JPH06202111A - 液晶配向膜の除去方法 - Google Patents

液晶配向膜の除去方法

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JPH06202111A
JPH06202111A JP26247593A JP26247593A JPH06202111A JP H06202111 A JPH06202111 A JP H06202111A JP 26247593 A JP26247593 A JP 26247593A JP 26247593 A JP26247593 A JP 26247593A JP H06202111 A JPH06202111 A JP H06202111A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶セル基板より、基板にダメージを与える
ことなく配向膜のみを除去し、基板を再生する方法を提
供する。 【構成】 シクロブタン環を有するポリイミド液晶配向
膜に対し230〜300ナノメーター(nm)の波長範
囲の紫外線を照射し、N−メチル−2−ピロリドンのよ
うな高極性有機溶剤、またはアルカリ性溶剤等に浸漬す
ることにより、配向膜を穏和な条件で除去する。 【効果】 液晶表示素子の高価な電極形成基板や、半導
体素子基板、カラーフィルター基板等を再生することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶セル基板よりの配
向膜の除去方法に関するものである、基板にダメージを
与えることなく、配向膜のみをできる限り穏和な条件で
除去し、液晶表示素子の高価な電極形成基板やカラーフ
ィルター基板を再生する方法を提供せんとするものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ツイステッド・ネマチック(TN)型液
晶表示素子やスーパーツイステッド・ネマチック(ST
N)型液晶表示素子の液晶セルは〔図1〕や〔図2〕の
構造の2組の基板を貼合せることにより形成される。ま
たカラー表示の場合は一方の基板は図3のような構造と
なる。カラー表示のアクティブマトリックス(AM)型
液晶表示素子では図4のように半導体素子を有する基板
と〔図3〕の基板(薄膜トランジスター(TFT)型液
晶表示素子では透明電極はパターニングされていない)
を貼合せることにより液晶セルが形成される。これらの
基板には総て最上層にポリイミド等からなる配向膜が形
成されている。
【0003】液晶表示素子の表示不良には種々の原因が
あるが、配向膜の形成過程に発生する不良は、例えば配
向膜の塗布斑、塗布、乾燥、焼成の間に膜に付着する塵
芥、ラビング時の膜の局部的な削れ、剥れ、傷等多種類
の原因があり、全体の不良に占める割合も大きい。これ
ら不良は、液晶セル製造途中の基板やセルの検査により
検出されるが、不良が発見された基板は再生が難しく大
部分は廃棄されており、製品のコストアップを招くばか
りでなく、資源的損失も大きい。従来、基板再生の試み
としては、強酸や強アルカリ性の薬剤を使用し、透明電
極やアルカリ封止膜迄除去してしまう方法もあるが、基
板に対するダメージも大きく、カラーフィルター基板や
AM型液晶表示素子基板には適用が困難であった。価値
の高い基板を回収するには配向膜のみの除去が最も望ま
れるが、一旦焼成した配向膜は耐薬品性に優れるため、
従来簡単に除去することは困難であった。
【0004】シクロブタンテトラカルボン酸二無水物と
オキシジアニリンから生成されるポリイミドは紫外線の
照射部分に分子の切断が起こり、ジメチルアセトアミド
(DMAC)やジメチルホルムアミド(DMF)の様な
非プロトン性極性溶媒により溶解し、現像されることが
知られている(特開昭59−69931号公報)が、2
50℃で焼成し、イミド化したフィルムは溶解性が不十
分で、500mj/cm2 迄の照射光量で現像性が飽和
し、一度に20%程度しか膜減りが生じない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは特定の波
長領域の紫外線を、焼成した特定のポリイミドの配向膜
に照射し、その後の有機溶剤による処理、もしくはアル
カリ性水溶液等の処理をすれば、基板にダメージを与え
ることなく容易に配向膜のみを剥離・除去でき、液晶表
示素子の高価な電極形成基板やカラーフィルター基板等
の液晶セル基板を再生できることを見出し、本発明を完
成した。
【0006】本発明の目的は液晶セル基板より、基板に
ダメージを与えることなく配向膜のみを除去し、基板を
