JPH10115831A

JPH10115831A - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10115831A
Application number: JP26963196A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Araya; 康太郎荒谷; Kishiro Iwasaki; 紀四郎岩崎; Katsumi Kondo; 克己近藤; Yasuo Hanawa; 安男塙
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】量産性に影響する液晶注入時間の短縮化、画質
に影響する気泡及び液晶層厚みむらのない光学特性に影
響する液晶組成物の変化のない液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】配向処理された２枚のガラス基板をスペー
サ及びシール剤を介して重ね合わせ少なくとも一個の液
晶注入口を設けた液晶セル４と液晶が入れられた液晶皿
１とを真空容器６に入れ、真空容器６内の空気を排気し
た状態で液晶セル４の注入口を液晶皿内の液晶中に浸し
た後、真空容器６内を大気に戻して液晶セルに内に液晶
を注入する液晶表示装置の製造方法で、液晶皿に超音波
振動子を取り付け、超音波振動子から液晶へ超音波を照
射する液晶表示装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、二枚の電極付きガラス
基板の間隙に液晶層を設け、電気光学効果により、文
字，数字，図，絵などを表示する装置として、既に知ら
れている。このような液晶表示装置の液晶注入方法には
下記に示すいくつかの方法が知られている。

【０００３】（１）一方のガラス基板上に液晶を滴下
し、その上にポリエチレンビーズ，シリカビーズ等の電
気絶縁性のスペーサを介して、もう一枚のガラス基板を
重ね合わせる方法（特開平4−285910 号公報）。

【０００４】（２）予め、二枚のガラス基板に間隙を設
けた液晶セルに注入口の外に注入口と反対の位置に通じ
る穴を設け、注入口に液晶を滴下して毛細管現象を利用
する方法。

【０００５】（３）（２）と同様な液晶セル構成を成
し、注入口を液晶に浸し、一方の口から真空引きして液
晶を吸い上げる方法（特開平7−281200 号公報）。

【０００６】（４）注入口を設けた液晶セルと液晶を入
れた液晶皿を真空可能な容器に入れ、この容器を真空に
した後注入口を液晶に浸し、排気系の容器を大気圧に戻
す過程で圧力差を利用する方法（特公昭58−49853 号公
報）。

【０００７】（５）（４）の方法に真空容器及び液晶セ
ルを加熱する方法（特開平5−289037号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の液
晶表示装置の液晶注入方法には、次のような欠点があ
る。

【０００９】すなわち、（１）の方法では液晶の量の加
減が難しく気泡が残りやすい。また液晶を外部に漏らさ
ないためのシール剤が液晶を汚染する等の問題が多い。
毛細管現象を利用する（２）の方法は画面サイズが大き
くなると、液晶セル内に満遍なく液晶が行き渡ることが
なく気泡を生じやすい。（３）の方法は液晶セルに均一
に液晶をいれることに適し、しかも注入時間の短縮化に
は有効な手段であるが、溶存空気を排除することがない
ので、数日後に気泡が発生する心配がある。また真空に
する際に二枚の基板の間隙を均一に保つスペーサが移動
し、間隙の不均一やスペーサの移動跡が生じ、表示品質
を著しく悪くする。（４）の方法は液晶を液晶セル内に
均一にいれるのに適し、かつ液晶中の溶存空気も除か
れ、気泡の心配もないので一般に用いられている。しか
し、注入時間が長いため大型サイズの液晶セルになると
量産性に欠ける。（５）の方法は、量産時において液晶
セル自身に温度差が生じ、注入時間がそれぞれ異なる。
また、これを回避するには一つの液晶セルに加熱機構を
備えなければならないので、排気系容器及び液晶セルの
加熱は量産性には向かない。

【００１０】また、（４）と（５）の方法では、真空容
器内を排気する際に液晶皿に入れられた液晶から発泡が
生じ、さらには突沸して真空容器内や液晶セルを汚染
し、その結果液晶の使用量が増えたり、真空容器等の洗
浄に時間がかかるといった欠点がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１は、少なくとも一個の注入口を
設けた液晶セルと液晶が入れられた液晶皿とを真空可能
な容器に入れ、真空容器内の空気を排気した後で、上記
液晶セルの注入口を液晶皿内の液晶中に浸たし後、上記
真空容器内を大気圧に戻して上記液晶セルの間隙内に液
晶を注入する液晶表示装置において、上記液晶皿に超音
波振動子を取り付け、上記超音波振動子から液晶へ超音
波を照射することを特徴とする。請求項２は超音波照射
によって液晶皿中の液晶を加熱しながら液晶を注入する
時に、超音波の定在波が生じるように液晶皿と空セルに
挟まれた液晶の厚み、及び液晶と超音波振動子に挟まれ
た液晶皿の厚み、超音波素振動子の周波数を選ぶことを
特徴とする。

