(57)【要約】【課題】  照射時のパネル面における温度を均一化することが可能な液晶パネルの製造装置および液晶パネルの製造方法を提供する。【解決手段】実施形態の液晶パネルの製造装置は、載置面２１を備え、内部に冷却水ＣＷ１を流通させることで、載置面２１に載置される被処理パネルＷを冷却することが可能な水冷ステージ２と、導入口３１１１と排出口３１１２とを備え、被処理パネルＷを内部に収容するように水冷ステージ２上に配置され、冷却風ＣＷ２を導入口３１１１から導入し、排出口３１１２から排出させることが可能な空冷ボックス３と、空冷ボックス３に、載置面２１と対面するように設けられた窓材４と、空冷ボックス３内に配置される被処理パネルＷに、窓材４を介して、光を照射可能に配置された光照射部５と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面を備え、内部に冷却水を流通させることで、前記載置面に載置される前記被処理パネルを冷却することが可能な水冷ステージと、
導入口と排出口とを備え、前記被処理パネルを内部に収容するように前記水冷ステージ上に配置され、冷却風を前記導入口から導入し、前記排出口から排出させることが可能な空冷ボックスと、
前記空冷ボックスに、前記載置面と対面するように設けられた窓材と、
前記空冷ボックス内に配置される前記被処理パネルに、前記窓材を介して、光を照射可能に配置された光照射部と、
を備える液晶パネルの製造装置。
【請求項２】
前記窓材は、紫外線カットおよび／または赤外線カットの機能を備える請求項１に記載の液晶パネルの製造装置。
【請求項３】
前記被処理パネルは、カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板と、前記カラーフィルタ基板に対向する対向基板と、前記カラーフィルタ基板と対向基板との間に設けられた液晶層と、を備えており、前記被処理パネルは、前記カラーフィルタ側が前記載置面と接触するように前記水冷ステージに配置され、前記光照射部は、前記対向基板の側から前記被処理パネルに前記光を照射する請求項１または請求項２に記載の液晶パネルの製造装置。
【請求項４】
前記液晶層は、少なくとも液晶組成物、高分子材料および光重合開始材を含んでおり、前記光の照射により、高分子安定化ブルー層化する請求項３に記載の液晶パネルの製造装置。
【請求項５】
前記光照射部は、水銀、鉄および錫を含むメタルハライドランプであり、３６５ｎｍの照度は、１５ｍＷ／ｃｍ２以下である請求項１〜４のいずれか一に記載の液晶パネルの製造装置。
【請求項６】
前記被処理パネルに前記光が照射されるときの前記被処理パネルにおける温度が設定温度に対して±０．５℃以内となるように、前記冷却水および／または前記冷却風が制御される請求項１〜５のいずれか一に記載の液晶パネル製造方法。
【請求項７】
前記被処理パネルを載置可能な載置面を備える水冷ステージと、
導入口と排出口とを備え、前記被処理パネルを覆うように前記水冷ステージ上に配置される空冷ボックスと、
前記空冷ボックスに、前記載置面と対面するように設けられた窓材と、
前記空冷ボックス内に配置される前記被処理パネルに、前記窓材を介して、光を照射可能に配置された光照射部と、を具備し、
前記水冷ステージ内に冷却水を流通させるとともに、冷却風を前記導入口から前記空冷ボックス内に導入し、前記排出口から排出させながら、前記載置面に配置される前記被処理パネルに前記光を照射する液晶パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液晶パネルの製造装置及び液晶パネルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルの製造において、光反応性を持つ高分子体を備えた被処理パネルに、紫外線ランプ等の光源を用いて所定波長の光を照射することにより、高分子体を化学反応させて配向機能を持たせる光配向という工程を行う方式がある。
【０００３】
