(57)【要約】【課題】本発明は、液晶表示素子基板に形成された配向膜を全面に亘って均一にラビングするラビング装置及びそれを使用して製造された液晶表示素子を提供する。【解決手段】多数のマグネット１が等間隔で並べられてモジュール化されたマグネットプレート２とガイドレール３とが、マグネットプレート２を挟んだ両側にマグネットプレート２に平行にガイドレール３を位置させた状態で、固定されたベッド４の上面に配置されている。そして、ガイドレール３に沿って摺動するスライダー５と一体化されたステージ６の中心部に、マグネット１と対向するように空芯コイル（図示せず）をモジュール化したコイルプレート７が設けられ、ステージ６の上面には配向膜が形成された液晶表示素子基板８を載置したテーブル９がステージ６に固定され、その上方にはラビング布１０が取り付けられたラビングローラ１１が回転可能な状態で配置されている。【選択図】      図１
2005037740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ステージは、固定部に直線状に配置された多数のマグネットと可動部に配置されたコイルとで発生する磁力の推力で可動部を移動させる機構のリニアモータ駆動によって直線状に移動するようにしたことを特徴とするラビング装置。
【請求項２】
配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ラビングローラを該ラビングローラの両端部で支持する支持体の形状は先端部が略円錐台で、前記ラビングローラの両端部に設けられた凹部に前記支持体の先端部を嵌合して前記ラビングローラを回転可能に支持するようにしたことを特徴とするラビング装置。
【請求項３】
配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ステージは、固定部に直線状に配置された多数のマグネットと可動部に配置されたコイルとで発生する磁力の推力で可動部を移動させる機構のリニアモータ駆動によって直線状に移動するようにし、且つ、前記ラビングローラを該ラビングローラの両端部で支持する支持体の形状は先端部が略円錐台で、前記ラビングローラの両端部に設けられた凹部に前記支持体の先端部を嵌合して前記ラビングローラを回転可能に支持するようにしたことを特徴とするラビング装置。
【請求項４】
縦および横の寸法がいずれも１５００ｍｍ以上の大きさの前記液晶表示素子基板に形成された配向膜を一括してラビングすることができることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のラビング装置。
【請求項５】
前記請求項１から４の何れか１項に記載のラビング装置を使用して製造したことを特徴とする液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の製造工程の1つである配向処理工程において、液晶表示素子基板に形成された配向膜を均一条件でラビングするラビング装置及びそれを使用して製造した液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子の基本構造は、電圧を印加することによって液晶分子の配列を制御するスイッチング素子や電極が表面に形成され、さらにその上面に液晶分子にプレチルト角を与える配向膜が形成された２枚の液晶表示素子基板が、配向膜を介してスイッチング素子や電極が対向するように、散布されたスペーサで間隔を保ってシール材で固定されている。そして、２枚の液晶表示素子基板とシール材とで囲まれた部分に液晶層が設けられ、夫夫の液晶表示素子基板の外側には偏光板が設けられている。このような液晶表示素子の構造において、液晶表示素子基板に塗布される配向膜はポリイミド系樹脂などの有機高分子膜で形成され、配向膜の表面をポリアミド系の合成繊維で一定方向に擦って（ラビング）微細な溝を形成することにより液晶分子を溝に沿って配列（プレチルト）させるような配向処理が施されている。
【０００３】
このような配向処理において配向膜をラビングする方法は、円筒状のローラの外周面にパイル（毛）を植設したラビング布を取り付けてラビングローラを構成し、液晶表示素子基板を一定方向に、一定速度で移動させながら液晶表示素子基板に形成された配向膜を回転するラビングローラのパイルでラビングするものである。
【０００４】
