JP5285151B2

JP5285151B2 - 液晶パネル及び液晶パネル検査方法

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Publication number: JP5285151B2
Application number: JP2011514352A
Authority: JP
Inventors: 貴文端山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: EP2434336A1; CN102422209A; WO2010134361A1; RU2488151C1; US20120050719A1; BRPI1013033A2; JPWO2010134361A1

Description

本発明は液晶パネル及び液晶パネル検査方法に関する。

薄膜トランジスタ（本明細書では「ＴＦＴ」と称することがある）を用いる液晶パネルであって、特にアクティブマトリクス方式のものは、画質、視野角、応答速度などにおいて優れた性能を有することから、動画表示用に広く使用されている。

液晶パネルは、それぞれ配向膜を有する２枚の電極基板を、液晶配向膜同士を対向させる形で配置し、これらの電極基板間に液晶を封入して構成する。前記２枚の電極基板は、ＴＦＴ液晶パネルにおいてはＴＦＴ基板とカラーフィルタ（本明細書では「ＣＦ」と称することがある）基板ということになる。

液晶配向膜としては、一般にポリイミド（本明細書では「ＰＩ」と称することがある）が用いられている。ＰＩを液晶配向膜として用いる液晶パネルの例を特許文献１から３に見ることができる。

ＰＩからなる液晶配向膜は、例えばポリアミック酸の溶液を液晶配向膜形成剤として用い、それを基板表面に塗布した後、塗布膜を焼成して、乾燥及びイミド化を行うことにより、得ることができる。

上記液晶配向膜形成工程において、塗布膜の焼成温度が低い等の原因でポリアミック酸のイミド化が不十分になると、液晶の配向不良が生じる。このため、液晶パネルの製造工程では、液晶配向膜のイミド化率を監視することが重要な意味を持つ。

ＰＩ液晶配向膜の不具合は、電極基板間に液晶を注入して液晶パネルを完成させ、電圧を印加した段階で、シミ・ムラ等の表示不良の出現により判明する。しかしながら、そのような不具合は、できるだけ早い段階で把握し、適切な対策をとることが望ましい。

これまで行われていたＰＩ液晶配向膜のイミド化率測定は、図７から図９に示すようなものであった。図７に示すのはＴＦＴ液晶パネル１００である。このＴＦＴ液晶パネル１００を、図８に示すようにＴＦＴ基板１０１とＣＦ基板１０２に分離する。そして図示しないマニピュレータでスタイラス１０３を操作し、例えばＴＦＴ基板１０１の表面から、ＰＩの試料１０４を掻き取る。掻き取ったＰＩ試料１０４を、図９に示すように測定ステージ１０５に載置する。ＰＩ試料１０４は狭い面積に、例えば５０μｍ四方の面積に固める。その上で、フーリエ変換赤外分光光度計（本明細書では「ＦＴ−ＩＲ」と称することがある）１０６によりＰＩ試料１０４のスペクトルを分析し、イミド化率を測定する。

特開２００１−５００１号公報特開２００２−４０４３８号公報特開２００２−６９４４７号公報

図７から図９に示すようなＰＩイミド化率測定方法では、完成品まで、またはその近くまで工程が進んだＴＦＴ液晶パネル１００をＴＦＴ基板１０１とＣＦ基板１０２に分離する手間がかかり、またマニピュレータ等の特殊な装置が必要である。このように手間を要するため、測定結果が得られるまで時間がかかっていた。そのため、不具合が発見されたとしても、製造工程へのフィードバックが遅れるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、液晶パネルの破壊を伴うことなくポリイミドからなる液晶配向膜のイミド化率を測定することが可能な液晶パネルを提供することを目的とする。また、そのような液晶パネルにおけるポリイミド液晶配向膜のイミド化率を能率良く測定することのできる液晶パネル検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、液晶パネルにおいて、当該液晶パネルは、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の対向面にポリイミドからなる液晶配向膜を形成し、前記ＴＦＴ基板とＣＦ基板の間に液晶を封じ込めたものであり、前記ＴＦＴ基板側に、前記ＣＦ基板側より光学的認識が可能であり、且つそれを覆う前記液晶配向膜のイミド化度を測定する際の赤外光反射板となる金属膜が形成されていることを特徴としている。

