JP4665564B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラビング時に生じた異物等に起因するシミやムラなどの表示不良を防止した、液晶表示装置の製造方法に関する。

一般に液晶表示装置は、ＲＧＢの色を配したカラーフィルタ基板と、トランジスタを配したＴＦＴ基板とが貼り合わせされてセルが形成され、そのセルの中に液晶が注入されることで構成されている。そして、このカラーフィルタ基板やＴＦＴ基板（以下、これらについて、単に「基板」と記載する）には、その内面側に、配向膜が塗布される。

一般的な配向膜は、ポリイミドとポリイミドの前駆体であるポリアミック酸であり、配向膜の塗布方法としては、通常、凸版印刷法やスピンコート法が採用されている。そして、基板に塗布された配向膜は、オーブンで１７０〜２５０℃、１０分〜３時間程度をかけて焼成される。この焼成の目的は、ポリイミドを用いた場合では、溶媒を飛ばして膜の緻密化を図ることにあり、ポリアミック酸を用いた場合では、溶媒を飛ばすこと、および、ポリアミック酸を加水分解してポリイミドにすることにある。

また、配向膜が基板上に形成される位置は、液晶表示装置の製法上、基板の中心部分だけに限られる。なお、基板が多面取りの大型基板、すなわちダイシングにより個片化される単一基板を多数個有してなる基板（大型基板）の場合、個々の単一基板毎に、その中心部分にのみ配向膜が形成される。よって、このように形成された配向膜の周辺には、基板表面がむき出しとなった部分が存在する。基板の中心部分のみに配向膜が形成される理由は、配向膜周囲にＴＦＴ基板とモジュール端子とを接続する引き出し配線が位置すること、および、２枚の基板を貼り合わせるためのシール材を塗布する部位が必要となるためである。なお、基板むき出し部分の最表面の材質は、Ｃｒ・Ａｌ・Ｍｏ・ＩＴＯ膜などの配線金属材料や、ＳｉＮｘ・ＳｉＯｘ、有機絶縁膜などの絶縁膜材料、ガラスなどである。

この配向膜付きの基板には、次に、配向膜分子の方向を一方向に整列するためのラビング処理がなされる。ラビング処理とは、ラビング布を巻きつけたロールで、配向膜を擦る工程である。このとき、配向膜表面と共に配向膜周辺に位置する基板むき出し部も、同時に擦られることになる。なお、ラビング布材としては、コットン・レーヨンなどが一般的である。そして、この物理現象をともなうラビング処理では、どうしても配向膜の削れ屑が問題となる。削れの程度は、配向膜硬度・布材硬度・ラビング条件（ロールの押し付け量・ロール回転数・テーブルまたはロール移動速度）によって、差が有るが、削れ屑が問題であることに変わりはない。

ラビング処理の後、基板は洗浄処理される。その目的は、ラビング布から抜けた繊維（ラビングカス）や配向膜の削れ屑（ポリイミドカス）の除去である。なお、配向膜の削れ屑（ポリイミドカス）は、通常は一旦配向膜を処理したラビング布に付着した後、配向膜が形成されていない基板表面上に再度付着しあるいは吸着される。また、このとき、ラビング布から抜けた繊維（ラビングカス）も、配向膜が形成されていない基板表面上に共に付着しあるいは吸着される。

このラビング処理後の洗浄処理として、例えば特許文献１には、第１にエアーナイフ等で異物を除去し、第２に純水で基板表面を覆い、第３に洗浄剤で洗浄する工程を有する、基板の洗浄方法が開示されている。
また、特許文献２には、基板中央部から周辺部に向かって表面に純水を流し、配向膜表面の吸着活性を落とす工程と、その後純水シャワー処理によって洗浄を行う工程とを有する液晶表示装置の製造方法が開示されている。
特開平７−７７６７７号公報 特許第３１９８５０４号公報

しかしながら、前記特許文献１の基板の洗浄方法では、特に洗浄剤を用いて洗浄処理を行っているため、リンスを十分に行わなければならず、そのため生産効率が低下するといった課題があり、さらには、下地層のシランカップリング剤溶出防止のため、装置構成が複雑になってしまうといった課題もある。

