JP4579876B2 - 配向膜ラビング装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の配向膜ラビング装置に係り、特に、大型化したラビングロールの荷重による影響を最小化して大面積の配向膜のラビングを均一にできる液晶表示素子の配向膜ラビング装置に関する。

近年、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックコンピュータなどの各種の携帯用電子機器が発展するにつれて、これに適用できる小型・軽量・薄型のフラットパネルディスプレイ装置に対する要求が次第に増大している。

このようなフラットパネルディスプレイ装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ)、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ)、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ)、蛍光表示管（ＶＦＤ)などが活発に研究されているが、量産化技術、駆動手段の容易性、高画質の実現という理由により、現在は液晶表示装置(ＬＣＤ)が脚光を浴びている。

このような液晶表示装置の液晶表示素子は、透過型表示素子であって、液晶層を透過する光の量を液晶分子の配列方向によって調節することにより画像を表示する。従って、液晶表示素子においては、液晶分子が均一な方向性を有するように配向処理することが必須である。このような配向処理方法としては様々な方法が知られているが、現在最も多く用いられている方法はラビングによる配向方法である。ラビングによる配向方法は、基板に配向膜を形成した後、ラビング布を利用してラビングを行うことにより配向膜の表面に均一な微細溝（microgroove）を形成させて配向する方法である。これは、ラビングにより微細溝が形成された配向膜と液晶分子の相互作用により液晶分子に配向規制力を提供することにより、配向膜の表面全体にわたって液晶分子を所望の方向に一定に配向する方法である。

しかし、このようなラビングによる配向方法には次のような問題があった。
ラビングは、基板に形成された配向膜にラビング布が巻かれたラビングロールを接触させた状態で、ラビングロールを一方向に回転させることにより行われる。近年、液晶表示素子がノートブックコンピュータなどの携帯用電子機器だけでなく、テレビなどの電子機器に適用されることによって、液晶表示素子のサイズが大幅に大きくなっており（液晶パネルを製作する母基板はさらに大きい）、大面積の液晶表示素子を配向処理するために、ラビングロールの幅と重量も増加している。
一方、ラビングロールによりラビングされる配向膜の配向規制力又は表面固定力は、配向膜に形成される微細溝により決定され、微細溝の深さは、配向膜に印加されるラビングロールの圧力によって異なることになる。しかし、ラビングロールの幅と重量が増加することによって、母基板に印加される圧力を均一に維持することが難しくなり、その結果、配向膜のラビング不良による液晶表示素子の不良を引き起こす。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ラビング装置の荷重を分散して重力によるラビングロールの撓みを防止することにより、配向膜を常に均一な強度でラビングできる配向膜ラビング装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による配向膜ラビング装置は、フレームと、前記フレームの内部に設置され、配向膜が形成された基板が載置されるラビングテーブルと、前記ラビングテーブルの上部に設置されるラビングロールと、前記フレームの上部に設置されて前記ラビングロールを支持するヘッドとを含むことを特徴とする。

前記フレームにはＲ−ガイドが形成され、前記ヘッドにはＬＭ（Linear Motion）ブロックが形成され、前記ＬＭブロックのガイド溝に前記Ｒ−ガイドが挿入されて前記ヘッドの回転運動をガイドする。

本発明によれば、ラビング装置のヘッドをフレームの上部に設置して、ラビング装置の重量の一部をフレームにより支える。従って、荷重による影響を最小化して、ラビング装置を安定して設置することができ、ラビング時、ラビングロールと配向膜との間隔を常に一定に維持して、配向膜を均一な強度でラビングすることができる。
また、本発明によれば、Ｒ−ガイドによりヘッドの回転をガイドすることにより、ラビングロールを正確かつ円滑に回転させることができる。

液晶表示素子を含む液晶表示装置は、液晶の屈折率異方性を利用して画面に情報を表示する装置であって、液晶層に印加される信号により液晶の配列方向を変化させて、液晶層を透過する光の透過率を制御することにより画像を表示する。

図１に示すように、このような液晶表示素子１は、下部基板５と、上部基板３と、下部基板５と上部基板３との間に形成された液晶層７とから構成される。下部基板５は、駆動素子アレイ基板であって、図には示していないが、複数の画素が形成されており、それぞれの画素には、薄膜トランジスタなどの駆動素子が形成されている。また、上部基板３は、カラーフィルタ基板であって、実際にカラーを実現するためのカラーフィルタ層が形成されている。さらに、下部基板５及び上部基板３には、それぞれ画素電極及び共通電極が形成されており、液晶層７の液晶分子を配向するための配向膜が塗布されている。

