JP2010210769A - 液晶表示装置の製造方法および液晶表示装置の製造装置 - Google Patents

液晶表示装置の製造方法および液晶表示装置の製造装置 Download PDF

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貴弘 木村
Kazuki Naoki
一樹 直木
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Abstract

【課題】 スペーサ粒子を適正に配置することにより高品質な液晶表示装置を製造することが可能な液晶表示装置の製造方法および液晶表示装置の製造装置を提供する。
【解決手段】 透明基板における画素領域に付着防止液を塗布する塗布工程と、透明基板における画素領域以外の領域に、インクジェット方式によりスペーサ粒子分散液を吐出することにより、スペーサ領域を生成するスペーサ領域生成工程と、透明基板を摂氏90度以下の温度で加熱することにより、スペーサ粒子分散液から揮発成分を蒸発させるとともに、スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を固着させるプリベーク工程と、透明基板に塗布された付着防止液を除去する付着防止液除去工程と、透明基板を摂氏200度程度の温度で加熱することにより、スペーサ領域のスペーサ粒子と透明基板を強固に固着させるポストベーク工程とを備える。
【選択図】 図5

Description

この発明は、基板間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成する液晶表示装置の製造方法および液晶表示装置の製造装置に関する。
液晶表示装置は、2枚の基板の間に、透明電極、カラーフィルターおよびブラックマトリックスが配置され、さらに透明電極間の空間に液晶が封入された構成を有する。このときに、2枚の基板の間隔を規制し、液晶層の厚みを適正にするために、スペーサが形成される。
従来、このスペーサは、フォトリソ法を利用して形成されていたが、マスクを使用した工程が必要となり作業工程が煩雑となるばかりではなく、材料の使用効率が悪いという問題がある。このため、基板にインクジェット方式でスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出することにより、スペーサ粒子でスペーサを形成する液晶表示装置の製造方法が提案されている(特許文献1参照)。
特開2005−4094号公報
インクジェット方式で液体を吐出したときには、サテライトと呼称される主液滴とは分離した微小な液滴が発生する。インクジェット方式においては、インクジェットヘッドと基板とを相対的に移動させながら液体を吐出する方式であるため、サテライトと呼称される液滴は、主液滴とは異なる位置に滴下される。
このため、スペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液をインクジェットヘッドにより吐出した場合、スペーサとなるスペーサ領域以外の領域に滴下したサテライトにスペーサ粒子が存在する場合がある。このようなスペーサ粒子が液晶表示装置におけるカラーフィルター部分に存在すると、その部分の液晶分子が正常な配向動作を実行できないことから、光漏れや光抜けといった品質低下の原因となる。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スペーサ粒子を適正に配置することにより高品質な液晶表示装置を製造することが可能な液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、基板間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成する液晶表示装置の製造方法であって、前記基板における画素領域にスペーサ粒子が付着することを防止するための付着防止液を、前記画素領域に塗布する塗布工程と、前記基板における画素領域以外の領域に、インクジェット方式によりスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出することにより、スペーサ粒子を含むスペーサ領域を生成するスペーサ領域生成工程と、前記スペーサ領域が生成された基板を第1の温度で加熱することにより、スペーサ粒子分散液から揮発成分を蒸発させるとともに、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を固着させるプリベーク工程と、前記画素領域に塗布された付着防止液を除去する付着防止液除去工程と、前記除去液が除去された基板を前記第1の温度より高い第2の温度で加熱することにより、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を強固に固着させるポストベーク工程とを備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記付着防止液除去工程においては、基板の表面に高圧の空気を噴出することにより、前記基板に塗布された付着防止液を除去する。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記空気の圧力は0.1メガパスカル乃至5メガパスカルである。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記付着防止液の比重が前記スペーサ粒子分散液の比重より大きい。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記付着防止液の沸点が前記スペーサ粒子分散液の沸点より高い。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記第1の温度は、摂氏90度以下である。
