JP2008224701A - 液晶配向膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性樹脂基板上に配向膜を塗布するかあるいはラビングによる配向処理を行うための工業的方法の開発。
【解決手段】ロールから引出された可撓性樹脂基板上に配向剤を塗布する際あるいはラビングにより配向処理を行う際、処理ステージにおいて従来の枚葉同等の処理を行うよう、処理ステージに可撓性樹脂基板の処理面を吸着し、処理ステージが可動することによって塗布及び配向処理を行う液晶配向膜の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、ロールから引出された可撓性樹脂基板上に液晶材料を配向させるための配向膜を塗布しあるいは配向処理を行う方法ならびに上記製造方法で得られた可撓性樹脂基板およびこの可撓性樹脂基板を用いて得られる光学フィルム及び液晶表示素子に関する。

従来の液晶表示素子の製造方法としてガラス基板を用いる方法が主流であり、大型の液晶表示素子や、中小型の液晶表示素子が作製され、液晶テレビやパソコン用モニター、携帯電話などに使用されている。ガラス基板を用いた液晶表示素子は落下させるとガラスが破損したり、重量が重く、また薄板化すると、生産時に割れが生じて量産性が劣るなどの欠点がある。このため、ガラス基板に比べ破損しにくく、軽量である樹脂基板を用いた液晶表示素子（以下、樹脂基板使用液晶表示素子という）が作製されている。樹脂基板使用液晶表示素子ではパッシブマトリクス駆動のＳＴＮ（スーパー・ツイステッド・ネマティック）での量産が行われているが、アクティブマトリックス駆動に比べ、大画面化が難しくアクティブマトリックスに比べ、コントラストが劣り、高精細化を行いにくい欠点があった。そこで、近年、アクティブマトリックス駆動の樹脂基板使用液晶表示素子の開発が活発になってきている。

樹脂基板の塗布プロセス及び配向処理プロセスとしては、枚葉或いはバッチ処理プロセスと、ロール状基板を用いた連続処理プロセスが考えられる。
特許文献１には、樹脂基板を支持基板に粘着剤を用いて貼り付けた状態で配向膜を印刷・ラビング処理などの加工を行い、その後に樹脂基板を剥離することを特徴とする液晶表示素子の製造方法が開示されている。
このような枚葉・バッチ処理プロセスは配向処理の精度を確保することは容易だが、単位面積あたりの処理時間が長くなることから生産性が劣る。このため、大量生産には不向きである。

これに対し、特許文献２にはロール状の可撓性樹脂基板上にミクロ−グラビアコーターでポリイミド樹脂を塗布した後、連続的にラビング処理することを特徴とする液晶光学素子の製造方法が開示されている。
このような連続処理プロセスは生産性が高いが、幅手、高さ方向のフィルム位置等の精度が悪くなることから、処理中のフィルム位置のずれなどによって処理後の品質が悪くなり、歩留まりが悪化することがある。
特開２００１−１２５０８２号公報 特開平１−２５３７１２号公報

従って、本発明の目的は、前記欠点を有していないか、または有していても小さい程度である、ロールから引出された基板と枚葉基板の双方に対し配向膜を塗布及び配向処理を行うことができ、特にロールから引出された可撓性樹脂基板を用いて高い歩留まりで、高品質な液晶配向膜を製造する方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、ロールから引出された可撓性樹脂基板上に薄膜を塗布する際あるいはラビングにより配向処理を行う際、処理ステージにおいて従来の枚葉同等の処理を行うよう、処理ステージに可撓性樹脂基板の処理面を吸着し、処理ステージが可動することによって塗布及び配向処理を行うことを特徴とする液晶配向膜の製造方法によって、上記課題が解決できることを究明した。

本発明方法によれば、可撓性樹脂基板から高い歩留まりで、高品質の液晶配向膜を製造することができる。

以下、本発明の最適な実施形態における可撓性樹脂基板への配向膜の塗布及び配向処理方法を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ロールから引出された可撓性樹脂基板に配向膜を塗布及び配向処理を行う場合の、従来の方法が示されている。この方法では、樹脂基板を連続的に処理できるものの、フィルムを処理ステージに吸着するなどの方法で固定することが出来ないため、処理中に幅手・高さ方向のフィルム位置のずれが生じやすく、処理後の品質が悪くなる。また、このような設備を用いて枚葉基板の処理を行うことは出来ない。