下部基板５と上部基板３とは、シール材９により貼り合わせられており、その間に液晶層７が形成されて、下部基板５に形成された駆動素子により液晶分子を駆動して、液晶層７を透過する光の量を制御することにより情報を表示する。

液晶表示素子１の製造工程は、下部基板５に駆動素子を形成する駆動素子アレイ工程と、上部基板３にカラーフィルタを形成するカラーフィルタ工程と、セル工程とに区分されるが、このような液晶表示素子１の製造工程について図２を参照して説明する。

まず、駆動素子アレイ工程において、下部基板５上に配列されて画素領域を定義する複数のゲートライン及び複数のデータラインを形成し、画素領域のそれぞれにゲートライン及びデータラインに接続される駆動素子である薄膜トランジスタを形成する（Ｓ１０１）。そして、駆動素子アレイ工程により、薄膜トランジスタに接続されて、薄膜トランジスタを介して信号が供給されることによって液晶層７を駆動する画素電極を形成する。
また、カラーフィルタ工程により、上部基板３に、カラーを実現するＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ層及び共通電極を形成する（Ｓ１０４）。

次に、上部基板３及び下部基板５にそれぞれ配向膜を塗布した後、上部基板３と下部基板５との間に形成される液晶層７の液晶分子に配向規制力又は表面固定力（即ち、プレチルト角及び配向方向）を提供するために、配向膜をラビングする（Ｓ１０２、Ｓ１０５）。

次に、下部基板５にセルギャップを一定に維持するためのスペーサを散布し、上部基板３の外郭部にシール材９を塗布した後、下部基板５と上部基板３とを加圧して貼り合わせる（Ｓ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７）。

また、下部基板５及び上部基板３は、大面積のガラス基板からなり、大面積のガラス基板に複数のパネル領域が形成され、パネル領域のそれぞれに駆動素子である薄膜トランジスタ及びカラーフィルタ層が形成されるため、個々の液晶パネルを製作するために、ガラス基板を切断及び加工する（Ｓ１０８）。

次に、加工された個々の液晶パネルに液晶注入口から液晶を注入し、液晶注入口を封止して液晶層７を形成した後、それぞれの液晶パネルを検査することにより、液晶パネルを製作する（Ｓ１０９、Ｓ１１０）。

液晶パネルの配向膜は、主に、ポリイミド又はポリアミドからなるが、スピンコーティング又はスクリーンプリンティングにより塗布され、所定時間乾燥させた後にラビング工程により配向方向が決定される。

ラビング工程は、ラビング布が巻かれたラビングロールにより行われるが、このような配向膜のラビングの基本的な概念を図３に示す。
図３に示すように、ラビングは、複数の脚部３２により支持されるラビングテーブル３０に配向膜１０が形成された基板３を載置し、配向膜１０にラビングロール３５を接触させた状態でラビングロール３５を回転させることにより、配向膜１０に微細溝を形成して、配向膜１０に配向規制力又は表面固定力を提供することにより行われる。

ラビングロール３５の表面には、実際に配向膜１０に接触して配向膜１０との摩擦により配向膜１０に微細溝を形成するラビング布３８が巻かれている。ここで、ラビングロール３５は、回転軸３６を中心に回転して配向膜１０上で所定方向に移動する。

以下、このようにラビングを行う本発明によるラビング装置について図４〜図５Ｂを参照して説明する。
図４は本発明によるラビング装置を示す図である。図４に示すように、本発明によるラビング装置２０は、ベース５２と、ベース５２上に設置されたフレーム５０と、フレーム５０の上部に位置して回転するヘッド６０と、フレーム５０の内部に設置され、シャフト７２を介してヘッド６０に連結される支持台７０と、支持台７０に設置されてラビングロール３５を上昇及び下降させる昇降部６７と、フレーム５０の上部に設置されたＲ−ガイド５４と、Ｒ−ガイド５４が挿入されるガイド溝が形成されたリニアモーションブロック（以下、「ＬＭブロック」という。）６９と、フレーム５０の内部、すなわち、ベース５２上に形成されたラビングテーブル３０とから構成される。

