(57)【要約】【課題】本発明は、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる液晶表示素子の製造方法及び液晶注入装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明にかかる液晶表示パネル１２０の製造方法は、液晶表示パネル１２０製造用の空セル１０５の内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入して液晶表示パネル１２０を製造する方法である。まず、空セル１０５の外側に配置された陽極１１０及び陰極１１１により空セル１０５に電圧を印加する。そして、陽極１１０及び陰極１１１により外側から電圧が印加された空セル１０５に液晶１０７を注入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示素子製造用の空セルの内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入して液晶表示素子を製造する液晶表示素子の製造方法において、
前記空セルの外側に配置された電極により前記空セルに電圧を印加する工程と、
前記電圧が印加された空セルに液晶を注入する工程とを有する液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】
液晶表示素子製造用の空セルの内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入する方法において、
前記空セルを内包する凹部を有し、かつ該凹部の対面に一対の電極が設けられた袋体の前記凹部に前記空セルを配し、前記一対の電極により前記空セルに電圧を印加し、前記電圧が印加された空セルに液晶を注入するようにしたことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項３】
空セルに液晶を注入する液晶注入装置であって、
前記空セルを内包する凹部を有し、気体を貯留する袋体と、
前記袋体の前記凹部に設けられた一対の電極とを有する液晶注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の製造方法及び液晶注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの利点を有することから、テレビや携帯端末機器などの表示装置として幅広く用いられている。このような液晶表示装置に用いられる液晶表示パネル（液晶表示素子）は、一般的に、電極や配向膜などが形成された２枚のガラス基板をスペーサによって所定間隔に維持した状態でシール剤によって貼り合わせた空セル内に液晶を注入した構成を有している。
【０００３】
液晶表示装置に用いられている液晶の表示方式は、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）方式、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＩＰＳ（In-place Switching）方式等がある。また、最近では、ＶＡ（Vertical Alignment；Vertically Aligned）方式も採用されている。ＶＡ方式には、負の誘電率異方性（Δε＜０）を持つ液晶組成物が用いられる。従って、電圧が印加されていないとき、液晶分子は基板面に対して垂直に配向している。そして、一対の基板によって形成されるセルの外側に偏光板をクロスニコル配置することにより、黒表示を得ることができる。クロスニコル配置とは、両基板の外側に配置されるそれぞれの偏光板の吸収軸が直交する配置である。このため、ＶＡ方式の液晶表示装置は、コントラスト比が高いという特徴がある。さらに、ＶＡ方式の液晶表示装置は、応答時間が短く、視野角が広いという特徴がある。
【０００４】
しかし、ＶＡ方式の場合、例えばＴＮ方式と比較して、液晶注入に時間がかかるという問題が生じる。空セル内に液晶を注入する一般的な方法としては、真空注入法が広く知られている。真空注入法では、例えば、真空チャンバ内に液晶を貯留した液晶ボートと複数の空セルとを配置する。そして、真空チャンバ内を真空排気して減圧し、空セルの間隙内及び液晶を脱気する。その後、空セルの下端の注入口を液晶ボート内の液晶に接触させる。そして、真空チャンバ内を大気圧に戻すと、毛細管現象と空セル内外の圧力差により、液晶ボート内の液晶が空セル内に吸い上げられる。これにより、液晶を複数の空セル内に同時に注入することができる。
