JP2004151458A - 液晶カラーセルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アニール処理工程がないため、空セルと液晶とのなじみが悪く、真空気泡がセル内に発生する危険があった。また、有機ガスが気泡として空セル内部に残存し製品の歩留まりが悪かった。また、夫々単一機能を有するシール材硬化作業装置、脱泡装置、再配向装置等の装置の設置が必要で、それに伴う装置設置空間、設備費等も必要であり、更に各装置のチャンバ内へのセルの導入取出しを繰返す必要であり、そのための運搬装置、移動作業空間も必要であり、かかる運搬作業に際し製品に傷を付けるという課題もあった。
【解決手段】セルのシール材を硬化し、脱泡し、アニール処理し、セル内の液晶を再配向する工程を同一の装置内にて実施する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶デスプレー（ＬＣＤ）特に液晶カラーデスプレー装置等において不可欠な部材を構成している液晶カラーセルを形成する工程の改良即ち液晶カラーセルの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで液晶カラーセルの組立は図４に示すような工程によって行なわれていた（例えば、非特許文献１参照）。即ち、初めに「アレイ基板」と「カラーフィルター」基板とを用意し、これらを「洗浄」工程において夫々洗浄する。次いで、各基板上へ配向膜材料としてのポリイミド（ＰＩ）を塗付し焼成して配向膜を形成する「ＰＩ塗付／ベーク」工程を経た後、こうして形成した配向膜へラビングを施して配向膜の分子の方向を一定にするための「配向処理」を行ない、再度これらの基板を「洗浄」する。その後、「スペーサ散布」工程（１）において一方の基板の片側即ち一方基板の片面へスペーサを散布すると共に、「シール材塗布」工程（２）において他方の基板の片側即ち他方基板の片面周辺部へ、液晶注入口を残して、シール材を塗布する。その後、「組立」工程（３）においてこれら両基板を重ね合わせ、組立てて空セルを形成する。次いで、「シール材硬化」工程（４）において、上記「組立」工程にて組立形成した空セルのシール材を熱硬化手段又はＵＶ硬化手段によって硬化する。これまでの工程はマザーガラスのサイズで行なわれているが、ここで、マザーガラスを、液晶デスプレー（ＬＣＤ）１枚の寸法に加工するため所定寸法に切断する。これが「切断」工程（５）である。次いで、所定寸法となった空セルにアニール処理を施し、スペーサやシール材などから発生する有機ガスが気泡として空セル内部に残存しないように予めガス抜き処理する。これが「アニール処理」工程（６）である。その後、「液晶注入／封止」工程（７）において、アニール処理された空セル内部へ液晶注入口から液晶を注入し、その後、液晶注入口を封止する。液晶を注入しかつ注入口を封止されたセルは、「洗浄」（８）され、「脱泡」（９）された後、セル内の液晶を「再配向」（１０）し液晶の配向を調整した後、「偏光板貼り」工程において偏光フィルムを貼り付ける。その後、「加圧脱泡」し、「検査」工程を経て、セルが完成する。
【０００３】
かかる工程は、当業者において公知であり、このような工程は殆どのセル製造メーカにおいて一般に広く採用されてきた。しかしこの工程は、工程ごとに専用の装置を設置する必要がありまたそれらの各装置へ対し基板の移動を必要とするため、かなり多くの費用と、移動操作や工程数及びそれらに伴うかなりの時間とを必要とするもので、特に最近の第５世代、第６世代のような大型寸法を持つセルの製造に際してはその費用と移動操作と工程数と時間との問題が極めて深刻な問題となっていた。
【０００４】
