(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２枚の基板を注入口を設けたシール材を介して貼り合わせた液晶パネルの製造方法であって、液晶パネルと液晶材料の入った容器を注入装置に入れ、前記注入装置を大気圧から減圧して第１の圧力Ｐ１に保持する工程と、前記シール材の注入口を前記液晶材料と接触させてから、前記注入装置を前記第１の圧力Ｐ１と大気圧との間の第２の圧力Ｐ２にして前記液晶パネル内に液晶を充填させる工程と、前記注入口を前記容器から離し、前記注入口を封止する紫外線硬化型の封止樹脂を塗布する工程と、前記注入装置を前記第２の圧力Ｐ２と大気圧との間の第３の圧力Ｐ３にした状態で紫外線を照射して前記封止樹脂を硬化させる工程と、前記注入装置を大気圧に戻して前記液晶パネルを取り出す工程を備えたことを特徴とする液晶パネルの製造方法。
【請求項２】
第１の圧力Ｐ１はＰ１≦１Ｐａであり、第２の圧力Ｐ２は３００００Ｐａ≦Ｐ２≦８５０００Ｐａであることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの製造方法。
【請求項３】
第３の圧力Ｐ３はＰ３≦Ｐ２＋１５０００Ｐａであることを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示を行なう液晶表示装置における液晶パネルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶パネルの表示品位は日増しに高まり、文字認識のためだけの用途から、フルカラー画像表示に耐える品位にまで進歩してきた。さらに大型液晶パネルの生産力が向上してきていることと相俟って、ついにはＣＲＴの独壇場だったモニタ市場にも液晶パネルが参入するに至った。この市場で液晶モニタがＣＲＴを凌駕するためには、さらに大画面でかつ高い品位での表示が液晶パネルに要求されるが、高い表示品位を得るためには、明るくて視野角が広く、高解像度であるという性能面の向上と、画面内での表示むらがなく均一な表示ができることや、各液晶パネル間で性能がばらつかないという生産工程での品質向上との両面での取り組みが重要となる。その中で画面全体で均一な表示ができるようにするために、生産上もっとも重要なことは、液晶パネルの基板間のギャップを均一に形成することであり、従来より種々の改良が行われているが、以下、その一般的な液晶パネルの製造方法の一例について説明する。
【０００３】
まず、配向処理の施された２枚の基板を所定のギャップをもって接着させるために、シール材を一方の基板にその外周部を囲むように枠状に形成する。この時、後でシール材と基板に囲まれた領域に液晶を注入できるように、一部シールのない部分を設け、これを注入口としている。また、シール材には２枚の基板間にギャップが形成されるように、所定の粒径のスペーサーが一定量混入されている。次に基板の一方に所定の粒径のスペーサーを散布する。このスペーサーも、基板間のギャップを設けるためのものである。このスペーサーは、画面の端はシールに混入されたスペーサーでギャップを保持するのに対して、画面内全体を所定のギャップで保持するために重要なものである。
【０００４】
従来の製造工程においては、このスペーサーを基板に散布する時の散布均一性が悪く、例えば、スペーサー散布密度は通常１ｍｍ２あたり１５０個から２００個程度であるが、１５０個を目標に散布しても、基板面内では密度ばらつきが生じ、１００個／ｍｍ２から２００個／ｍｍ２程度の分布を持っていた。このばらつきは、パネルのギャップばらつきに大きく影響する。
【０００５】
図４はスペーサー散布密度とパネルギャップ値との関係を示す曲線図であり、ここで使用したスペーサーは日本触媒（株）製のエポスターＧＰ−Ｈ５０である。この図４に示すようにスペーサー散布密度１００個／ｍｍ２ではパネルギャップ値４．８１μｍに対し１５０個／ｍｍ２で４．９１μｍ，２００個／ｍｍ２では４．９６μｍとなり、このような散布密度分布を持った基板でパネルを試作した場合、パネル面内のギャップばらつきは最大で０．１５μｍとなってしまうのである。しかしながら、現在ではスペーサー散布装置の性能が向上し、散布密度分布も±１０％以内に収まるものになり、１５０個／ｍｍ２散布であれば、±１５個／ｍｍ２のばらつきで作成できるので、パネルギャップ精度も±０．０３μｍ以内を実現することも可能になってきている。
【０００６】
このような工程を経た基板に、もう一方の基板を貼りあわせ、シール材を硬化させることにより、２枚の基板間のシールで囲まれた部分にギャップの形成されたパネルが作られる。この状態では、基板間のギャップには空気が入っており、注入口を介して外界とつながっているため、パネル内外ともに１気圧（１０１３００Ｐａ）となっている。このパネルに液晶を注入する方法として、一般的には真空注入法がよく使われている。この方法はパネル内の空気を真空引きにより排気したのち、液晶材料を毛細管現象と、パネル内外圧力差を利用して注入する方法である。
