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液晶ディスプレイ 液晶パネルの基本的な駆動方式
簡易な表示で済む電卓の表示部のようなものを除けば、多数のサブ画素を格子状に配列したドットマトリクスによる表示が液晶パネルの主流となっており、これによって変化に富んだ画像表示が行える。ドットマトリクス表示の多数のサブ画素ごとの電極に個別の配線を行うと、基板周縁部は配線で埋まり現実的ではなくなることから、縦横の2次元的な配線の交点でサブ画素の電極を制御するマトリクス配線方式が採られている。マトリクス配線では、基本的に液晶パネル外との配線数が縦線と横線の合計数で済む。
マトリクス配線で使用される2種類の信号線を以下に示す。
データ線
データ線はデータ信号線やX電極線とも呼ばれ、アクティブ・マトリクス駆動ではソース線とも呼ばれる。
アドレス線
アドレス線はアドレス信号線やY電極線とも呼ばれ、アクティブ・マトリクス駆動ではゲート線とも呼ばれる。
マトリクス配線には「単純マトリクス駆動方式」と「アクティブ・マトリクス駆動方式」がある。
単純マトリクス駆動方式
液晶ディスプレイ 液晶パネルの基本的な駆動方式
単純マトリクス (Simple Matrix) 駆動方式はパッシブ・マトリクス (Passive Matrix) 駆動方式（PM型）とも呼ばれ、X電極線とY電極線の交点の画素、またはサブ画素に電圧を印加し液晶を駆動する。単純マトリクス駆動方式では、液晶材料に270度まで旋回させる分子が選ばれたSTN (Super twisted nematic) がほとんど用いられる。XとYが非選択状態となると基本的には印加電圧は失われるため、画素が多数になるとその分だけ1つの画素に印加される時間は短くなるのであまり多数の画素は扱えない。1枚の画面、つまりフレームを表示する間の1つの画素、サブ画素に電圧を加える時間の比率をデューティ比と呼ぶ。XとYが同時に選択されていなくてもXとYのいずれかが選択されれば周辺の画素に無用の回路が出来て1/3程度の電圧が印加され、これはクロストークと呼ばれ、画面の滲みとなり、XとYにノイズが加わっても同様に無用な線が生じる。
アクティブ・マトリクス駆動方式
液晶ディスプレイ 液晶パネルの基本的な駆動方式
アクティブ・マトリクス (Active matrix) 駆動方式はAM型とも呼ばれ、単純マトリクスのXとYの電極線と蓄積コンデンサに加えてアクティブ素子が各画素ごとに設けられている。一般的にはこのアクティブ素子に薄膜トランジスタ (TFT) が使われる。ガラスやプラスチック製のアレイ基板上に作られたTFTがスイッチング動作することで、XとYが非選択状態では蓄積コンデンサに蓄えられた電荷を出来るだけ保持するように働く。XとYが同時に選択されなければTFTによるスイッチは"ON"とならず画素、またはサブ画素への印加電圧に変化は生じないため、XとYに少しのノイズが加わってもそれはその時選択されていた画素だけに影響して他の部分には影響しない。XとYが非選択状態になると蓄積コンデンサに蓄えられた電荷が電圧の印加を担ってゆっくりと減少してゆくために、次にXとYが選択されて電荷を加えられるまで時間が稼げる。このため比較的多数の画素、またはサブ画素を1つのXとYの配列内に持つことができる。
TFT等のアクティブ素子を用いる液晶パネルは、1990年代末頃から生産技術の発展とともに低価格化し、2000年代に入ると高品質の表示が必要なテレビ受像機やコンピュータ・モニタ、携帯電話の表示部として広く普及しており、STN型の単純マトリクスを使った液晶パネルは減少傾向にある。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの基本的な駆動方式
TFTを構成する半導体の組成には、普及したアモルファス・シリコンと、開発が進んで実用化段階にあるポリ・シリコンがある。画面サイズの比較的小さな液晶パネルでは、開口率を上げるために絶縁膜を挟んで隣のゲート線上との間にコンデンサを作る「付加容量型」が多い。
アモルファス・シリコン
アモルファス・シリコンは、大型のガラス基板に対して容易に成膜ができることから、高い生産性を誇っている。電子移動度は0.5-1.0cm2/Vs 程度である。
ポリ・シリコン
液晶ディスプレイ 液晶パネルの基本的な駆動方式
ポリ・シリコン (poly-crystalline Si) は、多結晶シリコンのことであり、アモルファス・シリコンに比べると電子移動度が30-300cm2/Vs (LTPS) と単結晶シリコン (MOS-FET) の600-700cm2/Vs には及ばないが画素表示用途では十分な性能が得られる。このポリシリコンTFTにはさらに製造プロセスの温度差によって高温ポリシリコンと低温ポリシリコンがある。ポリシリコンによってガラス基板上に液晶を駆動するためのドライバー回路を作り込める利点がある。
高温ポリシリコン
高温ポリシリコン (High-temperature polycrystalline silicon, HTPS) は、1,000℃程度の高温に耐えられる石英ガラス基板上に成膜したアモルファス・シリコンを熱アニールして結晶化する（日本語ではポリシリコンだが、英語標記ではpolycrystallineになることに注意）。サファイヤ基板上にアモルファス・シリコンを結晶化させたものにSOS (Silicon On Sapphire) があり、プロジェクター等の液晶ライトバルブなど、比較的特殊なものに用いられている。
低温ポリシリコン
低温ポリシリコン (Low-temperature polycrystalline silicon, LTPS) は、安価な通常の無アルカリ・ガラス基板上に成膜したアモルファス・シリコンをレーザーアニール等による600℃以下の低温で多結晶化するものである。低温ポリシリコンは、結晶粒界によって電流が妨げられる割合が高いために高温ポリシリコンより電子移動度が低くなるが、それでもアモルファス・シリコンと比べれば数百倍のスイッチング動作が可能となり、特にCOG方式でのドライバ回路までガラス基板上に集積することで、接続点が少なくなるために信頼性が高まるが、額縁部分は少し広くなる。ただし、外部ICでは3.3-5Vでの駆動電圧なのに対して、低温ポリシリコンによる駆動回路では8-12V程度が必要となり、携帯機器が求める低消費電力化の点では逆行することになってしまう。HTPSより特性は劣るが安価なため、利用が進んでいる。
連続粒界シリコン
連続粒界シリコン (Continous grain silicon) は粒界を実質的になくすことで電子移動度を高めたもの（シャープと半導体エネルギー研究所が共同開発）。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの駆動技術
ここでは一般的なアクティブ・マトリクス駆動方式の中でも、実用とされている駆動技術の代表的なものについて説明する。液晶分子が移動・回転する速度は、一般的には印加された電圧の二乗に比例するため、高速で表示を変えるためには印加電圧を高くする必要がある。