この場合、液晶表示素子基板を移動させる方法として、定盤上に２本のガイドを平行に配置し、液晶表示素子基板を載置したステージの下方に設けられた送りネジに螺接されたボールネジが一端をモータに接続された状態でガイドとガイドとの中間位置にガイドに平行に配置されている。そして、モータの駆動によってボールネジが回転すると、液晶表示素子基板を載置したステージが送りネジを介して２本のガイドに導かれながらボールネジ上を定盤に対して水平に且つ直線状に移動するといった機構となっているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ラビングローラを回転支持する方法として、ラビングローラの両端部の回転中心となる位置に凹部を設け、先端部が円錐状で後端部がモータに接続された支持体の先端部をラビングローラの一方の端部の凹部に嵌合固定してラビングローラに回転動力を伝達するようにし、ラビングローラの他方の端部に設けられた凹部には後端部が軸受けで保持された支持体の先端部を嵌合して支持する機構のものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１９５２０号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−１４２６０７号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶表示素子基板の配向処理工程は、液晶分子が直接接触する配向膜をラビング布（のパイル）でラビングすることにより液晶分子の分布を均一に、且つ、配向を同一方向にそろえ、液晶表示素子の全面に亘って均一な表示を行なうようにすることが目的である。ところで、近年、液晶表示素子においては大型化の傾向にあり、それに伴って一枚のガラス基板に複数の液晶表示素子基板を形成する多面取りガラス基板（この場合も液晶表示素子基板と称することとする）もさらに大型化している。
【０００７】
液晶表示素子基板が多面取りされる多面取りガラス基板の大きさは、個々の液晶表示素子基板の大きさ、多面取りの取り数および装置の処理能力等によって決定され、液晶表示素子の開発当初を液晶の第1世代とすると３００ｍｍ×４００ｍｍ程度のものであったのが、現在の液晶世代である第６世代では１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度であり、今後の第７世代では１８００ｍｍ×２０００ｍｍ程度までなるであろうと予測される。参考に、液晶世代とガラスサイズとの関係を表１に示す。
【表１】
2005037740.tif 000003
【０００８】
ところで、液晶表示素子基板の大型化に伴って、配向処理工程のラビング装置に用いられるラビングローラも長大化する必要がある。その場合、ラビングローラの円筒の長さを長くするにつれて長手方向の中央部が自重によって撓み、液晶表示素子基板に形成された配向膜全体を均一な圧力でラビングすることができないことになる。その結果、液晶表示素子全面が不均一な表示を示し、表示品位を損なった見映えの悪い表示素子となってしまうことになる。また、配向処理工程では、液晶表示素子基板が載置されたテーブルを移動させながら液晶表示素子基板に形成された配向膜を回転するラビングローラでラビングするものであるが、従来のようなＡＣサーボモータを駆動源としたボールネジ駆動機構による移動方法は、ボールネジの回転運動をテーブルの直線運動に変換する間接駆動方式であるため、運動の変換機構であるボールネジと送りネジとの機械的接触部において、モータにおいて或いはボールネジにおいて
１）ボールネジと送りネジとの噛み合わせ誤差および磨耗によってガタが発生し、振動の原因となる。
２）ボールネジと送りネジとの接触により、塵、騒音が発生する。
３）ボールネジを駆動するモータから騒音が発生する。
４）ボールネジが長くなるにつれてボールネジの歪み、撓みによって揺れが発生する。
５）ボールネジの両端支持部によるフレ周りの振動と同時に、テーブルが移動することによって固有振動数が変化し、振動モードが変化する。このような一定しない振動モードに対してテーブル全長に亘って振動対策を施すことは困難なことである。
