JP4126241B2 - Manufacturing method of liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係わり、特に液晶表示装置を構成するガラス基板の内壁面に配向膜材料溶液を塗布し乾燥させて成膜させた配向膜を有する液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に液晶表示装置の基板内壁面には、液晶材料の分子配列状態を一様にさせる液晶配向膜が形成されている。この配向膜の形成工程には、溶剤で希釈された配向膜材料の塗膜(以下、これを配向膜材料塗膜と呼ぶ)を基板の一方の面に形成する印刷工程と、この印刷工程で形成された配向膜材料塗膜を加熱硬化させる加熱工程とを有している。
【0003】
この加熱工程には、約100℃程度の温度で配向膜材料塗膜の含有溶剤を仮乾燥させる乾燥処理工程と、仮乾燥後の配向膜材料塗膜を約180℃以上の温度で焼成する焼成処理工程とを有している。これらの段階的な処理工程には、図22に示すようなホットプレートが用いられている。このホットプレートは、ガラス基板1の他方の面(配向膜材料塗膜の形成面の反対側面)が接触する領域(以下、基板接触領域と呼ぶ)に複数の位置から排気口へ抜ける貫通孔Hが形成されたホットプレートHPと、このホットプレートHPに埋め込まれたヒータ4と、ガラス基板1を上方向に突上げる突上げピン14と、ホットプレートHPの排気口に連結された図示しない真空ポンプとを有して構成されている。
【0004】
このような構成によれば、真空ポンプの真空吸引により、ガラス基板1をホットプレートHPに密着させることができるので、ヒータ4の熱をホットプレートHPを介してガラス基板1に効率的に伝導させることができる。これによってガラス基板1に形成された塗膜は、その熱によって仮乾燥または焼成される。
【0005】
ところで、加熱処理後には、ホットプレートHPに密着したガラス基板1をホットプレートHPから搬送アームへ移し換える必要がある。そこで、ホットプレートHPの内部には、基板接触面からガラス基板1を突上げる複数の突上げピン14が収容されている。図23に示すようにこれらの突上げピン14の突上げによってホットプレートHPからガラス基板1が浮き上がるため、ガラス基板1とホットプレートHPとの間には、搬送アーム15が挿入される空間が確保されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ホットプレートHPの基板接触領域内には、貫通孔Hの端部及び突上げピン14の収容孔の端部が形成されているので、ガラス基板1の裏面には、部分的にホットプレートHPと接触しない領域が生じる。これによって配向膜材料塗膜に乾燥むらが生じ、配向膜の膜厚がばらつき、配向膜表面における液晶分子の配列に影響を及ぼし、その結果として液晶表示装置の表示特性を低下させる。
【0007】
また、ホットプレート吸着方式では、乾燥処理時における基板内温度分布のばらつきによるガラス基板1の割れを発生させていた。さらには、乾燥処理後におけるガラス基板1を剥離する際に静電気の帯電による撓みが発生し、これによってガラス基板1の割れを発生させていた。
【0008】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、熱風を供給する乾燥手段を用いて配向膜を形成することにより、前述した課題を全て解決させ、良好な表示特性が得られるとともに、生産歩留まりを向上させ、生産性を向上させることができる液晶表示装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明による液晶表示装置の製造方法は、ガラス基板の一方の面に配向膜材料溶液を塗布し、前記ガラス基板上に塗布した前記配向膜材料溶液に熱風の流れを付与し、前記ガラス基板の周辺部に滞留する残留熱風を排気させ、かつ前記熱風の流れと交差する平面と前記ガラス基板とを面方向に相対的に往復移動させることにより乾燥させて配向膜を形成し、前記乾燥により前記配向膜には当該配向膜の角部に当該配向膜の端部よりも膜厚が厚くなるように突起部を形成することを特徴とする。
【0010】
なお、本発明は、上記構成及び後述する各実施の形態の構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施例による構成を説明する前提手段として用いられる熱風乾燥装置の構成を説明するシステム図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付しその説明は省略する。なお、以下、説明の便宜上、熱風乾燥装置の設置面をX軸及びY軸面に含む直交座標系を定義してある。また、実線で示す矢印方向は加熱乾燥時における熱風の流れる方向を、点線で示す矢印方向はガラス基板の投入,取出し時における熱風の流れる方向をそれぞれ示している。
【0012】
図1において、1は一方の面に配向膜材料溶液が塗布されたガラス基板、2は内部にガラス基板1を収容し、このガラス基板1の一方の面に塗布された配向膜材料溶液を熱風乾燥させて配向膜を成膜するチャンバ、3は例えばクリーンルーム内の空気を吸引して圧送する給気用ブロワ、4は給気ブロワ3から圧送された空気を加熱させるヒータ、5は加熱された空気内の異物を除去し清浄化するヘパフィルタ、6はヘパフィルタ5から送出された加熱空気をガラス基板1の搬入中に熱風の流れを止めてバイパス配管へ分岐させる三方弁である。
【0013】
また、7は三方弁6の一方の弁から送出された加熱空気をニ方向に分岐させてチャンバ2内に導入させる分岐弁、8はチャンバ2内に配設されて分岐弁7を介して導入された熱風の温度及び流量等を均一に保持させて分岐する6分岐管、9a,9bは六分岐管8から送出された加熱空気をノズル毎に流量の調整を行うダンパ、10はダンパ9a,9bを通過した加熱空気を一旦蓄える均熱容器である。なお、ヘパフィルタ5からチャンバ2内に供給される熱風の配管は、サニタリー配管が用いられ、異物の発生及び付着を防止させている。
【0014】
また、11は均熱容器10内に蓄積された加熱空気をガラス基板1を載置するベースプレート12の上面に向けてブローするノズルである。このノズル11は、図2に斜視図で示すようにその内部に収容されている複数のスリットノズル11aがそれぞれベースプレート12の上面に対向するスリット状のノズル孔を有しており、これらのスリットノズル11aは、それぞれのノズル孔の長孔がXYZ軸におけるX方向に沿うように、ほぼ等間隔でY方向に一列に並設されてベースプレート12上に均一に熱風HAを吹付ける。
【0015】
なお、ここでノズル11内の各スリットノズル11aからブローする熱風の温度及び流量が均一であっても、各スリットノズル11a毎にばらつきがあっては意味がないことから、熱風の温度,風量等の等分機能を有する分岐管がその内部に採用されており、各スリットノズル11aに熱風を温度及び風量ともに均等に供給される構成となっている。また、スリットノズル11aの本数は、ベースプレート12上に載置されるガラス基板1の表面積等に対応させて決定される。
【0016】
また、13a,13bはガラス基板1の上面にノズル11よりブローされた加熱風の舞い上がり分の熱風を吸引させる上面側排気溝である。また、ベースプレート12の上面には、ガラス基板1の他方の面(背面)を点支持する基板支持ピン14が複数立設されている。これらの基板支持ピン14は、搬送アーム15の先端が挿入可能な隙間Gがガラス基板1とベースプレート12との間に形成される状態を維持できように配置されている。
【0017】
したがって、ベースプレート12の上面には、一列に配列されない3本のピンを含んだ3本以上の基板支持ピン14が搬送アーム15の挿入経路以外に立設されていれば良い。例えば搬送アーム15の先端が二股形状を有している場合には、搬送アーム15の先端脚部の幅以上の行間隔を有する2行のマトリクス状に複数の基板支持ピンを配置することができる。
【0018】
これらの基板支持ピン14は、上述したようにガラス基板1を点支持しているが、実際には、ガラス基板1との接触界面に微小面積を有している。このために乾燥処理中にスリットノズル11aから放出される熱風により基板支持ピン14が加熱されると、ガラス基板1は、各基板支持ピン14との接触界面からの熱により部分的に加熱される。これによるガラス基板1の温度むらの低減を図るには、各基板支持ピン14の先端とガラス基板1との接触面積をより狭くすることが好ましい。
【0019】
したがって、各基板支持ピン14の先端形状として曲率半径5mm以下の球面形状を採用し、さらに各基板支持ピン14の先端を熱拡散率の小さな材料で形成すればより好ましい。そこで、各基板支持ピン14の先端の形成材料として適切な材料を決定すべく、下記表1に示した熱拡散率30mm2/s〜0.1mm2/sの材料(アルミニウム,ガラス,テフロン(登録商標),ベスペル(登録商標))により形成されたブロック材を用いて以下の実験を行った。
【0020】
【表1】
【0021】
未乾燥の配向膜材料塗膜(膜厚1.5μm)が形成されたガラス基板(100mm×100mm×1.1mm)を複数準備し、図3に示すように各ガラス基板1をそれぞれ未乾燥の配向膜材料塗膜30を上側に向けていずれかの材料のブロック材BL上に配置した。ただし、各材料のブロック材BLには、各ガラス基板1の配向膜材料塗膜30の形成領域の反対側の領域の一部30Aを接触させた。
【0022】
この状態で各ガラス基板1の配向膜材料塗膜30に約100℃の温風を吹き付けたところ、熱拡散率0.47mm2/s以下の材料で形成されたブロック材BLに乗せたガラス基板1の配向膜材料塗膜30には乾燥むらが生じなかった。そこで本実施の形態では、各基板支持ピン14の少なくとも先端部を熱拡散率0.5mm2/s以下の材料で形成することとした。
【0023】
また、16a,16bはノズル11よりブローされた熱風をガラス基板1の四隅へ誘導させるとともにガラス基板1に当って跳ね返る熱風の淀みを吸引する側面側排気溝、17はチャンバ2内の熱風の淀み及びガラス基板1を載置するベースプレート12の下部周辺部に滞留する熱風の淀みなどを吸引してチャンバ2の内部全体の気流の流れを制御する下面側排気溝である。
【0024】
また、18は下面側排気溝17の背面側に配設され、ベースプレート12に連結された揺動装置であり、この揺動装置18は、揺動体本体18aがモータ18bに連結されたボールネジ18cに結合されて構成されており、揺動体本体18aがモータ18bの回転によりボールネジ18cが矢印A−A´方向に往復移動し、これによってベースプレート12に連結されている揺動体本体18aが矢印A−A´方向に揺動される。したがって、ベースプレート12上に載置されるガラス基板1が面内方向に矢印で示すA−A´方向に揺動される。
