JP4702287B2 - 液滴吐出装置、機能膜形成方法、液晶配向膜形成装置及び液晶表示装置の液晶配向膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶配向膜等の機能膜を、基板上に効率よく均一に形成することができる液滴吐出装置、機能膜形成方法、液晶配向膜形成装置及び液晶表示装置の液晶配向膜形成方法に関する。

従来、液晶表示装置の液晶配向膜等の機能膜を形成する方法として、液滴吐出装置を用いる方法が知られている。この方法は、所望の位置に所望の厚みの機能膜を正確に形成することができること等の理由から、近年、特に液晶配向膜の形成方法等として注目されている。

しかしながら、従来の液滴吐出装置を用いる場合には、一般的に液晶配向膜形成用組成物の揮発性が高いため、液晶配向膜形成用組成物の液滴が基板上に吐出されて形成される塗布ドット間の乾燥時間の差により、スジムラや乾燥ムラ等の塗布ムラが発生して、均一な液晶配向膜を形成できないことがあった。

この問題を解決するべく、特許文献１には、ノズル間隔を６０μｍ〜１２０μｍとした複数のノズルから、基板上に形成される隣接する塗布ドットの一部が重なるように、配向膜形成用組成物を基板上に吐出する配向膜形成装置が提案されている。

しかしながら、この文献記載の配向膜形成装置は、隣接する塗布ドットが重なるように配向膜形成用組成物を塗布するものであるため、配向膜形成用組成物の消費量が多くなり相対的にコスト高となる。また塗布ドット間の重なり部分が多くなるため、極薄い膜を形成するのが困難であるという問題があった。さらに、隣接する塗布ドット同士が互いに重なるようにするために、ノズル間の間隔を狭く設定しているので、隣接するノズル同士が影響し合って（クロストーク）吐出量にばらつきが生じ、均一な膜が形成されない場合や、隣接するノズルから吐出物が飛散してノズルが詰まる場合があった。
特開２００５−２２１８９０号公報

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、効率よく低コストで、均一な機能膜を形成することができる液滴吐出装置、機能膜形成方法、液晶配向膜形成装置及び液晶表示装置の液晶配向膜形成方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、液滴吐出へッドのノズル形成面に、複数のノズルが直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、ノズル列が各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、基板又は液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、複数のノズルから機能膜形成用組成物を吐出する液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置を用いると、均一な機能膜を効率よく低コストで形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして本発明の第１によれば、下記（１）〜（５）の液滴吐出装置が提供される。
（１）液滴吐出へッドのノズル形成面に形成された複数のノズルから、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、前記基板上に機能膜を形成するための液滴吐出装置であって、前記複数のノズルは、直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、前記ノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、前記液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、前記ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、前記ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、前記基板又は前記液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、前記複数のノズルから前記機能膜形成用組成物を吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
（２）膜厚が１０〜１００ｎｍの機能膜を形成するものである（１）に記載の液滴吐出装置。
（３）前記機能膜形成用組成物が、表面張力が３０〜４５ｍＮ／ｍの溶液である（１）又は（２）に記載の液滴吐出装置。
（４）前記機能膜形成用組成物が、粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓの溶液である（１）〜（３）のいずれかに記載の液滴吐出装置。
（５）前記機能膜形成用組成物が、液晶配向膜形成用組成物である（１）〜（４）のいずれかに記載の液滴吐出装置。

本発明の液滴吐出装置によれば、（ａ）隣接するノズル同士が影響し合って吐出量がばらつくことがなく、スジムラや乾燥ムラのない均一な機能膜を効率よく形成することができ、（ｂ）隣接するノズルから吐出物が飛散することによりノズルが詰まることがないので、メンテナンスが容易であり、（ｃ）形成される塗布ドット同士の重なりが少ないので、厚みが１０〜１００ｎｍの極薄膜である機能膜を、簡便かつ迅速に形成でき、（ｄ）機能膜形成用組成物の使用量を最小限に抑えることができるので、コストの削減を図ることができる。

本発明の第２によれば、下記（６）〜（１０）の機能膜形成方法が提供される。（６）（１）の液滴吐出装置を用いて、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、機能膜を形成することを特徴とする機能膜形成方法。
（７）膜厚が１０〜１００ｎｍの機能膜を形成するものである（６）の機能膜形成方法。（８）前記機能膜形成用組成物として、表面張力が３０〜４５ｍＮ／ｍの溶液を用いる（６）又は（７）に記載の機能膜形成方法。
（９）前記機能膜形成用組成物として、粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓの溶液を用いる（６）〜（８）のいずれかに記載の機能膜形成方法。
（１０）前記機能膜形成用組成物が液晶配向膜形成用組成物である（６）〜（９）のいずれかに記載の機能膜形成方法。

本発明の機能膜形成方法によれば、均一な機能膜を効率よく低コストで形成することができる。
本発明の機能膜形成方法は、均一で厚みが極薄い機能膜を形成する場合に好適である。