【０００７】
すなわち、パネルと液晶材料の入った容器を注入装置に入れ、注入装置内を真空引きして１Ｐａ以下にする。このときパネルと液晶材料は接触させないので、注入口からパネル内の空気は排気され、装置内と同じ１Ｐａ以下になる。次に注入口と液晶材料を接触させた後、注入装置内に窒素を導入して装置内の圧力を１気圧にまで上げていく。この状態でパネル内外にほぼ１気圧の圧力差が生じ、液晶材料はこの力によりパネル内へ注入されていく。
【０００８】
この場合、液晶材料がパネル内全体に満たされる瞬間まではパネル内外圧力差はほぼ１気圧であるが、そのまま放置するとパネル内外圧力差がなくなるまで液晶は注入され続ける。そしてこの内外圧力差によって形成される液晶パネルのギャップは内外圧力差が高いほど薄く、低いほど厚くなる。通常この液晶注入工程は、真空引きや注入に時間がかかるので、一つの大きな注入装置に多数のパネルを入れて注入を行うが、このとき各パネル間で、そのスペーサの量、注入口の大きさ、液晶材料に注入口が接触する時間などに微妙な違いがあり、まったく同じ速度で液晶が注入されるわけではない。したがって、すべてのパネルが確実に注入されるように注入工程の時間は長めに設定するが、それでも各パネルでの内外圧力差にばらつきが生じ、この工程だけでは均一なギャップは形成できない。そこで、一般的にはこの液晶注入工程の後、液晶パネルを加圧する工程が設けられており、この工程では、通常１．５気圧（１５２０００Ｐａ）程度で加圧することで過剰に入った液晶材料を注入口から押し出す。次にこの状態で紫外線硬化型の封止樹脂で注入口を封止するが、このときパネル内外圧力差は０．５気圧（５０６５０Ｐａ）となる。さらに加圧を解除して１気圧に戻すとパネル内へ封止樹脂は若干吸い込まれ、この時点で紫外線を照射すると封止樹脂は硬化し、一定の内外圧力差をもった液晶パネルが作成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の製造方法では、パネル面内のギャップのばらつきが比較的大きいことと、同じ工程で作成した液晶パネル間でのギャップ値にもばらつきが生じるという問題点がある。このパネル面内でのギャップのばらつきは、通常のＴＮ方式の液晶パネルを５μｍのギャップで作成した場合、一般的に±０．１μｍ以上である。特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを設けたような段差のついた基板においては、±０．３μｍ以上となることもある。
【００１０】
このようなギャップばらつきが発生する要因としては、パネル内外圧力差があり、従来、この内外圧力差は主に液晶注入後の加圧封止工程によって制御していたが、前述のように、液晶注入直後の液晶パネル内圧には、そのパネル状態によりばらつきが生じていることから、加圧封止を一定条件に保っても、同一の内外圧力差で封止できるとは限らない。さらに加圧工程は、液晶パネルを加圧装置に挟み込み基板を押圧し、注入口から液晶を押し出すものであるが、一度注入された液晶はその粘性の大きさから、押圧されてもわずかに開口された注入口からはすぐには押し出されず、加圧に応じた一定のギャップになるには多くの時間を要する。また、基板上を均一に押圧しても、狭い注入口に集中する液晶の流れのために、パネル内の液晶量に分布（むら）が生じてしまう。すなわち注入口付近に液晶が集中するために一般に急速な加圧封止を行うと、注入口付近のギャップが厚くなる傾向となる。これらのことから、加圧封止工程ではできる限りゆっくりと圧力を上げていき、一定圧力で長時間保持しない限りギャップ精度の高い液晶パネルを作成することはできない。
【００１１】
一方、表示品位の高い表示性能を得るためには、ＴＦＴ方式の液晶パネルが必要であるが、従来のＴＦＴ方式の液晶パネルにおいては、電圧印加により黒を表示するＴＮのノーマリーホワイト方式を採用しており、この表示方式ではパネルのギャップばらつきが表示の均一性にあまり影響しないため、上記のギャップ精度でも十分製品として耐えるものであったが、近年さらに液晶パネルの最大の欠点であった視野角を拡大する取り組みが盛んに行われるようになり、表示方式の改善がなされると、もはや±０．１μｍのギャップばらつきも許されなくなってきている。
【００１２】
