(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトで、メンテナンスが容易であり、基板上の特定の位置に均一性高くスペーサを固定することが可能なスペーサ配設装置を提供する。【解決手段】スペーサを、基板上に選択的に分散配置するスペーサ配設装置において、表面を熱可塑性樹脂で被覆されたスペーサを前記基板上の所定の領域に散布するスペーサ散布部1と、散布されたスペーサに選択的に光を照射することでスペーサを前記基板上の所定位置に選択的に固着させる光照射部2と、前記基板上の未固着のスペーサを吸引するスペーサ吸引部3と、前記光照射部と前記スペーサ吸引部とを一体的に連結する連結部とを有するスペーサ配設部10を有し、該基板と前記スペーサ配設部との相対位置を移動する搬送機構とを有することを特徴とするスペーサ配設装置。【選択図】図４
2007133210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペーサを、基板上に選択的に分散配置するスペーサ配設装置において、表面を熱可塑性樹脂で被覆されたスペーサを前記基板上の所定の領域に散布するスペーサ散布部と、散布されたスペーサに選択的に光を照射することでスペーサを前記基板上の所定位置に選択的に固着させる光照射部と、前記基板上の未固着のスペーサを吸引するスペーサ吸引部と、前記光照射部と前記スペーサ吸引部とを一体的に連結する連結部とを有するスペーサ配設部を有し、該基板と前記スペーサ配設部との相対位置を移動する搬送機構とを有することを特徴とするスペーサ配設装置。
【請求項２】
前記スペーサ散布部が前記光照射部及び前記スペーサ吸引部と一体的に連結されていることを特徴とする請求項１記載のスペーサ配設装置。
【請求項３】
前記スペーサ配設部には、基板との距離を調整するピント調整機構を有することを特徴とする請求項１又は２記載のスペーサ配設装置。
【請求項４】
前記搬送機構が前記基板を移動するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【請求項５】
前記搬送機構が前記スペーサ配設部を移動するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【請求項６】
前記スペーサ散布部と、前記スペーサ吸引部が接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【請求項７】
液晶層を介在して対向配置された２枚の基板間隔を制御するために用いるスペーサを、該基板上に選択的に分散配置する液晶表示装置の製造方法において、スペーサを前記基板上の所定の領域に散布する工程と、光を該散布したスペーサに照射することでスペーサを所定位置に固着させる工程と、固着していないスペーサを吸引する工程を一定間隔をおいてほぼ同時に行うことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスペーサ配設装置に関する。より詳しくは、液晶層を介在して対向配置された２枚の基板間隔を制御するために用いるスペーサを、該基板上の特定の位置に選択的に分散固定するスペーサ配設装置及び該スペーサ配設装置を用いた液晶表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、対向配置された２枚の電極基板を所定の間隔をあけて配置し、該一対の基板間に液晶を注入して構成される。上述した所定の間隔を保持するために、例えば電極基板の液晶層側表面にスペーサを散布した後、該一対の電極基板が貼り合わされる。これにより、基板部材同士の間隔がほぼスペーサの大きさに保持される。
【０００３】
従来から、前記スペーサは電極基板の液晶層側表面のほぼ全領域に散布されていた。
【０００４】
しかし、このような液晶表示装置は、液晶注入時やパネル化後の振動、温度変化等によってスペーサが移動して色むら（セルギャップむら）が発生したり、スペーサが移動する際に配向膜に傷を付けて、表示むらが発生するなどという問題が生じていた。
【０００５】
このような問題を解消するために、スペーサを電極基板上に接着固定するという方法が提案されている。スペーサを電極基板上に接着固定する具体的な方法としては、熱可塑性樹脂をスペーサに被覆しておき、該スペーサを分散散布した後に、熱風や加熱炉などを用いて加熱することにより接着固定するような方法が広く用いられている。
【０００６】
一方、基板上にスペーサを散布する際、該スペーサが実際に表示にかかわる領域（画素領域）上に存在していると、該スペーサは、液晶とは異なる光学的異方性を示すので、該スペーサから光漏れが生じてコントラストを低下させるという問題が有った。
