JP2008225091A - 液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキソ印刷法等を用いて配向膜を基板表面上に塗布した際にハジキ及びピンホール等の発生がなく、膜厚が均一な配向膜を形成することができる液晶表示パネルの製造方法及び液晶表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一対の基板間に配向膜を介し液晶層が保持された液晶表示パネルを製造する方法であって、上記製造方法は、ホットプレートを用いて基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃に加熱する工程と、上記加熱工程に続けて基板表面上に配向膜を形成する工程とを有する液晶表示パネルの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示装置の製造方法に関する。より詳しくは、一対の基板間に配向膜を介し液晶層が保持された液晶表示パネルの製造に好適な製造方法、及び、液晶表示装置の製造方法に関するものである。

一般的に、液晶表示パネルの基本構造は、ガラス等で構成される基板上に電極を形成し、この電極上に配向膜を形成した一対の基板を、シール材を介して貼り合わせ、そのシール材の内側に液晶材料を封入することで構成される。その中で、配向膜は、基板間に印加される電圧に応じて液晶分子の配向を制御する役割を担うものであり、配向膜の塗布等を行う配向処理工程は、液晶表示パネルの表示性能、表示品位、歩留まり及び信頼性を大きく左右することから、液晶表示パネルの製造工程において最も重要であるといえる。現在、配向膜の材料には、ポリイミドで代表される有機系材料が多用されている。通常、ポリイミド系の配向膜は、ポリイミドワニス（ポリイミドを有機溶剤で希釈したもの）を印刷し、焼成することで形成される。

このような配向膜は、液晶表示パネルの製造工程において、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等からなる電極上に形成されるところ、配向膜を印刷する前には、配向膜の塗布性及び付着性を高めるべく、前洗浄として純水等で基板を洗浄し、更に、有機系異物や付着物を除去するために、エキシマ紫外（ＵＶ）光を照射する処理を行うことが知られている。なお、ここでいう付着物は、オイル等の炭化水素系成分や脂肪酸エステル系成分である。また、配向膜に対する電極表面の濡れ性が悪い場合があるため、濡れ性の向上を目的として、配向膜を形成する前に、電極表面に対してシランカップリング剤を塗布すること、ＵＶオゾン処理を行うこと、及び、グロー放電処理を行うことが開示されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

しかしながら、これらの前処理を行っても、基板上に残存した有機系の異物や付着物（汚染物）を完全に除去することは困難である。したがって、これらの付着物等が原因でポリイミドワニスがはじかれ、配向膜にピンホールができるか、又は、ピンホールとまではならなくても部分的に薄くなり、配向膜を均一に塗布することができなくなることがあった。特に、カラーフィルタ（ＣＦ）基板では、隔壁材やスペーサ（セルギャップ材）の段差の影響により、はじき不良が多発する傾向が見られる。また、近年の液晶表示パネルの大型化に伴い、配向膜を薄く均一に塗布することが難しくなっており、はじきが要因で表示不良を起こし、その結果、液晶表示パネルの歩留まり低下を招いている。更に、シランカップリング剤を塗布する場合には、塗りムラが発生し、塗れていない部分ではじき不良が発生することが懸念される。そして、ＵＶオゾン処理及びグロー放電処理を行う場合には、いずれも大掛かりなプロセス装置が必要となるため、濡れ性が改善される可能性はあるものの、巨額な設備投資が必要となり、コストアップが懸念される。

また、配向膜を形成する前の前洗浄として、画素電極を作製後、基板をクリーンオーブン内に搬入し、クリーンオーブン内で２００℃で１時間、高温酸化処理することが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、クリーンオーブン等の加熱炉を用いる場合には、部屋を仕切る必要があり、又は、クリーンオーブンの設置個所に基板を搬送する必要がある。したがって、基板を搬送する場合は、オフラインで処理することとなるため、塵等の新たな上乗り異物の発生も懸念される。また、クリーンオーブン等の加熱炉を用いることは、設備面及びコスト面を考慮すると、好ましくない。