再生する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は下記一般
式(1)
【0008】
【化2】
【0009】(ここで、R1 、R2 は水素原子又はメチ
ル基、R3 はジアミンを構成する2価の有機基を、nは
10〜1000を表す。)で表わされる化学構造を主た
る構成単位とするポリアミド酸を主成分とする溶液を塗
布、焼成して配向膜を形成した液晶セル基板に、230
〜300ナノメーター(nm)の波長範囲の紫外線を照
射し、しかる後に非プロトン性高極性有機溶剤もしくは
アルカリ性水溶液により処理することにより該配向膜を
液晶セル基板より除去することを特徴とする液晶配向膜
の除去方法に関する。
【0010】(1)式のポリアミド酸は140℃以上の
温度で焼成することにより脱水縮環が起り(2)式
【0011】
【化3】
【0012】(ここでR1 、R2 、R3 及びmは(1)
式と同様)の構造に転化するが、転化率がわずか10%
程度であっても形成された塗膜の有機溶剤への溶解性は
大きく低下し、耐薬品性は向上する。更に転化率が50
〜60%以上になると殆んどの有機溶剤に溶解しなくな
り、耐薬品性も大きく向上する。従って縮環の程度が進
む程基板より配向膜の除去は困難になる。イミド環への
転化率が通常80%以上になれば、強アルカリ性の薬剤
で長時間処理することにより、ポリイミドを加水分解し
なければ配向膜は剥離できなくなる。しかし、この場合
は液晶セル基板のガラスや構成部材へのダメージも増大
するため、再生上は問題である。
【0013】本発明で用いる(1)式のポリアミド酸の
製法は特公平2−11615公報に記載されている。即
ち、(3)式のシクロブタン−1,2;3,4−テトラ
カルボン酸2無水物又はそのメチル置換体と(4)式
【0014】
【化4】
【0015】(ここで、R1 、R2 、R3 は(1)式と
同様)のジアミンを主たるモノマーとして付加重合させ
ることにより得られる。一般式(4)のジアミンの具体
例としては、p−フェニレンジアミン、m−フェニレン
ジアミン、ジアミノジフェニルメタン、2,2′−ジア
ミノジフェニルプロパン、ジアミノジフェニルスルホ
ン、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノナフタレン、
1,3ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4
−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4′−
ジ(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,
2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プ
ロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−
2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニ
ル〕プロパン等の芳香族系ジアミンが挙げられる。これ
らジアミンの中で好ましくは、ジアミノジフェニルメタ
ン、2,2′−ジアミノジフェニルプロパン、ジアミノ
ジフェニルスルホン、2,2−ビス〔4−(4−アミノ
フェノキシ)フェニル〕プロパン、1,1,1,3,
3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス〔4−(4−ア
ミノフェノキシ)フェニル〕プロパンが挙げられる。
【0016】また、この芳香環はアルキル基、アルコキ
シ基、ハロゲン原子等の置換基を有していてもよい。そ
の他目的に応じ、次に示す様なジアミノシロキサンを用
いてもよい。
【0017】
【化5】
【0018】また、これらジアミンの1種または2種以
上を混合して用いてもよい。一般式(4)のジアミンの
使用量はジアミン成分モノマーの70モル%以上、好ま
しくは80モル%以上である。酸無水物は(3)式のシ
クロブタン−1,2;3,4−テトラカルボン酸2無水
物又はそのメチル誘導体を主たる成分として用いる。
(3)式のテトラカルボン酸2無水物としては、R1
2 が水素のシクロブタン−1,2;3,4−テトラカ
ルボン酸2無水物が好ましい。更に、本発明の目的を損
わない限り少量の芳香族系酸無水物を使用してもよい。
(3)式のテトラカルボン酸酸2無水物のモノマーの割
合は、酸モノマー成分中の70モル%以上、好ましくは
80モル%以上である。また同様に少量のモノアミン化
合物、ジカルボン酸無水物などの重合鎖末端停止剤を使
用してもよい。
