(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に透明電極および配向膜を形成し、スペーサを散布して２枚の基板を貼着し、該２枚の基板の間隙に液晶材料を充填する液晶表示素子の製法であって、パーティクルカウンタによりチャンバー内の一定体積に浮遊するスペーサの数を測定して、その測定値が所定の範囲に入るように制御する制御コントローラにより前記チャンバー内に浮遊するスペーサの密度を一定に制御しながら、該チャンバー内の下部に前記基板を載置して一定時間放置することにより前記スペーサの散布を行うことを特徴とする液晶表示素子の製法。
【請求項２】
基板に透明電極および配向膜を形成し、スペーサを散布して２枚の基板を貼着し、該２枚の基板の間隙に液晶材料を充填する液晶表示素子の製法であって、スペーサを分散させる溶媒のチャンバー内の濃度を測定して、その測定した濃度が所定の範囲に入るように制御する制御コントローラにより前記チャンバー内に浮遊するスペーサの密度を一定に制御しながら、該チャンバー内の下部に前記基板を載置して一定時間放置することにより前記スペーサの散布を行うことを特徴とする液晶表示素子の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子の２枚の基板間に設けられるスペーサの量を一定にすることができる液晶表示素子の製法に関する。さらに詳しくは、スペーサを散布する際のチャンバー内のスペーサの量を一定に制御することにより基板間のスペーサを一定量とする液晶表示素子の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、つぎのように製造される。すなわち２枚のガラスなどからなる絶縁性透明の基板にそれぞれ透明電極や配向膜などを設け、一方の基板のセル周囲にシール剤を設け、他方の基板にスペーサを散布する。そして、２枚の基板をそれぞれ透明電極や配向膜が対向しスペーサを介して一定間隙を有するように貼着し、各セルに分割した後に２枚の基板の間隙に液晶材料を充填し、その両外面に偏光板などを貼着することにより製造される。
【０００３】
このスペーサの散布方法は、たとえば図８に示されるようなスペーサ散布装置を用いて行われる。すなわち、チャンバー１の下部に排気用ダンパー２を介して排気管３が接続されてチャンバー１内の浮遊物を排気することができるようになっている。また、上部にはスプレーノズル４が設けられ、スペーサをアルコールと水との混合液などの溶媒に分散させた散布液５を霧化圧縮空気６によりチャンバー１内に噴霧させることができるようになっている。この装置でカセット３１に収納された基板３０がローダー２１でコンベア２２上に下ろされ、順次チャンバー１内に搬送され、散布液５が噴霧されたチャンバー１内に０.１〜６０秒程度のうちの一定時間放置されることにより、チャンバー１内に噴霧された散布液の溶媒は蒸発し、チャンバー１内に浮遊するスペーサが基板３０上に沈降する。一定時間の経過後、排気用ダンパー２を開にして浮遊しているスペーサを一定時間排気した後、基板３０をチャンバー１から排出してコンベア２３上を搬送し、アンローダー２４で別のカセット３２内に収納される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のスペーサの散布方法によれば、前の基板への散布が終った後にチャンバー内の浮遊するスペーサを排気してから新たな基板をチャンバー内に入れて一定量の散布液をチャンバー内に噴霧させることにより一定量のスペーサの散布量になるように行われている。しかし、１枚の基板への散布が終了した後に一定時間排気してもチャンバー内のスペーサが完全になくなるわけではなく、時間と共に浮遊するスペーサは沈降するため、つぎの基板が搬入されるまでの時間によりチャンバー内に残存するスペーサの量がバラツクことになる。つぎの基板がチャンバー内に搬入されたときに、残存するスペーサが一定でないと一定量の散布液を噴霧してもチャンバー内に浮遊するスペーサが一定でなくなる。とくに、生産の開始時などにはチャンバー内に浮遊するスペーサが一定になるまでダミーを流さなければならないが、何枚ダミーを流せば一定になるか不明である。また、カセットを取り替えた後や、ライントラブルで中断した後などには基板の供給間隔が長くなるため、チャンバー内に浮遊しているスペーサが少なくなり散布されるスペーサの量も少なくなる。