JP4647397B2 - 液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示パネルの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、配向膜によって方向性を制御された複数の液晶分子を有する液晶層を備えた液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示パネルの製造装置に関する。

現在、液晶表示パネルにおいて、パッシブマトリクス型液晶表示パネル、及び、アクティブマトリクス型液晶表示パネルの２つの種類が存在している。この中でも、応答速度、視野角、及び、コントラストが改善されたアクティブマトリクス型液晶表示パネルが主流となっている。このアクティブマトリクス型液晶表示パネルは、画素毎に着色樹脂が形成された光透過性のカラーフィルタ基板と、画素毎に薄膜トランジスタ、もしくは、非線形素子が形成された光透過性の薄膜トランジスタ基板とが、液晶層を挟持して形成されている。これらのカラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ基板とに、液晶分子全体の方向性を制御する配向膜が形成されている。

この配向膜は、印刷法、スピンコート法、及び、蒸着法等によって形成されている。この中で、配向膜の形成とパターニングとを同時に実行できる印刷法が主流となっている。この印刷法を実行する場合、配向膜の膜厚を安定化して印刷ムラを抑制するため、実基板の印刷前にダミー基板の印刷を実行し、アニックスロール、及び、ＡＰＲ（登録商標）版等と配向膜の材料とを馴染ませている。

ここで、配向膜となる配向膜溶液の印刷性を向上させるために、配向膜溶液の固形分の濃度を低下させる方法、もしくは、配向膜溶液の組成比を適度に変更する方法が考えられる。

なお、高価なダミー基板の代わりに廉価なポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムに対して印刷する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０４−３６４９５４号公報

しかし、固形分の濃度を低下させる方法では、配向膜の膜厚が減少して液晶表示パネルが低品質化してしまう。また、組成比を適度に変更する方法では、配向膜溶液の組成比と配向膜溶液の固形分に対する溶解度との関係が存在するので、完全に自由に組成比を変更できなくなっている。

これらのことから、配向膜となる配向膜溶液の印刷性を向上させるために、ダミー基板の印刷数が増加してしまう。すると、ダミー基板は、大型化が進んで高価格化しているので配向膜の剥離処理を実行して再利用されることが望ましく、アルカリ溶液等によったウェット方式、及び、プラズマアッシングによったドライ方式によって配向膜の剥離処理は実行されるが、いずれも多くの製造工程を必要とし、大量のダミー基板の剥離処理には適していない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、印刷ムラを抑制するまでに必要なダミー基板数が削減された液晶表示パネルの製造方法、及び、液晶表示パネルの製造装置を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、図２に例示するように、配向膜によって方向性を制御された複数の液晶分子を有する液晶層を備えた液晶表示パネルの製造方法において、ノズル１７等の吐出機構から供給された配向膜溶媒１８によるダミー基板としての基板１２の印刷を実行し、ノズル１７から供給された配向膜溶液１９によるダミー基板としての基板１２の印刷を実行し、配向膜溶液１９による実基板としての基板１２の印刷を実行し、配向膜を形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法が提供される。

このような液晶表示パネルの製造方法によると、配向膜溶液１９よりも配向膜溶媒１８のほうがアニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等に馴染みやすいので、印刷ムラを抑制するまでに必要なダミー基板数を削減できる。

また、本発明では、上記課題を解決するために、図２に例示するように、配向膜によって方向性を制御された複数の液晶分子を有する液晶層を備えた液晶表示パネルの製造装置において、ノズル１７等の吐出機構から供給された配向膜溶媒１８によるダミー基板としての基板１２の印刷を実行し、ノズル１７から供給された配向膜溶液１９によるダミー基板としての基板１２の印刷を実行し、配向膜溶液１９による実基板としての基板１２の印刷を実行し、配向膜を形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造装置が提供される。

このような液晶表示パネルの製造装置によると、配向膜溶液１９よりも配向膜溶媒１８のほうがアニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等に馴染みやすいので、印刷ムラを抑制するまでに必要なダミー基板数を削減できる。

