JP2010279914A - Method and apparatus for ejecting liquid - Google Patents
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Description
本発明は、サブマイクロオーダーの微少液滴を高精度で吐出する方法に関する。特に液晶パネルを構成する2枚の基板で液晶材料を挟み、シール剤を介して貼り合わせる液晶パネル貼り合わせ方法における高精度な液晶材料吐出方法に関する。 The present invention relates to a method for ejecting micro droplets of sub-micro order with high accuracy. In particular, the present invention relates to a highly accurate liquid crystal material discharge method in a liquid crystal panel bonding method in which a liquid crystal material is sandwiched between two substrates constituting a liquid crystal panel and bonded via a sealant.
従来の液体吐出方法の1つとしてシリンジと呼ばれる液体貯蔵容器に中空構造を有するニードルを取り付け、液体貯蔵容器を一定量加圧してニードルの先端から液体を吐出する方法がある。加圧の手段としては圧縮空気あるいはメカニカルな機構がある。一般に0.00001m単位の高精度な吐出を実現するにはメカニカルな機構が用いられる。例えば、武蔵エンジニアリング社製(NANO MASTER SMP III)などがあり、水を吐出する実験においては0.0003mlの吐出精度を繰り返し30回バラツキなく実現していることが武蔵エンジニアリング社のカタログに記載されている。 As one conventional liquid discharge method, there is a method in which a needle having a hollow structure is attached to a liquid storage container called a syringe, and a liquid is discharged from the tip of the needle by pressurizing the liquid storage container by a certain amount. As a means for pressurization, there is compressed air or a mechanical mechanism. In general, a mechanical mechanism is used to realize high-precision discharge in units of 0.00001 m. For example, there is a product made by Musashi Engineering (NANO MASTER SMP III), and it has been described in the catalog of Musashi Engineering that the discharge accuracy of 0.0003 ml has been repeated 30 times without variation in the experiment to discharge water. Yes.
また、上述のような高精度ディスペンサーの応用例として、図6に示す液晶滴下貼り合わせ法があり、ODF(ONE DROP FILL)と称され、大型液晶パネルの製造に用いられている。ODFは、図6(a)に示すよう二枚の基板の少なくとも一方の基板上にシールを形成し、図6(b)に示すよう液晶を滴下して二枚の基板を貼り合わせ、図6(c)に示すよう大気圧6で加圧し、液晶パネル貼り合わせる方法であり、例えば特許文献1が提案されている。この液晶滴下貼り合わせ法にはNANO MASTER SMP IIIのような高精度のディスペンサーを用い、3軸ロボットにセットしてプログラムを作成し、所定量の液晶を滴下する。
Further, as an application example of the above-described high-precision dispenser, there is a liquid crystal dropping and bonding method shown in FIG. 6, which is called ODF (ONE DROP FILL) and is used for manufacturing a large-sized liquid crystal panel. The ODF forms a seal on at least one of the two substrates as shown in FIG. 6A, drops the liquid crystal as shown in FIG. 6B, and bonds the two substrates together. As shown in (c), the pressure is applied at
ODFは、真空注入法に比べて極めて生産性が高く、特に30インチ以上の大型液晶パネルの生産には不可欠な技術となっている。装置メーカーとしてはアルバックや芝浦メカトロニクスがある。また、ODFの他にもシールの注入口から液晶材料を充填する真空注入法も10インチクラス以下の液晶パネルでは広く採用されている。 ODF has extremely high productivity compared to the vacuum injection method, and has become an indispensable technology especially for the production of large liquid crystal panels of 30 inches or more. Equipment manufacturers include ULVAC and Shibaura Mechatronics. In addition to ODF, a vacuum injection method in which a liquid crystal material is filled from an inlet of a seal is widely adopted for liquid crystal panels of 10 inch class or less.
