JP2006209110A - 液晶ディスプレイパネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の形成を防止しつつ圧縮抵抗を確保し、耐久性を向上させた液晶ディスプレイパネル及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】上記課題を達成するため、相互に平行に配置される第１基板と前記第２基板との間に液晶層を備え、前記第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置した液晶ディスプレイパネルであって、前記スペーサは、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料１２２と第２材料１２４とを含んでいることを特徴とした液晶ディスプレイパネル等を採用する。また、スペーサの形成には、前記第１基板上に、第１材料と第２材料とを均一に分散して含むレジスト層を形成し、前記レジスト層をパターニングしてスペーサ形状とする等の製造方法を採用する。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶ディスプレイパネルに関し、より詳細には、特殊なスペーサを備えた液晶ディスプレイパネル及びその製造方法に関する。

液晶ディスプレイは各種ディスプレイの中で最も人気の高い製品である。図７に、従来の液晶ディスプレイパネルの断面図を示す。この液晶ディスプレイパネル１０は、第１基板１２及び第２基板１４を含んでいる。これら第１基板１２及び第２基板１４は、ガラス基板、カラーフィルタ（ＣＦ）基板又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板を用いる事が出来る。さらに、第１基板１２と第２基板１４との間には、液晶１６を充填させるべくこれらの間のギャップを保持する複数のスペーサ１８が配置されている。

さて、液晶ディスプレイパネルの製造において、図８〜図１０に示すごとくの液晶滴下（ＯＤＦ）法は、最も重要な技術の１つとなっている。この方法では、先ず、図８に示すように、ゲル１３を第１基板１２に塗布してから、第１基板１２に液晶１６を滴下し、次いで図９に示されるように、真空下で第１基板１２と第２基板１４とを重ね合わせる。その後、大気圧に戻し、図１０に示されるように、２枚の基板１２及び１４を液晶ディスプレイパネル１０として形成する。図７に示されるスペーサ１８は、第１基板１２と第２基板１４との間に配置することができ、液晶１６の滴下量はスペーサ１８の体積によって決まる。

このような液晶ディスプレイの製造に液晶滴下法を用いる際の提案が種々なされている。例えば、特許文献１（特開２００２−４０４５１号公報）には、表示スペーサとして、液晶表示を適正に行うために形成すべき適正セルギャップより大きいセルギャップ方向の初期寸法を持つ樹脂等の弾性のあるスペーサを用いた液晶表示パネルの製造方法が記載されている。この製造方法によって、シールと液晶の粘度差に起因してパネルの変形が部分的に異なることによる不都合を回避して、表示部全域で適正セルギャップを有し、良好な表示品質を持続させることができるとされている。

また、特許文献２（特開２００５−３３８８８６号公報）には、一対の基板のうちの少なくとも一方の面に第１のシール材を閉じた枠状に塗布する第１のシール材塗布工程と第１のシール材の外側に第２のシール材を閉じた枠状に塗布する第２のシール材塗布工程を含む液晶表示パネルの製造方法が記載されている。この製造方法によって、液晶を基板間に封止する際に、液晶パネル全体に渡ってスペーサを均一に分布させ、封止不良を防ぐことができるとされている。

さらには、特許文献３（特開２００２−１５６６３８号公報）には、カラーフィルタ基板に円柱状スペーサ、直線状スペーサ及び鉤形スペーサを用いた液晶表示基体及びその製造方法が記載され、これらにより液晶封入時間を短縮して生産性を向上させ、かつシール材もしくは弾性体クランプの高分子成分による液晶汚染を防止することができるとされている。

特開２００２−４０４５１号公報 特開２００５−３３８８８６号公報 特開２００２−１５６６３８号公報

しかし、このような液晶滴下法を用いた液晶ディスプレイパネル及びその製造方法では、液晶量が適正でない又はスペーサの高さに偏差が生じるために気泡を形成する。この気泡の形成は、液晶ディスプレイパネルの性能の低下をもたらす。

この気泡を形成するという問題を解決する一つの方法として、比較的軟性なスペーサを用いることにより液晶マージン（ＬＣ ｍａｒｇｉｎ）を改善するという手段が講じられているが、これを用いると液晶ディスプレイパネルの圧縮抵抗が落ちるという問題が生じる。

従って、本発明の目的は、気泡の形成を防止しつつ圧縮抵抗を確保し、耐久性を向上させた液晶ディスプレイパネル及びその製造方法を提供することにある。

そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、上記課題を達成するものとして、以下に述べる発明に想到した。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネル： 本件発明に係る液晶ディスプレイパネルは、相互に平行に配置される第１基板と前記第２基板との間に液晶層を備え、前記第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置したものであって、前記スペーサは、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料とを含んでいることを特徴としたものである。

