JPH10104638A

JPH10104638A - スペーサ散布方法

Info

Publication number: JPH10104638A
Application number: JP25964096A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Hirano; 貴一平野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】アクティブマトリクス型液晶表示装置におい
て、スペーサの分布状況により基板間隔が不均一になっ
たり、画素内にスペーサが紛れ込んで画素内のスペーサ
周辺の光の開閉が乱れたりすることを抑制すること。【解決手段】液晶表示装置の一方の基板３を容器４内
に溜められた第四アンモニウム塩を含む溶液５中に浸し
て、同じく溶液５中に浸された白金製の電極７との間に
電圧を印加して、溶液５中に分散されたスペーサ２を、
基板３上に形成された映像線６上に電気泳動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶表示装
置の基板間にスペーサを配置する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、一対の基板の間隔が数
μｍ程度にも拘らず、基板の縦横の寸法が数ｃｍ以上
と、基板の間隔に比べて基板の表示寸法が極めて大き
い。通常、液晶を封入するために樹脂製のシールを基板
の周辺に設けるが、前述の構成により、基板周囲のシー
ルだけでは、基板の中央が基板重量によって撓み、液晶
表示装置に好ましくない干渉縞が引き起こされる。

【０００３】そのため、配向膜が形成されている基板上
に基板の間隔を保つために基板の変形に抗するスペーサ
を散布することが必要となる。図５は、配向膜が形成さ
れている、液晶表示装置の一方の基板上にスペーサを散
布する従来の散布装置の断面図である。図５に示すよう
に、噴出口１から噴出されたスペーサ２は、重力に従っ
て下方にある基板３の方向に沈降していく。

【０００４】しかし、この方法ではスペーサの散布密度
にむらが出来やすく、均一に散布することは困難であっ
た。そこで、改良された散布方法として、降下時にスペ
ーサを溶液中に分散させて霧状にして散布する方法や、
電荷を与えて互いに集中することを回避する方法などが
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の技術では、スペーサを散布する基板の各部と沈降して
くるスペーサとの極性が同極性の場合、斥力が働き、異
極性の場合、引力が働くため、基板の各部がどのような
帯電状況になっているのかによってスペーサの密度が変
わったり、また、溶液中で分散させたスペーサが溶媒の
蒸発に伴って空気中で再度集まってしまうなどの問題が
あり、均一に分散させてスペーサ散布を行うことは困難
であった。

【０００６】また、液晶表示パネルの全面にスペーサを
散布するため、画素の中にもスペーサが入り光抜けや液
晶の配向不良及びトランジスタの損傷を発生させ、表示
品位の向上を疎外する要因となっていた。本発明は、ス
ペーサ散布を均一にしかも再現性良く行うことであり、
パネルの必要な部分にのみ散布を行い、高品位な、ＬＣ
Ｄ（液晶表示装置）、ＤＭＤ、ＦＥＤ（フィールドエミ
ッション表示装置）等の一対の基板から成るパネルを製
造する技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のスペーサ散布方
法は、電気泳動法により基板にスペーサを付着させるこ
とを特徴とする。また、本発明のスペーサ散布方法は、
電極と、電極と対向する基板上に形成されている配線
と、電極と配線との間の媒体中に浮遊するスペーサとを
備え、電極と配線との間に電界を形成することにより、
電極と配線との間の媒体中に浮遊するスペーサを基板の
配線上に付着させることを特徴とする。

【０００８】また、本発明のスペーサ散布方法は、媒体
が液体または気体であることを特徴とする。また、本発
明のスペーサ散布方法は、基板が配線上に配向膜を有す
る液晶表示装置の基板であることを特徴とする。即ち、
本発明のスペーサ散布方法は、電磁気力により、帯電し
たスペーサを、基板の特定部分に配置された、スペーサ
と逆極性の配線に吸引させて、基板上に選択的に固定す
る。

【０００９】また、液体に比べて粘度がより低い気体を
媒体に用いるか、あるいは、より密度の低いスペーサを
使うことでより早くスペーサを基板に付着させる。それ
から、液晶表示装置の配線の配向膜上だけにスペーサを
付着させるので、画素にスペーサが付着することが無
く、液晶表示装置の一対の基板間の間隔精度及び表示品
位が高まる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）本発明の第１実施形態を図１及び図２
に基づいて説明する。図１は第１実施形態における基板
上のスペーサ分布を示す斜視図である。図１で示される
ように、基板上のＴＦＴは、まず、動作層として、透明
なガラス製の基板３上に多結晶製の半導体層８を有して
いる。