液晶パネルには様々な表示原理があるが、動画表示を明瞭にするために広視野角化と高速応答化の開発が盛んに行われている。例えばTN液晶モードの場合、高速応答化のためにもっとも容易な手段として、液晶セルギャップを小さくする方法が用いられる。一般にTN液晶モードの応答速度を数msecにするためには2μm以下、好ましくは1.5μm程度の狭セルギャップが必要である。近年、大型液晶テレビ以外の3〜10インチクラス(携帯電話、PDA、ノートパソコン等。)の応用製品においても明瞭な動画表示が求められてきている。これら3〜10インチクラスの液晶パネルはセルギャプが5〜6μmの際には真空注入法にて液晶材料の充填が問題なく行われてきた。しかし、3〜10インチサイズの液晶パネルにおいてもセルギャップが1.5μm程度になると注入プロセスが極端に長くなる課題があった。4インチクラスの液晶パネルで注入プロセスに20時間程度、10インチクラスの液晶パネルでは50時間程度掛かり、生産性が著しく低下する課題があった。 There are various display principles for liquid crystal panels, but in order to clarify moving image display, development of wide viewing angle and high speed response has been actively conducted. For example, in the case of the TN liquid crystal mode, a method of reducing the liquid crystal cell gap is used as the easiest means for achieving high-speed response. In general, a narrow cell gap of 2 μm or less, preferably about 1.5 μm is required in order to set the response speed of the TN liquid crystal mode to several milliseconds. In recent years, there has been a demand for clear moving image display in 3 to 10 inch class (cell phones, PDAs, notebook computers, etc.) applied products other than large liquid crystal televisions. These 3 to 10 inch class liquid crystal panels have been filled with a liquid crystal material without any problem by a vacuum injection method when the cell gap is 5 to 6 μm. However, even in a 3 to 10 inch size liquid crystal panel, there is a problem that the implantation process becomes extremely long when the cell gap is about 1.5 μm. The injection process for a 4-inch class liquid crystal panel takes about 20 hours, and the 10-inch class liquid crystal panel takes about 50 hours.
そこで図7に示すような液晶滴下貼り合わせ法(ODF)にての液晶パネル作製を試みた。まず、基板B2に閉ループのシール5を形成し、液晶4をディスペンサーにて中央に滴下した〔図7(a)〕。次いで、対向基板として基板A1を真空中にて貼り合わせた〔図7(b)〕。次に大気圧にて加圧し、さらに基板の上下から定盤にて、メカニカルな加圧を試みて1.5μmのセルギャプを得ようとしたが、シール5のコーナー部に気泡11が残ってしまった。
Therefore, an attempt was made to produce a liquid crystal panel by a liquid crystal dropping and bonding method (ODF) as shown in FIG. First, a closed-
気泡11の解決策として、図8(a)の断面図に示すように基板B2に閉ループのシール5を形成し、液晶4をニードル10の先端から9点に分けて滴下することを試みたが、実際に図8(b)の平面図に示すように1滴のバラツキが極めて大きくなり、正確な液晶4の秤量が不可能であった。特に液晶4の液滴が0.0010ml以下の微少液滴では極端に秤量精度が低下した。ここでは、ニードル10の先端と基板B2の距離を0.03mmに設定した。
As a solution for the bubbles 11, as shown in the cross-sectional view of FIG. 8A, an attempt was made to form a closed
上述の液晶4の秤量バラツキは図8(a)に示すようにニードル10の先端から吐出することなく、液晶付着部12が発生することに起因していた。水などの1cP程度の低粘度な液体に対しては問題なく微少な吐出が得られても、10cP以上の粘度を有する液晶材料では、液晶付着部12の課題が頻繁に発生した。
The above-described variation in the weighing of the
本発明ではニードルの先端形状に着目し、ニードル先端内径、外径、先端のテーパー角度を検討し、高精度で微少な10cP以上の粘度を有する液体の液滴を確実に基板に吐出する形状を検討した。 In the present invention, focusing on the tip shape of the needle, the needle tip inner diameter, outer diameter, and taper angle of the tip are examined, and a shape that reliably discharges a liquid droplet having a high accuracy and a small viscosity of 10 cP or more to the substrate is ensured. investigated.