本発明では、吐出機構から供給された配向膜溶媒によるダミー基板の印刷を実行し、その後、吐出機構から供給された配向膜溶液によるダミー基板の印刷を実行するようにする。

このようにすると、配向膜溶液よりも配向膜溶媒のほうがアニックスロール、及び、ＡＰＲ版等に馴染みやすいので、印刷ムラを抑制するまでに必要なダミー基板数を削減でき、液晶表示パネルを低価格化させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態の液晶表示パネルについて説明する。図１は、液晶表示パネルを示す図である。

液晶表示パネルは、画素毎に薄膜トランジスタ（図示せず）が形成された薄膜トランジスタ基板１と、画素毎に着色樹脂（図示せず）が形成されたカラーフィルタ基板３とが、配向膜１ａ、３ａを介して液晶層２を挟持して形成されている。

画素毎に薄膜トランジスタを有する薄膜トランジスタ基板１は、各画素に対応するカラーフィルタ基板３の透明電極（図示せず）と薄膜トランジスタ基板１の透明電極（図示せず）とを駆動することで、各画素の明るさを調節する。

配向膜１ａ、３ａによって方向性を制御された複数の液晶分子（図示せず）を有する液晶層２は、カラーフィルタ基板３の透明電極と薄膜トランジスタ基板１の透明電極との電圧差に応じ、バックライトユニット（図示せず）から照射された光をカラーフィルタ基板３に通過させるか否かを決定する。例えば、所定の電圧差以上である場合、液晶分子が応答してバックライトユニットから照射された光をカラーフィルタ基板３に通過させる。また、所定の電圧差より小さい場合、液晶分子が応答しないでバックライトユニットから照射された光をカラーフィルタ基板３に通過させない。

画素毎に着色樹脂を有するカラーフィルタ基板３は、光の３原色の組み合わせにより、様々な色の表示を可能とする。複数の画素の着色樹脂によった各原色の明るさを調整することで様々な色の表示を可能とし、カラーフィルタの役割を果たす。

このような液晶表示パネルにおいて、画素毎の薄膜トランジスタにより、各画素に対応するカラーフィルタ基板３の透明電極と薄膜トランジスタ基板１の透明電極とが駆動される。各透明電極が駆動されたことによった電圧差に応じ、画素毎の液晶分子により、バックライトユニットから照射された光をカラーフィルタ基板３に通過させるか否かが決定され、各画素の明るさが調節される。これらの複数の画素の着色樹脂によった光の３原色の組み合わせにより、所定の場所の色が決定され、それらが集まって様々な画像の表示が可能とされる。

次に、本発明の実施の形態における配向膜１ａ、３ａを形成する印刷装置の構成について説明する。図２は、印刷装置を示す図である。
印刷装置１０は、印刷ステージ１１、基板１２、ＡＰＲ版１３、版胴１４、アニックスロール１５、ドクターブレード１６、及び、ノズル１７を有している。

印刷ステージ１１に設置された基板１２は、例えば、ダミー基板であり、もしくは、カラーフィルタ基板３、及び、薄膜トランジスタ基板１の実基板である。吐出機構であるノズル１７からアニックスロール１５に対して配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９が滴下され、ドクターブレード１６によって均一にされる。このアニックスロール１５からＡＰＲ版１３に対して配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９が転写され、さらに、ＡＰＲ版１３から基板１２に対して転写される。

ここで、配向膜溶液１９に含まれた固形分は、配向膜溶液１９の粘度を上昇させ、また、配向膜溶液１９の表面エネルギも増加させる。よって、固形分を含む配向膜溶液１９は、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３に対して濡れにくくて馴染みにくい。逆に、固形分を含まない配向膜溶媒１８は、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３に対して濡れやすくて馴染みやすい。

また、印刷の初期状態、つまり、乾燥状態において、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９とは十分に馴染んでいないので、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３に保持される配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９の量は多くて形成される膜厚は厚くなりやすく、均一性は悪くて印刷ムラが発生してしまう。基板１２に対する印刷を繰り返し実行することで、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９とは徐々に馴染んでいくので、均一性は良くて印刷ムラが発生しなくなる。なお、配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９は、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３の約２００本／ｉｎ〜５００本／ｉｎのメッシュ（図示せず）によって保持される。

