JP2015148748A

JP2015148748A - 液晶表示装置の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2015148748A
Application number: JP2014022202A
Authority: JP
Inventors: 陽二郎島田; Yojiro Shimada
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: US20150227006A1; CN104834129A; US9785014B2; JP6412695B2; CN104834129B

Abstract

【課題】均一に光配向を行うことができる液晶表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板間に液晶層が挟持された表示パネルを備えた液晶表示装置の製造方法における光配向工程において、基板の進行方向２５１に対して交差する方向に長く延びて配置された棒状ＵＶランプ２１０の中心部下部領域を通過する基板１５０の領域と端部領域を通過する基板１５０の領域における紫外線２１２の露光量を均一とするために、中心部よりも端部での開口幅が大きなアパーチャー２４０ｂを介して紫外線２１２を照射する。【選択図】図２

Description

本発明は、光配向膜を有する液晶表示装置の製造方法および製造装置に関する。

液晶表示装置は表示品質が高く、且つ薄型、軽量、低消費電力などといった特長からその用途を広げており、携帯電話用モニター、デジタルスチルカメラ用モニターなどの携帯向けモニターからデスクトップパソコン用モニター、印刷やデザイン向けモニター、医療用モニターさらには液晶テレビなど様々な用途に用いられている。この用途拡大に伴い、液晶表示装置には更なる高画質化、高品質化が求められており、特に高透過率化による高輝度化、低消費電力化が強く求められている。また液晶表示装置の普及に伴い、低コスト化に対しても強い要求がある。

通常、液晶表示装置の表示は一対の基板間に挟まれた液晶層の液晶分子に電界を印加することにより液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じた液晶層の光学特性の変化により行われる。電界無印加時の液晶分子の配向方向は、ポリイミド薄膜の表面にラビング処理を施した配向膜により規定されている。しかしながら、ラビングによる静電気や異物の発生、基板表面の凹凸によるラビングの不均一等の問題があり、ラビング布との接触を必要としない光配向法が採用されつつある。光配向法は、基板表面に形成された有機被膜の表面にほぼ直線に偏光したＵＶ光を照射することによって配向能を有機被膜の表面に付与する方法である。光配向用の紫外線（ＵＶ）照射装置については、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−１４４８８４号公報

近年、モバイル用の液晶表示装置、特にＴＦＴが形成されているＴＦＴ基板において、ＴＦＴの微細化及びＴＦＴ基板表面の凹凸の増大に伴い、特に段差部においてラビングでは十分な配向能を付与することが困難になることが危惧される。そこで発明者等は、大型ＴＶ用液晶表示装置の配向処理で実績のあるＵＶ照射装置を用いてモバイル用配向膜の配向処理を行った（図１参照）。本ＵＶ照射装置は、紫外線を含む光を放射するロングアーク型放電ランプ（棒状ＵＶランプ）２１０と、断面が楕円形状の樋状集光ミラー２２０と、紫外線の照射領域を規定する矩形状の開口部を有するアパーチャー２４０a（図６参照）と、配向処理を行う基板１５０を載せるスキャンステージ２５０とを備えている。配向処理は、アパーチャー２４０aを介して紫外線２１２（正確には偏光子によって直線偏光された紫外光）が照射されている領域２１１に、ロングアーク型放電ランプの長手方向に複数の表示パネル領域を含む基板１５０を載せたスキャンステージ２５０を移動させることにより行った。なお、符号２５１はスキャン方向を示す。

その結果、棒状ＵＶランプでは長手方向端部において露光量が低くなる。中小型用表示パネルでは棒状ＵＶランプの長手方向において複数の表示パネル領域が配置されるため表示パネル単位で露光量がばらつき歩留まりが低下すること、露光量の許容範囲内（±５％）の領域のみを選択するとスループットが低下してしまうこと等が判明した。また、露光量が不均一になると複数の表示パネル領域を有する基板面内で品質低下の問題が発生する。また、露光量低下を抑制するために紫外線強度を高めるとエネルギーアップにより製造コストが増加する。なお、大型ＴＶ用の表示パネルの場合には、ロングアーク型放電ランプの長手方向に数個の表示パネル領域しか配置されていないため、表示パネル単位での露光量のばらつきは生じず、また表示パネル内のばらつきの許容範囲が±１５％以内であり大きな問題になっていなかったものと思われる。