一方、前記特許文献２の液晶表示装置の製造方法では、基板中央部から周辺部に向かって洗浄水を拡げるようにしているため、基板がそのまま単位基板となる１面取りの基板や、単位基板を２〜３枚取る程度の基板（比較的大きなサイズとなる大型の単位基板を１〜３枚程度有した基板）に対しては、有効であるものの、中・小型の単位基板を多数（例えば５枚以上）有した基板に対しては、ノズルが多数必要となることなどから、この方法を適用するのは困難である。すなわち、ノズルシャワーの噴射角を６０〜１２０°にして洗浄水を基板に拡げるため、中・小型の基板を多数有した基板では、ノズルシャワーが互いに干渉し合わないように構成する必要があるなど装置の構造が複雑になり、またその制御も非常に難しいものとなってしまい、結果として実用性が極めて低いものとなる。また、この製造方法では、基本的に基板を搬送しながら処理を行うことなく、停止させた状態で処理を行うため、生産効率が低いといった課題もある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶剤や界面活性剤などの洗浄剤を用いることなく、比較的簡易な装置構成により、生産効率を低下させることなくシミやムラなどの表示不良を良好に防止した、液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得、この知見を基に、本発明を完成させた。
一般に、ラビング直後の配向膜（ポリイミド膜）の表面は、分子レベルで見ると結合の切断、分子鎖の伸張等再配列が行われたことにより、非常に活性な状態にある。そして、このような活性な状態にある分子の切断箇所や再配列箇所は、ラビング時に生じるラビングカスやポリイミドカス等の吸着サイトとなってしまい、これらを吸着することでシミ・ムラを生じさせ、結果的に表示不良を引き起こしていると考えられる。

このような表示不良を抑制・回避する方法としては、配向膜表面が吸着サイトとして機能する活性な状態にあるとき、この配向膜表面にラビングカスやポリイミドカス等の異物を接触させないことが考えられ、その一つの手法としては、ラビング後の配向膜表面を不活性にすることが考えられる。なお、ラビングカスやポリイミドカス等の異物は、前記したように主に配向膜が形成されていない基板表面上に、付着しあるいは吸着されている。

ラビング後の配向膜表面を不活性にする方法としては、大気中に長時間放置し、表面を水和する方法が考えられる。しかし、この方法では、パネル製造上、スループット面、クリンルーム大気中に含まれるクリンルーム構成材に起因するシロキサン類・フタル酸エステル類、その他プロセス部材に起因した洗浄液・シール材他の有機物などが、大気中から配向膜表面に僅かながら付着することが考えられ、したがって、この方法は配向ムラを抑制・回避する方法としては得策ではない。
そこで、本発明では、強制的に配向膜の吸着活性を落とすことで配向膜表面にラビングカスやポリイミドカス等の異物が吸着するのを速やかに防止し、これによってシミやムラなどの表示不良を防止した。

すなわち、本発明の液晶表示装置の製造方法は、基板上に配向膜を塗布し、これをラビング処理した後の洗浄工程における最初の洗浄処理として、前記基板を搬送しつつ、比抵抗が５ＭΩ・ｍ以下の純水を、前記基板の搬送方向と直交する方向に沿ってほぼ均一な流量でカーテン状に流下させ、前記純水を基板表面に膜状に載せる処理工程を備え、前記処理工程において、前記純水の流下時における前記純水の飛び出し方向を、前記基板の移送方向に一致させると共に、前記純水の流下時における前記基板の移送方向での前記純水の流速を、前記基板の移送速度にほぼ一致させることを特徴としている。

この液晶表示装置の製造方法によれば、純水をカーテン状に流下させて基板表面に膜状に載せるようにしているので、濡れムラが防止される。また、純水が基板表面に載せられることで、この純水の基板表面上での流動が抑えられるため、この純水の流動によってラビングカスやポリイミドカス等の異物が配向膜表面に移動し、ここに付着しあるいは吸着してしまうことが抑えられる。また、純水が濡れムラなく基板表面に膜状に載せられるので、配向膜表面で水和が起こり、吸着サイトとして機能する活性な状態からその機能を失活した状態となる。よって、この処理工程の後の洗浄処理において基板上の前記異物が配向膜表面に移動しても、ここに吸着してしまうことが防止される。