その結果、基板をチャンバー内に入れて一定時間放置しても基板上には一定量のスペーサが散布されず、液晶パネルの基板の間隔に不均一が生じて表示品位が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、基板の搬入インターバルに拘らず、常に一定のスペーサを散布することができる液晶表示素子の製法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による液晶表示素子の製法は、基板に透明電極および配向膜を形成し、スペーサを散布して２枚の基板を貼着し、該２枚の基板の間隙に液晶材料を充填する液晶表示素子の製法であって、パーティクルカウンタによりチャンバー内の一定体積に浮遊するスペーサの数を測定して、その測定値が所定の範囲に入るように制御する制御コントローラにより前記チャンバー内に浮遊するスペーサの密度を一定に制御しながら、該チャンバー内の下部に前記基板を載置して一定時間放置することにより前記スペーサの散布を行うことを特徴とする。すなわち、本発明者らの検討の結果、チャンバー内に浮遊するスペーサの量と、基板上に沈降するスペーサの量との間に相関関係があることを見出し、チャンバー内のスペーサの量を制御することにより、基板上に一定量のスペーサを散布するようにしたものである。
【０００８】
本発明の液晶表示素子の製法の他の形態は、基板に透明電極および配向膜を形成し、スペーサを散布して２枚の基板を貼着し、該２枚の基板の間隙に液晶材料を充填する液晶表示素子の製法であって、スペーサを分散させる溶媒のチャンバー内の濃度を測定して、その測定した濃度が所定の範囲に入るように制御する制御コントローラにより前記チャンバー内に浮遊するスペーサの密度を一定に制御しながら、該チャンバー内の下部に前記基板を載置して一定時間放置することにより前記スペーサの散布を行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の液晶表示素子の製法について説明をする。
【００１１】
液晶表示素子は、ガラスやプラスティックのような２枚の絶縁性透明の基板のそれぞれにＩＴＯなどの透明導電膜により電極パターンを形成し、配向膜などを形成してから、一方の基板にスペーサを散布して２枚の基板をシール剤により貼着し、各セルにまたはフレーム状に分割してから２枚の基板の間隙に液晶材料を充填することにより製造される。本発明の液晶表示素子の製法は、前述のように、チャンバー内に浮遊するスペーサの量と基板上に沈降するスペーサの量との間に相関関係があるという知見に基づいて、チャンバー内に浮遊するスペーサの密度を制御することにより、２枚の基板間に介在するスペーサの数を均一にすることに特徴がある。そのスペーサの散布方法について、図１の本発明のスペーサ散布装置の一実施形態を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示されるスペーサ散布装置は、チャンバー１の下部に排気用のバタフライバルブ２を介して排気管３が接続されており、チャンバー１内の残留物を排気することができるようになっている。排気用バルブ２は電磁弁２ａにより開閉できるようになっており、電磁弁２ａは制御コントローラ９からの制御信号により動力用エアー２ｂを用いて制御される。このチャンバー１は、たとえば１.５ｍ角で、２ｍほどの高さのステンレス製の箱型に形成されており、排気管３はたとえば直径が１０ｃｍ程度の太さで、１〜１.３ｍ／ｓｅｃ程度のスピードで排気される。
【００１３】
チャンバー１の上部には、スプレーノズル４が設けられており、散布液５がポンプ５１を介してスプレーノズル４内に送られるようになっている。図１に示される例では、スプレーノズル４内の散布液５を容器５２内の散布液５と循環できるようにパイプが配管されており、また、容器５２内ではマグネットスターラ５３により回転子（テフロンがコーティングされたマグネット）５４を介して散布液５が撹拌されるようにして、スプレーノズル４内の散布液５が時間の経過により不均一にならないようにされている。スプレーノズル４には、散布液５を送るパイプのほか、散布液５を霧化するためのＮ2 などからなる霧化用気体６が気体通路を介して導入されている。この気体通路にも制御コントローラ９からの制御信号により開閉が制御される電磁弁６ａが設けられている。チャンバー１の上部にはさらに通風孔７ｃが設けられ、その通風孔７ｃを開閉する通風孔用ダンパー７が設けられている。この通風孔用ダンパー７は動力用エアー７ｂを用いた電磁弁７ａにより開閉できるようになっており、制御コントローラ９からの制御信号に基づき開閉される。
【００１４】
