JP4488808B2 - 液晶滴下装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶滴下装置に関し、詳しくは、液晶容器に充填された液晶の量を液晶滴下中にリアルタイムに把握することで、迅速な液晶の滴下が可能で液晶の滴下不良を防止できる液晶滴下装置に関する。
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。
前記下部基板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。
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、前記上部基板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、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(ステップS103、S106、S107)。
ここで、前記下部基板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、前記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、前記ガラス基板を切断、加工する必要がある(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)ガスを供給して真空チャンバ10の真空度を低下させると、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を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、液晶の量をリアルタイムに測定して液晶の滴下量をリアルタイムに把握することで、液晶の滴下に不良が発生することを防止できる液晶滴下装置を提供することにある。
このような目的を達成するため、本発明に係る液晶滴下装置は、液晶が充填された容器と、シリンダ、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、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、並びに、前記シリンダ及びピストンが収納され分離型からなるケースから構成され、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、前記突出ポンプと接続される前記容器を支持する支持部と、リアルタイムに前記液晶の重量を測定するために前記支持部に設けられた重量計と、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、前記吐出ポンプから滴下される液晶の吐出量を制御し、前記重量計により測定された液晶の量に基づき、液晶の滴下量を算出及び補正する制御部とを含み、前記制御部は、基板に滴下すべき液晶の滴下量を設定する滴下量設定部と、前記重量計により測定された液晶の量に基づいて現在の滴下量を算出する滴下量算出部と、前記滴下量算出部により算出された液晶の滴下量と設定された液晶の滴下量の差分を計算する差分計算部と、前記滴下量の差分の限界値を設定する滴下量限界値設定部と、前記差分計算部及び滴下量限界値設定部からそれぞれ入力される滴下量の差分と限界値とを比較して前記モータ駆動部に信号を出力する比較部と、モータを駆動して前記吐出ポンプを作動させるモータ駆動部と、基板を駆動して液晶の滴下位置をノズルと整列させる基板駆動部とを含み、前記滴下量の差分の限界値は、第1限界値及び第2限界値からなり、測定された滴下量の差分が前記第1限界値を超過しない場合、液晶の滴下を継続し、測定された滴下量の差分が前記第1限界値を超過するが前記第2限界値を超過しない場合、液晶の滴下量を補正した後に液晶の滴下を行い、測定された滴下量の差分が前記第2限界値を超過する場合、液晶の滴下を停止する
本発明においては、液晶の重さや体積をリアルタイムに測定して滴下量を算出することで、液晶の滴下量をリアルタイムに算出し、この算出された滴下量を設定された滴下量と比較し、誤差が発生する場合、液晶吐出ポンプの角度を制御することで滴下量を補正する。従って、リアルタイムに正確な液晶の滴下量の補正が可能になって、液晶表示素子の不良を防止できるようになる。
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、前記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。
前記液晶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、前記上部基板103及び下部基板105に圧力を加えることによって前記上部基板103と下部基板105とが合着され、これと同時に、前記圧力により滴状の液晶107が均一に分布されることで、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。
言い換えれば、前記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)。
前記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対して一括して進行される。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広いガラス基板、例えば、1000×1200mm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、前記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、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ることで、シール材109により前記上部基板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、前記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とができる。
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ディスペンサを提供する。
図3は、本発明に係る液晶ディスペンサを利用して、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、液晶ディスペンサ120は、基板105の上部に設置されている。図示していないが、前記液晶ディスペンサ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、液晶ディスペンサ120は、設定された時間間隔で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、液晶ディスペンサ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、液晶ディスペンサ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、液晶ディスペンサ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、本発明に係る液晶ディスペンサ120の構造を示す斜視図、図5は、本発明に係る液晶ディスペンサ120の分解斜視図である。図4及び図5に示すように、液晶ディスペンサ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。
