JP5110855B2 - 液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置およびその製造方法に関し、特にインクジェット法により機能性材料膜を形成する液晶表示装置およびその製造方法に関する。ここで、機能性材料とは、絶縁膜材料や配向膜材料を指す。

従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用絶縁膜および配向膜は、フレキソ印刷法により形成されてきた。フレキソ印刷法では単位表示領域の寸法が異なるパターンごとに専用のフレキソ版が必要であり、製造する製品を切り替える際に時間のロスが生じるなどの問題から新しいパターン形成法が求められている。

近年、大型ＬＣＤ用配向膜などの形成にインクジェット法が用いられるようになってきた。インクジェット法では装置に入力するデータを変更するだけで塗布されるパターンを変更できるため、フレキソ版に変わる方法として注目されている。

ＬＣＤ用のガラス基板は、１辺数十ｃｍ〜ｍオーダーの寸法を有する。特に小型のＬＣＤを作成する場合、１枚のガラス基板に多数の表示領域を形成し、分割して単位ガラス基板を得る。各単位ガラス基板は表示領域と表示領域を取り囲む額縁領域を含む。額縁領域にはシール材も配置される。

近年、額縁領域をなるべく狭くする要請が高い。狭い額縁領域を実現するためには表示領域をぎりぎりまで大きくし、表示領域上にのみ機能性材料膜を製膜することが望まれる。

インクジェット法の場合、吐出可能な材料の粘度が２−１５ｍＰａ・ｓ程度と低い粘度で制限されている。材料は有機溶剤を蒸発させて固形化するが、このような粘度では材料の固形分濃度は２−４ｗｔ％程度となる。例えば固形分濃度２ｗｔ％の材料を用いて８０ｎｍの膜を形成しようとした場合、４μｍ高の液滴を形成する必要がある。そのため、有機溶剤を蒸発（乾燥）させている間に材料が横方向に広がってしまう。広がりの幅は、基板の表面状態などの影響を大きく受けて成り行きで決まるためにその制御が難しいという問題がある。特開２００３−１２６７６０号公報は、粘度の異なる略同一膜構成成分を用いて、先に輪郭の土手部を形成し、次に内部の池部を、それぞれインクジェット法により塗布してフォトレジスト等の薄膜を形成する薄膜形成方法を提案している。

特開２００３−１２６７６０号公報

ＬＣＤのプロセスにおいて、絶縁膜もしくは配向膜のパターン精度向上の要求は大きくなっている。具体的には周縁部の位置精度を少なくとも±０．２ｍｍ以内に抑えることが要求されている。メインシールが形成されるべき位置に絶縁膜もしくは配向膜（特に配向膜）が形成されてしまうと、シール材の基板に対する密着性が著しく低下し、ＬＣＤの信頼性が低下する。また、シール材と絶縁膜もしくは配向膜との間に隙間が出来、表示領域内に及ぶと、そこでは液晶の配向不良が見られＬＣＤの表示品位を著しく低下させる。従って、メインシールパターンの内側間際に高精度に絶縁膜もしくは配向膜をパターニングする必要がある。

本発明の目的は、インクジェット法を用いた機能性材料膜形成において、パターン精度を向上させた液晶表示装置の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）一対の透明電極付き透明基板を準備する工程と、（ｂ）前記透明基板の各々の前記透明電極側に、インクジェット法により機能性材料膜を形成する工程と、（ｃ）前記機能性材料膜を形成した前記一対の透明基板を、間隙をもって貼り合せ、該間隙に液晶を注入する工程とを含む液晶表示装置の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、（ｂ−１）前記機能性材料膜を形成する領域の外周部分に、相対的にインクジェットの吐出割合を低くした該機能性材料を塗布して線状の輪郭部を形成する工程と、（ｂ−２）前記輪郭部の内側に、相対的にインクジェットの吐出割合を高くした前記機能性材料を塗布して膜パターンを形成する工程と、を含み、前記機能性材料膜は配向膜であり、前記輪郭部は隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置の製造方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、間に液晶を挟み込んだ一対の透明電極付き透明基板と、前記透明基板の各々の前記透明電極側に形成された機能性材料膜とを有する液晶表示装置であって、前記機能性材料膜が、膜厚の比較的薄い輪郭部と、膜厚の比較的厚い内部パターンとを有し、該輪郭部と該内部パターンとが同一材料からなり、前記機能性材料膜は配向膜であり、前記輪郭部は隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置が提供される。

