JP2012108416A

JP2012108416A - スペーサ配置方法

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Publication number: JP2012108416A
Application number: JP2010258751A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kumita; 健太郎汲田; Keisuke Kanazawa; 圭祐金澤; Susumu Sakio; 進崎尾; Hideo Takei; 日出夫竹井
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: JP5498920B2

Abstract

【課題】パネルのブラックマトリクス上にスペーサを配置する。
【解決手段】液晶表示装置用のパネル９のブラックマトリクス２７上にポリイミドの原料を含有する配向膜液を塗布し、配向膜液の薄膜を形成した後、仮焼成によって溶媒を乾燥除去し、仮焼成膜を形成し、仮焼成膜に第一の吐出液を吐出し、液溜まりを形成して仮焼成膜のブラックマトリクス２７上の一部を溶解させ、凹部３１を形成した後、本焼成して仮焼成膜２３からポリイミドの配向膜２４を形成する。この配向膜２４の凹部３１に向けて、スペーサ４０が分散された第二の吐出液を吐出し、着弾させた後、乾燥してブラックマトリックス２７上の凹部３１内にスペーサ４０を配置する。
【選択図】図３

Description

本発明はインクジェット法によりスペーサ部を形成するスペーサ塗布方法に関するものである。

液晶パネルに要求される応答特性、コントラスト、視野角は、液晶層の厚みに依存するところが大きい。このため、液晶が封入される一対の基板間の間隙にスペーサを介在させて液晶層の厚みを一定に保つよう制御している。

従来のスペーサ形成方法として、球状のスペーサを基板上に散布する方法がある。この方法は、スプレー噴霧する湿式散布法と、圧搾ドライ窒素などの気流で粉体状スペーサを基板上に直接散布する乾式散布法とがあるが、何れも画素領域にもスペーサが散布され、輝度の低下や輝度のむらが発生したり、基板上におけるスペーサ分布が不均一になり、基板間ギャップが不均一になる場合がある。

そこで、カラーフィルタの非画素領域であるブラックマトリクスに局所的にインクジェット法で簡便にスペーサを形成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法は、溶媒にボール状のスペーサを分散させたスペーサ含有インクを、ノズルからブラックマトリクス上に滴下して、溶媒を蒸発させることにより、ブラックマトリクス上にスペーサを残存させる。

インクジェット法によるスペーサ形成方法において、インクジェット装置から吐出される液滴中に、複数のスペーサが含有されるものとされ、スペーサ部を形成する各領域に一滴ずつスペーサ部形成用塗工液が塗布されてスペーサ部が形成される。

基板上のスペーサ粒子を配置したい位置である遮光層（遮光膜）はその幅が一般に約１０〜３０μｍであるのに対して、インクジェット装置によって吐出されたスペーサ粒子分散液の液滴が基板上に着弾した際の着弾径は一般に約４０〜２００μｍであり、上記遮光層の幅より大きい。

インクジェット装置から吐出されるスペーサ粒子分散液の液滴を小さくするためには、インクジェット装置のノズルの口径を小さくしなければならないが、現状のインクジェット装置のノズル口径は最低でも２０μｍ程度である。液晶表示装置に用いられるスペーサ粒子の粒子経は一般に２〜１０μｍであるため、上記ノズル口径を２０μｍ程度より小さくすることは、ノズル閉塞や吐出の不安定化を招く原因となりやすく、現実的ではない。このため、インクジェット装置を用いて液晶表示装置の非表示部にスペーサ粒子を配置するのは、吐出された液滴の大きさの精度を考慮すると、極めて困難なことである。

近年、液晶表示装置は、その表示品質向上の要求が高まる中でより明るい画質にするために、画素領域を大きく、遮光領域を小さくする方向にある。これはスペーサ粒子を遮光領域に配置するに当たっては困難な方向であって、効率良く高い精度で遮光領域にスペーサ粒子を選択的に配置する方法の開発がより強く求められているのが現状である。

さらに、ＭＶＡモードのカラーフィルタや、ＴＦＴ基板など、スペーサ部を形成する領域が平坦ではない場合、スペーサ部を形成する領域に液滴を塗布した後、液滴の乾燥後に周辺の凹凸部にスペーサが移動してしまう場合がある。
このように、吐出されたスペーサが正常に配置されないと、セルギャップが変化し、パネルを作製した際に表示ムラが発生してしまう。

