JP2007286576A - 液晶セルの製造方法および封孔材硬化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶セルの封止工程において封孔材とシール材の界面における接着不良の改善した液晶セルの製造方法を提供すること。
【解決手段】２枚の矩形形状の透明基板を所定の間隙を持ち、透明基板の一辺側に注入口を有するシールの内側に液晶を挟持したセルを形成するセル形成工程と、注入口に紫外線硬化型の封孔材を塗布する封孔材塗布工程と、封孔材に紫外線照射して、封孔材を硬化させる封孔材硬化工程とを有し、前述した封孔材硬化工程が、注入口の反対側におけるセルの一方の領域を冷却し、注入口側のセルにおける他方の領域を、紫外線照射を開始と同時に一定温度に保つ様に温度制御する工程により液晶セルの製造を行う。さらに封孔材塗布工程と封孔材硬化工程において押圧手段を用いることにより、セル形成工程において生じた不均一な厚みむらを改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶セルの製造方法に関し、特に、液晶セルの封孔材硬化工程で発生する封孔材とシール材の界面における接着不良の改善した、液晶セルの製造方法、およびこの封孔材硬化工程を行うための封孔材硬化処理装置に関する。

液晶セルの製造方法において、封孔材が注入口に引き込まれた状態で液晶を蓋閉する封止工程を備えた液晶セルの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照のこと）。

ここでこの従来の液晶セルの製造方法について図７〜図１０を用いて説明する。図７は、従来の液晶セルの製造方法におけるセル形成工程を示す上部平面図、およびこの平面図におけるＢ−Ｂ断面図である。図８は、図７の続きの工程である封孔材塗布工程を示す上部平面図、および本平面図におけるＣ−Ｃ断面図である。図９は、図８の続きの工程である封孔材硬化工程を示す上部平面図、および本平面図におけるＤ−Ｄ断面図である。図１０は、液晶の熱膨張による封孔材の接着不良を示す要部拡大図面である。

まず、図７のように、セル形成工程によって、矩形形状の上下の透明基板１、２をシール材３で接合してセルを作製し、このセル内部に真空注入法により液晶４を充填する。

その後、図８のように、封孔材塗布工程によって、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５を注入口に塗布して液晶４を蓋閉する。そして、図９に示す様に、この封孔材５を硬化させる前に、セルの一部あるいは全体を冷却することにより液晶４を収縮させるとともに、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５をセル内に引き込ませる。そして、封孔硬化工程によって、この状態を保って封孔材５に紫外線を照射して硬化させることにより、封孔材５が注入口に引き込まれた状態で液晶４を蓋閉する封止工程が完了し、目的の液晶セルが完成する。

液晶セルは、図９に示されるように構成されている。図９に示す液晶セルは、その表面にＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などによる透明電極(図示せず)が形成され、さらにその表面に配向膜(図示せず)が形成された、２枚の透明基板１、２を一定の間隔を保持し、相対向する透明基板１、２の周辺部に塗布したエポキシ樹脂等からなるシール材３を介して接合されている。そして、この液晶セルは、透明基板１、２の間でシール材３に囲まれた空間内に液晶４が封入されており、封孔材５により封止された構成となっている。

特開昭６２−２７３５１１号公報（第３頁、第２−３図）

しかしながら、従来の液晶セルの製造方法における、図９に示した封孔材硬化工程では、下記記載の問題点が発生してしまう。この問題点について図面を用いて説明する。図１０は、従来の封孔材硬化工程に従って作製された液晶セルの注入口付近の状態を示す要部拡大図面である。

従来の液晶セルの製造方法における封孔材硬化工程においては、封孔材５を硬化させるために封孔材５付近への紫外線照射を行うと、封孔材５とともに液晶４も一緒に温められてしまう。すると、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５が硬化する前に、セル内の液晶４が急激に温められて膨張し、図１０のように未硬化の封孔材５が液晶４によって押し戻さ
れてしまう。この様な作用を受けて、シール材３と封孔材５の界面の接着不良を起こしてしまい、封孔材硬化工程で確実な封止が行えない場合があった。