図２は、本発明の実施形態による可撓性樹脂基板の製造方法を示す図面である。図２に示すように、本発明では可撓性樹脂基板の処理面を処理ステージに吸着固定し、処理ステージを移動させることによって処理するという、一般的な枚葉基板に対する処理装置と同様の構成を有している。基板はステージに吸着されているため、処理中の幅手・高さ方向のずれは生じず、処理後の品質は高い。

また図３に示すように、配向膜塗布後の仮焼成を行うことの出来る、可動式の仮焼成装置を、処理ステージの巻出し側または巻取り側に設置することも望ましい。
仮焼成装置を備えることで、配向膜の塗布された面を仮焼成装置に移動し、直ちに仮焼成を行うことにより、均一な塗布膜を形成することができる。

また図４に示すように、処理の際のステージ移動に随伴した基板の搬送長を吸収するアキューム機構を設けることも望ましい。特にラビング時のステージ移動は高速であるため、ロールからの巻出し・巻取り部の回転などの動作速度がステージ移動速度に追いつかず、基板に過度の応力がかかり、断裂や歪みを生じる恐れがある。アキューム機構を設けることにより、基板の搬送長はアキューム機構により吸収され、基板への過度の応力はかからない。

アキューム機構は図４や図５に示すように、巻出し側と巻き取り側のいずれか一方のみに備えることも、巻出し側と巻き取り側の双方に備えることも出来る。

また図６に示すように、処理ステージに可撓性樹脂基板を挟み込むフィルム押さえ機構を設けて吸着と併用することによって、基板のずれ発生の可能性を更に軽減し、歩留まりを向上させることができる。

本発明に使用できる可撓性樹脂基板としては、原則的に、この目的で当業者に知られている全部の可撓性樹脂基板を使用することが出来る。好ましくは、例えばポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポチエチレンナフタレート，トリアセチルセルロース，ポリアミド，ポリイミド，ポリメチルメタクリレート，ポリシクロオレフィン，シクロオレフィンコポリマー，架橋型エポキシ樹脂，架橋型アクリル樹脂，架橋型シリコーン樹脂，不飽和ポリエステル，ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリカーボネート，ポリアリレート等から成る基板が挙げられるがこれらに限定されるものではない。可撓性樹脂基板の厚みは、薄すぎると応力に対する耐性が弱くなるため断裂やしわ・歪みが生じやすくなり、厚すぎると変形しにくいことによる折れなどの不具合が生じやすくなる。このため厚みの範囲としては、好ましくは５０〜３，０００μｍであり、１００〜１，０００μｍが特に好ましい。

本発明に使用できる配向膜としては、例えばポリイミドやポリアミド酸、ポリアミド、ポリビニルアルコールなどの高分子材料の有機膜などを用いることが出来る。膜厚として好ましくは５０Åから５，０００Å、さらに好ましくは１００Åから３，０００Åである。
また本発明に基づいて製造された配向膜付き可撓性樹脂基板は、配向膜上に液晶材料を形成することにより、光学位相差膜や光学補償膜などの光学フィルムとして用いることもできる。
光学フィルムに使用できる液晶材料としては、公知の液晶材料すべての中から選択することができるが、好ましくは、重合性液晶化合物、側鎖型または主鎖型の線状または架橋状液晶ポリマー、液晶オリゴマー、あるいはこれらの材料の混合物である。

実施例１
（液晶配向膜付き可撓性樹脂基板の作製）
ポリエーテルサルホン（ガラス転移温度２２３℃）を基材とする膜厚２００μｍ、幅３００ｍｍ、長さ２０ｍの可撓性樹脂基板に透明電極としてＩＴＯ膜を形成し、基板を純水にて洗浄後、液晶配向剤を、図３に例示されているタイプのフレキソ印刷装置（仮焼成装置は、図示されているのとは異なり、処理ステージの巻取り側に設置されている）を用いて塗布し、仮焼成装置としてホットプレートを用い塗布面を８０℃で１分間乾燥した。その後、１８０℃のオーブン内で２０分間乾燥し、ＩＴＯ膜を形成した面上に乾燥平均膜厚６００Åの塗膜を形成した。この塗膜を、レーヨン製の布を巻き付けたラビングロールを有する図６に例示されているラビング装置を用いて、ロールの回転数４００ｒｐｍ、ステージの移動速度３０ｍｍ／秒、毛足押し込み長さ０.４ｍｍでラビング処理を行い、水洗を行った後、１２０℃のオーブン内で１０分間乾燥した。配向膜の塗工状態を目視で確認したところ、均一の配向膜が形成されていた。

