JP2003015112A - 液晶表示素子およびその製造方法ならびに製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ラビング布や配向膜の摩耗により発生する異物
が付着しにくい液晶表示素子等を提供する。 【解決手段】液晶表示素子基板１１とカラーフィルタ基
板１２の少なくとも一方の基板であって、液晶を一方向
に配向するための配向膜１１ａまたは１２ａを形成した
面の基板の端がテーパー形状１１ａまたは１２ｂである
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，液晶表示素子を構
成する液晶表示素子基板およびカラーフィルタ基板の特
にラビング工程に係わる基板および製造方法ならびに製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、携帯型パーソナル・コ
ンピュータや携帯電話などの表示画面として広く用いら
れており、近年では高精細、高コントラスト比、高視野
角等画質が求められている。特に薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）型アクティブ・マトリクスを用いた液晶表示素子
（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は画質の点では旧来のブラウン管に
匹敵する性能を有している。また、液晶表示素子は消費
電力並びに省スペースの点でブラウン管に優っており、
将来的にはブラウン管が用いられてきたパーソナル・コ
ンピュータ用モニタを液晶表示素子で全面的に置き替え
るとも言われている。

【０００３】先ず、透過式の非晶質シリコン（ａ−Ｓ
ｉ）型カラーＴＦＴ−ＬＣＤの従来の製造方法を例に、
液晶表示素子の製造方法について簡単に説明する。ＴＦ
Ｔ−ＬＣＤの製造工程は、ガラス基板上に薄膜トランジ
スタや金属配線等を作り込むＴＦＴ工程、ガラス基板上
にカラーフィルタを作り込むカラーフィルタ工程及びこ
れら２枚の基板を対向させ、その間に液晶を挟み込むＬ
ＣＤ工程からなる。

【０００４】ＴＦＴ工程では、成膜、レジスト塗布、露
光・現像、エッチング、レジスト剥離、洗浄の一連のプ
ロセスが、ゲート配線、層間絶縁膜、ａ−Ｓｉ、画素電
極、保護膜等について数回繰り返される。これによりＴ
ＦＴ基板が完成し、ＬＣＤ工程へ送られる。

【０００５】カラー・フィルタ工程ではブラック・マト
リックスを形成後、成膜、レジスト塗布、露光・現像、
エッチング、レジスト剥離、洗浄の一連のプロセスを
赤、緑、青の三色に関して繰り返す。赤、緑、青の三色
をパターニングした後、面に平坦性を持たせるため、更
にその上にオーバーコート層が形成される。最後に透明
電極膜が形成され、ＬＣＤ工程へ送られる。

【０００６】以上のように形成されたＴＦＴ基板とカラ
ーフィルタ基板はＬＣＤ工程へ送られ、表面を洗浄され
る。

【０００７】ＬＣＤ工程では、図２に示すように、印刷
前洗浄Ｓ２１、配向膜印刷Ｓ２２、配向膜焼成Ｓ２３、
ラビングＳ２４、ラビング後洗浄Ｓ２５、シール剤塗布
Ｓ２６、ＴＦＴ基板とカラーフィルター基板の重ね合わ
せＳ２７、液晶注入Ｓ２８、液晶封止Ｓ２９、点灯検査
Ｓ３０と続く。点灯検査を経たＴＦＴ−ＬＣＤパネルは
駆動用集積回路等を実装する工程へ送られる。

【０００８】ＬＣＤ工程のうちラビング・プロセスＳ２
４では、配向膜が形成された液晶表示素子の電極基板や
カラー・フィルタ基板に対し、液晶を一方向に配列する
ために配向膜を布等で一方向に擦る（ラビングする）処
理を施す。

【０００９】図２に示したのは、透過式ａ−Ｓｉ型ＴＦ
Ｔ−ＬＣＤのＬＣＤ工程を念頭に描いたものであるが、
他の透過式液晶表示素子、反射式液晶表示素子、投射式
の液晶表示素子等についてもほぼ同様である。

【００１０】ラビング・プロセスにより、液晶がラビン
グ処理した方向に配列する。従って、液晶表示素子の表
示特性や表示品質は、ラビング処理に大きく依存してい
る。ラビング処理にはナイロン、レーヨン、コットン等
の布を巻き付けたローラーを用いている。配向膜をラビ
ングする際、配向膜とラビング布との機械的摩擦によっ
て配向膜が部分的に摩耗したり、ラビング布繊維が部分
的に切断されたり摩耗したりなどする。

