JP4768393B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触方式により形成した配向膜を有する液晶表示装置およびその製造方法に関し、特に配向膜端部の精度を改善した液晶表示装置およびその製造方法に関する。

一般に、液晶表示装置は、スイッチング素子を有する基板とこの基板と対向するもう一方の基板の間に液晶層が挟持され、この液晶層と基板の界面にその配向膜を設けている。この配向膜の製造方法として、例えば液晶表示装置の配向膜を印刷する場合がある。この配向膜を印刷する場合、製造装置からの異物付着を防止する等の理由のため、インクジェット方式などの非接触方式による配向膜印刷方法が用いられている。この非接触方式による配向膜印刷方法においては、配向膜材料を非常に小さな液滴として基板上方の離れた位置から等間隔に印刷するため、液滴が濡れ広がって液滴同士がレベリングされると均一な膜厚の配向膜が形成することができる。

しかしながら、実際には印刷エリアの最外周に印刷の配向材の液滴は、印刷エリア外周方向に濡れ広がるため、印刷エリアの外周部は膜厚が均一になりにくい。また配線などのパターンに沿って、濡れ広がりやすいため、印刷端部の制御性が良くない。

図１６はこのような従来例１の液晶表示装置の部分断面図である。この液晶表示装置１ｃは、第１の基板としてのアレイ基板１０ｃと、第２の基板としてのカラーフィルタ基板２０ｃと、これら第１の基板と第２の基板とを接合するシール材５０と、第１の基板と第２の基板との間に挟み込まれた液晶層３０とを備えている。各基板の液晶層３０と接する面には配向膜４０が設けられる。

また、アレイ基板１０ｃは、基板１１上に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１２と、スイッチング素子に接続された表示エリア９０となる画素電極や他の電極とを設け、これら各素子を設けた基板１１上に配向膜４０を設けている。カラーフィルタ基板２０ｃは、基板２１上にブラックマトリクス７０とカラーフィルタ８０とを設け、これらの上に配向膜４０ａを設けている。また、配向膜４０，４０ａは、非接触印刷方式により各基板上方より吐出され、焼成することにより成膜される。

この従来例１において、配向膜４０，４０ａは、図１７（ａ）〜（ｄ）の工程順断面図のように、形成される。まず、図１７（ａ）のように、基板１１上の表示領域９０に配向材の液滴４１が吐出される。この配向材の液滴４１は、図１７（ｂ）、（ｃ）のように、順次自重によりレベリングしながら、表示領域９０の外周方向に濡れ広がる。そして図１７（ｄ）のように、平坦な配向膜４０を形成する。この場合、配向膜４０の端部が膜厚の薄い薄厚領域４４となってしまい、配向膜４０の膜厚が均一になりにくい問題がある。

また、従来例２として特許文献１に示された液晶表示装置がある。この液晶表示装置の構成は、図１８（ａ）（ｂ）の液晶表示装置の概略平面図およびその端部の断面図、図１９（ａ）（ｂ）のそのアレイ基板１の概略平面図およびその端部拡大図に示される。

この液晶表示装置１ｄは、図１８（ａ）（ｂ）のように、アレイ基板１０ｄとカラーフィルタ基板２０ｄとをシール材５０ａを介して互いに接着し、そのアレイ基板１０ｄとカラーフィルタ基板２０ｄとの間に液晶材料を封入して液晶層３０を設けて構成される。

アレイ基板１０ｄ上には、複数本のドレイン線１１３…と複数本のゲート線１１２…とがマトリックス状に配置されており、各交点に配置される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：図示せず）を介して、画素電極と、ドレイン線１１３…およびゲート線２…とが接続され、表示部９０ａが構成される。また、ゲート線１１２…およびドレイン線１１３には、図示せぬゲート線駆動回路およびドレイン線駆動回路が接続される。また、このようにして形成される画素電極…、薄膜トランジスタ…、ゲート線１１２…、ドレイン線１１３…上には配向膜４０ａが形成されている。

また、アレイ基板１０ｄの周縁部には、図１９（ｂ）のように、数本の凹凸パターン１００が形成されている。この凹凸パターン１００は、中間凹凸パターン１０３、内側凹凸パターン１０２および外側凹凸パターン１０１から構成される。内側凹凸パターン１０２および外側凹凸パターン１０１が、アレイ基板１０ｄの周縁部の、シール材５０ａのパターンの内側および外側に沿うように枠状に形成されている。ここで、内側凹凸パターン１０２および外側凹凸パターン１０１は液晶注入口１０５を除いて形成されている。また、内側凹凸パターン１０２と外側凹凸パターン１０１との間のアレイ基板１０ｃ上には、内側凹凸パターン１０２および外側凹凸パターン１０１と略同一形状の中間凹凸パターン１０３が同じく液晶注入口５を除いて形成される。