前記液晶容器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。前記ケース123は、ステンレス鋼から形成され、その内部に前記液晶容器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が充填されたときに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、前記ポリエチレンは、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、前記液晶容器122の上部にはガス供給管が連結され、外部から窒素等のガスが供給される。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。
前記液晶容器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、液晶ディスペンサ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。
前記液晶容器122の下部には、液晶吐出ポンプ140が配設されている。前記液晶吐出ポンプ140は、液晶容器122の液晶を所定量吐出して基板上に滴下するためのもので、前記液晶容器122に連結される。そして、液晶吐出ポンプ140は、前記液晶吐出ポンプ140の作動により、液晶が吸入される液晶吸入口147と、前記液晶吸入口147の反対側に形成され、前記液晶吐出ポンプ140の作動により液晶が吐出される液晶吐出口148とを備えている。
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、前記第1連結管126の他端には支持部127が設置されている。前記支持部127は、液晶容器122を支持するためのもので、上面(即ち、液晶容器122が接触する面)にはロードセルのような少なくとも一つの重量計129が設置され、液晶容器122の重量を測定する。
一方、前記重量計129は、液晶が充填されていない空いた液晶容器122の重さに零点調整されているため、測定値は、液晶容器122に充填された液晶のみの重さである。図示していないが、前記重量計129により測定された測定値は、制御部に入力される。液晶容器122の液晶は、設定された比重を有するので(もちろん、この値は制御部に保存されている)、測定された液晶の重さに基づいて、液晶容器122の液晶の変化量および残量が計算される。
図示するように、前記液晶吸入口147は、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。前記第1連結管126の一側、即ち、支持部129の側には、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、前記第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。
前記ピン128は、パッドを通して液晶容器122に挿入され、その結果、液晶容器122の液晶107は、液晶吸入口147に流入される。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とを締結することにより、締結構造が簡単となり、締結及び脱着が容易となる。
前記液晶吸入口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は、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。
前記液晶吐出ポンプ140の下部には、ノズル150が設置されている。前記ノズル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、前記液晶吐出ポンプ140から吐出される液晶107を基板上に滴下する。
前記第2連結管160は、不透明な物質から形成することもできる。しかしながら、以下の理由により、第2連結管160は、透明な物質から形成する。
一般に、液晶の滴下時、液晶107中に気泡が含まれており、基板に滴下される液晶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、液晶ディスペンサ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理由は、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、前記第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。
前記第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、前記ノズル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、基板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基板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、疎水性物質)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、前記液晶吐出ポンプ140は、回転部材157に挿入されており、前記回転部材157は、固定部155に固定されている。前記回転部材157は、第1モータ131に連結されている。前記第1モータ131の駆動により、前記回転部材157が回転し、前記回転部材157に固定された液晶吐出ポンプ140が作動する。
前記液晶吐出ポンプ140は、棒形状を有する液晶容積量調節部材134の一方と接触している。前記液晶容積量調節部材134の他方には孔が形成され、回転軸136が前記孔に挿入される。前記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結合される。また、前記回転軸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。
前記回転軸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が回転し、これにより、前記回転軸136と結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、前記液晶容積量調節部材134の一端が動くことにより、前記液晶吐出ポンプ140に加えられる力が変化し、これにより、前記液晶吐出ポンプ140の固定角度が変化する。
