JP2005128536A - 液晶表示装置及びその製造方法及び液晶表示装置製造用貼り合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常圧で貼り合わせ工程を進めて貼り合わせ装置を単純化させ、工程時間も短縮することで、生産性向上と共に生産単価を低めることのできる液晶表示装置及びその製造方法と貼り合わせ装置を提供する。
【解決手段】互いに向き合う第１基板及び第２基板と、前記第２基板に一定の間隔を有して形成される複数個のガイドウォールと、前記各ガイドウォールの間に充填された液晶とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図３ａ

Description

本発明は液晶表示装置及び製造方法に関し、特に常圧で液晶滴下方式で液晶表示装置を製造した液晶表示装置及びその製造方法と、両基板とを貼り合わせる貼り合わせ装置に関する。

情報化社会の発達と共に、表示装置に対する要求も多様な形態で求められており、これに応じて最近、ＬＣＤ（Liqid Crystal Display Device）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬＤ（Electro Luminescent Display）、ＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）など様々な平板表示装置が研究され、一部は既に各種装備の表示装置に活用されている。その中で、現在、画質に優れ、軽量薄型、低消費電力の特徴及び長所から移動型画像表示装置の用途でＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に替わってＬＣＤが最も多用されている。

このように液晶表示パネルは様々な分野で画面表示装置としての役割を果たすために様々な技術的な発展をしたにも拘わらず、画面表示装置として画像の品質を高める作業は前記特徴及び長所に対して背馳される面が多かった。
したがって、液晶表示素子が一般的な画面表示装置として多様な所で使用されるには、軽量薄型、低消費電力の特長を維持しながらも高精細、高輝度、大面積など上質な画像をどれだけ実現できるかにかかっているといっても過言ではない。

かかる液晶表示素子は、画像を表示する液晶表示パネルと、その液晶表示パネルを駆動するための回路部とに大きく区分される。
前記液晶表示パネルは、薄膜トランジスターアレイが形成された第１基板と、カラーフィルターアレイが形成された第２基板、及び前記両基板の間に形成された液晶層で構成されている。

前記薄膜トランジスターアレイが形成された第１基板には一定の間隔を有して一方向に配列される複数個のゲートラインと、画素領域を定義するために前記各ゲートラインに垂直の方向に配列される複数個のデータラインと、前記各画素領域に形成され、画像を表示する複数個の画素電極と、前記各ゲートラインとデータラインとが交差する部分の画素領域に形成され、前記ゲートラインの駆動信号によってオン／オフになり、前記データラインの画像信号を各画素電極に伝達する複数個の薄膜トランジスターとが備えられている。

また、前記カラーフィルターアレイが形成された第２基板には、前記画素領域を除いた部分では光を遮断するブラックマトリックス層と、前記各画素領域に相応する部分に形成され、色相を実現するＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層と、そのカラーフィルター層を含む全面に形成される共通電極とが備えられている。勿論、ＩＰＳモードの液晶表示素子では共通電極が第１基板に形成されることもある。

前記第１基板及び第２基板は、液晶分子の方向性を保障するために、前記第１基板及び第２基板のうち少なくとも何れか一方の基板に配向膜が形成され、ラビング固定又は光配向固定によって配向処理される。そして、前記第１、第２基板のうち何れかの基板の外郭部にシールパターンが形成され、前記両基板に前記シールパターンによって貼り合わせられる。この際、前記第１基板と第２基板の間に一定のセルギャップを維持させるために、スペーサーが散布又は固定される。

また、前記液晶表示パネルは、前記シールパターンに液晶注入口パターンを形成して両基板を貼り合せた後、両基板の間に液晶を注入する液晶注入方式と、前記両基板を貼り合わせる前に前記両基板のうち何れかの基板に液晶を適当量滴下した後、貼り合せる液晶滴下方式によって前記両基板の間に液晶層が形成される。

図１は一般的な液晶注入方式によって液晶を注入する液晶注入装置の断面図である。
図１に示したように、一般的な液晶注入方式は前記スペーサーによって両基板の間に一定のセルギャップを有するように前記シールパターンによって両基板を貼り合せた後、液晶３１が貯蔵されたコンテイナー３０が位置する真空チャンバー２０内に前記貼り合わせられた基板１０を位置させる。

そして、真空ポンプ２５を動作させ、前記真空チャンバー２０の内部を真空にした後、前記貼り合わせられた基板の液晶注入口が最小限前記コンテイナーに貯蔵された液晶３１と接触するようにする。そして、前記真空チャンバー２０内に空気又はＮ_２ガスを供給して、前記真空チャンバー２０の内部を大気状態にする。すると、毛細管現象によって前記液晶３１が貼り合わせられた両基板１０の間に液晶が注入される。このような工程によって前記貼り合わせられた両基板の間に液晶が完全に充填されると、前記液晶注入口を密封し加工する。

