JP4625601B2

JP4625601B2 - 液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP4625601B2
Application number: JP2001303414A
Authority: JP
Inventors: 裕明降矢
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003107480A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に係り、特には配向膜を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの液晶表示装置では配向膜が使用されている。この配向膜は、一般に、ガラス基板上にポリイミドと溶媒とを含有した塗工液を塗布し、仮焼成を行って塗膜から溶媒を揮発させ、続いて、塗膜を本焼成して樹脂を硬化させ、さらに、硬化した塗膜にラビング処理を施すことにより形成されている。
【０００３】
上記仮焼成には、従来から図３に示すような仮焼成装置が使用されている。この仮焼成装置１２１は、ホットプレート１２２と、ホットプレート１２２の両端に設けられた一対の側壁１２３と、ホットプレート１２２の一端側に配置されたノズル１２４と、ホットプレート１２２の他端側からガスを吸引するポンプ（図示せず）とを有している。なお、図３において、基板１０６は塗膜が上向きになるようにホットプレート１２２上に配置されている。また、図中、矢印はガス流を示している。
【０００４】
図３に示す装置１２１を用いた仮焼成法では、ノズル１２４から塗膜の上方に向けて窒素ガスを噴射するとともにポンプを用いて塗膜の上方のガスを吸引しつつ、ホットプレート１２２によって基板１０６を加熱する。この方法によれば、塗膜から揮発した溶媒は、窒素ガス流によって塗膜の上方から速やかに除去され、塗膜に再吸着することがない。そのため、比較的短い時間で塗膜を乾燥させることが可能である。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、より大きなガラス基板を使用した場合に、仮焼成に長時間を要し、しかも、乾燥ムラを生じ易い。また、乾燥ムラを防止しつつ短時間で仮焼成を行うには、極めて多量の窒素ガスを使用しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、配向膜を形成するための仮焼成を、少ないガス使用量で乾燥ムラを生ずることなく短時間で実施可能な液晶表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に樹脂と溶媒とを含有した塗工液を塗布することにより塗膜を形成する工程と、前記塗膜を仮焼成して前記塗膜から前記溶媒を揮発させる工程と、前記仮焼成後に前記塗膜を本焼成して前記塗膜中の樹脂を硬化させる工程と、前記本焼成後に前記塗膜に配向処理を施して配向膜を得る工程とを含み、前記仮焼成は、前記基板をトンネル型仮焼成炉内に配置し且つ前記トンネル型仮焼成炉の互いに対向した第１開口から第２開口へとガスを流すことにより前記塗膜の上方に前記塗膜の表面に沿って一方向に流れるガス流を形成しつつ前記基板を加熱することを含んだことを特徴とする液晶表示装置の製造方法を提供する。
【０００８】
本発明において、ガス流の風速を１ｍ／秒以上とすることが好ましい。なお、ここで言う「風速」は、基板の下流側端部であり且つ基板からの高さが１０ｃｍ以内の位置で測定される風速を意味する。
【０００９】
本発明において、上記不活性ガス流は、例えば、第１開口側からトンネル型仮焼成炉の内部へ向けてガスを噴射し且つ第２開口側からトンネル型仮焼成炉の内部のガスを吸引することにより形成することができる。また、上記仮焼成の際に基板の加熱にホットプレートを使用してもよい。
【００１０】
本発明において、上記樹脂はポリイミドを含んでいてもよい。また、上記ガスは窒素ガスであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において同様の構成部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る方法で製造可能な液晶表示装置を概略的に示す断面図である。図１に示す液晶表示装置１はＴＮ型のカラー表示可能な液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とが接着剤１７によって貼り合わされ、それら基板２，３間に液晶層４を挟持した構造を有している。また、この液晶表示装置１は一対の偏光板５で挟持されており、その背面側には図示しない光源が配置されている。
【００１３】
図１に示す液晶表示装置１において、アクティブマトリクス基板２は、ガラス基板のような透明基板６を有している。透明基板６の一方の主面上には配線及びスイッチング素子７が形成されており、その上に、カラーフィルタ層８及び周縁遮光層９が積層されている。カラーフィルタ層８上には画素電極１０及び柱状スペーサ１１が形成されており、その上に配向膜１２が形成されている。
【００１４】