【００１１】その結果、摩耗片や切断片（異物）がラビ
ングした基板面に付着する。その異物を除去するために
ラビング後洗浄工程を実施して、異物付着問題に対処し
ているが必ずしも十分ではない。ラビング後洗浄工程を
通じ、異物の再付着等の問題があるからである。このよ
うな問題は、上に述べた透過式のａ−Ｓｉ型ＴＦＴ−Ｌ
ＣＤに限らず、他の透過式液晶表示素子、反射式液晶表
示素子、投射式の液晶表示素子等についても同様であ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、配
向膜をラビングする際、ラビング布や配向膜の摩耗によ
り異物が発生し、摩耗片や切断片（異物）がラビングし
た基板面に付着する。その異物を除去するため、ラビン
グ後に洗浄工程を入れ、異物付着問題に対処しているが
必ずしも十分な効果は得られていない。

【００１３】例えば、ラビング後洗浄工程で洗浄処理し
た際、液晶表示素子の表示領域面外に付着した異物が表
示領域面内に移動し、配向膜面に再び付着する（異物の
再付着及び転写）という問題がある。配向処理を施され
た配向膜面に異物が付着し、異物が配向膜面を被覆する
ことによって、配向処理の効果がパネルの液晶層全体に
対して及ばなくなり、液晶注入・封止後に実施される点
灯検査の際、部分的な配向の乱れが観察される。つま
り、液晶表示素子画面内の均一性が損なわれる。そこで
ラビング後洗浄工程を省略することにより、ラビング後
洗浄工程で流れた異物の再付着を阻止できる。

【００１４】しかしながらラビング後洗浄工程を省略し
た場合、ラビング時に付着した異物の液晶表示素子表示
領域内の配向膜面上への残留、イオン性汚染による表示
特性の劣化、シール剤塗布工程におけるシール塗布不良
等の問題が発生することが判っている。これらの多数の
問題を回避するために、ラビング後洗浄工程が必須であ
る。

【００１５】また、ラビング布が摩耗したり切断された
りすることは、ラビング布が液晶表示素子の大量生産に
おける耐久性に乏しくなるということであり、結果とし
て、ラビング布を生産途中で新しいものと交換する頻度
が高くなる。

【００１６】本発明の目的は、ラビング布や配向膜の摩
耗により発生する異物が付着しにくい液晶表示素子およ
びその製造方法ならびに製造装置を提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶表示素子
基板とカラーフィルタ基板の少なくとも一方の基板であ
って、液晶を一方向に配向するための配向膜を形成した
面の端がテーパー形状であることを特徴とする液晶表示
素子である。

【００１８】本発明において、前記テーパー形状は液晶
を一方向に配列するための配向膜を形成した面から側面
に向かう角度が０度を超え且つ６５度以下であることを
特徴とする液晶表示素子である。

【００１９】本発明は、液晶表示素子製造プロセスのラ
ビング工程において、液晶表示素子基板とカラーフィル
タ基板の少なくとも一方の基板であって液晶を一方向に
配向するための配向膜を形成した面の前記基板の端を予
め保護することを特徴とする液晶表示素子の製造方法で
ある。

【００２０】本発明において、前記保護は、前記液晶を
一方向に配向するための配向膜を形成した面の前記基板
の端をテーパー形状としたことであることを特徴とする
液晶表示素子の製造方法である。

【００２１】本発明において、前記前記テーパー形状
は、液晶を一方向に配向する配向膜のある面から側面に
向かう角度が０度を超え且つ６５度以下であることを特
徴とする液晶表示素子の製造方法である。

【００２２】本発明において、前記保護は、前記液晶を
一方向に配向するための配向膜を形成した面の前記基板
の端をフィルムで覆うことであることを特徴とする液晶
表示素子の製造方法である。

【００２３】本発明は、液晶表示素子製造プロセスのラ
ビング工程において、液晶表示素子基板とカラーフィル
タ基板の少なくとも一方の基板であって液晶を一方向に
配向するための配向膜を形成した面の前記基板の端をフ
ィルムで覆う機構を具備することを特徴とする液晶表示
素子の製造装置である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。図１は本発明の液晶表示素
子の実施の形態の構成図である。すなわち、上記の図１
のＬＣＤ工程により、製造された液晶表示素子が図示さ
れている。図１において、液晶表示素子基板１１の液晶
を一方向に配向する配向膜１１ａと、カラーフィルタ基
板１２の液晶を一方向に配向する配向膜１２ａとが、ス
ペーサ１５を介して対向し、シール材１３で接着され
る。その空間に液晶１４を注入してなる。図示していな
いが、液晶表示素子基板１１の配向膜１１ａと反対の面
にバックライトを配置することにより、カラーフィルタ
基板１２の配向膜１２ａと反対の面から、表示画面をみ
ることができる。

