JP2020003752A - 配向膜印刷版、配向膜印刷装置および配向膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化、多品種少量生産への対応が容易で、しかも印刷ムラのない高品質な配向膜を形成することが可能な配向膜印刷版、配向膜印刷装置および配向膜印刷方法を提供する。【解決手段】版胴２４に巻きつけて使用され、その印刷面１４に塗布された印刷液をガラス基板に転写することによってガラス基板上に配向膜を形成する配向膜印刷版１０であって、配向膜印刷版１０の印刷面１４が、その上流側端部から下流側端部に至る１または複数の凹溝１６によって複数の細長帯状の単位印刷面１４ａ〜１４ｄに区画されており、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄの表面が平坦面となっていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、大型化と多品種少量生産への対応が容易で、しかも印刷ムラのない高品質な配向膜を形成することが可能な配向膜印刷版、配向膜印刷装置および配向膜形成方法に関する。

スマートフォン、携帯型ゲーム機、電卓、時計といった電子機器の表示画面として大小さまざまな大きさの液晶表示素子が一般に利用されている。

このような液晶表示素子は、電極、カラーフィルター、絶縁膜等が形成されたガラス基板上に配向膜を形成したものを主要構成要素としており、ガラス基板上に配向膜を形成するための方法として、フレキソ印刷による方法（特許文献１）や、インクジェット印刷による方法（特許文献２）が知られている。

フレキソ印刷は、その印刷面に印刷パターンの凹凸が形成された配向膜印刷版（いわゆる凸版）を使用する方法で、配向膜印刷版が巻き付けられた版胴にアニロックスローラーを介して印刷液（一般的には、ポリイミド）を塗布し、これをガラス基板上で転動させることにより、ガラス基板上に配向膜が形成される。

一方、インクジェット印刷は、インクジェットプリンタを使用する方法で、プリンタヘッドをガラス基板上で移動させつつプリンタヘッドのノズル孔からガラス基板に向けて印刷液を吐出することにより、ガラス基板上に配向膜が形成される。

特開２０１４−９８７３４号公報（図１） 特開２０１５−８７６５２号公報（図４）

近年、液晶表示素子の需要量が急激に伸びてきていることから、これに合わせて、ガラス基板のサイズもＧ１０クラス（２８５０×３０５０ｍｍ）以上の大型のものが求められるようになっている。また、液晶表示素子の形状や大きさは多岐に亘ることから、多品種少量生産に対して迅速に対応できるようにしたいとの要請も強く、さらには、膜厚不足（膜面に凹みを生じること）やコンタクトホールへの塗膜不足（電極間の通電を確保することを目的として、電極間に介在する絶縁膜に穿たれた小さな開口部を「コンタクトホール」と呼び、このコンタクトホールが配向膜で埋まらないこと）といった印刷ムラが生じないようにすることが求められるなど品質面に対する要求水準も高い。

このような、大型化・多品種少量生産への対応・高品質化といった要請を全て満足するような配向膜印刷装置を開発すべく、各社しのぎを削っているが、フレキソ印刷やインクジェット印刷による方法では、以下に示すようにそれぞれ一長一短があった。

たとえばフレキソ印刷の場合、版胴に巻きつけられた印刷版をガラス基板に押し付けることにより、配向膜に印圧が加わり、印刷ムラのない高品質な配向膜が得られるというメリットがあるが、多品種少量生産に対応するためには、印刷パターンの異なる配向膜印刷版（凸版）を複数種類用意しておき、これを手作業で交換する必要があるため、迅速な対応が困難であり品種少量生産には不向きであるという問題があった。

一方、インクジェット印刷による方法では、印刷パターンの変更をデータ変更だけで瞬時に行うことができるので、多品種少量生産への対応を迅速に行うことが可能であるが、配向膜の品質に関しては、印刷液をガラス基板上に非接触で単に塗布するだけであることから、配向膜に印圧は加わらず、フレキソ印刷のような印刷ムラの無い高品質な配向膜を形成することが難しいとされている（コンタクトホールのような小さな開口部に、印刷液のような粘性のある液体を印圧を加えることなく充填するのは、技術的に大変な困難を伴う）。

そこで、発明者等は、フレキソ印刷とインクジェット印刷とを組み合わせた方法（ハイブリッド法）で上記問題を解決しようと試みた。凹凸のない平坦な配向膜印刷版（いわゆるベタ版）を版胴に巻き付け、配向膜印刷版（ベタ版）の印刷面に印刷液をインクジェット印刷により印刷パターンに合わせて塗布し、これをガラス基板上で転動させることにより、ガラス基板上に配向膜を形成するというものである。

