JP4319121B2

JP4319121B2 - 表面放電方式イオン発生手段を用いた静電気中和装置

Info

Publication number: JP4319121B2
Application number: JP2004298157A
Authority: JP
Inventors: ラフィックルイスラムモハッメド; 盛司山上; 剛彦伏見
Original assignee: U Tec Co Ltd
Current assignee: U Tec Co Ltd
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: JP2006114255A

Description

本発明は、静電気中和装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、表面放電方式イオン発生手段を用いた静電気中和装置に関する。

従来から、半導体集積回路、液晶モジュール、液晶パネルなどの電子デバイスは、その製造過程において、空気中の塵埃や処理液中の微細粒子が電子デバイス表面に付着することが知られている。このような塵埃等の表面付着は、主に静電気クーロン力によってなされ、電子デバイスの生産効率の悪化や工程歩留まりの低下を引き起こすため、かかる塵埃等の付着防止が重要な課題である。

例えば、液晶パネルは、ガラスへの薄膜トランジスタ（TFT）の配置工程や、液晶化合物の封入工程や、ガラス基板の封止工程や、最終目的物への切断工程や、検査工程などを経て製造される。この液晶パネル製造過程において、帯電した液晶パネルは、微粒子状のガラス切断片が付着する。また、検査工程では、検査員が液晶パネルに直接触れるため、静電気が帯電し、その結果、配線層間のショートが起こる場合がある。特に、配線層が微細加工で形成されている場合、静電気によるショートによって配線層が破壊され、点欠陥や線欠陥が生じ、液晶表示機能の低下や、製造歩留まりの低下をもたらす結果となる。しかも、静電気は、種々の製造工程のうち、いずれの工程で発生しているのか、予想がつきにくく、また、静電気の発生は、製造装置の種類や液晶パネルの状態に、大きく依存するため、常に、製造工程の全体にわって、静電気の発生状況を把握すると共に、発生した静電気の即時の中和が重要な開発事項となっている。

電子デバイスに帯電した静電気を中和／除電する、種々の試みが提案されている〔例えば、以下の特許文献１〜特許文献３、参照〕。
特開２００２−１４８６２７号公報特開平３−２６６３９８号公報特開平８−７８１８３号公報

特許文献１は、センサを用いる、液晶基板用の除電器を開示する。しかしながら、この特許文献開示の技術は、帯電した液晶基板を除電するための具体的な手段について、何ら、開示がなく、また、除電の対象として、いわゆるラビング処理（電圧無印加時の液晶分子の配列を規定する配向膜を形成する処理）によって静電気帯電した液晶基板を選択している。
従来、イオンを発生するイオン源（イオナイザー）としてコロナ放電や紫外線などが採用されており、コロナ放電を利用した除電器が主流である。最近の静電気に敏感なデバイスの製造においては、更に精密な除電、例えば帯電程度が±10 V以下、が要求されているが、コロナ放電では放電電流を低くし、さらに、帯電物体との距離を通常よりも離して、この精密な除電を達成しているため、除電時間が長くなる問題が生じている。また、コロナ放電発生に7kV程度の電源を必要とするため、除電する対象物に与えるダメージが大きいという問題が生じており、コロナ放電を利用すると、オゾンを発生し、そして、イオンバランスの調整が難しく、除電しすぎて反対の極性に逆帯電することもある。

特許文献２は、イオン電流の測定によってイオンバランスを図ろうと、試みており、特許文献３は、正側除電電流と、負側除電電流との差分を算出することによって正負のイオンの生成を制御する方法を開示する。しかしながら、これらの特許文献開示の技術によれば、除電する手段として、前記しような、コロナ放電方式のイオン発生器を採用しているため、高電圧によって、除電する対象物に与えるダメージが大きいという問題や、有害なオゾン等の副産物を発生させるという、種々の問題がある。

