JP7172708B2 - 液晶デバイスの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶デバイスの製造装置に関する。

液晶デバイスは、表示装置及び光スイッチング装置等に用いられている。液晶デバイスは、照射された照明光を画素ごとに光変調して画像光を生成したり、液晶の屈折率を調整して信号光の波面を変化させたりする。特許文献１には液晶デバイスの製造方法の一例が記載されている。

特開２００１－９１９３１号公報

半導体基板とガラス基板とを貼り合わせて構造体を作製し、その構造体を液晶デバイス単位で分断することによって複数の液晶デバイスを同時に作製する一括貼り合わせ方法がある。一括貼り合わせ方法では、半導体基板に不良領域が存在すると不良領域に対応する液晶デバイスは不良品となる。即ち、一括貼り合わせ方法では、半導体基板に不良領域がある場合には不良品の液晶デバイスも作製することになる。

半導体基板を分断して良品の駆動基板を選別し、ガラス基板を分断して対向基板を作製し、良品の駆動基板と対向基板とを貼り合わせることにより、良品の液晶デバイスを効率よく作製することができる。

しかし、液晶デバイス単位でそれぞれ分断された駆動基板と対向基板とを貼り合わせるため、一括貼り合わせ方法と比較して、駆動基板と対向基板とを、互いに平行になるように効率よく貼り合わせることは困難である。そのため、駆動基板と対向基板との間隙に相当するセルギャップの面内ばらつきが大きくなり、液晶デバイスの性能を悪化させる要因となる。

本発明は、複数の駆動基板と複数の対向基板とを平行に貼り合わせて複数の液晶デバイスを同時に作製することができる液晶デバイスの製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、チャンバと、前記チャンバ内に収容され、複数の第１の基板を位置決めして保持する複数の凹部を有するステージと、前記チャンバ内に収容され、前記ステージよりも上方で前記ステージと対向する位置にあって、複数の第２の基板を保持する基板保持プレートと、前記チャンバ内に収容され、前記チャンバに固定されていて、前記基板保持プレートを前記ステージの側から保持するプレート保持部と、前記ステージを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記複数の第２の基板上に保持されて、前記複数の第２の基板に対して加重する少なくとも１枚の第３の基板とを備える液晶デバイスの製造装置を提供する。

上記の液晶デバイスの製造装置において、前記基板保持プレートは、前記ステージの前記複数の凹部における各凹部と対向する位置に、前記第１の基板を挿通可能な大きさを有し、内周に沿って前記第２の基板を保持するための段部が形成されている複数の開口部を有する。上記の液晶デバイスの製造装置は、前記複数の第２の基板上に前記第３の基板が保持されている状態において、前記制御部が前記駆動部を制御して前記ステージを上方に移動させることにより、前記複数の第１の基板における各第１の基板と前記複数の第２の基板における各第２の基板とをシール材及び液晶を介して接触させ、さらに前記各第２の基板を押し上げて前記基板保持プレートから離隔させることにより、前記第３の基板の加重によって前記各第１の基板と前記各第２の基板とを貼り合わせて、複数の液晶デバイスを作製する。

本発明の液晶デバイスの製造装置によれば、複数の駆動基板と複数の対向基板とを平行に貼り合わせて複数の液晶デバイスを同時に作製することができる。

一実施形態の液晶デバイスの製造装置の一例を示す構成図である。 ステージが所定の位置へ移動した状態の一例を示す断面図である。 ステージが所定の位置へ移動した状態の一例を示す断面図である。 一実施形態の液晶デバイスの製造装置の一例を示す構成図である。 一実施形態の液晶デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。 画像の明るさの経時変化の一例を示す図である。 画像の明るさの経時変化の一例を示す図である。

図１を用いて、一実施形態の液晶デバイスの製造装置の構成例を説明する。以下、液晶デバイスの製造装置を単に製造装置とする。製造装置１は、光源２と、基板貼り合わせ部３と、制御部４とを備える。制御部４は、設定されたプログラムまたはオペレータからの指示情報に基づいて光源２及び基板貼り合わせ部３を制御する。制御部４としてコンピュータ機器またはＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてもよい。

基板貼り合わせ部３は、チャンバ１０と、減圧駆動部１１と、ステージ２０と、ステージ駆動部２１と、プレート保持部３０とを有する。チャンバ１０は、チャンバ本体１２と、蓋１３とを有する。ステージ２０及びプレート保持部３０はチャンバ１０に収容されている。減圧駆動部１１として真空ポンプを用いてもよい。蓋１３は光透過性を有する。具体的には、蓋１３は紫外線を透過する。蓋１３として石英ガラス板を用いてもよい。

