JP4704423B2 - 液晶ディスプレイ用ポリマー配向層にミクロンスケールの溝を形成するプロセス - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

[技術分野]
本発明は一般に、液晶ディスプレイに関し、特に、それに限定するわけではないが、液晶ディスプレイの配向層にミクロンスケールの溝(microgroove)形成に関する。

[背景技術]
液晶セルは、テレビ、時計、計算機、コンピュータディスプレイ及び携帯電話のようなエレクトロニクス機器に関連する液晶ディスプレイの一部として広範に使用されている。図1Aは液晶(LC)ディスプレイセル100の実施例の側面を図示し、図1Bは液晶(LC)ディスプレイセル100の実施例の上面を図示している。LCディスプレイセル100は、その表面104に形成されたバリア(dam)106を有する4角形(die)102を有する。バリア106は表面104の一部に密閉された境界を形成する。表面112及び表面113を有する透明被覆体108が、そのごく一部がバリアから突出するように、バリア106に取り付けられ、周囲を密閉する。4角形102の表面104、バリア106及び透明被覆体108は深さdの密閉容積116を画定する。密閉容積116が液晶で満たされることで液晶セルは完成する。1つの実施例では、距離dがmmからμmの範囲を取ることが可能にもかかわらず、容積116は約1μmの深さdを有する。図示された実施例では、LCセル100は基板103に取り付けられている。1つの実施例では、基板103はセラミック基板だが、実施例によっては違った基板であって良い。セラミック基板103は、たとえばヒートシンク、電子回路、及び/又は、エレクトロニクス素子、並びにそれらと同様のもののような、ここで図示されていない他の構成部品を有して良い。4角形102は、ボンドパッド120及びワイヤボンド124を介して基板103と電気的に接続する。透明被覆体108の突出部は、セラミック基板又は、回路とクロスオーバーするアース接続126によって電気的に接続する。

図1CはLCセル100の透明被覆体108の構造を図示している。被覆体108は配向層117を有する透明基板110を有する。配向層は基板110の表面115上に成膜される。図示されていないとはいえ、透明導電層が大抵の場合基板に成膜され、導電層は一般には基板表面115に成膜される（つまり導電層は、基板110と配向層117とで挟まれる）。しかし、実施例によっては基板外側表面113に導電層を成膜しても良い。導電層は電極として機能する。この電極としての機能により、電場が容積116内部の液晶に印加され、液晶の配向が変化することでディスプレイが変化する。1つの実施例では、電気信号はボンドパッド120に接続する金属線(trace)を介して4角形へ送られ、距離dの液晶を通り抜けて導電層へ流れることで、像を表示する液晶を配向させる。導電層は、クロスオーバーするアース接続126を介して基板103に対して接地されている。容積116内で液晶と接する配向層112の面は大抵の場合複数のミクロンスケール溝を有する。ミクロンスケール溝118の目的は、容積116内部で液晶に初期配向を与えることである。大抵の場合、液晶の初期配向はミクロンスケール溝に平行である。液晶の初期配向は実質的な進行深さ、つまり、配向層は容積116内の液晶を、その全深さdで、最初は所望の方向に配向させる（図1A参照）のが好ましい。

[発明が解決しようとする課題]
現在は、配向層中のミクロンスケール溝114は、レーヨンを束ねた繊維(rayon pile cloth)であって、600μmの繊維長、15μmの繊維直径及び1cm²あたり32000本の繊維数を有するレーヨンを束ねた繊維のような性質の研磨剤で層108をハンドラビング(hand-rubbing)することで形成される。結果生成されたミクロンスケール溝の品質が理想のものよりも低いことに加え、ミクロンスケールの溝を形成するハンドラビング法は他に複数の欠点を有する。とりわけ、その方法では、均一でかつ一貫したパターンが生成されず、配向の侵入深さに影響を及ぼしてしまうかもしれない。ハンドラビングはまた、時間がかかり(time intensive)、かつ労働集約的(labor intensive)である。その結果、液晶ディスプレイのコストが増大する。ハンドラビング法は、製造環境に適合させるのが難しく、液晶ディスプレイの製造におけるスケールメリットを実現するのは困難である。