この様に形成された液晶セルは、完全に注入口の封孔がされていないので、耐湿性が不十分であったり、外部温度の変動があった場合にセル内の液晶４に気泡などが発生してしまうことがあった。特に、セルの外形寸法が小さい場合には、セル自体の熱容量が小さいため、急激に温度変化が生じてしまう。この様に、小型の液晶セルを製造しようとすると、製造上の不良率が飛躍的に大きくなる傾向にあるので、この問題は無視できないものとなる。

したがって、従来の液晶セルの製造方法によれば、封孔材硬化工程の後に必ず封孔状態を確認し、不良セルを選別するための外観検査を行うのが必須とされていた。

そこで、本発明は上記課題を解決し、液晶セルの封孔材硬化工程において封孔材とシール材の界面における接着不良の改善した液晶セルの製造方法と、この液晶セルの製造方法を行うための封孔材硬化処理装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶セルの製造方法および封孔材硬化処理装置は、上記課題を解決し、基本的に下記記載の製造方法を採用するものである。

本発明の液晶セルの製造方法は、２枚の矩形形状の透明基板の間隙に、透明基板の一辺側に設けた注入口から液晶を注入するセル形成工程と、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材を注入口に塗布する封孔材塗布工程と、注入口の反対側であるセルの一方の領域、または全体の領域を冷却して液晶を収縮させた後に、セルの他方の領域を、封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御して封孔材を硬化する封孔材硬化工程を有することを特徴とするものである。

また、本発明の液晶セルの製造方法は、前述した封孔材塗布工程が、２枚の透明基板が平坦となるまで液晶側に押圧した後に、封孔材を注入口に塗布する工程であることを特徴とするものである。

また、本発明の液晶セルの製造方法は、前述した封孔材硬化工程が、液晶層を押圧したまま、封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御して封孔材を硬化する工程であることを特徴とするものである。

本発明の封孔材硬化処理装置は、２枚の矩形形状の透明基板の間隙に配した液晶を冷却しながら、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材が塗布された注入口付近に紫外線を照射することで、封孔材を硬化させるための封孔材硬化処理装置において、注入口の反対側であるセルの一方の領域、または全体の領域を冷却して、液晶を収縮させる液晶冷却手段と、注入口付近に紫外線を照射する光源と、セルの他方の領域を、封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御する制御手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明の封孔材硬化処理装置は、２枚の透明基板が平坦となるまで液晶側に押圧するための押圧手段をさらに備えることを特徴とするものである。

本発明では、封孔材硬化工程において、紫外線照射時の注入口付近(紫外線被照射部分)の温度変化を考慮して、注入口付近の温度を一定に保つように温度制御する手段を採用し
ているので、シール材と封孔材の界面などで起こる液晶の熱膨張による未硬化の封孔材の押し戻しを防ぐことができる。その結果、封孔材とシール材の界面における接着不良を改善し、耐湿性に優れ、気泡などの発生を抑えた液晶セルを得ることができる。

また、本発明の液晶セルの製造方法は、特に液晶セルの外形寸法が小さい場合にその効果が顕著となり、従来の製造方法で、封孔材硬化工程が完了した後に行っていた封孔状態の外観検査が不要となる。これにより、液晶セルの製造歩留まりが改善され、作業効率が上がる。

本発明の液晶セルの製造方法、および本製造方法で使用する封孔材硬化処理装置について以下に説明をする。

まず、本発明の液晶セルの製造方法について説明する。
本発明の液晶セルの製造方法では、従来の製造方法と同様に、図７のように、セル形成工程にて、透明電極(図示せず)や配向膜(図示せず)が形成された、矩形形状の上下の透明基板１、２を透明電極を対向させて配置し、この透明基板１、２を枠状のシール材３で接合して、内部に空間を有するセルを作製する。そして、従来の工程と同様にして、このセル内部に真空注入法によりシール材３に形成された注入口から液晶４を充填する。

