JP2007025333A - スペーサインク散布方法、液晶パネルの製造方法及び液晶パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 スペーサインクを基板上に散布した後に、その液滴が基板上を移動しないように安定的に保持させる。
【解決手段】 ワーク搬入部１０から搬入された被処理基板１は基板改質ステージ１２で、搬送テーブル２０上で位置決めするが、その間に低圧水銀ランプ４１から紫外線を照射し、この被処理基板１の表面層を構成するポリイミド膜を活性化させて、その表面を平滑化させて、接触角が小さくなるように改質して、液滴の保持能力を向上させ、その後に液滴散布ステージ１３に移行させて、インクジェットヘッド２６からスペーサインクの液滴が被処理基板１の表面に散布する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液晶パネル等の表示パネルとして、相互に重ね合わせられる２枚の透明基板間に、液晶封入空間となるセルギャップを形成するために、ポリイミドからなる配向膜を積層させた透明基板の表面に、セルギャップを構成する隙間を形成する微小粒子からなるスペーサを含有するスペーサインクの液滴を散布して固定する方法及び２枚の透明基板を重ね合せた液晶パネルの製造方法並びに液晶パネルに関するものである。

液晶表示装置として、例えばカラーＴＦＴ液晶パネルは、共にガラス等の透明基板からなるＴＦＴ基板とカラーフィルタとを接合させたものから構成されるが、これらＴＦＴ基板とカラーフィルタとは密着状態ではなく、所謂セルギャップと呼ばれる微小な隙間を介して接合されるものであり、この隙間に液晶が封入される。この液晶封入空間を形成する微小隙間はスペーサにより確保されるようになっている。スペーサは球状の微小粒子からなるものであって、液晶セルとして構成する場合、ＴＦＴ基板側に散布されるのが一般的である。

セルギャップとなる隙間を均一なものとするために、スペーサを構成する微小粒子は基板全体に均一に分散させる必要がある。しかも、このＴＦＴ基板に接合されるカラーフィルタ基板には、ＴＦＴ基板の画素に対応するように、ＲＧＢのカラーフィルタが設けられ、これら各色の画素間にはブラックマトリックスが形成される。スペーサは不透明な粒子であるから、液晶パネルにおける画像の画質低下を防止するために、スペーサは各色のフィルタが形成されている画素領域を避けて、ブラックマトリックスの領域に配置する。このために、スペーサの散布位置を制御し、確実にブラックマトリックス領域に指向させなければならない。

このスペーサの散布位置を制御するために、その散布手段として、インクジェット方式によるものが、例えば特許文献１において提案されている。ここで、インクジェットに用いられるスペーサは、その粒径が約５μｍ以下であって、好ましくは３〜５μｍ程度の微小な球形状をしている。現在実用化されているこの種の用途に用いられるインクジェットノズルの孔径は３０μｍ程度である。スペーサは溶剤を含むインクに均一に分散させることによって、スペーサインクとなし、このスペーサインクをインクジェットノズルから基板に向けて噴射させて、基板上には液滴として付着させるが、噴射された液滴内に、少なくとも１個、最大で４〜５個程度のスペーサが含まれるように、インクとスペーサとの混合比を設定する。

そして、例えば被処理基板を所定の方向、つまりＸ方向に搬送するテーブルに位置決めした状態でセットしておき、所定数の噴射ノズルを設けたインクジェットヘッドを基板に対面させた状態で、基板をＸ方向に移動させる間に、この基板の送りと直交する方向、つまりＹ方向に走査するようにして基板表面の全体にわたってスペーサインクを散布することができる。
特開２００３−２７９９９９号公報

ところで、インクジェットヘッドからスペーサインクの液滴を基板に向けて噴射する際に、基板はＸ方向に搬送される。そして、スループットを向上させるために、基板の搬送速度をインクジェットヘッドからの液滴噴射能力に合わせる必要があり、この基板の搬送速度をある程度高速化する。また、スペーサインクを散布した後には、インクを乾燥するために、加熱ステージに搬送することになる。このように、基板に液滴が供給された後に、搬送や移載等のために基板を動かすことになるが、この間に基板に噴射された液滴が搬送時に位置ずれしないように安定的に保持されていなければならない。

