JP2852383B2 - スペーサー散布装置とスペーサー散布方法 - Google Patents

スペーサー散布装置とスペーサー散布方法

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【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は液晶セル用の基板上にスペーサーを均一に散
布する方法を提案し、さらにはスペーサーを均一に散布
するための装置を提案するものであります。
〔従来の技術〕
近年、液晶を用いたディスプレイが時計、電卓、ワー
プロなど多方面に利用されている。
液晶ディスプレイは通常、一対の基板の間に液晶をは
さみこんだ構造をしており、この一対の基板の間隔を均
一にするためにガラスファイバーや球形の粒子等が、ス
ペーサーとして用いられている。
液晶セル作製の際のスペーサー散布工程において、従
来用いられてきた方法の1つとしてスピンコート法があ
る。この方法は、1種類或いは複数の種類のスペーサー
をアルコール、フロン等の溶媒にある割合で混合した混
合液を基板上にある一定量滴下し、基板を回転すること
によってスペーサーを基板上の全面に存在せしめる方法
である。しかしながらスピンコート法を用いた場合、一
度基板上を混合液で浸し、その後乾燥が行われるため基
板上にスペーサーの塊(数ケ〜数十ケ)が残ることが多
く、そのまま基板の貼り合わせ工程に進んだ場合、スペ
ーサーの塊の存在する部分とその周囲のセル厚がまわり
の部分より大きくなってしまう。その結果基板に形成さ
れた電極間に電圧を加えた時の電界強度が他の部分より
小さくなり液晶のスイッチングに悪影響を与えることが
明らかになっている。さらにSTN型或いは強誘電性液晶
を用いた表示装置のように液晶の屈折率異方性を利用し
て表示を行う場合には色ムラをも引き起こす。
また一般にスペーサー周辺では液晶の配向不良領域が
発生するが、スピンコート法により散布を行った場合ス
ペーサーを基板全面に行き渡らせるために回転による遠
心力を利用しているので、スペーサーが基板中心から放
射状に配置されてしまい、前記配向不良領域が放射状に
連なりそれが表示の際認識されてしまうため表示品質が
大幅に低下してしまう。そのうえスピンコート法で複数
の種類のスペーサーを散布する際にはスペーサーの重さ
の違いによって基板中心部分と周辺部分とではスペーサ
ーの割合が変化し、その結果基板間隔の不均一性が生じ
る。
スペーサーを散布するための他の方法として、スペー
サーを適当な有機溶剤と混合して、その混合液をノズル
を用いて散布する方法がある。この方法を用いた場合、
混合液が基板に届く前にすべての有機溶剤成分を気化さ
せるように、ノズルと基板の間の距離を調整する、或い
は散布装置の内壁にヒーターを埋め込む等の方法で装置
の温度をあげるなどの方法を用いて基板上にスペーサー
の塊をスピンコート法に比較して少なくすることができ
る。
しかしながら、この方法に用いる有機溶剤としては一
般にフロン系の溶剤やIPA(イソプロピルアルコール)
が多いが、現在フロンガスの使用による上空のオゾン層
の破壊が問題となっているため、将来的にはフロンガス
は使用不可能になるものと思われる。また、IPAを使用
した場合、散布の際に散布装置内がIPAの蒸気で満たさ
れ、爆発の危険が非常に大きくなる。
また散布の際、スペーサーを分散するために撹拌、或
いは超音波の印加を行うが、撹拌ではスペーサーの塊を
減らすことが難しく、超音波印加によればスペーサーの
塊を若干減らすことができるが、超音波印加により、混
合液の温度が上昇し、有機溶剤の気化が促進されること
により、混合液のスペーサー濃度が徐々に大きくなっ
て、散布が進むにつれ同じ条件で散布を行っても基板上
のスペーサーの量が増加してしまう。
以上の理由により、フロン系溶剤或いはIPAを使わず
に散布する方法、好ましくは溶剤を用いないドライな方
法が望まれていた。
〔発明の構成〕
上記問題点を解決するために本発明は、基板上にスペ
ーサーを散布する際に、スペーサーを帯電させることに
