JP2004212978A - 配向膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転写板の構造を変更して印刷された配向膜パターンの中央部とエッジ部の膜厚さの顕著な差を起こすマージナル現象を抑制して基板全面に均一な厚さの配向膜を形成することができる方法を提供する。
【解決手段】基板上の配向膜のエッジ及び中央の顕著な差をなくすために転写板の凸部をエッジ部と中央部に分けて、この二部分において、形成される網点大きさ及び高さと網点配列間隔を違うように形成する。二重構造の凸部を有する転写板を利用して基板上に配向膜をコーティングすれば、エッジ及び中央の膜厚さ差を克服してギャップ不良及び画面表示むらを抑制させて優れた品質の液晶表示装置を提供することができる。
【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は液晶表示装置の配向膜形成方法に係り、さらに詳細には転写板を利用して均一な配向膜を形成する方法に関する。

液晶表示装置は、液晶の光学的異方性を利用した装置である。すなわち、電圧が加えられると電界の強度によって液晶の分子配列が変えられて、前記液晶の分子配列によって光を調節することができる特性を利用してイメージを表現する装置であって、前記液晶表示装置は、上部及び下部の絶縁基板とその間に充填された液晶で構成される。

前記のような液晶表示装置に対して簡単に説明する。図１は、一般的な液晶表示装置を概略的に示した図面である。図示したように、一般的な液晶表示装置１１は、上部基板５と、下部基板１０とで構成される。上部基板５には、透明な絶縁基板上にカラーフィルター７と、前記各カラーフィルター７間に構成されたブラックマトリックス６と、前記カラーフィルターとブラックマトリックス６上部に蒸着された共通電極１８とが形成されている。下部基板１０には、画素領域Ｐと、画素領域Ｐ上に形成された画素電極３６と、スイッチング素子Ｔと、アレイ配線とが形成されている。また、前記上部基板５と下部基板１０との間には液晶９が充填されている。

前記下部基板１０は、アレイ基板とも称し、スイッチング素子である薄膜トランジスタＴをマトリックス状に配置し、複数の薄膜トランジスタＴを交差するようにしてゲート配線１４とデータ配線２２とが形成される。ここで、前記画素領域Ｐは、前記ゲート配線１４とデータ配線２２とが交差して定義される領域であり、前記画素領域Ｐ上には透明な画素電極３６が形成される。

前述した液晶表示装置の製造工程に対して簡単に説明する。まず、アレイ基板は、蒸着（deposition）、露光（photo-lithography）、エッチング工程を経て薄膜トランジスタのような複数のスイッチング素子を形成して、前記それぞれのスイッチング素子に対応する画素（pixel）をマトリックス状で構成し、前記スイッチング素子を中心にして配線が交差して前記各配線の一端にはパッド部が形成されるアレイパターンが形成される。

また、カラーフィルター基板には、前記アレイ基板と対向する面に共通電極を形成し、前記共通電極下部にブラックマトリックス（ＢＭ）とカラーフィルター層が形成される。

前述したように製作された前記アレイ基板及びカラーフィルター基板は、前記両基板間に液晶を充填して前記両基板を合着し一つのパネルを形成するセル工程を行うことで液晶表示装置として製品化される。

液晶表示装置は、液晶の電気光学的効果を利用したものであって、このような電気光学効果は、液晶自らの異方性と液晶の分子配列状態により決定され、前記液晶の分子配列に対する制御は、液晶表示装置における画像表示品位を安定化することに大きな影響を及ぼすようになる。

したがって、液晶分子の初期配列を均等化にするために配向工程を行うようになる。前記アレイ基板及びカラーフィルター基板に配向膜物質を均等な厚さに形成して、前記配向膜を硬化させた後、前記硬化された配向膜を一定の方向性を有するようにするためにラビング布と称する特殊な布地で一定な方向に摩擦させて前記配向膜内の高分子鎖を一定方向に整列させることによって液晶分子の初期配列状態を均等にする。