なお、基板上に残っている水分を完全に除去するべく、前洗浄の終わりに、ホットプレートを用いて基板を乾燥し、基板を冷やすことが開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。このようにホットプレートを用いて加熱を行う場合には、加熱工程を製造ラインに組み込むことができる、すなわちインライン化することができるため、枚葉処理（一枚ずつ処理）により基板の搬送が行いやすく、新たな上乗り異物の発生を防ぐことができる。しかしながら、水分除去を目的としているため、基板上に付着した有機物を完全に除去することができないという点で改善の余地があった。
特開２００２−１６９１５６号公報 特開２００３−１４０１５５号公報 鈴木八十二編著、「よくわかる液晶ディスプレイのできるまで」、第１版、日刊工業新聞社、２００５年１１月２８日、ｐ．１４１−１４２

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、膜厚が均一な配向膜を形成することができる液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、膜厚が均一な配向膜を形成することができる液晶表示パネルの製造方法について種々検討したところ、配向膜を形成する前に基板を加熱する工程に着目した。そして、ホットプレートを用いて基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃に加熱する工程を行うことにより、新たな上乗り異物を発生させることなく、基板の液晶層側の表面から有機系の異物や付着物を除去することができることを見いだした。また、上記加熱工程に続けて基板表面上に配向膜を形成する工程を行うことにより、印刷するまでに基板が滞留することによる新たな上乗り異物の発生を起こすことなく、基板表面上にはじきやピンホールのない膜厚が均一な配向膜を形成することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板間に配向膜を介し液晶層が保持された液晶表示パネルを製造する方法であって、上記製造方法は、ホットプレートを用いて基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃に加熱する工程と、上記加熱工程に続けて基板表面上に配向膜を形成する工程とを有する液晶表示パネルの製造方法である。
以下、本発明を詳述する。

本発明の液晶表示パネルの製造方法は、一対の基板間に配向膜を介し液晶層が保持された液晶表示パネルを製造する方法である。基板としては特に限定されず、アクティブマトリクス基板、カラーフィルタ基板等が挙げられる。配向膜の材料は特に限定されず、ポリアミック酸をイミド化したもの、ポリイミド系材料、ポリアミドイミド系材料等が挙げられるが、低温焼成が可能な観点からは、ポリイミド系材料が好ましい。

上記製造方法は、ホットプレートを用いて基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃に加熱する工程と、上記加熱工程に続けて基板表面上に配向膜を形成する工程とを有する。このように、配向膜を形成する前段として、基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃で加熱することにより、例えば、染料や有機顔料等からなる着色層を有するカラーフィルタ基板等を加熱する場合にも、着色層の変色等を起こすことなく、前洗浄等で除去されずに残存した有機系異物や付着物の大半を昇華させ、除去することができる。また、ホットプレートを用いて加熱を行うことにより、基板搬送を行いやすいため、インラインで処理することで、基板搬送を行う際の新たな上乗り異物の堆積を防止することができる。更に、加熱に続けて配向膜の形成を行うことにより、有機系異物等を除去してから滞留時間がないため、新たな上乗り異物なく、印刷することができる。これらの結果、配向膜に対する基板表面の濡れ性を充分に向上させることができるため、基板表面上にハジキやピンホールがない均一な配向膜を形成することができる結果、液晶表示パネルの不良を改善することができる。

上記基板加熱の際、基板は、配向膜が形成される面がホットプレートの加熱面と対向するように、ホットプレート上に配置されてもよいが、基板加熱及び配向膜形成の工程間の作業を円滑に行い、タクトタイムを削減する観点からは、配向膜が形成される面がホットプレートの加熱面と同じ方向を向くように、ホットプレート上に配置することが好ましい。また、加熱温度（加熱時における基板の液晶層側の表面温度）は、１５０℃未満であると、有機系異物や付着物を充分に昇華することができなくなるおそれがあるため、１５０℃以上であることが好ましい。なお、カラーフィルタ基板等を加熱する場合、加熱温度が２５０℃を超えると、着色層の変色等を起こすおそれがあることから、加熱温度は２５０℃以下であることが好ましい。また、ホットプレートについては特に限定されず、一般的なものを用いることができる。

