JP2002365650A

JP2002365650A - 液晶表示パネルの製造方法

Info

Publication number: JP2002365650A
Application number: JP2001169337A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Tsuda; 英昭津田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶注入時における液晶粘度の変化を防止
し、低粘性材料を使用して液晶応答性が優れた液晶表示
パネルを製造する液晶表示パネルの製造方法を提供す
る。【解決手段】例えば、ＣＦ基板１０上にシール剤を枠
状に塗布してシール剤のパターン１１，１２を形成す
る。その後、低粘性の液晶１３を滴下し、液晶１３の揮
発成分が揮発しないように冷却しながら、減圧雰囲気下
でＣＦ基板１０とＴＦＴ基板とを重ね合わせ、紫外線照
射等によりシール剤を硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、滴下注入法による
液晶表示パネルの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルは、薄くて軽量であると
ともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所
があり、各種電子機器に広く使用されている。テレビや
パーソナルコンピュータに使用される一般的な液晶表示
パネルは、２枚の基板の間に液晶を封入した構造を有し
ている。一方の基板には、マトリクス状に配置された多
数の画素電極と、それらの画素電極にそれぞれ接続され
た多数のＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジ
スタ）とが設けられている。また、他方の基板には、赤
色、緑色及び青色のカラーフィルタと、画素電極に対向
するコモン電極とが設けられている。なお、画素電極が
マトリクス状に配置された領域を表示領域という。

【０００３】従来は、以下に示す方法によって２枚の基
板間に液晶を封入している。すなわち、一方の基板の表
示領域を囲むようにして枠状にシール剤を塗布する。但
し、後工程で基板間に液晶を注入するために、液晶注入
口として枠状の一部にシール剤を塗布しない部分を設け
ておく。その後、２枚の基板の間に両者の間隔（セルギ
ャップ）を一定に維持するためのスペーサを配置し、シ
ール剤によって２枚の基板を接合して液晶表示パネルと
する。液晶注入前の液晶表示パネルは空パネルといわれ
る。

【０００４】次いで、シール剤を十分に硬化させた後、
液晶を入れた容器と空パネルとを真空チャンバ内に入れ
る。そして、チャンバ内を真空にした後、空パネルの液
晶注入口を容器内の液晶中に入れ、チャンバ内を大気圧
に戻す。これにより、大気圧と空パネル内の圧力との差
によって液晶がパネル内に進入する。パネル内に液晶が
十分に充填された後、このパネルを平板の間に挟んで加
圧し、余分な液晶を排出してセルギャップを一定にす
る。そして、液晶注入口に樹脂を充填し、この樹脂を硬
化させる。これにより、液晶の封入が完了する。

【０００５】ところで、上述した従来の液晶封入方法
（ディップ注入法）では、パネル内の圧力と大気圧との
差により液晶を注入するので、パネル内に十分に液晶が
充填されるまでに長時間を要するという欠点がある。そ
こで、作業性を改善するために、滴下注入法といわれる
方法が開発されている。滴下注入法では、例えば一方の
基板上に、表示領域を囲むようにしてシール剤を塗布
し、この基板の上に液晶を滴下する。そして、真空雰囲
気中で一方の基板の上にスペーサを挟んで他方の基板を
配置し、圧着した後、基板間に液晶を拡散させ、シール
剤を硬化させて液晶封入工程を行う。

【０００６】なお、必ずしもシール剤を塗布した基板に
液晶を滴下する必要はなく、シール剤を塗布していない
ほうの基板に液晶を滴下してもよい。また、シール剤
は、光硬化性のもの及び熱硬化性のもののどちらを使用
してもよく、それらを併用してもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の注入法では、以
下に示す問題点がある。すなわち、従来の注入法では、
揮発性が少ない液晶を使用しており、減圧下においても
常温で一連の工程を実施していた。しかし、近年、液晶
表示パネルの高速応答性が要求されるようになり、それ
に伴って回転粘度γ１の小さい液晶の使用が見込まれて
いる。ところが、回転粘度γ１の小さい液晶は揮発性が
高く、従来の滴下注入法では減圧下で液晶中の揮発成分
が消失して、液晶の回転粘度γ１が大きくなってしま
う。従って、回転粘度γ１の小さい液晶を使用しても、
応答性を改善する効果が得られない。