インクジェット法による機能性材料膜の形成におけるパターン精度が向上する。

図１に、液晶表示装置の概略断面図を示す。

図１に示すように、液晶表示装置は、透明電極２（主にインジウムスズオキサイドＩＴＯを用いる。パターニングされている場合もある）付き一対の透明基板（主にガラス基板）１Ａ、１Ｂが、間に液晶３を挟みこんだ構造である。

透明基板１Ａ、１Ｂの内側に、透明電極２（外部回路と電極２とを繋ぐ配線２ｌも含む）、絶縁膜４、配向膜５がこの順（透明電極２がパターニングされている場合には、絶縁膜４は透明電極２を覆ってガラス基板１に形成される）に形成されている。なお、絶縁膜４は片側の基板にだけ設けても良い。

メインシール材６は、上記電極および膜が形成された透明基板１Ａ、１Ｂを貼り合せると共に、液晶注入のための枠の役割を果たす。

基板１Ｂ上の配線と基板１Ａ上の配線とを接続するための導通材７が設けられている。導通材７は主にメインシール材６の外側に形成される。図示の様な構造で、一方の基板の配線から導通材を通じて他方の基板側の配線に電圧を印加するＬＣＤが普及している。

透明基板１Ａ、１Ｂの外側には、偏光板８が配置されている。その他、必要に応じて視角補償板などが所定の位置に配置される。

背景技術の項で述べたように、絶縁膜や配向膜をインクジェット（ＩＪ）法により精度良くパターニングする要求が高まっている。

発明者らは、インクジェット法による機能性材料膜のパターン形成において、粘度および成分は同一であるが、吐出割合を相対的に低くした機能性材料を塗布して輪郭部を形成した後、吐出割合を相対的に高くした機能性材料を輪郭部内側に塗布して内部パターンを形成することにより、パターン精度を向上させる方法を発案した。

発明者らは発案に従って、ＩＴＯパターン付きガラス基板上に機能性材料を塗布する実験を行った。以下にその内容を示す。

厚さ０．７ｍｍのガラス板（材質：青板ガラス）の上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯ膜を形成して、ＩＴＯパターン付きガラス基板を形成した。

この基板に洗浄機を用いて洗浄を行った。ここではアルカリ性洗剤を用いたブラシ洗浄、純水によるブラシ洗浄、エアーナイフによる水切り、ＩＲ（赤外線）及びＵＶ（紫外線）洗浄を行った。なお洗浄は、高圧のジェット洗浄などでも良い。これらの洗浄後、２時間後に塗布実験を行った。

（実験１）
実験１として、液晶表示装置（ＬＣＤ）用の配向膜材料の塗布実験を説明する。ＩＪで塗布する材料として、日産化学製の配向膜材料（ＳＥ−７４９２ＩＪ：固形分濃度３ｗｔ％）を用いた。この材料は、母体となる配向性材料にγ−ブチロラクトロンもしくはＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、ブチルセロゾルブ等の分散性有機溶剤を混合し、粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下（ここでは７．４ｍＰａ・ｓ）になるように粘度調整を行ったものである。この材料をインクジェット装置にセットし塗布実験を行った。

インクジェットのヘッドはコニカミノルタ製のヘッド（ＮＭＰ対応品；極性溶媒に対する耐性を向上させたヘッド）を用いた。１つの吐出口から吐出される１回あたりの吐出量（単位吐出量）は４〜４０ｐｌである。ヘッド分解能３６０ｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）、ヘッド送り速度１００ｍｍ／ｓｅｃの条件下で行った。