等の問題が生じて配向膜への不均一なラビングとなり、表示品位を損なった液晶表示素子の発生要因となる。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、液晶表示素子の製造工程の1つである配向処理工程において、液晶表示素子の大型化に対しても、液晶表示素子基板全面に亘って均一な圧力で配向膜がラビングできるように、配向膜を施した液晶表示素子基板が載置されたステージの移動機構およびラビング布が取り付けられたラビングローラの支持機構に創意工夫を施したラビング装置およびそのラビング装置を使用して製造した表示品位の高い液晶表示素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ステージは、固定部に直線状に配置された多数のマグネットと可動部に配置されたコイルとで発生する磁力の推力で可動部を移動させる機構のリニアモータ駆動によって直線状に移動するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ラビングローラを該ラビングローラの両端部で支持する支持体の形状は先端部が略円錐台で、前記ラビングローラの両端部に設けられた凹部に前記支持体の先端部を嵌合して前記ラビングローラを回転可能に支持するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、配向膜が形成された液晶表示素子基板を載置するステージと、円筒状のローラの外周面にラビング布を取り付けたラビングローラとを具備し、前記ステージを移動させながら、回転するラビングローラで前記配向膜の表面をラビングするラビング装置であって、前記ステージは、固定部に直線状に配置された多数のマグネットと可動部に配置されたコイルとで発生する磁力の推力で可動部を移動させる機構のリニアモータ駆動によって直線状に移動するようにし、且つ、前記ラビングローラを該ラビングローラの両端部で支持する支持体の形状は先端部が略円錐台で、前記ラビングローラの両端部に設けられた凹部に前記支持体の先端部を嵌合して前記ラビングローラを回転可能に支持するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から３の何れか１項において、縦および横の寸法がいずれも１５００ｍｍ以上の大きさの前記液晶表示素子基板に形成された配向膜を一括してラビングすることができることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１から４の何れか１項に記載のラビング装置を使用して製造したことを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の最良の形態を図１から図６を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付し、説明は省略する）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１６】
図１は本発明に係わるラビング装置の最良の形態の正面図、図２は側面図、図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図１のＢ部詳細断面図、図６はラビングローラの支持機構とラビングローラの撓み量との関係を示す説明図である。
【００１７】
多数のマグネット１が隣り合う磁極の極性を交互に変えて等間隔で並べられてモジュール化されたマグネットプレート２とガイドレール３とが、マグネットプレート２を挟んだ両側にマグネットプレート２に平行にガイドレール３を位置させた状態で、固定されたベッド４の上面に配置されている。そして、ガイドレール３に沿って摺動するスライダー５と一体化されたステージ６の中心部にマグネット１と対向するように空芯コイル（図示せず）を配接してモジュール化したコイルプレート７が設けられ、この対向するマグネット１と空芯コイルとによってリニアモータ駆動機構が構成されている。更にステージ６の上面には配向膜が形成された液晶表示素子基板８を載置するテーブル９がステージ６に固定され、最上部にはラビング布１０が取り付けられたラビングローラ１１がテーブル９に載置された液晶表示素子基板８をラビングするように液晶表示素子基板８の上方に回転可能な状態で配置されている。なお、図示してはいないが、ベッド４の上面でガイドレール３の外側にはステージ６の位置検出のためのリニアスケールが設けられてフィードバック制御がおこなわれる。
【００１８】