【０００８】本発明の目的は、液晶封入時の液晶粘度の
変化を防止し、応答性が優れた液晶表示パネルの製造方
法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示パネル
の製造方法は、低粘度の液晶を滴下注入法で注入基板滴
下すること、特に液晶を冷却して、減圧雰囲気下で基板
の貼合わせを行うことを特徴とする。この場合に、前記
液晶として、揮発性を有し、２０℃における回転粘度γ
１が１２０ｍＰａ・ｓ以下のものを使用することが好ま
しい。但し、本発明において揮発性を有する液晶とは、
常温かつ１０^-3Torrの減圧下で３０分間放置したとき
に、放置後の重量が放置前の９８％以下となるものをい
う。

【００１０】動きの激しい映像を表示するためには高速
応答性が優れた液晶表示パネルが必要であり、高速応答
性が優れた液晶表示パネルを実現するためには回転粘度
γ１が小さい液晶（具体的には、２０℃における回転粘
度γ１が１２０ｍＰａ・ｓ以下の液晶）を使用すること
が必要である。しかし、回転粘度γ１が小さい液晶は、
揮発性を有する液晶であるということもできる。なお、
回転粘度γ１は液晶分子の動きやすさに係わり、一般的
な粘度（フロー粘度）とは異なる。

【００１１】液晶表示パネルに使用される液晶は、複数
の液晶化合物の混合体であるが、極性を示さないニュー
トラル材（誘電率異方性がニュートラルの液晶化合物）
であって揮発性が高い成分を混合すると、液晶の回転粘
度を下げることができる。例えば、回転粘度γ１が１３
５ｍＰａ・ｓの液晶にニュートラル材を混合することに
より、回転粘度γ１が８２ｍＰａ・ｓの液晶を得ること
ができる。しかし、この液晶を注入法により常温かつ減
圧下でパネル内に封入すると、液晶中の揮発成分が消失
して回転粘度γ１が１３５以上となってしまう。これで
は、応答性が優れた液晶表示パネルを製造することはで
きない。

【００１２】液晶中の成分の揮発は、液晶材料が存在す
る雰囲気の温度に支配されるため、低温であればその揮
発量を最小限に抑えることが可能である。例えば、上記
の液晶を０℃以下に冷却して減圧下においても、液晶の
組成は殆ど変化しない。従って、液晶を冷却した状態で
パネル内に封入すれば、より一層応答性が優れた液晶表
示パネルを製造することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１を用いて、滴下注入法による液晶表示
パネル（液晶表示装置）の製造方法を説明する。まず、
公知の方法でカラーフィルタ及びコモン電極を備えた基
板（以下、ＣＦ基板という）と、ＴＦＴ及び画素電極を
備えた基板（以下、ＴＦＴ基板という）とを形成する。
本実施の形態では、これらの基板として、いずれもサイ
ズが５００ｍｍ×４００ｍｍのガラス基板を使用する。
このサイズの基板は、２台分の１５型液晶表示パネルを
形成するためのいわゆる２面取り基板である。なお、こ
れらのＣＦ基板及びＴＦＴ基板の上には、垂直配向膜
（例えば、ポリアミック酸タイプ／ＪＳＲ製）を形成し
ておく。

【００１４】その後、光硬化性のシール剤を用いて、図
１に示すように、ＣＦ基板１０の表示領域を囲む第１の
枠状パターン１１と、基板縁部に沿った第２の枠状パタ
ーン１２でシール剤を塗布する。パターン１１，１２の
幅はいずれも１ｍｍである。そして、各枠状パターン１
１内に液晶（Ｎ型液晶／メルクジャパン製）１３を、シ
ール外形寸法とパネル厚から求まる必要量だけ滴下し、
真空中でＣＦ基板１０とＴＦＴ基板（図示せず）との貼
り合せを行う。