ヘッド６０は、そのヘッド６０に設置されたモータ６２により回転するが、ヘッド６０の回転は、Ｒ−ガイド５４とＬＭブロック６９のガイド溝との結合によりガイドされる。図５Ａは図４のＡ部分の拡大図であって、Ｒ−ガイド５４とＬＭブロック６９との結合状態を示す。図には示していないが、ＬＭブロック６９にはボール又はローラが挿入されて、Ｒ−ガイド５４が挿入されて動くときに摩擦が発生しないようにする。

図５Ｂは本発明によるラビング装置のＲ−ガイド及びＬＭブロックを概念的に示す平面図であって、Ｒ−ガイド５４とＬＭブロック６９との結合状態を示す。図５Ｂに示すように、Ｒ−ガイド５４は、円形状に形成されてフレーム５０の上部に設置され、ＬＭブロック６９は、フレーム５０の上部でＲ−ガイド５４に沿って円運動する。ＬＭブロック６９がヘッド６０の両端部に設置されているため、ＬＭブロック６９の円運動はヘッド６０の円運動を意味する。

また、ヘッド６０は、シャフト７２を介して支持台７０に連結される。このために、フレーム５０の上部には、シャフト７２の挿入空間及び移動空間が形成される。つまり、ヘッド６０の回転によりシャフト７２が円運動するため、フレーム５０の上部にはシャフト７２が円運動する空間を形成する。

支持台７０は、ラビングロール３５を支持する。支持台７０には、昇降部６７が設置されて、ラビングロール３５を上昇又は下降させる。図には詳しく示していないが、昇降部６７は、リニアモーションモータ（以下、「ＬＭモータ」という。）やリニアモータ、又はラックアンドピニオンなどからなり、モータ８０の駆動によりラビングロール３５を上昇又は下降させる。

ヘッド６０の回転によりそのヘッド６０に連結された支持台７０が回転し、支持台７０の回転によりラビングロール３５が回転する。ラビングロール３５を回転させることは、次のような理由のためである。一般に、配向膜の配向方向は、基板の対角線方向に形成され（もちろん、他の方向にも形成可能である。）、この配向方向は液晶表示素子のモードやサイズによって異なることになる。従って、異なる配向方向を形成するためには、すなわち、異なるラビング方向を形成するためには、ラビングロール３５を所定角度回転させてラビングを行わなければならない。

前述のように構成された本発明による液晶表示素子の最も大きな特徴は、ヘッド６０がフレーム５０の上部に配置されるということであるが、これは次のような意味を有する。

近年、液晶パネルの面積が増加することによって液晶パネルに形成される配向膜の面積も増加し、これにより、配向膜をラビングするラビングロール３５のサイズと重量だけでなく、ヘッド６０のサイズと重量も増加している。このように、ラビングロール３５及びヘッド６０の重量が増加すると、ラビング装置２０は重力による影響を大きく受ける。ここで、ラビングロール３５にかかる重力は、ラビングロール３５の重量だけでなく、ヘッド６０を含むラビング装置２０全体に起因する。

このような重力は、ラビングロール３５を撓ませ、これにより、ラビングロール３５が下降して配向膜１０に接触したとき、ラビングロール３５と配向膜１０との間隔を均一に維持できなくなる。このように、ラビングロール３５と配向膜１０との間隔が均一でない状態でラビングを行うと、配向膜１０にラビング不良が発生する。

本発明のように、ヘッド６０がフレーム５０の上部に位置する場合、ヘッド６０の重量がフレーム５０にかかるため、ラビングロール３５にかかる重量が相対的に減少し、これにより、ラビングロール３５と配向膜１０との間隔をより均一に維持できる。また、ヘッド６０をフレーム５０の上部に設置して、ラビング装置２０を安定して設置することにより、重力や外力による影響を最小化できる。

また、重いヘッド６０の回転がフレーム５０の上部でＲ−ガイド５４及びＬＭブロック６９によりガイドされることによって、ヘッド６０の回転を円滑かつ正確に調節できる。すなわち、ヘッド６０の回転時、ヘッド６０の重量により回転が不安定になることを防止できる。

