JP4844262B2

JP4844262B2 - パターン形成装置

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Publication number: JP4844262B2
Application number: JP2006183711A
Authority: JP
Inventors: 章夫曽根原; 達見高橋; 博之小幡
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-07-03
Also published as: JP2008012388A

Description

本発明は、フィルム上に機能性のパターンを形成するパターン形成装置に関する。

従来、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの基板としてガラス基板が用いられている。その基板上に、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅインジウムスズ酸化物）膜や、配向膜等のパターンを形成する際、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて成膜を行った後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行っている。近年、ガラス基板に換えてプラスチックフィルムを基板として用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８４３０３号公報

プラスチックフィルムにパターンの形成を行う方法として、インクを噴射して塗布するインクジェット方式を用いることが検討されている。しかし、インクがフィルムに滲みこまないため、インクの流動によってパターンが変化するおそれがある。

そこで、本発明はフィルム上に塗布されたインクの流動によるパターンの変化を防止することが可能なパターン形成装置を提供することを目的とする。

本発明のパターン形成装置は、ロール状に巻かれたフィルム（２）を巻き出す巻き出し部（３ａ）と、前記巻き出し部（３ａ）により巻き出された前記フィルム（２）にインクジェットノズル（７０）からインクを噴射して塗布することで機能性のパターンを形成するパターン形成部（７５）と、前記フィルム（２）に形成された前記パターンを乾燥する乾燥部（７１）と、前記乾燥部（７１）により前記パターンの乾燥された前記フィルム（２）をロール状に巻き取る巻き取り部（１１ａ）と、を備え、前記乾燥部（７１）は、前記パターンの形成された前記フィルム（２）を水平に保ちながら乾燥し、前記乾燥部（７１）に対して前記フィルム（２）の搬送方向下流側には、前記フィルム（２）上の前記パターンに紫外線を照射する紫外線照射部（７２）が設けられ、前記紫外線照射部では、前記フィルムは垂直方向に搬送され、前記紫外線照射部（７２）は、前記紫外線を照射するための光源（３０）と、前記光源（３０）より射出された前記紫外線の光路を変更して前記パターン方向へ向ける光路変更部材（３２）と、を有し、前記光路変更部材（３２）は前記フィルム（２）の表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向から前記紫外線を照射可能であり、前記光路変更部材（３２）は前記光路を変更させる光路変更面（３３）を有し、前記光路変更面（３３）の法線方向に対して直交し、かつ互いに直交する２方向の軸線（軸Ａ、軸Ｂ）のそれぞれの回りに前記光路変更面（３３）が偏向可能であることにより上記課題を解決する。

フィルム上に、インクジェットノズルから噴射されて塗布されたインクにより形成される機能性のパターンは、乾燥部で水平状態を保ちながら乾燥される。乾燥時にフィルムが水平に保たれることにより、インクジェットノズルを用いて形成したパターンの形状を保持したまま、フィルム上にパターンを定着することができる。また、乾燥して定着した後、フィルム上に形成されたパターンに紫外線を照射することで配向機能を有するパターンを形成することが可能となる。光源から射出された紫外線は、光路変更部材によって光路を変更されて、フィルムの表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向からの照射が可能である。偏向した紫外線がパターンに照射されることで、パターン内の分子を再配列させて、パターンに配向機能を与えることが可能となる。光路変更面を２方向の軸線の回りに偏向させることにより、フィルムに対して任意の照射方向及び照射角度で紫外線を照射することが可能となる。これにより、配向膜内の配向を制御して、パターン内で配向の向きが異なる複数の領域を形成することができる。従って、液晶ディスプレイの視野角が向上する。

本発明のパターン形成装置の一形態において、前記乾燥部（７１）には、前記巻き出し部（３ａ）と前記巻き取り部（１１ａ）との間の前記フィルム（２）の搬送経路に沿って分割された複数のゾーン（７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ）が設けられ、前記フィルム（２）の搬送方向下流側のゾーン程、乾燥温度が高く設定されていてもよい。この形態によれば、フィルムは、乾燥部の複数のゾーンを順次通過しながら水平に搬送される。搬送方向の下流側のゾーン程、乾燥温度が高く設定されているため、急激な温度変化によるパターンの変化を防止することが可能となる。