請求項7に記載の発明は、基板間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成する液晶表示装置の製造装置であって、前記基板における画素領域に、インクジェット方式により、前記画素領域にスペーサ粒子が付着することを防止するための付着防止液を塗布する第1インクジェットヘッドユニットと、前記基板における画素領域以外の領域にインクジェット方式によりスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出して、スペーサ粒子を含むスペーサ領域を生成する第2インクジェットヘッドユニットと、基板を前記第1インクジェットヘッドユニットおよび前記第2インクジェットヘッドユニットに対して相対的に移動させる移動機構と、を備えたインクジェット画像記録手段と、前記スペーサ領域が生成された基板を第1の温度で加熱することにより、スペーサ粒子分散液から揮発成分を蒸発させるとともに、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を固着させる第1加熱手段と、前記基板の表面に流体を噴出することにより、前記基板に塗布された付着防止液を除去する付着防止液除去手段と、前記付着防止液が除去された基板を前記第1の温度より高い第2の温度で加熱することにより、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を強固に固着させる第2加熱手段とを備えることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記付着防止液除去手段は、基板を搬送する搬送機構と、搬送機構により搬送される基板の表面に対して高圧の空気を噴出する高圧空気噴出機構とを備える。
請求項9に記載の発明は、請求項7または請求項8に記載の発明において、前記第1加熱手段はホットプレートである。
請求項10に記載の発明は、請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の発明において、前記第2加熱手段はオーブンである。
請求項1および請求項7に記載の発明によれば、スペーサ粒子を適正に配置することができ、高品質な液晶表示装置を製造することが可能となる。
請求項2および請求項3に記載の発明によれば、高圧の空気の作用により、スペーサ領域のスペーサ粒子を残したままで、付着防止液を容易に除去することが可能となる。
請求項4に記載の発明によれば、画素領域に到達したスペーサ粒子を付着防止液の表面に保持した後、有効に除去することが可能となる。
請求項5に記載の発明によれば、付着防止液の沸点をスペーサ粒子分散液の沸点より高くすることで、付着防止液の蒸発を抑制しながら、スペーサ粒子分散液から揮発成分を好適に蒸発させることが可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、基板を摂氏90度以下の温度で加熱することにより、付着防止液の乾燥を防止しながら、スペーサ粒子同士が互いに集まって凝縮して互いに固着させるとともに、スペーサ粒子と基板とを固着されることが可能となる。
請求項8に記載の発明によれば、基板を搬送しながらその表面に高圧の空気を噴出することにより、スペーサ領域のスペーサ粒子を残したままで、付着防止液を有効に除去することが可能となる。
請求項9に記載の発明によれば、基板を正確に第1の温度で加熱することで、プリベークを好適に実行することが可能となる。
請求項10に記載の発明によれば、基板を第1の温度より高温の第2の温度まで容易に加熱することができ、ポストベークを効率的に行うことが可能となる。
インクジェット塗布装置の斜視図である。 ガントリー13をその下面から見た斜視図である。 インクジェットヘッドユニット12をその下面から見た斜視図である。 インクジェットヘッド18の一部をその下面から見た斜視図である。 この発明に係る液晶表示装置の製造方法を示すフローチャートである。 この発明に係る液晶表示装置の製造方法の各工程を模式的に示す説明図である。 表面に付着防止液およびスペーサ粒子分散液が吐出された後の透明基板1の一部を示す部分表面図である。 プリベーク工程を実行するホットプレート51の概要図である。 付着防止液除去工程を実行する付着防止液除去装置の概要図である。 ポストベーク工程を実行するオーブンの概要図である。
まず、この発明に係る液晶表示用基板の製造方法において、スペーサ粒子分散液を塗布するために使用されるインクジェット塗布装置の構成について説明する。図1は、インクジェット塗布装置の斜視図である。
このインクジェット塗布装置は、透明基板1を支持するテーブル11と、各々12個のインクジェットヘッドユニット12を支持する第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bとを備える。テーブル11は、基台14上に配設されたリニアモータ15の駆動を受け、一対のガイド部材16により案内された状態で、第1、第2ガントリー13A、13Bにおけるインクジェットヘッドユニット12の列設方向と直交する主走査方向に往復移動する。なお、以下の説明において、第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bを総称する場合には、単に「ガントリー13」という。