この時、液晶に単結晶秩序を附与して規則的な応答をすることができるようにすることが配向膜の役割である。このような配向膜は、無機配向膜と有機配向膜とに分けられ、特に、有機配向膜のうちポリイミド（ＰＩ）配向膜が多く用いられている。

配向膜形成に対して図２を参照してさらに詳細に説明する。配向膜形成は、主に、複数個のロールと印刷テーブルとで構成された印刷装置と、前記装置に装着される転写板とを利用したロールコーティング方式が用いられている。

図２は、ロールコーティング方式による配向膜印刷工程を示した図面である。図示したように、配向膜印刷機１は、一方向に往復運動する印刷テーブル２と、前記印刷テーブル２と噛み合って回転する版胴（printing roll）５と、前記版胴５上に装着された転写板１５と、前記転写板１５に配向液を転写させるアニロックスロール（anilox roll）８と、前記アニロックスロール８に配向液を均等に塗るドクタロール（doctor roll）１０とで構成されている。

前記印刷テーブル２に基板１３を配置させた状態で、印刷テーブル２が一方向に同一な速度で動けば、前記印刷テーブル２と噛み合っている版胴５が回転し、前記版胴５上に装着された転写板１５が前記テーブル２上に位置した基板１３と接触し、前記転写板１５に塗られた配向液を前記基板１３に転写させる。前記のような一連の作業により基板１３上に配向膜が形成される。

前記ロールコーティング方式により配向膜が形成された基板に対して、前記基板上の配向液の水分をなくすために乾燥工程と乾燥した配向膜を硬化させるための焼成（curing）工程とを行う。次に、硬化された配向膜をラビング布を利用して前記配向膜表面を一定の圧力を有して摩擦させて一方向に前記配向膜内の高分子鎖を整列させるラビング工程を行うことで、配向工程を完了する。

図３Ａは、配向液を基板に転写させる樹脂材質の転写板を示した平面図であり、図３Ｂは、前記転写板の凸部の一部（点線部分；Ｍ）を拡大した図面である。また、図４Ａは、転写板の断面図であり、図４Ｂは、転写板の断面図の一部（点線部分；Ｎ）を拡大した図面である。

図３Ａ及び図３Ｂと図４Ａ及び図４Ｂに図示したように、前記転写板１５は、配向液を保有して基板と接触し、配向液を基板に転写させる凸部１７と、前記凸部１７と凸部１７間に基板と直接接触しない基礎部１９とに分けられる。前記凸部の厚さＴ１は、通常、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの平均厚さを有するように形成され、前記基礎部の厚さＴ２は、１．４ｍｍないし２．０ｍｍの平均厚さを有して形成される。

前記転写板の凸部１７は、均一な量の配向液を保有するためにふくらんでいた突起状、さらに正確には円錐台（circulartruncated cone）状の網点（halftone dots）２１で構成され、前記網点２１と網点２１間に配向液を保有する溝２３が形成されている。前記網点２１は、均一な高さと大きさで形成され、前記網点２１と網点２１間距離も一定に形成される。すなわち、アニロックスロールにより塗られた配向液を保有する溝２３も一定の深さと一定の間隔を有するように形成される。また、前記凸部１７に形成された網点２１は、転写板の一方向に対して一定の角度の側面を有して配列されており、前記凸部１７は、一般的に、４００メッシュ（mesh）で網点が形成される。

図５Ａは、従来技術により基板に印刷された配向膜パターンを示した断面図であって、図５Ｂは、図５ＡのＥ１領域を拡大した図面である。 図示したように、基板３０と接触して前記基板３０に配向液を転写させる凸部に、均一に形成された網点を有する転写板により印刷された基板３０上の配向膜パターン３２は、その厚さが一定でないように形成される。通常、液晶表示装置の上部基板及び下部基板に印刷されて硬化された配向膜パターン３２の厚さは、７００Åないし１１００Åが望ましい。