そして、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおいて、前記第１基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板を用いる。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおける前記スペーサは、第１材料及び前記第２材料が、当該スペーサの内部で均一に混合分散しているか又は層状に分布しているものを用いることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおける前記スペーサに含まれる第１材料は、鉛筆硬度３Ｈ未満のアクリル系材料を用いる事が好ましい。

また、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおける前記スペーサに含まれる第２材料は、鉛筆硬度３Ｈ以上のアクリル系材料を用いることが好ましい。

そして、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおける前記スペーサは、当該厚さが１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。

更に、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルにおける前記スペーサは、その形状を柱状又は球状として用いることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法： 本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法は、第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置した本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法であって、以下の工程Ａ〜工程Ｅを含むことを特徴としたものである。

工程Ａ： 第１基板を準備する工程。
工程Ｂ： 前記第１基板上に、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料を含んだスペーサを複数形成する工程。
工程Ｃ： 複数のスペーサを形成した前記第１基板に液晶を供給し液晶層を形成する工程。
工程Ｄ： 第２基板を準備する工程。
工程Ｅ： 前記第２基板を前記第１基板に重ね合わせ液晶ディスプレイパネルとする工程。

また、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法として、以下の工程ａ〜工程ｅを含むことを特徴とし製造方法を採用することも好ましい。

工程ａ： 第１基板を準備する工程。
工程ｂ： 前記第１基板上に、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料を含んだスペーサを複数形成する工程。
工程ｃ： 第２基板を準備する工程。
工程ｄ： 前記第２基板を、複数のスペーサを形成した前記第１基板に重ね合わせる工程。
工程ｅ： 前記第１基板に液晶を供給し液晶層を形成し液晶ディスプレイパネルとする工程。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法において、前記第１基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板を用いる。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法で用いる前記スペーサは、第１材料及び前記第２材料が、当該スペーサの内部で均一に混合分散しているか又は層状に分布しているものを用いることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法で用いる前記スペーサは、前記第１材料として鉛筆硬度３Ｈ未満のアクリル系材料を含むものを用いることが好ましい。

また、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法で用いる前記スペーサは、前記第２材料として鉛筆硬度３Ｈ以上のアクリル系材料を含むものを用いることが好ましい。

更に、本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法で用いる前記スペーサは、当該厚さが１μｍ〜１０μｍのものを用いることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法で用いる前記スペーサは、その形状が柱状又は球状であるものを用いることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法における前記工程Ｂ及び工程ｂにおける第１基板上への複数のスペーサの形成は、前記第１基板上に、第１材料と第２材料とを均一に分散して含むレジスト層を形成し、前記レジスト層をパターニングしてスペーサ形状とすることが好ましい。

本件発明に係る液晶ディスプレイパネルの製造方法における前記工程Ｂ及び工程ｂにおける第１基板上への複数のスペーサの形成は、前記第１基板上に、第１材料と第２材料の一方の材料を含む第１レジスト層を形成し、その第１レジスト層上に、他方の材料を含む第２レジスト層を形成することで２層の複合レジスト層として、この複合レジスト層をパターニングしてスペーサ形状とすることが好ましい。

本発明に係る液晶ディスプレイパネルは、軟性材料と硬性材料を含む特殊な複合型スペーサを備える。従って、本発明によれば、液晶滴下プロセス中、基板間に位置する複合型スペーサの圧縮抵抗がその軟性材料の存在によって低まるために気泡の発生が抑えられる。液晶滴下プロセス後には、基板間に位置する複合型スペーサの圧縮抵抗がその硬性材料の存在によって高まる。即ち、液晶ディスプレイパネルとして、好適な気泡発生防止効果と適正な圧縮抵抗とが得られるのである。そのために液晶ディスプレイの耐久性が改善される。

本発明は一態様として液晶ディスプレイパネルを開示する。該液晶ディスプレイパネルは、第１基板、第１基板と平行に配置される第２基板、第１基板と第２基板との間に介在する液晶層、及び第１基板と第２基板との間に配置される複合型スペーサを含む。該複合型スペーサは、軟性材料と硬性材料とを含んでいる。このように軟性材料と硬性材料とを併存させることで、液晶ディスプレイパネルの第１基板と第２基板との密着状態を平坦で且つ良好なものとし、気泡発生が無く、適正な圧縮抵抗を同時に得ることが出来るのである。