前述のように構成されたラビング装置２０においては、ベース５２に設置されたラビングテーブル３０に配向膜１０が形成された基板３が載置されると、製造される液晶表示素子の駆動モードやサイズなどによって、すなわち、配向膜１０に形成されるラビング方向によって、ヘッド６０がＲ−ガイド５４に沿って所定角度回転する。ヘッド６０は、所定角度回転した後、フレーム５０に形成された固定手段（図示せず）により固定される。これにより、ラビングロール３５も回転した後に固定される。このような状態で、モータ８０の駆動により昇降部６７が動作することによって、ラビングロール３５が下降を開始する。ここで、昇降部６７は、ＬＭモータやリニアモータ、又はラックアンドピニオンからなるため、重いラビングロール３５の重量により昇降部６７側のラビングロール３５が撓まない。従って、ラビングロール３５が配向膜１０に接触したとき、ラビングロール３５と配向膜１０との間隔を常に一定に維持できるため、配向膜１０を常に均一な強度でラビングできる。このように、ラビングロール３５が配向膜１０に接触した状態で、ラビングロール３５の回転軸３６がモータ（図示せず）により回転することによって、ラビングロール３５が回転すると同時に、ラビングテーブル３０（又は、ラビングロール３５）が設定されたラビング方向に移動することによって、配向膜１０に微細溝が形成される。

このように、本発明によるラビング装置２０においては、ヘッド６０がフレーム５０の上部に安定して設置されるため、大部分の荷重がフレーム５０にかかって、実際にラビングロール３５にかかる荷重は減少する。従って、ラビング装置２０の安定性を向上できると共に、重力によるラビングロール３５の撓みを防止して配向膜１０を常に均一な強度でラビングできる。

以上、本発明によるラビング装置の特定構造を説明したが、これは説明の便宜のためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。例えば、上記説明においては、ヘッドの回転をガイドするためにＲ−ガイド及びＬＭブロックを使用しているが、このような特定構造のものに限定されるものではなく、ヘッドを安定して回転させることができれば、多様な構造のものを適用できる。また、支持台に連結された昇降部も、特定構造のモータに限定されるものではなく、ラビングロールを撓むことなく上昇及び下降させることができれば、いかなる構造のものも適用できる。

従って、本発明の権利範囲は、上記説明により決定されるものではなく、添付した特許請求の範囲により決定されるべきである。

本発明による液晶表示素子の構造を概略的に示す断面図である。 本発明による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。 ラビングの基本的な概念を示す図である。 本発明によるラビング装置の構造を示す図である。 図４のＡ部分の拡大図であって、本発明によるラビング装置のＲ−ガイド及びＬＭブロックを示す図である。 本発明によるラビング装置のＲ−ガイド及びＬＭブロックを概念的に示す平面図である。

符号の説明

３ 基板
１０ 配向膜
２０ ラビング装置
３０ ラビングテーブル
３５ ラビングロール
５０ フレーム
５４ Ｒ−ガイド
６０ ヘッド
６２ モータ
６７ 昇降部
６９ ＬＭブロック
７０ 支持台

Claims (13)

1. フレームと、
   前記フレームの内部に設置され、配向膜が形成された基板が載置されるラビングテーブルと、
   前記ラビングテーブルの上部に設置されたラビングロールと、
   前記フレームの天井外側上部に設置されて前記ラビングロールを支持するヘッドと、
   を含むことを特徴とする配向膜ラビング装置。
2. 前記ヘッドと前記ラビングロールとの間に位置し、前記ラビングロールを前記ヘッドに固定する支持台をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
3. 前記ヘッドを回転させるシャフトをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
4. 前記シャフトを回転させる第１モータをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
5. 前記フレームと前記ヘッドとの間に設置され、前記ヘッドの回転をガイドするガイド手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
6. 前記ガイド手段が、
   前記フレームに形成されるＲ−ガイドと、
   前記ヘッドに設置され、ガイド溝が形成されて前記Ｒ−ガイドと結合するＬＭブロックとからなることを特徴とする請求項５に記載の配向膜ラビング装置。
7. 前記Ｒ−ガイドが、前記フレームの天井外側上部に円形状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の配向膜ラビング装置。
8. 回転した前記ヘッドを固定する固定手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
9. 前記ラビングロールを上昇及び下降させる昇降部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜ラビング装置。
10. 前記昇降部を駆動する第２モータをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の配向膜ラビング装置。
11. 前記昇降部が、ＬＭモータからなることを特徴とする請求項９に記載の配向膜ラビング装置。
12. 前記昇降部が、リニアモータからなることを特徴とする請求項９に記載の配向膜ラビング装置。
13. 前記昇降部が、ラックアンドピニオンからなることを特徴とする請求項９に記載の配向膜ラビング装置。

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