この構成による液晶パネルは、ＣＦ基板側より光学的に認識できる金属膜を赤外光反射板として、その金属膜を覆う液晶配向膜のイミド化率を測定することが可能である。そのため、完成品かその近くまで工程が進んだ液晶パネルであっても、それを破壊することなくポリイミドからなる液晶配向膜のイミド化率を測定できる。液晶パネルを破壊しないので測定作業を迅速に進めることができ、また、測定用の光学機器さえあればよいから、測定を比較的容易に実行できる。

上記構成の液晶パネルにおいて、前記金属膜は、前記ＴＦＴ基板のゲート配線またはソース配線の一部として形成されることが好ましい。

この構成によると、液晶パネル製造の通常工程をそのまま利用して金属膜を形成することができる。また、金属膜をＣＦ基板側から光学的認識可能とするため、金属膜上に形成される積層膜にマスクによるパターンニングとエッチングで穴を抜いたとすれば、その穴にポリイミドが溜まることから、例えばＦＴ−ＩＲより赤外光を発して金属膜で反射させる場合など、赤外光通過距離が長くなり、スペクトルＳ／Ｎ比が向上する。

上記構成の液晶パネルにおいて、前記金属膜は表示エリア外のブラックマトリクス領域に配置され、前記ＣＦ基板のブラックマトリクスには前記金属膜の光学的認識を可能とする透視部が形成されていることが好ましい。

この構成によると、金属膜は表示エリア外に位置するから、液晶表示に何の影響も与えない。またブラックマトリクスに形成される透視部も、表示エリア外であるため、液晶パネルを組み込む機器の筐体で覆われる構成とする等により、目立たなくすることが容易である。

上記構成の液晶パネルにおいて、前記金属膜は、前記ＴＦＴ基板の補償容量配線の一部として形成されることが好ましい。

この構成によると、液晶パネル製造の通常工程をそのまま利用して金属膜を形成することができる。また、補償容量部はブラックマトリクスで覆われないので、ブラックマトリクスに透視部を形成する手間を加える必要もない。

また本発明は、液晶パネル検査方法であって、上記構成の液晶パネルの、前記金属膜を覆う液晶配向膜に、フーリエ変換赤外分光光度計の顕微反射測定を適用し、前記液晶配向膜の赤外吸収スペクトルにより当該液晶配向膜のイミド化状態を測定することを特徴としている。

この構成によると、フーリエ変換赤外分光光度計という一般的な分析装置を用いて、液晶パネルを破壊することなくポリイミドからなる液晶配向膜のイミド化率を測定するので、手軽に、迅速に作業を遂行することができる。

本発明によると、完成品かその近くまで工程が進んだ液晶パネルであっても、それを破壊することなくポリイミドからなる液晶配向膜のイミド化率を測定できる。そのため、液晶配向膜の品質を容易にチェックし、問題発生時には迅速に製造工程へフィードバックすることができる。

本発明の実施形態に係る液晶パネルの概略平面図である。図１の液晶パネルの模式的垂直断面図である。図１の液晶パネルの液晶配向膜のイミド化率測定状況を説明する概略図である。ＴＦＴ基板の変形態様を示す模式的垂直断面図である。液晶パネル中の補償容量部の概略平面図である。図５の箇所にブラックマトリクスが重なった状況を示す概略平面図である。従来の液晶パネルの構造例を示す概略平面図である。図７の液晶パネルから液晶配向膜の試料を採取する状況を説明する概略図である。図７の液晶配向膜試料のイミド化率測定状況を説明する概略図である。

以下本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本明細書では、液晶パネルは、製造工程の過程でも完成品となった後も、水平な載置面上に表示面側を上にした状態で置かれるものとして説明を進める。

図１に示す液晶パネル１においては、中央の表示エリア２（ハッチングを施した領域）の外側を、ブラックマトリクス（本明細書では「ＢＭ」と称することがある）領域３が額縁状に取り囲んでいる。ＢＭ領域３のさらに外側をシール領域４が囲む。液晶パネル１の図１における上部は端子部５となっている。ＢＭ領域３の一部には透視部６が形成されている。