このような構成のラビング装置でラビングするには、テーブル９に載置された液晶表示素子基板８に所定の圧力で接するようにラビングローラ１１の設定位置を調整した後、一定速度で回転を開始させる。一方、液晶表示素子基板８が載置されたテーブル９は、テーブル９が固定されたステージ６に設けられた空芯コイルに流す電流の方向を対向するマグネット１の位置および極性との関係に対応させて制御することにより直線運動を生じるリニアモータ駆動によって、スライダー５がガイドレール３に沿って摺動されて直線的に可動する。つまり、テーブル９に載置された液晶表示素子基板８に形成された配向膜（図示せず）は、回転するラビングローラ１１の圧力を受けながら一定方向に、一定速度で移動することにより、進行方向に向かって連続的にラビングされ、最終的に液晶表示素子基板８に形成された配向膜全面に亘って一括して配向処理が施されることになる。
【００１９】
配向膜に対するラビングの良否は、ラビングが施された液晶表示素子基板８を使用して液晶表示素子に組み上げ、実際に表示を行なうまでは評価できない。したがって、ラビングが不良の液晶表示素子基板８を後工程（シール工程、液晶注入工程、ガラススクライブ工程等）に流すことにもなりかねず、その場合には無駄な材料を投入して、無駄な工数を費やすことになると共に、歩留まり低下の要因にもなるものである。このように、ラビング工程は液晶表示素子を作製するプロセスの重要部分を成すものであり、細心の注意を払って均一なラビングを施すことが要求される。
【００２０】
そこで、本発明のラビング装置は、液晶表示素子基板８をラビング時に移動させる方法にマグネット１と空芯コイルとの構成によるリニアモータ駆動の方式を採用している。これは、従来のようなボールネジの回転動力を機械的に直線運動に変換する機構に替えて、磁力による推力を利用して可動部が固定部に非接触で運動を行なうリニアモータ駆動による機構を取り入れたもので、これにより、ボールネジによる動力変換時に生じる上記「発明が解決しようとする課題」で述べた１）〜５）の問題点を全て解消するようにしたものである。
【００２１】
表２は従来のボールネジ駆動方式を採用したラビング装置と、本発明のリニアモータ駆動方式を採用したラビング装置との振動の振幅を比較したものである。テーブルの移動速度を５０ｍｍ／ｓに設定し、実測値をμｍ単位で示している。
【表２】
2005037740.tif 000004
【００２２】
表２の振幅実測値から、ボールネジ駆動よりもリニアモータ駆動でステージを移動させた方が滑らかな動作でステージ６に加わる振動の振幅が小さいことが分かる。従って、ステージ６に固定されたテーブル９に載置された液晶表示素子基板８に加わる振動もリニアモータ駆動で移動させた方が小さいことは明らかである。このことは、配向膜が形成された液晶表示素子基板８とラビングロール１１の外周面に取り付けられたラビング布１０との間隔の変動が小さいことを意味し、配向膜が圧力変動の少ない状態でラビングされることを示している。よって、リニアモータ駆動は配向膜に均一なラビングを施すためには有効な手法であることが確認されたことになる。
【００２３】
更に、ラビングの均一性を向上させるために必要な要件の一つとして、外周面にラビング布１０が取り付けられたラビングローラ１１の撓みを極力少なくすることが挙げられる。ラビングローラ１１に撓みがある場合、液晶表示素子基板８とラビング布１０との間隔が場所によって異なることになり、ラビング時に液晶表示素子基板８に形成された配向膜に加わる圧力が場所によって異なり、不均一な配向処理となってしまう。特に、液晶表示素子基板８の大型化に対応してラビングローラが長大化すると、ラビングローラの撓みも大きくなる。この撓みを少なくするにはラビングローラ１１の軽量化および高剛性化の手法が考えられるが、ラビングローラ１１の支持体１２の形状の最適化によっても撓みを減少させることが可能である。
【００２４】
ラビングローラ１１の支持体１２の形状の最適化については、図５に図１の支持体１２を拡大した部分断面図として示している。支持体１２は、先端部が中心線１４に垂直な平面による切り口の断面積が先端方向に向かって小さくなるような略円錐台形状をしている。一方、ラビングローラ１１の両端部には支持体１２の先端部と略同一形状の凹部が設けてあり、この凹部に支持体の先端部を嵌合することによってラビングローラを回転可能に支持している。
【００２５】
ここで、支持体１２の略円錐台形状の母線の延長線１３と中心線１４との成す角度は１０°〜２０°の間が望ましい。
【００２６】