液体貯蔵容器と中空構造を有するニードルと液体貯蔵容器を一定量加圧してニードルの先端から10cP以上の液体を基板に吐出する液体吐出方法において、ニードル先端の肉厚(外径−内径)が0.03mm以上かつ、ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が20°以下にすることにより、液滴がニードル先端周囲に付着することなく、基板に液体を吐出することが可能になった。 In a liquid discharge method in which a liquid storage container, a needle having a hollow structure, and a liquid storage container are pressurized by a certain amount and a liquid of 10 cP or more is discharged from the tip of the needle onto the substrate, the needle tip thickness (outer diameter-inner diameter) is 0 By making the angle between the extension of the thick surface of the needle tip and the substrate surface 20 ° or less, the liquid can be discharged onto the substrate without adhering to the periphery of the needle tip. Became.
また、ニードルからなる液体吐出部を3軸(XYZ軸)ロボットに固定し、基板が多孔質セラミックからなる定盤に真空吸着することにより、大面積でも0.00001mlの精度で液滴を基板に吐出することが可能になった。 In addition, by fixing the liquid ejection part consisting of needles to a 3-axis (XYZ axis) robot and vacuum-adsorbing the substrate to a surface plate made of porous ceramic, droplets can be applied to the substrate with an accuracy of 0.00001 ml even in a large area. It became possible to discharge.
本発明の液体吐出方法により、10cP以上の粘度の液体に対しても0.00001ml単位での液滴の秤量可能となった。また、本発明の液体吐出方法の応用例として、高精度で微少な液晶材料を滴下できるようになり、ODFを用いた1.5μm程度の狭セルギャップの液晶パネルの安定した生産が可能となった。 According to the liquid discharge method of the present invention, it is possible to weigh droplets in units of 0.00001 ml even for a liquid having a viscosity of 10 cP or more. In addition, as an application example of the liquid ejection method of the present invention, it becomes possible to drop a liquid crystal material with high precision and a small amount, and stable production of a liquid crystal panel having a narrow cell gap of about 1.5 μm using ODF becomes possible. It was.
本発明の液体吐出方法により、10cP以上の粘度の液体に対して0.00001ml単位での微少液滴の秤量可能となる。また、本発明の液体吐出方法により高精度で液晶材料を滴下できるようになり、ODFによる1.5μm程度の狭セルギャップの液晶パネルの安定した生産が可能となる。 According to the liquid ejection method of the present invention, it is possible to weigh micro droplets in units of 0.00001 ml with respect to a liquid having a viscosity of 10 cP or more. Further, the liquid discharge method of the present invention enables liquid crystal material to be dropped with high accuracy, and stable production of a liquid crystal panel having a narrow cell gap of about 1.5 μm by ODF becomes possible.
本発明の液体吐出方法の最良の形態について図1を用いて説明する。 The best mode of the liquid ejection method of the present invention will be described with reference to FIG.
図1(a)は液体貯蔵容器31に装着したニードル10とニードル10の先端部を示す。ニードル10の先端部には粘度10cPの液体21が充填されている。ニードル10の内径をD、ニードル肉厚〔(外径−内径)の1/2〕をTとし、テーパー角度αを図1(b)のように定義する。表1にD、T、αをパラメータとして液体21を10ml吐出しニードル先端から0.03mmの距離に基板を置いて吐出状態を目視にて30回確認し合否判断した結果を示す。
FIG. 1A shows the
ニードル肉厚T:0.05mm以上
ニードルテーパー角度α:0〜20°
本発明の最良の形態により、図4のように、ニードル10から10cP以上の粘度の液体21の微少液滴を基板B2に対して安定して吐出することが可能となった。ここでは標的となる基板B2は閉ループのシール5が形成してある。
Needle thickness T: 0.05 mm or more Needle taper angle α: 0 to 20 °
According to the best mode of the present invention, as shown in FIG. 4, it is possible to stably discharge fine droplets of the liquid 21 having a viscosity of 10 cP or more from the
以下、本発明の液体吐出方法及びその装置を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a liquid ejection method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施例1の液体吐出方法及びその装置を図1から図6を用いて説明する。 A liquid ejection method and apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1(b)は中空構造のニードル先端部の断面構造を示している。先端部には粘度10cPの液体21が充填されている。ここでは粘度10cPの液晶4を用いた。ニードル内径をD、ニードル肉厚〔(外径−内径)の1/2〕をTとし、テーパー角度αを図1のように定義する。ニードル材質は液体21を撥っする表面が好ましい。
FIG.1 (b) has shown the cross-section of the needle tip part of a hollow structure. The tip part is filled with a liquid 21 having a viscosity of 10 cP. Here, a
続いて図2の液晶パネル製造方法の概略フロー図より説明する。 Next, a schematic flow chart of the liquid crystal panel manufacturing method of FIG. 2 will be described.
