JP3425194B2 - ラビング処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に用いられ
る高分子配向膜を形成するラビング処理方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、急速に液晶表示装置が普及するに
至っている。この液晶表示装置を構成する液晶表示素子
で用いられる液晶においては、その配向処理が不可欠の
技術である。この配向処理状態によって、表示画質が変
化したり、表示欠陥の要因となることがわかってきてい
る。

【０００３】また、近年の配向機構の解明により、配向
状態の最適化を実現しようとする研究が進められてい
る。

【０００４】一方、液晶の配向処理方法としては、現在
液晶素子のほとんどは配向処理の施された基板を用いて
おり、これによって液晶分子の配向を制御している。基
板の配向処理の方法は、基板上に形成された高分子膜の
表面をラビング布（ポリエステル布）等で一方向に擦る
（ラビングする）ことによって配向ベクトルが一定方向
を向くように処理し配向膜を得るようにしている。

【０００５】この配向膜ラビングの方法は量産性がある
上、コストも安く大部分の液晶表示素子はこの方法によ
る配向膜を用いている。しかし、ラビング法による工程
は簡単であるにも拘らず、その条件出しは非常に困難で
あり、配向膜材料、ラビングする材料、ラビング回数、
ラビング速度などにより大きく基板の液晶配向能は変化
してしまうため、安定したラビングを行うことは必ずし
も簡単ではなかった。

【０００６】また、ラビング処理装置としては、前記ポ
リエステル布などを回転体に具備し、高速で基板上の高
分子膜を擦る機構の装置が市販されている。このラビン
グ処理装置を用いてラビングを行った場合の配向状態に
影響を与える因子としては、例えば回転体の回転速度お
よび移動速度、接触圧力等が考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の因子がどの様に作用して配向状態が変化するかについ
てまでは明らかになっていない。更に、ラビング処理の
良・否は表示装置として組み立てた後に判明するため、
生産効率の改善を阻むものとなっている。

【０００８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、配向状態を精密に制御し、安定な製造条件を得るこ
とにより、生産性及び歩留まりを向上し、安価で高精彩
な画質の液晶表示装置を供給し得るラビング処理方法及
びその装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第１の発明は、ラビングローラが高分子配向膜に押
しつけられて回転することにより発生する摩擦による温
度上昇が、高分子配向膜を構成する高分子材料のガラス
転移温度以上かつ、ガラス転移温度を６０℃以上超えな
い範囲に制御して高分子配向膜をラビングするラビング
処理方法であることを要旨とする。

【００１０】また、本願第２の発明は、基板上に形成さ
れる高分子膜表面の分子配向を一定方向とするためのラ
ビング処理装置であって、高分子配向膜面をラビングす
るラビングローラと、ラビングローラでラビングされる
高分子配向膜表面の温度を検出する検出手段と、この検
出手段で検出される高分子配向膜表面の温度に対応して
ラビングローラを制御してラビング状態を変更する制御
手段とを有するラビング処理装置であることを要旨とす
る。

【００１１】好ましくは、請求項１記載のラビング処理
方法及び請求項２記載のラビング処理装置はラビング直
後の高分子表面の温度を、少なくとも１６０℃／ｓｅｃ
以上の冷却速度で急冷するものである。

【００１２】好ましくは、請求項１記載のラビング処理
装置は高分子膜の表面温度を検出する手段として赤外線
を用いるものである。

【００１３】

【作用】本願第１の発明では、ラビング処理に係る領域
における高分子配向膜の温度を、当該高分子配向膜を構
成する高分子材料のガラス転移温度以上で、かつ、当該
ガラス転移温度を６０℃以上越えない範囲とすることに
より、高分子材料の配向に最適な軟化状態を得ることが
できる。

【００１４】本願第２の発明では、ラビング処理におい
て、検出手段で高分子膜表面の温度を検出し、高分子表
面が所定の温度範囲になるよう温度制御する。具体的に
はラビング処理装置の回転速度や基板の移動速度を制御
する。

【００１５】これにより、本発明は、ラビング布の状態
や高分子膜への接触圧力が変化した場合でも高分子配向
膜表面での温度上昇を正確に検出し、摩擦熱の変化によ
って配向状態が大きく変化することを防止し、配向状態
の良い、かつ安定した高分子配向膜がえられる。本発明
のラビング処理装置により液晶表示装置の歩留まりが向
上し、安価で高性能な液晶表示装置を提供できる。

