JP2007507756A - 液晶セル組立て方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本明細書で提供するのは、液晶セル製造プロセス及び組立てシステムである。機械的ステップを略雰囲気条件下で（真空環境においてとは対照的に）行い、それにより液晶セル組立てを簡素化する。かかる条件下では、大型パネルの、気泡の無い液晶セルの作製を、経済的に実現可能である。

【選択図】 図５

Description

液晶系装置は至る所に存在し、携帯電話、コンピュータ及び他の装置の小型ディスプレイから、小型及び大型モニターまで様々な用途に用いられている。液晶技術は、切替可能なウィンドウにおける用途にも魅力的である。

液晶セル、特に大型の液晶セル、を製造する際には、液晶を充填するステップがしばしば障害になる。“真空充填”及び“真空引き”等の従来のプロセスに関する主な短所として、長時間に亘る処理時間や、硬化後のスジの入った外観（特に液晶充填孔周り）等が挙げられる。このため、従来の液晶充填処理では、全体的な歩留まりが低い。

同様に、液晶ディスプレイの製造プロセスにおいても、液晶充填は極めて時間や費用が掛かるステップである。これは、パネル寸法が、例えば２０インチ（対角線）以上で、セルギャップが極小（例えば、約２〜５μｍ）である場合、大変重要になる。充填時間が９時間を超えると都合が悪くはない。

従来の液晶セル充填法は、空セルの内部と外部との間に圧力差を発生させることに基づいている。通常、空セルを予め形成して真空チャンバ内に置き、圧力差を発生させる。液晶材料を、真空チャンバ内の圧力を再び１気圧に戻す際に、充填孔からセルに圧入する。空液晶セルの内部からの排気は、特に液晶パネルのサイズが寸法について増大する場合、極めて時間が掛かるプロセスとなる。

“１滴”充填法が近年開発され、注入時間を時間から分単位へと短縮させたものの、多くのステップ（液晶滴下、密封剤滴下及び硬化、セル位置決め）を、気泡を閉じ込めないよう、真空環境において行う必要がある。そうしたプロセスには、高性能なシステムが要求され、その結果高額な設備コストや不都合な操作が要求される。

従来の１滴充填法では、液晶セル充填時間を、液晶材料を制御可能な方法で、真空環境内で滴下することにより短縮しようとした。閉じ込められた真空泡を圧縮し、セルを１気圧に戻して後、取除く。しかしながら、この１滴充填法は、その滴下メカニズムの結果泡を閉じ込めてしまうため、雰囲気環境には適した解決策ではない。そのため、このプロセスでも、滴下、位置決め、及び積層等のステップに関して真空環境が要求されるので、複雑で費用が掛かってしまう。

従って、液晶セル製作技術において、従来の液晶充填システム及び方法で要求されるような、真空条件以外、又は相当な圧力差を必要とするシステム以外の圧力条件で操作（部分的又は全体的に）可能な液晶滴下メカニズムに対するニーズが未だ存在する。そうしたシステムでは、結果として得られる液晶パネルにおいて泡の形成を最小限に抑える又は取除く必要がある。

本出願により、液晶セル製造プロセス及び組立てシステムを提供するが、該プロセス及びシステムでは、機械的ステップを、略雰囲気条件下で（真空環境とは対照的に）行い、それにより液晶セル組立てを簡素化する。特に、組立て、液晶材料の滴下、位置合わせ及び接着に関する機械的ステップを、好適には、略雰囲気条件下で行う。

本明細書の方法及びシステムにより気泡のない液晶セルを提供するが、そこでは機械的ステップを略雰囲気条件で行う。これらの方法及びシステムにより大型（例えば、幅又は高さ寸法が約０．５メートル以上である）で気泡のない液晶セルの組立てが可能になる。