本発明の課題は、コロナ放電方式のイオン発生器を利用する、従来技術の前記問題点、特に、高電圧による除電対処物へのダメージの問題並びに有害なオゾン等副産物の発生の問題を解決しうるような、静電気中和装置を提供することである。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、従来技術で採用されていたコロナ放電方式のイオン発生器に代えて、低電圧でイオン発生が可能な表面放電方式のイオン発生手段を採用することにより、前記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき、本発明が完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、対象物の静電気を中和する表面放電方式イオン発生手段を備える静電気中和装置であって、
前記表面放電方式イオン発生手段は、誘電体と、前記誘電体上に形成された誘導電極と、前記誘導電極との間に前記誘電体を挟み込むように、前記誘電体上に形成された複数のイオン発生表面電極と、前記誘導電極との間に前記誘電体を挟み込むように、前記誘電体上に形成された磁界発生電極とを備えており、前記磁界発生電極は、前記複数のイオン発生表面電極の間において前記誘電体上に前記イオン発生表面電極と共に取り付けられていることを特徴とする静電気中和装置を提供する。

本発明によれば、前記対象物の帯電量を検出する検出手段と、帯電量に関する閾値を記憶する記憶装置と、前記検出手段が検出した帯電量が前記記憶装置に記憶された前記閾値よりも少なくなるまで前記表面放電方式イオン発生手段によるイオンの発生が行われるように、前記表面放電方式イオン発生手段による前記対象物の静電気中和処理を制御する制御装置とをさらに備えていることが好適である。

本発明によれば、本発明の構成要件、特に、磁界発生電極を用いた表面放電方式イオン発生手段を採用することにより、低い電圧で必要なイオン量を放出することができ、これにより、除電対処物のダメージを軽減でき、かつ、環境上、有害なオゾン等副産物の発生を防止できるという、技術的効果を奏することができる。
即ち、従来技術であるコロナ放電式イオン発生器は、針状の電極と、この電極から所定の距離離れた対向電極とからなるため、イオン発生のために高い電圧を必要とするのに対し、本発明の表面放電方式イオン発生器は、イオンを発生させる電極間の距離が著しく短く、かつ発生したイオン量を磁界発生電極によって増大させることができるため、低い電圧でも必要なイオン量を生成でき、これにより、除電対処物のダメージを軽減でき、かつ、オゾン等の副産物の形成を防止することができたのである。

次に、添付の図面を参照しながら、本発明を更に詳しく説明する。
＜静電気中和装置＞
図1は、本発明の静電気中和装置1の一具体例を示すブロック図、図2は、図1の静電気中和装置1に使用されるイオン発生手段3の一具体例を示す模式的断面図、図3は、図2のイオン発生手段3を上方からみた模式的分解図である。図4は、対象物4としての液晶パネルの模式的断面図、図5は、図2のイオン発生手段3によるイオンの増殖状態を示す模式図である。
好適な本発明の静電気中和装置1は、少なくとも次の要素を含むことができる。
対象物4の帯電状況を検出する検出手段2
対象物4の静電気を中和する表面放電方式イオン発生手段3
検出手段2を制御する第１制御装置5
表面放電方式イオン発生手段3を制御する第２制御装置6
第１制御装置5および第２制御装置6を制御するシステム制御装置7
第１制御装置5とシステム制御装置7との間に設けた第１データ移送手段21
第２制御装置6とシステム制御装置7との間に設けた第２データ移送手段22

・対象物の帯電状況を検出する検出手段2
好適な本発明の対象物4は、大量生産に適した帯電しやすい製品であれば、いずれであってもよく、例えば、液晶パネル、ＩＣチップ、UVテープ、ヒートシール、シュリンクフィルム、バンパー、メーターパネルを挙げることができる。
図4に示すように、対象物4として、２枚のガラス基板間に液晶化合物を封入し当該ガラス基板間を封止した液晶パネル4aを用いることができる。液晶パネル4aでは、ガラス等の素子基板49と、対向基板43との間に液晶化合物48が挿入され、シール材41によってシールされている。素子基板49上には画素を構成する画素電極47等がマトリックス状に配置され、対向基板43上には対向電極44が形成されており、これら画素電極47と、対向電極44との間の電圧を印加することによって、液晶化合物48が印加される。素子基板49上には、配線42、データ線駆動回路45、実装端子46などが形成されている。
検出手段2は、対象物4の帯電状態を計測しうるものであれば、いずれの装置であってもよい。