このような製造に関する諸問題を解消するための努力が当業界において鋭意行なわれた結果、最近、以下のような生産工程が提案された（例えば、非特許文献２参照）。即ち、図５に示すように、初めに「アレイ基板」と「カラーフィルター」基板とを用意し、これらを「洗浄」工程において夫々洗浄する。「ＰＩ塗付／ベーク」工程を経た後、「配向処理」を施し、再度これらの基板を「洗浄」する。その後、一方の基板の片面へ「スペーサ散布」（図５の（１）参照）を行うこと、他方の基板の片面へ「シール材塗布」（図５の（２）参照）を行うこと、液晶を液晶滴下（ＯＤＦ）又は印刷注入等の方法によってセル内へ配置（図５の（７）参照）すること、及び両基板を組立てる（図５の（３）参照）こと、の４つの工程を１つの複合工程にて実施してセルを組立てた後、「シール材硬化」工程（図５の（４）参照）においてセルのシール材を熱硬化手段又はＵＶ硬化手段によって硬化する。その後、「脱泡」工程（図５の（９）参照）を経た後で、これまでのマザーガラスを、液晶デスプレー（ＬＣＤ）１枚の所定の寸法に加工するため「切断」（図５の（５）参照）する。次いで、セル内の液晶を「再配向」（図５の（１０）参照）した後、「偏光板貼り」工程において偏光フィルムを貼り付ける。その後、「加圧脱泡」を行い、次いで「検査」工程を経て、セルを完成する、という工程である。
【０００５】
【非特許文献１】
「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＰＤ Ｗｏｒｌｄ」 株式会社プレスジャーナル出版、２００２年２月号ｐ．７５−８３
【非特許文献２】
「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＰＤ Ｗｏｒｌｄ」 株式会社プレスジャーナル出版、２００２年７月号ｐ．１５４
【０００６】
この方法は、図４に関して上述した公知のセル加工工程のうち、一方の基板の片面へ対する「スペーサ散布」（図４の（１）参照）工程と、他方の基板の片面へ対する「シール材塗布」（図４の（２）参照）工程と、液晶を液晶滴下又は印刷注入の方法によってセル内へ配置する工程（図４の（７）参照）と、両基板を組立てる「組立」（図４の（３）参照）工程という複数の作業工程を１工程にて実施するものである。ここで液晶滴下方式は、液晶を１滴ずつ落とす方式である。また、印刷注入方式は、インクジェット塗布方法を応用したもので二次元的に液晶を滴下する方式である。このような図５に示すセル加工方法の特徴は、基板をチャンバ内に導入してから出てくるまでの時間が僅かに４分であるという特徴がある。図４に示したこれまでの方式では、例えば第５世代基板の場合、十数時間を必要としたことを考慮すれば、かなり驚異的なことである。また、この方法では、図４に示すこれまでの方法において（８）にて示す「洗浄」工程が排除されている。このため、その分、作業の効率化が図られている点においても、勝れたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す方式では、図４に示す周知の方式と比較した場合、図４の工程において（６）にて示す「アニール処理」工程が省略されている。その結果、空セルと液晶とのなじみが悪くなり、しばしば真空気泡がセル内に発生する危険があった。更にまた、真空下においてスペーサやシール材などから発生する有機ガスが気泡として空セル内部に残存することがあり製品の歩留まりが悪い結果と成ることが多かった。従って、高品質のセルを高生産性の基で生産加工するためには「アニール処理」工程は削除出来ない重要な工程であり、この工程を削除した図５の工程には生産者及び使用者双方からその実効性に強い懸念が示されていた。
【０００８】
加えて、図５に示す工程手順においては、基板をチャンバ内に導入してから出てくるまでの時間をかなり短縮することに成功しているが、その後の手順においては、図４に示すこれまでの工程をほぼ同様に踏襲している。そのため、図５に示す工程においても、セル成形加工工程全体からすれば、夫々単一機能を有するシール材硬化作業装置、脱泡装置、再配向装置等の装置の設置が必要であり、またそのための装置設置空間、設備費等が必要であり、更に各装置のチャンバ内へのセルの導入取出しを繰返す必要があり、更にそのための運搬装置、移動作業空間が必要であり、また、そのような運搬作業の際にしばしば製品に傷を付けるという課題もあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