【００１１】また、半導体層８の表面は、ＲＣＡ洗浄し
た後、加熱したＨ₂Ｏ₂を用いて作製されたケミカル酸化
膜とＯ₂とＡｒとの混合気体中で４５０℃のイオンアシ
スト低温酸化して作製された酸化膜９とが覆っている。
さらに、半導体層８の表面の酸化膜９を隔てて、多結晶
半導体製のゲート１０と、ＷＳｉｘ製またはＴａＳｉ₂
製のゲート電極１１とが酸化膜９上に積層されている。

【００１２】主として基板３上に、絶縁膜Ａ１２が、半
導体層８が有る場所と無い場所での段差を少なくするた
めに形成されている。また、ゲート電極１１と映像線６
とを立体交差させるために、絶縁膜Ｂ１３が絶縁膜Ａ１
２上に堆積されている。半導体層８上の酸化膜９が一部
除去されることにより、Ａｌ製の映像線６と半導体膜８
とが、また、ＩＴＯ製の表示電極１４と半導体膜８とが
電気接触している。

【００１３】このようなＴＦＴ構造の表面をラビング処
理されたポリイミド製の配向膜１５が覆っている。次に
同図に示すように、スペーサ２は、厚い映像線６の上方
の配向膜１５上だけに付着している。特徴的なことは、
外部電位が印加される、映像線６上方の配向膜１５上だ
けに異極性に基づく引力により、ほぼ球状のスペーサ２
が固定されることである。

【００１４】図２は第１実施形態におけるスペーサ散布
装置の斜視図である。図２に示すように、電極７と映像
線６との間に電界を形成することにより、溶液５に分散
している負極性のスペーサ２を基板上の正極性の映像線
６上に付着させる。そして、容器４中にアルカリ金属に
よる汚染を抑制しながら溶液の比抵抗を下げるため、蒸
留水またはエチルアルコール＋酢酸ブチル（体積比１：
２）に第四アンモニウム塩（Ｒ₄ＮＸ、但しＲはアルキ
ル基、Ｘはハロゲン）を溶解させた溶液５に比重３．０
７のアルミナまたは２．２０のシリカ製のスペーサ２を
分散させる。

【００１５】このとき、溶液に超音波を外部から加える
とスペーサが溶液中に均一に分散するようになる。媒体
が液体の時、気体より密度が高いため、スペーサに働く
浮力が大きく、スペーサが重力に抗して浮遊する時間が
気体の時に比べて長くなる。さらに、媒体が水の場合、
フロンやアルコールに比べて、溶質により溶液の抵抗が
下がりやすく、ＩＲドロップが小さく、スペーサに電界
が印加しやすい。

【００１６】次に、表面にポリイミド製の配向膜、ま
た、その下にＡｌ製の映像線６が形成された、液晶表示
装置のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）側のガラス製の基板
３と、基板３に対向する面積の大きな白金製の電極７と
を容器４中の溶液５に浸す。このとき、基板表面に重力
によって溶液内のスペーサが沈降しないように、映像線
６が形成されている基板３の面を鉛直又は付着面が下と
なるように角度を付けることが望ましい。

【００１７】続いて、基板３上の映像線６に正極性、映
像線と対向する電極７に負極性の電圧を印加して、溶液
５中のスペーサ２の内、負極性に帯電したものを電気泳
動により一定時間、映像線６上の配向膜に付着させる。
この時の電流値により単位時間に付着するスペーサの量
は決定されるため、再現性の良い処理を行うには定電流
源を用いることが好ましい。

【００１８】さらに、電気泳動のための電圧を切った
後、ガラス製の基板の両面に、第四アンモニウム塩は有
ってもスペーサの無い洗浄液を流下しながら、基板３を
溶液５から取り出す。そして、基板上に埃が降下してこ
ない雰囲気中で溶媒である水を蒸発させる。以上の処理
により、液晶表示パネルの一方の基板上の限られた占有
面積に位置する必要な部分のみに溶液中からスペーサを
付着させることができる。

【００１９】（第２実施形態）本発明の第２実施形態を
図３及び図４に基づいて説明する。図３は第２実施形態
における２周波励起プラズマプロセス装置を用いたスペ
ーサ散布装置の断面図である。図３に示すように、２周
波励起プラズマプロセス装置は、金属製の装置壁２２で
囲まれており、左側の装置壁２２からＡｒガスと正極性
の電圧供給を受け、右側の装置壁２２に分子ポンプに接
続された排気口と負極性の電圧供給源とを備えている。

