JP2004061690A

JP2004061690A - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004061690A
Application number: JP2002217573A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Kanayama; 金山　康文
Original assignee: Fujitsu Display Technologies Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】本発明は、情報機器等の表示部として用いられる液晶表示装置及びその製造方法に関し、液晶の注入時間を短縮できる液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の基板を貼り合わせて貼合せ基板２０を作製し、互いに異なる表面張力を有する複数種類の液晶Ａ〜Ｃを表面張力の大きい液晶Ａから順に貼合せ基板２０内に注入し、注入された複数種類の液晶Ａ〜Ｃを貼合せ基板２０内で混合する。
【選択図】　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器等の表示部として用いられる液晶表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対向配置された一対の基板をシール剤を介して貼り合わせた貼合せ基板内に液晶を注入する方法として、真空注入法が用いられている。真空注入法を用いた種々の液晶注入工程のうち、生産性及び製造コスト等の面に優れ、一般的に実施されている方法について以下に説明する。
【０００３】
まず、液晶注入用の真空チャンバ内に、貼合せ基板と液晶を満たした液晶皿とを配置する。真空チャンバには、真空チャンバ内の気圧を制御するための排気系及び加圧系が接続されている。排気系により真空チャンバ内を減圧し、貼合せ基板内の残存空気を排除した後、貼合せ基板の液晶注入口を液晶皿の液晶に浸す。
次に、加圧系により真空チャンバ内に空気又は不活性ガスを導入する。これにより、ほぼ真空状態の貼合せ基板内と大気圧に戻った真空チャンバ内との気圧差、及び貼合せ基板内面の表面張力による毛細管現象を利用して、貼合せ基板内に液晶が充填される。この真空注入法を用いた液晶注入工程は、一般に常温で行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液晶注入工程では対角サイズの２乗にほぼ比例して注入時間が増加するため、近年の液晶表示装置の大型化に伴い、液晶注入に長時間を要してしまうという問題が生じている。この問題の解決策として、注入前の液晶を加熱して粘性係数を低下させ、液晶注入時の抵抗を低下させることにより注入時間を短縮させることが考えられる。しかし、液晶を加熱することにより、液晶が蒸発してしまうという問題が生じる。また、液晶の加熱に必要なヒータ等の諸設備を真空チャンバ内に設置するのは困難であるという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、液晶の注入時間を短縮できる液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一対の基板を貼り合わせて貼合せ基板を作製し、互いに異なる表面張力を有する複数種類の液晶を前記表面張力の大きい方から順に前記貼合せ基板内に注入し、注入された前記複数種類の液晶を前記貼合せ基板内で混合す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。
【０００７】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
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について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施の形態による液晶表示装置の製造方法に用いる液晶注入装置の構成を示している。液晶注入装置１は、真空チャンバ１０と、真空チャンバ１０にそれぞれ接続された排気系（メイン排気ライン）及び加圧系（スローベントライン）とを有している。真空チャンバ１０内の上方には、真空チャンバ１０内の温度を制御するために、真空チャンバ１０内を加熱するヒーティングユニット１２と、真空チャンバ１０内を冷却するクーリングユニット１４とが設置されている。ヒーティングユニット１２及びクーリングユニット１４の下方には、液晶注入室１６が配置されている。液晶注入室１６には、複数の貼合せ基板２０を保持したカセット１８が取り付けられるようになっている。真空チャンバ１０内の下方には、例えば鉛直方向及び水平方向に移動可能な移動装置２４が設置されている。移動装置２４上には、複数の液晶皿２６（図１では１つのみ示している）が載置されるようになっている。真空チャンバ１０内は、液晶注入室１６と移動装置２４との間に設けられたゲート弁２２により２つに分離できるようになっている。