この凹凸パターン１００は、被膜として、強度の強いシリカ膜や窒化シリコン膜よりなる。また、カラーフィルタ基板２０ｄ上には、カラーモザイクフィルタと共通電極とが設けられ、これらの上には配向膜４０、４０ａが形成されている。そして、アレイ基板１０ｄ、カラーフィルタ基板２０ｄに形成された配向膜４０、４０ａを配向処理し、その後、配向膜４０、４０ａを対面させてアレイ基板１０ｄとカラーフィルター基板２０ｄを対向配置し、アレイ基板１とカラーフィルタ基板１０ｄとを枠状に塗布されたシール材５０ａによって所定間隔を隔てて接着している。また、アレイ基板１０ｄとカラーフィルター基板２０ｄとの間には、液晶注入口１０５より液晶を注入し、この液晶は封止部材によって封止されている。

このように凹凸パターン１００を形成することによって、内側凹凸パターン１０２と、外側凹凸パターン１０１とによりシール材５０ａが流れ広がるのを防止することができ、従って、シール幅を所定の幅とすることができる。尚、この内側凹凸パターン１０２、外側凹凸パターン１０１、中間凹凸パターン１０３は、それぞれの幅は１μｍ、高さは１μｍ、内側凹凸パターン１０２と外側凹凸パターン１０１との間は０．５ｍｍの間隔に設定されている。また、中間凹凸パターン１０３とシール材５０ａとにより、一対の基板１０ｄ、２０ｄを支持するスペーサとなる。

このような構成により、アレイ基板１０ｄとカラーフィルタ基板２０ｄとの間のギャップ均一性を制御し易くなる。また、被膜より構成された凹凸パターンは薄い構成とすることができるので、液晶表示装置のような薄型の構成のものに適用することができる。

また、塗布するシール材は基板上の位置でばらつくのであるが、内側凹凸パターンおよび外側凹凸パターンを形成することによって、シール接着工程においてアレイ基板１０ｄとカラーフィルタ基板２０ｄとをシール材５０ｂを介して圧着しても、シール材のシール幅を所定の幅内とすることができる。

すなわち、従来例２には、電極及び配向膜が形成された液晶表示装置において、内側凹凸パターン１０２外側凹凸パターン１０１が、シール材５０ｂを囲むように形成されると共に、内側凹凸パターン１０２が、一対の基板のうち一方の基板に形成された表示部９０を囲むように形成されることを記載している。

また、従来例３として特許文献２には、液晶表示装置の配向膜をインクジェット方式により形成する工程の記載がある。

さらに、従来例４として特許文献３には、第１図、２頁右下段５〜６行目に液晶表示パネルと駆動回路基板とを対向させて配置し、３頁左４〜１６行目に圧縮された撥水性樹脂が、スペーサの周囲に押出され、スペーサ（シール材）と液晶パネルの端子電極との微少隙間を充填するという記載がある。

特開２００１−３３０８３７号公報（図1１、図１３、段落番号［００５１］） 特開平２００１−３３７３１６号公報（図1、段落番号［００５１］） 特開昭６１−０６９０３４号公報（第１図、第２頁右下段５〜６行目、第３頁左４〜１６行目）

しかし、前述の従来例１では、非接触方式による配向膜印刷方法では、印刷した配向材の液滴の濡れ広がりを制御することが非常に難しいことである。例えば、配線などの細長い溝上に配向材が印刷されると、印刷した配向材は溝に沿って濡れ広がるため、膜厚の不均一または、配向膜端部の濡れ広がりが大きくばらつくなどの問題がある。そのため配線パターンが形成される表示エリア外周部では、配向膜端部の制御が非常に難しい。

配向膜端部で配線に沿って、パネル外周方向に配向膜が広がってしまうと、配向膜がシール位置の下に形成され、液晶表示装置の信頼性を低下させる。上記問題を解決するためには、表示エリアとシールとの間を広く取る必要がでてくるが、すると液晶表示装置の額縁が大きくなってしまう。

また、非接触方式の配向膜印刷方法により形成した配向膜は膜厚均一性の制御が難しいことである。基板上に印刷された樹脂（ワニス）は自重により広がるため、印刷エリア中心は厚く、周辺はやや薄くなる。そのため仮乾燥により溶媒を蒸発させた後の配向膜の膜厚は、中心部が厚く、周辺部が薄くなってしまう。膜厚ばらつきのある配向膜を用いて液晶表示装置を組み立てた場合、面内における液晶の配向が不均一になるため、表示品位の低下及び信頼性の低下につながってしまう。