このヘッドは最大吐出量に対する実際の吐出量の比、すなわち吐出割合を制御して任意に変えることが可能である。実験においては、ヘッドの単位吐出量を最大値の４０ｐｌに固定し、吐出のＯＮ／ＯＦＦをパルス制御することにより、基板上に印字部と空白部を設けることで吐出割合を調整した。なお、吐出割合を、縦８ドット×横８ドットの６４ドット平面に対するドット数として表すこととする。

図２Ａ〜図２Ｃに、ＩＪの吐出割合を３種類（図２Ａ：６４／６４、図２Ｂ：２８／６４、図２Ｃ：１９／６４）に変化させた場合の塗布状況を表した平面図を示す。図示のように、材料間の隙間がほぼ均等になるように吐出する。吐出割合を低くすると、塗布した材料間の隙間が大きくなる。吐出された材料は、相互間の隙間を埋めるように広がり、焼成後は膜として機能する。

図３Ａ、図３Ｂに、塗布の概要を表した平面図を示す。図示のように、塗布は２段階に分けた。図３Ａに示すように、まず、ＩＴＯ電極パターン（例えばキャラクター表示用にパターニングされている）２付きガラス基板ＳのＩＴＯ電極２側に、パターンの外周にあたる部分（輪郭部）Ｏの配向膜材料をライン状（図は見易さを考慮して太目の幅であるが、実際は明細書に記載のサイズに従う）に塗布した。この輪郭部におけるＩＪの吐出割合を１９／６４、線幅を１．０ｍｍに設定した。塗布後、４５℃で５分間程度（干渉縞がなくなるまで）仮焼成を行った。

図３Ｂに示すように、輪郭部Ｏの内側を埋めるように、成分は同一の配向膜材料を吐出割合を２８／６４に設定して塗布し、内部パターンＩを形成した。その後、輪郭部Ｏと同様に仮焼成を行った。

続いて１８０℃にて１時間本焼成を行い、配向膜５（設定パターンサイズ：縦１８ｍｍ×横５３ｍｍ）を完成させた。本焼成により、輪郭部Ｏと内部パターンＩとの境目はなくなるが、それぞれの膜厚は弱冠異なる。

この時の配向膜の幅（横方向）は、設定の幅５３ｍｍに対し、５３．６１２ｍｍであり、ほぼ設定どおりの配向膜が形成された。また、輪郭部の膜厚は６０ｎｍであり、内部パターンの膜厚は約９５ｎｍであった。

比較のため、吐出割合を一定（２８／６４）に設定して、配向膜を輪郭部と内部パターンとに分けずにＩＪで塗布して形成した（パターンサイズ、仮焼成、本焼成の条件は実験１と同じ）。設定パターン幅５３ｍｍに対し、形成した膜のパターン幅は５６．０２ｍｍであり、設定値と大きく異なる結果となった。

ＩＪ法においては、ＩＪの性質上粘度の低い材料を塗布する必要があるため、塗布後の広がりが大きく、それがパターン精度を低下させる一因となっている。上記実験では、輪郭部においてＩＪの吐出割合を相対的に低くして吐出させることで、吐出した材料が、広がる際に材料間の隙間を埋めるように働くことで、設定サイズ外には広がりにくくなるために、パターン精度が向上したと考えられる。なお、内部パターンの塗布については、仮焼成した輪郭部がダムのような働きをするために、相対的に吐出割合が大きい場合でも、良好なパターン精度を保つことができる。

ＩＪの吐出割合が比較的低い場合でも、塗布する機能性材料の広がりにより、形成後の配向膜は問題なく機能する。具体的には、吐出割合が６／６４程度までならば、形成される配向膜は十分その役割を果たすであろう。

上記のように、配向膜パターンを形成する領域の外周部分に、相対的にインクジェットの吐出割合を低くした配向膜材料を塗布して線状の輪郭部を形成した後、輪郭部の内側に、相対的にインクジェットの吐出割合を高くした配向膜材料を塗布して内部膜パターンを形成することにより、パターン精度が向上することが分かった。