【０００８】
排気系は、真空チャンバ１０の上方に接続された排気用バルブ３０と、真空チャンバ１０の下方に接続された排気用バルブ３１と、ロータリーポンプ等の真空ポンプ３２とを有している。加圧系は、ガス導入用バルブ３４とガス源（図示せず）とを有している。
【０００９】
次に、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。本実施の形態では、互いに異なる表面張力を有する複数種類の液晶を用いる。
【００１０】
【表１】

【００１１】
表１は、複数種類の液晶Ａ〜Ｄの表面張力γ（ｄｙｎ／ｃｍ（１ｄｙｎ／ｃｍ＝１０^−３Ｎ／ｍ））と、貼合せ基板２０の対向面に塗布形成された配向膜表面（臨界表面張力約２５〜４５ｄｙｎ／ｃｍ）に対する液晶Ａ〜Ｄの接触角Θ（ｄｅｇ．）とを示している。表１に示すように、液晶Ａの表面張力γは３０．３ｄｙｎ／ｃｍであり、接触角Θは２４．３°である。液晶Ｂの表面張力γは２８．３ｄｙｎ／ｃｍであり、接触角Θは１５．９°である。液晶Ｃの表面張力γは２７．２ｄｙｎ／ｃｍであり、接触角Θは２３．８°である。液晶Ｄの表面張力γは２５．３ｄｙｎ／ｃｍであり、接触角Θは１５．３°である。本実施の形態では、例えば３種類の液晶Ａ〜Ｃを用いる。以下、液晶Ａ〜Ｃの表面張力をそれぞれγＡ〜γＣと表す。
【００１２】
まず、真空チャンバ１０内に、複数の貼合せ基板２０を保持したカセット１８を取り付ける。また、液晶Ａ〜Ｃをそれぞれ満たした３つの液晶皿２６を移動装置２４上に載置する。次に、排気用バルブ３０、３１を開き、真空ポンプ３２を用いて排気して、真空チャンバ１０内を減圧する。これにより貼合せ基板２０内が脱気される。真空チャンバ１０内が所定の気圧（真空度）になったら移動装置２４を上方に移動させ、各貼合せ基板２０の液晶注入口を液晶皿２６内の液晶Ａに接触させる。
【００１３】
図２乃至図４は、貼合せ基板２０内に液晶Ａ〜Ｃを注入する際の状態を模式的に示している。図２に示すように、貼合せ基板２０のシール剤４８の切れ目である液晶注入口４０には、「く」の字形状の液晶注入管４２が取り付けられている。液晶注入管４２の途中には、液晶注入弁４６が取り付けられている。液晶皿２６ａ内の液晶Ａに液晶注入管４２の先端部を接触させた後、加圧部４４を用いて液晶Ａを加圧するとともに液晶注入弁４６を開くことによって、貼合せ基板２０内に液晶Ａが注入されるようになっている。本例では加圧部４４に代えて、貼合せ基板２０内外の気圧差を用いている。
【００１４】
液晶注入弁４６を開くと、液晶Ａは、まず毛細管現象により貼合せ基板２０内に浸透する。次に、各貼合せ基板２０の液晶注入口４０を液晶Ａに接触させた状態で、ガス導入用バルブ３４を開き、空気又は不活性ガスを導入する。これにより、ほぼ真空状態の貼合せ基板２０内と大気圧に戻った真空チャンバ１０内との気圧差により、貼合せ基板２０内に液晶Ａが注入される。所定量の液晶Ａが注入されたら、液晶注入弁４６を閉じる。液晶Ａの注入量は、例えば貼合せ基板２０内に注入される液晶の総注入量の１／３程度とする。
【００１５】
次に、図３に示すように、移動装置２４を鉛直方向及び水平方向に移動させ、液晶注入管４２の先端部を液晶皿２６ａ内の液晶Ａから離し、液晶皿２６ｂ内の液晶Ｂ（γＢ＜γＡ）に接触させる。その後液晶注入弁４６を開き、液晶Ａと同様に液晶Ｂを貼合せ基板２０内に注入する。所定量の液晶Ｂが注入されたら、液晶注入弁４６を閉じる。液晶Ｂの注入量は、例えば液晶Ａと同程度とする。
【００１６】
次に、図４に示すように、移動装置２４を鉛直方向及び水平方向に移動させ、液晶注入管４２の先端部を液晶皿２６ｂ内の液晶Ｂから離し、液晶皿２６ｃ内の液晶Ｃ（γＣ＜γＢ）に接触させる。その後液晶注入弁４６を開き、液晶Ａ、Ｂと同様に所定量の液晶Ｃを貼合せ基板２０内に注入し、液晶注入弁４６を閉じる。液晶Ｃの注入量は、例えば液晶Ａ、Ｂと同程度とする。
【００１７】
次に、貼合せ基板２０内に注入された３種類の液晶Ａ〜Ｃを貼合せ基板２０内で混合させる。例えば、貼合せ基板２０及び貼合せ基板２０内の液晶Ａ〜Ｃを７０〜１００℃程度に加熱することにより混合が促進される。液晶Ａ〜Ｃは、混合された後に所望の電気的及び光学的特性が得られるように選択される。以上の工程を経て、液晶表示装置が完成する。
【００１８】