液晶表示では直流駆動すると寿命が短くなるため、交流電圧を加えることで駆動する交流電圧駆動が行われている。この交流の印加方式にいくつか種類があるが、いずれもフレームごとに反転させる。
フレーム反転駆動方式
フレーム反転駆動方式は、フレームごとに全画面のサブ画素を一度に同じ極性で反転させる方式である。
行ライン反転駆動方式
行ライン反転駆動方式、又はHライン反転駆動方式は、フレームごとに行方向のサブ画素を互い違いに正極と負極を反転させる方式である。
列ライン反転駆動方式
列ライン反転駆動方式、又はVライン反転駆動方式は、フレームごとに列方向のサブ画素を互い違いに正極と負極を反転させる方式である。
ドット反転駆動方式
ドット反転駆動方式は、フレームごとに1つおきのサブ画素を互い違いに正極と負極を反転させる方式である。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの駆動技術
画面が高精細となりサブ画素数が増えると動画表示のためにはXドライバの駆動周波数が100MHzを超えて一般的なICでは動作速度が満たせなくなる。このため、画面を例えば4分割するなどして駆動周波数を抑える工夫を行うのが普通であり、これを分割駆動 (Multiplexing drive) という。分割によってOLB (Outer Lead Bonding) による接続とデータドライバ / アドレスドライバ用ICは増えるが、高い周波数での設計は避けられる。例えば、3,200×2,400画素のQUXGAでは駆動周波数が575MHzとなって普通のICでは対応できなくなる。これを4画面にすれば約72MHzに低減できる。分割駆動では、XとYのドライバ（データドライバとアドレスドライバ）のICモジュールとそれらとの接続を増やすだけでなくタイミング・コントローラも対応しなければならない。画面を複数の領域に分けた分割駆動とすることで、一般的な半導体技術で作られた駆動ICを使用しながら画素数の増加を可能にした。
フレーム反転方式での液晶駆動では、カラーフィルタ基板側の透明電極である共通電極（コモン電極、対向電極）の電位の掛け方の違いで2方式に分けられる。
コモンDC方式
液晶ディスプレイ 液晶パネルの駆動技術
コモンDC方式では共通電極の電圧は一定で、液晶への電圧印加はアレイ基板側のサブ画素の個別の電極だけで行われる。フレーム反転の度に正電位と負電位を反転させるには、共通電極の電圧が一定のままであるために、例えば+5Vから-5Vまでの10Vの振幅が駆動回路に求められる。
コモン反転方式
毎フレームごとに共通電極へのバイアス電圧を逆転し印加することで、コモンDC方式で求められるドライバ回路の振幅を半分にする方式である。ただし、列ライン反転駆動方式とドット反転駆動方式では、カラーフィルタ基板側の共通電極を分割する必要があるので、コモン反転法は基本的にフレーム反転駆動方式か行ライン反転駆動方式に限定される。駆動回路への要求が下げられるので、ほとんどはコモン反転方式が採用されるが、フレーム反転駆動方式ではフリッカが生じやすくなり、行ライン反転駆動方式ではクロストークなどが生じやすくなる。
電圧階調法
QVGA程度までの解像度の低い画面には、アナログ方式の電圧階調法によって必要な階調のすべてが表現できる。画素数が増えると表示するための画像信号の周波数が高くなるため必要とされるすべての階調を作り出せず、ドライバIC内の回路では3ビット8階調から4ビット16階調、6ビット256階調といった出力レベル数だけを出力して、これで不足する用途にはフレームレート階調法で補うようにしている。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの駆動技術
フレームレート階調法
フレームレート階調法 (Frame Rate Control, FRC) では、同一画素（サブ画素）を2-3フレームを1組として明るさをフレームごとに制御することで、人の感覚では中間の明るさとして感じることを利用している。例えば50%と60%の明るさの2つのフレームを連続的に見れば残像効果により55%程の明るさに見える。ただし、フレームごとで明るさを変ると人の目で見て画素の明度変化が分かるフリッカの原因にもなるため、フレーム周期を毎秒180回に高めるなどの工夫が求められる。この方式は安い液晶で採用されていて、人によっては目の疲れや頭痛の原因になる。
動きの激しい動画表示では、移動する物体の輪郭部が不鮮明に見えることがある。これは液晶画素が印加電圧を一定に保つホールド型駆動で構成されているために起こるが、これを避けるために、1つのフレーム内で画面を一度、全面真っ暗にすることで印加電圧をフレームごとに独立にするインパルス型駆動にする方法を採る。これがブラック挿入法である。液晶の表示時間は短くなり高い応答速度も求められ駆動データも高速化が必要だが、動くものの表示が鮮明にできる。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの駆動技術
画素の明暗が急速に変化する場合に、液晶分子の動きが遅いために追従できないことがある。この場合に印加電圧を変化初期の短時間だけ10-20%程度大きめや小さめのプリエンファシス信号として与えることで液晶分子を早く駆動することができる。液晶の反応速度は印加電圧の2乗に反比例するので波形の立ち上がりと立下りだけ電圧を振ることで早い応答が得られる。
ブラック挿入法と同様に動く物体の表示を鮮明にするために、走査のタイミングを合わせてバックライトを消灯する。
倍速駆動や120Hz駆動と呼ばれる液晶パネルの駆動方式では、ほとんどの場合、毎秒60枚のフレームを表示していたものを120枚表示することを指す。表示枚数を増やすことによって激しい動きを伴う動画での残像感を小さくしようというものである。1秒間に60枚あった元の画像の間に、前後の画像情報から中間の画像を作り出して合わせて120枚にされる。4倍速の製品も登場している。
ショートリング (Short ring) は静電気破壊からパネルを保護する回路技術である。アレイ基板とカラーフィルタ基板はそのままでは大きなコンデンサとして働いて、人体などの静電気を蓄えて内部回路のTFT素子をショートさせる恐れがある。これを防ぐために、データ信号/アドレス信号の接続パッドごとに薄膜トランジスタ相当を抵抗として接続して、もう一方を共通接続する。このような抵抗を「作りこみ抵抗」や「負荷抵抗」と呼ぶ。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（単純マトリクス駆動）
単純マトリクス駆動による液晶パネルには、以下の方式がある。
TN型（Twisted Nematic型、ねじれネマティック型）は初期に量産された最も基本的であり、2010年現在でも主流の表示方式である。
この方式では、電圧が無印加の状態でネマティック液晶と呼ばれる液晶分子の配向を90度ねじれるように配列している。表裏2枚の基板間で90度ねじれるように、各基板表面の配向膜に配向処理が施される。このねじれによって液晶を通過する光の偏光成分がほぼ90度回転する。これは旋光と呼ばれる現象である。また、正しく電圧が印加されると、分極している液晶分子は電界方向、つまり画面に垂直方向に揃って並び、光は偏光変換を受けずに液晶層を通過するため、光源側の偏光フィルムを透過した光の偏光状態がそのまま保たれて逆側の偏光フィルムにそのまま届くようになる。