【0025】
また、19はチャンバ2の底部に配設されたチャンバ側排気装置であり、この排気装置19は揺動装置18による矢印A−A´方向の揺動動作により発塵した異物等を吸引し、チャンバ2の内部への流れ込み等を防止させる。
【0026】
なお、これらの上面側排気溝13a,13b、側面側排気溝15a,15b,下面側排気溝16及びチャンバ側排気装置19は、それぞれ対応するダンパ20a,20b、ダンパ21a,21b、ダンパ22a,22b、ダンパ23を介して三方弁24の一方の弁に結合され、さらにこの三方弁24の他方の弁には前述した三方弁6の他方の弁が結合され、チャンバ2内で気化した溶媒を含む不要な熱風及びガラス基板1の投入出時の熱風とともに集結されて排気ブロア25によりクリーンルームの外部に強制的に排気させ、溶媒の再付着を防止させている。
【0027】
図4は、熱風乾燥装置を収容するレベリング装置の概略構成を説明する図であり、図4(a)は上方から見た平面図、図4(b)は側面から見た平面図である。図4(a),(b)において、100は図1で説明した熱風乾燥装置内のチャンバ2が2段2列(4ポジション)にわたって設置された熱風乾燥装置部であり、この熱風乾燥装置部100の前後には、処理前のガラス基板1をチャンバ2の内部に搬入させる搬送アーム15を有する搬入用ロボット200及び処理後のガラス基板1をチャンバ2から搬出させる搬送アーム15´を有する搬出用ロボット300が配設されている。
【0028】
これらの搬入用ロボット200及び搬出用ロボット300は、図4(a)に示すように各搬送アーム15,15´が矢印B−B´方向に並行移動し、さらに、図4(b)に示すように矢印C−C´方向に上下移動する機能を有しており、熱風乾燥装置部100の2段2列(4ポジション)に設置されている各チャンバ2に対して各搬送アーム15,15´が交互に移動動作を繰り返すことによりガラス基板1の搬入出の並行処理が可能となる。
【0029】
また、この搬入用ロボット200の前段側には、当該ガラス基板1の清浄処理等の前処理工程を行う上流側装置400が設置され、さらに搬出用ロボット300の後段側には、配向膜を成膜した当該ガラス基板1の焼成処理等の後処理工程を行う下流側装置500が設置されている。したがって、清浄処理された当該ガラス基板1は搬入用ロボット200の搬送アーム15に載置されてチャンバ2内に搬入され、配向膜を成膜したガラス基板1はチャンバ2内から搬出用ロボット300の搬送アーム15´に載置されて焼成処理を行う下流側装置500へ搬送されることになる。
【0030】
また、600は図1に示したチャンバ2を2段2列の4ポジションで設置した熱風乾燥装置部100,搬入用ロボット200及び搬出用ロボット300をそれぞれ個別に分割させて格納するロボットフレーム、700はそのロボットカバーフレーム、800は温調ユニットである。なお、図1で説明したチャンバ2の外部に配設される例えば給気ブロワ3,ヒータ4,へパフィルタ5,三方弁6,分岐弁7,ダンパ20a,20b〜23,三方弁24及び排気ブロワ25等は、床下に収容される構造となっている。
【0031】
また、900は熱風乾燥装置部100,搬入用ロボット200及び搬出用ロボット300の背面側に配設されて温調ユニット800内の各種装置,搬入用ロボット200及び搬出用ロボット300等を駆動させる駆動回路及びそれらの制御回路が収納されている制御装置部である。なお、この制御装置部900を装置背面側に背負う構造で設置するとするとともに、熱風乾燥装置部100,ロボットフレーム600,ロボットカバーフレーム700などを分割式構造で構成するすることにより、移設,再組立て時の作業効率を向上させることができる。
【0032】
なお、図中、矢印A−A´方向は図1に示す揺動装置18の往復移動によるベースプレート12の揺動方向を示しており、ベースプレート12の矢印A−A´方向のストロークは約200mm程度であり、搬送アーム15の矢印C−C´方向のストロークは約750mm程度である。また、このレベリング装置は、その幅が約3500mm,長さが約4500mm,高さが約2750mmの寸法を有して形成されている。
【0033】
このよう構成されるレベリング装置を用いることにより、寸法の異なる大型ガラス基板の処理時には、基板サイズによる段取り換え作業が不要となるとともに、定常の交換作業に要する時間,安全性及び作業性が極めて高くなる。
【0034】
次に、このように構成される熱風乾燥装置を用いて液晶表示装置の製造プロセスの配向膜形成処理について説明する。
【0035】
液晶表示装置の製造プロセスには、配向膜形成プロセス,ラビングプロセス,シール材印刷プロセス,スペーサ散布プロセス,基板貼り合わせプロセス,シール材焼成プロセス,液晶注入プロセス,液晶注入口封止プロセス及び偏光板貼り付けプロセス等が含まれているが、ここでは、図1で説明した熱風乾燥装置を用いる配向膜形成プロセスに重点をおいて説明する。
【0036】
一方の面(以下、電極形成面を呼ぶ)にTFT(表示領域対角17インチ)またはカラーフィルタパターンが6面にわたって形成配置された洗浄後のガラス基板が上流装置400から搬入用ロボット200により配向膜形成プロセスに搬送されと、以下に示すようにガラス基板1上に形成されている配向膜材料塗膜に対する乾燥処理が実行される。なお、ここでは、可溶性ポリイミドまたはポリアミック酸を1−メチル−2−ピロリドン(NMP)またはγ−ブチロラクトン(BL)に溶解させることによって得られた約5wt%の配向膜材料溶液を用いることとする。
【0037】
まず、給気ブロワ3が回転を開始させることにより、クリーンルーム内の大気を取り込み、加熱中のヒータ4に送り込む。これによって加熱された空気がヘパフィルタ5,三方弁6,分岐弁7,6分岐管8及びダンパ9a,9bをそれぞれ通過して均熱容器10に一旦蓄えられた後、ノズル11の各スリットノズルの先端から一様な温度(例えば約60℃程度)で放出される。これと同時に上面排気溝13a,13b、側面排気溝16a,16b、下面排気溝17及びチャンバ内排気装置19を駆動させてチャンバ2内の大気を適宜排気させる。
【0038】
その間に上流装置400にて洗浄後のガラス基板(650mm×830mm×0.5〜0.7mmまたは730mm×920mm×0.5〜0.7mm)の電極形成面にフレキソ印刷法によって配向膜材料塗膜を形成しておく。そして、チャンバ2の内部温度が適当な温度(例えば約55℃程度)に安定したら、チャンバ2の搬入口を開け、上流装置400より搬入用ロボット200が上流装置400よりガラス基板を配向膜材料塗膜が上面となるように搬送アーム15の先端部に掬い上げ、チャンバ2の搬入口を開け、熱風乾燥装置部100内のチャンバ5内のベースプレート12上まで搬送する。
【0039】
その後、搬送アーム15の先端部がベースプレート12上のピン列の間に収容されるように搬送アーム15をZ軸方向に移動させる。これにより搬送アーム15の先端部からピン群に先端にガラス基板1が乗り換えられたら、搬送アーム15をXYZ軸によるX方向に移動させることによって搬送アーム15の先端部をピン列の間から引き抜く。そして、チャンバ2の搬入口のシャッタを閉じる。
【0040】
その後、揺動装置18のモータ18aの回転を開始することによってベースプレート12を適当な速度(例えば約100mm/s)でA−A´方向に約200mmのストロークで往復移動させる。このときのベースプレート12のストロークは、ノズル11の各スリットノズルの配置間隔とほぼ等しい距離である。これにより、配向膜材料塗膜の全面から溶剤を均一かつ効率的に蒸発させることができる。
【0041】
図5は、ガラス基板1上に形成された配向膜材料塗膜の溶剤が均一かつ効率的に蒸発するメカニズムについて説明する模式図である。まず、図5(a)に示すようにノズル11の各スリットノズル11aからガラス基板1に向けてブローした熱風HAは、ガラス基板1の上面に当った後、ガラス基板1上で淀み、その淀み部HA´からなる熱風層HLAを形成し、これによって次に引続き放出される熱風HAがガラス基板1の上面に当らなくなってしまう。
【0042】
そして、図5(b)に示すように各スリットノズル11aの間隔Dを広げ、各スリットノズル11a相互間に熱風HAが排気する道筋EXを形成することで次ぎの新しい熱風HAをガラス基板1上に当てることができるが、ガラス基板1の上面において、各スリットノズル11aの直下の加熱エリアHARと排気されて加熱されないエリアCARとで温度差が生じる。
【0043】
そこで、図5(c)に示すようにガラス基板1を矢印A−A´方向に往復運動させることで加熱エリアHAR,加熱されないエリアCAR毎の温度差がなくなり、温度分布が均一化されるので、部分的な乾燥を防止させ、均一加熱による乾燥が得られる。すなわち、ガラス基板1が中央部及び四隅を含む全面に均等に熱風HAが供給されることで均一な温度分布による乾燥が得られる。なお、このガラス基板1を矢印A−A´方向に往復運動させる揺動手段は、図1及び図2に示す揺動装置18のモータ18bの駆動により矢印A−A´方向の往復運動に連動して行われる。
【0044】
なお、ここでガラス基板の寸法及びその種類により放出する熱風に角度が必要になる場合には、ノズル11の取付け用のアルミクランプ部で角度をもたせ、これによって熱風放出角度を調節することができる。また、ガラス基板の寸法及びノズル11からの距離が変化した場合にノズル11の前段にあるダンパ9a,9b(図1参照)の調整でガラス基板の端部及び中央部などのガラス基板内の各場所毎に放出する熱風量を変更することができる。
【0045】
このため、焼成前の段階で配向膜材料塗膜の膜厚及び膜物性にばらつきの発生を防止することができる。なお、このとき、ガラス基板1の表面付近における熱風の速度が0.5m/s以上となるように各スリットノズル11aから熱風を放出させれば、気化した溶剤を含む熱風がガラス基板1に表面付近で滞留させずに図1に示す上面排気溝13a,13b、側面排気溝16a,16b、下面側排気溝17及びチャンバ内排気装置19の駆動によりダンパ20a,20b〜23及び三方弁24を介して排気ブロワ25により吸引され、外部にスムーズに放出されるので、乾燥時間を大幅に短縮させることができる。
【0046】