この紫外線照射時の液晶パネルの温度は、パネル面において均一であることが望まれている。特に、液晶のブルー層を高分子で安定させた状態、すなわち高分子安定化ブルー相を用いる構成においては、光照射時のパネル面における温度むらおよび温度の経時変化が表示特性のむらに与える影響が大きいため、温度均一化を強く望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１６６７５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５１３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、光照射時のパネル面における温度を均一化することが可能な液晶パネルの製造装置および液晶パネルの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、実施形態の液晶パネルの製造装置は、載置面を備え、内部に冷却水を流通させることで、前記載置面に載置される前記被処理パネルを冷却することが可能な水冷ステージと、導入口と排出口とを備え、前記被処理パネルを内部に収容するように前記水冷ステージ上に配置され、冷却風を前記導入口から導入し、前記排出口から排出させることが可能な空冷ボックスと、前記空冷ボックスに、前記載置面と対面するように設けられた窓材と、前記空冷ボックス内に配置される前記被処理パネルに、前記窓材を介して、光を照射可能に配置された光照射部と、を備える。
【０００７】
また、上記課題を達成するために、実施形態の液晶パネルの製造方法は、前記被処理パネルを載置可能な載置面を備える水冷ステージと、導入口と排出口とを備え、前記被処理パネルを覆うように前記水冷ステージ上に配置される空冷ボックスと、前記空冷ボックスに、前記載置面と対面するように設けられた窓材と、前記空冷ボックス内に配置される前記被処理パネルに、前記窓材を介して、光を照射可能に配置された光照射部と、を具備し、前記水冷ステージ内に冷却水を流通させるとともに、冷却風を前記導入口から導入し、前記排出口から排出させながら、前記載置面に配置される前記被処理パネルに前記光を照射するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の液晶パネルの製造装置について説明するための図である。
【図２】第１の実施形態の空冷ボックスについて説明するための図である。
【図３】第１の実施形態の光照射部について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態の各フィルタの波長‐透過率特性について説明するための図である。
【図５】第１の実施形態の紫外線ランプで発生する光の波長‐輝度特性について説明するための図である。
【図６】第１の実施形態において、被処理パネルに照射される光の波長‐輝度特性について説明するための図である。
【図７】比較例１の液晶パネルの製造装置における光照射時のパネル温度について説明するための図である。
【図８】比較例２の液晶パネルの製造装置における光照射時のパネル温度について説明するための図である。
【図９】実施例の液晶パネルの製造装置における光照射時のパネル温度について説明するための図である。
【図１０】光照射時のパネル温度の測定条件について説明するための図である。
【図１１】フィルタの他の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の液晶パネルの製造装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の液晶パネルの製造装置について説明するための図である。
【００１１】
図１の液晶パネルの製造装置は、液晶パネルの光配向に用いられる装置であり、主要な部分としてケース１と水冷ステージ２を備えている。ケース１は、例えばステンレスからなるもので、メインケース１１とサブケース１２と沿備えている。メインケース１１は、上壁と傾斜側壁を備えており、その内側で発生した光を反射するリフレクタとしても機能するものである。サブケース１２は、傾斜側壁を備えており、メインケース１１と同様にリフレクタとしても機能するものである。なお、メインケース１１とサブケース１２の間には、シャッター１３が配置されている。このシャッター１３は、必要に応じて開閉可能であり、被照射体である被処理パネルＷに対して光を照射したり、光を遮断したりすることができるようになっている。
【００１２】
ここで、被処理パネルＷは、例えばカラーフィルタ基板と対向基板と液晶層とを備えたパネルである。カラーフィルタ基板は、カラーフィルタが設けられた基板である。対向基板は、カラーフィルタ基板に対向する基板である。この対向基板には、複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設け、その複数の薄膜トランジスタに画素電極を接続したＴＦＴ基板を用いることができる。なお、カラーフィルタは、対向基板側に設けることもできる。液晶層は、カラーフィルタ基板と対向基板との間に設けられた層である。液晶層は、液晶組成物と高分子材料とを備えている。液晶組成物は、例えばネマティック液晶とカイラル剤とを含んでいる。高分子材料は、例えばアクリル系のモノマー等の紫外線硬化型のモノマーを含んでいる。高分子材料は、さらに、光重合開始材を含んでいてもよい。なお、液晶組成物と高分子材料は、これに限らず、任意のものを用いることができる他、別の材料をさらに添加したり、カラーフィルタを削除したりすることもできる。