基板洗浄工程S1において、基板A1、基板B2の二枚の所望の薄膜パターンを形成した基板A1、基板B2を洗浄する。配向膜形成工程S2において、基板A1、基板B2上に印刷法やインクジェット法にて配向膜を形成する。配向処理工程S3において、ラビング等の配向処理を行う。シール形成工程S4において、基板B2にはスクリーン印刷やディスペンサーにて密閉した外周シール枠をUV硬化性樹脂からなるシール剤5で形成する。液晶滴下工程S5において、シール枠内に液晶パネルのギャップに相当する正確に秤量した体積の液晶4を複数滴下する。スペーサー散布工程S6において、基板A1に面内スペーサー3を散布し、スペーサー固着工程S7において、面内スペーサー3を固着させる。続いて、貼り合わせ工程S8において基板A1と基板B2を対向させて重ね合わせ、大気圧6にて基板を加圧することにより張り合わせる。加圧することで液晶パネルのギャップを調整する効果がある。シール硬化工程S9において、シール剤5をUVと加熱により硬化させて基板A1と基板B2を完全に貼り合わせる。また、必要に応じて大気圧6に加えて、定盤54にて二枚の基板をさらに加圧する。基板分離工程S10にて製造した基板を個割にする。
In the substrate cleaning step S1, the substrate A1 and the substrate B2 on which the two desired thin film patterns of the substrate A1 and the substrate B2 are formed are cleaned. In the alignment film forming step S2, an alignment film is formed on the substrate A1 and the substrate B2 by a printing method or an inkjet method. In the alignment processing step S3, alignment processing such as rubbing is performed. In the seal formation step S4, an outer peripheral seal frame hermetically sealed by screen printing or a dispenser is formed on the substrate B2 with the
以上により液体吐出方法及び装置は構成される。 The liquid ejection method and apparatus are configured as described above.
表1に示す様々な設計のニードル10を用いて液体21を0.0005ml吐出しニードル10先端から0.03mmの距離に基板を置いて吐出状態を目視にて30回確認し、合否判断した結果を示す。
Results of 0.0005 ml discharge of
表1において、Dはニードル10の内径(mm)、Tはニードル肉厚(mm)、αはニードルのテーパーを示す。液滴狙い(ml)とはニードル先端から基板に付着する1滴の量を示す。異常吐出数(回数)とは、30回の試行のうち何回異常がでたのかを示す。合否とは、基板に着液したか否かを基準にして判断した。
In Table 1, D represents the inner diameter (mm) of the
ここで、ニードルテーパー角度α以外のパラメータを固定してαを0〜40°にわたり10°間隔でテーパーをつけた時の異常吐出回数を表1の1行目から4行目にかけて記載する。図に示すとおり、ニードルテーパー角度αが30°を超えると異常吐出数が増え、ニードルテーパー角度αが20°以下である場合は異常吐出数が0であり良好であることが伺える。 Here, the number of abnormal ejections when the parameters other than the needle taper angle α are fixed and the taper is set at an interval of 10 ° between 0 ° and 40 ° is described from the first row to the fourth row in Table 1. As shown in the figure, when the needle taper angle α exceeds 30 °, the number of abnormal discharges increases, and when the needle taper angle α is 20 ° or less, the number of abnormal discharges is 0, indicating that it is good.