液晶セルを製造する１方法には一般に：
第１略平板状基板を第１位置に第１基板内面及び第１基板外面を有して雰囲気環境において設けること、
第２略平板状基板を第２基板内面及び第２基板外面を有して雰囲気環境において設け、第１基板内面と第２基板内面を互いに対向させ、更に該第２基板を第２位置に存在させること；
第１基板及び第２基板両方の第１遠位端部を一時的に接着すること；
第２基板を第２端部から持上げ、それにより上記第２基板が上記第１位置にある上記第１基板に対して角度αを成すようにし、その結果基板サブアセンブリを雰囲気環境において形成すること；
脱気した液晶材料を上記第１基板内面上に雰囲気環境において滴下すること；
第１基板と第２基板との間の角度αを維持しながら上記基板サブアセンブリを傾斜させ、上記液晶材料が上記第１遠位端部に向かい雰囲気環境において流れるようにし、それにより上記液晶材料を上記第１遠位端部で側端部に向かう方向に流すこと；
上記基板サブアセンブリを、上記第１基板が上記第１位置になる位置に戻すこと、及び角度αを零角まで減少させ、それにより第１基板と第２基板とを隣接させること；
第２遠位端部及び、第１基板及び第２基板両方の辺を雰囲気環境において一時的に接着すること；
一時的に接着した基板サブアセンブリを積層して、液晶材料が基板内面を覆うようにすること；及び
基板アセンブリを封止すること、を備える。

別の液晶セル製造方法には一般に：
第１略平板状基板を第１位置に第１基板内面及び第１基板外面を有して雰囲気環境において設けること、
脱気した液晶材料を上記第１基板内面上に雰囲気環境において滴下すること；
第２略平板状基板を第２基板内面及び第２基板外面を有して雰囲気環境において設け、該第１基板内面と該第２基板内面を互いに対向させ、更に該第２基板を第２位置に存在させること；
第１基板及び第２基板両方の第１遠位端部を一時的に接着し、同時にそれとは反対側の第１基板及び第２基板の第２遠位端部を、上記第２基板が上記第１位置にある上記第１基板に対して角度αになるよう維持し、それにより基板サブアセンブリを雰囲気環境において形成すること；
第１基板と第２基板との間の角度αを維持しながら、上記基板サブアセンブリを傾斜させて、上記液晶材料が上記第１遠位端部に向かい雰囲気環境において流れるようにし、それにより上記液晶材料を上記第１遠位端部で側端部に向かう方向に流すこと；
上記基板サブアセンブリを、上記第１基板が上記第１位置になる位置に戻すこと、及び角度αを零角まで減少させ、それにより第１基板と第２基板とを隣接させること；
第２遠位端部及び、第１基板及び第２基板両方の辺を雰囲気環境において一時的に接着すること；
一時的に接着した基板サブアセンブリを積層して、液晶材料が基板内面を覆うようにすること；及び
基板アセンブリを封止すること、を備える。

好適な実施例においては、サブアセンブリを傾斜させる際、滴下した液晶材料の流れを最適にし、それにより積層前又は積層中材料について泡の発生を最小限に抑える、及び取除くのが好ましい。これを達成する１方法は、第１遠位端部（即ち、傾斜前に一時的に封止した端部）での“点接触”により特徴付けられる。この点接触を、最も好適には第１遠位端部に沿った一点に限定する。第１遠位端部に接触後、傾斜位置からサブアセンブリを戻す間に、液晶材料を第１の接着した遠位端部に沿って両側に向かい流す。一点接触が達成できない（即ち、液晶材料が第１遠位端部に沿って複数の点に流れる）場合には、空気が上記複数の点の間に閉じ込められ易くなり、大幅に逃げを阻害してしまう。

液晶系装置を提供し、かかる液晶系装置を製造する方法について記述するが、それにより大幅な製造コストの節約を実現する可能性がある。この方法を適用して、ディスプレイ装置、切替可能なウィンドウ構造体、又は他の液晶装置を製造してもよい。

切替可能ウィンドウ１０を概略的に図１に示す。切替可能ウィンドウ１０には一般に１対の基板１２、１４、及び液晶層１６を備える。

電圧を液晶材料層１６に適当な導体１８、２０を介して印加し、それにより液晶材料の光学的性質を、当業者には既知のように、変化させる。例えば、上記液晶材料を略透明状態から散乱又は不透明状態に切替えてもよい。

かかる液晶セル、特に大型液晶セル、の製造に関連する１つの重要な問題として、液晶セルへの気泡混入がある。こうした現象を最小限に抑えるための従来の解決法は、組立て、積層、位置合わせ及びその他の製造ステップを真空環境で行うことである。