本発明の非限定的かつ非網羅的実施例は以下の図を参照することで説明される。ここで、特に断らない限り、全ての図において、同一の参照番号は同様の部品を指す。

[実施例]
液晶ディスプレイで使用されるような配向層を作製するため、ポリマー層にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例についてここで説明する。以降の説明では、本発明の実施例を完全に理解してもらうため多数の具体的詳細(specific details)について説明する。しかし、当業者は、本発明が1つ以上の具体的詳細が与えられなくても実行可能なものであり、又、他の方法、構成要素、材料等でも実行可能であるということを理解する。他の場合では、周知の構造、材料又は動作については詳細な図示又は説明をしていない。それは本発明の態様が曖昧になることを避けるためである。

図2A及び図2Bは配向層中に複数のミクロンスケール溝をインプリントするマイクロツール200の実施例を図示している。作製されるパターンサイズが小さいため、ツールは“マイクロツール”と呼ばれる。ツールそれ自体は、たとえ可能であっても、必ずしも小さなサイズである必要はない。図2Aは、ツール200の基本構造を図示した側面図である。ツール200は、複数のミクロンスケール溝204を有する接触面202を有する。実施例によっては、他の材料又は材料の組み合わせを使用しても良いが、1つの実施例では、ツール200はニッケル(Ni)を使用して作製される。1つの実施例では、ミクロンスケール溝204はエッチングして作製しても良いし、又は、さもなければリソグラフィのような従来手段を使用して接触面202上に作製しても良い。図2Bは、ツール200の接触面202の上面図である。ツール200の接触面202は、複数のミクロンスケール溝を有するパターン208を有する。パターンは、幅B及び深さWを有する。1つの実施例では、これらのサイズは、LCセル中のバリアのサイズに対応する。それは、ツールが配向層中にミクロンスケール溝を形成するのに使用されるからである。

図3Aから図3Dは、図2Aの円206で囲まれた領域の拡大図である。これらの図は、ミクロンスケール溝204がとることのできる断面プロファイルの様々な実施例を図示している。ポリマー膜に形成されるミクロンスケール溝の断面プロファイルはもちろん、ミクロンスケール溝204の断面プロファイルに対応する。図3Aは、三角又は“鋸歯状”断面プロファイルを有するミクロンスケール溝を図示している。図3Bは、正方形の断面プロファイルを有するミクロンスケール溝を図示している。図3C及び図3Dは、ミクロンスケール溝の2つのバリエーションを図示している。両方とも、“間隔のあいた三角形プロファイル”又は、“間隔のあいた鋸歯状プロファイル”と表現することが可能な断面プロファイルを有する。1つの実施例では、個々の溝の幅Wはナノメーターオーダーであって良く、さらに個々の溝の間隔P（“ピッチ”としても知られている）もまたナノメートルオーダーであって良い。1つの特別な実施例では、たとえば、溝は100nmの幅W及び150nmのピッチPを有して良い。それらの値よりも実質的に大きい、及び/又は小さい幅及びピッチは他の実施例で可能である。用途に応じて、ミクロンスケール溝の幅及びピッチはÅオーダーからmmオーダーまで変化させて良い。

図3Aから図3Dに図示された断面プロファイルの各実施例では、ミクロンスケール溝204は深さAを有する。大抵の場合では、深さAは、配向層が作製されるポリマー膜410（図4B参照）の厚さt以下である。しかし場合によっては、ポリマー膜の膜厚tよりも深いAを使用して所望のプロファイルを形成しても良い。たとえば、深さAがポリマー膜410の厚さtよりも大きな場合には、図3Aで図示したような断面プロファイルを有するミクロンスケール溝を有するツール200を使用して、図3Dで図示したような断面プロファイルを有するミクロンスケール溝を作製することが可能である。