制御部４は、基板貼り合わせ部３を制御することにより、蓋１３を開閉することができる。制御部４は、蓋１３をチャンバ本体１２に密着させることにより、チャンバ１０内を密閉することができる。なお、オペレータが蓋１３を開閉してもよい。チャンバ１０内が密閉された状態において、制御部４は、減圧駆動部１１を駆動させることにより、チャンバ１０内を減圧することができる。

ステージ２０は、複数の駆動基板１１０（第１の基板）を位置決めして保持する複数の凹部２２を有する。駆動基板１１０は液晶デバイスを構成する。ステージ２０は、複数の駆動基板１１０を複数の凹部２２によって位置決めし、着脱自在に保持する。ステージ２０は、凹部２２の底面またはその近傍に配置された加熱部２３を有していてもよい。駆動基板１１０が凹部２２に保持されている状態において、制御部４は、加熱部２３を駆動させることにより、駆動基板１１０を所定の温度範囲内に加熱することができる。

ステージ２０には、検査により良品と判定された駆動基板１１０のみが保持される。駆動基板１１０は、複数の画素が形成された画素領域１１１を有する。駆動基板１１０として半導体基板を用いてもよい。駆動基板１１０は、画素領域１１１の中心部に所定量の液晶１０１が滴下され、画素領域１１１の外周部に沿ってシール材１０２が塗布された状態で、ステージ２０に保持される。シール材１０２として紫外線硬化型の樹脂を用いてもよい。

プレート保持部３０はチャンバ本体１２に固定されている。プレート保持部３０は、基板保持プレート３１を、ステージ２０と平行になるように保持する。基板保持プレート３１は、ステージ２０の複数の凹部２２と対向する位置に複数の開口部３２を有する。開口部３２は、駆動基板１１０を挿通可能な大きさを有する。

基板保持プレート３１は、開口部３２の内周に沿って形成され、かつ、複数の対向基板１０３（第２の基板）を位置決めして保持する複数の段部３３を有する。対向基板１０３は液晶デバイスを構成する。基板保持プレート３１は、複数の対向基板１０３を複数の段部３３によって位置決めし、着脱自在に保持する。即ち、プレート保持部３０は、基板保持プレート３１を介して複数の対向基板１０３を保持する。対向基板１０３は光透過性を有する。対向基板１０３としてガラス基板を用いてもよい。

複数の駆動基板１１０がステージ２０に保持され、複数の対向基板１０３が保持された基板保持プレート３１がプレート保持部３０に保持されている状態では、複数の駆動基板１１０と複数の対向基板１０３とは、互いに平行で、かつ、対向して位置決めされる。基板保持プレート３１がプレート保持部３０に保持されている状態において、制御部４は、ステージ駆動部２１を制御することにより、ステージ２０を基板保持プレート３１に接近させたり離隔させたりすることができる。

複数の駆動基板１１０がステージ２０に保持され、複数の対向基板１０３が保持された基板保持プレート３１がプレート保持部３０に保持されている状態において、遮光マスク４０は、画素領域１１１に対応して位置決めされ、対向基板１０３上に保持される。即ち、遮光マスク４０は、複数の駆動基板１１０の画素領域１１１を遮光するように対向基板１０３上に保持される。

透明基板５０（第３の基板）は、遮光マスク４０上に保持される。即ち、透明基板５０は、遮光マスク４０を介して複数の対向基板１０３上に保持される。製造装置１は、遮光マスク４０を対向基板１０３上に移動させたり退避させたり、透明基板５０を遮光マスク４０上に移動させたり退避させたりする搬送機構を備えていてもよく、オペレータが上記の搬送を実行してもよい。

図２に示すように、厚さｔ５０または重さが互いに異なる複数の透明基板５０を準備し、複数の透明基板５０から選択された透明基板５０を遮光マスク４０上に保持してもよい。製造装置１は、設定されたプログラムまたはオペレータからの指示情報に基づいて、複数の透明基板５０から目的の透明基板５０を選択する。製造装置１は、選択された透明基板５０を遮光マスク４０上に移動させたり退避させたりする搬送機構を備えていてもよく、オペレータが上記の搬送を実行してもよい。

図３に示すように、複数の透明基板５０を準備し、複数の透明基板５０から選択された数の透明基板５０を遮光マスク４０上に保持してもよい。図３は３つの透明基板５０が遮光マスク４０上に保持されている状態を示している。設定されたプログラムまたはオペレータからの指示情報に基づいて、製造装置１は、複数の透明基板５０から設定された数の透明基板５０を選択する。製造装置１は、選択された数の透明基板５０を遮光マスク４０上に積み重なるように移動させたり退避させたりする搬送機構を備えていてもよく、オペレータが上記の搬送を実行してもよい。

