JP4210139B2

JP4210139B2 - スペーサの高さによって液晶の滴下量調整が可能である液晶滴下装置及びその滴下方法

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Publication number: JP4210139B2
Application number: JP2003077906A
Authority: JP
Inventors: 完洙金; 武烈朴; 聖守鄭; 赫珍權; 海 ▼ジュン▲ 孫
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2002-03-23
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: US8899175B2; JP2003295199A; US7258894B2; US20070101935A1; CN100338518C; CN1447169A; US20030193628A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶滴下装置に係るもので、詳しくは、基板に形成されたスペーサの高さを測定し、該測定されたスペーサの高さによって基板に滴下される液晶の滴下量を制御し得る液晶滴下装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【関連技術】
近来、携帯電話（Mobile Phone）、PDA及びノートブックコンピュータのような各種携帯用電子機器が発展するにつれて、これに適用し得る軽薄短小用の平板表示装置（Flat Panel Display Device）に対する要求が順次増大しつつある。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）及びＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）などが活発に研究されているが、量産化技術、駆動手段の容易性及び高画質の具現という理由で、現在は、液晶表示素子ＬＣＤが脚光を浴びている。
【０００３】
ＬＣＤ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。
【０００４】
図１２に示したように、従来のＬＣＤ１においては、下部基板５と、上部基板３と、該下部基板５と上部基板３間に形成された液晶層７と、を包含して構成されていた。ここで、前記下部基板５は、駆動素子アレイ基板である。図には示してないが、前記下部基板５には複数の画素が形成されて、各画素には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような駆動素子が形成されている。又、前記上部基板３は、カラーフィルタ基板であって、実際のカラーを具現するためのカラーフィルタ層が形成されている。又、前記下部基板５及び上部基板３には夫々画素電極及び共通電極が形成され、前記液晶層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。
【０００５】
又、前記下部基板５及び上部基板３は、シーリング材９により合着され、その間に液晶層７が形成され、前記下部基板５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、情報を表示するようになっていた。
【０００６】
液晶表示素子の製造工程は、前記下部基板５に駆動素子のＴＦＴを形成するＴＦＴアレイ基板工程、前記上部基板３にカラーフィルタを形成するカラーフィルタ基板工程及びセル工程に区分される。
【０００７】
このような液晶表示素子の工程は、図１３に示したように、先ず、ＴＦＴアレイ工程により前記下部基板５上に配列されて画素領域を形成する複数のゲートライン及びデータラインを形成し、前記画素領域の夫々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（Ｓ１０１）。又、前記ＴＦＴアレイ工程により前記薄膜トランジスタに接続されて薄膜トランジスタを通して信号が印加されることで、液晶層を駆動する画素電極を形成する。
【０００８】
又、前記上部基板３にはカラーフィルタ工程によりカラーを具現するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層及び共通電極を形成する（Ｓ１０４）。
【０００９】
次いで、前記上部基板３及び下部基板５に夫々配向膜を塗布した後、前記上部基板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又は表面固定力（即ち、プレチルト角及び配向方向）を提供するために前記配向膜をラビングする（Ｓ１０２、Ｓ１０５）。次いで、前記下部基板５に、セルギャップを一定に維持するためのスペーサを散布し、前記上部基板３の外郭部にシーリング材を塗布した後、前記下部基板５及び上部基板３に圧力を加えて合着する（Ｓ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７）。
一方、前記下部基板５及び上部基板３は、大面積のガラス基板に構成されている。即ち、前記大面積のガラス基板に複数のパネル領域が形成され、該各パネル領域に駆動素子のＴＦＴ及びカラーフィルタ層が形成されるために、一つの液晶パネルを製作するためには、前記ガラス基板を切断及び加工しなければならない（Ｓ１０８）。次いで、前記のように加工された各液晶パネルに液晶注入口を通して液晶を注入し、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（Ｓ１０９、Ｓ１１０）。
【００１０】
前記液晶は、パネルに形成された液晶注入口を通して注入される。この時、液晶の注入は圧力差により行われる。前記液晶パネルに液晶を注入する装置は、図１４に示したように、真空チャンバー１０の内部には液晶が充填された容器１２が備えられて、その上部に液晶パネル１が位置していた。又、前記真空チャンバー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してある。又、図には示してないが、前記真空チャンバー１０の内部には液晶パネル移動用装置が装着され、前記液晶パネル１を容器１２の上部から容器まで移動させて前記液晶パネル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浸漬注入方式という）。
【００１１】