なお、ラビングローラ１１は、ラビングローラ１１の両端部に嵌合された支持体１２によって支持されるもので、両端の支持体１２の形状は同一であるが、一方の支持体１２は、その先端部がラビングローラ１１の凹部に嵌合固定されて一体化され、後端部は駆動部に接続されて駆動部の動力をラビングローラ１１に回転運動として動力伝達を行なう役割を担っている。他方の支持体１２も先端部がラビングローラ１１の凹部に嵌合されているが、ラビングローラが自由に回転できるように支持されている。
【００２７】
ラビングローラ１１の支持機構とラビングローラ１１の撓み量との関係をシミュレーションによって算出した値と実測値とを図６に示している。シミユレーションおよび実測の条件は、ラビングローラ１１については、材質はアルミニウムで直径は１５０ｍｍ、長さは２０００ｍｍである。支持部の支持機構については、（ａ）はラビングローラ１１の両端支持、（ｂ）はラビングローラ１１の両端支持および軸力付加、（ｃ）はラビングローラ１１の両端不完全固定および軸力付加、（ｄ）はラビングローラ１１の両端固定、である。なお、（ｃ）のみが実測値であり、それ以外はシミュレーションによって算出したものである。その結果、支持形態（ａ）の最大撓み量は３２μｍ、（ｂ）は２３μｍ、（ｃ）は１３μｍ、（ｄ）は７μｍであった。従来の支持形態のピボット支持構造（ａ′）は両端支持の（ａ）に近似した構造、本発明の支持構造（ｄ′）は両端固定の（ｄ）に近似した構造と推定される。
【００２８】
したがって、ラビングローラ１１を支持する上記４種類の構造において、本発明の支持構造のような剛性（より正確には曲げモーメント剛性）を持たせた支持をすることによってラビングローラ１１の撓みを最小限に食い止められることが明らかになった。但し、このとき生じる反曲げモーメントに耐えうる支持部の強度および剛性に十分の配慮が必要であり、これに対しては試作、実験および評価を通してデータの蓄積が必要とされる。また、支持体１２の形状が先端部が略円錐台の形状をしており、略円錐台の母線の延長線１３と中心線１４との交点をラビングローラ１１の端部の回転中心に位置させることにより、ラビングローラ１１の歪みの少ない回転を確保することができる。このような本発明の支持構造はラビングローラ１１が長大化するに伴って益々大きな効果を発揮するものであり、今後の液晶表示素子基板８の大型化の流れにとって重要な役割を果たすものである。
【００２９】
以上述べたように、本発明の液晶ラビング装置は、液晶表示素子が大型化しても、液晶表示素子基板に形成された配向膜を均一にラビングするために、液晶表示素子基板を載置したテーブルを移動する機構にリニアモータ駆動を採用して主に振動の発生要因を排除し、更に、回転するラビングローラの支持体の形状を先端部を略円錐台にすることによってラビングローラの撓みを少なくし、これら２つの手法で配向膜に加わるラビングローラのラビング時の圧力が均一になるように改善したことにより、配向膜全面に亘って均一性の高い配向処理を施すことが可能になった。その結果、液晶表示素子の歩留まりが向上し、廉価な液晶表示素子を実現することが可能になった。特に液晶表示素子基板のサイズが１５００ｍｍ×１５００ｍｍ以上の大きさのものに対しては特に大きな効果を発揮するものであり、この場合、液晶表示素子の製造コストがそれよりも小型のものに比較して高いため、歩留改善によって齎される製造コストの改善効果も大きなものになる、など優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係わるラビング装置の最良の形態の正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１のＢ部詳細断面図である。
【図６】ラビングローラの支持機構とラビングローラの撓み量の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    マグネット
２    マグネットプレート
３    ガイドレール
４    ベッド
５    スライダー
６    ステージ
７    コイルプレート
８    液晶表示素子基板
９    テーブル
１０    ラビング布
１１    ラビングローラ
１２    支持体
１３    母線の延長線
１４    中心線
【図１】
2005037740.tif 000005
【図２】
2005037740.tif 000006
【図３】
2005037740.tif 000007
【図４】
2005037740.tif 000008
【図５】
2005037740.tif 000009
【図６】
2005037740.tif 000010