【0019】かくして合成された一般式(1)のポリア
ミド酸はN,Nジメチルホルムアミド、N,N−ジメチ
ルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチ
ルスルホキシド、γ−ブチロラクトン等の単一もしくは
混合溶媒あるいはポリアミド酸を溶解させ得る範囲でポ
リアミド酸の貧溶媒を加えた混合溶媒に溶解し、これに
シランカップリング剤等の基板との密着増強剤、消泡剤
等を添加し、配向剤として調製される。密着増強剤はこ
の配向剤に予め添加してもよいし、配向剤の塗布前に密
着増強剤を基板表面に塗布してもよい。
【0020】配向剤を塗布する基板は、透明電極を有す
るガラス基板、透明電極と半導体素子を有するガラス基
板、カラーフィルターを有するガラス基板、あるいは透
明電極やカラーフィルターを保護する目的でこれらに無
機膜や有機膜を施した基板が挙げられるが、液晶表示素
子に用いられる液晶セル基板であれば、これらに限定さ
れるものではない。
【0021】配向剤塗布後の塗膜の焼成温度は基板の耐
熱性により異なるが、一般に140℃〜350℃であ
り、白黒表示のSTN型液晶表示素子の基板では200
℃〜300℃、AM型液晶表示素子の半導体素子側の基
板では180℃〜250℃、カラーフィルター側基板で
は170℃〜230℃の範囲であることが多い。かくし
て形成された配向膜は、このままポリアミド酸を溶解す
る有機溶剤やアルカリ性溶剤に浸漬処理するのみでは仲
々簡単に基板より除去されないが、紫外線を照射した後
は、容易に溶解もしくは剥離され基板より除去可能とな
る。紫外線の線源は高圧水銀ランプでも低圧水銀ランプ
でも良いが、有効な波長は230nm〜300nmの範
囲である。配向膜の除去に効果を発揮するに必要な紫外
線の光量はポリアミド酸の種類、焼成条件、配向膜の膜
厚、処理液の種類、処理温度等によって異なるが、25
4nmの波長で、通常100mj/cm2 以上、好まし
くは500mj/cm2 以上の光量を要する。この光量
の上限は特に限定しないが通常20j/cm2 以下であ
る。
【0022】紫外線照射を受けた該配向膜を溶解、除去
する有機溶剤としては、非プロトン性高極性有機溶剤が
好ましい。その具体例としては、N−メチル−2−ピロ
リドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメ
チルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3−ジ
メチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、
ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチル
エーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレング
リコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ
メチルエーテルアセテート、プロピレンカーボネート等
が挙げられる。特に好ましい有機溶剤は、N−メチル−
2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,
N−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトン、ジア
セトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエー
テルである。
【0023】しかし、非プロトン高極性溶媒であれば、
これらに限定されるものではない。また、これらは単独
で使用しても、混合して使用しても良いし、これらを合
計70重量%以上含む他の溶剤との混合溶剤として使用
しても良い。アルカリ性溶剤としては苛性ソーダ、苛性
カリの様なアルカリ金属の水酸化物、水酸化カルシウム
の様なアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、テト
ラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの様な有機ア
ンモニウム化合物の水溶液、アルカリ性洗剤溶液等が挙
げられる。これらは、紫外線照射を受けて低分子量化し
たポリイミドのイミド結合を加水分解し、カルボン酸塩
を形成する等の反応により該配向膜を基板より剥離及び
溶解除去する作用がある。アルカリ性溶剤としてはpH
が10〜13.5の範囲で用いるのが好ましい。前記の
アルカリ性溶剤は単独で使用しても、混合して使用して
も良いし、必要に応じてアルコール類を添加するか、先
