JP4180607B2 - スペーサ情報を利用する液晶滴下装置及び液晶滴下方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶滴下装置に関し、詳しくは、基板上に形成されるスペーサに関する情報を利用して液晶の滴下量を設定することで、多規格ガラス基板上に形成される多様なサイズの液晶パネルに正確な量の液晶を滴下できる液晶滴下装置及び液晶滴下方法に関する。

近来、携帯電話、PDA、ノートブックコンピュータのような各種の携帯用電子機器が発展するにつれて、これに適用できる軽薄短小型の平板表示装置(Flat Panel Display Device)に対する要求が次第に増大している。このような平板表示装置としては、LCD(Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)、VFD(Vacuum Fluorescent Display)などが活発に研究されているが、量産化技術、駆動手段の容易性、高画質の実現という理由により、現在は液晶表示素子(LCD)が脚光を浴びている。

液晶表示素子は、液晶の屈折率異方性を利用して画面に情報を表示する装置である。図１３に示すように、液晶表示素子１は、下部基板５と、上部基板３と、前記下部基板５と上部基板３間に形成された液晶層７とから構成されている。下部基板５は、駆動素子アレイ基板である。図示していないが、前記下部基板５には、複数の画素が形成されており、各画素には、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor；TFT)のような駆動素子が形成されている。上部基板３は、カラーフィルタ基板であって、実際にカラーを実現するためのカラーフィルタ層が形成されている。且つ、前記下部基板５及び上部基板３には、それぞれ画素電極及び共通電極が形成されており、液晶層７の液晶分子を配向するための配向膜が塗布されている。

下部基板５及び上部基板３は、シール材９により合着され、その間に液晶層７が形成され、前記に形成された駆動素子により液晶分子を駆動して液晶層を透過する光量を制御することで情報を表示する。

液晶表示素子の製造工程は、下部基板５に駆動素子を形成する駆動素子アレイ工程(薄膜トランジスタ工程)、上部基板３にカラーフィルタを形成するカラーフィルタ工程、及びセル工程に大別されるが、以下、このような液晶表示素子の工程について、図１４を参照して説明する。

まず、薄膜トランジスタ工程により、下部基板５上に配列されて画素領域を定義する複数のゲートライン及びデータラインを形成し、前記各画素領域に前記ゲートライン及びデータラインに接続される駆動素子の薄膜トランジスタを形成する(ステップS１０１)。且つ、前記薄膜トランジスタ工程により、前記薄膜トランジスタに接続され、薄膜トランジスタを通して信号が印加されることによって液晶層を駆動する画素電極を形成する。

そして、上部基板３には、カラーフィルタ工程により、カラーを実現するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層及び共通電極を形成する(ステップS１０４)。

次いで、上部基板３及び下部基板５にそれぞれ配向膜を塗布した後、上部基板３と下部基板５間に形成される液晶層の液晶分子に配向規制力または表面固定力(即ち、プレチルト角(Pretilt Angel)と配向方向)を提供するために、前記配向膜をラビング(Rubbing)する(ステップS１０２、S１０５)。その後、下部基板５に所定セルギャップを維持するためのスペーサを散布し、上部基板３の外郭部にシール材９を塗布した後、下部基板５及び上部基板３に圧力を加えて合着する(ステップS１０３、S１０６、S１０７)。

ここで、下部基板５及び上部基板３は、大面積のガラス基板からなる。言い換えれば、大面積のガラス基板に複数のパネル領域が形成され、各パネル領域に駆動素子の薄膜トランジスタ及びカラーフィルタ層が形成されるため、個々の液晶パネルを製作するためには、ガラス基板を切断、加工すべきである(ステップS１０８)。その後、前記加工された個々の液晶パネルに液晶注入口を通して液晶を注入してから前記液晶注入口を封止して液晶層を形成した後、各液晶パネルを検査することで液晶表示素子を製作する(ステップS１０９、S１１０)。

液晶はパネルに形成された液晶注入口を通して注入されるが、このとき、液晶の注入は圧力差により行われる。図１５は、液晶パネルに液晶を注入する装置を示す。図１５に示すように、真空チャンバ１０内に、液晶が充填された容器１２が備えられ、その上部に液晶パネル１が位置する。前記真空チャンバ１０は、真空ポンプに連結されて設定された真空状態を維持する。且つ、図示していないが、前記真空チャンバ１０内には、液晶パネル移動用装置が設置され、前記液晶パネル１を容器１２の上部から容器１２まで移動させて、液晶パネル１に形成された注入口１６を液晶１４に接触させる(このような方式を液晶ディッピング(Dipping)方式という)。

このように、液晶パネル１の注入口１６を液晶１４に接触させた状態で、真空チャンバ１０内に窒素(N_２)ガスを供給して真空チャンバ１０の真空程度を低下させると、前記液晶パネル１の内部と真空チャンバ１０との圧力差により、液晶１４が前記注入口１６を通して液晶パネル１に注入され、液晶１４が液晶パネル１内に完全に充填された後に前記注入口１６を封止材により封止することで液晶層が形成される(このような方式を液晶真空注入方式という)。

しかしながら、このように真空チャンバ１０内で液晶パネル１の注入口１６を通して液晶１４を注入して液晶層を形成する方法には次のような問題があった。

第１に、液晶パネル１への液晶注入時間が長い。一般に、液晶パネルの駆動素子アレイ基板とカラーフィルタ基板間の間隔は数μm程度で非常に狭いため、単位時間当たり非常に少ない量の液晶のみが液晶パネルの内部に注入される。例えば、約１５インチの液晶パネルを製作する場合、液晶を完全に注入するにはほぼ８時間がかかるが、このような長時間の液晶注入により、液晶パネル製造工程が長くなって製造効率が低下する。