次に、ニードル肉厚Tを0.02mm〜0.30mmにかけて変化させた時の実験結果を表1の5行目から8行目にかけて示す。ここでは、ニードル肉厚が0.02mmのものを除いて異常吐出数が0であり良好であることが伺える。なお、ニードル肉厚が0.02mmのものは従来のニードル10と同等のものである。従来のニードル10では、2回に1回以上吐出をしている。
Next, the experimental results when the needle thickness T is changed from 0.02 mm to 0.30 mm are shown from the fifth row to the eighth row in Table 1. Here, it can be seen that the number of abnormal ejections is zero and good except for needle thicknesses of 0.02 mm. A needle having a needle thickness of 0.02 mm is equivalent to the
さらに、ニードル内径Dを0.03mm〜0.40mmにかけて変化させた時の実験結果を表1の9行目以降に示す。ここでは、ニードル内径Dが0.04mm以下のものでは異常吐出数が確認でき、ニードル内径Dが0.05mm以上のものについては異常吐出数が0であり良好であることが伺える。 Furthermore, the experiment results when the needle inner diameter D is changed from 0.03 mm to 0.40 mm are shown in the ninth and subsequent rows of Table 1. Here, it can be seen that when the needle inner diameter D is 0.04 mm or less, the abnormal discharge number can be confirmed, and for the needle inner diameter D of 0.05 mm or more, the abnormal discharge number is 0, which is favorable.
以上により、以下のパラメータ範囲で吐出が良好であることがわかった。 From the above, it was found that the discharge was good in the following parameter range.
ニードル肉厚T:0.05mm〜0.20mm
ニードル内径D:0.05mm〜0.40mm
ニードルテーパー角度α:0°〜20°
また、表2に一例としてニードルA(D=0.15、T=0.50、α=0°)を用いて連続30回、2.5μlを吐出して電子天秤(最小単位:0.00001g)にて重量を計測し、材料の比重から体積を計算したデータを示す。
Needle thickness T: 0.05 mm to 0.20 mm
Needle inner diameter D: 0.05 mm to 0.40 mm
Needle taper angle α: 0 ° to 20 °
Further, as an example in Table 2, the needle A (D = 0.15, T = 0.50, α = 0 °) is used 30 times, 2.5 μl is discharged, and an electronic balance (minimum unit: 0.00001 g) ) Shows the data obtained by measuring the weight and calculating the volume from the specific gravity of the material.
ニードル10の断面形状は図1(b)のニードル10の他に、図1(c)のようにニードル内径が一定ではなく、テーパー形状になっていても構わない。
In addition to the
液晶パネル貼り合わせ法で作成した本発明に関して、図5を中心にして説明する。ここでは既に説明したODFの詳細な内容は省略する。 The present invention created by the liquid crystal panel bonding method will be described with reference to FIG. Here, the detailed contents of the ODF already described are omitted.
実施例2では、液体21を吐出するニードル10と、ニードル10に接続し液体21を供給する液体貯蔵容器52と、ニードル10と液体貯蔵容器52とを固定する3軸(XYZ軸)ロボット51と、液体21を吐出する対象となる基板A1と、基板A1を乖離しないよう真空吸着する定盤54とにより構成される。
In the second embodiment, the
実施例2の液晶滴下工程S5は以下のように示される。 The liquid crystal dropping step S5 of Example 2 is shown as follows.
基板A1を定盤54により乖離しないよう真空吸着し、3軸ロボット51によりニードル10の滴下位置を調整し、液晶4を0.0025mlずつ、概ね等間隔になるよう複数点滴下した。図3(a)において9点滴下した液晶パネルを示す。滴下総量は0.0225mlであった。
The substrate A1 was vacuum-sucked by the surface plate 54 so as not to deviate, the dropping position of the
その後、貼り合わせ工程S8において、図3(b)のように真空中にて対向基板である基板A1と貼り合わせて大気加圧し、1.5μmの均一なギャプを得ることができた。 Then, in bonding process S8, as shown in FIG.3 (b), it bonded to board | substrate A1 which is a counter substrate in a vacuum, and atmospheric pressure was applied, and the uniform gap of 1.5 micrometers was able to be obtained.