【００２５】本実施の形態において、特徴は、液晶表示
素子基板１１の配向膜１１ａのある面の端がテーパー１
１ｂになっており、カラーフィルタ基板１２の配向膜１
２ａのある面の端がテーパー１２ｂになっている点であ
る。なお、１１ｃは駆動用電極である。

【００２６】液晶表示素子には、上記液晶表示素子基板
１１と上記カラーフィルタ基板１２の二つの基板がある
が、いずれも基板であり、どちらの基板でも、配向膜の
ある面の端がテーパーになっている点では共通なので、
以下の説明では、単に基板と呼び、符号を１０とし、配
向膜を１０ａ、テーパーを１０ｂとする。

【００２７】図３は基板１０の配向膜１０ａに、ラビン
グ処理をする様子を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）
は平面図である。基板１０は、配向膜１０ａのある面の
端にテーパー１０ｂが付けられた面を上側にして、図示
していないステージに、真空吸着などの方法によって固
定した後、ステージを移動させることにより、基板１０
が、ラビング布２０ａを貼り付けたラビングローラ２０
の方向に移動して、配向膜１０ａをラビング布２０ａに
より擦る（ラビングする）。

【００２８】本実施の形態においては、カップ型ダイヤ
モンドホイールを用いた枚葉式湿式研磨により基板の端
に対してテーパーを付与した。カップ型ダイヤモンドホ
イールは、大阪ダイヤモンド工業（株）製の番手＃５０
０、直径φ１５０ｍｍのものを用い、回転数３６００ｒ
ｐｍ、基板搬送速度３３．３ｍｍ／ｓの条件で加工し
た。今回用いた基板１０は厚さ０．７ｍｍであり、テー
パー１０ｂを付与する際に、図３においてａ＝０．３ｍ
ｍとした。テーパー１０ｂの角度θと基板１０上への異
物付着量の関係を概観するため、θ＝２５度、４５度及
び６５度の基板を作製した。従って、図３においてはそ
れぞれｂ＝０．８６ｍｍ、０．４０ｍｍ及び０．１９ｍ
ｍとなる。また、ラビング条件は径φ５０ｍｍのステン
レス製ローラー２０に両面テープでラビング布２０ａを
貼り付け、ローラー回転数１５００ｒｐｍ、切込量０．
４ｍｍ、ステージ移動速度３０ｍｍ／ｓとした。ラビン
グ布２０ａは通常、ナイロン、コットン、レーヨン、ポ
リエステル等の繊維が起毛された布が用いられている
が、今回は揚原織物（株）製で吉川化工（株）品番：Ｙ
Ａ−１９−Ｒのレーヨン布を用いた。

【００２９】図４にはこのようにして基板１０の端にテ
ーパー１０ｂを付与し、且つラビングしたＳｉＮ基板上
の付着異物を計測した結果を示した。図４は、図３の基
板１０のテーパー１０ｂの上端より５ｍｍ内側で且つ該
上端に平行な仮想線に沿って９箇所測定し、その平均を
図示した。図４で明らかなように、テーパー角θの増加
に伴い、基板１０上の付着異物量の増加傾向が認められ
た。

【００３０】この結果によれば、本発明の目的とする基
板１０上の異物付着量低減のためには、テーパー角θを
減少させることが望ましい。さて、図３におけるａを一
定に保った場合、テーパー角θの減少に伴い、図３にお
けるｂ、すなわちテーパー１０ｂを付与するために研磨
加工された領域は増加する。

【００３１】しかしながら、テーパー１０ｂを付与する
ために研磨加工された領域は液晶表示素子製品そのもの
には不要な部分であるから、図３におけるｂは狭いこと
が望ましく、好ましくは３ｍｍ以下である。また、図３
におけるａを小さくすると、基板１０の端における基板
の機械的強度が低下してチッピングを起こす確率が高く
なるため、図３におけるａは基板１０の厚みｔのおおよ
そ半分以上あることが望ましい。