【００１２】請求項１では、上記真空容器内の空気の排
気時に超音波を照射することにより、液晶からの脱気が
スムースに行われ、排気時間を短くすることができるよ
うになる。また、真空容器内の汚染も防止できる。超音
波を照射する時間については特に限定されないが、発泡
が終了した時点で超音波の照射を停止することが好まし
い。これは真空条件下での液晶の蒸発が軽減されるため
である。また、連続的に超音波を照射せずに、間欠的に
照射することも液晶の蒸発軽減に有効である。他方、真
空容器内を大気に戻して液晶セル内に液晶を注入する時
に超音波を照射することにより、液晶が選択的に加熱さ
れて粘度が下がるので、短時間に液晶セル内に液晶を注
入できる。これは液晶の超音波吸収係数が液晶皿より大
きいためである。また、液晶セルではなく液晶自身を加
熱できるため、液晶セル間の温度のばらつきもなく、設
備も簡単で、量産性に寄与することができる。本発明に
よって、液晶セルへ液晶を注入する時間が短縮される
が、液晶セル内のラビング角度と注入方向を一致させる
ことで、より注入時間を短縮できる。尚、ここでいうラ
ビング角度とは、図２に示されているように２枚の基板
の各々のラビング角度θ１，θ２を注入口のある辺から
反時計回りに計った角度の平均値である。例えば、上の
基板のラビング角度θ１が３０度、下の基板のラビング
角度θ２が９０度であるとき、ラビング角度は６０度と
なる。また、上の基板のラビング角度θ１が３０度、下
の基板の配向処理角度θ２が３０度であるとき、ラビン
グ角度は３０度となる。このラビング角度の最小値は０
度であり、最大値は９０度である。ラビング角度が４５
度以上であるとき、液晶の注入方向と一致する方向に近
づくことを意味する。そして、ラビング角度が９０度で
あるとき、液晶の注入方向と一致する。また、注入口の
幅や、位置，数を増やすことも注入時間の短縮化に有効
である。液晶セル内に液晶を注入する時の超音波照射の
時間についても特に限定されないが、真空容器内を大気
に戻した時点で超音波を照射することが好ましい。これ
も真空条件下での液晶の蒸発が軽減されるためである。
超音波の照射によって加熱される液晶の温度に関しては
特に限定されないが、液晶が等方性液体になる温度（Ｎ
−Ｉ点）以下に設定することが好ましい。これは、液晶
の粘度が、Ｎ−Ｉ点以上になると飽和するからである。
また、過熱による液晶の劣化を防止できる利点がある。
液晶の温度設定に関しては、温度調整器を用いて制御す
ることが好ましい。請求項２では、液晶皿と液晶セルに
挟まれた液晶の厚み、及び液晶と超音波振動子に挟まれ
た液晶皿の厚み、超音波振動子の周波数を選ぶことによ
り超音波の定在波が生じさせ、効率よく加熱することが
でき、短時間に液晶を加熱することができる。また、気
泡の発生を防止する効果も期待できる。液晶皿の種類に
ついては特に限定されないが、液晶皿の材質にあわせて
超音波の定在波が生じるように、その厚さを調整するこ
とが重要である。超音波振動子の周波数，液晶の厚み，
液晶皿の厚みの選択にあたっては数１を参考にした。数
１で、超音波振動子の周波数をＦ（Ｈｚ）、液晶や液晶
皿の厚さをＬ（mm）、液晶や液晶皿の材質の音速度をＶ
(ｍ／sec）とした。

【００１３】

【数１】ＦｘＬ＝Ｖ …（数１）数１で、Ｌが超音波の波長の二分の一なるように、超音
波振動子の周波数，液晶の厚み，液晶皿の厚みを選択す
ることが最も好ましい組み合わせとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１は本発明の液晶表示装置の液晶注入方
法を示したものである。すなわち、真空容器６の中に液
晶セル４が液晶注入口１２を下にしてセットされてい
る。