チャンバー１内にはさらに、たとえばパーティクルカウンタからなるチャンバー内のスペーサの密度を測定し得るスペーサ密度を検出する検出手段８のセンサ部８ａが突っ込まれ、チャンバー１内のスペーサの密度を測定できるようになっている。そして、そのカウント数は制御コントローラ９に送られ、制御コントローラ９はその測定値が所定の範囲に入っているか否かを調べ、所定の範囲より少ないときは排気用バルブ２および通風孔用ダンパー７を閉塞し、霧化用気体通路を開くように電磁弁２ａ、７ａ、６ａに制御信号を送り、スプレーノズル４からスペーサを噴霧することができるようになっている。また、逆にパーティクルカウンタ８による測定数が所定の範囲より多い場合は、排気用バルブ２および通風孔用ダンパー７を開き、霧化用気体通路を閉じるように電磁弁２ａ、７ａ、６ａに制御信号を送る。この一連の制御は後述するように、マイコンにより制御される。
【００１５】
前記チャンバー１には散布液５の噴霧の際の気化熱による温度低下を防ぎ、散布液の溶媒を蒸発させやすくするため、チャンバー１内の温度がたとえば６０℃程度の一定になるようにヒータ１０が設けられている。図１に示される例ではチャンバー１の内側に設けられているが、チャンバー１の外側に設けられていてもよい。なお、図１で１１は基板３０をチャンバー１内に搬入するための搬入扉、１２は基板３０をチャンバー１から搬出するための排出扉である。また、基板３０は、カセット３１に収納されてローダー２１に載置され、そこで１枚１枚コンベア２２上に載せられてチャンバー１の底部１ａに運ばれ、散布の終った基板３０は再度コンベア２３により運搬されてアンローダー２４で別のカセット３２に収納される。
【００１６】
つぎにこのスペーサ散布装置を用いて、電極パターンや配向膜が形成された基板にスペーサを散布する方法の具体例について説明をする。前述の装置で、霧化用気体は、たとえば４ｋｇｆ／ｃｍ2 に、電磁弁２ａ、７ａを駆動する動力用エアーは３ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定した。また、スペーサとして直径５.６μｍφのシリカ球状スペーサを使用し、エチルアルコールと純水を１：１に混合した溶液１００ｃｃに０.６ｇのスペーサを分散させた散布液を調合し、噴霧時間を３秒に設定した。スペーサ密度の検出手段としてリオン（株）製の商品名パーティクルカウンターＫＣ−２５を使用し、この検出手段によりカウントする数の上限値を２５５００個／リットル、下限値を２３５００個／リットルと設定した。
【００１７】
この状態で、まず初期状態のチャンバー１内をクリアにするため、通風孔用ダンパー７および排気用バルブ２を３０秒間開いてチャンバー１内のスペーサおよび溶媒のエチルアルコールガスを排気する。そして、カセット３１から取り出された基板３０をコンベア２２により搬送して搬入扉１１を開き、チャンバー１内の底部１ａに基板３０をセッティングして搬入扉１１を閉じる。その後、散布液をチャンバー１内に３秒間噴霧する。この散布液の噴霧は図２に示されるフローチャートに従って行われる。
【００１８】
すなわち、タイマーによりカウントをし（Ｓ１）、カウンターがタイムアップしていないか否かを調べる（Ｓ２）。カウンタがタイムアップ（たとえば設定値３秒）していれば（ＮＯ）、噴霧作業は終了し、タイムアップしていなければ（ＹＥＳ）、スペーサ密度が設定値の下限（たとえば２３５００個／リットル）より上にあるか否かを調べる（Ｓ３）。つぎに、スペーサ密度が下限値より下であれば（ＮＯ）、通風孔用ダンパーを閉じ（Ｓ４）、さらに排気用バルブを閉じ（Ｓ５）、さらにスプレーノズルの噴霧を行い（Ｓ６）ステップＳ２に戻る。そして、スペーサ密度が下限値より上にあれば（ＹＥＳ）、スペーサ密度が設定値の上限値（たとえば２５５００個／リットル）より下にあるかを調べる（Ｓ７）。上限値より下であれば（ＹＥＳ）ステップＳ２に戻り、上限値より上であれば（ＮＯ）、通風孔用ダンパーを開き（Ｓ８）、さらに排気用バルブを開き（Ｓ９）、さらにスプレーノズルを閉じて（Ｓ１０）ステップＳ２に戻る。これをカウンタがタイムアップするまで繰り返し、タイムアップしたら噴霧作業が終了する。
【００１９】
その後、通風孔用ダンパーおよび排気用バルブを閉じて３０秒間放置し、チャンバー内に浮遊するスペーサを基板上に自然落下させる。ついで、排気用のバルブ２を開いて、たとえば１〜３秒間程度の所定時間排気してから排出扉１２を開けて基板３０をチャンバー１から排出し排出扉１２を閉じて、同様に繰り返す。
【００２０】