従来例２では、シール材５０の流失防止のために、凹凸パターン１０１、１０３を用いており、この凹凸パターン１０１が配向膜４０、４０ａとシール材５０との間にあるように見えるかもしれない。しかし、これら、凹凸パターン１０１、１０３は、シール材５０の流失を防止するためのものであるから、配向膜４０、４０ａが形成された後に形成されるもので、配向膜４０、４０ａについては考慮されたものではない。従って、配向膜の膜厚を均一に形成することなども考慮されていない。

従来例３では、液晶表示装置の配向膜をインクジェット方式により形成する工程を説明しているが、この従来例３も、配向膜の膜厚を均一に形成する方法については何も記載されていない。

従来例４では、柱状体からなるシール材（スペーサ）の両端に撥水性樹脂を塗布した構造を示しているが、これは撥水性樹脂がスペーサと接続端子との間に生ずる微少間隙を充填するためのものである。従って、この従来例４も、配向膜については考慮されたものではない。

本発明の目的は、基板に対して非接触な印刷方式によって配向膜を形成する際に、配向膜端部の高いパターニング精度を得られる液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

また本発明の別の目的は、同様に配向膜を形成する際に、厚均一性の高い配向膜を形成する液晶表示装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の構成は、一対の基板上の液晶層との界面に非接触な印刷方式によってそれぞれ配向膜を設け、前記各基板の間をシール部材により所定間隔でシールし、このシールした前記基板の間に前記液晶層を封入した液晶表示装置において、前記各基板上の前記シール部材と液晶表示領域との間に、前記配向膜を形成する配向部材を排除できる部材からなる印刷位置制御パターンを設けたことを特徴とする。

本発明において、印刷位置制御パターンが、配向部材に対してはじきやすい領域からなることができ、また、配向部材に対してはじきやすい領域が、前記配向部材に対して撥水性の高い領域からなることができ、また、印刷位置制御パターンが、配向部材に対してはじきやすい構造からなることができ、また、配向部材に対してはじきやすい構造が、少なくとも凹構造もしくは凸構造を繰り返すパターンの領域からなることができる。さらに、印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪み部分の幅が５０μｍ以下であることができ、また、印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪み部分の占める面積が印刷位置制御パターンの領域に対して１／２以上あることができ、また、印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪みの深さが５０ｎｍ以上あることができる。また、印刷位置制御パターンが、対向する基板と接触し、これら基板間を一定の間隙に支持する柱状体を形成したものであることができる。

本発明の他の構成は、一対の基板上の液晶層との界面に配向膜を非接触な印刷方式によってそれぞれ形成し、前記各基板の間をシール部材により所定間隔にシールし、このシールした前記各基板の間に前記液晶層を形成した液晶表示装置の製造方法において、前記各基板上の前記シール部材と液晶表示領域との間に、前記配向膜を形成する配向部材を排除できる部材からなる印刷位置制御パターンを形成することを特徴とする。

本発明において、印刷位置制御パターンは、配向膜の印刷広がりを抑制する撥水性のある領域により形成することができ、また、印刷位置制御パターンは、配向膜の印刷広がりを抑制する凹構造もしくは凸構造のある領域により形成することができ、また、印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造のある領域を、フォトリソグラフィー法により形成することができ、また、印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造のある領域を、有機材料の非接触方式により印刷して形成することができき、また、対向する基板間を一定の間隙に支持する柱状体からなる印刷位置制御パターンを、前記各基板上にそれぞれ配向膜を囲むように形成することができる。さらに、非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をインクジェット（登録商標）印刷方式により印刷することができ、また、非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をバブルジェット（登録商標）印刷方式により印刷することができ、また、非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をディスペンス印刷方式により印刷することができる。

以上説明したように、本発明によれば、各基板上に配向膜を形成する際に、表示領域とシール部材との間に配向膜の印刷位置制御パターンを形成することにより、配向膜の膜厚が均一でムラがなく、配向膜のパターニング精度が良好な液晶表示装置を得られるという効果がある。さらに、配向膜のパターニング精度が良好なため、表示むらがなく、液晶表示装置の表示品質を向上させ、液晶表示装置のコンパクト化を図ることができるという効果もある。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の液晶表示装置の断面図である。この液晶表示装置１は、従来例と同様に、第１の基板としてのアレイ基板１０と、第２の基板としてのカラーフィルタ基板２０と、これら第１の基板と第２の基板とを接合するシール材５０と、第１の基板と第２の基板との間に挟み込まれた液晶層３０とを備えている。各基板の液晶層３０と接する面には配向膜４０，４０ａが設けられる。

本実施形態の構成は、各基板上のシール材５０と表示領域との間に、配向膜４０、４０ａを形成する配向部材を排除できる部材からなる印刷位置制御パターン６０を形成したことを特徴とする。