【０００５】
ＶＡ方式の場合、液晶分子を基板に対して垂直に配列するために、垂直配向膜を使用する。垂直配向膜は、垂直配向制御を行うため、配向膜の側鎖が垂直方向に飛び出す形で形成される。このため、図５に示されるように、垂直配向膜３の側鎖２と液晶分子１との間に立体障害が生じると考えられる。図５は、垂直配向膜３と液晶分子１との関係を示す概念図である。このように、垂直配向膜３の垂直方向に延びた側鎖２と、無印加時に垂直方向に配向する液晶分子１とが互いに接触し、液晶注入の妨害になり、液晶注入に時間がかかると考えられる。
【０００６】
そこで、ＶＡ方式における液晶注入の時間短縮する方法が、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。これは、空セル内に設けられた電極に電圧を印加し、水平配向させた液晶分子を空セル内に注入する方法である。これにより、液晶注入時間を短縮することが可能となる。
【特許文献１】特開平５−３３３３０２号公報
【特許文献２】特開平１１−１９０８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、それぞれの空セル内に設けられた電極（例えば、表示用の電極）を用いて、空セル内に電圧を印加させる方法では、それぞれの表示用の電極に対して、外部の電極を接続しなければならない。このため、効率が悪く、迂遠である。なお、一般的に液晶注入の時間短縮する方法として、加温注入方式（液晶の粘度を下げる）が知られているが、液晶成分の変化等が発生するので好ましくない。
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みるためになされたものであり、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる液晶表示素子の製造方法及び液晶注入装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる液晶表示素子の製造方法は、液晶表示素子製造用の空セルの内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入して液晶表示素子を製造する液晶表示素子の製造方法において、前記空セルの外側に配置された電極により前記空セルに電圧を印加する工程と、前記電圧が印加された空セルに液晶を注入する工程とを有する方法である。これにより、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる液晶表示素子の製造方法は、液晶表示素子製造用の空セルの内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入する方法において、前記空セルを内包する凹部を有し、かつ該凹部の対面に一対の電極が設けられた袋体の前記凹部に前記空セルを配し、前記一対の電極により前記空セルに電圧を印加し、前記電圧が印加された空セルに液晶を注入するようにしたことを特徴としている。これにより、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる。
【００１１】
本発明にかかる液晶注入装置は、空セルに液晶を注入する液晶注入装置であって、前記空セルを内包する凹部を有し、気体を貯留する袋体と、前記袋体の前記凹部に設けられた一対の電極とを有するものである。これにより、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡便かつ短時間で液晶を注入することができる液晶表示素子の製造方法及び液晶注入装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態．
本実施の形態にかかる液晶表示素子の製造方法及び液晶注入装置について説明する前に、図１を用いて液晶表示装置１３３について説明する。図１は、液晶表示装置１３３の構成を示す断面図である。ここでは、液晶表示装置１３３の一例として、ＶＡ（Vertical Alignment；Vertically Aligned）方式のアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置について説明する。