【０００７】
このような問題を解消するためには、画素以外の領域（ブラックマトリックス領域とも言う。）にのみスペーサを配置するような方法（例えば、特許文献１及び２参照。）が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載の表面を熱可塑性樹脂で被覆したスペーサを用い、配向膜を形成し、ラビング処理を施した電極基板上に、該スペーサを分散配置した後、画素以外の領域に分散配置されたスペーサに対して選択的に赤外光を照射して、選択的に接着固定するものである。具体的には、赤外線照射は画素間隔よりも照射幅の狭いフォトマスクを介して照射し、スペーサの分散散布は溶媒系に分散させたものを電極基板全面に塗布後、乾燥し、画素以外の領域を赤外線照射してスペーサを固定し、その後、未固定のスペーサを洗浄除去するというものである。この方法により、スペーサは非画素領域のみに固定することが可能となった。
【０００９】
しかしながら、この方法では、スペーサ分散液の塗布、乾燥、露光、洗浄等のウエット工程を多く含む多段工程を要するものであり、大規模な製造設備が必要となる。また、画素領域に分散散布されたスペーサは除去されるので、分散散布されたスペーサの９５％が無駄となる。また、回収したスペーサを再利用しようとすると回収、分離のための工程が必要となり、高コストとなるもので、更に工程の改良が望まれていた。
【００１０】
一方、特許文献２に開示されているような気流によりスペーサを散布した後、レーザ光を用いて、画素以外の領域を選択的に光照射して、スペーサを固定した後、高圧空気流によって画素領域の未固定のスペーサを除去し、高圧空気をスペーサとともに排気装置によって排気する方法が記載されている。これにより、ウエット工程を含まずスペーサの回収が可能となった。しかしながら特許文献２の装置の如く高圧空気を排気装置によって排気する方法では、スペーサの回収工程内で吸引圧のムラが生じ、画素領域及び非画素領域に除去したスペーサが飛散したり、非画素領域から固定したスペーサをはぎ取ったり、ということがおこり、結果として基板上に配設されたスペーサの密度にが生じてしまうと言う問題があった。また高圧空気を供給するためには大量の空気が必要で、大型の排気装置も必要となるものであった。
【００１１】
特に、近年主流となりつつある第７世代の液晶表示装置に使用される液晶基板サイズ（１８８０ｍｍ×２１５０ｍｍ）への対応では、スペーサの配設密度の均一性の向上が望まれている。
【特許文献１】特許第３０９３９４３号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、コンパクトで、メンテナンスが容易であり、基板上の特定の位置に均一性高くスペーサを固定することが可能なスペーサ配設装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、以下の構成により解決することができた。
【００１４】
１．スペーサを、基板上に選択的に分散配置するスペーサ配設装置において、表面を熱可塑性樹脂で被覆されたスペーサを前記基板上の所定の領域に散布するスペーサ散布部と、散布されたスペーサに選択的に光を照射することでスペーサを前記基板上の所定位置に選択的に固着させる光照射部と、前記基板上の未固着のスペーサを吸引するスペーサ吸引部と、前記光照射部と前記スペーサ吸引部とを一体的に連結する連結部とを有するスペーサ配設部を有し、該基板と前記スペーサ配設部との相対位置を移動する搬送機構とを有することを特徴とするスペーサ配設装置。
【００１５】
２．前記スペーサ散布部が前記光照射部及び前記スペーサ吸引部と一体的に連結されていることを特徴とする前記１記載のスペーサ配設装置。
【００１６】
３．前記スペーサ配設部には、基板との距離を調整するピント調整機構を有することを特徴とする前記１又は２記載のスペーサ配設装置。
【００１７】
４．前記搬送機構が前記基板を移動するものであることを特徴とする前記１〜３の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【００１８】
５．前記搬送機構が前記スペーサ配設部を移動するものであることを特徴とする前記１〜３の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【００１９】
６．前記スペーサ散布部と、前記スペーサ吸引部が接続されていることを特徴とする前記１〜５の何れか１項に記載のスペーサ配設装置。
【００２０】