本発明の液晶表示パネルの製造方法は、上記基板加熱、及び、配向膜形成を構成要素として有するものである限り、その他の構成要素を有しても有さなくてもよく、特に限定されるものではない。

本発明の液晶表示パネルの製造方法における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
上記液晶表示パネルの製造方法は、基板の液晶層側の表面を加熱した後、冷却してから配向膜を形成することが好ましい。これは、基板の液晶層側の表面を加熱した後、冷却せずに配向膜を形成すると、ポリイミドワニスの溶剤が気化し始めるため、均一に印刷することができなくなるおそれがあるからである。

上記冷却温度（冷却時における基板の液晶層側の表面温度）は、５〜３５℃であることが好ましい。５℃未満であると、結露するおそれがあり、３５℃を超えると、冷却タクトが遅くなるおそれがある。また、冷却温度は、１０〜３０℃であることが好ましい。

上記基板冷却の方法としては、放冷、水冷、空冷等が挙げられるが、冷却プレートを用いて行われることが好ましい。冷却プレートを用いて行うことにより、基板冷却をインラインで行うことができるため、基板搬送を行いやすく、また、基板搬送を行う際の新たな上乗り異物の堆積を防止することができる。

上記基板冷却の際、基板は、配向膜が形成される面が冷却プレートの冷却面と対向するように、冷却プレート上に配置されてもよいが、基板冷却及び配向膜形成の工程間の作業を円滑に行い、タクトタイムを削減する観点からは、配向膜が形成される面が冷却プレートの冷却面と同じ方向を向くように、冷却プレート上に配置することが好ましい。また、冷却プレートについては特に限定されず、一般的なものを用いることができる。

上記基板は、カラーフィルタ基板であることが好ましい。液晶表示パネルを構成する基板のうち、特にカラーフィルタ基板は、隔壁材やスペーサ（セルギャップ材）の段差の影響により、着色層が設けられた基板の濡れ性は、悪くなると考えられる。したがって、ホットプレートを用いてカラーフィルタ基板を加熱することにより得られる濡れ性改善の効果は大きい。

上記配向膜は、フレキソ印刷法、インクジェット法、スプレー法又はスピンコート法で塗布し、焼成することで形成されることが好ましい。これらの方法は、配向膜を基板の表面上に均一に塗布するのに好適である。なお、タクトの観点から、中でも、フレキソ印刷法がより好ましい。なお、カラーフィルタ基板上に形成された配向膜を焼成する場合、着色層が熱的影響を受けるのを防ぐべく、焼成温度は、２５０℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましい。

本発明はまた、上記液晶表示パネルの製造方法を用いる液晶表示装置の製造方法でもある。本発明の液晶表示パネルの製造方法によれば、膜厚が均一な配向膜を形成することができることから、高表示性能、高表示品位、高歩留まり及び高信頼性の液晶表示装置を提供することができる。なお、液晶表示装置は、液晶表示パネルに対し、必要に応じて駆動用集積回路やバックライト等が組み合わされたものをいう。

本発明の液晶表示パネルの製造方法によれば、配向膜を基板上に塗布する前に該基板を加熱することにより、前洗浄後等においても残存した有機系異物や付着物を除去することができることから、はじきやピンホールのない良好な配向膜を塗布することが可能となり、その結果、表示品位に優れた液晶表示パネルを高い歩留まりで提供することができる。

以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る液晶表示パネルの構成を示す断面模式図である。
本実施形態に係る液晶表示パネルは、図１に示すように、ＣＦ基板５０とアクティブマトリクス基板６０との間に配向膜１１を介し液晶層１４が挟持された構造を有するものである。この液晶表示パネルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示パネルであるが、本発明は、ＴＦＴを用いない単純マトリックス方式の液晶表示パネルにも適用可能である。

ＣＦ基板５０では、ガラス基板７上に着色層（カラーフィルタ）８が画素毎に形成され、その周囲に遮光膜９が形成され、それらを覆うようにＩＴＯからなる共通電極１０が形成されている。また、共通電極１０の表面には、液晶分子の配向を制御するための配向膜１１、及び、セルギャップを保持するための隔壁材１２が設けられ、ガラス基板７の表面（液晶層と反対側の表面）には、偏光板が積層されている。

