JPH08136873A

JPH08136873A - 液晶表示素子の製造装置

Info

Publication number: JPH08136873A
Application number: JP26975494A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashimoto; 毅橋本; Yutaka Kumai; 裕熊井; Yoshiharu Oi; 好晴大井; Yousuke Fujino; 陽輔藤野
Original assignee: AG Technology Co Ltd
Current assignee: AG Technology Co Ltd
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【構成】脱気装置２と、水温センサ４と電気ヒータ５と
電気ヒータ表面温度センサ６と冷凍器と電気ヒータコン
トローラ７からなる水温制御装置と、水中の溶存酸素量
を計測するセンサ３と観察窓と、光源１１とを備え、脱
気運転と温度制御を行い飽和溶存酸素量に対して所定の
比率以下に溶存酸素量を調整する機能を備えたことを特
徴とする液晶表示素子２０の製造装置。【効果】恒温水槽の液体中での気泡発生を防止し、光を
用いた形成工程、特にＬＣＰＣ−ＬＣＤの光重合による
相分離を障害なく進行させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の製造装
置に関する。特に、液体中で種々の工程を処理できる脱
気装置付きの恒温水槽が設けられた液晶表示素子の製造
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは光学用板ガラスの検査を例にし
て説明する。例えば、ある一定温度で板ガラスの光学特
性を検査する場合、空気中で行う方法と水中で行う方法
が考えられる。両者を比較すると空気の熱伝導率よりも
水の熱伝導率の方が大きいことにより水中の方が均熱化
に要する時間が短いという利点がある。

【０００３】しかし、一般の恒温水槽に板ガラスを浸漬
した場合、板ガラス表面に気泡が発生し付着して検査を
妨げるという問題があった。同様の問題は各種光学部品
及び電気部品の製造、検査などに水槽（液体中での処
理）を用いる場合には常につきまとう問題であり、これ
まで有効な解決策はなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うに従来技術の欠点を解消することを目的とし、周囲温
度が精密に制御可能であり、同時に光を用いた精密な作
業が可能である新規な高性能の液晶表示素子の製造装置
を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、脱気装置によって制御
された恒温水槽が設けられ、恒温水槽の液体中に液晶表
示素子が置かれ、液晶表示素子の製造が行われることを
特徴とする液晶表示素子の製造装置を提供する。これを
本発明の第１の発明と呼ぶ。

【０００６】上記の第１の発明において、液体中の溶存
酸素量を計測する溶存酸素量センサが備えられ、液体中
の飽和溶存酸素量に対して所定の比率以下に溶存酸素量
を調整する機能が恒温水槽に備えられたことを特徴とす
る液晶表示素子の製造装置を提供する。これを本発明の
第２の発明と呼ぶ。

【０００７】また、上記の第１又は第２の発明におい
て、光源が備えられ、光源から発した光によって液晶表
示素子の形成が行われることを特徴とする液晶表示素子
の製造装置を提供する。これを本発明の第３の発明と呼
ぶ。また、上記の各恒温水槽において、水温センサと加
熱装置とが設けられ、水中の溶存酸素量に応じて加熱装
置の表面温度を調整し気泡発生を防止する機能を有する
ことを特徴とする液晶表示素子の製造装置を提供する。
ここで、加熱装置とは電気ヒータがあげられる。そし
て、これらの恒温水槽における一定の作業時間において
気泡発生を抑制するには、水中の溶存酸素量を投入する
ワーク温度と同温度の水の飽和溶存酸素量以下にするこ
とが必要である。なお、液体中に置く物体をワークと呼
んでいる。実際には液晶表示素子の各工程におけるセル
などである。好ましくは、投入するワークの温度と同温
度の水の飽和溶存酸素量の９０％以下にすることがよ
い。

【０００８】上記の各液晶表示素子の製造装置におい
て、恒温水槽の中を観察することのできる観察窓が備え
られた恒温水槽を組み合わせてなる液晶表示素子の製造
装置を提供する。

【０００９】上記の各液晶表示素子の製造装置におい
て、高分子分散型液晶表示素子の光変調層（液晶高分子
複合体層が用いられる、以下ＬＣＰＣ層と呼ぶ）の形成
を恒温水槽の液体中で行い、液体を通して外部より光露
光せしめてＬＣＰＣ層を形成することを特徴とする液晶
表示素子の製造装置を提供する。