遮光マスク４０が形成された透明基板５０を用いてもよい。この場合、透明基板５０は、遮光マスク４０が画素領域１１１に対応して位置決めされた状態で、対向基板１０３上に保持される。製造装置１は、遮光マスク４０が形成されている透明基板５０を対向基板１０３上に移動させたり退避させたりする搬送機構を備えていてもよく、オペレータが上記の搬送を実行してもよい。

遮光マスク４０が形成された透明基板５０と遮光マスク４０が形成されていない透明基板５０とを用いてもよい。この場合、遮光マスク４０を有する透明基板５０は、遮光マスク４０が画素領域１１１に対応して位置決めされた状態で、対向基板１０３上に保持される。製造装置１は、遮光マスク４０が形成されている透明基板５０及び遮光マスク４０が形成されていない透明基板５０を対向基板１０３上に移動させたり退避させたりする搬送機構を備えていてもよく、オペレータが上記の搬送を実行してもよい。

図４に示すように、駆動基板１１０を位置決めして保持する複数の凹部１２２を有する基板保持プレート１２０を用いてもよい。この場合、駆動基板１１０が凹部１２２により位置決めされて保持された基板保持プレート１２０は、ステージ２０上に位置決めされて保持される。即ち、ステージ２０は、基板保持プレート１２０を介して駆動基板１１０を保持する。

図５に示すフローチャートを用いて、一実施形態の液晶デバイスの製造方法の一例を説明する。図１に示すように、複数の駆動基板１１０は、ステージ２０の複数の凹部２２に保持されている。または、図４に示すように、複数の駆動基板１１０が複数の凹部１２２に保持された基板保持プレート１２０がステージ２０上に位置決めされて保持されている。

図１または図４に示すように、複数の対向基板１０３は、基板保持プレート３１の複数の段部３３に保持されている。基板保持プレート３１はプレート保持部３０に保持されている。複数の対向基板１０３上には遮光マスク４０が保持されている。遮光マスク４０上には、設定された厚さ、設定された重さ、または設定された数の透明基板５０が保持されている。透明基板５０と複数の対向基板１０３とは遮光マスク４０を介して面接触している。

チャンバ１０内が密閉されている状態において、制御部４は、ステップＳ１にて、減圧駆動部１１を制御することにより、チャンバ１０内を減圧する。チャンバ１０内が減圧されている状態において、制御部４は、ステップＳ２にて、ステージ駆動部２１を制御することにより、ステージ２０を初期位置から所定の位置へ移動（図１または図４では上方向へ移動）させ、複数の駆動基板１１０と複数の対向基板１０３とを、シール材１０２及び液晶１０１を介して接触させる。

制御部４は、加熱部２３を制御することにより、駆動基板１１０を所定の温度範囲内に加熱してもよい。駆動基板１１０を加熱することによって液晶１０１の粘度が低下して液晶１０１が平坦化することにより、シール材１０２を液晶１０１よりも先に対向基板１０３に接触させることができる。

図２または図３は、駆動基板１１０と対向基板１０３とがシール材１０２及び液晶１０１を介して接触した状態を示している。対向基板１０３はステージ２０によって押し上げられ、基板保持プレート３１から離隔した状態となる。これにより、対向基板１０３には遮光マスク４０及び透明基板５０の重力が加わる。透明基板５０の重力は遮光マスク４０の重力よりも大きいため、透明基板５０の厚さ、重さ、または数に応じて対向基板１０３に対する加重を変えることができる。対向基板１０３に対する加重を調整することにより、駆動基板１１０と対向基板１０３と間隔（セルギャップ）を調整することができる。

透明基板５０と複数の対向基板１０３とが遮光マスク４０を介して面接触した状態で、複数の対向基板１０３に透明基板５０（遮光マスク４０）の重力が加わるため、透明基板５０を用いない場合と比較して、セルギャップの面内分布を向上させることができる。また、対向基板１０３に対する加重を調整することにより、セルギャップの面内分布を向上させることができる。

制御部４は、ステップＳ３にて、減圧駆動部１１を制御してチャンバ１０内を大気圧状態にする。なお、制御部４が減圧駆動部１１を停止させ、オペレータがチャンバ１０内を大気圧状態にしてもよい。