偏光板の方向
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（単純マトリクス駆動）
偏光板の配置方向には、NWモード (Normally White Mode) とNBモード (Normally Black Mode) の2つがある。NWモードでは入射側と射出側の偏光板の透過軸方向同士が互いに直交するように置かれ、この表裏2枚の偏光板の配置は「クロスニコル」 (Crossed nicols) と呼ばれる。NBモードでは互いに平行になるように設定され、この表裏2枚の偏光板の配置は「パラレルニコル」 (Paralleled nicols) と呼ばれる。
NWモードはTN型では多くが、特にTFT方式などではほぼ全数がNWモードが用いられる。これは黒表示での光の漏れが少なくコントラスト比が大きくでき、黒に近い表示で着色が生じず、セルギャップ（液晶層の厚み）に対する製造マージンが広く安定した品質の生産が可能であること、パラレルニコルの偏光フィルム配置は生産性が良いこと、などによる。TN型のNBモードは、NWモードに比べた場合の視野角の広さからTFT方式への応用が検討された時期もあるが、上述のNWモードの利点の裏返しの欠点があり一般化するにいたっていない。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（単純マトリクス駆動）
STN (Super Twisted Nematic) 型は、単純マトリクス駆動方式での代表的な形式であり、現在でも比較的簡易な表示装置では使用されている。TN型が無印加時において液晶分子の並びのねじれ角が、両面の基板の間で90度であるのに対し、STN型では、180-270度となるように作製される。これにより印加電圧の僅かな差によって大きな配向変化を実現し、TN型では難しいハイデューティでの単純マトリクス駆動を可能にする。このため、TFT等のアクティブ素子を用いずに画素数の多い表示が可能となっている。TN型と同様にNBモードとNWモードがあり、NBモードでは黒と黄色、NWモードでは白と青の表示になる。初期のSTN型では光の波長によって明暗が一致せず、着色が避けられなかったため、いくつかの派生型が開発された。
STN型の派生型には以下のものがある。
DSTN型
DSTN (Double STN) 型は、ねじれが逆向きの2枚のSTN液晶を表裏に張り合わせることによって、旋光に伴う着色を相殺し、白黒表示を実現する。ただし、二枚の液晶セルを重ねることから、コスト高や表示が暗くなるなど問題点もある。後述するFSTNが開発されたため、ほとんど採用されることはない。類似の名称で、Dual scan STNと呼ばれるものが、パソコン雑誌などでDSTNと表記されていたことがあるので注意が必要である。このDual scan STNは、単純マトリックスの列電極を画面の上下で分割し行電極の選択時間を確保したものであるため、Double STNとは別個の技術である。
FSTN型
FSTN (Film-compensated STN) 型は、光学的補償を行う高分子フィルム（補償フィルム）を貼ることで画面の着色を減らしたものである。
光学補償フィルムを液晶パネルの上下に挟むものをTSTNと呼ぶ事もある。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（アクティブ・マトリクス駆動）
アクティブ・マトリクス駆動による液晶パネルには、以下の方式がある。
単純マトリクス駆動と同様に、アクティブ・マトリクス駆動と組み合わせても多く利用されている。生産技術が確立され比較的安価である。また、特別な工夫をしなくても高い開口率が得られるため表示が明るくなり、同じ表示輝度であればバックライトの消費電力を削減できる。応答速度も8-15ms程度とそれほど遅くはない。短所は、視野角が狭く色度変位が大きい。画質よりコストや低消費電力を重視する用途に用いられる。2000年代頃までは廉価なノートパソコン向けであったが、2010年頃からは画質も向上し、ほとんどのノートパソコンでTN型となっている。また、視野角の狭さが簡易なプライバシーフィルターの効果を持つことから、上位機種でも積極的に採用するメーカーもある。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（アクティブ・マトリクス駆動）
IPS型（In-Plane Switching型、インプレイン・スイッチング型）では、電極は一方の基板の面内方向に配置している。電圧を無印加の状態では液晶分子はねじれずに基板面に対して一定の水平方向を向いている。電圧の印加時には電界が面内方向に掛かるたて液晶分子が90度水平に回って電極に沿って並ぶ。無印加と印加で液晶分子が面内方向で90度回ることで、2枚の偏光フィルムとの間で透過、遮蔽を作り出す。液晶分子同士が並んだままで回転できるため反応が速く、特に中間調の応答が良い。見る角度にあまり影響されず視野角が広いという特徴がある。回転は、電極をくし型に配置することで実現されるため、半導体技術を用いるアクティブ・マトリクス駆動でのみ用いられる。液晶配向が基板に対して垂直方向に立ち上がることがないため、視野角が広い。視野角特性が良好なためTV用途で多く用いられるが、反面、開口率を上げにくく表示が暗くなり易い、正面表示でのコントラストを高めにくいといった課題もある。
偏光板の方向
TN型のNWモードの場合の偏光フィルムのクロスニコル配置がIPS型ではNBモードに用いられており、TN型のNWモードの利点がIPS型ではNBモードの利点にほぼ対応し、IPS型では多くがNBモードで用いられる。NW、NBという名称が電圧と表示との関係のみを表す名称であるため、注意が必要である。
液晶ディスプレイ 液晶パネルの種類（アクティブ・マトリクス駆動）
VA型（Vertical Alignment型、 垂直配向型）では、負の誘電率異方性を持った液晶分子と垂直配向膜との組み合せで、無印加時には液晶分子が画面に対して垂直になり、印加時には液晶分子が画面に対して水平な配置となる。見る角度にかかわらず比較的良好な視野角と高いコントラストが得られる。8-15ms程度の応答速度になる。
偏光板の方向
TN型のNWモードの場合の偏光フィルムのクロスニコル配置がVA型ではNBモードに用いられており、TN型のNWモードの利点がVA型ではNBモードの利点にほぼ対応する。このため、VA型ではNBモードが用いられる。
MVA型
VA型の派生型として、さらに視野角を広げるために画面の区画ごとに配向を変える「分割配向」を用いたMVA (Multi-domain Vertical Alignment) 型がある。MVA型では1つの画素やサブ画素内で異なる配向の領域を複数持つマルチドメイン方式とすることで視野角を広げている。マルチドメインは透明電極の上に「リブ」と呼ばれる微小な樹脂製の突起物を間隔をあけて構築することで実現される。TV用ディスプレイの用途で多く用いられている。