このようにして配向膜材料塗膜の含有溶剤の約80%程度が蒸発し、配向膜材料塗膜の流動性が失われた後に搬送用ロボット300の搬送アーム15´の先端部がガラス基板1とベースプレート12との間の隙間Gに挿入されるように搬送アーム15´をX方向に移動させ、さらに支持ピン14の先端から搬送アーム15´の先端部にガラス基板1が乗り換わるように搬送アーム15´をZ方向に移動させる。これにより、支持ピン14の先端からガラス基板1をスムーズに掬い上げることができる。
【0047】
このようにガラス基板1に過度の力を付与することなく、支持ピン14の先端からからガラス基板1を掬い上げることができるのは、ガラス基板1との接触面積が狭い各支持ピン14は、ホットプレートのプレートとは異なり、ガラス基板1との間に静電気(剥離帯電)を殆ど発生させないことに起因している。このため、ガラス基板1の割れ等の発生を防止することができる。
【0048】
なお、ベースプレート12の支持ピン14の先端からガラス基板1を掬い上げたら、次のガラス基板1に配向膜材料塗膜に対する乾燥処理が開始するまで、給気ブロワ3からの吸気を停止させて支持ピン14の熱風による加熱を防止することが望ましい。
【0049】
次に、この熱風乾燥装置部100での乾燥処理が終了したら、ガラス基板1は、その状態で搬出用ロボット300の搬送アーム15´で次工程の赤外線乾燥を行う下流装置500へと搬送される。そして、ガラス基板1の配向膜材料塗膜に対する焼成処理が実行される。すなわち、赤外線加熱炉の内部でガラス基板1を適当な温度(例えば、約230℃)で適当な時間(例えば、約20分)にわたって加熱することによってガラス基板1上の配向膜材料塗膜を焼成する。これにより、ガラス基板1上に均一な膜厚及び膜物性の配向膜が形成される。
【0050】
その後、ガラス基板1は、配向膜形成プロセスから、順次、ラビングプロセス,シール材印刷プロセス,スペーサ散布プロセス,基板貼り合わせプロセス,シール材焼成プロセス,液晶注入プロセス,液晶注入口封止プロセス及び偏光板貼り付けプロセス等へと搬送される。これにより、そのガラス基板1を含む液晶表示装置が完成する。
【0051】
以上の液晶表示装置製造プロセスによれば、配向膜形成工程において、一様な膜物性の配向膜を一様な膜厚で形成することができるので、液晶表示装置における液晶分子配列の乱れの発生を確実に防止することができる。このために良好な表示特性の液晶表示装置を得ることができる。また、ホットプレートを用いた配向膜形成工程において発生し易かった基板割れの発生を確実に防止することができるので、液晶表示装置製造プロセスの歩留まりを向上させることができる。さらに、ホットプレートを用いた場合よりも、突上げピンによる基板突上げ処理が必要ない分だけ効率化を図ることができる。
【0052】
これらの効果についてホットプレートを用いた工程と比較して下記表2に示す。
【0053】
【表2】
【0054】
(1)本実施例による係わる熱風乾燥装置を用いた場合には、ホットプレーを用いた場合に生じる剥離帯電が全く生じない。このためにホットプレートを用いた場合と異なり、ガラス基板1の割れの発生が皆無となる。
【0055】
(2)ホットプレートを用いた場合、ガラス基板1の割れの発生を防止するために突上げピン14によってガラス基板1をゆっくり持ち上げる必要がある。これに対して本実施例に係わる熱風乾燥装置を用いた場合には、このようなガラス基板1の突き上げ処理が必要ない。このためにその分だけ配向膜の形成プロセスを効率化することができる。例えば、ホットプレートによれば、720mm×930mmのガラス基板の乾燥処理(搬入から搬出まで)に約100秒以上の時間を要するのに対して本実施例に係わる熱風乾燥装置によれば、720mm×930mmのガラス基板1の乾燥処理に要する時間を約60秒以下に短縮することができる。
【0056】
(3)ホットプレートを用いた場合には、ガラス基板1の温度に±2℃程度のばらつきが生じるのに対して本実施例に係わる熱風乾燥装置を用いた場合には、ガラス基板1の温度のばらつきが±1℃程度に抑制される。このために配向膜材料塗膜を一様に乾燥させることができる。この効果は、以下の実験により確認される。
【0057】
熱拡散率が約0.1mm2/sのベスペル(登録商標)で形成された支持ピン14と約200mmの間隔で並べられたスリットノズル11とを有する乾燥装置を用いて以下の実験を行った。内部温度が約55℃に安定化させたチャンバ2において、各スリットノズル11から約60℃に温風を速度0.5m/s〜2m/sで放出させながら、スリットノズル11の先端から約200mm離れた位置で配向膜材料溶液塗布済みのガラス基板1を100mm/sで往復させた。このときのガラス基板1のストロークは、約200mmである。
【0058】
この結果、チャンバ2にガラス基板1を投入してから約25秒で配向膜材料塗膜の仮乾燥が完了したので、チャンバ2にガラス基板1を投入してから約40秒後に熱風の放出とガラス基板1の往復移動とを停止し、ガラス基板1の外観及び面内温度分布を観察した。この結果、ガラス基板1には割れ等の欠陥が生じていないことが確認された。また、ガラス基板1の温度のばらつきは、±1℃程度に抑制されていることが判った。
【0059】
ただし、図6に示すようにガラス基板1の一部の領域を除けば、ガラス基板1の温度のばらつきは、±0.5℃程度に抑制されることが判った。すなわち、配向膜材料塗膜に乾燥むらの要因となるガラス基板1の温度むらが抑制されていることが確認された。
【0060】
また、前述したようにプロセス時間が約40秒,搬送時間は合計で約30秒であり、一部動作を並行化により短縮し約20秒として約60秒以下に短縮することができることから、チャンバ2を4ポジション設けているので、合計約60秒/4ポジションで約15秒/枚の目標タクトを達成できた。
【0061】
その後、赤外線加熱炉で約230℃で約20分間ガラス基板を加熱することによってガラス基板上の配向膜材料を硬化させた。このようにして配向膜が形成されたガラス基板を用いてLCDパネルを作製し、そのプレチルト角を測定した。この結果、ホットプレートHPで配向膜を形成したガラス基板を用いたLCDパネルと同程度のプレチルト角(約6°)を示すことが確認された。
【0062】
次に、本実施例に係わる熱風乾燥装置を用いた乾燥処理の最適条件について説明する。ここでは、乾燥処理の最適条件を得るために以下の実験を行った。
【0063】
(1)実験1
乾燥時間を最適化するために図7に示すようにホットプレートHPからの伝熱及びドライヤーDRからの温風によってそれぞれ100mm×100mm×1.1mmのガラス基板1上の配向膜材料塗膜を乾燥させた。なお、ここではドライヤーDRをガラス基板1上に温風が垂直に吹き付けられるような姿勢で水平方向に往復移動させた。
【0064】
ここで用いた配向膜材料は、ポリイミド骨格に主鎖と長鎖アルキル基の側鎖とからなり、長鎖アルキル基が配向膜表面に存在することでプレチルト角を発現する材料を用いた。配向膜材料を希釈した溶剤は、1−メチル−2−ピロリドン(NMP)、γ−ブチロラクトン(BL)である。
【0065】
溶剤乾燥後、同条件で液晶セルを作製し、プレチルト角を測定したところ、図8に示すようになった。ここで、乾燥時間は以下のように定義した。基板上に塗布された溶液が乾燥して溶剤が蒸発するときには、膜厚減少が起こり、膜面に干渉縞を生じる。溶剤が蒸発して膜厚が均一になると、干渉縞が消え、膜面は一様に干渉色を示す。基板加熱開始から一様の干渉色となるまでの時間を乾燥時間として測定した。
【0066】
ホットプレート乾燥では乾燥時間によらず、ほぼ一定のプレチルト角を示すのに対して熱風乾燥では乾燥時間によって大きくプレチルト角が変わり、乾燥時間が短いと、プレチルト角が小さい。
【0067】
ここで、溶剤組成が配向膜高分子に与える影響を調べた。NMP,BLに配向膜高分子をそれぞれ溶解し、分子サイズを光散乱強度の散乱角度依存性から求めた。この結果を図9に示す。NMP溶液中では、高分子が収縮していることが判った。高分子が収縮すると、プレチルト角の発現に寄与する側鎖が主鎖の中に丸め込まれると考えられる。さらに、NMP比率が高い溶液から成膜した配向膜ではプレチルト角が低下することが判った。配向膜高分子が伸長しているときには、熱風と親和性の高い側鎖は膜表面に偏在するが、配向膜高分子が収縮するとき、プレチルト角に寄与する側鎖は主鎖に丸め込まれて膜表面に存在する量が減り、その結果、プレチルト角が低下すると考えている。
【0068】
溶剤乾燥工程では、混合溶剤が均一に蒸発せず、蒸発速度はNMPよりもBLの方が速い。このために塗膜中では配向膜高分子の濃縮と同時に混合溶剤組成変化が起きる。溶剤乾燥時の塗膜中の溶剤組成は以下のように変化すると考えられる。加熱により配向膜表面からはBLが蒸発する。膜内では深さ方向に溶剤の濃度勾配を生じ、基板側より表面に向かってBLが拡散するが、乾燥時間が短いと、表面の蒸発に対して膜内の拡散が追いつかず、表面は蒸発し難いNMPの組成比が増加する。また、熱風乾燥では、溶剤の滞留を防ぐために積極的に溶剤を除去しているので、BLとNMPとの蒸発速度差を増大させ、表面のNMP濃度が進む。したがって、NMPが濃縮され易い乾燥速度の速い条件では、表面の高分子が収縮し、プレチルト角が低下する。
【0069】
以上の結果から、プレチルト角が従来方法のホットプレート乾燥と同等以上となる約20秒以上の乾燥時間となる温度及び風速をこの配向膜材料の最適熱風乾燥条件とした。その温度は熱風の吹出し口温度が70℃〜90℃、ガラス基板上の風速が1.5〜2.0m/sであることが判った。
【0070】
(2)実験2
本実施例に係わる熱風乾燥装置により、各温度の熱風をガラス基板1に吹付け、配向膜材料塗膜の外観を観察した。この結果、約30℃以下の熱風を吹付けた場合には、配向膜材料塗膜の平坦性が低下することが判った。また、約30℃以上の熱風を吹付けた配向膜材料塗膜の平坦性は、図10に示すように熱風の温度に対応して変化することが判った。すなわち、熱風温度が高いほど、配向膜材料溶液の流動性が高くなるため、平坦性が向上することが判った。
【0071】
配向膜溶液の溶剤は一般的に混合溶剤であり、乾燥時には溶剤成分比が変化する。このとき、時間とともに配向膜高分子と溶剤との親和性の変化及び配向膜の濃度の増加による流動性の低下が起き、最表面の配向膜高分子構造が決定される。例えば、配向膜との親和性が若干劣る溶剤が濃縮されて分子が収縮し、この結果、プレチルト角を発現する要素である高分子側鎖の表面濃度が低下してプレチルト角が低下する。そこで、各温度の熱風による乾燥処理を経たガラス基板でそれぞれ液晶セルを作製し、そのプレチルト角を測定した。この結果、図11に示すように熱風温度が高くなるほどプレチルト角が低下することが確認された。そして、約100℃以上の熱風による乾燥では、適切なプレチルト角を得ることが困難であることが確認された。