たとえここで少数のミクロンスケール溝断面プロファイルしか図示していないとしても、ミクロンスケール溝の断面プロファイルは図示されていない他の形状のものでも良い。それに加えて、ツール中のすべてのミクロンスケール溝204及び、配向層中に形成されるすべての前記溝に対応するミクロンスケール溝は同一断面プロファイルを有する必要はなく、異なる断面プロファイル及び/又は異なる深さAを組み合わせたプロファイルを有して良い。また、ミクロンスケール溝204は、規則的な一定の深さを有する必要はない。各溝の深さが互いに異なるようなミクロンスケール溝パターンも可能である。

図4Aから図4Fは、ポリマー層にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。図4A及び図4Bは、透明基板402の表面406へのポリマー層410の成膜手順を図示している。1つの実施例では、透明基板402はガラスであって良いが、実施例によっては別な型の透明基板を使用して良い。また、1つの実施例では、ポリマー膜はポリイミドである。販売されているポリイミドの例としては、日産化学から販売されている、ニッサンRN1332（商標）がある。他の実施例では、ポリマー膜はポリビニルアルコール(PVOH)のような他の物質であって良い。販売されているPVOHsの例としては、日産化学から販売されている、ニッサンSE150（商標）及びニッサンSE12710（商標）がある。さらに別な実施例では、ここで紹介又は言及されていない他のポリマーを使用しても良い。図4Aの実施例では、ポリマーが所望の厚さtに達するまで、噴霧ユニット404は表面406上に適切なポリマーを噴霧する。所望の厚さに達した時点で噴霧は停止する。他の実施例では、膜410はたとえばスピンコーティングのような他の手段によって表面406上に成膜されて良い。図4Bは透明基板402の表面にポリマー膜を成膜した結果を図示している。基板402はポリマー膜410を有する基板である。ポリマー膜は均一な厚さtを有することが好ましい。ポリマー膜410の厚さがnmオーダーからμmのオーダーである一方、透明基板の厚さは一般的にはmmのオーダーである。1つの特別な実施例では、たとえば、ポリマー膜の厚さが約50nmである一方、基板402は約0.5mmの厚さを有する。

図4Cは、ポリマー膜410がよりよくインプリントツールからのミクロンスケール溝のインプリントを受けるための条件を図示している。要求される条件の種類は、その大部分をポリマー膜410用に選択されたポリマーに依存する。図4Cで図示された実施例では、ポリマー膜410の温度を上昇させることができるように、透明基板402及びポリマー膜410はオーブン又はオートクレーブ412に挿入される。ポリマー膜の温度を上昇させることで、ポリマー膜410は、ツールによるミクロンスケール溝のインプリントされやすくなる。しかし他の実施例では、要求されるポリマー膜の条件は異なっていて良い。たとえば、ミクロンスケール溝がインプリントされる前にポリマー膜の部分的又は完全に処理が必要となるだろう。これは、ポリマーが液体で表面406に塗布される場合又はポリマー膜の粘性が非常に低い場合に当てはまる。さらに別な実施例では、ポリマー膜を基板上に成膜した後、ポリマー膜に何も処理をしなくても、ポリマー膜にミクロンスケール溝をインプリントすることが可能である。そのような場合、ポリマー膜に課せられる条件はないに等しい。よって、インプリント前におけるポリマー膜の条件は任意であり、ポリマー膜に選択されるまさにそのポリマーに依存する。