７．液晶層を介在して対向配置された２枚の基板間隔を制御するために用いるスペーサを、該基板上に選択的に分散配置する液晶表示装置の製造方法において、スペーサを前記基板上の所定の領域に散布する工程と、光を該散布したスペーサに照射することでスペーサを所定位置に固着させる工程と、固着していないスペーサを吸引する工程を一定間隔をおいてほぼ同時に行うことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の装置により、コンパクトな設計が可能で、省スペースであり、ウエット工程の無い、完全ドライ処理により、スペーサを電極基板の所定の位置に均一な密度で配設することが可能で、回収した材料は再使用が可能で無駄がなく、また得られた液晶表示装置は光漏れがなく、コントラストの高い高精細な表示が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図をもって説明する。
【００２３】
本発明に係るスペーサ配設装置が適用された生産工程により生産される液晶表示装置について、図１を用いて説明する。図１に液晶表示装置５０の断面図を示す。下基板５１上には透明電極膜５３とその上に配向膜５４が形成されており、上基板５２にはカラーフィルタ層６０（画素領域５５（Ｂ，Ｇ，Ｒ）及び非画素領域（ブラックマトリックス）５８）、透明電極膜５６、配向膜５４の順に各層が形成されており、上下基板の配向膜間にスペーサ７１が配置され、スペーサにより形成された間隙に液晶層６１が形成される。本発明のスペーサ配設装置により非画素領域５８にスペーサが固着される。二つの透明電極５３、５６は互いに直交したストライプ状で、ストライプ間は絶縁層５７で隔絶されている。
【００２４】
次に本発明に用いられる表面に熱可塑性樹脂を被覆したスペーサについて説明する。
【００２５】
スペーサ材料としては、例えばプラスチックビーズやシリカ球のような公知のスペーサで良く、１〜１０μｍ、好ましく２〜５μｍの粒径の揃った球状のものが好ましく、特にシリカ球が好ましい。
【００２６】
一方、表面の熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリ酢酸ビニルエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂等の材料を用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２７】
本発明のスペーサ配設装置によりスペーサを固着する基板は上基板５２であっても、下基板５１であっても良い。
【００２８】
次に本発明に係るスペーサ配設装置について説明する。
【００２９】
本発明のスペーサ配設装置においては、基板と、後述するスペーサ散布部、光照射部及びスペーサ吸引部からなるスペーサ配設部とをＸＹ方向（平面主走査方向をＹ方向、副走査方向をＸ方向と呼ぶ）に相対位置を移動する搬送機構を有することが必要である。該搬送機構としては、前記基板を移動するものであっても、スペーサ配設部を移動するものであってもよい。
【００３０】
図２には搬送手段が電極基板を移動するＸＹ移動架台方式のものを、図３には搬送手段がスペーサ配設部を移動するスペーサ配設装置を示した。
【００３１】
図２のスペーサ配設装置１００は、搬送手段が電極基板を載置した移動架台方式のものである。１台のスペーサ配設部１０は支柱２１に固定されており、電極基板９を載置した移動架台２２は図示しないリニアモータによりレール２３上をＹ方向（主走査方向）に移動可能であり、レール２３は、図示しないリニアモータによりレール２４上をＸ方向（副走査方向）に移動可能である。すなわち、移動架台２２、レール２３、レール２４及び図示しないリニアモータは協働して搬送機構として機能するものである。スペーサ配設部１０は、搬送機構により電極基板９に対して主走査及び副走査を繰り返すことにより電極基板９の全面を走査し、スペーサを散布し、ブラックマトリックス領域５８のスペーサを露光固定し、不要のスペーサを吸引する。尚、スペーサ配設部１０にはＺ（縦）方向のみに移動が可能なピントステージを有していてもよく、ピント調整を行うことが好ましい。
【００３２】
一方、図３のスペーサ配設装置１００は、搬送手段がスペーサ配設部１０を移動するタイプのものであり、スペーサ配設部１０を６個、移動ゲート２５に設置した例を示した。移動ゲート２５はレール２３上を図示しないリニアモータによりＹ方向に移動が可能であり、個々のスペーサ配設部１０は図示しないリニアモータによりＸ方向に任意に移動、配置することが可能である。すなわち、移動ゲート２５、レール２３、及び図示しないリニアモータは協働して搬送機構として機能するものである。各スペーサ配設部１０は、搬送機構により、電極基板９のＹ方向への主走査とＸ方向への副走査を繰り返すことにより、載置台２６上に固定された電極基板９の全面を走査し、スペーサを散布し、ブラックマトリックス領域にあるスペーサを露光固定し、未固定の不要のスペーサを吸引回収する。スペーサ配設部１０の配置数は１個でもよいが、複数設置することにより、その数分の１、主走査の回数を低減することができ、生産性を向上することができ好ましい。また、スペーサ配設手段を複数設置することにより、例えば１個のスペーサ配設部１０が故障した場合においても、残りのスペーサ配設部１０を等間隔に再配置することにより、タクトタイムの低下を最小限とすることが可能である。
