JP6749075B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示不良の発生を抑制可能な液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法に関するものである。

液晶表示装置の製造方法として、一般的に真空注入方式と滴下注入方式（ＯＤＦ）が採用されている。液晶表示装置の製造方法について滴下注入方式を例として説明する。ＴＦＴが形成されている電極基板と、色表示をするためのカラーフィルタなどが形成された対向基板とを用いて、それぞれの基板に配向膜を形成しラビングなどの配向処理を施す。

２枚の基板間隔を一定に保つために、ビーズ状のスペーサをどちらか一方の基板に散布する、または予め柱状の突起が形成された基板が用いられる。どちらか一方の基板に２枚の基板を貼り合わせるためのシールパターンを形成した後、液晶を必要量滴下する。

シールパターン中にはシール部分の間隔を一定に保つためのシール内スペーサが一定の割合で混合され、シール内スペーサは、棒状ガラス（ガラスファイバー破砕物）または粒子状シリカで構成される。

次に、真空チャンバー内で上下の定盤にそれぞれ基板を保持し、上下の基板のパターンが一致するように基板位置を調整しながら２枚の基板を近づけて貼り合わせる。シールパターンと基板の接触が不十分である場合、シールパターンと基板との間に隙間があると気泡がパネル内に入りこんだり、上定盤から基板を切り離すときに貼り合わせた基板がずれたりするため、荷重を加えてシールパターンを２枚の基板に十分に密着させる。その後、上定盤の切り離しと大気解放を行い、基板を取り出す。パネル内と周辺部（大気圧）の圧力差によってシールパターンが所定の幅まで潰れ、その後、ＵＶ照射装置にてシールパターンを仮硬化させた後、加熱を行い本硬化させる。その後、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製する。

貼り合わせ装置の定盤には、ロボットとの受け渡しのためのピン穴およびロボットアームとの干渉を避けるための凹部などがある。特に滴下注入方式では、真空貼り合わせ時の基板の保持のため静電チャック方式が用いられる。静電チャックユニットを定盤に取り付けるためのねじ穴などが多数存在する。シールパターンを２枚の基板に十分に密着させるために定盤に荷重を加えたときに、ねじ穴近傍などに局所的に大きな荷重がかかる。異物が定盤と基板の間にある場合にも、同様に局所的に大きな荷重がかかる。

局所的に荷重がかかる場所がシール部に該当する場合に問題が生じる。シール内スペーサがガラスファイバー破砕物で構成される場合、ガラスファイバー破砕物は硬いため、ＴＦＴアレイ基板の配線にダメージを与えることで断線または短絡の問題が発生する。

このような問題を解消するため、柔らかい樹脂製のビーズ状スペーサを設ける方法、またはシール内スペーサをなくしてシールパターンの近傍に突起を設ける方法（例えば、特許文献１参照）が採用されている。

特開２００２−３５７８３４号公報

樹脂製のビーズ状スペーサを設けた場合はビーズ状スペーサが大きく変形し、基板間隔が狭くなるため、シールパターンが潰れ過ぎてシール幅が広くなる。貼り合わせ動作終了後、荷重を除去するとビーズ状スペーサが元の形状に戻るためシール幅も元に戻る。このとき、周辺から空気を巻き込んでシールパターン内に気泡を生じるシール内気泡となる。これにより、シールパターンの密着力および耐湿性（耐環境性）が低下し表示不良が発生することで液晶表示装置の歩留りが低下するという問題がある。

また、特許文献１に記載の方法では、シールパターンが潰れてシール幅が広くなり過ぎて表示領域に入り込んで表示不良が発生したり、基板からはみ出したりすることで、液晶表示装置の歩留りが低下するという問題がある。

液晶表示装置は、小型(数インチ)から大型（数十インチ）サイズまで生産されるため基板の任意の箇所にシールパターンが形成され、定盤構造（ネジ穴位置など）を工夫して上記の問題を回避することは難しい。

そこで、本発明は、基板を貼り合わせる際に局所的に荷重がかかった場合にも、表示不良の発生を抑制し歩留りを向上させることが可能な液晶表示装置および液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、第１基板と、液晶層を介して前記第１基板と対向する位置に配置された第２基板と、前記第１，第２基板間に挟持される液晶を封止するシールパターンと、前記シールパターン内に配置された弾性変形可能な第１スペーサと、前記シールパターン内に配置され、前記第１スペーサよりも、前記液晶層の厚み方向において短い長さに形成される第２スペーサとを備え、前記液晶層の厚み方向における前記第１スペーサおよび前記第２スペーサの長さの差は、前記第１スペーサの長さの１５％以下に設定され、前記第１スペーサは、ビーズ状の形状を有し、前記第２スペーサは、前記第１基板と前記第２基板の一方のみに当接され、かつ、前記シールパターンの平面視面積に対する占める面積密度が１％以上５０％未満に設定され、分散して複数配置される柱状スペーサである。

本発明によれば、第１基板と、液晶層を介して第１基板と対向する位置に配置された第２基板と、第１，第２基板間に挟持される液晶を封止するシールパターンと、シールパターン内に配置された弾性変形可能な第１スペーサと、シールパターン内に配置され、第１スペーサよりも、液晶層の厚み方向において短い長さに形成される第２スペーサとを備えた。