第２に、前述したような液晶注入方式においては液晶消耗率が高い。容器１２に充填されている液晶１４中、実際に液晶パネル１に注入される量は非常に少ない量である。一方、液晶は、大気や特定ガスに露出されると、ガスと反応して劣化するだけでなく、液晶パネル１との接触時に流入する不純物により劣化する。よって、容器１２に充填された液晶１４が複数枚の液晶パネル１に注入される場合も、注入後に余る液晶１４を廃棄しなければならないので、高価な液晶の廃棄により液晶パネルの製造費用が増加する。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、少なくとも一つの液晶パネルを含む大面積のガラス基板上に直接液晶を滴下する液晶滴下装置及び液晶滴下方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、基板上に形成されたスペーサの高さに基づいて液晶の滴下量を算出して常に正確な量の液晶を滴下することで、液晶表示素子に不良が発生することを防止できる液晶滴下装置及び液晶滴下方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、互いに異なる規格を有する複数の液晶パネルを備える基板上に正確な量の液晶を滴下できる液晶滴下装置及び液晶滴下方法を提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明の一観点による液晶滴下装置は、液晶が充填された容器と、吸入口及び吐出口を備えるシリンダと、シリンダ内に挿入されて上下運動を行うことで、容器に充填された液晶を吸入口及び吐出口を通して吸入及び吐出する吐出ポンプと、吐出ポンプから吐出された液晶を基板に滴下するノズルとから構成された液晶滴下機、及び基板に形成されたスペーサの高さに基づいて基板に滴下すべき液晶の滴下量を算出し、吐出ポンプを制御して基板上に液晶を滴下する制御部から構成される。

前記スペーサは、カラースペーサまたはパターンスペーサであって、以前工程の薄膜トランジスタ工程またはカラーフィルタ工程で形成及び測定され、制御部に有線または無線で入力される。

また、本発明の他の観点による液晶滴下装置は、液晶が充填された容器とピストンとを備え該ピストンの上下運動により容器に充填された液晶を吸入及び吐出する吐出ポンプと、吐出ポンプから吐出された液晶を互いに異なる規格を有する複数の液晶パネルが形成された多規格基板に滴下するノズルとから構成された液晶滴下機、及び基板の液晶パネルに形成されたスペーサの高さに基づいて複数の液晶パネルに滴下すべき液晶の滴下量を算出し、吐出ポンプを制御して複数の液晶パネルに液晶を順次滴下する制御部から構成される。

そして、本発明に係る液晶滴下方法は、基板に形成されたスペーサの高さが入力される段階と、前記スペーサの高さに基づき、基板に滴下すべき液晶の滴下量を算出する段階と、液晶が充填された容器とピストンとを備え該ピストンの上下運動により前記容器に充填された液晶を吸入及び吐出する吐出ポンプと、前記吐出ポンプから吐出された液晶を互いに異なる規格を有する複数の液晶パネルが形成された多規格基板に滴下するノズルとから構成された液晶滴下機を滴下位置と一致させる段階と、基板上に算出された量の液晶を滴下する段階と、を含む。

本発明においては、薄膜トランジスタ工程ラインまたはカラーフィルタ工程ラインで形成されたスペーサの高さに基づいて液晶の滴下量を算出する。従って、不正確な量の液晶の滴下による液晶表示素子の不良を防止できるようになる。また、本発明においては、基板に形成される液晶パネル別に滴下量を算出するので、多規格ガラス基板上に正確な量の液晶を滴下できるようになる。

液晶ディッピング方式または液晶真空注入方式のような従来の液晶注入方式の欠点を克服するために近来提案されている方法が液晶滴下方式による液晶層形成方法である。前記液晶滴下方式は、パネルの内部と外部との圧力差により液晶を注入するのでなく、液晶を直接基板に滴下(Dropping)及び分配(Dispensing)し、パネルの合着圧力により滴下された液晶をパネル全体にわたって均一に分布させることで液晶層を形成する。このような液晶滴下方式は、短時間に直接基板上に液晶を滴下するため、大面積の液晶表示素子の液晶層の形成も非常に迅速に進行できるだけでなく、必要量の液晶のみを直接基板上に滴下するため、液晶の消耗を最小化して液晶表示素子の製造費用を大幅に削減できるという利点を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、液晶滴下方式の基本的な概念を示す図である。図示するように、液晶滴下方式においては、駆動素子が形成された下部基板１０５とカラーフィルタが形成された上部基板１０３とを合着する前に、下部基板１０５上に滴状に液晶１０７を滴下する。液晶１０７は、カラーフィルタが形成された上部基板１０３上に滴下することもできる。言い換えれば、液晶滴下方式において液晶の滴下の対象となる基板は、TFT基板及びCF基板の何れの基板も可能である。但し、液晶が滴下された基板は、基板の合着時に下部に位置させるべきである。

このとき、上部基板１０３の外郭領域にはシール材１０９が塗布されて、上部基板１０３及び下部基板１０５に圧力を加えることによって上部基板１０３と下部基板１０５とが合着され、これと同時に、圧力により液晶１０７滴が均一に分布されることで、上部基板１０３と下部基板１０５間に均一な厚さの液晶層が形成される。言い換えれば、液晶滴下方式の最も大きな特徴は、パネル１０１を合着する前に下部基板１０５上に予め液晶１０７を滴下した後、シール材１０９によりパネル１０１を合着することである。

図２は、このような液晶滴下方式が適用された液晶表示素子の製造方法を示す図である。図示するように、薄膜トランジスタ工程及びカラーフィルタ工程を通して、下部基板１０５及び上部基板１０３にそれぞれ駆動素子の薄膜トランジスタ及びカラーフィルタ層を形成する(ステップS２０１、S２０４)。薄膜トランジスタ工程及びカラーフィルタ工程は、図１４に示す従来の製造方法と同様な工程であり、複数のパネル領域が形成される大面積のガラス基板に一括的に進行される。特に、製造方法には液晶滴下方式が適用されるため、従来の製造方法に比べて広いガラス基板、例えば、１０００×１２００mm^２以上の面積を有する大面積のガラス基板に有効に用いることができる。