また、本発明は、液晶ディスプレイパネルの製造方法を提供する。該製造方法は、第１基板を準備する工程、軟性材料と硬性材料を含む複合型スペーサを第１基板上に複数形成する工程、第１基板に液晶を供給する工程、及び第２基板を第１基板に重ね合わせる工程を含む。

以下に、図１〜図３及び図４〜図６と対応させながら、本発明に係る液晶ディスプレイパネル１００の実施形態を詳細に説明する。

図１において、第１基板１１０上には複数の複合型スペーサ１２０が形成されている。第１基板１１０は、ガラス又はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）基板からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板又はカラーフィルタ（ＣＦ）基板を用いる事が出来る。また、複合型スペーサ１２０は、フォトレジスト又はアクリル樹脂で作製したものとすることができる。複合型スペーサ１２０は、軟性材料１２４と硬性材料１２２を含む。軟性材料１２４の鉛筆硬度は３Ｈ未満であり、硬性材料１２２の鉛筆硬度は３Ｈ以上である。これら軟性材料１２４と硬性材料１２２は、図４に示されるように複合型スペーサ１２０中に均一に分布するか、図５及び図６に示されるように層状に分布する。軟性材料１２４と硬性材料１２２との割合は各種ニーズに合わせて調整可能である。なお、ここで使用する“軟性”及び“硬性”は、単純に相対的な硬度を表わした用語であって、必ずしも鉛筆硬度を基準としたものには限られない。さらに、当業者であれば、硬度の異なる２種より多くの材料を用いても本発明の複合型スペーサが形成可能であることを理解できるはずである。

図４に示される複合型スペーサ１２０の形成方法について以下に説明する。軟性材料１２４及び硬性材料１２２を含む複合型スペーサ１２０を第１基板１１０上に形成する。複合型スペーサ１２０の複合層は、軟性材料１２４と硬性材料１２２とを混合して作製するか、軟性材料１２４と硬性材料１２２とを含んだ複合型フォトレジストを使用して調製することができる。この複合層をリソグラフィ及びエッチングによってパターン化し、複数の複合型スペーサ１２０を形成する。

次いで、図５及び図６に示される複合型スペーサ１２０の形成方法を以下に説明する。第１基板１１０上に、軟性材料１２４と硬性材料１２２を含む複合混合物を塗布して複合層を形成する。このとき、軟性材料１２４と硬性材料１２２とは、両者の密度差（比重差）、親水性、疎水性、表面張力等といった特性によって複合混合物中にて自然に分離して層形成を行う。そして、複合層をパターニングして、図５又は図６に示される複合型スペーサ１２０を形成できる。

さらに、図５及び図６に示される複合型スペーサ１２０の別な形成方法を以下に説明する。先ず、第１基板１１０上に第１の層Ａ及び第２の層Ｂを順次形成する。そして、これら第１の層Ａ及び第２の層Ｂを同時にパターニングして、図５又は図６に示される複合型スペーサ１２０を形成する。ここで、図５は、硬性材料１２２を含む第１の層Ａと軟性材料１２４を含む第２の層Ｂとからなる複合型スペーサ１２０を示し、図６は、軟性材料１２４を含む第１の層Ａと硬性材料１２２を含む第２の層Ｂとからなる複合型スペーサ１２０を示している。

複合型スペーサ１２０の厚さは、第１基板１１０と、重ね合わせられる第２基板１４０との間の所定の間隔によって決まる。複合スペーサ１２０の厚さは、１μｍ〜１０μｍである。また、複合型スペーサ１２０は、柱状又は球状の形状として用いることが好ましい。

続いて、図２に示されるように、液晶滴下（ＯＤＦ）法により、第１基板１１０に液晶を滴下する。あるいは、第１基板１１０と第２基板１４０とを重ね合わせた後でこれらの間に液晶を注入してもよい。

そして、図３に示されるように、第２基板１４０を第１基板１１０に重ね合わせる。第２基板１４０は、ガラス基板又はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）基板からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板又はカラーフィルタ（ＣＦ）基板を用いる事が出来る。

本発明を好ましい実施形態によって以上のように開示したが、これは本発明を限定しようとするものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱しない限りにおいて変更及び修飾を施すことができる。よって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で定義されたものが基準とされる。

本発明により、液晶ディスプレイパネルの気泡の形成を防止しつつ、圧縮抵抗を確保できることから、耐久性を向上させることができる。従って、本発明は、液晶ディスプレイパネル及びその製造方法として好適に使用される。