に挙げた有機溶剤を添加しても良い。
【0024】尚、アルカリ溶剤の場合は焼成温度が14
0〜350℃の範囲の配向膜に対し適応が可能である
が、非プロトン性高極性有機溶剤の場合は、アルカリ溶
剤の時と比較して配向膜の焼成温度は140〜240℃
の範囲が好ましい。このようにして配向膜のみを除去し
た基板は水洗後乾燥し、再び、配向膜を塗布することに
より再生ができる。
【0025】以下に実施例、比較例を挙げ本発明を詳細
に説明する。
【0026】
【実施例】
実施例1 シクロブタン−1,2;3,4−テトラカルボン酸二無
水物と1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,
2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プ
ロパンを1対1のモル比で室温8時間付加反応させ、得
られたポリアミド酸3重量%、シランカップリング剤と
してγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメト
キシシランを0.1重量%を含むN−メチル−2−ピロ
リドン溶液をアルカリ封止膜を有し、その上に透明電極
と、電極保護膜を持つソーダガラス基板上に塗布し、2
30℃で1時間焼成して膜厚920Åの配向膜を形成
し、図1に示す構成の液晶セル用基板を得る。本基板を
アイグラフィック社製 高圧紫外線照射装置(水銀ラン
プ型式:H03−L31W)により、25秒間照射し
た。照射光量は365nmで2,000mj/cm2
254nmで1,140mj/cm2 であった。これを
常温でN−メチル−2−ピロリドンに超音波を加えなが
ら、10分間浸漬し、次いで2分間水洗した。乾燥した
基板を実体顕微鏡にて観察、配向膜は残膜も無く、完全
に除去されており、下地の電極保護膜、透明電極も何ら
損われていないことが確認された。 実施例2 配向膜の焼成温度を260℃、1時間、高圧紫外線の光
量を倍とする以外は実施例1と同条件で処理した液晶セ
ル用基板をアルカリ性洗剤(花王社製 製品名ホメザリ
ンF−236L−1)を純水で20倍に稀釈したpH1
3.2の溶液に常温で、超音波下10分間浸漬し、次い
で2分間水洗した。乾燥した基板を顕微鏡観察すると、
配向膜は残膜もなく完全に除去されており、下地の電極
保護膜、透明電極、アルカリ封止膜のいずれも何ら損わ
れていなかった。 実施例3 実施例1の液晶セル用基板を300nm以上の波長を吸
収するフィルターで被いながらセンエンジニアリング社
製PL1−907型低圧紫外線照射装置(水銀ランプ型
式:SUV−90US)により2分間照射した。照射光
量は254nmの波長で1200mj/cm2 であっ
た。
【0027】この基板を、N,N−ジメチルホルムアミ
ドに常温で、超音波下10分間浸漬し、次いで2分間水
洗した。乾燥した基板を顕微鏡により観察すると、配向
膜は残膜もなく完全に除去されており、下地の基板構成
材料はいずれも何ら損われていなかった。 実施例4 シクロブタン−1,2;3,4−テトラカルボン酸二無
水物と2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フ
ェニル〕プロパン及び1,3−ビス(3−アミノプロピ
ル)テトラメチルジシロキサンを1:0.9:0.1の
モル比で室温で10時間付加反応させて得たポリアミド
酸4重量%を含むN−メチル−2−ピロリドン溶液を、
透明電極で被われたアクリル樹脂をベースとする着色カ
ラーフィルター基板に塗布し、200℃で1時間焼成し
て、膜厚1,050Åの配向膜を形成した。本基板を米
国ダイマックス社製高圧紫外線照射装置ライト−ウェル
ダーPC−2により、30分間照射した。照射光量は3
20〜390nmの波長で12j/cm2 、254nm
の波長で1,800mj/cm2 であった。これを常温
で、N−メチル−2−ピロリドンに常温で超音波下10
分間浸漬し、次いで2分間水洗した。乾燥した基板を顕
微鏡により観察すると、配向膜は完全に除去されてお
り、下地の透明電極及びカラーフィルター層は何ら損わ
れていなかった。実施例5 N−メチル−2−ピロリドンをpH11.5のアルカリ
性洗剤(ライオン社製製品名 ルックレンジまわり洗剤
液)に替える以外は実施例4と同様に処理を行った。乾
燥した基板を顕微鏡により観察すると、配向膜は完全に
除去されており、下地の透明電極及びカラーフィルター
層は何ら損われていなかった。 実施例6 N−メチル−2−ピロリドンをジエチレングリコールモ
ノエチルエーテルに替える以外は実施例4と同様の方法
で処理を行った。乾燥した基板を顕微鏡により観察する