このハイブリッド法によれば、インクジェット印刷による多品種少量生産への迅速な対応と、版胴をガラス基板上で転動させて配向膜に印圧を加えることによる配向膜の高品質化とを同時に満足させることが可能となるが、以下に述べるような大型化への問題に直面することとなった。すなわち、ガラス基板の大型化に対応するためには、配向膜印刷版やこれが巻きつけられる版胴を大型化する必要があるが、表面に凹凸のない配向膜印刷版（ベタ版）が使用されることにより、「ガラス基板の割れ」と言う新たな問題が生じたのである。

すなわち、ガラス基板は、定盤上にエア吸引等によって吸着固定されている。このように定盤上に吸着固定されているガラス基板上を、配向膜印刷版が捲回された版胴が転動するのであるが、印刷液の塗布されていない箇所では、配向膜印刷版がガラス基板と直接接触することとなる。

配向膜印刷版は、その印刷面がゴムのような弾性樹脂を用いて形成されているため、転動時の印圧で配向膜印刷版がガラス基板に貼り付く。そして、この貼付力と、版胴の回転とにより、ガラス基板に対してこれを定盤から引き剥がそうとする力が付与される。

このように、印刷液が塗布されていない箇所では、定盤による吸着固定力と、配向膜印刷版による引き剥がし力とが、ガラス基板に対して不規則に加わり、これにより、薄いガラス基板が簡単に割れてしまうのである。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、大型化、多品種少量生産への対応が容易で、しかも印刷ムラの無い高品質な配向膜を形成することが可能な配向膜印刷版、配向膜印刷装置および配向膜印刷方法を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、「版胴２４に巻きつけて使用され、その印刷面１４に塗布された印刷液Ｍをガラス基板Ｗに転写することによってガラス基板Ｗ上に配向膜Ｘを形成する配向膜印刷版１０であって、配向膜印刷版１０の印刷面１４が、その上流側端部から下流側端部に至る１または複数の凹溝１６によって複数の細長帯状の単位印刷面１４ａ〜１４ｄに区画されており、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄの表面が平坦面となっている」ことを特徴とする配向膜印刷版１０である。

請求項２に記載した発明は、「各単位印刷面１４ａ〜１４ｄには、凹溝１６に対して略直交する方向に伸びるエッジ溝１８が、各印刷パターンＰの印刷終了側と対応する位置に形成されている」ことを特徴とする配向膜印刷版１０である。

請求項３に記載した発明は、「ガラス基板Ｗが載置される定盤２２と、外周に請求項１または２に記載の配向膜印刷版１０が巻回されており、ガラス基板Ｗ上を転動する版胴２４と、配向膜印刷版１０の印刷面１４に対して印刷液Ｍを吐出することにより各単位印刷面１４ａ〜１４ｄに印刷パターンＰを印刷する印刷ユニット２６とを有する」ことを特徴とする配向膜印刷装置２０である。

請求項４に記載した発明は、「請求項１または２に記載の配向膜印刷版１０を版胴２４の外周面に巻きつけて取り付け、
印刷ユニット２６のプリンタヘッド３２から配向膜印刷版１０に向けて印刷液Ｍを吐出することによって各単位印刷面１４ａ〜１４ｄに印刷パターンＰを印刷し、然る後、版胴２４と配向膜印刷版１０との一体物をガラス基板Ｗ上にて転動させる」ことを特徴とする配向膜形成方法である。

この発明では、配向膜印刷版の印刷面が凹溝によって細長帯状の複数の単位印刷面に区画されているので、ガラス基板上を版胴が転動する際、印刷液が塗布されていない箇所における引き剥がし力が凹溝によって大幅に分散・軽減される。したがって、配向膜印刷版を例えばＧ１０クラス以上に大型化してもガラス基板に対して大きな引き剥がし力が加わるようなことはなく、印刷時におけるガラス基板の割れ問題が生じることはない。

印刷面への印刷液の塗布はインクジェット印刷により行われるので、多品種少量生産の迅速な対応が可能であるし、また、版胴をガラス基板に押し付けつつ転動させることにより、印刷ムラのない高品質な配向膜を形成することができる。

この発明の一実施例の配向膜印刷版を示す図である。 この発明に係る配向膜印刷装置を示す図である。 この発明に係る配向膜印刷装置を用いてガラス基板に配向膜を印刷する様子を示す図である。 配向膜印刷版の印刷パターンの一例を示す図である。 配向膜印刷版の印刷パターンの他の例を示す図である。