【００１０】このＬＣＰＣ層の形成は以下のようにして
得る。まず、液晶と光硬化性化合物を混合し相溶性の液
体状混合物とする。これを液晶セル（空セル）中に注入
し、封止する。その後、液晶セル外部より紫外線などの
光を照射して光硬化性化合物を硬化を励起し液晶と相分
離せしめ、液晶が樹脂マトリクス体と中に分散保持され
た液晶カプセル形態などを有するＬＣＰＣ層とする。光
硬化性化合物としては光硬化性のアクリル系ポリマー
（光重合性モノマー、ウレタンアクリレート・オリゴマ
ーの混合物など）が主に用いられている。

【００１１】以下、本発明についてさらに説明する。図
１に本発明の構成を示す模式図を示す。電気ヒータと冷
凍機を使用して加熱冷却を行う形式の恒温水槽が設けら
れた液晶表示素子の製造装置である。そして撹拌装置に
よって水槽内を撹拌することにより水温の均一化が行わ
れている。観察窓は恒温水槽の側面に取り付けられてお
り、ガラスあるいは透明プラスチックを通してワーク
（被作業対象物：本発明においては、具体的にＬＣＰＣ
層などを備えた液晶表示素子を指す。以下ＬＣＰＣ−Ｌ
ＣＤと呼ぶ）を観察する。冷凍機と撹拌装置と観察窓は
図示を省略している。

【００１２】水の温度調節は水槽内に設置した水温セン
サからの信号をもとにして、電気ヒータ及び冷凍機の出
力を調節して制御する。本発明の液晶表示素子の製造装
置は、水槽に連結して脱気装置が設けられ、少なくとも
水槽本体部と脱気装置との間を接続し水を循環させるこ
とにより水中の溶存ガス量を調整することに特徴の一つ
がある。

【００１３】例えばＬＣＤのセルを水中に浸漬したとき
に、そのガラス基板表面に付着する気泡の原因は、ガラ
ス基板温度が水温より高い場合、水中に溶け込んでいる
溶存ガスがガラス基板表面付近で過飽和状態となり気化
して気泡となり付着する場合と、水温調節用の電気ヒー
タ表面で発生した気泡が移動してガラス基板表面に付着
する場合とがある。どちらの場合も気泡の原因は溶存ガ
スであり、溶存ガスの種類としては塩素、二酸化炭素、
酸素等がある。

【００１４】図２は、水温と飽和溶存酸素量の関係を示
した特性曲線である。飽和溶存酸素量は水温が上がると
ともに減少することがわかる。溶存ガスの種類は数種類
あるが、どのガスも図２と同様に水温が上がるにつれて
飽和量が減少する傾向にある。

【００１５】そこで本発明では、溶存ガスを代表するも
のとして溶存酸素量を測定し、制御することで気泡を防
止することを試みた。溶存酸素量の測定はポーラロ電極
式溶存酸素量計を使用して行った。

【００１６】溶存酸素量とガラス基板表面の気泡発生の
関係を調べた結果を表１に示す。恒温水槽に入れる前の
温度（空気中における温度）が３０℃のガラス基板を、
溶存酸素量が飽和溶存酸素量に対して７０％（６．２ｐ
ｐｍ）、７５％（６．６ｐｐｍ）、８０％（７．０ｐｐ
ｍ）、８５％（７．５ｐｐｍ）、９０％（７．９ｐｐ
ｍ）、１００％（８．８ｐｐｍ）となるように変化させ
た恒温水槽中の２０℃の水に浸漬し１０分間放置後の気
泡付着を観察窓を通し目視により調べた。

【００１７】表１に示すように溶存酸素量が８０％以下
の場合に気泡発生がないことが分かる。つまり、溶存酸
素量をワークの温度と同温度の水の飽和溶存酸素量以下
にすることで、気泡の発生はなかった。なお、水温３０
℃での水の飽和溶存酸素量は７．５３ｐｐｍである。こ
の結果から溶存酸素量を調節することでワーク上の気泡
発生の防止が可能であることが分かった。ワークの温度
がより高ければ、水中の溶存酸素量をより低減すればよ
い。

