スペーサ散布装置「２００６ ＬＣＤ 工場・装置・設備」 別刷（Electronic Journal 電子ジャーナル 別冊）2005 年 10 月、237-240 ページ

上福岡事業所長 村田 博

海外事業部長 博士（工学） 石戸 克典

海外事業部 有賀 伸哉

日清エンジニアリング株式会社

スペーサ散布装置
日清エンジニアリング株式会社
１．はじめにスペーサは２枚の基板の間隔を一定に保ち、そこに注入される液晶の厚みを一定にするために必要なギャップ制御粉体で、建物でいえばちょうど柱の役目をしている。このスペーサ粒子にはプラスチックスペーサやシリカスペーサがあり、いずれも粒径のそろった球形をしており、液晶の厚さに応じて２〜８ミクロンのものがよく用いられている。
２．散布装置に求められる性能
スペーサ粒子はギャップコントロール粒子として重要な役割を担っているが、一方では液晶の電気光学的な機能を阻害する異物でもあり、なるべく少ない数で安定したギャップが維持できるようにしなければならない。そのためスペーサ粒子の分散に関しては次の３つの条件が要求される。
①１次粒子に分散していること（単分散性）②基板内で分散密度が一定していること（面内均一性）③基板間の平均分散密度が一定していること（連続安定性）①の条件は、スペーサが凝集しているとその部分のギャップが大きくなってしまうことや、数十個集まったような凝集体では一画素を覆い隠してしまうこともあり、表示欠陥を生じやすいという理由からである。
②については基板内で分散密度に差があると液晶の厚さが不均一になり、表示の色むらが生じてしまうためである。通常、分散密度は、やわらかいプラスチックスペーサでは１平方ミリ当り１００〜２００個が一般的である。
③は液晶ディスプレイを連続製造するときに重要であり、基板毎に一定以内の分散密度が得られるようなスペーサ散布装置が要求される。
３．液晶スペーサの散布法
液晶ディスプレイの製造プロセスは複雑であるが、基本的には図１に示すように、透明導電膜形成、液晶注入、モジュール組立に大別される ２ ） 。液晶スペーサの散布工程は透明導電膜形成と液晶注入の間に位置し、当初、その方法は液体フロンによる湿式散布法が用いられていた。

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ガラス

透明電極形成スペーサ散布カラーフィルター
張り合わせ

液晶注入

モジュール組立て

図１ 液晶ディスプレイの製造プロセス

湿式散布法は図２のように液体中にスペーサ粒子を分散し、これを送液ポンプと二流体ノズルを用いて、チャンバ―内で基板上に噴霧する方法である。
噴霧液体はチャンバ―内ですばやく蒸発させ、液滴による基板の汚染を防ぎながらスペーサを基板上に付着させていく。液体としてのフロンが禁止されてからは純水や純水・アルコール混合液による噴霧に切り替わっているが、スペーサ粒子を１個１個に分散することが難しかったり、使用する液体により基板が汚れるなど課題も多く残っていた。
液体フロン＋スベーサ

フィーダー
電磁弁

マグネチックスターラー

２流体ノズル

窒素ガス

窒素ガス
コロナガン
ヒーター

ガラス基板

ガラス基板

排気

排気

図２ 湿式散布法

図３ 乾式散布法

この湿式散布方式に代わる方法として提案されたのが静電ガンを用いる乾3

式散布法である。この方法は図３のようにコロナガンによってスペーサを強制的に帯電させ静電気力よって基板上に付着させる方式であり、スペーサの使用効率や分散性は湿式法に比べ非常に良好であったが、１ショットごとにミリグラム単位の正確な微量計量を必要とすること、スペーサ粒子の帯電が雰囲気の湿度によって影響されること、基板上の密度分布の均一性に難があったことなどに問題があった。
日清エンジニアリング㈱はこれらの問題を解決する方法として微量定量フィーダーと摩擦帯電による新しい乾式液晶スペーサ散布装置「ディスパ・ミューＲ」を開発し、国内外の液晶パネルメーカーに提案したところその散布性能が認められ、多くの製造ラインに採用されるようになった。
４．乾式液晶スペーサ散布装置「ディスパ・ミューＲ」の原理と構造
４．１ディスパ・ミューＲの特徴と要素技術
ディスパ・ミューＲは、スペーサの微量定量供給、完全分散、高使用効率、短時間散布をコンセプトとし、長年培ってきた粉粒体分散定量供給技術を基に開発された液晶スペーサ乾式散布装置であり、以下のような要素技術から構成されている。
①スペーサの供給…ロール細溝充填方式②スペーサの分散…高速気流＋摩擦帯電方式③スペーサの散布…ジグザグノズルもしくはポイント散布によるガススプレー方式④基板への付着…スペーサ粒子の帯電及びチャンバー電圧印加による静電付着方式
４．２ディスパ・ミューＲの基本装置構成
ディスパ・ミューＲは図４に示すようにスペーサを定量供給するフィーダ
ー、スペーサを一次粒子に分散する細管、基板上にスペーサを均一に散布するノズルユニット、基板上にスペーサを散布する散布チャンバーそしてそれらを制御するコントロールボックスから構成されている。
フィーダー内に投入されたスペーサは、ロールと呼ばれる金属円筒の側面に彫られた細い溝に充填される。フィーダーは密閉構造になっているため 、外部より供給される圧縮ガスによってスペーサは溝から排出し、ガスとともに細管内に移動する。スペーサの排出量（散布量）はロールの回転数と回転

