JP6528517B2 - 配向膜の塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルを構成するガラス基板上に配向膜を塗布する方法、およびそれに用いるカラーフィルタ基板に関するものである。

近年、液晶パネル等のＦＰＤ（Flat Panel Display）はその軽量、薄型、低消費電力化が進み、テレビ、カーナビゲーション機器、コンピュータを始めとして多くの分野で利用されている。そのパネルサイズは年々大型化、高精細化が進んでいるものの、用途によりさまざまな形や大きさが要求されている。液晶パネルの多品種少量生産への対応は必要不可欠である。

液晶パネルは互いに対向する一対の基板を有し、基板間がスペーサーによって一定に挟持されており、その基板間は液晶が満たされている。一方の基板は薄膜ドランジスタ（ＴＦＴ）を形成したアクティブマトリクス型の基板（以後、ＴＦＴ基板と称す）であり、他方の対向基板はカラーフィルタ基板（以後、ＣＦ基板と称す）である。それぞれの基板上には導電膜が形成されており、互いの導電膜間において蓄えられた電荷により、液晶を駆動制御している。

ＴＦＴ基板のトランジスタ形成部や配線部の液晶の駆動は、表示部のそれと比較して制御することが困難であり、対向ＣＦ基板側に遮蔽領域を形成し、光の透過を抑制することで、美しい表示が可能となる。

液晶パネルは光を透過させる領域においては、液晶分子を均一に配列させる必要がある。液晶分子に電圧をかけることで、液晶分子の配列方向を変化させ、光の通る方向をコントロールする。そのためにはＴＦＴ基板およびＣＦ基板表面に配向膜を均一に塗布し、表面をラビング布で擦る処理を行う必要がある。

配向膜の塗布にはノズルから配向膜を吹き付ける方式（特許文献１）と、転写版を使用した印刷方式（特許文献２、３）がある。前者は品種毎の版は必要ないが、ノズルからの噴射ムラが発生しやすく膜厚の均一性のコントロールが難しい。特に高精細なパネルにおいて、配向膜膜厚の不均一は致命的である。一方、後者は膜厚を均一にしやすいが、多品種を製造する際、品種毎にパターンニングした転写版（特許文献２、段落０００４または特許文献３、段落００３１ほか）が必要となる。

特開２００４−１４８３０９号公報 特開平１１−９２６５９号公報（段落０００４） 特開２００３−５１８６号公報（段落００３１）

上記配向膜転写工程において、液晶パネルのガラス基板に配向膜を塗布する際、主に表示領域となる配向膜を塗布する領域と、表示領域の周辺部となる配向膜を塗布しない領域とを塗り分けて形成する必要が生じる。配向膜を塗布しない領域は、上層に液晶パネルの周辺シール材や実装部材を取り付ける領域や検査で針を接触させる検査端子を配置する領域等である。

すなわち、液晶パネルのシール材を配向膜上に塗布すると、密着力の低下を招くため、配向膜を塗布しない。また、実装部材を取り付ける領域や検査で針を接触させる検査端子に配向膜を塗布すると、抵抗値が変化し、液晶パネルの駆動が困難となる。このように配向膜を塗布しない領域を形成する必要が生じ、配向膜膜厚を均一化しやすい配向膜転写方式においては、多品種を製造する際、品種毎に配向膜を塗布する領域と塗布しない領域を塗り分けるための転写版が必要となる。

したがって配向膜転写方式では、配向膜塗布工程において液晶パネルの品種毎の転写版の管理が必要になり、保管場所や品種毎の設計と製作が必要となる。また仮に転写版に不具合が生じても、他品種の転写版では代用できないため、各品種毎に複数の転写版が必要になる。それ故さらなる管理コストが生じてしまう。さらに、製品生産時、配向膜塗布工程において、転写版は品種毎に版の取替え作業が必要になるため、生産稼動時のロスが発生する。

本発明では、多品種のインチサイズや、液晶パネルのガラス基板における面付けの異なる品種、特に端子の無いＣＦ基板の配向膜塗布工程において、配向膜の膜厚を均一に形成し、且つ配向膜転写工程における転写版の製作や管理の簡素化と、生産品種の切り替え毎に生ずる段取り替え作業による生産稼動時間のロスを減らす。