特に、純水として比抵抗が５ＭΩ・ｍ以下のものを使用するので、この純水がある程度の導電性を有していることから、ラビング直後の配向膜表面で分子の切断や再配列によって静電気的な吸着サイトが形成された場合にも、この吸着サイトから電荷を除去することで静電気的な活性も失活させることができる。
また、溶剤や界面活性剤などの洗浄剤を用いることなく純水を用いているので、リンスを十分に行う必要がないことから生産効率が良く、さらに、処理を搬送しつつ行う点からも生産効率が良好となる。また、単に純水をカーテン状に流下させるだけなので、装置構成も比較的簡易となる。

また、前記の製造方法においては、前記純水の流下時における飛び出し方向を、前記基板の移送方向に一致させるのが好ましく、その場合に、前記純水の流下時における基板の移送方向の速度を、前記基板の移送速度にほぼ一致させるのが好ましい。
このように純水の流下方向を基板の移送方向に一致させれば、基板表面に純水を流下させた際、この純水と基板との間の相対的な動きが少なくなることで、基板表面上に純水を静かに載せることが可能になり、したがって純水の流動によって前記異物が配向膜表面に付着しあるいは吸着してしまうことが抑えられ、さらには、配向膜表面での水和がより速やかに起こるようになる。
また、純水の流下時における基板の移送方向の速度を基板の移送速度にほぼ一致させれば、純水と基板との間の相対的な動きがより少なくなる。

また、前記の製造方法においては、前記基板が多面取りの基板であってもよい。
前記基板が例えば中・小型の単位基板を多数有したものの場合であっても、本発明では、基板中央部から周辺部に向かって洗浄水を拡げるノズルを用いることなく、純水をカーテン状に流下させる装置さえあればよいため、装置構成が簡易であり、その制御も非常に容易となる。したがって、基板に対して単位基板がどのように配置されていても、その対応が可能かつ容易となる。

以下、本発明の液晶表示装置の製造方法を詳しく説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の製造方法を実施するための、装置の一例の概略構成を示す図であり、図１中符号１は基板洗浄装置である。この基板洗浄装置１は、基板Ｗ上に配向膜を塗布し、これをラビング処理した後の洗浄を行うためのもので、前洗浄処理を行うための第１処理室２と、ブラッシング処理を行うための第２処理室３と、超音波洗浄を行うための第３処理室４と、エアーナイフ洗浄等を行うための第４処理室５と、乾燥処理を行うための第５処理室６とを順次連設して備えたものである。なお、この基板洗浄装置１には、前記各処理室２〜６間に通じて基板Ｗを搬送するための搬送ローラ７が一列に設けられており、これによって基板Ｗは、各処理室２〜６間をこの順に通り抜けるようになっている。

第１処理室２は、ラビング処理後の基板Ｗに対し、最初の洗浄処理を行うための処理室であって、純水をカーテン状に流下させる水供給装置８を備えた処理室である。水供給装置８は、一部を側断面視した図２に示すように、直方体状の箱体９と、この箱体９内に設けられたオーバーフロー容器１０とを有してなるものである。箱体９の底面側の一つの長辺には、該長辺方向に沿ってスリット１１が形成されており、このスリット１１は、純水を流下させるための流出口となっている。

オーバーフロー容器１０は、箱体９の長辺方向に沿って第１の隆起部１２ａと第２の隆起部１２ｂとを形成したもので、第１の隆起部１２ａと箱体９との間に第１の貯留部１３ａを形成し、これら二つの隆起部１２ａ、１２ｂ間に第２の貯留部１３ｂを形成したものである。二つの隆起部１２ａ、１２ｂは、側面視山形状のもので、第１の隆起部１２ａの方が第２の隆起部１２ｂに比べ高く形成されており、それぞれ、前記スリット１１の長さ方向において均一な高さとなるように形成されている。このような構成のもとに前記第１の貯留部１３ａおよび第２の貯留部１３ｂは、スリット１１の長さ方向では均一な深さ形状を有したものとなっている。なお、前記第１、第２の貯留部１３ａ、１３ｂは、いずれもその側方に箱体９の側板（図示せず）が配設されていることにより、これら貯留部１３ａ、１３ｂに貯留された純水は、側方に流れ出ないようになっている。