・対象物の静電気を中和する表面放電方式イオン発生手段3
好適な本発明の表面放電方式イオン発生手段は、複数のイオン発生電極と、これらイオン発生電極の間に設けた磁界発生電極とを有することができ、図2および図3に示すように、絶縁性基板17上に、順に、誘導電極12、誘電体11、イオン発生表面電極13とが形成されている。したがって、誘電体11の両面に、誘電電極12およびイオン発生表面電極13が配置されている。これら誘電電極12／イオン発生表面電極13は、配線18を介し、イオン発生用電源15（好適には、交流電源15）に接続されている。
特に図3に示すように、好適なイオン発生表面電極13は、鋸歯状の形態をなし、複数の電極13は、配線18によってイオン発生用電源15と電気接続されており、イオン発生用電源15によって印加すると、主として、イオン発生表面電極13の鋸歯の各先端と、誘電体11の表面部分との間において、イオンが発生する。

・・磁界発生手段
前記したように、複数の電極13の間において、磁界発生手段が設けられており、この磁界発生手段は、例えば、磁石であってもよいが、磁界発生用電源16（好適には直流電源16）に接続された磁界発生電極14が好適である。この磁界発生手段を設けたことにより、発生するイオン量が増加し、その結果、必要なイオン量を形成するのに、低い電圧で足り、これにより、オゾン等の副産物の形成を防止することができるのである。
すなわち、図5に模式的に示すように、イオン発生表面電極13間に設けた磁界発生用電極14に一定の電流を流して、電極14周囲において磁界（トロイダル）を生じさせると、イオン発生表面電極13から予め発生させたイオンは、磁界の磁力線に沿って螺旋運動することができる。したがって、本発明に従い発生したイオンは、磁界が存在しない従来技術に比して、その軌跡が長くなるから、空気中の他の分子や原子と衝突する機会が多くなる。イオンと衝突した原子などはイオンとなるため、本発明に従い、この螺旋運動を行わせることによって低電圧で必要なイオンを発生させることができ、これにより、除電対処物のダメージを軽減でき、かつ、オゾン等の副産物の形成を防止することができたのである。

なお、本発明の表面放電方式イオン発生手段3の各構成要素は、いずれの材料で構成されてもよいが、例えば、誘電体11は、セラミック性材料（誘電率3.0以上、非磁性）製であってよく、また、絶縁性基板17は、セラミック性材料製であってよく、また、誘導電極12、イオン発生表面電極13および磁界発生用電極14は、アルミニウム、銅、金、タンタル、タングスタンなどの単独金属または合金製であってよい。
なおまた、本発明の表面放電方式イオン発生手段3は、発生したイオンを対象物4にイオンを輸送するための手段、例えば送風機（図示せず）を有することができ、また、プラスイオンまたはマイナスイオンのいずれかのイオンのみを輸送するための手段を有することもできる。

・第１制御装置5、第２制御装置6、システム制御装置7
第１制御装置5および第２制御装置6は、各々、検出手段2およびイオン発生手段3を制御することができ、これらの制御装置5,6を制御するシステム制御装置7を設けることができる。第１制御装置5および第２制御装置6は、各々、検出手段2およびイオン発生手段3と一体化でき、またこれら制御装置5,6のみを一体化することもできる。
なお、システム制御装置装置7は、静電気中和処理を開始／調整／終了させるための入力装置8と、対象物の帯電量等を表示する表示装置9と、基準となる対象物帯電量や静電気中和処理の各手順等を記憶する記憶装置10とを備えることができる。

・第１データ移送手段21、第２データ移送手段22
第１データ移送手段21および第２移送手段22は、各々、第１制御装置5とシステム制御装置7との間および第２制御装置6とシステム制御装置7との間において、データを移送することができる。これら移送手段21,22は、有線の移送手段であってもよいが、無線方式の移送手段が好適である。この無線方式の移送手段21,22とシステム制御装置7とを組み合わせた装置、例えば、携帯電話のような持ち運び自在な手段を用いることによって、工場内外の場所を問わずに、本発明の静電気中和装置を制御できるという利便性の他に、スペースの省力化を図ることができる。

＜静電気中和処方法＞
本発明は、第２の態様として、本発明の静電気中和装置を用いて静電気中和処理する方法を提供し、その代表的な３つの具体例について添付の図6および図7（静電気の中和処理の流れ図）を参照しながら説明する。