このような印刷装置１０において、アニックスロール１５が回転することで、アニックスロール１５に接触したＡＰＲ版１３を有する版胴１４が回転し、ＡＰＲ版１３に接触した基板１２を有する印刷ステージ１１が移動する。印刷の初期状態において、図２（Ａ）に例示するように、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と馴染みやすい配向膜溶媒１８を使用し、その後の印刷を繰り返し実行した状態おいて、図２（Ｂ）に例示するように、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と馴染みにくい配向膜溶液１９を使用する。

次に、印刷装置１０の処理の流れについて説明する。図３は、印刷装置の処理を示すフローチャートである。
｛ステップＳ１１｝印刷装置１０は、ダミー基板と実基板との基板１２を洗浄する。

｛ステップＳ１２｝印刷装置１０は、清掃済みのアニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等を用い、洗浄済みのダミー基板に対し、印刷法によって配向膜溶媒１８（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン）を塗布する。

｛ステップＳ１３｝印刷装置１０は、ダミー基板表面を８０℃で１分間乾燥する。印刷装置１０は、これらのステップＳ１２〜Ｓ１３の処理を、約２０枚のダミー基板に対して実行する。なお、これらの配向膜溶媒１８を使用した約２０枚のダミー基板は、そのまま再利用できる。

｛ステップＳ１４｝印刷装置１０は、ノズル１７で配向膜溶媒１８から配向膜溶液１９に切り替え、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等を用い、洗浄済みのダミー基板に対し、印刷法によって配向膜溶液１９を塗布する。

｛ステップＳ１５｝印刷装置１０は、ダミー基板表面を８０℃で１分間乾燥する。印刷装置１０は、これらのステップＳ１４〜Ｓ１５の処理を、約２０枚のダミー基板に対して実行する。なお、これらの配向膜溶液１９を使用した約２０枚のダミー基板は、剥離処理を実行してから再利用できる。

｛ステップＳ１６｝印刷装置１０は、ダミー基板の印刷を繰り返し実行した結果として、印刷ムラが発生するか否かを目視によって検査する。印刷ムラが発生しない場合、処理はステップＳ１７に進み、印刷ムラが発生する場合、印刷ムラが発生しなくなるまでダミー基板の印刷を実行するため、処理はステップＳ１４に進む。ここで、必要なダミー基板数は、配向膜１ａ、３ａの種類や配向膜溶液１９の種類と関係し、例えば、約１０枚〜２０枚である。高粘度の配向膜溶液１９、及び、溶解性の低い固形分を含む配向膜溶液１９は、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と馴染みにくく、必要なダミー基板数は増加し、例えば、約１００枚のダミー基板を必要とする。

｛ステップＳ１７｝印刷装置１０は、ダミー基板に対する印刷ムラが発生しなくなるとアニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３と配向膜溶液１９とが馴染んだことになるので、アニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等を用い、洗浄済みのカラーフィルタ基板３、及び、薄膜トランジスタ基板１の実基板に対し、印刷法によって配向膜溶液１９を塗布する。

｛ステップＳ１８｝印刷装置１０は、実基板表面を８０℃で１分間乾燥する。
｛ステップＳ１９｝印刷装置１０は、実基板の印刷を実行した結果として、印刷ムラが発生するか否かを目視によって検査する。印刷ムラが発生しない場合、処理はステップＳ２０に進み、印刷ムラが発生する場合、処理はステップＳ２１に進む。

｛ステップＳ２０｝印刷装置１０は、配向膜１ａ、３ａを硬化させる。
｛ステップＳ２１｝印刷装置１０は、例えば、水酸化テトラアルキルアンモニウム溶液中で実基板に対して約１０分間超音波照射し、実基板を水で洗浄し、配向膜溶液１９から形成された配向膜１ａ、３ａを剥離する。この配向膜１ａ、３ａが剥離された実基板は再利用される。

