(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶材料を基板に塗布する液晶材料塗布装置であって、
前記液晶材料が貯留される液晶材料貯留手段と、
該液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料貯留手段の内圧を所定範囲内に維持するように制御する内圧制御手段と、
前記液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料を前記基板に塗布するインクジェット方式の塗布手段と、
を備え、
前記内圧制御手段は、前記液晶材料貯留手段に大気又は任意の気体を供給する気体供給部と、前記液晶材料貯留手段に負圧を供給する負圧供給部とを含んで構成され、
前記液晶材料貯留手段には、前記気体供給部を構成する第１の配管及び前記負圧供給部を構成する第２の配管が接続され、
前記液晶材料が吐出される際、前記第１の配管、前記液晶材料貯留手段の内部及び前記第２の配管をこの順で気体が流通することにより、水頭差の発生による内圧の圧力変化を緩和するように前記内圧制御手段が構成されている
ことを特徴とする、液晶材料塗布装置。
【請求項２】
前記塗布手段は、インクジェットヘッドである
ことを特徴とする、請求項１に記載の液晶材料塗布装置。
【請求項３】
前記塗布手段を加熱又は冷却する加熱冷却手段を備えている
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶材料塗布装置。
【請求項４】
液晶材料を基板に塗布する液晶材料塗布方法であって、
前記液晶材料が貯留されている液晶材料貯留手段に大気又は任意の気体を供給する気体供給部を構成する第１の配管と、前記液晶材料貯留手段に負圧を供給する負圧供給部を構成する第２の配管とが前記液晶材料貯留手段に接続され、
前記液晶材料が吐出される際、前記第１の配管、前記液晶材料貯留手段の内部及び前記第２の配管をこの順で気体が通流することにより、水頭差の発生による内圧の圧力変化を緩和しつつ、前記液晶材料をインクジェット方式の塗布手段によって前記基板に塗布する
ことを特徴とする、液晶材料塗布方法。
【請求項５】
前記塗布手段は、インクジェットヘッドである
ことを特徴とする、請求項４に記載の液晶材料塗布方法。
【請求項６】
前記塗布手段が加熱冷却手段によって加熱又は冷却される
ことを特徴とする、請求項４又は５に記載の液晶材料塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶材料を基板に塗布する液晶材料塗布装置及び液晶材料塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶材料を硝子板（基板）に滴下する手段として、マイクロシリンジを用いていた。このマイクロシリンジ方式では一滴あたりの吐出量はミリグラム単位で管理し、滴下ピッチはミリメートル単位である。このような技術に関連して、例えば特許文献１には、配向膜材料の粘度を５〜１３（ｃｐ）、表面張力を３０〜３７ｄｙｎ／ｃｍの範囲に調整すると共に、インクジェットヘッドへ初期の配向膜材料を供給する場合や、気泡が原因で前記インクジェットヘッドに噴出不良が発生した場合に、前記配向膜材料に溶解しかつ脱気性のある脱気溶剤を用いて前記インクジェットヘッドの内部の気泡を除去した後、前記インクジェットヘッドの内部を前記脱気溶剤から配向膜材料に置換するようにした液晶表示素子の配向膜形成方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０７３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は液晶画像表示装置の配向膜の製造に適用する技術であり、従来よりも微細な液晶材料の塗布に用いることはできなかった。
【０００５】
本発明は、これらの問題に鑑みて為されたものであり、液晶材料の滴下を微量かつ微細なピッチで行うことができ、結果として液晶パネルの液晶材料層を狭ギャップ化することが可能な液晶材料塗布装置及び液晶材料塗布方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、液晶材料の滴下を微量かつ微細なピッチで行うことができ、結果として液晶パネルの液晶材料層を狭ギャップ化することが可能な液晶材料塗布装置及び液晶材料塗布方法を提供することであり、その解決手段を以下に記す。