アレイ基板とカラーフィルター基板とを用意し、これらを洗浄し、各基板上へポリイミド（ＰＩ）を塗付し焼成して配向膜を形成し、これらの配向膜へラビングを施こし配向処理し、再度これらの基板を洗浄し、その後、一方の基板の片面へスペーサを散布すると共に他方の基板の片面へシール材を塗布しかつ液晶を液晶滴下又は印刷注入等の方法によってセル内へ配置した後に両基板を組立て、次いで、セルのシール材を硬化し、脱泡し、アニール処理し、セル内の液晶を再配向し、マザーガラスを液晶デスプレー１枚の所定の寸法に切断し、次いで、偏光板を貼り付け、加圧脱泡し、最後に検査をすること、によりカラーセルを形成する液晶カラーセル加工工程において、セルのシール材を硬化し、脱泡し、アニール処理し、セル内の液晶を再配向する工程を同一の装置内にて実施する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本件発明の液晶カラーセルの新規な組立方法について、図１、図２及び図３を参照しながら述べる。以下においては本件発明のセル組立方法が提供する特徴を明確にするため、特に、図４及び図５において述べた公知の工程と異なる点について重点的に述べる。
【００１１】
初めに「アレイ基板」と「カラーフィルター」基板とを用意し、これらを「洗浄」工程において夫々洗浄する。「ＰＩ塗付／ベーク」工程を経た後、「配向処理」を施し、再度これらの基板を「洗浄」する。ここまでの工程は図４において述べたものと同様である。
【００１２】
洗浄後、一方の基板の片面へ「スペーサ散布」（図５の（１）参照）を行い、他方の基板の片面へは「シール材塗布」（図５の（２）参照）を行い、かつ液晶を液晶滴下又は印刷注入の方法によってセル内へ配置（図５の（７）参照）した後、両基板を組立てる（図５の（３）参照）という複合作業を１工程にて実施する。この工程は、図５に示すものと同様である。
【００１３】
図１に示す本件発明においては、その後、セルのシール材を熱硬化手段又はＵＶ硬化手段によって硬化する「シール材硬化」工程（図４及び図５の（４）参照）と、「脱泡」工程（図４及び図５の（９）参照）と、「アニール処理」工程（図４の（６）参照）と、セル内の液晶を再配向する「再配向」工程（図４及び図５の（１０）参照）と、を一つの高温調圧装置内で連続して行なう。その後、これまでのマザーガラスを、液晶デスプレー（ＬＣＤ）１枚の所定の寸法に加工するため「切断」（図４及び図５の（５）参照）し、次いで、「偏光板貼り」工程において偏光フィルムを貼り付ける。その後、「加圧脱泡」を行い、「検査」工程を経て、セルを完成する、という工程である。
【００１４】
図２は、本件発明において、「シール材硬化」作業と、「脱泡」作業と、「アニール処理」作業と、セル内の液晶を再配向する「再配向」作業と、を内部にて連続して行なうための高温調圧装置の例を示している。この装置は、本件出願人と同一出願人に対して先に特許された「真空加熱処理方法」（特許第２６２２３５６号）にて開示した装置と実質的に同一の装置である。この装置１０は、減圧下でも高圧下でも自由な高温処理が可能な容器であり内部に十分広い空域を有している密封可能な耐高温性の容器１２と、容器中央部の空域に配設されており被処理物品を配置するための物品配置部１４と、容器内部に配設された加熱手段１６と、容器外部に配設された水冷手段１８と、容器内部に配設されており容器の内部を正圧状態から負圧状態まで自由に圧力調整出来る圧力調整手段（図示無し）と、容器内温度の均一化を図るための送風手段２０と、により構成されている。なお、装置１０の容器１２内の状態を検知するための最適な手段としては、例えば、同様に本件出願人と同一出願人に対して先に特許された「ファイバーケーブル接続素子及びその装着手段」（特許第３２３４８０１号）がある。
【００１５】