【００３３】
本発明においては、図３に示したスペーサ配設部１０を移動するタイプの方が、スペースを取らず、装置をコンパクトに設計することが可能であり、故障への対応能力も高いことから、第７世代等の大型の液晶表示装置の製造工程には好ましく用いられる。
【００３４】
本発明に係るスペーサ散布部、光照射部及びスペーサ吸引部の詳細について説明する。図４は、図２及び図３に示したスペーサ配設装置に用いられるスペーサ配設部１０の概略構成を示す正面図であり、図５はその平面図である。
【００３５】
図４において、スペーサ配設部１０はスペーサ散布部１、光照射部２およびスペーサ吸引部３が支持部材（連結部）１１により一体的に連結されている。
【００３６】
スペーサ散布部１は、表面が熱可塑性樹脂で被覆されたスペーサ５を均一に散布する機構を内蔵し、ノズル４よりスペーサ５を電極基板９上に散布する。
【００３７】
散布されたスペーサ５は、スペーサ配設部１０に一体的に間隔を置いて設置された光照射部２により光照射されて電極基板上に固定される。光照射部２は、図示しない光源から出射されたレーザ光を、反射部材や集光レンズ等の光学系で集光、偏向して形成したビーム８とし電極基板９上の非画素領域５８を選択的に露光し、非画素領域５８に散布されたスペーサの表面に設けられた熱可塑性樹脂を溶融し、スペーサ５ａを電極基板９に固着させる。
【００３８】
一方、画素領域５５上に散布され、光照射されずに固定されなかったスペーサ５ｂは、スペーサ配設部１０に一体的に間隔をおいて設置されたスペーサ吸引部３のノズル６により吸引回収される。ノズル６は図示しない吸引ポンプと連通しており、ノズル６から吸引回収されたスペーサ５ｂは図示しないスペーサ貯蔵部に貯留される。
【００３９】
支持部材１１は、スペーサの散布工程中にスペーサ散布部１、光照射部２及びスペーサ吸引部３の位置関係を一定に維持するものであれば材料や形態を特に制限するものでない。好ましくは、位置関係を調整する調整機構を有するものである。
【００４０】
本実施形態によれば、光照射部２とスペーサ吸引部３とが支持部材１１により一体的に構成されていることが必要であり、光照射部２とスペーサ吸引部３との位置関係を一定に維持することができる。これにより、光照射部２で固着されなかったスペーサを、常に所定時間経過後に所定の吸引力でスペーサ吸引部３により吸引するので、電極基板９の全ての領域においてスペーサの配設密度を均一にすることができる。また、スペーサ吸引部３を電極基板９に近接させることができるので、吸引したスペーサが飛散することがない。
【００４１】
更に、本発明においては、スペーサ散布部１が前記光照射部２及びスペーサ吸引部３と一体的に連結されていることが好ましく、これにより更に上記効果を高めることができる。
【００４２】
前記スペーサ配設手段１０の、スペーサ散布部１とスペーサ吸引部３は接続されていて、吸引回収されたスペーサが、スペーサ散布部に再度供給される機構と成っていることが好ましい。このとき、スペーサ散布部１へのスペーサの供給は、別の場所にあるスペーサ貯蔵部（不図示）から適宜供給さる。また、スペーサ吸引部で吸引回収されたスペーサは固体回収機構を経由してスペーサ貯蔵部へ供給されることが好ましい。
【００４３】
本発明のスペーサ配設装置におけるスペーサ配設部１０は、位置、露光、その他の制御は外部からコントロールするものであっても良いが、該スペーサ配設部にセンサー機能を有し、その測定結果をフィードバックして露光位置やピント調整を行う自己制御機能を有するものであることが好ましい。
【００４４】
図６に示したスペーサ配設部１０には、スペーサ散布部１、光照射部２およびスペーサ吸引部３が一体的に構成されており、更にピント調整機構、その他の機能を有するスペーサ配設手段１０を示す。ここで言うピント調整機構とは、スペーサ配設手段と電極基板との距離を測定するピント測定部１２と、スペーサ配設部をＺ方向（高さ方向）の移動を行うピントステージ１４と、ピント測定部１２の測定結果をフィードバックしてスペーサ配設手段を基板から一定距離に保つようピントステージ１４を制御する制御部１４１とを有する。
【００４５】