OCB (Optically Compensated Bend, Optically Compensated Birefringence) 型は、無電界時には液晶が弓状に配列し、電圧印加時にはほぼ直線状に並ぶ。弓状から直線状に変化することで発生する液晶の流れと液晶分子の配向の変化が互いを阻害することがなく配向の変化が液晶の流れを加速するように働くため3-8msといった高速応答性を持つ。光学補償フィルムを必要とする。視野角も広く、-20℃といった低温環境でも応答性がそれほど損なわれないがまだコストに課題があり、放送機器用や車載用での採用が多く、大画面は存在しない。
液晶ディスプレイ 材料
液晶分子は直径が0.4nm、長さが2nm程度の細長い有機分子である。
ネマティック液晶
液晶パネルに使用されている液晶は、ほとんどがネマティック液晶である。ネマティック液晶は配向方向、つまり分子1つ1つの向きは秩序だった動きをするが、各々の位置は無秩序になっている。一般に長軸方向と誘電的性質および光学的性質とが密接に関連している。液晶パネルにおいては、誘電的性質が配向方向と電圧との組み合わせから決まる駆動動作に積極的に利用され、光学的性質が配向方向と偏光フィルムとの組み合わせから決まる表示動作に利用される。
上述の誘電的性質に関連して、通常液晶パネルに用いられる棒状分子からなるネマティック液晶を誘電率によって分類すれば、長軸方向に大きく長軸に垂直な方向に小さい場合のポジ型液晶と、長軸方向に小さく、長軸に垂直な方向に大きい場合のネガ型液晶がある。ポジ型液晶は、TN型やIPS型に用いられ、ネガ型液晶はVA型に用いられる。光学的性質については、ポジ型およびネガ型のいずれにおいても、屈折率が長軸方向の光電場に対して大きく、長軸に垂直な方向の光電場に対しては小さい複屈折性を有している。
液晶ディスプレイ 材料
このような誘電的性質と光学的性質とを組み合わせて適切な表示を実現するために、液晶パネルでは、ガラス等の基板に適当な電極を設け、液晶材料の配向方向をその電極間に与えた電圧によって制御し、各電圧での配向方向と屈折率の関係から所望の表示を得る。
強誘電性液晶・ブルー相液晶
液晶パネルに用いられる液晶材料としては他には強誘電性液晶やブルー相液晶などがある。どちらもネマティック液晶と比較して高速な応答を実現することができ、特に、ブルー相液晶は応答速度が10-100μsと速く、暗状態に視野角依存性が原理的に無い。そのため配向膜やラビングなどの配向処理や視野角補償のための光学フィルムが不要なためパネルを薄く安く作れる。近年になって非常に狭かった温度域を広げる技術が登場し、実用化が期待される。
ポリマーネットワーク型液晶
液晶ディスプレイ 材料
ポリマーネットワーク型液晶 (PNLC, polymer network liquid crystal) は散乱液晶の一種であり、電圧が無印加の状態では液晶層内部の網目状の高分子繊維に沿って液晶分子が不規則に並び、表示が不透明となるが、電圧が印加された状態では液晶分子が表示面に対して垂直に整列するので、表示が透明になる。偏光を利用しないので偏光フィルタが不要である。他の一般的な反射型液晶パネルが11%程度の反射率なのに対して50%と高く、これは実用化されている電気泳動式の電子ペーパーの40%よりも高い。窓ガラスに張り合わせた調光シャッターやプロジェクター投影用スクリーンとして採用されている。
マザーガラスはマザーガラス基板とも呼ばれ、アレイ基板やカラーフィルタ基板の元となる素材である。これらの基板上に成膜するプロセスでは生産性向上のためにマザーガラスを切らずにそのままの大きさで製造工程を進め、終わりに近い工程で各基板ごとの大きさに切断してゆく。マザーガラスは以後の工程で障害とならないように、反り、塵、汚れ、傷、泡、欠けがないように求められる。
1枚のマザーガラスから取れる基板数は「面取り数」と呼ばれ、面取り数を増やすためにマザーガラスは拡大されてきた。マザーガラスの大きさとその月間や年間の処理可能枚数で、液晶ディスプレイ工場の生産能力が表現される。
液晶ディスプレイ 材料
マザーガラスは、主にその表面に構築される電極や回路の処理工程の最高温度によって使用できる種類が限定される。STN型のような単純マトリックス駆動では低価格のソーダガラスが使用できるが、TFT型のようなアクティブ・マトリックス駆動では高温処理が求められるため、高温ポリシリコン処理での1,000℃以上に耐えられる高価な石英ガラスや低温ポリシリコンでの600℃弱まで耐える無アルカリガラスが使用される。
ガラス厚も薄くなっており、カラーTFT液晶ディスプレイの開発当初は1.1mmであったものが0.7mmになり、特にノートパソコン用などでは0.63mmから0.6mmとなり、携帯電話用では0.4mmの製品が出ている。
液晶ディスプレイ 材料
配向膜にはポリイミドが使われることが多い。可溶性を高めるためのN-メチル-2-ピロリドン (NMP) などのアミド系極性溶媒と塗布性を高めるためのセロソルブアセテートなどの溶媒にポリアミック酸を溶解させたものが使用される。これを基板に塗布後、250℃以上に加熱処理してポリアミック酸を熱重合によりイミド化させて配向膜を形成する。基板上で熱重合するのではなくあらかじめ液体状態でイミド化させた可溶性ポリイミドも使用される。可溶性ポリイミドを使えば、基板上への塗布後の加熱温度が180℃以下となり、乾燥させる程度の処理となる。このため、加熱温度を高められないカラーフィルタ基板を用いる場合の配向膜として都合が良い。ポリイミド製の配向膜は、材質を選べば透明であり、300℃程度にも耐える高い耐熱性があり、液晶の配向を安定させることが可能であり、ガラス基板や電極膜への塗布性や密着性が良いという特徴がある。
液晶ディスプレイ 材料
偏光フィルムは、一般的な透過型パネル用では、偏光素子が入った偏光基材とこれを両面で挟むベース基板、そして片面には保護フィルムともう片面にはガラス基板に貼り付けるための離型フィルムから構成される。反射型パネルの裏面用は保護フィルムの代わりに粘着層を介して反射板が付けられる。
偏光フィルムは偏光板とも呼ばれるが「板」のような堅いものではなく、多ければ10層ほど積層されても0.12-0.4mm程度の薄いものであり、液晶パネルへ貼り付けられるまではテープ状に巻かれている。偏光素子が入った偏光基材とは、ヨウ素や二色性染料が偏光素子でありこれが偏光効果を起こす。偏光基材はポリビニルアルコール (PVA, Poly Vinyle Alcohol) が使われ、偏光素子がこの媒体内に含まれる。偏光基材を保護する役割のベース基板にはトリアセチルセルロース (TAC, Triacetyl cellulose, Cellulose triacetate) が使われる。ベース基板も「板」と呼ばれるがフィルムである。離型フィルムにはベース基板側に粘着層が塗布されており、ガラス基板に貼り付ける段階で剥離され、粘着層によってガラス基板に貼り付けられる。
偏光フィルムの単体での光学特性は、透過軸方向に平行方向の透過率：T1 と透過軸方向に直交方向の透過率：T2で表され、T1 は"1"に近く、T2は"0"に近くなるように偏光素子や偏光基材が調整される。1枚の偏光フィルムの単体透過率は T で表され、T1 とT2の平均で表される。