したがって、第１，第２基板を貼り合わせる際に局所的に荷重がかかった場合、第１スペーサが弾性変形するが、第１スペーサよりも液晶層の厚み方向において短い長さに形成される第２スペーサで荷重を支えることができるため、第１，第２基板間の距離を保持することができる。これにより、シールパターンが潰れ過ぎないことからシール内気泡が発生したり、シールパターンの幅が広くなり過ぎたりすることを抑制できるため、液晶表示装置の歩留りを向上させることが可能となる。

実施の形態に係る液晶表示装置の液晶パネルの要部の構成図である。 液晶表示装置の液晶パネルの平面図である。 図２のB-B線断面図である。 液晶パネルの製造工程を示すフローチャートである。 前提技術において荷重入力時の液晶パネルの要部の構成図である。 前提技術において荷重除去後の液晶パネルの要部の構成図である。 前提技術において荷重入力時の液晶パネルの他の例の要部の平面図である。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る液晶表示装置の液晶パネルの要部の構成図であり、図１（ａ）は、液晶パネルの要部の平面図であり、図１（ｂ）は、通常時における図１（ａ）のA-A線断面図であり、図１（ｃ）は、局所的に荷重がかかった場合における図１（ａ）のA-A線断面図である。

図１（ａ）と図１（ｂ）に示すように、実施の形態に係る液晶表示装置を構成する液晶パネルは、第１基板であるＴＦＴアレイ基板１１０と、第２基板であるカラーフィルタ基板（ＣＦ基板）１２０と、シールパターン１３３と、ビーズ状スペーサ１４４（第１スペーサ）と、柱状スペーサ１３４（第２スペーサ）とを備えている。ＴＦＴアレイ基板１１０は、ＴＦＴなどのスイッチング素子と画素電極がアレイ状に配列されたアレイ基板である。ＣＦ基板１２０は、カラー表示を行うための色材が形成された基板であり、ＴＦＴアレイ基板１１０と対向する位置に配置された対向基板である。

シールパターン１３３は、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０との間に挟持される液晶を封止するための部材である。ビーズ状スペーサ１４４は、シールパターン１３３内に配置され、弾性変形可能な樹脂で形成されている。柱状スペーサ１３４は、シールパターン１３３内に配置され、有機樹脂膜をパターニングして形成されている。柱状スペーサ１３４は、ＣＦ基板１２０の下面から下方に突出するように配置され、ビーズ状スペーサ１４４よりも変形強度が高く、ビーズ状スペーサ１４４よりも液晶の厚み方向において低い高さに形成されている。そのため、図１（ｂ）に示すように、荷重が入力されていない通常時は、柱状スペーサ１３４の下端はＴＦＴアレイ基板１１０に当接せず、柱状スペーサ１３４の下端とＴＦＴアレイ基板１１０との間に隙間が形成され、この隙間にシールパターン１３３が配置されている。ここで、柱状スペーサ１３４は、予め定められた荷重を支えることが可能な変形強度を有している。

次に、前提技術に係る液晶表示装置の問題点について説明する。図５は、前提技術において荷重入力時の液晶パネルの要部の構成図であり、図５（ａ）は、前提技術において荷重入力時の液晶パネルの要部の平面図であり、図５（ｂ）は、C-C線断面図である。図６は、前提技術において荷重除去後の液晶パネルの要部の構成図であり、図６（ａ）は、前提技術において荷重除去後の液晶パネルの要部の平面図であり、図６（ｂ）は、D-D線断面図である。図７は、前提技術において荷重入力時の液晶パネルの他の例の要部の平面図である。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、前提技術に係る液晶表示装置を構成する液晶パネルは、ＴＦＴアレイ基板１１０と、ＣＦ基板１２０と、シールパターン１３３と、ビーズ状スペーサ１４４とを備えている。基板の貼り合わせ時には、荷重がかかりビーズ状スペーサ１４４が大きく弾性変形し、基板間隔が狭くなるため、シールパターン１３３が潰れ過ぎてシール幅が広くなる。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、基板の貼り合わせ終了後、荷重を除去するとビーズ状スペーサ１４４が元の形状に戻るためシール幅も元に戻る（２点鎖線で示される位置から実線で示される位置に戻る）。このとき、周辺から空気を巻き込んでシールパターン１３３内にシール内気泡（シール内ボイド）１４５が生じる。これにより、シールパターン１３３の密着力および耐湿性（耐環境性）が低下し表示不良が発生することで液晶表示装置の歩留りが低下するという問題がある。

また、図７に示すように、シール内スペーサをなくしてシールパターン１３３の近傍に突起を設けた場合には、シールパターン１３３が潰れてシール幅が広くなり過ぎて表示領域１００に入り込んで表示不良が発生したり、基板からはみ出したりすることで液晶表示装置の歩留りが低下するという問題がある。