【００３２】また、一方で、ラビング時のラビングロー
ラー２０の切込量は、基板１０面内でのラビングの効果
を均一にするため、起毛された布の繊維の高さばらつき
を相殺するようにしなければならない。起毛された繊維
の高さばらつきは±０．１ｍｍ程度であるため、ラビン
グローラー２０の切込量は０．２ｍｍ以上確保しなけれ
ばならない。

【００３３】テーパー１０ｂが有効であるためには、図
３における基板の端の被研磨厚（ｔ−ａ）がラビングロ
ーラー２０の切込量以上であることが望ましい。例えば
本実施の形態のように、板厚ｔ＝０．７ｍｍの基板１０
を用いる場合、ａ＝０．３５ｍｍ以上が望ましいが、基
板１０の端における基板１０のチッピング回避よりも基
板１０面内でのラビング効果を均一にすることを優先
し、ａ＝０．３ｍｍを選択した。この場合、図４におけ
るｂが３ｍｍ以下になるためには、θは７度以上である
ことが望ましい。板厚ｔ＝０．５ｍｍなど、他の板厚の
場合も同様の方法で計算して、θの下限を定めることが
可能である。

【００３４】次に、図３と同時に加工した基板を用い、
ラビング布の材質を変更した場合の実験を行った。今回
は、妙中パイル織物（株）で（株）ヒロキ品番：ＨＣ−
２５のコットン布を用いた。図５には、基板１０の端に
テーパー１０ｂを付与し、且つラビングしたＳｉＮ基板
上の付着異物を計測した結果を示した。計測条件は図４
の場合と同様である。図５によると、コットン布の場合
はレーヨン布の場合と異なり、テーパー角θの増加に伴
う基板上の付着異物量の単純な増加傾向は認められなか
った。付着異物量はテーパー角２５度＜θ＜４５度では
ほぼ一定値をとり、４５度＜θで増加傾向にあることが
わかる。この結果によれば、本発明の目的とする基板上
異物付着量低減のためには、テーパー角θは、０度を超
え６５度以下に設定する、もっと望ましくは０度を超え
４５度以下に設定するとよいことがわかる。

【００３５】図６は、基板１０の配向膜１０ａに、ラビ
ング処理をする様子を示す別の実施の形態の図である。
基板１０をステージ３０に真空吸着などの方法によって
固定した後、基板１０の端をフィルム４０で覆い、ステ
ージ３０を移動させることにより、基板１０が、ラビン
グ布２０ａを貼り付けたラビングローラ２０の方向に移
動して、配向膜１０ａをラビング布２０ａにより擦る
（ラビングする）。

【００３６】ここで、フィルム４０として、ポリイミド
製フィルム（宇部興産（株）製ユーピレックス−Ｓ、厚
さ５０μｍ）を用いた。これを短冊状に切断し、図６に
示したように、基板１０の端から約３ｍｍまでをフィル
ム４０で覆った。なお、今回使用したフィルムはポリイ
ミド製であったが、他の材料でできたフィルムでも良
く、好ましくは有機材料系のフィルムが良い。

【００３７】また、今回のラビング条件は、径φ５０ｍ
ｍのステンレス製ローラー２０に両面テープでラビング
布２０ａを貼り付け、ローラー回転数１５００ｒｐｍ、
切込量０．４ｍｍ、ステージ移動速度３０ｍｍ／ｓとし
た。また、ラビング布は通常、ナイロン、コットン、レ
ーヨン、ポリエステル等が用いられているが、今回は揚
原織物（株）製で吉川化工（株）品番：ＹＡ−１９−Ｒ
のレーヨン布を用いた。

【００３８】図６はラビングローラー２０の回転軸に平
行な基板の端のみをフィルムで覆った図であるが、ラビ
ング方向、すなわちラビングローラーの軸と基板の端の
なす角度は、０度や９０度ばかりではなく、例えば４５
度なども有り得る。その際は、少なくとも液晶表示素子
の表示領域が露出するようにフィルムを「ロの字」型等
に切り取った後、基板１０上に載せることで基板１０四
辺の端をフィルムで覆うことになる。また、今回の基板
１０はプラズマＣＶＤで成膜したＳｉＮ膜が表面にある
ガラス基板を用いた。

