa.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 120 minutes.
As a result, bubbles were observed in the low-temperature test by visual evaluation of the panel.
[0044]
Example 8
The converted area value of the columnar spacer is 0.8 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0014.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 0 minute.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
As a result, bubbles were generated in the low temperature test by visual evaluation of the panel.
[0045]
Example 9
The converted area value of the columnar spacer is 0.8 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0014.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 30 minutes.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
As a result, display unevenness and bubbles were not observed in the visual evaluation of the panel.
[0046]
Example 10
The converted area value of the columnar spacer is 0.8 × 10 -Four mm 2 It is.
Arrangement pitch of columnar spacers: 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0014.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
As a result, in the panel visual evaluation, display unevenness and bubbles were not observed.
[0047]
Example 11
The converted area value of the columnar spacer is 0.8 × 10 -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The area occupancy is 0.0014.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 120 minutes.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
As a result, display unevenness was observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel.
[0048]
Example 12 (see FIG. 8)
The converted area value of the
The arrangement pitch of the
The height of the
The converted area value of the
The arrangement pitch of the
The height of the
The area occupancy is 0.0029.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, display unevenness and bubbles were not observed in the panel visual evaluation.
[0049]
Note that both of the two types of
[0050]
Example 13
The converted area value of the columnar spacer A is 2.0 × 10. -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers A is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The height of the columnar spacer A is 3.4 μm.
The converted area value of the columnar spacer B is 0.5 × 10. -Four mm 2 It is.
The arrangement pitch of the columnar spacers B is 240 μm (horizontal direction) × 240 μm (vertical direction).
The height of the columnar spacer B is 3.4 μm.
The area occupancy is 0.0029.
The pressurizing condition at the time of applying the sealant is not a pressure sealing process.
The time from completion of liquid crystal injection to sealing of the injection port is 60 minutes.
As a result, slight display unevenness was observed in the high temperature test by visual evaluation of the panel.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the manufacturing method of the present invention, since the area occupation ratio of the columnar spacers is set to an optimum value, a liquid crystal display device that has no display unevenness when used at a high temperature and does not generate bubbles when used at a low temperature is obtained. Can do.
[0052]
In addition, when the height of the columnar spacers is made different, the amount of compression of the columnar spacers can be further ensured, and there can be obtained a liquid crystal display device that has no display unevenness when used at high temperatures and does not generate bubbles when used at low temperatures.
[0053]
Further, when the pressure sealing treatment is performed, a liquid crystal display device capable of suppressing display unevenness during high temperature use can be obtained.
[0054]
Further, when the injection port of the liquid crystal display device is sealed with a sealant at a predetermined time interval from the liquid crystal injection, a liquid crystal display device free from bubbles during low temperature use without display unevenness when used at high temperature is obtained. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway plan view showing a configuration of a liquid crystal display device.
2 is a diagram illustrating a color filter substrate on which columnar spacers are formed with a liquid crystal contact surface on top, and is an enlarged view of a region IV in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram for one pixel of a liquid crystal display device called a horizontal electric field method, and is an enlarged view of a region V in FIG. 1;
4 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between an elapsed time from liquid crystal injection completion time to injection port sealing and liquid crystal internal pressure.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation for changing the height of a columnar spacer.
FIG. 7 is a diagram illustrating the arrangement of columnar spacers according to the first embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining columnar spacer arrangement of Example 12.
FIG. 9 is a plan view illustrating a configuration of a conventional bead-shaped spacer.
FIG. 10 is a diagram for explaining a problem caused by thermal expansion of liquid crystal.
FIG. 11 is a diagram for explaining a problem caused by thermal compression of liquid crystal.
[Explanation of symbols]
11 TFT substrate
12 Color filter substrate
13 Scanning signal wiring
14, 26 Video signal wiring
15 TFT
16, 17, 18 Colored layer
19 Black matrix layer
20 inlet
21 Sealant
22 Surrounding light shielding layer
23 Columnar spacer
24 Drain electrode
25 Common electrode
27 Common signal wiring
Claims (2)
この基板の周辺に液晶注入口を除いてシール剤を環状に塗布し、
前記シール剤で囲まれた領域に対する前記突起部の面積占有率が、0.0014以上、0.0024以下となるようにして、
前記突起部と前記シール剤を介して前記基板に別の基板を重ね合わせ、
そののち液晶注入口より前記シール剤で囲まれた領域内に液晶を注入し、
液晶の注入完了時より加熱や加圧をすることなく30分以上60分以下の間隔をあけて前記液晶注入口に封止剤を塗布する
ことを特徴とする液晶表示装置の製法。Etching the film formed on the substrate to create a protrusion,
A sealant is applied in an annular shape around the substrate except for the liquid crystal injection port,
The area occupancy ratio of the protrusions with respect to the region surrounded by the sealant is 0.0014 or more and 0.0024 or less,
Overlaying another substrate on the substrate via the protrusion and the sealant,
After that, the liquid crystal is injected into the region surrounded by the sealing agent from the liquid crystal injection port ,
A manufacturing method of a liquid crystal display device, characterized in that a sealing agent is applied to the liquid crystal injection port at an interval of 30 minutes or more and 60 minutes or less without heating or pressurizing after completion of liquid crystal injection. .
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