以下、本発明を図面に従って説明する。図１は、本発明にかかる配向膜印刷版１０を示す図であり、図２は本発明にかかる配向膜印刷装置２０を示す図である。まず最初に配向膜印刷版１０について説明し、その後、配向膜印刷装置２０について説明する。

これらの図が示すように、配向膜印刷版１０は、後述する版胴２４の外周に巻き付けて取り付けられ、ガラス基板Ｗ上に配向膜Ｘを形成するために使用されるシート状部材であり、その大きさは、版胴２４の大きさに合わせて適宜設定されている。

本実施例において、配向膜印刷版１０は三層構造となっており、版胴２４側がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）製の薄膜層であるキャリアフィルム１０ａであり、中央部分がベースフィルム１０ｂであり、印刷面側がゴムなどの弾性樹脂からなる樹脂層１０ｃであり（図１の右側円内参照）、全体の厚みは０．５〜３．０ｍｍ（本実施例では２．５ｍｍ）に設定されている。なお、簡略化のため、図２以降は、配向膜印刷版１０が１枚のシート状部材として描かれている。

配向膜印刷版１０の短辺側両端部は、一段掘り込まれて段状に形成されており、この段部が版胴２４への取付部１２（１２ａ，１２ｂ）となっている。各取付部１２（１２ａ，１２ｂ）には、複数（本実施例では５つ）の固定孔１２ｃが所定間隔を隔てて穿設されている。

配向膜印刷版１０の上面（版胴２４と接する側の面とは反対側の面）のうち、取付部１２ａ，１２ｂで挟まれた部分が印刷面１４である。印刷面１４には、一方の取付部１２ａ側端縁から他方の取付部１２ｂ側端縁に至る凹溝１６が１又は複数本（本実施例では３本）、所定間隔を隔てて平行に形成されている。これにより、配向膜印刷版１０の印刷面１４が複数（本実施例では４つ）の単位印刷面１４ａ〜１４ｄに区画されることになる。

各単位印刷面１４ａ〜１４ｄは、細長の帯状部分であり、その表面は平坦面となっている。本実施例において、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄの幅は等幅に設定されているが、もちろん、単位印刷面１４ａ〜１４ｄ毎に異なる幅としてもよい。各凹溝１６の形状は、上向きコ字状となっており、本実施例では、左右の側壁１６ａ，１６ｂと底面１６ｃとが略９０度で互いに直交している（図１の左側円内参照）。

次に配向膜印刷装置２０について説明する。配向膜印刷装置２０は、定盤２２、版胴２４、印刷ユニット２６により大略構成されており、上述した配向膜印刷版１０が版胴２４の外周に巻きつけて使用される。

定盤２２は、ガラス基板Ｗが載置される平板状のもので、定盤２２の上方に版胴２４が定盤２２に対して移動可能に配置されている。定盤２２の上面（載置面）には、複数の吸着孔（図示省略）が設けられており、定盤２２の下面側を負圧にすることで定盤２２上に載置されたガラス基板Ｗを吸着固定できるようになっている。

版胴２４は、円柱状の部材で、その外周面には、第１の取付凹所２４ａと第２の取付凹所２４ｂとが形成されており、ここに後述する版バイス４４（４４Ａ，４４Ｂ）がそれぞれ着脱可能に取り付けられる。

印刷ユニット２６は、配向膜印刷版１０の印刷面１４（単位印刷面１４ａ〜１４ｄ）に印刷液Ｍを非接触（インクジェット方式）で塗布して印刷パターンＰを形成するためのもので、図２〜図３に示すように、印刷部２８と制御部３０とで大略構成されている。

印刷部２８は、印刷液Ｍを配向膜印刷版１０に向けて吐出する部分で、プリンタヘッド３２と循環タンク３４とを備えており、これらがひとつのユニットとして版胴２４の上方にて版胴２４の動きに合わせて定盤２２上を移動できるようになっている。

プリンタヘッド３２は、版胴２４に巻回された配向膜印刷版１０の上方にて配向膜印刷版１０の全幅をカバーできるように配設されており、その下面には、複数の小さなノズル孔３２ａが所定間隔を隔てて形成されている。各ノズル孔３２ａからは、配向膜Ｘの原料となる印刷液Ｍが配向膜印刷版１０の印刷面１４（単位印刷面１４a〜１４ｄ）に向けて吐出され、これにより、配向膜印刷版１０の印刷面１４（各単位印刷面１４ａ〜１４ｄ）に印刷液Ｍの印刷パターンＰが印刷（一次転写）されることになる（図４）。プリンタヘッド３２には、循環タンク３４が接続されており、この循環タンク３４によってプリンタヘッド３２に対する印刷液Ｍの供給と、印刷に使用されなかった印刷液Ｍの回収とが行われる。