2枚使用時の光学特性は、透過軸方向が互いに平行な平行透過率：Tと透過軸方向が互いに直交な直交透過率：Tがあり、平行透過率：TはT2とT1のそれぞれの2乗の和の平均で、直交透過率：TはT2とT1の積で表される。
また、偏光度 P は以下の式で表される。
実際の製品として使われている偏光フィルムでは、単体透過率 T は38-48%程度、偏光度 P は75-99.9%程度である。可視光領域で透過率と偏光度が波長によって差があると液晶パネルにすると色付きするので、これらの特性に波長依存性がないことが求められる。
2009年現在一般には、透明電極としてITO (Indium-tin-oxide) が使用されているが、ITOは塗布後の定着工程で200-300℃程度の比較的低い温度で半結晶化されるため抵抗値が高く、また透過度も波長の短い光線では低くなるために完全な透明ではなく少し茶色や黄色がかった色味を持つ。インジウムが中国に偏在するレアメタルであり、電子機器による需要増で価格が高騰している。
ITOに代わるものとして、ZnO膜や金の微細な繊維を配合した高分子膜の研究が進められて成果が上がっており、早ければ数年の内には製品への採用が始まるとされている。
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの構造
液晶モジュールは、主な構成部品として液晶パネルに駆動回路と駆動用プリント基板、必要ならばバックライトを取り付けたものである。駆動用プリント基板類は液晶パネルとの接続部が柔軟なため、パネルの裏側に折り込まれて無用な実装面積を省くのが普通である。また、駆動回路の主要部を低温ポリシリコンによるTFT回路で液晶パネル上に取り込むことで、液晶パネルへの接続は、電源部やタイミング・コントローラ回路、最低限の映像信号回路などを載せた小型のプリント基板だけになり、不良の原因となる接続部の大幅な削減によって液晶モジュールの信頼性の向上が実現できるが、額縁スペースが余分に必要となる。
TABモジュール・COGモジュール
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの構造
安価なモノクロの電卓用液晶ディスプレイなどを除けば、多数の画素を駆動するための縦横合わせて数百から数千もの配線を液晶パネルの外部に引き回すことは避けて、パネルの端部にTAB (Tape Automated Bonding)、又はCOG (Chip On Glass) という2種類の実装方法によって、TABモジュール、又はCOGモジュールという駆動回路が接続されている。TABモジュールは、TABやTCP (Tape Carrier Package) と呼ばれる実装方法が用いられた液晶駆動用半導体のパッケージであり、必要なだけ複数個のTABモジュールがACF（Anisotropic Conductive Film、異方性導電膜）によって液晶パネルの端部に接続される。TABモジュールと液晶パネルとの接続端子 (OLB, Outer lead bonding) の間隔は高精細度のパネルでは額縁寸法を決定するため、スリムなものが使用される傾向がある。例えばVGA表示では640×480画素で90μmだったものが、QQXGAの4,096×3,072画素では20μmになっている。
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの構造
COGモジュールでは、名前の通り、半導体のベアーチップを液晶パネルのアレイガラス基板上に直接実装する。ベアーチップとパネル電極との接続方法には、次の4方式がある。いずれの方式でもベアーチップを保護するために電極の接続後は保護樹脂でコートされる。
金バンプ直接接続方式
ワイヤーボンディング接続方式
銀ペースト接続方式
ACF接続方式
駆動用プリント基板
駆動用プリント基板はTABモジュールやCOGモジュールに画像信号や駆動電力を供給するための電子回路基板であり、液晶モジュールが外部と接続される部分でもある。プリント基板用のACFで接続される。
バックライト
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの構造
バックライトには、光源ランプ、インバーター回路、導光板などが含まれ、光源ランプはCCFL（冷陰極管）を使用する場合が多かったが白色LEDが採用されるようになっていて、EL (Electro luminescence) も使われる。CCFLではインバーター回路によって1,000V以上の高電圧を発生させて管内の放電により、アルゴン、クリプトン、キセノンの単独、又は混合ガスが水銀を励起して水銀イオンが紫外線を放出し、管内面の蛍光体によって白色光を得る。管の両端にフィラメント状のヒーターを持つ通常の蛍光管と異なり、CCFLは加熱を利用せずに高電圧のみで放電を起こすので発熱量は少なく、管径も2-5mm程度と細く作れる。主に両端部で発熱する蛍光管を液晶パネル近くで使用すれば、温度に敏感な液晶材による表示ムラとなって都合が悪いのでCCFLの利用が多い。
LEDでは電流源としての定電流回路か定電圧回路が電源回路となる。光源としてはCCFLとLEDの他に熱陰極蛍光管、分散型エレクトロルミネッセンス、ハロゲンランプ、メタルハイドロランプがある。
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの構造
直下型と呼ばれる液晶パネルの背面にバックライトを備える形式では、光源となる蛍光管を2本から4本程度の直管を並べるよりもU字やS字、W字の形状に曲げたものが使用されることもある。また直下型とは別にサイドライト型やエッジライト型と呼ばれる光源ランプを導光板の横に配置することでディスプレイの厚みを抑える工夫も採られているが、導光板を持たずに拡散板やライティング・カーテンと呼ばれる部分的に透過率を下げたものを使用するなどして均一な光を当るように工夫したものがある。薄型化が求められなければ、液晶パネルと距離をあけることで均一に照らす形式もある。これらの構造や部品の他にも、拡散シートやプリズム・シート、反射シートなどを使って光を出来るだけ逃さずに均一に液晶パネルの背面を照らすように工夫される。導光板にはポリメチルメタクリレートのようなアクリル樹脂が使用される。バックライトの発光スペクトル（分光特性）と液晶パネルのカラーフィルタの波長に対する光透過度（分光特性）が一致すると光の効率が上がるため鮮やかな色再現ができる。バックライトに蛍光管を使用すると、この光源が液晶ディスプレイ全体の寿命を決定することが多く、比較的長寿命のCCFLが使用されることが多いがLEDの採用が増えている。
駆動制御コネクタ部
装置メーカのセットとして液晶モジュールはコネクタでセットの制御部に接続される。
数万画素のマトリクスLCDパネルの駆動制御コネクタ部はフラットケーブル・フレキシブルケーブルというポリイミドベースの機材に厚さ数十μm、ピッチ0.65mmなどの平行電極を並べた,20極、30極などのコネクタでセットに接続する。LVDS（Low Voltage Differential Signaling）というインターフェースが主流で、デファクトスタンダード的にリーダーメーカーに後発コンパチブル2次供給メーカーが追従する慣例である。セットメーカーはPC、モニター、テレビなどに応じて、ディスプレイコントローラICによって、液晶パネルのドットマトリクスに対応する色と輝度信号を走査線の順番に送り、画像や文字を液晶パネルに表示する。