第２の隆起部１２ｂは、前記スリット１１側に形成されたもので、この第２の隆起部１２ｂの、第２の貯留部１３ｂと反対の側の傾斜面１４の下端縁上には、前記スリット１１が形成されている。また、箱体９の、前記第１の貯留部１３ａを形成する側板には配管１５が接続されており、この配管１５にはポンプ（図示せず）を介して純水貯留槽１６が接続されている。純水貯留槽１６には、比抵抗が５ＭΩ・ｍ以下に調整された純水が貯留されている。

このような構成のもとに水供給装置８では、配管１５を介して純水貯留槽１６から純水が供給されると、この純水が一旦第１の貯留部１３ａに溜められる。そして、さらに純水が供給され続けると、第１の貯留部１３ａを溢れ出した純水が第１の隆起部１２ａを乗り越えてオーバーフローし、第２の貯留部１３ｂに溜められる。さらに、純水が供給され続けると、第２の貯留部１３ｂでも純水が溢れ出し、第１の隆起部１２ａを乗り越えてオーバーフローし、その傾斜面１４を流れ落ちてスリット１１から流下（流出）する。
このとき、前述したように二つの貯留部１３ａ、１３ｂは、スリット１１の長さ方向で均一な深さ形状を有したものとなっているので、スリット１１から流下する純水の流量は、スリット１１の長さ方向においてほぼ均一になる。

なお、第２の隆起部１２ｂにおける傾斜面１４の傾斜角は、後述するように供給する純水と基板Ｗとの間の相対的な速さを決める因子となるため、予め適宜な傾斜角となるよう設定されている。
また、このような構成からなる水供給装置８は、図２中矢印で示す基板Ｗの搬送方向と直交する方向に前記スリット１１の長さ方向が一致するよう配置され、かつ、該スリット１１が基板Ｗの搬送方向側に位置するように、すなわち、第１の貯留部１３ａが基板Ｗの搬送方向における後方側となり、第２の貯留部１３ｂが基板Ｗの搬送方向における前方側となるように配置される。このような配置構成により、水供給装置８から供給される純水の水平方向における流下方向（流動方向）、すなわち流下時における飛び出し方向は、基板Ｗの搬送方向に一致するようになっている。

また、水供給装置８は、当然ながらこれが搬送ローラ７上で搬送される基板Ｗと干渉しない高さに配設されるが、その際、スリット１１の高さ位置については、基板Ｗの表面に対し、例えば５〜２０ｍｍ程度、好ましくは１０ｍｍ程度の間隔をあけた高さとなるように配設する。このように、基板Ｗの表面から比較的僅かな間隙でスリット１１の高さ位置を設定することにより、スリット１１から流下した純水は、基板Ｗの表面上に強い衝撃をもって落下することなく、静かに落下し、結果として基板Ｗの表面上に静かに載るようになる。

このような構成の水供給装置８を用い、ラビング処理後の基板Ｗに対して最初の洗浄処理を行うには、図１に示したように、搬送ローラ７によって基板Ｗを矢印方向に搬送させる。また、純水貯留槽１６には、前述したように比抵抗を５ＭΩ・ｍ以下、本実施形態では１ＭΩ・ｍ以下で好ましくは０．２〜０．５ＭΩ・ｍ程度に調整した純水を、貯留しておく。このように比抵抗を特に１ＭΩ・ｍ以下に調整しておくことにより、後述するように配向膜表面の静電気的な活性を確実に失活させることができる。

ここで、このような純水としては、半導体の製造工場等で使用される比抵抗が１８ＭΩ・ｍ程度の超純水に対し、ＣＯ_２バブラーなどによって比抵抗を前記の値に調整したものが好適に用いられる。このようにして比抵抗調整した純水を用いれば、この純水中の微粒子濃度や微生物濃度、有機物濃度については、超純水と同程度に維持されたものとなり、これら微粒子等に起因する配向ムラやさらにはこれに起因するシミ・ムラが確実に防止されるため、好ましい。