これに対して、実施の形態に係る液晶表示装置では、図１（ｃ）に示すように、ＴＦＴアレイ基板１１０およびＣＦ基板１２０に局所的に柱状スペーサ１３４の変形強度を超えない範囲の荷重がかかった場合、ビーズ状スペーサ１４４は柱状スペーサ１３４の下端がＴＦＴアレイ基板１１０に当接するまで弾性変形する。しかし、柱状スペーサ１３４で荷重を支えることができるため、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０との間の距離を保持することができる。よって、シールパターン１３３が潰れ過ぎないため、シール内ボイドが発生したり、シールパターン１３３の幅が広くなり過ぎたりすることを抑制できる。

次に、液晶表示装置の実験例と比較例について説明する。

（実験例１）
ＣＦ基板のシール形成位置に該当する部分にフォトリソグラフィー法（フォトリソ法）によって３．１ミクロンの高さの柱状スペーサを形成した。スペーサ密度（面積換算）は約２％とした。スペーサ密度とは、シールパターンの平面視面積に対する柱状スペーサの占める面積密度である。直径３．５ミクロンの樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０３５）を１ｗｔ％混練したシールパターンをＣＦ基板の所定の位置にディスペンサを用いて塗布した。この後液晶を滴下し、真空中で２枚の基板を貼り合せ、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製した。ここで、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の１１．４％である。

シールパターンに該当する箇所に柱状スペーサが形成されているため、異物の付着またはステージの平坦度が悪いことが原因でシールパターンに該当する箇所に局所的に荷重がかかってもシール内スペーサの変形量が小さく、シール内ボイドが発生しない。このため、良好な歩留まりで液晶表示装置を製造することができた。

（実験例２）
ＣＦ基板のシール形成位置に該当する部分にフォトリソ法によって６．０ミクロンの高さの柱状スペーサを形成した。スペーサ密度(面積換算)は約１％とした。直径６．５ミクロンの樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０６５）を１ｗｔ混練したシールパターンをＣＦ基板の所定の位置にディスペンサを用いて塗布した。この後液晶を滴下し、真空中で２枚の基板を貼り合せ、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製した。ここで、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の７．７％である。

シールパターンに該当する箇所に柱状スペーサが形成されているため、シールパターンに該当する箇所に局所的に大きな荷重が印加されてもシール内スペーサの変形量が小さく、シール内ボイドが発生しない。このため、良好な歩留まりで液晶表示装置を製造することができた。

（実験例３）
ＣＦ基板のシール形成位置に該当する部分にフォトリソ法によって５．０ミクロンの高さの柱状スペーサを形成した。スペーサ密度(面積換算)は約１％とした。直径６．５ミクロンの樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０６５）を１ｗｔ％混練したシールパターンをＣＦ基板の所定の位置にディスペンサを用いて塗布した。この後液晶を滴下し、真空中で２枚の基板を貼り合せ、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製した。ここで、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の２３．１％である。

シールパターンに該当する箇所に柱状スペーサが形成されているため、シールパターンに該当する箇所に局所的に大きな荷重が印加されてもシール内スペーサの変形量が小さく、シール内ボイドが発生しない。このため、良好な歩留まりで液晶表示装置を製造することができた。

（比較例１）
ＣＦ基板のシール形成位置に該当する部分にフォトリソ法によって３．０ミクロンの高さの柱状スペーサを形成した。スペーサ密度(面積換算)は約１％とした。直径６．５ミクロンの樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０６５）を１ｗｔ％混練したシールパターンをＣＦ基板の所定の位置にディスペンサを用いて塗布した。この後液晶を滴下し、真空中で２枚の基板を貼り合せ、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製した。ここで、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の５３．８％である。

この場合、シール内ボイドが発生し良好な歩留まりで液晶表示装置を製造することができなかった。

（比較例２）
ＣＦ基板のシール形成位置に該当する部分にフォトリソ法によって３．１ミクロンの高さの柱状スペーサを形成した。スペーサ密度(面積換算)は約０．２％とした。直径３．５ミクロンの樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０３５）を１ｗｔ％混練したシールパターンをＣＦ基板の所定の位置にディスペンサを用いて塗布した。この後液晶を滴下し、真空中で２枚の基板を貼り合せ、所定のプロセスを経て液晶表示装置を作製した。ここで、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の１１．４％である。

この場合、シール内ボイドが発生し良好な歩留まりで液晶表示装置を製造することができなかった。

以上より、柱状スペーサの強度の観点からスペーサ密度(面積換算)は１％以上に設定されることが好ましい。さらに、ビーズ状スペーサとの干渉の観点から、スペーサ密度(面積換算)の現実的な上限としては、５０％未満に設定されることが好ましい。また、液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサと柱状スペーサの高さの差はビーズ状スペーサの直径の２３．１％（実験例３）であっても液晶表示装置において良好な歩留まりを達成できたが、シール内スペーサの変形量を一層小さくしてシール内ボイドの発生を一層抑制するために１５％以下に設定されることが好ましい。

（液晶パネルの構成）
続いて、実施の形態に係る液晶表示装置の主要部である液晶パネル１０の具体的な構成について、図２と図３を用いて説明する。図２は、液晶表示装置の液晶パネル１０の平面図であり、図３は、図２のB-B線断面図である。なお、図面が煩雑とならないよう、発明の主要部以外の省略および構成の一部簡略化などを適宜行っている。ここでは、一例として、液晶の動作モードがＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードで、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備える液晶パネル１０に本発明を採用した場合について説明する。なお、液晶パネル１０の製造方法の詳細については後述する。

