JP2000075301A

JP2000075301A - 液晶表示素子の製造装置

Info

Publication number: JP2000075301A
Application number: JP10256066A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hikiji; 秀一曳地
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサが均一な分散状態で、かつ被散布物
の広い範囲を短時間で散布できることにより、低コスト
で高品質な液晶表示素子を製造することができる液晶表
示素子の製造装置の提供。【解決手段】少なくとも一方の内面に透明電極を有す
る上下２枚のポリマーフィルム基板間に、少なくとも液
晶層とスペーサとを挟んで構成される液晶表示素子の製
造装置において、揮発性溶媒にスペーサ粒子を分散させ
た分散液（以下、分散液とも言う。）を被散布面に散布
する手段が、超音波振動による手段で、かつ該手段によ
る散布範囲が、被散布物の移動方向に対する幅よりも大
きいことを特徴とする液晶表示素子の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子の製
造装置、特にポリマーフィルム基板を用いる液晶表示素
子の基板面へのスペーサの散布手段に特徴を有する液晶
表示素子の製造装置に関する。

【０００２】

【従来技術】図１は単純マトリックス型液晶表示装置の
断面図で、上下２枚のポリマーフィルム基板の内面に透
明電極が形成され、その上に配向膜が積層形成されてい
る。配向膜の間に液晶封入部のセル厚を均一に保持する
ためのスペーサと液晶が挟まれている。この液晶表示装
置は次のようなプロセスで作られる。まず、ポリマーフ
ィルム上にスパッタ法等により透明電極を成膜し、フォ
トリソグラフィにより電極パターンを形成する。続いて
スピンナーもしくはグラビア印刷等により配向膜を形成
した後、基板上にスチレン系の樹脂からなるスペーサを
散布しギャップを形成する。他方の基板の表示領域外周
にシール材をスクリーン印刷等によりシール印刷し、両
基板を貼り合わせ接着してギャップを形成した後液晶を
注入する。

【０００３】図２は従来のスペーサの散布方法を示す断
面図である。スペーサ散布室の中を搬送系が水平方向に
貫通している。また、スペーサ散布室の上部に設けられ
たスペーサ噴霧ノズルは配管を介してスペーサ供給タン
クに接続されている。この装置に於いて、前述のように
透明電極上に配向膜溶液を塗布し、溶媒をベイク炉で蒸
発させて配向膜を硬化させた後ラビング処理を経た基板
を搬送系でスペーサ散布室中に搬入する。そしてスペー
サ供給タンクに設けられた供給ポンプにスペーサ粒子を
落下させて付着させていた。

【０００４】ところで、上記のスペーサに用いられてい
る微粒粉体は液晶表示装置の表示品に直接影響するた
め、用いるスペーサとしての材質、粒径の均一性等の品
質要求を満足すること、散布したスペーサ粒子が凝集し
て二次粒子化していると基板間隔を均一に保てないため
十分分散していることが散布プロセスにおける課題であ
る。同様に、十分に分散されたスペーサ粒子が散布領域
において偏ることなく、基板全体および局所的にも平均
して存在するよう散布されることが望まれている。この
ような平均散布の要求は一例として、１ｍｍ²当たり１
００〜４００個程度の範囲内で設定されている特定の設
計個数に対し、１０数％程度以下のバラツキしか許され
ない厳しいものである。また、凝集は黒点等の表示品質
欠陥となるためさらに厳しい要求となっている。

【０００５】このため、従来のスペーサ散布方法におい
ては、広範囲にスペーサを均一に散布するため基板から
散布ノズルを十分に離し自然沈降による散布を実施して
いる。しかし、この方法では装置が大型化し、また散布
に時間がかかる、スペーサの利用率が著しく劣りスペー
サを大量に消費する、散布に要する時間も長くなる等の
問題があり、液晶表示装置の大型化が進んでいる近年に
おいて、この傾向はますます顕著になり、改善が望まれ
ている。