例えば、視角拡大法の一つであるフィルム位相補償方式では、液晶パネルのギャップｄと液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δｎ・ｄとフィルムの位相差との厳密な合わせ込みが必要となることから、ギャップｄは少なくとも±０．１μｍ以下のギャップ精度が要求される。また視角拡大のもう一つの方式であるＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式では、液晶の複屈折性を利用することから、やはりΔｎ・ｄを厳密に制御しなければならず、このときは±０．０５μｍ以下の精度が要求される等、従来の製造方法では対応しきれなくなってきている。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、液晶の効果的なパネル注入により、高ギャップ精度（±０．０５μｍ以下）を得る液晶パネルの製造方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】
本発明の液晶パネルの製造方法は、対向する２枚の基板を注入口を設けたシール材を介して貼り合わせた液晶パネルの製造方法であって、液晶パネルと液晶材料の入った容器を注入装置に入れ、前記注入装置を大気圧から減圧して第１の圧力Ｐ１に保持する工程と、前記シール材の注入口を前記液晶材料と接触させてから、前記注入装置を前記第１の圧力Ｐ１と大気圧との間の第２の圧力Ｐ２にして前記液晶パネル内に液晶を充填させる工程と、前記注入口を前記容器から離し、前記注入口を封止する紫外線硬化型の封止樹脂を塗布する工程と、前記注入装置を前記第２の圧力Ｐ２と大気圧との間の第３の圧力Ｐ３にした状態で紫外線を照射して前記封止樹脂を硬化させる工程と、前記注入装置を大気圧に戻して前記液晶パネルを取り出す工程を備えたものである。
【００１５】
この発明によれば、液晶のパネル注入時点でのパネル内外圧力差が精度良く一定に保たれるので、±０．０５μｍ以下のギャップ精度が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、従来のような液晶注入後の加圧工程を省き、真空注入後の圧力を１気圧に戻すことなく所定の減圧状態で封止樹脂を塗布し、硬化させることによってパネル内圧をこの減圧状態のままに保つようにしたものであり、以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態における製造工程の流れ図、図２は本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態において製造対象となる液晶パネルの平面図、図３は本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態における液晶パネル内外圧力差とパネルギャップとの関係を示す図である。
【００１８】
まず、図１に示す製造工程に入る前に、図２に示す液晶パネルにスペーサーを散布する。即ち、この液晶パネルは基板１の外部を囲むように枠状に形成したシール材２を有し、そのシール材２の一部に液晶注入のための注入口３を備えたものに、これと対向するもう一枚の基板を重ねて貼り合わせるものであるが、図２はこの貼り合わせる方の基板を取り除いた状態を示している。この一方の基板１に（株）エスイー社製のセミドライ方式スペーサー散布装置を用いて、日本触媒（株）製のエポスターＧＰ−Ｈ５０（スペーサー）を平均１５０個／ｍｍ２となるように散布した。散布後の基板面内のスペーサー散布密度は少ないところで１３７個／ｍｍ２、最も多いところで１６４個／ｍｍ２であった。このスペーサーの散布された基板ともう一方の基板とを貼り合わせ、前記基板間のギャップを約５μｍとした液晶パネルとする。
【００１９】
ここで図１の工程Ｐｒ１に入り、前記液晶パネルと液晶材料の入った容器を注入装置（真空槽）に設置する。この注入装置内に入れた液晶パネルは画面サイズが１０．４型、シール材２で囲まれた内側の寸法は２１５ｍｍ×１６２ｍｍ、注入口３は２箇所で各々幅８ｍｍであった。この液晶パネルの注入口３の下に液晶材料の入った容器（図示省略）を設置するが、この時、注入口に液晶が接触しないように、注入口３と容器に入った液晶面との距離を１００ｍｍ隔てて設置した。
【００２０】
次に工程Ｐｒ２において、注入装置を外界と遮断し、注入装置を第１の圧力の１Ｐａになるまで減圧し、１Ｐａに到達してから９０分たった後、工程Ｐｒ３において、液晶パネルの設置位置を下げ、注入口と液晶を接触させた。注入口に液晶が十分接触するように１分間待機した後、工程Ｐｒ４において、５分間で第２の圧力の５００００Ｐａになるまで注入装置に窒素ガスを供給した。この状態で２００分間放置したところ、液晶パネル全体に液晶材料が充填された。この後、工程Ｐｒ５において、液晶パネルの注入口３と液晶材料の入った容器を離し、工程Ｐｒ６において、この圧力下で注入口３にアクリル系の紫外線硬化型の封止樹脂を塗布した直後、工程Ｐｒ７において、注入装置が第３の６５０００Ｐａになるように窒素ガスを導入した。この圧力になって２分後、工程Ｐｒ８において、封止樹脂に紫外線を１５秒照射し、封止樹脂を完全に硬化させた。最後に工程Ｐｒ９において、注入装置に窒素ガスを導入し槽内を１０１３００Ｐａ（１気圧）に戻して、液晶パネルを取り出した。