本件発明者が公知のセル加工工程のうち、上記４つの工程、即ち、シール材硬化工程（４）と、脱泡工程（９）と、アニール処理工程（６）と、再配向工程（１０）と、を上記装置内において実施出来ることを見出した理由は、以下の理由による。上記装置が自由に内部温度を調整出来ること；当該装置が温度調整から独立して自由に内部圧力を正圧範囲から負圧範囲まで広い領域に渡り調整出来ること；更には、シール材硬化工程（４）と脱泡工程（９）とが概ね同一の温度状態及び圧力状態下で実施出来ること；次のアニール処理工程（６）がシール材硬化工程（４）及び脱泡工程（９）の温度よりもかなり高い温度かつ負圧状態下で実行されるが、この装置を使用すればシール材硬化工程（４）及び脱泡工程（９）において使用した温度状態を全く無駄にすること無く所定のかなり高い温度状態を容易に得ることが出来かつ所望の負圧状態も物品移動を伴うことなく同一装置内にて容易に得ること；及び、再配向工程（１０）が装置内温度をかなり高いアニール処理温度から常温に降下させながらかつ圧力を負圧状態のアニール処理圧力から常圧に復帰させながら迅速確実に実施出来ること；を実験の結果確信したことによる。
【００１６】
以下においては、図３を参照しながら、本件発明のシール材硬化工程（４）と、脱泡工程（９）と、アニール処理工程（６）と、再配向工程（１０）と、を行なうための作業手順について述べる。なお、図３において、横軸には時間（Ｔ）、縦軸には温度（°Ｃ）と圧力（Ｐ）とを取り、また、破線３０は温度変化を示す曲線であり、実線３２は圧力変化を示す曲線である。
【００１７】
初めに本装置１０の容器１２内の物品配置部１４へ対して、図１に示すスペーサ散布工程（１）とシール材塗布工程（２）と液晶滴下又は印刷注入工程（７）と組立工程（３）とを集約して行なう工程によって組立形成されたセルを所定数配置する。次いで、装置１０を密封状態に閉じ、約１０〜２０分かけて、室温（ＲＴ）にある容器１２の内部温度を約７０〜９０°Ｃ程度まで上昇させると同時に、常圧（ＮＰ）にある容器１２の内部圧力を０．５〜０．７ＭＰａ程度まで昇圧する。これが準備段階である。
【００１８】
その後、上記容器の内部の温度及び圧力状態を準備段階で得た約７０〜９０°Ｃ及び０．５〜０．７ＭＰａで約２０〜４０分間保持する。このとき容器内ではセルへ対する「シール材硬化」作業（４）と、「脱泡」作業（９）とがほぼ同時に行なわれる。ここで、各数値に多少のばらつきがあるのは、容器内のセルの大きさ、セルの数量等によって適性値が夫々変化するからである。以下においても同様である。
【００１９】
次いで、約２０〜４０分かけて、容器１２内の温度を１１０〜１３０°Ｃまで上昇すると同時に容器内の圧力を１．３×１０^−１Ｐａまで減圧する。その後、この温度及び圧力状態を約４０〜５０分間保持する。このとき容器内ではセルへ対する「アニール処理」作業（６）が行なわれる。
【００２０】
その後、約２０〜４０分かけて、容器内の温度を室温まで戻すと同時に容器内の圧力を常圧まで戻す。この間に容器１２内ではセルへ対する「再配向」作業（１０）が確実に行なわれる。
【００２１】
このように本件発明によれば、シール材硬化工程（４）と、脱泡工程（９）と、アニール処理工程（６）と、再配向工程（１０）と、が同一の装置１０内において、簡単に実行され得る。こうして得られた再配向工程（１０）が完了したセルは、次いで、これまでの工程と同様に、切断工程（５）、偏光板貼り工程、加圧脱泡工程、及び検査工程を経て完成したセルを提供する。
【００２２】
【発明の効果】
本件発明によれば、図５に示す工程で省略された「アニール処理」工程が確実に実行されている。そのため、空セルと液晶とのなじみが良くなり、真空気泡がセル内に発生するという心配が無くなった。更にまた、スペーサやシール材などから発生する有機ガスが気泡として空セル内部に発生しても「アニール処理」工程により完全に除去され、このため製品の歩留まりが非常に良くなった。加えて、図５に示す工程においては、セル組立後において、夫々単一機能を有するシール材硬化作業装置、脱泡装置、再配向装置等の装置の設置が必要であったが、本件発明によれば、本件発明者に許可された装置を設置するだけで良く、これまでの各種装置設置空間、設備費等が全く不要となり、更にこれまでの各装置のチャンバ内へのセルの導入取出しを繰返す必要が無くなり、そのための運搬装置、移動作業空間が不要となり、さらにそのような運搬作業に伴う製品への損傷発生が全く無くなり、極めて高い歩留まりを得ることに成功した。
【００２３】
