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液晶の不純物イオン除去装置
および除去方法
富山高等専門学校射水キャンパス 商船学科
教授 栂（とが） 伸司
高知工科大学大学院 基盤工学専攻
教授 辻 知宏
教授 蝶野 成臣
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液晶パネルの現状
大型
50インチ以上
中小型
HD
フルHD（2K）
ハイビジョン
フルハイビジョン
液
晶
有
液
液
機
有
Ｅ
Ｌ
機
晶
4K ウルトラHD
Ｅ
Ｌ
晶
？
有
機
Ｅ
Ｌ
2015
放送開始
8K ウルトラHD
スーパー
ハイビジョン
液
晶
？
2018
放送開始
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液晶ディスプレイの今後
• 有機ＥＬ 各社とも４Ｋの量産を先送り
• 液晶
高詳細・大型パネルの量産のために、
各種技術の高度化が必要
ー 駆動方式の技術開発
(IGZO-TFT、LTPS-TFT など)
ー 液晶素材自体の改善
(不純物イオンの低減など）
本発明の対象
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液晶素材自体の改善
• 液晶パネル不良の一因
– イオン性不純物、特に陽イオン性不純物の混入
• イオン性不純物による不良
– 電圧保持率の低下
– 反応速度の低下
– パネルの焼き付き
• 大型液晶パネルの性能向上
• 製造歩留まり改善
イオン性不純物の効率的な除去が課題
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液晶の不純物除去ー既存技術（１）
• 電場の直接印加による不純物の吸着
+
+
誘電分極
+
電場が浸透しない
+
+
+
+
+
不純物イオン
電極
+
+
液晶
+
+
+
電極
+
– 電極を液晶に接触させ、電極に吸着
電場を
印加
– 極性を持つ液晶では、電場の浸透範囲が限定
– 電極に付着する不純物の回収に難
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液晶の不純物除去ー既存技術（２）
• イオン吸着物質による不純物の吸着
+
不純物イオン
+
+
+
+
+
不純物イオン吸着粒子
ゼオライト
イオン交換樹脂
アルミ ナ
など
+
– イオン交換樹脂などに液晶を吸着
– イオン吸着物質の定期的交換が必要
– イオン吸着物質自体による汚染の可能性
液 晶
液晶を通過させる
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新しい液晶の不純物除去
• 電場とイオン吸着物質のハイブリッド型
– 電場直接印加型に比較し、大容量の処理が可能
– 液晶とイオン吸着物質とを直接接触させず、汚染
を軽減
– 定期的なイオン吸着物質の交換を必要としない、
連続処理を実現可能
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液晶の不純物除去ー原理
電圧印加 電場の効果 → 浸透圧効果に置換
+
+ +
+
++
+ ++ +
+ +
+ + + + ++ +
+
+
+
+
+
電圧制御
++
++
+ +
+
+ ++ + + + + + +
++
+ +
+ + + + ++ +
+
+
++
+ +
+
+ ++ + + + + + +
+
+
+
++
+
+ +
+ +
+ +
+ +++ +
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+ ++ +
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
拡散の抑制
コ②微小イオンの
ロイド
+
枯渇領域
+
↓
+
イイ
オン
交換樹脂
+
オン
の回収
+
+
電離したイオン など
+高分子電解質　+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
電極
+
イオン供給物質
電気的に
（ イオン化）
中性の領域
+
+
枯渇領域
+
③不純物イオンが
フ ィ 枯渇領域へ移動
ルタ ーによ る
+
フィ ルター
①負に帯電した
対イオンの
イオン吸着物質
++
（ イオン調整対象）
液晶中の不純物イオン
（負電圧を
水中でイ オン 化する ）
印加
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液晶の不純物除去ー装置構成
不純物イオン除去装置
液晶原液
フィルター
イオン吸着物質
（コロイド、イオン交換樹脂など）
電極
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液晶の不純物除去ー原理
電圧印加前
液晶原液
イオン供給物質
（イオン化）
フィルター
+
+
+
+
コロイド
イオン交換樹脂
高分子電解質 など
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
電離したイオン
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
（水中でイオン化する物質）
+
+
+
+
電極
電圧制御
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不純物イオン除去装置ー特性計測
不純物イオン除去装置のイオン放出、イオン吸収性能を評価する実験