【００２０】また、上側の装置壁２２から周波数ｆ１の
電力Ａ２３を受けて、装置内にプラズマを発生させるよ
うにしている。さらに、下側の装置壁２２から周波数ｆ
２の電力Ｂ２４を受けて、プラズマ電位を調整するよう
にしている。そして、上下の電力に接続されているロー
パスフィルター、ＬＰＦ２５は、電力の交流成分を除い
て直流成分にするものである。

【００２１】それから、ＬＰＦ２５に接続されているバ
イアス２６は、各電極に直流成分をもたらす回路であ
る。前述した、電力Ａ２３は、上側の装置壁２２から装
置壁と絶縁された状態で装置内の励起電極１６に接続さ
れている。また、電力Ｂ２４は、下側の装置壁２２から
装置壁と絶縁された状態で装置内の基板電極１７へ接続
されている。

【００２２】上下の励起電極１６と基板電極１７に、共
にＬＣ直列共振を用いたバンドパスフィルタ２７が取り
付けられている。装置壁の形状や各電力の配線によって
生じる電力の位相成分は、バンドパスフィルタ２７によ
り調整される。先に述べた左側の装置壁２２から減圧さ
れた装置内に導入されたＡｒガスは、装置内を左から右
側に移動していく。

【００２３】そして、装置の左側のガス導入口からＡｒ
ガスを装置内が数ｍＴｏｒｒになるように供給した後、
励起電極１６にｆ１を供給すると装置内にプラズマが発
生する。ここで、媒体が減圧された気体の場合、常圧の
気体に比べて、粘度が低く、スペーサを加速しやすい。

【００２４】尚、励起電極１６及び基板電極１７はセラ
ミック２８により絶縁された状態で支持されている。一
般に、プラズマが電子とイオンの２種類の粒子で構成さ
れると考えた場合、質量の大きさからイオンがプラズマ
中央に滞留しやすく、逆に電子がプラズマ周辺に散逸し
やすい。

【００２５】従って、プラズマの内部の電位、即ち、プ
ラズマ電位Ｖｐはプラズマの周辺に比べて正の電位に成
り易い。基板電極に正の電位が、与えられるとプラズマ
の周囲の電子はより基板電極に流れ込み易くなる。する
と、プラズマは中性であるという条件から、または内部
のプラズマの電子が少なくなるので、プラズマ電位Ｖｐ
はより正の電位へ持ち上げられる。

【００２６】周波数ｆ２で変動する基板電極の直流電圧
（平均電圧）は、自己バイアス電圧Ｖｄｃと呼ばれる
が、実験的にｆ２の振幅が凡そ｜Ｖｄｃ｜＋２Ｖｐとな
ることが分かっている。イオンの加速電圧が｜Ｖｄｃ｜
＋Ｖｐとなることから、基板電極１７に加えられるｆ２
の振幅を大きくすると、イオンの運動エネルギーが大き
くなり、基板電極によりイオンの速さを調整することが
できる。

【００２７】そのため、励起電極１６に、基板電極１７
との間の空間に高密度プラズマを発生させる周波数ｆ１
の電力Ａ２３が、また、基板電極１７に、自己バイアス
を制御させる周波数ｆ２の電力Ｂ２４が与えられてい
る。上下の電極間に生じたプラズマにスペーサの導入口
１８から気体と共にスペーサを導入する。

【００２８】また、余分なスペーサは、導入口の右側に
位置するスペーサの排出口１９より装置外に除去する。
平行コンデンサのように配置された、励起電極１６と基
板電極１７とで形成される空間の左側に基板３が、ま
た、空間の右側に電極７が設置されている。この時、プ
ラズマの性質からプラズマの周囲に位置する基板の周り
のスペーサは負に帯電する。

【００２９】上下の励起電極１６と基板電極１７に、共
にＬＣ直列共振を用いたバンドパスフィルタ２７が取り
付けられている。バンドパスフィルタのＬ、Ｃは、互い
に上下の高周波電圧に対してインピーダンスが小さくな
るように設定される。励起電極１６の上に配置されてい
る磁石２９は、励起電極１６の面に対して平行に直流磁
場を印加して、イオン化効率を向上させるものである。

【００３０】装置の右側のガス排出口に接続されている
分子ポンプは、左から右に移動する気体の分子に直角な
方向に運動量を与えて、その方向に配置してある補助ポ
ンプ側に気体を除去するポンプである。先に述べたよう
に、プラズマの周囲のスペーサは電子との衝突により負
に帯電しやすい。