本発明の目的は、均一に光配向を行うことができる液晶表示装置の製造方法および製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、基板間に液晶層が挟持された表示パネルを備えた液晶表示装置の製造方法であって、
薄膜トランジスタが形成された第１基板を準備する第１工程と、
前記第１基板上に光配向膜を形成する第２工程と、
前記光配向膜に棒状ＵＶランプから放射された紫外線を照射して前記光配向膜を配向する第３工程と、
前記第１基板と第２基板との間に前記液晶層を挟持する第４工程と、を有し、
前記第１基板の相対的な進行方向に対して交差する方向に長く延びて配置された前記棒状ＵＶランプの中心部下部領域を通過する前記第１基板の第１領域と端部領域を通過する前記第１基板の第２領域における前記紫外線の露光量を均一とするために、前記紫外線の照射領域を規定するアパーチャーにおいて、前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での開口幅が異なる、又は前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での紫外線透過率が異なることを特徴とする液晶表示装置の製造方法とする。

また、光配向膜の配向に用いる液晶表示装置の製造装置であって、
棒状ＵＶランプと、
前記棒状ＵＶランプから放射された紫外線の照射領域を規定するアパーチャーと、
前記棒状ＵＶランプの長手方向に対して垂直方向に移動可能なスキャンステージと、を有し、
前記アパーチャーは、前記スキャンステージに載せられる基板の進行方向に対して交差する方向に長く延びて配置された前記棒状ＵＶランプの中心部下部領域を通過する前記基板の第１領域と端部領域を通過する前記基板の第２領域における前記紫外線の露光量を均一とするために、前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での開口幅が異なる、又は前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での紫外線透過率が異なることを特徴とする製造装置とする。

発明者等が検討した、光配向処理を説明するためのＵＶ照射装置の概略斜視図である。本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法における光配向処理を説明するためのＵＶ照射装置の概略斜視図である。本発明の第１の実施例に係るＵＶ照射装置の概略図（一部透視図）であり、右図はロングアーク型放電ランプの長手方向に対して直交する方向（ステージ移動方向）から見た図、左図はロングアーク型放電ランプの長手方向から見た図である。本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法における配向膜形成工程のフロー図である。本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法の光配向工程のフロー図である。本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法における配向膜形成工程を説明するためのＴＦＴ基板或いはＣＦ基板の概略断面図である。本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法における配向膜形成工程を説明するためのＴＦＴ基板或いはＣＦ基板の概略平面図である。発明者等が検討したＵＶ照射装置におけるアパーチャーの概略平面図である。本発明の第１の実施例に係るＵＶ照射装置におけるアパーチャーの概略平面図である。図６のアパーチャーと図７のアパーチャーを用いた場合の露光量分布を説明するための比較図である。液晶表示装置の概略平面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等につて模式的に表わされる場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造装置（ＵＶ照射装置）について、図２、図３及び図７を用いて説明する。図２は本実施例に係る液晶表示装置の製造方法における光配向処理を説明するためのＵＶ照射装置の概略斜視図である。又図３はこのＵＶ照射装置の側面図（一部透視図）であり、右図はロングアーク型放電ランプ（棒状ＵＶランプ）の長手方向に対して直交する方向から見た図、左図は棒状ＵＶランプの長手方向から見た図である。

本ＵＶ照射装置は、図３に示すように棒状ＵＶランプ２１０と、棒状ＵＶランプから放射されたＵＶ光２１２を集光する樋状集光ミラー２２０と、樋状集光ミラーにより集光されたＵＶ光２１２のうち直線偏光光２１２ａを通過させる偏光子２３０と、直線偏光光２１２ａの照射領域を規定するアパーチャー２４０と、光配向膜１２０が形成された基板１５０を載せて移動するスキャンステージ２５０とを備える。基板と偏光子との間に波長選択フィルタを配置することもできる。これにより、光配向膜の配向に寄与しない不要な波長の光を取り除くことができる。棒状ＵＶランプを用い、基板と偏光光の照射領域とを相対的に移動することにより、大型の光学部品を用いることなく偏光光を広い面積へ照射することができる。なお、図２はアパーチャー形状（後述）を除き基本的には図１と同様であるため説明を省略する。