一方、図２は一般的な液晶滴下方式で、液晶表示装置を製造する貼り合わせ装置の概略的な断面図である。
従来の貼り合わせ装置は、図２に示したように、真空チャンバー２１と、液晶が滴下していない基板を吸着固定するための上部ステージ４０と、液晶が滴下した基板を吸着固定するための下部ステージ４１と、前記真空チャンバー２１の内部を真空にするためのポンピングポンプ２５と、前記真空チャンバー２１にガス又は空気を注入して前記真空チャンバー２１の内部を大気状態にするためのベント手段２６とを備えて構成されている。

ここで、図面には示していないが、前記上下部ステージ４０、４１には前記基板を吸着するための真空ホールと静電チャックとが備えられている。したがって、薄膜トランジスターアレイが形成された第１基板１０ａ又はカラーフィルターアレイが形成された第２基板１０ｂのうち何れかの基板の各液晶パネルの周縁にシールパターン２７を形成し、前記シールパターン２７の内側の液晶パネル領域に液晶３１を滴下する。
図２では第２基板１０ｂにシールパターン２７と液晶３１が滴下することを示した。勿論、図示してはいないが、前記第１基板１０ａ又は第２基板１０ｂのうち何れかには基板に固定されるカラムスペーサーが配置され、前記両基板のうち少なくとも一方の基板には配向膜が配置され、ラビング工程又は光配向工程によって配向処理されている。

このように、液晶が滴下した基板を前記真空チャンバー２１にローディングして両基板を貼り合わせる。即ち、液晶が滴下していない第１基板１０ａを真空チャンバー２１内にローディングし、前記上部ステージ４０が下降して第１基板１０ａを真空吸着するようにする。

そして、前記液晶３０が滴下した第２基板１０ｂを前記真空チャンバー２１内にローディングして、前記下部ステージ４１上に位置させ、前記下部ステージ４１が前記第２基板１０ｂを真空吸着するようにする。その後、前記上下部ステージ４０、４１は静電チャックによって各基板を固定する。その理由は、後で前記真空チャンバー２１内を真空状態にする際に基板の離れを防止するためである。

上記のような状態で前記真空ポンプ２５を駆動して前記真空チャンバー２１を真空にし、前記上部ステージ４０が下降して前記シールパターン２７によって両基板が一次に貼り合わせられるようにした後、前記ベント手段２６を通じて空気又はガスを注入して前記真空チャンバー２１を大気状態にする。すると、前記シールパターン２７によって貼り合わせられた両基板の内部は真空状態で、真空チャンバー２１は大気圧状態であるので、気圧差によって前記両基板は加圧され貼り合わせられる。

ここで、真空状態で行われる理由は、滴下した液晶３１の流動性が増加して均一に分布するようにし、均一に貼り合わせることができるようにするためである。もし、液晶３１が基板上に均一に分布しないと、前記第１及び第２基板１０ａ、１０ｂの貼り合わせ後に前記液晶３１に気泡が発生して、液晶表示パネルの画面の歪曲など不良発生の原因となる。

しかしながら、上述したような従来の液晶表示装置の製造方法及び貼り合わせ装置においては次のような問題点が生じる。

第一に、従来の液晶注入方式によると、真空状態で液晶を注入するので、真空チャンバー、真空ポンプなどを備えた装備が要求されるので、装備が複雑でかつ生産単価が増加する。

第二に、液晶滴下方式によると、第１及び第２基板の貼り合わせ工程が真空状態で行われなければならず、真空チャンバー、真空ポンプ、静電チャック及びベント手段などを備えた貼り合わせ装置が要求されるので、貼り合わせ装置の構成が複雑でかつ高価の貼り合わせ装置が要求され、生産単価が増加する。

第三に、共通に真空チャンバーを使用しなければならず、真空チャンバーを真空化する時間が必要なので、全工程時間が増加し、生産性が低下する。

本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、常圧で貼り合わせ工程を進めて貼り合わせ装置を単純化させ、工程時間も短縮することで、生産性向上と共に生産単価を低めることのできる液晶表示装置及びその製造方法と貼り合わせ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、互いに向き合う第１基板及び第２基板と、前記第２基板に一定の間隔を有して形成される複数個のガイドウォールと、前記各ガイドウォールの間に充填された液晶とを含むことを特徴とする。

前記ガイドウォールは、前記第２基板の各ピクセル単位で一定の間隔を有するように形成されることを特徴とする。

前記第１又は第２基板にブラックマトリックス層が形成され、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って一方向に長く延びて形成されることを特徴とする。

前記第１又は第２基板にブラックマトリックス層が形成され、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って垂直及び水平方向に形成されることを特徴とする。

前記ガイドウォールはアクリル系物質からなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、画素領域を有する第１、第２基板を用意する段階と、前記画素領域間の前記第２基板上にガイドウォールを形成する段階と、前記ガイドウォールが形成された前記第２基板に液晶を滴下する段階と、前記第１基板と第２基板を貼り合わせる段階とを含むことを特徴とする。