【0072】
以上の結果より、本実施例では、ノズルから供給する熱風の最適温度の範囲として約30℃〜100℃を採用することとした。
【0073】
(3)実験3
ホットプレートによる乾燥課程について詳細に説明すると、図12(a)に断面図で示すようにガラス基板1上に塗布した溶液SOが乾燥により膜厚が減少する。このとき、ガラス基板1の端部については溶液SOの乾燥速度が大きいので、液膜の流れがガラス基板1の中央部から端部に向かうことにより、突起部PRが発生する。なお、塗布された当初の配向膜材料塗膜の膜厚は1000nm〜1500nmである。
【0074】
その後、乾燥が進行し、図12(b)に示すように溶液SOはガラス基板1の端部に膜厚が薄い部分が生じ、その中央部の膜厚が厚い部分との間に傾斜が生じる。さらに乾燥が進行し、図12(c)に示すように溶液SOは膜厚が薄い部分が端部から中央部分に移動する。乾燥後は、図12(d)に示すように端部から中央部まで均一の膜厚となる。ただし、端部については上述の理由により突起部PRが発生している。この場合、乾燥した配向膜材料塗膜は、均一な中央部では約60nmとなり、突起部PRでは約100nmとなる。
【0075】
この配向膜材料塗膜は、乾燥後に焼成されて配向膜が形成されるが、配向膜の膜厚も同様に中央部で約60nmであり、突起部PRでは約100nmである。このようにホットプレートによる乾燥では、乾燥を開始する位置がガラス基板1の端部に固定されており、乾燥開始位置を自由に変更できるものではない。
【0076】
なお、上述したホットプレートによる乾燥の場合、ガラス基板1上に塗布した溶液SOが乾燥により膜厚が減少するメカニズムは、図13(a)に拡大断面図で示すようにガラス基板1上に溶液SOが塗布された膜表面は飽和蒸気圧にあり、中央部では気流が弱いので、実線の矢印で示す方向でその大きさを示すように蒸発速度が中央部では端部よりも小さい。このために端部の蒸発を補うために太線の矢印で示す方向に液膜が中央部から端部へ向かって移動する。この結果、図13(b)に示すように端部(特に辺部より角部)は表面積が大となり、中央部における溶液SOの蒸発速度が大となる。この結果、図13(c)に示すように端部に突起部PRを有し、中央部で膜厚がほぼ均一な配向膜ORが形成されると考えられている。
【0077】
これに対して本実施例に係わる熱風乾燥装置を用いた熱風乾燥処理の場合では、図14(a)に断面図で示すようにガラス基板1上に塗布した溶液SOは、均等に蒸発し、端部には突起部が生じ難い。ただし、図14(b)に示すようにノズルとの位置により乾燥速度が大となる部分があり、その部分に突起部PRが生じるが、ガラス基板1が移動しているので、突起部PRもこれに伴なって移動する。このために干渉縞が発生する位置もランダムになる。このように熱風乾燥の場合では、溶液SOの乾燥速度が大の部分をランダムに発生させることで、突起部PRの発生を減少させている。これによって図14(c)に示すように溶液SOの膜厚は均等に減少し、乾燥後は、図14(d)に示すように端部から中央部まで全体がほぼ均一の膜厚となり、乾燥が完了する。
【0078】
なお、上述した熱風乾燥の場合、ガラス基板1上に塗布した溶液SOが乾燥により膜厚が減少するメカニズムは、図15(a)に拡大断面図で示すようにガラス基板1上に溶液SOが塗布された膜表面は常に換気され、実線の矢印で示す方向でその大きさを示すように溶液SOの蒸発速度が端部と中央部とで一定であるので、蒸発速度は面内で略均一となる。このために液膜が中央部から端部に移動する量が減少し、溶液SOが均等に蒸発し、図15(b)に示すように端部には突起部が生じ難くなり、端部及び中央部で膜厚がほぼ均一な配向膜ORが形成されると考えられている。
【0079】
以上の説明から、ホットプレート乾燥と熱風乾燥とによる端部の形状を対比すると、図16に示すように本実施例に係わる熱風乾燥装置による熱風乾燥HAでは、配向膜の端部に形成される突起部の高さ方向の寸法がホットプレート乾燥HPのそれの約1/3程度となり、配向膜の中央部と略均一な膜厚が得られることが判った。
【0080】
図17は、ガラス基板1上に形成された配向膜ORの形状を説明する図であり、図17(a)は平面図である。図17(a)において、ORは配向膜を、CEは配向膜ORの中心部を、EDは配向膜ORの端部を、COは配向膜ORの角部をそれぞれ示している。また、図17(b)は図17(a)の端部EDの拡大断面図を、図17(c)は図17(a)の角部COの拡大断面図をそれぞれ示している。
【0081】
図17において、配向膜ORを形成する溶液の粘度(粘性率)が低い場合及び溶媒の割合が多い場合には、特に端部EDへの液膜の移動量が大となり、端部EDの突起部が大となる問題点が見出された。このために本実施例に係わる熱風乾燥では、図17(b),(c)に示すように端部ED及び角部COに形成される突起部PRの発生を防止またはその形状を小さくすることができ、溶液の粘度が低い場合及び溶媒の割合が多い場合には、特に有効である。
【0082】
また、図17(a)に示す角部COは、端部EDに比べて蒸発速度が大となるため、図17(c)に示すように端部EDよりも突起部PRが大きくなる。このため、熱風乾燥を用いた場合でも角部COには突起部PRが残る場合もある。さらに、溶液の粘度が低い場合では、特に角部COに塗布された溶液は中心部CEに向かい後退(縮退)することが見出された。このため、図18(a),(b)に示すように角部COには、所謂丸み(面取り)が生じる場合がある。ここで、溶液の粘性率が約25cp以下の場合、特に8〜12cpの場合には、角部COに生じる丸みの半径rは、0.1mm〜1mmの間となる。
【0083】
配向膜ORの形成後には、この配向膜OR上にはシール材SEが塗布形成されるが、この場合、配向膜ORの角部COには、図18(b)に示すように配向膜ORの端部EDの丸みに沿うようにシール材SEを塗布し、配向膜ORと一部重なるようにシール材SEが塗布される。このとき、シール材SEの内側(液晶組成物側)の丸み半径を配向膜ORの角部COの半径rよりも小さくして液晶組成物が形成される領域の丸みを小さくすることができる。
【0084】
図19は、(a),(b)は、図18に示す角部COに配向膜ORが形成されているガラス基板1上にカラーフィルタ基板CFPを重ね合わせた状態を示す平面図である。図19において、カラーフィルタCFRには、遮光膜としてブラックマトリクス(ブラックマスクとも言う)BMが設けられている。また、このブラックマトリクスBMには開口OPが設けられており、一般にこの開口OPにはR(赤),G(緑),B(青)各色を透過するカラーフィルタが設けられている。このR(赤),G(緑),B(青)の3ドットで1画素が構成されているとすると、開口OPは1ドットを構成することになる。
【0085】
シール材SEが設けられている部分には、液晶組成物が存在しないので、表示に寄与することがなく、一般に図19(a)に示すようにシール材SEにかからないように開口OPが設けられる。しかし、この場合、ブラックマトリクスBMの枠の幅W1が広くなるという問題が生じる。このため、図19(b)に示すように丸みが生じた角部COに開口OPが一部重なるようにブラックマトリクスBMを設け、幅W2が狭くなるようにする。この場合、角部COに丸みによる影SHが生じ、表示品質が損なわれることになる。
【0086】
ここで、図18(b)に示したようにシール材SEで配向膜ORの角部COを覆うことで図19(b)に示すように開口OPと重なる丸みをシール材SEにより形成される丸みとすることにより、角部COの丸みの半径を小さくすることができ、これによって開口OPに生じる影SHを減少させることが可能となる。
【0087】
さらに、同様に図20(a),(b)に示すように配向膜ORの角部COには、中心部CEから外部に向かい、平面的な突出部PR1を形成する。または、配向膜材料塗膜を平面的な突出部PR1を形成するように塗布し、その後、乾燥,焼成により角部COがほぼ直角に近くなるような突出部PR1を形成しても良い。このとき、本実施例に係わる熱風乾燥処理を用いることにより、蒸発速度を局所的に変化させることができるので、角部COの蒸発速度を他の部分と異ならせ、丸みを減少させることができる。このため、前述したノズルは角部COに吹付けられる熱風量及びその温度を制御可能に形成される。なお、丸みを減少させるように熱風量及びその温度を制御すると、断面方向の突起部が増加することになる。
【0088】
また、図20(b)に示すように配向膜ORと一部重なるようにシール材SEを塗布して液晶組成物が存在する領域の丸みが減少するようにしている。なお、図20(b)では配向膜ORの端部EDを点線で示している。また、図が複雑になることを避け、開口OPが形成される位置についても点線で示した。このようにシール材SEにより配向膜ORの角部COの形状と、この角部COに隣接するブラックマトリクスBMの開口OPの角部の形状とを近づけることが可能となる。
【0089】
本実施例に係わる熱風乾燥処理では、配向膜材料塗膜が均一な膜厚に形成されるので、この配向膜材料塗膜の表面には転写ローラの凹凸部が残る場合がある。図21(a)に概略斜視図で示すように転写ローラROの表面には突起RO1が設けられており、この突起RO1は配向膜材料溶液が転写ローラROに保持され易くするために設けられている。このために図21(b)に示すように配向膜材料塗膜を焼成した配向膜ORにも同様の凹凸OR1が形成されることになる。
【0090】
なお、前述した実施例においては、基板支持ピンによりガラス基板をベースプレートから浮かす構成とした場合について説明したが、基板支持ピン以外の支持部材でガラス基板をベースプレートから浮かせるように構成しても良い。例えば、ガラス基板に線接触する凸部をベースプレートに形成してガラス基板を浮かすように構成にしても良い。
【0091】
また、前述した熱風乾燥装置においては、熱風流形成手段(ノズル)に対してべースプレートを往復移動させるように構成した場合について説明したが、ベースプレートに対してノズルに揺動装置を連結させ、このノズルを往復移動させるように構成しても良い。さらにはノズル及びベースプレートの双方を相対的に往復移動させるように構成しても良い。
【0092】
また、前述した熱風乾燥装置においては、チャンバ2の内部に大気を供給する給気ブロワ3及びチャンバ2の内部の不要熱風を排気する排気ブロワ25を設けた場合について説明したが、給気ブロワ3及び排気ブロワ25にそれぞれインバータを設け、大気の供給量と排気量とのバランスを取ることでチャンバ2内から熱風漏れによる周囲の影響及びチャンバ2内への外気の流入による乾燥不良を防止することができる。