図７はこのＵＶ照射装置におけるアパーチャー２４０ｂの概略平面図である。本実施例においては、ＵＶ照射装置のアパーチャー形状を図６に示す矩形状から、図７に示すように棒状ＵＶランプの長手方向端部に対応する部分の幅が最大となるホームベース状となるように変更した。即ち、アパーチャーの形状は棒状ＵＶランプの中心から長手方向に対して距離の離れた端部エリアの開口幅を若干広くした構造とする。その際急激な面積変化がないようにその間をテーパー形状にすることが望ましい（テーパー部を小刻みな階段形状とすることもできる）。棒状ＵＶランプ長手方向に対して垂直方向にステージが移動するため、トータル積算露光量（累積）として、フラット（均一）になるように調整する。積算露光量の測定は装置に設置の偏光測定器を用いてステージ移動方向に搬送測定する。分布測定（ランプ長手方向）については偏光測定器の位置をずらして測定する。これにより、図８に示すように露光量の均一性を改善（Ｗｂ＞Ｗａ：なお、Ｗｂは本実施例で用いたアパーチャーでの有効範囲幅（許容範囲±５％以内）、Ｗａは矩形状アパーチャーでの有効範囲幅（許容範囲±５％以内））することができる。更にこの図から、図７に示す形状のアパーチャーを用いることにより許容範囲±５％（１０％の範囲内）とした場合であっても、矩形状アパーチャーでの許容範囲±１５％（３０％の範囲内）と同等以上の有効照射幅を得ることができることが分かった。また、複数の表示パネル領域を含むガラス基板面内での露光量ばらつきを低減でき、生産性の向上、エネルギー削減が可能となり製造コストを削減することができる。特に、本装置を使用することにより露光量分布が均一になり光配向プロセスで発生する品質問題は解決される。

最終的にアパーチャー形状の詳細についてはランプの露光特性に応じて変更することが望ましい。また棒状ＵＶランプが複数ある場合は各棒状ＵＶランプの特性に合わせて形状を変更することが望ましい。

次に、液晶表示装置の製造方法について、配向膜工程を中心に図４Ａ、図４Ｂ、Ｂ５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図４Ａは、本発明の第1の実施例に係る液晶表示装置の製造方法における配向膜形成工程のフロー図である。なお、ＣＦ基板を用いた場合もＴＦＴ基板を用いた場合も基板の層構造が異なるだけであり、配向膜形成工程は基本的には同じであるため、ここではＴＦＴ基板を例に説明する。但し、ＣＦ基板の場合にはＴＦＴ基板よりも表面の平坦性がよいため、光配向処理ではなく、ラビングによる配向処理とすることもできる。

先ず、ＴＦＴが形成された基板１５０を準備する。次に、当該基板に対して配向膜を形成する前のＰＩ（ポリイミド）前洗浄を中性洗剤等の薬液を用いて行う（ステップＳ４００）。次に、光配向膜（ＰＩ膜）をフレキソ印刷或いはインクジェット塗布で形成する（ステップＳ４１０）。次いで、ＰＩ膜を４０℃程度の温度で仮焼成を行う（ステップＳ４２０）。引き続き、１５０℃程度に加熱したベーク炉でＰＩ膜を本焼成する（ステップＳ４３０）。次に、ＰＩ膜の光配向処理を行う（ステップＳ４４０）。光配向処理（ステップＳ４４０）は、図４Ｂに示すように、ＵＶ照射によるＰＩ光分解（ステップＳ４４１）と、加熱による分解部架橋、再配列（ステップＳ４４２）と、洗浄（ウエット）による異物除去と不純物除去（ステップＳ４４３）とを含む。ＵＶ照射は図７に示すアパーチャーを備えたＵＶ照射装置を用いて行った。なお、ＵＶ光の波長は用いる光配向膜の材料に依存して変更されるものであり、特定の値に限定されない。