なお、アレイ基板１０は、基板１１上に、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１２と、スイッチング素子に接続された表示エリア９０となる画素電極や他の電極とを設け、これら各素子を設けた基板１１上に配向膜４０を設けている。カラーフィルタ基板２０は、基板２１上にブラックマトリクス７０とカラーフィルタ８０とを設け、これらの上に配向膜４０ａを設けている。また、配向膜４０，４０ａは、非接触印刷方式により各基板上方より吐出され、焼成することにより成膜される。

図２は図１の液晶表示装置の製造方法を説明するフローチャートである。 まず図２のステップＳ１に示すように、アレイ基板１０には素子や画素電極を、カラーフィルタ基板２０にはブラックマトリクスやカラーフィルタ層を形成する。同時にアレイ基板１０及びカラーフィルタ基板２０のシール材５０と表示領域間には、基板上方より吐出された配向膜材料の液滴の濡れ広がりを制御する印刷位置制御パターン６０を形成する。

この印刷位置制御パターン６０は、配向膜材料をはじきやすい領域であったり、はじきやすい構造が形成されている。配向膜材料をはじきやすい領域とは、実施例１のように、一般的に低表面エネルギー処理が施されている領域である。また、配向膜材料をはじきやすい構造とは、実施例２，３のように、少なくとも凹構造または、凸構造が形成されている領域である。

次に、ステップＳ２に示すように、各基板１０，２０に非接触な配向膜印刷方式により配向膜を形成する。その後は、ステップＳ３に示すように、公知の手法によりラビング処理を実施する。このラビング処理以降の工程は、従来用いられている技術である。すなわち、ステップＳ４で、シール材５０を形成し、ステップＳ５で、各基板１０、２０を張り合わせ、ステップＳ６で、液晶を注入して液晶層３０を形成する。さらに、ステップＳ７で、液晶注入孔を封孔し液晶パネルを形成し、ステップＳ８で、液晶パネルのアイソトロピック処理を行い液晶パネルを完成させる。

本実施形態においては、基板１０，２０上のシール部材５０と表示領域間に、配向膜４０，４０ａの濡れ広がりを制御する印刷位置制御パターン６０が形成されている。そして、配向膜材料は、非接触な印刷方式によって表示領域９０、すなわち印刷位置制御パターン６０の内部に印刷される。この印刷された配向膜材料は、自重によりレベリングしながら、表示領域の外周方向に濡れ広がり、最終的には印刷位置制御パターン６０により濡れ広がりが制御される。この印刷位置制御パターン６０により、配向膜を形成する領域を任意に制御できるため、表面積×膜厚に相当する配向材の量を印刷することにより、表示エリア中心部と端部の膜厚ばらつきの少ない配向膜を形成することができる。

また、本実施形態の構成により、配向膜材料の濡れ広がりを制御することが可能であるため、配向膜端部のパターニングが非常に容易になる。従って、対向する基板を接着するシール材と表示エリアの距離を小さくすることができ、狭額縁からなる液晶表示装置を製造することができる。

本発明の第１の実施例は、図１の構造と、図２のフローを基にしている。図３（ａ)〜（ｄ）は本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の配向膜の印刷工程の断面図である。本実施例は、印刷位置制御パターン６０を、配向膜材料をはじきやすい領域、すなわち、低表面エネルギー処理が施されている領域で、配向部材に対して撥水性の高い領域からなるものである。

図４は本実施例の配向膜を印刷する配向膜印刷装置を説明する模式図で、図４は配向膜印刷装置４１０の斜視図を中心に示している。この配向膜印刷装置４１０は、配向材４１１を入れるタンク４１３と、配向材４１１を基板１１上に吐出する印刷ヘッド４１４と、基板１１を載置するステージ４１６とを備えている。印刷ヘッド４１４には、配向材４１１のタンク４１３から供給チューブを介して配向材４１１が充填される。印刷ヘッド４１４には、等間隔で配向材４１１を吐出するノズルが配列され、それぞれのノズルは制御装置（図示しない）からの信号により、任意に配向材を吐出する機構を有している。

この配向膜の印刷工程は、まず図３（ａ)のように、アレイ基板１０上に薄膜トランジスタおよび印刷位置制御パターン６０を形成し、カラ−フィルタ基板２０上にカラ−フィルタ８０、ブラックマトリクス７０および印刷位置制御パターン６０を形成する。次に、図３（ｂ)のように、配向膜印刷装置４１０の印刷ヘッド４１４は、ステージ４１６上に配置された基板から離れた位置で各基板１１、２１上をスキャンし、各基板１１、２１上に、それぞれ配向材４１１の液滴４１を塗布し、印刷する。各基板１１、２１上に印刷された配向材４１１は、図３（ｃ)のように、配向材自身の自重により広がり、配向材の印刷ムラがレベリングされる。ここで印刷位置制御パターン６０が形成された領域では、配向材の濡れ広がりは抑制される。したがって、図３（ｃ)のように、配向材は任意のパターンを形成することができる。その後、図３（ｄ)のように、配向材を印刷した基板を焼成し、配向膜４０，４０ａを形成することが出来る。

