JP3073493B1 - 液晶表示素子の配向膜形成方法 - Google Patents
液晶表示素子の配向膜形成方法Info
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Abstract
膜形成を実現する。 【解決手段】 配向膜材料の粘度を、インクジェットで
の噴出に適した5〜13(cp)の範囲にした。配向膜
材料を前記粘度の範囲にするため、フレキソ印刷法で使
用されるポリイミド等からなる配向膜材料を、その材料
中に含まれる溶剤で希釈した。配向膜材料の表面張力を
30〜37dyn/cmの範囲にした。その表面張力を
得るための手段として、配向膜材料中に含まれるブチル
セロソルブ等のアルコール系溶剤の添加量を12〜20
重量(%)まで増加した。また、初期のインクジェット
ヘッドへの配向膜材料供給時等において、その配向膜材
料に溶解しかつ脱気性のあるメチル基を有するアミド類
等の溶剤を用いてインクジェットヘッド内部の気泡を除
去した後、配向膜材料への置換を行う。更に、前記配向
膜材料を用いて凸凹の大きい基板や曲面のある基板にイ
ンクジェットヘッドで塗布して配向膜を形成した。
Description
グされた透明基板からなる液晶表示素子の配向膜を形成
する方法に関する。
基板上に配向膜を形成する方法としては、図8に示すよ
うなフレキソ印刷装置によって行うフレキソ印刷法が一
般的である。
ール2と呼ばれる表面全体に微細な凹模様がある金属ロ
ール、ドクターロール3と呼ばれる樹脂ロール(ドクタ
ーブレードというポリエステルまたはSUS製のへら状
のものが使用される場合もある。)、樹脂製の凸版5、
それを固定する版胴4、透明基板6を搬送する印刷ステ
ージ7から構成される。
2表面にポリイミド等からなる配向膜材料9が供給ノズ
ル8から滴下された後、アニロックスロール2が回転す
る。この時、アニロックスロール2に近接しているドク
ターロール3により、配向膜材料9が薄く延ばされてア
ニロックスロール2表面に配向膜材料の薄膜10が形成
される。
ステージ7上に真空固定された後、印刷位置の補正が行
われる。その後、印刷ステージ7の前進と同期してアニ
ロックスロール2、版胴4が回転する。この時、アニロ
ックスロール2表面に形成された配向膜材料の薄膜10
は版胴4上の凸版5に転写され、さらにそれが透明基板
6上に転写されて配向膜1が形成される。配向膜1が形
成された透明基板6は、次の乾燥させる装置に移され、
以後、この繰り返しによって、配向膜形成処理が連続的
に行われる。
て透明基板上に配向膜を形成する方法、所謂、インクジ
ェット法も提案されている(特開平3−249623号
公報、特開平7−92468号公報等参照)。
合、配向膜のパターン形成が容易にできて生産性が高い
という反面、多くの問題点を有している。その主な問題
点としては、次に述べる3つがある。
の洗浄不足によるダストの持ち込みや装置内部からのダ
ストの発生により、ダストが凸版表面に付着して透明基
板上に配向膜材料が塗布できない不良がリピートして発
生することである。このリピート不良の発生防止対策と
しては、配向膜形成後に画像処理による検査装置を設置
するのが一般的であるが、完全に検出できないのが現状
であり、液晶表示素子の製造における歩留まりを低下し
ている要因となっている。但し、近年は不良となった透
明基板の配向膜を剥離して再利用する試みも行われてい
る。
用量が多いということである。均一な薄膜を形成するた
めに、アニロックスロールとドクターロールの表面に配
向膜材料を塗布する必要があるとともに、それらの表面
における配向膜材料の乾燥を防止するために、一定の間
隔に配向膜材料を供給しなければならない等により配向
膜材料の使用効率が悪くなっている。
ブル等である程度の時間装置が停止してその復帰を行う
場合、アニロックスロール、凸版等の洗浄が必要なため
に、復帰できるまでに時間を要して装置の稼働率を低下
させることである。
板や曲面のある基板に対しての塗布が不可能であるとい
うことである。
フレキソ印刷法の問題を解決でき、安定した品質を得る
ことが可能である。しかし、インクジェット方法の場
合、インクジェットヘッドから安定して配向膜材料を噴
出するとともに、透明基板に付着した配向膜材料を如何
にして均一な配向膜に形成するかが重要な要件となって
いる。
インクジェット法による配向膜形成を実現するために、
安定して配向膜材料を噴出することができるとともに、