本発明のパターン形成装置の一形態において、前記パターン形成部（７５）に対して前記フィルム（２）の搬送方向上流側には、前記フィルム（２）の表面を改質して親水性を付与する表面改質部（７３）が設けられていてもよい。この形態によれば、表面改質部により、フィルムの表面に親水性を付与することでフィルムの表面がインクとなじみやすくなる。表面改質部を設けない場合と比べて、乾燥にかかる時間が短くなるので、乾燥部の搬送路長を短くすることができ、装置の小型化が可能となる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明のパターン形成装置によれば、乾燥部でフィルムを水平に保ちながら機能性のパターンを乾燥するので、フィルム上に塗布されたインクの流動によるパターンの変化を防止することができる。従って、例えば、プラスチックフィルムを基板として用いた液晶ディスプレイのカラーフィルタにＩＴＯ膜や配向膜を精度良く形成することができる。

図１は、本発明の一形態に係るパターン形成装置が組み込まれた液晶ディスプレイの生産システムの一例を示す。生産システム１は、液晶ディスプレイ用のカラーフィルタ基板に加工を施すものであって、カラーフィルタ基板はウェブフィルム２に連続的に形成されている。

生産システム１は、ウェブフィルム２の搬送方向上流側より、ウェブフィルム２を巻き出す巻き出し装置３と、カラーフィルタ基板上にＩＴＯ膜１１を形成するＩＴＯ膜形成装置４と、カラーフィルタ基板上にカラムスペーサ（以下、ＣＳと表記する）２１を形成するＣＳ形成装置５と、ウェブフィルム２を洗浄する洗浄装置６と、カラーフィルタ基板上に光配向膜２２を形成する光配向膜形成装置７と、カラーフィルタ基板上に液晶２５をシールするためのシール剤２４及び液晶２５を塗布するシール剤・液晶塗布装置８と、ＴＦＴ（ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ薄膜トランジスタ）アレイ基板２３とカラーフィルタ基板とを貼合するアライメント貼合装置９と、ウェブフィルム２からＴＦＴアレイ基板２３が貼合されたカラーフィルタ基板を切り抜く切り抜き装置１０と、切り抜かれたウェブフィルム２を巻き取る巻き取り装置１１とを順次備える。

ＩＴＯ膜形成装置４は、機能性パターンとしてのＩＴＯ膜２０をカラーフィルタ基板上に形成するインクジェットノズル４０と、ＩＴＯ膜２０を乾燥させる乾燥部４１とを備える。ＣＳ形成装置５は、液晶２５の厚みを均一に保つＣＳ２１のもととなるＣＳ材塗料組成物層５０が形成されたＣＳドライフィルムを巻き出すＣＳドライフィルム巻き出し部５１と、カラーフィルタ基板にＣＳ材塗料組成物層５０を転写するＣＳ転写部５２と、フォトリソグラフィ法によりＣＳ２１を形成するための露光部５３、現像部５４及びベーク部５５と、形成されたＣＳ２１を検査する検査部５６とを備える。洗浄装置６は、ウェブフィルム２を洗浄する洗浄部６０を備える。光配向膜形成装置７は、機能性パターンとしての光配向膜２２をカラーフィルタ基板上に形成するインクジェットノズル７０と、光配向膜２２を乾燥させる乾燥部７１と、光配向膜２２に紫外線を照射する紫外線照射部７２とを備える。シール剤・液晶形成装置８は、シール剤２４を塗布するインクジェットノズル８０と、液晶２５を塗布するインクジェットノズル８１とを備える。アライメント貼合装置９は、ＴＦＴアレイ基板２３を貼合する貼合部９０を備える。パターン形成装置は、機能性のパターンであるＩＴＯ膜２０と光配向膜２２とを形成するＩＴＯ膜形成装置４及び光配向膜形成装置７の一部として構成される。ＩＴＯ膜２０は透明導電性薄膜の電極としての機能を持ち、光配向膜２０は液晶分子の配列を一定に揃える機能を持つ機能性のパターンである。なお、図１ではウェブフィルム２を巻き出し装置３から全工程を経て巻き取り装置１１まで連続的に搬送しているが、工程間の適宜の位置にてウェブフィルム２を一旦ロール状に巻き取り、その巻き取られたフィルムロールを他の巻き出し装置から次工程に送り出してもよい。