なお、本実施例では、配向膜印刷版１０の全幅が１台の大きなプリンタヘッド３２によりカバーされているが、小型のプリンタヘッドを複数台配置して配向膜印刷版１０の全幅をカバーするようにしてもよい。

制御部３０は、印刷部２８に対する印刷液Ｍの給排と、印刷部２８の移動とをそれぞれ制御する部分であり、印刷液給排制御部３６、印刷部移動制御部３８、印刷液供給タンク４０および廃液タンク４２を有している。

印刷液給排制御部３６では、印刷液供給タンク４０から循環タンク３４への新たな印刷液Ｍの供給、循環タンク３４から廃液タンク４２への不要となった印刷液Ｍの回収ならびにプリンタヘッド３２のノズル孔３２ａからの印刷液Ｍの吐出がそれぞれ制御される。印刷部移動制御部３８では、上述した版胴２４の動きに合わせた印刷部２８の定盤２２上の移動が制御される。

このような配向膜印刷版１０および配向膜印刷装置２０を用いてガラス基板Ｗ上に配向膜Ｘを形成する方法について説明する。まず、最初に配向膜印刷版１０を版胴２４の外周に巻きつけ、これを取り付ける。配向膜印刷版１０の版胴２４への取り付けは、版バイス４４（４４Ａ，４４Ｂ）を用いて行われる。各版バイス４４（４４Ａ，４４Ｂ）は、バイス本体４４ａと、このバイス本体４４ａにボルト４６を介して一体固定されるブラケット４４ｂとを有し、バイス本体４４ａとブラケット４４ｂとで配向膜印刷版１０の取付部１２（１２ａ，１２ｂ）をそれぞれ挟持固定する。配向膜印刷版１０の取付部１２ａに設けられた固定孔１２ｃには、ボルト４６が挿通される。

そして、配向膜印刷版１０の周方向一方（上流側）を挟持している版バイス４４Ａが、版胴２４に設けられた第１の取付凹所１ａに固定され、配向膜印刷版１０の周方向他方（下流側）を挟持している版バイス４４Ｂが、版胴２４に設けられた第２の取付凹所１ｂに取り付けられる（図２参照）。これにより、配向膜印刷版１０の版胴２４への取り付けが完了する。下流側の版バイス４４Ｂには、シリンダ４８（図２参照）が接続されており、このシリンダ４８が版バイス４４Ｂを下流側に引き寄せることによって配向膜印刷版１０に張力が付与される。

次に、配向膜印刷版１０の印刷面１４、より具体的には、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄへの印刷液Ｍ（一般的には、ポリイミド）の塗布が行われる。この塗布工程は、印刷ユニット２６を用いたインクジェット印刷により行われる。

なお、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄに形成される印刷パターンＰは、制御部３０に印刷パターンＰのパターンデータを設定することによって任意の形状に設定することができる。本実施例では、図４に示すように、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄに形成される全ての印刷パターンＰが同大・同形状（矩形状）となるように設定されているが、単位印刷面１４ａ〜１４ｄ毎に異なる大きさ・形状の印刷パターンＰを形成するようにしてもよい。また、各単位印刷面１４ａ（１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）中に印刷される印刷パターンＰについても、全て同じ大きさ・形状としてもよいし、異なる大きさ・形状の印刷パターンＰを組み合わせてもよい。また、各単位印刷面１４ａ〜１４ｄの境界線と各印刷パターンＰとの間には余白ｍが設けられており（図４の円内参照）、これにより、後述する二次転写時における印刷液Ｍの液跳ねが防止される。

次に、印刷面１４に一次転写された印刷パターンＰのガラス基板Ｗへの転写（二次転写）について説明する。版胴２４は、ガラス基板Ｗ上を、図２中、右方向に向かって転動する。版胴２４に巻きつけられている配向膜印刷版１０の印刷面１４（各単位印刷面１４ａ〜１４ｄ）には、印刷パターンＰが塗布されている。

配向膜印刷版１０の印刷面１４をガラス基板Ｗに軽く接触させつつ回転させると、印刷面１４（各単位印刷面１４ａ〜１４ｄ）に塗布されている印刷パターンＰがガラス基板Ｗ上に印刷（二次転写）され、目的とする配向膜Ｘがガラス基板Ｗ上に形成される。

