JP2003107480A

JP2003107480A - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003107480A
Application number: JP2001303414A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Furuya; 裕明降矢
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP4625601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配向膜を形成するための仮焼成を、少ないガス
使用量で乾燥ムラを生ずることなく短時間で実施可能な
液晶表示装置の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の液晶表示装置の製造方法は、基板
上に樹脂と溶媒とを含有した塗工液を塗布することによ
り塗膜を形成する工程と、前記塗膜を仮焼成して前記塗
膜から前記溶媒を揮発させる工程と、前記仮焼成後に前
記塗膜を本焼成して前記塗膜中の樹脂を硬化させる工程
と、前記本焼成後に前記塗膜に配向処理を施して配向膜
を得る工程とを含み、前記仮焼成は、前記基板６をトン
ネル型仮焼成炉２１内に配置し且つ前記トンネル型仮焼
成炉２１の互いに対向した第１開口から第２開口へとガ
スを流すことにより前記塗膜の上方に前記塗膜の表面に
沿って一方向に流れるガス流を形成しつつ前記基板６を
加熱することを含んだことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置の製
造方法に係り、特には配向膜を備えた液晶表示装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの液晶表示装置では配向膜が使用さ
れている。この配向膜は、一般に、ガラス基板上にポリ
イミドと溶媒とを含有した塗工液を塗布し、仮焼成を行
って塗膜から溶媒を揮発させ、続いて、塗膜を本焼成し
て樹脂を硬化させ、さらに、硬化した塗膜にラビング処
理を施すことにより形成されている。

【０００３】上記仮焼成には、従来から図３に示すよう
な仮焼成装置が使用されている。この仮焼成装置１２１
は、ホットプレート１２２と、ホットプレート１２２の
両端に設けられた一対の側壁１２３と、ホットプレート
１２２の一端側に配置されたノズル１２４と、ホットプ
レート１２２の他端側からガスを吸引するポンプ（図示
せず）とを有している。なお、図３において、基板１０
６は塗膜が上向きになるようにホットプレート１２２上
に配置されている。また、図中、矢印はガス流を示して
いる。

【０００４】図３に示す装置１２１を用いた仮焼成法で
は、ノズル１２４から塗膜の上方に向けて窒素ガスを噴
射するとともにポンプを用いて塗膜の上方のガスを吸引
しつつ、ホットプレート１２２によって基板１０６を加
熱する。この方法によれば、塗膜から揮発した溶媒は、
窒素ガス流によって塗膜の上方から速やかに除去され、
塗膜に再吸着することがない。そのため、比較的短い時
間で塗膜を乾燥させることが可能である。

【０００５】しかしながら、このような方法では、より
大きなガラス基板を使用した場合に、仮焼成に長時間を
要し、しかも、乾燥ムラを生じ易い。また、乾燥ムラを
防止しつつ短時間で仮焼成を行うには、極めて多量の窒
素ガスを使用しなければならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、配向膜を形成するための
仮焼成を、少ないガス使用量で乾燥ムラを生ずることな
く短時間で実施可能な液晶表示装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板上に樹脂と溶媒とを含有した塗工液
を塗布することにより塗膜を形成する工程と、前記塗膜
を仮焼成して前記塗膜から前記溶媒を揮発させる工程
と、前記仮焼成後に前記塗膜を本焼成して前記塗膜中の
樹脂を硬化させる工程と、前記本焼成後に前記塗膜に配
向処理を施して配向膜を得る工程とを含み、前記仮焼成
は、前記基板をトンネル型仮焼成炉内に配置し且つ前記
トンネル型仮焼成炉の互いに対向した第１開口から第２
開口へとガスを流すことにより前記塗膜の上方に前記塗
膜の表面に沿って一方向に流れるガス流を形成しつつ前
記基板を加熱することを含んだことを特徴とする液晶表
示装置の製造方法を提供する。

【０００８】本発明において、ガス流の風速を１ｍ／秒
以上とすることが好ましい。なお、ここで言う「風速」
は、基板の下流側端部であり且つ基板からの高さが１０
ｃｍ以内の位置で測定される風速を意味する。