また、定盤54に多孔質セラミックを用いることにより、吸着による基板のうねりが抑制されてプラスチックフィルム等のフレキシブル基板への塗布も可能になった。 Further, by using a porous ceramic for the surface plate 54, undulation of the substrate due to adsorption is suppressed, and application to a flexible substrate such as a plastic film becomes possible.
本発明の液体吐出方法により、10cP以上の粘度の液体21を0.00001ml単位の微少な液滴で安定した吐出が可能となり、狭セルギャップの液晶滴下貼り合わせ法(ODF)等に応用できる。特に3インチ〜10インチサイズで1.5μm程度の狭セルギャップの液晶パネルを作製する場合、液晶滴下貼り合わせ法(ODF)が不可欠である。ODFを用いて狭セルギャップの中小型の液晶パネルを作製する場合、10ml以下の微少な液滴を多数正確に吐出しなければならず、本発明の高精度な液体吐出方法は極めて有効である。 According to the liquid discharge method of the present invention, the liquid 21 having a viscosity of 10 cP or more can be stably discharged with small droplets of 0.00001 ml, and can be applied to a narrow cell gap liquid crystal dropping method (ODF) or the like. In particular, when a liquid crystal panel having a size of 3 to 10 inches and a narrow cell gap of about 1.5 μm is manufactured, a liquid crystal dropping method (ODF) is indispensable. When producing a small-sized liquid crystal panel with a narrow cell gap using ODF, a large number of fine droplets of 10 ml or less must be accurately discharged, and the highly accurate liquid discharge method of the present invention is extremely effective. .
1 基板A
2 基板B
3 面内スペーサー
4 液晶
5 シール剤
6 大気圧
10 ニードル
11 気泡
12 液晶付着部
21 液体
31、52 液体貯蔵容器
51 3軸ロボット
54 定盤
1 Substrate A
2 Substrate B
3 In-
Claims (10)
前記ニードル先端の肉厚〔(外径−内径)の1/2〕が0.05mmから0.20mmであり、
前記ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が0°から20°であり、
前記ニードル先端の内径が0.05mmから0.40mmである液体吐出方法。 A liquid discharge method in which a substrate for discharging liquid is placed on a surface plate, a dropping position of a needle is adjusted by a three-axis robot, a liquid having a viscosity of 10 cP or more is dropped from the needle, and the liquid is discharged onto the substrate. There,
The thickness of the needle tip [1/2 of (outer diameter−inner diameter)] is 0.05 mm to 0.20 mm,
The angle between the extension of the thick surface of the needle tip and the substrate surface is 0 ° to 20 °;
A liquid ejection method, wherein an inner diameter of the needle tip is 0.05 mm to 0.40 mm.
液体を貯蔵するための液体貯蔵容器と、
前記液体を吐出す対象となる基板と、
前記基板を保持するための定盤と、
前記ニードルを3軸ロボットで固定している液体吐出装置において、
前記ニードル先端から10cP以上の粘度の液体を基板に吐出し、
前記ニードル先端の肉厚が〔(外径−内径)の1/2〕が0.05mmから0.20mmであり、
前記ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が0°から20°であり、
前記ニードル先端の内径が0.05mmから0.40mmである液体吐出装置。 A needle for discharging a liquid having a viscosity of 10 cP or more;
A liquid storage container for storing the liquid;
A substrate to which the liquid is discharged;
A surface plate for holding the substrate;
In the liquid ejecting apparatus in which the needle is fixed by a three-axis robot,
A liquid having a viscosity of 10 cP or more is discharged from the tip of the needle to the substrate,
The thickness of the needle tip [1/2 of (outer diameter−inner diameter)] is 0.05 mm to 0.20 mm,
The angle between the extension of the thick surface of the needle tip and the substrate surface is 0 ° to 20 °;
A liquid ejection apparatus, wherein an inner diameter of the needle tip is 0.05 mm to 0.40 mm.
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CN108672206A (en) * | 2018-04-18 | 2018-10-19 | 上海理工大学 | The walking mechanism and shaping dies of cable insulation material collaboration coating Work robot |
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