【０００６】このため、特開平１０−１０５４１では、
微粒子散布装置は散布ノズル内に超音波振動子を設置
し、ノズル内部でのスペーサの分散を均一化している。
また、特開平８−２８１１７６号では、分散用流体の流
路に超音波振動子を設置し、供給流路内でのスペーサの
分散を均一化している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な従来技術の問題点に着目し、スペーサが均一な分散状
態で、かつ被散布物の広い範囲を短時間で散布できるこ
とにより、低コストで高品質な液晶表示素子を製造する
ことができる液晶表示素子の製造装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
方の内面に透明電極を有する上下２枚のポリマーフィル
ム基板間に、少なくとも液晶層とスペーサとを挟んで構
成される液晶表示素子の製造装置において、揮発性溶媒
にスペーサ粒子を分散させた分散液を被散布面に散布す
る手段が、超音波振動による手段で、かつ該手段の超音
波振動による散布範囲が、被散布物の移動方向に対する
幅よりも大きいことを特徴とする液晶表示素子の製造装
置を提供することにより、前記課題を解決することがで
きた。

【０００９】また、本発明の前記液晶表示素子の製造装
置において、連続的に前記散布液を超音波振動面に供給
する手段を設けたものは、連続散布と液供給が可能であ
るので、使用できる基板の長さに制限がなく、例えばロ
ールｔｏロール処理が可能となり、フィルム基板に好適
であるし、また、超音波振動面のスペーサ濃度を一定と
することができるので、均一な散布密度が達成できる。

【００１０】前記散布液の超音波振動面への供給は、超
音波振動面からの高さは好ましくは０．００１〜３００
ｍｍ、さらに好ましくは０．０１〜１０ｍｍである。分
散液に用いる溶媒は、基板あるいは配向膜に悪影響を与
えないものであれば何でも使用できるが、スペーサが該
溶媒中で凝集しないものが好ましく、例えば極性の高い
溶媒、特にアルコールが使用しやすい。

【００１１】本発明に用いるスペーサの形状および大き
さにも特に制限は無いが、強誘電性液晶表示素子に通常
用いられる１μｍ程度の大きさから、ＴＮ液晶に通常用
いられる１０μｍ程度の大きさのものであっても凝集の
無い均一な散布が可能である。

【００１２】

【実施例】本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に
説明する。

【００１３】実施例１図３および図４に基づいて説明する。厚さ１００μｍの
ポリエステルフィルムからなる一方の透明基板の上面に
ＩＴＯ等からなる透明電極を厚み１００ｎｍほどスパッ
タリング等で形成した後、フォトリソグラフィによりパ
ターン形成する。次に、これら透明電極を含む透明基板
の上面にグラビア印刷、スピナー等でポリイミド樹脂を
塗布後、焼成、硬化させて配向膜を形成し、配向膜のラ
ビング処理を施して透明電極基板を作製した。また、他
方の透明基板にもこの透明基板と同様に透明電極及び配
向膜を形成する。次に、上記のように作成した透明基板
を図に示したスペーサ散布装置に搬入した後、スペーサ
を散布する。本散布装置は輻射加熱装置を備えた恒温槽
とこの恒温槽の下部に設置された超音波振動子によりス
ペーサを噴霧する噴霧装置とこの透明電極基板を移動さ
せる移動機構を備えており、この噴霧装置に真球状のプ
ラスチックスペーサを分散した分散溶媒液を循環供給す
る分散溶媒液槽とから大略構成されている。

【００１４】分散液の散布工程スペーサ分散溶媒、例えば、純水：イソプロピルアルコ
ール＝１：５に混合した溶媒に直径５μｍ真球状の固着
材付プラスチックスペーサ（ナトコ社製）を０．８ｗｔ
％の割合で配合し、マグネチックスターラで１時間程度
回転撹拌しスペーサを均一に分散させたスペーサ分散液
を調製した。さらに該分散液を超音波振動等によりさら
に均一にスペーサを分散させる。

【００１５】前記のようにしてスペーサを均一に分散し
た液に、一方は液供給循環ポンプ側に、他方は散布ノズ
ルからの戻り側配管に接続し、液供給循環ポンプを作動
させ液を循環する。この際に、散布後の蒸発速度を促進
するため、前記分散液を４０℃程度に加温した。

【００１６】ラビングを終えた透明電極基板を散布装置
内に搬送し、液供給バルブを開けて循環ポンプにより１
５ｍｌ／ｓｅｃの定量を散布装置の超音波振動表面に液
を供給する。この際、振動子（霧化面）に２００ＫＨｚ
の超音波振動を印加し、霧化面の超音波振動により微粒
子を透明基板に向け噴出し、透明基板の配向膜上にスペ
ーサを散布した。