【００１４】
液晶表示装置１３３は、液晶表示素子である液晶表示パネル１２０、バックライトユニット１２１、駆動回路（不図示）等を備えるものである。液晶表示パネル１２０は、ＴＦＴアレイ基板１２２と、ＴＦＴアレイ基板１２２に対向して配置される対向基板１２３とを外周縁にて、シール剤１２４を用いて貼り合わせ、その間に液晶層１２５を形成して封止したものである。また、基板間には、スペーサ（不図示）が配置され、所定間隔に維持されている。なお、ここでの液晶層１２５は、ＶＡ方式に用いられるため、負の誘電率異方性（Δε＜０）を持つ液晶組成物が用いられる。この液晶組成物は、無電圧印加時には、液晶分子の長軸が垂直方向に配列する。そして、電圧印加時には、電圧に応じて液晶分子の長軸が傾斜し、水平配向する。ＴＦＴアレイ基板１２２は、スイッチング素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１２６を有する。そして、シール剤１２４で囲まれる領域にて、１画素ごとに画素電極１２７が配置される。バックライトユニット１２１は、液晶表示パネル１２０の反視認側に配置され、液晶表示パネル１２０の背面側から光を照射する。そして、ＴＦＴアレイ基板１２２の端部には、駆動回路（不図示）が設けられる。これにより、外部からの各種信号が供給される。それらの信号に応じて、ＴＦＴ１２６のＯＮ、ＯＦＦが制御され、ＴＦＴ１２６がＯＮ状態のとき、画素電極１２７に表示電圧が印加される。
【００１５】
対向基板１２３は、カラーフィルタ層及び対向電極１２８を有している。カラーフィルタ層は、例えばブラックマトリクス（ＢＭ）層１２９と、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の着色層１３０とを有している。対向電極１２８は、対向基板１２３の液晶層１２５側に配置され、液晶層１２５に信号電位を供給するための共通電位を与える。そして、対向基板１２３と対向電極１２８との間にて、画素電極１２７及びＴＦＴ１２６に対向する領域に、カラーフィルタ層が形成されており、このカラーフィルタ層を用いてカラー表示が行われる。
【００１６】
また、ＴＦＴアレイ基板１２２および対向基板１２３の液晶層１２５側の表面には、液晶を配向させるための配向膜１３１が形成されている。ここでの配向膜１３１は、液晶分子を垂直方向に配向させるため、側鎖が垂直方向に飛び出す形で形成される。そして、ＴＦＴアレイ基板１２２と対向基板１２３の外側に、それぞれ偏光板１３２が貼付される。これらの偏光板１３２をクロスニコル配置することにより、黒表示を得ることができる。クロスニコル配置とは、ＴＦＴアレイ基板１２２及び対向基板１２３の外側に配置されるそれぞれの偏光板１３２の吸収軸が直交する配置である。液晶表示装置１３３は、以上のように構成されている。また、上記の構成は、一例であり、これ以外の構成でもよい。
【００１７】
画素電極１２７と対向電極１２８との間の電界によって、液晶が駆動される。すなわち、基板間の液晶の配向方向が変化する。これにより、液晶層１２５を通過する光の偏光状態が変化する。すなわち、偏光板１３２を通過して直線偏光となった光は液晶層１２５によって、偏光状態が変化する。具体的には、バックライトユニット１２１からの光及び外部から入射した外光は、偏光板１３２によって直線偏光になる。そして、この直線偏光が液晶層１２５を通過することによって、偏光状態が変化する。
【００１８】
従って、偏光状態によって、対向基板１２３側の偏光板１３２を通過する光量が変化する。すなわち、バックライトユニット１２１から液晶表示パネル１２０を透過する透過光のうち、視認側の偏光板１３２を通過する光の光量が変化する。液晶の配向方向は、印加される表示電圧によって変化する。従って、表示電圧を制御することによって、視認側の偏光板１３２を通過する光量を変化させることができる。すなわち、画素毎に表示電圧を変えることによって、所望の画像を表示することができる。
【００１９】
次に、本実施の形態にかかる液晶注入装置について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態にかかる液晶注入装置１００の構成を示す側面図である。図２に示すように、液晶注入装置１００は、真空チャンバ１０１、キャリア１０２、アーム１０３、袋体１０４などを備える。本実施の形態においては、空セル１０５を被注入対象とし、複数の空セル１０５に対して同時に液晶を注入する。図２においては、３つの空セル１０５が配置される例について図示している。隣接する空セル１０５は、その表面が対向するように配置されている。また、それぞれの空セル１０５の注入口は図２中下端に設けられている。
