JP2011170256A - 塗布膜を有する板状部材、液晶表示装置、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布膜の周辺部における膜厚分布を抑制する。
【解決手段】親水性表面を有する板状部材１、前記板状部材１の側面に撥水性膜３を塗布した後、前記板状部材１の表面全面に親水性塗布液を塗布し、塗布膜２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗布膜を有する板状部材、液晶表示装置及びそれらの製造方法に関する。

板状部材への塗布膜形成方法としては、浸漬、刷毛塗り、ドクターブレード、バーコート、スリットコート、スピンコート、スプレーコート、インクジェット、ディスペンサ等種々の方法がある。

厚さの均一な塗布膜の要求がある。例えば、光学膜は、一定の厚さを有することが要求されることが多い。垂直配向液晶表示装置において、負の１軸光学異方性膜（−ｃプレート）が光学補償膜として用いられる。この光学補償膜は、垂直配向液晶層の正の１軸光学異方性を補償する、所定の大きさの負の１軸光学異方性を有することが望まれる。面内で膜厚が分布してしまうと、光学的機能も面内で分布を持ってしまう。

液相の塗布液を板状部材に塗布し、乾燥させると、中央部は均一な厚さにできるが、周辺部において厚さ分布が生じてしまう。例えば、周辺部の厚さが中央部よりも厚くなってしまう。この場合、膜厚分布を生じる原因の１つの可能性として、中央部から周辺部への塗布液の移動が考えられる。

特開２００５−２２４７５４号は、支持体上にフィルム樹脂材料を流延し、乾燥途中段階で、フィルム樹脂層を支持体から剥離し、乾燥途中段階でフィルム表面にハードコート層を塗布し、活性エネルギー線によりハードコート層を硬化させた後、フィルムをさらに乾燥させる光学フィルムの製造方法を提案する。

特開２００５−２２４７５４号公報

板状部材に厚さ分布がより均一な塗布膜を形成する。板状部材周辺部での膜厚増加を抑制する。均一な光学的性質を有する光学膜を製造する。光学膜を備えた液晶表示装置を提供する。

本発明の１観点によれば、
親水性表面を有する板状部材の側面に撥水性膜を塗布する工程と、
前記板状部材の表面全面に親水性塗布液を塗布し、塗布膜を形成する工程と、
を含む、塗布膜を有する板状部材の製造方法
が提供される。

本発明の他の観点によれば、
親水性表面を有する一対の板状部材表面に、パターン化した透明電極、前記板状部材の所定範囲を覆う垂直配向膜を順に形成し、前記垂直配向膜を対向させて、液晶層を挟持し、液晶セルを作成する工程と、
一方の前記板状部材の側面に撥水性膜を塗布する工程と、
前記側面に撥水性膜を塗布した板状部材の外側表面全面に親水性塗布液を液滴噴霧塗布法で塗布し、塗布膜を形成する工程と、
を含む液晶表示装置の製造方法
が提供される。

厚さ分布が均一な塗布膜が提供される。均一な光学的特性を有する塗布膜を備えた液晶表示装置が提供される。

図１ＡＰ，１ＢＰは実施例による板状部材への塗布膜の製造方法を示す、板状部材の平面図、図１ＡＶ，１ＢＶは実施例による板状部材への塗布膜の製造方法を示す、板状部材の断面図である。 図２Ａ，２Ｂは、例に従って製造された塗布膜を部分的に除去し、膜厚分布を測定した状態を概略的に示す板状部材の断面図、及び測定した膜厚分布を示すグラフである。 図３Ａ，３Ｂは、比較例に従って製造された塗布膜を部分的に除去し、膜厚分布を測定した状態を概略的に示す板状部材の断面図、及び測定した膜厚分布を示すグラフである。 図４は、垂直配向液晶層を有する液晶表示装置の断面図である。 図５Ａ，５Ｂは、板状部材へのスプレーコートを示す側面図、及び平面図である。

板状部材へ塗布膜を形成する工程を、スプレーコートを例にとって説明する。

図５Ａは、ガラス基板等の板状部材１表面に光学膜原料となる塗布液を塗布する状態を示す。板状部材１上方にスプレーコート装置１０のスプレーノズル１１を配置し、塗布液１２をスプレーしながら板状部材１上を走査し、塗布膜２を形成する。スプレーコート装置は種々市販されているが、例えば、三明電子産業株式会社より入手可能な、ＤＣシリーズスプレーコーターを用いることができる。

