JP2007025335A

JP2007025335A - 基板のスペーサ分散方法、並びに液晶パネルの製造方法及び液晶パネル

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Publication number: JP2007025335A
Application number: JP2005208464A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Umetsu; 寛梅津; Kenji Yumiba; 賢治弓場; Noriya Wada; 憲也和田; Takuro Hosoe; 卓朗細江; Koichi Kato; 公一加藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】スペーサインクを散布した後、洗浄によりスペーサの除去が可能な状況下で、基板表面上でのスペーサの分布密度を測定して、スペーサの分布密度にばらつきのある基板の修復を可能にし、もって製品の歩留まりを向上させる。
【解決手段】インクジェット手段２３により基板１の全面に分散させた液滴を乾燥させて除去した後、カメラ３５により基板１の表面を所定数の領域に分割して撮影し、各々の分割領域Ｒ毎に画像に含まれるスペーサ４の数を測定して、各分割領域Ｒ内のスペーサ４の数を計数し、正確にセルギャップが形成される程度にまでスペーサ４が分散されていると、第２の熱処理ステージ１５に移行させ、スペーサ４が偏在していると、この基板１を洗浄して、再度スペーサインクの散布を行う。
【選択図】図７

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、液晶封入空間を形成するために、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ために、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行われる基板のスペーサ分散方法に関し、またこのようにしてスペーサを均一に分散させた透明基板に他の透明基板を重ね合せることによって、均一な隙間からなるセルギャップを有する液晶パネルの製造方法及び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、液晶パネ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、液晶パネルを形成するには、スペーサインクを基板の表面全体に散布してインクを乾燥させてスペーサを定着・固定させた後に、もう１枚の基板を重ね合せることによって、所定の隙間を有するパネルが形成されるようになり、この隙間に液晶が封入される。基板表面の全体にスペーサを分布させることによって、隙間の均一化を図るが、このためには、基板表面におけるスペーサの分散密度を均一化する必要がある。しかしながら、インクジェットヘッドを構成するノズルがスペーサインクに含まれるスペーサ粒子に部分的にジャミングが発生すると、ノズルから噴射される液滴が小さくなり、スペーサ粒子が含まれなかったり、液滴に含まれるスペーサ粒子の数が少なくなったりする結果、スペーサの分布密度にばらつきが生じることがある。また、スペーサインクにおけるインク中におけるスペーサ粒子との分散状態にむらがあった場合にも、基板表面におけるスペーサ粒子の密度の均一化が損なわれる可能性がある。その結果、２枚の基板を重ね合せたときに、その間に形成される隙間が変動し、正確なセルギャップが形成できなくなってしまう。

そして、スペーサを乾燥させた後、基板をベーキングして、分布密度にばらつきが生じたままでスペーサが基板に完全に固着してしまうと、その修復は不可能になり、この基板は不良品となってしまうことから、製品の歩留まりが悪くなってしまうという問題点がある。

従って、本発明の目的とするところは、スペーサインクを散布した後、洗浄によりスペーサの除去が可能な状況下で、基板表面上でのスペーサの分布密度を測定することによって、スペーサの分布密度にばらつきのある基板の修復を可能にし、もって製品の歩留まりを向上させることにある。

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、基板の表面に微小粒子からなるスペーサとなる微小粒子を分散的に付着させるための方法であって、スペーサをインクに含有させたスペーサインクを基板の表面にインクジェット手段で散布する工程と、基板に散布されたスペーサインクの液滴を乾燥させて、インクを除去してスペーサを残存させる乾燥工程と、基板上に残存するスペーサを定着させるために、基板を加熱してベーキングを行う熱処理工程とからなり、前記乾燥工程後に、スペーサの分布を検査するスペーサ分布密度の検出を行って、スペーサの分布密度にばらつきがあると、その基板を熱処理工程に進行させないようにすることをその特徴とするものである。

ここで、インクジェット手段によって基板にスペーサインクの液滴が散布され、溶剤を含むインクを乾燥させた段階では、なお基板を洗浄することによりスペーサを除去でき、またインクが残存していたとしても、このインクも洗浄により除去できる。つまり、スペーサインクを乾燥させた段階では、基板をスペーサインク供給前の段階に容易に修復することができる。一方、インクが乾燥すれば、基板に残存するスペーサの数を正確に計数できる。従って、基板をベーキングする熱処理工程の前に、基板上のスペーサの数を測定して、その分布密度を検出する。