しかし、印刷された配向膜パターン３２において、前記パターン３２の中央と縁は、その配向膜厚さが２倍ないし３倍程度の差が現れるようになるが、中央対比縁の配向膜厚さが２倍ないし３倍が高い１４００Åないし３３００Åの厚さに形成されて、ギャップ不良を発生させたり、電圧印加時に画面上に配向膜厚さの差によるむらなどが現れるようになったりする等液晶表示装置の表示素子としての価値を落とす。

前記のように、縁が中央部と比較して厚い膜厚さを有する理由は、マージナル現象に起因する。配向膜印刷機上で版胴に同一な大きさの網点が形成された転写板を装着して、一定速度でテーブルが一方向に動くと同時に前記転写板が装着された版胴が回転する。この時、前記転写板の凸部が基板と接触し、アニロックスロールにより前記転写板の溝部に充填された配向液を基板に転写させるようになるが、前記版胴の回転にしたがって転写板の凸部中央に保有される配向液が凸部縁に集まるようになって、これによって、前記凸部の縁に配向液が多くなり、前記網点と網点間の溝部に配向液が溜まる現象が発生するが、これをマージナル現象という。

したがって、本発明は前述したような問題点を解決するために、転写板の構造を変更して印刷された配向膜パターンの中央部とエッジ部の膜厚さに顕著な差をもたらすマージナル現象を抑制して基板全面に均一な厚さの配向膜を形成することができる配向膜形成方法を提供することにある。

前述したような目的を達成するための本発明による配向膜形成方法は、印刷機版胴に第１網点と第２網点で構成された凸部を有する転写板を付着する段階と；基板を印刷機テーブル上に配置させる段階と；ドクタロールとアニロックスロール間に配向液を提供する段階と；前記アニロックスロールに前記配向液を均一に塗る段階と；前記印刷テーブルを動かせて前記版胴を回転させながら、前記アニロックスロール上の配向液を前記転写板に転写させて前記配向液を前記基板上にコーティングして、前記基板上に配向膜を形成する段階を含む。

この時、前記基板上に形成された配向膜は、７００Åないし１１００Åの厚さを有する。

前記第１網点の大きさは、前記第２網点よりさらに大きく、前記凸部は前記第１網点を含む第１領域と前記第２網点を含む第２領域で構成されて、前記第２領域は前記第１領域を取り囲んでいる。

前記第２領域は、０ｍｍないし１００ｍｍの幅を有することができる。

一方、前記転写板は、前記凸部を取り囲んで前記凸部より薄い平均厚さを有する基礎部をさらに含む場合もある。

前記転写板の凸部は、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの平均厚さを有することができる。

本発明は、前記配向膜を硬化させる焼成段階をさらに含むことができる。

本発明による他の配向膜形成方法は、テーブルと版胴、ドクタロール及びアニロックスロールを含む印刷機を備える段階と；前記印刷機版胴に第１網点と第２網点で構成された凸部を有する転写板を付着する段階と；基板を前記印刷機テーブル上に配置させる段階と；ドクタロールとアニロックスロール間に配向液を提供する段階と；前記アニロックスロールと前記印刷機版胴上の転写板を通じて前記配向液を前記基板上にコーティングする段階を含む。

前記凸部は、前記第１網点に対応する第１領域と前記第２網点に対応する第２領域で構成され、前記第１網点は前記第２網点より大きさがさらに大きくあり得る。

前記第２領域は、前記第１領域を取り囲んでいることができる。

前記転写板の凸部は、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの平均厚さを有することもできる。

前記転写板は、前記凸部を取り囲んで前記凸部より薄い平均厚さを有する基礎部をさらに含むことができる。

本発明実施の形態によれば、転写板凸部の中央部とエッジ部に大きさ及び高さが異なった網点構造を有するように形成した転写板を利用して、ロールコーティングにより配向膜を基板に形成することにより、マージナル現象による、エッジ部の配向膜厚さが中央部と比較して２倍ないし３倍高く形成されることを抑制する。これにより、配向膜の望ましい厚さである７００Åないし１１００Åの厚さを有し、基板全体に均等に形成されることによって、前記膜厚さの差によるギャップ不良及び表示むらなどの液晶表示装置の画質不良を防止することができ、優秀な品質の液晶表示装置を提供する効果がある。