これら第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bのうち、第1ガントリー13Aに配設された各インクジェットヘッドユニット12は、透明基板1に対して、後述するように、スペーサ粒子が付着することを防止するための付着防止液を塗布するためのものである。また、第2ガントリー13Bは、後述するように、透明基板1に対してスペーサ粒子分散液を塗布するためのものである。
第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bの両端部には、一対のリニアモータ21が配設されており、第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bはこれらのリニアモータ21を介して基台14に支持されている。このため、第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bは、これらのリニアモータ21を個別に駆動することにより、テーブル11による透明基板1の搬送方向との交差角度を変更することができる構成となっている。また、第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bにおける各インクジェットヘッドユニット12は、図示しないリニアモータの駆動により、そのピッチを変更しうる構成となっている。
基台14の一端には、第1ガントリー13Aおよび第2ガントリー13Bのインクジェットヘッドユニット12を洗浄する洗浄部22が配設されている。この洗浄部22は、テーブル11による透明基板1の搬送方向と直交する方向に往復移動可能となっている。また、この洗浄部22の移動経路に沿って、第2ガントリー13Bのインクジェットヘッドユニット12の乾燥を防止するための、12個の乾燥防止部23が配設されている。後述する各インクジェットヘッド18は、待機時においては、これらの乾燥防止部23と対向配置される。なお、これらの乾燥防止部23とは別に、第1ガントリー13A用の乾燥防止部を別途配設してもよい。
図2は、各ガントリー13をその下面から見た斜視図である。また、図3は、インクジェットヘッドユニット12をその下面から見た斜視図である。さらに、図4は、インクジェットヘッド18の一部をその下面から見た斜視図である。
これらの図に示すように、各ガントリー13に支持された12個のインクジェットヘッドユニット12には、ヘッド支持板17が配設されており、このヘッド支持板17には、5個のインクジェットヘッド18が配設されている。このインクジェットヘッド18には、図4に示すように、多数のスペーサ粒子分散液または付着防止液の吐出口19が一方向に列設されている。
以上のような構成を有するインクジェット塗布装置を使用して透明基板1にスペーサ粒子分散液を塗布するときには、最初に、透明基板1をテーブル11上に位置決めして固定する。また、透明基板1におけるブラックマトリックスのピッチに対応させて、インクジェットヘッド18におけるスペーサ粒子分散液または付着防止液の吐出口19の列設方向と透明基板1の搬送方向との交差角度と、インクジェットヘッドユニット12のピッチとを変更する。
この状態において、テーブル11を透明基板1とともに主走査方向に移動させながら、第1ガントリー13Aにおける12個のインクジェットヘッドユニット12における各インクジェットヘッド18から付着防止液を吐出するとともに、第2ガントリー13Bにおける12個のインクジェットヘッドユニット12における各インクジェットヘッド18からスペーサ粒子分散液を吐出することにより、後述するように、透明基板1における画素領域に付着防止液を塗布するとともに、透明基板1におけるブラックマトリックス上にスペーサ粒子を含むスペーサ領域を形成することができる。
次に、この発明に係る液晶表示装置の製造方法の各工程について説明する。図5は、この発明に係る液晶表示装置の製造方法を示すフローチャートである。また、図6は、この発明に係る液晶表示装置の製造方法の各工程を模式的に示す説明図である。
この液晶表示装置の製造方法は、液晶の封入工程等の前工程として実行されるものであり、透明基板1間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成するためのものである。
この発明に係る液晶表示装置の製造方法を実行するときには、最初に、透明基板1における画素領域100に、付着防止液を塗布して付着防止液の膜101を形成する付着液塗布工程が実行される(ステップS1)。この付着防止液塗布工程においては、第1ガントリー13Aのインクジェットヘッドユニット12におけるインクジェットヘッド18が使用される。そして、図6(a)に示すように、透明基板1における画素領域100に対して、インクジェット方式により付着防止液を吐出することにより、画素領域100の全面に付着防止液の膜101を形成する。
この工程で使用される付着防止液は、画素領域100にスペーサ粒子が付着することを防止するためのものである。この付着防止液としては、スペーサ粒子分散液の比重より大きい比重を有し、かつ、スペーサ粒子分散液の沸点より高い沸点を有する液体が使用される。この付着防止液は、例えば、水等に対して表面張力を下げるとともに比重を上げるための添加剤が添加されたものが使用される。
次に、スペーサ領域生成工程を実行する(ステップS2)。このスペーサ領域生成工程においては、第2ガントリー13Bのインクジェットヘッドユニット12におけるインクジェットヘッド18が使用され、透明基板1上にインクジェット方式によりスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出することにより、スペーサ粒子を含むスペーサ領域を形成する。