図５Ｂは、板状部材１上方でのスプレーノズルの走査の軌跡Ｔを示す。１方向に沿って、塗布対象である板状部材１を横断し、一定のピッチ（間隔）で折り返して、逆方向に板状部材を横断し、一定ピッチで折り返して板状部材を横断する走査を繰り返す。塗布膜２は、板状部材１の外方に所定幅張り出すように形成される。光学膜原料の塗布液は親水性であり、親水性のガラス基板等の表面とは馴染みが良いと考えられる。

板状部材の表面が平坦であれば、周辺部を除いた中央部では塗布液層は平坦な表面と均一な液層厚を有すると考えられる。液層の端部では外側面が空気に接し、表面張力の影響などで液層厚が変化するであろう。

本発明者は、板状部材の側面に撥水性材料を塗布することを考えた。

図１ＡＰ−１ＢＰ，１ＡＶ−１ＢＶは、実施例による親水性板状部材への親水性液層材料の塗布方法を示す。図１ＡＰ，１ＡＶに示すように、ガラス基板等の親水性表面を有する板状部材１の側面に撥水性材料３を塗布する。板状部材１の側面は、表面とほぼ直角をなし、表面との境界は鋭い稜線を形成している。

実際に作成した例では、厚さ約０．７ｍｍ、大きさ１５０ｍｍ ｘ １５０ｍｍの青板ガラス基板を板状部材１とし、その側面に、注射器用シリンジの針先でテフロン系材料の撥水性材料３を塗布した。塗布後、約１２０℃のオーブンに約３０分間入れ、乾燥させた。その後、ガラス基板１を純水＋中性洗剤（約３ｗｔ％）内で約１５分間超音波洗浄し、水洗した。乾燥された撥水性膜３は厚さ数μｍから数十μｍで板状部材１の側面に塗布されている。

図１ＢＰ，１ＢＶに示すように、スプレーコート装置を用い、板状部材１表面に親水性材料膜２を塗布する。例では、負の１軸光学異方性膜を作成する材料である、光学材料膜（粘度：６０−１５０ｃｐｓ、１．６ｍＬ）をスプレー塗布した。

実際に光学膜を作成したサンプルにおける膜厚分布を測定した。

図２Ａに示すように、ガラス基板１上の光学膜２ｘを部分的に除去し、ガラス基板１表面を露出させた。ガラス基板１表面および光学膜２表面の高さを蝕針式膜厚計（ＵＬＶＡＣ製Ｄｅｋｔａｋ３０３０）を用いて測定した。触針式であるため、角部等表面高さが急峻に変化する部分での高さ測定は精度に欠ける。

図２Ｂは、測定結果を示すグラフである。横軸がガラス基板上の距離（μｍ）を示し、縦軸が高さ（Å）を示す。ガラス基板表面を高さ０に較正して示している。ガラス基板端部までの幅約４．２ｍｍを測定している。左端の点Ｓでの高さ（膜厚）が約４．５μｍであり、右端方向に向かってほぼ直線状に高さが減少し、右端Ｅでの高さ（膜厚）が約４．１μｍである。その後、高さは急峻に減少している。端部周辺に若干凹凸があるので端部での膜厚を約４.０μｍとしても、約４．２ｍｍの距離で約０．５μｍの膜厚減少であり、勾配で表すと約０．１２μｍ／ｍｍとなる。板状部材周縁での光学膜の盛り上がりは全く観察されない。比較の為、ガラス基板側面に撥水性材料を塗布しないサンプルも作成した。

図３Ａが比較例の構成を示す。青板ガラス基板１の表面に光学膜２が形成され、一部２ｘが除去されている。ガラス基板１側面に撥水性材料を塗布しない点以外は、例と同じ工程を用いて作成した。

図３Ｂは、膜厚分布の測定結果を示すグラフである。図２Ｂ同様、横軸がガラス基板上の距離（μｍ）を示し、縦軸が高さ（Å）を示す。高さ０がガラス基板表面を示す。点Ｓでの高さ（膜厚）が約５．０μｍであり、端部に向かって徐々に厚くなり、ガラス基板周辺部で光学膜の盛り上がりを示している。ピークＰでの高さは約６.０μｍであり、膜厚約１μｍの盛り上がりを示している。その後高さは減少し、端部Ｅでは曲率を示している。ＳＰ間の距離は約３.２ｍｍであり、勾配で示すと約０．３μｍ／ｍｍとなる。