【０００７】
本発明は、液晶材料を基板に塗布する液晶材料塗布装置であって、前記液晶材料が貯留される液晶材料貯留手段と、該液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料貯留手段の内圧を所定範囲内に維持するように制御する内圧制御手段と、前記液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料を前記基板に塗布するインクジェット方式の塗布手段と、を備えている。そして、この液晶材料塗布装置の前記内圧制御手段は、前記液晶材料貯留手段に大気又は任意の気体を供給する気体供給部と、前記液晶材料貯留手段に負圧を供給する負圧供給部とを含んで構成され、前記液晶材料貯留手段には、前記気体供給部を構成する第１の配管及び前記負圧供給部を構成する第２の配管が接続され、前記液晶材料が吐出される際、前記第１の配管、前記液晶材料貯留手段の内部及び前記第２の配管をこの順で気体が流通することにより、水頭差の発生による内圧の圧力変化を緩和するように前記内圧制御手段が構成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、気体供給部からの気体（又は不活性ガスなどの任意の気体）の供給と負圧供給部からの負圧の供給により圧力が所定範囲内に維持され、この結果、微細なピッチによる液晶材料の塗布が可能となり、液晶パネルの厚みムラや、液晶材料層を狭く構成することができる。また、均一な圧力で液晶材料を吐出することができるので、液晶を一定量で滴下することができる。
【００１１】
さらに、前記塗布手段は、インクジェットヘッドである。
【００１２】
このような構成によれば、液晶材料塗布装置の製造コストを削減することができる。
【００１３】
さらに、前記塗布手段を加熱又は冷却する加熱冷却手段を備えている。
【００１４】
このような構成によれば、ヘッド部のノズル部分にて液晶材料の粘度等の物性値を任意に管理することができる。
【００１５】
また、本発明は、液晶材料を基板に塗布する液晶材料塗布方法であって、前記液晶材料が貯留されている液晶材料貯留手段に大気又は任意の気体を供給する気体供給部を構成する第１の配管と、前記液晶材料貯留手段に負圧を供給する負圧供給部を構成する第２の配管とが前記液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料が吐出される際、前記第１の配管、前記液晶材料貯留手段の内部及び前記第２の配管をこの順で気体が通流することにより、水頭差の発生による内圧の圧力変化を緩和しつつ、前記液晶材料をインクジェット方式の塗布手段によって前記基板に塗布することを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記塗布手段は、インクジェットヘッドである。
【００１８】
そして、前記塗布手段が加熱冷却手段によって加熱又は冷却される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液晶材料の滴下を微量かつ微細なピッチで行うことができ、結果として液晶パネルの液晶材料層を狭ギャップ化することが可能な液晶材料塗布装置及び液晶材料塗布方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】液晶画像表示装置の断面構造図を示す。
【図２】実施の形態に係る液晶材料塗布装置が適用される液晶材料塗布システムのシステム構成図を示す。
【図３】実施の形態に係る液晶材料塗布装置が適用される液晶材料滴下装置の外観図を示す。
【図４】実施の形態による液晶材料塗布装置の要部の概略図を示す。
【図５】比較例による液晶材料塗布装置の要部を示す。
【図６】比較例と本実施の形態との差異を説明するための比較図を示す。
【図７】実施の形態による液晶材料を２枚のガラス板の隙間に注入する方法について、（ａ）は貼り合わせ前、（ｂ）は貼り合わせ後を示す。
【図８】比較例による液晶材料を２枚のガラス板の隙間に注入する方法について、（ａ）は貼り合わせ前、（ｂ）は貼り合わせ後を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について、図１乃至図８を参照して詳細に説明する。