【００２１】
このようにして作成された液晶パネルの面内のギャップ値の測定を行ったところ、最小値が４．９９μｍで最大値が５．０３μｍであり、その差は０．０４μｍで非常に均一性に優れたパネルを作成することができた。
【００２２】
比較のために、同じサイズの液晶パネルを従来の製造方法でも作成した。この時、注入装置は１Ｐａになるまで減圧し、１Ｐａに到達してから９０分たった後、液晶パネルの設置位置を下げて、注入口と液晶を接触させた。その後注入口に液晶が十分接触するように１分間待機した後、５分間で１０１３００Ｐａ（１気圧）になるまで注入装置に窒素ガスを供給した。この状態で１２０分間放置したところ、液晶パネル全体に液晶材料が充填されていた。この液晶注入工程の後、液晶パネルを加圧装置において１５２０００Ｐａに加圧し、液晶材料を注入口から押し出した。この状態で１５分間放置した後、紫外線硬化型の封止樹脂で注入口を封口した。その後加圧を１１５００Ｐａにまで落とし、２分間放置した後紫外線を照射して封止樹脂を硬化した。この従来の製造工程で作成された液晶パネルの面内のギャップ値は、最小値で４．８７μｍで最大値が５．２２μｍとなり、その差は０．３５μｍとギャップ値のばらつきが大きいものとなった。このばらつきの発生要因としては、パネル面内での内外圧力差のばらつきが考えられる。
【００２３】
以上のことから、本発明の製造方法で作成された液晶パネルは、従来の製造方法により作成されたものと比べて、ギャップ精度の良いものができることが確認された。
【００２４】
なお、前記の実施の形態における第２の圧力（工程Ｐｒ４）は、第１の圧力（工程Ｐｒ３）より高くないと液晶が注入されないことは当然であるが、これら第１の圧力と第２の圧力との差圧が注入には重要である。この圧力差が小さい場合、注入に要する時間が長くなり、差が大きいと短い時間で注入できる。この時間と圧力差の関係はほぼ反比例するので、あまり圧力差が小さくて注入時間が長くなるのは工程上好ましくない。また圧力差が小さいとスペーサーの散布密度のばらつきによるギャップばらつきが大きくなり、この意味でも好ましくない。
【００２５】
例えば、第２の圧力が３００００Ｐａである場合、第１の圧力との差はほぼ３００００Ｐａであり、さらにパネル完成後はパネル内圧力がこの３００００Ｐａ、パネル外圧力は１気圧であるので、パネル内外圧力差は、７００００Ｐａとなる。この場合、図３より１５０±２０個／ｍｍ２のスペーサー散布密度分布を持つとすると、そのギャップばらつきは０．０７６μｍとなることがわかる。このギャップばらつきはパネル内外圧力差が大きくなるほど増えて行き、スペーサーの硬度や散布密度数によってもちろん変化するが、大略７００００Ｐａ以上にすることは好ましくない。
【００２６】
一方、パネル内外圧力差を小さくすると、パネル完成後に、パネルを押したり吸着したりするような外部からの力によるギャップばらつきが生じる傾向があるので、この観点からパネル内外圧力差は大略１５０００Ｐａ程度は最低必要と考えられ、このような内外圧力差の範囲を得るためには、第２の圧力Ｐ２は３００００Ｐａ以上８５０００Ｐａ以下が望ましい。
【００２７】
第３の圧力Ｐ３は、第２の圧力との差圧で封止樹脂をパネル内に一定量吸い込ませる効果を持つが、樹脂の吸い込みに要する時間、吸い込み量の最適性を考えると、その差圧は１５０００Ｐａ以下が望ましい。
【００２８】
以上のように本実施の形態によれば、従来のような液晶注入後の加圧工程は省き、真空注入後の圧力を１気圧に戻すことなく所定の減圧状態で封止樹脂を塗布し、硬化させることによってパネル内圧を一定の減圧状態のままに保つことが可能となり、その大気中での使用において、一定の内外圧力差を持つ均一で精度の良いギャップを有する液晶パネルを実現することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、液晶パネルの内圧を一定の減圧状態のままに保つことが可能となり、均一で精度の良いギャップを有する液晶パネルを容易に製造することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態における製造工程の流れ図
【図２】本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態において製造対象となる液晶パネルの平面図
【図３】本発明の液晶パネルの製造方法の一実施の形態における液晶パネル内外圧力差とパネルギャップとの関係を示す図
【図４】スペーサー散布密度とパネルギャップ値との関係を示す曲線図
【符号の説明】
１  基板
２  シール材
３  注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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