そして、前述したように純水貯留槽１６から水供給装置８に純水を供給し続けることにより、スリット１１から純水を流下させておく。すると、この純水は、スリット１１の長さ方向においてほぼ均一な流量となっていることから、純水は基板Ｗの搬送方向と直交する方向に沿ってほぼ均一な流量でカーテン状に流下するものとなる。このように純水を流下させた状態のもとで基板Ｗを搬送し、スリット１１の下を通過させる。すると、スリット１１から流下した純水は、基板Ｗの表面に静かに落下することで、該表面上に膜状に載る。

このとき、純水貯留槽１６からの水供給装置８への純水の供給量については、この供給量によって決まる水供給装置８から基板Ｗへの純水の供給が、前述したようにスリット１１の長さ方向において流量にムラがなくカーテン状になされ、これによって基板Ｗの表面に純水が膜状に静かに載るような流量とする。
例えば、スリット１１の長さを４５０ｍｍとした場合に、水供給装置８への供給量（すなわち水供給装置８からの供給量）を１０〜２０リットル／分程度とする。また、このときの基板Ｗの搬送速度については、例えば１８００ｍｍ／分とする。なお、基板Ｗの幅については、当然ながらスリット１１の長さと同等以下とされ、前記したようにスリット１１の長さを４５０ｍｍとした場合に、基板Ｗの幅は例えば４００ｍｍ程度としている。

また、水供給装置８から供給する（流下させる）純水の、水平方向における流速については、基板Ｗの搬送速度とほぼ一致するように調整しておく。すなわち、純水貯留槽１６から水供給装置８に供給する純水の流量と、前記第２の隆起部１２ｂにおける傾斜面１４の傾斜角を適宜に設定しておくことにより、基板Ｗに供給される純水の水平方向における流速と、基板Ｗの搬送速度とほぼ一致させ、これによって両者の相対速度をほぼゼロにする。これにより、基板Ｗ上に供給した純水が、基板Ｗの表面上にてほとんど流動することなく、静かに膜状に載った状態を実現することができる。

このようにして、水供給装置８のスリット１１から基板Ｗの表面に純水をカーテン状に流下（落下）させ、該表面上に膜状に載せると、純水が基板Ｗの幅方向（スリット１１の長さ方向）に沿って均一な流量で流下することから、濡れムラを生じることなく、基板Ｗの表面を純水で均一に濡らすことができる。
また、純水を基板Ｗの表面に載せることで、この純水の基板Ｗ表面上での流動を抑えることができ、したがってこの純水の流動によってラビングカスやポリイミドカス等の異物が配向膜表面に移動し、ここに付着しあるいは吸着してしまうことを抑えることができる。

また、純水を濡れムラなく基板Ｗの表面に膜状に載せるので、配向膜表面で水和を起こさせ、吸着サイトとして機能する活性な状態から、その機能を失活した状態にすることができる。よって、この第１の処理室２での処理工程に続く第２の処理室３以降での処理（洗浄処理）において、基板Ｗ上の前記異物が配向膜表面に移動しても、ここに吸着してしまうことを防止することができる。したがって、異物吸着による配向ムラに起因して、シミやムラなどの表示不良が生じるのを防止することができる。

特に、純水として比抵抗が５ＭΩ・ｍ以下のものを使用しているので、この純水がある程度の導電性を有していることから、ラビング直後の配向膜表面で分子の切断や再配列によって静電気的な吸着サイトが形成されている場合にも、この吸着サイトから電荷を除去することで静電気的な活性も失活させることができる。
なお、前記異物が配向膜表面に移動し、ここに付着しても、該異物が前述したように電気的、または化学的に吸着することなく、単に物理的に載っているだけであるので、第２の処理室３以降での洗浄処理により、これを容易に除去することができる。
また、このような洗浄処理によれば、溶剤や界面活性剤などの洗浄剤を用いることなく純水を用いているので、リンスを十分に行う必要がないことから生産効率が良く、さらに、処理を搬送しつつ行う点からも生産効率が良好となる。また、単に純水をカーテン状に流下させるだけなので、装置構成も比較的簡易となる。