一方、製品組み込みの小型のNT型のセグメント表示のものなどは、液晶モジュール本体は透明電極のみ配して、装置側基板に金表面処理電極を配して、構造的に位置合わせをして、導電部と絶縁ゴムが縞模様に配置された導電ゼブラゴム電極にて接続をして、液晶駆動機能を有する組み込みマイコンの数十極の電極で直接駆動することが主流である。光源用バックライトに冷陰極管CCFL、EL、LEDをもつものはそれぞれに応じて2極程度のコネクタを備える。
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの駆動
説明を簡単にするため、TFTカラー液晶モジュールでの駆動例を示す。以下の周辺回路の多くは、TABによってアレイ基板に接続されるか、COGや低温ポリシリコンによってアレイ基板上に実装または構築される。低温ポリシリコンを採用している場合でもタイミング・コントローラや電源回路は、ポリシリコンによるTFT素子でD/Aコンバータ、メモリ、コントローラまで作り込むと消費電力が増すために、外付け回路基板上の専用ICが使用される事が多い。
タイミング・コントローラ
タイミング・コントローラICはT-CON (Timing Controller) やタイミングLSI (Timing LSI) とも呼ばれ、液晶モジュールに供給される映像データを平面上の画素に配分するためのクロック信号などを生成し、データドライバとアドレスドライバ（ゲートドライバ）に供給する半導体素子である。
データドライバ
データドライバはソースドライバやXドライバとも呼ばれソース線を通じて、画面のサブ画素ごとに対する印加電圧を加える。元となる映像信号から作られ液晶駆動用の階調化された電圧はソース線ごとにホールド回路で保持され、通常は画面の横方向の配列に対してタイミング・コントローラの信号の従って増幅された信号がデータ線に同時に加えられる。
アドレスドライバ
液晶ディスプレイ 液晶モジュールの駆動
アドレスドライバはゲートドライバやYドライバとも呼ばれ、タイミング・コントローラの信号に従って、ゲート線を通じて画面のサブ画素の1列分を選択して、データドライバが各サブ画素に書き込むのを助ける。
電源・映像回路部
電源・映像回路部はプリント基板とも呼ばれ、外部からの映像信号と電源を受け取り、映像信号をデータドライバとタイミング・コントローラに渡すと共にデータドライバ、アドレスドライバ、タイミング・コントローラへの駆動電力を供給する。タイミング・コントローラが一体となっているものもある。
表示制御部
数万画素以上のマトリクスLCDパネルの駆動系はパネル上に配し、モジュール上に液晶コントローラを配して、20極、30極などのLVDS（Low Voltage Differential Signaling）というインターフェースでセット側のPC、モニター、テレビなどに応じて、ディスプレイコントローラICによって、液晶パネルのドットマトリクスに対応する色と輝度信号を走査線の順番に送り、画像や文字を液晶パネルに表示する。
一方、製品組み込みの小型のNT型のセグメント表示のものなどは、液晶モジュール本体は透明電極のみ配して、液晶駆動機能を有する組み込みマイコンの数十極の電極で直接駆動することが主流である。
液晶ディスプレイ 製造工程
まず製造工程の概要を示したのちに、詳しい説明を加える。
各工程の最後や出荷前にそれぞれ検査が行われる。
設計工程
製造する製品の設計が行われる。本記事では詳しく扱わないが、この設計工程でアレイ基板の回路パターンのデータが作られる。
マザーガラスの製造
ガラス製造の専業メーカーが生産するのが一般的である。
液晶ディスプレイ 製造工程
マザーガラスは原料溶解、薄板形成、切断・面取り、熱処理・研磨、洗浄、検査、出荷という工程を経て製造される。メーカーによっては熱処理・研磨を行わないところもある。薄板形成の徐冷工程が品質を左右する。
フュージョン法
フュージョン法 (Fuson process) は、溶けた2枚の平面状ガラスを垂直に流し下ろしながら表裏合流合体させて空中で冷却する。ガラス表面に接触するものがないので高品質なマザーガラスが得られる。
スロット・ドロー法
スロット・ドロー法 (Slot drawing process) は「ダウン・ドロー法」や「引き下げ法」とも呼ばれ、ルツボの底の「スロット」から平面状にした溶解ガラスを流し出し、下では複数のローラーで固まり始めたガラスを引き下げながら冷却炉で冷やし連続的に外形を整えてゆく。スロットやローラーが接触するので引き下げ力の管理などを上手く行わないとガラス表面にうねりが生じる。製品は研磨が必要になる。
フロート法
フロート法 (Float process) は、溶解した金属スズの上に溶けたガラスを流して、川のように連続的に平面ガラスを作る方法である。窓用を含めた一般的なガラス板の生産方法であるが、微細なうねりやスズが表面に付くために研磨が必要になる。マザーガラスの生産にはあまり採用されなくなっている。
基板
液晶ディスプレイ 製造工程
ガラス製造工程から来たマザーガラスは、必要に応じて研磨・洗浄され、表裏や方向の区別のために「オリエンテーション・フラット」（オリフラ）や「オリエンテーション・コーナー」と呼ばれる印が付けられ、縁や角が面取り加工される。また、これとは別に後のいずれかの工程で、「合わせマーク」と呼ばれるアレイ基板とカラーフィルタ基板を合わせる時の印が付けられる。
アレイ基板製造工程
液晶ディスプレイ 製造工程
アレイ基板の回路パターンは設計データに基づいて作図され、多数のレティクルがあらかじめ作られる。
TFT層・配線層・画素電極形成（5フォト・プロセスでの例）
最初に基板洗浄を行う。
金属膜を蒸着させ、エッチングによってゲート電極と蓄積コンデンサ用Cs電極を形成する。（マスク1）
CVDによって絶縁膜 (SiO2, SiNx) を全面に形成する。
CVDによってゲートとなるa-Si（アモルファス・シリコン）層を連続して堆積させ50nm厚程度まで形成する。
エッチングによってチャネル保護膜 (SiNx) を形成する。（マスク2）
電極との接続性向上とリーク電流の低減のために、燐ドープの半導体層 (n+a-Si) を形成する。
3層金属膜 (Mo-Al-Mo) を蒸着させる。
エッチングによってドレインとソース層を形成する。（マスク3）
CVDによって保護膜 (SiNx) を全面に形成する。
エッチングによってコンタクト孔を形成する。（マスク4）
スパッタリングによってITO（酸化インジウムチタン）膜を全面に蒸着させエッチングによって不要な部分を除去してサブ画素電極を形成する。（マスク5）
液晶ディスプレイ 製造工程