次いで、薄膜トランジスタが形成された下部基板１０５、及びカラーフィルタ層が形成された上部基板１０３に配向膜をそれぞれ塗布した後にラビングを行い(ステップS２０２、S２０５)、下部基板１０５の液晶パネル領域には液晶１０７を滴下し、上部基板１０３の液晶パネルの外郭部領域にはシール材１０９を塗布する(ステップS２０３、S２０６)。

その後、上部基板１０３と下部基板１０５とを整列した状態で圧力を加えることで、シール材１０９により上部基板１０３と下部基板１０５とを合着すると共に、圧力の印加により滴下された液晶１０７をパネル全体にわたって均一に分布させる(ステップS２０７)。このような工程により、大面積のガラス基板(下部基板１０５及び上部基板１０３)に液晶層が形成された複数の液晶パネルが形成され、このガラス基板を加工、切断して複数の液晶パネルに分離し、各液晶パネルを検査することで液晶表示素子を製作する(ステップS２０８、S２０９)。

図２に示す液晶滴下方式が適用された液晶表示素子の製造方法と、図１４に示す従来の液晶注入方式が適用された液晶表示素子の製造方法との相違点を比較すると、液晶の真空注入と液晶の滴下との差、及び大面積のガラス基板の加工時期の差の他にも相違点があることが分かる。即ち、図１４に示す液晶注入方式が適用された液晶表示素子の製造方法においては、注入口を通して液晶を注入した後に注入口を封止材により封止するが、図２に示す液晶滴下方式が適用された製造方法においては、液晶を直接基板に滴下するため、このような注入口の封止工程を必要としない。また、図１４には示していないが、液晶注入方式が適用された製造方法においては、液晶注入時に基板が液晶に接触してパネルの外部面が液晶により汚染されるため、汚染された基板を洗浄するための工程が必要であるが、液晶滴下方式が適用された製造方法においては、液晶を直接基板に滴下するため、パネルが液晶により汚染されることなく、よって、洗浄工程を必要としない。このように、液晶滴下方式による液晶表示素子の製造方法は、液晶注入方式による製造方法に比べて簡単な工程からなるので、製造効率及び収率を向上させる。

このように、液晶滴下方式が導入された液晶表示素子の製造方法において、液晶層を所望の厚さに正確に形成するための最も重要な要因は、液晶の滴下位置及び滴下量である。特に、液晶層の厚さは、液晶パネルのセルギャップと密接な関係を有するので、正確な液晶の滴下位置及び滴下量は、液晶パネルの不良を防止するための非常に重要な要素である。よって、正確な位置に正確な量の液晶を滴下する装置が必要であるが、本発明はこのような液晶滴下機を提供する。

図３は、本発明に係る液晶滴下機を利用して基板(大面積のガラス基板)１０５上に液晶１０７を滴下する基本的な概念を示す図である。図示するように、液晶滴下機１２０は、基板１０５の上部に設置されている。図示していないが、液晶滴下機１２０の内部には液晶が充填されており、基板上に一定量を滴下する。

通常、液晶は滴状に基板上に滴下される。基板１０５は、x、y方向に設定された速度で移動し、液晶滴下機１２０は、設定された時間間隔に液晶を排出するため、基板１０５上に滴下される液晶１０７は、x、y方向に所定間隔に配置される。もちろん、液晶の滴下時、基板１０５は固定させ、液晶滴下機１２０をx、y方向に移動させて液晶を所定間隔に滴下することもできる。しかし、この場合、液晶滴下機１２０の動きにより滴状の液晶が揺れるため、液晶の滴下位置及び滴下量に誤差が発生する恐れがあるので、液晶滴下機１２０を固定させ、基板１０５を移動させることが好ましい。

図４は、本発明に係る液晶滴下機１２０の構造を示す斜視図、図５は、本発明に係る液晶滴下機１２０の分解斜視図である。図４及び図５に示すように、液晶滴下機１２０には、円筒状の液晶容器１２２がケース１２３に収納されている。液晶容器１２２は、ポリエチレンから形成され、その内部に液晶１０７が充填されている。ケース１２３は、ステンレス鋼から形成され、その内部に液晶容器１２２が収納される。通常、ポリエチレンは、成形性が優れていて所望の形状の容器を容易に形成できるだけでなく、液晶１０７が充填されたとき液晶と反応しないため、液晶容器１２２として主に使用される。しかし、ポリエチレンは、強度が弱くて外部の弱い衝撃によっても変形しやすいため、液晶容器１２２にポリエチレンを使用する場合は、液晶容器１２２が変形して正確な位置に液晶１０７を滴下させることができない。よって、強度の強いステンレス鋼からなるケース１２３に収納して使用する。

一方、図示していないが、液晶容器１２２の上部にはガス供給管が連結され、外部から窒素のようなガスが供給される。このようなガスの供給により、液晶の滴下時、液晶容器１２２の液晶が充填されていない領域の圧力が低下することで、液晶の滴下を阻害しないようになる。

液晶容器１２２は、ステンレス鋼のような金属から形成することもできる。この場合、外部の衝撃により液晶容器１２２が変形しないため、外部ケース１２３を必要としない。よって、液晶滴下機１２０の製造費用が削減される。このように、液晶容器１２２を金属から形成する場合、充填された液晶１０７が金属と化学的な反応を起こすことを防止するために、内部にフッ素樹脂膜を塗布することが好ましい。