より、スペーサーの凝集を防ぐスペーサー散布方法であ
り、さらには、スペーサーを散布する手段と、スペーサ
ーを帯電させるために放電を生じせしめる手段を有する
スペーサー散布装置であることを特徴とする。
また、複数の種類のスペーサーを散布する際に第1の
スペーサーを帯電させて散布した後、基板を電気的に中
性にした後、第2のスペーサーを帯電させて散布を行う
ことを特徴とする。
本発明において、スペーサーを帯電させる方法として
は、従来静電塗装などに用いられてきたコロナ放電等、
公知の方法を用いることができる。
ただし従来の静電塗装においては、均一に、しかもム
ラなく塗装を行うため帯電した塗装粒子が対象物に到達
した後電荷を逃してやり、電気的に中性な粒子とする必
要があった。なぜなら帯電したままの状態では、対象物
上のある点にある塗装粒子(帯電状態)が到達した後、
その点のすぐ近傍に次の粒子が到達しようとしてもクー
ロン力により斥力をうけるため、到達できず、従って均
一な塗装ができなくなるからである。しかしながら本発
明において、スペーサー同志の間にはある程度の距離が
必要であるため、このクーロン斥力を利用することがで
きる。従って散布の最中は基板(対象物)は電気的に浮
いた状態にしておいて、散布終了後基板をアースと接
続、或いはイオンブローにより電気的に中性にすること
により、後になって電荷を持ったほこり等の異物を引き
寄せないようにすることができる。
本発明を用いることにより、フロン系或いはIPA等の
溶剤を使わずにスペーサーを散布することができるのに
加えて、基板上にスペーサーの塊を作ることなくスペー
サーを散布できる。
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
〔実施例1〕 本実施例においては、STN型液晶表示装置作製の際に
本発明を用いた場合について示す。
2枚のガラス基板上に公知のDCマグネトロンスパッタ
法を用いて、ITO薄膜を作製し、フォトリソ工程により
電極を作製した。そして、基板の電極作製面上に印刷法
によってポリアミック酸を塗布し、熱処理をすることに
よりポリイミド薄膜を得た。その後両方の基板上に綿布
を用いてラビング工程を行った。この時ラビングの角度
に注意する。
次のスペーサー散布工程の後に行う貼り合わせ工程時
に2枚の基板のラビリングの角度が240℃の角度になる
ようにする。
次に一方の基板のポリイミド薄膜作製面に第1図に示
すようなスペーサー散布装置を用いて直径6.2μmのSiO
2からなる球形粒子を散布した。この時の散布の方法は
基板(1)をテーブル(2)上に設置し、ドライエアー
導入口(3)よりドライエアーをスペーサー槽(4)に
導入し、スペーサー(5)を電極を兼ねる散布口(6)
から吹き出して基板(1)上にスペーサーを散布する。
この時同時に、互いに30cm離れている電極(6),
(7)間に15kVの電圧を加え、コロナ放電を生じさせ、
スペーサーを帯電させる。なお、散布口(6)は電極を
兼ねており、散布口の内径は12μmのものを使用した。
また、散布中はスペーサーを分散させるため、窒素導入
口(8)からN2を吹き出しておいた。
これにより、おのおののスペーサーは同じ極性に帯電
するため、基板上に散布されたスペーサーをある一定の
距離以上離れて存在せしめることができ、基板上のスペ
ーサーの数についても従来に比較して、場所による差が
ほぼなくなって均等に散布することができる。
この後、他方(スペーサーを散布しなかった)の基板
上にスクリーン印刷法によりエポキシ系の接着剤をシー
ル印刷し、貼り合わせを行った。そして顕微鏡を用い
て、実際に散布したスペーサーを計数した。その結果を
第1表に「本実施例」として示す。また比較例として従
来のスピンコート法(比較例1)や、溶剤にスペーサー
を混合し、ノズルを用いて散布する方法(比較例2)を
用いた場合についても示す。どの場合も散布されたスペ
ーサー数が90個/mm2になるように調整した後で行った実
験結果である。また、どの場合も20枚のセルを作製して
第2図に示すA〜Lの12ヶ所について計数し、平均を示
した。
表から明らかなように、本実施例においては非常に均
