詩集:デジタルディスプレイ関連技術

液晶スベーサの乾式散布技術
DrγTypeLCDS
pacerSprayingTechnology

日清エンジニアリング株式会社村田博
日iroshiMURATA性を示すが、分子の拐互作用が屈体に比べ非常に

1. はじめに碍く、外部から磁界や電界を加えると容易にそのj
夜¥品デ、イスプレイ (LCD:LiquidC
rystalDis‑

分子配列を変える性質を持っている O さらに、液play) は1960年代半ばに米国で考案され、 1970年

晶は細長い分子構造をしており、分子の長軸方向代初期の日本で表示装置として商品化された。電と単軸方向で、は光の屈折率が異なるため、分子の卓や腕時計に採用され、ワープロ、ノートパソコ

配列を変化させることによって光の通り方を容易

ン、ビデオカメラ、カーナピ、携荷電話など、軽に変えることができるくて薄い表示パネルとして、その市場は年々拡大液晶ディスプレイであるO

この世賓を利用したのがOし、最近の液品テレピの普及とスマートフォンの液晶ディスプレイにはさまざまな方式があるが、出現によって市場規模はさらに伸びており、近年0兆円を越えると予想されている I1。
中には 1

代表的なものに図寸に示す iTN方式 J(TNと当初、液晶ディスプレイ市場は日本企業が圧倒ネマティック構造という棒状の液晶分子をラピン的なシェアを誇っていたが、後発の韓臣、台湾勢のグという工程によって縮かな溝ーをつけた配向膜に猛追を受け、 2000年にはそのシェアは50%を切り、挟み込み、液晶分子が講に沿って並ぶという性費今では 10%を下回っている状況である;犬を利用して90 ねじれた状態で配列する。この1

O

現在、韓は TwistedNematicの略)がある九この方式は

01
1
女自の偏光板を通った光は液品部で分

国、台湾、中国の液品パネルメーカーが蛾烈なシェ態では、ア争いをわ二っている。

枚目子の際関を進むので90。ねじれて出てくる o 2

一方、液晶ディスプレイを製造する装置や部材の偏光板は 1枚目に対して偏光方向が直角になるに視点を移すと宮本企業のシェアは未だに高く、

夜Jj!
1j~rS で、ねじられた光ように量かれているので、 iものづくりという側面から見れば液晶技術は宮本はこの稲光板を通過することができる(明状態)。のお家芸であることに変わりない。ブランドは韓この状患で液晶部に電圧を印加すると、液晶分子国や台湾や中国であっても、それを製造する装霞は電場方向に一様に配列するので、光はねじれるや材料は、その多くが日本オリジナルの技備なのである
本稿では液品ディスプレイ製造装童の中で、粉体技術を用いている液晶スペーサ散布装置を紹介し、;夜品ディスプレイ製造技術の一端に触れていただく O

2. 液晶ディスプレイの京理
ヌ

液晶は 1888
年オーストラリアの植物学者ライニッ

4

ツアーによって発見されへその名の通り液体と図体の中間的な性紫を持つやや粘り気のある透明な液状物質であるG

その分子記列は規則的で結晶.
l4，No.3 (2012)
Vo(267)

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仁Ilfff~kýi0函‑
1 液 I詰ディスプレイの原理145

ことなく出口の偏光板に達し、ここで遮断される

3. 液品ヂィスプレイの製造(暗状態)。このような液品の性質を利用してディ

3‑1 液晶工場

スプレイ上の表示の最小単位である画素(ピクセル)の ON'OFFを1Tうのである O

液晶ディスプレイを製造する液品工場内部は、液品ディスプレイは、液品パネルと呼ばれる液温度23 土 2 C 、湿度45 土lO %RH~こ保たれたクリー

晶をガラス基板で挟み込んだ板状部品と液品パネンルームになっており、天井からはクリーンエアー

ルに電気信号や光を供給する駆動回路部品、パッが床に向かつて流れ(ダウンフロー)、床は製造機クライト部品より構成されている O パックライト器から発生する微小なゴミ(業界で、はパーティクルL)という縮い蛍の光源としては冷陰極管 (CCFと呼んでいる)を気流とともに床下に落とし込む光管が主として使用されていたが、最近では LEDために小さな穴が聞いている O 製造装置に求めらが主流になりつつある O1) は一般に I
SOクラス 5(FED
れる清浄度(表 ‑0液晶パネルは関 ‑2のように偏光板。享さ 0.2mm