本実施の形態では、互いに異なる表面張力を有する３種類の液晶Ａ〜Ｃを表面張力の大きい方から順に貼合せ基板２０内に注入している。互いに異なる表面張力を有する液晶間の界面では、相対的に表面張力の小さい液晶が表面張力の大きい液晶に引き寄せられて流れが発生する現象（マランゴニ効果又はマランゴニ対流）が生じる。すなわち、液晶Ａ、Ｂ間及び液晶Ｂ、Ｃ間の界面では、液晶の注入を促進する方向への流れが生じる。このため、本実施の形態によれば、液晶の注入時間を短縮できる。なお、液晶の注入時間は、液晶間の表面張力の差や、液晶を加圧する圧力（すなわち減圧時の貼合せ基板２０内の気圧）、貼合せ基板２０の対角サイズ及びセルギャップ等によって異なる。
【００１９】
本実施の形態では、互いに異なる表面張力を有する３種類の液晶Ａ〜Ｃを用いているが、用いる液晶は２種類又は４種類以上であっても構わない。
また本実施の形態では、移動装置２４を移動させることにより、各貼合せ基板２０と複数の液晶皿２６ａ〜２６ｃとの間を相対的に移動させているが、各貼合せ基板２０側を移動させるようにしてもよい。
【００２０】
本実施の形態では、比較的表面張力の大きい液晶Ａを最初に貼合せ基板２０に注入している。液晶Ａを迅速に貼合せ基板２０に注入するために、注入前の液晶Ａを７０〜１００℃程度に予備加熱してもよい。予備加熱することによって、液晶Ａの表面張力及び粘性係数が低下し、注入時間がさらに短縮される。
【００２１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法について図５を用いて説明する。本実施の形態は、領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜を用いることを特徴としている。図５は、本実施の形態による液晶表示装置の貼合せ基板２０の構成を示している。図５に示すように、貼合せ基板２０を構成する一対の基板の各対向面には、領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜が形成されている。図５では、配向膜は５つの領域ａ〜ｅに分割されている。液晶注入口４０側の端部は領域ａになっている。領域ａに隣接して領域ｂ、ｃが配置されている。液晶注入口４０の反対側の端部には、領域ｂ、ｃに隣接する領域ｄと、領域ｂのみに隣接する領域ｅとが配置されている。液晶注入口４０から注入された液晶は、図中の矢印方向に進行して充填される。
【００２２】
配向膜の各領域ａ〜ｅでの臨界表面張力をそれぞれγｃａ〜γｃｅとすると、臨界表面張力γｃａ〜γｃｅは、γｃａ＜γｃｂ、γｃａ＜γｃｃ、γｃｂ＜γｃｄ、γｃｂ＜γｃｅ、及びγｃｃ＜γｃｄの関係を満たしている。特に、γｃａ＜γｃｂ＜γｃｃ＜γｃｄ＜γｃｅの関係が満たされるのが望ましい。例えば、臨界表面張力γｃａは１５ｄｙｎ／ｃｍであり、臨界表面張力γｃｂは２０ｄｙｎ／ｃｍ、臨界表面張力γｃｃは３０ｄｙｎ／ｃｍである。また、臨界表面張力γｃｄは４０ｄｙｎ／ｃｍであり、臨界表面張力γｃｅは５０ｄｙｎ／ｃｍである。また、注入される液晶の表面張力は、例えば臨界表面張力γｃａより小さくなっている。
【００２３】
本実施の形態では、領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜が、液晶注入口側の領域に相対的に小さい臨界表面張力を有するように形成されている。互いに異なる臨界表面張力を有する領域間の境界部上の液晶には、マランゴニ効果により、相対的に臨界表面張力の大きい領域に向かう流れが生じる。すなわち液晶には、液晶の注入を促進する方向への流れが生じる。このため、本実施の形態によれば、液晶の注入時間を短縮できる。また、本実施の形態による貼合せ基板２０に、第１の実施の形態による液晶注入方法を用いて液晶を注入すると、さらに液晶の注入時間が短縮する。
【００２４】
次に、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。まず、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等がガラス基板上に形成されたＴＦＴ基板上、及びカラーフィルタ等がガラス基板上に形成された対向基板上に、固形分濃度６ｗｔ％の低臨界表面張力のポリイミドワニスを印刷形成する。その後、ポリイミドワニスを焼成硬化させて、例えば膜厚６０〜７０ｎｍの配向膜を形成する。低臨界表面張力ポリイミドからなる配向膜の臨界表面張力は、約１５ｄｙｎ／ｃｍである。次に、臨界表面張力を変化させる領域が開口されたフォトマスクを介して、超高圧水銀ランプにより所定の照射強度のＵＶ光を照射する。ＵＶ光を例えば１０分間程度照射することにより、配向膜の臨界表面張力が約４０ｄｙｎ／ｃｍに増加する。このように、領域毎に異なる照射量のＵＶ光を配向膜に照射することにより、図５に示すような貼合せ基板２０が得られる。