光配向膜が形成された基板の断面図の例を図５Ａに示す。図５Ａにおいて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された基板（ＴＦＴ基板）の場合、符号１１０は、例えばゲート絶縁膜やゲート電極、半導体層、ソース・ドレイン電極、無機保護膜、有機保護膜、画素電極等の構成要素を含むＴＦＴ多層構造膜である。又カラーフィルタ（ＣＦ）が形成された基板（ＣＦ基板）の場合には、符号１１０は、例えばカラーフィルタ、ブラックマトリクス、オーバーコート膜等の構成要素を含むＣＦ多層構造膜である。又、基板の平面図の例を図５Ｂに示す。基板１５０は複数の表示パネル領域１６０を有する。

光配向膜が形成されたＴＦＴ基板とＣＦ基板とを光配向膜が対面するように貼り合わせ、基板間に液晶層を挟持し、個々の表示パネルに分割する。その後、個々の表示パネルにバックライト等を組み合わせることにより（図４ＡのステップＳ４５０）、例えば図９に示す液晶表示装置１００が複数完成する。符号１３０は表示領域、符号１４０は駆動回路部を示す。

上記手順で液晶表示装置を製造したところ、棒状ＵＶランプの長手方向において幅広い範囲で均一な露光量（累積露光量）が得られ、歩留まり向上、スループットの向上（生産性の向上）を図ることができた。又、露光量の均一なＵＶ照射装置を提供することができた。又、中小型の液晶表示装置であっても品質のばらつきが小さく高品質の液晶表示装置を提供することができた。

以上、本実施例によれば、均一に光配向を行うことができる液晶表示装置の製造方法および製造装置を提供することができる。

本発明の第２の実施例について説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。本実施例では、アパーチャーの形状変更に代えて、アパーチャーの紫外線透過率を変化させた。即ち、棒状ＵＶランプの長手方向において、アパーチャーの形状は矩形のままとし、アパーチャーの中央部の紫外線透過率を両端部における紫外線透過率よりも低くした。なお、アパーチャー形状と紫外線透過率の両者を変更したアパーチャーとすることもできる。

紫外線透過率を変える方法として、アパーチャーの中央部と両端部で紫外線透過率の異なる部材を用いることができる。また、アパーチャーの両端部は開口とし、中央部に透過率を抑える部材を配置することもできる。紫外線透過率の異なる中央部と両端部との間は徐々に紫外線透過率を変化させることが望ましい。

図２に示すＵＶ照射装置において、アパーチャー２４０ｂに代えて、棒状ＵＶランプの長手方向における中央部と両端部とで紫外線透過率の異なるアパーチャーを用い、図４Ａ、図４Ｂに示す手順に従って光配向膜を形成し、液晶表示装置を製造した。その結果、棒状ＵＶランプの長手方向において幅広い範囲で均一な露光量（累積露光量）が得られ、歩留まり向上、スループットの向上（生産性の向上）を図ることができた。又、露光量の均一なＵＶ照射装置を提供することができた。又、中小型の液晶表示装置であっても品質のばらつきが小さく高品質の液晶表示装置を提供することができた。

以上、本実施例によれば、均一に光配向を行うことができる液晶表示装置の製造方法および製造装置を提供することができる。又、紫外線通過領域を矩形状としたまま、アパーチャーの中央部と端部とで紫外線透過率を変えることができるため、アパーチャーの外形寸法を変更することなく中央部と両端部との紫外線透過率を大幅に変更・調整することができる。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、アパーチャーは実質的に本願発明の効果を得る構成であれば遮光板等の別の呼び方をしても問題ない。また、異なる開口を有する２つ以上の物体を組み合わせることで本願発明の紫外線透過率を成し得る構成であってもよい。
例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００…液晶表示装置、１１０…ＴＦＴ多層構造膜又はＣＦ多層構造膜、１２０…光配向膜、１３０…表示領域、１４０…駆動回路部、１５０…基板、１６０…表示パネル領域、２１０…ロングアーク型放電ランプ（棒状ＵＶランプ）、２１１…ＵＶ照射領域、２１２…ＵＶ光、２１２ａ…偏光されたＵＶ光、２２０…樋状集光ミラー、２３０…偏光子、２４０…アパーチャー、２４０ａ…矩形状開口部を有するアパーチャー、２４０ｂ…本発明のアパーチャー、２５０…スキャンステージ、２５１…スキャン方向。