【０００９】本発明において、上記不活性ガス流は、例
えば、第１開口側からトンネル型仮焼成炉の内部へ向け
てガスを噴射し且つ第２開口側からトンネル型仮焼成炉
の内部のガスを吸引することにより形成することができ
る。また、上記仮焼成の際に基板の加熱にホットプレー
トを使用してもよい。

【００１０】本発明において、上記樹脂はポリイミドを
含んでいてもよい。また、上記ガスは窒素ガスであって
もよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。なお、各図において
同様の構成部材には同一の参照符号を付し、重複する説
明は省略する。

【００１２】図１は、本発明の一実施形態に係る方法で
製造可能な液晶表示装置を概略的に示す断面図である。
図１に示す液晶表示装置１はＴＮ型のカラー表示可能な
液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板２と
対向基板３とが接着剤１７によって貼り合わされ、それ
ら基板２，３間に液晶層４を挟持した構造を有してい
る。また、この液晶表示装置１は一対の偏光板５で挟持
されており、その背面側には図示しない光源が配置され
ている。

【００１３】図１に示す液晶表示装置１において、アク
ティブマトリクス基板２は、ガラス基板のような透明基
板６を有している。透明基板６の一方の主面上には配線
及びスイッチング素子７が形成されており、その上に、
カラーフィルタ層８及び周縁遮光層９が積層されてい
る。カラーフィルタ層８上には画素電極１０及び柱状ス
ペーサ１１が形成されており、その上に配向膜１２が形
成されている。

【００１４】スイッチング素子７は、例えば、アモルフ
ァスシリコンやポリシリコンを半導体層とした薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴという）である。また、配線
は、透明基板６の一方の主面上で格子状に配列された走
査線及び信号線などで構成されている。スイッチング素
子７は、走査線及び信号線などの配線並びに画素電極１
０と接続されており、それにより、所望の画素電極１０
に対して選択的に電圧を印加することを可能としてい
る。

【００１５】カラーフィルタ層８は、例えば、画素電極
１０に対応して設けられた青色の着色層と緑色の着色層
と赤色の着色層とで構成され得る。これら着色層は、感
光性樹脂とそれぞれの色に対応した着色顔料或いは着色
染料とを含有する混合物を用いて形成することができ
る。

【００１６】画素電極１０は、ＩＴＯのような透明導電
材料で構成されている。画素電極１０は、例えばスパッ
タリング法などにより形成することができる。また、配
向膜１２は、後で詳述するように、ポリイミドやポリビ
ニルアルコールなどの透明樹脂からなる薄膜にラビング
処理等の配向処理を施すことにより形成され得る。

【００１７】柱状スペーサ１１は、感光性樹脂を用いて
形成することができる。柱状スペーサ１１は、好ましく
は、画素電極１０間の領域のように表示に直接的には関
与しない領域に形成される。周縁遮光層１２は、一般に
は額縁と呼ばれ、透明基板６の柱状スペーサ１１を形成
した面の周縁部に形成される。周縁遮光層は、例えば、
カーボン微粒子のような黒色顔料や黒色染料と感光性樹
脂との混合物を用いて形成することができる。

【００１８】対向基板３は、ガラス基板のような透明基
板１３上に共通電極１４及び配向膜１５を順次形成した
構造を有している。これら共通電極１４及び配向膜１５
は、上述した画素電極１０及び配向膜１２と同様の材料
で形成され得る。

【００１９】さて、本実施形態では、配向膜１２，１５
の少なくとも一方を以下に説明する方法により形成す
る。まずは、本実施形態に係る方法に先立ち、本実施形
態に係る方法で利用可能な仮焼成装置について説明す
る。

【００２０】図２は、本発明の一実施形態に係る液晶表
示装置の製造方法で利用可能な仮焼成装置を概略的に示
す斜視図である。図２に示す仮焼成装置２１は、トンネ
ル型仮焼成炉であって、ホットプレート２２と、ホット
プレート２２の上面側に配置されたエアガイド（或い
は、フード）２３と、ホットプレート２２の一端側に配
置されたノズル２４と、ホットプレート２２の他端側か
らガスを吸引するポンプ（図示せず）とを有している。
なお、図中、矢印はガス流を示している。