ここで、前記第２基板はゲートライン及びデータラインを備えた薄膜トランジスターアレイ基板で、前記ガイドウォールは前記ゲートライン又は／そしてデータラインに沿って形成されることを特徴とする。

前記第２基板は画素領域を除いた部分にブラックマトリックス層が形成されたカラーフィルターアレイ基板で、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って垂直又は／そして水平方向に形成されることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、第２基板に液晶を滴下する段階と、第１基板を上部ステージに固定し、前記第２基板を下部ステージに固定する段階と、前記第１基板と前記第２基板を貼り合わせる段階とを含むことを特徴とする。

ここで、前記第２基板に液晶を滴下する前に前記液晶を予熱する段階を更に含むことを特徴とする。

前記第１基板又は第２基板にシール材を形成する段階を更に含むことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示装置製造用基板の貼り合わせ装置は、第１基板を固定する上部ステージと、液晶が滴下した第２基板を固定する下部ステージと、前記液晶を液晶の等方性温度で加熱する加熱手段とを含むことを特徴とする。

前記上部ステージと前記下部ステージは前記第１基板及び第２基板をそれぞれ固定するための真空ホールを多数個備えることを特徴とする。

前記加熱手段は前記第２基板の下面と一定の間隔離隔して設置されることを特徴とする。

前記加熱手段と第２基板の間には前記液晶の等方性温度の付近で異常流動によって熱伝達を行うヒートパイプが更に設置されることを特徴とする。

前記液晶が滴下する前に予熱する予熱装置を更に含むことを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置及び液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置と貼り合わせ方法においては次のような効果がある。

第一に、本発明の第１実施形態によると、第１基板又は第２基板にガイドウォールを形成し、前記ガイドウォールの間に液晶を滴下することで、貼り合わせ工程を常圧で行っても気泡の発生が防止されるので、真空チャンバー、真空ポンプなどの追加的な部品が不要で、貼り合わせ装置の構成を単純化することができる。

第二に、本発明の第１実施形態によると、画素領域を除いたブラックマトリックス層上にガイドウォールを形成して、両基板間のセルギャップを維持できるので、別途のスペーサーが要求されず、光の経路を最大限妨害しないようにすることができる。

第三に、常圧で基板の貼り合わせが可能なので、真空状態にするための時間が不要で、生産性を顕著に向上させることができる。

第四に、第１及び第２基板の貼り合わせ工程が大気圧下で安定的に行われることができるので、真空チャンバー、真空ポンプなどの追加的な部品が不要で、貼り合わせ装置の構成をより単純化できる。

第五に、本発明によると、基板をステージに固定するために複雑な静電チャックを使用せず、真空吸着力を提供する多数個の真空ホールを前記ステージに形成して、より安定的かつ効率的に基板をステージに固定することができる。

第六に、本発明の第２実施形態によると、予熱手段によって液晶を予熱し、加熱手段によって前記液晶を等方性温度で加熱して大気圧下で基板の貼り合わせが安定的に行われるので、貼り合わせ時間が短縮され、生産性を遥かに向上させることができる。

以下、本発明に係る液晶表示装置及びその製造方法と貼り合わせ装置について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図３ａは本発明の第１実施形態に係るガイドウォールが形成された液晶表示装置製造用基板の断面図で、図３ｂは本発明の第１実施形態に係るガイドウォールが形成された液晶表示装置製造用基板の平面図である。

本発明の液晶表示装置は、薄膜トランジスターアレイが形成された第１基板と、カラーフィルターアレイが形成された第２基板と、及び前記第１、第２基板のうち何れかの基板１１０ｂに備えられた多数個のガイドウォール１６０とを含んでなる。

一般に、液晶表示装置は、シール材画像を表示する表示領域と、各ゲートパッド及びデータパッドが形成される非表示領域に区分される。したがって、図３ａに示したように、前記基板１１０ｂの表示領域に該当する部分には一定の間隔を有して複数のガイドウォール１６０が備えられる。前記ガイドウォール１６０は透明な固体からなり、長さ方向に延びてそれぞれ平行に備えられる。

図３ｂを参照にすると、前記ガイドウォール１６０は、前記第２基板１１０ｂの上面から突出して備えられる。前記ガイドウォール１６０は、液晶の充填後基板の貼り合わせ時に第１基板と第２基板の間のセルギャップを維持する機能を行える高さだけ突出して構成されることが好ましい。したがって、従来技術によるスペーサーの役割を前記ガイドウォール１６０が行うことができる。

図４は、本発明の第１実施形態に係る前記第２基板に形成されたガイドウォールの配列構造を説明するための液晶表示装置のレイアウト図である。
図４を参照にすると、前記ガイドウォール１６０は、前記基板１１０ｂの各画素領域１５０ａ単位で一定の間隔を有するように形成される。即ち、前記薄膜トランジスターアレイ基板には画素領域を定義するために複数個のゲートラインと、複数個のデータラインとが互いに交差するように配列され、前記カラーフィルターアレイ基板は前記画素領域１５０ａを除いた部分では光を遮断するブラックマトリックス層１５０ｂが備えられ、前記各画素領域１５０ａに相応する部分には色相を実現するＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層が形成される。