【００１５】その後、液晶がほぼ表示領域内の全体に拡
散してから大気圧に戻し、基板上方（ＣＦ基板側）から
紫外線を２０００ｍＪ照射して、シール剤を硬化させ
る。この貼合わせ基板を１２０℃の温度で１時間加熱し
た後、スクライブラインに沿って分割する。このように
して、液晶表示パネルを形成することができる。更に、
図２〜図６を参照して説明する。図２は液晶表示パネル
のセル構造を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線による
断面図、図４は基板上にシール剤を塗布した後の液晶を
滴下工程を示す図、図５はＴＦＴ基板とＣＦ基板とを重
ね合わせる工程を示す模式図、図６はシール剤の硬化工
程を示す模式図である。なお、本実施の形態においては
ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment ）型液晶表
示パネルの製造方法について説明している。

【００１６】まず、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板３０を
それぞれ製造する。ＴＦＴ基板２０の製造には、公知の
成膜法及びフォトリソグラフィ法を使用して、ガラス基
板２１の上に、ゲートバスライン２２、補助容量バスラ
イン２３，データバスライン２４、ＴＦＴ２５及び画素
電極２６を形成する。この場合に、画素電極２６には、
配向分割用のスリット２６ａを設けておく。また、画素
電極２６とＴＦＴ２５のソース電極とは、コンタクトホ
ールを介して電気的に接続する。その後、画素電極２６
の上を覆うように垂直配向膜２７を形成する（図２，３
参照）。

【００１７】また、ＣＦ基板３０の製造には、公知の成
膜法及びフォトリソグラフィ法を使用して、ガラス基板
３１上に、ブラックマトリクス３２、カラーフィルタ３
３、コモン電極３４及び配向分割用突起（土手）３５を
形成し、これらの上を覆うように垂直配向膜３６を形成
する（図３参照）。図３において、突起（土手）層を利
用し、固定スペーサとすることで、狭セルギャップ化も
工程を追加することなく（突起層形成の工程のみ）可能
であり、高速応答化が図れる。この場合、適切な密度で
開口部外に固定スペーサを配置する。これにより、効率
よくセルギャップが４μｍ以下の液晶表示パネルが得ら
れ、高速応答化が実現できる。

【００１８】次に、図４に示すように、ＴＦＴ基板２０
の上に、表示領域を囲むようにしてシール剤２８を塗布
する。その後、滴下ディスペンサ４１を用いて、ＴＦＴ
基板２０上の数箇所にＮ（ネガ）型液晶４０を滴下す
る。この場合に、液晶４０の滴下量は、表示領域の面積
と目標とするパネル厚とに応じて決定する。滴下注入は
セルギャップが３．０μｍなどの小さいパネルを作製す
るのに適している。セルギャップが３．０μｍになる
と、セル厚の２乗効果から極めて高速な液晶表示パネル
を得ることができる。

【００１９】次に、図５に示すように、貼合わせ装置の
チャンバ４２内にＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板３０を入
れ、ＴＦＴ基板２０を０℃に冷却しながら、チャンバ４
２内を例えば１０^-3Torr程度の圧力になるまで排気す
る。そして、ＴＦＴ基板２０の上にＣＦ基板３０を重ね
合わせた後、図６に示すように、ＵＶ照射によってシー
ル剤２８を硬化させる。ＴＦＴ基板２０とＣＦ基板３０
とを重ね合わせるときに、液晶４０がシール剤２８に囲
まれた領域内全体に広がって、パネル内に液晶が密封さ
れる。なお、シール剤の硬化は、減圧下（真空中）で行
ってもよいし、空気中（大気中）又はＮ₂等の不活性ガ
ス雰囲気中で行ってもよい。