ここで、被処理基板は、前処理として、予め洗浄されて、有機物や無機物の汚れが除去されて清浄化されているので、液滴の付着条件は良好である。しかしながら、基板の表面には配向膜が形成されており、この配向膜は、通常、ポリイミドをコーティングしたものである。従って、スペーサインクの液滴はこのポリイミド膜の上に滴下されることになるが、このポリイミド膜はスペーサインクの液滴に対する濡れ性が悪く、接触角が大きいために、基板に適用させた液滴は十分な安定性を保持できない。このために、基板を高速で移動させる等による風圧や振動等が作用すると、液滴が動いて位置がずれる可能性がある。そして、液滴がブラックマトリックスの領域から画素領域にまで移行すると、画素上に位置するスペーサの影響で表示される画像の画質が低下することになる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、スペーサインクを基板上に散布した後に、その液滴がみだりに移動しないように安定的に保持させるようにすることにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、２枚の透明基板間に微小粒子からなるスペーサを介在させることによって所定の隙間をもって接合させたパネルを形成するために、ポリイミドからなる配向膜を積層させた被処理基板表面にスペーサを分散させたスペーサインクを散布する方法であって、前記被処理基板を洗浄することを含む前処理工程と、前記被処理基板の配向膜を形成した表面に紫外線を照射して、この表面を改質する基板改質工程と、インクジェット手段によりスペーサインクを噴射させて、前記被処理基板にその液滴を散布する液滴散布工程とを含むことをその特徴とするものである。

ここで、被処理基板に紫外線を照射する手段としては、例えば低圧水銀ランプを用いるのが好適である。また、これ以外にも、エキシマランプ等、他の紫外線照射手段を用いることもできる。ここで、被処理基板への紫外線照射は汚れを除去するためのものではなく、基板を改質するためであり、被処理基板の表面にコーティングされている配向膜を活性化させて、その濡れ性を改善するためのものである。従って、改質はスペーサインクを散布する直前に行うのが望ましい。被処理基板は、搬送手段に固定して、この搬送手段により移動させる間にスペーサインクを散布するのが一般的であり、このために実際にスペーサインクを散布する前に、搬送手段における被処理基板の位置決めがなされる。従って、この被処理基板の位置決め時に紫外線を照射すれば良い。

これによって、スペーサインクを被処理基板の表面に散布したときに、この基板に付着した液滴の接触角が小さくなり、安定的に保持されることになって、液滴が散布領域から位置ずれを起こすことはない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１において、１は処理対象となる基板であり、この基板１はガラス等からなる透明基板であって、具体的には例えばＴＦＴ基板である。この基板１にはマトリックス状に薄膜トランジスタからなるスイッチング素子が形成されており、カラーフィルタが位置合わせされた状態で接合される。そして、同図において、２はＲＧＢの各色の画素を構成する画素領域であり、各画素領域２間はブラックマトリックス領域３により区画形成されている。このブラックマトリックス領域３にスペーサ４が均一に散布されて、このスペーサ４によってＴＦＴ基板とカラーフィルタとを接合させたときに、セルギャップと呼ばれる隙間が形成される。このように、スペーサ４により形成される両基板間の隙間に液晶を封入することによって、液晶パネルが形成されることになる。

図２に基板１へのスペーサ散布及び定着システムの全体構成を示す。図中において、１０はワーク搬入部、１１はワーク搬出部である。ワーク搬入部１０から搬入される被処理用の基板１は、前処理として、その表裏両面を洗浄することによって有機物及び無機物の汚れが除去された状態となっている。この基板１は、ワーク搬入部１０から搬入された後、まず表面改質ステージ１２に移行して、スペーサインクが散布される表面の改質が行われ、次いで液滴散布ステージ１３に移行して、スペーサインクが散布されるようになっている。

基板１は図３に示すように搬送テーブル２０に載置されており、この搬送テーブル２０に真空吸着等の手段で固定的に保持されている。そして、搬送テーブル２０はボールねじ送り手段２１によりＸ軸ガイド２２に沿って図中のＸ方向に搬送されるようになっている。この搬送テーブル２０のＸ方向の搬送経路において、表面改質ステージ１２の下流側に図３に示した構成の液滴散布ステージ１３が設けられている。基板１が液滴散布ステージ１３に搬入されると、この基板１に対してスペーサインクが散布される。

液滴散布ステージ１３にはインクジェット手段２３が配設されており、このインクジェット手段２３は、搬送テーブル２０を跨ぐように門型をしたＹ軸ガイド２４に装着される。即ち、Ｙ軸ガイド２４にはインクジェット手段２３を設置した移動台２５が装着されており、この移動台２５は搬送テーブル２０の搬送方向と直交するＹ方向に移動可能となっている。インクジェット手段２３は、インクジェットヘッド２６とインクボトル２７とを備え、これらインクジェットヘッド２６及びインクボトル２７は移動台２５によってＹ軸ガイド２４に沿ってＹ方向に移動することになる。また、移動台２５には、搬送テーブル２０の送り方向において、インクジェット手段２３の装着位置より下流側の位置に液滴検出手段２８が設けられている。この液滴検出手段２８は画像認識手段によって、基板１にスペーサインクが適正に散布されたかどうかの判定を行うことになる。