したがって、前記ガイドウォール１６０は、各画素領域１５０ａのうち垂直方向又は水平方向に各画素領域１５０ａの大きさだけの間隔を有して複数個が備えられる。

図４に示したように、前記基板１１０ｂにはＲ、Ｇ、Ｂの順で繰り返されるそれぞれの画素領域１５０ａを区分するブラックマトリックス層１５０ｂが形成されている。前記ブラックマトリックス層１５０ｂは、画素領域１５０ａを除いた部分に一定の形状の格子からなり、光が透過されない領域である。即ち、前記画素領域１５０ａの内側の液晶は分子配列の変化で光を外部に選択的に透過することで、所望の画像を得ることができるが、前記ブラックマトリックス層１５０ｂによって覆われた部分は光が遮断される。

したがって、前記ガイドウォール１６０は画像を表示する光の経路を妨害しないようにするために、前記ブラックマトリックス層１５０ｂ格子に沿って形成されることが好ましい。これにより、前記ガイドウォール１６０は、従来のスペーサーが不規則に散布され、その一部が画素領域１５０ａに位置して光の経路を部分的に妨害するような問題点を解決する。

図４では前記ガイドウォール１６０が縦方向に備えられることを示したが、これに限定されず、横方向にも備えられえる。また、前記ガイドウォール１６０は、ブラックマトリックス層１５０ｂの格子と同一の形状として、横/縦方向共に備えられるように形成されることもできる。

前記画素領域１５０ａの大きさは非常に微小であり、前記間隔で配置されたガイドウォール１６０は、以後に滴下する液晶をその間に収容する。ここで、前記液晶の表面張力は液晶分子の凝集力によって発生し、前記ガイドウォール１６０と液晶分子の間に作用する力は粘着力である。前記凝集力が粘着力より大きくなると、表面張力によって液晶が各ガイドウォール１６０の間に上方に膨らむ形状で充填される。

図５は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置製造用基板の貼り合わせ構造を示した図面である。
図５に示したように、貼り合わせのため貼り合わせ機の内部に搬入された基板のうち、第１基板１１０ａは上部ステージ１４０に固定され、液晶が滴下した第２基板１１０ｂは下部ステージ１４１に固定される。前記第２基板１１０ｂ上に形成された複数のガイドウォール１６０の間の間隔に収容される液晶１３１は、その表面張力によって各ガイドウォール１６０の間で上部に膨らんで突出した形状で充填される。

上部ステージ１４０がステージ移動手段１４２の駆動によって下側に移動しながら前記第１基板１４１と第２基板１４０との貼り合わせ時に前記膨らんで突出した部分が上面で覆われる第１基板１１０ａの下面と密着しながら気泡の発生が防止される。したがって、本発明は、ガイドウォール１６０を使用して前記貼り合わせ過程が真空状態でなく、大気圧下で進められても前記液晶１３１の内部に気泡が残存して発生する問題点を防止する。

即ち、前記ガイドウォール１６０は、基板が常圧で貼り合わせられた場合液晶１３２に気泡が発生するのを防止するために設置され、同時にセルギャップを維持させるスペーサーの機能を行う。また、前記貼り合わせ過程が真空状態で行われないので、前記第１及び第２基板１１０ａ、１１０ｂをそれぞれ上部及び下部ステージ１４０、１４１に固定するために従来の複雑な構造の静電チャックを使用する必要なく、真空吸着力による固定が可能である。

即ち、前記上部ステージ１４０の下面及び前記下部ステージ１４１の上面に真空ポンプと連結された複数の真空ホールを形成し、その真空ホールで発生する真空吸着力によって前記基板１１０ａ、１１０ｂをそれぞれ固定できる。

一方、前記ガイドウォール１６０はアクリル系物質からなることが好ましい。アクリル系物質は、フォトリソグラフィー方法又は印刷方法などによって所望の形状で基板上に備えることが可能であり、光透過性に優れた透明な物質からなるので、前記ガイドウォール１６０の望む特性を満足する。また、前記アクリル系物質と液晶間の粘着力特性も所望の条件を満足する。しかし、これに限定されず、本発明に開示されたガイドウォール１６０の特性を満足する物質であればその他の物質の使用も可能なことが分かる。

一方、上述した実施形態とは異なり、カラーフィルターアレイ基板ではない薄膜トランジスターアレイ基板に前記ガイドウォールを配置し、液晶を滴下することもできる。即ち、前記薄膜トランジスターアレイ基板を第２基板に使用し、前記カラーフィルターアレイ基板を第１基板に使用することもできる。このような場合、前記薄膜トランジスターアレイ基板で液晶が滴下する面はガイドウォールの形成が可能なように一定の水準以上の平坦度が保障されなければならず、前記ガイドウォールは前記ゲートライン又はデータラインに対応する位置に形成されなければならない。