次に、封孔材塗布工程にて、図８のように、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５を注入口に塗布して、セル内に充填された液晶４を蓋閉する。この段階で、封孔材５は、未硬化の状態である。

ここで、本発明の特徴部分である封孔材硬化工程について図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明における封孔材硬化工程を行うための装置構成を示す図面である。図２は、セルの注入口付近の温度調整の仕方を示すグラフである。図３は、本発明の封孔方法に従って作製された液晶セルの注入口付近の状態を示す要部拡大図面である。

図１に示す本発明の封孔工程を行うための本発明の封孔材硬化処理装置は、下記記載のようになっている。この封孔材硬化処理装置は、従来と同様にして液晶４が充填して製造されたセルを恒温槽９内に載置し、セルの全域あるいはセルに接している、例えばペルチェ素子により構成される温度制御端子６により、注入口の反対側におけるセルの一方の領域を冷却することが可能となっている。また、本装置は、セルの他方の領域（注入口側の領域）に接する、ペルチェ素子により構成される温度調節端子７によって温度制御を行うことができるようになっている。また、本装置における恒温槽９には、未硬化状態の紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５に、光源１０からの紫外線を照射するための窓１１が設置されている。この恒温槽９、温度制御端子６、温度調節端子７の温度は、温度制御器８によりコントロールされる。

この装置を使って、図１における温度制御器８により温度制御端子６を制御して、セルの注入口の反対側であるセルの一方の領域、あるいは恒温槽９内の温度を制御してセル全域を冷却することにより、液晶４を収縮させて紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５をセル内に引き込む。その後、セル内部に引き込まれた紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５に、窓１１を介して光源１０から紫外線を照射して、封孔材５の硬化処理を行う。その際に、注入口付近の温度を、温度調節端子７を使って、セルの他方の領域への紫外線照射を開始すると同時に一定の温度に保つように温度制御を行い、目的の液晶セルが完成する。なお、このようにして製造された液晶セルの封孔材５とシール材３との接着状態については、後段で説明する。

次に、図２を用いて、上述した注入口付近の温度調整の仕方についてさらに詳細に説明する。本図面の縦軸は、「注入口付近の温度」を示し、横軸は、「紫外線照射時間」を示している。また、本図面に示した１０１は、温度制御を行わない（従来の構成における紫外線照射を行った）場合の注入口付近の温度プロファイルを示し、１０２は、図１に示した装置により、温度調節端子７を制御する温度プロファイルを示し、１０３は、紫外線照射により上昇する温度と温度調節端子７により制御される温度とにより一定温度に保たれた温度プロファイルを示している。

上述したように、セルの内部に引き込まれた紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５を硬化するために、恒温装９内に載置したセルの注入口に、光源１０を用いて窓１１から紫外線照射を行うと、温度制御を行わない場合の注入口付近の温度は、プロファイル１０１に示すように徐々に上昇してしまう。その温度上昇防止のために、図１に示すように、温度制御器８により温度調節端子７を用いて注入口付近の温度が、本図のプロファイル１０２となる様に温度制御を行う。これによって、温度制御された注入口付近の温度は、プロファイル１０３に示すように一定に保たれる。この様にして、温度制御されて形成された液晶セルにおける封孔材５は、課題の欄で説明をした図１０に示した液晶４の熱膨張による接着不良を改善することができる。

このように、温度調節端子７により注入口付近の温度調整をすることで、図３に示す様に、未硬化状態の封孔材５が液晶４によって押し戻されることなく、シール材３と封孔材５の界面が確実に接着された液晶セルを製造することができる。

したがって、本発明の封孔材硬化処理装置を用いて液晶セルを製造すれば、上記した封孔材硬化工程により、封孔材５への紫外線照射による熱の影響を極力抑えることができ、未硬化状態の封孔材５が液晶４によって押し戻されることなく良好な封止を行うことができる。そして、本工程により製造された液晶セルは、耐湿性が十分にもなり、気泡の発生も抑えることができる。その結果、図３に示すような安定した液晶セルの作製が可能となり、封孔状態の外観検査による不良液晶セルの選別も不必要となり、液晶セルの生産性が向上する。