一な散布ができ、基板上の場所による差がほとんどない
ことがわかる。それに比較してスピンコート法を用いる
と基板の中心部分にスペーサーが多数散布され均一性に
欠け、また比較例2はスピンコート法に比較すると多少
均一になってはいるが、本実施例には到底及ばない。
さらにスピンコート法では、多数のスペーサーの塊が
生じたが、本実施例においてはスペーサーの塊はほとん
ど生じなかった。
この後で、公知の真空注入法を用いて液晶を注入し
た。液晶注入後のセルの状態はセルの中心部が膨らんで
しまっているので、ここでセルに圧力を加えて余分な液
晶をセルの外へ追い出した。この後セルの注入口を封止
した。
そして2枚の偏光板を3種類の方法でスペーサーを散
布したすべてのセル(3種類×20枚=60セル)に貼付し
て表示を行った。すると、スピンコート法を用いて散布
を行ったセルに関しては色ムラが目立った。特にセルの
中心部分は背景の色が黄色から赤色に変わっていて、中
には紫色がかっている部分の目立つセルもあった。これ
は、セルの中心部分がまわりの部分に比較して厚くなっ
ている。
また、本実施例において用いたドライエアーは、その
含有する水分が2ppm程度のエアーを用いた。もし、水分
含有量が多いエアーを使用すると、スペーサー同志が離
れにくくなる上に水分が基板上に残り、液晶注入工程の
後に液晶とまざりあい、液晶の劣化を促進してしまうこ
とがわかった。そのため、ドライエアー中の水分含有量
は1%以下であることが必要である。
〔実施例2〕 STN型液晶表示装置や、強誘電性液晶表示装置など複
屈折効果を利用して表示を行う液晶表示装置の場合、基
板の間隔が微妙に違っていると表示の際に色ムラを引き
起こすことが知られている。この対策として大きさの違
う2種類のスペーサーを散布することが非常に有効であ
ることがわかっている。本実施例では強誘電性液晶表示
装置を作製する際に、複数の種類のスペーサーを散布す
る場合について示す。
実施例1と同様な工程により2枚の基板上にITO電極
を作製した。そして、一方の基板の電極作製面に実施例
1と同様にポリイミド薄膜を作製し、ラビング処理を行
った。
そして第1図の装置を用いて直径2.5μmのSiO2粒子
を準備し、ドライエアーを導入口(3)より吹き出し、
散布口(6)よりスペーサーを吹き出して基板(1)上
に散布する。この時同時に30cm離れて配置されている電
極(6),(7)間で放電を生じさせスペーサーを帯電
させる。なお、今回の散布においては、散布口(6)の
内径が5μmのものを用いた。また電極間にはやはり15
kVを印加した。こうして2.5μm径のスペーサーの散布
終了後、イオンブローを行い、十分時間が経過して基板
上の電荷を中和した後、内径が12μmの散布口を用いて
5.5μm径のスペーサーの散布に移る。
まずスペーサー槽内のスペーサーを5.5μm径のエポ
キシ粒子に取りかえ、電極(6),(7)間の距離を50
cmに配置する。
本実施例のスペーサー散布は、2.5μm径のスペーサ
ー(第1のスペーサーとする)を散布する際には、電極
を30cm離し、15kV印加して放電を生じせしめたのに対
し、5.5μm径のスペーサー(第2のスペーサーとす
る)を散布する際には電極間距離を50cmとし、8kVの印
加で放電を生じせしめた。すなわち、第1のスペーサー
を散布する際の放電エネルギーは第2のスペーサーを散
布する際の放電エネルギーよりも大きく、従って第1の
スペーサーは第2のスペーサーよりも強く帯電するた
め、互いに及ぼすクーロン力が大きく、基板上に散布さ
れる単位面積あたりのスペーサー数は第1のスペーサー
の方が第2のスペーサーより少なくなる。実際、基板上
に散布されたスペーサーの計数を基板の貼り合わせ工程
後で行った結果を実施例1と同様に第2表に示す。
なお、実施例1と同様にA〜Lは計数点を示し、測定
を行ったセルの数は20枚である。
なお第2表においては比較例3としてスピンコート法
によって同じ2種類のスペーサーを散布した場合の計数
結果を示す。本実施例,比較例3は、ともに基板上に散
布される第1のスペーサーに関しては90個/mm2、第2の