この第１処理室２に続く第２処理室３〜第５処理室６については、基本的に従来と同様の処理を行うものである。
すなわち、図１に示したようにブラッシング処理を行うための第２処理室３は、第１処理室２で配向膜表面が失活させられた後、搬送ローラ７で搬送されてきた基板Ｗの裏面を、回転ブラシ１７によってブラッシング処理する。このブラッシング処理中においては、基板Ｗの表面に、給水管１８から比抵抗が１８ＭΩ・ｍ程度の超純水を供給する。このように超純水を供給することで、特に基板Ｗの表面に付着した主に大きな異物を除去することができる。ここで、この超純水の供給による異物の除去に際しては、前述したように第１処理室２において配向膜表面が失活させられていることから、異物がたとえ配向膜表面上を通っても、ここに吸着されることなく、超純水によって基板Ｗの外に洗い流される。なお、前記給水管１８には配管１９が接続されており、この配管１９にはポンプ（図示せず）を介して超純水を貯留する超純水貯留槽２０が接続されている。

超音波洗浄を行うための第３処理室４では、ブラッシング処理後の基板Ｗの表面を、キャビテーション・ジェット２１によって処理し、さらにこれに続いて高周波（メガヘルツ）の超音波を付与するメガソニック超音波２２による処理を行う。これらの超音波処理においても、超純水貯留槽２０から配管１９を介して基板Ｗの表面上に超純水を供給しつつ行う。キャビテーション・ジェット２１では、主に中程度の異物を除去し、メガソニック超音波２２では、主に小さい異物を除去する。

エアーナイフ洗浄等を行うための第４処理室５では、超音波処理後の基板Ｗの表面に対し、スプレイ管２３から超純水を噴出して基板Ｗ表面の最終的な洗浄を行う。続いて、加圧空気源（図示せず）に接続されたエアーナイフ２４により、洗浄済みの基板Ｗの表面に向けて加圧空気を吹き付け、基板Ｗの表面の水切りを行う。
乾燥処理を行うための第５処理室６では、水切り後に基板Ｗを乾燥炉やホットプレートで加熱乾燥することにより、基板Ｗの表面に残留した僅かな水分も十分に除去する。

このような基板洗浄装置１を用いた液晶表示装置における基板の洗浄方法によれば、前述したように特に第１処理室２において、配向膜表面をラビング直後の活性な状態から失活した状態にするので、この第１の処理室２での処理はもちろん、その後の洗浄処理においても異物が配向膜表面に吸着することを防止することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、特に異物吸着による配向ムラに起因して、シミやムラなどの表示不良が生じるのを防止することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、水供給装置８の構成については、図２に示した構成に限定されることなく、純水を、基板Ｗの搬送方向と直交する方向に沿ってほぼ均一な流量でカーテン状に流下させ、前記純水を基板Ｗの表面に膜状に載せることができる装置であれば、どのような仕様のものも用いることができる。
また、純水の流下時における流速についても、基板Ｗの表面に膜状に載せることができれば、基板との間である程度の相対速度を持たしてもよい。
さらに、第２処理室３以降の洗浄処理の具体的内容についても、前記実施形態に限定されることなく、従来公知の洗浄処理を任意に組み合わせて行うことができる。

本発明の製造方法に係る基板洗浄装置の一例の概略構成図である。 一部を側断面視した水供給装置の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…基板洗浄装置、２…第１処理室、８…水供給装置、９…箱体、
１０…オーバーフロー容器、１１…スリット、１４…傾斜面、１６…純水貯留槽

Claims (2)

1. 基板上に配向膜を塗布し、これをラビング処理した後の洗浄工程における最初の洗浄処理として、
   前記基板を搬送しつつ、比抵抗が５ＭΩ・ｍ以下の純水を、前記基板の搬送方向と直交する方向に沿ってほぼ均一な流量でカーテン状に流下させ、前記純水を基板表面に膜状に載せる処理工程を備え、
   前記処理工程において、前記純水の流下時における前記純水の飛び出し方向を、前記基板の移送方向に一致させると共に、前記純水の流下時における前記基板の移送方向での前記純水の流速を、前記基板の移送速度にほぼ一致させることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
2. 前記基板が多面取りの基板であ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。

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