規諮ではクラス 100) であり、特にガラス基板が程度)、アレイ基板(摩さ 0.7mm程度)、西日向膜、通過するパスライン(床からの高さ)の約 1mよカラーフィルタ基板(厚さ 0.7mm程度)と、こり上は生産歩留りに影響するパーテイクルの発生/.
lm 程度)、れらによって挟まれる液晶層(厚さ 3がないよう留意しなければならない。また、装震さらに液晶層に厚みを持たせるためのスベーサの振動も生産歩留りに影響するため、機器類は防(直径3μm程度)より構成されている。

振対策が施されている。

カラーフィルタ

ガラス抜

スベーサ

液晶的一四[九抜(i属光板

配向日莫

透明電極

ガラス板

封止剤u台合ノ〈ックライト
図そ液晶パネルの IVr国
表寸

パーティクルの粒子径と清浄境

ISO規格

清浄度表

FED規格

O.1μm

0.2μm0.3μm

(1閤勺

1μmlm
0.
51511mISOクラス l

102ISOクラス 210224104

クラス 110323710235

クラス 101012.
3701.02035283

クラス 10010523.
7003.
520I832クラス 1000

106237.
000ISOクラス 7

クラス 1万10'352.
00083.
2002.930ISOクラス 8

クラス 1075

108

3，520，000

8
32，0002
9，300

109I
35，200.
0008.
320，0002
93.
000ISOクラス 3

ISOクラス 5

ISOクラス 946(268)

102.
0
002
92
93

35.
200

粉体技術

TFTアレイ工 f
呈=二ニヰ>

lガラス主主絞i成燦(スノえッタ iCVD)￨レジスト塗布♀二二一 lrtt
め由幽令，ラどングio爾

露光モジュール工程
TAB I
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怒射(フォトマスク)!!!!!

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品セノレ工程00

プリント回路絞

スベーサ数布

接続出}
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照明言円勺液晶溺ドL")

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寸法絞

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3 液晶ディスプレイの製造工程 i、

3‑
2 製造ブ口セス
液晶ディスプレイの製造プロセスは複雑である

3に示すように、薄膜トランが、基本的には図 ‑ジスタをガラス基板上に多数整列させる TFTア
レイ工程、液晶を詮入する液晶セル工程、

ドライ

Cを取り付けるモジュール工程に大別される OパI
この他にガラス基板上に R(赤) G(緑) B(青)と B M (ブラック・マトリックス)のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ工程があるが、これを内袈せずにカラーフィルタメーカーから購入する場合もある。
液晶パネルに使用されるマザーガラスの大きさは第O世代といういい方で表し、コストダウンを図‑
4 マザーガラスの推移出目的として関叫に示すように年々大型化してきている。近年の第 10世代では 3mを超えるガラスであり、しかも厚さが0，7mmと薄いため、取り扱いには縮心の注意が必要で、ある O

4. 液晶スペーサ
液品スベーサは 2枚の基根の間掃を一定に保ち、そこに注入される液品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。このスベーサ粒子には写真‑
1に示すような球形の樹脂スベーサが多く用

Vo.
l4.No.3(2012)(269)

写真 1 液品スベーサ

47

いられ、液晶層の厚さに応じて種々の粒認が販売

パネルメーカーに収めている液品スベーサ散布シされているが、一般的には 3~5μm のものが用いステムである。上流の基板洗浄工程からコロ搬送られている

その粒子径は非常によくそろっておされてきた TFTガラス基板を受け取り、イオナり、粒度調整は湿式分級によって行われている。

イザーまたは軟 Xi
控除電器で i京電し、基板上のスベーサには、その機能によっていろいろな種類パーテイクルを除去しやすくした後、基板クリーのものがあるが、いずれも数千円 g と非常に高ナでパーティクルを除去する。クリーナを通過し価な粉体である Oたガラス基板は、基板搬送ロボ、ツトで散布チャンG

スベーサはギャップコントロール粒子として重パ内に挿入され、スベーサを付着させる

Oスペー

要な役割を担っているが、一方では液品の電気光サが散布された基板は散布チャンパからロボット学的な機能を阻害する異物でもあり、なるべく少で取り出し、スベーサ検査装置に移動させ、スペーない数で安定したギャッブが維持できるようにしサの散布密度測定を行う。測定後、散布基板は次なければならない。そのためスベーサの散布に関の工在へ搬送されるO