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細 管ノズルユニット

フィーダー

ガラス基板

コントロールボックス
散布チャンバー

図４ 乾式液晶スペーサ散布システム「ディスパ・ミューＲ」

時間（散布時間）に比例する。フィーダー部ではロール溝から如何に定量性良く細管内にスペーサを供給するかが、散布密度の面内均一性に大きく寄与し、また、スペーサを連続的に供給できる構造であることからスペーサ散布密度の調整を容易にしている。
細管内に供給されたスペーサは高速気流によって細管内を移動し、細管内壁と接触したりベンド部で衝突したりして分散しながら散布ノズル部に到達する。
細管の途中にはスペーサ帯電モニターがありここで細管内を移動するスペーサの濃度を監視し、帯電異常やスペーサ不足の警報を出すようになっている。
ノズル部では細管ノズルをＸ、Ｙ方向に動かすジグ

図５ 散布後の顕微鏡写真

ザグ散布と、ノズルを基板上の複数のポイントに向けて散布するポイント散布とがあり、どちらも圧縮ガスとともに基板上にスペーサを吹き付ける。
ノズルから出たスペーサは細管内で分散と同時に細管内壁との摩擦によって帯電しているため、スペーサ同士が反発し合い、再凝集することなく図５のように一定間隔を保って基板に付着する。このとき、散布チャンバーにある一定の高電圧を印加することにより、テーブルへの電気力線を積極的に制御し、スペーサを基板に向かわせることでスペーサの消費効率を向上させている。

5５．自動散布システム
図６にディスパ・ミューＲを用いた自動散布システムの一例を示す。上流から搬送されてきたガラス基板をロボットアームにより受け取り、除電を行ったのちチャンバー内に挿入する。スペーサは基板に静電付着するので、基板の表面電位の分布がスペーサの均一散布に大きく影響する。そのため、散布前の除電は充分に行う必要がある。チャンバー内に挿入された基板はテーブル面からの上昇ピンによって受け取られ、テーブル上に置かれる。入り口
シャッターを閉じたのちフィーダーのロールを所定の回転数で回転させ、スペーサをノズルより基板に吹き付ける。このときノズルはＸ方向、Ｙ方向同時に駆動させ、ジグザグの軌跡で基板上にスペーサを散布する（ジグザグ散布の場合）。散布が終了すると基板は持ち上げられ、ロボットアームに受け取られ、バキュームクリーナーで凝集体を除去後、スペーサチェッカ部に搬送される。

図６ 自動散布システムと構成

受け取り
ステージ

ステージ

バキュームクリーナー
ロボット

ロボット

ロボット

R/B

R/B

R/BInspection

NG検査装置
CamberCamberＰＣ

ｽﾍﾟｰｻ散布装置
Dispa-μR

6NGバッファースペーサチェッカでは密度検査カメラ（CCD カメラ）及び塊検査カメラによって散布密度と凝集体の有無を自動測定し、ＯＫ/ＮＧの判定をする。
このとき測定された散布密度のデータをディスパ・ミューＲにフィードバックし、ロール回転数を制御することもできる。測定が終了した基板は搬送ロボットによって下流装置へ受け流し一連の作業を終了する。

図7｢第 6 世代ガラス基板（1800mm*1500mm）｣に対応する液晶スペーサ散布装置、ディスパ・ミューR『G6 シリーズ』の写真

また、大型基板へも対応しており、第 6 世代用散布装置の特徴は、従来固定されていた基板テーブルを回転させ、ノズルの位置を基板の外側に配置することにより、凝集体の落下防止性能を格段に向上し、散布性能の均一性と省スペースを同時に解決している。
６．おわりに液晶ディスプレイはブラウン管ディスプレイとほぼ同等の表示機能を持つようになってきたが、製造コストの面ではまだ大きな課題を残している 。
近年は、プラズマディスプレイ、SED 等の新 FPD 技術開発競争が激しくなり、コスト削減が非常に重要となっている。このため大型のガラス基板から一度に何枚ものパネルを作ることによってコスト低減を図っているが、大型基板で用いられる柱状スペーサのコスト増がネックとなっている。その意味
で、リワークのできるスペーサ散布技術は大型液晶ディスプレイになってもコストダウンの切り札として期待されている。液晶スペーサの散布工程にお7

いて、第７世代のマザーガラス（1870ｍｍ×2200ｍｍ）から第８世代（2200ｍｍ×2400ｍｍ）という超大型のマザーガラスへの対応や、主にテレビ用途向けのスペーサ定点散布への対応が急がれている。一方、表示性能向上のために ODF 用固着スペーサや 3 ミクロン以下の小粒子固着スペーサ等の多種多様なスペーサも次々に開発されており、分散・散布にますます高度な技術が要求されている。
今後も日清エンジニアリングは装置メーカーの一員としてこれらの要求に応え、液晶ディスプレイの品質向上とコストダウンに貢献できるよう努力していきたい。

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