また、本発明の液晶配向膜形成装置は、液滴吐出へッドのノズル形成面に形成された複数のノズルから、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、液晶配向膜を形成するための液晶配向膜形成装置であって、前記複数のノズルは、直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、前記ノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、前記液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、前記ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、前記ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、前記基板又は前記液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、前記複数のノズルから前記液晶配向膜形成用組成物を吐出する。

本発明の液晶配向膜形成装置によれば、隣接するノズル同士が影響し合って吐出量がばらつくことがなく、スジムラや乾燥ムラのない均一な液晶配向膜を効率よく形成することができる。

この液晶配向膜形成装置によれば、隣接するノズル同士が影響し合って吐出量がばらつくことがなく、スジムラや乾燥ムラのない均一な液晶配向膜をより効率よく形成することができる。

本発明の液晶表示装置の液晶配向膜形成方法は、上記の液晶配向膜形成装置を用いて、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、該基板上に液晶配向膜を形成する。
本発明の液晶表示装置の液晶配向膜形成方法によれば、均一な液晶配向膜を効率よく低コストで形成することができる。

この液晶表示装置の液晶配向膜形成方法は、走査方向に隣接して形成される塗布ドットが所望の重なりが形成されるように、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、該基板上に液晶配向膜を形成する。

この液晶表示装置の液晶配向膜形成方法によれば、より均一な液晶配向膜を効率よく低コストで形成することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
１）液滴吐出装置
本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出へッドのノズル形成面に形成された複数のノズルから、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して機能膜を形成するための液滴吐出装置であって、前記複数のノズルは、直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、前記ノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、前記液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、前記ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、前記ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、前記基板又は前記液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、前記複数のノズルから前記機能膜形成用組成物を吐出することを特徴とする。

ここで、「塗布ドット」とは、一つのノズルから基板上に吐出された機能膜形成用組成物の一つの液滴が、基板上に着弾した後、拡散しながら乾燥し、最終的に基板上に形成される塗膜をいう。吐出された機能膜形成用組成物は、基板上を均一に拡散するため、通常、塗布ドットは円状になる。塗布ドット径とはその直径（楕円形状の場合は長径）を示す。

なお、本発明の液滴吐出装置としては、いわゆるインクジェット方式の吐出装置であれば、特に制限されない。例えば、加熱発泡により気泡を発生し、液滴の吐出を行うサーマル方式の吐出装置、ピエゾ素子を利用する圧縮により、液滴の吐出を行うピエゾ方式の吐出装置等が挙げられる。

本発明に用いる液滴吐出装置の一例を図１に示す。図１は、インクジェット式の液滴吐出装置３ａの構成の概略を示す図である。
この液滴吐出装置３ａは、基板上に吐出物３４を吐出する液滴吐出ヘッド２２を備えている。この液滴吐出ヘッド２２は、ヘッド本体２４及び吐出物３４を吐出する多数のノズ
ルが形成されているノズル形成面２６を備えている。このノズル形成面２６のノズルから吐出物３４、即ち、基板上に機能膜を形成するための機能膜形成用組成物が吐出される。

図１の液滴吐出装置３ａは、基板を載置するテーブル２８を備えている。このテーブル２８は、所定の方向、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設置されている。また、テーブル２８は、図中矢印で示すようにＸ軸に沿った方向に移動することにより、ベルトコンベア等により搬送される基板をテーブル２８上に載置して液滴吐出装置３ａ内に取り込む。

また、液滴吐出ヘッド２２には、ノズル形成面２６に形成されているノズルから吐出される吐出物３４である機能膜形成用組成物を収容しているタンク３０が接続されている。即ち、タンク３０と液滴吐出ヘッド２２とは、吐出物３４を搬送する吐出物搬送管３２によって接続されている。

この吐出物搬送管３２は、吐出物搬送管３２の流路内の帯電を防止するための吐出物流路部アース継手３２ａとヘッド部気泡排除弁３２ｂとを備えている。このヘッド部気泡排除弁３２ｂは、後述する吸引キャップ４０により、液滴吐出ヘッド２２内の吐出物を吸引する場合に用いられる。即ち、吸引キャップ４０により液滴吐出ヘッド２２内の吐出物３４を吸引するときは、このヘッド部気泡排除弁３２ｂを閉状態にし、タンク３０側から吐出物３４が流入しない状態にする。そして、吸引キャップ４０で吸引すると、吸引される吐出物３４の流速が上がり、液滴吐出ヘッド２２内の気泡が速やかに排出されることになる。