図２には透視部６の箇所の構造が示されている。ＴＦＴ基板１０は、ガラス基板１１の上面に次のものを順次積層形成した構造を備える。すなわち下地絶縁膜（ベースコート）１２、ゲート絶縁膜（本明細書では「ＧＩ」と称することがある）１３、層間絶縁膜１４、保護膜であるパッシベーション膜（本明細書では「Ｐａｓ膜」と称することがある）１５、有機絶縁膜１６、透明電極膜（本明細書では「ＩＴＯ」と称することがある）１７、及びＰＩからなる液晶配向膜１８である。

ＣＦ基板２０は、ガラス基板２１の下面に次のものを順次積層形成した構造を備える。すなわちＢＭ２２、ＩＴＯ２３、及びＰＩからなる液晶配向膜２４である。

ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０の間には、液晶封入部を区画形成するシール３０と、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０の間に所定の間隔を形成するフォトスペーサー３１が設けられる。フォトスペーサー３１の高さが例えば約４μｍであれば、液晶層３２の厚みは約４μｍということになる。

ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０の貼り合わせは次のようにして行う。ＣＦ基板製造工程で製造されたＣＦ基板１０を、液晶配向膜２４を上に向けて配置し、ＢＭ２２などの層の外側に、図示しないディスペンサを用いて、紫外線硬化／熱硬化併用型樹脂により構成されたシール材を枠状に描画する。そしてシール材の枠の中に液晶材料を滴下する。その上に、ＴＦＴ基板製造工程で製造されたＴＦＴ基板２０を、液晶配向膜１８を下に向けて配置する。このＣＦ基板１０とＴＦＴ基板２０を、減圧下で貼り合わせた後、貼り合わせ基板を取り巻く環境を大気圧に戻す。シール材及びフォトスペーサー３１を間に挟んで対峙するＣＦ基板２０とＴＦＴ基板１０は、大気圧により互いの方向に押し付けられる。次いでシール材に紫外線を照射し、貼り合わせ基板を加熱することにより、シール材を硬化させて、シール３０を形成する。これをもってＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０の貼り合わせは完了する。

上述した液晶パネル１の構造は一例であり、発明を限定するものではない。以下に示すＴＦＴ基板１０とＣＦ２０基板の膜構成も、単なる例示である。

下地絶縁膜１２の材料はＳｉＯ₂／ＳｉＯＮであり、化学気相成長（以下「ＣＶＤ」と称する）で膜厚１００ｎｍに形成される。ＧＩ１３の材料はＳｉＯ₂であり、ＣＶＤで膜厚７５ｎｍに形成される。層間絶縁膜１４の材料はＳｉＯ₂／ＳｉＮ／ＳｉＯ₂であり、ＣＶＤで膜厚６００ｎｍ／２５０ｎｍ／５０ｎｍに形成される。Ｐａｓ膜１５の材料はＳｉＮであり、ＣＶＤで膜厚５００ｎｍに形成される。有機絶縁膜１６の材料はアクリル樹脂のＪａｓであり、塗布により膜厚２４００ｎｍに形成される。ＩＴＯ１７の材料は酸化インジウムスズであり、スパッタリングにより膜厚１００ｎｍに形成される。液晶配向膜１８の材料はポリイミドであり、塗布により膜厚１００〜２００ｎｍに形成される。

ＴＦＴ基板１０に形成されるゲート配線と補償容量配線の材料はＷ／ＴａＮであり、スパッタリングにより膜厚３７０ｎｍ／３０ｎｍに形成される。同じくＴＦＴ基板１０に形成されるソース配線の材料はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉであり、スパッタリングにより膜厚１００ｎｍ／３５０ｎｍ／１００ｎｍに形成される。

ＢＭ２２の材料はカーボン粒子からなる黒色顔料が分散されたポジ型感光性樹脂であり、塗布により膜厚２．０μｍに形成される。カラーフィルタの色材（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の材料は着色されたアクリル系感光性樹脂であり、塗布により膜厚２．０μｍに形成される。ＩＴＯ２３の材料は酸化インジウムスズであり、スパッタリングにより膜厚１００ｎｍに形成される。液晶配向膜２４の材料はポリイミドであり、塗布により膜厚１００〜２００ｎｍに形成される。