【００１６】すなわち、本願発明者は配向状態を大きく
左右する要因について鋭意研究を進めた結果、その一因
に配向処理に伴う摩擦熱の影響があることを見いだした
ものである。具体的には、ラビング処理により配向膜で
ある高分子のガラス転移点（Ｔｇ）や分解温度を越える
温度上昇が発生すると高分子の分子運動（例えば、ミク
ロブラウン運動）が活発になり、配向状態が急激に変化
することになる。この摩擦熱は配向膜の状態やラビング
処理装置の状態変化によって様々に変化し、安定した配
向状態が得られにくかった。

【００１７】そこで、鋭意研究を行った結果、ラビング
処理装置における摩擦熱の発生が高分子の配向状態と関
係していることをさらに見いだした。基板上に形成され
た高分子膜表面において、摩擦熱による温度の上昇が高
分子のガラス転移点（Ｔｇ）を越えると高分子膜が軟化
することによって急激にラビングによる配向が起こり易
くなる。

【００１８】しかしながら温度が上昇しすぎると、ラビ
ング後急冷されず高分子が硬化する温度に下がるまで分
子の配向を保てないためにラビング強度は低くなってし
まう。このことから高分子膜の表面温度を制御すること
により高いラビング強度が得られ、かつ安定した配向状
態の配向膜をつくることができる。制御すべき温度は高
分子材料によって異なり、そのガラス転移点（Ｔｇ）に
よって決まる。摩擦熱はラビング処理条件と関係するこ
とから、高分子表面の温度上昇を検出しながら、表面温
度またはラビング条件を精密に制御する必要がある。

【００１９】本発明は、上記結果を踏まえて成されたも
ので、赤外線温度検出器などを用いて、高分子表面の温
度を検出し、その結果をもとに表面温度やラビング条件
を自動的に制御することで、容易に高いラビング強度が
得られ、かつ安定した配向状態の高分子配向膜を提供し
ようとするものである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係るラビング処理装置の一実
施例を図面を参照して説明する。図１は本実施例のラビ
ング処理装置の側面断面図であり、図２は前面断面図で
ある。

【００２１】まず、図１を参照して本実施例の基本構成
を説明する。本実施例のラビング処理装置は、ラビング
ローラ部とステージ部とからなる。ラビングローラ部
は、ラビングローラ１と、このラビングローラ１の外周
を巻回されるラビング布３とラビングローラ１をローラ
回転方向Ａに回転駆動すると共に上下方向Ｂに駆動する
図示しない駆動部と、この駆動部を制御してラビングロ
ーラ１の回転速度及び位置を制御するローラ制御部５に
よって構成される。

【００２２】またステージ部は、前記ラビングローラ１
と所定の間隙を有して対向配置されるステージ１１と、
このステージ１１上に載置される配向膜基板７を水平に
保持し一方向に搬送する図示しない搬送機構を制御する
ステージ制御部１３と、前記ステージ１１の前記ラビン
グローラ１と対向する位置に筒状に開口された開口部に
嵌装される赤外線集光レンズ１５と、この赤外線集光レ
ンズ１５で集光されステージ１１内に導入される赤外線
１９を検出する赤外線検出器１７によって構成される。

【００２３】また、配向膜基板７には、ＩＴＯ付きガラ
ス基板７ａに配向膜としてポリイミド膜７ｂを塗布した
ものを用いた。

【００２４】次に、本実施例の動作をその作用と共に説
明する。まず、配向膜基板７をステージ１１の所定の位
置に載置する。ステージ制御部１３は搬送機構を駆動、
制御して、ステージ１１上に載置された配向膜基板７を
所定の搬送速度でラビングローラ１の下側に搬送する。
このとき、ラビングローラ１はローラ制御部５によって
回転速度及びその位置が制御されており、ステージ１１
の中央部でラビングローラ１に巻回されるラビング布３
と接触し、ラビングを行う。このラビングによって生じ
た摩擦熱によってポリイミド膜７ｂの配向処理がなされ
る。

【００２５】また、このときステージ上に置かれた配向
膜基板７の表面温度は、ポリイミド膜７ｂとラビング布
３の摩擦熱により発生する赤外線１９を赤外線集光レン
ズ１５により赤外線検出器１７に集光することにより測
定される。その測定温度の出力をローラ制御部５とステ
ージ制御部１３に送り、これら両制御部５、１３により
ラビング状態の制御、変更を行う。