特開平１１−２４０８３号公報

本発明の目的は、かかる問題を解決し、インクジェット装置を用いてスペーサ粒子を液晶表示装置用基板の非表示部分に高い精度で選択的に配置することができるスペーサ塗布方法及びスペーサ塗布装置を提供することにある。

本発明は、基板上にブラックマトリクスが配置され、表面にポリイミドから成る配向膜が露出したパネルの表面の、前記ブラックマトリクス上にスペーサを配置するスペーサ配置方法であって、前記ブラックマトリクス上と前記ブラックマトリクスの間の上に亘って第一の溶剤を含有する配向膜液を形成し、前記第一の溶剤を蒸発させてポリイミド原料を含有する仮焼成膜を形成し、前記ブラックマトリクス上の前記仮焼成膜の一部上に、第一吐出液を吐出して配置し、前記第一吐出液によって前記仮焼成膜を溶解させ、前記仮焼成膜に凹部を形成し、前記仮焼成膜を加熱し、前記仮焼成膜に含有されるポリイミド原料を反応させ、ポリイミドから成る配向膜を形成し、前記凹部に向けてスペーサが含有された第二吐出液を吐出し、前記凹部にスペーサを配置するスペーサ配置方法である。
また、本発明は、前記ブラックマトリクス上には金属酸化物薄膜が配置され、前記ブラックマトリックス上では前記金属酸化物薄膜上に前記仮焼成膜を形成し、前記凹部の底面に前記金属酸化物薄膜を露出させるスペーサ配置方法である。
また、本発明は、前記凹部は、ポリイミドの盛り上がり部で取り囲むスペーサ配置方法である。

スペーサが分散液中に分散された第二の吐出液は、配向膜の凹部に向けて吐出され、凹部の内部に着弾するから、第二の吐出液中のスペーサは凹部に集中して配置される。
凹部周辺の盛り上がり部の高さは、凹部の外部から内部に向かうときの方が、凹部の内部から外部に向かうときよりも、配向膜の膜厚分だけ低い。分散液の乾燥の際には、凹部外に位置するスペーサは凹部の内部に移動して凹部の底面上に配置され、スペーサの高さは均一になる。乾燥の際にスペーサが凹部の内部から外部に移動することはない。

(ａ)ブラックマトリクスを説明するためのパネルの平面図 (ｂ)：ブラックマトリクスと凹部の位置関係を説明するための平面図 (ａ)透明導電膜が形成された状態のパネルの断面図 (ｂ)：配向膜液が塗布されて配向膜液の薄膜が形成された状態のパネルの断面図 (ｃ)：配向膜液の薄膜が仮焼成されて仮焼成膜が形成された状態のパネルの断面図 (ｄ)：仮焼成膜上に仮焼成膜の溶剤である第一の吐出液が吐出され、着弾した状態のパネルの断面図 (ｅ)：ブラックマトリクス上の仮焼成膜の一部が第一の吐出液の液溜まりによって溶解されて凹部が形成された状態のパネルの断面図 (ｆ)：本焼成によって凹部を有する配向膜が仮焼成膜から形成された状態のパネルの断面図 (ｇ)：配向膜の凹部にスペーサを含有する第二の吐出液が吐出された状態のパネルの断面図（ｈ）：吐出液中の分散液が乾燥されて凹部にスペーサが配置された状態のパネルの断面図 (ａ)、(ｂ)：パネルにスペーサを配置するスペーサ配置装置を説明するための図

図２(ａ)は、スペーサを配置して液晶表示装置のカラーフィルタを形成するためのパネル９の断面図である。このパネル９は、ガラス基板等の透明な基板２６を有しており、基板２６上には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の複数個のカラーフィルタ領域２８と、黒色の有機膜等の不透明なブラックマトリクス２７とが設けられている。

ブラックマトリクス２７はカラーフィルタ領域２８を個々に取り囲むように配置されている。図１(ａ)に、パネル９のカラーフィルタ領域２８とブラックマトリクス２７との平面的な位置関係を示す。ここでは、カラーフィルタ領域２８は、複数個が行列状に配置されており、ブラックマトリクス２７は、細長の黒色薄膜がカラーフィルタ領域２８の間に配置され、格子状になっている。
このパネル９では、図２(ａ)に示すように、カラーフィルタ領域２８の表面とブラックマトリクス２７の表面とに亘って、ＩＴＯ膜から成る透明導電膜２１が形成されている。