【００３１】このような装置内で、図３に示すように、
数十ｍＴｏｒｒ程度に減圧された雰囲気中で励起電極１
６と基板電極１７との間で発生させたプラズマにより負
に帯電したスペーサ２を負極性の電極７と基板２上の正
極性の映像線との間で加速する。気体を用いる第２実施
形態は液体を用いる第１実施形態より基板へのスペーサ
の付着速度を大きくすることが可能である。

【００３２】例えば、スペーサの半径ｒ＝３×１０
^-6ｍ、アルミナのスペーサの密度ρ＝３．９７×１０³
ｋｇ／ｍ³、電極と映像線との電極間距離ｄ＝１×１０
^-2ｍ、電極と映像線との電圧差Ｖ＝１×１０²Ｖ、帯電
したスペーサの電荷数ｎ＝１、電子の電気量ｅ＝１．６
０２２×１０^-19Ｃ、２０℃の常圧下における水の粘性
率ηＷ＝１．００２×１０^-3Ｎｓｍ^-2、２０℃の常圧下
におけるアルゴンの粘性率ηＡ＝２．２１５×１０^-5Ｎ
ｓｍ^-2とすると、電場Ｅ＝Ｖ／ｄ＝１×１０²／１×１
０^-2＝１×１０⁴Ｖ／ｍとなり粘度ηの粘性流によって
生じる摩擦力は、半径ｒの巨視的な球についてＳｔｏｋ
ｅｓによって、摩擦力＝６πｒηｖ（但し、ｖはスペー
サの移動速度）となる。

【００３３】また、電場によって印加される電磁気力
は、電磁気力＝ｎｅＥとなる。電磁気力と摩擦力とが一
致するとスペーサは停止し、各媒体中での最低速度ｖ０
となると考えられる。上記の値を代入すると、第１実施
形態の水溶液中での最低速度ｖ０Ｗはｖ０Ｗ＝２．７７
２×１０^-8ｍｓ^-1、第２実施形態のアルゴン気体中での
最低速度ｖ０Ａはｖ０Ａ＝１．２７９×１０^-6ｍｓ
^-1と、アルゴン中の方が水溶液中に比べて最低速度が２
桁も大きくなる。

【００３４】従って、最高速度ｖＭと考えられる、ｍ
（ｖＭ）²／２＝ｎｅＶから求められるｖＭ＝８．４５
×１０^-3ｍｓ^-1と最低速度ｖ０との平均値から気体を用
いる第２実施形態の方がよりスペーサの付着速度が大き
くなる。ここで、第２実施形態は減圧しているから、常
圧より粘度が低くなるのでさらに最低速度が大きくな
り、高速にスペーサを付着させることができる。

【００３５】材料として密度２．２０×１０³ｋｇ／ｍ³
非晶質のシリカを用いた場合、最高速度ｖＭ（シリカ）
＝１．１３×１０^-2ｍｓ^-1となり、密度３．９７×１０
³ｋｇ／ｍ³のアルミナの最高速度ｖＭ（アルミナ）＝
８．４５×１０^-3ｍｓ^-1より大きくなり、一対の基板の
間隔が変わらなければ密度の小さいスペーサを用いた方
がスループットが向上する。

【００３６】このことは、一般に無機酸化物のスペーサ
より比重が小さい有機高分子のスペーサの方がより迅速
に基板上にスペーサを散布できることを意味する。例え
ば、ベンゾグアミン・メラミン・ホルムアルデヒド縮合
体、スチレン・ジビニルベンゼン共重合体、スチレン系
重合体などのポリマー製スペーサの密度は１．２×１０
³ｋｇ／ｍ³なのでアルミナまたはシリカと比較して有機
高分子のスペーサは、速く基板に付着する。

【００３７】図４は第２実施形態のスペーサ散布方法の
工程図である。図４ａに示すように、上の励起電極１６
に周波数１００ＭＨｚ、電力１００Ｗの高周波電圧、下
の基板電極１７にアースを接続し、Ａｒガス圧力７ｍＴ
ｏｒｒ下で、電極間にプラズマ２０を発生させる。次
に、図４ｂに示すように、導入口１８からスペーサをプ
ラズマ２０中に導入して帯電させ、余分なスペーサを排
出口１９から排出する。

【００３８】続いて、図４ｃに示すように、プラズマに
よる半導体装置へのダメージを避けるため、電極間の印
加電圧を無くして、帯電したスペーサからなる煙２１を
作る。常温で装置内の気圧を数Ｔｏｒｒ以下にすると水
分は水蒸気となってほとんど排気されてしまうので、加
速中に水分により装置壁を伝わって静電気が失われるこ
とは無い。