以上の生産システム１においては、ＩＴＯ膜形成装置４、及び光配向膜形成装置７に関して、本形態の一形態に係るパターン形成装置が使用されている。図２は、そのパターン形成装置を光配向膜形成装置７として構成した例を示す。図２の光配向膜形成装置７は、
上述したインクジェットノズル７０を設置したパターン形成部７５と、乾燥部７１と、紫外線照射部７２に加え、巻き出し装置３と同様の構成でありロール状に巻かれたフィルム２を巻き出す巻き出し部３ａと、フィルム２の表面を改質して親水性を付与する表面改質部としてのコロナ装置７３と、巻き取り装置１１と同様の構成であり光配向膜２２が形成されたフィルム２をロール状に巻き取る巻き取り部１１ａとを備える。フィルム２は、巻き出し部３ａと巻き取り部１１ａとの間を複数のガイドローラに掛け回されて図示しない駆動源により動力を得て搬送される。乾燥部７１はその搬送経路上に設けられている。乾燥部７１では、フィルム２の表面は水平を保ちながら搬送されている。

パターン形成部７５は、インクジェットノズル７０と、図示しないインクタンクとを備えている。インクタンクからインクとしての光反応性を有する液状の光配向膜材料がインクジェットノズル７０に供給される。インクジェットノズル７０は、フィルム２を搬送するローラ７４に対向して設置されている。なお、インクジェットノズル７０に代えて、又は追加して、インクジェットノズル７０ａ、７０ｂを設けてもよい。

乾燥部７１は、乾燥ゾーン７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄに分割されている。各乾燥ゾーン７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄには、フィルム２上の光配向膜２２に熱風を吹き付ける熱風ノズルがフィルム２の上面及び下面にそれぞれ複数設けられている。電気、ガス、スチームなどにより加熱された空気を、図示しないファンでそれぞれ熱風ノズルに送り込み、フィルム２の上面及び下面から熱風を吹き付ける。熱風の風速は乾燥ゾーン７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ毎に設定が可能である。また、乾燥ゾーン７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ毎に乾燥させるための温度が設定されている。一例として、乾燥ゾーン７１ａでは４０℃、７１ｂでは６０℃、７１ｃでは８０℃、７１ｄでは１２０℃と設定されている。このように、熱風の設定温度は、フィルム２の搬送方向下流側の乾燥ゾーン程、高く設定されている。

紫外線照射部７２は、フィルム２の表面に対向して設置される。紫外線照射部７２では、紫外線をフィルム２の表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向から照射することが可能である。図３に、紫外線照射部７２においてフィルム２の表面に紫外線を照射させる構成を示す。紫外線照射部７２は、紫外線Ｌを照射するための光源３０と、光源３０からの紫外線Ｌを反射して平行にする凹面鏡３１と、光路変更部材としてのミラー３２とを備える。ミラー３２の光路変更面３３は、凹面鏡３１からの紫外線Ｌの光路をフィルム２の方向へ変更する。ミラー３２からの紫外線Ｌは、フィルム２の表面及びフィルム２の表面上の光配向膜２２の法線方向に対して斜めに傾いた方向から照射されている。

図４Ａにミラー３２の詳細を示す。ミラー３２は、光路変更面３３の法線方向Ｎに対して直交し、かつ互いに直交する２方向の軸線としての軸Ａ及び軸Ｂが設けられている。光路変更面３３は、各軸Ａ、Ｂのそれぞれの回りに偏向することができる。

次に光配向膜形成装置７の動作を説明する。フィルム２上のカラーフィルタ基板は、巻き出し部３ａより巻き出されて、コロナ装置７３へ搬送される。コロナ装置７３は、大気中にコロナ放電を発生させてフィルム２の表面を改質する。コロナ装置１０２を設けた場合、フィルム２上のカラーフィルタ基板の表面の親水性が向上し、インクがなじみやすくなる。

パターン形成部７５では、インクジェットノズル７０により、光配向膜材料がフィルム２上のカラーフィルタ基板に噴射されて塗布される。インクジェットノズル７０は、フィルム２上に任意のパターンを形成する。そして、光配向膜２２の形成されたカラーフィルタ基板は乾燥部７１に搬送される。

乾燥部７１では、光配向膜材料の溶剤を蒸発させて除去することで光配向膜２２を乾燥させて定着させる。フィルム２の表面は、水平を保ちながら搬送される。搬送方向下流側の乾燥ゾーン程、乾燥温度が高く設定されているので、急激な温度変化による光配向膜の膜厚や形状の変化が起こらない。