【００２０】
なお、空セル１０５とは、上記のＴＦＴアレイ基板１２２と対向基板１２３とをスペーサによって所定間隔に維持した状態でシール剤１２４によって貼り合わせたものである。空セル１０５内に液晶を注入し、偏光板１３２や駆動回路、バックライトユニット１２１などを設けることにより液晶表示装置１３３が形成される。
【００２１】
真空チャンバ１０１は、内部を真空排気し減圧状態とするために図示しない真空ポンプが真空バルブを介して接続されている。また、真空チャンバ１０１の内部を大気圧に戻す際に供給されるＮ２ガス源がＮ２導入バルブ（不図示）を介して接続されている。
【００２２】
真空チャンバ１０１内には、空セル１０５及び液晶ボート１０６が配置される。液晶ボート１０６には凹部が設けられており、凹部内に液晶１０７が貯留されている。液晶ボート１０６としては、例えば、ＡｌやＣｕ、ステンレス鋼などの金属製のものを用いることができる。なお、液晶ボート１０６には、内部に貯留した液晶１０７を吸い上げるヤーン（不図示）が設けられていてもよい。ヤーンとしては、例えば、グラスファイバなどの繊維材料を撚ったものを用いることができる。
【００２３】
キャリア１０２は、空セル１０５を固定・保持する。アーム１０３は、図示しない移動機構を有している。アーム１０３を駆動し、空セル１０５を保持したキャリア１０２を下降させることにより、空セル１０５の注入口を液晶１０７に接触させることができる。なお、液晶ボート１０６内に液晶１０７を吸い上げるヤーンを設けた場合には、空セル１０５の注入口はヤーン上で液晶１０７と接触する。
【００２４】
袋体１０４は、液晶注入前及び注入中の空セル１０５に電圧を印加するものである。空セル１０５に電圧を印加することにより、液晶１０７の注入速度を早くすることができる。ここで、図３をさらに参照して、本実施の形態に係る液晶注入装置１００に用いられる袋体１０４について詳細に説明する。図３は、袋体１０４の構造及び袋体１０４と空セル１０５との配置関係を説明する図である。
【００２５】
図２及び図３に示すように、袋体１０４は、複数の電圧印加部１０８を有している。袋体１０４には、気体を貯留することができ、例えばポリウレタン−テフロン（登録商標）シートを用いることができる。また、袋体１０４には、電圧印加部１０８に気体を供給するエア供給口１０９が設けられている。エア供給口１０９から、袋体１０４に気体を供給することにより、袋体１０４が膨らむ。
【００２６】
袋体１０４は、複数の空セル１０５の間にそれぞれ設けられている。すなわち、袋体１０４の電圧印加部１０８が、対向配置された２つの空セル１０５の間に配置されている。これより、空セル１０５は、液晶注入前及び注入中に電圧印加部１０８により電圧が印加される。これにより、空セル１０５内に侵入した液晶１０７の長軸は傾斜され、配向膜１３１の側鎖との立体障害が低減する。このため、空セル１０５内に液晶１０７を注入する速度を早くすることができる。
【００２７】
さらに、袋体１０４は櫛歯状になっている。すなわち、袋体１０４は、複数の電圧印加部１０８が平行に配置された構成を有している。従って、空セル１０５は、隣接する電圧印加部１０８の間にそれぞれ配置される。すなわち、空セル１０５は、袋体１０４の複数の電圧印加部１０８からなる櫛歯間にそれぞれ配置される。つまり、袋体１０４は、空セル１０５を内包する凹部を有している。換言すると、袋体１０４は、空セル１０５の両面に設けられている。
【００２８】
また、電圧印加部１０８の空セル１０５と隣接する面は、電極が形成されている。具体的には、一方の面が陽極１１０、もう一方の面が陰極１１１となっている。つまり、１つの空セル１０５に隣接する電圧印加部１０８の一方の面が陽極１１０、もう一方の面が陰極１１１となっている。図２及び図３においては、空セル１０５の右側に隣接する電圧印加部１０８の面に陰極１１１が形成されている。そして、空セル１０５の左側に隣接する電圧印加部１０８の面に陽極１１０が形成されている。このように、一対の陽極１１０及び陰極１１１は、袋体１０４の凹部に形成されている。つまり、一対の電極１１０、１１１は、空セル１０５を挟むように設けられている。また、陽極１１０及び陰極１１１は、空セル１０５と隣接する面の略全面に形成されている。なお、図２においては、一対の電極１１０、１１１は袋体１０４の表面に配設されているが、電極１１０、１１１の保護のためには、袋体１０４の内面側に配設することが好ましい。