以下、本発明の実施の形態による配向膜形成用転写板を図面を参照しながら説明する。本発明の特徴は、転写板により基板に転写された配向膜において前述した中央部対比エッジ部に膜厚さが２倍ないし３倍高く形成されるのを抑制しようとするもので、転写板の従来の単一構造すなわち網点の大きさ及びメッシュを中央部とエッジ部とで違うように形成することが特徴である。

図６Ａは、本発明の実施の形態による転写板の一部を示した平面図である。図６Ａに図示したように、転写板１００は、基板と接触して配向液を基板に転写させる凸部１０５と前記凸部１０５間に前記凸部１０５の厚さより薄い基礎部１１０で構成される。この時、前記凸部１０５において、前記凸部１０５内の網点をその大きさが一定になるように単一パターンで形成した従来と違うように、前記網点１２０の大きさ及び高さまたはメッシュを中央部１０３とエッジ部１０２とで違うように構成する二重構造の凸部１０５を形成して、転写板１００を構成する。

さらに詳細に説明すれば、まず、メッシュ（mesh）とは、横、縦各々１インチすなわち２．５４ｃｍの正四角形に形成される網点数を意味する。例えば４００メッシュ転写板とは、凸部上の横、縦長さが各々２．５４ｃｍである正四角形を定義した時、前記正四角形中に４００個の網点が形成されたことを言う。

前記説明したメッシュを凸部１０５の中央部１０３とエッジ部１０２とで違うように形成する。すなわち、中央部１０３は従来通り４００メッシュに形成して、エッジ部１０２は４００メッシュより稠密に形成するものである。つまり、４００ないし６００メッシュを有するように形成するものである。この時、前記メッシュが変わればメッシュを形成する網点間隔と網点大きさも変わる。

また、メッシュ以外に前記形成される網点の高さも、中央部１０３は高く形成して、エッジ部１０２は前記中央部１０３より低く形成する。この時、前記メッシュが違うように形成されるエッジ領域は、前記エッジ終端から中央部に約１００ｍｍ以下である領域である。すなわち、エッジ領域の横幅及び縦幅であるＷ１とＷ２は０ｍｍないし１００ｍｍの値を有するように形成する。

図６Ｂは、図６ＡにおいてＶＩ−ＶＩ線に沿って切断した断面図であり、前記図面を利用してさらに詳細に説明する。図示したように、中央部１０３とエッジ部１０２の境界ＢＡを中心にして中央部１０３とエッジ部１０２上に相異なった大きさの網点１２０ａ、１２０ｂを形成する。中央部１０３の網点間隔をＡ、エッジ部１０２の網点間隔をＢ、中央部１０３の網点高さをＴ３、エッジ部１０２の網点高さをＴ４として、
Ａ＞Ｂ、Ｔ３＞Ｔ４
である関係が形成されるように、前記転写板１００の凸部１０５を形成する。

上記の関係が成立するように、網点１２０ａ、１２０ｂを凸部１０５に形成すれば、溝１２５ａ、１２５ｂは前記網点１２０ａ、１２０ｂの大きさに比例するので、前記中央部１０３の溝１２５ａの大きさがエッジ部の溝１２５ｂよりさらに大きく、かつ深さも深く形成される。これは、中央部１０３にさらに多くの配向液を保有するようになり、エッジ部１０２には保有する配向液が少なくなることを意味する。

この時、転写板の凸部の平均厚さＨは、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの値を有するように形成される。これは、凸部の中央部とエッジ部の網点高さは違っても網点の端が平らに配置されることを意味する。

