JP2007193335A - 配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配向膜同士の厚さ差による縞模様むらの形成を防ぐことのできる配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法を提供する。
【解決手段】複数のオリフィスが形成されたオリフィスユニットを備える配向液噴射ユニットと、前記複数のオリフィスを制御するための複数の制御ユニットとを有するインクジェットヘッドを備え、前記複数の制御ユニットのそれぞれは、前記複数のオリフィスのそれぞれに対応し、前記オリフィスのそれぞれは、配向液を吹き付けるための複数の配向液噴射流路と、該配向液噴射流路のそれぞれの端部に穿設された複数の配向液噴射孔とを有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は配向膜の印刷装置及びこれを用いた印刷方法に関し、さらに詳しくは、配向膜の厚さの均一性を保証するための構造を有するインクジェットヘッド付き配向膜の印刷装置及びこれを用いた印刷方法に関する。

液晶表示装置は、マトリックス状に配列された多数の制御用スイッチに印加される画像信号に基づいて光線の透過量が調節されて画面に所望の画像を表示し、カラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）基板との間に液晶を含んで直接的に画像を表示するＬＣＤパネルと、ＬＣＤパネルを駆動するためのＬＣＤ駆動ＩＣと、液晶表示装置の光源として用いられるバックライトユニット、及び液晶表示装置の各構成要素を単一に組み合わせるためのシャーシにより構成されている。

上記の如きＬＣＤパネルを形成するために、先ず、上部基板、すなわち、カラーフィルタ基板と下部基板、すなわち、薄膜トランジスタ基板の上に液晶分子を一定の方向に配列するための配向膜の塗布及びラビング工程を行う。

図１は、従来の技術の一例による配向膜の印刷装置の概略構成図であり、図２は、従来の技術の他の例による配向膜の印刷装置の概略構成図である。
図１に示す配向膜の印刷装置は、ディスペンサー１４１、印刷ローラー１４２、樹脂板１４３、アニロックスローラー１４４、ドクターローラー１４５及びステージ１４６を備え、ステージ１４６の上に基板１４７が載置され、所定の配向膜パターンが形成された樹脂板１４３に塗布した配向液を基板１４７の上に転写する方式、すなわち、フレキソ印刷方式を適用して配向膜が基板１４７の上に印刷される。しかしながら、このような配向膜の印刷装置によれば、配向液のロスが多く、これは、コスト高の原因となる。

図２に示す配向膜の印刷装置は、配向液を基板１６０の上に吹き付けるための少なくとも１つのインクジェットヘッド１５０を備え、インクジェットヘッド１５０は、配向液を吹き付けるための噴射孔付きノズルを介して基板の上に配向液を吹き付けて配向膜１７０を印刷する。

図３は、従来の技術によるインクジェットヘッドの概略構成図であり、図４及び図５は、従来の技術によるインクジェットヘッドを用いた配向膜の印刷方法を説明するための概略図である。
図３を参照すると、インクジェットヘッド１５０は、複数のノズルＮ_１、Ｎ_２、Ｎ_３、Ｎ_４、Ｎ_２ｎ−１、Ｎ_２ｎを備え、これらの複数のノズルは２列に配置される。複数のノズルは所定の間隔ｄを隔てて交互に配置され、ノズルを介して配向液が吹き付けられる。

図４及び図５を参照すると、まず、第１のスキャン時に所定の間隔ｄ（ここでは、７５０μｍ）を隔てて配置されたノズルを介して配向液を吹き付けた後、所定の時間が経過すると、配向液が拡散されて平滑化がなされる。このとき、ノズル同士の間隔が広いため、配向膜同士の厚さ差が生じてしまう。その後、第２のスキャン時にノズルを移動させて、第１のスキャン時に配向液が吹き付けられた中間の部分に配向液を吹き付けた後、所定の時間が経過すると配向液が拡散されて平滑化がなされるが、この場合にも、第１のスキャン時と同じ理由から、配向膜同士の厚さ差が生じてしまう。
その結果、配向膜に縦のスジムラが発生するという問題がある。

そこで、本発明は上記従来の配向膜の印刷装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、配向膜同士の厚さ差による縞模様むらの形成を防ぐことのできる配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による配向膜の印刷装置は、複数のオリフィスが形成されたオリフィスユニットを備える配向液噴射ユニットと、前記複数のオリフィスを制御するための複数の制御ユニットとを有するインクジェットヘッドを備え、前記複数の制御ユニットのそれぞれは、前記複数のオリフィスのそれぞれに対応し、前記オリフィスのそれぞれは、配向液を吹き付けるための複数の配向液噴射流路と、該配向液噴射流路のそれぞれの端部に穿設された複数の配向液噴射孔とを有することを特徴とする。