スイッチング素子７は、例えば、アモルファスシリコンやポリシリコンを半導体層とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）である。また、配線は、透明基板６の一方の主面上で格子状に配列された走査線及び信号線などで構成されている。スイッチング素子７は、走査線及び信号線などの配線並びに画素電極１０と接続されており、それにより、所望の画素電極１０に対して選択的に電圧を印加することを可能としている。
【００１５】
カラーフィルタ層８は、例えば、画素電極１０に対応して設けられた青色の着色層と緑色の着色層と赤色の着色層とで構成され得る。これら着色層は、感光性樹脂とそれぞれの色に対応した着色顔料或いは着色染料とを含有する混合物を用いて形成することができる。
【００１６】
画素電極１０は、ＩＴＯのような透明導電材料で構成されている。画素電極１０は、例えばスパッタリング法などにより形成することができる。
また、配向膜１２は、後で詳述するように、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの透明樹脂からなる薄膜にラビング処理等の配向処理を施すことにより形成され得る。
【００１７】
柱状スペーサ１１は、感光性樹脂を用いて形成することができる。柱状スペーサ１１は、好ましくは、画素電極１０間の領域のように表示に直接的には関与しない領域に形成される。
周縁遮光層１２は、一般には額縁と呼ばれ、透明基板６の柱状スペーサ１１を形成した面の周縁部に形成される。周縁遮光層は、例えば、カーボン微粒子のような黒色顔料や黒色染料と感光性樹脂との混合物を用いて形成することができる。
【００１８】
対向基板３は、ガラス基板のような透明基板１３上に共通電極１４及び配向膜１５を順次形成した構造を有している。これら共通電極１４及び配向膜１５は、上述した画素電極１０及び配向膜１２と同様の材料で形成され得る。
【００１９】
さて、本実施形態では、配向膜１２，１５の少なくとも一方を以下に説明する方法により形成する。まずは、本実施形態に係る方法に先立ち、本実施形態に係る方法で利用可能な仮焼成装置について説明する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の製造方法で利用可能な仮焼成装置を概略的に示す斜視図である。図２に示す仮焼成装置２１は、トンネル型仮焼成炉であって、ホットプレート２２と、ホットプレート２２の上面側に配置されたエアガイド（或いは、フード）２３と、ホットプレート２２の一端側に配置されたノズル２４と、ホットプレート２２の他端側からガスを吸引するポンプ（図示せず）とを有している。なお、図中、矢印はガス流を示している。
【００２１】
エアガイド２３は、例えば「コ」の字型の断面形状を有しており、ホットプレート２２とともにトンネル状構造を形成している。エアガイド２３は、ノズル２４から噴出されるガスを拡散させることなく基板６の主面に沿ってほぼ平行な一方向に流す役割を果たしている。
【００２２】
ノズル２４は、トンネルの一方の開口側からトンネル内部に向けてガスを噴射する。ノズル２４は、例えば、トンネルの幅方向に延在した管状体に複数の孔を設けた構造を有している。
【００２３】
本実施形態では、例えば、図２に示すトンネル型仮焼成炉１を用いて配向膜１２，１５の少なくとも一方を形成する。以下、配向膜１２の形成方法を例に説明する。
【００２４】
まず、配向膜１２の材料である透明樹脂を有機溶媒のような溶媒中に分散させることにより塗工液を調製する。この透明樹脂としては、例えば、ポリイミドやポリビニルアルコールなどを用いることができる。また、有機溶媒としては、γ−ブチルラクトンやｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを用いることができる。
【００２５】
次に、基板６の画素電極１０などを形成した面に上記塗工液を塗布して塗膜を形成する。この塗工液の塗布には、印刷法などの一般的な塗布方法を利用することができる。
【００２６】
次いで、この塗膜の仮焼成を行う。すなわち、図２に示すように基板６をホットプレート２２上に載置する。なお、基板６のホットプレート２上への載置は、基板６の塗膜を形成した面が上向きとなるように行う。この状態で、ノズル２４からガス，例えば窒素ガスのような不活性ガス，を噴射し且つポンプで吸引しつつ、ホットプレート２２により基板６を例えば８０〜１５０℃程度に加熱する。
【００２７】
基板６を加熱すると塗膜から溶媒が揮発し、この揮発した溶媒は、ノズル２４及びポンプによって形成されたガス流に導かれて塗膜の上部から除去される。本実施形態では、上記の通り、ホットプレート２２の上部空間を覆うようにエアガイド２３を設けており、それにより、ノズル２４から噴出されるガスを拡散させることなく基板６の主面に沿ってほぼ平行な一方向に流す整流化を実現している。そのため、ガス流によって揮発した溶媒を除去する効果が、ノズル２４からの距離に殆ど依存することなくほぼ一定となる。すなわち、塗膜の下流側部分を上流側部分と同等の速度で乾燥させることができる。したがって、本実施形態によると、乾燥ムラを生ずることなく短時間（例えば、数十秒程度）で塗膜を乾燥させることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、ガス流の拡散がエアガイド２３によって防止されるため、ガス流の風速は上流側と下流側とでほぼ等しい。すなわち、下流側で十分な風速を得るために上流側の風速を過剰に高める必要がない。そのため、本実施形態によると、比較的少ないガス使用量で上記の効果を得ることができる。