前述したように、前記第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の液晶を吐出して基板に滴下し、前記第2モータ133は、回転部材157に固定された液晶吐出ポンプ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を通して基板に滴下される液晶の1回の滴下量は、非常に微細な量であり、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。このような微細な調節のために、前記第2モータ133としては、パルス入力値によって作動する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、前記液晶吐出ポンプ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、前記ケース141に結合されるキャップ144と、前記ケース141の内部に挿入されて液晶が吸入されるシリンダ142と、前記シリンダ142をシールするシール手段143と、前記キャップ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、前記キャップ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。
前記ピストン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、前記ヘッド146aには、バー146bが設置されている。前記バー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の力により前記回転部材157が回転運動を行うとき、前記ピストン145を回転運動させる。
一方、図6bに示すように、前記ピストン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の断面円形状の面積の約1/4(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、前記液晶吸入口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で固定されており、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、前記ホール159の内部には軸受が備えられており、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、前記回転部材157が回転し、よって、前記回転部材157に結合された(即ち、固定された)ピストン145が回転する。
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、前記ピストン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、実質的に前記固定角度αは0°でないため(即ち、所定角度に固定されるため)、前記ピストン145は、前記回転部材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、前記ピストン145がさらに回転して下方に動くと、前記シリンダ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、前記ピストン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、交叉行程であり、図8bは、液晶吸入口147による吸入行程であり、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の回転により回転する。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。
前記回転部材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、前記回転部材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、前記バー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、前記回転部材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、前記回転部材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を通して前記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、前記回転部材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、前記ピストン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前記液晶吐出口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)の角度で回転部材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、前記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、前記液晶吐出ポンプ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、設定された固定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、前記第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、前記制御部は、液晶の滴下量を設定し、ロードセルのような重量計129により測定された測定値に基づいて現在進行中の液晶の滴下量を算出することで、液晶の吐出量を制御する。
図10に示すように、前記制御部200は、液晶パネルに滴下すべき液晶の滴下量を設定する滴下量設定部210と、前記滴下量設定部210により設定された液晶の滴下量と実際に液晶パネルに滴下された液晶の滴下量とに差が発生する場合、第2モータ133を制御して液晶吐出ポンプ140の固定角度を制御することで、液晶の滴下量を補正する滴下量補正部220と、第1モータ131及び第2モータ133を制御して、前記滴下量設定部210により設定された滴下量の液晶を液晶吐出ポンプ140により吐出させるモータ駆動部230と、基板を駆動して液晶の滴下位置をノズル150と整列させる基板駆動部240と、基板のサイズ、パネルのサイズ、滴下すべき液晶の設定量、現在の滴下量、滴下位置のような各種情報を出力し、異常発生時に警報を発する出力部250とを含む。
前記出力部250は、CRT(Cathod Ray Tube)やLCDのようなディスプレイ及びプリンタからなり、作業者に滴下に関する各種情報を提供するだけでなく、アラームなどにより作業者に滴下異常を知らせる。
前記滴下量設定部210は、液晶パネルに滴下すべき液晶の滴下量を設定するもので、既に算出された設定量を作業者が手動操作して入力することもできるが、各種データに基づき、自動に最適の滴下量を設定することがより正確な滴下量の設定のために好ましい。且つ、前記滴下量補正部220は、設定された滴下量と実際に基板上に滴下される液晶の滴下量とに差が発生する場合、前記滴下量を補正することで液晶表示素子に不良が発生することを防止する。