転写板の製作方法に対して簡単に説明する。前記転写板は、ＡＰＲ（Asahikase Photosensitive Resin：商標名）と言う光硬化性樹脂をベースフィルムと称するポリエチレンフィルムと接着して形成する。

まず、下部にＵＶランプを配置して、前記ＵＶランプ上に平らな形態の石英またはクリスタル材質の厚い基板が形成された露光装置の前記基板上に転写板の凸部に形成される網点の個数だけ円形態がパターニングされたネガティブ（negative）フィルムを配置させる。前記ネガティブフィルムは、中央部とエッジ部の円パターンの大きさが相異なるように形成されている。すなわち、中央部の円パターンの大きさがエッジ部の円パターンより大きくその直径が大きく形成されている。

以後、前記ネガティブフィルム上にＡＰＲを一定の厚さに塗布する。そして、前記塗布されたＡＰＲ上にポリエチレン材質の透明なベースフィルムを配置して接着させる。さらに、前記ベースフィルムが付着されたＡＰＲに露光装置基板下部に配置した紫外線ランプを動作させて紫外線露光をする。前記紫外線露光によりネガティブフィルム上の円形態パターンがＡＰＲに転写されて前記ＡＰＲ上に一定の高さを有する円錐台形状の網点と前記網点間に溝が形成される。これは、前記ＡＰＲがＵＶ光に反応して、光照射された部分が硬化される特性をもっているためである。

以後、前記網点が形成されて、その下部にベースフィルムが付着されたＡＰＲを洗浄する。紫外線光に反応して硬化された部分を残して光が照射されていない部分は洗浄時除去される。この時、ベースフィルムと接着して硬化されたＡＰＲは直四角形形態の転写板を形成する。

次に、前記洗浄されたＡＰＲ転写板は、乾燥工程を通じて乾燥した後、後露光工程を進行して前記洗浄された後のＡＰＲ表面をさらに硬化させる役割を有する。前記のように製作された転写板の凸部は中央部とエッジ部の網点の大きさまたは網点の数と網点の高さが異なった二重構造で形成される。

前記網点の大きさ及び網点の高さは、紫外線露光時、露光時間とネガティブフィルム上の円パターンの大きさによりコントロールされる。ネガティブフィルム上にパターニングされた円の大きさが小さいほど網点の大きさが小さくなって、また網点の高さまたは溝の深さが低く形成される。

前述したように製作された二重構造の転写板を利用して配向膜を基板にコーティングする配向膜印刷工程を行う。

均一な配向膜形成工程について簡単に説明する。まず、パターニングされた凸部の二重網点構造で形成された転写板を印刷機版胴に装着する。その後、印刷テーブルに基板を配置させる。次に、ドクタロールとアニロックスロール間に配向液を塗布し、前記配向液は回転して一方向に搖動するゴム材質のドクタロールによりアニロックスロールに配向液が均等に転写されて塗られるようになり、前記基板が、二重構造網点が形成された転写板が装着された版胴と噛み合って一方向に動けば、前記版胴が回転してテーブル上の基板に配向液を均一にコーティングするようになる。その表面に配向液がコーティングされた基板に対し乾燥及び焼成工程を行い、配向液を硬化させて配向膜を形成する。前記のように形成された配向膜は、配向膜パターンのエッジと中央部分の膜厚さにほとんど差がない。

図７Ａは、本発明の実施の形態による中央部とエッジ部に網点大きさ及び高さを違うように形成して製作した転写板を装着して基板に配向膜を印刷した時、形成された配向膜パターンを示した断面図であって、図７Ｂは、図７ＡのＥ２領域を拡大した図面である。

図示したように、転写板の凸部と接触して配向膜が印刷されて形成された基板１５０上の配向膜パターン１５５を、マイクロ検査器で確認時、前記配向膜パターンの中央とエッジの膜厚さの顕著な差が大きく減って望ましい配向膜厚さである７００Åないし１１００Åで形成されたことを示している。