【００２９】
以上の仮焼成を終えた後、塗膜を本焼成して完全に硬化させる。この本焼成は、例えば、１８０〜２４０℃程度の温度で行う。さらに、硬化後の塗膜にラビング処理のような配向処理を施すことにより配向膜１２を得る。
【００３０】
以上説明した方法において、仮焼成の際にトンネル内に形成するガス流の風速は１ｍ／秒以上とすることが好ましい。ガス流の風速が過剰に低い場合、トンネルの下流側開口近傍における塗膜の乾燥速度が他の位置における塗膜の乾燥速度に比べて著しく高くなることがある。これに対し、ガス流の風速を１ｍ／秒以上とした場合、そのような乾燥速度のばらつきを防止することができる。なお、上記風速の上限値に特に制限はないが、上記風速が過剰に高い場合、より多くのガスを消費することとなる。したがって、ガス消費量を低減する観点からは、上記風速は、乾燥速度のばらつきを防止し得る程度とすることが好ましい。
【００３１】
仮焼成に関して上述した効果は、一般に、トンネル内の空間の高さが低いほど顕著に得られる。例えば、基板６のトンネル型仮焼成炉２１中への搬入並びに基板６のトンネル型仮焼成炉２１からの搬出をロボットアームなどを用いてトンネルの一方の開口から行う場合、内部空間の高さを３０〜４０ｃｍ程度とすれば、仮焼成に関して上述した効果が顕著に現れるのに加え、基板の搬入・搬出が容易である。
【００３２】
さらに、上記の方法は大きなサイズの基板（例えば、一辺の長さが２７０ｍｍ以上の基板）上に配向膜を形成する場合に特に有用である。これは、乾燥速度のばらつきなどは基板サイズが大きい場合に顕著に現れるためである。
【００３３】
以上説明した実施形態では、トンネル型仮焼成炉２１での１回の仮焼成につき１枚の基板６を処理したが、１回の仮焼成工程で複数枚の基板６を処理することもできる。この場合、それら基板６は、トンネルの一方の開口から他方の開口に向けて直列に配置することが好ましい。また、上記実施形態では、主として配向膜１２を形成することについて説明したが、配向膜１５も同様の方法により形成することができる。さらに、上記実施形態では、液晶表示装置の製造方法を図１を参照しながら説明したが、本実施形態に係る方法は、図１に示す液晶表示装置１以外の構造を有する液晶表示装置の製造にも適用可能である。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１に示す液晶表示装置１を以下に示す方法により作製した。まず、基板６の一方の主面に、スパッタリング法によりモリブデンからなる薄膜を形成し、この薄膜をフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることによりゲート線を形成した。なお、本実施例では、基板６として、５５０ｍｍ×６７０ｍｍのガラス基板を使用した。次に、ガラス基板６のゲート線を形成した面にゲート絶縁膜として用いられる二酸化珪素からなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にＴＦＴの半導体層を形成した。次に、半導体層の上にＡｌからなる信号線及びソース電極を形成した。以上のようにして、ガラス基板６上に配線及びＴＦＴ７を形成した。
【００３５】
次に、ガラス基板６のＴＦＴ７等を形成した面全体に、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストをスピナー等を用いて塗布した。このようにして形成した塗膜の上方に所定のフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に紫外線を照射した。上述した条件で露光を終えた後、上記塗膜を現像・焼成を行うことにより赤色の着色層を形成した。
【００３６】
続いて、緑色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト及び青色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジストを用いて、赤色の着色層に関して説明したのと同様の方法により、緑色の着色層及び青色の着色層を順次形成した。以上のようにして、カラーフィルタ層８を形成した。
【００３７】
次に、ガラス基板６のカラーフィルタ層９を形成した面に、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。これをフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いてパターニングすることにより画素電極１０を得た。なお、これら画素電極１０は、それぞれコンタクトホールを介してＴＦＴ７のソース電極と接続されるように形成した。
【００３８】