【００２９】
また、袋体１０４に気体、例えばエア、窒素等を供給することにより、図２に示すように電圧印加部１０８は両側に配置された空セル１０５に接触する。つまり、空セル１０５の両面に配置された一対の陽極１１０及び陰極１１１がそれぞれ接触する。そして、陽極１１０及び陰極１１１に電圧を印加することによって、空セル１０５内にも電圧が印加される。また、気体を袋体１０４に供給することにより、陽極１１０及び陰極１１１は空セル１０５に密着するため、効果的に電圧を空セル１０５に印加することができる。これにより、印加する電圧を低電圧にすることができ、消費電力を低減することができる。また、供給する気体を加熱することで、空セル１０５、空セル１０５内に入った液晶１０７の温度が上昇して、さらに注入時間を短縮することができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、従来のように、空セル１０５内に設けられた表示用の電極（例えば、画素電極１２７や対向電極１２８）を用いず、空セル１０５外部に設けられた電極のみを用いる。このため、各空セル１０５の表示用の電極それぞれに外部の電極を接続する必要がない。つまり、空セル１０５を隣接する電圧印加部１０８間に配置するだけでよい。これにより、効率が良く簡便であり、生産性を向上させることができる。このように、簡単な構成で複数の空セル１０５の両面に均一に電圧を印加することができる。また、空セル１０５を配置するときには、袋体１０４内にエアを供給しない状態で行う。これにより、電圧印加部１０８が、空セル１０５を配置するときに邪魔にならない。
【００３１】
次に、本実施の形態にかかる液晶表示装置１３３の製造方法を図４を用いて説明する。ここでは、一例として上記の液晶表示装置１３３の製造方法について説明する。この製造方法により、液晶表示パネル１２０製造用の空セル１０５の内部に負の誘電率異方性を有する液晶を注入する。図４は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１３３の製造方法を説明するフローチャートである。
【００３２】
図４に示すように、まず、ＴＦＴアレイ基板１２２となるマザー基板上に画素電極１２７、ＴＦＴ１２６などを、一方、対向基板１２３となるマザー基板上に対向電極１２８などを形成する（ステップＳ１）。そして、それぞれの基板上に所定の方向に配向処理された配向膜１３１を形成する（ステップＳ２）。本実施の形態では、後に注入される液晶を垂直配向制御させるため、配向膜１３１には垂直配向膜を用いる。その後、ＴＦＴアレイ基板１２２上にスペーサを散布し（ステップＳ３）、シール剤１２４を塗布して両基板を接着する（ステップＳ４）。これにより、２枚のマザー基板上に複数の空セル１０５がマトリクス状に形成される。
【００３３】
そして、このマザー基板を分断し、複数の空セル１０５を形成する（ステップＳ５）。この空セル１０５を複数用意し、これらの空セル１０５に同時に液晶１０７を注入する（ステップＳ６）。
【００３４】
具体的には、まず、真空チャンバ１０１内に設けられた櫛歯状の袋体１０４の櫛歯間に空セル１０５を配置する。つまり、凹部の対面に一対の電極１１０、１１１が設けられた袋体１０４の凹部に空セル１０５を配置する。このとき、袋体１０４内にエアを供給しない状態で空セル１０５を配置する。また、真空チャンバ１０１内に、液晶１０７を貯留した液晶ボート１０６を、空セル１０５の注入口と液晶１０７とが対向するように配置する。このとき、空セル１０５の注入口と、液晶１０７とは接触させない。
【００３５】
そして、真空チャンバ１０１内を真空排気し減圧状態とする。これにより空セル１０５内及び液晶１０７も脱気される。また、袋体１０４のエア供給口１０９から気体を供給し、電圧印加部１０８を空セル１０５に接触させる。つまり、１つの空セル１０５に対して一対の陽極１１０及び陰極１１１を接触させる。そして、電圧印加部１０８の陽極１１０及び陰極１１１に電圧を印加し、空セル１０５に電圧を印加する。このように、空セル１０５の外側に配置された陽極１１０及び陰極１１１によって、空セル１０５に電圧を印加する。このとき印加される電圧は、１００〜２００Ｖである。その後、アーム１０３を移動させ、空セル１０５の注入口と液晶１０７とを接触させる。そして、Ｎ２導入バルブからＮ２ガスを導入して、大気圧に戻す。上記のように、空セル１０５に電圧が印加されているため、空セル１０５内に侵入した液晶１０７にも電圧が印加され、液晶１０７の長軸が傾斜する。このように、電圧が印加された空セル１０５に液晶１０７を注入することにより、液晶１０７の注入にかかる時間を短縮することができる。