インクジェット手段２３を構成するインクジェットヘッド２６は、図４に示したように、多数の微小ノズル３０を所定のピッチ間隔で配列したものから構成され、各微小ノズル３０から一定量のスペーサインクを間欠的に噴射できるようにしたものである。スペーサインクの噴射は、図５に示したように、微小ノズル３０に連通するチャンバピース３１を備え、このチャンバピース３１はインクボトル２７からのインク供給路に接続されている。そして、チャンバピース３１には圧電素子からなるアクチュエータ３２が装着されており、このアクチュエータ３２に電圧を印加すると、図５に一点鎖線で示したように、アクチュエータ３２が変形して、チャンバピース３１が拡張することになる。その結果、インクボトル２７側からスペーサインクがチャンバピース３１内に吸い込まれる。次いで、アクチュエータ３２への電圧の印加を遮断すると、元の状態に復元することになり、チャンバピース３１の容積が減少し、その分のスペーサインクが微小ノズル３０から噴射される。

従って、搬送テーブル２０により基板１をＸ方向に間欠的に送る間に、各微小ノズル３０からスペーサインクを噴射させることによって、基板１にはスペーサインクが液滴として滴下されることになる。また、インクジェットヘッド２６が基板１の幅方向の全長に及ぶ長さを有していないことから、インクジェットヘッド２６はＹ方向に走査することになる。そして、微小ノズル３０によるスペーサインクの噴射制御を含め、このインクジェットヘッド２６の動作制御を行うために、インクジェット制御装置２９が設けられている。

液滴検出手段２８はＴＶカメラを備えた画像認識機構からなり、この液滴検出手段２８は液滴検出装置３３に接続されて、インクジェットヘッド２６からスペーサインクの液滴が基板１の表面に適正な間隔をもって散布されているか否かを画像処理の手法によって検出するものである。そして、インクジェットヘッド２６を構成する複数の微小ノズル３０のいずれかに詰まりが生じることによって、散布されたスペーサインクの列に抜けがあると、他の微小ノズル３０により補充するように制御される。従って、前述した画像認識に基づいて、液滴検出装置３３で液滴の検出及び液滴の抜けや飛び、ずれ等といった散布欠陥の有無が検出され、その結果、散布欠陥が検出されると、可能な限りは液滴の補充を行うように、インクジェット制御装置２９に指令を出すことになる。

以上のようにして基板１の表面にスペーサインクの液滴が散布された後には、基板１は第１の熱処理ステージ１４に移行して、スペーサインクからインク成分を揮発させるようになし、もってスペーサ４のみを基板上に残留させる。次いで、第２の熱処理ステージ１５において、基板１をベーキングすることによって、スペーサを基板表面に定着させる。ここで、基板１を２段階で熱処理するのは、まず第１段階で、インクジェット手段２３から適下したスペーサインクを乾燥させて、インク成分を除去するためである。ここで、スペーサ４を基板１上に残留させる際に、基板１を高い温度にまで急速に加熱させると、スペーサインク中の個々のスペーサがばらばらの位置のまま乾燥してしまう。スペーサは微小粒子からなるものであり、複数個のスペーサがある程度纏まっていた方が望ましい。このために、基板１を低温で加熱し、緩慢に乾燥させることにより、複数のスペーサ粒が液の中心方向に引き寄せられて集中させる。そして、第２段階目で、基板１を高温で加熱することによりベーキングを行い、インクが乾燥したスペーサ４を基板１に固着させる。

ここで、基板１におけるスペーサインクが散布される表面には配向膜がコーティングされており、この配向膜はポリイミドで形成される。従って、この配向膜上にスペーサインクを滴下したときに、このスペーサインクの濡れ性が悪く、そのままでは液滴の安定性が得られない。そこで、ワーク搬入部１０から搬入された基板１に対して直ちにスペーサインクの散布を行わず、まず基板１の表面を改質し、その後にスペーサインクの散布を行う。表面改質ステージ１２を備えているのはこのためであり、ワーク搬入部１０から搬入された基板１は、この表面改質ステージ１２で改質がなされる。

この基板１の改質工程は、基板１の表面層を構成するポリイミド膜の濡れ性を改善するためのものであり、このポリイミド膜を活性化させて、その表面を平滑化させて、接触角が小さくなるように改質して、液滴の保持能力を向上させる。そこで、図６にこの表面改質ステージ１２のシステム構成を示す。

図６から明らかなように、表面改質ステージ１２は、基板１のアライメント手段と、紫外線照射手段とを備えている。基板１のアライメント手段は、基板１に設けたアライメントマーク（図示せず）を基準として、基板１が搬送テーブル２０上の所定の位置に配置されているか否かを判定するために、ＴＶカメラ４０からなる画像認識手段を備え、このＴＶカメラ４０は２箇所設けられており、これら２台のＴＶカメラ４０はそれぞれ所定の位置に固定的に設けられている。従って、これらのＴＶカメラ４０によって基板１のアライメントマークを撮影し、それらの所定の基準位置からのずれを検出して、基板１を載置した搬送テーブル２０をＸＹ方向及びθ方向（回転方向）に位置調整することによって、基板１の位置制御を行うことになる。