吐出装置３ａは、タンク３０内に収容されている吐出物３４の収容量、即ち、タンク３０内に収容されている機能膜材料の液面３４ａの高さを制御するための液面制御センサ３６を備えている。この液面制御センサ３６は、液滴吐出ヘッド２２が備えるノズル形成面２６の先端部２７とタンク３０内の液面３４ａとの高さの差ｈ（以下、水頭値という）を所定の範囲内に保つ制御を行う。液面３４ａの高さを制御することで、タンク３０内の吐出物３４が所定の範囲内の圧力で液滴吐出ヘッド２２に送られることになる。そして、所定の範囲内の圧力で吐出物３４を送ることで、液滴吐出ヘッド２２から安定的に吐出物３４を吐出することができる。

また、液滴吐出ヘッド２２のノズル形成面２６に対向して一定の距離を隔てて、液滴吐出ヘッド２２のノズル内の吐出物３４を吸引する吸引キャップ４０が配置されている。この吸引キャップ４０は、図１中に矢印で示すＺ軸に沿った方向に移動可能に構成されており、ノズル形成面２６に形成された複数のノズルを囲むようにノズル形成面２６に密着し、ノズル形成面２６との間に密閉空間を形成してノズルを外気から遮断できる構成となっている。

なお、吸引キャップ４０による液滴吐出ヘッド２２のノズル内の吐出物３４の吸引は、液滴吐出ヘッド２２が吐出物３４を吐出していない状態、例えば、液滴吐出ヘッド２２が、退避位置等に退避しており、テーブル２８が破線で示す位置に退避しているときに行われる。

また、この吸引キャップ４０の下方には、流路が設けられており、この流路には、吸引バルブ４２、吸引異常を検出する吸引圧検出センサ４４及びチューブポンプ等からなる吸引ポンプ４６が配置されている。また、この吸引ポンプ４６等で吸引され、流路を搬送されてきた吐出物３４は、廃液タンク４８内に収容される。

前記液滴吐出ヘッド２２のノズル形成面２６には、ノズル間の間隔が、基板上に吐出さ
れた機能膜形成用組成物の液滴の塗布ドット径より大きく、該塗布ドット径の２倍より小さくなるように複数のノズル列が形成されている。

この複数のノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように配列されている。ノズル列の数は、通常２〜５であり、操作の簡便性の観点から、好ましくは２である。
本発明の液滴吐出装置３ａの液滴吐出ヘッド２２のノズル形成面２６に形成されたノズル配列の一例（部分図）を図２（ａ）に示す。図２（ａ）に示すノズル配列は２つのノズル列からなるものであり、ノズル間隔が下記式（１）が成立するように形成されている。

Ｌ＜Ｍ＜２Ｌ ‥‥‥‥（１）
（式中、Ｌは塗布ドット径を、Ｍはノズル間隔をそれぞれ表す。）
塗布ドット径（Ｌ）は、用いる機能膜形成用組成物の種類等にもよるが、通常、５０〜２００μｍ、好ましくは１００〜１２０μｍである。

ノズル間隔（Ｍ）は、前記式（１）が成立する範囲内で適宜設定することができるが、ノズル間隔（Ｍ）があまりに広すぎると、塗布されない部分が生じるおそれがある。一方、ノズル間隔（Ｍ）があまりに狭いと、隣接するノズル同士が影響し合って吐出量がばらつき、均一な膜が形成されない場合や、隣接するノズルから飛散する吐出物によりノズルが詰まるおそれがある。

ノズル間隔（Ｍ）は、前記式（１）が成立する範囲、好ましくは式：１．２Ｌ＜Ｍ＜１．７Ｌが成立する範囲で決定すればよいが、具体的には、通常１００〜２４０μｍ、好ましくは１２０〜１６０μｍである。

前記図２（ａ）において、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、第１列目のノズル列（以下、このノズル列を、「第１ノズル列１０」という。）の各ノズルを表し、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、第２列目のノズル列（以下、このノズル列を、「第２ノズル列１１」という。）の各ノズルを表す。第１ノズル列１０と第２ノズル列１１は、第１ノズル列１０を構成する、ノズル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、第２ノズル列１１を構成する、ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとが、それぞれ千鳥配置となるように配列されている。

各ノズル列１０，１１に配列されるノズルの数は、特に制約はなく、基板の大きさ、形成する機能膜の用途等に応じて適宜決定することができるが、通常５〜５００個、好ましくは５０〜３００個、より好ましくは１００〜２００個である。

第１ノズル列１０のノズルと第２ノズル列１１のノズルが影響し合わない距離であるの
が好ましい。また、第１ノズル列１０と第２ノズル列１１の間隔が広すぎると後述する塗布ドット間に乾燥ムラが生じるため好ましくない。具体的には、図２（ａ）に示すように、第１ノズル列１０のノズルと第２ノズル列１１のノズルの間隔（例えば、ノズル１０ａとノズル１１ａ、ノズル１０ｂとノズル１１ａ等の距離）をＮとすると、式：Ｌ＜Ｎ＜２Ｌ、好ましくは式：１．２Ｌ＜Ｎ＜１．７Ｌが成り立つようなＮを設定するのが好ましい。