本発明では、ＴＦＴ基板１０に、ＣＦ基板２０側より光学的認識が可能な金属膜４０を形成する。金属膜４０は、それを覆う液晶配向膜１８のイミド化率を測定する際の赤外光反射板となる。金属膜４０は、ゲート配線、ソース配線、補償容量配線などの金属膜の一部として形成することもでき、それらとは別の、独立した金属膜として形成することもできる。

図２に示す構造では、ゲート配線またはソース配線の一部を金属膜４０とすることが想定されている。金属膜４０はＧＩ１３の上に形成される。金属膜４０の上に積層される層間絶縁膜１４、Ｐａｓ膜１５、有機絶縁膜１６、及びＩＴＯ１７には、それらを貫通して金属膜４０まで届く穴４１が設けられている。穴４１は、穴パターンを有するマスクを重ねてエッチングするという、通常の手法で形成することができる。穴４１を形成した上で液晶配向膜１８を印刷すると、穴４１にＰＩが入り込み、他の箇所よりも厚いＰＩ層が形成される。

ＣＦ基板２０には、穴４１の上方の位置に、透視部６を形成する。ＢＭ２２とＩＴＯ２３を貫く穴が透視部６となる。透視部６も、穴パターンを有するマスクを重ねてエッチングするという、通常の手法で形成することができる。透視部６を形成した上で液晶配向膜２４を印刷すると、透視部６にＰＩが溜まり、他の箇所よりも厚いＰＩ層が形成される。このようにＰＩ層が厚いことは、ＦＴ−ＩＲでスペクトル分析を行う場合に赤外光通過距離が長くなり、スペクトルＳ／Ｎ比が向上する効果をもたらす。

穴４１と透視部６の大きさは、一辺５０μｍの正方形か、それ以上とする。一辺５０μｍの正方形というのは、ＦＴ−ＩＲを用いて顕微反射法でスペクトル分析を行う時、Ｓ／Ｎ比の良いスペクトルが得られる面積である。従って穴４１と透視部６は、一辺５０μｍの正方形以上の面積でありさえすればよく、精度は問われない。正方形以外の形状であってもよい。ちなみに穴４１と透視部６の位置は、図１に示す位置に限定されない。ＢＭ領域３のどこに位置させてもよい。

透視部６からの光洩れが懸念される場合は、ガラス基板２１に黒色塗料を塗布するか、遮光シールを貼ればよい。液晶パネル１を組み込む機器の筐体がＢＭをカバーする構成になっていれば、全く問題は発生しない。

上記構造を備えた液晶パネル１の、液晶配向膜１８及び液晶配向膜２４のイミド化率を測定するときは、図３に示すように、ＦＴ−ＩＲ５０の下に置かれた測定ステージ５１に液晶パネルを載置する。ＦＴ−ＩＲ５０と測定ステージ５１はＦＴ−ＩＲ顕微鏡を構成するものである。測定ステージ５１の大きさは１３０ｍｍ×２００ｍｍ程度である。そして測定ステージ５１の位置を調整し、ＦＴ−ＩＲ５０の焦点位置に金属膜４０の表面を位置合わせする。その上で顕微反射法によりイミド化率を測定する。

ＦＴ−ＩＲ５０から金属膜４０に向けて赤外光を照射する。赤外光源としては、例えばＳｉＣ赤外光源やセラミック光源を用いることができる。波長は中赤外波長領域である２．５μｍ〜２５μｍを使用する。波長表示は４０００ｃｍ^-1〜４００ｃｍ^-1となる。検出器には水銀−カドミウム−テルル（ＭＣＴ）検出器を使用する。

ＦＴ−ＩＲ５０の顕微鏡視野で可視像を見ながらマスキングサイズを調整し、測定エリアを決定する。デュアルマスキング方式を用いる。

赤外光の射出口におけるビーム系は直径７〜８ｍｍ程度であり、これをマスキング方式で絞り込んで透視部６に照射する。ＦＴ−ＩＲ５０から液晶パネル１までの距離は１０〜２０ｍｍである。測定ステージ５１も大きく、ＦＴ−ＩＲ５０までのクリアランスも十分であるため、液晶パネル１を容易にセットすることができる。