この発明に係る配向膜の塗布方法は、塗布対象の基板が、配向膜を塗布する面において、前記配向膜の材料に対して濡れ性の大きい表面と、濡れ性の小さい表面とに区分されており、 転写版を用いて前記基板に配向膜を塗布する際に、前記濡れ性の大きい表面と前記濡れ性の小さい表面とも一様に前記配向膜材料が接触する工程と、 前記転写版と前記基板の表面を分離する工程とを備え、 その分離工程を経て、前記濡れ性の大きい表面に前記配向膜材料が残り、前記濡れ性の小さい表面には前記配向膜材料が残らないことを特徴とする。

本発明によれば、複数種の転写版が不要になり、その管理コストが減少する。さらに配向膜塗布工程において、品種毎に転写版の段取り変え作業が不要になるため、生産性が向上する。

本発明の実施の形態１に係るＣＦ基板の平面模式図である。 図１の断面図である。 本発明の実施の形態１および２に係る配向膜転写版の平面模式図である。 本発明の実施の形態１および２に係る配向膜塗布状態の模式図である。 本発明の実施の形態２に係るＣＦ基板の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明が重複して冗長になるのを避けるため、各図において同一または相当する機能を有する要素には同一の符号を付してある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、上述の互いに対向する一対の基板から構成される液晶パネルの一方の基板であるＣＦ基板の平面模式図である。また本実施の形態では、他方の基板であるＴＦＴ基板は一般的なＴＮ液晶モードに対応したＴＦＴ基板を採用しているので、特に詳細な説明はしない。図２は、図１の断面模式図であり、上記のように液晶パネルがＴＮ液晶モードに対応した断面構造を有している。図３は本発明で使用する配向膜転写版の平面模式図であり、さらに図４は本発明での配向膜塗布状態を表す模式図である。

＜ＣＦ基板の構成＞
まず、図１に示す様に、ＣＦ基板１は、その表面が予め濡れ性（wettability）の低い領域２と、濡れ性の大きい領域３に区別されて作成される。すなわち本実施の形態では、ＣＦ基板１の表面を形成する際に、濡れ性の小さい領域２は、配向膜を塗布しない領域に対応して、また濡れ性の大きい領域３は、配向膜を塗布する領域に対応して形成される。なお、ここで言う基板表面の「濡れ性」とは、配向膜材料に対する「濡れ性」の大／小（良い／悪い）を意味する。

図２は図１の破線部分Ａ−Ａ間における断面図である。図２に示す様に濡れ性の大きい領域３の縦構造として、ガラス基板４の上層には、下層から順に、遮光層である遮蔽領域５、透過層の色材６、導電膜７が積層された状態である。表示領域の導電膜７は、濡れ性の大きい透明膜である必要があり、画素を構成する対向電極材料としてＩＴＯ膜やＩＧＺＯ膜を用いるのが適当である。

一方、表示領域の周辺部となる濡れ性の小さい領域２の縦構造として、ガラス基板４上に濡れ性の小さい有機膜８を形成する。有機膜８の表面は、配向膜をはじく撥油性を持つ必要があり、有機膜８の表面９は、微細な凹凸の多い状態である。材料として有機フッ化物や光硬化型樹脂のアクリル樹脂やポリイミド樹脂等を用いるのが適当である。

＜配向膜塗布工程＞
まず、配向膜を塗布する際に必要となる転写版の構成について説明する。図３に示すように配向膜を塗布する転写版１０は、転写版下地１１上に配向膜材料を塗る転写版凸部１２で構成されている。転写版材料としてはポリブタジエンゴム等を用いる。転写版凸部１２には配向膜１３を付着させる領域と付着させない領域を区分する凹部は無く、一様なベタパターンである。

次に、図４の配向膜塗布模式図に示すように、印刷方式でＣＦ基板１に配向膜材料１６を塗布する場合、転写装置胴体１４に取り付けられた転写版１０の転写版凸部１２の表面に、配向膜供給ノズル１５より配向膜材料１６を滴下し付着させる。

配向膜塗布工程では、転写装置胴体１４に巻き付けられた転写版１０と、ＣＦ基板１が位置合わせされたのち、転写装置胴体１４が黒矢印方向に回転するのと同期して、ＣＦ基板１を保持するステージ（非図示）が白矢印方向に移動して、転写版凸部１２がＣＦ基板１の端部から順に接触してゆき、転写作業が行われる。

上述したようにＣＦ基板１表面には濡れ性の小さい領域２と濡れ性の大きい領域３が存在する。上述のように転写版凸部１２がＣＦ基板１表面に接触した時、転写版凸部１２に付着している配向膜材料１６は、濡れ性の小さい領域２と濡れ性の大きい領域３いずれにも接触することになる。しかし、配向膜材料１６は、上記ＣＦ基板１の移動に伴って、転写版凸部１２がＣＦ基板１から分離した後は、配向膜材料１６は濡れ性の違いで選択的に領域３にのみ付着する。一方濡れ性の小さい領域２に一旦接触した配向膜材料１６は、ＣＦ基板１に付着することなく、転写版凸部１２側に残ることになる。