（液晶表示素子の作製）
配向膜付き可撓性樹脂基板を、ロールから長さ３００ｍｍにて２枚切り出し、一方の基板の配向膜形成面の外縁に、直径６μｍの酸化アルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤を塗布し上側基板とした。もう一方の基板に直径６μｍの球状スペーサーを散布し下側基板とした。ツイステッドネマティック（ＴＮ）型の液晶セルを形成するため、上側基板と下側基板が９０°の角度にて相対する様（図７）に重ね合わせて圧着し、接着剤を硬化させた。次いで、液晶注入口より、ネマティック型液晶（メルク社製、ＭＬＣ−６２２１）を充填した後、アクリル系光硬化接着剤で液晶注入口を封止した。上下にクロスニコルになる様偏光板を貼り合わせて液晶表示素子を作製した。

（液晶表示素子の評価）
２３℃にて３Ｖ（矩形波６０Ｈｚ）にて電圧を印加し、セルに表示ムラが見られるか確認した。表示状態は均一な黒表示が得られ、良好なセル品質が確認できた。

比較例１
図１に例示されているミクロ−グラビアコーターを用いて配向膜を塗布した以外は実施例１と同様に、配向膜付き可撓性樹脂基板を作製した。配向膜の塗工状態を目視で確認したところ、膜ムラが見られ、不均一な塗工状態であった。実施例１と同様に液晶表示素子を作製し、セルの表示状態を確認した。黒表示の状態は不均一であり、セル品質は不良であった。

比較例２
図１に例示されているラビング装置を用いてラビング処理を行った以外は実施例１と同様に、液晶表示素子を作製し、セルの表示状態を確認した。黒表示の状態は不均一であり、セル品質は不良であった。

従来の、ロール状可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う方法のための装置の模式図。 本発明の可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う本発明方法のための装置の基本構造の模式図。 可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う本発明方法のための可動式仮焼成装置を備えた装置の模式図。 可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う本発明方法のための巻取り側にアキューム機構を備えた装置の模式図。 可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う本発明方法のための巻出し側と巻取り側の双方にアキューム機構を備えた装置の模式図。 可撓性樹脂基板に対する配向膜塗工・配向処理を行う本発明方法のためのフィルム押さえ機構を備えた装置の模式図である。 実施例１の液晶表示素子における上側基板と下側基板の重ね合わせ方向を示す説明図。

Claims (8)

1. ロールから引出された可撓性樹脂基板上に配向剤を塗布する際あるいはラビングにより配向処理を行う際、処理ステージにおいて従来の枚葉同等の処理を行うよう、処理ステージに可撓性樹脂基板の処理面を吸着し、処理ステージが可動することによって塗布及び配向処理を行うことを特徴とする液晶配向膜の製造方法。
2. 処理ステージの巻出し側または巻取り側に可動式の仮焼成装置をさらに設けて配向剤塗布基板を仮焼成する、請求項１に記載の液晶配向膜の製造方法。
3. アキューム機構をさらに設けて処理の際のステージ移動に随伴した基板の搬送長を吸収する請求項１または２に記載の液晶配向膜の製造方法。
4. 処理ステージにおいて、処理時に装置と干渉のない位置で可撓性樹脂基板を挟み込むフィルム押さえ機構により、ステージでの吸着と併用して枚葉処理同様の位置決めと固定を行う請求項１〜３のいずれかに記載の液晶配向膜の製造方法。
5. 処理する可撓性樹脂基板の厚みが５０〜３，０００μｍである請求項１〜４のいずれかに記載の液晶配向膜の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法を用いて製造された、液晶配向膜を有する可撓性樹脂基板。
7. 請求項６に記載の可撓性樹脂基板を用いて製造された光学フィルム。
8. 請求項７の光学フィルムを用いて製造された液晶表示素子。

Images