以下、添付の図面に基づいて前記液晶表示装置の製造方法に関して詳細に説明する。

図６は、本発明の第１実施形態に係るガイドウォール及び液晶滴下工程の順序を示したものである。
図６に示したように、本発明の液晶表示装置の製造方法は、薄膜トランジスターアレイが形成された基板、又はカラーフィルターアレイが形成された基板上に透明な合成樹脂を形成する(１Ｓ)。そして、前記合成樹脂の上面にフォトレジストを塗布する(２Ｓ)。

前記フォトレジスト上にマスクを維持させ、前記マスクを介して選択的にフォトレジストに光が照射されるように露光する(３Ｓ)。即ち、前記マスクは、前記ガイドウォールが形成される部分に光を透過し、残りの部分は光を遮光するか、前記ガイドウォールが形成される部分は光を遮光し、残りの部分は光を透過するように形成される。
勿論、上記のようなマスクの差異は、前記フォトレジストをポジティブフォトレジスト又はネガティブフォトレジストを選択的に使用すれば同一のパターンが得られる。

このように、露光された基板を現像液で現像して、前記ガイドウォールを形成する部分にフォトレジストが残るようにパターニングし、そのパターニングされたフォトレジストをマスクに用いて前記合成樹脂をエッチングする(４Ｓ)。そして、前記フォトレジストを除去してガイドウォールを形成する。

このようにガイドウォールが形成された基板にシール材１３２を形成し、適当量の液晶を滴下する(５Ｓ)。即ち、両基板を液晶が外部に流出しないようにすると共に、貼り合わせられた両基板を固定するためのシール材１３２を表示領域の周辺部に形成し、前記適当量の液晶を前記シール材１３２の内側の表示領域に滴下する。
そして、前記図５で説明したように、カラーフィルターアレイ基板と薄膜トランジスターアレイ基板とを貼り合わせる(６Ｓ)。

カラーフィルターアレイ基板にガイドウォールが形成され、液晶が滴下している場合、前記カラーフィルターアレイ基板を下部ステージ１４１に位置させ、薄膜トランジスターアレイ基板を上部ステージ１４０に位置させ、両基板を貼り合せる。逆に、薄膜トランジスターアレイ基板にガイドウォールが形成され、液晶が滴下していれば、前記薄膜トランジスターアレイ基板を下部ステージ１４１に位置させ、カラーフィルターアレイ基板を上部ステージ１４０に位置させ、両基板を貼り合せる。そして、前記シール材１３２を硬化させる。

上記全ての工程段階は各種の塵粒子に対して非常に脆弱で、これによる間違ったパターンの形成は全体液晶表示パネルの不良を引き起こすので、清浄な環境下で行われなければならず、材料及び装備の精密な管理が重要である。

前記透明な合成樹脂は液晶との粘着力特性などを考慮して、アクリル系物質からなることが好ましい。

以上説明したような本発明は、ガイドウォールが形成された基板に液晶を滴下することで、常圧でも安定した基板の貼り合せ工程が保障される液晶表示装置及びその製造方法を提供する。

また、上記で説明した本発明の第１実施形態と異なりガイドウォールを形成せず、前記液晶を等方性温度以上に加熱して大気圧下で両基板を貼り合わせることもできる。このような本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の製造方法及び貼り合わせ装置を添付の図面に基づいて説明する。

図７は本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置の概略的な断面図である。
本発明の第２実施形態に係る貼り合わせ装置は、図７に示したように、上部及び下部ステージ１４０、１４１と、前記下部ステージ１４１の下側に備えられた加熱手段１７０とを含んでなる。

前記上部ステージ１４０の下面には外部から搬入される第１基板１１０ａが固定され、前記下部ステージ１４１の上面にはその上面に液晶が滴下した第２基板１１０ｂを固定する。
また、前記加熱手段１７０は、前記下部ステージ１４１の下側に備えられる。ここで、前記第１及び第２基板１１０ａ、１１０ｂはそれぞれ薄膜トランジスターアレイが形成された基板、又はカラーフィルターアレイが形成された基板を言う。しかし、前記下部ステージ１４１に位置する基板はカラーフィルターアレイ基板が好ましい。

即ち、本発明の第２実施形態では前記下部ステージ１４１に固定される第２基板１１０ｂの上面に滴下する液晶１３１が加熱手段１７０によって加熱されるため、熱に敏感な回路が多数形成された薄膜トランジスターアレイ基板よりは、カラーフィルターアレイ基板を第２基板にして前記下部ステージ１４１に固定する。ここで、前記加熱手段１７０は、下部ステージ１４１にローディングされる第２基板１１０ｂに滴下された液晶１３１を加熱するために備えられる。