このピント調整機構を有することにより、電極基板の保持方法により例え基板が湾曲していたとしても、走査時にスペーサ配設部１０が電極基板の表面の湾曲を追随することが可能となり、所定の露光位置にピントの合った露光を行うことができる。またそれと同時に、スペーサ配設部１０として光照射部２と一体的に形成されたスペーサ散布部１及びスペーサ吸引部３が一体的に移動して湾曲を追随することにより、精度良くスペーサの散布及び回収が可能となる。
【００４６】
また、画素領域５５、非画素領域５８を認識するためのＣＣＤモニタカメラ１３を具備し、その情報に基づいて光照射部２による光照射を制御し、露光位置の制御を行う制御部１３１を有するものであってもよい。ＣＣＤモニタカメラ１３の情報に基づき、光照射部２は非画素領域５８上を露光し、非画素領域５８上にあるスペーサ５ａに露光を与え、スペーサの表面の熱可塑性樹脂を溶融し、非画素領域５８にスペーサを固着させる。画素領域５５にあるスペーサ５ｂは露光されずスペーサ吸引部３により回収される。
【００４７】
本発明に係るスペーサ配設装置の動作について説明する。図７は電極基板上に散布固定されたスペーサの平面図を表す。
【００４８】
同図７（ａ）は、電極基板７０には、画素領域７２と、非画素領域７３が形成されており、Ｘ方向の非画素領域にレーザ光のラインビーム８を照射し、さらにＹ方向に画素領域分移動して次の非画素領域においてラインビームを照射することを繰り返す。
【００４９】
露光光源のビーム形状は、図７（ｂ−１）に示す如く、Ｘ方向（副走査方向）に矩形（強度一定）で、Ｘ方向の巾は例えば１０ｍｍ程度であり、図７（ｂ−２）に示す如く、Ｙ方向（主走査方向）にブラックマトリックス巾と同程度の２０〜３０μｍのガウス形状のラインビーム露光であることが好ましい。ここでガウス形状のビーム巾は、ビームの光量ピーク強度１３．５％となる径の全巾を表し、図７（ｂ−２）では３０μｍ径を表す。
【００５０】
図７（ｃ）は、単にスペーサを散布した時の図を表し、図７（ｄ）は、本発明のスペーサ配設装置によりスペーサ７１をＸ方向のブラックマトリックス上に固定した状態を表す。
【００５１】
スペーサ配設部に一体的に搭載されたスペーサ散布部としては、電極基板表面に均一に微粉体を散布できる方法であれば如何なる方法であっても良い。
【００５２】
また、スペーサ配設部に一体に搭載されたスペーサ吸引部としては、空気層流に基づく吸引力を利用したもので、電極基板とノズル口の位置を調整することにより、大きな気流を発生することなく吸引回収することができるものである。また、ノズル口の巾をＸ方向のビーム巾と同程度とすることで、位置による吸引力のむらが無く、未固着のスペーサを吸引回収することができる。
【００５３】
本発明のスペーサ配設装置においては、このようにスペーサ散布部、光照射部、スペーサ吸引部が支持部材により一体的に構成されたスペーサ配設部を用いることにより、基板上の特定の位置にスペーサを均一な密度で配設することが可能となったものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るスペーサ配設装置により製造された液晶表示装置の断面図を示す。
【図２】搬送手段が電極基板を移動する移動架台方式のものを示す図である。
【図３】搬送手段がスペーサ配設部を移動する方式を示す図である。
【図４】基板及びスペーサ配設部の構成を示す正面図である。
【図５】基板及びスペーサ配設部の構成を示す平面図である。
【図６】ピント調整機構等を有するスペーサ配設部を示す。
【図７】電極基板上に散布されたスペーサの平面図を表す。
【符号の説明】
【００５５】
１  スペーサ散布部
２  光照射部
３  スペーサ吸引部
４，６  ノズル
５，７１  スペーサ
９，７０  電極基板
１０  スペーサ配設部
１１  支持部材
１２  ピント測定部
１３  ＣＣＤモニタカメラ
１４  ピントステージ
２１  支柱
２２  移動架台
２３，２４  レール
２５  移動ゲート
２６  載置台
５０  液晶表示装置
５１  下基板
５２  上基板
５３，５６  透明電極膜
５４  配向膜
５５  画素領域（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
５８  非画素領域
６０  フィルター層
１００  スペーサ配設装置
【図１】
2007133210.tif 000003
【図２】
2007133210.tif 000004
【図３】
2007133210.tif 000005
【図４】
2007133210.tif 000006
【図５】
2007133210.tif 000007
【図６】
2007133210.tif 000008
【図７】
2007133210.tif 000009