液晶容器１２２の下部には、液晶吐出ポンプ１４０が配設されている。液晶吐出ポンプ１４０は、液晶容器１２２の液晶を所定量吐出して液晶パネル上に滴下するためのもので、液晶容器１２２に連結され、液晶吐出ポンプ１４０の作動により液晶が吸入される液晶吸入口１４７、及び液晶吸入口１４７の反対側に形成され、液晶吐出ポンプ１４０の作動により液晶が吐出される液晶吐出口１４８を備えている。

図５に示すように、液晶吸入口１４７には第１連結管１２６が結合されている。図５には液晶吸入口１４７が第１連結管１２６に挿入されて結合されているが、ネジのような結合手段により液晶吸入口１４７と第１連結管１２６とを結合することもできる。第１連結管１２６の一側には、注射針のように内部が通孔されたピン１２８が形成されており、第１連結管１２６に液晶を流出する液晶容器１２２の下部には、シリコンやブチルゴム系のように収縮性及び密閉性の強い材質のパッド(図示せず)が設けられている。ピン１２８は、パッドを通して液晶容器１２２に挿入され、液晶容器１２２の液晶１０７を液晶吸入口１４７に流入する。ピン１２８の挿入時、パッドがピン１２８側に強く収縮するので、ピン１２８の挿入領域から液晶１０７が漏洩することが防止される。このように、ピン１２８及びパッドにより液晶吸入口１４７と液晶容器１２２とを締結するので締結構造が簡単で、よって、締結及び脱着が容易である。

液晶吸入口１４７及び第１連結管１２６は、一体に形成することもできる。この場合、ピン１２８が液晶吸入口１４７に形成され、パッドを通して液晶容器１２２に直接挿入されて液晶容器１２２の液晶を流出するので、構造が簡単になる。

液晶吐出ポンプ１４０の下部には、ノズル１５０が設置されている。ノズル１５０は、第２連結管１６０を介して液晶吐出ポンプ１４０の液晶吐出口１４８に連結され、液晶吐出ポンプ１４０から吐出される液晶１０７を液晶パネル上に滴下する。

第２連結管１６０は、不透明な物質から形成することもできるが、透明な物質から形成することもできる。このように、第２連結管１６０を透明な物質から形成する理由は次のとおりである。

一般に、液晶の滴下時、液晶１０７中に気泡が含まれており、液晶パネルに滴下される液晶１０７の滴下量を正確に制御することができない。よって、液晶１０７の滴下時、必ず気泡を除去しなければならない。且つ、気泡は、液晶容器１２２に充填される液晶１０７中にも既に含まれている。液晶１０７中の気泡は、気泡除去装置により除去することはできるものの、全ての気泡を除去することは事実上不可能である。且つ、液晶容器１２２から液晶吐出ポンプ１４０への液晶１０７の流入時にも気泡が発生し得る。結局、滴下される液晶１０７から気泡を完全に除去することは殆ど不可能である。よって、気泡が発生した場合、液晶滴下機の作動を中断して気泡を除去することが不良を防止するための最良の方法である。

第２連結管１６０を透明な物質から形成することは、液晶容器１２２に含まれている気泡、または液晶容器１２２で発生した気泡を容易に発見して不良を防止するためである。このとき、気泡の発見は作業者の肉眼で行うこともできるが、第２連結管１６０の両側にフォトカプラーのような第１センサ１６２を設置して自動的に気泡を発見することで、より確実に不良を防止することができる。

第２連結管１６０を通して吐出された液晶が流入するノズル１５０の両側面には、外力などからノズル１５０が破損することを防止するための保護部１５２が設置され、ノズル１５０の下部の保護部１５２には、ノズル１５０から滴下される液晶に気泡が含まれているか、またはノズル１５０の表面に液晶が凝結しているかを感知するための第２センサ１５４が設置されている。

ノズル１５０の表面に液晶が凝結する現象は、液晶１０７の正確な滴下を阻害する。ノズル１５０を通して液晶が滴下されるとき、液晶吐出ポンプ１４０から設定量の液晶が吐出されても、液晶の一部がノズル１５０の表面に拡散されるため、液晶パネル上には設定量より少ない液晶が滴下される。且つ、ノズル１５０の表面で凝結した液晶が液晶パネルに滴下される場合は、液晶表示素子の致命的な不良の原因となり得る。このように、ノズル１５０の表面に液晶が凝結することを防止するために、ノズル１５０の表面には、フッ素樹脂のように液晶に対する接触角(Contact Angle)の高い物質(即ち、疏水性物質)をディッピングやスプレー方法により塗布することもできる。フッ素樹脂の塗布により、滴下される液晶がノズル１５０の表面に拡散されることなく、完全な滴状にノズル１５０を通して液晶パネルに滴下される。

一方、液晶吐出ポンプ１４０は、回転部材１５７に挿入されており、回転部材１５７は、固定部１５５に固定されている。回転部材１５７は、第１モータ１３１に連結されている。第１モータ１３１の駆動により、回転部材１５７が回転され、回転部材１５７に固定された液晶吐出ポンプ１４０が作動する。

液晶吐出ポンプ１４０は、バー状の液晶容積量調節部材１３４の一側に接触されている。液晶容積量調節部材１３４の他側には孔が形成され、回転軸１３６が孔に挿入される。液晶容積量調節部材１３４の孔及び回転軸１３６の周面にはネジが形成されて互いに螺合される。また、回転軸１３６は、一端が第２モータ１３３に連結され、他端は調節レバー１３７に連結されている。

液晶吐出ポンプ１４０を通して液晶容器１２２から吐出される液晶の量は、回転部材１５７に固定される液晶吐出ポンプ１４０の角度によって異なってくる。即ち、回転部材１５７に固定される液晶吐出ポンプ１４０の固定角度によって、液晶吐出ポンプ１４０の液晶容積量が異なってくる。回転軸１３６に連結された第２モータ１３３を駆動(自動調節)するか、または調節レバー１３７を作動(手動調節)すると、回転軸１３６が回転され、これにより、回転軸１３６と螺合された液晶容積量調節部材１３４の一端が回転軸１３６に沿って前後に(直線に)動く。このように、液晶容積量調節部材１３４の一端が動くことにより、液晶吐出ポンプ１４０に印加される力が変化し、よって、液晶吐出ポンプ１４０の固定角度が異なってくる。