・第１の具体例
図6のステップ1に先立ち、例えば、ベルトコンベアー（図示ぜす）によって、対象物4を、中和処理テーブル23（図1、参照）まで搬送する。
ここで、S1工程において、イオン発生手段3によって、対象物4に所定のイオン量でイオン照射する。次に、イオン照射した対象物2の帯電状態を検出手段4によって検出し（S2、参照）、検出した帯電量を、記憶装置10に予め記憶させた閾値と比較する（S3、参照）。比較した結果、中和されていれば、中和処理は、終了し、中和されていなければ、S1工程に戻る。
したがって、この第１の具体例に基づき、本発明は、対象物の静電気を中和する静電気中和方法であって、イオン発生手段によって、対象物に対しイオンを照射し、イオン照射した対象物の帯電状態を、検出手段によって検出し、前記検出手段によって検出した結果に応じて、対象物の帯電状態を、前記イオン発生手段によってフィードバック制御することを特徴とする静電気中和方法を提供することができる。

・第２の具体例
図7に示すように、本発明の静電気中和処理方法の第２具体例は、前記した第１具体例から、S1工程を省略した処理方法である。
したがって、この第２の具体例に基づき、本発明は、対象物の静電気を中和する静電気中和方法であって、イオン照射した対象物の帯電状態を、検出手段によって検出し、前記検出手段によって検出した結果に応じて、対象物の帯電状態を、前記イオン発生手段によってフィードバック制御することを特徴とする静電気中和方法を提供することができる。
・第３の具体例
第３具体例は、前記した第１の具体例における、S1工程、S2工程およびS3工程を同時に実施する方法である。すなわち、第３具体例によれば、対象物に対し、イオン照射しながら、帯電量を検出し、帯電量が閾値の範囲内に入った時点で、イオン照射を停止する方法である。
したがって、この第３の具体例に基づき、本発明は、対象物の静電気を中和する静電気中和方法であって、対象物に対し、イオン発生手段によってイオン照射しながら、検出手段ないときよりもより強い力で高濃度のイオンが発生可能となる。交流電圧の負側のデューティーＴ２は、交流電圧の一周期Ｔの60〜80％が望ましい。負側のによって帯電量を検出し、帯電量が閾値の範囲内に入った時点で、イオン照射を停止することを特徴とする静電気中和方法を提供することができる。

・交流デューティー比の変化
イオン照射工程（S1）は、好適には、イオン発生用電源16としての交流のデユーテイ比を変化させ、これにより、正負のイオン量を変化させることができる。
例えば、図8に示すように、デューティーをつけた交流電圧を印加させ、負側が正側より比率が大きくなるような波形の交流電圧を用いることができる。負側のデューティーを正側のデューティーよりも大きくすることで、誘導電極とイオン発生電極との間に印加する交流電圧の平均値は大きくなる。つまり、負イオンは、デューティーＴ２が50％に近づくと、交流電圧にデューティーをつけた効果が得られない。
気体放電により電荷（イオン）を発生する従来のコロナ放電方式では、数ｋＶの直流高電圧や数ｋＶ、10 kHz程度の交流電圧を印加して大きな空間において放電を起こすため電気的エネルギーの大半が空間に消費され不要な放電生成物（オゾン、窒素酸化物など）の発生を招いている。従って、出来るだけ低電圧で放電を生起し、必要な荷電粒子だけを効率的に生成することが、オゾン等の放電生成物を減らすために必要である。本実施例では、電気エネルギーと共に磁気エネルギーも応用することにより、従来より低い印加電圧で放電が可能となりかつ可及的にオゾン等の濃度を低減させる（0.05 ppm以下）ことができる。

・交流オフセット電圧の変化
イオン照射工程（S1）は、好適には、イオン発生用電源16としての交流のオフセット電圧を変化させ、これにより、正負のイオン量を変化させることができる。
例えば、図9に示すように、オフセット電圧をつけた交流電圧を印加させ、負領域の振幅が、正領域の振幅よりも大きくなるように交流電圧を変化させることができ（図中左手）、他方、正領域の振幅が、負領域の振幅よりも大きくなるように交流電圧を変化させることもできる（図中右手）。
すなわち、どちらかの振幅を大きくすることで、負または、正側の瞬時電力が大きくなる。つまり、必要に応じて、高濃度の負イオン又は、正イオンの選択が可能となる。オフセットつき交流電圧のオフセット電圧の大きさは、±100 Vが望ましい。