図２Ｂ，３Ｂの結果を比較すると、ガラス基板側面に撥水性材料を塗布することにより、ガラス基板端部での膜厚の盛り上がりが著しく抑制され、勾配が小さくなったことが判る。膜厚分布がより均一な膜が形成できる。

板状部材側面に撥水性材料を塗布するか否かによって、板状部材主表面全面に形成した親水性塗布膜の膜厚分布にこのような差が生じた理由は不明であるが、板状部材主表面全面に形成した親水性塗布膜の膜厚分布には歴然たる差が生じている。

構成上の差を捜すと、板状部材の主表面に塗布した親水性塗布膜が、その端部において、板状部材の側面上に形成した撥水性材料膜に接するか否かということになろう。板状部材側面に撥水性材料を塗布しない場合は、板状部材主表面とその上に塗布した親水性塗布膜の界面は、塗布膜端部において空気に解放される。板状部材側面に撥水性材料を塗布した場合は、板状部材主表面とその上に塗布した親水性塗布膜の界面は、塗布膜端部において板状部材側面に塗布した撥水性材料膜に接すると考えられる。上記実施例において、撥水性材料は板状部材の側面に塗布しており、板状部材の上面にはほとんど存在しない。板状部材上面に塗布した塗布膜と板状部材側面に塗布した撥水性膜とは、面的な接触は形成せず、塗布膜と撥水性膜の境界即ち、板状部材の上面と側面の境界となる角部のみで接触する線的接触のみと考えられる。

板状部材とその上に形成した塗布膜の界面が、空気中に解放されるか、撥水性材料膜により終端されるかにより、塗布膜周辺部における膜厚の盛り上がりが生じるか否かの差が生じるとも考えられる。塗布液材料の移動が界面において支配的であるならば、界面端部の状態に応じて、塗布膜材料の移動が支配され、膜厚の盛り上がりが生じるか否かが支配されてもよいであろう。すると、塗布膜周縁部での膜厚分布の発生を許容するのは、塗布膜と下地との界面端部を空気中に解放する場合であり、界面端部を撥水性材料で終端化させれば、膜厚分布の盛り上がりは回避できるとも解釈できる。塗布膜と板状部材の界面の端部が撥水性材料により線的に終端されることが、塗布膜周辺部の膜厚盛り上がりを抑制することに有効であろうと考えられる。

以上説明した例においては、板状部材として厚さ約０.７ｍｍのガラス基板を用いたが、板状部材は親水性表面を有し、側面に撥水性膜を塗布できるものであれば良いであろう。撥水性膜を塗布するためには、厚さが０．５ｍｍ以上あることが好ましい。実験においてはシリンジで撥水性膜を塗布したが、大量生産時には、スタンプ台や硬度のあるスポンジ等を用い、撥水性材料を染み込ませることで、撥水性膜を板状部材側面に容易に塗布できるであろう。

板状部材表面に塗布する膜は、光学膜に限らない。親水性材料であれば、板状部材表面に塗布した膜の膜厚均一化の効果が得られるであろう。また、板状部材主表面に塗布した膜の膜厚均一化の効果は、板状部材側面に塗布した撥水性膜によって得られると思料され、表面に塗布する膜の塗布方法にはよらないであろう。スプレーコート以外にも、浸漬、刷毛塗り、ドクターブレード、バーコート、スリットコート、スピンコート、ディスペンサ等種々の方法が塗布方法として採用可能であろう。インクジェットは、スプレーコートと同様に、塗布液材料を板状部材に対して液滴として噴霧、塗布する方法であり、スプレーコートと同様の作用効果が期待できる。スプレーコートとインクジェットを含めて液滴噴霧塗布法と呼ぶ。

ブレードやスキージ、遠心力を用いる塗布方法は、一般に余分の塗布液材料を板状部材から除去する工程を含む。比較的低粘度の塗布液材料を板状部材上に塗布する用途より、比較的高粘度の塗布液材料を用いる用途に適合する。

これに対して、液滴噴霧塗布法等、塗布液材料を徐々に板状部材に蓄積するように塗布する方法は、比較的容易に多量の塗布液材料を塗布することが可能である。ディスペンサを用いる方法も、ディスペンサから板状部材への塗布液材料供給を多点で行なう等の方法を取ることで、液滴噴霧塗布法と類似した効果を得ることができるであろう。