スペーサーに関しては150個/mm2になるように調整した
後行った。
表から明らかなように本実施例を用いて複数の種類の
スペーサーを散布した場合、非常に均一に散布すること
ができた。
さらに光の干渉を利用して第2図に示すA〜Lの12ヶ
所について基板間隔の測定を行い、その結果を第3表に
示す。なお、測定値は20枚のセルの平均値であって、単
位はμmである。
表からわかるように、本実施例では基板間隔の均一性
が非常に良く、実際に液晶を注入した後においても、色
ムラは発見できなかった。しかし、スピンコート法を用
いてスペーサー散布を行ったセル(比較例3)は基板間
隔の均一性に欠け、実際液晶を注入したところセルの周
辺部分は背景がうすい黄色であったのに対し、セルの中
心部分が赤っぽく、場所によっては紫がかっている部分
もあった。
以上により、本実施例は複数の種類のスペーサーを散
布する場合にも非常で有効であることが理解できる。
また第1図において、ドライエアー導入口(3)から
散布口(6)へのバイパスラインを設ければ、散布終了
後にエアーをスペーサー槽(4)を通さずに吹き出すこ
とができるので、散布工程とイオンブロー工程との切り
換えを迅速に行うことができる。実際、バイパスライン
を設けたことにより、タクトタイムを約半分にすること
ができた。
〔効果〕
以上述べた内容から、本発明を用いることにより、フ
ロン,IPA等の溶剤を使わずに、しかも非常に均一にスペ
ーサーを散布することができた。
また、複数の種類のスペーサーを散布する時にも本発
明は非常に有効で、スペーサーの塊をほとんどなくすこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるスペーサー散布装置の概略図を示
す。 第2図は実施例におけるスペーサーの計数点,基板間隔
の測定点。 1……基板 2……テーブル 3……ドライエアー導入口 4……スペーサー槽 5……スペーサー 6……散布口をかねた電極 7……電極 8……窒素導入口
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−285517(JP,A) 特開 平1−113729(JP,A) 特開 昭61−282862(JP,A) 特開 昭63−13020(JP,A) 特開 昭62−183476(JP,A) 特開 昭63−231317(JP,A) 特開 昭59−172628(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に帯電させた状態のままスペー
    サーを散布する装置であって、散布口より複数のスペー
    サーを吹き出す手段と、 放電を生じさせ、前記スペーサーの各々を同じ極性に帯
    電させる手段と、 を有することを特徴とするスペーサー散布装置。
  2. 【請求項2】散布口より複数のスペーサーを吹き出し
    て、前記スペーサーの各々を同じ極性に帯電させ、帯電
    させた状態のまま絶縁基板上に散布し、 前記複数のスペーサーを散布した後、前記基板を電気的
    に中性にすることを特徴とするスペーサー散布方法。
  3. 【請求項3】基板上に2種類のスペーサーを散布する際
    に、複数の第1のスペーサーの各々を同じ極性に帯電さ
    せて散布を行った後、前記基板を電気的に中性にし、そ
    の後、複数の第2のスペーサーを散布することを特徴と
    するスペーサー散布方法。
  4. 【請求項4】絶縁基板上に帯電させた状態のままスペー
    サーを散布する装置であって、散布口より複数のスペー
    サーを吹き出す手段と、 放電を生じさせ、前記スペーサーの各々を同じ極性に帯
    電させる手段と、 を有し、 前記帯電させる手段は、一対の電極と、前記一対の電極
    間に電圧を印加する手段を有し、 前記一対の電極間の距離と、前記一対の電極間に印加す
    る電圧が、可変であることを特徴とするスペーサー散布
    装置。
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