紫外線照射手段は、低圧水銀ランプ４１を反射凹面鏡４２の内部に装着し、搬送テーブル２０の搬送方向に向けてこの低圧水銀ランプが複数並ぶように配列したものから構成される。低圧水銀ランプ４１によって、例えば２５５ｎｍ程度の紫外線を基板１に向けて照射するように構成している。

ここで、紫外線照射による基板１の表面改質工程では、同時にこの基板１のアライメント動作も行われるものであり、従ってアライメント動作とオーバーラップする分だけ、表面改質工程の時間を短縮することができる。また、この紫外線照射による基板１の表面改質が行われた直後に搬送テーブル２０が液滴散布ステージ１３に移行してスペーサインクの散布が行われる。これによって、紫外線照射による基板１の表面改質が行われて、接触角が小さくなるように、望ましくは１０度以下となるように平滑化され、その直後に液滴散布ステージ１３でスペーサインクの散布が行われることになる。

このように、液滴散布ステージ１３において、インクジェットヘッド２６からスペーサインクが散布される直前で、ポリイミド膜という濡れ性の悪い膜が生成されている基板１を改質することによって、適用された個々のスペーサインクからなる液滴の接触角が小さくなり、搬送テーブル２０で基板１が搬送される間に、また散布が終了して、基板１が第１の熱処理ステージ１４に移行する際に、スペーサインクの液滴が散布位置からみだりに動くことがなく安定化される。従って、インクを乾燥させたスペーサは、確実にブラックマトリックス領域３に位置し、画素領域２に移行することはない。そして、第１の熱処理ステージ１４において、インクを乾燥させたときには、スペーサ４はある程度安定することから、第１の熱処理ステージ１４から第２の熱処理ステージ１５への移行時にスペーサ４が移動することはない。また、第２の熱処理ステージ１５から搬出された基板１上のスペーサ４は完全に固着することになる。

このように、基板１への表面改質のために、低圧水銀ランプ４１を用いているので、この表面改質ステージ１２の構成が簡略化でき、安価に製造できる。しかも、ポリイミドからなる配向膜を形成した面に紫外線を照射するが、低圧水銀ランプ４１からの紫外線を照射することから、ポリイミドの膜にダメージを与えるおそれはない。ただし、あまり長時間紫外線を照射すると、配向膜が変質する可能性があるので、このプロセス時間は１分以内とするのが望ましい。

スペーサが散布される被処理基板の構成説明図である。 被処理基板へのスペーサの散布・固定を行う機構の全体構成を示す説明図である。 液滴散布ステージの構成を示す外観図である。 インクジェットヘッドの先端部を示す構成説明図である。 インクジェットヘッドを構成する微小ノズルからのスペーサインクを噴射する動作の説明図である。 表面改質ステージの構成説明図である。

符号の説明

１ 基板 ２ 画素領域
３ ブラックマトリックス領域 ４ スペーサ
１０ ワーク搬入部 １１ ワーク搬出部
１２ 表面改質ステージ １３ 液滴散布ステージ
１４ 第１の熱処理ステージ １５ 第２の熱処理ステージ
２０ 搬送テーブル ２３ インクジェット手段
２６ インクジェットヘッド ２７ インクボトル
３０ 微小ノズル ４０ ＴＶカメラ
４１ 低圧水銀ランプ

Claims (5)

1. ２枚の透明基板間に微小粒子からなるスペーサを介在させることによって所定の隙間をもって接合させたパネルを形成するために、ポリイミドからなる配向膜を積層させた被処理基板表面にスペーサを分散させたスペーサインクを散布する方法であって、
   前記被処理基板を洗浄することを含む前処理工程と、
   前記被処理基板の配向膜を形成した表面に紫外線を照射して、この表面を改質する基板改質工程と、
   インクジェット手段によりスペーサインクを噴射させて、前記被処理基板にその液滴を散布する液滴散布工程と
   を含むスペーサインク散布方法。
2. 前記基板改質工程の紫外線照射は水銀ランプにより行うことを特徴とする請求項１記載のスペーサインク散布方法。
3. 前記基板改質工程による紫外線の照射は、前記被処理基板に対してスペーサインクを散布する前に、この被処理基板を位置決めする間に行うことを特徴とする請求項１記載のスペーサインク散布方法。
4. 請求項１の方法によりスペーサインクを散布した被処理基板を乾燥させた後に他の基板を接合することによって、液晶パネルを形成することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
5. 請求項４により製造された液晶パネル。

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