図7は、表面に付着防止液およびスペーサ粒子分散液が吐出された後の透明基板1の一部を示す部分表面図である。
この透明基板1の表面には、それぞれレッドのカラーフィルターの領域Rと、グリーンのカラーフィルターの領域Gと、ブルーのカラーフィルターの領域Bと、これらの領域を区画するブラックマトリックス7の領域とが構成される。これらのカラーフィルターの領域は、図6(b)における画素領域100である。これらの画素領域100には、付着防止液が塗布され、付着防止液の膜101が形成される。一方、スペーサ粒子分散液は、ブラックマトリックス7の領域に向けて吐出され、そこにスペーサ領域5が形成される。
このとき、インクジェット方式でスペーサ粒子分散液を吐出したときには、サテライトと呼称される主液滴とは分離した極微小な液滴が発生する。そして、インクジェットヘッドと透明基板とを相対的に移動させながらスペーサ粒子分散液を吐出することから、サテライトと呼称される液滴は主液滴とは異なる位置に滴下される。この液滴にスペーサ粒子が存在していた場合には、図6(b)および図7における拡大図に示すように、スペーサ領域5から分離したスペーサ粒子6が付着防止液の膜101上に存在することになる。このようなスペーサ粒子6が、カラーフィルター領域に残存すると、その部分の液晶分子が正常な配向動作を実行できないことから、光漏れや光抜けといった品質低下の原因となる。なお、上述したように、付着防止液の比重はスペーサ粒子分散液の比重より大きいことから、スペーサ領域5から分離したスペーサ粒子6が付着防止液の膜101内に進入することはない。
再度、図5および図6を参照して、スペーサ領域生成工程に引き続き、プリベーク工程を実行する(ステップS3)。
図8は、プリベーク工程を実行するホットプレート51の概要図である。
プリベーク工程においては、透明基板1は、このホットプレート51上に搬送され、摂氏90度以下の温度で加熱される。これにより、図6(c)に示すように、スペーサ領域5のスペーサ粒子分散液から揮発成分が蒸発する。このときには、スペーサ粒子分散液の表面張力によりスペーサ領域5のスペーサ粒子同士が互いに集まって凝縮する。そして、それらが焼成されて、接着成分を含む液体の作用により互いに固着するとともに、スペーサ粒子と透明基板1とが固着される。図6においては、このようなスペーサ領域を符号105で示すとともに、このときのスペーサ領域105から分離したスペーサ粒子を符号106で示している。
但し、このときには、付着防止液はスペーサ粒子分散液より高い沸点を有することから、付着防止液からは揮発成分等はほとんど蒸発しない。このホットプレート51による加熱温度は、スペーサ領域5のスペーサ粒子分散液からは揮発成分が蒸発するが、付着防止液からは揮発成分等はほとんど蒸発しない温度であり、例えば、上述のように摂氏90度以下の温度である。ホットプレート51を使用することにより、透明基板1の温度をこのように正確に制御することが可能となる。
再度、図5および図6を参照して、プリベーク工程に引き続き、付着防止液除去工程を実行する(ステップS4)。
図9は、付着防止液除去工程を実行する付着液防止液除去装置の概要図である。
この付着液除去装置は、透明基板1を搬送する複数の搬送ローラ4と、搬送ローラ4により搬送される透明基板1に対して高圧の空気を噴出するエアナイフ9とを備える。プリベーク工程を終了した透明基板1は、搬送ローラ4により搬送されながら、その表面に高圧の空気を噴出される。これにより、図6(d)に示すように、透明基板1の表面に形成された付着防止液の膜が除去される。このとき、付着防止液の膜101上に存在するスペーサ領域5から分離したスペーサ粒子6は、付着防止液とともに除去される。これに対して、スペーサ領域5のスペーサ粒子は、プリベーク工程において透明基板1と固着していることから、高圧の空気が噴出されても透明基板1から除去されることはない。
このときにエアナイフ9から噴出される空気の圧力は、透明基板1やスペーサ領域5のスペーサ粒子に損傷を与えることなく付着防止液を除去するために、0.1メガパスカル乃至5メガパスカル程度とすることが好ましい。
なお、この付着防止液除去工程においては、付着防止液を高圧の空気により除去しているが、空気以外の気体を使用してもよい。さらに、気体を使用するかわりに、透明基板1に対して純水や気体を混合させた純水を吐出することにより、付着防止液を除去してもよい。さらに、微細な気体を純水中に溶かし込んだマイクロバブル洗浄液を使用してもよく、超音波振動が付与された純水を使用してもよい。
再度、図5および図6を参照して、付着液除去工程に引き続き、ポストベーク工程を実行する(ステップS5)。
図10は、ポストベーク工程を実行するオーブンの概要図である。
このオーブンは、複数枚の透明基板1を収納するチャンバー52と、ファン53およびヒータ54を有する加熱空気の循環路55とを備える。ポストベーク工程においては、透明基板1は、チャンバー52内に搬送される。そしてこの透明基板1は、ファン53およびヒータ54の作用により循環路55を循環する加熱された空気の作用により、摂氏200度程度まで加熱される。これにより、スペーサ領域5のスペーサ粒子と透明基板1とが強い力で固着される。このときには、オーブンにより透明基板1を加熱することから、透明基板1を摂氏200度程度の温度まで容易に加熱することができ、ポストベークを効率的に行うことが可能となる。
以上の工程が完了すれば、処理が終了する。このとき、この発明に係る液晶表示装置の製造方法によれば、スペーサ領域5から分離したスペーサ粒子6は、画素領域100ではなく付着防止液の膜101上に存在し、この付着防止液はその後に除去されることから、このようなスペーサ粒子6が、カラーフィルター領域に残存することを有効に防止でき、光漏れや光抜けといった品質低下の発生を抑制することが可能となる。