上記の内、半導体回路や配線層などを形成するエッチング工程では、マスクとなるレティクルのパターンを主に365nmの紫外線（i線）で光学的に基板上の感光材へ露光して、レジスト層としてパターンを写し取ることで実現される。これはLSIなどの半導体電子部品と同様の仕組みである。マザーガラスの大きさで1,000×1,300mmクラスまでは、1-5秒ほどの短時間で一度に全面を露光するワンショット方式が実用化されているが、転写対象が1mを越える大面積のものでは、光学投影レンズの有効径に制限されて、1枚のレティクルで全面を1度に露光できなくなっている。この場合には、複数枚のレティクルに分割して何度も露光を行う。半導体製造装置のスキャナのようにレティクルと転写面を同時に移動させながら露光するのではなく、移動中は露光シャッターは閉じられ、露光のつなぎ目が厳密にアライアメントがとられてから露光が開始される。このような露光方法をステップ&リピート (Step & repeat) と呼ばれ、この装置は「レンズ・ステッパ」や「ステッパ」と呼ばれる。特に液晶パネル1枚の大きさでレティクルを作る事で露光のつなぎ目を考慮しない方法には適する。半導体製造装置のスキャナのようにレティクルと基板を同時に移動させながら露光するものに、ミラー・プロジェクション法がある。これは、大口径レンズは球面収差のために作れないのを反射鏡で結像させるもので、1枚のレティクルで大面積に転写が可能になる。これらのいずれも、レティクルの等倍で露光する「等倍投影法」とレティクルの1/5や1/10に縮小して露光する「縮小投影法」がある。マスク数は5枚が主流であるが、4枚マスクの導入も始まっている。
液晶ディスプレイ 製造工程
アレイ基板の製造工程の各段階中と工程の最後に検査が行われる。アレイ基板として使用されないマザーガラス上の空き領域にあらかじめテスト用回路を作り込んでおき、膜厚、膜質、電気的特性を計測するという手法も使われる。
カラーフィルタ基板製造工程
液晶ディスプレイ 製造工程
基板洗浄
BM層形成
BM（ブラックマトリクス）層は、金属クロムをスパッタリング蒸着させ、フォトリソグラフィ技術を使ったエッチングによって不要部分が除去される。金属クロムのほかにもカーボンやチタン、ニッケルの使用が検討され、低反射用に金属クロムに加えて酸化クロムの2層構造も使用される。
カラーフィルタ層形成
カラーフィルタ材を一定のパターンに配置・形成する方法には、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法、その他がある。
フォトリソグラフィ法
フォトリソグラフィ法ではBM層形成と同様に全面に塗布したあと、フォトリソグラフィ技術を使ったエッチングによってマスクを作り不要部分を溶解除去する。3色のそれぞれに対して繰り返し処理が必要になる。
印刷法
シルクスクリーン印刷と同様に、スキージでメッシュ・スクリーン上のカラーフィルタ材を基板に印刷する方法や、オフセット印刷する方法、凸版印刷に凹版印刷など、どれもカラー印刷と同じ手法を用いる。
インクジェット法
インクジェット印刷の技術を応用したものである。プラズマディスプレイでの実用が主導した技術であり、大画面の基板では実用され始めている。
保護膜形成
BM層とカラーフィルタ層で生じた段差を平準化し、この後のITO膜の形成時の定着性が高められる。
共通電極形成
液晶ディスプレイ 製造工程
原料となるITOは酸化インジウムに酸化スズを1-5重量%ほど加えた合金である。透明電極をガラス基板上に形成する方法には主に2種類ある。以下にそれらを示す。
真空蒸着法
ITOの焼結体を真空中で加熱してガス化し、この気体のITOをガラス基板上に析出させて薄膜を形成する。ガス化雰囲気は厳密には真空ではなく、3%ほどの酸素を加えることで結晶化と酸化を制御する。ITOが蒸着する基板側の温度によってITO結晶の特性が変化し、180℃と250℃、300℃、そしてそれ以上の温度で得られるITO膜の抵抗値が異なる。面抵抗で10Ω/□が必要なSTN用ガラス基板では250℃まで加熱され、面抵抗100Ω/□が必要なTFT用ガラス基板では180℃まで加熱された状態でITOが蒸着される。各々のガラス基板にはカラーフィルタが成膜されているので、カラーフィルタ中の有機化合物の耐熱性もこれに合わせたものが求められる。真空蒸着法は基本的に点から蒸発するため、ガラス基板が大面積になるほど膜厚の均一性が損なわれる。加熱する熱源の違いでEB（エレクトロン・ビーム）法、抵抗加熱法、イオンブレーティング法がある。
スパッタリング法
スパッタリング法は大きく2つの方法に分かれる。いずれの方法でもターゲットと呼ばれる平面状の焼結体を加熱することで蒸発させるため、ガラス基板が大面積になっても膜厚の均一性が保たれる。
液晶ディスプレイ 製造工程
酸化物スパッタリング法
アルゴンと少量の酸素の混合ガスをプラズマにしてこの熱でITO酸化物のターゲットから昇華させてガラス基板に成膜する。水素や水を加える手法も存在する。200-1000Å程の厚みを作り、抵抗値は1.7-2.5×10-4Ω・cmになる。
反応性スパッタリング法
アルゴンと酸素の混合ガス中でITOのターゲットから昇華させてガラス基板にITO酸化膜を成膜する。ITO酸化膜はほとんど不透明であり、膜に含まれる酸素を追い出すために200℃の大気中、または不活性ガス中での熱処理を必要とする。膜厚が厚いと透明度を高めにくくなり成膜を制御することが難しく抵抗値にバラツキがあるため、製造には酸化物を使う方法に移っている。
これらの他に、ディッピング法がある。カラーフィルタ基板では耐熱性の上限に配慮されるが、アレイ基板ではより高い温度を使って抵抗値の低減が計られる。例えばTFTアレイ基板では以前の工程でのゲート絶縁膜の350-400℃での形成時の温度や、後の工程でのSiNx保護膜の250℃や配向膜の熱処理温度180℃でITO膜の特性が劣化しないよう配慮が求められる。STN用のITO膜では配向膜の熱処理温度に対する250-300℃程度の耐熱性が求められる。ガラス基板の全面に成膜されたITOの薄膜は、アレイ基板のみフォトリソグラフィ技術を使ったエッチングによって不要部分が除去される。
液晶ディスプレイ 製造工程
偏光フィルム製造工程
偏光フィルム (PVA, Poly Vinyle Alcohol)、基板フィルム (TAC, Triacetyl cellulose, Cellulose triacetate)、離形・保護フィルム (PET, Polyethylene terephthalate) の原反を準備する。
偏光フィルムの工程
洗浄する。
ヨウ素を含む染料で染色する。
延伸させる。
ホウ酸処理によって架橋させ、加熱処理を施す。
乾燥させる。
基板フィルムの工程。必要ならばAG/AR（防眩/低反射）処理を施す。
偏光フィルムの両面に基板フィルムを貼り合わせる。視野角拡大フィルムを含む場合はガラス基板の外側に偏光フィルムが内側に視野角拡大フィルムがなるように張り合わせられる。
基板フィルムに離形・保護フィルムを貼り合わせる。
検査を行う。
ロールに巻き取る。
切断する。
出荷前検査を行う。
配向膜形成（ラビング工程）
液晶ディスプレイ 製造工程