【００２２】
本実施形態に係る液晶材料塗布装置にて製造される液晶画像表示装置の構造の理解を助けるために最初に説明する。図１において、これは液晶画像表示装置１０の内部構造を簡易的に示した断面図である。液晶画像表示装置１０の構成は、一般的には偏光フィルタ５と、ガラス基板４と、透明電極３と、配向膜２と、液晶材料１と、カラーフィルタ６とにより構成されている。なお、これらの構成は何れも公知の任意のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
この図１の構成において、透明電極３に電圧がかかると対向する２枚の配光膜２の間にはさまれた液晶材料１の分子が起立しカラーフィルタ６に外部からの光が当たり、色が見えるようになる。透明電極３は直交するように配置されているので、任意の交点を選択して電圧を与えることができるので、この交点の集合体において任意の交点を選択的に可視とすることで描画が可能となる。
【００２４】
次の図２には、実施の形態に係る液晶材料塗布装置が適用される液晶材料塗布システムのシステム構成図を示す。この図２に示される液晶材料塗布システム２４は、制御装置２４Ａと液晶材料塗布装置２４Ｂとを含んでなり、両装置２４Ａ，２４Ｂが配線部４８を介して接続されている。
【００２５】
この液晶材料塗布システム２４のうち、制御装置２４Ａは、メインＰＣ（パーソナル・コンピュータ）３０と、モータコントローラ３１と、アンプ３２と、モータ制御部３３と、インクジェットコントローラ３４と、インクジェットプリンタ用ＰＣ３６と、外部入力インタフェイス部３７と、温調器４０と、ＳＳＲ（ソリッド・ステート・リレー）４１とを含んで構成されている。
【００２６】
また、液晶材料塗布システム２４のうち、液晶材料塗布装置２４Ｂは、ヘッド１１と、ヒータ１２と、レギュレータ２０と、負圧表示器（圧力計）２１と、液晶材料タンク２２と、熱電対４２を含んで構成されている。電子天秤３９は、ヘッド１１から吐出量を計測して塗布量を調整するのに使用されるものである。
【００２７】
ちなみに、インクジェットコントローラ３４とヘッド１１とが、ＳＳＲ４１とヒータ１２とが、温調器４０と熱電対４２とが、配線部４８を介してそれぞれ接続されている。なお、液晶材料塗布システム２４のこれらの構成は、何れも公知の任意のものを用いることができるため、その詳細な説明を省略する。また、図示の簡略化のために、図４を参照しながら説明する液晶材料１を補充するためのラインは省略して記載している。
【００２８】
また、図２に示した液晶材料塗布システム２４のうちの液晶材料塗布装置２４Ｂは図３に示すような筐体に収納されてなり、ガラス基板４に液晶材料１を滴下（塗布）している。この図３において、液晶材料塗布装置２４Ｂが収納されてなるのは液晶材料滴下装置５０であり、この液晶材料滴下装置５０には、液晶材料１の滴下の対象となるガラス基板４と、液晶材料タンク２２と、液晶材料タンク２２を図中の矢印方向に往復に水平移動させるためのリニアモータ５３，５４が示されている。なお、リニアモータ以外にも、例えばボールネジやラックアンドピニオン等の直動可能なモータ構成を任意に適用可能である。なお、液晶材料滴下装置５０のヘッド１１は液晶材料タンク２２の下方に配置されており（すなわち高低差を有しており）、この図３では４台を並列に配置した場合を示している。液晶材料タンク２２はリニアモータ５３によってガラス基板４に対して水平に移動する。この移動時において、ヘッド１１は所定量の液晶材料１をガラス基板４の表面に滴下する。なお、図３においては、一部部材を省略して示している。
【００２９】
このような構成において、液晶画像表示装置に用いられる液晶パネルを製造している。このシステムでは液晶材料１をガラス基板（配光膜２と透明電極３が配された）４に滴下するための構成であるが、従来は液晶材料１をマイクロシリンジ内に充填して、所定の位置に液晶材料１を所定量で滴下していた。図４に示すのは本実施の形態の液晶材料塗布装置２４Ｂの概略図（要部拡大図）を示している。
【００３０】
図４に示す液晶材料塗布装置２４Ｂにおいては、液晶材料を基板に塗布するための構成として、液晶材料が貯留される液晶材料貯留手段（液晶材料タンク２２）と、該液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料貯留手段の内圧を所定範囲内に維持するように制御する内圧制御手段と、前記液晶材料貯留手段に接続され、前記液晶材料を前記基板に塗布するインクジェット方式の塗布手段と、を備えているものである。