【００２０】その後、パネルの表裏両面にそれぞれ偏光
板を貼り付ける。これにより、ＭＶＡ型液晶表示パネル
が完成する。本実施の形態によれば、液晶封入時に基板
温度を０℃まで冷却するので、減圧下でも液晶の揮発成
分の消失がほぼ完全に回避される。これにより、液晶の
回転粘度γ１が小さく、応答性が優れた液晶表示パネル
を得ることができる。従来のディップ注入法よりも滴下
注入プロセスのほうが、減圧下におかれる時間が短いた
め、回転粘度の小さな液晶は滴下注入に適している。ま
た、ＭＶＡ型液晶表示パネルに用いるＮ（ネガ）型の液
晶材料は、揮発性が小さい材料のみで構成しても低粘性
化は極めて難しい。よって、上記低粘性液晶及びこれを
用いた製造方法は、ＭＶＡ型液晶表示パネルにおいて、
特に効果が大きいものとなる。

【００２１】なお、上記実施の形態ではＭＶＡ型液晶表
示パネルの製造に本発明を適用した場合について説明し
たが、これにより本発明がＭＶＡ型液晶表示パネルの製
造方法に限定されるものではなく、本発明はＴＮ（Twis
ted Nematic ）型及びその他の方式の液晶表示パネルの
製造に適用することができる。また、液晶材料もＮ（ネ
ガ）型に限定されるものではなく、Ｐ（ポジ）型液晶材
料を用いた場合も同様の効果を得ることができる。

【００２２】更に、上記実施の形態ではＴＦＴ基板上に
液晶を滴下し、このＴＦＴ基板の上にＣＦ基板を重ね合
わせたが、ＣＦ基板上に液晶を滴下し、ＣＦ基板上にＴ
ＦＴ基板を重ね合わせるようにしてもよい。以下、本実
施の形態により評価用液晶セルを製造し、その応答特性
を調べた結果について、比較例と比較して説明する。

【００２３】上述した滴下注入法により、評価用液晶セ
ルを作製した。ＩＴＯ（Indium-TinOxide）からなる透
明電極が形成された第１のガラス基板に、レジストＡ
（シプレイ製）をスピンコート法により塗布してレジス
ト膜を形成し、フォトマスクを使ってレジスト膜に突起
形成用パターンを転写した。その後、現像処理してレジ
スト膜をパターニングした後、１２０℃の温度で４０分
間、２００℃の温度で４０分間ベークした。これによ
り、基板上に、レジストからなる高さが１．４μｍの配
向分割用突起が形成された。

【００２４】次に、ＩＴＯからなる透明電極が形成され
た第２のガラス基板を用意し、フォトレジスト法により
透明電極をパターニングした。ＩＴＯのない領域が第１
のガラス基板の突起と突起との間に配置されるように形
成した（図２，３参照）。次に、第１の基板及び第２の
基板の上にそれぞれ垂直配向膜（ポリアミック酸タイプ
／ＪＳＲ製）を形成した。更に、第２の基板の上に固定
スペーサをレジストにより所定の位置にパターン形成
し、第１の基板側にはシール剤を枠状に塗布した（図４
参照）。

【００２５】実施例１として揮発性を有しない液晶Ａ
（メルク・ジャパン製）を用い、実施例２として揮発性
を有する液晶Ｂを用いて、それぞれ滴下ディスペンサで
第１の基板上に液晶を滴下した。下記表１に、液晶Ａ，
Ｂの物性値を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】第１及び第２の基板を貼合わせ装置のチャ
ンバ内に入れ、０℃に冷却しながらチャンバ内を１０^-3
Torrまで排気し、第１の基板の上に第２の基板を重ね合
わせた。このとき、第１の基板の突起と第２の基板のＩ
ＴＯのない領域とが互い違いに配置されるように（ＭＶ
Ａセルとなるように）、第１の基板と第２の基板とを貼
合わせてパネルとした（図３参照）。その後、ＵＶ照射
によりシール剤を硬化させた後、パネルの上下に偏光板
をクロスニコルに貼合わせた。