前記のように前記液晶パネル１の注入口１６を液晶１４に接触させた状態で前記真空チャンバー１０内に窒素（N_２）ガスを供給して前記チャンバー１０の真空程度を低下させると、前記液晶パネル１の内部圧力と前記真空チャンバー１０との圧力差により前記液晶１４が前記注入口１６を通して前記パネル１に注入され、液晶が前記パネル１の内部に完全に充填された後、前記注入口１６を封止材により封止することで、液晶層を形成する（このような方式を液晶の真空注入方式という）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の液晶注入方法においては、パネル１への液晶注入時間が長引くという不都合な点があった。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程度と狭小にするため、単位時間当、極少量の液晶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のに大略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ることで、製造効率が低下するという不都合な点があった。
【００１３】
又、従来の液晶注入方法においては、液晶消耗率が高くなるという不都合な点があった。前記容器１２に充填されている液晶１４中、実際液晶パネル１に注入される量は極少量である。一方、液晶は大気及び特定ガスに露出されると、ガスと反応して劣化される。
【００１４】
従って、前記容器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、注入後に残された高価の液晶１４を廃棄しなければならないため、結局、液晶パネル製造費用が増加するという不都合な点があった。
【００１５】
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包含する大面積のガラス基板上に直接液晶を滴下し得る液晶滴下装置を提供することを目的とする。
【００１６】
又、パターンスペーサの高さ測定手段を一体に形成して測定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、これに該当する量の液晶を滴下することで、製作された液晶パネルの不良を防止し得る液晶滴下装置及びその液晶滴下方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る液晶滴下装置においては、基板上に形成されたスペーサの高さを測定する手段と、ノズルを通して基板上に液晶を滴下し、内部に設置されたソレノイドコイルの磁気力及びスプリングの張力によりニードルが上下方向に移動してノズルに連結された排出孔が開閉されることで、液晶の滴下量を調節する液晶滴下器と、前記ソレノイドコイルに電源を供給する電源供給部と、前記液晶滴下手段にガスを供給するガス供給部と、前記電源供給部及びガス供給部を制御して基板上に設定された液晶を滴下し、前記スペーサの高さ測定手段から入力されたスペーサの高さに基づいて基板に滴下される液晶の滴下量を算出する制御部と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００１８】
又、液晶が滴下される基板に形成されたスペーサは、パターンスペーサ又はカラムスペーサであって、ＴＦＴアレイ工程を経たＴＦＴ基板に形成することもできるし、カラーフィルタ工程を経たカラーフィルタ基板に形成することもできることを特徴とする。
【００１９】
又、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を測定する段階と、該測定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段階と、該算出された滴下量の液晶を基板上に滴下する段階と、を行うことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
液晶浸漬方式又は液晶真空注入方式のような従来の液晶注入方式の短所を克服するため、近来、提案されている方法が液晶滴下方式(Liquid Crystal Dropping Method)による液晶層形成方法である。該液晶滴下方式は、パネルの内部と外部との圧力差により液晶を注入することでなく、液晶を直接基板に滴下及び分配し、パネルの合着圧力により滴下された液晶をパネルの全体にかけて均一に分布させることで、液晶層を形成する方式である。このような液晶滴下方式は、短時間の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形成も極めて迅速に進行し得ると共に、必要な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得ることで、液晶表示素子の製造費用を大幅節減し得るという長所がある。
【００２１】
本発明に係る液晶滴下方式においては、図１に示したように、駆動素子とカラーフィルタとが夫々形成された下部基板１０５と上部基板１０３とを合着する前に、前記下部基板１０５上に滴状に液晶１０７を滴下する。又、該液晶１０７は、カラーフィルタが形成された基板１０３上に滴下することもできる。即ち、液晶滴下方式における液晶滴下の対象となる基板は、ＴＦＴ基板とＣＦ基板のうち、何れか一つの基板も可能である。然し、基板の合着時に液晶が滴下された基板は、下部に置かれなければならない。
【００２２】
この時、前記上部基板１０３の外郭領域には、シーリング材１０９が塗布されて前記上部基板１０３と下部基板１０５とに圧力を加えることで、前記上部基板１０３と下部基板１０５とが合着されると同時に、前記圧力により液晶１０７の滴が外部に広がり前記上部基板１０３と下部基板１０５間に均一な厚さの液晶層が形成される。即ち、前記液晶滴下方式の最も大きい特徴は、パネル１０１を合着する前に、下部基板上に予め液晶１０７を滴下した後、前記シーリング材１０９によりパネルを合着することである。
【００２３】
上記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においては、図２に示したように、ＴＦＴアレイ工程及びカラーフィルタ工程により前記下部基板１０５及び上部基板１０３に夫々駆動素子のＴＦＴ及びカラーフィルタ層を形成する(Ｓ２０１、Ｓ２０４)。又、前記ＴＦＴアレイ工程及びカラーフィルタ工程は、図１３に図示された従来の製造方法と同様な工程であって、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、前記製造方法には、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一層広いガラス基板、例えば、１０００×１２００mm^２以上の面積を有する大面積ガラス基板に有用に使用することができる。