本開示では、新規の液晶充填プロセス及びパネル封入プロセスについて記述する。

かかるプロセスにより、好適には、気泡を最小限度に抑える、又は完全に取除くという結果を齎す。

更に、間もなく開示する方法及びシステムは大型液晶パネル寸法にも容易に適用できる。本開示と従来のシステムで教示された開示との主な相違点は、液晶滴下メカニズムにある。本開示は、上基板と下基板を一緒に合体させて“セル”構造を形成する際に、気泡の混入を最小限に抑える又は取除く方法を特徴としている。

ここで説明する液晶滴下及びセル封入プロセスは、好適には、雰囲気環境で実施される。従って、必要な設備は簡素で安価である。更に、ここで説明する液晶滴下及びセル封入プロセスは、ある種のネマチック、スメクチック（例えば、強誘電体）、ディスコティック；又はコレストリック液晶等の材料を含むが、これらに限定されない各種の液晶材料に適応できる。こうした材料を、単独で又は高分子分散型液晶、高分子安定化コレストリック・テクスチャー（ＰＳＣＴ）、又は他の適当な化合物等のように混合して、使用してもよい。例えば、適当なＰＳＣＴ混合物の粘度は、約４０センチポアズ〜約８０センチポアズである。しかしながら、本技術では、その粘度が約１００センチポアズまで、約３００センチポアズまで、又は条件及びセル寸法により更にそれ以上である液晶ブレンド物に適用してもよい。その上、本技術を同様な粘度を有する他の材料にも適応させてもよい。

次に、図２Ａ〜図９を参照して、液晶セルを製造する好適な方法を提供する。概して、ここで使用する基板を既知の慣行に従い準備した。例えば、切替可能ウィンドウに関して、第１及び第２基板には、切替可能ウィンドウの当業者に一般に既知のような、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の適切な導電層を有する適当な透明基板を含んでもよい。

ディスプレイに関して、第１基板には、一般に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の適当なアドレッシング構造を備え、第２基板には、適当なカラーフィルタを備える、又はそれらを逆にして、液晶ディスプレイの当業者に既知のように、備えてもよい。概して、基板準備には、第１及び第２の両基板の洗浄、例えば、超音波洗浄システムにおける洗浄を伴う。更に、基板準備には、適当なスペーサを使用して、基板間の距離を一定に維持することを含む。例えば、ファイバースペーサを、第１（下）基板に例えばその導電側又はフィルタ側を上方に向けて、噴霧してもよい。ここで留意すべきは、スペーサも液晶材料混合物中に加えてもよいことである。

図２Ａを特に参照すると、第１略平板状基板３０（図中下基板として設置される）を、第１位置に配設する。第１基板には、第１基板内面及び第１基板外面を含む。

更に、第２基板内面及び第２基板外面を有する第２略平板状基板３２（図中上基板として設置される）を配設するが、第１基板内面及と第２基板内面は互いに対向し、更に第２基板は第２位置に存在する。第１基板３０及び第２基板３２を一時的に両基板の第１遠位端部で、例えばテープ３７ａで接着する。

図３Ａを参照すると、第２基板３２を、該第２基板３２が第１位置にある第１基板３０に関して角度αを成す様に第２端部から持上げ、それにより雰囲気環境で基板サブアセンブリを形成する。

脱気された液晶材料を上記第１基板内面に雰囲気環境で滴下する。図２Ａ及び図３Ａのステップにより液晶セル・サブアセンブリ３８を提供する（図４）。

変形例として、次に図２Ｂを特に参照すると、まず第１基板３０を配設する。液晶滴下ステップを示すと、液晶材料混合物を、例えば真空チャンバで、脱気する。ある量の液晶材料を滴下して材料の塊体３４を形成する。

塊体３４を形成するために使用する液晶材料の量は、最終的に基板３０と基板３２との間に充填するのに十分な量であるべきである。液晶材料を、例えば分離漏斗又は他の適当な滴下ツールを介して、滴下してもよい。好適には、滴下中は撹拌を避ける。