機能膜形成用組成物は、通常、液滴吐出ヘッド２２に形成されたこれらのすべてのノズルから同時に吐出される。各ノズルから吐出された機能膜形成用組成物が基板に着弾すると、その機能膜形成用組成物は、基板上を拡散しながら乾燥する。これにより、基板上に塗布ドットが形成される。

本発明の液滴吐出装置においては、ノズル間隔（Ｍ）は塗布ドット径（Ｌ）より大きく
設定されているので、隣接するノズルから形成される隣接する塗布ドットの間には隙間が生じる。このとき、ノズル間隔（Ｍ）は塗布ドット径（Ｌ）の２倍より小さいため、塗布ドット間の隙間は塗布ドット径（Ｌ）より小さくなるので、後述するように、後にその隙間に塗布ドットを形成することにより、塗布ドット間の隙間を過不足なく埋めることができる。

機能膜形成用組成物が吐出されて形成される塗布ドットを、図２（ｂ）及び図３に示す。
図２（ｂ）及び図３において、２は基板を表す。

図２（ｂ）は、１回の吐出で形成される塗布ドットの様子を上から見た模式図である。塗布ドット１２ａ〜１２ｄは、前記第１ノズル列１０のノズル１０ａ〜１０ｄから機能膜形成用組成物が吐出されて形成される塗布ドットである。また、塗布ドット１３ａ〜１３ｄは、前記第２ノズル列１１のノズル１１ａ〜１１ｄから機能膜形成用組成物が吐出されて形成される塗布ドットである。

図３は、上記吐出を繰り返すことにより形成される塗布ドットの様子を上から見た模式図である。図３に示すように、１回目の吐出後、基板２又は液滴吐出ヘッド２２を吐出位置に合わせて直線的に走査し、第１ノズル列１０及び第２ノズル列１１から所定のタイミングで所定の位置に機能膜形成用組成物を吐出する（２回目の吐出）。

この２回目の吐出により、図３に示すように、１回目の吐出により形成された塗布ドットに部分的に重なるように２回目の塗布ドットが形成される。
次いで、再び基板２又は液滴吐出ヘッド２２を吐出位置に合わせて直線的に走査し、第１ノズル列１０及び第２ノズル列１１から所定のタイミングで所定の位置に機能膜形成用組成物を同様に吐出する（３回目の吐出）。この３回目の吐出により、図３に示すように、２回目の吐出により形成された塗布ドットに部分的に重なるように３回目の塗布ドットが形成される。

さらに、４回目以降も同様の吐出を行うことにより、図３に示すように、塗布ドットの重なりが形成される。このようにして、過不足なく機能膜形成用組成物を効率的に塗布することができ、基板２上に機能膜を形成することができる。

なお、塗布ドット間の重なり幅は、目的とする機能膜の種類、膜厚等によって決定されるが、コストを低減する上では、塗布されない部分が生じない範囲で小さくするのが好ましい。塗布ドットの重なり幅は、ノズル間隔（Ｍ）、基板２又は液滴吐出ヘッド２２の走査速度、一回の吐出による機能膜形成用組成物の吐出量、及び吐出のタイミング等により調整することができる。

本発明の液滴吐出装置によれば、重なって塗布される部分を少なくすることができるので、極薄い膜を効率よく形成することができる。特に、１０〜１００ｎｍの極薄い機能膜を形成するのに適している。

また、重なり部分を少なくすることにより機能膜形成用組成物の使用量を節約でき、コストの低減を図ることができる。
また、隣接する塗布ドット間には、縦方向においても横方向においても、塗布ドットが形成される時間差が短いため、その境界に乾燥時間の差による乾燥ムラが生じることはない。従って、基板の全面に乾燥ムラやスジムラのない均一な機能膜を形成することができる。

本発明の液滴吐出装置においては、本発明の効果が得られる観点から、ノズル列方向に対して直角方向に、基板又は液滴吐出ヘッドを走査させて液滴吐出を行うのが好ましい。
本発明の液滴吐出装置においては、液滴吐出ヘッドに形成されたノズル列の幅を、基板上の、機能膜を形成したい範囲（機能膜形成エリア）の幅と同等にして、基板上の機能膜形成エリアの全幅に、ノズル列から機能膜形成用組成物を一度に塗布することができるようにするのが好ましい。ノズル列の幅と機能膜形成エリアの幅を同等にすることで、基板又は液滴吐出ヘッドを、１回のみ、１方向に走査して吐出を行う操作を繰り返すことで、基板全体の塗布を完了させることができ、効率的である。また、乾燥時間の差による乾燥ムラやスジムラが発生するおそれがなく、基板の全面に均一な機能膜を形成することができる。