【００２５】
領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜は、領域毎に異なる配向膜形成材料を塗布することにより形成してもよい。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２は、複数種類の配向膜形成材料Ｅ〜Ｈの臨界表面張力γｃ（ｄｙｎ／ｃｍ）の値の一例を示している。表２に示すように、配向膜形成材料Ｅの臨界表面張力γｃは２５ｄｙｎ／ｃｍであり、配向膜形成材料Ｆの臨界表面張力γｃは３５ｄｙｎ／ｃｍである。配向膜形成材料Ｇの臨界表面張力γｃは４０ｄｙｎ／ｃｍであり、配向膜形成材料Ｈの臨界表面張力γｃは５０ｄｙｎ／ｃｍである。このように、液晶注入口側の領域が相対的に小さい臨界表面張力γｃを有するように、互いに異なる臨界表面張力γｃの得られる配向膜形成材料を塗布形成することにより、図５に示すような貼合せ基板２０が得られる。
【００２８】
また、本実施の形態では、真空注入法を用いて液晶を注入しているが、滴下注入法を用いた液晶注入にも適用できる。滴下注入法を用いた液晶注入に本発明を適用した場合の効果としては、領域毎に異なる臨界表面張力γｃを有する２種類以上の配向膜を基板上に形成することにより、滴下後の液晶が均一かつ迅速に基板面内に広がること等がある。
【００２９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置の製造方法について図６を用いて説明する。本実施の形態は、液晶の温度を変化させることにより、液晶の表面張力を異ならせていることを特徴としている。図６に示すように、液晶Ａの満たされた液晶皿２６ａは、液晶ヒータ５０上に配置されている。液晶ヒータ５０は、少なくとも２段階の温度レベルに調整可能になっている。また、貼合せ基板２０の外側の表面には、蛇腹状のヒータ５２が取り付けられている。ヒータ５２は、貼合せ基板２０及び貼合せ基板２０内に注入された液晶の温度を一定（例えば１０〜２０℃）に維持するために設けられている。
【００３０】
まず、液晶ヒータ５０により相対的に低い温度に調整された液晶Ａを所定量だけ貼合せ基板２０内に注入する。相対的に低い温度の液晶Ａの注入量は、液晶の総注入量の１／２程度とする。注入後の液晶Ａの温度は、ヒータ５２により相対的に低い温度のままでほぼ一定に維持される。
【００３１】
続いて、液晶ヒータ５０の温度設定を変更し、液晶Ａの温度を相対的に高い温度に調整する。相対的に高い温度に調整された液晶Ａを所定量だけ貼合せ基板２０内に注入する。注入が終了したら液晶注入弁４６を閉じる。
【００３２】
本実施の形態では、相対的に低い温度に調整された液晶Ａを先に注入し、その後に相対的に高い温度に調整された液晶Ａを注入している。液晶の表面張力γは温度に依存して変化する。表面張力γは、高温では小さくなり、低温では大きくなる。このため、第１の実施の形態と同様に、互いに異なる表面張力γを有する液晶間の界面ではマランゴニ効果が生じ、液晶の注入を促進する方向への流れが生じる。このため、本実施の形態によれば、液晶の注入時間を短縮できる。
【００３３】
本実施の形態では、液晶Ａの温度レベルを２段階としているが、温度レベルは３段階以上であっても構わない。
また、貼合せ基板２０の外側の表面に取り付けられたヒータ５２等を用いて、貼合せ基板２０内の温度を領域によって異ならせるようにしてもよい。液晶注入口４０側の領域を相対的に高い温度に調整し、液晶注入口４０から離れた領域を相対的に低い温度に調整することにより、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
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の実施の形態では、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、単純マトリクス型の液晶表示装置にも適用できる。
【００３５】
以上説明した実施の形態による液晶表示装置及びその製造方法は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
一対の基板を貼り合わせて貼合せ基板を作製し、
互いに異なる表面張力を有する複数種類の液晶を前記表面張力の大きい方から順に前記貼合せ基板内に注入し、
注入された前記複数種類の液晶を前記貼合せ基板内で混合すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３６】
（付記２）
配向膜形成材料を基板上に塗布し、
領域毎に異なる照射量の紫外光を前記配向膜形成材料に照射し、