つの条件が要求されるへしては次の 35‑
2 除電器

一次粒子に分散していること

液晶ディスプレイの製造工翠において静電気は李基板内で分散密度が一定であること
ミむ基板間の平均分散密度が一定であること

トランジスタの破壊やパーティクルの付着を引きヨ〉の条件は、スベーサが凝集しているとその部分起こす原lZSlとなるため除電器が各工程において多のギャップが大きくなってしまうことや、数十幅く使われている集まったような凝集体では一画素を覆い賭してし基板の表面電泣分布がスベーサの均一散布に大き拐を生じやすいという理まうこともあり、表示欠 j

く影響するため、散布前の除電は充分に行う必要由からである。
事については、基板内で分散密度に差があると液がある
イオナイザー(写真 ‑2) は放電針と呼ばれる晶層の厚さが不均一になり、表示の色むらが生じ針の先に数 kVの高電圧を印加し、コロナ放電をてしまうためである C 通常、分散密度は、発生させて空気をイオン化し、発生させたプラスO

また、スベーサ散布においては、

C

11I
12あたり 100~200悟がー殻的で、密度のバラツキはとご 10%以内が目標になっている O者)
t立法品ディスプレイを連続製造するときに重要であり、基板毎に散布密度が異なると、基板毎で液晶層の厚さが異なってしまい、製品品質に大きく影響するからである

O

5臨液晶スペーサ散寄システム
5寸

散布システム国‑
5は日清エンジニアリング(梼が多くの液品

写真‑
2 イオナイザー

λ""ヲそくよ 1;
1;
郎，~17~ ::r斗之氏[fl1図‑5 111U
fljスベーサ故;{IJシステム(日清エンジニアリング)

48(270)

給体技術

u
̲[L̲uとマイナスのイオンを気流によって帯電物へ吹き付けることで静電気を中和させる O
軟 X線除電器(写真田 3) は軟 X線の照射エネ￨徐電器

ルギーにより帯電物閥辺の雰囲気をイオン化させ、静電気を中和させるO

イオナイザーに比べ照射範囲が広く、気流は不要で発じんもないため、最近はよく採用されている。

骨四四四一遂行方向

留信基板クリーナの原理

このタイプの基板ク 1)ーナは歩留り向上のため、いわゆるゴミ取り装霞として他の工程でも多く使われているO

5‑
4 ガうス基薮讃送ロボット

写真 ‑
3ji!
iz
X線除電器

液晶パネル製造工程の中で装置として多く使用されているのがガラス基板搬送ロボ、ット(写真ω5)5‑
3 基披クリーナ4) はガラス表題に付差基板クリーナ(写真 ‑であるO

清浄度はおOクラス 4(FED規格ではクしているパーテイクルを吹き飛ばしながら吸引す0) に対応している。通常、ガラス基板はテーラス 1る大きな掃除機である。原理は国 ‑6に示すようブルからの多数のピン(特殊樹脂製の丸棒)によっに高圧ブロワからの清浄空気をクリーナヘッドのて持ち上げ、その際関にフォーク状のロボットハ

狭いスリットからガラス基板に吹きつけてパーティンドが挿入し、ハンドに吸着して移送する

クルを除去し、スリットの前後に関口した広めの基板になるとハンドは軽量化のためにカーボンファイパで、製作されている。

スリットから吸引する空気循環式クリーナである

OO

大型除去されたパーティクルはブロワの排気側に設置されたヘパフィルタで捕集されるO

高庄タイプのブロワを使用する場合は、排気側空気温度が上昇ーするため冷却器を用いる場合がある

O

ガラス基板とクリーナヘッドの隙聞は 1~2mm で諦整されており、ガラス基板は吸着テーブルに吸若されて通50mm!secでクリーナヘッドの下を移動する O
常1

写真る

ガラス基板搬送ロボット(ダブルハンドタイプ)

5‑5 液晶スペーサ散布装置
液晶スベーサ散布装霞は歯ー7に示すようにスベーサを鍛量定量供給するフィーダユニット、スベーサを一次粒子に分散する細管、スベーサを均一にガラス基板上に散布するノズルユニット、ガラス基板を吸着して悶定する散布テーブル、スベーサが外部に撮れないようにした密閉容器の散布チャ
写真4Vo.
l4.No.3 (2012)

基板クリーナンパ、ガラス基板を出し入れする基板搬送ロボッ49

ノズ、ノレユニット

散布チャンパへパフィルタ

おlJi音

除電器

芸妓搬送ロ*'ット

散布テーブルフィーダユニット

陸子液晶スベーサ散布袋寵トから構成されている

うにガスとともに基板上にスベーサを吹き付けるOO

フィーダ(写真 ‑6) 内に投入されたスベーサは、ノズルから出たスベーサは細管内で分散と時時ロールと呼ばれる金属円筒の側面に彫られた細いに縮管内壁との摩擦によって帯電しているため、講に充填されるフィーダは密閉構造になってい散布チャンパ内空間で、再凝集することなくテーブるため、外部より供給される窒素ガスによってスル上に霞かれた基板に向かつて吹き付けられる O