つぎに、本発明の液晶セルの他の製造方法について説明する。本実施例で説明する液晶セルの製造方法と、先に示した実施例１の液晶セルの製造方法との相違点は、封孔材塗布工程を、２枚の透明基板が平坦となるまで液晶側に押圧した後に、封孔材を注入口に塗布する工程とした点と、封孔材硬化工程を、液晶層を押圧した状態のまま、封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御して封孔材を硬化する工程とした点のみであり、他の工程は同じである。上述した工程の改良は、最終的に得られる液晶セルの厚みを極力均一にするためのものであり、これにより、主にセル形成工程に起因する液晶セルの厚みのばらつきを先の実施例に比べて更に均一にすることができる。なお、下記の説明では、本実施例における特徴部分である、封孔材塗布工程と封孔材硬化工程について主に説明する。

ここで真空注入法を用いて透明基板間に液晶を注入するセル形成工程で製造されたセルを図４に示す。本図（ａ）は、注入口を蓋閉する前の段階の上部平面図を示し、同図（ｂ）は、セルが太鼓形状となったときの断面図を、同図（ｃ）は、セルが平坦形状であるときの断面図を示している。

本発明のセル形成工程で製造するセルは、真空注入法により液晶を空セルの内部に注入しているので、平坦形状で形成されたセル（図４（ｃ））や、太鼓形状で形成されたセル
（図４（ｂ））とが混在して製造される。ここで、図４（ｂ）で示す太鼓形状のセルと、図４（ｃ）で示す平坦形状のセルとが混在して得られる理由について以下に説明する。ここでは、複数個の液晶セルを同時に形成する場合について示している。

まず、２枚の大判基板間のギャップを規定するスペーサが混入された、熱硬化性樹脂からなる枠状のシールを、スクリーン印刷等の手段により一方の大判基板に形成する。そして、他方の大判基板を重ね合わせるとともに、両主面側から両基板を加圧焼成することにより、スペーサにより規定されたギャップを保ってシールを熱硬化させて、空セルを形成する。この空セルを形成する工程を、シール熱硬化工程とする。

そして、大判基板内にマトリックス状に並んだ空セルからライン状に複数個の空セルを配列する短冊状セルを、スクライブブレーク法を用いて形成する。このときライン状に並んだ空セルの注入口は、一方向を向いている。

次に、実施例１で示したセル形成工程を行う。本工程は、この短冊状空セルを真空状態としたチャンバー内に載置し、同じくチャンバー内の液晶槽に注入口を浸した状態で、この真空状態を解除して行う。すると、チャンバーの内圧が真空状態から常圧状態となることで、空セル内に液晶が充填され、図４に示すセルを得ることができる。

このようにして製造されるセルは、真空注入で行うセル形成工程では、空セルを形成するためのシール熱硬化工程における、加圧焼成時の基板内の圧力不均一性に起因する原因や、セルへの液晶の真空注入後における、大気解放時に掛かるチャンバー内の圧力分布の不均一性に起因する原因により、図４（ｂ）に示す形態や、図４（ｃ）に示す形態となってしまうことが考えられる。このように、大判基板を用いて同時に目的のセルを形成しようとした場合、図４（ｂ）で示す太鼓形状のセルと、図４（ｃ）に示す平坦形状のセルが混在して形成されてしまい、特に小型で薄型のセルを形成しようとした場合、つまり、注入する液晶の量が少なくて、使用する基板厚が薄いセルを製造しようとする場合に、この現象が顕著に現れる。

ここで、セル形成工程にて得られた太鼓形状のセルを光学測定等の手段を用いて選別して、平坦形状のセルのみを封孔材塗布工程と封孔材硬化工程を経て目的の液晶セルを得れば良いが、それでは、不良選別等の手間や製造歩留まりの悪化の要因となり好ましくない。そこで、下記に示す封孔材硬化処理装置を用いて封孔材塗布工程と封孔材硬化工程を行うことで、この太鼓形状となってしまったセル（図４（ｂ）と平坦形状のセル（図４（ｃ））とが混在してしまった場合であっても、常に安定して良品の液晶セルを製造することができる。以下にその製造プロセスについて詳細に説明する。