図８は本発明の第２実施形態に係る液晶が滴下する過程を概略的に示すものである。
図８に示したように、液晶１３１は、シリンジ１２０のノズル１２１を介して前記第２基板１１０ｂの上面に多数のドット形状で滴下する。その滴下した液晶１３１はうまく拡散され、均一のフィルム形態の層となり、そのような均一の状態になった時に貼り合わせ工程が進められる。ここで、液晶の滴下過程で前記第２基板１１０ｂは貼り合わせ装置の下部ステージ１４１に固定されており、前記下部ステージ１４１の移動によって貼り合わせ装置内に移動可能である。しかし、これに限定されず、別途の液晶滴下装置及び別途の基板ローディング手段によって前記第２基板１１０ｂが貼り合わせ装置に移動することも可能であろう。

図９ａは本発明の第２実施形態に係る常圧及び常温状態で液晶の分子配列を示した図面で、図９ｂは本発明の第２実施形態に係る前記液晶が等方化温度以上に加熱された状態及び常圧での分子配列を示した図面である。

図９ａに示したように、前記液晶１３１は、常温、常圧では液相と固相の中間状態の液晶状態に存在する。前記液晶状態では流動性を有するが、固体と類似した方向性を有するので、なかなかうまく拡散されない性質を有する。

即ち、前記液晶状態では液晶分子１３１ａが方向性（配向性）を有して規則的に配列され基板に滴下した後液晶分子１３１ａ間の干渉及び高い粘性によってうまく拡散されない。
前記液晶１３１が均一に拡散されていない状態で基板を貼り合せると、前記液晶の間に空気層が形成され、貼り合わせ後に気泡状態で残存することで、液晶表示パネルの不良発生の原因となる。
したがって、従来技術では滴下した液晶の周辺圧力状態を真空にすることで、液晶の拡散が円滑に行われることが保障された。しかし、貼り合わせ過程で液晶の周辺状態を真空化する装備の構成は複雑で、前記真空チャンバー内部の圧力状態が真空状態であるので、前記ステージに基板を固定するために真空吸入方法を使用できないという問題があった。

これを解決するために、本発明の第２実施形態では貼り合わせ工程で前記第２基板１１０ｂに滴下した液晶１３１を加熱することで、真空ではない大気圧下で安定的な貼り合わせ工程が保障される。

したがって、本発明の第２実施形態では、前記上部ステージ１４０の下面又は下部ステージ１４１の上面にそれぞれ基板１１０ａ、１１０ｂを固定するために真空吸着力を提供する真空ホール（図示せず）が複数個形成される。前記真空ホールは真空ポンピング装置に連結され、基板１１０ａ、１１０ｂを真空吸着して固定する。

一般的にサーモトロピック液晶は熱によって相変化を起こす液晶として、等方性温度(Ｔｉ)以上ではその分子の配列が熱によって方向性を失い、粘度が減少して流動性が増加するので、一般的な液体のようにうまく拡散される。液晶の種類によって前記等方性温度(Ｔｉ)の差があるが、一般的に液晶表示装置で使用するネマティック液晶の場合、前記等方性温度(Ｔｉ)は約７０〜８０℃程度である。

図９ｂに示したように、常圧で前記液晶が等方性温度以上に加熱される場合には液晶分子１３１ａの配列が方向性を失い、常圧でも液晶分子１３１ａ間の干渉が防止され、移動が制限されないので、均一のフィルム形状で円滑に拡散される。
したがって、前記液晶を等方性温度(Ｔｉ)以上に加熱した後貼り合せる場合には貼り合わせ装置の内部を真空状態にする必要がなく、大気圧下で直ぐに第１基板１１０ａ及び第２基板１１０ｂの貼り合わせが可能である。前記貼り合わせ後第２基板１１０ｂの外郭の周縁に沿って形成されたシールパターン１３２が硬化すると、貼り合わせられた基板は堅固に貼り合わせ状態を維持する。

一方、前記等方化温度までの加熱は前記第２基板１１０ｂの下側に備えられた加熱手段１７０によって行われる。即ち、下部ステージ１４１の内部に前記加熱手段１７０を構成することができ、前記下部ステージ１４１と別に前記加熱手段１７０を設置することもできる。また、等方性温度への到達時間を短縮するために貼り合わせ装置への搬入前に液晶１３１を一定の温度以上に予熱することが好ましい。

図８に示したように、前記液晶１３１の滴下前に液晶の滴下装置で提供されるシリンジ１２０の内部に液晶を予熱する予熱手段１２０ａが更に備えられる。したがって、液晶１３１が滴下した第２基板１１０ｂが貼り合わせ装置に搬入される前に前記液晶１３１が予熱される。