カセグレンは３２倍のものを使用する。この倍率のカセグレンを用いた場合、４６μｍ×４６μｍのマスキングサイズ（赤外光の照射面積）がＭＣＴ検出器の素子サイズ２５０μｍ×２５０μｍを満たすことになる。これが透視部６の大きさの基準を一辺５０μｍの正方形に求めた根拠である。

赤外光は金属膜４０で反射され、ＭＣＴ検出器に受光される。受光された赤外光のスペクトル分析を行うことにより、ポリイミドのイミド化率を測定することができる。

図４に示すように、金属膜４０の上にＰａｓ膜１５、有機絶縁膜１６、及びＩＴＯ１７を残す構成とすることも可能である。赤外光はこれらの膜を透過して金属膜４０で反射するので、ＦＴ−ＩＲ５０による液晶配向膜１８及び液晶配向膜２４のイミド化率測定は可能である。スペクトル分析の際、Ｐａｓ膜１５、有機絶縁膜１６、ＩＴＯ１７の材料、及び液晶層３２の液晶材料によるピークを差し引けばよい。また、スペクトルのＳ／Ｎ比を向上させるため、分析時の積算回数を約２倍に増やせばよい。例えば１２８回を２５６回にするようなことをすればよい。

金属膜４０は、補償容量配線の一部として形成することもできる。図５において、４２はゲート配線、４３はソース配線、４４は補償容量配線（以下「Ｃｓ配線」と称する）である。図６に示すように、Ｃｓ配線４４はＢＭ２２で覆われないため、ＢＭ２２に透視部を形成する手間は不要である。

図５のＡ−Ａ線で切断した断面図は、丁度図４のようになる。但し、金属膜４０の幅は２０μｍ程度となる。このように赤外光を反射させる面積が小さいとＳ／Ｎ比が悪くなるが、分析時の積算回数を増やす（例えば１２８回をその４倍の５１２回にする）ことにより、補償が可能である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はＴＦＴ液晶パネルに広く利用可能である。

１液晶パネル
２表示エリア
３ブラックマトリクス領域
６透視部
１０ＴＦＴ基板
１１ガラス基板
１２下地絶縁膜
１３ゲート絶縁膜
１４層間絶縁膜
１５保護膜
１６有機絶縁膜
１７透明電極膜
１８液晶配向膜
２０ＣＦ基板
２１ガラス基板
２２ブラックマトリクス
２３透明電極膜
２４液晶配向膜
３０シール
３１フォトスペーサー
３２液晶層
４０金属膜
５０フーリエ変換赤外分光光度計
５１測定ステージ

Claims

液晶パネルであって、以下を特徴とするもの：
当該液晶パネルは、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の対向面にポリイミドからなる液晶配向膜を形成し、前記ＴＦＴ基板とＣＦ基板の間に液晶を封じ込めたものであり、
前記ＴＦＴ基板側に、前記ＣＦ基板側より光学的認識が可能であり、且つそれを覆う前記液晶配向膜のイミド化度を測定する際の赤外光反射板となる金属膜が形成されている。
請求項１の液晶パネルであって、以下を特徴とするもの：
前記金属膜は、前記ＴＦＴ基板のゲート配線またはソース配線の一部として形成される。
請求項１の液晶パネルであって、以下を特徴とするもの：
前記金属膜は表示エリア外のブラックマトリクス領域に配置され、前記ＣＦ基板のブラックマトリクスには前記金属膜の光学的認識を可能とする透視部が形成されている。
請求項２の液晶パネルであって、以下を特徴とするもの：
前記金属膜は表示エリア外のブラックマトリクス領域に配置され、前記ＣＦ基板のブラックマトリクスには前記金属膜の光学的認識を可能とする透視部が形成されている。
請求項１の液晶パネルであって、以下を特徴とするもの：
前記金属膜は、前記ＴＦＴ基板の補償容量配線の一部として形成される。
液晶パネル検査方法であって、以下を特徴とするもの：
請求項１から５のいずれか１項に記載の液晶パネルの、前記金属膜を覆う液晶配向膜に、フーリエ変換赤外分光光度計の顕微反射測定を適用し、前記液晶配向膜の赤外吸収スペクトルにより当該液晶配向膜のイミド化状態を測定する。