この方法により製造した液晶表示素子の実際の基板上のスペーサの量を前述の検出手段により検出したチャンバー内に浮遊するスペーサの量と共に、順次行う基板ごとにその順番の数を横軸にして測定した結果を図３（ａ）に示す。なお、本発明の方法によるチャンバー内のスペーサ密度の管理をしない従来の方法で、前述の検出手段によるチャンバー内に浮遊するスペーサの量と実際に基板上に沈降するスペーサの量とを図３（ｂ）に示す。図３において、白丸の縦軸はチャンバー内のスペーサの１リットル当りの個数、黒丸の縦軸は基板上に散布されたスペーサ密度（１個／ｍｍ2 ）、横軸は処理順の基板の番号、Ｐはチャンバー内のスペーサの設定値の上限（２５５００個）、Ｑは設定値の下限（２３５００個）である。図３から明らかなように、本発明（図３（ａ））によれば基板上に散布されるスペーサの量が非常に均一で３０〜３８個／ｍｍ2 の範囲であるのに対して、従来の方法（図３（ｂ））では周期的に散布量が変化して２０〜４０個／ｍｍ2 で、チャンバー内のスペーサ密度と共に非常にばらついていることが分る。この周期的に変化するのは、カセットに収納される基板の数と一致し、カセットの取替えによる時間のため散布間隔が長くなるためと考えられる。
【００２１】
本発明によれば、チャンバー内のスペーサの量を常に一定量にして基板上にスペーサの散布が行われる。一方、図３（ｂ）からも明らかなように、チャンバー内のスペーサの量と実際に基板上に散布されるスペーサの量との間には相関関係がある。そのため、図３（ａ）に示されるように、チャンバー内のスペーサの量が一定数量になるように制御されることにより、基板上に散布されるスペーサの量も一定になる。その結果、各製品についてスペーサの量が一定となり、液晶パネルの基板間隔も常に一定となり、品質の安定した液晶表示素子が得られる。
【００２２】
なお、前述の例では、スペーサとしてシリカ製の球状スペーサを使用したが、プラスティックビーズでも同様の結果が得られた。
【００２３】
前述の例では、パーティクルカウンタによりチャンバー内に浮遊するスペーサの数を検出してその数が一定の範囲に入るようにしてスペーサ密度を制御したが、スペーサを分散させる溶媒のチャンバー１内の濃度を測定しながら制御することもできる。すなわち、スペーサは前述のように、たとえばエチルアルコールと水の混合溶液に分散させてその散布液をチャンバー内に噴霧することにより散布している。このエチルアルコールのような溶媒は、噴霧される際に蒸発してチャンバー内に蒸気として存在する。この量も噴霧される分散液の量に比例するため、このエチルアルコールの蒸気の濃度を測定することによっても同様にチャンバー内に浮遊するスペーサの密度を制御することができる。
【００２４】
すなわち、前述のチャンバー内のスペーサの密度を測定し得る検出手段８として、たとえば新コスモス電機（株）製の可燃性ガス検知器、商品名コスモテクターＸＰ−３１１Ａを用い、エチルアルコールガスを検出することができる。この場合の液晶表示素子の製法およびスペーサの散布方法は、チャンバー内のエチルアルコールガスの濃度をモニターしてその値をたとえば上限値が０.１９ｖｏｌ％、下限値を０.１７５ｖｏｌ％に設定してその範囲に入るように制御する以外は前述の例と同じで、その説明を省略する。エチルアルコールガスの濃度をこのように設定して散布液を噴霧するときのフローチャートを図４に示す。図４において、図２と同じステップの所については同じステップ番号を付してその説明を省略する。この例では、ステップＳ１３でエチルアルコールガスの濃度が下限値より上であるかを調べ、ステップＳ１７でエチルアルコールガス濃度が上限値より下にあるか否かを調べる点で異なっているだけで、それぞれの場合の制御方法については前述の例と同様である。
【００２５】
この例の方法により制御してスペーサを散布したときの基板上に散布される単位面積当たりのスペーサの個数およびチャンバー内のエチルアルコールガス濃度を前述と同様に各基板ごとに測定した結果を図５（ａ）に、同様の測定方法で従来の散布方法の場合のスペーサの個数およびチャンバー内のエチルアルコールガス濃度を図５（ｂ）にそれぞれ示す。図５において、白丸の縦軸はチャンバー内のエチルアルコールガスの濃度（ｖｏｌ％）、黒丸の縦軸は基板上に散布されたスペーサの密度（個／ｍｍ2 ）、横軸は処理順の基板の番号、Ｐはエチルアルコールガス濃度の設定値の上限値（０.１９ｖｏｌ％）、Ｑはその下限値（０.１７５％）である。この場合も、本発明によれば基板上のスペーサの個数は３０〜３８個／ｍｍ2 と均一であるのに対して、従来の方法では２０〜４０個／ｍｍ2 とばらついていることが分る。また、図５（ｂ）からも実際に基板上に散布されるスペーサの個数とチャンバー内のエチルアルコールガス濃度との間に相関関係があることが分る。