【００１８】

【表１】

【００１９】溶存ガス量を調節する脱気装置としては、
加熱冷却式及び気液分離膜式がある。加熱冷却式の脱気
装置は脱気装置内でまず水を加熱して脱気を行い、その
後所定の温度まで冷却して、再び循環させる形式であ
る。気液分離膜式の脱気装置は気液分離膜に水を通過さ
せることにより脱気を行う装置である。本発明では、溶
存酸素量を所定量以下に調節することが重要であり脱気
装置としてはどちらの形式でも使用可能である。

【００２０】また、気泡発生原因の一つが恒温水槽内部
に設けられた水温調整用の熱源自身である。例えば、電
気ヒータ表面で発生する気泡は、電気ヒータ表面温度が
水温より高くなり、電気ヒータ表面付近で溶存ガスが過
飽和状態となり気化することが主な原因である。この場
所での気泡発生は、水中の溶存酸素量を測定し、その溶
存酸素量が飽和溶存酸素量となる温度（Ｔo ）を図２の
特性曲線に示されたデータから演算により求め、電気ヒ
ータ表面温度（Ｔh ）をＴo 以下となるように温度コン
トローラで調整することで防止することができる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）次に、実施例によって本発明を説明する。
図１は本発明のＬＣＤの製造装置である。その恒温水槽
１は側面に観察窓を有する。この観察窓付きの恒温水槽
１に、加熱タンクと冷却タンクを有する加熱冷却式の脱
気装置２を接続し配管を介して水を循環させた。加熱冷
却式の脱気装置２の加熱タンクで水を４０℃に加熱し、
その後冷却タンクで２０℃に冷却して脱気を行った。

【００２２】脱気後の水の溶存酸素量は６．２ｐｐｍと
なり飽和溶存酸素量に対して７０％であった。この水を
使用して恒温水槽内を２０℃とし、恒温水槽に入れる前
の温度が３０℃のＬＣＰＣ−ＬＣＤのセル２０を水槽内
に垂直に浸漬して気泡の発生を観察窓を通して目視によ
り観察した。その結果、浸漬後１０分間ガラス基板に気
泡の発生付着は観察されなかった。このようにして安定
した温度環境下で種々の電気光学特性の検査を行うこと
ができた。

【００２３】（実施例２）水槽内の下部に電気ヒータ５
を配置して水温を調節する形式の観察窓付きの恒温水槽
１に、電気ヒータ５の表面に表面温度センサ６を取り付
け、さらに水槽内に溶存酸素量センサ３を取り付けそれ
ぞれの信号を電気ヒータコントローラ７に入力した。な
お、冷凍機と撹拌装置と観察窓は図示を省略した。電気
ヒータコントローラ７では、溶存酸素量センサ３で計測
し得られた水中の溶存酸素量値から、その溶存酸素量が
飽和溶存酸素量となる温度（Ｔo ）を演算により求め電
気ヒータ表面温度（Ｔh ）をＴo 以下となるように電気
ヒータ５の出力を調節した。

【００２４】恒温水槽１内に水温２０℃、溶存酸素量６
ｐｐｍの水を満たし、上記の電気ヒータコントローラ７
を使用して水温を２２℃にセットし加熱し、水温調節を
行った。その結果、電気ヒータ５の表面温度は、６ｐｐ
ｍが飽和量となる温度（４０℃）を超えることはなく電
気ヒータ５の表面からの気泡発生はなかった。

【００２５】この恒温水槽１に、水槽に入れる前の温度
が３０℃のＬＣＰＣ−ＬＣＤのセルを垂直に浸漬し２０
分間観察したところ、ガラス基板の表面からも電気ヒー
タ５からも気泡の発生は皆無であった。そのため、ガラ
ス基板の表面平坦度を光を用いて安定して計測すること
ができた。

【００２６】本発明は、上記の実施例以外に、精密な温
度雰囲気のもとで光反応によって材料の調合などを行う
ようなその他の電子部品又は光学部品の製造に適してい
る。

【００２７】この場合、光源としては紫外線や可視光帯
域の光や、特別な波長域を有するレーザ光などをワーク
に照射することができる。通常は、恒温水槽の外部から
窓を設けて照射することができるし、あるいは必要な場
合、恒温水槽内部に光源を設けることができる。