【００２４】
次いで、前記ＴＦＴ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に夫々配向膜を塗布してからラビングを実行した後(Ｓ２０２、Ｓ２０５)、前記下部基板１０５の液晶パネル領域には液晶１０７を滴下し、上部基板の液晶パネルの外郭部領域にはシーリング材１０９を塗布する(Ｓ２０３、Ｓ２０６)。
【００２５】
次いで、前記上部基板１０３と下部基板１０５とを整列した状態で圧力を加えてシーリング材１０９により前記上部基板１０５と下部基板１０３とを合着すると同時に、圧力の印加により滴下された液晶１０７がパネルの全体にかけて均一に広がるようにする(Ｓ２０７)。このような工程により大面積のガラス基板(下部基板及び上部基板)には液晶層が形成された複数の液晶パネルが形成され、該ガラス基板を加工、切断して複数の液晶パネルに分離して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(Ｓ２０８、Ｓ２０９)。
【００２６】
図２に図示された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１３に図示された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差異点を比較すると、液晶の真空注入、液晶滴下の差異及び大面積ガラス基板の加工時期の差異点の以外にも他の差異点があることが分かる。即ち、図１３に図示された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、該注入口を封止材により封止しなければならないが、液晶滴下方式が適用された製造方法においては、液晶が直接基板に滴下されるためにこのような注入口の封止工程が不必要となる。又、図１３には図示されてないが、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されるため、パネルの外部面が液晶により汚染されることで、該汚染された基板を洗浄するための工程が必要となるが、本発明に係る液晶滴下方式が適用された製造方法においては、液晶が直接基板に滴下されるため、パネルが液晶により汚染されないことで、洗浄工程が不必要となる。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より簡単な工程で、製造効率が向上すると共に、収率を向上させることができる。
【００２７】
上記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ける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、滴下される液晶の位置及び液晶の滴下量である。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しているため、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極めて重要な要素である。従って、正確な位置に正確な量の液晶を滴下する装置が必要となるが、本発明は、このような液晶滴下装置を提供する。
【００２８】
又、図３は、本発明に係る液晶滴下装置１２０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した図面である。液晶滴下装置１２０は、図３に示したように、前記基板１０５の上部に設置されている。図面には図示されてないが、前記液晶滴下装置１２０の内部には、液晶が充填されて基板上に所定量を滴下する。
【００２９】
通常、液晶は、滴状に基板上に滴下される。前記基板１０５はｘ、ｙ方向に設定された速度に移動し、液晶滴下装置は設定された時間間隔に液晶を排出するため、前記基板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。勿論、液晶滴下時に前記基板１０５が固定されていて、前記液晶滴下装置１２０がｘ、ｙ方向に移動して液晶を所定間隔に滴下することもできる。然し、この場合、前記液晶滴下装置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ことがあるため、前記液晶滴下装置１２０を固定させて基板１０５を移動することが好ましい。
【００３０】
又、本発明に係る液晶滴下装置１２０においては、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、円筒状の液晶容器１２４がケース１２２に収納されている。又、前記液晶容器１２４はポリエチレンから成り、その内部に液晶１０７が充填され、前記ケース１２２はステンレス鋼で形成され、その内部に前記液晶容器１２４が収納される。通常、ポリエチレンは、成形性が優秀であるため、所望の形状の容器を容易に形成し得ると共に、液晶１０７が充填された時に液晶と反応しないため、液晶容器１２４として主に使用される。然し、前記ポリエチレンは、強度が弱いため、外部の小さい衝撃によっても容易に変形されるが、特に、前記液晶容器１２４としてポリエチレンを使用する場合、該液晶容器１２４が変形されて正確な位置に液晶１０７を滴下し得ないため、強度の大きいステンレス鋼から成るケース１２２に収納して使用する。前記液晶容器１２４の上部には、外部のガス供給部１５２に連結されたガス供給管１５３が形成されている。該ガス供給管１５３を通して外部のガス供給部１５２から窒素のようなガスが供給され、前記液晶容器１２４の液晶が充填されなかった領域にはガスが充填されて液晶が滴下されるように前記液晶に圧力を加えるようになる。
【００３１】
又、前記液晶容器１２４は、ステンレス鋼のような金属で形成することもできる。この場合、前記液晶容器１２４が外部の衝撃により容易に変形されないため、外部ケース１２２が不必要となることで、前記液晶滴下装置１２０の製造費用を節減することができる。
【００３２】
このように、前記液晶容器１２４を金属で形成する場合、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、内部に弗素樹脂膜を塗布することが好ましい。
【００３３】