【００２８】同様に、比較例１として揮発性を有しない
液晶Ａ（メルク・ジャパン製）を用い、比較例２として
揮発性を有する液晶Ｂを用いて、それぞれ滴下ディスペ
ンサで第１の基板上に滴下した。そして、これらの基板
を貼合わせ装置のチャンバ内に入れ、基板温度が室温
（２３±１℃）のままチャンバ内を１０^-3Torrまで排気
し、第１の基板の上に第２の基板を重ね合わせた。その
後、ＵＶ照射によりシール剤を硬化させた後、パネルの
上下に偏光板をクロスニコルに貼合わせた。また、滴下
注入法ではなく、従来の注入法（ディップ法）により同
様のＭＶＡ液晶評価セルを作製した。すなわち、上述し
た方法と同様に、突起を有する第１のガラス基板と、パ
ターニングしたＩＴＯのない領域を有する第２のガラス
基板とを用意し、各々の基板に垂直配向膜を形成した。
ここまでの基板形成は、全て同じ工程で作製している。

【００２９】その後、第１の基板に液晶注入口ができる
パターンでシール剤（熱硬化性シール、ＸＮ−２１Ｆ／
三井化学製）を設けた。そして、第１の基板と第２の基
板とをＭＶＡセルとなるように貼合わせ（図３参照）、
１３５℃のオーブン内に９０分間放置した。このように
して、空セルを作製した。この空セルに、比較例３とし
て揮発性を有しない液晶Ａ（メルク・ジャパン製）を、
比較例４として揮発性を有する液晶Ｂ（メルク・ジャパ
ン）を、真空ディップ注入した。注入装置の真空度は、
１０^-3Torrであり、真空排気時間は４０分間とした。こ
のとき、真空チャンバ内の温度制御は行わず、室温で一
連の注入工程を行った。

【００３０】注入後、セルギャップが得られるようにし
て液晶注入口を市販のＵＶ硬化性樹脂（スリーボンド
製）を用いて封止した。更に、パネルの上下に偏光板を
クロスニコルに貼合わせて、液晶セルを完成させた。実
施例１，２、比較例１，２及び比較例３，４の液晶セル
について、電気光学特性を調べた。その結果を表２に示
す。なお、応答性は光透過率の９０％変動特性により求
めた。すなわち、液晶セルにパルス電圧を印加したとき
に、液晶セルの光透過率が飽和透過率の９０％に至るま
での時間を調べた。

【００３１】

【表２】

【００３２】上記表２から明らかなように、液晶を冷却
しながらパネル内に封入した実施例１，２の液晶セルで
は、同じ液晶を室温でパネル内に封入した比較例１，２
の液晶セルに比べて応答特性が良好であった。特に、揮
発性を有する液晶Ｂを使用した実施例２の液晶セルでは
応答性が２０msecであり、極めて良好な高速応答性を有
する液晶表示パネルを製造できることが確認された。

【００３３】また、比較例３，４と上記した結果から、
従来注入法（ディップ法）と比較すると、滴下注入法で
は応答特性の改善に大きな効果があることもわかる。こ
れは、滴下注入法では、従来注入法に比較して、極端に
短い時間で真空脱泡処理が完了するためである。１５型
の液晶表示パネルでいえば、従来注入法では排気時間が
数時間を要するのに対し、滴下注入法では数分以下に短
縮される。大型の液晶表示パネルを作製する場合ほど、
この違いは顕著となってくる。

【００３４】比較例３，４の応答性においては、液晶Ｂ
により高速化しなかったのは、真空排気時における液晶
Ｂ内の揮発性が高い成分が揮発し、結果的に液晶粘性γ
１が８２から上昇してしまったためである。液晶Ｂの揮
発の度合いは、完成した液晶表示パネルを分解し、液晶
を採取してガスクロマトグラフィなどで分析することで
判別できた。低粘性に寄与している液晶成分が大幅に減
少していた。