【００２１】エアガイド２３は、例えば「コ」の字型の
断面形状を有しており、ホットプレート２２とともにト
ンネル状構造を形成している。エアガイド２３は、ノズ
ル２４から噴出されるガスを拡散させることなく基板６
の主面に沿ってほぼ平行な一方向に流す役割を果たして
いる。

【００２２】ノズル２４は、トンネルの一方の開口側か
らトンネル内部に向けてガスを噴射する。ノズル２４
は、例えば、トンネルの幅方向に延在した管状体に複数
の孔を設けた構造を有している。

【００２３】本実施形態では、例えば、図２に示すトン
ネル型仮焼成炉１を用いて配向膜１２，１５の少なくと
も一方を形成する。以下、配向膜１２の形成方法を例に
説明する。

【００２４】まず、配向膜１２の材料である透明樹脂を
有機溶媒のような溶媒中に分散させることにより塗工液
を調製する。この透明樹脂としては、例えば、ポリイミ
ドやポリビニルアルコールなどを用いることができる。
また、有機溶媒としては、γ−ブチルラクトンやｎ−メ
チル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを用いることがで
きる。

【００２５】次に、基板６の画素電極１０などを形成し
た面に上記塗工液を塗布して塗膜を形成する。この塗工
液の塗布には、印刷法などの一般的な塗布方法を利用す
ることができる。

【００２６】次いで、この塗膜の仮焼成を行う。すなわ
ち、図２に示すように基板６をホットプレート２２上に
載置する。なお、基板６のホットプレート２上への載置
は、基板６の塗膜を形成した面が上向きとなるように行
う。この状態で、ノズル２４からガス，例えば窒素ガス
のような不活性ガス，を噴射し且つポンプで吸引しつ
つ、ホットプレート２２により基板６を例えば８０〜１
５０℃程度に加熱する。

【００２７】基板６を加熱すると塗膜から溶媒が揮発
し、この揮発した溶媒は、ノズル２４及びポンプによっ
て形成されたガス流に導かれて塗膜の上部から除去され
る。本実施形態では、上記の通り、ホットプレート２２
の上部空間を覆うようにエアガイド２３を設けており、
それにより、ノズル２４から噴出されるガスを拡散させ
ることなく基板６の主面に沿ってほぼ平行な一方向に流
す整流化を実現している。そのため、ガス流によって揮
発した溶媒を除去する効果が、ノズル２４からの距離に
殆ど依存することなくほぼ一定となる。すなわち、塗膜
の下流側部分を上流側部分と同等の速度で乾燥させるこ
とができる。したがって、本実施形態によると、乾燥ム
ラを生ずることなく短時間（例えば、数十秒程度）で塗
膜を乾燥させることができる。

【００２８】また、本実施形態では、ガス流の拡散がエ
アガイド２３によって防止されるため、ガス流の風速は
上流側と下流側とでほぼ等しい。すなわち、下流側で十
分な風速を得るために上流側の風速を過剰に高める必要
がない。そのため、本実施形態によると、比較的少ない
ガス使用量で上記の効果を得ることができる。

【００２９】以上の仮焼成を終えた後、塗膜を本焼成し
て完全に硬化させる。この本焼成は、例えば、１８０〜
２４０℃程度の温度で行う。さらに、硬化後の塗膜にラ
ビング処理のような配向処理を施すことにより配向膜１
２を得る。

【００３０】以上説明した方法において、仮焼成の際に
トンネル内に形成するガス流の風速は１ｍ／秒以上とす
ることが好ましい。ガス流の風速が過剰に低い場合、ト
ンネルの下流側開口近傍における塗膜の乾燥速度が他の
位置における塗膜の乾燥速度に比べて著しく高くなるこ
とがある。これに対し、ガス流の風速を１ｍ／秒以上と
した場合、そのような乾燥速度のばらつきを防止するこ
とができる。なお、上記風速の上限値に特に制限はない
が、上記風速が過剰に高い場合、より多くのガスを消費
することとなる。したがって、ガス消費量を低減する観
点からは、上記風速は、乾燥速度のばらつきを防止し得
る程度とすることが好ましい。