アクティブマトリクス基板６０は、ガラス基板上にＴＦＴが形成されてなるＴＦＴ基板６上に画素電極１０が形成された構造を有する。なお、ＴＦＴ及び画素電極１０は、画素毎に形成されている。また、アクティブマトリクス基板６０の液晶層側の表面には、配向膜１１が設けられ、ＴＦＴ基板６のガラス基板の表面（液晶層と反対側の表面）に偏光板が積層されている。また、アクティブマトリクス基板６０には、各ＴＦＴを駆動制御するための半導体ドライバーが実装されている。

以下、実施形態１に係る液晶表示パネルの製造方法について、配向処理工程を中心に説明する。
図２は、配向処理工程のフローを示す図である。配向処理工程は、図２に示すように、基板洗浄工程（配向膜塗布前に洗浄する工程）１、配向膜塗布工程（洗浄された基板上に配向膜を塗布する工程）２、配向膜焼成工程（塗布された配向膜を焼成する工程）３、ラビング処理工程（焼成された配向膜面をラビングする工程）４、及び、配向膜洗浄工程（ラビング処理された基板を洗浄する工程）５から構成される。

（ＣＦ基板５０の配向処理工程）
図３（ａ）〜（ｅ）は、ＣＦ基板の配向処理工程の一部を示す断面模式図である。
以下、図３（ａ）〜（ｅ）を適宜用いながら、ＣＦ基板の配向処理工程を説明する。
１．基板洗浄工程
１Ａ．純水洗浄工程
まず、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の着色層８が画素毎に設けられ、その周囲に遮光膜９が設けられたガラス基板７上にＩＴＯからなる透明電極１０を形成することにより、ＣＦ基板５０を製造する。次に、図３（ａ）に示すように、洗浄槽２０でＣＦ基板５０を純水洗浄することにより、ゴミ等の堆積物を除去した後、エアナイフ等で乾燥する。

１Ｂ．加熱洗浄工程
次に、図３（ｂ）に示すように、純水洗浄したＣＦ基板５０を予め昇温されたホットプレート上２１に載せ、２００℃３０分の条件で加熱する。これにより、純水洗浄で充分に除去しきれなかった有機系の付着物を昇華除去することができる。また、ホットプレート２１を用いることにより、インラインで加熱洗浄を行うことができるため、加熱洗浄を行う際の新たな上乗り異物の発生を防止することができる。

１Ｃ．冷却工程
次に、図３（ｃ）に示すように、加熱洗浄したＣＦ基板５０を冷却プレート（冷却用ステージ、クールプレート）２２上に載せ、室温まで冷却する。これにより、後の工程においてポリイミドワニスを均一に塗布することができる。

２．配向膜塗布工程
次に、図３（ｄ）に示すように、ＣＦ基板５０の液晶層側の表面（透明電極１０の表面）にフレキソ印刷法によりポリイミドワニス２４を印刷する。具体的には、ポリイミドワニス２４は、ディスペンサ２５から回転しているドクターロール２６とアニックスロール２７との間に滴下供給される。このポリイミドワニス２４は、二つのロール２６及び２７間で練られ、アニックスロール面に液薄膜となって保持され、アニックスロール２７から版銅２８上のフレキシブルな凸版状のフレキソ版２９に転移される。そして、塗布テーブル２３上に固定されたＣＦ基板５０が版銅２８の直下を通過するときに、膜厚が６０ｎｍのポリイミドワニスの薄膜がフレキソ版２９からＣＦ基板５０に転写塗布される。

３．配向膜焼成工程
３Ａ．仮乾燥（プレベイク）工程
次に、図３（ｅ）に示すように、ポリイミドワニスの薄膜２４が印刷されたＣＦ基板５０を予め１００℃に昇温されたホットプレート３０上に載せ、ポリイミドワニスの薄膜２４の表面調整（レベリング）を行う。