本発明の液滴吐出装置においては、用いる機能膜形成用組成物が、表面張力が３０〜４５ｍＮ／ｍ（２０℃）の溶液であることが好ましい。表面張力がこのような範囲にある機能膜形成用組成物は、基板表面へのぬれ性に優れ、本発明の液滴吐出装置により、均一な厚みの塗膜を効率よく形成することができる。

また、本発明の液滴吐出装置においては、用いる機能膜形成用組成物が、粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓ（２０℃）の溶液であることが好ましい。このような範囲に粘度を調整することにより、流動性に優れる機能膜形成用組成物が得られ、本発明の液滴吐出装置による吐出性が安定する。

本発明の液滴吐出装置に用いる機能膜形成用組成物としては、基板上に塗膜を形成し、得られる塗膜が何らかの機能を発揮するものであれば、特に制限されない。例えば、液晶配向膜形成用組成物、オーバーコート膜形成用組成物、カラーフィルタ膜形成用組成物、フォトレジスト膜形成用組成物等が挙げられる。
２）機能膜形成方法
本発明の第２は、本発明の液滴吐出装置を使用して、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して機能膜を形成することを特徴とする機能膜形成方法である。

本発明の機能膜形成方法によれば、基板上に、均一な機能膜を効率よく低コストで形成することができる。
本発明の機能膜形成方法は、極薄い機能膜を簡便に形成することができるので、特に、膜の薄さ、膜の均一性が要求される液晶配向膜の形成に適している。

本発明の形成方法により得られる機能膜としては、液晶配向膜、オーバーコート膜、カラーフィルタ膜、フォトレジスト膜等が挙げられる。
次に、本発明の機能膜形成方法について、液晶配向膜形成方法を例にとって説明する。

本発明の範囲はこれに限定されず、液晶配向膜以外の他の機能膜についても、同様に形成することができる。
本発明の液晶配向膜形成方法の操作手順を図４に示すフローチャートに示す。以下、図４に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、液晶配向膜を形成する基板を用意する。
基板としては、例えばフロートガラス、ソーダガラス等のガラス；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート等のプラスチック；からなる透明基板を用いることができる。基板の一面に設けられる透明導電膜としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）からなるＮＥＳＡ膜（米国ＰＰＧ社登録商標）、酸化インジウム−酸化スズ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）からなるＩＴＯ膜等を用いることができる。これらの透明導電膜のパターニングには、フォト・エッチング法や予めマスクを用
いる方法が用いられる。

この基板２を、ＵＶ(１７２ｎｍ)洗浄後、純水またはアルコールで洗浄する（Ｓ１）。次に、基板２をテーブル２８に搭載し、搭載後、真空吸着にて保持する（Ｓ２）。液晶配向膜形成用組成物の吐出の準備ができたら、本発明の液滴吐出装置３ａのテーブル２８によって基板２をノズル列の配列方向に垂直に走査し（Ｓ３）、それと同期させてノズルヘッド（先端部２７）から液晶配向膜形成用組成物を、基板２上に吐出する（Ｓ４）。

液晶配向膜形成用組成物の吐出量は、基板２表面への液晶配向膜形成用組成物が着弾して形成する塗布ドット径（Ｌ）が、ノズル間隔（Ｍ）との関係で前記式（１）が成立するように調整する。

なお、液晶配向膜形成用組成物の吐出の、ＯＮ、ＯＦＦのタイミングは、走査方向に隣接して形成される塗布ドット間に所望の重なりが形成されるように、テーブル２８の走査速度等を調整して行う。なお、膜厚を薄く調整する際には、走査方向のピッチを広げればよい。

また、基板２上に形成されている配線部による段差や、金属膜面等の状況により、基板２上を拡散する液晶配向膜形成用組成物の液滴の流動状態が変化する場合は、基板２の種類に応じて、液晶配向膜形成用組成物の吐出量やテーブル２８の走査速度等を変化させればよい。

基板２上への液晶配向膜形成用組成物の塗布が終了したら、テーブル２８による基板２の走査を終了し（Ｓ５）、成膜した基板２をテーブル２８から離脱し（Ｓ６）、基板２をヒーター部（６０〜８０℃）に搭載し、乾燥処理を行う（Ｓ７）。これにより、基板２の表面上に液晶配向膜が形成された、液晶配向膜形成基板を得ることができる。

形成される液晶配向膜の膜厚は、通常１〜１０００ｎｍであり、好ましくは１０〜１００ｎｍである。
本発明の機能膜形成方法によれば、基板上に、極薄い均一な液晶配向膜を効率よく低コストで形成することができる。

本発明の形成方法により得られる液晶配向膜形成基板を用いて、高品質の液晶表示装置を低コストで製造することができる。
次に、上記した液晶表示装置の液晶配向膜形成基板に液晶配向膜を形成する液滴吐出装置から配向膜形成装置について説明する。