前述したように、第１モータ１３１は、液晶吐出ポンプ１４０を作動させて液晶容器１２２の液晶を吐出して液晶パネルに滴下し、第２モータ１３３は、回転部材１５７に固定される液晶吐出ポンプ１４０の固定角度を調節して液晶吐出ポンプ１４０から吐出される液晶の量を制御する。

一方、液晶吐出ポンプ１４０を通して液晶パネルに滴下される液晶の１回滴下量は非常に微細な量で、よって、第２モータ１３３により調節される液晶吐出ポンプ１４０の変化量も微細な量である。これは、液晶吐出ポンプ１４０の吐出量を制御するためには、液晶吐出ポンプ１４０の傾斜角度を非常に微細に調節しなければならないということを意味する。このような微細調節のために、第２モータ１３３としては、パルス入力値によって作動するサーボモータ、好ましくは、ステップモータを使用する。

図６Ａ及び図６Ｂは、液晶吐出ポンプ１４０の構造を示す図で、図６Ａは斜視図、図６Ｂは分解斜視図である。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、液晶吐出ポンプ１４０は、液晶吸入口１４７及び液晶吐出口１４８が形成されたケース１４１と、上部に開口が形成され、ケース１４１に結合されるキャップ１４４と、ケース１４１の内部に挿入されて液晶が吸入されるシリンダ１４２と、シリンダ１４２をシールするシール手段１４３と、キャップ１４４の上部に位置し、液晶が漏洩されることを防止するオーリング(o-ring)１４４aと、キャップ１４４の開口を通してシリンダ１４２に挿入され、上下及び回転運動を行うことで液晶吸入口１４７及び液晶吐出口１４８を通して液晶１０７を吸入及び吐出するピストン１４５と、から構成されている。ピストン１４５の上部には、回転部材１５７に固定されるヘッド１４６aが設置されており、ヘッド１４６aには、バー１４６bが設置されている。バー１４６bは、回転部材１５７に形成されたホール(図示せず)に挿入固定され、第１モータ１３１の力により回転部材１５７が回転運動を行うとき、ピストン１４５を回転運動させる。

一方、図６Ｂに示すように、ピストン１４５の端部には、溝１４５aが形成されている。該溝１４５aは、ピストン１４５の断面円形状の約１/４面積(または、それ以下の面積)に形成され、ピストン１４５の回転運動時(即ち、上下運動時)、液晶吸入口１４７及び液晶吐出口１４８を開閉することで、吸入口１４７及び液晶吐出口１４８を通して液晶を吸入及び吐出させる。

以下、このような液晶吐出ポンプ１４０の作動を説明する。

図７は、液晶吐出ポンプ１４０が回転部材１５７に固定された状態を示す図である。図示するように、ピストン１４５は、回転部材１５７に所定角度αに固定されており、ピストンヘッド１４６aに形成されたバー１４６bは、回転部材１５７の内面に形成されたホール１５９に挿入されて、ピストン１４５と回転部材１５７とが結合される。図示していないが、ホール１５９の内部には軸受が備えられて、ホール１５９の内部に挿入されたピストン１４５のバー１４６bが前後左右に動くことが可能になっている。第１モータ１３１が駆動すると、回転部材１５７が回転され、よって、回転部材１５７に結合された(即ち、固定された)ピストン１４５が回転される。

このとき、回転部材１５７に対する液晶吐出ポンプ１４０の固定角度α、即ち、回転部材１５７に対するピストン１４５の固定角度αを０°と仮定すると、ピストン１４５は、単に回転部材１５７によって回転運動のみを行うようになる。しかし、実質的に固定角度αは０°でないため(即ち、所定角度に固定されるため)、ピストン１４５は、回転部材１５７の回転運動によって回転運動を行うと共に、上下運動を行うようになる。

このようなピストン１４５の運動時、ピストン１４５が所定角度回転して上方に動くと、シリンダ１４２の内部に空いた空間が生じ、この空間に液晶吸入口１４７を通して液晶が吸入され、以後、ピストン１４５がさらに回転して下方に動くと、シリンダ１４２に吸入された液晶が液晶吐出口１４８を通して吐出される。このとき、ピストン１４５に形成された溝１４５aは、ピストン１４５の回転により液晶を吸入及び吐出するとき、液晶吸入口１４７及び液晶吐出口１４８を開閉する役割を果たす。

以下、図８Ａ〜図８Ｄを参照して、前述したような液晶吐出ポンプ１４０の作動をより詳しく説明する。

図８Ａ〜図８Ｄに示すように、液晶吐出ポンプ１４０は、４行程を通して液晶容器１２２の液晶１０７をノズル１５０に吐出する。図８Ａ及び図８Ｃは交叉行程で、図８Ｂは液晶吸入口１４７による吸入行程で、図８Ｄは液晶吐出口１４８による液晶吐出行程である。

図８Ａに示すように、回転部材１５７に所定角度αに固定されたピストン１４５は、回転部材１５７の回転により回転される。このとき、液晶吸入口１４７及び液晶吐出口１４８は、ピストン１４５により閉塞されている。

回転部材１５７が約４５゜回転することによってピストン１４５も回転して、図８bに示すように、液晶吸入口１４７がピストン１４５の溝１４５aにより開放される。一方、回転部材１５７のホール１５９にはピストン１４５のバー１４６bが挿入されて、回転部材１５７とピストン１４５とを結合する。よって、回転部材１５７の回転によりピストン１４５が回転し、このとき、バー１４６bは、回転面に沿って回転する。