【００１５】液晶セルのサイズは２７０mm（長片側）×
２００mm（短片側）で表示部は対角で１０.４インチサ
イズであり、厚みが１.１mmで表面を研磨した透明なガ
ラス基板を用いた。これら基板の上に共通電極，信号電
極，画素電極などを形成し、更にその最表面にの配向膜
を形成した。本実施例では配向膜としてポリイミドを採
用し、印刷機で塗布し焼成(２５０℃／３０分)後の膜厚
を０.０７〜０.１μｍ程度とした。その後、配向膜の表
面を液晶を配向させるための配向処理を施した。配向処
理はラビング機（ＦＳ−５５Ｒ型フジオカ製）を使用
し、ラビングロール（直径７５×長さ６００mm）にレー
ヨン製、バフ布を用い、条件は回転数1300rpm ，送り速
度３３mm／sec ，切り込み量０.４mm で行った。上下基
板の接着は接着剤（エポキシ系樹脂ストラクトボンド
三井東圧製）の中にポリマビーズ（積水化学製）を適量
混入し、シールマスクを用いて基板上に印刷した。その
後、接着剤の仮硬化（８０℃／３０分）を行い、上下基
板を組み合わせた。そして、プレスを用いて２枚の基板
を加圧しつつ、接着剤を硬化（１５０℃／９０分）し
た。パネル面内には球形のポリマービーズを基板間に狭
持し、液晶封入状態でギャップを６.０μｍとした。接
着剤は基板周辺に設けられ、その一部を液晶が注入され
るよう開放してある。この液晶セルのラビング角度は３
０度である。注入口の幅は２０mmである。液晶皿１はア
ルミ製であり、表面がテフロンでコーティングされてい
る。液晶２はテフロンの表面張力で液晶皿１の面よりも
高く盛り上がった状態で備えられている。液晶２は液晶
セル４に必要な注入量に十分な量である。液晶皿１の下
の超音波振動子３がリード線を介して１３アンプ７、フ
ァクションジェネレター８連結され、また、熱電対１２
が温度コントローラ９に連結され、液晶２の温度を任意
に制御できるようになっている。

【００１６】図３（ａ），（ｂ）は本発明の超音波振動
子付の液晶皿１を示す。液晶皿１に蓄えられた液晶２の
端部に熱電対１２の差し込む穴があり、液晶２の温度を
検知するようになっている。また、超音波を発信させる
ためのリード線が超音波振動子に連結されている。図４
に液晶皿と液晶セルに挟まれた液晶の厚みＬ₁（液晶皿
の深さ）、及び液晶と超音波振動子に挟まれた液晶皿の
厚みＬ₂の定義を示してある。本実施例では、液晶中や
液晶皿中に超音波の定在波が生じるように、超音波振動
子の周波数５００ｋＨｚに合わせて、液晶の厚み，液晶
皿の厚みはそれぞれ１.５mm ，６mmにした。なお、液
晶，アルミ製液晶皿の音速はそれぞれ約１５００ｍ／se
c ，約６０００ｍ／sec である。また、液晶皿１は昇降
機５に連結され、昇降機５によって矢印のように上下で
きるようになっている。なお、真空容器６内は圧力調整
弁１０及びロータリーポンプによって排気及び吸気がで
きるようになっている。さらに、圧力容器６の壁にある
内部を観察できる覗き窓が装備されており、液晶皿中の
液晶の脱気状態や液晶セルへの液晶の注入状態を観察す
ることができる。

【００１７】以上液晶表示装置の個々のものについて説
明したが、次に液晶注入方法について詳細に述べる。超
音波(周波数５００ｋＨｚ正弦波，入力電圧Ｖｐｐ＝５
０Ｖ)を照射しながら、真空容器６内をロータリーポン
プ１１及び圧力調整弁１０で排気し、発泡が止まった時
点で超音波照射を停止し、さらに排気を続けて真空度５
×１０Ｐａした後、昇降機５によって液晶皿１を１０.
４インチサイズの液晶セル４に浸す。１〜２分後にロ
ータリーポンプ１１を止め、真空容器６内を圧力調整弁
１０で徐々に大気に戻す。大気圧に戻す時点で、超音波
(周波数５００ｋＨｚ正弦波，入力電圧Ｖｐｐ＝１００
Ｖ）を照射し、温度コントローラ９でＺＬＩ−１１３２
液晶｛Ｎ−Ｉ点（液晶が等方性液体になる温度）７１
℃｝２の温度を４０℃にした。１０．４インチ全面に
注入完了した後、昇降機５によって液晶皿１を下げ、液
晶２を液晶セル４から離す。既に液晶注入完了以前に真
空容器６内は大気圧に戻っているので、直ちに真空容器
６から液晶セル４を取り出し、液晶セル面内のギャップ
をより均一にするためパネル面を加圧し、同時に注入口
を光硬化剤（アクリル性樹脂ロックタイト社製）で封止
した。