均一な配向膜を形成することができる液晶表示素子の配
向膜形成方法を提供することにある。
するため、インクジェットヘッドより配向膜材料を噴出
して透明基板上に付着させ、これを乾燥固化させて前記
透明基板上に配向膜を形成する液晶表示素子の配向膜形
成方法において、次のような構成とした。まず、インク
ジェットヘッドから安定して配向膜材料を噴出するた
め、配向膜材料の粘度を5〜13(cp)の範囲に調整
した。粘度の調整手段として、例えば、ポリイミド等か
らなる配向膜材料を、その材料中に含まれる溶液で希釈
する手段を採用することができる。
た配向膜材料がそのオーバーラップにより配向膜を形成
する際、そのレベリング性を良くして均一な配向膜を得
るため、配向膜材料の表面張力を30〜37dyn/c
mの範囲に調整した。表面張力を調整する手段として、
例えば、配向膜材料中に含まれるブチルセロソルブ等の
アルコール系溶剤の添加量を12〜20重量(%)まで
増加する手段を採用することができる。
を完全に除去して安定した状態での連続噴出を行うた
め、初期のインクジェットヘッドへの配向膜材料供給時
や、気泡が原因でインクジェットに噴出不良が発生した
場合において、その配向膜材料に溶解しかつ脱気性のあ
る脱気溶剤を用いてインクジェットヘッド内部の気泡を
除去した後、インクジェットヘッド内部を脱気溶剤から
配向膜材料に置換することができる。ここでの脱気溶剤
として、例えば、脱気した、メチル基を有するアミド類
又はγ−ブチロラクトンを用いることができる。
ットヘッドで塗布することにより、フレキソ印刷法など
の従来方式では不可能な凸凹の大きい基板や曲面のある
基板に対する配向膜の成形を可能にしたものである。
られるインクジェットヘッド11の構成図である。この
インクジェットヘッド11は、配向膜材料を噴出する噴
出ノズル12が透明基板14に対向する面に多数個設け
られている。このインクジェットヘッド11には、イン
クタンク(図示せず)内の配向膜材料が供給口13から
内部に供給される。
以下のように配向膜を形成する。即ち、図1に示すよう
に、インクジェットヘッド11を透明基板14の上方に
対向配置した後、インクジェットヘッド11を透明基板
14に対して相対的に移動させながら透明基板14にイ
ンクジェットヘッド11の噴射ノズル12から配向膜材
料を噴出して塗布させ、これを乾燥固化させて透明基板
14上に配向膜を形成する。
ド11に供給する配向膜材料として、通常のフレキソ印
刷法で使用される粘度30〜60(cp)のポリイミド
等系の配向膜材料を、その材料中に含まれる溶剤によっ
てインクジェットヘッド11での噴出に適した粘度5〜
13(cp)の範囲に希釈したものを使用する。尚、通
常のフレキソ印刷法で使用される配向膜材料中には透明
基板14への濡れ性を良くする目的で、ブチルセロソル
ブ等のアルコール系の溶剤が約5重量(%)添加されて
いるが、この実施の形態では、ブチルセロソルブ等のア
ルコール系の溶剤を限界付近、即ち、12〜20重量
(%)まで増加させて配向膜材料の表面張力を30〜3
7dyn/cmの範囲に調整させている(現在、液晶表
示素子の製造において多く使用されているポリイミド系
の配向膜材料の主溶媒としてはγ−ブチロラクトンが一
般的であり、そのため、従来の配向膜材料の表面張力は
40dyn/cm前後のものが多い。)。
ジェットヘッド11に配向膜材料を供給する場合や、気
泡が原因でインクジェットヘッド11に噴出不良が発生
した場合において、インクジェットヘッド11の内部に
残留する気泡を以下のように除去する。即ち、図2に示
すように、配向膜材料に溶解しかつ脱気性のあるメチル
基を有するアミド類等の脱気溶剤をインクジェットヘッ
ド11の内部に通してその内部の気泡を除去し、内部に
残留した気泡を完全に除去した後、配向膜材料をインク
ジェットヘッド11の内部に供給してその内部を脱気溶
剤から配向膜材料に置換する。この後、インクジェット
ヘッド11の噴出状態を確認した後、配向膜の形成を開
始する。
その材料中に含まれる溶剤でインクジェットヘッド11
での噴出に適した5〜13(cp)の範囲まで粘度を下
げることにより、インクジェットヘッド11の噴出ノズ
ル12表面における配向膜材料の垂れがなくなり、か
つ、噴出時の液切れが安定(ヘッド噴出部における界面
状態の安定を意味し、一般的にはメニスカスの安定とい
う)することによって良好な配向膜材料の噴出が可能と