【0093】
また、ガラス基板1をチャンバ2内に搬入する際に熱風を乾燥処理中と同量に供給されると、ノズル11の直下の部分のみが先に乾燥が進行してしまう。これを防止するためにガラス基板1の搬入時には上述したインバータによる給気ブロワ3及び排気ブロワ25のモータ回転数の制御及び三方弁6の切り換えによる熱風の供給量を低下(停止)させることにより、ノズル11の直下の先行乾燥を防止することができる。また、待機時の基板支持ピン14の温度上昇による乾燥むらの発生を防止できる。
【0094】
また、前述した熱風乾燥装置においては、チャンバ2の内部に熱風の舞い上がりを吸引する上面排気溝13a,13b及びガラス基板1に当った熱風を吸引する側面排気溝16a,16b並びにチャンバ2内部の全体に淀む不要熱風を吸引する下面排気溝17の3種類の排気システムを設けた場合について説明したが、これらの溝13a,13b,16a,16b,17にそれぞれスリットまたはパンチングを設け、その開口面積を調節することにより、流量及び流速を調整することでチャンバ2内の気流を制御し、効率的な乾燥及び異物の低減を図ることができる。
【0095】
また、前述した熱風乾燥装置においては、ベースプレート12に立設される複数の基板支持ピン14は、ベースプレート12上に固定されている場合について説明したが、このベースプレート12にガラス基板1の搬入出時及び乾燥処理時に基板支持ピン14の高さを変更可能なアクチュエータを設け、ガラス基板1の搬入出時の許容範囲大,品種及び寸法等によりノズル11からの距離の変更が必要な場合にその対応が可能となる。
【0096】
以上、説明したように本発明による液晶表示装置の製造方法によれば、ガラス基板上に形成した配向膜材料塗膜の乾燥むら及び配向膜の膜厚のばらつきの発生などがなくなるので、配向膜表面における液晶分子の配列に悪影響を及ぼすことが皆無となるので、良好な表示特性を有する液晶表示装置が得られるという極めて優れた効果を有する。
【0097】
また、本発明による液晶表示装置の製造方法によれば、ガラス基板内の温度分布のばらつき及び静電気帯電による撓みの発生によるガラス基板の割れなどの発生が皆無となるので、液晶表示装置の歩留まりの向上させ、延いては生産性を大幅に向上させることができるなどの極めて優れた効果を有する。
【0098】
また、本発明による液晶表示装置の製造方法によれば、ガラス基板上に形成された配向膜の角部と重なってシール材を形成することによってシール材の内側(液晶組成物側)の丸みの半径を配向膜角部の丸みの半径よりも小さくして液晶組成物が形成される領域の丸みを小さくすることができるという極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施例による構成を説明する前提手段として用いられる熱風乾燥装置の構成を示すシステム図である。
【図2】 図1に示すチャンバ内に収容されている熱風供給手段周辺部の構成を示す斜視図である。
【図3】 ガラス基板の支持材料が基板温度分布に与える影響を調べるための実験設備の概略斜視図である。
【図4】 本発明に係わる熱風乾燥装置が搭載されるレベリング装置の構成を示す図である。
【図5】 本発明に係わる熱風乾燥装置による熱風乾燥のメカニズムを説明する模式図である。
【図6】 本発明に係わる熱風乾燥装置により熱風乾燥処理されたガラス基板の面内温度分布を説明する図である。
【図7】 熱風乾燥処理を最適化するための実験設備の概略斜視図である。
【図8】 乾燥方式ごとに乾燥時間とプレチルト角との関係を示す図である。
【図9】 配向膜形成材料溶液中における高分子の広がりを概念的に示す図である。
【図10】 本発明に係わる熱風乾燥装置のチャンバ内の温度と仮乾燥後の塗膜の表面粗さとの関係を示す図である。
【図11】 熱風の温度とプレチルト角度との関係を示す図である。
【図12】 ホットプレートによる配向膜形成材料溶液の乾燥課程を説明する断面図である。
【図13】 図12に示す配向膜形成材料溶液の乾燥のメカニズムを説明する塗布膜の端部の拡大断面図である。
【図14】 本発明による液晶表示装置の製造方法の一実施例による構成を説明するための熱風乾燥装置により形成された配向膜形成材料溶液の乾燥課程を説明する断面図である。
【図15】 図14に示す配向膜形成材料溶液の乾燥のメカニズムを説明する塗布膜の端部の拡大断面図である。
【図16】 ホットプレート乾燥と本発明に係わる熱風乾燥装置の熱風乾燥とによる塗膜端部の形状を比較する図である。
【図17】 ガラス基板上に形成された配向膜の形状を示す図である。
【図18】 ガラス基板に形成された配向膜上にシール材が塗布された状態を示す平面図である。
【図19】 図18に示すシール材上にカラーフィルタ基板が重ね合わせた状態を示す平面図である。
【図20】 ガラス基板の角部における配向膜の退縮防止構造を説明する平面図である。
【図21】 配向膜材料を塗布する転写ローラ及びこの転写ローラにより塗布された塗膜の熱風乾燥により形成された配向膜の形状を示す斜視図である。
【図22】 従来のホットプレートによる乾燥装置の構成を示す概略断面図である。
【図23】 従来のホットプレートによる乾燥装置の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 背面パネル
3 給気ブロア
4 ヒータ
5 ヘパフィルタ
6 三方弁
7 分岐弁
8 6分岐管
9a ダンパ
9b ダンパ
10 均熱容器
11 ノズル
11a スリットノズル
12 ベースプレート
13a 上面排気溝
13b 上面排気溝
14 支持ピン
15 搬送アーム
16a 側面排気溝
16b 側面排気溝
17 下面排気溝
18 揺動装置
18a 揺動体本体
18b モータ
18c ボールネジ
19 排気装置
20a ダンパ
20b ダンパ
21a ダンパ
21b ダンパ
22a ダンパ
22b ダンパ
23 ダンパ
24 三方弁
25 排気ブロワ
30 配向膜材料塗膜
30A 形成領域の反対側の領域の一部30A
SO 溶液
PR 突起部
OR 配向膜
ED 配向膜端部
CO 配向膜角部
CE 配向膜中心部
SE シール材
OP 開口
PR1 突出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and in particular, a liquid crystal display device having an alignment film formed by applying an alignment film material solution to an inner wall surface of a glass substrate constituting the liquid crystal display device and drying it.Manufacturing methodIt is about.
[0002]
[Prior art]
In general, a liquid crystal alignment film is formed on the inner wall surface of a liquid crystal display device to make the molecular alignment state of the liquid crystal material uniform. The alignment film forming process includes a printing process in which a coating film of an alignment film material diluted with a solvent (hereinafter referred to as an alignment film material coating film) is formed on one surface of the substrate, A heating step of heat-curing the formed alignment film material coating film.
[0003]
In this heating step, a drying treatment step in which the solvent contained in the alignment film material coating film is temporarily dried at a temperature of about 100 ° C., and a baking in which the alignment film material coating film after temporary drying is baked at a temperature of about 180 ° C. or more. And processing steps. In these stepwise processing steps, a hot plate as shown in FIG. 22 is used. This hot plate has a through-hole H that passes from a plurality of positions to an exhaust port in a region (hereinafter referred to as a substrate contact region) where the other surface of the glass substrate 1 (the side opposite to the surface on which the alignment film material coating film is formed) is in contact. Formed on the hot plate HP, a
[0004]
According to such a configuration, the
[0005]
By the way, after the heat treatment, it is necessary to transfer the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the end portion of the through hole H and the end portion of the receiving hole of the push-up