図５は、液晶表示装置の斜視図を示す。液晶表示装置５０の下側には、ＬＥＤなどの光源５１を有して四角板状に形成されたエッジライト型のバックライト５２が備えられている。バックライト５２の上方には、バックライト５２と略同じサイズに形成された四角板状の液晶パネル５３が備えられている。そして、光源５１から出射される光が、液晶パネル５３に向かって照射されるようになっている。

液晶パネル５３には、相対向する素子基板５４と対向基板５５が備えられている。これら素子基板５４と対向基板５５は、図６に示すように、光硬化性樹脂からなる四角枠状のシール材５６を介して貼り合わされている。そして、これら素子基板５４と対向基板５５との間の間隙に、液晶５７が封入されている。

素子基板５４の下面（バックライト５２側の側面）には、偏光板や位相差板などの光学基板５８が貼り合わされている。光学基板５８は、バックライト５２からの光を直線偏光
にして液晶５７に出射するようになっている。素子基板５４の上面（対向基板５５側の側面：素子形成面５４ａ）には、一方向（Ｘ矢印方向）略全幅にわったって延びる複数の走査線Ｌｘが配列形成されている。各走査線Ｌｘは、それぞれ素子基板５４の一側に配設される走査線駆動回路５９に電気的に接続されるとともに、走査線駆動回路５９からの走査信号が、所定のタイミングで入力されるようになっている。また、素子形成面５４ａには、Ｙ矢印方向略全幅にわたって延びる複数のデータ線Ｌｙが配列形成されている。各データ線Ｌｙは、それぞれ素子基板５４の他側に配設されるデータ線駆動回路６１に電気的に接続されるとともに、データ線駆動回路６１からの表示データに基づくデータ信号が、所定のタイミングで入力されるようになっている。素子形成面５４ａであって、走査線Ｌｘとデータ線Ｌｙの交差する位置には、対応する走査線Ｌｘ及びデータ線Ｌｙに接続されてマトリックス状に配列される複数の画素６２が形成されている。各画素６２には、それぞれＴＦＴなどの図示しない制御素子や、透明導電膜などからなる光透過性の画素電極６３が備えられている。

図６において、各画素６２の上側全体には、ラビング処理などによる配向処理の施された液晶配向膜６４が積層されている。液晶配向膜６４は、配向性高分子からなる薄膜パターンであって、対応する画素電極６３の近傍で、液晶５７の配向を所定の配向に設定するようになっている。この液晶配向膜６４は、インクジェット法によって形成されている。すなわち、液晶配向膜６４は、ポリイミド等の液晶配向膜形成材料を所定の溶媒に溶解した溶液（液晶配向膜形成用組成物Ｆ）を液滴Ｆｂ（図９参照）として各画素６２の上側全体に吐出し、着弾した液滴Ｆｂを乾燥させることによって形成されている。

前記対向基板５５の上面には、光学基板５８からの光と直交する直線偏光の光を外方（図６における上方）に出射する偏光板６５が配設されている。対向基板５５の下面（素子基板５４側の側面：電極形成面５５ａ）全体には、各画素電極６３と相対向するように形成された光透過性の導電膜からなる対向電極５６が積層されている。対向電極５６は、前記データ線駆動回路６１に電気的に接続されるとともに、そのデータ線駆動回路６１からの所定の共通電位が付与されるようになっている。対向電極６６の下面全体には、ラビング処理などによる配向処理の施された液晶配向膜６７が積層されている。この液晶配向膜６７は、前記液晶配向膜６４と同じく、インクジェット法によって形成されるとともに、前記対向電極６６の近傍で、液晶５７の配向を所定の配向に設定するようになっている。

そして、各走査線Ｌｘを線順次走査に基づいて１本ずつ所定のタイミングで選択して、各画素６２の制御素子を、それぞれ選択期間中だけオン状態にする。すると、各制御素子に対応する各画素電極６３に、対応するデータ線Ｌｙからの表示データに基づくデータ信号が出力される。各画素電極６３にデータ信号が出力されると、各画素電極６３と対向電極６６との間の電位差に基づいて、対応する液晶５７の配向状態が変調される。すなわち、光学基板５８からの光の偏光状態が画素６２ごとに変調される。そして、変調された光が偏光板６５を通過するか否かによって、表示データに基づく画像が、液晶パネル５３の上側に表示される。

次に、上記液晶配向膜６７（液晶配向膜６４）を形成するための液滴吐出装置７０からなる配向膜形成装置を図７〜図９に従って説明する。
図７は、液滴吐出装置７０を説明するための全体斜視図を示す。図７において、液滴吐出装置７０は配向膜形成装置であって、直方体形状に形成された基台７１を有している。基台７１の上面には、その長手方向（Ｙ矢印方向）に沿って延びる一対の案内溝７２が形成されている。案内溝７２の上方には、案内溝７２に沿って主走査方向（Ｙ矢印方向及び反Ｙ矢印方向）に移動するステージ７３が備えられている。ステージ７３の上面には、前記対向電極６６を上側にした対向基板５５を載置可能にする載置面７４が形成されて、載置された状態の対向基板５５をステージ７３に対して位置決め固定するようになっている
。尚、本実施形態では、載置面７４に対向基板５５を載置する構成にしているが、これに限らず、前記各画素電極６３を上側にした素子基板５４を載置する構成にしてもよい。