本実施例において製造した、表面全面に塗布膜を有する板状部材は、側面に撥水性膜が塗布され、表面に形成した膜の膜厚均一性がよく、板状部材周辺部において塗布膜の盛り上がりが著しく抑制されている（典型的には、盛り上がりがない）特徴を有する。

以上説明した実施例に従って、板状部材表面に厚さ方向に負の光学異方性を有する塗布膜を形成し、この板状部材を垂直配向型液晶表示装置の一方の基板とすることができる。

図４は、実施例により製造する液晶表示装置の断面図である。

一対の板状部材１，１１表面にパターン化した透明電極５，１５を例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等により形成し、透明電極５、１５を覆って板状部材１，１１の所定領域上に垂直配向膜６，１６を形成する。板状部材１，１１（垂直配向膜６，１６）をシール材２１を介して、対向配置して空セルを形成する。空セル内に液晶７を注入する。液晶層７が両板状部材１，１１間に挟持される。一方の板状部材１の側面に撥水性材料膜３を塗布し、板状部材１の外側全表面に光学補償膜２を塗布する。撥水性材料膜３、光学補償膜２の作成は上記実施例の撥水性材料膜、塗布膜同様である。このようにして形成される液晶セルの両側に、クロスニコル配置の偏光板Ｐ１、Ｐ２を配置する。液晶層７内の液晶分子８は、垂直配向膜６，１６の影響により、表示電圧無印加時に基板表面に対して、ほぼ垂直に配向する。このような液晶層は、厚さ方向に正の１軸性光学異方性を有する。光学補償膜２は、厚さ方向に負の１軸性光学異方性を有する、いわゆる−ｃプレートである。液晶層７の光学異方性を光学補償膜２の光学異方性が補償する。

なお、液晶セルの片側にのみ光学補償膜を形成する代わりに、液晶セルの両側に光学補償膜を形成することもできる。液晶セル作成後に光学補償膜を塗布する場合を説明したが、光学補償膜を塗布後、液晶セルに組み立ててもよい。液晶表示装置の対向基板外側表面に光学補償膜を形成したが、対向基板内側表面に光学補償膜を形成してもよい。液晶層と光学補償膜とを近接配置することにより、より良好な光学的補償効果が期待できる。

液晶セルの板状部材は、青板ガラス、無アルカリガラスなどのガラス基板、ポリカーボネートシート等で形成できよう。撥水性を有する基板の表面を親水性処理した基板を用いることもできよう。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。

１ 板状部材、
２ 塗布膜、
３ 撥水性膜
１１ スプレーノズル。

Claims (7)

1. 親水性表面を有する板状部材と、
   前記板状部材側面に塗布された撥水性膜と、
   前記板状部材表面全面に塗布された塗布膜と、
   を有する、塗布膜を有する板状部材。
2. 前記撥水性膜と前記塗布膜とが、線的に接触している請求項１に記載の塗布膜を有する板状部材。
3. 請求項１又は２記載の板状部材からなる第１の板状部材と、
   前記第１の板状部材と対向配置された第２の板状部材と、
   前記第１の板状部材と前記第２の板状部材の対向面に配された電極と、
   前記第１と第２の板状部材に挟持された液晶層と、
   を有する、液晶表示装置。
4. 前記液晶層が垂直配向液晶層であり、前記塗布膜が光学的異方性を有する膜である、請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 親水性表面を有する板状部材の側面に撥水性膜を塗布する工程と、
   前記板状部材の表面全面に親水性塗布液を塗布し、塗布膜を形成する工程と、
   を含む、塗布膜を有する板状部材の製造方法。
6. 親水性表面を有する一対の板状部材表面に、パターン化した透明電極、前記板状部材の所定範囲を覆う垂直配向膜を順に形成し、前記垂直配向膜を対向させて、液晶層を挟持し、液晶セルを作成する工程と、
   一方の前記板状部材の側面に撥水性膜を塗布する工程と、
   前記側面に撥水性膜を塗布した板状部材の外側表面全面に親水性塗布液を液滴噴霧塗布法で塗布し、塗布膜を形成する工程と、
   を含む液晶表示装置の製造方法。
7. 前記液晶セルが垂直配向型液晶セルであり、前記塗布膜が厚さ方向に負の光学異方性を有する光学補償膜である請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。

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