本発明の一実施形態による液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。 本発明の一実施形態による液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。 本発明の一実施形態による液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。 本発明に用いられる複合型スペーサの第１の例を説明する断面図である。 本発明に用いられる複合型スペーサの第２の例を説明する断面図である。 本発明に用いられる複合型スペーサの第３の例を説明する断面図である。 従来の液晶ディスプレイパネルを説明する断面図である。 従来の液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。 従来の液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。 従来の液晶ディスプレイパネルの製造工程を説明する断面図である。

符号の説明

１０、１００ 液晶ディスプレイパネル
１２、１１０ 第１基板
１３ ゲル
１４、１４０ 第２基板
１６、１３０ 液晶
１８ スペーサ
１２０ 複合型スペーサ
１２２ 硬性材料
１２４ 軟性材料
Ａ 第１の層
Ｂ 第２の層

Claims (17)

1. 相互に平行に配置される第１基板と前記第２基板との間に液晶層を備え、前記第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置した液晶ディスプレイパネルであって、
   前記スペーサは、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料とを含んでいることを特徴とした液晶ディスプレイパネル。
2. 前記第１基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板である請求項１に記載の液晶ディスプレイパネル。
3. 前記スペーサは、第１材料及び前記第２材料が、当該スペーサの内部で均一に混合分散しているか又は層状に分布している請求項１又は請求項２に記載の液晶ディスプレイパネル。
4. 前記スペーサは、第１材料として鉛筆硬度３Ｈ未満のアクリル系材料を用いる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
5. 前記スペーサは、第２材料として鉛筆硬度３Ｈ以上のアクリル系材料を用いる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
6. 前記スペーサは、当該厚さが１μｍ〜１０μｍである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
7. 前記スペーサは、柱状又は球状である請求項１〜請求項６のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネル。
8. 第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置した請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法であって、以下の工程Ａ〜工程Ｅを含むことを特徴とした液晶ディスプレイパネルの製造方法。
   工程Ａ： 第１基板を準備する工程。
   工程Ｂ： 前記第１基板上に、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料を含んだスペーサを複数形成する工程。
   工程Ｃ： 複数のスペーサを形成した前記第１基板に液晶を供給し液晶層を形成する工程。
   工程Ｄ： 第２基板を準備する工程。
   工程Ｅ： 前記第２基板を前記第１基板に重ね合わせ液晶ディスプレイパネルとする工程。
9. 第１基板と第２基板との間に複数のスペーサを配置した請求項１〜請求項７のいずれかに記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法であって、以下の工程ａ〜工程ｅを含むことを特徴とした液晶ディスプレイパネルの製造方法。
   工程ａ： 第１基板を準備する工程。
   工程ｂ： 前記第１基板上に、鉛筆硬度が互いに異なる第１材料と第２材料を含んだスペーサを複数形成する工程。
   工程ｃ： 第２基板を準備する工程。
   工程ｄ： 前記第２基板を、複数のスペーサを形成した前記第１基板に重ね合わせる工程。
   工程ｅ： 前記第１基板に液晶を供給し液晶層を形成し液晶ディスプレイパネルとする工程。
10. 前記第１基板は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板を用いる請求項８又は請求項９に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
11. 前記スペーサは、第１材料及び前記第２材料が、当該スペーサの内部で均一に混合分散しているか又は層状に分布しているものを用いる請求項８〜請求項１０に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
12. 前記スペーサは、前記第１材料として鉛筆硬度３Ｈ未満のアクリル系材料を含むものを用いる請求項８〜請求項１１に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
13. 前記スペーサは、前記第２材料として鉛筆硬度３Ｈ以上のアクリル系材料を含むものを用いる請求項８〜請求項１２に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
14. 前記スペーサは、当該厚さが１μｍ〜１０μｍのものを用いる請求項８〜請求項１３に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
15. 前記スペーサは、その形状が柱状又は球状であるものを用いる請求項８〜請求項１４に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
16. 前記工程Ｂ及び工程ｂにおける第１基板上への複数のスペーサの形成は、
    前記第１基板上に、第１材料と第２材料とを均一に分散して含むレジスト層を形成し、前記レジスト層をパターニングしてスペーサ形状とする請求項８〜請求項１５に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。
17. 前記工程Ｂ及び工程ｂにおける第１基板上への複数のスペーサの形成は、
    前記第１基板上に、第１材料と第２材料の一方の材料を含む第１レジスト層を形成し、
    その第１レジスト層上に、他方の材料を含む第２レジスト層を形成することで２層の複合レジスト層として、
    この複合レジスト層をパターニングしてスペーサ形状とする請求項８〜請求項１５に記載の液晶ディスプレイパネルの製造方法。

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