又、前記ケース１２２の下端部には、開口(図示せず）が形成されている。
【００３４】
又、前記液晶容器１２４が前記ケース１２２に収納される時、前記液晶容器１２４の下端部に形成された突起(図示せず）は、前記開口に挿入されることで、前記液晶容器１２４とケース１２２とを結合させる。又、前記突起は、第１結合部１４１と結合される。図面に図示されてないが、前記突起にはナットが、第１結合部１４１の一方にはボルトが夫々形成され、前記ナットとボルトとにより突起と第１結合部１４１とが締結される。
【００３５】
又、前記第１結合部１４１の他方端にはナットが、前記第２結合部１４２の一方にはボルトが夫々形成され、前記第１結合部１４１と第２結合部１４２とが締結される。この時、前記第１結合部１４１と第２結合部１４２間には、ニードルシート１４３が位置する。
【００３６】
又、該ニードルシート１４３は、第１結合部１４１のナットに挿入されて第２結合部１４２のボルトが挿入されて締結される時、前記第１結合部１４１と第２結合部１４２間に結合される。又、前記ニードルシート１４３には、排出孔(図示せず）が形成され、前記液晶容器１２４に充填された液晶１０７が第２結合部１４２を経て前記排出孔を通して排出される。
【００３７】
又、前記第２結合部１４２にはノズルが結合される。該ノズルは、前記液晶容器１２４に充填された液晶１０７を少量滴下するためのものであって、前記第２結合部１４２の一方のナットと締結されて前記ノズルを第２結合部１４２と結合させるボルトを包含する支持部１４７、及び該支持部１４７から突出されて少量の液晶を滴状に基板上に滴下させる排出口１４６から構成される。
【００３８】
又、前記支持部１４７の内部には、前記ニードルシート１４３の排出孔から延長された排出管が形成され、該排出管が排出口１４６に連結されている。通常、前記ノズルの排出口１４６は、極小な直径に形成されていて(微細な液晶滴下量を調節するため）、前記支持部１４７から突出されている。
【００３９】
又、前記液晶容器１２４には、ニードル１３６が挿入されてその一方が前記ニードルシート１４３に接触する。特に、該ニードルシート１４３と接触するニードル１３６の端部は、円錐状から成るため、該当端部がニードルシート１４３の排出孔に挿入されて前記排出孔を遮断する。
【００４０】
又、前記液晶滴下装置１２０の上部ケース１２６に位置する前記ニードル１３６の他方端にはスプリング１２８が装着され、その上部には、間隙調整部１３４が付着された磁性棒１３２が装着されている。又、該磁性棒１３２は、強磁性物質又は軟磁性物質から成り、その外部には、円筒状のソレノイドコイル１３０が設置されている。又、該ソレノイドコイル１３０は、電源供給部１５０と接続されて電源が印加されることで、前記磁性棒１３２に磁気力が発生する。
【００４１】
又、前記ニードル１３６と磁性棒１３２とは、所定間隔ｘを置いて設置されている。
【００４２】
又、前記電源供給部１５０から前記ソレノイドコイル１３０に電源が供給されて磁性棒１３２に磁気力が発生すると、該磁気力により前記ニードル１３６が前記磁性棒１３２に接触され、電源供給が中断されると、前記ニードル１３６の端部に設置されたスプリング１２８の弾性により元来の位置に復元される。このようなニードル１３６の上下方向移動により前記ニードルシート１４３に形成された排出孔が開閉される。又、前記ニードル１３６の端部とニードルシート１４３とは、前記ソレノイドコイル１３０に電源が供給又は中断されることで、反復的に接触するようになる。このような反復的な接触により前記ニードル１３６の端部及びニードルシート１４３が持続的な衝撃に露出されるため、破損される可能性がある。
【００４３】
従って、前記ニードル１３６の端部及び前記ニードルシート１４３を衝撃に強い物質、例えば、超硬合金で形成して衝撃による破損を防止することが好ましい。
【００４４】
又、図４Ｂに示したように、前記ニードルシート１４３の排出孔がオープンされることで、前記液晶容器１２４に供給されるガス(窒素ガス)が液晶に圧力を加えて前記ノズルから液晶１０７の滴下が始まる。この時、該滴下される液晶１０７の量は、前記排出孔がオープンされる時間及び液晶に加えられる圧力によって異なり、該オープン時間は、前記ニードル１３６と磁性棒１３２との間隔x、前記ソレノイドコイル１３０により発生する磁性棒１３２の磁気力及びニードル１３６に設置されたスプリング１２８の張力により決定される。又、前記磁性棒１３２の磁気力は、該磁性棒１３２の周囲に設置される前記ソレノイドコイル１３０の巻線数及び該ソレノイドコイル１３０に印加される電源の大きさによって調整し得るし、前記ニードル１３６と磁性棒１３２との間隔xは、前記磁性棒１３２の端部に設置された間隙調整部１３４により調整することができる。
【００４５】
又、前記ガス供給部１５２から液晶容器１２４にガスを供給するガス供給管１５３には、流量制御バルブ１５４が設置されている。該流量制御バルブ１５４は、前記主制御部１６０から印加される制御信号によって前記液晶容器１２４の内部にガスを供給し、該液晶容器１２４の液晶１０７の内部の圧力を制御する。このような圧力の制御により基板上に滴下される液晶１０７の量を制御し得るようになる。又、前記ソレノイドコイル１３０には電源供給部１５０が連結され、前記主制御部１６０の制御信号によって前記ソレノイドコイル１３０に設定された電源が供給される。
【００４６】
又、前記制御部１６０には、スペーサ測定部１７０が連結されている。又、該スペーサ測定部１７０は、基板に形成されたスペーサ１０９の高さを測定し、前記制御部１６０に提供する。
【００４７】
従来の液晶真空注入方式の場合にスペーサとして、主にボールスペーサ（Ball Spacer）を使用し、液晶滴下方式は、主にパターンスペーサ（Pattern 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。前記液晶滴下方式は、主に大面積液晶パネルの製作に使用するが、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することが困難であると共に、散布されたボールスペーサも基板上でかたまるようになり、液晶パネルのセルギャップ不良の原因となる。従って、前記液晶滴下方式は、設定された位置にパターンスペーサを形成することで、従来の問題点を解決することができる。
【００４８】