前記加熱手段１７０の上面は前記第２基板１１０ｂの下面と一定の間隔離隔して設置されることが好ましい。即ち、前記第２基板１１０ｂの下面で均一の温度で分布されるよう前記加熱手段１７０で発生した熱が拡散される空間を確保するために、前記間隔の確保が必要である。ここで、前記加熱手段１７０と第２基板１１０ｂ間の間隔にはより均一の熱伝達のために前記等方性温度付近で２相流動の可能なヒートパイプ（図示せず）を設置することが好ましい。

前記ヒートパイプはその内部に液体状態の物質が注入され、その内部圧力を調節して２相流動が起こり始める温度を等方性温度(Ｔｉ)付近に設定することで、一定の温度以上で２相流動が発生して、相変化及び対流熱伝達によって前記加熱手段１７０と前記下部ステージ１４１の間により均一の熱伝達が行われるようにする。

即ち、前記加熱手段１７０と接触する面には重力によってより比重が大きい液相の作動物質が位置し、第２基板１１０ｂ又は下部ステージ１４１と接する面には気相の作動物質が位置して、相変化過程を通じて下部から上部に熱伝達を行う。前記ヒートパイプの内側の上部に位置する気相の作動物質は下部ステージ１４１又は第２基板１１０ｂと熱交換して再び凝縮され、下方に移動する過程で前記ヒートパイプの上面は均一の温度分布となることができる。したがって、前記ヒートパイプは、より多量の熱伝達量を有しながら前記第２基板１１０ｂの下面に均一の温度で熱伝達の実行を可能にする。

また、前記ヒートパイプは、パイプ形状で複数個が設置されることもあり、前記第２基板１１０ｂの下面の大きさと対応して平たい六面体状に備えられることが更に好ましい。

図１０は本発明の第２実施形態に係る加熱手段の一実施形態を示したものである。 図１０に示したように、前記加熱手段１７０は、熱を発生させる熱線１７０ａで構成され、電気的に加熱される。即ち、電源１７０ｂから前記熱線１７０ａに電気が供給されると、前記熱線１７０ａが抵抗に機能して、所望の温度の熱を発生させる。しかし、前記加熱手段は、前記第２基板１１０ｂに滴下した液晶を加熱させる装置であれば他の構成でも代替可能である。

また、前記上部ステージ１４０の上側にも第２加熱手段（図示せず）を更に含んでなることが好ましい。即ち、下部ステージ１４１の下側に位置した加熱手段による加熱を貼り合わせ工程の進行中に補助するために、前記上部ステージ１４０に固定された上部ステージ１４０を一定の温度以上に加熱して貼り合わせる瞬間に液晶１３１と接する面で液晶の等方性温度以上の状態が維持されることを保障する。

このような本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置を用いた基板の貼り合わせ方法についてより詳細に説明する。

本発明の第２実施形態に係る基板の貼り合わせ方法は、第２基板１１０ｂに両基板を貼り合わせるためのシール材１３２を形成し、そのシール材１３２の内側の前記第２基板に適当量の液晶１３１を滴下する。勿論、前記第１基板１１０ａにシール材１３２を形成し、第２基板１１０ｂに液晶を滴下することもできる。

そして、前記第１基板１１０ａを上部ステージ１４０に固定し、前記液晶が滴下した第２基板１１０ｂを前記下部ステージ１４１に固定させる。前記第１、第２基板を各ステージに固定する方法は、ローダーによって各基板を各ステージに近接させ、前記ステージ又はステージに設置されるリフトバーなどが移動し、各ステージに真空吸着力を提供して各ステージが基板を吸着する。

このように各ステージに基板が固定された状態で、前記加熱手段１７０に電源を供給して前記第２基板１１０ｂに滴下した液晶１３１を加熱する。即ち、前記液晶１３１を等方性温度以上に加熱すると、前記液晶分子１３１ａの配列は方向性を失い、流動性が増加する。したがって、大気圧下でも前記液晶１３１が滴下した後前記第２基板１１０ｂの上面に均一に拡散されつつ充填されるので、貼り合わせが安定的に行われる。したがって、従来技術とは異なって基板の貼り合わせ時に周辺を真空状態にする必要がなくなる。

また、液晶１３１が滴下した第２基板１１０ｂが貼り合わせ機へ搬入される前に前記液晶１３１を予熱し、貼り合わせ機内で前記液晶１３１が等方性温度に至る時間を短縮できる。前記予熱過程は、液晶１３１が第２基板１１０ｂに滴下する時、前記第２基板１１０ｂを下部から加熱する方法を使用することができ、前記液晶１３１を基板に滴下するシリンジ１２０装置内に予熱装置１２０ａを設置して、液晶１３１滴下前に既に加熱された状態にすることもできる。