前記配向液噴射ユニットは、配向液を前記複数のオリフィスに供給するために複数の配向液供給流路が形成されたインク供給ユニットをさらに備えることが好ましい。
前記制御ユニットのそれぞれは、圧電素子を備えることが好ましい。
前記制御ユニットのそれぞれは、前記複数の圧電素子に印加される電圧を調節するための複数の可変抵抗をさらに備えることが好ましい。
前記複数の圧電素子は、前記インク供給ユニットの上に配置され、インク供給ユニットは前記オリフィスユニットの上に配置されることが好ましい。
前記インク供給ユニットは、前記圧電素子の移動経路が設けられた第１の配向液供給部材と、所定のサイズの前記配向液供給流路が形成された第２の配向液供給部材と、所定のサイズの前記配向液供給流路が形成された第３の配向液供給部材とを備えることが好ましい。
前記オリフィスのそれぞれは、前記配向液供給流路に接続される流路をさらに備え、前記複数の配向液噴射流路は、前記流路から分岐されることが好ましい。
前記複数の配向液噴射流路の一部は、直角に折り曲げられてなることが好ましい。
前記複数の配向液噴射流路の一部は、前記配向液の噴射方向に対して所定の角度だけ傾斜して設けられていることが好ましい。
前記複数の配向液噴射孔は、所定の間隔を隔てて形成され、前記所定の間隔は２５０μｍ〜３７５μｍであることが好ましい。
前記複数のオリフィスは、複数列に配置され、オリフィスは各列ごとに相互にずれるように配置されることが好ましい。

上記目的を達成するためになされた本発明による配向膜の印刷方法は、基板を用意する段階と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の配向膜の印刷装置を用いて前記基板の上に配向液を吹き付ける段階と、前記配向液が吹き付けられた基板を予備乾燥する段階と、前記基板をべークする段階とを有することを特徴とする。

前記配向液は、ポリイミド混合溶液を含むことが好ましい。

本発明に係る配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法によれば、配向膜同士の厚さ差がほとんど発生せず、配向膜が均一に塗布されて、厚さ差による縦のスジムラがほとんど発生しなくなるという効果を奏する。

次に、本発明に係る配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

図６は、本発明による配向膜の印刷装置におけるインクジェットヘッドの概略構成図である。
図６を参照すると、配向膜の印刷装置のインクジェットヘッドは、オリフィスユニット４００、圧電素子５００、インク供給ユニット６００及び可変抵抗７００を備える。

オリフィスユニット４００には複数のオリフィスが形成され、オリフィスユニット４００は、配向液をインクジェットヘッドの外部に吹き付ける。オリフィスユニット４００の構造及び機能については、図７〜図１２を参照して後述する。

各圧電素子５００は、オリフィスユニット４００に形成された複数のオリフィスを制御し、圧電素子５００は、オリフィスと同数設けられて各圧電素子５００は各オリフィスを制御する。一方、各オリフィスには複数の噴射孔が形成される。すなわち、１つの圧電素子当たりに複数の噴射孔が配置されて、噴射孔同士の間隔が縮まる。また、これらの複数の噴射孔は、インクジェットヘッドの進行方向に沿って配列される。
インク供給ユニット６００は、圧電素子５００とオリフィスユニット４００との間に配置され、インク供給ユニット６００には複数の配向液供給流路が形成されて複数のオリフィスに配向液を供給する。

圧電素子５００は、電圧がかかると、機械的な変形が起こる素子である。すなわち、圧電素子５００は、電気エネルギーを機械的な（振動）エネルギーに変える素子である。このような性質を有する圧電素子５００は配向液供給流路の上に配置され、配向液供給流路には配向液が供給され、オリフィスには配向液が溜まる。このように配向液が溜まった状態で、圧電素子５００に所定の電圧をかけると、圧電素子５００は機械的な変形を起こして配向液を押し出すポンプのような作用をし、その結果、オリフィスに溜まっていた配向液は所定量吹き付けられる。

可変抵抗７００は、複数の圧電素子５００に印加される電圧を調節する。このとき、可変抵抗７００は圧電素子５００と同数備えて、各圧電素子５００に印加される電圧を個別に調節することもできる。可変抵抗７００を調節することで、配向液の噴射量の調節が可能になる。