チャンバ１０内が大気圧状態で、かつ、対向基板１０３に透明基板５０（遮光マスク４０）の重力が加わっている状態で、制御部４は、ステップＳ４にて、光源２を制御することにより、光源２から所定の波長帯を有する光（例えば紫外線ＵＶ）を基板貼り合わせ部３（具体的には蓋１３）に向けて照射する。紫外線ＵＶは、蓋１３、透明基板５０、及び対向基板１０３を透過してシール材１０２に照射される。なお、駆動基板１１０の画素領域１１１は、遮光マスク４０によって遮光されているため、紫外線ＵＶは画素領域１１１には照射されない。

シール材１０２は紫外線ＵＶによって硬化するため、製造装置１は、透明基板５０によって目的のセルギャップで、かつ、目的の面内分布にセルギャップが調整された状態で、駆動基板１１０と対向基板１０３とをシール材１０２によって貼り合わせることができる。液晶１０１は、駆動基板１１０と対向基板１０３との間隙に充填され、シール材１０２によって封止される。これにより、複数の液晶デバイスが同時に作製される。

制御部４は、ステップＳ５にて、光源２を制御して紫外線ＵＶの照射を停止させる。さらに制御部４は、基板貼り合わせ部３を制御することにより、蓋１３を開ける。なお、オペレータが蓋１３を開けてもよい。オペレータがチャンバ１０内から透明基板５０と遮光マスク４０と複数の液晶デバイスを取り出した後、制御部４は、ステップＳ６にて、ステージ２０を所定の位置から初期位置へ移動（図１または図４では下方向へ移動）させる。製造装置１は、駆動基板１１０と対向基板１０３との貼り合わせ処理を終了する。なお、ステップＳ１～Ｓ６のうちの少なくともいずれかのステップ、またはそのステップの一部の処理をオペレータが実行してもよい。

本実施形態の液晶デバイスの製造装置及び製造方法によれば、上記のステップＳ１～Ｓ６により、駆動基板１１０と対向基板１０３とがシール材１０２によって貼り合わされ、液晶１０１が駆動基板１１０と対向基板１０３との間隙に充填され、かつ、シール材１０２によって封止され、目的のセルギャップで、かつ、目的の面内分布にセルギャップが調整された複数の液晶デバイスを同時に作製することができる。従って、本実施形態の液晶デバイスの製造装置及び製造方法によれば、複数の駆動基板１１０と複数の対向基板１０３とを平行に貼り合わせて複数の液晶デバイスを同時に作製することができる。

液晶デバイスを表示装置に用いた場合、液晶デバイスは、照射された照明光を画素ごとに光変調して画像光を生成する。表示装置は画像光をスクリーン等へ投射することにより、画像を表示する。図６及び図７は、画像の明るさの経時変化の一例を示している。

図６及び図７において符号Ｒ１及びＲ２で示す線は、赤色照明光が液晶デバイス（赤色用液晶デバイス）に照射された場合の画像（赤色画像）の明るさの経時変化の一例を示している。符号Ｇ１及びＧ２で示す線は、緑色照明光が液晶デバイス（緑色用液晶デバイス）に照射された場合の画像（緑色画像）の明るさの経時変化の一例を示している。符号Ｂ１及びＢ２で示す線は、青色照明光が液晶デバイス（青色用液晶デバイス）に照射された場合の画像（青色画像）の明るさの経時変化の一例を示している。

図６は、赤色用液晶デバイス、緑色用液晶デバイス、及び青色用液晶デバイスを作製するときに、遮光マスク４０を用いた場合の赤色画像、緑色画像、及び青色画像の明るさＲ１、Ｇ１、及びＢ１の経時変化の一例を示している。時点ｔ１（例えば出荷時点）において、赤色用液晶デバイス、緑色用液晶デバイス、及び青色用液晶デバイスは、赤色画像、緑色画像、及び青色画像の明るさが同じになるように調整されている。一般的に、時点ｔ１から所定の時間が経過した後の時点ｔ２では、青色画像の明るさＢ１は、赤色画像及び緑色画像の明るさＲ１及びＧ１と比較して暗くなる。そのため、時点ｔ２では、時点ｔ１と比較して、画像のホワイトバランスが悪化する。

図７は、赤色用液晶デバイス及び緑色用液晶デバイスを作製するときに遮光マスク４０を用い、青色用液晶デバイスを作製するときに遮光マスク４０を用いない場合の赤色画像、緑色画像、及び青色画像の明るさＲ２、Ｇ２、及びＢ２の経時変化の一例を示している。