液晶パネル１０は、ＴＦＴなどのスイッチング素子と画素電極がアレイ状に配列するアレイ基板であるＴＦＴアレイ基板１１０と、ＴＦＴアレイ基板１１０と対向配置される対向基板であるＣＦ基板１２０を備えている。さらに、液晶パネル１０は、一対の基板であるＴＦＴアレイ基板１１０およびＣＦ基板１２０の何れか一方の基板表面に液晶が複数の液滴として配置された後に両方の基板間に挟まれることによって、シールパターン１３３で囲まれる領域内に封止されて形成される滴下注入（ＯＤＦ：Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌｉｎｇ）方式を用いて製造される。

したがって、シールパターン１３３は、図でも示されるとおり、閉ループ形状であり真空注入方式で製造される液晶パネルのように液晶を注入するための開口部である注入口は形成されておらず、別途注入口を封止するための封止材も設けられていないという構造的な特徴を備えている。

なお、図２では、ＣＦ基板１２０の下側に配置されるＴＦＴアレイ基板１１０の構成を図示するために、図中左上の一部のみＣＦ基板１２０を図示し、それ以外の領域では、ＣＦ基板１２０の図示を省略してＴＦＴアレイ基板１１０の構成を図示している。実際の構成としては、ＣＦ基板１２０は、シールパターン１３３により囲まれる領域の外側の領域まで設けられている。

また、表示領域１００の外側を額縁状に囲うように額縁領域１０１が配置されている。図２中では、表示領域１００となる矩形領域を額縁領域１０１との境界としている。なお、ここで使用した表示領域１００および額縁領域１０１については、液晶パネル１０のＴＦＴアレイ基板１１０上、ＣＦ基板１２０上、または両基板間に挟まれる領域の全てにおいて使用することとし、本明細書中においては全て同様の意味にて使用する。

ＴＦＴアレイ基板１１０は、透明基板であるガラス基板１１１の一方の面に配置され液晶を配向させる配向膜１１２と、配向膜１１２の下部に設けられ液晶を駆動する電圧を印加する画素電極１１３と、画素電極１１３に電圧を供給するスイッチング素子であるＴＦＴ１１４と、ＴＦＴ１１４を覆う絶縁膜１１５と、ＴＦＴ１１４に信号を供給する配線である複数のゲート配線１１８ｇおよびソース配線１１８ｓと、ＴＦＴ１１４に供給される信号を外部から受け入れる端子１１６と、端子１１６から入力された信号をＣＦ基板１２０側へ伝達するためのトランスファ電極（図示省略）と、端子１１６から入力された信号をゲート配線１１８ｇ、ソース配線１１８ｓおよびトランスファ電極へ伝達する周辺配線（図示省略）等を備えている。

ＴＦＴ１１４は、ＴＦＴアレイ基板１１０上の表示領域１００において、それぞれ縦横に複数本配列して設けられるゲート配線１１８ｇとソース配線１１８ｓの各交差部近傍に設けられ、画素電極１１３は、ゲート配線１１８ｇとソース配線１１８ｓによって囲まれる各画素領域内にマトリクス状に配列して形成されている。また、端子１１６、トランスファ電極および周辺配線は、額縁領域１０１に形成されている。また、ガラス基板１１１の他方の面には偏光板１３１が配置されている。

一方、ＣＦ基板１２０は、透明基板であるガラス基板１２１の一方の面に配置され液晶を配向させる配向膜１２２と、この配向膜１２２の下部に配置されＴＦＴアレイ基板１１０上の画素電極１１３との間に電界を生じ液晶を駆動する共通電極１２３と、共通電極１２３の下部に設けられるカラーフィルタ１２４およびカラーフィルタ１２４間を遮光するため、または表示領域１００に対応する領域外側に配置される額縁領域１０１を遮光するために設けられる遮光層であるブラックマトリクス（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ：ＢＭ）１２５等を備えている。ＣＦ基板１２０のガラス基板１２１の他方の面、すなわち、カラーフィルタ１２４、ブラックマトリクス１２５等の設けられる面と反対側の面には偏光板１３２が配置されている。

また、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０はシールパターン１３３を介して貼り合わされており、表示領域１００に配置される柱状スペーサ１３４によって所定の基板間隔に、つまり一定に保持されている。なお、異なる２種類の柱状スペーサ形態を混在して備え、一部の柱状スペーサについては、例えば、相対的に高さの高いスペーサとすることで、通常時において対向する基板と当接し基板間を保持するスペーサ（メインスペーサと呼ばれる）とし、他の一部の柱状スペーサについては、相対的に高さの低いスペーサとすることで、通常時は対向する基板と当接せず基板間の保持に寄与せずに外力などにより基板間の距離が縮まった際にのみ対向する基板と当接し基板間を保持するスペーサ（サブスペーサと呼ばれる）とするデュアルスペーサ構造を採用しても良い。