【００２６】
なお、この例ではエチルアルコールガス濃度を検出してその量を制御したが、溶媒はエチルアルコールとは限らず、たとえばフロンなどが用いられる場合にはそのフロンなどの検出器を用いて測定することにより、同様に制御することができる。また、プロパノールなどの他のアルコール類が混入されている場合で、検出手段がその両方を検出する場合は、両方の合計値を測定して合計値により制御するようにしてもよい。さらに、溶媒が２種類以上の混合物である場合、そのいずれか１種類が検出されればよい。なお、このガス濃度により制御する場合は、前述のヒータ１０によるチャンバー内の温度制御を充分に行うことが好ましい。温度により溶媒の蒸発量が異なり、ガス濃度が変ってくるからである。この場合も、スペーサとしてプラスティックビーズを用いても同様の結果が得られた。
【００２７】
図６は、スペーサ密度の制御を、チャンバー（図示せず）内に噴霧するためのスペーサを分散させた散布液５の重量の減少量を測定しながら制御するための概略図である。すなわち、分散液５を入れた容器５２の重量をたとえば電子天秤からなる検出手段８により検出しながら、そのデータを制御コントローラ９に供給し、その減少量が所定の設定量に達した状態でスプレーノズル４からの噴霧を停止させるものである。この場合、散布液の噴霧をたとえば０.２秒程度の短時間噴霧を断続的に行い、その都度散布液の重量変化を検出手段８により検出する。そして、その検出結果が制御コントローラ９に送られ、所定の噴霧量に達したときに噴霧を終了する。散布液は、前述のように、マグネットスターラにより撹拌しながら行っているため、散布液内のスペーサの密度は常に一定であり、噴霧する散布液の量が一定であれば、チャンバー内に噴霧されるスペーサの量も常に一定になる。
【００２８】
この例によれば、噴霧する散布液の量を常に一定にすることができる。そのため、スプレーノズルの差（ノズルの先の径や霧化用気体の圧力など）に基づく変動要因により一定時間の噴霧に対しても１０％程度の噴霧量のバラツキがあった（電磁弁による噴霧時間の制御は１／１００秒の単位で制御することができる）ものが、確実に噴霧量を一定に制御することができる。すなわち、図７にイメージ図が示されるように、スプレーノズルにより時間当たりの噴霧量（図の傾き）が異なっても、噴霧時間の調整（時間ｔ1 からｔ2 ）により、常に一定の散布液の量Ｔが噴霧される。チャンバー内のスペーサ密度が一定であれば、前述のように、一定の個数のスペーサが散布され、絶縁性透明基板間のギャップを一定にすることができる。この場合、散布液を噴霧する前のチャンバー内のスペーサの密度が一定でないと、一定量の散布液を噴霧しても一定にはならないため、たとえば基板の有無に拘らず一定のサイクルで噴霧、放置、および排気の工程を繰り返すなどのチャンバー内のスペーサ密度を一定化させることが必要となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、基板へのスペーサの散布量が常に一定になるため、液晶パネルの基板間隔が常に一定になり、表示品位の優れた安定した品質の液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスペーサ散布装置の一実施形態の説明図である。
【図２】図１の装置で散布液をチャンバー内に噴霧するときのフローチャートである。
【図３】図１の装置を用いてスペーサを散布したときの散布量およびチャンバー内のスペーサ密度の変化を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の散布液を噴霧するときのフローチャートである。
【図５】図４の実施形態によるスペーサの散布量およびチャンバー内の溶媒濃度を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態の説明図である。
【図７】図６の実施形態による散布液の噴霧量の一定化の説明図である。
【図８】従来のスペーサの散布装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１    チャンバー
２    排気ダンパー
４    スプレーノズル
５    散布液
６    霧化用気体
７    通風孔用ダンパー
８    検出手段
９    制御コントローラ
３０    基板
【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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