このスペーサの分布密度の検出は、基板全体を画像化して、スペーサがどのように配列されているかを検出する等といった手段を採用することもできるが、基板を複数区画に限定してカメラで撮影し、これら各区画に存在するスペーサの数を計数することによって、スペーサの分布密度を容易に検出することができる。スペーサを計数するために設定される区画を細かくすればするほど、測定精度が向上することになる。ただし、設定される区画をあまり細かく設定すると、分布密度の検出工程が長時間化するので、検出精度とタクトタイムとの関係で適宜設定することになる。

基板におけるスペーサの分布密度にばらつきがあることを検出したときには、基板を洗浄することにより再生できるが、この基板の洗浄はできるだけ早期に行うのが望ましい。従って、スペーサの分布密度の検出後に、分布不良の基板は、基板の洗浄工程に還流させて、基板を洗浄した後に、スペーサインクを散布する工程に移行させるのが望ましい。

以上のようにして、スペーサの分布密度を均一化した後には、このスペーサを分散させた基板に他の基板を位置合わせして重ね合せることによって、パネルが製造される。このパネルにおいては、スペーサにより形成される基板間の隙間が均一化することになる。これをセルギャップとして、このセルギャップの内部に液晶を封入することによって、液晶パネルを形成することができる。

このように、基板にスペーサインクを散布した後、洗浄によりスペーサの除去が可能な状況下で、基板表面上でのスペーサの分布密度を測定することによって、スペーサの分布密度にばらつきのある基板を容易に修復でき、これにより製品の歩留まりを向上させることができる等の効果を奏する。

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。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を行うための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から処理対象となる基板１が搬入されると、まず表面改質ステージ１２に搬送されて、基板１の表面に紫外線を照射して、この表面改質が行われる。基板１の表面改質は、基板１の表面を覆っているポリイミドからなる配向膜の表面を活性化させて、スペーサインクを散布したときの濡れ性を改善するためのものである。そして、この基板１の改質が行われると、液滴散布ステージ１３に搬送されて、基板１の表面にスペーサインクが散布される。

基板１の表面にスペーサインク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、低温で加熱することによって、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に移行させ、この第２の熱処理ステージ１５において、基板１を高温で加熱処理を行い、ベーキングすることによって、基板１上に残存しているスペーサを基板表面に定着・固定する。

ここで、基板１は前述したように２段階で熱処理される。まず第１段階では、インクジェット手段２３により散布して液滴となったスペーサインクを乾燥させて、溶剤を含むインク成分を除去し、スペーサ４を基板１上に残留させる。このときに、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インクが乾燥してしまう。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、複数のスペーサ粒子が液の中心方向に引き寄せられて集中することになる。また、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。

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、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。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の下流側に配置した液滴塗布ステージ１３は、図３に示した構成となっている。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の表面に対してスペーサインクが散布される。

このために、液滴散布ステージ１３にはスペーサインクを散布するためのインクジェット手段２３が配設されている。搬送テーブル２０を跨ぐように門型をしたＹ軸ガイド２４に装着されており、この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が装着されている。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。そして、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の装着位置の直近位置であって、このインクジェット手段２３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はカメラとフラッシュとを備えた撮像手段であり、カメラはスペーサインクの液滴が形成される領域の一部を視野範囲としている。そして、液滴検出手段２８は移動台２５の移動によりインクジェット手段２３と共にＹ方向に走査するようになっており、この間に基板１にスペーサインクが適正に散布されたか否かを判定するための画像が取得される。

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各々の微小ノズル３０につき、個別的に制御されて、それぞれスペーサインクを噴射させるようにしている。そして、図５に示したように、インクジェットヘッド２６には、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。

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の液滴が滴下されることになる。また、インクジェットヘッド２６は基板１の幅方向の一部分にしか及んでおらず、このために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。

カメラとフラッシュとを備えた撮像手段から構成される液滴検出手段２８には制御装置３３が接続されており、この制御装置３３によりカメラ及びフラッシュの作動が制御されることになる。即ち、搬送テーブル２０により基板１が所定量搬送され、かつ移動台２５がこれと直交する方向に所定量移動したときに、フラッシュが作動すると共に、カメラにより基板１の表面の一部が撮影される。このカメラにより取得した画像が制御装置３３に取り込まれて、画像認識により所定の位置に液滴が存在するか否かの判定が行われる。