図７及び図８は、本発明の第１の実施形態によるインクジェットヘッドの概略断面図及び構成要素各々の平面図であり、図９は、オリフィスユニットの拡大平面図である。

オリフィスユニット４００には複数のオリフィス４４０が形成されるが、図７には、説明の便宜のために、１つの圧電素子５００に対応するオリフィス４４０だけが示してある。オリフィス４４０は、流路４１０、流路４１０から分岐された複数の配向液噴射流路４２０及び複数の配向液噴射流路の端部に形成された複数の配向液噴射孔４３０を備える。この実施形態において、オリフィス４４０は、２本の配向液噴射流路（４２０ａ、４２０ｂ）と２本の配向液噴射孔（４３０ａ、４３０ｂ）を備える。
オリフィスユニット４００の上には、配向液供給流路が形成されたインク供給ユニット６００が配置される。インク供給ユニット６００は、第１の配向液供給部材６１０、第２の配向液供給部材６２０及び第３の配向液供給部材６３０を備える。

第１の配向液供給部材６１０には、圧電素子５００の移動経路となる所定のサイズ及び形状の開口６１５が形成され、開口６１５は、圧電素子５００のサイズと形状に見合うように形成される。
第２の配向液供給部材６２０は第１の配向液供給部材６１０の下部に配置され、第２の配向液供給部材６２０には所定のサイズの配向液供給流路６２５が形成される。また、第３の配向液供給部材６３０は第２の配向液供給部材６２０の下部に配置され、第３の配向液供給部材６３０には所定のサイズの配向液供給流路６３５が形成される。
配向液は、第２の配向液供給部材６２０と第３の配向液供給部材６３０に形成された配向液供給流路６２５、６３５を介してオリフィスの流路４１０及び流路４１０から分岐された複数の配向液噴射流路４２０に供給される。

このような構造を有するインクジェットヘッドの動作を説明すると、
配向液がインク供給ユニット６００の第２及び第３の配向液供給部材６２０、６３０の配向液供給流路６２５、６３５に供給され、且つ、配向液供給流路６３５を介してオリフィスの流路４１０及び流路４１０から分岐された２本の配向液噴射流路４２０ａ、４２０ｂに配向液が供給された状態で、圧電素子５００に所定の電圧がかかると、圧電素子５００は機械的な変形を引き起こして矢印方向に伸縮する。圧電素子５００が下方に移動して配向液を押すと、配向液はオリフィスの２本の配向液噴射孔を４３０ａ、４３０ｂを介して吹き付けられる。その後、圧電素子５００が元の位置に戻ると、吹き付けられた量分の配向液が補充される。

図８は、第１の配向液供給部材６１０、第２の配向液供給部材６２０、第３の配向液供給部材６３０及びオリフィスユニット４００の平面図であり、図９は、オリフィスユニット４００の拡大平面図である。。

オリフィスユニット４００は複数のオリフィス４４０を備え、第１のオリフィス群と第２のオリフィス群に分けられて配置される。第１のオリフィス群はオリフィスユニットの（図８、９平面図上で）下部に配置され、第２のオリフィス群は第１のオリフィス群の（図８、９平面図上で）上部に配置される。

一方、上述のように、それぞれのオリフィスは２本の配向液噴射孔を備え、第１のオリフィス群には奇数の配向液噴射孔（４３１ａ、４３１ｂ、４３３ａ、４３３ｂ、．．．）が配置され、第２のオリフィス群には偶数の配向液噴射孔（４３２ａ、４３２ｂ、４３４ａ、４３４ｂ、．．．）が配置される。また、第１のオリフィス群に配置されたオリフィスと第２のオリフィス群に配置されたオリフィスは互いにずれるように配置される。

そして、配向液噴射孔のそれぞれは所定の間隔を隔てて配置されるが、この実施形態においては、３７５μｍまたはそれ以下の間隔を隔てて配置される。配向液噴射孔の直径は約７０μｍである。また、第１のオリフィス群と第２のオリフィス群は約６〜７ｍｍを隔てて配置される。しかし、上述の配置間隔及び配向液噴射孔の直径はこれに限定されるものではなく、種々に変形可能である。
本発明によるオリフィス構造を変更することにより、従来の技術によるインクジェットヘッドの噴射孔同士の間隔（約７５０μｍ）と比較して略半分に縮めることができ、配向液を均一に塗布することが可能になる。

図１０乃至図１２は、本発明の第２の実施形態乃至第４の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィスユニットの概略断面図である。図１０乃至図１２には、説明の便宜のために、複数のオリフィスのうち１つのオリフィスだけを有するオリフィスユニットが示してある。