図4Dから図4Fは、配向層を形成するポリマー層410にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。図4Dに図示されているように、複数のミクロンスケール溝418を有するパターンを有する接触面416を有するツール414がポリマー膜410に押しつけられる。図4Eでは、ツールの接触面416つまりはツールのミクロンスケール溝418はポリマー膜410と接触し、必要であれば力Fがツールに加えられることで、ツールのミクロンスケール溝418はポリマー膜410に押しつけられる。それによってポリマー膜中に、ミクロンスケール溝418に対応するミクロンスケール溝420（図4F参照）のパターンが形成され、ポリマー層は配向層となる。ポリマー層にミクロンスケール溝をインプリントするのに必要な力Fの大きさは、使用されるポリマー及びインプリント時におけるポリマー膜の物理的状態に依存して変化する。ほとんど力を加えなくてもよい場合もあれば、大きな力をかける必要がある場合もあるだろう。図4Fでは、ツールの接触面がポリマー層から除去され、ポリマー層410にミクロンスケール溝420が残されている。プロセスの実施例によっては、ポリマー層410は、インプリント後にさらなるプロセスを必要とするかもしれない。たとえば、ポリマー層が部分的に処理された後にミクロンスケール溝がインプリントされた場合、ポリマー層410をさらに硬化させるのに別なプロセスが必要となる。

図5Aから図5Cは、ポリマー層にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの別な実施例を図示している。図5A及び図5Bは、図4D及び図4Eで図示されたようなプロセスの一部を図示している。図5Aでは、複数のミクロンスケール溝418を有するパターンを有する接触面416を有するツール414がポリマー膜410に押しつけられる。図5Bでは、ツールの接触面416つまりはツールのミクロンスケール溝418はポリマー膜410と接触し、必要であれば力Fがツールに加えられることで、ツールのミクロンスケール溝418はポリマー膜410に押しつけられる。それによってポリマー膜中に、ミクロンスケール溝418に対応するミクロンスケール溝420のパターンが形成され、ポリマー層は配向層となる。

図5Cは、図5Bの側面図で図示されたプロセスの上面図である。ツール414の接触面上のミクロンスケール溝418がポリマー膜にミクロンスケール溝420を形成するように、ツール414の接触面416はポリマー膜410に接触する。しかしこの実施例では、接触面416がポリマー膜と接触したままである一方で、ツール全体は、ミクロンスケール溝の方向である矢印422又は、ミクロンスケール溝に垂直な方向である矢印424のいずれかの方向に振動する。ツールの振動の振幅は非常に小さなもので、その目的は、たとえばツールの振動を介してミクロンスケール溝を研磨する、又はインプリント中に変位するポリマー材料を除去することで、ミクロンスケール溝をポリマー層に良好な状態で形成することである。別な実施例では、ツールが振動するときに、より研磨及び/又は形成手順が実現するように、ツールのミクロンスケール溝418に研磨剤を使用して良い。ミクロンスケール溝に使用される物質の摩損性は、ポリマー膜410の硬さ並びに、必要とされる形成及び/又は研磨の程度のような因子に依存する。

本発明の図示された実施例に関する上記説明は、これには要約で説明されていることも含まれる、網羅的なものではないし、本発明を開示されているまさにその形式に限定するものではない。本発明の具体的実施例は図示を目的として説明されており、当業者には、本発明の技術的範囲内で様々な均等なバリエーションが可能であることが分かるだろう。これらのバリエーションは、上述の説明の観点から本発明に属する物と考えられる。

請求項で使用されている語は、特許請求の範囲及び明細書で開示されている具体的実施例に本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲で与えられた請求項で決定される。その決定は、クレーム解釈に関する確立された原則に従ったものである。