【００３１】
即ち、図４に示す液晶材料塗布装置２４Ｂは、インクジェット方式のヘッド１１（塗布手段）と、ヒータ１２と、ヒータ配線２３と、バルブ１５，１６，１７，１８と、パイプ１６ａ（第１の配管）と、パイプ１７ａ（第２の配管）と、パイプ１８ａと、液晶材料タンク２２（液晶材料貯留手段）と、リークバルブ１９と、レギュレータ２０と、圧力計２１と、冷却器１３及び冷却風１４が示されている。そして、バルブ１６，１７、パイプ１６ａ，１７ａ及びレギュレータ２０が「内圧制御手段」に相当する。ちなみに、本実施の形態では、バルブ１６，１７は、ＯＮ・ＯＦＦの電磁弁であるものとするが、手動のＯＮ・ＯＦＦ弁でも、手動や電動のニードル弁などでもよい。
【００３２】
また、バルブ１６及びパイプ１６ａ（第１の配管）が「気体供給部」に相当する。そして、バルブ１７、パイプ１７ａ（第２の配管）及びレギュレータ２０が「負圧供給部」に相当する。
【００３３】
ヘッド１１には液晶材料タンク２２がバルブ１５を介して接続されている。このバルブ１５によりヘッド１１側への液晶材料１の流れを制御している。また、ヘッド１１にはヒータ１２が装着されており、ヘッド１１を所望の温度に加温して保つことができる。また、図２には不図示であるが冷却器１３を備えており、ヘッド１１を冷やしたい場合には冷却器１３から冷風１４がヘッド１１に吹き付けて温度を下げることができる。これらのヒータ１２や冷却器１３を組み合わせて制御することにより所望のヘッド１１の温度を得ることができる。このような温度コントロールは、ヘッド１１から射出する液晶材料１の温度や粘度等の物性値の関係により、その最適値が決められる。なお、ヒータ１２及び冷却器１３（即ち加熱冷却手段）は一体に形成されてもよく、別体に形成されてもよい。
【００３４】
また、図４に開示した構成では液晶材料タンク２２に３系統のパイプ１６ａ、１７ａ、１８ａが接続されている。パイプ１７ａにより、レギュレータ２０を接続したラインで液晶材料タンク２２内部を負圧に保つ。負圧に保つことで、ヘッド１１から液晶材料１が重力に引かれて意図しない滴下が生じるのを防いでいる。パイプ１８ａはバルブ１８を介して液晶材料１を液晶材料タンク２２へ補充するためのラインである。ヘッド１１が液晶材料１を塗布することに比例して液晶材料タンク２２内部の液晶材料１は減少していく。この減少により液晶材料タンク２２の内部圧力（内圧）が下がり（負圧が増し）、圧力が不安定な状態になる（所謂水頭差の発生による圧力変化）。
【００３５】
正確な液晶材料１の吐出を実現するためには、液晶材料タンク２２内の圧力を精密に制御して管理する必要がある。これを目的としてパイプ１６ａがバルブ１６を介して液晶材料タンク２２に接続されている。このパイプからは大気あるいは好ましくは窒素ガスなどの不活性ガスが供給されるようになっている。即ち、パイプ１６ａ、液晶材料タンク２２の内部及びパイプ１７ａをこの順で気体が流通することにより、前記内圧が所定範囲内に維持されるように前記内圧制御手段が構成されていることになる。このように水頭差補正の制御を行うことで、わずかな液晶材料１の吐出量の変化を補正して、微量かつ精密な液晶材料１の吐出を実現している。そして、このような制御を行うことで、従来は用い難かったインクジェット方式のヘッド（例えばインクジェットヘッド等）を好適に用いることができる。その結果、ごく微小な液晶材料１の滴下（塗布）を行うことができる。
【００３６】
なお、図５は水頭差補正を行わない、比較例による液晶滴下に用いられていた構成である。即ち、パイプ１６ａ及びヘッド１１を備えず、代わりにマイクロシリンジ２５を備えているものである。この構成の場合はレギュレータ２０による圧力制御のみであるので、制御にタイムラグが生じたり、精密な角度での補正も難しく、極微小な液晶材料１の滴下を行うことはできなかった。
【００３７】
次の図６は、比較例のマイクロシリンジ方式による液晶材料１の滴下と、本実施の形態によるヘッド１１を用いたＩＪ（インクジェット）方式による液晶材料１の滴下を比較した図である。マイクロシリンジ方式では液晶材料１の吐出ノズルの直径はφ０．１〜φ１．０ｍｍ程度であった。このため滴下した液晶材料１は図６中に示すように大きくかつ相互間隔も離れたものであった。