【００１３】
水冷ステージ２は、例えばアルミニウムからなる台であり、被処理パネルＷを配置するための載置面２１と、その内部に冷却水ＣＷ１を流すための冷却水路２２を備えている。冷却水路２１に冷却水ＣＷ１を流した場合、ステージ２、特に載置面２１に接触する物を水冷冷却することが可能となるため、このステージは載置と冷却の機能を兼ねている。
【００１４】
水冷ステージ２の載置面２１には、空冷ボックス３が配置されている。空冷ボックス３は、図２に示すように、筐体３１と導入管３２と排出管３３と、で構成されている。筐体３１は、底部のない矩形状の例えばアルミニウムで構成された箱であり、導入口３１１１と排出口３１１２を備える側壁部３１１と、主面に開口部３１２１を備える枠部３１２と、で構成されている。その内部には空間３１３が形成されている。空間３１３の高さは、例えば５０ｍｍであり、長さと幅は、例えば３６０ｍｍ×３６０ｍｍであるが、被処理パネルＷのサイズよりも多少大きく設定されていればよい。導入管３２は、例えばアルミニウムからなる筒であり、側壁部３１１の一方の面に設けられている。排出管３３は、導入管３２と同様の筒であり、導入管３２が設けられた面に対向する側壁部３１１の他方の面に設けられている。これにより、空間３１３に効率良く、冷却風ＣＷ２を導入管３２から導入し、排出管３３から排出させることが可能となる。なお、本実施形態では、導入管３２は、等間隔に４本設けられ、排出管３３は導入管３２と同様、等間隔に４本、かつ導入管３２の筒の中心軸に、その筒の中心がほぼ一致するように設けられている。
【００１５】
開口部３１２１には、載置面２１と対面するように、側壁部３１１と枠部３１２に挟まれるようにして窓材４が配置されている。窓材４は、空冷ボックス３の内部に、所望の光を透過させるためのガラス製の窓である。この窓材４には、所望により、紫外線カットおよび／または赤外線カットのフィルタ機能を備えさせることができる。例えば、本実施形態では、窓材４は、石英ガラスにＴｉＯ２等の紫外線カット材料、およびＰ２Ｏ５等の赤外線カット材料を混合したガラスを使用している。これにより、図４に示すように、３００ｎｍ以下および５５０ｎｍ以上はカットし、３００ｎｍ〜５５０ｎｍ、特に３３０ｎｍ〜４５０ｎｍは透過させるバンドパスフィルタの特性を持たせることができる。
【００１６】
ケース１の内部には、窓材４と対面するように、また、その長軸が空冷ボックス３の導入管３２と排出管３３を結ぶ軸、換言すれば空間３１３内における冷却風ＣＷ２の流通方向に対して直交するように、光照射部５が配置されている。光照射部５は、図３に示すように、水冷ジャケット５１と紫外線ランプ５２とで構成されている。水冷ジャケット５１は、内管５１１と外管５１２とで構成された二重管であり、その両端の開口が金属からなる一対の蓋部５１３で封じられることで、内部に空間５１４が形成されている。その空間５１４は、一対の蓋部５１３が備える導入部５１３１と排出部５１３２により、外部とつながっている。
【００１７】
紫外線ランプ５２は、石英ガラスからなるガラス管５２１を備えている。ガラス管５２１は、内部に放電空間を備える発光部と、その両端に形成された一対のシール部とで構成されている。放電空間には、放電空間においてアーク放電を維持するための希ガス、水銀、金属ハロゲン化物等の放電媒体が封入されている。放電媒体は、例えば、アルゴン、水銀および／またはヨウ化水銀、鉄および／またはヨウ化鉄、錫および／またはヨウ化錫である。ただし、放電媒体の種類はこれに限らず、タリウムおよび／またはヨウ化タリウムを追加、または鉄の代わりに添加してもよい。シール部には、モリブデンからなる金属箔５２２、タングステンを主体とする電極５２３および外部リード線５２４が封着されている。
【００１８】
本実施形態では、紫外線ランプ５２は、図５に示すように、３５０ｎｍ〜４００ｎｍ、特には３６５ｎｍ付近に発光のピークを持ち、３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域において発光するランプである。このランプの具体的な仕様は、アルゴンを１．３ｋＰａ、水銀を０．９ｍｇ／ｃｃ、ヨウ化水銀を０．０８ｍｇ／ｃｃ、鉄を０．０１ｍｇ／ｃｃ、錫を０．００５ｍｇ／ｃｃを封入したメタルハライドランプである。ヨウ化タリウムをさらに０．０１２ｍｇ／ｃｃ程度添加してもよい。このランプは、ランプ電圧＝６５０Ｖ、ランプ電流＝９．３Ａ、電位傾度＝１３Ｖ／ｃｍで点灯される。３６５ｎｍの照度は、オーク社の強度計（ＵＶ−３５）において、５ｍＷ／ｃｍ２である。なお、被処理パネルＷに実際に照射される光は、窓材４や後述する熱線吸収フィルタ５４により、図６に示したように、３２０ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光、特には、３５０ｎｍ〜３８０ｎｍ付近が相対的に強い光となる。