【００２６】すなわち、少なくともラビングローラ１の
回転速度とラビングローラ１の押しつけ圧力とステージ
送り速度の１つを変化させることにより、発生する摩擦
熱を制御し、ポリイミド膜７ｂの摩擦面の温度を制御す
ることができる。そのほか、当該ラビング処理装置の置
かれる雰囲気の温度、湿度、風量、或いはヒータの有
無、冷却用のファン及びフィンの有無等が上記温度制御
に影響を与えるのでこれらは通常一定となるように空調
等により制御すると良い。

【００２７】また、上記赤外線検出器１７による温度制
御を行いラビング処理を行ったポリイミド膜７ｂについ
て、その分子配向度を赤外分光器による偏光二色性測定
で調べた結果、二色差の値は温度制御を行わないものに
比べ約２倍近く向上した。

【００２８】以下、図３を参照してポリイミド膜の動的
剛性率の温度依存性について説明する。図３にしめすよ
うに、ポリイミド膜はガラス転移点を越えると急激に軟
化し、ガラス転移点を６０℃以上温度を上げてもポリイ
ミドの軟化による配向の効果は増すことはなく、逆に冷
却、硬化するまでの時間が長くなってしまうため、その
間に一旦配向したものが戻ってしまい配向の効率は減少
してしまうことになる。 また、ポリイミド膜の配向度
を調べるために偏光を用いて赤外二色差を測定した。そ
の結果、１８０℃／ｓｅｃの冷却速度で急冷した場合に
は、赤外二色差は０．００５５となり十分なポリイミド
膜の配向が起こったが、１６０℃／ｓｅｃ以下の冷却速
度である１２０℃／ｓｅｃの徐冷条件では赤外二色差は
低い値（０．００１０）を示し、ほとんど配向が起こっ
ていなかった。

【００２９】なお、ポリイミド膜の摩擦直後の急冷につ
いては、ラビング時の摩擦温度があまり高くない場合に
は空冷でもよいが、雰囲気温度を低くしたり、基板側か
ら冷却をおこなったり、或いは冷却気体を吹き付けるな
どの方法により、ラビング効率を良くすることができ
る。

【００３０】上述したように、本実施例によれば、配向
状態を精密に制御し得ることから、安定な製造条件を得
ることが出来、これにより生産性及び歩留まりを向上
し、安価で高精彩な画質の液晶表示装置を供給し得る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、高分子配
向膜表面の温度を基に膜表面の配向状態を精密に制御し
得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例を示すラビング処理装置
の側面断面図である。

【図２】図１に示すラビング処理装置の前面断面図であ
る。

【図３】ポリイミド膜の動的剛性率の温度依存性を示す
図である。

【符号の説明】

１ ラビングローラ ３ ラビング布 ５ ローラ制御部 ７ 配向膜基板 １１ ステージ １３ ステージ制御部 １５ 赤外線集光レンズ １７ 赤外線検出器 １９ 赤外線 Ａ ローラ回転方向 Ｂ ローラ上下方向 Ｃ ステージ移動方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 章 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平３−46625（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−241155（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 7/00 - 7/18 G01M 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラビングローラが高分子配向膜に押しつ
   けられて回転することにより発生する摩擦による温度上
   昇が、前記高分子配向膜を構成する高分子材料のガラス
   転移温度以上かつ、前記ガラス転移温度を６０℃以上超
   えない範囲に制御して前記高分子配向膜をラビングする
   ことを特徴とするラビング処理方法。
2. 【請求項２】 前記高分子配向膜を急冷するステップを
   更に有することを特徴とする請求項１記載のラビング処
   理方法。
3. 【請求項３】 基板上に形成される高分子膜表面の分子
   配向を一定方向とするためのラビング処理装置であっ
   て、 前記高分子配向膜面をラビングするラビングローラと、 前記ラビングローラでラビングされる前記高分子配向膜
   表面の温度を検出する検出手段と、 この検出手段で検出される前記高分子配向膜表面の温度
   に対応して前記ラビングローラを制御してラビング状態
   を変更する制御手段とを有することを特徴とするラビン
   グ処理装置。