【００２８】そして、ワークの特定の箇所に光をあてる
ことも可能であるし、又は全体的に均一に照射すること
もできる。また、観察窓を用いずに恒温水槽内部に画像
処理装置を設けて完全に外光を遮光して外部から遠隔制
御して作業を行うこともできる。

【００２９】次に、本発明で用いる液晶表示素子の構造
について詳細に説明する。一般的に片側のガラス基板に
ブラックマトリックス（ＢＭ）と共通電極があり、反対
側に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と配線がある。このＢ
ＭとＴＦＴ、配線の裏側は平行光を照射した場合は遮光
膜となり光重合不良となりやすい部分である。

【００３０】液晶と光硬化性化合物のＬＣＰＣミクスチ
ャーを注入したセルは、水中浸積時の水の進入を防止す
るため注入口を封止樹脂で封止しておくことが必要であ
る。封止樹脂としては熱硬化型エポキシ樹脂、紫外線硬
化型エポキシ樹脂等が使用可能である。

【００３１】注入後、相分離温度＋１０〜２０℃の温度
で保管されていたセルを水中に浸積し所定の重合温度に
する。所定の重合温度になるまでの均熱化時間は６０秒
程度で重合温度±０．１℃以内となる。水の熱伝導率が
高いため空気中で均熱化する場合の１／１０程度の時間
で均熱化が可能である。重合温度は相分離温度から相分
離温度＋５℃の範囲内で良好な表示特性を持つ液晶表示
素子が製造可能である。

【００３２】さらに、ＬＣＰＣセルに高度の散乱光を照
射するために散乱板を設ける。それぞれの片面にフロス
ト処理をした二枚のガラス板を空気層を介して貼り合わ
せた構造をしている。フロスト処理はエッチングによる
方法、サンドブラストによる方法などで行う。二枚の散
乱板の材質は紫外線の透過率の高いガラス板を使用す
る。石英ガラス、ＢＫ７ガラス、透明クラウンガラス等
が使用可能である。散乱板を介して平行光を散乱光にす
る場合、広い角度に連続した照度分布を持つ紫外線を得
ることが可能である。

【００３３】さらに散乱板を水中に配置した場合、フロ
スト面で散乱光にされた紫外線は、水とガラスの屈折率
差が小さいため、出射側の水、ガラスの界面で紫外線の
出射角が変わることがない。また、水とガラスの界面で
の紫外線の反射もほとんどなく、紫外線の持つエネルギ
ーを有効に利用することが可能である。

【００３４】さらに、紫外線を照射するセルも水中に配
置されるため広い角度分布を持った紫外線が、広い角度
分布を保ったままガラスセルに入射される。そのためＢ
Ｍ、ＴＦＴ、配線の陰の部分にも紫外線が照射され、優
れた表示特性を有する高分子分散型液晶表示素子を製造
することが可能である。セルに紫外線が照射される様子
を模式的に図３に示す。

【００３５】（実施例３）画素ピッチ０．２ｍｍ、セル
外形４８０ｍｍ×６４０ｍｍのＴＦＴ基板とＢＭ基板を
１０μｍのスペーサーを狭持して、周辺をシールしセル
を作成した。

【００３６】２−ヒドロキシエチルアクリレート１９部
及びアクリルオリゴマー１９部、光硬化開始剤０．３８
部及びネマチック液晶６２部を均一に混合溶解し液晶組
成物とした。この液晶組成物の相分離温度は４０度であ
った。液晶組成物をセル内に注入し、注入口を熱硬化型
エポキシ樹脂で封止した。注入済みのセルは水槽に投入
するまでの間５０℃で保管し重合前の相分離を防止し
た。

【００３７】本実施例では脱気済みのイオン交換水を入
れた水槽１２を４５℃に保ち、水槽１２内に散乱板を配
置した。勿論、上述したように脱気装置付きの恒温水槽
を用いることもできる。この場合は長期間連続運転でき
るところに長所がある。そして、散乱板のフロスト面は
＃１００のサンドブラスト処理面とし、サンドブラスト
面を内側として空気層を介して２枚を貼り合わせ１枚の
散乱板とした。

