(57)【要約】【課題】高精度で微少な１０ｃＰ以上の粘度を有する液体の液滴を確実に基板に吐出する装置を提供する。【解決手段】液体貯蔵容器と中空構造を有するニードルと液体貯蔵容器を一定量加圧してニードルの先端から１０ｃＰ以上の粘度の液体を基板に吐出する液体吐出方法で、ニードル先端の肉厚〔（外径−内径）の１／２〕が０．０５ｍｍから０．２０ｍｍの範囲にあり、ニードル先端の内径は０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲にあり、ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が０°から２０°の範囲にあることにより、１０ｃＰ以上の液体においても微少かつ高精度な液体の滴下が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する基板を定盤上に設置し、３軸ロボットによりニードルの滴下位置を調整し、前記ニードルより１０ｃＰ以上の粘度の液体を滴下し、前記基板へ前記液体を吐出する液体吐出方法であって、
前記ニードル先端の肉厚〔（外径−内径）の１／２〕が０．０５ｍｍから０．２０ｍｍであり、
前記ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が０°から２０°であり、
前記ニードル先端の内径が０．０５ｍｍから０．４０ｍｍである液体吐出方法。
【請求項２】
前記ニードルから、複数の液体を吐出する請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
前記ニードルから、前記液体を略等間隔に前記基板へ滴下する請求項２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記基板が前記３軸ロボット上の定盤に真空吸着されている請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項５】
前記定盤が多孔質セラミックからなる請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項６】
前記液体は液晶である請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
１０ｃＰ以上の粘度の液体を吐出するためのニードルと、
液体を貯蔵するための液体貯蔵容器と、
前記液体を吐出す対象となる基板と、
前記基板を保持するための定盤と、
前記ニードルを３軸ロボットで固定している液体吐出装置において、
前記ニードル先端から１０ｃＰ以上の粘度の液体を基板に吐出し、
前記ニードル先端の肉厚が〔（外径−内径）の１／２〕が０．０５ｍｍから０．２０ｍｍであり、
前記ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が０°から２０°であり、
前記ニードル先端の内径が０．０５ｍｍから０．４０ｍｍである液体吐出装置。
【請求項８】
前記基板が前記３軸ロボット上の定盤に真空吸着されている請求項７に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記定盤が多孔質セラミックからなる請求項７に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記液体は液晶である請求項７に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブマイクロオーダーの微少液滴を高精度で吐出する方法に関する。特に液晶パネルを構成する２枚の基板で液晶材料を挟み、シール剤を介して貼り合わせる液晶パネル貼り合わせ方法における高精度な液晶材料吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体吐出方法の１つとしてシリンジと呼ばれる液体貯蔵容器に中空構造を有するニードルを取り付け、液体貯蔵容器を一定量加圧してニードルの先端から液体を吐出する方法がある。加圧の手段としては圧縮空気あるいはメカニカルな機構がある。一般に０．００００１ｍ単位の高精度な吐出を実現するにはメカニカルな機構が用いられる。例えば、武蔵エンジニアリング社製（ＮＡＮＯ  ＭＡＳＴＥＲ  ＳＭＰ  III）などがあり、水を吐出する実験においては０．０００３ｍｌの吐出精度を繰り返し３０回バラツキなく実現していることが武蔵エンジニアリング社のカタログに記載されている。
【０００３】