図11に示すように、前記滴下量補正部220には、重量計129により測定された液晶の重さが入力される。このとき、滴下量の補正のために必要な情報は、重量計129により測定された液晶の重さ自体でなく、以前の滴下の重さと現在の重さとの差である。滴下量算出部222は、重量計129からリアルタイムに入力される測定値(液晶の重さ)を以前の滴下の測定値と比較してその差を算出することで、実際に滴下された液晶の重さを算出する。また、前記滴下量算出部222には現在進行中の液晶の密度が保存されているため、前記算出された重さに基づいて現在の液晶の滴下量を算出することができる。
前記滴下量算出部222により算出された実際の液晶の滴下量は、差分計算部224に入力され、前記差分計算部224は、前記入力された実際の滴下量と前記滴下量設定部221により設定された滴下量との差分を計算した後、これを比較部228に入力する。
一方、前記比較部228には、滴下量限界値設定部226により設定された滴下量の限界値が入力される。前記滴下量限界値は、滴下すべき液晶の設定値と実際に測定された液晶の測定値間の限界値であって、一つの限界値を設定することもできるが、複数の設定値を設定することもできる。
一つの限界値を設定する場合、その設定された滴下量の限界値は、液晶の滴下時に液晶パネルに滴下される液晶の滴下量の許容値を意味する。即ち、限界値以内の誤差で液晶が滴下されると、液晶表示素子の不良が発生しない。反面、二つ以上の複数の限界値を設定する場合、各設定値は互いに異なる目的のために存在する。例えば、二つの限界値が設定される場合、第1限界値は液晶の滴下量の許容値を定義し、第2限界値は液晶の滴下に不良を誘発する臨界値を定義する。
言い換えれば、比較部228により測定された実際の液晶の滴下量と設定された滴下量との差分を第1限界値と比較し、差分が第1限界値以内の場合、この液晶の滴下により液晶表示素子に不良が発生しないので現在の液晶の滴下を行い続け、差分が第1限界値を超過し第2限界値以内の場合、モータ駆動部230に前記差分(設定された滴下量と実際に測定された滴下量との差分、滴下量の補正値)と第1限界値との差を駆動信号として出力して、液晶の滴下量の差分が第1限界値以内になるように液晶の滴下量を補正する。
且つ、差分が第2限界値を超過する場合、非正常的に液晶が滴下されたことを感知して液晶の滴下を中断し、出力部250を通して作業者に警報を発する。前記第1限界値及び第2限界値は、液晶の粘度、液晶パネルのサイズ、液晶が滴下される滴下パターンによって決定される。
滴下量算出部222に入力される測定値は、重量計129からリアルタイムに入力され、このリアルタイムに入力された情報に基づいて滴下量の補正をリアルタイムに実行する。従って、迅速な液晶の滴下量の補正が可能になるので、液晶表示素子の不良を防止することができる。
一方、滴下量算出部222は、1回の滴下量、即ち、基板に滴下される一滴の滴下量や所定回数の滴下量、または1枚の単位パネルや1枚の基板に対応する滴下量を算出することができる。実質的に基板に滴下される1回(1滴)の滴下量は、数mgというような非常に少ない量である。よって、液晶容器122全体の重さからこの量の重さを減算した液晶容器122の重さを測定して1回の滴下量を算出することは非常に難しい。
従って、50回の滴下や100回の滴下のような特定回数の滴下が終了した後に該当回数の滴下量の重さを測定するか、または1枚の単位パネルや1枚の基板に滴下が終了した後にその滴下量の重さを測定することで、滴下量を算出することができる。もちろん、最も正確な液晶の滴下のためには、1回の滴下量の重さに基づいて1回の滴下量を算出することが最も好ましい。
図12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234と、前記パルス値保存部234に保存されたパルス値情報に基づき、滴下量設定部210から入力された滴下量の設定値、及び滴下量補正部220から入力された滴下量の補正値をパルス値に換算するパルス値換算部232と、滴下量の設定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236と、前記パルス値換算部232により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238とを含む。
前記パルス値保存部234には、パルス値に関する第2モータ133の多く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、最終的に、前記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、前記第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、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。
一方、前述したように、重量計129を支持部127に設置してリアルタイムに重さを測定することで、液晶容器122に残っている液晶の残量をリアルタイムに把握することができる。このように、液晶の残量を把握する理由は、次のとおりである。
液晶ディスペンサ120の液晶容器122には、限られた量の液晶107が充填される。よって、基板に液晶を滴下する場合、設定された枚数の基板に液晶を滴下した後は、前記液晶容器122に再び新しい液晶107を充填すべきである。しかし、液晶の滴下時、基板上には常に設定された滴下量の液晶が滴下されるものではない。外部環境などの要因により滴下される液晶の量には微細な変化が発生することがあり、このような微細な滴下量の変化により、実際に基板に滴下される全体の滴下量と設定された全体の滴下量とには多くの差が発生するようになる。
例えば、実際の液晶の滴下量が、設定された滴下量より多い場合は、一つの液晶容器122により液晶が滴下される複数の基板中、最後に滴下される基板には、設定された量より少ない量の液晶が滴下される。このように、設定された量より少ない量の液晶が特定基板に滴下される場合、液晶表示素子を製作したとき、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。
逆に、実際の液晶の滴下量が、設定された液晶の滴下量より少ない場合は、一つの液晶容器122に充填された全ての液晶が滴下された後、前記液晶容器122には過度な量の液晶が残存するようになる。このように液晶容器122に余る残存液晶は、新しい液晶の充填時に空気に露出して空気中の成分(特に、水分)と反応して汚染されるため、廃棄処分すべきである。
特に、残存する液晶の量が一つの基板に滴下される滴下量より多い場合、残存する液晶を基板上に滴下させることができるので、このような液晶の廃棄処分は、液晶表示素子の製造費用の削減の阻害要素となる。従って、液晶の滴下量が設定されている場合も、作業者が常に液晶容器122内に残っている液晶の残量を確認することで、高価な液晶が廃棄処分されることを防止しなければならない。
一方、液晶ディスペンサ120の液晶容器122は、主に不透明な物質(ステンレス鋼)のケース123に収納され、液晶容器122自体が透明度の低いポリエチレンからなるため、作業者が直接液晶容器122内の液晶の残量を肉眼で確認することは不可能であった。