まず、本実施例における特徴部分である封孔材塗布工程と封孔材硬化工程について図５、図６を用いて説明する。図５は、本実施例における封孔材硬化処理装置、および封孔材塗布工程を説明するための図面である。図６は、図５の続きの工程である、本実施例における封孔材硬化工程を示す図面である。

図５に示す本実施例における封孔材硬化処理装置は、実施例１に示したと同様に、セルの一方の領域を冷却するための温度制御端子６と、セルの注入口側の他方の領域に接するための温度調節端子７と、未硬化の紫外線硬化型樹脂からなる封孔材５に、光源１０からの紫外線を照射するための窓１１とを備えている。また、この恒温槽９、温度制御端子６、温度調節端子７の温度は、温度制御器８によりコントロールできるようになっている。さらに、本実施例における封孔材硬化処理装置は、圧電素子などの押圧手段１２によりセル形状を制御することができるようになっており、この押圧手段１２に接続された圧力制御器１３によりセルにかかる圧力を加減できる構成になっている。

次に、上記封孔材硬化処理装置を用いた封孔材塗布工程について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、図４（ｂ）に示した太鼓形状となったセル、または図４（ｃ）に示した平坦形状のセルを恒温槽９内に載置する。なお、本図面では、太鼓形状のセルを示している。この状態では、押圧手段１２によりセルは押圧されていない。

次に、図５（ｂ）に示すように、圧力制御器１３に接続された押圧手段１２を用いてセルの厚みを均一となるように、すなわち、２枚の透明基板が平行となるまで押圧することにより、本来必要でなかった余分な液晶を注入口から排出する。そして、この押圧手段１２により透明基板を押圧した後に、注入口から排出された余分な液晶を拭き取る。

なお、平坦形状のセルは、ここでは、図５（ｂ）の工程で、２枚の透明基板が平行となるまで押圧手段１２により液晶層側に押圧されるが、このセルは、元々平坦形状となっているので、液晶４は注入口から溢れ出ることなく、平坦形状が維持される。

続けて、図５（ｃ）に示すように、押圧手段１２によるセルへの押圧状態を維持したまま、セルの注入口に封孔材５の塗布を行う。

次に、本実施例における封孔材硬化処理装置を用いた封孔材硬化工程について説明する。
図６に示すように、セルの注入口にはすでに封孔材５が塗布されているため、押圧した状態を維持しつつセルの注入口側の他方の領域に接触させた温度制御端子７を温度制御器８により制御して、セルの注入口とは反対側のセルの一方の領域、あるいは恒温槽９を制御してセル全域を冷却することにより液晶４を収縮させて、封孔材５をセル内に引き込む。その後、実施例１と同様にして、セル内部に引き込まれた封孔材５に、窓１１を介して光源１０から紫外線を照射して、封孔材５の硬化処理を行う。その際に注入口付近の温度を、温度調節端子７を使って、セルにおける他方の領域への紫外線照射を開始と同時に一定の温度に保つように温度制御を行い、図３に示した目的の液晶セルが完成する。

この様に、セル形成工程が終了した時点で、図４（ｂ）に示した太鼓形状のセルと、図４（ｃ）に示した平坦形状のセルとが混在していたとしても、封孔材塗布工程、封孔材硬化工程において押圧状態を維持することで、均一な厚みで２枚の透明基板を平行とした液晶セルを作成できる。

また、上述した封孔材塗布工程と封孔材硬化工程により、良好な封止が行えるだけでなく、セル形成工程おいて太鼓形状となった液晶セルの厚みを、より均一にすることが可能であり、これにより液晶セルの製造良品率を向上させることができる。