【００３８】ＬＣＰＣミクスチャーを注入済みのセル２
０（内面にＢＭが二つの基板にそれぞれ設けられてい
る）を水中に浸積し、６０秒放置して均熱化した後、３
０ｍＷ／ｃｍ² の照度の紫外線を両面の光源１１から３
０秒間照射し、光重合、相分離を行った。これを図３に
示す。

【００３９】出来上がったセルの表示特性を測定したと
ころ、電圧を印加しない状態での透過率（オフ透過率）
＝０．５０％、３０Ｈｚ、６Ｖｒｍｓ印加時の透過率
（Ｔ６ｖ）＝６０％と良好な散乱−透過の表示特性を示
した。またセルの面内５点の特性ばらつきを調べたとこ
ろ、オフ透過率のばらつきは５点のｍａｘ−ｍｉｎ＝
０．０４％と良好であった。

【００４０】（比較例１）実施例３と同様のセルに同様
の条件で液晶組成物を注入したセル作製した。このセル
を恒温層を利用して空気中で４５℃に保ち、散乱板を介
して３０ｍＷ／ｃｍ² の照度の紫外線を両面から３０秒
間照射した。

【００４１】出来上がったセルの特性は、オフ透過率＝
１．２０％、Ｔ６ｖ＝６２％とコントラストの劣るもの
になった。オフ透過率のばらつきは５点のｍａｘ−ｍｉ
ｎ＝０．４６％とばらつきも大きかった。

【００４２】（比較例２）実施例３と同様のセルに同様
の条件で液晶組成物を注入したセル作製した。このセル
を４５℃の水中に浸積し、６０秒後に３０ｍＷ／ｃｍ²
の照度の平行光の紫外線を両面から３０秒間照射して、
光重合、相分離を行った。

【００４３】出来上がったセルの特性は、オフ透過率＝
１．０５％、Ｔ６ｖ＝６０％とコントラストの劣るもの
になった。オフ透過率のばらつきは５点のｍａｘ−ｍｉ
ｎ＝０．２６％とばらつきも大きかった。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、一方のガラス基板上に
ＢＭを形成し、もう一方のガラス基板上にＴＦＴ及び配
線を形成した２枚の電極付きのガラス基板を周辺でシー
ルしてセルを製造し、セル内に光硬化型樹脂と液晶の混
合組成物を注入し、紫外線照射により相分離、重合させ
てなる液晶表示素子の製造方法において、ＢＭ及び配線
の裏側にも均一に紫外線を照射することが可能となり、
表示素子特性を向上させるとともに特性のバラツキが生
じにくいという効果を有している。

【００４５】また、製造、検査の妨げとなる部品表面及
び電気ヒータからの気泡発生の防止が可能になるという
効果がある。

【００４６】特に、各種光学部品及び電気部品の製造、
又は検査に恒温水槽を使用する場合においてワークの周
囲温度の精密な制御性と、同時に光を用いた精密な作業
性を達成することができる。

【００４７】また、恒温水槽を用いているため、大面積
のワークでも所望の温度条件のもとで光計測や光反応を
安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の製造装置の配置の一例
を示す模式図。

【図２】水中の飽和溶存酸素量を示す特性曲線図。

【図３】本発明の実施例３を示す模式図。

【符号の説明】

１：恒温水槽２：脱気装置３：溶存酸素量センサ４：水温センサ５：電気ヒータ６：電気ヒータの表面温度センサ７：電気ヒータコントローラ８：水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大井好晴神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160番地エイ・ジー・テクノロジー株式会社内 (72)発明者藤野陽輔神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脱気装置によって制御された恒温水槽が設
けられ、恒温水槽の液体中に液晶表示素子が置かれ、液
晶表示素子の製造が行われることを特徴とする液晶表示
素子の製造装置。
【請求項２】液体中の溶存酸素量を計測する溶存酸素量
センサが備えられ、液体中の飽和溶存酸素量に対して所
定の比率以下に溶存酸素量を調整する機能が恒温水槽に
備えられたことを特徴とする請求項１の液晶表示素子の
製造装置。
【請求項３】光源が備えられ、光源から発した光によっ
て液晶表示素子の形成が行われることを特徴とする請求
項１又は２の液晶表示素子の製造装置。
【請求項４】前記光の散乱機構がさらに備えられたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の液晶表示素
子の製造装置。