【００３１】仮焼成に関して上述した効果は、一般に、
トンネル内の空間の高さが低いほど顕著に得られる。例
えば、基板６のトンネル型仮焼成炉２１中への搬入並び
に基板６のトンネル型仮焼成炉２１からの搬出をロボッ
トアームなどを用いてトンネルの一方の開口から行う場
合、内部空間の高さを３０〜４０ｃｍ程度とすれば、仮
焼成に関して上述した効果が顕著に現れるのに加え、基
板の搬入・搬出が容易である。

【００３２】さらに、上記の方法は大きなサイズの基板
（例えば、一辺の長さが２７０ｍｍ以上の基板）上に配
向膜を形成する場合に特に有用である。これは、乾燥速
度のばらつきなどは基板サイズが大きい場合に顕著に現
れるためである。

【００３３】以上説明した実施形態では、トンネル型仮
焼成炉２１での１回の仮焼成につき１枚の基板６を処理
したが、１回の仮焼成工程で複数枚の基板６を処理する
こともできる。この場合、それら基板６は、トンネルの
一方の開口から他方の開口に向けて直列に配置すること
が好ましい。また、上記実施形態では、主として配向膜
１２を形成することについて説明したが、配向膜１５も
同様の方法により形成することができる。さらに、上記
実施形態では、液晶表示装置の製造方法を図１を参照し
ながら説明したが、本実施形態に係る方法は、図１に示
す液晶表示装置１以外の構造を有する液晶表示装置の製
造にも適用可能である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１に示す液晶表示装置１を以下に示す方法により作製し
た。まず、基板６の一方の主面に、スパッタリング法に
よりモリブデンからなる薄膜を形成し、この薄膜をフォ
トリソグラフィー技術を用いてパターニングすることに
よりゲート線を形成した。なお、本実施例では、基板６
として、５５０ｍｍ×６７０ｍｍのガラス基板を使用し
た。次に、ガラス基板６のゲート線を形成した面にゲー
ト絶縁膜として用いられる二酸化珪素からなる絶縁膜を
形成し、この絶縁膜上にＴＦＴの半導体層を形成した。
次に、半導体層の上にＡｌからなる信号線及びソース電
極を形成した。以上のようにして、ガラス基板６上に配
線及びＴＦＴ７を形成した。

【００３５】次に、ガラス基板６のＴＦＴ７等を形成し
た面全体に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アク
リル樹脂レジストをスピナー等を用いて塗布した。この
ようにして形成した塗膜の上方に所定のフォトマスクを
配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に紫外線を
照射した。上述した条件で露光を終えた後、上記塗膜を
現像・焼成を行うことにより赤色の着色層を形成した。

【００３６】続いて、緑色の顔料を分散させた紫外線硬
化型アクリル樹脂レジスト及び青色の顔料を分散させた
紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを用いて、赤色の着
色層に関して説明したのと同様の方法により、緑色の着
色層及び青色の着色層を順次形成した。以上のようにし
て、カラーフィルタ層８を形成した。

【００３７】次に、ガラス基板６のカラーフィルタ層９
を形成した面に、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を
形成した。これをフォトリソグラフィ技術とエッチング
技術とを用いてパターニングすることにより画素電極１
０を得た。なお、これら画素電極１０は、それぞれコン
タクトホールを介してＴＦＴ７のソース電極と接続され
るように形成した。

【００３８】その後、ガラス基板６の画素電極１０を形
成した面の全面に、黒色の紫外線硬化樹脂をスピナーを
用いて塗布した。このようにして形成した塗膜を加熱し
て乾燥させた後、その上方にフォトマスクを配置し、こ
のフォトマスクを介して上記塗膜に紫外線を照射した。
さらに、上記塗膜を現像・焼成することにより、スペー
サ１１及び周縁遮光層１２を形成した。

【００３９】次に、ガラス基板６のスペーサ１１等を形
成した面の全面に、γ−ブチルラクトンとｎ−メチル−
２−ピロリドンとの混合液中にポリイミドを分散させて
なる塗工液を印刷して塗膜を形成した。次いで、基板６
を、その塗膜を形成した面が上向きとなるように、図２
に示すトンネル型仮焼成炉２１のホットプレート２２上
に載置した。この状態で、ノズル２４から窒素ガスを４
０Ｌ／分の流量で噴射し且つポンプで吸引しつつ、ホッ
トプレート２２により基板６を８０〜１５０℃程度に加
熱した。なお、このとき、基板６の上部空間下流側部に
おけるガス流の風速は１ｍ／秒以上であった。以上の加
熱処理を３０秒間継続した後、基板６をトンネル型仮焼
成炉２１から搬出した。続いて、本焼成及びラビング処
理を順次行うことにより配向膜１２を得た。以上のよう
にして、アクティブマトリクス基板２を作製した。