したがって、セル形成工程にて得られた太鼓形状のセルを光学測定等の手段を用いてわざわざ選別しなくとも、目的の液晶セルを容易に製造することができ、不良選別等の手間や製造歩留まりの悪化を極力抑えることができる。

なお、セルへの液晶の真空注入後における、大気解放時に掛かるチャンバー内の圧力分布の不均一性に起因する原因のみに起因して、液晶注入以前のセル形状が平坦であるにもかかわらず、液晶の注入過多により太鼓形状となっていたセルについて本実施例の製造工程を適用する場合は、封孔材塗布工程において押圧手段１２により過多の液晶を排出し、その余分な液晶を拭き取った後は、押圧手段１２によるセルへの押圧状態を解放して、実施例１と同様に封孔材硬化工程を行うことも可能である。

また、光学測定等の手段を用いて選別した太鼓形状のセルのみを上記封孔材塗布工程と
封孔材硬化工程を経て、目的の液晶セルを製造しても一向に構わない。

本発明の液晶セルの製造方法における封孔材硬化工程を行うための装置構成を示す図面である。 本発明の液晶セルの製造方法における封孔材硬化工程での注入口付近の温度調整の仕組みを説明するためのグラフである。 本発明の液晶セルの製造方法における封孔材塗布工程で作製されたセルの注入口付近の状態を示す要部拡大図面である。 本発明の液晶セルの製造方法における液晶注入後のセルの形状を示す図面である。 本発明の液晶セルの製造方法における封孔材塗布工程、および封孔材硬化処理装置の構成を示す図面である。 本発明の液晶セルの製造方法における封孔材硬化工程を示す図面である。 従来の液晶セルの製造方法におけるセル形成工程を示す図面である。 図７の続きの工程である封孔材塗布工程を示す図面である。 図８の続きの工程である封孔材硬化工程を示す図面である。 従来の製造方法により製造された液晶セルの注入口付近の状態を示す要部拡大図面である。

符号の説明

１、２透明基板
３ シール材
４ 液晶
５ 封孔材
６ 温度制御端子
７ 温度調節端子
８ 温度制御器
９ 恒温槽
１０ 光源
１１ 窓
１２ 押圧手段
１３ 圧力制御器
１０１〜１０３ 温度プロファイル

Claims (5)

1. 液晶セルの製造方法において、
   ２枚の矩形形状の透明基板の間隙に、前記透明基板の一辺側に設けた注入口から液晶を注入するセル形成工程と、
   紫外線硬化型樹脂からなる封孔材を前記注入口に塗布する封孔材塗布工程と、
   前記注入口の反対側であるセルの一方の領域、または全体の領域を冷却して前記液晶を収縮させた後に、セルの他方の領域を、前記封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御して前記封孔材を硬化する封孔材硬化工程と、を有する
   ことを特徴とする液晶セルの製造方法。
2. 前記封孔材塗布工程は、２枚の透明基板が平坦となるまで前記液晶側に押圧した後に、前記封孔材を前記注入口に塗布する工程である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶セルの製造方法。
3. 前記封孔材硬化工程は、前記液晶層を押圧したまま、前記封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、紫外線照射を開始した温度を一定に保つ様に温度制御して前記封孔材を硬化する工程である
   ことを特徴とする請求項２に記載の液晶セルの製造方法。
4. ２枚の矩形形状の透明基板の間隙に配した液晶を冷却しながら、紫外線硬化型樹脂からなる封孔材が塗布された注入口付近に紫外線を照射することで、前記封孔材を硬化させるための封孔材硬化処理装置において、
   注入口の反対側であるセルの一方の領域、または全体の領域を冷却して、前記液晶を収縮させる液晶冷却手段と、
   前記注入口付近に紫外線を照射する光源と、
   セルの他方の領域を、前記封孔材への紫外線照射を開始すると同時に、開始した温度を一定に保つ様に温度制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする封孔材硬化処理装置。
5. ２枚の透明基板が平坦となるまで液晶側に押圧するための押圧手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の封孔材硬化処理装置。

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