図５（ａ）〜（ｃ）は図３の工程の後の、印刷された配向材の様子を説明する平面図である。図５（ａ）は印刷ヘッド４１４のノズル４１２の配置を示し、図５（ｂ）は配向材４１１が印刷された直後の配向材の様子を示し、また図５（ｃ）には配向材が印刷されて、濡れ広がった状態を示している。

図５（ａ）のように，印刷ヘッド４１４には一定の間隔（ノズルピッチ４１５）で配向材を吐出するノズルが形成されている。図５（ｂ）は印刷ヘッド４１４が基板１１上をある一定の速度で基板の端から端にスキャンし、その後ヘッド４１４の位置をずらしてスキャンして印刷した直後の状態を示している。

図５から分かるように、印刷された配向材の液滴４１は、スキャン速度とノズルピッチ４１５にあった間隔で基板上に配置される。基板１１に着弾した配向材の液滴４１は、図５（ｃ）に示すように、瞬時に濡れ広がり、お互いに重なり合ってレベリングされる。ここで表示エリア（領域）９０の外周に着弾した配向材の液滴４１は、印刷位置制御パターン６０により濡れ広がるエリア４２，４３が抑制され、配向膜４０のエッジが制御される。

図６（ａ）〜（ｄ）には本実施例の、基板全体に印刷された配向材の膜厚の状態変化を示す断面図である。基板１１上の表示エリア９０には、図６（ａ）のように、印刷された配向材の液滴４１が塗布される。ここでは、基板１１上の表示エリア９０周囲に印刷位置制御パターン６０が設けられている。配向材の液滴４１は、図６（ｂ）のように、自重によりレベリングしながら、表示領域９０の外周方向に濡れ広がり、最終的には印刷位置制御パターン６０により濡れ広がり、図６（ｃ）のように、印刷位置制御パターン６０により制御される。これにより、図６（ｄ）のように、配向膜４０の膜厚が薄い領域４４を狭くすることが出来る。

図７（ａ）〜（ｃ）は図３の配向膜印刷装置４１０において、非接触な配向膜の印刷を行う印刷ヘッドを説明する斜視図およびその断面図である。この非接触な配向膜の印刷を行う印刷ヘッド方式として、インクジェット方式を用いた場合、図７（ａ）のように、インクジェットヘッド４２０は、ピエゾ素子４２１を用いたヘッドの一面に、多数の微小なノズル４２２を設けている。このノズル４２２の口径は１００μｍ程度である。各ノズル４２２には電圧により振動するピエゾ素子４２１が配置されている。図７（ｂ）のように、ピエゾ素子４２１に電圧を印加すると、ピエゾ素子４２１が変形し、印刷液である配向材が押圧されて、図７（ｃ）のように、配向材の液滴４１を吐出するものである。

本実施例は、この印刷位置制御パターン６０により配向膜４０を形成する面積を任意に制御できるため、表面積×膜厚に相当した配向材の量を印刷することにより、表示領域中心部と端部の膜厚ばらつきの少ない配向膜が形成することができる。このように本実施例は、基板に非接触な配向膜印刷方法において配向膜を形成する場合に、配向膜外周部のエッジを制御、膜厚の均一性を制御することができる。

図８は本発明の第２の実施例の液晶表示装置の断面図を示している。本実施例は、各基板上のシール材５０と表示領域との間に、配向膜４０，４０ａを形成する配向部材を排除できる、凹構造または凸構造（部材）６１らなる印刷位置制御パターンを形成したことを特徴とする。

この液晶表示装置１ａは、第１の基板としてのアレイ基板１０ａと、第２の基板としてのカラーフィルタ基板２０ａと、これら第１の基板と第２の基板とを接合するシール材５０と、第１の基板と第２の基板との間に挟み込まれた液晶層３０とを備えている。各基板の液晶層３０と接する基板面には配向膜４０，４０ａが設けられる。

本実施例の印刷位置制御パターンは、少なくとも凹構造または凸構造６１がフォトリソグラフィー法により形成されている。また、配向膜４０，４０ａは非接触印刷方式により基板上方より吐出され、焼成することにより成膜されたものである。

図９（ａ）〜（ｄ）は本実施例の製造フローを説明する断面図である。まず図９（ａ）のように、スイッチング素子１２を有する第１のアレイ基板１０ａに、配線層１３と、スイッチング素子１２と、表示電極を形成する。このスイッチング素子は、好ましくはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いるが、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）等のほかのスイッチング素子を用いても良い。配線１３には、スイッチング素子１２としてＴＦＴを用いた場合、ゲート電極及びソース電極が含まれる。また、ゲート電極及びデータ電極を形成するために、図９（ａ）に示すように、金属膜を基板１１上に成膜する。