一般に、前記パターンスペーサは、図２に図示されたカラーフィルタ工程時、カラーフィルタ基板上に形成され、液晶がＴＦＴ基板に滴下された後、前記カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板とが合着されることで、液晶パネルが完成される。このような一般的な液晶滴下方式におけるＴＦＴ基板上に滴下される液晶の滴下量は、基板の面積及び基板に形成されるパネルの枚数、液晶の粘度のような液晶の情報及び設定されたセルギャップの高さにより決定される。
【００４９】
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と設定されたセルギャップとが異なる場合、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と最適の液晶量とは差がある（実際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ため）。実際に滴下される液晶の滴下量が最適の滴下量より少ない場合、例えば、ノーマリブラックモード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の液晶表示素子の場合、ホワイト輝度に問題が発生す場合、ホワイト輝度に問題が発生す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時に重力の不良が発生する。該重力の不良は、液晶パネルを製作した時、液晶パネルの内部に形成された液晶層が温度上昇により体積が増加するために発生するもので、液晶パネルのセルギャップがスペーサより大きくなることで、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ため、液晶表示素子の品質低下の原因となる。
【００５０】
ところで、前記スペーサ測定部１７０は、このような問題点を解決する。即ち、液晶の滴下時、基板に形成されたパターンスペーサの高さを測定し、該測定されたパターンスペーサの高さにより液晶の滴下量を算出して基板上には恒常最適の液晶を滴下する。
【００５１】
この場合、図２に図示された一般的な滴下方式のようにパターンスペーサが形成される基板と液晶が滴下される基板とが相違していると、カラーフィルタ工程ラインにおけるスペーサの高さを測定した後、該測定されたデータを液晶が滴下されるＴＦＴ工程ラインに伝送して液晶の滴下量を算出して液晶滴下を実行しなければならない。従って、スペーサ測定手段が別途にカラーフィルタ工程ラインに設置されなければならなく、データを伝送するための手段が必要となるため、装備の費用が増加する。且つ、伝送されたカラーフィルタ基板のデータが対応する（即ち、合着される）ＴＦＴ基板にマッチングし得ない場合、滴下不良の原因となる。
【００５２】
従って、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、前記スペーサ測定手段であるスペーサ測定部１７０を液晶滴下装置(又は、液晶が滴下される基板の工程ライン)に一体に形成しないと、正確に滴下量の液晶を滴下し得ない装備を使用するようになる。
【００５３】
従って、図４Ａ及び図４Ｂの液晶滴下装置が適用された液晶パネルの製造工程は、図２に図示された一般的な工程とは相違するものとしなければならない。図５は、図４Ａ及び図４Ｂの液晶滴下装置が適用された液晶パネルの製造工程が図示されている。
【００５４】
図面に示したように、下部基板と上部基板とには、夫々ＴＦＴアレイ工程及びカラーフィルタ工程によりＴＦＴとカラーフィルタとが形成された後(Ｓ３０１、Ｓ３０４)、配向膜が塗布されてラビングが実行される(Ｓ３０２、Ｓ３０５)。この時、前記カラーフィルタ工程中、上部基板の設定領域にはパターンスペーサが形成される。次いで、ＴＦＴアレイ工程では、下部基板の外郭部にシーリング材を塗布し(Ｓ３０３)、カラーフィルタ工程では、上部基板に液晶を滴下する(Ｓ３０５)。上記のように、シーリング材が塗布された上部基板と液晶が滴下された下部基板とを合着加工した後、検査することで、液晶パネルを完成する(Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３０９)。
【００５５】
前記液晶パネル製造工程では、パターンスペーサの高さ測定及び液晶の滴下がカラーフィルタ基板の上部基板に実行される。これは、パターンスペーサの高さ測定及び液晶の滴下が同一ライン、具体的に、同一装置により実行されるということを意味する。
【００５６】
図４Ａ及び図４Ｂに図示された装置のスペーサ測定部１７０は、液晶滴下装置と一体に形成されたパターンスペーサの高さを測定するための手段で、前記装置により図５に図示された工程を遂行し得るようになる。
【００５７】
一方、前記下部基板(即ち、ＴＦＴ基板)にパターンスペーサを形成して液晶を滴下することもできる。図６は、この場合の液晶パネル製造工程を示した図である。図面に示したように、下部基板基板には、夫々ＴＦＴアレイ工程及びカラーフィルタ工程によりＴＦＴとカラーフィルタとが形成された後(Ｓ４０１、Ｓ４０４)、配向膜が塗布されてラビングが実行される(Ｓ４０２、Ｓ４０５)。この時、前記ＴＦＴ工程中、下部基板の設定領域にはパターンスペーサが形成される。次いで、ＴＦＴ工程では、下部基板に液晶を滴下し(Ｓ４０３)、カラーフィルタ工程では上部基板の外郭部にシーリング材をプリンティングする(Ｓ４０６)。上記のように、シーリング材が塗布された上部基板と液晶が滴下された下部基板とを合着加工した後、検査することで、液晶パネルを完成する(Ｓ４０７、Ｓ４０８、Ｓ４０９)。
【００５８】
又、パターンスペーサの高さは、既に公知された多様な方法により実行することができる。例えば、レーザーを利用してパターンスペーサの高さを測定する方法及び機械的な方法を利用してパターンスペーサの高さを測定する方法は、既に公知である。図４Ａ及び図４Ｂに図示されたスペーサ測定部１７０で使用される方法は、公知された全ての方法(又は装置)を使用し得るし、特定の方法及び装置に限定されるものではない。
【００５９】
上記のように、前記スペーサ測定部１７０は、液晶滴下装置と一体に形成されることが好ましいが、別個に形成することもできる。即ち、図２に図示された工程のようにパターンスペーサと液晶滴下とが夫々相違な工程に行なわれることで、液晶滴下装置とスペーサ測定部１７０とを夫々相違なラインに設置することもできる。然し、このような場合にも、前記液晶滴下装置とスペーサ測定部１７０とは、無線又は有線に連結されて測定されたスペーサデータを液晶滴下装置に入力し得るようになる。
【００６０】