一般的な液晶表示装置の概略図。 ロールコーティングによる配向膜形成を示した図面。 従来の単一網点構造の凸部を有する転写板を示した図面。 従来の単一網点構造の凸部を有する転写板を示した拡大図。 従来の転写板の断面図。 従来の転写板の拡大図。 従来技術により基板に印刷された配向膜パターンを示した断面図。 図５ＡのＥ１領域を拡大した図面。 本発明の実施の形態による二重網点構造の凸部を有する転写板の平面図。 図６ＡにおいてＶＩ−ＶＩ線に沿って切った断面図。 本発明の実施の形態による転写板を利用して形成した基板上の配向膜を示した断面図。 図７ＡのＥ２領域を拡大した図面。

符号の説明

１０２：凸部のエッジ部、１０３：凸部の中央部、１２０ａ：中央部網点、１２０ｂ：エッジ部網点、１２５ａ：中央部溝、１２５ｂ：エッジ部溝、Ａ：中央部網点間隔、Ｂ：エッジ部網点間隔、ＢＡ：中央部とエッジ部の境界、Ｈ：転写板凸部平均厚さ、Ｔ３：中央部網点高さ、Ｔ４：エッジ部網点高さ。

Claims (13)

1. 印刷機版胴に第１網点と第２網点で構成された凸部を有する転写板を付着する段階と；
   基板を印刷機テーブル上に配置させる段階と；
   ドクタロールとアニロックスロール間に配向液を提供する段階と；
   前記アニロックスロールに前記配向液を均一に塗る段階と；
   前記印刷テーブルを動かせて前記版胴を回転させながら、前記アニロックスロール上の配向液を前記転写板に転写させて前記配向液を前記基板上にコーティングして、前記基板上に配向膜を形成する段階とを含むことを特徴とする配向膜形成方法。
2. 前記基板上に形成された配向膜は、７００Åないし１１００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の配向膜形成方法。
3. 前記第１網点の大きさは、前記第２網点よりさらに大きいことを特徴とする請求項１に記載の配向膜形成方法。
4. 前記凸部は、前記第１網点を含む第１領域と前記第２網点を含む第２領域で構成され、前記第２領域は前記第１領域を取り囲んでいることを特徴とする請求項３に記載の配向膜形成方法。
5. 前記第２領域は、０ｍｍないし１００ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項４に記載の配向膜形成方法。
6. 前記転写板は、前記凸部を取り囲んで前記凸部より薄い平均厚さを有する基礎部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜形成方法。
7. 前記転写板の凸部は、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの平均厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の配向膜形成方法。
8. 前記配向膜を硬化させる焼成段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の配向膜形成方法。
9. テーブルと版胴、ドクタロール及びアニロックスロールを含む印刷機を備える段階と；
   前記印刷機版胴に第１網点と第２網点で構成された凸部を有する転写板を付着する段階と；
   基板を前記印刷機テーブル上に配置させる段階と；
   ドクタロールとアニロックスロール間に配向液を提供する段階と；
   前記アニロックスロールと前記印刷機版胴上の転写板を通じて前記配向液を前記基板上にコーティングする段階とを含むことを特徴とする配向膜形成方法。
10. 前記凸部は、前記第１網点に対応する第１領域と前記第２網点に対応する第２領域で構成され、前記第１網点は、前記第２網点よりさらに大きいことを特徴とする請求項９に記載の配向膜形成方法。
11. 前記第２領域は、前記第１領域を取り囲んでいることを特徴とする請求項１０に記載の配向膜形成方法。
12. 前記転写板の凸部は、２．２４ｍｍないし２．８４ｍｍの平均厚さを有することを特徴とする請求項９に記載の配向膜形成方法。
13. 前記転写板は、前記凸部を取り囲んで前記凸部より薄い平均厚さを有する基礎部をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の配向膜形成方法。

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