次に、配線パターン及びシールを塗布する領域と表示領域との間には印刷位置制御パターン６１の凹構造または凸構造を形成するため、図９（ｂ）に示すように、フォトレジストを塗布し、任意のパターンに露光・現像する。その後、図９（ｃ）に示すように、エッチングすることにより、配線パターンと同時に凹構造または凸構造６１を含む印刷位置制御パターンを形成する。ここで印刷位置制御パターンを形成する材料は、金属膜だけでなく、絶縁膜や有機膜でも同様な効果が得られることは言うまでもない。また配線パターンやコンタクトホールなどと同時に形成することが可能なため、従来の工程と同様に形成することができる。

その後、図９（ｄ）に示すように、第１の基板の膜面側に非接触の配向膜印刷方式を用いて、配向材を印刷する。印刷された配向材は印刷直後より印刷位置制御パターン６１以外の部分では濡れ広がり、乾燥・焼成を行い、所望の膜厚の配向膜４０、４０ａを形成する。ここで印刷位置制御パターンは、凹構造または凸構造６１を形成することが目的であり、配線形成と同等のエッチング量でなくても構わない。

次に、カラーフィルタを有する第２の基板２０ａの製造方法を説明する。図９（ａ）に示すように、画素と画素の間に形成されるブラックマトリクス層７１は、樹脂及び金属層により公知の手法により形成される。第１の基板１０ａと同様、図９（ｂ）に示すように、形成されたブラックマトリクス層７１にフォトレジストを塗布し、任意のパターンに露光・現像する。印刷位置制御パターン６１上には微小な凹凸が形成されるようなパターンを形成する。その後、図９（ｃ）に示すように、エッチングすることによりブラックマトリクス層７１および微小な凹凸からなる印刷位置制御パターンを形成する。その後、第２の基板２１は染料または顔料からなるカラーフィルタ層を公知の手法により形成し、ＩＴＯ電極を形成する。ここで微小な凹構造または凸構造６１を形成する材料は、ブラックマトリクス層７１に用いる材料だけでなく、カラーフィルタ材料やそれ以外の材料であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

その後、図９（ｄ）に示すように、第２の基板２０ａの膜面側に非接触の配向膜印刷方式を用いて、配向材を印刷する。印刷された配向材は印刷直後より印刷位置制御パターン６１以外の部分では濡れ広がり、乾燥・焼成を行い、所望の膜厚の配向膜を形成する。ここで第１の基板及び第２の基板は、基板間に電圧を印加する液晶モードでも、基板と平行な方向に電圧を印加する液晶モードでも構わない。

このように形成された第１の基板と第２の基板は、配向処理され、基板同士を貼り合わせて液晶表示装置を形成する。配向処理以降の製造方法については、公知の手法を用いるため、説明を省略する。

次に、微小な凹構造または凸構造６１を有する印刷位置制御パターンの動作原理について説明する。図１０（ａ）（ｂ）は微小な凹構造または凸構造が形成された基板１１と平坦な基板に配向材の液滴４１を滴下した場合の状態を示す側面図である。基板１１には、液滴４１の大きさよりも小さな凹構造または凸構造６１が形成されている。印刷位置制御パターン６１の効果を得るには、凹部の窪みの幅を小さくする必要がある。凹部の窪みの幅を小さくすると、基板に印刷された液滴４１と基板との間には、空気界面４１９を形成するため、液滴４１ははじけやすくなり、液滴４１の濡れ広がりの制御が可能になる。

印刷ヘッドより吐出される液滴４１の径は、５０μｍから１００μｍ程度である。基板に着弾した液滴４１が濡れ広がるときの径は、１ｍｍ程度であり、印刷ヘッドのノズルピッチは５０μｍから１００μｍ程度に設定されている。基板１１に吐出された液滴４１と基板との間に空気界面を形成するためには、その凹部の窪みの幅は５０μｍ以下である必要がある。また、液滴が接触する空気界面の表面積を大きくするためには、凹部が形成されている領域を大きくする必要があり、特に凹部が印刷位置制御パターン６１に占める面積比率を１／２以上にすることで印刷位置制御に大きな効果があった。

さらに発明者は、凹構造または凸構造の印刷位置制御パターン６１の窪みの深さに関しては、印刷実験を行い、検証を行った。その結果、次の表１に示すデータが得られた。この表は、実施例２に係る凹部または凸部窪み深さと配向膜の端部の制御性に関するものである。