前記領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜を形成すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３７】
（付記３）
領域毎に異なる配向膜形成材料を基板上に塗布し、
前記領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜を形成すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３８】
（付記４）
付記３記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記配向膜は、液晶が注入される液晶注入口側の領域に相対的に小さい臨界表面張力を有するように形成されること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【００３９】
（付記５）
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板の対向面に形成され、領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜と、
前記一対の基板間に封止された液晶と
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【００４０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、液晶の注入時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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に用いる液晶注入装置の構成を示す図である。
【図２】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示す図である。
【図３】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示す図である。
【図４】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示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による液晶表示装置の貼合せ基板の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による液晶表示装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１　液晶注入装置
１０　真空チャンバ
１２　ヒーティングユニット
１４　クーリングユニット
１６　液晶注入室
１８　カセット
２０　貼合せ基板
２２　ゲート弁
２４　移動装置
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ　液晶皿
３０、３１　排気用バルブ
３２　真空ポンプ
３４　ガス導入用バルブ
４０　液晶注入口
４２　液晶注入管
４４　加圧部
４６　液晶注入弁
４８　シール剤
５０　液晶ヒータ
５２　ヒータ
Ａ、Ｂ、Ｃ　液晶
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ　配向膜形成材料
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ　領域

Claims

一対の基板を貼り合わせて貼合せ基板を作製し、
互いに異なる表面張力を有する複数種類の液晶を前記表面張力の大きい方から順に前記貼合せ基板内に注入し、
注入された前記複数種類の液晶を前記貼合せ基板内で混合すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
配向膜形成材料を基板上に塗布し、
領域毎に異なる照射量の紫外光を前記配向膜形成材料に照射し、
前記領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜を形成すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
領域毎に異なる配向膜形成材料を基板上に塗布し、
前記領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜を形成すること
を特徴とする液晶表示装置の製造方法。
対向配置された一対の基板と、
前記一対の基板の対向面に形成され、領域毎に異なる臨界表面張力を有する配向膜と、
前記一対の基板間に封止された液晶と
を有することを特徴とする液晶表示装置。