[0007]
In the hot plate adsorption method, the
[0008]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the object of the present invention is to form the alignment film by using a drying means for supplying hot air, thereby solving the above-described problems. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device that can solve all of the problems, obtain good display characteristics, improve production yield, and improve productivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the liquid crystal display device according to the present inventionManufacturing methodApplies an alignment film material solution to one surface of the glass substrate, applies a flow of hot air to the alignment film material solution applied on the glass substrate, and exhausts the remaining hot air remaining in the periphery of the glass substrate And drying by reciprocally moving the plane intersecting the flow of the hot air and the glass substrate in the plane direction.An alignment film is formed and driedThe alignment filmInFilm thickness at the corner of the alignment film than at the end of the alignment filmTo be thickerThe protrusionIt is characterized by forming.
[0010]
The present invention is not limited to the above-described configuration and the configuration of each embodiment described later, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings of the embodiments.
FIG. 1 shows a liquid crystal display device according to the present invention.Manufacturing methodIt is a system diagram explaining the structure of the hot air drying apparatus used as a premise means explaining the structure by one Example, The same code | symbol is attached | subjected to the same part as the figure mentioned above, and the description is abbreviate | omitted. Hereinafter, for convenience of explanation, an orthogonal coordinate system including the installation surface of the hot air drying device on the X-axis and Y-axis surfaces is defined. Further, the arrow direction indicated by a solid line indicates the direction in which hot air flows during heating and drying, and the arrow direction indicated by a dotted line indicates the direction in which hot air flows during loading and unloading of the glass substrate.
[0012]
In FIG. 1, 1 is a glass substrate coated with an alignment film material solution on one surface, 2 contains a
[0013]
[0014]
[0015]
Here, even if the temperature and flow rate of hot air blown from each
[0016]
[0017]
Therefore, it is only necessary that three or more substrate support pins 14 including three pins that are not arranged in a row are provided on the upper surface of the
[0018]
These substrate support pins 14 point-support the
[0019]
Therefore, it is more preferable to adopt a spherical shape with a radius of curvature of 5 mm or less as the tip shape of each
[0020]
[Table 1]
[0021]
A plurality of glass substrates (100 mm × 100 mm × 1.1 mm) on which an undried alignment film material coating film (film thickness of 1.5 μm) is formed are prepared, and each
[0022]
In this state, when hot air of about 100 ° C. was blown onto the alignment film
[0023]
Further, 16a and 16b guide the hot air blown from the
[0024]
[0025]
[0026]
The upper surface
[0027]
4A and 4B are diagrams for explaining a schematic configuration of a leveling device that accommodates a hot air drying device. FIG. 4A is a plan view seen from above, and FIG. 4B is a plan view seen from the side. 4A and 4B,
[0028]
In the
[0029]
In addition, an
[0030]
[0031]
[0032]
In the figure, the arrow AA ′ direction indicates the swinging direction of the
[0033]
By using the leveling device configured as described above, when a large glass substrate having different dimensions is processed, it is not necessary to change the setup depending on the size of the substrate, and the time, safety and workability required for regular replacement are extremely high. Become.
[0034]
Next, the alignment film forming process of the manufacturing process of the liquid crystal display device will be described using the hot air drying apparatus configured as described above.
[0035]
The liquid crystal display manufacturing process includes alignment film formation process, rubbing process, sealing material printing process, spacer spraying process, substrate bonding process, sealing material firing process, liquid crystal injection process, liquid crystal inlet sealing process, and polarizing plate application. However, here, the description will focus on the alignment film forming process using the hot air drying apparatus described in FIG.