なる。インクジェットヘッド11においては、このメニ
スカスの安定を良好にすることが、良好な配向膜材料の
噴出を行うための重要なポイントとなる。
ソルブ等のアルコール系溶剤を12〜20重量(%)ま
で増加して配向膜材料の表面張力を30〜37dyn/
cmの範囲に調整することにより、インクジェットヘッ
ド11における噴出安定性、膜成形後のレベリング性が
よくなり、透明基板14上に配向膜材料をドット状態で
オーバーラップさせて配向膜(溶液の状態)を形成した
後、熱を加えて溶液を蒸発させて固形化した配向膜にす
る次工程までの間に物理的な処理(超音波振動やエアブ
ロー等の処理)を行うことなく均一な膜を得ることがで
きる。
気泡を除去することにより、安定した状態での連続噴出
を行うことができる。また、配向膜材料に溶解しかつ脱
気性のある液体を用いてインクジェットヘッド11の内
部の気泡を除去することにより、配向膜材料に置換する
際にインクジェットヘッド11の内部でポリイミド等の
ポリマー成分が析出しないため、それの凝固による配向
膜材料の噴出不良の心配もない。
るのが望ましいが、脱気処理後は真空パックにしなけれ
ばならず、その処理時に配向膜材料中への不純物の混入
等によりその配向膜材料がもつ特性(プレチルト角の制
御特性等)を損なう危険性もある。そのような面から
も、脱気した溶剤でインクジェットヘッド11の内部の
気泡を除去した後に配向膜材料を置換する方法が望まし
いということがいえる。
ットヘッド11で配向膜材料を形成することにより、フ
レキソ印刷法などの従来方式では不可能な凸凹の大きい
基板や曲面のある基板に対して配向膜を容易に形成する
ことが可能である。即ち、基板の表面に多少の段差(約
1mm程度のもの)があった場合でも、インクジェット
ヘッド11の高さを一定に保持したまま配向膜の塗布が
可能である。また、前記以上に段差が大きい場合には、
基板の凸凹に応じてインクジェットヘッド11の高さを
コントロールして対応することが可能である。更に、曲
面のある基板に対しては、その形状に合わせてインクジ
ェットヘッド11を動かすことにより配向膜の塗布が可
能である。
11による配向膜材料の噴出パターンを態様を示すもの
である。図中、Aは透明基板上に噴出された配向膜材料
のドットを示す。
11をY軸と平行に設置し(噴射ノズル12の配列方向
がY軸と平行になるように配置する。)、X軸方向への
往復移動とY軸方向への送り移動によって透明基板14
上の所定領域に配向膜材料の噴出パターンを形成するも
のである。インクジェットノズル11をX軸方向に沿っ
て往路移動させた後、噴出ノズル12の配列ピッチPの
1/2ピッチだけY軸方向に送り移動させてX軸方向に
沿って復路移動させる。また、インクジェットヘッド1
1の往路と復路の間で配向膜材料の噴出位置(ドット位
置)をドットピッチSの1/2ピッチだけX軸方向にず
らせる。これにより、配向膜材料のドットが千鳥状にオ
ーバーラップして膜厚が均一な配向膜を形成することが
できる。
を往路移動させる際に、インクジェットノズル11を噴
射ノズル12の配列ピッチPの1/2ピッチY軸方向に
ずらせるとともに、噴出位置をドットピッチSの1/2
ピッチX軸方向にずらせるようにしているが、インクジ
ェットノズル11および噴出位置のずらせ量を噴射ノズ
ル12の配列ピッチPおよびドットピッチSの1/2ピ
ッチ以外に変更したり、噴射ノズル12の配列ピッチP
およびドットピッチSを任意に変更したりして配向膜材
料のオーバーラップ量を任意に調整しても構わない。従
って、インクジェットノズル11をX軸方向に1往復以
上させる場合もある。このように配向膜材料のオーバー
ラップ量を任意に調整することにより、配向膜の膜厚を
任意に調整することが可能である。
11をY軸に対して斜めに配置し、X軸方向への片路移
動によって透明基板14上の所定領域に配向膜材料の噴
出パターンを形成するものである。インクジェットヘッ
ド11を斜めに配置して噴射ノズル12のY軸方向に対
する配列ピッチを小さくすることにより、配向膜材料の
ドットがオーバーラップして膜厚が均一な配向膜を形成
することができる。尚、インクジェットヘッド11のY
軸に対する角度θを任意に調整することにより、配向膜
材料のドットのオーバーラップ量を任意に調整すること
ができる。これにより、配向膜の膜厚を任意に調整する
ことが可能である。
ヘッド11を用いて処理スピードの向上を図る際のイン