【００３８】
これに対して本実施の形態によるＩＪ方式では、液晶材料１の吐出ノズルの直径はφ１０μ〜φ８０μｍ程度であり、従って十分に緻密な滴下を精度よく実現することができる。マイクロシリンジ方式では、液晶材料１の滴下後のガラス板同士の貼合わせにより、ムラ５７、衝突痕５８、滴下痕５９が発生してしまい、均一な厚みの液晶層を実現することは難しかった。それに対して、本実施の形態によるＩＪ方式では図６に示すように緻密に滴下することができ、その後工程でのガラス板の貼あわせにおいても、均一な厚みの液晶層６０を実現することができる。
【００３９】
図７は本実施の形態によるＩＪ方式を用いた液晶層の形成のモデル図であり、図７（ａ）に示すようにガラス基板４の間に液晶材料１が滴下されている。これを（ｂ）に示すように貼り合わせると、セルギャップのばらつきを極めて小さくすることができる。また、ガラス基板４の表面も平坦にすることができる。
【００４０】
図８は比較例のマイクロシリンジ方式であり、液晶材料１の滴下量が大きく、配光膜２で液晶材料１をはさむと、セルギャップのばらつき大であり、液晶材料１も広がりにくく、結果として配光膜２の表面も平坦化することはできなかった。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば液晶材料の滴下（塗布）を微量かつ微細なピッチで行うことができ、結果として液晶パネルの液晶材料層を狭ギャップ化することが可能な液晶材料滴下装置５０（すなわち液晶材料塗布装置２４Ｂ）を提供することができる。特に、パイプ（第１の配管）１６ａ、液晶材料タンク（液晶材料貯留手段）２２の内部及びパイプ（第２の配管）１７ａをこの順で気体が流通して負圧源としてのレギュレータ２０に至るようにすることで、好適に圧力（水頭差圧）を制御することができる。すなわち、ノズル１１からの液晶材料の吐出により液晶材料タンク２２の容量（すなわち液面）が低下することで、液晶材料タンク２２内のヘッドスペースの負圧（内圧）が変化（増加）し、これが、ノズル１１からの液晶材料１の吐出量に影響を与える。この負圧の変化をタンク２２内のヘッドスペースに直接つながったパイプ１６ａからの気体の供給により迅速に補充することができ、この結果、液晶材料タンク２２における液晶材料１の残量の変化に吐出量が影響されない優れた液晶材料滴下装置５０（液晶材料塗布装置２４Ｂ）を提供することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１        液晶材料
２        配光膜
３        透明電極
４        ガラス基板
５        偏光フィルタ
６        カラーフィルタ
１０      液晶画像表示装置
１１      ヘッド
１２      ヒータ
１３      冷却器
１４      冷却風
１５，１６，１７，１８バルブ
１６ａ    パイプ（第１の配管）
１７ａ    パイプ（第２の配管）
１９      リークバルブ
２０      レギュレータ
２１      圧力計
２２      液晶材料タンク（液晶材料貯留手段）
２３      ヒータ配線
２４      液晶材料塗布システム
２４Ａ    制御装置
２４Ｂ    液晶材料塗布装置
２５      マイクロシリンジ
３０      メインＰＣ
３１      モータコントローラ
３２      アンプ
３３      モータ制御部
３４      インクジェットコントローラ
３７      インクジェットヘッド制御ユニット
５０      液晶材料滴下装置
５３，５４リニアモータ
５７      ムラ
５８      衝突痕
５９      滴下痕
６０      本実施の形態による液晶滴下痕
【図１】
0005671414.tif 000002
【図２】
0005671414.tif 000003
【図３】
0005671414.tif 000004
【図４】
0005671414.tif 000005
【図５】
0005671414.tif 000006
【図６】
0005671414.tif 000007
【図７】
0005671414.tif 000008
【図８】
0005671414.tif 000009