[0036]
A glass substrate after cleaning in which TFT (display area diagonal 17 inches) or a color filter pattern is formed and arranged on one surface (hereinafter referred to as an electrode formation surface) over 6 surfaces is oriented by the carrying
[0037]
First, the
[0038]
In the meantime, the alignment film material is applied to the electrode forming surface of the glass substrate (650 mm × 830 mm × 0.5 to 0.7 mm or 730 mm × 920 mm × 0.5 to 0.7 mm) after being cleaned by the
[0039]
Thereafter, the
[0040]
Thereafter, by starting the rotation of the
[0041]
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a mechanism for uniformly and efficiently evaporating the solvent of the alignment film material coating film formed on the
[0042]
Then, as shown in FIG. 5 (b), the interval D between the
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 5C, by reciprocating the
[0044]
In addition, when an angle is needed for the hot air discharge | released by the dimension of the glass substrate and the kind here, an angle is given by the aluminum clamp part for attachment of the
[0045]
For this reason, it is possible to prevent variations in the film thickness and film physical properties of the alignment film material coating film before firing. At this time, if hot air is discharged from each
[0046]
In this way, about 80% of the solvent contained in the alignment film material coating film evaporates, and after the fluidity of the alignment film material coating film is lost, the tip of the
[0047]
Thus, without giving excessive force to the
[0048]
When the
[0049]
Next, when the drying process in the hot air drying
[0050]
Thereafter, the
[0051]
According to the above liquid crystal display device manufacturing process, an alignment film having a uniform film property can be formed with a uniform film thickness in the alignment film forming step. Can be reliably prevented. Therefore, a liquid crystal display device with good display characteristics can be obtained. In addition, since it is possible to surely prevent the occurrence of substrate cracking that is likely to occur in the alignment film forming process using a hot plate, the yield of the liquid crystal display device manufacturing process can be improved. Furthermore, the efficiency can be increased by the amount that the substrate push-up process using the push-up pins is not necessary, compared to the case where a hot plate is used.
[0052]
These effects are shown in Table 2 below in comparison with a process using a hot plate.
[0053]
[Table 2]
[0054]
(1) When the hot air drying apparatus according to the present embodiment is used, no peeling electrification that occurs when hot play is used does not occur at all. For this reason, unlike the case where a hot plate is used, the
[0055]
(2) When a hot plate is used, the
[0056]
(3) When a hot plate is used, the temperature of the
[0057]
Thermal diffusivity is about 0.1mm2The following experiment was conducted using a drying apparatus having support pins 14 formed of / s Vespel (registered trademark) and slit
[0058]
As a result, since the temporary drying of the alignment film material coating film was completed about 25 seconds after the
[0059]
However, as shown in FIG. 6, it was found that the temperature variation of the
[0060]
In addition, as described above, the process time is about 40 seconds and the transfer time is about 30 seconds in total, and a part of the operation can be shortened by parallelization and can be shortened to about 60 seconds or less as about 20 seconds. Since 2 positions are provided in 4 positions, the target tact of about 15 seconds / sheet was achieved with a total of about 60 seconds / 4 positions.
[0061]
Thereafter, the alignment film material on the glass substrate was cured by heating the glass substrate at about 230 ° C. for about 20 minutes in an infrared heating furnace. An LCD panel was produced using the glass substrate on which the alignment film was formed in this manner, and the pretilt angle was measured. As a result, it was confirmed that the same pretilt angle (about 6 °) as that of the LCD panel using the glass substrate on which the alignment film was formed by the hot plate HP was shown.
[0062]
Next, the optimum conditions for the drying process using the hot air drying apparatus according to this embodiment will be described. Here, the following experiment was performed in order to obtain the optimum conditions for the drying treatment.
[0063]
(1)
In order to optimize the drying time, as shown in FIG. 7, the alignment film material coating on the
[0064]
As the alignment film material used here, a material that has a main chain and a side chain of a long-chain alkyl group in a polyimide skeleton, and exhibits a pretilt angle by the presence of the long-chain alkyl group on the surface of the alignment film. The solvent in which the alignment film material is diluted is 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or γ-butyrolactone (BL).
[0065]
After drying the solvent, a liquid crystal cell was produced under the same conditions and the pretilt angle was measured. As a result, it was as shown in FIG. Here, the drying time was defined as follows. When the solution applied on the substrate dries and the solvent evaporates, the film thickness decreases and interference fringes occur on the film surface. When the solvent evaporates and the film thickness becomes uniform, the interference fringes disappear and the film surface shows an interference color uniformly. The time from the start of substrate heating to the uniform interference color was measured as the drying time.
[0066]
Hot plate drying shows a substantially constant pretilt angle regardless of the drying time, while hot air drying greatly changes the pretilt angle depending on the drying time, and when the drying time is short, the pretilt angle is small.
[0067]
Here, the influence of the solvent composition on the alignment film polymer was examined. The alignment film polymer was dissolved in NMP and BL, respectively, and the molecular size was determined from the scattering angle dependence of the light scattering intensity. The result is shown in FIG. It was found that the polymer contracted in the NMP solution. When the polymer contracts, it is considered that the side chain contributing to the expression of the pretilt angle is rounded into the main chain. Furthermore, it has been found that the pretilt angle decreases in an alignment film formed from a solution having a high NMP ratio. When the alignment film polymer is stretched, side chains with high affinity to hot air are unevenly distributed on the film surface, but when the alignment film polymer contracts, the side chains that contribute to the pretilt angle are rounded into the main chain. It is believed that the amount present on the film surface decreases, and as a result, the pretilt angle decreases.
[0068]
In the solvent drying step, the mixed solvent does not evaporate uniformly, and the evaporation rate of BL is faster than that of NMP. For this reason, the composition of the mixed solvent changes simultaneously with the concentration of the alignment film polymer in the coating film. It is considered that the solvent composition in the coating film at the time of solvent drying changes as follows. BL evaporates from the surface of the alignment film by heating. In the film, a solvent concentration gradient occurs in the depth direction, and BL diffuses from the substrate side toward the surface. However, if the drying time is short, the diffusion in the film cannot catch up with the surface evaporation, and the surface evaporates. The composition ratio of NMP which is difficult to increase increases. In hot air drying, the solvent is positively removed to prevent the solvent from staying, so that the evaporation rate difference between BL and NMP is increased, and the NMP concentration on the surface advances. Therefore, under conditions where the NMP is easily concentrated and the drying speed is fast, the polymer on the surface contracts and the pretilt angle decreases.
[0069]
Based on the above results, the temperature and wind speed at which the pretilt angle is equal to or greater than that of the conventional hot plate drying and a drying time of about 20 seconds or more were determined as the optimum hot air drying conditions for this alignment film material. As for the temperature, it turned out that the blower outlet temperature of a hot air is 70 to 90 degreeC, and the wind speed on a glass substrate is 1.5 to 2.0 m / s.
[0070]
(2)
With the hot air drying apparatus according to this example, hot air at each temperature was sprayed onto the
[0071]
The solvent of the alignment film solution is generally a mixed solvent, and the solvent component ratio changes during drying. At this time, a change in the affinity between the alignment film polymer and the solvent with time and a decrease in fluidity due to an increase in the concentration of the alignment film occur, and the alignment film polymer structure on the outermost surface is determined. For example, a solvent having a slightly inferior affinity with the alignment film is concentrated and molecules are contracted. As a result, the surface concentration of the polymer side chain, which is an element that develops the pretilt angle, is lowered, and the pretilt angle is lowered. Therefore, a liquid crystal cell was produced on each glass substrate that had been subjected to a drying treatment with hot air at each temperature, and its pretilt angle was measured. As a result, as shown in FIG. 11, it was confirmed that the pretilt angle decreases as the hot air temperature increases. It was confirmed that it was difficult to obtain an appropriate pretilt angle by drying with hot air of about 100 ° C. or higher.
[0072]
From the above results, in this embodiment, about 30 ° C. to 100 ° C. was adopted as the optimum temperature range of the hot air supplied from the nozzle.
[0073]
(3)
The drying process using the hot plate will be described in detail. As shown in the sectional view of FIG. 12A, the film thickness of the solution SO applied on the
[0074]
Thereafter, drying proceeds, and as shown in FIG. 12B, the solution SO has a thin portion at the end of the
[0075]
This alignment film material coating film is baked after drying to form an alignment film, and the film thickness of the alignment film is also about 60 nm at the center and about 100 nm at the protrusion PR. Thus, in the drying by the hot plate, the position where the drying is started is fixed to the end of the
[0076]
In the case of drying by the hot plate described above, the mechanism by which the film thickness of the solution SO applied on the
[0077]
On the other hand, in the case of the hot air drying process using the hot air drying apparatus according to the present embodiment, the solution SO applied on the
[0078]
In the case of the hot air drying described above, the mechanism by which the film thickness of the solution SO applied on the
[0079]
From the above description, when comparing the shape of the end by hot plate drying and hot air drying, as shown in FIG. 16, in the hot air drying HA by the hot air drying apparatus according to the present embodiment, it is formed at the end of the alignment film. It was found that the dimension in the height direction of the protrusion is about 1/3 that of the hot plate drying HP, and a film thickness substantially uniform with the central part of the alignment film can be obtained.
[0080]
FIG. 17 is a view for explaining the shape of the alignment film OR formed on the
[0081]
In FIG. 17, when the viscosity (viscosity) of the solution forming the alignment film OR is low and the ratio of the solvent is large, the amount of movement of the liquid film to the end ED is particularly large, and the protrusion of the end ED The problem that the department becomes large was found. Therefore, in the hot air drying according to the present embodiment, as shown in FIGS. 17B and 17C, the generation of the protrusions PR formed at the end ED and the corner CO should be prevented or the shape thereof can be reduced. It is particularly effective when the viscosity of the solution is low and the ratio of the solvent is large.