やはり図２Ｂを参照して、積層開始ステップを示す。例えば、下基板３０の３縁部の下側に片面テープ又は任意の他種類の除去可能な接着剤、例えば３６ａ、３６ｂ及び３６ｃを付ける。該テープの粘着力は、処理中に基板を共に保持するに十分強く、けれども後処理段階で除去するのに十分容易であるべきである。１つの適当なテープとして、ナシュア（Ｎａｓｈｕａ）アルミホイルから市販されているものが、確認されている。

次に図３Ｂを参照して、第２（上）基板３２を示す。基板３２の前縁部を基板３０の前縁部と位置合わせする。

ここで留意すべきは、ＩＴＯ（又はＴＦＴ層）を下基板３０に向けることである。上基板３２を下基板３０と該両基板の前縁部でのみ接触させる。上基板３２を下基板３０に対してスラント角αにする。両基板を一時的にテープ部３６ａにおいて接着させるが、本実施例ではテープ３６ａ’を折りこれを行う。ここで留意すべきは、本実施例ではテープを示すが、当然ながら他の適当な一時的な接着方法又は材料を用いてもよい。図２Ｂ及び図３Ｂのステップにより液晶セル・サブアセンブリ３８を提供する（図４）。

次に、図４を参照すると、同じスラント角αを維持しながら、サブアセンブリ３８全体（下基板３０及び上基板３２を含む）を傾斜させる。ここで留意すべきは、図４〜図９のステップは、それ以前のステップである図２Ａ、図３Ａ又は図２Ｂ、図３Ｂの選択如何に関わらず同じである。好適には、サブアセンブリ３８を徐々に傾斜させる。液晶材料を前縁部へ、好適には一点として、参照番号４０で示すように、流すようにする。振動を利用し、それにより液晶材料が流れる際の特性のばらつきに起因する気泡混入を防止してもよい。

次に図５を参照すると、液晶材料混合物の流れが前縁部に到達している。適切な条件（例えば、チルト角度、材料粘度、塊体３４の配置、及び他の要因）が揃った場合、液晶材料は側縁部に向けて、参照番号４２で表すように、拡大するはずである。ある実施例では、この流れを縁部から約３〜約４インチまで到達可能にする。サブアセンブリ３８を平坦な位置に戻す。

液晶材料の滴下及び傾斜させながら流すことに関して、図１０Ａ〜図１０Ｄについて更に詳細に記述する。図１０Ａを参照すると、液晶材料の塊体３４を滴下する。アセンブリをチルト角度及び傾斜率の最適範囲で（また、材料粘度、面摩擦等を含むが、それに限定されない他の要因も考慮して）傾斜させると、図１０Ｂに参照されるように、点接触部４０が確立される。この点接触部は、全く点接触が確立されない状態を示す図１０Ｅからも明らかなように、重要である。液晶材料間の無充填領域５０により、液体内での空洞部分が、全く逃げ路が無い状態で、混入されてしまい、その結果気泡の無いセルを、実質的に相当な圧力差（例えば、従来の真空技術）無しには、作製不可能にしている。図１０Ｃ及び図１０Ｄを参照すると、液晶材料の流れが前縁部に残存しており、テープ３６ａを有する縁部を横断し４１、４２、最終的にセルの閉鎖前にはセル側縁部付近にまで達する。

次に、図６を参照すると、スラント角αを徐々に減少させて零にし、それによりガラスを閉鎖してアセンブリ４４を形成する。

次に図６及び図７を参照すると、アセンブリ４４を平面（図示せず）上に置く。テープを側縁部周囲に合着させる（図２Ａ及び図３Ａに関して記述した予備ステップの場合のように）、又は参照番号３６ｂ’及び３６ｃ’で示すように、折曲げる（図２Ｂ及び図３Ｂに関して記述した予備ステップの場合のように）。

アセンブリ４４をその後、例えば積層ローラ４６により、積層を行う。

ローラ４６の速度は、液晶の流れが適当な速度でパネル全体に亘り拡散するよう最適化すべきである。図８では、積層後のアセンブリ４４を示しており、そこでは液晶材料をセル全体に亘り拡散させている。

ある実施例では、アセンブリを更に処理して積層中に発生した可能性のあるスジを解消する必要があるかも知れない。好適には平面上にアセンブリを置いたまま、テープ３６ａ〜３６ｃを除去する。液晶材料を、積層中に発生した可能性のある如何なるスジも塗潰してしまう形で、上側プレートを下側プレートに対して（又は、その逆に）移動させることにより、接触面に沿って広げる。