このように、前記液晶１３１が等方性温度以上に加熱されると、前記第１基板１１０ａと前記第２基板１１０ｂとを貼り合わせ、前記シール材１３２を硬化させる。この際、前記第１基板１１０ａと前記第２基板１１０ｂとの貼り合わせは、前記液晶１３１の周辺温度を測定することで前記液晶１３１の温度を予測し、前記液晶の温度を等方性温度(Ｔｉ)に維持するよう制御しながら行われる。即ち、前記液晶１３１の温度を直接測定するために温度感知センサーを液晶１３１に直接接触させ、液晶１３１の温度を測定することもできるが、貼り合わせ装置の上部及び下部ステージ１４０、１４１間の空間及び前記液晶１３１がセンサーと接触する場合に発生する問題点を防止するために、前記液晶１３１の温度を間接的に予測することが好ましい。

したがって、貼り合わせ装置が設置された作業室内の空気温度などを一定に維持しながら前記加熱手段又は下部ステージ１４１の温度を測定し実験的に前記液晶１３１の温度を間接的に測定して、その測定された液晶１３１の温度が等方性温度(Ｔｉ)より遥かに高いと加熱手段の伝熱量を減少させ、前記測定された温度が等方性温度(Ｔｉ)より低いと、加熱手段の伝熱量を増加させることで、前記液晶１３１の温度が等方性温度の付近に維持されるように制御する。前記制御過程はマイコンなどの制御手段によって制御される。

以上で説明したように、本発明の弟２実施形態に係る液晶表示装置製造用貼り合わせ装置によって大気圧下でも安定的に両基板の貼り合わせを行うことができる。

従来の液晶注入方式による基板の貼り合わせ構造を示す構成図である。 従来の液晶滴下方式による基板の貼り合わせ構造を示す構成図である。 本発明の第１実施形態に係るガイドウォールが形成された液晶表示装置製造用基板の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るガイドウォールが形成された液晶表示装置製造用基板の平面図である。 本発明の第１実施形態に係るガイドウォールの配列構造を説明するための液晶表示パネルのレイアウト図である。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置の概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態に係るガイドウォール及び液晶滴下工程の順序図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置の概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶が滴下する過程を概略的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る常圧及び常温状態で液晶の分子配列を示す図面である。 本発明の第２実施形態に係る前記液晶が等方化温度以上に加熱された状態及び常圧での分子配列を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る加熱手段の一実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１１０ａ、１１０ｂ：基板
１３１：液晶
１３２：シール材
１４０：上部ステージ
１４１：下部ステージ
１５０ａ：画素領域
１５０ｂ：ブラックマトリックス層
１６０：ガイドウォール
１７０：加熱手段
１７０ａ：熱線

Claims (20)

1. 互いに向き合う第１基板及び第２基板と、
   前記第２基板に一定の間隔を有して形成される複数個のガイドウォールと、
   前記各ガイドウォールの間に充填された液晶とを含むことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記ガイドウォールは、前記第２基板の各ピクセル単位で一定の間隔を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１又は第２基板にブラックマトリックス層が形成され、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って一方向に長く延びて形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１又は第２基板にブラックマトリックス層が形成され、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って垂直及び水平方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記ガイドウォールはアクリル系物質からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 画素領域を有する第１、第２基板を用意する段階と、
   前記画素領域間の前記第２基板上にガイドウォールを形成する段階と、
   前記ガイドウォールが形成された前記第２基板に液晶を滴下する段階と、
   前記第１基板と第２基板を貼り合わせる段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 前記ガイドウォールはアクリル系物質で形成することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記ガイドウォールは画素領域の間に垂直及び水平方向に形成することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記第２基板はゲートライン及びデータラインを備えた薄膜トランジスターアレイ基板で、前記ガイドウォールは前記ゲートライン又は／そしてデータラインに沿って形成されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 前記第２基板は画素領域を除いた部分にブラックマトリックス層が形成されたカラーフィルターアレイ基板で、前記ガイドウォールは、前記ブラックマトリックス層に沿って垂直又は／そして水平方向に形成されることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 第２基板に液晶を滴下する段階と、
    第１基板を上部ステージに固定し、前記第２基板を下部ステージに固定する段階と、
    前記第１基板と前記第２基板を貼り合わせる段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
12. 前記第２基板に液晶を滴下する前に前記液晶を予熱する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
13. 前記第１基板又は第２基板にシール材を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置の製造方法。
14. 第１基板を固定する上部ステージと、
    液晶が滴下した第２基板を固定する下部ステージと、
    前記液晶を液晶の等方性温度で加熱する加熱手段とを含むことを特徴とする液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
15. 前記上部ステージと前記下部ステージは前記第１基板及び第２基板をそれぞれ固定するための真空ホールを多数個備えることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
16. 前記加熱手段は前記第２基板の下面と一定の間隔離隔して設置されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
17. 前記加熱手段と第２基板の間には前記液晶の等方性温度の付近で異常流動によって熱伝達を行うヒートパイプが更に設置されることを特徴とする請求項１６に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
18. 前記加熱手段は電気的に加熱される熱線を備えることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
19. 前記加熱手段は前記第２基板の下側に備えられることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
20. 前記液晶が滴下する前に予熱する予熱装置を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置製造用基板貼り合わせ装置。
    

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