ピストン１４５が回転部材１５７と所定角度に固定されており、バー１４６bは回転面に沿って回転するので、回転部材１４５が回転することによってピストン１４５が上昇するようになる。また、シリンダ１４２が固定されているので、回転部材１４５が回転することによってピストン１４５下部のシリンダ１４２に空間が生じる。よって、溝１４５aにより開放された液晶吸入口１４７を通して空間に液晶が吸入される。

このような液晶の吸入は、吸入行程が開始された後(即ち、液晶吸入口１４７が開放された後)、回転部材１５７が約４５゜回転して図８Ｃに示すような交叉行程が開始されるまで(液晶吸入口１４７が閉塞されるまで)続く。

その後、図８dに示すように、回転部材１５７がさらに回転することにより、液晶吐出口１４８が開放されると共に、ピストン１４５が下降を開始して、シリンダ１４２内の空間に吸入された液晶が液晶吐出口１４８を通して吐出される(吐出行程)。

このように、液晶吐出ポンプ１４０は、第１交叉行程、吸入行程、第２交叉行程及び吐出行程からなる４行程を繰り返すことで、液晶容器１２２に充填された液晶１０７をノズル１５０に吐出する。

このとき、液晶の吐出量は、ピストン１４５の上下運動範囲によって異なり、ピストン１４５の上下運動範囲は、回転部材１５７に固定される液晶吐出ポンプ１４０の角度によって異なってくる。

図９は、液晶吐出ポンプ１４０が回転部材１５７にβの角度に固定された場合を示す図である。液晶吐出ポンプ１４０がα(〈β)の角度に回転部材１５７に固定された図７に比べて、図９の液晶吐出ポンプ１４０は、ピストン１４５がさらに上方に上昇する。これは、回転部材１５７に固定される角度が増加するほど、ピストン１４５の運動時にシリンダ１４２の内部に吸入される液晶１０７の量が増加することを意味し、結局、回転部材１５７に固定される角度を調節することで液晶の吐出量を制御できるということを意味する。

一方、回転部材１５７に固定される液晶吐出ポンプ１４０の固定角度は、図４に示すように、液晶容積量調節部材１３４により制御され、液晶容積量調節部材１３４は、第２モータ１３３の駆動により動く。言い換えれば、液晶吐出ポンプ１４０の固定角度は、第２モータ１３３を制御することで調節することができる。

もちろん、吐出ポンプ１４０の固定角度を角度調節レバー１３７により作業者が手動で調節することもできるが、この場合、正確な調節が不可能で、時間が多くかかるだけでなく、作業中に液晶吐出ポンプ１４０の動作を中断しなければならないという欠点も発生する。よって、第２モータ１３３により液晶吐出ポンプ１４０の固定角度を調節することが好ましい。

このとき、液晶吐出ポンプ１４０の固定角度は、変位測定磁気センサ(Linear Variable Differential Transformer)のようなセンサ１３９により測定され、固定角度が設定された角度を超過する場合、警報を発して液晶吐出ポンプ１４０が破損することを防止する。

図示していないが、第１モータ１３１及び第２モータ１３３は、制御部と無線または有線で接続されている。且つ、制御部は、各種情報が入力され液晶パネルに滴下すべき液晶の滴下量を算出し、各種装置を制御する。

一方、液晶の滴下量は、スペーサの高さに関係する。スペーサとしては、従来の液晶真空注入方式では、主にボールスペーサ(Ball Spacer)を使用するに対し、液晶滴下方式では、主にパターンスペーサ(Patterned Spacer、或いはColumn Spacer)を使用するが、その理由は次のとおりである。前述したように、液晶滴下方式は、主に大面積の液晶パネルの製作に用いられるが、大面積の液晶パネルにボールスペーサを使用する場合、基板上にボールスペーサを均一に散布しにくいだけでなく、散布されたボールスペーサ同士が基板上でくっついて液晶パネルのセルギャップ不良の原因となる。従って、液晶滴下方式では、設定された位置にパターンスペーサを形成することでの問題を解決する。

従って、カラーフィルタ基板に実際に形成されたパターンスペーサの高さが設定されたセルギャップと異なる場合、設定された滴下量の液晶が基板に滴下されても、実際に製作された液晶パネルに充填された液晶の量は最適の液晶量と差が生じる(実際に形成されたパターンスペーサの高さによりセルギャップに差が発生するので)。実際に滴下される液晶の滴下量が最適の滴下量より小さい場合、例えば、ノーマリブラックモード(Normally Black Mode)の液晶表示素子の場合、ブラック輝度に問題が発生し、ノーマリホワイトモード(Normally White Mode)の液晶表示素子の場合、ホワイト輝度に問題が発生する。

また、実際に滴下される液晶の滴下量が最適の滴下量より多い場合、液晶パネルを製作したとき重力不良が発生する。重力不良は、液晶パネルを製作したとき、温度の上昇により液晶パネルの内部に形成された液晶層の体積が増加することによって発生し、液晶パネルのセルギャップがスペーサより大きくなり、これにより、液晶が重力により下部に移動して液晶パネルのセルギャップが不均一になるので、液晶表示素子の品質低下の原因となる。

制御部は、このような問題を解決するために、液晶の滴下量を設定されたセルギャップに基づいて算出することなく、実際に測定されたスペーサの高さに基づいて算出する。

スペーサの高さは、薄膜トランジスタ工程またはカラーフィルタ工程のスペーサ形成工程で入力される。即ち、スペーサ形成工程では、スペーサを形成するだけでなく、その高さも測定して制御部に提供する。スペーサを形成するスペーサ形成工程ラインは、液晶滴下ラインとは別のラインからなる。従って、測定されたスペーサの高さは、有線または無線で制御部に入力される。また、スペーサの高さは、別の工程により測定することもできる。例えば、スペーサ形成工程ライン(即ち、薄膜トランジスタ工程ラインまたはカラーフィルタ工程ライン)と液晶滴下ラインとの間に、スペーサ高さ測定手段を備えてスペーサの高さを測定した後、これを液晶滴下ラインに入力することもできる。