又、前記制御部１６０は、図７に示したように、前記スペーサ測定部１７０で測定されたパターンスペーサの高さが入力されるスペーサの高さ入力部１６１と、基板の面積及び基板に形成されるパネルの枚数、液晶の情報などのような各種情報が入力される入力部１６２と、前記スペーサの高さ入力部１６１から入力されるパターンスペーサの高さ及び前記入力部１６２を通して入力される各種情報に基づいて基板に滴下される液晶の滴下量を算出する滴下量算出部１６４と、基板を駆動して基板の滴下位置を液晶滴下装置に位置させる基板駆動部１６６と、電源供給部１５０を作動して前記電源供給部１５０から前記滴下量算出部１６４により算出された滴下量に対応する電源を基板に供給する電源制御部１６７と、前記滴下量算出部１６４により算出された滴下量に対応するガスの流量を算出し、これに基づいて流量制御バルブ１５４を制御してガス供給部１５２から液晶容器１２４の内部に供給されるガスの流量を調節する流量制御部１６８と、入力されたパターンスペーサの高さ、算出された液晶の滴下量及び現在の液晶滴下状況などのような各種情報を出力する出力部１６９と、を包含して構成されている。
【００６１】
前記滴下量算出部１６４では、入力されるパネルの大きさ、パターンスペーサの高さ及び液晶の特性情報に基づいて、液晶パネルに滴下される滴下量及び１回の液晶滴下量を計算する。図８に示したように、前記滴下量算出部１６４は、滴下パターン算出部１６４ａと、補正量滴下パターン算出部１６４ｂと、から構成されている。基板に滴下される液晶の滴下量は、パネルの面積、液晶及び基板の特性、スペーサの高さに基づいて算出される。一般に、滴下方式では、基板に滴下された液晶が、上下基板の合着時に印加される圧力により基板で広がるようになる。このような液晶の広がりは、液晶の粘度等の液晶の特性及びパターンの配置等の液晶が滴下される基板の構造によって左右される。従って、前記のような特性により、１回滴下された液晶が広がる領域が決定され、このような領域を勘案して、滴下パターン算出部１６４ａでは、パネルに滴下される液晶の滴下パターンを算出する。
【００６２】
前記滴下パターン算出部１６４ａは、最初に滴下される液晶パネルの滴下パターンを算出するのに使用される。同じ規格のパネルに液晶が滴下される場合、最初の液晶滴下が開始されると、引き続いて同じ規格の液晶パネルに液晶が滴下されるため、同じ情報が入力され、その結果、新しい滴下パターンを算出する必要がなくなる。然し、スペーサ工程時に、外力や工程条件等によって形成されるパターンスペーサの高さと設定された高さ(最初に測定されたスペーサの高さ)との間には誤差が発生する。従って、このようなスペーサ高さ誤差による液晶滴下量を補正しなければならないが、液晶滴下量の補正は、滴下パターンを修正することによって行われる。補正量滴下パターン算出部１６４ｂは、液晶滴下量の補正量によって滴下パターンを算出することによって、パターンスペーサの高さが変わる場合も、これに対応する量の液晶が基板に滴下されるようにする。
【００６３】
このように算出された滴下パターン(即ち、滴下回数と１回の滴下量及び滴下位置)は、図７及び図４Ａ及び図４Ｂに示したように、基板駆動部１６６、電源制御部１６７及び流量制御部１６８に入力される。電源制御部１６７では、算出されたデータ(滴下回数及び１回の滴下量)に基づいて供給される電源を計算した後、電源供給部１５０に信号を出力して、ソレノイドコイル１３０に該当の電源を供給する。流量制御部１６８では、入力されたデータに基づいて供給されるガスの流量を計算して流量制御バルブ１５４を制御し、液晶容器１２４に該当する量の窒素を供給する。また、基板駆動部１６６では、算出された滴下位置データに基づいて基板駆動信号を出力して、基板駆動用モータ(図示せず)を作動し、前記基板を移動することによって、液晶滴下装置を基板の滴下位置に整列させる。
【００６４】
前記電源制御部１６７及び流量制御部１６８の制御により算出された量の液晶が基板上に滴下される。一般に、基板上に滴下される液晶の量は、ニードル１３６に設置されたスプリング１２８の弾性力、液晶容器１２４に供給されるガスの供給量(即ち、液晶に印加される圧力)及びソレノイドコイル１３０に印加される電源量によって変化する。このうち、スプリング１２８の弾性力は、滴下される液晶の量によって何度も変更することが困難であるため、予め固定される。従って、液晶の滴下量は、主に液晶容器１２４に供給されるガスの供給量及びソレノイドコイル１３０に印加される電源量によって制御される。このとき、実際の液晶の滴下量を制御するにおいて、液晶の滴下量は、主に液晶容器１２４に供給されるガスの供給量及びソレノイドコイル１３０に印加される電源量を調整して行うこともできるが、一つは固定させた状態で、他の一つのみを調整して制御することもできる。
【００６５】
一方、出力部１６９には、入力部１６２を通して入力された液晶パネルの大きさ及び液晶の特性情報を表示して、スペーサ高さ入力部１６１を通して入力されるパターンスペーサの高さ測定値を表示するだけでなく、前記入力されたデータに基づいて算出された滴下パターン、滴下回数及び１回の滴下量、現在液晶が滴下された回数と位置及び滴下量等の現在の滴下状態を表示して、作業者が常にこれを確認できるようにする。
【００６６】
前記したように、本発明に係る液晶滴下装置では、測定されたパターンスペーサの高さに基づいて液晶の滴下量を算出し、該算出された液晶の滴下量によって基板上に液晶を滴下する。
【００６７】
以下、このような液晶滴下装置を利用して実際基板上に液晶を滴下する方法に関して説明する。
【００６８】
図９は、基板に形成されたパターンスペーサの高さによる液晶の滴下方法を示したフローチャートで、図示されたように、まず、ＴＦＴ工程やカラーフィルタ工程により、ＴＦＴやカラーフィルタ及びパターンスペーサの形成された基板がローディングされると(Ｓ５０１)、パターンスペーサの高さ測定手段により前工程で形成されたパターンスペーサの高さを測定する(Ｓ５０２)。次いで、該測定されたパターンスペーサの高さは液晶滴下装置に入力され、該入力された情報に基づいて液晶の滴下量、滴下回数、滴下位置及び１回の滴下量を計算することによって滴下パターンを算出する(即ち、滴下量を算出する)(Ｓ５０３)。
【００６９】
次いで、該算出された滴下量に基づいて、ソレノイドコイル１３０に印加される電源の供給量を算出した後、電源供給部１５０を制御して、ソレノイドコイル１３０に算出された電源を供給することによって、滴下パターンの滴下位置に液晶を滴下する(Ｓ５０４、Ｓ５０５、Ｓ５０８)。また、前記算出された液晶の滴下量に基づいて、液晶容器１２４に印加されるガス圧力及びこれに対応するガスの供給量を算出した後(Ｓ５０６)、流量制御バルブ１５４を制御して、流量供給部１５２から算出された流量のガスを液晶容器１２４に供給して液晶を滴下する(Ｓ５０６、Ｓ５０７、Ｓ５０８)。