その後、ガラス基板６の画素電極１０を形成した面の全面に、黒色の紫外線硬化樹脂をスピナーを用いて塗布した。このようにして形成した塗膜を加熱して乾燥させた後、その上方にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを介して上記塗膜に紫外線を照射した。さらに、上記塗膜を現像・焼成することにより、スペーサ１１及び周縁遮光層１２を形成した。
【００３９】
次に、ガラス基板６のスペーサ１１等を形成した面の全面に、γ−ブチルラクトンとｎ−メチル−２−ピロリドンとの混合液中にポリイミドを分散させてなる塗工液を印刷して塗膜を形成した。次いで、基板６を、その塗膜を形成した面が上向きとなるように、図２に示すトンネル型仮焼成炉２１のホットプレート２２上に載置した。この状態で、ノズル２４から窒素ガスを４０Ｌ／分の流量で噴射し且つポンプで吸引しつつ、ホットプレート２２により基板６を８０〜１５０℃程度に加熱した。なお、このとき、基板６の上部空間下流側部におけるガス流の風速は１ｍ／秒以上であった。以上の加熱処理を３０秒間継続した後、基板６をトンネル型仮焼成炉２１から搬出した。続いて、本焼成及びラビング処理を順次行うことにより配向膜１２を得た。以上のようにして、アクティブマトリクス基板２を作製した。
【００４０】
次に、別途用意したガラス基板１３の一方の主面上に、共通電極１４として、スパッタリング法を用いてＩＴＯ膜を形成した。この共通電極１４上にも、上述したのと同様の方法により配向膜１５を形成した。以上のようにして、対向基板３を作製した。
【００４１】
次に、アクティブマトリクス基板２と対向基板３とを、エポキシ系の熱硬化樹脂１７を用いて、それぞれのラビング方向が直交するように貼り合わせることによりセルを形成した。これを所定の大きさにカットし、このセル中に液晶材料を通常の方法により注入して液晶層４を形成した。さらに、注入口を紫外線硬化樹脂で封止することにより液晶表示装置１を得た。その後、この液晶表示装置１の両面に、偏光板５を貼り付けることにより液晶モジュールとした。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、配向膜を形成するための塗膜の仮焼成にトンネル型仮焼成炉を利用する。そのため、塗膜の上部におけるガス流を整流化することができ、したがって、乾燥ムラを生ずることなく比較的少ないガス使用量で及び短時間で塗膜を乾燥させることができる。
すなわち、本発明によると、配向膜を形成するための仮焼成を、少ないガス使用量で乾燥ムラを生ずることなく短時間で実施可能な液晶表示装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る方法で製造可能な液晶表示装置を概略的に示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の製造方法で利用可能な仮焼成装置を概略的に示す斜視図。
【図３】従来の仮焼成装置を概略的に示す斜視図。
【符号の説明】
１…液晶表示装置
２…アクティブマトリクス基板
３…対向基板
４…液晶層
５…偏光板
６…透明基板
７…スイッチング素子
８…カラーフィルタ層
９…周縁遮光層
１０…画素電極
１１…スペーサ
１２…配向膜
１３…透明基板
１４…共通電極
１５…配向膜
１７…接着剤
２１…トンネル型仮焼成炉
２２…ホットプレート
２３…エアガイド
２４…ノズル
１０６…基板
１２１…仮焼成装置
１２２…ホットプレート
１２３…側壁
１２４…ノズル

Claims

基板上に樹脂と溶媒とを含有した塗工液を塗布することにより塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を仮焼成して前記塗膜から前記溶媒を揮発させる工程と、
前記仮焼成後に前記塗膜を本焼成して前記塗膜中の樹脂を硬化させる工程と、
前記本焼成後に前記塗膜に配向処理を施して配向膜を得る工程とを含み、
前記仮焼成は、前記基板をトンネル型仮焼成炉内に配置し且つ前記トンネル型仮焼成炉の互いに対向した第１開口から第２開口へとガスを流すことにより前記塗膜の上方に前記塗膜の表面に沿って一方向に流れるガス流を形成しつつ前記基板を加熱することを含んだことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記ガス流の風速を１ｍ／秒以上とすることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記第１開口側から前記トンネル型仮焼成炉の内部へ向けて前記ガスを噴射し且つ前記第２開口側から前記トンネル型仮焼成炉の内部のガスを吸引することにより前記不活性ガス流を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記仮焼成の際に前記基板の加熱にホットプレートを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記樹脂はポリイミドを含んだことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。
前記ガスは窒素ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置の製造方法。