加えて、図５に示す工程手順において得られた時間短縮と相まって、本件発明工程がもたらす工程短縮により、一層セル工程のための時間が短縮された。即ち、本件発明の工程によれば、図４に示すセル形成時間に比較して、その時間が約半分にまで短縮され、また、作業工程に要する作業スペースが四分の一にまで減少し、更に、工程装置の費用も約半分にまで減少した。また、工程間での製品の搬送が不要となったため製品の損傷がこれまでの四分の一以下にまで減少した。同様に、図５に示す工程手順に関するセル形成時間、作業スペース、工程装置費用、損傷発生率等に関しても著しい改善が認められた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本件発明のセル工程の手順を示すフローチャートである。
【図２】本件発明の実施に最適な装置の一例を示す図である。
【図３】本件発明のセル工程の手順を示す時間と温度と圧力との相関関係を示す図である。
【図４】公知のセル工程の手順を示すフローチャートである。
【図５】図４に示すセル工程を改良した公知のセル工程の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：装置 １２：容器
１４：物品配置部 １６：加熱手段
１８：水冷手段 ２０：送風手段
３０：温度曲線 ３２：圧力曲線

Claims (3)

1. アレイ基板とカラーフィルター基板とを用意すること、これらを洗浄すること、各基板上へポリイミド（ＰＩ）を塗付し焼成して配向膜を形成すること、これらの配向膜へラビングを施こし配向処理すること、再度これらの基板を洗浄すること、その後、一方の基板の片面へスペーサを散布すると共に他方の基板の片面へシール材を塗布しかつ液晶を液晶滴下又は印刷注入等の方法によってセル内へ配置した後に両基板を組立てること、次いで、セルのシール材を硬化すること、脱泡すること、アニール処理をすること、セル内の液晶を再配向すること、マザーガラスを液晶デスプレー１枚の所定の寸法に切断すること、次いで、偏光板を貼り付けること、加圧脱泡を行うこと、最後に検査をすること、によりカラーセルを形成する液晶カラーセル加工工程において、
   セルのシール材を硬化すること、脱泡すること、アニール処理をすること、セル内の液晶を再配向すること、の工程を同一の装置内にて実施することを特徴とする液晶カラーセルの製造方法。
2. 請求項１において、セルのシール材を硬化すること、脱泡すること、アニール処理をすること、セル内の液晶を再配向すること、の工程が、減圧下でも高圧下でも自由な高温処理が可能な容器であり内部に十分広い空域を有している密封可能な耐高温性の容器１２と、容器中央部の空域に配設されており被処理物品を配置するための物品配置部１４と、容器内部に配設された加熱手段１６と、容器外部に配設された水冷手段１８と、容器内部に配設されており容器の内部を正圧状態から負圧状態まで自由に圧力調整出来る圧力調整手段と、送風手段２０と、を有する装置１０内において、実行されることを特徴とする請求項１に記載の液晶カラーセルの製造方法。
3. 請求項２において、装置１０を密封状態に閉じ、約１０〜２０分かけて、室温（ＲＴ）にある容器１２の内部温度を約７０〜９０°Ｃ程度まで上昇させると同時に、常圧（ＮＰ）にある容器１２の内部圧力を０．５〜０．７ＭＰａ程度まで昇圧する準備段階を経た後、上記容器の内部の温度及び圧力状態を準備段階で得た約７０〜９０°Ｃ及び０．５〜０．７ＭＰａで約２０〜４０分間保持することにより、シール材硬化作業と、脱泡作業とを行なうこと、次いで、約２０〜４０分かけて容器１２内の温度を１１０〜１３０°Ｃまで上昇すると同時に容器内の圧力を１．３×１０^−１Ｐａまで減圧し、この温度及び圧力状態を約４０〜５０分間保持することにより、アニール処理作業を行なうこと、その後、約２０〜４０分かけて、容器内の温度を室温まで戻すと同時に容器内の圧力を常圧まで戻すことにより、セルへ対する再配向作業を行なうこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の液晶カラーセルの製造方法。

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