【００４０】次に、別途用意したガラス基板１３の一方
の主面上に、共通電極１４として、スパッタリング法を
用いてＩＴＯ膜を形成した。この共通電極１４上にも、
上述したのと同様の方法により配向膜１５を形成した。
以上のようにして、対向基板３を作製した。

【００４１】次に、アクティブマトリクス基板２と対向
基板３とを、エポキシ系の熱硬化樹脂１７を用いて、そ
れぞれのラビング方向が直交するように貼り合わせるこ
とによりセルを形成した。これを所定の大きさにカット
し、このセル中に液晶材料を通常の方法により注入して
液晶層４を形成した。さらに、注入口を紫外線硬化樹脂
で封止することにより液晶表示装置１を得た。その後、
この液晶表示装置１の両面に、偏光板５を貼り付けるこ
とにより液晶モジュールとした。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、配向
膜を形成するための塗膜の仮焼成にトンネル型仮焼成炉
を利用する。そのため、塗膜の上部におけるガス流を整
流化することができ、したがって、乾燥ムラを生ずるこ
となく比較的少ないガス使用量で及び短時間で塗膜を乾
燥させることができる。すなわち、本発明によると、配
向膜を形成するための仮焼成を、少ないガス使用量で乾
燥ムラを生ずることなく短時間で実施可能な液晶表示装
置の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る方法で製造可能な液
晶表示装置を概略的に示す断面図。

【図２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の製造
方法で利用可能な仮焼成装置を概略的に示す斜視図。

【図３】従来の仮焼成装置を概略的に示す斜視図。

【符号の説明】

１…液晶表示装置２…アクティブマトリクス基板３…対向基板４…液晶層５…偏光板６…透明基板７…スイッチング素子８…カラーフィルタ層９…周縁遮光層１０…画素電極１１…スペーサ１２…配向膜１３…透明基板１４…共通電極１５…配向膜１７…接着剤２１…トンネル型仮焼成炉２２…ホットプレート２３…エアガイド２４…ノズル１０６…基板１２１…仮焼成装置１２２…ホットプレート１２３…側壁１２４…ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 FA10 FA16 FA17 FA19 FA20 FA21 FA24 FA30 MA16 MA18 2H090 HB08Y HC05 HC08 HC15 HC18 HC20 HD14 HD15 MB13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に樹脂と溶媒とを含有した塗工液
を塗布することにより塗膜を形成する工程と、前記塗膜を仮焼成して前記塗膜から前記溶媒を揮発させ
る工程と、前記仮焼成後に前記塗膜を本焼成して前記塗膜中の樹脂
を硬化させる工程と、前記本焼成後に前記塗膜に配向処理を施して配向膜を得
る工程とを含み、前記仮焼成は、前記基板をトンネル型仮焼成炉内に配置
し且つ前記トンネル型仮焼成炉の互いに対向した第１開
口から第２開口へとガスを流すことにより前記塗膜の上
方に前記塗膜の表面に沿って一方向に流れるガス流を形
成しつつ前記基板を加熱することを含んだことを特徴と
する液晶表示装置の製造方法。
【請求項２】前記ガス流の風速を１ｍ／秒以上とする
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造
方法。
【請求項３】前記第１開口側から前記トンネル型仮焼
成炉の内部へ向けて前記ガスを噴射し且つ前記第２開口
側から前記トンネル型仮焼成炉の内部のガスを吸引する
ことにより前記不活性ガス流を形成することを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置の製造
方法。
【請求項４】前記仮焼成の際に前記基板の加熱にホッ
トプレートを使用することを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方
法。
【請求項５】前記樹脂はポリイミドを含んだことを特
徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の
液晶表示装置の製造方法。
【請求項６】前記ガスは窒素ガスであることを特徴と
する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶
表示装置の製造方法。