紫外線照射部７２では、紫外線Ｌをフィルム２の表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向から、カラーフィルタ基板上に定着された光配向膜２２に照射する。これにより、紫外線Ｌは偏向し、光配向膜２２に光反応性を持つ光配向膜材料を用いているため、光配向膜内分子の再配列が起こる。よって、光配向膜２２には配向機能が付与される。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに、ミラー３２の動作と光配向膜２２への紫外線Ｌの入射の関係を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにおいて、ミラー３２の光路変更面３３とフィルム２の表面との関係は、比較のため全て同じ状態で設置されているものとする。ミラー３２に入射した紫外線Ｌの反射紫外線Ｌａは、フィルム２の表面に対し、入射角θで入射する。

図４Ｂは、軸Ｂの回りに光路変更面３３を偏向させた様子を示す。軸Ｂの回りに光路変更面３３を偏向させたものが光路変更面３３ａである。光路変更面３３ａは、フィルム２の表面に対し、入射角θ１で紫外線Ｌｂを入射させる。軸Ｂの回りに光路変更面３３を偏向させることでフィルム２への紫外線Ｌの照射角度を制御する。

図４Ｃは、軸Ａの回りに光路変更面３３を偏向させた様子を示す。軸Ａの回りに光路変更面３３を偏向させたものが光路変更面３３ｂである。光路変更面３３ｂは、フィルム２の表面に対し、入射角θは変化させずに紫外線の照射方向を変更する。軸Ａの回りに光路変更面３３を偏向させることでフィルム２への紫外線Ｌの照射方向を制御する。

上述のように、紫外線Ｌの照射角度と照射方向を任意に設定可能であるので、異なる方向に配向した複数の領域が光配向膜２２に形成される。光配向膜２２に配向機能を付与した後は、巻き取り部１１ａによりロール状に巻き取られる。

以上、光配向膜形成装置７として本形態の一形態に係るパターン形成装置を使用した形態について説明した。ＩＴＯ膜形成装置４としてパターン形成装置を使用する場合、ＩＴＯ膜形成装置４は、図１に示すインクジェットノズル４０を設置したパターン形成部と、乾燥部４１とに加えて、巻き出し装置３と同様の構成の巻き出し部と、巻き取り装置１１と同様の構成の巻き取り部とを備えればよい。インクとして、光配向膜材料に換えてＩＴＯ膜材料を使用し、フィルム２に対してインクジェットノズル４０からＩＴＯ膜材料を噴射して塗布することでパターンを形成すればよい。また、光配向膜形成装置７においては紫外線照射部７２が設置されていたが、ＩＴＯ膜２０の形成には設けなくともよい。コロナ装置７３についても機能性のパターンの形成工程での必要に応じて適宜設ければよく、設置の有無は問わない。

なお、本発明の好適な形態について説明したが、本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、光配向膜形成装置７及びＩＴＯ膜形成装置４としてパターン形成装置を使用した例を説明したが、単独の装置の構成でなくとも、生産システム１のようにシステムの一部として利用されていてもよい。生産システム１は、巻き出し装置３と、インクジェットノズル７０を設置したパターン形成部７５と、乾燥部７１と、紫外線照射部７２と、巻き取り装置１１とを備え、パターン形成装置を有している。

また、光配向膜２２やＩＴＯ膜２０に限定されず、保護膜や、カラーフィルタを形成するものであってもよい。液晶ディスプレイに限定されるものではなく、プラスチックフィルムに機能性のパターンを形成するものであれば、本発明に係るパターン形成装置は使用できる。

光配向膜形成装置７において、インクジェットノズル７０、７０ａ、７０ｂは、ローラ７４にフィルム２が掛け回されている位置に対向して設置した例で説明したが、これに限定されず、例えば、水平に搬送されるフィルム２に対向して設置してもよい。また、インクジェットノズル７０に対向するフィルム２の表面が、垂直や、斜めであってもよい。いずれも乾燥部７１がフィルム２を水平に保ちながらパターンを乾燥すればよい。パターンのインクは乾燥時に流動することなくパターンを定着することができる。