【００７０】
前記ソレノイドコイルに印加される電源の制御と液晶容器１２４に供給されるガス供給量の制御は同時に行うこともできるが、一つは固定した状態で、別個に行うこともできる。
【００７１】
このとき、図示してないが、液晶の滴下時に基板が移動して、液晶滴下装置が基板上の滴下位置に位置するようになる。
【００７２】
図１０は、スペーサの高さの変化による液晶滴下量の補正方法を示した図で、図示されたように、まず、スペーサ形成工程で測定されたスペーサの高さが入力されると(Ｓ６０１)、該入力されたスペーサの高さに基づいて、基板に滴下される液晶の滴下量を算出する(Ｓ６０２)。次いで、設定された滴下量(以前に算出された滴下量)と前記算出された滴下量とを比較して補正量を計算した後(Ｓ６０３)、液晶が滴下される位置及び滴下回数を計算して、滴下補正量の滴下パターンを算出する(Ｓ６０４)。
【００７３】
次いで、基板を駆動して、前記算出された滴下パターンに対応する滴下位置に液晶滴下装置１２０を整列した状態で、液晶の滴下を行う(Ｓ６０５、Ｓ６０６)。
【００７４】
このとき、液晶滴下装置１２０から滴下される液晶の滴下量は、補正量ではなく、補正量を加減した総滴下量である。また、算出された滴下パターンも補正量に対応する滴下パターンでなく、補正量滴下パターンを勘案した総滴下パターンである。
【００７５】
図１１に液晶の滴下パターンが示されている。液晶の滴下パターンは、パネルの形状等のパネルの特性及び液晶の粘度等の液晶の特性や液晶表示素子のモードによって色々あるが、図示された滴下パターンは、ダンベル状の滴下パターンである。このようなダンベル状の滴下パターンは、主にTNモードの液晶表示素子に使用されるが、以下、その理由に関して簡略に説明する。
【００７６】
一般に、液晶パネル上に滴下された滴状の液晶は、圧力によって液晶パネル上で広がり、液晶パネル全体に亘って分布するようになる。一方、液晶パネル上での液晶の流れは、液晶パネルの形状及び液晶パネルに形成された素子パターンによって影響を受けると知られている。矩形状の液晶パネルの場合、対角線方向が垂直方向より液晶の広がる距離が長いため、液晶の滴下パターンは、対角線方向に偏って形成されるべきである。また、液晶パネルに形成されるカラーフィルタは、液晶パネルのデータライン方向(基板からｙ方向)に形成されるため、ゲートライン方向(ｘ方向)には段差が発生し、その結果、ｘ方向の液晶の広がり速度がｙ方向の液晶の広がり速度より小さくなる。また、TNモードでは、パネルの上部基板及び下部基板に形成された配向膜のラビング方向は、相互に直角を成している。ところが、実際基板の合着時に、垂直なラビング方向によって液晶の広がり速度が相殺されて、配向膜のラビング方向は、液晶の広がりにそれ程影響を与えない。このとき、前記配向膜のラビング方向が液晶の広がりに排除されることではなく、ただその影響が最小化されることを意味する。このような観点でみると、基板の合着時に、液晶の滴下パターンに主に影響を及ぼす要因は、基板の形状及び基板に形成された素子パターンである。
【００７７】
このような二つの要因により、液晶パネルには、図１１のようなダンベル状の滴下パターンで液晶１０７が滴下される。
【００７８】
このとき、スペーサの高さの変化によって算出される滴下パターンの補正は、予め設定された滴下パターンに加減されるが、このような滴下パターンの加減は、ダンベル状に形成された滴下パターンの中央部で行われる。図面で実線で示された滴下パターン１０７ａは設定された滴下パターンで、点線で示された滴下パターン１０７ｂは補正される滴下パターンを示している。即ち、補正量滴下パターンが設定された滴下パターンに追加される場合(即ち、液晶量を増加する場合)、前記点線が追加された補正量滴下パターン１０７ｂを示したもので、前記位置に追加の液晶が滴下される。また、補正量滴下パターンによって設定された滴下パターンの一部が減少される場合、設定された滴下パターンのうち、点線で示された滴下パターン１０７ｂが除去されて、該滴下パターン１０７ｂへの滴下が中止される。
【００７９】
前記したように、本発明は、液晶滴下装置及びその液晶滴下方法を提供する。特に、本発明では、パターンスペーサが形成された基板に液晶を滴下する液晶滴下装置及びその液晶滴下方法を提供するもので、形成されたパターンスペーサの高さを測定し、該測定されたパターンスペーサの高さに基づいて液晶の滴下量を算出して液晶を滴下する。このような本発明は、特定の構造に限定されるものではなく、パターンスペーサの高さ測定装置が一体に形成された如何なる構造の液晶滴下装置も含まれる。更に、本発明で、液晶が滴下される基板は、特定の基板に限定される必要がなく、パターンスペーサの形成されたＴＦＴ基板やカラーフィルタ基板中何れか一つの基板にも、本発明の液晶滴下装置を利用して液晶を滴下することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、パターンスペーサの高さを測定して、該測定された高さによって液晶の滴下量を算出して液晶を滴下する。従って、液晶パネルには常にセルギャップに対応する液晶が充填されるため、液晶の滴下の不良によって発生する輝度問題や重力不良の問題を防止できるという効果がある。
【００８１】
且つ、液晶滴下器とスペーサ測定手段を同じ装置に設置するため、装備の費用を節減することができ、設置空間を最小化し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】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した図である。
【図２】液晶滴下方式により液晶表示素子を製作する方法を示したフローチャートである。
【図３】液晶滴下方式の基本的な概念を示した図である。
【図４Ａ】本発明に係る液晶滴下装置の構造を示した図である。
【図４Ｂ】本発明に係る液晶滴下装置の構造を示した図である。
【図５】図４Ａ及び４Ｂの液晶滴下装置が適用された液晶パネル製造方法を示したフローチャートである。
【図６】図４Ａ及び４Ｂの液晶滴下装置が適用された液晶パネルの他の製造方法を示したフローチャートである。
【図７】図４Ａ及び４Ｂの制御部の構造を示したブロック図である。
【図８】図７の滴下量算出部の構造を示した図である。
【図９】本発明に係る液晶滴下方法を示したフローチャートである。