Claims

光配向膜の配向に用いる液晶表示装置の製造装置であって、
棒状ＵＶランプと、
前記棒状ＵＶランプから放射された紫外線の照射領域を規定するアパーチャーと、
前記棒状ＵＶランプの長手方向に対して垂直方向に移動可能なスキャンステージと、を有し、
前記アパーチャーは、前記スキャンステージに載せられる基板の進行方向に対して交差する方向に長く延びて配置された前記棒状ＵＶランプの中心部の第１領域と端部領域の第２領域において、開口幅が異なる、又は前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での紫外線透過率が異なることを特徴とする製造装置。
請求項１記載の製造装置において、
前記第１領域と前記第２領域とでの露光量のばらつきが±５％以内であることを特徴とする製造装置。
請求項１記載の製造装置において、
前記アパーチャーは、前記棒状ＵＶランプの長手方向において、中心部よりも端部での前記開口幅が大きいことを特徴とする製造装置。
請求項１記載の製造装置において、
前記アパーチャーは、前記棒状ＵＶランプの長手方向において、中心部よりも端部での前記紫外線透過率が大きな構成であることを特徴とする製造装置。
請求項３記載の製造装置において、
前記アパーチャーは、前記開口幅の狭い部分と前記開口幅の広い部分との間は前記開口幅の狭い部分から前記開口幅の広い部分へ向けて次第に幅が広くなるようにテーパー形状となっていることを特徴とする製造装置。
請求項１記載の製造装置において、
更に、偏光子を有することを特徴とする製造装置。
請求項１記載の製造装置において、
前記基板は、前記棒状ＵＶランプの長手方向に複数の表示パネル領域を有することを特徴とする製造装置。
基板間に液晶層が挟持された表示パネルを備えた液晶表示装置の製造方法であって、
薄膜トランジスタが形成された第１基板を準備する第１工程と、
前記第１基板上に光配向膜を形成する第２工程と、
前記光配向膜に棒状ＵＶランプから放射された紫外線を照射して前記光配向膜を配向する第３工程と、
前記第１基板と第２基板との間に前記液晶層を挟持する第４工程と、を有し、
前記第１基板の相対的な進行方向に対して交差する方向に長く延びて配置された前記棒状ＵＶランプの中心部下部領域を通過する前記第１基板の第１領域と端部領域を通過する前記第１基板の第２領域における前記紫外線の露光量を均一とするために、前記紫外線の照射領域を規定するアパーチャーにおいて、前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での開口幅が異なる、又は前記第１領域と前記第２領域に対応する領域での紫外線透過率が異なることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記露光量の均一とは、ばらつきが±５％以内であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記露光量を均一とするために、前記第１領域に対応する中心部よりも前記第２領域に対応する端部での前記開口幅が大きなアパーチャーを介して前記紫外線を照射することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記露光量を均一とするために、前記第１領域に対応する中心部よりも前記第２領域に対応する端部での前記紫外線透過率が大きなアパーチャーを介して前記紫外線を照射することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項１０記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記アパーチャーは、前記開口幅の狭い部分と前記開口幅の広い部分との間は前記開口幅の狭い部分から前記開口幅の広い部分へ向けて次第に幅が広くなるようにテーパー形状となっていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第1基板に照射される前記紫外線は、直線偏光光であることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第１基板は、前記棒状ＵＶランプの長手方向に複数の表示パネル領域を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
請求項８記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第２基板は、前記棒状ＵＶランプの長手方向において、中心部よりも端部で開口幅の大きなアパーチャーを介して紫外線が照射された光配向膜を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。