この表１によると、窪みの深さを非接触な配向膜印刷方式を用いて、配向材を印刷した場合、凹構造または凸構造の窪みの深さを５０ｎｍ以上にすることにより、配向膜の端部の制御性に改善が見られ、１００ｎｍでは大きく改善があることを確認した。配向材の印刷位置制御性を良くするためには、凹構造または凸構造の窪みの深さが５０ｎｍ以上である必要がある。好ましくは、１００ｎｍ以上であることが望ましい。

ここで印刷位置制御パターン６１に形成される微小な凹構造または凸構造は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、マトリクス状に形成された凹構造または凸構造の印刷位置制御パターン６１ａでもよい。さらに、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、デルタ配置または千鳥配置に形成された凹構造または凸構造の印刷位置制御パターン６１ｂでも良い。またランダムに配置された印刷位置制御パターンでも構わない。さらに、印刷位置制御パターンに形成する凹構造または凸構造の形状は、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれ四角形、円、多角形でも構わない。

図１４は本発明の第３の実施例の液晶表示装置の断面図を示している。本実施例は、各基板上のシール材５０と表示領域との間に、配向膜４０，４０ａを形成する配向部材を排除できる印刷位置制御パターンとして、柱状部材からなる柱状体６２、６２ａを各基板上にそれぞれ形成したことを特徴とする。これらる柱状体６２、６２ａは、第１の基板と第２の基板を一定間隔に支持するように対向して設けられると共に、配向膜４０，４０ａの周囲を囲んで配向膜の位置を制御することが出来る。

本実施例の液晶表示装置１ｂは、第１の基板としてのアレイ基板１０ｂと、第２の基板としてのカラーフィルタ基板２０ｂと、これら第１の基板と第２の基板とを接合するシール材５０と、第１の基板と第２の基板との間に挟み込まれた液晶層３０と、柱状体６２、６２ａとを備えている。各基板の液晶層３０と接する面には配向膜４０，４０ａが設けられる。

これら柱状体６２、６２ａは、フォトリソグラフィーにより樹脂（レジスト）などから形成される。例えば、カラーフィルタ層８０を積層することにより柱（６２）を形成することができる。また、樹脂等をパターニングすることにより形成することも可能である。なお、アレイ基板１０ｂであれば、樹脂等をパターニングすることが好ましい。

なお、本実施例は、図１１、１２に示した濡れ広がりを制御する凸構造を大きくし、その凸部が各基板を支持する柱の役目も合わせ持たせたものとも考えられる。

この場合、柱状体の配置としては、第１の基板（もしくは第２の基板）の法線方向から見て、配向膜４０、４０ａを取り囲むように形成する必要がある。また、シール材５０もこの柱状体のさらに外側に配置されるので、シール材５０の内側でシール材と同様に取り囲んだ構造となる。
本実施例の印刷位置制御パターンとしての柱状体６２、６２ａは、基板１１、２１上に印刷された配向材４０、４０ａの濡れ広がりを抑えると共に、第１の基板と第２の基板を所望の一定間隙に支えることが出来る。

さらに、本発明の第４の実施例について説明する。実施例１の図７では、非接触な配向膜の印刷方式として、インクジェット方式を説明したが、バブルジェット（登録商標）方式を用いることが出来る。図１５（ａ）（ｂ）は本実施例の印刷方式としてバブルジェット（登録商標）方式の印刷ヘッドを説明する断面図である。

このバブルジェット（登録商標）方式を用いた印刷ヘッドは、図１５（ａ）のように、バブルジェット（登録商標）ヘッド４３０は、配向材４１１を充填しているタンクにヒーター４３１を搭載している。この場合は、図１５（ｂ）のように、ヒーター４３１に電力を供給して配向材を加熱すると、配向材の膨張と気泡４３２とを生じて配向材（インク）を押圧して配向材の液滴４１を吐出するものである。

この他の非接触な配向膜の印刷方式とては、エアーにより液体を加圧して吐出するディスペンス方式も用いることが出来る。なお、配向膜の印刷方式は、基板に非接触な配向膜印刷方式に適用可能であり、これら方式に限定するものでない。また、本発明は、非接触な印刷方式に限らず、フレキソ印刷法においても同様の効果が得られる。

さらに、例えば、印刷位置制御パターン及び配向膜印刷を非接触なインクジェット方式を用いれば、基板に接触することがないので、装置からの異物の転写などがなくなり、異物による不良が減少するという効果が得られる。