しかしながら、本発明においては、液晶ディスペンサ120にロードセルのような重量計129を設置し、液晶滴下中にリアルタイムに液晶容器122内の液晶の重量を測定することで、このような問題を解決することができる。図示していないが、前記制御部200には、重量計129から入力される測定値に基づいて液晶の残量を把握し、液晶の残量が一枚の基板に滴下される設定量より少ないときは、モータ駆動部230に信号を出力して第1モータ131の駆動を停止させることで液晶の滴下を中断する。
前述したように、本発明においては、液晶ディスペンサにロードセルのような重量計を設置し、この重量計によりリアルタイムに測定された液晶の重量に基づいて(以前の滴下の重さから現在の重さを減算して)液晶の現在の滴下量をリアルタイムに算出した。このように、液晶の重量をリアルタイムに測定することは、液晶の滴下量をリアルタイムに算出するためである。従って、液晶の重量を測定することなく液晶の体積を直接測定することで、滴下量を算出することもできる。言い換えれば、液晶の滴下量をリアルタイムに算出することができれば、如何なる装置にも適用できる。
例えば、液晶容器の内部に超音波センサを設置し、超音波の到達時間により液晶量の体積をリアルタイムに測定することで、滴下量を算出することもできる。この場合も、測定された現在の液晶量の体積が重要なものでなく、以前の滴下時と現在の滴下終了時との液晶量の体積の差が重要であり(この量が滴下量であるから)、この差により液晶の滴下量の補正が可能になる。
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。 本発明に係る液晶ディスペンサの構造を示す斜視図である。 本発明に係る液晶ディスペンサの構造を示す分解斜視図である。 本発明に係る液晶ディスペンサの液晶吐出ポンプの構造を示す斜視図である。 本発明に係る液晶ディスペンサ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。 本発明に係る滴下量補正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。 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 液晶ディスペンサ、122 液晶容器、123 ケース、127 支持部、128 ピン、129 重量計、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、210 滴下量設定部、220 滴下量補正部、230 モータ駆動部、240 基板駆動部、250 出力部。

Claims (12)

  1. 液晶が充填された容器と、
    シリンダ、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、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、並びに、前記シリンダ及びピストンが収納され、分離できるように形成されたケースから構成され、前記容器に充填された液晶を吸入して前記吐出口から吐出する吐出ポンプと、
    前記突出ポンプと接続される前記容器を支持する支持部と、
    リアルタイムに前記液晶の重量を測定するために前記支持部に設けられた重量計と、
    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
    前記吐出ポンプから滴下される液晶の吐出量を制御し、前記重量計により測定された液晶の量に基づき、液晶の滴下量を算出及び補正する制御部と
    を含み、
    前記制御部は、
    基板に滴下すべき液晶の滴下量を設定する滴下量設定部と、
    前記重量計により測定された液晶の量に基づいて現在の滴下量を算出する滴下量算出部と、
    前記滴下量算出部により算出された液晶の滴下量と設定された液晶の滴下量の差分を計算する差分計算部と、
    前記滴下量の差分の限界値を設定する滴下量限界値設定部と、
    前記差分計算部及び滴下量限界値設定部からそれぞれ入力される滴下量の差分と限界値とを比較して前記モータ駆動部に信号を出力する比較部と、
    モータを駆動して前記吐出ポンプを作動させるモータ駆動部と、
    基板を駆動して液晶の滴下位置をノズルと整列させる基板駆動部と
    を含み、
    前記滴下量の差分の限界値は、第1限界値及び第2限界値からなり、測定された滴下量の差分が前記第1限界値を超過しない場合、液晶の滴下を継続し、測定された滴下量の差分が前記第1限界値を超過するが前記第2限界値を超過しない場合、液晶の滴下量を補正した後に液晶の滴下を行い、測定された滴下量の差分が前記第2限界値を超過する場合、液晶の滴下を停止する
    ことを特徴とする液晶滴下装置。
  2. 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。
  3. 前記重量計は、ロードセルを含むことを特徴とする請求項1記載の液晶滴下装置。
  4. 前記滴下量算出部は、以前の滴下後の液晶量と現在の滴下後の液晶量とを減算することで液晶の滴下量を算出することを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  5. 前記滴下量は、1回の滴下量であることを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  6. 前記滴下量は、設定された回数の滴下量であることを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  7. 前記滴下量は、単位パネルに対応する滴下量であることを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  8. 前記滴下量は、基板に対応する滴下量であることを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  9. 前記制御部は、前記重量計から入力される液晶の測定値に基づき、容器に残っている液晶の残量を把握することを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  10. 前記液晶の残量が液晶の設定量より少ない場合、前記モータ駆動部がモータの作動を停止して液晶滴下を中断することを特徴とする請求項記載の液晶滴下装置。
  11. 前記設定量は、一枚の基板に滴下される液晶量であることを特徴とする請求項10記載の液晶滴下装置。
  12. 前記モータ駆動部は、
    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と、
    前記パルス値保存部に保存されたパルス値情報に基づき、滴下量の設定値及び前記滴下量補正部から入力された滴下量の補正値をパルス値に換算してモータに出力するパルス値換算部と
    から構成されることを特徴とする請求項10記載の液晶滴下装置。
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