また、上述のような高精度ディスペンサーの応用例として、図６に示す液晶滴下貼り合わせ法があり、ＯＤＦ（ＯＮＥ  ＤＲＯＰ  ＦＩＬＬ）と称され、大型液晶パネルの製造に用いられている。ＯＤＦは、図６（ａ）に示すよう二枚の基板の少なくとも一方の基板上にシールを形成し、図６（ｂ）に示すよう液晶を滴下して二枚の基板を貼り合わせ、図６（ｃ）に示すよう大気圧６で加圧し、液晶パネル貼り合わせる方法であり、例えば特許文献１が提案されている。この液晶滴下貼り合わせ法にはＮＡＮＯ  ＭＡＳＴＥＲ  ＳＭＰ  IIIのような高精度のディスペンサーを用い、３軸ロボットにセットしてプログラムを作成し、所定量の液晶を滴下する。
【０００４】
ＯＤＦは、真空注入法に比べて極めて生産性が高く、特に３０インチ以上の大型液晶パネルの生産には不可欠な技術となっている。装置メーカーとしてはアルバックや芝浦メカトロニクスがある。また、ＯＤＦの他にもシールの注入口から液晶材料を充填する真空注入法も１０インチクラス以下の液晶パネルでは広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８９０２５公報（第８頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶パネルには様々な表示原理があるが、動画表示を明瞭にするために広視野角化と高速応答化の開発が盛んに行われている。例えばＴＮ液晶モードの場合、高速応答化のためにもっとも容易な手段として、液晶セルギャップを小さくする方法が用いられる。一般にＴＮ液晶モードの応答速度を数ｍｓｅｃにするためには２μｍ以下、好ましくは１．５μｍ程度の狭セルギャップが必要である。近年、大型液晶テレビ以外の３〜１０インチクラス（携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン等。）の応用製品においても明瞭な動画表示が求められてきている。これら３〜１０インチクラスの液晶パネルはセルギャプが５〜６μｍの際には真空注入法にて液晶材料の充填が問題なく行われてきた。しかし、３〜１０インチサイズの液晶パネルにおいてもセルギャップが１．５μｍ程度になると注入プロセスが極端に長くなる課題があった。４インチクラスの液晶パネルで注入プロセスに２０時間程度、１０インチクラスの液晶パネルでは５０時間程度掛かり、生産性が著しく低下する課題があった。
【０００７】
そこで図７に示すような液晶滴下貼り合わせ法（ＯＤＦ）にての液晶パネル作製を試みた。まず、基板Ｂ２に閉ループのシール５を形成し、液晶４をディスペンサーにて中央に滴下した〔図７（ａ）〕。次いで、対向基板として基板Ａ１を真空中にて貼り合わせた〔図７（ｂ）〕。次に大気圧にて加圧し、さらに基板の上下から定盤にて、メカニカルな加圧を試みて１．５μｍのセルギャプを得ようとしたが、シール５のコーナー部に気泡１１が残ってしまった。
【０００８】
気泡１１の解決策として、図８（ａ）の断面図に示すように基板Ｂ２に閉ループのシール５を形成し、液晶４をニードル１０の先端から９点に分けて滴下することを試みたが、実際に図８（ｂ）の平面図に示すように１滴のバラツキが極めて大きくなり、正確な液晶４の秤量が不可能であった。特に液晶４の液滴が０．００１０ｍｌ以下の微少液滴では極端に秤量精度が低下した。ここでは、ニードル１０の先端と基板Ｂ２の距離を０．０３ｍｍに設定した。
【０００９】
上述の液晶４の秤量バラツキは図８（ａ）に示すようにニードル１０の先端から吐出することなく、液晶付着部１２が発生することに起因していた。水などの１ｃＰ程度の低粘度な液体に対しては問題なく微少な吐出が得られても、１０ｃＰ以上の粘度を有する液晶材料では、液晶付着部１２の課題が頻繁に発生した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明ではニードルの先端形状に着目し、ニードル先端内径、外径、先端のテーパー角度を検討し、高精度で微少な１０ｃＰ以上の粘度を有する液体の液滴を確実に基板に吐出する形状を検討した。
【００１１】
液体貯蔵容器と中空構造を有するニードルと液体貯蔵容器を一定量加圧してニードルの先端から１０ｃＰ以上の液体を基板に吐出する液体吐出方法において、ニードル先端の肉厚（外径−内径）が０．０３ｍｍ以上かつ、ニードル先端の肉厚面の延長線上と基板面との角度が２０°以下にすることにより、液滴がニードル先端周囲に付着することなく、基板に液体を吐出することが可能になった。
【００１２】
また、ニードルからなる液体吐出部を３軸（ＸＹＺ軸）ロボットに固定し、基板が多孔質セラミックからなる定盤に真空吸着することにより、大面積でも０．００００１ｍｌの精度で液滴を基板に吐出することが可能になった。
【００１３】
本発明の液体吐出方法により、１０ｃＰ以上の粘度の液体に対しても０．００００１ｍｌ単位での液滴の秤量可能となった。また、本発明の液体吐出方法の応用例として、高精度で微少な液晶材料を滴下できるようになり、ＯＤＦを用いた１．５μｍ程度の狭セルギャップの液晶パネルの安定した生産が可能となった。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液体吐出方法により、１０ｃＰ以上の粘度の液体に対して０．００００１ｍｌ単位での微少液滴の秤量可能となる。また、本発明の液体吐出方法により高精度で液晶材料を滴下できるようになり、ＯＤＦによる１．５μｍ程度の狭セルギャップの液晶パネルの安定した生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体滴下方法の概略説明図である。