図１０に示すように、制御部２００は、薄膜トランジスタ工程ラインまたはカラーフィルタ工程ラインなどで形成された液晶パネルのスペーサの高さが有線または無線で入力されるスペーサ高さ入力部２１０と、基板の面積、基板に形成されるパネルの枚数、パネルの位置、パネルの面積、液晶の種類及び粘度のような液晶の情報などの各種情報が入力される入力部２２０と、スペーサ高さ入力部２１０から入力されるパターンスペーサの高さ及び入力部２２０から入力される各種情報に基づき、液晶パネルに滴下すべき滴下量を算出する滴下量算出部２３０と、算出された滴下量が吐出されるように、第２モータ１３３を駆動して液晶吐出ポンプ１４０の固定角度を制御するモータ駆動部２４０と、基板を駆動して液晶滴下機を該当液晶パネルの初期滴下位置に移動させる基板駆動部２５０と、基板に形成された液晶パネルの枚数、現在滴下が進行中のパネルのサイズ、該当パネルに滴下すべき液晶の滴下量及び現在の液晶滴下状況のような各種情報を出力する出力部２６０と、から構成される。

滴下量算出部２３０は、パネルのサイズ、パターンスペーサの高さ及び液晶の特性情報に基づき、液晶パネルに滴下すべき滴下量を算出する。即ち、滴下量算出部２３０は、複数の液晶パネルが形成されたガラス基板単位で滴下量を算出することなく、液晶パネル単位で滴下量を算出する。

このように、本発明においては、液晶パネル単位で滴下量を算出するので、一つのガラス基板上に多様な規格の液晶パネルが形成される多規格ガラス基板(multi- model glass substrate)の滴下に有用に用いることができる。多規格ガラス基板は、多様な規格の液晶パネルが形成されるので、ガラス基板の効率を向上させて製造費用を削減することができる。ガラス基板に形成される複数の液晶パネルのセルギャップが互いに異なる場合(即ち、スペーサの高さが互いに異なる場合)、スペーサの高さに基づいて各液晶パネルに滴下すべき液晶の滴下量を算出するので、本発明は、このような多規格ガラス基板の滴下により有用に適用することができる。

図１１に示すように、モータ駆動部２３０は、第１モータ１３１及び第２モータ１３３を駆動するために、液晶の滴下量に対するパルス値情報を保存するパルス値保存部２４４と、パルス値保存部２４４に保存されたパルス値情報に基づき、滴下量算出部２３０から入力された滴下量の算出値をパルス値に換算するパルス値換算部２４２と、滴下量の算出値が入力されることによって駆動信号を出力して、液晶吐出ポンプ１４０を作動させるための第１モータ１３１を駆動する第１モータ駆動部２４６と、パルス値換算部２４２から換算されたパルス値が入力されることによって第２モータ１３３を駆動するための駆動信号を出力して、液晶吐出ポンプ１４０の固定角度を変化させる第２モータ駆動部２４８と、から構成されている。

パルス値保存部２４４には、数多いパルス値に対する第２モータ１３３の回転角度情報が保存されている。よって、パルス値が入力されることによって、第２モータ１３３が該当する角度だけ回転すると共に、回転軸１３６に挿入された液晶容積量調節部材１３４が直線運動を行い、結局、液晶容積量調節部材１３４の運動により、固定部１５５への液晶吐出ポンプ１４０の固定角度が変化して、液晶吐出ポンプ１４０から吐出される液晶の量が変化する。

前述したように、第２モータ１３３は、ステップモータで、約１０００パルスの入力により１回転される。即ち、第２モータ１３３は、１パルスに対し約０.３６゜回転する。よって、パルスにより第２モータ１３３の回転角度を微細に調節することができ、結局、入力される滴下量の算出値によって液晶吐出ポンプ１４０の吐出量を非常に微細に調節できるようになる。

図１２は、スペーサの高さを利用する液晶滴下方法を示す図である。図１２に示す方法は、多規格ガラス基板に液晶を滴下する方法を示しているが、この方法はもちろんで、一規格ガラス基板に液晶を滴下する方法に適用することもできる。

図１２に示すように、まず、規格が異なり薄膜トランジスタ工程ラインまたはカラーフィルタ工程ラインで薄膜トランジスタまたはカラーフィルタが形成された複数の液晶パネルが含まれたガラス基板がローディングされる(ステップS３０１)。このとき、液晶滴下装置の制御部２００には、基板及び液晶パネルに関する情報、例えば、基板のサイズ、基板に形成された液晶パネルの枚数、各液晶パネルのサイズ、液晶パネルの座標、初期滴下位置のような各種情報が入力される。また、制御部２００には、液晶の種類や粘度のような液晶の特性情報が入力される。このとき、液晶情報と基板及び液晶パネル情報は、作業者が直接入力することもできるが、バーコードのようにガラス基板に形成されて情報を含む識別コードを判読することで入力することもできる。

制御部２００は、入力される情報に基づき、液晶を滴下すべき液晶パネルの座標及びサイズを把握し該当パネルを認識する(ステップS３０２)。

一方、薄膜トランジスタ工程ラインまたはカラーフィルタ工程ラインでは、基板上にパターンスペーサが形成され、このパターンスペーサが測定されて制御部２００に入力される(ステップS３０３)。