ある実施例では、所望の液晶セルを形成するために最終的にアセンブリを封止する前に、位置合わせ又は位置決めが必要となるかも知れない。例えば、処理時に幾つかの時点で基板を位置合わせすることは、液晶セルの技術分野では周知である。１例では、上側プレートと下側プレートを若干（例えば、約２ｍｍずつＸ及びＹの両方向に）ずらしてもよい。上基板及び下基板をその後、上基板及び下基板の位置決め印を位置合わせすることにより（液晶セル技術分野の当業者には既知のように）位置決めしてもよい。次に、位置合わせしたアセンブリを、例えば、ホットメルト・グルー・ガン又は適当な均等物で、隅部を接着することにより固定してもよい。

ある実施例では、セルギャップを制御する必要があるかも知れない。例えば、積層した液晶アセンブリを平面上に置くかも知れない。該アセンブリを、例えば、エアーバックを使い、エアーバックに圧力を印加することにより、圧縮してもよい。ある好適な実施例では、エアーバックを約７ｐｓｉまで膨張させる。

セル製造プロセスを仕上げるために、アセンブリ４４を、通常、基板３０、３２を接着することにより封止する必要がある。これを任意の既知の方法により達成してよく、１実施例として、例えば、アセンブリを、例えばセルギャップ制御と関連して上述したように、約７ｐｓｉの圧力のエアーバック下に維持する。過剰な液晶材料を液晶セル・アセンブリ４４の縁部に沿って取除いてもよい。エアーバックの圧力を若干減圧して（例えば、約６ｐｓｉまで）、液晶材料をセル内部に還流させてもよい。図９を参照すると、光硬化型接着剤４８をセル縁部に塗布する。選択した液晶材料と反応しない任意の適当な接着剤を使用してもよい。その後圧力を更に約４ｐｓｉまで減圧し、それにより接着剤を縁部に沿って基板３０と基板３２の間に侵入させてもよい。最後に縁部を、選択した接着剤の種類により指示される適当な光源で硬化させる。当該技術分野で周知のように、このセルを洗浄してもよい。

液晶セルをこのように本発明に従い、基板上への滴下前に液晶材料を脱気するためにのみ真空を必要として、作製する。滴下、積層、位置合わせ、及び全ての他のステップを、従来のプロセスで要求された真空環境において実施する必要がない。

好適な実施例を示し記述してきたが、多様な変形例及び置換をそれらに対して、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、実施してもよい。従って、当然ながら、本発明は限定ではなく例示として記述されている。

液晶セル・アセンブリの例を表す。 本明細書における組立て方法の１実施例による、液晶セル・アセンブリを製造する第１概略ステップを示す。 本明細書における組立て方法の第２実施例による、液晶セル・アセンブリを製造する第１概略ステップを示す。 本明細書における組立て方法の１実施例による、液晶セル・アセンブリを製造する第２概略ステップを示す。 本明細書における組立て方法の第２実施例による、液晶セル・アセンブリを製造する第２概略ステップを示す。 液晶セル・アセンブリを製造する第３概略ステップを示し、基板間の角度αを維持しながら液晶セル・サブアセンブリを傾斜させた状態、及び一時的に接着した縁部に向かう液晶材料の点接触について示す。 液晶セル・アセンブリを製造する第４概略ステップを示し、一時的に接着した縁部に沿って液晶材料が横に広がった状態を示す。 液晶セル・サブアセンブリを封止した及び水平にした状態について示す。 液晶セル・アセンブリの積層について示す。 液晶セル・アセンブリの積層について示す。 液晶セル・アセンブリの縁部封止について示す。 液晶材料の流れパターンの詳細を説明する。 液晶材料の流れパターンの詳細を説明する。 液晶材料の流れパターンの詳細を説明する。 液晶材料の流れパターンの詳細を説明する。 液晶材料の流れパターンの詳細を説明する。 本明細書における液晶セル組立て方法の組立てステップに関するフローチャートを提供する。