このようにすると、固形分を含む配向膜溶液１９よりも固形分を含まない配向膜溶媒１８のほうがアニックスロール１５、及び、ＡＰＲ版１３等に馴染みやすいので、配向膜１ａ、３ａの膜厚を安定化して印刷ムラを抑制するまでに必要なダミー基板数を削減でき、液晶表示パネルを低価格化させることができる。

また、配向膜溶媒１８を印刷したダミー基板は、乾燥後、配向膜１ａ、３ａの剥離処理が不要であってそのまま再利用できるので、液晶表示パネルの製造工程数を削減でき、液晶表示パネルを低価格化させることができる。

また、配向膜１ａ、３ａの膜厚を安定化して印刷ムラを抑制するまでダミー基板の印刷を実行するので、液晶表示パネルを高品質化させることができる。
なお、配向膜溶媒１８を、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、γ−ブチロラクトン、及び、ブチルセロソルブの複数成分の溶媒にしてもよい。ここで、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、及び、γ−ブチロラクトンは固形分に対して良溶媒であるが、ブチルセロソルブは固形分に対して貧溶媒である。このブチルセロソルブを配向膜溶媒１８としてダミー基板の印刷を実行した場合、その後の配向膜溶液１９を用いたダミー基板の印刷の際に固形分が析出してしまう。また、沸点の低い配向膜溶媒１８、及び、揮発性の高い配向膜溶媒１８は、印刷中に乾燥するために不適当である。よって、配向膜溶媒１８としては、配向膜溶液１９で使用されている溶媒より、固形分に対する溶解度が高い単一成分、もしくは、複数成分の溶媒が望ましい。

また、所定の設定値を設定し、基板１２の印刷の繰り返し数が設定値に達した場合、配向膜溶媒１８から配向膜溶液１９へ、もしくは、配向膜溶液１９から配向膜溶媒１８へ自動的に切り替わるようにしてもよい。

また、配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９の中に含まれている気泡が印刷ムラを発生させないように、ノズル１７中の一部にその気泡をため、その気泡と配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９の一部とを排出することにより、気泡を除去するようにしてもよい。この際の排出時間は、ノズル１７の長さ、ノズル１７の直径、配向膜溶媒１８もしくは配向膜溶液１９の粘度に関係し、気泡を完全に除去できるように決定される。

また、ドクターブレード１６の代わりにドクターロールを使用してもよい。
また、ノズル１７は、配向膜溶媒１８と配向膜溶液１９との２種類の材料だけでなく、さらに複数の材料を供給できるようにしてもよい。

液晶表示パネルを示す図である。 印刷装置を示す図である。 印刷装置の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 印刷装置
１１ 印刷ステージ
１２ 基板
１３ ＡＰＲ版
１４ 版胴
１５ アニックスロール
１６ ドクターブレード
１７ ノズル
１８ 配向膜溶媒
１９ 配向膜溶液

Claims (5)

1. 配向膜によって方向性を制御された複数の液晶分子を有する液晶層を備えた液晶表示パネルの製造方法において、
   吐出機構から供給された配向膜溶媒によるダミー基板の印刷を実行し、
   次に、前記吐出機構から供給された配向膜溶液によるダミー基板の印刷を実行し、
   その後に、前記配向膜溶液による実基板の印刷を実行し、配向膜を形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造方法。
2. 前記配向膜溶媒は、単一の成分からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
3. 前記配向膜溶媒は、複数の成分からなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
4. 前記吐出機構から供給される前記配向膜溶媒と前記配向膜溶液とは、自動的に切り替わることを特徴とする請求項１記載の液晶表示パネルの製造方法。
5. 配向膜によって方向性を制御された複数の液晶分子を有する液晶層を備えた液晶表示パネルの製造装置において、
   吐出機構から供給された配向膜溶媒によるダミー基板の印刷を実行し、
   次に、前記吐出機構から供給された配向膜溶液によるダミー基板の印刷を実行し、
   その後に、前記配向膜溶液による実基板の印刷を実行し、配向膜を形成することを特徴とする液晶表示パネルの製造装置。
   

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