配向膜の形成はラビング工程とも呼ばれ、液晶分子の並びを整えるために高分子膜の表面に微細な溝を形成する工程である。ポリイミド樹脂 (Polyimide resin) など液体をガラス基板上に塗布した後、これを180℃程度で焼成したのち、膜の表面をラビング布製のローラーで所望の方向で擦ってゆく。布地の細かな繊維によって表面を一方向に撫でることで樹脂の分子が一定方向に並び、また微細な溝が形成される。ラビングによる配向では液晶分子が2-7度程度に傾きをもって並び、この傾きをプレティルト角と呼ぶ。配向膜にポリイミドを使うことでプレティルト角を増す工夫も行われる。一方向にラビングする以外に、部分的にマスクしておいて複数方向からラビングを行い、配向の方向を変えるマスクラビングによる分割配向方式があり、フォトリソグラフィによって行う分割配向方式もある。分割配向によって視野角が向上される。これらの場合にはプレチルト角は大きくするのが一般的である。
位相差フィルム製造工程
液晶ディスプレイ 製造工程
位相差フィルムは直線偏光を楕円偏光に、楕円偏光を直線偏光に変えることができ、1/2λ板や1/4λ板のように主として波長依存性を光学的に補償に使われ、また半透過型液晶での位相差補償にも使用される。波長依存性の補償用途のものの製造方法は、PVAやPCの膜を1軸延伸によってフィルムに含まれる高分子を配向させて複屈折の異方性を得る点では偏光板に似ており、ただ、この延伸率は小さく、求める補償能力が得られるように均等に力を制御しながら作られる。位相差補償用のものはこれとは異なり、ポリイミド重合ポリマーを塗布した偏光フィルムをラビングして作った配向膜上にカイラル分子を添加した高分子液晶を塗り高温度環境に置くことで液晶を螺旋配向させる。後者では複屈折と旋光の2つを同時に補償できる。
シール形成
2枚の基板間で液晶材を流出を防ぎ、外部からの汚染などからも守るシール材をカラーフィルタ基板側に塗布する。シール材は2枚の基板の接着剤の役割もある。塗布には、スクリーン印刷とディスペンサによる2つの方法がある。スクリーン印刷では厚みのあるスクリーンをカラーフィルタ基板上にやや間をおいて位置させ、端にシール材を加えるとスキージと呼ばれるヘラで一方向に掃き進めて一度に塗布を完了させる。ディスペンサではノズルからシール材を搾り出してカラーフィルタ基板上に描いてゆく。予備硬化させておく。
トランスファ形成
カラーフィルタ基板上の共通電極（コモン電極、対向電極）とアレイ基板上の配線との接続用の導電ペースト柱を形成しておく。
スペーサ散布
樹脂ビーズ状のスペーサを使用する場合には、サブ画素当り2-3個程度の微小球であるスペーサをN2ガスやアルコールによるスプレーでできるだけ均一に撒く。柱状スペーサではブラックマトリックス部分にフォトリソグラフィによって形成する。この場合、エッチングやレジスト除去は必要なく、フォトレジスト自身が柱状スペーサとなる。シール材とスペーサ散布は2枚の基板のいずれかで別々に行われる。
アレイ基板とカラーフィルタ基板の組立工程
この段階ではまだ切断されていないため、2つの基板はマザーガラスの大きさのままである。
張り合わせ
アレイ基板とカラーフィルタ基板が合わせマークを目印に張り合わせられ、シール材が硬化される。通常は紫外線硬化樹脂が使用される。
基板切断
アレイ基板とカラーフィルタ基板を張り合わせて、シール材で固定された後、切断が行わる。この切断工程はスクライブ&ブレーク (Scribe & Break) と呼ばれ、片面をダイヤモンド歯などで表面に傷を付けてから裏面から傷を押し広げて亀裂を広げて割り、もう片面でも同様に行うことで切断する。この状態は「空セル」と呼ばれる。ガラスの表面に傷を付ける方法も、従来はダイヤモンドカッターが使用されて、切り屑の除去のために洗浄工程が必要だったが、レーザーで傷付けられるようになった。
液晶注入・封止
空の液晶基板を納めたチャンバーを真空にしてから液晶槽の中へシール材の開口部を漬け、チャンバーに外気を導入すれば、液晶が空気に押され真空に引かれて内部に注入出来る。この真空注入法の他に大画面用として、シール材塗布後、張り合わせる前にカラーフィルタ基板に液晶材を一度に適量を滴下する滴下注入法もある。注入口には封止材（エンドシール）となる紫外線硬化型の接着剤を塗り固めておき、紫外線を当てることで複数の口が一度に封じられる。
洗浄
液晶の注入・封止工程で液晶材が基板に余分に付着したものを超音波洗浄によって取り去る。
面取り
基板の外部との配線が傷ついたり、後の工程でガラス基板を扱う過程で擦れたりして端部から破片が落ちて基板を傷つけたり汚染したりすることがないよう、また安全面からも、端部全周の角が削られ面取り加工される。
偏光板貼り付け
通常は偏光板を基板の表裏両面に貼り付ける。偏光板は剥離フィルムを剥がしながら貼り付けるが、このとき静電気が発生するので除電対策や一層の清浄な環境が求められる。偏光板の貼り付け後、必要に応じて位相差板も貼り付けられる。
点灯検査
パネルを点灯させて不良などがないか検査する。「組立検査」とも呼ばれる。フリッカ、クロストーク、線欠陥、階調不良、色度、色ムラ、コントラストなどの項目を検査する。
バックライト製造工程
導光板作成
導光板、反射フィルム、拡散板、プリズムシート等の組立て
冷陰極線管、ランプリフレクタ組立て
エージング
特性検査
出荷検査
モジュール組立工程
TABの場合（カッコ内はCOGの場合）
セル受け入れ検査
TAB圧着（又はベアチップ受け入れ）
TABのFPC (Flexible Printed Circuit) のOLB (Outer lead bonding) 側のアウターリードを異方性導電フィルムによってアレイ基板上の配線に圧着接続する。
PCB実装（又はFCP圧着）
TABのFPCのILB (Inner lead bonding) 側のアウターリードを異方性導電フィルム、またはハンダによって駆動用プリント基板上の配線に圧着などで接続する。
樹脂塗布
ICとその接続部、インナーリードを保護するために樹脂をコートする。
PCB検査
バックライト取り付け
組立て検査
エージング
最終検査
検査
出荷前に検査が行われる。点欠陥には輝度（明点）、低輝度（半明点）、滅点（暗点）、欠陥点が連結したもの（連結点）、欠陥点が近いもの（近接点）、ピンホール、微小気泡、微小異物などがある。
液晶ディスプレイ ディスプレイ装置
画面の大きさは21世紀以降急速に拡大している。アスペクト比は、テレビ用では4：3や16：9のアスペクト比を考慮しており、パソコン用もほとんどはテレビと同様の比率を考慮して作られている。
表示する画面部分は「有効表示領域」や「表示領域」、「アクティブ領域」と呼ばれ、周囲は「額縁」と呼ばれる。この有効表示領域の大きさは画面の対角線の長さをインチで表し、日本では数詞として「型」を付けて表現される。一般に画像の精細度を表すには、1インチ ( 2.54) 当り何個のドットがあるかという意味で "dpi" (dot per inch) を使うことが多いが、カラー液晶では "RGB" 3色の点で1つの画素 (pixel) を構成するため無用な混乱を避ける意味で "ppi" (pixel per inch) が使われることが多い。精細度を表す別の方法として「画素ピッチ」がある。画素ピッチは画素が並ぶ間隔を表しており、例えば1,000ppiでは0.0254mmになる。TV画面の水平解像度では「TV本」という解像度の表し方もあり、白地に縦に引いた黒い線を最大何本まで判別できるかというもので、普通のTVでは350TV本である。