【００１７】この際に噴霧範囲を横切るように透明基板
を１０ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で移動させた。この速度
は噴霧流速と同等もしくはそれ以下が望ましい。波振動
周波数と霧化粒径との間には、高周波ほど微粒子化する
関係があるので、所望のスペーサ粒径に応じた周波数設
定するのが好ましい。本実施例では周波数を２００ＫＨ
ｚを採用しているが、本発明においては、周波数として
は５０ＫＨｚから１ＭＨｚまでの範囲で選択できる。

【００１８】噴霧された液はこのスペーサ散布装置壁面
に設置したヒータによる壁面からの輻射熱で、ここを通
過する間に溶媒が蒸発乾燥し、スペーサをドライ状態で
基板に付着するものである。本実施例では散布範囲を広
げるため、また、わずかな流速を上向きに付与するため
エアカーテンを用いている。このエアカーテンに用いる
流速は０．５ｍ／ｓｅｃ以下が好ましく、さらに好まし
くは０．０１から０．１ｍ／ｓｅｃの範囲である。この
ような超音波散布の場合、微粒子化して噴射する粒子の
噴霧流速が極めて小さいので、散布雰囲気を乱すことな
く所望の領域に入射付着する。その後、恒温槽下部に設
けた排気装置で散布装置内を徐々に排気し、散布前の槽
内雰囲気を一定にすると同時に、搬出時に残留スペーサ
がクリーンルーム外に流出し、汚染しないように排気す
る手段を設けた。散布中はこの部分が大気圧と同圧とな
るよう開放され、溶媒の蒸発による圧力増加分および気
化溶媒が対流しないように、大気圧側に放出されるよう
な構成となっている。

【００１９】散布時間すなわち基板搬送速度は散布密度
により変えられる。散布密度の均一性は超音波振動数、
基板搬送速度および液循環給量で制御することができ
る。本実施例では、散布距離３００ｍｍ、液濃度１ｗｔ
％、液循環給量１０ｍｌ／秒および搬送速度１０ｍｍ／
秒で噴霧付着させ、透明基板面のスペーサ散布密度は３
００個／ｍｍ²であった。その後、散布装置から基板を
搬出し、１００℃でプリベークしスペーサ固着を確実な
ものとする。次にシール印刷されたもう片方の透明電極
基板と貼り合わされ液晶セルが形成される。

【００２０】実施例２図５〜６に基づいて超音波振動面を複数個組み合わせた
例について説明する。この場合の散布試料寸法は幅５０
０ｍｍで長さ６０００００ｍｍのいわゆるロール状態の
フィルム基板である。超音波振動子は矩形で１００ｍｍ
×１０ｍｍの寸法を有する散布ノズルを５個直列配列し
た。これら振動子に接続された発信機によりそれぞれ単
独に発振周波数および印加電力を制御する。一般に発振
周波数、電力ともすべて同一周波数としスペーサを噴霧
するが、中央部分と端部との散布密度を制御するため、
印加電力のみ単独に制御する方法もある。本発明によれ
ば散布距離３００ｍｍ、液濃度１ｗｔ％、液循環給量１
５ｍｌ／ｓｅｃ、搬送速度１０ｍｍ／秒で噴霧付着さ
せ、透明基板面の散布密度３００個／ｍｍ²を得た。こ
の場合、５個の組み合わせであるが、更に振動子を増す
ことも可能で大面積基板への対応が可能である。

【００２１】実施例３図７に示すように、実施例２において超音波振動子形状
を１セルに対応した形状にして噴霧することでセルパタ
ーンに対応したスペーサ散布が可能である。この場合、
噴霧噴射により噴射されたスペーサを含む噴射物はわず
かに拡がるため、振動子はセルよりわずかに小さい形状
とするのがよい。本実施例の場合、フィルム幅５００ｍ
ｍ、セル幅が２０ｍｍ、隣とのセル間隔が１０ｍｍで幅
方向に約５個配列した構造である。ここでの超音波振動
子は幅８０ｍｍ、５個配列している。このようにセルに
対応して噴霧することでスペーサの消費量を従来散布い
わゆる一個の振動子で散布した物と比べ、図７に示すよ
うに２０％程度消費量を低減できる。