基板１の全体において、液滴が適正な位置に、正常な大きさで形成されていると判定された場合には、インクジェットヘッド２６が正確に作動していることであり、そのまま作動を継続して、順次基板１に対するスペーサインクの散布が継続される。インクジェットヘッド２６を構成するいずれかの微小ノズル３０に詰まりが生じたときには、基板１において、それに対応する列には液滴が存在しなくなり、液滴の抜けが発生する。この場合には、制御装置３３からの出力信号に基づいて、インクジェット制御装置２９による基板１の液滴修正と、ノズル３０の詰まり解除との動作が行われる。

基板１の液滴修正は、液滴の抜けが検出される都度修正するのではなく、一度基板１の全面にスペーサインクを散布し終えた後に液滴を追加して修正する。即ち、制御装置３３において、画像認識に基づいて検出された液滴の抜け箇所の座標位置を記憶しておき、基板１の散布終了後に、搬送テーブル２０と、移動台２５とを駆動して、基板１における液滴の抜け個所にインクジェットヘッド２６を対面させて、抜け個所に向けてスペーサインクを噴射させる。ここで、インクジェットヘッド２６は多数のノズル３０を備えているが、液滴の追加を行うためのノズル３０を予め特定しておくのが望ましい。例えば、インクジェットヘッド２６における両端いずれかのノズルを液滴追加用として特定することができる。そして、このように特定されたノズルに詰まりが生じていると、次の位置のノズルを液滴追加用とする。

インクジェットヘッド２６にノズル３０が１列しか設けられていない場合には、同一の列において、連続的に抜けが生じる。一方、ノズル３０が複数列設けられている場合には、間欠的に抜けが存在することになる。いずれにしろ、全ての抜け個所に液滴を補充するようにインクジェットヘッド２６を操作する。補充された液滴は、既に適用されている他の液滴との間に時間差が生じていることから、インクの乾燥度合いが異なってくるが、時間差を短くすることによって、後続の工程でさほど影響を与えることはない。

液滴に抜けが生じているということは、インクジェットヘッド２６を構成するいずれかのノズル３０に詰まりが生じていることである。このノズル３０の詰まりは液滴の抜け個所から特定することができる。そこで、基板１に対する散布終了後に、この詰まりが発生したノズル３０に対して詰まり解除を行う。ノズル３０の詰まりの主な原因はスペーサインクに含まれる微小粒子であることから、チャンバピース３１に高い圧力を作用させることによって、ノズル３０を構成する細い通路内でジャミング状態となっている微小粒子が排出されて、ノズル３０の通りが良くなる。この動作はノズル３０の捨て打ちとなるが、この捨て打ちされたスペーサインクを受けるために、インクジェットヘッド２６の可動範囲であって、搬送テーブル２０と干渉しない位置に捨て打ちされるスペーサインクを受ける容器３４を設けておく。

以上のようにして、基板１には、その全面に均一にスペーサインクの液滴が散布されることになり、この基板１は第１の熱処理ステージ１４に移行して、スペーサインクのうちのインク成分を乾燥させて除去する。この段階ではあくまでインクの除去を目的とした加熱であり、スペーサは基板１に固着されない。

インクが除去されて、スペーサが残存した基板１は、直接第２の熱処理ステージ１５に移行するのではなく、一度搬送テーブル２０に戻されて、基板１におけるスペーサの分布密度の検査が行われる。このために、Ｙ軸ガイド２４に装着されている移動台２５にはさらにスペーサ分布密度を検出するためのカメラ３５が設置されており、このカメラ３５によって、基板１の表面を所定数の領域に分割して、図６に示したように、各々の分割領域Ｒ毎に画像に含まれるスペーサ４の数を測定する。そして、このカメラ３５からの各分割領域Ｒの画像は制御装置３３に伝送されて、この制御装置３３によって、各分割領域Ｒ内のスペーサ４の数を計数する。この操作は搬送テーブル２０を移動させることによって、基板１をＸ方向に移動させ、また移動台２５をＹ方向に移動させることによって、基板１の全分割領域の画像を取得する。

そして、このスペーサ４の分布密度の測定によって、基板１に２枚の基板を重ね合せたときに、正確にセルギャップが形成される程度にまでスペーサ４が分散されていることが検出されたときには、この基板１は第２の熱処理ステージ１５に移行して、この第２の熱処理ステージ１５で基板１をベーキングして、スペーサ４を定着・固定する。その後に、この基板１をワーク搬送部１１から排出する。