その状態のパネル９の透明導電膜２１の表面の上に、ポリイミドの原料液(第一の溶剤と酸二無水物とジアミン類の化合物や、第一の溶剤とポリイミド前駆体等のポリイミド原料とを含有する液体)から成る配向膜液を塗布又は噴霧し、図２(ｂ)に示すように、配向膜液の薄膜１９を形成する。

配向膜液の薄膜１９を形成したパネル９は加熱装置に移動させ、ポリイミド原料が反応してポリイミドを形成する温度よりも低温の温度に、所定時間加熱し(８０℃、１０分間の加熱)、第一の溶剤を蒸発させる(仮焼成工程)。

配向膜液の薄膜１９に含有される第一の溶剤が蒸発すると、配向膜液の薄膜１９が、図２(ｃ)に示すように、透明導電膜２１の表面に配置された仮焼成膜２３になる。仮焼成膜２３は、配向膜液の薄膜１９に含有されていたポリイミド原料から構成されている。
この状態のパネル９の表面にスペーサを配置する。

図４(ａ)、(ｂ)の符号５０は、仮焼成膜２３が形成されたパネル９にスペーサを配置するスペーサ配置装置である。このスペーサ配置装置５０は、吐出台５１と吐出装置５２と、第一の吐出液が配置された第一のタンク５７と、第二の吐出液が配置された第二のタンク５８とを有している。

吐出台５１のパネル９を配置する表面は水平にされている。
吐出装置５２は、支持軸５５を有しており、支持軸５５は、吐出台５１上に配置されている。支持軸５５は、吐出台５１のパネル９を配置する表面と平行に配置されており、支持軸５５には、吐出台５１に対面するように、第一の吐出ヘッド５３と、第二の吐出ヘッド５４とが設けられている。

第一、第二のタンク５７、５８は、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４にそれぞれ接続され、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４に、第一、第二の吐出液をそれぞれ供給するように構成されている。
第一、第二の吐出ヘッド５３、５４はそれぞれ複数の吐出口を有しており、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４は、供給された第一、第二の吐出液を、吐出口と対面するパネル９表面の位置に向けて、吐出口から吐出するように構成されている。

吐出台５１にはパネル移動装置が設けられており(不図示)、吐出台５１上の一端の位置にパネル９を置いて移動装置を動作させ、パネル９を吐出台５１の一端の位置から他端の位置まで移動させることができるように構成されている。

移動装置によるパネル９の移動の際、パネル９の表面は、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４と対面することができる。パネル９の第一、第二の吐出ヘッド５３、５４と対面する表面には、仮焼成膜２３の表面が露出されている。

第一、第二の吐出ヘッド５３、５４は、ヘッド移動装置(不図示)に設けられており、ヘッド移動装置を動作させると、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４は、吐出台５１上の水平面内で、パネル９の移動方向とは直角な方向に移動させることができる。

パネル移動装置とヘッド移動装置とにより、パネル９と第一、第二の吐出ヘッド５３、５４とを移動させると、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４を、パネル９表面の所望位置上に配置することができる。その状態で、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４の吐出口から第一又は第二の吐出液を吐出し、仮焼成膜２３の表面の所望位置に第一又は第二の吐出液を着弾させることができる。

図４(ｂ)は、第一又は第二の吐出ヘッド５３、５４がパネル９の所定位置上に配置された状態を示している。
なお、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４の吐出口は、複数個が同一方向に、その方向上で等間隔に並べられており、第一、第二の吐出ヘッド５３、５４の、吐出台５１上のパネル９に対する向きを変えることで、パネル９の移動方向とは垂直な方向上での吐出口の間隔を変えることができる。そして、パネル９の移動方向に対して垂直な方向には、所望ピッチで第一、第二の吐出液を着弾させることができる。

第一、第二の吐出ヘッド５３、５４の吐出口から吐出され、着弾して形成される第一、第二の吐出液の液溜まりの大きさは、ブラックマトリクス２７の線幅よりも小さく、第一、第二の吐出液はブラックマトリクス２７上からこぼれず、ブラックマトリクス２７上に着弾した第一、第二の吐出液により、ブラックマトリクス２７上に第一、第二の吐出液の液溜まりが形成されるようになっている。