【図１０】本発明に係る滴下量補正方法を示したフローチャートである。
【図１１】本発明に適用される液晶滴下パターンを示した図である。
【図１２】一般的な液晶表示素子を示した断面図である。
【図１３】従来の液晶表示素子の製造方法を示したフローチャートである。
【図１４】従来の液晶表示素子の液晶注入を示した図である。
【符号の説明】
１０１：液晶パネル
１０３、１０５：基板
１０７：液晶
１２０：液晶滴下装置
１２２：ケース
１２４：液晶容器
１２８：スプリング
１３０：ソレノイドコイル
１３２：磁性棒
１３４：間隙調整部
１３６：ニードル
１４１、１４２：結合部
１４３：ニードルシート
１４４：排出孔
１４６：排出口
１５０：電源供給部
１５２：ガス供給部
１５４：流量制御バルブ
１６０：制御部
１６１：スペーサの高さ入力部
１６４：滴下量算出部
１６６：基板駆動部
１６７：電源制御部
１６８：流量制御部
１７０：スペーサ測定部

Claims

基板上に形成されたスペーサの高さを測定する手段と、
液晶が充填されていて、前記測定されたスペーサの高さに基づいて基板に滴下される液晶の滴下量を算出し、基板上に液晶を直接滴下する液晶滴下手段と、
前記液晶滴下手段を駆動して基板上に設定された液晶を滴下し、前記スペーサの高さを測定する手段から入力されたスペーサの高さに基づいて液晶が滴下される滴下パターンを算出し、前記入力されたスペーサの高さに基づいて滴下される滴下量の誤差量を計算して、補正された滴下パターンを算出する制御部と、
を包含して構成され、
前記滴下パターンが前記基板に対して直交配置されるダンベル形状を有し、前記ダンベル形状の中央部の滴下量を増減することにより前記滴下パターンの補正が行われることを特徴とする液晶滴下装置。
前記スペーサはカラムスペーサであることを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。
前記基板は薄膜トランジスタ基板であることを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。
前記基板はカラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１記載の液晶滴下装置。
前記液晶滴下手段は、
ノズルを通して基板上に液晶を滴下して、内部に設置されたソレノイドコイルの磁気力及びスプリングの張力によりニードルが上下方向に移動して、ノズルに連結された排出孔が開閉されて液晶の滴下量を調節する液晶滴下器と、
前記ソレノイドコイルに電源を供給する電源供給部と、
前記液晶滴下手段にガスを供給するガス供給部と、
を包含して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。
前記制御部は、測定されたスペーサの高さ、算出された液晶の滴下量及び現在の液晶滴下状況を出力する出力部が更に包含されることを特徴とする請求項５記載の液晶滴下装置。
前記制御部は、
入力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、前記算出された滴下量と設定された滴下量とを比較して誤差量を計算して、滴下パターンを補正する補正量滴下パターン算出部と、
電源供給部を制御して、前記補正された滴下パターンに対応する電源をソレノイドコイルに供給する電源制御部と、
滴下パターンの滴下位置及び液晶滴下器を整列させる基板駆動部と、を包含して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。
前記制御部は、
入力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、前記算出された滴下量と設定された滴下量とを比較して誤差量を計算し、滴下パターンを補正する補正量滴下パターン算出部と、
ガス供給部の流量を制御して、補正された滴下パターンに対応するガスを液晶容器に供給する流量制御部と、
滴下パターンの滴下位置及び液晶滴下器を整列させる基板駆動部と、を包含して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。
前記制御部は、
入力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、前記算出された滴下量と設定された滴下量とを比較して誤差量を計算し、滴下パターンを補正する補正量滴下パターン算出部と、
ガス供給部の流量を制御して、補正された滴下パターンに対応するガスを液晶容器に供給する流量制御部と、
電源供給部を制御して、補正された滴下パターンに対応する電源をソレノイドコイルに供給する電源制御部と、
滴下パターンの滴下位置及び液晶滴下器を整列させる基板駆動部と、を包含して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。
基板に形成されたスペーサの高さを測定する段階と、
前記測定されたスペーサの高さに基づいて液晶が滴下される滴下パターンをリアルタイムで算出する段階と、
前記算出された滴下パターンによって液晶を前記スペーサが形成された基板上に滴下する段階と、
前記基板に滴下された液晶の滴下量に誤差が発生した場合、誤差量を計算して前記滴下パターンを補正する段階と、
を含み、
前記滴下パターンが前記基板に対して直交配置されるダンベル形状を有し、前記ダンベル形状の中央部の滴下量を増減することにより前記滴下パターンの補正が行われることを特徴とする液晶滴下方法。
前記基板上に液晶を滴下する段階は、
前記算出された滴下量に基づいて、ソレノイドコイルに供給される電源量を計算する段階と、
前記基板を液晶滴下位置に移動する段階と、
ソレノイドコイルに計算された電源を供給する段階と、を行なうことを特徴とする請求項１０記載の液晶滴下方法。
前記基板上に液晶を滴下する段階は、
前記算出された滴下量に基づいて液晶容器のガス圧力を計算した後、供給されるガスの量を算出する段階と、
前記基板を液晶滴下位置に移動する段階と、
前記液晶容器に算出された量のガスを供給する段階と、を行なうことを特徴とする請求項１０記載の液晶滴下方法。
前記基板上に液晶を滴下する段階は、
前記算出された滴下量に基づいて、ソレノイドコイルに供給される電源量を計算する段階と、
前記算出された滴下量に基づいて液晶容器のガス圧力を計算した後、供給されるガスの量を算出する段階と、
前記基板を液晶滴下位置に移動する段階と、
前記液晶容器に算出された量のガスを供給する段階と、を行なうことを特徴とする請求項１０記載の液晶滴下方法。