一方、例えばノズル３０の部分的な詰まりや、スペーサとインクとの混合比率の変動等によって、セルギャップを形成できない程度にスペーサ４が偏在していると、この基板１を洗浄して、スペーサ４及び残存するインクを洗い流して、再度スペーサインクの散布を行うようにする。

従って、図７に示した手順によって、基板１へのスペーサ４の分散を行うようにすることになる。即ち、まず基板１がワーク搬入部１０に搬入する前の前処理工程（ステップ１）として、基板１の洗浄等の必要な各種の操作を行う。この洗浄は基板１に付着している有機物及び無機物を除去して清浄化するものである。

このようにして清浄化された基板１は、ワーク搬入部１０に搬入されて、基板１の処理装置における搬送テーブル２０にセットされる（ステップ２）。そして、この搬送テーブル２０上で、基板１のアライメントが行われ（ステップ３）、搬送テーブル２０を進行させることによって、インクジェット手段２３によるスペーサインクの散布が行われる（ステップ４）。基板１の全面にスペーサインクが散布されるが、これと同時に、スペーサインクの液滴に抜けがないか否かの検査が行われる（ステップ５）。この検査の結果、液滴の抜けがあると、液滴を追加することにより修正する。これによって、基板１には、スペーサインクの液滴が全面に散布させる（ステップ６）。そして、基板１は第１の熱処理ステージ１４に移行して、インクを乾燥させる（ステップ７）。

以上のように、スペーサインクが基板１の全面に散布されておれば、本来であれば、基板１の全面にスペーサ４が均一に分散しているはずである。ただし、例えばノズル３０の作動不良により、若しくはノズル３０から噴射されるスペーサインクにおけるスペーサの分散度合いにばらつきがあると、スペーサ４が不均一になる。基板１において、部分的にスペーサ４の数が少ない場合であれ、またスペーサ４の数が多すぎる場合であれ、要は基板１上においてスペーサ４の分布にばらつきがあると、もう１枚の基板を重ね合わせたときに、正確なセルギャップを形成することはできない。

従って、その後にスペーサ分布密度を検査して（ステップ８）、均一であると判断されたときに限り、第２の熱処理ステージ１５に移行させて、基板１のベーキングを行って、スペーサ４を完全に定着・固定する（ステップ９）。

一方、スペーサ分布密度が不均一であると判定されたときには、その基板１はステップ１に戻されて、基板１を再洗浄する。ここで、基板洗浄工程では、有機物及び無機物を除去することから、この基板洗浄工程に戻すことによって、スペーサの散布が正確に行われなかった基板１は不良品となるのではなく、清浄化された新たな基板として再生されることになる。これによって、製品の歩留まりが著しく向上する。

スペーサが散布される基板の構成説明図である。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。スペーサの分布密度の検出を行う工程の説明図である。インクジェット方式による基板へのスペーサの散布方法の工程説明図である。

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
２８液滴検出手段２９インクジェット制御装置
３０微小ノズル３３制御装置
３５カメラ

Claims

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、基板の表面に微小粒子からなるスペーサとなる微小粒子を分散的に付着させるための方法であって、
スペーサをインクに含有させたスペーサインクを基板の表面にインクジェット手段で散布する工程と、
基板に散布されたスペーサインクの液滴を乾燥させて、インクを除去してスペーサを残存させる乾燥工程と、
基板上に残存するスペーサを定着させるために、基板を加熱してベーキングを行う熱処理工程とからなり、
前記乾燥工程後に、スペーサの分布を検査するスペーサ分布密度の検出を行って、スペーサの分布密度にばらつきがあると、その基板を熱処理工程に進行させないようにする
ことを特徴とする基板のスペーサ分散方法。
前記スペーサの分布密度の検出工程では、前記基板を複数区画に限定してカメラで撮影し、これら各区画に存在するスペーサの数を計数することによりスペーサの分布密度を測定することを特徴とする請求項１記載の基板のスペーサ分散方法。
スペーサの分布密度にばらつきがあることを検出したときに、その基板を洗浄工程に還流させて、基板洗浄後にスペーサインクを散布する工程に供給することを特徴とする基板のスペーサ分散方法。
請求項１によりスペーサを分散させた基板に他の基板を位置合わせして重ね合せることによって、このスペーサにより形成されるセルギャップを介して接合した液晶パネルを製造することを特徴とする液晶パネルの製造方法。
請求項４により製造された液晶パネル。