【００１９】
このような構成の紫外線ランプ５２は、その両端部に耐熱樹脂等からなる一対の支持部材５３を設けることで、水冷ジャケット５１の内管５１１の内側に多少のクリアランスを保って配置されている。また、水冷ジャケット５１の内管５１１と外管５１２の間には、筒状の熱線吸収フィルタ５４が配置されている。つまり、紫外線ランプ５２は、実質的に熱線吸収フィルタ５４に覆われているので、ランプで発生する熱線の多くはこのフィルタで吸収され、外部には持ち出されない。なお、点灯中は、水冷ジャケット５１内に冷却水ＣＷ３が導入部５１３１から導入され、排出部５１３２から排出されているため、熱を吸収したフィルタは冷却水ＣＷ３により水冷冷却される。熱線吸収フィルタ５４は、本実施形態では、Ｐ２Ｏ５等の材料からなるものであり、図４に示すように、２６０ｎｍ以下および４００ｎｍ以上はカットし、２６０ｎｍ〜４００ｎｍ、特に２９０ｎｍ〜３８０ｎｍは透過させる特性のフィルタである。
【００２０】
本実施形態の液晶パネルの製造装置における被処理パネルＷへの光照射方法について説明する。
【００２１】
まず、被処理パネルＷを水冷ステージ２に配置する。その際、被処理パネルＷは、そのカラーフィルタ側ＣＦが載置面２１と接触するように水冷ステージ２に配置するのが望ましい。そして、被処理パネルＷを内部に収容するように、空冷ボックス３を水冷ステージ２上に配置する。
【００２２】
次に、水冷ステージ２の冷却水路２２に冷却水ＣＷ１、空冷ボックス３の空間３１３に冷却風ＣＷ２、水冷ジャケット５１の空間５１４に冷却水ＣＷ３を流通させながら、光照射部５より、被処理パネルＷの対向電極側ＦＥに光を照射する。このとき、被処理パネルＷは、冷却水ＣＷ１および／または冷却風ＣＷ２を制御する制御部（図示なし）により、それらの流量等を制御することで、そのパネル温度があらかじめ設定された温度、例えば３０℃になるように調整されることが望ましい。
【００２３】
以上のように、被処理パネルＷは、一方の面、例えばカラーフィルタ側ＣＦの面は、内部に冷却水ＣＷ１が流通している水冷ステージ２によって水冷冷却され、他方の面、例えば対向基板側ＦＥの面は、内部に冷却風ＣＷ２が流通している空冷ボックス３によって空冷冷却されながら光が照射される。そのため、従来のように被処理パネルＷを水等に浸すことなく、光照射中の被処理パネルＷの経時的な温度変化を少なく、かつ被処理パネルＷの部分による温度差を小さくすることができる。つまり、被処理パネルＷの温度を容易に好適な温度に維持しながら、光重合に効果的で、かつダメージが少ない光を照射することが可能となる。
【００２４】
なお、光照射中の被処理パネルＷを所定の温度に制御できるメリットは、高分子安定化ブルー層を備えた液晶パネルを製造する場合に特に大きい。被処理パネルに高分子安定化ブルー層を形成する場合、光を照射しているときのパネル温度に高い精度が要求されるためである。その精度は、設定温度に対して、±０．５℃と言われている。本実施形態の方法では、液晶層にブルー層が出現する温度を設定温度とすることで、液晶層全体に、かつ長時間にわたってブルー層が出現した状態で所望の光を照射できるため、高品質な液晶パネルを得ることができる。
【００２５】
被処理パネルＷに上記のような光を照射する場合において、被処理パネルＷの冷却条件を変えたときの被処理パネルＷの温度変化について試験を行った。その結果を図７〜９に示す。図７は冷却なし（比較例１）、図８は水冷冷却のみ（比較例２）、図９は水冷冷却および空冷冷却（実施例）の場合であり、比較例２および実施例では、パネル温度が設定温度である３０℃になるように制御を行っている。温度を測定した箇所は被処理パネルＷ上の８か所（Ｐ１〜Ｐ８）であり、各場所は図１０に示したとおりである。なお、比較例２および実施例における水冷冷却の冷却水ＣＷ１の温度は設定温度と同じく３０℃、図実施例における空冷冷却の冷却水ＣＷ２の温度は設定温度と同じく３０℃であり、冷却水ＣＷ２の風量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。
【００２６】