と、配向膜は完全に除去されており、下地の透明電極及
びカラーフィルター層は何ら損われていなかった。 比較例1 実施例1と同様に配向膜を形成した液晶セル用基板に紫
外線を照射することなく、常温のN−メチル−2−ピロ
リドンに浸漬し、超音波下で10分間処理し、2分間水
洗を行った。乾燥した基板を顕微鏡観察したが、配向膜
は基板より除去されず、更に50分間N−メチル−2−
ピロリドンに浸漬し同様な処理を行ったが、配向膜は依
然除去されなかった。 比較例2 300nm以下の波長をカットする紫外線フィルターを
用いる以外は実施例2と同様の方法で液晶セル用基板に
紫外線を照射した。照射光量は365nmの波長で2,
900mj/cm2 、254nmの波長で測定して70
mj/cm2 であった。
【0028】この基板を、実施例2と同様にアルカリ性
洗剤(花王社製 製品名ホメザリンF−236L−1)
を20倍に稀釈した水溶液で10分間処理したが、配向
膜は除去されなかった。更に50分間処理を継続すると
一部配向膜の剥離が生じたが、大部分は残り不完全であ
った。 比較例3 実施例1と同様にして紫外線を照射した液晶セル用基板
を、苛性カリ5重量%を溶解するpH13.8のエタノ
ール溶液に浸漬し、超音波下、10分処理した。水洗、
乾燥した基板の表面状態を観察したところ、配向膜は剥
離されていたが、下地の透明電極の保護膜には無数の亀
裂が生じていた。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、電極保護膜のないTN及びSTN型液
晶セル基板である。
【図2】図2は、電極保護膜付きのTN及びSTN型液
晶セル基板である。
【図3】図3は、カラーフィルター基板である。
【図4】図4は、AM型素子基板に各々配向膜を施した
基板の断面を表した模式図である。
【符号の説明】
1 配向膜 2 電極保護膜 3 半導体素子 4 透明電極 5 アルカリ封止膜 6 オーバーコート 7 カラーフィルター層(赤、青、緑、黒マトリック
ス) 8 アルカリガラス 9 無アルカリガラス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 利保 東京都千代田区神田錦町三丁目七番地一 日産化学工業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)で表わされる化学構造
    を主たる繰返し構成単位とするポリアミド酸 【化1】 (式中、R1 、R2 は水素原子又はメチル基、R3 はジ
    アミンを構成する2価の有機基、nは10〜1000を
    表わす。)を主成分とする溶液を塗布、焼成して配向膜
    を形成した液晶セル基板に、230〜300ナノメータ
    ー(nm)の波長範囲の紫外線を照射し、しかる後に非
    プロトン性高極性有機溶剤もしくはアルカリ性溶剤によ
    り処理することにより該配向膜を液晶セル基板より除去
    することを特徴とする液晶配向膜の除去方法。
  2. 【請求項2】 非プロトン性高極性有機溶剤がN−メチ
    ル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、
    N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルアセトアミ
    ド、ジメチルスルホキシド、1,3−ジメチル−2−イ
    ミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、ジアセトンアル
    コール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、ジ
    エチレングリコールモノアルキルエーテル、エチレング
    リコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレン
    カーボネートであり、これらが単独もしくは合計で70
    重量%以上含まれる溶剤である請求項1記載の液晶配向
    膜の除去方法。
  3. 【請求項3】 アルカリ性溶剤が、アルカリ金属、アル
    カリ土類金属の水酸化物の水溶液、又はアンモニア、有
    機アンモニウム化合物の水溶液、若しくはアルカリ性界
    面活性剤の水溶液である請求項1記載の液晶配向膜の除
    去方法。
  4. 【請求項4】 配向膜の液晶セル基板への焼成温度が1
    40〜350℃である請求項1記載の液晶配向膜の除去
    方法。
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