ここで、配向膜印刷版１０の印刷パターンＰが形成されていない部分（非印刷部）Ａ（図４）では、配向膜印刷版１０の印刷面（より詳しくは樹脂層１０ｃ）とガラス基板Ｗとが直接接触して樹脂層１０ｃがガラス基板Ｗに貼り付くが、その貼付力は、配向膜印刷版１０の印刷面１４が凹溝１６で複数の単位印刷面１４ａ〜１４ｄに分割されることによって大幅に軽減されており、版胴２４が転動すると、配向膜印刷版１０の非印刷部Ａは、ガラス基板Ｗからすぐに離れることとなる。したがって、ガラス基板Ｗを大型化しても、版胴２４の転動時にガラス基板Ｗに対して大きな引き剥がし力が加わるようなことはなく、ガラス基板Ｗの割れを防止できる。

また、印刷面１４（各単位印刷面１４ａ〜１４ｄ）への印刷液Ｍの塗布はインクジェット印刷により行われるので、多品種少量生産の迅速な対応が可能であるし、版胴２４がガラス基板Ｗ上を転動して印圧が加わることにより、印刷ムラのない高品質な配向膜Ｘを形成することができる。

なお、上述実施例では、一次転写と二次転写とを同時に行うようにしているが、両者を別工程として行うようにしてもよい。また、定盤２２の位置を固定し、版胴２４を可動式とすることにより二次転写を行うようにしているが、版胴２４の位置を固定し、定盤２２を可動式とすることによって二次転写を行うようにしてもよい。

なお、上述したような版胴２４に巻回された配向膜印刷版１０をガラス基板Ｗに軽く押し当てつつ転動させて二次転写を行う方法では、各印刷パターンＰの印刷終了側（図５の下側；下流側）において印刷液Ｍが下流側に押し出されてしまい、ガラス基板Ｗに転写された印刷パターンのエッジラインが歪んでしまうという問題が生じる。このような場合には、図５に示すように、各印刷パターンＰの印刷終了側と対応する位置に、凹溝１６と直交するエッジ溝１８を設けるようにしてもよく、これによりガラス基板Ｗに転写された印刷パターンのエッジラインを美しく仕上げることが可能となる。

１０：配向膜印刷版、１０ａ：キャリアフィルム、１０ｂ：ベースフィルム、１０ｃ：樹脂層、１２（１２ａ，１２ｂ）：取付部、１２ｃ：固定孔、１４：印刷面、１４ａ〜１４ｄ：単位印刷面、１６：凹溝、１６ａ，１６ｂ：側壁、１６ｃ：底面、１８：エッジ溝、２０：配向膜印刷装置、２２：定盤、２４：版胴、２４ａ：第１の取付凹所、２４ｂ：第２の取付凹所、２４ｃ：回転軸、２６：印刷ユニット、２８：印刷部、３０：制御部、３２：プリンタヘッド、３２ａ：ノズル孔、３４：循環タンク、３６：印刷液給排制御部、３８：印刷部移動制御部、４０：印刷液供給タンク、４２：廃液タンク、４４：版バイス、４４ａ：バイス本体、４４ｂ：ブラケット、４６：ボルト、４８：シリンダ、Ａ：印刷パターンが形成されていない部分（非印刷部）、ｍ：余白、Ｍ：印刷液、Ｐ：印刷パターン、Ｗ：ガラス基板、Ｘ：配向膜

Claims (4)

1. 版胴に巻きつけて使用され、その印刷面に塗布された印刷液をガラス基板に転写することによって該ガラス基板上に配向膜を形成する配向膜印刷版であって、
   前記配向膜印刷版の印刷面が、その上流側端部から下流側端部に至る１または複数の凹溝によって複数の細長帯状の単位印刷面に区画されており、前記各単位印刷面の表面が平坦面となっていることを特徴とする配向膜印刷版。
2. 前記各単位印刷面には、前記凹溝に対して略直交する方向に伸びるエッジ溝が、前記各印刷パターンの印刷終了側と対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配向膜印刷版。
3. ガラス基板が載置される定盤と、
   外周に請求項１または２に記載の配向膜印刷版が巻回されており、前記ガラス基板上を転動する版胴と、
   前記配向膜印刷版の印刷面に対して印刷液を吐出することにより前記各単位印刷面に印刷パターンを印刷する印刷ユニットとを有する配向膜印刷装置。
4. 請求項１または２に記載の配向膜印刷版を版胴の外周面に巻きつけて取り付け、
   印刷ユニットのノズル孔から前記配向膜印刷版に向けて印刷液を吐出することによって前記各単位印刷面に印刷パターンを印刷し、然る後、前記版胴と前記配向膜印刷版との一体物を前記ガラス基板上にて転動させることを特徴とする配向膜形成方法。