次いで、制御部２００は、入力される各種情報及びスペーサの高さに基づき、各パネルに滴下すべき液晶の滴下量を算出した後(ステップS３０４)、基板を駆動して滴下すべき液晶パネルの初期滴下位置に液晶滴下機１２０を整列させる。図示していないが、基板は、モータによりx、y方向に移動するので、モータを駆動することで基板を液晶パネルの滴下位置に移動させる。このとき、基板を駆動する代わりに液晶滴下機１２０を直接駆動して、液晶パネルの初期滴下位置に液晶滴下機１２０を整列させることもできる。

このように、液晶滴下機１２０が基板の滴下位置に整列された状態で液晶の滴下が行われる(ステップS３０５、S３０６)。このとき、モータ駆動部２４０のパルス値換算部２４２は、算出された液晶滴下量に該当するパルス値を計算し、第２モータ駆動部２４８は、該計算されたパルス値に基づいて第２モータ１３３を駆動することで液晶吐出ポンプ１４０の固定角度を調節し、固定角度が調節された状態で、第１モータ駆動部２４６は、第１モータ１３１を駆動することで液晶パネル上に液晶を滴下する。

該当液晶パネルへの液晶の滴下が終了すると、制御部２００は、次に液晶を滴下すべきパネルを認識した後(ステップS３０７)、滴下量算出過程を繰り返す。即ち、該当パネルに形成されたスペーサの高さ及び各種情報に基づいて滴下量を算出し、該当液晶パネルに液晶を滴下する。

本発明に係る液晶滴下方式により製作された液晶表示素子を示す図である。 液晶滴下方式により液晶表示素子を製作する方法を示すフローチャートである。 液晶滴下方式の基本的な概念を示す図である。 本発明に係る液晶滴下機の構造を示す斜視図である。 本発明に係る液晶滴下機の構造を示す分解斜視図である。 本発明に係る液晶滴下機の液晶吐出ポンプの構造を示す斜視図である。 本発明に係る液晶滴下機の液晶吐出ポンプの構造を示す分解斜視図である。 液晶吐出ポンプが固定部に固定された状態を示す図である。 液晶吐出ポンプの動作を示す図である。 液晶吐出ポンプの動作を示す図である。 液晶吐出ポンプの動作を示す図である。 液晶吐出ポンプの動作を示す図である。 固定角度が増加した液晶吐出ポンプの構造を示す図である。 本発明に係る液晶滴下装置の制御部の構造を示すブロック図である。 本発明に係るモータ駆動部の構造を示すブロック図である。 本発明に係る液晶滴下方法を示すフローチャートである。 一般の液晶表示素子の断面図である。 液晶表示素子を製造する従来の方法を示すフローチャートである。 従来の液晶表示素子の液晶注入を示す図である。

符号の説明

１２０ 液晶滴下機
１２２ 液晶容器
１２３ ケース
１２８ ピン
１３１ 第１モータ
１３３ 第２モータ
１３４ 液晶容積量調節部材
１３６ 回転軸
１３７ 調節レバー
１４０ 液晶吐出ポンプ
１４２ シリンダ
１４５ ピストン
１４５a 溝
１４７ 液晶吸入口
１４８ 液晶吐出口
１４９ 固定部
１５０ ノズル
１５４ 第２センサ
１６２ 第１センサ
１６０ 連結管
２００ 制御部
２２０ スペーサ高さ入力部
２３０ 滴下量算出部
２４０ モータ駆動部
２５０ 基板駆動部
２６０ 出力部

Claims (8)

1. 液晶が充填された容器と、
   前記容器に充填された液晶を吸入して吐出する吐出ポンプと、
   前記吐出ポンプから吐出された液晶を基板に滴下するノズルと、
   基板に形成されたスペーサの高さに基づいて液晶の滴下量を算出し、前記吐出ポンプを制御して基板上に算出された量の液晶を滴下する制御部と、及び
   前記吐出ポンプと接触し、該吐出ポンプの固定角度を変化させることで液晶の吐出量を調節する液晶容積量調節部材を含むことを特徴とする液晶滴下装置において、
   前記液晶容積量調節部材を駆動するモータと、
   前記液晶容積量調節部材と螺合され、モータの駆動により回転して前記液晶容積量調節部材を直線運動させる回転軸と、
   前記容器と吐出ポンプとを連結する第１連結管と、
   前記第１連結管の端部に設置されて容器に形成されたパッドに挿入され、内部が通孔されて容器の液晶が流入するピンと、
   前記吐出ポンプとノズルとを連結する、透明な物質からなる第２連結管とを更に含み、 前記第２連結管の近傍に設置され、吐出ポンプから吐出される液晶に気泡が含まれているかを感知する第１感知部を更に含むことを特徴とする液晶滴下装置。
2. 前記モータは、ステップモータであることを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。
3. 前記吐出ポンプは、
   シリンダと、
   前記シリンダ内に挿入され、下部の所定領域に溝が形成されて回転及び上下運動を行うことで液晶を吸入及び吐出するピストンと、
   前記ピストンの運動により液晶が吸入及び吐出される吸入口及び吐出口と、
   から構成されることを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。
4. 前記吐出ポンプが固定される固定部を更に含むことを特徴とする請求項３記載の液晶滴下装置。
5. 前記固定部は、吐出ポンプのピストンが固定されてピストンを回転運動させる回転部材を含むことを特徴とする請求項４記載の液晶滴下装置。
6. 前記ピストンにはバーが形成され、前記回転部材にはホールが形成され、前記バーがホールに回動自在に挿入されることでピストンが回転部材に固定されることを特徴とする請求項５記載の液晶滴下装置。
7. 前記吐出ポンプの液晶の容積量は、ピストンが回転部材に固定される角度によって異なることを特徴とする請求項５記載の液晶滴下装置。
8. 前記ノズルの近傍に設置され、ノズルの表面に液晶が凝結したことを感知する第２感知部を更に含むことを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。

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