液晶ディスプレイの実施例の側面を図示している。 液晶ディスプレイの実施例の上面を図示している。 液晶ディスプレイ用透明被覆体の実施例の拡大された側面を図示している。 ミクロンスケール溝パターンを有するマイクロツールの実施例の拡大された側面を図示している。 図2Aで図示されたようなツールの接触面の実施例の上面を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールの実施例を使用することが可能なミクロンスケール溝の様々な実施例における拡大された断面を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールの実施例を使用することが可能なミクロンスケール溝の様々な実施例における拡大された断面を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールの実施例を使用することが可能なミクロンスケール溝の様々な実施例における拡大された断面を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールの実施例を使用することが可能なミクロンスケール溝の様々な実施例における拡大された断面を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図2A及び図2Bで図示されたようなツールを使用した、図1Cで図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの実施例を図示している。 図3で図示されたようなツールを使用した、図2で図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの別な実施例を図示している。 図3で図示されたようなツールを使用した、図2で図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの別な実施例を図示している。 図3で図示されたようなツールを使用した、図2で図示されるようなガラス基板に成膜されるポリマー膜上にミクロンスケール溝をインプリントするプロセスの別な実施例を図示している。

Claims (18)

1. ポリマー膜を透明基板に成膜する手順；
   前記ポリマー膜の条件を設定する手順；及び、
   前記ポリマー膜に対してツールの接触面を押しつけることで、前記接触面は該接触面上に形成された複数のミクロンスケール溝を有するパターンを有し、かつ前記ポリマー膜面内で前記接触面を振動させることで、前記のポリマー膜に複数のミクロンスケール溝をインプリントする手順；
   を有し、
   前記振動の振幅は小さく、かつ
   前記振動は前記インプリント中に変位するポリマー材料を除去し、かつ前記ミクロンスケール溝を研磨する、
   ことを特徴とするプロセス。
2. 前記ポリマー膜はポリイミド(PI)又はポリビニルアルコール(PVOH)を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記透明基板はガラスを有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記の透明基板にポリマー膜を成膜する手順は、噴霧又はスピンコーティングによって前記透明基板に前記ポリマー膜を成膜する手順を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記パターン中の前記複数のミクロンスケール溝は選択されたプロファイルを有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記選択されたプロファイルは、正方形のプロファイル、三角形のプロファイル、間隔の空いた三角形のプロファイル又はこれらを組み合わせたプロファイルであることを特徴とする、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記のポリマー膜に条件を設定する手順は前記ポリマー膜の温度を上昇させる手順を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記のポリマー膜に条件を設定する手順は前記ポリマー膜を少なくとも部分的に処理する手順を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記ミクロンスケール溝に研磨剤が用いられることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
10. 上にポリマー膜が成膜されている透明基板を提供する手順；
    複数のミクロンスケール溝を有する接触面を有するツールを提供する手順；
    前記接触面を前記ポリマー膜に押しつける手順；及び、
    前記ポリマー膜面内で前記接触面を振動させる手順；
    を有するプロセスであって、
    前記振動の振幅は小さく、かつ
    前記振動は前記インプリント中に変位するポリマー材料を除去し、かつ前記ポリマー膜のミクロンスケール溝を研磨する、
    プロセス。
11. 前記ポリマー膜はポリイミド(PI)又はポリビニルアルコール(PVOH)を有することを特徴とする、請求項１０に記載のプロセス。
12. 前記透明基板はガラスを有することを特徴とする、請求項１０に記載のプロセス。
13. 前記複数のミクロンスケール溝は選択されたプロファイルを有することを特徴とする、請求項１０に記載のプロセス。
14. 前記選択されたプロファイルは、正方形のプロファイル、三角形のプロファイル、間隔の空いた三角形のプロファイル又はこれらを組み合わせたプロファイルであることを特徴とする、請求項１３に記載のプロセス。
15. 前記ポリマー膜に条件設定する手順をさらに有する、請求項１０に記載のプロセス。
16. 前記のポリマー膜に条件を設定する手順は前記ポリマー膜の温度を上昇させる手順を有することを特徴とする、請求項１５に記載のプロセス。
17. 前記のポリマー膜に条件を設定する手順は前記ポリマー膜を少なくとも部分的に処理する手順を有することを特徴とする、請求項１５に記載のプロセス。
18. 前記ミクロンスケール溝に研磨剤が用いられることを特徴とする、請求項１０に記載のプロセス。

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