【００１８】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの時間（注入時間）が６６分で
あった。また、排気時における液晶の突沸もないので、
真空容器の洗浄の回数を低減させることができた。な
お、分析結果より、液晶組成物に変化はなかった。

【００１９】（実施例２）実施例１で、超音波振動子の
周波数を４００ｋＨｚに変更した以外、全く同様にして
液晶表示装置の製造を行った。

【００２０】本実施例で、排気にかかる時間が６０分
で、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１０分であ
った。注入時間は７０分であった。排気時における液晶
の突沸もないので、真空容器の洗浄の回数を低減させる
ことができた。なお、分析結果より、液晶組成物に変化
はなかった。

【００２１】（実施例３）実施例１で、超音波の照射条
件を以下のように変更した以外、全く同様にして液晶表
示装置の製造を行った。超音波照射を真空容器内の空気
を排気時にのみに行い、真空容器内を大気に戻して上記
液晶セルに内に液晶を注入する工程で超音波の照射を行
わなかった。

【００２２】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間が１２５分であっ
た。また、排気時における液晶の突沸もないので、真空
容器の洗浄の回数を低減させることができた。なお、分
析結果より、液晶組成物に変化はなかった。

【００２３】（実施例４）実施例１で、超音波の照射条
件を以下のように変更した以外、全く同様にして液晶表
示装置の製造を行った。超音波の照射を真空容器内の空
気を排気時には行わず、真空容器内を大気に戻して上記
液晶セル内に液晶を注入する工程で超音波の照射を行っ
た。

【００２４】本実施例で、排気にかかる時間が９０分で
あり、液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間が６６分であった。
なお、分析結果より、液晶組成物に変化はなかった。

【００２５】（実施例５）実施例１で、液晶皿をアルミ
製からガラス石英製に変え、液晶皿の厚みを以下のよう
に変更した以外、全く同様にして液晶表示装置の製造を
行った。石英液晶皿の音速は５５００ｍ／sec であるか
ら、超音波振動子の周波数，液晶の厚み，液晶皿の厚み
の組み合わせを、それぞれ５００ｋＨｚ，１.５mm，５.
５mmとした。

【００２６】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間が６６分であった。
また、排気時における液晶の突沸もないので、真空容器
の洗浄の回数を低減させることができた。なお、分析結
果より、液晶組成物に変化はなかった。

【００２７】（実施例６）実施例１で、液晶セルの注入
口の位置を以下のように変更した以外、全く同様にして
液晶表示装置の製造を行った。注入口の位置を図１の短
片側ではなく、長片側の中央に設けた。

【００２８】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの時間（注入時間）は５５分で
あった。これは超音波の効果に加え、ラビング角が液晶
の注入方向に近かずいたためと思われる。すなわち、短
辺側から見た場合、４５度以下であったラビング角度
が、長片側からは４５度以上になった効果である。

【００２９】（実施例７）実施例１で、液晶セルのラビ
ング角を６０度に変更した以外、全く同様にして液晶表
示セルの製造を行った。

【００３０】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの時間（注入時間）が５６分で
あった。これは超音波の効果に加え、実施例６と同様に
ラビング角が液晶の注入方向に近かずいたためと思われ
る。ラビング角が液晶の注入方向に近かずいたためと思
われる。

【００３１】（実施例８）実施例７で、液晶セルの注入
口の位置を以下のように変更した以外、全く同様にして
液晶表示装置の製造を行った。注入口の位置を図１の短
片側ではなく、長片側の中央に設けた。

【００３２】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。注入時間は６５分であった。

【００３３】（実施例９）実施例１で、液晶セルの注入
口の位置を以下のように変更した以外、全く同様にして
液晶表示セルの製造を行った。注入口の位置を図２の短
片側の中央から２０mm左に設けた。