（実験２）
実験２として、液晶表示装置（ＬＣＤ）用の絶縁膜材料の塗布実験を説明する。ＩＪで塗布する材料として、日産化学製の絶縁材料（ＡＴ−Ｈ６０１：固形分濃度３ｗｔ％）を用いた。この材料は、母体となる配向性材料にヘキシレングリコールもしくはＮＭＰ、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の分散性有機溶剤を混合し、粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下（ここでは８．１ｍＰａ・ｓ）になるように粘度調整を行ったものである。

図４Ａ、図４Ｂに、塗布の概要を表した平面図を示す。配向膜と同様に、塗布は２段階に分けた。実験１と同様の材質、サイズのＩＴＯパターン付きガラス基板を実験１と同様の条件で洗浄した後、絶縁膜材料の塗布を行った。塗布は実験１と同様に２段階に分けて行った。

図４Ａに示すように、実験１と同様のＩＪを用いて、ＩＴＯ付きガラス基板ＳのＩＴＯ電極側に、パターンの外周にあたる部分（輪郭部）Ｏの絶縁膜材料をライン状に塗布した。この輪郭部ＯにおけるＩＪの吐出割合を１９／６４、線幅を０．５ｍｍに設定した。塗布後、４５℃で５分間程度（干渉縞がなくなるまで）仮焼成を行った。

図４Ｂに示すように、輪郭部Ｏの内側を埋めるように、成分は同一の絶縁膜材料を吐出割合を２８／６４に設定して塗布し、内部パターンＩを形成した（設定パターンサイズ：縦１８ｍｍ×横５３ｍｍ）。その後、輪郭部Ｏと同様に仮焼成を行った。

続いて２８０℃にて１時間本焼成を行い、絶縁膜４を完成させた。配向膜の場合と同様に、完成した絶縁膜は、輪郭部Ｏと内部パターンＩとの境目はみられないが、それぞれの膜厚は弱冠異なる。

この時の絶縁膜の幅（横方向）は、設定の幅５３ｍｍに対し、５３．１０８ｍｍであり、ほぼ設定どおりのパターンが形成された。膜厚は輪郭部が６０ｎｍ、内部パターンが約１００ｎｍであった。

比較のため、吐出割合を一定（２８／６４）に設定して、絶縁膜を輪郭部と内部パターンとに分けずにＩＪで塗布して形成した（パターンサイズ、仮焼成、本焼成の条件は実験２と同じ）。設定パターン幅５３ｍｍに対し、形成した膜のパターン幅は５６．４９１ｍｍであり、設定値と大きく異なる結果となった。

絶縁膜の塗布においても、実験１で述べた理由と同様の理由で、パターン精度が向上したと考えられる。

なお、配向膜形成と同様に、インクジェットの吐出割合が６／６４程度までならば、形成される絶縁膜は十分その役割を果たすであろう。

図５に、絶縁膜上に配向膜を形成した基板の平面図を示す。図示のように、絶縁膜上に配向膜を積層しても良い。その場合、膜パターンは同一で良く（図中では絶縁膜４と区別するために、絶縁膜４の外周よりも内側に配向膜５の外周を点線で描いている）、絶縁膜を実験２の方法で形成した後洗浄し、その上に配向膜を塗布する。配向膜形成は実験１の方法を用いても良いし、従来のように輪郭部と内部パターンとを区別せず塗布しても良い。

上述のように、本件の実施例により、インクジェット法による機能性材料膜の形成におけるパターン精度が向上する。それによりＬＣＤ製品の信頼性および表示品位が向上する。

なお、上記実験においては、塗布を２段階に分けて行う膜形成方法を説明したが、輪郭部形成を２段階（例えば、位置精度向上のための第１の極細パターン枠：幅０．０８ｍｍ程度を形成後、第２の枠：幅１ｍｍを形成）で行い、その後内部パターンを形成するなどして、３段階以上の塗布工程を設けても良い。輪郭部の幅は０．０８ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、一般的な液晶表示装置における配向膜や絶縁膜であれば、実施例の方法を用いて精度良く膜パターンが形成できるであろう。