図１０を参照すると、本発明の第２の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィスユニットは複数のオリフィスを備え、各オリフィス４４０は、流路４１０、流路４１０から分岐された３本の配向液噴射流路４２０及び３本の配向液噴射流路４２０の端部に形成された３本の配向液噴射孔４３０を備える。第２の実施形態は、配向液噴射流路４２０及び配向液噴射孔４３０の本数を除いては、第１の実施形態とその構成が同様である。
第２の配向液噴射流路４２０ｂは流路４１０から延設され、第１及び第３の配向液噴射流路４２０ａ、４２０ｃは第２の配向液噴射流路４２０ｂと所定の間隔、例えば、約２５０μｍを隔てて形成される。このとき、第１及び第３の配向液噴射流路４２０ａ、４２０ｃは直角に折り曲げられてなる。また、第１〜第３の配向液噴射流路（４２０ａ〜４２０ｃ）の端部にはそれぞれ噴射孔４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃが形成され、配向液噴射孔同士の間隔「ｓ」は約２５０μｍであって、従来の技術の噴射孔同士の間隔に比べて約３分の１となる。

図１１を参照すると、本発明の第３の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィス４４０は、流路４１０、流路４１０から分岐された２本の配向液噴射流路４２０及び２本の配向液噴射流路４２０の端部に形成された２本の配向液噴射孔４３０を備える。第３の実施形態は、配向液噴射流路４２０の形状を除いては、第１の実施形態とその構成が同様である。
第１の配向液噴射流路４２０ａと第２の配向液噴射流路４２０ｂは流路４１０から分岐され、配向液の噴射方向に対して所定の角度だけ傾斜して設けられる。

図１２を参照すると、本発明の第４の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィス４４０は、流路４１０、流路４１０から分岐された３本の配向液噴射流路４２０及び３本の配向液噴射流路４２０の端部に形成された３本の配向液噴射孔４３０を備える。第４の実施形態は、配向液噴射流路４２０及び配向液噴射孔４３０の本数を除いては、第３の実施形態とその構成が同様である。
上述の実施形態の以外にも、１本の噴射流路当たりの噴射孔の本数を増減して噴射孔同士の間隔をさらに縮めることも可能である。

図１３は、本発明によるインクジェットヘッドを用いた配向膜の印刷方法を説明するための概略図である。
図１３を参照すると、先ず、本発明によるインクジェットヘッドを介して配向液を基板の上に吹き付ける。本発明によるインクジェットヘッドのそれぞれのオリフィスは、２本または３本の配向液噴射流路及び配向液噴射孔を介して配向液を吹き付けるため、配向液噴射孔同士の間隔が従来の技術に比べて縮まるという効果が得られる。
配向液を吹き付けてから所定の時間が経過すると、配向液が拡散されて平滑化がなされるが、このとき、配向液噴射孔同士の間隔が狭いので、配向膜同士の厚さ差がほとんど発生せず、配向膜が均一に塗布される。その結果、１回のスキャンだけでも配向膜を均一に塗布することができ、厚さ差による縦のスジムラがほとんど発生しなくなる。

図１４は、本発明による配向膜の印刷装置を用いた配向膜の印刷方法を示すフローチャートである。
図１４を参照すると、まず、基板を用意する（ステップＳ８１０）。このとき、基板は、薄膜トランジスタ基板であっても、カラーフィルタ基板であってもよい。薄膜トランジスタ基板は、液晶に信号電圧を印加及び遮断するスイッチング素子である薄膜トランジスタを有し、透明で且つ電気伝導性を有するＩＴＯにて画素電極が形成され、薄膜トランジスターに印加された信号電圧を液晶セルに加える画素電極と、画素電極に印加された信号電圧を一定の時間以上維持するストレージキャパシタとを備え、カラーフィルタ基板は、ブラックマトリックス、カラーフィルター及び共通電極を備える。

次に、上述の本発明によるインクジェットヘッドを移動させながら、配向液を基板の上に吹き付ける（ステップＳ８２０）。このとき、配向液としては、通常、配向安全性、耐久性、生産性を考慮して、ポリイミド系の高分子化合物が用いられる。また、配向膜を大面積に亘って薄膜状に均一に塗布するために、ポリイミドは有機溶剤により希釈して低濃度の混合溶液にした状態で用いることが好ましい。

次に、配向膜が印刷された基板を所定の温度まで加熱して予備乾燥する（ステップＳ８３０）。予備乾燥により配向液の溶剤を蒸発する。
次に、基板をべークして配向膜を安定化させる（ステップＳ８４０）。

以上、本発明によるインクジェットヘッド付き配向膜の印刷装置及びこれを用いた配向膜の印刷方法について説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎず、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