電極に＋６０Ｖ、ー６０Ｖを交互に印加し、蒸留水中のH+イオンを計測
イオンメーター
METTLER TOLEDO S70
蒸留水
不純物イオン除去装置
イオン吸着物質として
ポリスチレン微粒子（粒径100nm）
を使用
+
H 放出
+
H 吸収
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不純物イオン除去装置ー特性
①電極にパルス状電圧を印加すると
（詳細）
印加電圧に、
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②蒸留水のH+濃度が変化
H+濃度が追従
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※初期処理が必要
（余剰なイオンの除去）
Voltage [V]
100
0
H+ Concentration [ppm]
-100
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2000
2100
2200
2300
2400
2500
Elsped Time [sec]
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不純物イオンの除去方法（１）
比較実験
ITO透明電極を用いた液晶評価基板に、３種類の液晶を封入し、
種々の電圧を印加して、光学特性を評価
不純物を除去した
液晶の評価基板
電圧制御
液晶原液を用いた
液晶の評価基板
不純物を添加した
液晶の評価基板
電圧制御
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不純物イオンの除去結果（１−１）
ITO透明電極への印加電圧→ 0.0[V]
3.5[V]
5.0[V]
不純物
イオン除去
低電圧(3.5[V]での
反応が向上
反応向上
液晶原液
+
Na イオン
添加
反応劣化
低電圧(3.5[V]での
反応が劣化
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不純物イオンの除去結果（１−２）
動特性試験ー立上がり特性
液晶評価基板に
パルス電圧(5V, デューティ比50%, 5Hz)
を印加し、
フォトディテクタにより、透過光を検査
不純物イオン除去後
不純物イオン除去で
立上がり特性が顕著に改善
透
過
量
Na+添加で
立上がり特性が悪化
時間[sec]
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不純物イオンの除去結果（１−３）
動特性試験ー周波数応答特性
試験液晶基板に
パルス電圧（5V, デューティー比50%）
を印加し、
パルス周波数を変えて、
フォトディテクタにより、透過光を検査
不純物イオン除去後
高周波数のパルスに
対しても追従性が向上
透
過
量
パルス周波数[Hz]
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不純物イオンの除去結果（１−４）
• イオンクロマトグラフィによる不純物検査
（参考）
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不純物イオンの除去方法（２）
連続処理
実証装置を試作中
②イオン吸着剤
再生処理
イオン吸着剤から
不純物イオンを
蒸留水へ放出
①液晶不純物
除去処理
液晶から
不純物イオンを吸収
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想定される用途
• 液晶製造工程での、液晶中の不純物除去
• 液晶パネル組み立て工程での、液晶中の不
純物除去
• 液晶不純物の測定機器と組み合わせて、不
純物除去装置としての活用
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実用化に向けた課題
• 連続処理装置の試作と性能評価
• 不純物イオン除去装置による、液晶中の不純物
イオンの変化を定量的に評価
• 最適なイオン吸着物質の選択と、制御電圧の最
適化
• イオン吸着のメカニズムの詳細を明確化
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企業への期待
ハイエンドの液晶テレビ等への適用を見据えて
• 液晶製造メーカーでの採用
• 液晶パネル製造メーカでの採用
• 液晶不純物の測定機器メーカーとの提携で、不純物イオン
除去装置を開発
などを希望しています。
（参考）
不純物イオン除去装置は、種々溶液中のイオンの動的・可逆
的制御にも応用可能
特許公開2014-92257「ER流体の制御方法と制御装置」
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本技術に関する知的財産権
・発明の名称 ： 液晶中の不純物除去方法と装置
・公開番号
: 特開２０１４－１５９０１７
・出願人
: 独立行政法人国立高等専門学校機構
公立大学法人高知工科大学
・発明者
: 富山高等専門学校
教授 栂 伸司
高知工科大学大学院 教授 辻 知宏
教授 蝶野 成臣
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お問い合わせ先
富山高等専門学校 総務課
（産学連携コーディネーター 河原 茂）
ＴＥＬ
ＦＡＸ
e-mail
０７６ － ４９３ － ３５９７
０７６ － ４９３ － ３８５９
ｋｉｋａｋｕ＠ｎｃ−ｔｏｙａｍａ.ａｃ.ｊｐ
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