３Ｂ．本焼成工程
次に、タクトの関係から、焼成炉（バッチ炉）を用いて、仮乾燥したポリイミドワニスの薄膜２４を２５０℃３０分の条件で本焼成する。これにより、ハジキやピンホールのない厚さ６０ｎｍの配向膜１１を得ることができる。

４．ラビング処理工程
次に、回転金属ローラに巻き付けたバフ布で本焼成後の配向膜１１の表面を一定方向に擦る。この処理でポリイミドのポリマー主鎖がラビング方向に延伸される。
５．配向膜洗浄工程（ラビング後洗浄工程）
最後に、ラビング処理された配向膜１１の表面に付着しているバフ布からの糸くずや配向膜からの削れ片等のゴミ及び汚れを除去するために、洗浄する。
以上により、配向処理工程が完了する。

（アクティブマトリクス基板６０の配向処理工程）
一方、アクティブマトリクス基板６０の液晶層側の表面にも、ＣＦ基板５０と同様の方法により配向膜を形成する。

（基板貼り合わせ工程及び液晶注入工程）
これらの２枚の基板をシール材１３により貼り合わせ、内側に液晶１４を注入することにより、液晶表示パネルを作製した。作製後、点灯確認を行い、配向不良のない良好な表示品位であることを確認した。

＜比較例１＞
本比較例に係る液晶表示パネルの製造方法は、カラーフィルタ基板及びＴＦＴ基板の配向処理工程において、純水洗浄工程の後、加熱洗浄工程及び冷却工程を行わずに、配向膜塗布工程を行ったこと以外は、実施形態１と同じである。本焼成後、配向膜の状態を確認したところ、ピンホールが２０〜３０個観測された。

以上により、基板にポリイミドワニスを印刷する前段において、基板を加熱洗浄し、有機系の付着物を除去することにより、ポリイミドワニス印刷時のハジキやピンホールの発生を防止することができるため、均一な配向膜を形成することができることが分かった。

実施形態１に係る液晶表示パネルを示す断面模式図である。 実施形態１に係る配向処理工程のフローを示す図である。 実施形態１に係る配向処理工程を示す断面模式図である。なお、（ａ）は基板洗浄工程を示し、（ｂ）は加熱洗浄工程を示し、（ｃ）は冷却工程を示し、（ｄ）は配向膜塗布工程を示し（矢印は塗布テーブルの移動方向を表す。）、（ｅ）は仮乾燥工程を示す。

符号の説明

１：基板洗浄工程
１Ａ：純水洗浄工程
１Ｂ：加熱洗浄工程
１Ｃ：冷却工程
２：配向膜塗布工程
３：配向膜焼成工程
３Ａ：仮乾燥工程
３Ｂ：本焼成工程
４：ラビング処理工程
５：配向膜洗浄工程（ラビング後洗浄工程）
６：ＴＦＴ基板
７：ガラス基板
８：着色層（カラーフィルタ）
９：遮光膜
１０：ＩＴＯ電極
１１：配向膜
１２：隔壁材
１３：シール材
１４：液晶
２０：洗浄槽
２１：加熱用ホットプレート
２２：冷却プレート
２３：塗布テーブル
２４：ポリイミドワニス
２５：ディスペンサ
２６：ドクターロール
２７：アニックスロール
２８：版銅
２９：フレキソ版
３０：プレベイク用ホットプレート
５０：カラーフィルタ基板
６０：アクティブマトリクス基板

Claims (6)

1. 一対の基板間に配向膜を介し液晶層が保持された液晶表示パネルを製造する方法であって、
   該製造方法は、ホットプレートを用いて基板の液晶層側の表面を１００〜３００℃に加熱する工程と、該加熱工程に続けて基板表面上に配向膜を形成する工程とを有することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
2. 前記液晶表示パネルの製造方法は、基板の液晶層側の表面を加熱した後、冷却してから配向膜を形成することを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
3. 前記冷却は、冷却プレートを用いて行われることを特徴とする請求項２記載の液晶表示パネルの製造方法。
4. 前記基板は、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
5. 前記配向膜は、フレキソ印刷法、インクジェット法、スプレー法又はスピンコート法で塗布し、焼成することで形成されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
6. 請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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