基台７１には、主走査方向と直交する副走査方向（Ｘ矢印方向及び反Ｘ矢印方向）に跨ぐ門型のガイド部材７５が架設されている。ガイド部材７５の上側には、Ｘ矢印方向に延びるタンク７６が配設され、そのタンク７６には前記液晶配向膜形成用組成物Ｆが収納されている。

そのタンク７６に収容された液晶配向膜形成用組成物Ｆは、該タンク７６に接続された供給チューブＴ（図９参照）を介して液滴吐出ヘッド（以下単に、吐出ヘッドという。）８０に所定の圧力で供給されるようになっている。そして、吐出ヘッド８０に供給された液晶配向膜形成用組成物Ｆは、該吐出ヘッド８０から液滴Ｆｂとなって載置面７４に載置された対向基板５５に向かって吐出されるようになっている。

ガイド部材７５には、そのＸ矢印方向略全幅にわたって、Ｘ矢印方向に延びる上下一対のガイドレール７８が形成されている。上下一対のガイドレール７８には、キャリッジ７９が取り付けられている。キャリッジ７９は、ガイドレール７８に案内されてＸ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に移動する。キャリッジ７９には、吐出手段としての液滴吐出ヘッド８０が搭載されている。

図８は、吐出ヘッド８０をステージ７３側（下側）から見た図である。吐出ヘッド８０のノズルプレート８５は、上記した第１ノズル列１０と第２ノズル列１１を備えている。第１及び第２ノズル列１０，１１では、上記図２（ａ）で説明した条件で、各ノズルＮ（１０ａ，１０ｂ…，１１ａ，１１ｂ…）が形成されている。

図９は、吐出ヘッド８０の内部構成を説明するための要部断面図である。
図９において、吐出ヘッド８０の上側には、供給チューブＴが連結されている。供給チューブＴは、タンク７６の液晶配向膜形成用組成物Ｆを吐出ヘッド８０に供給する。ノズルプレート８５の各ノズルＮの上側には、供給チューブＴに連通するキャビティ８６が形成されている。キャビティ８６は、供給チューブＴからの液晶配向膜形成用組成物Ｆを収容して、対応するノズルＮに液晶配向膜形成用組成物Ｆを供給する。キャビティ８６の上側には、上下方向に振動してキャビティ８６内の容積を拡大及び縮小する振動板８７が貼り付けられている。振動板８７の上側には、ノズルＮに対応する圧電素子ＰＺが配設されている。圧電素子ＰＺは、上下方向に収縮及び伸張して振動板８７を上下方向に振動させる。

上下方向に振動する振動板８７は、液晶配向膜形成用組成物Ｆを所定サイズの液滴Ｆｂにして対応するノズルＮから吐出させる。吐出された液滴Ｆｂは、対応するノズルＮの反Ｚ矢印方向に飛行して、直下を通過する対向基板５５の吐出面５５ａに対して着弾するようになっている。

つまり、吐出ヘッド８０の直下を主走査方向に対向基板５５が移動するとき、前記した図３で示すように、対向基板５５に対して吐出ヘッド８０から液滴Ｆｂを吐出する。
そして、１回目の吐出後、第１ノズル列１０及び第２ノズル列１１から所定のタイミングで所定の位置に液晶配向膜形成用組成物Ｆを吐出する（２回目の吐出）。この２回目の吐出により、図３に示すように、１回目の吐出により形成された塗布ドットに部分的に重なるように２回目の塗布ドットが形成される。

次いで、第１ノズル列１０及び第２ノズル列１１から所定のタイミングで所定の位置に液晶配向膜形成用組成物Ｆを同様に吐出する（３回目の吐出）。この３回目の吐出により
、図３に示すように、２回目の吐出により形成された塗布ドットに部分的に重なるように３回目の塗布ドットが形成される。

さらに、４回目以降も同様の吐出を行うことにより、図３に示すように、塗布ドットの重なりが形成される。このようにして、過不足なく液晶配向膜形成用組成物Ｆを効率的に塗布することができ、対向基板５５上に液晶配向膜６７を形成することができる。

この液滴吐出装置７０によれば、重なって塗布される部分を少なくすることができるので、極薄い膜を効率よく形成することができる。特に、１０〜１００ｎｍの極薄い液晶配向膜６７を形成するのに適している。