1 透明基板
2 純水ノズル
4 搬送ローラ
5 スペーサ領域
6 スペーサ粒子
7 ブラックマトリックス
9 エアナイフ
11 テーブル
12 インクジェットヘッドユニット
13A 第1ガントリー
13B 第2ガントリー
14 基台
15 リニアモータ
16 ガイド部材
17 ヘッド支持板
18 インクジェットヘッド
19 吐出口
21 リニアモータ
22 洗浄部
23 乾燥防止部
51 ホットプレート
52 チャンバー
53 ファン
54 ヒータ
55 加熱空気の循環路
100 画素領域
101 付着防止液の膜

Claims (10)

  1. 基板間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成する液晶表示装置の製造方法であって、
    前記基板における画素領域にスペーサ粒子が付着することを防止するための付着防止液を、前記画素領域に塗布する塗布工程と、
    前記基板における画素領域以外の領域に、インクジェット方式によりスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出することにより、スペーサ粒子を含むスペーサ領域を生成するスペーサ領域生成工程と、
    前記スペーサ領域が生成された基板を第1の温度で加熱することにより、スペーサ粒子分散液から揮発成分を蒸発させるとともに、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を固着させるプリベーク工程と、
    前記画素領域に塗布された付着防止液を除去する付着防止液除去工程と、
    前記除去液が除去された基板を前記第1の温度より高い第2の温度で加熱することにより、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を強固に固着させるポストベーク工程と、
    を備えることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法において、
    前記付着防止液除去工程においては、基板の表面に高圧の空気を噴出することにより、前記基板に塗布された付着防止液を除去する液晶表示装置の製造方法。
  3. 請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法において、
    前記空気の圧力は0.1メガパスカル乃至5メガパスカルである液晶表示装置の製造方法。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、
    前記付着防止液の比重が前記スペーサ粒子分散液の比重より大きい液晶表示装置の製造方法。
  5. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、
    前記付着防止液の沸点が前記スペーサ粒子分散液の沸点より高い液晶表示装置の製造方法。
  6. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法において、
    前記第1の温度は、摂氏90度以下である液晶表示装置の製造方法。
  7. 基板間にスペーサ粒子を介在させることにより液晶層封入用のギャップを形成する液晶表示装置の製造装置であって、
    前記基板における画素領域に、インクジェット方式により、前記画素領域にスペーサ粒子が付着することを防止するための付着防止液を塗布する第1インクジェットヘッドユニットと、前記基板における画素領域以外の領域にインクジェット方式によりスペーサ粒子を分散させたスペーサ粒子分散液を吐出して、スペーサ粒子を含むスペーサ領域を生成する第2インクジェットヘッドユニットと、基板を前記第1インクジェットヘッドユニットおよび前記第2インクジェットヘッドユニットに対して相対的に移動させる移動機構と、を備えたインクジェット画像記録手段と、
    前記スペーサ領域が生成された基板を第1の温度で加熱することにより、スペーサ粒子分散液から揮発成分を蒸発させるとともに、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を固着させる第1加熱手段と、
    前記基板の表面に流体を噴出することにより、前記基板に塗布された付着防止液を除去する付着防止液除去手段と、
    前記付着防止液が除去された基板を前記第1の温度より高い第2の温度で加熱することにより、前記スペーサ領域のスペーサ粒子と基板を強固に固着させる第2加熱手段と、
    を備えることを特徴とする液晶表示装置の製造装置。
  8. 請求項7に記載の液晶表示装置の製造装置において、
    前記付着防止液除去手段は、基板を搬送する搬送機構と、搬送機構により搬送される基板の表面に対して高圧の空気を噴出する高圧空気噴出機構とを備える液晶表示装置の製造装置。
  9. 請求項7または請求項8に記載の液晶表示装置の製造装置において、
    前記第1加熱手段はホットプレートである液晶表示装置の製造装置。
  10. 請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の液晶表示装置の製造装置において、
    前記第2加熱手段はオーブンである液晶表示装置の製造装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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