【００３５】（変形例）上述した液晶表示パネルの製造
方法では、液晶を滴下した基板全体を０℃まで冷却した
が、図７に示すように、基板２０の全体ではなく、液晶
４０を滴下した部分のみを冷却体４５で部分的に冷却し
ても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００３６】また、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とを重ね合わ
せた後のシール剤を硬化させる工程で、図８に示すよう
に、基板２０，３０の表示領域を加熱体４６で加熱し、
シール剤２８の近傍のみを冷却体４７で冷却するように
してもよい。こうすることにより、液晶４０がパネル内
部に均一に拡がってセル厚のばらつきが抑制されるとと
もに、シール剤２８の近傍では液晶４０の拡がり速度が
遅くなるので、シール剤２８との接触による液晶４０の
汚染が防止されるという効果を得ることができる。これ
により、表示むらの少ない液晶表示パネルを製造でき
る。

【００３７】（付記１）第１の基板又は第２の基板上に
シール剤を設け、前記第１の基板及び前記第２の基板の
うちの一方の基板上に液晶を滴下し、前記第１の基板と
前記第２の基板とを重ね合わせ、前記シール剤を硬化し
て前記第１の基板と前記第２の基板を貼合わせる工程を
有する液晶表示パネルの製造方法において、前記液晶を
冷却し、減圧下で前記第１の基板と前記第２の基板との
重ね合わせを行うことを特徴とする液晶表示パネルの製
造方法。

【００３８】（付記２）前記液晶として、揮発性を有
し、２０℃における回転粘度γ１が１２０ｍＰａ・ｓ以
下のものを使用することを特徴とする付記１に記載の液
晶表示パネルの製造方法。（付記３）前記液晶を冷却する工程において、前記液晶
の温度を０℃以下とすることを特徴とする付記１又は付
記２に記載の液晶表示パネルの製造方法。

【００３９】（付記４）前記液晶を冷却する工程におい
て、前記第１の基板又は前記第２の基板のうち液晶を滴
下した領域のみ冷却することで前記液晶を冷却すること
を特徴とする付記１又は付記２に記載の液晶表示パネル
の製造方法。（付記５）前記第１及び第２の基板を重ね合わせた後
に、前記液晶を加熱し、前記シール剤の近傍を冷却する
ことを特徴とする付記１又は付記２に記載の液晶表示パ
ネルの製造方法。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
パネルの製造方法によれば、液晶を冷却した状態で滴下
注入法によってパネル内に液晶を封入するので、揮発性
を有する液晶を使用しても揮発成分の消失が回避され
る。これにより、応答性が優れた液晶表示パネルを得る
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シール剤の塗布パターンを示す斜視図である。

【図２】液晶表示パネルのセル構造を示す平面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ線による断面図である。

【図４】基板上にシール剤を塗布した後の液晶を滴下工
程を示す図である。

【図５】ＴＦＴ基板とＣＦ基板とを重ね合わせる工程を
示す模式図である。

【図６】シール剤の硬化工程を示す模式図である。

【図７】液晶表示パネルの製造方法の変形例を示す図で
ある。

【図８】液晶表示パネルの製造方法の他の変形例を示す
図である。

【符号の説明】

１０，３０…ＣＦ基板、１１…第１の枠状パターン、１２…第２の枠状パターン、１３，４０…液晶、２０…ＴＦＴ基板、２１，３１…ガラス基板、２２…ゲートバスライン、２３…補助容量バスライン、２４…データバスライン、２５…ＴＦＴ、２６…画素電極、２６ａ…スリット、２７，３６…垂直配向膜、２８…シール剤、３２…ブラックマトリクス、３３…カラーフィルタ、３４…コモン電極、３５…配向分割用突起、４２…チャンバ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板又は第２の基板上にシール剤
を設け、前記第１の基板及び前記第２の基板のうちの一
方の基板上に液晶を滴下し、前記第１の基板と前記第２
の基板とを重ね合わせ、前記シール剤を硬化して前記第
１の基板と前記第２の基板を貼合わせる工程を有する液
晶表示パネルの製造方法において、前記液晶を冷却し、減圧下で前記第１の基板と前記第２
の基板との重ね合わせを行うことを特徴とする液晶表示
パネルの製造方法。
【請求項２】前記液晶として、揮発性を有し、２０℃
における回転粘度γ１が１２０ｍＰａ・ｓ以下のものを
使用することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パ
ネルの製造方法。