さらに、本発明は、第３の態様として、静電気中和方法、特に前記３つの静電気中和方法を実施するための手順をシステム制御装置7に実行させるための静電気中和プログラムを記憶したことを特徴とする、システム制御装置読み取り可能な記憶装置を提供する。

＜実施例＞
次に、本発明の実施形態を、添付の図1、図4および図6を参照ながら説明するが、本発明は、この実施形態に制限されるものではない。オゾンの発生濃度測定には、荏原実業（株）のオゾンモニタ（型番EG-2001F）を使用した。
まず、入力装置8への入力によって静電気中和処理を開始し、システム制御装置7を介して第１制御装置5に信号を送信し、この第１制御装置5による検出手段2の駆動によって、対象物4である液晶パネルの帯電状態を検出した。検出した信号を検出手段2および第１制御装置5を介してシステム制御装置7に送信した。システム制御装置7において、検出した信号と、記憶装置10に記憶させた閾値とを比較して、液晶パネルの帯電状態を判定した。静電気を中和できたと判断された場合には、液晶パネルを、中和処理テーブル23から取り出し、所定のハンドリング装置（図示せず）に受け渡す。他方、未だ、静電気を帯びていると判断された場合には、前記と同様な経路に従い、イオン発生手段3によってイオンを対象物4に照射する。これらの操作は、静電気が中和されるまで反復することができる。
なお、イオン発生手段に関し、イオン発生用電源15として、電圧0.82 kV（実効値）、周波数、3 kHzの交流を用いた。また、磁界発生用電源16として、電圧２ V、電流値1.0Ａの直流を用いた。
イオン発生量は、発生地点から1 mの範囲で、20万個/cm3で、オゾン発生量は、0.001 ppmであった。
以上の結果から明らかなように、本発明の静電気中和装置は、従来技術のコロナ放電方式を用いる従来技術に比し、除電対処物のダメージを軽減でき、かつ、環境上、有害なオゾン等副産物の発生を防止できることが証明された。

本発明の静電気中和装置は、大量生産に適した帯電しやすい製品、例えば、液晶パネルの除電に使用することができる。

本発明の静電気中和装置の一具体例を示すブロック図図1の静電気中和装置に使用されるイオン発生手段の一具体例を示す模式的断面図図2のイオン発生手段を上方からみた模式的分解図図１の対象物の一具体例である液晶パネルを示す模式的断面図図2のイオン発生手段3によるイオンの増殖状態を示す模式図本発明の静電気中和装置による、静電気の第１中和処理の流れ図本発明の静電気中和装置による、静電気の第２中和処理の流れ図中和処理において交流デューティ比を変化させた場合の波形図中和処理において交流オフセット電圧を変化させた場合の波形図

1：静電気中和装置、3：表面放電方式イオン発生手段、4：対象物、14：磁界発生電極

Claims

対象物の静電気を中和する表面放電方式イオン発生手段を備える静電気中和装置であって、
前記表面放電方式イオン発生手段は、
誘電体と、
前記誘電体上に形成された誘導電極と、
前記誘導電極との間に前記誘電体を挟み込むように、前記誘電体上に形成された複数のイオン発生表面電極と、
前記誘導電極との間に前記誘電体を挟み込むように、前記誘電体上に形成された磁界発生電極とを含んでおり、
前記磁界発生電極は、前記複数のイオン発生表面電極の間において前記誘電体上に前記イオン発生表面電極と共に取り付けられていることを特徴とする静電気中和装置。
前記対象物の帯電量を検出する検出手段と、
帯電量に関する閾値を記憶する記憶装置と、
前記検出手段が検出した帯電量が前記記憶装置に記憶された前記閾値よりも少なくなるまで前記表面放電方式イオン発生手段によるイオンの発生が行われるように、前記表面放電方式イオン発生手段による前記対象物の静電気中和処理を制御する制御装置とをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の静電気中和装置。