【００３９】さらに、図４ｄに示すように、上下の電極
間の隙間に左側から映像線の有る基板３と、右側から電
極７とをそれらの面が重力方向に平行になるように挿入
する。あるいは、上下の励起電極と基板電極の左右にア
ース基板を配置しておき、アース板を前後にスライドさ
せることによって、あらかじめアース板の裏面に配置し
ていた基板と電極とを露出させても良い。

【００４０】その後、図４ｅに示すように、左に位置す
る基板３に正極性、右に位置する電極７に負極性を印加
して、負極性に帯電したスペーサ２を基板上の特定の位
置に有る映像線上の配向膜に衝突させる。以上の処理に
より、液晶表示パネルの一方の基板上の必要な部分のみ
に気体中からスペーサを付着させることができる。

【００４１】尚、本実施形態で用いた平行平板型２周波
励起プラズマ装置は、同一設計の装置でスパッタリング
技術を含むすべての半導体プロセスを実現でき、各種の
装置を一体化しやすく装置の占有面積を小さくすること
ができる。また、アクティブマトリクス型液晶表示装置
だけに本発明は限定されず、金属ＣｒなどのＢＭ（ブラ
ックマトリクス）をＩＴＯ上、即ち、より液晶側に近い
側に形成した単純マトリクス型液晶表示装置でも実施す
ることができる。

【００４２】また、本実施形態では、液晶表示パネルを
例に説明したが、その他、電界の強弱により、反射率が
変わるＤＭＤや輝度が変わるＦＥＤに適用しても良いこ
とは言うまでもない。さらに、基板に付着したスペーサ
を加熱または溶融して一対の基板の間隔制御と単位セル
の封着に役立てても良い。

【００４３】

【発明の効果】このように、電気泳動法により基板にス
ペーサを固定する本発明のスペーサ散布方法によれば、
再現性の良い、また、選択的なスペーサ散布が可能であ
る。また、散布に必要なスペーサも必要量のみで良くな
るため、経済性も従来より優れたものとなる。

【００４４】さらに、スペーサを配線だけに散布できる
から、従来に比較して散布密度を向上させることが可能
となり、さらに、例えば、液晶表示パネルのギャップ
（間隔）精度を１枚のパネルの面内及び複数のパネル間
で均一にすることができる。そして、媒体が液体である
ので気体に比べて、浮力の違いによりスペーサの浮遊時
間が長くなり、散布可能時間が長くできる。

【００４５】あるいは、媒体が気体であるから液体と比
較して粘度が小さく、スペーサが簡単に加速され、高速
に散布できる。また、基板が配線上に配向膜を有する液
晶表示装置の基板であるから、表示電極にスペーサが固
定される場合に生じる液晶の表示不良を招くことが無
く、液晶表示装置の高品位化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスペーサ散布方法により固定されたス
ペーサの分布斜視図である。

【図２】本発明の液体中でスペーサを加速するスペーサ
散布装置の斜視図である。

【図３】本発明の気体中でスペーサを加速するスペーサ
散布装置の断面図である。

【図４】本発明の気体中でスペーサを散布するスペーサ
散布方法の断面工程図である。

【図５】従来の気体中でスペーサを散布するスペーサ散
布装置の断面図である。

【符号の説明】

１噴出口２スペーサ３基板４容器５溶液６映像線７電極８半導体層９酸化膜１０ゲート１１ゲート電極１２絶縁膜Ａ１３絶縁膜Ｂ１４表示電極１５配向膜１６励起電極１７基板電極１８導入口１９排出口２０プラズマ２１煙２２装置壁２３電力Ａ２４電力Ｂ２５ＬＰＦ２６バイアス２７バンドパスフィルタ２８セラミック２９磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気泳動法により基板にスペーサを付着
させることを特徴とするスペーサ散布方法。
【請求項２】電極と、電極と対向する基板上に形成さ
れている配線と、電極と配線との間の媒体中に浮遊する
スペーサとを備え、電極と配線との間に電界を形成することにより、電極と
配線との間の媒体中に浮遊するスペーサを基板の配線上
に付着させることを特徴とするスペーサ散布方法。
【請求項３】前記媒体が液体または気体であることを
特徴とする請求項２に記載のスペーサ散布方法。
【請求項４】前記基板が配線上に配向膜を有する液晶
表示装置の基板であることを特徴とする請求項２または
請求項３に記載のスペーサ散布方法。