また、乾燥部７１は、フィルム２を水平に搬送しながら機能性のパターンとしての光配向膜２２を乾燥する例を説明したが、これに限定されず、例えば、乾燥部７１でフィルム２の搬送を停止して、フィルム２を水平に保ちながらパターンを乾燥させてもよい。また、各乾燥ゾーン７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄで搬送を停止してフィルム２を水平に保ちながらパターンを乾燥させてもよい。本形態では、乾燥ゾーンを４つ設けた例で説明したが、これに限定されず、例えば、２つ、５つといった任意の複数の乾燥ゾーンが設けられていてもよい。また、設定温度についてもフィルム２の搬送方向下流側のゾーン程、乾燥温度が高く設定されていれば、任意の温度を設定してもよく、限定されない。

紫外線照射部７２は、フィルム２の搬送方向は任意の方向でもよい。乾燥部７１において、パターンはフィルム２上のカラーフィルタ基板に定着されているので、フィルム２の水平搬送箇所に設けてもよいし、垂直搬送箇所に設けてもよい。特に、図２で示すように垂直方向に搬送されるフィルム２に対向して紫外線照射部７２を設けた場合は、光配向膜形成装置７は水平方向に大きくなることがなく、装置の小型化が可能となる。

紫外線照射部７２では、フィルム２の表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向から紫外線Ｌを照射する例で説明したが、これに限定されず、例えば、直線偏光で垂直方向から紫外線を照射しても同様の効果が得られる。

配向膜の形成として、光配向膜２２の形成で説明したが、ラビング法を用いて配向膜を形成してもよく、この場合、紫外線照射部７２は設けなくともよい。

インクジェット方式は、インク粒を連続的に発生させて、パターン形成に必要な部分だけ選択的に利用する連続方式や、パターン形成に必要なときだけインク粒を噴射させるオンデマンド方式等、周知の技術を利用してもよい。

本発明の一形態に係るパターン形成装置が組み込まれた生産システムの概略図。光配向膜形成装置としてのパターン形成装置の一形態の構成を示す概略図。紫外線照射部の構成を示す図。フィルムの表面と光路変更部材の関係を示す図。フィルムの表面と光路変更部材の関係を示す図。フィルムの表面と光路変更部材の関係を示す図。

符号の説明

１生産システム
２ウェブフィルム（フィルム）
３ａ巻き出し部
４ＩＴＯ膜形成装置（パターン形成装置）
７光配向膜形成装置（パターン形成装置）
１１ａ巻き取り部
２０ＩＴＯ膜（機能性のパターン）
２２光配向膜（機能性のパターン）
７０インクジェットノズル
７１乾燥部
７２紫外線照射部
７３コロナ装置
７５パターン形成部

Claims

ロール状に巻かれたフィルムを巻き出す巻き出し部と、前記巻き出し部により巻き出された前記フィルムにインクジェットノズルからインクを噴射して塗布することで機能性のパターンを形成するパターン形成部と、前記フィルムに形成された前記パターンを乾燥する乾燥部と、前記乾燥部により前記パターンの乾燥された前記フィルムをロール状に巻き取る巻き取り部と、を備え、
前記乾燥部は、前記パターンの形成された前記フィルムを水平に保ちながら乾燥し、
前記乾燥部に対して前記フィルムの搬送方向下流側には、前記フィルム上の前記パターンに紫外線を照射する紫外線照射部が設けられ、
前記紫外線照射部では、前記フィルムは垂直方向に搬送され、
前記紫外線照射部は、前記紫外線を照射するための光源と、前記光源より射出された前記紫外線の光路を変更して前記パターン方向へ向ける光路変更部材と、を有し、前記光路変更部材は前記フィルムの表面の法線方向に対して斜めに傾いた方向から前記紫外線を照射可能であり、
前記光路変更部材は前記光路を変更させる光路変更面を有し、前記光路変更面の法線方向に対して直交し、かつ互いに直交する２方向の軸線のそれぞれの回りに前記光路変更面が偏向可能であることを特徴とするパターン形成装置。
前記乾燥部には、前記巻き出し部と前記巻き取り部との間の前記フィルムの搬送経路に沿って分割された複数のゾーンが設けられ、前記フィルムの搬送方向下流側のゾーン程、乾燥温度が高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
前記パターン形成部に対して前記フィルムの搬送方向上流側には、前記フィルムの表面を改質して親水性を付与する表面改質部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成装置。