また、シールパターン１３３によって密封され、柱状スペーサ１３４によって保持されたＣＦ基板１２０とＴＦＴアレイ基板１１０との間の間隙の少なくとも表示領域１００に対応する領域に液晶層１３０が狭持されている。

また、シールパターン１３３と、その形成領域における構成については、本発明の特徴的な構造を有しており、先に説明を行ったとおり、シールパターン１３３は、シール内スペーサとして、例えば、３．５ミクロン径（圧力が入力されない状態の直径）の樹脂製ビーズ状スペーサ（積水化学工業製、ＳＰ−２０３５）１４４が１ｗｔ％程度、混在された光硬化型シール剤（光硬化型樹脂）からなる。さらに、シールパターン１３３の形成領域においては、前記のシール内スペーサの直径よりも所定変形量（シール内スペーサの変形許容量、基本的には、弾性変形範囲の最大値）に相当する長さ分だけ低い高さを有し、かつ、シール内スペーサよりも高い変形強度(弾性定数)を有する柱状スペーサ１３４がＣＦ基板１２０側から突出して設けられている。なお、このシールパターン１３３の形成領域に配置される柱状スペーサ１３４は、ＴＦＴアレイ基板１１０側から突出して設けても良い。但し、表示領域１００に配置される柱状スペーサ１３４が形成される基板と同じ基板側に設けることよって、製造工程を共通化することが望ましい。

また、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０にそれぞれ設けられるトランスファ電極と共通電極１２３は、これら基板間に設けられ、導電性粒子を混在させた樹脂からなるトランスファ材によって電気的に接続されており、端子１１６から入力された信号が共通電極１２３に伝達される。導電性粒子としては、弾性変形可能なものが導通の安定の点で好ましく、例えば、表面に金メッキがされた球形の樹脂を用いると良い。なお、液晶の動作モードがＴＮモードでなく、横電界モードと変更した場合には、ＣＦ基板１２０に共通電極１２３が形成されないことから、共通電極１２３に信号を伝達する構造であるトランスファ電極およびトランスファ材からなる構成は省略される。

さらに、端子１１６のそれぞれのパッドに対しては、接続配線となるＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）１３６を介して駆動ＩＣチップを制御する制御信号などを発生する制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップなどを装備した制御基板１３５が接続されている。また、制御基板１３５からの制御信号は、端子１１６を介して、突出部に取り付けられた駆動ＩＣチップの入力側に入力され、駆動ＩＣチップの出力側から出力される出力信号が表示領域１００から引き出された多数の信号引き出し配線（図示省略）を介して、表示領域１００内のＴＦＴ１１４に供給される。

また、液晶パネル１０における制御基板１３５および端子１１６が配置される辺には、液晶パネル１０の製造途中において、特に制御基板１３５の取り付けられる前の状態で液晶パネル１０の表示動作を行うための検査回路１１９が配置される。

さらに、液晶パネル１０の表示面の反対側であるＴＦＴアレイ基板１１０に対向して光源となるバックライトユニット（図示省略）が配置されており、さらに、液晶パネル１０とバックライトユニット間には光の偏光状態および指向性などを制御する光学シート（図示省略）が配置されている。液晶パネル１０は、これらの部材と共に表示面となる表示領域１００におけるＣＦ基板１２０の外側の部分が開放された筐体（図示省略）の中に収容され、本実施の形態に係る液晶表示装置が構成される。

上記において説明を行った本実施の形態に係る液晶表示装置は次のように動作する。例えば、制御基板１３５から制御信号が入力され、駆動ＩＣチップが動作し、表示領域１００内の配線を介して信号が画素領域に伝わる。その結果、各画素領域に配置される画素電極１１３とＣＦ基板１２０上に配置される共通電極１２３間に所定の駆動電圧が加わり、駆動電圧に合わせて液晶の分子の方向が変わる。そして、バックライトユニットの発する光がＴＦＴアレイ基板１１０、液晶層１３０およびＣＦ基板１２０を介して観察者側に透過または遮断されることによって、液晶パネル１０のＣＦ基板１２０側の表示領域１００に形成される表示面に映像などが表示される。

なお、例えば、シールパターン１３３において、シール内ボイドが発生すると、シールパターン１３３の密着力および耐湿性（耐環境性）が低下し、上記説明のような正常な動作が行われず表示不良が発生することとなる。しかし、本実施の形態に係る液晶表示装置においては、シール内ボイドの発生が抑制されるため、このような表示不良を発生することなく良好な歩留まりで製造することができた。

（液晶パネルの製造フロー）
次に、液晶表示装置を構成する液晶パネル１０の製造方法の全体の流れについて説明する。液晶パネル１０の製造工程の概要について、図４のフローチャートを用いて説明を行うことにする。図４は、液晶パネル１０の製造工程を示すフローチャートである。なお、液晶表示装置の主要部分となる液晶パネル１０は、通常、最終形状よりも大きなマザー基板から、液晶パネル１０を１枚または複数枚（多面取り）切り出して製造され、図４におけるステップＳ１からステップＳ９およびステップＳ１０途中までのプロセスは、そのマザー基板の状態でのプロセスである。