従来の技術の一例による配向膜の印刷装置の概略構成図である。 従来の技術の他の例による配向膜の印刷装置の概略構成図である。 従来の技術によるインクジェットヘッドの概略構成図である。 従来の技術によるインクジェットヘッドを用いた配向膜の印刷方法を説明するための概略図である。 従来の技術によるインクジェットヘッドを用いた配向膜の印刷方法を説明するための概略図である。 本発明による配向膜の印刷装置のインクジェットヘッドの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態によるインクジェットヘッドの概略断面図である。 図７に示す第１の配向液供給部材、第２の配向液供給部材、第３の配向液供給部材及びオリフィスユニットの平面図である。 図８に示すオリフィスユニットの拡大平面図である。 本発明の第２の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィスユニットの概略断面図である。 本発明の第３の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィスユニットの概略断面図である。 本発明の第４の実施形態によるインクジェットヘッドのオリフィスユニットの概略断面図である。 本発明によるインクジェットヘッドを用いた配向膜の印刷方法を説明するための概略図である。 本発明によるインクジェットヘッド付き配向膜の印刷装置を用いた配向膜の印刷方法を示すフローチャートである。

符号の説明

４００ オリフィスユニット
４１０ 流路
４２０ 配向液噴射流路
４３０ 配向液噴射孔
４４０ オリフィス
５００ 圧電素子
６００ インク供給ユニット
６１０ 第１の配向液供給部材
６１５ 開口
６２５、６３５ 配向液供給流路
６２０ 第２の配向液供給部材
６３０ 第３の配向液供給部材
７００ 可変抵抗

Claims (13)

1. 複数のオリフィスが形成されたオリフィスユニットを備える配向液噴射ユニットと、
   前記複数のオリフィスを制御するための複数の制御ユニットとを有するインクジェットヘッドを備え、
   前記複数の制御ユニットのそれぞれは、前記複数のオリフィスのそれぞれに対応し、
   前記オリフィスのそれぞれは、配向液を吹き付けるための複数の配向液噴射流路と、該配向液噴射流路のそれぞれの端部に穿設された複数の配向液噴射孔とを有することを特徴とする配向膜の印刷装置。
2. 前記配向液噴射ユニットは、配向液を前記複数のオリフィスに供給するために複数の配向液供給流路が形成されたインク供給ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配向膜の印刷装置。
3. 前記制御ユニットのそれぞれは、圧電素子を備えることを特徴とする請求項２に記載の配向膜の印刷装置。
4. 前記制御ユニットのそれぞれは、前記複数の圧電素子に印加される電圧を調節するための複数の可変抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の配向膜の印刷装置。
5. 前記複数の圧電素子は、前記インク供給ユニットの上に配置され、インク供給ユニットは前記オリフィスユニットの上に配置されることを特徴とする請求項３に記載の配向膜の印刷装置。
6. 前記インク供給ユニットは、前記圧電素子の移動経路が設けられた第１の配向液供給部材と、
   所定のサイズの前記配向液供給流路が形成された第２の配向液供給部材と、
   所定のサイズの前記配向液供給流路が形成された第３の配向液供給部材とを備えることを特徴とする請求項５に記載の配向膜の印刷装置。
7. 前記オリフィスのそれぞれは、前記配向液供給流路に接続される流路をさらに備え、前記複数の配向液噴射流路は、前記流路から分岐されることを特徴とする請求項３に記載の配向膜の印刷装置。
8. 前記複数の配向液噴射流路の一部は、直角に折り曲げられてなることを特徴とする請求項７に記載の配向膜の印刷装置。
9. 前記複数の配向液噴射流路の一部は、前記配向液の噴射方向に対して所定の角度だけ傾斜して設けられていることを特徴とする請求項７に記載の配向膜の印刷装置。
10. 前記複数の配向液噴射孔は、所定の間隔を隔てて形成され、前記所定の間隔は２５０μｍ〜３７５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の配向膜の印刷装置。
11. 前記複数のオリフィスは、複数列に配置され、オリフィスは各列ごとに相互にずれるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の配向膜の印刷装置。
12. 基板を用意する段階と、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の配向膜の印刷装置を用いて前記基板の上に配向液を吹き付ける段階と、
    前記配向液が吹き付けられた基板を予備乾燥する段階と、
    前記基板をべークする段階とを有することを特徴とする配向膜の印刷方法。
13. 前記配向液は、ポリイミド混合溶液を含むことを特徴とする請求項１２に記載の配向膜の印刷方法。
    

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