クジェットヘッド11の配置の態様を示すものである。
トヘッド11の噴出部11a同士を、その噴出部11a
の幅寸法Hと同じ間隔で直線上に配置したものである。
トヘッド11の噴出部11aの左側端部と右側端部を一
致するように千鳥状に配置したもので、インクジェット
ユニットをコンパクトにできるというメリットがある。
トヘッド11の噴出部11aの左側端部と右側端部とが
一致するように段々状に配置したもので、各々のインク
ジェットヘット11の調整が図6に示すものと比べて容
易に行えるというメリットがある。
評価1〜3を行った。その結果について述べる。
る配向膜形成において、その配向膜材料としてポリイミ
ド系のものが使用されることが多い。その種類として
は、ポリアミック酸タイプと可溶性ポリイミドタイプの
2種類があり、前者は透明基板上に能動素子を持たない
TN方式、STN方式の液晶表示素子、後者はトランジ
スタ等の能動素子を持つ液晶表示素子(TFT方式な
ど)の製造で多く用いられている。
の液晶表示素子の主流であるTFT方式に用いられる可
溶性ポリイミドタイプを、また、インクジェットヘッド
にはピエゾ型(128ノズル)を使用した場合について
行う。 [評価1]配向膜材料としては、JSR(株)のオプト
マーAL−3356(以下、オプトマーと略す)と日産
化学工業(株)のサンエバーSE−5291(以下、サ
ンエバーと略す)の2種類について評価した。
[25℃時、本明細書における粘度については同様温度
におけるものとして記載を省略する]でポリイミド成分
(固形分濃度)3.5重量(%)、後者の配向膜材料
は、粘度約27(cp)でポリイミド成分6.0重量
(%)である。
エバーの配向膜材料を、それぞれ粘度が3,5,7,1
0,13,16(cp)となるように専用溶剤(アルコ
ール系溶剤とポリイミド系の溶剤を含む)にて希釈した
サンプルを作成し、その希釈した各々の配向膜材料を用
いてピエゾ式インクジェットヘッドで噴出した際の全ノ
ズル噴出の可否、インクタンク高さのレベル変動(0〜
40mm)時による配向膜材料の垂れの有無、印字周波
数応答性(100〜10,000HZ)、透明基板上に
ドットとして付着した際の形状等について評価した。
度5,7,10(cp)で、サンエバーの配向膜材料
は、粘度10,13(cp)のサンプルにおいて良好な
結果が得られた。粘度が高い場合は印字周波数応答性が
悪く、また粘度が低い場合は、全ノズルからの噴出がで
きなかったり、インクタンクの高さが少しでも変動する
と、インクジェットヘッド表面から配向膜材料が垂れる
等の現象がみられた。この結果により、インクジェット
法で配向膜を形成する場合は、配向膜材料の粘度を5〜
13(cp)の範囲に稀釈したものを使用するのが望ま
しいことが分かった。 [評価2]評価1で説明したオプトマーの配向膜材料お
よびインクジェットヘッドを使用した。通常、このオプ
トマーの配向膜材料には透明基板への濡れ性を良くする
目的でアルコール系溶剤であるブチルセロソルブが約5
重量(%)添加されている。このブチルセロソルブの添
加量を変化させて表面張力が、34,35,36,3
7,38,39,40(dyn/cm)のサンプルを作
成し、そのサンプルを用いてインクジェットによる噴出
により50×50mm角の配向膜パターンを形成し、約
10〜12秒後(既存のフレキソ印刷法装置における処
理間隔時間)に約100(℃)に設定したホットプレー
ト上にて配向膜材料を乾燥させて固形化した後、表面の
膜厚均一性を測定した。
では噴出および膜状態とも比較的安定しているが、それ
以上ではドットのレベリング性が悪いと思われるざらつ
きが発生するなどの不具合が生じた。この結果から、配
向膜材料の表面張力の上限は37dyn/cmであると
考える。また、配向膜材料の表面張力が37dyn/c
m以下でも表面張力が低いほど、レベリング性が良好で
あるという結果が得られた。表面張力の下限値について
は不明であるが、他分野で使用されているインクジェッ
ト用のインク物性から推測して30dyn/cm以上が
適しているのではないかと考えられる。この結果によ
り、インクジェットヘッドにおける噴出安定性、膜成形
後のレベリング性を良好にするには、配向膜材料の表面
張力を30〜37dyn/cmに低下させたものを使用
するのが望ましいことが分かった。
クスロール、ドクターロール上に付着した配向膜材料が
吸湿することによるポリイミドの析出が懸念されるた
め、アルコール系の溶剤の増やすことができなかった