第一の吐出液の液溜まりを形成する際には、先ず、パネル９と第一の吐出ヘッド５３の移動により、パネル９のブラックマトリクス２７上の場所のうち、所望の位置に向けて第一の吐出ヘッド５３から第一の吐出液を吐出し、図２(ｄ)に示すように、仮焼成膜２３のうち、ブラックマトリクス２７上の一部分の位置の表面に、第一の吐出液の液溜まり３０を形成する。

第一の吐出液は仮焼成膜２３を溶解する有機溶剤であり、第一の吐出液の液溜まり３０が仮焼成膜２３と部分的に接触しているため、仮焼成膜２３は接触部分が溶解する。第一の吐出液は、ポリイミド原料液に含有された第一溶剤と同じ溶剤であっても良いし、異なる溶剤であってもよい。

仮焼成膜２３のうち溶解される部分は、ブラックマトリクス２７上の部分の一部であり、ブラックマトリクス２７の外部に位置する部分は溶解しない。仮焼成膜２３を熔解させる第一の吐出液としては、γ−ブチロラクトン(ＧＢＬ)、ブチルセロソルブ(ＢＣ)、Ｎ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)等を用いることができる。

第一の吐出液の液溜まり３０が形成されたパネル９は第一の吐出液の蒸発温度以上の温度に加熱され、第一の吐出液の液溜まり３０を構成する第一の吐出液が蒸発すると、第一の吐出液が蒸発する際に、第一の吐出液の液溜まり３０中に溶解されているポリイミド原料は、第一の吐出液の液溜まり３０が消滅するときに、第一の吐出液の液溜まり３０の外周で盛り上がり３２を形成する。このとき、盛り上がり３２の内側の底面には、透明導電膜２１の表面が露出し、盛り上がり３２で囲まれた凹部３１が形成される。

次に、この状態のパネル９を本焼成路内に搬入し、仮焼成膜２３中のポリイミド原料が反応する温度以上の温度と時間に加熱し(ここは、２２０℃、３０分)、ポリイミド原料を反応させてその反応生成物であるポリイミドで構成された配向膜を形成する。

図３(ｆ)の符号２４は、ポリイミドから成る配向膜であり、ポリイミドから成る盛り上がり部３３で囲まれた凹部３１が形成される。凹部３１の底面には、透明導電膜２１表面が露出されている。図１(ｂ)は、ブラックマトリクス２７と凹部３１との位置関係を示している。

第二の吐出液は、水などの分散液にスペーサが分散されたスペーサ分散液であり、第二の吐出ヘッド５４は、第一の吐出ヘッド５３と同様に、パネル９の移動方向とは直角な方向に移動できるようになっており、配向膜２４が配向処理された後、第二のタンク５８から第二の吐出液が、各凹部３１に向かって吐出され、各凹部３１内に着弾させる。凹部３１以外の部分に向けては吐出されず、吐出液は凹部３１以外の部分には着弾されない。

図３(ｇ)の符号３５は、凹部３１に着弾した第二の吐出液の液溜まりであり、第二の分散液に含有されるスペーサ４０は、パネル９の上に乗っている。
ブラックマトリクス２７上の各凹部３１内に第二の吐出液が着弾されて、パネル９が吐出台５１上の終了位置に移動された後、パネル９は乾燥炉に移動され、第二の分散液中の分散液の蒸発温度以上の温度に加熱され、第二の吐出液の液溜まり３５中の分散液３４は蒸発されて除去される。

凹部３１上には、第二の吐出液の液溜まり３５が配置されており、凹部３１上には、第二の吐出液の液溜まり３５に含有されるスペーサ４０が配置されている。
ここでは、着弾した第二の吐出液の液溜まり３５は、盛り上がり部３３を越え、凹部３１の周囲の配向膜２４上にも拡がっており、着弾した第二の吐出液の液溜まり３５中の一部のスペーサ４０は、盛り上がり部３３の外側に位置している。

凹部３１の底面には透明導電膜２１が露出されており、本例では、その透明導電膜２１は金属酸化物薄膜で構成されている。金属酸化物薄膜の表面は親水性であるため凹部３１の底面は親水性になっており、従って、凹部３１に着弾した第二の吐出液の液溜まり３５が乾燥して体積が小さくなるときには、連続している第二の吐出液の液溜まり３５が乾燥によって収縮する際には、凹部３１内の一点に向けて引き付けられ、分散液３４中の複数のスペーサ４０も収縮が向かう一点に向けて移動する。