青色用液晶デバイスを作製する場合、ステップＳ４にて、紫外線ＵＶを画素領域１１１上の液晶１０１に照射することにより、青色画像の明るさＢ２を経時的に安定させることができる。時点ｔ１（例えば出荷時点）において、赤色用液晶デバイス、緑色用液晶デバイス、及び青色用液晶デバイスは、赤色画像、緑色画像、及び青色画像の明るさが同じになるように調整されている。青色画像の明るさＢ２は経時的に安定しているため、時点ｔ２における赤色画像の明るさＲ２と緑色画像の明るさＧ２と青色画像の明るさＢ２との経時変化によるばらつきを低減することができる。これにより、時点ｔ２における画像のホワイトバランスの悪化を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

実施形態として、ステージ２０を駆動し、基板保持プレート３１を保持するプレート保持部３０がチャンバ本体１２に固定されている場合について説明したが、基板保持プレート３１を保持するプレート保持部３０を駆動し、ステージ２０がチャンバ本体１２に固定されていてもよい。この場合、製造装置１は、ステージ駆動部２１に替えてプレート駆動部を備え、制御部４はプレート駆動部を制御することにより、プレート保持部３０をステージ２０に接近させたり離隔させたりする。ステージ駆動部２１またはプレート駆動部を単に駆動部とする。

赤色用液晶デバイス及び緑色用液晶デバイスを作製するときに遮光マスク４０を用い、青色用液晶デバイスを作製するときに減光マスクを用いてもよい。この場合、減光マスクは、駆動基板１１０の画素領域１１１に対応して位置決めされ、対向基板１０３上に保持される。減光マスクの透過率に応じて、画素領域１１１上の液晶１０１に照射される紫外線ＵＶの光量または光強度を設定することができる。減光マスクの透過率を適切に値に設定することにより、青色画像の明るさＢ２を経時的に安定させることができる。

１ 製造装置
４ 制御部
１０ チャンバ
２０ ステージ
２１ ステージ駆動部
３０ プレート保持部
５０ 透明基板（第３の基板）
１０３ 対向基板（第２の基板）
１１０ 駆動基板（第１の基板）

Claims (5)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に収容され、複数の第１の基板を位置決めして保持する複数の凹部を有するステージと、
   前記チャンバ内に収容され、前記ステージよりも上方で前記ステージと対向する位置にあって、複数の第２の基板を保持する基板保持プレートと、
   前記チャンバ内に収容され、前記チャンバに固定されていて、前記基板保持プレートを前記ステージの側から保持するプレート保持部と、
   前記ステージを駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記複数の第２の基板上に保持されて、前記複数の第２の基板に対して加重する少なくとも１枚の第３の基板と、
   を備え、
   前記基板保持プレートは、前記ステージの前記複数の凹部における各凹部と対向する位置に、前記第１の基板を挿通可能な大きさを有し、内周に沿って前記第２の基板を保持するための段部が形成されている複数の開口部を有し、
   前記複数の第２の基板上に前記第３の基板が保持されている状態において、前記制御部が前記駆動部を制御して前記ステージを上方に移動させることにより、前記複数の第１の基板における各第１の基板と前記複数の第２の基板における各第２の基板とをシール材及び液晶を介して接触させ、さらに前記各第２の基板を押し上げて前記基板保持プレートから離隔させることにより、前記第３の基板の加重によって前記各第１の基板と前記各第２の基板とを貼り合わせて、複数の液晶デバイスを作製する
   液晶デバイスの製造装置。
2. 前記チャンバ内を減圧する減圧駆動部をさらに備え、
   前記複数の第２の基板上に前記第３の基板が保持されている状態において、前記制御部は、前記減圧駆動部を制御して前記チャンバ内を減圧状態にする
   請求項１に記載の液晶デバイスの製造装置。
3. 光源をさらに備え、
   前記複数の第２の基板上に前記第３の基板が保持されている状態において、前記制御部は、前記減圧駆動部を制御して前記チャンバ内を減圧状態から大気圧状態とし、前記光源を制御することにより、前記各第１の基板の所定の領域に光を照射する
   請求項２に記載の液晶デバイスの製造装置。
4. 前記チャンバは、チャンバ本体と蓋とを有し、
   前記蓋と前記第２及び第３の基板は光透過性を有し、
   前記光源は、前記光を前記蓋と前記第２及び第３の基板とを介して前記各第１の基板の所定の領域に前記光を照射する
   請求項３に記載の液晶デバイスの製造装置。
5. 前記第１の基板を加熱する加熱部をさらに備える請求項１～４のうちのいずれか１項に記載の液晶デバイスの製造装置。

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