が、インクジェット法ではそのような心配がないため、
ある程度の量まで添加することが可能である。従って、
通常、オプトマーの配向膜材料に基板への濡れ性を良く
する目的で約5重量(%)添加されていたアルコール系
溶剤を12〜20重量(%)の範囲で増量して配向膜材
料の表面張力を30〜37dyn/cmの範囲に調整す
ることが可能である。 [評価3]始めてインクジェットヘッドに配向膜材料を
供給する場合において、真空度10Torr、処理時間
5Hr、常温の条件で真空脱気した配向膜材料に対する
溶解性のあるメチル基を持ったアミド類のNメチル2ピ
ロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジ
メチルアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾ
リジノンの4種類の溶剤それぞれについてヘッド内部に
通し、配向膜材料に置換した後の噴出状態を確認した。
式インクジェットヘッドにおいて、前記のメチル基を持
ったアミド類については全ノズルからの噴出が可能であ
った。ちなみに前記の脱気した溶剤を用いず、直接配向
膜材料をヘッド内に通して噴出を行なった場合には、数
ノズル噴出できない個所がみられた。
する溶解性が高いγ−ブチロラクトンについても脱気し
たもので同様の評価を行なった。その結果、アミド類の
ものに比べると若干気泡の除去効果が低いものの、まず
まずの結果が得られた。
整することにより、噴出ノズルにおける配向膜材料の垂
れがなくなり、かつ、噴出時の液切れが安定(メニスカ
スが安定)して、良好な配向膜材料の噴出が可能とな
る。 (2)配向膜材料の表面張力を30〜37dyn/cm
の範囲に調整することにより、透明基板上に配向膜材料
のドットをオーバラップさせて形成する際のレベリング
性が良くなり、均一な膜厚の配向膜を得ることができ
る。 (3)配向膜材料に溶解しかつ脱気性のある脱気溶剤を
用いてインクジェットヘッドの内部の気泡を除去した
後、インクジェットヘッドの内部を脱気溶剤から配向膜
材料に置換することにより、インクジェットヘッド内部
の気泡を除去して安定した状態での連続噴出を行うこと
ができる。また、配向膜材料そのものを脱気処理して使
用する場合に比べ、配向膜材料中への不純物の混入、そ
れによる配向膜材料の特性阻害といった不都合を生じさ
せる心配もない。 (4)以上により 、本発明によれば、インクジェット法
による配向膜の形成において、安定して配向膜材料を噴
出することができ、かつ、透明基板上に堆積した際の配
向膜材料のレベリング性が良くなり、均一な配向膜を得
ることができ、しかも、フレキソ印刷法などの従来方式
では不可能なもの(例えば、凸凹の大きい基板や曲面の
ある基板)への配向膜を容易に形成することが可能とな
る。
トヘッドの構成図である。
を行う方法の手順を示すフロー図である。
向膜を形成する具体例を示す説明図である。
向膜を形成する具体例を示す説明図である。
ドの向上を図る際の配置例を示す説明図ある。
ドの向上を図る際の配置例を示す説明図ある。
ドの向上を図る際の配置例を示す説明図ある。
略構成図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 インクジェットヘッドより配向膜材料を
噴出して透明基板上に付着させ、これを乾燥固化させて
前記透明基板上に配向膜を形成する液晶表示素子の配向
膜形成方法において、 前記配向膜材料の粘度を5〜13(cp)、表面張力を
30〜37dyn/cmの範囲に調整すると共に、 前記インクジェットヘッドへ初期の配向膜材料を供給す
る場合や、気泡が原因で前記インクジェットヘッドに噴
出不良が発生した場合に、前記配向膜材料に溶解しかつ
脱気性のある脱気溶剤を用いて前記インクジェットヘッ
ドの内部の気泡を除去した後、前記インクジェットヘッ
ドの内部を前記脱気溶剤から配向膜材料に置換するよう
にしたことを特徴とする液晶表示素子の配向膜形成方
法。 - 【請求項2】 前記脱気溶剤が、脱気した、メチル基を
有するアミド類又はγ−ブチロラクトンであることを特
徴とする請求項1記載の液晶表示素子の配向膜成形方
法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (3)
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