凹部３１の底面の面積は、一個の凹部３１に向けて吐出された吐出液に含有される個数のスペーサ４０が、凹部３１からはみ出ないで配置される大きさにされており、凹部３１の外部に位置するスペーサ４０は、第二の吐出液の液溜まり３５の収縮に伴って移動して凹部３１外から凹部３１内に進入し、着弾した第二の吐出液の液溜まり３５中の分散液３４が全部乾燥すると、図３(ｈ)に示されるように、一個の凹部３１に着弾した吐出液中のスペーサ４０は、凹部３１の底面上に配置されたパネル１１が得られる。スペーサ４０は、第二の吐出液の液溜まり３５中の分散液が乾燥する際に、透明導電膜２１の表面に固定される。

上記例では、凹部３１の外部に第二の吐出液が着弾しても、第二の吐出液の液溜まり３５は凹部３１の外部にまで拡がっていたが、吐出する第二の吐出液の液量を上記の場合よりも少なくしたり、凹部３１の面積を上記の場合よりも広げるなどの方法で、着弾した第二の吐出液の液溜まり３５が、凹部３１の盛り上がり部３３の外側には拡がらずに、凹部３１の内部に配置されて乾燥されてもよい。

なお、各スペーサ４０は凹部３１の底面と接触しており、凹部３１の底面高さは異なる凹部３１の間でも同じ高さになるから、スペーサ４０の直径が一定であれば、スペーサ４０のガラスの基板２６からの高さは、異なる凹部３１間でも一定になる。

凹部３１の平面形状は円形でも、多角形(例えば四角形)でもよく、四角形の場合の一辺や、円形の場合の直径は、１０〜２０μｍである。スペーサ４０は円形であり、その直径は、３〜５μｍである。
ポリイミドから成る配向膜２４の膜厚は、５０〜９０ｎｍ、ＩＴＯから成る透明導電膜２１の膜厚は１５０〜１８０ｎｍである。

以上の工程によってスペーサ４０が凹部３１内に配置された配向膜２４を有する図３(ｈ)のパネル１１は、他の配向膜を有するパネルと配向膜を対向して貼り合わされ、パネル間に液晶が注入されると配向膜２４によって液晶が配向され、液晶表示パネルが形成される。

本発明によってスペーサ４０が配置されたパネル９では、ブラックマトリクス２７上の凹部３１にスペーサ４０が配置され、凹部３１外に位置するスペーサ４０は無くなるので、スペーサ４０が視認性を悪化させることがなくなる。

９……パネル
２１……透明導電膜
２３……仮焼成膜
２４……配向膜
２７……ブラックマトリクス
３０……第一の吐出液の液溜まり
３１……凹部
３３……盛り上がり部
３４……分散液
３５……第二の吐出液の液溜まり
４０……スペーサ

Claims

基板上にブラックマトリクスが配置され、表面にポリイミドから成る配向膜が露出したパネルの表面の、前記ブラックマトリクス上にスペーサを配置するスペーサ配置方法であって、
前記ブラックマトリクス上と前記ブラックマトリクスの間の上に亘って第一の溶剤を含有する配向膜液を形成し、
前記第一の溶剤を蒸発させてポリイミド原料を含有する仮焼成膜を形成し、
前記ブラックマトリクス上の前記仮焼成膜の一部上に、第一吐出液を吐出して配置し、前記第一吐出液によって前記仮焼成膜を溶解させ、前記仮焼成膜に凹部を形成し、
前記仮焼成膜を加熱し、前記仮焼成膜に含有されるポリイミド原料を反応させ、ポリイミドから成る配向膜を形成し、
前記凹部に向けてスペーサが含有された第二吐出液を吐出し、前記凹部にスペーサを配置するスペーサ配置方法。
前記ブラックマトリクス上には金属酸化物薄膜が配置され、前記ブラックマトリックス上では前記金属酸化物薄膜上に前記仮焼成膜を形成し、
前記凹部の底面に前記金属酸化物薄膜を露出させる請求項１記載のスペーサ配置方法。
前記凹部は、ポリイミドの盛り上がり部で取り囲む請求項１又は２のいずれか１項記載のスペーサ配置方法。