先ず、基板準備工程において、それぞれマザー基板の状態でＴＦＴアレイ基板１１０およびＣＦ基板１２０を準備する。ＴＦＴアレイ基板１１０およびＣＦ基板１２０の製造方法については一般的な方法を用いても良いため、簡単に説明する。ＴＦＴアレイ基板１１０は、ガラス基板１１１の一方の面に、成膜、フォトリソグラフィー法によるパターンニング、およびエッチング等のパターン形成工程を繰り返し用いてＴＦＴ１１４と画素電極１１３、端子１１６、およびトランスファ電極１１７を形成することで製造される。

また、ＣＦ基板１２０は、同様に、ガラス基板１２１の一方の面に、カラーフィルタ１２４、ブラックマトリクス１２５、共通電極１２３、および有機樹脂膜をパターニングして形成された柱状スペーサ１３４を形成することで製造される。特に柱状スペーサ１３４を異なる２種類の柱状スペーサ形態を混在して備えるデュアルスペーサ構造とする場合には、公知のデュアルスペーサ構造の形成方法であるハーフトーン技術を利用したフォトリソ工程を用いて高さのみを作り分けると良い。

また、シールパターン１３３の形成領域にＣＦ基板１２０側から突出して配置される柱状スペーサ１３４についても、有機樹脂膜をパターニングして柱状スペーサ１３４を形成する際に、この公知のデュアルスペーサ構造の形成方法であるハーフトーン技術を利用して、柱状スペーサ１３４と形成領域と高さを作り分けて、柱状スペーサ１３４の形成と共通のフォトリソ工程によって、新規の工程を追加することなく形成することができる。なお、当然、シールパターン１３３の形成領域に配置される柱状スペーサ１３４は、表示領域１００に配置される柱状スペーサ１３４と別途形成しても良く、例えば、ＣＦ基板１２０に設けられるカラーフィルタ１２４を形成する際に、異なる色のカラーフィルタ１２４を重ね合わせたパターニングすることで、新規の工程を追加することなく、カラーフィルタ１２４の形成工程によって同時形成することもできる。

続いて、ステップＳ１の基板洗浄工程において、画素電極１１３が形成されているＴＦＴアレイ基板１１０を洗浄する。次に、本発明の特徴的な部分となるステップＳ２の配向膜材料塗布工程において、ＴＦＴアレイ基板１１０の一方の面に、配向膜材料を塗布形成する。続いて、塗布形成された配向膜材料をホットプレートなどによって焼成処理し乾燥させる。

その後、ステップＳ３の配向処理工程において、塗布形成された配向膜材料に対して例えばラビング処理などの、配向膜材料表面に特定方向に沿った微細な溝および傷などを形成する配向処理を行い配向膜１１２とする。なお、配向膜１１２に対して行う配向処理は、ラビング処理に限られず、光配向処理などの公知の配向処理方法を選択しても良い。

また、ＴＦＴアレイ基板１１０に対するステップＳ１からステップＳ３の工程を行う場合について説明したが、共通電極１２３が形成されているＣＦ基板１２０についても、同様に、ステップＳ１の洗浄工程を行った後、ステップＳ２の配向膜材料の塗布を行い、ステップＳ３の配向処理としてのラビングを行うことで配向膜１２２を形成する。なお、ＣＦ基板１２０上に配向膜１２２を形成するにあたり、より詳細には、ＣＦ基板１２０上に形成された柱状スペーサ１３４上についても、配向膜１２２で覆われる。しかしながら、柱状スペーサ１３４の高さに比べて配向膜１２２の厚さは薄いので、図においても、柱状スペーサ１３４上に塗布された配向膜は図示を省略している。

次に、ステップＳ４において柱状スペーサ１３４の高さを測定する。本実施の形態では柱状スペーサ１３４は、ＣＦ基板１２０上に形成されるので、ＣＦ基板１２０上において初期の高さを測定すれば良い。なお、この工程で柱状スペーサ１３４の高さを測定する意味は、以降でも再度説明を行うが、滴下注入（ＯＤＦ）方式で液晶を注入するにあたり、液晶の滴下量を決定するためである。従って、液晶を満たす空間の容積に関係するセルギャップを決定することとなる柱状スペーサ１３４の高さ（デュアルスペーサ構造を用いた場合にはメインスペーサの高さ）を測定する。

次に、ステップＳ５のシール剤塗布工程において、スクリーン印刷装置を用いて、ＴＦＴアレイ基板１１０またはＣＦ基板１２０の主面に、弾性変形可能な樹脂製ビーズ状スペーサ１４４をシール内スペーサとして混入したシール剤を印刷ペーストとして塗布する。シール剤は、液晶パネル１０の表示領域１００を囲うように塗布され、シールパターン１３３を形成する。

なお、シールパターン１３３に導電性粒子を混在させたシール剤をＴＦＴアレイ基板１１０上のトランスファ電極とＣＦ基板１２０上の共通電極１２３の重なる領域に重ねて塗布することで、基板間導通機能を持たせることも可能である。しかし、本実施の形態では、シールパターン１３３に弾性変形可能な樹脂製ビーズ状スペーサ１４４をシール内スペーサとして用いることから、シールパターン１３３に基板間導通機能を持たせずに、別途、シールパターン１３３で囲まれる領域の外側に、トランスファ電極を配置し、トランスファ電極と重なる領域に導電性粒子を混在させた樹脂ペーストからなるトランスファ材を塗布形成する構成とした。このトランスファ材を塗布形成する工程については、上記のステップＳ５の工程後にＴＦＴアレイ基板１１０またはＣＦ基板１２０の一方の面にトランスファ材の塗布処理を行うと良い。