【００３９】図７にはこのようにして基板１０の端をフ
ィルム４０で覆いラビングしたＳｉＮ基板上の付着異物
を計測した結果を示した。比較のため、図７には、基板
の端をフィルムで覆うこと無しにラビング処理したＳｉ
Ｎ基板上の付着異物の計測結果も併せて示した。図７か
ら、基板１０の端をフィルム４０で覆ってラビング処理
した場合のほうが、基板１０上への異物付着量が明らか
に少ないことが判る。従って、基板の端をフィルムで覆
いラビング処理することにより、ラビング布起源の異物
が著しく減少する。これはラビング布の基板端でのダメ
ージを緩和したことを意味するものであり、また、同時
に液晶表示素子製造におけるラビング布の耐久性を補強
したことにもなる。

【００４０】以上説明したように、本発明の実施の形態
によれば、ラビング時のラビング布起源の異物発生量を
従来の製造方法に比べて大幅に低減することができる。
必然的にラビング時に発生する異物の基板への付着量も
従来の方法よりも大幅に減少する。これにより、異物起
因の不良発生率は大幅に低くなる。従って、液晶表示素
子の製造工程に於ける不良発生要因を減少させることを
可能にし、製造歩留まりの高い液晶表示素子の製造方法
を提供するものである。また、同時にラビング布の摩耗
量が大幅に減少するため、液晶表示素子の大量生産にお
けるラビング布の耐久性は向上する。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、ラビング布や配向膜の
摩耗により発生する異物が付着しにくい液晶表示素子お
よびその製造方法ならびに製造装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の実施の形態の構成図で
ある。

【図２】透過式ａ−Ｓｉ型ＴＦＴ−ＬＣＤのＬＣＤ工程
を示す図である。

【図３】ラビング処理をする様子を示す図である。

【図４】本実施の形態によりレーヨン布によってラビン
グしたときの基板上への付着異物を計測した結果を示す
図である。

【図５】本発明の製造方法によりコットン布によってラ
ビングしたときの基板上への付着異物を計測した結果を
示す図である。

【図６】ラビング処理をする様子を示す別の実施の形態
の図である。

【図７】図６の製造方法によりラビングしたときの基板
上への付着異物を計測した結果を示す図である。

【符号の説明】

１０…基板、１０ａ…配向膜、１０ｂ…テーパー、１１
…液晶表示素子基板、１１ａ…配向膜、１１ｂ…テーパ
ー、１２…カラーフィルタ基板、１２ａ…配向膜、１２
ｂ…テーパー、１３…シール材、１４…液晶、１５…ス
ペーサ、２０…ラビング布２０ａを貼り付けたラビング
ローラ、３０…ステージ、４０…フィルム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子基板とカラーフィルタ基板の
   少なくとも一方の基板であって、液晶を一方向に配向す
   るための配向膜を形成した面の前記基板の端がテーパー
   形状であることを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶表示素子において、前
   記テーパー形状は液晶を一方向に配向するための配向膜
   を形成した面から側面に向かう角度が０度を超え且つ６
   ５度以下であることを特徴とする液晶表示素子。
3. 【請求項３】液晶表示素子製造プロセスのラビング工程
   において、液晶表示素子基板とカラーフィルタ基板の少
   なくとも一方の基板であって液晶を一方向に配向するた
   めの配向膜を形成した面の前記基板の端を予め保護する
   ことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
4. 【請求項４】請求項３記載の液晶表示素子の製造方法に
   おいて、前記保護は、前記液晶を一方向に配向するため
   の配向膜を形成した面の前記基板の端をテーパー形状と
   したことであることを特徴とする液晶表示素子の製造方
   法。
5. 【請求項５】請求項４に記載の液晶表示素子の製造方法
   において、前記前記テーパー形状は、液晶を一方向に配
   向する配向膜のある面から側面に向かう角度が０度を超
   え且つ６５度以下であることを特徴とする液晶表示素子
   の製造方法。
6. 【請求項６】請求項３記載の液晶表示素子の製造方法に
   おいて、前記保護は、前記液晶を一方向に配向するため
   の配向膜を形成した面の前記基板の端をフィルムで覆う
   ことであることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】液晶表示素子製造プロセスのラビング工程
   において、液晶表示素子基板とカラーフィルタ基板の少
   なくとも一方の基板であって液晶を一方向に配向するた
   めの配向膜を形成した面の前記基板の端をフィルムで覆
   う機構を具備することを特徴とする液晶表示素子の製造
   装置。