符号の説明

１０ 切替可能ウィンドウ
１２、１４ 基板
１６ 液晶層
３０ 下基板、第１基板
３２ 上基板、第２基板
３４ 塊体
３６ａ テープ部
３７ａ テープ
３８ サブアセンブリ
４０ 点接触部
４４ アセンブリ
４６ 積層ローラ
４８ 光硬化型接着剤
５０ 無充填領域

Claims (7)

1. 略全ての機械的ステップを略雰囲気条件下（真空環境においてとは対照的に）行い、それにより液晶セル組立てを容易にすること、を備えることを特徴とする液晶セル製造方法。
2. 略雰囲気条件下で、組立てること、液晶材料を滴下すること、位置合わせすること及び接着すること、を備えることを特徴とする液晶セル製造方法。
3. 気泡のない液晶セルを形成する可能性があること、を特徴とする請求項１又は２に記載の液晶セル製造方法。
4. 少なくとも約０．５メートル以上の寸法の、気泡のない液晶材料を有するセルを形成する可能性があること、を特徴とする請求項１又は２に記載の液晶セル製造方法。
5. 第１略平板状基板を第１位置に第１基板内面及び第１基板外面を有して雰囲気環境において設けること、
   第２略平板状基板を第２基板内面及び第２基板外面を有して雰囲気環境において設け、該第１基板内面と該第２基板内面を互いに対向させること、
   第１基板及び第２基板両方の第１遠位端部を一時的に接着すること、
   反対側にある第１基板の第２基板の第２遠位端部を変位させ、それにより前記第２基板が前記第１位置にある前記第１基板に対して角度αを成すようにし、その結果基板サブアセンブリを雰囲気環境において形成すること、
   脱気した液晶材料を前記第１基板内面上に雰囲気環境において滴下すること、
   第１基板と第２基板との間の角度αを維持しながら前記基板サブアセンブリを傾斜させ、前記液晶材料が前記第１遠位端部に向かい雰囲気環境において流れるようにし、それにより前記液晶材料を前記第１遠位端部で側端部に向かう方向に流すこと、
   前記基板サブアセンブリを、前記第１基板が前記第１位置になる位置に戻すこと、及び角度αを零角まで減少させ、それにより第１基板と第２基板とを隣接させること、
   第２遠位端部及び、第１基板及び第２基板両方の辺を雰囲気環境において一時的に接着すること、
   一時的に接着した基板サブアセンブリを積層して、液晶材料が基板内面を覆うようにすること、及び
   基板アセンブリを封止すること
   を備えること、を特徴とする液晶セル製造方法。
6. 第１略平板状基板を第１位置に第１基板内面及び第１基板外面を有して雰囲気環境において設けること、
   脱気した液晶材料を前記第１基板内面上に雰囲気環境において滴下すること、
   第２略平板状基板を第２基板内面及び第２基板外面を有して雰囲気環境において設け、該第１基板内面と該第２基板内面を互いに対向させ、更に該第２基板を第２位置に存在させること、
   第１基板及び第２基板両方の第１遠位端部を一時的に接着し、同時に反対側の第１基板及び第２基板の第２遠位端部を、前記第２基板が前記第１位置にある前記第１基板に対して角度αになるよう維持し、それにより基板サブアセンブリを雰囲気環境において形成すること、
   第１基板と第２基板との間の角度αを維持しながら、前記基板サブアセンブリを傾斜させて、前記液晶材料が前記第１遠位端部に向かい雰囲気環境において流れるようにし、それにより前記液晶材料を前記第１遠位端部で側端部に向かう方向に流すこと、
   前記基板サブアセンブリを、前記第１基板が前記第１位置になる位置に戻すこと、及び角度αを零角まで減少させ、それにより第１基板と第２基板とを隣接させること、
   第２遠位端部及び、第１基板及び第２基板両方の辺を雰囲気環境において一時的に接着すること、
   一時的に接着した基板サブアセンブリを積層して、液晶材料が基板内面を覆うようにすること、及び
   基板アセンブリを封止すること
   を備えること、を特徴とする別の液晶セル製造方法。
7. 第１端部で点接触を確立することを備え、該第１端部は傾斜させた端部の低位端とし、その結果流れを第１端部に沿って両側に向けて横断可能にすること、を特徴とする滴下した液晶材料の流れを基板上で制御する方法。
   
   
   

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