なお、本実施の形態の樹脂製ビーズ状スペーサ１４４について、金などがコーティングされた樹脂製ビーズ状スペーサに変更して導電粒子としても機能させることで、先に述べたとおり、シールパターン１３３に、導電性粒子として、金などがコーティングされた樹脂製ビーズ状スペーサを混在させたシール剤を用いて基板間導通機能を持たせても良い。その場合には、上記説明を行ったトランスファ電極と重なる領域に導電性粒子を混在させた樹脂ペーストからなるトランスファ材を別途塗布形成する必要はなくなり、製造工程を削減することができる。

また、本実施の形態では、基板間を所定の距離に保持するスペーサとしては、有機樹脂膜をパターニングして形成された柱状スペーサ１３４を用いたが、球状のスペーサを散布することで、基板間を所定の距離に保持するスペーサを形成しても良い。その場合には、上記のトランスファ材塗布工程と同様に、ステップＳ５の工程後に、スペーサ散布工程を行うと良い。

次に、ステップＳ６の液晶滴下工程において、シールパターン１３３が形成された方の基板のシールパターン１３３で囲まれた領域内に液晶を滴下する。この液晶の滴下量は、ステップＳ４において測定した柱状スペーサ１３４の高さに基づいて決定される。

次に、ステップＳ７の真空貼り合わせ工程において、マザー基板状態のＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０とを真空状態で貼り合わせてマザーセル基板を形成する。特に、本発明においては、この真空貼り合わせ工程において、異物の付着またはステージの平坦度が悪いことが原因で、局所的、かつ一時的な荷重が加わった際にも、シールパターン１３３と、その形成領域における本発明の特徴的な構造が有効に機能し、シール内スペーサが必要以上に（例えば、弾性変形範囲を超えて）変形することがなく、シールボイドが発生しない。

次に、ステップＳ８のＵＶ（紫外線）照射工程でマザーセル基板に紫外線を照射し、シール剤を仮硬化させる。その後、ステップＳ９において加熱によってアフターキュアを行い、シール剤を完全に硬化させて、硬化したシールパターン１３３を得る。

次に、ステップＳ１０のセル分断工程において、マザーセル基板をスクライブラインに沿って切断し、個々の液晶パネルに分断する。

以上のように分断された個々の液晶パネルに対して、ステップＳ１１の偏光板貼り付け工程、およびステップＳ１２の制御基板実装工程などを実行することで一連の製造工程が完了し、液晶パネル１０が完成する。

さらに、液晶パネル１０の反視認側となるＴＦＴアレイ基板１１０の裏面側に位相差板などの光学フィルムを介して、バックライトユニットを配設し、樹脂または金属などからなるフレーム内に、液晶パネル１０およびこれら周辺部材を適宜収容し、最終的な本実施の形態に係る液晶表示装置が完成する。

なお、実施の形態においては、シール内スペーサが所定の変形量を超えて変形しないようにシールパターン１３３の形成領域に配置されるスペーサとして、フォトリソ法を用いてＣＦ基板１２０またはＴＦＴアレイ基板１１０上に形成される柱状スペーサ１３４によって構成する例を用いて説明を行った。フォトリソ法を用いて形成される柱状スペーサ１３４を採用する場合、シールパターン１３３の形成領域内における配置、すなわち、配列、互いの間隔、および密度などを、一層正確に設定することができ、シール内スペーサの強度特性、および想定されるステップＳ７の真空貼り合わせ工程時における外力の作用に応じて適正に機能させることができる点で一層望ましい。

しかしながら、シールパターン１３３の形成領域に配置されるスペーサとしては、フォトリソ法を用いて形成される柱状スペーサのみに限られず、シール内スペーサの直径よりも所定変形量に相当する長さ分だけ低い高さを有し、かつ、シール内スペーサよりも高い変形強度(弾性定数)を有したスペーサであって、所定の変形量を超えてシール内スペーサが変形しないように機能すれば、他の形状でも良い。

例えば、シール内スペーサと同様にシールパターン１３３内に混在される球状のスペーサ、円柱の棒状のスペーサ（マイクロロッド）であっても良く、ガラスまたは弾性変形し難い樹脂など比較的硬質な材料からなる、これらの形状のスペーサとしても良い。これらのスペーサのサイズとして、球状のスペーサの場合には球の直径、棒状のスペーサの場合には円柱の円の直径について、上記の所定のスペーサの高さとして設定すれば良い。なお、通常、シール内スペーサとして、このようなマイクロロッドなどの硬質材料を混入すると、ＴＦＴアレイ基板の配線にダメージを与える恐れがあるが、上記のとおり、シール内スペーサの直径よりも高さの低い球状のスペーサまたは円柱の棒状のスペーサであれば、前記のダメージを与える恐れは殆ど無く、本発明のスペーサとして使用することができる。