【００３６】
また、袋体１０４の電圧印加部１０８は、１つの空セル１０５の略全面にわたって配置されている。つまり、電圧印加部１０８に形成された陽極１１０及び陰極１１１も１つの空セル１０５の略全面にわたって配置されている。このため、１つの空セル１０５において印加される電圧のバラツキがなく、均一に印加されている。これにより、空セル１０５内に均一に液晶を充填することができる。
【００３７】
また、複数の空セル１０５はそれぞれ均一に電圧が印加されているため、それぞれの空セル１０５の電圧のバラツキも抑制できる。このため、真空チャンバ１０１内の配置位置によらず、同時に注入される複数の空セル１０５の注入時間を略等しくすることができる。これにより、注入時間を一定に制御しても、それぞれの空セル１０５への液晶１０７の注入時間が等しいため、注入泡不良の液晶セルの発生を抑制することができる。さらに、それぞれの空セル１０５の注入時間により印加される電圧を制御してもよい。例えば、液晶の注入量が少ない空セル１０５には、印加する電圧を低く、液晶の注入量が多い空セル１０５には、印加する電圧を高くする。これにより、それぞれの空セル１０５の液晶注入時間が略等しくなる。そして、作業効率が上がり、生産性を向上することができる。また、液晶の注入量が少ない空セル１０５に対しては、電圧を低くすることができるため、消費電力を抑えることができる。
【００３８】
その後、液晶注入口に封止材を塗布して、封止材を硬化させることにより空セル１０５内に液晶１０７を封止し（ステップＳ７）、液晶セルを形成する。それぞれの液晶セルの外側に偏光板１３２などの光学フィルムを貼り付けて（ステップＳ８）、液晶表示パネル１２０が完成する。そして、駆動回路、バックライトユニット１２１などを実装する（ステップＳ９）ことにより、液晶表示装置１３３が完成する。
【００３９】
なお、上述の実施の形態では、複数の単一の空セル１０５に液晶を注入する場合について説明したが、これに限定されない。複数の空セル１０５が一列につながった状態のスティックを被注入対象とし、複数のスティックに対して同時に液晶を注入しても良い。このとき、スティックを複数配置し、スティックとスティックとの間に袋体１０４を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態にかかる液晶注入装置の構成を示す側面図である。
【図３】実施の形態にかかる袋体の構造及び袋体と空セルとの配置関係を説明する図である。
【図４】実施の形態にかかる液晶表示装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】垂直配向膜と液晶分子との関係を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  液晶分子、２  側鎖、３  垂直配向膜、
１００  液晶注入装置、１０１  真空チャンバ、１０２  キャリア、
１０３  アーム、１０４  袋体、１０５  空セル、１０６  液晶ボート、
１０７  液晶、１０８  電圧印加部、１０９  エア供給口、１１０  陽極、
１１１  陰極、
１２０  液晶表示パネル、１２１  バックライトユニット、
１２２  ＴＦＴアレイ基板、１２３  対向基板、１２４  シール剤、
１２５  液晶層、１２６  ＴＦＴ、１２７  画素電極、１２８  対向電極、
１２９  ＢＭ層、１３０  着色層、１３１  配向膜、１３２  偏光板、
１３３  液晶表示装置
【図１】
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【図２】
2008134567.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008134567.tif 000006
【図５】
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