また、重なり部分を少なくすることにより液晶配向膜形成用組成物Ｆの使用量を節約でき、コストの低減を図ることができる。
また、隣接する塗布ドット間には、縦方向においても横方向においても、塗布ドットが形成される時間差が短いため、その境界に乾燥時間の差による乾燥ムラが生じることはない。従って、対向基板５５の全面に乾燥ムラやスジムラのない均一な液晶配向膜６７を形成することができる。その結果、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。

本発明の液滴吐出装置の一例の概略図である。 本発明の液滴吐出装置の一例による塗布ドットの形成を説明する図であって、（ａ）はノズルの配列を説明する図、（ｂ）は塗布ドットを説明する図である。 本発明の液滴吐出装置の一例による塗布ドットの形成を説明する図である。 本発明の機能膜形成方法の一例である液晶配向膜形成方法を示すフローチャートである。 液晶表示装置の斜視図。 図５に示す液晶表示装置の６−６線断面図。 液滴吐出装置を説明するための全体斜視図。 吐出ヘッドの下面図。 吐出ヘッドの一部切欠側面図。

符号の説明

２…基板、１０…第１ノズル列、１１…第２ノズル列、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…ノズル、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…塗布ドット、Ｌ…ノズル間隔、Ｍ…塗布ドット径、２２…液滴吐出ヘッド、２４…ヘッド本体、２６…ノズル形成面、２８…テーブル、３０…タンク、３２…吐出物搬送管、３２ａ…吐出物流路部アース継手、３２ｂ…ヘッド部気泡排除弁、３４…吐出物、３４ａ…液面、３６…液面制御センサ、４０…吸引キャップ、４２…吸引バルブ、４４…吸引圧検出センサ、４６…吸引ポンプ、４８…廃液タンク、５０…液晶表示装置、５３…液晶表示パネル、５４…素子基板、５５…対向基板、６４，６７…配向膜、７０…液滴吐出装置、８０…液滴吐出ヘッド、Ｆ…液晶配向膜形成用組成物、Ｎ…ノズル。

Claims (13)

1. 液滴吐出へッドのノズル形成面に形成された複数のノズルから、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、前記基板上に機能膜を形成するための液滴吐出装置であって、
   前記複数のノズルは、直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、
   前記ノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、
   前記液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、
   前記ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、
   前記ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、
   Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、
   ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、前記基板又は前記液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、前記複数のノズルから前記機能膜形成用組成物を吐出する
   ことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 膜厚が１０〜１００ｎｍの機能膜を形成するものである請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記機能膜形成用組成物が、表面張力が３０〜４５ｍＮ／ｍの溶液である請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記機能膜形成用組成物が、粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓの溶液である請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
5. 前記機能膜形成用組成物が、液晶配向膜形成用組成物である請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
6. 請求項１に記載の液滴吐出装置を用いて、機能膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、機能膜を形成することを特徴とする機能膜形成方法。
7. 膜厚が１０〜１００ｎｍの機能膜を形成するものである請求項６に記載の機能膜形成方
   法。
8. 前記機能膜形成用組成物として、表面張力が３０〜４５ｍＮ／ｍの溶液を用いる請求項６又は７に記載の機能膜形成方法。
9. 前記機能膜形成用組成物として、粘度が３〜２０ｍＰａ・ｓの溶液を用いる請求項６〜８のいずれかに記載の機能膜形成方法。
10. 前記機能膜形成用組成物が液晶配向膜形成用組成物である請求項６〜９のいずれかに記載の機能膜形成方法。
11. 液滴吐出へッドのノズル形成面に形成された複数のノズルから、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、前記基板上に液晶配向膜を形成するための液晶配向膜形成装置であって、
    前記複数のノズルは、直線状に略等間隔に配列されたノズル列を構成し、
    前記ノズル列は、各ノズルが千鳥配置となるように複数配列され、
    前記液滴が基板上に着弾して乾燥した塗布ドットの直径をＬ、
    前記ノズル列内におけるノズル間の距離をＭ、
    前記ノズル列間におけるノズル間の距離をＮとすると、
    Ｌ＜Ｍ＜２ＬとＬ＜Ｎ＜２Ｌとを満たし、
    ｉ回目（ｉは１以上の整数）の吐出により形成された塗布ドットに、ｉ＋１回目の吐出により形成される塗布ドットが部分的に重なるように、前記基板又は前記液滴吐出ヘッドを直線的に走査させながら、前記複数のノズルから前記液晶配向膜形成用組成物を吐出する
    ことを特徴とする液晶配向膜形成装置。
12. 請求項１１に記載の液晶配向膜形成装置を用いて、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、該基板上に液晶配向膜を形成することを特徴とする液晶表示装置の液晶配向膜形成方法。
13. 走査方向に隣接して形成される塗布ドットが所望の重なりが形成されるように、液晶配向膜形成用組成物の液滴を基板上に吐出して、該基板上に液晶配向膜を形成するものである請求項１２に記載の液晶表示装置の液晶配向膜形成方法。

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