なお、図４では、転写版凸部１２とＣＦ基板１は一定の距離を持って描かれているが、これは、濡れ性の小さい領域２と濡れ性の大きい領域３の区別を分かりやすくするための誇張であり、実際は上述のように配向膜材料１６を介して接触している。

ＣＦ基板１上に残った配向膜材料１６は、その後の乾燥、焼成などの通常の工程を経て配向膜１３となり、ＣＦ基板１上に選択的に形成される。

実施の形態２．
本実施の形態では、上記他方の基板であるＴＦＴ基板は一般的なＩＰＳ液晶モードに対応したＴＦＴ基板を採用しているので、特に詳細な説明はしない。その他、ＣＦ基板１の平面図（図１）や、配向膜転写版（図３）、配向膜塗布模工程（図４）などは、上述の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図５は、ＣＦ基板の断面模式図であり、上記のようにＩＰＳ液晶モードに対応した断面構造となっており、画素部において対向電極が無い。また、図５は、上述の実施の形態と同様に図１の破線部分Ａ−Ａ間における断面図である。

図５に示す様に濡れ性の大きい領域３の縦構造として、ガラス基板４の上層には、下層から順に、遮光層である遮蔽領域５、透過層の色材６、濡れ性の大きい有機膜１７が積層された状態である。

濡れ性の大きい有機膜１７は、主に表示領域に形成されるので透明膜である必要があり、材料としては熱硬化型のアクリル樹脂やポリイミド樹脂が望ましい。一方、濡れ性の小さい領域２の縦構造として、ガラス基板４上には濡れ性の小さい有機膜８を形成する。有機膜８の表面９は、配向膜材料１６をはじく撥油性が必要であり、有機膜の表面９は、微細な凹凸の多い状態である。材料として有機フッ化物や光硬化型樹脂のアクリル樹脂やポリイミド樹脂等を用いるのが適当である。

また、上記実施の形態１または２にて示したＣＦ基板１では、濡れ性の小さい領域２において、ガラス基板４上に濡れ性の小さい有機膜８を形成すると説明したが、有機膜８に使用する材料自体が持つ濡れ性は特に問題ではなく、その表面９の濡れ性が低ければよい。比較的濡れ性が高い有機材料を塗布した後で、フッ素加工などの表面処理や、ナノチューブなど表面に微細突起を有する凹凸構造を施して濡れ性の小さい有機膜の表面９を実現してもよい。

上述の実施の形態１または２においては、液晶パネルを構成する互いに対向する一対の基板のうち、一方の基板であるＣＦ基板を例示して、ガラス基板上の濡れ性の領域分けによる配向膜の塗り分けを説明したが、上記領域分けを施す基板は、ＣＦ基板である必要はなく、液晶パネルの他方の基板であるＴＦＴ基板であってもよいのは無論である。

１ ＣＦ基板、２ 濡れ性の小さい領域、３ 濡れ性の大きい領域、４ ガラス基板、７ 導電膜、８ 濡れ性の小さい有機膜、９ 有機膜の表面、１０ 転写版、１３ 配向膜、１６ 配向膜材料、１７ 濡れ性の大きい有機膜

Claims (4)

1. 液晶パネルの基板に配向膜を塗布する方法であって、
   前記基板は、配向膜を塗布する面が、前記配向膜の材料に対して濡れ性の大きい表面と、濡れ性の小さい表面とに区分されており、
   転写版を用いて前記基板に前記配向膜の材料を塗布する際に、前記濡れ性の大きい表面と前記濡れ性の小さい表面とも一様に前記配向膜材料が接触する工程と、
   前記転写版と前記基板の表面を分離する工程とを備え、
   前記分離工程を経て、前記濡れ性の大きい表面に前記配向膜材料が残り、前記濡れ性の小さい表面には前記配向膜の材料が残らないことを特徴とする配向膜の塗布方法。
2. 前記転写版はベタパターンであることを特徴とする請求項１に記載の配向膜の塗布方法。
3. 前記基板は、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の配向膜の塗布方法。
4. 前記濡れ性の小さい表面は、微細突起を有する凹凸構造を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいづれか一項に記載の配向膜の塗布方法。

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