また、インクジェットの吐出口は１つに限定されない。例えば、複数の吐出口を並べ、それぞれの吐出口のＯＮ／ＯＦＦを制御して吐出割合を調整することもできるであろう。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、液晶表示装置の例を表した概略断面図である。 図２Ａは、ＩＪが吐出割合が６４／６４の場合の塗布状況を表した平面図であり、図２Ｂは、ＩＪが吐出割合が２８／６４の場合の塗布状況を表した平面図であり、図２Ｃは、ＩＪが吐出割合が１９／６４の場合の塗布状況を表した平面図である。 図３Ａ、図３Ｂは、配向膜の塗布工程を表した平面図である。 図４Ａ、図４Ｂは、絶縁膜の塗布工程を表した平面図である。 図５は、絶縁膜上に配向膜を形成した基板の平面図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 透明基板
２ 透明電極
２ｌ 配線
３ 液晶
４ 絶縁膜
５ 配向膜
６ メインシール材
７ 導通材
８ 偏光板
Ｓ ＩＴＯ付きガラス基板
Ｉ 内部パターン
Ｏ 輪郭部

Claims (5)

1. （ａ）一対の透明電極付き透明基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記透明基板の各々の前記透明電極側に、インクジェット法により機能性材料膜を形成する工程と、
   （ｃ）前記機能性材料膜を形成した前記一対の透明基板を、間隙をもって貼り合せ、該間隙に液晶を注入する工程と
   を含む液晶表示装置の製造方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｂ−１）前記機能性材料膜を形成する領域の外周部分に、相対的にインクジェットの吐出割合を低くした機能性材料を塗布して線状の輪郭部を形成する工程と、
   （ｂ−２）前記輪郭部の内側に、相対的にインクジェットの吐出割合を高くした前記機能性材料を塗布して膜パターンを形成する工程と、
   を含み、
   前記機能性材料膜は、配向膜であり、
   前記輪郭部は、隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置の製造方法。
2. （ａ）一対の透明電極付き透明基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記透明基板の各々の前記透明電極側に、インクジェット法により機能性材料膜を形成する工程と、
   （ｃ）前記機能性材料膜を形成した前記一対の透明基板を間隙をもって貼り合せ、該間隙に液晶を注入する工程と
   を含む液晶表示装置の製造方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｂ−１）前記機能性材料膜を形成する領域の外周部分に、相対的にインクジェットの吐出割合を低くした機能性材料を塗布して線状の輪郭部を形成する工程と、
   （ｂ−２）前記輪郭部の内側に、相対的にインクジェットの吐出割合を高くした前記機能性材料を塗布して膜パターンを形成する工程と、
   を含み、
   前記機能性材料膜は、絶縁膜であり、
   前記輪郭部は、隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置の製造方法。
3. 前記インクジェットの単位吐出量が４ｐｌ〜４０ｐｌである請求項１または２記載の液晶表示装置の製造方法。
4. 間に液晶を挟み込んだ一対の透明電極付き透明基板と、
   前記透明基板の各々の前記透明電極側に形成された機能性材料膜と、
   を有する液晶表示装置であって、
   前記機能性材料膜が、膜厚の比較的薄い輪郭部と、膜厚の比較的厚い内部パターンとを有し、該輪郭部と該内部パターンとが同一材料からなり、前記機能性材料膜は配向膜であり、前記輪郭部は隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置。
5. 間に液晶を挟み込んだ一対の透明電極付き透明基板と、
   前記透明基板の各々の前記透明電極側に形成された機能性材料膜と、
   を有する液晶表示装置であって、
   前記機能性材料膜が、膜厚の比較的薄い輪郭部と、膜厚の比較的厚い内部パターンとを有し、該輪郭部と該内部パターンとが同一材料からなり、前記機能性材料膜は絶縁膜であり、前記輪郭部は隙間なく成膜されており、その幅が０．０８ｍｍ〜１．０ｍｍである液晶表示装置。

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