【００３４】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間は５５分であった。
これは超音波の効果に加え、実施例６と同様にラビング
角が液晶の注入方向に近かずいたためと思われる。

【００３５】（実施例１０）実施例１で、液晶セルの注
入口の数を以下のように変更した以外、全く同様にして
液晶表示装置の製造を行った。幅２０mmの注入口の数を
一つから二つから増やし、短片側の中央に２０mmの間隔
をあけて設けた。

【００３６】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間は３８分であった。

【００３７】（実施例１１）実施例１で、液晶セルの注
入口の位置を以下のように変更した以外、全く同様にし
て液晶表示装置の製造を行った。幅２０mmの注入口の数
を一つから二つから増やし、短片側の両端に設けた。

【００３８】本実施例で、排気にかかる時間が６０分で
あり、液晶が４０℃に加熱されるまでの時間は１分であ
った。液晶を液晶セルに浸してから注入が完了して液晶
を液晶セルから離すまでの注入時間は５１分であった。

【００３９】（比較例１）実施例１で、真空排気時や液
晶注入時に超音波を全く照射せずに、液晶セルに液晶の
注入を行った。

【００４０】排気にかかる時間が９０分であり、液晶セ
ルを液晶皿中の液晶に浸し、注入が完了して液晶を液晶
セルから離すまでの注入時間は１２０分であった。排気
時間と注入時間が実施例１よりそれぞれ１.５倍，２倍
を必要とした。また、液晶が突沸し真空容器内が汚染さ
れた。

【００４１】（比較例２）実施例６で、真空排気時や液
晶注入時に超音波を全く照射せずに、液晶セルに液晶の
注入を行った。

【００４２】排気にかかる時間が９０分であり、注入時
間は１１５分であった。排気時間と注入時間が実施例６
よりそれぞれ１.５倍，２倍を必要とした。また、液晶
が突沸し真空容器内が汚染された。

【００４３】（比較例３）実施例１０で、真空排気時や
液晶注入時に超音波を全く照射せずに、液晶セルに液晶
の注入を行った。

【００４４】本実施例で、排気にかかる時間が９０分で
あり、注入時間は８０分であった。排気時間と注入時間
が実施例１よりそれぞれ１.５倍，２倍を必要とした。
また、液晶が突沸し真空容器内が汚染された。

【００４５】

【発明の効果】本発明の液晶表示装置の製造方法を用い
れば、液晶セル間のばらつきもなく、一様に排気時間や
注入時間を短縮でき、気泡やスペーサの移動による液晶
層の厚みむらもない画質の良い液晶セルが可能である。
また、真空排気時の超音波による脱気により、真空容器
内や液晶セルの汚染も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置の液晶注入方法の説
明図。

【図２】本発明に係る液晶セル及び注入方向の説明図。

【図３】本発明に係る液晶皿の説明図。

【図４】本発明に係る超音波振動子の付いた液晶皿の説
明図。

【符号の説明】

１…液晶皿、２…液晶、３…超音波振動子、４…液晶セ
ル、５…昇降機、６…真空容器、７…アンプ、８…ファ
ンクションジェネレター、９…温度コントローラ、１０
…圧力調整弁、１１…真空ポンプ、１２…注入口、１３
…熱電対、１４…リード線。

フロントページの続き (72)発明者塙安男茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶の配向膜が形成された一対のガラス基
板をスペーサ及びシール剤を介して重ね合わせ少なくと
も一個の液晶注入口を設けた液晶セルと液晶が入れられ
た液晶皿とを真空可能な容器に入れ、上記真空容器内の
空気を排気した状態で上記液晶セルの注入口を上記液晶
皿内の液晶中に浸した後、上記真空容器内を大気に戻し
て上記液晶セル内に液晶を注入する液晶表示装置の製造
方法において、上記液晶皿に超音波振動子を取り付け、
上記超音波振動子から液晶へ超音波を照射することを特
徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】液晶セル内に超音波照射により加熱しなが
ら液晶を注入する時に、超音波が液晶皿と空セルに挟ま
れた液晶の厚み内及び液晶と超音波振動子に挟まれた液
晶皿の厚み内で定在波を生じるように、超音波振動子の
周波数，液晶の厚み，液晶皿の厚みを選ぶ請求項１に記
載の液晶表示装置の製造方法。