[0082]
Further, since the corner portion CO shown in FIG. 17A has a higher evaporation rate than the end portion ED, the protrusion PR is larger than the end portion ED as shown in FIG. 17C. For this reason, even when hot air drying is used, the protrusion PR may remain in the corner portion CO. Furthermore, it has been found that when the viscosity of the solution is low, the solution applied particularly to the corners CO recedes (degenerates) toward the center CE. For this reason, as shown in FIGS. 18A and 18B, a so-called roundness (chamfering) may occur in the corner portion CO. Here, when the viscosity of the solution is about 25 cp or less, particularly when the viscosity is 8 to 12 cp, the radius r of the roundness generated in the corner portion CO is between 0.1 mm and 1 mm.
[0083]
After the formation of the alignment film OR, the sealing material SE is applied and formed on the alignment film OR. In this case, the alignment film OR is formed at the corner portion CO of the alignment film OR as shown in FIG. The sealing material SE is applied so as to follow the roundness of the end portion ED, and the sealing material SE is applied so as to partially overlap the alignment film OR. At this time, the radius of the inner side (liquid crystal composition side) of the sealing material SE can be made smaller than the radius r of the corner portion CO of the alignment film OR to reduce the roundness of the region where the liquid crystal composition is formed.
[0084]
FIGS. 19A and 19B are plan views showing a state in which the color filter substrate CFP is overlaid on the
[0085]
Since the liquid crystal composition is not present in the portion where the seal material SE is provided, it does not contribute to display, and generally an opening OP is provided so as not to cover the seal material SE as shown in FIG. . However, in this case, there arises a problem that the width W1 of the black matrix BM frame becomes wide. For this reason, as shown in FIG. 19B, the black matrix BM is provided so that the opening OP partially overlaps the rounded corner portion CO so that the width W2 becomes narrow. In this case, a shadow SH due to roundness occurs in the corner portion CO, and the display quality is impaired.
[0086]
Here, as shown in FIG. 18B, the corner portion CO of the alignment film OR is covered with the sealing material SE, thereby forming a round shape overlapping the opening OP as shown in FIG. 19B with the sealing material SE. By making it round, it is possible to reduce the radius of roundness of the corner portion CO, thereby reducing the shadow SH generated in the opening OP.
[0087]
Further, similarly, as shown in FIGS. 20A and 20B, a planar protrusion PR1 is formed at the corner portion CO of the alignment film OR from the center portion CE to the outside. Alternatively, the alignment film material coating film may be applied so as to form a planar protrusion PR1, and then the protrusion PR1 with the corner CO close to substantially a right angle may be formed by drying and baking. At this time, since the evaporation rate can be locally changed by using the hot air drying process according to the present embodiment, the evaporation rate of the corner portion CO can be made different from that of other portions, and the roundness can be reduced. . For this reason, the nozzle mentioned above is formed so that control of the amount of hot air sprayed on the corner | angular part CO and its temperature is possible. Note that when the amount of hot air and its temperature are controlled so as to reduce roundness, the number of protrusions in the cross-sectional direction increases.
[0088]
Further, as shown in FIG. 20B, the sealing material SE is applied so as to partially overlap the alignment film OR so that the roundness of the region where the liquid crystal composition exists is reduced. In FIG. 20B, the end ED of the alignment film OR is indicated by a dotted line. Further, the position where the opening OP is formed is also indicated by a dotted line in order to avoid complication of the drawing. As described above, the shape of the corner portion CO of the alignment film OR and the shape of the corner portion of the opening OP of the black matrix BM adjacent to the corner portion CO can be made closer to each other by the sealing material SE.
[0089]
In the hot air drying process according to the present embodiment, the alignment film material coating film is formed to have a uniform film thickness, and thus the uneven portion of the transfer roller may remain on the surface of the alignment film material coating film. As shown in a schematic perspective view in FIG. 21A, a protrusion RO1 is provided on the surface of the transfer roller RO. The protrusion RO1 is provided to facilitate the holding of the alignment film material solution on the transfer roller RO. Yes. For this reason, as shown in FIG. 21B, the same unevenness OR1 is also formed in the alignment film OR obtained by baking the alignment film material coating film.
[0090]
In the embodiment described above, the case where the glass substrate is floated from the base plate by the substrate support pins has been described. However, the glass substrate may be floated from the base plate by a support member other than the substrate support pins. For example, you may make it the structure which forms the convex part which carries out a line contact with a glass substrate in a baseplate, and floats a glass substrate.
[0091]
In the hot air drying device described above, the case where the base plate is reciprocated with respect to the hot air flow forming means (nozzle) has been described. The nozzle may be configured to reciprocate. Furthermore, you may comprise so that both a nozzle and a baseplate may reciprocate relatively.
[0092]
In the above-described hot air drying apparatus, the case where the
[0093]
Further, when hot air is supplied in the same amount as during the drying process when the
[0094]
Further, in the hot air drying apparatus described above, the upper
[0095]
In the hot air drying apparatus described above, the case where the plurality of substrate support pins 14 standing on the
[0096]
As described above, the liquid crystal display device according to the present invention.Manufacturing methodAccording to the above, since there is no occurrence of uneven drying of the alignment film material coating film formed on the glass substrate and variation in the film thickness of the alignment film, there is no adverse effect on the alignment of the liquid crystal molecules on the alignment film surface. Therefore, it has an extremely excellent effect that a liquid crystal display device having good display characteristics can be obtained.
[0097]
Also, the liquid crystal display device according to the present inventionManufacturing methodAccording to the above, since there is no occurrence of cracks in the glass substrate due to variations in temperature distribution in the glass substrate and bending due to electrostatic charging, the yield of the liquid crystal display device is improved, and thus productivity is greatly improved. It has extremely excellent effects such as being able to improve.
[0098]
Also, the liquid crystal display device according to the present inventionManufacturing methodAccording to the present invention, the radius of the roundness inside the sealing material (liquid crystal composition side) is made larger than the radius of the roundness of the orientation film corner by forming a sealing material overlapping the corner of the orientation film formed on the glass substrate. In this case, it is possible to reduce the roundness of the region where the liquid crystal composition is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a liquid crystal display device according to the present invention.Manufacturing methodIt is a system diagram which shows the structure of the hot air drying apparatus used as a premise means explaining the structure by one Example.
2 is a perspective view showing a configuration of a peripheral portion of hot air supply means housed in the chamber shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic perspective view of an experimental facility for examining the influence of a glass substrate support material on a substrate temperature distribution.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a leveling device on which a hot air drying device according to the present invention is mounted.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the mechanism of hot air drying by the hot air drying apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining an in-plane temperature distribution of a glass substrate that has been subjected to hot air drying treatment by a hot air drying apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view of an experimental facility for optimizing the hot air drying process.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a drying time and a pretilt angle for each drying method.
FIG. 9 is a diagram conceptually showing the spread of a polymer in an alignment film forming material solution.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the temperature in the chamber of the hot air drying apparatus according to the present invention and the surface roughness of the coating film after temporary drying.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the temperature of hot air and the pretilt angle.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a drying process of an alignment film forming material solution using a hot plate.
13 is an enlarged cross-sectional view of an end portion of a coating film for explaining a mechanism for drying the alignment film forming material solution shown in FIG.
FIG. 14 is a liquid crystal display device according to the present invention.Manufacturing methodIt is sectional drawing explaining the drying process of the alignment film forming material solution formed with the hot air drying apparatus for demonstrating the structure by one Example.
15 is an enlarged cross-sectional view of an end portion of a coating film for explaining a mechanism for drying the alignment film forming material solution shown in FIG.
FIG. 16 is a diagram comparing the shapes of coating film end portions by hot plate drying and hot air drying of the hot air drying apparatus according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing the shape of an alignment film formed on a glass substrate.
FIG. 18 is a plan view showing a state in which a sealing material is applied on an alignment film formed on a glass substrate.
19 is a plan view showing a state in which a color filter substrate is superimposed on the sealing material shown in FIG.
FIG. 20 is a plan view for explaining a structure for preventing a retraction of an alignment film at a corner of a glass substrate.
FIG. 21 is a perspective view showing a shape of an alignment film formed by hot-air drying of a transfer roller for applying an alignment film material and a coating film applied by the transfer roller.
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional drying apparatus using a hot plate.
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional drying apparatus using a hot plate.
[Explanation of symbols]
1 Glass substrate
2 Rear panel
3 Air supply blower
4 Heater
5 Hepa filter
6 Three-way valve
7 Branch valve
8 6 branch pipe
9a Damper
9b damper
10 Soaking container
11 nozzles
11a Slit nozzle
12 Base plate
13a Top exhaust groove
13b Top surface exhaust groove
14 Support pin
15 Transfer arm
16a Side exhaust groove
16b Side exhaust groove
17 Bottom exhaust groove
18 Oscillator
18a Oscillator body
18b motor
18c ball screw
19 Exhaust device
20a damper
20b damper
21a damper
21b damper
22a damper
22b damper
23 Damper
24 3-way valve
25 Exhaust blower
30 Alignment film material coating film
30A A part 30A of the region opposite to the formation region
SO solution
PR protrusion
OR alignment film
ED alignment film edge
CO alignment film corner
CE alignment film center
SE sealing material
OP opening
PR1 protrusion.
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