ベーサは講から飛散し、ガスとともに細管内に移スベーサは帯電しているため、静電気力で基板に動する。スベーサの飛散量(散布量)はロールの付着し、すぐには放電しないのでスベーサ同士が問転数と回転時間(散布持関)でコントロールす反発し合い、再凝集することなく分散して付着する G

るOC

フィーダ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、散布密茂の5‑6 散布密度検査装罷均一性に大きく影響する。

スベーサが散布された TFTガラス基板は CCD

縮管内に供給されたスベーサは高速気流によっカメラ(写真ω7) によって説定規野 lmm2に存在て細管内を移動し、細管内壁と接触したりベンド回数を写真喝のように二億化処するスペーサの f部で構突したりして分散しながら散布ノズル部に理(スベーサは白、それ以外は黒)して計概し、到達する。綿管の途中にはスベーサ濃度計があり、2lmmあたりの密度計測を行う o CCDカメラは基板サイズによって設置台数が異なるが、通営はここで細管内を移動するスベーサの濃度を監視し、ノズル部では散布ノズルをジグザグに動かし、100mm間踊で置かれ、基板を断続的に動かし、.1秒間で ilW定する。基板上の数百静止している O箇所をサンプリングして昔話定し、平均龍、最大値、ちょうどペンキをスプレーガンで塗るのと同じよ最小値、変動係数を表示するとともに、各データ

写真 ‑6 スベーサ・フィー夕、(磁品名:ディスパミュ ‑R)

写真 ‑7 故布密度検交装置

フィーダ異常やスベーサ不足の警報を出すようになっている

50C(272)

粉体技術引用文献1) 2010液晶関連市場の現状と将来展望"富士キメラ総研 (2010)

2) 沼上幹: 液晶ディスプレイの技帯革新史"、 i
ヨ桃喜:房(1999)3) カラー主主品ディスプレイにおける{迂コストイと.f!正欠i
指化・歩習り向上技街..、技術情報協会(1992)
4) 大田勲夫監修: 液晶パネル製造プロセス技街"、
93)
トリケプス(19夜品5) 津田朋之、水谷友範、松木幹夫: 最新鋭 i
クリ一ン ルj レ一ムシステムとコンポ一ネント
写真 8 スベーサの散布密度

士時i
待報
、 8
邸3(2お)は(2旧010ω)Computerは工場内のネットワークを介して C1M (6) 村田博、石戸克典、有賀伸哉:

スペーサ散布1ntegratedManufacturing) システムに接続され、

装霞"、 2006LCD工場・装置・設備、電子ジャーシステム内のデータベースに蓄積される O 測 定 がナル、 p.2
37‑240(2005)

終了した基板は、スベーサ表面を熱で溶かしてガラス基板にスペーサを悶着させるべーキング工程

むりたひろLに搬送される O 以上で液品スベーサ散布工程は終村国博
EIi，f'
エンジニアリング伶

了となる。

常務取締役

6. おわりに

TEL:03‑3660‑308
事 FAX:0
3…3660‑3098ail:muratah@maiLni.net
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jpEm

技術科・翌日部長〒350‑1li
5 在京郊 '1'炎[
主 1本橋ノj、総目Tl4‑]

司

現在、液晶スベーサの散布技術は、少量多品種の小型液晶パネルには用いられているが、液晶テレビのような大型のパネルには使われていない。
フォトリソグラフイ技術が進歩し、カラーフィルタ工程で柱状スベーサを形成できるようになったため、大型で大量生産するパネルにはスベーサ付きのカラーフィルタを用いている O
冒頭にも述べたように、液晶ディスプレイの製造という側面では、海外企業の積極的な投資によって臼本の影が薄くなりつつあるが、製造装置や材料は未だに日本の重要な輸出品となっている O しかし、韓国、台湾、中国は国策として装霞や材料の国産化を着々と進めており、油所できない状況である O 技術はいつかは追いつかれ、そのスピードは速くなってきている C 液晶ディスプレイの製造技指は日本のお家芸であり、これを他国に持っていかれないよう、我々技術監はさらなる技街の改良と新技術の開発に注力しなければならない。

Vo.
l4.No.3 (2012)(273)

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