【図２】液晶パネル製造方法の概略フロー図である。
【図３】本発明の液体滴下方法を液晶パネル貼り合わせ法に応用した概略説明図である。
【図４】本発明の液体滴下方法の液体吐出例の概略説明図である。
【図５】本発明の液体滴下方法を液晶パネル貼り合わせ法に応用した概略説明図である。
【図６】従来の液晶パネル貼り合わせ法（ＯＤＦ）の概略説明図である。
【図７】従来の液晶パネル貼り合わせ法で作製した液晶パネルの概略説明図である。
【図８】従来の液晶パネル貼り合わせ法で作製した液晶パネルの概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の液体吐出方法の最良の形態について図１を用いて説明する。
【００１７】
図１（ａ）は液体貯蔵容器３１に装着したニードル１０とニードル１０の先端部を示す。ニードル１０の先端部には粘度１０ｃＰの液体２１が充填されている。ニードル１０の内径をＤ、ニードル肉厚〔（外径−内径）の１／２〕をＴとし、テーパー角度αを図１（ｂ）のように定義する。表１にＤ、Ｔ、αをパラメータとして液体２１を１０ｍｌ吐出しニードル先端から０．０３ｍｍの距離に基板を置いて吐出状態を目視にて３０回確認し合否判断した結果を示す。
【００１８】
【表１】
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表１より以下のパラメータ範囲で吐出が良好であることがわかった。
【００１９】
ニードル肉厚Ｔ：０．０５ｍｍ以上
ニードルテーパー角度α：０〜２０°
本発明の最良の形態により、図４のように、ニードル１０から１０ｃＰ以上の粘度の液体２１の微少液滴を基板Ｂ２に対して安定して吐出することが可能となった。ここでは標的となる基板Ｂ２は閉ループのシール５が形成してある。
【００２０】
以下、本発明の液体吐出方法及びその装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
本実施例１の液体吐出方法及びその装置を図１から図６を用いて説明する。
【００２２】
図１（ｂ）は中空構造のニードル先端部の断面構造を示している。先端部には粘度１０ｃＰの液体２１が充填されている。ここでは粘度１０ｃＰの液晶４を用いた。ニードル内径をＤ、ニードル肉厚〔（外径−内径）の１／２〕をＴとし、テーパー角度αを図１のように定義する。ニードル材質は液体２１を撥っする表面が好ましい。
【００２３】
続いて図２の液晶パネル製造方法の概略フロー図より説明する。
【００２４】
基板洗浄工程Ｓ１において、基板Ａ１、基板Ｂ２の二枚の所望の薄膜パターンを形成した基板Ａ１、基板Ｂ２を洗浄する。配向膜形成工程Ｓ２において、基板Ａ１、基板Ｂ２上に印刷法やインクジェット法にて配向膜を形成する。配向処理工程Ｓ３において、ラビング等の配向処理を行う。シール形成工程Ｓ４において、基板Ｂ２にはスクリーン印刷やディスペンサーにて密閉した外周シール枠をＵＶ硬化性樹脂からなるシール剤５で形成する。液晶滴下工程Ｓ５において、シール枠内に液晶パネルのギャップに相当する正確に秤量した体積の液晶４を複数滴下する。スペーサー散布工程Ｓ６において、基板Ａ１に面内スペーサー３を散布し、スペーサー固着工程Ｓ７において、面内スペーサー３を固着させる。続いて、貼り合わせ工程Ｓ８において基板Ａ１と基板Ｂ２を対向させて重ね合わせ、大気圧６にて基板を加圧することにより張り合わせる。加圧することで液晶パネルのギャップを調整する効果がある。シール硬化工程Ｓ９において、シール剤５をＵＶと加熱により硬化させて基板Ａ１と基板Ｂ２を完全に貼り合わせる。また、必要に応じて大気圧６に加えて、定盤５４にて二枚の基板をさらに加圧する。基板分離工程Ｓ１０にて製造した基板を個割にする。
【００２５】
以上により液体吐出方法及び装置は構成される。
【００２６】
表１に示す様々な設計のニードル１０を用いて液体２１を０．０００５ｍｌ吐出しニードル１０先端から０．０３ｍｍの距離に基板を置いて吐出状態を目視にて３０回確認し、合否判断した結果を示す。
【００２７】
表１において、Ｄはニードル１０の内径（ｍｍ）、Ｔはニードル肉厚（ｍｍ）、αはニードルのテーパーを示す。液滴狙い（ｍｌ）とはニードル先端から基板に付着する１滴の量を示す。異常吐出数（回数）とは、３０回の試行のうち何回異常がでたのかを示す。合否とは、基板に着液したか否かを基準にして判断した。
【００２８】