本発明の実施形態に係る液晶表示装置の部分構造を示す断面図である。 図１の液晶表示装置の製造方法のプロセスの一部を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例の配向膜印刷工程を説明する液晶表示装置のアレイ基板およびカラーフィルタ基板部分の断面図である。 図３の配向膜印刷工程に用いられる配向膜印刷装置の構成を説明する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は図３の配向膜滴下工程を説明する印刷ヘッドの斜視図および液晶表示装置の部分平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図３の配向材の濡れ広がり工程を説明する液晶表示装置の部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図４に係る配向膜印刷装置の印刷ヘッドの斜視図およびこの印刷ヘッドの動作を説明する断面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の部分構造を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は図８の配向膜印刷工程を説明する液晶表示装置のアレイ基板およびカラーフィルタ基板部分の構造を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は図８の配向膜印刷工程を説明する断面図である。 （ａ）（ｂ）は図８の印刷位置制御パターン６１の一例の斜視図である。 （ａ）（ｂ）は図８の印刷位置制御パターン６１の他の例の斜視図である。 （ａ）（ｂ）は図８の印刷位置制御パターン６１のさらに他の例の平面図である。 本発明の第３の実施例に係る液晶表示装置の部分構造を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の第４の実施例に係る配向膜印刷装置の他の印刷ヘッドを示す断面図である。 従来例の液晶表示装置の部分構造を示す断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は図１６における配向膜の製造工程を説明する断面図である。 （ａ）（ｂ）は従来例２の液晶表示装置の部分構造を示す平面図およびその部分断面図である。 （ａ）（ｂ）は図１８のアレイ基板の平面図おいびその部分拡大図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 液晶表示装置
１０，１０ａ，１０ｂ アレイ基板
１１，２１ 基板
１２ 薄膜トランジスタ
１３ 配線層
２０，２０ａ，２０ｂ カラーフィルタ基板
３０，３０ａ 液晶層
４０，４０ａ 配向膜
４１ 配向材の液滴
４２，４３ 濡れ広がるエリア
４４ 薄膜厚領域
４９ 空気
５０，５０ａ シール材
６０ 印刷位置制御パターン
６１ 凹凸構造
６２ 柱状体
７０ ブラックマトリクス
７１ ブラックマトリクス層
８０ カラーフィルタ
９０ 表示エリア
９０ａ 表示部
１００ 凹凸パターン
１０１ 外側凹凸パターン
１０２ 内側凹凸パターン
１０３ 中間凹凸パターン
１０５ 液晶注入口
１１２ ゲート線
１１３ ドレイン線
４１０ 配向膜印刷装置
４１１ 配向材
４１２，４２２ ノズル
４１３ タンク
４１４ 印刷ヘッド
４１５ ノズルピッチ
４１６ ステージ
４１９ 空気界面
４２０ インクジェットヘッド
４２１ ピエゾ素子
４３０ バブルジェット（登録商標）ヘッド
４３１ ヒーター
４３２ 気泡

Claims (12)

1. 一対の基板上の液晶層との界面に非接触な印刷方式によってそれぞれ配向膜を設け、前記各基板の間をシール部材により所定間隔でシールし、このシールした前記基板の間に前記液晶層を封入した液晶表示装置において、
   前記各基板上の前記シール部材と液晶表示領域との間に、前記配向膜を形成する配向部材を排除できる、少なくとも凹構造または凸構造を繰り返した構造からなる印刷位置制御パターンを設けたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記印刷位置制御パターンの凹構造または凸構造が、金属膜または絶縁膜または有機膜で形成されている請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪み部分の幅が５０μｍ以下である請求項１または２記載の液晶表示装置。
4. 前記印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪み部分の占める面積が、前記印刷位置制御パターンの領域に対して１／２以上ある請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造の窪みの深さが５０ｎｍ以上ある請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 一対の基板上の液晶層との界面に配向膜を非接触な印刷方式によってそれぞれ形成し、前記各基板の間をシール部材により所定間隔にシールし、このシールした前記各基板の間に前記液晶層を形成した液晶表示装置の製造方法において、
   前記各基板上の前記シール部材と液晶表示領域との間に、前記配向膜を形成する配向部材の印刷広がりを抑制する、少なくとも凹構造または凸構造を繰り返した構造からなる印刷位置制御パターンを形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
7. 前記印刷位置制御パターンの凹構造または凸構造が、金属膜または絶縁膜または有機膜で形成されている請求項６記載の液晶表示装置の製造方法。
8. 前記印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造のある領域を、フォトリソグラフィー法により形成する請求項６または７記載の液晶表示装置の製造方法。
9. 前記印刷位置制御パターンの凹構造もしくは凸構造のある領域を、有機材料の非接触方式により印刷して形成する請求項６または７記載の液晶表示装置の製造方法。
10. 非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をインクジェット印刷方式により印刷する請求項６乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
11. 非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をバブルジェット（登録商標）印刷方式により印刷する請求項６乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。
12. 非接触方式による配向膜の印刷は、配向膜材料をディスペンス印刷方式により印刷する請求項６乃至９のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法。

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