【００２２】実施例４本実施例は液循環装置の液濃度管理装置に関する発明で
ある。はじめに、アルコール系の溶媒にスペーサを分散
した液の初期状態における光散乱強度を測定しておき、
散布中のスペーサ濃度の変化を光散乱強度差として算出
し、循環されている液濃度を求め、液濃度を一定にする
ように補充する液の濃度を変える。測定はレーザが粒子
にあたって散乱する散乱光強度を測定する受光部と測定
したデータを収集する高速データ処理部とこのデータを
処理して液濃度を計算するコンピュータ部とからなる。
測定は液循環部分を横切るように構成してあるが、液全
体を測定するように上下方向にレーザ光を照射して測定
しても良い。液の供給において、濃度をコントロールす
る方法として、溶媒のみを補充する方法を示した。散布
によりスペーサ濃度が減少しその濃度の減少度合いに応
じて散乱強度が弱く、光透過強度が増加する。このと
き、初期散乱強度に対し、変化率が５％を越えた場合の
みアルコール＋純水混合液を供給ポンプで微量補給し変
化率が５％未満となるよう供給する。この場合のモニタ
に光散乱強度を用いたが、スペーサの減少に伴い透過光
強度も増加することから、この透過光強度をモニタして
も良い。また、２種を同時モニタすることで精度向上を
図るのも良い。所定液濃度は液面モニタ等により液量を
検出し、随時別ラインにて補給する。

【００２３】

【効果】１．請求項１および４大面積基板に対し、凝集のない均一散布が可能である。２．請求項２散布面のスペーサ濃度が一定となり、均一な散布密度を
達成できる。また、連続散布と液供給が可能であり、フ
ィルム基板を使用した場合にロールｔｏロール状態での
連続処理が可能であり、低コストな液晶表示素子の製造
装置が実現できる。３．請求項３散布に供しないスペーサの基板への再付着による凝集、
異物付着の無い高品位のスペーサ散布が可能である。４．請求項５常に一定の濃度のスペーサ分散液を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単純マトリックス型液晶表示素子の断面図を示
す図である。

【図２】従来のスペーサの散布方法を示す図である。

【図３】実施例１のスペーサ散布装置の構成を示す模式
図である。

【図４】図３のスペーサ散布装置の散布範囲とフィルム
基板の関係を示す図である。

【図５】実施例２のスペーサ散布装置の構成を示す模式
図である。

【図６】図５のスペーサ散布装置の散布範囲とフィルム
基板の関係を示す図である。

【図７】実施例３のスペーサ散布装置の散布範囲とフィ
ルム基板の関係を示す図である。

【図８】実施例３のスペーサ散布装置と従来のスペーサ
散布装置のスペーサ消費量を比較した図である。

【図９】実施例３のスペーサ散布装置の構成を示す模式
図である。

【図１０】液循環装置の液濃度管理装置を有する実施例
４のスペーサ散布装置の構成を模式的に示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方の内面に透明電極を有す
る上下２枚のポリマーフィルム基板間に、少なくとも液
晶層とスペーサとを挟んで構成される液晶表示素子の製
造装置において、揮発性溶媒にスペーサ粒子を分散させ
た分散液（以下、分散液とも言う。）を被散布面に散布
する手段が、超音波振動による手段で、かつ該手段によ
る散布範囲が、被散布物の移動方向に対する幅よりも大
きいことを特徴とする液晶表示素子の製造装置。
【請求項２】散布溶液が超音波振動表面に循環供給さ
れる手段が設けられている請求項１記載の液晶表示素子
の製造装置。
【請求項３】超音波振動で散布する手段が、被散布面
に対し、下方に対向して設けられている請求項１〜２の
いずれかに記載の液晶表示素子の製造装置。
【請求項４】超音波振動で散布する手段が、１個の液
晶セルに対応した形状で、被散布物の移動方向に対して
幅方向に複数個を設けた請求項１〜３のいずれかに記載
の液晶表示素子の製造装置。
【請求項５】初期状態および循環状態のスペーサ粒子
が分散された分散液のスペーサ濃度を光散乱強度を用い
て測定し、前記両状態間の強度変化を分散液供給装置に
フィードバックすることにより、該供給装置の分散液濃
度を一定濃度にコントロールする請求項１〜４のいずれ
かに記載の液晶表示素子の製造装置。