図からわかるように、比較例１は、最初は温度が２６℃程度と低く、その後、点灯時間の経過とともに温度が上昇し設定温度である３０℃に近づくものの、パネル温度は設定温度には全く維持されていない。また、測定箇所によって温度差が１℃以上生じている場合もあり、場所による温度ばらつきが大きい。比較例２は、比較例１の場合よりは改善されているものの、時間の経過に伴ってパネル温度は設定温度に対して±１℃程度変化し、また、測定箇所によって温度差が１℃程度生じており、設定温度を満足することはできていない。
【００２７】
一方、実施例は、時間が経過しても、パネル温度は設定温度±０．５℃程度の範囲に収まっており、また、測定箇所による温度差も非常に小さいことから、他の場合よりも光照射中に被処理パネルＷを、所定の温度に制御しやすいことは明らかである。図９によれば、光照射時のパネル温度は設定温度±０．５℃程度であるため、被処理パネルＷに高品質な高分子安定化ブルー層を形成することができる。なお、光照射時の被処理パネルＷの温度を好適な温度に維持するには、５Ｌ／ｍｉｎ以上の冷却風ＣＷ２を空冷ボックス３内に供給することが望ましい。また、冷却風ＣＷ２を直接、多量に被処理パネルＷに吹き付けると、被処理パネルＷの温度が設定温度に対して低下しすぎることがある。そこで、空冷ボックス３内の熱気を排出すべく、被処理パネルＷの表面をかすめるように冷却風ＣＷ２を供給してもよい。
【００２８】
この実施形態では、水冷ステージ２内に冷却水ＣＷ１を流通させるとともに、冷却風ＣＷ２を導入口３１１１から空冷ボックス３内に導入し、排出口３１１２から排出させながら、載置面２１に配置される被処理パネルＷに光を照射することで、光照射中の被処理パネルＷの温度の経時的な変化および被処理パネルＷの場所における温度のばらつきを小さくすることができる。そのため、光照射中の被処理パネルＷの温度をほぼ設定温度に維持することができ、高品質な液晶パネルを製造することができる。さらに、冷却水ＣＷ１および／または冷却風ＣＷ２を制御することで、光照射時の被処理パネルＷの温度を設定温度に対して±０．５℃以内とすることができるため、高品質な高分子安定化ブルー層を備えた液晶パネルを製造することもできる。
【００２９】
また、窓材４は、紫外線カットおよび／または赤外線カットの機能を備えるため、光照射部５と窓材４の間に、別途フィルタ等を設ける必要がなくなり、部品点数を削減することができる。なお、紫外線カットおよび／または赤外線カットを有する窓材４は、所定波長の光のカットにより熱を持つことがあるが、窓材４は冷却風ＣＷ２と接しているため、温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
また、カラーフィルタ側ＣＦが載置面２１と接触するように水冷ステージ２に被処理パネルＷを配置し、対向基板側ＦＥに光照射部５より光を照射するようにしたことで、光照射時のパネル温度をさらに設定温度に制御しやすくできる。
【００３１】
本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、空冷ボックス３の導入口３１１１、排出口３１１２の個数は、光照射時の被処理パネルＷの設定温度や冷却風ＣＷ２の流量などによって調整することができる。導入口３１１１、排出口３１１２の穴の大きさも同様である。
【００３２】
光照射部５の光源として使用した紫外線ランプ５１は、蛍光ランプやショートアーク水銀ランプを使用してもよい。蛍光ランプを使用する場合、例えば、外径１５．５ｍｍのガラス管内壁にＬａＰＯ４：Ｃｅ（セリウム賦活リン酸ランタン）等、水銀の２５４ｎｍを３１０ｎｍ付近にピークを持つ紫外線に変換可能な蛍光体を塗布したランプを使用することができる。また、光照射部５の光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などを使用してもよい。
【００３３】
紫外線カットや赤外線カットの手段は、窓材４と光照射部５の間に、別途フィルタ等を設けるようにしてもよい。例えば、図１１に示したような、紫外線カット特性を持つフィルタおよび／または熱線吸収フィルタを設け、窓材４は通常の石英ガラスとしてもよい。
【００３４】
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ケース
２  水冷ステージ
２１  載置面
３  空冷ボックス
４  窓材
５  光照射部
５１  紫外線ランプ
ＣＷ１  冷却水
ＣＷ２  冷却風
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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