ここで、ニードルテーパー角度α以外のパラメータを固定してαを０〜４０°にわたり１０°間隔でテーパーをつけた時の異常吐出回数を表１の１行目から４行目にかけて記載する。図に示すとおり、ニードルテーパー角度αが３０°を超えると異常吐出数が増え、ニードルテーパー角度αが２０°以下である場合は異常吐出数が０であり良好であることが伺える。
【００２９】
次に、ニードル肉厚Ｔを０．０２ｍｍ〜０．３０ｍｍにかけて変化させた時の実験結果を表１の５行目から８行目にかけて示す。ここでは、ニードル肉厚が０．０２ｍｍのものを除いて異常吐出数が０であり良好であることが伺える。なお、ニードル肉厚が０．０２ｍｍのものは従来のニードル１０と同等のものである。従来のニードル１０では、２回に１回以上吐出をしている。
【００３０】
さらに、ニードル内径Ｄを０．０３ｍｍ〜０．４０ｍｍにかけて変化させた時の実験結果を表１の９行目以降に示す。ここでは、ニードル内径Ｄが０．０４ｍｍ以下のものでは異常吐出数が確認でき、ニードル内径Ｄが０．０５ｍｍ以上のものについては異常吐出数が０であり良好であることが伺える。
【００３１】
以上により、以下のパラメータ範囲で吐出が良好であることがわかった。
【００３２】
ニードル肉厚Ｔ：０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍ
ニードル内径Ｄ：０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍ
ニードルテーパー角度α：０°〜２０°
また、表２に一例としてニードルＡ（Ｄ＝０．１５、Ｔ＝０．５０、α＝０°）を用いて連続３０回、２．５μｌを吐出して電子天秤（最小単位：０．００００１ｇ）にて重量を計測し、材料の比重から体積を計算したデータを示す。
【００３３】
【表２】
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表２の結果は平均吐出量２．４９６μｌ、バラツキはσ＝０．０２０６μｌの良好な吐出結果が得られた。ここで、秤量精度を高めるためにはニードル内径が０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍが好ましい。
【００３４】
ニードル１０の断面形状は図１（ｂ）のニードル１０の他に、図１（ｃ）のようにニードル内径が一定ではなく、テーパー形状になっていても構わない。
【実施例２】
【００３５】
液晶パネル貼り合わせ法で作成した本発明に関して、図５を中心にして説明する。ここでは既に説明したＯＤＦの詳細な内容は省略する。
【００３６】
実施例２では、液体２１を吐出するニードル１０と、ニードル１０に接続し液体２１を供給する液体貯蔵容器５２と、ニードル１０と液体貯蔵容器５２とを固定する３軸（ＸＹＺ軸）ロボット５１と、液体２１を吐出する対象となる基板Ａ１と、基板Ａ１を乖離しないよう真空吸着する定盤５４とにより構成される。
【００３７】
実施例２の液晶滴下工程Ｓ５は以下のように示される。
【００３８】
基板Ａ１を定盤５４により乖離しないよう真空吸着し、３軸ロボット５１によりニードル１０の滴下位置を調整し、液晶４を０．００２５ｍｌずつ、概ね等間隔になるよう複数点滴下した。図３（ａ）において９点滴下した液晶パネルを示す。滴下総量は０．０２２５ｍｌであった。
【００３９】
その後、貼り合わせ工程Ｓ８において、図３（ｂ）のように真空中にて対向基板である基板Ａ１と貼り合わせて大気加圧し、１．５μｍの均一なギャプを得ることができた。
【００４０】
また、定盤５４に多孔質セラミックを用いることにより、吸着による基板のうねりが抑制されてプラスチックフィルム等のフレキシブル基板への塗布も可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の液体吐出方法により、１０ｃＰ以上の粘度の液体２１を０．００００１ｍｌ単位の微少な液滴で安定した吐出が可能となり、狭セルギャップの液晶滴下貼り合わせ法（ＯＤＦ）等に応用できる。特に３インチ〜１０インチサイズで１．５μｍ程度の狭セルギャップの液晶パネルを作製する場合、液晶滴下貼り合わせ法（ＯＤＦ）が不可欠である。ＯＤＦを用いて狭セルギャップの中小型の液晶パネルを作製する場合、１０ｍｌ以下の微少な液滴を多数正確に吐出しなければならず、本発明の高精度な液体吐出方法は極めて有効である。
【符号の説明】
【００４２】
１  基板Ａ
２  基板Ｂ
３  面内スペーサー
４  液晶
５  シール剤
６  大気圧
１０  ニードル
１１  気泡
１２  液晶付着部
２１  液体
３１、５２  液体貯蔵容器
５１  ３軸ロボット
５４  定盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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