以上のように、実施の形態に係る液晶表示装置は、ＴＦＴアレイ基板１１０と、ＴＦＴアレイ基板１１０と対向する位置に配置されたＣＦ基板１２０と、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０との間に挟持される液晶を封止するシールパターン１３３と、シールパターン１３３内に配置された弾性変形可能なビーズ状スペーサ１４４と、シールパターン１３３内に配置された、ビーズ状スペーサ１４４よりも変形強度の高い柱状スペーサ１３４とを備え、柱状スペーサ１３４は、ビーズ状スペーサ１４４よりも、液晶の厚み方向において低い高さに形成される。

したがって、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０を貼り合わせる際に局所的に荷重がかかった場合、ビーズ状スペーサ１４４が弾性変形するが、ビーズ状スペーサ１４４よりも変形強度の高い柱状スペーサ１３４で荷重を支えることができるため、ＴＦＴアレイ基板１１０とＣＦ基板１２０との間の距離を保持することができる。これにより、シールパターン１３３が潰れ過ぎないことからシールボイドが発生したり、シールパターン１３３の幅が広くなり過ぎたりすることを抑制できるため、液晶表示装置の歩留りを向上させることが可能となる。

液晶の厚み方向におけるビーズ状スペーサ１４４および柱状スペーサ１３４の高さの差は、ビーズ状スペーサの直径の１５％以下に設定されるため、確実にシールボイドを発生しない範囲について、ビーズ状スペーサ１４４の直径を基準とした具体的な目安を得ることができる。

シールパターン１３３内に配置される変形強度の高い第２スペーサをパターニングにより形成される柱状スペーサ１３４とすることで、配置密度および均一性を正確に制御することができ、シールパターン１３３全体にわたって、一層確実にシールボイドの発生を抑制できる。

シールパターン１３３の平面視面積に対する柱状スペーサ１３４の占める面積密度は１％以上５０％未満に設定されるため、シールパターン１３３内の柱状スペーサ１３４が殆ど変形することなく予め定められた荷重を支えることができる。これにより、シールボイドを発生しない範囲を超えてシールパターン１３３が変形することを一層確実に抑制できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１１０ ＴＦＴアレイ基板、１２０ ＣＦ基板、１３０ 液晶層、１３３ シールパターン、１３４ 柱状スペーサ、１４４ ビーズ状スペーサ。

Claims (4)

1. 第１基板と、
   液晶層を介して前記第１基板と対向する位置に配置された第２基板と、
   前記第１，第２基板間に挟持される液晶を封止するシールパターンと、
   前記シールパターン内に配置された弾性変形可能な第１スペーサと、
   前記シールパターン内に配置され、前記第１スペーサよりも、前記液晶層の厚み方向において短い長さに形成される第２スペーサと、
   を備え、
   前記液晶層の厚み方向における前記第１スペーサおよび前記第２スペーサの長さの差は、前記第１スペーサの長さの１５％以下に設定され、
   前記第１スペーサは、ビーズ状の形状を有し、
   前記第２スペーサは、前記第１基板と前記第２基板の一方のみに当接され、かつ、前記シールパターンの平面視面積に対する占める面積密度が１％以上５０％未満に設定され、分散して複数配置される柱状スペーサである、液晶表示装置。
2. 前記第２スペーサは、前記第１スペーサよりも変形強度が高い、請求項１記載の液晶表示装置。
3. 第１スペーサを含むシールパターン内に液晶が封止され、液晶層を介して第１基板と第２基板とが対向して配置される液晶表示装置の製造方法であって、
   前記第１または前記第２基板のシールパターン形成領域に第２スペーサを形成する第２スペーサ形成工程と、
   弾性変形可能である前記第１スペーサを含むシールパターンを前記第２基板のシールパターン形成領域に形成する工程と、
   前記第１スペーサを含むシールパターンを形成後において、前記第１スペーサにおける前記液晶層の厚み方向の長さが前記第２スペーサにおける基板表面からの長さよりも長く設けられた状態で、前記シールパターン内に液晶を滴下する液晶滴下工程と、
   前記第２スペーサ形成工程および前記液晶滴下工程後に行われ、前記第１基板と前記第２基板とを重ね合わせ、前記第１，第２基板が重ね合わされた状態で前記第１，第２スペーサを含んだシールパターンを硬化させる工程と、
   を備え、
   前記シールパターンを硬化させる工程後の状態において、前記第２スペーサは、前記第１スペーサよりも、前記液晶層の厚み方向において短い長さに形成され、
   前記液晶層の厚み方向における前記第１スペーサおよび前記第２スペーサの長さの差は、前記第１スペーサの長さの１５％以下に設定され、
   前記第１スペーサは、ビーズ状の形状を有し、
   前記第２スペーサは、前記第１基板と前記第２基板の一方のみに当接され、かつ、前記シールパターンの平面視面積に対する占める面積密度が１％以上５０％未満に設定され、分散して複数配置される柱状スペーサである、液晶表示装置の製造方法。
4. 前記第２スペーサはパターニングにより形成される、請求項３記載の液晶表示装置の製造方法。

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